JPH08319897A - 内燃機関の燃料燃焼方法および装置 - Google Patents
内燃機関の燃料燃焼方法および装置Info
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- JPH08319897A JPH08319897A JP7152570A JP15257095A JPH08319897A JP H08319897 A JPH08319897 A JP H08319897A JP 7152570 A JP7152570 A JP 7152570A JP 15257095 A JP15257095 A JP 15257095A JP H08319897 A JPH08319897 A JP H08319897A
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- water
- fuel
- cylinder
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 内燃機関における燃料の燃焼方式を改善して
トルク出力を増大させること。 【構成】 シリンダ室の内部における気化燃料を水蒸気
の存在下に燃焼させるようになされている内燃機関の燃
焼方法において、シリンダ室内の圧縮気圧下における気
化温度以上に加熱された水を気化燃料の爆発行程の開始
時点の直前において、シリンダ室の内部に対して噴射さ
せ、気化燃料の燃焼行程の間に水蒸気として膨張させる
ことからなる内燃機関の燃料燃焼方法。 【作用効果】 シリンダ室内の圧縮気圧における気化温
度以上に加熱された水を爆発行程の直前に高圧でシリン
ダ室内に噴射することにより、水が瞬時に気化して燃焼
行程中でその水蒸気膨張により出力トルクを増大させか
つ排気中のＮＯxを低下させる。
トルク出力を増大させること。 【構成】 シリンダ室の内部における気化燃料を水蒸気
の存在下に燃焼させるようになされている内燃機関の燃
焼方法において、シリンダ室内の圧縮気圧下における気
化温度以上に加熱された水を気化燃料の爆発行程の開始
時点の直前において、シリンダ室の内部に対して噴射さ
せ、気化燃料の燃焼行程の間に水蒸気として膨張させる
ことからなる内燃機関の燃料燃焼方法。 【作用効果】 シリンダ室内の圧縮気圧における気化温
度以上に加熱された水を爆発行程の直前に高圧でシリン
ダ室内に噴射することにより、水が瞬時に気化して燃焼
行程中でその水蒸気膨張により出力トルクを増大させか
つ排気中のＮＯxを低下させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関における燃料燃
焼方法および装置に係り、特に内燃機関のシリンダ室内
において水蒸気の存在下に気化燃料を燃焼させるように
した内燃機関における燃料の燃焼方法および装置に関す
る。
焼方法および装置に係り、特に内燃機関のシリンダ室内
において水蒸気の存在下に気化燃料を燃焼させるように
した内燃機関における燃料の燃焼方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術および発明の解決すべき課題】内燃機関に
おけるガソリン等の燃料の燃焼の際に発生する排気ガス
のNOx を低下させる目的でシリンダ室内部に水を供給し
て燃焼時の温度を低下させ、またこの際の水蒸気膨張に
より得られるエネルギによってエンジンの効率を高める
試みが従来から提案されている（特開平１ー１２１５１
７号および特開平１ー３１８７０７号等）。
おけるガソリン等の燃料の燃焼の際に発生する排気ガス
のNOx を低下させる目的でシリンダ室内部に水を供給し
て燃焼時の温度を低下させ、またこの際の水蒸気膨張に
より得られるエネルギによってエンジンの効率を高める
試みが従来から提案されている（特開平１ー１２１５１
７号および特開平１ー３１８７０７号等）。
【０００３】しかしこれらの方法の中、たとえば燃料蒸
気／水蒸気混合物をシリンダ室に導入する方法（特開平
