(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮空気または任意の他のガスでモノ−またはバイ−エネルギモードで作動することができるエンジンを提供する。【解決手段】このエンジンには、作用容量部１９を経て高圧貯蔵溜め部に収容されている圧縮空気が供給される。作用容量部は、バイ−エネルギ態様において、追加のエネルギにより供給される空気を加熱するための装置を備えている。能動膨張チャンバは、通路１２によってエンジンピストン１の上方の空間に連結されたシリンダ内で摺動する可変の容積または充填ピストンよりなる。加圧空気は、最も小さい容積を有する膨張チャンバに流入され、容積を増大し、次いで膨張チャンバは、エンジンシリンダ２の膨張中、最大の容積に保たれて、エンジンピストンをその下方ストロークに戻し、それ自身の仕事を生じる。排気中、２つのピストン１、１３は、新たなサイクルを再開するために上方ストロークで移動し、同時に上死点に達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（２）内で摺動する少なくとも１つのピストン（１）を具備しており、このピストンは、上死点で停止するための装置により制御され、前記シリンダには、作用容量部（１９）において作用圧力と呼ばれる平均圧力まで低減される貯蔵溜め部（２２）に収容された高圧の圧縮空気または任意の他のガスが、好ましくは動圧力低減弁を通して供給される、能動チャンバエンジンにおいて、
膨張チャンバが、仕事を生じるための手段を備えた可変容積室よりなり、そして永久通路（１２）によって主エンジンピストンの上方に設けられた空間に接触状態で接続されており、
ピストンが上死点で停止されると、所定の圧力下の空気またはガスが、最も小さい容積のときの膨張チャンバに流入され、所定の圧力下のこの空気の推力により、仕事を生じることにより膨張チャンバの容積を増大し、
膨張チャンバは、その最大の容積のすぐ近くに維持され、次いで、収容された圧縮空気が、膨張してエンジンシリンダに入り、かくして仕事を供給することによりエンジンピストンをその移動路に沿って下方に押し下げ、
排気行程中でのエンジンピストンの上方への移動に従って、膨張チャンバ内の可変容積は、その最も小さい容積に戻されて完全な仕事サイクルを再開始する、
ことを特徴とする能動チャンバエンジン。
【請求項２】
エンジンピストンのサイクルに対する能動チャンバの仕事サイクルは、
エンジンピストンが上死点で停止されると、能動チャンバへの装入物の流入が能動チャンバの容積を増大することにより仕事を生じ、
エンジンピストンの膨張移動中、膨張チャンバの実際の容積である所定容積に維持され、
エンジンピストンの排気行程中、サイクルを更新することができるように、能動チャンバをその最小の容積に復帰させるように、
３つの行程よりなることを特徴とする請求項１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項３】
圧縮空気モノ−エネルギモードにおける作動熱力学的サイクルは、高圧圧縮空気貯蔵溜め部と作用容量部との間で行なわれるエネルギ保存を伴う仕事無しの等温膨張と、その後の、仕事を伴う準等温膨張として知られる圧力シリンダにおける非常に僅かな膨張を伴う移送と、次に、エンジンシリンダにおける仕事を伴うポリトローブ膨張と、最後に、大気圧での排気とを特徴としており、すなわち、４つの行程は、
仕事無しの等温膨張と、
移送−準等温膨張として知られる仕事を伴う僅かな膨張と、
仕事を伴うポリトローブ膨張と、
常圧での排気と
であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項４】
前記作用容量部（１９）は、化石燃料または他の燃料により生じられる補足エネルギで圧縮空気を加熱するための装置を備えており、この装置は、これを通る空気の温度および／または圧力を高めることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項５】
圧縮空気は、直接にその中の化石燃料または生物学的燃料の燃焼により加熱され、この場合、エンジンは、外内燃型のものであると言われることを特徴とする請求項４に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項６】
前記作用容量部に収容された圧縮空気は、熱交換器における化石燃料または生物学的燃料の燃焼により加熱され、炎は圧縮空気と直接接触しなく、この場合、外−内燃型のもの
であると言われることを特徴とする請求項４に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項７】
熱ヒータが、蒸発器に収容された試薬流体の蒸発よる変態に基づいた、例えば、反応器に収容された固形試薬、例えば、化学反応が熱を生じ、反応が終了すると、蒸発器において償われるガス状アンモニウムの吸収を引起こす反応器の加熱により再生されることができる塩化カルシウム、塩化マンガンまたは塩化バリウムなどのような塩と反応する液状アンモニウムまたはガスの蒸発による変態に基づいた熱化学的ガス−液体反応方法を使用することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項８】
