JPH08232761A - 高効率の熱再生内燃エンジン - Google Patents
高効率の熱再生内燃エンジンInfo
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- JPH08232761A JPH08232761A JP7318994A JP31899495A JPH08232761A JP H08232761 A JPH08232761 A JP H08232761A JP 7318994 A JP7318994 A JP 7318994A JP 31899495 A JP31899495 A JP 31899495A JP H08232761 A JPH08232761 A JP H08232761A
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- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- F02G3/02—Combustion-product positive-displacement engine plants with reciprocating-piston engines
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
- F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
-
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- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃エンジンの熱再生器の効率を高める。
【解決手段】 内燃エンジン(10)に使用する熱再生器(5
1)は、通常一方向に動いたとき膨張した高温の燃焼ガス
から熱を吸収し、空気中を反対方向に動いたとき吸収し
た熱を圧縮した吸入空気に移す。吸入空気をより低い温
度に冷却するため、熱再生器が吸収した熱を移す前に、
吸入空気に冷却液を添加する。吸入空気に冷却液をよく
分散させた混合物を圧縮すると、冷却液が気化して圧縮
仕事が減少し、その結果温度が低くなる。圧縮空気の温
度が下がると、排気からより多くの熱を取り出すことが
でき、熱再生器の効率が増加してエンジンの効率が高く
なる。
1)は、通常一方向に動いたとき膨張した高温の燃焼ガス
から熱を吸収し、空気中を反対方向に動いたとき吸収し
た熱を圧縮した吸入空気に移す。吸入空気をより低い温
度に冷却するため、熱再生器が吸収した熱を移す前に、
吸入空気に冷却液を添加する。吸入空気に冷却液をよく
分散させた混合物を圧縮すると、冷却液が気化して圧縮
仕事が減少し、その結果温度が低くなる。圧縮空気の温
度が下がると、排気からより多くの熱を取り出すことが
でき、熱再生器の効率が増加してエンジンの効率が高く
なる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に内燃エンジ
ン用のシリンダー内の再生器に関し、より詳しくは熱効
率を増加するためシリンダー内部で冷却液を噴射するこ
とに関する。
ン用のシリンダー内の再生器に関し、より詳しくは熱効
率を増加するためシリンダー内部で冷却液を噴射するこ
とに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃エンジンの熱効率を増加するため、
熱再生が提案された。熱再生は、シリンダー内に熱伝導
性が低く高温に耐えることのできる材料でできたコアを
有する熱交換器を導入することからなる。エンジンの排
気サイクルの間、コアは排気ガスの熱を吸収する。次に
排気ガスの熱は、燃焼させなければならない燃料の必要
量を減らすため、圧縮サイクルに続いて燃料の燃焼の前
又はその間コアから作動流体に移される。
熱再生が提案された。熱再生は、シリンダー内に熱伝導
性が低く高温に耐えることのできる材料でできたコアを
有する熱交換器を導入することからなる。エンジンの排
気サイクルの間、コアは排気ガスの熱を吸収する。次に
排気ガスの熱は、燃焼させなければならない燃料の必要
量を減らすため、圧縮サイクルに続いて燃料の燃焼の前
又はその間コアから作動流体に移される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】再生式内燃エンジン
が、1988年12月13日にアレン J. フェレンバーグに与え
られた米国特許第4,790,284 号に開示され、ここでは再
生器が通常はエンジンの排気生成物と共に排出される利
用されていない熱を捕獲し、次のエンジン運転サイクル
の適当な時に新しい作動流体に移され、上述したように
燃焼する燃料量を減らす。これは、ピストンとシリンダ
ーヘッドの間に透過性可動性の熱交換器を配置すること
により行われる。しかし、このように再循環させること
のできる熱の量は、膨張後の排気ガスの温度から圧縮行
程の終わりの圧縮ガス温度への冷却に対応する。それゆ
え、ガスが等エントロピー的に圧縮されると、その圧縮
最後の温度は高く、この米国特許に開示された発明の熱
再生器の効率を制限する。本発明は、上述の問題を解決
することを目的とする。
が、1988年12月13日にアレン J. フェレンバーグに与え
られた米国特許第4,790,284 号に開示され、ここでは再
生器が通常はエンジンの排気生成物と共に排出される利
用されていない熱を捕獲し、次のエンジン運転サイクル
の適当な時に新しい作動流体に移され、上述したように
燃焼する燃料量を減らす。これは、ピストンとシリンダ
ーヘッドの間に透過性可動性の熱交換器を配置すること
により行われる。しかし、このように再循環させること
のできる熱の量は、膨張後の排気ガスの温度から圧縮行
程の終わりの圧縮ガス温度への冷却に対応する。それゆ
え、ガスが等エントロピー的に圧縮されると、その圧縮
最後の温度は高く、この米国特許に開示された発明の熱
再生器の効率を制限する。本発明は、上述の問題を解決
することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様では、内
