(57)【要約】【課題】エネルギー損失を抑制しつつ酸素濃度の高い空気を内燃機関に供給できる吸気装置を提供すること。【解決手段】車両に配設され内燃機関に空気を導入する吸気経路の一部を構成する給気装置に、空気から酸素を分離して酸素を吸気流路部に供給する分離手段を設け、この分離手段に空気を強制流通させる送気手段を、排ガスのエネルギーにより駆動する。【選択図】図１
2006138224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に配設され内燃機関に空気を導入する吸気経路の一部を構成する給気装置であって、
前記空気の流路となる吸気流路部と、該吸気流路部に設けられ前記空気から酸素を分離して該酸素を該吸気流路部に供給する分離手段と、該分離手段に接続され該分離手段に空気を強制流通させる送気手段と、該送気手段を駆動する駆動手段と、を備え、
該駆動手段は前記内燃機関から流出した排ガスが流通する排気流路に接続され、該排ガスのエネルギーにより該送気手段を駆動することを特徴とする吸気装置。
【請求項２】
前記吸気流路部は、主路部と該主路部に合流する副路部とを持ち、前記分離手段は該副路部に設けられている請求項１記載の吸気装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記排ガスに当接して回転するタービンを備える請求項１記載の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の内燃機関に酸素を含む空気を供給するための吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両では、走行時の状態（例えば、合流や追い越し、登坂時など）に応じて応答性の良い加速が求められる。加速の応答性を良くするためには、内燃機関に供給する酸素量を増大させて内燃機関のトルクを向上させれば良いと考えられており、内燃機関に供給する酸素量を増大させるための種々の技術が開発されている。
【０００３】
たとえば、吸気経路にターボチャージャやスーパーチャージャ等の空気圧縮手段を設ける技術がある。この技術では、内燃機関内に圧縮空気を供給することで内燃機関に供給される酸素量を増大させ、内燃機関のトルクを向上させる。
【０００４】
しかし一方、空気圧縮手段により内燃機関内に一度に供給する空気量を増大させる場合には、内燃機関内で空気をさらに圧縮する際に、空気温度が過剰に高くなってノッキングが生じる場合がある。このため、これらの技術では内燃機関のトルクを充分に高められない問題がある。
【０００５】
一方、空気を圧縮することなく酸素濃度を高める酸素富化装置を吸気経路内に設け、内燃機関に供給する酸素濃度を高める技術もある（例えば、特許文献１）。
【０００６】
特許文献１に開示される酸素富化装置では、吸気経路内に酸素分離膜を設け、吸気経路を流通する空気中の酸素を酸素分離膜で選択的に分離して酸素濃度の高い空気を生成する。このため、上述したターボチャージャやスーパーチャージャ等で生じるノッキング等の不具合を回避できる。
【０００７】
ところで、酸素分離膜を用いて酸素濃度の高い空気を生成する場合、充分な酸素量を確保するためには、何らかの送気手段（特許文献１では吸引ポンプ）により酸素透過膜に空気を強制流通させる必要がある。この吸引ポンプの駆動源を例えば車両のバッテリからとり、吸引ポンプを常時駆動させる場合には、例えば車両の低速走行時など、特に酸素濃度の高い空気を内燃機関に供給する必要のない時にも吸引ポンプを駆動するために、大きな電力を要する。このため、車両のエネルギー損失が大きくなり、燃費が悪くなる問題がある。
【０００８】