補足エネルギを有するバイ−エネルギモードで作用する熱力学的サイクルは、化石エネルギによる空気の加熱による温度上昇により作用容量部において行なわれるエネルギ保存を伴う仕事無しの等温膨張と、仕事を伴う準等温膨張として知られる非常に僅かな膨張と、エンジンシリンダにおける仕事を伴うポリトローブ膨張と、最後に大気圧で排気とを特徴としており、５つの次々の行程、すなわち、
等温膨張と、
温度上昇と、
移送−準等温膨張として知られる仕事を伴う僅かな膨張と、
仕事を伴うポリトローブ膨張と、
常圧での排気と
を表していることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項９】
エンジンのトルクおよび速度は、作用容量部内の圧力を制御することにより制御されることを特徴とする前記すべての請求項のうちのいずれか１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１０】
補足エネルギを有するバイ−エネルギモードにおける作動中、電子コンピュータが、圧縮空気の圧力に応じて、従って前記作用容量部に導入された空気の質量に応じて使用されるエネルギの量を制御することを特徴とする前記すべての請求項のうちのいずれか１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１１】
能動チャンバの容積は、シリンダ（１３）内で摺動する圧力ピストンと呼ばれ、連結ロッド（１５）により古来の駆動シーケンスに応じてエンジン（９）のクランクに連結されたピストン（１４）で構成されていることを特徴とする前記すべての請求項のうちのいずれか１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１２】
圧力ピストン（１４）の移動は、チャンバの容積として選択された容積が達成されると、エンジンピストン（１）の下方移動中、圧力ピストン（１４）がその下方移動を終了し、そしてエンジンピストンがその上死点に達するのとほぼ同時にその上死点に達するようにその上方移動を開始するように定められることを特徴とする請求項１１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１３】
使用中に補足エネルギによるエンジンの自発的作動を可能にするために、および／または圧縮空気貯蔵溜め部（２２）が空になると、本発明による能動チャンバエンジンは、コンプレッサ（２７）に連結されて圧縮空気を高圧圧縮空気貯蔵溜め部（２２）に供給することを特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１４】
前記エアコンプレッサ（２７）は、作用容量部（１９）に直接供給し、この場合、エンジンは、コンプレッサ（２７）の圧力を制御することにより制御され、高圧圧縮空気貯蔵溜め部と作用容量部との間の動圧力低減弁（２１）は、遮断されたままであることを特徴とする請求項１３に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１５】
前記連結されたエアコンプレッサ（２７）は、貯蔵溜め部（２２）および作用容量部（１９）に共同で同時に或いは次々に供給することを特徴とする請求項１３または１４に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１６】
作用容量部（１９）が連結されたエアコンプレッサ（２７）によってのみ供給され、高圧圧縮空気貯蔵溜め部が完全に省かれる、化石燃料（または他の燃料）によるモノ−エネルギ作動を特徴とする前記すべての請求項のいずれか１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１７】
膨張後の排気が連結されたエアコンプレッサの入口に再循環されることを特徴とする請求項６および請求項１３ないし１６のいずれか１に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１８】
圧縮空気モノ−エネルギモードで作動する能動チャンバエンジンにおいて、エンジンは、シリンダのサイズを増大する多数の膨張行程を有しており、各行程は、本発明による能動チャンバを有し、先の行程からの排気空気を加熱するために、各行程間に熱交換器が位置決めされていることを特徴とする前記すべての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項１９】
バイ−エネルギモードで作動する能動チャンバエンジンにおいて、各行程間に位置決めされた熱交換器は、細くエネルギで作動する加熱装置を備えていることを特徴とする請求項１８に記載の能動チャンバエンジン。
【請求項２０】
熱交換器および加熱装置は、同じエネルギ源を使用している多行程装置に一緒に或いは別々に組み合わされていることを請求項１８もしくは１９に記載の能動チャンバエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気または任意の他のガスで特に作動するエンジンに関し、特に、モノ−またはバイ−エネルギモードで作動することができる周囲の熱エネルギを回収するための装置とともに、或る時間、ピストンを上死点で停止させるピストン移動制御装置を使用したエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明者は、都会および郊外で全く順調な作動のために圧縮空気を使用した装着とともに駆動装置に関する多くの特許を登録してきた。