燃エンジンが内部に環状開端ボアが形成されたシリンダ
ーブロックを有する。クランクシャフトがシリンダーブ
ロック内に回転可能に取り付けられる。ピストンが、ク
ランクシャフトと作動的に結合され、環状開端ボア内で
最上の場所の上死点位置と最下の場所の下死点位置の間
を往復動するように取り付けられる。ヘッドが、環状開
端ボアを閉じる関係で取り付けられる。熱再生器が、環
状開端ボア内に位置し、シリンダーヘッドとピストンの
間を動くことができる。熱再生器がある位置にある場合
に、環状開端ボア内でシリンダーヘッドとピストンの１
つと該熱再生器との間に、再生室（低温室）が形成され
る。環状開端ボア内でシリンダーヘッドとピストンの他
方と熱再生器との間に、燃焼室が形成される。新しい空
気を低温室内に入れる吸気弁手段が設けられる。室から
排気ガスを排出する排気弁が設けられる。燃焼室で燃料
を燃焼させるため、燃料を環状ボア内に噴射する手段が
設けられる。冷却液源が設けられる。エンジンの所定の
運転サイクルのとき、所定の量の冷却液を低温即ち再生
室に添加する噴射手段が含まれる。
燃エンジンが内部に環状開端ボアが形成されたシリンダ
ーブロックを有する。クランクシャフトがシリンダーブ
ロック内に回転可能に取り付けられる。ピストンが、ク
ランクシャフトと作動的に結合され、環状開端ボア内で
最上の場所の上死点位置と最下の場所の下死点位置の間
を往復動するように取り付けられる。ヘッドが、環状開
端ボアを閉じる関係で取り付けられる。熱再生器が、環
状開端ボア内に位置し、シリンダーヘッドとピストンの
間を動くことができる。熱再生器がある位置にある場合
に、環状開端ボア内でシリンダーヘッドとピストンの１
つと該熱再生器との間に、再生室（低温室）が形成され
る。環状開端ボア内でシリンダーヘッドとピストンの他
方と熱再生器との間に、燃焼室が形成される。新しい空
気を低温室内に入れる吸気弁手段が設けられる。室から
排気ガスを排出する排気弁が設けられる。燃焼室で燃料
を燃焼させるため、燃料を環状ボア内に噴射する手段が
設けられる。冷却液源が設けられる。エンジンの所定の
運転サイクルのとき、所定の量の冷却液を低温即ち再生
室に添加する噴射手段が含まれる。
【０００５】本発明は、１方向に動いたとき高温の燃焼
ガスから熱を吸収し、反対方向に動いたとき吸収した熱
を低温の吸入空気に移す熱交換器を使用する。ここに開
示したように、吸入空気に好ましくは気化の潜熱が高い
冷却液を添加すると、熱再生器が吸収した熱を移す前
に、吸入空気をより低い温度に冷却する。それゆえ、再
生器で交換される熱量が増加して排気の温度が低くな
り、熱再生器の効率が増加する。又は冷却液は、エンジ
ンの効率を高く保持しながら、燃焼と再生器に要する温
度を低くするために使用してもよい。
ガスから熱を吸収し、反対方向に動いたとき吸収した熱
を低温の吸入空気に移す熱交換器を使用する。ここに開
示したように、吸入空気に好ましくは気化の潜熱が高い
冷却液を添加すると、熱再生器が吸収した熱を移す前
に、吸入空気をより低い温度に冷却する。それゆえ、再
生器で交換される熱量が増加して排気の温度が低くな
り、熱再生器の効率が増加する。又は冷却液は、エンジ
ンの効率を高く保持しながら、燃焼と再生器に要する温
度を低くするために使用してもよい。
【０００６】
【発明の実施の形態及び実施例】図面、特に図１と２
(a)-(j) を参照すると、内燃エンジン10が上側端部16に
環状開端ボア14を持つシリンダーブロック12を含む。こ
こに開示する発明は、２行程エンジンでも４行程エンジ
ンでも使用することができる。便宜的に、４行程ディー
ゼルサイクルエンジンを例示するが、本発明は他の形と
構成のエンジンにも適用できることは分かるであろう。
クランクシャフト20が、シリンダーブロック12内の最下
端部24に回転可能に取り付けられる。ピストン28が、ボ
ア14内に取り付けられ、複数のピストンリング30により
ボア14の壁に対してシールされる。ピストン28は、好適
な手段によりクランクシャフトに結合されるが、その手
段は通常の連結ロッド34とピストンピン38又は他のリン
ク機構等の往復動、即ち直線動きを与えることができれ
ばどのような形であってもよい。ピストン28は、ボア14
内で最上の場所の上死点(TDC) 位置と最下の場所の下死
点(BDC) 位置の間を往復動する。ボア14内での上死点(T
DC) 位置と下死点(BDC) 位置の間の往復動が、吸気、圧
縮、膨張、排気行程を含むエンジン10の４行程サイクル
を形成する。シリンダーヘッド42が、ボア14を閉じる関
係でシリンダーブロック12の上側端部16に取り付けられ
る。シリンダーヘッド42は、シリンダーブロック12のボ
ア14と同軸に、環状開端ボア46を有する。室即ちエンジ
ンシリンダー49が、ボア14内にシリンダーヘッド42とピ
ストン28によりその間に形成される。再生器51（以下に
詳述する）が、エンジンシリンダー49内に位置するよう
に示され、該シリンダー49内で所定の位置に動くことが
できる。再生器51がある位置にある場合に、環状ボア14
と46内で該再生器51とヘッド42との間に、燃焼室50が形
成される。また再生器51がある位置にある場合に、該シ
リンダー49内でピストン28と該再生器51との間に、低温
室52が形成される。
(a)-(j) を参照すると、内燃エンジン10が上側端部16に
環状開端ボア14を持つシリンダーブロック12を含む。こ
こに開示する発明は、２行程エンジンでも４行程エンジ
ンでも使用することができる。便宜的に、４行程ディー
ゼルサイクルエンジンを例示するが、本発明は他の形と
構成のエンジンにも適用できることは分かるであろう。
クランクシャフト20が、シリンダーブロック12内の最下
端部24に回転可能に取り付けられる。ピストン28が、ボ
ア14内に取り付けられ、複数のピストンリング30により
ボア14の壁に対してシールされる。ピストン28は、好適
な手段によりクランクシャフトに結合されるが、その手
段は通常の連結ロッド34とピストンピン38又は他のリン
ク機構等の往復動、即ち直線動きを与えることができれ
ばどのような形であってもよい。ピストン28は、ボア14
