JPH0754659A

JPH0754659A - 吸気圧縮行程別置形熱機関

Info

Publication number: JPH0754659A
Application number: JP23257693A
Authority: JP
Inventors: Masami Tanemura; 政己種村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-02-28

Abstract

(57)【要約】【目的】４サイクル熱機関において吸気行程と圧縮行程
を別の圧縮機により行うことにより熱機関の性能を向上
させること【構成】ピストンシリンダー（１ａ）とピストン（２）
と排気弁（４）によって構成される燃焼機（１）と冷却
装置（８）を設置した圧縮機（５）とを結ぶ給気管（６
ａ）上に蓄圧タンク（１０）と排気管（４ｂ）内に設置
され排気ガスと熱交換を行う熱交換装置（９）と空気燃
料混合装置（７）と給気弁（６）を設定した吸気圧縮行
程別置形等温圧縮熱機関

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４サイクル熱機関にお
いて吸気行程と圧縮行程を分離することにより成立する
熱機関に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、４サイクル熱機関において吸気行
程および圧縮行程は燃焼行程および排気行程と同一の装
置内で行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このために特に圧縮行
程は大きな制約を受けていた。第一に、シリンダーとピ
ストンの上死点の間の容積と下死点の間の容積によって
圧縮比が定まるために圧縮比を大きくすることが出来な
かった。

【０００４】第二に、予混合燃料を使用するオットーサ
イクル（ガソリンエンジン等）においては燃焼は予混合
火炎であるが圧縮比を大きく取ると予混合燃料の断熱圧
縮によって高温となりノッキングが発生する恐れがあっ
た。一方、ディーゼルサイクルは高温圧縮空気に燃料を
噴射することによって燃焼させるので拡散火炎となりば
い煙等の発生を防げなかった。

【０００５】第三に、圧縮行程においては密閉度を高め
なければならないが燃焼機の中におかれている圧縮機で
有るために高熱に晒され有効な密閉手段を取ることが出
来なかった。

【０００６】第四に、燃焼行程においてはシリンダーに
よる膨圧方式は有効な方式であるが圧縮行程においては
他の有効な圧縮方式が存在する。

【０００７】これらの課題を解決するには燃焼行程と圧
縮行程をそれぞれ別の装置で行い燃焼機（１）の上死点
付近で圧縮混合ガスまたは圧縮空気を燃焼機（１）に導
いて燃焼行程を行えば良いのであるが燃焼機（１）に圧
縮混合ガスまたは圧縮空気を供給する給気弁（６）の開
閉動作が瞬間的で有るために従来の吸気弁の構造では実
現が難しい。

【０００８】また、圧縮行程と燃焼行程を分離すること
により燃料混合行程を圧縮機や燃焼機の中ばかりでなく
圧縮機と燃焼機をつなぐ給気管の中で行うことにより良
好な混合気を製作することが出来れば燃焼効率の向上に
つながる。以下順次列挙すると

【０００９】燃焼温度を上げずに高出力機関を実現す
る。

【００１０】ディーゼルサイクル機関への応用

【００１１】排気ガスの持つ熱エネルギーの回収

【００１２】蓄圧タンクの設置による燃焼機と圧縮機の
マッチング

【００１３】自動車などの慣性エネルギーの回収および
再利用

【００１４】効率的な給気弁の開発

【００１５】効率的な燃焼機の開発

【００１６】以上の点が本発明における主な課題であ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】課題を解決する手段につ
いて図面を参照しながら説明する。

【００１８】圧縮機（５）としてシリンダー式圧縮機を
用いた方式を例に取って説明する。

【００１９】図１−４に示すごとく燃焼機（１）におけ
る燃焼行程および排気行程と吸気行程および圧縮行程と
を分離し圧縮用シリンダー（１ｂ）によって行い燃焼機
（１）の排気行程終了時上死点付近において排気弁が閉
じると同時に給気弁（６）が開き圧縮混合気が燃焼機
（１）に給気され燃焼行程が起こるように構成された装
置を導入する。

【００２０】燃焼機（１）は燃焼行程と排気行程によっ
て成り立つ２サイクルである。圧縮用シリンダー（１
ｂ）は吸気行程と圧縮行程によって成り立つ２サイクル
である。従って上記の熱機関は２シリンダーの４サイク
ル熱機関と理論的に同等である。

【００２１】上記のサイクルのｐ−Ｖ線図およびＴ−Ｓ
線図を図１−８および図１−９に示す。

【００２２】図２−１に示すごとく圧縮機（５）と燃焼
機（１）とを結ぶ給気管（６ａ）に空気燃料混合装置
（７）を設置することにより圧縮機（５）に空気圧縮機
を採用することが出来る。

【００２３】４サイクル熱機関の圧縮行程は断熱圧縮で
あるが、図３−１で示すごとく冷却装置（８）設置し等
温圧縮とすることにより図３−３および図３−４で示す
ｐ−Ｖ線図およびＴ−Ｓ線図を得る。

【００２４】図４−１で示すごとく燃料噴射装置（７
ａ）を燃焼機（１）内に設置して上記のサイクルをディ
ーゼルサイクル熱機関とすることが出来る。

【００２５】また、図５−１で示すように圧縮行程を等
温圧縮とし、いままで無駄に捨てられていた排気ガスの
の排熱を回収することにより、図５−２、図５−３で示
すＴ−Ｓ線図およびｐ−Ｖ線図を得る。

