基于新设计的无振动和无摇摆机构、成功的自持驱动（使用燃料运行）和发电的新型机械发动机原型 - 旨在实现动力装置多样性的新型高效发动机的研发进展 -

演示要点

〇〇针对汽车动力系统和发电系统的多样性进行开发研究。
〇〇旨在通过应用新设计的具有无振动和无振动特性的机构（“基础径向机构（暂定名称）”）来彻底改变内燃机。
〇 基于新设计的机构，以少量零件设计并制造了无振动发动机，并成功地使用燃料实际驱动该发动机。

总结

　V体育工学研究科工学部（机电工程）石野洋二郎教授领导的研究小组设计了一种新型无振动、无振动机构，并在此基础上设计并制造了新型无振动、高效三缸内燃机（图1和图2），并成功地用燃料驱动该发动机（无需借助发动机的辅助）电机等）（压力波形如图3所示）。
　该内容已申请专利，并将在2022年7月的两场学术讲座上公布。

为了真实地表示原型发动机的输出，图 2 是驾驶实验的照片，其中驱动发电机并使用产生的电力点亮灯泡。
图 1 所示的原型发动机是使用石野实验室的机床在内部生产的，与石野教授、Takuma Oikawa（工程系电气和机械工程项目第二年硕士课程）和 Yoneda Momoka（工程系创意工程项目一年级硕士课程）合作。

　

图 1 3 缸 4 冲程原型发动机 图 2 独立驱动并使用燃料发电的原型发动机。
　　　の外写真 発电电力による电球の点灯。

图3 独立驱动的缸内压力波形

研究背景

在汽车动力系统方面，目前国外正在推广电动汽车，而日本也采取了类似的立场，但重要的是要考虑动力装置的多样性并展示所有可能性，例如使用氢、氨和生物燃料等碳中性燃料的燃料电池和内燃机，以防万一。此外，即使是电动汽车，如果考虑到许多人的便利性，安装混合动力系统或增程器（续航里程延长装置=内燃机发电机）也是现实的，这需要内燃机。然而，动力装置的多样性并不意味着内燃机可以按原样使用，而是需要寻找具有更好特性的机构和模型（由于低振动和低气体泄漏而实现高效率）。 （动力装置不仅用于汽车，还包括热电联产、商用燃气空调等发电系统）

研究内容/结果

　这项开发研究可以用一个易于理解的例子来解释。
·图4所示的转子发动机（汪克尔发动机）
　　〇优点（低振动）
　　　× 缺点（工作液密封困难、泄漏多、效率低），
·活塞发动机，其零件如图5所示
　〇 优点（活塞环泄漏少，效率高）
　　　× 缺点（曲轴复杂，存在连接曲柄和活塞的连杆，
连杆和活塞运动引起的振动）

　在本次开发研究中，我们将利用新设计的机构“基础径向机构（暂定名）”来实现这一目标。
　以下，对“基础径向机构”进行简单说明。
　“基准径向机构”的基本单位是按简单规则运动的“基准线”和“径向线”，以及由它们之间的几何关系确定重心的“轨迹单位”。石野教授发现，当三个或更多基本单元排列在同一平面上时，运动的“轨道单元”的组合重心不移动，总动能不改变。

图4 典型的旋转发动机结构 图5 典型的3缸活塞发动机零件（活塞、
连杆、曲轴）

　当将此机构应用于发动机（或泵）设计时，通过在“基线”上安装气缸并将“轨道单元”制成活塞形状，可以实现无振动且旋转平稳的发动机。此外，与图1所示的旋转发动机不同的是， 4、可采用活塞环，工作液泄漏极小，效率高。此外，由于近年来小型发动机越来越多地使用3缸发动机，“基础径向机构”使得提供现实的薄型3缸发动机成为可能。此外，虽然是三缸发动机，但省去了如图5所示的复杂三维结构的三缸发动机曲轴，以及连接活塞和曲轴的三个连杆，降低了制造成本。

社会意义

　预计这种高效、低振动的内燃机将广泛应用于运输机械和发电设备。据推测，该主题将作为改进和改进内燃机动力装置多样性的“首要”话题提出。
　另外，发动机等机械装置还有发展空间，希望这对年轻一代（小学生、初中生、高中生）来说是一个机会，让他们不仅关注IT，还关注“机械技术”。

未来发展

该发动机比旋转发动机更高效，并且比连杆活塞发动机振动更低，因此有可能消除复杂的曲轴和连杆。同时，我希望发动机振动的观念（观念）能够被打消。
　人们通常认为仅靠一个大学实验室来开发发动机是很困难的，但在这项研究中，我们通过认识到“大学研究的责任是提供研究种子”并故意忽视“耐用性”而取得了成功。
　未来我们会考虑耐用性，如果可能的话，我们希望能够通过与制造公司的联合研究，生产出在现实世界中有用的产品。

术语表

<转子发动机> 在日本，它指的是汪克尔发动机。虽然它是马自达开发成功的（其开发背后的秘密故事众所周知。*例如，“马自达旋转发动机的历史”，Grand Prix Publishing，第69页），但它很难密封气体，因此今天不经常使用。实现完美的平衡并具有优异的低振动特性。

<活塞发动机> 使用活塞和气缸作为密封元件的发动机。通常，每个气缸（气缸、活塞）的活塞由曲柄臂和连杆往复驱动，但在此过程中很难抑制振动。有时，常常会放弃消除高阶模态振动的措施。

＜增程器＞：安装在车辆上的小型发动机发电机，用于增加没有发动机的电动汽车的续航里程。

＜燃气空调＞一般家用空调采用电动机来驱动内部压缩机，而燃气空调则由以城市煤气为燃料的内燃机驱动压缩机。据说煤气费比电费便宜。

<热电联产> 使用城市燃气驱动内燃机或燃料电池的“热电联产系统”，不仅使用发电，还使用废热作为热能。

论文信息等

　　　　　　　　基于基础径向机构的新型无振动活塞发动机样机研究”
　及川琢马、米田百华、石野洋次郎
日本机械工程学会第32届环境工程综合研讨会2022年论文集（第22-14期）
面对面讲座日期：2022年7月7日至8日，香川县高松市，讲座日期：2022年7月7日

　　　　　　　　　　　　　　基于基础径向机构的无振动内燃机原型及其实际运行特性的理解：
石野洋次郎、及川琢磨、米田百香、日比凉介
日本机械学会第26届动力能源技术研讨会论文集（No22-10）
面对面讲座日期：2022年7月13日至14日，佐贺县佐贺市，讲座日期：2022年7月14日

专利申请
【发明名称】无振动机构布局及其应用设备
【申请号】专利申请2022-101280
[申请日期]2022年6月23日
[发明人] 石野洋次郎，V体育
[专利申请人] V体育官方网站

联系信息

研究相关

V体育工学研究科工学部（机电工程领域）
石野洋二郎教授
电话：052-735-5354
电子邮件：ishinoyojiro[at]nitechacjp

公共关系很重要

V体育企划公关科
电话：052-735-5647
电子邮件：pr[at]admnitechacjp

*请将每个 [at] 替换为 @。