JPH0422749A - 再生熱交換器を持つシリンダ外燃焼式エンジン - 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） この発明は、燃料を燃焼させて得られる高温高圧ガスの
膨張によりピストンを押下げて動力を発生させる動力装
置として利用できる発明である。

（従来の技術） 燃料を燃焼させて高温高圧のガスを造り、これを膨張さ
せてタービン、ピストン等を駆動する動力装置は従来よ
り広く利用されている。

これらの内、シリンダに遊合したピストンを駆動するエ
ンジンとしては、シリンダ内で燃料、空気の混合気を燃
焼させる内燃機関が一般的である。

本発明者は、さきに、空気を圧縮する圧縮シリンダと、
燃焼ガスを膨張させる膨張シリンダとを別個に設け、圧
縮シリンダで圧縮した空気をバーナに導いて別途供給す
る燃料を燃焼させ、こうして得た高温高圧のガスを膨張
シリンダに導いてピストンを押下げ、動力を発生させる
エンジンにおいて、圧縮シリンダの吐出する圧縮空気を
膨張シリンダの排気で加熱してバーナに供給し、熱効率
を向上させるエンジン（特願平２−０６６８８２号）を
発明した。

この先発明のエンジンは、第８図に略示するように、上
昇するピストン１により圧縮シリンダ２内で圧縮した空
気を熱交換器３の受熱部３ａに通して、加熱部３ｂに通
した膨張シリンダ４の排気で加熱し、この圧縮空気をバ
ーナ５に入れて燃料６を燃焼させ、得られた高温高圧の
ガスを膨張シリンダ４に入れて膨張させピストン７を押
下げて動力を発生させるものである。

この例では、容積型タービン又は排気タービン８で、容
積型スーパチャージャ又はターボチャージャ９を駆動し
、圧縮シリンダへ供給する空気を与圧している。

これをｐｖ線図で示すと第９図のようになる。

（発明が解決しようとする課題） 上記発明は、圧縮シリンダと膨張シリンダとを別個に設
けているため装置構成が複雑になるのが避けられない。

必要なシリンダ数を少なくてされば装置構成を簡単にす
ることがで各る。

（課題を解決するための手段） この発明は、空気圧縮と燃焼ガスの膨張とを順次行なう
シリンダを持ち、この圧縮空気を排気で加熱する熱交換
器及びこの加熱された圧縮空気を使用して燃料を燃焼さ
せるバーナなシリンダ外に設け、バーナで造った高温高
圧の燃焼ガスを上記シリンダに送って膨張させピストン
を押下げて動力を発生させるようにエンジンを構成して
上記の課題を解決したものである。

（作　用） ピストンの上昇と共にシリンダ内で圧縮された空気は、
シリンダ外に導かれて熱交換器を通り、燃焼ガスの排気
により加熱されてバーナに入り、供給される燃料を燃焼
させて高温高圧の燃焼ガスを造り、再び同じシリンダに
入って膨張し、ピストンを押下げて動力を発生する。

圧縮行程の終期とＩｌ、張行程の終期との間に時間的ず
れがあっても、熱交換器として蓄熱式のものを使用する
ことにより排気による圧縮空気加熱を良好に行なうこと
ができる。

（実施例） 第１〜５図は４サイクル式プレイトン型ピストンエンジ
ンについて本発明を適用した実施例を示す。

第１図は、ピストン１０を遊合したシリンダ１１の頭部
に設けた４種の弁と熱交換器３、バーナ５等との関連を
示す略図で、ｖＡは吸入管１２とシリンダ１１との連通
を制御する吸入弁、■８は燃焼ガス管１３とシリンダ１
１との連通を制御するガス流入弁、ｖｃはシリンダＩＩ
内で圧縮された空気を流出させる圧縮空気管１４とシリ
ンダ１１との連通を制御する空気弁、Ｖ、は排気管１５
とシリンダ１１との連通を制御する排気弁である。

