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JP2012002191A - Hybrid engine using the same cylinder - Google Patents

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JP2012002191A
JP2012002191A JP2010140129A JP2010140129A JP2012002191A JP 2012002191 A JP2012002191 A JP 2012002191A JP 2010140129 A JP2010140129 A JP 2010140129A JP 2010140129 A JP2010140129 A JP 2010140129A JP 2012002191 A JP2012002191 A JP 2012002191A
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JP
Japan
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engine
internal combustion
gas
circulating gas
combustion engine
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Application number
JP2010140129A
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Masato Itohara
正登 糸原
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Individual
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new hybrid engine that attains thermal efficiency equal to or higher than that of an internal combustion engine and having characteristics of a recirculating gas engine with high contribution to environmental protection and resource protection.SOLUTION: The hybrid engine includes an engine body section 6 in which both an internal combustion engine section and an internal pressure engine section that uses high pressure acquired by expanding a circulating gas, generate outputs in the same cylinder. The internal combustion engine section is preferably either of a diesel engine and a gasoline engine. A carbon dioxide gas, a nitrogen gas, and an argon gas can be utilized as the circulating gas of the internal pressure engine section. Thermal energy can be effectively utilized by exchanging heat between cooling water for cooling an exhaust gas discharged from the internal combustion engine section and/or the engine body section 6 and the circulation gas introduced to the internal pressure engine section. An operation of the internal combustion engine section and an operation of the internal pressure engine section may be alternatively performed, and further, a scavenging operation for introducing and discharging air into the cylinder may be added between the operation of the internal combustion engine section and the operation of the internal pressure engine section.

Description

本発明は、内燃機関と循環式ガス内圧機関とを兼ねる新しいタイプの循環ガスハイブリッド機関に関する。   The present invention relates to a new type of circulating gas hybrid engine that serves both as an internal combustion engine and a circulating gas internal pressure engine.

資源・エネルギの節約、環境問題への対処から、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンなどのガス媒体を利用して出力を得る高圧循環式ガス機関が研究されている。高圧により圧縮され、好ましくは液化されたこれらガス媒体を加熱して膨張させ、この膨張エネルギでシリンダ内のピストンなどの作動子を動作させて出力を得るもので、本質的に無公害の駆動エネルギを提供し得るものと期待されている。   From the viewpoint of saving resources and energy, and dealing with environmental problems, high-pressure circulation gas engines that use a gas medium such as nitrogen gas, carbon dioxide, and argon to obtain output have been studied. The gas medium compressed by high pressure, preferably liquefied, is heated and expanded, and an actuator such as a piston in the cylinder is operated with this expansion energy to obtain an output. Is expected to be able to provide.

図3はその一例として、特許文献1、2に開示された炭酸ガスをガス媒体として利用する循環式ガス機関100の概要を示している。同図において、循環式ガス機関100は、液体炭酸ガスを収納する初期タンク101、初期タンク101から導かれる液体炭酸ガスを循環式ガス機関100からの排出炭酸ガスにより加熱する熱交換機102(両文献では排出炭酸ガス側を冷却する「冷却装置」と表示)、液体炭酸ガスの断熱膨張により駆動されるエンジン本体103、エンジン本体103からの排出炭酸ガスを圧送するポンプ104、圧送された炭酸ガスを回収する回収タンク105、回収された炭酸ガスを熱交換機102を通して冷却した後加圧する圧縮機106、圧縮された炭酸ガスを収納する循環タンク107、これらの間を結ぶ配管108とから主に構成されている。   As an example, FIG. 3 shows an outline of a circulating gas engine 100 using carbon dioxide gas disclosed in Patent Documents 1 and 2 as a gas medium. In the figure, a circulating gas engine 100 includes an initial tank 101 that stores liquid carbon dioxide, and a heat exchanger 102 that heats the liquid carbon dioxide introduced from the initial tank 101 by carbon dioxide discharged from the circulating gas engine 100 (both documents). In this case, “cooling device” for cooling the exhaust carbon dioxide side), the engine body 103 driven by adiabatic expansion of the liquid carbon dioxide gas, the pump 104 for pumping the exhaust carbon dioxide from the engine body 103, and the pumped carbon dioxide gas A recovery tank 105 to be recovered, a compressor 106 that pressurizes the recovered carbon dioxide gas after being cooled through the heat exchanger 102, a circulation tank 107 that stores the compressed carbon dioxide gas, and a pipe 108 that connects them are mainly configured. ing.

以上のように構成された特許文献1、2に開示された循環式ガス機関100の動作は、まず初期タンク101内に貯蔵された液体炭酸ガス(一部気体の炭酸ガスが混在)が配管108により熱交換器102に導かれ、後述する排出炭酸ガスとの間での熱交換により昇温、気化、膨張して高圧の炭酸ガスとなる。この高圧ガスをエンジン本体103に導入して、例えばシリンダ内のピストンなどの作動子を作動させ、通常のエンジンと同様にこれを回転力に変えることで出力を得る。エンジン本体103はロータリエンジンであってもよいとされる。エンジン本体103を駆動した後の排気ガス(炭酸ガス)は、まずポンプ104によって回収タンク105に導かれ、さらに熱交換器102に送られて、ここで相対的に低温の高圧炭酸ガスとの間で熱交換され、冷却される。冷却された炭酸ガスは圧縮機106に送られ、ここで約40気圧に加圧された後に循環タンク107に送られ、ここで貯蔵される。以降のエンジン本体103の駆動には、この循環タンク107に貯蔵された炭酸ガスが主に循環して動作するものとなり、初期タンク101からは補充用の炭酸ガスのみが送られるようになる。ポンプ104と圧縮機106は、図の一点鎖線で示すようにエンジン本体103の回転駆動力がベルト等を介して伝達され、駆動される。なお、図3では説明の便宜上、各種切換えバルブ、濃度センサ、オイル分離装置などは省略している。   In the operation of the circulating gas engine 100 disclosed in Patent Documents 1 and 2 configured as described above, first, liquid carbon dioxide gas stored in the initial tank 101 (partially mixed with carbon dioxide gas) is connected to the pipe 108. Is led to the heat exchanger 102 and is heated, vaporized, and expanded by heat exchange with the exhaust carbon dioxide described later, and becomes high-pressure carbon dioxide. This high-pressure gas is introduced into the engine main body 103, an actuator such as a piston in a cylinder is operated, and an output is obtained by changing this into a rotational force in the same manner as a normal engine. The engine main body 103 may be a rotary engine. The exhaust gas (carbon dioxide gas) after driving the engine body 103 is first guided to the recovery tank 105 by the pump 104 and further sent to the heat exchanger 102 where it is communicated with the relatively low-temperature high-pressure carbon dioxide gas. Heat exchange and cooling. The cooled carbon dioxide gas is sent to the compressor 106, where it is pressurized to about 40 atm and then sent to the circulation tank 107 where it is stored. In the subsequent driving of the engine body 103, the carbon dioxide stored in the circulation tank 107 mainly circulates and operates, and only the supplementary carbon dioxide gas is sent from the initial tank 101. The pump 104 and the compressor 106 are driven by the rotational driving force of the engine body 103 being transmitted via a belt or the like, as indicated by the one-dot chain line in the figure. In FIG. 3, for convenience of explanation, various switching valves, concentration sensors, oil separation devices, and the like are omitted.

以上の構成によれば、地球上に無尽蔵に存在する炭酸ガスを利用しつつ、これを大気中に排出することなく循環して使用することができ、従来の内燃機関と比較して環境に優しく、また燃料不要であることから資源保護にも寄与する動力源を得ることができる。しかも、同特許文献には、内燃機関に劣らぬ出力が得られるものであるとしている。   According to the above configuration, it is possible to circulate and use the carbon dioxide gas present infinitely on the earth without being discharged into the atmosphere, and it is more environmentally friendly than conventional internal combustion engines. In addition, since no fuel is required, a power source that contributes to resource protection can be obtained. Moreover, the patent document states that an output comparable to that of an internal combustion engine can be obtained.

