(57)【要約】液体ピストン内燃機関を介して発電をするための方法、装置及びシステム。本発明の液体ピストン内燃機関は、同一のシステムのフレーム構造内に設けられた内燃機関と蒸気ピストンエンジンの新規な相乗効果的組合せを利用している。エンジンは、各々が液体ピストンを備えた複数のシリンダを有するのがよい。ＩＣＥ（内燃機関）システムは、６つのモジュール、即ち、ＰＧＭ（発電モジュール）１００、ＥＲＳ（エネルギ回収システム）２００、ＰＣＭ（出力変換モジュール）３００、ＨＳＡ（油圧緩衝器モジュール）４００、ＤＡＣ（データ収集及び制御モジュール）５００、及びＡＥＭ（補助機器モジュール）６００を有している。
2005519216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ピストン内燃機関であって、
ａ）少なくとも１つのシリンダ及び少なくとも一部が第１の作動液の表面で構成され、かくして液体ピストンを形成する少なくとも１つのピストンを備えた発電モジュールと、
ｂ）前記シリンダ内の燃焼プロセスで生じた熱エネルギを非熱エネルギに変換する出力手段とを有することを特徴とする液体ピストン内燃機関。
【請求項２】
前記発電モジュールに連結されたエネルギ回収システムを更に有していることを特徴とする請求項１記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項３】
前記発電モジュールは、弁システムを更に有していることを特徴とする請求項１記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項４】
前記発電モジュールは、前記第１の作動液のエネルギを第２の作動液のエネルギに変換するブースタを有していることを特徴とする請求項１記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項５】
前記ブースタは、前記シリンダと一体であることを特徴とする請求項４記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項６】
前記第１の作動液は、水であることを特徴とする請求項１記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項７】
前記第１の作動液は、水性電気流動液であることを特徴とする請求項６記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項８】
前記第１の作動液は、水性導電液であることを特徴とする請求項６記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項９】
前記第２の作動液は、水であることを特徴とする請求項４記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１０】
前記第２の作動液は、導電液であることを特徴とする請求項４記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１１】
前記第２の作動液は、作動油であることを特徴とする請求項４記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１２】
前記弁システムは、
ａ）吸気弁と、
ｂ）排気弁と、
ｃ）入力弁と、
ｄ）出力弁と、
ｅ）少なくとも１つの方向弁とから成ることを特徴とする請求項３記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１３】
前記弁システムは、
ａ）弁体と、
ｂ）前記弁体に設けられた複数の弁開口部で構成された少なくとも１つの円筒形本体とを有していることを特徴とする請求項３記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１４】
前記円筒形本体は、少なくとも１つの低圧燃料キャビティを有していることを特徴とする請求項１３記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１５】
前記燃料は、
ａ）前記シリンダを新鮮な空気で満たし、
ｂ）空気の温度及び圧力が着火点よりも高くなるまで前記シリンダ内の空気を前記液体ピストンで圧縮し、
ｃ）前記燃料で満たされた前記低圧燃料キャビティを回転させ、
ｄ）前記低圧燃料キャビティを前記シリンダに整列させて前記弁を回転させるのに必要な電力が前記シリンダ内の圧力とは実質的に無関係であるようにすることにより、前記シリンダ内に注入されることを特徴とする請求項１４記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１６】
前記弁システムは、前記水性電気流動液によって現場で形成され、
ａ）接地中空本体、及び
ｂ）前記接地中空本体を貫通して延びる絶縁ワイヤで構成されていることを特徴とする請求項３記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１７】
前記現場の弁は、
ａ）前記接地中空本体を前記水性電気流動液で満たす段階と、
ｂ）電圧を前記絶縁ワイヤに印加する段階とによって形成されることを特徴とする請求項１５記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１８】
前記入力弁は、純流体ダイオードから成ることを特徴とする請求項１２記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項１９】
前記液体ピストンは、燃焼中前記出力弁によって本質的に不動状態に構成され、それにより前記作動液が燃焼の起こっている前記シリンダから流出しないようにすることを特徴とする請求項１記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項２０】
前記エネルギ回収システムは、
ａ）熱化学式回収熱交換器と、
ｂ）原燃料と、
ｃ）リフォーマット燃料と、
ｄ）凝縮器と、
ｅ）凝縮水と、
ｆ）前記シリンダからの排気ガスと、
ｇ）前記原燃料と前記排気ガスの一部との混合物を生じさせる手段とを有することを特徴とする請求項２記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項２１】
前記エネルギ回収システムは、
ａ）ボイラと、
ｂ）水ポンプと、
ｃ）前記原燃料と前記排気ガスの一部の前記混合物と前記凝縮水の一部を混合する手段とを更に有していることを特徴とする請求項２０記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項２２】
前記エネルギ回収システムは更に、
ａ）熱を前記シリンダからの排気ガスから受け取り、
ｂ）排気ガス及び水蒸気と混合した原燃料を受け取り、
ｃ）リフォーマットガスを生じさせ、
ｄ）前記水蒸気を凝縮させ、
ｅ）前記排気ガス及び前記水蒸気のエネルギの一部を回収する特徴を有していることを特徴とする請求項２０記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項２３】
前記エネルギ回収システムは更に、
ａ）前記凝縮水の一部を蒸発させ、
ｂ）前記原燃料と前記排気ガスの一部の前記混合物と前記蒸発水の一部を混合する特徴を有していることを特徴とする請求項２１記載の液体ピストン内燃機関。
【請求項２４】
吸気段階、圧縮段階、燃焼段階、膨張段階及び排気段階のシーケンスから成る液体ピストン内燃機関による発電方法。
【請求項２５】
前記吸気段階中、前記吸気段階の開始時におけるシリンダ容積は、電力負荷要件を任意の時点で最高定格電力にマッチさせるよう選択できることを特徴とする請求項２４記載の液体ピストン内燃機関による発電方法。
【請求項２６】
前記膨張段階中、前記膨張段階の終了時におけるシリンダ容積は、前記膨張段階の開始時における前記シリンダ容積とは無関係であることを特徴とする請求項２４記載の液体ピストン内燃機関による発電方法。
【請求項２７】
燃焼段階を含む全ての段階の持続時間は、１組の弁開閉により制御されることを特徴とする請求項２４記載の液体ピストン内燃機関による発電方法。
【請求項２８】
内燃エンジンであって、
ａ）燃焼室と、
ｂ）燃焼プロセス中、前記燃焼室内で生じた熱エネルギを非熱エネルギに変換する出力手段とを有し、
ｃ）更に、前記燃焼プロセスは、定容であり、前記出力手段から運動的且つ動的に切り離されることを特徴とする燃焼機関。
【請求項２９】
前記出力手段は、高エネルギを持つ第１の作動液の流れを含むことを特徴とする請求項２８記載の燃焼機関。
【請求項３０】
前記出力手段は、可動出力シャフトを含むことを特徴とする請求項２８記載の燃焼機関。
【請求項３１】
前記出力手段は、電磁流体発電機／ポンプから成り、前記電磁流体発電機／ポンプは、
ａ）スリットによって分離された１対の高出力磁石と、
ｂ）前記スリットを通って流れる導電液と、
ｃ）前記導電液と前記スリットの両方に対し垂直の方向に流れる電流と、
ｄ）前記電磁流体発電機／ポンプがポンプとして動作するとき、生じた電気の一部を一時的に貯蔵したり前記電気を放出する高出力電気エネルギ貯蔵装置と、
ｅ）電気出力調整回路と、
ｆ）コントローラとで構成され、前記電磁流体発電機／ポンプは、前記スリットを通って流れる前記導電液のエネルギを電気エネルギに変換することを特徴とする請求項２８記載の燃焼機関。
【請求項３２】
前記電磁流体発電機／ポンプは、発電モード及びポンプ送りモードで動作し、前記コントローラによって順序付けられることを特徴とする請求項３１記載の燃焼機関。
【請求項３３】
前記発電モードは、
ａ）前記導電液を前記液体ピストンの前記燃焼プロセスの力の結果として生じた力によって前記１対の磁石の前記スリット中に押し込む段階と、
ｂ）電気エネルギを前記導電液から取り出す段階と、
ｃ）前記電気エネルギの一部を前記高出力電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵する段階とを有することを特徴とする請求項３２記載の燃焼機関。
【請求項３４】
前記ポンプ送りモードは、
ａ）電気エネルギを前記高出力電気エネルギ貯蔵装置から取り出す段階と、
ｂ）前記１対の磁石の前記スリットを通る前記導電液をローレンツ力によって前記シリンダ内へ押し戻す段階とを有することを特徴とする請求項３２記載の燃焼機関。
【請求項３５】
前記燃焼室内の前記燃焼は、点火プラグによって開始されることを特徴とする請求項２８記載の燃焼機関。
【請求項３６】
前記燃焼室内の前記燃焼は、混合気の温度が着火点に達すると、自然燃焼により開始されることを特徴とする請求項２８記載の燃焼機関。
【請求項３７】
前記燃焼室内での前記燃焼は、空気の温度及び圧力が着火点に達すると、少なくとも１つの低圧燃料キャビティ弁からの燃料を前記燃焼室内に注入することにより開始されることを特徴とする請求項２８記載の燃焼機関。
【請求項３８】
前記出力手段は、弁システムにより前記燃焼ガスの圧力から運動的且つ動的に切り離されることを特徴とする請求項２８記載の燃焼機関。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連文献）
本発明は、２００２年２月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／３６０，９５５号明細書（発明の名称：An Internal Combustion Engine Utilizing A Liquid Piston ）を基礎としており、本発明者は、かかる米国特許出願の優先権を主張する。
【０００２】
（背景）
本発明は一般に、発電及び出力変換のための方法、装置及びシステムに関する。特に、本発明は、ピストン熱機関（ヒートエンジン）を介する発電に関し、特に、液体ピストン型の内燃機関（以下、「エンジン」ともいう）と蒸気機関の相乗効果的組合せに関する。
【０００３】
（技術の特性）
本発明の技術的特徴は、内燃機関及び蒸気機関の最善の特徴を組合せた発電用の低公害高効率液体ピストンエンジンにある。別の技術的特徴は、その６つの技術的モジュール、即ち、ＰＧＭ（発電モジュール）、ＥＲＳ（エネルギ回収システム）、ＰＣＭ（出力変換モジュール）、ＨＳＡ（油圧緩衝器モジュール）、ＤＡＣ（データ収集及び制御モジュール）及びＡＥＭ（補助機器モジュール）にある。
【０００４】
（課題）
一般に、ピストンエンジンは、膨張をする作動流体（ガス）をエンジンの本体（一般に、「シリンダ（気筒）」と呼ばれる）及びピストンによって形成される密閉容積部内に閉じ込めるという原理に基づいている。
【０００５】
ピストンは、膨張中の作動流体のエネルギをユーザにより指定できる手段に変換し、他方この容積部を漏れなく制限する。内燃機関（「ＩＣＥ」）は、ほぼ１５０年にわたる開発の歴史にもかかわらず、数ある問題のうちで、依然として比較的効率が低く、有害な排気ガスが比較的高レベルにあり、性能が負荷依存性である。