内で最上の場所の上死点(TDC) 位置と最下の場所の下死
点(BDC) 位置の間を往復動する。ボア14内での上死点(T
DC) 位置と下死点(BDC) 位置の間の往復動が、吸気、圧
縮、膨張、排気行程を含むエンジン10の４行程サイクル
を形成する。シリンダーヘッド42が、ボア14を閉じる関
係でシリンダーブロック12の上側端部16に取り付けられ
る。シリンダーヘッド42は、シリンダーブロック12のボ
ア14と同軸に、環状開端ボア46を有する。室即ちエンジ
ンシリンダー49が、ボア14内にシリンダーヘッド42とピ
ストン28によりその間に形成される。再生器51（以下に
詳述する）が、エンジンシリンダー49内に位置するよう
に示され、該シリンダー49内で所定の位置に動くことが
できる。再生器51がある位置にある場合に、環状ボア14
と46内で該再生器51とヘッド42との間に、燃焼室50が形
成される。また再生器51がある位置にある場合に、該シ
リンダー49内でピストン28と該再生器51との間に、低温
室52が形成される。
【０００７】それぞれ吸気弁62と排気弁66として示す吸
気弁手段と排気弁手段が、シリンダーブロック12内に配
置される。個々の弁62,66 は開位置と閉位置とを有す
る。吸気口54と排気口58がシリンダーブロック12内に形
成され、低温室52と流体接続する。ポペット型弁を示す
が、スリーブ弁、スライド弁、ロータリー弁等のどのよ
うな好適な弁を使用することもできる。吸気弁62は吸気
口54と作動的に組合わさり、吸気弁62が開位置にあると
きエンジン10の吸気行程の間、大気を低温室52に入れ
る。吸入空気の湿度を検知する手段68が、吸気口54内に
位置する。検知手段68は、通常の調湿器又は他の好適な
型のセンサーであってもよい。排気弁66が、排気口58と
作動的に組合わさり、排気弁66が開位置にあるときエン
ジン10の排気行程の間、排気ガスをエンジンシリンダー
49からより詳しくは低温室52から排出する。弁62,66 が
閉位置にあり口54,58 と低温室52との間の流通をブロッ
クするとき、吸気弁62と排気弁66を着座させるための弁
シート72が、吸気口54と排気口58内に示される。吸気弁
62と排気弁66は、カムシャフト（図示せず）、機械的手
段、油圧手段、空気圧手段、又は電気的手段等の好適な
作動手段により、選択的に開位置と閉位置に動かすこと
ができる。
気弁手段と排気弁手段が、シリンダーブロック12内に配
置される。個々の弁62,66 は開位置と閉位置とを有す
る。吸気口54と排気口58がシリンダーブロック12内に形
成され、低温室52と流体接続する。ポペット型弁を示す
が、スリーブ弁、スライド弁、ロータリー弁等のどのよ
うな好適な弁を使用することもできる。吸気弁62は吸気
口54と作動的に組合わさり、吸気弁62が開位置にあると
きエンジン10の吸気行程の間、大気を低温室52に入れ
る。吸入空気の湿度を検知する手段68が、吸気口54内に
位置する。検知手段68は、通常の調湿器又は他の好適な
型のセンサーであってもよい。排気弁66が、排気口58と
作動的に組合わさり、排気弁66が開位置にあるときエン
ジン10の排気行程の間、排気ガスをエンジンシリンダー
49からより詳しくは低温室52から排出する。弁62,66 が
閉位置にあり口54,58 と低温室52との間の流通をブロッ
クするとき、吸気弁62と排気弁66を着座させるための弁
シート72が、吸気口54と排気口58内に示される。吸気弁
62と排気弁66は、カムシャフト（図示せず）、機械的手
段、油圧手段、空気圧手段、又は電気的手段等の好適な
作動手段により、選択的に開位置と閉位置に動かすこと
ができる。
【０００８】開位置と閉位置を持つ従来の燃料インジェ
クター76が、ヘッド42内にエンジン10の運転サイクルの
間の所望の時に適当な量の燃料を燃焼室50内に噴射する
のに十分な角度で配置される。再生器51は、２つの部品
即ちコア84と補助支持構造86とからなる透過性熱交換器
である。再生器のコア84は、高温に耐える性能を有する
材料ででき、ボア14の長手方向軸に平行な方向に熱伝導
性が低いように構成される。補助支持構造86は、金属デ
ィスク90と、ボア14の壁からコア84を分離する円筒形ス
カート94とからなる。再生器の作動ロッド100 が、端部
で好適な方法で金属ディスク90に結合し、再生器がエン
ジンのシリンダー49内で動くことができるようにする。
ロッド100 の作動は、出力信号に応答して機械的、油圧
的、空気圧的、又は電気的な好適な手段104 で行うこと
ができる。ロッド100 の作動は、作動手段104 と通信す
る電子又は電気信号等のどのような好適な手段108 でで
も制御することができる。熱再生器51の詳細は、アレン
J. フェレンバーグに与えられた米国特許第4,790,284
号を参照されたい。
クター76が、ヘッド42内にエンジン10の運転サイクルの
間の所望の時に適当な量の燃料を燃焼室50内に噴射する
のに十分な角度で配置される。再生器51は、２つの部品
即ちコア84と補助支持構造86とからなる透過性熱交換器
である。再生器のコア84は、高温に耐える性能を有する
材料ででき、ボア14の長手方向軸に平行な方向に熱伝導
性が低いように構成される。補助支持構造86は、金属デ
ィスク90と、ボア14の壁からコア84を分離する円筒形ス
カート94とからなる。再生器の作動ロッド100 が、端部
で好適な方法で金属ディスク90に結合し、再生器がエン
ジンのシリンダー49内で動くことができるようにする。
ロッド100 の作動は、出力信号に応答して機械的、油圧
的、空気圧的、又は電気的な好適な手段104 で行うこと
ができる。ロッド100 の作動は、作動手段104 と通信す
る電子又は電気信号等のどのような好適な手段108 でで
も制御することができる。熱再生器51の詳細は、アレン
J. フェレンバーグに与えられた米国特許第4,790,284
号を参照されたい。
【０００９】冷却液インジェクター110 が、ヘッド42内
に冷却液好ましくは水をピストン28と熱再生器51の間の
低温室52内に噴射するのに十分な角度で配置される。イ
ンジェクター110 は、噴射の間冷却液をうまく散布でき
