JP7705286B2

JP7705286B2 - Engine System

Info

Publication number: JP7705286B2
Application number: JP2021105674A
Authority: JP
Inventors: 竜二塩崎
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2025-07-09
Anticipated expiration: 2041-06-25
Also published as: JP2023004150A

Description

本発明は、エンジンシステムに関する。 The present invention relates to an engine system.

エンジンでは、燃焼を改善するために、燃料に水が噴霧される場合がある。例えば、特許文献１は、加速開始から所持時間内に限り、燃料噴射と同時に蒸気を気筒内に添加するディーゼル機関を開示する。このディーゼル機関では、燃料と蒸気とが一体型の弁から噴射される。この弁は、燃料の流路の周りに、同心状に設けられた蒸気の流路を含む。燃料および蒸気は、同一の孔から一定の割合で噴射される。蒸気の流路は、蒸気噴射管を介して過酸化溶液の供給源と接続される。蒸気噴射管は、過酸化溶液を加熱するヒータと、加熱された過酸化溶液を酸素および水蒸気に分解する触媒と、を含む。したがって、弁には、酸素および水蒸気を含む酸素含有蒸気が供給される。 In engines, water may be sprayed into the fuel to improve combustion. For example, Patent Document 1 discloses a diesel engine in which steam is added to the cylinder simultaneously with fuel injection only within a holding time from the start of acceleration. In this diesel engine, fuel and steam are injected from an integrated valve. This valve includes a steam flow path that is concentrically arranged around the fuel flow path. Fuel and steam are injected at a constant rate from the same hole. The steam flow path is connected to a source of peroxide solution via a steam injection tube. The steam injection tube includes a heater that heats the peroxide solution and a catalyst that decomposes the heated peroxide solution into oxygen and water vapor. Thus, the valve is supplied with oxygen-containing steam that includes oxygen and water vapor.

特開昭６２－２６３７３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-26373

特許文献１では、弁には、酸素および水蒸気を含む酸素含有蒸気の形態で、水が供給される。この酸素含有蒸気は、使用されない間に、水と酸素とに分離する可能性がある。この場合、十分に混合されていない水および酸素が噴射されるおそれがある。 In Patent Document 1, water is supplied to the valve in the form of oxygen-containing steam that contains oxygen and water vapor. This oxygen-containing steam may separate into water and oxygen while not in use. In this case, there is a risk that insufficiently mixed water and oxygen will be sprayed.

本発明は、噴射直前に過酸化物を水と酸素とに分解することができるエンジンシステムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an engine system that can decompose peroxide into water and oxygen just before injection.

本発明の一態様に係るエンジンシステムは、
エンジンと、
過酸化物の供給源と、
前記供給源に接続され、前記エンジンの吸気への噴射口を含む噴射ノズルと、
を備え、
前記噴射ノズルは、
前記供給源から受け取った過酸化物を収容するキャビティと、
前記キャビティを開閉する弁と、
前記過酸化物の流れにおいて前記キャビティよりも下流に設けられ、前記過酸化物を水および酸素に分解する触媒と、
を含み、
前記触媒は、前記キャビティよりも下流の領域のうち、前記キャビティが閉じられているときに、前記キャビティに面しない位置に設けられる。 An engine system according to one aspect of the present invention includes:
The engine,
A source of peroxide;
an injection nozzle connected to the source and including an injection port into the engine intake;
Equipped with
The injection nozzle is
a cavity for containing peroxide received from said source;
a valve for opening and closing the cavity;
a catalyst disposed downstream of the cavity in the flow of the peroxide for decomposing the peroxide into water and oxygen;
Including,
The catalyst is provided in a region downstream of the cavity at a position that does not face the cavity when the cavity is closed .

本発明によれば、噴射直前に過酸化溶液を水と酸素とに分解することができる。 According to the present invention, the peroxide solution can be decomposed into water and oxygen just before spraying.

図１は、実施形態に係るエンジンシステムを示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an engine system according to an embodiment. 図２は、閉位置にあるプランジャを含む噴射ノズルを示す概略的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an injection nozzle with a plunger in a closed position. 図３は、開位置にあるプランジャを含む噴射ノズルを示す概略的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an injection nozzle including a plunger in an open position. 図４は、図２中のIV-IV線に沿った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 図５は、他の実施形態に係る噴射ノズルを示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an injection nozzle according to another embodiment. 図６は、さらに他の実施形態に係る噴射ノズルを示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an injection nozzle according to still another embodiment. 図７は、さらに他の実施形態に係る噴射ノズルを示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an injection nozzle according to still another embodiment. 図８は、さらに他の実施形態に係る噴射ノズルを示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing an injection nozzle according to still another embodiment.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、明細書および図面において、実質的に同一の機能および構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings. The specific dimensions, materials, values, etc. shown in the embodiment are merely examples for ease of understanding, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the specification and drawings, elements that have substantially the same functions and configurations are given the same reference numerals to avoid duplicated explanations. Also, elements that are not directly related to the present invention are not shown.

図１は、実施形態に係るエンジンシステム１００を示す概略図である。エンジンシステム（本開示において、単に「システム」とも称され得る）１００は、例えば、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ガソリン自動車、または、ディーゼル自動車等の車両５００に適用される。システム１００は、エンジン１０を備える。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an engine system 100 according to an embodiment. The engine system (which may also be simply referred to as a "system" in this disclosure) 100 is applied to a vehicle 500, such as a hybrid electric vehicle (HEV), a gasoline automobile, or a diesel automobile. The system 100 includes an engine 10.

