(57)【要約】【課題】内燃エンジン【解決手段】実質的に一定の圧力で制御された内部燃焼を提供するための圧力調節予備チャンバを有するメッシュ固定内燃式内燃エンジンである。メッシュ固定式燃焼エンジンは、メインシリンダおよびピストンと、予備チャンバおよびピストンとを有する。予備チャンバは、メインシリンダヘッドと隣接し、比較的狭小のスロートを介して接続される。スロートのメインシリンダと予備チャンバの境界には、メッシュが配置される。また、圧縮ストロークの間、メインピストンがメインシリンダ内のチャージを圧縮すると、チャージは、メッシュを介して予備チャンバに流れる。予備チャンバピストンは、チャージを反対方向に、メッシュを介してメインシリンダの方に押し出す。チャージがメッシュを介してメインチャンバに移動すると、その燃焼力により、ピストンは、下死点に向かって押し下げられる。【選択図】図1
2018076844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッシュ固定燃焼式内燃エンジンであって、
メインピストンが内部でスライド可能に移動するメインチャンバを有するメインシリンダであって、前記メインピストンは、前記メインシリンダにおいて、少なくとも膨脹ストロークおよび圧縮ストロークを完遂するように構成される、メインシリンダと、
スライド式に配置された予備ピストンおよび予備チャンバを有する予備シリンダであって、前記予備チャンバは、スロートチャネルを介して、前記メインチャンバに接続される、予備シリンダと、
前記スロートチャネルに配置されたメッシュであって、前記予備チャンバとメインチャンバの間を通過する任意の流体材料が前記メッシュを介して移動し、燃焼が前記メッシュに固定されるように、当該エンジンが構成される、メッシュと、
を有する、メッシュ固定燃焼式内燃エンジン。
【請求項２】
追加で、前記メッシュに隣接して配置された、少なくとも一つの点火装置を有し、
該少なくとも一つの点火装置は、前記メッシュの前記メインチャンバ側のフレームを、選択的に着火するように構成される、請求項1に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項３】
前記予備ピストンは、前記メッシュを介した前記メインチャンバから前記予備チャンバへの不十分に加圧された流体材料の流れを、ブロックするように構成される、請求項1に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項４】
前記予備ピストンは、前記メインピストンの圧縮ストローク中、前記メインチャンバ内の加圧された流体材料が前記メッシュを介して、前記予備チャンバに導入されるように構成される、請求項1に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項５】
前記予備ピストンおよびメインピストンの少なくとも一つは、前記メインピストンの膨脹ストローク中、前記メッシュを介して、前記予備チャンバ内の流体材料を前記メインチャンバに移動させるように構成される、請求項1に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項６】
前記メッシュは、少なくとも一つの点火装置を備えるように構成され、前記予備チャンバ内の燃料-空気混合ガスが前記メッシュを介して移動すると、前記燃料-空気混合ガスは、前記メッシュから出た際に点火される、請求項1に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項７】
前記予備ピストンは、前記メッシュを介した流体材料の流れがブロックされる着座位置と、前記メッシュを介した前記流体材料の流れがブロックされない未着座位置との間を移動するように適合される、請求項1に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項８】
前記予備ピストンは、前記予備シリンダ内の圧縮ガスにより駆動される、前記着座位置と未着座位置の間を移動可能な自由ピストンを定める、請求項7に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項９】
追加で、前記メインシリンダのヘッドに接続された圧力チャンバを有し、
該圧力チャンバは、参照圧力を維持するように適合され、
前記予備シリンダは、前記圧力チャンバと一体化され、前記予備ピストンは、前記メインチャンバ内の流体材料が前記参照圧力以上の圧力まで圧縮されない限り、その着座位置に維持される、請求項8に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１０】
前記スロートチャネルは、前記メインチャンバおよび予備チャンバと比べて狭小である、請求項1に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１１】
前記予備シリンダは、漏斗状に構成され、前記スロートチャネルの幅よりも実質的に広い、請求項1に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１２】
メッシュ固定式内燃エンジンであって、
メインピストンが内部でスライド可能に移動するメインチャンバを有するメインシリンダであって、前記メインピストンは、前記メインシリンダにおいて、少なくとも膨脹ストロークおよび圧縮ストロークを完遂するように構成される、メインシリンダと、
スライド可能に配置された予備ピストンおよび予備チャンバを有する予備シリンダであって、前記予備チャンバは、スロートチャネルを介して、メインチャンバに接続され、前記予備ピストンは、前記メッシュを介した流体材料の流れがブロックされる着座位置と、
前記メッシュを介した前記流体材料の流れがブロックされない未着座位置との間を移動するように適合されたピストンを定める、予備シリンダと、
前記スロートチャネルに配置されたメッシュであって、前記予備チャンバとメインチャンバの間を通過する任意の流体材料は前記メッシュを介して移動し、燃焼が前記メッシュに固定されるように、当該エンジンが構成される、メッシュと、
前記メッシュと隣接して配置された、少なくとも一つの点火装置であって、前記メッシュの前記メインチャンバ側のフレームを、選択的に着火するように構成された、少なくとも一つの点火装置と、
を有する、メッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１３】
前記メッシュは、複数の織り交ぜられた壁により定められ、該壁は、予備シリンダ側でより狭く、メインチャンバ側でより広くなっており、これにより、前記メッシュは、該メッシュを通り、前記メインチャンバから前記予備チャンバに流れる前記流体の流れ抵抗を最小化するように構成される、請求項12に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１４】
前記メッシュは、前記メインシリンダヘッドへの熱ロスを最小化するように構成される、請求項12に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１５】
