JPH05156954A - 連続燃焼式容積形内燃機関 - Google Patents
連続燃焼式容積形内燃機関Info
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- JPH05156954A JPH05156954A JP3357423A JP35742391A JPH05156954A JP H05156954 A JPH05156954 A JP H05156954A JP 3357423 A JP3357423 A JP 3357423A JP 35742391 A JP35742391 A JP 35742391A JP H05156954 A JPH05156954 A JP H05156954A
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- F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
- F02B41/02—Engines with prolonged expansion
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は容積形内燃機関および圧力ガス発生
装置に関する。従来の一般的な容積形内燃機関は同一の
ピストンが吸入、圧縮、膨張および排気を担っており燃
焼が圧縮行程の終了時点で爆発的に行われる必要があ
り、振動および騒音が大である。また圧縮率と膨張率が
等しいので排気圧が高く排気音が大であり、熱効率も低
い。速度形内燃機関では燃焼が連続的に行われ膨張も理
論的に大気圧まで行われるが、熱エネルギを機械動力に
変換する効率が容積形に対して劣る。本発明は従来の容
積形および速度形の内燃機関の前記諸問題を改善する。 【構成】 本発明の内燃機関および圧力ガス発生装置は
専ら吸入、圧縮のみを担う往復ピストン式圧縮機と、該
圧縮機から圧縮空気を供給され該圧縮空気中で燃料を燃
焼させる燃焼室と、専ら膨張、排気のみを担う往復ピス
トン式膨張機（ガス機関）により構成される。以上によ
り燃焼室に対し圧縮空気が随時供給され、該燃焼室内で
燃焼が脈動的ではあるが連続して行われる。更に該燃焼
室内で発生した燃焼ガスは膨張機に対し随時導入され
る。
装置に関する。従来の一般的な容積形内燃機関は同一の
ピストンが吸入、圧縮、膨張および排気を担っており燃
焼が圧縮行程の終了時点で爆発的に行われる必要があ
り、振動および騒音が大である。また圧縮率と膨張率が
等しいので排気圧が高く排気音が大であり、熱効率も低
い。速度形内燃機関では燃焼が連続的に行われ膨張も理
論的に大気圧まで行われるが、熱エネルギを機械動力に
変換する効率が容積形に対して劣る。本発明は従来の容
積形および速度形の内燃機関の前記諸問題を改善する。 【構成】 本発明の内燃機関および圧力ガス発生装置は
専ら吸入、圧縮のみを担う往復ピストン式圧縮機と、該
圧縮機から圧縮空気を供給され該圧縮空気中で燃料を燃
焼させる燃焼室と、専ら膨張、排気のみを担う往復ピス
トン式膨張機（ガス機関）により構成される。以上によ
り燃焼室に対し圧縮空気が随時供給され、該燃焼室内で
燃焼が脈動的ではあるが連続して行われる。更に該燃焼
室内で発生した燃焼ガスは膨張機に対し随時導入され
る。
Description
【０００１】本発明は容積形内燃機関および圧力ガス発
生装置に関するものである。
生装置に関するものである。
【０００２】従来の一般的な容積形内燃機関は同一のピ
ストンが吸入、圧縮、膨張および排気を担っており燃焼
が圧縮行程の終了時点で爆発的に行われる必要があり、
振動および騒音が大である。燃料の着火性、防爆性およ
び燃焼速度が要求され、更に排気ガス成分の処理が困難
である。圧縮率と膨張率が等しいので排気圧が高く排気
音が大であり、熱効率も低い。また従来の容積形内燃機
関で圧縮用ピストンと膨張用ピストンを別個に設けたも
のも燃焼は膨張気筒内で爆発的に行われ、振動および騒
音が大であり、また貯圧室への逆火の問題があった。可
動翼式の圧縮機と膨張機を連結した方式では燃焼圧の変
動は小さく抑えられるが、シール性が悪いので効率が低
い。従来のピストン式の圧力ガス発生装置も燃焼は気筒
内で爆発的に行われた。速度形内燃機関では燃焼が連続
的に行われ、膨張も理論的に大気圧まで行われるが、中
小型機関では、熱エネルギを機械動力に変換する効率が
容積形に対して劣る。
ストンが吸入、圧縮、膨張および排気を担っており燃焼
が圧縮行程の終了時点で爆発的に行われる必要があり、
振動および騒音が大である。燃料の着火性、防爆性およ
び燃焼速度が要求され、更に排気ガス成分の処理が困難
である。圧縮率と膨張率が等しいので排気圧が高く排気
音が大であり、熱効率も低い。また従来の容積形内燃機
関で圧縮用ピストンと膨張用ピストンを別個に設けたも
のも燃焼は膨張気筒内で爆発的に行われ、振動および騒
音が大であり、また貯圧室への逆火の問題があった。可
動翼式の圧縮機と膨張機を連結した方式では燃焼圧の変
動は小さく抑えられるが、シール性が悪いので効率が低
い。従来のピストン式の圧力ガス発生装置も燃焼は気筒
内で爆発的に行われた。速度形内燃機関では燃焼が連続
的に行われ、膨張も理論的に大気圧まで行われるが、中
小型機関では、熱エネルギを機械動力に変換する効率が
容積形に対して劣る。
