JP2002520531A - 汚染除去エンジンの膨張室の動作方法および前記動作方法を実施する膨張室 - Google Patents

汚染除去エンジンの膨張室の動作方法および前記動作方法を実施する膨張室

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JP2002520531A JP2000559333A JP2000559333A JP2002520531A JP 2002520531 A JP2002520531 A JP 2002520531A JP 2000559333 A JP2000559333 A JP 2000559333A JP 2000559333 A JP2000559333 A JP 2000559333A JP 2002520531 A JP2002520531 A JP 2002520531A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、お互いに独立した吸気圧縮室（１）と膨張排気室（４）とから構成される二次プレッシャ・エアを噴射する無公害エンジンの動作方法において、高速作動プラグ（２Ｃ）により前記室を、高圧のプレッシャ・エアを受けるエンジン室（２Ａ）と、圧力の低い二次プレッシャ・エアを受ける作業室（２Ｂ）の二つの室に分け、高速作動プラグ（２Ｃ）が二つの室を急激に連通させることにより、圧力の差によりエンジン・ガスが膨張する波が作業室に流れて圧縮衝撃波を生成し、膨張排気シリンダ（４）と連通して仕事を生成する直前に室内の圧力を増加させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、二次プレッシャ・エアを噴射する無公害または汚染除去エンジンの
膨張室の動作に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公開番号ＷＯ９６／２７７３７の特許出願で、発明者は、高速道路を走行する
場合はガソリンまたはディーゼルなどの従来の燃料を使用して動作し（エア／フ
ューエル混合気によるシングル・モード動作）、低速走行時、特に都市部および
郊外において走行する場合は、プレッシャ・エア（あるいはその他の無公害ガス
）を燃焼室に噴射して、その他のフューエルを排除して動作する（二次プレッシ
ャ・エアを加えたエアのセカンド・モード動作）、二種類のエネルギーによるデ
ュアル・モードの原理に従って動作する独立した外部燃焼室を備えたエンジンを
低公害化する方法を記載している。特許出願９６０７７１４において、発明者は
、シングル・モードで動作する種類のエンジンを、市街バス、タクシー、配達用
バンなどの業務用車両に搭載したものを記載している。
【０００３】 エア・フューエル・モードで動作する場合は、エア・フューエル混合気が独立
した吸気圧縮室に吸気されて圧縮される。圧縮されたエア・フューエル混合気は
圧力がかかったまま、容積が一定、すなわち定容の独立した燃焼室に移動し、点
火され、前記混合気の温度と圧力を増加させる。前記燃焼または膨張室と膨張排
気室を連通させている移動ポートが開くと、混合気は後者室の中で膨張して仕事
を発生する。その後、膨張したガスは排気管を介して大気に排出される。
【０００４】 エア・エア・モードで動作する場合は、フューエル・インジェクタはもはや作
動しなくなり低出力となる。この場合、（フューエルを含まない）プレッシャ・
エアが吸気圧縮室から燃焼室に送り込まれてから若干の後、高圧、例えば２００
バール、かつ周囲温度でエア（またはその他のガス）を蓄積している外部のタン
クから少量の二次プレッシャ・エアが燃焼室に送り込まれる。二次プレッシャ・
エアが噴射されると、噴射された周囲温度の少量のプレッシャ・エアは燃焼また
は膨張室に入っている高温のエアの塊と接触して加熱され、膨張し、室の中の圧
力は増加するため、膨張時に仕事を発生することができる。
【０００５】 この種類のデュアル・モードまたはデュアル・エネルギー（エアおよびガソリ
ンまたはエアおよび二次プレッシャ・エア）エンジンは市内で使用することが好
ましく、例えば、すべての車両、より詳細には市街バスまたはその他の業務用車
両（タクシー、ゴミ収集車など）などにおいて、従来のフューエルによるエンジ
ン固有の構成部品はすべて除外して、二次プレッシャ・エアを加えたエア・モー
ドで走行するように改造することができる。
【０００６】 この場合エンジンは、二次プレッシャ・エアを燃焼室に噴射して、燃焼室が膨
張室となる、シングル・モードでのみ作動する。さらに、エンジンにより吸い込
まれたエアを、一つ以上の活性炭フィルタを介して、またはその他の機械的また
は化学的方法、またはモレキュラー・シーブ、またはその他のフィルタを使用し
て濾過し、純化することにより、エンジンを有害物質削減エンジンとすることが