本実施形態では、エンジン１０は、ガソリンエンジンである。他の実施形態では、エンジン１０は、ディーゼルエンジン、アルコールエンジン等であってもよい。エンジン１０は、シリンダ１１と、ピストン１２と、を有する。ピストン１２は、シリンダ１１内を往復移動する。シリンダ１１およびピストン１２によって、燃焼室１３が画定される。ピストン１２は、コネクティングロッド１４によってクランクシャフト１８に接続される。 In this embodiment, the engine 10 is a gasoline engine. In other embodiments, the engine 10 may be a diesel engine, an alcohol engine, or the like. The engine 10 has a cylinder 11 and a piston 12. The piston 12 reciprocates within the cylinder 11. The cylinder 11 and the piston 12 define a combustion chamber 13. The piston 12 is connected to a crankshaft 18 by a connecting rod 14.

上記のようなエンジン１０では、燃焼室１３において、空気および燃料の混合気が燃焼され、これによって、ピストン１２がシリンダ１１内を往復移動する。ピストン１２の直線運動が、コネクティングロッド１４によってクランクシャフト１８に伝達され、クランクシャフト１８の回転運動に変換される。なお、より良い理解のために、図１ではシリンダ１１およびピストン１２の１つの組のみが示されるが、エンジン１０は、シリンダ１１およびピストン１２の複数の組を有してもよい。 In the engine 10 described above, a mixture of air and fuel is combusted in the combustion chamber 13, causing the piston 12 to reciprocate in the cylinder 11. The linear motion of the piston 12 is transmitted to the crankshaft 18 by the connecting rod 14 and converted into the rotational motion of the crankshaft 18. For better understanding, only one pair of cylinders 11 and pistons 12 is shown in FIG. 1, but the engine 10 may have multiple pairs of cylinders 11 and pistons 12.

エンジン１０は、吸気口１５と、排気口１６と、を有する。吸気口１５には、吸気バルブ１５ａが設けられ、排気口１６には、排気バルブ１６ａが設けられる。吸気バルブ１５ａおよび排気バルブ１６ａの各々の動作は、例えば、不図示のカムシャフトによって制御される。カムシャフトは、例えば回転ベルト等を介してクランクシャフト１８によって回転される。 The engine 10 has an intake port 15 and an exhaust port 16. An intake valve 15a is provided in the intake port 15, and an exhaust valve 16a is provided in the exhaust port 16. The operation of each of the intake valve 15a and the exhaust valve 16a is controlled, for example, by a camshaft (not shown). The camshaft is rotated by the crankshaft 18 via, for example, a rotating belt or the like.

エンジン１０は、燃料のインジェクタ１７を有する。インジェクタ１７は、燃焼室１３に設けられ、インジェクタ１７から燃焼室１３内に燃料が噴射される（いわゆる、直接噴射式）。他の実施形態では、エンジン１０は、予混合燃焼式であってもよい。インジェクタ１７は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と通信可能に接続される。例えば、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１７のニードルバルブのリフトを制御することによって、インジェクタ１７からの燃料の噴射量を制御する。 The engine 10 has a fuel injector 17. The injector 17 is provided in the combustion chamber 13, and fuel is injected from the injector 17 into the combustion chamber 13 (so-called direct injection type). In another embodiment, the engine 10 may be of a premixed combustion type. The injector 17 is communicatively connected to an ECU (Electronic Control Unit) 50. For example, the ECU 50 controls the amount of fuel injected from the injector 17 by controlling the lift of a needle valve of the injector 17.

エンジン１０は、点火プラグＰを有する。点火プラグＰは、燃焼室１３に設けられ、燃焼室１３において空気および燃料の混合気を着火する。点火プラグＰは、ＥＣＵ５０と通信可能に接続される。ＥＣＵ５０は、点火プラグＰの動作を制御する。 The engine 10 has an ignition plug P. The ignition plug P is provided in the combustion chamber 13 and ignites a mixture of air and fuel in the combustion chamber 13. The ignition plug P is connected to the ECU 50 so as to be able to communicate with it. The ECU 50 controls the operation of the ignition plug P.

吸気口１５は、インテークマニホールドＭ１を介して吸気管２に接続される。吸気管２には、例えば、不図示のエアクリーナ等の構成要素が設けられ、これらの構成要素を通過した空気が吸気口１５を介して燃焼室１３に供給される。 The intake port 15 is connected to the intake pipe 2 via the intake manifold M1. The intake pipe 2 is provided with components such as an air cleaner (not shown), and air that passes through these components is supplied to the combustion chamber 13 via the intake port 15.

吸気管２には、スロットルバルブＶ１が設けられる。スロットルバルブＶ１は、吸気管２を流れる空気の流量を調整する。スロットルバルブＶ１は、ＥＣＵ５０と通信可能に接続される。ＥＣＵ５０は、スロットルバルブＶ１を制御することによって、吸気量を制御する。 A throttle valve V1 is provided in the intake pipe 2. The throttle valve V1 adjusts the flow rate of air flowing through the intake pipe 2. The throttle valve V1 is connected to the ECU 50 so as to be able to communicate with it. The ECU 50 controls the amount of intake air by controlling the throttle valve V1.

吸気管２において、スロットルバルブＶ１の下流には、噴射ノズル４が設けられる。噴射ノズル４は、過酸化物を収容するタンク（供給源）５と接続される。本実施形態では、タンク５は、過酸化物として過酸化水素水を収容する。システム１００は、タンク５の過酸化物を噴射ノズル４に送るためのポンプ６を備える。 In the intake pipe 2, an injection nozzle 4 is provided downstream of the throttle valve V1. The injection nozzle 4 is connected to a tank (supply source) 5 that contains peroxide. In this embodiment, the tank 5 contains hydrogen peroxide as the peroxide. The system 100 includes a pump 6 for sending the peroxide from the tank 5 to the injection nozzle 4.

