6ストロークエンジン

1883年、バースを拠点とするエンジニアのサミュエル・グリフィンは、蒸気機関とガス機関の製造業者として確立されていた。彼は内燃機関を製造したいと考えていたが、オットーの特許のライセンス料を支払うことは望んでいなかった。彼の解決策は、「特許スライドバルブ」とそれを使用した単動6ストロークエンジンを開発することだった。1886年までに、スコットランドの蒸気機関車メーカーであるディック、カー＆カンパニーは、大型石油エンジンの将来性を見出し、グリフィンの特許のライセンスを取得した。これらは複動タンデムエンジンで、「キルマーノック」という名前で販売された。^{[ 2 ]}グリフィンエンジンの主要な市場は発電であり、長時間軽負荷運転を快適に行い、その後突然大きな電力需要に対応できることで評判になった。その大型で重い構造は移動用途には適していなかったが、より重質で安価な油を燃焼させることができた。 「グリフィン・シンプレックス」の主要原理は、加熱された排気ジャケット付き外部気化器であり、そこに燃料が噴霧された。温度は550 °F（288 °C）付近に保たれ、油を物理的に気化させるには十分であったが、化学的に分解するには不十分であった。この分留により重油燃料の使用が可能となり、使用できないタールやアスファルトは気化器で分離された。 グリフィンが「カタサーミック点火器」と呼んだホットバルブ点火方式が採用され、燃焼室に接続された小さな隔離された空洞であった。噴霧インジェクターには、空気供給用の調整可能な内側ノズルがあり、油用の環状ケーシングに囲まれており、油と空気の両方が20psi （140kPa ）の圧力で流入し、ガバナーによって制御された。^{[ 3 ] [ 4 ]} グリフィンは1923年に廃業した。グリフィンの6ストロークエンジンの現存例は2台のみである。 1台はアンソンエンジン博物館に展示されている。もう1台は1885年に製造され、数年間バーミンガム科学技術博物館に展示されていたが、2007年にバースに戻り、バース労働博物館に展示されている。^{[ 5 ]}    

レナード・ダイアーは1915年に、クロワーの設計と非常によく似た6ストローク内燃式水噴射エンジンを発明した（下記参照）。その後、同様の特許がさらに12件発行されている。

ダイアーの6ストロークエンジンには以下の特徴があります。

• 冷却システムは不要です
• 一般的なエンジンの燃費を向上させる
• 第2動力行程の媒体として機能する純水を供給する必要がある。
• 蒸気の膨張から追加の動力を取り出す。

バジュラズ6ストロークエンジンは、設計上は通常の燃焼エンジンと似ていますが、シリンダーヘッドに改良が加えられており、各シリンダーの上部に2つの補助的な固定容量チャンバー（燃焼室と空気予熱室）が設けられています。燃焼室にはシリンダーから加熱された空気が供給され、燃料の噴射によって等容積燃焼が開始されます。これにより、シリンダー内での燃焼に比べて熱効率が向上します。得られた高圧はシリンダー内に放出され、動力行程または膨張行程を駆動します。一方、燃焼室を覆う第2のチャンバー内の空気は、シリンダー壁を通過する熱によって高度に加熱されます。この加熱され加圧された空気は、ピストンの追加行程の動力として使用されます。

このエンジンの利点として挙げられているのは、燃料消費量が少なくとも40%削減されること、6ストロークで2回の膨張行程があること、複数の燃料を使用できること、そして汚染物質の大幅な削減である。^{[ 6 ]}

バジュラズ6ストロークエンジンは、スイスのジュネーブに拠点を置くバジュラズSA社のロジャー・バジュラズによって1989年に発明されました。このエンジンは、米国特許第4,809,511号および第4,513,568号を取得しています。

Bajulazの6ストロークエンジンの特長として挙げられているのは以下の通りである。

• 燃料消費量を少なくとも40％削減する
• 6ストロークのうち2ストロークが拡張（仕事）ストロークである。
• 液化石油ガスを含む多燃料
• 大気汚染の大幅な減少
• 4ストロークエンジンと同等のコスト

Velozeta エンジンでは、排気行程中にシリンダー内に新鮮な空気が注入され、熱によって膨張し、ピストンを押し下げて追加の行程を実行します。バルブオーバーラップは削除され、空気注入による 2 つの追加行程により、ガス掃気が改善されます。このエンジンは、燃料消費量が 40% 削減され、大気汚染が劇的に減少しているようです。^{[ 7 ]}出力重量比は、4 ストローク ガソリン エンジンよりわずかに低くなっています。^{[ 7 ]}このエンジンは、ガソリンやディーゼル燃料からLPGまで、さまざまな燃料で稼働できます。改良されたエンジンは、開発元の 4 ストローク エンジンと比較して、一酸化炭素汚染が 65% 削減されています。^{[ 7 ]}このエンジンは、2005 年に、トリバンドラム工科大学の機械工学の学生チーム、U Krishnaraj、Boby Sebastian、Arun Nair、および Aaron Joseph George によって開発されました。

