(57)【要約】【課題】コンパクトで十分な量の酸素富化空気が得られ、コストアップを抑制可能なレシプロ式内燃機関に最適な気体富化装置を提供する。【解決手段】酸素富化用バルブ２２を介して燃焼用シリンダ４と連通可能な連通路２３に窒素吸着剤２４を設け、コースト時に、圧縮行程で酸素富化用バルブ２２を開弁してシリンダ４内の空気を窒素吸着剤２４に導入して窒素を吸着させ、酸素富化空気タンク１１に酸素富化空気を溜める。膨張行程で、窒素吸着剤に吸着した窒素を脱離してシリンダ４内に導き、排気行程で酸素富化用バルブ２２を閉じ、排気バルブ１９を開弁して排出する。【選択図】図３
2007218093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の酸素及び窒素のいずれか一方の気体を吸着・脱離可能な吸着剤と、
空気の吸入吐出動作を行う富化空気生成用シリンダ内のピストン往復動による圧力変化に基づいて、前記シリンダと連通可能な連通路に介装した前記吸着剤に前記シリンダ内の正圧を作用させて前記一方の気体を吸着させ、前記吸着剤に前記シリンダ内の負圧を作用させて吸着気体を脱離させる圧力調整手段とを備え、
前記圧力調整手段により、前記吸着剤の吸着・脱離を制御して、吸入空気に比べて吸着気体濃度が異なる空気を生成して所望の富化空気を得る構成としたことを特徴とする内燃機関の気体富化装置。
【請求項２】
前記圧力調整手段は、吸気バルブ、吐出バルブ及びピストンを備え富化空気生成のための空気を吸入する前記富化生成用シリンダと、前記連通路に設けられて前記シリンダ内の吸入空気の前記吸着剤への導入を制御する制御バルブとを備え、該制御バルブを前記ピストンの圧縮・膨張行程で開弁して前記一方の気体の吸着・脱離を行う構成としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項３】
前記富化空気生成用シリンダは、レシプロ式内燃機関の燃焼に用いるシリンダとは別に設ける構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項４】
前記富化空気生成用シリンダのピストン機構は、前記レシプロ式内燃機関のクランク軸を共用する構成としたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項５】
前記富化空気生成用シリンダのカム機構は、前記レシプロ式内燃機関のカム軸を共用する構成としたことを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項６】
前記富化空気生成用シリンダは、前記レシプロ式内燃機関の燃焼に用いるシリンダを共用する構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項７】
コースト時に、前記圧力調整手段を動作させて前記富化空気を生成する構成としたことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項８】
前記富化空気を貯蔵する富化空気貯蔵タンクを備える構成としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項９】
前記富化空気貯蔵タンクは、当該富化空気貯蔵タンク内の富化空気残量を検知する残量検知手段と、前記富化空気貯蔵タンク内の富化空気を大気に放出する大気放出手段とを備え、前記残量検知手段により富化空気残量が所定値を越えたことが検知された時に、前記大気放出手段により前記富化空気貯蔵タンク内の富化空気の一部を大気へ放出する構成としたことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１０】
前記富化空気が、酸素富化空気であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１１】
前記吸着剤が窒素を吸着・脱離する構成であるとき、前記吸着剤に前記正圧を作用させたときに得られる吸着剤通過気体を前記酸素富化空気として得ると共に、前記吸着剤に前記負圧を作用したときに得られる前記富化空気生成用シリンダ内の空気を前記吐出バルブを開弁して排出する構成としたことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１２】
前記富化空気生成用シリンダがレシプロ式内燃機関の燃焼に用いるシリンダであるとき、該燃焼用シリンダの排気バルブを前記吐出バルブとして用いる構成としたことを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１３】
前記富化空気が、酸素富化空気と窒素富化空気である請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１４】