【０００６】
熱機関の効率は、理想サイクルの理論熱力学的制約並びに理想サイクルからのばらつきに起因した追加のエネルギ損失及び可動部品相互間の摩擦により低い。ベストの場合でも、燃料の化学エネルギのうち約３０％が有用な仕事に変換されるに過ぎない。約４０％が冷却水により熱として除去され、残りの３０％は、排気ガスと共に失われる。
【０００７】
環境及び人間にとって有害な種々のガス、例えば未燃焼燃料、ＮＯxは、主として燃焼プロセスを制御する能力が非常に制限されているためにエンジンの排気ガスと共に放出される。
さらに、熱機関の効率は通常、狭い動力負荷範囲について最適化されている。現実問題として、これらエンジンは、これら最適範囲で動作することは稀であり、かくして稼働効率が一段と減少する。
【０００８】
従来技術の内燃機関の問題は、次の項目、即ち、
ａ）低効率
ｂ）多量の環境汚染排気ガス
ｃ）負荷と独立ではない性能
ｄ）経済性がよくないこと（費用対効果が高くないこと）
ｅ）設置、使用、稼働及び維持が簡単ではないことに分類できる。
【０００９】
（概要）
本発明は、発電及び出力変換を行うための方法、装置及びシステムである。ＩＣＥ（内燃機関）システムは、６つのモジュール、即ち、ＰＧＭ（発電モジュール）１００、ＥＲＳ（エネルギ回収システム）２００、ＰＣＭ（出力変換モジュール）３００、ＨＳＡ（油圧緩衝器モジュール）４００、ＤＡＣ（データ収集及び制御モジュール）５００、及びＡＥＭ（補助機器モジュール）６００を有している。
【００１０】
（従来技術）
従来技術調査を行わず委託もしなかったが、本発明者は、従来技術について精通している。本出願人又はその代理人に知られている従来技術装置のうちで、高効率液体ピストンエンジンの実施形態そのものを開示しているものは無い。
【００１１】
（目的）
本発明者にとって幸運なことに、本システムについて本発明者によって立てられ以下に列挙する目的のうち全てを単独で又は組合せ状態で提供する従来技術装置は存在しない。
１．本発明の目的は、液体ピストン内燃機関を介して発電を行う方法、装置及びシステムを提供することにある。
２．本発明の別の目的は、非常に効率の高いシステムを提供することにある。
３．本発明の別の目的は、本発明の排気系統がＮＯx及び未燃焼炭化水素の量を減少させることにより実質的に低公害であるということにある。
４．本発明の別の目的は、事実上故障せず、保守が殆ど又は全く不要なほど信頼性が高いということにある。
５．本発明の別の目的は、通常の環境及び事故状況において物理的に安全であるようにすることにある。
６．本発明の別の目的は、同一システムのフレーム構造内に内燃機関と蒸気ピストンエンジンの最善の特徴を相乗効果的に組み合わせることにある。
７．本発明の別の目的は、捨てられた熱エネルギの部分回収により無駄になる熱エネルギを減少させることにある。
８．本発明の他の目的は、図面の以下の簡単な説明及び本発明の実施形態の詳細な説明から明らかになるように、その単純さ、設計の優美さ、製造、点検整備及び使用の容易さにある。
【００１２】
本発明者にとって幸運なことに、本システムについて本発明者によって提供され、以下に列記する特徴の全てを単独で又は組み合わせて備える従来技術装置は存在しない。
ａ）高効率液体ピストン内燃機関
ｂ）機械的及び（又は）電気的動力の高効率源
ｃ）公害（環境汚染）の低減
ｄ）輸送を含む多数の用途に適していること
【００１３】
本発明の上記目的及び特徴を以下の図面と関連して説明するが、図中、発電モジュール（“ＰＧＭ”）の構成要素は１００番台の符号で示され、エネルギ回収システム（“ＥＲＳ”）の構成要素は、２００番台の符号で示され、出力変換モジュール（“ＰＣＭ”）の構成要素は、３００番台の符号で示され、油圧緩衝器モジュール（“ＨＳＡ”）の構成要素は、４００番台の符号で示され、データ収集及び制御モジュール（“ＤＡＣ”）の構成要素は、５００番台の符号で示され、補助機器モジュール（“ＡＥＭ”）の構成要素は、６００番台の符号で示されている。
【００１４】
（最適実施形態の詳細な説明）
図面に示すように（図中、同一の参照符号は、同一の部品を示している）、図１には、ａ）燃料の化学エネルギを、次にＰＣＭ３００に送られる作動液の運動エネルギに変換し、ｂ）ＰＣＭ３００から戻る流体を受け入れる発電モジュール１００の全体が示されている。
【００１５】
次に図２を参照すると、ＰＧＭ１００は、液体ピストン及び弁から成るシステム（弁システム）並びに任意使用の点火プラグを備えた１以上のシリンダ（１１０，１２０）で構成されている。シリンダは、金属ピストンに代えて液体ピストンが用いられていることを除き、ＩＣＥのシリンダと同一の設計を有しており、したがって、かかるシリンダは、必ずしも円筒形であることを必要としない。例えば、図３は、断面が全体として楕円のシリンダを示し、これに対し、図１１ａ）〜図１１ｃ）は、全体として矩形のシリンダを示している。また、シリンダは、シリンダのキャビティ内部に配置できる追加の要素、例えば弁を有してもよく、これについては図１０を参照されたい。シリンダは、吸気弁（１１５，１２５）及び排気弁（１１６，１２６）に加えて、入力ポート（１１１，１２１）及び出力ポート（１１２，１２２）を備えている。逆止弁（１１７，１２７）により、液体は一方向にのみ流れることができ、方向弁５１０，５２０がそれぞれ、液体の流入及び流出を制御する。従来型ポペット形吸気弁及び排気弁が説明を分かりやすくするために図２、図３、図４、図７、図８及び図１２に示されているが、図１１ａ）〜図１１ｃ）に示す回転弁も使用できる。
【００１６】
かかる回転弁は、任意使用の低圧燃料キャビティ又は低圧燃料注入（ＬＰＦＩ）のためのキャビティを有するのがよく、しかも方向弁５１０，５２０，５３０を、これと出力変換モジュール３００の出力シャフトを連接することにより又は別個のコンピュータ制御電気モータにより主動作シーケンスと同期させるのがよい。この種の２つの別個独立に駆動される弁を更に使用することができる。
【００１７】
ピストンの動作は弁の開閉シーケンスにより、又後で詳細に説明する一定容積（定容）燃焼の一般的に望ましい特徴に起因して決められるので、ＬＰＩＣＰＳ中の燃焼サイクルは、５つの段階、即ち、吸気段階、圧縮段階、燃焼段階、膨張段階及び排気段階に分けられる。ピストンの動作を参照すると、この燃焼サイクルは、本発明では（ダウン−アップ−ストップ−ダウン）として具体化されるが、４行程（ダウン−アップ−ダウン−アップ）として、或いは、本発明では（アップ−ストップ−ダウン）として具体化されるが、２行程（アップ−ダウン）としての技術的特徴を備えている。
【００１８】
次に図１を参照すると、任意使用のエネルギ回収システム２００は、ａ）排気ガスから熱の相当多くの部分を回収し、ｂ）必要ならば、排気ガスから凝縮により水を生じさせる。
【００１９】
回収を次のように達成できる。
１．流入原燃料を処理済燃料（リフォーマット）に改質することによる。この場合、燃焼熱は、従来技術（米国特許第４，９００，３３３号明細書、第５，５０１，１６２号明細書、第５，５９５，０５９号明細書、刊行物であるブイ・ジー・ノサック（V.G. Nosach ）著，「インクリージング・ザ・エフェクティブネス・オブ・フューエル・ユーティライゼーション・イン・パワー・ジェネレーション，インダストリー・アンド・トランスポーテーション（Increasing the Effectiveness of Fuel Utilization in Power Generation, Industry and Transportation ）」，１４−１５，キエフ（Kiev），ソ連（U.S.S.R.），1989年及びディー・ケー・フレミング（D.K. Fleming），エム・ジェイ・キンキス（M.J. Khinkis）共著，「ザ・サーモ−ケミカル・リクペレータ・システム−アドバンスド・ヒート・リカバリー（The Thermo-chemical Recuperator System-Advanced Heat Recovery ）」，ワシントンディー・シー（Washington D.C. ），第１２回エネルギ・テクノロジー・アンド・カンファレンス・アンド・エキスポジション（12th Energy Technology Conference and Exposition），１９８５年３月２５−２７日）に示されているように、原燃料の対応の燃焼熱よりも高い。これは、改質が吸熱プロセスである場合にのみ可能であり、即ち追加の熱を必要とする。ＰＧＭからの高温排気ガスは、改質反応に必要な熱を供給する。したがって、この要件を満足させる燃料は、ＬＰＩＣＰＳによって用いるのに適している。かかる燃料の例は、幾つかの炭化水素燃料、例えば天然ガス（ＮＧ）である。燃料改質方法を利用するエネルギ回収システムを具体化するには多くの考えられる方法があり、これらのうち幾つかについて以下に説明する。
２．触媒の存在下において且つ場合によって放電により支援される水素及び酸素への水（蒸気）分子の解離。これと同様な方法が、米国特許第５，１５６，１１４号明細書に示されており、かかる米国特許明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。混合気の圧縮中に生じる熱は、かかる解離に必要なエネルギの相当多くの部分を供給することができる。解離のプロセス中に生じた水素は、燃焼中に用いられる。かくして、このプロセスの正味の効果は、圧縮熱の部分的回収である。
３．燃焼に必要な空気の予熱。
４．単独又は組合せ状態の上述の全ての機構の組合せ
備考：また、排気ガス中に含まれる水を回収することが必要な場合がある。これは又、ＥＲＳによって達成できる。また、機能的には別個のモジュールであるが、ＥＲＳをＰＧＭの境界部内に物理的に配置してもよいことは注目されるべきである。
【００２０】
出力変換モジュール３００は、ａ）作動液の運動エネルギをエンドユーザの形態、即ち、回転シャフトの機械的エネルギ又は電気的エネルギに変換し、作動液により供給されたエネルギの一部を用いて、ｂ）吸気段階中、作動液をＰＧＭのシリンダからポンプで送り出し、ｃ）圧縮段階及び排気段階中、作動液をＰＧＭのシリンダ内へポンプで送り込んで戻し、ｄ）必要ならば、ＥＲＳ２００から作動液の凝縮物をポンプで送り出す。
【００２１】
機械的エネルギへの変換は、例えば油圧モータのような装置で行われるのがよく、油圧モータは、２以上の油圧モータが用いられる場合、例えば自動車のトランスミッション又は車輪のような有用な負荷を回転させたり動かすことができる。変形例として、かかる油圧モータは、発電機を駆動して電気を生じさせることができる。また、作動液の運動エネルギを直接電気に変換することも可能である。これについては後で説明する。物理的には、ＰＣＭはスタンドアロン型ユニットであるのがよく、或いはＰＧＭと一体化したものであってもよいことは注目されるべきである。
【００２２】
ＰＣＭは更に、作動液をポンプで送り出すために用いられるので、高効率可逆モータ／ポンプ、例えば次のウェブサイト、即ち“http://www.indiatradezone.com/cosrc/view/products/productdetails.asp?objid=10432&prd=8755 ”に示すようなロール−ベーンポンプ／モータを用いることが望ましい。これらユニットは、高圧が供給されると油圧モータとして働き、外部源によって駆動されるとポンプとして働く。高圧膨張流がオフに切り換えられたとき、ユニットを駆動するためにフライホイールを効果的に利用するのがよい。フライホイールは、エンジンの膨張段階中、エネルギを確保し、吸気段階、圧縮段階及び排気段階中ポンプに動力を供給する。これについては以下に詳細に説明する。
【００２３】
図２を参照すると、任意使用の油圧緩衝器（ショックアブソーバ）４００は、ａ）ＰＧＭを作動停止させたとき（例えば、燃焼中）流動中の作動液のエネルギを吸収し、ｂ）膨張段階中、このエネルギを流動中の作動液に放出する。
【００２４】
データ収集及び制御は、ＰＧＭ、ＰＣＭ及びＥＲＳ内に設けられたセンサから受け取った情報に基づいて、方向弁５１０，５２０，５３０を介して作動液の流れ方向、燃焼のタイミング及びＰＧＭ吸気弁（１１５，１２５）及び排気弁（１１６，１２６）のシーケンスを制御する。ＤＡＣシステムは又、その種々の出力レベルにおける作動中、エネルギ消費の最適化を担っている。センサグループは、圧力、高さ位置（レベル）、温度、酸素及び任意他の適当なパラメータの測定のためのセンサから成るのがよい。
【００２５】
最後に、補助機器モジュールは、補助機能をＬＰＩＣＰＳにもたらし、例えば、次のような任意使用のコンポーネントを有するのがよい。
・エンジンの始動及び（又は）ＤＡＣ作動のための電源（例えば、電池及び電力調整ユニット）。
・電気始動機（スタータ）。
・始動又は制動エネルギ回収のためにも用いることができる高圧アキュムレータ。このアキュムレータは、スタンドアロン型ユニットであるのがよく、或いは、変形例としてＨＳＡと組み合わせてもよい。