１ー１２１５１７号）では、水が予め吸気行程から水蒸
気の状態で供給されるので、燃料の燃焼エネルギが低下
しかつ水蒸気についてはその加熱時の気体の体積膨張に
よるエネルギのみを利用することになるため、目的とす
るエンジン出力の増大に一定の制約がある。一方シリン
ダ内に高温水を噴射する方法（特開平１─３１８７０７
号）では、エンジン排気ガスにより７０〜８０℃に予備
加熱された水が爆発行程とタイミングを合わせてシリン
ダ内に噴射され、燃料の燃焼時に気化温度まで加熱され
た後、気化の際の体積膨張によりエンジン出力が増大さ
れる。しかし、注水された水の燃料燃焼時の加熱による
水蒸気化は比較的ゆるやかなため、これをピストン−シ
リンダの高速の爆発・膨張行程に追随させることは困難
であり水蒸気化の際の膨張力によるエネルギを充分に利
用することができない。
気／水蒸気混合物をシリンダ室に導入する方法（特開平
１ー１２１５１７号）では、水が予め吸気行程から水蒸
気の状態で供給されるので、燃料の燃焼エネルギが低下
しかつ水蒸気についてはその加熱時の気体の体積膨張に
よるエネルギのみを利用することになるため、目的とす
るエンジン出力の増大に一定の制約がある。一方シリン
ダ内に高温水を噴射する方法（特開平１─３１８７０７
号）では、エンジン排気ガスにより７０〜８０℃に予備
加熱された水が爆発行程とタイミングを合わせてシリン
ダ内に噴射され、燃料の燃焼時に気化温度まで加熱され
た後、気化の際の体積膨張によりエンジン出力が増大さ
れる。しかし、注水された水の燃料燃焼時の加熱による
水蒸気化は比較的ゆるやかなため、これをピストン−シ
リンダの高速の爆発・膨張行程に追随させることは困難
であり水蒸気化の際の膨張力によるエネルギを充分に利
用することができない。
【０００４】シリンダ室内における、たとえばガソリン
／空気の混合気からなる燃料の爆発・膨張およびそれに
よるトルクの発生は急激に生起する。これに対して水の
加熱および水蒸気化による膨張は比較的なだらかであ
り、特に水を気化温度にまで加熱する時間が燃料の瞬時
の爆発・膨張時間に対して無視できないほど大きいの
で、燃焼サイクルの完了までに水が完全に気化膨張する
に到らず結局そのエネルギを充分に活用することができ
ない。したがって、シリンダ内の気化燃料の燃焼・爆発
に際して水蒸気を存在させる前記形式の内燃機関の燃料
燃焼方法においては、水が加熱されて気化する際の大き
な体積変化をシリンダの燃焼サイクルの範囲内で完全に
行わせることが必要となる。
／空気の混合気からなる燃料の爆発・膨張およびそれに
よるトルクの発生は急激に生起する。これに対して水の
加熱および水蒸気化による膨張は比較的なだらかであ
り、特に水を気化温度にまで加熱する時間が燃料の瞬時
の爆発・膨張時間に対して無視できないほど大きいの
で、燃焼サイクルの完了までに水が完全に気化膨張する
に到らず結局そのエネルギを充分に活用することができ
ない。したがって、シリンダ内の気化燃料の燃焼・爆発
に際して水蒸気を存在させる前記形式の内燃機関の燃料
燃焼方法においては、水が加熱されて気化する際の大き
な体積変化をシリンダの燃焼サイクルの範囲内で完全に
行わせることが必要となる。
【０００５】
【課題を解決するための技術手段】前記従来技術の課題
はシリンダ室の内部における気化燃料を水蒸気の存在下
に燃焼させるようになされている内燃機関の燃焼方法に
おいて、シリンダ室内の圧縮気圧下における気化温度以
上に加熱された水を気化燃料の爆発行程の開始時点の直
前において、るシリンダ室の内部に対して噴射させ、気
化燃料の燃焼行程の間に水蒸気として膨張させることか
らなる内燃機関の燃料燃焼方法によって達成される。
はシリンダ室の内部における気化燃料を水蒸気の存在下
に燃焼させるようになされている内燃機関の燃焼方法に
おいて、シリンダ室内の圧縮気圧下における気化温度以
上に加熱された水を気化燃料の爆発行程の開始時点の直
前において、るシリンダ室の内部に対して噴射させ、気
化燃料の燃焼行程の間に水蒸気として膨張させることか
らなる内燃機関の燃料燃焼方法によって達成される。
