JP4549142B2 - engine - Google Patents

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JP4549142B2 JP2004273051A JP2004273051A JP4549142B2 JP 4549142 B2 JP4549142 B2 JP 4549142B2 JP 2004273051 A JP2004273051 A JP 2004273051A JP 2004273051 A JP2004273051 A JP 2004273051A JP 4549142 B2 JP4549142 B2 JP 4549142B2
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Description

本発明は、水等の液体を燃料として用いることができる極めてクリーンなエンジンに関するものである。   The present invention relates to an extremely clean engine that can use a liquid such as water as a fuel.

従来から、機械的な動力を生み出すエンジンとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関が主流として用いられてきた。これらの内燃機関は主として石油系の燃料を燃焼させて機械的動力にエネルギー変換するものであるため、NO等の排出による大気汚染や、COの排出による温暖化等の環境汚染が問題となっている。 Conventionally, an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine has been mainly used as an engine for generating mechanical power. Since these internal combustion engines is to primarily energy conversion into mechanical power by burning a fuel oil system, air pollution due to discharge of NO X, and environmental pollution problems warming due emission of CO 2 It has become.

そこで、燃料に水蒸気を混合して燃費を向上するエンジンとして下記の特許文献1記載の内燃機関が開示されている。また、水を水蒸気爆発させるエンジンとして下記の特許文献2に記載のエンジンが開示されている。
特開平5−133281 特開平11−148455
Therefore, an internal combustion engine described in Patent Document 1 is disclosed as an engine that improves fuel efficiency by mixing water vapor with fuel. Moreover, the engine of the following patent document 2 is disclosed as an engine which carries out the steam explosion of water.
JP-A-5-133281 JP-A-11-148455

しかしながら、上記特許文献1記載の内燃機関は、基本的にはガソリン燃料を燃焼させるものであるため、水蒸気を利用することにより燃費の向上等は期待できるが、NOやCO等の汚染ガスを排出するものであることに変わりはない。また、上記特許文献2記載のエンジンは、水を蒸発させるための加熱手段として太陽光を利用したものであるが、エネルギー源としての太陽光は天候や気候に影響されやすく、安定した動作を確保し難いという問題があるほか、水を水蒸気爆発させて機械的動力を得るためのエネルギー源としての実現性にも疑問が残る。 However, since the internal combustion engine described in Patent Document 1 basically burns gasoline fuel, the use of water vapor can be expected to improve fuel consumption. However, pollutant gases such as NO X and CO 2 can be expected. It remains the same. The engine described in Patent Document 2 uses sunlight as a heating means for evaporating water. However, sunlight as an energy source is easily affected by the weather and the climate and ensures stable operation. In addition to the problem that it is difficult to do so, the feasibility as an energy source for obtaining mechanical power by steam explosion of water remains a question.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、比較的簡単な装置で水等の液体を燃料として機械的動力を得ることができる極めてクリーンなエンジンの提供をその目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an extremely clean engine capable of obtaining mechanical power using a liquid such as water as fuel with a relatively simple device.

上記目的を達成するため、本発明のエンジンは、内部に膨張室となる空間を有するシリンダおよびピストンと、上記膨張室内において局部加熱を行う局部加熱手段と、上記局部加熱手段の局部加熱部に対して液体を供給する液体供給ノズルと、上記膨張室から液体を排出するドレン部とを備え、上記局部加熱手段は、高透磁性の絶縁物質からなる芯部材に高周波電流が印加されるコイルが巻回され、上記芯部材の端部に、導電性の局部加熱部を存在させたものであることを要旨とする。
In order to achieve the above object, an engine of the present invention has a cylinder and a piston having a space serving as an expansion chamber inside, a local heating means for performing local heating in the expansion chamber, and a local heating portion of the local heating means. A liquid supply nozzle for supplying the liquid and a drain portion for discharging the liquid from the expansion chamber, and the local heating means is a coil in which a high-frequency current is applied to a core member made of a highly permeable insulating material . wound, an end portion of the core member, is summarized in that a conductive local heating member is obtained by present.

本発明のエンジンは、局部加熱手段は、高透磁性の絶縁物質からなる芯部材に高周波電流が印加されるコイルが巻回され、上記芯部材の端部に、上記導電性の局部加熱部を存在させたものであることから、上記コイルに高周波電流が印加されると、コイルの周囲には、右ねじの法則に従ってコイルの中心を長手方向に通過する磁界が発生する。上記磁界はコイルの中心に存在する高透磁性の芯部材を通過し、磁束が芯部材に集中する。そして、芯部材の端部に存在させた導電性の局部加熱部材に対して芯部材に集中した磁束の磁界が作用し、強力な電磁誘導作用が生じて高温に局部加熱される。このとき、芯部材が高透磁性であることから、誘導電流に反発する磁性を帯びにくいため、エネルギー効率が高く、高温の局部加熱が実現する。
Engine according to the present invention, the local heating means is a coil through which a high-frequency current is applied is wound on a core member made of an insulating material high permeability, the end of the core member, the electrically conductive local heating member Therefore, when a high-frequency current is applied to the coil, a magnetic field that passes through the center of the coil in the longitudinal direction is generated around the coil according to the right-handed screw law. The magnetic field passes through the highly permeable core member present at the center of the coil, and the magnetic flux is concentrated on the core member. And the magnetic field of the magnetic flux concentrated on the core member acts on the conductive local heating member that exists at the end of the core member, and a strong electromagnetic induction effect is generated to locally heat to a high temperature. At this time, since the core member is highly permeable, it is difficult to have magnetism repelling the induced current, so that energy efficiency is high and high-temperature local heating is realized.