前記予備ピストンは、前記予備シリンダ内の圧縮ガスによる駆動される、前記着座位置と未着座位置との間を移動可能な自由ピストンを定める、請求項12に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１６】
追加で、前記メインシリンダのヘッドに接続され、参照圧力を維持するように適合された圧力チャンバを有し、
前記予備シリンダは、前記圧力チャンバと一体化され、前記予備ピストンは、前記メインチャンバ内の流体材料が前記参照圧力以上の圧力まで圧縮されない限り、その着座位置に維持される、請求項15に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１７】
前記スロートチャネルは、前記メインチャンバおよび前記予備チャンバに比べて狭小である、請求項12に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１８】
前記予備シリンダは、漏斗状に構成され、前記スロートチャネルの幅よりも実質的に広い、請求項12に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【請求項１９】
メッシュ固定燃焼式内燃エンジンであって、
メインピストンが内部でスライド可能に配置されたメインチャンバを有するメインシリンダであって、前記メインピストンは、前記メインシリンダにおいて、少なくとも膨脹ストロークおよび圧縮ストロークを完遂するように構成される、メインシリンダと、
スライド可能に配置された予備ピストンおよび予備チャンバを有する予備シリンダであって、前記予備チャンバは、スロートチャネルを介して、メインチャンバに接続され、前記スロートチャネルの幅は、前記メインチャンバおよび予備チャンバに比べて狭小である、予備シリンダと、
前記スロートチャネルに配置されたメッシュであって、前記予備チャンバとメインチャンバの間を通過する任意の流体材料が前記メッシュを介して移動し、燃焼が前記メッシュに固定されるように、当該エンジンが構成される、メッシュと、
前記メッシュと隣接して配置された、少なくとも一つの点火装置であって、前記メッシュの前記メインチャンバ側のフレームを、選択的に着火するように構成された、少なくとも一つの点火装置と、
を有し、
前記メッシュは、複数の織り交ぜられた壁により定められ、該壁は、予備シリンダ側でより狭く、メインチャンバ側でより広くなっており、これにより、前記メッシュは、該メッシュを通り、前記メインチャンバから前記予備チャンバに流れる前記流体の流れ抵抗を、最小化するように構成され、
前記予備ピストンは、前記メッシュを介した流体材料の流れがブロックされる着座位置と、前記メッシュを介した前記流体材料の流れが前記予備シリンダ内の圧縮ガスを介してブロックされない非着座位置との間を移動するように適合される、メッシュ固定燃焼式内燃エンジン。
【請求項２０】
追加で、前記メインシリンダのヘッドに接続され、参照圧力を維持するように適合された圧力チャンバを有し、
前記予備シリンダは、前記圧力チャンバと一体化され、前記予備ピストンは、前記メインチャンバ内の流体材料が、前記参照圧力以上の圧力まで圧縮されない限り、その着座位置に維持される、請求項19に記載のメッシュ固定式内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、メッシュ固定燃焼式内燃エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
メッシュ固定燃焼式内燃エンジンは、圧縮点火燃焼（「CI」）法に関する放出問題を回避した状態で、ディーゼルのような高い圧縮比、およびリーンバーンの使用により、改善された効率を提供する。メッシュアンカー燃焼式内燃エンジンは、メインエンジンチャンバのヘッドに取り付けられた予備チャンバを備え、メインエンジンチャンバと予備チャンバとが遭遇する場所に定められたスロート領域に、メッシュが配置される。スロート領域は、定められる。エンジンピストンは、メインエンジンチャンバにおいて、チャージ（すなわち燃料-空気混合気）を圧縮し、メッシュを介して、全てのチャージを予備チャンバに押し出す：メッシュを介したチャージの第1のパスである。次に、予備チャンバ内のフリーピストンは、エンジンピストンに連動して、メインエンジンチャンバに向かって逆方向にチャージを押し出す：メッシュを介したチャージの第2のパスである。メッシュを介して逆方向にチャージが通過すると、これが点火され、メインエンジンチャンバ内で燃焼が生じる。燃焼／フレームは、メッシュのメインエンジンチャンバ側に固定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
いくつかの理由により、メインエンジンチャンバに、フリーピストンを有する予備チャンバを追加するとともに、両者の間のスロートにメッシュを配置することにより、エンジン効率が向上するという利点が得られる。例えば、メッシュ固定燃焼式内燃エンジンは、（メッシュのメインエンジンチャンバの側の表面に沿った）フレームフロントを提供し、これにより、ほぼ一定の圧力燃焼が可能になり、「ノッキング」効果を生じさせずに、高い圧縮比および抑制された（リーンな）燃料-空気比を使用することができる。また、メッシュは、最小限の熱を吸収するように設計され、その配置は、メッシュの周囲の局所的な領域での乱流を抑制する。これにより、熱ロスが抑制され、効率を高めることができる。さらに、メッシュ固定燃焼式内燃エンジンの設計では、既知の多くのチャージ吸気および排気構造、ならびにチャージ点火方法を利用することができる。
【０００４】
これらのおよび他の利点、ならびに目的は、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の4ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。
【図２Ａ】本発明の4ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。吸気弁の閉止に続く、メインピストンの圧縮ストロークの開始を示している。
【図２Ｂ】本発明の4ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンは、圧縮ストローク中である。
【図２Ｃ】本発明の4ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンは、圧縮ストロークと膨脹ストロークの間の上死点にある。
【図２Ｄ】本発明の4ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンの膨脹ストロークの開始を示している。
【図２Ｅ】本発明の4ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンは、膨脹ストローク中である。
【図２Ｆ】本発明の4ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンの排気ストロークの開始を示している。
【図２Ｇ】本発明の4ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンは、排気ストロークと吸気ストロークの間の上死点にある。
【図２Ｈ】本発明の4ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンは、吸気ストローク中で下死点に近づいている。
