JPS597019B2 - 外燃式往復動エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は外燃式往復動エンジンに関する。

従来より内燃機関は機関回転数の全範囲に亘って一定の
トルクを得ることはできず、特に低速回転時におけるト
ルクが低く、従って車両発進時には機関回転数をあげて
トルクを高め、クラッチ機構を介して駆動輪にトルクを
伝達するようにしている。

このように低速トルクが低いため発進時には機関回転数
を上げる、即ち余分な燃料を消費している。

またトランク等の重量物運搬用車両においては重量物運
搬時に十分なトルクが得られるようにエンジンが設定さ
れているので空荷時には余分な馬力を発生しており、従
って燃料消費率が極めて高くなる。

また従来の内燃機関では車両停止時においても機関は回
転し続けており、従ってこのようなアイドリンク時にお
げる燃料消費量もかなりの量となる。

このように従来の内燃機関では燃料が無駄に消費されて
いる場合が多い。

また従来の内燃機関では機関の形式に適した比較的高価
な燃料しか使用することができないというのも大きな問
題である。

更に従来の内燃機関は間欠的な燃焼であるため空燃比の
変動或いは燃焼室内に発生する乱れの変動によって燃焼
状態が各サイクル毎に変動し、これが排気ガス中の有害
成分を増大させる原因の一つともなっている。

本発明は広範な種類の燃料を使用することができ、しか
もその燃料を連続燃焼させることにより常時安定した燃
焼を行なわせしめると共にその燃焼熱を最大限に利用す
ることにより燃料消費率を大巾に向上するようにした外
燃式往復動エンジンを提供することにある。

以下、添附図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図を参照すると、１はシリンダブロック、２はシリ
ンダブロンク１内で往復動するピストン、３はシリンダ
ブロンク１上に固締されたシリンダヘッド、４はピスト
ン２とシリンダヘッド３間に形成されたシリンダ室、５
は図示しない動弁機構により駆動される高圧ガス供給弁
、６は排気弁、Ｉは高圧ガス供給路、８は排気通路、９
はシリンダヘンド３に固着された外燃焼室／ｙ − −
：ｉ ンク、１０は外燃焼室を夫々示し、この外燃焼室
１０は高圧ガス供給路７並びに高圧ガス供給弁５を介し
てシリンダ室４内に接続される。

第１図に示されるようにケーシング９の右側上方には噴
射弁１１が設けられ、この噴射弁１１の拡大一部断面図
が第２図に示される。

第２図を参照すると、噴射弁１１はその先端部に混合室
１２を有し、この混合室１２は開孔１３を介して外燃焼
室１０内に開口する。

混合室１２内には燃料供給孔１４と空気供給孔１５とが
開口する。

燃料供給孔１４は破線で示す流量制御弁１６を介して燃
料取入口１８に接続され、一方空気供給孔１５は同様に
破線で示す切換弁１γを介して空気取入口１８′に接続
される，第１図に示されるように燃料取入口１８は燃料
供給導管１９並びにアキュムレータ２０を介して高圧燃
料ポンプ２１に接続され、一方空気取入口１８′は空気
供給導管２２並びにアキュムレータ２３を介して高圧空
気ポンプ２４に接続される。

第１図並びに第２図に示されるように流量制御弁１６の
制御レバー２５と切換弁１７の切換レバー２６とはアク
セルペタル２７に接続される。

第３図は流量制御弁１６と切換弁１７の開度を示す。

第３図において横軸はアクセルペダル２１の踏込み量、
即ち機関負荷Ｌを示し、この横軸においてＰはアクセル
ペタル開放時、Ｑはアクセルペタル最大踏込み時を夫々
示している。

一方、縦軸は流量制御弁１６と切換弁１７の開口割合Ｒ
並びに燃料噴射量Ｗを示している。

なお、第３図において実線Ａは燃料噴射量を示し、破線
Ｂは空気噴射量を示している。

従って第３図からわかるようにアクセルペタル２７が開
放されたとき燃料噴射が停止し、アクセルペタル２７が
踏込まれると負荷の増大に応じて噴射量が増大するよう
に流量制御弁１６によって噴射制御される。

一方、アクセルペタル２７が開放されたとき空気の供給
カ停止し、アクセルペタル２７が踏込まれると全開する
ように切換弁１７によって供給制御される。

従ってアクセルペタル２７が踏込まれたとき燃料供給孔
１４から噴射した燃料と空気供給孔１５から噴射した空
気とは混合室１２内で混合されて可燃混合気が形成され
、この可燃混合気が開孔１３から燃焼室１０内に第１図
において矢印Ａ方向に噴出する。

