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JP2008537060A - Steam enhanced double piston cycle engine - Google Patents

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JP2008537060A
JP2008537060A JP2008507779A JP2008507779A JP2008537060A JP 2008537060 A JP2008537060 A JP 2008537060A JP 2008507779 A JP2008507779 A JP 2008507779A JP 2008507779 A JP2008507779 A JP 2008507779A JP 2008537060 A JP2008537060 A JP 2008537060A
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Japan
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cylinder
piston
compression
power
internal chamber
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Application number
JP2008507779A
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Japanese (ja)
Inventor
ベンジャミン ツアー
オーデッド ツアー
Original Assignee
ツアー エンジン インコーポレーティッド
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Filing date
Publication date
Priority claimed from US11/371,827 external-priority patent/US7383797B2/en
Application filed by ツアー エンジン インコーポレーティッド filed Critical ツアー エンジン インコーポレーティッド
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B47/02Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
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Abstract

蒸気増強式デュアルピストンサイクル機関は、取り入れおよび圧縮ストロークだけを実行する第一のピストンを内部に収容する第一のシリンダ、第二のシリンダの内側内部チャンバを形成する内側パワーピストンを収容する第二のシリンダおよび内側パワーピストンを包囲し、第二のシリンダの外側内部チャンバを形成し、機関熱をさらなる仕事に変換するように構成されたリング形の外側パワーピストンおよび/またはさらなる仕事に変換される蒸気を発生させるように構成された外側ボイラを含む独自のデュアルピストン装置を利用する。

Figure 2008537060
The steam-enhanced dual piston cycle engine includes a first cylinder that houses a first piston that performs only intake and compression strokes, a second cylinder that houses an inner power piston that forms the inner chamber of the second cylinder. The outer cylinder and the inner power piston, forming the outer inner chamber of the second cylinder and converted into a ring-shaped outer power piston and / or further work configured to convert engine heat into further work Utilizes a unique dual piston device that includes an outer boiler configured to generate steam.
Figure 2008537060

Description

発明の分野
本発明は、一般に、内燃機関に関し、より具体的には、従来の燃焼機関よりも効率的である蒸気増強式ダブルピストンサイクル機関(SE-DPCE)に関する。
The present invention relates generally to internal combustion engines, and more specifically to a steam enhanced double piston cycle engine (SE-DPCE) that is more efficient than conventional combustion engines.

関連出願
本発明は、2006年3月9日出願の「DOUBLE PISTON CYCLE ENGINE (DPCE)」と題する同一出願人による米国特許出願第11/371,827号の一部継続出願に関し、前記出願は、参照により本明細書に組み入れられ、2005年3月11日出願の「DOUBLE PISTON CYCLE ENGINE (DPCE)」と題する仮出願第60/661,195号に関し、前記出願は参照により本明細書に組み入れられる。本出願はまた、参照により本明細書に組み入れられる、2005年4月18日出願の「STEAM ENHANCED DOUBLE PISTON CYCLE ENGINE (SE-DPCE)」と題する米国仮出願第60/672,421号に関する。
RELATED APPLICATIONS This invention relates to a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 11 / 371,827 by the same applicant entitled `` DOUBLE PISTON CYCLE ENGINE (DPCE) '' filed on March 9, 2006, said application being incorporated by reference With respect to provisional application 60 / 661,195 entitled “DOUBLE PISTON CYCLE ENGINE (DPCE)” filed on March 11, 2005, which is hereby incorporated by reference. This application is also related to US Provisional Application No. 60 / 672,421 entitled “STEAM ENHANCED DOUBLE PISTON CYCLE ENGINE (SE-DPCE)” filed Apr. 18, 2005, which is incorporated herein by reference.

関連技術の説明
今日、内燃機関は至るところにあり、100年余りにわたり使用されていると考えられる。典型的には、内燃機関は一つまたは複数のシリンダを含む。各シリンダは、一般に取り入れ、圧縮、燃焼/パワーおよび排気ストロークと呼ばれる四つのストロークを実行する単一のピストンを含み、これらのストロークがいっしょになって従来のピストンの一つの完全なサイクルを形成する。
Description of Related Art Today, internal combustion engines are ubiquitous and are thought to have been used for over 100 years. Typically, an internal combustion engine includes one or more cylinders. Each cylinder includes a single piston that performs four strokes, commonly referred to as compression, combustion / power and exhaust strokes, which together form one complete cycle of a conventional piston. .

従来の内燃機関に関する主要な問題は低い燃料効率である。従来の機関によって生成される潜在的な燃料熱エネルギーの半分超が、有用な機械的仕事を成すことなく、機関構造を通って放散すると推定される。この熱廃棄の主な理由は、従来の機関に不可欠な冷却要件である。冷却システム(たとえばラジエータ)だけでも、有用な仕事へと実際に変換されるすべての熱よりも大きな量をより高い速度で放散する。従来の内燃機関に関するもう一つの問題は、より高い燃焼温度を与えるための熱再生またはリサイクル法を使用する間、効率を高めることができないことである。   A major problem with conventional internal combustion engines is low fuel efficiency. It is estimated that over half of the potential fuel thermal energy produced by conventional engines is dissipated through the engine structure without doing useful mechanical work. The main reason for this heat waste is the cooling requirement essential for conventional engines. A cooling system (eg, a radiator) alone dissipates at a higher rate a greater amount than all the heat that is actually converted into useful work. Another problem with conventional internal combustion engines is that efficiency cannot be increased while using heat regeneration or recycling methods to provide higher combustion temperatures.

従来の機関が効率の問題を抱えるもう一つの理由は、取り入れおよび圧縮ストローク中のシリンダ内の高温がピストン動作をより困難にし、ひいてはそれらのストローク中に効率を下げるからである。   Another reason that conventional engines have efficiency problems is that the high temperatures in the cylinder during intake and compression strokes make piston operation more difficult and thus reduce efficiency during those strokes.

既存の内燃機関に伴うもう一つの欠点は、燃焼温度および圧縮比をさらに高めることができないことである。しかし、パワーストローク間のチャンバ温度を上げ、圧縮比を高めることが効率を改善するであろう。   Another disadvantage with existing internal combustion engines is that the combustion temperature and compression ratio cannot be further increased. However, increasing the chamber temperature between power strokes and increasing the compression ratio will improve efficiency.

従来の機関に関するもう一つの問題は、有害な排気放出物を生じさせるその不完全な化学燃焼プロセスである。   Another problem with conventional engines is their incomplete chemical combustion process that produces harmful exhaust emissions.

これらの装置は、それらが対処しようとする特定の目的には適しているかもしれないが、ピストンの従来の四つのストロークを、デュアルピストンの各ピストンによって実行される二つの低温ストローク(取り入れおよび圧縮)と二つの高温ストローク(パワーおよび排気)とに分ける温度差別化デュアルシリンダを使用しながら、高温ストロークによって発生する熱をさらに利用して蒸気を発生させ、その蒸気を使用してさらなる熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する本発案のSE-DPCEほど効率的ではない。   While these devices may be suitable for the specific purpose they are trying to address, the conventional four strokes of the piston are replaced by two cold strokes (intake and compression) performed by each piston of the dual piston. ) And two high-temperature strokes (power and exhaust), while using dual cylinders to generate steam by further utilizing the heat generated by the high-temperature stroke, and using that steam for further thermal energy It is not as efficient as the SE-DPCE of this idea, which converts it into mechanical energy.

以前に開示されたデュアルピストン燃焼機関構造は他にもあるが、いずれも、本発明の実質的な効率および性能改善を提供するものではない。たとえば、Casadayへの米国特許第1,372,216号は、シリンダおよびピストンがそれぞれの対として配設されているデュアルピストン燃焼機関を開示している。燃焼シリンダのピストンは圧縮シリンダのピストンに先行して動く。Thurstonらへの米国特許第3,880,126号は、2ストロークサイクル分割シリンダ内燃機関を開示している。誘導シリンダのピストンがパワーシリンダのピストンに半ストローク未満ほど先行して動く。誘導シリンダは装荷を圧縮し、装荷をパワーシリンダに移送し、そこで装荷は前サイクルからの燃焼生成物の残留装荷と混合され、さらに圧縮されたのち点火される。Scuderiへの米国特許出願第2003/0015171A1は4ストロークサイクル内燃機関を開示している。第一のシリンダ内のパワーピストンがクランクシャフトに接続されており、4ストロークサイクルのパワーおよび排気ストロークを実行する。第二のシリンダ内の圧縮ピストンもまたクランクシャフトに接続されており、クランクシャフトの同じ回転中に同じ4ストロークサイクルの取り入れおよび圧縮ストロークを実行する。第一のシリンダのパワーピストンは第二のシリンダの圧縮ピストンに先行して動く。Suhらへの米国特許第6,880,501号は、クランクシャフトに接続されたピストンをそれぞれが含むシリンダの対を有する内燃機関を開示している。一方のシリンダは取り入れおよび圧縮ストロークに適合されている。他方のシリンダはパワーおよび排気ストロークに適合されている。Brackettへの米国特許第5,546,897号は、2、4またはディーゼル機関パワーサイクルを実行することができるマルチシリンダ往復ピストン内燃機関を開示している。   There are other dual piston combustion engine structures previously disclosed, but none provide the substantial efficiency and performance improvements of the present invention. For example, US Pat. No. 1,372,216 to Casaday discloses a dual piston combustion engine in which a cylinder and a piston are arranged in pairs. The piston of the combustion cylinder moves ahead of the piston of the compression cylinder. U.S. Pat. No. 3,880,126 to Thurston et al. Discloses a two stroke cycle split cylinder internal combustion engine. The piston of the induction cylinder moves ahead of the piston of the power cylinder by less than half a stroke. The induction cylinder compresses the load and transfers the load to the power cylinder where it is mixed with the remaining load of combustion products from the previous cycle, further compressed and then ignited. US patent application 2003 / 0015171A1 to Scuderi discloses a four stroke cycle internal combustion engine. A power piston in the first cylinder is connected to the crankshaft and performs a 4-stroke cycle power and exhaust stroke. A compression piston in the second cylinder is also connected to the crankshaft and performs the same 4-stroke cycle intake and compression stroke during the same rotation of the crankshaft. The power piston of the first cylinder moves ahead of the compression piston of the second cylinder. US Pat. No. 6,880,501 to Suh et al. Discloses an internal combustion engine having a pair of cylinders each including a piston connected to a crankshaft. One cylinder is adapted for intake and compression strokes. The other cylinder is adapted for power and exhaust stroke. US Pat. No. 5,546,897 to Brackett discloses a multi-cylinder reciprocating piston internal combustion engine capable of performing 2, 4 or diesel engine power cycles.

しかし、これらの引用例は、シリンダ温度を差別化して燃焼(パワー)シリンダを圧縮シリンダおよび周囲環境から効果的に隔離する方法を開示していない。これらの引用例はさらに、シリンダと周囲環境との間の相互の温度影響を最小化する方法を開示していない。加えて、これらの引用例は、従来の燃焼機関シリンダよりも燃焼シリンダの温度をさらに高め、圧縮シリンダの温度をさらに下げて機関効率および性能を高める機関改良を開示していない。具体的には、圧縮シリンダの温度を最低限にすることは圧縮仕事投資の削減を可能にする一方、パワーシリンダの温度を上げることは熱再生の増大を可能にする。加えて、これらの引用例で開示されている別個のシリンダはすべて、シリンダ間に「デッドスペース」容積を生じさせるある種の切換え弁または中間通路によって接続されており、シリンダ間にガスを蓄積させ、機関の効率をさらに下げてしまう。さらには、上記の従来技術引用例のいずれも、シリンダどうしを隔離してシリンダ間に改善された温度差を維持しながらもシリンダ間のデッドスペースを最小限にする対向型またはV型シリンダおよびクランクシャフト構造を教示していない。最後に、これらの従来技術引用例のいずれも、燃焼/パワーチャンバを二つの別個のチャンバに分け、外側チャンバの蒸気エネルギーをさらなる機関効率および仕事のために利用することを開示していない。さらには、従来技術引用例のいずれも、高温チャンバによって発生する過剰な熱エネルギーをさらなる運動エネルギーに変換する、一次燃焼チャンバを包囲する二次システムを開示または示唆していない。   However, these references do not disclose how to differentiate the cylinder temperature to effectively isolate the combustion (power) cylinder from the compression cylinder and the surrounding environment. These references further do not disclose a method for minimizing mutual temperature effects between the cylinder and the surrounding environment. In addition, these references do not disclose engine improvements that further increase the temperature of the combustion cylinder and further reduce the temperature of the compression cylinder over conventional combustion engine cylinders to increase engine efficiency and performance. Specifically, minimizing the temperature of the compression cylinder allows for a reduction in compression work investment, while raising the temperature of the power cylinder allows for increased heat regeneration. In addition, all the separate cylinders disclosed in these references are connected by some sort of switching valve or intermediate passage that creates a “dead space” volume between the cylinders, allowing gas to accumulate between the cylinders. This will further reduce the efficiency of the engine. In addition, none of the above prior art citations isolates the cylinders to maintain an improved temperature difference between the cylinders while minimizing dead space between the cylinders and cranks. The shaft structure is not taught. Finally, none of these prior art references disclose that the combustion / power chamber is divided into two separate chambers and the steam energy of the outer chamber is utilized for further engine efficiency and work. Furthermore, none of the prior art references disclose or suggest a secondary system surrounding the primary combustion chamber that converts excess thermal energy generated by the high temperature chamber into additional kinetic energy.

Clarkeへの米国特許第5,623,894号は、デュアル圧縮およびデュアル膨張内燃機関を開示している。2個のピストンを含む内部ハウジングが外部ハウジング内で移動して、圧縮のためのチャンバと膨張のためのチャンバとを別個に形成する。しかし、Clarkeは、機関ストロークのすべてを実行する単一のチャンバを含み、本発明で開示されるようなシリンダの隔離および/または改善された温度差別化を妨げる。Clarkeはまた、過剰な機関熱によって発生するさらなるエネルギー(たとえば熱風または蒸気)を利用するための別個のチャンバを形成することを開示していない。   US Pat. No. 5,623,894 to Clarke discloses a dual compression and dual expansion internal combustion engine. An inner housing containing two pistons moves within the outer housing to form a chamber for compression and a chamber for expansion separately. However, Clarke includes a single chamber that performs all of the engine stroke, preventing cylinder isolation and / or improved temperature differentiation as disclosed in the present invention. Clarke also does not disclose forming a separate chamber for utilizing additional energy (eg hot air or steam) generated by excess engine heat.

Thomasへの米国特許第3,959,974号は、パワーピストンを含み、別のピストンを含む比較的低温を維持するリング区分に接続されたリングレス区分における高温に耐えることができる材料で部分的に形成された燃焼シリンダを含む燃焼機関を開示している。しかし、Thomas機関全体における高温は、燃焼および排気ストロークを通して存在するだけでなく、圧縮ストロークの一部の間にも存在する。さらに、Thomasは、対向型またはV型構造において機関シリンダを隔離して、改善された温度差別化を可能にする方法を開示しておらず、シリンダどうしを接続する取り入れ口内部に実質的なデッドスペースを含む機関を開示している。最後に、Thomasはまた、過剰な機関熱によって発生するさらなるエネルギー(たとえば熱風または蒸気)を利用するための別個のチャンバを形成することを開示していない。   U.S. Pat.No. 3,959,974 to Thomas partially formed of a material that can withstand high temperatures in a ringless section that includes a power piston and is connected to a ring section that maintains a relatively low temperature that includes another piston A combustion engine including a combustion cylinder is disclosed. However, high temperatures throughout the Thomas engine exist not only throughout the combustion and exhaust strokes, but also during some of the compression strokes. In addition, Thomas does not disclose a method of isolating engine cylinders in an opposed or V-shaped configuration to enable improved temperature differentiation, and a substantial dead inside the intake that connects the cylinders. Disclose institutions that contain spaces. Finally, Thomas also does not disclose forming a separate chamber for utilizing additional energy (eg hot air or steam) generated by excessive engine heat.