【図３Ａ】本発明の2ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンは、上死点に向かって移動中である。
【図３Ｂ】本発明の2ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンは、上死点に接近している。
【図３Ｃ】本発明の2ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンは、ちょうど上死点を通過している。
【図３Ｄ】本発明の2ストロークの実施例により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。メインピストンは、ちょうど下死点を通過している。
【図４】本発明により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンのメインシリンダチャンバと予備シリンダチャンバの間の接続スロートの断面図である。
【図５Ａ】本発明により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの六角形メッシュの断面の部分透視図である。
【図５Ｂ】本発明により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの六角形セルを有するメッシュの上面図である。
【図５Ｃ】本発明により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンのメッシュの断面図である。チャージは、第1の方向に通過している。
【図５Ｄ】本発明により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンのメッシュの断面図である。チャージは、第2の方向に通過している。
【図６Ａ】本発明により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの電気抵抗ワイヤ点火組立体に取り付けられたメッシュの部分透視図である。
【図６Ｂ】本発明により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンの電気抵抗ワイヤ点火の一例を示した図である。
【図６Ｃ】本発明により構成された、メッシュ固定式燃焼エンジンのスパーク点火組立体の部分正面図である。
【図７】本発明の燃料噴射の別の実施例による、メッシュ固定式燃焼エンジンのメインシリンダチャンバと予備シリンダチャンバの間の接続スロートの断面図である。
【図８Ａ】本発明の排気エキスパンダの実施例による、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。
【図８Ｂ】本発明の過給機を有する実施例による、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。
【図９】本発明の第2の過給機を有する実施例による、メッシュ固定式燃焼エンジンの断面図である。
【図１０Ａ】本発明のロータリーエンジンの実施例による、メッシュ固定式燃焼エンジンの上面図である。
【図１０Ｂ】本発明のロータリーエンジンの実施例による、メッシュ固定式燃焼エンジンの部分正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図面、特に図1、2A、2B、2C、2D、2E、2F、2Gおよび2Hを参照して、従来のピストンエンジンに見られるものと同様の、単一シリンダピストン／クランクエンジン組立体の変形例として、圧力調整予備チャンバを備えるメッシュ固定式燃焼エンジンの4ストロークエンジンの実施例を示す。標準的なピストンエンジンに見られる、メインシリンダ100、ピストン101、クランクシャフト、接続ロッド、吸気弁108、および排気弁109のような標準的な部材に加えて、改変されたピストンエンジン組立体は、圧力チャンバ102を有し、これは、予備ピストンシリンダ107を有する。圧力チャンバ102は、メインシリンダ100のヘッドに接続され、メインシリンダチャンバ105および予備シリンダチャンバ110は、比較的狭小のスロートを介して接続される。メインチャンバ105と予備チャンバ110の境界には、メッシュ106が配置される。
【０００７】
予備ピストンシリンダ107は、スライド可能に配置された予備ピストン104を有する。好適実施例では、予備ピストン104は、フリーピストンを定める。予備ピストン104（または「フリーピストン」）は、従来のピストンおよびシリンダの場合と同様の態様で、その端部が予備ピストンシリンダ107の表面とともにシールを形成するように、寸法化され、予備ピストンシリンダ107内に配向されることが想定される。
【０００８】
圧力チャンバ102は、それに取り付けられた圧力調整バルブ103を有し、これは、圧力チャンバ102内の圧力を検知し、気体（通常は空気）を追加または除去し、圧力チャンバ102内の圧力を、エンジン制御器により定められたレベルに維持する。圧力調整バルブ103に関連する気体圧力センサは、予備ピストン104が配置（着座）されたときにのみ、圧力を検知する必要がある（参照圧力）。高圧の補給気体源は、示されていない。この圧力調整バルブ103は、任意の気体のリークを是正し、圧力を参照圧力に維持するため、圧力調整バルブ103により極めて少量の気体が追加または除去される必要がある。参照圧力は、メインピストン101の圧縮ストロークの相当の時間の間、予備フリーピストンを着座したまま維持するように、圧力レベルを定めることが想定される。
【０００９】
改変されたピストンエンジン組立体と従来のピストンエンジンの間の別の差異として、改変ピストンエンジン組立体のメインピストン101は、上死点（「TDC」）において、ピストン101とメインシリンダ100のヘッドの間のクリアランスが実用上できる限り小さくなるように、設計されることが想定される。ある実施例では、クリアランスは存在しなくても良い。ただし、狭小のクリアランスが好ましい。ヘッドの損傷を防止するため、およびメインシリンダ100の熱境界層において、比較的低温のチャージが予備チャンバ110に押し出されることを防止するためである。メインピストン101の頭頂部は、弁を含み、メインシリンダ100のヘッドの形状を反映するように構成され、これにより、TDCでのクリアランス体積が最小限に抑制される。この最小限のクリアランス体積は、排気ストロークの終わりの時点で、メインシリンダチャンバ105内に実質的に残留気体が残らない点で有意である。この場合、新鮮なチャージと残留気体の間の混合から、吸気チャージの予備加熱が不要となる。改変されたピストンエンジン組立体におけるこの予備加熱の排除により、スパーク点火（「SI」）エンジンまたは圧縮点火エンジンに比べて、エンジン効率が改善される。
【００１０】
図2A乃至2Hに示すように、特定のエンジン構成のシーケンスにより、改変されたピストンエンジン組立体の4ストローク動作が示されている。図2Aには、ちょうど下死点（「BDC」）を過ぎたエンジンが示されている。ここでは、吸気弁108は、ちょうど閉止され、従って、吸気チャージは、メインシリンダチャンバ105内に捕獲され、メインピストン101は、上方への圧縮ストロークを開始する。圧力チャンバ102内の参照圧力により、フリーピストン104は、着座されたままであり、これにより、メッシュ106を介した、予備チャンバ110へのいかなるチャージの流れもブロックされる。従って、上方圧縮ストロークでは、メインシリンダチャンバ105内でチャージが圧縮され、メインシリンダチャンバ105内の圧力が徐々に上昇する。