【０００３】
ＷＯ９６／２７７３７号    ＷＯ９７／００６５５号  
ＷＯ９７／４８８８４号    ＷＯ９８／１２０６２号    ＷＯ９８／１５４４０号  
ＷＯ９８／３２９６３号    ＷＯ９９／３７８８５号  
これらの発明の実施のために、発明者は、また、参照されるべきであるその特許出願ＷＯ９９／６３２０６号で、ピストンを上死点で停止させることができるエンジンピストン移動制御装置および方法を開示しており、また、参照されるべきである特許出願ＷＯ９９／２０８８１号に述べられている方法は、モノ−エネルギまたはバイ−エネルギおよび２つまたは３つの作動モードによるこれらのピストンの作動に関している。
【０００４】
参照すべきである発明者の特許出願ＷＯ９９／３７８８５号において、発明者は、使用されることができる利用可能なエネルギの量を増大する解決法を提案しており、この解決法は、貯蔵溜め部から直接に或いは周囲熱エネルギ回収装置の熱交換器を経て来る圧縮空気は、エンジンの燃焼および／または膨張チャンバに導入される前に、熱ヒータに送られ、そこで、その温度を上昇させることによって、圧力および／または体積が更に増大され、かくして前記エンジンにより得られることができる性能を著しく高めることを使用している。
【０００５】
化石燃料の使用のもかかわらず、熱ヒータの使用によれば、汚染排気を最小にするために任意の既存の手段により触媒作用されるか、或いは汚染除去されることができるクリーンな連続燃焼を使用することができると言う利点が得られる。
【０００６】
発明者は、モノ−または多エネルギで作動する補足圧縮空気注入式のモータコンプレッサ−モータ発電器ユニットに関する、参照すべきである特許第ＷＯ０３／０３６０８８Ａ
１号を登録した。
【０００７】
圧縮空気で作動し、圧縮空気貯蔵溜め部を備えているこれらの種類のエンジンでは、溜め部内で高い圧力に保持されるが、溜め部が空になるのに従って、圧力が減少する圧縮空気は、エンジンシリンダ内で使用される前に、作用容量部として知られているバッファ容量部内の最終使用圧力として知られている安定な中間圧力まで降下されなければならない。ダイアフラムおよびばねを使用している良く知られている従来の圧力低減弁は、非常に低い流量をもたらし、この用途用のこれらの弁の使用は、非常に重く性能不良の装置を必要としており、更に、これらの弁は、圧力降下中に冷却される空気の湿度に起因して非常に凍結し易い。
【０００８】
この問題を解決するために、発明者は、また、高圧圧縮空気タンクおよび作用容量部を備えている圧縮空気注入エンジン用の可変流量低減弁および分配装置に関する、参照すべきである特許第ＷＯ０３／０８９７６４Ａ１号を登録した。
【０００９】
また、発明者は、一方が圧縮空気入口と連通しており、他方がシリンダに接続されている２つの別体のタンクを備えて、容積が可変の膨張チャンバに関する特許第ＷＯ０２／０７０８７６Ａ１号を登録しておいる。これらのタンクは、排気サイクル中、タンクのうちの第１のタンクに圧縮空気を充填し、次いでピストンが上死点にある間、排気サイクルの終了時に第２のタンク内の圧力を設定し、且つその移動を再開始する前に、２つのタンクが連通状態のままであって、共に圧力を解放してエンジンストロークを行なうように、互いに連結されてもよいし、或いは互いから分離されてもよく、タンクのうちの少なくとも一方は、エンジンの結果的なトルクを等しい圧力で変化させることができるようにタンクの容積を変化させる手段を備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
チャンバの充填は、これらの「圧力低減」エンジンの作動において一般効率に対して常に不利益である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明におけるエンジンは、ピストンを上死点で停止させるための装置を使用している。この装置は、バッファ容量部と呼ばれるバッファタンクを介して高圧貯蔵溜め部に収容された圧縮空気または任意の他の圧縮ガスにより優先的に作動される。バイ−エネルギ態様におけるバッファ容量部は、補足エネルギ（化石または他のエネルギ）により作動される空気加熱装置を備えており、この空気加熱装置は、これを通る空気の温度および／または圧力を上昇させる。
【００１２】
本発明によるエンジンは、一緒に或いは別々に実施される手段により特徴付けられており、詳細には、  
膨張チャンバは、仕事を生じるための手段を備えた可変容積室よりなり、そして永久通路によって主エンジンピストンの上方に設けられた空間に接触状態で接続されており、  
ピストンが上死点で停止されると、所定の圧力下の空気またはガスが、最も小さい容積であるときの膨張チャンバに流入され、この空気の推力下で、仕事を生じることにより膨張チャンバの容積を増大し、  
膨張チャンバは、その最大の容積のすぐ近くに維持され、次いで、収容された圧縮空気が、膨張してエンジンシリンダに入り、かくして仕事を供給することによりエンジンピストンをその移動路に沿って下方に押し下げ、  
エンジンピストンは、排気行程中に上昇し、膨張チャンバ内の可変容積は、その最も小さい容積に戻されて完全な仕事サイクルを再開始する、  
ことを特徴としている。
