JPS5930889B2 - 蒸気原動機の動力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸気原動機の動力制御装置に関するもので、
特に本装置は、蒸気のシリンダに対する吸排作用と、蒸
気量の分配コントロール作用を効率よく行ない得るとと
もに、蒸気原動機の駆動軸回転速度と駆動トルクと制動
力とを効率よく制御し得て、原動機の作動効率の向上を
図り、さらに原動機の構造簡素化を図る蒸気吸排用の回
転開閉制御装置および蒸気吸排量制御用の可変制御装置
を装備することを特徴とする蒸気原動機の動力制御装置
である。

従来のバス等の蒸気自動車における原動機は、いわゆる
外燃機関の型式をとるため、内燃機関装置に比較して排
気が著しく清浄であり、また、作動ガスの出入りに伴う
騒音が無いので公害防止の観点から見て大変優れており
、出力性能９点でも始動時および低速時のトルクが十分
大きいので走行車輛の原動機として極めて適するもので
ある。

しかしながら上述の利点を有する反面、蒸気原動機にお
いては基本サイクルをなすボイラ、膨張機、復水器、お
よび給水ポンプを中心に各種補機、熱交換器、諸配管等
が複雑に組みあわされており、このような複雑さが蒸気
原動機の運転特性と相俟って蒸気原動機の動力性能の制
御を困難なものにしている。

本発明の目的は上述したような困難性を克服して、前述
したような利点を有する蒸気原動機の実用性を高めるた
めに、原動機の動力性能の制御をガソリンまたはディー
ゼル内燃機関を搭載した従来の自動車と同様に簡単な操
作で迅速かつ確実に行うための装置を得ることにある。

また、本発明による蒸気原動機の動力性能制御装置は、
蒸気原動機（以下エンジンと称する）の特質に立脚して
前述した如き内燃機関を搭載した従来の自動車と同様に
簡単な操作で迅速かつ確実に、急変が伴いがちの蒸気自
動車の駆動軸回転数と駆動軸トルクと制動力とを制御す
るものである。

詳述すれば、本発明は蒸気自動車の運行においては走行
速度と駆動トルクとの急変が伴いがちであるから、ボイ
ラも単管式にして蒸気発生量の急変に対処させて、その
安全性も確保せねばならぬ、それには蒸気発生割合を急
変させないで、蒸気自動車の駆動トルクや走行速度の変
動は自動変速機がエンジンとの間に仲介の役目を引き受
けて、ボイラにもエンジンにも無理をさせないようにす
る。

そうするとエンジンの動力発生に直結する蒸気供給割合
は蒸気カットオフの加減と同時に、スロットルバルブで
蒸気圧を調節することも必要になる。

スロットルバルブ開度の加減はガソリンエンジンのスロ
ットルバルブと同じものを用いるが、それに直結してボ
イラへ送る空気量と燃料供給割合とを同時に加減して、
空燃比を最適値に保つべきである。

それには（１）空燃比を最適値に保ち続けるためには空
気絞り弁と燃料供給用の分流器制御とを連動して加速ペ
ダルで操作する。

（２）蒸気絞り弁開度とカットオフとを連動させて、こ
れも加速ペダルで操作する。

（３）給水量も加速ペダルで操作する。

これらはすべて油圧サーボ機構で補力して、運転者の労
力を著しく軽減するようにしたものである。

以下、本発明を多気筒エンジンに適用した実施例に基づ
き説明する。

第１図Ａ、Ｂおよび第２図は、多気筒エンジンのうち一
気筒を代表的に示すもので、エンジンＥはシリンダ壁と
してのシリンダブロックＣＢにシリンダＣを設けるとと
もに、該シリンダＣ内には、クランク軸Ｓとコンロッド
Ｒを介接して連動するピストンＰを往復動可能に配設し
である。

また、シリンダ壁としてのシリンダヘッドＣＨには、シ
リンダＣに開口連通ずる第１の流通孔１と第２の流通孔
２とが開口しである。

第１および第２の流通孔１および２と対向するシリンダ
Ｃ内ドＣＨには、エンジンの回転に同期して駆動する回
転開閉制御装置としての円柱形状のロータリバルブ３を
気密性良好に嵌挿して成る。

すなわち、ロータリバルブ３は、クランク軸Ｃの一回転
に対し同一回転となるように、歯車、チェーン等の伝動
装置（図示せず）により回転連絡しである。

また、ロータリバルブ３の外周壁には、その軸方向に所
定間隔を保持して第１図ないし第７図々示のように、前
記第１の流通孔１と第２の流通孔２とにそれぞれ独立に
対向し後述する所定時期に連通可能となし、かつ所定量
の蒸気を搬送可能にそれぞれ所定容積となした二つの凹
溝状の流通路４と５とを設けである。

