(57)【要約】【課題】作動媒体を圧縮するための圧縮ストロークおよび出力ストロークを有している４ストロークの可変体積型の内燃機関を動作させるための改善された方法を提供する。【解決手段】４ストローク可変体積型の改善された内燃機関が、圧縮ストロークの際の作動媒体への実質的な燃料の導入を、作動媒体が実質的に最大の圧力に達するまで避けることによって動作し、さらに（ａ）実質的に一定である体積条件のもとで燃料を燃焼させるプロセス、および（ｂ）圧縮ストロークが 作動媒体に提供する体積よりも大きな体積を、出力ストロークが燃焼生成物に提供するようにするプロセス、の少なくとも一方を利用することによって動作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御可能にシールできる室を有している構造であって、
（ａ）該室を規定する内表面を有しているハウジング部材、および
（ｂ）外表面を有し、少なくとも部分的に該室内に配置される内部部材
を有しており、
該ハウジング部材および該内部部材の少なくとも一方が、該ハウジング部材および該内部部材が該内側部材の該外表面の少なくとも第１の部分を該内表面の第１の部分に近接して位置させることができるようにお互いに対して移動できるように可動であり、
該内側部材の該外表面の該第１の部分および該ハウジング部材の該内表面の該第１の部分の少なくとも一方が、少なくとも１つの流体ダイオードを規定している構造。
【請求項２】
前記少なくとも１つの流体ダイオードを通って一方向に可動であるシール用流体をさらに有している請求項１に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願番号第６０／５３５，８９１号（２００４年１月１２日出願）の優先権および利益を主張する。この出願の全体の開示は、本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、広くは内燃機関に関し、さらに詳しくは、４ストローク可変体積内燃機関および関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
(発明の背景)
この技術分野において知られている従来からの種々の内燃機関（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｅｎｇｉｎｅ：ＩＣＥ）は、ほぼ１５０年になる発展にもかかわらず、依然として低い効率、高レベルの有害な排気、負荷に依存する性能、などの欠点を抱えている。熱エンジンの効率は、一般に、少なくとも部分的には理想的なサイクルの理論熱力学の制約、ならびに理想的なサイクルからのずれ、および可動部品間の摩擦に起因するさらなるエネルギー損失のために、低い。典型的には、燃料の化学的エネルギーのうち、有用な仕事に変換されるのは、最大でもわずか３０％である。約４０％は、冷却水によって熱として取り去られ、残りの３０％は、排気ガスとともに失われる。
【０００４】
さらに、未燃焼の燃料、ＮＯｘ、およびその他の環境および人間にとって有害な種々のガスが、主として燃焼プロセスを制御する能力がきわめて限られているために、エンジンの動作の副産物として形成される。さらに、熱エンジンの効率は、狭い範囲の出力負荷に最適化されている。現実には、これらのエンジンが、このような最適範囲で動作することは稀であり、結果として動作効率が低下する。
【０００５】
ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする２００３年２月２６日付の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５７４９号（特許文献１）に開示されているＬＰＰＥエンジンは、いくつかの重要な利点を有しているものの、各サイクルにおいて大量の水を押さなければならず、コンピュータ制御が必要であるなど、いくつかの欠点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第０３／０７４８４０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
混成サイクル燃焼エンジン（ＨＣＣＥ）および関連の方法を実施する本発明の種々の実施形態が、従来技術のアプローチにつきものの問題のいくつかに対して、解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の要旨）
【０００９】
一般的に言うと、一態様において、本発明は、作動媒体を圧縮するための圧縮ストロークおよび出力ストロークを有している４ストロークの可変体積型の内燃機関を動作させるための改善された方法に関する。本発明のこの態様の重要な特徴は、作動媒体が実質的に最大の圧力に達するまで、圧縮ストロークの際の作動媒体への実質的な燃料の導入を避けることを含んでいる。本発明のこの態様の種々の実施形態は、圧縮ストロークによって、作動媒体に燃料が加えられたときに自発点火を生じるような作動媒体の圧力を生み出すようにすることを含んでいる。さらに、本発明のこの態様のいくつかの実施形態は、
（ａ）実質的に一定である体積条件のもとで燃料を燃焼させる工程、および
（ｂ）圧縮ストロークが作動媒体に提供する体積よりも大きな体積を、出力ストロークが燃焼生成物に提供するようにする工程
の少なくとも一方を含んでいる。さらなる関連の実施形態においては、プロセス（ａ）および（ｂ）の両方が使用される。随意により出力ストロークは、「往復回転」ピストン（後述の定義による）などの往復式でない部材によって実行される。さらに、随意により圧縮ストロークが、往復回転ピストンなどの往復式でない部材によって実行される。
【００１０】
一般的に、他の態様において、本発明は、
（ａ）導入された作動媒体の体積を減少させるための圧縮室を少なくとも部分的に規定している第１のハウジング、
（ｂ）少なくとも部分的に上記第１のハウジング内に配置され、前記作動媒体を受け取るべく前記圧縮室と周期的に連通する少なくとも１つの燃焼室を規定している第２のハウジング、
（ｃ）燃料媒体を前記燃焼室へと導入するための手段、および
（ｄ）前記燃焼室において前記作動媒体に混合された前記燃料媒体が燃焼する際に生成される副生成物の体積を増加させるため、前記燃焼室と周期的に連通する膨張器室を少なくとも部分的に規定している第３のハウジング
を有している内燃機関を特徴とする。
【００１１】
随意により、この機関は、作動媒体を前記燃焼室へと導くため、少なくとも部分的に前記圧縮室内に配置された第１の可動部材を有している。第１の可動部材が、前記圧縮室内に少なくとも２つの副室を規定することができ、これらの副室が、可変の体積を特徴としている。第１の可動部材は、随意により、回転ピストン、往復ピストン、または往復回転ピストンであってよい。さらに、随意により、前記第２のハウジングおよび第１の可動部材の少なくとも一方が、例えば流体ダイオードなど、前記燃焼室を制御可能にシールするための手段を有している。
【００１２】
関連の実施形態において、この機関は、流体媒体を前記圧縮室、前記燃焼室、および前記膨張器室のうちの少なくとも１つへと導入するための手段を備えている。随意により、この機関は、前記膨張器室から前記流体媒体を回収し、燃料媒体の燃焼の熱を前記燃焼室への導入に先立って増加させるための熱交換器を備えている。
【００１３】
代案として、あるいは追加として、この機関は、少なくとも部分的に前記膨張器室内に配置された第２の可動部材を有しており、この第２の可動部材が、前記燃焼室から進入する前記燃焼副生成物に対抗する。第１の可動部材の場合と同様、第２の可動部材が、前記膨張器室内に少なくとも２つの副室を規定することができ、これらの副室が、可変の体積を特徴としている。第２の可動部材は、随意により、回転ピストン、往復ピストン、または往復回転ピストンであってよい。
【００１４】
さらなる関連の実施形態においては、前記第２のハウジングが、前記第１のハウジングおよび前記第３のハウジングの少なくとも一方に対して回転可能である。前記第１のハウジングおよび前記第３のハウジングは、随意により、単一のハウジング構造であってよい。同様に、前記圧縮室および前記膨張器室を、可変の体積を特徴とするただ１つの室として実現できる。
【００１５】
一般的に、さらに他の態様においては、
（ａ）導入された作動媒体の体積を減少させるための圧縮室を少なくとも部分的に規定している第１のハウジング、
（ｂ）前記作動媒体を燃焼室へと導くため、少なくとも部分的に前記圧縮室内に配置された第１の可動部材
（ｃ）少なくとも部分的に前記第１のハウジング内に配置され、前記作動媒体を受け取るべく前記圧縮室と周期的に連通する少なくとも１つの燃焼室を規定している第２のハウジング、
（ｄ）燃料媒体を前記燃焼室へと導入するための手段、
（ｅ）前記燃焼室において前記作動媒体に混合された前記燃料媒体が燃焼する際に生成される副生成物の体積を増加させるため、前記燃焼室と周期的に連通する膨張器室を少なくとも部分的に規定している第３のハウジング、および
（ｆ）少なくとも部分的に前記膨張器室内に配置され、前記膨張器室から進入する前記副生成物に対抗する第２の可動部材
を備え、
前記第１のハウジング、前記第２のハウジング、前記第１の可動部材、および前記第２の可動部材のうちの少なくとも１つが、前記圧縮室、前記燃焼室、および前記膨張器室のうちの少なくとも１つを制御可能にシールする少なくとも１つの流体ダイオードを規定している内燃機関が提供される。
【００１６】
本発明のこの態様の種々の実施形態においては、この機関が、前記少なくとも１つの流体ダイオードを通って一方向に可動であるシール用流体を含んでいる。
【００１７】
