JPH1061401A - 往復動エンジン - Google Patents

往復動エンジン

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JPH1061401A
JPH1061401A JP9143787A JP14378797A JPH1061401A JP H1061401 A JPH1061401 A JP H1061401A JP 9143787 A JP9143787 A JP 9143787A JP 14378797 A JP14378797 A JP 14378797A JP H1061401 A JPH1061401 A JP H1061401A
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JP
Japan
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expansion
reciprocating
engine
air
reciprocating engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP9143787A
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English (en)
Inventor
Peter Frederick Hufton
ピーター・フレデリック・ハフトン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Power Engineering PLC
Original Assignee
Rolls Royce Power Engineering PLC
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Publication date
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P1/00—Air cooling
    • F01P1/06—Arrangements for cooling other engine or machine parts
    • F01P1/08—Arrangements for cooling other engine or machine parts for cooling intake or exhaust valves
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G3/00—Combustion-product positive-displacement engine plants
    • F02G3/02—Combustion-product positive-displacement engine plants with reciprocating-piston engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2250/00—Special cycles or special engines
    • F02G2250/03—Brayton cycles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S92/00—Expansible chamber devices
    • Y10S92/02—Fluid bearing

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アドミッション弁のステムが、膨張部分から
出る排気ガスによって冷却される往復動エンジンの提
供。 【解決手段】 往復動エンジン（１０）は、空気圧縮及
び膨張用の別のシリンダ（１２及び１５）を有し、シリ
ンダ（１２及び１５）の間に配置された熱交換器（１
７）または燃焼器（６４）において圧縮空気の加熱が行
われる。膨張シリンダ（１５）へのガスの流れは、アド
ミッション弁（３７）によって制御される。アドミッシ
ョン弁（３７）のステム（４１）は、膨張シリンダ（１
５）を横切るように伸びており、膨張シリンダ（１５）
から出る排気ガスの流れによって冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、往復動エンジンの
弁構造に関し、特に、ブレイトンまたはジュールサイク
ルで作動する往復動エンジンの弁構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ブレイトンまたはジュールサイクルで作
動するエンジンは、動力の発生及び搬送の目的で使用す
ることができる。エンジンは、圧縮シリンダと膨張シリ
ンダとの間に配置された燃焼器または熱交換器で生じる
圧縮空気の加熱のために空気圧縮及び膨張用の別のシリ
ンダを必要とする。燃焼プロセスは、連続し、この方法
は、燃料が間欠的にに燃焼する他の往復動エンジンより
も低い排気水準を提供する。ブレイトンまたはジュール
サイクルのエンジンの燃焼プロセスの分離は、高いサイ
クル温度及び圧力を使用して高効率を得ることができ
る。
【０００３】高いサイクル温度及び高効率を達成するた
めに、圧力燃焼器または熱交換器はエンジンの膨張部分
のアドミッション弁に接近するように配置される。従来
のブレイトンサイクルエンジンにおいて、高温ガスのア
ドミッション弁のステムは、最も高温の温度及び最も高
い圧力の作業流体を通過するため、材料の選択及び密封
