JPH06257462A

JPH06257462A - エンジン

Info

Publication number: JPH06257462A
Application number: JP7530493A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tsuchida; 敦槌田; Hiroshi Tsuchida; 博槌田; Makoto Tanaka; 田中　　良
Original assignee: RIKEN
Current assignee: RIKEN
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1994-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】４サイクル・エンジンよりも熱効率を向上さ
せ、またＮＯｘなど公害物質の発生を抑制し、さらには
ガス・タービンよりも小型化可能なエンジンを提供す
る。【構成】作動ガスを吸気するとともに吸気した作動ガス
を圧縮して供給する第一のシリンダ１６と、第一のシリ
ンダ１６より供給された高圧の作動ガスを加熱する加熱
室１８と、加熱室１８により加熱された高温高圧の作動
ガスを膨張させて動力を得るとともに、膨張終了後に排
気する第二のシリンダ２２とを有し、第一のシリンダ１
６の容積を加熱室１８の容積および第二のシリンダ２２
の容積のいずれよりも小とするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンに関し、さら
に詳細には、熱効率を向上させ、またＮＯｘなど公害物
質の発生を抑制し、さらには小型化が可能なエンジンに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエンジンとして、例えば、自動車
などで用いられる４サイクル・エンジンや航空機あるい
は発電などで用いられるガス・タービンが知られてい
る。

【０００３】図１４は、４サイクル・エンジンのシリン
ダ８００とピストン８０２の動作を模式的に示したもの
である。即ち、従来の４サイクル・エンジンは図１４に
示すように、空気とガソリンなどの作動ガスを吸気する
吸気過程、吸気過程で吸気された作動ガスを圧縮する圧
縮過程、圧縮過程で圧縮された作動ガスを燃焼加熱し、
膨張させて動力を取り出す燃焼・膨張過程、および燃焼・
膨張過程で燃焼された作動ガスを排出する排気過程の４
過程によって１サイクルを完了するものである。

【０００４】また、図１５は、ガス・タービンの空気圧
縮器９０２と、燃焼器９０４と、タービン９０６とを通
り抜ける作動ガスの流れを模式的に示したものである。
即ち、空気圧縮器９０２により圧縮した高圧の作動ガス
に燃料を加え、これを燃焼器９０４において燃焼加熱
し、燃焼器９０４において燃焼加熱された高温高圧の作
動ガスによりタービン９０６を回転させて動力を取り出
すものである。この空気圧縮器９０２には、通常、回転
による遠心式空気圧縮器または軸流式空気圧縮器が用い
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した４サイクル・
エンジンにあっては、吸気過程、圧縮過程、燃焼・膨張
過程および排気過程のすべての過程を単一のシリンダに
よって行うため、排気圧力が高くなって騒音を発生させ
るとともに、さらには熱効率を低下させるという問題点
があった。

【０００６】以下、上記した問題点に関して、理解を容
易にするために、４サイクル・エンジンの基本サイクル
である、所謂、オットー・サイクルを用いて説明する。

【０００７】図１６は、オットー・サイクルのＰ−Ｖ線
図である。このオットー・サイクルは、断熱圧縮（Ａ→
Ｂ）、等容加熱（Ｂ→Ｃ）、断熱膨張（Ｃ→Ｄ）、等容
冷却（Ｄ→Ａ）により構成される。

【０００８】例えば、シリンダの全容積を「１」とする
とともに燃焼の際の容積を「０.２５」として圧縮比
（または膨張比）「４」の条件で定格運転して、Ａで
「３００Ｋ」（温度は絶対温度で表示する。）の作動ガ
スを大気圧においてシリンダへ吸気により導入し断熱圧
縮すると、Ｂにおいては作動ガスは「７.０気圧」（圧
力は気圧で表示する。）で「５２０Ｋ」となる。

【０００９】この作動ガスを等容加熱して、Ｃで「１
８.４気圧」で「１３７０Ｋ」にさせ、それから断熱膨
張させる。この際に、膨張比は、圧縮比と同じく「４」
で膨張されることになるため、膨張が完成したＤにおい
ては、作動ガスは「２.６気圧」で「７９０Ｋ」とな
り、これを等容冷却することになる。

【００１０】実際の４サイクル・エンジンにおいては、
このＤにおいて大気中に排気されるが、Ｄ−Ａ間の圧力
差は、上記した例においては「１.６気圧」になり、こ
の「１.６気圧」が騒音と効率低下の原因となるもので
ある。