このように、高温に加熱された局部加熱部に対して液体が供給されることにより、膨張室内で液体が急激に蒸発して膨張し、ピストンを往復運動させて回転動力等を得ることができる。すなわち、膨張室が最も縮小する付近にピストンが移動した時点で液体を局部加熱部に供給すると、液体が急激に加熱されて蒸発・膨張し、膨張室が拡大する方向にピストンが押される。膨張室が最も拡大した時点を過ぎて再び膨張室が最も縮小する付近にピストンが移動した時点で液体を局部加熱部に供給すると、液体が急激に加熱されて蒸発・膨張し、膨張室が拡大する方向にピストンが押される。これを繰り返すことにより、ピストンの往復運動とクランクの回転との動力を得ることができるのである。そして、急激に膨張して発生した蒸気はドレン部から排出される。
また、上記芯部材を透磁率の高い絶縁物質から形成し、上記芯部材の端部に導電性の局部加熱部材を存在させたため、上記芯部材が絶縁性であることから誘導加熱されることはないため、エネルギー効率が高く、端部に配置した導電性の局部加熱部材に対して磁束が集中して作用するため、極めて高温の局部加熱が実現する。したがって、極めてエネルギー効率のよい局部加熱を行うことにより、簡単な装置でしかもランニングコストの低いエンジンとなる。
Thus, by the liquid is supplied to the local heating member which is heated to a high temperature, the liquid in the expansion chamber to expand rapidly evaporate, to obtain the rotational power or the like of the piston is reciprocated it can. That is, when the piston in the vicinity of the expansion chamber is reduced most supplying liquid to local heating member at the time of the movement, the liquid evaporates and expansion is rapidly heated, the piston is pressed in a direction to expand the expansion chamber. When the piston in the vicinity again expansion chamber past the time when the expansion chamber is the most expanded is most shrink supplying liquid to local heating member at the time of the move, is evaporated and expansion is rapidly heated liquid, the expansion chamber The piston is pushed in the direction of expansion. By repeating this, the power of the reciprocating motion of the piston and the rotation of the crank can be obtained. And the vapor | steam which generate | occur | produced by expanding rapidly is discharged | emitted from a drain part.
In addition, since the core member is formed of an insulating material having a high magnetic permeability and a conductive local heating member is present at the end of the core member, induction heating is performed because the core member is insulative. Therefore, the energy efficiency is high, and the magnetic flux concentrates on the conductive local heating member disposed at the end, so that extremely high temperature local heating is realized. Therefore, by performing local heating with extremely high energy efficiency, an engine with a simple apparatus and low running cost is obtained.

そして、供給する液体として水を用いることにより、水の供給だけで動力を得ることが可能となり、石油系の燃料を燃焼させたときのような汚染ガスの排出は皆無となり、極めてクリーンに動力を得ることができる。また、高透磁性の芯部材にコイルを巻回して芯部材端部の導電性部材を加熱するという極めてエネルギー効率のよい局部加熱を行うことにより、簡単な装置でしかもランニングコストの低いエンジンとなる。   By using water as the liquid to be supplied, it becomes possible to obtain power by supplying water alone, and there is no emission of pollutant gases when burning petroleum-based fuel. Obtainable. In addition, a highly energy-efficient local heating, in which a coil is wound around a highly permeable core member to heat the conductive member at the end of the core member, makes the engine simple and low in running cost. .

本発明において、上記噴射ノズルは、ノズル開口を備えた圧力室に、電気信号に対応して内部の液体を加圧する圧電素子または発熱素子を設け、電気信号に応じて液体を噴射させるものである場合には、
例えば、回転検知装置で検知した回転数およびピストン位置に対応して適切なタイミングで電気信号を入力することにより、適切なタイミングで水を噴射することができる。また、例えば、出力調整手段の操作に応じて入力する電気信号を制御し、加熱による気泡発生量や圧電素子の変形量を調節して1ショットに噴射する水の噴射量を制御することができる。
本発明において、噴射ノズルから1ショットに噴射する液体の量を調整する出力調整手段を備え、1ショットに噴射する液体の量を増減することにより回転数を調整するように構成された場合には、
1ショットに噴射する水の量を多くし、気化して膨張する水蒸気の圧力を高くしてエンジンの回転数を高くし、反対に、1ショットに噴射する水の量を少なくし、気化して膨張する水蒸気の圧力を低くしてエンジンの回転数を低くすることができる。
In the present invention, the ejection nozzle is provided with a piezoelectric element or a heating element that pressurizes an internal liquid in response to an electrical signal in a pressure chamber having a nozzle opening, and ejects the liquid in accordance with the electrical signal. in case of,
For example, water can be injected at an appropriate timing by inputting an electrical signal at an appropriate timing corresponding to the rotation speed and the piston position detected by the rotation detection device. In addition, for example, it is possible to control the amount of water sprayed in one shot by controlling the electric signal input according to the operation of the output adjusting means and adjusting the amount of bubble generation due to heating and the amount of deformation of the piezoelectric element. .
In the present invention, when it is configured to adjust the rotational speed by increasing / decreasing the amount of liquid ejected to one shot, provided with output adjusting means for adjusting the amount of liquid ejected to one shot from the ejection nozzle ,
Increase the amount of water injected in one shot, increase the pressure of water vapor that expands by vaporization, increase the engine speed, and conversely reduce the amount of water injected in one shot and vaporize The engine speed can be lowered by lowering the pressure of the expanding water vapor.