特開2008−215270号公報JP 2008-215270 A 特開2008−297956号公報JP 2008-297756 A

しかしながら、上記の例に示したような従来技術による循環式ガス機関には未だ改善の余地があった。例えば上記特許文献1、2に開示された図3に示す方式では、エンジン始動時の問題が想起され得る。初期タンク101のバルブを開いて炭酸ガスを供給して循環式ガス機関100をスタートさせようとしても、スムーズな始動が可能であるのかは疑問が残る。始動時には排気炭酸ガスとの間の熱交換が十分に行われることがなく、エンジン始動に必要な炭酸ガスの十分な圧力上昇、膨張が得難い。また、圧縮機106による加圧も排出炭酸ガスの潤沢な供給が得られず、始動したとしても始動直後には初期タンク101からの多量な炭酸ガスの供給が必要になることが想定され得る。両文献には圧縮機109(図3参照)を設けて炭酸ガス圧縮による熱風ガスのエンジン本体103への供給によって体積膨張を効率化させることが記載されているが、始動直後には圧縮機109の駆動も十分とはいえず、熱風ガスの潤沢な供給は期し難い。したがって、エンジン始動時に初期タンク101のバルブを開くことのみで始動させるものとなり、円滑な始動には困難が予想される。また、これを補助するためにセルモータが利用されるとしても、セルモータによる回転のみでは不十分とも考えられ、またかなり長時間回転させ続ける必要が生ずるものと思われるため、たとえこれによって始動性が改善されるとしても強力なセルモータと大容量のバッテリが必要となるなどの問題が想定される。   However, there is still room for improvement in the conventional circulating gas engine as shown in the above example. For example, in the method shown in FIG. 3 disclosed in Patent Documents 1 and 2, a problem at the time of starting the engine can be recalled. Even if an attempt is made to start the circulating gas engine 100 by opening the valve of the initial tank 101 and supplying carbon dioxide gas, it is still doubtful whether a smooth start is possible. At the time of start-up, heat exchange with the exhaust carbon dioxide is not sufficiently performed, and it is difficult to obtain a sufficient pressure increase and expansion of the carbon dioxide necessary for engine start. In addition, it is assumed that a large amount of carbon dioxide gas needs to be supplied from the initial tank 101 immediately after start-up even when the pressurization by the compressor 106 does not provide a sufficient supply of discharged carbon dioxide gas. Both documents describe the provision of a compressor 109 (see FIG. 3) to increase the efficiency of volume expansion by supplying hot air gas to the engine body 103 by carbon dioxide compression. The drive is not sufficient, and an abundant supply of hot air gas is difficult to expect. Therefore, the engine is started only by opening the valve of the initial tank 101 when starting the engine, and it is expected that it is difficult to start smoothly. Also, even if a cell motor is used to assist this, it is considered that rotation by the cell motor alone is not sufficient, and it seems necessary to keep rotating for a considerably long time. However, problems such as the need for a powerful cell motor and a large-capacity battery are expected.

さらに、特許文献1、2に開示された循環式ガス機関100では、定常運転に移行した後であっても、熱交換機102に用いられる加熱側の熱エネルギは、内燃機関とは異なって燃焼を全く伴わない単なる気体の膨張動作によって得られる低温ガスしか使用することができない。このため、熱交換に際してエンジン側に送り込む初期タンク101からの炭酸ガス、もしくは循環タンク107からの炭酸ガスを、エンジン本体103駆動に十分なほどに気化、膨張させるには必ずしも効率的とはならないなどの問題もある。   Furthermore, in the circulation type gas engine 100 disclosed in Patent Documents 1 and 2, the heat energy on the heating side used in the heat exchanger 102 burns differently from that of the internal combustion engine even after the transition to steady operation. Only low-temperature gas obtained by simple gas expansion operation without any use can be used. For this reason, it is not necessarily efficient to vaporize and expand the carbon dioxide gas from the initial tank 101 or the carbon dioxide gas from the circulation tank 107 that is sent to the engine side during the heat exchange enough to drive the engine body 103. There is also a problem.

これらの諸問題は、特許文献1、2に開示された循環式ガス機関100に限らず、従来技術において研究が進められている全ての循環式ガス機関についても同様に言えることである。以上より、本願発明は、上述したような従来技術における循環式ガス機関の問題点を解消し、従来の内燃機関に対して同等以上の熱効率を実現し、かつ、環境保護、資源保護への貢献度が高い循環ガス機関の特徴を実現し得る新たなハイブリッド技術を提供することを目的としている。   These problems are not limited to the circulating gas engine 100 disclosed in Patent Documents 1 and 2, but can be similarly applied to all circulating gas engines that have been studied in the prior art. As described above, the present invention solves the problems of the conventional circulating gas engine as described above, realizes thermal efficiency equal to or higher than that of the conventional internal combustion engine, and contributes to environmental protection and resource protection. The purpose is to provide a new hybrid technology that can realize the characteristics of a highly recirculating gas engine.

本発明は、循環式ガス機関の特徴を生かしつつ、内燃機関を利用したハイブリッド式の循環ガスハイブリッド機関とすることにより、従来の循環式ガス機関の弱点を補い、上記の課題を解消するもので、具体的には以下の内容を含む。なお、一般に「ハイブリッド機関(エンジン)」と言えば、自動車に普及している内燃機関と電気モータとの組合せに係るエンジンを意味することが多いが、本来の「ハイブリッド」とは凡そ「2つ以上の異質のものの組合せ」を意味しており、本明細書における「ハイブリッド」とは、特記ない限り上述したような循環式ガス機関と内燃機関との組合せを指すものとする。   The present invention makes use of the characteristics of a circulation type gas engine and makes a hybrid type circulation gas hybrid engine using an internal combustion engine to compensate for the weaknesses of the conventional circulation type gas engine and to solve the above problems. Specifically, the following contents are included. In general, the term “hybrid engine (engine)” means an engine related to a combination of an internal combustion engine and an electric motor that is widely used in automobiles. “Hybrid” in the present specification means a combination of the above-described circulation type gas engine and internal combustion engine unless otherwise specified.

本発明に係る1つの態様は、気筒内で燃料を燃焼して得られる爆発力を利用して作動子を動作させ、出力を得る内燃機関部と、循環するガスを加圧、膨張させて得られる高圧力を気筒内に導入して作動子を動作させ、出力を得る内圧機関部とを組み合わせ、内燃機関部と内圧機関部の双方の出力発生動作を同一気筒を利用して行うことを特徴とする循環ガスハイブリッド機関に関する。   One aspect of the present invention is obtained by operating an actuator using explosive force obtained by burning fuel in a cylinder to obtain an output, and pressurizing and expanding a circulating gas. The internal pressure engine part that obtains output is combined by operating the actuator by introducing the high pressure that is generated into the cylinder, and the output generation operation of both the internal combustion engine part and the internal pressure engine part is performed using the same cylinder It relates to a circulating gas hybrid engine.

前記内燃機関部の動作と内圧機関部の動作とは、同一気筒内で交互に行うよう構成することができる。   The operation of the internal combustion engine part and the operation of the internal pressure engine part can be configured to be performed alternately in the same cylinder.

前記内燃機関部の動作から内圧機関部の動作へと切り替わる間、もしくは前記内圧機関部の動作から内燃機関部の動作へと切り替わる間の少なくともいずれか一方に、前記気筒内に外気もしくは循環ガスを導入して排出する掃気動作をさらに行うよう構成してもよい。   During the switching from the operation of the internal combustion engine section to the operation of the internal pressure engine section, or during the switching from the operation of the internal pressure engine section to the operation of the internal combustion engine section, outside air or circulating gas is introduced into the cylinder. A scavenging operation of introducing and discharging may be further performed.

内燃機関部で燃焼後排出される排気ガスの有する熱エネルギ、内燃機関部を冷却するための冷却水の有する熱エネルギ、または機関の外部から導入する熱エネルギを前記内圧機関の動作媒体である循環ガスの加熱、膨張用に利用し、内圧機関の動作効率を高めるよう構成してもよい。   The heat energy of exhaust gas discharged after combustion in the internal combustion engine section, the heat energy of cooling water for cooling the internal combustion engine section, or the heat energy introduced from the outside of the engine as a working medium of the internal pressure engine It may be configured to increase the operating efficiency of the internal pressure engine by using it for gas heating and expansion.

前記内燃機関部は、ジーゼルサイクル、オットーサイクルのいずれかにより動作させることができる。また、前記循環するガスは、炭酸ガス、窒素、アルゴンのいずれかとすることができる。   The internal combustion engine section can be operated by either a diesel cycle or an Otto cycle. The circulating gas may be any one of carbon dioxide, nitrogen, and argon.