特許文献１では内燃機関のクランクシャフトに吸引ポンプを接続し、減速走行時の内燃機関の駆動力により吸引ポンプを駆動させて酸素透過膜に空気を流通させて、酸素濃度の高い空気を貯蔵タンクに貯蔵している。そして、加速時には貯蔵された酸素濃度の高い空気を内燃機関に供給している。この構成では、吸引ポンプの駆動源を減速走行時の内燃機関からとっており、減速走行時にのみ吸引ポンプを駆動しているために、上述したような吸引ポンプを常時駆動させる場合に比べてエネルギー損失が小さく燃費が向上する。しかし、この場合には、吸引ポンプは加速時、減速時、通常走行時を問わずクランクシャフトに取付られているために、クランクシャフトに負荷がかかってエネルギー損失が生じ、車両の燃費を充分に高められない可能性がある。
【特許文献１】特開平３−２３３１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、エネルギー損失を抑制しつつ酸素濃度の高い空気を内燃機関に供給できる吸気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の吸気装置は、車両に配設され内燃機関に空気を導入する吸気経路の一部を構成する給気装置であって、上記空気の流路となる吸気流路部と、吸気流路部に設けられ上記空気から酸素を分離して酸素を吸気流路部に供給する分離手段と、分離手段に接続され分離手段に空気を強制流通させる送気手段と、送気手段を駆動する駆動手段と、を備え、駆動手段は上記内燃機関から流出した排ガスが流通する排気流路に接続され、排ガスのエネルギーにより送気手段を駆動することを特徴とする。
【００１１】
本発明の吸気装置において、上記吸気流路部は、主路部と主路部に合流する副路部とを持ち、上記分離手段は副路部に設けられていることが好ましい。
【００１２】
本発明の吸気装置において、上記駆動手段は、上記排ガスに当接して回転するタービンを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の吸気装置は、吸気流路を流通する空気から酸素を分離する分離装置を設け、生成した酸素を内燃機関に酸素を供給することで、内燃機関のトルクを充分に高めて加速の応答性を高めることができる。このとき、上述した従来のターボチャージャやスーパーチャージャ等の空気圧縮手段を設ける場合とは異なり、内燃機関内に一度に供給する空気量を増大させるのではないために、空気温度が過剰に高くなってノッキングが生じるなどの不具合が生じることはない。
【００１４】
また、分離手段に空気を強制流通させる送気手段は排ガスのエネルギーにより駆動される。このため、バッテリの電力を用いる必要がなく、エネルギー損失をなくすことができる利点がある。また、送気手段を排ガスのエネルギーで駆動するために、上述した特許文献１に開示される吸気装置のように、走行時にエネルギー損失が生じることもない。
【００１５】
ここで、分離手段を例えば酸素透過膜等の分離膜から構成する場合には、分離膜や送気手段の構成等によっては、分離手段の下流を流れる空気の流体圧が充分に高くならず（圧損が大きくなり）、内燃機関に充分な量の空気が供給されない場合がある。本発明の吸気装置において、吸気流路部を主路部と副路部とから構成し、分離手段を副路部に設ける場合には、副路部を通過する空気から酸素を分離できるとともに主路部によって空気流路が確保できるために圧損が小さくなる利点がある。
【００１６】
本発明の吸気装置において、排ガスに当接して回転するタービンを排気手段に設ける場合には、簡単な構成で効率よく排ガスのエネルギーを利用することができ、吸気装置を低コストでエネルギー効率よく構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の吸気装置は、車両に配設され内燃機関に空気を導入する吸気経路の一部を構成する給気装置である。本発明の吸気装置は吸気流路部をもつ。空気流路部は、外気を導入して内燃機関に供給するための空気の流路を構成する。
【００１８】
