JPH07224724A - 内燃機関とその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気損失と冷却損失とを抑制することによ
り、内燃機関のエネルギー効率を大幅に向上させるこ
と。 【構成】 爆発行程終了付近の時点において，シリンダ
ー１の燃焼室２に開口した微細な注水孔１１を介して、
燃焼室２内に微小量の水を注入する。 【作用】 爆発行程の終了時点までは混合気体の爆発に
よる内燃機能によりピストン出力が行なわれ、それ以降
は注入水の水蒸気化による蒸気機能により付加的なピス
トン出力が行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関とその運転方
法に関するものであり、さらに詳しくはたとえば自動車
用エンジンなどの内燃機関におけるエネルギー効率の改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関においては、シリンダーの燃焼
室内に空気と燃料（ガソリンなど）との混合気体を導入
し、その点火爆発により生じた燃焼気体の作用によりプ
ランジャーを燃焼室内で往復動させてピストン出力とす
るものである。その作用は、４サイクル式と２サイクル
式とがあるが、一般に吸気行程と圧縮行程と爆発行程と
排気行程とから構成されている。

【発明が解決しようとする課題】

【０００３】ところが従来内燃機関のエネルギー効率は
非常に低く、その応用形式にもよるが、一般に３０％前
後であるといわれている。自動車用のガソリン機関を例
にとり消費燃料の発熱量を１００とすると、そのうち２
８．５％は冷却損失として、３４．０％は排気損失とし
て、また９．５％は機械損失として消費され、正味の仕
事には僅か２８．０％前後が利用されるだけである。

【０００４】これは混合気体の爆発により発生した燃焼
気体が、まだ多量の熱エネルギーを含んだままの状態で
なんらそれ以上利用されることなく、排気されることが
大きな原因である。また爆発に際してはシリンダーの燃
焼室内が２０００℃にも達するので、ラジエーターによ
りこれを積極的に冷却している。この冷却は混合気体の
爆発により折角得られた熱エネルギーを、利用しないま
まに相殺していることになる。このような事情が相まっ
て従来の内燃機関においては上記のようにそのエネルギ
ー効率が非常に低いのである。

【０００５】上記のような従来技術の事情に鑑みて、こ
の発明の目的は排気損失と冷却損失とを抑制することに
より、内燃機関のエネルギー効率を大幅に向上させるこ
とを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】爆発行程終了付近の時点
において，シリンダーの燃焼室に開口した微細な注水孔
を介して、燃焼室内に微小量の水を注入することを要旨
とする。

【０００７】

【作用】爆発行程の終了時点までは混合気体の爆発によ
る内燃機能によりピストン出力が行なわれ、それ以降は
注入水の水蒸気化による蒸気機能により付加的なピスト
ン出力が行なわれる。

【０００８】

【実施例】図１に示すように、燃焼室２を画定するシリ
ンダー１の上死点側端部には、燃料と空気との混合気体
を導入するための吸気弁３と、混合気体の爆発によって
生じた燃焼気体を排出するための排出弁４とが設けられ
ている。燃焼室２内に往復動可能に挿入されたプランジ
ャー６はピストンロッド７により外部負荷に連結され
て、ピストン出力を与える。また吸気弁３と排出弁４と
の間には点火用のプラグ９が設けられている。以上は従
来の内燃機関の構成と同じである。

【０００９】この発明においては上記のような構成にお
いて、シリンダー１の爆発行程終了位置付近に燃焼室２
に開口して少なくとも１個の微細な注水孔管１１が形成
されているのである。なお図中には示さないが、この注
水孔管１１は適宜な弁を介して給水源に接続されてい
る。

【００１０】図１に示すのは吸気行程であって、吸気弁
３は開いた状態で空気と燃料との混合気体を燃焼室２内
に導入する。この時点では排出弁４は閉じており、プラ
ンジャー６は下死点寄りに位置している。

【００１１】図２に示すのは圧縮行程であって、この時
点では吸気弁３も排出弁４もともに閉じている。プラン
ジャー６は上死点に向けて移動し、これにより燃焼室２
内の混合気体は圧縮される。

