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JP5268173B2 - 3行程6行程・ロケットジェットエンジン - Google Patents

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Description

21世紀も早や10年が過ぎたが、未だにロケットエンジンを除く、総てのエンジンの基本である現行4行程(吸入・圧縮・燃焼・排気)以下の燃焼システムでは解決不可能な諸問題を抱え、ジェットエンジンを除き、(完全燃焼=無害化)を機関外後処理装置で凌ぎ続ける事の限界が認識され、これ等諸問題に対するブレークスルー技術が渇望されている。後処理不可能なジェットエンジンの状況は今後、当然より深刻になるが、既に諦められている観があり、各国政府やマスコミ報道も、その深刻さには目を逸らしている様に思える。ジャンボ機1機の燃費半減は、エコカー何台分の燃費節約に相当するのか。
平均的マイカーは1年に12,000キロを走行し、リッターあたり10キロ走るとして、年間1200Lを消費する。ジャンボ機はその100倍を、東京・ロス間の飛行1度で消費するのである。
しかも、アイドリング時に最高効率(巡航時)の60%を消費し続けているのである。
そこで登場するのが、機関外後処理装置不要のジェットエンジンシステムであり、現行エンジンの、(吸入・圧縮・燃焼・排気)の4行程に対し、(増量・定量・減量)の等速真円回転3行程による、(吸入・完全ガス化・圧縮)*(燃焼・完全燃焼=無害化・排気)という、高気密式《3行程並びに、6行程システム》を基礎原理として、七色の虹に習って七方に展開した、シリンダー内加減圧力がピストンから直接出力軸に直角に働き回転力を与える、各種21世紀型の、内燃機関型、ロケット・ジェットエンジンである。
特にジェットエンジンの浄化はこのエンジンシステム以外に方法は無いと思われるものである。
本発明は、スペースシャトル用(HH+O)液体燃料を(HHO)高圧・低圧ガス式として、爆発炎上の危険を無くすと共に、ロケットエンジン並びにジャンボジェット等々用ジェットエンジンの小型化、簡素化ディチューンアップ版(高速抑制、低速性能向上型)で、航空機専用とも言えるこれ等高性能エンジンを地上に降ろし、安価で、安全・高性能・無公害・低公害・省燃費エンジンを、一般大衆の生活の用に供するために成されたものである。
詳しくは、ジェットエンジンと同じ、等速真円回転のみによって作動すると共に、超低速回転でも圧力漏れがなく、燃焼ガス圧力等々が無駄なくピストンに働き、高トルクを発揮して仕事をするもので、高気密式圧力境界を有する、高速及び超低速限界性能と、静粛性及び省燃費性能に優れた、スピードボリューム型、等速真円回転式内燃機関型、各種3行程・6行程ロケット・ジェットエンジン及びポンプに関する。
従来から、鉄道、船舶、自動車、飛行機、発電機関、等々において、多種多様のエンジンが、宇宙を除く分野では、多数採用されている。
例えば、性能荷重面では最も優れる航空機用、超高回転・超高出力ジェットエンジンと、大型で重いが優れた熱効率を誇る、超大型船舶用超低回転・超高トルクの超ロングストローク・ディーゼルエンジンが、その対極にある。共に更なる高・効率化に依る超・省燃費化、超・低公害化が求められている。然しこれまでに開発されたエンジンは、更なる複雑な構造・部品を追加しコストアップを招いており、ある特性に優れていても他の性能に劣ることが多く、トータルとしての総合性能に優れるものが存在しないのが現状である。
さてこれから未来はというと、例えば世界的な21世紀の未来を創るデザインコンテストで発明グランプリに輝いた、ボリューム型の空冷星型エンジンの生まれ変わりと思われるレシプロエンジンの21世紀型、MYTエンジン(マイティーエンジン)は、最小4個のピストンと、それに付随する動部品だけで、16個必要と言われ、かなり複雑な作動機構と動きを有している。MYTエンジンは、圧縮の確保、ピストンの真円回転を実現した点は優れているが、その動きは停止を含む、変速真円回転するものであり、等速真円回転をする事が出来ない。MYTエンジンの奇数組と偶数組のピストンは、往復はしないが、交互に、一旦ストップ,ゴー,ストップ,ゴー,…を繰り返す。これでは、回転モーメントを打ち消してはゴー、打ち消してはゴーを繰り返し、勿体無いし、耐久性や効率も悪化し、理想的とは言い難い。又、MYTエンジンは、小型〜中型向きで、ある程度用途の限られた、宿命的に元の空冷星型エンジンと同様の適用範囲に成るのではないかと思われる。
他にも、種々の変種ロータリーエンジンが提案されているが、ボリューム型としては、いずれも完全な圧縮要件が確立されておらず、スピード型としては等速真円回転と連続燃焼が成立されて居らず、共にいずれの理想条件も満たした物は無い。
このように、従来技術では、圧縮漏れや、高圧のガス漏れ等が起こり、等速真円回転も出来ない物である。このため、簡素化と共に、新たな可能性を追求できる、多様な特性を持ったエンジンの開発が期待されている。
日本政府が世界に向かって宣言した2020年迄に1990年比25%のCO削減を、政府並びに産業界も既存技術の改良型、限界追求型と耐乏生活で乗り切ろうとしているが、現在の方向の技術革新では実現は不可能と考える。レアメタルを大量に使う強力モーターやバッテリー、排気浄化の為の貴金属使用は、高価な資源の無駄使いに思える。
このため、過去の経験から知り得た、革命を起こし成功成就するに足る、従来技術からの性能比較で、効率・性能が最低でも、4〜5倍、大革命を起こすには、10倍以上を目指せる可能性の有る基本原理を基礎に置き替える必要がある。
そこで本発明は、ジェットエンジンと同じ、等速真円回転のみによる、圧力漏れがなく、ピストンに加・減された圧力が即全て回転トルクとなって仕事をする、超高速及び超低速限界性能、並びに静粛性及び省燃費性能に優れた、スピードボリューム型、等速真円回転式内燃機関型、各種3行程・6行程ロケット・ジェットエンジン及びポンプを提供することを目的とする。
本発明者は、ジェットエンジンと同じ、等速真円回転のみによる、レシプロエンジンやロータリーエンジンや蒸気機関や電気モーターの長所は活かしつつ、可能な限りの簡素化・単純化が成されるように研究を重ねた。
そして、既に発展限界に達したと思われるジェットエンジン並びにレシプロエンジンの後継エンジンとして、現行レシプロエンジンの少なくとも5倍以上の効率・性能を有するエンジンシステムを提供するべく、更に鋭意研究した。
其の結果、基本的な旋盤とミーリング加工のみで製造できる特徴を有し、構成部品として必然の真円形又はそれを含む形のものを用いた、特定の構成からなるエンジン・ポンプ(必要に応じてそれ以外の形や方形のものを含むことができる)が、前記目的を達成し得ることの知見を得た。
本発明は、前記知見に基づいてなされたもので、以下の通りの特徴を有する発明を提供するものである。
1.シリンダー空間を有するハウジング(A)と、
前記シリンダー空間内において等速真円回転可能な、一又は二以上のピストン、リングディスク及び出力ディスクで構成された出力軸ユニット(B)と、
前記ピストンの回転に対して一定の回転比速度で等速真円回転可能なローター(C)と、
前記出力軸ユニット(B)と中心を一にするとともに前記シリンダーの内側を担当し、前記ローター(C)との凹面接触保持部及び前記ピストンとの面接触外周面を有し、等速真円回転する前記出力軸ユニット(B)の中心及び前記ローター(C)を支持するローターガイド(D)と、
前記ピストンに対し作動を与える駆動手段(E)と、を少なくとも備え、
前記ハウジング(A)のシリンダーは、その内周壁面の一部に、前記ローター(C)の外周面の一部と面接触するシーリング用の切り欠き部を有し、
前記出力軸ユニット(B)のピストンは、その外周面が、前記シリンダーの内周壁面と面接触しながら等速真円回転するように構成され、
前記ローター(C)は、その回転に際して前記ピストンを収容するためのピストン収容部を有し、該ピストン収容部の先端が前記ピストンの進行方向の前後面と線接触による圧力境界を保持しつつ、該前後面と線接触しながら該ピストンと係合、回転してこれを前記シリンダーの他サイドへ送るように構成された、 ことを特徴とするエンジン・ポンプ。
2.前記出力軸ユニット(B)のピストンは、前記出力ディスクの中心から末広がりの形状をしたものであり、該ピストンに働く力が常に出力軸に対して直角に働く、前記1記載のエンジン又はポンプ。
3.前記出力軸ユニット(B)のピストンは、その内部が空洞であるか又はトンネル加工され、該ピストンの進行方向の後部及び外周部に、外部に通じる穴がそれぞれ設けられている、前記1又は2記載のエンジン又はポンプ。
4.前記ハウジング(A)のシリンダーにおける前記切り欠き部の両外側に、前記ローターにより遮断された前記シリンダーの両側に通じるバイパスが設けられている、前記1〜3の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
5.前記バイパスの入口及び出口に、前記シリンダー内部の流体の流れの逆流を防ぐチェックバルブがそれぞれ設けられている、前記4記載のエンジン又はポンプ。
6.前記シリンダー内周壁における前記バイパスの入口付近に低温伝導体が取り付けられ、前記バイパスの出口付近に高温伝導体が取り付けられた、前記4又は5記載のエンジン又はポンプ。
7.前記ローターガイド(D)は、前記ローター(C)との凹面接触保持部を除く、その外周面は、ピストン内径面・リングディスク内径面・リングディスク外側面と、それぞれ面接触を保つ3段階の外周・側面を持ち、前記ハウジング(A)により固定されている、前記1〜6の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
8.前記駆動手段(E)は、前記ローター(C)が前記シリンダー壁面と面接触する境界部位から前記ピストンの外周面の長さを超えない範囲の位置に設けられるシステムユニットである、前記1〜7の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
9.前記バイパスの入口から出口の中程に、暖衝室が設けられた、前記1〜8の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
10.前記ピストンが1つであるか、又は、前記ローターが2つである4行程エンジンシステムに用いられる、前記1〜8の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
11.ロケット燃焼式若しくはジェット燃焼式内燃機関、又は内燃機関型、ロケット若しくはジェットエンジンに用いられる、前記1〜8の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
12.前記1〜11の何れかに記載のエンジン又はポンプを少なくとも備えることを特徴とするエンジンシステム。
すなわち、本発明又は本発明の好適な実施形態は、以下の特徴を有する。
(1)現ジェットエンジンと同じ、等速真円回転のみで作動する、内燃機関型ロケット・ジェットエンジンである。
(2)圧力境界を有し、機関内部の、ローター先端の線接触部を除く全ての圧力境界が面接触で構成されており、機関外部への圧力漏れがない。
(3)ピストンに働く力が常に出力軸に対して直角に働き、超低速回転から高トルクが発生する為、重量の嵩む駆動装置等が不要となる。
(4)基本的に、往復運動や複雑な動きをする部品等が無く、構造も作動も単純であり、2個の動部品が、共に等速真円回転するのみである。
(5)燃焼効率、機械効率が高く、化石系燃料を使用しても公害の問題が極めて少ない。
(6)現4ストローク・サイクル(以下、ストロークを省き「サイクル」という)レシプロエンジンでは (増量か減量)行程のみであり、1=吸入、2=圧縮の2行程を1回転と、3=爆発、4=排気の2行程を1回転、合計4行程を2回転で、4サイクル完了と成り、2回転に1度、2サイクル式は、毎回転1度の出力行程を得ている。
これに対して本発明の4サイクルエンジンは、1ピストンでは4回転に1度の出力行程と成り、超長行程が特徴で、完全燃焼=無害化、の対策に有利と思われる。又、2ローターでは毎回転、1度の出力行程と成る内燃機関型、ジェットエンジンである。
(7)本発明の4サイクルを除く、ピストンを2個持つこれらのエンジンは、増量と減量行程の中間に(定量行程)を持つ等速真円回転式内燃機関型、3行程ロケット式エンジン並びに、吸入・(完全ガス化)・圧縮*爆発・(完全燃焼=無害化)・排気という、全6行程を出力軸1回転で行う内燃機関型、6行程式完全燃焼ジェットエンジンである。
(8)この内の1/3サイクル開放型圧力エンジンとは、その増量行程の1行程だけが出力行程と成り、半回転毎に1回の増量出力行程を持つものであり、出力軸1回転で、6行程の内、後半の燃焼側3行程を2回繰り返し、6サイクル分完了と成る。詰り出力軸1回転に付き、2回の増量出力行程を持つ内燃機関型、外圧式圧力エンジンである。
(9)同じく2/3サイクル密閉型爆縮エンジンとは、増量行程及び減量行程の2/3行程が出力行程で、HHO爆発燃焼・真空・収縮型で、各々半回転毎に増量・減量2回出力する。詰り1回転に4回出力する内燃機関型、ロケット燃焼式爆縮ロケットエンジンである。
(10)同じく2/3サイクル密閉型熱差エンジン(熱膨張・定量・収縮)とは、増量行程及び減量行程の2/3行程が出力行程で、半回転毎に2回出力する。詰り1回転に4回出力する内燃機関型、外燃式熱差エンジンである。
(11)同じく2/3サイクル密閉型HHO爆・縮・圧エンジンとは、(1)HHO噴射点火爆発(燃焼)の膨張出力増量行程と、(2)真空暖衝定量行程、及び、(3)真空吸引出力減量行程・低圧燃料噴射・圧縮行程の、2/3サイクルが出力する。詰り1回転に4回出力する内燃機関型、ロケット燃焼式爆縮圧ロケットエンジンである。
(12)同じく1/6サイクル開放型完全燃焼エンジンとは、現状の4サイクルでは、解決不可能な各種問題を解決する為の2つの追加行程、(完全ガス化行程)及び(完全燃焼=無害化行程)を、外付け・後付ではなく、4サイクル内に加えて完成したものである。
これは、1/6の増量行程のみが出力行程で、毎回転1回出力する内燃機関型、6行程式完全燃焼ジェットエンジンであり、広く色々な物のエンジンとして、無公害・低公害・高効率を安全・安価に提供出来るものである。
以上はジェットエンジンの、燃焼側に当るシリンダーのみを用いた、小型軽量化・単純簡素化、を優先の実施形態である。
(13)同じく2/6サイクル開放型連続完全燃焼エンジンとは、ダブルシリンダーとして、本来圧縮側と燃焼側に分かれているジェットエンジンの機構をそのまま採用、各々が持つ多数のタービンブレードを、2個ずつのピストンに置き換えることで、連続圧縮・連続燃焼し、毎回転2回の出力行程を持つ、超低速から超高速性能に優れた、超シンプル・21世紀型、内燃機関型、ツイン3行程独立式連続完全燃焼ジェットエンジンである。
元来この型が基本であり、全タイプに展開できる。
