JP2012524853A - 気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関を提供する。
【解決手段】 本発明で開示する気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関は、機械動力システムと、燃焼システムと、気体供給システムとにより構成される。本発明は、従来技術の基礎上において、燃焼システム中に設置し、尚且つ、槓杆Ａの延伸部を槓杆Ｂ上方に位置させて現有するコーディネーションカード（Coordination card）の作用を代替するもので、この種の連結しない構造によって、構造全体を簡素化し高い信頼性を有するものにするとともに、空気圧縮式弾性装置が現有する巨大バネを代替するため、使用寿命を延ばし、体積を縮小する。それと同時に、高圧気体ボトルとエアコンプレッサによって構成される気体供給システムの増設によって、主シリンダ内の燃焼をさらに安定化させる。本発明の改善によって、内燃機関全体の大量生産はさらに有利なものとなり、好ましい実用性と信頼性を備えたものとなる。

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に、気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関に係る。

特許文献１の中国特許第ＺＬ２００５１０１００６４７．２号、申請日：２００５年１０月２８日、特許名称：全蒸気駆動式内燃機関において開示された全蒸気駆動式内燃機関は、二つのシステムを含む。即ち、燃焼システムと、機械動力システムである。該機械動力システムには、タービンとタービンシャフトを含み、燃焼システムには主に、二つの主シリンダと、補助シリンダ、巨大バネ、強力槓杆、高圧気体パイプによって構成される２セットの補助装置を含む。左主シリンダは高圧気体パイプを経て右補助シリンダに繋がる。右主シリンダもまた、高圧気体パイプを経て左補助シリンダに繋がる。主シリンダの外殻頂部側辺に高圧ノズルを設け、高圧ノズルとタービンとは繋がる。ピストン上端には強力槓杆に繋がるコーディネーションカード（Coordination card）を配置し、強力槓杆と巨大バネは繋がり、巨大バネはスチールフレームによって固定され、強力槓杆は、補助シリンダのピストンと繋がる。この種の構造の全蒸気駆動式内燃機関は、内燃機関の燃燒方式とガスタービンの機械動力方式を採用したもので、燃燒効率が高く、構造が簡単、低コストで、信頼性が高く、操作が簡単、同時メンテナンスが便利である。しかしながら、それには欠点も存在し、大量生産や広範応用には不利である。（１）コーディネーションカード（Coordination card）が強固でなく信頼性に欠ける。（２）巨大バネの体積が大きすぎるため、消耗し易い。しかも、設置箇所は高圧ノズルを過長にする。（３）強力な気体供給システムが欠けている。

中国特許第ＺＬ２００５１０１００６４７．２号明細書

本発明は、前述の全蒸気駆動式内燃機関に存在する不足点に対し、気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関を提供することを目的とする。それは、構造を改良して、気体供給システムを増設し、設備の動作をさらに安定させ信頼性のあるものとし、実用性を強化する全蒸気駆動式内燃機関である。

前述の技術問題を解決するために、本発明は、次の技術手段を採用する。
気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関には、タービンとタービンシャフトにより構成される機械動力システムと、タービンシャフトの左、右両側にそれぞれ位置する左主シリンダと左補助シリンダ、右主シリンダと右補助シリンダにより構成される燃焼システムとを備える。その内、左主シリンダは、左高圧気体パイプを経て右補助シリンダと繋がり、右主シリンダは、右高圧気体パイプを経て左補助シリンダと繋がる。左、右主シリンダ上には、いずれもタービンにつながる高圧ノズルを設ける。その特徴は、次のとおりである。

本発明の全蒸気駆動式内燃機関には、さらに気体供給システムを備える。該気体供給システムは、高圧気体パイプを通して連結する高圧気体ボトルと、エアコンプレッサとにより構成され、高圧気体ボトルの両側にはそれぞれ、左、右高圧気体バルブを設け、高圧気体バルブはそれぞれ、高圧気体パイプと気体吸入バルブを経て、左、右主シリンダに繋がる。