【００１１】即ち、オットー・サイクルにおいては、断
熱圧縮過程と断熱膨張過程とを同一のシリンダでおこな
うため、断熱圧縮過程での圧縮比と断熱膨張過程での膨
張比とが同一の値となり、加熱が等容加熱であることか
らＤにおける排気圧力が高くなってしまうためである。

【００１２】一方、ガス・タービンでは、圧縮器と膨張
器とを別の装置とするため、排気圧力差が生じないよう
に設計することが可能である。理解を容易にするため、
ガス・タービンの基本サイクルであるブレイトン・サイ
クルにより、上記のオットー・サイクルの例に用いた数
値にできるだけ対応させて説明する。

【００１３】図１７は、ブレイトン・サイクルのＰ−Ｖ
線図であり、断熱圧縮（Ａ→Ｂ）、等圧加熱（Ｂ→
Ｃ）、断熱膨張（Ｃ→Ｅ）、等圧冷却（Ｅ→Ａ）により
構成される。

【００１４】例えば、Ａにおいて、「１気圧」、「３０
０Ｋ」で体積「１」の作動ガスを圧縮器により圧縮比
「６」で圧縮すると、作動ガスは「１２.３気圧」、
「６１０Ｋ」で体積は「０.１７」となる。この作動ガ
スを等圧加熱して、Ｃで「１２.３気圧」、「１２２０
Ｋ」で体積は「０.３３」にさせ、それから断熱膨張さ
せる。この際、膨張比「６」で膨張させると、膨張が完
成したＥにおいて、「１気圧」、「６００Ｋ」で体積は
「２」となる。これを等圧冷却することになる。

【００１５】この場合、排気圧力差がないので、大気に
直接排気してもこれを原因とする騒音はなく、またこれ
による熱効率の低下はない。

【００１６】しかしながら、ガス・タービンでは、圧縮
器も膨張器もともに回転という機構によるため、作動ガ
スの通路幅に比べ回転半径が十分に大きくないと効率が
上がらないものであった。このことが、装置全体を小型
化する際の大きな制約となり、小型のガス・タービンを
事実上製造できないという問題点を招来していた。

【００１７】本発明は、従来の４サイクル・エンジンと
ガス・タービンという二つの技術の有するこのような問
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、４サイクル・エンジンよりも熱効率を向上させ、ま
たＮＯｘなど公害物質の発生を抑制し、さらにはガス・
タービンよりも小型化可能なエンジンを提供しようとす
るものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明におけるエンジンは、作動ガスを吸気すると
ともに吸気した作動ガスを圧縮して供給する第一のシリ
ンダと、第一のシリンダより供給された高圧の作動ガス
を加熱する加熱室と、加熱室により加熱された高温高圧
の作動ガスを膨張させて動力を得るとともに、膨張終了
後に排気する第二のシリンダとを有し、第一のシリンダ
の容積を加熱室の容積および第二のシリンダの容積のい
ずれよりも小とするように構成したものである。

【００１９】

【作用】第一のシリンダにおいて吸気され圧縮された高
圧の作動ガスは、加熱室に送出される。そして、この高
圧の作動ガスが加熱室において加熱されることによっ
て、高温高圧の作動ガスが得られ、これを第二のシリン
ダで膨張させることにより、動力を得るものである。

【００２０】そして、加熱室の容積は、第一のシリンダ
の容積より大とされているため、加熱室の圧力はほぼ等
圧に保たれ、加熱室における燃焼または加熱を緩やかに
おこなうことができる。

【００２１】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明によるエンジ
ンの実施例を詳細に説明するものとする。

【００２２】〔第一の実施例〕図１は、本発明の第一の
実施例によるエンジン１０の構成説明図である。この第
一の実施例は、作動ガスを作動ガス圧縮用の第一のシリ
ンダ１６により吸気圧縮し、これを加熱室１８において
燃焼により等圧加熱し、これを動力発生用の第二のシリ
ンダ２２において膨張させ動力を得て、その後に排気す
ることを示している。この第一の実施例の場合、第二の
シリンダ２２は、第一のシリンダ１６の２倍の容積を持
つように構成されている。