噴射ノズル４は、タンク５から受け取った過酸化物を水および酸素に分解し、吸気管２中の吸気に対して水および酸素を噴射する。噴射ノズル４については、詳しくは後述する。噴射ノズル４およびポンプ６は、ＥＣＵ５０と通信可能に接続される。例えば、ＥＣＵ５０は、噴射ノズル４またはポンプ６の少なくとも一方を制御することによって、水および酸素の噴射量を制御する。 The injection nozzle 4 decomposes the peroxide received from the tank 5 into water and oxygen, and injects the water and oxygen into the intake air in the intake pipe 2. The injection nozzle 4 will be described in detail later. The injection nozzle 4 and the pump 6 are connected to the ECU 50 so as to be able to communicate with each other. For example, the ECU 50 controls the amount of water and oxygen injected by controlling at least one of the injection nozzle 4 and the pump 6.

インテークマニホールドＭ１と吸気口１５とを接続する枝管２１には、Ｏ_２センサＳ１が設けられる。Ｏ_２センサＳ１は、枝管２１を流れる吸気中の酸素濃度を測定する。Ｏ_２センサＳ１は、ＥＣＵ５０と通信可能に接続される。例えば、ＥＣＵ５０は、Ｏ_２センサＳ１に測定される酸素濃度に基づいて、噴射ノズル４またはポンプ６の少なくとも一方を制御する。 An _O2 sensor S1 is provided in a branch pipe 21 that connects the intake manifold M1 and the intake port 15. _{The O2} sensor S1 measures the oxygen concentration in the intake air flowing through the branch pipe 21. _{The O2} sensor S1 is communicatively connected to the ECU 50. For example, the ECU 50 controls at least one of the injection nozzle 4 and the pump 6 based on the oxygen concentration measured by the _O2 sensor S1.

排気口１６は、エキゾーストマニホールドＭ２を介して排気管３に接続される。 The exhaust port 16 is connected to the exhaust pipe 3 via the exhaust manifold M2.

システム１００は、ＥＣＵ（制御装置）５０を備える。ＥＣＵ５０は、１または複数のプロセッサ５１（例えば、ＣＰＵ等）と、１または複数の記憶媒体５２（例えば、ＲＯＭおよびＲＡＭ等）と、１または複数のコネクタ５３と、を有する。ＥＣＵ５０は、他の構成要素をさらに有してもよい。ＥＣＵ５０の構成要素は、バスによって互いに通信可能に接続される。記憶媒体５２は、プロセッサ５１によって実行される１または複数のプログラムを記憶する。プログラムは、プロセッサ５１に対する命令を含む。ＥＣＵ５０の動作は、記憶媒体５２に記憶された命令をプロセッサ５１で実行することによって、実現される。ＥＣＵ５０は、コネクタ５３を介してシステム１００の構成要素と通信可能に接続される。 The system 100 includes an ECU (control device) 50. The ECU 50 includes one or more processors 51 (e.g., a CPU, etc.), one or more storage media 52 (e.g., a ROM and a RAM, etc.), and one or more connectors 53. The ECU 50 may further include other components. The components of the ECU 50 are communicatively connected to each other via a bus. The storage medium 52 stores one or more programs executed by the processor 51. The programs include instructions for the processor 51. The operation of the ECU 50 is realized by the processor 51 executing the instructions stored in the storage medium 52. The ECU 50 is communicatively connected to the components of the system 100 via the connector 53.

続いて、噴射ノズル４について詳細に説明する。 Next, we will explain the injection nozzle 4 in detail.

図２は、閉位置Ｐ１にあるプランジャ８を含む噴射ノズル４を示す概略的な断面図である。また、図３は、開位置Ｐ２にあるプランジャ８を含む噴射ノズル４を示す概略的な断面図である。なお、より良い理解のために、図２および図３では、噴射ノズル４の一部のみ、すなわち、噴射口７３を含む部分が示される。例えば、噴射ノズル４は、後述する触媒９およびヒータＨを噴射ノズル４が含む点において、一般的な燃料用のインジェクタと異なってもよく、噴射ノズル４のその他の構造については、一般的な燃料用のインジェクタのものと同じまたは同様であってもよい。図２を参照して、噴射ノズル４は、スリーブ７と、プランジャ８と、を含む。 2 is a schematic cross-sectional view showing the injection nozzle 4 including the plunger 8 in the closed position P1. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the injection nozzle 4 including the plunger 8 in the open position P2. For better understanding, only a part of the injection nozzle 4, i.e., a part including the injection port 73, is shown in FIG. 2 and FIG. 3. For example, the injection nozzle 4 may differ from a general fuel injector in that the injection nozzle 4 includes a catalyst 9 and a heater H described later, and other structures of the injection nozzle 4 may be the same or similar to those of a general fuel injector. Referring to FIG. 2, the injection nozzle 4 includes a sleeve 7 and a plunger 8.

スリーブ７は、内壁７１と、第１の弁座面７２と、噴射口７３と、を含む。 The sleeve 7 includes an inner wall 71, a first valve seat surface 72, and an injection port 73.