【０００３】本発明は従来の内燃機関および圧力ガス発
生装置の前記諸問題を改善する。
生装置の前記諸問題を改善する。
【０００４】本発明の内燃機関および圧力ガス発生装置
は専ら吸入、圧縮のみを担う往復ピストン式圧縮機と、
該圧縮機から圧縮空気を供給され該圧縮空気中で燃料を
燃焼させる燃焼室と、専ら膨張、排気のみを担う往復ピ
ストン式膨張機により構成される。
は専ら吸入、圧縮のみを担う往復ピストン式圧縮機と、
該圧縮機から圧縮空気を供給され該圧縮空気中で燃料を
燃焼させる燃焼室と、専ら膨張、排気のみを担う往復ピ
ストン式膨張機により構成される。
【０００５】図１は本発明の第１実施例の機関の断面図
である。圧縮ピストン１０１および膨張ピストン１０２
はそれぞれコンロッド１０３および１０４によりクラン
ク軸１０６に係台されており、該クランク軸１０６の回
転に伴い圧縮気筒１１５および膨張気筒１１６内で往復
運動する。膨張ピストン１０２の行程容積は圧縮ピスト
ン１０１の行程容積より大きい。弁１０７ないし１１０
は圧縮ピストン１０１および膨張ピストン１０２に対し
同期して開閉する。燃焼室１１２は一定の耐圧性、耐熱
性、断熱性および一定の容積を有する圧力容器であり、
供給弁１０８を介して圧縮気筒１１５と連通し、導入弁
１０９を介して膨張気筒１１６とも連通する。
である。圧縮ピストン１０１および膨張ピストン１０２
はそれぞれコンロッド１０３および１０４によりクラン
ク軸１０６に係台されており、該クランク軸１０６の回
転に伴い圧縮気筒１１５および膨張気筒１１６内で往復
運動する。膨張ピストン１０２の行程容積は圧縮ピスト
ン１０１の行程容積より大きい。弁１０７ないし１１０
は圧縮ピストン１０１および膨張ピストン１０２に対し
同期して開閉する。燃焼室１１２は一定の耐圧性、耐熱
性、断熱性および一定の容積を有する圧力容器であり、
供給弁１０８を介して圧縮気筒１１５と連通し、導入弁
１０９を介して膨張気筒１１６とも連通する。
【０００６】圧縮ピストン１０１、圧縮気筒１１５、コ
ンロッド１０３、クランク軸１０６、吸気弁１０７およ
び供給弁１０８は容積形圧縮機を構成する。膨張ピスト
ン１０２、膨張気筒１１６、コンロッド１０４、クラン
ク軸１０６、導入弁１０９および排気弁１１０は容積形
ガス機関を構成する。圧力ガスの導入および膨張により
機械的動力を得るガス機関を本発明においては膨張機と
呼称する。燃料を予め吸気に混台させておくか、あるい
は燃焼室１１２内に噴射する方法等により供給する。点
火プラグ１１４あるいは圧縮熱等により着火し、燃焼室
１１２内において燃料を燃焼させる。
ンロッド１０３、クランク軸１０６、吸気弁１０７およ
び供給弁１０８は容積形圧縮機を構成する。膨張ピスト
ン１０２、膨張気筒１１６、コンロッド１０４、クラン
ク軸１０６、導入弁１０９および排気弁１１０は容積形
ガス機関を構成する。圧力ガスの導入および膨張により
機械的動力を得るガス機関を本発明においては膨張機と
呼称する。燃料を予め吸気に混台させておくか、あるい
は燃焼室１１２内に噴射する方法等により供給する。点
火プラグ１１４あるいは圧縮熱等により着火し、燃焼室
１１２内において燃料を燃焼させる。
【０００７】図２は第１実施例の機関の理論インジケー
タ線図である。Ｖ３は圧縮ピストン１０１の行程容積、
Ｖ４は膨張ピストン１０２の行程容積、Ｐ１は大気圧で
ある。外気は圧縮ピストン１０１の降下に伴い図２のＡ
点からＢ点まで吸入弁１０７を介して吸入される。従来
の容積形内燃機関はピストンの上死点で一定の燃焼空間
を有するので吸入がＭ点から開始されるのに対し、本機
関では理論的に該空間を持たないので吸入はＡ点から開
始される。吸入弁１０７を閉じて圧縮ピストン１０１が
上昇すると吸気はＢ点からＣ点まで圧縮される。吸気が
任意の圧縮率に達した時点で供給弁１０８を開き、圧縮
ピストン１０１が更に上昇するとＣ点からＤ点まで圧縮
空気を燃焼室１１２に対して供給する。
タ線図である。Ｖ３は圧縮ピストン１０１の行程容積、
Ｖ４は膨張ピストン１０２の行程容積、Ｐ１は大気圧で
ある。外気は圧縮ピストン１０１の降下に伴い図２のＡ
点からＢ点まで吸入弁１０７を介して吸入される。従来
の容積形内燃機関はピストンの上死点で一定の燃焼空間
を有するので吸入がＭ点から開始されるのに対し、本機
関では理論的に該空間を持たないので吸入はＡ点から開
始される。吸入弁１０７を閉じて圧縮ピストン１０１が
上昇すると吸気はＢ点からＣ点まで圧縮される。吸気が
任意の圧縮率に達した時点で供給弁１０８を開き、圧縮
ピストン１０１が更に上昇するとＣ点からＤ点まで圧縮
空気を燃焼室１１２に対して供給する。
【０００８】供給開始時点の燃焼室１１２内における既
存の燃焼ガスの圧力はＰ２である。該供給により燃焼室
内の圧力はＰ２からＰ３まで上昇する。燃焼室１１２に
供給された圧縮空気は同室内における燃料の燃焼により
温度上昇し、燃焼ガスとなる。この燃焼により同室内の
圧力は更にＰ３からＰ４まで上昇する。導入弁１０９が
開き膨張ピストン１０２が上死点から降下すると燃焼室
１１２内の燃焼ガスの一部が膨張気筒１１６内にＨ点か
らＪ点まで導入される。該導入に伴い燃焼室１１２内の
圧力はＰ４からＰ２まで降下する。導入弁１０９を閉じ
て膨張ピストン１０２が更に降下すると膨張気筒１１６
内に導入された燃焼ガスはＪ点からＫ点まで膨張する。