るノズル（図示せず）を装備するのがよい。冷却液ライ
ン114 が、一端部でインジェクター110 に結合し、反対
端部で冷却液源116 に結合する。好適な型の弁118 が、
冷却液ライン114 内に配置され、冷却液が冷却液源116
からインジェクター110 に流通させる開位置と、冷却液
が冷却液源116 からインジェクター110 に流通するのを
ブロックする閉位置とを有する。弁118 は、検知手段68
に接続されそれに応答する制御手段108からの信号に応
答する。弁118 は、エンジンの運転サイクルの間、特定
の時と持続時間で、開位置と閉位置に動く。インジェク
ター110 のタイミングを制御するのに、別体の制御手段
を使用することができることが分かるであろう。また弁
118 は、インジェクター110 の中に配置してもよいこと
が分かるであろう。
に冷却液好ましくは水をピストン28と熱再生器51の間の
低温室52内に噴射するのに十分な角度で配置される。イ
ンジェクター110 は、噴射の間冷却液をうまく散布でき
るノズル（図示せず）を装備するのがよい。冷却液ライ
ン114 が、一端部でインジェクター110 に結合し、反対
端部で冷却液源116 に結合する。好適な型の弁118 が、
冷却液ライン114 内に配置され、冷却液が冷却液源116
からインジェクター110 に流通させる開位置と、冷却液
が冷却液源116 からインジェクター110 に流通するのを
ブロックする閉位置とを有する。弁118 は、検知手段68
に接続されそれに応答する制御手段108からの信号に応
答する。弁118 は、エンジンの運転サイクルの間、特定
の時と持続時間で、開位置と閉位置に動く。インジェク
ター110 のタイミングを制御するのに、別体の制御手段
を使用することができることが分かるであろう。また弁
118 は、インジェクター110 の中に配置してもよいこと
が分かるであろう。
【００１０】本発明の他の実施例を、図３と４(a)-(j)
に示す。この実施例の同じ要素を示すため、第１実施例
と同じ参照番号を使用する。図３と４(a)-(j) を参照す
ると、燃焼室50がボア14即ちエンジンのシリンダー49内
に再生器51とピストン28の間に形成される。吸気口54と
排気口58が、シリンダーヘッド42と再生器51の間に位置
する低温室52と連通するようにシリンダーヘッド42内に
形成される。燃料インジェクター76と冷却液インジェク
ター110 が、シリンダーブロック12内に配置される。本
発明は、従来の４サイクルエンジンに関して記述した
が、他のエンジン構成とその変形を使うことができるこ
とが理解できるであろう。
に示す。この実施例の同じ要素を示すため、第１実施例
と同じ参照番号を使用する。図３と４(a)-(j) を参照す
ると、燃焼室50がボア14即ちエンジンのシリンダー49内
に再生器51とピストン28の間に形成される。吸気口54と
排気口58が、シリンダーヘッド42と再生器51の間に位置
する低温室52と連通するようにシリンダーヘッド42内に
形成される。燃料インジェクター76と冷却液インジェク
ター110 が、シリンダーブロック12内に配置される。本
発明は、従来の４サイクルエンジンに関して記述した
が、他のエンジン構成とその変形を使うことができるこ
とが理解できるであろう。
【００１１】内燃エンジン10の使用において、図２(a)-
(j) をより詳しく参照すると、エンジン10の４行程サイ
クル運転が示される。図２(a)-(j) は、サイクルの間の
色々の時即ちクランクシャフト20の角度での、色々のピ
ストン28、再生器51、弁62,66 の位置を示す。図２(a)-
(j) の設計は、燃焼が起こる高温空間は、再生器51とシ
リンダーヘッド42の間に配置され、低温ピストンエンジ
ン設計と言われる。最初のステップ(a) は、ピストン28
が上死点(TDC) 位置に近いとき、排気弁66を閉じ吸気弁
62を開き、再生器51をエンジンシリンダー49を形成する
シリンダーヘッド42の表面にできるだけ近くに位置させ
ることからなる。吸気行程は、再生器51をその場所に残
して、ピストン28を下死点(BDC) 位置の近くに動かすこ
とにより行われる((a)-(b)) 。ピストン28の下り行程に
より、新しい空気を吸気弁62を通って、ピストン28と再
生器51の間の空間に吸い込む。新しい空気の湿度レベル
は、検知手段68によりモニターされ、それが制御手段10
8 に信号を送る。次に吸気弁62が閉じ((c)) 、ピストン
28が空気を圧縮しながら上方に動く((c)-(d)) 。
(j) をより詳しく参照すると、エンジン10の４行程サイ
クル運転が示される。図２(a)-(j) は、サイクルの間の
色々の時即ちクランクシャフト20の角度での、色々のピ
ストン28、再生器51、弁62,66 の位置を示す。図２(a)-
(j) の設計は、燃焼が起こる高温空間は、再生器51とシ
リンダーヘッド42の間に配置され、低温ピストンエンジ
ン設計と言われる。最初のステップ(a) は、ピストン28
が上死点(TDC) 位置に近いとき、排気弁66を閉じ吸気弁
62を開き、再生器51をエンジンシリンダー49を形成する
シリンダーヘッド42の表面にできるだけ近くに位置させ
ることからなる。吸気行程は、再生器51をその場所に残
して、ピストン28を下死点(BDC) 位置の近くに動かすこ
とにより行われる((a)-(b)) 。ピストン28の下り行程に
より、新しい空気を吸気弁62を通って、ピストン28と再
生器51の間の空間に吸い込む。新しい空気の湿度レベル
は、検知手段68によりモニターされ、それが制御手段10
8 に信号を送る。次に吸気弁62が閉じ((c)) 、ピストン
28が空気を圧縮しながら上方に動く((c)-(d)) 。
【００１２】吸気行程のとき((b)) 、制御手段108 は弁
118 を開く信号を送り、冷却液をインジェクター110 の
ノズル（図示せず）を通して、ピストン28と再生器51の
間に形成された低温室52に入れるようにする。発明の範
囲を変えずに、制御手段108が圧縮行程のとき弁118 に
信号を送るようにしてもよいことは理解できるであろ
う。冷却液は、よく分散するように低温室52に噴射する