【０００７】前記本発明の方法は燃焼サイクルに応じて
作動するピストンヘッドをシリンダ室内に可動に収容
し、かつ吸気管、排気管及び点火プラグを備えた内燃機
関のピストンーシリンダにおいて、前記シリンダ室の前
記ピストンヘッドの上面の中央部に対応する位置におい
てシリンダ壁に貫設されシリンダ内に高温高圧水を霧状
に噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルに対してシリ
ンダ室内の圧縮気圧下における気化温度以上に加熱され
た水を導入するポンプと、前記噴射ノズルからシリンダ
室内への高温高圧水の噴射時期を爆発行程の直前のタイ
ミングに制御する装置とを備えている内燃機関の燃料燃
焼装置によって実施される。
作動するピストンヘッドをシリンダ室内に可動に収容
し、かつ吸気管、排気管及び点火プラグを備えた内燃機
関のピストンーシリンダにおいて、前記シリンダ室の前
記ピストンヘッドの上面の中央部に対応する位置におい
てシリンダ壁に貫設されシリンダ内に高温高圧水を霧状
に噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルに対してシリ
ンダ室内の圧縮気圧下における気化温度以上に加熱され
た水を導入するポンプと、前記噴射ノズルからシリンダ
室内への高温高圧水の噴射時期を爆発行程の直前のタイ
ミングに制御する装置とを備えている内燃機関の燃料燃
焼装置によって実施される。
【０００８】
【作用】本発明においてはシリンダ室内の圧縮気圧下に
おける気化温度以上に加熱された加圧下の水を前記燃料
の爆発行程の開始時点の直前のタイミングで、噴射ノズ
ルからシリンダ室の内部に対し霧滴状に噴射させる。こ
ゝですでにシリンダ室内の圧縮気圧下における気化温度
に達している水は燃料の点火・爆発の際に直ちに水蒸気
化して燃焼ガスの膨張行程と重なり合って少なくとも１
２００倍以上に体積膨張し、これが燃料の爆発・膨張に
よる出力トルクルに加わってピストン−シリンダの出力
を増大させ、特に、出力トルクが急激に減衰する燃焼行
程の後期にも水蒸気膨張が持続するので出力トルクが平
均化される。また水が完全に水蒸気化する際にシリンダ
室内の熱が吸収され、それによってシリンダ室内の燃焼
による温度が低下されて窒素の高温酸化により生じるＮ
Ｏx の生成量が減少する。
おける気化温度以上に加熱された加圧下の水を前記燃料
の爆発行程の開始時点の直前のタイミングで、噴射ノズ
ルからシリンダ室の内部に対し霧滴状に噴射させる。こ
ゝですでにシリンダ室内の圧縮気圧下における気化温度
に達している水は燃料の点火・爆発の際に直ちに水蒸気
化して燃焼ガスの膨張行程と重なり合って少なくとも１
２００倍以上に体積膨張し、これが燃料の爆発・膨張に
よる出力トルクルに加わってピストン−シリンダの出力
を増大させ、特に、出力トルクが急激に減衰する燃焼行
程の後期にも水蒸気膨張が持続するので出力トルクが平
均化される。また水が完全に水蒸気化する際にシリンダ
室内の熱が吸収され、それによってシリンダ室内の燃焼
による温度が低下されて窒素の高温酸化により生じるＮ
Ｏx の生成量が減少する。
【０００９】このような水蒸気膨張を排気行程の直前ま
でに実質的に完了させるためには、シリンダ室容積に対
する水の注入比、噴射圧力および加熱温度にもよるが、
少なくとも爆発行程の直前、すなわち点火タイミングよ
り僅かに早い時期で水を噴射させることが必要である。
水の噴射タイミングがそれよりも遅れると水蒸気化によ
る膨張速度が気化燃料の場合に比較して遅いため膨張行
程中に水蒸気化が完了せず意図する出力トルクの増加を
充分に得ることができない。一方噴射タイミングが早す
ぎると点火特性に悪影響を及ぼしかつ燃料の燃焼効率を
低下させることになる。
でに実質的に完了させるためには、シリンダ室容積に対
する水の注入比、噴射圧力および加熱温度にもよるが、
少なくとも爆発行程の直前、すなわち点火タイミングよ
り僅かに早い時期で水を噴射させることが必要である。
