JP2019157727A - engine - Google Patents

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芳尚 乃生
Yoshihisa Noo
芳尚 乃生
祐輔 小池
Yusuke Koike
祐輔 小池
樫本　正章
Masaaki Kashimoto
正章 樫本
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Abstract

To provide an engine which can jet high temperature water to a combustion chamber with high efficiency and maintain high reliability of a water injection valve.SOLUTION: An exhaust port is connected to a combustion chamber 200. A valve seat is fitted in an opening of the exhaust port which leads to the combustion chamber 200. A heat transmission sheet 70 is provided so as to face the combustion chamber 200 in a cylinder head 22. A nozzle part 69a of a water injection valve 69 is inserted into a hole part 70a of the heat transmission sheet 70. The nozzle part 69a of the water injection valve 69 is thermally coupled to the heat transmission sheet 70. The heat transmission sheet 70 is placed in close contact with the valve seat.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、エンジンに関し、特に、水噴射弁を備えたエンジンに関する。   The present invention relates to an engine, and more particularly to an engine provided with a water injection valve.

車両等で用いられるエンジンでは、燃焼室に対して高温水を噴射する水噴射弁を備えたものがある。   Some engines used in vehicles and the like include a water injection valve that injects high-temperature water into a combustion chamber.

特許文献１には、シリンダヘッドにおいて、燃料噴射弁と並んで水噴射弁を備えたエンジンが開示されている。特許文献１に開示のエンジンでは、水噴射弁から亜臨界水（２５０℃以上で、１０ＭＰａ以上の水）が燃焼室に噴射される構成となっている。   Patent Document 1 discloses an engine having a water injection valve along with a fuel injection valve in a cylinder head. In the engine disclosed in Patent Document 1, subcritical water (water at 250 ° C. or higher and 10 MPa or higher) is injected into the combustion chamber from a water injection valve.

特許文献１では、上記のように亜臨界水を燃焼室に噴射することにより、窒素酸化物やＣＯなどの排出量の低減を図ることができるとともに、エネルギ効率や出力の向上を図ることができるとされている。   In Patent Document 1, by injecting subcritical water into the combustion chamber as described above, the emission amount of nitrogen oxides, CO, and the like can be reduced, and energy efficiency and output can be improved. It is said that.

ところで、特許文献１に開示のエンジンでは、燃焼室に噴射する水の昇温を図るための構成として、排気通路から排気ガスの熱を回収する回収機構と、ヒータと、が設けられている。水噴射弁から噴射される水は、回収機構で回収された熱と、ヒータでの昇温とにより亜臨界状態まで昇温される。   By the way, in the engine disclosed in Patent Document 1, as a configuration for increasing the temperature of water injected into the combustion chamber, a recovery mechanism for recovering heat of exhaust gas from the exhaust passage and a heater are provided. The water injected from the water injection valve is heated to the subcritical state by the heat recovered by the recovery mechanism and the temperature increase by the heater.

特開２００９−１６８０３９号公報JP 2009-168039 A

しかしながら、上記特許文献１に開示の技術では、エネルギ効率の観点と、水噴射弁の信頼性維持の観点と、に改善の余地がある。即ち、上記特許文献１に開示のエンジンでは、排気通路から回収した熱を水の昇温のために用いているが、燃焼室から該回収装置までの間に排気ガスの熱の一部が外部へと逃げてゆくこととなる。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 has room for improvement in terms of energy efficiency and maintaining the reliability of the water injection valve. That is, in the engine disclosed in Patent Document 1, the heat recovered from the exhaust passage is used to raise the temperature of the water, but a part of the heat of the exhaust gas is externally transmitted from the combustion chamber to the recovery device. Will run away.

また、上記特許文献１に開示のエンジンでは、亜臨界状態まで昇温した水を水噴射弁に供給して燃焼室に噴射することとしているため、非常に高温の水が水噴射弁の内部を通過することとなる。このため、水の熱により水噴射弁の信頼性が低下するおそれがある。また、水が水噴射弁の内部を通過する間に、水の熱が水噴射弁に奪われてしまい、安定して高温の水を燃焼室に噴射できないことも懸念される。   Further, in the engine disclosed in Patent Document 1, water that has been heated to a subcritical state is supplied to the water injection valve and injected into the combustion chamber. Will pass. For this reason, there exists a possibility that the reliability of a water injection valve may fall with the heat of water. In addition, there is a concern that while the water passes through the water injection valve, the heat of the water is taken away by the water injection valve, and high-temperature water cannot be stably injected into the combustion chamber.

本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、高温の水を高効率に燃焼室に噴射することができるとともに、水噴射弁の高い信頼性を維持することが可能なエンジンを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of injecting high-temperature water into the combustion chamber with high efficiency and maintaining high reliability of the water injection valve. The aim is to provide a possible engine.

本発明の一態様に係るエンジンは、燃焼室を構成する気筒と、前記気筒に対して開口部で接続された排気ポートと、前記排気ポートの前記開口部に嵌入されたバルブシートと、前記燃焼室を臨むように設けられた噴口部を有する水噴射弁と、前記水噴射弁における前記噴口部に熱結合状態で取り付けられ、前記燃焼室を臨むように設けられた熱伝達部材と、を備え、前記熱伝達部材は、前記バルブシートと一体形成または密接されている。   An engine according to an aspect of the present invention includes a cylinder constituting a combustion chamber, an exhaust port connected to the cylinder at an opening, a valve seat fitted in the opening of the exhaust port, and the combustion A water injection valve having a nozzle part provided to face the chamber, and a heat transfer member attached to the nozzle part in the water injection valve in a thermally coupled state and provided to face the combustion chamber. The heat transfer member is integrally formed with or in close contact with the valve seat.

上記態様に係るエンジンでは、排気ポートの開口部に設けられたバルブシートと、水噴射弁の噴口部に熱結合された熱伝達部材とを、一体形成または密接しているので、開口部から排気ポートへ排出された直後の排気ガスから熱を回収し、水噴射弁の噴口部へと熱伝達することができる。よって、上記態様に係るエンジンでは、排気通路から回収した熱で噴射する水の昇温を図る上記特許文献１に開示の技術よりも、高効率に噴射用の水の昇温を図ることができる。   In the engine according to the above aspect, the valve seat provided at the opening of the exhaust port and the heat transfer member thermally coupled to the nozzle port of the water injection valve are integrally formed or in close contact with each other. Heat can be recovered from the exhaust gas immediately after being discharged to the port, and heat can be transferred to the nozzle portion of the water injection valve. Therefore, in the engine according to the above aspect, the temperature of water for injection can be increased with higher efficiency than the technique disclosed in Patent Document 1 that increases the temperature of water to be injected with heat recovered from the exhaust passage. .

また、上記態様に係るエンジンでは、バルブシートから熱伝達部材を介して伝達された熱を、水噴射弁の噴口部に供給することとしているので、噴射直前の水の温度上昇を図ることができる。よって、上記態様に係るエンジンでは、水噴射弁における噴口部直前までの部分を、燃焼室に噴射する水の温度よりも低い状態とすることができ、水噴射弁の高い信頼性を維持することが可能である。   Moreover, in the engine which concerns on the said aspect, since it is supposed that the heat transmitted from the valve seat via the heat transfer member is supplied to the nozzle part of a water injection valve, the temperature rise of the water just before injection can be aimed at. . Therefore, in the engine according to the above aspect, the portion of the water injection valve up to the point immediately before the injection hole can be made lower than the temperature of the water injected into the combustion chamber, and the high reliability of the water injection valve can be maintained. Is possible.

従って、上記態様に係るエンジンでは、高温の水を高効率に燃焼室に噴射することができるとともに、水噴射弁の高い信頼性を維持することが可能である。   Therefore, in the engine according to the above aspect, high-temperature water can be injected into the combustion chamber with high efficiency, and high reliability of the water injection valve can be maintained.

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記熱伝達部材は、円環形状をしており、前記熱伝達部材における円環の内側の孔部は、前記燃焼室に連続しており、前記水噴射弁の前記噴口部は、前記孔部に挿入されている。   The engine according to another aspect of the present invention is the above aspect, wherein the heat transfer member has an annular shape, and a hole inside the ring in the heat transfer member is continuous with the combustion chamber. The nozzle part of the water injection valve is inserted into the hole.

上記態様に係るエンジンでは、円環状の熱伝達部材を用い、当該円環の内側の孔部に水噴射弁の噴口部を挿入することとしているので、噴口部を通る水に対して、当該噴口部の径方向全域から熱を伝達することができる。よって、上記態様に係るエンジンでは、温度の偏りが少ない水を燃焼室に噴射することが可能である。   In the engine according to the above aspect, since the annular heat transfer member is used and the nozzle part of the water injection valve is inserted into the hole inside the ring, the nozzle is used for water passing through the nozzle part. Heat can be transferred from the entire radial direction of the part. Therefore, in the engine according to the above aspect, it is possible to inject water with little temperature deviation into the combustion chamber.

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記噴口部は、前記孔部の内周面に対して密接されている。   The engine which concerns on another aspect of this invention is the said aspect, Comprising: The said nozzle part is closely_contact | adhered with respect to the internal peripheral surface of the said hole.

上記態様に係るエンジンでは、熱伝達部材における孔部の内周面に対して噴口部が密接されているので、熱伝達部材から噴口部への熱伝達が高効率に行われ、高いエネルギ効率を実現可能である。   In the engine according to the above aspect, the nozzle part is in intimate contact with the inner peripheral surface of the hole in the heat transfer member, so heat transfer from the heat transfer member to the nozzle part is performed with high efficiency, and high energy efficiency is achieved. It is feasible.

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記水噴射弁は、前記噴口部の外周面に設けられ、前記燃焼室側から当該燃焼室とは反対側に向けてテーパー状に外径が拡がる部分を有する熱伝送シール部と、前記熱伝送シール部の周囲を囲むように設けられ、前記熱伝送シール部における前記テーパー状の部分に対して密接する部分を有するケース部と、前記熱伝送シール部に対して前記燃焼室とは反対側に設けられ、該反対側で前記熱伝送シール部に密接するバックアップリング部と、を有し、前記噴口部が前記燃焼室側から内圧を受けた場合に、前記熱伝送シール部は、前記テーパー状の部分のくさび効果により前記噴口部の径方向内側へと食い込む。   The engine which concerns on another aspect of this invention is the said aspect, Comprising: The said water injection valve is provided in the outer peripheral surface of the said nozzle part, and is tapered from the said combustion chamber side toward the opposite side to the said combustion chamber. A heat transfer seal portion having a portion with an outer diameter expanding, a case portion provided to surround the heat transfer seal portion, and having a portion in close contact with the tapered portion in the heat transfer seal portion; A backup ring portion provided on the opposite side to the combustion chamber with respect to the heat transfer seal portion, and in close contact with the heat transfer seal portion on the opposite side, and the injection port portion has an internal pressure from the combustion chamber side. When receiving, the heat transfer seal part bites inward in the radial direction of the nozzle part due to the wedge effect of the tapered portion.

上記態様に係るエンジンでは、水噴射弁の噴口部が燃焼室内の内圧を受けた場合に、熱伝送シール部がくさび効果により径方向内側へと食い込むように構成しているので、燃焼室における高いシール性が確保できるとともに、熱伝達部材から噴口部への高い熱伝達性も確保することができる。   In the engine according to the above aspect, when the nozzle portion of the water injection valve receives an internal pressure in the combustion chamber, the heat transmission seal portion is configured to bite inward in the radial direction due to the wedge effect. Sealability can be ensured, and high heat transfer properties from the heat transfer member to the nozzle portion can be ensured.

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記バルブシートは、前記熱伝達部材に向けた方向の熱伝導性が他の方向に向けた熱伝導性よりも高い異方性材料からなる。   The engine according to another aspect of the present invention is the above aspect, wherein the valve seat has an anisotropic material having higher thermal conductivity in the direction toward the heat transfer member than in the other direction. Consists of.