ようにしたほうがよく、さらに新しい空気の吸入により
分散させてもよい。冷却液をよく分散させて低温室52に
噴射すると、温度が低くなり、吸入空気の密度が増し、
それにより新しい空気をより多くピストン28とシリンダ
ーヘッド42の間の空間に入れることができるようにす
る。新しい空気に冷却液をよく分散させた混合体を圧縮
するとき、よく分散させた冷却液が気化するので、圧縮
仕事が減少し、その結果圧縮後の温度が低くなる。制御
手段からの信号が、弁118 の開弁のタイミングと開弁の
持続時間を制御する。弁118 の開弁の持続時間は、吸気
口54内で検知した湿度レベルによる。ピストン28が、上
死点(TDC) 位置にあるか又はそれに近いとき、冷却液の
気化は完全であり、再生器51はピストン28に非常に近い
位置まで下方に動く((d)-(e)) 。より低い温度の圧縮空
気が、より低温の再生器51の下側表面に入り、再生器51
を通って進むとき加熱される（再生器51は以下に記述す
るように前に加熱されている）。より低い温度の圧縮空
気と再生器51の間の熱の移動は、従来の再生器システム
の熱の移動より大きく、再生器51の効率が増加する。
118 を開く信号を送り、冷却液をインジェクター110 の
ノズル（図示せず）を通して、ピストン28と再生器51の
間に形成された低温室52に入れるようにする。発明の範
囲を変えずに、制御手段108が圧縮行程のとき弁118 に
信号を送るようにしてもよいことは理解できるであろ
う。冷却液は、よく分散するように低温室52に噴射する
ようにしたほうがよく、さらに新しい空気の吸入により
分散させてもよい。冷却液をよく分散させて低温室52に
噴射すると、温度が低くなり、吸入空気の密度が増し、
それにより新しい空気をより多くピストン28とシリンダ
ーヘッド42の間の空間に入れることができるようにす
る。新しい空気に冷却液をよく分散させた混合体を圧縮
するとき、よく分散させた冷却液が気化するので、圧縮
仕事が減少し、その結果圧縮後の温度が低くなる。制御
手段からの信号が、弁118 の開弁のタイミングと開弁の
持続時間を制御する。弁118 の開弁の持続時間は、吸気
口54内で検知した湿度レベルによる。ピストン28が、上
死点(TDC) 位置にあるか又はそれに近いとき、冷却液の
気化は完全であり、再生器51はピストン28に非常に近い
位置まで下方に動く((d)-(e)) 。より低い温度の圧縮空
気が、より低温の再生器51の下側表面に入り、再生器51
を通って進むとき加熱される（再生器51は以下に記述す
るように前に加熱されている）。より低い温度の圧縮空
気と再生器51の間の熱の移動は、従来の再生器システム
の熱の移動より大きく、再生器51の効率が増加する。
【００１３】圧縮空気は、再生器51の熱い上側表面か
ら、高温でそのとき形成された燃焼室50に入る。次に、
燃料が燃焼室50の加熱した空気の中に噴射され、燃焼し
て作動流体に熱を加える((f)) 。高圧作動流体が、ピス
トン28を下死点(BDC) 位置又はその近くに押し、再生器
51はピストン28に出来るだけ近接して追従して動く((f)
-(g)) 。いったんピストン28が下死点(BDC) 位置に到達
すると、再生器51は反対方向に膨張した燃焼生成物を通
って上方に動き、ガス中に残る利用していない高温の熱
を取り出す((h)-(i)) 。排気行程((i)-(j)) は、再生器
51が通過し排気口より上にある任意のときに、排気弁66
を開きピストン28を上死点(TDC) 位置に動かすことによ
り行われる。ピストン28が上昇すると、使用した冷却し
た燃焼生成物を排気弁66を通して外へ出す。排気弁66が
閉じて吸気弁62が開き、次の運転サイクルが始まる。
ら、高温でそのとき形成された燃焼室50に入る。次に、
燃料が燃焼室50の加熱した空気の中に噴射され、燃焼し
て作動流体に熱を加える((f)) 。高圧作動流体が、ピス
トン28を下死点(BDC) 位置又はその近くに押し、再生器
51はピストン28に出来るだけ近接して追従して動く((f)
-(g)) 。いったんピストン28が下死点(BDC) 位置に到達
すると、再生器51は反対方向に膨張した燃焼生成物を通
って上方に動き、ガス中に残る利用していない高温の熱
を取り出す((h)-(i)) 。排気行程((i)-(j)) は、再生器
51が通過し排気口より上にある任意のときに、排気弁66
を開きピストン28を上死点(TDC) 位置に動かすことによ
り行われる。ピストン28が上昇すると、使用した冷却し
た燃焼生成物を排気弁66を通して外へ出す。排気弁66が
閉じて吸気弁62が開き、次の運転サイクルが始まる。
【００１４】２行程サイクルにおける図１のエンジン10
の運転は、上述の４行程サイクルに似ている。しかし、
吸気と排気プロセスは膨張行程の終わり又はその後に殆
ど同時に起こる。ピストン28が下死点(BDC) 位置に近づ
くと、再生器51はシリンダーヘッド42まで上昇する。排
気弁66が開き、加圧された燃焼生成物を排出し、燃焼生
成物は再生器51とピストン28の間の低温室52から移動
し、排気弁66から出る。圧力が十分に下がるとすぐに吸
気弁62が開く。吸気弁62と排気弁66の両方が開き、新し
い空気が入って排気ガスと置き代わり、清掃が行われ
る。その後、両方の弁62,66 は、圧縮行程の初期に閉じ
る。サイクルのこの部分で、制御手段108 は弁118 に信
号を送り、弁が開いて冷却液がインジェクター110 のノ
ズル（図示せず）を通って低温室52に入るようにする。
発明の範囲を変えずに、制御手段108が圧縮行程のとき
弁118 に信号を送るようにしてもよいことは理解できる
であろう。
の運転は、上述の４行程サイクルに似ている。しかし、
吸気と排気プロセスは膨張行程の終わり又はその後に殆
ど同時に起こる。ピストン28が下死点(BDC) 位置に近づ
くと、再生器51はシリンダーヘッド42まで上昇する。排
気弁66が開き、加圧された燃焼生成物を排出し、燃焼生
成物は再生器51とピストン28の間の低温室52から移動
し、排気弁66から出る。圧力が十分に下がるとすぐに吸
気弁62が開く。吸気弁62と排気弁66の両方が開き、新し
い空気が入って排気ガスと置き代わり、清掃が行われ