内壁７１は、例えば、円筒形状を有する。本実施形態において、内壁７１の中心軸線方向、径方向および円周方向は、他に指示が無い限り、それぞれ単に中心軸線方向、径方向および円周方向と称され得る。内壁７１は、中心軸線方向におけるスリーブ７の端面７４から離間して形成される。 The inner wall 71 has, for example, a cylindrical shape. In this embodiment, the central axis direction, radial direction, and circumferential direction of the inner wall 71 may be simply referred to as the central axis direction, radial direction, and circumferential direction, respectively, unless otherwise specified. The inner wall 71 is formed away from the end surface 74 of the sleeve 7 in the central axis direction.

第１の弁座面７２は、中心軸線方向において内壁７１に連続して形成される。例えば、第１の弁座面７２は、截頭円錐台形状を有しており、端面７４に向かって先細りにされる。例えば、第１の弁座面７２は、内壁７１の直径と略同じまたは小さい最外径を有する。中心軸線方向において、第１の弁座面７２は、端面７４の手前の位置まで延在する。 The first valve seat surface 72 is formed continuously with the inner wall 71 in the central axial direction. For example, the first valve seat surface 72 has a truncated cone shape and is tapered toward the end face 74. For example, the first valve seat surface 72 has an outermost diameter that is approximately the same as or smaller than the diameter of the inner wall 71. In the central axial direction, the first valve seat surface 72 extends to a position just before the end face 74.

噴射口７３は、中心軸線方向において第１の弁座面７２に連続して形成される。例えば、噴射口７３は、円筒形状を有しており、端面７４まで延在する。噴射口７３は、端面７４に開口する。例えば、噴射口７３は、第１の弁座面７２の最内径と同じ直径を有する。 The injection port 73 is formed continuously with the first valve seat surface 72 in the central axial direction. For example, the injection port 73 has a cylindrical shape and extends to the end surface 74. The injection port 73 opens to the end surface 74. For example, the injection port 73 has a diameter equal to the innermost diameter of the first valve seat surface 72.

図４は、図２中のIV-IV線に沿った断面図であり、噴射口７３の断面を示す。本実施形態では、噴射口７３は、１つの貫通孔７３ａを含む。 Figure 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in Figure 2, showing a cross-section of the injection port 73. In this embodiment, the injection port 73 includes one through hole 73a.

図２に戻り、プランジャ８は、スリーブ７内に収容され、スリーブ７内を中心軸線方向に移動する。プランジャ８は、概ね円筒形状を有し、内壁７１と同心に配置される。プランジャ８は、中心軸線方向にスリーブ７の端面７４から近い順に、第２の弁座面８１と、シャフト８２と、を含む。 Returning to FIG. 2, the plunger 8 is housed within the sleeve 7 and moves within the sleeve 7 in the central axial direction. The plunger 8 has a generally cylindrical shape and is arranged concentrically with the inner wall 71. The plunger 8 includes, in order from closest to the end face 74 of the sleeve 7 in the central axial direction, a second valve seat surface 81 and a shaft 82.

第２の弁座面８１は、閉位置Ｐ１において、スリーブ７の第１の弁座面７２と接触する。第２の弁座面８１は、第１の弁座面７２と相補的な形状を有する。例えば、第２の弁座面８１は、第１の弁座面７２に嵌合可能な円錐形状を有する。第２の弁座面８１は、スリーブ７の内壁７１の直径よりも小さい最外径を有する。閉位置Ｐ１において、第２の弁座面８１は、第１の弁座面７２を封止し、後述するキャビティＣを閉じる。したがって、第１の弁座面７２および第２の弁座面８１は、キャビティＣを開閉する弁として機能する。 In the closed position P1, the second valve seat surface 81 contacts the first valve seat surface 72 of the sleeve 7. The second valve seat surface 81 has a shape complementary to the first valve seat surface 72. For example, the second valve seat surface 81 has a conical shape that can fit into the first valve seat surface 72. The second valve seat surface 81 has an outermost diameter smaller than the diameter of the inner wall 71 of the sleeve 7. In the closed position P1, the second valve seat surface 81 seals the first valve seat surface 72 and closes the cavity C described below. Therefore, the first valve seat surface 72 and the second valve seat surface 81 function as a valve that opens and closes the cavity C.

シャフト８２は、中心軸線方向において第２の弁座面８１に連続して形成される。例えば、シャフト８２は、円筒形状を有する。シャフト８２は、スリーブ７の内壁７１の直径よりも小さい直径を有する。 The shaft 82 is formed continuously with the second valve seat surface 81 in the central axial direction. For example, the shaft 82 has a cylindrical shape. The shaft 82 has a diameter smaller than the diameter of the inner wall 71 of the sleeve 7.

スリーブ７の内壁７１およびプランジャ８のシャフト８２の間に、キャビティＣが画定される。キャビティＣは、タンク５と連通し、タンク５から受け取った過酸化物を収容する。 A cavity C is defined between the inner wall 71 of the sleeve 7 and the shaft 82 of the plunger 8. The cavity C communicates with the tank 5 and contains the peroxide received from the tank 5.

図３を参照して、プランジャ８は、例えばソレノイドまたはモータ等の不図示のアクチュエータによって、第２の弁座面８１が第１の弁座面７２から離間するように、中心軸線方向に開位置Ｐ２へと移動される。開位置Ｐ２において、第２の弁座面８１は、第１の弁座面７２から離間し、キャビティＣを開く。したがって、キャビティＣ内の過酸化物は、第１の弁座面７２と第２の弁座面８１との間の隙間７５を介して、噴射口７３に向かって流れる。アクチュエータは、ＥＣＵ５０と通信可能に接続される。ＥＣＵ５０は、プランジャ８の動作、すなわち、弁の動作を制御する。 Referring to FIG. 3, the plunger 8 is moved in the central axial direction to an open position P2 by an actuator (not shown), such as a solenoid or a motor, such that the second valve seat surface 81 is separated from the first valve seat surface 72. In the open position P2, the second valve seat surface 81 is separated from the first valve seat surface 72 to open the cavity C. Thus, the peroxide in the cavity C flows toward the injection port 73 through the gap 75 between the first valve seat surface 72 and the second valve seat surface 81. The actuator is communicatively connected to the ECU 50. The ECU 50 controls the operation of the plunger 8, i.e., the operation of the valve.

