JP2019534979A - 内燃蒸気エンジン - Google Patents
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Abstract
Description
(a)ピストンのヘッドが上死点の前(before)90°から20°の間、好ましくは35°から25°の間、より好ましくは約30°の往復動位置にあるとき、圧縮した酸化剤を供給するため吸気弁を開き、上死点の前、好ましくは10°から2°のところ、より好ましくは約5°のところで吸気弁を閉じる工程、を包含する。
(b)ピストンのヘッドが下死点から−21°から+15°の間、好ましくは−10°から+5°まで、より好ましくは0°の往復動位置にあるとき、排気ガスを排気するため排気弁を開き、かつ、上死点位置の前(before)25°から5°の間、好ましくは約20°から10°、より好ましくは15°のところで、排気弁を閉じる工程、をさらに包含する。
(c)上死点から−5°から+5°の間、好ましくは0°のところで燃料を噴射し、燃料噴射装置の閉鎖直後に点火プラグを点火する工程、を包含する。
(d)上死点の後5°から40°、好ましくは7.5°から30°のところで燃焼チャンバ内に水を噴射する、ことによってなし得る。
2 シリンダ
3A 吸気弁
3B 排気弁
4 燃料噴射装置
5 点火プラグ
6 水噴射装置
7 水タンク
8 湾曲したピストン頂部
9 圧縮された気体の酸化剤供給部(圧縮された空気供給部、圧縮された酸素供給部)
10 圧縮された空気取り込みマニフォールド
11 エンジン頂部からみた水噴射パターン
12 エンジン側部からみた水噴射パターン
13 水チャンバ
14 低圧ポンプ
15 高圧ポンプ
16 クランクシャフト
17 燃焼チャンバ
18 水蒸気凝縮ユニット
20 ICSEの実施形態
21 吸気口
22 弁カバー
23 吸気マニフォールド
24 水又は冷媒噴射用接続部
25 圧縮機及びオルタネータ及びファン用クランクシャフト
26 オイルパン
27 フライホイール
30 バッファタンク
31 マニフォールド接続喉部
32 圧縮機からの吸気口
33 マニフォールドに合わせたボルト孔付きフランジ
34 バッファタンクの垂直断面
35 蝶型弁
Claims (27)
- エンジンケーシング、クランクシャフト軸の周りで回転可能なクランクシャフト(16)、エンジンケーシングの内部に配置されたシリンダ(2)、クランクシャフトから遠位の上死点位置とクランクシャフトの近位の下死点位置の間で往復動軸に沿って往復動するようにシリンダ内に配置され、かつ往復動ピストンがクランクシャフトに回転運動を付与するように、クランクシャフトに作動的に接続されたピストン(1)、
エンジンケーシングとクランクシャフトと反対側のピストンのヘッド間で、シリンダ内に画成された燃焼チャンバ(17)、
吸気弁(3A)、排気弁(3B)、燃焼チャンバ内に燃料を直噴する燃料噴射装置(4)、ピストンの上死点位置の下側の位置で燃焼チャンバに水を直噴する水噴射装置(6)、及び点火プラグ(5)、を包含し、
吸気弁は、吸気弁を介して圧縮された気体の酸化剤を燃焼チャンバに供給するよう構成された圧縮された気体の酸化剤供給部(9)と流体接続されている、ことを特徴とする点火で往復動する内燃2行程蒸気エンジン。 - 供給された圧縮された気体の酸化剤が圧縮された酸素又は圧縮された空気であり、好ましくは、少なくとも3から6barの圧力で圧縮された空気である、請求項1に記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 圧縮された気体の酸化剤供給部が、圧縮機と好ましくは一時的貯留部及び/又は熱交換器を包含する、請求項1又は2に記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- ピストンのヘッドが、上死点の前90°から20°、好ましくは約35°から25°、より好ましくは30°の往復動位置にあるとき、圧縮された酸化剤を供給するために吸気弁(3A)を開くように構成され、かつ上死点の前10°から2°、好ましくは約5°のところで吸気弁を閉じるように構成されたアクチュエータをさらに包含する、請求項1から3のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- ピストンのヘッドが下死点から−21°から+15°の間、好ましくは−10°から+5°まで、より好ましくは0°の往復動位置にあるとき、排気ガスを排出するため排気弁(3B)を開くように構成され、かつ上死点位置の前約25°から5°、好ましくは20°から10°、より好ましくは約15°のところで、排気弁を閉じるように構成されたアクチュエータをさらに包含する、請求項1から4のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 燃料噴射装置は、上死点から−5°から+5°の間、好ましくは0°のところで燃料を噴射するよう構成されており、かつ、点火プラグは、燃料噴射装置の閉鎖直後に点火を行うよう構成されている、請求項1から5のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 水噴射装置は、上死点の後5°から40°、好ましくは7.5°から30°のところで、燃焼チャンバに水を噴射するよう構成されている、請求項1から6のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 吸気弁(3A)及び/又は排気弁(3B)は、ポペット弁、摺動弁又は回転ディスク弁である、請求項1から7のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 燃料は通常の状態において液体または気体であり、燃料は好ましくは通常の状態で気体であり、かつ特に水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン又は天然ガスから選択されたものである、請求項1から8のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 