本発明に係る他の態様は、動力源の発生する駆動力を車軸に伝達して車輪を回転駆動させ、これにより走行推進力を得る車両、もとくは動力源により生み出される電力によりモータを回転駆動させ、これにより走行推進力を得る車両において、前記動力源を上述したいずれかの循環ガスハイブリッド機関としたことを特徴とする車両に関する。   According to another aspect of the present invention, the driving force generated by the power source is transmitted to the axle to rotate the wheels to rotate the vehicle, thereby rotating the motor by the electric power generated by the power source. The present invention relates to a vehicle that is driven and thereby obtains a driving propulsion force, wherein the power source is any one of the circulating gas hybrid engines described above.

本発明の実施により、従来の内燃機関に比べて低燃費、低排出ガスのエンジンを提供することができ、資源節約、環境保護に貢献することができる。また、従来の循環式ガス機関に比べて、始動性のよい、効率よく安定した出力の得られるエンジンを提供することができる。   By implementing the present invention, it is possible to provide an engine with low fuel consumption and low exhaust gas as compared with a conventional internal combustion engine, which can contribute to resource saving and environmental protection. Further, it is possible to provide an engine having a good startability and an efficient and stable output as compared with a conventional circulating gas engine.

本発明の実施の形態に係る同一気筒循環ガスハイブリッド機関の構成図である。It is a lineblock diagram of the same cylinder circulation gas hybrid engine concerning an embodiment of the invention. 本発明の他の実施の形態に係る同一気筒循環ガスハイブリッド機関の構成図である。It is a block diagram of the same cylinder circulation gas hybrid engine which concerns on other embodiment of this invention. 従来技術における循環式ガス機関を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the circulation type gas engine in a prior art.

以下、循環ガス機関(以下、「内圧機関」ともいう。)と内燃機関とを組合せた本発明の第1の実施の形態に係る同一気筒ハイブリッド機関(以下、「循環ガスハイブリッド機関」という。)について、図面を参照して説明する。図1は本実施の形態にかかる循環ガスハイブリッド機関1を示しており、本実施の形態に係る循環ガスハイブリッド機関1は、内燃機関部と内圧機関部とを兼ねる単一気筒からなる機関本体部6を備えている。この内、内燃機関用としては本実施の形態では4ストローク・ジーゼルエンジンを利用するが、これは2ストロークエンジンであっても、あるいはガソリンエンジンであってもよい。機関本体部6は、シリンダ13と、シリンダ13内でストロークするピストン14と、ピストン14の力を伝達するコンロッド16と、コンロッド16の上下運動を回転運動に変換するクランクシャフト17とから主に構成される。さらに燃料系として、燃料タンク11と、燃料タンク11内の燃料を導いてこれを高圧でシリンダ13内に噴射する燃料噴射ポンプ12を含んでいる。シリンダ13の周囲には冷却水路18が巡らされ、冷却水が循環して燃焼に伴う発熱を冷却する。これらの構成は、従来技術によるジーゼルエンジンと同様である。また、これら以外の潤滑系を始めとする従来技術と同様の補記類については説明と表示を省略している。   Hereinafter, the same cylinder hybrid engine (hereinafter referred to as “circulation gas hybrid engine”) according to the first embodiment of the present invention, which combines a circulation gas engine (hereinafter also referred to as “internal pressure engine”) and an internal combustion engine. Will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circulating gas hybrid engine 1 according to the present embodiment. The circulating gas hybrid engine 1 according to the present embodiment includes a single-cylinder engine body portion serving as both an internal combustion engine portion and an internal pressure engine portion. 6 is provided. Of these, a four-stroke diesel engine is used in the present embodiment for an internal combustion engine, but this may be a two-stroke engine or a gasoline engine. The engine body 6 mainly includes a cylinder 13, a piston 14 that strokes in the cylinder 13, a connecting rod 16 that transmits the force of the piston 14, and a crankshaft 17 that converts the vertical movement of the connecting rod 16 into rotational movement. Is done. Further, the fuel system includes a fuel tank 11 and a fuel injection pump 12 that guides the fuel in the fuel tank 11 and injects the fuel into the cylinder 13 at a high pressure. A cooling water passage 18 is circulated around the cylinder 13, and the cooling water circulates to cool the heat generated by the combustion. These configurations are the same as those of a conventional diesel engine. Further, explanation and display of supplementary notes similar to those of the prior art including the lubrication system other than these are omitted.

本実施の形態に係る循環ガスハイブリッド機関1は、上述した内燃機関部となる機関本体部6を内圧機関部としても利用することを特徴としている。ここで「内圧機関」とは、内燃機関に対応する用語として用いるもので、燃焼を伴わずに気体の膨張によって出力を得る機関を意味している。機関本体部6が内圧機関として動作する際には、シリンダ13内には、循環式の高圧ガスが導入される。その構成として内圧機関部には、液化ガス(気体が混在してもよい)を収容する初期タンク31と、初期タンク31から導入される液化ガスを、後述する冷却水との間で熱交換する調整タンク32と、さらに後述する内燃機関部の排気熱を利用して液化ガスを気化、膨張させる熱交換器33と、ピストン14をストロークさせた後に排出される排出炭酸ガスを回収して加圧する圧縮機34と、これらの間を結ぶ配管35とを含んでいる。なお、説明の便宜上、本明細書では機関本体部6と内燃機関用の補機類を含めて内燃機関部、機関本体部6と内圧機関用の補機類を含めて内圧機関部と呼ぶことがある。   The circulating gas hybrid engine 1 according to the present embodiment is characterized in that the engine main body portion 6 serving as the internal combustion engine portion described above is also used as an internal pressure engine portion. Here, the “internal pressure engine” is used as a term corresponding to the internal combustion engine, and means an engine that obtains output by gas expansion without combustion. When the engine body 6 operates as an internal pressure engine, circulating high-pressure gas is introduced into the cylinder 13. In the internal pressure engine section, heat exchange is performed between the initial tank 31 for storing liquefied gas (gas may be mixed) and the liquefied gas introduced from the initial tank 31 with cooling water described later. A heat exchanger 33 that vaporizes and expands the liquefied gas by using exhaust heat from the adjustment tank 32 and an internal combustion engine section, which will be described later, and exhaust carbon dioxide that is discharged after the piston 14 is stroked are collected and pressurized. The compressor 34 and the piping 35 which connects between these are included. For convenience of explanation, in this specification, the internal combustion engine part including the engine main body part 6 and the auxiliary machinery for the internal combustion engine is referred to as the internal pressure engine part, and the internal combustion engine part 6 and the auxiliary machinery for the internal pressure engine are referred to as the internal pressure engine part. There is.

本実施の形態に係る循環ガスハイブリッド機関1は、内燃機関部と内圧機関部とに共通の機関本体部6を利用しているが、吸気系、排気系は内燃機関用、内圧機関用とそれぞれ別々に設けている。図示の例にて、機関本体部6は、内燃機関用の吸気弁21と排気弁22を少なくとも1つずつ、内圧機関用の吸気弁(高圧ガス噴霧弁)23と排気弁24を少なくとも1つずつ設けている。内燃機関用の吸気弁21と排気弁22とは通常のジーゼルエンジンと同様にシリンダ13内でのピストン14のストロークにより生じる負圧、正圧を利用して大気中から空気を導入し、大気中に燃焼後のガスを排出している。一方の内圧機関用としては、吸気弁23はシリンダ13内への高圧ガスの噴霧、排気弁24は膨張後の循環ガスをシリンダ13内から排出して回収するよう機能している。内燃機関用の吸気弁21、排気弁22と内圧機関用吸気弁23、排気弁24とはそれぞれの対応する機関部の動作サイクルに合わせて動作するよう構成されている。すなわち、一方の機関(例えば、内燃機関)が動作中には当該機関用の吸気弁、排気弁が動作し、他方の機関(同、内圧機関)の吸気弁、排気弁は閉じたままである。   The circulating gas hybrid engine 1 according to the present embodiment uses a common engine body 6 for the internal combustion engine section and the internal pressure engine section, but the intake system and exhaust system are for the internal combustion engine and the internal pressure engine, respectively. Separately provided. In the illustrated example, the engine body 6 includes at least one intake valve 21 and an exhaust valve 22 for an internal combustion engine, and at least one intake valve (high pressure gas spray valve) 23 and an exhaust valve 24 for an internal pressure engine. It is provided one by one. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 for an internal combustion engine introduce air from the atmosphere using negative pressure and positive pressure generated by the stroke of the piston 14 in the cylinder 13 in the same manner as a normal diesel engine. The gas after combustion is discharged. For one internal pressure engine, the intake valve 23 functions to spray high-pressure gas into the cylinder 13 and the exhaust valve 24 functions to discharge and collect the expanded circulation gas from the cylinder 13. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 for the internal combustion engine and the intake valve 23 and the exhaust valve 24 for the internal pressure engine are configured to operate in accordance with the operation cycle of the corresponding engine section. That is, while one engine (for example, an internal combustion engine) is operating, the intake valve and exhaust valve for the engine operate, and the intake valve and exhaust valve of the other engine (same internal pressure engine) remain closed.