前記富化空気生成用シリンダがレシプロ式内燃機関の燃焼に用いるシリンダと別であって、前記吸着剤が窒素を吸着・脱離する構成であるとき、前記吸着剤に前記正圧を作用させたときに得られる吸着剤通過気体を前記酸素富化空気として得ると共に、前記吸着剤に前記負圧を作用したときに得られる前記富化空気生成用シリンダ内の空気を前記吐出バルブを開弁して前記窒素富化空気として得る構成としたことを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１５】
前記富化空気生成用シリンダがレシプロ式内燃機関の燃焼に用いるシリンダであって、前記吸着剤が窒素を吸着・脱離する構成であるとき、前記燃焼用シリンダに前記吐出バルブを設け、前記吸着剤に前記正圧を作用させたときに得られる吸着剤通過気体を前記酸素富化空気として得ると共に、前記吸着剤に前記負圧を作用したときに得られる前記燃焼用シリンダ内の空気を前記吐出バルブを開弁して前記窒素富化空気として得る構成としたことを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１６】
前記ピストンの圧縮・膨張行程で前記制御バルブを開弁し、前記ピストンの排気行程で前記吐出バルブを開弁する構成としたことを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１７】
富化空気生成時は、前記排気バルブを閉弁状態とする構成としたことを特徴とするを請求項１６に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１８】
主燃焼室と、該主燃焼室の上方に当該主燃焼室と噴孔を介して連通する副燃焼室とを有し、該副燃焼室内に点火手段を配置し、該点火手段で副燃焼室内の燃料に点火して前記噴孔から燃料トーチを噴出し主燃焼室内の混合気を燃焼させる副室式内燃機関の前記副燃焼室内に、生成した前記富化空気を供給する構成としたことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１つに記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項１９】
前記副燃焼室内に供給可能な富化空気が、酸素富化空気であるとき、機関低負荷時に前記酸素富化空気を前記副燃焼室内に供給する構成としたことを特徴とする請求項１８に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項２０】
前記副燃焼室内に供給可能な富化空気が、酸素富化空気と窒素富化空気であるとき、機関負荷状態に応じて前記副燃焼室内へ供給する富化空気を切替え、機関低負荷時に前記酸素富化空気を前記副燃焼室内に供給し、機関高負荷時に前記窒素富化空気を前記副燃焼室内に供給する構成としたことを特徴とする請求項１８に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項２１】
前記酸素富化空気の供給量を、機関負荷が高くなるにつれて少なくする構成としたことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の内燃機関の気体富化装置。
【請求項２２】
前記窒素富化空気の供給量を、機関負荷が低くなるにつれて少なくする構成としたことを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関の気体富化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気体富化装置に関し、特に、レシプロ式内燃機関に最適な気体富化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火花点火燃焼を行う内燃機関において、リーン燃焼を行うことで熱効率が向上することが知られている。一方、リーン燃焼を行うことで燃焼安定性が低下する。そのため、リーン燃焼において、確実に着火し、安定な燃焼を行うために酸素富化空気等を供給することが有効である。
従来、酸素富化空気を生成する装置としては、酸素分離膜又は窒素分離膜を用いることが一般的に行われており、内燃機関にこのような酸素富化空気生成装置を適用した例としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
特許文献１の技術は、過給機のコンプレッサを介装した通路に酸素生成膜を設け、酸素生成膜を通過した酸素富化空気を、エンジンに供給する構成である。
【特許文献１】特表平３−５０３１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような分離膜を用いた酸素富化空気生成装置を内燃機関に適用した場合、十分な量の酸素富化空気を得るには、装置の構造が複雑で大型化し、また、大幅なコストアップが避けられないという問題がある。