また、クランク軸Ｓからロークリバルブ３に達する回転
連絡部分の中間には、クランク軸Ｓとロークリバルブ３
との間に角度位相を変えて前記第１および第２の流通孔
１，２と流通路４，５との連通度を制御しシリンダＣに
対する蒸気の吸排量を制御する可変制御装置６を配設し
て成る。

すなわち、可変制御装置６は、第９図々示のごとく、ロ
ータリバルブ３と同心的で、かつこれと一体的に回転す
る回転軸１３上に、これの軸方向に延在せる螺旋状キー
１３ａを一体的に設けるとともに、該螺旋状キー１３ａ
と密に噛合う螺旋状溝１４ａをその内周壁一端に穿設す
る円筒鞘１４を螺旋状キー１３ａに嵌挿せしめる。

前記円筒鞘１４の内周壁他端には、これの軸方向に延長
する直線溝１４ｂを穿設しである。

また、前記円筒鞘１４の端部直線溝１４ｂ内には、これ
と密に嵌合する直線キー１４ｃを外周側に突設して回転
軸１５が配設してあり円筒鞘１４と同心的にして一体的
に回転可能に取付けである。

また、回転軸１５はクランク軸Ｓと一体的に回転連結さ
れている。

さらに該円筒鞘１４のほぼ中央の外周側突出部１６には
、調査レバ−１７参円筒鞘１４と同心的に遊転可能に支
承せしめるとともに、該円筒鞘１４を軸方向に摺動させ
て回転軸１３および１５と円筒鞘１４との相対位置を調
整可能とすべく装着する。

以上の構成により調整レバー１７を操作して円筒鞘１４
を軸方向に摺動せしめることにより該円筒鞘１４の螺旋
状溝１４ａとロータリバルブ３の回転軸上の螺旋状キー
１３ａとは滑合して円筒鞘１４とロータリバルブ３の回
転軸１３との間に角変位が生ずる。

これに伴い円筒鞘１４の内周壁他端に直線キー１４ｃお
よび直線溝１４ｂにより回転連絡せしめた回転軸１５と
前記回転軸１３との両者の間に角変位を生起せしめるこ
とによって、ロータリバルブ３の回転軸１３はクランク
軸Ｓの回転方向に対し角度的に前進したり、後退して回
転する。

その結果、ロータリバルブ３の流通路４゜５と第１およ
び第２の流通孔１，２との連通度、すなわち両者の開口
面積を変更するのである。

そして、ロータリバルブ３の回転変位はクランク軸Ｓの
回転方向に対し角度的に前進または後退移行し、シリン
ダＣでは蒸気を受は入れる容積の変化する状態はクラン
ク軸Ｓの回転に対しては変化しないため、前記シリンダ
Ｃに供給される蒸気の容量に増減を生せしめることとな
る。

したがって、このようにすれば蒸気原動機における膨張
比を増減制御せしめることができ、かつ機関の出力を加
減調整することができるのである。

なお、上記のような実施装置は、シリンダＣへ供給する
蒸気の供給量を機関の回転との関連において任意の量に
制御することによって機関の運転始動、または停止する
ことも容易に行なうことができる。

また、シリンダヘッドＣＨには、第１図Ａ、Ｂおよび第
２図々示のように蒸気供給通路２０が設けられている。

そして、蒸気供給通路２０は吸入蒸気をボイラ（図示せ
ず）よりシリンダＣ内へ供給する吸気通路ＩＰと、第１
の流通孔１とをピストンＰの上死点付近において開とな
るロータリバルブ３の流通路４を通じて連通し所定量の
蒸気をシリンダＣ内へ供給可能となしである。

また、吸気通路ＩＰには、ボイラと蒸気供給通路２０と
の間に、加速ペダルに連動され蒸気量を加減する絞り手
段としてのスロットルバルブ（図示せず）が配設されて
いる。

さらにシリンダヘッドＣＨには、第１図Ａ、Ｂおよび第
２図々示のように蒸気排出通路３０が設けられている。

そして、蒸気排出通路３０は、膨張したのちの蒸気をシ
リンダＣ内より排出する排気通路ＢＰと、第２の流通孔
２とをピストンＰの下死点付近において開となるロータ
リバルブ３の流通路５を通じて連通し所定量の蒸気をシ
リンダＣ内より排出可能となしである。