以上のように構成された本実施の形態に係る循環ガスハイブリッド機関1は、以下のように動作する。まず始動時では、始動性のよい内燃機関部10が主に作用し、図示の例では通常のジーゼルエンジンと同様な動作による始動が可能である。すなわち、ジーゼルエンジンである内燃機関部において、図示しないデコンプの操作により圧縮圧力を除いた状態で図示しないセルモータを動作させて循環ガスハイブリッド機関1を回転させ、回転後の慣性によりデコンブを閉じてシリンダ13内を加圧し、燃料ポンプ12から燃料をシリンダ13内に噴射して発火させる。さらなる始動性の改善には、グロープラグなどの従来技術で知られた補器類が利用可能である。一旦内燃機関の始動により機関本体部6が動作を開始すると、共通の機関本体部6を利用して内圧機関も動作を始め、機関本体部6を利用して内燃機関部、内圧機関部それぞれが出力を発生する。   The circulating gas hybrid engine 1 according to the present embodiment configured as described above operates as follows. First, at the time of start-up, the internal combustion engine section 10 with good startability mainly acts, and in the illustrated example, start-up can be performed by the same operation as a normal diesel engine. That is, in an internal combustion engine section that is a diesel engine, a cell motor (not shown) is operated by removing a compression pressure by an operation of a decompression (not shown) to rotate the circulating gas hybrid engine 1, and the decompression is closed by the inertia after the rotation. The inside of the fuel tank 13 is pressurized, and fuel is injected from the fuel pump 12 into the cylinder 13 to ignite. For further improvement of startability, auxiliary devices known in the prior art such as a glow plug can be used. Once the internal combustion engine is started, the engine main body 6 starts to operate, the internal pressure engine also starts to operate using the common engine main body 6, and the internal combustion engine and internal pressure engine sections use the engine main body 6. Generate output.

ここで、本実施の形態にかかる循環ガスハイブリッド機関1は、内燃機関部と内圧機関部とを交互に動作させるよう構成されている。すなわち、内燃機関部が動作する間は内圧機関部は動作せず、逆に内圧機関部が動作する間は内燃機関部は動作せず、この動作を交互に繰り返している。内燃機関部が4サイクルジーゼルエンジンである場合、ピストン14の下降ストロークにより生じる負圧を利用し、吸気弁21を開いて外気を導入し、次のピストン14の上昇ストロークでこれを圧縮して高温にした状態で燃料を爆発させる。この爆発によりピストン14を下降させて動力を発生した爆発ガスは、次のピストン14の上昇ストロークにより開いた排気弁22を通ってシリンダ13外に排出される。この間、内圧機関用の吸気弁23、排気弁24は閉じたままである。   Here, the circulating gas hybrid engine 1 according to the present embodiment is configured to operate the internal combustion engine section and the internal pressure engine section alternately. That is, the internal pressure engine portion does not operate while the internal combustion engine portion operates, and conversely, the internal combustion engine portion does not operate while the internal pressure engine portion operates, and this operation is repeated alternately. When the internal combustion engine portion is a four-cycle diesel engine, the negative pressure generated by the downward stroke of the piston 14 is used, the intake valve 21 is opened to introduce outside air, and this is compressed by the next upward stroke of the piston 14 to increase the temperature. Explode the fuel in the state. Explosive gas generated by lowering the piston 14 by this explosion and generating power is discharged out of the cylinder 13 through the exhaust valve 22 opened by the rising stroke of the next piston 14. During this time, the intake valve 23 and the exhaust valve 24 for the internal pressure engine remain closed.

なお、本実施の形態では、排気ガスは高温のまま熱交換機33に導かれ、同じく熱交換機33に導入される液化ガス(もしくは、後述する循環ガス。以下、同。)との間での熱交換に利用される。熱交換の後に冷却された排気ガスは、その後図示のように大気に放出される。この間には、従来技術で知られた排気ガス浄化装置が備えられていても良い。また、機関本体部6の周囲を巡ってこれを冷却するための冷却水が冷却水路18を通って循環し、その一部が調整タンク32へと導かれる。   In the present embodiment, the exhaust gas is guided to the heat exchanger 33 at a high temperature and is heated with the liquefied gas (or a circulating gas described later, hereinafter the same) that is also introduced into the heat exchanger 33. Used for exchange. The exhaust gas cooled after the heat exchange is then released to the atmosphere as shown. During this time, an exhaust gas purification device known in the prior art may be provided. Cooling water for cooling the engine body 6 around the engine body 6 circulates through the cooling water passage 18, and a part thereof is guided to the adjustment tank 32.

一方、内圧機関部の始動時には、循環ガスハイブリッド機関1の始動ボタンに連動して初期タンク31のバルブが開かれ、収納された液化ガスが配管35を介して調整タンク32に導かれる。この調整タンク32は、上述したように機関本体部6の冷却水の循環経路とつながっており、定常運転状態では100℃を越える冷却水が導入されている。この高温冷却水と液化ガス(もしくは循環ガス)との間で熱交換が行われて、冷却水は低温の液化ガスに触れ、また一部液化ガスが気化する際に気化熱を奪われて冷却され(例えば80℃まで低下)、循環して再度機関本体部6の冷却に回される。一方の液化ガスは、高温の冷却水によって温度が上昇し(例えば80℃)、その一部は気化、膨張により加圧される(例えば10MPa)。   On the other hand, when starting the internal pressure engine unit, the valve of the initial tank 31 is opened in conjunction with the start button of the circulating gas hybrid engine 1, and the stored liquefied gas is guided to the adjustment tank 32 through the pipe 35. The adjustment tank 32 is connected to the cooling water circulation path of the engine body 6 as described above, and cooling water exceeding 100 ° C. is introduced in a steady operation state. Heat exchange is performed between this high-temperature cooling water and the liquefied gas (or circulating gas), and the cooling water touches the low-temperature liquefied gas, and when the liquefied gas partially vaporizes, the heat of vaporization is taken away and cooling is performed. Then, it is circulated and sent to cool the engine body 6 again. One liquefied gas rises in temperature by high-temperature cooling water (for example, 80 ° C.), and a part thereof is pressurized by vaporization and expansion (for example, 10 MPa).

調整タンク32を通過した一部気体成分を含む液化ガスは、その後に熱交換機33に導かれる。この熱交換機33には、上述したように内燃機関部から排出される排気ガスが燃焼後の高温(運転の状況によるが、例えば数百℃)を保ったままで導入されており、この高熱との間で熱交換が行われる。ここで液化ガスは気化、膨張し、例えば300〜400℃、15MPaほどの高温、高圧ガスとなり、この高圧ガスが吸気弁23を通って機関本体部6のシリンダ13内に導入される。導入のタイミングは、上述した内燃機関部のサイクルが完了し、ピストン14が上死点に至る近傍であり、これは循環ガスハイブリッド機関1の回転数等に応じて適切に制御される。この高圧ガスの作用でピストン14が押し下げられ、その力がコンロッド16を介してクランクシャフト17に伝達され、回転駆動力を発生させる。膨張した循環ガスは次のピストン14の上昇ストロークにより開いた排気弁24を通ってシリンダ13の外部へ排出され、循環される。   The liquefied gas containing a part of the gas component that has passed through the adjustment tank 32 is then led to the heat exchanger 33. As described above, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine section is introduced into the heat exchanger 33 while maintaining the high temperature after combustion (depending on the operating conditions, for example, several hundred degrees Celsius). Heat exchange takes place between them. Here, the liquefied gas is vaporized and expanded to become a high-pressure gas having a high temperature of, for example, 300 to 400 ° C. and 15 MPa, and this high-pressure gas is introduced into the cylinder 13 of the engine body 6 through the intake valve 23. The introduction timing is in the vicinity where the cycle of the internal combustion engine section described above is completed and the piston 14 reaches the top dead center, and this is appropriately controlled according to the rotational speed of the circulating gas hybrid engine 1 and the like. The piston 14 is pushed down by the action of the high-pressure gas, and the force is transmitted to the crankshaft 17 through the connecting rod 16 to generate a rotational driving force. The expanded circulating gas is discharged to the outside of the cylinder 13 through the exhaust valve 24 opened by the rising stroke of the next piston 14 and circulated.

