JP2002155810A - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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JP2002155810A
JP2002155810A JP2000357221A JP2000357221A JP2002155810A JP 2002155810 A JP2002155810 A JP 2002155810A JP 2000357221 A JP2000357221 A JP 2000357221A JP 2000357221 A JP2000357221 A JP 2000357221A JP 2002155810 A JP2002155810 A JP 2002155810A
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internal combustion
combustion engine
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injection valve
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睦雄 野澤
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の内燃機関は、排気ガスに有害な窒素酸
化物、炭酸ガスを含有する。熱効率が悪い。エマルジョ
ン化燃料を使用する方法では水の添加量が制約され、燃
焼室内の温度を少し下げることが出きるが十分ではな
い。 【解決手段】 燃焼室内に水を噴霧し燃焼ガスに含まれ
る熱エネルギーにより気化させる。燃料と酸化剤を噴射
弁を介して直接燃焼室内に吹き込む。また酸化剤は窒素
を含まないものとする。水素を燃料とすることにより排
気ガスは炭酸ガスを含まないものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明が属する技術分野】本発明は出力が大であり、排
気ガスに含まれる有害物質を減少させる内燃機関の改良
に関する。
【従来の技術】従来の内燃機関は、空気と燃料との混合
気を燃焼室内に取り入れて圧縮し、電気の火花により点
火して燃焼させるガソリンエンジンか、シリンダ内に取
り入れた空気を圧縮しその中に燃料を噴射して着火させ
るジーゼルエンジン、ジーゼルエンジンと同様に圧縮さ
れた空気にガソリンを噴霧するガソリン直噴エンジンが
主なものである。内燃機関の燃焼に水を使う方法とし
て、燃料に水を混合させエマルジョン化して燃焼させる
方法がある。
【発明が解決しようとする課題】これらの従来の内燃機
関には、空気に含まれる窒素が圧縮され燃料の燃焼に伴
う高温に曝されるため、大気中に放出すると有害な物質
である窒素酸化物を発生するという基本的問題があっ
た。またエンジンの働きに作用しない空気中の窒素を燃
焼室内に取り入れ排出するため吸排気弁の面積、ならび
に燃焼室に空気を取り入れる管路の断面積を大きくする
必要があり不都合であった。さらに空気を圧縮するため
に圧縮行程を設ける必要があり、いわゆる4サイクルエ
ンジンとせざるを得なかった。これは同一の大きさのエ
ンジンでは、2サイクルエンジンに比べ出力が低下す
る。また2サイクルエンジンは燃焼熱の発生時間間隔が
短いため、シリンダとピストン間の潤滑に支障を来たし
やすく、燃料に潤滑油を添加せざるを得なかった。その
ため潤滑油が燃焼し、排気ガスの油煙を増加させる欠点
があった。燃焼により生じたガスは高温のまま排出さ
れ、燃料の持っていたエネルギの変換効率が悪かった。
内燃機関の燃焼に水を混合させエマルジョン化して燃焼
させる方法は、燃料そのものに水が加えられるため、燃
料に着火可能な水の添加量が制限される欠点があった。
この排気ガスに含まれる有害物質に対する改善策とし
て、フィルタや触媒により有害物質を吸着回収する方法
がある。しかし触媒が高価であること、また完全に有害
物質を除去する事は困難であるという欠点があった。ま
た排気ガスに含まれるエネルギーは、ターボチャージャ
の駆動等に用いられているが、その保有するエネルギー
を十分に回収利用するには至っていない。従来の内燃機
関は炭素を含有する燃料を使用することが多く、地球温
暖化ガスである炭酸ガスを排出する問題があった。水素
を燃料とする内燃機関においても窒素酸化物を排出する
という問題が避けられなかった。
【課題を解決するための手段】内燃機関に直接水を吹き
込む。燃焼室内に水を噴霧し燃焼ガスに含まれる熱エネ