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、コンパクトで、且つ、コストアップを抑制できるレシプロ式内燃機関に最適な気体富化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】
【０００５】
このため、本発明の内燃機関の気体富化装置は、空気中の酸素及び窒素のいずれか一方の気体を吸着・脱離可能な吸着剤と、空気の吸入吐出動作を行う富化空気生成用シリンダ内のピストン往復動による圧力変化に基づいて、前記シリンダと連通可能な連通路に介装した前記吸着剤に前記シリンダ内の正圧を作用させて前記一方の気体を吸着させ、前記吸着剤に前記シリンダ内の負圧を作用させて吸着気体を脱離させる圧力調整手段とを備え、前記圧力調整手段により、前記吸着剤の吸着・脱離を制御して、吸入空気に比べて吸着気体濃度が異なる空気を生成して所望の富化空気を得る構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、シリンダ内のピストン往復動による圧力変化を利用して、シリンダで吸入した空気に含まれる気体（酸素又は窒素）の吸着剤による吸着・脱離を制御して、所望の富化空気を得る構成としたので、例えばレシプロ式内燃機関に適用する場合に、多少の変更を加える程度の構成で、十分な量の富化気体を生成することが可能となり、コンパクトな構成で且つコストアップが抑制できる気体富化装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る気体富化装置をレシプロ式内燃機関に適用した第１実施形態の概略構成図である。
図１において、図示しない吸気管を介して吸入された吸入空気は、コレクタ１から各吸気ポート２を介してエンジン３の各シリンダ４内に導入される。各シリンダ４内の排気は各排気ポート５及び排気管６を通り排気される。また、燃料タンク７内の燃料は燃料配管８に介装した燃料ポンプ９により各燃料噴射弁１０に供給され、各燃料噴射弁１０により各吸気ポート２へ噴射供給される。富化空気貯蔵タンクとしての酸素富化空気タンク１１に貯められた酸素富化空気は、ガス配管１２を通り各ガス噴射弁１３に供給され、各ガス噴射弁１３により各吸気ポート２へ噴射供給可能である。
【０００８】
図２及び図３は、本実施形態のエンジン３の詳細図である。
図において、エンジン３の各燃焼用シリンダ４は、シリンダヘッド１４、シリンダブロック１５及びピストン１６により構成される燃焼室１７を有し、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９を介して、吸気ポート２から吸入空気を導入し、排気ポート５から排気を排出する。
【０００９】
前記吸気バルブ１８，１９を駆動するカム軸２０の一方の端には、前記燃料ポンプ９が配置されている。尚、燃料ポンプ９は、電動式のフィードポンプを用いてもよく、燃料を加圧供給可能な構成であれば良い。吸気行程において燃焼室１７へと導かれた混合気は圧縮行程において燃焼室１７で高温高圧状態となる。そして、この混合気は、点火プラグ２１により点火され燃焼する。尚、燃料は直接燃焼室１７へ供給してもよい。また、混合気の着火手段は点火プラグに代えてグロープラグを用いてもよい。
【００１０】
そして、本実施形態は、富化空気として酸素富化空気を生成する構成であり、シリンダ４には、排気バルブ１９とカム軸を共用するカム機構により開閉制御される制御バルブとしての酸素富化用バルブ２２が設けられ、この酸素富化用バルブ２２を介してシリンダ４の燃焼室１７と連通可能な連通路２３がシリンダヘッド１４に形成されている。前記連通路２３は、前記酸素富化用バルブ２２が開弁したときに導入される燃焼室１７内の空気に含まれる窒素を吸着・脱離可能な窒素吸着剤２４が介装され、窒素吸着剤２４の下流側にチェック弁２５が介装されて前記酸素富化空気タンク１１に接続している。尚、前記窒素吸着剤２４は、例えばゼオライト等が考えられるが、同様の機能を有するものであればこれに限定しない。
【００１１】
前記酸素富化空気タンク１１には、酸素富化空気の残量をモニタリングする残量検知手段として圧力センサ２６と、酸素富化空気タンク１１の酸素富化空気を大気に開放する大気開放手段としての開放バルブ２７とが備えられ、前記圧力センサ２６が所定の圧力を超えたことを検出するとエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵとする）２８において酸素富化空気残量が所定値を越えたと判断しＥＣＵ２８からの指令信号により開放バルブ２７を開弁させて一部の酸素富化空気を大気開放するように制御される。尚、酸素富化空気残量をモニタリングする手段は本方式に限らない。