燃料の爆発を伴わない内圧機関部では、シリンダ13内にあるガスをピストン14の上昇ストロークにより圧縮する必要はない。したがい、上記の高圧ガスの噴射によるピストン14の押し下げ動作並びに排気動作は、ピストンの上昇、下降の各1回のストロークで完了させることができ、いわば内燃機関における2サイクルエンジンに相当する動作となる。これによって循環ガスハイブリッド機関1は、クランクシャフト17が2回転する間の内燃機関部10による爆発が1回、クランクシャフト17が1回転する間の内圧機関部20による膨張が1回と、クランクシャフト17(出力軸)3回の回転で2回の出力発生を得て、このサイクルを繰り返すものとなる。   In an internal pressure engine unit that does not accompany fuel explosion, it is not necessary to compress the gas in the cylinder 13 by the upward stroke of the piston 14. Therefore, the above-described push-down operation and exhaust operation of the piston 14 by the high-pressure gas injection can be completed by one stroke each of the piston rising and lowering, which is equivalent to a two-cycle engine in an internal combustion engine. . As a result, the circulating gas hybrid engine 1 has one crankshaft explosion during the two rotations of the crankshaft 17 and one expansion by the internal pressure engine 20 during one rotation of the crankshaft 17. 17 (output shaft) The output is generated twice by three rotations, and this cycle is repeated.

内圧機関部の排気弁24を通過した循環ガスは、配管35に導かれて圧縮機34に至り、ここで加圧される。圧縮機34は、例えば循環ガスハイブリッド機関1の回転軸との間をベルト37などで結んで回転駆動力を得ることができる。加圧された内圧動作ガスは、例えば300〜400℃、10MPaの高温、高圧ガスとなり、この状態で調整タンク32に導かれる。上述のように調整タンク32には冷却水が循環しており、この冷却水との間で熱交換され、その後は上記サイクルを繰り返して循環される。この間、調整タンク31につながる3ウェイバルブ38は閉じられ、通常は循環ガスの方向のみが開かれて循環されるものとなる。ただし、図示しないセンサによって循環ガスの不足が検出された際には、初期タンク31からの液化ガスが補填されるよう制御される。また圧力の関係で、循環ガスが初期タンク31側に戻ることもある。また、循環ガスの温度が冷却水の温度よりも高いときに、調整タンク32をバイパスさせるよう構成してもよい。   The circulating gas that has passed through the exhaust valve 24 of the internal pressure engine section is guided to the pipe 35 and reaches the compressor 34 where it is pressurized. The compressor 34 can obtain a rotational driving force by connecting the rotary shaft of the circulating gas hybrid engine 1 with a belt 37 or the like, for example. The pressurized internal pressure working gas becomes, for example, a high temperature, high pressure gas of 300 to 400 ° C. and 10 MPa, and is led to the adjustment tank 32 in this state. As described above, the cooling water circulates in the adjustment tank 32, heat is exchanged with the cooling water, and thereafter, the cycle is repeated to circulate. During this time, the three-way valve 38 connected to the adjustment tank 31 is closed, and normally only the direction of the circulating gas is opened and circulated. However, when a shortage of circulating gas is detected by a sensor (not shown), control is performed so that the liquefied gas from the initial tank 31 is supplemented. Further, the circulating gas may return to the initial tank 31 side due to pressure. Further, the adjustment tank 32 may be bypassed when the temperature of the circulating gas is higher than the temperature of the cooling water.

循環ガスハイブリッド機関1は、このようにして安定状態にて運転を継続するが、この間、内燃機関部においては従来技術におけるジーゼルエンジンと同様に機能し、燃料(軽油)を燃焼させることによって出力を得る一方、内圧機関部においては循環ガスを循環させながら圧縮、膨張により出力を得る。循環ガスハイブリッド機関1の停止時には、これも従来のジーゼルエンジンと同様に、スイッチをオフに操作することで燃料噴射が停止し、あるいはデコンブを作用させてシリンダ13内の圧縮圧力を逃がすことで内燃機関部が停止する。同じくスイッチオフと同時に、循環ガスの配管35内のいずれかに配置されるバルブを閉じることでガスの循環が停止し、内圧機関部も停止する。なお、図面では省略しているが、機関出力の強弱を制御するため、内燃機関部ではシリンダ内に導入される燃料を調整するバルブ、内圧機関部ではシリンダ13に導入される循環ガスを調整するバルブが設けられ、運転状況に応じて両バルブの開度が制御される。   The circulating gas hybrid engine 1 continues to operate in a stable state in this way, but during this time, the internal combustion engine section functions in the same manner as a diesel engine in the prior art, and outputs power by burning fuel (light oil). On the other hand, in the internal pressure engine section, output is obtained by compression and expansion while circulating the circulating gas. When the circulating gas hybrid engine 1 is stopped, as in the conventional diesel engine, the fuel injection is stopped by operating the switch to be turned off, or the internal combustion is performed by releasing the compression pressure in the cylinder 13 by applying a decompression. The engine department stops. At the same time when the switch is turned off, the circulation of the gas is stopped by closing a valve disposed in one of the circulation gas pipes 35, and the internal pressure engine is also stopped. Although not shown in the drawings, in order to control the strength of the engine output, the internal combustion engine section adjusts the fuel introduced into the cylinder, and the internal pressure engine section regulates the circulating gas introduced into the cylinder 13. Valves are provided, and the opening degree of both valves is controlled according to the operating conditions.

従来技術によるジーゼルエンジンと比較したときの本実施の形態の内燃機関部の利点は、従来では排気ガスをそのまま大気へ放出していたため、排気ガス中の熱エネルギは全て無駄に費やされていたのに対し、本実施の形態にかかる循環ガスハイブリッド機関1ではこれを熱交換機33に導入して有効利用を図り、さらに冷却水の有する熱エネルギをも調整タンク32に導いて有効利用している点にある。但し循環ガスハイブリッド機関1の仕様、利用する循環ガスの種類によっては、冷却水と排気ガスのいずれか一方の熱エネルギのみを利用することでもよい。   The advantage of the internal combustion engine portion of the present embodiment when compared with the diesel engine according to the prior art is that the exhaust gas has been discharged as it is to the atmosphere in the prior art, so all the heat energy in the exhaust gas was wasted. On the other hand, in the circulating gas hybrid engine 1 according to the present embodiment, this is introduced into the heat exchanger 33 for effective use, and the thermal energy of the cooling water is also led to the adjustment tank 32 for effective use. In the point. However, depending on the specifications of the circulating gas hybrid engine 1 and the type of circulating gas to be used, only the thermal energy of either the cooling water or the exhaust gas may be used.

また特許文献1、2に開示された従来技術による内圧機関と比較したときの本実施の形態に係る内圧機関部の利点は、低温のままである循環ガスとの間の熱交換ではなく、ジーゼルエンジンの排気熱エネルギを利用した高温流体との間の熱交換が可能になることであり、これによって循環ガスをより高温、高圧にすることが可能となり、内圧機関部における高い膨張圧力により高出力を得ることが可能となる点にある。また、内燃機関部の熱量によって暖機運転の時間を短縮化することができる。   Further, the advantage of the internal pressure engine portion according to the present embodiment when compared with the internal pressure engine according to the prior art disclosed in Patent Documents 1 and 2 is not heat exchange with the circulating gas that remains at a low temperature, but diesel. It is possible to exchange heat with the high-temperature fluid using the exhaust heat energy of the engine, which makes it possible to make the circulating gas at a higher temperature and higher pressure, and high output due to the high expansion pressure in the internal pressure engine section It is in the point where it becomes possible to obtain. Further, the warm-up operation time can be shortened by the heat quantity of the internal combustion engine section.