上記態様に係るエンジンでは、異方性材料を用いバルブシートが構成されているので、バルブシートで回収した熱が燃焼室やシリンダヘッドへと逃げるのを抑制することができる。よって、上記態様に係るエンジンでは、より高効率に水の昇温が可能である。   In the engine according to the above aspect, since the valve seat is configured using an anisotropic material, it is possible to suppress the heat recovered by the valve seat from escaping to the combustion chamber or the cylinder head. Therefore, in the engine according to the above aspect, the temperature of water can be increased more efficiently.

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記熱伝達部材は、外面の一部が断熱コーティング層で被覆されている。   The engine which concerns on another aspect of this invention is the said aspect, Comprising: A part of outer surface is coat | covered with the heat insulation coating layer as for the said heat transfer member.

上記態様に係るエンジンでは、熱伝達部材の一部が断熱コーティング層で被覆されているので、バルブシートから伝達された熱が燃焼室やシリンダヘッドへと逃げるのを抑制することができる。よって、上記態様に係るエンジンでは、より高効率に水の昇温が可能である。   In the engine which concerns on the said aspect, since a part of heat transfer member is coat | covered with the heat insulation coating layer, it can suppress that the heat transmitted from the valve seat escapes to a combustion chamber or a cylinder head. Therefore, in the engine according to the above aspect, the temperature of water can be increased more efficiently.

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記排気ポートは、前記開口部から排気ガスの流れ方向の下流側の部分にかけての領域において、前記気筒の軸方向上側に向けて凸となるように湾曲されており、前記排気ポートにおける前記湾曲された部分は、前記湾曲に係る弧の外側に向けて窪んだ凹部を有する。   The engine according to another aspect of the present invention is the above aspect, wherein the exhaust port protrudes upward in the axial direction of the cylinder in a region extending from the opening to a downstream portion in the exhaust gas flow direction. The curved portion of the exhaust port has a concave portion that is recessed toward the outside of the arc related to the curvature.

上記態様に係るエンジンでは、排気ポートにおける湾曲した部分の弧の外側に凹部が設けられているので、当該凹部内で排気ガスが旋回する。このため、凹部を囲む内壁面は、排気ガスの熱を効率的に受け、これより相対的に高温化する。そして、凹部の内壁面の熱は、バルブシートから熱伝達部材を介して水噴射弁の噴口部へと伝達される。よって、上記態様に係るエンジンでは、更に高効率に水の昇温を図ることができる。   In the engine according to the above aspect, since the concave portion is provided outside the curved portion of the arc in the exhaust port, the exhaust gas swirls within the concave portion. For this reason, the inner wall surface surrounding the recess efficiently receives the heat of the exhaust gas and is relatively heated. And the heat of the inner wall surface of a recessed part is transmitted to the nozzle part of a water injection valve via a heat transfer member from a valve seat. Therefore, in the engine according to the above aspect, the temperature of water can be increased with higher efficiency.

なお、上記における「気筒の軸方向」とは、気筒内におけるピストンの移動方向に基づく方向であり、「上側」とは、ピストンの移動における下死点から上死点に向けての方向である。   The “cylinder axial direction” in the above is a direction based on the moving direction of the piston in the cylinder, and the “upper side” is a direction from the bottom dead center to the top dead center in the movement of the piston. .

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記排気ポートにおける前記湾曲された部分は、前記湾曲に係る弧の内側に向けて窪んだ第２凹部を有する。   The engine which concerns on another aspect of this invention is the said aspect, Comprising: The said curved part in the said exhaust port has a 2nd recessed part recessed toward the inner side of the arc which concerns on the said curve.

上記態様に係るエンジンでは、排気ポートにおける湾曲した部分の弧の内側に第２凹部も設けることとしているので、当該第２凹部内でも排気ガスが旋回する。よって、第２凹部を囲む内壁面も相対的に高温となり、この熱もバルブシートから熱伝達部材を介して水噴射弁の噴口部へと伝達される。よって、上記態様に係るエンジンでは、更に高効率に水の昇温を図ることができる。   In the engine according to the above aspect, since the second recess is also provided inside the arc of the curved portion of the exhaust port, the exhaust gas swirls within the second recess. Therefore, the inner wall surface surrounding the second recess also becomes relatively high in temperature, and this heat is also transmitted from the valve seat to the nozzle portion of the water injection valve via the heat transfer member. Therefore, in the engine according to the above aspect, the temperature of water can be increased with higher efficiency.

本発明の別態様に係るエンジンは、上記態様であって、前記燃焼室から排出される排気ガスから凝縮水を回収し、当該回収した前記凝縮水を前記水噴射弁に供給する水供給装置を更に備える。   An engine according to another aspect of the present invention is the above aspect, wherein a water supply device that recovers condensed water from the exhaust gas discharged from the combustion chamber and supplies the recovered condensed water to the water injection valve is provided. In addition.

上記態様に係るエンジンでは、排気ガスから回収した凝縮水を水噴射弁に供給することとしているので、別に噴射用の水のためのタンクを設ける場合などに比べてエンジン全体での重量の軽減を図ることができる。   In the engine according to the above aspect, the condensed water recovered from the exhaust gas is supplied to the water injection valve, so that the weight of the entire engine can be reduced compared to the case where a tank for water for injection is separately provided. Can be planned.

また、上記態様に係るエンジンでは、噴射用の水を別に準備しておく必要がないので、水補給の手間がかからない。   Moreover, in the engine which concerns on the said aspect, since it is not necessary to prepare the water for injection separately, it does not require the effort of water replenishment.

上記の各態様に係るエンジンでは、高温の水を高効率に燃焼室に噴射することができるとともに、水噴射弁の高い信頼性を維持することが可能である。   In the engine which concerns on said each aspect, while being able to inject high temperature water into a combustion chamber with high efficiency, it is possible to maintain the high reliability of a water injection valve.

実施形態１に係るエンジンの概略構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an engine according to Embodiment 1. FIG. エンジン本体における気筒の構成を示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the cylinder in an engine main body. 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図であって、エンジン本体における気筒の構成を示す模式断面図である。It is a figure which shows the III-III cross section of FIG. 2, Comprising: It is a schematic cross section which shows the structure of the cylinder in an engine main body. 図２のＩＶ−ＩＶ断面を示す図であって、燃焼室に対する水噴射弁の配設構造を示す模式断面図である。It is a figure which shows the IV-IV cross section of FIG. 2, Comprising: It is a schematic cross section which shows the arrangement structure of the water injection valve with respect to a combustion chamber. バルブシートに対する熱伝送ソートの配設構造を示す模式平面図である。It is a schematic top view which shows the arrangement structure of the heat transmission sort with respect to a valve seat. 熱伝送シートとその周辺構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows a heat-transfer sheet | seat and its periphery structure. 水噴射弁のノズル部およびその周辺構造を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the nozzle part of a water injection valve, and its peripheral structure. バルブシートから熱伝送シートへの熱移動の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of the heat transfer from a valve seat to a heat transfer sheet. 実施形態２に係るエンジンが備える熱伝送シートの構造を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the structure of the heat-transfer sheet | seat with which the engine which concerns on Embodiment 2 is provided. 実施形態２に係る熱伝送シートに対する水噴射弁の挿入形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the insertion form of the water injection valve with respect to the heat transfer sheet which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態３に係るエンジンが備える熱伝送シートの構造を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the structure of the heat-transfer sheet | seat with which the engine which concerns on Embodiment 3 is provided. 実施形態３に係る熱伝送シートとバルブシートとの接続形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the connection form of the heat-transfer sheet | seat which concerns on Embodiment 3, and a valve seat. 実施形態４に係るエンジンの排気ポートの構成を示す模式断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an exhaust port of an engine according to Embodiment 4. FIG. 実施形態４に係る排気ポートの凹部の断面形状を説明するための模式図である。6 is a schematic diagram for explaining a cross-sectional shape of a recess of an exhaust port according to Embodiment 4. FIG.

以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The form described below is one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following form except for the essential configuration.

なお、以下で用いる図面において、「Ｉｎ」は吸気側、「Ｅｘ」は排気側を示し、また、「Ｕｐ」は気筒軸方向上側、「Ｌｏ」は気筒軸方向下側を示す。   In the drawings used below, “In” indicates the intake side, “Ex” indicates the exhaust side, “Up” indicates the cylinder axis direction upper side, and “Lo” indicates the cylinder axis direction lower side.

［実施形態１］
１．エンジン１の概略構成
実施形態１に係るエンジン１の概略構成について、図１を用い説明する。 [Embodiment 1]
1. Schematic Configuration of Engine 1 A schematic configuration of the engine 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、エンジン本体２と、吸気装置３と、排気装置４と、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置５と、水供給装置６と、を備える。エンジン本体２は、一例として、直列に配列された４つの気筒２０を有する直列４気筒のガソリンエンジンである。   As shown in FIG. 1, the engine 1 according to the present embodiment includes an engine body 2, an intake device 3, an exhaust device 4, an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device 5, and a water supply device 6. As an example, the engine body 2 is an in-line 4-cylinder gasoline engine having four cylinders 20 arranged in series.

吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、エアクリーナ３２と、スロットルバルブ３３と、を有する。吸気マニホールド３１は、エンジン本体２の各気筒２０に接続された４つの独立吸気通路と、４つの独立吸気通路が集合されてなる集合吸気通路とから構成されている。   The intake device 3 includes an intake passage 30, an intake manifold 31, an air cleaner 32, and a throttle valve 33. The intake manifold 31 includes four independent intake passages connected to each cylinder 20 of the engine body 2 and a collective intake passage formed by collecting four independent intake passages.

エアクリーナ３２は、吸気通路３０の空気の流れ方向上流端に設けられている。スロットルバルブ３３は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３２よりも空気の流れ方向下流側の箇所に挿設されている。   The air cleaner 32 is provided at the upstream end of the intake passage 30 in the air flow direction. The throttle valve 33 is inserted in the intake passage 30 at a location downstream of the air cleaner 32 in the air flow direction.

排気装置４は、排気通路４０と、排気マニホールド４１と、排気シャッターバルブ４２と、触媒装置４３と、を有する。排気マニホールド４１は、エンジン本体２の各気筒２０に接続された４つの独立排気通路と、４つの独立排気通路が集合されてなる集合排気通路とから構成されている。   The exhaust device 4 includes an exhaust passage 40, an exhaust manifold 41, an exhaust shutter valve 42, and a catalyst device 43. The exhaust manifold 41 is composed of four independent exhaust passages connected to each cylinder 20 of the engine body 2 and a collective exhaust passage formed by collecting four independent exhaust passages.

触媒装置４３は、排気通路４０における排気マニホールド４１の排気ガスの流れ方向下流側に設けられている。本実施形態に係るエンジン１では、触媒装置４３は、後述する熱交換器６５の保温ケース６５０の内方に収納されている。   The catalyst device 43 is provided downstream of the exhaust manifold 41 in the exhaust passage 40 in the exhaust gas flow direction. In the engine 1 according to the present embodiment, the catalyst device 43 is housed inside a heat retaining case 650 of a heat exchanger 65 described later.

ＥＧＲ装置５は、ＥＧＲ通路５０と、ＥＧＲクーラ５１と、ＥＧＲバルブ５２と、を有する。ＥＧＲ通路５０は、排気通路４０と排気マニホールド４１との接続部分と、吸気通路３０と吸気マニホールド３１との接続部分と、を接続するように設けられている。ＥＧＲクーラ５１は、ＥＧＲガスの温度を低減するために設けられており、水冷式又は空冷式の何れか、あるいは併用式である。   The EGR device 5 includes an EGR passage 50, an EGR cooler 51, and an EGR valve 52. The EGR passage 50 is provided so as to connect a connection portion between the exhaust passage 40 and the exhaust manifold 41 and a connection portion between the intake passage 30 and the intake manifold 31. The EGR cooler 51 is provided to reduce the temperature of the EGR gas, and is either a water-cooled type, an air-cooled type, or a combined type.

ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５０におけるＥＧＲクーラ５１よりもＥＧＲガスの流れ方向上流側に設けられている。ＥＧＲバルブ５２は、排気通路４０から吸気通路３０に還流させるＥＧＲガスの流量を制御するために設けられている。   The EGR valve 52 is provided upstream of the EGR cooler 51 in the EGR passage 50 in the EGR gas flow direction. The EGR valve 52 is provided to control the flow rate of EGR gas that is recirculated from the exhaust passage 40 to the intake passage 30.