水の噴射タイミングがそれよりも遅れると水蒸気化によ
る膨張速度が気化燃料の場合に比較して遅いため膨張行
程中に水蒸気化が完了せず意図する出力トルクの増加を
充分に得ることができない。一方噴射タイミングが早す
ぎると点火特性に悪影響を及ぼしかつ燃料の燃焼効率を
低下させることになる。
【００１０】シリンダ室内の噴射される水の温度はシリ
ンダ室の吸気行程の圧力によって異なるが、種々の形式
の内燃機関について約５ないし２０気圧の加圧下で少な
くとも１５０℃ないし２５０℃の温度範囲とすることが
好ましい。
ンダ室の吸気行程の圧力によって異なるが、種々の形式
の内燃機関について約５ないし２０気圧の加圧下で少な
くとも１５０℃ないし２５０℃の温度範囲とすることが
好ましい。
【００１１】前記高温水のシリンダ室内への噴射量は本
来の気化燃料の爆発燃焼に悪影響を与えない範囲で任意
に選択されその値は加熱温度および圧力によっても変わ
るが、たとえば１気筒５００cc容積のシリンダの場合通
常０．１〜０．２ccの噴射で出力トルクに顕著な増大が
認められる。
来の気化燃料の爆発燃焼に悪影響を与えない範囲で任意
に選択されその値は加熱温度および圧力によっても変わ
るが、たとえば１気筒５００cc容積のシリンダの場合通
常０．１〜０．２ccの噴射で出力トルクに顕著な増大が
認められる。
【００１２】
【実施例】以下本発明を実施例によって説明する。図１
は本発明方法を実施する内燃機関のピストン−シリンダ
装置の概要を示す説明図である。
は本発明方法を実施する内燃機関のピストン−シリンダ
装置の概要を示す説明図である。
【００１３】ピストン−シリンダ１のシリンダ室２の内
部にはピストンヘッド３が収容されており、たとえばガ
ソリン／空気の混合気化燃料の吸気→圧縮→燃焼→排気
サイクルにしたがってシリンダ室２の内部を往復動し
て、ピストンロッドにより出力トルクを伝達するように
なされている。シリンダ室２のピストンヘッド３に対向
する室壁には気化燃料の吸気管５、燃焼ガスの排気管６
および点火プラグ７が設けられている。
部にはピストンヘッド３が収容されており、たとえばガ
ソリン／空気の混合気化燃料の吸気→圧縮→燃焼→排気
サイクルにしたがってシリンダ室２の内部を往復動し
て、ピストンロッドにより出力トルクを伝達するように
なされている。シリンダ室２のピストンヘッド３に対向
する室壁には気化燃料の吸気管５、燃焼ガスの排気管６
および点火プラグ７が設けられている。
【００１４】こゝで本実施例においてはシリンダ室壁に
対して前記ピストンヘッド３の上面のほゞ中央部に対応
する位置に噴射ノズル８が貫設されており、高温高圧の
水をシリンダ室２内部に霧滴として噴射するようになさ
れている。水タンク１０から供給される水は加熱加圧装
置１１によって約１０気圧の加圧下に約１８０℃に加熱
され加圧ポンプ１２によって前記噴射ノズル８から図示
しない噴射時期制御装置により爆発行程の直前の所定の
タイミングでシリンダ室２の内部に霧滴として噴射供給
するようになされている。
対して前記ピストンヘッド３の上面のほゞ中央部に対応
する位置に噴射ノズル８が貫設されており、高温高圧の
水をシリンダ室２内部に霧滴として噴射するようになさ
れている。水タンク１０から供給される水は加熱加圧装
置１１によって約１０気圧の加圧下に約１８０℃に加熱
され加圧ポンプ１２によって前記噴射ノズル８から図示
しない噴射時期制御装置により爆発行程の直前の所定の
タイミングでシリンダ室２の内部に霧滴として噴射供給
するようになされている。
【００１５】このような内燃機関の運転時においては、
吸気管５から吸気されたガソリン／空気の混合気等の気
化燃料が吸気行程でシリンダ室２に導入されてピストン
ヘッド３で圧縮された後点火プラグ７により点火され、
爆発・膨張の燃焼サイクルを経て排気行程で排気管６よ
り排出される。
吸気管５から吸気されたガソリン／空気の混合気等の気
化燃料が吸気行程でシリンダ室２に導入されてピストン
ヘッド３で圧縮された後点火プラグ７により点火され、
爆発・膨張の燃焼サイクルを経て排気行程で排気管６よ