本発明のさらに他の態様においては、制御可能にシールできる室を有している構造が提供される。この構造は、前記室を規定する内表面を有しているハウジング部材と、外表面を有し、少なくとも部分的に前記室内に配置される内部部材とを備えており、前記ハウジング部材および前記内部部材の少なくとも一方が、前記ハウジング部材および前記内部部材が前記内側部材の前記外表面の少なくとも第１の部分を前記内表面の第１の部分に近接して位置させることができるようにお互いに対して移動できるように可動であり、前記内側部材の前記外表面の前記第１の部分および前記ハウジング部材の前記内表面の前記第１の部分の少なくとも一方が、少なくとも１つの流体ダイオードを規定している。随意により、前記少なくとも１つの流体ダイオードを通って一方向に可動であるシール用流体を設けてもよい。
【００１８】
さらに他の態様においては、一般的に、本発明は、
（ａ）第１の体積値を特徴とする圧縮室へと作動媒体を導入する工程、
（ｂ）前記作動媒体の体積を第２の体積値へと制御可能に減少させて、前記作動媒体を圧縮する工程、
（ｃ）燃料媒体を前記圧縮済みの作動媒体に組み合わせて、前記燃料媒体と前記圧縮済みの作動媒体とからなる第３の体積値を特徴とする燃焼可能混合物を得る工程、
（ｄ）前記混合物を燃焼させ、或る体積の燃焼副生成物を生み出す工程、および
（ｅ）前記混合物の燃焼の際に生成される前記燃焼副生成物の体積を、前記第３の体積値以下に保つ工程
を包含するエネルギー変換のための方法を特徴とする。
【００１９】
本発明のこの態様による方法は、随意により、前記燃焼副生成物の体積を前記第１の体積値を超える第４の体積値まで増加させる工程を包含しており、この前記燃焼副生成物の体積を増加させる工程が、前記燃焼副生成物を前記第４の体積値を特徴とする膨張室へと移す工程を包含する。
【００２０】
作動媒体は、空気、または空気と燃料媒体とからなる可燃性でない混合物であってよい。随意により、前記作動媒体が実質的に等温で圧縮されるよう、前記作動媒体の温度を調節することができる。さらに、随意により、圧縮の際に前記作動媒体へと水などの流体媒体を加えることができる。この方法を、前記燃焼副生成物の温度を低下させる一方で、前記燃料媒体を前記圧縮済みの作動媒体に組み合わせる前に、前記燃料媒体の燃焼の熱を増加させる工程を包含するように実現することができる。
【００２１】
さらなる関連の実施形態においては、前記第２の体積値が前記第３の体積値に等しく、前記作動媒体の体積を制御可能に減少させる工程が、前記作動媒体を前記第３の体積値を特徴とする燃焼室へと移す工程を包含することができる。代案として、あるいは追加として、前記混合物を燃焼させる工程が、前記燃料媒体と前記圧縮済みの作動媒体とからなる前記混合物に点火する工程を包含することができる。随意により、前記燃焼副生成物の体積を保つ工程が、前記混合物へと流体媒体を加える工程を包含することができる。
すなわち、本発明は以下を特徴とする。
（項目１）
エネルギー変換のための方法であって、
（ａ）第１の体積値を特徴とする圧縮室へと作動媒体を導入する工程、
（ｂ）該作動媒体の体積を第２の体積値へと制御可能に減少させて、該作動媒体を圧縮する工程、
（ｃ）燃料媒体を該圧縮済みの作動媒体に組み合わせて、該燃料媒体と該圧縮済みの作動媒体とからなる第３の体積値を特徴とする燃焼可能混合物を得る工程、
（ｄ）該混合物を燃焼させ、或る体積の燃焼副生成物を生み出す工程、および
（ｅ）該混合物の燃焼の際に生成される該燃焼副生成物の体積を、該第３の体積値以下に保つ工程
を包含する方法。
（項目２）
工程（ｅ）の後に、
前記燃焼副生成物の体積を、前記第１の体積値を超える第４の体積値まで増加させる工程をさらに包含する項目１に記載の方法。
（項目３）
前記燃焼副生成物の体積を増加させる工程が、該燃焼副生成物を前記第４の体積値を特徴とする膨張室へと移す工程を包含する項目２に記載の方法。
（項目４）
前記作動媒体が、空気ならびに空気と燃料媒体とからなる可燃性でない混合物からなる群から選択される項目１に記載の方法。
（項目５）
工程（ｂ）が、前記作動媒体が実質的に等温で圧縮されるよう、該作動媒体の温度を調節する工程をさらに包含する項目１に記載の方法。
（項目６）
工程（ｂ）および工程（ｃ）の少なくとも一方が、前記作動媒体に流体媒体を加える工程を包含する項目５に記載の方法。
（項目７）
前記流体媒体が水を含んでいる項目６に記載の方法。
（項目８）
工程（ｄ）の後に、
前記燃焼副生成物の温度を低下させる一方で、前記燃料媒体を前記圧縮済みの作動媒体に組み合わせる前に、該燃料媒体の燃焼の熱を増加させる工程
をさらに包含する項目７に記載の方法。
（項目９）
前記第２の体積値が、前記第３の体積値に等しい項目１に記載の方法。
（項目１０）
工程（ｂ）が、前記作動媒体を前記第３の体積値を特徴とする燃焼室へと移す工程を包含する項目９に記載の方法。
（項目１１）
工程（ｄ）が、前記燃料媒体と前記圧縮済みの作動媒体とからなる前記混合物に点火する工程を有している項目１に記載の方法。
（項目１２）
工程（ｅ）が、前記燃焼副生成物の体積を減少させる工程を包含する項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記工程（ｅ）が、前記燃焼副生成物の体積へと流体媒体を加える工程を包含する項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記流体媒体が水を含んでおり、前記作動媒体が、空気ならびに空気と燃料媒体とからなる可燃性でない混合物からなる群から選択される項目１３に記載の方法。
（項目１５）
（ａ）導入された作動媒体の体積を減少させるための圧縮室を少なくとも部分的に規定している第１のハウジング、
（ｂ）少なくとも部分的に前記第１のハウジング内に配置され、該作動媒体を受け取るべく該圧縮室と周期的に連通する少なくとも１つの燃焼室を規定している第２のハウジング、
（ｃ）燃料媒体を該燃焼室へと導入するための手段、および
（ｄ）該燃焼室において該作動媒体に混合された該燃料媒体が燃焼する際に生成される副生成物の体積を増加させるため、該燃焼室と周期的に連通する膨張器室を少なくとも部分的に規定している第３のハウジング
を有している内燃機関。
（項目１６）
前記作動媒体を前記燃焼室へと導くため、少なくとも部分的に前記圧縮室内に配置された第１の可動部材をさらに有している項目１５に記載の機関。
（項目１７）
前記第１の可動部材が、前記圧縮室内に少なくとも２つの副室を規定しており、該副室が、可変の体積を特徴としている項目１６に記載の機関。
（項目１８）
前記第１の可動部材が、回転ピストン、往復ピストン、および往復回転ピストンからなる群から選択される項目１６に記載の機関。
（項目１９）
前記第２のハウジングおよび前記第１の可動部材の少なくとも一方が、前記燃焼室を制御可能にシールするための手段を有している項目１６に記載の機関。
（項目２０）
前記第１の可動部材へと機械的に接続された第１の駆動機構をさらに有している項目１６に記載の機関。
（項目２１）
流体媒体を前記圧縮室、前記燃焼室、および前記膨張器室のうちの少なくとも１つへと導入するための手段をさらに有している項目１５に記載の機関。
（項目２２）
前記膨張器室から前記流体媒体を回収し、前記燃料媒体の燃焼の熱を前記燃焼室への導入に先立って増加させるための熱交換器をさらに有している項目２１に記載の機関。
（項目２３）
さらに、前記膨張器室から進入する前記副生成物に対抗する第２の可動部材を、少なくとも部分的に該膨張器室内に配置して有している項目１５に記載の機関。
（項目２４）
前記第２の可動部材が、前記膨張器室内に少なくとも２つの副室を規定しており、該副室が、可変の体積を特徴としている項目２３に記載の機関。
（項目２５）
前記第２の可動部材が、回転ピストン、往復ピストン、および往復回転ピストンからなる群から選択される項目２４に記載の機関。
（項目２６）
前記第２の可動部材へと機械的に接続された第２の駆動機構をさらに有している項目２４に記載の機関。
（項目２７）
前記第２のハウジングが、前記第１のハウジングおよび前記第３のハウジングの少なくとも一方に対して回転可能である項目１５に記載の機関。
（項目２８）
前記第１のハウジングおよび前記第３のハウジングが、単一のハウジング構造を構成している項目１５に記載の機関。
（項目２９）
前記圧縮室および前記膨張器室が、可変の体積を特徴とするただ１つの室を構成している項目１５に記載の機関。
（項目３０）
（ａ）導入された作動媒体の体積を減少させるための圧縮室を少なくとも部分的に規定している第１のハウジング、
（ｂ）該作動媒体を燃焼室へと導くため、少なくとも部分的に該圧縮室内に配置された第１の可動部材
（ｃ）少なくとも部分的に該第１のハウジング内に配置され、該作動媒体を受け取るべく該圧縮室と周期的に連通する少なくとも１つの燃焼室を規定している第２のハウジング、（ｄ）燃料媒体を該燃焼室へと導入するための手段、
（ｅ）該燃焼室において該作動媒体に混合された該燃料媒体が燃焼する際に生成される副生成物の体積を増加させるため、該燃焼室と周期的に連通する膨張器室を少なくとも部分的に規定している第３のハウジング、および
（ｆ）少なくとも部分的に該膨張器室内に配置され、該膨張器室から進入する該副生成物に対抗する第２の可動部材
を有しており、
該第１のハウジング、該第２のハウジング、該第１の可動部材、および該第２の可動部材のうちの少なくとも１つが、該圧縮室、該燃焼室、および該膨張器室のうちの少なくとも１つを制御可能にシールする少なくとも１つの流体ダイオードを規定している内燃機関。
（項目３１）
前記少なくとも１つの流体ダイオードを通って一方向に可動であるシール用流体をさらに有している項目３０に記載の機関。
（項目３２）
制御可能にシールできる室を有している構造であって、
（ａ）該室を規定する内表面を有しているハウジング部材、および
（ｂ）外表面を有し、少なくとも部分的に該室内に配置される内部部材
を有しており、
該ハウジング部材および該内部部材の少なくとも一方が、該ハウジング部材および該内部部材が該内側部材の該外表面の少なくとも第１の部分を該内表面の第１の部分に近接して位置させることができるようにお互いに対して移動できるように可動であり、
該内側部材の該外表面の該第１の部分および該ハウジング部材の該内表面の該第１の部分の少なくとも一方が、少なくとも１つの流体ダイオードを規定している構造。