の厳しい問題が生じる。従って、エンジンの出力及びエ
ンジンの効率は、金属の強度を考慮すると制限がある。
【０００４】本発明によるブレイトンサイクルエンジン
は、アドミッション弁のステムの材料に関してはもはや
制限はない。よって、本発明によるエンジンは、高いピ
ークサイクル及びサイクル効率で作動することができ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、往復動
エンジンは、ピストンが往復動するシリンダを有し、往
復動ピストンによって圧縮する空気を受ける圧縮部分
と、圧縮部分からの空気を受ける加熱部分と、ピストン
が往復する他のシリンダを有し、エンジンの加熱部分か
らの加熱空気を受ける膨張部分と、を有し、エンジンの
各部分への空気及び排気ガスの流れを制御するように弁
装置が設けられている往復動エンジンにおいて、膨張部
分にガスを流すことができる弁は、膨張シリンダを通っ
て伸びる制御装置によって作動され、動作において、制
御装置は、膨張部分から出る排気ガスによって冷却され
ることを特徴とする。本発明の好ましい実施例におい
て、弁制御装置は、膨張シリンダを横断するように伸び
ている弁ステムである。ステムは、膨張シリンダの外側
に配置されたカム機構によって作動される事が好まし
い。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して詳細に説明する。
【０００７】図１を参照すると、ブレイトンサイクルエ
ンジン１０は、圧縮部分１１と、膨張部分１４と、圧縮
部分１１と膨張部分１４との間に配置された熱交換器１
７とを有する。圧縮部分１１は、膨張部分１４のシリン
ダ１５に軸線方向に対向するシリンダ１２を有する。共
通の軸線方向に往復動するピストン組立体１８は、シリ
ンダ１２及び１５でスライドする。
【０００８】ピストン組立体１８は、圧縮ピストン１３
と膨張ピストン１６とを有する。ピストン１３及び１６
は中空のシェルであり、このシェルは、駆動プレート２
０内に配置され、ディスクばね２２を介して作動する中
央ボルト２１と接触して保持される。セラミック製のキ
ャップ２３は、作動時に高温に露出される膨張ピストン
１６の端部を保護する。
【０００９】ピストン組立体１８は、空気軸受２４内で
スライドする。空気軸受２４は、それぞれ、クランププ
レート２７によって圧縮膨張シリンダ１２及び１５に配
置される。図２に示した軸受シェル２６は、クランププ
レート２７及びばね負荷ボルト２８によってピストン１
３及び１６に緊密に適応する。軸受シェル２６は、半径
方向に可撓性を有するが、溝２９によって軸線方向には
剛性を有する。軸受シェル２６の可撓性は、軸受シェル
２６とピストン１３及び１６の間の膨張差を自動的に補
償することができる。動作において、空気は軸受シェル
２６とピストン１３及び１６との間の環状空隙３０を通
過し、シリンダ１２及び１５内のピストン１３及び１４
の往復動を可能にする。使用する空気の量は、軸受シェ
ル２６とピストン１３及び１６の間の小さい空隙を走行
することによって最小限にされる。空気軸受２４を使用
する利点は、ピストンの摩擦が非常に低く、ピストン１
３及び１６及びシリンダ１２及び１５を冷却する必要が
ないようにオイルをベースとした潤滑の必要性がないこ
とである。また空気軸受２４の小さい作動空隙は、シリ
ンダ１２及び１５へ漏れる少量の潤滑空気がガスが漏れ
出すのを防止するようにピストンシールとして作用す
る。
【００１０】弁ヘッド３２は圧縮シリンダ１２内に配置
される。弁ヘッド３２は、入口弁３３及び出口弁３４を
包囲し、これらの弁は弁ガイド３５を貫通して弁ばね３
６によって閉鎖される。弁ばね３６は、弁３３が空気が
シリンダ１２に入ることができるようにし、弁３４は、
圧縮空気がシリンダ１２から出るように作動する。
【００１１】アドミッション弁ハウジング３８及び弁ガ
イド３９は、クランプ４０によって膨張シリンダ１５内
に配置される。アドミッション弁３７のステム４１は、
圧縮シリンダ１５を通過する。アドミッション弁３７
は、カム軸４４に従うカム４３を介して制御されるカム
フォロア４２によって作動される。
【００１２】また排気弁ヘッド４５は、膨張シリンダ１
５内に配置される。膨張弁４６は弁ガイド４８を通過
し、カム軸５１に従うカム５０を介して制御されるカム
フォロア４９によって作動される。
【００１３】ピストン組立体１８の往復運動は、ピスト
ン１３及び１６が配置される駆動プレート２０への接続
部を介して回転運動に変換される。駆動プレート２０
は、クランプ５６によって所定の位置に配置されるナイ
フ縁部５４及びハウジング５５によって配置された連結
器５３によってレバー５２に接続されている。ナイフ縁
部ピボット５４を有するレバー５２は、偏心輪５８を介
して駆動軸５９にピストン組立体１８の動きを伝達する
ために使用される。これは、潤滑を必要とすることなく
高温の環境で作動することができる低摩擦法である。
【００１４】駆動軸５９は、ピストン組立体１８の往復
動運動によって弁３７及び４６が作動されるようにベル
ト駆動体（図示せず）によってカム軸４４及び５１に接
続される。
【００１５】作動を開始するために、駆動軸５９を回転
することによってエンジン１０が駆動される。駆動軸５
９をカム軸４４に接続するベルト駆動体（図示せず）
は、カム軸４４を回転させ、この回転により、膨張器内
のアドミッション弁３７を開放する。圧縮空気は、貯蔵
リザーバ（図示せず）から膨張シリンダ１５に入る。圧
縮空気は、膨張し、ピストン組立体１８を右側に移動し