る。その後、両方の弁62,66 は、圧縮行程の初期に閉じ
る。サイクルのこの部分で、制御手段108 は弁118 に信
号を送り、弁が開いて冷却液がインジェクター110 のノ
ズル（図示せず）を通って低温室52に入るようにする。
発明の範囲を変えずに、制御手段108が圧縮行程のとき
弁118 に信号を送るようにしてもよいことは理解できる
であろう。
【００１５】図４(a)-(j) をより詳しく参照すると、本
発明の第２実施例のエンジン10の４行程運転サイクルが
示される。図２(a)-(j) の設計と図４(a)-(j) の設計の
主な相違点は、燃焼が起こる高温空間が再生器51とシリ
ンダーヘッド42の間ではなく、再生器51とピストン28の
間に位置することである。これは、高温ピストンエンジ
ン設計と呼ばれる。最初のステップ(a) は、ピストン28
が行程の上部に近いとき、排気弁66を閉じ吸気弁62を開
き、再生器51をピストン28の上側にできるだけ近くに位
置させることからなる。ピストン28と再生器51は共に動
き、行程の下部に動く((a)-(b)) 。ピストン28の下り行
程が、新しい空気を吸気弁62を通って、低温室52に吸い
込む。次に吸気弁62が閉じ((c)) 、ピストン28と再生器
51が行程の上部まで共に上方に動き((c)-(d)) 、空気を
燃焼室50の上部の空間中に圧縮する。第１実施例でより
詳しく記述したように (図２(a)-(j))、吸気行程のとき
((b)) 制御手段108 は弁118 を開く信号を送り、冷却液
をインジェクター110 のノズル（図示せず）を通して、
低温室52に入れるようにする。ピストン28が行程の上部
に近づくと、再生器51はピストン28から分離し、シリン
ダー49の上部へ移動する((d)-(e)) 。再生器51が上方に
動くとき、より低い温度の圧縮空気が、再生器51のより
低温の上側表面に入り、再生器のコア84を通過させら
れ、そうするとき再生器51により加熱される。燃料が燃
料インジェクター76から、ピストン28の上部と再生器51
の下部との間にそのとき形成された燃焼室50の中に噴射
され((f)) 、高温の空気により点火される。高温の高圧
作動流体が、ピストン28を行程の下部まで押し、再生器
51はシリンダー49の上部近くで静止して止まる((f)-
(g))。ピストン28の下方への動きのとき、高温の作動流
体が膨張し、作動流体に含まれる熱の一部を仕事に変え
る。膨張行程が終わりに近づくと((g)) 、再生器51はシ
リンダー49の上部に近い位置から、膨張した作動流体を
通って、ピストン28に向かって下方に動き、それが含む
利用されていない高温の熱を吸収する((h)) 。作動流体
は再生器51を通過することにより冷却されるので、シリ
ンダー内の圧力は減少する。再生器51が下方に動くと、
排気弁66が開く((i)) 。ピストン28と再生器51は合わさ
り、次に上方に共に動き、使用した冷却した燃焼生成物
を排気弁66を通して外へ出す((i)-(j)) 。排気弁66が閉
じて吸気弁62が開き、次の運転サイクルが始まる((a))
。
発明の第２実施例のエンジン10の４行程運転サイクルが
示される。図２(a)-(j) の設計と図４(a)-(j) の設計の
主な相違点は、燃焼が起こる高温空間が再生器51とシリ
ンダーヘッド42の間ではなく、再生器51とピストン28の
間に位置することである。これは、高温ピストンエンジ
ン設計と呼ばれる。最初のステップ(a) は、ピストン28
が行程の上部に近いとき、排気弁66を閉じ吸気弁62を開
き、再生器51をピストン28の上側にできるだけ近くに位
置させることからなる。ピストン28と再生器51は共に動
き、行程の下部に動く((a)-(b)) 。ピストン28の下り行
程が、新しい空気を吸気弁62を通って、低温室52に吸い
込む。次に吸気弁62が閉じ((c)) 、ピストン28と再生器
51が行程の上部まで共に上方に動き((c)-(d)) 、空気を
燃焼室50の上部の空間中に圧縮する。第１実施例でより
詳しく記述したように (図２(a)-(j))、吸気行程のとき
((b)) 制御手段108 は弁118 を開く信号を送り、冷却液
をインジェクター110 のノズル（図示せず）を通して、
低温室52に入れるようにする。ピストン28が行程の上部
に近づくと、再生器51はピストン28から分離し、シリン
ダー49の上部へ移動する((d)-(e)) 。再生器51が上方に
動くとき、より低い温度の圧縮空気が、再生器51のより
低温の上側表面に入り、再生器のコア84を通過させら
れ、そうするとき再生器51により加熱される。燃料が燃
料インジェクター76から、ピストン28の上部と再生器51
の下部との間にそのとき形成された燃焼室50の中に噴射
され((f)) 、高温の空気により点火される。高温の高圧
作動流体が、ピストン28を行程の下部まで押し、再生器
51はシリンダー49の上部近くで静止して止まる((f)-
(g))。ピストン28の下方への動きのとき、高温の作動流
体が膨張し、作動流体に含まれる熱の一部を仕事に変え
る。膨張行程が終わりに近づくと((g)) 、再生器51はシ
リンダー49の上部に近い位置から、膨張した作動流体を
通って、ピストン28に向かって下方に動き、それが含む
利用されていない高温の熱を吸収する((h)) 。作動流体
は再生器51を通過することにより冷却されるので、シリ
ンダー内の圧力は減少する。再生器51が下方に動くと、
排気弁66が開く((i)) 。ピストン28と再生器51は合わさ
り、次に上方に共に動き、使用した冷却した燃焼生成物
を排気弁66を通して外へ出す((i)-(j)) 。排気弁66が閉
じて吸気弁62が開き、次の運転サイクルが始まる((a))
。
【００１６】図３のエンジン10の２行程サイクルの運転
は、上述の４行程サイクルに似ている。２行程サイクル
運転は圧縮行程で始まる。ピストン28と再生器51は近接
して位置し、下死点(BDC) 位置又はその近くにある。吸
気弁と排気弁62,66 の両方が閉じる。ピストン28と再生
器51は共に上方に動き、空気をシリンダーボア49の上部
部分に圧縮する。圧縮行程の終わり又はその近くで、再
生器51はピストン28から分離し、圧縮空気を通ってシリ