・方向制御弁又は油圧弁リフタ等を駆動する追加のアキュムレータ。
・例えばＰＣＭの前に設置できる戻り水の冷却に必要な追加の熱交換器（“ラジエータ”）。
・作動液が２サイクルエンジン等に用いられる空気を圧縮できる別個のシリンダ。
【００２６】
（定義）
全ての熱力学的システムの必要部分は、種々の相で存在できる作動体又は作動流体、即ちガス、蒸気（スチーム）又は液体である。幾つかのかかる作動流体が、提案されたＬＰＩＣＰＳの設計変更例中に存在することに起因して、以下の説明を容易にするため、以下の用語を用いる。
・作動ガス−燃焼及び膨張行程中にＬＰＩＣＰＳのシリンダ内に存在する燃焼生成物と作動液の蒸気の混合物。
・排気ガスは、燃焼行程後シリンダから追い出された作動ガスである。これら排気ガスは、ＬＰＩＣＰＳの種々の要素全体を通じ多くの変化を受ける場合がある。排気ガスの一形式を別の形式から区別するため、排気ガスを排出する要素の名称、例えばシリンダ排気ガス、渦管排気ガス等で排気ガスを識別するのがよい。
・作動液−ＬＰＩＣＰＳで用いられるのに適した水又は他の液体。ＬＰＩＣＰＳ内には２以上の種類の作動液が存在する場合がある。
・膨張流−膨張行程中の作動ガスの圧力下におけるＰＧＭのシリンダからの作動液の流れ。有用な仕事は、ＰＣＭからのこの駆動流中、作動液から取り出される。
・圧縮流−ＰＣＭにより生じる圧力下においてＰＧＭのシリンダ内への作動液の流れ。この流れは、ＰＧＭのシリンダ内の新鮮な空気又は混合気を圧縮する。
・排気流−ＰＣＭにより生じた圧力下におけるＰＧＭのシリンダ内への作動液の流れ。このシリンダ排気ガスは、この流れ条件中、ＰＧＭのシリンダから追い出される。
・吸気流−ＰＣＭのポンプ送り作用下におけるＰＧＭのシリンダからの作動液の流れ。
【００２７】
（作動流体の種類）
ＰＧＭの種々の実施形態に用いることができる作動液には複数の種類がある。幾つかの例は次の通りである。
１．水−ＰＧＭ及びＰＣＭの最も単純な具体化を可能にする。
２．システムの排液を行わないで冬季作動を可能にするためにシステムの要望を満たす他の流体、例えば不凍液と混合した水、又は２元混合物又は３元混合物。
３．可動部品を用いないで全ての油圧弁の非常に簡単な具体化を可能にする水性電気流動流体（図１０）。これら弁は、数ミリ秒程度の超高速応答を特徴としており（プロシーディングス（会議録）・オブ・ザ・１９９９・ＳＰＩＥ・テレ−マニプレータ・アンド・テレプレゼンス・テクノロジーズ・ＶＩ・コンフェレンス（Proceedings of the 1999 SPIE Tele-manipulator and Telepresence Technologies VI Conference ）」，ボストン（Boston），米国マサチューセッツ州（MA），第３８４０巻，１９９９年９月１９−２２日参照）、しかも制御が非常に簡単である。
４．液体回路の互いに異なる部分で用いられるべき互いに異なる種類の作動液を有する混合系。例えば、ＰＧＭに水又は２元、或いは３元液を用いることができ、ＰＣＭは、設計上の意図により合った特性を持つ液体、例えば作動油、電気泳動流体又は導電流体を用いることができる。ＰＧＭ作動流体を別の種類のＰＣＭ作動液及び（又は）ＰＣＭ作動液の圧力に変換するためにブースタを接地するのがよい。
【００２８】
（発電モジュール）
発電モジュール１００は、ａ）燃料の化学エネルギを、次にＰＣＭ３００に送られる作動液の運動エネルギに変換し、ｂ）ＰＣＭ３００から戻る流体を受け入れる。
【００２９】
ピストンエンジンは、膨張をする作動流体（ガス）をエンジンの本体（一般に、「シリンダ（気筒）」と呼ばれる）及びピストン（漏れなくこの容積部を制限しながら膨張中の作動流体のエネルギをユーザにより指定可能な手段に伝達する可動本体）によって形成される密閉容積部内に閉じ込めるという原理に基づいている。かくして、あらゆるピストンエンジンの場合と同様、作動液（より詳細には、後で説明するように可動液体ピストン）の運動エネルギへの燃料の化学的エネルギの変換は、シリンダの内側で生じる。
【００３０】
発電モジュール（ＰＧＭ）１００は、１以上のシリンダを有している。好ましい実施形態は、少なくとも１対のシリンダ１１０，１２０、場合によっては２以上の対を有する。また、奇数個のシリンダも使用可能である。単一のシリンダシステムを用いる場合、作動液をＰＣＭから見て下流側且つＰＧＭから見て上流側に保持するのに追加の保持容器が必要な場合がある。
【００３１】
図３は、２気筒システムの物理的具体例の幾つかの例を示している。この技術的思想のフレームワークに含まれる多くの他の具体化例も又可能である。
【００３２】
本発明の１つの特に単純な実施形態が、図３ａ）、図３ｂ）及び図３ｃ）に示されている。説明の便宜上、エンジンのシリンダ及び作動液ピストンの可動面により構成される密閉容積部を「キャビティ」又は「チャンバ」として定義すると、このキャビティは、任意形状のものであってよい。従来型ピストンエンジンと比較した場合のこれらの差異以外では、全ての他のコンポーネントは、設計及び使用意図に関し同一であってよい。例えば、ＰＧＭは、従来型葉（ローブ）形カム又は好ましくは、流体力学的手段又は電磁石、或いはこれら両方により駆動できる吸気弁（１１５，１２５）及び排気弁（１１６，１２６）を有するのがよい。また、任意使用の低圧燃料キャビティ又は低圧燃料注入のためのキャビティを備えた回転弁を、従来型吸気弁及び排気弁に代えて用いてもよい。
【００３３】
シリンダは、正確な点火タイミングが望ましい場合又は水分子のうちの何割かの解離によりエネルギ回収を実施するのが望ましい場合、任意使用の点火プラグ（図示せず）を備えるのがよい。これについては以下に説明する。直接燃料噴射器（図示せず）をシリンダ内に据え付けるのがよく、これは当業者には周知である。変形例として、原燃料又はリフォーマット燃料を図１１に示すと共に以下に説明するように、低圧燃料キャビティ又は低圧燃料挿入のためのキャビティを備えた回転吸気／排気弁により送ってもよい。
【００３４】
図２及び図３を参照すると、シリンダ１１０は、吸気弁１１５及び排気弁１１６を有し、更に、説明を簡単にするためにポペット弁として示された任意使用の点火プラグ及び（又は）直接噴射弁（図１には示していない）を有している。これと同様に、シリンダ１２０は、吸気弁１２５及び排気弁１２６を有すると共に、任意使用の点火プラグ及び（又は）直接噴射弁（これまた図示せず）を有している。
【００３５】
方向弁５１０により、シリンダ１１０又はシリンダ１２０内への液体の流れが可能になる。方向弁５２０により、シリンダ１１０又はシリンダ１２０からの液体の流れが可能になる。逆止弁１１７，１２７は、ＰＣＭをシリンダが発火したとき及び膨張サイクル中に入力ポート１１１又は１２１を通るシリンダ１１０又は１２０からの逆流から保護する。理解しなければならないこととして、２以外の個数のシリンダを有する実施形態の場合、追加の弁及び（又は）連結ラインが必要である。
【００３６】
逆止弁は、従来タイプのもの（玉弁、ポペット弁等）のものであってよく、或いは好ましくは、純流体ダイオイード（テスラ、渦、又は任意他の形式）である。というのは、これら純流体ダイオードは、可動部品を備えていないからである。図３には、かかる実施形態の１つ、即ち渦流ダイオード（逆止弁１１７又は１２７）が示されている。
【００３７】
（変形実施形態）
図１１ａ）〜図１１ｄ）に示す変形実施形態では、チャージされた新鮮な空気を所望圧力及び温度まで圧縮した後、原燃料又はリフォーマット燃料を低圧燃料キャビティ又は低圧燃料注入のためのキャビティを備えた回転吸気／排気弁によりエンジンのシリンダ内に送り込むことができる。図１１ａ）、図１１ｂ）及び図１１ｃ）は、図２及び図３に示すような同一の弁（同一の符号が用いられている）のうちの幾つかを示している。
【００３８】
圧縮空気の圧力及び温度は、もし自動着火（即ち、点火プラグを用いない）が望ましい場合、着火点よりも高くなければならない。
回転弁は、弁の回転動程の或る箇所で、エンジンのシリンダの固定吸気ポート、排気ポート、入力ポート及び出力ポートと合致するよう巧妙に設けられた開口部を備えた単一の回転本体を有している。
【００３９】
吸気及び排気開口部、例えば１３１が吸気ポート、例えば１１５と合致するような弁位置になっていると、吸気弁が開き、エンジンシリンダ１１０内への新鮮な空気又は混合気の自由な流れが可能になる。吸気兼排気開口部、例えば１３１が排気ポート、例えば１１６と合致するような弁位置になっていると、排気弁が開き、エンジンシリンダからの排気ガスの自由な流れが可能になる。弁の回転限度内には、両方の弁が閉じ位置となる箇所がある（図１１ｇ）参照）。
【００４０】
これと同様に、シリンダ１１０内への作動液の流入を可能にするには、弁の入力開口部１３３を入力ポート１１１に整列させなければならず、シリンダ１１０からの作動液の流出を可能にするには、弁の出力開口部１３４を出力ポート１１２と整列させなければならない。注目されるべきこととして、作動液弁のかかる例示の形態では、方向弁５１０，５２０は不要である。また、方向弁５３０（図１１には示さず）を弁１３３，１３４と実質的に同一の仕方で具体化できる。
【００４１】
注目されるべきこととして、図１１ａ）〜図１１ｃ）に示す回転弁１３０の本体は、シリンダ毎に１つの「吸気兼排気開口部」を有している（シリンダ１３０については１３１、シリンダ１２０については１３２）。これら開口部は、弁の回転動程の或る箇所で、エンジンのブロックに設けられた入力ポート（シリンダ１１０については１１５、シリンダ１２０については１２５）又は排気ポート（シリンダ１１０については１１６、シリンダ１２０については１２６）と合致する。また、回転弁は、各シリンダ毎に別個の吸気開口部及び排気開口部（図示せず）を有してもよい。
【００４２】
燃料が気体の形態、例えばＮＧ又はＮＧリフォーマット又は蒸発ガソリン又はディーゼル燃料等で提供される場合、かかる気体燃料をたとえガスが低圧状態であってもエンジンのシリンダ内に注入することができる。これは、吸気開口部１３１及び排気開口部１３２に加えて、回転弁回転動程の或る箇所の間、燃料ポート１４１と合致する余分の低圧燃料キャビティ１３５又は複数のキャビティを設けることにより達成できる。次に、キャビティを燃料ガス圧力及びキャビティそれ自体の寸法に比例した量の燃料で満たす。２以上のキャビティを用いる場合、これらキャビティは、順次充填される。回転弁が回転すると、燃料は、シリンダ内の圧力が所望の値に達した時点でシリンダ内に導入、即ち「注入」される。さらに、２以上のキャビティを用いる場合、燃料を小刻みに漸増させて注入し、かくして燃焼具合を向上させる。所望ならば、追加のキャビティからの燃料を膨張段階中に送ってもよい。
【００４３】
かかる構造により燃料をシリンダ内に導入するのに必要なエネルギの大きさは非常に小さいので、第１近似では、エンジンシリンダ内の圧力とは無関係である。場合によっては、燃料を液体としての水と共に導入すれば有利であり、かかる液体としての水を燃料キャビティ又は別個のキャビティを用いて燃料に追加するのがよい。また、各々が１つのシリンダを受け持つ多数の別個独立に駆動される弁を設けることが可能である。図１１ａ）〜図１１ｄ）に示す回転弁は、円筒形のものである。これら回転弁は、円板（図示せず）の形態でも具体化できる。
回転弁を、ＰＣＭの出力シャフト又はコントローラ付きの独立電気モータにより連続して又は間欠的に駆動するよう設計することができる。
【００４４】
効率を向上させると共に有害な排出ガスの生成を減少させるため、作動ガスの水蒸気分を増大させることが望ましい場合がある。これを達成するため、圧縮段階中、水を上からシリンダに追加するのがよい。これは、図３ｂ）に示すように薄肉シリンダ１１４（１２４）を設置することにより実施できる。薄肉シリンダ１１４，１２４は、対応関係にあるシリンダの壁に密接して配置されている。これにより、薄肉シリンダ１１４（１２４）とシリンダ１１０（１２０）の内壁との間には狭い環状の隙間が生じる。作動液を渦逆止弁１１７（１２７）を通してこの環状隙間内に供給する。この作動液は、シリンダの頂部まで上昇し、上昇しながら、キャビティの内部で圧縮されているガスから熱をピックアップする。
【００４５】
これにより、圧縮プロセスがオットー又はディーゼルエンジンと比較して等温に近いものになるので圧縮の仕事が減少する。加うるに、この熱は、従来型モータの場合とは異なり、冷却水に捨てられて失われるということは無く、キャビティ（１１８，１２８）に入る水を蒸発させるために用いられる。この壁は、熱伝達を促進するために用いられ、このシリンダの動作中、シリンダには変形荷重が加わることは無い。というのは、圧力はシリンダの両側で等しいからである。かくして、図３ｂ）に示すキャビティ（１１８，１２８）は、図３ａ）に示す場合よりも多くの蒸気を収容するであろう。水蒸気を空気又は混合気に追加するには、圧縮中、追加の仕事が必要であり、この仕事は、膨張サイクル中に回収されることは注目されるべきである。
【００４６】