このような噴射ノズル４は、過酸化物の流れにおいて、キャビティＣよりも下流に触媒９を含む。触媒９は、過酸化物を水および酸素に分解する。触媒９は、例えば酸化マンガンであってもよい。 Such an injection nozzle 4 includes a catalyst 9 downstream of the cavity C in the peroxide flow. The catalyst 9 decomposes the peroxide into water and oxygen. The catalyst 9 may be, for example, manganese oxide.

図２を参照して、本実施形態では、触媒９は、第１の弁座面７２、噴射口７３および第２の弁座面８１に設けられる。なお、触媒９は、キャビティＣが閉じられているときに、すなわち、プランジャ８が閉位置Ｐ１にあるときに、キャビティＣに面する位置には設けられない。すなわち、触媒９は、キャビティＣよりも下流の領域のうち、キャビティＣが閉じられているときに、キャビティＣに面しない位置に設けられる。例えば、触媒９は、第１の弁座面７２および第２の弁座面８１において、キャビティＣに近い位置には設けられない。 Referring to FIG. 2, in this embodiment, the catalyst 9 is provided on the first valve seat surface 72, the injection port 73, and the second valve seat surface 81. The catalyst 9 is not provided in a position facing the cavity C when the cavity C is closed, i.e., when the plunger 8 is in the closed position P1. In other words, the catalyst 9 is provided in a position that does not face the cavity C when the cavity C is closed, in the region downstream of the cavity C. For example, the catalyst 9 is not provided in a position close to the cavity C on the first valve seat surface 72 and the second valve seat surface 81.

他の実施形態では、触媒９は、第１の弁座面７２、噴射口７３および第２の弁座面８１のうちの少なくとも１つに設けられてもよい。また、触媒９は、第１の弁座面７２、噴射口７３または第２の弁座面８１のうちの少なくとも１つにおいて、触媒９が閉位置Ｐ１においてキャビティＣに面しない限りにおいて、全面に設けられてもよいし、または、部分的な領域のみに設けられていてもよい。 In other embodiments, the catalyst 9 may be provided on at least one of the first valve seat surface 72, the injection port 73, and the second valve seat surface 81. The catalyst 9 may be provided on the entire surface of at least one of the first valve seat surface 72, the injection port 73, and the second valve seat surface 81, or may be provided only in a partial area, as long as the catalyst 9 does not face the cavity C in the closed position P1.

触媒９は、例えば、バインダーとの混合物を塗布後、焼成によって定着させられることによって、第１の弁座面７２、噴射口７３および第２の弁座面８１に設けられる。 The catalyst 9 is applied to the first valve seat surface 72, the injection port 73, and the second valve seat surface 81, for example, by applying a mixture with a binder and then fixing it by firing.

噴射ノズル４は、ヒータＨを含む。ヒータＨは、触媒９を加熱するように構成される。例えば、ヒータＨは、触媒９の近傍においてスリーブ７の外面に取り付けられてもよい。ヒータＨは、例えばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ等、様々なヒータであることができる。ヒータＨは、ＥＣＵ５０と通信可能に接続される。ＥＣＵ５０は、過酸化物の分解を促進する温度に触媒９を加熱するように、ヒータＨの動作を制御する。 The injection nozzle 4 includes a heater H. The heater H is configured to heat the catalyst 9. For example, the heater H may be attached to the outer surface of the sleeve 7 in the vicinity of the catalyst 9. The heater H can be a variety of heaters, such as a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater. The heater H is communicatively connected to the ECU 50. The ECU 50 controls the operation of the heater H to heat the catalyst 9 to a temperature that promotes the decomposition of peroxides.

続いて、噴射ノズル４の動作について説明する。 Next, we will explain the operation of the injection nozzle 4.

プランジャ８が閉位置Ｐ１にある場合、キャビティＣは閉じられ、タンク５からの過酸化物を収容する。この位置では、触媒９は、過酸化物と接触せず、過酸化物を分解しない。 When the plunger 8 is in the closed position P1, the cavity C is closed and contains the peroxide from the tank 5. In this position, the catalyst 9 does not come into contact with the peroxide and does not decompose it.

図３を参照して、アクチュエータがＥＣＵ５０からの指令に基づいてプランジャ８を開位置Ｐ２に移動させると、第１の弁座面７２と第２の弁座面８１との間に隙間７５が形成され、ポンプ６からの圧力によって過酸化物が噴射口７３に向かって流れる。 Referring to FIG. 3, when the actuator moves the plunger 8 to the open position P2 based on a command from the ECU 50, a gap 75 is formed between the first valve seat surface 72 and the second valve seat surface 81, and the pressure from the pump 6 causes the peroxide to flow toward the nozzle 73.

