JP2008208768A - Engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は船舶や車輌の動力源として用いられるエンジンに関する。 The present invention relates to an engine used as a power source for a ship or a vehicle.
従来よりシリンダーを並列して設け、該各シリンダー内のピストンの端部にコネクティングロッドの一端を連結し、該各コネクティングロッドの他端をクランクシャフトに連結し、各ピストンの往復動を各コネクティングロッドとクランクシャフトを介して回転運動に換え車輪を回転せしめるエンジンが既知である。 Conventionally, cylinders are provided in parallel, one end of the connecting rod is connected to the end of the piston in each cylinder, the other end of each connecting rod is connected to the crankshaft, and the reciprocating motion of each piston is connected to each connecting rod. Engines that rotate wheels through a crankshaft are known.
上記エンジンにおいてはシリンダーの爆発燃焼室内における燃料の燃焼爆発によりシリンダーに内蔵したピストンの往動力を得、該往動力をコネクティングロッドを介してクランクシャフトに伝達し、該クランクシャフトに設けたはずみ車により復動力を得る構成を採っている。 In the above engine, the forward power of the piston built in the cylinder is obtained by the combustion explosion of the fuel in the explosion combustion chamber of the cylinder, the forward power is transmitted to the crankshaft through the connecting rod, and is restored by the flywheel provided on the crankshaft. The structure to get power is adopted.
而して上記方法においては、爆発燃焼による往動速度とはずみ車による復動速度にむらが生じ、クランクシャフトの回転速度にむらが生ずる最大の問題を有している。 Thus, the above method has the greatest problem that unevenness occurs in the forward speed due to explosion combustion and the reverse speed due to the flywheel, resulting in unevenness in the rotational speed of the crankshaft.
他方既知の水平対向気筒形エンジンにおいては、上記シリンダーを対向して設け、各シリンダーのピストンロッドをクランクシャフトに連結し、各シリンダーの燃焼室内における燃料の燃焼爆発により各シリンダーに内蔵したピストンの往動力と復動力を得、該往動力と復動力をコネクティングロッドを介してクランクシャフトに伝達し、該クランクシャフトに設けたはずみ車により往動から復動への転換をスムーズに行う構成を採っている。 On the other hand, in the known horizontally opposed cylinder type engine, the cylinders are provided facing each other, the piston rods of the cylinders are connected to the crankshaft, and the pistons built in the cylinders are moved by the combustion explosion of the fuel in the combustion chambers of the cylinders. Power and return power are obtained, the forward power and return power are transmitted to the crankshaft via the connecting rod, and the transition from the forward movement to the backward movement is smoothly performed by the flywheel provided on the crankshaft. .
上記シリンダーを並列して設けたエンジンと、シリンダーを水平対向して設けたエンジンは何れもシリンダーの配置が異なるのみで、ピストンにコネクティングロッドを直結し、ピストンから直接駆動力を得てコネクティングロッドを作動し、同ピストンの往復運動を回転運動に変換する点で共通している。 The engine with the cylinders arranged in parallel and the engine with the cylinders facing horizontally are only different in the arrangement of the cylinders. The connecting rod is directly connected to the piston, and the connecting rod is obtained by directly obtaining the driving force from the piston. It is common in that it operates and converts the reciprocating motion of the piston into rotational motion.
本発明はピストンから直接駆動力を得て往復運動を回転運動に転換する方式を排し、上記何れの方式にも属さない新たな変換機構を有するエンジンを提供するものである。 The present invention provides an engine having a new conversion mechanism that does not belong to any of the above-mentioned methods, eliminating the method of converting a reciprocating motion into a rotational motion by directly obtaining a driving force from a piston.
本発明に係るエンジンは一軸線上に対置した第一シリンダーと第二シリンダーを備える。 The engine according to the present invention includes a first cylinder and a second cylinder that are opposed to each other on one axis.
上記第一シリンダー内には第一ピストンを備え、上記第二シリンダー内には第二ピストンを備え、両ピストンを上記軸線上に延在するピストンロッドで直結する。 A first piston is provided in the first cylinder, a second piston is provided in the second cylinder, and both pistons are directly connected by a piston rod extending on the axis.
上記第一、第二ピストンとピストンロッドとは一体に往復運動し、該ピストンロッドの中間延在部に該ピストンロッドの往復運動を回転運動に変換する出力機構を連結した構成を有する。 The first and second pistons and the piston rod reciprocate integrally, and an output mechanism for converting the reciprocating motion of the piston rod into a rotational motion is connected to an intermediate extension portion of the piston rod.