燃焼中に蒸気の量を増加させる追加の手段としては、液体ピストンの表面を広くすることが挙げられる。また、薄肉シリンダ（１１４，１２４）の頂部のところの小さな穴を通して水を追加すると、蒸発中の水の表面積が増大することになる。どのような理由であれ、水をシリンダの底部から導入することが望ましい場合、上記とは異なり、図３ｃ）に示すように２つの薄肉シリンダを用いるのがよい。
【００４７】
上述した方法の変形例又は追加例として、シリンダの頂部（吸気弁及び排気弁が設けられている）の形状を楕円凹状にすることにより追加の蒸発を達成できる。これは、キャビティ内部のガスの「爆発」の結果として生じた衝撃波を液体の表面上に集中させ、小さな液滴の「泉」を生じさせ、それにより、蒸発表面を一段と増大させる。
また、圧縮又は膨張中、有効蒸発面積を変化させることが望ましい場合がある。シリンダのキャビティの形状が円錐形である場合、液体ピストンの表面積は、圧縮サイクル及び膨張サイクル中効果的に変化することになる。
【００４８】
他方、幾つかの設計変形例により、キャビティ（１１８，１２８）内の蒸気の量を制限することが望ましい場合がある。フロートを用いると、高温ガスにさらされる作動液の表面を制限することができる。
【００４９】
数例のフロート設計が図４に示されている。単純なフロート（１７１）が、図４ａ）に示されている。図４ｂ）及び図４ｃ）を参照すると、所望ならば磁気流体学的シール（１７３）付きの磁気フロート（１７２）を用いると、水蒸気がキャビティ（１１８，１２８）に入るのを完全に阻止することができる。変形例として、磁気フロート（１７２）は、導体であってもよく、シール（１７３）は、電磁流動流体であってもよい。これは、強い電界の印加の際に弁（５２０、図２）として作用するという追加の利点をもたらすことができる。シリンダの壁及びフロートの壁が図４ｃ）に示すように形成されている場合、電気流動流体により形成されるプラグは、非常に高圧下でもフロートの動きを阻止する。
【００５０】
図４ｄ）に示す実施形態により、２つの互いに異なる種類の液体、即ちフロートの上方の水及びフロートの下の二次作動液を用いることが可能になる。フロートを磁気流体学的又は電気流体学的シールの助けにより封止するのがよいが、このようにするかどうかは任意である。水は、別個のポンプ（図示せず）により追加の弁（１７４）を介してシリンダ内に追加されなければならない。
【００５１】
或る一つの種類の作動液から別の種類に変更するためには、市販又は特注のブースタを用いるのがよい。図１２は、オプションとしての別個のブースタを示しているが、当業者であれば、ブースタをＰＧＭの主シリンダと一体にしてもよいことは理解されなければならない。
【００５２】
二次作動流体は、作動油又は導電流体、例えば米国特許第６，０６８，４４９号明細書に示されているような低融点金属（水銀、液体カリウム又はガリウム合金）、アルカリ又は電解質であってもよく、かかる米国特許明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００５３】
導電液を用いることにより、電磁流体発電機（図８）の内部で作動液の運動エネルギを電気に直接変換することができ、かかる発電機では、導電液は、磁石により形成されたスリット内を流れ、電流が磁界と作動液速度方向の両方に垂直な方向に生じる。膨張段階の間、かかる電磁流体発電機は、エンドユーザのための電流を発生させると共に小型電気貯蔵装置、例えばスーパーキャパシタを充電する。
【００５４】
吸気段階及び排気段階中、電流（スーパーキャパシタからの電流）が、導電流体に流され、導電流体がポンプ内の場合のように流れる（米国特許第６，０６８，４４９号明細書）。かくして、ＰＣＭの両方の機能が実行されることになる。
さらに、流動する作動流体を除き可動部品を用いないで高効率発電システムを構成することが可能である。
【００５５】
かかる装置の動作原理が、図１０に示されている。この図は、ＰＧＭを有し、４行程サイクルを行う２つのシリンダのうちの一方、例えば１１０を示している。吸気弁、排気弁、逆止弁及び方向弁が、シリンダ内に埋め込まれており、電気流動流体の助けにより機能が実行され、この電気流動流体は、高電圧磁界の作用下において約１ミリ秒以下で流体から固体に変化することができる（Proceedings of the 1999 SPIE Tele-manipulator and
Telepresence Technologies VI Conference ），第３８４０巻，ボストン（Boston），米国マサチューセッツ州（MA），１９９９年９月１９−２２日，ｐ．８８−８９参照）。
【００５６】
これら弁は、流体が接地パイプ１８１を満たすと、現場で流体により形成され、正の電位がパイプ１８１と同軸のワイヤ１８２に印加される。電磁界は、電気流動流体を固化して固体プラグを形成し、電界が印加される限り通路を遮断する。システム内の弁を全てこのようにして稼働させることができる。遮断状態の通路が、固化された電気流動流体の「プラグ」（１８３）として象徴的に示されている。好ましくは、エネルギ回収システムを具体化しようとする場合、水性電気流動流体が用いられる。
【００５７】
可動部品の無いかかるシステムのＰＣＭは、上述した電磁流体発電機に基づいて具体化されることが必要であろう。かかる電磁流体発電機は、導電性作動液を用いることを必要とし、したがって、ＰＣＭ内に電気流動流体を直接用いることはできない。ＰＧＭ中の電気流動流体により生じる圧力は、第２の導電性作動液の圧力に変換される必要がある。これは、フロートが水性電気流動流体と第２の導電性作動液を分離することを除き図４ｄ）に示す磁気フロートと類似した磁気流体学的シール付きの磁気フロートを用いるフロート又は任意他の適当なブースタタイプを備えたシリンダ内において容易に達成できる。
【００５８】
上述したように、剛性ピストンが存在しないことにより、基本設計の多くの有用な変更の可能性が開かれる。シリンダの非円筒形の表面は、かかる有用な設計変形の１つである。吸気弁及び排気弁（図３ａ））の断面Ａ−Ａの基本的輪郭を繰り返す断面により、現代型エンジンでは人気のある一シリンダに付き４つの弁が設けられる設計が不要になり、他方絞り損失を依然として減少させることができる。
【００５９】
液体ピストンの別の利点は、吸気弁及び（又は）排気弁組立体をシリンダの内部に設けることができるということにある。さらに別の潜在的に有用な構造は、適当な側部に窓のある整合用回転弁を持つ円錐形のシリンダヘッドを設けることである。弁が回転すると、窓を２つの開口部のうちの一方と一線をなして配置することができ、第１は、吸気であり、第２は排気である。圧縮段階及び膨張段階中、窓は、ハウジングの剛性の壁に当てて閉じられる（即ち、弁の窓は、シリンダヘッドの開いたポートとはオーバーラップしない）。弁のシリンダが十分に薄く且つ可撓性の材料、例えばステンレス鋼又は他の適当な材料で作られている場合、作動液及び（又は）ガスにより及ぼされる圧力は、可撓性シリンダ材料を押し、信頼性の高い密封を可能にする。
【００６０】
（エネルギ回収システム）
エネルギ回収システム（ＥＲＳ）２００は、種々の方法で具体化できる。
１．流入する原燃料を吸熱反応により燃焼熱が原燃料の対応の燃焼熱よりも高いリフォーマットの状態に改質すること。ＰＧＭからの高温排気ガスは、改質反応に必要な熱を供給し、したがって、排気ガスのエネルギは部分的に回収される。
２．触媒が存在している状態で且つ場合によっては水素及び酸素中への電気火花の放電により助長される水（蒸気）分子の解離。
３．燃焼用空気の予熱。
４．単独又は組合せ状態の上述の全てのメカニズムの組合せ。
流入する原燃料の吸熱反応による改質を利用したエネルギ回収システムの実施形態は、以下のようにして具体化できる。
【００６１】
図５に示すように、ＥＲＳ２００は、２つのエネルギ回収ユニット、即ち、熱化学式回収熱交換器（ＴＣＲ）２１０及び凝縮器２２０を有するのがよく、凝縮器は、スタンドアロン型ユニットであってもよく、ＴＣＲの一部であってもよい。図５は、スタンドアロン型ユニットを示している。
【００６２】
ＥＲＳ２００は、複数の目的に役立つ。
第１に、ＥＲＳは、原燃料、例えば炭化水素ガスをリフォーマット混合ガスに変換し、このリフォーマット混合ガスは、原燃料ガスよりも燃焼熱が約２５％高い。この変換は、触媒の特性及び水蒸気及び（又は）二酸化炭素の量に応じて、４５０℃〜７５０℃の一定温度で吸熱触媒支援反応中にＴＣＲ２１０内で生じる。この変換に必要な追加のエネルギは、排気ガスから得られる。この排気ガスは、燃焼プロセス及び液体ピストン表面からの蒸発の結果として生じる多量の水蒸気及び二酸化炭素を含んでおり、これら物質の両方は、混合チャンバ２９６内で原ガス（原料としてのガス）と混合されると、改質プロセスを助ける。気体燃料の圧力及び（又は）追加の蒸気により駆動される噴射ポンプをかかる混合チャンバとして用いることができる。弁２２２，２２１は、原燃料と排気ガスの混合割合を制御する。改質反応に必要な熱エネルギは、２つの方法で、即ち、排気ガスを原ガスと物理的に混合することにより及びＴＣＲ２１０内での熱交換器を用いることにより排気ガスから得られる。
【００６３】
物理的には、ＴＣＲは、触媒反応器を収容した熱交換器であり、気体燃料は、かかる熱交換器の一方の側を通り、排気ガスは、他方の側を加熱する。燃料側は、粒状触媒で満たされるのがよく、変形例として、触媒を燃料通路の内部の熱交換器の表面上に付着させてもよい。排気ガスにより放出される熱は、改質中の燃料に伝達され、エネルギ回収システムの主目的を達成する。
【００６４】
ＥＲＳの第２の目的は、水の回収である。水は燃焼プロセスが水を生じさせる速度よりも高い速度でシステムから出てはならないので、水は、排気ガスから回収されなければならず、したがって排気ガスは、１００℃以下に冷却されなければならない。
【００６５】
ＴＣＲから出た排気ガスは依然として高温であり、温度は３００〜４００℃であり、かかる排気ガスは、水蒸気を含んでいる。この水は、凝縮されてＰＧＭ１００に戻されなければならず、これは、熱交換器２２０で達成され、熱交換器２２０は、排気ガスを外部の低温空気で冷却することにより排気ガス中に含まれている水を凝縮させる。次に、水を図２に示すようにＰＣＭ経由でＰＧＭに戻す。熱交換器２２０により生じた高温空気は、ＰＧＭのシリンダ１１０又は１２０内で使用でき、これにより、最高出力が必要で無い場合、エンジンの効率が向上することになる。残りの新鮮な高温空気は、システムから出るが、これは、ＬＰＩＣＰＳ内での損失のみになろう。変形例として、加熱の要望に合わせて高温空気を用いてもよい。
【００６６】
原燃料の効率的な改質が水と二酸化炭素と排気ガスの残部に対する原燃料の正確な比を維持することが必要な場合がある。これには、追加の水蒸気を混合チャンバ２９６内に注入しなければならない場合がある。この追加の水蒸気は、熱交換器２２０内に設置された任意使用のボイラを用いて容易に生じさせることができる。このボイラは、凝縮器２２０内に設けられた追加の熱交換面２１８を有するのがよい。水は、小型水ポンプ２１４によってこのボイラ内に送り込まれる。
【００６７】
ＥＲＳは、リフォーマット供給脈動状態を平滑にする任意使用のリフォーマットアキュムレータ２３０及び燃料がガソリンである場合、任意使用の液体燃料蒸発器及びポンプ２７０を有するのがよい。
ＥＲＳの僅かに異なる実施形態が図６に示されている。この場合、渦管２９０が、図５の凝縮器２２０の代替手段として用いられる。
【００６８】
図６を参照すると、ＰＧＭ１００からのＰＧＭ排気ガス２１５は、弁２２１，２２２によって２つの部分に分けられる。一方の部分は、渦管２９０に入り、第２の部分は、混合チャンバ２９６に入る。上述した場合と同様、噴射ポンプ２９６は、原気体燃料の圧力により駆動され、かかるポンプでは、原気体燃料が、これら原燃料ガスと混じり合い、必要ならば、小型ボイラ２５０から流入する追加の水蒸気と混じり合う。原燃料、水蒸気及びＣＯ2を含む排気ガス及び追加の水蒸気の混合物が、混合チャンバ／噴射ポンプ２９６からＴＣＲ２１０に入る。従前通り、ＴＣＲは、原燃料を、水素及び一酸化炭素、或る僅かな量の二酸化炭素、窒素及び水蒸気、場合によっては或る他のガスを含むリフォーマットガスに改質し、かかるガスは次にＰＧＭ１００に流入し、燃焼のための燃料として用いられる。ＴＣＲ２１０は、改質反応のために追加の熱を必要とし、このＴＣＲは、かかる追加の熱を渦管２９０の高温側端部から受け取る。
【００６９】
渦管２９０は、上述したようにＰＧＭ排気ガスの一部を受け取り、ＰＧＭ排気ガスの圧力油及び温度並びに「低温」流れと「高温」流れの割合に応じて、これを２つの流れ、即ち、温度が７００〜９５０℃の範囲の乾燥した「高温渦排気ガス」と温度が９５〜１５０℃の「低温渦排気ガス」に分割する。必要ならば、ウェブページhttp://www.exair.com/vortextube/vt page.htm に示されているように渦管の端部スクリューを調節することによりこの比を容易に調節することができる。加うるに、低温空気流は、低温流れ温度を減少させるのに役立ち、かくして排気ガス中に含まれた水蒸気を濃縮させるのに用いることができる。