【００２３】図２には、本発明の第一の実施例によるエ
ンジン１０が模式的に示されており、シリンダ・ブロッ
ク１２は、作動ガス圧縮用ピストン１４を備え、この作
動ガス圧縮用ピストン１４の下降により、内部の作動ガ
スを圧縮する作動ガス圧縮用の第一のシリンダ１６と、
第一のシリンダ１６により圧縮された高圧の作動ガスを
燃焼により加熱する加熱室１８と、動力発生用ピストン
２０を備え、加熱室１８において加熱された高温高圧の
作動ガスを、動力発生用ピストン２０の上昇により膨張
させる動力発生用の第二のシリンダ２２とが形成されて
いる。

【００２４】第一のシリンダ１６は、作動ガス圧縮用ピ
ストン１４が下死点にあるとき、シリンダの容積がほと
んどないように設計する。同様に、第二のシリンダ２２
も、動力発生用ピストン２０が下死点にあるとき、シリ
ンダの容積がほとんどないように設計する。

【００２５】シリンダ・ブロック１２には、作動ガスを
第一のシリンダ１６内に導入するための吸気通路２４が
形成されている。この吸気通路２４には、吸気通路２４
の開閉を制御する吸気弁２６が配置されていて、吸気弁
２６により吸気通路２４が開放されたときのみ、第一の
シリンダ１６内へ作動ガスを導入することができるよう
に構成されている。

【００２６】さらに、シリンダ・ブロック１２には、第
一のシリンダ１６において圧縮された作動ガスを、加熱
室１８へ送出するための作動ガスの導入通路２８と、加
熱室１８において燃焼加熱された作動ガスを、第二のシ
リンダ２２へ送出するための導入通路３０とが形成され
ており、これらの作動ガスの導入通路２８と導入通路３
０には、それぞれ弁３２と弁３４とが配設されている。
弁３２は、第一のシリンダ１６の内圧が加熱室１８の内
圧よりも高くなった場合にのみ開放されるようになされ
ている。弁３４は、第二のシリンダ２２の動力発生用ピ
ストン２０が、下死点から所定の位置に移動するまでの
間にある場合にのみ開放されるようになされている。

【００２７】シリンダ・ブロック１２には、第二のシリ
ンダ２２内の作動ガスを排気するための排気通路３６が
形成されている。この排気通路３６には、排気通路３６
の開閉を制御する排気弁３８が配設されていて、排気弁
３８により排気通路が開放されたときにのみ、第二のシ
リンダ２２内の作動ガスを排気することができるように
構成されている。

【００２８】さらにまた、シリンダ・ブロック１２に
は、安全弁４２が配設されていて、過度の圧力によりシ
リンダ・ブロック１２の破損を避けるようになってい
る。

【００２９】以上の構成において、エンジン１０を作動
する場合について説明する。

【００３０】図２および図３を用いて、作動ガス圧縮用
の第一のシリンダ１６の動作概念を示す。

【００３１】過程１は、常温常圧（「３００Ｋ」、「１
気圧」）の作動ガスの吸気過程である。吸気弁２６は開
放されており、弁３２は閉鎖されている。作動ガス圧縮
用ピストン１４は容積ゼロの下死点から容積最大の上死
点まで引き上げられ、作動ガスが吸気される。

【００３２】次いで、過程２は圧縮過程である。吸気弁
２６および弁３２は閉鎖されており、作動ガスは作動ガ
ス圧縮用ピストン１４により上死点から断熱圧縮され
る。これにより、作動ガスの温度と圧力は上昇する。こ
の第一のシリンダ１６の内圧が加熱室１８の内圧よりも
高くなったところで、弁３２が開放される。

【００３３】過程３は、送気過程である。吸気弁２６は
閉鎖されており、弁３２は開放され、作動ガスは作動ガ
ス圧縮用ピストン１４により第一のシリンダ１６から加
熱室１８へ送気され、作動ガス圧縮用ピストン１４が下
死点になるまで続く。そして、ふたたび、過程１が繰り
返される。

【００３４】定格運転においては、加熱室１８の内圧は
「１２.３気圧」である。このことは作動ガスを圧縮比
「６」で加圧することを意味する。この際、第一のシリ
ンダ１６から加熱室１８に送気される作動ガスの温度
は、「６１０Ｋ」である。第一のシリンダ１６よりも加
熱室１８の方が容積が大きいので、１回の作動ガスの送
気による加熱室１８の圧力変化は小さく、加熱室１８の
圧力は定常状態ではほぼ一定とみなすことができる。