吸気流路部には分離手段が設けられる。分離手段は、吸気流路部を流通する空気から酸素を分離するとともに分離した酸素を吸気流路部内に供給して、内燃機関に供給される空気の酸素濃度を高める役割を担う。分離手段としては、吸気から酸素を分離できる既知の構造のものを用いることができる。例えば、酸素分子と窒素分子との拡散速度の違いを利用した分離膜や、酸素分子と窒素分子との分極の違いを利用した分離膜、酸素分子と窒素分子との分子径の違いを利用した分子篩膜、酸素分子と窒素分子との磁性の違いを利用した磁気分離装置等は、吸気中の酸素を含む成分と酸素を含まない成分とを効率よく分離できるため好ましく用いられる。なお、分離手段は、分離された酸素のみを吸気流路部に供給しても良いし、酸素とともに酸素以外の成分を吸気流路部に供給しても良い。例えば、分離手段として窒素透過膜等のものを用い、分離した窒素のみを外界に放出して残りの空気成分を吸気流路部に供給する場合には、吸気流路部には酸素以外の空気成分も供給されるが、吸気流路部に供給させる空気は酸素濃度が高くなっている。このため、内燃機関には酸素濃度の高められた空気を供給でき、車両加速への優れた応答性が発揮される。
【００１９】
本発明の吸気装置において、分離手段には、分離手段に空気を強制流通させる送気手段が接続されている。送気手段としては、分離手段のうち吸気流れ上流側（以下、単に上流側と呼ぶ）に接続され分離手段に空気を加圧送気する加圧ポンプや、分離手段のうち吸気流れ下流側（以下、単に下流側と呼ぶ）に接続され吸気流れ上流側の空気を分離手段を介して吸引する減圧ポンプなどに代表される、既知の種々の構造のものを用いればよい。
【００２０】
送気手段には、送気手段を駆動する駆動手段が接続される。そして、駆動手段は内燃機関から流出した排ガスが流通する排気経路に接続され、排ガスのエネルギーにより送気手段を駆動する。
【００２１】
駆動手段は、駆動手段は排ガスのエネルギーを用いて送気手段を駆動できるものであれば良く、例えば、排ガスの流体エネルギーや排ガスの熱エネルギー等を用いて送気手段を機械的に駆動するものであっても良いし、排ガスの流体エネルギーや熱エネルギーを電力に変換し、電力で送気手段を駆動するものであっても良い。送気手段を機械的に駆動する方法としては、駆動手段に排ガスに当接して回転するタービンを設けて、排ガスの流体エネルギーによってタービンを回転させるとともに、タービンの回転を送気手段に伝達させて、送気手段を機械的に駆動する方法が好ましく用いられる。この方法では、従来のターボチャージャにおいて、空気圧縮手段を駆動させる公知の機構（所謂ターボチャージャ機構）を用いることができる。すなわち、ターボチャージャ機構ではタービンを排ガスに当接させ、排ガスの流体エネルギーでタービンとタービンに同軸で結合されたコンプレッサーを回転させ、この回転によって吸気を圧縮する機構である。ターボチャージャ機構を本発明の吸気装置に適用し、コンプレッサーを送気手段（加圧ポンプ）として用いたり、コンプレッサーに吸気手段を接続すれば、簡単な構造で送気手段を駆動させ、空気を分離手段に強制流通させることができる。
【００２２】
例えば、コンプレッサーの吸引口側を分離手段の下流側に接続し、コンプレッサーの排出口側を吸気流路部に接続すると、コンプレッサーの回転により空気を吸引でき、コンプレッサーを送気手段(減圧ポンプ)として使用できる。また、例えばコンプレッサーの吸引口側を吸気流路部のうち分離手段の上流側に接続し、コンプレッサーの排出口側を吸気流路部のうち吸引口が接続されている部分と分離手段との間の位置に接続すると、コンプレッサーを送気手段（加圧ポンプ）として用いることもできる。
【００２３】
なお、コンプレッサー自体を送気手段として用いる場合には、送気手段を経て吸気流路部に流入する空気が排ガスによって加熱される。このため、例えば、コンプレッサーから吸気流路部に至る空気流路を充分に冷却できない場合等には、コンプレッサー自体を送気手段として用いるのではなく、コンプレッサーの回転（タービンの回転）を利用して送気手段を駆動することがより好ましい。
【００２４】
その他、例えば排ガスの熱で水などの流体を加熱して対流させ、生じた流体エネルギーでタービンを回転させても良いし、タービンの回転で電力を発電し、得られた電力で別途設けた送気手段を駆動しても良い。