さらに、本実施の形態に係る内燃機関部と内圧機関部とを組み合わせた同一気筒ハイブリッド式の循環ガスハイブリッド機関1を従来技術と比較した場合、内圧機関のみとしたエンジンの場合の始動性の悪さ、効率の悪さを大幅に改善することができ、また内燃機関のみの1気筒エンジンに対しては燃料(軽油、あるいはガソリン)消費量を大幅(約半減)に低減することができ、資源の節約となるほか、排気ガス中に含まれる炭酸ガス、窒素化合物、塵埃などの大気への放出量を大幅(約半減)に低減することになる。本実施の形態にかかる循環ガスハイブリッド機関1は、内燃機関部への燃料の供給と内圧機関部への循環ガスの供給との2系統の動力源供給システムを必要とするほかは、機関本体部6は従来のジーゼルエンジンの僅かな改造のみで実施することが可能である。この構成により、例えば内燃機関、内圧機関の一方が何らかの理由で停止した際においても、他方の機関を利用することで継続して出力を得ることができる。あるいは燃料をセーブするため、運転中において内燃機関の方を意図的に停止することも可能である。ただし、この際には内燃機関の排気ガス、冷却水のエネルギが減退するため、内圧機関の効率が順次低下することは避けられない。   Further, when the same cylinder hybrid type circulating gas hybrid engine 1 combining the internal combustion engine part and the internal pressure engine part according to the present embodiment is compared with the prior art, the startability of the engine having only the internal pressure engine is poor. Inefficiency can be greatly improved, and fuel (light oil or gasoline) consumption can be greatly reduced (about half) for a single-cylinder engine with only an internal combustion engine, saving resources. In addition, the amount of carbon dioxide, nitrogen compounds, dust, etc. contained in the exhaust gas will be greatly reduced (about half). The circulating gas hybrid engine 1 according to the present embodiment includes an engine body portion except that it requires a two-system power source supply system for supplying fuel to the internal combustion engine portion and supplying circulating gas to the internal pressure engine portion. 6 can be implemented with only a slight modification of the conventional diesel engine. With this configuration, for example, even when one of the internal combustion engine and the internal pressure engine stops for some reason, the output can be continuously obtained by using the other engine. Alternatively, it is possible to intentionally stop the internal combustion engine during operation in order to save fuel. However, at this time, since the energy of the exhaust gas and the cooling water of the internal combustion engine is reduced, the efficiency of the internal pressure engine is inevitably lowered.

なお、初期タンク31は、耐圧ガスボンベから構成されるが、これは例えば炭酸ガスボンベなどが従来から利用されており、基本的にこれと同様に扱うことができる。但し、循環ガスハイブリッド機関1停止中においても安定状態を保つため、当該ボンベは断熱容器内に収め、必要に応じてバッテリを利用して一定温度に保つなどの対応を図ることも望まれる。   The initial tank 31 is composed of a pressure-resistant gas cylinder. For example, a carbon dioxide gas cylinder has been conventionally used, and can basically be handled in the same manner. However, in order to maintain a stable state even when the circulating gas hybrid engine 1 is stopped, it is also desirable to accommodate the cylinder in a heat insulating container and to maintain a constant temperature using a battery as necessary.

以上の内容に係る本実施の形態の循環ガスハイブリッド機関1には、幾つかのバリエーション、変更が考えられる。まず、上述したように、内燃機関部はジーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンであってもよく、また、この両者は2サイクル、4サイクルのいずれであってもよい。あるいは、レシプロエンジンの代わりにロータリエンジン(バンケル式など)とすることも可能である。この場合、上記記載中の「気筒」は1つのロータに対応した燃焼室の構成を意味するものとする。さらに燃料噴射、循環ガス放出時における「シリンダ」は、ロータとロータハウジングの間に形成される燃焼室の内、圧縮過程にある燃焼室のことを意味するものとする。   Several variations and modifications are conceivable for the circulating gas hybrid engine 1 of the present embodiment according to the above contents. First, as described above, the internal combustion engine section is not limited to a diesel engine, but may be a gasoline engine, and both of them may be either two-cycle or four-cycle. Alternatively, a rotary engine (Bankel type or the like) can be used instead of the reciprocating engine. In this case, the “cylinder” in the above description means the configuration of the combustion chamber corresponding to one rotor. Furthermore, the “cylinder” at the time of fuel injection and circulation gas discharge means a combustion chamber in a compression process among combustion chambers formed between the rotor and the rotor housing.

内圧機関に利用される「循環ガス」は、一般に不活性ガスが使用されており、代表的なものとして炭酸ガス、窒素、アルゴンなどが考えられる。これらのガスにはそれぞれの特性を有しているため、循環の際の加圧圧力、温度、膨張などに関してはガスによって条件に差がある。上記説明における温度、圧力は、炭酸ガスを用いた場合の概要を示したものであるが、但し、温度、圧力等については使用状態に応じて変動するものであり、また本願発明が炭酸ガスの利用に限定されるものではない。   As the “circulation gas” used in the internal pressure engine, an inert gas is generally used, and typical examples include carbon dioxide, nitrogen, and argon. Since these gases have respective characteristics, there are differences in conditions depending on the gas regarding the pressurized pressure, temperature, expansion, and the like during circulation. The temperature and pressure in the above description are the outlines when carbon dioxide gas is used. However, the temperature, pressure, etc. vary depending on the state of use. It is not limited to use.

また、上述した実施の形態では、内燃機関によるサイクルの直後に内圧機関のサイクルを行うものとしているが、この変形として内燃機関による動作の直後の2ストローク(ピストン14の下降と上昇)は両機関とも動作させることなく、内燃機関部の吸気弁21、排気弁22を利用して外気を一旦導入し、これを排出する掃気動作をさせることができる。内燃機関(特にはジーゼルサイクル)における排気直後に内圧機関の循環ガス噴霧動作が開始されると、内圧機関のシリンダ13内に僅かに残存する内燃機関の排気ガスが循環ガス中に混入することが起こり得る。循環ガスは上述の通り循環して動作させるものであるため、不純物の混入によって冷却、膨張サイクルの効率が低下する恐れがある。内燃機関としての動作後に掃気サイクルを含めることで、かかる弊害を排除する効果を生む。掃気サイクルは内圧機関の動作後に入れることも可能であり、あるいはいずれの場合においてもピストンの4ストロークに亘って掃気サイクル(2回)を行うようにすることもできる。   In the above-described embodiment, the internal pressure engine is cycled immediately after the cycle by the internal combustion engine. As a modification, the two strokes immediately after the operation by the internal combustion engine (lowering and raising of the piston 14) are performed by both engines. Without being operated, it is possible to perform a scavenging operation of temporarily introducing outside air using the intake valve 21 and the exhaust valve 22 of the internal combustion engine section and discharging the outside air. If the circulating gas spraying operation of the internal pressure engine is started immediately after exhausting in the internal combustion engine (especially diesel cycle), the exhaust gas of the internal combustion engine slightly remaining in the cylinder 13 of the internal pressure engine may be mixed into the circulating gas. Can happen. Since the circulating gas is circulated and operated as described above, the efficiency of the cooling and expansion cycle may be reduced due to the mixing of impurities. Inclusion of a scavenging cycle after operation as an internal combustion engine produces an effect of eliminating such harmful effects. The scavenging cycle can be entered after the operation of the internal pressure engine, or in any case, the scavenging cycle (twice) can be performed over four strokes of the piston.