水供給装置６は、コンデンサ６０と、水配管６１，６３，６６と、水タンク６２と、低圧ポンプ６３および高圧ポンプ６７と、蓄圧レール６８と、４つの水噴射弁６９と、を有する。コンデンサ６０は、排気通路４０における排気シャッターバルブ４２よりも排気ガスの流れ方向上流側に配設されている。   The water supply device 6 includes a condenser 60, water pipes 61, 63, 66, a water tank 62, a low pressure pump 63 and a high pressure pump 67, a pressure accumulation rail 68, and four water injection valves 69. The capacitor 60 is disposed upstream of the exhaust shutter valve 42 in the exhaust passage 40 in the exhaust gas flow direction.

コンデンサ６０は、排気通路４０中を流れる排気ガスに含まれる水分を凝縮させるための熱交換器である。即ち、コンデンサ６０では、冷媒との熱交換により排気ガスを冷却し、排気ガス中に含まれる水分が凝縮する。そして、コンデンサ６０で得られた凝縮水Ｗは、水配管６１を通り水タンク６２へと送られる。なお、図１では、コンデンサ６０と水タンク６２との詳細な配置関係を図示していないが、実際にはコンデンサ６０の鉛直下方側に水タンク６２が配されており、自然流下により凝縮水Ｗがコンデンサ６０から水タンク６２へと流れる。   The condenser 60 is a heat exchanger for condensing moisture contained in the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40. That is, in the capacitor 60, the exhaust gas is cooled by heat exchange with the refrigerant, and moisture contained in the exhaust gas is condensed. The condensed water W obtained by the condenser 60 is sent to the water tank 62 through the water pipe 61. In FIG. 1, the detailed arrangement relationship between the condenser 60 and the water tank 62 is not shown, but actually, the water tank 62 is arranged on the vertically lower side of the condenser 60, and the condensed water W is caused by natural flow. Flows from the condenser 60 to the water tank 62.

低圧ポンプ６４は、水配管６３中に挿設されており、水タンク６２に貯留された凝縮水Ｗを加圧して、熱交換器６５へと送り込む。   The low pressure pump 64 is inserted in the water pipe 63, pressurizes the condensed water W stored in the water tank 62, and sends it to the heat exchanger 65.

熱交換器６５は、排気通路４０におけるコンデンサ６０が挿設された箇所よりも排気ガスの流れ方向上流側に配設されている。そして、熱交換器６５は、保温ケース６５０と、蓄熱部材６５１と、細管６５２と、を有する。   The heat exchanger 65 is disposed on the upstream side in the exhaust gas flow direction from the portion of the exhaust passage 40 where the capacitor 60 is inserted. The heat exchanger 65 includes a heat retaining case 650, a heat storage member 651, and a thin tube 652.

保温ケース６５０は、触媒装置４３および排気通路４０の一部（触媒下流配管部４０ａ）の外側を覆うように形成されている。保温ケース６５０の外周壁は、二重壁構造となっており、当該二重壁構造の壁部同士の間に蓄熱部材６５１が充填されている。   The heat retaining case 650 is formed so as to cover the outside of the catalyst device 43 and a part of the exhaust passage 40 (catalyst downstream piping portion 40a). The outer peripheral wall of the heat retaining case 650 has a double wall structure, and a heat storage member 651 is filled between the wall portions of the double wall structure.

細管６５２は、保温ケース６５０の内方において、触媒下流配管部４０ａの周囲を螺旋状に巻回形成されている。細管６５２は、一端が水配管６３に接続され、他端が水配管６６に接続されている。細管６５２には、水配管６３から供給された凝縮水Ｗが流れる。細管６５２を流れる凝縮水Ｗは、保温ケース６５０内で触媒装置４３および触媒下流配管部４０ａからの熱を受けて昇温される（例えば、１５０℃〜２５０℃）。   The narrow tube 652 is formed so as to be spirally wound around the catalyst downstream pipe portion 40a inside the heat retaining case 650. The thin tube 652 has one end connected to the water pipe 63 and the other end connected to the water pipe 66. The condensed water W supplied from the water pipe 63 flows through the narrow pipe 652. The condensed water W flowing through the thin tube 652 is heated in the heat retaining case 650 by receiving heat from the catalyst device 43 and the catalyst downstream pipe portion 40a (for example, 150 ° C. to 250 ° C.).

なお、本実施形態では、蓄熱部材６５１の一例として、エリスリトールなどを用いた潜熱蓄熱部材や、塩化カルシウムなどを用いた化学蓄熱部材などを採用することができる。エリスリトールなどを用いた潜熱蓄熱部材は、加熱に伴う溶融により熱エネルギを蓄熱する。塩化カルシウムなどを用いた化学蓄熱部材は、加熱に伴う化学反応により熱エネルギを蓄熱する。   In this embodiment, as an example of the heat storage member 651, a latent heat storage member using erythritol, a chemical heat storage member using calcium chloride, or the like can be employed. A latent heat storage member using erythritol or the like stores thermal energy by melting accompanying heating. A chemical heat storage member using calcium chloride or the like stores heat energy by a chemical reaction accompanying heating.

高圧ポンプ６７は、水配管６６中に挿設されており、熱交換器６５で昇温された凝縮水Ｗを加圧して、蓄圧レール６８へと送り込む。高圧ポンプ６７は、凝縮水Ｗの流れ方向上流側の低圧ポンプ６４で加圧された凝縮水Ｗを更に加圧するものであり、蓄圧レール６８内の凝縮水Ｗの圧力が、例えば２２ＭＰａとなるように凝縮水を加圧する。   The high-pressure pump 67 is inserted in the water pipe 66, pressurizes the condensed water W heated by the heat exchanger 65, and sends it to the pressure accumulation rail 68. The high pressure pump 67 further pressurizes the condensed water W pressurized by the low pressure pump 64 on the upstream side in the flow direction of the condensed water W so that the pressure of the condensed water W in the pressure accumulation rail 68 becomes, for example, 22 MPa. Pressurize the condensed water.

蓄圧レール６８は、水配管６６の下流端に接続されている。蓄圧レール６８は、エンジン本体２における気筒２０の配列方向に延び、各気筒２０毎に分岐されている。４つの水噴射弁６９のそれぞれは、蓄圧レール６８における分岐された枝管（図示を省略。）に接続されている。   The pressure accumulation rail 68 is connected to the downstream end of the water pipe 66. The pressure accumulation rail 68 extends in the arrangement direction of the cylinders 20 in the engine body 2 and is branched for each cylinder 20. Each of the four water injection valves 69 is connected to a branched branch pipe (not shown) in the pressure accumulation rail 68.

４つの水噴射弁６９のそれぞれからは、各気筒２０の燃焼室内に対して、高温・高圧化された状態（超臨界状態）の凝縮水Ｗが噴射される。ここで、超臨界状態とは、３７４℃（６４７Ｋ）以上の温度と、２２ＭＰａ以上の圧力を有することにより、液体と気体との性質を併せ持った特殊な状態（液体、気体、固体の三相の何れにも当てはまらない状態）の水のことをいう。   From each of the four water injection valves 69, condensed water W in a state of high temperature and high pressure (supercritical state) is injected into the combustion chamber of each cylinder 20. Here, the supercritical state is a special state (liquid, gas, solid three-phase) having both liquid and gas properties by having a temperature of 374 ° C. (647 K) or higher and a pressure of 22 MPa or higher. It means water in a state that does not apply to either).

なお、燃焼室に対して超臨界水を噴射するのは、圧縮行程の後期から膨張行程の初期にかけての期間内であって、且つ、燃料噴射後から燃焼開始前の期間内に実行される。   The supercritical water is injected into the combustion chamber within a period from the latter stage of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke, and within a period after the fuel injection and before the start of combustion.

２．エンジン本体２における気筒２０の構成
エンジン本体２における気筒２０の構成について、図２から図４を用い説明する。図２は、エンジン本体２における気筒２０の構成を示す模式平面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す模式断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ断面を示す模式断面図である。 2. Configuration of Cylinder 20 in Engine Main Body 2 The configuration of the cylinder 20 in the engine main body 2 will be described with reference to FIGS. 2 is a schematic plan view showing the configuration of the cylinder 20 in the engine body 2, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a III-III cross section of FIG. 2, and FIG. 4 is a IV-IV cross section of FIG. It is a schematic cross section which shows.

図２に示すように、本実施形態に係るエンジン本体２の気筒２０には、２つの吸気ポート開口部２０１，２０２と２つの排気ポート開口部２１１，２１２とが設けられている。吸気ポート開口部２０１からは独立吸気ポート２０３が吸気側（Ｉｎ側）に延び、吸気ポート開口部２０２からは独立吸気ポート２０４が吸気側（Ｉｎ側）に延びている。独立吸気ポート２０３は、吸気ポート開口部２０１を介して燃焼室２００に接続され、独立吸気ポート２０４は、吸気ポート開口部２０２を介して燃焼室２００に接続されている。   As shown in FIG. 2, the cylinder 20 of the engine body 2 according to the present embodiment is provided with two intake port openings 201 and 202 and two exhaust port openings 211 and 212. An independent intake port 203 extends from the intake port opening 201 to the intake side (In side), and an independent intake port 204 extends from the intake port opening 202 to the intake side (In side). The independent intake port 203 is connected to the combustion chamber 200 via the intake port opening 201, and the independent intake port 204 is connected to the combustion chamber 200 via the intake port opening 202.

独立吸気ポート２０３と独立吸気ポート２０４とは、空気の流れ方向上流側で集合されている（集合吸気ポート２０５）。本実施形態では、独立吸気ポート２０３，２０４と集合吸気ポート２０５とを合せて吸気ポート２０６と呼ぶ。   The independent intake port 203 and the independent intake port 204 are gathered on the upstream side in the air flow direction (collected intake port 205). In this embodiment, the independent intake ports 203 and 204 and the collective intake port 205 are collectively referred to as an intake port 206.

排気ポート開口部２１１からは独立排気ポート２１３が排気側（Ｅｘ側）に延び、排気ポート開口部２１２からは独立排気ポート２１４が排気側（Ｅｘ側）に延びている。独立排気ポート２１３と独立排気ポート２１４とは、排気ガスの流れ方向下流側で集合されている（集合排気ポート２１５）。独立排気ポート２１３は、排気ポート開口部２１１を介して燃焼室２００に接続され、独立排気ポート２１４は、排気ポート開口部２１２を介して燃焼室２００に接続されている。本実施形態では、独立排気ポート２１３，２１４と集合排気ポート２１５とを合わせて排気ポート２１６と呼ぶ。   An independent exhaust port 213 extends from the exhaust port opening 211 to the exhaust side (Ex side), and an independent exhaust port 214 extends from the exhaust port opening 212 to the exhaust side (Ex side). The independent exhaust port 213 and the independent exhaust port 214 are gathered downstream in the exhaust gas flow direction (collected exhaust port 215). The independent exhaust port 213 is connected to the combustion chamber 200 via the exhaust port opening 211, and the independent exhaust port 214 is connected to the combustion chamber 200 via the exhaust port opening 212. In the present embodiment, the independent exhaust ports 213 and 214 and the collective exhaust port 215 are collectively referred to as an exhaust port 216.

気筒２０には、燃料噴射弁２２０と、点火栓２２１と、水噴射弁６９と、が設けられている。燃料噴射弁２２０および点火栓２２１は、気筒２０における吸排気方向（Ｉｎ−Ｅｘ方向）の中央部に設けられている。   The cylinder 20 is provided with a fuel injection valve 220, a spark plug 221, and a water injection valve 69. The fuel injection valve 220 and the spark plug 221 are provided in the center of the cylinder 20 in the intake / exhaust direction (In-Ex direction).