【００７０】
この低温排気ガスの温度を１００℃以下になるように調節することができれば、この「低温」排気ガス中に含まれた水蒸気が凝縮し、小型水ポンプ２１４がこの凝縮物を渦管から除去する。この凝縮物の一部は、小型ボイラ２５０に入り、その過剰分（もしあれば）は、ＰＧＭに送り戻される。渦管を通過した後に加熱された空気を捨ててもよく、或いはＰＧＭの要望に合わせて部分的に用いてもよく、残りは捨てられ又はコジェネレーション（熱電併給）目的に用いられる。
【００７１】
渦管２９０及び（又は）小型ボイラ２５０は両方とも任意使用である。というのは、特定の設計に基づいて、燃料プロセスが排気ガスと共にシステムから出た水の損失を補償するのに十分な量の水を生じさせるので、排気ガス中に含まれた水を回収する必要が無い場合があるからである。
上述の例では、適当な温度範囲は例として与えられているが、これら範囲外で動作することは完全に可能である。
【００７２】
ＥＲＳシステム全体又はその一部をＰＧＭのシリンダの内部（又はその周り）と一体に構成してもよいことは注目されるべきことであり、この場合、ＥＲＳ２００に通じるシリンダ（１１０，１２０）相互間の追加の熱伝達を系統立てることは非常に簡単なことであり、かかる追加の熱伝達は、吸熱反応に必要な場合がある。
また、ＥＲＳの先の具体化例の場合と同様、リフォーマットガス（炭化水素原燃料の場合、これはＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2及び他の幾つかのガスの混合物である）は、原燃料よりも燃焼熱が著しく高い。
【００７３】
第３の別の方法は、圧縮段階中、原ガスをシリンダ（１１０，１２０）内で直接改質することである。シリンダが、その壁の表面上又はシリンダの内部のメッシュとして、或いは任意他の適当な形態で適当な触媒、例えばニッケルを有している場合、プロセスを以下のように具体化するのがよい。
【００７４】
排気段階の終わりに、シリンダ内に依然として排気ガス及び水蒸気がある間に、排気弁（１１６，１２６）が閉じ、吸気段階が開始する。新鮮な空気及び原燃料が、通常の手段を介して又は直接噴射によりシリンダ内に注入される。これに続く圧縮段階は、改質が触媒表面上で生じるようにするのに十分な量の熱及び水蒸気を生じさせる。シリンダ内に残っている排気ガスの量は、排気段階中、液体ピストンの位置によって制御される。圧縮中に生じ、通常は無駄になる熱並びに残りの排気ガス／水蒸気中に含まれる熱は、原燃料により吸熱反応中に吸収される。その結果得られたリフォーマットは、熱の回収量だけ当初の原ガスよりも燃焼熱が高いであろう。このプロセスは、非常に簡単であり実際に「自由」である。というのは、このプロセスでは、触媒被覆壁又はメッシュ以外に追加の機器を何ら必要としないからである。追加の利点は、熱の量及び反応速度が原燃料を全て改質するのに不十分であれば、これを所望ならば概要を上述した最初の２つの方法と組み合わせることができるということにある。
【００７５】
（水分子の解離及び追加の水素及び酸素の生成）
米国特許第５，１５６，１１４号明細書のクレームに記載されているように触媒の存在している状態で且つ場合によっては電気火花放電により助長される水素及び酸素への水（蒸気）分子の解離も又、本発明の思想の範囲内で可能である。上述の米国特許との差異は、水蒸気がＬＰＩＣＰＳ設計により自動的に存在するので、このプロセスを実行するのに水を燃料に加える必要が無いということにある。混合気の圧縮中に生じる熱は、かかる解離に必要なエネルギの相当多くの部分を提供することができる。解離中に生じる水素は、燃焼中に用いられる。かくして、このプロセスの正味の効果は、圧縮熱の部分的回収である。
備考：また、この方法の利点は、この方法を上述の吸熱改質法のうちの任意のものと組み合わせて利用できるということにある。
【００７６】
（出力変換モジュール）
上述したような出力変換モジュール３００は、或る場合には、作動液の運動エネルギをエンドユーザの形態に変換しなければならない。このエンドユーザ形態は、回転シャフトの機械的エネルギ又は電気的エネルギの場合がある。ＰＣＭは又、作動液を吸気段階中ＰＧＭのシリンダからポンプで送り出し、作動液を圧縮段階及び排気段階中、ＰＧＭのシリンダ内へポンプで送り戻し、必要ならば、作動液の凝縮物をＥＲＳ２００からポンプで送り出す必要がある。エネルギ変換を行うかどうかは任意である。というのは、作動液の運動エネルギを或る用途、例えば、水ジェット推進又は水ジェット切断機器では最終生成物として使用できるからである。
【００７７】
機械的エネルギへの変換は、例えば油圧モータのような装置内で生じる場合があり、油圧モータは、２以上の油圧モータが用いられている場合、有用な負荷、例えば自動車のトランスミッション又は車輪を回転したり動かすことができる。変形例として、かかる油圧モータは、発電機を駆動して発電を行わせることができる。
【００７８】
ＰＣＭは、作動液のポンプによる送り出しをも行うよう用いられるので、例えばウェブページ“http://www.artemisip.com/tech advs.html ”又は“http://www.newtonmfgco.com/volvof11,htm ”（両方のサイトに最後にアクセスしたのは１／２７／０３である）に見える高効率モータ／ポンプ又は任意他の適当な高効率モータ／ポンプを用いることが好ましい。これらユニットは、高圧を供給すると油圧モータとして働き、外部源によって駆動されるとポンプとして働く。フライホイールを効果的に用いると高圧膨張流をオフに切り換えた場合ユニットを駆動することができる。フライホイールは、エンジンの膨張段階中にエネルギを得て、吸気、圧縮及び排気段階中にポンプに動力供給する。ＰＣＭの具体化のための別の選択肢は、作動液の運動エネルギを直接電気に変換することである。かかる具体化の例が、図８に示されている。ＰＧＭ１００のシリンダ（１１０，１２０）内で生じた圧力は、ＰＧＭ作動液、例えば水からブースタ（３１１，３２１）によりＰＣＭ３００の導電流体に伝達される。かかる導電流体の一例は、液体カリウム（米国特許第６，０６８，４４９号明細書に示されており、かかる米国特許明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する）又は他の低融点金属又は合金、例えば水銀又はガリウム合金である。他の適当な導電流体は、アルカリ又は電解質（米国特許第６，２４１，４８０号明細書に示されており、かかる米国特許明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する）。導電液を用いることにより、電磁流体発電機３２０内部で電気への導電作動液の運動エネルギの直接的変換が可能になり、電磁流体発電機内では、導電液は、２つの磁石相互間を流れ、電流が磁界と作動液の流れの速度方向の両方に垂直な方向に生じる。
【００７９】
電磁流体発電機は、完全に可逆的な装置として機能することができる。例えば、電流を磁極相互間に位置する導電流体に流した場合、電流は、この場合又、磁界と供給電流の両方に垂直な方向に動くことになる（米国特許第６，０６８，４４９号明細書）。かくして、かかる可逆電磁流体システムは、発電機とポンプとして交互に機能することができ、したがってＰＣＭの要件を満足することになる。
【００８０】
ＰＧＭ作動流体からＰＣＭ作動流体への圧力の変換は、図１２に示すように市販のブースタ内、又は変形例として、シリンダ（３１１，３２１、図８）内で達成でき、これらシリンダは、２種類の流体を分離するために電気流体学的又は磁気流体学的シール又は単純なダイヤフラムを備えたピストンを利用している。
【００８１】
シリンダを６０Ｈｚの周波数で動作させると、米国の送電設備網と適合した電気を発生させる。これと同様に、シリンダを他の周波数で動作させると、他国の送電設備網と適合した電気を発生させる。
【００８２】
（油圧緩衝器）
再び図２を参照すると、任意使用の油圧緩衝器（ＨＳＡ）４００は、ＰＧＭを作動停止させると、流動中の作動液のエネルギを吸収し、膨張段階中、このエネルギを流動中の作動液に放出する。
【００８３】
油圧衝撃により問題が生じた場合にＨＳＡを用いるのがよい。１又は両方のシリンダＬＰＩＣＰＳの場合、問題は、逆止弁がシリンダ内で生じた圧力で起因して閉じているとき及び方向スイッチが作動液の向きを別のシリンダに変えることができる前に初期燃焼段階中に生じる場合がある。この非常に短いが限られた時間の間、作動液及びフライホイール（もしこれが油圧モータ／ポンプに用いられている場合）の運動エネルギを容易には消散させることができず、その結果、システム内に破壊的な力が生じることになる。ＨＳＡシステムは、この中に取り込まれた空気を圧縮することによりこのエネルギを消散させる。このシステムを利用するかどうかは任意である。というのは、例えば４つのシリンダが用いられている場合、作動液は、他のシリンダの２対のチャネル中へ逸らされ、衝撃が起こらないようになるからである。着火を利用したタイミングが用いられる場合、ＰＣＭから見て下流側に設けられた方向弁を燃焼が始まる直前に作動させるのがよく、かくして逆止弁のハードストップが回避される。
【００８４】
ＨＳＡモジュールをＬＰＩＣＰＳ内の多くの場所に、即ち、当業者には理解されるようにＰＣＭから見て上流側又は下流側でＰＣＭと並列に配置することができる。図２は、追加の制御要素及び関連のロジックを必要としないＰＧＭに対する並列配置を示している。かかるシステムの物理的具体化例は、めくら穴をＬＰＩＣＰＳの本体に穴あけするという単純なものであってよい。これは、家庭用給排水系統に用いられる標準的な解決策と類似しており、この標準的解決策は、水衝撃を受け入れる空気で満たされたパイプの助けで「水撃作用（water hammering ）」を無くす。かかる解決策の欠点は、長時間にわたり、キャビティ内に取り込まれ、緩衝器として作用する空気が水中に溶け、かくしてその吸収性能を効果的に無くすことにある。これを防ぐため、システムをエンジンの作動停止シーケンス中又はエンジンが作動停止しないで作動していても定期的保守中、自動的にフラッシングするのがよい。変形例として、ブラダ形アブソーバ（空気が別個のゴム製ブラダ内に存在する）を用いてもよい。必要ならば、追加のＨＳＡモジュールをＰＧＭから見て下流側でＰＣＭの前に配置してＰＣＭの油圧モータへのＰＧＭ内の爆発中のガスの「打撃を和らげる」のがよい。
【００８５】
ＨＳＡシステムの重要な特徴は、逆止弁が閉じた後であって、方向スイッチが作動液の向きを別のシリンダに変える前に空気の圧縮の際に消費されたエネルギの全てを、圧力が膨張段階の終わりにシリンダ内で下がった後流動中の作動液のエネルギに解放して戻されるということにある。
【００８６】
（データ収集及び制御モジュール）
任意使用のデータ収集及び制御システム５００は、シリンダに出入りする作動液の流れ方向を制御すると共に吸気及び排気弁の作動及び燃焼のタイミングを制御する。
ＤＡＣシステムは、プログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）又はマイクロプロセッサ、油圧及び（又は）空気圧及び（又は）電磁弁及びセンサグループで構成されたものであるのがよい。センサグループは、圧力、高さ位置、温度、酸素及び任意他の適当なパラメータの測定のためのセンサから成るのがよい。
ＤＡＣシステムは又、システムの作動の種々の電力レベル中、エネルギ消費の最適化を担っている。
ＤＡＣシステムを用いるかどうかは任意である。というのは、図１１ａ）〜図１１ｃ）に示す弁形態をＰＣＭの出力シャフトで駆動できるからである。変形例として、上述したように、図１１ａ）〜図１１ｃ）に示す単純な構成の弁を別個の電気エンジンで駆動してもよく、この場合、ＤＡＣは、かかるエンジン用のコントローラとして働くことができる。
【００８７】
（補助機器モジュール）
最後に、補助機器モジュール６００は、ＬＰＩＣＰＳに対し補助機能をもたらし、例えば次のような任意使用のコンポーネントを有するのがよい。
ａ）エンジンの始動及び（又は）ＤＡＣ作動のための電源（例えば、電池及び電力調整ユニット）。
ｂ）電気スタータ。
ｃ）方向制御弁又は油圧弁リフタとを駆動する追加のアキュムレータ。
ｄ）戻された水を冷却するのに必要な場合があり（例えば、「ラジエータ」）、ＰＣＭの前又は別の適当な場所に設置できる追加の熱交換器。
ｅ）作動液が二サイクルエンジン等で用いられる空気を圧縮する別個のシリンダ。