好ましくは、上記ピストンロッドに対し第一出力機構と第二出力機構を軸対称に配置する。 Preferably, the first output mechanism and the second output mechanism are arranged symmetrically with respect to the piston rod.
上記出力機構は上記ピストンロッドの中間延在部、即ち第一、第二ピストン間の延在部に連結されたコネクティングロッドを介して上記往復運動を回転運動に変換する構成を有する。 The output mechanism is configured to convert the reciprocating motion into a rotational motion via a connecting rod connected to an intermediate extending portion of the piston rod, that is, an extending portion between the first and second pistons.
従って上記第一出力機構は第一コネクティングロッドを以って上記ピストンロッドの中間延在部に連結され、同様に上記第二出力機構は第二コネクティングロッドを以って上記ピストンロッドの中間延在部に連結される。 Accordingly, the first output mechanism is connected to the intermediate extension portion of the piston rod by the first connecting rod, and similarly the second output mechanism is extended to the intermediate extension of the piston rod by the second connecting rod. Connected to the part.
上記第一、第二コネクティングロッドは軸対称に配置し、該第一、第二コネクティングロッドの一端をピストンロッドの軸線方向の中心に連結する。 The first and second connecting rods are arranged symmetrically with respect to each other, and one ends of the first and second connecting rods are connected to the axial center of the piston rod.
本発明によれば、上記ピストンロッドは第一ピストンに加えられた強力な推進力によって往動力が得られ、第二ピストンに加えられた強力な推進力によって復動力が得られる。 According to the present invention, the piston rod is provided with a forward driving force by a strong propulsive force applied to the first piston, and a restoring force is obtained by the strong propelling force applied to the second piston.
上記第一、第二ピストンに加えられた往動方向と復動方向の推進力でピストンロッドを安定且つ強力に往復動でき、該双方向の推進力で出力機構の各周回運動を安定且つ強力に取り出すことができる。 The piston rod can be reciprocated stably and powerfully by the forward and backward driving forces applied to the first and second pistons, and the revolving motion of the output mechanism is stable and strong with the bidirectional thrust. Can be taken out.
本発明によれば、ピストンロッドに対し軸対称に設けた出力機構により、単一のピストンロッドの往復運動を軸対称出力として取り出すことができ、例えば船舶の一対のスクリューを回転駆動するエンジンとして有効に適用できる。 According to the present invention, a reciprocating motion of a single piston rod can be taken out as an axially symmetric output by an output mechanism provided symmetrically with respect to the piston rod. Applicable to.
以下本発明を実施するための最良の形態を図1乃至図11に基づき説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to FIGS.
本発明に係るエンジンは一軸線X上において対置した第一シリンダー1と第二シリンダー2を有する。
The engine according to the present invention has a
上記第一シリンダー1は第一ピストン3を内蔵し、第二シリンダー2は第二ピストン4を内蔵し、両ピストン3,4間を上記軸線X上に延在するピストンロッド5で直結する。
The
上記第一、第二シリンダー1,2は後端が端壁6,7にて閉鎖された互いに等口径で等長の有底筒体から成り、同様に上記第一、第二ピストン3,4は互いに等径で等厚の中空体又は中実体から成る。
The first and
又第一、第二シリンダー1,2は上記軸線X上において対置した2個の筒体にて形成し、両筒体の前端面間に上記ピストンロッド5を延在せしめる。
The first and
又は上記第一、第二シリンダー1,2を上記軸線X上に延在する比較的長い単一の筒体にて形成し、該筒体の一端側延在部で第一シリンダー1を、他端側延在部で第二シリンダー2を夫々形成する。
Alternatively, the first and
上記第一、第二ピストン3,4とピストンロッド5は上記直結状態で一体に往復運動し、該ピストンロッド5の中間延在部に該ピストンロッド5の往復運動を回転運動に変換する出力機構を連結する
The first and
