JP2016532054A5

JP2016532054A5 - エンジン

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Publication number: JP2016532054A5
Application number: JP2016537379A
Authority: JP
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2034-08-27

Description

連接棒は、ピストンに結合される細長い部材として規定されており、ピストンのための動力伝達機構の一部として、ピストンを駆動するおよび／またはピストンによって駆動されるように適合されている。トラックは、軌道を提供する構成要素またはシステムとして規定されており、軌道の特有の形状は、１つ以上の他の構成要素またはシステムの運動を、軌道の形状に従うように誘導または拘束するように適合されている。

前記トラックは、前記シリンダに相対的に回転するドラムまたはディスクに設けられてもよい。前記トラックは、ドラムの半径方向内側面または外側面、あるいはドラムの端面、あるいはディスクの半径方向外側面またはディスクの端面に設けられてもよい。前記トラックは、前記連接棒が、前記トラックが設けられている前記面に略垂直な方向に、あるいは、前記トラックが設けられている前記面に略平行な方向に運動するように、形状形成されてもよい。あるいは、前記トラックは、固定されてもよく、前記シリンダがディスクの前記ドラムに相対的に回転してもよい。

前記第２配置の前記内燃エンジンは、ａ）前記共通シリンダの前記内腔内の吸入弁は開放されており、前記第１ピストンヘッドは、第１方向に前記第２ピストンヘッドから離れるように運動し、前記第２ピストンヘッドは、第２方向に前記第１ピストンヘッドから離れるように運動し、これにより、前記第１および第２ピストンの間に形成された前記室内へ投入燃料を引き込む吸入段階と、ｂ）前記第１ピストンヘッドは、前記第２方向に前記第２ピストンヘッドへ向かうように運動し、前記第２ピストンヘッドは、前記第１方向に前記第１ピストンヘッドへ向かうように運動し、これにより、前記投入燃料を圧縮する圧縮段階と、ｃ）前記第１ピストンヘッドは、前記第１方向に前記第２ピストンヘッドから離れるように運動し、前記第２ピストンヘッドは、前記第２方向に前記第１ピストンヘッドから離れるように運動し、これにより、仕事を引き出す動力段階と、ｄ）排出段階：前記共通シリンダの前記内腔内の排出弁は開放されており、前記第１ピストンヘッドは、前記第２方向に前記第２ピストンヘッドへ向かうように運動し、前記第２ピストンヘッドは、前記第１方向に前記第１ピストンヘッドへ向かうように運動し、これにより、前記室から燃えた前記投入燃料を除去する排出段階と、を含む運転周期に従って機能してもよい。燃焼は、着火点火、圧縮点火、または予混合圧縮着火によって開始されてもよい。水蒸気段階は、前記動力段階の間、または前記排出段階の後の分離水蒸気動力行程の何れに含まれてもよい。

本発明の第４の態様は、本発明の前記第１の態様に係る第１ピストン配置によって運転される燃焼シリンダと、本発明の前記第１の態様に係る第２ピストン配置によって運転される圧縮シリンダと、を備え、前記圧縮シリンダは、投入燃料を受容し、前記投入燃料を圧縮し、圧縮された前記投入燃料を前記燃焼シリンダへ供給するように、適合されている内燃エンジンを提供する。

前記運転周期は更に、水および／または水蒸気は、前記室内へ噴射され、仕事は、前記第１ピストン配置の前記ピストンヘッドによって、引出される水蒸気段階を含んでもよい。前記水蒸気段階は、前記動力段階の間および／または、前記排出段階と次に来る前記導入段階との間の追加水蒸気周期段階の間に起きてもよい。もしも、前記水蒸気段階が前記動力段階の間に起きるならば、前記水および／または水蒸気は、上死点から下死点への前記ピストン行程の途中で、前記燃焼シリンダ内へ噴射されてもよい。もしも、前記エンジンがＨＣＣＩ点火を用いて運転するように適合されているならば、前記水および／または水蒸気は、前記燃料／空気混合物の自走点火の後、および前記燃料／空気混合物において前記燃料の大部分が燃えた後に、導入される。もしも、前記水蒸気段階が追加水蒸気周期段階の間に起きるならば、前記エンジンは、排出段階の間に燃えた前記投入燃料のほぼ全てを放出し、前記ピストンは、分離水蒸気動力段階において上死点から離れるように運動する。前記水蒸気段階において、前記水および／または水蒸気は、前記燃焼シリンダ内へ噴射され、気化および膨張し、これにより、前記ピストンヘッドに仕事をし、前記エンジンを冷却する。前記水蒸気動力段階に続いて、前記ピストンヘッドは、上死点へ戻るように運動し、これにより、前記水蒸気を前記燃焼シリンダから前記排出弁または分離水蒸気回収弁を通じて除去する。前記水蒸気は、回収され、再循環されてもよい。前記水蒸気動力段階の前記動力行程は、前記主動力段階の前記動力行程よりも短くて良い。これを実現するトラック形状は、異なる変位にある前記ピストンヘッドの２つの異なる下死点ポジションに対応する２つの異なる極小を有してもよい。