【００１３】
本発明によるエンジンの膨張チャンバは、仕事に能動的に関与する。本発明によるエンジンは、能動チャンバエンジン（ａｃｔｉｖｅ  ｃｈａｍｂｅｒ  ｅｎｇｉｎｅ）と呼ばれている。
【００１４】
本発明によるエンジンは、有利には、仕事無しで等温圧力低減を行なうことによって使用圧力にある作用容量部に貯蔵溜め部から圧縮空気を供給する動圧力低減弁（ｄｙｎａｍｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｖａｌｖｅ）と呼ばれるＷＯ０３／０８９７６４Ａ１号による可変流量圧力低減弁を備えている。
【００１５】
本発明による熱力学的サイクルは、動圧力低減弁により可能にされる仕事無しの等温膨張と、膨張チャンバが充填されている間に、作用容量部に収容された空気の圧力を使用した仕事を伴う非常に僅かな膨張を伴う移送（例えば、３０５０立方センチメートルの容量では、３０００立方センチメートルの容量）と、膨張チャンバからエンジンシリンダの中への仕事を伴うポリトローブ膨張と、大気への膨張空気の排気により終了すべき温度降下とを特徴としている。
【００１６】
従って、本発明によれば、熱力学的サイクルは、圧縮空気モノ−エネルギモードにおける４つの行程、すなわち、  
仕事無しの等温膨張と、  
移送−準等温膨張として知られる仕事を伴う僅かな膨張と、  
仕事を伴うポリトローブ膨張と、  
常圧での排気と  
よりなる。
【００１７】
本発明によるバイ−エネルギ用途および補足燃料モードにおいて、作用容量部に収容されている圧縮空気は、熱ヒータで補足エネルギにより加熱される。この構成によれば、能動チャンバに導入される前に、圧縮空気が、温度上昇し、その圧力および／または体積が増大して、性能および／または自発性の向上を可能にすることにより、使用および利用可能なエネルギの量を増大することができる。熱ヒータの使用は、汚染排気を最小にするために任意の既存の手段により触媒作用されるか汚染除去されることができるクリーンな連続燃焼を使用することができると言う利点をもたらす。
【００１８】
熱ヒータは、石油、ジーゼルまたは車両ＬＰＧのような化石燃料、生物燃料またはアルコール（エタノール、メタノール）を使用することができ、かくして、温度を上昇させるのにバーナーが使用される場合、外燃焼でバイ-エネルギ作動を達成することができる。
【００１９】
本発明の変形例によれば、ヒータは、有利には、例えばヨーロッパ特許第０３０７２９７Ａ１号および第０３８２５８６Ｂ１号において使用され、記載されているもののような吸収および脱着法に基づいた熱化学的方法を使用しており、これらの方法は、流体、例えば液状アンモニウムが蒸発して塩化カルシウムまたは塩化マンガンのような塩とガス反応することを使用しており、装置は、熱バッテリのように作動する。
【００２０】
本発明の変形例によれば、能動チャンバエンジンは、バーナーなどを備えた熱ヒータ、および先に引用された種類の熱化学的ヒータを備えており、熱化学的ヒータが空になると、ユニットの作動継続中に反応器を加熱するためにバーナー付きのヒータを使用することにより熱化学的ヒータを再生する（行程２）ためにバーナーを使用した熱ヒータが使用される場合、これらのヒータは、熱化学的ヒータの行程１中、共同で或いは次々に使用されることができる。
【００２１】
燃焼ヒータが使用される場合、本発明による能動チャンバエンジンは、外燃エンジンと呼ばれる外燃チャンバエンジンである。しかしながら、前記ヒータにおける燃焼は、いずれも、作動用圧縮空気に炎を直接当てる点で内燃式であることができ、その場合、エンジンは、「外−内燃」式であると言われ、或いは前記ヒータの燃焼は、エンジンが「外−内燃」式であると言われる場合、熱交換器を介して作動用空気を加熱することによる外燃式である。
【００２２】
補足エネルギによる作動モードでは、熱力学的サイクルは、５つの行程、すなわち、  
等温膨張と、  
温度上昇と、  
移送−準等温膨張として知られる仕事を伴う僅かな膨張と、  
仕事を伴うポリトローブ膨張と、  
常圧での排気と  
よりなる。
【００２３】
エンジンサイクルに関するかぎり、能動チャンバの仕事サイクルの３つの行程、すなわち、  
エンジンピストンが上死点で停止されると、能動チャンバへ装入物を流入させて能動チャンバの容積を増大することにより仕事を生じる行程、  
エンジンピストンの膨張移動中、膨張チャンバの実際の容積である所定の容積に維持する行程、  
エンジンピストンの排気行程中、サイクルを更新することができるように能動チャンバをその最小の容積に再生する行程  
を行なうのに使用されるあらゆる機械的、油圧式、電気的または他の装置が、前記本発明の原理を変えることなしに使用されてもよい。
【００２４】
優先的には、能動チャンバとして知られている可変容積膨張チャンバは、連結ロッドによりエンジンのクランクに接続され、シリンダ内で摺動する圧力ピストンとして知られているピストンにより形成されている。このピストンは、２行程シーケンス、すなわち、下方移動および上方移動を定めている旧式の設計である。
【００２５】
前記エンジンピストンは、これを上死点で停止させるための装置により制御され、それにより３行程のシーケンス、すなわち、上方移動、上死点での停止および下方移動を定める。
【００２６】
エンジンを本発明により設定することができるために、圧力ピストンとエンジンピストンとの移動は異なり、圧力ピストンの移動は、より長く、そして以下のように予め定められている。すなわち、圧力ピストンの下方移動中、「膨張チャンバの実際の容積」であるように選択される容積が達せられると、エンジンピストンの下方移動が開始し、この下方移動中、圧力ピストンがそれ自身の下方移動を継続し、そして終了し（かくして仕事を生じ）、次いでその上方移動を開始し、その一方、より短く速い移動のエンジンピストンは、両方のピストンが大まかに同時にそれらの死点に達するように、その上方移動において圧力ピストンを捕獲するようになっている。なお、圧力ピストンの上方移動の開始時、圧力ピストンは、消極的な仕事を受け、この消極的な仕事は、実際、圧力ピストンの下方移動の終了時に追加の積極的な仕事により補償されている。
【００２７】
圧縮空気モードで作動中、例えば、汚染なしに都会で走行している車両では、高圧溜め部に貯蔵された圧縮空気の圧力のみが使用され、（化石燃料など）補足エネルギモードでのバイ−エネルギ作動において、例えば、最小の汚染で見通しの良い道路で走行している車両では、作用容量部を通る空気の温度を上昇させ、その結果、この空気の使用可能な体積および／または圧力を増大し、かくして良好な性能および／または自発性をもたらすために、作用容量部の加熱が必要とされる。
【００２８】
本発明によれば、エンジンは、作用容量部内の圧力を制御することによりトルクおよび速度に関して制御され、これは、有利には、動圧力低減弁を使用して達成される。エンジンが補足エネルギ（化石燃料など）を伴うバイ−エネルギモードで作動する場合、電子コンピュータが、前記作用容量部内の圧力に応じて得られる補足エネルギの量を制御する。
【００２９】
本発明の変形例によれば、補足エネルギでのエンジンの使用中、および／または圧縮空気貯蔵溜め部が空のときにエンジンの自発的作動を可能にするために、本発明による能動チャンバエンジンは、エアコンプレッサに連結されて圧縮空気を高圧圧縮空気貯蔵溜め部に供給する。
【００３０】
かくして装備されたバイ−エネルギ能動チャンバエンジンは、例えば、都心車両として、高圧貯蔵溜め部に収容された圧縮空気での無汚染作動を使用することにより、普通、２つのモードで作動し、見通しの良い道路では、例として、空気を高圧貯蔵溜め部に再供給するためにエアコンプレッサを使用しながら、化石燃料または他のエネルギ源により供給される熱ヒータによる補足エネルギモードで作動する。
【００３１】
本発明の他の変形例によれば、エアコンプレッサは、作用容量部に直接供給する。この場合、エンジンは、コンプレッサの圧力を制御することにより制御され、高圧貯蔵溜め部と作用容量部との間の動圧力低減弁は、遮断されたままである。
【００３２】
これらの構成の他の変形例によれば、エアコンプレッサは、高圧溜め部または作用容量部のいずれかに、或いは両容積部に共同で供給する。
【００３３】
本発明によれば、バイ−エネルギ能動チャンバエンジンは、事実上、３つの主作動モード、すなわち、  
モノ−エネルギ圧縮空気  
バイ−エネルギ圧縮空気プラス補足エネルギ  
補足燃料エネルギでのモノ−エネルギ  
のモードを有している。
【００３４】
また、能動チャンバエンジンは、前述のように作用容量部に供給するエアコンプレッサに取付けられる場合、化石燃料または他の燃料によるモノ−エネルギ式に製造されてもよく、その場合、高圧圧縮空気貯蔵溜め部は簡単に取外される。
【００３５】
外−内燃を使用する補足エネルギモードでの作動の場合、能動チャンバエンジンからの排気は、コンプレッサの入口に再循環されることができる。
【００３６】
本発明の変形例によれば、エンジンは、各々が本発明による能動チャンバを備えている多膨張行程で構成されている。熱交換器が各行程間に位置決めされており、この熱交換器は、圧縮空気を使用するモノ−エネルギ作動のために先の行程からの排気空気を加熱し、および／または加熱装置がバイ−エネルギ作動のために補足エネルギを使用する。各次の行程の変位は先の行程の変位より大きい。
【００３７】
モノ−エネルギ圧縮空気エンジンでは、第１のシリンダにおける膨張が温度を低下させたとき、空気の加熱は、有利には、常温での空気-空気熱交換器を使用してなされる。
【００３８】
補足エネルギを使用するバイ−エネルギエンジンでは、空気は、例えば化石燃料を使用する熱ヒータで補足エネルギを使用して加熱される。
【００３９】
この構成の変形例によれば、各行程後、排気空気は、たった１つの燃焼源を使用するために幾つかの行程で単一のヒータに差し向けられる。
【００４０】
熱交換器は、空気-空気交換器または空気−液体または任意の他の交換装置または所望の効果を生じるガス生成交換器であることができる。
【００４１】
本発明による能動チャンバエンジンは、陸上エンジン、海上エンジン、鉄道エンジンまたは航空エンジン全てに使用されることができる。また、本発明による能動チャンバエンジンは、有利には、発電機セットにおける用途、および電気の発生、加熱および空調を行なう多くの家庭用熱電併用用途がある。
【００４２】
本発明の他の目的、利点および特徴は、添付図面の示される種々の可能だが、非限定の構成の説明を読むとわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ＨＰ空気供給装置を有する能動チャンバエンジンの横断面概略図である。
