JP2010520412A - 廃熱から回収された補助蒸気動力を利用する内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
蒸気バルブの構造
作動液
ブローバイ(blow-by)ガス/オイルの収集
給気
エンジン管理
蒸気機関の効率とエンタルピー損失
熱エネルギー回収
過熱器
蒸気排気量調節
蒸気シリンダーコンパウンディング
熱伝逹と作動温度
熱の回収過程における熱損失
表1
スパーク点火エンジンにおける一般的な燃料エネルギー分布図
表2
6気筒点火エンジン自動車における燃料のエネルギー分布図
エネルギー回収の決定
未燃焼燃料のエネルギー回収
自動車のモメンタム回収
単型ピストン(Stepped Piston)
Claims (34)
- 燃焼熱で生じた蒸気がピストン運動を助けて、シリンダーに付いているピストンはシリンダーの内部の燃焼室と蒸気膨脹室間を往復運動して、燃焼圧力と蒸気圧がピストンの両端部に作用して作動中にピストンの運動に影響を及ぼして、シリンダー側壁を介して蒸気膨脹室と通じる排気口がシリンダー側壁に位置して、蒸気膨脹室の一端部にある固定式高温シリンダーギャップに近いシリンダー側壁部分で蒸気がシリンダー側壁を介して排出されるため、廃燃焼熱で点火されたボイラーから蒸気膨脹室に入る蒸気の冷却や凝縮がシリンダーギャップにより防止されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第1項において、前記高温シリンダーギャップが外部で蒸気で加熱されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第1項において、前記ピストンに穴があけられてあって、この穴がシリンダーの排気口と一致する時蒸気が排出されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第1項において、前記高温キャップがシリンダー両端部の中間でシリンダーを横切るディスクであってシリンダーの内壁面から離れてあってシリンダー壁面との間にピストンのスカットを収容することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第4項において、前記ディスクがシリンダーと離れて環形隙間を形成して、ピストンのスカットがこの隙間に入ってディスクの外周辺と滑り結合することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第1項において、前記高温キャップがディスクを含んだシリンダーヘッドでピストンの内壁面と密封結合して、ディスクを介して蒸気膨脹室に蒸気を入れるための吸気バルブがディスクに位置することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第1項において、蒸気膨脹室が膨脹状態にある時排気口が開閉されて、蒸気膨脹室とボイラーを連結する吸気バルブを介して蒸気膨脹室に蒸気が入る前に蒸気膨脹室内残留蒸気が再圧縮されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第1項において、排ガスを受けてその中に含まれた未燃焼ガスと粒子を続けて燃焼するための過熱器が連結されて、過熱器に形成された燃焼生成物及び排ガスと熱交換した後の蒸気が蒸気膨脹室の中に入ることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第8項において、前記過熱器に空気を流入させて排ガスの燃焼を促進して追加熱を蒸気に伝達しながら空気汚染は減らし、内燃機関の排気口とボイラー間に前記過熱器を連結して排ガスはボイラーに送って蒸気はボイラーから受けることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第8項において、前記過熱器にブレードを設置して燃焼ガスの旋回運動を促進して燃焼した排ガス成分の燃焼を改善することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 内燃機関の熱で動くボイラーの蒸気で一部作動されて、シリンダーに付いているピストンはピストン両側の燃焼室と蒸気室間を往復運動して、蒸気シリンダーヘッドの固定式円形キャップはピストンの内壁面と滑り結合して、ピストンのピストンロッドはシリンダーギャップを貫通してクランク軸に連結され、シリンダーギャップ内部の吸気バルブはシリンダーの内部でシリンダーギャップ両側にある蒸気チェスト(steam chest)と蒸気室を連結してピストンとシリンダーギャップを加熱することによって、燃焼室の直接的な熱伝導と蒸気チェストの熱伝導により蒸気室が加熱されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、前記吸気バルブがシリンダーギャップのバンプバルブ(bump