JP2018035682A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】クリーンなエンジンを提供する。
【解決手段】このディーゼルエンジン１は、シリンダ１２、１３と、シリンダ１２、１３内を往復するピストン１４と、シリンダ１２、１３内の燃焼室１７に通じる給気バルブ２０及び排気バルブ２１と、シリンダ１２、１３内の燃焼室１７に燃料を噴射する燃料噴射弁４０であって、燃料を加熱するための加熱手段５０を有する、燃料噴射弁４０と、を備えている。このように、燃焼室１７の直前で燃料を加熱することによって、燃料を高温のまま燃焼室１７に導入することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱水蒸気を利用するエンジンに関するものである。

従来から、ディーゼルエンジンの燃料は、燃料タンク・燃料供給ポンプ・燃料フィルタ・燃料噴射ポンプ・燃料噴射弁の順序で流れ、圧縮されて高温となったシリンダ内の空気に噴射されるようになっている。

このうち、燃料噴射弁は、燃料噴射ポンプから送られた高圧の燃料を微細な霧状にして燃焼室へ噴射する装置である。燃料噴射弁には、様々な改良が実施されている。例えば、特許文献１に記載された燃料噴射制御装置は、燃料加熱手段が作動している状態で、燃料加熱手段が作動していない状態にあるときより、補正量が少なくなるように調節するように構成されている。この構成により内燃機関に噴射される燃料の温度に応じて燃料噴射量の補正量を調節するため、従来のものと比較して、ドライバビリティを向上させることができる。

特開２０１４−１３７０４２号公報

しかしながら、特許文献１の燃料噴射制御装置は、燃料としてアルコールとガソリンとの混合燃料を使用している。したがって、燃焼により二酸化炭素を排出するため、地球温暖化の要因となっていた。

そこで、本発明は、クリーンなエンジンを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明のエンジンは、シリンダと、前記シリンダ内を往復するピストンと、前記シリンダ内の燃焼室に通じる給気バルブ及び排気バルブと、前記シリンダ内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、燃料を加熱するための加熱手段を有する、燃料噴射弁と、を備えている。

また、前記燃料は水であり、前記加熱手段は前記燃料噴射弁本体の周囲に巻かれた電熱線であることもできる。

さらに、前記加熱手段は、前記燃料としての水を４００度以上に加熱して熱化学分解によって水素を生成するように構成されていることもできる。

このように、本発明のエンジンは、シリンダと、シリンダ内を往復するピストンと、シリンダ内の燃焼室に通じる給気バルブ及び排気バルブと、シリンダ内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、燃料を加熱するための加熱手段を有する、燃料噴射弁と、を備えている。このように、燃焼室の直前で燃料を加熱することによって、燃料を高温のまま燃焼室に導入することができる。

また、燃料は水であり、加熱手段は燃料噴射弁本体の周囲に巻かれた電熱線であるため、二酸化炭素を排出することのない、クリーンなエンジンとなる。

さらに、加熱手段は、燃料としての水を４００度以上に加熱して熱化学分解によって水素を生成するように構成されているため、きわめて効率よく水素を生成して、水素を燃焼させることができる。

ディーゼルエンジンの全体図である。 本実施例のエンジンの燃料噴射弁の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、図１を用いて本発明のエンジンとしてのディーゼルエンジン１の全体構成を説明する。ディーゼルエンジン１は、エンジン本体１０と、燃料噴射ポンプ、スタータ、及び制御装置などを備える。

エンジン本体１０は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１の主たる構造体である。エンジン本体１０は、シリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の上端に配設されたシリンダヘッド１３とを備える。シリンダブロック１２には、複数の気筒１１が設けられている。各気筒１１内には、ピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４には、コンロッド１５を介してクランク軸１６が連結されている。ピストン１４の上端とシリンダヘッド１３の下端の間には、燃焼室１７が形成されている。シリンダヘッド１３には、給気ポート１８及び排気ポート１９が形成されている。給気ポート１８及び排気ポート１９には、燃焼室１７側の開口を開閉する吸気弁２０及び排気弁２１がそれぞれ配置されている。また、シリンダヘッド１３には、燃料噴射弁４０が、その先端部を燃焼室１７内に突出するようにして設けられている。

ディーゼルエンジン１は、一般に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程を、この順に繰り返すことによって駆動力を発生する。

吸気行程においては、給気ポート１８が開いた状態でピストン１４が下死点まで下がることで、外気（空気）が給気ポート１８を通じて燃焼室１７に供給される。

圧縮行程においては、給気ポート１８及び排気ポート１９が閉じた状態で、ピストン１４が上死点まで上がり、これによって燃焼室１７内の空気が圧縮される。圧縮によって燃焼室１７内の空気が高温となった状態で、圧縮行程の終わり近くで燃料噴射弁４０から燃料が噴射される。そうすると、燃料は、圧縮による高温の中で自然着火して燃焼する。本実施例では、後述するように燃料として高温に加熱された水蒸気（水）が用いられる。

膨張行程においては、燃料の燃焼により急激に温度と圧力が上昇してピストン１４が下死点まで下がる。

排気行程においては、排気ポート１９が開いた状態で、ピストン１４が上死点まで上がることで、燃料の燃焼により生じたガス（排気ガス）が燃焼室１７から排気ポート１９を通じて排出される。