吸気弁の開閉、排気弁の開閉、燃料噴射のタイミングと量、水噴射のタイミングと量及び酸化剤の圧力から選択された1以上を制御するよう構成されている制御ユニットをさらに包含する、請求項1から9のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 水噴射装置(6)へ供給するための水供給部としての水タンク(7)及び排気ガスからの蒸気を水に凝縮するための、排気弁の下流の凝縮ユニット(18)、及び凝縮した水を水タンクに供給する導管をさらに包含する請求項1から10のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 燃焼チャンバに対面するピストンのヘッドは内方に湾曲した面を有している、請求項1から11のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 上死点位置の下側の位置で燃焼チャンバの周囲に沿って分布された複数の水噴射装置(6)を包含し、上死点位置の下側の位置は、クランクシャフトが上死点位置に対して0°から35°、好ましくは5°から25°の回転角度のところにあるとき、好ましくはピストンのヘッドの頂部に対応した位置にある、請求項1から12のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 往復動軸に対して異なる位置にある複数の水噴射装置を包含し、複数の水噴射装置の各々の水噴射が別個に制御可能である、請求項1から13のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 水噴射装置は、上死点の方向において、往復動軸に対して90°以上の角度、好ましくは92.5°と150°の間、より好ましくは95°と130°の間の角度で水を噴射するよう配置されている、請求項1から14のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- エンジンケーシングは、シリンダヘッドとシリンダブロックを包含し、かつ、シリンダヘッドは、上死点からクランクシャフトの回転で約25°のピストンヘッドの距離をカバーするよう構成されている、請求項1から15のいずれかに記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- 水噴射装置又は複数の水噴射装置がシリンダヘッドとシリンダブロック間に配置されている、請求項16に記載された内燃2行程蒸気エンジン。
- クランクシャフト(16)の回転及び対応するピストン(1)の往復動のサイクル毎に、
(a)ピストンのヘッドが上死点の前90°から20°、好ましくは約35°から25°、より好ましくは30°の往復動位置にあるとき、圧縮した酸化剤を供給するため吸気弁(3A)を開き、上死点の前、10°と2°の間、好ましくは約5°のところで吸気弁を閉じる工程、を包含する、請求項1から17のいずれかに記載された、点火で往復動する内燃2行程蒸気エンジンの動作方法。 - クランクシャフト(16)の回転及び対応するピストン(1)の往復動のサイクル毎に、
(b)ピストンのヘッドが下死点から−21°から+15°の間、好ましくは−10°から+5°の間、より好ましくは0°の往復動位置にあるとき、排気ガスを排気するため排気弁(3B)を開き、かつ、上死点位置の前25°から5°、好ましくは20°から10°、より好ましくは約15°のところで、排気弁を閉じる工程、をさらに包含する、請求項18に記載された方法。 - クランクシャフト(16)の回転及び対応するピストン(1)の往復動のサイクル毎に、
(c)上死点から−5°から+5°の間、好ましくは0°のところで燃料を噴射し、燃料噴射装置の閉鎖直後に点火プラグを点火する工程、をさらに包含する、請求項18又は19に記載された方法。 - クランクシャフト(16)の回転及び対応するピストン(1)の往復動のサイクル毎に、
(d)上死点の後5°から40°、好ましくは7.5°から30°のところで燃焼チャンバ内に水を噴射する工程、をさらに包含する、請求項18から20のいずれかに記載された方法。 - 工程(c)の後で燃焼チャンバ中に噴射される水の質量は、燃焼チャンバ内の燃焼ガスの質量の0.8から1.5、好ましくは0.9から1.2で表される、請求項21に記載された方法。
- 工程(a)で供給される圧縮された酸化剤の圧力は、制御ユニットにより制御される、請求項18から22のいずれかに記載された方法。
- 好ましくはサイクル毎に;工程(a)における吸気弁(3A)の開放は、上死点の前90°から20°、好ましくは35°から25°の範囲内の、より好ましくは30°のところで制御ユニットにより調整され;及び/又は工程(a)における吸気弁(3A)の閉鎖は、上死点の前10°から2°の範囲内の、好ましくは5°のところで制御ユニットにより調整される、請求項18から23のいずれかに記載された方法。
- 好ましくはサイクル毎に;工程(b)における排気弁(3B)の開放は、下死点から−21°から+15°、好ましくは−10°から+5°の範囲内の、より好ましくは0°のところで制御ユニットにより調整され:及び/又は工程(b)における排気弁(3B)の閉鎖は、上死点の前25°から5°、好ましくは20°から10°の範囲内の、より好ましくは15°のところで、制御ユニットにより調整される、請求項18から24のいずれかに記載された方法。
- 好ましくはサイクル毎に;工程(c)における燃料の噴射は、上死点から−5°から+5°の範囲内の、好ましくは0°のところで、制御ユニットにより調整される、請求項18から25のいずれかに記載された方法。
- 好ましくはサイクル毎に、工程(d)における水の噴射は、上死点の後5°から40°の範囲内の、好ましくは7、5°から30°のところで、制御ユニットにより調整される、請求項18から26のいずれかに記載された方法。
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