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図1は、本発明のエンジンの構造を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing the structure of the engine of the present invention.

このエンジンは、内部に膨張室1となる空間を有するシリンダ2およびピストン3と、上記膨張室1内において局部加熱を行う局部加熱装置4と、上記局部加熱装置4の局部加熱部7に対して液体を供給する噴射ノズル(液体供給ノズル)5と、上記膨張室1から液体を排出する排出路(ドレン部)6とを備えている。   This engine has a cylinder 2 and a piston 3 having a space serving as an expansion chamber 1 inside, a local heating device 4 that performs local heating in the expansion chamber 1, and a local heating unit 7 of the local heating device 4. An ejection nozzle (liquid supply nozzle) 5 for supplying liquid and a discharge path (drain portion) 6 for discharging the liquid from the expansion chamber 1 are provided.

より詳しく説明すると、上記シリンダ2は、シリンダヘッド8とシリンダブロック9とから構成されている。上記シリンダブロック9にはピストン3がスライド自在に嵌挿されている。上記シリンダ2の外周にはピストンリング10が嵌め込まれており、シリンダブロック9との摺接部がシールされながらピストン3がシリンダ2内を摺動するようになっている。上記ピストン3はピストンピン11およびピストンロッド12によりクランク軸19(図示せず、図3参照)と接続されている。   More specifically, the cylinder 2 includes a cylinder head 8 and a cylinder block 9. A piston 3 is slidably inserted into the cylinder block 9. A piston ring 10 is fitted on the outer periphery of the cylinder 2 so that the piston 3 slides in the cylinder 2 while the sliding contact portion with the cylinder block 9 is sealed. The piston 3 is connected to a crankshaft 19 (not shown, see FIG. 3) by a piston pin 11 and a piston rod 12.

そして、上記シリンダ2にピストン3が挿入された状態で内部に膨張室1となる空間が形成されている。この状態で、上記シリンダ2およびピストン3は、ピストン3の往復方向が略水平になるように横置き配置されている。   And the space used as the expansion chamber 1 is formed in the state in which the piston 3 was inserted in the cylinder 2. In this state, the cylinder 2 and the piston 3 are placed horizontally so that the reciprocating direction of the piston 3 is substantially horizontal.

上記シリンダヘッド8には、局部加熱装置4が膨張室1内に突出するように取り付けられている。上記局部加熱装置4は、図2に示すように、高透磁性の絶縁物質から形成された芯部材13に高周波電流が印加されるコイル14が巻回され、上記芯部材13の両端部に、上記局部加熱部としての導電性部材7が配置されて構成されている。   A local heating device 4 is attached to the cylinder head 8 so as to protrude into the expansion chamber 1. As shown in FIG. 2, the local heating device 4 is formed by winding a coil 14 to which a high frequency current is applied to a core member 13 formed of a highly permeable insulating material, and at both ends of the core member 13. The conductive member 7 serving as the local heating unit is arranged.

上記芯部材13は、透磁率が高い絶縁物質から形成することが好ましい。例えば、酸化物系の高透磁率材料であるMn−ZnフェライトやNi−Znフェライトのような軟フェライト材料が好適に用いられる。   The core member 13 is preferably formed from an insulating material having a high magnetic permeability. For example, soft ferrite materials such as Mn—Zn ferrite and Ni—Zn ferrite, which are oxide-based high magnetic permeability materials, are preferably used.

上記芯部材13には、高周波電流が印加されるコイル14が巻回されている。上記コイル14には、高周波電源23が接続されている。また、上記芯部材13の両端部近傍には、局部加熱部材としての導電性部材7が配置されている。上記導電性部材7は、絶縁性のセラミックス等の絶縁材料から形成された支持部材15を介してシリンダヘッド8に固定されている。   A coil 14 to which a high frequency current is applied is wound around the core member 13. A high frequency power source 23 is connected to the coil 14. Further, in the vicinity of both end portions of the core member 13, conductive members 7 as local heating members are disposed. The conductive member 7 is fixed to the cylinder head 8 via a support member 15 formed of an insulating material such as insulating ceramics.

このような構成により、上記コイル14に高周波電流が印加されると、コイル14の周囲には、右ねじの法則に従ってコイル14の中心を長手方向に通過する磁界が発生する。(図2参照)上記磁界はコイルの中心に存在する高透磁性の芯部材13を通過し、磁束が芯部材13に集中する。そして、芯部材13の端部に存在させた導電性部材7に対して芯部材13に集中した磁束の磁界が作用し、強力な電磁誘導作用が生じて上記導電性部材7は極めて高温に局部加熱される。   With such a configuration, when a high frequency current is applied to the coil 14, a magnetic field that passes through the center of the coil 14 in the longitudinal direction is generated around the coil 14 in accordance with the right-handed screw law. (See FIG. 2) The magnetic field passes through the highly permeable core member 13 present at the center of the coil, and the magnetic flux concentrates on the core member 13. And the magnetic field of the magnetic flux concentrated on the core member 13 acts on the conductive member 7 present at the end of the core member 13, and a strong electromagnetic induction effect is generated, so that the conductive member 7 is locally heated to an extremely high temperature. Heated.

