6ストロークエンジン

6ストローク エンジンは、従来の2 ストローク エンジンや4 ストロークエンジンの改良を試みた、いくつかの代替内燃エンジン設計の 1 つです。主張されている利点には、燃料効率の向上、機械の複雑さの軽減、および/または排出量の削減などがあります。これらのエンジンは、6 ストロークに寄与するピストンの数に基づいて 2 つのグループに分けられます。

シングルピストン設計では、エンジンは4ストロークのオットーサイクルまたはディーゼルサイクルから失われた熱を捕捉し、同じシリンダー内のピストンの追加のパワーストロークと排気ストロークを駆動するために使用して、燃料効率を改善し、エンジンの冷却を補助します。このタイプの6ストロークエンジンのピストンは、燃料を噴射するたびに3回上下します。これらの設計では、追加のパワーストロークの作動流体として蒸気または空気を使用します。^[1]

2 つのピストンの相互作用によって 6 回のストロークが決定される設計は、より多様です。ピストンは、単一のシリンダー内で対向している場合もあれば、別々のシリンダー内にある場合もあります。通常、1 つのシリンダーが 2 回のストロークを行い、もう 1 つのシリンダーが 4 回のストロークを行うため、サイクルごとに 6 回のピストン運動が行われます。2 つ目のピストンは、従来のエンジンのバルブ機構の代わりに使用できます。これにより、機械の複雑さが軽減され、圧縮を制限するホットスポットがなくなるため、圧縮比を高めることができます。2つ目のピストンは、膨張比を圧縮比から切り離して増加させるために使用することもできます。このように膨張比を増加させると、ミラー サイクルやアトキンソンサイクルと同様に熱力学的効率を高めることができます。

これらの設計では、従来の 2 ストロークまたは 4 ストローク エンジンと同様に、シリンダーごとに 1 つのピストンを使用します。二次的な非爆発性流体がチャンバー内に注入され、燃焼の余熱によって膨張し、2 回目のパワー ストロークとそれに続く 2 回目の排気ストロークが行われます。

1883年、バースを拠点とする技術者サミュエル・グリフィンは、蒸気およびガスエンジンの定評あるメーカーでした。彼は内燃機関を製造したいと考えていましたが、オットー特許のライセンス費用を支払う必要はありませんでした。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でした。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に気づき、グリフィンの特許をライセンスしました。これらは複動式の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ました。^[2]グリフィンエンジンの主な市場は発電で、長時間軽負荷で問題なく稼働し、突然大きな電力需要に対応できるという評判が広まりました。大きくて重い構造のため、移動用途には適していませんでしたが、より重く安価なグレードの石油を燃焼させることができました。 「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の外部気化器で、燃料が噴霧される。温度は 550 °F (288 °C) 前後に保たれ、油を物理的に気化させるには十分だが、化学的に分解するほどではない。この分留により重油燃料の使用が可能になり、使用できないタールやアスファルトが気化器で分離される。点火には 熱球点火が使用され、グリフィンはこれを「カタサーミック点火器」と名付けた。これは燃焼室に接続された小さな隔離された空洞である。噴霧インジェクターには、空気供給用の調整可能な内部ノズルがあり、その周囲を油用の環状ケーシングが囲んでいた。油と空気は両方とも 20 psi (140 kPa) の圧力で流入し、調速機によって調整された。^{[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 エンジンは、2 台しか現存していない。 1台はアンソンエンジン博物館にある。もう1台は1885年に建造され、数年間バーミンガム科学技術博物館に所蔵されていたが、2007年にバース・バース博物館に戻された。^[5]

レナード・ダイアーは1915 年に、クロワーの設計に非常によく似た 6 ストローク内燃式水噴射エンジンを発明しました (下記参照)。それ以来、同様の特許が 12 件以上発行されています。

ダイアーの 6 ストローク エンジンの特徴:

• 冷却システムは不要
• 一般的なエンジンの燃費を改善します
• 2 回目の動力ストロークの媒体として機能する純水の供給が必要です。
• 蒸気の膨張から追加の電力を抽出します。