前記燃焼システム中の左、右補助シリンダは、いずれも外殻とピストンによって構成され、外殻の底部には排気バルブを設け、ピストン頂部には、槓杆Ｂを連結する。左主シリンダと左補助シリンダ、右主シリンダと右補助シリンダ間には空気圧縮式弾性装置を配置し、空気圧縮式弾性装置は、外殻とピストンによって構成される。主シリンダのピストンと空気圧縮式弾性装置内のピストンは、連接する槓杆Ａに固定し、尚且つ、槓杆Ａには延伸部を備え、延伸部は、槓杆Ｂ上方に位置させる。並びに、連杆Ａの上端と槓杆Ｂはヒンジ接合し、連杆Ａの下端と連杆Ｂの端部はヒンジ接合する。左、右主シリンダの底端にはいずれも気体吸入バルブと、排気バルブと、点火プラグとを設ける。

前記左主シリンダと高圧気体ボトル間、及び、右主シリンダと高圧気体ボトル間にはそれぞれ、カムシャフトを設け、カムシャフト上には、それぞれが主シリンダに対応する気体吸入バルブと、排気バルブと、高圧気体バルブと、補助シリンダの排気バルブとを組み合わせた四つのカムを配置し、カムシャフトの端部を連接する前記連杆Ｂに固定する。

前記機械動力システムのタービンシャフトの下端は、高圧気体ボトル箇所に延伸し、尚且つ、伝動シャフトを係合させてエアコンプレッサに連結しそれを駆動する。

前記空気圧縮式弾性装置は、主シリンダ及び補助シリンダを並列し平行状態で設置する。

前記高圧ノズルは、主シリンダの外殻頂部に近い側面に配置し、左高圧気体パイプ、右高圧気体パイプ内にはいずれにも、単一方向の弾性バルブを設ける。

本発明は、現有する全蒸気駆動式内燃機関の基礎上に設置し、尚且つ、槓杆Ｂ上方の槓杆Ａ延伸箇所には、従来技術のコーディネーションカード（Coordination card）を代替する作用を備え、これらの組み合わせにおいて、互いに連結しない構造が構造全体を簡素化し信頼性の高いものにするのとともに、空気圧縮式弾性装置が現有の巨大バネを代替し、使用寿命を延ばし、体積を縮小する。さらに、高圧気体ボトルとエアコンプレッサによって構成される気体供給システムを増設することにより、主シリンダ内の燃焼をさらに安定させる。設備に、主シリンダ下部に各バルブの開閉をおこなうカムシャフトを配置することにより、構造はさらに内容の詰まったものとなり信頼性が高まる。本発明全体は、大量生産に適合するもので、さらに好ましい実用性と信頼性を備えたものである。

本発明の構造を示す図である。

図１に示すとおり、気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関には、三つのシステムを備える。即ち、燃焼システムと、機械動力システムと、気体供給システムである。

１.燃焼システム
燃焼システムの作用は、油（燃料）と空気の混合体を燃焼させて高圧気体を発生させ、さらにその高圧気体は加速運動を起こし、高圧ノズルから高速噴射することにより、動力源を生じさせることにあり、燃焼システムは、二つの主シリンダと補助装置とに分けられる。二つの主シリンダ３ａ、３ｂは、双方向作業をおこなう。左主シリンダ３ａが作動する（燃料と空気の混合体が主シリンダ内で燃焼して高圧熱気を生じさせ、その熱気が高圧ノズルから加速噴射する過程）と、右主シリンダ３ｂが気体吸入作業を完成させる。

主シリンダ３ａ／３ｂは、シリンダ外殻とピストンによって構成され、外殻底端には、気体吸入バルブ１９と、排気バルブ２０と、点火プラグ１８と、高圧気体パイプ１７に繋がる高圧気体バルブ１１ａ／１１ｂとを備え、外殻頂部に近い側面に高圧ノズルを設け、左主シリンダ３ａの構造と右主シリンダ３ｂの構造は完全に同様とする。