排気弁１１０を開き膨張ピストン１０２が上昇するとＫ
点からＡ点まで燃焼ガスを排出する。膨張機も圧縮機と
同様に上死点で燃焼のための空間を理論的に持たないの
で、排気は理論的にＡ点まで完全に行われる。
存の燃焼ガスの圧力はＰ２である。該供給により燃焼室
内の圧力はＰ２からＰ３まで上昇する。燃焼室１１２に
供給された圧縮空気は同室内における燃料の燃焼により
温度上昇し、燃焼ガスとなる。この燃焼により同室内の
圧力は更にＰ３からＰ４まで上昇する。導入弁１０９が
開き膨張ピストン１０２が上死点から降下すると燃焼室
１１２内の燃焼ガスの一部が膨張気筒１１６内にＨ点か
らＪ点まで導入される。該導入に伴い燃焼室１１２内の
圧力はＰ４からＰ２まで降下する。導入弁１０９を閉じ
て膨張ピストン１０２が更に降下すると膨張気筒１１６
内に導入された燃焼ガスはＪ点からＫ点まで膨張する。
排気弁１１０を開き膨張ピストン１０２が上昇するとＫ
点からＡ点まで燃焼ガスを排出する。膨張機も圧縮機と
同様に上死点で燃焼のための空間を理論的に持たないの
で、排気は理論的にＡ点まで完全に行われる。
【０００９】吸気圧縮に要する理論動力は図２において
線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで囲まれる面積に相当する。ま
た、燃焼ガスの膨張から得られる理論動力は、線分Ｈ−
Ｊ−Ｋ−Ａ−Ｈで囲まれる面積に相当する。第１実施例
の機関においては圧縮用クランク軸と膨張用クランク軸
は図１の１０６として一体に形成されており、膨張から
得られた動力の一部が圧縮動力としてクランク軸１０６
を通じて利用される。機関外への理論出力は該理論膨張
動力から該理論圧縮動力を差し引いたものであり、図２
において線分Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｈ−Ｊ−Ｋ−Ｂで囲まれる面
積に相当する。
線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで囲まれる面積に相当する。ま
た、燃焼ガスの膨張から得られる理論動力は、線分Ｈ−
Ｊ−Ｋ−Ａ−Ｈで囲まれる面積に相当する。第１実施例
の機関においては圧縮用クランク軸と膨張用クランク軸
は図１の１０６として一体に形成されており、膨張から
得られた動力の一部が圧縮動力としてクランク軸１０６
を通じて利用される。機関外への理論出力は該理論膨張
動力から該理論圧縮動力を差し引いたものであり、図２
において線分Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｈ−Ｊ−Ｋ−Ｂで囲まれる面
積に相当する。
【００１０】第１実施例の機関においては燃焼室１１２
内の圧力は前述のごとく図２のＰ２ないしＰ４の範囲で
変動する。これは圧縮機から燃焼室１１２への圧縮空気
の供給および燃焼室１１２から膨張機への燃焼ガスの導
入が間欠的なことと、発生熱量の変動による。然るに、
燃焼室１１２の容積が該供給量、該導入量および該熱量
変動に対し十分に大きい場台、燃焼室１１２内の既存の
燃焼ガスの体積弾性により圧力変動が小さく抑えられ、
圧力はほぼＰ２の付近で安定する。従って燃焼室１１２
の容積が十分に大きい場台、前述のＣ点からＤ点に至る
圧縮空気の供給は近似的にＣ点からＬ点に至る。また前
述のＨ点からＪ点に至る燃焼ガスの導入は近似的にＬ点
からＪ点に至る。
内の圧力は前述のごとく図２のＰ２ないしＰ４の範囲で
変動する。これは圧縮機から燃焼室１１２への圧縮空気
の供給および燃焼室１１２から膨張機への燃焼ガスの導
入が間欠的なことと、発生熱量の変動による。然るに、
燃焼室１１２の容積が該供給量、該導入量および該熱量
変動に対し十分に大きい場台、燃焼室１１２内の既存の
燃焼ガスの体積弾性により圧力変動が小さく抑えられ、
圧力はほぼＰ２の付近で安定する。従って燃焼室１１２
の容積が十分に大きい場台、前述のＣ点からＤ点に至る
圧縮空気の供給は近似的にＣ点からＬ点に至る。また前
述のＨ点からＪ点に至る燃焼ガスの導入は近似的にＬ点
からＪ点に至る。
【００１１】第１実施例の圧縮機および膨張機はそれぞ
れ単気筒の往復ピストン機構によるものであるが、それ
ぞれを複数気筒で構成することも可能である。
れ単気筒の往復ピストン機構によるものであるが、それ
ぞれを複数気筒で構成することも可能である。
【００１２】図３は複数気筒の圧縮機、十分に容積の大
きい燃焼室および複数気筒の膨張機により構成される容
積形内燃機関の近似的理論インジケータ線図である。図
３においては図２の各点と同意義の点について同一の記
号で示す。ただし図３におけるＶ１およびＶ２はそれぞ
れ出力軸１回転当りの圧縮空気の供給体積および燃焼ガ
スの導入体積であり、Ｖ３およびＶ４はそれぞれ出力軸
１回転当りの圧縮機および膨張機の行程容積である。
きい燃焼室および複数気筒の膨張機により構成される容
積形内燃機関の近似的理論インジケータ線図である。図
３においては図２の各点と同意義の点について同一の記
号で示す。ただし図３におけるＶ１およびＶ２はそれぞ
れ出力軸１回転当りの圧縮空気の供給体積および燃焼ガ
スの導入体積であり、Ｖ３およびＶ４はそれぞれ出力軸
１回転当りの圧縮機および膨張機の行程容積である。
【００１３】近似的にＣ点からＬ点に至る圧縮空気の供
給、および近似的にＬ点からＪ点に至る燃焼ガスの導入
