JPS6296732A - 往復圧縮機によつて過給されるデイ−ゼルサイクル用複数のエンジンシリンダ用エネルギ−生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジンに掃気を供給する複数の往復圧縮シ
リンダによって過給される連続運転する複数のシリンダ
付ディーゼルエンジンを少なくとも１個有するエネルギ
ー生成装置に関するものである。

［従来の技術と問題点］ 一般にディーゼルエンジンは、回転圧縮機またはシリン
ダが中心からはずれて働く往復圧縮機によって過給され
る。後者の場合には、シリンダは全部同じ集合管に通じ
ている。従って、エンジンシリンダの掃気は明らかに一
定の給気圧で行われる。掃気の道程に関係する現象の熱
力学的研究は、注入に伴う圧縮仕事量が掃気の平均給気
圧と吐出圧との間の差に直接依存することを示している
。従って、空気入換時の仕事量は、集合管内の平均圧力
によって決定され、特別な圧縮シリンダの最高吐出圧力
によっては決定されない。しかし、これは複数のシリン
ダを有するエンジンや圧縮機の場合には正しくないこと
に注意する必要がある。唯一の圧縮シリンダによって提
供される単独のエンジンシリンダを有する装置の場合（
ＰＲ−Ａ−１２３８，４２６号明細書に記載されている
ようなもの）では、複数のシリンダを提供する混合集合
管がないので、事情は全く異なる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は特に、この仕事量を著しく減らす装置を提供す
ることである。・このために、本発明は容量がシリンダ
の数倍、一般には約５倍に等しい給気容量タンクを介し
て、エンジンの掃気口を閉じるときに圧縮衡程が関係す
る圧縮シリンダの掃気によって各エンジンシリンダを付
勢することを特徴とする装置を提供する。

この配置によって、次第に減少する給気圧で掃気が行わ
れ、これは実際に行われる仕事量を減らす。また開口部
近くで一定断面、しかもゆるやかに三日月の断面を存す
るエンジンシリンダの排気管を備えることによって、こ
のようにして得られる利益をさらに増すことができ、こ
れは、下降波を生じることによって、エンジンシリンダ
内の圧力をまず１．５Ｐｅ程度の値（Ｐｅは排気容量で
支配される圧力である）まで、次に排気容量で支配され
る圧力より下の値まで急落させることができる。

シリンダ内の下降は掃気口を閉じてピストンを戻すまで
継続することができる。

本発明は、ガスタービンに連結したマルチタンデムタイ
プの自由ピストン付ガス発生器を含んでいる装置におい
て特に重要な応用を見出した。この発生器は相の反対側
で働く２つのグループに属するディーゼルサイクルに従
って働くエンジンシリンダ、および同様に２つのグルー
プに分けられる圧縮シリンダを含む。幾つかの圧縮シリ
ンダか、エンジンを付勢する第１の流わおよびエンジン
シリンダの排出ガスと同時にガスタービンを付勢する第
２の流れを供給するように、圧縮機を特殊化することが
既に提案された（ＥＰ−Ａ−７８７４）。この解決法は
圧縮機によって供給された空気流量の重要な役割をエン
ジンの掃気のために利用した場合、先に採用したものに
対して多くの利点を示す。しかし、この利点はガスター
ビンを直接付勢するため排気量の一層重要な部分を利用
するに従って弱くなる。そこで前記の本発明による解決
法を利用することは、各エンジンシリンダに圧縮区画を
充てることができるのでなおのこと一層興味がある。時
に、対応するエンジンの開口部を閉じる瞬間と排気工程
が一致するように選ばれた圧縮機の唯一の圧縮区画から
、２個のエンジンピストンによって区域を限定された各
エンジンシリンダを付勢することが可能である。

前記配置は特に排出ガスの仕事量を減らすことができる
。従来のタイプの掃気口を含むエンジンシリンダに使用
することもできる。掃気口を放射状の空気ブラストまた
は接線成分を示す空気ブラストを供給するように設計し
、掃気の第１段階時に異なる条件に従フて排出を行うこ
とができる。