（項目３３）
前記少なくとも１つの流体ダイオードを通って一方向に可動であるシール用流体をさらに有している項目３２に記載の構造。
（項目３４）
可変体積型であって作動媒体を圧縮するための圧縮ストロークおよび出力ストロークを有している４ストロークの内燃機関を動作させるための改善された方法であって、改善が、・圧縮ストロークを、作動媒体に燃料が加えられたときに自発点火を生じるような作動媒体の圧力を生み出すようにすること、および
・作動媒体が実質的に最大の圧力に達するまで、圧縮ストロークの際の作動媒体への実質的な燃料の導入を避けること
を含んでおり、さらに、
（ａ）実質的に一定である体積条件のもとで燃料を燃焼させるプロセス、および
（ｂ）圧縮ストロークが作動媒体に提供する体積よりも大きな体積を、出力ストロークが燃焼生成物に提供するようにするプロセス
の少なくとも一方を利用することを含んでいる改善された方法。
（項目３５）
改善が、プロセス（ａ）および（ｂ）の両者を利用することを含んでいる項目３４に記載の改善された方法。
（項目３６）
前記出力ストロークが、往復式でない部材によって実行される項目３４に記載の改善された方法。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、破線で示された典型的なオットー・サイクルについての圧力／体積線図、ならびに実線で示されたＨＣＣＥを使用するエンジンについての圧力／体積線図である。
【図２】図２は、本発明の種々の実施形態によるＨＣＣＥのブロック図である。
【図３】図３は、高効率混成サイクル（ＨＥＨＣ）の液体ピストンの実施例である。
【図４】図４は、従来のＩＣＥおよびＨＣＣＥにおけるエネルギーの分配の比較である。
【図５】図５は、ＨＣＣＥについて、さらに詳細なエネルギー平衡対照表を示している。
【図６】図６は、液体ピストンにもとづくＨＣＣＥを示しており、燃焼室がシリンダに統合されている。
【図７】図７は、液体ピストンにもとづくＨＣＣＥを示しており、スタンドアロンの燃焼室を備えている。
【図８】図８は、液体ピストンにもとづくＨＣＣＥを示しており、スタンドアロンの燃焼室を備えている。
【図９】図９は、本発明の一実施形態によるＨＣＣＲの燃焼室／排気／吸入バルブを示している。
【図１０】図１０は、スタンドアロンの燃焼室を備える液体ピストン使用のＨＣＣＥの動作の詳細を示している。
【図１１】図１１は、スタンドアロンの燃焼室を備える液体ピストン使用のＨＣＣＥの典型的な変種を示している。
【図１２】図１２は、液体の量を任意に小さくできるＨＣＣＥの種々の実施形態を示している。
【図１３】図１３は、液体の量を任意に小さくできるＨＣＣＥの種々の実施形態を示している。
【図１４】図１４は、液体の量を任意に小さくできるＨＣＣＥの種々の実施形態を示している。
【図１５】図１５は、液体の量を任意に小さくできるＨＣＣＥの種々の実施形態を示している。
【図１６】図１６は、液体の量を任意に小さくできるＨＣＣＥの種々の実施形態を示している。
【図１７】図１７は、液体の量を任意に小さくできるＨＣＣＥの種々の実施形態を示している。
【図１８】図１８は、液体の量を任意に小さくできるＨＣＣＥの種々の実施形態を示している。
【図１９】図１９は、液体の量を任意に小さくできるＨＣＣＥの種々の実施形態を示している。
【図２０】図２０は、液体の量を任意に小さくできるＨＣＣＥの種々の実施形態を示している。
【図２１】図２１は、本発明のいくつかの実施形態によるＨＣＣＥの大角度振動ピストン設計について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図２２】図２２は、本発明のいくつかの実施形態によるＨＣＣＥの大角度振動ピストン設計について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図２３】図２３は、本発明のいくつかの実施形態によるＨＣＣＥの大角度振動ピストン設計について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図２４】図２４は、本発明のいくつかの実施形態によるＨＣＣＥの大角度振動ピストン設計について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図２５】図２５は、本発明のいくつかの実施形態によるＨＣＣＥの大角度振動ピストン設計について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図２６】図２６は、本発明のいくつかの実施形態によるＨＣＣＥの大角度振動ピストン設計について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図２７】図２７は、ＨＣＣＥの大角度振動ピストン設計の実施形態を示している。
【図２８】図２８は、コンスタントな幅のピストン設計にもとづくＨＣＣＥの特定の実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図２９】図２９は、コンスタントな幅のピストン設計にもとづくＨＣＣＥの特定の実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図３０】図３０は、コンスタントな幅のピストン設計にもとづくＨＣＣＥの特定の実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図３１】図３１は、コンスタントな幅のピストン設計にもとづくＨＣＣＥの特定の実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図３２】図３２は、コンスタントな幅のピストン設計にもとづくＨＣＣＥの特定の実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図３３】図３３は、コンスタントな幅のピストン設計にもとづくＨＣＣＥの特定の実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図３４】図３４は、図２８〜３３のコンスタントな幅のピストンにもとづく設計の種々の実施形態を示している。
【図３５】図３５は、改良されたルーローの三角形状のピストンについて、他に考えられる用途である。
【図３６】図３６は、コンスタントな幅の室の設計にもとづくＨＣＣＥの実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図３７】図３７は、コンスタントな幅の室の設計にもとづくＨＣＣＥの実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図３８】図３８は、コンスタントな幅の室の設計にもとづくＨＣＣＥの実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図３９】図３９は、コンスタントな幅の室の設計にもとづくＨＣＣＥの実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図４０】図４０は、コンスタントな幅の室の設計にもとづくＨＣＣＥの実施形態について、構成の詳細を提示し、動作の原理を説明している。
【図４１】図４１は、シザーズ・ピストン設計にもとづくＨＣＣＥのさらに他の実施形態を示している。
【図４２】図４２は、ＨＥＨＣの４つのストロークにあるピストンの一連の位置を示している。
【図４３】図４３は、運動用シールの用途における流体ダイオードの考え方の適用を説明している。
【図４４】図４４は、種々の種類の流体ダイオード・シール（ＦＤＳ）の詳細を示しており、その通路を液体で満たすことができる。
【図４５】図４５は、ＨＣＣＥの種々の実施形態において、如何にＦＤＳをスタンドアロンの燃焼室のシールに適用できるのかを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面において、同様の参照符号は、種々の図面のすべてを通して、おおむね同じ部品を指し示している。また、図面は必ずしも比例尺ではなく、一般に本発明の原理を説明するために強調がおかれている。以下の説明においては、以下の図面を参照しつつ本発明の種々の実施形態を説明する。
【００２４】
（詳細な説明）
（定義：）
この出願のこの明細書および特許請求の範囲の目的において、以下の用語は、そのようではないことが文脈から明らかである場合を除き、以下に示す意味を有する。
「作動媒体」は、基本的に空気で構成され、あるいは自発着火することができない燃料／空気の混合物を含んでいるガス状混合物である。
「往復回転（ｒｅｃｉｐ‐ｒｏｔａｔｉｎｇ）」は、２つの回転軸を交互に中心とするピストンの回転を含み、かつ同時に全体として往復するピストンの運動の一種である。
「シール流体」は、水、潤滑油、冷却液、冷媒、またはシールの目的に適する他の任意の液体を含む流体である。
「事実上の等温圧縮（または、膨張）」は、ガスまたはガス／蒸気の混合物を圧縮または膨張させるプロセスであって、そのあいだ混合物の温度が実質的に一定に保たれるプロセスである。
「ピストンの運動」は、圧縮機および膨張器のピストンの運動であり、具体的な実施例に応じて、非一様な回転、往復、振動、または往復回転など、複雑な運動を含んでよい。
「燃焼生成物（または、副産物）」は、燃料の燃焼の産物であり、燃焼の過程で生成された水蒸気を含み、随意により、追加で導入される水からの水蒸気を含んでいる。
「低圧挿入機構」は、水および／または燃料で満たされた空洞を含んでいる軸を燃焼室へと回転させることにより、あるいは逆に、水および／または燃料で満たされた静止の空洞へと燃焼室を回転させることにより、水および／または燃料を燃焼室へと導入するための機構である。
「導入された水または燃料」は、低圧挿入機構によって注入または導入された水または燃料である。
「シザーズ（ｓｃｉｓｓｏｒｓ）」または「キャット・アンド・マウス（ｃａｔ  ＆  ｍｏｕｓｅ）」は、角速度の相違に起因して、一方向に回転しているピストンが、同じ方向に回転している他のピストンに一時的に接近し、その後この第２のピストンから離れるようなピストンの構成である。