上記の掃気動作は、内燃機関部ではなく内圧機関部を利用して行うことも可能である。すなわち、内燃機関部によるサイクルが完了し、ピストン16が上死点に至って排気ガスの排出が完了したのち、内圧機関部の吸気弁23を開いて循環ガスを導入し、ピストン16の下降にあわせてシリンダ13内に循環ガスを充填し、その後のピストン16の上昇時に内燃機関の排気弁22を開いて掃気後のガスを排出するようにしてもよい。この場合、循環ガスが外部に排出されるものとなるが、掃気時には内圧機関として動作させる場合よりもはるかに少量のガス噴出量に絞ることによって排出されるガスを最小に抑えることができる。あるいは、内圧機関部の排気弁24を開いて掃気動作を行ってもよい。   The scavenging operation can also be performed using an internal pressure engine section instead of the internal combustion engine section. That is, after the cycle by the internal combustion engine portion is completed and the piston 16 reaches top dead center and exhaust gas exhaust is completed, the intake valve 23 of the internal pressure engine portion is opened to introduce the circulating gas, and the piston 16 is lowered. Then, the cylinder 13 may be filled with a circulating gas, and when the piston 16 is subsequently raised, the exhaust valve 22 of the internal combustion engine is opened to discharge the scavenged gas. In this case, the circulating gas is discharged to the outside, but the exhausted gas can be suppressed to a minimum by restricting the amount of gas ejection to a much smaller amount than when operating as an internal pressure engine during scavenging. Alternatively, the scavenging operation may be performed by opening the exhaust valve 24 of the internal pressure engine unit.

さらなる変形として、上述した実施形態では、内燃機関部の動作と内圧機関部の動作を交互に行うものとしているが、代替として内燃機関部の動作2回に対して内圧機関部の動作を1回、あるいはこの逆にするなど、両機関部を必ずしも1:1の比率で動作させる必要はない。エンジンの要求性能に応じて適切なサイクルを構成することができる。この際、上記の掃気サイクルを任意に含めることもできる。さらには、排気、吸気弁の制御を適切に行うことで、低速の間は内燃機関の比率を高め、高速になれば内圧機関の比率を高めるなどの切換えが任意に行うこともできる。   As a further modification, in the above-described embodiment, the operation of the internal combustion engine portion and the operation of the internal pressure engine portion are alternately performed. Instead, the operation of the internal pressure engine portion is performed once for every two operations of the internal combustion engine portion. It is not always necessary to operate the two engine parts at a ratio of 1: 1, for example, or vice versa. An appropriate cycle can be configured according to the required performance of the engine. At this time, the scavenging cycle may be arbitrarily included. Furthermore, by appropriately controlling the exhaust and intake valves, switching such as increasing the ratio of the internal combustion engine at low speed and increasing the ratio of the internal pressure engine at high speed can be arbitrarily performed.

また、上述の実施の形態における内燃機関部の排気ガスを熱交換に利用することは排熱の有効活用として好ましいことではあるが、例えば車両用ではなくて発電用などの定置式の機関であれば、循環ガスの熱交換には内燃機関部の排気ガスに拘ることなく、これに代えて、あるいはこれと共に、他のエネルギを利用することが可能である。この際の他のエネルギとしては、太陽熱や地熱などの自然エネルギによるもの、あるいはプラントが併設されておればボイラーや炉の熱エネルギの一部を取り出したり、他の設備の冷却のために使用された高温の冷却水(液)を循環させるなど、機関の周囲の環境に合わせた様々な熱エネルギを活用することが考えられる。   In addition, the use of the exhaust gas of the internal combustion engine part in the above-described embodiment for heat exchange is preferable as an effective use of exhaust heat. For example, it is not a vehicle but a stationary engine for power generation. For example, it is possible to use other energy for heat exchange of the circulating gas instead of or in combination with the exhaust gas of the internal combustion engine section. Other energy at this time is due to natural energy such as solar heat and geothermal heat, or if part of the plant is installed, it can be used to extract part of the thermal energy of the boiler or furnace or to cool other equipment. It is conceivable to use various heat energy that matches the environment around the engine, such as circulating high-temperature cooling water (liquid).

次に、本発明の第2の実施の形態に係る循環ガスハイブリッド機関について、図面を参照して説明する。上述した先の実施の形態では、エンジンの気筒数が1であり、これはエンジンとしての最小単位を意味している。本願発明の名称を「同一気筒ハイブリッド機関」としているが、これは必ずしもいわゆる「単気筒」エンジンであることを意味しない。同一気筒内で内燃機関と内圧機関の動作を行う気筒が少なくとも1つ含まれていればよく、例えば当該気筒が幾つかつながった多気筒エンジンであってもよい。多気筒化を図ることによってエンジンの回転をより円滑にできるものとなり好ましいことは、従来技術によるエンジンと同様である。   Next, a circulating gas hybrid engine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the above-described embodiment, the number of cylinders of the engine is 1, which means the smallest unit as the engine. The name of the present invention is “same cylinder hybrid engine”, but this does not necessarily mean a so-called “single cylinder” engine. It is only necessary that at least one cylinder that operates the internal combustion engine and the internal pressure engine is included in the same cylinder. For example, a multi-cylinder engine in which several cylinders are connected may be used. It is preferable to increase the number of cylinders so that the engine can be rotated more smoothly.

図2は、本実施の形態に係る多気筒循環ガスハイブリッド機関の例として、2気筒からなる機関本体部8を含む循環ガスハイブリッド機関2を示している。機関本体部8を除き、循環ガス及び燃料の供給系に関しては図1に示すものと同様である。図2において、本実施の形態に係る循環ガスハイブリッド機関2は、図の左からの1番、2番と呼ぶ2気筒から構成されている。これは単なる例示であって、4気筒、8気筒、あるいはこれより多い気筒数とすることも可能である。また、気筒の配置は直列である必要はなく、従来技術で知られた対向、V字、星型により構成されていてもよい。   FIG. 2 shows a circulating gas hybrid engine 2 including an engine main body 8 composed of two cylinders as an example of the multi-cylinder circulating gas hybrid engine according to the present embodiment. Except for the engine body 8, the circulating gas and fuel supply system is the same as that shown in FIG. In FIG. 2, the circulating gas hybrid engine 2 according to the present embodiment is composed of two cylinders called No. 1 and No. 2 from the left in the drawing. This is merely an example, and the number of cylinders may be 4 cylinders, 8 cylinders, or more. Further, the cylinders need not be arranged in series, and may be configured by facing, V-shaped, or star-shaped as known in the prior art.

まず1番の気筒は先の実施の形態と同様であり、2番の気筒は追加されたものであるが、その構成は1番の気筒と同様である。1番と2番の気筒とは同一構成ではあっても、両ピストン14のストロークのタイミング、内燃機関と内圧機関の動作のタイミングには差異を設けることができる。この差異は、出力を最もバランス良く保てるよう任意に配置することができる。例えば、1番の気筒のピストン14の下降ストロークにおいて「吸入(内燃)−爆発(内燃)−吸入(掃気)−噴霧(内圧)」のサイクルの間、2番の気筒のピストン14ではこれに同期させた下降ストロークにおいて「噴霧(内圧)−吸入(内燃)−爆発(内燃)−吸入(掃気)」とすることで、1番と2番の間で内燃機関と内圧機関のサイクルが相互にずれ、出力の発生はクランクシャフト17の1回転に1回とすることができて比較的良好なバランスが保たれる。4気筒にすればこの半分となるクランクシャフト17の半回転ごとに1回の出力が得られるものとなる。   First, the first cylinder is the same as the previous embodiment, and the second cylinder is added, but the configuration is the same as the first cylinder. Even if the first and second cylinders have the same configuration, the timing of the strokes of both pistons 14 and the operation timing of the internal combustion engine and the internal pressure engine can be different. This difference can be arbitrarily arranged so that the output can be maintained in a most balanced manner. For example, during the cycle of “suction (internal combustion) -explosion (internal combustion) -suction (scavenging) -spraying (internal pressure)” in the descending stroke of the piston 14 of the first cylinder, the piston 14 of the second cylinder is synchronized with this. The cycle of the internal combustion engine and the internal pressure engine is shifted between No. 1 and No. 2 by “spraying (internal pressure) −inhalation (internal combustion) −explosion (internal combustion) −inhalation (scavenging)” in the lowered stroke. The output can be generated once per rotation of the crankshaft 17, and a relatively good balance can be maintained. If four cylinders are used, one output can be obtained for every half rotation of the crankshaft 17, which is half of this.

本実施の形態においても、様々な変形、改良が考えられる。上記例では同一気筒ハイブリッドの気筒2つを設けているが、1つの気筒はそのままとして、他方の気筒を内燃機関、または内圧機関のみとした組み合わせとすることもできる。あるいは、これら各気筒を含む3気筒機関としてもよい。特に気筒数が多くなった場合には、その組み合わせは任意であり、所望性能に応じて組み合わせを考えればよい。   Various modifications and improvements can be considered in this embodiment. In the above example, two cylinders of the same cylinder hybrid are provided, but one cylinder can be left as it is, and the other cylinder can be combined with only an internal combustion engine or an internal pressure engine. Alternatively, a three-cylinder engine including these cylinders may be used. In particular, when the number of cylinders increases, the combination is arbitrary, and the combination may be considered according to the desired performance.