ルギーにより気化させることにより燃焼温度を低下さ
せ、窒素酸化物の発生を抑制する。また水が水蒸気に変
わることにより排気ガスに含まれていた熱エネルギーを
ピストンを駆動するエネルギーとして利用し、エンジン
の効率を増加させる。燃料と酸化剤を噴射弁を介して直
接燃焼室内に吹き込む。酸化剤は窒素が少ないか全く含
まないものとする。液体酸素または気体分子の大きさに
より気体の種類を選択的に透過させるフィルタを設け、
前記のフィルタによって空気から窒素を減少させた気体
を取り出し、その気体を空気に代わる酸化剤とする。水
素を燃料とすることにより排気ガスに炭酸ガスが含まれ
ないものとする。
【発明の実施の形態】請求項1記載の発明は、シリンダ
ヘッドに通常の内燃機関に備えられている要素の他に噴
射弁を設け、燃料に着火した後、前記の噴射弁より水を
燃焼室内に吹き込むものである。燃料に着火した後燃焼
室内に水を吹き込むことにより水を気化させ、燃焼ガス
の保有する熱エネルギーをピストンを押す力に変換す
る。請求項2記載の発明は、空気の圧縮装置および気体
分子の大きさにより気体の種類を選択的に透過させるフ
ィルタを設け、前記のフィルタによって空気に含まれる
窒素を減少させた気体を酸化剤とするものである。通常
使用されている空気よりも窒素が少ないため窒素酸化物
の発生が抑制される。請求項3記載の発明は、シリンダ
ヘッドに燃料噴射弁、酸化剤噴射弁、排気弁、点火装置
を設け、燃料および酸化剤を燃焼室に噴霧して燃焼させ
るものである。圧縮行程の必要がないため出力の大きい
2サイクルエンジンとする。なお酸化剤として液体酸素
または請求項2記載の内燃機関に関わる装置によって窒
素を減少させた気体を圧縮して使用する。請求項4記載
の発明は水素を燃料とする請求項1から請求項3記載の
発明の応用である。
【実施例】図1は請求項1記載の発明の内燃機関に関す
るガソリンエンジンをもととする装置の主要部分の概念
図である。水の噴射にも燃料と同様にプランジャポンプ
が使用される。シリンダ1、ピストン2、燃焼室3、燃
料噴射弁4、水噴射弁5、点火装置6、シリンダヘッド
7、吸気管8、吸気弁9、排気管10、排気弁11が主
な構成要素である。燃焼室3内で圧縮した空気に燃料噴
射弁4より燃料を噴射し、点火装置6により点火した
後、水噴射弁5より水を燃焼室内に噴霧する。プランジ
ャポンプ、排気弁11の動作などの説明は省略する。図
2は請求項1記載の発明の内燃機関に関するジーゼルエ
ンジンをもととする装置の主要部分の概念図である。こ
の場合は点火装置6が不要である。燃焼室3内に吸入し
た空気を圧縮によって温度上昇させ、燃料を燃料噴射弁
4より噴射するのみで着火させる。着火後水噴射弁5よ
り水を燃焼室3内に噴霧する。その他の動作はガソリン
エンジンをもととする装置と同様である。図3は請求項
2記載の発明の内燃機関に関する装置の主要部分の概念
図であって、圧縮機13、容器14,分子選択透過フィ
ルタ15,圧力調整弁16が主な構成要素である。配管
等の説明は省略する。空気12を圧縮機13を用いて圧
縮し、分子選択透過フィルタ15により、酸素を主とす
る気体18を得る。窒素は透過が遅く酸素透過に必要な
圧力を圧力調整弁16によって保ち、その圧力を越える
時点で窒素の多い空気17として外部に放出する。この
ようにして取り出した酸素を主とする気体18を請求項
1記載の発明の内燃機関の吸気管に供給する。図4は請
求項3記載の発明の内燃機関に関する主要部分を示す概
念図である。シリンダ1、ピストン2、燃焼室3、燃料
噴射弁4、水噴射弁5、点火装置6、シリンダヘッド
7、排気管10、排気弁11、酸化剤噴射弁19がその
主な構成要素である。酸化剤は液体酸素または請求項2
記載の発明の内燃機関の窒素を酸素を主とする気体18
を圧縮して用いる。この内燃機関は吸入圧縮行程が存在
せず、2サイクルエンジンとなる。燃焼の開始時には燃
焼室に排気の残りが存在する。燃料および酸化剤は通常
使用されているプランジャポンプにより加圧し、燃料噴
射弁4、酸化剤噴射弁5より燃焼室内に噴霧する。燃料
および酸化剤が噴霧された後適切な時点に点火装置によ
り点火する。プランジャポンプの動作などの説明は省略
する。請求項4記載の発明に関する装置は、燃料に水素
を用いるが内燃機関の装置は、請求項1記載の発明から
請求項3記載の発明に関する装置と同一である。水素ボ
ンベなど付随する装置が存在するが一般的なものであり
説明を省略する。
【発明の効果】請求項1記載の発明の内燃機関は、燃料
に着火した後燃焼室内に水を噴霧する。これにより水が
気化して水蒸気となる時に燃焼ガスより熱を吸収し燃焼
