特表 2022-546403 一対気筒を有する内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-04

(54)【発明の名称】一対気筒を有する内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02B 75/02 20060101AFI20221027BHJP

   F02D 19/12 20060101ALI20221027BHJP

   F02B 75/18 20060101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

F02B75/02 B

F02D19/12 A

F02B75/18 C

F02B75/18 P

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022513139

(86)(22)【出願日】2020-08-19

(85)【翻訳文提出日】2022-04-12

(86)【国際出願番号】 BG2020000032

(87)【国際公開番号】W WO2021035316

(87)【国際公開日】2021-03-04

(31)【優先権主張番号】112989

(32)【優先日】2019-08-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】BG

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522072390

【氏名又は名称】リゾフ，ペタル・アセノフ

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リゾフ，ペタル・アセノフ

【テーマコード（参考）】

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G092AA18

3G092AB17

3G092DB03

3G092FA15

3G092FA24

(57)【要約】

一対気筒を有する内燃機関は、いくつかの物理的作用（燃焼、水の蒸発及び凝縮）を使用することによって、効率を大幅に向上させ、比出力を大幅に向上させ、比燃料消費率を低減し、有害な元素の大部分を清浄化する機関である。すでに大幅に低減された排気ガス中の燃焼プロセスの生成物は、機関の質量及び体積を低減し、これにより、少ない変更により、人類が世界中に形成した生産設備の継続使用が可能になる。
一対気筒を有する内燃機関の場合、水蒸気の高圧から二次気筒に大きな負荷がかかると予想され、蒸気機関よりも高いトルクを有する機関は存在しないことが分かっているため、一次気筒内で何の種類の燃料が使用されるかは重要ではないが、気筒ブロックの設計は重要である。
一対気筒を有する内燃機関は、一次気筒が熱を発生させて機械的な仕事を実施する燃焼方式を使用し、二次気筒が熱を奪って再び機械的な仕事を実施する蒸発方式を使用するため、熱バランスの良い機関であり、これにより、互いの熱補償を小さな損失で行うことができ、これは高い効率につながる（これまで稼働していた内燃機関では、大気中で排気ガスがパチパチと放出される）。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レシプロ式４ストローク内燃機関を備える、一対気筒を有する内燃機関（図１及び図２）の方法であって、
前記気筒が、２つにグループ分けされ、
一次気筒（１）では、
上死点のピーク圧縮時に、燃料を、図１及び図２に示していないＦＩＰ／ＷＩＰを有するパイプライン（１６）によって接続された、点火システムのノズル（１５）から噴霧し、放電がなされ、
燃焼中に、その温度及び体積が増加し、
その結果、前記ピストンの空間の圧力が増加し、前記ピストンを上死点から下死点に押し込み、
したがって、機械的な仕事を実施する、一対気筒を有する内燃機関の方法において、
前記排気高温ガスを、一次気筒（１）から、カムシャフトカム（１４）によって押圧される前記排気バルブ（１２）を通って、コレクタ（３）を通って、カムシャフトカム（２３）によって開放された、２倍の容積の二次気筒（２）の充填バルブ（２１）を通って、移送し、
上死点でのピーク圧縮の場合のように、図１及び図２に示していないＦＩＰ／ＷＩＰを用いて、パイプライン（２６）によって接続されたノズル（２５）を通って、高圧下で水を噴霧し、
その蒸発中に、前記水は前記排気ガスの熱の大部分を奪い、その体積を１７００倍に増加させ、それによって前記増加した圧力が前記ピストンを上死点から下死点に押し込み、したがって、機械的な仕事を実施し、
カムシャフトカム（２４）によって開放された排気バルブ（２２）が、前記ターボチャージャタービン入口にコレクタ（９）によって接続され、前記ターボチャージャタービンの出口が、コレクタ（１０）によって前記コンデンサ入口（４）に接続され、前記コンデンサ入口（４）の最下部には、水ポンプ（５）が取り付けられ、前記水ポンプ（５）は、燃焼プロセスからの有害元素を含む凝縮物を堆積させるために、更なる処理のために、容器（７）にパイプライン（６）によって接続され、適切なパイプラインを通って前記コンデンサ（４）の前記出口が、マフラーポットに接続され、前記マフラーポットから、残留水蒸気及び排気ガスが大気中に放出される
ことを特徴とする、一対気筒を有する内燃機関の方法。

