JP5608175B2 - 圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関 - Google Patents
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Description
【0001】
発明の背景
1.発明の分野
本発明は内燃機関に関し、より具体的には、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【0002】
2.関連技術の説明
一般的に、往復ピストンエンジンが最も一般的に使用されており、多くの面で(例えば種々のタイプの車両において)広く応用されている。往復ピストンエンジンは主に2つのタイプ:2行程エンジンおよび4行程エンジンに分類される。しかしながら、往復ピストンエンジンでは、2行程エンジンまたは4行程エンジンを問わず、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程を行わなければならず、ピストンは、それに応じて停止し、その方向を逆転させる必要があり、4行程エンジンのシャフトは各出力に関して4度向きを逆転させ、かつ2行程エンジンのシャフトは各出力に関して2度向きを逆転させるようにする。2行程エンジンおよび4行程エンジンは、適切な時に燃料を投入し、圧縮して過給し、点火して燃焼させ、排ガスを排出するために、かなり複雑なバルブシステムを必要とする。
【0003】
従来の2行程または4行程エンジンでは、各出力中に一度または二度の逆転を行う必要があるため、エンジン動作はあまり円滑ではなく、その回転速度を増加させるのは困難である。加えて、従来技術では、バルブシステムが複雑であるだけでなく、吸気時間とバルブシステムとを協働させることによって、吸気効率も望ましくないものとなり得る。例えば、望ましい吸気量は500c.c.であるが、実際の吸気量は475c.c.にすぎないか、またはそれよりもさらに低いことがあり、そのため、エンジンの性能は低く、予め定められたパワー出力を達成することが不可能である。
【0004】
従って、上述の問題を解決するために、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関に対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
発明の概要
従って、本発明は、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関に関する。内燃機関は本体、入力ユニット、出力ユニット、および排気ユニットを含む。本体は少なくとも1つの燃焼室を有する。入力ユニットは燃焼室に接続されて、燃焼室に高圧燃料を投入し、燃焼室内に予め定められた圧力を生成する。出力ユニットは燃焼室に接続されて、高圧燃料の燃焼により生成されたパワーを出力する。出力ユニットは、燃焼室に収容されたピストンを含む。排気ユニットは燃焼室に接続されて、高圧燃料の燃焼により生成された排ガスを排出させる。
【0006】
本発明によって提供される、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関では、予め定められた圧力は、燃焼室に高圧燃料を投入することによって燃焼室内で直接生成され、その後、燃焼行程が行われるので、エンジンは、従来のように吸気、圧縮、燃焼、および排気の行程を行う必要はない。それゆえ、本発明の内燃機関は複雑なバルブシステムを必要とせず、しかも望ましい吸気効率を達成する。各出力は燃焼および排気行程を必要とするのみであるため、エンジン動作が比較的円滑になり、エンジンの回転速度を著しく増加し得る。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の第1の実施形態による、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関の概略図である。
【図2】本発明の第2の実施形態による、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
発明の詳細な説明
図1は、本発明の第1の実施形態による、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関の概略図である。この実施形態では、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関1は、本体11、入力ユニット12、点火ユニット13、出力ユニット14、排気ユニット15、およびタイミングユニット16を含む。
【0009】
本体11は、少なくとも1つの燃焼室111、インレットチャネル112、およびアウトレットチャネル113を有する。入力ユニット12は、入力マニホルド121、少なくとも1つの過給装置122、第1の自由弁123、および高圧ノズル124を有する。入力ユニット12を使用して燃焼室111に高圧燃料を投入し、燃焼室111内に、予め定められた圧力を生じさせる。この実施形態では、インレットチャネル112およびアウトレットチャネル113は燃焼室111と連通している。入力マニホルド121をインレットチャネル112に接続する。第1の自由弁123を使用してインレットチャネル112を開閉する。第1の自由弁123がインレットチャネル112を開放すると、高圧燃料が入力マニホルド121を通して燃焼室111に投入される。
【0010】
過給装置122を使用して高圧燃料の圧力を高めるので、高圧燃料は、入力マニホルド121によって燃焼室111まで案内され、燃焼室111内の圧力は予め定められた圧力に到達する。過給装置122をコンプレッサとし得る。好ましくは、高圧燃料は石油系燃料、天然ガス、またはバイオ燃料であり、異なる用途に応じて、石油系燃料はガソリン、ディーゼル油、または石油/空気の混合燃料とし得る。高圧燃料がガソリンの場合、予め定められた圧力は好ましくは8〜12バールであり、高圧燃料がディーゼル油の場合、予め定められた圧力は好ましくは20〜30バールである。