て圧縮部分１１の空気を圧縮する。慣性及び残留圧縮空
気のチャージの組み合わせは、ピストン組立体１８を逆
方向に押し、同時に膨張空気を排出することができるよ
うに膨張出口弁４６を作動させる。膨張出口弁４６は閉
鎖してアドミッション弁３７は開放して、熱交換器１７
によって加熱された圧縮空気チャージが入る。この空気
チャージは膨張し、このプロセスを繰り返す。
【００１６】排気行程中に圧縮の入口弁３３が開放し、
圧縮シリンダ１２に空気が入ることができるようにす
る。弁３３は逆の行程で閉鎖し、シリンダ１２内の圧力
が出口パイプ９の圧力を越えるときに出口弁３４が開放
する。
【００１７】動作において、空気は、空気フィルタ（図
示せず）を有する入口パイプ８を通って圧縮弁ヘッド３
２に入る。空気は、往復動ピストン組立体１８によって
圧縮され、パイプ９を通って圧縮部分１１を出る。パイ
プ９は、圧縮空気を熱交換器１７に送る。圧縮空気は、
熱交換器１７を通過するときに加熱され、膨張部分１４
のシリンダ１５の弁ハウジング３８に送られる。弁ハウ
ジング３８は、耐火性材料で裏打ちされ、アドミッショ
ン弁３７は、加熱された圧縮空気が膨張部分１４に入る
ことができるように開放される。アドミッション弁３７
は、カム軸４４を介してカム４３の回転によって作動さ
れ、ばねによって戻される。
【００１８】圧縮空気は膨張して、ピストン１６を駆動
し、ピストン１６は、ピストン１３を駆動し、空気を圧
縮してエンジン１０の圧縮部分１１に入れる。
【００１９】膨張シリンダ１５の端部に配置された排気
弁４６は、カム軸５１を介してカム５０の回転によって
作動するカムフォロア４９によって開放される。排気ガ
スは、接続パイプ６０によって弁ヘッド４５を出て、サ
イレンサ６１及び排気パイプ６２を出る。
【００２０】本発明を熱交換器１７を参照して説明した
が、代わりに燃焼器を使用することもできる。高いサイ
クル温度及び効率を達成するために、図３に示すような
圧力燃焼器６４が膨張シリンダ１５に隣接して配置され
ている。パイプ９は圧縮１１からの空気を燃焼室６４に
送る。燃料は、パイプ６５を通って流れ、予備混合され
た燃焼可能な空気９との混合物を形成する。燃焼に必要
でない空気は、バイパスパイプ６６を通ってバーナーの
周りの環状空隙６７に流れる。燃焼器６４は、バイパス
空気によって冷却され、金属温度を制御し、熱の損失を
低減するために絶縁材料で裏打ちされる。混合気は、有
孔パイプ６９及び耐火性絶縁層７０を通って流れ、そこ
で点火器７１によって点火される表面上で燃焼する。燃
焼プロセスからの高温ガスは、絶縁環状体の下を通って
穴７２に流れ、穴７２は迂回空気が入り燃焼生成物と混
合して温度を低下させる。燃焼ガスは、膨張器アドミッ
ション弁３７を通って膨張シリンダ１５に入る。膨張器
アドミッション弁３７は耐火性材料で保護される。
【００２１】アドミッション弁３７は膨張シリンダ１５
へのガスの流れを制御する。アドミッション弁３７は、
膨張シリンダ１５の上端でガスポートを開閉する。アド
ミッション弁ステム４１は、それが圧縮燃焼器６４に収
容された高温ガスを通過しなければならないように膨張
シリンダを横断するように伸びており、それは、膨張弁
４６を通って膨張シリンダの外側への排気ガスの流れに
よって冷却される。アドミッション弁の動作は、膨張シ
リンダ１５の外側に配置されたカム機構４２，４３によ
って制御される。
【００２２】本発明の好ましい実施例において、図１に
示すように、排気弁３７のステム４１は、その長さの大
部分が排気ガスによって冷却されているように膨張シリ
ンダ１５の側壁の両側を通過する。しかしながら、弁ス
テム４１が図４に示すような構成であることは当業者に
は理解できるであろう。この実施例において、弁ステム
４１は、参照符号８０でヒンジ結合されている。弁ステ
ム４１の一部は、膨張シリンダ１５に横断するように伸
びており、シール８２を通過してピボット８４に戻りば
ね８６及び作動カム８８に伸びている。図４によって構
成された弁ステム４１は、弁ステムが排気ガスの外側へ
の流れによって冷却されるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるブレイトンサイクルエンジンの断
面図である。
【図２】図１に示すブレイトンサイクルエンジンに用い
られる空気軸受の拡大部分断面図である。
【図３】本発明によるブレイトンサイクルエンジンに使
用する燃焼器の部分断面図である。
【図４】本発明の他の実施例による弁構成の拡大断面図
である。
【符号の説明】
１０ 往復動エンジン １１ 圧縮部分 １２ シリンダ １３ ピストン １４ 膨張部分 １５ シリンダ １６ ピストン １７ 加熱部分 ３２ 弁装置 ３７ 弁 ４１ 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 595131994 Ｒｅｇｅｎｔ Ｃｅｎｔｒｅ，Ｎｅｗｃａ ｓｔｌｅ−ｕｐｏｎ−Ｔｙｎｅ，ＮＥ３ ３ＳＢ，Ｅｎｇｌａｎｄ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストン（１３）が往復動するシリンダ
    （１２）を有し、前記往復動ピストン（１３）によって
    圧縮する空気を受ける圧縮部分（１１）と、前記圧縮部
    分（１１）からの空気を受ける加熱部分（１７）と、ピ
    ストン（１６）が往復する他のシリンダ（１５）を有
    し、エンジンの前記加熱部分（１７）からの加熱空気を
    受ける膨張部分（１４）と、を有し、前記エンジン（１
    ０）の各部分（１１，１４及び１７）への空気及び排気