本発明によれば、圧力境界が面接触によるため、完全な圧縮を確保でき、これにより圧縮漏れや高圧のガス漏れ等が起こらない。この事により、超高回転でしか作動する事が出来ないジェットエンジンの回転数を三桁(1/1000)に、落とす事が出来るのがこのエンジンシステムであり、当然省燃費であり、低騒音である。
どれ程の燃費削減に成るかと言えば、アイドリング時に、99.9%の燃費削減となり、現行ジェットエンジンは、2倍程の回転増で、最高効率燃費領域を超えるのに対し、10倍増で99%の燃費削減、100倍増で9.9%の燃費削減、1000倍に回転を上げても、現行ジェットエンジンのアイドリング回転時と同等と成るのみである。
又、現行レシプロエンジン比では、アイドリング時90%の燃費削減となり、その10倍増の限界回転時でもアイドリング相当の燃費となり90%の燃費削減となり、現行レシプロエンジンはそれ以上回転を上げられないが、効率性能5倍の本発明のエンジンでは、20%の燃費増加で、更にその10倍増の回転領域に達し、更にその10倍はジェットエンジンのアイドリング領域であるが、何等の不安無く達する、通常回転領域である。
又当然、(慣性)の打消しもなく、回転モーメントが一切無駄にならず全てが有効な回転運動力となり、高トルク・高出力が、エンジンの大きさに正比例してそのまま大きく成って行く事になる。
故に超小型から超大型まできめ細かいサイズの設定により、要求出力・トルクによる選択が簡単に出来るようになる。
本発明によれば、第1に圧力エンジン、正確には、スピードボリューム型、等速真円回転式内燃機関型、「以降、(SB・CVC・IE型)と省略する。」、外圧式開放型1/3サイクル圧力エンジンと成る。
第2に爆縮エンジンは(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式密閉型(HHO燃焼・真空・収縮)2/3サイクル爆縮ロケットエンジンと成る。
第3に熱差エンジンは(SB・CVC・IE型)、外燃式密閉型(膨張・定量・収縮)2/3サイクル熱差エンジンと成る。
第4に爆縮圧エンジンは(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式密閉型(HHO燃焼・真空・吸引噴射圧縮)2/3サイクル爆縮圧ロケットエンジンと成る。
第5に4サイクル一般エンジンは(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式開放型1/4/4,1/4サイクルジェットエンジンと成る。
第6に完全燃焼エンジンは(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式開放型多種類燃料完全燃焼、吸入・(完全ガス化)・圧縮*爆発・(完全燃焼=無害化)・排気、1/6サイクル完全燃焼ジェットエンジンと成る。
第7に連続完全燃焼エンジンは(SB・CVC・IE型)、連続ジェット燃焼式開放型多種多様燃料連続完全燃焼=無害化、2/6サイクル連続完全燃焼ジェットエンジン、と言う事に成る。
本発明は、このように様々な形として利用することが可能である。
これらは、すべてスピード型でありながら、ボリューム型でもあり、両方の型式を凌駕する性能を合わせ持つものであり、正に21世紀型、ロケット・ジェットエンジンの、生まれ代わりの内燃機関である。
あのスペースシャトルのロケットエンジンの凄まじいまでの轟音と、ジェットエンジンの高回転騒音と、高熱排気と、大量燃料消費と高価格を、一般大衆が日常生活において安全に活用できるレベル迄、小型・簡素化・ディチューンアップ版(高速抑制、低速性能向上型)として実現させたものである。元々レシプロエンジンとの性能格差は、隔絶しているので、ディチューン(高速抑制)したとは言えその高性能振りが桁違いであるのは、至極当然の事と言える。又、チューンアップ(低速性能向上)しており、超低速に於ける性能向上は目を見張るものがある。
具体例として、1/3サイクル500cc圧力エンジンは、現在、出力軸1回転に付き2回の燃焼行程を持つ、V型8気筒4000ccエンジン位に相当し、2/3サイクル500cc爆縮,熱差,爆縮圧エンジンは、現在、出力軸1回転に付き4回の燃焼行程を持つW型16気筒8000ccエンジン位に相当し、1/6サイクル500cc完全燃焼エンジンは、今の直列5気筒2500ccエンジン位に相当し、2/6サイクル500cc連続完全燃焼エンジンは、今のV型10気筒5000ccエンジン位に相当する。と言えば、おおよその見当を付けて頂けるものと考える。なお1ピストン1/4サイクル500ccエンジンはそのまま単気筒500ccエンジン位に相当するが、このタイプは公害対策には有効だが出力的にはメリットは少いと言える。また、2ローター1/4/4サイクル500ccエンジンは4気筒2000ccエンジン位に相当するが、共通ハウジング・出力軸ユニットを使えば排気量は半減する事に成り、4気筒1000ccエンジン位に相当する事に成る。性能的には2〜3倍程と成り、このエンジンシステムだけではこれからの、環境・エネルギー革命を担う事は困難と考える。
但し、現在の一般的、レシプロエンジンの回転限界が、アイドリング600rpm前後から(10倍)の、6000rpm前後であるのに対し、これらのエンジンの回転限界は、ノーアイドリング0rpm、若しくは、低速型10rpm、中速型30rpm、高速型60rpmから、軽く60000rpm、程度は(高速型で1000倍、中速型で2000倍、低速型で6000倍)であり、現ジェットエンジンのアイドリング相当の回転数、20000rpm〜60000rpmである。
参考までに、かつてクライスラーが市販を試みた、ジェットエンジンカーのアイドリングが、60000rpmであり、それ以上エンジンを回さないと、走らないものであった。
ジェットエンジンとしては、至極当然で、其処からが本領発揮の回転領域である。
それに比べて、本発明エンジンの、如何に非常識な、遥かに想像を絶する、底無しの高性能を予感させる事か。
これも参考迄に、1000倍の差を実感するのは中々難しいが、身近な空気と水の重さが丁度1000倍に当る。
そのエネルギーの違いが、恐ろしい津波の威力によって実感させられた。台風と比べれば、さり気無く見えるが、その威力は遥か想像を絶するものであった。
これ等のエンジンにも、同様の事が当てはまるであろう事は、想像に難く無い筈である。
また、本発明によれば、内燃機関、外燃機関として多種多様な燃料及びスチーム、エアー、不活性ガス等々の使用が考えられ、また各種ポンプとして作動させる事もできる。
本発明は、基本的に往復運動を一切含まない(SB・CVC・IE型)で、等速真円回転のみで作動する、圧力漏れのないエンジン及びポンプとして機能する。
さらに、本発明によれば、これらエンジン及びポンプを提供することにより、延いては、石油依存とCOを共に削減する事が可能となる。
図1は、本発明に係る第1、6実施形態の両エンジン(1/3圧力、1/6完全燃焼エンジン)を示す概略分解斜視図である。 図2は、本発明に係る第1実施形態の圧力エンジンの作動行程の一部を示す断面図である。 図3は、本発明に係る第1実施形態の圧力エンジンの作動行程の一部を示す断面図である。 図4は、本発明に係る第1実施形態の圧力エンジンの作動行程の一部を示す断面図である。 図5は、本発明に係る第3実施形態の熱差エンジンの作動行程の一部を示す断面図である。 図6は、本発明に係る第3実施形態の熱差エンジンの作動行程の一部を示す断面図である。 図7は、本発明に係る第4実施形態の爆縮圧エンジンの作動行程の一部を示す断面図である。 図8は、本発明に係る第4実施形態の爆縮圧エンジンの作動行程の一部を示す断面図である。 図9は、本発明に係る各実施形態のエンジンを説明するための概略説明図である。 図10は、本発明に係る第6実施形態の完全燃焼エンジンの作動行程の一部を示す一部断面図である。 図11は、本発明に係る第6実施形態の完全燃焼エンジンの作動行程の一部を示す一部断面図である。 図12は、本発明に係る第6実施形態の完全燃焼エンジンの作動行程の一部を示す一部断面図である。
本発明の好適な実施形態は、以下の基本構成を有するエンジン・ポンプである(図1〜12参照)。
このエンジン本体と成るハウジング1には、中心部に出力軸貫通口と、ドーナツ状のシリンダー空間と、その内周壁面13の一部に、シーリング用のローター7外周面との面接触用切り欠き部14を有し、本体設置用土台内部には、各サイクル用システムユニット91(図9参照)の、取り付け空間が形成されている。
この出力軸ユニット2は、出力ディスク3、1以上、偶数個2個では対抗位置のピストン4と、リングディスク5、リングギア6を一体化したものである(図1参照)。
ピストン4外周面はドーナツシリンダー内周壁面13と面接触しながら等速真円回転する。
このローター7は、その一部をドーナツシリンダー切り欠き部14と面接触しながら等速真円回転し、ピストン4の回転に対して一定の回転比速度(例ピストン1:2ローター)を保持し、そのローター7のピストン収容部先端が、ピストン4の前後面と、線接触による圧力境界を保ちながら、そのピストン4をシリンダーの他サイドへ送る働きをする。
ローターガイド8は、出力軸と中心を一にするドーナツシリンダーの内側を担当し、ローター7との凹面接触保持部を除く、その外周面は、ピストン4内径面・リングディスク5内径面・リングディスク5外側面と、面接触を保つ3段階の外周・側面を持ち、等速真円回転する出力軸ユニット2の中心とローター7を支える為、サイドハウジングにより固定させる。
各種サイクル用のシステムユニット取り付けは、ローター7が6時のシリンダー壁面と面接触している境界部位から両側へピストンの外周面の長さを越えない範囲の位置に個々の要求性能に応じた各種・システムユニットを装着する。
この様に構成された、基本並びに、第1実施形態〜第7実施形態、単独若しくは適宜組み合わせて完成する為の、(増量・定量・減量)の等速真円回転3行程システム、並びに、(吸入・完全ガス化・圧縮)*(燃焼・完全燃焼=無害化・排気)の6行程システムから成る、スピードボリューム型、等速真円回転式内燃機関型〔以降、(SB・CVC・IE型)、と省略する〕、各種、3行程、及び6行程エンジン・ポンプシステム、並びに、1ピストン又は、2ローターでは、4行程と成るエンジンシ・ポンプステムが提供される。
これ等はロケット燃焼式・ジェット燃焼式内燃機関、若しくは内燃機関型、ロケット・ジェットエンジン・ポンプである。
〔第1の実施形態〕
本発明は、第1形態として圧力エンジンを提供する。本第1形態は、原点を最も熱効率・燃費性能に優れた超強力トルク志向(ボリューム型)超大型船舶用・超ロングストローク・ディ−ゼルエンジンと、最も荷重性能に優れた超強力馬力志向(スピード型)航空機用ジェットエンジンに置きながら、それらの限界を如何に打ち破り、現状レシプロエンジンの5倍以上、10倍を目指せる性能・効率を発揮し、産業革命に匹敵する様な環境・エネルギー革命の原動力として、其の任に堪え得るか否か、という事に重点を置いて構成された発明である。
なお、この構成については、本発明において後述する他の全ての実施形態でも同様である。
図1は、本発明に係る第1実施形態の圧力エンジン、第6実施形態の完全燃焼エンジンを、その構成部品を分解して示す概略分解斜視図である。
これは、低速性能重視の単シリンダー最終型の1/6サイクル用に、1/3サイクル用の圧力導入口11及び、排出口12を直接設けたものである。
又、圧力, 爆縮, 爆縮圧用としてこの大きくて重いリングギア・同期ギアを省略し、パワーディスク内側に同期ギア・セットを内蔵した、軽量コンパクト型の設計を完成させたが、2/3、1/4、1/6、2/6サイクルも含め、全エンジンに展開できるもので、更に小型、軽量、高性能に成る事と成った。
本第1形態の圧力エンジン19では、前述の基本構成を有するほか、外部から圧力をシリンダー内に取り入れるための圧力導入口11と、シリンダーから外部へ圧力を放出するための圧力排出口12とを直に設けるか、又は、其れ等と共に、瞬時作動変換バルブを装備した、圧力用システムユニットを装着する事により瞬時の反転が可能となる。
圧力導入口11からの圧力噴入及び圧力排出口12からの圧力放出により、ピストンに回転作動を与える行程からなる駆動手段を設けた事を特徴とする(SB・CVC・IE型)、外圧式開放型1/3サイクル圧力エンジン・ポンプとなる。
ポンプとしては、外力によって、回転させる事で成立する。
本第1形態のエンジンを製造するには、基本的な旋盤とミーリングがあれば可能である。特定の構成部品は断面が、必然の真円形とそれを含む形、それ以外の方形その他の形状は自由にデザインすることができる。なお、このことは、本発明において後述する他の全ての実施形態の場合でも同様である。
本第1形態は圧力エンジン19は、図1に示すように、以下の部品から構成されるものである。
1=ハウジング(シリンダー)
2=出力軸ユニット
(=出力ディスク3+ピストン4+リングディスク5+リングギア6を一体化したもの)
3=出力ディスク
4=ピストン
5=リングディスク
6=リングギア
7=ローター
8=ローターガイド(3段階外径)
9=同期ギア
サイドハウジング(図示せず)
瞬時作動変換バルブ(図示せず)
11=圧力導入口
12=圧力排出口
13=シリンダー内周壁面
14=ローター面接触用シリンダー切り欠き部
圧力用システムユニット(図示せず)
18=ローターガイド(3段階外径)壁部
19=1/3サイクル圧力エンジン
(1)エンジン外壁を形成するハウジング1の内周壁面円形ドーナツ型シリンダーのシリンダー内周壁13に、圧力を取り入れるための導入口11並びに内部の圧力を放出する排出口12を設け、その中間底部(6時)の位置には、ローター7の外周面の回転軌道に沿った切り欠き部14を形成する。
(2)出力軸ユニット2は、出力ディスク3の中心から対抗する位置の一対のピストン4,4とリングディスク5とリングギア6を一体化し完成する。
圧力の導入口11から噴入した圧力による、出力・増量行程から、一定保持させる暖衝定量行程となり、排出・減量行程により、排出口12へ放出する、という等速真円回転の3サイクル運動を継続する事となる。
(3)ピストン4と係合する、ローター7は、ピストン外周径の半分よりやや大きく、(リングギア式の時)その分がシリンダー壁面に食い込む形に成り、面接触を実現する。
又、ピストン1:2ローターの回転比速度で回転し、内部に円形断面のピストン収容スペースを有し、その収容部先端は、ピストン4の前後面と線接触しながらピストンをシリンダー他サイドへ送り出す作用をする。
(4)ローターガイド8は、出力ディスクと中心を一にし、ローター7の真円回転軌道に沿った円弧状の切り欠き部を有し、その1段目の外周面は、ピストン4,4の内周面と面接触し、圧力境界を確かなものにする。
(5)2段目の外周面は、リングディスク内周面と面接触する。
(6)3段目の外周側面は、リングディスク側面と面接触する。
(7)それらの反対外側には、同期用ギア9の収容スペースを設ける。
(8)ハウジング1内に配置された前記所定の各部材を収納し定位置に固定するサイドハウジング(図1では第6実施形態に用いられるサイドハウジング60が示されているが、第1実施形態では吸気口がない以外はこれと同様なサイドハウジングが用いられる)を設ける。