【請求項2】

直列に配置された２気筒４ストロークユニット（図１）、及び対向に配置された２気筒４ストロークユニット（図２）を備える、一対気筒を有する内燃機関（図１及び図２）のデバイスであって、
前記ターボチャージャの前記コンプレッサの前記出口にコレクタ（８）によって接続された、カムシャフトカム（１３）によって駆動される充填バルブ（１１）が取り付けられた頭部（１７）によって上方から閉鎖される一次気筒（１）と、
（図１及び図２に示していない）前記ＦＩＰ／ＷＩＰに、及びカムシャフト（１４）によって駆動される排気バルブ（１２）に、パイプライン（１６）を介して接続される燃料噴射ノズル（１５）と、
カムシャフト（２３）によって駆動される充填バルブ（２１）、及びカムシャフト（２４）によって駆動される排気バルブ（２２）が取り付けられ、頭部（２７）によって前記上部が閉鎖される、２倍の容積の二次気筒（２）と
を備える、一対気筒を有する内燃機関のデバイスにおいて、
前記一次気筒（１）の前記排気バルブ（１２）が、２倍の容積の前記二次気筒（２）の充填バルブ（２１）にコレクタ（３）によって接続され、
水噴霧ノズル（２５）は、前記二次気筒（２）の頭部（２７）を介して取り付けられ、
クランクシャフトは、前記ユニットの前記クランクケースに取り付けられ、前記クランクケースにおいて、前記クランクピンは、互いに１８０°の間隔を置いて配置され（図１）、前記ユニットの前記クランクケースでは、クランクシャフトが１つのクランクピンで取り付けられ、前記クランクピンには両方のピストンの前記コネクティングロッドが締結され、これにより、一次気筒（１）の前記ピストンが上死点にあり、二次気筒（２）の前記ピストンが下死点にあるとき、二次気筒（２）の前記排気バルブ（２２）は、前記ターボチャージャの前記タービンの前記入口にコレクタ（９）によって接続され、
前記ターボチャージャの前記タービンの前記出口は、コンデンサ入口（４）にコレクタ（１０）によって接続され、前記コンデンサ入口（４）の前記底部には、燃焼プロセスからの有害元素の堆積物を含む凝縮物を、パイプライン（６）を通って容器（７）に圧送するために、水ポンプ（５）が取り付けられ、コンデンサ（４）の前記出口は、適切なパイプラインによってマフラーポット（図１及び図２には示していな）に接続され、前記マフラーポットから、大気への出口が存在する
ことを特徴とする、一対気筒を有する内燃機関のデバイス。

【請求項3】

方法についての請求項１及び装置についての請求項２に記載の一対気筒を有する内燃機関（図３）において、
一対気筒を有する前記内燃機関が、直列に配置された二対の一対気筒を備え、第１の対が、一次気筒（１）と二次気筒（２）、第２の対が、一次気筒（４）と二次気筒（３）であり、前記気筒の動作順序が、１、３、４及び２であることを特徴とする、一対気筒を有する内燃機関。

【請求項4】

方法についての請求項１及び装置についての請求項２に記載の一対気筒を有する内燃機関（図４）において、
前記一対気筒内燃機関が、対向して、水平対向に配置された二対の一対気筒を備え、前記第１の対が、一次気筒（１）と、二次気筒（２）と、を備え、前記第２の対が、一次気筒（４）と、二次気筒（３）と、を備え、気筒（１）及び気筒（３）の前記コネクティングロッドの前記下部頭部が、前記クランクシャフトの一方のクランクピンに取り付けられ、気筒（２）及び気筒（４）の前記コネクティングロッドの前記下部頭部が、前記一方のクランクピンから１８０°にある他方のクランクピンに取り付けられ、前記気筒の動作の順序が、１、３、４、及び２であることを特徴とする、一対気筒を有する内燃機関。