できる。ここで記載する「エア」とはまた、「無公害ガス」と解するものとする
。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種のエンジンでは、二次プレッシャ・エアは、この圧力より著しく高い、
室で得られる圧力に従って決定される使用圧力で燃焼または膨張室に噴射される
。このためには、比較的高い噴射圧力、例えば３０バール、が必要とされる。
【０００８】 流体ガスの移動運動の問題について幅広い研究と実験を行った。超音速で移動
すると、移動する物体は移動経路に包絡線の形状の圧力波を発生する。すなわち
、移動経路上においてエアはいわゆる超高速で変化し、より詳細にはこの物理的
特性が衝撃波として現れる。ガスの運動について、超音速風洞（衝撃波トンネル
）の部分の物理的特性を特定するために、衝撃波管を用いた試験および実験を行
った。衝撃波管は、２本の管部から構成され、２つの端部の間には隔膜が取り付
けられていて、自由端は閉じている。２本の管部の一つは駆動管、もう一つは実
験管と呼ばれている。この二本の管を併せて衝撃波管という。実験を行う実験管
にガスを充填し、駆動管のガスを圧縮して隔膜を破裂させると、圧力が均衡化す
る過程に入る。高圧の駆動ガスは膨張波を生成して膨張し、実験管に流れ込む。
こうして低圧ガスの衝撃波が生成される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に従った膨張室の動作方法は、亜音速、より詳細には超音速ガス流の衝
撃技術と衝撃波技術を使用して膨張室内でガスを高圧、高温にした後に、前記ガ
スを膨張排気室に移動させることによりエンジン出力を可能な限り向上させるこ
とを提案する。本方法は室内の圧力を増加させる工程を、高圧駆動ガスを吸気圧
縮室から前記室の一部に送り込む段階と、その一方で、二次プレッシャ・エアを
著しく圧力の低い他の部分に送り込む段階の二段階に分けて実行し、その後、急
激に二つの部分を接触させて、圧力差により駆動ガスが膨張波を生成しながら急
激に膨張し、圧力の低い作業ガスに流れ込むことにより、圧縮衝撃波が生じ、室
全体の全圧力を著しく増加させている。この直後に駆動ガスは膨張排気室に膨張
して仕事を発生させる。
【００１０】 本発明に従った膨張室の動作方法において、作業室に送り込む前に駆動ガスを
イオン化させることが好ましい。イオン化した駆動ガスは電磁波を生成して、作
業室内の衝撃波の強度を増加させ、緩和過程の発生を遅らせる効果を有する。
【００１１】 本方法を実行する膨張室は、サイクルの選択した瞬間に隔てた部分を急激に連
通させることができる超高速シャッターにより、吸気圧縮室に連通し、高圧駆動
ガスを吸気圧縮室から受け取る駆動室と呼ばれる室と、作業室となる、膨張排気
室に連通し、二次プレッシャ・エアを受け取るもう一方の室とに隔てられている
。本発明に従った膨張室の動作方法は、最初に、駆動室を、吸気圧縮室からの高
温で高圧、例えば５０バール、のプレッシャ・エアで充填しながら、一方で、高
圧のストレージ・タンクからある量の二次プレッシャ・エアを噴射して作業室の
圧力を低圧、例えば１０バール、にする。エンジン膨張シリンダと連通する直前
に室内シャッターが急激に開くと、圧力の差により、駆動ガスは膨張波を生成し
て膨張し、作業室に流れ込み、そこで衝撃波を生成して、前記作業室の圧力を著
しく増加させ、その直後に膨張排気シリンダと連通させる。この圧力増加を利用
して膨張排気室のガスを膨張させて仕事を発生させる。
【００１２】 本発明のもう一つの特徴によると、二つの室の形状はノズルの形をしており、
駆動室は細くなっていく部分と、サイクルの選択した瞬間に急激に開くことがで
きる高速シャッターにより閉ざされたスロートと、広がっていく部分とを通って
作業室に開いており、スロートが開くと超音速噴射が起こって渦流が生成し、衝
撃波の効果の他に、希望する圧力増加の効果を達成することができる。
【００１３】 本発明の方法を変更することなく、駆動室および作業室の容積を計算して選択
することにより、形状と寸法を最適化し、一つ以上の衝撃を誘因する波および／
または渦流を生成させることができる。
【００１４】 さらに、サイクル内で、膨張室への移動が起こる室内シャッターが開く瞬間を
選択することにより、希望する結果、すなわち膨張時に膨張室で得られうる最大
の圧力を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のその他の目的、利点および特徴は、以下図面を用いて説明するいくつ
かの実施形態により明らかになる。
【００１６】 図１は、本発明に従った膨張室を有するエンジン全体の一つの実施例の断面図
を示す図で、わかりやすくするために構成要素の寸法の比率は実測値とは異なっ
ている。吸気圧縮室と、膨張排気室はそれぞれ、コネクティング・ロッド−クラ