第１の場合には、新しい掃気の排出は熱い燃焼ガスの環
状トラックを取り囲む中心ブラストの形で行われる。こ
の解決法は有効な掃気を保証する利点がある。しかし、
エンジン内で新しいガスの回転運動がない。却って、開
口部が傾いている場合、新しい空気は熱いガスの中心を
回転しながら取り囲み、動かない環状面に沿って分かれ
る。回転運動は燃焼の初期に存在することが好ましい。

しかし反対側では掃気はもうシリンダの中心部分に関係
せず、あまり有効でない。

さらに本発明はエンジンシリンダのアンサンプルに関係
する掃気を確保しながら、回転運動の都合のよい効果を
得ることができる掃気手段の装置を与えることを目的と
する。この目的において、特に本発明は各エンジンシリ
ンダが、その端部にてシリンダの周りに規則正しく分配
された掃気口、および反対方向に方向を変える２個のピ
ストンによって区域を限定されたシリンダの他の端部に
て同様に規則正しく分配された開口部のような排出手段
を含み、前記掃気口が露出した連続した２列に分配され
、第１の露出した列の開口部は接線成分を有するブラス
トを与えるように配置されるが、第２の露出した開口部
は明らかに軸方向に向けられたブラストを与えるように
設けられる。

２列は同じ給気量によって与えられるが、これらの手段
は第１列の開口部への掃気の到着を遅らせるために設け
ると有利である。この結果は特に、主要な給気容量タン
ク（これは第２の遊隙の開口部を直接与える）と第１の
遊隙の開口部との間に、屈曲した行程を工程を設けるこ
とによって達成される。

この条件では、開口部の第１列は、放射方向に対して例
えば３０°で方向を定めたブラストを与え重要な回転速
度を生かす周辺環状タイプの排出を確立する。第２列は
有効な掃気を確保する回転なしの中心ブラストの発生を
促す。掃気および今後の圧縮の間に、回転による周辺排
出によって新しいガスの中心核が段々に引きょせられ、
これは最後には前のエンジンにおけるよりも遅い速度で
ブロック回転による空気の塊になることができ、しかも
燃焼について研究された好ましい結果を保持する。

なお、２列の掃気口を設ける場合、第１列の掃気口によ
って新しい空気の到達を遅らし臨時に弛める手段を設け
ると有利であり、排気口に向ってシリンダに沿って拡が
る新しい空気の前面に与えることもでき、その進行は軸
に垂直な前面に一層近づく。

マルチタンデムガスの発生装置では、現在まて各圧縮シ
リンダ、または少なくとも各圧縮区画を、決定された流
れて行ってきた。例えば、既に引用されたＥＰ−Ａ−７
８７４号明細書では、幾つかの圧縮シリンダがエンジン
に供される第１の空気流を供給すると同時に、別のもの
にはタービンに倶さわる第２の空気流を供給する。しか
し、これらの条件では、掃気比（すなわちエンジンを横
断する空気量とエンジンのシリンダとの間の比）を決定
するか、または少なくとも、重要な梯形によってしか変
化させることができない。また本発明は上に定義した種
類の掃気の要求に掃気比を一層正確な適合手段を与える
ことを目的とする。この目的で、さらに本発明は、１個
は第１の流れに他の１個は第２の流れに充てられた特色
のある２個の集合管内に通じる排気弁を設けることによ
って、装置の圧縮機の若干を唯一の流れに、他のシリン
ダを２つの流れに充てることを提案する。

以下、本発明の特定の実施例に従い最良のものを図面に
基づき説明するが、これに限られるものではない。

［実施例］ まず、第１〜３図を参照すると、エンジンシリンダＩＯ
および自由ピストンのガス発生機の圧縮シリンダ１２を
単に含むアンサンプルの運転サイクルは、上述のＥＰ−
八−７８７４号明細書の中に記載された一般構造を有す
ることができる。圧縮シリンダ１２は、第１の流れに充
てられる圧縮区画１６および第２の流れに充てられる圧
縮区画Ｉ８を分離し、図には示していな−いガスタービ
ンを直接付勢するピストン１４を含む。圧縮区画１６は
新しい空気の吸気弁２０および給気容量タンク２４に向
って吐出弁２２を設ける。ピストン１４は対称ピストン
２８と共にエンジン区画３０の区域を限定するエンジン
ピストン２６に機械的に結合され、エンジン区画３０は
、ピストン２６と２８の最大間隔の位置で給気容量タン
ク２４の約５倍の容量に等しい。ピストン２６は掃気口
３２と共働するが、ピストン２８は高圧タービン（図に
は示していない）に連結した排気容量部３８を与えるバ
イブ３６の中に通じている排気口３４と共働する。