本実施例による多気筒エンジンＥは、以上の構成を有す
るものであり、その作動機能は次の通りである。

ロータリバルブ３による蒸気のシリンダＣ内よりの排出
能様について説明する。

第３図ないし第８図は、すべてピストンＰが上部死点に
来たときのロークリバルブ３の姿勢を示す。

第３図および第４図は、進角θがゼロの場合であり、第
５図および第６図はθが負の場合、第７図および第８図
はθが正の場合である。

θ＝０の場合には膨張仕事を終った低圧蒸気はピストン
Ｐの下死点からＳだけまわってから排出され始め、上死
点前Ｓで排出が止まる。

それからピストンＰが上死点に達するまでシリンダＣ内
に閉じ込められた低圧蒸気は、再圧縮の作用を受けるが
、ピストンＰ自身の変位が小さいからエンジンブレーキ
の作用を起すほどにはならない。

むしろ、これに続いてピストンＰの上死点を過ぎるとボ
イラからの高圧蒸気が入り始めても、その一部が排気用
の第２の流通孔２へ素通りするのを確実に防ぐためであ
る。

進角θ〉０にすると第７図および第８図が示すように、
排気終りが早められて、排気終りに閉じ込められた蒸気
の圧縮がそれだけ強く現われる。

θを大きくすると、この圧縮作用が顕著になってエンジ
ンブレーキ作用が強化されるのである。

θくＯにすると、第５図および第６図に示すように、排
気終りがピストンＰが上死点に達する時に近づくが、上
死点を越えると再膨張が起るだけであって、新らしい高
圧蒸気が進入するのも後れるから、新気が排気孔へ吹き
抜けるようなことは起らない。

次に、ロータリバルブ３による蒸気のシリンダＣ内への
供給能様について説明する。

第３図および第４図に示す進角θ＝Ｏの場合には、ピス
トンＰが上死点を越えると蒸気の供給が始まり、クラン
ク軸Ｓがそれからαだけまわると供給が止まる。

つまりカットオフが起るのである。このαの大きさはエ
ンジンＥが最も多く使われる出力点に適合させるべきで
ある。

そしてロータリバルブ３の外周に作る蒸気の連通路は９
０° ａｆとする。

進角θが正の値とじて に近づくにつれてピストンＰが
上死点に達する前に新らしい高圧蒸気が蒸気供給通路２
０へ入り始めるが、シリンダＣへの入口すなわち第１の
流通路１は閉じられたままであるから、ピストンＰに蒸
気圧が作用することはない。

θ＝αとなるとカットオフがゼロになって、ボイラから
の蒸気の進入は全く止まる。

それよりθの値を大きくするとエンジンブレーキ効果だ
けが強化されるが、新らしい蒸気による出力は全く無く
なる。

進角θが負になると、シリンダＣへの蒸気の進入がピス
トンＰが幾らか下降連動を始めてから後に起る。

しかし一旦新らしい蒸気が入り始めると、それまでにピ
ストンＰが下降して出来るスペース−ばいに新気が充満
するから、蒸気の供給はカットオフがα十θに拡大され
たのと同じ効果が現われ、それだけ出力増となる。

次に、ロークリバルブ３の進角制御について説明する。

第９図において調整レバー１７を操作して、制の関係が
成立つ。

ここにｒは一方の回転軸端に設けた螺旋状キー１３ａの
傾斜角であり、Ｒは螺旋状キー１３ａの半径を表わす。

Ｒ＝１５ｉｉ、ｒ＝３０°とすると±Ｘ＝±１０ ｍａ
ｒに対して±θ＝２０゜となる。

なお、排気用の第２の流通孔２の開き角度へは自由に設
定して排気の流速が大きくならないようにすればよい。

δは前に述べたように重なりの角度であって３°〜５°
ぐらいにすればよい。

ロークリバルブ３の排気用の流通路５の大きさは２７０
゜−△−２δを設定した△やδの値に対応させる必要は
ある。

このように、本実施例は、蒸気原動機におけるシリンダ
Ｃ内に対する蒸気排給と排出とにロークリバルブ３を用
い、かつロータリバルブ３に、可変制御装置６を連動し
たことにより蒸気締め切り点を進退させて出力を効率よ
く加減することができる。

また、ロークリバルブ３に対し角変位を与える可変制御
装置６はクランク軸Ｓからの駆動系に挿入して蒸気締め
切り点を有効に進退させることができる。

そして、ロータリバルブ３は回転方向に対して遅らせる
と蒸気締め切りをおくらせたことになって、エンジン出
力は増加することができるのであり逆に進めると蒸気締
め切りを早めたことになってエンジン出力は減少するこ
とができる。