このとき、芯部材13が高透磁性であることから、誘導電流に反発する磁性を帯びにくいため、エネルギー効率が高く、高温の局部加熱が実現する。また、上記芯部材13を透磁率の高い絶縁物質から形成し、上記芯部材13の端部に導電性部材7を配置することにより、上記芯部材13が絶縁性であることから芯部材13自体が誘導加熱されることはないため、エネルギー効率が高く、端部に配置した導電性部材7に対して磁束が集中して作用するため、極めて高温の局部加熱が実現する。   At this time, since the core member 13 is highly permeable, it is difficult to have magnetism repelling the induced current, so that energy efficiency is high and high-temperature local heating is realized. Further, the core member 13 is formed of an insulating material having a high magnetic permeability, and the conductive member 7 is disposed at the end portion of the core member 13, so that the core member 13 is insulative, so that the core member 13 itself. Is not heated by induction, so that energy efficiency is high, and magnetic flux concentrates and acts on the conductive member 7 arranged at the end, so that extremely high temperature local heating is realized.

上記導電性部材7としては、高温に耐える材質であることが好ましく、耐熱合金や導電性のセラミックス材料,炭素材料等を用いることができる。また、SiC等の半導体を用いることもできる。   The conductive member 7 is preferably a material that can withstand high temperatures, and a heat-resistant alloy, a conductive ceramic material, a carbon material, or the like can be used. A semiconductor such as SiC can also be used.

また、図1および図2に示した局部加熱装置4は、芯部材13を高透磁性の絶縁材料から形成し、芯部材13の端部近傍に導電性部材7を配置したが、上記芯部材13として
透磁率の高い導電材料を用いることもできる。例えば、純鉄,ケイ素鋼,パーマロイ,センダスト,パーミンバール,イソパーム,パーメンジュール,フェライト等をあげることができる。この場合には、芯部材13の端部に導電性部材を配置してもよいし、芯部材13自体の端部を延長してそこを導電部として加熱してもよい。
In the local heating device 4 shown in FIGS. 1 and 2, the core member 13 is formed from a highly permeable insulating material, and the conductive member 7 is disposed near the end of the core member 13. A conductive material having a high magnetic permeability can also be used as 13. For example, pure iron, silicon steel, permalloy, sendust, perminvar, isopalm, permendur, ferrite, etc. can be mentioned. In this case, a conductive member may be disposed at the end of the core member 13, or the end of the core member 13 itself may be extended and heated as a conductive portion.

上記シリンダヘッド8には、上記局部加熱部としての導電性部材に対して水を噴射する噴射ノズル5が取り付けられている。そして、局部加熱された導電性部材に対して水を噴射させることにより、噴射された水が局部加熱部と接触して瞬時に気化し、水蒸気爆発を起して膨張する。この膨張の際の圧力によりピストン3を往復運動させて動力を得るのである。   The cylinder head 8 is provided with an injection nozzle 5 for injecting water to the conductive member as the local heating unit. And by spraying water with respect to the locally heated conductive member, the sprayed water comes into contact with the local heating unit and instantly vaporizes, causing a steam explosion to expand. The piston 3 is reciprocated by the pressure at the time of expansion to obtain power.

一方、上記シリンダブロック9には、噴射ノズル5から噴射されて膨張した水蒸気を排出する排出路6が形成されている。この排出路6からは噴射された水が気化した水蒸気と、噴射されミスト状の水が浮遊して集まったり、一旦気化した水蒸気が凝縮した液状の水も排出される。したがって、上記排出路6は、液状の水がスムーズに排出されるよう、横置き配置されたピストン3の下側に位置するように設けられている。また、液状の水が排出路6に流れ込みやすいように、排出路6のシリンダ2内部側の開口部には漏斗状の傾斜面17が形成されている。また、上記排出路6には、排出路6を開閉する弁16が設けられている。   On the other hand, the cylinder block 9 is formed with a discharge path 6 for discharging the expanded water vapor injected from the injection nozzle 5. From this discharge path 6, water vapor that is vaporized from the jetted water and liquid water that is jetted and mist-like water floats and collects, or liquid water that is once vaporized is condensed is also discharged. Therefore, the discharge path 6 is provided so as to be positioned below the horizontally disposed piston 3 so that liquid water is smoothly discharged. In addition, a funnel-shaped inclined surface 17 is formed in the opening of the discharge path 6 on the inner side of the cylinder 2 so that liquid water can easily flow into the discharge path 6. The discharge path 6 is provided with a valve 16 for opening and closing the discharge path 6.

図3は、上記エンジンの制御系統を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the engine.