一方、水噴射弁６９は、気筒２０の排気側（Ｅｘ側）の外縁部分であって、独立排気ポート２１３と独立排気ポート２１４との間の部分に設けられ、ノズル部６９ａが吸気側（Ｉｎ側）を向くように配設されている。   On the other hand, the water injection valve 69 is provided at the outer edge portion of the cylinder 20 on the exhaust side (Ex side) and between the independent exhaust port 213 and the independent exhaust port 214, and the nozzle portion 69a is located on the intake side (In Side).

図３に示すように、エンジン本体２は、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２と、シリンダライナ２３と、ピストン２４と、バルブシート２５，２６と、吸気バルブ２７と、排気バルブ２８と、バルブガイド部１１０，１１１と、を有する。シリンダライナ２３は、シリンダブロック２１に対して、気筒２０のボアを取り囲む状態で嵌め込まれている。   As shown in FIG. 3, the engine body 2 includes a cylinder block 21, a cylinder head 22, a cylinder liner 23, a piston 24, valve seats 25 and 26, an intake valve 27, an exhaust valve 28, and a valve guide. Parts 110 and 111. The cylinder liner 23 is fitted into the cylinder block 21 so as to surround the bore of the cylinder 20.

ピストン２４は、シリンダライナ２３の内側に設けられており、上下方向（Ｕｐ−Ｌｏ方向）に摺動する。本実施形態に係るエンジン本体２では、シリンダライナ２３の内周面と、ピストン２４の冠面（上側の面）と、シリンダヘッド２２の天井面２００ａと、で燃焼室２００が画定されている。   The piston 24 is provided inside the cylinder liner 23 and slides in the vertical direction (Up-Lo direction). In the engine body 2 according to the present embodiment, the combustion chamber 200 is defined by the inner peripheral surface of the cylinder liner 23, the crown surface (upper surface) of the piston 24, and the ceiling surface 200 a of the cylinder head 22.

バルブシート２５は、吸気ポート開口部２０２の燃焼室側周縁に対して嵌入されており、バルブシート２６は、排気ポート開口部２１２の燃焼室側周縁に対して嵌入されている。吸気バルブ２７は、筒状のバルブガイド部１１１により摺動自在に支持されており、吸気ポート開口部２０２の開閉を実行する。吸気バルブ２７によって吸気ポート開口部２０２が閉じられている状態では、吸気バルブ２７の傘部２７ａの上側面がバルブシート２５と気密に当接した状態となる。   The valve seat 25 is fitted to the combustion chamber side periphery of the intake port opening 202, and the valve seat 26 is fitted to the combustion chamber side periphery of the exhaust port opening 212. The intake valve 27 is slidably supported by a cylindrical valve guide 111 and opens and closes the intake port opening 202. In a state where the intake port opening 202 is closed by the intake valve 27, the upper side surface of the umbrella portion 27a of the intake valve 27 is in an airtight contact with the valve seat 25.

同様に、排気バルブ２８は、筒状のバルブガイド部１１０により摺動自在に支持されており、排気ポート開口部２１２の開閉を実行する。排気バルブ２８によって排気ポート開口部２１２が閉じられている状態では、排気バルブ２８の傘部２８ａの上側面がバルブシート２６と気密に当接した状態となる。   Similarly, the exhaust valve 28 is slidably supported by a cylindrical valve guide portion 110 and opens and closes the exhaust port opening 212. In a state where the exhaust port opening 212 is closed by the exhaust valve 28, the upper side surface of the umbrella portion 28a of the exhaust valve 28 is in an airtight contact with the valve seat 26.

燃料噴射弁２２０は、燃焼室２００に対して天井面２００ａの上方から燃料を噴射できるように配設されている。   The fuel injection valve 220 is disposed so that fuel can be injected into the combustion chamber 200 from above the ceiling surface 200a.

図４に示すように、シリンダヘッド２２には、排気側（Ｅｘ側）の部分に環状の熱伝送シート７０が嵌入されている。熱伝送シート７０は、例えば、熱伝導性の高い金属材料を用い形成されている。そして、熱伝送シート７０の孔部７０ａは、燃焼室２００に連続している。   As shown in FIG. 4, an annular heat transfer sheet 70 is fitted into the cylinder head 22 at the exhaust side (Ex side) portion. The heat transfer sheet 70 is formed using, for example, a metal material having high thermal conductivity. The hole 70 a of the heat transfer sheet 70 is continuous with the combustion chamber 200.

なお、熱伝送シート７０は、燃焼室２００の天井面２００ａと略面一となるように配設されている。   The heat transfer sheet 70 is disposed so as to be substantially flush with the ceiling surface 200 a of the combustion chamber 200.

水噴射弁６９は、そのノズル部（噴口部）６９ａが熱伝送シート７０の孔部７０ａに挿入されている。水噴射弁６９は、ノズル部６９ａが熱伝送シート７０の孔部７０ａを介して、燃焼室２００を臨むようになっている。   The water injection valve 69 has a nozzle part (a nozzle part) 69 a inserted into the hole part 70 a of the heat transfer sheet 70. In the water injection valve 69, the nozzle portion 69 a faces the combustion chamber 200 through the hole portion 70 a of the heat transfer sheet 70.

水噴射弁６９の配設姿勢は、当該水噴射弁６９の中心軸Ａｘ６９が気筒軸（気筒２０の中心軸）Ａｘ２０に対してなす角度が、排気バルブ２７，２８の各中心軸Ａｘ２７，Ａｘ２８がなす角度よりも大きくなっている。即ち、水噴射弁６９からの水（凝縮水Ｗ）の噴射は、気筒軸Ａｘ２０に対して大きな角度を以ってなされるようになっている。これにより、水がピストン２４の冠面に対して直撃しないようになっている。 Distribution設姿activation of water injection valve 69, the angle of the central axis Ax 69 of the water injection valve 69 with respect to the Ax 20 (the central axis of the cylinder 20) the cylinder axis, each center axis Ax of the exhaust valve 27, 28 27 , Ax 28 is larger than the angle formed. That is, the injection of water from the water injection valve 69 (the condensed water W) is adapted to be made drives out large angle with respect to the cylinder axis Ax 20. This prevents water from hitting the crown of the piston 24 directly.

３．バルブシート２６，２９に対する熱伝送シート７０の配設構造
バルブシート２６，２９に対する熱伝送シート７０の配設構造について、図５を用い説明する。図５は、バルブシート２６，２９と熱伝送シート７０とを燃焼室２００側から平面視した模式平面図である。 3. Arrangement Structure of Heat Transfer Sheet 70 for Valve Seats 26 and 29 The arrangement structure of the heat transfer sheet 70 for valve seats 26 and 29 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic plan view of the valve seats 26 and 29 and the heat transfer sheet 70 viewed from the combustion chamber 200 side.

図５に示すように、本実施形態に係るエンジン本体２では、排気ポート開口部２１１に嵌入されたバルブシート２９と、排気ポート開口部２１２に嵌入されたバルブシート２６とは、吸排気方向（Ｉｎ−Ｅｘ方向）に対して交差する方向に互いに間隔を空けて配設されている。   As shown in FIG. 5, in the engine body 2 according to this embodiment, the valve seat 29 fitted into the exhaust port opening 211 and the valve seat 26 fitted into the exhaust port opening 212 are in the intake / exhaust direction ( In the direction intersecting (In-Ex direction), they are spaced apart from each other.

排気バルブ２８の中心軸Ａｘ２８（バルブシート２６の中心）と、もう一つの排気バルブの中心軸Ａｘ７１（バルブシート２９の中心）と、の間を結ぶ仮想線Ｌ１を引く。このとき、熱伝送シート７０の吸気側（Ｉｎ側）の端点Ｐ１は、仮想線Ｌ１上またはその近傍に位置している。 The central axis Ax 28 of the exhaust valve 28 (the center of the valve seat 26), and the other of the exhaust valve center axis Ax 71 (center of the valve seat 29), an imaginary line L 1 connecting between the draw. At this time, the end point P 1 on the intake side (In side) of the heat transfer sheet 70 is located on or near the virtual line L 1 .

熱伝送シート７０は、バルブシート２６，２９に対して排気側（Ｅｘ側）にオフセットした位置に配設されている。そして、熱伝送シート７０は、バルブシート２６，２９に対して密接している（密に接している）。具体的に、熱伝送シート７０の周面７０ｂはバルブシート２６の周面２６ａに密接し、熱伝送シート７０の周面７０ｃはバルブシート２９の周面２９ａに密接している。   The heat transfer sheet 70 is disposed at a position offset with respect to the valve seats 26 and 29 on the exhaust side (Ex side). The heat transfer sheet 70 is in close contact (close contact) with the valve seats 26 and 29. Specifically, the peripheral surface 70 b of the heat transfer sheet 70 is in close contact with the peripheral surface 26 a of the valve seat 26, and the peripheral surface 70 c of the heat transfer sheet 70 is in close contact with the peripheral surface 29 a of the valve seat 29.

なお、本実施形態に係るエンジン１では、バルブシート２６，２９が異方性材料を用い形成されている。即ち、バルブシート２６，２９では、径方向への熱の伝導性が、厚み方向（高さ方向）への熱の伝導性に比べて高くなっている。   In the engine 1 according to this embodiment, the valve seats 26 and 29 are formed using an anisotropic material. That is, in the valve seats 26 and 29, the heat conductivity in the radial direction is higher than the heat conductivity in the thickness direction (height direction).

４．熱伝送シート７０とその周辺構成
熱伝送シート７０とその周辺構成について、図６を用い説明する。図６は、熱伝送シート７０とその周辺構成を示す模式断面図である。 4). Heat Transfer Sheet 70 and its Surrounding Configuration The heat transfer sheet 70 and its surrounding configuration will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the heat transfer sheet 70 and its peripheral configuration.

図６に示すように、熱伝送シート７０は、互いに連続する孔部７０ａとテーパー孔部７０ｄと大径孔部７０ｅとを有する。水噴射弁６９のノズル部６９ａが挿入されるこれらの孔部７０ａ，７０ｄ，７０ｅは、燃焼室の反対側から燃焼室の側へと向けて小径化している。   As shown in FIG. 6, the heat transfer sheet 70 includes a hole portion 70a, a tapered hole portion 70d, and a large-diameter hole portion 70e that are continuous with each other. These holes 70a, 70d, and 70e into which the nozzle portion 69a of the water injection valve 69 is inserted are reduced in diameter from the opposite side of the combustion chamber toward the combustion chamber.

また、図６に示すように、熱伝送シート７０の側周部および上部は、断熱コーティング層７２で被覆されている。ただし、図６では詳細な図示を省略しているが、周面７０ｂおよび周面７０ｃには、断熱コーティング層７２が被覆されていない。   Further, as shown in FIG. 6, the side peripheral portion and the upper portion of the heat transfer sheet 70 are covered with a heat insulating coating layer 72. However, although detailed illustration is omitted in FIG. 6, the heat insulating coating layer 72 is not covered on the peripheral surface 70 b and the peripheral surface 70 c.

一方、天井面２００ａおよび熱伝送シート７０の下部は、断熱コーティング層７３で被覆されている。断熱コーティング層７３は、孔部７０ａを除き全面を被覆するように設けられている。   On the other hand, the ceiling surface 200 a and the lower part of the heat transfer sheet 70 are covered with a heat insulating coating layer 73. The heat insulating coating layer 73 is provided so as to cover the entire surface except the hole 70a.

５．水噴射弁６９のノズル部６９ａおよびその周辺構造
水噴射弁６９のノズル部６９ａおよびその周辺構造について、図７を用い説明する。図７は、水噴射弁６９のノズル部６９ａおよびその周辺構造を示す模式断面図である。 5). The nozzle part 69a of the water injection valve 69 and its peripheral structure The nozzle part 69a of the water injection valve 69 and its peripheral structure will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the nozzle portion 69a of the water injection valve 69 and its peripheral structure.