【００２５】
本発明の吸気装置において、分離手段は吸気流路部のうちどの部分に設けても良いが、吸気流路部を、主路部と主路部に合流する副路部とから構成し、分離手段を副路部に設けることが好ましい。この場合、分離手段として圧損の大きいものを用いる場合にも、主路部によって空気流路が確保できるために圧損が小さくなる利点がある。そして、副路部を通過する空気から酸素が分離でき、ここで分離された酸素を吸気流路部に供給すれば、内燃機関に酸素濃度の高い吸気を供給することができる。
【００２６】
副路部は、主路部に合流して分離手段で生成した酸素を主路部に供給できるものであればよい。例えば、主路部の吸気流れ上流側から分岐するとともに主路部の吸気流れ下流側に合流するもので良いし、上流側が主路部と異なる吸気経路に接続され、下流側が主路部に合流するものでも良い。吸気流路部のうち主路部と副路部との合流部分や分岐部分は、副路部と主路部との間を常に気体が流通できるように接続するのみであっても良いし、既知の構造の開閉機構で気体の流通を開閉できるようにしても良い。例えば、副路部を開閉する開閉機構を設け、車両の通常走行時や減速時には副路部への空気の流通を閉じ、加速時にのみ副路部へ空気を流通させてもよい。この場合には、内燃機関に高濃度の酸素を供給する必要があるときにのみ吸気中の酸素濃度を高めることができるため、分離手段の劣化が遅くなり、吸気装置のランニングコストが安くなる利点がある。
【００２７】
この場合、さらに、主路部を開閉する開閉機構を設けても良い。例えば、副路部を開き主路部を閉じる場合には、吸気流路部を流通する空気がすべて副路部を通るようにでき、空気流路部を流通する空気の酸素濃度をさらに高めて、内燃機関にさらに酸素濃度の高い空気を供給することができる。
【００２８】
各開閉機構は、電磁弁などを用いても良いし、吸気経路を開閉するスロットルボデーを用いても良い。スロットルボデーを開閉機構として用いる場合には、スロットルボデーが開いたとき、すなわち、車両のアクセルを踏み込んだとき、すなわち走行時に副路や主路を開くことができる。
【００２９】
さらに、本発明の吸気装置においては、分離手段は吸気流路部に直接連結しても良いし間接的に連結しても良い。例えば酸素透過膜などの膜式の分離手段を用いる場合など、分離手段による圧損が比較的大きい場合には、分離手段の吸気流路下流側にタンクを設けてもよい。この場合、このタンクを吸気流路部に連結するとともに、車両の加速時以外の時に予め酸素を生成し、生成した酸素をタンク内に貯蔵し、加速時にはタンク内の酸素を内燃機関に供給すれば、加速時には吸気経路の圧損を充分に低下させることができ、加速の応答性をさらに高めることができる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の吸気装置を図面を基に説明する。
【００３１】
（実施例１）
本実施例の吸気装置は、分離膜として窒素透過膜を用い、送気手段としてはタービンを備える駆動手段で駆動される減圧ポンプを用い、主路と主路の上流側から分岐し主路の下流側に合流する副路とを持つものである。本実施例の吸気装置を模式的に表す図１に示す。
【００３２】
実施例１の吸気装置は、吸気流路部１と、分離手段２と、送気手段３と、駆動手段４と、を備える。吸気流路部１は、車両外部に開口し外気に連絡する導入口４０と、内燃機関５に接続される放出口４１とを備える。吸気流路部１のうち導入口４０側の内部には、多孔体からなるフィルタ６０が収容されて吸気流路部１を流通する空気を濾過するエアクリーナ６を構成している。吸気流路部１のうちエアクリーナ６よりも下流側の部分は分岐して延びている。分岐した一方は主路部１２となり他方は副路部１３となる。副路部１３は、主路部１２の下流側の部分と合流している。
【００３３】
