(57)【要約】【課題】水と燃料を用い、より熱効率の高い焼玉ディーゼルエンジンを提供すること。【解決手段】掃気路及び排気路が形成された円筒形状のシリンダー、該シリンダーの鉛直方向上方に設けられ、燃料を供給する燃料ノズルを有する高温燃焼室、シリンダーの鉛直方向下方に設けられる空気室、シリンダーの内部に摺動可能に配置されるピストン、空気室の内部に回転可能に配置されるフライホイール、該フライホイールとピストンとを接続し、フライホイールの回転運動をシリンダー内部の摺動運動に変換するロッドとを有する焼玉ディーゼルエンジンと、ディーゼルエンジンにおけるピストンの位置をモニターし、ピストンの位置に対応してパルス信号を発生させるモニター装置と、モニター装置のパルス信号に基づいて焼玉ディーゼルエンジンに水を供給する水用インジェクタと、該水用インジェクタに水を供給する水圧送手段とを有することを特徴とする焼玉ディーゼルエンジンシステムとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掃気路及び排気路が形成された円筒形状のシリンダー、該シリンダーの鉛直方向上方に設けられ、燃料を供給する燃料ノズルを有する高温燃焼室、前記シリンダーの鉛直方向下方に設けられる空気室、前記シリンダーの内部に摺動可能に配置されるピストン、前記空気室の内部に回転可能に配置されるフライホイール、該フライホイールと前記ピストンとを接続し、前記フライホイールの回転運動をシリンダー内部の摺動運動に変換するロッドと、を有する焼玉ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンにおけるピストンの位置をモニターし、前記ピストンの位置に対応してパルス信号を発生させるモニター装置と、
前記モニター装置のパルス信号に基づいて前記焼玉ディーゼルエンジンに水を供給する水用インジェクタと、
該水用インジェクタに水を供給する水圧送手段と、を有することを特徴とする焼玉ディーゼルエンジンシステム。
【請求項２】
前記モニター装置は、前記フライホイールの回転運動に基づいて前記ピストンの位置をモニターすることを特徴とする請求項１記載の焼玉ディーゼルエンジンシステム。
【請求項３】
前記モニター装置は、
フライホイールに設置される金属と、
前記空気室に設置される金属と、
該空気室に設置される金属に接続され、前記フライホイールの回転に応じて変動する電気信号を電気信号データとして記録するデータ集積ボードと、
該データ集積ボードが記録する電気信号データにもとづいてパルス情報データを作成するパルス情報データ作成装置と、
該パルス情報データ作成装置が作成するパルス情報データに基づいてパルス信号を発生させるパルス発生装置と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の焼玉ディーゼルエンジンシステム。
【請求項４】
前記水用インジェクタに水を供給する圧縮タンクを有することを特徴とする請求項１記載の焼玉ディーゼルエンジンシステム。
【請求項５】
前記水用インジェクタにより供給される水の量は、前記燃料ノズルにより供給される燃料を１とした場合、０．１以上１０以下であることを特徴とする請求項１記載の焼玉ディーゼルエンジンシステム。
【請求項６】
前記水用インジェクタにより供給される水は、液滴状態で供給されることを特徴とする請求項１記載の焼玉ディーゼルエンジンシステム。
【請求項７】
前記水用インジェクタは、前記シリンダに形成される注水路を介して前記シリンダ内に水を供給することを特徴とする請求項１記載の焼玉ディーゼルエンジンシステム。
【請求項８】
前記注水路は、前記シリンダーの掃気路に設けられていることを特徴とする請求項７記載の焼玉ディーゼルエンジンシステム。
【請求項９】
前記ピストンの鉛直方向上端面は、凹部を有することを特徴とする請求項１記載の焼玉ディーゼルエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼玉ディーゼルエンジンシステムに関し、特に水の熱分解を利用するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
焼玉ディーゼルエンジンは昭和４０年頃まで湾岸漁業で使用されており、エンジン上部に燃焼室を有し、発火点の高いＣ重油などの安価な低質重油でもエンストすることなく長時間継続して運転できるという利点を有している。
【０００３】
