内燃机的气体供给装置及其控制方法制造方法及图纸

一种内燃机的气体供给装置及其控制方法，该气体供给装置具备富氧膜模块(48)、泵部(62)以及电子控制单元(70)。电子控制单元(70)执行富氧化控制和富氮化控制，所述富氧化控制是如下控制：驱动泵部(62)来使从第二空间通过富氧膜(48b)向第一空间供给的氧浓度升高为比大气的氧浓度高的空气与流入第一空间的大气合流并将其向汽缸(22)的燃烧室供给，所述富氮化控制是如下控制：驱动泵部(62)来使得从第一空间通过富氧膜(48b)向第二空间排出氧浓度升高为比大气的氧浓度高的空气并且在第一空间生成氧浓度升高为比大气的氮浓度高的空气，将该氮浓度升高后的空气向燃烧室供给。

【技术实现步骤摘要】
内燃机的气体供给装置及其控制方法
本专利技术涉及一种内燃机的气体供给装置，所述内燃机的气体供给装置将大气(空气)改质成“氧浓度比大气的氧浓度高的富氧空气”或“氧浓度比大气的氧浓度低的富氮空气”，并将该改质后的空气向燃烧室供给。
技术介绍
例如像在日本特开2016-166602中记载的那样，以往已知的这种内燃机的气体供给装置之一(以下，称为“以往装置”)具备增压器(涡轮增压器)、气体分离装置、第一气体储存装置、第二气体储存装置、第一气门、第二气门以及第三气门。气体分离装置具有将由增压器的压缩机加压后的大气(压缩空气)分离成富氧空气和富氮空气的膜构造(富氧膜)。第一气体储存装置储存通过气体分离装置分离出的富氧空气。第一气门控制从第一气体储存装置向燃烧室供给的富氧空气的量。第二气体储存装置储存通过气体分离装置分离出的富氮空气。第二气门控制从第二气体储存装置向燃烧室供给的富氮空气的量。第三气门控制从压缩机不通过气体分离装置地向燃烧室供给的压缩空气的量。
技术实现思路
为了使用富氧膜将大气分成富氧空气和富氮空气，需要使得在以富氧膜为界而划分出的两个空间之间产生压力差(以下，称为“膜差压”)。以往装置通过向该两个空间中的一方的空间导入“由增压器加压后的大气”来产生膜差压。然而，在内燃机在“增压器实质上无法进行增压(大气的压缩·加压)的非增压区域”中运转的情况下，以往装置无法产生足够大小的膜差压。即，在内燃机在非增压区域中运转的情况下，以往装置无法向燃烧室供给富氧空气或富氮空气。本专利技术是鉴于上述的问题而做出的专利技术。即，本专利技术提供一种内燃机的气体供给装置(以下，也称为“本专利技术装置”)及其控制方法，所述内燃机的气体供给装置能够不依赖于内燃机的运转状态地将大气改质成“富氧空气或富氮空气”，并且能够将该改质后的空气向燃烧室内供给。因此，根据本专利技术的一个观点，提供一种具备富氧膜模块、第一管部、第二管部、泵部以及电子控制单元的内燃机的气体供给装置。所述富氧膜模块具有壳体和富氧膜，并且该壳体内的空间通过该富氧膜分成第一空间和第二空间。所述第一管部构成第一空气通路，所述第一空气通路具有大气能够流入的一端、和与所述第一空间连通的另一端。所述第二管部构成第二空气通路，所述第二空气通路具有与所述第一空间连通的一端、和与内燃机的燃烧室连通的另一端。所述泵部构成为通过向所述第二空间供给高压的大气来使所述第二空间的压力增加，并且构成为通过使所述第二空间的空气从该第二空间向所述壳体的外部排出来使所述第二空间的压力减小。所述电子控制单元被构成为：即，(i)控制所述泵部的驱动状态，(ii)驱动所述泵部来向所述第二空间供给所述高压的大气以使得所述第二空间的压力增加，从而从所述第二空间通过所述富氧膜向所述第一空间供给空气，该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高，(iii)执行如下富氧化控制：使被供给到该第一空间的空气与通过所述第一空气通路而流入所述第一空间的大气合流，并通过所述第二空气通路向所述燃烧室供给，该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高，以及(iv)执行如下富氮化控制：驱动所述泵部来使所述第二空间的空气从该第二空间向所述壳体的外部排出以使得该第二空间的压力减小，从而从所述第一空间通过所述富氧膜向所述第二空间排出空气，在此该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高，并在该第一空间生成空气，在此该空气的氮浓度升高为比大气的氮浓度高，使该氮浓度升高后的空气通过所述第二空气通路向所述燃烧室供给。根据本专利技术的另一观点，提供一种内燃机的气体供给装置的控制方法。该气体供给装置具有富氧膜模块、第一管部、第二管部以及泵部。所述富氧膜模块具有壳体和富氧膜。该壳体内的空间通过该富氧膜分成第一空间和第二空间。所述第一管部构成第一空气通路，所述第一空气通路具有大气能够流入的一端、和与所述第一空间连通的另一端。所述第二管部构成第二空气通路，所述第二空气通路具有与所述第一空间连通的一端、和与内燃机的燃烧室连通的另一端。所述泵部构成为通过向所述第二空间供给高压的大气来使所述第二空间的压力增加，并且构成为通过使所述第二空间的空气从该第二空间向所述壳体的外部排出来使所述第二空间的压力减小。