ンダー49の上部まで上方に動き、空気を高温に加熱す
る。インジェクターが、ピストン28と再生器51の間の加
熱空気中に燃料を噴射する。燃料は、高温の空気、再生
器80の高温の下側表面、及び燃焼により点火され、作動
流体に熱を加える。燃料は、また膨張行程の間に噴射
し、燃焼させてもよい。高温の作動流体がピストン28を
下方に押し、膨張行程の間に熱の一部を仕事に変える。
再生器51は、膨張行程の殆どの間シリンダー49の上部の
近くに止まる。膨張行程のある点で、再生器51は下方に
動き始め、その後すぐに排気弁66が開く。作動流体の殆
どはまだ高温なので、シリンダー49内の圧力は大気より
高く、作動流体は再生器51を通って排気弁66から出る。
作動流体は再生器51を通るとき、その利用していない高
温の熱を与える。シリンダー49内の圧力が十分に下がる
と、すぐに吸気弁62が開く。吸気弁62と排気弁66の両方
が開き、新しい空気が入って排気ガスと置き代わり、清
掃が行われる。その後、両方の弁62,66 は、圧縮行程の
初期に閉じる。サイクルのこの部分で、制御手段108 は
弁118 に信号を送り、弁が開いて冷却液がインジェクタ
ー110 のノズル（図示せず）を通って、再生器51とシリ
ンダーヘッド42の間の低温室52に入るようにする。上述
したように発明の範囲を変えずに、制御手段108 が圧縮
行程のとき弁118 に信号を送るようにしてもよいことは
理解できるであろう。再生器51がピストン28に近接し圧
力が大気圧に近づくと、吸気弁62が閉じ、次のサイクル
が始まる。
は、上述の４行程サイクルに似ている。２行程サイクル
運転は圧縮行程で始まる。ピストン28と再生器51は近接
して位置し、下死点(BDC) 位置又はその近くにある。吸
気弁と排気弁62,66 の両方が閉じる。ピストン28と再生
器51は共に上方に動き、空気をシリンダーボア49の上部
部分に圧縮する。圧縮行程の終わり又はその近くで、再
生器51はピストン28から分離し、圧縮空気を通ってシリ
ンダー49の上部まで上方に動き、空気を高温に加熱す
る。インジェクターが、ピストン28と再生器51の間の加
熱空気中に燃料を噴射する。燃料は、高温の空気、再生
器80の高温の下側表面、及び燃焼により点火され、作動
流体に熱を加える。燃料は、また膨張行程の間に噴射
し、燃焼させてもよい。高温の作動流体がピストン28を
下方に押し、膨張行程の間に熱の一部を仕事に変える。
再生器51は、膨張行程の殆どの間シリンダー49の上部の
近くに止まる。膨張行程のある点で、再生器51は下方に
動き始め、その後すぐに排気弁66が開く。作動流体の殆
どはまだ高温なので、シリンダー49内の圧力は大気より
高く、作動流体は再生器51を通って排気弁66から出る。
作動流体は再生器51を通るとき、その利用していない高
温の熱を与える。シリンダー49内の圧力が十分に下がる
と、すぐに吸気弁62が開く。吸気弁62と排気弁66の両方
が開き、新しい空気が入って排気ガスと置き代わり、清
掃が行われる。その後、両方の弁62,66 は、圧縮行程の
初期に閉じる。サイクルのこの部分で、制御手段108 は
弁118 に信号を送り、弁が開いて冷却液がインジェクタ
ー110 のノズル（図示せず）を通って、再生器51とシリ
ンダーヘッド42の間の低温室52に入るようにする。上述
したように発明の範囲を変えずに、制御手段108 が圧縮
行程のとき弁118 に信号を送るようにしてもよいことは
理解できるであろう。再生器51がピストン28に近接し圧
力が大気圧に近づくと、吸気弁62が閉じ、次のサイクル
が始まる。
【００１７】上述のことから、吸入空気に冷却液を添加
すると、吸入空気は低温に冷却され、熱再生器がその吸
収した熱をより多く吸入空気に移すことができるように
なる。それゆえ、再生器で交換される熱量が増加し、排
気温度が低下し、熱交換器の効率が増加する。又は、高
いエンジン効率を維持しながら燃焼と再生器に要する温
度を低下するために冷却液を使用することもできる。本
発明の他の変形、実施例は、本発明の精神から離れるこ
となく実施することができるであろう。
すると、吸入空気は低温に冷却され、熱再生器がその吸
収した熱をより多く吸入空気に移すことができるように
なる。それゆえ、再生器で交換される熱量が増加し、排
気温度が低下し、熱交換器の効率が増加する。又は、高
いエンジン効率を維持しながら燃焼と再生器に要する温
度を低下するために冷却液を使用することもできる。本
発明の他の変形、実施例は、本発明の精神から離れるこ
となく実施することができるであろう。
【図１】 再生式内燃エンジンの１実施例の概略図
【図２】 図１の再生式内燃エンジンの４行程サイクル
運転のイベントの運転順序の概略図
運転のイベントの運転順序の概略図
【図３】 再生式内燃エンジンの他の実施例の概略図
【図４】 図３の再生式内燃エンジンの４行程サイクル
運転のイベントの運転順序の概略図
運転のイベントの運転順序の概略図
１０ 内燃エンジン １２ シリンダーブロック ２０ クランクシャフト ２８ ピストン ４２ シリンダーヘッド ４６ ボア ５１ 熱再生器 ５０ 燃焼室 ５２ 低温室 ６２ 吸気弁 ６６ 排気弁 ７６ 燃料インジェクター １１０ 冷却液インジェクター １１６ 冷却液源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｂ 75/00 Ｆ０２Ｂ 75/00 Ｚ Ｆ０２Ｍ 25/022 Ｆ０２Ｍ 31/20 Ａ 31/20 25/02 Ｊ
Claims (1)
- 【請求項１】 内部に環状開端ボアが形成されたシリン
ダーブロック、 前記シリンダーブロック内に回転可能に取り付けられた
クランクシャフト、前記クランクシャフトと作動的に結
合され、前記環状開端ボア内で最上の場所の上死点位置
と最下の場所の下死点位置の間を往復動するように取り
付けられたピストン、 前記環状開端ボアを閉じる関係で取り付けられたヘッ
ド、 前記環状開端ボア内に位置し、前記ピストンと前記ヘッ
ドとの間の所定に位置に動くことができ、前記環状開端
ボア内のある位置にある場合、前記ピストンとヘッドの
１つと共に燃焼室を形成し、前記ピストンとヘッドの他