隙間７５および噴射口７３を通過する間、過酸化物は、触媒９と接触する。したがって、過酸化物は、触媒９によって水および酸素に分解される。また、触媒９はヒータＨによって適温まで加熱されるため、過酸化物の分解が促進される。分解の後すぐに、水および酸素を含むガスＧは、噴射口７３から吸気管２内の吸気に対して噴射（噴霧）される。したがって、十分に混ざった水および酸素を含むガスＧが、吸気に対して噴射される。エンジン１０の吸気は、噴射ノズル４からの水によって冷却される。 While passing through the gap 75 and the injection nozzle 73, the peroxide comes into contact with the catalyst 9. Therefore, the peroxide is decomposed into water and oxygen by the catalyst 9. In addition, the catalyst 9 is heated to an appropriate temperature by the heater H, which promotes the decomposition of the peroxide. Immediately after the decomposition, the gas G containing water and oxygen is injected (sprayed) from the injection nozzle 73 into the intake air in the intake pipe 2. Therefore, the gas G containing well-mixed water and oxygen is injected into the intake air. The intake air of the engine 10 is cooled by the water from the injection nozzle 4.

図１を参照して、噴射ノズル４からの水および酸素を含む吸気は、燃焼室１３に流入し、インジェクタ１７からの燃料と混合される。混合気は、燃焼室１３において燃焼される。上記のように、吸気は噴射ノズル４からの水によって冷却されるため、燃焼温度を低減することができる。したがって、燃焼効率を向上することができるとともに、ノッキングを抑制することができる。また、吸気に対して噴射ノズル４から酸素が加えられるため、吸気の圧力を増加させることができる。したがって、この点からも燃焼効率を向上することができる。 Referring to FIG. 1, intake air containing water and oxygen from the injection nozzle 4 flows into the combustion chamber 13 and is mixed with fuel from the injector 17. The mixture is burned in the combustion chamber 13. As described above, the intake air is cooled by the water from the injection nozzle 4, so the combustion temperature can be reduced. This can improve the combustion efficiency and suppress knocking. In addition, oxygen is added to the intake air from the injection nozzle 4, so the intake air pressure can be increased. This also improves the combustion efficiency.

以上、実施形態に係るシステム１００は、エンジン１０と、過酸化物のタンク５と、タンク５に接続され、エンジン１０の吸気への噴射口７３を含む噴射ノズル４と、を備える。噴射ノズル４は、タンク５から受け取った過酸化物を収容するキャビティＣと、キャビティを開閉する第１の弁座面７２および第２の弁座面８１と、過酸化物の流れにおいてキャビティＣよりも下流に設けられ、過酸化物を水および酸素に分解する触媒９と、を含む。この構成によれば、キャビティＣが閉じている間は、触媒９は、過酸化物と接触せず、過酸化物を分解しない。キャビティＣが開くと、過酸化物は、キャビティＣの下流の触媒９と接触し、触媒９によって水および酸素に分解される。分解の後すぐに、水および酸素は噴射口７３から噴射（噴霧）される。したがって、システム１００によれば、噴射直前に過酸化溶液を水と酸素とに分解することができる。 As described above, the system 100 according to the embodiment includes an engine 10, a tank 5 of peroxide, and an injection nozzle 4 connected to the tank 5 and including an injection port 73 for injection into the intake air of the engine 10. The injection nozzle 4 includes a cavity C for accommodating the peroxide received from the tank 5, a first valve seat surface 72 and a second valve seat surface 81 for opening and closing the cavity, and a catalyst 9 disposed downstream of the cavity C in the flow of peroxide and for decomposing the peroxide into water and oxygen. According to this configuration, while the cavity C is closed, the catalyst 9 does not come into contact with the peroxide and does not decompose the peroxide. When the cavity C opens, the peroxide comes into contact with the catalyst 9 downstream of the cavity C and is decomposed into water and oxygen by the catalyst 9. Immediately after decomposition, the water and oxygen are injected (sprayed) from the injection port 73. Therefore, according to the system 100, the peroxide solution can be decomposed into water and oxygen immediately before injection.

また、システム１００では、噴射ノズル４は、触媒９を加熱するヒータＨを含む。したがって、システム１００によれば、過酸化物の分解を促進することができる。 In addition, in the system 100, the injection nozzle 4 includes a heater H that heats the catalyst 9. Therefore, the system 100 can promote the decomposition of peroxides.

図５は、他の実施形態に係る噴射ノズル４Ａを示す断面図であり、図２中のIV-IV線に沿った位置の断面を示す。すなわち、図５は、図４と比較可能である。噴射ノズル４Ａは、噴射口７３が複数の貫通孔７３ｂを含む点で、上記の噴射ノズル４と異なる。噴射ノズル４Ａのその他の構成は、噴射ノズル４のものと同じであってもよい。本実施形態では、噴射口７３は、６個の貫通孔７３ｂを含む。しかしながら、貫通孔７３ｂの数はこれに限定されず、噴射口７３は、６個以外の複数の貫通孔７３ｂを含んでもよい。 Figure 5 is a cross-sectional view showing an injection nozzle 4A according to another embodiment, showing a cross section along the line IV-IV in Figure 2. That is, Figure 5 is comparable to Figure 4. The injection nozzle 4A differs from the above-described injection nozzle 4 in that the injection port 73 includes a plurality of through holes 73b. The other configurations of the injection nozzle 4A may be the same as those of the injection nozzle 4. In this embodiment, the injection port 73 includes six through holes 73b. However, the number of through holes 73b is not limited to this, and the injection port 73 may include a plurality of through holes 73b other than six.