は気体の状態の変化ではなく、所在する位置の変化であ
る。図３のＣ点まで圧縮された吸気は燃焼室に供給さ
れ、燃焼熱によりＣ点からＪ点まで近似的に等圧膨張す
る。Ｊ点まで膨張した燃焼ガスは膨張気筒に導入され、
膨張気筒内でさらにＫ点まで膨張する。燃焼室に対し圧
縮空気が随時供給され、該燃焼室内で燃焼が脈動的では
あるが連続して行われる。更に該燃焼室内で発生した燃
焼ガスは膨張機に対し随時導入される。
給、および近似的にＬ点からＪ点に至る燃焼ガスの導入
は気体の状態の変化ではなく、所在する位置の変化であ
る。図３のＣ点まで圧縮された吸気は燃焼室に供給さ
れ、燃焼熱によりＣ点からＪ点まで近似的に等圧膨張す
る。Ｊ点まで膨張した燃焼ガスは膨張気筒に導入され、
膨張気筒内でさらにＫ点まで膨張する。燃焼室に対し圧
縮空気が随時供給され、該燃焼室内で燃焼が脈動的では
あるが連続して行われる。更に該燃焼室内で発生した燃
焼ガスは膨張機に対し随時導入される。
【００１４】Ｃ点からＪ点に至る膨張は一定容積の燃焼
室の内部で行なわれるが、これは同室内への圧縮空気の
出力軸１回転当りの供給体積、および同室内から膨張機
への燃焼ガスの導入体積がそれぞれＶ１およびＶ２であ
ることにより実現される。該内燃機関の出力軸１回転当
りの処理空気は吸入から排気までの間に図３のＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｊ、Ｋ、Ａの各点の状態を順次経過する。理論的外
部出力は近似的に線分Ｂ−Ｃ−Ｊ−Ｋ−Ｂで囲まれる面
積に相当する。該内燃機関において容積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ
３、Ｖ４および燃焼室の容積の相互の比率は各ピストン
の行程容積および各弁の開閉時期の設定により任意に設
定できる。通常の容積形内燃機関では圧縮の行程容積と
膨張の行程容積が等しいので、膨張が図３のＰ点で打ち
切られＰ点からＢ点まで等容放熱するのに対し、本機関
では機関内で理論的に大気圧即ちＫ点まで膨張する。
室の内部で行なわれるが、これは同室内への圧縮空気の
出力軸１回転当りの供給体積、および同室内から膨張機
への燃焼ガスの導入体積がそれぞれＶ１およびＶ２であ
ることにより実現される。該内燃機関の出力軸１回転当
りの処理空気は吸入から排気までの間に図３のＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｊ、Ｋ、Ａの各点の状態を順次経過する。理論的外
部出力は近似的に線分Ｂ−Ｃ−Ｊ−Ｋ−Ｂで囲まれる面
積に相当する。該内燃機関において容積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ
３、Ｖ４および燃焼室の容積の相互の比率は各ピストン
の行程容積および各弁の開閉時期の設定により任意に設
定できる。通常の容積形内燃機関では圧縮の行程容積と
膨張の行程容積が等しいので、膨張が図３のＰ点で打ち
切られＰ点からＢ点まで等容放熱するのに対し、本機関
では機関内で理論的に大気圧即ちＫ点まで膨張する。
【００１５】燃焼室における出力軸１回転当りの燃焼ガ
スの膨張体積Ｖ５は供給熱量と対応する。従って、出力
軸の１回転当りの容積Ｖ１ないしＶ４が一定であり、且
つ負荷トルクが一定である場台出力軸の回転速度は時間
当りの燃料供給量に対応する。
スの膨張体積Ｖ５は供給熱量と対応する。従って、出力
軸の１回転当りの容積Ｖ１ないしＶ４が一定であり、且
つ負荷トルクが一定である場台出力軸の回転速度は時間
当りの燃料供給量に対応する。
【００１６】本発明の機関は本質的に熱機関であり前記
膨張体積Ｖ５は燃焼ガスの熱膨張により補われるが、燃
焼室に対し機関外から圧力ガスが供給された場合、熱膨
張と同等の作用をおこなう。従って本機関の運転は燃焼
熱によるほか、圧力ガスの供給によることも可能であり
ガス機関としても作用する。
膨張体積Ｖ５は燃焼ガスの熱膨張により補われるが、燃
焼室に対し機関外から圧力ガスが供給された場合、熱膨
張と同等の作用をおこなう。従って本機関の運転は燃焼
熱によるほか、圧力ガスの供給によることも可能であり
ガス機関としても作用する。
【００１７】第１実施例では圧縮用クランク軸と膨張用
クランク軸は図１の１０６として一体に形成されている
が、歯車等の機械的伝達手段または変速手段を介して圧
縮のための動力を膨張機から圧縮機へ伝達することも可
能である。第１実施例では膨張動力の一部を圧縮動力と
して利用しているが、圧縮機と膨張機を個別に形成し電
動機等の外部動力で圧縮機を駆動して、膨張機から得ら
れる動力の全てを外部出力として利用することも可能で
ある。
クランク軸は図１の１０６として一体に形成されている
が、歯車等の機械的伝達手段または変速手段を介して圧
縮のための動力を膨張機から圧縮機へ伝達することも可
能である。第１実施例では膨張動力の一部を圧縮動力と
して利用しているが、圧縮機と膨張機を個別に形成し電
動機等の外部動力で圧縮機を駆動して、膨張機から得ら
れる動力の全てを外部出力として利用することも可能で
ある。
【００１８】図４は第２実施例の機関の断面図である。
第１実施例の機関に対し第２の往復ピストン式膨張機を
付加し、該第２膨張機に燃焼ガスの一部を燃焼室４２１
から導く。第２膨張機は第２膨張ピストン４０３、第２
膨張気筒４１３、コンロッド４０６、第２クランク軸４