これらの点で、本発明のSE-DPCEは、従来技術の通常概念および設計を実質的に逸脱したものであり、その際、従来の内燃機関よりも効率的である劇的に改良された内燃機関を提供する。   In these respects, the SE-DPCE of the present invention is a substantial departure from the conventional concepts and designs of the prior art, with a dramatically improved internal combustion that is more efficient than conventional internal combustion engines. Provide institutions.

発明の概要
従来技術に現存する公知のタイプの内燃機関に固有の前記欠点を考慮して、新たに発案された本発明は、従来の燃焼機関よりも効率的なやり方で燃料をエネルギーまたは仕事に変換し、過剰な機関熱をさらなる有用な仕事に変換する温度差別化シリンダを利用するSE-DPCE燃焼機関を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned drawbacks inherent in known types of internal combustion engines existing in the prior art, the newly-invented invention makes it possible to turn fuel into energy or work in a more efficient manner than conventional combustion engines. An SE-DPCE combustion engine is provided that utilizes a temperature-differentiating cylinder that converts and converts excess engine heat into more useful work.

本発明の一つの態様で、蒸気増強式ピストンサイクル機関(SE-DPCE)は、参照により本明細書に組み入れられる米国仮出願第60/661,195号に記載のように、従来の燃焼機関よりも効率的なやり方で燃料をエネルギーまたは仕事に変換する温度差別化シリンダを利用し、さらに、機関熱を利用して蒸気エネルギーを生成し、それをさらなる有用な機関仕事に変換することによってDPCE装置を増強する。   In one embodiment of the present invention, a steam enhanced piston cycle engine (SE-DPCE) is more efficient than a conventional combustion engine, as described in US Provisional Application No. 60 / 661,195, which is incorporated herein by reference. Enhances the DPCE system by using temperature-differentiating cylinders that convert fuel into energy or work in a more efficient manner, and further using engine heat to generate steam energy and convert it into more useful engine work To do.

本発明の一つの態様で、機関は、第二のシリンダに結合された第一のシリンダ、第一のシリンダ内に配置され、取り入れおよび圧縮ストロークを実行するように構成された第一のピストン、および第二のシリンダ内に配置され、パワーおよび排気ストロークを実行するように構成された第二のピストンを含む。または、第一および第二のシリンダを、単一のシリンダの中で互いに結合された二つの別個のチャンバを有し、第一のピストンが第一のチャンバ内に存在し、第二のピストンが第二のチャンバ内に存在する単一のシリンダとみなすこともできる。   In one aspect of the invention, an engine is a first cylinder coupled to a second cylinder, a first piston disposed within the first cylinder and configured to perform intake and compression strokes, And a second piston disposed in the second cylinder and configured to perform power and exhaust strokes. Alternatively, the first and second cylinders have two separate chambers coupled together in a single cylinder, the first piston is in the first chamber and the second piston is It can also be regarded as a single cylinder present in the second chamber.

さらなる態様で、機関はさらに、第一のシリンダに結合された取り入れ弁、第二のシリンダに結合された排気弁および第一のシリンダの内部チャンバを第二のシリンダの内部チャンバに結合する段間弁を含む。   In a further aspect, the engine further includes an intake valve coupled to the first cylinder, an exhaust valve coupled to the second cylinder, and an interstage coupling the internal chamber of the first cylinder to the internal chamber of the second cylinder. Includes valves.

さらなる態様で、機関は、2個のピストン連接棒、圧縮クランクシャフト、パワークランクシャフトおよび2個のクランクシャフト連接棒を含む。連接棒は、それぞれのピストンをそれぞれのクランクシャフトに接続する。圧縮クランクシャフトは、回転運動を第一のピストンの往復運動に変換する。パワークランクシャフトは、第二のピストンの往復運動を機関回転出力運動に変換する。クランクシャフト連接棒は、パワークランクシャフトの回転を圧縮クランクシャフトの回転に伝達する。   In a further aspect, the engine includes two piston connecting rods, a compression crankshaft, a power crankshaft, and two crankshaft connecting rods. A connecting rod connects each piston to each crankshaft. The compression crankshaft converts the rotational motion into the reciprocating motion of the first piston. The power crankshaft converts the reciprocating motion of the second piston into engine rotational output motion. The crankshaft connecting rod transmits the rotation of the power crankshaft to the rotation of the compression crankshaft.

さらなる態様で、機関は、燃料噴射装置、水/蒸気入口弁および水/蒸気排気弁を含む。第一の圧縮シリンダは圧縮ピストン、取り入れ弁および段間弁の一部を収容する。第二のパワーシリンダは2個の別個のシリンダ、すなわち外側シリンダおよび内側シリンダを含む。外側および内側シリンダ内には、デュアルピストン、すなわちディスク形の内側ピストンおよびリング形の外側ピストンがある。加えて、第二のパワーシリンダは、排気弁、外側排気シェル(覆われた排気管)、熱隔離層、段間弁の一部、燃料噴射装置、スパークプラグ、蒸気/水弁(および/または噴射装置)および蒸気/水/空気排気弁を含む。第一の圧縮ピストンは取り入れおよび圧縮機関ストロークを実行する。内側パワーピストンは燃料燃焼パワーストロークおよび排気(燃焼済みガス)逃がしストロークを実行する。外側パワーピストンは、パワーを発生させ、高温の圧縮空気を場合によっては蒸気/水とともに利用することによって機関の過剰な熱を吸収する。連接棒が圧縮ピストンおよび両パワーピストンをそれぞれのクランクシャフトに接続する。圧縮クランクシャフトが回転運動を圧縮ピストンの往復運動に変換する。パワークランクシャフトが内側および外側パワーピストンの往復運動を機関回転出力運動に変換する。クランクシャフト連接棒がパワークランクシャフトの回転を圧縮クランクシャフトの回転に伝達する。   In a further aspect, the engine includes a fuel injector, a water / steam inlet valve, and a water / steam exhaust valve. The first compression cylinder houses a portion of the compression piston, intake valve and interstage valve. The second power cylinder includes two separate cylinders, an outer cylinder and an inner cylinder. Within the outer and inner cylinders are dual pistons, a disk-shaped inner piston and a ring-shaped outer piston. In addition, the second power cylinder includes an exhaust valve, an outer exhaust shell (covered exhaust pipe), a thermal isolation layer, part of an interstage valve, a fuel injector, a spark plug, a steam / water valve (and / or Injector) and a steam / water / air exhaust valve. The first compression piston performs the intake and compression engine stroke. The inner power piston performs the fuel combustion power stroke and the exhaust (burned gas) escape stroke. The outer power piston generates power and absorbs excess engine heat by utilizing hot compressed air, possibly with steam / water. A connecting rod connects the compression piston and both power pistons to the respective crankshaft. A compression crankshaft converts rotational motion into compression piston reciprocation. A power crankshaft converts the reciprocating motion of the inner and outer power pistons into engine rotational output motion. A crankshaft connecting rod transmits the rotation of the power crankshaft to the rotation of the compression crankshaft.

もう一つの態様で、機関取り入れ弁は、大部分の4ストローク機関で使用されているものと同じ円錐形のシール面を有するシャフトを含む。排気弁は、大部分の4ストローク機関で使用されているものと同じ円錐形のシール面を有するシャフトを含む。段間弁(好ましい態様における)は、円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。   In another embodiment, the engine intake valve includes a shaft having the same conical sealing surface as used in most 4-stroke engines. The exhaust valve includes a shaft having the same conical sealing surface as used in most 4-stroke engines. The interstage valve (in a preferred embodiment) is composed of a shaft having a conical sealing surface.

もう一つの態様で、燃焼機関効率を改善する方法は、取り入れおよび圧縮チャンバ(クールストローク)を燃焼および排気チャンバ(ホットストローク)から切り離し、そのようにして取り入れおよび圧縮ストローク中の温度低下ならびに燃焼ストローク中の温度上昇を可能にし、それによって機関効率を高めることを含む。   In another aspect, a method for improving combustion engine efficiency is to decouple intake and compression chambers (cool strokes) from combustion and exhaust chambers (hot strokes), thus reducing temperature and combustion strokes during intake and compression strokes. Including increasing the temperature inside, thereby increasing engine efficiency.

さらなる態様では、機関効率を改善する方法は、取り入れおよび圧縮ストローク中の温度を最低化または低下させることを含む。取り込まれて圧縮される空気/装荷温度が低くなればなるほど、機関効率は高くなる。   In a further aspect, a method for improving engine efficiency includes minimizing or reducing the temperature during intake and compression strokes. The lower the intake / compressed air / loading temperature, the higher the engine efficiency.

さらに別の態様では、機関効率を改善する方法は、排気熱エネルギーを再生し、利用することを含む。   In yet another aspect, a method for improving engine efficiency includes regenerating and utilizing exhaust heat energy.

さらなる態様では、外部冷却要件を大幅に減らし、それが他方でパワーストローク中の熱出力仕事変換に利用可能な保有熱を増し、燃料をより効率的に燃焼させ、それによって有害な放出物を減らすデュアルピストン燃焼機関が提供される。   In a further aspect, the external cooling requirements are greatly reduced, which on the other hand increases the stored heat available for heat output work conversion during the power stroke, burns the fuel more efficiently and thereby reduces harmful emissions A dual piston combustion engine is provided.

もう一つの態様では、改善された効率の燃焼機関を提供する方法は、第一のシリンダで取り入れおよび圧縮を実行し、第二のシリンダでパワーおよび排気ストロークを実行することを含み、第一のシリンダが第二のシリンダよりも低い温度に維持される。さらなる態様では、方法はまた、圧縮空気および燃料混合物を第一のシリンダから第二のシリンダ内に噴射して、それによって第二のシリンダを冷却することを含む。   In another aspect, a method for providing an improved efficiency combustion engine includes performing intake and compression in a first cylinder and performing power and exhaust strokes in a second cylinder, The cylinder is maintained at a lower temperature than the second cylinder. In a further aspect, the method also includes injecting compressed air and fuel mixture from the first cylinder into the second cylinder, thereby cooling the second cylinder.

もう一つの態様で、蒸気増強式デュアルピストン燃焼機関はさらに、過剰な機関熱を利用して圧縮された気体および/または液体を受けてさらなるパワーを生成し、機関効率を高めるために、リング形のチャンバを燃焼シリンダ内に含む。さらなる態様で、蒸気増強式デュアルピストン燃焼機関はさらに、蒸気チャンバへの圧縮気体および/または液体の効率的な移送を促進するために、リング形のチャンバを圧縮シリンダ内に含む。さらなる態様では、蒸気増強式デュアルピストン燃焼機関は、2個の別個のパワー発生システムを含み、一次システムが燃料−空気燃焼を利用し、二次システムが過剰な機関熱を蒸気パワー生成に利用する。   In another aspect, the steam-enhanced dual-piston combustion engine is further ring-shaped to receive excess gas and / or liquid compressed using excess engine heat to generate additional power and increase engine efficiency. Are included in the combustion cylinder. In a further aspect, the steam enhanced dual piston combustion engine further includes a ring shaped chamber within the compression cylinder to facilitate efficient transfer of compressed gas and / or liquid to the steam chamber. In a further aspect, the steam enhanced dual piston combustion engine includes two separate power generation systems, where the primary system utilizes fuel-air combustion and the secondary system utilizes excess engine heat for steam power generation. .

発明の詳細な説明
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。各図を通じて同種の要素を同様な符号で参照する。図面は、必ずしも原寸に比例して描かれておらず、また、必ずしも例示する様々な例示的態様のすべての詳細を示すものでもないことが理解されよう。むしろ、本発明の例示的な態様の説明を可能にする特定の特徴および要素を示すだけである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Like elements are referred to by like numerals throughout the figures. It will be understood that the drawings are not necessarily drawn to scale, and are not necessarily all details of the various exemplary embodiments illustrated. Rather, only specific features and elements are described that enable the description of exemplary aspects of the invention.

図1を参照すると、本発明の一つの態様にしたがって、DPCEシリンダは、圧縮シリンダ01、パワーシリンダ02、圧縮ピストン03、パワーピストン04、2個の連接棒それぞれ05および06、圧縮クランクシャフト07、パワークランクシャフト08、クランクシャフト連接棒09、取り入れ弁10、排気弁11および段間弁12を含む。圧縮シリンダ01は、圧縮ピストン03、取り入れ弁10および段間弁12の一部を収容するピストン機関シリンダである。パワーシリンダ02は、パワーピストン04、排気弁11、段間弁12の一部およびシリンダ02内の燃焼チャンバに対面するパワーピストン04の面の前に位置するスパークプラグ(図示せず)を収容するピストン機関シリンダである。圧縮ピストン03は、機関の取り入れおよび圧縮ストロークのために働く。パワーピストン04は、パワーおよび排気ストロークのために働く。連接棒05および06は、それぞれのピストンをそれぞれのクランクシャフトに接続する。圧縮クランクシャフト07は、回転運動を圧縮ピストン03の往復運動に変換する。パワーピストン04の往復運動がパワークランクシャフト08の回転運動に変換され、それが他方で機関回転運動または仕事に変換される(すなわち、クランクシャフト08はDPCE出力シャフトとして働く)。クランクシャフト連接棒09は、パワークランクシャフト08の回転を圧縮クランクシャフト07の回転に転換する。   Referring to FIG. 1, according to one embodiment of the present invention, the DPCE cylinder comprises a compression cylinder 01, a power cylinder 02, a compression piston 03, a power piston 04, two connecting rods 05 and 06, a compression crankshaft 07, Power crankshaft 08, crankshaft connecting rod 09, intake valve 10, exhaust valve 11 and interstage valve 12 are included. The compression cylinder 01 is a piston engine cylinder that houses a part of the compression piston 03, the intake valve 10, and the interstage valve 12. The power cylinder 02 houses a power plug 04, an exhaust valve 11, a part of the interstage valve 12, and a spark plug (not shown) located in front of the face of the power piston 04 facing the combustion chamber in the cylinder 02. It is a piston engine cylinder. The compression piston 03 serves for engine intake and compression stroke. The power piston 04 works for power and exhaust stroke. Connecting rods 05 and 06 connect the respective pistons to the respective crankshafts. The compression crankshaft 07 converts rotational motion into reciprocating motion of the compression piston 03. The reciprocating motion of the power piston 04 is converted into the rotational motion of the power crankshaft 08, which on the other hand is converted into engine rotational motion or work (ie, the crankshaft 08 serves as the DPCE output shaft). The crankshaft connecting rod 09 converts the rotation of the power crankshaft 08 to the rotation of the compression crankshaft 07.

一つの態様では、取り入れ弁10は、大部分の従来の4ストローク機関の取り入れ弁に使用されているものと同じ円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。排気弁11は、大部分の従来の4ストローク機関の排気弁に使用されているものと同じ円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。段間弁12もまた、円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。   In one embodiment, intake valve 10 is comprised of a shaft having the same conical sealing surface used in most conventional four-stroke engine intake valves. The exhaust valve 11 is composed of a shaft having the same conical sealing surface as that used in the exhaust valves of most conventional 4-stroke engines. The interstage valve 12 is also composed of a shaft having a conical sealing surface.

再び図1を参照すると、圧縮シリンダ01の内キャビティB内には圧縮ピストン03がある。圧縮ピストン03は、圧縮シリンダ01に対し、図示する矢印によって示す方向に動く。パワーシリンダ02の内キャビティC内にはパワーピストン04がある。パワーピストン04は、パワーシリンダ02に対し、図示する矢印によって示す方向に動く。圧縮シリンダ01と圧縮ピストン03とがチャンバBを画定する。パワーシリンダ02とパワーピストン04とがチャンバCを画定する。好ましい態様では、パワーピストン圧力面は、チャンバCを補足し、燃焼中にさらなる燃焼チャンバ容積として機能する成形された空洞26(同じく図12を参照)を有している。チャンバBは、段間機械的動作弁12を介してチャンバCと流体連通している。圧縮シリンダ01は取り入れ弁10を有している。チャンバBは、取り入れ弁10を介して気化燃料/空気装荷Aと流体連通している。パワーシリンダ02は排気弁11を有している。チャンバCは、排気弁11を介して周囲の空気Dと流体連通している。排気弁11は、開放位置にあるとき、排ガスを放出させることができる。燃焼ストローク中、パワーピストン04がパワー連接棒06を押して、パワークランクシャフト08を時計回りに回転させる。排気ストローク中、慣性力(図示しないフライホイール質量によって誘発される)がパワークランクシャフト08をしてその時計回り回転を続けさせ、パワー連接棒06をしてパワーピストン04を動かすと、それが他方で、燃焼済み燃料排気を弁11から放出する。クランクシャフト連接棒09を介するパワークランクシャフト08の回転は、圧縮クランクシャフト07を同期回転のために統合する(すなわち、両クランクシャフトが同じ速度および動的角度で回転する)。一つの態様で、両ピストン、すなわちパワーピストン04および圧縮ピストン03は、それらの上死点(TDC)位置および下死点(BDC)位置を同時に通過する。代替態様で、所望のタイミング構造に依存して、パワーピストン04と圧縮ピストン03との相対位置は、所望の量だけ位相シフトされてもよい。一つの態様では、DPCEデュアルシリンダ装置は、従来の加圧冷却およびオイル潤滑法およびシステム(図示せず)を利用する。本発明の態様では、パワーチャンバCの構造部品(たとえばシリンダ02およびピストン04)は、従来の燃焼機関よりもはるかに高い温度を維持するが、一つの態様では、パワーチャンバCの構成部品は、冷却システムを使用して温度制御される。そのうえ、構成部品のいくつかまたは全部を耐高温性材料、たとえばセラミックス、炭素またはステンレス鋼で製造することもできる。さらなる態様では、DPCE装置は、周知の高電圧タイミングおよびスパークプラグ電気システム(図示せず)ならびに電動スタータモータを利用してスパークプラグ点火、タイミングおよび機関初期回転を制御することができる。   Referring again to FIG. 1, there is a compression piston 03 in the inner cavity B of the compression cylinder 01. The compression piston 03 moves relative to the compression cylinder 01 in the direction indicated by the arrow shown. In the inner cavity C of the power cylinder 02, there is a power piston 04. The power piston 04 moves relative to the power cylinder 02 in the direction indicated by the arrow shown. The compression cylinder 01 and the compression piston 03 define a chamber B. A power cylinder 02 and a power piston 04 define a chamber C. In a preferred embodiment, the power piston pressure surface has a shaped cavity 26 (also see FIG. 12) that complements chamber C and serves as an additional combustion chamber volume during combustion. Chamber B is in fluid communication with chamber C via an interstage mechanical operating valve 12. The compression cylinder 01 has an intake valve 10. Chamber B is in fluid communication with vaporized fuel / air load A via intake valve 10. The power cylinder 02 has an exhaust valve 11. Chamber C is in fluid communication with ambient air D through exhaust valve 11. When the exhaust valve 11 is in the open position, the exhaust gas can be discharged. During the combustion stroke, the power piston 04 pushes the power connecting rod 06, causing the power crankshaft 08 to rotate clockwise. During the exhaust stroke, an inertial force (triggered by the flywheel mass not shown) causes the power crankshaft 08 to continue its clockwise rotation and the power connecting rod 06 to move the power piston 04 causes it to Then, the burned fuel exhaust is discharged from the valve 11. The rotation of the power crankshaft 08 via the crankshaft connecting rod 09 integrates the compression crankshaft 07 for synchronous rotation (ie, both crankshafts rotate at the same speed and dynamic angle). In one embodiment, both pistons, power piston 04 and compression piston 03, pass through their top dead center (TDC) position and bottom dead center (BDC) position simultaneously. Alternatively, depending on the desired timing structure, the relative positions of power piston 04 and compression piston 03 may be phase shifted by a desired amount. In one embodiment, the DPCE dual cylinder device utilizes conventional pressurized cooling and oil lubrication methods and systems (not shown). In aspects of the invention, the structural parts of the power chamber C (e.g., cylinder 02 and piston 04) maintain a much higher temperature than conventional combustion engines, but in one aspect, the components of the power chamber C are: Temperature controlled using a cooling system. In addition, some or all of the components can be made of high temperature resistant materials such as ceramics, carbon or stainless steel. In a further aspect, the DPCE device can utilize known high voltage timing and spark plug electrical systems (not shown) and an electric starter motor to control spark plug ignition, timing and engine initial rotation.

図1〜9に示すように、電動スタータがDPCE出力シャフト6'(図15)と係合すると、両クランクシャフト07および08がそれぞれの時計回り回転を開始し、両ピストン03および04がそれぞれの往復運動を開始する。図5に示すように、圧縮ピストン03およびパワーピストン04は、チャンバBおよびチャンバCの容積を増す方向に動く。取り入れ弁10はその開放位置にあり、この段階でチャンバBの容積が一定に増すため、気化燃料または新鮮な空気装荷(燃料噴射システムを使用する場合)がA地点(たとえば気化器出力ポートを表す)から取り入れ弁10を介してチャンバBに流れ込む。図6〜8それぞれに示すように、燃料−空気装荷が流れ込むときチャンバB容積は増大する。圧縮ピストン03がそのBDC点に達すると、取り入れ弁10が閉じて、チャンバBの空気−燃料装荷内容物を閉じ込める。クランクシャフトの時計回り回転が続く間、図9および図1〜3それぞれに示すように、チャンバBの容積は減り、その今や閉じ込められた空気−燃料装荷の温度および圧力が高まる。圧縮ピストン03が所定の点(図3)に近づくと、段間弁12が開き、チャンバBの空気−燃料装荷がチャンバCに流れ込む。圧縮ピストンがそのTDC点に近づくと(態様によっては、いくらかの遅延または先行を導入してもよい)、段間弁12が同時に閉じ、スパークプラグの点火が起こる。   As shown in FIGS. 1 to 9, when the electric starter is engaged with the DPCE output shaft 6 ′ (FIG. 15), both crankshafts 07 and 08 start rotating clockwise, and both pistons 03 and 04 are Start reciprocating motion. As shown in FIG. 5, the compression piston 03 and the power piston 04 move in the direction of increasing the volumes of the chamber B and the chamber C. Intake valve 10 is in its open position, and at this stage the volume of chamber B is constantly increased so that vaporized fuel or fresh air load (if using a fuel injection system) is at point A (e.g. representing the vaporizer output port) ) Into the chamber B through the intake valve 10. As shown in each of FIGS. 6-8, the chamber B volume increases as the fuel-air load flows. When the compression piston 03 reaches its BDC point, the intake valve 10 closes, confining the air-fuel loading contents of chamber B. As the crankshaft continues to rotate clockwise, the volume of chamber B decreases and the temperature and pressure of its now trapped air-fuel loading increases, as shown in FIGS. 9 and 1-3, respectively. When the compression piston 03 approaches a predetermined point (FIG. 3), the interstage valve 12 opens, and the air-fuel charge in the chamber B flows into the chamber C. As the compression piston approaches its TDC point (in some embodiments, some delay or advance may be introduced), the interstage valve 12 closes simultaneously and spark plug ignition occurs.

図5〜8はパワーストロークを示す。燃焼が起こると、チャンバCの圧力が増大してパワーピストン04を強く押し、それが他方で連接棒06を動かして、DPCE出力シャフト06'に結合されているパワークランクシャフト08を回転させる。その間、圧縮ピストン03がそのTDC位置から押し戻されると、取り入れ弁10が再び開いて、新たな空気燃料装荷AをチャンバB内に吸い込むことができる。   5-8 show the power stroke. When combustion occurs, the pressure in chamber C increases and pushes the power piston 04 strongly, which in turn moves the connecting rod 06 and rotates the power crankshaft 08 that is coupled to the DPCE output shaft 06 ′. Meanwhile, when the compression piston 03 is pushed back from its TDC position, the intake valve 10 is reopened and a new air fuel charge A can be drawn into the chamber B.

排気ストロークは、パワーピストン04がそのBDC点(図8)に達したときに起こる。排気弁11が開き、チャンバCの容積が減ると、燃焼済みの排ガスが、開放した排気弁11を介してチャンバCから周囲環境Dに押し出される。   The exhaust stroke occurs when the power piston 04 reaches its BDC point (FIG. 8). When the exhaust valve 11 is opened and the volume of the chamber C is reduced, the combusted exhaust gas is pushed out of the chamber C to the ambient environment D through the opened exhaust valve 11.

このように、DPCE機関は、従来の燃焼機関の単一のピストンおよびシリンダによって実行されるストロークを二つの熱的に差別化されたシリンダに分け、各シリンダが4ストロークサイクルの半分を実行する。「コールド」シリンダが取り入れおよび圧縮ストロークを実行し、熱的に隔離された「ホット」シリンダが燃焼および排気ストロークを実行する。従来の機関に比べて、この革新的なシステムおよび方法は、DPCE機関をより高い燃焼チャンバ温度ならびにより低い取り入れおよび圧縮チャンバ温度で作動させることを可能にする。低めの取り入れおよび圧縮温度を維持しながらより高い燃焼温度を使用すると、機関冷却要件が軽減され、圧縮エネルギー所要量が減少し、ひいては、機関効率が向上する。さらには、パワーシリンダを外部環境から熱的に隔離することは、外部熱損失を抑制し、同じ熱エネルギーを次のストロークで再使用することを可能にし、各サイクルでより少ない燃料しか燃やさない。   Thus, the DPCE engine divides the stroke performed by a single piston and cylinder of a conventional combustion engine into two thermally differentiated cylinders, each cylinder performing half of a four stroke cycle. A “cold” cylinder performs intake and compression strokes, and a thermally isolated “hot” cylinder performs combustion and exhaust strokes. Compared to conventional engines, this innovative system and method allows DPCE engines to operate at higher combustion chamber temperatures and lower intake and compression chamber temperatures. Using higher combustion temperatures while maintaining lower intake and compression temperatures reduces engine cooling requirements, reduces compression energy requirements, and thus improves engine efficiency. Furthermore, thermally isolating the power cylinder from the external environment reduces external heat loss, allows the same thermal energy to be reused on the next stroke, and burns less fuel with each cycle.

一つの態様で、圧縮シリンダ01は、圧縮ピストン03、取り入れ弁10および段間弁12の一部を収容する従来のピストン機関シリンダに類似している。圧縮シリンダ01は、圧縮ピストン03とともに作動して、送り込まれる空気および/または燃料装荷を吸い込み、圧縮する。好ましい態様では、圧縮シリンダは冷却される。図10は、熱吸収および放散リブ20を有する空冷圧縮シリンダを示す。図11は、冷却液通路22を有する液冷圧縮シリンダを示す。好ましい態様では、冷却空気源または冷却液源は、従来技術で周知のものと同じであることができる。好ましい態様では、圧縮シリンダ01およびパワーシリンダ02は、互いおよび周囲環境から熱的に隔離されるべきである。図26は、2個のシリンダが異なる面に構築され、それにより、シリンダ間の往復運動性伝熱を最小限にする態様を示す。   In one embodiment, the compression cylinder 01 is similar to a conventional piston engine cylinder that houses a portion of the compression piston 03, intake valve 10 and interstage valve 12. The compression cylinder 01 operates with the compression piston 03 to suck in and compress the air and / or fuel load that is fed. In a preferred embodiment, the compression cylinder is cooled. FIG. 10 shows an air-cooled compression cylinder with heat absorbing and dissipating ribs 20. FIG. 11 shows a liquid-cooled compression cylinder having a coolant passage 22. In a preferred embodiment, the cooling air source or coolant source can be the same as known in the prior art. In a preferred embodiment, the compression cylinder 01 and the power cylinder 02 should be thermally isolated from each other and the surrounding environment. FIG. 26 shows an embodiment in which two cylinders are constructed on different surfaces, thereby minimizing reciprocating heat transfer between the cylinders.

パワーシリンダ02は、パワーピストン02、排気弁11、段間弁12の一部およびスパークプラグ(図示せず)を収容するピストン機関シリンダである。パワーシリンダ02は、パワーピストン04とともに機能してシリンダ02のチャンバ内で圧縮空気/燃料混合物を燃焼させ、得られたエネルギーを機械的仕事としてパワークランクシャフト08に伝達する。その往復運動サイクルの第二の半分の間、パワーピストン04は、排ガスを排気弁11を介してシリンダ02から放出または押し出すように作用する。パワーシリンダ02は、シリンダ02内の燃焼チャンバに対面するパワーピストン04の面の正面に位置するスパークプラグを収容する。図12に示すように、一つの態様で、パワーピストン04は、燃焼チャンバとして働く、成形された空洞26を有する。排気ストローク中、パワーピストン04が燃焼済みガスを排気弁11を介してシリンダ02から押し出す。   The power cylinder 02 is a piston engine cylinder that houses the power piston 02, the exhaust valve 11, a part of the interstage valve 12, and a spark plug (not shown). The power cylinder 02 works with the power piston 04 to burn the compressed air / fuel mixture in the chamber of the cylinder 02 and transmits the resulting energy to the power crankshaft 08 as mechanical work. During the second half of the reciprocating cycle, the power piston 04 acts to release or push exhaust gas from the cylinder 02 via the exhaust valve 11. The power cylinder 02 houses a spark plug positioned in front of the surface of the power piston 04 facing the combustion chamber in the cylinder 02. As shown in FIG. 12, in one embodiment, the power piston 04 has a shaped cavity 26 that serves as a combustion chamber. During the exhaust stroke, the power piston 04 pushes the burned gas out of the cylinder 02 via the exhaust valve 11.

一つの好ましい態様では、パワーシリンダ02は、外部に対して熱的に隔離されることに加え、排気加熱される。図10および11は、呼気流中に、排ガスが熱をパワーシリンダ加熱通路24内に伝えるときの排気熱利用を示す。   In one preferred embodiment, the power cylinder 02 is exhaust heated in addition to being thermally isolated from the outside. FIGS. 10 and 11 illustrate the use of exhaust heat when the exhaust gas conducts heat into the power cylinder heating passage 24 during expiratory airflow.

上記で説明したように、圧縮連接棒05は、圧縮クランクシャフト07を圧縮ピストン03と接続してピストン03をシリンダに対して往復運動的に移動させる。パワー連接棒06は、パワークランクシャフト08をパワーピストン04と接続する。燃焼段階では、パワー連接棒06がピストン04の動きをパワークランクシャフト08に伝達してそれを回転させる。排気段階では、パワークランクシャフト08の回転および運動量がパワーピストン04を圧縮シリンダ01の方向に押し戻すと、それが燃焼済みガスを排気弁を介して放出させる(排気ストローク)。   As explained above, the compression connecting rod 05 connects the compression crankshaft 07 to the compression piston 03 and moves the piston 03 reciprocally relative to the cylinder. The power connecting rod 06 connects the power crankshaft 08 to the power piston 04. In the combustion phase, the power connecting rod 06 transmits the movement of the piston 04 to the power crankshaft 08 to rotate it. In the exhaust phase, when the rotation and momentum of the power crankshaft 08 pushes the power piston 04 back toward the compression cylinder 01, it releases the burned gas through the exhaust valve (exhaust stroke).

図13を参照すると、圧縮クランクシャフト07が、回転運動を圧縮ピストン03の往復運動に変換している。圧縮クランクシャフト07は圧縮連接棒05(図1)をクランクシャフト連接棒09と接続する。クランクシャフト連接棒09の動きが圧縮クランクシャフト07を回転させる。圧縮クランクシャフト07の回転が圧縮連接棒05の移動を生じさせ、それが他方で圧縮ピストン03をそのシリンダハウジング01に対して往復運動的に移動させる。   Referring to FIG. 13, the compression crankshaft 07 converts the rotational motion into the reciprocating motion of the compression piston 03. The compression crankshaft 07 connects the compression connecting rod 05 (FIG. 1) to the crankshaft connecting rod 09. The movement of the crankshaft connecting rod 09 rotates the compression crankshaft 07. The rotation of the compression crankshaft 07 causes a movement of the compression connecting rod 05, which on the other hand moves the compression piston 03 reciprocally relative to its cylinder housing 01.

本発明の様々な態様で、圧縮クランクシャフト07およびパワークランクシャフト08の構造形態は、所望の機関構造および設計にしたがって変えることができる。たとえば、いくつかのクランクシャフト設計要因は、デュアルシリンダの数、相対的なシリンダ配置、クランクシャフトギヤ機構および回転方向である。たとえば、圧縮クランクシャフト07およびパワークランクシャフト08が同じ方向に回転するならば、クランクシャフト07および08の軸は、図13に示すように、互いに180°に配置されるべきである。または、圧縮クランクシャフト07とパワークランクシャフト08とが反対方向に回転するならば、両クランクシャフト軸は、図14に示すように、互いに同相に配置されるべきである。   In various aspects of the invention, the structural configuration of the compression crankshaft 07 and the power crankshaft 08 can be varied according to the desired engine structure and design. For example, some crankshaft design factors are the number of dual cylinders, the relative cylinder placement, the crankshaft gear mechanism and the direction of rotation. For example, if the compression crankshaft 07 and the power crankshaft 08 rotate in the same direction, the axes of the crankshafts 07 and 08 should be positioned 180 ° relative to each other as shown in FIG. Alternatively, if the compression crankshaft 07 and the power crankshaft 08 rotate in opposite directions, both crankshaft shafts should be placed in phase with each other as shown in FIG.

パワークランクシャフト08はパワー連接棒06をクランクシャフト09と接続する。燃焼が起こると、パワーピストン04の動きが、そのパワー連接棒06を介して、同じく機関出力シャフト(図示せず)に結合されているパワークランクシャフト08を回転させ、それが連接棒09をして圧縮クランクシャフト07を回転させ、圧縮ピストン03の往復運動を生じさせる。   The power crankshaft 08 connects the power connecting rod 06 to the crankshaft 09. When combustion occurs, the movement of the power piston 04 rotates the power crankshaft 08, which is also connected to the engine output shaft (not shown) via its power connecting rod 06, which causes the connecting rod 09 to move. Thus, the compression crankshaft 07 is rotated to cause the compression piston 03 to reciprocate.

クランクシャフト連接棒09がパワークランクシャフト08を圧縮クランクシャフト07と接続し、それにより、両クランクシャフトに同期回転を与える。図15は、本発明の一つの態様にしたがって各クランクシャフト07および08に結合されたクランクシャフト連接棒09の斜視図を示す。クランクシャフト連接棒09の機能は、パワークランクシャフト08と圧縮クランクシャフト07とを連結することである。特定の設計では、両クランクシャフト07および08は、それぞれが互いに対して同期的に(同じ方向、同じ角度で)回転することができる。他の設計では、2個のクランクシャフト07および08は、所定の位相角の有無にかかわらず、反対方向に回転することもできる。   A crankshaft connecting rod 09 connects the power crankshaft 08 with the compression crankshaft 07, thereby imparting synchronous rotation to both crankshafts. FIG. 15 shows a perspective view of a crankshaft connecting rod 09 coupled to each crankshaft 07 and 08 according to one embodiment of the present invention. The function of the crankshaft connecting rod 09 is to connect the power crankshaft 08 and the compression crankshaft 07. In a particular design, both crankshafts 07 and 08 can rotate synchronously (in the same direction and at the same angle) with respect to each other. In other designs, the two crankshafts 07 and 08 can also rotate in opposite directions with or without a predetermined phase angle.

図17は、各クランクシャフト07および08に結合された連接棒09の斜視図を示す。各クランクシャフトは、他方、それぞれのピストン連接棒05および06に結合されて、クランクシャフト07および08が、そうでなければ同期的なピストン03および04の動きの間に所定の位相差を与えるように互いに配向している。所定の位相差とは、図4に示す圧縮ピストンTDC位置とパワーピストンTDC位置との間に時間差を達成するために、相対的なピストン位相遅延または先行をいずれかのピストンに導入することができることをいう。図17は、ピストン03および04がそれぞれのTDC位置に達するまでの時間の間に所望の位相遅延または先行を与えるように、ピストン連接棒05および06の互いの位相がずれている状態を示す。一つの態様では、位相遅延は、パワーシリンダのピストンが圧縮シリンダのピストンよりもわずかに先行して動いて、圧縮された装荷をほぼ完全な圧縮ストロークの下で送り込むことを可能にし、パワーピストンが完全な排気ストロークを完了することを可能にするように導入される。圧縮ピストンに通じるパワーピストンに関する位相遅延のこのような利点は、Casadayへの米国特許第1,372,216号およびScuderiの米国特許出願第2003/0015171A1号にも記載されている。代替態様では、圧縮ピストンがパワーピストンに先行して動き、パワーピストンが圧縮シリンダからの装荷を点火前にさらに圧縮するように、反対の位相遅延が導入される。この手法の利点は、Thurstonらへの米国特許第3,880,126号およびThomasへの米国特許第3,959,974号で論じられている。   FIG. 17 shows a perspective view of a connecting rod 09 coupled to each crankshaft 07 and 08. FIG. Each crankshaft, on the other hand, is coupled to a respective piston connecting rod 05 and 06 so that the crankshafts 07 and 08 provide a predetermined phase difference during the otherwise synchronous piston 03 and 04 movement. Are oriented to each other. Predetermined phase difference means that a relative piston phase delay or lead can be introduced into either piston to achieve a time difference between the compression piston TDC position and the power piston TDC position shown in FIG. Say. FIG. 17 shows the piston connecting rods 05 and 06 being out of phase with each other so as to provide the desired phase delay or lead during the time it takes for the pistons 03 and 04 to reach their respective TDC positions. In one aspect, the phase delay allows the piston of the power cylinder to move slightly ahead of the piston of the compression cylinder, allowing the compressed load to be fed under a nearly full compression stroke, Introduced to allow complete exhaust strokes to be completed. This advantage of phase delay for a power piston leading to a compression piston is also described in US Pat. No. 1,372,216 to Casaday and US Patent Application 2003 / 0015171A1 to Scuderi. In an alternative embodiment, an opposite phase delay is introduced so that the compression piston moves ahead of the power piston and the power piston further compresses the load from the compression cylinder before ignition. The advantages of this approach are discussed in US Pat. No. 3,880,126 to Thurston et al. And US Pat. No. 3,959,974 to Thomas.

さらなる態様で、圧縮クランクシャフト07およびパワークランクシャフト08の適切な回転方向を実施するため、図16に示すように、第二のクランクシャフト連接棒13が利用される。   In a further embodiment, a second crankshaft connecting rod 13 is utilized, as shown in FIG. 16, to implement the proper direction of rotation of the compression crankshaft 07 and the power crankshaft 08.

図18を参照すると、一つのクランクシャフト連接棒14をタイミングベルトまたはチェーン機構15と組み合わせて有することにより、クランクシャフト07および08の回転方向を確立するための代替手段を実施することができる。図19に示すように、もう一つの態様では、チェーン機構またはタイミングベルト機構15そのものが、上述したクランクシャフト接続機構のいずれかに対する代替として働くことができる。   Referring to FIG. 18, by having one crankshaft connecting rod 14 in combination with a timing belt or chain mechanism 15, an alternative means for establishing the direction of rotation of the crankshafts 07 and 08 can be implemented. As shown in FIG. 19, in another embodiment, the chain mechanism or timing belt mechanism 15 itself can serve as an alternative to any of the crankshaft connection mechanisms described above.

図20および21は、クランクシャフト連接棒09に代わる代替機構を示す。図20は、互いに係合した3個の歯車32を含むクランクシャフト接続歯車機構30を示す。この態様では、両クランクシャフト07および08は一方向だけに回転する(3個の歯車を利用する)。図21は、偶数個の歯車32を有し、それにより、クランクシャフト07および08を反対方向に回転させるように構成された歯車機構40および42を接続するクランクシャフトの二つの態様を示す。   20 and 21 show an alternative mechanism to replace the crankshaft connecting rod 09. FIG. FIG. 20 shows a crankshaft connecting gear mechanism 30 that includes three gears 32 engaged with each other. In this embodiment, both crankshafts 07 and 08 rotate in only one direction (using three gears). FIG. 21 shows two embodiments of a crankshaft having an even number of gears 32, thereby connecting gear mechanisms 40 and 42 configured to rotate crankshafts 07 and 08 in opposite directions.

一つの態様では、取り入れ弁10は、大部分の4ストローク機関で取り入れ弁として使用されているものと同じ円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。取り入れ弁10は、周囲空気または気化空気/燃料装荷が圧縮シリンダ01に入るときそれらを制御する。圧縮シリンダ01は少なくとも一つの取り入れ弁を有する。好ましい態様では、圧縮ピストン03の瞬間的位置に対して、取り入れ弁の位置、機能、タイミングおよび動作は、従来の4ストローク内燃機関の取り入れ弁と同様または同一であることができる。   In one embodiment, the intake valve 10 is comprised of a shaft having the same conical sealing surface that is used as an intake valve in most 4-stroke engines. Intake valve 10 controls ambient air or vaporized air / fuel loads as they enter compression cylinder 01. The compression cylinder 01 has at least one intake valve. In a preferred embodiment, with respect to the instantaneous position of the compression piston 03, the position, function, timing and operation of the intake valve can be similar or identical to the intake valve of a conventional 4-stroke internal combustion engine.

一つの態様では、排気弁11は、大部分の4ストローク機関の排気弁に使用されているものと同じ円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。パワーシリンダ02上に位置する排気弁11は燃焼済みガス排出流を制御する。パワーシリンダ02は少なくとも一つの排気弁を有する。好ましい態様では、排気弁位置、機能、タイミングおよび動作方法は、周知の従来の4ストローク燃焼機関で見られる排気弁と同様または同一であることができる。   In one embodiment, the exhaust valve 11 is comprised of a shaft having the same conical sealing surface as used in most 4-stroke engine exhaust valves. An exhaust valve 11 located on the power cylinder 02 controls the burned gas exhaust flow. The power cylinder 02 has at least one exhaust valve. In a preferred embodiment, the exhaust valve position, function, timing and method of operation can be similar or identical to the exhaust valves found in known conventional four-stroke combustion engines.

図22を参照すると、一つの態様で、段間弁12は、円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。段間弁は、圧縮シリンダ01内の容積Bからの圧縮気流または圧縮気化空気/燃料装荷(本明細書でまとめて「燃料」または「燃料混合物」という)がパワーシリンダ02内の容積Cに押し込まれるときそれを制御する。段間弁12はまた、容積Cから容積Bへの燃料の逆流を防ぐ。段間弁12は、開放位置にあるとき、圧縮燃料が圧縮シリンダ01からパワーシリンダ02に流れ込むことを可能にする。燃焼中およびパワーストロークを通して、段間弁12は閉じたままである。一つの態様では、段間弁の動作機構は、周知の燃焼機関の取り入れまたは排気弁の機構と同様または同一であることができる。段間弁12の閉止または開放位置は、動的なDPCEシャフト/部品の一つ(たとえばピストン03)と結合または係合する機械的連結によって操作される。また、正確な弁動タイミングは多くのエンジニアリング設計考慮事項に依存するということが理解されよう。ただし、通例として、段間弁12は、排気弁11が閉じるころに開き、パワーストロークおよび排気ストロークの少なくとも大部分の間、閉じたままであるべきである。   Referring to FIG. 22, in one embodiment, the interstage valve 12 is composed of a shaft having a conical sealing surface. The interstage valve allows compressed airflow or compressed vaporized air / fuel loading (collectively referred to herein as “fuel” or “fuel mixture”) from volume B in compression cylinder 01 to be pushed into volume C in power cylinder 02. Control it when you are. Interstage valve 12 also prevents back flow of fuel from volume C to volume B. The interstage valve 12 allows compressed fuel to flow from the compression cylinder 01 into the power cylinder 02 when in the open position. The interstage valve 12 remains closed during combustion and throughout the power stroke. In one embodiment, the operating mechanism of the interstage valve can be similar or identical to the known combustion engine intake or exhaust valve mechanism. The closed or open position of the interstage valve 12 is manipulated by a mechanical connection that couples or engages one of the dynamic DPCE shafts / parts (eg, piston 03). It will also be appreciated that the exact valve timing depends on many engineering design considerations. However, as a rule, the interstage valve 12 should open when the exhaust valve 11 closes and remain closed during at least most of the power and exhaust strokes.

図23を参照すると、もう一つの態様で、予荷重ばね作動式逃がし弁17が段間弁12として働く。この態様は、連結ベースの作動機構を要しない自動弁を提供する。取り入れおよび仕事ストローク中、作動圧および予荷重ばね16がバルブステム17を強制的に閉止かつシールされた状態にさせる。圧縮および排気ストローク中、容積B中の増大した圧縮燃料圧が容積C中の低下した排気圧とともに弁の予荷重ばね16の力に打ち勝ち、ひいてはバルブステム17を開かせ、それにより、圧縮燃料がパワーシリンダ02のチャンバCに流れ込むことを可能にする。   Referring to FIG. 23, in another embodiment, a preloaded spring operated relief valve 17 serves as the interstage valve 12. This aspect provides an automatic valve that does not require a connection-based actuation mechanism. During intake and work strokes, the operating pressure and preload spring 16 forces the valve stem 17 to be closed and sealed. During the compression and exhaust stroke, the increased compressed fuel pressure in volume B overcomes the force of the valve preload spring 16 along with the reduced exhaust pressure in volume C, thus opening the valve stem 17 and thereby compressing the fuel. It is possible to flow into the chamber C of the power cylinder 02.

図24は、燃焼チャンバEと、プラグ弁19を包囲する円柱形またはリング状部分を有する弁18を含む独自の半自動段間弁との組み合わせを示す。この態様では、燃焼チャンバEは、弁18によって圧縮チャンバBからシールされ、弁19によって作動チャンバCからシールされる。ばね20が両方の弁18および19を同時にそれらの対応する閉止位置へと押す。スパークプラグ21が燃焼チャンバEの空洞の内部に位置している。燃焼チャンバEおよび段間弁の動作は以下のとおりである。図示するように、段階Jで、初期圧縮および排気ストローク中、ばね20がバルブステム18およびバルブステム19を押して両弁をシールされた閉止位置にとどまらせる。段階Hで、圧縮ストロークが進行すると、その圧縮空気/装荷圧が上昇し、一定の段階で、弁18に作用する上昇圧がばね20の予荷重力に打ち勝ち、それにより、弁18を開かせると、圧縮空気/装荷が燃焼チャンバEに流れ込む。段階Gで、圧縮およびワークピストンがそれらのTDC位置に接近すると、スパークプラグ21が点火され、パワーピストン22の突出部分23が弁19と機械的に係合して、それを動かし、弁19をシール解除(開放)させると、その弁が他方で弁18と係合し、それをその閉止位置へと押す。さらには、上昇する燃焼容積圧がパワーピストンとともに作用して弁18を強制的に閉止させる。段階Fで、燃焼が起こると、チャンバEの圧力が激烈かつ速やかに上昇し、弁18がすでに閉止されており、高温の燃焼流が弁19を通って流れ、パワーピストン22を押して弁19から離れさせる。   FIG. 24 shows a combination of the combustion chamber E and a unique semi-automatic interstage valve including a valve 18 having a cylindrical or ring-shaped portion surrounding the plug valve 19. In this embodiment, the combustion chamber E is sealed from the compression chamber B by the valve 18 and from the working chamber C by the valve 19. A spring 20 pushes both valves 18 and 19 simultaneously into their corresponding closed positions. A spark plug 21 is located inside the cavity of the combustion chamber E. The operation of the combustion chamber E and the interstage valve is as follows. As shown, at stage J, during the initial compression and exhaust stroke, spring 20 pushes valve stem 18 and valve stem 19 to keep both valves in the sealed closed position. In stage H, as the compression stroke progresses, the compressed air / load pressure rises, and at a certain stage, the rising pressure acting on the valve 18 overcomes the preload force of the spring 20, thereby opening the valve 18 Compressed air / load flows into the combustion chamber E. In stage G, when the compression and work pistons approach their TDC position, the spark plugs 21 are ignited, the protruding portion 23 of the power piston 22 mechanically engages the valve 19, moves it, When the seal is released (opened), the valve engages the valve 18 on the other side and pushes it to its closed position. Furthermore, the rising combustion volume pressure acts together with the power piston to forcibly close the valve 18. In stage F, when combustion occurs, the pressure in chamber E rises drastically and quickly, valve 18 is already closed, and a hot combustion stream flows through valve 19, pushing the power piston 22 from valve 19 Let go.

パワーピストン22が後退しても(パワーストローク中)、弁19は、チャンバCの高い燃焼圧と、今やその取り入れ段階にあるチャンバB内に存在するはるかに低い圧力との間に存在する圧力差のために、開いたままである。パワーストロークが終了するとともに燃焼チャンバおよび段間弁サイクルは終了する。そして、パワーピストン22がその排気ストロークを開始するとき、ばね20が弁19をその閉止位置に押し戻す。   Even if the power piston 22 is retracted (during the power stroke), the valve 19 will still have a pressure differential that exists between the high combustion pressure in chamber C and the much lower pressure that is present in chamber B that is now in its intake phase. For, remain open. As the power stroke ends, the combustion chamber and interstage valve cycle ends. Then, when the power piston 22 starts its exhaust stroke, the spring 20 pushes the valve 19 back to its closed position.

図25は、本発明の一つの態様の、過給能力を有するDPCEデュアルシリンダ構成を示す。図25に示すように、圧縮シリンダ部50はパワーシリンダ部52よりも大きく、したがって、より多量の空気/燃料混合物を圧縮チャンバB内で受け、圧縮することを可能にする。圧縮ストロークが完了すると、圧縮チャンバB中の圧縮空気/燃料混合物(すなわち「過給」燃料混合物)のより大きな体積および増大した圧力が段間弁12を介して燃焼チャンバC内に噴射される。したがって、より多量および/またはより高圧の燃料混合物をパワーシリンダ52の燃焼チャンバC内に噴射して、パワーストローク中、より大きな爆発、ひいてはより多くのエネルギーおよび仕事を与えることができる。   FIG. 25 shows a DPCE dual cylinder configuration with supercharging capability according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 25, the compression cylinder portion 50 is larger than the power cylinder portion 52, thus allowing a larger amount of air / fuel mixture to be received and compressed in the compression chamber B. When the compression stroke is complete, a greater volume and increased pressure of the compressed air / fuel mixture (ie, “supercharged” fuel mixture) in compression chamber B is injected into combustion chamber C via interstage valve 12. Thus, a larger and / or higher pressure fuel mixture can be injected into the combustion chamber C of the power cylinder 52 to provide a larger explosion and thus more energy and work during the power stroke.

上述したように、図26は、本発明の一つの態様の、圧縮シリンダ60がパワーシリンダ62からオフセットされて、2個のシリンダ間の熱伝熱性を最小限にしている代替DPCEデュアルシリンダ構成を示す。この態様では、段間弁12は、2個のシリンダ間の小さな重複区域に位置している。   As described above, FIG. 26 illustrates an alternative DPCE dual cylinder configuration in which the compression cylinder 60 is offset from the power cylinder 62 to minimize heat transfer between the two cylinders, according to one embodiment of the present invention. Show. In this embodiment, the interstage valve 12 is located in a small overlap area between the two cylinders.

図27は、本発明のさらなる態様の、両シリンダが互いに対して平行に構築され、両ピストンが並行に動くDPCEデュアルシリンダ構成を示す。この態様では、取り入れ、排気および段間弁は、上記と同じ方法で作動することができる。しかし、図27に示すように、段間弁は、第一および第二のシリンダを結合する横方向導管内に位置している。   FIG. 27 shows a DPCE dual cylinder configuration in which both cylinders are constructed parallel to each other and both pistons move in parallel, according to a further embodiment of the invention. In this aspect, the intake, exhaust and interstage valves can be operated in the same manner as described above. However, as shown in FIG. 27, the interstage valve is located in a lateral conduit connecting the first and second cylinders.

本発明の代替態様では、蒸気増強式ダブルピストン機関(SE-DPCE)は、燃焼チャンバ内の過剰な熱を使用して、加えられた水を蒸気に変換して機関効率および出力を高めるように構成されている。上記のDPCEと同様に、圧縮ストローク位置をパワーストローク位置から分けることが、有意に高い燃焼チャンバ温度の発生を可能にする。この態様では、上記のDPCEが、燃焼チャンバと排気通路との間に位置する独自のリング形の蒸気シリンダをさらに含むように拡張されている。SE-DPCEは、燃焼チャンバと、燃焼ピストンシリンダの周囲を覆う排気管シェルの内面との間に位置する区域に存在する集中熱を利用する。   In an alternative aspect of the present invention, a steam enhanced double piston engine (SE-DPCE) uses excess heat in the combustion chamber to convert the added water to steam to increase engine efficiency and power. It is configured. Similar to the DPCE described above, separating the compression stroke position from the power stroke position allows the generation of a significantly higher combustion chamber temperature. In this embodiment, the DPCE is expanded to further include a unique ring-shaped steam cylinder located between the combustion chamber and the exhaust passage. SE-DPCE utilizes concentrated heat that exists in the area located between the combustion chamber and the inner surface of the exhaust pipe shell that surrounds the periphery of the combustion piston cylinder.

図28は、本発明の一つの態様にしたがって、上記の類似した多くの特徴、すなわち、圧縮シリンダ01、パワーシリンダ02、圧縮ピストン03、パワーピストン04、2個の各連接棒05および06、圧縮クランクシャフト07、パワークランクシャフト08、クランクシャフト連接棒09、取り入れ弁10、燃焼排気弁11および段間弁12の一部を含むSE-DPCEの断面図を示す。圧縮シリンダ01は、圧縮ピストン03、取り入れ弁10および段間弁12を収容するピストン機関シリンダである。パワーシリンダ02は、パワーピストン04、排気弁11および段間弁12の一部を収容するピストン機関シリンダである。パワーシリンダ02はさらに、内側シリンダ02aおよび外側シリンダ02bを含む。パワーピストン04はさらに、ディスク形の内側ピストン04aおよびリング形の外側ピストン04bをさらに含むデュアルヘッドピストンをさらに含む。パワーシリンダ02はまた、外側パワーシリンダ02b内に位置し、圧縮シリンダ01まで延びる圧縮空気弁16、外側パワーシリンダ02b内に位置する蒸気/空気排気弁13、覆われた排気管14を含む外側排気シェルおよび熱隔離層15を含む。一つの態様では、パワーシリンダ02、02aおよび02bは、さらなる熱エネルギー利用のために高伝導性材料を使用して製造される。   FIG. 28 shows, according to one embodiment of the present invention, that many of the similar features described above: compression cylinder 01, power cylinder 02, compression piston 03, power piston 04, two connecting rods 05 and 06, compression A sectional view of SE-DPCE including a crankshaft 07, a power crankshaft 08, a crankshaft connecting rod 09, an intake valve 10, a combustion exhaust valve 11 and a part of an interstage valve 12 is shown. The compression cylinder 01 is a piston engine cylinder that houses the compression piston 03, the intake valve 10, and the interstage valve 12. The power cylinder 02 is a piston engine cylinder that houses a part of the power piston 04, the exhaust valve 11, and the interstage valve 12. The power cylinder 02 further includes an inner cylinder 02a and an outer cylinder 02b. The power piston 04 further includes a dual head piston further including a disk-shaped inner piston 04a and a ring-shaped outer piston 04b. The power cylinder 02 is also located in the outer power cylinder 02b and extends to the compression cylinder 01, the compressed air valve 16, the steam / air exhaust valve 13 located in the outer power cylinder 02b, the outer exhaust including the covered exhaust pipe 14 Includes shell and thermal isolation layer 15. In one embodiment, the power cylinders 02, 02a and 02b are manufactured using a highly conductive material for further thermal energy utilization.

一つの好ましい態様では、圧縮ピストン03は、機関の取り入れおよび圧縮ストロークのために働く。内側パワーピストン04aは、燃料燃焼パワーおよび排気(燃焼済み気体)ストロークのために働く。外側パワーピストン04bは、さらなるパワーを生成し、同時に、高温の圧縮空気を場合によっては蒸気/水とともに利用して、機関の過剰な熱の吸収によってチャンバcおよびパワーピストン04aを冷却するように働く。連接棒05および06は、圧縮ピストン03および両パワーピストン04aおよび04bをそれぞれのクランクシャフト07および08に接続する。圧縮クランクシャフト07は回転運動を圧縮ピストン03の往復運動に変換する。パワークランクシャフト08は内側および外側パワーピストン04aおよび04bの往復運動を機関回転出力運動に変換する。クランクシャフト連接棒09がパワークランクシャフト08の回転を圧縮クランクシャフト07の回転に伝達する。機関取り入れ弁10は、大部分の4ストローク機関で使用されているものと同じ円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。排気弁11は、大部分の4ストローク機関で使用されているものと同じ円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。段間弁12は、円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。   In one preferred embodiment, the compression piston 03 serves for engine intake and compression strokes. The inner power piston 04a serves for fuel combustion power and exhaust (burned gas) stroke. The outer power piston 04b generates additional power and at the same time utilizes hot compressed air, possibly with steam / water, to serve to cool the chamber c and power piston 04a by absorbing excessive heat of the engine . Connecting rods 05 and 06 connect the compression piston 03 and both power pistons 04a and 04b to the respective crankshafts 07 and 08. The compression crankshaft 07 converts rotational motion into reciprocating motion of the compression piston 03. The power crankshaft 08 converts the reciprocating motion of the inner and outer power pistons 04a and 04b into engine rotational output motion. The crankshaft connecting rod 09 transmits the rotation of the power crankshaft 08 to the rotation of the compression crankshaft 07. The engine intake valve 10 is comprised of a shaft having the same conical sealing surface as used in most 4-stroke engines. The exhaust valve 11 is composed of a shaft having the same conical sealing surface as that used in most 4-stroke engines. The interstage valve 12 is composed of a shaft having a conical sealing surface.

図29は、パワーシリンダ02:内側シリンダ02a内に位置するスパークプラグ22、内側シリンダ02a内に位置する燃料噴射ノズル20および外側シリンダ02b内に位置する水/蒸気噴射ノズル/弁21の断面斜視図を示す。さらなる態様では、SE-DPCE装置はさらに、電動スタータ、加圧潤滑システム、水量、圧力および温度を制御するための制御された水/蒸気システム、周知の高電圧タイミングおよびスパークプラグ電気システムならびに出力シャフトフライホイールを利用することができる。燃焼排気弁11は、大部分の4ストローク機関に使用されているものと同じ円錐形のシール面を有するシャフトを含む。開放時、弁11は、燃焼済みの高温気体を燃焼チャンバから出し、覆われた排気シェル14に流れ込ませることができる。段間弁12は、円錐形のシール面を有するシャフトで構成されている。開放時、段間弁12は、圧縮された装荷(燃料空気混合物)を圧縮チャンバから燃焼チャンバに押し込むことができる。蒸気/水出口弁13は、機械的に開閉するように構成されている。開放時、弁13は、膨張した蒸気水混合物をパワーピストン4bによって押し出して二次パワーチャンバEから放出して給水閉ループシステム(図示せず)に戻すか、あるいは機関から完全に出すことができる。   FIG. 29 is a cross-sectional perspective view of a power cylinder 02: a spark plug 22 located in the inner cylinder 02a, a fuel injection nozzle 20 located in the inner cylinder 02a, and a water / steam injection nozzle / valve 21 located in the outer cylinder 02b. Indicates. In a further aspect, the SE-DPCE device further includes an electric starter, a pressurized lubrication system, a controlled water / steam system for controlling water volume, pressure and temperature, a well-known high voltage timing and spark plug electrical system and an output shaft. A flywheel can be used. The combustion exhaust valve 11 includes a shaft having the same conical sealing surface as used in most 4-stroke engines. When opened, the valve 11 allows combusted hot gas to exit the combustion chamber and flow into the covered exhaust shell 14. The interstage valve 12 is composed of a shaft having a conical sealing surface. When open, the interstage valve 12 can push the compressed load (fuel air mixture) from the compression chamber into the combustion chamber. The steam / water outlet valve 13 is configured to open and close mechanically. Upon opening, the valve 13 can push the expanded steam water mixture through the power piston 4b and discharge it from the secondary power chamber E back to the feed water closed loop system (not shown) or completely out of the engine.

パワーシリンダ02はさらに、同じく機械的に開閉するように構成されている圧縮空気接続弁16を含む。開放時、弁16は、圧縮された高温空気を機関圧縮チャンバから二次パワーチャンバEに押し込むことができる。熱隔離層15は、熱エネルギーの脱出を防ぐ外部熱隔離シールドである。このシールド15を利用することにより、機関の過剰な熱の大部分を強制的に機関内部構造内にとどまらせ、ひいては二次パワーチャンバEによってさらなる有用な仕事に変換される。燃焼噴射ノズル20は、燃料噴霧ノズルを含む機械的に作動する弁である。一つの態様では、所定の機関サイクル時間バンドを通して作動する直接加圧燃料噴射システムが燃料を燃焼チャンバに押し込む。このシステムの使用は、燃料が、送り込まれる給気中に事前に噴霧されるか、機関圧縮ストローク中に噴霧されるかのいずれかである通常の気化器燃料供給システムに代わるものである。   The power cylinder 02 further includes a compressed air connection valve 16 that is also configured to mechanically open and close. When opened, the valve 16 can push compressed hot air from the engine compression chamber into the secondary power chamber E. The thermal isolation layer 15 is an external thermal isolation shield that prevents escape of thermal energy. By utilizing this shield 15, most of the engine's excess heat is forced to stay within the engine internal structure, which in turn is converted to further useful work by the secondary power chamber E. The combustion injection nozzle 20 is a mechanically operated valve that includes a fuel spray nozzle. In one embodiment, a directly pressurized fuel injection system operating through a predetermined engine cycle time band pushes fuel into the combustion chamber. The use of this system replaces the normal carburetor fuel supply system where fuel is either pre-sprayed during the incoming charge or sprayed during the engine compression stroke.

パワーシリンダ02はさらに、機械的に開閉するように構成され、水噴霧ノズルをさらに含む水噴射弁21を含む。所定の機関サイクル時間バンドを通して作動する加圧水噴射システムが水を二次パワーチャンバEに押し込む。水は蒸発して加圧高温蒸気になり、したがって、高い圧力を発生させ、同時にシリンダ2aを冷却する。燃料空気圧縮混合物爆発を開始するためにスパークプラグ22が使用される。最後に、図29は、さらなる熱を維持し、パワーシリンダに与えるために二次パワーシリンダ周囲を覆う排気通路23の断面図を示す。   The power cylinder 02 further includes a water injection valve 21 that is configured to mechanically open and close and further includes a water spray nozzle. A pressurized water injection system operating through a predetermined engine cycle time band pushes water into the secondary power chamber E. The water evaporates into pressurized hot steam, thus generating a high pressure and simultaneously cooling the cylinder 2a. A spark plug 22 is used to initiate a fuel-air compressed mixture explosion. Finally, FIG. 29 shows a cross-sectional view of the exhaust passage 23 that covers the periphery of the secondary power cylinder to maintain additional heat and provide it to the power cylinder.

再び図28を参照すると、圧縮ピストン03およびパワーピストン04がいずれもTDC位置にあるとき、シリンダ01のチャンバB中の利用可能な容積が最小限になる。TDCでは、シリンダ02aおよび02bもまた、それぞれの収容されたチャンバCおよびEにおいて最小限の容積を有する。一つの態様では、パワークランクシャフト08は時計回りに回転し、連接棒09を動かし、圧縮クランクシャフト07を時計回りに回転させる。クランクシャフト07および08の回転がピストン03および04を作動させて対称な同期的往復運動を行わせ、圧縮ピストン03およびパワーピストン04が内外方向に等しく対称的に動く。本発明の代替態様では、圧縮ピストン03および内側パワーピストン04aまたは外側パワーピストン04bのいずれかまたは両方の相対的位置の間に位相遅延または位相先行を導入することもできる。   Referring again to FIG. 28, the available volume in chamber B of cylinder 01 is minimized when both compression piston 03 and power piston 04 are in the TDC position. In TDC, cylinders 02a and 02b also have a minimal volume in their respective chambers C and E. In one embodiment, the power crankshaft 08 rotates clockwise, moves the connecting rod 09 and rotates the compression crankshaft 07 clockwise. The rotation of the crankshafts 07 and 08 actuates the pistons 03 and 04 to perform a symmetrical synchronous reciprocating motion, so that the compression piston 03 and the power piston 04 move equally symmetrically inward and outward. In an alternative embodiment of the invention, a phase delay or phase lead may be introduced between the relative positions of either or both the compression piston 03 and the inner power piston 04a or the outer power piston 04b.

本発明の一つの態様では、SE-DPCEサイクルは、圧縮ピストンがそのTDCを通過し、取り入れ弁10が開くと同時に始まる。周囲の空気が圧縮シリンダ01のチャンバBに流れ込む。圧縮クランクシャフト07が回転し、圧縮ピストン03がそのBDCに達するまで動き、BDCに達すると、その時点で取り入れ弁10は閉じる。次に、圧縮ピストン03は、TDCに向けて戻るその往復運動を実行し、チャンバB内の空気圧および温度を上昇させる。様々な所定の時点で、段間弁12および接続弁16の一方または両方が開く。接続弁16は、圧縮空気を比較的高圧のチャンバBからより低圧の燃焼チャンバCおよびリング形の空気/水/蒸気チャンバEに押し込むことを可能にする。一つの態様で、圧縮ピストン03およびパワーピストン04がそのTDCに達するとき、圧縮空気はパワーシリンダ02に実質的に移される。圧縮空気がパワーシリンダ02に移され終えるころ、段間弁12および圧縮空気弁16が閉じる。燃料が燃料噴射ノズル20を介してチャンバC内に噴射され、温度制御された水が水噴射弁21(図29)を介してチャンバE内に噴霧および/または噴射される。温度制御された水は、弁12および16が閉じ終わる前、その最中またはその後でチャンバE内に加えることができる。スパークプラグ22(図29)が点火して燃焼を生じさせ、それが内側パワーピストン04aをそのBDCに向けて強く押しやる。同時に、チャンバE内の噴射された水および圧縮空気が膨張し、蒸発して蒸気になり、それが他方でチャンバE中の圧を劇的に高める。この増大した圧が外側パワーピストン04bをBDCに向けて強く押しやる。水から蒸気への転換(相変化)中、チャンバC中で燃焼の間に発生する機関の過剰な熱はチャンバEへと効率的かつ生産的に除去される。   In one embodiment of the invention, the SE-DPCE cycle begins as soon as the compression piston passes through its TDC and the intake valve 10 opens. Ambient air flows into chamber B of compression cylinder 01. The compression crankshaft 07 rotates and moves until the compression piston 03 reaches its BDC, at which point the intake valve 10 closes. The compression piston 03 then performs its reciprocation back towards the TDC, increasing the air pressure and temperature in chamber B. At various predetermined times, one or both of the interstage valve 12 and the connection valve 16 are open. The connection valve 16 allows compressed air to be pushed from a relatively high pressure chamber B into a lower pressure combustion chamber C and a ring-shaped air / water / steam chamber E. In one embodiment, the compressed air is substantially transferred to the power cylinder 02 when the compressed piston 03 and the power piston 04 reach their TDC. When the compressed air is transferred to the power cylinder 02, the interstage valve 12 and the compressed air valve 16 are closed. Fuel is injected into the chamber C through the fuel injection nozzle 20, and water whose temperature is controlled is sprayed and / or injected into the chamber E through the water injection valve 21 (FIG. 29). Temperature controlled water can be added into chamber E before, during, or after valves 12 and 16 are closed. The spark plug 22 (FIG. 29) ignites and causes combustion, which strongly pushes the inner power piston 04a toward its BDC. At the same time, the injected water and compressed air in chamber E expands and evaporates to vapor, which on the other hand dramatically increases the pressure in chamber E. This increased pressure strongly pushes the outer power piston 04b toward the BDC. During the water-to-steam conversion (phase change), excess engine heat generated during combustion in chamber C is efficiently and productively removed into chamber E.

パワーピストン04がTDCに向けて戻り始めると、SE-DPCEサイクルは終了する。同時に、排気弁11が開き、高温の燃焼産物が排気弁11からポート19内に送られ、次に、外側シリンダ02bの周囲を覆う管内に押し込まれ、区域Dを介して放出され、それによってシリンダ02bを加熱する。同時またはほぼ同時に、排気弁11が開き、蒸気出口弁13が開き、チャンバEの以前に抽出された生成物(蒸気、水、空気)が給水閉ループシステムにリサイクルされる。一つの態様では、蒸気出口弁13が開き、チャンバEの以前に抽出された生成物(たとえば蒸気、水、空気)は、さらなるエネルギー再生のために水または蒸気をリサイクルすることなく、機関から抜かれるか、放出される。代替態様では、エネルギーを節約するため、水および/または蒸気はリサイクルされ、チャンバE中のリサイクルされた液体は、噴射されてくる水を予熱するために使用されることができる。パワーピストン04がTDCに達する前に、排気弁11および蒸気出口弁13が再び閉じる。圧縮ピストン03がそのBDCに向けて後退し、取り入れ弁10が再び開くと、新たなサイクルが始まる。一つの態様では、SE-DPCE熱エネルギー損失を最小限にするため、外側パワーシリンダ02の外周は熱隔離材料層15によって覆われている。   The SE-DPCE cycle ends when the power piston 04 begins to return toward the TDC. At the same time, the exhaust valve 11 opens and the hot combustion products are sent from the exhaust valve 11 into the port 19 and then pushed into the tube that surrounds the outer cylinder 02b and discharged through the area D, thereby the cylinder Heat 02b. Simultaneously or nearly simultaneously, the exhaust valve 11 opens, the steam outlet valve 13 opens, and the previously extracted product (steam, water, air) in chamber E is recycled to the feed water closed loop system. In one embodiment, the steam outlet valve 13 opens and the previously extracted product (e.g., steam, water, air) in chamber E is withdrawn from the engine without recycling water or steam for further energy regeneration. Or released. In an alternative embodiment, water and / or steam can be recycled to save energy, and the recycled liquid in chamber E can be used to preheat the injected water. Before the power piston 04 reaches TDC, the exhaust valve 11 and the steam outlet valve 13 are closed again. When the compression piston 03 retracts toward its BDC and the intake valve 10 opens again, a new cycle begins. In one embodiment, the outer periphery of the outer power cylinder 02 is covered with a thermal isolation material layer 15 to minimize SE-DPCE thermal energy loss.

図30に示す一つの態様では、ピストン04は、燃焼産物およびより高温のシリンダ面に隣接および/または直接接触している高温区分30を含む。高温区分30は、カーボンまたはセラミックのような耐熱材料で作られている。このピストン区分は縦方向の力だけを担持する。二次的なスライドディスク36がスライドする横方向摩擦力の大部分を受ける。区分30はピストン04の高温部分であり、少量の水および蒸気漏れを利用して冷却され、潤滑される。区分32はピストン04のより低温の部分であり、周知のピストン機関潤滑法を利用してさらに冷却され、潤滑される。ディスク38がオイル潤滑低温区分32をより高温のピストン蒸気潤滑区分30から切り離す。パワー連接棒06がピストンの耳状部34をパワークランクシャフト08に接続する。   In one embodiment shown in FIG. 30, the piston 04 includes a hot section 30 that is adjacent and / or in direct contact with the combustion products and the hotter cylinder surface. The high temperature section 30 is made of a heat resistant material such as carbon or ceramic. This piston section carries only a longitudinal force. The secondary sliding disk 36 receives most of the lateral frictional force that slides. Section 30 is the hot part of piston 04 and is cooled and lubricated using a small amount of water and steam leakage. Section 32 is the cooler portion of piston 04 and is further cooled and lubricated using known piston engine lubrication techniques. A disk 38 decouples the oil lubricated cold section 32 from the hotter piston steam lubricated section 30. A power connecting rod 06 connects the piston ear 34 to the power crankshaft 08.

図31は、本発明の一つの局面のパワーピストン04の構成および潤滑を示す。一つの態様では、燃焼プロセスと直接係わり合うパワーシリンダ02ならびにピストン04、04aおよび04b面はセラミックで補強されている。パワーシリンダ02ならびにピストン04、04aおよび04bのセラミック面は水/蒸気冷却され、潤滑される。外側パワーピストン04bがBDCに近づくにつれ、少量の蒸気がノズルを通ってパワーピストン04と内側および外側パワーピストン04aおよび04bとの間の区域に放出される。高温ピストン部の横方向力は、ピストンの横方向応力の大部分を担持し、周知の方法を使用してオイル潤滑されるさらなるピストンスライドディスク36によって吸収される。ピストンスライドディスク36はクランクシャフト08の周囲の区域をパワーシリンダ02内の残り区域から切り離し、シールする。このように、本発明の革新的な冷却および潤滑局面を利用することにより、SE-DPCEは、より高い温度の下で作動することができる。   FIG. 31 shows the construction and lubrication of the power piston 04 of one aspect of the present invention. In one embodiment, the surfaces of the power cylinder 02 and the pistons 04, 04a and 04b that are directly involved in the combustion process are reinforced with ceramic. The ceramic surfaces of the power cylinder 02 and the pistons 04, 04a and 04b are water / steam cooled and lubricated. As the outer power piston 04b approaches the BDC, a small amount of steam is released through the nozzle into the area between the power piston 04 and the inner and outer power pistons 04a and 04b. The lateral force of the hot piston part carries most of the piston lateral stress and is absorbed by an additional piston slide disk 36 that is oil lubricated using known methods. The piston slide disk 36 separates the area around the crankshaft 08 from the remaining area in the power cylinder 02 and seals it. Thus, by utilizing the innovative cooling and lubrication aspects of the present invention, SE-DPCE can operate at higher temperatures.

オイル分離ディスク36は、機関クランクシャフトの回転中にピストン04の横滑り摩擦力の大部分を受け、機械油はシリンダ面48(シリンダ02とピストン04との間)に向けて流れることができる。一つの態様では、機関共通のシールリング42がディスク36の周囲に設置されてもよい。ピストンおよびシリンダ滑り面46および50は水および蒸気を冷却および潤滑液として使用し、そのような物質はドレンポート44を介してシリンダ02から抜き取られる。   The oil separation disk 36 receives most of the side-slip friction force of the piston 04 during the rotation of the engine crankshaft, and the machine oil can flow toward the cylinder surface 48 (between the cylinder 02 and the piston 04). In one embodiment, a common engine seal ring 42 may be installed around the disk 36. Piston and cylinder sliding surfaces 46 and 50 use water and steam as cooling and lubricating liquid, and such material is withdrawn from cylinder 02 via drain port 44.

図32は、SE-DPCEが分割圧縮ピストン03を含む本発明のもう一つの態様を示す。圧縮ピストン03は、内側圧縮ピストン03aと外側圧縮ピストン03bとに分割されている。内側圧縮ピストン03aは、取り入れ弁54を介して周囲の空気を場合によっては気化燃料とともに吸い込み、それを段間弁12に通して圧縮して燃焼チャンバCに入れる。外側圧縮ピストン03bは、取り入れ弁10を介して周囲の空気を吸い込み、それを接続取り入れ弁16に通して圧縮して空気−蒸気チャンバEに入れる。また、一つの態様では、水が空気取り入れチャンバFに加えられたのち、接続取り入れ弁16に通して圧縮されてチャンバEに入れられるか、または、水は、水噴射ノズル21(図29)を介して直接チャンバE内に噴射されることもできる。分割圧縮ピストン構造は、機関が、チャンバGに吸い込まれる気化燃料を利用することを可能にする。加えて、分割圧縮ピストンおよびチャンバ構造は、送り込まれる全空気をチャンバFとチャンバGとの間で容積的に分割し、各チャンバFおよびGの容積を独立して決定することができるようにSE-DPCEを設計することを可能にする。   FIG. 32 shows another embodiment of the present invention in which the SE-DPCE includes a split compression piston 03. The compression piston 03 is divided into an inner compression piston 03a and an outer compression piston 03b. The inner compression piston 03a sucks ambient air, possibly with vaporized fuel, through intake valve 54, compresses it through interstage valve 12, and enters combustion chamber C. The outer compression piston 03b sucks ambient air through the intake valve 10 and compresses it through the connection intake valve 16 into the air-steam chamber E. Also, in one embodiment, water is added to the air intake chamber F and then compressed through the connection intake valve 16 into chamber E, or the water is passed through the water injection nozzle 21 (FIG. 29). It can also be injected directly into the chamber E. The split compression piston structure allows the engine to utilize vaporized fuel that is drawn into chamber G. In addition, the split compression piston and chamber structure SE separates all incoming air volumetrically between chamber F and chamber G so that the volume of each chamber F and G can be determined independently. -Allows you to design DPCE.

図33は、SE-DPCEが、一次燃焼システムが燃料−空気燃焼プロセスを利用し、二次水−蒸気−空気システムが過剰な機関熱を利用する二つの別個のパワー発生装置を含む本発明のもう一つの態様を示す。この態様では、一次燃焼システムは、圧縮ピストン03a、パワーピストン04a、取り入れ弁54、排気弁11、段間弁12および出力シャフト08を含む。一つの態様で、排気弁11からの排気は、上記のように、シリンダ加熱ポート19に入力されてシリンダ02bを加熱する。二次水−蒸気−空気システムは、圧縮ピストン03b、パワーピストン04b、取り入れ弁10、段間弁16、蒸気/空気排気弁13および二次パワー出力シャフト60を含む。一次燃焼システムは、上記のように燃料および空気を機関仕事に変換する。一つの態様で、二次水−蒸気−空気システムは、一次燃焼システムと実質的に同一のピストン往復運動、連接棒運動およびクランクシャフト回転を利用する。しかし、二次水−蒸気−空気システムでは、加熱された空気、水および/または蒸気を使用して機関仕事を発生させることができる。各パワー発生システムはそれ自体の作動弁を作動させる。一次燃焼システムは、一つの態様では、弁54、12および11ならびに任意の燃焼噴射システムを作動させる。この態様では、二次システムは、弁16および13ならびに場合によっては水チャンバE直接噴射システム(ノズル24、図29)を作動させる。上記説明にしたがって、一部の態様では、一次圧縮ピストン03aおよび一次パワーピストン04aは、異なる時間でそれぞれのTDC位置に達するように位相差をもって作動するように構成されている。同様に、二次圧縮ピストン03bおよび二次パワーピストン04bはまた、互いに位相差をもって作動するように構成することもできる。   FIG. 33 shows that the SE-DPCE includes two separate power generators in which the primary combustion system utilizes a fuel-air combustion process and the secondary water-steam-air system utilizes excess engine heat. Another embodiment is shown. In this embodiment, the primary combustion system includes a compression piston 03a, a power piston 04a, an intake valve 54, an exhaust valve 11, an interstage valve 12, and an output shaft 08. In one embodiment, the exhaust from the exhaust valve 11 is input to the cylinder heating port 19 to heat the cylinder 02b as described above. The secondary water-steam-air system includes a compression piston 03b, a power piston 04b, an intake valve 10, an interstage valve 16, a steam / air exhaust valve 13, and a secondary power output shaft 60. The primary combustion system converts fuel and air into engine work as described above. In one embodiment, the secondary water-steam-air system utilizes substantially the same piston reciprocation, connecting rod motion and crankshaft rotation as the primary combustion system. However, in secondary water-steam-air systems, heated air, water and / or steam can be used to generate engine work. Each power generation system operates its own actuation valve. The primary combustion system, in one embodiment, operates valves 54, 12 and 11 and any combustion injection system. In this embodiment, the secondary system activates valves 16 and 13 and possibly water chamber E direct injection system (nozzle 24, FIG. 29). In accordance with the above description, in some aspects, the primary compression piston 03a and the primary power piston 04a are configured to operate with a phase difference to reach their respective TDC positions at different times. Similarly, the secondary compression piston 03b and the secondary power piston 04b can also be configured to operate with a phase difference from each other.

一つの態様では、SE-DPCEは、二次的なパワー出力のために働く以下の動的部品を利用する(さらなる機関パワー出力のために機関熱を利用する圧縮およびパワーピストン動)。二次的パワー出力は、リング圧縮ピストン03bおよびリング出力ピストン04bを含む2個のピストン、2個の圧縮接続ロッド70、圧縮クランクシャフト68、パワークランクシャフト60、パワークランクシャフト連接棒64およびクランクシャフト連接棒66を含む。連接棒はそれぞれのピストンをそれぞれのクランクシャフトに接続する。圧縮クランクシャフト68は回転動を圧縮リングピストン03bの往復運動に変換する。出力クランクシャフト60は、出力パワーリングピストン04bの往復運動を二次的出力60の回転運動に変換する。クランクシャフト接続棒66は、クランクシャフト62を使用して出力パワークランクシャフト60の回転を圧縮クランクシャフト68の回転に伝達する。   In one embodiment, the SE-DPCE utilizes the following dynamic components that work for secondary power output (compression and power piston motion that utilizes engine heat for additional engine power output). Secondary power output includes two pistons, including ring compression piston 03b and ring output piston 04b, two compression connecting rods 70, compression crankshaft 68, power crankshaft 60, power crankshaft connecting rod 64 and crankshaft Includes connecting rod 66. A connecting rod connects each piston to each crankshaft. The compression crankshaft 68 converts rotational motion into reciprocating motion of the compression ring piston 03b. The output crankshaft 60 converts the reciprocating motion of the output power ring piston 04b into the rotational motion of the secondary output 60. The crankshaft connecting rod 66 uses the crankshaft 62 to transmit the rotation of the output power crankshaft 60 to the rotation of the compression crankshaft 68.

一つの態様では、一次シャフト08と二次シャフト60との間には機関内部係合はない。この態様では、各システムは独立しており、各シャフトのパワーおよび速度は機関動作条件および機関入力パラメータに依存する。さらなる態様では、SE-DPCEは、気化燃料/空気装荷を受け、燃焼の燃料噴射法を実行することができる。そして、さらに別の態様では、SE-DPCEは、空気および水ならびに水、それに続いて、チャンバE内に直接噴霧された水を受けることができる。本発明のもう一つの態様では、SE-DPCEは、機関温度、RPM、機関トルク、燃料消費、噴射水温および噴射水量をモニタする電子最適化管理コンピュータ(図示せず)を利用する。コンピュータは、これら種々の機関物理的パラメータを解析し、それに応じて、噴射水量、温度および噴射燃料量を最良な性能のために調節する。   In one embodiment, there is no engine internal engagement between the primary shaft 08 and the secondary shaft 60. In this embodiment, each system is independent and the power and speed of each shaft depends on engine operating conditions and engine input parameters. In a further aspect, the SE-DPCE may receive a vaporized fuel / air load and perform a fuel injection method of combustion. And in yet another aspect, the SE-DPCE can receive air and water and water followed by water sprayed directly into chamber E. In another aspect of the invention, the SE-DPCE utilizes an electronic optimization management computer (not shown) that monitors engine temperature, RPM, engine torque, fuel consumption, jet water temperature, and jet water volume. The computer analyzes these various engine physical parameters and adjusts the injected water quantity, temperature and injected fuel quantity accordingly for best performance.

本発明の種々の他の態様では、SE-DPCEは、いくつかのさらなる特徴のいずれかを有することができる。一つの態様では、水蒸気チャンバEは、圧縮空気ではなく水および/または蒸気で作動する。ピストンがTDCに達すると、水および/または蒸気がチャンバE内に噴射される。燃焼ピストン03は、圧縮空気を段間弁12を介してのみチャンバCに移送する。上記のような水冷および仕事発生機能は、チャンバE内に噴射される水およびそれに伴う蒸気への相変化で実施される。ピストン後退の間、ピストンがTDCに向けて動くとき、チャンバEの蒸気および/または水は蒸気/空気排気弁13を介して放出される。さらなる態様では、より良好な機関性能のために、蒸気はより高い温度まで加熱されることもできる。   In various other aspects of the invention, the SE-DPCE can have any of several additional features. In one embodiment, the water vapor chamber E operates with water and / or steam rather than compressed air. When the piston reaches TDC, water and / or steam is injected into chamber E. The combustion piston 03 transfers the compressed air to the chamber C only via the interstage valve 12. The water cooling and work generation functions as described above are performed by the phase change to water injected into the chamber E and the steam accompanying it. During piston retraction, the steam and / or water in chamber E is released via the steam / air exhaust valve 13 as the piston moves toward TDC. In a further aspect, the steam can be heated to higher temperatures for better engine performance.

もう一つの代替態様では、水および/または蒸気に代えて別の液体または気体、たとえばアンモニア、フレオン、エタノールまたは他の適当な膨張性液体(気体を含む)を用いてもよい。   In another alternative, another liquid or gas may be used in place of water and / or vapor, such as ammonia, freon, ethanol or other suitable expansive liquid (including gas).

さらなる態様では、水または蒸気ではなく圧縮空気のみがチャンバE内に噴射される。   In a further embodiment, only compressed air is injected into chamber E, not water or steam.

もう一つの態様では、ボイラ層71が、流体および/または気体を内部に保持するための複数の通路71を含み、ボイラ層71は、燃焼チャンバハウジング02の少なくとも一部の周囲を覆っている。図34に示すように、一つの態様では、ボイラ層/通路71は、覆われた排気管14の通路14によって包囲され、それら両方が熱隔離/断熱層15によって包囲されている。通路71および14の断面図は、例示のためだけに、それぞれ正方形および円形として示されていることが理解されよう。実際の実施では、所望の形をこれらの通路に利用することができる。代替態様では、通路71および/または通路14は、それぞれ、流体および/または気体を内部に保持するための、燃焼チャンバハウジングの周囲を覆う単一の大きめの通路または経路として構成されることもできる。一つの態様では、外部供給源(図示せず)からの加圧された水または他の流体が水圧ポンプ(図示せず)によって入口72を介してボイラ通路71に押し込まれる。燃焼チャンバC、シリンダ02および内側の覆われた排気層14の温度は非常に高いため、入口72内に流入または噴射される水(または他の液体)は急速に高圧蒸気に変化する。一つの態様では、その後、高圧蒸気は蒸気出口74から外部蒸気ピストン機関(図示せず)または蒸気タービン(図示せず)に向けて送られ、これが、蒸気エネルギーをさらなる有用な機械的仕事、たとえば発電機を回転させたり、SE-DPCE主出力シャフト08と機械的に係合したりする仕事に変換する。熱隔離層15がSE-DPCE熱エネルギーの大部分を機関構造内に維持する。パワーピストン04がその排気ストロークを開始すると、高温燃焼ガスが排気弁11を通って入口排気ラップポート19内に流れ込み、それによって内側の覆われた排気層14を加熱する。それらの熱エネルギーの一部を水/蒸気ラップ管14に移したのち、排ガスが出力口Dを介して機関から放出される。   In another aspect, the boiler layer 71 includes a plurality of passages 71 for retaining fluid and / or gas therein, and the boiler layer 71 covers at least a portion of the combustion chamber housing 02. As shown in FIG. 34, in one embodiment, the boiler layer / passage 71 is surrounded by the passage 14 of the covered exhaust pipe 14, both of which are surrounded by the thermal isolation / insulation layer 15. It will be appreciated that the cross-sectional views of passages 71 and 14 are shown as squares and circles, respectively, for illustrative purposes only. In actual implementation, the desired shape can be utilized for these passages. In alternative embodiments, the passage 71 and / or the passage 14 may each be configured as a single larger passage or path that surrounds the combustion chamber housing to retain fluid and / or gas therein. . In one embodiment, pressurized water or other fluid from an external source (not shown) is forced into boiler passage 71 via inlet 72 by a hydraulic pump (not shown). Since the temperature of the combustion chamber C, cylinder 02 and inner covered exhaust layer 14 is very high, the water (or other liquid) flowing or injected into the inlet 72 rapidly changes to high pressure steam. In one embodiment, the high pressure steam is then routed from the steam outlet 74 towards an external steam piston engine (not shown) or a steam turbine (not shown), which converts the steam energy into further useful mechanical work, such as It is converted into work that rotates the generator or mechanically engages the SE-DPCE main output shaft 08. A thermal isolation layer 15 maintains most of the SE-DPCE thermal energy within the engine structure. When the power piston 04 begins its exhaust stroke, hot combustion gas flows through the exhaust valve 11 and into the inlet exhaust lap port 19, thereby heating the inner exhaust layer 14 covered. After transferring a part of the heat energy to the water / steam wrap pipe 14, the exhaust gas is discharged from the engine through the output port D.

上記の方法および装置を実施することにより、SE-DPCE態様は、以前には使用されなかった熱エネルギーを使用することによって蒸気エネルギーを発生させ、利用する。そして、発生した蒸気エネルギーは、さらなる機械的仕事を生成するために使用される。一つの態様では、蒸気エネルギーは、補助的な蒸気機関または蒸気タービンによって利用され、その機関またはタービンが蒸気エネルギーをさらなる仕事に変換する。   By implementing the method and apparatus described above, the SE-DPCE embodiment generates and utilizes steam energy by using heat energy that was not previously used. The generated steam energy is then used to generate further mechanical work. In one embodiment, the steam energy is utilized by an auxiliary steam engine or steam turbine that converts the steam energy into further work.

当業者が本明細書を検討すると明らかであるように、機関取り入れおよび圧縮ピストンが燃焼および排気の高温の影響から物理的に切り離される他の態様が同じく可能である。本発明の様々な態様を例示し、説明したが、当業者は、態様の上記説明が例示的なものにすぎず、上記に開示した装置および技術を改変または変形して本発明を実施することもできることを理解するであろう。当業者は、通常の域を超えない程度の実験を使用して、本明細書に記載する発明の特定の態様に対する多くの等価物を知り、あるいは確かめることができるであろう。そのような改変、変形および等価物は、請求の範囲に述べる本発明の本質および範囲に入ると考えられる。   As will be apparent to those skilled in the art upon reviewing this specification, other ways in which the engine intake and compression pistons are physically separated from the high temperature effects of combustion and exhaust are also possible. While various aspects of the invention have been illustrated and described, those skilled in the art will appreciate that the above description of the aspects is merely exemplary and that the invention may be modified or modified to practice the invention. You will understand that you can also. Those skilled in the art will know, or be able to ascertain using no more than routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments of the invention described herein. Such modifications, variations and equivalents are considered to be within the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims.

クランクシャフト角が270°の状態で示されている本発明の一つの態様のDPCE装置の略側断面図である。It is a schematic sectional side view of the DPCE device of one embodiment of the present invention shown with a crankshaft angle of 270 °. クランクシャフト角が315°の状態で示されている図1のDPCE装置の略側断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of the DPCE device of FIG. 1 shown with a crankshaft angle of 315 °. クランクシャフト角が330°の状態で示されている図1のDPCE装置の略側断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional side view of the DPCE device of FIG. 1 shown with a crankshaft angle of 330 °. クランクシャフト角が0°の状態で示されている図1のDPCE装置の略側断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional side view of the DPCE device of FIG. 1 shown with a crankshaft angle of 0 °. クランクシャフト角が45°の状態で示されている図1のDPCE装置の略側断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of the DPCE device of FIG. 1 shown with a crankshaft angle of 45 °. クランクシャフト角が90°の状態で示されている図1のDPCE装置の略側断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional side view of the DPCE device of FIG. 1 shown with a crankshaft angle of 90 °. クランクシャフト角が135°の状態で示されている図1のDPCE装置の略側断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of the DPCE device of FIG. 1 shown with a crankshaft angle of 135 °. クランクシャフト角が180°の状態で示されている図1のDPCE装置の略側断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional side view of the DPCE device of FIG. 1 shown with a crankshaft angle of 180 °. クランクシャフト角が225°の状態で示されている図1のDPCE装置の略側断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of the DPCE device of FIG. 1 shown with a crankshaft angle of 225 °. 本発明の一つの態様の、空冷圧縮シリンダおよび排気加熱パワーシリンダを有するDPCE装置の略側断面図である。1 is a schematic sectional side view of a DPCE apparatus having an air-cooled compression cylinder and an exhaust heating power cylinder according to one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の、水冷圧縮チャンバおよび排気加熱パワーチャンバを有するDPCE装置の略側断面図である。1 is a schematic cross-sectional side view of a DPCE apparatus having a water-cooled compression chamber and an exhaust heating power chamber according to one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様のDPCE圧縮およびパワーピストンの三次元(3D)略図である。3 is a three-dimensional (3D) schematic diagram of a DPCE compression and power piston of one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様のDPCE圧縮およびパワークランクシャフトの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE compression and power crankshaft of one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様のDPCE圧縮およびパワークランクシャフトの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE compression and power crankshaft of one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の、クランクシャフト連接棒を示すDPCEクランクシャフトシステムの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE crankshaft system showing a crankshaft connecting rod according to one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の、2個のクランクシャフト連接棒を有するDPCEクランクシャフトシステムの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE crankshaft system having two crankshaft connecting rods according to one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の、異なるクランクシャフト角を示すDPCEクランクシャフトシステムの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE crankshaft system showing different crankshaft angles according to one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の、1個のクランクシャフト連接棒をタイミングベルト(またはチェーンもしくはV字形ベルト)と組み合わせて有するDPCEクランクシャフトシステムの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE crankshaft system having one crankshaft connecting rod in combination with a timing belt (or chain or V-shaped belt) in one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の、タイミングベルト(またはチェーンもしくはV字形ベルト)のみを有するDPCEクランクシャフトシステムの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE crankshaft system having only a timing belt (or chain or V-shaped belt) according to one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の、接続機構としてクランクシャフト歯車を有するDPCEクランクシャフトシステムの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE crankshaft system having a crankshaft gear as a connection mechanism, according to one embodiment of the present invention. 本発明のもう一つの態様の、接続機構としてクランクシャフト歯車を有するDPCEクランクシャフトシステムの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE crankshaft system having a crankshaft gear as a connection mechanism according to another embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の段間弁の略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the interstage valve of one aspect of this invention. 本発明の一つの態様の段間逃がし弁の略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the interstage relief valve of one aspect of this invention. 本発明の一つの態様の半自動段間弁の略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a semi-automatic interstage valve according to one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の、過給能力を有するDPCE装置の略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the DPCE apparatus which has the supercharging capability of one aspect of this invention. 本発明の一つの態様の、圧縮シリンダとパワーシリンダとを異なる面に有するDPCE装置の3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE device having a compression cylinder and a power cylinder on different surfaces according to one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の、両シリンダが互いに平行であり、両ピストンが並行に動くDPCE装置の3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a DPCE device according to one embodiment of the present invention in which both cylinders are parallel to each other and both pistons move in parallel. 本発明の一つの態様のSE-DPCE装置の略側断面図である。1 is a schematic sectional side view of an SE-DPCE device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の内側および外側パワーシリンダの3D略断面図である。3 is a 3D schematic cross-sectional view of an inner and outer power cylinder of one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一つの態様の内側および外側ピストンをさらに含むパワーピストンの3D略図である。3 is a 3D schematic diagram of a power piston further including inner and outer pistons of one embodiment of the present invention. 本発明の一つの態様の内側および外側パワーシリンダならびに対応する内側および外側パワーピストンの3D略断面図である。3 is a 3D schematic cross-sectional view of an inner and outer power cylinder and corresponding inner and outer power pistons of one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一つの態様の、2個の別々の圧縮ピストンを有し、一方のピストンが燃焼プロセスのために働き、他方のピストンが水/蒸気チャンバのために働くSE-DPCE装置の略側断面図である。In accordance with one embodiment of the present invention, a schematic cross-sectional side view of an SE-DPCE device having two separate compression pistons, one piston serving the combustion process and the other piston serving the water / steam chamber FIG. 本発明の一つの態様の、燃焼プロセス区分が蒸気増強区分から係合解除されている、2個の別々の出力シャフトを利用するSE-DPCE装置の略側断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of an SE-DPCE device that utilizes two separate output shafts, with the combustion process section disengaged from the steam augmentation section, according to one embodiment of the present invention. 本発明のもう一つの態様の、ボイラチャンバを含むSE-DPCE装置の断面図である。It is sectional drawing of the SE-DPCE apparatus containing the boiler chamber of another aspect of this invention.

Claims (26)

取り入れおよび圧縮ストロークだけを実行する第一のピストンを内部に収容する第一のシリンダと、
パワーおよび排気ストロークだけを実行する第二のピストンを内部に収容する第二のシリンダと、
同様に第二のシリンダに収容され、第二のピストンに結合され、第二のピストンによって生成された熱エネルギーを利用してさらなるパワーストロークを実行する第三のピストンと
を含む、燃焼機関で使用するためのデュアルピストン装置。
A first cylinder that houses therein a first piston that performs only intake and compression strokes;
A second cylinder that houses a second piston that performs only power and exhaust strokes;
Also used in combustion engines, including a third piston housed in a second cylinder, coupled to a second piston, and performing a further power stroke utilizing the thermal energy generated by the second piston Dual piston device for doing.
第二のピストンが、横方向円柱面を含みかつ第二のシリンダ内に第一の内部チャンバを形成するディスク形の内燃焼ピストンを含み、
第三のピストンが、第二のピストンの横方向円柱面を包囲し、第二のシリンダ内に第二の内部チャンバを形成するリング形の外側パワーピストンを含み、
第二の内部チャンバが第一の内部チャンバを少なくとも部分的に包囲する、請求項1記載の装置。
A second piston includes a disc-shaped inner combustion piston including a transverse cylindrical surface and forming a first inner chamber in the second cylinder;
A third piston includes a ring-shaped outer power piston that surrounds a lateral cylindrical surface of the second piston and forms a second internal chamber within the second cylinder;
The apparatus of claim 1, wherein the second internal chamber at least partially surrounds the first internal chamber.
第一のシリンダが第二のシリンダから熱的に隔離され、動作中、第一のシリンダが第二のシリンダよりも低い温度に維持される、請求項1記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the first cylinder is thermally isolated from the second cylinder and the first cylinder is maintained at a lower temperature than the second cylinder during operation. 燃料混合物が第一のシリンダに入ることを可能にするための、第一のシリンダに結合された取り入れ弁と、
排ガスが第二のシリンダから出ることを可能にするための、第二のシリンダの前記第一の内部チャンバに結合された燃焼排気弁と、
第一のシリンダの内部チャンバを第二のシリンダの前記第一の内部チャンバに結合する段間弁と
をさらに含む、請求項1記載の装置。
An intake valve coupled to the first cylinder to allow the fuel mixture to enter the first cylinder;
A combustion exhaust valve coupled to the first internal chamber of the second cylinder to allow exhaust gas to exit the second cylinder;
The apparatus of claim 1, further comprising an interstage valve coupling an internal chamber of a first cylinder to the first internal chamber of a second cylinder.
燃料混合物が第一のシリンダに入ることを可能にするための、第一のシリンダに結合された取り入れ弁と、
第一のシリンダの内部チャンバを第二のシリンダの前記第二の内部チャンバに結合し、圧縮空気、液体または気体を第二のシリンダの前記第二の内部チャンバに移送する接続弁と、
一定量の空気、液体または気体が第二のシリンダの第二の内部チャンバから出ることを可能にするための、第二のシリンダの前記第二の内部チャンバに結合された出口弁と
をさらに含む、請求項1記載の装置。
An intake valve coupled to the first cylinder to allow the fuel mixture to enter the first cylinder;
A connection valve coupling an internal chamber of a first cylinder to the second internal chamber of a second cylinder and transferring compressed air, liquid or gas to the second internal chamber of a second cylinder;
And further including an outlet valve coupled to the second internal chamber of the second cylinder for allowing a quantity of air, liquid or gas to exit the second internal chamber of the second cylinder. The apparatus of claim 1.
液体または気体を第二のシリンダの前記第二の内部チャンバ内に噴射するための、第二のシリンダの前記第二の内部チャンバに結合された噴射ノズルをさらに含む、請求項5記載の装置。   6. The apparatus of claim 5, further comprising an injection nozzle coupled to the second internal chamber of the second cylinder for injecting liquid or gas into the second internal chamber of the second cylinder. 燃料混合物が第一のシリンダに入ることを可能にするための、第一のシリンダに結合された取り入れ弁と、
液体または気体を第二のシリンダの前記第二の内部チャンバ内に噴射するための、第二のシリンダの前記第二の内部チャンバに結合された噴射ノズルと、
液体または気体が第二のシリンダの第二の内部チャンバから出ることを可能にするための、第二のシリンダの前記第二の内部チャンバに結合された出口弁と
をさらに含む、請求項1記載の装置。
An intake valve coupled to the first cylinder to allow the fuel mixture to enter the first cylinder;
An injection nozzle coupled to the second internal chamber of the second cylinder for injecting liquid or gas into the second internal chamber of the second cylinder;
2. An outlet valve coupled to the second internal chamber of the second cylinder to allow liquid or gas to exit the second internal chamber of the second cylinder. Equipment.
前記液体または気体がそれぞれ水または蒸気を含む、請求項7記載の装置。   8. The apparatus of claim 7, wherein the liquid or gas comprises water or steam, respectively. 前記噴射される液体または気体が水、蒸気、アンモニア、フレオンまたはエタノールの少なくとも一つを含む、請求項8記載の装置。   9. The apparatus of claim 8, wherein the jetted liquid or gas comprises at least one of water, steam, ammonia, freon or ethanol. 前記第二のシリンダハウジングの外面に配置された外側排気シェルをさらに含み、外側排気シェルが、第二のシリンダを高温に維持するように構成されている、請求項1記載の装置。   The apparatus of claim 1, further comprising an outer exhaust shell disposed on an outer surface of the second cylinder housing, wherein the outer exhaust shell is configured to maintain the second cylinder at an elevated temperature. 前記外側排気シェルが、
熱隔離層と、
覆われた排気管と
を含み、該覆われた排気管が、前記第二のシリンダハウジングの外面の周囲で覆われており、第二のピストンによって放出された排ガスによって与えられる熱を利用して第二のシリンダをさらに加熱するための複数の排気加熱通路をさらに含む、請求項10記載の装置。
The outer exhaust shell is
A thermal isolation layer;
A covered exhaust pipe, the covered exhaust pipe being covered around the outer surface of the second cylinder housing and utilizing the heat provided by the exhaust gas emitted by the second piston. 11. The apparatus of claim 10, further comprising a plurality of exhaust heating passages for further heating the second cylinder.
覆われた排気管の下方で第二のシリンダハウジングの外面の周囲を覆うボイラ層と、
ボイラ層に結合された、流体がボイラ層に入ることを可能にするための入口と
をさらに含み、高温によって流体が気体に転換される、請求項11記載の装置。
A boiler layer covering the outer periphery of the second cylinder housing below the covered exhaust pipe;
12. The apparatus of claim 11, further comprising an inlet coupled to the boiler layer for allowing fluid to enter the boiler layer, wherein the fluid is converted to a gas by the high temperature.
第二のシリンダハウジングの高温によって流体を気体に転換するための、第二のシリンダのハウジングに結合されたボイラ層をさらに含む、請求項1記載の装置。   The apparatus of claim 1, further comprising a boiler layer coupled to the housing of the second cylinder for converting fluid to gas due to the high temperature of the second cylinder housing. 取り入れおよび圧縮ストロークだけを実行する、
第一のシリンダの内側内部チャンバを形成するディスク形の内側圧縮ピストンと、
ディスク形の内側圧縮ピストンに結合され、それを包囲し、第一のシリンダの外側内部チャンバを形成するリング形の外側圧縮ピストンと、
を含む第一のピストンを内部に収容する第一のシリンダと、
パワーおよび排気ストロークだけを実行する第二のピストンを内部に収容する第二のシリンダと
を含む、燃焼機関で使用するためのデュアルピストン装置。
Perform only intake and compression strokes,
A disk-shaped inner compression piston that forms the inner chamber of the first cylinder;
A ring-shaped outer compression piston coupled to and surrounding a disk-shaped inner compression piston and forming an outer inner chamber of the first cylinder;
A first cylinder containing therein a first piston including:
A dual piston device for use in a combustion engine, including a second cylinder that houses a second piston that performs only power and exhaust strokes.
第二のピストンが、
第二のシリンダの内側内部チャンバを形成するディスク形の内側燃焼ピストンと、
ディスク形の内側圧縮ピストンに結合され、それを包囲し、第二のシリンダの外側内部チャンバを形成するリング形の外側パワーピストンと
を含む、請求項14記載の装置。
The second piston
A disc-shaped inner combustion piston forming an inner inner chamber of a second cylinder;
15. An apparatus according to claim 14, including a ring-shaped outer power piston coupled to and surrounding a disk-shaped inner compression piston and forming an outer inner chamber of the second cylinder.
燃料混合物が第一のシリンダに入ることを可能にするための、第一のシリンダに結合された取り入れ弁と、
排ガスが第二のシリンダから出ることを可能にするための、第二のシリンダの前記内側内部チャンバに結合された燃焼排気弁と、
第一のシリンダの前記内側内部チャンバを第二のシリンダの前記内側内部チャンバに結合する段間弁と
をさらに含む、請求項15記載の装置。
An intake valve coupled to the first cylinder to allow the fuel mixture to enter the first cylinder;
A combustion exhaust valve coupled to the inner internal chamber of the second cylinder for allowing exhaust gas to exit the second cylinder;
16. The apparatus of claim 15, further comprising an interstage valve coupling the inner internal chamber of the first cylinder to the inner internal chamber of the second cylinder.
燃料混合物が第一のシリンダに入ることを可能にするための、第一のシリンダに結合された取り入れ弁と、
第一のシリンダの前記外側内部チャンバを第二のシリンダの前記外側内部チャンバに結合し、気体または液体の少なくとも一つを含む一定量を第二のシリンダの前記外側内部チャンバに移送する接続弁と、
一定量の気体が第二のシリンダの外側内部チャンバから出ることを可能にするための、第二のシリンダの前記外側内部チャンバに結合された出口弁と
をさらに含む、請求項15記載の装置。
An intake valve coupled to the first cylinder to allow the fuel mixture to enter the first cylinder;
A connection valve that couples the outer internal chamber of the first cylinder to the outer internal chamber of the second cylinder and transfers a quantity including at least one of gas or liquid to the outer internal chamber of the second cylinder ,
16. The apparatus of claim 15, further comprising an outlet valve coupled to the outer internal chamber of the second cylinder to allow a volume of gas to exit the outer internal chamber of the second cylinder.
第一のシリンダの前記外側内部チャンバの容積が第一のシリンダの前記内側内部チャンバの容積と異なる、請求項15記載の装置。   16. The apparatus of claim 15, wherein the volume of the outer internal chamber of the first cylinder is different from the volume of the inner internal chamber of the first cylinder. 第二のシリンダハウジングの高温によって流体を気体に転換するための、第二のシリンダハウジングに結合されたボイラ層をさらに含む、請求項14記載の装置。   15. The apparatus of claim 14, further comprising a boiler layer coupled to the second cylinder housing for converting fluid to gas due to the high temperature of the second cylinder housing. ディスク形の内側圧縮ピストンおよびリング形の外側圧縮ピストンを収容する第一のシリンダであって、前記内側および外側圧縮ピストンが取り入れおよび圧縮ストロークだけを実行し、前記内側圧縮ピストンが第一のシリンダの内側内部チャンバを形成し、前記外側圧縮ピストンが第一のシリンダの外側内部チャンバを形成するものである第一のシリンダと、
ディスク形の内側燃焼ピストンおよびリング形の外側パワーピストンを収容する第二のシリンダであって、前記内側燃焼ピストンおよび外側パワーピストンがパワーおよび排気ストロークだけを実行し、前記内側燃焼ピストンが第二のシリンダの第一の内部チャンバを形成し、前記外側パワーピストンが第二のシリンダの第二の内部チャンバを形成するものである第二のシリンダと
を含む、燃焼機関で使用するためのデュアルピストン装置。
A first cylinder containing a disk-shaped inner compression piston and a ring-shaped outer compression piston, the inner and outer compression pistons performing only intake and compression strokes, wherein the inner compression piston is the first cylinder A first cylinder forming an inner inner chamber, wherein the outer compression piston forms an outer inner chamber of the first cylinder;
A second cylinder containing a disk-shaped inner combustion piston and a ring-shaped outer power piston, wherein the inner combustion piston and outer power piston perform only power and exhaust strokes, and the inner combustion piston is second A dual piston arrangement for use in a combustion engine comprising a second cylinder forming a first internal chamber of a cylinder and wherein said outer power piston forms a second internal chamber of a second cylinder .
内側圧縮ピストンに結合された第一の一次クランクシャフトと、
内側燃焼ピストンに結合された第二の一次クランクシャフトと、
第一および第二の一次クランクシャフトに結合され、第一および第二の一次クランクシャフトの間で動きを変換するように構成された一次クランクシャフト接続機構と
をさらに含む、請求項20記載の装置。
A first primary crankshaft coupled to the inner compression piston;
A second primary crankshaft coupled to the inner combustion piston;
21. The apparatus of claim 20, further comprising a primary crankshaft connection mechanism coupled to the first and second primary crankshafts and configured to convert motion between the first and second primary crankshafts. .
外側圧縮ピストンに結合された第一の二次クランクシャフトと、
外側パワーピストンに結合された第二の二次クランクシャフトと、
第一および第二の二次クランクシャフトに結合され、第一および第二の二次クランクシャフトの間で動きを変換するように構成された二次クランクシャフト接続機構と
をさらに含む、請求項21記載の装置。
A first secondary crankshaft coupled to the outer compression piston;
A second secondary crankshaft coupled to the outer power piston;
And a secondary crankshaft connection mechanism coupled to the first and second secondary crankshafts and configured to convert motion between the first and second secondary crankshafts. The device described.
第二の二次クランクシャフトが第二の一次クランクシャフトとは異なる速度で動く、請求項22記載の装置。   23. The apparatus of claim 22, wherein the second secondary crankshaft moves at a different speed than the second primary crankshaft. 第一および第二の二次クランクシャフトが外側圧縮ピストンと外側パワーピストンとの間に位相差を与えるように構成されている、請求項22記載の装置。   23. The apparatus of claim 22, wherein the first and second secondary crankshafts are configured to provide a phase difference between the outer compression piston and the outer power piston. 第一および第二の一次クランクシャフトが内側圧縮ピストンと内側燃焼ピストンとの間に位相差を与えるように構成されている、請求項21載の装置。   The apparatus of claim 21, wherein the first and second primary crankshafts are configured to provide a phase difference between the inner compression piston and the inner combustion piston. 第二のシリンダハウジングの高温によって流体を気体に転換するための、第二のシリンダハウジングに結合されたボイラ層をさらに含む、請求項20記載の装置。   21. The apparatus of claim 20, further comprising a boiler layer coupled to the second cylinder housing for converting fluid to gas due to the high temperature of the second cylinder housing.
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