ンク・システムと、シリンダ内を摺動するピストンにより制御されている。図に
は、吸気圧縮室１、シャッター２Ｃにより二つの室、すなわち駆動室２Ａと作業
室２Ｂに隔たれた膨張室２、およびコントロール２Ｄが示されている。作業室２
Ｂには超高圧タンク２３に蓄積されたプレッシャ・エアを供給する二次エア・イ
ンジェクタ２２が取り付けられている。吸気圧縮室１は、ダクト５により膨張室
２の駆動室２Ａに連通しており、ダクト５の開閉は密封フラップ６により制御さ
れる。膨張室２の作業室２Ｂはダクトまたは移動ポート７により膨張排気室４に
連通しており、ダクトまたは移動ポート７の開閉は密封フラップ８により制御さ
れる。吸気圧縮室１はピストン・コンプレッサ・ユニットとして動作し、シリン
ダ１０内を摺動するピストン９は、コネクティング・ロッド１１およびクランク
シャフト１２により制御される。膨張排気室４は、コネクティング・ロッド１７
を介してクランクシャフト１８の回転を駆動する、シリンダ１６内を摺動するピ
ストン１５を有した従来のエンジン・ピストン・ユニットを制御する。膨張した
エアは排気管１９を介して排気される。排気管１９の開閉はバルブ２０により制
御される。吸気圧縮室１のクランクシャフト１２の回転は、膨張排気室４のエン
ジン・クランクシャフト１８により機構２１を介して制御される。二本のコネク
ティング・ロッドはまた、同じクランクシャフトに連結することができることは
言うまでもないが、本実施例では室の独立性をよく例示するために別々にしてい
る。エンジンの吸気圧縮室は上死点にあり、密封フラップ６は閉じており、膨張
室２の駆動室２Ａはピストン９により高圧に圧縮されたプレッシャ・エアで充填
されている。二次エア・インジェクタ２２が作動して、作業室２Ｂ内に駆動室２
Ａで得られる圧力より低い圧力のプレッシャ・エアを送り込む。次に高速シャッ
ター２Ｃが作動して急激に駆動室２Ａと作業室２Ｂを連通させる（図２）。圧力
の差により、駆動ガスが膨張波を生成して膨張し、作業室中に伝搬し、圧力衝撃
波を生成し、作業室２Ｂ内の圧力を著しく増加させる。その後、緩和過程に入る
と圧力は、二つの室に入っているガスが混合して生成される圧力にまで減衰する
。膨張室のピストン１５が上死点に達すると、フラップ８によりポート７は開き
、作業室の中のガスは膨張ピストン１５が下死点に達するまで膨張し、エンジン
・クランクシャフト１８を駆動して仕事を発生する。
【００１７】 図３は、本発明に従った膨張室のもう一つの実施例の縦断面図を示す図で、室
の輪郭はノズルの形状をしているため、動作時にはドーナツ型の渦流を発生する
ことができる。駆動室２Ａはスロート２Ｅにより作業室２Ｂに連通し、摺動ピス
トン２Ｇが二つの室を隔てている。広がりの部分の直前にある入口スロートには
平坦な部分２Ｆがあり、ピストンにより開くと、衝撃波を生成して、図４に記号
で示される渦流の生成を促進する。高圧の駆動ガスが入っている駆動室２Ａは入
口スロート２Ｅの方向に収斂し、作業室２Ｂの広がる壁部に開いている。入口ス
ロート２Ｅの径は希望するマッハ数に応じて選択する。ピストン・シャッター・
ロッド２Ｇは二つの室を隔て、環状の流れを発生させる中核を形成する。エンジ
ン動作時に、エンジン・サイクルの選択された瞬間に、シャッター・ピストンは
引っ込み、先頭部が平坦部２Ｆを開放すると、急激に二つの室は連通する。圧力
の差により、駆動室２Ａに入っているガスは作業室２Ｂに膨張し、圧縮衝撃波が
生成される。シャッター・ピストン２Ｇがあるため、流れは分かれ、渦流の生成
が促進される。
【００１８】 図５には、図３および図４に記載されたものと類似した本発明に従った膨張室
が示されている。衝撃波の強度を増加させ、緩和過程の発生を遅らせる、電磁性
の波を発生するために、駆動室２Ａにはガスをイオン化する陰極２Ｈが取り付け
られている。
【００１９】 もちろん、本発明はここに記載された実施例に制限されることはなく、複数の
シリンダを搭載していくつかの方法を組み合わせることや、形状および寸法を変
更することができ、本発明の精神から外れることなく当業者が想到しうる多様な
方法に応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従った膨張室を有するエンジン全体の断面図を示す図である。
【図２】 膨張直前の図１のエンジンを示す図である。
【図３】 ノズルの形状をした膨張室の断面図を示す図である。
【図４】 シャッターが開いた図３の膨張室を示す図である。
【図５】 駆動室に陰極を有した、本発明に従った膨張室を示す図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年８月１９日（２０００．８．１９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】 公開番号ＷＯ９６／２７７３７の特許出願で、発明者は、高速道路を走行する