１０、第２導入弁４１８および第２排気弁４１９の組台
せにより構成される。第２実施例では、第１実施例の膨
張機に相当するものは第１膨張機である。第１膨張機の
出力は主に圧縮動力として利用され、第２膨張機の出力
が外部出力となる。
第１実施例の機関に対し第２の往復ピストン式膨張機を
付加し、該第２膨張機に燃焼ガスの一部を燃焼室４２１
から導く。第２膨張機は第２膨張ピストン４０３、第２
膨張気筒４１３、コンロッド４０６、第２クランク軸４
１０、第２導入弁４１８および第２排気弁４１９の組台
せにより構成される。第２実施例では、第１実施例の膨
張機に相当するものは第１膨張機である。第１膨張機の
出力は主に圧縮動力として利用され、第２膨張機の出力
が外部出力となる。
【００１９】第２実施例の機関の理論動力も図３で説明
する。圧縮に要する理論動力は近似的に図３の線分Ａ−
Ｂ−Ｃ−Ｌ−Ａで囲まれる面積に相当する。燃焼熱によ
り体積Ｖ２まで膨張した燃焼ガスのうちの体積Ｖ１の分
量を第１膨張機に導入すれば、理論的に該面積に相当す
る動力が第１膨張機から得られる。該動力が第１クラン
ク軸４０８を介して圧縮機に伝達される。体積Ｖ２の燃
焼ガスのうちの残り分即ち体積Ｖ５の分量を第２膨張機
に導入すれば外部出力が第２クランク軸４１０から得ら
れる。第２膨張機に導入された燃焼ガスが大気圧まで断
熱膨張して到達する体積は理論的に図３の体積Ｖ４と体
積Ｖ３の差即ち体積Ｖ６であり、第２膨張機の理論的出
力は近似的に図３の線分Ｂ−Ｃ−Ｊ−Ｋ−Ｂで囲まれる
面積に相当する。
する。圧縮に要する理論動力は近似的に図３の線分Ａ−
Ｂ−Ｃ−Ｌ−Ａで囲まれる面積に相当する。燃焼熱によ
り体積Ｖ２まで膨張した燃焼ガスのうちの体積Ｖ１の分
量を第１膨張機に導入すれば、理論的に該面積に相当す
る動力が第１膨張機から得られる。該動力が第１クラン
ク軸４０８を介して圧縮機に伝達される。体積Ｖ２の燃
焼ガスのうちの残り分即ち体積Ｖ５の分量を第２膨張機
に導入すれば外部出力が第２クランク軸４１０から得ら
れる。第２膨張機に導入された燃焼ガスが大気圧まで断
熱膨張して到達する体積は理論的に図３の体積Ｖ４と体
積Ｖ３の差即ち体積Ｖ６であり、第２膨張機の理論的出
力は近似的に図３の線分Ｂ−Ｃ−Ｊ−Ｋ−Ｂで囲まれる
面積に相当する。
【００２０】第２実施例の主要構成要素は圧縮機、燃焼
室、第１膨張機および第２膨張機である。このうち圧縮
機、燃焼室および第１膨張機の組合せは圧力ガス発生装
置を構成する。該圧力ガス発生装置は膨張機の行程容積
が比較的に小さいことを除いて、第１実施例の機関の構
成と同等である。該圧力ガス発生装置のクランク軸１回
転当りのガス発生量は理論的にＶ５であり、圧力はＰ２
である。
室、第１膨張機および第２膨張機である。このうち圧縮
機、燃焼室および第１膨張機の組合せは圧力ガス発生装
置を構成する。該圧力ガス発生装置は膨張機の行程容積
が比較的に小さいことを除いて、第１実施例の機関の構
成と同等である。該圧力ガス発生装置のクランク軸１回
転当りのガス発生量は理論的にＶ５であり、圧力はＰ２
である。
【００２１】第２実施例においてガス発生装置は容積形
であるが第２膨張機は必ずしも容積形である必要はな
く、速度形ガス機関を用いることも可能である。また、
ガス発生装置は往復ピストン式であるが膨張機は可動翼
式等の他の方式によることも可能である。
であるが第２膨張機は必ずしも容積形である必要はな
く、速度形ガス機関を用いることも可能である。また、
ガス発生装置は往復ピストン式であるが膨張機は可動翼
式等の他の方式によることも可能である。
【００２２】第２実施例において圧縮機、第１膨張機お
よび第２膨張機は単気筒による構成であるが、それぞれ
を複数気筒で構成することも可能である。第１実施例の
膨張機あるいは第２実施例の第２膨張機を複数気筒で構
成した場台、使用する気筒を選択することにより膨張機
の出力軸１回転当りの行程容積が変化するので出力特性
が変化する。全気筒を使用する場合は出力が低速高トル
クであり、一部の気筒を使用する場台は比較的に高速低
トルクである。
よび第２膨張機は単気筒による構成であるが、それぞれ
を複数気筒で構成することも可能である。第１実施例の
膨張機あるいは第２実施例の第２膨張機を複数気筒で構
成した場台、使用する気筒を選択することにより膨張機
の出力軸１回転当りの行程容積が変化するので出力特性
が変化する。全気筒を使用する場合は出力が低速高トル
クであり、一部の気筒を使用する場台は比較的に高速低
トルクである。
【００２３】図５は第３実施例を示す原理図であり各構
成要素を象徴化して示す。本例は第２実施例の第２膨張
機を複数気筒で構成した場合の、使用気筒を選択する第
１の例である。５０１は第２実施例の圧力ガス発生装置
に相当する。複数の膨張気筒５０２ないし５０４に対応
する複数の導入弁５０８ないし５１０、および排気弁５
１１ないし５１３のうち、非使用気筒に対応する導入弁
を強制的に閉の状態に保ち、非使用気筒に対応する排気
弁を強制的に開の状態に保つ。以上により使用気筒のみ
に圧力ガスが導入され、非使用気筒は排気弁を通じて大
気と連通し非使用気筒に対応するピストンは空運転す
る。
成要素を象徴化して示す。本例は第２実施例の第２膨張
機を複数気筒で構成した場合の、使用気筒を選択する第
１の例である。５０１は第２実施例の圧力ガス発生装置