本発明のエンジン・ポンプのかかる特徴は、全ての実施形態で構成され、ローター7の軌道とピストンの軌道とが異なることにより、隙間90を形成しつつ作動するものである(図9参照)。なお、図9は、本発明の特徴の理解を容易にするために、各実施形態のエンジンを説明するための概略説明図であり、後述する爆縮, 熱差,爆縮圧,及び完全燃焼、連続完全燃焼の、各種エンジン用に採用される各々専用の構造を備えた一例としてシステムユニット91を挙げている。
なお、図1では、本第1形態の圧力エンジンと、後述する第6形態の完全燃焼エンジンの内部構成をわかり易く説明するために、分解斜視図を用いている。また、図1では、完全燃焼エンジン用のサイドハウジング60の方形の吸気口を設けたものを示し、また出力軸ユニット2の、リングディスク5に吸入口、及び出力ディスク3に排出口を設けたものを示している。
これらは本第1形態用ではなく、後述する第6実施形態の完全燃焼エンジンで必要なものとなる。
本第1形態圧力エンジンは、前記の構成からなるように、圧力境界がローター先端以外全て面接触となり、圧力漏れが一切なく、故に加えられた圧力が全てピストン4に直接にしかも直角に働き、即回転トルクとなって仕事をする。
唯一の線接触圧力境界部分であるが、あくまで機関内部での事であり、機関外に圧力が漏れたり、燃焼ガスが漏れる事は無い。現ジェットエンジンは勿論、レシプロエンジンも、ロータリーエンジンも、オーバーラップしており、無接触・無境界である事を考えるならば1ランク、2ランク上級と言える。この事で、より確実で安定した作動が可能となり、超低回転高トルクからエンジン回転数にほぼ正比例して、出力が増加し、その回転限界はジェットエンジンと同等である。この事から超小型から超大型まで、正比例的に出力が増大するのできめ細かい対応が簡単に出来る様に成る。なお、このことは、本発明において後述する他の全ての実施形態でも同様である。アイドリングは無用で、蒸気機関と同じく、最大トルクを発揮する0回転時の停止状態を毎分1回転として、その1000〜2000倍も回せば十分なものである。ボリューム型現行エンジンが、アイドリングから、わずか10倍しか回転を上げられないのと比べると1000〜2000倍が、どれ程凄いか理解頂けるのではないかと思われる。(例えば、1回転で1m進むとすると、1〜2Km/分、となり、時速に直すと60Km〜120Km/時、となり、3000回転で180Km/時、となり、レシプロ回転限界付近の、6000回転では、360Km/時、となる。これは、V型8気筒4000cc級の、スポーツカーと、同等と言う事になる。)
然も軽く100000rpmを余裕でオーバー出来る回転限界を持つものである。自動車用では、昔の蒸気自動車と同じく、重量のある変速装置やバックギアも不要で、後退は、瞬時作動変換バルブの切り替えで良い。
なお、後述する各実施形態でも、基本原理は本実施形態と同様である。
本エンジンシステムは、前記の構成から成るように、ローター先端を除いて、すべて面接触により圧力境界が構成されるようデザインされているため、ある程度の速度になった時点で、無接触でも空気が漏れ無い、圧縮漏れも、燃焼ガス漏れも起きない現象が起こる。 このため、最初から無接触、圧縮漏れなしの前提で設計が可能と考えられる。その現象が起こる、最低ピストンスピード回転が、熱差、一般、完全燃焼エンジンに於けるアイドリング回転とする事が出来、摩擦損失0(ゼロ)を限りなく追求できる設計が可能と成るのではないかと思われる。
本圧力エンジン19に用いられるハウジング1は、本体外壁及び設置用土台となるもので、その内部が各構成部品によって真円のドーナツ形シリンダーを形成するものである。このハウジング1は、旋盤等々により内部端面、出力軸用ホール、真円のシリンダー内周壁面13、が仕上げられる。また、ローター7が面接触する切り欠き部14を、6時、の位置に設け、その両側に、ピストン外周部の長さを超えない範囲に共通サイズの各種システムユニット設置部を設けるか、又は直接ミーリング加工する事も可能である。
図2の断面図に示す様に外界から圧力を取り入れるための導入口11と、外界へ圧力を放出するための排出口12を直接設ける事で、単一型式としては安価に製造できる。
これ等エンジンは、あらゆる原料・製法が適用できる為、大量生産向きである。
本圧力エンジン19に用いられる、出力軸ユニット2の外周は、ハウジン1の内周壁面13に沿って面接触、等速真円回転運動し得るものであり、同期用リングギア6と一対のギア比2:1の同期ギア9が用いられる。
ローター7と一体の、ローターシャフト17と同期ギア9が、キーによって固定され、リングギア6と同期ギア9を噛合させることで、一定比リングギア1:2ローターで同期回転させる。
二つのピストン4,4は、効率アップの為内部が空洞で、後部及び外周部には外部に通じる穴がそれぞれ設けられたものが用いられる。なお、効率は落ちるが、第5、第6形態以外のエンジン用ではこれらの空洞、穴は特になくてもよく、中が空洞でないものを用いることもできる。又、ピストン4は、出力ディスクの中心から25°の末広がりの形状をしたものが用いられているが、これに限らず目的に応じて適宜に変更可能である。
本圧力エンジン19に用いられるローター7は、前述した基本構成におけるローター7と同様のものである。
本発明においてこのローター7は、回転作動の際にシリンダー面切り欠き部14と、面接触しながらピストン4の前後面と、その収容スペースの先端が線接触しながらピストン4をシリンダーの他サイドへ送る働きをする。
ローターガイド8は、サイドハウジングの内側において、シリンダーを閉じる壁部18と固定されるものであり、ローターシャフト17が同期ギア9と組み合わされ、壁部18の穴を貫通してサイドハウジング外に出る。サイドハウジングは、旋盤加工によりローターシャフト17の貫通口と内部端面を仕上げる。
次に、本第1形態圧力エンジンの作動について、図面を示して説明する。図2〜4は、圧力エンジンの作動行程を経時順に示す断面図である。
なお、構造部材の位置を時計の時間で表す。(以下の実施形態においても同じ)。
先ず図2は、7〜8時頃から、下方のピストン4に圧力噴入増量出力行程が始まる所で、1〜2時頃の上方のピストン4とに挟まれた空間では、排気轟音を低下させる定量移動の暖衝行程中で、上方ピストン前面では減量排出行程中であり、排気口への余剰圧力の放出を行なっている所である。
次の図3は、9時過ぎ頃迄圧力噴入により、増量出力行程が進んだ所で、左右のピストン4,4の空間では更に定量移動の暖衝行程継続中であり、3時過ぎのピストン前面での放出が終わり、残りはローター7のエッジに依って排出される。
最後の図4に示すのは、時計回りに約半回転(140度回転)したところで、丁度2行程のみの、増量出力行程と減量排気行程と成って居る瞬間である。
この後ピストンが最初のピストンと同じ状態、図2と成り、この回転が繰り返される。
本第1形態は、面接触による完璧な圧力境界を持ち、等速真円回転のみで作動し、たった2個の動部品で構成された、供給圧力さえ有れば、燃料も不要で、タービン型では作動不可能な低圧でも有効に活用できる、外圧式圧力エンジンを提供する事ができる。
本第1形態圧力エンジンは、低回転・高トルク、高回転・超高出力の(SB・CVC・IE型)で、現状の低回転・極低性能、超高回転・高出力のスピード型タービンエンジン・ポンプに替わる、ジェットエンジンと同等の高速回転・耐久力を持つ、空気、ガス、水蒸気、水、油、等々の圧力を利用する、圧力エンジン・ポンプを提供することができる。
本圧力エンジンは、工場等で廃棄されている余剰;水蒸気、高圧空気、高圧ガス等々を電力に変換するための発電システムとして、タービン型より小型、軽量、単純、安価で、有用性が高い。又各種エアーツール、ただで使える、水道・圧力利用の回転洗浄ブラシ等々に、高トルクで確実な作動と共に、コストダウンと耐久力アップをもたらす。
その他、多種多様のエンジン応用システム等々有るが、例えば、エコカーとして利用し得る空気・蒸気エンジンシステム等を提供することができる。
本圧力エンジンは、その効率性の良さからエアカーに応用することができる。本形態のエンジンをエアカーに応用した場合には、空気と水を使用するエアカーシステムであるため、高価なレアメタル等を多用する高トルクモーターや、高性能電池を使用するPHVやEVよりも、遥かに安価で安心出来るシステムとなり、現在既に有るインフラをそのまま利用できる点や全てのコストパフォーマンス面で有利となる。点火装置等も必要のない、本圧力エンジンを搭載したエアカーは、従来型エアカーの、2倍から3倍位は性能が上がると考えられる。
更には、圧力エンジンを熱差エンジンと組み合わせることにより、太陽熱利用のフリーエネルギーシステムとして応用できる。
例えば、熱差エンジンとして太陽熱差発電をしたり、直結圧力ポンプとして圧縮空気を作ることで、ランニングコスト“0”のエアカー向けエアーステーションを設ける事ができる。また、本圧力エンジン・ポンプを使用したエアーステーションや割安な夜間電力をうまく利用すれば、燃料費もガソリンに比して遥かに僅少となり、エアカーのオーナー全員にとって、大変有益となる。
従来のエアーカーは、4気筒、6気筒の変形レシプロエンジンを積んで、160kmの航続距離を達成と言われているが、例えば信号待ちの時にもアイドリングが必要な様で、排気音もそれなりに煩わしく、エネルギーが無駄に浪費されている。このエアーカーは、タンクのエアーがなくなれば、別のガソリンエンジンが機能する様にもなっており、遠出の多いユーザーのエアー切れの不安を解消している。
これに対し、本圧力エンジンは、ガソリンの代わりに、水を予備の動力源として、あらゆる熱源・手段により低温蒸気を発生させ、そのまま蒸気エンジンに変身させる。また、密閉循環サイクルで作動させ、蒸気が水滴化する際の真空吸引力も活用する。水の補給の心配も無く省燃費型である。
更に、充電スタンドが有れば、内蔵ポンプで急速エアー充填が出来る。又、家では夜間電力により、割安にエアー充填が出来る。EV用充電スタンドの普及は其のままエアカー用として利用出来る、歓迎のシステムである。
勿論高圧エアーステーションが有れば、1〜2分で満タンに出来るのである。
ただ(無料)の空気を、太陽熱差エンジンと本圧力ポンプで圧縮したエアーステーションをただ(無料)で解放すれば、誰も高いガソリンを買いたくは無くなるだろう。水素ステーションと違って、高圧以外、何の危険も無く、多少漏れても、何等気にする必要が無い程の、ガソリンのセルフスタンドより安全安心で誰にでも使いこなせるシステムである。
本第1形態は、空気圧エンジン、蒸気圧エンジンを提供する事が出来、化石燃料消費を削減、これすなわちCO削減で有ると共にその製造過程で発生する、CO削減にも大きく寄与することができる。
また、現在廃棄している蒸気、高圧ガス、高圧空気等を利用して効率よく発電する簡易発電システムを提供することができる。
小型安価で低回転・高トルクであるこの特性を活かして、小規模な事業所にも容易に導入する事ができる。圧力源と空気と水がある限り、何処でも設置展開可能である。
又、自動車用としては、EVやPHVの高性能電池の高価格・大重量に比して、タンク重量の軽さ安さ、50年は持つ長寿命で、維持コスト安、取り扱いの簡便さ、劣化せず、ショートや発火、原因不明の故障の心配が無い事、高圧空気のみで安全安心、瞬時作動バルブの切り替えと、開放量のみでコントロール出来る、等々多数の点で有利である。
〔第2の実施形態〕
本発明また、第2形態として、内燃機関型HHOロケット燃焼式、爆縮エンジン、並びに〔第4の実施形態〕の内燃機関型HHOロケット燃焼式、爆縮圧ロケットエンジンを提供するが、こちらに付いては〔第4の実施形態〕で後述する。
本第2形態爆縮エンジンは、水素燃料電池のガソリンエンジン比の効率3倍を上回り、効率・性能5倍以上を可能にするべく、水を電気分解して得られる水素・酸素の気体(HHO)を燃料として、(1)高圧・連続燃料噴射点火・連続爆発(燃焼)を、繰り返す増量出力行程と、(2)真空暖衝定量行程、及び(3)ピストン吸引出力減量行程の、2/3行程が出力行程の、HHOロケット燃焼式爆縮エンジンである。
これは圧力エンジンを密閉し、ローター面接触用切り欠き部14からHO回収パイプラインを設け回収。高圧噴射ノズルとグロー点火プラグを圧力導入口の位置に装着するだけで、HHOロケット燃焼式爆縮エンジン(図示せず)が成立する。又これ等は簡単に合体させられ爆縮用と圧力用の変換は、瞬時作動変換バルブをシステムユニットか本体に設置する事で可能となる。
本第2形態の爆縮エンジンでは、前述した基本構成を有するほか、圧力導入口11に当る所に、HHOガス高圧噴射ノズルとグロー点火プラグを設けるか、又は、爆縮用システムユニットを装着する。HHOガス高圧噴射と同時にグロー点火プラグにより、点火され連続爆発燃焼・増量出力行程1、次のピストンとに挟まれる形での真空暖衝定量行程2、と同時に、先のピストンが真空吸引出力される減量行程3、を繰り返す密閉サイクルである。
爆縮用システムユニットを装着する事により瞬時の変換、反転が可能となる。
この様にピストンに回転作動を与える行程からなる駆動手段を設けたことを特徴とする(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式密閉型2/3サイクル爆縮ロケットエンジン・ポンプである。
外力によれば、第1形態に同じく、自力ポンプとして、真空定量行程時に流体の吸入、減量時に圧縮、若しくは排出する事で成立する。
現在無駄に捨てられている、工場等からの廃棄、高圧・ガス・蒸気・空気等々色々あっても、其の使用に当たってはその時その場でという、時間や空間の制約を受けている。
大きな工場等では自家発電・自己消費で問題はないが、需要の多い昼間の電力使用のため、安い夜間電力を利用し色々な形でエネルギーを溜めて昼間に消費しているのが現状である。その中には水を電気分解して水素を取り出し、燃料電池に使用する事も考えられている。然し、燃料電池コストが高すぎて普及の兆しはまだ無い。
同じ水素を使う原動力システムでも単純安価な内燃式圧力・爆縮(圧)エンジンは、基本的にHHOガスを1本のタンクに充填、使用しているが、HHO等々の2種混合ガスのタンクへの充填が法律で認められていない国もあるので、その国ではタンクを酸素、水素と独立した形とする事で世界中で問題なく使用できる。水素は爆発の危険があって、その原因の酸素と混合してボンベに詰めるのは気違い沙汰と思われているが、液化して詰めない限り、スペースシャトルの様な爆発事故は起こらず、返って爆縮して、高圧タンクがペチャンコになる事が実験で確かめられており、ガソリンタンクより安全といえる。
又は開放式にして、水素ガスと空気中や空気タンク中の酸素と反応させる水素エンジンとしても機能させられる。
この時は、1/3サイクルと成リ、2/3サイクル同等性能の維持は困難かと思われる。
元々時と場を選ばず、移動体での使用が目的であるので、エアカー用エンジンではパワー不足の山道・坂道用に、この機能を追加することで、快適なドライブが可能となる。
このエアー圧力・HHO爆縮(圧)エンジンカーは、100%完全無公害である。