この実施形態に係る噴射ノズル４Ａは、上記の噴射ノズル４と同様な効果を奏する。また、噴射ノズル４Ａは、触媒９が設けられる位置に複数の貫通孔７３ｂを含む。したがって、過酸化物と触媒９との間の接触面積を増加することができる。よって、過酸化物の分解を促進することができる。 The injection nozzle 4A according to this embodiment has the same effect as the injection nozzle 4 described above. In addition, the injection nozzle 4A includes a plurality of through holes 73b at the position where the catalyst 9 is provided. Therefore, the contact area between the peroxide and the catalyst 9 can be increased. This can promote the decomposition of the peroxide.

図６は、さらに他の実施形態に係る噴射ノズル４Ｂを示す断面図であり、図２中のIV-IV線に沿った位置の断面を示す。すなわち、図６は、図４と比較可能である。噴射ノズル４Ｂは、噴射口７３内にメッシュ７６を含む点で、上記の噴射ノズル４と異なる。噴射ノズル４Ｂのその他の構成は、噴射ノズル４のものと同じであってもよい。メッシュ７６は、触媒９を含むように形成される。メッシュ７６は、複数の貫通孔７６ａを含む。 Figure 6 is a cross-sectional view showing an injection nozzle 4B according to yet another embodiment, showing a cross section along line IV-IV in Figure 2. That is, Figure 6 is comparable to Figure 4. Injection nozzle 4B differs from the above-mentioned injection nozzle 4 in that it includes a mesh 76 within the injection port 73. The other configurations of injection nozzle 4B may be the same as those of injection nozzle 4. The mesh 76 is formed to contain the catalyst 9. The mesh 76 includes a plurality of through holes 76a.

この実施形態に係る噴射ノズル４Ｂは、上記の噴射ノズル４と同様な効果を奏する。また、噴射ノズル４Ｂは、触媒９が設けられる位置に複数の貫通孔７６ａを含む。したがって、過酸化物と触媒９との間の接触面積を増加することができる。よって、過酸化物の分解を促進することができる。 The injection nozzle 4B according to this embodiment has the same effect as the injection nozzle 4 described above. In addition, the injection nozzle 4B includes a plurality of through holes 76a at the position where the catalyst 9 is provided. This increases the contact area between the peroxide and the catalyst 9, thereby accelerating the decomposition of the peroxide.

図７は、さらに他の実施形態に係る噴射ノズル４Ｃを示す断面図であり、図２中のIV-IV線に沿った位置の断面を示す。すなわち、図７は、図４と比較可能である。噴射ノズル４Ｃは、噴射口７３内に複数の突起７３ｃを含む点で、上記の噴射ノズル４と異なる。噴射ノズル４Ｃのその他の構成は、噴射ノズル４のものと同じであってもよい。突起７３ｃは、触媒９を含む。本実施形態では、噴射ノズル４Ｃは、５個の突起７３ｃを含む。しかしながら、突起７３ｃの数はこれに限定されず、噴射ノズル４Ｃは、５個以外の複数の突起７３ｃを含んでもよい。本実施形態では、各突起７３ｃは、三角形の断面を有しており、噴射口７３は、星形の断面を有する。例えば、突起７３ｃは、スリーブ７と一体的に形成される。例えば、噴射口７３の星形の断面は、中心軸線方向に沿って円周方向に捻じれていてもよい。連続する一対の突起７３ｃは、それらの間に溝を画定する。したがって、別の観点では、噴射ノズル４Ｃは、触媒９が設けられる位置に複数の溝を含む。 Figure 7 is a cross-sectional view showing an injection nozzle 4C according to yet another embodiment, showing a cross section along the line IV-IV in Figure 2. That is, Figure 7 can be compared with Figure 4. The injection nozzle 4C differs from the injection nozzle 4 described above in that it includes a plurality of protrusions 73c in the injection port 73. The other configurations of the injection nozzle 4C may be the same as those of the injection nozzle 4. The protrusions 73c include a catalyst 9. In this embodiment, the injection nozzle 4C includes five protrusions 73c. However, the number of protrusions 73c is not limited to this, and the injection nozzle 4C may include a plurality of protrusions 73c other than five. In this embodiment, each protrusion 73c has a triangular cross section, and the injection port 73 has a star-shaped cross section. For example, the protrusions 73c are formed integrally with the sleeve 7. For example, the star-shaped cross section of the injection port 73 may be twisted in the circumferential direction along the central axis direction. A pair of consecutive protrusions 73c defines a groove therebetween. Therefore, from another perspective, the injection nozzle 4C includes multiple grooves at the position where the catalyst 9 is provided.

この実施形態に係る噴射ノズル４Ｃは、上記の噴射ノズル４と同様な効果を奏する。また、噴射ノズル４Ｃは、触媒９が設けられる位置に複数の突起７３ｃを含む。したがって、過酸化物と触媒９との間の接触面積を増加することができる。よって、過酸化物の分解を促進することができる。 The injection nozzle 4C according to this embodiment has the same effect as the injection nozzle 4 described above. In addition, the injection nozzle 4C includes multiple protrusions 73c at the position where the catalyst 9 is provided. This increases the contact area between the peroxide and the catalyst 9, thereby accelerating the decomposition of the peroxide.