【0011】
この実施形態では、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関1は2つの過給装置122を含み、それら過給装置122はそれぞれ入力マニホルド121と高圧ノズル124に接続される。過給装置122の一方は、入力マニホルド121を通って燃焼室111に入る空気を過給するために使用され、他方は、入力マニホルド121に噴霧され噴射される石油を過給するために使用されるので、石油は高圧空気と混合され、一緒に燃焼室111に流入する。
【0012】
点火ユニット13は本体11に固定され、一方の端部が燃焼室111に延出して適切な時に高圧燃料に点火する。点火ユニット13は点火プラグである。この実施形態では、出力ユニット14は燃焼室111に接続され、ピストン141、コネクティングロッド142、およびクランクシャフト143を有して、高圧燃料の燃焼によって生成されるパワーを出力する。ピストン141は燃焼室111に収容され、コネクティングロッド142はピストン141に接続され、およびクランクシャフト143はコネクティングロッド142に接続される。他の応用では、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関1は、使用される高圧燃料(例えば、高圧燃料はディーゼル油である)の特性に依存して点火ユニット13を含まなくてもよいことに留意されたい。
【0013】
排気ユニット15は燃焼室111に接続され、かつ出力マニホルド151および第2の自由弁152を有し、高圧燃料の燃焼によって生成された排ガスを排出させる。排気マニホルド151はアウトレットチャネル113に接続される。第2の自由弁152を使用してアウトレットチャネル113を開閉する。
【0014】
燃焼室11内の圧力が予め定められた圧力に到達する前、第1の自由弁123はインレットチャネル112を開放し、第2の自由弁152はアウトレットチャネル113を閉鎖している(すなわち、吸気行程)。燃焼室111内の圧力が予め定められた圧力に達すると第1の自由弁123はインレットチャネル112を閉鎖し、かつ第2の自由弁152はアウトレットチャネル113を閉鎖している。次に、ピストン141が予め定められた位置まで下げられると、点火ユニット13が点火して高圧燃料の燃焼を開始する(すなわち、燃焼行程)。高圧燃料の燃焼後に第2の自由弁152はアウトレットチャネル113を開放し、第1の自由弁123はインレットチャネル112を閉鎖しており、燃焼中に生成された排ガスを排出させる(すなわち、排気行程)。排ガスが完全に排出された後、ピストン141が別の予め定められた位置まで下げられると、次の吸気行程が行われる。
【0015】
燃焼室111における高圧燃料の燃焼は、ピストン141を作動させるパワーを生成する。それにより、ピストン141、コネクティングロッド142を通してクランクシャフト143を駆動して、クランクシャフト143に接続された他の手段または装置にパワーを伝達するようにする。加えて、ピストン141は下死点を通過すると、上昇するように反転する。燃焼室111において高圧燃料の燃焼によって生成された排ガスは、上昇するピストン141によって押し上げられ、アウトレットチャネル113が開放しているときに排気マニホルド151を通って燃焼室111から排出される。
【0016】
タイミングユニット16を使用して、第1の自由弁123および第2の自由弁152がインレットチャネル112およびアウトレットチャネル113を開閉する時間を制御する。この実施形態では、タイミングユニット16は、カムシャフト161および制御装置162を有する。カムシャフト161は、第1の自由弁123と第2の自由弁152にそれぞれ接触している少なくとも2つのカム構造163および164を有する。制御装置162を使用してカムシャフト161の回転速度を制御し、第1の自由弁123および第2の自由弁152がインレットチャネル112およびアウトレットチャネル113を開閉する時間を制御し、かつ高圧ノズル124が入力マニホルド121に石油を噴霧して噴射する時間を制御し、それにより高圧燃料を適切な時に燃焼室111に投入できるようにする。
【0017】
図2は、本発明の第2の実施形態による、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関の概略図である。圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関2は、本体21、入力ユニット22、点火ユニット23、出力ユニット24、排気ユニット25、およびタイミングユニット26を含む。第2の実施形態では、本体21は、2つのインレットチャネル211および212を含む。入力ユニット22は、ガス供給部材221および燃料供給部材222を含む。タイミングユニット26のカムシャフトはカム構造261のみを有する。ガス供給部材221および燃料供給部材222は、それぞれインレットチャネル211および212に配置される。空気および石油は入力ユニット22の2つの過給装置223によって過給され、それぞれ本体21の燃焼室213に案内される。好ましくは、ガス供給部材221および燃料供給部材222は電磁弁高圧ノズルである。
【0018】
タイミングユニット26の制御装置262は、カム構造261を制御して本体21のアウトレットチャネル214を開閉して、アウトレットチャネル214を開閉する時間を制御するために使用され、かつまた、同時にガス供給部材221および燃料供給部材222の電磁弁を制御して、ガス供給部材221および燃料供給部材222を開閉する時間を制御するために使用される。同様に、他の応用では、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関2は、使用される高圧燃料の特性に依存して点火ユニット23を含まなくてもよい(例えば、高圧燃料はディーゼル油である)。第2の実施形態の残りの手段は、図1の圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関1の手段と実質的に同じであるため、それに関し本願明細書で再び詳細に説明することはない。