「ＰＧＭ」は、出力生成モジュールである。
「ＰＣＭ」は、出力変換モジュールである。
「ＥＲＳ」は、随意によるエネルギー回収システムである。
「流体ダイオード・シール（ＦＤＳ）」は、互いに同一直線上で運動する２つの物体間に形成されるシールであり、これら物体の一方または両方が、一方向に移動する流体（漏洩流）のために局所的な高圧を生み出す造作を有しているとき、そのような造作が、漏洩を大幅に少なくし、あるいは実質的になくす可能性を持つ運動用シールとして機能しうる。「混成サイクル燃焼エンジン（ＨＣＣＥ）」は、本発明の種々の実施形態に従って実現され、図１に示した熱力学サイクル図に従って動作する内燃機関である。
【００２５】
（本明細書の実施形態によるＨＣＣＥエンジンの一般的構造）
種々の熱力学サイクルに従って動作する様々な種類のエンジンが多数存在し、それぞれの種類において、さらに多数の変形が存在する。これら様々な種類は、それぞれ他者に対して特有の利点を有するがゆえに存在している。たとえば、ディーゼル・サイクル・エンジンは、オットー・サイクル・エンジン（以下では、「４ストローク」エンジンと称されることもあり、各ストロークは、「吸入」、「圧縮」、「膨張」、および「排気」である）と比べ、両者が同じ圧縮比で運転される場合には効率の点でいくらか劣っているが、ディーゼル・エンジンは、通常はオットー・エンジンより高い圧縮比で動作し、オットー・エンジンよりも効率的になる。エリクソン・サイクル・エンジンならびにスターリング・サイクル・エンジンは、排気エネルギーの一部を回収できるようにするため、オットー・サイクル・エンジンよりも優れているが、これらのエンジンは、製作および保守がきわめて厄介である（したがって、高価につく）。一方、ランキン・サイクル蒸気エンジンは、内燃機関に対するいくつかの利点を提供するが、きわめて大型かつ低速である。
【００２６】
本件出願に記載の実施形態を裏打ちする基本的な考え方は、「高効率混成サイクル（ＨＥＨＣ）」と称される新規かつ大きく改善された熱力学サイクルである。この新規なサイクルは、既知のいくつかのサイクルの最良の特徴を組み合わせている。この新規なサイクルについて、いくつかの実施例が提示される。この新規なサイクルを実現するエンジンは、より高い熱力学的効率ならびに機械的効率（５０％〜６０％の全体効率）を呈し、経済的に製造および保守が可能であり、他のサイクルを用いるエンジンよりも汚染が少ない。
【００２７】
実行される仕事、したがって所与のサイクルの効率は、圧力／体積（ＰＶ）線図によって線引きされる面積に等しい。図１は、典型的なオットー・サイクルについてのＰＶ線図を破線で示すとともに、ＨＥＨＣを使用するエンジンについてのＰＶ線図を実線で示している。このように、効率を高めるために、本明細書に提示の実施形態は、最高の理論効率のいくつかを有するオットー・サイクルについての輪郭曲線を「引き伸ばす」ことによって、ＰＶ線図の面積を大きくする。例えば、ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとするＭ．Ｄａｖｉｄ  Ｂｕｒｇｈａｒｄｔの「Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ｗｉｔｈ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」の３５３頁を参照されたい。図１を参照すると、オットー・サイクルは、エンジンの吸入体積ＶＩｎｔａｋｅおよび約１ａｔｍの大気圧を特徴とする点１において出発する。ここで、ＰＶ線図によって画定される面積、すなわちエンジンの効率を大きくするために実施できるＨＥＨＣのいくつかの特徴を特定する。当然ながら、これらの特徴のうちの任意の１つを実行することで、効率が向上し、これらの特徴のうちのさらに多くを実行することで、さらに効率が向上する。換言すると、本明細書に記載の実施形態の利益のいくつかを実現するために、すべての特徴を実施する必要は必ずしもない。
【００２８】
ＨＥＨＣを実行するエンジンを、以下でさらに詳しく説明するが、そのようなエンジンを「混成サイクル燃焼エンジン」、またはＨＣＣＥと称することにする。ＨＣＣＥは、本明細書の全体を通じて説明され、図面にも示される以下の構成部品を備えている。
【００２９】
（構成部品）
１００  ＰＧＭ（出力生成モジュール）
１１０  圧縮機カバー
１１１  圧縮室への突起
１１３  左側バルブ・ハウジング（円柱形の開口）
１１４  右側バルブ・ハウジング（円柱形の開口）
１１５  軸ハウジング（円柱形の開口）
１２０  振動軸
１２１  圧縮機のピストン
１２２  膨張器のピストン
１２３  駆動カム
１２４  カムフォロワ・ローラ
１２５  案内ローラ
１２６  中央駆動軸
１２７  上部駆動軸
１２８  下部駆動軸
１３０  圧縮機本体
１３１  圧縮室
１３２  圧縮室
１３３  燃焼室
１３４  燃焼室
１３５  一方向空気バルブ
１３６  一方向空気バルブ
１３７  水注入器
１４０  分離器
１４１  空気取り入れ口
１４２  空気取り入れ口
１４３  排気口
１４４  排気口
１４５  空気通路
１４６  排気通路
１５０  外気吸入バルブ
１５１  燃焼生成物移送バルブ
１５２  通路
１５３  左側空気／排気バルブ
１５４  右側空気／排気バルブ
１５５  軸
１５７  排気バルブ
１６１  ラジアル軸受
１６２  ラジアル軸受
１６３  ラジアル軸受
１６４  ラジアル軸受
１７０  膨張器本体
１７１  膨張器室
１７２  膨張器室
１８０  膨張器カバー
１８１  膨張器室への突起
１９１  クランクシャフト
１９２  磁石
２００  ＥＲＳ（エネルギー回収システム）
３００  ＰＣＭ（出力変換モジュール）
（ＨＣＣＥの特徴：）
（１．高い圧縮比）
オットー・サイクル（および、他の典型的な火花点火エンジン）においては、空気／燃料の混合物が圧縮されるが、圧縮は、自己発火の発生という問題を抑える圧力および温度条件までに限られる。より高い比へと圧縮することによってより高い効率が達成できるため、ＨＣＣＥは、典型的には、燃料が存在するならば自己発火が生じると考えられる圧力‐温度条件を超えて、きわめて高い比まで空気を圧縮する。しかしながら、種々の実施形態における圧縮は、空気（または、上記定義による作動媒体）のみであり、燃料は、従来からのディーゼル・サイクルのように、圧縮段階が実質的に完了した後にのみ加えられる。しかしながら、ディーゼル・サイクル・エンジンのアプローチと対照的に、種々のＨＣＣＥの実施形態においては、燃料が実質的に一定の体積条件で燃焼される。
【００３０】
（２．ほぼ等温の圧縮）
等温の圧縮は、所与の量の作動媒体を所与の圧力へと圧縮するために必要な仕事が、断熱圧縮よりも少ない。ほぼ等温の圧縮は、例えば圧縮の際に水を加えるなどにより、圧縮の際に作動媒体を冷却することによって達成できる。
【００３１】
（３．一定体積（定積）または体積を減少させる燃焼）
点火は、ＰＶ線図の点「２」において開始され、点「３」へと続く。好ましくは、これが定積の条件下で生じるべきである。実際のオットー・エンジンにおいては、回転するクランクシャフトに取り付けられているピストンが、燃料の燃焼に要する時間の間に或る距離だけ移動するため、この条件は満足されない。真に定積のプロセスを実現するために、種々のＨＣＣＥの実施形態においては、燃焼が実質的に完了するまでピストンが一時的に停止され、さらに／あるいはエンジンが、燃焼する空気／燃料混合物を別個の燃焼室に隔離するように構成される。
【００３２】
燃焼の際に水などの流体媒体を加えることによって、ＰＶ線図の点３を「左方」に「移動」させることで、作動媒体の体積をさらに減らすことが可能である。水が気化して、燃焼室内の温度を低下させ、したがって燃焼生成物の圧力を低下させる。しかしながら同時に、このようにして追加された水は、気化する水蒸気が液体の水の１４００倍の空間を占めるため、燃焼室内において燃焼生成物によって占められる体積を少なくする。体積の減少は、燃焼生成物の圧力に反対の影響をもたらし、体積が減少すると、燃焼生成物の圧力が高くなる（温度変化がないとき）。したがって、燃焼室への液体水の追加の正味の効果は、おそらくは点３の圧力のわずかな減少であるが、このプロセスにおいて生成される過熱蒸気を、今や燃焼の生成物に加えてこの過熱高圧蒸気を含んでいる作動媒体の膨張という次の段階において、役立てることができる。また、水の気化によって燃焼室が冷却されるため、エンジンの構成においてより安価な材料を使用できるようになる。さらに、温度が低くなることで、望ましくないＮＯｘガスの形成も少なくなる。
【００３３】
（４．膨張ストロークの際の高い圧力）
現代のエンジンにおいては、材料の劣化および溶解を防止するためにシリンダの壁面が冷却される。シリンダの壁面を冷却すると、ＰＶ線図の点「３」および「４」間の曲線が下方へと移り、曲線の下方の全面積にマイナスの影響をもたらす。我々の場合では、燃焼の際に気化する水が、サイクル曲線を上方へと伸ばすうえで役に立つ。壁面の温度を下げるためにさらなる水を加えることができ、生み出されるさらなる蒸気を、さらなる仕事の実行に使用できる。
【００３４】
（５．吸入体積よりも大きい体積への膨張）
図１に示したＰＶ線図の点「４」を、膨張ストロークを伸ばすことによって、すなわち膨張ストロークを、吸入ストロークの際にもたらされる体積よりもかなり大きな体積をもたらすように構成することによって、右方へと移動させることができる。この結果は、燃焼生成物（および、蒸気）を、圧縮ストロークに使用される室よりも大きな体積を有する膨張室へと膨張させることによって、達成できる。このような構成を実現するための１つの方法は、別個の圧縮室および膨張室を利用することであり、さらに／あるいは水が使用される場合には、圧縮室および／または膨張室へと加えられる液体（水）の量を、圧縮時に膨張時よりも多くの液体が存在するように変化させることである。