Bajulaz 6 ストローク エンジンは、設計上は一般的な燃焼エンジンに似ていますが、シリンダー ヘッドに変更が加えられ、各シリンダーの上に燃焼室と空気予熱室という 2 つの固定容量の補助室が設けられています。燃焼室はシリンダーから加熱された空気を受け取り、燃料を噴射すると等容積(定容積) 燃焼が始まり、シリンダー内で燃焼する場合に比べて熱効率が高まります。得られた高圧はシリンダー内に放出され、パワー ストロークまたは膨張ストロークが作動します。一方、燃焼室を覆う 2 番目のチャンバーでは、シリンダー壁を通過する熱によって空気含有量が高温になります。この加熱され加圧された空気は、ピストンの追加ストロークに動力を与えるために使用されます。

このエンジンの利点としては、燃料消費量を少なくとも40%削減できること、6ストロークのうち2ストロークが膨張すること、複数の燃料を使用できること、汚染を大幅に削減できることなどが挙げられます。^[6]

Bajulaz 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 Bajulaz SA 社の Roger Bajulaz によって 1989 年に発明され、米国特許4,809,511および米国特許 4,513,568を取得しています。

Bajulaz の 6 ストローク エンジンの特徴は次のとおりです。

• 燃料消費量を少なくとも40%削減
• 6ストローク中2回の拡張（作業）ストローク
• 液化石油ガスを含む多燃料
• 大気汚染の劇的な削減
• 4ストロークエンジンと同等のコスト

ベロゼータエンジンでは、排気行程中に新鮮な空気がシリンダー内に噴射され、熱で膨張してピストンを押し下げ、追加行程を行う。バルブのオーバーラップが取り除かれ、空気噴射を使用した2つの追加行程によってガスの掃気が改善される。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するようだ。^[7]パワーウェイトレシオは、4ストロークガソリンエンジンよりもわずかに低い。^{[7]このエンジンは、}ガソリン、ディーゼル燃料からLPGまで、さまざまな燃料で作動する。改造されたエンジンは、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%減少する。^{[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部の学生チーム、U クリシュナラジ、ボビー セバスチャン、アルン ネア、アーロン ジョセフ ジョージによって開発された。

このエンジンは、インド・コーチンのチャナイル・クリトゥス・アニル氏によって開発され、2012年に特許を取得しました。^[8] エンジンの名前は、彼の会社であるNIYKADOモーターズに由来しています。このエンジンは、プネーのインド自動車研究協会で予備的なフルスロットル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」^[8]、「汚染が非常に少ない」と主張しています。^[8]

機械工のアニルさんは、15年以上かけてNIYKADOエンジンを開発した。エンジンは2004年に初めてテストされ、アニルさんは2005年に特許を申請した。アニルさんは、自分の設計は汚染を大幅に減らし、自動車産業で使用すれば「排出ガスのないモビリティ」につながると主張している。

エンジン機能:

異なるストロークは次のとおりです。

1. 吸気行程
2. 圧縮行程
3. パワーストローク
4. 排気行程
5. 空気取り入れ口
6. 排気

エンジンには 4 つのバルブがあります。

1. 空気燃料吸入バルブ
2. 空気のみの吸気バルブ
3. 燃焼排気バルブ
4. 空気のみの排気バルブ

吸気行程:この行程では、ピストンが上死点 (TDC) から下死点 (BDC) まで移動します。吸気バルブが開き、空気と燃料の混合気がシリンダーに入ります。

圧縮行程:ピストンが BDC から TDC に移動し、すべてのバルブが閉じます。

動力行程:スパークプラグが空気と燃料の混合気に点火します。ピストンは TDC から BDC まで移動しますが、すべてのバルブは閉じたままです。

排気行程:ピストンが BDC から TDC に移動し、排気バルブが開いて排気ガスがシリンダーから排出されます。

空気吸入行程:ピストンが TDC から BDC に移動する間に空気のみの吸入バルブが開き、大気中の新鮮な空気がシリンダー内に引き込まれます。この空気は、残った排気ガスや未燃焼の燃料と混合され、シリンダー内部を冷却します。