適例として図1や図11に示すように、ピストンロッド5の中間延在部の長さ方向の中心O、即ち第一ピストン3と第二ピストン4間の寸法を二分の一にした位置Oに、ピストンロッド5の往復運動を回転運動に変換する出力機構を連結する。
As an example, as shown in FIGS. 1 and 11, the center O in the longitudinal direction of the intermediate extension portion of the
好ましい例示として、ピストンロッド5の中間延在部に第一出力機構8と第二出力機構9とを軸対称に配置する。即ちピストンロッド5の180°反対側に第一、第二出力機構8,9を配置する。
As a preferred example, the
又はピストンロッド5に90°間隔で第一乃至第四出力機構を配置する。又は第一乃至第三出力機構をピストンロッド5の周方向に120°間隔で配置する。即ちピストンロッド5に対し複数の出力機構を周方向に等間隔で配置した場合、或いは単一の出力機構を設けた場合を含む。
Alternatively, the first to fourth output mechanisms are arranged on the
上記第一、第二出力機構8,9は上記ピストンロッド5の延在部に第一、第二コネクティングロッド10,11を介して連結され、上記往復運動を回転運動に変換する構成を有する。
The first and
上記第一出力機構8の第一コネクティングロッド10と、上記第二出力機構9の第二コネクティングロッド11は軸対称に配置し、その各一端をピストンロッド5の軸線方向の中心Oにおいて支軸12を介し回動可に連結し、更に該他端を第一、第二クランクレバー13,14に支軸15を介し回動可に連結する。
The first connecting
図11に示すように、第一、第二シリンダー1,2を単一の筒体で形成した場合、上記第一、第二コネクティングロッド10,11を該筒体の中間延在部に設けた開口28を通し延出する。
As shown in FIG. 11, when the first and
上記第一、第二クランクレバー13,14は位置を固定して設けた第一、第二回転出力軸16,17に連結され、第一、第二回転出力軸16,17と一体に定軸回転する。
The first and second crank levers 13, 14 are connected to first and second
上記第一シリンダー1の後端には第一ピストン3の背面に面して第一爆発燃焼室18を形成し、同様に上記第二シリンダー2の後端には第二ピストン4の背面に面して第二爆発燃焼室19を形成し、第一、第二シリンダー1,2の端壁6,7には第一、第二点火プラグ20,21を夫々配設する。
A first
又第一、第二シリンダー1,2の管壁又は端壁6,7には第一、第二爆発燃焼室18,19内へ石油系燃料や植物系燃料、可燃ガスを噴射する第一、第二燃料噴射装置22,23を配設する。
The first and
更に実施に応じ、第一、第二シリンダー1,2の管壁又は端壁6,7には第一、第二爆発燃焼室18,19内に水を噴射する第一、第二水噴射装置24,25を設ける。本発明はこの第一、第二水噴射装置24,25による水噴射を行わない場合を除くものではない。
Further, depending on the implementation, first and second water injection devices for injecting water into the first and second
以下、図1乃至図10に基づきエンジンの動作を順を追って説明し、構成の理解に供する。 In the following, the operation of the engine will be described step by step based on FIGS. 1 to 10 for understanding the configuration.
図1は第一、第二ピストン3,4とピストンロッド5が第二爆発燃焼室19内の爆発燃焼により、第一シリンダー1側へ移動し、移動の終端に至った状態を示し、該移動により第一爆発燃焼室18内に第一燃料噴射装置22を通じて噴射された燃料(気体との混合気)を圧縮し、第一点火プラグ20で点火し、第一爆発燃焼室18内において圧縮燃料を爆発燃焼せしめる。
FIG. 1 shows a state in which the first and
この時、第一、第二コネクティングロッド10,11は第一シリンダー1側へ最大の傾斜角度を以って傾いている。
At this time, the first and second connecting
次に図2に示すように、上記第一爆発燃焼室18内における爆発燃焼に伴う推進力により第一ピストン3が前進を開始すると共に、ピストンロッド5を介して第二ピストン4を後進せしめる。
Next, as shown in FIG. 2, the
この時、第一水噴射装置24より冷水又は加熱水を第一爆発燃焼室18内に供給し、燃料の爆発燃焼に伴う高熱によって該水を分解し燃焼する。
At this time, cold water or heated water is supplied from the first
次に図3に示すように、上記第一爆発燃焼室18内における爆発燃焼により上記第一ピストン3が更に前進し、第二ピストン4が更に後進する間、第二ピストン4の背後の第二爆発燃焼室19内に第二燃料噴射装置23を通じて燃料を噴射すると共に、第二吸排気口27を通じて気体を吸気し、混合気を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, while the
次に図4、図5に示すように、上記第一爆発燃焼室18内の爆発燃焼の推進力で第一ピストン3は更に前進すると共に、第二ピストン4が更に後進し、第二爆発燃焼室19内の燃料(混合気)の圧縮を開始する。
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, the
上記図1から図5における第一、第二ピストン3,4とピストンロッド5の一体移動に追随して、第一、第二コネクティングロッド10,11が最大傾斜状態(図1)から直立状態(図5)となり、これに伴い第一、第二クランクレバー13,14が第一、第二回転出力軸16,17を中心に回転し、該第一、第二回転出力軸16,17を回転せしめる。