第１図は排気口３４の開口時、すなわち排気の−吹きが
生じる瞬間に、ピストン１４．２６および２８を含む運
動部材の位置を実線で示している。開口部３２と３４の
場所の差を与えると、掃気口はさらに閉じられる。エン
ジンピストンは互いに離れている。圧縮区画１６は弁２
０および２２を支えるプレートから離れている。給気容
量タンクが圧力Ｐｃを支配する場合、圧縮区画１６にお
ける圧力は給気圧Ｐａに明らかに等しい。エンジンシリ
ンダ３０内で支配する圧力は明らかに３Ｐｉに等しい。

　　　　　゛排気管３４およびバイブ３６との接続に適
した設計によフて、バイブ入口の全圧はそこで急速に増
加し、約１．５Ｐｅの値に達する。

次にエンジンピストンは、第１図にダッシュで示したよ
うに、排気口３２を露出する。排気の−吹きがＰｃ以下
のエンジン内に支配する圧力を再び下げると直ちに、給
気容量タンク２４は掃気のためエンジンに放出を開始す
る（第１図の矢印）。

この掃気プロセスは、第２図に実線で示したように、運
動部材がコースの最大値、すなわち外部の下死点に達す
るまで継続する。運動部材の移動は、矢印ｆで示したよ
うに、反転する。エンジンの排気は矢印Ｆで示したよう
に継続する。給気容量タンク２４は常にエンジンと連絡
しており、圧縮機から離れている。

そこでエンジン内の圧縮と圧縮機１２の掃気段階が始ま
る。エンジンピストン２６および２８の接近移動の間に
、ピストン２６および２８は排気口３２、次いで排出口
３４を順次閉じ、給気容量タンクをエンジンから離す。

圧縮機１２は、この間圧力が再び上る給気容量タンクを
充填する。

エンジンピストンが内部の上死点に達すると、運動は反
転して始まり、燃料をエンジン中に注入し、燃焼が始ま
る。

最後に、給気容量タンク２４が放出を待っている間に圧
縮機の休止空間の膨張と同時にエンジンの膨張が行われ
（第３図）、サイクルが再び始まる。

掃気は一定の給気圧または不定の圧力で行なわれるので
、開口部の従来の配置の利用は、すでに指摘された不利
益、すなわち接線ブラストの注入の場合の掃気の不完全
な特性、放射状ブラストの場合の燃焼に適した回転運動
の不在を存続させる。

掃気口に螺線形状を与えることによって障碍を避けるこ
とができる。すなわち、注入は中央平面に最も近い開口
部において接線で、中央平面に最も遠い部分で放射状の
構成で行われる。しかし、このような開口部の実現の困
難とは無関係に、空気の種々の細線の通路に因って、追
加の問題が存在する。この通路の差は、新しい空気の前
面が掃気口に達すると、第４図に実線で示した種類の形
状を示し、シリンダ内に仕掛けられる危険がある燃焼ガ
スの中心を変える。

さて２列の開口部の掃気装置は、どんな場合にも回転掃
気に放射状掃気の長所を結びつけることができ、さらに
簡単な供給の代りに、第４図にダッシュで示した種類の
進行を与えるように排出の前面を変更することができる
。

第１図の部材に対する部材を同一の参照番号で示した第
４図は、シリンダ３０のケース内に設けられ、シリンダ
（第６図）内に放射状に通じる１列の掃気開口部３２２
と直接連絡している給気容量タンク２４を示す。膨張過
程の際にピストン２６によって第１のものを露出するよ
うに置かれた他の列の開口部３２．は、一般に約３０°
　（第７図）である放射状平面に対して角度をもって傾
いて反対方向にある。　開口部３２．から出た流動線の
相対的突出部を減らすため、第５図に示した配置は２種
類のファクタの働きをする。一方では、速度を下げなが
ら、開口部３２．によって与えられる周辺の流動線の全
圧を下げる傾向がある。他方ではこれらの開口部３２．
を通りぬけて存効な排出の出現を遅らす。これら２つの
結果は、給気容量タンク２４と開口部３２１との間に、
列３２．と３２２との間の軸間隔よりも非常に大きい長
さで、しかも僅かな容積の阻板で出来た導管４０を設け
るときに達成される。