【００３５】図２に示すように、加熱室１８では、第一
のシリンダ１６から送気された作動ガスに、燃料が加え
られ燃焼される。これにより作動ガスの温度は上昇す
る。定格運転においては、加熱室１８から第二のシリン
ダ２２への導入通路３０付近において作動ガスの温度
が、「１２２０Ｋ」となるように燃料供給は制御され
る。これにより、加熱室１８の圧力は「１２.３気圧」
でほぼ一定に維持されることになる。

【００３６】加熱室１８は、第一のシリンダ１６よりも
容積が大きく、また圧力は一定で差動ガスを常時燃焼さ
せるため、燃焼管理は瞬時燃焼による従前の４サイクル
・エンジンよりも容易であり、従って公害物質の発生を
抑制できる。

【００３７】次に、図２および図４を用いて、動力発生
用の第二のシリンダ２２の動作概念を示す。

【００３８】過程１は、注入過程である。弁３４は開放
されており、排気弁３８は閉鎖されている。加熱室１８
により加熱された高温高圧の作動ガスは、第二のシリン
ダ２２に等圧で注入され、動力発生用ピストン２０は容
積ゼロの下死点から、ストローク全体の「１／６」の位
置になるまで等圧で押し上げられる。

【００３９】過程２は、弁３４と排気弁３８はともに閉
鎖されている膨張過程である。動力発生用ピストン２０
は、ストロークの「１／６」の位置から容積最大の上死
点まで押上られ、作動ガスは常圧にまで断熱的に膨張す
る。このことは、膨張比「６」で膨張することを意味す
る。過程１と過程２では、動力が発生する。

【００４０】過程３では、弁３４が閉鎖され、排気弁３
８が開放されている排出過程である。動力発生用ピスト
ン２０は上死点から下死点まで押し下げられ、作動ガス
は常圧で排気される。そして、ふたたび過程１が繰り返
される。

【００４１】図５は、上記した動作をまとめてＰ−Ｖ線
図により示したものである。

【００４２】（Ａ→Ｂ）は、第一のシリンダ１６の作動
ガス圧縮用ピストン１４による圧縮の動作を示してい
る。（Ｂ→Ｃ）は、作動ガス圧縮用ピストン１４による
送気の動作を示している。これらの動作においては、面
積ＡＢＣＦに相当する仕事の投入が必要となる。

【００４３】（Ｃ→Ｄ）は、第二のシリンダ２２の動力
発生用ピストン２０を動かす作動ガス注入の動作を示し
ている。（Ｄ→Ｅ）は、動力発生用ピストン２０を動か
す作動ガスの膨張の動作を示している。これらの動作に
おいて、面積ＣＤＥＦに相当する仕事が得られる。

【００４４】従って、このエンジン１０からは、面積Ｃ
ＤＥＦから面積ＡＢＣＦを差し引きして、面積ＡＢＤＥ
に相当する動力が取り出せることになる。

【００４５】〔第二の実施例〕図６は、本発明の第二の
実施例によるエンジン２００の概念図である。なお、第
一の実施例と同一の構成要素に関しては、同一の符号を
付して示すことにより、詳細な構成および作用の説明は
省略する。

【００４６】この第二の実施例によるエンジン２００お
いては、定格運転において、第一のシリンダ１６により
作られた「１２.３気圧」、「６１０Ｋ」の作動ガス
が、熱交換室１９を構成する作動ガスの加熱室１８に送
気され、燃焼室５０より燃焼ガス室１９ａ中へ供給され
た高温の燃焼ガスとの熱交換により「１２.３気圧」、
「１２２０Ｋ」の作動ガスとなり、第二のシリンダ２２
に送出される。

【００４７】このエンジン２００では、第二のシリンダ
２２からの「６００Ｋ」の作動ガスの排気のほか、燃焼
ガス室１９ａからの「６１０Ｋ」の燃焼廃ガスの排気も
同時に発生する。このため、第一の実施例によるエンジ
ン１０に比べ熱効率は悪くなるが、エンジン１０のよう
に高圧燃焼ではなくて、常圧燃焼にしたことにより、燃
焼管理はより簡単になり、公害物質の発生をさらに抑制
できる。

【００４８】このように、第一の実施例によるエンジン
１０と第二の実施例によるエンジン２００との相違は、
加熱に関して内燃方式を外燃方式に変えた点にあり、そ
の他の点については同様であるため、詳細な説明は省略
する。

【００４９】〔第三の実施例〕図７は、本発明の第三の
実施例によるエンジン３００の概念図である。なお、第
一の実施例および第二の実施例と同一の構成要素に関し
ては、同一の符号を付して示すことにより、詳細な構成
および作用の説明は省略する。