【図２】本発明によるエンジンの異なる作動行程の横断面概略図である。
【図３】本発明によるエンジンの異なる作動行程の横断面概略図である。
【図４】本発明によるエンジンの異なる作動行程の横断面概略図である。
【図５】圧力ピストンおよびエンジンピストンの移動シーケンスの比較曲線を表す図である。
【図６】圧縮空気を使用するモノ−エネルギモードにおける熱力学的サイクルのグラフである。
【図７】燃焼により空気を加熱する装置よりなるＨＰ空気供給装置を備えて能動チャンバエンジンの横断面概略図である。
【図８】圧縮空気および補足エネルギを使用するバイ−エネルギモードにおける熱力学的サイクルのグラフである。
【図９】自発的作動のためにエアコンプレッサに連結された本発明による能動チャンバエンジンの概略図である。
【図１０】貯蔵溜め部および作用容量部に供給するエアコンプレッサに連結された本発明による能動チャンバエンジンの概略図である。
【図１１】２つの膨張行程を備えている本発明による能動チャンバエンジンの概略図である。
【図１２】化石燃料を使用するモノ−エネルギモードにおける本発明による能動チャンバエンジンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、ピストン１が中で摺動する（上死点で表される）エンジンシリンダを有し、このピストンは、圧力レバーにより制御されるシリンダ２内で摺動する本発明に係る能動チャンバエンジンを示している。このピストン１は、アーム３により構成された圧力レバーの自由端部１Ａにピンにより接続されている。このアーム３は、固定ピン６に揺動可能に装着された他のアーム４に共通のピン５により枢支されている。これらアーム３、４に共通の前記ピン５には、制御連結ロッド７が接続されている。このロッドは、軸線１０上で回転するクランク９のクランクピン８に連結されている。クランクが回転すると、制御連結ロッド７は、圧力レバーのアーム３、４の共通のピン５に力を及ぼし、かくしてピストン１をシリンダ２の軸線に沿って移動させ、そしてエンジンストローク中にピストン１に及ぼされた力をクランク９に伝達し、かくしてクランクを回転させる。エンジンシリンダは、その上部分における通路１２を介して能動チャンバシリンダ１３と連結されている。この能動チャンバシリンダ内で、連結ロッド１５によりクランク９のクランクピン１６に連結された（圧力ピストンとして知られている）ピストン１４が摺動する。弁１８により制御される吸気ダクト１７が、通路１２を遮断解除してエンジンシリンダ２および能動チャンバシリンダ１３を連結し、そして作用圧力に維持されている、作用容量部１９からの圧縮空気をエンジンに供給し、作用容量部１９自身には、高圧力貯蔵溜め部２２から動圧低減弁２１により制御されるダクト２０を通して圧縮空気が供給されてる。排気弁２４により制御される排気ダクト２３が、シリンダ２の上部分に設けられている。
【００４５】
アクセルペダルにより制御される装置が、動圧低減弁２１を制御して能動チャンバ内の圧力を調整し、かくしてエンジンを制御する。
【００４６】
図２は、吸気行程中の本発明による能動チャンバエンジンの横断面概略図である。エンジンピストン１は、その上死点で停止され、吸気弁１８は、開放されたばかりであり、作用容量部１９に収容されていた圧力空気は、能動チャンバ１３のシリンダを満たしながら、圧力ピストン１４を押し戻し、連結ロッド１５を介してクランク９を回転させることにより仕事を生じさせる。この仕事は、準一定の圧力で生じられるときに顕著である。クランクの回転を続けると、クランクは、エンジンピストン１をその下死点に向けて変位させ、ほとんど同時に、吸気弁１８は再び閉じられる。能動チャンバ内の圧力が増大してエンジンピストン１を押し、それによりアーム３、４および制御連結ロッド７で構成された駆動系組立体を介してクランク９の回転を引起こすことにより仕事を生じる。エンジンピストン１のこのサイクル中、圧力ピストンは、その移動を下死点まで続け、次いでその上死点に向けて戻り始める。エンジンピストンが停止され、圧力ピストンがそのサイクルを再開始すると、これらのピストンが、それらの上方移動（図４）中、ほとんど同時にそれらの上死点に達するように、構成部品すべてが調整されている。２つのピストンの上方移動中、排気弁２４は、排気ダクト２３を通して膨張された圧縮空気を除去するために開放されている。
【００４７】
図５は、ピストンの移動の比較曲線の傾きを示しており、この図において、クランクの回転は、ｘ軸に示されており、圧力ピストンおよびエンジンピストンの変位は、それらの上死点からそれらの下死点まで、そして再び戻るまでｙ軸に示されている。本発明によれば、圧力ピストンの移動は、エンジンピストンの移動より大きい。このグラフは、４つの主行程に分割されている。行程Ａ中、エンジンピストンは、その上死点に維持され、圧力ピストンは、仕事を生じるその下方移動の主部分を行なう。次いで、行程Ｂでは、エンジンピストンは、仕事を生じるその膨張移動を行い、その一方、圧力ピストンは、仕事を生じるその下方移動が終わる。圧力ピストンがその下死点に達すると（行程Ｃ）、エンジンピストンは、その下方移動を続け、圧力ピストンは、その上方移動を開始する。なお、この行程中、圧力ピストンは、消極的な仕事を受け、この仕事は、行程Ｂ中に追加の積極的な仕事により補償される。行程Ｄにおいて、２つのピストンは、ほとんど同時にそれらの上死点に達して新たなサイクルを再開始する。行程Ａ、Ｂ、Ｃ中、エンジンは、仕事を生じさせる。