【請求項5】

方法についての請求項１及び装置についての請求項２に記載の一対気筒を有する内燃機関（図５）において、
前記一対気筒内燃機関が、２つだけ対向して配置された四対の一対気筒を備え、
１つの列が、第１の対である一次気筒（１）及び二次気筒（２）と、第２の対である一次気筒（４）及び二次気筒（３）と、で構成され、
対向する配置が、第１の対である一次気筒（５）及び二次気筒（６）と、第２の対である一次気筒（８）及び二次気筒（７）と、で構成され、
前記コネクティングロッドの前記下部頭部が、４つのクランクピンに取り付けられ、クランクピンごとに２つの下部頭部があり、すなわち、前記第１のクランクピンに１と５、前記第２クランクピンに２と６、前記第３のクランクピンに３と７、前記第４のクランクピンに４と８であり、前記気筒の動作の順序が、１と７、３と８、４と６、及び２と５であることを特徴とする、一対気筒を有する内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、機械工学の分野であり、陸上、航空、水上、定置及び移動車両で使用されるレシプロ式４ストローク内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

４ストロークレシプロ式内燃機関は、燃料燃焼時に放出される熱を機械的な仕事に変換する熱機関である。

【0003】

その機関は、機関が発生する動力と比較して比較的小さいサイズあり、１００年以上にわたって人類の輸送ニーズに応えるための主な機関の１つである。

【0004】

その性能と、低い効率（ガソリンで最大３３％、ディーゼルで最大４０％）及び高い比燃料消費率（ガソリンで最大３２５ｇ／ｋＷｈ、ディーゼルで最大２８０ｇ／ｋＷｈ）という欠点と、両方を認識しなければならない。排気ガスは、［１］燃焼プロセスの生成物である二酸化炭素、煤、微細ダスト粒子及び有害元素を含む。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、環境を保護するために、比容量の５０％以上の増加を達成し、比燃料消費率を５０％削減し、排気ガスを５０％以上削減し、燃焼プロセスからの有害元素の排出量の８０％以上の削減を達成するように、動作の構造的及び組織的変更を行う内燃機関を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

レシプロ式内燃機関では、燃料燃焼中に、放出された熱がガスの温度を上昇させる。それらの体積は増加し、ピストンの頭部への圧力も増加する。ピストンは上死点から下死点に押し込まれ、機械的な仕事を実施する。

【0007】

本特許出願の「一対気筒を有する内燃機関」では、気筒を２つにグループ分けし、第２の気筒は２倍の容積を有しており、更に第１の気筒で燃料を燃焼させることによって生成された熱、及び増加した圧力を使用することにより、ピストンを上死点から下死点に押し込み、機械的な仕事が実施された後、ガスは第２の気筒に移送されることになる。そこで、ピーク圧縮時に、高圧水が、注入され、圧縮された高温ガス中に分散されて、蒸発し、その後水蒸気になる［２］。

【0008】

生成された圧力は、ピストンを上死点から下死点に押し込み、機械的な仕事を実施するが、蒸発中に、水はガスから大量の熱を奪い、熱はほぼ冷却され、水蒸気と均一に混合され、ターボチャージャのタービンステージに到達し、そこでは、その混合物は、コンデンサに入り、追加的に冷却され、更に燃焼プロセスからの廃棄物要素と共に凝縮物が、更なる処理のために適切な容器に堆積される。

【0009】

本課題は、気筒を２つにグループ分けした一対気筒を有する内燃機関を作成することによって達成され、一対気筒の各グループは、一次気筒（ｐｒｉｍａｒｙ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）、及び２倍の容積の二次気筒（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）を備え、これにより、一次気筒は、頭部で上方から閉鎖され、一次気筒は、ターボチャージャのコンプレッサの出口でコレクタによって接続された充填バルブ（ｆｉｌｌｉｎｇ ｖａｌｖｅ）と、燃料噴射ポンプ／水噴射ポンプ（ＦＩＰ／ＷＩＰ）［２］にパイプラインによって接続された、点火システムの高圧下の燃料噴射用ノズルと、頭部に取り付けられた充填バルブを有するコレクタによって接続され排気バルブ（ｅｘｈａｕｓｔ ｖａｌｖｅ）と、が設置され、二次気筒は、上方から閉鎖され、二次気筒は、ＦＩＰ／ＷＩＰにパイプラインによって接続された、高圧水を噴霧するためのノズルと、ターボチャージャのタービンにコレクタによって接続された排気バルブと、が設置され、クランクシャフトが、クランクケースに取り付けられ、クランクケースにおいて、コネクティングロッド及びピストンボルトによって、一次気筒及び二次気筒のピストンに接続されたクランクピンは、一次気筒のピストンが上死点にあるとき、二次気筒のピストンが下死点にあるように配置される。