本発明の第５の態様は、予混合圧縮着火内燃エンジンであり、燃焼シリンダ、前記燃焼シリンダに流体的に連接されている圧縮点火シリンダ、および前記圧縮点火シリンダ内部を往復運動で運動可能な圧縮点火ピストンを備え、前記圧縮点火ピストンは、前記圧縮点火シリンダの最小容積に対応する上死点ポジションから前記圧縮点火シリンダの最大容量に対応する下死点ポジションの間を動かされると、前記燃焼シリンダ内部に圧力スパイクを生じるように適合されており、これにより、前記燃焼シリンダ内部で燃料／空気混合物の自動点火を引き起こす内燃エンジンを提供する。

前記圧縮点火シリンダの内腔は、前記燃焼シリンダの頭部内に開口してもよい。あるいは、前記圧縮点火シリンダは、前記燃焼シリンダの前記内腔または頭部内に開口を有するポートによって、前記燃焼シリンダに流体的に連接されてもよい。前記圧縮点火ピストンは、本発明の前記第１の態様に係るトラックシステムによって運転されてもよく、あるいはカムおよび従車配置または他のどのようなタイプの作動装置によって運転されてもよい。前記圧縮点火ピストンを運転する前記カム面またはトラックは、回転ディスクまたはドラムに設けられてもよく、前記回転ディスクまたはドラムには、１つ以上の他のトラックおよび／またはカム面が、設けられて、エンジンの他の構成要素を駆動するために用いられてもよい。前記圧縮点火ピストンを運転する前記カム面またはトラックは、前記カム面またはトラックが取付けられる前記ディスまたはドラムに対して運動可能であってもよく、これにより、前記圧縮点火ピストンの前記タイミングを前記燃焼シリンダの前記ピストンに対して変更することができる。それ故、前記自動点火タイミングは、前記エンジンの操作中、前記運転状況および必要にしたがって変更されてもよい。前記圧縮点火シリンダ配置は、本発明の他の前記態様の何れと併せて用いられてもよい。

前記圧縮点火ピストンは、当該エンジンの燃焼周期毎に少なくとも１回、その下死点ポジションからその上死点ポジションへ運動し、その下死点ポジションへ戻るように適合されていてもよい。

エンジンは、以下の運転周期に従って機能する。
ａ）投入段階：投入燃料（charge）は、圧縮シリンダ３から燃焼シリンダ１へ移送流路５を介して、主ピストン２が上死点すなわちＴＤＣポジション近傍（at or near）にある間に、移送される（図４ａ〜４ｂ）。
ｂ）動力段階：投入燃料は、燃え、主ピストン２は、下死点すなわちＢＤＣポジションへ向かうように動かされ、仕事を引き出す(図４ｂ〜４ｃ）。
ｃ）排出段階：主ピストン２は、ＴＤＣポジションへ戻るように運動し、これによって、燃えた投入燃料を燃焼シリンダから排出ポート１０を介して放出する（図４ｃ〜４ｄ）。
ｄ）二次水蒸気動力段階：水蒸気および／または水は、燃焼シリンダ内へ噴射装置９により噴射され、主ピストン１は、ＢＤＣポジションへ向かうように動かされ、仕事を引き出す（図４ｄ〜４ｅ）。
ｅ）水蒸気回復段階：主ピストン２は、ＴＤＣポジションへ戻るように運動し、これによって、膨張した水蒸気を燃焼シリンダから水蒸気噴出装置９へ戻るように放出し、水蒸気噴出装置は、水蒸気を次の水蒸気周期において用いるために再循環させる（図４ｅ〜４ｆ）。