このエンジンは、インドのコーチンのチャナイル・クリータス・アニルによって開発され、2012年にインドで設計特許を取得しました。^{[ 8 ] [ 9 ]}特許リストには、出願日が2005年4月4日、付与日が2012年5月25日と記載されており、特許の法的ステータスは期限切れとなっています。^{[ 9 ]}エンジンの名前は、彼の会社であるNIYKADO Motorsから取られています。このエンジンは、プネーにあるインド自動車研究協会で予備的な全開テストを受けました。^{[ 8 ]発明者は、}このエンジンは「従来の4ストロークエンジンと比較して23%燃費が良く」、「汚染物質の排出量が非常に少ない」と主張して^います^{。[ 8 ]}

メカニックのアニルは、15年以上かけてNIYKADOエンジンを開発しました。このエンジンは2004年に初めてテストされ、アニルは2005年に特許を申請しました。^{[ 8 ]}彼は、この設計は汚染物質の排出量を大幅に削減し、自動車産業での使用により「排出ガスゼロのモビリティ」につながる可能性があると主張しています。^{[ 8 ]}特許の説明には、エンジンの仕様には2バルブシステムと4バルブシステムの両方が含まれていると記載されています。2バルブシステムでは、動力行程と排気行程の間にバッファ行程と再取行程が追加されます。^{[ 9 ]}

Niykado Technologies Private Limitedはその後、2022年にケララ州で法人化されました。^{[ 10 ]}ケララ州スタートアップミッションは、Anil Cleetus ChanayilとBinesh EBを創業者とする認定スタートアップとして同社を掲載し、NIYKADOハイブリッド6ストロークエンジン、NIYKADO発電機、NIYKADOポンプなどの後の製品やアプリケーションについて説明しています。^{[ 10 ]}同プロフィールでは、6ストロークエンジンは排出ガスを「非常に低い、またはほぼ無視できる」レベルまで削減でき、既存の内燃機関技術と比較して「燃費が50%向上」していると主張しています。^{[ 10 ]}

ブルース・クロワーが米国で試作した6ストロークエンジンでは、排気行程後に水がシリンダー内に噴射され、瞬時に蒸気に変わり、膨張してピストンを押し下げ、追加の動力行程を実行します。このようにして、ほとんどのエンジンで空気または水冷システムで排出する必要のある廃熱が回収され、ピストンの駆動に利用されます。^{[ 1 ]}クロワーは、同じ出力をより低い回転速度で生成することで、この設計により燃料消費量が40%削減されると推定しました。冷却システムに関連する重量は排除できますが、通常の燃料タンクに加えて水タンクが必要になるため、その分のバランスが取れます。

クロワーの6ストロークエンジンは実験的な設計で、2006年に75歳のアメリカ人発明家が行ったインタビューによりメディアの注目を集めた。彼は自身の設計の特許を申請していた。^{[ 1 ]} その特許申請はその後放棄された。^{[ 12 ]}

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ベアヘッドエンジンの設計は、オーストラリアのマルコム・ベアによって開発されました。この技術は、4ストロークエンジンの下部と、シリンダーヘッド内の対向ピストンを組み合わせたもので、対向ピストンは下部ピストンの半分の周期で動作します。機能的には、2番目のピストンが従来のエンジンのバルブ機構に取って代わります。主張されている利点には、出力が9%向上し、高温の排気バルブがなくなることで圧縮比が高まり、熱力学的効率が向上することが含まれます。^{[ 18 ]}

このアイデアは、ポーランドのシレジア工科大学で、アダム・チェシオウキェヴィチ工学博士の指導の下で開発されました。ポーランド特許庁から特許番号195052が付与されています。