副路部１３には分離手段２が設けられている。分離手段２は、ゼオライト膜からなる分離膜部２０と、分離膜部２０を収容する中空のケース体２１とを持つ。ケース体２１は、副路部１３の上流側と下流側とを連絡し、分離膜部２０はケース体２１の上流側と下流側とを区画しつつ配置されている。ケース体２１のうち分離膜部２０よりも下流側の部分には、ケース体２１の内外を連通する開口２２が設けられている。この開口２２には、副路部１３の一部を構成するとともに分離手段２と送気手段３とを連絡する第１連絡路１５が接続されている。すなわち、分離手段２は、第１連絡路１５を介して送気手段３に接続されている。また、ケース体２１のうち分離膜部２０よりも上流側の部分にはケース体２１の内外を連通する開口２３が設けられている。この開口２３には、副路部１３の一部を構成するとともに分離手段２と主路部１２（後述する混気槽部１４）とを連結する第２連絡路１６が接続されている。
【００３４】
送気手段３は、排気流路５０に設けられているタービンを備える駆動手段４に接続されている。本実施例において、送気手段３は吸引ポンプから構成されている。一方、駆動手段４は、受流面４０を持つタービンホイール４１と、タービンホイール４１と略同形状のコンプレッサーホイール４２とをもつ。タービンホイール４１とコンプレッサーホイール４２とは、軸状の連結部４３によって各々受流面４０が背向するように同軸的に一体化されている。
【００３５】
タービンホイール４１は、中空のタービンハウジング部４４に収納されている。また、コンプレッサーホイール４２は中空のコンプレッサーハウジング部４５に収納されている。タービンハウジング部４４とコンプレッサーハウジング部４５とは、連結部４３を収納する連結ハウジング部４６で一体化されている。
【００３６】
タービンハウジング部４４には、タービンホイール４１の側面に対向する位置にタービンハウジング部４４の内外を連通する排ガス流入口４７が設けられている。また、タービンホイール４１の受流面４０に対向する位置にはタービンハウジング部４４の内外を連通する排ガス流出口４８が設けられている。排ガス流入口４７には、内燃機関５から流出した排ガスが流通する排気流路５０が連絡されている。また、排ガス流出口４８は、管状の第３連絡路５１を介して、図示しないマフラーに連絡されている。
【００３７】
コンプレッサーホイール４２には、連結部４３と同軸的に延びる駆動軸４８が設けられている。コンプレッサーハウジング部４５には、駆動軸４８が挿通される開口４９が設けられている。駆動軸４８は送気手段３に接続されている。
【００３８】
主路部１２のうち副路部１３が合流する部分は他の部分よりも拡径した混気槽部１４が設けられている。副路部１３から主路部１２に流入する空気と、主路部１２を流通する空気とは、この混気槽部１４で混合され、内燃機関５に供給される。
【００３９】
副路部１３のうち主路部１２から分岐する端部には電磁弁からなる第１弁体６１が設けられ、副路部１３のうち主路部１２に合流する端部にもまた電磁弁からなる第２弁体６２が設けられている。さらに、主路部１２のうち副路部１３が分岐する部分と副路部１３が合流する部分との間の位置には、スロットルボデーからなる第３弁体６３が設けられている。本実施例の吸気装置では、第１弁体６１、第２弁体６２、第３弁体６３によって、吸気流路が開閉される。第１弁体６１および第２弁体６２は、図示しないＥＣＵ         （electrical control unit、電子制御装置）に接続され、ＥＣＵから伝送された信号によって開閉するようになっている。また、第３弁体６３の近傍には、スロットルボデー（第３弁体６３）の傾斜角を検出する角度センサ（図示せず）が設けられており、角度センサから出力された信号はＥＣＵに伝送される。そして、ＥＣＵでは、スロットルボデーの傾斜角からアクセルの踏み込み量を算出し、車両の走行状態、すなわち、車両が加速状態にあるか否かを解析する。そして、車両の走行状態に応じて第１弁体６１および第２弁体６２を開閉する。
【００４０】
本実施例の吸気装置は以下のように動作する。
【００４１】