この配置によって、開口部３２．の入口で、給気容量タ
ンクに対してエンジンの僅かな掃気が起る。排気の冷た
い空気と燃焼ガスとの間の混合は導管４０の比較的長い
長さによって掃気の間に制限される。

導管４０の寸法は特別な各装置のパラメーターに左右さ
れる。しかし、これらは次の法則に従う：導管４０の端
部で圧縮波の反射による膨張波が逆行流量を制限する開
口部３２１に達したとき、給気容量タンク２４内の圧力
とエンジン内の圧力との間の差の徴候が変るため、導管
４０の長さが決定される、 波の往復時間は、ピストン２６が変化の瞬間に開口部３
２、の長さ全体を露出するようでなければならない、 開口部３２２の開口の開始は、開口部３２．によるエン
ジン内で許容されるガス塊が導管４０に対してエンジン
から逆行した初期の塊と同じ程度の大きさであるとき、
行われなければならない。

２列の開口部と導管４０の存在は別の好ましい結果をも
たらす。特に、ガスの初期排気を受け人わるため、掃気
口と給気部３２１−３２２の全長は同じシリンダ存効容
積に対し約３０％増加させることができる。開口部３２
１からの排出の変相は周辺の新しい空気の前面の先端を
平たくする。

この周辺前面をゆるやかにするため、導管４０内の充填
損失を利用する。実際には、開口部３２．によって引き
起されたものと同じ程度の充填損失を利用し、これは周
辺の軸近くの空気の細線によってさらされた距離の割合
にほぼ一致する割合で開口部横断速度を減らす。

第８図は、開口部が第５図に示した種類であるときに、
新しい空気によってシリンダ３０の侵入前面を決定する
ため行われるシミュレーションの結果を示す。参照番号
Ｉ、２．３．４および５によって示される曲線は、第２
列の開口部の開口開始後、前面がそれぞれ２ｍｓ、６ｍ
ｓ、ｌ０ｍ５，１６＋ｎｓおよび２０ｍ５を示す。

開口部３２．の供給を遅らすため、別の解決法が可能で
あり、特に遅延命令開口弁、または給気容量タンクと第
１の遊隙の開口部３２．との間に設けた自動開口調節弁
を利用する。

ところで、第９図を参照すると、上述のＥＰ−Ａ−７８
７４号明ｍ書において示された一般構造をもつことがで
きるガス発生器において、エンジンシリンダに対応した
掃気流量をうまく調節できる配置がある。第９図は、こ
のような発生器を含む８個の圧縮機のうち２個だけを示
す。圧縮機４２を、加熱器に設けられた熱交換器４４を
介して、第２回路に空気を特に供給するために設ける。

熱交換器４４を通った空気は高圧ガスタービン４６に送
られる。

少なくとも１個の他の圧縮シリンダ１２、またはシリン
ダ１２内の圧縮ピストン１４によって区域を限定された
少なくとも１個の他の圧縮区画は、冷却器４８を含みエ
ンジンシリンダ３０に通じている第１回路、そして第２
回路に空気を供給する方向で併用される。このため、シ
リンダ１２の排気給気管５０を圧縮区画５２によって２
室に分離する。各室には圧縮機の吐出弁２２が複数個間
いている。弁の数をｌＯ個〜２０個含まれるように増や
すことによって、さらに極めて融通のきく調整法を準備
して置くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２および３図は、本発明の実施例による装置のエ
ンジンシリンダと圧縮シリンダの構成配置を、運転周期
の種々の状態を示す図であり、第４図は、エンジンシリ
ンダの縦軸を通る平面に沿った断面図であり、本発明に
より得られる掃気の波及前面の変更を示しており、 第５図は、エンジンシリンダの軸を通る平面に沿った断
面図であり、掃気口の可能な装置を示しており、 第６および７図は、第５図はに示された２列の掃気口の
方位を示す図であり、 第８図は、第５〜７図に示したタイプの開口部を備えた
エンジンシリンダにおける掃気前面の波及を示す図であ
り、 第９図は、自由ピストン付ガス発生装置の圧縮機のうち
２個を示す原理図であり、２個の圧縮シリンダの１個は
、一方では第１の空気循環、他方では第２の空気循環に
影響する方向で併用される。 ＩＯ・・・エンジンシリンダ １２・・・圧縮シリンダ １４・・・圧縮ピストン １６・・・圧縮区画 １８・・・圧縮区画 ２０・・・弁 ２２・・・吐出弁 ２４・・・給気容量タンク ２６・・・ピストン ２８・・・ピストン ３０・・・エンジンシリンダ区画 ３２・・・掃気口または開口部 ３４・・・排気口 ３６・・・バイブ ３８・・・排気容量部 ４０・・・導管 ４２・・・圧縮機 ４４・・・熱交換器 ４６・・・高圧ガスタービン ４８・・・冷却器 ５０・・・排気給気管 ５２・・・仕切