【００２６】図６−１は、燃焼機（１）と圧縮機（５）
を結ぶ給気管（６ａ）上に蓄圧タンク（１０）と空気燃
料混合装置（７）と給気弁（６）が設定されている構成
である。

【００２７】図７−１で示すように蓄圧タンク（１０）
と流量調節装置（１１）を設けることにより、特に自動
車などのエンジンとして使用する場合に、減速時には流
量調節装置（１１）により燃焼シリンダーに流れる空気
量を遮断するか減量することにより自動車などの慣性エ
ネルギーを蓄圧タンク（１０）に空気圧として蓄えエン
ジンブレーキの効きを良くし、加速時に放出することに
より加速性能を良くする手段が生じる。

【００２８】流量調節装置（１１）としては、流量制御
弁等のほか図７−３で示す流量調節装置を使用するもの
とする。

【００２９】上記の熱サイクル機関において圧縮機
（５）が燃焼機（１）と分離されているためにシリンダ
ー式圧縮機以外の有効な圧縮機を使用する手段が生じ
る。

【００３０】以上が圧縮行程と燃焼行程を分離し有効な
作用を持つ熱サイクル機関を実現するための手段であ
る。

【００３１】次に給気弁（６）について説明する。

【００３２】給気弁（６）は燃焼機（１）内のピストン
（２）の運動の周期と等しい運動をしながら燃焼機
（１）内のピストン（２）が上死点付近に達したとき給
気口が開く構造になっている。

【００３３】これにより給気弁（６）の運動は瞬間的に
ならず給気口の開閉動作のみが瞬間的に行われることに
なる。

【００３４】本発明に示されている給気弁（６）は往復
式と回転式で有るが、いずれも往復または回転運動の途
中で燃焼機（１）内のピストン（２）が上死点付近に達
したとき給気口が接続する構造になっているものであ
る。

【００３５】圧縮空気と燃料を給気管（６ａ）の中で混
合する方法として図２−３で示す方式の他、請求項１２
で示す方式等がある。

【００３６】燃焼機（１）の種類および構造として請求
項１で示す方式の他、図１−１３で示す排気弁（４）を
無くした方法と請求項１３および請求項１４で示す方法
などがある。

【００３７】図１５−１および図１５−２で示すごとく
空力弁（１７）を用いることにより給気弁を無くした燃
焼機が出来る。

【００３８】図１５−３および図１５−４で示すごとく
空力弁（１７）と給気弁（６）を併設することにより給
気弁の運動を緩和できる。

【００３９】

【作用】作用について図面を参照しながら説明する。

【００４０】混合方式に予混合気を採用し圧縮機（５）
としてシリンダー式圧縮機を用いた熱機関を例に取って
作用を説明する。

【００４１】燃焼機（１）の作用

【００４２】一、給気行程、排気行程の終了時ピストン
（２）の上死点付近で排気弁（４）が閉じると同時に給
気弁（６）が開き圧縮混合気が燃焼機（１）の中に導か
れる。図１−４参照

【００４３】二、燃焼行程、給気弁（６）が閉じると同
時に燃焼シリンダーに溜った混合気は点火装置によって
点火され瞬間的に燃焼し高温高圧の燃焼ガスとなってピ
ストン（２）を押し下げる。図１−５参照

【００４４】三、排気行程、押し下げられたピストン
（２）の下死点において排気弁（４）が開き排気が行わ
れる。図１−６参照

【００４５】四、排気行程、ピストン（２）が慣性によ
って押し上げられることにより残った排気ガスは掃気さ
れピストン（２）の上死点付近において排気弁が閉じ
る。図１−７参照

【００４６】燃焼機（１）は、上記、一から四、の行程
を繰り返す。

【００４７】給気用シリンダーの作用

【００４８】五、給気弁（６）が閉じると同時に圧縮用
シリンダー（１ｂ）の吸気弁（３）が開き圧縮用ピスト
ンが燃焼行程のの燃焼作用により生じた圧力により押し
下げられ吸気する。図１−５参照

【００４９】六、押し下げられた圧縮用ピストンの下死
点において吸気弁（３）が閉じる。図１−６参照

【００５０】七、圧縮用ピストンが慣性によって押し上
げられることにより混合気は圧縮されピストン（２）の
上死点付近において給気弁（６）が開くことにより圧縮
混合気は燃焼機（１）に移動する。図１−４、図１−７
参照

【００５１】圧縮用シリンダー（１ｂ）は、上記、五か
ら七、の行程を繰り返す。

【００５２】図１−８のｐ−Ｖ線図および図１−９のＴ
−Ｓ線図は断熱圧縮定容サイクルを示すものである。

【００５３】前記、図１−４で示す燃焼機（１）の作用
において、給気弁（６）が開いたとき給気弁（６）の前
部または後部に設置された空気燃料混合装置（７）の作
用により圧縮空気と燃料とが混合され圧縮混合気が燃焼
機（１）の中に導かれる。これにより圧縮用シリンダー
（１ｂ）は圧縮空気の製造のみを受け持つことが出来
る。

【００５４】空気燃料混合装置（７）は燃料噴射装置
（７ａ）およびベンチュリー式燃料供給装置（７ｂ）お
よび請求項１２の空気燃料供給装置等の作用により供給
される燃料が給気弁（６）の開動作によって生じる高速
度の空気流によって瞬間的に霧化する作用を持つもので
ある。

【００５５】図２−１は、空気燃料混合装置（７）を燃
焼機（１）と圧縮機（５）を結ぶ給気管（６ａ）内に置
いた装置のうち給気弁の前部に空気燃料混合装置（７）
を設置した場合を示している。