【００５０】この第三の実施例によるエンジン３００
は、第二の実施例における第二のシリンダ２２から大気
中に排気される常圧の作動ガスの温度が、「６００Ｋ」
と高温であることに鑑みなされたものである。

【００５１】即ち、エンジン３００は、第二のシリンダ
２２から排気される作動ガスの持つ熱を回収するため、
配管５２により、第二のシリンダ２２から排気される作
動ガスを常燃焼室５０に供給して燃焼に使用する。これ
により、第二の実施例に比べて「６００Ｋ」の作動ガス
の排気はなくなり、「６１０Ｋ」の燃焼廃ガスだけとな
るので、第二の実施例による熱効率の低下は回復し、第
一の実施例の熱効率とほぼ同程度になる。

【００５２】設計により第一のシリンダ１６の送出する
作動ガスの温度が、第二のシリンダ２２により排気され
る作動ガスの温度よりも低い場合には、第三の実施例の
方が第一の実施例よりも効率はよくなる。

【００５３】この第三の実施例は、加熱は外燃方式では
あるが、排気されるガスが燃焼廃ガスだけであるという
点では内燃方式ということができ、いわば外内燃方式と
いうこことができる。

【００５４】なお、第三の実施例によるエンジン３００
は、第二のシリンダ２２から送りだされる作動ガスが脈
動するため、燃焼管理を困難にするが、第二のシリンダ
２２の数を複数にしたり、また燃焼室５０および燃焼ガ
ス室１９ａの容積を大きくすることにより、この問題を
解消できる。

【００５５】このように、第二の実施例と第三の実施例
との相違は、燃焼用空気として排気される作動ガスを用
いた点にあり、その他の点については同様であるため、
詳細な説明は省略する。

【００５６】〔第四の実施例〕図８は、本発明の第四の
実施例によるエンジン４００の概念図である。なお、第
一の実施例乃至第三の実施例と同一の構成要素に関して
は、同一の符号を付して示すことにより、詳細な構成お
よび作用の説明は省略する。

【００５７】この第四の実施例によるエンジン４００
は、第二の実施例における熱交換室１９から排出される
燃焼廃ガスの温度が、第一のシリンダ１６から移送され
た作動ガスの温度と同じく「６１０Ｋ」となっている点
に鑑みなされたものである。

【００５８】即ち、エンジン４００は、熱交換室１９か
ら排出される燃焼廃ガスの熱を回収するために、第二の
熱交換室６０を設け、燃焼室５０に送気する燃焼用空気
を加熱するようにした。

【００５９】これにより、第二の実施例による熱効率の
低下は回復し、第一の実施例による熱効率に戻すことが
できる。

【００６０】このように、第二の実施例と第四の実施例
との相違は、第二の熱交換室６０を備えた点にあり、そ
の他の点については同様であるため、詳細な説明は省略
する。

【００６１】〔第五の実施例〕図９は、本発明の第五の
実施例によるエンジン５００の概念図である。なお、第
一の実施例乃至第四の実施例と同一の構成要素に関して
は、同一の符号を付して示すことにより、詳細な構成お
よび作用の説明は省略する。

【００６２】この第五の実施例によるエンジン５００
は、第四の実施例によるエンジン４００が、第二のシリ
ンダ２２から排出される作動ガスを、そのまま大気に排
気させている点に鑑みてなされたものである。

【００６３】即ち、エンジン５００は、第二のシリンダ
２２から排出される作動ガスを第二の熱交換室６０に供
給する燃焼用空気として用いるための配管６２を備えて
いる。

【００６４】これにより、燃焼廃ガスの温度は、第二の
シリンダ２２からの排気の温度と同じく、「６００Ｋ」
となる。つまり、熱効率は第四の実施例と変わらないも
のであるが、第四の実施例では燃焼用空気を供給するの
に、別に動力が必要であったが、それを第二のシリンダ
２２からの排出能力で代行させることができることにな
る。

【００６５】〔第六の実施例〕上記各実施例において、
燃料の供給を少なくして、定格運転以下の出力で運転す
る場合には、加熱室１８の圧力および温度は十分に上昇
しない。その結果、動力発生用の第二のシリンダ２２に
おける膨張の過程において、作動ガスの圧力は常圧より
も下がってしまい、第二のシリンダ２２内に水滴や霜が
発生し、第二のシリンダ２２と動力発生用ピストン２０
との間の摩擦を大きくし、また場合によっては、これら
を損傷する恐れがある。