場合はガソリンまたはディーゼルなどの従来の燃料を使用して動作し（エア／フ
ューエル混合気によるシングル・モード動作）、低速走行時、特に都市部および
郊外において走行する場合は、プレッシャ・エア（あるいはその他の無公害ガス
）を燃焼室に噴射して、その他のフューエルを排除して動作する（二次プレッシ
ャ・エアを加えたエアのセカンド・モード動作）、二種類のエネルギーによるデ
ュアル・モードの原理に従って動作する独立した外部燃焼室を備えたエンジンを
低公害化する方法を記載している。特許出願ＷＯ９７／４８８８４において、発
明者は、シングル・モードで動作する種類のエンジンを、市街バス、タクシー、
配達用バンなどの業務用車両に搭載したものを記載している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3G031 AA02 AA16 AB02 AB03 AD03 AD08 BA13 BB05 DA12 HA00 HA01

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気圧縮室と、 膨張排気室と、が独立して構成され、 二次プレッシャ・エアの噴射時に圧力が増加する工程が生じる、二次プレッシ
    ャ・エアを膨張室に噴射する汚染除去エンジンの膨張室の動作方法において、 前記方法は膨張室内で圧力が増加する工程を 高圧駆動ガスを吸気圧縮室から前記室の一部分に送り込む段階と、その一方で
    、二次プレッシャ・エアを著しく圧力の低い他の部分に送り込む段階の二段階に
    分けて実行し、 その後、急激に二つの部分を接触させ、圧力の差により、駆動ガスが膨張波を
    生成しながら急激に膨張し、圧力の低い作業ガスに流れ込むことにより、圧縮衝
    撃波が生じ、膨張排気室に膨張して仕事を発生する直前に室全体の全圧力を著し
    く増加させることを特徴とする動作方法。
  2. 【請求項２】 膨張室の形状が、圧縮衝撃波の効果を増幅する渦流を生成するように作られて
    いることを特徴とする請求項１に記載の膨張室の動作方法。
  3. 【請求項３】 駆動ガスをイオン化して、電磁波を生成することにより、衝撃波の強度を増加
    させ、緩和過程の発生を遅らせることを特徴とする請求項１および２のいずれか
    に記載の膨張室の動作方法。
  4. 【請求項４】 吸気圧縮室（１）と、膨張排気室（４）と、燃焼および／または膨張室（２）
    と、が独立して構成され、膨張室は、プレッシャ・エア動作によるシングル・モ
    ードでは、超高圧でエア（またはその他のガス）を蓄積している外部タンク（２
    ３）から少量の二次プレッシャ・エアを前記膨張室に送り込む、請求項１に記載
    の二次プレッシャ・エアを噴射する汚染除去エンジンの膨張室において、膨張室
    はサイクルの選択した瞬間に隔てた二つの室を急激に連通させる超高速シャッタ
    ー（２Ｃ）により、吸気圧縮室（１）に連通し、高圧駆動ガスを受け取る、駆動
    室（２Ａ）と呼ばれる室と、膨張排気室に連通しており、十分な量の二次プレッ
    シャ・エアを受け取る、圧力の低い、作業室（２Ｂ）となる、もう一方の室と、
    二つの室に隔たれており、室内シャッター（２Ｃ）が急激に開くと圧力の差によ
    り、作業室（２Ｂ）内に圧縮衝撃波が発生し、膨張排気シリンダと連通して仕事
    を発生する直前に圧力が十分に増加することを特徴とする膨張室。
  5. 【請求項５】 請求項２に記載の膨張室において、二つの室の形状はノズルの形をしており、
    駆動室は細くなっていく部分と、サイクルの選択した瞬間に急激に開くことがで
    きる高速シャッター（２Ｇ）により閉ざされたスロート（２Ｅ）と、広がってい
    く部分とを通って作業室に開いており、スロートが開いたときに超音速噴射が起
    こって渦流が生成し、衝撃波の効果の他に、希望する圧力増加の効果を達成する
    ことができることを特徴とする膨張室。
  6. 【請求項６】 請求項１および２のいずれかに記載の膨張室において、駆動室は、作業室に送
    り込む前に駆動ガスをイオン化することができる陰極（２Ｈ）とを備え、電磁性
    の波を発生し、作業室の衝撃波の強度を増加させ、緩和過程の発生を遅らせる効
    果を有することを特徴とする膨張室。
JP2000559333A 1998-07-09 1998-07-09 汚染除去エンジンの膨張室の動作方法および前記動作方法を実施する膨張室 Pending JP2002520531A (ja)

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