【００５６】図３−１は冷却装置（８）を設置し圧縮機
（５）における圧縮行程を等温圧縮行程とした装置を示
している。

【００５７】図３−２のｐ−Ｖ線図で示すごとく同一の
体積の空気を圧縮するときの仕事量が少ない。従って同
一の仕事量ならばより多くの圧縮空気を作り出すことが
出来るので、圧縮機（５）の圧縮行程を等温圧縮行程と
することによってより多くの圧縮混合気を燃焼機（１）
に送り込むことが出来る。

【００５８】図３−３のｐ−Ｖ線図および図３−４のＴ
−Ｓ線図は等温圧縮定容サイクルを示すものである。

【００５９】図４−１は、燃料噴射装置（７ａ）を燃焼
シリンダーの中に設置することにより容易にディーゼル
サイクル熱機関になることを示すものである。

【００６０】請求項４のディーゼルサイクル熱機関は、
給気弁（６）の開動作によって空気流が燃焼室内に流れ
込むと同時に燃料噴射装置（７ａ）より燃料が燃焼室内
に噴射され混合されて燃焼する構造であり、圧縮空気流
の作用により空気と燃料の混合状態が良好になる。

【００６１】上記のディーゼルサイクル熱機関の燃料噴
射のタイミングとして運転中に排気行程において排気弁
（４）が少し早めに閉じて燃料噴射を行い燃料を蒸発さ
せて後、給気弁（６）の開動作によって空気流が燃焼室
内に流れ込むことにより混合させる方式により燃料の混
合状態を良好にすると共にピストンの冷却を行う作用を
実現できる。

【００６２】図５−１は冷却装置（８）と熱交換装置
（９）を設置し圧縮機（５）により圧縮される空気を冷
却装置（８）により冷却し等温圧縮を行い熱交換装置
（９）により排気弁（４）より排気される排気ガスによ
って圧縮空気を再び加温することにより構成される吸気
圧縮行程別置形等温圧縮定圧膨張定容サイクル熱機関の
構造を示すものである。

【００６３】図５−２、図５−３で示すＴ−Ｓ線図およ
びｐ−Ｖ線図に添って作用を説明する。

【００６４】図５−２のＴ−Ｓ線図について簡単に説明
すると、ａ−ｂ．等温圧縮により温度が等しい状態でエ
ントロピーを下げた圧縮空気は、ｂ−ｃ．排気ガスと熱
交換されエントロピーと温度を上げながら定圧膨張す
る、ｃ−ｄ．燃焼行程においてさらにエントロピーと温
度を上げる（定容加熱）、ｄ−ｅ．断熱膨張によりエン
トロピーが一定のまま温度を下げる、ｅ−ａ．排気行程
により定容放熱する。

【００６５】断熱圧縮によるＴ−Ｓ線図は、ａ−ｃ．の
点線で示されているので、排気ガスにより加温された温
度と断熱圧縮による到達温度とが等しいとすれば、断熱
圧縮定容サイクルに比べ１サイクル当りちようど斜線の
分だけ熱効率が向上したことを示している。

【００６６】図５−３のｐ−Ｖ線図について、上記と同
様に斜線で示した部分だけ１サイクル当り取り出せる仕
事量が増えることを示している。

【００６７】図６−１で示すような蓄圧タンク（１０）
を設けた圧縮機（５）を用いた熱機関の作用を説明す
る。

【００６８】圧縮機（５）により圧縮された空気は蓄圧
タンク（１０）に蓄えられ燃焼機（１）の動きに合わせ
て給気弁（６）より燃焼機（１）に供給される。この時
燃料は空気燃料混合装置（７）より供給され混合気とな
るものとする。

【００６９】前記の方式では、シリンダー式圧縮機のピ
ストンの動きは燃焼機（１）のピストン（２）の動きと
同期していたが蓄圧タンク（１０）を設けることにより
給気弁（６）の開閉タイミングだけが同期していれば良
いことになる、これにより燃焼機（１）が燃焼行程のと
き圧縮機（５）は圧縮行程を行うことが出来る等の作用
の他、複数の燃焼機（１）への給気を単一の圧縮機
（５）によって行うことが出来る等の作用が生まれる。

【００７０】図７−１で示すように、流量調節装置（１
１）を取り付けることにより燃焼機（１）に送られる圧
縮空気の量を減少させると蓄圧タンク（１０）に蓄えら
れる空気圧が増し、流量調節装置（１１）を開くと増加
した空気圧により燃焼機（１）に送られる圧縮空気の量
が増加する。

【００７１】これにより自動車等のエンジンとして使用
する場合、減速時の慣性エネルギーを圧縮空気の圧力エ
ネルギーとして蓄え、加速時にエンジンの回転エネルギ
ーとして取り出すことが出来る等の作用が生まれる。

【００７２】以上、請求項１から請求項７までの燃焼行
程と圧縮行程を分離することによって有益な作用を実現
できることを示したが、圧縮機（５）の種類としてシリ
ンダー式圧縮機ばかりでなく可動翼式、スクリュー式、
ルーツ式、回転ピストン式、ピストン復動式、ダイヤフ
ラム式等の空気圧縮機を採用することによりスムースで
高効率な圧縮作用を実現できる。