【００６６】例えば、第一の実施例によるエンジン１０
に即して説明すると、図１０に示すように、定格運転以
下の出力で運転するために燃料供給を少なくすると、作
動ガスの燃焼加熱後の状態はＤとはならず、これよりも
圧力も温度も低い状態のＧとなる。ここで、この状態の
作動ガスを第二のシリンダ２２で膨張させると、常圧点
はＨとなる。しかしながら、第二のシリンダ２２はさら
に容積が「２」になるまで膨張を続けるので、作動ガス
の圧力は常圧以下になり、温度もさらに低下する。この
ため、場合によっては、第二のシリンダ２２内に水滴や
霜が発生し、第二のシリンダ２２と動力発生用ピストン
２０との間の摩擦を増大させ、場合によっては、これら
を損傷する恐れがあることになる。

【００６７】従って、上記各実施例においては、例え
ば、第一の実施例のエンジン１０に即して図１１に示す
ように、ポペット弁などからなる常圧維持制御弁４０を
配置して、第二のシリンダ２２内の圧力が常圧より低く
なった場合にのみ、常圧維持制御弁４０を開放して外部
の空気または燃焼廃ガスを吸い込み、第二のシリンダ２
２内の圧力が常圧より低下しないようにして、常に第二
のシリンダ２２内が常圧以上になるように維持すること
ができるようにする。

【００６８】また、上記したように、別途常圧維持制御
弁４０を配置することなく、排気弁３８に常圧維持制御
弁４０の機能を備えさせるようにしてもよい。

【００６９】〔第七の実施例〕次に、本発明の第七の実
施例によるエンジン７００を説明する。

【００７０】図１２は、第七の実施例によるエンジン７
００が模式的に示されている。このエンジン７００にお
いては、第一のシリンダ１６の作動ガス圧縮用ピストン
１４と第二のシリンダ２２の動力発生用ピストン２０と
が、コンロッド７４あるいはコンロッド７２によって、
それぞれクランク兼フライホイール７０と連結されてい
て、例えば、作動ガス圧縮用ピストン１４が上死点に位
置するとき、動力発生用ピストン２０が下死点に位置す
るように設定されている。

【００７１】上記したような位置関係に作動ガス圧縮用
ピストン１４と動力発生用ピストン２０を連結すること
により、作動ガス圧縮用ピストン１４と動力発生用ピス
トン２０は同じ周期で運転され、動力発生用ピストン２
０で得られた動力の一部で、作動ガス圧縮用ピストン１
４を直接運転することが可能になり、連続運転できるこ
とになる。

【００７２】さらに図１３に基づいて、第七の実施例の
運転操作を詳しく説明することにする。

【００７３】まず、他の動力源、例えば電動機によりク
ランク兼フライホイール７０を回転させることにより、
エンジン７００を起動する。これにより加熱室１８の圧
力が大気圧から「４.７気圧」までの間のＪ点であると
き、第一のシリンダ１６の作動ガス圧縮用ピストン１４
は作動ガスをＡ点からＪ点まで断熱圧縮し、Ｊ点の容積
の作動ガスを加熱室１８に注入する。一方、第二のシリ
ンダ２２は同じ圧力で容積０.３３の作動ガスを得て、
これをＫ点からＬ点まで断熱膨張させることになる。こ
の一回の運転操作で、（Ｊ−Ｋ）の容積に相当する作動
ガスが加熱室１８に残されることになり、加熱室１８の
圧力を高めることになる。この際、必要とする動力は面
積ＡＪＫＬである。このようにして加熱室１８の圧力は
「４.７気圧」、温度は「４７０Ｋ」のＭ点まで高まる
ことになる。加熱室１８がこのＭ点の状態になると、外
部から投入しなければならない動力は摩擦などで消費さ
れる動力の補充だけでよいことになる。

【００７４】ここで、加熱室１８中に燃料を投入して燃
焼させ、加熱室１８中の作動ガスを加熱すると、エンジ
ン７００は動力を発生する。定格運転以下の運転におい
て、加熱室の圧力が「４.７気圧」から「１２.３気圧」
までの間のＦ点であるときは、第一のシリンダ１６の作
業ガス圧縮用ピストン１４は、Ｆ点の容積の作動ガスを
加熱室１８に供給し、加熱室１８はこの作動ガスをＧ点
の状態まで加熱し、第二のシリンダ２２の動力発生用ピ
ストン２０は、この加熱された作動ガスをＧ点からＨ点
まで断熱膨張させる。この一回の回転により、このエン
ジン７００は、面積ＡＦＧＨの動力を発生することにな
る。