なお、このことは、後述する第4の実施形態に係る3行程爆縮圧エンジン・ポンプにおいても同様に適用される。
〔第3の実施形態〕
本発明はまた、第3形態として熱差エンジン(SB・CVC・IE型)、外燃式密閉型熱差エンジン・ポンプを提供する。
図5及び6に示すように、本第3形態の熱差エンジン30では、ローター7の外周軌道と面接触するシリンダーの切り欠き部14の両外側に、ローター7により遮断されたシリンダーの両側に通じるバイパスを本体若しくは熱差システムユニット35に設け、バイパス入口から出口の中程には、暖衝室33として機能するように設ける。シリンダー内部の流体制御は、バイパス低温側から高温側への流体の流れの逆流を防ぐ、低速時用の低温側及び高温側チェックバルブ31,32を、同じく本体若しくは熱差用システムユニット35に装着する。シリンダー内周壁バイパスの入口付近に低温伝導体36を取り付け、バイパスの出口付近に高温伝導体37を取り付ける。
これ等のピストン4はそれぞれ中空で、その後面にシリンダーとローター空間に通じる貫通口を設け、外周面にバイパスと通じる貫通口を設ける。
低温伝導体36並びに高温伝導体37によるシリンダー内、ピストン内、ローター内、バイパス内、暖衝室33内の温度差、圧力差と、低温31・高温32チェックバルブの開閉制御により、ピストン4に回転作動を与える行程からなる、駆動手段を設けたことを特徴とする、(SB・CVC・IE型)、外燃式密閉型2/3サイクル熱差エンジン・ポンプである。
ポンプとしては、外力により逆転させる事で、高温側を高圧ヒートポンプ効果で高温に、低温側を真空ポンプ効果で低温に、する事が出来き、冷暖房、冷凍・冷蔵・温蔵庫、等々に、直接、冷媒用コンプレッサー等々を用いる事無く成立出来るものである。
現在主流の太陽熱発電は、太陽光を一点に集め其の熱で一旦150度以上の蒸気を発生させ、蒸気タービンにより発電するシステムである。高効率化のためシステムの大型化が求められる。
技術的問題はほとんど無い完成された技術であるが、既に発展限界に達している。
大型化が唯一の高効率化手段と言う技術は、既にその時点で、バベルの塔現象は避けられないのである。既に限界程大型化された発電システムのメンテナンスや、全システムを止めて行なわなければならないオーバーホールは大変である。又一部の不調が、全体に影響し、システム全体が破壊される危険がある。
そこで、従来より理論熱効率の最も良いエンジンの一つとして知られるボリューム型スターリングエンジンが、昨今の原油高も有り俄然注目を集めている。カリフォルニアでは既にこの先40年間一部の電力供給を、此のボリューム型スターリングエンジンを使った、太陽熱差発電装置で賄う契約が出来ている様である。こちらも規模は大変大きいが、トンボの複眼のように、一個一個が独立した発電システムの為、メンテナンスは一個一個順番に行うことが出来、365日ノンストップ稼動が可能である。
本第3形態は、このボリューム型スターリングエンジンに替わる、熱差エンジン・ポンプに関するもので、ボリューム型レシプロ式スターリングエンジンの効率を5倍以上、上回る事を目指して開発されたものである。
本第3形態熱差エンジンの基本原理は、前述した第2形態圧力・HHO爆縮エンジンと共通する。密閉型熱差エンジンとするために追加する部品は、2個のチェックバブルと、高温伝導体並びに低温伝導体である。追加加工はハウジングに、高温・低温伝導体取り付け部、及び熱差用システムユニットか本体には、低温側から高温側へのバイパスと暖衝室、低温側、高温側に夫々チェックバルブと瞬時作動変換バルブ取り付け部を設ける。
本第3形態の熱差エンジンによれば、砂漠や荒野にしか設置できないような現在の太陽熱蒸気発電のシステムと違い、ビルの屋上や、裏庭に簡単に設置できる太陽熱差発電設備が可能となる。そしてこれが期待指数一番のベランダ設置型、マンション・アパート用太陽熱差発電装置で、大き目の衛星アンテナ程の大きさが有れば昼間のクーラー用の電気を賄うことが可能となる。
また、本熱差エンジンは、小型軽量であるため、繊細で壊れ易い不安のあるソーラーパネルと違い、取り扱いが簡単で、移動も簡単な携帯型等も容易に製造可能である。それは、災害時等には特にその能力を発揮すると考えられる。一台を外力により、逆回転させポンプとして使用する事により、高温側を熱く、低温側を冷たく出来る為、一方で医薬品などを冷やし、他方ではお湯を沸かし、暖かいスープや非常食用に使える。然もこれは太陽光発電と違って、夜になっても何か熱源又は冷源さえ有れば、それ等の熱差で発電を続ける事が出来るのである。
現在熱効率に最も優れる物の一つであろうボリューム型外燃式密閉型スターリングエンジン等、熱差エンジンは大変有望な開発領域であると考える。現在は、その機械効率の悪さが、それ等の普及を阻んでいるのではと思われる。そこで、カルノーやスターリングの基礎理論を、この熱効率と機械効率の優れた本第3形態熱差エンジンにより実現させれば、高効率性能が生み出される事になると考えられる。
本発明者は、如何にすれば第二の産業革命(環境・エネルギー)を達成し得るかと言う視点から、化石燃料に頼らない原動機を第一条件に開発し、第一弾の圧力エンジン理論完成に次ぐ、第二弾として、HHO爆縮エンジン理論を完成させ、第三弾として、熱差エンジン理論を完成させる事が出来た。
以下、本発明の第3形態に係る空気・熱差エンジンの21世紀型について説明する。
ボリューム型エンジンの性能限界は、レシプロ(往復運動)型である事から、回転速度に限界がある。先ずその限界を打ち破る為に、往復するピストンをジェットエンジンと同じ等速真円回転を可能にする為、ハウジング1にドーナツ型シリンダーを設け、そのシリンダー内を等速真円回転するピストン4等々を設けた出力軸ユニット2と、これも等速真円回転するローター7によって、完全な面接触に依る圧力境界を保つように設ける。これにより(SB・CVC・IE型)として、ジェットエンジンと同じ回転限界を達成する事が可能と成り、又同時にジェットエンジンの欠点である低速での、超低性能の限界をも克服出来る、エンジンの誕生という事になる。
本熱差エンジンでは、図5〜6に示すように、エネルギー源は熱差で、ドーナツ型シリンダーの膨張側に送り込まれた冷気は高温伝導体により加熱され膨張し、等速真円回転するピストン4(B)に直接、出力軸に対して常時直角に170度ほど有効に働き続ける膨張出力増量行程となる。そしてドーナツ型シリンダーの収縮側では、低温伝導体により急に冷やされ収縮し、等速真円回転するピストン4(A)に収縮吸引出力減量行程が同様に働くので、往復ピストン型内燃機関では45度、熱機関(蒸気)、では往路復路共に有効な膨張行程として90度と比べると一挙に約4倍〜8倍の出力行程と成り、経験的に知られている、革命に必要な最低4〜5倍以上の性能・効率が達成されるものと思われる。
なお、熱差エンジンの作動の詳細については後述する。
又、スピード型ジェットエンジンとは異なり、圧力漏れが起こらない様に、圧力境界が全て面接触で構成される様に、ピストン4付出力軸ユニット2とローター7が、デザインされており、完璧なシールが実現されて高温高圧気体や低温低圧気体の圧力漏れが一切無く、全てピストン4に有効に働き無駄な浪費が無い。これ等2個のムービングパーツと熱差用システムユニット35をドーナツ型シリンダーに組み込むか、本体に直に加工、取り付けする事で、21世紀型、外燃式熱差エンジンが出来上がる。
圧力エンジン19のアシスト無しで、マイティーエンジンを50%以上下回る位の低速アイドリングからも大きなトルクを発生出来る為、変速ギア等々は必要なく色々な物の原動機として有望である。
有効出力行程が360度分の340度位あるので、今の約4〜8倍程に成り如何に高効率エンジンかが理解できる。
本第3形態熱差エンジンは、その構造上ジェットエンジンと同等の高速回転迄耐えられる。と言う事は、現在のボリューム型ピストンクランク式熱差エンジン(スターリングエンジン)の回転限界を遥かに超えて、もはやジェットエンジンの領域に達する。しかも(SB・CVC・IE型)であるので、冷・熱ガスの漏れが一切なく、慣性モーメントの打消しも一切ない。
最近は家庭用ソーラーパネルを設置してオール電化とし、昼間自家発電した電気で全てを賄い余った分を売って、夜だけ電気を買う(0エネや創エネ)システムが普及して来ている。又、ガスエンジンを利用し発電と給湯を同時に行うものも中々効率が良いので、お互い性能・効率・価格競争をしている。実験的にではあるが、家庭用の燃料電池システムも発電給湯システムとして可能性をアピールしているが、償却期間の明記はない。
ソーラーパネル式やガスエンジン式は20年償却から、現在10年間時限買取制度で償却期間の半減を目指している様である。
本発明の第3形態、太陽熱差エンジンなら4〜5年で償却できそうである。何しろ構造が簡単な2個の動部品は、特別な加工を必要としないので、何処の町工場でも製造可能なもので、軽くて設置面積も少ない省資源タイプである。ソーラーパネル式やガスエンジン式とは良い競争相手に成れるのではと思われる。
本第3形態に係る発明により、太陽光発電と共に太陽熱差発電の普及が進み、日本が、否全世界が石油依存から脱却出来る日が一日でも早く来る事を願わずには居られない。
発想の転換で効率5倍以上は可能である。
本熱差エンジンも、発展限界に達したと思われるジェットエンジン並びにレシプロエンジンの後継エンジンの原理に関するものであり、少なくとも5倍の効率・性能を有するエンジンシステムを提供するために成されたものである。
本第3形態は、圧力、爆縮エンジンに次ぐ、熱差エンジンで、ボリューム型レシプロ式スターリングエンジンの、後継エンジンの構成及びその原理に関するものになる。

本熱差エンジンの専用部品点数は、以下に示す16点の内31,32,35,36,37,の5点で、基本の1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,16,の11点は、1/4/4,1/6,2/6,サイクルを除いて、全て共通である。各々追加加工と部品を本体直接又は、各ユニットに組み込む事で差別化を図っている。その内ムービングパーツは基本の出力軸ユニット2と、ローター7の2点と、チェックバルブ2個のみである。なお、以下には、本第3形態における専用部品のほか、他の実施形態で用いる部品との関係で共通する形態、要加工部品等の特有の部品を使用する実施形態を示す。
1=ハウジング、内周壁面真円形ドーナツ型シリンダー
共通形態は、第1形態の圧力エンジン(以下、「第1圧力」と略す。以下同様),第2爆縮,第3熱差, 第4爆縮圧
要加工形態は、第5一般, 第6完全燃焼, 第7連続完全燃焼
2=出力軸ユニット=出力ディスク3+ピストン4+リングディスク5+リングギア6
共通形態は、第1圧力, 第2爆縮,
第3熱差, 第4爆縮圧, 第7連続完全燃焼
第5形態リングギア無しは、出力軸内部先端ギア加工2:1ローター軸ギア
第6形態は、出力ディスク排出口端面方向、第5形態は外周壁方向、他は共通
第7形態は、ピストンとリングディスクが2個分
7=ローター、 第5形態小型ツインローター用を除き、全形態共通, 第7形態は2個
8=ローターガイド、 小型ツインローター用を除き全形態共通, 第7形態は2個
9=同期ギア、 第5形態、大1x小4の5組専用を除き、全形態両仕様共可能
60=サイドハウジング、 第6形態用、第5形態、第7形態厚みWサイズで、各々独自の吸気口を持つ。 第1、第2、第3、第4、各形態共通で吸気口無し。
瞬時作動変換バルブ、第7形態、連続完全燃焼を除き、全形態共通(図示せず)
31=低温チェックバルブ、第3熱差, 第4爆縮圧, 第5一般,第6完全燃焼、各形態共通
32=高温チェックバルブ、第3熱差, 第4爆縮圧, 第5一般,第6完全燃焼、各形態共通
36=低温伝導体、第1圧力、第5一般, 第7連続完全燃焼を除き、全形態共通
37=高温伝導体、第1圧力、第5一般, 第7連続完全燃焼を除き、全形態共通
35=熱差用システムユニット、暖衝室33完備(各形態組み合わせ等独自)
すなわち、図5〜6に示すように、本熱差エンジン30は、ハウジング1と、出力軸ユニット2の、出力ディスク3と、ピストン4、リングディスク5、リングギア6と、ローター7と、ローターガイド8と、低温・高温チェックバルブ31・32とを設けたバイパスと暖衝室を形成する熱差用システムユニット35と、低温・高温伝導体36・37と、瞬時作動変換バルブと、サイドハウジングとから構成される。
以上の専用部品から構成される本実施形態の熱差エンジンの製造方法を、図5及び6を参照しながら以下に説明する。
ハウジング1は、先ず旋盤により中心の出力軸ユニット軸貫通口、次に内部端平面と真円の内周壁面13を仕上げる。ローター7の外周に接する事無く、本体か、熱差システムユニット35に低温側・高温側シリンダーを結ぶバイパスを設け、中程に暖衝室33を設け、それら出入り口に気体の逆流を防ぐ、チェックバルブ31,32を設ける。その左右のシリンダー内周壁13の4〜5時と7〜8時の位置にミーリング加工により低温・高温伝導体36,37の取り付け部を設ける。
ピストン4、リングディスク5、リングギア6は、出力ディスク3と一体化し、出力軸ユニット2とする。旋盤によりピストン4及びリングディスク5、リングギア6、の内外周側面を仕上げる。
本第3形態における二つのピストンは、1/3,2/3,2/6サイクルに共通の物である。
ローター7は、そのシャフト部17と共に旋盤加工仕上げをする。ピストン収容スペースはミーリング加工仕上げをする。
低温・高温チェックバルブ31・32は、ミーリング加工仕上げする。
低温・高温伝導体36・37は、旋盤で本体外径とシリンダー面と、面一に仕上げる。
瞬時作動変換バルブ、取り付け部(図示せず)を本体又は、システムユニットに、ミーリング加工により設ける。
サイドハウジングは、旋盤加工による内周、側面、端面を仕上げ、6時側の位置に、ローターシャフト17の貫通口を仕上げる。
次に、本第3形態に係る、外燃式熱差エンジンの作動原理について図面を示して説明する。図5〜6の(a)〜(f)は、本形態の外燃式2/3サイクル熱差エンジンの作動行程を経時順に示す断面図である。
図5(a)は、先ず予めピストン4(B)によりバイパス内暖衝室33に低温圧縮された所で、12時頃までは気体が高温側で膨張し増量出力行程と成っており、反対に低温側で収縮しておりピストン4(A)は既に吸引作用を受けて減量出力行程と成っている。
図5(b)は新たな行程がピストン4(B)により始まり、6時半〜7時地点を過ぎる頃、圧力差を感知した高温チェックバルブ32が開く事によりピストン4(B)内とドーナツシリンダー内に暖衝室33から圧力差0迄噴出する。この時ピストン4(B)と4(A)の間では、定量移動暖衝撃行程中である。
図5(c)は高温伝導体37で熱せられ膨張した高温高圧気体が、高温チェックバルブ32を閉じ、ピストン4(B)に直接、回転軸に対して直角に170度に亘り働き、大きな回転トルクを生み出す事と成り、出力軸から直接動力を取り出し仕事をさせられる。ここで、高温伝導体37の熱源は、火力、太陽熱等が挙げられるが、特に制限されるものではない。