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンに掃気を供給する複数の往復圧縮シリンダ
   によって過給される連続運転する複数のシリンダ付ディ
   ーゼルエンジンを少なくとも１個有するエネルギー生成
   装置において、 容量がエンジンシリンダの数倍に等しい給気容量タンク
   （２４）を介して、エンジンの掃気口（３２）を閉じる
   ときに圧縮衡程が関係する圧縮シリンダ（１０）の掃気
   によって各エンジンシリンダ（１２）を付勢することを
   特徴とするエネルギー生成装置。 ２、給気容量タンクの容量がシリンダの約５倍である特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、エンジンシリンダ内に給気口の反対側に位置するエ
   ンジンシリンダの排気管が排気口近くで一定断面、しか
   もゆるやかに三日月の断面を示し、排気口の開口部から
   エンジンシリンダ内の圧力を急落させる特許請求の範囲
   第１項または第２項に記載の装置。 ４、前記エンジンシリンダを備えたマルチタンデム自由
   ピストン付発生器およびエンジンシリンダの排出ガスを
   受け入れるガスタービンを含むタイプの装置において、 ２個のエンジンピストンによって区域を限定される各エ
   ンジンシリンダが、対応するエンジン開口部を閉じる瞬
   間と圧縮機の吐出工程が一致するように選ばれたシリン
   ダのピストンの１個によって駆動されるピストンによっ
   て、および二重の高価の圧縮シリンダによって区域を限
   定された圧縮機の唯一の圧縮区画から付勢されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１、２または３項のいずれ
   か１項に記載の装置。 ５、各エンジンシリンダが、その端部にてシリンダの周
   りに規則正しく分配された掃気口または弁、および反対
   方向に方向を変える２個のピストンによって区域を限定
   されたシリンダの他の端部にて同様に規則正しく分配さ
   れた開口部のような排出手段を含み、掃気口が露出した
   連続した２列に分配される特許請求の範囲第４項記載の
   装置。 ６、第１の露出した列の開口部（３２＿１）は接線成分
   を有するブラストを与えるように配置され、第２の露出
   した開口部は明らかに軸方向に向けられたブラストを与
   えるように設けられた特許請求の範囲第５項記載の装置
   。 ７、第１列の開口部が放射方向に対して約３０°の角度
   をなす特許請求の範囲第６項記載の装置。 ８、２列は同じ給気量によって与えられ、第１列の開口
   部への掃気の到着を遅らせるための手段を設ける特許請
   求の範囲第６または７項記載の装置。 ９、前記手段が給気容量タンクと第１の遊隙の開口部（
   ３２＿１）との間に屈曲した行程によって構成される特
   許請求の範囲第８項記載の装置。 １０、前記手段が給気容量タンクと第１の遊隙の開口部
   （３２＿１）との間に挿入された自動開口調節弁または
   遅延命令開口弁を含む特許請求の範囲第８項記載の装置
   。 １１、少なくとも１個の圧縮シリンダ（１２）は、吐出
   弁（２２）によってシリンダに各々連結された２室に分
   離された給気集合管（５０）を含み、１室は他の室が高
   圧ガスタービン（４６）を付勢する間にエンジンシリン
   ダ（３０）を付勢する特許請求の範囲第１項ないし第１
   ０項のいずれか１項に記載の装置。