先ず、車両の走行時には、アクセルの踏み込み量に応じて第３弁体６３が開く。そしてアクセルの踏み込み量が小さいとき（第３弁体６３が半開状態の時）には、ＥＣＵから伝送された信号によって第１弁体６１が閉じ第２弁体６２が開いた状態となる。このため、吸気流路部１に導入された空気は、エアクリーナ６を通って主路部１２に進入するが第１弁体６１が閉じているために副路部１３には進入できず、第３弁体６３および混気槽部１４を通過して内燃機関５に供給される。このとき、内燃機関５には、大気と同じ組成の空気が供給される。
【００４２】
車両の加速時には、アクセルの踏み込み量が大きくなり、第３弁体６３が全開する。このとき、ＥＣＵから伝送された信号により、第１弁体６１および第２弁体６２が開く。そして吸気流路部１に導入された空気は、上述した経路と同経路で主路を流通するとともに、第１弁体６１を経て副路部１３に進入する。
【００４３】
副路部１３に進入した空気は、分離手段２に流入する。本実施例では分離手段２はゼオライト膜からなる分離膜部２０を持ち、窒素を透過する。すなわち、空気に含まれる成分のうち、分極を持つ窒素分子はゼオライトに引きつけられて吸着されるが、分極を持たない酸素分子はゼオライトに引きつけられず吸着もされない。このため、酸素分子は分離膜部２０から離れた位置で流通して分離手段２を通過する。一方、窒素分子は分離膜部２０に引きつけられて吸着され、そののちに、分離膜部２０の内外での圧力差によって分離膜部２０を表面拡散し、分離膜部２０を通り抜ける。そして、第２連絡路１５に進入して送気手段３を介して外界に放出される。このため、分離手段２を通過し主路部１２に流入した空気は、窒素が除去されて酸素濃度が高められたものとなる。
【００４４】
ここで、車両の走行時には排ガスが流出しているために、タービンハウジング部４４の内部には排ガスが流入してタービンホイール４１が回転する。そして、タービンホイール４１に同軸的に接続されているコンプレッサーホイール４２および駆動軸４８が回転する。駆動軸４８の回転は送気手段３に伝達され、駆動軸４８の回転によって送気手段３が駆動される。このため、送気手段３には吸引力が生じ、分離手段２内部および吸気流路部１の上流側の空気が第１接続開口２２を介して分離手段２の下流側から送気手段３側に吸引される。ここで、上述したように、酸素分子は分離膜部２０を通過しないために、ケース体２１のうち分離膜部２０よりも上流側の部分を流通して、開口２３を介して第２連絡路１６に流入する。そして、第２弁体６２を介して主路部１２の混気槽部１４に流入する。
【００４５】
混気槽部１４では、主路部１２を流通した空気（大気と同組成の空気）と、副路部１３を流通した空気（酸素濃度が高められた空気）とが混合される。そして、ここで混合された空気は、内燃機関５に供給される。このため、内燃機関５には大気よりも酸素濃度の高い空気が供給される。
【００４６】
本実施例の吸気装置では、分離手段２によって吸気経路を流通する空気中の酸素濃度を高め、酸素濃度が高められた空気を内燃機関５に供給している。このため、本実施例の吸気装置を搭載した車両では、加速に対する応答性が高められる。そして、分離手段２に空気を流通させる送気手段３は、排ガスのエネルギーによって駆動される。このため、本実施例の吸気装置では、吸気経路を流通する空気中の酸素濃度を高める際に過大な電力等を要さず、エネルギー損失が抑制される。さらに、本実施例の吸気装置は副路部１３に分離手段２が設けらるているために、吸気経路の圧損が小さくて済み、内燃機関５に充分な量の空気を供給できる。
【００４７】
なお、例えば送気手段３をバッテリに接続するとともに送気手段３を電力によっても駆動できる構成にしても良い。この場合には、エンジンの回転数が低いときなど排ガスの流量が少なくなって駆動手段４にて所望する出力が得られない場合には、電力によって送気構造体４９を駆動できる。このため、より確実に内燃機関５に酸素濃度の高い空気を供給できる。
【００４８】