并且，所述气体供给装置的控制方法执行以下控制。即，(i)控制所述泵部的驱动状态，(ii)驱动所述泵部来向所述第二空间供给所述高压的大气以使得所述第二空间的压力增加，从而从所述第二空间通过所述富氧膜向所述第一空间供给空气，该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高，(iii)执行如下富氧化控制：使被供给到该第一空间的空气与通过所述第一空气通路而流入所述第一空间的大气合流，并通过所述第二空气通路向所述燃烧室供给，该空气的氧浓度升高为比向所述第一空间供给的大气的氧浓度高，以及(iv)执行如下富氮化控制：驱动所述泵部来使所述第二空间的空气从该第二空间向所述壳体的外部排出以使得该第二空间的压力减小，从而从所述第一空间通过所述富氧膜向所述第二空间排出空气，在此该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高，并在该第一空间生成空气，在此该空气的氮浓度升高为比大气的氮浓度高，该氮浓度升高后的空气通过所述第二空气通路向所述燃烧室供给。根据上述那样的气体供给装置及其控制方法，在执行富氧化控制时，驱动泵部来向第二空间供给高压的大气以使得第二空间的压力增加，从而在第一空间与第二空间之间产生通过富氧膜向第一空间流入氧浓度升高为比大气的氧浓度高的空气所需要的压力差(膜差压)。在执行富氮化控制时，驱动泵部来使第二空间的空气从第二空间向壳体的外部排出以使得第二空间的压力减小，从而使得在第一空间与第二空间之间产生了为了通过富氧膜向第二空间排出氧浓度升高为比大气的氧浓度高的空气而需要的压力差(膜差压)。因此，即使内燃机处于非增压区域，也能够通过驱动泵部来向燃烧室供给富氧空气和富氮空气。另外，在本专利技术的气体供给装置中，所述壳体可以具有第一连通孔和第二连通孔。该第一连通孔可以将所述第一空间与所述第一空气通路的所述另一端连通。该第二连通孔可以将所述第一空间与所述第二空气通路的所述一端连通。并且，所述第一连通孔和所述第二连通孔可以设置于彼此相对的位置。所述第一管部可以以使得所述第一空气通路的所述另一端与所述第一连通孔连通的方式连接于所述壳体。所述第二管部可以以使得所述第二空气通路的所述一端与所述第二连通孔连通的方式连接于所述壳体。根据上述那样的气体供给装置，上述第一连通孔和上述第二连通孔形成于彼此相对的位置。因此，朝向燃烧室通过富氧膜模块的大气与富氧膜接触的面积大、或者接触的时间长。因此，能够高效地将朝向燃烧室通过富氧膜模块的大气改质成富氧空气或富氮空气。另外，本专利技术装置的气体供给装置也可以具备止回阀，所述止回阀构成为，在所述第二空间的压力成为预定开阀压力以上时开阀，从而使所述第二空间的空气向所述壳体的外部排出。根据上述那样的气体供给装置，在第二空间的压力成为预定开阀压力以上时止回阀开阀，第二空间的空气向外部排出。因此，能够降低第二空间的空气中的氧的分压变得过小的可能性，因此，能够充分地实现向富氧空气的改质。另外，本专利技术装置的气体供给装置也可以具备第三管部和第四管部，所述第三管部构成第三空气通路，该第三空气通路的一端连接于所述泵部，所述第四管部构成通过所述止本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃机的气体供给装置，包括：富氧膜模块，其具有壳体和富氧膜，该壳体内的空间通过该富氧膜分成第一空间和第二空间；第一管部，其构成第一空气通路，所述第一空气通路具有大气能够流入的一端、和与所述第一空间连通的另一端；第二管部，其构成第二空气通路，所述第二空气通路具有与所述第一空间连通的一端、和与内燃机的燃烧室连通的另一端；以及泵部，其构成为通过向所述第二空间供给高压的大气来使所述第二空间的压力增加，并且构成为通过使所述第二空间的空气从该第二空间向所述壳体的外部排出来使所述第二空间的压力减小，所述气体供给装置的特征在于，还具备电子控制单元，所述电子控制单元被构成为：(i)控制所述泵部的驱动状态；(ii)驱动所述泵部来向所述第二空间供给所述高压的大气以使得所述第二空间的压力增加，从而从所述第二空间通过所述富氧膜向所述第一空间供给空气，该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高；(iii)执行如下富氧化控制：使被供给到该第一空间的空气与通过所述第一空气通路而流入所述第一空间的大气合流，并通过所述第二空气通路向所述燃烧室供给，该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高；以及，(iv)执行如下富氮化控制：驱动所述泵部来使所述第二空间的空气从该第二空间向所述壳体的外部排出以使得该第二空间的压力减小，从而从所述第一空间通过所述富氧膜向所述第二空间排出空气，在此该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高，并在该第一空间生成空气，在此该空气的氮浓度升高为比大气的氮浓度高，使该氮浓度升高后的空气通过所述第二空气通路向所述燃烧室供给。...