一方、水を水素と酸素に分解するには常温における電気分解と高温における熱分解が知られているが、いずれもエネルギーを与えて水素と酸素に分解させるもので、エンジンに利用することは殆ど考えられなかったが、水を高温において熱分解し、燃料油と水素の爆発力の相乗効果によって出力をアップさせようという技術が下記特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２８８２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の技術は、確かに、水を熱分解し、燃料と水素の爆発力の相乗効果を用いて出力をアップさせようという提案において有用である。しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、水と燃料をシリンダー内に導入するためのシステムにおいて検討すべき課題を残している。
【０００６】
すなわち上記特許文献１に記載の技術は、焼玉ディーゼルエンジンの構造に特化したものであって、焼玉ディーゼルエンジンに燃料及び水を供給する全体のシステムとしては、燃料を有効に活用する上で未だ検討すべき余地がある。
【０００７】
そこで、本発明は、水と燃料を用い、より熱効率の高い焼玉ディーゼルエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題につき鋭意検討を行った結果、焼玉ディーゼルエンジンのピストンの位置をモニターし、このピストンの位置に基づいて燃料と混合される水の供給を制御することで熱効率をより高めることができる点に想到し、本発明を完成させた。
【０００９】
即ち、本発明に係る焼玉ディーゼルエンジンシステムは、掃気路及び排気路が形成された円筒形状のシリンダー、このシリンダーの鉛直方向上方に設けられ、燃料を供給する燃料ノズルを有する高温燃焼室、シリンダーの鉛直方向下方に設けられる空気室、シリンダーの内部に摺動可能に配置されるピストン、空気室の内部に回転可能に配置されるフライホイール、フライホイールとピストンとを接続し、フライホイールの回転運動をシリンダー内部の摺動運動に変換するロッドと、を有する焼玉ディーゼルエンジンと、ディーゼルエンジンにおけるピストンの位置をモニターし、ピストンの位置に対応してパルス信号を出力するモニター装置と、モニター装置のパルス信号に基づいて焼玉ディーゼルエンジンに水を供給する水用インジェクタと、を有する。
【００１０】
また、本発明に係るディーゼルエンジンシステムにおいて、モニター装置は、フライホイールの回転運動に基づいてピストンの位置をモニターすることが望ましい。ピストンの正確な位置を定めるためには種々の方法を採用することができるが、フライホイールはロッドを介してピストンの摺動に連動しており、かつ、高温燃焼室やシリンダーよりもより容易に設置することが可能であるため、極めて容易に実現することができる。
【００１１】
更に、本発明に係るディーゼルエンジンシステムにおいて、モニター装置は、フライホイールに設置される金属と、空気室に設置される金属と、空気室に設置される金属に接続され、フライホイールの回転に応じて変動する電気信号を記録するデータ集積ボードと、データ集積ボードが記録する電気信号に基づいてパルス情報データを作成するパルス情報データ作成装置と、このパルス情報データ作成装置が発するパルス情報データに基づいてパルス信号を発生するパルス発生装置と、を有することも望ましい。フライホイールに金属を配置する一方、空気室にも金属を設置することで、この金属同士の距離はフライホイールの回転に応じて異なることとなる（この意味において空気室の金属はフライホイールの近傍に配置することが望ましい）。この結果、電気的な信号の変化が生じ、これをモニターすることで、ホイールの回転速度などを把握することができるようになる。そしてこの電気的な信号の変化を計算処理することで、パルス信号の条件（周期やタイミングなど）を求めることができるようになる。これにより、正確な水供給を可能とすることができる。
【００１２】
また、本発明に係るディーゼルエンジンシステムにおいて、水用インジェクタに水を供給する圧縮タンクを有することも望ましい。
【００１３】
また、本発明に係るディーゼルエンジンシステムにおいて、一サイクルにおいて水用インジェクタにより供給される水の量は、前記燃料ノズルにより供給される燃料の０．１以上１０以下であることも望ましい。この範囲とすることで、燃料のみの場合と比べて２倍以上の熱効率を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係るディーゼルエンジンシステムにおいて、水用インジェクタにより供給される水は、液滴状態で供給されることが望ましい。霧状態であっても本発明は有効に効果を発揮することができるが、液滴状態の水とすることで、爆発が起こる焼玉近傍に集中的に効率よく水を供給することができ、特に霧状態における場合よりもより多くの水を供給することができるため、水の利用度が飛躍的に増大する。なおここで「液滴状態」とは、いわゆる蒸気の状態、霧の状態よりも大きな液滴形を有する状態であり、概ね直径としては０．１ｍ以上、より望ましくは０．３ｍ以上であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明に係るディーゼルエンジンシステムにおいて、水用インジェクタは、シリンダに形成される注水路を介して前記シリンダ内に水を供給することが望ましく、この注水路は、シリンダーの掃気路に設けられていることが望ましい。このようにすることで、シリンダに別途の孔を形成する必要が無く、しかも水を吸気の流れに効率よく乗せることができ、高温燃焼室に効率的に水を供給することができる。