温度を低下させる。燃焼温度が低下することにより窒素
酸化物の生成が抑制される。発生した水蒸気はピストン
を押す機械的エネルギに変換され、燃焼ガスの保有する
熱エネルギを効率よく動力として利用することができ
る。燃料に着火した後に水が加えられるため、エマルジ
ョン化燃焼のように水添加量の制限は無く、エネルギー
利用の上で最大となる水の添加量を選ぶことができる。
請求項2記載の発明の内燃機関は、空気の圧縮機13お
よび気体分子の大きさにより気体の種類を選択的に透過
させるフィルタ15を設け、前記のフィルタによって空
気に含まれる窒素を減少させた酸素を主とする気体18
を酸化剤とするため、酸化剤とする酸素を取り入れた空
気12から直接取り出すことができ、請求項1記載の発
明に内在する課題である酸素を圧力容器に入れて携行す
る必要が除かれる利点を有する。請求項3記載の発明の
内燃機関は、シリンダヘッド7に燃料噴射弁4、酸化剤
噴射弁5、排気弁8、点火装置6を設け、燃料および酸
化剤を燃焼室に噴霧して燃焼させるため、燃焼室内に窒
素は取り込まれず、窒素酸化物は発生しない。使用する
燃料の種類と供給方法によっては、点火装置によって火
花を発生させなくても着火する場合もある。また吸気の
必要がないため、出力の大きい2サイクルエンジンとす
ることができる。空気を使用しないため窒素の圧縮によ
るエネルギー損失が減少する。単位出力当たりの排気の
管路の断面積容積も小さくなる。燃料に着火した後水が
燃焼室3内に噴射され燃焼温度が低下することによって
シリンダ壁面の温度も低下する。そのためシリンダ1と
ピストン2との間の潤滑が保たれやすく、2サイクルエ
ンジンとしても燃料に潤滑油を添加する必要が生じな
い。そのため2サイクルエンジン特有の潤滑油の油煙が
発生しないという利点がある。請求項4記載の発明の内
燃機関は、燃料が水素であるため地球温暖化ガスである
炭酸ガスが全く発生しないという利点を有する。水素を
燃料とする場合、発生する燃焼ガスは高温の水蒸気であ
って、着火後水を噴射しない従来の燃焼方法では高温の
水蒸気が排気ガスとして排気され熱効率が悪い。本発明
の内燃機関では、水素エンジンの熱効率を上昇させるこ
とができる。本発明の有効であることは以上より明白で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は請求項1記載の発明の内燃機関に関する
ガソリンエンジンをもととする装置の主要部分の概念図
である。
【図2】図2は請求項1記載の発明の内燃機関に関する
ジーゼルエンジンをもととする装置の主要部分の概念図
である。
【図3】図3は請求項2記載の発明の内燃機関に関する
装置の主要部分の概念図である。
【図4】図4は請求項3記載の発明の内燃機関に関する
主要部分を示す概念図である。
【符号の説明】
1 シリンダ 2 ピストン 3 燃焼室 4 燃料噴射弁 5 水噴射弁 6 点火装置 7 シリンダヘッド 8 吸気管 9 吸気弁 10 排気管 11 排気弁 12 空気 13 圧縮機 14 容器 15 分子選択透過フィルタ 16 圧力調整弁 17 窒素の多い空気 17 酸素を主体とする気体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02M 37/00 341 F02M 25/02 H

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダーヘッドに通常使用されている
    要素の他に噴射弁を設け、燃料に着火した後、前記の噴
    射弁より水を燃焼室内に吹き込むことを特徴とする内燃
    機関。
  2. 【請求項2】 空気の圧縮装置および気体分子の大きさ
    により気体の種類を選択的に透過させるフィルタを設
    け、前記のフィルタによって空気から窒素を減少させた
    気体を取り出し、その気体を空気に代わる酸化剤とする
    ことを特徴とする内燃機関。
  3. 【請求項3】 シリンダヘッドに燃料噴射弁、酸化剤噴
    射弁、排気弁、点火装置を設け、燃料および酸化剤を燃
    焼室に噴霧して燃焼させることを特徴とする請求項1お
    よび請求項2記載の内燃機関。
  4. 【請求項4】 燃料が水素であることを特徴とする請求
    項1、請求項2および請求項3記載の内燃機関。
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Cited By (5)

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