valve)を含んで、バンプバルブと噛み合う位置でピストン内部にバルブリフター(valve lifter)を設置してピストンが動けばバンプバルブを開放して蒸気室から蒸気チェストに蒸気が入るようにすることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、前記バルブが平常時閉じられている円形バルブ部材が付いていたシングルシート(single-seated)またはダブルシートポペットバルブ(poppet valve)で、シリンダーギャップ内部の吸気口とバルブシートが連結される時バルブ部材が一側に押されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、内燃機関が多気筒機関であって、一側のシリンダーの排気口と他のシリンダーの吸気口間にコンパウンディングバルブ(compounding vlave)が設置されて前記一側のシリンダーの排出蒸気を他のシリンダーに供給する時コンパウンディングバルブを介したコンパウンディングを達成することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、シリンダー内壁面に形成された収集チャネルにオイルリングを設置して、シリンダーのオイルと燃焼生成物が蒸気配管に入る前に前記オイルリングで掻き出して前記収集チャネルに排出することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、シリンダー内壁面に形成されて内側に連結された円柱型溝にオイルリングを設置して、シリンダーのオイルと燃焼生成物が蒸気配管に入る前にオイルリングで掻き出して溝に連結されたダクトを介して除去することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、蒸気排気量、蒸気スロットルまたは可変吸気バルブカットオフ(cut off)のような調整因子を制御するためのコントローラをエンジンに連結してエンジンの作動変数の変化に合うように蒸気機関の効率を改善することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、複合エンジンに供給された蒸気の温度や圧力、エンジンに蒸気を供給するボイラーの出力、エンジンの負荷及びエンジンのrpmのうちから選択されたエンジンの作動変数の変化に合うように蒸気機関スロットル、蒸気排気量または可変吸気バルブカットオフを制御するエンジンコントローラをエンジンに連結したことを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、複合エンジンが多気筒エンジンであって、シリンダーと蒸気供給源間に蒸気バルブを連結し、エンジン管理コントローラを連結して、ボイラー出力やボイラーに供給された熱が増加すると蒸気バルブを開いてエンジン排気量を増加させてボイラー出力やボイラーに供給された熱が低くなれば蒸気バルブを閉じてエンジン作動効率を高めることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 燃焼熱で蒸気が生じて、シリンダーに付いているピストンはシリンダーの内部の燃焼室と蒸気室間を往復運動するがピストンが内部燃焼と両端部の蒸気により動力を受けて、蒸気室は蒸気室一端部の固定式シリンダーヘッドとピストン間に位置してシリンダーヘッドが蒸気室の一端部を密封して、吸気バルブを介して蒸気室内に蒸気が入って、蒸気室の排気バルブがシリンダーの排気口と一致した時排気バルブが開かれて蒸気室が膨脹状態の時は排気バルブが閉められて、ピストンが続けて動いて蒸気室の体積を減らしながら残留蒸気を再圧縮する時再圧縮された残留蒸気に吸気バルブを介して蒸気が進入するため、残留蒸気による進入蒸気の冷却が防止されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第20項において、前記シリンダーヘッドがピストン内壁面と密封結合してクロスヘッドガイドの自由端部に支持されるシリンダーキャップであることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第20項において、蒸気スロットルや吸気バルブのカットオフのエンジンに連結されたコントローラで調整してエンジンの作動変数の変化に合うようにエンジン効率を最適化することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第22項において、エンジン管理コンピュータを連結して、蒸気供給源の温度や圧力、ボイラー出力、エンジン負荷またはエンジンrpmと同じエンジン作動変数の変化に合うように蒸気スロットルや吸気バルブカットオフを調節することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第20項において、複合エンジンが多気筒エンジンであって、蒸気ボイラーとシリンダー間にバルブを連結してシリンダーに蒸気を供