主シリンダ３ａ／３ｂの作業方式は次のとおりである。
（１）ピストンは、シリンダ底部から頂端に向かって運動し、燃料と空気の混合体は、気体吸入バルブ１９からシリンダに吸入される。
（２）ピストンは、主シリンダの高圧ノズル位置まで作動すると、運動を停止する。この時、ピストンは、主シリンダの高圧ノズルを封鎖する。
（３）主シリンダ内の燃料と空気の混合体は、点火プラグ１８によって点火されて燃焼を始める。
（４）高圧気体は、ピストンを上向きにプッシュし、これと同時に、高圧気体は加速運動を起こしてノズルから噴射される。
（５）大部分の高圧熱気体が噴射された後、主シリンダ内には不要な気体が充満する。ピストンは、頂部から下向きの運動を始める。不要な気体は排気バルブ２０から排出される。ピストンがシリンダ底部まで運動すると、不要な気体は排出され、この時、主シリンダは、一回の作業過程を完成させる。

主シリンダ３ａ／３ｂの補助システムには、空気圧縮式弾性装置５ａ／５ｂと、補助シリンダ４ａ／４ｂと、槓杆Ａ ６ａ／６ｂと、槓杆Ｂ ７ａ／７ｂと、主シリンダ３ａ／３ｂの底部から他の主シリンダ３ｂ／３ａに属する補助シリンダ４ｂ／４ａの底部に連結する高圧気体パイプ１２ａ／１２ｂと、連杆Ａ ８ａ／８ｂと、連杆Ｂ ９ａ／９ｂと、カムシャフト１０ａ／１０ｂとを備える。

本発明における空気圧縮式弾性装置５ａ、５ｂは、背景技術に述べた現有する全蒸気駆動式内燃機関中の巨大バネ機能に相似する。しかし、その作業原理は、空気圧縮後に発生する弾性作業を利用するもので、空気圧縮式弾性装置５ａ、５ｂと、主シリンダ３ａ、３ｂと、補助シリンダ４ａ、４ｂはほぼ平行である。実際に、空気圧縮式弾性装置は、体積が小さく、パワーが強く、強固で信頼性の高いものであることが証明されている。

空気圧縮式弾性装置５ａ／５ｂは、外殻とピストンにより構成され、ピストン上端には槓杆Ａ ６ａ／６ｂを連接する。左空気圧縮式弾性装置５ａと右空気圧縮式弾性装置５ｂの構造は同様とする。補助シリンダ４ａ／４ｂは、外殻とピストンにより構成され、外殻底部には排気バルブ２１を備え、ピストン頂部には槓杆Ｂ ７ａ／７ｂを連接する。左補助シリンダ４ａの構造と右補助シリンダ４ｂとは同様とする。主シリンダピストンと空気圧縮式弾性装置内のピストンは、連接する槓杆Ａ ６ａ／６ｂに固定し、補助シリンダ内のピストン上部は、連接する槓杆Ｂ ７ａ／７ｂに固定する。

槓杆Ａ ６ａ／６ｂと槓杆Ｂ ７ａ／７ｂは切断されている。この設計には内在するロジック要素が含まれており、コーディネーションカード（Coordination card）を代替する作用を生じさせるものである。連杆Ａ ８ａ／８ｂの一端は、金属製ヒンジを用いて補助シリンダのピストン上方の槓杆Ｂ ７ａ／７ｂ上端に連結し、連杆Ａと槓杆Ｂ間の角度は、変化可能とする。連杆Ａ ８ａ／８ｂの他の一端は、金属製ヒンジを用いて連杆Ｂ ９ａ／９ｂの一端に連結し、連杆Ａと連杆Ｂ間の角度もまた、変化可能とする。

連杆Ｂ ９ａ／９ｂの一端は、カムシャフト１０ａ／１０ｂの一端に固定する。カムシャフト１０ａ／１０ｂ上には四つのカムを設ける。この四つのカムによって、カムシャフト１０ａ／１０ｂの回転時に、それぞれ適時に順序にもとづいて、主シリンダの気体吸入バルブ１９と、排気バルブ２０と、高圧気体バルブ１１ａ／１１ｂと、補助シリンダの排気バルブ２１の開閉を行う。その他の部件に対応するカムシャフト１０ａ／１０ｂ箇所は、スチールフレーム及びベアリングによって固定する。