【００３５】
（６．熱‐化学式回収）
スターリング・サイクルまたはエリクソン・サイクルで行われているように、排気ガスからの熱の一部をシステムへと戻すことによって、さらなる効率を達成することができる。オットー・エンジンまたはディーゼル・エンジンにおいて、そのような熱の移動を、排気ガスからの熱を流入する外気へと伝達する単純な熱交換器を設置することによって技術的には達成可能であるが、実際に検討すると、そのような解決策は、そのような「ガスからガスへ」の熱交換器の体積が不当に大きく、空気の温度がより高くなることでエンジンの出力密度が大きく低下するため、除外される。我々の場合には、圧縮、燃焼、および／または膨張のストロークの際に加えた水を回収するため、排気ガスの温度を１００℃未満に低下させなければならない。しかしながら、我々は、流入空気へと熱を伝達する代わりに、この熱を、上述の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５７４９号に記載のように、ガス状燃料へと伝達する。このアプローチのさらなる利点は、気体状態と液体状態との間の水の相の変化に関連する大量の熱ゆえに、水を現代のＩＣＥに使用されるラジエターの体積と比肩できる体積を占める熱交換器において、熱伝達媒体として使用できる点にある。この実施形態においては、水から回収された熱を、流入ガス状燃料を水素および一酸化炭素へと熱‐化学的に分解させるべく使用することができ、結果として得られる分解済み燃料が、熱‐化学的分解の前よりも大きな燃焼熱を有する。
【００３６】
上述の混成サイクルを可能にするほか、本発明によるエンジンの種々の実施形態においては、ピストンとシリンダとの間の摩擦を小さくすること、およびフォーム・ファクターを小型にすることが望まれる。種々の実施形態において、本発明によるエンジンは、さらに詳しく後述するが、以下の特徴を含むいくつかの特徴を有することができる。
【００３７】
１．空気を１つ以上の燃焼室へと押し込む圧縮機であって、好ましくは動作の前進および戻りストロークの際に、当該圧縮機のピストンの片側において空気が圧縮される一方で、当該圧縮機のピストンの他方の側に外気が入れられるように、空気を１つ以上の燃焼室へと押し込む圧縮機。
【００３８】
２．圧縮機からの高温加圧空気を受け入れるための１つ以上の燃焼室からなる燃焼室一式。これらの燃焼室へと、燃料導入機構によって燃料が導入されるとき、燃焼が開始し、（随意により）完全燃焼が生じるまで継続する。
【００３９】
３．燃焼室へと燃料を挿入する燃料導入機構。この機構は、注入ポンプによって燃料を注入でき、あるいは低圧のガス状燃料を機械式の挿入によって高圧の燃焼室へと挿入できる。機械式の挿入が使用されるとき、それをいくつかの構成で実施することができる。１つの構成は、燃焼室内に位置する軸を、燃料を含んでいるこの軸の空洞が徐々に燃焼室内へと回転するような方法で、回転させることを含む。対照的に、他の構成は、ガス状燃料で満たされた静止の空洞へと燃焼室を回転させることを含む。他の実施形態においては、任意の高圧燃料注入機構を使用することができる。
【００４０】
４．水注入ポンプにて液体水を注入でき、あるいは機械式の挿入によって高圧の燃焼室へと液体水を挿入できる随意による水導入機構。機械式の挿入は、燃料導入機構に関してただいま説明したように実施でき、すなわち燃焼室内に位置する軸を、水を含んでいるこの軸の空洞が徐々に燃焼室内へと回転するような方法で回転させ、あるいは反対に、水で満たされた静止の空洞へと燃焼室を回転させることによって、実施できる。さらに、他の実施形態においては、水を冷却の目的で、圧縮機および／または膨張器の室へと注入または挿入することができる。
【００４１】
５．燃焼室一式からの高圧高温の燃焼生成物および（随意による）高圧蒸気を受け取り、前記燃焼生成物および蒸気を膨張させ、熱および潜在エネルギーを仕事へと変換する膨張器であって、好ましくは動作の前進および戻りストロークの際に、当該膨張器のピストンの片側において燃焼生成物および蒸気を膨張させる一方で、当該膨張器のピストンの他方の側に膨張した燃焼生成物および蒸気が排気される膨張器。膨張器の膨張量は、圧縮機の吸気量より大きいほうが望ましい。これは、膨張器が圧縮機とは別個の体積である場合に、容易に実施できる。他の実施形態においては、圧縮機そのものを膨張器として使用することができる（すなわち、典型的なピストン式のオットー・エンジンまたはディーゼル・エンジンにおいてなされているように、同じ体積を圧縮および膨張の両方に使用できる）。同じ体積が使用される場合でも、圧縮の際に膨張の際よりも多くの液体が室内に存在するならば、膨張器が、圧縮体積よりも大きいガス膨張体積を有することができる。
【００４２】
６．排気に含まれている水を凝縮させ、そのようなプロセスから回収したエネルギーを、燃料を元の燃料よりも大きな燃焼熱を有する水素と一酸化炭素の混合物へと分解するプロセスにおいて、燃料へと伝達する随意による熱‐化学式回収システム。
【００４３】
上述の特徴のすべてを組み合わせた場合にのみ最適な効率が得られるが、本発明の種々の実施形態が、それらのいくつかを省略していてもよいことに、注意すべきである。上述の特徴を実現できる多数の方法を、本発明によって考えることができる。いくつかの典型的な実施形態を、後述する。
【００４４】
図２に、ＨＣＣＥの実施形態の主要なモジュール、すなわち出力生成モジュール（ＰＧＭ）１００、出力変換モジュール（ＰＣＭ）３００、ならびに随意によるエネルギー回収システム（ＥＲＳ）２００、データ取得・制御モジュール（ＤＡＣ）４００を示す。ＥＲＳおよびＤＡＣは、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする上述の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５７４９号に開示されている。
【００４５】
図２を参照すると、圧縮機および膨張器のピストンが、我々が「往復回転」と称している運動を含む複雑な運動を実行できる。一般論として、「定義」の節において、我々は「ピストンの運動」を、接続先の出力軸の実質的に一様な回転運動に関連する往復運動に限定していない。このような定義を念頭に置き、ＰＣＭ３００の機能は、ピストンの運動を出力軸の運動へと変換し、あるいは直製電気エネルギーへと変換することにあり、ピストンとエンジンの壁面との衝突を防止すべく、ピストンの運動の範囲を制限することにあり、さらに随意により、フライホイールの利用によって出力の変動を平滑化することにある。
【００４６】
当業者であれば簡潔かつ効率的なＰＣＭを実現できるカムおよび非円形の歯車にもとづく多くの機構が存在する。例えば、ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとするが、Ｎｉｃｈｏｌａｓ  Ｐ．  Ｃｈｉｒｏｎｉｓの「Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ＆  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｓｏｕｒｃｅｂｏｏｋ」、ＭｃＧｒａｗ‐Ｈｉｌｌ
Ｃｏｍｐａｎｉｅｓ、Ｔｈｅ‐Ａｐｒｉｌ  １９９１  ＩＳＢＮ  ０‐０７‐０１０９１８‐４、ｐｐ．７１、７４、および１０５を参照のこと。
【００４７】
本発明の実施形態によるＨＣＣＥのＰＧＭ１００は、例えば回転、振動、または往復回転の運動（例は後述する）を生み出すために、様々な方法で実現することができる。振動運動が生み出される場合には、それをＰＣＭ３００を使用して出力軸の回転運動に変換することができる。ピストンの運動について、ＰＣＭ３００による出力軸の回転への変換または電気エネルギーへの直接的変換を、後で詳しく説明する。
【００４８】
（ＰＧＭ‐液体ピストン）
まず、ＰＧＭ１００の説明から出発する。一実施形態において、ＰＧＭを、図３に示され、上述の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／０５７４９号に記載されている液体ピストンの考え方を使用して実現できる。液体ピストンの考え方を実現するＩＣＥを、「流体ＩＣＥ（商標）」と称することにする。
【００４９】
従来からのＩＣＥの剛体金属ピストンが、例えば或る体積の水である液体ピストンによって置き換えられる。液体ピストンの運動の際、水の上面は平坦でなくてもよく、連続的でなくてさえよい。水の表面が、金属ピストンの上面を代替する。以下の表が、金属ピストンを使用する４ストローク・エンジンと液体ピストンを使用する４ストローク・エンジンとの主要な相違を要約している。
【００５０】
【表１−１】
2011007195.tif 000003
【００５１】
【表１−２】
2011007195.tif 000004
液体ピストンを有するＩＣＥの以下の特徴に注目する。
【００５２】
従来からのエンジンのシリンダは、ピストンとシリンダ壁面との間の空間のシールを容易にするため、丸い。図３に示されているように、液体ベースのエンジンのシリンダの断面は、シールの問題が存在しないため丸くなくてもよい。矩形の設計によれば、体積効率が向上（すなわち、より小さい体積で同じ出力）し、さらに重要なことには、吸気バルブおよび排気バルブについて新規な設計が可能になる。図６が、一例として、１つのロータリ・バルブが吸気バルブおよび排気バルブを機能させることができる旨を示しており、これは設計を顕著に簡素化する。ロータリ・バルブがきわめて静かに動作し、従来からのポペット・バルブのノック雑音を生じない点にも、注目すべきである。
【００５３】
（ピストンの膨張の際に水が気化する）
これは、以下の理由でＩＣＥにとって有益である。
【００５４】
ａ．気化する水が、すでに述べたように、膨張の際のシリンダ内の圧力を高める。これは、実際のところ、流体ＩＣＥが、ボイラーが存在せず貴家のプロセスがほぼ瞬時である点を除き、内燃機関と蒸気エンジンとの相乗的な組み合わせであることを意味する。
【００５５】