【００１２】図３に示すのは爆発行程であって、吸気弁
３と排出弁４とがともに閉じた状態で、プラグ９により
点火がされ、混合気体は爆発燃焼し、その結果生じた燃
焼気体の圧力でプランジャー６は下死点に向けて移動す
る。

【００１３】爆発行程終了付近の時点において、シリン
ダーの爆発行程終了位置付近にプランジャー６が位置す
るとき、注水孔管１１から燃焼室２内に微小量の水が注
入される。ここまでの区間Ｃにおいては、この発明の内
燃機関はその内燃機能によりピストン出力を行なってい
る。

【００１４】図４に示すのは蒸気膨脹行程である。前記
したように混合気体の燃焼により生じた燃焼室２内の燃
焼気体は２０００℃近い温度になっているので、注水孔
管１１を介してその中に注入された水は瞬間的に水蒸気
化するとともに、急激に体積膨脹し、その圧力によりプ
ランジャー６はさらに下死点に向けて移動する。すなわ
ち水の水蒸気化以降の区間Ｓにおいてはこの発明の内燃
機関はその蒸気機能によりピストン出力を行なうのであ
る。

【００１５】図５に示すのは排出行程である。この時点
では排出弁４が開いた状態となり、プランジャー６の上
死点に向けての移動により、燃焼気体と水蒸気との混合
物が燃焼室２から系外に排出されるのである。以下図１
に示す吸気行程に戻り、以上記載したサイクルを繰返す
のである。

【００１６】なお前記の実施例においては注水孔がシリ
ンダーの爆発行程終了位置付近に形成されているが、注
水孔の位置はこれに限定されるものではなく、要するに
シリンダーの燃焼室に開口していれば足りるのである。
しかし注水孔をシリンダーの爆発行程終了位置付近に位
置させることにより、生じた水蒸気の圧力を即座にプラ
ンジャーに作用させることができる。したがって内燃機
構によるピストン出力から蒸気機能によるピルトン出力
への推移が円滑に行なわれるのである。

【００１７】また注水孔からの注水のための弁は、プラ
ンジャーまたはピストンロッドの変位に応答連動する適
宜な公知の検知機構によりそのタイミングを制御するこ
とができる。

【００１８】またこの発明の実施に際しては、注水孔管
１１をシリンダー１の周りに１回以上巻回させて、供給
途中において水をシリンダー１からの発熱によって加熱
して温水としてから燃焼室２内に注入してもよい。この
ようにすることにより水の水蒸気化をより促進すること
ができる。

【００１９】

【発明の効果】この発明によれば、従来そのまま系外に
排出されていた燃焼気体の高温（熱エネルギー）を利用
して、注入水を水蒸気化してピストン出力に転化してい
る。したがって排気損失が大幅に抑制される。また燃焼
室内に注入された水は燃焼気体に対して一種の水冷効果
を及ぼすので、従来のようにシリンダーをラジエーター
により積極的に冷却する必要がなくなるので、冷却損失
が大幅に抑制される。このような排気損失と冷却損失の
抑制により、消費燃料の発熱量が従来より遥かに効率よ
くピストン出力に利用されるので、内燃機関のエネルギ
効率は従来の場合に比べて、大幅に向上するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の内燃機関における吸気行程を示す一
部断面側面図である。

【図２】この発明の内燃機関における圧縮行程を示す一
部断面側面図である。

【図３】この発明の内燃機関における爆発行程を示す一
部断面側面図である。

【図４】この発明の内燃機関における蒸気膨脹行程を示
す一部断面側面図である。

【図５】この発明の内燃機関における排出行程を示す一
部断面側面図である。

【符号の説明】

１ シリンダー ２ 燃焼室 ３ 吸気弁 ４ 排出弁 ６ ピストンプランジャー ７ ピストンロッド ９ プラグ １１ 注水孔管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダーの燃焼室に開口して微細な注水
   孔が形成されていることを特徴とする内燃機関。
2. 【請求項２】前記の注水孔がシリンダーの爆発行程終了
   位置付近に形成されていることを特徴とする請求項１に
   記載の内燃機関。
3. 【請求項３】シリンダーの爆発行程終了付近の時点にお
   いて、燃焼室内に微小量の水を注入することを特徴とす
   る内燃機関の運転方法。