そして、本実施例の燃料噴射弁４０は、図２に示すように、燃焼室に取着されるハウジング４１と、ハウジング４１に固定された弁ボディ４２と、弁ボディ４２先端内部に形成された油圧室（油だまり）４３と、燃料噴射ポンプから供給される高圧の燃料油を油圧室４３に供給する燃料通路４４と、油圧室４３に連通する噴孔４５と、を有している。

燃料噴射を停止した状態では噴孔の周縁に形成されたバルブシートとニードルのテーパー部との接触により油圧室４３と噴孔４５とを遮断している。この状態で、燃料噴射ポンプから燃料通路４４を通じて燃料油が供給され、油圧室４３内の圧力が上昇して所定の噴射圧力に到達すると、テーパー部に作用する油圧によりニードルがスプリングの付勢力に抗して上昇し、油圧室４３と噴孔４５とが連通する。

これによって、油圧室４３内の燃料油が噴孔４５から噴射される。また、燃料噴射により油圧室４３内の燃料圧力が低下すると、ニードルはスプリングの付勢力により下降し、テーパー部が噴孔４５周縁のバルブシートに押圧される。これにより、油圧室４３と噴孔４５とが遮断されて燃料噴射が終了する。

そして、本実施例の燃料噴射弁４０には、円筒形の燃料噴射弁４０本体及び噴孔４５の周囲に、加熱手段としての電熱線５０が巻かれている。この電熱線５０は、燃料噴射弁４０内部の燃料としての水を瞬時に４００度以上に加熱するように構成されている。図示しないが、燃料を噴射するタイミングは周知の構成によって制御されている。なお、加熱手段は、電熱線５０に限定されるものではなく、加熱できる装置であればどのようなものであっても採用することができる。実証実験の結果によれば、燃料としての水のうち燃料噴射弁４０本体の周囲の電熱線５０によって７０％程度が水蒸気となり、残りの３０％が噴孔４５の周囲の電熱線によって水蒸気となる。

さらに、エンジン１内の燃焼室１７内を高温にすることで、いわゆる水の熱化学分解を用いて水素を生成し、水素を燃焼させることで動力を得ることも可能である。ただし、一般に、水を直接分解するにはセ氏２０００度以上の温度が必要となるところ、この温度を達成するのは困難であった。

つまり、地球温暖化対策として、二酸化炭素を排出しないクリーンな水素社会の実現が待望されている。しかし、現在の水素製造法は、原料及び熱源に化石燃料を用いるものであり、二酸化炭素の排出は避けられず、クリーンな水素製造法の開発が課題となっている。

そこで、高温の熱を用いて水を分解し水素を製造する、いわゆるＩＳプロセス（ブンゼン反応、ヨウ化水素分解反応、及び硫酸分解反応）によって、原料水をヨウ素や硫黄の化合物と反応させたうえで、生成物であるヨウ化水素及び硫酸の熱分解反応によって水素と酸素を生成することが考えられる。この方法によれば、エンジン内の圧縮による高温を利用できるうえ、原料として水を用いるため二酸化炭素は排出されない。

次に、本実施例のエンジンとしてのディーゼルエンジン１の奏する作用・効果について説明する。

（１）このように、本発明のディーゼルエンジン１は、シリンダ１２、１３と、シリンダ１２、１３内を往復するピストン１４と、シリンダ１２、１３内の燃焼室１７に通じる給気バルブ２０及び排気バルブ２１と、シリンダ１２、１３内の燃焼室１７に燃料を噴射する燃料噴射弁４０であって、燃料を加熱するための加熱手段５０を有する、燃料噴射弁４０と、を備えている。このように、燃焼室１７の直前で燃料を加熱することによって、燃料を高温のまま燃焼室１７に導入することができる。

（２）また、燃料は水であり、加熱手段５０は燃料噴射弁４０本体の周囲に巻かれた電熱線であるため、二酸化炭素を排出することのない、クリーンなエンジンとなる。

（３）さらに、加熱手段５０は、燃料としての水を４００度以上に加熱して熱化学分解によって水素を生成するように構成されているため、きわめて効率よく水素を生成して、水素を燃焼させることができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

１ ディーゼルエンジン（エンジン）
１２ シリンダブロック
１３ シリンダヘッド
１４ ピストン
１７ 燃焼室
２０ 給気バルブ
２１ 排気バルブ
４０ 燃料噴射弁
５０ 加熱手段

Claims (3)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内を往復するピストンと、
   前記シリンダ内の燃焼室に通じる給気バルブ及び排気バルブと、
   前記シリンダ内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、燃料を加熱するための加熱手段を有する、燃料噴射弁と、を備える、エンジン。
2. 前記燃料は水であり、前記加熱手段は前記燃料噴射弁本体の周囲に巻かれた電熱線である、請求項１に記載されたエンジン。
3. 前記加熱手段は、前記燃料としての水を４００度以上に加熱して熱化学分解によって水素を生成するように構成されている、請求項１又は請求項２に記載されたエンジン。