【００７５】さらに投入する燃料を増加し、定格運転を
超えて運転する場合を検討する。この場合には、加熱室
１８の圧力が「１２.３気圧」からあらかじめ定めた安
全弁４２の圧力Ｐ₀との間にあるとき、第一のシリンダ
１６の作業ガス圧縮用ピストン１４はＱ点の状態の作動
ガスを加熱室１８に供給し、加熱室１８はこの作動ガス
をＲ点の状態になるまで加熱し、第二のシリンダ２２の
動力発生用ピストン２０は、この作動ガスを断熱膨張さ
せてＳ点の状態にする。そして、Ｓ点において、作動ガ
スは大気へ排気される。

【００７６】このエンジン７００は、このように定格運
転を超えて運転することも可能であるが、その場合に
は、排気圧力が大気圧よりも高くなるので排気音を発生
することになる。

【００７７】以上、エンジン７００の動作機構を説明す
るため、まずエンジン７００を他の動力で回転させ、そ
の後に加熱室１８を加熱する順序により説明した。しか
しながら、実際の運転では、まず加熱室１８を加熱し、
次いで他の動力によりこのエンジン７００を回転させる
ことにより、エンジン７００の起動は簡単に行うことが
できる。

【００７８】なお、上記した第一の実施例乃至第七の実
施例においては、第一のシリンダ１６および第二のシリ
ンダ２２を、それぞれ１つづつ備えた場合に関して主に
説明したが、これに限られることなしに、第一のシリン
ダ１６および第二のシリンダ２２のどちらか一方、ある
いは両方を複数備えるようにしてもよいことはもちろん
である。

【００７９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００８０】作動ガスを吸気するとともに吸気した作動
ガスを圧縮して供給する第一のシリンダと、第一のシリ
ンダより供給された高圧の作動ガスを加熱する加熱室
と、加熱室により加熱された高温高圧の作動ガスを膨張
させて動力を得るとともに、膨張終了後に排気する第二
のシリンダとを有し、第一のシリンダの容積を加熱室の
容積および第二のシリンダの容積のいずれよりも小とす
るように構成したため、第一のシリンダにおいて吸気さ
れ圧縮された高圧の作動ガスは、加熱室に送出され、こ
の高圧の作動ガスが加熱室において加熱されることによ
って、高温高圧の作動ガスが得られ、これを第二のシリ
ンダで膨張させることにより、動力を得ることができ
る。

【００８１】この際に、加熱室の容積が、第一のシリン
ダの容積より大とされているため、加熱室の圧力はほぼ
等圧に保たれ、加熱室における燃焼または加熱を緩やか
におこなうことができるようになる。

【００８２】即ち、第一のシリンダにおいて吸気、圧縮
された作動ガスを加熱室に送出し、加熱室における加熱
によって高温高圧の作動ガスを得て、これを第二のシリ
ンダで膨張させることにより、動力を得ることができ
る。

【００８３】従って、作動ガスの圧縮が、第一のシリン
ダで行われる一方で、作動ガスの膨張は第二のシリンダ
で行われることになり、しかも燃焼加熱室の容積は、第
一のシリンダの容積より大とされているため、燃焼加熱
が緩やかに行なえ、ＮＯｘなどの公害物質の発生を抑制
できることになる。

【００８４】また、外燃方式により構成することも可能
なため、燃焼を常圧で行うことができ、ＮＯｘなど公害
物質の発生を根絶することができる。

【００８５】さらに、シリンダで構成しているため、タ
ービンで構成する場合と異なり、装置全体を十分に小型
化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例によるエンジンの構成を
示す説明図である。