図７に示すように、水噴射弁６９は、ノズル部６９ａおよびその周辺において、ヘッド部６９０、熱電素子部６９１、熱容量蓄熱部６９２、測温素子部６９３、ヒーターケース６９４、熱伝送シール部６９５、バックアップリング部６９６、針弁部６９７、および外筒部６９９を有する。   As shown in FIG. 7, the water injection valve 69 includes a head portion 690, a thermoelectric element portion 691, a heat capacity heat storage portion 692, a temperature measuring element portion 693, a heater case 694, and a heat transfer seal portion 695 at and around the nozzle portion 69 a. , A backup ring portion 696, a needle valve portion 697, and an outer cylinder portion 699.

針弁部６９７は、中心軸Ａｘ６９に沿って延びるピン状の部材であり、針弁部６９７の下端にヘッド部６９０が設けられている。外筒部６９９と、外筒部６９９の筒内方に収容された針弁部６９７と、の間には、水が流通する水流通部６９８が構成されている。 The needle valve portion 697 is a pin-shaped member extending along the central axis Ax 69 , and a head portion 690 is provided at the lower end of the needle valve portion 697. Between the outer cylinder part 699 and the needle valve part 697 accommodated inside the cylinder of the outer cylinder part 699, a water circulation part 698 through which water flows is configured.

熱伝送シール部６９５は、ヘッド部６９０の径方向外側を囲むように配されている。熱伝送シール部６９５は、下側（ヘッド部６９０側）から上側（ヘッド部６９０とは反対側）に向けてテーパー状に外径が拡がるテーパー部６９５ａを有する。   The heat transfer seal portion 695 is disposed so as to surround the radially outer side of the head portion 690. The heat transfer seal portion 695 has a tapered portion 695a whose outer diameter increases in a tapered shape from the lower side (the head portion 690 side) to the upper side (the side opposite to the head portion 690).

バックアップリング部６９６は、水噴射弁６９の外筒部６９９の外径が小さくなるテーパー面部６９９ａと小径の小径部６９９ｂとで当該外筒部６９９に密接するリング状半割構造を有する。バックアップリング部６９６において、外筒部６９９のテーパー面部６９９ａと当接するのは、当該テーパー面部６９９ａに対応したテーパー面部６９６ａである。そして、バックアップリング部６９６は、熱伝送シール部６９５の上側に配されており、熱伝送シール部６９５の上部に当接している。ヒーターケース６９４は、熱伝送シール部６９５およびバックアップリング６９６の外周を囲むように設けられている。そして、ヒーターケース６９４は、熱伝送シール部６９５のテーパー部６９５ａが当接する当接部６９４ａを有する。   The backup ring part 696 has a ring-shaped halved structure that is in close contact with the outer cylinder part 699 with a tapered surface part 699a and a small diameter part 699b with a small outer diameter of the outer cylinder part 699 of the water injection valve 69. In the backup ring portion 696, the tapered surface portion 696a corresponding to the tapered surface portion 699a contacts the tapered surface portion 699a of the outer cylinder portion 699. The backup ring portion 696 is disposed on the upper side of the heat transfer seal portion 695 and is in contact with the upper portion of the heat transfer seal portion 695. The heater case 694 is provided so as to surround the outer periphery of the heat transfer seal part 695 and the backup ring 696. The heater case 694 has a contact portion 694a with which the tapered portion 695a of the heat transfer seal portion 695 contacts.

水噴射弁６９の外筒部６９９は、水噴射弁６９の中心軸Ａｘ６９に沿って軸力Ｐ０が作用するように、シリンダヘッド２２に固定されており、この軸力Ｐ０により、外筒部６９９のテーパー面部６９９ａでバックアップリング部６９６を押え込み、更に熱伝送シール部６９５を押え込むことで、ヒーターケース６９４の当接部（テーパー部）６９４ａにおいて熱伝送シール部６９５のテーパー部６９５ａの先端が外筒部６９９の当接部に食い込むようになっている。そして、この食い込みによるくさび効果により、燃焼室側からの内圧Ｐ１が作用しても水噴射弁６９のノズル部６９ａが外側に抜けない構造となっている。更に、熱伝送シール部６９５と外筒部６９９の当接部との間の熱抵抗が小さくなることで、ヒーターケース６９４の熱が、熱伝送シール部６９５から外筒部６９９の当接部を経由して、ノズル部６９ａに伝わり易くなる。 The outer cylinder portion 699 of the water injection valve 69 is fixed to the cylinder head 22 so that the axial force P 0 acts along the central axis Ax 69 of the water injection valve 69, and the axial force P 0 By pressing the backup ring portion 696 with the tapered surface portion 699a of the cylindrical portion 699 and further pressing the heat transfer seal portion 695, the contact portion (taper portion) 694a of the heater case 694 has a taper portion 695a of the heat transfer seal portion 695a. The front end bites into the contact part of the outer cylinder part 699. Then, by the wedge effect of the bite, the internal pressure P 1 from the combustion chamber side nozzle portion 69a of the water injection valve 69 also act has a structure that does not come off outward. Furthermore, the heat resistance between the heat transfer seal portion 695 and the contact portion of the outer cylinder portion 699 is reduced, so that the heat of the heater case 694 moves from the heat transfer seal portion 695 to the contact portion of the outer tube portion 699. It becomes easy to be transmitted to the nozzle part 69a via.

熱容量蓄熱部６９２は、バックアップリング部６９６およびヒーターケース６９４の上部に設けられ、外筒部６９９の径方向外側を囲んでいる。熱電素子部６９１は、熱容量蓄熱部６９２の外周部に設けられ、測温素子部６９３は、熱容量蓄熱部６９２の内周部に設けられている。   The heat capacity heat storage unit 692 is provided on the upper part of the backup ring unit 696 and the heater case 694 and surrounds the outer side in the radial direction of the outer cylinder unit 699. The thermoelectric element unit 691 is provided on the outer peripheral part of the heat capacity heat storage part 692, and the temperature measuring element part 693 is provided on the inner peripheral part of the heat capacity heat storage part 692.

なお、本実施形態で採用する水噴射弁６９では、ノズル部６９ａに燃焼室側から内圧ＰＩが作用した場合に、熱伝送シール部６９５のテーパー部６９５ａによるくさび効果により、ヘッド部６９０および針弁部６９７に対して外筒部６９９などが径方向内側に向けて押し付けられることとなる。 In the water injection valve 69 employed in the present embodiment, when the internal pressure P I from the combustion chamber side to the nozzle portion 69a is applied, by wedge effect by the tapered portion 695a of the heat transmitting sealing portion 695, head portion 690 and a needle The outer cylinder portion 699 and the like are pressed against the valve portion 697 inward in the radial direction.

６．バルブシート２６，２９から熱伝送シート７０への熱移動
バルブシート２６，２９から熱伝送シート７０への熱移動について、図８を用い説明する。図８は、バルブシート２６，２９から熱伝送シート７０への熱移動の様子を示す模式図である。 6). Heat Transfer from Valve Seat 26, 29 to Heat Transfer Sheet 70 The heat transfer from the valve seat 26, 29 to the heat transfer sheet 70 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing a state of heat transfer from the valve seats 26 and 29 to the heat transfer sheet 70.

図８に示すように、バルブシート２６，２９が排気ガスから受けた熱は、周面２６ａ，２９ａから周面７０ｂ，７０ｃを介して熱伝送シート７０へと伝達される（熱の流れＨＦ）。そして、熱伝送シート７０に移動した熱は、当該熱伝送シート７０の孔部７０ａに挿入された水噴射弁６９のノズル部６９ａへと伝達される（水噴射弁６９については、図７などを参照）。 As shown in FIG. 8, the heat valve seat 26, 29 is received from the exhaust gas, the circumferential surface 26a, the peripheral surface 70b from 29a, it is transmitted to the heat transmission sheet 70 through 70c (heat flow H F ). The heat transferred to the heat transfer sheet 70 is transmitted to the nozzle portion 69a of the water injection valve 69 inserted into the hole 70a of the heat transfer sheet 70 (for the water injection valve 69, see FIG. reference).

ここで、上述のように、バルブシート２６，２９は、異方性材料を用い形成されているので、排気ガスから受けた熱は、高効率に熱伝送シート７０へと伝達される。また、図８では、図示を省略しているが、周面７０ｂ，７０ｃを除く外面が断熱コーティング層７２，７３で被覆されているので、排気ガスから受けた熱が燃焼室２００やシリンダヘッド２２に逃げにくく、これによっても高効率での熱伝送シート７０への熱伝達が可能となっている。   Here, as described above, since the valve seats 26 and 29 are formed using an anisotropic material, the heat received from the exhaust gas is transferred to the heat transfer sheet 70 with high efficiency. Although not shown in FIG. 8, since the outer surfaces except the peripheral surfaces 70b and 70c are covered with the heat insulating coating layers 72 and 73, the heat received from the exhaust gas is in the combustion chamber 200 and the cylinder head 22. This makes it possible to transfer heat to the heat transfer sheet 70 with high efficiency.

７．効果
本実施形態に係るエンジン１では、排気ポート開口部２１１，２１２に嵌入されたバルブシート２６，２９と、熱伝送シート７０とが密接されている。このため、排気ポート開口部２１１，２１２から独立排気ポート２１３，２１４へ排出された直後の排気ガスから熱を回収し、水噴射弁６９のノズル部６９ａへと熱伝達することができる。よって、本実施形態に係るエンジン１では、排気通路から回収した熱で噴射する水の昇温を図る上記特許文献１に開示の技術よりも、高効率に噴射用の水Ｗの昇温を図ることができる。 7). Effect In the engine 1 according to the present embodiment, the valve seats 26 and 29 fitted in the exhaust port openings 211 and 212 and the heat transfer sheet 70 are in close contact with each other. Therefore, heat can be recovered from the exhaust gas immediately after being discharged from the exhaust port openings 211 and 212 to the independent exhaust ports 213 and 214, and can be transferred to the nozzle portion 69 a of the water injection valve 69. Therefore, in the engine 1 according to the present embodiment, the temperature of the water W for injection is increased more efficiently than the technique disclosed in Patent Document 1 that increases the temperature of water to be injected with the heat recovered from the exhaust passage. be able to.

また、本実施形態に係るエンジン１では、バルブシート２６，２９から熱伝送シート７０を介して伝達された熱を、水噴射弁６９のノズル部６９ａに供給することとしているので、噴射直前の水Ｗの温度上昇を図ることができ、水噴射弁６９におけるノズル部６９ａよりも上流側の部分を、燃焼室に噴射する水の温度よりも低い状態とすることができ、水噴射弁６９の高い信頼性を維持することが可能である。   Further, in the engine 1 according to the present embodiment, the heat transferred from the valve seats 26 and 29 via the heat transfer sheet 70 is supplied to the nozzle portion 69a of the water injection valve 69. The temperature of W can be increased, and the upstream portion of the water injection valve 69 with respect to the nozzle portion 69a can be made lower than the temperature of the water injected into the combustion chamber. It is possible to maintain reliability.

また、本実施形態に係るエンジン１では、円環状の熱伝送シート７０を用い、当該円環の内側の孔部７０ａに水噴射弁６９のノズル部６９ａを挿入することとしているので、ノズル部６９ａを通る水（凝縮水）Ｗに対して、当該ノズル部６９ａの径方向全域から熱を伝達することができる。よって、本実施形態に係るエンジン１では、温度の偏りが少ない超臨界水Ｗを燃焼室２００に噴射することが可能である。   Further, in the engine 1 according to the present embodiment, since the annular heat transfer sheet 70 is used and the nozzle portion 69a of the water injection valve 69 is inserted into the hole portion 70a inside the annular shape, the nozzle portion 69a Heat can be transferred from the entire radial direction of the nozzle portion 69a to the water (condensed water) W passing through the nozzle. Therefore, in the engine 1 according to this embodiment, it is possible to inject the supercritical water W with little temperature deviation into the combustion chamber 200.

また、本実施形態に係るエンジン１では、熱伝送シート７０における孔部７０ａの内周面に対してノズル部６９ａが密接されているので、熱伝送シート７０からノズル部６９ａへの熱伝達が高効率に行われ、高いエネルギ効率を実現可能である。   Further, in the engine 1 according to the present embodiment, the nozzle portion 69a is in intimate contact with the inner peripheral surface of the hole portion 70a in the heat transfer sheet 70, so heat transfer from the heat transfer sheet 70 to the nozzle portion 69a is high. It is efficient and can achieve high energy efficiency.