また、例えば混気槽部１４内に酸素濃度を検知する酸素センサを配設し、酸素センサで出力された信号をＥＣＵに伝送して、第１弁体６１および第２弁体６２の開閉を酸素濃度に応じて適宜調整することによって、内燃機関５に供給する空気中の酸素濃度を所望する濃度に調整しても良い。
【００４９】
さらに、本実施例では、第３弁体６３はスロットルボデーから構成されているが、第１弁体６１や第２弁体６２をスロットルボデーから構成してもよい。さらに、第３弁体６３を電磁弁から構成しても良い。この場合、例えばアクセルの踏み込み量が大きいときに第３弁体６３を閉じ、内燃機関５に供給される空気全てを副路部１３を介して（分離手段２を介して）流通させて、内燃機関５に供給される空気の酸素濃度をさらに高めることもできる。
【００５０】
（実施例２）
本実施例の吸気装置は、副路部１３の上流部が主路部１２と異なる吸気経路に接続されていること以外は実施例１のものとおなじものである。本実施例の吸気装置を模式的に表す図を図２に示す。
【００５１】
本実施例の吸気装置では、副路部１３の下流部は実施例１のものと同様に主路部１２の混気槽部１４に接続されている。そして副路部１３の上流部は、主路部１２と異なる吸気経路６５に接続され、主路部１２に対して独立に空気を導入している。このため、送気手段３として吸引ポンプを設けることに由来する圧損の増大が確実に回避される。
【００５２】
（実施例３）
本実施例の吸気装置は、送気手段３が加圧ポンプから構成されるとともに送気手段３が分離手段２の上流側に接続されていることと、分離手段２の分離膜部２０が酸素透過膜からなること以外は実施例１のものと同じものである。本実施例の吸気装置を模式的に表す図を図３に示す。
【００５３】
本実施例の吸気装置では、第１連絡路１５は送気手段３と分離手段２の上流側とを連絡し、第２連絡路１６は第２弁体６２を介して主路部１２（混気槽１４）に連絡し、第３連絡路５１は分離手段２の上流側に連絡している。さらに、送気手段３は第４連絡路１７および第１弁体６１を介して主路部１２に接続されている。
【００５４】
また、分離膜部２０としてはポリイミドからなり酸素分子と窒素分子との拡散速度の差を利用して酸素を分離する酸素透過膜が用いられている。酸素分子の拡散速度は常温で窒素分子の１０倍程度であるために、空気を酸素透過膜に当接させると、窒素分子は酸素透過膜の表面を流れるのみであるが酸素分子は酸素透過膜内部に流入し酸素透過膜を透過する。このため、酸素透過膜を透過した気体は酸素分子を含み窒素分子を含まない組成のものとなり、酸素濃度が高められる。
【００５５】
本実施例の吸気装置では、分離手段２のうち分離膜部２０よりも上流側に開口２４が設けられ、この開口２４は第５連絡路１８を介してマフラー（図示せず）に連絡されている。
【００５６】
本実施例の吸気装置では、主路部１２を流通する空気は実施例１と同様の経路を通るが、副路部１３を流通する空気は、第１弁体６１→第４連絡路１７→送気手段３→第１連絡路１５→分離手段２の順に流通する。そして、分離手段２（分離膜部２０、酸素透過膜）を通過した空気、すなわち、空気のうち酸素分子を含む成分は、第２連絡路１６→第２弁体６２を経て主路部１２（混気槽部１４）に流入し、内燃機関５に供給される。また、分離膜部２０を通過しなかった空気、すなわち空気のうち窒素分子を含む成分は第５連絡路１８を通りマフラーを経て外界に排出される。
【００５７】
本実施例の吸気装置でも、実施例１のものと同様に、分離手段２によって酸素濃度を高めた空気を内燃機関５に供給しているため、加速に対する応答性が高められる。また、送気手段３が排ガスのエネルギーによって駆動されるため、エネルギー損失が抑制される。さらに、副路部１３に分離手段２を設けたことで、吸気経路の圧損が小さくて済み、内燃機関５に充分な量の空気を供給できる。
【００５８】
なお、本実施例では送気手段３として加圧ポンプを用いたが、この加圧ポンプとともに例えば実施例１に示される減圧ポンプを併用しても良い。
【００５９】
（実施例４）