同時に先行していた回転ピストン4(A)は、11時半頃から4時頃まで、低温伝導体31により急冷され収縮した気体の負圧力により吸引される事となり、4時頃からは冷え切った低圧気体を、暖衝室33を備えたバイパス内へ圧送する事になる。この暖衝室33を備えたバイパス内に於いて、送り込まれた冷気体の圧力は上昇する事になる。
ここで、低温伝導体36の冷源としては、雪・氷・水道水等が挙げられるが、特に制限されるものではない。
ドーナツシリンダーの7時頃から12時頃まではホットエリア、12時頃から6時頃まではコールドエリア、にと分かれる。この時計回りの空気の流れは2個のチェックバルブ31・32によりコントロールされている。
この様に爆縮エンジンから、熱差エンジンへと簡単に発展させる事が可能である。
このグレードアップによってもたらされる恩恵は、発電施設としては、太陽の照る所なら何処でも設置稼働可能となり、太陽熱発電と違い、水を一旦高温高圧の蒸気に変換する必要が無くなり、蒸気生産用高圧ボイラー設備が不要となり、大型施設建造が不要、高圧配管設備が不要、高圧蒸気管理システムが不要、その他諸々の関連装置が不要、となり、可也の資源節約になる。なお小型集光ミラー、送電配電設備等々は、共通な必要装備部品である。
さて、大出力を求めて大型化が推し進められている太陽熱蒸気発電の現状であるが、本形態の2/3サイクル熱差エンジンの出現で、その必要性其のものが無くなるものと思われる。何故なら出力は回転数を上げれば上げるだけ増えるので、エンジン回転数にほぼ正比例して増大し、其の回転限界はジェットエンジンと同等のものと見ているからである。
何しろ低速トルクが強大なため、普段は高速回転させる必要が無いのである。全ては余裕として、緊急時用の予備として取って置けるのである。
太陽熱蒸気発電や、特に原子力蒸気発電は、高熱のみを利用する為無駄になった熱を空中や、海や川に約70%も廃棄している。特に原子力発電所付近の海が熱帯化しているのは、大きな環境破壊問題となっている。これに対し熱差エンジンでは、其れ等廃熱からも十分な発電エネルギーを回収できる、高効率エンジンであリ環境に優しい。
熱差エンジンは又、低温の雪・氷等々をエネルギー源として利用する事で、廃棄するのは熱過ぎず、冷た過ぎずの環境にニュートラルで優しいものである点、大型施設を海岸線にではなく、中小施設を雪の多い内陸にも設置可能であり、地産・地消で、高圧送電線の必要も無く、何の危険もなく隣で暮らせる様になる。
冷たい雪や氷もエネルギー資源として活用出来るように成るのである。
この熱差エンジンは、実用上、現在一般のエンジンのアイドリング(600〜800)rpmの中速用、から高速用で其の2倍位の回転で十分ではないかと思われる。現在燃費性能にも優れ多く活躍している船舶用や高速ディーゼル機関車用ロングストローク高速ディーゼルエンジンの最高回転数が1600rpmで丁度其の位である。
現在燃費性能に最も優れる、超大型低速ディーゼルエンジンでは、ピストンがドラム缶以上の直径1m前後もあり、それが2〜4m程上下に往復する事、100回/毎分という情景は凄まじいものである。衝撃音・振動、排熱、・・・等々で、20〜30年の耐久性である。
それに比べ、等速真円回転式熱差エンジンは、10回転/毎分以下のアイドリングから、ドラム缶以上の同等ピストンが、一方に真円回転するだけで、衝撃、振動が殆んど無く、発熱も少ない状況から、更なる耐久性5〜10倍以上も可能と成って反映されるものと思われる。
参考迄に、10万馬力以上の舶用ディーゼルエンジンの大きさはおよそ、全長25m全高15m全幅5m重量2500トン排気量25,000リッターといった所である。
等速真円回転式2/3行程熱差エンジンでは、全長、全高、全幅が5mの空間で十分と思われる。
現在それ等大型船舶の寿命は、20〜30年程で計画生産されている様である。大きなエンジンは、積み替えが出来ない為、エンジンの寿命が、即船の寿命と成っている様である。小型・軽量・単純化された本形態の、熱差エンジンでは、100〜150年程度、完全無接触設計が出来ればそれ以上の耐久性を持つ事になると思われるので、今後色々な物作りに、根本的な発想の転換を促す原点と成るであろう。
また水上においては水冷が容易に行える点、陸上より便利である。更には高空を飛行するエアライン用のエンジンとして大変有利である。1万mの高空は外気温−50℃の世界であり雪よりもエネルギーの質・量が多くその有効利用を考えるべきである。
高温の有害排気をそのまま撒き散らしている今のジェットエンジンに替えてこの外燃式熱差エンジンを使えばどれ程環境に優しく善い事か。又、宇宙では日の照る側と日影で約150℃とー150℃に成るらしい、この熱差300℃は、外燃式熱差エンジンにとって凄いエネルギー資源である。繊細なソーラーパネルより、宇宙ではより信頼が置ける動力源・発電システムではないかと考えられる。
本第3形態の外燃式・熱差エンジンは、空から無尽蔵に降り注ぐ太陽光・熱や、地熱、雪や氷、工場等で廃棄されている再利用不可能と思われている廃熱等も其の動力源に変えてしまう事が出来る夢のエンジンである。これにより、熱エネルギーを一旦150℃以上の蒸気に替えて動力を得るという必要性が無くなるのである。
さて此処からも前例の無い領域、スターリングエンジンの21世紀型自動車版になるが、昨今激烈な競争が展開されているエコカー開発に新たな方向性を提案出来るだけのポテンシャルを備えた外燃式・空気熱差エンジンシステムである。勿論熱源の種類は問わないので、太陽熱利用や水素を燃やせば完全無公害の乗り物ができる。
かつて世界中で自動車用レシプロ式スターリングエンジンの研究開発競争がされた時は、出力不足とアクセルレスポンスと始動性の悪さから開発が諦められた経緯がある。
しかし本形態・空気熱差エンジンは、空気圧で瞬時の稼動が可能であり、約5倍のパワーアップと小型軽量な特徴からは、計り知れない可能性がある。
本第3形態の空気熱差エンジンを搭載した自動車用の場合は、近距離なら空気圧を其のまま利用し、長距離ならばボンベの空気が無くなるのを待たず、エンジンをシールド、外燃式空気熱差エンジンとして使うことができる。ガソリンの代わりに、あらゆるものを熱源にして、高温高圧空気に膨張させ、空気や水で冷やせば、其のまま空気熱差エンジンに変身させられる。点火装置等も一切必要無い本エンジンに乗せ替えたら現状のエアーカーは、必ずや3倍や4倍に性能が向上すると思われる。
空気圧力エンジンカーは、空気圧走行95%、後は緊急時、蒸気走行の可能性がある。
外燃式空気熱差エンジンカーは、空気圧走行20%、後は熱差エンジンで長距離走行の可能性がある。勿論外燃式空気熱差エンジンは、圧力エンジンの機構を併せ持っているが、圧力及び熱差エンジンの独立型ツイン・ハイブリッドは高級に成り、それなりにメリットが増える事は当然である。
環境・エネルギー革命の為の第一歩が、先ず圧力エンジンであり、次いで爆縮エンジンであり、この外燃式空気熱差エンジンである。本形態のエンジンは特に自動車用の起動を瞬時になす為に1つのバルブ操作のみで圧力又は空気熱差に瞬時に変換する。長い渋滞では圧力に変換したほうが経済的であり、長い下り坂でもそうである。この間エアーを充填して置ける。丁度エアー版ハイブリッドの回生システムである。
本発明者自身はエコカーより、もっと大型で移動距離の長い大型トラック・バス、貨物・旅客列車や、貨物・旅客船、航空貨物・旅客機の方が需要も経済効果も多大になると考えている。そして、爆縮圧と、完全燃焼並びに、連続完全燃焼の等速真円回転式内燃型エンジンも後述する通りである。
これ等は全てスピードボリューム型であり、スピード型とボリューム型の善き性能を併せ持つエンジンであり、低速ではボリューム型以上、高速ではスピード型に迫る性能を、少燃費で簡単に実現する実力を持つものであり、正に21世紀型の内燃機関型ロケット・ジェットエンジンである。
20世紀から今現在最も活躍している、もう一方のエンジンは、20世紀最も活躍したボリューム型のストレート型レシプロエンジンの単気筒独立型から2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,16気筒の、直列、並列、水平対抗、V型、W型に相当する、ストレート型のエンジンである。(其れ等の21世紀型も既に発明済みである)
しかし、このボリューム型の空冷星型レシプロエンジンの21世紀型は、2006年度の、21世紀の未来を創るデザインコンテストで発明グランプリを獲得している。この空冷星型エンジンは、第二次世界大戦中、主に爆撃機のエンジン、グラマンや日本の誇る零戦、一式戦隼、その他多くの戦闘機用としても採用された。それに対してストレート型は、スピットファイヤーやメッサーシュミット、ムスタングや飛燕、等々に採用された主に戦闘機用の液冷エンジンである。そしてこのストレート型が、陸に、海に、空に大発展して来たのである。その訳はやはり単純、安価、コンパクト、作りやすく、扱いやすく、便利なのが何より、と言った所であり、本発明エンジンにも強く受け継がれている。
本第3形態は基本原理であるため、多くの応用が期待される。燃料消費削減は詰まりCO削減であるので、燃費向上技術の開発は当然であるが、その製造過程で生じるCO削減も又重要なファクターである。部品点数1ダース程で製造できる本実施形態のエンジンは、その意味でも大変有望なものである。
本第3形態は、ボリューム型でストレート型のレシプロ式スターリングエンジンの、後継エンジン、21世紀型としてこれ以上の小型化、単純簡素化は、同期ギアをパワーディスク内側に内蔵し、大きなリングギアと対応の同期ギアを省き軽量化する事位しか無いという程の物であり、それも既に設計済みである。
21世紀型の(SB・CVC・IE型)、外燃式空気熱差エンジンの必須要件とは、
先ず第一に、等速真円回転のみで作動すること、
次第二に、完全な圧縮が確保されていること、
最後第三に、加減圧力が直接出力軸に直角に働くこと。これ等三点が必須要件である。
本形態の空気熱差エンジンは、回転モーメントを一切無駄にすることなく、全て有効に回転運動力になり、低速から強大なトルクを生み出し仕事をする。又、エンジン容積の大きさにほぼ正比例してトルク・出力が増えて行くので、きめ細かなクラス分け開発が容易である。
本第3形態によれば、温度差=熱差から直接回転力を取り出す、レシプロ式スターリングエンジンに替わる、太陽熱、地熱、発電所廃熱、工場廃熱、エンジン廃熱等々の高温や、雪や氷等々の低温、砂漠表面と地下や深層海水と表層海水の温度差等々の熱差を動力源とする、カルノーやスターリングの熱膨張・熱収縮エンジン理論を、等速真円回転運動のみに依り実現させた(SB・CVC・IE型)、外燃式空気熱差エンジン・ポンプを提供する。
現在は、再利用不可能と思われ廃棄されている人工の各種工場排熱、原子力・火力蒸気発電所廃熱、ディーゼル発電所廃熱、船舶エンジン排熱、や、天然自然の太陽熱、地熱、又雪・氷等々を利用して効率よく発電する熱差エンジン発電システムでもあり、小型で低回転高トルクの特性を生かし、小規模な事業所にも容易に導入できるものである。
特に原子力蒸気発電所が廃棄している、発熱量の70%をこの熱差エンジンで回収すれば、元の効率30%を、超える%の回収が可能ではないかとさえ思われる。
又、その効率の良さから、エコな空気熱差エンジン・カーへの応用が可能である。
空気・熱差エンジン・カーへの応用は、ただで無料の太陽熱利用、空気熱差エンジンと、圧力エンジンをセットにし、ただで無料の空気を圧縮、ただで無料のエアーステーションを幹線道路に設置すれば、石油は不要と成る。ガソリンや水素と違い、爆発の危険が無いので、完全無人化が可能となり、ランニングコストも掛からない、公共の動力源として、公共心のある、日本でならば、成立出来るのではないかと考えている。先ず日本が見本を示せば、追随者は多いと思われる。その様に世界をリードして行ければ素晴らしい。
さて、家庭用には直径1.2m程の反射鏡と外燃式空気熱差エンジンを組み合わせると、太陽熱利用のフリーエネルギーシステムが出来る。特に小型化が期待できるため、マンション・アパート用太陽熱差発電で、エアコンを動かす場合は効率65%で12疊用が、賄える分の電力の供給が行え、昼間の電力不足解消と、電気料金の大幅節約になる。
本形態の外燃式空気熱差エンジンは、物の原点である、太陽と空気と水、それらを新しい観点から見直し、活用する道を開いて行くものである。
〔第4の実施形態〕
本発明はまた、第4の実施形態として(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式密閉型HHO低圧連続噴射爆発・真空暖衝・吸引噴射圧縮、爆縮圧ロケットエンジンを提供する。
これは第2形態の航続距離延長システムとして、追加されたものであり、軽負荷一定速、エコ走行時には有効であり、高圧ボンベのガスを節約、いざと言う時のみ高圧ガスを使う様に出来るものである。
本第4形態は、水素燃料電池の効率3倍を上回り、効率・性能5倍以上を可能にするべく、水を電気分解して得られる水素・酸素の気体(HHO)を燃料とする、ロケット燃焼式、HHO低圧連続噴射・点火爆発(燃焼)・真空収縮(吸引噴射)を繰り返す増量出力行程(1)と、真空暖衝移動定量行程(2)、及びピストン真空吸引出力減量行程・低圧燃料噴射・圧縮行程(3)の、2/3サイクルが出力行程として作動する(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式密閉型、2/3行程爆縮圧ロケットエンジン・ポンプに関するものである。
ここではタンク1本を使う場合と、電気分解しながらの2例を前提にして説明する。
酸素・水素混合高圧タンク内に規定量の水を入れて置き、中の電極により電気分解をすると、中には高圧の酸素・水素の混合気体(HHO)が溜まる。それを、本第4形態の内燃機関型、爆縮圧エンジンのシリンダー燃焼室内に噴射・点火すれば、強力な爆発・燃焼による高圧が、ピストンを押し動かす連続爆縮の膨張出力増量行程となる。次のピストンが燃焼室に入り次第、燃料供給が止まり、次に膨張行程が終わると、両方のピストンに挟まれた燃焼ガスは水滴と成り真空化し暖衝移動定量行程となる。そして先行ピストンには、反対側のクールサイドである、12時頃〜6時頃の間で、真空吸引出力減量行程・低圧燃料噴射・圧縮減量行程の、爆縮圧3サイクルが完了と成り、各々出力行程170度程を確保しており、最大(無圧縮の時)360度分の340度が有効な出力行程と成る。詳細は後述する(図7〜8参照)。
又は、アクセルを半分以下に戻せば、発電機・バッテリィーに依る水を電気分解しながら溜めたガスに依る運転となるが、その時はガス圧が低圧のため、最低でもアイドリング分のHHOガスの、圧縮行程が必要になる。減量出力行程で負圧と成った吸引行程時にシリンダー内とピストン内に、低圧ノズルから(HHO)ガスが供給される事となる。そして、圧縮された(HHO)ガスはバイパスを通って暖衝室で待機し、主燃焼室シリンダーへ行くべく、次にピストンが主燃焼室に入るや否や負圧と成るので、暖衝室からチェックバルブを押し開き、ピストン内やシリンダー内へ噴出すると同時に点火(着火)される事となる。アイドリングや低中速回転域としてはこれで十分ではないかと思われる。ただし、発進加速、追い越しや、きつい坂道でエキストラパワーが必要な時にはスーパーチャージ的に高圧噴射でパワーアップする事を前提にしたシステムである。