燃焼ガス管１３と圧縮空気管１４とはバーナ５に通し、
圧縮空気管１４と排気管１５とは熱交換器３を通って排
気の熱を圧縮空気にりすようにされ、排気管１５には排
気タービン８を設けて吸入管１２に設けたターボチャー
ジャ９を駆動するようにされている。排気タービン８、
ターボチャージャ９の代りに容積型の駆動機、コンプレ
ッサを使用することもできる。

多弁ｖＡ、ＶＢ、■６、■、は、第２図のようにシリン
ダ１１の頭部に配列されている。

第３図はこのエンジンの動作を示すｐｖ線図で、ターボ
チャージャによりａ−ｂの間で空気をシリンダ１１に押
込みつつピストン１０が上昇し、ｂ−ｃの間では空気の
吸入はせず圧縮のみが行なわれ、この空気が熱交換器３
を経てバーナ５へ送られて燃料６を燃焼させ、得られた
燃焼ガスがシリンダ１１へ送られてｄ−ｅの間で膨張し
、ｅで排出され、ｅ−ａの間で排気タービン８を動かし
てターボチャージャ９を駆動するものである。

このエンジンの各行程における弁の動作は第４図のＡ〜
Ｆのようになっており、弁ダイヤグラムは第５図のＡ、
Ｂのようになる。次にこれを説明する。

１）　空気吸入行程（第４図Ａ） ピストン１０は下降し、吸入弁ＶＡは開いて吸だ１２か
らターボチャージャ９で与圧された空気がシリンダ１１
内に流入する。

この空気押込み状態は、ピストン１ｏが上昇に転じて（
空気弁Ｖ。は閉）圧縮を開始した後もしばらく続き、第
３図のｂ位置で空気吸入は止り、圧縮のみに穆る。

２）空気圧縮行程（第４図Ｂ） 空気弁■。が閉じられているためシリンダ内に閉じ込め
られた空気を、上昇するピストンｌＯで強く圧縮する。

３）空気吐出行程（第４図Ｃ） 空気弁ＶＣを間合、強く圧縮された空気を圧縮空気管１
４を通して熱交換器３に向けて吐出する。

この圧縮空気は熱交換器３においてエンジン排気により
加熱された後バーナ５に入り、これに供給される燃料６
を燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生じる。

４）燃焼ガス流入行程（第４図Ｄ） ガス流入弁■３を開いて、下降を始めたピストン１０と
シリンダ１１との間に燃焼ガスを急激に流入させる。

５）膨張行程（第４図Ｅ） ガス流入弁■８を閉じ、シリンダ内に閉じ込められた高
温高圧の燃焼ガスを膨張させてピストン１０を押し下げ
る。

６）排気行程（第４図Ｆ） 排気弁Ｖ、を開き、ガスの残圧及び上昇に転じたピスト
ン１０で押して燃焼ガスを排気管１５に排出する。この
ガスは熱交換器３を通って圧縮空気管１４を流れて来た
圧縮空気を加熱する。

この８弁の開閉をクランク軸の回転角度に従って示すと
、第５図Ａ、Ｂのようになる。

次に熱効率について考えると、圧縮行程において圧縮さ
れた空気が３５０℃に昇温し、排気行程で排出される排
気の温度が９００℃であるとし、この排気により圧縮空
気を熱交換器において８５０℃に加熱したとする。この
圧縮空気を使ってバーナにおいて２０００℃の燃焼ガス
を造るのに要する熱量Ｑ。Ｘは、比熱をｃｐとするとＱ
　Ｈｘ＃　ｃ　ｐ　（２０００−８５０）　＝　１１５
０ｃ　ｐである。もし熱交換器３が無いと、この時の必
要熱量Ｑ。は Ｑｏ　＃ＣＰ　（２０００３５０）＝１６５０ＣＰであ
り、従って となり、熱交換器３を設けると、これのないエンジンよ
りも熱効率を４３％だけ高くすることができる。