【００１１】
図2Bには、メインシリンダチャンバ105内のチャージの圧力が、ちょうど圧力チャンバ102内の圧力を超えた後のエンジンを示す。その結果、フリーピストン104は、上方に移動し始める。この点、フリーピストン104の動作が、メインシリンダチャンバ105と圧力チャンバ102の間の圧力差により制御されることは、明らかである。フリーピストン104が着座されなくなると、チャージは、メッシュ106を介して、予備チャンバ110の方に押し出される。
【００１２】
図2Cには、燃焼ストロークの終わり、TDCにあるエンジンを示す。この位置では、着座されたフリーピストン104により、メインシリンダチャンバ105に元来捕獲されていた事実上全てのチャージが、メッシュ106を介して、予備チャンバ110に押し出される。この位置では、得られる圧縮チャージの圧力は、圧力チャンバ102内の気体の圧力と実質的に等しくなる。
【００１３】
図2Dには、TDC直後のエンジンを示す。メインピストン101は、その膨脹ストロークにより、下方に移動する。メインピストン101が下降すると、圧力チャンバ102の圧力とメインシリンダチャンバ105の圧力との間で圧力差が生じ、フリーピストン104も下降する。メインピストン101とフリーピストン104の組み合わされた動きにより、予備チャンバ110に予め収容されたチャージは、メッシュ106を介して移動する。チャージがメッシュ106を通過すると、これは、メインシリンダ105内で高温の既に燃焼した気体と混合され、これにより、導入されたチャージが燃焼される。この気体混合プロセスは、メッシュを介して流れる気体により生じた局部的な乱流によって生じ、流入するチャージの燃焼が、メッシュに固定される。メインシリンダチャンバ105内で起こる燃焼は、実質的に一定の圧力で生じる。
【００１４】
図2Eには、エンジンの膨脹ストロークを部分的に示す。この時点では、予備チャンバ110内の全てのチャージが、メインシリンダチャンバ105に再導入され、メッシュ106を通過した際に燃焼する。フリーピストン104は、再度着座され、圧力チャンバ102内の高圧により、しっかりと保持される。この再着座動作は、燃焼ストローク中に生じる、対応する未着座動作よりも大きなクランク角で生じる。このクランク角の差は、燃焼および対応するより高温によって生じる、チャージの膨脹によるものである。
【００１５】
図2Fには、排気ストロークが開始される付近のエンジンを示す。ここでは、排気弁109が開放され、上昇中のメインピストン101は、メインシリンダチャンバ105内の燃焼ガスを、排気弁109を通り、排気マニホルド（図示されていない）の方に押し出す。
【００１６】
図2Gには、TDCでのメインピストン101を示す。ここでは、排気弁109が閉止され、メインシリンダチャンバ105から、実質的に全ての燃焼ガスが押し出される。排気弁109の閉止は、メインピストン101の動きと連動され、両者間の衝突が回避されることは明らかである。前述のように、そのような衝突回避は、メインピストン101とメインシリンダ100のヘッドの間の小さなクリアランスによって助長される。
【００１７】
メインピストンがその下降ストロークを開始すると、吸気弁108が開きに始め、吸気ストロークが開始される。図2Hには、メインピストンがBDCに近づく様子を示す。吸気弁108は、開のままであるが、閉止し始める。メインピストン101がBDCを通過すると、吸気弁108が閉止され、エンジンは、図2Aに示した状態に戻る。すなわち、エンジンは、その4ストロークサイクルを完遂する。
【００１８】
図3A、3B、3Cおよび3Dを参照すると、図2A乃至2Hに示した4ストローク動作を有する本発明の点火／燃焼方法が、図3A乃至3Dに示したような2ストローク動作に適応可能であることは明らかである。図3Aには、BDC後の2ストロークエンジンを示す。上方への圧縮ストロークを開始するメインピストン201は、ちょうど入口ポート230を覆い、チャージがメインシリンダチャンバ205内に捕獲される。図3Bには、メインピストン201がTDC付近（すなわち圧縮ストロークの終点近傍）にあるエンジンを示す。メインシリンダチャンバ205内のチャージの大部分は、予備チャンバ210に移行し、予備ピストン204は、その最大高さ近傍にある。図3Cには、前述の図2Dの配置と実質的に同じ配置のエンジンを示す。2ストロークおよび4ストロークのいずれの場合も、チャージは、メッシュ206を介して流れ、これは、メインシリンダチャンバ205に戻った際に燃焼する。この気体の流れは、4ストロークの場合と同様、予備ピストン204とメインピストン201の組み合わされた移動により駆動される。図3Dには、DBCでのメインピストン201を示す。ここでは、入口ポート230は、被覆されず、排気弁209が開となる。チャージは、加圧入口マニホルド231から、入口ポート230を介して、メインシリンダチャンバ205に流れ、メインシリンダチャンバ205からの排気ガスは、排気弁209を介して押し出される。メインピストンがその上方の動きを開始すると、これは、入口ポート230を覆い、エンジンは、図3Aに示した構成に戻り、2ストロークサイクルが完遂する。
【００１９】
2ストローク動作用の入口チャージを加圧する手段は、クランクケース予圧装置または別個のコンプレッサのような、いかなる標準的な手段であっても良いことが想定される。また、図3に示した一方向掃気手段は、唯一の例ではなく、ループ掃気または直交流掃気のような、他の既知の掃気手段を使用しても良い。一方向掃気は、高い掃気効率の点で有意であるが、メインシリンダヘッドに排気弁が必要となるコストおよび複雑さの点で問題がある。一方、他の効率があまり良くない掃気手段では、ポートバルブさえあれば良い。
【００２０】
本発明の燃焼方法は、2ストロークおよび4ストローク動作において、実質的に同じであることは明らかである。2ストローク動作と4ストローク動作の間の大きな違いは、両者の固有の差、気体交換プロセス、に実質的に限定される。
【００２１】
図2A乃至2Hおよび4を参照すると、動作の特定の位置での、本発明による改変されたピストンエンジン組立体のスロート領域が示されている。チャージは、予備チャンバ110から、メッシュ106を介してメインチャンバ105に流れる。比較的低温のチャージが、メッシュの孔（またはセル）を通ると、これは、局所的な乱流により、メインシリンダ105内の高温の既に燃焼した気体と混合され、チャージが燃焼される。局所的な乱流は、メッシュ構造を通って流れるチャージにより生じ、乱流混合気は、各メッシュセルに固定されたメッシュの下側に、フレームレットを形成する。いったんこれらのフレームレットが導入（点火動作）されると、メッシュを介して新鮮なチャージが流れ続ける限り、別の燃焼が持続する。
【００２２】