ｂ．気化する水が、大量の気化の（潜）熱を運び、これをさらなる仕事を実行するために使用できる可能性がある。これは、水蒸気を含んでいる高温の排気を、図２および５に示され、本明細書において後述されるように、エネルギー回収システム（ＥＲＳ）を通って送ることによって達成される。
【００５６】
ｃ．水がシリンダを冷却および潤滑し、さらなる冷却および潤滑の必要を軽減する。
【００５７】
シリンダ内の水の体積は、バルブによって制御される。本発明の種々の実施形態において、これは、エンジンの熱力学的効率にプラスの効果を有している。
【００５８】
ａ．空気吸入体積が、膨張ストロークの終了時の排気の体積よりも小さい。図１に示されるように、これが単独で、熱力学的効率を２０％も向上させる。
【００５９】
ｂ．従来のエンジンにおいては、燃焼が開始すると直ぐにピストンが膨張を開始し、これによって燃料／空気混合物が冷やされ、不完全燃焼が生じる。流体ＩＣＥにおいては、燃焼が一定の体積にて生じることができ、これは燃料の完全な燃焼を可能にする好ましい条件である。
【００６０】
きわめて高い水の流れ（少量であるが、きわめて高速である）に対処するため、標準的な市販のポンプおよび水力モータは、きわめて大きくならなければならない。代わりに、我々は、ポンプおよび水力モータとして同時に機能するベーン式アクチュエータを使用する。これらのアクチュエータは、後のセクション「すべてを一体化」において説明する。
【００６１】
（エネルギー回収システム（ＥＲＳ））
ＥＲＳ（図１）は、複数の目的に機能する。炭化水素ガス（天然ガスまたは気化させた液体燃料）などの生の燃料および水蒸気を、Ｈ２、ＣＯ、および他のガスを含んでおり、生の燃料ガスよりも燃焼の熱が最大２７％も大きい改質ガスへと変換する。この変換は、熱‐化学式の復熱装置において、４５０〜７５０℃の間の一定の温度で触媒に補助された吸熱反応によって生じる。このプロセスに必要とされる温度は、触媒の特性ならびに水蒸気および／または二酸化炭素の量によって決まる。排気が、この変換に必要とされる追加のエネルギーを供給し、したがってこのプロセスは、エンジンの動作の効率を大きく向上させる。エンジンは、生の燃料でも動作可能であり、したがってこれらの改質用の構成要素は、随意である。従来のエンジンおよび流体ＩＣＥ（商標）エンジンにおけるエネルギー分布の比較が、図４に示されている。流体ＩＣＥ（商標）エンジンについてのさらに詳細なエネルギーの平衡対照表が、図５に示されている。
【００６２】
ＥＲＳの第２の目的は、水の回収にある。（気化する）水を、燃焼プロセスがそれを生成する速度よりも大きな速度でシステムに残してはならないため、排気から水を回収しなければならない。排気は、ＥＲＳとともに使用されるときに有効になされるように、１００℃未満まで冷却されなければならない。熱‐化学式回収システムは、Ｄ．  Ｋ．  ＦｌｅｍｉｎｇおよびＭ．Ｊ．  Ｋｈｉｎｋｉｓの「Ｔｈｅ  Ｔｈｅｒｍｏ‐ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ‐Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ」、１２ｔｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  Ｄ．Ｃ．  Ｍａｒｃｈ  ２５‐２７、１９８５にて、最初は大型の発電プラントにおいて提供され、米国特許第４，９００，３３３号、第５，５０１，１６２号、および第５，５９５，０５９号にも記載されており、これらはすべてここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとするが、このようなエネルギー回収システムは、水および水蒸気を取り扱う大きくて高価な追加の構成部品を生じさせるため、決してＩＣＥには適用されてこなかった。流体ＩＣＥにおいては、そのような構成部品が一体であって相乗的である。
【００６３】
（効率）
流体ＩＣＥエンジンの熱力学的効率が高い理由が、図１に示されている。実線１→２→３→４によって囲まれる面積が、流体ＩＣＥエンジンの１つのサイクルにおいて取り出すことができるエネルギーの量を表わしている。計算によれば、流体ＩＣＥエンジンの理論的な熱力学効率が７４％であるのに対し、従来からのＩＣＥにおいては、わずか５０〜５７％程度である。
【００６４】
（すべてを一体化）
図３は、上述の液体ピストンを使用する４気筒４ストローク・エンジンの斜視図および分解図の両者である。ここでは、燃料の化学的エネルギーを振動軸の運動へと変換する液体ピストン・エンジンのＰＧＭが、４つのシリンダおよびシリンダ間に位置する２つのアクチュエータによって実現されている。アクチュエータは、振動ベーンおよび２つの体積で構成されている。２つの体積は、常に水で満たされている。Ａ‐１（アクチュエータ＃１）が、振動ベーンＯＶ‐１、ならびにシリンダ＃１に隣接する体積Ｖ１およびシリンダ＃２に隣接する体積Ｖ２によって形成されている。同様に、Ａ‐２（アクチュエータ＃２）が、振動ベーンＯＶ‐２、ならびにシリンダ＃３に隣接する体積Ｖ３およびシリンダ＃４に隣接する体積Ｖ４によって形成されている。
【００６５】
ベーンを、片側に高圧の水を加えることによって駆動することができ、したがってベーンが水力モータとして機能する。同時に、ベーンの他方の側が水を押し出し、したがってベーンがポンプとしても機能する。このように、アクチュエータを、水力モータおよびポンプの両方として機能するように使用することができる。
【００６６】
図６において、振動ベーン＃１（ＯＶ‐１）が、シリンダ＃１および＃２の間に示されている。エンジンの後方の振動ベーン＃２（ＯＶ‐２）が、シリンダ＃３および＃４の間に位置している。両方のベーンは、振動運動を行う同じ軸に剛に取り付けられているため、一緒に運動する。
【００６７】
軸ならびにＯＶ‐１およびＯＶ‐２の両者が、反時計方向に（図６に矢印で示されているように）運動していると仮定する。流体ＩＣＥ（商標）エンジンの動作は、次のとおりである。
【００６８】
（シリンダ１において：）
空気バルブが、空気吸入ポートを開く。水がシリンダ＃１とＶ１（Ａ‐１の左側）の間に流れることができるよう、水バルブが開く。ＯＶ‐１が反時計方向に運動すると、水がシリンダ＃１から押し出され、Ａ‐１のＶ１区画へと押し込まれる。空気がシリンダへと吸い込まれ、したがってシリンダ１は吸入段階にある。
【００６９】
（シリンダ２において：）
シリンダ＃２の水バルブが開かれ、したがってＯＶ‐１が反時計方向に運動すると、Ｖ２（Ａ‐１の右側区画）からの水がシリンダ＃２へと送り込まれる。シリンダ＃２の排気バルブは開いており、排気ガスが排気ポートを通って出ることができる。これはすなわち、シリンダ＃２が排気段階にあることを意味する。
【００７０】
（シリンダ３において：）
シリンダ３において最近に燃焼が生じたと仮定する。シリンダ＃３からの水が、膨張するガスからの圧力のもとで、Ｖ３へと流入する。Ａ‐２へと水が流入することで、ＯＶ‐２（したがって、ＯＶ‐１も）が駆動されて反時計方向に運動する。シリンダ＃３が膨張段階にあるとき、シリンダ＃３の排気ポートおよび空気ポートはどちらも閉じられている。
【００７１】
（シリンダ４において：）
ＯＶ‐２によって水がＶ４から、やはり排気ポートおよび空気ポートの両者が閉じられているシリンダ＃４へと送り込まれる。すなわち、シリンダ＃４は圧縮段階にある。
【００７２】
これらの段階が完了すると、シリンダ４の水バルブが閉じられ、燃料がこのシリンダへと導入されて自然に着火する。短い遅延の後に、水バルブが再び開かれ、圧力がＯＶ‐２を駆動する。この時点で、シリンダ＃１は圧縮にあり、シリンダ＃２は排気にあり、シリンダ＃３は吸入にあり、シリンダ＃４は膨張にある。各ストロークの説明は上述と同じであり、唯一の相違は、どのシリンダが所与のストロークにあるかである。プロセスが継続し、各シリンダが、順に吸気、圧縮、燃焼／膨張、および排気の各ストロークを経験する。このシステムの正味の結果は、Ａ‐１またはＡ‐２によって駆動されて振動する軸である。回転運動の生成に有用であるために、振動‐回転（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ‐ｔｏ‐Ｒｏｔａｒｙ：Ｏ‐２‐Ｒ）変換器が、本件出願において後述されるように使用される。
【００７３】
（別個の圧縮室および膨張室を使用する液体ピストン・エンジンの実現）
別個の圧縮室および膨張室は、上述のエンジン設計の変更である。同様に液体ピストンの設計にもとづいているが、別個の圧縮室および膨張室を使用している。この設計は、２つの吸気／排気バルブ内に位置する２つの燃焼室を使用する。このエンジンの構成は、図３および６に示した４バルブの液体ピストン式ＩＣＥに類似しているが、主たる例外は、水バルブが存在せず、空気／排気バルブが燃焼室に組み合わせられている点に或る。得られた設計が、図７〜１１に示されている。
【００７４】
図７が、４ストロークＨＣＣＥエンジンの出力生成モジュール（ＰＧＭ）の分解図を示す一方で、図８は、構成部品の具体的詳細を示している。さらなる説明は、そのようではないと示さない限り、図７および図８を参照する。種々の実施形態において、このエンジンのＰＧＭ１００は、以下を含んでいる。
【００７５】
ａ．  圧縮機本体１３０、分離器１４０、および膨張器本体１７０を備えるエンジン本体。
【００７６】
ｂ．  圧縮ピストン１２１‐全体または一部が液体で囲まれた中実な物体。図１０を参照。ピストン１２１は、空気空洞を圧縮室１３１および圧縮室１３２に分割し、これらの圧縮室の間を振動運動で移動する。
【００７７】
ｃ．  膨張ピストン１２２‐全体または一部が液体（最も単純な場合には、水）で囲まれた中実な物体。ピストン１２２は、排気空洞を膨張室１７１および膨張室１７２に分割し、この排気空洞内を振動運動で移動する。
【００７８】
ｄ．  圧縮ピストン１２１を膨張ピストン１２２へと機械的に接続する振動軸１２０。
【００７９】
