JPH05133281A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、燃料に水蒸気を混合する内燃機関
に関し、簡単な構造によって水蒸気を発生させ、燃費の
向上と無公害化を図る。 【構成】 燃料の爆発燃焼後に水液を燃料燃焼室１００
内に噴射する水液噴射ノズル６０をシリンダヘッド４０
に設け、燃料の燃焼熱によって加熱されその熱で水液噴
射ノズル６０からの水液を蒸発させる焼金１７，１８，
３２を、燃料燃焼室１００内が画成される部位１６，３
０に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料に水蒸気を混合さ
せることによって燃費の向上と無公害化とを図った内燃
機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ディ―ゼルエンジン等の内燃機
関では、燃費の向上と排気ガス浄化による無公害化とを
図るために、燃料に水蒸気を混合させる技術が施されて
いる。

【０００３】従来、この種の内燃機関として、燃料燃焼
室内に燃料と共に水を注入し、ピストンの断熱圧縮熱等
によって水を蒸発させて水蒸気を生成するものがあっ
た。

【０００４】しかし、この内燃機関では、燃料燃焼室内
の熱の大部分が水の気化エネルギ―として奪われ、熱量
が点火しないという事態が発生する恐れがあるので、燃
料点火を確実にするために注入する水の量を制限してい
る。従って、この内燃機関では、水蒸気によるピストン
押圧力を得ることができず、高出力を得ることができな
い。その結果、上述した従来の内燃機関では、単に排気
ガスＮＯx の発生を防止できるにとどまり、燃費につい
ては著しく劣るという欠点があった。

【０００５】これに対して、例えば特開昭６３−９７８
６０号公報記載のディ―ゼルエンジンのように、エンジ
ン外部で予め水蒸気を生成し、この水蒸気と燃料との混
合気を燃料燃焼室に供給することにより、燃料の燃焼効
率を向上させて、燃費の向上を図ったものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−９７８６０号公報記載のごとき内燃機関では、水
蒸気を発生させる水蒸気発生槽、水蒸気発生槽内の水を
加熱する加熱槽、加熱槽を制御する温度サ―モ、電磁弁
及び流量調整弁等を大掛かり且つ複雑に組合せて構成し
た水蒸気生成手段を、内燃機関の外部に設けなければな
らない。

【０００７】従って、このような内燃機関では、その製
造コストが極めて高くなるという欠点がある。

【０００８】本発明は、上述した従来の課題を解決する
ためになされたもので、簡単な構造によって水蒸気を発
生させ、燃費の向上と無公害化を図った内燃機関を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、シリンダブロックと、このシリンダブロッ
ク内を上下動すると共に、ピストン頭部とシリンダブロ
ック内壁とで燃料燃焼室を画成するピストンと、上記燃
料燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有したシ
リンダヘッドとを備える内燃機関において、上記燃料の
爆発燃焼後に、水液を上記燃料燃焼室内に噴射する水液
噴射ノズルを、上記シリンダヘッドに設け、上記燃料の
燃焼熱によって加熱され、その熱で上記水液噴射ノズル
からの水液を蒸発させる焼金を、上記燃料燃焼室が画成
される部位に設けたことを特徴とする。

【００１０】又、上記ピストン頭部と共に上記燃料燃焼
室を形成する中間ブロックを、上記シリンダブロックと
上記シリンダヘッドとの間に設け、この中間ブロックの
内側部と上記シリンダ頭部とに、上記焼金を取付けるこ
ともできる。

【００１１】

【作用】本発明によれば、燃料噴射ノズルによって燃料
燃焼室内に燃料を噴射させて燃料を燃焼爆発させると、
その燃焼熱によって焼金が高温に加熱される。

【００１２】そして、燃料の爆発燃焼後に水液噴射ノズ
ルから噴射された水は、高温の焼金によって水蒸気に気
化され、この水蒸気の膨脹力によってピストンが押圧さ
れる。