勿論永久機関ではないので、高圧・低圧タンクの容量、発電機・バッテリー容量によって、航続距離は変わる事に成る。但しタンクサイズ等々は目的に応じて選べる。
本第4形態のHHO爆縮圧エンジンは、基本的に密閉式で、開放しても使える水の移動時電気分解機能を備えたエンジンシステムである。水素の取り扱いには専門知識と資格が必要で、危険も伴うため、一般大衆が全てを自身で行うのは無理であるが、本第4形態の密閉式爆縮圧エンジンシステムは、自己生産自己消費であり、漏れると危険な水素充填等が必要なく、PHVやEVと同等の扱いやすさで、水素燃料活用を一般大衆に普及させる有効な解決手段となり得る。
この爆縮圧エンジンは、熱差エンジンが近い関係にある。熱差エンジンは気体が熱せられて膨張し、冷やされて収縮する事でピストンを押したり引いたりして回転力を得る。これに対し、爆発的燃焼によるガスの膨張と、その後燃焼ガスが水滴化する事で、真空と成り発生する吸引力とで、ピストンを押したり引いたりして回転力を得る点、この爆縮圧エンジンのほうが強力と考えられる。そして、この真空吸引力という力は相当強力なもので、熱効率だけでは計り知れない効率・性能が潜んでいる可能性もある。
本第4形態のロケット燃焼式、爆縮圧エンジンは、現在最も革新的と言われている燃料電池に替わる、水素・酸素の混合気体(HHO)を燃料とする完全無公害エンジンの、構成・原理に関するものであり、少なくとも5倍の効率性能を有するエンジンシステムを提供する為に成されたものである。
その骨子となるシステム理論には、其処此処にジェットエンジンやレシプロエンジン、ロータリーエンジンや蒸気機関、電気モーターの長所が散在する(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式密閉型爆縮圧エンジンで、燃料電池と同じく水素を燃料とする完全無公害の、燃料電池対抗エンジンの構成・原理に関するものである。
本HHO爆縮圧エンジンの製造も、基本的な旋盤とミーリングで行える。
これ等の構成部品は、断面が必然の真円形とそれを含む形状で、その他は自由に出来る。
本第4形態における専用部品点数は、爆縮エンジン用と熱差エンジン用を含めて以下の15点で、その内ムービングパーツは基本の出力軸ユニット2とローター7の2点と、チェックバルブ2個である。
1=ハウジング、内周壁面真円形ドーナツ型シリンダー
2=出力軸ユニット、出力ディスク3+ピストン4+リングディスク5+リングギア6
7=ローター
8=ローターガイド
9=同期ギア
サイドハウジング(図示せず)
瞬時作動変換バルブ(図示せず)
21=高圧噴射ノズル
22=グロー点火プラグ
31=低温チェックバルブ
32=高温チェックバルブ
36=低温伝導体
37=高温伝導体
41=低圧噴射ノズル
45=爆縮圧用システムユニット
すなわち、図7〜8に示すように、本第4形態のロケット燃焼式、HHO爆縮圧エンジン40は、ハウジング1、内周面真円形ドーナツ型シリンダーと、出力ディスク3、ピストン4、リングディスク5、リングギア6とを、一体化した、出力軸ユニット2と、ローター7、ローターガイド8、同期ギア9、爆縮圧用の、低温チェックバルブ31、高温チェックバルブ32、瞬時作動変換バルブ、高圧噴射ノズル21、低圧噴射ノズル41、グロー点火プラグ22、等々を設けたシステムユニット45、とサイドハウジングとから構成される。なお本第4形態のエンジンについては、第1,第2,第3形態のエンジン構造との共通部材は、前記の記載が第4実施形態においても適用される。
本第4形態の爆縮圧エンジン40は、前述した基本構成及び第3形態と同様の構成を有するほか、熱差用システムユニット35若しくは本体に、新たに高温チェックバルブ32の作動空間に、HHOガスを噴射する高圧噴射ノズル21及びグロー点火プラグ22を設け、低温チェックバルブ31に隣接して、低温側シリンダー、ピストン、ローター内への、低圧噴射ノズル41を設ける。又は、爆縮圧用システムユニット45の内部に設けても良い。
バイパス暖衝室33から外部にHO回収パイプ42を設ける。高圧噴射ノズル21のHHOガス噴射、グロー点火プラグ22での点火燃焼、低圧噴射ノズル41でのHHOガス、シリンダー内噴射、並びにバイパス内、暖衝室33への圧縮による圧力差と温度差、低温・高温チェックバルブ31及び32の開閉制御により、ピストン4に回転作動を与える行程を含む駆動手段を設けたことを特徴とする(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式密閉型2/3サイクル爆縮圧ロケットエンジン・ポンプである。
自力ポンプとしては、高圧ガス使用時のみ、正回転で第2形態と同じとなり、外力により逆回転させる事で、第3形態と同様効果を生む事になる。
以下に本、HHO爆縮圧エンジンの製造方法を、図7及び8を参照しながら説明する。
ハウジング1は、先ず、旋盤により内端平面と真円の内周面と中心の出力軸ディスク2用、貫通口を仕上げる。ローター7の外周面に接する事無く、爆縮圧用システムユニット45に、低温側シリンダーから高温側シリンダーへのバイパスと暖衝室33を設け、燃焼側高温チェックバルブ32と、その作動空間に、高圧噴射ノズル21と、グロー点火プラグ22の取り付け口を設け、圧縮側低温チェックバルブ31を設けたシステムユニット45内に(外部でも可)低圧噴射ノズル41の取り付け口をドリル・タップ加工する。バイパス中程の暖衝室33からHO排出回収用パイプライン42をドリル加工して設ける。
この様に加工構成された爆縮圧用システムユニット45を、ハウジング1のシステムユニット設置部に組み込めば、内燃機関型、ロケット燃焼式HHO爆縮圧エンジンの完成となる。
次に、本第4形態に係る(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式密閉型HHO爆縮圧エンジンの作動原理について図面を示して説明する。
図7〜8の(a)〜(d)は、本第4形態のHHO爆縮圧エンジンの、作動行程を経時順に示す断面図である。
先ず、予めピストン4(B)によりバイパス内、中程の暖衝室33に、低温圧縮された気体(HHO)は、ピストン4(B)が6時半〜7時地点を過ぎる頃、圧力差を感知した高温チェックバルブ32が開く事により、ピストン内とドーナツシリンダー内に圧力差0迄噴出し、高温チェックバルブが閉じ、グロー点火プラグ22により点火(着火)し爆発的に燃焼した高温高圧ガスが、ピストン4(B)に直接回転軸に対して常に直角方向に170度に亘り働き、大きな回転トルクを生み出す、増量出力行程と成り、出力軸から動力を取り出し仕事をさせられる。
この時、一度の爆縮作用で回転ピストン4(B)が12時を越えられない時には、自動的に(HHO)ガスが追加供給され、2度3度と爆縮を繰り返し、12時を越えて真空化するまで出力行程として働き、その後回転ピストン4(B)は吸引出力作用を受ける事となる。
この吸引作用を利用して低圧ノズル41から(HHO)ガスが供給され、同じ行程が繰り返される。高圧タンクに余裕が有る時は其のままシリンダー燃焼室にピストンが入った時に高圧ノズル21より(HHO)ガスを噴射、グロー点火プラグ22に依り点火(着火)する事でより強力な出力が得られる事となる。この時は低圧側はカットされる。
普段低・中速時には水を電気分解しながら、発進加速、上り坂や高速道での追い越しでは高圧の(HHO)ガス噴射を行えば、現在のエンジンのターボチャージャーやスーパーチャージャー付と同じ様な性能向上が見込まれる。
このエンジンの元は圧力エンジンであり、そこに爆縮エンジン、熱差エンジン、そして爆縮圧エンジンのシステムを追加してできたものである。勿論、単独仕様も可能である。
本実施形態の(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式密閉型、HHO爆縮圧エンジンは、元の圧力エンジン、爆縮エンジン、熱差エンジンと共に、一つのエンジン本体に組み込む事が可能で、使用条件により最も相応しいサイクルを選び、単独あるいはそれらを組み合わせて使う事が、可能なエンジンシステムである。特に爆縮圧エンジンに付いては、今迄には無かった燃焼理論形態であると考えられる。
本第4形態によれば、前述した圧力エンジンや、熱差エンジン等々によって発電された電気で水を電気分解し、得られた水素・酸素の気体(HHO)を高圧タンクに溜めて、この爆縮圧エンジンの機能(低圧噴射・圧縮、点火爆発増量出力・収縮噴射、真空暖衝定量移動、吸引出力)に追加、高圧噴射点火で更に高出力化すると共に、時間や場所に関係無く移動体使用で更なる有効性を発揮できるエンジンシステムを提供できる。
〔第5の実施形態〕
本発明の第5形態は、(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式、4サイクルエンジン・ポンプを提供する。本第5形態では、4サイクル一般エンジンでも(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式、4サイクルエンジンとして、生まれ変わることが出来ることを明示しておく。
本第5形態は、以下の構成部品から構成されるもの(全体図示せず)である。本第5形態に特有の構造以外は、前述した実施形態と基本的には同様である。
(1)1/4/4サイクル一般エンジン用、2ローター用シリンダーハウジング
(2)出力ディスク内周壁面排出口式、ローター組み付け後、リングディスク後付け式
(3)小型ピストン4サイクル用、完全燃焼用ピストン64(A)・64(B)(図10〜12:第6の実施形態参照)と同型内径大型
(4)4サイクル用システムユニット
(5)バイパス副燃焼室
(6)ローター小型2個
(7)ローターガイド小型ローター2個用
(8)2ローター用サイドハウジング
本第5形態の一般4サイクルエンジンでは、前述した基本構成を有するほか、性能面から2ローターとするのが、妥当な選択であると思われる。
2ローターとするために、ローター直径をシリンダー直径の半分とし、各々中心を外側へ移動させて面接触を図る。その分シリンダー壁が削られ切り欠き部と成る。
ローター中心部が外側へずれた分、ドーナツシリンダー内径が大きく成り、ピストンが、小型化する事になる。
小型同期ギアセットを出力ディスク内側に収容する事で、大型リングギア6と同期ギア9を不要とする。12時の位置に設けた第2ローターは排気と吸入を担当する事に成り、燃焼ガスは出力ディスク外周面へ向きを変えた排出口から排出され、シリンダー壁に設けられた排気坑道を通って11時頃の位置に設けられた排気口より排気される。吸気はサイドハウジングの2時頃に設けられた吸気口、吸気坑道より、リングディスクの吸入口からシリンダー内へ入り、1/6サイクルと同様のユニットでの、同様の行程を持つ事に成る。
この様にピストンに回転作動を与える行程を含む、駆動手段を設けたことを特徴とする、
(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式開放型1/4/4サイクルジェットエンジン・ポンプである。
部品点数、加工作業も増え、排気量も半減し、性能面・効率面でも1/6サイクルより劣るが、独自の排気音や、吸・排気システムのデザインを楽しむなど、趣味的価値と共に、20世紀大活躍した4サイクルシステムの、生まれ変わりを後世に残す意義が大きいように思われる。それでも現行4サイクルの2倍〜3倍の効率・性能は発揮する筈であるが、これを持って環境エネルギー革命を推進するには、やや性能不足である様に思われる。又単ピストン型では同等となり超長行程の故、低公害化対策には有利である。更にこの4行程型式による、圧力、爆縮、熱差、爆縮圧、連続燃焼エンジンにも展開できる。
ポンプとしても、第1〜第5形態迄同様に成立するが、あくまで4サイクルである。
本第5形態は、性能的には、本発明の他の全ての実施形態に劣ると思われるが、それでも現4サイクルの2〜3倍の性能効率は有する。然し、2〜3倍では革命を起こし成就するに足る物ではない。
残念ながらこれからの、環境エネルギー革命の一助には成っても、一翼を担う程の事は出来ないと思われる。然し、基本の4サイクルエンジンを世に残す意義も価値も有ると思われるので(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式ジェットエンジンとして、生まれ変わった、1/4,1/4/4サイクルエンジンとして、ハーレーの様な愛好者に依って永く愛される事を望む次第である。
〔第6の実施形態〕
本発明は、更に、第6形態として(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式多種類燃料完全燃焼、1/6サイクル〔(1)吸入、(2){完全ガス化}、(3)圧縮*(4)燃焼、(5){完全燃焼=無害化}、(6)排気〕の6行程完全燃焼ジェットエンジンを提供する。
本第6形態の(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式、多種類燃料完全燃焼1/6サイクルジェットエンジンは、20世紀に最も活躍発展を遂げた、スピード型ジェットエンジン並びにボリューム型2&4サイクル内燃エンジン・ストレート型に替わる、両エンジンの特性を活かしつつ生まれ変わった、完全燃焼ジェットエンジンであり、21世紀型の(SB・CVC・IE型)、多種類燃料完全燃焼、ジェットエンジンである。
現在主流のエンジンは、大きくは2つの流れ(スピード型)ジェットエンジン(主に航空機用)と、(ボリューム型)レシプロエンジンのストレート型(その他諸々陸海空用)があり、その他にレシプロエンジンの空冷星型の生き残りと僅かのロータリー式と、別格のロケットエンジンがある。
これ等の内で既に発展段階を終えて余生を送る、現在では模型以外は製造されて居ないのが、空冷星型レシプロエンジンである。しかしながら、その21世紀型は既に2006年に(MYT)エンジンとして生まれ変わって登場し、21世紀の未来を創るデザインコンテストにおいて、発明グランプリを獲得したのである。
プロトタイプに依る各種テストデータの収集も終わり、実力5倍の21世紀型星型エンジン(MYTマイティーエンジン)として生まれ変わる事に成功したとの事である。
超大型や超小型は製造困難の為、小中型高出力の実用機の生産から始めると思われる。
この事から連想されるのが、やがてストレート型や、スピード型ジェットエンジンの21世紀型の登場は、最早必然、必定の出来事であると想われる事である。
本第6形態の、基本は(SB・CVC・IE型)、であり、高速域ではスピード型のジェットエンジンの軸出力性能特徴を持ち、低速ではボリューム型の性能を遥かに上回る、21世紀型等速真円回転式内燃機関型、多種類燃料完全燃焼ジェットエンジンを提供する。
言うまでも無く、これ等エンジンは現在一番普及している物であり、排気量0.1cc以下の模型用から、2億5000万cc以上で10万馬力以上の大型船舶用迄、陸に、海に、空にあらゆる用途に使われている、両方のエンジン兼用の21世紀型である。勿論単気筒独立型の長所は其のままに、あらゆる用途に展開可能である事は既に言うまでもない。