ｅ．  ２つの空気／排気バルブ。すなわち、左側バルブ１５３および右側バルブ１５４。各バルブは、外気が圧縮室へと進入できるようにする空気通路、および／または燃焼生成物が膨張室から出られるようにする排気通路を含んでいる。さらに、各バルブは、それぞれ燃焼室１３３または１３４を含んでいる。左側および右側のバルブは、互いに鏡像であり、動作時に反対の方向に回転する。右側バルブの詳細が、図９に示されている。
【００８０】
ｆ．  圧縮機本体１３０、圧縮ピストン１２１、ならびにバルブ１５３、１５４の本体または燃焼室１３３／１３４の本体あるいは両方の間の空間によってそれぞれ形成される２つの圧縮室１３１および１３２。
【００８１】
ｇ．  膨張器本体１７０、膨張ピストン１２２、ならびにバルブ１５３、１５４の本体または燃焼室１３３、１３４の本体あるいは両方の間の空間によってそれぞれ形成される２つの膨張室１７１および１７２。
【００８２】
ｈ．  図示されていないカバー、軸受、およびボルト。
【００８３】
液体（水）が、圧縮室および／または膨張室のそれぞれを部分的に満たしている。空気または排気へと露出された液体の表面が、液体ピストンを呈する（図１０）。
【００８４】
圧縮室１３１および１３２の体積の合計であってＶ１３１＋Ｖ１３２と称される圧縮機体積は、膨張体積Ｖ１７１＋Ｖ１７２から分離されており、膨張体積は、我々の場合においては圧縮体積よりも２．５倍大きい。圧縮ピストン１２１の位置に応じて、圧縮室の体積Ｖ１３１およびＶ１３２は、吸気ストロークの初期の段階における最大の体積ＶＩｎｔａｋｅから、吸気ストロークの終わりにおけるゼロまで変化する。圧縮室１３１および１３２の体積は相補的であり、すなわちＶ１３１＋Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅである。
【００８５】
同様に、膨張ピストン１２２の位置に応じて、膨張室の体積Ｖ１７１およびＶ１７２は、排気ストロークの初期の段階におけるＶＥｘｈａｕｓｔからゼロまで変化する。膨張室１７１および１７２の体積は相補的であり、すなわちＶ１７１＋Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔである。
【００８６】
（動作）
膨張ピストン１２２が、膨張室１７１（水力モータとして機能する）内で膨張する燃焼生成物によって駆動され、振動軸１２０を回転させる。同時に、１２２は、すでに膨張した燃焼生成物を膨張室１７２から排気する（膨張器のピストン１２２が、ポンプとして機能して水を押し出す）。このように、膨張器のピストン１２２が、水力モータおよびポンプの両方として機能すべく使用される。同時に、圧縮ピストン１２１が、振動軸１２０によって駆動されて、圧縮室１３２内の外気を圧縮する一方で、圧縮室１３１へと空気を導入し、どちらの場合も、圧縮機のピストン１２１はポンプとして機能する。振動軸１２０は、膨張ストロークの初めにおいて膨張ピストン１２２によって駆動され、さらには振動軸１２０またはＰＣＭの出力軸へと取り付けできるフライホイールによって駆動される。
【００８７】
エンジンの動作をさらに説明するために、バルブの動作についてさらに精査を行う必要がある。バルブの動作は、多くの場合、種々のエンジン設計において類似しているため、紙面を節約する目的で、ピストンおよびバルブの位置について、この図が別のエンジン設計に関係しているにもかかわらず図２２を参照することにする。エンジンの動作は、以下のとおりである。
【００８８】
（位置１）
ピストン１２１および１２２の両者が、時計方向の回転を開始すべく、最も左の位置にある。
Ｖ１３１＝０、Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
左側の空気／排気バルブ１５３が静止しており、圧縮室１３１の空気吸入ポートが開かれるような位置に位置している。圧縮ピストン１２１が運動を開始するとき、圧縮室１３１へと外気が導入され、圧縮室１３１が吸気ストロークを開始する。
【００８９】
膨張室１３２の排気ポートは閉じられている。直前に燃焼が完了し、燃焼室の体積が膨張室１７１へと接続される。膨張ピストン１２２が移動を開始するとき、燃焼生成物が膨張室１７１へと膨張し、体積１７１が膨張ストロークを開始する。
【００９０】
左側の空気／排気バルブ１５３が静止しており、圧縮室１３２の空気吸入ポートが閉じられるような位置に位置している。圧縮ピストン１２１が運動を開始するとき、すでに圧縮室１３２に含まれている空気が圧縮され、圧縮室１３２が圧縮ストロークを開始する。
【００９１】
圧縮室１３２の排気ポートは開かれている。膨張ピストン１２２が移動を開始するとき、すでに膨張した燃焼生成物が膨張室１７２から排気され、膨張室１７２が排気ストロークを開始する。
【００９２】
（位置２）
両方のピストン１２１および１２２が、それらの最も右側の位置にちょうど達している。
Ｖ１３１＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１３２＝０、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
両方のバルブが静止しており、上述と同じ位置にある。
【００９３】
・圧縮室１３１は、吸気ストロークを終えており、内部の圧力は大気圧に近い。
【００９４】
・膨張室１７１は、膨張ストロークを終えている。左側バルブ１５３の燃焼室および膨張室１７１の圧力は、大気圧に近い。
【００９５】
・膨張室１７２は、排気ストロークを終えている。膨張室１７２内に排気は存在せず、その体積はゼロである。
【００９６】
・圧縮室１３２は、圧縮ストロークを終えている。体積がゼロであるため、圧縮室１３２内に空気は存在しない。高温の圧縮空気が、右側バルブ１５４内の圧縮室に存在する。
【００９７】
（位置３）
両方のピストン１２１および１２２が、最も右側の位置にわずかのあいだ静止している。
Ｖ１３１＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１３２＝０、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
左側の空気／排気バルブ１５３が、１８０°回転させられる。回転のプロセスにおいて、次が生じる。すなわち、燃焼室が外気に露出され始める。１８０°回転の終わりにおいて、燃焼室は外気から切り離され、圧縮室１３１に整列する。圧縮ストロークの準備ができた状態である。１８０°回転の終わりにおいて、排気通路が膨張室１７１に整列し、排気ストロークの準備ができた状態である。
【００９８】
右側の空気／排気バルブ１５４が、１８０°回転させられる。回転のプロセスにおいて、次が生じる。すなわち、燃焼室１３４が、低圧下でガス状燃料を含んでいる圧縮機本体１３０の空洞を通過する。圧縮ゆえの高温空気がガス状燃料と混合され、その温度が燃料の自発点火温度よりも高いため、自発的な燃焼が生じる。随意により、水を燃焼室へと挿入することができる（点火の前、最中、または後に）。空気／排気バルブの回転は、燃焼が完了するための充分に長い時間を要する。回転の終わりにおいて、燃焼室１３４が膨張室１７２に接続される一方で、１３２の空気ポートが開く（すなわち、圧縮室１３２が外気にさらされる）。膨張室１７２が、膨張ストロークの開始準備ができた状態である一方で、圧縮室１３２は、吸気ストロークの開始準備ができた状態である。
【００９９】
（位置４）
両方のピストン１２１および１２２が、最も左側の位置にあって、反時計方向の回転を開始しようとしている。
Ｖ１３１＝０、Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
両方のバルブが静止しており、上述と同じ位置にある。
【０１００】
・圧縮室１３１は、圧縮ストロークを終えている。体積がゼロであるため、圧縮室１３１内に空気は存在しない。高温の圧縮空気が、左側バルブ１５３内の圧縮室に存在する。
【０１０１】
・膨張室１７１は、排気ストロークを終えている。体積がゼロであるため、膨張室１７１内に排気は存在しない。
【０１０２】
・圧縮室１３２は、吸気ストロークを終えており、内部の圧力は大気圧に近い。
【０１０３】
・膨張室１７１は、膨張ストロークを終えている。左側バルブ１５３の燃焼室１３３および膨張室１７１の圧力は、大気圧に近い。
【０１０４】
（位置４から位置１への移行）
両方のピストン１２１および１２２が、最も左側の位置でわずかのあいだ静止している。
Ｖ１３１＝０、Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
左側の空気／排気バルブ１５３が、１８０°回転させられる。回転のプロセスにおいて、次が生じる。すなわち、燃焼室１３３が、低圧下でガス状燃料を含んでいる本体Ｂの空洞を通過する。圧縮ゆえの高温空気がガス状燃料と混合され、その温度が燃料の自発点火温度よりも高いため、自発的な燃焼が生じる。随意により、水を燃焼室へと挿入することができる（点火の前、最中、または後に）。空気／排気バルブの回転は、完全な燃焼が生じるための充分に長い時間を要する。回転の終わりにおいて、燃焼室１３３が膨張室１７１に接続される一方で、圧縮室１３１の空気ポートが開く（すなわち、圧縮室１３１が外気にさらされる）。膨張室１７１が、膨張ストロークの開始準備ができた状態である一方で、１３１は、吸気ストロークの開始準備ができた状態である。
【０１０５】
右側の空気／排気バルブ１５４が、１８０°回転させられる。回転のプロセスにおいて、次が生じる。すなわち、燃焼室が外気へと露出され始める。１８０°回転の終わりにおいて、燃焼室は外気から切り離され、圧縮室１３２に整列する。圧縮ストロークの準備ができた状態である。１８０°回転の終わりにおいて、排気通路が膨張室１７２に整列し、排気ストロークの準備ができた状態である。燃焼、したがって膨張が、振動軸１２０が揺動するたびに生じることに、注目できる。
【０１０６】
上述のＨＣＣＥの実現は、以下の利益をもたらす。
【０１０７】
・空気／燃料の混合物ではなく、空気を圧縮するため、きわめて高い圧縮比（１５〜３０＋）が可能である。燃料は、燃焼室へと別途導入される。