このメッシュ固定燃焼（「MC」）は、MC内のSIエンジンで生じる、自由に伝播する乱流フレームフロントとは異なり、フレームフロントは、全てのエンジン速度において、メッシュに固定される。MCでは、メッシュを通るチャージの流速が、エンジン速度およびクランク角の両方で変化する場合でも、メッシュにより、同じクランク角（すなわち、予備ピストンが着座されるクランク角で）で、全てのチャージが燃焼し、全ての燃焼が完遂されることが保証される。チャージのエンジン速度および等価比（すなわち、化学量論的な燃料対空気比）（「ER」）に無関係な、MCのチャージのこの完全な燃焼は、SI燃焼方法とは対照的である。後者は、極めてリーンなチャージ、または極めて遅いエンジン速度のため、自由に伝播するフレームは、燃焼が完遂する前に消火し、効率のロスおよび排出増加が生じる。このMCとSIの間の燃焼差は、MCは、SIに比べて顕著に低いERで作動できること、すなわち、MCエンジンは、SIエンジンに比べて、ER値（「リーンバーン」利用）よりも十分に広い範囲で、効率的に動作可能であることを表している。特に、MCエンジンは、約0.6以下のER値を使用し、得られるフレーム温度は、顕著なNOｘ放出が生じる温度よりも低い（すなわちNOx生成は、速度論的に抑制される）。NOx生成の抑制は、（未燃焼燃料を浄化するため）排気系に必要な酸化触媒が、それほど必要ではなくなることを意味する。あるいは、MCエンジンは、ER＝1で作動することができ（化学量論的動作）、SIエンジンでは標準的な排気の清浄化に、3方向触媒が使用できる。また、このリーンバーン範囲は、エンジントルクおよびパワーが、要求仕様によって定められる範囲内で、ER値の制御によって変化することを意味する。要求仕様では、燃料の完全な酸化が十分に確保される一方（すなわちERは、約0.33超）、NOｘ生成が抑制されるように十分に低く抑えられた（ER＜0.6）、または3方向排気触媒が使用されるER値（ER＝1）が要求される。CIエンジンでは、同様のER制御方法が使用され、エンジントルク／パワーが変更される。
【００２３】
フレームを固定することに加えて、メッシュは、フレームの逆方向伝播サプレッサとして機能し、フレームは、予備チャンバ110には移動しない。それ自身にわたるフレームの伝播を抑制するメッシュの機能は、1815年にHumphrey  Davyによって発明された安全ランプに基づき、これは、興味深いことに、最も初期のICEの一つである、Braytonエンジンに利用されている。これは、その後、Braytonサイクルと呼ばれている。メッシュを通る予備混合チャージを燃焼するためのメッシュの使用は、長い歴史を有する。Bunsenバーナーの後継であるMeker（またはMeker-Fisher）バーナーは、George  Mekerによって、1909年に導入され、これには多くのフレームを点火し固定するため、メッシュが使用される。Mekerバーナーは、MC燃焼とは異なり、連続的に作動する。MC燃焼は、循環的に作動し、MCの場合、燃焼は、各燃焼フェーズの開始の際に、再起動（点火動作）する必要がある。MCでは、チャージの流れが停止した際（すなわち予備ピストン104が着座した際）に、フレームは自動的に消える。
【００２４】
ある理由により、予備チャンバ110内で燃焼が生じるようにフレームが点火される場合であっても、そのような異常燃焼の効果は、予備ピストン104が通常の高さよりも高く上昇し、予備ピストン104、メッシュ106および予備ピストンシリンダ107に大きな熱輸送が生じることであることに留意する必要がある。本発明によるエンジンが、この高熱負荷を収容するように設計される場合、そのような異常燃焼によって、エンジンに損傷は生じない。
【００２５】
SI燃焼を超えるMCの利点は、MCの場合、メインチャンバ寸法に関わらず、同じくランク角および圧縮比（「CR」）で燃焼が完遂することである。一方、SIエンジンは、ボアの増加とともにノックされるというSIエンジンの傾向により、大きなピストンボアのため、低いCRで作動される必要がある。このSIエンジンのノックの感度は、高いパワーのエンジンは、通常、多くのシリンダを有し、これに応じて複雑さ、コスト、および熱ロスが上昇することを意味する。一方、MCエンジンは、エンジンバランスのような他の事項を満たせば、効率のロスを生じさせることなく、最小の数のシリンダを利用することができる。
【００２６】
次に、図5A、5B、5Cおよび5Dを参照すると、気体が通るいかなるメッシュも、本発明で実施されることは明らかである。図5Aおよび5Bには、一例として、六角形状のメッシュが示されている。三角形または矩形のメッシュを含む、他のメッシュ形状も好適である。効率を最大化するため、メッシュは、これを通る気体によって生じる圧力低下（「流抵抗」）を最小化する必要がある。流抵抗を最小限に抑制する方法は、流れ方向に垂直な面におけるメッシュの断面積を最小化することである。そのような面積の最小化は、メッシュには十分な機械的強度が必要であるということにより制限される。予備チャンバへの気体の流れにおける流抵抗の別の抑制は、メッシュ壁の上部を空気力学的により好適に形状化し、メッシュ壁の底部を、図5Cおよび5Dに示すような、鋭い端部を有するように形成することにより、達成され得る。そのような構成により、チャージがメインシリンダから予備シリンダに流れる際の流抵抗が最小化される。ただし、チャージの流れ方向が反転されると、この構成は、メッシュ壁の下側表面の周囲に、局所的な乱流を形成する。この局所的な乱流は、メインシリンダ内での、比較的低温の未燃焼導入チャージと、比較的高温の既に燃焼したチャージとの混合により、燃焼を促進する。
【００２７】
作動の際には、メッシュは、これを両方向に通過する圧縮ガスの温度に、迅速に平衡化される。得られる高温のメッシュは、主として燃焼により、メインシリンダヘッドに熱を逸失させる。この熱ロスの最小化のため（および効率の最大化のため）、メッシュは、最大作動温度に耐え得る材料で構成される必要がある。メッシュは、シリンダヘッドが接触する、少なくともメッシュの端部の周囲において、低い熱伝導度を有することが好ましい。また、熱ロスを最小化するため、シリンダヘッドと接触するメッシュの断面積は、機械的強度の要求を維持したまま、最小限に抑制される必要がある。
【００２８】
メッシュは、それが晒される熱環境に耐え得る、多くの異なる固体材料で構成されても良いことが理解される。これらの材料には、金属（例えば、黄銅またはステンレス鋼）または非触媒系セラミックスが含まれる。メッシュが非触媒であると言う要求は、メッシュを通過するチャージの早すぎる燃焼を避けるためである。作動の際、メッシュが極めて高温になることを抑制するため、メッシュ材料は、高い熱伝導度を有することが好ましい。大きなメッシュの場合、これは、積極的に冷却されても良い。
【００２９】
次に、図6A、6B、および6Cを参照すると、これは、本発明の本質的部分であり、チャージが予備チャンバからメインチャンバに、逆向きに流れ始めた後（すなわちTDC後）、チャージを点火する手段が提供される。燃焼を開始するため、フレームの点火が開始された後、乱流を形成するメッシュは、チャージがメインチャンバに流れた際に、チャージの全ての別の燃焼を持続させる。すなわち、点火手段は、初期フレームを形成するため、TDCの後にのみ簡単に活性化されるが、チャージがメインチャンバに流れる残りの時間の間、フレームが維持される必要はない。SIエンジンは、フレームの点火に、同様の点火手段を使用するため、ICEエンジンに使用される各点火手段は、本発明にも使用可能である。これは、これに限られるものではないが、電気スパーク、「グロープラグ」、レーザ等を含む。これらのタイミングは、サイクルのプリセット点、TDC直後に生じるように、エンジン制御器により制御される。