【技术特征摘要】
2017.05.19 JP 2017-1001141.一种内燃机的气体供给装置，包括：富氧膜模块，其具有壳体和富氧膜，该壳体内的空间通过该富氧膜分成第一空间和第二空间；第一管部，其构成第一空气通路，所述第一空气通路具有大气能够流入的一端、和与所述第一空间连通的另一端；第二管部，其构成第二空气通路，所述第二空气通路具有与所述第一空间连通的一端、和与内燃机的燃烧室连通的另一端；以及泵部，其构成为通过向所述第二空间供给高压的大气来使所述第二空间的压力增加，并且构成为通过使所述第二空间的空气从该第二空间向所述壳体的外部排出来使所述第二空间的压力减小，所述气体供给装置的特征在于，还具备电子控制单元，所述电子控制单元被构成为：(i)控制所述泵部的驱动状态；(ii)驱动所述泵部来向所述第二空间供给所述高压的大气以使得所述第二空间的压力增加，从而从所述第二空间通过所述富氧膜向所述第一空间供给空气，该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高；(iii)执行如下富氧化控制：使被供给到该第一空间的空气与通过所述第一空气通路而流入所述第一空间的大气合流，并通过所述第二空气通路向所述燃烧室供给，该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高；以及，(iv)执行如下富氮化控制：驱动所述泵部来使所述第二空间的空气从该第二空间向所述壳体的外部排出以使得该第二空间的压力减小，从而从所述第一空间通过所述富氧膜向所述第二空间排出空气，在此该空气的氧浓度升高为比大气的氧浓度高，并在该第一空间生成空气，在此该空气的氮浓度升高为比大气的氮浓度高，使该氮浓度升高后的空气通过所述第二空气通路向所述燃烧室供给。2.根据权利要求1所述的内燃机的气体供给装置，其特征在于，所述壳体具有第一连通孔和第二连通孔，该第一连通孔将所述第一空间与所述第一空气通路的所述另一端连通，该第二连通孔将所述第一空间与所述第二空气通路的所述一端连通，并且，所述第一连通孔和所述第二连通孔设置于彼此相对的位置，所述第一管部以使得所述第一空气通路的所述另一端与所述第一连通孔连通的方式连接于所述壳体，并且所述第二管部以使得所述第二空气通路的所述一端与所述第二连通孔连通的方式连接于所述壳体。3.根据权利要求2所述的内燃机的气体供给装置，其特征在于，所述气体供给装置还具备止回阀，所述止回阀构成为，在所述第二空间的压力成为预定开阀压力以上时开阀，从而使所述第二空间的空气向所述壳体的外部排出。4.根据权利要求3所述的内燃机的气体供给装置，其特征在于，所述气体供给装置还具备：第三管部，其构成第三空气通路，该第三空气通路的一端连接于所述泵部；和第四管部，其构成通过所述止回阀来开闭的第四空气通路，所述壳体具备第三连通孔和第四连通孔，所述第三连通孔将所述第二空间与所述第三空气通路连通，所述第四连通孔将所述第二空间与所述第四空气通路连通，并且，所述第三连通孔和所述第四连通孔设置于彼此相对的位置，所述第三管部以使得所述第三空气通路的另一端与所述第三连通孔连通的方式连接于所述壳体，并且所述第四管部以使得所述第四空气通路与所述第四连通孔连通的方式连接于所述壳体。5.根据权利要求4所述的内燃机的气体供给装置，其特征在于，所述富氧膜是两端面开放的中空的筒状，配设成将所述第一连通孔与所述第二连通孔连接，所述富氧膜的内侧的空间构成所述第一空间，并且所述壳体内的空间中的所述第一空间以外的空间构成所述第二空间，并且，在所述壳体，以使得将所述第三连通孔与所述第四连通孔连结的方向成为与下述面平行的方向的方式，设置所述第一连通孔、所述第二连通孔、所述第三连通孔以及所述第四连通孔，所述面是和将所述第一连通孔与所述第二连通孔连结的方向正交的面。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：菊地和希，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP