JPS5925871B2 - 定常燃焼機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、定常燃焼機関に関するものである。

従来のピストン式内燃機関では、サイクル毎に許された
短い時間に着火から燃焼へと進歩するから、燃焼が完結
しなかったり、失火を起したりして内燃機関の運転に支
障を来たしていた。

また、従来内燃機関では定容燃焼Ｉζ近いから、燃焼温
度が高くなり過ぎて、有害なＮＯｘも生成して、排気の
汚染と燃費の不経済に陥ることを免れない欠点があった
。

一力、従来のガスタービンでは、連続焼燃方式で作動す
るから排気汚染の程度はずっと軽減されるが、圧縮比を
高めて熱効率を向上させようとすると、構成上またその
耐熱材料等の問題に制約されるし、排気熱で新しい空気
を温めて熱の利用率を高めようとすると熱交換器が嵩は
る欠点を有する。

それでなくても、自動車のように運転速度や駆動トルク
の急変を要求する場合には、その対処が遅れ勝ちになり
、大きな減速装置も邪魔になるきいう欠点がある。

また、従来の定常燃焼機関は、排気の清浄化に役立ち、
供給燃料の種類に自由度があるが、機関へ供給される燃
焼ガスの温度が高くなり過ぎて運転を円滑に継続するの
に多少の不安を伴うおそれがあるという欠点がある。

本発明の目的は、上記欠点を解消するものであって、主
に、燃焼装置、蒸発装置および動力発生装置から成り、
動力発生装置のシリンダ内に空気を吸入して圧縮したの
ち、この圧縮空気を、シリンダ内より燃焼装置の燃焼室
内に供給して燃料と混合して着火燃焼し、この燃焼ガス
を蒸発装置の蒸発室に供給して給水を混合することによ
り、蒸気と燃焼ガスの混合気を形成し、この混合気をシ
リンダ内に吸入して膨張させて動力を有効に発生せしめ
、しかるのち、シリンダ内より吐出するようにした定常
燃焼機関を提供することである。

そして、本発明の定常燃焼機関は、空気と蒸気−燃焼ガ
スの混合気のシリンダおよび燃焼室に対する吸非作用と
、空気、燃料、燃焼ガス、給水、混合気のシリンダ、燃
焼室および蒸発室に対する所定量の分配コントロール作
用を効率よく実奏し得るとともに、燃焼ガス中に給水を
供給混合し作動ガスとしての蒸気と燃焼ガスとの混合気
を形成することにより、作動ガスの塩度を低下させると
ともに、混合気の分量が増して機関の出力を大幅に増大
でき、かつ機関の各種作動効率の向上を図って燃料消費
の低減を図るようにしたものである。

さらに、本発明の定常燃焼機関は、構造の簡素化を図る
とともに、機動性に富む自動車用に最適の機関であり、
従来の生産設備がそのまま引き続いて適用可能であり、
また、機関において発生する有害ガスとしての炭化水素
ＨＣ１一酸化炭素ＣＯおよび窒素酸化物ＮＯｘを著しく
低減するようにしたものである。

また、本機関は、従来のように、運転時、常に火花着火
の電弧点火装置を使わないので、これによる電波妨害も
起さなく、運転も円滑で、騒音や振動を著しく軽減する
ようにしたものである。

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

本発明の実施例における動力発生装置としての定常燃焼
２サイクル機関Ｅは、多気筒のうち一気筒を代表的ｌコ
表わす第１図および第２図図示のように、シリンダ壁と
してのシリンダブロック１０にシリンダ１１を設けると
ともに、該シリンダ１１内には、クランク軸１２とコン
ロッド１３を介接して連動するピストン１４を往復動可
能に配設しである。

また、シリンダ１１の周囲には、断熱材１０ａ（この他
、断熱装置を設けてもよい。

）が充填しである。

さらに、シリンダ１１には、シリンダブロック１０およ
びシリンダヘッド１５にそれぞれ開口配設した四つの成
畦孔が連通可能にしである。

すなわち、シリンダ１１には、これに吸入空気を導入す
る吸入孔（第１の吸入孔）２６と、シリンダ１１内で圧
縮した空気を燃焼装置３の燃焼室３００へ吐出する吐出
孔（第１の吐出孔）１７と、蒸発装置２の蒸発室２０よ
り供給される蒸気と燃焼ガスの混合気を吸入する吸入孔
（第２の吸入孔）１６と、シリンダ１１内で膨張したの
ちの混合気を列部へ吐出する吐出孔（第２の吐出孔）１
８とがそれぞれ連通可能に設けである。

商記シリンダヘッド１５に設けた第２の吸入孔１６およ
び第１の吐出孔１７には、こハらと対向して第２の吸入
弁１６１および第１の吐出弁１７１が開閉自在に嵌着し
である。

第２の吸入孔１６は、蒸気と燃焼ガスの混合気を、第２
の吸入弁１６１を介して蒸発装置２の吐出側２１よりシ
リンダ１１内へ供給する混合気供給通路２１１に気密性
良好に連通しである。

第１の吐出孔１７は、第１の吸入孔２６より供給される
吸入空気を、シリンダ１１内にて圧縮したのち、第１の
吐出弁１７１を介して燃焼装置３の吸入ｆ７ＡＩ！１３
０へ供給する圧縮空気供給通路３１１に気密性良好に連
通しである。

また、前述したようにシリンダブロック１０には、その
壁部に、ピストン１４の上下往復動に対応して開閉制御
する第１の吸入孔２６および第２の吐出孔１８を設けで
ある。

第１の吸入孔２６は、ピストン１４の外周壁を介して吸
入空気をシリンダ１１内へ供給するとともに、第１３図
図示のように、フィルタ、加速ペダル２６３に連動され
吸入空気量を加減する絞り手段としての絞り弁２６２と
、回転駆動される送風機２６０とを連接装備する吸入空
気供給通路２６１に連通しである。

第２の吐出孔１８は、シリンダ１１内における膨張後の
蒸気と燃焼ガスとの混合気を、ピストン１４の例周壁を
介して列部へ吐出する混合気排出通路１８２に連通しで
ある。

シリンダヘッド１５には、機関Ｅのクランク軸１２の一
回転に対し同回転となるような歯車、チェノ等の伝動装
置（図示せず）を介して駆動連結し、前記第２の吸入弁
１６１をピストン１４の上死点後付近において開路し所
定量の蒸気と燃焼ガスの混合気をシリンダ１１内へ供給
する吸入弁駆動装置１６３を配設しである。

また、ピストン１４の頂部には、第１の吐出弁−１７と
対向してこれをピストン１４の上死点前付近において開
路し圧縮空気をシリンダ１１内より排出する突起よりな
る第１の吐出弁駆動装置１７８を配設しである。

さらに、第１の吐出弁１７は、弁バネ１７５の弾発力に
抗する圧縮空気の圧力によっても開路するようにしであ
る。

クランク軸１２から吸入弁駆動装置１６３に達する駆動
連絡部分には、第２の吸入弁１６１における開閉作動の
位相を変えて第２の吸入孔１６と混合気供給通路２１１
との連通度を制御しシリンダ１１に対する蒸気と燃焼ガ
スとの混合気の吸入量を制御する可変カットオフ制御装
置６を配設している。

すなわち、可変カットオフ制御装置６は、第３図図示の
ように、吸入弁駆動装置１６３のカム軸１６４と同心的
で、かつこれと一体的６コ回転する回転軸６０上に、こ
れの軸方向に延在せる螺旋状キー６１を一体的に設ける
とともに、該螺旋状キー６１と密に噛合う螺旋状溝６２
をその内周壁一端に穿設する円筒軸６３を螺旋状キー６
１に嵌挿せしめる。

前記円筒軸６３の内周壁他端には、これの軸方向に延長
する直線溝６４を穿設しである。

また、前記円筒軸６３の端部直線溝６４内には、これと
密に嵌合する直線キー６５を例周側に突設した回転軸６
６が配設してあり円筒軸６３と同心的ｌこして一体的に
回転可能に取付けである。

また、回転軸６６はクランク軸１２と一体的に回転連結
されている。

さらに該円筒軸６３のほぼ中央の例周側突出部６７には
、制御レバー６８を円筒軸６３と同心的に逆転可能に支
承せしめるとともｌこ、該円筒軸６３を軸方向に摺動さ
せて軸６０および６６と円筒軸６３との相対角度位置を
調整可能とすべく装着する。

以上の構成により制御レバー６８を操作して円筒軸６３
を軸方向に摺動せしめることにより該円筒軸６３の螺旋
状溝６２と吸入弁１駆動装置１６３の回転軸上の螺旋状
キー６１とは滑合して円筒軸６３と吸入弁、駆動装置１
６３のカム軸１６４との間に角変位が生ずる。

これｌこ伴い円筒軸６３の内周壁他端に直線キー６５お
よび直線溝６４により回転連絡せしめた回転軸６６と前
記カム軸１６４との両者の間に角変位を生起せしめるこ
とによって、吸入弁駆動装置１６３のカム軸１６４はク
ランク軸１２の回転力向に対し角度的に前進したり、後
退して回転する。

その結果、吸入弁駆動装置１６３によって給気弁１６１
の開閉時期を変更するのである。

そして、吸入弁駆動装置１６３の回転変位は、クランク
軸１２の回転力向に対し角度的に前進または後退移行し
、シリンダ１１では蒸気および燃焼ガスの混合気を受は
入れる容積の変化する状態はクランク軸１２の回転に対
しては変化しないため、前記シリンダ１１に供給される
蒸気および燃焼ガスの混合気の容量に増減を生せしめる
こととなる。

したがって、このようにすれば機関Ｅにおける膨張比を
効率良く増減制御せしめることができるとともに、吸入
空気をシリンダ１１内にて有効に圧縮することができか
つ機関の出力を加減調整することができるのである。

なお、上記のような実施装置は、シリンダ１１へ供給す
る蒸気および燃焼ガスの混合気供給量を機関の回転との
関連において任意の量に制御することによって機関の運
転始動、または停止を容易に行なうことができる。

このように、シリンダ１１内に対する蒸気および燃焼ガ
スの混合気と、圧縮空気との供給と排出とに第２吸入弁
１６１、第１の吐出弁１７１を用い、かつ可変カットオ
フ制御装置６を連動したことにより前記混合気と圧縮空
気との締め切り点を進退させて出力を効率よく加減する
ことができる。

また、吸入弁駆動装置１６３に対し開閉動作の変位を与
える可変カットオフ制御装置６は、クランク軸１２から
の駆動系に挿入して混合気と圧縮空気との締め切り点を
有効に進退させることができる。

そして、可変カットオフ制御装置６は回転力向に対して
遅らせると混合気と圧縮空気との締め切りをおくらせた
ことになって、機関Ｅの出力は増加することができるの
であり逆に進めると前記締め切りを早めたことになって
機関Ｅの出力は減少することができる。

また、機関Ｅの近接位置にはζ第１図および第４図図示
のように、燃焼装置３が一体的に熱絶縁良好に取り付け
られている。

燃焼装置３は、放熱フィンを有する鋼鉄製胴体３８にう
ちばりされた耐火材層３９によって画定される燃焼室３
００を有している。

燃焼室３００は一端において圧縮空気の吸入側３０を切
線力向に開口させるとともに、多岐部である圧縮空気供
給通路３１に対して集合部３１１を介して連通しである
。

また燃焼室３００は、他端において燃焼ガスの吐出側３
２を切線力向に開口させてなり、燃焼室３００の壁面に
切線状の流れが生ずるように成して、燃料の気化、燃料
と空気との混合気の形成、燃焼進捗の促進に役立たせる
構成となしである。

燃焼室３００の中央部で、圧縮空気の吸入側３０と燃焼
ガスの吐出側３２に亘る部分には、第１図および第４図
図示のように燃料供給手段としての円筒状の燃料噴射ノ
ズル３３が挿入され架設されて、シリンダ１１内より吐
出して圧縮空気供給通路３１から燃焼室３００内に流入
した圧縮空気に燃料が噴射されるようにしである。

この燃料噴射ノズル３３には、燃料の噴射孔３３ａを放
射状に複数配置して噴射燃料を微粒化または更に気化す
ると同時に圧縮空気中に広く拡散させるようにしである
。

また、燃料噴射孔３３ａは、これを形成する壁の材料を
耐熱性、浸透性有するもので、例えば多孔質材料より構
成して浸出した燃料が表面にコロナ炎を保持するように
成しである。

また、燃料噴射ノズル３３の噴霧領域内で、圧縮空気の
吸入側３０に臨む部分には、既に本発明者が開発した熱
機関の燃焼装置（特開昭４８−９６９０５号）としての
裸火着火栓４が挿入されていて噴射燃料の蒸発を促進す
るが、これは始動時の着火ならびに、定常運転時の燃焼
助勢、および短時間停止後の再点火の着火源としての役
割りを果すものである。

前記燃料噴射ノズル３３への燃料の供給は、第５図図示
の燃料供給機構にて行われる。

すなわち、燃料タンク５から薄膜式ポンプ５０で必要な
だけの補給を続けるのである。

ここからの燃料は、先ずガバナポンプ５１で送り出すが
、その１．５ ／ ２．５を噴射ポンプ５２に吸込ませ
、残りの１ ／ ２．５はガバナノズル５５を通して元
に戻す。

そうすると、このガバナ油圧と燃料噴射ノズル８３にお
ける噴射圧とが噴射ポンプ５２の吸込側と吐出側とで余
り違わなくなり、噴射ポンプ５２の吐出量が運転速度や
噴射量などに流量係数的に影響しなくなる。

それにはギヤポンプを使い、その厚さを２５：１にして
歯車には同じ歯形を使い得る便利さも伴う。

分流量を加源すると燃料噴射油量が制御されるから、空
燃比を最適値に保ち得ることになるが、必要に応じては
理論空燃比まで濃くして出力を最大限まで増強すること
も出来る。

それにはポンプの吐出量がこの理論空燃比まで強化し得
るように設計されねばならない。

すなわち、第５図において燃料は、噴射ポンプ５２が吐
出する１、 ５ ／ ２．５のうち、１ ／ ２．５は
分流器７へ送り込むが、残りの０．５ ／ ２．５は分
流比制御弁５３が受は入れてそれを操作してその全部を
ガバナノズル５５へ戻す代りにその１部を分流器７の吐
出側へ送るとそれだけ空燃比が最適値より濃くなり、全
部を送ると空燃比は理論値まで濃くなるのである。

また、燃料噴射ノズル３３への燃料供給は、第５図、第
８図および第９図図示の本発明者が既に開発した内燃機
関の燃料供給装置（特開昭５１−１９２３７号）として
の分流器によっても行われる。

すなわち、シリンダ１１へ吸入される空気量を加減する
絞り弁２６２の傾き角（第１８図中記号にて示す）に連
動して分流器７の加速ピストン７０を上下させて噴射ポ
ンプ５２からの吐出量の一部を戻して空燃比は最適値を
保つが出力は加減できるようにしである。

これは、自動的に行われるが、運転者が加速ペダル２６
３を踏み込めば急加速は出来るし、理論空燃比に近づけ
て出力の倍増もできる。

第１０図は、その態様線図を示すものである。

すなわち、最適空燃比が運転速度に関係なく自動的に機
関Ｅの負荷率に無関係に保たれるが必要に応じて理論空
燃比まで強化できる。

次に、機関Ｅと燃焼装置３の間には、第１図図示のよう
に蒸発装置２が配設しである。

蒸発装置２は、周囲を耐火材層によって画定され気密性
良好な円筒状の蒸発室２０を有する。

蒸発室２０は、その吸入側を燃焼装置３の吐出側３２に
燃焼ガス供給通路３２１を介して気密性良好に連通し燻
焼ガスを効率良く流通導入できるようにしである。

また、蒸発室２０には、その吸入側で蒸発室２０の中央
部に向って第１図、第１１図図示のように、給水供給手
段としての給水噴射弁２００が挿入設置され、燃焼室３
００より吐出して燃焼ガス供給通路３２１から蒸発室２
０内に流入した燃焼ガス中に効率良く給水が拡散噴霧さ
れるようにしである。

給水噴射弁２００には、給水の噴射孔２００ａをほぼ円
錐状に複数配置し蒸発室２０内に臨まして、給水を広域
に亘って微粒化噴射し気化を促進するように、流通燃焼
ガス中に広く拡散混合し得るようにしである。

また、必要に応じて給水噴射弁２００の対向位置に、所
定間隔を保持して通気性大の格子部材（図示せず）を少
なくとも一つ以上配設することによりさらに給水の気化
促進を図ることができる。

前記給水噴射弁２００への給水の供給は、前記燃料供給
機構と近似する第１１図図示の給水供給機構にて行われ
る。

すなわち、給水は給水タンクＷＴから薄膜式ポンプ５０
Ｗで必要なだけの補給を続けるのであり、さらに連設装
備するラジェータ２２、ガバナポンプ２３、給水噴射ポ
ンプ２４、分流器２５、分流比制御弁２７、ガバナノズ
ル２９にて流量制御され、始動時を除き蒸発室２０内に
噴射孔２００ａを臨ましめた給水噴射弁２００に所定量
供給されるのである。

また、給水は、シリンダ１１内より第２の吐出孔１８を
経て排出された作動ガス中の蒸気分が、給水供給源であ
るラジェータ２２にて復水される。

さらに、給水は、ガバナポンプ２３にて送り出すが、そ
の１、５ ／ ２．５を噴射ポンプ２４に吸込ませ、残
りの１ ／ ２．５はガバナノズル２９を通じて元に戻
す。

さ、らに噴射ポンプ２４から吐出される１ ／ ２．５
は分流器２５へ送られ、残りの０．’ ５ ／ ２．５
は、給水分流比制御弁２７を経て分流器２５の出口、ま
たはガバナノズル２９へ分流制御される。

このため、給水は、ガバナ圧力と給水噴射弁２００にお
ける噴射圧とが噴射ポンプ２４の吸込側と吐出側とで余
り違わなくなって、噴射ポンプ２４の吐出量が運転速度
や噴射量等に流量係数的に影響しなくなる。

それにはギヤポンプを使用。給水の分流量を加減すると
給水噴射量が制御されるから、蒸気と燃焼ガスとの混合
比を最適値に保ち得ることができる。

これは必要に応じて分流比制御弁２１を操作して理論混
合比まで達して出力を最大限まで増強することもできる
。

第１２図は、その態様線図を示すもので、最適混合比が
運転速度に関係なく自動的にエンジン負荷率に無関係に
保たれるが必要に応じて理論混合比まで強化される。

本実施例による定常燃焼２サイクル機関は、以上のよう
な構成を有し、その作動機能は次に述べるとおりである
。

始動に際しては、第５図図示の始動スイッチＭＳを入れ
て始動させる。

すなわち、始動モータＭがクランク軸１２をまわし始め
る。

それにつれて小形のガソリンポンプＧＰがガソリンタン
クＧＴより裸火着火枠４にガソリンを噴射させると同時
に燃料噴射ノズル３３の噴射孔３３ａからも同じガソリ
ンを噴出させる。

出来た混合気には電気火花で着火する。

火花電気の電源ＢＫはマグネツ）ＭＧを使ってもよいが
、面圧振動電気回路を利用してもよい。

これで始動モータＭは機関Ｅの始動に移らせるが、この
ガソリン噴射の燃焼ガス圧力は始動時間を短縮するのに
役立つことができる。

正常運転に入れば始動スイッチＭＳを切るが、ガバナポ
ンプ５１、噴射ポンプ５２より成る燃料噴射系の圧力で
自動的にガソリン供給が燃料タンク５の供給に切換えら
れ裸火着火枠４へも燃料タンク５よりの燃料が送られる
ようになる。

ところで、機関Ｅは、第１図、第２図図示のように、排
気行程に続く吸入行程を司る第１の吸入孔２６が吸入空
気供給通路２６１と連通しシリンダ１１内に空気を供給
し、圧縮行程において、ピストン１４の上昇に伴い空気
を圧縮する。

しかるのち、圧縮空気は、ピストン１４の上死点より少
し前に第１の吐出弁１７が開路し、これと圧縮空気供給
通路３１とが連通して燃焼装置３の燃焼室３００内へ押
し込むのである。

しかるのち、機関Ｅは、回動し続けてピストン１４の上
死点後に、第２の吸入弁１６１が開路しこれと混合気供
給通路２１１とが連通して蒸発装置２の蒸発室２０より
シリンダ１１内へ蒸気と燃焼ガスとの混合気を吸入し始
める。

これは、ピストン１４に等圧膨張仕事を与えることにな
る。

この第２の吸入弁１６１が閉じてもピストン１４は下行
運動を下死点まで続けるが、その間はシリンダ１１内の
蒸気と燃焼ガスとの混合気はポリトロピック膨張仕事を
ピストン１４に与える。

次のクランク軸１２の１回転の間は排気行程に続いて吸
入行程が行なわれる。

これでクランク軸１回転で１サイクルが行なわれるわけ
である。

さらに、シリンダ１１で圧縮された空気が供給通路３１
より燃焼室３００へ入ると螺旋状にまわりながら燃焼ガ
スになって反対側吐出側３２から蒸発室２０へ出てゆく
。

これで混合気の生成から燃焼への移り変わりが促がされ
る。

その上に燃焼後の圧力が変動するから、これも燃焼室３
００内に衝動を与えて燃焼を促進する。

これはガスタービンやボイラに見られない燃焼過程であ
る。

さらに燃焼室３００の内壁は耐熱反射壁で内装してあっ
て、これは液状燃料の気化と着火とを促進して燃焼の完
了に役立つのである。

また、燃料の噴射孔３３ａは複数個を放射状に配置して
噴射の細分化と拡散とを行なうが、さらにその部分は耐
熱性材料で多孔質になっているから、燃料が絶えず浸み
出て、それが表面で燃焼して全日蝕時のコロナのように
なる。

この裸火は着火性が強くて、エンジンブレーキ時でも微
弱な主燃焼を続けさせるから、失火も避けられるし、次
の動力走行にも迅速に入り得るし、最も稀薄な空燃比の
ときでも着火を手伝うことになる。

さらに、噴射された燃料油の噴霧の一部は裸火着火栓４
の例周壁の熱板に衝突して気化を促進され、そこを流れ
る圧縮空気と混合気を作る。

この例周壁は内部で燃え続けている灯芯炎が吹き内され
るのを防いでいるが、高温に耐えるインコネルの薄板で
あり、多くの小孔が穿ってあって内列が連通している。

内部の灯芯は裸火の強い着火性で着火を促進することと
、稀薄混合気になっても失火するのを防ぐ役目を果して
いる。

また始動時にはガソリンの浸出を受けて電気火花で燃え
始めて燃焼を促がすし、定常運転に入ると、ガソリンが
燃料タンク５よりの燃料に自動的に切換えられて灯芯は
燃え続ける。

灯芯には耐熱性ファイバを使って焼料を防ぐが、燃料の
浸出能力は十分にある。

また、本実施例の機関Ｅは、放射状に複数配置し燃料を
広域に拡散噴霧する噴射孔３３ａと、これの側表面にコ
ロナ炎を保持する燃料噴射ノズル３３と、燃料の蒸発を
促進し、また燃料と圧縮空気の混合気を確実に着火する
裸火着火栓４との作動によって、エンジンの始動、低出
力運転時の着火、エンジンブレーキ後に伴い勝ちな失火
現象を防ぎ、動力駆動の再発生を確実ならしめることが
できる。

このように、定常燃焼し燃焼装置３で発生した燃焼ガス
は、機関Ｅのシリンダ１１内へ供給される以前に、蒸発
室２０内に円滑に流通導入される。

蒸発室２０内を流通する燃焼ガスは、給水噴射弁２００
において円錐状に複数配置した噴射孔２００ａより所定
量に供給制御され広域に亘って拡散噴霧される給水と効
率良く混合する。

そして燃焼ガスは、給水を直ちに気化促進し蒸発させて
所定量の蒸気を形成し、流通によって蒸気と燃焼ガスと
の混合状態は極めて良好に行われ、蒸気と燃焼ガスの混
合気を速やかに、かつ適確に形成するのである。

このとき温度は低下されるのであるか、その代りに、動
力発生用の作動ガスとしては、燃焼ガスに水蒸気が混合
したものとなり、膨張仕事が、温度の低下によって少な
くなるのを十分に補うことができ、シリンダ１１内にお
ける出力は減殺されることはない。

これにより、ピストン１４の下降行程でクランクケース
１９内にて吸入空気の圧縮を行い、ピストン１４が継続
して上昇行程の場合には、第１吸入孔２６より送風機２
６０で送り込まれ、さらに、クランクケース１９内で圧
縮を受けたのちの空気をシリンダ１１内にて圧縮し、そ
の圧縮圧力が燃焼装置３の燃焼室３００における燃焼圧
力に達すると、第１の吐出弁１７１を開略し圧縮空気を
シリンダ１１内より燃焼室３００内へ供給するのである
。

燃焼装置３においては、燃焼温度が燃焼室３００の局所
に集中するのを回避して広範囲に亘って分散するように
しである。

このため、燃焼装置３では、火炎温度を均一に低下し、
かつ高温燃焼領域における酸素分圧を下げるとともに、
燃焼時間を短かくすることができ有害ガス、特にＮＯｘ
め生成を防止することができるのである。

また、燃料は、円筒状の燃焼室３００における中心線上
に沿う直線状の供給通路３３１に導入され、周囲の高温
によって気化されたのち、放射状に複数配置する噴射孔
３３ａより噴出し、当該部位を流通する圧縮空気と相俟
って空気と燃料との混合気を形成し、しかるのち着火燃
焼されて完全燃焼されるのである。

燃焼装置３における空燃比と蒸発装置２における給水噴
射量との調和は、前記燃料供給機構において、ガバナポ
ンプ５１が噴射ポンプ５２へ燃料を１．５ ／ ２．５
の相当量供給し、残部を吸入側ヘガバナノズル５５を通
して戻す手段によって、噴射ポンプ５２の吐出量が運転
速度に正比例することを保証し、燃焼装置３への吐出量
が運転速度に比例するのが分流器７の自動ピストン７１
の作動であり、加速ペダル２６３を作動させることによ
り、空燃比は最適値に保たれる。

そして、機関Ｅの出力は、３／３荷重運転から２／３荷
重運転、１／３荷重運転へと加減することができるが、
それは、分流器７の加速ピストン１０力切ロ速ペダル２
６３で押し上げられると戻し孔７３の連通ずる数が減少
し、それに伴い燃料噴出量が増加し、第９図図示のよう
な変化となる。

前記空燃比は、最適値より濃厚とすれば、出力軸のトル
クは増大し、これとは逆に稀薄とすればトルクは減する
のである。

また、前記燃料供給機構においてガバナポンプ５１の吐
出量は、噴射ポンプ５２の吐出量の２．５倍程度とし１
．５倍を分流器７に流通し、そのうちの１倍はガバナノ
ズル５５を通ってガバナポンプ５１の吸入側へ戻される
が残りの０．５倍は分流比制御弁５３へ進入する。

この分流比制御弁５３は第６図、第７図図示のように、
制御レバーを操作してガバナノズル５５へ流れる分量と
分流器７の吐出側へ合流する分量との比率を変えること
により、燃焼装置３での空燃比は最適値より濃厚とする
ことも、反対に稀薄とすることもできる。

例えば、分流器１へ送り込まれるノズルと分流比制御弁
５３へ流れ込むノズル面との面積比を１：０．５にすれ
ば分流比が１：０．５となる。

分流（空燃）比制御弁５３では、５個の連通孔５４０を
通して流出するのを、第６図、第７図図示においては、
右方向・＼４個、左方向へ１個流出するような態様であ
るが、制御レバーを操作すると、この連通孔５４０の数
の割合が変化して、空燃比を所望する値に適確に変更す
ることができる。

分流器７は、燃料に対するものと、噴射給水に対するも
のとは同様な構造、寸法のもので、連通孔７３の孔径の
みを燃料と給水とでｌ：９にすることにより、燃料の供
給量に対する噴射給水の供給比例割合を保ち続けること
ができる。

第１２図は、第１０図に対応するものであって、給水の
噴射量が運転速度に正比例し、加速ペダル２６３を踏込
んで出力を変化しても、燃料や空気量に対する比率を最
適値に保ち続けることができることを示すものである。

次に、機関Ｅの熱効率については、例えば、燃料供給量
１ｋｇ当り９ｋｇの給水噴射を行うが、それには燃焼装
置３で出来た燃焼ガスの温度を噴射給水の蒸発によって
低くしてから作動シリンダ１１内へ送込み、機関Ｅの運
転を容易にするためである。

燃焼ガスが７０ ａｔａで発生すると、このときの水蒸
気発生熱量は７０ ａｔａの水蒸気のエンタルピ６１１
．６から１．５ａｔａの水のエンタルピ１０２．８との
差として５５２．８ Ｋｃａｌ ７ｋｇであるが、多少
過熱域に入ることもあるから、これを６００Ｋｃａｌ／
ゆとする。

ＧｗＩｇの噴射給水量で空燃比２２．８：１の燃焼で生
成した２３．８ｋｇのガスが等圧比熱Ｃｐ ＝ ０．３
Ｋｃａｌ ７ｋｇ℃で冷やされるのが△Ｔであるとす
ると、６００Ｇｗ＝ ２３．８Ｘ Ｏ，３△Ｔなる関係
が成立ち、Ｇｗ二９とすると△Ｔ＝７５６゜と出る。

このときガスの燃焼温度は１５５０℃であるから、これ
が１５５０８Ｃ−７５６°＝７９４８Ｃに冷やされてか
ら、各シリンダ１１へそれぞれ配給されることになる。

このとき水蒸気の比体積はｖ ＝ ０．０８０４ ｒｎ
：７ｋｇであるから、９ｋｇの水蒸気が発生すると０．
７２３６７７Ｌ″の体積増加となる。

−力において、２３．８に９の燃焼ガスが７０００００
ｋｇ７、ｉｔの圧力で、温度がＴ＝２７３°＋７９４６
−１０６７°にで占める体積は、ガス常数Ｒ＝３０とし
て１．１４７５ｍとなる。

そうすると合計＝Ｌ８７７１ｍの作動ガスが１に９の燃
料から出来たことになり、その圧力は７０ａｔａ１混度
は７９４℃である。

第１４図において、面積ａ１２ｂ＝Ｅｃ、面積ａ４３ｂ
＝Ｅｅとすると、 Ｃｐ ｎ ｋ−１ Ｅｎ−一・−・−（’ｒ＋ Ｔ２）なる一般式からｋ
ｎ−１ Ｃｐ ｎ ｋ−１ Ｅｃ ＝ −・＝ （Ｔ２− Ｔ、 ） ・Ｇｅ
。

ｋｎ−１ Ｃｐ ｎ ｋ−１ Ｅｅ＝ −・−・−（Ｔ３−Ｔ、）Ｇｅが一般に成立ｋ
ｎ−１ つ。

ここにＡ二１／４２７、ｎとｋとはポリトロピック変化
と断熱変化における指数、Ｃｐは等圧比熱、ＧｃとＧｅ
とは圧縮と膨張とに関与する作動ガスの目方、ＴＩ ９
Ｔ２ ｐ Ｔ３ ＋ ’ｒ４は第１４図のり、２，３
．４の点における作動ガスの絶対温度を意味する。

ｎとｋとは共通と考えると近似的にＥｃ Ｔ２−Ｔ、
Ｇｃ Ｃｐｃ −一□ ・−・−が成立つ。

Ｔ、＝Ｅｅ Ｔ３−Ｔ４ Ｇｅ Ｃｐｅ ２８８°に、Ｔ３＝１０６７°Ｋから出発するとＴ２＝
９７１°に、Ｔ４＝４０２°にと算定される。

１に９の燃料から出発するとＧｃ＝２２．８、Ｇｅ＝３
２．８ｋｇであるから Ｅｃ ６８３ ２２．８ ０．２４０ −ニー・□・□二０．５５８４となる。

Ｅｅ ６６５ ３２．８ ０．３０６８ｃ サイクル仕事＝Ｅｅ−Ｅｃ＝（１−−）ＥｅにおＥｅ Ｃｐ いてｎ＝にとするとＥｅ ＝ （Ｔ３− Ｔ４）
Ｇｅ ＝Ｏ，３０６８Ｘ４２７Ｘ６６５°Ｘ３２．８＝
２８５７８００ｋｇ７７２＝ ６６９３ Ｋｃａｌとな
るから、サイクル仕事＝０．４４１６ Ｘ ６６９３＝
２９５５．７Ｋｃａｌとなる。

供給熱量は１ｋｇの燃料の発熱量１０７００Ｋｃａｌ／
ｋｇと見るのは早計であって、５０℃から出発するので
はなく、燃焼の始まる前に圧縮熱で６９８°Ｃまで予熱
されているから（１５５０°−６９８°）÷（１５５０
°−５０つ＝１／１．８０１６ｋｇを燃焼させればよい
のである。

そうすると１０７００÷１．８０１６＝５９３９Ｋｃａ
ｌが供給熱量となり、熱効率はμｔｈ２９５５．７ 一□−０，４９７７と算定される。

燃焼系と９３９ 作動系との効率を０１９５とすると、実際の熱効率はμ
ｍ０．４９７７ Ｘ Ｏ，９５２＝０．４．４９２とな
る。

機関Ｅの出力制御については、加速ペダル２６３と空燃
比制御レバーとの操作によって行う。

すなわち、加速ペダル２６３の操作は、運転速度が変っ
ても空燃比は最適値を一定に保ちながら、機関Ｅの負荷
を３／３の全出力から２／３．１／３と漸次変えるので
あり、空燃比制御レバーを操作すると空燃比が最適値よ
り濃くなったり薄くなったりして出力が増減できるので
ある。

以上説明したように、本発明の定常燃焼機関は、燃料供
給源と連通し長手方向に複数の焼料噴射孔を設けた円筒
状の燃料供給手段および着火源と連通ずる着火手段を装
備するとともに、該燃料供給手段を摩り囲むように設け
かつ圧縮空気と燃料を混合して燃焼し燃焼ガスを形成す
る燃焼室を設けた燃焼装置と、 該燃焼装置とは別個に設は該燃焼装置の吐出側に連通し
、かつ給水供給源と連通ずる給水供給手段を設けるとと
もに、前記燃焼室からの燃焼ガスに給水を噴射供給して
蒸発させ動力発生用の作動ガスである蒸気と燃焼ガスの
混合気を形成する蒸発室を設けた蒸発装置と、 第１の吸入側を吸入空気供給通路に連通可能とし吸入空
気をシリンダ内にて圧縮し圧縮空気とするとともに、第
１の吐出側を前記燃焼装置の吸入側に連通可能とし該圧
縮空気を燃焼装置の燃焼室内へ供給可能とし、かつ第２
の吸入側を前記蒸発装置の吐出側に連通可能とし作動ガ
スをシリンダ内にて膨張させて動力を発生させるととも
に、第２の吐出側を列部に連通可能とし膨張後の前記作
動ガスを吐出する動力発生装置とから成るものである。

本発明の定常燃焼機関は、上記構成よりなり、動力発生
装置のシリンダ内に吸入空気を供給して圧縮したのち、
この圧縮空気をシリンダ内より燃焼装置の燃焼室内に供
給して圧縮空気と燃料とを混合して着火燃焼し、この燃
焼ガスを蒸発装置の蒸発室内へ供給して給水と混合させ
蒸気と燃焼ガスとの混合気を効率良く形成し、この混合
気をシリンダ内に吸入して膨張させ動力を有効に発揮せ
しめたのちシリンダ内より混ト出することができ、空気
と混合気のシリンダおよび燃焼室に対する吸排作用と、
空気、燃料、燃焼ガス、給水、混合気のシリンダ、燃焼
室および蒸発室に対する所定量の分配コントロール作用
を適確かつ効率良く実奏できる。

また、本定常燃焼機関は、燃焼装置の燃焼室における燃
焼が定圧的になされるため、燃焼時における最高温度が
規制されて熱解離現象が抑制されてＮＯｘの生成をおさ
えられるとともに、さらに蒸発装置の蒸発室において燃
焼ガス中に給水を供給混合し作動ガスとしての蒸気と燃
焼ガスの混合気を形成することにより作動ガスの温度を
低下させる。

さらに、本定常燃焼機関は、燃焼ガスに給水を混合し、
蒸気と燃焼ガスの混合気を形成することにより、混合気
の量が増加しこれをシリンダ内にて大気用付近まで十分
に膨張させることができるので、機関の出力を大幅に増
大できるねばりのある駆動トルクを効果的に発揮できる
。

このため、本定常燃焼機関は、熱効率等の各種作動効率
の向上を従来の機関に比して著しく高めることができ、
燃料消費の低下を図ることができ装置全体の寸法のわり
に大きな出力を得ることができる。

さらに本定常燃焼機関は、その構造簡素化を図ることが
できるとともに機動性に富む自動車用に最適であり、機
関の生産にあたって、従来の生産設備がそのまま引き続
いて適用可能であり、また、燃料も無鉛ガソリンでなく
てもよいし、ディーゼル燃料のごとき安価なものでよく
揮発横失も免れるし、さらにアルコールのようなもので
もよい。

また、本発明は従来のように、火花着火の電弧点火装置
を使わないので、これによる電波妨害も起さなく、しか
も運転は円滑で、排気圧が低いので騒音を低くし得、ま
た振動を著しく軽減できるものである。

本発明によって得られる上述のような利点は、本実施例
の説明によって十分明らかにされたが、本発明は上記実
施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲ならひ
に本発明の基本精神から逸脱せずに種々の変型や改良が
なされ得ることは言うまでもない。

例えば動力発生装置等は、レシプロエンジンに限らす、
タービンタイプでもロータリエンジンタイプでも適用可
能である。

本発明は、第１５図、第１６図図示のようにベーン型ロ
ータリ機関による定常燃焼機関の実施態様も採用し得る
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１４図は本発明の実施例を示す概要説明
図、第１５図、第１６図は本発明の他の実施例を示す概
要図である。 図中、Ｅ・・・・・・機関、１１・・・・・・シリンダ
、１４・・・・・・ピストン、３・・・・・・燃焼装置
、３００・・・・・・燃焼室、２・・・・・・蒸発装置
、２０・・・・・・蒸発室、４・・・・・・着火枠、２
６・・・・・・第１の吸入孔、１６・・・・・・第２の
吸入孔、１７・・・・・・第１の吐出孔、１８・・・・
・・第２の吐出孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料供給源と連通し長手方向に複数の燃料噴射孔を
   設けた円筒状の燃料供給手段および着火源と連通ずる着
   火手段を装備するとともに、該燃料供給手段を増り囲む
   ように設けかつ圧縮空気と燃料を混合して燃焼し燃焼ガ
   スを形成する燃焼室を設けた燃焼装置と、 該燃焼装置とは別個に設は該燃焼装置の吐出側に連通し
   、かつ給水供給源と連通ずる給水供給手段を設けるとと
   もに、前記燃焼室からの燃焼ガスに給水を噴射供給して
   蒸発させ動力発生用の作動ガスである蒸気と燃焼ガスの
   混合気を形成する蒸発室を設けた蒸発装置と、 第１の吸入側を吸入空気供給通路に連通可能とし吸入空
   気をシリンダ内にて圧縮し圧縮空気とするとともに、第
   １の吐出側を前記燃焼装置の吸入側に連通可能とし該圧
   縮空気を燃焼装置の燃焼室内へ供給可能とし、かつ第２
   の吸入側を前記蒸発装置の吐出側に連通可能とし作動ガ
   スをシリンダ内にて膨張させて動力を発生させるととも
   に、第２の吐出側を列部に連通可能とし膨張後の前記作
   動ガスを吐出する動力発生装置とから成ることを特徴と
   する定常燃焼機関。