MYTエンジンは、ボリューム型、空冷星型エンジンの21世紀型として、本発明者にとっても、大変貴重な存在である。それは新世紀の先駆的存在であり、これから、ストレート型、スピード型が21世紀型に生まれ変わる事に成ると、大いなる期待と共に、確信にも似た感情を沸き立たせるに足る、存在であるからである。
MYTエンジンは、超小型や超大型は、耐久面や経済面から、実用機の製作は不経済と思われるが、大型のトラック・バス、ボート・ヨット、小中型航空機、等々に活躍の場が有るのではと思われる。
これに対し、本第6形態のエンジンは2個の専用ムービングパーツがあるだけで、構造が更にとてもシンプルに生まれ変わった(SB・CVC・IE型)、であり、チェックバルブを除き、ジェットエンジンと同じ等速真円回転以外の動きが、一切無いものである。
本、多種類燃料完全燃焼エンジンは、現在のレシプロエンジンの5倍以上の効率・性能を実現のため、現ジェットエンジンをディチューン(高速抑制)して開発されたものであるが、当然ジェットエンジン同等の高回転にも耐える構造である。現在の分類上はスピード型ジェットエンジンの21世紀型という言い方が正しいのかも知れない。
本、多種類燃料完全燃焼ジェットエンジンは、発想の転換により、その性能・効率は、現在のレシプロエンジンに比べて5倍以上が可能である。
21世紀型、多種類燃料完全燃焼ジェットエンジンとして、燃料の種類並びにエネルギー源は問わないこれ等エンジンは、全方位に展開が可能なものである。
現在主流のレシプロエンジン(ボリューム型)は、ジェットエンジンやガスタービンエンジンの(スピード型)によってその性能限界越えを行っているが、その轟音、高熱排気、超高速回転高出力、燃料消費の凄さ等々、は周知の通りであり、とても其のまま自動車に積める物ではない、少燃費・省資源は今や全人類の要請であり、革命的技術革新は必要不可欠である。しかし、現在主流のレシプロエンジンやジェットエンジンの基本原理は、あらゆる意味において既に限界点を越えており(本発明者の私見)、今後如何に改良、部分革新を行っても、2020年迄持ち堪えることは出来ないであろう。
現在世界中で使われている内燃エンジンは全て、ジェットエンジンをも含めて(吸入・圧縮・燃焼・排気)の4つのサイクルで構成されている。130年前は理想的と思われたが、数年後の当時でも吸入の前段階で気化置装を設ける必要性が気付かれていた(つまり気化行程である)。今日では更なる不都合が出て来て各種触媒を設ける必要がある(つまり有毒排気の後処理工程である)。これを順に示すと、気化、吸入、圧縮、燃焼、排気、後処理、となっている。但しジェットエンジンは、後処理不可能である。
つまり、21世紀の要請には、4サイクルシステムでは、(完全燃焼=無害化)とその為の(気化=完全ガス化)の2サイクルが不足していることが明らかになったのである。
しかし、これ等6つのサイクルを理想的に配置し、新たなエンジンを生み出す事は未だ成されて居ない。
そこで、本第6形態の(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式多種類燃料完全燃焼ジェットエンジンを提供するものである。
本第6形態も、原点を最も熱効率・燃費性能に優れた超強力トルク志向(ボリューム型)超大型船舶用・超ロングストローク・ディ−ゼルエンジンと、最も荷重性能に優れた超強力馬力志向(スピード型)航空機用ジェットエンジンに置きながら、それらの限界を如何に打ち破り、現状レシプロエンジンの5倍以上、10倍を目指せる性能・効率を発揮し、産業革命に匹敵する様な環境・エネルギー革命の原動力として、其の任に堪え得るか否か、という事に重点を置いて構成された発明である。
本第6形態の、完全燃焼エンジンは、ジェットエンジンと同等の等速真円回転を可能にするため、図1に示すように、ハウジング1にドーナツ型シリンダーを設け、そのシリンダー内を等速真円回転する出力ディスク3、ピストン4、リングディスク5、リングギア6を一体化した出力軸ユニット2と、これも等速真円回転するローター7によって、完全な面接触に依る圧力境界を保つように設ける事により、スピードボリューム型となり、高速域ではジェットエンジンと同等の回転限界を達成する事が可能となり、同時に低速域では、ジェットエンジンの最大の欠点である低速極低性能限界をも克服し、ボリューム型レシプロエンジンを低速でも高速でも、遥かに超える高性能を発揮し、少燃費かつ低公害化を果たす、あらゆる燃料をエネルギー源として活用することができるエンジンとする事が出来るのである。
本第6形態の完全燃焼エンジンでは、前述した基本構成及び第3形態と同様の構成を有しているが、ハウジング1、出力ディスク3、リングディスク5、ピストン4には加工が必要である。通常用に、本体若しくはシステムユニットの、副燃焼室Sに高圧燃料噴射ノズル及びグロー点火プラグ取り付け用のネジ穴加工、並びに燃焼ガス噴射チェックバルブの作動空間に、燃焼ガス噴射チェックバルブ自動開閉用ロックバルブを設ける。
又、これ等ピストンには役割分担をさせ、第1ピストンの先行側出力ディスクには排出口を設け、他端に接合されたリングディスク後行側には吸入口を設け、排出と吸入を担当させる。第2ピストンは先行側での圧縮と後行側での燃焼を担当させ、そして第1と第2ピストンの空間で、完全ガス化行程、並びに第2と第1ピストンの空間で、完全燃焼=無害化行程を担当させる。第2ピストンには外周面から後面に至る、燃焼ガス通過トンネルを設ける。このサイドハウジングの吸気口から第1ピストンの後行側にあるリングディスクの吸入口よりシリンダー内に空気を吸い込む吸入行程(1)、シリンダー内直接燃料噴射後の混合気が第1と第2ピストンに挟まれた空間で成される完全ガス化行程(2)、 ローター内と第2ピストン内に一部分が、大部分がバイパス内の副燃焼室内に圧縮され、着火・点火される圧縮行程(3)、 燃焼ガスを噴射孔より一部直接ローター内と第2ピストン内トンネルからローター内に乱入させ、ローター内のガスも二次燃焼させ、第2ピストンをローター内から追い出すように作用させると同時に、第2ピストン内トンネルを通り、燃焼ガスを噴射させて自動開閉用ロックバルブを開き、瞬時に燃焼噴射チェックバルブが開かれ、シリンダー内燃焼する主燃焼行程(4)、第2と第1のピストンに挟まれる形で成される、完全燃焼=無害化 (消音、消衝撃波等々も含む) 行程(5)、第1ピストンの先行側出力ディスクの排出口よりハウジング端面に設けられた排気坑道からハウジング排気口より排気される排気行程(6)、を含む、ピストンに回転作動を与える行程を含む駆動手段を設けたことを特徴とする、(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式開放型1/6サイクル多種類燃料完全燃焼ジェットエンジン・ポンプである。
ポンプとしては、外力により正回転させる事により、第1形態、逆回転させる事により、第3形態同様の効果を発揮する。
本第6形態の完全燃焼ジェットエンジンは、基本的な旋盤とミーリングがあれば製造できる。専用部品点数は以下の10点で、その内ムービングパーツは基本の2点、出力軸ユニット2とローター7、とチェックバルブ2個(31,32)と、ロックバルブ1個(66)である(図1、及び図10〜12参照)。
1=専用ハウジング、内周真円形ドーナツ型シリンダー(排気口、排気坑道の加工)
〔1/6サイクル完全燃焼エンジン兼シリンダーハウジング61〕
2=出力軸ユニット、出力ディスク3に排出口の加工、専用ピストン4の一方にトンネル加工〔64(B)〕、リングディスク5に吸入口加工、が必要となる。
〔出力軸ユニット完全燃焼用、出力ディスク完全燃焼用ハウジング端面排出口式、リングディスクに吸入口〕
7=ローター
8=ローターガイド
瞬時作動変換バルブ(図示せず)
60=専用サイドハウジング(図1参照、吸気口、吸気坑道の加工)
31=圧縮側(低温)チェックバルブ
32=燃焼噴射側(高温)チェックバルブ
66=自動開閉用ロックバルブ
65=完全燃焼用システムユニット
すなわち、本実施形態の完全燃焼エンジンは、ハウジング1(61)に、出力ディスク3とピストン4とリングディスク5とリングギア6を一体化した出力軸ユニット2と、ローター7と、ローターガイド8に、圧縮側並びに燃焼噴射側チェックバルブ31と32、燃焼噴射側チェックバルブ自動開閉用ロックバルブ66等々を設けるか、それ等を設け完全燃焼用システムユニットとした65と、サイドハウジング60とから構成され、各々がハウジング本体1(61)に固定されている。
なお、本形態の完全燃焼エンジンは、爆縮圧エンジン、熱差又は爆縮エンジンの構造と共通する部材については、特に詳述することなく前記の記載が第6実施形態においても適用される。
次に、本第6形態の完全燃焼エンジンの製造方法を説明する。ハウジング1(61)は、内周壁面真円形ドーナツ型シリンダーで、まず旋盤により真円の内周壁面と内部端面と中心に出力軸ユニット2用貫通口を仕上げる。ハウジング内部端面の1時頃〜5時頃迄、排出口の移動に沿った、排気坑道と4時頃に外部への排気口を加工する。
ハウジング本体1(61)又は、システムユニット65用に、ミーリング加工によりローター7の外周に接する事無く、ローター7により寸断された吸入・燃焼側シリンダーと圧縮・排気側シリンダーを、バイパスで結ぶため、中程に副燃焼室Sを設け、ローター内への燃焼ガス噴射口をドリル加工して、副燃焼室Sのヘッド部を取り付けるか、完全燃焼用システムユニット65用の、取り付け部を設ける。
出力軸ユニット2は、旋盤とミーリング加工によりピストン64(A)と64(B)及び出力ディスク3を仕上げ、ピストン64(A)の先行側出力ディスク3に排出口を加工する。リングディスク5のピストン64(A)の後行側に吸入口を加工する。
ローター7と、ローターシャフト17部共に旋盤加工仕上げをする。
ピストン収容用スペースと、そのエッジは、ミーリング加工仕上げをする。
ローターガイド8は、旋盤加工による、3段の外径を仕上げる。先ずリングギア内径に無接触の外径と幅でリングディスク5側面と面接触し、次にリングディスク5内径に面接触する外径と幅でピストンの側面と面接触させ、最後にピストンの内径に面接触する外径と幅で仕上げる。ローターシャフト貫通口及び同心円のローター外径面接触保持用、外径を旋盤ミーリング加工仕上げをする。反対側にはローター同期用ギア9設置用スペースを加工する。
本体又は、システムユニットのバイパス部の出入り口に、気体の逆流を防ぐチェックバルブを設けるための空間を作る。圧縮側チェックバルブ31、燃焼噴射側チェックバルブ32と、その自動開閉用ロックバルブ66は、ロックバル用の空間を設けると同時に燃料噴射ノズル取り付け部を、共にミーリング加工仕上げをする。
サイドハウジング60は、旋盤加工による内端平面仕上げと共に、吸気口と吸気坑道をミーリング加工し、ローターシャフト17用貫通口を加工する。外部より吸気口を仕上げる。
次に、本第6形態、1/6サイクル完全燃焼ジェットエンジンの作動原理について説明する。
先ずピストン64(A)は、先行側で排気と後行側で吸入を担当し、ピストン64(B)は先行側で圧縮と後行側で燃焼を担当する(図10〜12参照)。
排気を終えたピストン64(A)による吸入行程(1)は6時過ぎから始まり240度程に亘り、サイドハウジング60の吸気口からサイドハウジング内、吸気坑道の空間に入り、ピストン64(A)の後行側に有るリングディスク5の吸入口よりローター7とドーナツ型シリンダー内に吸い込まれた空気は、燃料噴射ノズルから燃料を噴射され混合気となり、12時の位置を過ぎると、ピストン64(B)に挟まれる形で、次の完全ガス化行程(2)〔120度程あり〕で、完全ガス化し、圧縮行程(3)〔240度程あり〕で一部ローター7内とピストン64(B)内に、大部分はバイパス内の副燃焼室S内に圧縮され着火(点火)されることになる。なお、本実施形態では均質予混合圧縮着火(HCCI)想定であるが、勿論プラグ点火、ディーゼル燃料の副燃焼室内、直接噴射であっても問題無い。このように、本発明においては、均質予混合圧縮着火、点火プラグ、副燃焼室内、直接噴射等々が採用できるが、特にコスト面の観点からは、始動時のみグロープラグ補助による、均質予混合圧縮着火を採用することが将来最も有望と思われる。現在4サイクルレシプロエンジンでの成立に苦労している様だが、オーバーラップの無い確実な圧力境界と作動を有する、この1/6サイクル完全燃焼ジェットエンジンでは、簡単に実現できるのではないかと考えられる。
ここで、本実施形態の特徴を更に図面により詳述すると、図10(a)は、1/6サイクルの圧縮が終わり、着火燃焼が始まった所で、今まさにローター7によって塞がれていた副燃焼室噴射口が開こうとしている瞬間で、同時にピストン64(B)後端のトンネル口が閉じようとしている所である。この後すぐに噴射口からガスが乱入する。図10(b)は、副燃焼室噴射口が閉じ、ローター7からの燃焼ガスを、ピストン64(B)外周のトンネル口から、ロックバルブ66に逆噴射して、ロックを解除する瞬間である。燃焼噴射チェックバルブ32が開くころには、ピストン64(B)外周のトンネル口はシリンダー外周によって塞がれる。図11(a)は、最終排気行程の一瞬手前で,副燃焼室噴射口が開き、副燃焼室Sの排気が行われる瞬間で、同時に燃焼噴射チェックバルブ32が閉じる。図11(b)は、ローター7空間が最小と成った時点である。
図12(a)は、副燃焼室噴射口が閉じ、副燃焼室Sに残圧があってもそれ以上排気は出来ないので、噴射口を閉じたところで、ローター7内に新規にエアーが吸入され始めるところである。図12(b)は、ドーナツシリンダー内にもエアーが吸入され始めた所である。
理想的には6時前の位置から燃焼行程が始まり、燃焼ガス圧力は一部副燃焼室Sに設けられた噴射口より一瞬直接ローター7内と、ピストン64(B)内部トンネルからローター7内部に乱入させローター7内のガスも燃焼させる事で、ピストン64(B)をローター7内から追い出すように作用させる。ピストン64(B)が7時を過ぎる頃、逆にピストン64(B)内部トンネルから、自動開閉用ロックバルブ66へとローター7内の燃焼ガスを噴射させて開き、次いで燃焼噴射チェックバルブ32が開く事に成り、大部分の燃焼がドーナツシリンダー内で行われる事と成り、出力軸に対して常時直角に240度ほど有効に働き続ける事になる。
その後、完全燃焼=無害化行程が120度に及んだ後、ピストン64(A)の先行側出力ディスクに有る排出口より、ハウジング端面に設けられた排気用坑道を通って排気口より排気されるので、往復ピストン型(内燃機関では約45度)と比べると一挙に5倍以上の出力行程となり、優れた燃焼効率並びに機械効率等々相乗効果を合わせ、少なくとも5倍以上、10倍を目指せる性能・効率が達成されるものと推察される。
なお、本発明の完全燃焼エンジンにおいては、前述した吸入行程(1)、完全ガス化行程(2)及び圧縮行程(3)を含む専用シリンダーと、燃焼行程(4)、完全燃焼=無害化行程(5)及び、排気行程(6)を含む専用シリンダーとをそれぞれ分けて独立させたシリンダーでも成立させられる。これこそが本来のジェットエンジンの構造其のものであり、W型シリンダーにピストンとローターを一組追加し、その間にバイパスと副燃焼室を設けることで成立させられる。これは、第7形態で詳述する。