本実施例の吸気装置は、送気手段３として吸引ポンプを設け、この吸引ポンプを分離手段２の下流側の位置に取り付けたこと、副路部１３の上流部が主路部１２と異なる吸気経路に接続されていること、分離手段２の下流側の位置に貯蔵タンクを設けたこと以外は実施例３のものと同じものである。本実施例の吸気装置を模式的に表す図を図４に示す。
【００６０】
本実施例の吸気装置では、外界の空気が吸気経路６５を経て副路部１３に流入し、先ず分離手段２に流入する。分離手段２は酸素透過膜からなる分離膜部２０を備えているために、分離手段２に流入した空気のうち窒素分子を含む成分は第５連絡路１８を通りマフラーを経て外界に放出される。一方、酸素分子を含む成分は送気手段３（吸引ポンプ）により吸引されて、分離膜部２０を通過し、分離手段２の下流側に進入する。そして、分離手段２の下流側に連絡されている貯蔵タンク７０に進入する。貯蔵タンク７０に進入した空気は、第１連絡路１５→送気手段３→第２連絡路１６の順に流通して、第２弁体６２を経て主路部１２（混気槽１４）に流入する。本実施例の吸気装置では、加速走行時に第２弁体６２が開くと、先ず貯蔵タンク７０内に予め貯蔵されていた酸素濃度の高い空気が内燃機関に供給される。したがって、加速時には酸素濃度の高い空気が速やかに内燃機関５に供給されることから、本実施例の吸気装置では、実施例２、３の吸気装置が発揮する効果に加えて、さらに優れた加速への応答性が発揮される。
【００６１】
（実施例５）
本実施例の吸気装置は、分離手段２として磁気分離により酸素と窒素とを分離するものを設けたこと以外は実施例４のものと同じものである。本実施例の吸気装置を模式的に表す図を図５に示す。
【００６２】
本実施例の吸気装置では、分離手段２のケース体２１のうち上流側の壁面に磁性体（磁石２５）が配設されている。また、ケース体２１のうち下流側の部分には内外を連通する開口２４が設けられ、この開口２４は第５連絡路１８によってマフラー（図示せず）と連絡されている。さらに、ケース体２１のうち磁石２５が配設されている部分よりも下流側の位置であり第５連絡路１８に連絡する開口２４が設けられている位置よりも上流側の位置にも２つの開口２６が設けられ、各々の開口２６は第６連絡路１９を介して貯蔵タンク７０に連結されている。酸素分子は常磁性をもち磁石２５により形成される磁場に引きつけられる。一方、窒素分子は反磁性を持つために、磁石２５により形成される磁場に反発する。このため、副路部１３を通る空気のうち酸素分子は磁石２５に引き寄せられて磁石２５近傍に設けられている開口２６を通り第６連絡路１９を経て貯蔵タンク７０に進入する。そして、副路部１３を通る空気のうち窒素分子は磁石２５に反発して磁石２５から離れた位置に進み、磁石２５から離れた位置の開口２４を通り第５連絡路１８を経てマフラーに進入して外界に排出される。
【００６３】
本実施例の吸気装置では、分離手段２として磁気分離により酸素と窒素とを分離するものを用いており、膜構造で空気を濾過していないために、分離手段２に起因する圧損がより小さくなる利点がある。さらに、貯蔵タンク７０を持つことで、実施例４のものと同様に優れた加速への応答性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１の吸気装置を模式的に表す図である。
【図２】実施例２の吸気装置を模式的に表す図である。
【図３】実施例３の吸気装置を模式的に表す図である。
【図４】実施例４の吸気装置を模式的に表す図である。
【図５】実施例５の吸気装置を模式的に表す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１：吸気流路部  ２：分離手段  ３：送気手段  ４：駆動手段  ５：内燃機関  １２：主路部  １３：副路部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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