また、本実施形態に係るエンジン１では、水噴射弁６９のノズル部６９ａが燃焼室２００内の内圧ＰＩを受けた場合に、熱伝送シール部６９５がくさび効果により径方向内側へと食い込むように構成しているので、燃焼室２００における高いシール性が確保できるとともに、熱伝送シート７０からノズル部６９ａへの高い熱伝達性も確保することができる。 Further, in the engine 1 according to this embodiment, when the nozzle part 69a of the water injection valve 69 is subjected to internal pressure P I in the combustion chamber 200, so as to bite into the radially inner side by the heat transmission sealed portion 695 wedge effect Therefore, high sealing performance in the combustion chamber 200 can be ensured, and high heat transfer performance from the heat transfer sheet 70 to the nozzle portion 69a can be ensured.

また、本実施形態に係るエンジン１では、異方性材料を用いバルブシート２６，２９が構成されているので、バルブシート２６，２９で回収した熱が燃焼室２００やシリンダヘッド２２へと逃げるのを抑制することができる。よって、本実施形態に係るエンジン１では、より高効率に水の昇温が可能である。   Further, in the engine 1 according to the present embodiment, the valve seats 26 and 29 are configured using an anisotropic material, so that heat recovered by the valve seats 26 and 29 escapes to the combustion chamber 200 and the cylinder head 22. Can be suppressed. Therefore, in the engine 1 according to the present embodiment, the temperature of water can be increased more efficiently.

また、本実施形態に係るエンジン１では、熱伝送シート７０の一部が断熱コーティング層７２，７３で被覆されているので、バルブシート２６，２９から伝達された熱が燃焼室２００やシリンダヘッド２２へと逃げるのを抑制することができる。よって、本実施形態に係るエンジン１では、より高効率に水の昇温が可能である。   Further, in the engine 1 according to the present embodiment, a part of the heat transfer sheet 70 is covered with the heat insulating coating layers 72 and 73, so that the heat transmitted from the valve seats 26 and 29 is in the combustion chamber 200 and the cylinder head 22. It can be suppressed to escape. Therefore, in the engine 1 according to the present embodiment, the temperature of water can be increased more efficiently.

また、本実施形態に係るエンジン１では、排気ガスから回収した凝縮水Ｗを水噴射弁６９に供給することとしているので、別に噴射用の水のためのタンクを設ける場合などに比べてエンジン１全体での重量の軽減を図ることができる。   Further, in the engine 1 according to the present embodiment, the condensed water W recovered from the exhaust gas is supplied to the water injection valve 69, so that the engine 1 is compared with a case where a tank for water for injection is separately provided. The overall weight can be reduced.

また、本実施形態に係るエンジン１では、噴射用の水を別に準備しておく必要がないので、水補給の手間がかからない。   Further, in the engine 1 according to the present embodiment, it is not necessary to prepare water for injection separately, so that it does not take time for water supply.

以上のように、本実施形態に係るエンジン１では、超臨界水（３７４℃（６４７Ｋ）以上の温度と、２２ＭＰａ以上の圧力を有する超臨界状態の水）を高効率に燃焼室２００に噴射することができるとともに、水噴射弁６９の高い信頼性を維持することが可能である。   As described above, in the engine 1 according to the present embodiment, supercritical water (supercritical water having a temperature of 374 ° C. (647 K) or higher and a pressure of 22 MPa or higher) is injected into the combustion chamber 200 with high efficiency. It is possible to maintain high reliability of the water injection valve 69.

［実施形態２］
実施形態２に係るエンジンの構成について、図９および図１０を用い説明する。図９は、本実施形態に係るエンジンが備える熱伝送シート１７０の構造を示す模式断面図であり、図１０は、本実施形態に係る熱伝送シート１７０に対する水噴射弁６９の挿入形態を示す模式断面図である。 [Embodiment 2]
The configuration of the engine according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the heat transfer sheet 170 provided in the engine according to the present embodiment, and FIG. 10 is a schematic view showing the insertion form of the water injection valve 69 with respect to the heat transfer sheet 170 according to the present embodiment. It is sectional drawing.

なお、本実施形態に係るエンジンは、図９および図１０を用い説明する部分以外の構成については上記実施形態１に係るエンジン１と同じ構成を備える。   The engine according to the present embodiment has the same configuration as that of the engine 1 according to the first embodiment with respect to configurations other than the portions described with reference to FIGS. 9 and 10.

図９に示すように、熱伝送シート１７０は、燃焼室２００に連続する孔部１７０ａが気筒軸方向に貫通した状態で設けられている。即ち、上記実施形態１に係る熱伝送シート７０では、互いに連続する孔部７０ａとテーパー孔部７０ｄと大径孔部７０ｅとを有する構成を採用したのに対して、本実施形態に係る熱伝送シート１７０では、孔径が変化しない孔部１７０ａが設けられている。   As shown in FIG. 9, the heat transfer sheet 170 is provided in a state where a hole 170 a continuous with the combustion chamber 200 penetrates in the cylinder axis direction. That is, in the heat transfer sheet 70 according to the first embodiment, the configuration including the hole portions 70a, the tapered hole portions 70d, and the large-diameter hole portions 70e that are continuous with each other is adopted, whereas the heat transfer sheet according to the present embodiment is used. In the sheet 170, a hole 170a whose hole diameter does not change is provided.

なお、本実施形態に係る熱伝送シート１７０に対しても、バルブシート２６，２９との密接部分（周面）を除き、側周部および上部が断熱コーティング層７２で被覆されている。   In addition, the heat transfer sheet 170 according to the present embodiment is also covered with the heat insulating coating layer 72 on the side peripheral portion and the upper portion except the close contact portions (peripheral surfaces) with the valve seats 26 and 29.

また、本実施形態においても、天井面２００ａおよび熱伝送シート１７０の下部は、断熱コーティング層７３で被覆されている。断熱コーティング層７３の被覆形態は、上記実施形態１と同じである。   Also in the present embodiment, the ceiling surface 200 a and the lower part of the heat transfer sheet 170 are covered with the heat insulating coating layer 73. The covering form of the heat insulating coating layer 73 is the same as that of the first embodiment.

図１０に示すように、本実施形態においても、シリンダヘッド２２には排気側（Ｅｘ側）の部分に環状の熱伝送シート１７０が嵌入されている。そして、熱伝送シート１７０の孔部１７０ａには、水噴射弁６９のノズル部６９ａが挿入されている。   As shown in FIG. 10, also in this embodiment, an annular heat transfer sheet 170 is fitted into the cylinder head 22 at the exhaust side (Ex side) portion. The nozzle portion 69 a of the water injection valve 69 is inserted into the hole portion 170 a of the heat transfer sheet 170.

上述のように、バックアップリング部６９６のテーパー面部６９６ａと外筒部６９９のテーパー面部６９９ａとが当接し、これにより水噴射弁６９のノズル部６９ａにくさび構造部が構成されている。このため、シリンダヘッド２２に対する水噴射弁６９の固定により、水噴射弁６９の中心軸Ａｘ６９に沿って軸力Ｐ０が作用するが、この軸力Ｐ０により、熱伝送シール部６９５におけるテーパー面部６９５ａの先端部が、ノズル部６９ａの当接部に食い込むくさび効果を奏することができる。これより、燃焼室側からの内圧Ｐ１が作用しても水噴射弁６９のノズル部６９ａが外側に抜けないようになっている。 As described above, the tapered surface portion 696a of the backup ring portion 696 and the tapered surface portion 699a of the outer cylinder portion 699 come into contact with each other, thereby forming a wedge structure portion on the nozzle portion 69a of the water injection valve 69. For this reason, the fixing of the water injection valve 69 to the cylinder head 22 causes the axial force P 0 to act along the central axis Ax 69 of the water injection valve 69, and the taper in the heat transfer seal portion 695 is caused by this axial force P 0. The front end portion of the surface portion 695a can provide a wedge effect that bites into the contact portion of the nozzle portion 69a. Than this, the internal pressure P 1 from the combustion chamber side nozzle portion 69a of the water injection valve 69 also acts is prevented escape outward.

また、上記くさび構造部に構成により、本実施形態に係る水噴射弁６９でも、熱伝送シール部６９５とのゾル部６９ａとの間の熱抵抗を小さくすることができ、熱伝送シート１７０からの熱が、熱伝送シール部６９５を経由して水噴射弁６９のノズル部６９ａに伝わり易くすることができる。   In addition, due to the configuration of the wedge structure portion, even in the water injection valve 69 according to the present embodiment, the thermal resistance between the heat transmission seal portion 695 and the sol portion 69a can be reduced. Heat can be easily transferred to the nozzle portion 69 a of the water injection valve 69 via the heat transfer seal portion 695.

ここで、本実施形態に係る熱伝送シート１７０では、孔部１７０ａが径変化なく貫通しているので、ノズル部６９ａがより燃焼室２００に近接する位置まで孔部１７０ａに対して水噴射弁６９を挿入することができる。このため、本実施形態では、水噴射弁６９のノズル部６９ａからの水噴射ＪＷの範囲をより広範囲とすることができる。 Here, in the heat transfer sheet 170 according to the present embodiment, since the hole 170a penetrates without a diameter change, the water injection valve 69 with respect to the hole 170a until the nozzle 69a is closer to the combustion chamber 200. Can be inserted. Therefore, in the present embodiment, it is possible to more extensive range of water injection J W from the nozzle portion 69a of the water injection valve 69.

従って、本実施形態に係るエンジンでは、燃焼室２００全体にムラなく水噴射を実行することが可能であり、更にエネルギ効率や出力の向上を図ることができる。   Therefore, in the engine according to the present embodiment, it is possible to perform water injection uniformly over the entire combustion chamber 200, and further improve energy efficiency and output.

［実施形態３］
実施形態３に係るエンジンの構成について、図１１および図１２を用い説明する。図１１は、本実施形態に係るエンジンが備える熱伝送シート１７１の構造を示す模式断面図であり、図１２は、本実施形態に係る熱伝送シート１７１とバルブシート１２６との接続（密接）形態を示す模式断面図である。 [Embodiment 3]
The configuration of the engine according to Embodiment 3 will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the heat transfer sheet 171 provided in the engine according to the present embodiment, and FIG. 12 shows a connection (close contact) form between the heat transfer sheet 171 and the valve seat 126 according to the present embodiment. It is a schematic cross section which shows.

なお、本実施形態に係るエンジンは、図１１および図１２を用い説明する部分以外の構成については上記実施形態１に係るエンジン１と同じ構成を備える。   Note that the engine according to the present embodiment has the same configuration as the engine 1 according to the first embodiment with respect to the configuration other than the portions described with reference to FIGS. 11 and 12.

図１１に示すように、本実施形態に係る熱伝送シート１７１においても、互いに連続する孔部１７１ａとテーパー孔部１７１ｄと大径孔部１７１ｅとが設けられている。また、熱伝送シート１７１に対しても、一部を除き断熱コーティング層７３，１７２が被覆されている。   As shown in FIG. 11, also in the heat transfer sheet 171 according to the present embodiment, a hole portion 171a, a tapered hole portion 171d, and a large-diameter hole portion 171e that are continuous with each other are provided. The heat transfer sheet 171 is also covered with the heat insulating coating layers 73 and 172 except for a part thereof.

本実施形態に係る熱伝送シート１７１は、上記実施形態１に係る熱伝送シート７０との差異として、周面１７１ｆが凹凸形状となっている。なお、断熱コーティング層１７２についても、熱伝送シート１７１の周面１７１ｆに対応する部分１７２ａが凹凸形状となっている。   As a difference from the heat transfer sheet 70 according to the first embodiment, the peripheral surface 171f of the heat transfer sheet 171 according to the present embodiment has an uneven shape. In addition, also about the heat insulation coating layer 172, the part 172a corresponding to the surrounding surface 171f of the heat transfer sheet 171 becomes uneven | corrugated shape.