【００７３】本発明を実現する上で重要な作用を成すも
のは給気弁（６）である。なぜならば燃焼機（１）に給
気する場合においてその給気作用がきわめて短時間に行
われなければならず給気弁（６）の開閉動作もきわめて
短時間に動作しなければならないからである。

【００７４】往復式給気弁の作用について説明する。

【００７５】図８−１、図８−２に示すごとく円状また
は楕円状または角状の断面を持つピストン（１２）とシ
リンダー（１２ａ）により構成される機構がクランク機
構、カム機構等により往復運動をしているものとする。

【００７６】この往復運動は燃焼機（１）のピストン
（２）の往復運動と同期され燃焼機（１）の排気行程に
おいてピストン（２）が上死点付近に達したとき給気口
（１２ｂ）をピストン（１２）の先端の上部が通過する
ように設定されているものとする。

【００７７】燃焼機（１）のピストン（２）が上死点に
達したときピストン（１２）も下死点に達し給気口（１
２ｂ）が最大に開き燃焼機（１）に混合気または圧縮空
気を送り込むと同時にピストン（１２）の往復運動によ
る反転作用によって給気口（１２ｂ）が閉じられ始め燃
焼行程のピストン（２）の上死点付近で給気口（１２
ｂ）が完全に閉じられる。

【００７８】図９−１および図９−２は、往復式給気弁
の構造を示すものでケーシング（１３ａ）に給気口（１
３ｂ）が穿孔されている構造の中を給気弁（１３）がク
ランク機構、カム機構等により往復運動をしているもの
とする。

【００７９】この往復運動は燃焼機（１）のピストン
（２）の往復運動と同期され燃焼機（１）の排気行程に
おいてピストン（２）が上死点付近に達したとき給気口
（１３ｂ）を給気弁（１３）に穿孔された孔（１３ｃ）
が通過するように設定されているものとする。

【００８０】燃焼機（１）のピストン（２）が上死点に
達したとき給気弁（１３）も下死点に達し給気口（１３
ｂ）が最大に開き燃焼機（１）に混合気または圧縮空気
を送り込むと同時に給気弁（１３）の往復運動による反
転作用によって給気口（１３ｂ）が閉じられ始め燃焼行
程のピストン（２）の上死点付近で給気口（１３ｂ）が
完全に閉じられる。

【００８１】回転式給気弁について説明する。

【００８２】図１０−１および図１０−２は、回転式給
気弁の構造を示すものでケーシング（１４ａ）に給気口
（１４ｂ）が穿孔されている構造の中を給気弁（１４）
が回転運動をしているものとする。

【００８３】この回転運動は燃焼機（１）のピストン
（２）の往復運動と同期され燃焼機（１）の排気行程に
おいてピストン（２）が上死点付近に達したとき給気口
（１４ｂ）を給気弁（１４）に穿孔された孔（１４ｃ）
が通過するように設定されているものとする。

【００８４】燃焼機（１）のピストン（２）が上死点に
達したとき給気口（１４ｂ）が最大に開き燃焼機（１）
に混合気または圧縮空気を送り込むと同時に給気弁（１
４）の回転運動によって給気口（１４ｂ）が閉じられ始
め燃焼行程のピストン（２）の上死点付近で給気口（１
４ｂ）が完全に閉じられる。

【００８５】図１１−１および図１１−２は、回転式給
気弁の構造を示すものでケーシング（１５ａ）に給気口
（１５ｂ）が図に示すように穿孔されている構造の中を
給気弁（１５）が回転運動をしているものとする。

【００８６】この回転運動は燃焼機（１）のピストン
（２）の往復運動と同期され燃焼機（１）の排気行程に
おいてピストン（２）が上死点付近に達したとき給気口
（１５ｂ）を給気弁（１５）に穿孔された孔（１５ｃ）
が通過するように設定されているものとする。

【００８７】燃焼機（１）のピストン（２）が上死点に
達したとき給気口（１５ｂ）が最大に開き燃焼機（１）
に混合気または圧縮空気を送り込むと同時に給気弁（１
５）の回転運動によって給気口（１５ｂ）が閉じられ始
め燃焼行程のピストン（２）の上死点付近で給気口（１
５ｂ）が完全に閉じられる。

【００８８】上記においては、圧縮空気と燃焼機（１）
の圧力差によって混合気または圧縮空気の移動が瞬間的
に行われることを想定しているが、混合気または圧縮空
気の移動速度および点火のタイミングなどの理由により
最大開口タイミングを排気行程における上死点付近に移
動できるようにするなど、給気弁の往復運動および回転
運動のタイミングを調整可能なものとする。

【００８９】請求項１２の空気燃料混合装置（７）の作
用を説明する。

【００９０】図１２−１は、空気燃料混合装置（７）の
構造として流量調節可能な燃料供給機構（７ｄ）より給
気管（６ａ）内に設けられた霧化皿（７ｃ）に常時適量
の燃料が供給されている構造において給気弁（６）の開
閉動作によって生じる高速度の空気流によって霧化皿
（７ｃ）に蓄えられた燃料が飛散し霧化する構造に給気
管（６ａ）および霧化皿（７ｃ）の構造を設定した空気
燃料混合装置を示すものである。

【００９１】図１２−２は、給気弁（６）の開動作によ
って生じる高速度の空気流によって霧化皿（７ｃ）に蓄
えられた燃料が瞬間的に飛散し霧化し微粒子燃料（７
ｅ）となる図を示している。