このエンジンは、ピストン3の往復運動がクランク18を介して回転運動に変換されたクランク軸19の上記回転を検知する回転検知装置20を備えている。上記回転検知装置は、近接センサや光センサ等のセンサを利用してクランク軸の単位時間あたりの回転数を検知する回転数検知手段として機能する。また、この回転検知装置20は、回転するクランク軸の位相を検知する位相検知手段としても機能する。すなわち、上記回転検知装置20は、クランク軸19の位相に対応し、往復運動しているピストン3が上死点から下死点の間のどの位置にあるかを検知するピストン位置の検知手段としても機能する。   The engine includes a rotation detection device 20 that detects the rotation of the crankshaft 19 in which the reciprocating motion of the piston 3 is converted into rotational motion via the crank 18. The rotation detection device functions as a rotation speed detection unit that detects the rotation speed per unit time of the crankshaft using a sensor such as a proximity sensor or an optical sensor. The rotation detection device 20 also functions as phase detection means for detecting the phase of the rotating crankshaft. That is, the rotation detection device 20 corresponds to the phase of the crankshaft 19 and serves as a piston position detection means for detecting the position between the top dead center and the bottom dead center of the reciprocating piston 3. Also works.

なお、以下の説明では、最も膨張室1が縮小されるピストン3の位置を「上死点」といい、最も膨張室1が拡大されるピストン3の位置を「下死点」という。したがって、実際のピストンの往復動作は略水平方向であるが、説明の便宜上、ピストン3が上死点に向かって移動する動きを「上昇」といい、反対にピストン3が下死点に向かって移動する動きを「下降」ということにする。   In the following description, the position of the piston 3 where the expansion chamber 1 is most contracted is referred to as “top dead center”, and the position of the piston 3 where the expansion chamber 1 is expanded is referred to as “bottom dead center”. Therefore, although the actual reciprocation of the piston is substantially horizontal, for convenience of explanation, the movement of the piston 3 moving toward the top dead center is referred to as “rising”, and on the contrary, the piston 3 moves toward the bottom dead center. The moving movement is called “down”.

また、このエンジンは、上記回転検知装置20で検知された回転数とピストン位置に応じて、所定タイミングで噴射ノズル5から水を噴射させる噴射制御装置22を備えている。上記噴射制御装置22による水を噴射させるタイミングは、具体的には、図4に示すように、ピストン3が上昇して上死点に達してこの上死点を通過して下降を開始したタイミングである。このタイミングで噴射ノズル5から局部加熱部7に対して水を噴射することにより、水が瞬時に気化して膨張するのである。   In addition, the engine includes an injection control device 22 that injects water from the injection nozzle 5 at a predetermined timing in accordance with the rotation speed detected by the rotation detection device 20 and the piston position. Specifically, the timing of injecting the water by the injection control device 22 is the timing at which the piston 3 ascends, reaches the top dead center, passes through the top dead center, and starts to descend as shown in FIG. It is. By injecting water from the injection nozzle 5 to the local heating unit 7 at this timing, the water instantly vaporizes and expands.

また、このエンジンは、所定タイミングで噴射ノズル5から噴射させる水の量を調節する出力調整手段24を備えている。この出力調整手段24の操作により、噴射制御装置22は、噴射ノズル5から1ショットに噴射する水の噴射量を制御するようになっている。   The engine also includes output adjusting means 24 that adjusts the amount of water to be injected from the injection nozzle 5 at a predetermined timing. By operating the output adjusting means 24, the injection control device 22 controls the amount of water injected from the injection nozzle 5 to one shot.

ここで、上記噴射ノズル5としては、電気信号に応じて水を噴射させるものを好適に用いることができる。具体的には、ノズル開口26を備えた圧力室27に、電気信号に対応して内部の水を加圧する圧電素子28を設けた噴射ノズル5を用いることができる。図において、31は圧力室27に水を供給する供給路、30は多数の小孔29が穿設されてゴミをろ過するフィルタであり、圧力室27に所定の圧力が発生するよう流路抵抗を付与するオリフィスとしても機能する。この噴射ノズル5では、電気信号に対応して圧電素子28を変形させ、圧力室27内部を圧電素子28の変形により加圧し、圧力室27内の水をノズル開口26から噴射するのである。   Here, as the injection nozzle 5, one that ejects water in accordance with an electrical signal can be suitably used. Specifically, the injection nozzle 5 provided with a piezoelectric element 28 that pressurizes internal water in response to an electric signal in a pressure chamber 27 provided with a nozzle opening 26 can be used. In the figure, 31 is a supply path for supplying water to the pressure chamber 27, 30 is a filter having a large number of small holes 29 for filtering dust, and the flow path resistance so that a predetermined pressure is generated in the pressure chamber 27. It also functions as an orifice for imparting. In the injection nozzle 5, the piezoelectric element 28 is deformed in response to the electric signal, the inside of the pressure chamber 27 is pressurized by the deformation of the piezoelectric element 28, and the water in the pressure chamber 27 is ejected from the nozzle opening 26.

また、図5(b)に示すように、ノズル開口26を備えた圧力室27に、電気信号に対応して内部の水を瞬時に煮沸させて気泡を発生させる発熱素子32を設けた噴射ノズル5を用いることができる。この噴射ノズル5では、電気信号に対応して圧力室27内部の水を瞬時に煮沸して気泡を発生させ、圧力室27内部を気泡により加圧し、圧力室27内の水をノズル開口26から噴射するのである。なお、図5(a)(b)には、圧電素子28および発熱素子32に電気信号を印加する信号ケーブルは図示していない。   Further, as shown in FIG. 5 (b), a spray nozzle provided with a heating element 32 for generating bubbles by instantaneously boiling water inside the pressure chamber 27 provided with a nozzle opening 26 in response to an electric signal. 5 can be used. In this injection nozzle 5, the water inside the pressure chamber 27 is instantly boiled in response to the electrical signal to generate bubbles, the inside of the pressure chamber 27 is pressurized with bubbles, and the water in the pressure chamber 27 is discharged from the nozzle opening 26. It sprays. 5A and 5B do not show a signal cable for applying an electrical signal to the piezoelectric element 28 and the heating element 32.