に相当する。複数の膨張気筒５０２ないし５０４に対応
する複数の導入弁５０８ないし５１０、および排気弁５
１１ないし５１３のうち、非使用気筒に対応する導入弁
を強制的に閉の状態に保ち、非使用気筒に対応する排気
弁を強制的に開の状態に保つ。以上により使用気筒のみ
に圧力ガスが導入され、非使用気筒は排気弁を通じて大
気と連通し非使用気筒に対応するピストンは空運転す
る。
【００２４】図６は第４実施例を示す原理図であり、使
用気筒を選択する第２の例である。複数の膨張気筒６０
１ないし６０３に対応する複数のクランク軸６１３ない
し６１５と、出力軸６１９との間にクラッチ６１６ない
し６１８を設け、使用気筒に対応するクラッチのみを連
結状態にする。この場台、非使用気筒に対しては、これ
に対応する導入弁を閉の状態に保つか、あるいは非使用
気筒に対応するクランク軸を機械的に拘束することによ
り圧力ガスの導入を停止する。
用気筒を選択する第２の例である。複数の膨張気筒６０
１ないし６０３に対応する複数のクランク軸６１３ない
し６１５と、出力軸６１９との間にクラッチ６１６ない
し６１８を設け、使用気筒に対応するクラッチのみを連
結状態にする。この場台、非使用気筒に対しては、これ
に対応する導入弁を閉の状態に保つか、あるいは非使用
気筒に対応するクランク軸を機械的に拘束することによ
り圧力ガスの導入を停止する。
【００２５】第３実施例および第４実施例において各膨
張気筒の間で行程容積に差を設けた場台、使用気筒の組
合せにより出力軸１回転当りの行程容積を多段に設定で
きる。
張気筒の間で行程容積に差を設けた場台、使用気筒の組
合せにより出力軸１回転当りの行程容積を多段に設定で
きる。
【００２６】本発明の効果は以下の通りである。本発明
の内燃機関において燃焼は爆発的に行われる必要がな
く、圧縮空気が燃焼室に供給されてから膨張機に導入さ
れるまでの間に、燃焼室内において連続的に行なわれ
る。従って従来の容積形内燃機関に比べ、燃焼速度の低
い燃料あるいは防爆性の低い燃料でも高い燃焼効率が得
られる。燃焼に長時間をかけられるので空燃比を理想値
に設定でき、吸気または燃料の無駄が少ない。燃焼に長
時間をかけられるので燃焼室内において燃焼促進が十分
に行われ高効率であり、かつ排ガスが比較的に清浄であ
る。また燃焼室内において触媒等による排ガスの処理が
可能である。爆発による振動、騒音を伴わない。
の内燃機関において燃焼は爆発的に行われる必要がな
く、圧縮空気が燃焼室に供給されてから膨張機に導入さ
れるまでの間に、燃焼室内において連続的に行なわれ
る。従って従来の容積形内燃機関に比べ、燃焼速度の低
い燃料あるいは防爆性の低い燃料でも高い燃焼効率が得
られる。燃焼に長時間をかけられるので空燃比を理想値
に設定でき、吸気または燃料の無駄が少ない。燃焼に長
時間をかけられるので燃焼室内において燃焼促進が十分
に行われ高効率であり、かつ排ガスが比較的に清浄であ
る。また燃焼室内において触媒等による排ガスの処理が
可能である。爆発による振動、騒音を伴わない。
【００２７】従来の容積形内燃機関では機関内での燃焼
ガスの膨張が図３のＰ点までであり、線分Ｐ−Ｋ−Ｂ−
Ｐで囲まれる面積に相当する熱エネルギが大気に放出さ
れるのに対し本発明の容積形内燃機関では、燃焼ガスが
膨張気筒内で理論的に大気圧即ちＫ点まで膨張できるの
で該面積に相当するエネルギが機械的動力に変換され熱
効率が高い。また気筒内で大気圧付近まで膨張してから
排気を行うので排気音が低い。
ガスの膨張が図３のＰ点までであり、線分Ｐ−Ｋ−Ｂ−
Ｐで囲まれる面積に相当する熱エネルギが大気に放出さ
れるのに対し本発明の容積形内燃機関では、燃焼ガスが
膨張気筒内で理論的に大気圧即ちＫ点まで膨張できるの
で該面積に相当するエネルギが機械的動力に変換され熱
効率が高い。また気筒内で大気圧付近まで膨張してから
排気を行うので排気音が低い。
【００２８】可動翼式に比ベシール性が高いので高効率
である。圧縮、燃焼および膨張の各機能要素が独立して
おり、各々の容積比を組み合わせることにより機関の特
性を幅広く設定できる。本発明の内燃機関は容積形内燃
機関であり、速度形内燃機関に比べ燃焼圧を高くできる
ので、機械的動力を得る小型の内燃機関では速度形より
効率が高い。圧縮気筒および膨張気筒が燃焼のための空
間を持たないので掃気が理論的に完全である。更に圧縮
機と燃焼室が独立しており吸気に対する燃焼熱の伝達が
少なく、吸気温度が低いので吸気効率が高い。
である。圧縮、燃焼および膨張の各機能要素が独立して
おり、各々の容積比を組み合わせることにより機関の特
性を幅広く設定できる。本発明の内燃機関は容積形内燃
機関であり、速度形内燃機関に比べ燃焼圧を高くできる
ので、機械的動力を得る小型の内燃機関では速度形より
効率が高い。圧縮気筒および膨張気筒が燃焼のための空
間を持たないので掃気が理論的に完全である。更に圧縮
機と燃焼室が独立しており吸気に対する燃焼熱の伝達が
少なく、吸気温度が低いので吸気効率が高い。
【００２９】第２実施例のごとく燃焼ガスにより第２膨
張機を駆動することが可能であり、出力特性を広範囲に
設定できる。第２実施例の機関においては第２膨張機へ
のガスの供給状態を開閉弁等で制御することにより、圧
力ガス発生装置を運転状態のままで、第２膨張機の運転
状態を制御できる。また、無負荷時あるいは過大負荷時
には圧力ガス発生装置が運転状態のままで第２膨張機が