【００３０】
実施例では、点火手段は、電気抵抗ワイヤ160であっても良く、これは、図6Aに示すように、電気的および熱的絶縁サポート161により、メッシュ106の底面に支障なく吊り下げられる。TDCのしばらくの後、スイッチ163により、電力源164がオンにされ、抵抗ワイヤ160を介して、さらには図6Bに示すような曲がりくねった経路を介して、大電流が流れる。この電流により、抵抗ワイヤ160は、点火温度を超えるまで加熱され、チャージの周辺で点火が起こり、燃焼が開始される。この局部的なフレームは、メッシュ106の下側全体に急速に伝播し、特に、チャージ流によりメッシュの下側の周囲に生じる乱流により、伝播する。初期フレームのこの横方向の広がりのため、抵抗ワイヤ160は、メッシュ106の下側全体を覆う必要はない。抵抗ワイヤ160は、燃焼フェーズ全体において、高温燃焼ガス中に吊り下げられており、これは、これらの温度に耐え得る材料で構成される必要がある。抵抗ワイヤ160に好適な材料には、ニクロム（または同様の合金）、SiC、MoSi2等が含まれる。
【００３１】
別の実施例では、図6Cに示すように、電気スパークプラグ点火手段が使用される。そのような実施例では、燃焼は、メインピストン101が下降し始めた際に開始され、スパークは、スパークギャップ166にわたって開始される。スイッチ163によりオンにされると、電源165からの高圧電流は、絶縁スパークワイヤ169を介して、伝導メッシュ106の下側の位置まで流れる。電気的および熱的に絶縁性のプラグ168により、伝導ワイヤ169の短絡が防止され、シリンダ壁には最小限の熱しか流れない。TDCにおいてスパークワイヤ169を収容するため、メインピストン101には、溝167が設けられる。スパークギャップ166において生じたスパークは、その領域に限定されるが、それによって形成されるフレームは、横方向に急速に伝播し、メッシュにより形成される乱流により、メッシュ106の下側全体を点火する。図6Cには、一つのスパークプラグしか示されていないが、メッシュ106の縁の周囲に、そのようなスパークプラグが複数配置されると、より急速なフレーム伝播が生じることが理解される。
【００３２】
図6Cは、現在のSIエンジンに使用されている、単なる標準的なスパーク点火スパークプラグの適合例であることは、当業者には容易に理解される。一つの小さな差異は、本発明では、スパークギャップ166の近傍における乱流が、対応するSIエンジンに比べて弱いことであり、すなわち弱いスパークで十分なことである。
【００３３】
次に、図7を参照すると、代替実施例では、予備チャンバ110に燃料を導入するため、燃料噴射が使用される。SIエンジンとの類似性により、本発明では、燃料噴射は、SIエンジンに使用されるものと同様の手段により行われる。特に、SIエンジンのような、吸気ポート燃料噴射が使用でき、低圧噴射に付随の利点が得られ、燃焼が開始される時間までに、気化燃料と空気との混合が完了する。ただし、吸気ポート噴射は、圧縮ストロークの間、得られるチャージの一部がエンジンクレバス、特に、ピストンリングクレバスに捕獲されるという欠点を有する。この捕獲されたチャージは、膨脹ストロークの間、メインシリンダに逆放出され、通常、膨脹燃焼ガスの低温のため、部分的な酸化しか生じなくなる。この部分酸化は、汚染の大きな要因と考えられ、効率を下げる原因とも解される。クレバスにたまる初期チャージの割合は、CRの上昇とともに増加し、従って、熱効率を改善するためのCRの上昇は、クレバスロスの増加により、一部相殺されてしまう。
【００３４】
このクレバスロスを回避するため、代替の遅延燃料噴射方法が使用されても良い。この遅延燃料噴射方法では、圧縮ストローク中、メインシリンダに空気のみが導入され圧縮される。これは、圧縮空気のみがエンジンクレバスに保管され、膨脹ストローク中のこの再放出は、汚染に関与せず、効率ロスも生じないことを意味する。代わりに、燃料182は、空気が予備ピストンシリンダに導入された際に、狭小のニードル181を介して、高温圧縮空気に噴射され、これにより、燃料が気化されこの流入空気と混合される。噴射される燃料は、加圧リング180から供給され、このリングにより、一組のニードル181が予備チャンバ110’の基部の周囲に分配される。燃料噴射圧力および速度は、得られるチャージが、メッシュを介してメインシリンダに戻る時間までに、十分に混合される（すなわち実質的に均質となる）ように選定される。このポート噴射に対する遅延燃料噴射の主な問題は、より高い噴射圧力が必要となり、特に大きなエンジン速度では、混合時間が極めて短いことであり、これは、未調整の燃焼につながり得る。遅延燃料噴射の利点は、燃焼触媒を用いて、パッシブに点火が行われ得ることである。例えば、図6における抵抗ワイヤが、白金のような高温触媒ワイヤと置換された場合、この触媒ワイヤは、チャージがメインシリンダチャンバに流れた際に、チャージを自動的に点火する。そのような触媒点火装置は、ポート燃料噴射では作動しない。なぜなら、これは、チャージが予備ピストンシリンダに導入される前に、チャージに点火するからである。図7に示すように、遅延燃料噴射は、ガソリン直射（GDI）と称されるSIエンジンに使用される方法と似ており、この高圧GDI燃料噴射技術は、本発明に適用できる。
【００３５】
本発明の実施例では、エンジン作動中の予備ピストンの動力学の考察により、本ピストンの質量を最小化すべきことが示される。予備ピストンは、メインシリンダチャンバの圧力と圧力チャンバの圧力の間の圧力差により駆動される。予備ピストンの慣性のため、印加圧力差と予備ピストンの動きの間には、遅延が存在する。従って、予備ピストンの質量が大きくなると、慣性による遅延も大きくなる。この慣性遅延の影響は、メインチャンバの圧力が初期に圧力チャンバよりも高くなり、エンジン速度の上昇とともに、この過剰圧力が大きくなることである。この過剰圧力が極めて大きくなると、チャージの自動点火が誘発され、効率のロス、メッシュ、予備ピストン、および圧力チャンバの高温化が生じる。過剰圧力の別の影響は、予備ピストンにオーバーシュートが生じ、その後振動が生じることである。そのような振動は、自動点火を誘発し、過度の熱ロスを発生させる。従って、これは回避する必要がある。
【００３６】
予備ピストン設計の多くの従来技術において、予備ピストン幅は、実質的にスロート幅と同じとされる（「直線」構造）。本発明の代替実施例では、この直線構造が可能であることは明らかである。ただし、本発明の好適実施例では、予備ピストンに「漏斗」構造が使用される。漏斗構造では、予備ピストンの幅は、スロート幅よりも実質的に広い。この漏斗構造の効果は、予備ピストンに作用する全体の力が、スロート領域に対する予備ピストン領域の比により与えられる量だけ、直線構造よりも大きくなることである。また予備ピストンの移動距離は、予備ピストン領域に対するスロート領域の比により与えられる量だけ、減少する。漏斗構造のこの力の増加および移動距離の低下は、直線構造に対する予備ピストンの初期遅延を低減する。また、予備ピストンの移動距離の減少により、エンジン高さが低減される。これは、ある用途において重要である。また、漏斗構造では、直線構造に比べて、高温圧縮チャージに晒される全表面積が低減され、熱ロスが抑制される。