Following the integral movement of the first and
次に図6に示すように、第一ピストン3が更に前進すると、第一吸排気口26を開放し第一爆発燃焼室18内の排気を開始する。
Next, as shown in FIG. 6, when the
次に図7に示すように、第二ピストン4が第二シリンダー2側への移動端において第二爆発燃焼室19内の燃料を最大に圧縮した状態を形成し、該最大圧縮状態において第二点火プラグ21により点火し、第二爆発燃焼室19内において圧縮燃料を爆発燃焼せしめる。
Next, as shown in FIG. 7, the second piston 4 forms a state in which the fuel in the second
この時、第一、第二コネクティングロッド10,11は図1とは逆方向に第二シリンダー2側へ最大の傾斜角度を以って傾く。
At this time, the first and second connecting
次に図8に示すように、上記第二爆発燃焼室19内における爆発燃焼に伴う推進力により第二ピストン4が前進を開始すると共に、ピストンロッド5を介して第一ピストン3の後進を開始せしめる。
Next, as shown in FIG. 8, the second piston 4 starts moving forward by the propulsive force accompanying the explosive combustion in the second
この時、第二水噴射装置25より冷水又は加熱水を第二爆発燃焼室19内に供給し、燃料の爆発燃焼に伴う高熱によって該水を分解し燃焼せしめる。
At this time, cold water or heated water is supplied into the second
次に図9に示すように、上記第二爆発燃焼室19内における爆発燃焼により上記第二ピストン4が更に前進し、第一ピストン3が更に後進する間、第一ピストン3の背後の第一爆発燃焼室18内に第一燃料噴射装置22を通じて燃料を噴射すると共に、第一吸排気口26を通じて気体を吸気し、混合気を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, while the second piston 4 is further advanced by explosive combustion in the second
次に図10に示すように、上記第二爆発燃焼室19内の爆発燃焼の推進力で第二ピストン4は更に前進すると共に、第一ピストン3が更に後進し、この第一ピストン3の後進により第一爆発燃焼室18内の燃料(混合気)の圧縮を開始すると共に、第二ピストン4の前進により第二吸排気口27を開放し排気を開始する。
Next, as shown in FIG. 10, the second piston 4 is further moved forward by the explosive combustion propulsive force in the second
上記図6から図10における第一、第二ピストン3,4とピストンロッド5の一体移動に追随して、第一、第二コネクティングロッド10,11は図5に示す直立状態から逆方向への傾斜を開始し、図7に示す最大傾斜状態を経て、第二ピストン4の前進開始に追随して該傾斜を解消する方向へ復元し、再び図1の状態に至る。
Following the integral movement of the first and
上記図1乃至図10に示す運動を繰り返すことにより、第一、第二クランクレバー13,14が第一、第二回転出力軸16,17を中心とする回転を繰り返し、該第一、第二回転出力軸16,17の回転を繰り返す。よってピストンロッド5の往復運動を回転運動に変換する。回転出力機構を軸対称に設けた場合には、各回転出力機構における回転が同期して惹起される。
By repeating the movements shown in FIGS. 1 to 10, the first and second crank levers 13 and 14 repeatedly rotate around the first and second
上記第一、第二出力軸16,17にはバランスウェイトを夫々設け、回転を更に円滑に行わせることができる。
The first and
本発明はこれら燃料(混合気)の爆発燃焼方式によって上記動作を得るエンジンを構成する他、室18,19内に高圧スチームを供給し、第一、第二ピストン3,4を図1乃至図10に従い動作させる場合を含む。
The present invention constitutes an engine that obtains the above operation by the explosive combustion system of these fuels (air mixture), supplies high pressure steam into the
この場合、エンジンを構成する第一、第二燃料噴射装置22,23、第一、第二水噴射装置24,25、第一、第二点火プラグ20,21は設けずに、上記室18,19内に高圧スチームを供給する供給装置を設ける。
In this case, the first and second
本発明では上記高圧スチームによる動力発生機構を含めてエンジンと呼称する。 In the present invention, the engine including the power generation mechanism using the high-pressure steam is referred to as an engine.
1…第一シリンダー、2…第二シリンダー、3…第一ピストン、4…第二ピストン、5…ピストンロッド、6…端壁、7…端壁、8…第一出力機構、9…第二出力機構、10…第一コネクティングロッド、11…第二コネクティングロッド、12…支軸、13…第一クランクレバー、14…第二クランクレバー、15…支軸、16…第一回転出力軸、17…第二回転出力軸、18…第一爆発燃焼室、19…第二爆発燃焼室、20…第一点火プラグ、21…第二点火プラグ、22…第一燃料噴射装置、23…第二燃料噴射装置、24…第一水噴射装置、25…第二水噴射装置、26…第一吸排気口、27…第二吸排気口、28…開口
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