【００９２】図１−１３で示すピストンシリンダー（１
ａ）のピストン（２）の下死点付近に排気口（４ａ）を
設けた構造の燃焼機を例に取って作用について説明する
と、図１５−９においてピストン（２）が下死点に達す
るとほぼ瞬間的に排気が行われ同時に空力弁（１７）か
ら給気が始まる。給気の速度はピストン（２）が上死点
に達するときにちようど給気が終了するように設定され
ているものとする（図１５−１０参照）。燃焼行程にお
ける急激な圧力上昇は空力弁（１７）の逆止め作用によ
り給気管中に逆流せずピストン（２）を押し下げる作用
をする。

【００９３】空力弁（１７）と給気弁（６）を併設した
場合の作用を上記の燃焼機を例に取って説明すると、図
１５−１１、ピストン（２）が下死点に達するとほぼ瞬
間的に排気が行われこのとき給気弁（６）は閉じてい
る。図１５−１２、ピストン（２）が上死点付近に達す
る前記の給気弁の作用より早い段階で給気弁が開き始め
る。図１５−１３、ピストン（２）が上死点に達すると
き給気弁（６）は最大に開く。図１５−１４、燃焼が始
まると空力弁（１７）の逆止め作用により逆流を防きな
がら給気弁（６）が閉じ始める。これにより給気弁
（６）の給気動作を比較的緩やかなものにすることが出
来る。

【００９４】上図は、クランク室圧縮機構による掃気行
程を設置しているが一般的な２サイクル機関と違い本発
明は高圧給気方式を採用している為に必ずしも掃気行程
を必要としない。

【００９５】上記においては、圧縮空気と燃焼機（１）
の圧力差によって混合気または圧縮空気の移動が瞬間的
に行われることを想定しているが、混合気または圧縮空
気の移動速度および点火のタイミングなどの理由により
最大開口タイミングを排気行程における上死点付近に移
動できるようにするなど、給気弁のタイミングを調整可
能なものとする。

【００９６】図１６−１は、給気弁（１７ａ）の作用と
して空力弁（１７）との併設によってカム機構による往
復運動で給気弁の作用が出来ることを示している。

【００９７】

【実施例】実施例について図面を参照しながら説明す
る。

【００９８】図１−２は、請求項１の第一実施例を示し
ている。

【００９９】圧縮機（５）の種類としてピストン復動
式、ダイヤフラム式圧縮機等が考えられる。

【０１００】図１−３は、請求項１の第二実施例を示す
もので、圧縮機（５）としてシリンダー式圧縮機を採用
した例である。

【０１０１】図１−１０は、給気管（６ａ）の燃焼機
（１）への接続方式としてシリンダーの上部よりシリン
ダーの円筒面と平行に接続する方式を示している。

【０１０２】図１−１１は、給気管（６ａ）の燃焼機
（１）への接続方式としてシリンダーの上部よりシリン
ダーの円筒面と直角に接続する方式を示している。

【０１０３】図１−１２は、給気管（６ａ）の燃焼機
（１）への接続方式としてシリンダーの円筒面の接線方
向から接続する方式を示している。

【０１０４】図のように接続することにより圧縮混合気
に渦流を発生させることが出来る。

【０１０５】図２−１は、請求項２の第一実施例を示す
もので、給気弁（６）に前置して空気燃料混合装置
（７）が設置されているものである。

【０１０６】図２−２は、請求項２の第二実施例を示す
もので、給気弁（６）に後置して空気燃料混合装置
（７）が設置されているものである。

【０１０７】図のように設置することにより燃焼機
（１）に通じる給気管（６ａ）に生じる高速度の空気流
によって燃料を予混合する構造の装置である。

【０１０８】また、空気流の最初の部分で濃い混合気を
作り点火状態を良好にし最後の部分で空気流のみを送り
込むことにより希薄燃焼を実現する技術において混合気
の濃度差がつけ易くなる等の効果がある。

【０１０９】図２−３は、空気燃料混合装置（７）とし
て燃料噴射装置（７ａ）を採用した例である。

【０１１０】給気弁（６）の作用により給気管（６ａ）
の内部に脈動流が起こる。給気弁（６）の開状態におい
て発生する高速の空気流中に燃料噴射装置（７ａ）によ
り燃料を噴射して混合気を作成する。

【０１１１】第一実施例、第二実施例における圧縮機
（５）の種類としてシリンダー式圧縮機ばかりでなく可
動翼式、スクリュー式、ルーツ式、回転ピストン式、ピ
ストン復動式、ダイヤフラム式等の空気圧縮機が考えら
れる。

【０１１２】図３−１は、請求項３の第一実施例を示す
もので冷却装置（８）の設置例を示している。

【０１１３】圧縮機内に空気冷却構造を有する圧縮機
（５）として可動翼式、スクリュー式、ルーツ式、回転
ピストン式等の空気圧縮機が有効である。

【０１１４】図４−１は、請求項４の第一実施例を示す
もので燃焼機（１）の中に燃料噴射装置（７ａ）を設置
した例である。

【０１１５】図５−１は、請求項５の第一実施例を示す
もので燃料供給形態として請求項２の空気燃料混合装置
（７）使用する方式において、請求項３における等温圧
縮行程を行い圧縮機（５）と燃焼機（１）とを結ぶ給気
管（６ａ）が排気管（４ｂ）を通過するように設定しこ
こに熱交換装置（９）を設定することによって排気弁
（４）より排気される排気ガスによって圧縮空気を加温
する構造の吸気圧縮行程別置形等温圧縮定圧サイクル熱
機関を示す例である。