次に、補助システムの作業原理について説明をおこなう。
（１）左主シリンダ３ａ内の燃料と空気の混合体を燃焼させる時は、左主シリンダ内のピストンは、左槓杆Ａ ６ａによって従動されて、左空気圧縮式弾性装置５ａのピストンが上向きに移動するため、左槓杆Ａ ６ａと左槓杆Ｂ ７ａの接触が解除される。
（２）左主シリンダ３ａ内の高圧気体の一部は、左主シリンダ３ａの左高圧気体パイプ１２ａを経て右補助シリンダ４ｂに進入し、右補助シリンダ内のピストンは上向きに運動する。（注意）左、右高圧気体パイプ１２ａ、１２ｂ内にはいずれにも弾性バルブを配置し、一定圧力の気流を主シリンダ３ａ／３ｂから補助シリンダ４ｂ／４ａに一方向に流動させる。
（３）右補助シリンダ４ｂ内のピストンは、右槓杆Ｂ ７ｂと右槓杆Ａ ６ｂによって右主シリンダ３ｂ内のピストンと右空気圧縮式弾性装置５ｂ内のピストンを従動し、それらを上向きに運動させる。この時、右主シリンダ３ｂは、燃料と空気の混合体を吸入する。
（４）右連杆Ａ ８ｂと右連杆Ｂ ９ｂは、右補助シリンダ４ｂ内のピストンと右槓杆Ｂ ７ｂに従動し、右カムシャフト１０ｂを回転させ、右カムシャフト１０ｂのカムが右主シリンダ３ｂの気体吸入バルブ１９と右高圧気体バルブ１１ｂを駆動すると、それらは同時に開かれる。
（５）左主シリンダ３ａ内の高圧気体の大部分が噴射した後、左空気圧縮式弾性装置５ａ内のピストンは、左槓杆Ａ ６ａと左槓杆Ｂ ７ａによって左主シリンダ３ａ内のピストンと左補助シリンダ４ａのピストンが同時にプッシュされ、下向き運動をする。
（６）左空気圧縮式弾性装置５ａは、左槓杆Ａ ６ａと、左槓杆Ｂ ７ａと、左連杆Ａ ８ａと、左連杆Ｂ ９ａとによって左カムシャフト１０ａを回転させる。左カムシャフト１０ａのカムは、左主シリンダ３ａの排気バルブ２０と左補助シリンダ４ａの排気バルブ２１を駆動してそれらを開かせる。
（７）左主シリンダ３ａ内のピストンと左補助シリンダ４ａ内のピストンが底部まで動作すると、左主シリンダ３ａと左補助シリンダ４ａ内の不要な気体は排出される。右主シリンダ３ｂ内のピストン右主シリンダの右高圧ノズル箇所まで動作すると、右主シリンダ３ｂ内には燃料と空気の混合体が充満する。
（８）右主シリンダ３ｂ内の燃料と空気の混合体が燃焼すると、右主シリンダ３ｂ内のピストンは、右槓杆Ａ ６ｂによって従動する右空気圧縮式弾性装置５ｂ内のピストンを上向きに動作させる。この時、右槓杆Ａ ６ｂと右槓杆Ｂ ７ｂは、接触を解除する。
（９）右主シリンダ３ｂ内の高圧気体の一部は、右高圧気体パイプ１２ｂを経て左補助シリンダ４ａに進入し、左補助シリンダ内のピストンは、上向きに動作する。
（１０）左補助シリンダ４ａ内のピストンは、左槓杆Ａ ６ａと左槓杆Ｂ ７ａによって左主シリンダ３ａ内のピストンと左空気圧縮式弾性装置５ａ内のピストンを従動し、それらを上向きに動作させる。この時、左主シリンダ３ａは、燃料と空気の混合体を吸入する。
（１１）左連杆Ａ ８ａと左連杆Ｂ ９ａは、左補助シリンダ４ａ内のピストンと左槓杆Ｂ ７ａに従動されて、左カムシャフト１０ａを回転し、左カムシャフトのカムが左主シリンダ３ａの気体吸入バルブ１９と左高圧気体バルブ１１ａを駆動して、それらを同時に開く。
（１２）右主シリンダ３ｂ内の高圧気体の大部分が噴射した後、右空気圧縮式弾性装置５ｂ内のピストンは、右槓杆Ａ ６ｂと右槓杆Ｂ ７ｂを通して、右主シリンダ３ｂ内のピストンと右補助シリンダ４ｂ内のピストンを同時にプッシュし、それらを下向きに動作させる。
（１３）右空気圧縮式弾性装置５ｂのピストンは、右槓杆Ａ ６ｂと、右槓杆Ｂ ７ｂと、右連杆Ａ ８ｂと、右連杆Ｂ ９ｂを通して、右カムシャフト１０ｂを駆動し、それを回転させ、右カムシャフトのカムは、驅動右主シリンダ３ｂの排気バルブ２０と右補助シリンダ４ｂの排気バルブ２１を駆動して、それらを開く。
（１４）右主シリンダ３ｂ内のピストンと右補助シリンダ４ｂ内のピストンが底部まで動作する時、右主シリンダ３ｂと右補助シリンダ４ｂ内の不要な気体は排出され、左主シリンダ３ａ内のピストンが左主シリンダの左高圧ノズル箇所まで動作する時、左主シリンダ内には燃料と空気の混合体が充満する。
（１５）左主シリンダ３ａと右主シリンダ３ｂが連続交替作業をおこなう時、左主シリンダの補助システムと右主シリンダの補助システムは上述の動作と作業を繰り返す。