【００３７】
さらに、直線構造を超える漏斗構造の別の利点として、予備ピストン質量および着座衝突速度が抑制されることは明らかである。これらの抑制の組み合わせは、（直線構造に対して）予備ピストンが再着座された際に消失させる必要のある衝突エネルギーの大きな低減につながる。さらに、漏斗構造の衝突領域は、直線構造よりも大きく、ピストンの衝突エネルギーは、より広い領域にわたって分配され、これにより、ノイズおよび局所低な摩耗が小さくなる。また、予備ピストンがその着座ピストンに近づくと、予備ピストンと圧力容器壁の間の気体が押し出され、瞬間的な気体「クッション」が形成される。これは、予備ピストンの衝突エネルギーの逸散を助長する。
【００３８】
圧力チャンバ102内の気体により、予備ピストン104の動きを制御する気体バネが効率的に提供される。予備ピストンのバネ制御により、圧力レベリング効果が提供され、同様のCIまたはSIエンジンに比べて、最大圧力が小さくなる。この圧力レベリングの結果、エンジン質量が低減される。なぜなら、いかなる内燃エンジンも、最大圧力に耐えるように設計される必要があるからである。またこの圧力レベリングは、ベアリングに対する応力を低減し、対応する摩擦および摩耗を抑制する。また圧力レベリングは、出力シャフトのトルクを平滑にする効果があり、その結果、変速機が吸収すべきトルク変化が小さくなる。また、圧力レベリングは、圧力変化の速度を低下させ、エンジンノイズおよび振動の発生が抑制される。メインチャンバに取り付けられるバネ制御予備ピストンに関する、これらの圧力レベリングの利点は、前の発明者らによって示されており、本発明にも適用される。
【００３９】
バネ制御予備ピストンを使用した場合、空気または機械バネ（またはその両方）が利用されても良いことが想定される。
【００４０】
図1および図2A乃至2Hに例示されたような、本発明により構成されるエンジンは、熱力学的にディーゼルサイクルでの作動において、最適になるように記載されている。すなわち、断熱圧縮、その後の定圧燃焼／加熱、その後の開始体積に戻る断熱膨脹、その後の大気環境への排気ガスの放出（それに対応する圧力低下）、その後の大気圧および大気温度での新鮮なチャージと残留排気ガスの置換、すなわちサイクルの完了、のサイクルである。ディーゼルサイクルと、SIエンジンで使用されるオットーサイクルの主な違いは、ディーゼルサイクルは、定圧燃焼を使用するのに対して、オットーサイクルでは、定容積燃焼を使用することである。これらのサイクルのいずれの場合も、エンジンシリンダ内の圧力は、排気弁が開になった際に低下し、排気ガスは大気環境に流れる。この圧力低下は、潜在的な仕事の低下を表す。この仕事のロスは、タービンまたはピストンのような、一種のエネルギー抽出エキスパンダを介した排気ガスの膨脹により、少なくとも部分的に回復される。
【００４１】
次に、図8Aを参照すると、図1に示した種類のエンジンにおいて、この仕事の少なくとも一部を回収する方法が示されている。このエンジンは、エンジン排気に接続された、排気ガス圧力リザーバ380を追加で有する。圧力容器380は、熱的に絶縁され、十分な容積を有し、排気弁309を介した排気ガスの周期的流入からの圧力変動は、実質的に減衰される。圧力容器380からの加圧排気ガスは、流出制御弁382を介して、エキスパンダ381に流れる。エキスパンダ381は、加圧ガスを大気圧まで膨脹させることにより機械的エネルギーを発生する、いかなる装置であっても良く、これにはタービン、ピストンエキスパンダ、スクロールエキスパンダ等が含まれる。排気ガスは、エキスパンダ381から、排気マニホルド384を通り排出される。エキスパンダ381の出力シャフト385は、エンジンシャフトに機械的に結合され、または発電機、ファン、ポンプ、圧縮機等のような、別個の電源装置を駆動する。示された種類のエキスパンダシステムでは、エンジン制御器は、流出制御弁382を制御して、圧力容器内の圧力をエンジン排気圧力と近づけるように作動される必要がある。すなわち、エンジン制御器によって、圧力容器380内の圧力がエンジン排気圧力を超えていると検知されると、エンジン制御器は、流れが上昇するように流出制御弁382を作動させ、あるいは圧力容器380内の圧力が十分に低い場合、その逆のように動作する。
【００４２】
圧力容器380には触媒を収容して、排気ガスを膨脹前に清浄化できることに留意する必要がある。圧力容器380内の排気ガス清浄化触媒の配置により、排気ガスを、エキスパンダ381を介して膨脹させた後の温度よりも高温にしたり、排気ガスの存在時間を比較的長くして、触媒効率を高めたりすることができるという利点が得られる。
【００４３】
SIおよびCIエンジンと同様、本発明のMCエンジンは、過給化できる。すなわち、吸気マニホールドを通るチャージは、別個の圧縮機により予備圧縮され得る。これにより、エンジンに入るチャージの量が増加し、そのパワー出力を高めることができる。SIおよびCIエンジンの場合、エンジンのCRは、形状により固定されるため、吸気の過給化により、CR全体が上昇する。これは、これらのエンジンが、抑制されたCRを有するように設計されることを意味し、過給の際、全体的なCRは、ノックリミットを超えず（SIエンジン）、または最大圧力リミットを超えない（CIエンジン）。これは、過給しない場合、そのようなエンジンは、CRが最大効率の値よりも低くなるように作動されることを意味する。本発明では、このパワー（過給化）と効率（非過給化）の間の妥協が生じない。これは、本発明の有効なCRは、圧力チャンバ102の圧力により設定されるため、過給量にかかわらず、全体的なCRは同じであるためである。言い換えれば、本発明の過給化の形態では、初期空気（大気圧）は、2段階で加圧される：第1は、過給圧縮機によるものであり、次は、圧力チャンバ102の圧力までの圧縮ストロークによるものである。2つの段階の圧力比にかかわらず、最終圧力に対する初期圧力の比（またはCRと同等）は、同じである。本発明のエンジンの過給化の形態におけるこの全体的に一定のCRは、パワーと効率の間に妥協がないこと、および過給レベル（すなわち圧縮機の圧力比）の制御により、エンジンパワー出力を制御できる方法が得られることを意味する。また、この効率的な全体的に一定のCRにより、通常のSIまたはCIエンジンよりも高いレベルの過給化が可能となり、各段階がそれぞれの圧力範囲用に最適化される。
【００４４】
本発明のエンジンが過給化されると、排気ガス圧力は、これに応じて上昇することに留意する必要がある。これは、本発明の過給化エンジンにおいて、図8Aに概略的に示すような排気圧力エネルギー回収システムが、非過給化態様に比べて、全体的な効率を向上させることを意味する。
【００４５】