【０１１６】熱交換装置（９）の熱交換方式としては平
行流形、対抗流形、直交流形、多管式熱交換器、シェル
管式熱交換器等が考えられる。

【０１１７】図６−１は、請求項６の第一実施例を示す
もので請求項２の方式における給気管（６ａ）の途中に
蓄圧タンク（１０）を設置した例である。

【０１１８】図６−２は、請求項６の第二実施例を示す
もので請求項４の方式における給気管（６ａ）の途中に
蓄圧タンク（１０）を設置した例である。

【０１１９】図６−３は、請求項６の第三実施例を示す
もので燃料供給方式として請求項２の空気燃料混合装置
（７）使用する方式において圧縮方式として請求項３の
等温圧縮を行う方式における給気管（６ａ）の途中に蓄
圧タンク（１０）を設置した例である。

【０１２０】図６−４は、請求項６の第四実施例を示す
もので燃料供給方式として請求項４の燃焼機（１）の中
に燃料噴射装置（７ａ）を設置した方式における圧縮方
式として請求項３の等温圧縮を行う方式における給気管
（６ａ）の途中に蓄圧タンク（１０）を設置した例であ
る。

【０１２１】図６−５は、請求項６の第五実施例を示す
もので燃料供給方式として請求項２の空気燃料混合装置
（７）使用する方式において請求項５の等温圧縮後、熱
交換装置（９）を用いて加温する方式における給気管
（６ａ）の途中に蓄圧タンク（１０）を設置した例であ
る。

【０１２２】図６−６は、請求項６の第六実施例を示す
もので燃料供給方式として請求項４の燃焼機（１）の中
に燃料噴射装置（７ａ）を設置した方式において請求項
５の等温圧縮後、熱交換装置（９）を用いて圧縮空気を
加温する方式における給気管（６ａ）の途中に蓄圧タン
ク（１０）を設置した例である。

【０１２３】図７−１は、請求項７における第一実施例
を示すもので空気燃料混合装置（７）の前に流量調節装
置（１１）が設置された例である。

【０１２４】図７−２は、請求項７における第二実施例
を示すもので給気弁（６）の前に流量調節装置（１１）
が設置された例である。

【０１２５】図７−３は、流量調節装置（１１）の構造
の一例を示すもので給気管（６ａ）の途中に図７−４で
示すごとく孔（１１ｂ）が穿孔されている構造の円筒状
の調節器（１１ａ）が左右に回転することによって流量
を調節する装置である。

【０１２６】図８−１は、請求項８の第一実施例を示す
ものでピストン（１２）が給気管（６ａ）と直交または
斜交する構造で接続している例である。

【０１２７】図８−３は、請求項８の第二実施例を示す
ものでピストン（１２）が給気管（６ａ）と平行する構
造で接続している例である。

【０１２８】図８−４は、請求項８の第三実施例を示す
ものでピストン（１２）が給気管（６ａ）と平行に接続
している構造のシリンダー（１２ａ）の上部に燃料噴射
装置（７ａ）を設置した例である。

【０１２９】作用を簡単に説明すると、ピストン（１
２）が図の上死点付近から下方に下がる段階で燃料噴射
装置（７ａ）により燃料噴射が始まりピストン（１２）
が給気口（１２ｂ）に達したとき給気口（１２ｂ）が開
き始めることによる急激な空気流によって霧化される。

【０１３０】これにより燃料噴射装置（７ａ）の動作は
急激なものにならずしかも霧化状態が良好になる。

【０１３１】図９−１は、請求項９の第一実施例を示す
ものである。

【０１３２】図１０−１は、請求項１０の第一実施例を
示すものである。

【０１３３】図１１−１は、請求項１１の第一実施例を
示すものである。

【０１３４】図１２−１は、請求項１２の第一実施例を
示すものであり、空気燃料混合装置（７）を給気弁
（６）に前置した例である。

【０１３５】図１２−３は、請求項１２の第二実施例を
示すものであり、空気燃料混合装置（７）を給気弁
（６）に後置した例である。

【０１３６】図１３−１は、請求項１３の第一実施例を
示すものである。

【０１３７】図１４−１は、請求項１４の第一実施例を
示すものである。

【０１３８】図１５−１は、請求項１５における第一実
施例を示すものである。

【０１３９】図１５−２は、請求項１５における第二実
施例を示すものである。

【０１４０】図１５−３は、請求項１５における第三実
施例を示すものである。

【０１４１】図１５−４は、請求項１５における第四実
施例を示すものである。

【０１４２】図１５−５および図１５−６は、空力弁
（１７）の構造として多段式空力弁の一例を示してい
る。

【０１４３】図１５−７は、請求項１５における図１−
１３で示す燃焼機（１）を使用した空気燃料混合装置
（７）を用いた第五実施例を示すものである。

【０１４４】図１５−８は、請求項１５における図１−
１３で示す燃焼機（１）を使用した燃料噴射装置（７
ａ）を用いた第六実施例を示すものである。

【０１４５】図１５−１５は、請求項１５における図１
−１３で示す燃焼機（１）に掃気機構としてクランク圧
縮機構を用いた図１５−６で示す多段式空力弁の一段目
に燃料噴射装置（７ａ）を使用し請求項１６で示す給気
弁（１７ａ）を併設した第七実施例を示すものである。