り排出される。
【００１６】こゝで本実施例においては、前記燃料／空
気混合気が圧縮行程でシリンダ室２の内部で圧縮されて
点火される直前に、図示しない制御装置によって設定さ
れた所定のタイミングでポンプ１２から送られ、シリン
ダ室内の圧縮気圧に抗して噴射ノズル８からシリンダ室
２内に霧滴として高圧で噴射される。
気混合気が圧縮行程でシリンダ室２の内部で圧縮されて
点火される直前に、図示しない制御装置によって設定さ
れた所定のタイミングでポンプ１２から送られ、シリン
ダ室内の圧縮気圧に抗して噴射ノズル８からシリンダ室
２内に霧滴として高圧で噴射される。
【００１７】噴射された水はその直後の点火・爆発行程
における気化燃料の燃焼と同時に水蒸気化するが、この
場合の霧滴の前記温度はシリンダ室内の吸気行程での圧
力（たとえば９気圧）における気化温度を越えるている
ため著しい体積膨張を伴って瞬時に水蒸気化し、膨張行
程の際の気化燃料と共に膨張してピストン−シリンダの
出力トルクを増大させる。特にこの水蒸気膨張は燃料の
爆発燃焼による出力トルクが急激に減衰する燃焼サイク
ルの後期の間にも維持されるので出力トルクがこの間を
通じて円滑化される。
における気化燃料の燃焼と同時に水蒸気化するが、この
場合の霧滴の前記温度はシリンダ室内の吸気行程での圧
力（たとえば９気圧）における気化温度を越えるている
ため著しい体積膨張を伴って瞬時に水蒸気化し、膨張行
程の際の気化燃料と共に膨張してピストン−シリンダの
出力トルクを増大させる。特にこの水蒸気膨張は燃料の
爆発燃焼による出力トルクが急激に減衰する燃焼サイク
ルの後期の間にも維持されるので出力トルクがこの間を
通じて円滑化される。
【００１８】また急激に膨張する水蒸気によってシリン
ダ室２内部の燃焼ガスの爆発燃焼による温度が低下さ
れ、高温のシリンダ室内部で窒素の酸化によって生じ排
気ガス中に含まれるＮＯx の含有量が著しく減少する。
ダ室２内部の燃焼ガスの爆発燃焼による温度が低下さ
れ、高温のシリンダ室内部で窒素の酸化によって生じ排
気ガス中に含まれるＮＯx の含有量が著しく減少する。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明の方法によれば、内
燃機関の気化燃料の燃焼の際にシリンダ室に水蒸気を存
在させる燃焼方法において、シリンダ室内の圧縮時の気
圧下における気化温度以上に加熱された水を燃焼行程の
直前にタイミングで噴射させることにより前記水蒸気が
生成されるので、本来の燃料の燃焼エネルギ−を低下さ
せることなく水蒸気膨張によるエネルギ−を充分に利用
してエンジン出力トルクを著しく増大するさせることが
できる。
燃機関の気化燃料の燃焼の際にシリンダ室に水蒸気を存
在させる燃焼方法において、シリンダ室内の圧縮時の気
圧下における気化温度以上に加熱された水を燃焼行程の
直前にタイミングで噴射させることにより前記水蒸気が
生成されるので、本来の燃料の燃焼エネルギ−を低下さ
せることなく水蒸気膨張によるエネルギ−を充分に利用
してエンジン出力トルクを著しく増大するさせることが
できる。
【００２０】以上本発明をガソリンを燃料とするレシプ
ロ形式の内燃機関に適用した例について説明したが、本
発明はこれに限ることなくその他の内燃機関たとえばロ
ータリエンジンさらにはディーゼルエンジン等にも適用
することができる。
ロ形式の内燃機関に適用した例について説明したが、本
発明はこれに限ることなくその他の内燃機関たとえばロ
ータリエンジンさらにはディーゼルエンジン等にも適用
することができる。
【図１】本発明の方法を実施するための装置の概要を示
す説明図である。
す説明図である。
１…ピストン−シリンダ ２…シリンダ室 ３…ピストンヘッド ４…シリンダヘッド ５…吸気管 ６…排気管 ７…点火プラグ ８…噴射ノズル ９…ピストンロッド １０…水タンク １１…加熱／加圧装置 １２…ポンプ
Claims (3)
- 【請求項１】 シリンダ室の内部における気化燃料を水
蒸気の存在下に燃焼させるようになされている内燃機関