【００１６】
また、本発明のディーゼルエンジンシステムにおいて、ピストンの鉛直方向上端面は、凹部を有することも望ましい。このようにすることで、この凹部に供給した水を保持させることができ、この水を用いてより高い熱効率を得ることができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
以上により、水と混合された燃料を用いた熱効率の高い焼玉ディーゼルエンジンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る焼玉ディーゼルエンジンシステムの一実施形態について図面を用いて説明する。図１に本実施形態に係るディーゼルエンジンシステムについてのブロック図を示す。
【００１９】
本焼玉ディーゼルエンジンシステム１は、焼玉ディーゼルエンジン２と、エンジンの回転数をモニターするモニター装置３と、圧縮された水を供給する水圧送手段４と、モニター装置３に接続され、モニター装置３からの信号に基づき水圧送手段４から供給される水をエンジンに噴射する水用インジェクタ５と、を有して構成されている。
【００２０】
焼玉ディーゼルエンジン２は、水と燃料を用い、高温燃焼室において水を熱分解し、燃料と水素の爆発力の相乗効果を用いて出力を向上させるものである。図２に本実施形態に係る焼玉ディーゼルエンジン２の断面の詳細な構造を示す。
【００２１】
本焼玉ディーゼルエンジン２は、図２の断面図に示すとおり、シリンダー２１、このシリンダー２１の鉛直方向上部に設けられる焼玉部２２１を有する高温燃焼室２２、シリンダー２１の鉛直方向下部に設けられる空気室２３とを有し、更に、シリンダー２１内部を摺動するピストン２４、空気室２３の内部を回転するフライホイール２５、フライホイール２５とピストン２４とを接続し、フライホイール２５の回転をピストン２４の鉛直方向の摺動へと変化させるためのロッド２６と、を有している。
【００２２】
ピストン２４は、ロッド２６の回転に応じてシリンダー２１内を鉛直方向に摺動し、ピストン２４の鉛直方向上部のシリンダー内の空間２７を圧縮して高温燃焼室２２の圧力を高め、高温、高圧の状態を形成する。例えば、フライホイール２５が回転し、ロッド２６を介してピストン２４が上昇すると高温燃焼室２２の容積は圧縮され高温、高圧の状態となる。そしてその状態で高温燃焼室２２の上部に設けられる燃料ノズル２２２から燃料が噴射され、高温燃焼室２２の焼玉２２１を介して燃料を爆発させることによりピストン２３を押し下げる力が生じる。押し下げられたピストン２４の動きはロッド２６を介してフライホイール２５の回転となり、回転することにより再びピストン２４を鉛直方向上部へと押し上げる。以後このサイクルが繰り返されることで動力を発生させることができる。なおシリンダー２１には、上記サイクルにおいて高温燃焼室２２にて圧縮される空気を導入するための掃気路２１１、爆発した後の空気を外部に排気するための排気路２１２が形成されており、特に掃気路２１１はシリンダー２１の内部と鉛直方向下部にある空気室２３の内部とを接続する構成となっており、更に空気室２３にはシリンダー内部に空気を導入するための吸入バルブ２３１が配置されている。
【００２３】
本焼玉ディーゼルエンジンでは、高温燃焼室２２において燃料と水とを混合し、高温燃焼室２２において水を熱分解させて水を発生させるとともに、これと燃料とを爆発させることで爆発力において相乗効果を発揮し出力がアップする。具体的には、シリンダー２１の内側面に注水路２１３が形成されており、ピストン２３が上昇している過程においての注水路２１３から水を供給し、掃気路２１１より導入される空気と混合し、高温燃焼室２２にこれを導入する（図３参照）。
【００２４】
また本実施形態に係る焼玉ディーゼルエンジンで供給される水としては、蒸気、液滴のいずれであってもよいが、液滴で注入することが望ましい。
【００２５】
また、本実施形態に係るピストン２４の上面には、凹部が形成されている。これにより、液滴状態の水を、この凹部に安定して保持させることができ、水の利用度を増大させることができる（図４参照）。
【００２６】
以上により、本実施形態に係る焼玉ディーゼルエンジンは水の利用効率を高めることができるようになっている。
【００２７】