【０１４６】図１６−１は、請求項１６における第一実
施例を示すものである。

【０１４７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で以下に記載する効果を発揮する。

【０１４８】本発明の効果として排気量および圧縮比は
圧縮機（５）の性能によって定まることである。これに
より大気圧に対する圧縮比を大きく取ることが出来る。

【０１４９】圧縮行程は燃焼行程と独立しているので液
封密閉技術等の空気圧縮機の諸技術を取り入れることが
出来ると同時にシリンダー式圧縮機以外の可動翼式、ス
クリュー式、ルーツ式、回転ピストン式、ピストン復動
式、ダイヤフラム式等の効果的な空気圧縮機を使用でき
る。

【０１５０】つぎに燃焼機（１）においては燃焼室の形
状を自由に設計できることがあげられる。また、密閉度
は、上記の圧縮機の諸性能によって圧縮混合気または圧
縮空気の圧縮圧が定まるので、燃焼行程において必要な
密閉度で充分である。

【０１５１】請求項２における効果として圧縮機（５）
と燃焼シリンダーとを結ぶ給気管（６ａ）上に空気燃料
混合装置（７）を置くことにより圧縮機（５）は空気圧
縮機として作用し液封密閉技術などの有効な空気圧縮技
術を採用できることが上げられる。

【０１５２】請求項３における効果として等温圧縮行程
を採用することにより多くの圧縮混合気を燃焼シリンダ
ーに送り込むことにより高出力熱機関を実現できるとと
もに最大到達温度が下がることによりＮＯＸ削減の効果
も期待できる。

【０１５３】請求項４における効果としてディーゼルサ
イクル熱機関に適用することによってディーゼルサイク
ル熱機関の持つ優位性を引き継ぐことが出来る点が上げ
られる。

【０１５４】請求項５における効果として今まで無駄に
捨てられていた排気ガスの持つ熱エネルギーを熱機関の
エネルギーとして取り出すことが出来るため熱効率の高
い熱機関が出来る。

【０１５５】これにより特に断熱エンジン（非冷却エン
ジン）の実現について従来の断熱エンジンは排気ガス中
に捨てられる熱エネルギーが多かったのに対し排気ガス
中からの熱エネルギーの回収が出来るため熱効率の高い
熱機関が出来る点が上げられる。

【０１５６】請求項６における効果として蓄圧タンク
（１０）の作用により燃焼機（１）が燃焼行程のとき圧
縮機（５）で圧縮行程が出来る効果の他に複数の燃焼機
（１）に単一の圧縮機で給気出来る等が上げられる。

【０１５７】請求項７の効果として自動車などのエンジ
ンとして使用する場合に、減速時には流量調節装置（１
１）により燃焼シリンダーに流れる空気量を遮断するか
減量することにより自動車などの慣性エネルギーを蓄圧
タンク（１０）に空気圧として蓄えエンジンブレーキの
効きを良くし、加速時に放出することにより加速性能を
良くすることが出来る点が上げられる。

【０１５８】燃焼技術上の効果としては空気流の最初の
部分で濃い混合気を作り点火状態を良好にし最後の部分
で空気流のみを送り込むことにより希薄燃焼を実現する
ことが出来る。

【０１５９】また、容易に強力な渦流状態を作ることが
出来るなど燃焼機（１）に高速で給気することにより多
くの燃焼技術を採用できる。

【０１６０】点火技術としてはガソリンエンジンに使用
されている技術の他にディーゼルエンジンに使用されて
いる点火技術も採用できることが上げられる。

【０１６１】請求項８の効果としては、往復式シリンダ
ー構造なので密封がし易く図８−４で示すごとく燃料供
給装置を組み込める等の利点があることが上げられる。

【０１６２】請求項９の効果としては、潤滑がしやすい
等の効果がある。

【０１６３】請求項１０の効果としては、回転式なので
慣性質量が小さい等の効果がある。

【０１６４】請求項１１の効果としては、給気口として
円筒面を利用するので請求項１０の方式と比べて小さい
円筒のものでよい等の効果がある。

【０１６５】請求項１２の効果として燃料供給装置は１
サイクルに必要な燃料を１サイクル中に霧化皿の中に供
給するだけで良く燃料噴射のタイミング当を考慮しなく
ても良いことなどが上げられる。

【０１６６】請求項１３の燃焼機の効果としてビストン
の往路および復路において動力を発生出来ることが上げ
られる。

【０１６７】請求項１４の燃焼機の効果としてロータリ
ー式なので機械損失が少ない、振動が少ない、排気弁が
不要である等の点が上げられる。

【０１６８】請求項１５の給気弁を使用しない方式の効
果として給気弁が存在しないために給気弁の機械損失が
ないことが上げられる。

【０１６９】請求項１５の図１５−７および図１５−８
で示す実施例における効果として排気弁および給気弁が
存在しないために排気弁および給気弁の機械損失がなく
構造が最も単純であることが上げられる。

