(57)【要約】【課題】燃料消費量を抑制しながら出力の増大を図るとともに、さらなる熱効率の改善が図られてなる内燃機関およびその駆動方法を提供する。【解決手段】水噴射ノズル１１と、該水噴射ノズル１１に噴射水を所定圧力に昇圧して供給する水ポンプ９と、前記水噴射ノズル１１と前記水ポンプ９との間に配設されて燃焼排ガスから熱回収をして噴射水を所定温度にまで昇温する熱交換器１０とを備え、通常燃焼サイクルに加えて省エネサイクルが実施可能とされなることを特徴とする内燃機関Ｋであって、通常燃焼サイクルの排気行程に続いて所定頻度で省エネサイクルを実行するものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水噴射ノズルと、該水噴射ノズルに噴射水を所定圧力に昇圧して供給する噴射水供給手段と、前記水噴射ノズルと前記噴射水供給手段との間に配設されて燃焼排ガスから熱回収をして噴射水を所定温度にまで昇温する熱交換器とを備え、
通常燃焼サイクルに加えて省エネサイクルが実施可能とされなることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
通常燃焼サイクルの排気行程に続いて所定頻度で省エネサイクルを実行することを特徴とする内燃機関の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関およびその駆動方法に関する。さらに詳しくは、熱効率が改善されてなる内燃機関およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱伝導率が小さく耐熱性の大きいセラミックスを燃焼室壁などに適用してなる断熱エンジンに関し、通常の吸入、圧縮、燃焼および排気の４サイクルに次いで燃焼室に水を噴射し、燃焼室壁からの吸熱による水の気化膨張および水蒸気排出の２サイクルを実行する６サイクルエンジンが各種提案されている（例えば、特開平２−２６４１２４号公報、特開平３−１１５７４２号公報および特開平３−１１５７４３号公報参照）。
【０００３】
このセラミックエンジンにおいては、一般に冷却系は不要とされるが、燃焼室壁が過熱されると吸入効率の低下および圧縮行程での受熱による圧縮仕事の増大に起因するエンジン効率の低下を招くため、前掲従来技術ではエンジン効率の改善を図るため、燃焼室壁を冷却する水噴射サイクルを設けるものとされる。
【０００４】
また、前掲従来技術では、燃焼室壁からの吸熱により水が気化し、その膨張による仕事が力学的エネルギとして回収されるので、熱効率の改善が図られるものとされる。
【０００５】
ところが、これら従来の６サイクルエンジンにおける水噴射は断熱エンジンの燃焼室壁の冷却を主目的として行われるものであり、余剰の熱エネルギを効率よく回収するといった観点からの水噴射制御については十分な考慮がなされていない（例えば特開平２−２６２１２４号公報の第３欄の最終行では、エンジン温度が上昇する高負荷時を選定して水を噴出するものとしており、温度抑制のみを考慮していることが分る）とともに、排ガスとともに廃棄される熱エネルギについては全く考慮されていないという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、燃料消費量を抑制しながら出力の増大を図るとともに、さらなる熱効率の改善が図られてなる内燃機関およびその駆動方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関は、水噴射ノズルと、該水噴射ノズルに噴射水を所定圧力に昇圧して供給する噴射水供給手段と、前記水噴射ノズルと前記噴射水供給手段との間に配設されて燃焼排ガスから熱回収をして噴射水を所定温度にまで昇温する熱交換器とを備え、通常燃焼サイクルに加えて省エネサイクルが実施可能とされることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の内燃機関の駆動方法は、通常燃焼サイクルの排気行程に続いて所定頻度で省エネサイクルを実行することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明の内燃機関は、前記構成によって、燃焼室の余剰の熱エネルギを力学的エネルギとして効率よく回収し、かつ排ガスの熱エネルギを十分に回収することができる。これによって、さらなる熱効率の改善を図ることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の内燃機関の駆動方法は、所定頻度で省エネサイクルを実施するものとされているので、運転に支障を生じさせることなく熱効率の向上が図られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る内燃機関を図１に概略図で示し、この内燃機関は、図１に示すように、燃焼室を構成するシリンダ１と、シリンダ１内を昇降するピストン２と、ピストン２に連結されているコンロッド３と、コンロッド３に連結されているクランクシャフト４と、吸気バルブ５と、排気バルブ６と、燃料ポンプ７と、燃料噴射ノズル８と、水ポンプ（噴射水供給手段）９と、熱交換器１０と、水噴射ノズル１１と、圧力センサ３１と、水温センサ３２と、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３３とを主要構成要素として備えてなるものとされる。
【００１３】
ここで、シリンダ１と、ピストン２と、コンロッド３と、クランクシャフト４と、吸気バルブ５と、排気バルブ６と、燃料ポンプ７とは、従来の内燃機関と同様とされているので、その構成の詳細な説明は省略する。
【００１４】