    ガスの流れを制御するように弁装置（３２）が設けられ
    ており、膨張部分（１４）にガスを流すことができる弁
    （３７）は、制御装置（４１）によって作動される往復
    動エンジンにおいて、前記制御装置（４１）は、排気ガ
    スの流れを横断するように膨張シリンダ（１２）を通っ
    て伸びており、動作において、前記制御装置（４１）
    は、膨張部分（１４）から出る排気ガスによって冷却さ
    れることを特徴とする往復動エンジン（１０）。
  2. 【請求項２】 前記制御装置（４１）が、前記膨張シリ
    ンダ（１５）を横断するように伸びている弁ステムであ
    ることを特徴とする請求項１に記載の往復動エンジン
    （１０）。
  3. 【請求項３】 前記制御装置（４１）が、前記膨張シリ
    ンダ（１５）の双方の側壁を通って伸びていることを特
    徴とする請求項１または２に記載の往復動エンジン（１
    ０）。
  4. 【請求項４】 前記制御装置（４１）が、膨張シリンダ
    （１５）の側壁の一方を通過して伸びていることを特徴
    とする請求項１または２に記載の往復動エンジン（１
    ０）。
  5. 【請求項５】 前記制御装置（４１）が、前記膨張シリ
    ンダ（１５）の外側に配置されているカム機構（４２，
    ４３，４４）によって作動されることを特徴とする請求
    項１乃至４に記載の往復動エンジン（１０）。
  6. 【請求項６】 前記圧縮（１１）及び膨張（１４）部分
    が、軸線方向に対向していることを特徴とする請求項１
    乃至５のいずれか１項に記載の往復動エンジン（１
    ０）。
  7. 【請求項７】 前記圧縮（１３）及び膨張（１６）ピス
    トンが、軸線方向に対向する圧縮（１１）及び膨張部分
    （１４）で往復動する共通のピストン組立体（１８）を
    形成するように相互に接続されることを特徴とする請求
    項６に記載の往復動エンジン（１０）。
  8. 【請求項８】 前記エンジンの加熱部分（１７）が熱交
    換器であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか
    １項に記載の往復動エンジン（１０）。
  9. 【請求項９】 前記加熱部分（１７）が圧縮器から空気
    を受け、連続的に燃焼するように前記圧縮空気と混合す
    べき燃料を受ける燃焼器であることを特徴とする請求項
    １乃至７のいずれか１項に記載の往復動エンジン（１
    ０）。
  10. 【請求項１０】 前記ピストン（１８）の往復動運動
    が、回転運動に変換され、駆動軸（５９）を回転するこ
    とを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の
    往復動エンジン。
  11. 【請求項１１】 前記往復動運動が、ナイフ縁部（５
    ４）及び偏心輪（５８）に配置されたレバー（５２）を
    介して回転運動に変換される請求項１０に記載の往復動
    エンジン（１０）。
  12. 【請求項１２】 前記空気軸受（２４）が、シリンダ
    （１２，１５）のピストン組立体（１８）の往復動運動
    を容易にするために使用されることを特徴とする請求項
    １乃至１１のいずれか１項に記載の往復動エンジン（１
    ０）。
  13. 【請求項１３】 前記空気軸受（２４）が、前記ピスト
    ン組立体（１８）と前記軸受シェル（２６）との間の膨
    張差を容易に自動的に補償する弾性軸受シェル（２６）
    を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか
    １項に記載の往復動エンジン（１０）。
JP9143787A 1996-06-01 1997-06-02 往復動エンジン Pending JPH1061401A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9611480.6 1996-06-01
GBGB9611480.6A GB9611480D0 (en) 1996-06-01 1996-06-01 Reciprocating engine

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JPH1061401A true JPH1061401A (ja) 1998-03-03

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ID=10794628

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9143787A Pending JPH1061401A (ja) 1996-06-01 1997-06-02 往復動エンジン

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US (1) US6012280A (ja)
EP (1) EP0810356A1 (ja)
JP (1) JPH1061401A (ja)
GB (1) GB9611480D0 (ja)

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GB9611480D0 (en) 1996-08-07

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