次に、本実施形態にかかるモニター装置３は、最適な状態で水供給口からシリンダー内に水を供給するため、エンジンにおけるピストンの回転をモニターする装置である。モニター装置がピストンの回転をモニターする方法としては様々考えることができ特段に制限されるものではないが、エンジンのフライホイールの回転をサンプリングする方法が好適であって、この構成として、フライホイールに設置される金属３１、空気室に設置される金属３２、空気室に設置される金属３２に接続され、フライホイール２５の回転に応じて変動する電気信号を記録するデータ集積ボード３３と、データ集積ボードが記録する電気信号に基づいてパルス情報データを作成するパルス情報データ作成装置３４と、パルス情報データ作成装置が作成したパルス情報データに基づいてパルス信号を発生するパルス発生装置３５と、を有する（図５参照）。
【００２８】
フライホイール２５と空気室２３それぞれに設けられる金属３１、３２は一対となって配置されており、フライホイール２５が回転することでそれぞれの金属の距離が変動する。これにより電気的な変動が生じるためこの周期をモニターすることでフライホイール２５の回転をモニターすることができる。そしてこのフライホイール２５の回転をモニターすることにより、間接的にロッドを介して接続されるピストンの位置もモニターすることができるようになる。なお図６に電気的信号の時間変動の概略を示す。
【００２９】
電気的な信号の変動はデータ集積ボードに電気信号データとして入力される。そしてパルス情報データ作成装置３４はこのデータ集積ボードに入力された電気信号データに基づいて計算処理を行いパルス発生装置３５にパルス情報データを送信する。なおここでパルス情報データとしてはパルスの時間幅やパルス発生のタイミングに関する情報データが該当する。そして、このパルス情報データに基づき、パルス発生装置３５はパルス信号を発生させ、水用インジェクタ５の弁を開閉させ、焼玉ディーゼルエンジンのシリンダー２１に注水路２１３から水を供給する。なお水用インジェクタ５には圧縮タンク及び空気ボンベが接続され、この接続に用いられる管内は高圧に保持されている。
【００３０】
データ集積ボード、パルス情報データ作成装置としては、いわゆるコンピュータを好適に用いることができ、パルス発生装置としてはファンクションジェネレータやアンプなどを適宜用いることができるが、パルス発生装置の記録媒体などにパルス情報データを作成させるためのプログラムを組み込ませておくこと等により実現することも可能である。
【００３１】
またここで図７に水用インジェクタ５の概略図を示す。本実施形態に係るインジェクタは、水の噴出を制御できる限りにおいて特段に限定されないが、インジェクタ用のハウジング５１と、ハウジング５１内に配置される金属製の弁５２と、ハウジング５１内に配置され、かつ、弁５２が内部を摺動可能となるよう構成されるコイル５３と、を有している。本水用インジェクタは、モニタ装置からの電気信号をコイル５３に付されるコイル端子５３１を有し、このコイル端子５３１が受け付けた電気信号に基づき電磁的作用を発生させて弁５２を作動させ、水の噴射を制御する。なお、水はハウジングにおける水供給口５１１から供給され、水噴出口５１２から噴出される。なお、本実施形態に係る水用インジェクタ５の水供給口５１１には水圧送手段４が接続されているが、水圧送手段としては圧縮タンクでもよいし、圧縮ポンプであってもよく、特段に限定されない。
【００３２】
以上、本焼玉ディーゼルエンジンシステムにより、水と混合された燃料を用いたより熱効率の高い焼玉ディーゼルエンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態に係る焼玉ディーゼルエンジンシステムの概略を示すブロック図。
【図２】実施形態に係る焼玉ディーゼルエンジンの断面図。
【図３】実施形態に係る焼玉ディーゼルエンジンにおける掃気路の部分拡大図。
【図４】実施形態に係るピストン上面における拡大図。
【図５】実施形態に係るモニター装置の概略を示す機能ブロック図。
【図６】実施形態に係るモニター装置がモニターする電気信号の概略を示す図。
【図７】水用インジェクタの概略についての正面断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…焼玉ディーゼルエンジンシステム、２…焼玉ディーゼルエンジン、３…モニター装置、４…水圧送手段、５…水用インジェクタ、２１…シリンダ、２２…高温燃焼室、２３…空気室、２４…ピストン、２５…フライホイール、２６…ロッド、２１１…掃気路、２１２…排気路、２１３…注水路、２２１…焼玉室、２２２…燃料ノズル、２３１…吸入バルブ、３１、３２…金属、３３…データ集積ボード、３４…パルス情報データ作成装置、３５…パルス発生装置、５１…ハウジング、５２…弁、５３…コイル、５１１…水供給口、５１２…水噴出口、５３１…コイル端子
【図１】
2007113475.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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