これらの噴射ノズル5によれば、回転検知装置20で検知した回転数およびピストン位置に対応して適切なタイミングで電気信号を入力することにより、適切なタイミングで水を噴射することができる。また、出力調整手段24の操作に応じて入力する電気信号を制御し、加熱による気泡発生量や圧電素子の変形量を調節して1ショットに噴射する水の噴射量を制御することができる。   According to these injection nozzles 5, water can be injected at an appropriate timing by inputting an electric signal at an appropriate timing corresponding to the rotation speed and the piston position detected by the rotation detection device 20. In addition, it is possible to control the injection amount of water to be injected in one shot by controlling the electric signal input in accordance with the operation of the output adjusting means 24 and adjusting the amount of bubbles generated by heating and the deformation amount of the piezoelectric element.

また、このエンジンは、上記回転検知装置20で検知された回転数とピストン位置に応じて、所定タイミングで排出路6の弁16を開閉する弁制御装置21を備えている。上記弁制御装置21による弁16を開閉させるタイミングは、具体的には、図4に示すように、ピストン3が上昇して上死点に達したときに閉弁し、ピストン3が下降して下死点に達したときに開弁するタイミングである。   In addition, the engine includes a valve control device 21 that opens and closes the valve 16 of the discharge passage 6 at a predetermined timing in accordance with the rotation speed detected by the rotation detection device 20 and the piston position. Specifically, the timing of opening and closing the valve 16 by the valve control device 21 is, as shown in FIG. 4, closed when the piston 3 rises and reaches top dead center, and the piston 3 descends. This is the timing when the valve opens when the bottom dead center is reached.

このような構成のエンジンは、例えば、つぎのようにして動作する。   The engine having such a configuration operates, for example, as follows.

ピストン3がシリンダ2内を上昇して上死点に達した状態を初期状態として説明する。この初期状態では、ピストン3が上昇して上死点に達し、排出路6の弁16は閉弁された状態である(図4参照)。予め局部加熱装置4のコイル14に高周波電流を印加し、局部加熱部7を加熱しておき、上記初期状態から、図6(a)に示すように、少しピストン3が下降したタイミングで噴射ノズル5から水を噴射する。   A state in which the piston 3 moves up in the cylinder 2 and reaches the top dead center will be described as an initial state. In this initial state, the piston 3 ascends and reaches top dead center, and the valve 16 of the discharge path 6 is closed (see FIG. 4). A high-frequency current is applied to the coil 14 of the local heating device 4 in advance to heat the local heating unit 7, and from the initial state, as shown in FIG. Water is injected from 5.

膨張室1が最も縮小する上死点を少し通過した付近にピストンが移動した時点で噴射ノズル5から局部加熱部7に対して水が噴射されると、図6(b)に示すように、噴射された水が瞬時に気化して密閉状態の膨張室1内で膨張し、膨張室1が拡大する方向にピストン3を押し下げる(膨張工程)。   When water is injected from the injection nozzle 5 to the local heating unit 7 at the time when the piston moves to a position near the top dead center where the expansion chamber 1 is reduced most, as shown in FIG. The jetted water is instantly vaporized and expands in the sealed expansion chamber 1, and the piston 3 is pushed down in the direction in which the expansion chamber 1 expands (expansion step).

ついで、図6(c)に示すように、ピストン3が下死点に達したタイミングで、排出路6の弁16を開弁し、慣性力でクランク軸19が回転し、膨張室1が最も拡大した下死点を過ぎてピストン3が再び上昇を始めると、図6(d)に示すように、膨張室1内に充満した水蒸気がピストン3に押されて排出路6から排出される(排気工程)。このとき、上記排出路6からは噴射された水が気化した水蒸気だけでなく、噴射ノズル5から噴射されてミスト状に浮遊して集まったり、一旦気化した水蒸気が冷却されて凝縮した液状の水も排出される。   Next, as shown in FIG. 6 (c), when the piston 3 reaches bottom dead center, the valve 16 of the discharge passage 6 is opened, the crankshaft 19 is rotated by the inertial force, and the expansion chamber 1 is the most. When the piston 3 starts to rise again after the enlarged bottom dead center, as shown in FIG. 6D, the water vapor filled in the expansion chamber 1 is pushed by the piston 3 and discharged from the discharge passage 6 ( Exhaust process). At this time, not only the water vapor ejected from the discharge path 6 is vaporized, but also liquid water which is ejected from the ejection nozzle 5 and floats and collects in a mist state or once vaporized water vapor is cooled and condensed. Are also discharged.

つぎに、再び膨張室1が最も縮小する上死点にピストン3が移動したタイミングで排出路6の弁16を閉弁し、膨張室1を密閉状態にする。そして、上死点を少し通過した付近にピストンが移動した時点で噴射ノズル5から局部加熱部7に対して水を噴射すると、噴射された水が密閉状態の膨張室1内で瞬時に気化・膨張し、膨張室1が拡大する方向にピストン3を押し下げる(膨張工程)。これを繰り返すことにより、ピストン3の往復運動とクランク軸19の回転との動力を得ることができるのである。   Next, the valve 16 of the discharge path 6 is closed at the timing when the piston 3 moves to the top dead center where the expansion chamber 1 is contracted most again, and the expansion chamber 1 is sealed. Then, when water is injected from the injection nozzle 5 to the local heating unit 7 when the piston moves slightly past the top dead center, the injected water is instantly vaporized in the sealed expansion chamber 1. The piston 3 is expanded and the piston 3 is pushed down in the direction in which the expansion chamber 1 expands (expansion step). By repeating this, the power of the reciprocating motion of the piston 3 and the rotation of the crankshaft 19 can be obtained.