ｆ）エンジンが車両推進のために用いられる場合、始動又は制動エネルギ回収のためにも使用できる高圧アキュムレータ。このアキュムレータは、スタンドアロン型ユニットであるのがよいが、変形例として、ＨＳＡと組み合わせてもよい。かかるアキュムレータ内の圧縮ガス、例えば空気、窒素又は他の不活性ガスのエネルギを用いるとＬＰＩＣＰＳ内で始動シーケンスを開始させることができる。これにより、スタータ及び大型電池が不要になる。小型電池又はスーパーキャパシタが、弁を開放させるのに必要なだけのエネルギを供給し、それにより作動液がアキュムレータからシリンダ内へ流れることができ、シリンダは圧縮段階になる。変形例として、弁は、加圧作動液をＰＣＭに差し向けてフライホイールの運動を開始させてもよい。エンジンが車両推進のために用いられる場合、制動中に利用できる過剰なエネルギを用いて問題のアキュムレータ内のガス圧縮は、ＰＣＭのポンプ／モータで行われることになる。
【００８８】
（ＬＰＩＣＰＳの利点）
ヒートエンジンの効率を本質的には３つの互いに異なる方法、即ちサイクルの熱力学的効率の増大、損失の減少及び損失エネルギの回収により上げることができる。本発明の取り組みは、これら３つの機構全てを利用することにある。以下の説明は、本発明と標準型オットーサイクルで動作するＩＥＣを比較することにより本発明の効率をどのようにして増大させるかに関している。本発明は、少なくとも以下の利点を提供する。
【００８９】
１．当該技術分野においては、Ｖ＝一定（定容、オットーサイクル）燃焼はＰ＝一定（等圧、ディーゼルサイクル）よりもエネルギ効率が高いということが知られている。オットーサイクルの効率は、圧縮比（Ｖ1／Ｖ2）の関数に過ぎない。ディーゼルサイクルの場合、依存関係はより複雑である。また、本来的に効率の低いサイクルであるにもかかわらず、Ｐ＝一定のエンジンは通常、効率が高いことが知られている。というのは、かかるエンジンは、高い圧縮比を可能にするからである。オットーエンジンでは、圧縮サイクル１→２（図９）の間、圧縮混合気は燃料を含む。シリンダ相互間には機械的なリンケージが存在しているので、オットーサイクルエンジンは、点火プラグを発火させて燃焼を時期尚早に開始させることにより圧縮比を意図的に制限している。これにより、燃焼が行程の上死点で又はその近くで起こるようになる。もしそうでなければ、エンジンは、上死点の前で発火し、かくして他のシリンダと反対の作用をする。本発明では、シリンダは、互いに機械的に連係されておらず、したがってシリンダをシリンダ内の温度が自己発火点に達した時点で自発的に発火させることができるようになる。これは通常、高い圧縮比で起こる。また、低圧燃料注入法を用いる場合、材料の強度でのみ制限される非常に高い圧縮比を用いることができる。そのような理由で、本発明にとっては点火プラグを用いるかどうかは任意である。さらに、本発明では圧縮混合気中に水蒸気が多量に存在するので、自己着火が遅れる。即ち、より高い圧縮比で生じる。これら要因の両方が原因となって本発明のエンジンの高い熱力学的効率が得られる。
【００９０】
圧縮段階１→２（図９）中、従来型エンジンは、非常に効果的に冷却されなければならず、これにより、圧縮に要する仕事が減少する。燃焼２→３（図９）段階中、燃焼熱を作動ガス（燃焼ガス）に加えると、エンジンの冷却により、追加された熱の量が減少し、かくして効率が低下する。しかしながら、冷却は、コンポーネントの機械的破損を防止する上で必要不可欠である。本発明の設計では、圧縮モード中における冷却は、作動液を蒸発させることにより行われ、蒸発熱は、シリンダ内の蒸気が追加の圧力を液体ピストンの表面に及ぼすときに、上述したように膨張プロセス中に後で利用される。かくして、本発明では、エンジンを冷却させる特別な措置は講じられていない。これにより、本発明のエンジンの熱力学的効率が一段と向上する。
【００９１】
標準型オットーエンジンでは、燃焼は、真の意味でＶ＝一定プロセスではない。というのは、ピストンは、かかる燃焼が生じる限りある期間の間動くからである。図９に破線で示す曲線は、このことを示しており、即ち、２→３に相当する真っ直ぐな垂直線、即ち燃焼が生じるＶ＝一定プロセスが無い。この正味の結果として、現実のサイクルは、理想的なオットーサイクルと比べて熱力学的効率が依然として低い。本発明の設計では、燃焼が限られた時間の間にも起こっているという事実にもかかわらず、燃焼は、膨張サイクル３→４が流出弁５２０の開放後にのみ開始するので真の意味でＶ＝一定プロセスである。この弁は、燃焼が完了した後にのみ開き、かくして、効率が一段と向上し、もともとの原因が不完全燃焼にある有害なエミッション（排出ガス）が減少する。
【００９２】
２．ピストンとシリンダの壁との間の摩擦を無くすことにより機械的エネルギの損失を減少させる。機械的エネルギ損失は、低圧燃料注入法を用いると一段と減少する。というのは、気体燃料の給送にポンプ又は圧縮機を必要としないからである。
【００９３】
３．エネルギ節約がＥＲＳ２００で別途得られる。このシステム内で生じるエネルギ節約プロセスは２種類ある。先ず第１に、熱化学式回収熱交換器２１０は、排気ガスからの熱エネルギの大部分を原ガスと比較してリフォーマットの高い燃焼熱に変換する。理論的には、排気ガスの熱エネルギの５０％以上という高い割合をこの方法の利用により回収することができる。このプロセスでは、排気ガスを冷却し、水を凝縮させる（そして、ＰＧＭ１００に戻す）。第２に、依然として高温のガスが熱交換器２２０内の空気を予熱することができるが、このようにするかどうかは任意である。空気の予熱により、新鮮な空気の質量及びかくして燃焼室に流入する燃料の質量が減少するという効果が得られる。これにより、事実上、エンジンの出力が減少することになる。これは一般的には望ましくないが、通常はあらゆる作動時間の５％〜１０％で生じる最高出力受容の間、エンジンに影響を及ぼすに過ぎない。この高い出力需要の間、空気は、予熱器をバイパスし、かくして僅かな効率の減少を犠牲にして十分な出力が取り戻される。
【００９４】
（作用）
主として水素、一酸化炭素、水蒸気及び他の幾つかの成分から成る原燃料又はリフォーマット燃料を内燃機関のシリンダ内で空気と混合する。次に、混合気を作動液の表面で構成されるピストンで圧縮する。かかる作動液をＰＣＭのポンプ／モータでシリンダ内へポンプ送りし、このポンプ／モータは、フライホイールで駆動される。液体ピストンによる混合気の圧縮は、圧縮段階を構成する。混合気の温度が自己着火点に達すると、又は変形例として混合気を点火プラグで着火させると、燃焼プロセスが始まる。燃焼が生じている時間の間、作動液を閉鎖位置にある逆止弁及び方向弁によりシリンダ内に閉じ込めて一定の量を維持する。燃焼が進んで完了し、或る量の作動液がこのプロセスで蒸発する。変形例として、純粋な空気のみをシリンダ内で所望の圧縮比、好ましくは原燃料又はリフォーマットが燃焼室内に注入されると自己着火させる圧縮比に圧縮する。この燃料注入は、燃料を燃焼室内の圧力に等しい圧力又はこれよりも高い圧力で注入する場合、従来型直接燃料噴射（ＤＦＩ）方式により又は低圧燃料注入（ＬＰＦＩ）方式、即ち燃料を燃焼室内の圧力よりも相当低い圧力で注入する方法により達成できる。これは、燃焼段階を構成する。
【００９５】
燃焼段階中、ＰＣＭ（もし用いられていれば）の出力シャフト、それについて更に言えば、ＰＣＭからの任意の出力が、シリンダ内の圧力から完全に隔離され、又はかかる圧力から運動学的にも動的にも影響を受けることが無いようにすることは注目されるべきである。かくして、燃焼プロセスは、真の意味で定容であり、ＰＣＭ出力手段から運動学的にも動的にも切り離されている。
【００９６】
燃焼ガスにより生じるシリンダ内の圧力は全て、弁によって受け取られ又は吸収される。ポペット形のものではなく回転弁を用いた場合、弁を回転させて作動液の流出を可能にすると、シリンダ内に高い圧力が無い場合よりも実際にはエネルギは吸収されない。これが意味することは、弁の作動に必要な動力は、第１近似ではシリンダ内の圧力とは無関係である（実質的に無関係である）ということである。
【００９７】
燃焼の完了後、方向弁が開き、燃焼生成ガスが作動液をＰＣＭ内に押し込んでポンプ／モータ及びフライホイールを駆動する。これは、膨張段階を構成する。次に、方向弁が閉じ、シリンダからの作動液の流れを露出させ、排気弁が開く。作動液をポンプ／モータによりシリンダ内へポンプで送り戻し、かくして、排気ガスをＥＲＳ内に押し込み、ここで、排気ガスはこれらのエネルギの一部をリフォーマット燃料に放出すると共に水蒸気が凝縮する。排気ガスをＥＲＳ内に放出し、ここで、排気ガスは、これらのエネルギの一部をリフォーマット燃料に放出すると共に水蒸気が凝縮する。これは、排気段階を構成する。次に、排気弁が閉じ、吸気弁が開き、方向弁が開き、作動液をポンプ／モータによりポンプで送り出す。新鮮なチャージがシリンダ内で一杯になり、吸気段階を構成し、その後サイクルが繰り返す。
【００９８】
図２及び図３を参照すると、シリンダ１１０又は１２０内における液体の高さ位置を変化させることにより、これらシリンダ内でのキャビティ（１１８，１２８）の容積が変化する。初期作動段階中（箇所１、図９）、このキャビティは、直接燃料を噴射又は低圧燃料注入方式の場合、混合気又は新鮮な空気の新たなチャージで満たされる。次に、液体を更にシリンダ内に追加することにより（液体ピストン表面を上に動かすことにより）この新鮮なチャージを圧縮する。液体の追加は、方向弁（５２０）の閉鎖後ＰＣＭによって行われ、作動液がシリンダから放出される。圧縮及びこれと関連した新鮮なチャージの加熱は、混合気が自己着火温度に達するまで、点火プラグが発火するまで、或いは或る特定の圧縮比又は圧力に達するまで（箇所２、図９）続く。圧縮プロセス中、水のうちの何割かが液体ピストンの表面及び（又は）流入する作動流体の流れから蒸発するが、これについては以下に説明する。水の蒸発は、以下に説明するように効率の向上及び有害なエミッションの減少にとって非常に有利な場合がある。
【００９９】
次に、空気／燃料着火温度に達すると或いは任意使用の点火プラグが発火すると、又は空気温度が燃料の着火温度よりも高いと仮定して、燃料を高温圧縮空気中に噴射し又は注入すると、燃焼が始まる。燃焼が開始すると、幾つかのことが起こる。閉鎖状態のキャビティ内の圧力が急増する。逆止弁（１１７，１２７）が閉じる。キャビティ内の温度は上昇し続ける。水は、蒸発し続ける。これらは全て、全燃料が燃焼されるまで続く。排気ガス中の水分の増大により、ＬＰＩＣＰＳからの有害なエミッションのレベルが減少する（ロジャー・イー・ビリングス（Roger E. Billings ）著，「ザ・ハイドロゲン・ワールド・ビュー（The Hydrogen World View ）」，セカンド・エディション・インターナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス（2nd edition International Academy of Science），Ｐ．３１−３２）。また、このプロセスは真の意味で定容なので、サイクルの効率は一段と向上する。圧力センサ（図示せず）が、燃焼のほぼ開始時に及びそのほぼ完了時に間接的にＤＡＣシステムに信号を送る。
【０１００】
燃焼が完了すると（箇所３、図９）、方向弁（５２０）が、問題のシリンダを開き、膨張段階が始まる。燃焼生成物は、作動液を圧力下でシリンダ（１１０，１２０）からＰＣＭ（３００）に押し込み、ここで、その運動エネルギがユーザにより指定できる形態に変換される。液体ピストンは、下に動く。シリンダ内の圧力が下がり、過熱形態で残存している水は、蒸発し続けて膨張プロセスを助長する。作動ガス中に既に含まれた全蒸気も又、膨張プロセスを助長する。かくして、新鮮なチャージの圧縮中に通常無駄になる熱エネルギがシステムに戻される。作動ガスを初期吸入量を超えて著しく膨張させることができる。これは、図９において箇所４を箇所１の右側に延長させることにより示されている。著しく大きな膨張は、排気ガス中に多量の蒸気を含ませることにより可能になる。これは、本発明のエンジンの熱力学的効率をかなり増大させることができる。
【０１０１】
膨張段階の終わりに（箇所４、図９）、方向弁５２０を再び閉じると、排気段階が始まる。排気弁（１１６，１２６）が開き、この時点ではＰＧＭ排気ガスと呼ぶ燃焼生成物を液体ピストンがＰＣＭにより駆動された状態で上に動くことによりシリンダから排出される。これらＰＧＭ排気ガスは、この時点では、多量の高い熱量及び場合によっては或る程度の圧力を依然として有している。これらＰＧＭ排気ガスは、エネルギ回収システム２００に差し向けられ、ここで、このエネルギの一部が回収されることになる。排気段階が続いて遂には液体ピストンがその最も上の位置（図示していないレベルセンサ又は他の手段によって決定される）になり、この時点で、排気弁（１１６，１２６）が閉じ、吸気段階が始まる。これは、図９の箇所５に相当している。
【０１０２】
吸気弁（１１５，１２５）が開き、直接燃料噴射方式が用いられている場合、新鮮な混合気又は新鮮な空気がシリンダ内に導入される。液体ピストンがＰＣＭにより駆動された状態で下に動くと（作動液がポンプで送り出されると）、今やそのポンプモードで動作する。吸気は、初期の箇所１（図９）に到達するまで続く。次に、サイクルが繰り返す。
【０１０３】
（ＬＰＩＣＰＳの２行程動作）