【００４８】
図６は、圧縮空気モノ−エネルギモードにおける熱力学的サイクルのグラフを示しており、この図では、本発明による能動チャンバエンジンを構成する種々の容量部におけるサイクルの種々の行程がｘ軸に示されており、圧力がｙ軸に示されている。貯蔵溜め部である第１の容量部では、貯蔵圧力Ｐｓｔから初めの作用圧力ＰＩＴまでの等温曲線のネットワークが示されており、貯蔵圧力は、溜め部が空になると、低下し、その一方、圧力ＰＩＴは、所望のトルクに応じて最小の作動圧力と最大の作動圧力との間、ここでは、例えば、１０バールと３０バールとの間に制御される。作用容量部では、能動チャンバの充填中、圧力はほとんど同じままである。吸気弁が開放されると、作用容量部に収容されている圧縮空気は、能動チャンバに移送されて仕事を生じ、僅かな圧力低下を伴い、例えば、３０００ｃｍ３の作用容量および３５ｃｍ３の能動チャンバの場合、圧力降下は、１．１６％であり、それでも、例として、３０バールの初めの作用圧力では、２９.６５バールの実際の作用圧力である。次いで、エンジンピストンは、ポリトローブ膨張を伴うその下方移動を開始し、それにより仕事を生じ、排気弁が開放されまで圧力の低下を伴い、その後、新たなサイクルを開始するために大気圧まで戻る。
【００４９】
図７は、補足エネルギを有するバイエネルギ態様におけるエンジンおよびその組立体を示しており、作用容量部１９内には、補足エネルギを使用して圧縮空気を加熱するための装置、ここでは、ガスシリンダ２６により供給されるバーナー２５を示している。従って、この図に示される燃焼は、外-内燃焼であり、貯蔵溜め部からの圧縮空気の体積および／または圧力を著しく増大させることができる。
【００５０】
図８は、圧縮空気／補足エネルギ式のバイエネルギモードにおける熱力学的サイクルのグラフを示しており、この図では、本発明による能動チャンバエンジンを構成する種々の容量部におけるサイクルの種々の行程がｘ軸に示されており、圧力がｙ軸に示されている。貯蔵溜め部である第１の容量部では、貯蔵圧力Ｐｓｔから初めの作用圧力ＰＩＴまでの等温曲線のネットワークが示されており、貯蔵圧力は、溜め部が空になると、低下し、その一方、圧力ＰＩＴは、所望のトルクに応じて最小の作動圧力と最大の作動圧力との間、ここでは、例えば、１０バールと３０バールとの間に制御される。作用容量部では、圧縮空気の加熱により、例えば、３０バールのＰＩＴの場合、圧力を初めの圧力ＰＩＴから最終の作用圧力ＰＦＴまで著しく増大させ、３００度程度の温度上昇は、６０バール程度のＰＦＴを与える。吸気弁が開放されると、作用容量部に収容された圧縮空気は、能動チャンバへ移送されて仕事を生じ、僅かな圧力減少を伴い、例えば、例えば、３０００ｃｍ３の作用容量および３５ｃｍ３の能動チャンバの場合、圧力降下は、１.１６％であり、それでも、例として、６０バールの初めの作用圧力では、５９.３０バールの実際の作用圧力である。次いで、エンジンピストンは、ポリトローブ膨張を伴うその下方移動を開始し、それにより仕事を生じ、（例えば、約４バールで）排気弁が開放されまで圧力の低下を伴い、その後、新たなサイクルを開始するために排気行程中に大気圧まで戻る。
【００５１】
能動チャンバエンジンは、また、化石燃料または他の燃料によりもたらされる補足エネルギを有するバイエネルギモードで自発的に作動し（図９）、このモードでは、本発明により、貯蔵溜め部２２に供給するエアコンプレッサ２７を駆動する。機械の一般作動は、図１ないし図４で先に述べたのと同じである。この構成は、作動中、貯蔵溜め部に追加のエネルギを充填することができるが、コンプレッサに起因して比較的大きなエネルギ損失を生じる。（図面に示されていない）本発明の他の変形例によれば、エアコンプレッサは、作用容量部に供給する。この作動構成では、動圧力低減弁２１は、閉弁状態に保たれ、コンプレッサは、圧縮空気を作用容量部に供給し、圧縮空気は、加熱装置により加熱され、先の大筋で述べたように、能動チャンバ１３に供給するために圧力および／または体積が増大される。エンジンは、その作動大筋において、圧力をコンプレッサにより直接調整することにより制御され、コンプレッサに起因したエネルギ損失は、先の大筋よりも非常に少ない。最後に、本発明の他の変形例（図１０）によれば、コンプレッサは、高圧貯蔵溜め部２２および作用容量部１９にエネルギ要件に応じて同時に或いは次々に供給する。供給を蔵溜め部２２または作用容量部１９いずれかに或いは両方に同時に差し向けるために、二方向弁２８が使用される。この選択は、コンプレッサのエネルギ要件に対するエンジンのエネルギ要件に応じて行なわれ、エンジンに対する要求が比較的低い場合、高圧溜め部に供給され、エンジンに対する要求が高い場合、作用容量部にのみ供給される。
【００５２】