【0010】

また、ターボチャージャタービン出口は、コレクタを介して、ファングループに取り付けられたコンデンサ入口に接続され、水ポンプがコンデンサの底部に取り付けられ、コンデンサの底部には、燃焼プロセスの生成物である有害元素が堆積される凝縮物堆積用にコレクタを介して接続される。

【発明の効果】

【0011】

一対気筒を有する内燃機関は、比容量が５０％以上で、比燃料消費率が５０％未満で、排気ガスが６０％以上少なく、煤及び微細ダスト粒子が最大８０％少ない。これは、一次気筒内で燃焼が起こり、二次気筒内で水が蒸発して熱を除去し、熱損失が無い場合、最大８０％の高い効率が期待される良好な熱平衡機関である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】直列に配置された、一対の「一対気筒」で構築された２気筒４ストローク内燃機関を示す図である。

【図2】対向に配置された、一対の「一対気筒」で構築された２気筒４ストローク内燃機関を示す図である。

【図3】直列に配置された、二対の「一対気筒」からなる４気筒４ストローク内燃機関を示す図である。

【図4】対向に配置された、二対の「一対気筒」で構成された４気筒４ストローク内燃機関を示す図である。

【図5】２対２で対向に配置された、四対の「一対気筒」からなる８気筒４ストローク内燃機関を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明を以下の実施例によって説明する。図１及び図２に示すように、一対気筒を有する内燃機関は、直列に配置された４ストローク２気筒ユニット（図１）、対向に配置された２気筒からなる４ストロークユニット（図２）を備え、一次気筒１は、頭部１７で上方から閉鎖され、一次気筒１は、ターボチャージャのコンプレッサの出口にコレクタ８によって接続された、カムシャフトカム１３によって駆動される充填バルブ１１と、ＦＩＰ／ＷＩＰに接続され、パイプライン１６を通る、点火システムの燃料噴霧ノズル（ｆｕｅｌ ｓｐｒａｙ ｎｏｚｚｌｅ）１５と、２倍の容積の二次気筒２の充填バルブ２１にコレクタ３によって接続された、カムシャフトカム１４によって駆動される排気バルブ１２と、が取り付けられ、二次気筒２は、頭部２７によって上方から閉鎖され、二次気筒２は、図１、図２に示していないＦＩＰ／ＷＩＰにパイプラインによって接続された水噴霧ノズル（ｗａｔｅｒ ｓｐｒａｙ ｎｏｚｚｌｅ）２５と、ターボチャージャのタービンの入口にコレクタ９によって接続された、カムシャフトカム２４によって駆動される排気バルブ２２と、が取り付けられ、タービンの出力は、コンデンサ４の入口にコレクタ１０によって接続され、コンデンサ４の最下部には、燃焼プロセスの生成物である有害元素が堆積される凝縮物堆積用の容器７にパイプライン６によって接続された水ポンプ５が、取り付けられ、パイプラインを介したコンデンサ４の出口は、マフラーポットに接続され、マフラーポットの出口は、大気への出口パイプラインで終わる。

【0014】

本発明の用途（使用）
図１及び図２に示すように、一対気筒を有する内燃機関は、最初に、クランクシャフト及びそれに関連するすべてのものをフライホイールリムを介して回転させることによって、電気始動モータ（図示せず）で始動することによって動作する。一次気筒１の「充填」ストロークは、ターボチャージャコンプレッサが、カムシャフトカム１３によって駆動される充填バルブ１１を通って、接続コレクタ８を通って、空気／燃料混合物を供給することで開始し、ピストンが上死点から下死点に移動し、ピストンがそこに到達すると、ピストンがその進路を反転する。

【0015】

カムシャフトカム１３から解放された充填バルブ１１は、閉じて、「圧縮」ストロークを開始し、これは、ピストンが上死点に達したときに終了し、ピーク圧縮時に、噴霧ノズル１５が、ＦＩＰ－ＷＩＰからパイプライン１６を通して供給された燃料を散布し、点火システムで放電し、次に「燃焼」／仕事ストロークが続く。燃料燃焼中のガスの体積の増加によって生じる温度及び圧力の増加によって押し込まれたピストンは、上死点から下死点までの距離を移動し、ここで「燃焼」／仕事ストロークは終了する。