空気排気行程:ピストンが BDC から TDC に移動する間に、空気排気バルブが開きます。新鮮な空気と、残った燃料および排気ガスの大部分がシリンダーから排出されます。Anil は、これにより、次の空気燃料吸入行程の前にシリンダー内に新鮮な雰囲気が生まれ、エンジンが空気燃料混合物をほぼ 100% 燃焼するのに役立ち、有害な排出物 (一酸化炭素排出量の 98% 削減を含む) が削減されると主張しています。

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、排気行程後にシリンダー内に水が噴射され、瞬時に蒸気に変わり、それが膨張してピストンを押し下げ、追加のパワーストロークを発生させる。このようにして、ほとんどのエンジンで放出するために空冷または水冷システムを必要とする廃熱が捕捉され、ピストンの駆動に利用される。^[1]クロワーは、彼の設計ではより低い回転速度で同じ出力を生成することで、燃料消費を40%削減できると見積もった。冷却システムに関連する重量は排除できるが、通常の燃料タンクに加えて水タンクが必要になることでバランスが取られる。

クロワー6ストロークエンジンは、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実験的な設計であり、彼は自身の設計の特許を申請した。^[1] その後、その特許申請は取り下げられた。^[9]

^{[10] [11] [12] [13] [14]}

これらの設計では、シリンダーごとに異なる速度で動作する 2 つのピストンを使用し、ピストン間で燃焼が起こります。

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た。この技術は、4ストロークエンジンのボトムエンドと、ボトムピストンの半分の周期速度で動作する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ある。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る。主張されている利点には、9%の出力増加と、高温の排気バルブを排除することで可能になった圧縮比の増加による熱力学的効率の向上などがある。^[15]

このアイデアは、ポーランドのシロンスク工科大学で、工学博士アダム・チェシオウキエヴィッチの指導の下開発されました。ポーランド特許庁から特許番号 195052 を取得しました。

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ている点で、ベアヘッド エンジンと多くの共通点があります。 1 つのピストンはもう 1 つのピストンの半分の周期速度で動作しますが、ベアヘッド エンジンの 2 番目のピストンの主な機能は、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すが、M4+2 ではその原理がさらに一歩進んでいます。 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連携に基づいています。 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、空気負荷交換補助システムであり、バルブ システムとして機能します。 シリンダーには、空気または空気と燃料の混合物が充填されます。 充填プロセスは、スライド吸気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、シリンダーの排気窓によって除去されます。 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 つの点火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つ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更することで、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更できることです。機械モデルと熱力学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な熱力学サイクルを作成できます。^[16]

エンジンの動作原理については、2 ストローク エンジンと 4 ストローク エンジンの記事で説明されています。

このエンジンは、ベアヘッドとデザインが似ていますが、バルブシステムの代わりに「ピストンチャージャー」が使用されています。ピストンチャージャーはメインシリンダーに燃料を充填すると同時に、入口と出口の開口部を調整し、排気中に空気と燃料が失われないようにします。^[17]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ますが、潤滑は4 ストロークエンジンと同じ方法で行われます。燃料噴射は、ピストンチャージャー、ガス転送チャネル、または燃焼室で行うことができます。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充填することも可能です。燃焼室のコンパクトなデザインと空気と燃料の損失がないという組み合わせにより、エンジンのトルク、パワー、燃費が向上すると言われています。可動部品とデザインが少ないという利点により、製造コストが削減されると言われています。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適していると言われています。6 つのストロークは次のとおりです。

1. 願望
2. 事前圧縮
3. ガス転送
4. 圧縮
5. 点火
6. 排出。

これは、ドイツのヘルムート コットマン氏が MAHLE GmbH のピストンおよびシリンダー製造部門で 25 年間勤務していたときに発明したものです。コットマン氏の米国特許 3921608 および 5755191 は、以下に記載されています。