【００１２】
本実施形態は、富化空気生成用シリンダとしてレシプロ式内燃機関の燃焼用シリンダ４を共用する構成であり、排気バルブ１９を富化空気生成用シリンダの吐出バルブとして用いる。そして、本実施形態は、シリンダ４内のピストン往復動に基づく燃焼室１７内の圧力変化を、酸素富化用バルブ２２を開弁して窒素吸着剤２４に作用させて窒素吸着剤２４による窒素の吸着・脱離を制御して吸入空気に比べて吸着気体濃度が異なる空気を生成して所望の富化空気として酸素富化空気を得る構成である。ここで、吸気バルブ１８、排気バルブ１９（吐出バルブ）及びピストン１６を備えたシリンダ４と、酸素富化バルブ２２とを備えて圧力調整手段が構成される。
【００１３】
エンジン３は、ＥＣＵ２８により統合的に制御される。ＥＣＵ２８は、図示しないが、クランク角センサ信号、冷却水温、アクセル開度信号等が入力され、これらの信号に基づいてエンジン３の運転制御を実行する。バルブモード切替部２９は、ＥＣＵ２８からの指令により、エンジン運転状態が通常運転の場合は、ロストモーション機構を動作させて酸素富化用バルブ２２を閉弁状態に保持し、コースト時は酸素富化空気生成動作を実行すべく、ロストモーション機構を解除して酸素富化バルブ２２を開閉動作させる。
【００１４】
次に、本実施形態の動作を説明する。
エンジン３の通常運転時では、バルブモード切替部２９によりロストモーション機構を動作させて酸素富化用バルブ２２を閉弁状態に保持する。この状態において、図４に示すようなバルブタイミングで吸気バルブ１８と排気バルブ１９が動作する。これにより、吸気行程において吸気バルブ１８の開弁により吸気ポート２から燃焼室１７に混合気が導入され、圧縮行程において燃焼室１７内の混合気が高温高圧状態となり、点火プラグ２５により混合気を点火燃焼し、排気行程において排気バルブ１９の開弁により排気が排気ポート５から排気される。
【００１５】
一方、コースト時では、バルブモード切替部２９によりロストモーション機構を解除して酸素富化用バルブ２２を開閉駆動可能な状態にする。この状態において、図５に示すようなバルブタイミングで吸気バルブ１８、排気バルブ１９及び酸素富化用バルブ２２が動作する。即ち、吸気行程において吸気バルブ１８の開弁により吸気ポート２から燃焼室１７に吸入空気が導入される。圧縮行程において酸素富化用バルブ２２が開弁し、燃焼室１７内の空気が連通路２３を介して窒素吸着剤２４へ導かれる。空気が窒素吸着剤２４を通過する際、酸素は窒素吸着剤２４を通過するのに対し窒素は窒素吸着剤２４でトラップされる。このため、窒素吸着剤２４通過後の空気は、吸入空気に比べて酸素濃度の高い酸素富化空気となる。この酸素富化空気は、チェック弁２５を通って酸素富化空気タンク１１に蓄えられる。次の膨張行程においては、酸素富化用バルブ２２以外は閉じているため燃焼室１７内の圧力は低下し、窒素吸着剤２４に吸着された窒素が脱離して燃焼室１７内は窒素富化空気で満たされる。この窒素富化空気は、排気行程で排気バルブ１９が開弁することにより排気ポート５から排気される。
【００１６】
酸素富化空気タンク１１内に蓄えられた酸素富化空気は、エンジン低負荷時にＥＣＵ２８により制御されるガス噴射弁１３から吸気ポート２に噴射供給し、図６に示すように、エンジン負荷が高くなるにつれて少なくするように噴射供給する。これにより、リーン燃焼限界が拡大しエンジン効率を大幅に向上可能となる。
かかる本実施形態の構成によれば、ピストン１６の往復動によるシリンダ４内の圧力変化を利用して窒素吸着剤２４における窒素の吸着・脱離を制御して酸素富化空気を得ることができるので、レシプロ式内燃機関に多少の構成を付加するだけで、十分な酸素富化空気を生成できる。特に、レシプロ式内燃機関に搭載する場合、燃焼用シリンダやクランク軸或いはカム軸等を共用することでコンパクト且つ低コストな気体富化装置とすることができる。また、エンジン３の燃焼用シリンダ４を共用するので、高速で酸素富化空気を生成できると共に、コースト時に通常仕事を行っていないシリンダを利用して富化空気を生成するので、機関効率を悪化させることがない。更に、生成した酸素富化空気をタンク１１に貯蔵するので、任意のタイミングで酸素富化空気を供給することができる。更にまた、酸素富化空気タンク１１の残量を監視してタンク１１内の気体量が過剰にならないように制御しているので、酸素富化空気タンク１１や周辺部品の破損を回避できる。
【００１７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図７は、レシプロ式内燃機関に適用した第２実施形態の概略構成図、図８は本実施形態のエンジンの詳細図、図９は上方から見た場合のエンジンの詳細図である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