停止できる。第２膨張機の導入弁４１８および排気弁４
１９の第２クランク軸４１０に対する開閉時期を変化さ
せることにより第２クランク軸即ち出力軸は逆方向に回
転できる。
張機を駆動することが可能であり、出力特性を広範囲に
設定できる。第２実施例の機関においては第２膨張機へ
のガスの供給状態を開閉弁等で制御することにより、圧
力ガス発生装置を運転状態のままで、第２膨張機の運転
状態を制御できる。また、無負荷時あるいは過大負荷時
には圧力ガス発生装置が運転状態のままで第２膨張機が
停止できる。第２膨張機の導入弁４１８および排気弁４
１９の第２クランク軸４１０に対する開閉時期を変化さ
せることにより第２クランク軸即ち出力軸は逆方向に回
転できる。
【００３０】第３実施例あるいは第４実施例のごとく使
用気筒を選択することにより出力特性を制御できる。
用気筒を選択することにより出力特性を制御できる。
【００３１】機関外からの圧力ガス供給による始動およ
び運転が可能である。
び運転が可能である。
【図１】 本発明の第１実施例の機関の断面図。
【図２】 第１実施例の機関の理論インジケータ線図。
【図３】 複数気筒の圧縮機、十分に容積の大きい燃焼
室および複数気筒の膨張機により構成される容積形内燃
機関の近似的理論インジケータ線図。
室および複数気筒の膨張機により構成される容積形内燃
機関の近似的理論インジケータ線図。
【図４】 第２実施例の機関の断面図。
【図５】 第３実施例の原理図。
【図６】 第４実施例の原理図。
１０１は圧縮ピストン。１０２は膨張ピストン。１０７
は吸気弁。１０８は圧縮空気の供給弁。１０９は燃焼ガ
スの導入弁。１１０は排気弁。１１２は燃焼室。Ｖ１は
圧縮気筒１１５から燃焼室１１２への圧縮空気の供給体
積。Ｖ２は燃焼室１１２から膨張気筒１１６への燃焼ガ
スの導入体積。Ｖ３は圧縮ピストン１０１の行程容積。
Ｖ４は膨張ピストン１０２の行程容積。Ｐ１は大気圧。
４０３は第２膨張ピストン。４１０は第２クランク軸。
５０１は圧力ガス発生装置。６１６ないし６１８はクラ
ッチ。６１９は出力軸。
は吸気弁。１０８は圧縮空気の供給弁。１０９は燃焼ガ
スの導入弁。１１０は排気弁。１１２は燃焼室。Ｖ１は
圧縮気筒１１５から燃焼室１１２への圧縮空気の供給体
積。Ｖ２は燃焼室１１２から膨張気筒１１６への燃焼ガ
スの導入体積。Ｖ３は圧縮ピストン１０１の行程容積。
Ｖ４は膨張ピストン１０２の行程容積。Ｐ１は大気圧。
４０３は第２膨張ピストン。４１０は第２クランク軸。
５０１は圧力ガス発生装置。６１６ないし６１８はクラ
ッチ。６１９は出力軸。
Claims (6)
- 【請求項１】 往復ピストン式圧縮機と燃焼室と往復ピ
ストン式膨張機を具備し、該圧縮機から該燃焼室に圧縮
空気を供給し、該燃焼室において燃料を燃焼させ、発生
した燃焼ガスを該膨張機に導入し、該膨張機内で燃焼ガ
スを膨張させることを特徴とした容積形内燃機関または
圧力ガス発生装置。 - 【請求項２】 膨張機の出力を圧縮機の駆動動力に利用
するところの請求項１の内燃機関または圧力ガス発生装
置。 - 【請求項３】 圧縮機のクランク軸と膨張機のクランク
軸を機械的に係台あるいは結合ないし一体化した請求項
２の内燃機関または圧力ガス発生装置。 - 【請求項４】 第２の膨張機に燃焼室から燃焼ガスを導
くことを特徴とした請求項２および請求項３の内燃機
関。 - 【請求項５】 膨張機を複数の気筒で構成し、使用する
気筒を選択するところの請求項１ないし請求項４の内燃
機関。 - 【請求項６】 弁の開閉時期を変化させることにより出
力軸を正逆に回転するところの請求項１、請求項４およ
び請求項５の内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3357423A JPH05156954A (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 連続燃焼式容積形内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3357423A JPH05156954A (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 連続燃焼式容積形内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05156954A true JPH05156954A (ja) | 1993-06-22 |
Family
ID=18454049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3357423A Pending JPH05156954A (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 連続燃焼式容積形内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05156954A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6543225B2 (en) | 2001-07-20 | 2003-04-08 | Scuderi Group Llc | Split four stroke cycle internal combustion engine |