また、蒸気締め切りを零にするほど蒸気締め切りを早め
ることができるが、さらに早めるとピストンＰから排出
される蒸気の残りがシリンダＣ内に閉じ込められ、そこ
へ蒸気の供給さえも始まるから、未だピストンＰが上死
点に達していないために蒸気の圧縮が起る。

こうしてエンジンブレーキの効果を現わすことができる
のである。

以上説明したように、本発明の蒸気原動機の動力制御装
置は、シリンダを設は該シリンダ内にクランク軸と連動
するピストンを往復動可能に配設したシリンダ壁と、 該シリンダ壁に配設され開口がシリンダに開口している
少なくとも二つの第１および第２の流通孔と、 該シリンダ壁に配設され原動機の回転に同期して駆動し
、かつ所定容積となした少なくとも二つの流通路を設け
た回転開閉制御装置と、 吸入蒸気を蒸気発生装置よりシリンダ内へ供給する吸気
通路と前記第１の流通孔とをピストンの上死点付近にお
いて開となる前記回転開閉制御装置の流通路を通じて連
通し所定量の蒸気をシリンダ内へ供給する蒸気供給通路
と、 前記第２の流通孔と、蒸気をシリンダ内より排出する排
気通路とをピストンの下死点付近において開となる前記
回転開閉制御装置の流通路を通じて連通し蒸気をシリン
ダより排出する蒸気排出通路と、 前記回転開閉制御装置と連動しかつ回転開閉制御装置の
回転を変速して前記第１および第２の流通孔と流通路と
の連通度を制御しシリンダに対する蒸気の吸排量を制御
する可変制御装置とから成るものである。

本発明の蒸気原動機の動力制御装置は、上記構成より成
り原動機のシリンダに対する蒸気の吸排量を適確に制御
でき、原動機の動力を効率よく制御することができ、蒸
気吸排用の回転開閉制御装置および蒸気吸排量制御用の
可変制御装置を装備することにより、蒸気のシリンダに
対する吸排作用と、蒸気量の分配コントロール作用を効
率よく行なうことができるとともに、蒸気原動機の駆動
軸回転速度と駆動トルクと制動力とを効率よく制御でき
、かつ、原動機の作動効率の向上を図り、さらに原動機
の構造簡素化を図ることができる効果がある。

本発明による蒸気原動機の動力制御装置は、上述した実
施例のように加速ペダルと、カットオフする可変制御装
置の調整レバーによって駆動軸回転数と駆動トルクを制
御して加速、発進、登板等を行わしめるとともに、加速
ペダルとカットオフ用の調整レバーの併用によって制動
馬力を制御して減速降板の動作をなさしめるもので、複
雑な装置からなり微妙な制御特性を有する蒸気原動機の
動力制御を、従来の内燃機関を搭載した自動車と同様に
簡単な操作により、迅速かつ確実に行わしめるものであ
る。

本発明の内容は単に実施例にのみ限定されるものではな
く、本発明の基本精神ならびに特許請求の範囲から逸脱
せずに種々の改良や変型がなされ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａないし第９図は本発明の実施例をそれぞれ示す
概要説明図である。 図中Ｐはピストン、Ｃはシリンダ、１は第１の流通孔、
２は第２の流通孔、３はロータリバルブ、４．５は流通
路、６は可変制御装置、２０は蒸気供給通路１．３０は
蒸気排出通路、ＩＰは吸気通路、ＢＰは排気通路である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダを設は該シリンダ内にクランク軸と連動す
   るピストンを往復動可能に配設したシリンダ壁と、 該シリンダ壁に配設され開口がシリンダに開口している
   少なくとも二つの第１および第２の流通孔と、 該シリンダ壁に配設され原動機の回転に同期して駆動し
   、かつ所定容積となした少なくとも二つの流通路を設け
   た回転開閉制御装置と、 吸入蒸気を蒸気発生装置よりシリンダ内へ供給する吸気
   通路と前記第１の流通孔とをピストンの上死点付近にお
   いて開となる前記回転開閉制御装置の流通路を通じて連
   通し所定量の蒸気をシリンダ内へ供給する蒸気供給通路
   と、 前記第２の流通孔と、蒸気をシリンダ内より排出する排
   気通路とをピストンの下死点付近において開となる前記
   回転開閉制御装置の流通路を通じて連通し蒸気をシリン
   ダより排出する蒸気排出通路と、 前記回転開閉制御装置と連動しかつ回転開閉制御装置の
   回転を変速して前記第１および第２の流通孔と流通路と
   の連通度を制御しシリンダに対する蒸気の吸排量を制御
   する可変制御装置とから成り、 原動機のシリンダに対する蒸気の吸排量を制御して原動
   機の動力を制御するようにしたことを特徴とする蒸気原
   動機の動力制御装置。