M4+2 エンジンは、同じシリンダー内に 2 つの対向ピストンを組み合わせるという点で、ベアヘッド エンジンと多くの共通点があります。一方のピストンはもう一方のピストンの半分の周期で動作しますが、ベアヘッド エンジンの 2 番目のピストンの主な機能が従来の 4 ストローク エンジンのバルブ機構を置き換えることであるのに対し、M4+2 はその原理をさらに一歩進めています。ダブル ピストン燃焼エンジンの動作は、両方のモジュールの協力に基づいています。空気負荷の変更は、エンジンの 2 ストローク セクションで行われます。4 ストローク セクションのピストンは、バルブ システムとして機能する空気負荷交換補助システムです。シリンダーには、空気または空気燃料混合気が充填されます。充填プロセスは、スライドインレット システムによって過圧で行われます。排気ガスは、従来の 2 ストローク エンジンと同様に、シリンダー内の排気窓から排出されます。燃料は、燃料噴射システムによってシリンダーに供給されます。点火は、2 つのスパーク プラグによって行われます。ダブルピストンエンジンの有効出力は、2本のクランクシャフトによって伝達されます。このエンジンの特徴は、ピストンの位置を変えることで、エンジン作動中にシリンダー容量と圧縮率を連続的に変化させることができる点です。機械的および熱力学的モデルはダブルピストンエンジン用に設計されており、これにより内燃ダブルピストンエンジンの新しい理論的熱力学サイクルを描き出すことができます。^{[ 19 ]}

エンジンの作動原理については、2ストロークエンジンと4ストロークエンジンに関する記事で説明されています。

このエンジンは、ベアヘッドと同様の設計で、バルブシステムの代わりに「ピストンチャージャー」が採用されています。ピストンチャージャーはメインシリンダーに燃料を供給し、同時に吸気口と排気口の開口部を調整するため、排気ガス中の空気と燃料の損失がありません。^{[ 20 ]}メインシリンダーでは、2ストロークエンジンと同様に毎回転燃焼が行われ、潤滑は4ストロークエンジンと同様の方法で行われます。燃料噴射は、ピストンチャージャー、ガス移送チャネル、または燃焼室で行うことができます。また、1つのピストンチャージャーで2つの作動シリンダーに燃料を供給することも可能である。燃焼室のコンパクトな設計と空気および燃料の損失がないという組み合わせにより、エンジンはより大きなトルク、より大きな出力、そしてより優れた燃費を実現するとされています。可動部品と設計の削減により、製造コストの削減につながるとされています。バルブに腐食や堆積物が残らないため、このエンジンは代替燃料にも適しているとされています。6つのストロークは次のとおりです。

1. 願望
2. 予圧
3. ガス移送
4. 圧縮
5. 点火
6. 射出。

これは、ドイツのヘルムート・コットマン氏がMAHLE GmbHでピストンおよびシリンダー製造に25年間勤務していた際に発明したものです。コットマン氏の米国特許3921608号および5755191号は下記に記載されています。

このデザインはベルギーのエンジニア、ゲルハルト・シュミッツによって考案され、イルモア・エンジニアリングによって試作品が作られた。^{[ 21 ]}

これらの設計では、従来のオットー4ストロークサイクルで2気筒（または4気筒、6気筒、8気筒）を使用します。追加のピストン（専用シリンダー内）は、2つのオットーサイクルシリンダーで共有されます。オットーサイクルシリンダーからの排気は共有シリンダーに送られ、そこで膨張して追加の仕事を生み出します。これは、オットーサイクルシリンダーが高圧段、共有シリンダーが低圧段となる点で、複式蒸気機関の動作とある程度似ています。エンジンの動作は次のとおりです。

設計者たちは、高圧排気行程と低圧膨張行程を同時に行うこの方式を、単一の行程として捉え、これを5ストローク設計とみなしている。この設計は、シリンダー全体の膨張比が高いため、燃費効率が向上する。ガソリンを使用しながらも、ディーゼルエンジンに匹敵する膨張比を実現できる。5ストロークエンジンは、ディーゼルエンジンよりも軽量で、出力密度が高いとされている。

オーストラリアの企業 Revetec Holdings Pty Ltd の Bradley Howell-Smith が設計した制御燃焼エンジンは、対向する一対のピストンを使用して、ベアリングを介して一対の逆回転する 3 葉のカムを駆動します。これらの要素は、従来のクランクシャフトとコネクティングロッドに取って代わり、ピストンの動きを純粋に軸方向にすることで、コネクティングロッドの横方向の動きで無駄になる動力の大部分を効果的に出力シャフトに伝達します。これにより、シャフトの 1 回転あたり 6 回の動力行程 (一対のピストンに分散) が得られます。独立したテストでは、 Revetec の X4v2 プロトタイプ ガソリン エンジンのブレーキ比燃料消費量が212g/kW-h ^{[ 22 ]} (エネルギー効率 38.6% に相当) と測定されました。ピストンの偶数個は、ボクサーまたは X 構成で使用できます。カムの 3 つの葉は、1 より大きい他の任意の奇数に置き換えることができます。また、カムの形状は、使用する燃料やエンジンの用途に合わせて変更できる。このようなバリエーションでは、1サイクルあたり10ストローク以上となる場合もある。