図７〜図９において、本実施形態は、副室式内燃機関に適用したものであり、燃焼室（主燃焼室）１７の上方に、当該主燃焼室１７と噴孔３１を介して連通する副燃焼室３２が形成されている。この副燃焼室３２には、点火プラグ２１、副燃焼室３２に燃料を噴射供給する副室用燃料噴射弁３３及び酸素富化空気と窒素富化空気を切替え噴射供給可能なガス噴射弁１３が配置されている。ガス噴射弁１３は、図７に示すように、ガス配管１２に介装した切替え弁３４により酸素富化空気タンク１１と窒素富化空気タンク３５にそれぞれ切替え接続可能である。
【００１８】
また、主燃焼室１７に、排気バルブ１９及び酸素富化用バルブ２２とカム軸を共用するカム機構により開閉制御される吐出バルブとして窒素富化用バルブ３６が形成されている。この窒素富化用バルブ３６を介してシリンダ４の主燃焼室１７と連通可能な連通路３７がシリンダヘッド１４に形成され、当該連通路３７は、チェック弁３８を介して富化空気貯蔵タンクである前記窒素富化空気タンク３５に接続している。
【００１９】
前記窒素富化空気タンク３５には、窒素富化空気の残量をモニタリングする残量検知手段として圧力センサ４０と、窒素富化空気タンク３５の窒素富化空気を大気に開放する大気開放手段としての開放バルブ４１とが備えられ、酸素富化空気タンク１１と同様にして、圧力センサ４０により窒素富化空気残量を監視し、窒素富化空気タンク３５内が所定圧力を超えた場合には、ＥＣＵ２８からの制御により開放バルブ４１を開弁させて一部の窒素富化空気が大気開放できるようになっている。
【００２０】
また、本実施形態のバルブモード切替部２９は、ＥＣＵ２８からの指令により、エンジン運転状態が通常運転の場合は、ロストモーション機構を動作させて酸素富化用バルブ２２及び窒素富化用バルブ３６を閉弁状態に保持し、コースト時は酸素及び窒素の各富化空気生成動作を実行すべく、ロストモーション機構を解除して酸素富化用バルブ２２及び窒素富化用バルブ３６をそれぞれ開閉動作させると同時に排気バルブ１９をロストモーション機構により閉弁状態に保持する。
【００２１】
次に、第２実施形態の動作を説明する。
エンジン３の通常運転時では、バルブモード切替部２９によりロストモーション機構を動作させて酸素富化用バルブ２２及び窒素富化用バルブ３６を閉弁状態に保持し、この状態で、第１実施形態と同様に図４に示すバルブタイミングで吸気バルブ１８と排気バルブ１９が動作する。吸気行程において吸気バルブ１８の開弁により吸気ポート２から主燃焼室１７に混合気が導入され、圧縮行程において主燃焼室１７内の混合気は、噴孔３１を介して副燃焼室３２へ導入され、点火プラグ２５により点火燃焼される。副燃焼室３２で燃焼した火炎は、噴孔３１から主燃焼室１７へと放射され、主燃焼室１７内の混合気を着火、燃焼させる。その後、排気行程において排気バルブ１９の開弁により排気が排気ポート５から排気される。
【００２２】
一方、コースト時では、バルブモード切替部２９によりロストモーション機構を解除して酸素富化用バルブ２２及び窒素富化用バルブ３６を開閉駆動可能な状態にすると同時に、排気バルブ１９をロストモーション機構により閉弁状態とする。この状態において、図１０に示すようなバルブタイミングで吸気バルブ１８、酸素富化用バルブ２２及び窒素富化用バルブ３６を動作させる。これにより、吸気行程において吸気バルブ１８の開弁により吸気ポート２から主燃焼室１７に吸入空気が導入され、圧縮行程において酸素富化用バルブ２２が開弁して主燃焼室１７内の空気が窒素吸着剤２４へ導かれ、第１実施形態と同様にして酸素富化空気タンク１１に蓄えられる。次の膨張行程においては、酸素富化用バルブ２２以外は閉じているため主燃焼室１７内の圧力は低下し、窒素吸着剤２４に吸着された窒素が脱離して主燃焼室１７内は窒素富化空気で満たされる。そして、この窒素富化空気は、排気行程で窒素富化バルブ３６の開弁により連通路３７に導入され、窒素富化空気タンク３５内に蓄えられる。
【００２３】
酸素富化空気と窒素富化空気の供給は、エンジン低負荷時ではガス噴射弁１３が酸素富化空気タンク１１側に接続するよう、ＥＣＵ２８により切替え弁３４を切替え制御し、酸素富化空気をガス噴射弁１３から副燃焼室３２内に噴射供給する。そして、第１実施形態と同様に図６のように、エンジン負荷が高くなるにつれて少なくするように噴射供給する。これにより、リーン燃焼限界が拡大しエンジン効率を大幅に向上可能となる。即ち、副燃焼室３２の噴孔３１から噴出されるトーチ火炎が強力となり、主燃焼室１７内の混合気を燃焼することができる。また、負荷の増大に伴って酸素富化空気量を減量することにより、酸素富化空気の消費を抑制できる。
【００２４】