補助システム作用は、即ち、二つの主シリンダを助け、二つの主シリンダが動作する際の相互駆動を実現させるものである。左主シリンダ３ａと、左補助シリンダ４ａと、左空気圧縮式弾性装置５ａと、右主シリンダ３ｂと、右補助シリンダ４ｂと、右空気圧縮式弾性装置５ｂ等は、いずれもスチールフレームによって固定する。

２．機械動力システム
機械動力システム作用は、二つの主シリンダ３ａ、３ｂから生じ、尚且つ、高圧ノズルから噴射する高圧高速熱気を循環させる連続機械回転である。機械動力システムは主に、比較的直径の大きいタービン１とタービンシャフト２により構成させる。タービン１は、スチールフレームとベアリングによって固定され、回動可能である。

タービンの作業原理は、高速高圧気流がタービンの羽根に作用をとえると、タービンの羽根がタービン１を押して回転させる。タービン１が回転すると、タービンシャフト２は回転して、連続する機械回転を出力する。タービンシャフト２は比較的長く、内燃機関の底部箇所まで延伸するため、エアコンプレッサ１５を駆動するのに便利である。

３.気体供給システム
気体供給システムの作用は、主シリンダ３ａ、３ｂ内の燃焼に対し、十分な酸素を提供することにある。気体供給システムは主に、エアコンプレッサ１５と、エアコンプレッサとタービンシャフトに連接する伝動シャフト１４と、高圧気体パイプ１７と、高圧気体ボトル１６と、左高圧気体バルブ１１ａと、右高圧気体バルブ１１ｂとを備える。

エアコンプレッサ１５の作業原理は、伝動シャフト１４の連続回転を動力として高圧空気を転化させることにある。また、伝動シャフト１４の作業原理は、タービンシャフト２の連続回転をエアコンプレッサ１５に伝えて、エアコンプレッサを動作させることにある。高圧気体ボトル１６の作業原理は、高圧気体ボトル１６に高圧空気を保存し、主シリンダ３ａ、３ｂ内の燃燒に対して即時に信頼できる空気源を提供することにある。高圧気体バルブ１１ａ 、１１ｂの作業原理は、カムシャフト１０ａ／１０ｂが回転すると、カムシャフト１０ａ／１０ｂ上のカムが適時に高圧気体バルブ１１ａ／１１ｂを押して開閉させ、高圧気体は、高圧気体バルブおよび気体吸入バルブ１９を経て適時に主シリンダ３ａ、３ｂに進入することにある。