第１図に示されるように噴射弁１１の開孔１３の近傍に
は混合気を着火するための加熱源、例えば加熱ヒータ或
いは点火プラグ２８が設げられ、この加熱ヒータ２８に
より噴射弁１１から噴出する混合気は着火される。

またこの着火火炎が直接衝突する外燃焼室１０の底壁面
上には耐熱合金製の脱着可能な耐熱部材２９が設けられ
る。

このように耐熱部材２９を設けることにより火炎の直接
衝突による外燃焼室１０内壁面の劣化を防止することが
できる０またこの耐熱部材２９はホットスポットとなっ
て混合気の着火源となる。

前述したようにアクセルペタル２Ｔが開放されると燃料
並びに空気の供給が停止するため外燃焼室１０内におけ
る燃焼は停止する。

従って車両停止時或いは減速時には燃焼は行なわれない
。

次いでアクセルペタル２γが踏込まれると燃料並びに空
気が噴射弁１１から噴出する。

第１図に示すアキュムレータ２３内にはほぼ一定圧の高
圧空気が貯留されており、従って切換弁１７が開弁する
と一定圧で高圧空気が外燃焼室１０内に流入する。

なおこの一定圧は燃焼圧よりも高く設定されているので
アクセルペタル２７が踏込まれている間空気は供給され
続ける。

なおここで注意すべきことは噴射燃料量に比して供給空
気量がはるかに多いことである。

従って噴射弁１１から噴射した燃料は空気過多のもとで
、即ち外燃焼室１０内の圧力は高いがあたかも大気中に
おいて燃料を燃焼せしめるような形で燃焼することにな
る。

このような空気過多の状態は低負荷運転時に限らず高負
荷運転時においても同様である。

次いで外燃焼室１０内に高圧の燃焼ガスが形成されるこ
とになる。

車両発進時アクセルペタル２７を踏込んだ際に高圧ガス
供給弁５が開弁していなげれば高圧ガスはシリンダ室４
にに供給されることはな＜、従って車両は発進すること
はできない。

従っていずれかの高圧ガス供給弁５が必ず開弁じている
少くとも２気筒エンジンでなければ機関を作動するのが
困難である。

この場合各気簡に対して夫々１個の独立した外燃焼室１
０を設けることもできるし、また第６図の４気筒エンジ
ンに示されるように全気筒３０ａ ，３０ｂ ，３０
ｃ ，３０ｄに共通な外燃焼室３１を設けることもでき
る。

外燃焼室１０内の圧力が上昇すると開弁している高圧ガ
ス供給弁５を介して高圧ガスがシリンダ４内に流入し、
ピストン２を押下げる。

この押圧力はピストン２が下死点に達するまでほぼ一様
な大きさで作用するので極めて高いトルクが得られるば
かりでなくこのトルクは外燃焼室１０内の圧力によって
左右されるので機関回転数に無関係に高いトルクが得ら
れる。

次いで排気弁６が開弁じてピストン２が上昇し、ピスト
ン２が上死点に達すると排気弁６が閉弁して再び高圧ガ
ス供給弁５が［ＪＰする。

このようにピストン２が一往復する毎に高圧ガスがシリ
ンダ室４内に供給されるのでこの点からも従来の４サイ
クル機関に比べて高いトルクを得ることができる。

第１図を参照すると、外燃焼室１０の土壁面中央部に補
助噴射弁３２が設げられ、この補助噴射弁３２の噴出口
は耐熱部材２９に指向される。

また補助噴射弁３２はアキュムレータ３３を介して高圧
ポンプ３４に接続され、一方補助噴射弁３２はアクセル
ペタル２１に連結されて第３図の鎖線Ｃで示すように開
口せしめられる。

即ち補助噴射弁３２はアクセルペタルが開放された際に
も若干開弁しており、負荷が増大するにつれて開口量が
増大する。

この補助噴射弁３２からは補助空気、蒸気或いはアルコ
ールのような補助流体が噴射される。

この補助流体は耐熱部材２９の冷却を行なうと共に外燃
焼室１０内を冷却し、外燃焼室１０内のガス温を所定温
度、例えば６００℃あるいは７００℃程度に保持する。

なおこの補助噴射弁３２のアクセル開放時におげる噴射
圧は比較的低く設定されており、従ってアクセルペタル
開放時にたとえ高圧ガス供給弁５が開弁じていたとして
も噴射された補助流体により発生する圧力によりピスト
ン２が押下げられることはない。