エンジン高負荷時ではガス噴射弁１３が窒素富化空気タンク３５側に接続するよう、ＥＣＵ２８により切替え弁３４を切替え制御し、窒素富化空気をガス噴射弁１３から副燃焼室３２内に噴射供給する。この場合、図１１に示すように、エンジン負荷が低くなるにつれて少なくするように噴射供給する。副室燃焼において、高負荷時は燃焼速度が速すぎるため燃焼振動が問題となっているが、本実施形態のように窒素富化空気を供給することで燃焼速度が低下し、燃焼振動問題が解決できる。即ち、副燃焼室３２の噴孔３１から噴出されるトーチ火炎が弱まることにより、主燃焼室１７の燃焼速度がそれほど速くならず、振動問題が解決できる。
【００２５】
かかる第２実施形態の構成によれば、燃焼安定性が必要である副室式内燃機関で安定した燃焼を得ることができる。また、窒素富化空気を生成することで、吸着剤２４で吸着した気体を無駄にすることなく使用できる。
次に、図１２及び図１３に本発明に係る気体富化装置の第３実施形態を示す。
この第３実施形態は、酸素富化空気及び窒素富化空気の生成装置を、レシプロ式内燃機関のエンジンとは別に設ける構成である。
【００２６】
図において、気体富化装置６０を、エンジン５０とは別に設けられている。前記気体富化装置６０のシリンダ６１には、吸入空気を取り入れるための吸気バルブ６２、酸素富化用バルブ６３、窒素富化用バルブ６４が設けられる。前記吸気バルブ６２、酸素富化用バルブ６３及び窒素富化用バルブ６４は、エンジン５０のカム軸５１を共用する構成である。また、気体富化装置６０のシリンダ６１内のピストン６５も、エンジン５０の各シリンダ５２内のピストン５３とクランク軸５４を共用する構成である。図中、５５は吸気バルブを示し、５６は排気バルブを示す。
【００２７】
尚、図示しないが、気体富化装置６０は、第２実施形態と同様に、シリンダ６１に酸素富化用バルブ６３及び窒素富化用バルブ６４を介して各連通路２３，３７が接続し、酸素富化空気タンク１１及び窒素富化空気タンク３５にそれぞれ酸素富化空気及び窒素富化空気が貯蔵できる構成となっている。
かかる第３実施形態によれば、エンジン５０の運転状態とは関係なく、コースト時だけでなく常に富化空気の生成が可能となり、多くの酸素富化空気及び窒素富化空気を生成できる。また、エンジン５０のカム軸５１やクランク軸５４を共用することで、コストの増大を抑制できる。
【００２８】
尚、第３実施形態では、酸素富化空気と窒素富化空気の両方を生成する構成であるが、窒素富化用バルブに代えて排気バルブを設けて酸素富化空気だけを生成する構成としてもよいことは言うまでもない。
また、上記第１実施形態において、窒素吸着剤に代えて酸素吸着剤を利用して同様の原理で、窒素富化空気のみ或いは窒素富化空気と酸素富化空気の両方を得るような構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る気体富化装置の第１実施形態の概略構成図
【図２】図１のエンジンの詳細図
【図３】上方から見た場合の図１のエンジンの詳細図
【図４】通常運転時のバルブタイミングを示す図
【図５】コースト時のバルブタイミングを示す図
【図６】第１実施形態のエンジン運転状態と酸素富化空気供給量との関係を示す図
【図７】本発明に係る気体富化装置の第２実施形態の概略構成図
【図８】図７のエンジンの詳細図
【図９】上方から見た場合の図７のエンジンの詳細図
【図１０】第２実施形態のコースト時のバルブタイミングを示す図
【図１１】第２実施形態のエンジン運転状態と窒素富化空気供給量との関係を示す図
【図１２】本発明に係る気体富化装置の第３実施形態の上方から見た概略構成図
【図１３】第３実施形態の側面から見た場合の概略構成図
【符号の説明】
【００３０】
３，５０    エンジン
４，６１    シリンダ
９    ガス配管
１１    酸素富化空気タンク
１３    ガス噴射弁
１６，６５    ピストン
１７    燃焼室（主燃焼室）
１８，６２    吸気バルブ
１９    排気バルブ（吐出バルブ）
２０，５１    カム軸
２２，６３    酸素富化用バルブ
２３，３７    連通路
２４    窒素吸着剤
２５，３８    チェック弁
２６，４０    圧力センサ
２７，４１    開放バルブ
２８    エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２９    バルブモード切替部
３１    噴孔
３２    副燃焼室
３４    切替え弁
３５    窒素富化空気タンク
３６，６４    窒素富化用バルブ
５４    クランク軸
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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