【００１３】従って、本発明の内燃機関は、燃料の爆発
燃焼だけでは得られない大きな出力を発生すると共に、
水蒸気による排気ガス浄化を行う。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１５】図１は本発明の一実施例に係る内燃機関で
あるディ―ゼルエンジンを断面で示す。１は冷却水循環
路２を有したシリンダブロックであり、１０はシリンダ
ブロック１内に上下動可能に嵌挿され、ピストンピン１
１及びピストンロッド１２を介して図示省略のクランク
軸に連結されたピストンである。

【００１６】ピストン１０は、ピストン１０とシリンダ
ブロック１との間を気密に保つピストンリング１３が嵌
装されたピストン本体１４と、ピストン本体１４の上端
にボルト１５で締付固定された凸状のピストン頭部１６
とで形成されている。

【００１７】ピストン頭部１６は真鍮、銅等の金属また
はセラミック等の耐熱性である熱伝導性素材で形成され
た焼金１７，１８で構成されている。具体的には、ピス
トン頭部１６からピストン本体１４への伝熱を遮断する
断熱材１９上に焼金１７を装填し、焼金１７の表面を薄
状の焼金１８で覆った二重構造になっている。ピストン
頭部１６において、２０は椀状の凹部であり、この凹部
２０はピストン１１の上死点位置において狭小空間の燃
料燃焼室１００を画成する。

【００１８】３０は、シリンダブロック１とシリンダヘ
ッド４０との間に取付けられた中間ブロックであり、ボ
ルト４１によってシリンダヘッド４０と共にシリンダブ
ロック１上に締付固定されている。この中間ブロック３
０の内壁３１には、ピストン頭部１６の焼金１７，１８
と同素材で形成されたリング状の焼金３２が固着されて
いる。

【００１９】このリング状の焼金３２の上端開口は、図
１及び図２に示すように、中間ブロック３０の天壁に設
けられた大径孔３３と連通されており、又、焼金３２の
内周面形状は、図１に示すようにピストン頭部１６の周
側面形状と略一致するように形成されている。これによ
り、ピストン１０が上死点位置に達したときに、ピスト
ン頭部１６が焼金３２に近接し、凹部２０によって狭小
空間の燃料燃焼室１００が形成されるようになってい
る。

【００２０】なお、図２において、３４はボルト４１が
挿通されるボルト穴である。

【００２１】このような中間ボタンブロック３０に載置
されたシリンダヘッド４０の内部には、燃料噴射ノズル
５０と水液噴射ノズル６０とが取付けられている。これ
らの噴射ノズル５０，６０は、各々隔壁４２で支持さ
れ、これらの先端部は燃料燃焼室１００の真上の底壁４
３に穿設された孔４４，４５に各々嵌入されている。

【００２２】燃料噴射ノズル５０は、図示省略の燃料タ
ンクからの燃料を燃料燃焼室１００内に噴射するための
ノズルである。水液噴射ノズル６０は、図示省略の水タ
ンクからの水をピストン頭部１６に向けて霧状に噴射す
るノズルで、その水噴射は、燃料噴射ノズル５０から噴
射された燃料が爆発燃焼した後に行なわれるように設定
されている。即ち、水液噴射ノズル６０の噴射動作は、
燃料噴射ノズル５０の噴射動作よりも若干遅れたタイミ
ングで行われる。

【００２３】又、シリンダヘッド４０内には、図３及び
図４に示すように、吸気口７２を開閉する吸気バルブ７
１と、排気口７４を開閉する排気バルブ７３とが設けら
れている。

【００２４】なお、図４において、４６はボルト４１が
挿通されるボルト穴である。

【００２５】次に、本実施例の動作について説明する。

【００２６】図５乃至図８は、本実施例の動作を順に説
明するための断面図である。図５は吸気行程を示し、ま
ずピストン１０を上死点位置からシリンダブロック１の
下方に下降させると、吸気バルブ７１が開いて、吸気口
７２から燃料燃焼室１００内に空気が吸入される。次
に、ピストン１０が下死点から上死点に向かうと、吸気
バルブ７１が閉じて図６に示す圧縮行程が行われる。即
ち、ピストン１０が上死点位置に至ると燃料燃焼室１０
０が狭小となり、燃料燃焼室１００内の空気が断熱圧縮
されて、燃料燃焼室１００内の温度が燃料爆発温度以上
に上昇する。