そして、出力調整手段24の操作によって噴射ノズル5から1ショットに噴射する水の量を調整することにより、回転数を調整することができるのである。すなわち、1ショットに噴射する水の量を多くすると、気化して膨張する水蒸気の圧力が高くなるため、エンジンの回転数は高くなる。反対に、1ショットに噴射する水の量を少なくすると、気化して膨張する水蒸気の圧力が低くなるため、エンジンの回転数は低くなる。   The rotational speed can be adjusted by adjusting the amount of water sprayed from the spray nozzle 5 to one shot by operating the output adjusting means 24. That is, if the amount of water injected in one shot is increased, the pressure of water vapor that is vaporized and expanded increases, and therefore the engine speed increases. On the other hand, if the amount of water sprayed in one shot is reduced, the pressure of the vapor that expands by vaporization is lowered, so that the engine speed is lowered.

このように、供給する液体として水を用いることにより、水の供給だけで動力を得ることが可能となり、石油系の燃料を燃焼させたときのような汚染ガスの排出は皆無となり、極めてクリーンに動力を得ることができる。また、高透磁性の芯部材13にコイル14を巻回して芯部材13端部の導電性部材7を加熱するという極めてエネルギー効率のよい局部加熱を行うことにより、簡単な装置でしかも低いランニングコストで動力を得られるエンジンとなる。   In this way, by using water as the liquid to be supplied, it becomes possible to obtain power only by supplying water, and there is no emission of pollutant gases when burning petroleum fuel, making it extremely clean. Power can be obtained. Further, by performing local heating with extremely high energy efficiency by winding the coil 14 around the highly permeable core member 13 and heating the conductive member 7 at the end of the core member 13, a simple apparatus and low running cost are achieved. It will be an engine that can get power.

上記実施例では、局部加熱装置4は、芯部材13の両端部に局部加熱部としての導電性部材7を配置したが、芯部材13の一端部だけに局部加熱部としての導電性部材7を配置してもよい。このようにすることにより、局部加熱のエネルギー効率が高くなり、より効率的に動力を得ることができるようになる。また、上記実施例では、いわゆる単気筒タイプの場合を例にとって説明したが、同様のシリンダを複数並設し、2気筒以上のマルチタイプとすることもできる。   In the above embodiment, the local heating device 4 has the conductive member 7 as the local heating unit disposed at both ends of the core member 13, but the conductive member 7 as the local heating unit is provided only at one end of the core member 13. You may arrange. By doing in this way, the energy efficiency of local heating becomes high and power can be obtained more efficiently. In the above embodiment, the case of a so-called single cylinder type has been described as an example. However, a plurality of similar cylinders may be arranged in parallel to form a multi-type of two or more cylinders.

本発明は、自動車等の車両用エンジンだけでなく、モーターボート、船舶、農業機械、鉄道車両等、各種分野のエンジンとして用いることができる。   The present invention can be used not only as an engine for vehicles such as automobiles but also as an engine for various fields such as motor boats, ships, agricultural machines, and railway vehicles.

本発明のエンジンを示す構成図である。It is a block diagram which shows the engine of this invention. 局部加熱装置を示す図である。It is a figure which shows a local heating apparatus. 上記エンジンの制御系統を示す図である。It is a figure which shows the control system of the said engine. 上記エンジンの制御状態を示す図である。It is a figure which shows the control state of the said engine. 噴射ノズルの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of an injection nozzle. 上記エンジンの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the said engine.

符号の説明Explanation of symbols

1 膨張室
2 シリンダ
3 ピストン
4 局部加熱装置
5 噴射ノズル
6 排出路
7 局部加熱部,導電性部材
8 シリンダヘッド
9 シリンダブロック
10 ピストンリング
11 ピストンピン
12 ピストンロッド
13 芯部材
14 コイル
15 支持部材
16 弁
17 傾斜面
18 クランク
19 クランク軸
20 回転検知装置
21 弁制御装置
22 噴射制御装置
23 高周波電源
24 出力調整手段
26 ノズル開口
27 圧力室
28 圧電素子
29 小孔
30 フィルタ
31 供給路
32 発熱素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Expansion chamber 2 Cylinder 3 Piston 4 Local heating apparatus 5 Injection nozzle 6 Discharge path 7 Local heating part, electroconductive member 8 Cylinder head 9 Cylinder block 10 Piston ring 11 Piston pin 12 Piston rod 13 Core member 14 Coil 15 Support member 16 Valve DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 Inclined surface 18 Crank 19 Crankshaft 20 Rotation detection apparatus 21 Valve control apparatus 22 Injection control apparatus 23 High frequency power supply 24 Output adjustment means 26 Nozzle opening 27 Pressure chamber 28 Piezoelectric element 29 Small hole 30 Filter 31 Supply path 32 Heating element

Claims (3)