上述の連接棒およびトラック動力伝達機構を用いることによって、第１および第２ピストン５０５，５０６は、（クランクシャフトおよび連接棒機構のような従来の動力伝達機構では不可能な）独特の変位プロフィルに追従することが可能になり、これにより、上述の運転周期が可能になった。この場合、第１ピストン５０５は、周期の始めおよび吸入段階の間ＢＤＣの周りで遅かったり、静止していたりし、圧縮段階の間第１方向に運動し、動力段階の間かなり遅く（または休止したり、第２方向に僅かに運動したりさえし）、排出段階において第１方向に運動し、それから、回復段階において第２方向に運動する。第１ピストンは動力段階の間に、圧縮段階および排出段階よりも、遅く運動し、故に、ピストン速度を、圧縮および動力段階の間のその速度と比較して、低減する期間を経る。

Claims

予混合圧縮着火内燃エンジンであり、
第１燃焼シリンダ、前記第１燃焼シリンダ内部を第１ピストン軸に沿って運動可能な第１燃焼ピストンヘッド、第１接続要素、および軌道を有する第１トラックを備え、
前記第１接続要素は、
前記第１燃焼ピストンヘッドに結合されている第１端、および前記第１トラックに結合されている第２端を有し、
前記第１燃焼ピストンヘッドのための動力伝達機構の一部として、前記第１燃焼ピストンヘッドによって駆動されるように適合されており、
前記第１トラックは、
前記第１燃焼シリンダに相対的に動かされるように適合されており、
前記第１トラックが前記第１燃焼シリンダに相対的に運動するときに、前記第１燃焼ピストンヘッドが前記第１トラックの前記軌道に従って前記第１ピストン軸に沿って往復運動で運動するように、形状形成されており、
前記第１トラックの前記軌道は、前記第１燃焼ピストンヘッドの変位が、前記第１燃焼シリンダに相対的な前記第１トラックの変位に対して非単調和であるように、形状形成されており、
前記第１燃焼シリンダに流体的に連接されている圧縮点火シリンダ、および前記圧縮点火シリンダ内部を往復運動で運動可能な圧縮点火ピストンヘッドをさらに備え、
前記圧縮点火ピストンヘッドは、
エンジンの運転中、前記圧縮点火シリンダの最小容積に対応する上死点ポジションから前記圧縮点火シリンダの最大容量に対応する下死点ポジションの間を動かされると、前記燃焼シリンダ内部に圧力スパイクを生じるように適合されており、
これにより、前記第１燃焼シリンダ内部で燃料／空気混合物の自動点火を引き起こす
ことを特徴とするエンジン。
前記圧縮点火ピストンヘッドのタイミングは、自動点火タイミングがエンジンの運転状況に応じて変更できるように、前記第１燃焼ピストンヘッドのタイミングに対して変更可能であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
前記第１トラックが有する軌道形状は、正弦波形状でないことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン。
前記第１トラックは、第１極小および、前記第１極小と異なる第２極小を、
前記第１燃焼ピストンヘッドが、前記第１ピストン軸に沿って往復運動で運動するときに、
前記第１燃焼ピストンヘッドが、前記第１トラックの前記第１極小に対応する第１下死点ポジションを通り、続いて、前記第１トラックの前記第２極小に対応する第２下死点ポジションを通るように、有し、
前記第１燃焼ピストンヘッドの前記第１燃焼シリンダに対する変位は、前記第１下死点ポジションにおけるときと、前記第２下死点ポジションにおけるときと、で異なることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のエンジン。
前記第１トラックは、前記第１トラックの極大近傍または極小近傍に、低傾斜または０傾斜の長い部分を、
前記第１燃焼ピストンヘッドが、前記極大に対応する上死点ポジションを通って、または前記極小に対応する下死点ポジションを通って、運動するときに、十分な期間の滞留時間を経るように、含むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のエンジン。
前記第１トラックは、前記第１燃焼シリンダに相対的に回転するドラムまたはディスクに設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のエンジン。
前記第１トラックは、ドラムの半径方向内側面または外側面、あるいはドラムの端面、あるいはディスクの半径方向外側面またはディスクの端面に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。
前記第１トラックは、前記ドラムまたはディスクの表面から陥凹および/または隆起していることを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