図８は、さらに他の実施形態に係る噴射ノズル４Ｄを示す断面図であり、図２中のIV-IV線に沿った位置の断面を示す。すなわち、図８は、図４と比較可能である。噴射ノズル４Ｄは、噴射口７３内に複数の突起７３ｄを含む点で、上記の噴射ノズル４と異なる。噴射ノズル４Ｄのその他の構成は、噴射ノズル４のものと同じであってもよい。突起７３ｄは、触媒９を含む。本実施形態では、噴射ノズル４Ｄは、８個の突起７３ｄを含む。しかしながら、突起７３ｄの数はこれに限定されず、噴射ノズル４Ｄは、８個以外の複数の突起７３ｄを含んでもよい。本実施形態では、各突起７３ｄは、四角形の断面を有している。例えば、突起７３ｄは、スリーブ７と一体的に形成される。例えば、噴射口７３の断面は、中心軸線方向に沿って円周方向に捻じれていてもよい。連続する一対の突起７３ｄは、それらの間に溝を画定する。したがって、別の観点では、噴射ノズル４Ｄは、触媒９が設けられる位置に複数の溝を含む。 Figure 8 is a cross-sectional view showing an injection nozzle 4D according to yet another embodiment, showing a cross section along the line IV-IV in Figure 2. That is, Figure 8 can be compared with Figure 4. The injection nozzle 4D differs from the injection nozzle 4 described above in that it includes multiple protrusions 73d in the injection port 73. The other configurations of the injection nozzle 4D may be the same as those of the injection nozzle 4. The protrusions 73d include a catalyst 9. In this embodiment, the injection nozzle 4D includes eight protrusions 73d. However, the number of protrusions 73d is not limited to this, and the injection nozzle 4D may include a plurality of protrusions 73d other than eight. In this embodiment, each protrusion 73d has a rectangular cross section. For example, the protrusions 73d are formed integrally with the sleeve 7. For example, the cross section of the injection port 73 may be twisted in the circumferential direction along the central axis direction. A pair of consecutive protrusions 73d defines a groove between them. Therefore, from another perspective, the injection nozzle 4D includes multiple grooves at the position where the catalyst 9 is provided.

この実施形態に係る噴射ノズル４Ｄは、上記の噴射ノズル４と同様な効果を奏する。また、噴射ノズル４Ｄは、触媒９が設けられる位置に複数の突起７３ｄを含む。したがって、過酸化物と触媒９との間の接触面積を増加することができる。よって、過酸化物の分解を促進することができる。 The injection nozzle 4D according to this embodiment has the same effect as the injection nozzle 4 described above. In addition, the injection nozzle 4D includes multiple protrusions 73d at the position where the catalyst 9 is provided. This increases the contact area between the peroxide and the catalyst 9, thereby accelerating the decomposition of the peroxide.

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments have been described above with reference to the attached drawings, the present invention is not limited to such embodiments. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

例えば、上記の実施形態では、単一の噴射ノズル４が、インテークマニホールドＭ１の上流の吸気管２に設けられる。しかしながら、他の実施形態では、噴射ノズル４は、複数の気筒の各々の枝管２１に設けられてもよい。 For example, in the above embodiment, a single injection nozzle 4 is provided in the intake pipe 2 upstream of the intake manifold M1. However, in other embodiments, an injection nozzle 4 may be provided in each branch pipe 21 of multiple cylinders.

また、さらに他の実施形態では、噴射ノズル４は、各シリンダヘッド等、各燃焼室１３中の吸気に対して、水および酸素を直接的に噴射可能な位置に設けられてもよい。 In yet another embodiment, the injection nozzle 4 may be provided in a position such as in each cylinder head, where water and oxygen can be directly injected into the intake air in each combustion chamber 13.

また、上記の実施形態では、枝管２１にＯ_２センサＳ１が設けられる。他の実施形態では、例えば、排気管３に一般的に設けられるＯ_２センサによって、噴射ノズル４からの水および酸素の噴射量を充分に制御できる場合には、枝管２１のＯ_２センサＳ１は省略されてもよい。 In the above embodiment, the _O2 sensor S1 is provided in the branch pipe 21. In other embodiments, for example, when the amount of water and oxygen injected from the injection nozzle 4 can be sufficiently controlled by an _O2 sensor generally provided in the exhaust pipe 3, the _O2 sensor S1 in the branch pipe 21 may be omitted.

４噴射ノズル
４Ａ噴射ノズル
４Ｂ噴射ノズル
４Ｃ噴射ノズル
４Ｄ噴射ノズル
５タンク（過酸化物の供給源）
９触媒
１０エンジン
７２第１の弁座面（弁）
７３噴射口
７３ｂ貫通孔
７３ｃ突起
７３ｄ突起
７６ａ貫通孔
８１第２の弁座面（弁）
１００エンジンシステム
Ｃキャビティ
Ｈヒータ 4 Injection nozzle 4A Injection nozzle 4B Injection nozzle 4C Injection nozzle 4D Injection nozzle 5 Tank (peroxide supply source)
9 Catalyst 10 Engine 72 First valve seat surface (valve)
73 Injection port 73b Through hole 73c Protrusion 73d Protrusion 76a Through hole 81 Second valve seat surface (valve)
100 Engine system C Cavity H Heater

Claims

The engine,
A source of peroxide;
an injection nozzle connected to the source and including an injection port into the engine intake;
Equipped with
The injection nozzle is
a cavity for containing the peroxide received from the source;
a valve for opening and closing the cavity;
a catalyst disposed downstream of the cavity in the flow of the peroxide for decomposing the peroxide into water and oxygen;
Including,
The catalyst is provided in a region downstream of the cavity, at a position that does not face the cavity when the cavity is closed.
Engine system.

The engine system of claim 1, wherein the injection nozzle includes a plurality of holes at the location where the catalyst is provided.

The engine system of claim 1, wherein the injection nozzle includes a plurality of protrusions or grooves at the location where the catalyst is provided.

The engine system according to any one of claims 1 to 3, wherein the injection nozzle includes a heater that heats the catalyst.