ＬＰＩＣＰＳは又、２行程サイクルで動作できることは注目されるべきである。この動作は、２サイクルオットーエンジンと類似している。２行程サイクルで動作するＬＰＩＣＰＳと２行程オットーサイクルで動作するＩＣＥの差は、４行程サイクルで動作するＬＰＩＣＰＳと４行程オットーサイクルで動作するＩＣＥとの差と同一である。
【０１０４】
（ＬＰＩＣＰＳの４行程動作）
ＬＰＩＣＰＳ内で生じるプロセスに相当するＰ−Ｖ線図は、図９に示されており、図９では、
ａ）吸気段階は、プロセス５→１に相当している。
ｂ）圧縮段階は、プロセス１→２に相当している。
ｃ）燃焼段階は、プロセス２→３に相当している。
ｄ）膨張段階は、プロセス３→４に相当している。
ｅ）排気段階は、プロセス４→５に相当している。
【０１０５】
破線は、オットーサイクルが理想化されたサイクルである火花着火エンジンについて代表的であるプロセスを示している。図７は、ＬＰＩＣＰＳの対応の動作シーケンスを示している。
【０１０６】
コンポーネントの参照符号については図２を参照すると共に動作シーケンスの説明については図７を参照されたい。まず最初に、シリンダ１１０（図７の上側のシリンダ）が、吸気段階にあり、シリンダ１２０（図７の下側のシリンダ）は、圧縮段階にある。これらの段階は、図７ａ）では、上側シリンダについては用語「５→１（吸気）」、下側シリンダについては用語「１→２（圧縮）」で示されている。図７では、液体の流れは、矢印の方向に比較的太い線で示されている。
【０１０７】
空気又は混合気は、サイクルの吸気段階中、吸気弁１１５を通って流入する。液体ピストンは、「ポンプモード」で動作する油圧モータ／ポンプ（３１０、図２）のポンプ送り作用によりシリンダの示す矢印として下に動く。これにより、シリンダ内に真空が生じ、空気又は混合気がシリンダの容積部内に引き込まれる。変形例として、直接燃料噴射方式を用いた場合、吸気段階中、空気だけがシリンダの容積部内に引き込まれ、燃料は吸気弁の閉じた後に噴射され又は注入される。液体ピストン及びリフォーマットガスについての作動の例外の範囲内で、これは、オットーサイクル下で動作する標準型ＩＣＥの動作に非常に類似している。油圧モータ／ポンプは、フライホイール又は２以上のシリンダの対が用いられている場合、モータ／ポンプの方に向けられた矢印により示されるように他方のシリンダ対によって付勢される。
【０１０８】
シリンダ１１０からポンプで送り出されている液体は、シリンダ１２０内にポンプ送りされ、相当に低い度合いまで、小型緩衝器４２０内にポンプ送りされ、この小型緩衝器は、単純にするために図７には示されていない。緩衝器４２０は、この時点では、シリンダ１２０と同一の圧力状態にある。吸気弁１２５及び排気弁１２６は閉じられているので、このシリンダ内の混合気は、圧縮段階（１→２）を受ける。緩衝器４２０は、弁を全く備えておらず、従ってこの中の圧力は、シリンダ１２０と同期して保たれる。圧縮に必要な仕事は、フライホイール及び（又は）４，６又はこれ以上のシリンダ形態で膨張動作中の他のシリンダから得られる。
【０１０９】
図７ｂ）及び図２を参照すると、シリンダ１２０内の混合気は、点火プラグが用いられていない場合には混合気の自己着火温度に相当する圧力又は燃料噴射方式又は注入方式が用いられている場合、所望の圧力まで圧縮される。水蒸気が存在すると共に蒸発中の水の冷却作用があるので、この圧力は、「乾燥」リフォーマットの場合よりも高いであろう。自己着火が起こると、逆止弁１２７は、遮断され、液体がＰＣＭに戻って流れるのを阻止する。流出弁５２０は依然としてシリンダ１２０のための流出を止めており、かくして燃焼が完了するまで進む。また、燃焼は、水の存在に起因して低い温度でも進み、ＮＯxの生成を減少させ又は完全に無くす。
【０１１０】
これら要因の両方は、エンジンからの有害なエミッションを著しく減少させる。圧力センサは、燃焼段階中、圧力の急増を検出し、弁５１０により水の流れをシリンダ１１０に切り替える。上述したように、燃焼と弁５１０の切り換えとの間には短いが限定された遅れがある。この遅れの間、液体は、シリンダ１２０に向かって、具体的には、緩衝器４２０内へ流れ続ける。これにより、緩衝器４２０内の圧力がシリンダ１２０の自己着火圧力を超えて高くなる。当然のことながら、緩衝器４２０は、空気だけを収容しており、従ってこれに関する着火は生じない。
【０１１１】
方向弁５３０の切り換えと吸気弁１１５の閉鎖は、弁５１０の切り換えと同時に起こる。かくして、水が、ＥＲＳ２００からシリンダ１１０内へポンプ送りされ、シリンダは、圧縮段階を開始する。弁５２０は、シリンダ１２０のための流出を止めている。段階（図７ｂ）に示す）は、完全な燃焼に必要な時間により制限された非常に短い期間の間に生じる。また、ＥＲＳ凝縮器がモータ／ポンプ３１０による「乾燥」稼働を阻止するのに十分な量の水を備えていない場合、シリンダ１２０が燃焼段階を完了するまで、作動流体をシリンダ１１０から取り出したりこのシリンダ１１０に戻すのがよい。
【０１１２】
図７ｃ）に示す次の期間の間、方向弁５２０は、シリンダ１２０からの流出を可能にし、このシリンダは、膨張段階３→４を開始する。ライン１２２内の非常に高い水圧は、油圧モータ３１０を駆動し、モータ／ポンプから外に向けられた両方向を示す矢印により示されるように有用な仕事を生じさせると共にフライホイールを加速する。シリンダ１２０内の圧力が下がり、これが緩衝器４２０の圧力に達すると、逆止弁１２７が開く。緩衝器４２０からの水は、シリンダ１２０内へ流れ、次に、油圧モータ２１０に通じるライン１２２内へ流れる。かくして、緩衝器（アキュムレータ）４２０内に蓄えられたエネルギは、放出されて非常に僅かな損失でシステムに戻される。方向弁５３０は、方向弁５２０と同時に切り替わり、水がシリンダ１２０からシリンダ１１０内へ流れることができるようにし、かくしてシリンダ１１０についての圧縮サイクルを続行させる。
【０１１３】
シリンダ１１０内での圧縮は、自己着火（又は、火花による燃焼）が生じるまで続く。これは、図７ｄ）に示されている。この場合の事象のシーケンスは、緩衝器４１０を含んでいて図７ｂ）に示すと共に上述したシリンダ１１０と完全に類似している。シリンダ１２０の排気弁１２６が開き、排気段階４→５が、そのシリンダについて始まる。排気ガスを加圧下でＥＲＳ内に送ることが可能である。シリンダ１２０内の排気段階は、シリンダ１１０が膨張段階、即ち、図７ｅ）の段階を行うまで続行する。仕事は、この場合も又油圧モータにより得られている。
【０１１４】
ＬＰＩＣＰＳは機械的に連接されたシリンダを有していないので、膨張段階は、必ずしも図９の箇所１と同一の容積ではない箇所４（図９参照）で終了することは注目されるべきである。ＬＰＩＣＰＳの仕事を最適化するため、主として温度及び圧力パラメータに関し、ＰＧＭ排気ガスをＥＲＳの要望に合わせることが必要な場合がある。したがって、エネルギ回収方法の設計目的及び選択並びにシステムの触媒及び他のパラメータに応じて、膨張終了箇所４は図９で分かるように、箇所１から左側に（これは、高い排気圧及び高い温度を意味する）又は箇所１から右側に（低圧、低温度及び蒸気のほぼ完全な凝縮の可能性）であってもよい。また、膨張を箇所３，４相互間の任意の箇所で一時的に中断し、追加の「爆発」及び「プルバック」段階を必要とするシリンダの外部又はシリンダ１１０又は１２０の依然として内部にある状態で作動ガスを冷却し、次に膨張を再開することが可能である。作動ガスから取り出した熱及び蒸気を用いると、改質プロセス又はＥＲＳによるエネルギ回収に必要な熱及び蒸気を供給する。
最後に、図７ｆ）に示す次の段階では、ガスをシリンダ１２０が吸気段階にある間、シリンダ１１０から排出する。これは、サイクルを完結させ、シーケンスが繰り返される。
【０１１５】
内燃機関は通常、所要時間の６０〜７０％動作する狭い出力範囲内でのみ効率的に動作できるよう最適化されていることは注目されるべきである。残りの時間については、エンジンは極めて非効率的であって、公害を発生させる。ＬＰＩＣＰＳは、あらゆる出力で効率的に動作する。これを説明するためには、エンジンに流入する燃料の量を減少させる標準型手段に加えて、出力レベルをどのようにすれば減少させることができるかを示すことが必要である。以下の機構のうち１以上を単独又は組合せ状態で用いるとＬＰＩＣＰＳの出力レベルを減少させることができる。
１．シリンダの初期吸気容積Ｖ1を変化させることによる。液体ピストンは任意の位置でシリンダ内において自由に動いたり停止することができるので（シリンダは、機械的にはタイアップされていない）、初期吸気容量Ｖ1を減少させることができる（図９の箇所１を左側にシフト）。これにより、作動効率に対する影響を最小限に抑えた状態でエンジンの容積及びかくして出力レベルが効果的に減少することになる。
２．各サイクルのタイミングを増加させること。
３．低温空気に代えて、気化器／混合器（２８０、図５）に流入する高温空気で動作すること（これにより、エンジンにより捨てられる熱が減少し、かくしてシステムの効率が向上する）。
４．シリンダのうちの一方、例えばシリンダ１２０を「切り離す」ことによる。吸気弁１２５を常時開き状態に保ち、燃料弁１２３を閉じることにより、効果的にシリンダ１２０を液体の一時的貯蔵可能な容器内にターンさせる。図７に示すシリンダ１１０についての動作シーケンスは、本質的に同一のままである。
システムの効率は、高温空気を用いた場合幾分かの僅かな増大を除けば、あらゆる出力レベルで事実上一定のままである。
【０１１６】
圧縮段階中に生じ、更に高温高圧燃焼生成物により生じる蒸気は、蒸気エンジンの場合のように追加の仕事を作る目的及び燃焼プロセスのピーク温度を減少させる目的にとって非常に有利である。追加の仕事は、以下の要因により得られる。
１．水が蒸発時に液体状態の場合よりも容積が著しく増大する（１，０００倍）。
２．熱が、従来型エンジンの場合のように圧縮及び膨張段階中、エンジンの壁を冷却することによって無駄になるということはない。これとは異なり、この熱は、水蒸気をシステム内に追加するために用いられる。それと同時に、シリンダの壁は、過熱しない。というのは、水が蒸発し、壁の温度を非常に効果的に低下させるからである。
３．多量の蒸気を含む燃焼生成物を上述したように初期吸気容積を著しく超えて膨張させることができる。Ｖ4／Ｖ1（図９参照）の比を従来型ＩＣＥについては代表的である１から２〜３に増大させることにより、初期圧縮比に応じて、熱力学的効率を１０〜２０％だけ向上させることができる。
４．ＬＰＩＣＰＳ内の圧縮比は、従来型オットーサイクルエンジンの場合よりも高い場合がある。というのは、従来型エンジンの圧力よりも高い圧力で達成される自己着火が、問題にはならず、むしろ好ましい特徴だからである。また、直接燃料噴射又は特に低圧燃料注入法が用いられる場合、圧縮比を材料の強度でのみ限定される非常に高い値に設定することができる。オットーエンジンの効率は、圧縮比の関数に過ぎないので、本発明のエンジンの熱力学的効率は、かなり高い値に達することができる。本発明のサイクルと実際のオットーサイクル（破線）の質的な比較が図９に示されている。
５．さらに、ＰＧＭ排気ガスは、比較的多量の熱を含んでおり、これは、主として水蒸気の形態で含まれているので容易に回収できる。この水を凝縮させることにより、その熱のうちかなりの量を回収できる。これは、ＥＲＳ２００で達成される。
６．高電圧電気火花が用いられる場合（必ずしも燃焼を開始させるのに必要ではなく、その理由は、混合気が高温に達すると自己着火するからである）、米国特許第５，１５６，１１４号明細書によれば、高温蒸気のうち何割かが解離し、プロセス中で水素及び酸素を生じさせる。
【０１１７】
このプロセスはこの米国特許に示されるように申し分なく記録に残されており、本発明者によれば、これはかかる程度までエネルギ節約に寄与しているとは考えられない。というのは、これは、エネルギの保存則に違反しているからである。本発明者の場合、通常は無駄になる圧縮中に用いられるエネルギは、水の解離を助けるために確実に用いられ、システムの効率に幾分かは寄与する。
さらに、有害なエミッションは、サイクル内の燃焼温度の減少により減少する。
【０１１８】
ＬＰＩＣＰＳは、同一システムのフレーム構造内に設けられた内燃機関と蒸気ピストンエンジンの相乗効果的な組合せとして考えることができる。これは、熱力学的効率及び機械的効率並びに捨てられた熱エネルギの部分的回収において技術進歩をもたらす。これは又、エンジンからの有害エミッションを減少させる。
【０１１９】
熱力学的効率は、理想的なオットー及びランキンサイクルの統合である新規のサイクルの利用により向上する。具体的には、向上は以下の理由による。
１．圧縮段階中における空気又は混合気のより効率的な冷却。
２．オットーサイクルエンジンで通常達成できるレベルよりも高い圧縮比の利用。
３．真の意味で定容燃焼の利用。
４．作動ガスがＩＣＥの場合のように燃焼生成物及び蒸気エンジンの場合のような高圧蒸気で構成されるようなオットーサイクル内へのランキンサイクルの組み込み。蒸気は、シリンダそれ自体の内部で生じ、ボイラ及び過熱器を不要にする。蒸気のうち何割か又は大部分は、膨張サイクル中に凝縮し、凝縮器を不要にし又はそのサイズを大幅に減少させる。