次に、図8Bを参照すると、排気エネルギー回収と組み合わされたそのような過給化エンジンが示されている。これは、熱的に絶縁された圧力リザーバ386を有し、該圧力リザーバは、エンジン吸気マニホルドに取り付けられ、ここでは、吸気弁308がリザーバ386からエンジンに、圧縮チャージを間欠的に供給する。圧縮機387は、圧縮機吸気弁383により供給される空気を圧縮し、これを圧力作動チェック弁389を介して、圧力リザーバ386に供給する。圧縮機387で生じた圧力がリザーバ386の圧力を超えた際に、このチェック弁389により、圧縮機387から圧力リザーバ386に、ガスが一方向にのみ流れる。圧縮機に導入される空気の量は、吸気弁383により制御され（エンジン制御器により定められる）、これにより過給のレベルが定められる。早めの（または遅めの）閉止により、吸気弁383が圧縮機に入る吸気空気を減らすと、圧力リザーバ386内の圧力は、それが平衡に達するまで、自動的に低下する。平衡では、圧縮機から供給される空気の量と、エンジン吸気弁308を通る空気とが釣り合う。圧縮機387は、ピストン圧縮機、タービン、スクロール圧縮機のような、従来のいかなる圧縮機器であっても良い。図8Bに示した圧縮機387は、シャフト388により活性化され、これは、外部電源により、エンジン自身により、エキスパンダからの出力により、またはそれらの組み合わせにより、駆動されても良い。
【００４６】
次に、図9を参照すると、本発明の第2の過給化の実施例は、ピストン式圧縮機391およびピストン式エキスパンダ392を有し、両者は、共通のクランクシャフト396に結合される。これにより、圧縮機391は、このシャフトから必要なパワーを引き出す一方、エキスパンダ392は、そのパワー出力を同じシャフトに追加する。圧縮機391への吸気空気は、弁アクチュエータ393を有する吸気弁383により制御される。圧縮空気は、圧縮機391の圧力が吸気圧力リザーバ386の圧力を超えた場合、チェック弁389を通って流れる。同様に、弁アクチュエータ394により、弁382が開かれると、排気圧力リザーバ380から加圧排気ガスの制御された量が、弁382を介してエキスパンダ392に流れる。排気ストロークの間、膨脹排気ガスは、排気ストローク中にのみ開かれる排気弁395を介して、エキスパンダ392から排出される。
【００４７】
この実施例は、各ピストンを好適に重量化させることにより、少なくとも一次のオーダで、エンジンがバランス化される点で有意である。また、この実現手段に共通クランクシャフトが使用され、これは、非効率的なエネルギー変換ステップが回避されることを意味する。
【００４８】
本発明は、複数のエンジン種類に適用できることが想定される。上記実施例では、ガスの圧縮または排気は、シリンダ内でのピストン移動により行われる。これは、全てのポジティブ移動のICEにほぼ共通の配置である。代替エンジンのポジティブな移動手段は、特に、ロータリエンジンと称されるエンジン種では、従来から知られている。この種類には、ワンケルエンジン、およびスライド式ベーンエンジンの各種形態が含まれる。ここで、図10Aを参照すると、スライド式ベーンエンジンの上半分（下半分も同じである）が示されている。ロータ400は、一組のスライド式ベーン402とともに、時計方向に回転する。これらの先端は、ロータ400と滑り接触し、従って、隣接するセル間にガスシールが提供される。スライド式ベーン402は、閉止スロット404内でスライドし、このスロット404内にはバネ403があり、ベーン402とロータ400との接触状態を維持する接触圧力が提供される。セルは、一組の隣接するベーン402、ロータ400、ハウジング401、および側壁（図示されていない）により、境界化される。ガスは、側面のポート弁（図示されていない）を介して、各セルに出入りする。これらのポートは、回転ロータ400によって露出され、または覆われる。ロータ400が回転すると、各セルの体積は、実質的にゼロから、隣接ベーン402が最も広げられる最大値まで、周期的に変化する。この体積変化は、シリンダ内のピストンにより提供される変化に類似し、これにより、前述のピストンエンジンの場合に示したメッシュ燃焼を、ロータリエンジンに容易に適合させることが可能となる。
【００４９】
次に、図10Aおよび図10Bを参照すると、セルの一つが膨脹過程にある場合、予備ピストン406とロータ400の間で予め圧縮された未燃焼チャージは、メッシュ405を介してセル容積に再導入される。前述のように、この未燃焼チャージは、メッシュ405から排出されると燃焼する。予備ピストン406は、密閉チャンバ407内でスライドし、このチャンバは、圧縮空気を収容し、所望の最大作動圧力に維持される。セル圧力がチャンバ407内の最大作動圧力よりも低くなると、この圧縮空気により、サイクルのこれらの部分の間、予備ピストン406の着座が維持される。一方、セル容積内の圧力が最大作動圧力を超えると、予備ピストン406は、メッシュ405から離れるように移動する。簡単に言えば、ロータリエンジンのメッシュ燃焼は、ピストンエンジンの場合と実質的に等しいが、ロータ（ワンケルエンジン）、またはロータ＋スライド式ベーン（図10A）は、ポジティブ移動圧縮／膨脹手段としてのピストンと置換される。別の差は、ロータリエンジンの場合、（ポート）弁は、側面に対してオフにされるため、予備ピストン406およびチャンバは、ヘッド領域を弁と共有化する必要はなく、予備ピストン406の領域をより大きくできることである。
【００５０】
最も実用的で好適な実施例を考慮して、本発明について説明した。ただし、本発明の範囲内で、ここから逸脱しても良いことが認識される。当業者には明らかな修正が想定される。
【符号の説明】
【００５１】
１００        メインシリンダ
１０１        ピストン
１０２        圧力チャンバ
１０３        圧力調整バルブ
１０４        予備ピストン
１０５        メインシリンダチャンバ
１０６        メッシュ
１０７        予備ピストンシリンダ
１０８        吸気弁
１０９        排気弁
１１０        予備シリンダチャンバ
２０１        メインピストン
２０４        予備ピストン
２０５        メインシリンダチャンバ
２０６        メッシュ
２０９        排気弁
２３０        入口ポート
３０９        排気弁
３８０        圧力容器
３８１        エキスパンダ
３８２        流出制御弁
３８３        圧縮機吸気弁
３８４        排気マニホルド
３８６        圧力リザーバ
３８７        圧縮機
３８９        チェック弁
３９１        ピストン式圧縮機
３９２        ピストン式エキスパンダ
３９３        弁アクチュエータ
３９４        弁アクチュエータ
４００        ロータ
４０５        メッシュ
４０６        予備ピストン
４０７        密閉チャンバ
【図１】
2018076844.tif 000003
【図２Ａ】
2018076844.tif 000004
【図２Ｂ】
2018076844.tif 000005
【図２Ｃ】
2018076844.tif 000006
【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2018076844.tif 000018
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【外国語明細書】
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