前記第１接続要素は、前記第１接続要素の変位を制御するように前記第１トラックと噛合う１つ以上の従車（follower）を有することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のエンジン。
前記第１接続要素は、前記第１燃焼シリンダの前記第１ピストン軸に平行な方向に互いから離間している少なくとも２つの従車を有することを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
前記第１接続要素は、前記第１接続要素に旋回可能に取り付けられている台車を介して、前記第１接続要素に取り付けられている少なくとも２つの従車を有することを特徴とする請求項９または１０に記載のエンジン。
前記第１トラックは、
前記第１ピストン軸に沿って第１方向に前記第１燃焼ピストンヘッドを動かすように前記従車の１つ以上と噛合う第１面と、
前記第１ピストン軸に沿って前記第１方向と反対の第２方向に前記第１燃焼ピストンヘッドを動かすように前記従車の１つ以上と噛合う、前記第１面と対向する第２面と、を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載のエンジン。
前記第１接続要素は、前記第１燃焼ピストンヘッドに相対的に回転することなく、前記第１燃焼シリンダの前記第１ピストン軸の方向に運動するように、拘束されていることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載のエンジン。
第２燃焼シリンダ、前記第２燃焼シリンダ内部を第２ピストン軸に沿って運動可能な第２燃焼ピストンヘッド、および第２接続要素、を備え、
前記第２接続要素は、
前記第２燃焼ピストンヘッドに結合されている第１端、および前記第１トラックに結合されている第２端を有し、
前記第２燃焼ピストンヘッドのための動力伝達機構の一部として、前記第２燃焼ピストンヘッドによって駆動されるように適合されている、ことを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載のエンジン。
第２燃焼シリンダ、前記第２燃焼シリンダ内部を第２ピストン軸に沿って運動可能な第２燃焼ピストンヘッド、第２接続要素、および軌道を有する第２トラックを備え、
前記第２接続要素は、
前記第２燃焼ピストンヘッドに結合されている第１端、および前記第２トラックに結合されている第２端を有し、
前記第２燃焼ピストンヘッドのための動力伝達機構の一部として、前記第２燃焼ピストンヘッドによって駆動されるように適合されており、
前記第１トラックおよび前記第２トラックは、前記第１燃焼ピストンヘッドおよび前記第２燃焼ピストンヘッドの相対的なタイミングを変化させるように、互いに対して運動可能であることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載のエンジン。
前記第１燃焼ピストンヘッドおよび前記圧縮点火ピストンヘッドは、共通シリンダ内部を運動可能であり、
前記第１燃焼ピストンヘッドおよび前記圧縮点火ピストンヘッドは、前記第１燃焼ピストンヘッドおよび前記圧縮点火ピストンヘッドの間に室が形成されるように、互いに対向していることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載のエンジン。
第３トラックをさらに含み、
前記圧縮点火ピストンヘッドは、前記第３トラックと結びついており、
前記第１トラックは、第１回転ディスクまたはドラムに設けられており、
前記第３トラックは、第２回転ディスクまたはドラムに設けられており、
前記共通シリンダは、前記第１回転ディスクまたはドラムと前記第２回転ディスクまたはドラムとの間に位置することを特徴とする請求項１６に記載のエンジン。
ａ）前記共通シリンダの内腔内の吸入弁は開放されており、前記第１燃焼ピストンヘッドは、第１方向に前記圧縮点火ピストンヘッドから離れるように運動し、前記圧縮点火ピストンヘッドは、第２方向に前記第１燃焼ピストンヘッドから離れるように運動し、これにより、前記第１燃焼ピストンヘッドおよび圧縮点火ピストンヘッドの間に形成された前記室内へ投入燃料を引き込む吸入段階と、
ｂ）前記第１燃焼ピストンヘッドは、前記第２方向に前記圧縮点火ピストンヘッドへ向かうように運動し、前記圧縮点火ピストンヘッドは、前記第１方向に前記第１燃焼ピストンヘッドへ向かうように運動し、これにより、前記投入燃料を圧縮する圧縮段階と、
ｃ）前記第１燃焼ピストンヘッドは、前記第１方向に前記圧縮点火ピストンヘッドから離れるように運動し、前記圧縮点火ピストンヘッドは、前記第２方向に前記第１燃焼ピストンヘッドから離れるように運動し、これにより、仕事を引き出す動力段階と、