【０１２０】
機械的効率は、シリンダと金属ピストン（これは、本発明では、液体ピストンに置き換えられている）との間の摩擦損失の著しい減少及び重量のあるピストン／クランクシャフト組立体と関連した慣性損失の減少により向上する。
【０１２１】
捨てられた熱の部分回収は、１）触媒の表面上の空気又は混合気の圧縮から得られる熱との吸熱改質反応の際、燃料の燃焼熱を増大すること、２）火花で生じる放電により支援される触媒の存在下における水素及び酸素への水（蒸気）分子の解離、３）新鮮な空気を排気ガスで予熱すること、４）蒸気のうちの幾つか又は全ての組合せによって多くの方法で達成できる。
【０１２２】
エンジンからの有害なエミッションは、以下の要因、即ち１）燃焼温度が低いこと、２）燃焼プロセスの正確なコンピュータによるタイミング制御を行うこと、３）同じ仕事を行うのに必要な燃料の量を減少させることのうち１以上によって減少する。
【０１２３】
本発明者は、本発明の液体ピストン内燃力システムの非限定的な説明を行った。本発明の技術的思想は単純なので、設計変更は難しい。それにもかかわらず、本発明の精神から逸脱することなく、この発明思想の多くの変更を行うことができる。かかる変形例の例としては以下のものが挙げられる。
１．種々のエンジンの幾何学的パラメータの形状、寸法、場所及び比を変更できる。
２．追加の補完的及び相補的機能及び特徴を追加できる。
３．本発明の装置の改造を行ってより経済的な変形例を構成できる。
【０１２４】
他の変更、例えば、本発明の精神から逸脱しないで実質的に同一のやり方で実質的に同一の機能を発揮させて同一の結果が得られるようにする利用可能な新材料による置き換えを行うことができる。
以下は、好ましい最適実施形態及び変形実施形態に用いられるコンポーネントの一覧表である。読者が容易に参照できるよう、参照符号は、数が大きくなる順番に及びコンポーネントの名称のアルファベット順に配列されている。
【０１２５】
（数字で分類された符号）
１００  発電モジュール
１１０  シリンダ
１１１  入力ポート（ライン）
１１２  出力ポート（ライン）
１１３  燃料弁
１１４  薄肉シリンダ
１１５  吸気弁
１１６  排気弁
１１７  逆止弁
１１８  キャビティ
１１９  空気弁
１２０  シリンダ
１２１  入力ポート（ライン）
１２２  出力ポート（ライン）
１２３  燃料源
１２４  薄肉シリンダ
１２５  吸気弁
１２６  排気弁
１２７  逆止弁
１２８  キャビティ
１２９  空気弁
１３０  回転弁
１３１  吸気兼排気開口部
１３２  吸気兼排気開口部
１３３  入力開口部
１３４  出力開口部
１３５  低圧燃料キャビティ
１３６  吸気開口部
１３７  排気開口部
１３８  吸気開口部
１３９  排気
１４１  燃料ポート
１７１  単純なフロート
１７２  磁気フロート
１７３  磁気流体学的シール
１７４  水弁
１８１  接地パイプ
１８２  ワイヤ
１８３  プラグ
２００  エネルギ回収システム
２１０  熱化学式回収熱交換器
２１３  弁
２１４  水ポンプ
２１５  ＰＧＭ排気ガス
２２０  凝縮器
２２２  弁
２３０  リフォーマットアキュムレータ
２５０  ボイラ
２７０  任意使用のガソリン蒸発器及びポンプ
２８０  気化器又は混合器
２９０  渦管
２９５  凝縮器
２９６  インゼクタポンプ又は混合チャンバ
３００  出力変換モジュール
３１０  油圧モータ／ポンプ，油圧モータ，ポンプ，モータ
３１１  ブースタ
３２０  電磁流体発電機
３２１  ブースタ
４００  油圧緩衝器
４１０  緩衝器
４２０  緩衝器，アキュムレータ
５００  データ収集及び制御
５１０  方向弁，流入弁
５１１  弁
５２０  方向弁，流出弁
５２１  弁
５３０  方向弁
５７０  センサ
５９０  コンピュータ
６００  補助機器モジュール
【０１２６】
（アルファベット順の符号）
１１９  空気弁
１２９  空気弁
６００  補助機器モジュール
２５０  ボイラ
３１１  ブースタ
３２１  ブースタ
２８０  気化器又は混合器
１１８  キャビティ
１２８  キャビティ
１１７  逆止弁
１２７  逆止弁
５９０  コンピュータ
２２０  凝縮器
２９５  凝縮器
１１０  シリンダ
１２０  シリンダ
５００  データ収集及び制御
５３０  方向弁
５１０  方向弁，流入弁
５２０  方向弁，流出弁
２００  エネルギ回収システム
１３７  排気開口部
１３９  排気開口部
１１６  排気弁
１２６  排気弁
１４１  燃料ポート
１１３  燃料弁
１２３  燃料弁
１８１  接地パイプ
３１０  油圧モータ／ポンプ，油圧モータ，ポンプ，モータ
４００  油圧緩衝器
２９６  インゼクタポンプ又は混合チャンバ
１３３  入力開口部
１１１  入力ポート（ライン）
１２１  入力ポート（ライン）
１３１  吸気兼排気開口部
１３２  吸気兼排気開口部
１３６  吸気開口部
１３８  吸気開口部
１１５  吸気弁
１２５  吸気弁
１３５  低圧燃料キャビティ
１７２  磁気フロート
３２０  電磁流体発電機
１７３  磁気流体学的シール
２７０  未使用ガソリン蒸発器及びポンプ
１３４  出力開口部
１１２  出力ポート（ライン）
１２２  出力ポート（ライン）
２１５  ＰＧＭ排気ガス
１８３  プラグ
３００  出力変換モジュール
１００  発電モジュール
２３０  リフォーマットアキュムレータ
１３０  回転弁
５７０  センサ
４１０  緩衝器
４２０  緩衝器，アキュムレータ
１７１  単純なフロート
２１０  熱化学的回収熱交換器
１１４  薄肉シリンダ
１２４  薄肉シリンダ
２１３  弁
２２２  弁
５１１  弁
５２１  弁
２９０  渦管
２１４  水ポンプ
１７４  水弁
１８２  ワイヤ
【０１２７】
（定義及び略語）
従来の辞書的定義で用語を用いる上で多大な注意を払っている。以下の定義は、明確化のために記載されている。
ＡＥＭ＝補助機器モジュール
圧縮流＝ＰＣＭにより生じた圧力下におけるＰＧＭのシリンダ内への作動液の流れ。この流れは、ＰＧＭのシリンダ内の新鮮な空気又は混合気を圧縮する。
ＤＡＣ＝データ収集及び制御モジュール
動的デカップリング＝液体ピストンに作用する圧力又は力がＰＣＭ出力手段により伝搬しない（又は、感知される）場合に生じる。
ＥＲＳ＝エネルギ回収システム
排気ガス＝燃焼段階後にシリンダから追い出される作動ガス。これら排気ガスはＬＰＩＣＰＳの種々の要素全体を通じて多数の変化を受ける場合がある。排気ガスの一形式を別の形式から区別するため、排気ガスを排出する要素の名称、例えばシリンダ排気ガス、渦管排気ガス等で排気ガスを識別するのがよい。
排気ガス流＝ＰＣＭにより生じた圧力下においてＰＧＭのシリンダ内への作動液の流れ。シリンダ排気ガスは、この流れ条件中、ＰＧＭのシリンダから追い出される。
膨張流＝膨張段階中に作動ガスの圧力下においてＰＧＭのシリンダからの作動液の流れ。有用な仕事は、ＰＣＭ内のこの駆動流中、作動液から取り出される。
ＩＣＥ＝内燃機関
ＨＳＡ＝油圧緩衝器モジュール
吸気流＝ＰＣＭの圧送作用下におけるＰＧＭのシリンダからの作動液の流れ
一体化＝１つのように作用する２つの物の組合せ
インタフェース＝２つの互いに異なる物相互間の結合
キネマチックデカップリング＝液体ピストンがシリンダ内で、ＰＣＭ出力手段による対応の動き又は出力を生じさせないで動くときに生じる。変形例として、キネマチックデカップリングは、液体ピストンがＰＣＭ出力手段を停止させないでシリンダ内で動くのを停止した場合に生じる。
ＬＰＩＣＰＳ＝液体ピストン内燃力システム
ＰＣＭ＝出力変換モジュール
ＰＧＭ＝発電モジュール
作動ガス＝燃焼段階及び膨張段階中にＬＰＩＣＰＳのシリンダ内に存在する燃焼生成物と作動液の上記の混合物。
作動液＝ＬＰＩＣＰＳに用いられるのに適した水又は他の液体。ＬＰＩＣＰＳ内には２種類以上の作動液が存在する場合がある。
【０１２８】
本発明を例示の実施形態を参照して説明するが、この説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。例示の実施形態の種々の設計変更及び組合せ並びに本発明の他の実施形態は、この説明を読むと当業者には明らかであろう。したがって、特許請求の範囲は、かかる設計変更例及び本発明の真の範囲に属する実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】例示のＬＰＩＣＰＳのブロック図である。
【図２】ＬＰＩＣＰＳメインモジュール、ＰＧＭの例示のブロック図である。
【図３】ＰＧＭの物理的具体例の数種類の例示の実施形態を示す図であり、図３ａ）は、単純な２気筒システムの２つの断面図、図３ｂ）は、単一の薄肉シリンダを備えた２気筒システムの２つの断面図、図３ｃ）は、２重の薄壁シリンダを備えた２気筒システムの２つの断面図である。
【図４】ＰＧＭの基本設計の追加の詳細及び設計変形を示す図であり、図４ａ）は、単純なフロートを備えたシリンダを示す図、図４ｂ）は、磁気フロートを備えたシリンダを示す図、図４ｃ）は、電気流動流体プラグの細部を示す図、図４ｄ）は、２つの互いに異なる種類の作動液の使用法を示す図である。
【図５】ＥＲＳの１つの考えられる例示の実施形態のブロック図である。
【図６】ＥＲＳの別の考えられる例示の実施形態のブロック図である。
【図７】５段階４行程サイクルで動作するＬＰＩＣＰＳの動作シーケンスを説明する図であり、図７ａ）は、一シリンダが吸気段階中にあり、他のシリンダが圧縮段階中にある状態を示す図、図７ｂ）は、一シリンダが圧縮段階中にあり、他のシリンダが燃焼段階中にある状態を示す図、図７ｃ）は、一シリンダが圧縮段階中にあり、他のシリンダが膨張段階中にある状態を示す図、図７ｄ）は、一シリンダが燃焼段階中にあり、他のシリンダが排気段階中にある状態を示す図、図７ｅ）は、一シリンダが膨張段階中にあり、他のシリンダが排気段階中にある状態を示す図、図７ｆ）は、一シリンダが排気段階中にあり、他のシリンダが吸気段階中にある状態を示す図である。
【図８】例示の電磁流体発電機／ポンプの組合せを利用したＰＧＭ及びＰＣＭの変形例を説明するブロック図である。
【図９】ＬＰＩＣＰＳ及びオットーサイクルで動作する標準型着火エンジンのＰ−Ｖ図である。
【図１０】可動部品の無い弁の具体化を可能にする電気流動流体を利用したＬＰＩＣＰＳの動作シーケンスを説明する図であり、図１０ａ）は、吸気段階中にあるシリンダを示す図、図１０ｂ）は、圧縮段階中にあるシリンダを示す図、図１０ｃ）は、燃焼段階中にあるシリンダを示す図、図１０ｄ）は、膨張段階中にあるシリンダを示す図、図１０ｅ）は、排気段階中にあるシリンダを示す図である。
【図１１−１】低圧燃料注入のための任意使用の低圧燃料キャビティを備えた単一の回転弁付き２気筒エンジンの例示の実施形態を示す図であり、図１１ａ）は、エンジンブロック及び回転弁の分解図、図１１ｂ）は、エンジンブロックの切欠き図、図１１ｃ）は、切欠かれたエンジンブロック及び回転弁の組み立て図である。
【図１１−２】低圧燃料注入のための任意使用の低圧燃料キャビティを備えた単一の回転弁付き２気筒エンジンの例示の実施形態を示す図であり、図１１ｄ）は、吸気ポート及び排気ポートを示すエンジンブロックの断面図、図１１ｅ）、図１１ｆ）及び図１１ｇ）は、それぞれ排気段階、吸気段階及び圧縮段階中の回転弁の位置を示す図である。
【図１１−３】低圧燃料注入のための任意使用の低圧燃料キャビティを備えた単一の回転弁付き２気筒エンジンの例示の実施形態を示す図であり、図１１ｈ）は、燃料ポートを示すエンジンブロックの断面図、図１１ｉ）、図１１ｊ）及び図１１ｋ）は、回転弁の回転移動中における種々の位置での低圧燃料キャビティの位置を示す図である。
【図１２】作動液の種類又は圧力を変えるブースタの例示の実施形態を示す図である。
【図１】
2005519216.tif 000003
【図２】
2005519216.tif 000004
【図３】
2005519216.tif 000005
【図４】
2005519216.tif 000006
【図５】
2005519216.tif 000007
【図６】
2005519216.tif 000008
【図７】
2005519216.tif 000009
【図８】
2005519216.tif 000010
【図９】
2005519216.tif 000011
【図１０】
2005519216.tif 000012
【図１１ａ）】
2005519216.tif 000013
【図１１ｂ）】
2005519216.tif 000014
【図１１ｃ）】
2005519216.tif 000015
【図１１−２】
2005519216.tif 000016
【図１１−３】
2005519216.tif 000017
【図１２】
2005519216.tif 000018
【国際調査報告】
2005519216.tif 000019