図１２に示すように、本実施形態に係るエンジンでは、バルブシート１２６における熱伝送シート１７１の周面１７１ｆと密接する周面１２６ａが、熱伝送シート１７１の周面１７１ｆの凹凸と噛み合うように凹凸形状となっている。   As shown in FIG. 12, in the engine according to the present embodiment, the circumferential surface 126a of the valve seat 126 that is in close contact with the circumferential surface 171f of the heat transfer sheet 171 is uneven so as to mesh with the unevenness of the circumferential surface 171f of the heat transfer sheet 171. It has a shape.

なお、図１２に示すように、熱伝送シート１７１の周面１７１ｆの内、バルブシート１２６の周面１２６ａと密接する部分については、断熱コーティング層１７２で被覆されていない。   As shown in FIG. 12, the portion of the peripheral surface 171 f of the heat transfer sheet 171 that is in close contact with the peripheral surface 126 a of the valve seat 126 is not covered with the heat insulating coating layer 172.

本実施形態に係るエンジンでは、上記形態の熱伝送シート１７１およびバルブシート１２６を採用することにより、熱伝送シート１７１とバルブシート１２６との接続面積を増大させることができ、更に熱伝達性能を向上させることができる。   In the engine according to the present embodiment, by adopting the heat transfer sheet 171 and the valve seat 126 of the above form, the connection area between the heat transfer sheet 171 and the valve seat 126 can be increased, and the heat transfer performance is further improved. Can be made.

なお、本実施形態に係る熱伝送シート１７１では、上記実施形態１と同様に、互いに連続する孔部１７１ａとテーパー孔部１７１ｄと大径孔部１７１ｅとが設けられてなる構成を採用したが、上記実施形態２と同様の孔部を設けることとしてもよい。   In addition, in the heat transfer sheet 171 according to the present embodiment, a configuration in which a hole portion 171a, a tapered hole portion 171d, and a large-diameter hole portion 171e that are continuous with each other are provided as in the first embodiment. It is good also as providing the hole similar to the said Embodiment 2. FIG.

［実施形態４］
実施形態４に係るエンジンの構成について、図１３および図１４を用い説明する。図１３は、本実施形態に係るエンジンの排気ポート９１６の構成を示す模式断面図であり、図１４は、本実施形態に係る排気ポート９１６の凹部９１６ｂおよび第２凹部９１６ｃの断面形状を説明するための模式図である。 [Embodiment 4]
The configuration of the engine according to Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the exhaust port 916 of the engine according to the present embodiment, and FIG. 14 illustrates the cross-sectional shapes of the recess 916b and the second recess 916c of the exhaust port 916 according to the present embodiment. It is a schematic diagram for.

なお、本実施形態に係るエンジンは、図１３および図１４を用い説明する部分以外の構成については上記実施形態１，２，３の何れかに係るエンジンと同じ構成を備える。   The engine according to the present embodiment has the same configuration as the engine according to any one of the first, second, and third embodiments except for the portions described with reference to FIGS. 13 and 14.

図１３に示すように、本実施形態に係るシリンダヘッド９２においても、排気ポート９１６が、バルブシート２６が嵌入された排気ポート開口部９１２の直後の領域において、上側（Ｕｐ側）に凸となるように湾曲されている。湾曲されてなる領域は、排気ポート９１６の排気ポート開口部９１２から排気バルブ２８の中心軸Ａｘ２８の周辺に至る領域である。 As shown in FIG. 13, also in the cylinder head 92 according to the present embodiment, the exhaust port 916 is convex upward (Up side) in the region immediately after the exhaust port opening 912 in which the valve seat 26 is fitted. Is so curved. The curved region is a region from the exhaust port opening 912 of the exhaust port 916 to the periphery of the central axis Ax 28 of the exhaust valve 28.

更に、排気ポート９１６では、湾曲に係る弧の外側部分に凹部９１６ｂが形成されており、湾曲に係る弧の内側部分に第２凹部９１６ｃが形成されている。凹部９１６ｂは、排気ポート９１６の上面９１６ａが弧の外側に向けて窪んだ部分であり、第２凹部９１６ｃは、排気ポート９１６の下面９１６ｄが弧の内側に向けて窪んだ部分である。   Further, in the exhaust port 916, a concave portion 916b is formed in the outer portion of the arc related to the curve, and a second concave portion 916c is formed in the inner portion of the arc related to the curve. The recess 916b is a portion where the upper surface 916a of the exhaust port 916 is recessed toward the outside of the arc, and the second recess 916c is a portion where the lower surface 916d of the exhaust port 916 is recessed toward the inside of the arc.

図１４に示すように、凹部９１６ｂと第２凹部９１６ｃとは、排気ポート９１６の中心軸Ａｘ９１６を挟んで対向するように設けられている。 As shown in FIG. 14, the recess 916 b and the second recess 916 c are provided so as to face each other with the central axis Ax 916 of the exhaust port 916 interposed therebetween.

ここで、図１４に示すように、排気ポート９１６の中心軸Ａｘ９１６から凹部９１６ｂの周囲の内壁面までの距離（中心軸Ａｘ９１６に対して直交する方向での最短距離）を、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側への順にとり、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とする。このとき、本実施形態では、次の関係を満足する。 Here, as shown in FIG. 14, the distance from the central axis Ax 916 of the exhaust port 916 to the inner wall surface around the recess 916b (the shortest distance in the direction orthogonal to the central axis Ax 916 ) R 1 , R 2 , R 3 are taken in order from the upstream side to the downstream side in the flow direction. At this time, in the present embodiment, the following relationship is satisfied.

Ｒ１＜Ｒ２ ・・（数１）
Ｒ２＞Ｒ３ ・・（数２）
同様に、図１４に示すように、排気ポート９１６の中心軸Ａｘ９１６から第２凹部９１６ｃの周囲の内壁面までの距離（中心軸Ａｘ９１６に対して直交する方向での最短距離）を、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側への順にとり、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６とする。このとき、本実施形態では、次の関係を満足する。 R 1 <R 2 (1)
R 2 > R 3 (2)
Similarly, as shown in FIG. 14, the distance from the central axis Ax 916 of the exhaust port 916 to the inner wall surface around the second recess 916c (the shortest distance in the direction orthogonal to the central axis Ax 916 ) is R 4 , R 5 , and R 6 are taken in order from the upstream side to the downstream side in the gas flow direction. At this time, in the present embodiment, the following relationship is satisfied.

Ｒ４＜Ｒ５ ・・（数３）
Ｒ５＞Ｒ６ ・・（数４）
上記の（数１）から（数４）の関係を満足する凹部９１６ｂおよび第２凹部９１６ｃの形状は、図１３および図１４に示すように、樽の側壁の一部を切り取った場合の、当該側壁における内壁面の一部に類似した形状である。 R 4 <R 5 (3)
R 5 > R 6 (4)
The shape of the concave portion 916b and the second concave portion 916c satisfying the relationship of the above (Equation 1) to (Equation 4) is the shape when a part of the side wall of the barrel is cut as shown in FIGS. The shape is similar to part of the inner wall surface of the side wall.

なお、凹部９１６ｂおよび第２凹部９１６ｃの周囲の各内壁面は、滑らかな曲面で構成されている。   In addition, each inner wall surface around the recessed part 916b and the 2nd recessed part 916c is comprised by the smooth curved surface.

図１３に戻って、エンジンの排気行程において、排気バルブ２８が開くと（燃焼室９００側に駆動する）、排気バルブ２８の傘部２８ａとバルブシート２６との間に隙間Ｇが空く。   Returning to FIG. 13, when the exhaust valve 28 is opened (driven to the combustion chamber 900 side) in the exhaust stroke of the engine, a gap G is opened between the umbrella portion 28 a of the exhaust valve 28 and the valve seat 26.

燃焼室９００内の排気ガスは、隙間Ｇを通り排気ポート９１６へと導出される。排気バルブ２８の中心軸Ａｘ２８よりも気筒軸側（Ｉｎ側）の隙間Ｇから排気ポート９１６に導出される排気ガスの流れを排気ガス流れＦ１とし、排気バルブ２８の中心軸Ａｘ２８に対して気筒軸側とは反対側（Ｅｘ側）の隙間Ｇから排気ポート９１６に導出される排気ガスの流れを排気ガス流れＦ４とする。 The exhaust gas in the combustion chamber 900 is led to the exhaust port 916 through the gap G. The flow of the exhaust gas led to the exhaust port 916 through the gap G of the center axis cylinder axis side than Ax 28 of the exhaust valve 28 (an In-side) and the exhaust gas flow F 1, the center axis Ax 28 of the exhaust valve 28 the flow of the exhaust gas derived from the gap G on the opposite side (Ex side) to the exhaust port 916 and the exhaust gas flow F 4 the cylinder axis side Te.

排気ガス流れＦ１は、排気バルブ２８の傘部２８ａの上面２８ｂに沿って進む。そして、本実施形態における排気ポート９１６では、バルブシート２６が嵌入された箇所の直上の部分に凹部９１６ｂが設けられているので、排気ガス流れＦ１の一部（排気ガス流れＦ２）は、凹部９１６ｂ内で旋回する。排気ガス流れＦ１の残り部分と、凹部９１６ｂで旋回した排気ガス流れＦ２は、その後、排気ポート９１６の下流側へと送られる（排気ガス流れＦ３）。 The exhaust gas flow F 1 proceeds along the upper surface 28 b of the umbrella portion 28 a of the exhaust valve 28. Then, the exhaust port 916 in the present embodiment, the portion in the recess 916b directly above the location where the valve seat 26 is fitted is provided, part of the exhaust gas flow F 1 (exhaust gas stream F 2) is It turns in the recess 916b. The remaining portion of the exhaust gas flow F 1, the exhaust gas flow F 2 which pivots recess 916b is then fed to the downstream side of the exhaust port 916 (the exhaust gas flow F 3).

一方、排気ガス流れＦ４は、排気バルブ２８の傘部２８ａの上面２８ｂに沿って進む。そして、排気ポート９１６に設けられた第２凹部９１６ｃ内で、排気ガス流れＦ４の一部（排気ガス流れＦ１２）は、旋回する。 On the other hand, the exhaust gas flow F 4 proceeds along the upper surface 28 b of the umbrella portion 28 a of the exhaust valve 28. Then, a part of the exhaust gas flow F 4 (exhaust gas flow F 12 ) swirls in the second recess 916 c provided in the exhaust port 916.

排気ガス流れＦ４の残り部分と、第２凹部９１６ｃ内で旋回した排気ガス流れＦ１２は、その後、排気ポート９１６の下流側へと送られる（排気ガス流れＦ３）。 The remaining portion of the exhaust gas flow F 4, the exhaust gas flow F 12 that pivots in the second recess 916c is then fed to the downstream side of the exhaust port 916 (the exhaust gas flow F 3).

凹部９１６ｂ内および第２凹部９１６ｃ内での排気ガスの旋回により、凹部９１６ｂの周囲の内壁および第２凹部９１６ｃの周囲の内壁が相対的に高温となる。このため、凹部９１６ｂおよび第２凹部９１６ｃの直下に配置されたバルブシート２６は、凹部９１６ｂおよび第２凹部９１６ｃの各内壁から熱が直に伝達される。このため、本実施形態に係るエンジンでは、熱伝送シートを介して水噴射弁のノズル部に対して（図１３および図１４では、図示を省略）、更に高効率に熱が伝達される。   By turning the exhaust gas in the recess 916b and the second recess 916c, the inner wall around the recess 916b and the inner wall around the second recess 916c become relatively high in temperature. For this reason, heat is directly transmitted from the inner walls of the recess 916b and the second recess 916c to the valve seat 26 disposed immediately below the recess 916b and the second recess 916c. For this reason, in the engine according to the present embodiment, heat is transmitted with higher efficiency to the nozzle portion of the water injection valve via the heat transfer sheet (not shown in FIGS. 13 and 14).

［変形例］
上記実施形態１〜４では、各気筒２０に対して１つの水噴射弁６９を設けることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、各気筒に２つ以上の水噴射弁を設けることとしてもよい。 [Modification]
In the first to fourth embodiments, one water injection valve 69 is provided for each cylinder 20, but the present invention is not limited to this. For example, two or more water injection valves may be provided in each cylinder.