【図２】本発明の第一の実施例によるエンジンを模式的
に示す説明図である。

【図３】本発明の第一の実施例によるエンジンの動作の
説明図である。

【図４】本発明の第一の実施例によるエンジンの動作の
説明図である。

【図５】本発明の第一の実施例によるエンジンのＰ−Ｖ
線図である。

【図６】本発明の第二の実施例によるエンジンの構成を
示す説明図である。

【図７】本発明の第三の実施例によるエンジンの構成を
示す説明図である。

【図８】本発明の第四の実施例によるエンジンの構成を
示す説明図である。

【図９】本発明の第五の実施例によるエンジンの構成を
示す説明図である。

【図１０】定格運転していない場合の本発明の第一の実
施例によるエンジンのＰ−Ｖ線図である。

【図１１】第六の実施例として、常圧維持制御弁を備え
た本発明の第一の実施例によるエンジンの構成を示す説
明図である。

【図１２】本発明の第七の実施例によるエンジンの構成
を示す説明図である。

【図１３】本発明の第七の実施例によるエンジンのＰ−
Ｖ線図である。

【図１４】従来の４サイクル・エンジンの作動を示す説
明図である。

【図１５】従来のガス・タービンの構成を示す説明図で
ある・。

【図１６】オットー・サイクルのＰ−Ｖ線図である。

【図１７】ブレイトン・サイクルのＰ−Ｖ線図である。

【符号の説明】

１０エンジン１６第一のシリンダ１８加熱室１９熱交換室１９ａ燃焼ガス室２２第二のシリンダ４０常圧維持制御弁５０燃焼室５２配管６０第二の熱交換室６２配管７０クランク兼フライホイール７２コンロッド７４コンロッド２００エンジン３００エンジン４００エンジン５００エンジン６００エンジン７００エンジン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作動ガスを吸気するとともに吸気した作
動ガスを圧縮して供給する第一のシリンダと、前記第一のシリンダより供給された高圧の作動ガスを加
熱する加熱室と、前記加熱室により加熱された高温高圧の作動ガスを膨張
させて動力を得るとともに、膨張終了後に排気する第二
のシリンダとを有し、前記第一シリンダの容積を、前記加熱室の容積および前
記第二のシリンダの容積のいずれよりも小としたことを
特徴とするエンジン。
【請求項２】前記加熱室は、前記第一のシリンダより
供給された高圧の作動ガスの中で燃料を燃焼させて作動
ガスを加熱する請求項１記載のエンジン。
【請求項３】作動ガスを吸気するとともに吸気した作
動ガスを圧縮して供給する第一のシリンダと、前記第一のシリンダより供給された高圧の作動ガスを外
部から熱交換により加熱する加熱室および前記加熱室中
の作動ガスを外部から熱交換により加熱するための燃焼
ガス室を備えた熱交換室と、前記燃焼ガス室に供給する高温の燃焼ガスを作る燃焼室
と前記加熱室により加熱された高温高圧の作動ガスを膨
張させて動力を得るとともに、膨張終了後に排気する第
二のシリンダとを有し、前記第一シリンダの容積を、前記加熱室の容積および前
記第二のシリンダの容積のいずれよりも小としたことを
特徴とするエンジン。
【請求項４】前記第二のシリンダにより排出される作
動ガスを大気へ直接排気せずに、燃焼用空気として前記
燃焼室に供給する請求項３記載のエンジン。
【請求項５】前記燃焼ガス室から排気される燃焼廃ガ
スと前記燃焼室に供給する燃焼用空気との間に、第二の
熱交換室を設けた請求項３記載のエンジン。
【請求項６】前記第二のシリンダにより排出される作
動ガスを大気へ直接排気せず、前記第二の熱交換室に供
給して燃焼用空気として使用する請求項５記載のエンジ
ン。
【請求項７】前記第一のシリンダの圧力が前記加熱室
の圧力よりも大であるときのみ開放し、前記第一のシリ
ンダと前記加熱室とを連通する第一の弁と、前記第二のシリンダのピストンが容積最小の下死点から
所定の位置に移動するまでの間のみ開放し、前記加熱室
と前記第二のシリンダとを連通する第二の弁とを備えた
請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記
載のエンジン。
【請求項８】前記第二のシリンダにおける作動ガスの
膨張過程において、前記第二のシリンダ内の作動ガスが
常圧より低圧になった場合に、前記第二のシリンダ内を
常圧に維持するため、前記第二のシリンダ内に空気また
は燃焼廃ガスを導入する手段を備えた請求項１、２、
３、４、５、６または７のいずれか１項に記載のエンジ
ン。
【請求項９】前記第一のシリンダのピストンと前記第
二のシリンダのピストンとを連動して、前記第一のシリ
ンダのピストンと前記第二のシリンダのピストンとを同
一の周期で運転する手段を設けた請求項１、２、３、
４、５、６、７または８のいずれか１項に記載のエンジ
ン。