の燃焼方法において、シリンダ室内の圧縮気圧下におけ
る気化温度以上に加熱された水を気化燃料の爆発行程の
開始時点の直前において、シリンダ室の内部に対して噴
射させ、気化燃料の燃焼行程の間に水蒸気として膨張さ
せることからなる内燃機関の燃料燃焼方法。 - 【請求項２】 約５〜２０気圧の加圧下に少なくとも約
１５０ないし２５０℃の温度に加熱された水を噴射させ
る請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 燃焼サイクルに応じて作動するピストン
ヘッドをシリンダ室内に可動に収容し、かつ吸気管、排
気管及び点火プラグを備えた内燃機関のピストンーシリ
ンダにおいて、前記シリンダ室の前記ピストンヘッドの
上面の中央部に対応する位置においてシリンダ壁に貫設
されシリンダ内に高温高圧水を霧状に噴射する噴射ノズ
ルと、前記噴射ノズルに対してシリンダ室内の圧縮気圧
下における気化温度以上加熱された水を導入するポンプ
と、前記噴射ノズルからシリンダ室内への高温高圧水の
噴射時期を爆発行程の直前のタイミングに制御する装置
とを備えている内燃機関の燃料燃焼装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7152570A JPH08319897A (ja) | 1995-05-27 | 1995-05-27 | 内燃機関の燃料燃焼方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7152570A JPH08319897A (ja) | 1995-05-27 | 1995-05-27 | 内燃機関の燃料燃焼方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08319897A true JPH08319897A (ja) | 1996-12-03 |
Family
ID=15543373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7152570A Pending JPH08319897A (ja) | 1995-05-27 | 1995-05-27 | 内燃機関の燃料燃焼方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08319897A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100568994B1 (ko) * | 2003-10-17 | 2006-04-07 | 유재철 | 열기관의 에너지 증가장치 |
| JP2007518009A (ja) * | 2004-01-05 | 2007-07-05 | ムーノス マヌエル マリスカル | 燃焼ガスに対する二酸化炭素（ｃｏ２）の供与に基づく複合サイクル燃焼機関 |
| JP2007518931A (ja) * | 2004-01-22 | 2007-07-12 | カージン・エンジニアリング・アクチボラグ | 圧縮装置を制御する方法及びシステム |
| JP2009168039A (ja) * | 2001-04-06 | 2009-07-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 臨界水噴射型内燃機関およびその運転方法 |
| JP2017025774A (ja) * | 2015-07-22 | 2017-02-02 | マツダ株式会社 | エンジンの制御装置 |
| KR20190108368A (ko) * | 2018-03-14 | 2019-09-24 | 한국기계연구원 | 역화 방지 수소 엔진 |
-
1995
- 1995-05-27 JP JP7152570A patent/JPH08319897A/ja active Pending
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