以上は４サイクルエンジンについて説明したが、２サイ
クルエンジンの場合は、掃気ボート、掃気弁等を設ける
けれども同様にして圧縮、膨張を１個のシリンダで行な
わせ、シリンダ外に熱交換器、バーナを設けてエンジン
を構成することができる。

又、上記のように作動するシリンダの２組を並列運転す
る場合は、各シリンダにおいて圧縮行程を経た圧縮空気
と排気行程を経た燃焼ガスとを交互に１個の蓄熱式熱交
換器に通すことにより、１個の熱交換器を用いて２個の
エンジンを本発明の方式により運転することができる。

多シリンダ運転をするときは、第６図の実施例のように
各シリンダ１１に熱交換器３を付設し、バーナ５を共通
に設けたり、第７図の実施例のように熱交換器３、バー
ナ５を共通に設けたりすることがで籾る。

第６〜７図において、各シリンダ１１は、ａ経路から吸
入した空気を圧縮して経路Ｃ３を通して熱交換器３に入
れて排気で加熱し、経路ｃ２からバーナ５に入れて高温
高圧の燃焼ガスを造り、このガスヲ経路ｄ３、ｄ２から
シリンダ１１に入れて膨張させ、排気を経路ｅから熱交
換器３を経て排出するものである。

このように多シリンダ運転をする場合は、熱交換器３は
蓄熱式のものを含む各種の型のものが使４゜ 用できる。

（発明の効果） １）　この発明は、同じシリンダを使用して排気の熱を
再利用し運転するシリンダ外燃焼式エンジンであるから
、前記した先発明のように、同様に排気の熱をシリンダ
外で燃焼用圧縮空気に吸収させるが圧縮シリンダと膨張
シリンダとを別個にしたエンジンに比べてシリンダ数が
半分になるので装置が簡単になる。

２）　本発明のエンジンは、ピストン式なので緩速運転
時にも圧縮比があまり変らないから、ガスタービン方式
よりも緩速運転を良好に行なうことができる。

従って速度変化が大きい自動車のような装置に利用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は本発明の実施例を示し、第１図は各種の弁
と熱交換器、バーナ等の関連を示す略図、第２図は弁の
配列を示すシリンダ頭部の平面図、第３図はエンジンの
動作を示すｐｖ線図、第４図Ａ−Ｆは各行程における弁
の動作を示す略図、第５図Ａ−Ｂは弁ダイヤグラム、第
６〜７図は多シリンダ運転の場合の熱交換器、バーナの
接続を示す略図、第８図は先発明の概要を略示する側面
図、第９図はそのｐｖ線図である。 １：ピストン、２；圧縮シリンダ、３：熱交換器、４：
膨張シリンダ、５：バーナ、６：燃料、７；ピストン、
８：排気タービン、９：ターボチャージャ、１０：ピス
トン、１１ニジリンダ、１２：吸入管、１３：燃焼ガス
管、１４：圧縮空気管、１５：排気管、ＶＡ　＝吸入弁
、■、：ガス流入弁、ｖｃ　；空気弁、■Ｌ　：排気弁
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧縮行程において空気を圧縮し、膨張行程において
   燃焼ガスを膨張させる一つのシリンダを持ち、上記圧縮
   空気を使用して燃料を燃焼させて燃焼ガスを造るバーナ
   及びバーナに送る圧縮空気をシリンダからの排気で加熱
   する熱交換器をシリンダ外に設けて構成した再生熱交換
   器を持つシリンダ外燃焼式エンジン。 ２）それぞれシリンダ外に熱交換器を付設した複数のシ
   リンダを並列し、各シリンダに付設されるべき熱交換器
   を全シリンダに共用のものとした請求項１に記載の再生
   熱交換器を持つシリンダ外燃焼式エンジン。 ３）複数のシリンダを並列し、各シリンダに付設される
   べき熱交換器とバーナとを全シリンダに共用のものとし
   た請求項１に記載の再生熱交換器を持つシリンダ外燃焼
   式エンジン。