この設計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発明され、イルモア・エンジニアリングによって試作されました。^[18]

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 つ (または 4 つ、6 つ、または 8 つ) のシリンダーを使用します。追加のピストン (独自のシリンダー内) 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作業が発生します。これは、オットー サイクル シリンダーが高圧段で、共有シリンダーが低圧段である複合蒸気エンジンの動作といくつかの点で似ています。エンジンの動作は次のとおりです。

設計者はこれを5 ストローク設計とみなし、HP 排気行程と LP 膨張行程を同時に 1 行程とみなしています。この設計では、結合されたシリンダーの全体的な膨張比が高くなるため、燃費が向上します。ガソリン燃料を使用しながら、ディーゼル エンジンに匹敵する膨張比を実現できます。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、出力密度が高いと言われています。^[要出典]

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の 3 ローブ 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 ロッドに代わるものであり、ピストンの動きが純粋に軸方向になるため、コネクティング ロッドの横方向の動きによって浪費されていたほとんどのパワーが、出力シャフトに効果的に伝達されます。これにより、シャフトの 1 回転につき 6 回のパワー ストロークが得られます (ピストン ペアに分散)。独立したテストでは、Revetec の X4v2 プロトタイプ ガソリン エンジンの正味燃料消費量が 212g/kW-h ^[19] (エネルギー効率 38.6% に相当) と測定されました。ボクサーまたは X 構成で、任意の偶数のピストンを使用できます。カムの 3 つのローブは、1 より大きい任意の奇数に置き換えることができます。カムの形状は、対象燃料やエンジンの用途のニーズに合わせて変更できます。このようなバリエーションでは、1 サイクルあたり 10 回以上のストロークが発生する場合があります。

• 1217788内燃機関と蒸気機関 1917 年 2 月 27 日。Hugo F. Liedtke は、内燃機関と燃焼室への蒸気噴射を交互に行うことを最初に考えた人の 1 人であると思われます。
• 1339176内燃機関 1920 年 5 月 4 日。レナード H. ダイアーは 1915 年に最初の 6 ストローク内燃/水噴射エンジンを発明しました。
• 2209706内燃機関 1940年7月30日
• 3921608 2ストローク内燃機関 1975年11月25日
• 3964263 6サイクル燃焼および流体気化エンジン 1976年6月22日
• 4143518内燃機関と蒸気機関 1979年3月13日
• 4301655内燃機関と蒸気機関の複合 1981年11月24日
• 4433548内燃機関と蒸気機関の複合 1984年2月28日
• 4489558複合内燃機関及びその使用方法 1984年12月25日
• 4489560複合内燃機関及びその使用方法 1984年12月25日
• 4736715 6ストロークサイクル、可変圧縮比、一定ストロークのエンジン 1988年4月12日
• 4917054 6ストローク内燃機関 1990年4月17日
• 4924823 6ストローク内燃機関 1990年5月15日
• 5755191充填シリンダを備えた2ストローク内燃機関 1998年5月26日
• 6253745燃料と蒸気充填を備えた多ストロークエンジン 2001 年 7 月 3 日
• 6311651コンピュータ制御の6ストローク内燃機関およびその動作方法 2001年11月6日
• 6571749コンピュータ制御の6ストロークサイクル内燃機関およびその動作方法 2003年6月3日
• 7021272コンピュータ制御のマルチストロークサイクル発電アセンブリおよび動作方法 2006年4月4日

• IN 特許 252642 6ストロークエンジン 2012年5月25日

• ポーランド特許庁公報、第12(664)1999年53頁、特許番号P323508「多行程エンジンの内燃機関の動作原理」（ポーランド、ベンジンの建設者、アントニ・グノインスキ著）

• Bajulaz 6ストロークエンジン 2007年6月アクセス
• Bajulaz Animation 2007年6月アクセス
• ベア6ストロークエンジン
• NIYKADO 6ストロークエンジンの発明者によるビデオ
• イルモアプロトタイプ5ストロークエンジン
• 6ストローク垂直ガスエンジン