図１１は、圧力レバーにより制御されるピストン１が摺動する（その上死点で示されている）エンジンシリンダ２を備えている第１行程とともに、高圧圧縮空気貯蔵溜め部２２と、動圧力低減弁２１と、作用容量部１９を示している、２つの膨張行程を備えている本発明による能動チャンバエンジンの概略を示している。ピストン１は、そのピンにより、アーム３が不動のピン６に揺動可能に固定された他のアームと共通のピン５に関節接合されて構成された圧力レバーの自由端部１Ａに連結されている。共通のピン５で、制御連結ロッド７が、アーム３、４に連結されており、この制御連結ロッド７は、軸線１０上で回転するクランク９のクランクピン８に連結されている。クランクが回転すると、制御連結ロッド７は、圧力レバーのアーム３、４の共通のピンに力を及ぼし、かくしてピストン１をシリンダ２の軸線に沿って移動させ、そしてエンジンストローク中にピストン１に及ぼされた力をクランク９に伝達し、かくしてクランクを回転させる。エンジンシリンダは、その上部分における通路１２を経て、連結ロッド１５によりクランク９のクランクピン１６に連結された（圧力ピストンとして知られている）ピストン１４が摺動する能動チャンバシリンダ１３と連結されている。弁１８により制御される吸気ダクト１７が、通路１２を遮断解除してエンジンシリンダ２および能動チャンバシリンダ１３を連結し、そして作用圧力に維持された作用容量部１９から圧縮空気をエンジンに供給し、作用容量部１９自身には、高圧力貯蔵溜め部２２から動圧低減弁２１により制御されるダクト２０を通して圧縮空気が供給されている。排気ダクト２３が、圧力レバーにより制御されるピストン１Ｂが摺動するエンジンシリンダ２Ｂを備えているエンジンの第２の行程の入口１７Ｂに熱交換器を介して連結されている。ピストン１Ｂは、そのピンにより、アーム３Ｂが不動のピン６Ｂに揺動可能に固定されている他のアーム４Ｂと共通のピン５Ｂに関節接合されて構成された圧力レバーの自由端部１Ｃに連結されている。アーム３Ｂ、４Ｂに共通のピン５Ｂで、制御連結ロッド７Ｂが、軸線１０上で回転するクランク９のクランクピン８Ｂに連結されている。クランクが回転すると、制御連結ロッド７Ｂは、圧力レバーのアーム３Ｂ、４Ｂの共通のピン５Ｂに力を及ぼし、かくしてピストン１Ｂをシリンダ２Ｂの軸線に沿って移動させ、そしてエンジンストロ−ク中にピストン１Ｂに及ぼされた力をクランク９に伝達し、かくしてクランク９を回転させる。エンジンシリンダは、その上部分における通路１２Ｂを経て、連結ロッド１５Ｂによりクランク９のクランクピン１６Ｂに連結された（圧力ピストンとして知られている）ピストン１４Ｂが摺動する能動チャンバシリンダ１３Ｂと連結されている。弁１８Ｂにより制御される吸気ダクト１７Ｂが、通路１２Ｂを遮断解除してエンジンシリンダ２Ｂおよび能動チャンバシリンダ１３Ｂを連結し、そして圧縮空気をエンジンに供給する。図面を簡単にするために、第２の行程は、第１の行程の横に示されている。たった１つのクランクを使用することが好ましく、第２の行程が第１の行程と同じ長さ方向の平面にあることは言うまでもない。第１のエンジン行程の排気ダクト２３は、空気−空気熱交換器２９を介して第２のエンジン行程の進入ダクト１７Ｂに連結されている。この種類の構成では、第１の行程は、エンジンの膨張の終了時に、排気空気が、空気−空気熱交換器において加熱されて圧力および／体積を増大した後、次の行程を正確に作動するのに十分なエネルギを与える残留圧力を有するように、寸法決めされる。
【００５３】
図１２は、化石燃料で作動するモノ−エネルギ能動チャンバエンジンを示している。このエンジンは、圧縮空気を作用容量部１９に供給するコンプレッサ２７に連結されており、作用容量部１９は、ここでは、ガスシリンダ２６からエネルギが供給されるバーナー２５を有している。この機械の一般作動は先に述べたものと同じである。
【００５４】
圧縮空気の使用を想定して能動チャンバエンジンの作動が説明されている。しかしながら、前述の本発明を変えることなしに、いずれの圧縮ガスが使用されることができる。
【００５５】
本発明は、以上に説明され且つ図示された構成の例に限定されず、前述の材料、制御手段および装置は、同じ結果を生じるように同等のままでありながら、変化してもよい。エンジンシリンダの数、それらの配置、膨張行程の体積および数が、前述の本発明を何ら変えることなしに変化してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年1月13日(2011.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（２）内で摺動する少なくとも１つのピストン（１）を具備しており、このピストンは、上死点で停止するための装置により制御され、前記シリンダには、作用容量部（１９）において作用圧力と呼ばれる平均圧力まで低減される貯蔵溜め部（２２）に収容された高圧の圧縮空気または任意の他のガスが、好ましくは動圧力低減弁を通して供給される、能動チャンバエンジンにおいて、
膨張チャンバが、仕事を生じるための手段を備えた可変容積室よりなり、そして永久通路（１２）によって主エンジンピストンの上方に設けられた空間に接触状態で接続されており、
ピストンが上死点で停止されると、所定の圧力下の空気またはガスが、最も小さい容積のときの膨張チャンバに流入され、所定の圧力下のこの空気の推力により、仕事を生じることにより膨張チャンバの容積を増大し、
膨張チャンバは、その最大の容積のすぐ近くに維持され、次いで、収容された圧縮空気が、膨張してエンジンシリンダに入り、かくして仕事を供給することによりエンジンピストンをその移動路に沿って下方に押し下げ、
排気行程中でのエンジンピストンの上方への移動に従って、膨張チャンバ内の可変容積は、その最も小さい容積に戻されて完全な仕事サイクルを再開始する、
ことを特徴とする能動チャンバエンジン。