さらに、本発明にかかる内燃機関と内圧機関との組合せに係る循環ガスハイブリッド機関を、モータを利用したいわゆる従来のハイブリッドエンジンにおける内燃機関の代わりとして利用することも可能である。従来のハイブリッドエンジンにおける内燃機関と電気モータの組合せの内、その内燃機関を本発明にかかる循環ガスハイブリッド機関に置き換えることで、モータ、内燃機関、内圧機関のそれぞれの利点を生かした新しいタイプのハイブリッドエンジンを得ることができる。   Furthermore, the circulating gas hybrid engine according to the combination of the internal combustion engine and the internal pressure engine according to the present invention can be used in place of the internal combustion engine in a so-called conventional hybrid engine using a motor. Of the combination of an internal combustion engine and an electric motor in a conventional hybrid engine, a new type hybrid that takes advantage of the advantages of the motor, the internal combustion engine, and the internal pressure engine by replacing the internal combustion engine with the circulating gas hybrid engine according to the present invention. You can get an engine.

あるいは、本発明にかかる循環ガスハイブリッド機関を、燃料効率が良く、セッティングも容易な定常運転用(定速度回転用)として使用してこれで発電を行い、発電された電力でモータを回転駆動させることで電気自動車の動力源として利用することでもよい。   Alternatively, the circulating gas hybrid engine according to the present invention is used for steady-state operation (for constant speed rotation) with good fuel efficiency and easy setting, thereby generating electric power, and rotating the motor with the generated electric power. Therefore, it may be used as a power source for an electric vehicle.

加えて本願発明は、上述したような循環ガスハイブリッド機関を動力源として利用する車両をも包含する。すなわち、本願発明に係る車両は、動力源が発生する駆動力を車軸に伝達して車輪を回転駆動させ、これにより走行推進力を得る車両、もしくは動力源を用いて発電を行い、当該電力でモータを駆動させて走行推進力を得る車両であって、その動力源を上述したいずれかの循環ガスハイブリッド機関としたことを特徴としている。当該発明の実施により、低燃費、低排出ガスの環境に優しい車両の提供が可能となる。本発明にかかる循環ガスハイブリッド機関は、定置式を含む他の産業用機関としても利用することができる。   In addition, the present invention includes a vehicle that uses the above-described circulating gas hybrid engine as a power source. That is, the vehicle according to the present invention transmits the driving force generated by the power source to the axle to rotate the wheels, thereby generating the driving propulsion force, or generating power using the power source, and using the electric power. A vehicle that obtains a driving propulsion force by driving a motor, the power source of which is one of the circulating gas hybrid engines described above. By implementing the present invention, it is possible to provide an environment-friendly vehicle with low fuel consumption and low exhaust gas. The circulating gas hybrid engine according to the present invention can be used as other industrial engines including a stationary type.

本発明に係る循環ガスハイブリッド機関は、自動車産業、あるいは回転出力を利用するその他の産業分野において広く利用することができる。   The circulating gas hybrid engine according to the present invention can be widely used in the automobile industry or other industrial fields that utilize rotational output.

1、2.循環ガスハイブリッド機関、 7、8.機関本体部、 13.シリンダ、 14.ピストン、 16.コンロッド、 17.クランクシャフト、 18.冷却水路、 21.吸気弁(内燃機関用)、 22.排気弁(内燃機関用)、 23.吸気弁(内圧機関用)、 24.排気弁(内圧機関用)、 31.初期タンク、 32.調整タンク、 33.熱交換器、 34.圧縮機、 35.配管。
1,2. Circulating gas hybrid engine 7,8. Engine body part, 13. Cylinder, 14. Piston, 16. Connecting rod, 17. Crankshaft, 18. Cooling water channel, 21. 21. intake valve (for internal combustion engine) Exhaust valve (for internal combustion engine), 23. Intake valve (for internal pressure engine), 24. Exhaust valve (for internal pressure engine), 31. Initial tank, 32. Adjustment tank, 33. Heat exchanger, 34. Compressor, 35. Piping.

Claims (8)

気筒内で燃料を燃焼して得られる爆発力を利用して作動子を動作させ、出力を得る内燃機関部と、循環するガスを加圧、膨張させて得られる高圧力を気筒内に導入して作動子を動作させ、出力を得る内圧機関部とを組み合わせ、内燃機関部と内圧機関部の双方の出力発生動作を同一の気筒を利用して行うことを特徴とする循環ガスハイブリッド機関。   The internal combustion engine part that obtains output by operating the actuator using the explosive force obtained by burning fuel in the cylinder and the high pressure obtained by pressurizing and expanding the circulating gas are introduced into the cylinder. A circulating gas hybrid engine characterized by combining an internal pressure engine unit that operates an operating element to obtain an output, and performs output generation operations of both the internal combustion engine unit and the internal pressure engine unit using the same cylinder. 前記内燃機関部の動作と内圧機関部の動作とを同一気筒内で交互に行うことを特徴とする、請求項1に記載の循環ガスハイブリッド機関。   The circulating gas hybrid engine according to claim 1, wherein the operation of the internal combustion engine section and the operation of the internal pressure engine section are alternately performed in the same cylinder. 前記内燃機関部の動作から内圧機関部の動作に切り替わる間、もしくは前記内圧機関部の動作から内燃機関部の動作に切り替わる間の少なくともいずれか一方に、前記気筒内に外気もしくは循環ガスを導入して排出する掃気動作をさらに行うことを特徴とする、請求項1に記載の循環ガスハイブリッド機関。   Outside air or circulating gas is introduced into the cylinder during at least one of the operation of the internal pressure engine unit and the operation of the internal pressure engine unit or the operation of the internal pressure engine unit and the operation of the internal combustion engine unit. The recirculation gas hybrid engine according to claim 1, further performing a scavenging operation for discharging the exhaust gas. 内燃機関部で燃焼後排出される排気ガスの有する熱エネルギ、内燃機関部を冷却するための冷却水の有する熱エネルギ、または機関の外部から導入する熱エネルギを前記内圧機関の動作媒体である循環ガスの加熱、膨張用に利用することを特徴とする、請求項1に記載の循環ガスハイブリッド機関。   The heat energy of exhaust gas discharged after combustion in the internal combustion engine section, the heat energy of cooling water for cooling the internal combustion engine section, or the heat energy introduced from the outside of the engine as a working medium of the internal pressure engine The circulating gas hybrid engine according to claim 1, wherein the circulating gas hybrid engine is used for gas heating and expansion. 前記内燃機関部が、ジーゼルサイクル、オットーサイクルのいずれかにより動作する、請求項1に記載の循環ガスハイブリッド機関。   The circulating gas hybrid engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine section operates by either a diesel cycle or an Otto cycle. 前記循環するガスが、炭酸ガス、窒素、アルゴンのいずれかである、請求項1に記載の循環ガスハイブリッド機関。   The circulating gas hybrid engine according to claim 1, wherein the circulating gas is any one of carbon dioxide, nitrogen, and argon. 複数の気筒から構成される循環ガスハイブリッド機関において、前記複数の気筒の内の少なくとも1つが、請求項1から請求項6のいずれか一に記載された循環ガスハイブリッド機関である循環ガスハイブリッド機関。   A circulating gas hybrid engine comprising a plurality of cylinders, wherein at least one of the plurality of cylinders is the circulating gas hybrid engine according to any one of claims 1 to 6. 動力源の発生する駆動力を車軸に伝達して車輪を回転駆動させ、これにより走行推進力を得る車両、もとくは動力源により生み出される電力によりモータを回転駆動させ、これにより走行推進力を得る車両において、前記動力源が請求項1から請求項7のいずれか一に記載の循環ガスハイブリッド機関であることを特徴とする車両。
The driving force generated by the power source is transmitted to the axle and the wheels are rotated to drive the vehicle, thereby driving the vehicle, and the motor is driven to rotate by the electric power generated by the power source. In the vehicle to be obtained, the power source is the circulating gas hybrid engine according to any one of claims 1 to 7.
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