| US6722127B2 (en) | 2001-07-20 | 2004-04-20 | Carmelo J. Scuderi | Split four stroke engine |
| US6952923B2 (en) | 2003-06-20 | 2005-10-11 | Branyon David P | Split-cycle four-stroke engine |
| GB2413361A (en) * | 2004-04-20 | 2005-10-26 | Leslie Maidment | Fixed-displacement i.c. engine with expansion ratio greater than compression ratio |
| US6986329B2 (en) | 2003-07-23 | 2006-01-17 | Scuderi Salvatore C | Split-cycle engine with dwell piston motion |
| WO2009155620A1 (de) * | 2008-06-26 | 2009-12-30 | Sl Ingconsult Gmbh | PRINZIP EINES VIERTAKT-HUBKOLBENMOTORS MIT RÄUMLICHER TRENNUNG DER TAKTE FÜR ANSAUGEN UND VERDICHTEN VON DEN TAKTEN FÜR ARBEIT UND GASAUSSTOß |
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| JP2012528984A (ja) * | 2009-06-04 | 2012-11-15 | ジョナサン・ジェイ・フェインステイン | 内燃機関 |
| CN102852633A (zh) * | 2011-08-18 | 2013-01-02 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 不等承压能力活塞式热动力系统 |
| CN103485889A (zh) * | 2012-09-21 | 2014-01-01 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 活塞式液体做功内燃相循环发动机 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS4912721A (ja) * | 1972-03-03 | 1974-02-04 | ||
| JPS4917961A (ja) * | 1972-06-07 | 1974-02-16 |
-
1991
- 1991-12-02 JP JP3357423A patent/JPH05156954A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4912721A (ja) * | 1972-03-03 | 1974-02-04 | ||
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| US6609371B2 (en) | 2001-07-20 | 2003-08-26 | Scuderi Group Llc | Split four stroke engine |
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| US7954461B2 (en) | 2003-06-20 | 2011-06-07 | Scuderi Group, Llc | Split-cycle four-stroke engine |
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| US8006656B2 (en) | 2003-06-20 | 2011-08-30 | Scuderi Group, Llc | Split-cycle four-stroke engine |
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| JP2012528984A (ja) * | 2009-06-04 | 2012-11-15 | ジョナサン・ジェイ・フェインステイン | 内燃機関 |
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| CN102748118A (zh) * | 2011-06-20 | 2012-10-24 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 单工质连续燃烧室活塞热动力系统 |
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| CN103485889A (zh) * | 2012-09-21 | 2014-01-01 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 活塞式液体做功内燃相循环发动机 |
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