また、本第6形態の完全燃焼エンジンは、現ジェットエンジン(スピード型)とは異なり、圧力漏れが起こらない様に、圧力境界が全て面接触で構成される様、出力ディスク3、ピストン4、リングディスク5、リングギア6、ローター7、ローターガイド8、がデザインされ、完璧なシールが実現されており圧力漏れが一切無く燃焼ガス圧力の無駄な漏れがない。これ等2個のムービングパーツとローターガイドをドーナツ型シリンダー内に組み込めば、本実施形態の、21世紀型(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式、1/6サイクル多種類燃料完全燃焼ジェットエンジンが出来上がる。
本第6形態の完全燃焼エンジンは、マイティーエンジンのアイドリング限界を下回る、6〜60rpm程という、現在のレシプロエンジンの1/10〜1/100の低速アイドリングから大きなトルクを発生するため多変速ギアは不要で色々な物の原動機として有望である。また、有効出力行程が360度分の240度程あるので、現在のレシプロエンジンの5倍以上になる高効率エンジンである。又構造上ジェットエンジンと同等の高速回転、高出力の領域に達するに、何の問題もない。現在のボリューム型ピストンクランク式内燃エンジンの回転限界を低速域でも、高速域でも、遥かに超えており、しかも、圧力漏れが一切無く燃焼ガス圧力を全て回転力に変換させる事が出来る完全燃焼ジェットエンジンである。
又、慣性の打消しが無く、全てが回転方向へ無駄なく働く優れた機械効率を誇り、出力は排気量と、回転速度にほぼ正比例して大きくなって行く事に成る。
本第6形態は、スピード型ジェットエンジンの21世紀型として、限界までの簡素化、単純化を実現しており、これ以上の省略・簡素化は無理と考えられるほどのものである。
完全燃焼ジェットエンジンの製作に必要な2個のムービングパーツは、構造が簡単で特別な加工を必要とせず、容易に製造可能なものである。
本第6形態の完全燃焼エンジンは、以下の(1)(2)及び(3)を必須構成要件とし、有効な構成要件として以下の諸要件を備える。
(1)等速真円回転のみで作動する。
(2)完全な圧縮が確保される。
(3)ピストンの力が直接出力軸に直角に働き回転力を与える。
この他、バルブ機構等が不要、フライホイールが不要等々は、必須構成要件ではないが、有効なポイントである。
本第6形態によれば、現在最も活躍している、レシプロエンジン並びにジェットエンジンとに替わる、21世紀型(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式多種類燃料完全燃焼ジェットエンジンとして、あらゆるものの原動機として機能する。
例えば超小型模型用から草刈払い機用、原動機付き自転車用から大型バイク用、軽自動車用から普通自動車用、大型トラックやバス用、船外機用からボート・ヨット用、更に大型船舶用、ポスト原発・発電用、ウルトラライトスポーツ機用や小型自家用飛行機用から近距離コミューター用、更には国際線旅客機用等々その他あらゆる原動機を必要とする全てのもの用として、小型・軽量・低価格・高トルク・高出力・省燃費・低維持費、然も効率・性能5倍以上で低公害を実現させる事が出来る、完全燃焼ジェットエンジンである。
これは、一般大衆にも容易に理解できる(周知の)モーターの様に完全な円運動のみで作動する。現ジェットエンジンとは全く逆の、轟音、高熱排気、超高速回転高出力、燃料の大量消費、等々の無い、簡単な仕組みの、小型・軽量・高トルク・高出力・省燃費・低公害と言う、単純明快な理想を実現しているものである。本第6実施形態は、従来技術からの発想の転換で効率5倍以上10倍を目指す事を可能としたものである。
〔第7の実施形態〕
本発明の第7形態は(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式2/6サイクル多種多様燃料連続完全燃焼ジェットエンジンとして成立する。連続完全燃焼エンジンにおいては、前述した第6形態における吸入行程(1)、完全ガス化行程(2)及び圧縮行程(3)を含む専用シリンダーと、燃焼行程(4)、完全燃焼=無害化行程(5)及び、排気行程(6)を含む専用シリンダーとをそれぞれ分けて独立させたシリンダーで成立させる。言い方を変えれば、これこそが本来のジェットエンジンの構造其のものであり、ツイン型シリンダーにピストンとローターを一組追加し、その間にバイパスと副燃焼室を設けることで成立させられる。その性能効率は1/6サイクルの2倍に達する高性能型である。
この型でいよいよ最終目標の、(10倍の性能効率)を現状レシプロエンジンとの対比において達成する事は、もはや確実と言って良い段階に成る。
チェックバルブ等が不用となると同時に、このエンジンが紛れもなく、21世紀型のジェットエンジンである事がその連続燃焼によって証明、実感出来るであろう。
又、1/3サイクル用を2個使用し、バイパス副燃焼室を設けても成立させられる。
本第7形態は、以下の構成部品から構成されるもの(全体図示せず)である。本第7形態に特有の構造以外は、前述した実施形態と基本的には同様である。
(1)2/6サイクル連続完全燃焼エンジン兼シリンダーハウジングツイン用
(2)出力軸ユニット連続完全燃焼用2連結ツイン用
(3)連続完全燃焼用システムユニットツインシリンダー連結タイプ用
(4)2連結ツインローター
(5)2連結ツインローターガイド
(6)バイパス副燃焼室=ツインシリンダー連結タイプ用
(7)連続完全燃焼用サイドハウジング
本第7形態の連続完全燃焼エンジンは、前述した基本構成を有するほか、1/6サイクルとして単シリンダーにまとめて構成したものを、圧縮側と燃焼側2つの専用シリンダーに分けて、オリジナルに戻した形と成る。
ツインシリンダー2/6サイクルは、オリジナルな基本であり、現在のジェットエンジンと同じ構成の、圧縮専用側シリンダーと、副燃焼室付きシステムユニットと、燃焼専用側シリンダーを連結させたものであり、1/6サイクルの2倍の出力行程を含む、ピストンに回転作動を与える行程を含む駆動手段を設けた事を特徴とする、(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式開放型2/6サイクル多種多様燃料連続完全燃焼ジェットエンジン・ポンプである。
言うまでもなく、このツインシリンダー型式は、全タイプに展開が可能である。
ポンプとしても、この形式で全タイプに展開できる。
〔その他の実施形態〕
本発明に係るエンジン・ポンプは、前述した第1実施形態である(圧力)エンジン、第2実施形態である(爆縮)エンジン、第3実施形態である(熱差)エンジン、第4実施形態である(爆縮圧)エンジン、第5実施形態である(一般4サイクル)エンジン、第6実施形態である(吸入・完全ガス化・圧縮・燃焼・完全燃焼=無害化・排気)完全燃焼エンジン、第7実施形態である2/6サイクルの(連続完全燃焼=無害化) エンジン、並びにその組み合わせや、其れ以外にも、本発明の範囲内において、変更の実施形態とすることができ、あらゆる燃料、エネルギー源に対応でき、全ての環境・エネルギー問題に解答を与えられるものとする事が出来る。
ここではコンパクト化に重点を置いた、インナーローター型に付いて述べたが、限られた長いスペース内に大出力型設置の必要性がある場合、アウターローター型がある。
これは内歯歯車の組み合わせ方に対し、普通の外歯歯車の組み合わせ方で、単独ではかさ張るが、連結性に優れていて、直列多気筒化が容易で、ローターだけが取り外せ、点検整備性が良く、製造もより容易な物である。その他、基本的に、現在の歯車の組み合わせと同じく形を変えて、成立させる事が出来るものである。
また、インナーローター型ではツインシリンダーが適当かと思われるが、さらなる多シリンダー化と連結も可能である。
リングギア式では不可能な2ピストン・2ローターも、同期ギアを出力軸ディスク内側に設置することで、インナーローター式で可能となり、連結も可能である。
3ピストン・1&2ローターの1/3、2/3、2/6行程専用及び、4ピストン・2ローターでは、トルク変動を抑えると共に、連結無制限となるが、後日分解整備の時、完全オーバーホールが大変になる。外部ローター式の場合は、ローターのみを外して中まで点検できる。大型では、この点は優れている。
本発明は、圧力漏れがなく、故に加減された圧力が全て即回転トルクとなって仕事をする。高速低速、両回転速度限界性能に、優れた(SB・CVC・IE型)、ロケット・ジェット燃焼式等々、各種タイプエンジン及びポンプとして、産業上の利用可能性を有する。
本発明は特に、(1)1/3サイクル(SB・CVC・IE型)、外圧式圧力エンジン、(2)2/3サイクル(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式、(HHO爆発・定量・真空収縮)爆縮ロケットエンジン、(3)2/3サイクル(SB・CVC・IE型)、外燃式(膨張・定量・収縮)熱差エンジン、(4)2/3サイクル(SB・CVC・IE型)、ロケット燃焼式、(HHO爆発・真空収縮噴射圧縮)爆縮圧ロケットエンジン、(5)1/4/4サイクル(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式(一般4サイクル)ジェットエンジン、 (6)1/6サイクル(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式、多種類燃料完全燃焼ジェットエンジン、並びに(7) 2/6サイクル(SB・CVC・IE型)、ジェット燃焼式、多種多様燃料連続完全燃焼ジェットエンジン、等々として利用することが可能である。
1=ハウジング(シリンダー)
2=出力軸ユニット
(=出力ディスク3+ピストン4+リングディスク5+リングギア6を一体化したもの)
3=出力ディスク
4=ピストン〔4(A),4(B)〕
5=リングディスク
6=リングギア
7=ローター
8=ローターガイド(3段階外径)
9=同期ギア
11=圧力導入口
12=圧力排出口
13=シリンダー内周壁面
14=ローター面接触用シリンダー切り欠き部
18=ローターガイド(3段階外径)壁部
19=1/3サイクル圧力エンジン
30=2/3サイクル熱差エンジン
31=低温チェックバルブ(圧縮側)
32=高温チェックバルブ(燃焼噴射側)
33=バイパス暖衝室
35=熱差用システムユニット
36=低温伝導体
37=高温伝導体
40=2/3サイクル爆縮圧エンジン
21=高圧HHO噴射ノズル
22=グロー点火プラグ
41=低圧HHO噴射ノズル
42=HO回収パイプライン
45=爆縮圧用システムユニット
61=1/6サイクル完全燃焼エンジン兼シリンダーハウジング
64=ピストンA・B完全燃焼用
65=完全燃焼用システムユニット
66=自動開閉ロックバルブ、高温チェックバルブ用
S=バイパス副燃焼室
60=完全燃焼用サイドハウジング
90=隙間
91=(各種)システムユニット

Claims (12)

  1. シリンダー空間を有するハウジング(A)と、
    前記シリンダー空間内において等速真円回転可能な、一又は二以上のピストン、リングディスク及び出力ディスクで構成された出力軸ユニット(B)と、
    前記ピストンの回転に対して一定の回転比速度で等速真円回転可能なローター(C)と、
    前記出力軸ユニット(B)と中心を一にするとともに前記シリンダーの内側を担当し、前記ローター(C)との凹面接触保持部及び前記ピストンとの面接触外周面を有し、等速真円回転する前記出力軸ユニット(B)の中心及び前記ローター(C)を支持するローターガイド(D)と、
    前記ピストンに対し作動を与える駆動手段(E)と、を少なくとも備え、
    前記ハウジング(A)のシリンダーは、その内周壁面の一部に、前記ローター(C)の外周面の一部と面接触するシーリング用の切り欠き部を有し、
    前記出力軸ユニット(B)のピストンは、その外周面が、前記シリンダーの内周壁面と面接触しながら等速真円回転するように構成され、
    前記ローター(C)は、その回転に際して前記ピストンを収容するためのピストン収容部を有し、該ピストン収容部の先端が前記ピストンの進行方向の前後面と線接触による圧力境界を保持しつつ、該前後面と線接触しながら該ピストンと係合、回転してこれを前記シリンダーの他サイドへ送るように構成された、ことを特徴とするエンジン又はポンプ。
  2. 前記出力軸ユニット(B)のピストンは、前記出力ディスクの中心から末広がりの形状をしたものであり、該ピストンに働く力が常に出力軸に対して直角に働く、請求項1記載のエンジン又はポンプ。
  3. 前記出力軸ユニット(B)のピストンは、その内部が空洞であるか又はトンネル加工され、該ピストンの進行方向の後部及び外周部に、外部に通じる穴がそれぞれ設けられている、請求項1又は2記載のエンジン又はポンプ。
  4. 前記ハウジング(A)のシリンダーにおける前記切り欠き部の両外側に、前記ローターにより遮断された前記シリンダーの両側に通じるバイパスが設けられている、請求項1〜3の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
  5. 前記バイパスの入口及び出口に、前記シリンダー内部の流体の流れの逆流を防ぐチェックバルブがそれぞれ設けられている、請求項4記載のエンジン又はポンプ。
  6. 前記シリンダー内周壁における前記バイパスの入口付近に低温伝導体が取り付けられ、前記バイパスの出口付近に高温伝導体が取り付けられた、請求項4又は5記載のエンジン又はポンプ。
  7. 前記ローターガイド(D)は、前記ローター(C)との凹面接触保持部を除く、その外周面は、ピストン内径面・リングディスク内径面・リングディスク外側面と、それぞれ面接触を保つ3段階の外周・側面を持ち、前記ハウジング(A)により固定されている、請求項1〜6の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
  8. 前記駆動手段(E)は、前記ローター(C)が前記シリンダー壁面と面接触する境界部位から前記ピストンの外周面の長さを超えない範囲の位置に設けられるシステムユニットである、請求項1〜7の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
  9. 前記バイパスの入口から出口の中程に、暖衝室が設けられた、請求項1〜8の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
  10. 前記ピストンが1つであるか、又は、前記ローターが2つである4行程エンジンシステムに用いられる、請求項1〜8の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
  11. ロケット燃焼式若しくはジェット燃焼式内燃機関、又は内燃機関型、ロケット若しくはジェットエンジンに用いられる、請求項1〜8の何れかに記載のエンジン又はポンプ。
  12. 請求項1〜11の何れかに記載のエンジン又はポンプを少なくとも備えることを特徴とするエンジンシステム。
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