また、上記実施形態１〜４では、各気筒２０に対して２つの独立排気ポート２１３，２１４を接続することとしたが、本発明は、これに限定受けるものではない。例えば、各気筒に対して１つの独立排気ポートを接続する形態や、各気筒に対して３つ以上の独立排気ポートを接続する形態などを採用することもできる。   In the first to fourth embodiments, the two independent exhaust ports 213 and 214 are connected to each cylinder 20, but the present invention is not limited to this. For example, a form in which one independent exhaust port is connected to each cylinder, a form in which three or more independent exhaust ports are connected to each cylinder, and the like can be adopted.

また、上記実施形態１〜４では、水供給装置６が排気ガス中の水分を凝縮させて、当該凝縮された水を燃焼室２００，９００に対して噴射することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、噴射用の水を別途準備する構成などを採用することもできる。   In the first to fourth embodiments, the water supply device 6 condenses the moisture in the exhaust gas and injects the condensed water into the combustion chambers 200 and 900. This is not a limitation. For example, the structure which prepares the water for injection separately can also be employ | adopted.

また、上記実施形態１〜４では、エンジン本体２の一例として、直列４気筒のガソリンエンジンを採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、３気筒以下のエンジンや５気筒以上のエンジンを採用することもできるし、エンジン形式についても、Ｖ型やＷ型、さらには水平対向型のエンジンを採用することもできる。   In the first to fourth embodiments, an in-line four-cylinder gasoline engine is used as an example of the engine main body 2, but the present invention is not limited to this. For example, an engine having three or less cylinders or an engine having five or more cylinders can be employed, and the engine type can also be a V-type, a W-type, or a horizontally opposed engine.

また、上記実施形態４では、排気ポート９１６に凹部９１６ｂと第２凹部９１６ｃとを設けることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。排気ポートに対して凹部または第２凹部の一方だけを設けることとしてもよいし、３つ以上の凹部を設けることとしてもよい。また、例えば、凹部９１６ｂと第２凹部９１６ｃとが連続するように、環状の凹部を排気ポートの周囲に設けることとしてもよい。   In the fourth embodiment, the exhaust port 916 is provided with the recess 916b and the second recess 916c. However, the present invention is not limited to this. Only one of the concave portion or the second concave portion may be provided for the exhaust port, or three or more concave portions may be provided. Further, for example, an annular recess may be provided around the exhaust port so that the recess 916b and the second recess 916c are continuous.

また、上記実施形態４では、バルブシート２６が嵌入された排気ポート開口部９１２の直後の領域において、排気ポート９１６の湾曲に係る弧の外側部分に凹部９１６ｂが形成されており、湾曲に係る弧の内側部分に第２凹部９１６ｃが形成されていることとしたが、これらの凹部９１６ｂ，９１６ｃの一部または全部をバルブシート２６に設けることとしてもよい。   Further, in the fourth embodiment, in the region immediately after the exhaust port opening 912 in which the valve seat 26 is inserted, the concave portion 916b is formed in the outer portion of the arc related to the curve of the exhaust port 916, and the arc related to the curve is formed. The second recess 916c is formed in the inner portion of the valve seat 26, but a part or all of these recesses 916b and 916c may be provided in the valve seat 26.

また、上記実施形態１〜４では、熱伝送シート７０，１７０，１７１，１７２とバルブシート２６，２９，１２６とが密接する形態を一例として採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、熱伝送シートとバルブシートとが一体形成された形態を採用することもできる。   In the first to fourth embodiments, the heat transfer sheets 70, 170, 171, 172 and the valve seats 26, 29, 126 are in close contact with each other, but the present invention is limited thereto. is not. For example, a form in which a heat transfer seat and a valve seat are integrally formed can be employed.

また、上記実施形態１〜４では、バルブシート２６，２９，１２６として、異方性材料を用い形成されたバルブシートを採用することとしたが、本発明は、異方性材料を用い形成されたバルブシートを採用することを必須の要件とはしない。   In the first to fourth embodiments, the valve seat formed using an anisotropic material is employed as the valve seats 26, 29, and 126. However, the present invention is formed using an anisotropic material. Adopting a special valve seat is not an essential requirement.

また、上記実施形態１〜４では、熱伝送シート７０，１７０，１７１，１７２の外面を断熱コーティング層７２，７３，１７２で被覆することとしたが、本発明は、熱伝送シートの外面を断熱コーティング層で被覆することを必須の要件とはしない。   In the first to fourth embodiments, the outer surfaces of the heat transfer sheets 70, 170, 171, and 172 are covered with the heat insulating coating layers 72, 73, and 172. However, in the present invention, the outer surfaces of the heat transfer sheets are insulated. Covering with a coating layer is not an essential requirement.

また、上記実施形態３では、熱伝送シート１７２の周面１７１ｆとバルブシート１２６の周面１２６ａとを、互いに噛み合う状態で密接するように断面視ジグザグ形状としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、熱伝送シートの周面とバルブシートの周面とを断面視波形形状として接触面積の増大を図ることも可能である。   In the third embodiment, the circumferential surface 171f of the heat transfer sheet 172 and the circumferential surface 126a of the valve seat 126 are formed in a zigzag shape in cross section so as to be in close contact with each other, but the present invention is not limited to this. Not receive. For example, it is possible to increase the contact area by making the peripheral surface of the heat transfer sheet and the peripheral surface of the valve seat into a waveform shape in a sectional view.

また、上記実施形態３では、熱伝送シート１７２の周面１７１ｆ全体を断面視ジグザグ形状としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、バルブシートとの密接部分だけを断面視ジグザグ形状や断面視波形形状とすることもできる。   In the third embodiment, the entire peripheral surface 171f of the heat transfer sheet 172 has a zigzag shape in sectional view, but the present invention is not limited to this. For example, only the portion in close contact with the valve seat may have a cross-sectional zigzag shape or a cross-sectional waveform shape.

１ エンジン
６ 水供給装置
２２ シリンダヘッド
２６，２９，１２６，１７０，１７１ バルブシート
６９ 水噴射弁
６９ａ ノズル部（噴口部）
７０ 熱伝送シート（熱伝達部材）
７２，７３，１７２ 断熱コーティング層
２１１，２１２，９１２ 排気ポート開口部
６９４ ヒーターケース（ケース部）
６９５ 熱伝送シール部
６９６ バックアップリング部
９１６ 排気ポート
９１６ｂ 凹部
９１６ｃ 第２凹部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 6 Water supply apparatus 22 Cylinder head 26, 29, 126, 170, 171 Valve seat 69 Water injection valve 69a Nozzle part (injection part)
70 Heat transfer sheet (heat transfer member)
72, 73, 172 Thermal insulation coating layer 211, 212, 912 Exhaust port opening 694 Heater case (case part)
695 Heat transfer seal part 696 Backup ring part 916 Exhaust port 916b Recessed part 916c Second recessed part

Claims (9)

燃焼室を構成する気筒と、
前記気筒に対して開口部で接続された排気ポートと、
前記排気ポートの前記開口部に嵌入されたバルブシートと、
前記燃焼室を臨むように設けられた噴口部を有する水噴射弁と、
前記水噴射弁における前記噴口部に熱結合状態で取り付けられ、前記燃焼室を臨むように設けられた熱伝達部材と、
を備え、
前記熱伝達部材は、前記バルブシートと一体形成または密接されている、
エンジン。 A cylinder constituting a combustion chamber;
An exhaust port connected to the cylinder at an opening;
A valve seat fitted into the opening of the exhaust port;
A water injection valve having a nozzle part provided to face the combustion chamber;
A heat transfer member attached to the nozzle part of the water injection valve in a thermally coupled state and facing the combustion chamber;
With
The heat transfer member is integrally formed with or in close contact with the valve seat,
engine. 請求項１に記載のエンジンであって、
前記熱伝達部材は、円環形状をしており、
前記熱伝達部材における円環の内側の孔部は、前記燃焼室に連続しており、
前記水噴射弁の前記噴口部は、前記孔部に挿入されている、
エンジン。 The engine according to claim 1,
The heat transfer member has an annular shape,
A hole inside the ring in the heat transfer member is continuous with the combustion chamber,
The nozzle part of the water injection valve is inserted into the hole part,
engine. 請求項２に記載のエンジンであって、
前記噴口部は、前記孔部の内周面に対して密接されている、
エンジン。 The engine according to claim 2,
The nozzle part is in intimate contact with the inner peripheral surface of the hole,
engine. 請求項３に記載のエンジンであって、
前記水噴射弁は、
前記噴口部の外周面に設けられ、前記燃焼室側から当該燃焼室とは反対側に向けてテーパー状に外径が拡がる部分を有する熱伝送シール部と、
前記熱伝送シール部の周囲を囲むように設けられ、前記熱伝送シール部における前記テーパー状の部分に対して密接する部分を有するケース部と、
前記熱伝送シール部に対して前記燃焼室とは反対側に設けられ、該反対側で前記熱伝送シール部に密接するバックアップリング部と、
を有し、
前記噴口部が前記燃焼室側から内圧を受けた場合に、前記熱伝送シール部は、前記テーパー状の部分のくさび効果により前記噴口部の径方向内側へと食い込む、
エンジン。 The engine according to claim 3,
The water injection valve is
A heat transfer seal portion provided on an outer peripheral surface of the nozzle portion and having a portion whose outer diameter expands in a tapered shape from the combustion chamber side toward the opposite side of the combustion chamber;
A case portion that is provided so as to surround the heat transfer seal portion and has a portion that is in close contact with the tapered portion of the heat transfer seal portion;
A backup ring portion provided on the opposite side to the combustion chamber with respect to the heat transfer seal portion, and in close contact with the heat transfer seal portion on the opposite side;
Have
When the nozzle part receives internal pressure from the combustion chamber side, the heat transfer seal part bites inwardly in the radial direction of the nozzle part due to the wedge effect of the tapered portion,
engine. 請求項１から請求項４の何れかに記載のエンジンであって、
前記バルブシートは、前記熱伝達部材に向けた方向の熱伝導性が他の方向に向けた熱伝導性よりも高い異方性材料からなる、
エンジン。 The engine according to any one of claims 1 to 4,
The valve seat is made of an anisotropic material in which the thermal conductivity in the direction toward the heat transfer member is higher than the thermal conductivity in the other direction.
engine. 請求項１から請求項５の何れかに記載のエンジンであって、
前記熱伝達部材は、外面の一部が断熱コーティング層で被覆されている、
エンジン。 The engine according to any one of claims 1 to 5,
The heat transfer member has a part of the outer surface covered with a heat insulating coating layer,
engine. 請求項１から請求項６の何れかに記載のエンジンであって、
前記排気ポートは、前記開口部から排気ガスの流れ方向の下流側の部分にかけての領域において、前記気筒の軸方向上側に向けて凸となるように湾曲されており、
前記排気ポートにおける前記湾曲された部分は、前記湾曲に係る弧の外側に向けて窪んだ凹部を有する、
エンジン。 The engine according to any one of claims 1 to 6,
The exhaust port is curved so as to protrude toward the upper side in the axial direction of the cylinder in a region from the opening to a downstream portion in the exhaust gas flow direction,
The curved portion of the exhaust port has a concave portion that is recessed toward the outside of the arc related to the curvature.
engine. 請求項７に記載のエンジンであって、
前記排気ポートにおける前記湾曲された部分は、前記湾曲に係る弧の内側に向けて窪んだ第２凹部を有する、
エンジン。 The engine according to claim 7,
The curved portion of the exhaust port has a second recess recessed toward the inside of the arc related to the curve.
engine. 請求項１から請求項８の何れかに記載のエンジンであって、
前記燃焼室から排出される排気ガスから凝縮水を回収し、当該回収した前記凝縮水を前記水噴射弁に供給する水供給装置を更に備える、
エンジン。 The engine according to any one of claims 1 to 8,
A water supply device for recovering condensed water from the exhaust gas discharged from the combustion chamber and supplying the recovered condensed water to the water injection valve;
engine.
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