更に第１図に示すように外燃焼室１０の土壁面には防爆
装置３５が設げられ、この防爆装置３５の拡大断面図が
第４図に示される。

第４図を参照すると、防爆装置３５はそのハウジング内
に可動プランジャ３６とンレノイド３７を有し、このン
レノイド３Ｔは第１図に示すように車両速度検出装置３
８に接続される。

可動プランジャ３６は圧縮ばね３８により外燃焼室１０
に通ずるポート３９を閉鎖しており、外燃焼室１０にの
圧力が所定圧力、例えば１００気圧以上になったとき可
動プランジャ３６が開弁せしめられて高圧ガスの一部が
高圧ガス排出路４０並びに高圧ガス排出導管４１を介し
て排気通路８内に排出される。

ソレノイド３７は車両速度が零になったとき付勢され、
従って車両が停止しているときにはンレノイト３７の吸
引力によって可動プランジャ３６の開弁圧が例えば３０
気圧程度に低下せしめられる。

車両発進時に外燃焼室１０内の圧力が急激に高圧になり
、これがピストン２に作用すると発進時のショックが大
きくなるが上述のように開弁圧を低下させることによっ
て発進時のショックを回避することができる。

しかしながらこれは車両を対象とした場合であって例え
ば発電機駆動用エンジンにおいては逆に起動時に大きな
トルクを必要とするため第４図の実施例とは逆にソレノ
イド３Ｔが付勢されたときに可動プランジャ３６を下方
に向けて抑圧するように構成し、それによって開弁圧を
高める必要がある。

外燃焼室１０内の圧力が急激に上昇した場合には隔壁４
２の上方まで上昇し、従ってこのとき高圧ガスは開口４
３、内部室４４、高圧ガス排出路４５を通って排気通路
８内に排出されることになる。

第５図は噴射弁１１の別の実施例を示す。

第５図を参照すると、燃料供給孔１４と、この供給孔１
４内に延設された加熱ヒータ２８と、環状配置の空気供
給孔１５が噴射弁１１内に形成される。

空気供給孔１５は一方では環状開口４６を介して外燃焼
室１０内に開口し、他方では孔４１を介して燃料供給孔
１４内に開口する。

この場合環状開口１５に向かう空気流により混合室１２
を冷却することができる。

なお、本発明によるエンジンで使用できる燃料はガソリ
ン、灯油、軽油、重油はもとより植物油に至るまでのあ
らゆる種類に亘っている。

また本発明では電気部品が比較的多く使用されしかもエ
ンジンブレーキが期待できないことを考えると制動用と
して発電ブレーキを使用するのが好ましい。

以上述べたように本発明によれば連続燃焼を行なわせる
ことにより安定した燃焼を得られ、その結果排気ガス中
の有害有分の発生を抑制することができる。

またアクセルペタルを開放すると燃料の供給が停止され
るので燃料消費率は大巾に向上する。

またあらゆる種類の燃料を使用できるというのも大きな
利点である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る内燃機関の側面断面図、第２図は
噴射弁の一部断面側面図、第３図は噴射弁と補助噴射弁
の開弁量を示すグラフ、第４図は防爆装置の側面断面図
、第５図は噴射弁の別の実施例の側面断面図、第６図は
エンジンの平面図である。 ２・・・・・・ピストン、４・・・・・・シリンダ室、
５・・商高圧ガス供給弁、６・・・・・・排気弁、１０
・・・・・・外燃焼室、１１・・・・・・噴射弁、２８
・・・・・・加熱ヒータ、３２・・・・・・補助噴射弁
、３５・・・・・・防爆装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 混合気を着火するための加熱源を具えた外燃焼室を
   具備し、該外燃焼室を機関駆動の高圧ガス供給弁を介し
   て往復動ピストンのシリンダ室内に連結し、外′燃焼室
   内の燃料を空気過多のもとで連続燃焼させることにより
   外燃焼室内に高圧ガスを形成し、該高圧ガスをシリンダ
   内に導いてエンジンを作動せしめるようにした外燃式往
   復動エンジンにおいて、エンジン作動時に上記外燃焼室
   内に所定圧の空気を供給しかつアクセルペタル開放時に
   該空気の供給を停止する空気供給弁を外燃焼室内に設け
   、エンジン作動時に外燃焼室内に負荷に応じた燃料を供
   給しかつアクセルペタル開放時に該燃料の供給を停止す
   る燃料噴射弁を外燃焼室内に設け、上記空気供給弁を圧
   縮空気蓄積用アキュムレータに連結した外燃式往復動エ
   ンジン。