内部に膨張室となる空間を有するシリンダおよびピストンと、上記膨張室内において局部加熱を行う局部加熱手段と、上記局部加熱手段の局部加熱部に対して液体を供給する液体供給ノズルと、上記膨張室から液体を排出するドレン部とを備え、
上記局部加熱手段は、高透磁性の絶縁物質からなる芯部材に高周波電流が印加されるコイルが巻回され、上記芯部材の端部に、導電性の局部加熱部を存在させたものであることを特徴とするエンジン。
A cylinder and a piston having a space serving as an expansion chamber inside, a local heating means for performing local heating in the expansion chamber, a liquid supply nozzle for supplying a liquid to the local heating portion of the local heating means, and the expansion chamber A drain portion for discharging liquid from
It said local heating means, a coil through which a high-frequency current is applied is wound on a core member made of an insulating material high permeability, the end of the core member, in which a conductive local heating member was present An engine characterized by being.
上記噴射ノズルは、ノズル開口を備えた圧力室に、電気信号に対応して内部の液体を加圧する圧電素子または発熱素子を設け、電気信号に応じて液体を噴射させるものである請求項1記載のエンジン。2. The jet nozzle is provided with a piezoelectric element or a heating element that pressurizes an internal liquid in response to an electrical signal in a pressure chamber having a nozzle opening, and jets the liquid in accordance with the electrical signal. Engine. 噴射ノズルから1ショットに噴射する液体の量を調整する出力調整手段を備え、1ショットに噴射する液体の量を増減することにより回転数を調整するように構成された請求項1または2記載のエンジン。The output adjustment means for adjusting the amount of liquid ejected from a spray nozzle to one shot is provided, and the rotational speed is adjusted by increasing or decreasing the amount of liquid ejected to one shot. engine.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009144827A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Katsuren Hisashi Engine
JP4610667B2 (en) * 2009-06-12 2011-01-12 久誌 勝連 Steam explosion and shock wave generator, motor and turbine device
WO2010143307A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-16 Katsuren Hisashi Turbine device
CN102452401A (en) * 2010-11-01 2012-05-16 吴德滨 Ultrahigh-speed train with electromagnetic-induction turbine engine
FR2988425A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-27 Jean Claude Fendrich Engine type device for use in e.g. boiler, for producing internal flash steam for direct injection of working fluid inside engine, has chamber sealed by motor unit, and piston whose end is in contact with heat source through heating bar
KR101594388B1 (en) * 2013-10-21 2016-02-18 노영규 Engine using phase transformation of water
WO2024096725A1 (en) * 2022-11-04 2024-05-10 Teteris Visvaldis Engine

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5612005A (en) * 1979-07-09 1981-02-05 Shigemi Suzuki Steam engine
JPS6262313U (en) * 1985-10-03 1987-04-17
JPH01280601A (en) * 1988-05-02 1989-11-10 Naoki Kirinoe Water vapour explosion prime mover
JPH03194881A (en) * 1989-12-18 1991-08-26 Charles Finney Induction heater
JPH04171203A (en) * 1990-11-05 1992-06-18 Koji Haniyuda Ceramic engine using water as power source
JPH06154667A (en) * 1992-11-19 1994-06-03 Sanden Corp Liquid atomizing device
JPH10103176A (en) * 1996-09-26 1998-04-21 Yamaha Motor Co Ltd Liquid injection device
JP2001035646A (en) * 1999-07-19 2001-02-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Induction heating joining device and joining method
JP2001173401A (en) * 1999-12-15 2001-06-26 Toshimi Yoshida High frequency engine device with satellite battery, engine used therefor, and its manufacturing method
JP2004012721A (en) * 2002-06-05 2004-01-15 Toshiba Tec Corp Image forming apparatus and device and method for fixing
JP2004025748A (en) * 2002-06-27 2004-01-29 Seiko Epson Corp Liquid ejection head
JP2005509774A (en) * 2001-11-15 2005-04-14 ヴェイパー ヴァイパー リミテッド Hydropower engine

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5612005A (en) * 1979-07-09 1981-02-05 Shigemi Suzuki Steam engine
JPS6262313U (en) * 1985-10-03 1987-04-17
JPH01280601A (en) * 1988-05-02 1989-11-10 Naoki Kirinoe Water vapour explosion prime mover
JPH03194881A (en) * 1989-12-18 1991-08-26 Charles Finney Induction heater
JPH04171203A (en) * 1990-11-05 1992-06-18 Koji Haniyuda Ceramic engine using water as power source
JPH06154667A (en) * 1992-11-19 1994-06-03 Sanden Corp Liquid atomizing device
JPH10103176A (en) * 1996-09-26 1998-04-21 Yamaha Motor Co Ltd Liquid injection device
JP2001035646A (en) * 1999-07-19 2001-02-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Induction heating joining device and joining method
JP2001173401A (en) * 1999-12-15 2001-06-26 Toshimi Yoshida High frequency engine device with satellite battery, engine used therefor, and its manufacturing method
JP2005509774A (en) * 2001-11-15 2005-04-14 ヴェイパー ヴァイパー リミテッド Hydropower engine
JP2004012721A (en) * 2002-06-05 2004-01-15 Toshiba Tec Corp Image forming apparatus and device and method for fixing
JP2004025748A (en) * 2002-06-27 2004-01-29 Seiko Epson Corp Liquid ejection head

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