燃料噴射ノズル８は、例えば筒内噴射式電子制御噴射ノズルとされて、シリンダヘッド１２の所定位置に配設される。
【００１５】
熱交換器１０は、例えばコイル式熱交換器とされ、そのコイルは明瞭には図示されていないが、排気管２０の適宜位置に巻き付けられて水噴射ノズル１１への供給水を所定温度・圧力にまで昇温・昇圧する。例えば、水ポンプ９から例えば３０℃で供給された水を例えば１８０℃（３気圧）まで昇温・昇圧する。この温度および圧力は圧力センサ３１および水温センサ３２によりそれぞれ検出されてエンジンコントロールユニット３３に送出される。
【００１６】
ここで、コイルおよびコイルから水噴射ノズルへの給水管１０ａは、適宜保温がなされて放熱による損失が低減されている。
【００１７】
水噴射ノズル１１は、例えば筒内噴射式電子制御噴射ノズルと同様構成（ただし、耐食性は向上されている）のものとされて、シリンダヘッド１２の所定位置に配設される。
【００１８】
次に、図２を参照しながら、かかる構成とされている内燃機関の駆動方法について説明する。
【００１９】
（１）吸気行程（図２（ａ）参照）、圧縮・燃料噴射行程（同（ｂ）参照）、燃焼行程（同（ｃ）参照）および排気行程（同（ｄ）参照）からなる通常の燃焼サイクル（以下、通常燃焼サイクルという）を実行する（図２の実線矢符参照）。
【００２０】
（２）エンジンの運転状態に応じた頻度で、通常燃焼サイクルの排気行程に続いて温水噴射・気化膨張行程（図２（ｅ）参照）および排気（水蒸気の排気）行程（同（ｆ）参照）からなる省エネサイクルを実行する（図２の破線矢符参照）。すなわち、所定の頻度で省エネサイクルの２行程を、通常燃焼サイクルの排気行程と吸気行程との間に挿入するようにして実行する。
【００２１】
この場合、省エネサイクルの温水噴射・気化膨張行程における温水噴射は、後掲する電子制御熱水噴射に従って実施される。
【００２２】
以下、電子制御熱水噴射を説明する。
【００２３】
電子制御熱水噴射は、下記内容の制御とされる。
【００２４】
（１１）吸水管１０ａを通して水噴射ノズル１１に供給される温水の温度および圧力をそれぞれ圧力センサ３１および水温センサ３２で検出する。
【００２５】
（１２）手順１１で検出された温度、圧力に基づき、エンジン温度に応じて全量を気化させることが可能な水量を算出し、算出された水量の温水を所定のタイミングで燃焼室内に噴射する。
【００２６】
（１２−１）温水を噴射するタイミングは、通常燃焼サイクルの排気行程終了時に、ピストン２が上死点に達した直後から噴射が開始されるよう設定するのが好ましい。
【００２７】
（１２−２）温水噴射量の算出は、水噴射ノズル１１への供給水の温度、圧力およびエンジン温度と温水噴射量との対応関係を示す関数を、エンジンコントロールユニット３３などの制御装置に与えるようにして実施される。また、供給水の温度、圧力およびエンジン温度と温水噴射量との対応関係を示すマップ（以下、水噴射量マップという）を制御装置に与え、制御装置が水噴射量マップを参照して温水噴射量を決定するようにしてもよい。なお、エンジン温度は通常の燃料噴射制御における検出値を流用してもよいし、独自に検出するものとしてもよい。
【００２８】
このように、実施形態の内燃機関駆動方法は、燃焼室の余剰の熱エネルギを力学的エネルギとして回収するように、エンジンの運転状態に応じた頻度で通常の燃焼サイクルとは別に、温水噴射・気化膨張および排気の２行程からなる省エネサイクルを実施するものとされるので、エンジンの燃焼状態に悪影響を及すことなく熱効率を改善することが可能となる。
【００２９】
また、温水噴射量は、水が気化することなく残留しない範囲で燃焼室の余剰の熱エネルギを最大限に回収することができるよう設定されるので、熱効率を顕著に改善することが可能となる。
【００３０】
さらに、省エネサイクルにおいて噴射される温水の加熱源として、熱交換器１０を介する排気（管）の熱エネルギが利用されるので、通常４００℃程度である燃焼室よりもむしろ高温（約８００℃）となる排気（管）の熱エネルギを有効利用することが可能となり、さらに熱効率が改善される。
【００３１】
なお、排気管に排気タービンが配設される場合は、その下流側に熱交換器１０を設けるのが好ましく、この場合にも十分な熱エネルギの回収効果が得られる。
【００３２】
また、本発明は、省エネサイクルを任意に挿入可能な機械的構造の全てのエンジン（例えばレシプロエンジン）に適用可能であり、セラミックエンジンなどの断熱エンジンへの適用も、通常のエンジンへの適用もともに可能であることはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、燃焼室の余剰の熱エネルギを力学的エネルギとして効率よく回収し、かつ排ガスの熱エネルギを十分に回収することができ、それによりさらなる熱効率の改善を図ることが可能となるという優れた効果が得られる。
【００３４】
また、本発明の内燃機関の駆動方法によれば、所定頻度で省エネサイクルを実施するものとされているので、運転に支障を生じさせることなく熱効率の向上が図られるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】同内燃機関のサイクルの説明図である。
【符号の説明】
Ｋ      内燃機関
１      シリンダ
２      ピストン
９      水ポンプ
１０      熱交換器
１０ａ    給水管
１１      水噴射ノズル
２０      排気管
３１      圧力センサ
３２      水温センサ
３３      エンジンコントロールユニット
【図１】
2004218557.tif 000003
【図２】
2004218557.tif 000004