方と共に低温室を形成する熱再生器、 吸入空気を選択的に前記低温室に入れる吸気弁手段、 前記ピストンとヘッドとの間の前記環状開端ボアから選
択的に排気ガスを排出する排気弁手段、及び、 前記燃焼室で燃料を燃焼させるため、燃料を環状ボア内
に噴射する手段、を有する内燃エンジンにおいて、 冷却液源と、 前記エンジンの所定の運転サイクルの間に、所定量の前
記冷却液を前記低温室に添加する噴射手段、とを備える
ことを特徴とする内燃エンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/354,350 US5540191A (en) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | High efficiency thermal regenerated internal combustion engine |
| US08/354350 | 1994-12-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08232761A true JPH08232761A (ja) | 1996-09-10 |
Family
ID=23392930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7318994A Withdrawn JPH08232761A (ja) | 1994-12-12 | 1995-12-07 | 高効率の熱再生内燃エンジン |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5540191A (ja) |
| EP (1) | EP0717183B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08232761A (ja) |
| DE (1) | DE69512189T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103629008A (zh) * | 2012-08-20 | 2014-03-12 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | U流极限压比循环发动机 |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0783623A4 (en) * | 1994-09-12 | 1997-11-19 | Entherm Inc | WATER INJECTION ENGINE IN CYLINDER |
| US6116222A (en) * | 1999-07-16 | 2000-09-12 | Warren; Edward Lawrence | Two stroke regenerative engine |
| US6199520B1 (en) * | 1999-08-26 | 2001-03-13 | Edward Lawrence Warren | Two stroke engine with displacer |
| US6606970B2 (en) | 1999-08-31 | 2003-08-19 | Richard Patton | Adiabatic internal combustion engine with regenerator and hot air ignition |
| US7004115B2 (en) * | 1999-08-31 | 2006-02-28 | Richard Patton | Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and supercharger-based engine control |
| EP1214506B1 (en) | 1999-08-31 | 2005-08-10 | Richard Patton | Internal combustion engine with regenerator and hot air ignition |
| US7219630B2 (en) * | 1999-08-31 | 2007-05-22 | Richard Patton | Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and naturally aspirated engine control |
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| DE19950345C2 (de) * | 1999-10-19 | 2003-06-05 | Hilti Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Antrieb eines Kolbens eines brennkraftbetriebenen Arbeitsgeräts, insbesondere eines Setzgeräts für Befestigungselemente |
| DE10032310C2 (de) * | 2000-07-04 | 2003-07-17 | Hilti Ag | Tragbares, brennkraftbetriebenes Arbeitsgerät, insbesondere Setzgerät für Befestigungselemente, und Verfahren zu seiner Betriebssteuerung |
| US6253746B1 (en) * | 2000-09-11 | 2001-07-03 | Edward Lawrence Warren | Regenerator protector |
| US6546909B1 (en) | 2001-12-07 | 2003-04-15 | Caterpillar Inc. | Piston for a thermal regenerated engine |
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