ｄ）排出段階：前記共通シリンダの前記内腔内の排出弁は開放されており、前記第１燃焼ピストンヘッドは、前記第２方向に前記圧縮点火ピストンヘッドへ向かうように運動し、前記圧縮点火ピストンヘッドは、前記第１方向に前記第１燃焼ピストンヘッドへ向かうように運動し、これにより、前記室から燃えた前記投入燃料を除去する排出段階と、を含む運転周期に従って機能することを特徴とする請求項１６または１７に記載のエンジン。
圧縮シリンダ、前記圧縮シリンダ内部を圧縮ピストン軸に沿って運動可能な圧縮ピストンヘッド、第３接続要素、および軌道を有する第４トラックを備える圧縮シリンダ部をさらに備え、
前記第３接続要素は、
前記圧縮ピストンヘッドに結合されている第１端、および前記第４トラックに結合されている第２端を有し、
前記圧縮ピストンヘッドのための動力伝達機構の一部として、前記圧縮ピストンヘッドによって駆動されるように適合されており、
前記第４トラックは、
前記圧縮シリンダに相対的に動かされるように適合されており、
前記第４トラックが前記圧縮シリンダに相対的に運動するときに、前記圧縮ピストンヘッドが前記第４トラックの前記軌道に従って前記圧縮ピストン軸に沿って往復運動で運動するように、形状形成されており、
前記第４トラックの前記軌道は、前記圧縮ピストンヘッドの変位が、前記圧縮シリンダに相対的な前記第４トラックの変位に対して非単調和であるように、形状形成されており、
前記圧縮シリンダは、投入燃料を受容し、前記投入燃料を圧縮し、圧縮された前記投入燃料を前記第１燃焼シリンダへ供給するように、適合されていることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載のエンジン。
前記圧縮シリンダは、移送弁によって前記第１燃焼シリンダに連接されており、
前記移送弁は、選択的に、
前記圧縮シリンダから前記第１燃焼シリンダ内への当該移送弁を介して流体が流れることが可能なように、開放されたり、
前記移送弁を通じて流体が流れることができないように、閉鎖されたり、することが可能であることを特徴とする請求項１９に記載のエンジン。
ａ）前記移送弁は、開放されており、前記圧縮シリンダは、前記第１燃焼ピストンヘッドが上死点ポジション近傍にある間、前記第１燃焼シリンダ内へ与圧された燃料を移送するように運転されている投入段階と、
ｂ）前記投入燃料は、燃え、前記第１燃焼ピストンヘッドは、下死点ポジションに向かうように動かされ、仕事を引き出す動力段階と、
ｃ）前記第１燃焼ピストンヘッドは、上死点ポジションに向かって運動し、これにより、前記第１燃焼シリンダから排出弁を介して燃えた前記投入燃料を除去する排出段階と、を含む運転周期に従って機能することを特徴とする請求項２０に記載のエンジン。
前記第１燃焼シリンダおよび前記圧縮シリンダは、中空の外側ドラムと内側ドラムまたはシャフトとの間に位置し、
前記外側ドラムと前記内側ドラムまたはシャフトとは、前記第１燃焼シリンダおよび前記圧縮シリンダに相対的に回転するように適合されており、
前記第１トラックは、前記外側ドラムの内側面に設けられていることを特徴とする請求項１９から２１の何れか１項に記載のエンジン。
前記圧縮シリンダは、前記第１燃焼シリンダに流体的に連接されている前記圧縮点火シリンダによって前記第１燃焼シリンダに連接されており、
前記圧縮点火ピストンヘッドは、前記圧縮ピストンヘッドを前記圧縮点火ピストンヘッドへ連接する移送ポートを閉じたり開いたりするように、前記圧縮点火シリンダの内腔内部を往復運動で運動可能であり、これにより、圧縮された燃料の前記第１燃焼シリンダ内への流れを制御することを特徴とする請求項１９から２２の何れか１項に記載のエンジン。
前記圧縮点火ピストンヘッドは、当該エンジンの燃焼周期毎に少なくとも１回、その下死点ポジションからその上死点ポジションへ運動し、その下死点ポジションへ戻るように適合されていることを特徴とする請求項１から２３の何れか１項に記載のエンジン。
ピストンおよびシリンダから成る１つの構成が、移送シリンダおよび圧縮点火シリンダ両方として機能することを特徴とする請求項２３または２４に記載のエンジン。
燃焼室、吸入システム、排出システム、ならびに、前記燃焼室にポートを介して流体的に連接され、更に前記吸入システムおよび前記排出システムに流体的に連接される三方弁を備え、
前記三方弁の第１ポジションにおいて、流体は、前記第１燃焼シリンダ内外へ流れないように防止されており、
前記三方弁の第２ポジションにおいて、吸入システムは、投入燃料が、前記三方弁を介して前記ポートを通じて前記燃焼室へ導入されることが可能なように、前記燃焼室に流体的に連接されており、
前記三方弁の第３ポジションにおいて、吸入排出システムは、燃えた前記投入燃料が、前記三方弁を介して前記ポートを通って前記燃焼室から前記排出システムへ除去されることが可能なように、前記燃焼室に流体的に連接されていることを特徴とする請求項１から２５の何れか１項に記載のエンジン。