【０１７０】請求項１５の給気弁を使用する方式の効果
として給気弁の開閉動作を緩やかに出来る効果がある。

【０１７１】請求項１６の給気弁の効果として構造が簡
単であることが上げられる。

【図面の簡単な説明】

【図１−１】４サイクル熱機関の構成を示す説明図であ
る。

【図１−２】請求項１の第一実施例を示す説明図であ
る。

【図１−３】請求項１の第二実施例を示す説明図であ
る。

【図１−４】本発明の作用を示す説明図である。

【図１−５】本発明の作用を示す説明図である。

【図１−６】本発明の作用を示す説明図である。

【図１−７】本発明の作用を示す説明図である。

【図１−８】断熱圧縮定容サイクルのｐ−Ｖ線図であ
る。

【図１−９】断熱圧縮定容サイクルのＴ−Ｓ線図であ
る。

【図１−１０】給気管（６ａ）の燃焼機（１）への接続
方式を示す説明図である。

【図１−１１】給気管（６ａ）の燃焼機（１）への接続
方式を示す説明図である。

【図１−１２】給気管（６ａ）の燃焼機（１）への接続
方式を示す説明図である。

【図１−１３】燃焼機（１）の構造の一例を示す説明図
である。

【図２−１】請求項２における第一実施例を示す説明図
である。

【図２−２】請求項２における第二実施例を示す説明図
である。

【図２−３】空気燃料混合装置（７）として燃料噴射装
置（７ａ）を採用した説明図である。

【図３−１】請求項３の第一実施例を示す説明図であ
る。

【図３−２】断熱圧縮とと等温圧縮のｐ−Ｖ線図であ
る。

【図３−３】等温圧縮定容サイクルのｐ−Ｖ線図であ
る。

【図３−４】等温圧縮定容サイクルのＴ−Ｓ線図であ
る。

【図４−１】請求項４の第一実施例を示す説明図であ
る。

【図５−１】請求項５の第一実施例を示す説明図であ
る。

【図５−２】吸気圧縮行程別置型等温圧縮定圧膨張定容
サイクルのｐ−Ｖ線図である。

【図５−３】吸気圧縮行程別置型等温圧縮定圧膨張定容
サイクルのＴ−Ｓ線図である。

【図６−１】請求項６の第一実施例を示す説明図であ
る。

【図６−２】請求項６の第二実施例を示す説明図であ
る。

【図６−３】請求項６の第三実施例を示す説明図であ
る。

【図６−４】請求項６の第四実施例を示す説明図であ
る。

【図６−５】請求項６の第五実施例を示す説明図であ
る。

【図６−６】請求項６の第六実施例を示す説明図であ
る。

【図７−１】請求項７の第一実施例を示す説明図であ
る。

【図７−２】請求項７の第二実施例を示す説明図であ
る。

【図７−２】流量調節装置（１１）の構造の一例を示す
説明図である。

【図７−２】調節器（１１ａ）の正面図である。

【図８−１】請求項８の第一実施例を示す説明図であ
る。

【図８−２】請求項８のピストン（１２）の構造を示す
正面図である。

【図８−３】請求項８の第二実施例を示す説明図であ
る。

【図８−４】請求項８の第三実施例を示す説明図であ
る。

【図９−１】請求項９の第一実施例を示す説明図であ
る。

【図９−２】請求項９の給気弁（１３）の構造を示す正
面図である。

【図１０−１】請求項１０の第一実施例を示す説明図で
ある。

【図１０−２】請求項１０の給気弁（１３）の構造を示
す正面図である。

【図１１−１】請求項１１の第一実施例を示す説明図で
ある。

【図１１−２】請求項１１の給気弁（１４）の構造を示
す側面図である。

【図１２−１】請求項１２の第一実施例を示す説明図で
ある。

【図１２−２】微粒子燃料（７ｅ）の起生状態を示す説
明図である。

【図１２−３】請求項１２の第二実施例を示す説明図で
ある。

【図１３−１】請求項１３の第一実施例を示す説明図で
ある。

【図１４−１】請求項１４の第一実施例を示す説明図で
ある。

【図１５−１】請求項１５の第一実施例を示す説明図で
ある。

【図１５−２】請求項１５の第二実施例を示す説明図で
ある。

【図１５−３】請求項１５の第三実施例を示す説明図で
ある。

【図１５−４】請求項１５の第四実施例を示す説明図で
ある。

【図１５−５】多段式空力弁の構造を示す正断面図であ
る。

【図１５−６】多段式空力弁の構造を示す正断面図であ
る。

【図１５−７】請求項１５の第五実施例を示す説明図で
ある。

【図１５−８】請求項１５の第六実施例を示す説明図で
ある。

【図１５−９】請求項１５の作用を示す説明図である。

【図１５−１０】請求項１５の作用を示す説明図であ
る。

【図１５−１１】請求項１５の作用を示す説明図であ
る。

【図１５−１２】請求項１５の作用を示す説明図であ
る。

【図１５−１３】請求項１５の作用を示す説明図であ
る。

【図１５−１４】請求項１５の作用を示す説明図であ
る。

【図１５−１５】請求項１５の第七実施例を示す説明図
である。

【図１６−１】請求項１６の第一実施例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１燃焼機２ピストン３吸気弁４排気弁５圧縮機６給気弁７空気燃料混合装置８冷却装置９熱交換装置１０蓄圧タンク１１流量調節装置１２ピストン１３給気弁１４給気弁１５給気弁１６ローター１７空力弁１ａピストンシリンダー１ｂ圧縮用シリンダー１ｃ給気管１ｄ逆止弁２ａピストン４ａ排気口４ｂ排気管６ａ給気管７ａ燃料噴射装置７ｂベンチュリー式燃料供給装置７ｃ霧化皿７ｄ燃料供給機構７ｅ微粒子燃料１１ａ調節器１１ｂ孔１２ａシリンダー１２ｂ給気口１３ａケーシング１３ｂ給気口１３ｃ孔１４ａケーシング１４ｂ給気口１４ｃ孔１５ａケーシング１５ｂ給気口１５ｃ孔１６ａ繭形ケーシンク１７ａ給気弁

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【手続補正書】

【提出日】平成６年６月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】