高圧気体パイプ１７の作用は、エアコンプレッサ１５と、高圧気体ボトル１６と、左高圧気体バルブ１１ａと、右高圧気体バルブ１１ｂと、左主シリンダ３ａと、右主シリンダ３ｂとを連結する高圧空気の通路となることにある。伝動シャフト１４は、スチールフレームとベアリングによって固定し、伝動シャフト１４は回転可能とし、エアコンプレッサ１５と、高圧気体ボトル１６と、左高圧気体バルブ１１ａと、右高圧気体バルブ１１ｂ等は、スチールフレームによって固定する。

１ タービン
１０ａ／１０ｂ カムシャフト
１１ａ／１１ｂ 高圧気体バルブ
１２ａ／１２ｂ 高圧気体パイプ
１４ 伝動シャフト
１５ エアコンプレッサ
１６ 高圧気体ボトル
１７ 高圧気体パイプ
１８ 点火プラグ
１９ 気体吸入バルブ
２ タービンシャフト
２０ 排気バルブ
２１ 排気バルブ
３ａ／３ｂ 主シリンダ
４ａ／４ｂ 補助シリンダ
５ａ／５ｂ 空気圧縮式弾性装置
６ａ／６ｂ 槓杆Ａ
７ａ／７ｂ 槓杆Ｂ
８ａ／８ｂ 連杆Ａ
９ａ／９ｂ 連杆Ｂ

Claims (4)

1. 気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関には、
   タービンとタービンシャフトにより構成される機械動力システムと、
   タービンシャフトの左、右両側にそれぞれ位置する左主シリンダと左補助シリンダ、右主シリンダと右補助シリンダにより構成される燃焼システムとを備え、
   その内、左主シリンダは、左高圧気体パイプを経て右補助シリンダと繋がり、右主シリンダは、右高圧気体パイプを経て左補助シリンダと繋がり、左、右主シリンダ上にはそれぞれ、タービンにつながる高圧ノズルを設け、
   気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関にはさらに、高圧気体パイプを通して連結する高圧気体ボトルと、エアコンプレッサとにより構成される気体供給システムを備え、
   該気体供給システムにおいて、高圧気体ボトルの両側にはそれぞれ、左、右高圧気体バルブを設け、高圧気体バルブはそれぞれ、高圧気体パイプと気体吸入バルブを経て、左、右主シリンダに繋がり、
   前記燃焼システム中の左、右補助シリンダは、いずれも外殻とピストンによって構成され、外殻の底部には排気バルブを設け、ピストン頂部には、槓杆Ｂを連結し、
   左主シリンダ及び左補助シリンダと、右主シリンダ及び右補助シリンダ間には、外殻とピストンによって構成される空気圧縮式弾性装置を設け、
   主シリンダのピストンと空気圧縮式弾性装置内のピストンは、連接する槓杆Ａに固定し、槓杆Ａに備える延伸部は槓杆Ｂ上方に位置させ、
   連杆Ａの上端と槓杆Ｂはヒンジ接合し、連杆Ａの下端と連杆Ｂの端部もヒンジ接合し、
   左、右主シリンダの底端にはいずれも気体吸入バルブと、排気バルブと、点火プラグとを設け、
   前記左主シリンダと高圧気体ボトル間、及び、右主シリンダと高圧気体ボトル間にはそれぞれ、カムシャフトを設け、カムシャフト上には、それぞれが主シリンダに対応する気体吸入バルブと、排気バルブと、高圧気体バルブと、補助シリンダの排気バルブとを組み合わせた四つのカムを配置し、カムシャフトの端部を連接する前記連杆Ｂに固定することを特徴とする気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関。
2. 前記機械動力システムのタービンシャフトの下端は、高圧気体ボトル箇所に延伸し、尚且つ、伝動シャフトを係合させて、連接するエアコンプレッサを駆動することを特徴とする請求項１に記載の気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関。
3. 前記空気圧縮式弾性装置は、主シリンダ及び補助シリンダを並列し平行状態で設置することを特徴とする請求項１に記載の気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関。
4. 前記高圧ノズルは、主シリンダの外殻頂部に近い側面に配置し、左高圧気体パイプ、右高圧気体パイプ内にはいずれにも、単一方向の弾性バルブを設けることを特徴とする請求項１に記載の気体供給システムを増設した全蒸気駆動式内燃機関。
   

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