給することによってボイラー出力と蒸気シリンダー排気量間に一定な比率を維持することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- シリンダーの一端部がクランクケースに連結されて、シリンダーの他端部に燃焼室があり、吸気口と排気口と燃料供給源が燃焼室に連結されて、スカットが付いているピストンがシリンダーの内部の燃焼室と蒸気膨脹室間を密封状態で滑り運動し、ピストンの一端部にピストンロッドが連結されて、ピストンの他端部にクロスヘッドが付いていて、クロスヘッドとクランク軸間にコネクティングロッドが連結されて、シリンダーヘッドはピストンロッドに連結されてピストンのスカット内壁面と密封状態で滑り運動し、一端部がクランクケースで支持される支持カラムの他端部に固定ギャップが設置されて、前記クロスヘッドは固定カラム内部で滑り運動して、キャップと固定カラムが蒸気チェスト(steam chest)の上部中央面を構成しながら、蒸気チェストと通じる燃焼室の廃熱で生じた蒸気源と、キャップ内部の吸気バルブと、エンジン内部にありながら蒸気膨脹室と通じる排気バルブと共にキャップに隣接したシリンダーが蒸気チェストを囲むことを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第25項において、複合エンジンが多気筒エンジンであって、シリンダーに蒸気バルブが連結されてシリンダーの蒸気量を選択的に調節することによってエンジンの蒸気排気量を変化させることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第25項において、内燃排気マニホールドの一部分であって蒸気過熱器を連結して燃焼室から排ガスを受けて、蒸気を移しながら熱を伝導して蒸気チェストに供給された蒸気を加熱するためのダクトを具備し、空気供給源を過熱器に連結して排ガス成分の燃焼を促進しながら排ガスによる空気汚染は減らすことを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- ボイラー内部で燃焼熱で蒸気が生じてピストンの運動を助けて、エンジンが多気筒エンジンであって、シリンダー毎に内部の燃焼室と蒸気室間で往復運動するピストンが設置されて、シリンダー壁面を介して蒸気室それぞれと通じる排気口があってシリンダー壁面を介して蒸気排出が可能であり、ボイラーとそれぞれのシリンダー間に蒸気バルブが連結されて、蒸気バルブを開閉させるエンジン管理コントローラを設置してそれぞれのシリンダーに蒸気を供給するが、ボイラー出力やボイラーに供給された熱が増加すると蒸気排気量を増加させてその反対ならば蒸気排気量を減少させるようにすることによって、ボイラー出力と蒸気排気量間の比率を調節してエンジンの効率を改善することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、複合エンジンが自動車に設置されて、蒸気室に供給された圧縮空気は自動車を前進させることに用いられるためブレーキを踏む間には圧縮空気を貯蔵タンクに送るように蒸気室を連結することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第1項において、低いrpmでは有効隙間容積を増やして高いrpmでは有効隙間容積を減らすようにスロットルダクトを介して補助排気室を蒸気室に連結することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第28項において、蒸気バルブがシリンダー毎に一つずつ連結されて、ボイラー出力が増加するほど次第に多くのシリンダーに蒸気が入ってボイラー出力が低くなるほど次第に少ないシリンダーに蒸気が入るようにコントローラにより蒸気バルブが順次に開放されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第1項において、ピストンの排気口がシリンダーの排気口と一致する時シリンダー排気口を介して蒸気が排出されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第20項において、シリンダーヘッドがピストンと密封結合するディスクであって、吸気バルブはディスク内部に位置してディスクを貫通した吸気口を密封することを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
- 第11項において、蒸気スロットルから可変カットオフを有する吸気バルブを介して蒸気室内に蒸気が入って、エンジン作動変数とカットオフと蒸気スロットルのセッティング値を調整するための運転手のスロットル制御行為による入力値とエンジン作動変数を受けるコントローラによりカットオフと蒸気スロットルが調整されることを特徴とする内燃機関と蒸気機関の複合エンジン。
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