【００２７】そして、ピストン１０が上死点位置から下
降すると、図７に示す燃焼行程が行われる。即ち、ピス
トン１０が上死点位置から下降すると同時に、燃料噴射
ノズル５０から燃料燃焼室１００内に燃料が噴射され、
燃料が上述した断熱圧縮熱によって着火されて爆発す
る。燃料の爆発による燃焼熱は、熱伝導性素材で形成さ
れた中間ブロック３０の焼金３２及びピストン頭部１６
の焼金１７，１８に伝熱され、焼金３２，１７，１８が
相当の高温に加熱される。

【００２８】そして、燃料噴射から若干遅れて、水液噴
射ノズル６０からピストン頭部１６に向けて水が噴霧さ
れ、その霧が高温に加熱されたピストン頭部１６に触れ
て、一瞬にして蒸発する。又、この水の蒸発化は焼金３
２においても行われる。

【００２９】従って、ピストン頭部１６及び焼金３２に
触れた水は、高温の水蒸気となり、その大きな膨脹力に
よってピストン１０を下方に押圧するので、図示省略の
クランク軸は燃料の爆発力と水蒸気の膨脹力との相乗力
を受けて回転する。その結果、燃料は効率良く消費さ
れ、燃費の向上が図られる。

【００３０】なお、上述のようにピストン頭部１６は相
当の高温になるが、ピストン本体１４とピストン頭部１
６との間に断熱材１９が介在しているので、ピストン本
体１４が加熱されて破損するようなことはない。

【００３１】図８は排気行程を示し、下死点位置からピ
ストン１０が上昇していくと、排気バルブ７３が開き、
燃料による排気ガスが排気口７４から排出される。この
排気ガスは、燃料が水蒸気との混合状態で燃焼されるこ
とから、公害物質は含まず、浄化されている。

【００３２】なお、本実施例では、断熱圧縮によって燃
料着火を行うディ―ゼルエンジンについて述べたが、こ
れに限るものではなく、点火プラグによって燃料着火を
行うガソリンエンジン等についても同様であることは勿
論である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料の燃焼熱で加熱された焼金に水を噴出するだけで水
を水蒸気に気化することができるので、簡単な構造で多
量の水蒸気を発生させることができ、その結果優れた燃
費の向上と無公害化を図ることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関を示す断面図
である。

【図２】中間ブロックの平面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】シリンダヘッドの底壁の平面図である。

【図５】吸気行程を示す断面図である。

【図６】圧縮行程を示す断面図である。

【図７】燃焼行程を示す断面図である。

【図８】排気行程を示す断面図である。

【符号の説明】

１ … シリンダブロック １０ … ピストン １４ … ピストン本体 １６ … ピストン頭部 １７，１８ … 焼金 １９ … 断熱材 ２０ … 凹部 ３０ … 中間ブロック ３２ … 焼金 ４０ … シリンダヘッド ４３ … 底壁 ５０ … 燃料噴射ノズル ６０ … 水液噴射ノズル ７１ … 吸気バルブ ７２ … 吸気口 ７３ … 排気バルブ ７４ … 排気口 １００ … 燃料燃焼室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 25/02 Ｃ 7114−3Ｇ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダブロックと、 このシリンダブロック内を上下動すると共に、ピストン
   頭部とシリンダブロック内壁とで燃料燃焼室を画成する
   ピストンと、 上記燃料燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを有
   したシリンダヘッドとを備える内燃機関において、 上記燃料の爆発燃焼後に、水液を上記燃料燃焼室内に噴
   射する水液噴射ノズルを、上記シリンダヘッドに設け、 上記燃料の燃焼熱によって加熱され、その熱で上記水液
   噴射ノズルからの水液を蒸発させる焼金を、上記燃料燃
   焼室が画成される部位に設けたことを特徴とする内燃機
   関。
2. 【請求項２】 上記ピストン頭部と共に上記燃料燃焼室
   を形成する中間ブロックを、上記シリンダブロックと上
   記シリンダヘッドとの間に設け、 この中間ブロックの内側部と上記シリンダ頭部とに、上
   記焼金を取付けたことを特徴とする請求項１記載の内燃
   機関。