【0019】
本発明によって提供された、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関では、予め定められた圧力は、燃焼室に高圧燃料を投入することによって燃焼室内で直接生成され、その後、燃焼行程が行われるので、エンジンは、従来のように吸気、圧縮、燃焼、および排気の行程を行う必要がない。それゆえ、本発明の内燃機関は複雑なバルブシステムを必要とせず、しかも望ましい吸気効率を達成する。各出力は燃焼および排気行程を必要とするのみであり、エンジン動作は比較的円滑となり、エンジンの回転速度を著しく増加し得る。
【0021】
本発明の実施形態を例示し説明したが、当業者は種々の修正および改良をなすことができる。それゆえ、本発明の実施形態を、例示として限定せずに説明する。本発明を説明の特定の形態に限定することは意図せず、本発明の趣旨および範囲を維持する全ての修正は、添付の特許請求の範囲内にあるものとする。
Claims (15)
- 少なくとも1つの燃焼室を有する本体;
前記燃焼室に接続され、前記燃焼室に高圧燃料を投入して前記燃焼室内に予め定められた圧力を生成する入力ユニット;
前記燃焼室に接続され、前記高圧燃料の燃焼によって生成されたパワーを出力する出力ユニットであって、前記燃焼室に収容されたピストンを含む出力ユニット;および
前記燃焼室に接続され、前記高圧燃料の燃焼により生成された排ガスを排出させる排気ユニット;
を含む、圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関において、
前記燃焼室内の圧力が予め定められた圧力に到達する前に、前記高圧燃料が前記燃焼室に投入され、前記ピストンが予め定められた位置まで下がると、前記高圧燃料の燃焼を開始し、前記ピストンが下死点を通過して上昇するように反転し、上昇する前記ピストンによって前記燃焼室内で前記高圧燃料の燃焼によって生成された排ガスが押し上げられて前記燃焼室から排出され、前記排ガスが完全に排出された後、前記ピストンが別の予め定められた位置まで下げられると、次の吸気行程が行われる、内燃機関。 - 前記高圧燃料が石油系燃料、天然ガス、バイオ燃料、または石油/空気の混合燃料である、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記石油系燃料がガソリンであり、前記予め定められた圧力が8〜12バールである、請求項2に記載の内燃機関。
- 前記石油系燃料がディーゼル油であり、前記予め定められた圧力が20〜30バールである、請求項2に記載の内燃機関。
- 前記入力ユニットが、前記燃焼室に投入される前記高圧燃料の圧力を高めて前記燃焼室内の圧力を前記予め定められた圧力に到達するまで上昇させる少なくとも1つの過給装置をさらに含む、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記本体に固定されかつ一方の端部が前記燃焼室に延出する点火ユニットをさらに含む、請求項2に記載の内燃機関。
- 前記出力ユニットがコネクティングロッドおよびクランクシャフトを含み、前記コネクティングロッドが前記ピストンに接続され、前記クランクシャフトが前記コネクティングロッドに接続されている、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記本体が少なくとも1つのインレットチャネルおよびアウトレットチャネルをさらに含み、前記インレットチャネルが前記燃焼室および前記高圧燃料と連通し、および前記アウトレットチャネルが前記燃焼室と前記本体の外部部分とに連通している、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記入力ユニットが入力マニホルドをさらに含み、前記排気ユニットが排気マニホルドをさらに含み、前記入力マニホルドが前記インレットチャネルに接続され、および前記排気マニホルドが前記アウトレットチャネルに接続されている、請求項8に記載の内燃機関。
- 前記入力ユニットが第1の自由弁をさらに含み、前記排気ユニットが第2の自由弁をさらに含み、前記第1の自由弁は、前記燃焼室内の圧力が前記予め定められた圧力に達する前、前記インレットチャネルを開放し、前記第2の自由弁は前記アウトレットチャネルを閉鎖しており、前記燃焼室内の圧力が前記予め定められた圧力に到達すると前記第1の自由弁は前記インレットチャネルを閉鎖し、前記第2の自由弁は前記アウトレットチャネルを閉鎖しており、および前記高圧燃料の燃焼後に前記第2の自由弁は前記アウトレットチャネルを開放し、前記第1の自由弁は前記インレットチャネルを閉鎖している、請求項9に記載の内燃機関。
- 前記第1の自由弁および前記第2の自由弁が前記インレットチャネルおよび前記アウトレットチャネルを開閉する時間を制御する、前記第1の自由弁および前記第2の自由弁に接続されたタイミングユニットをさらに含む、請求項10に記載の内燃機関。
- 前記タイミングユニットがカムシャフトを含み、前記カムシャフトが少なくとも2つのカム構造を有し、および前記カム構造が前記第1の自由弁および前記第2の自由弁に接触している、請求項11に記載の内燃機関。
- 前記タイミングユニットが、前記カムシャフトの回転速度を制御して前記第1の自由弁および前記第2の自由弁が前記インレットチャネルおよび前記アウトレットチャネルを開閉する時間を制御するようにする制御装置をさらに含む、請求項12に記載の内燃機関。
- 前記本体が2つのインレットチャネルを含み、前記入力ユニットがガス供給部材および燃料供給部材を含み、および前記ガス供給部材および前記燃料供給部材が前記インレットチャネルにそれぞれ配置されている、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記ガス供給部材および前記燃料供給部材が電磁弁高圧ノズルである、請求項14に記載の内燃機関。
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