【0016】

ピストンは、その進路を反転し、フライホイールの慣性によって駆動され、下死点から上死点に移動し、同時に排気バルブ１２は、カムシャフトカム１４によって押圧されて開放し、コレクタ３によって充填バルブ２１に接続され、充填バルブ２１もまた、カムシャフトカム２３によって押圧されて開放し、２倍の容積の二次気筒２の「充填」ストロークが開始され、排気ガスを一次気筒から二次気筒に移送する。下死点では、充填バルブ２１は、カムシャフトカム２３から解放されて閉じ、ピストンがその進路を反転し、「圧縮」ストロークが開始され、ストロークの終わりのほぼ上死点で、パイプライン２６を介してＷＩＰ－ＦＩＰに接続された水噴霧ノズル２５が、圧縮された高温ガス中に水を散布し、蒸発を引き起こし、水が蒸発すると、水蒸気の体積が１７００倍に増加し、ピストンの空間内の圧力を増加させ、ピストンを下死点に押し込み、これにより「膨張」ストロークが実施され、２倍の機械的な仕事が実施され、下死点では、排気バルブ２２が、カムシャフトカム２４によって押圧されて開放し、フライホイールの慣性によって押されて、ピストンが下死点から上死点に、その進路を反転し、すでに水蒸気と均一に混合された排気ガスが放出され、水の蒸発によって熱が奪われて大幅に冷却される。ガスは、二次気筒２を出て、ターボチャージャのタービンの入口に接続された接続コレクタ９を通って、一次気筒１の空気／燃料混合物を圧縮することによって追加の仕事を実施することによってタービンを回転させ、出口から、及びコレクタ１０を通って、コンデンサ４の入口に落ち、そこでは、ガスは更に冷却され、凝縮され、ガスと共に煤、微細ダスト粒子及び他の有害な元素の大部分を巻き込み、パイプライン６を通ってコンデンサ４の底部に取り付けられた水ポンプ５は、更なる処理のために、ガスを容器７に圧送する。残留排気ガス及び非凝縮水蒸気は、コンデンサ４の出口を通って機関を出て、コンデンサ４の出口は、マフラーポットを有する適切なパイプラインに接続され、残留排気ガス及び非凝縮水蒸気は、大気にパイプラインで送られる。

【0017】

＊水が蒸発すると、水蒸気はその体積を１７００倍増加させる（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ １９７８年Ｊ．Ｋｒａｓｔｅｖ編集）。

【0018】

＊＊ガソリン及びガス燃料機関では、ＷＩＰ（水噴射ポンプ）を使用し、ディーゼルでは、水噴射ポンプと結合して一体化されたＦＩＰ／ＷＩＰ（燃料噴射ポンプ）を使用し、一対気筒を有する内燃機関では、排気ガスの加熱の程度のみが問題となる。

【0019】

＊＊＊内燃機関の気筒の「充填」ストロークの終わりから、空気／燃料混合物についてのデータ、つまり、ガソリンＰａ＝０．０８ＭＰａ、Ｔａ＝４２０Ｋ、及びディーゼルＰａ＝０．９５ＭＰａ、Ｔｂ＝３３０と、二次気筒２について、ここでは一次気筒１からの排気ガスの生成物である、ガソリンＰｂ＝０．５ＭＰａ、Ｔｂ＝１５００Ｋ、及びディーゼルＰｂ＝０．４ＭＰａ、Ｔｂ＝１２００Ｋを比較すると、一対気筒を有する内燃機関の二次気筒２における「充填」ストロークの始まりには、著しく高い値が見られ、したがって、電圧（圧力）を下げるために、我々は、二次気筒２の「２倍の容積」を提案し、それは、実験室試験の後に変更してもよい（トラクタ機関の設計、「Ａｎｇｅｌ Ｋａｎｃｈｅｖ」Ｒｕｓｅ大学、Ｋ．Ｈａｄｊｅｅｖ，Ｓ．Ｉｌｉｅｖ）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】