【０１０８】
・圧縮ストロークの際に、随意により水を圧縮室に注入することによって、空気を圧縮するために必要とされる仕事が少なくなり、プロセスが等温圧縮に近くなる。
【０１０９】
・体積一定の別個の燃焼室によって、定積の燃焼が可能である。燃焼が完了する前に燃焼室に水が加えられるならば、おそらくは燃焼が、（気化する水ゆえに）体積が減少する状況下で生じ、これは定積の燃焼よりもさらに効率的である。さらにこの水は、燃焼室内のガスの温度を低下させ、ＮＯｘの排出レベルを下げるとともに、エンジンの構成により下級の材料を使用できるようにする。
【０１１０】
・燃焼および膨張のプロセスにおいて形成される蒸気ゆえ、膨張時にさらなる圧力が存在する。
【０１１１】
・膨張体積が、吸入体積よりも２〜５倍大きいため、排気圧力が低い。これは、膨張器が圧縮機と別個であるために、容易に達成される。
【０１１２】
・本明細書に記載するとおり、エネルギー回収システムを導入することが可能である。
【０１１３】
（改変）
このエンジンの適切な動作に必要とされる液体の量、ならびにエンジンの総体積を維持するために、図１１に示す変更を利用することが可能である。また、燃焼室、膨張室、バルブ、ピストン、などについて、他の様々な形状および形態が可能であり（例えば、ピストン１２１、１２２が互いに異なる形状を有してもよい）、それらは本発明の技術的思想を変更するものではない。
【０１１４】
（振動ピストン、Ｖ字構成）
図１２〜２０に示す実施形態は、水ありでも、水なしでも、実施が可能である。図１５は、４気筒４ストロークＨＣＣＥエンジンの分解図を示している。図１６および１７には、このエンジンの動作に理解にとって重要ないくつかの構成部品の詳細が示されている。さらなる説明は、とくに示さない限り図１７を参照する。このエンジンにおいて、膨張器体積（ＶＣ３＋ＶＣ４）は、圧縮機体積（Ｖ１３１＋Ｖ１３２）とは別個であって、圧縮機体積（Ｖ１３１＋Ｖ１３２）よりも大きい。
【０１１５】
図１４および１５を参照すると、一実施形態において、ＰＧＭ１００は、以下を含んでいる。
【０１１６】
・圧縮機本体１３０、分離器１４０、および膨張器本体１７０を備えるエンジン本体。
【０１１７】
・圧縮ピストン１２１‐随意により全体または一部が液体（特定の実施形態においては、水）で囲まれた中実な物体。ピストン１２１は、空気空洞を圧縮室１３１および圧縮室１３２に分割し、空気空洞内を振動運動で移動する。
【０１１８】
・膨張ピストン１２２‐随意により全体または一部が液体で囲まれた中実な物体。ピストン１２２は、排気空洞を膨張室１７１および膨張室１７２に分割し、排気空洞内を振動運動で移動する。
【０１１９】
・ピストン１２１をピストン１２２へと機械的に接続する振動軸１２０。
【０１２０】
・２つの空気／排気バルブ。すなわち、左側バルブ１５３および右側バルブ１５４。各バルブは、外気が圧縮室へと進入できるようにする空気通路１４５、および／または燃焼生成物が膨張室から出られるようにする排気通路１４６を含んでいる。さらに、各バルブは、燃焼室（それぞれ、１３３または１３４）を含んでいる。左側および右側のバルブは、互いに鏡像であり、動作時に反対の方向に回転する。左側バルブの詳細が、図９に示されている。
【０１２１】
・圧縮機本体１３０、圧縮ピストン１２１、ならびにバルブ１５３／１５４の本体または燃焼室１３３／１３４の本体あるいは両方の間の空間によってそれぞれ形成される２つの圧縮室１３１および１３２。
【０１２２】
・膨張器本体１７０、膨張ピストン１２２、ならびにバルブ１５３／１５４の本体または燃焼室１３３／１３４の本体あるいは両方の間の空間によってそれぞれ形成される２つの膨張室１７１および１７２。
【０１２３】
・ボルト１５１で本体へと保持されるカバー１８０および１１０。
【０１２４】
・図１４および１６のエンジン本体は（１３０、１４０、１７０）は、いくつかの造作を備える中実の部品である。それらの造作は、圧縮室１３１、圧縮室１３２、左側および右側の空気／排気バルブのための２つの円柱形の開口（１１３および１１４）、軸（１２０）のための円柱形の開口（１１５）、２つの空気吸入ポート（１４１）および（１４２）、２つの排気ポート（１４３）および（１４４）、ならびにエンジンの本体内の１１３および１１４の内側に位置する随意による燃料および水通路（図示されていない）である。
【０１２５】
・圧縮ピストン１２１が、図１８に示すように空気圧縮機空洞内を運動する一方で、排気ピストン１２２は、排気膨張空洞内を運動する。両ピストンは、振動軸１２０を介して接続されており、したがって同期して一緒に運動する。
【０１２６】
・図１５の振動軸１２０は、圧縮ピストン１２１および膨張ピストン１２２の溝に一致するスプラインを有し、さらにＰＣＭ（３００）への接続を可能にする別のスプラインを有している。
【０１２７】
・図１５に示すように、バルブ（１５４）はバルブ（１５３）の鏡像であり、空気通路（１４５）、排気通路（１４６）、および燃焼室空洞（１３３または１３４）を備える円筒形の物体である。
【０１２８】
圧縮ピストン１２１の位置に応じて、圧縮室の体積Ｖ１３１およびＶ１３２は、吸気ストロークの初期の段階における最大の体積ＶＩｎｔａｋｅから、吸気ストロークの終わりにおけるゼロまで変化する。圧縮室１３１および１３２の体積は相補的であり、すなわちＶ１３１＋Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅである。同様に、膨張ピストン１２２の位置に応じて、膨張室の体積Ｖ１７１およびＶ１７２は、排気ストロークの初期の段階におけるＶＥｘｈａｕｓｔから、ゼロまで変化する。膨張室１７１および１７２の体積は相補的であり、すなわちＶ１７１＋Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔである。
【０１２９】
（動作）
膨張ピストン１２２が、膨張室１７１内で膨張する燃焼生成物によって駆動され、振動軸１２０を回転させる。同時に、膨張ピストン１２２は、すでに膨張した燃焼生成物を膨張室１７２から排気する。同時に、圧縮ピストン１２１が、振動軸１２０によって駆動されて、圧縮室１３２内の外気を圧縮する一方で、圧縮室１３１へと空気を導入する。
【０１３０】
図１８を参照し、エンジンの動作は次のとおりである。
【０１３１】
（位置１）
圧縮ピストン１２１および膨張ピストン１２２の両ピストンが、時計方向の回転を開始すべく、最も左の位置にある。
Ｖ１３１＝０、Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
左側の空気／排気バルブ１５３が静止しており、圧縮室１３１の空気吸入ポートが開かれるような位置にある。圧縮ピストン１２１が運動を開始するとき、圧縮室１３１へと外気が導入され、すなわち圧縮室１３１が吸気ストロークを開始する。
【０１３２】
膨張室１３２の排気ポートは閉じられている。直前に燃焼が完了し、燃焼室の体積が膨張室１７１へと接続される。膨張ピストン１２２が移動を開始するとき、燃焼生成物が膨張室１７１へと膨張し、すなわち体積１７１が膨張ストロークを開始する。
【０１３３】
右側の空気／排気バルブ１５４が静止しており、圧縮室１３２の空気吸入ポートが閉じられるような位置にある。圧縮ピストン１２１が運動を開始するとき、すでに圧縮室１３２に含まれている空気が圧縮され、すなわち圧縮室１３２が圧縮ストロークを開始する。
【０１３４】
圧縮室１３２の排気ポートは開かれている。膨張ピストン１２２が移動を開始するとき、すでに膨張した燃焼生成物が膨張室１７２から排気され、すなわち膨張室１７２が排気ストロークを開始する。
【０１３５】
（位置２）
両方のピストン１２１および１２２が、それらの最も右側の位置にちょうど達している。
Ｖ１３１＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１３２＝０、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
両方のバルブは静止しており、上述と同じ位置にある。
【０１３６】
・圧縮室１３１は、吸気ストロークを終えている。１３１内の圧力は、大気圧に近い。
【０１３７】
・膨張室１７１は、膨張ストロークを終えている。左側バルブ１５３の燃焼室および膨張室１７１の圧力は、大気圧に近い。
【０１３８】
・膨張室１７２は、排気ストロークを終えている。体積がゼロであるため、１７２内に排気は存在しない。
【０１３９】
・圧縮室１３２は、圧縮ストロークを終えている。体積がゼロであるため、１３２に空気は存在しない。高温の圧縮空気が、右側バルブ１５４において圧縮室に存在する。
【０１４０】
（位置３）
圧縮ピストン１２１および膨張ピストン１２２の両ピストンが、最も右側の位置にわずかのあいだ静止している。
Ｖ１３１＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１３２＝０、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
左側の空気／排気バルブ１５３が、１８０°回転させられる。回転のプロセスにおいて、次が生じる。すなわち、燃焼室が外気へと露出され始める。１８０°回転の終わりにおいて、燃焼室は外気から切り離され、１３１に整列する。圧縮ストロークの準備ができた状態である。１８０°回転の終わりにおいて、排気通路が１７１に整列し、排気ストロークの準備ができた状態である。
【０１４１】
右側の空気／排気バルブ１５４が、１８０°回転させられる。回転のプロセスにおいて、次が生じる。すなわち、燃焼室が、低圧下でガス状燃料を含んでいる圧縮機本体１３０の空洞（図示されていない）を通過する。圧縮ゆえの高温空気がガス状燃料と混合され、その温度が燃料の自発点火温度よりも高いため、自発的な燃焼が生じる。随意により、水を燃焼室へと挿入することができる（点火の前、最中、または後に）。空気／排気バルブの回転は、完全な燃焼が生じるための充分に長い時間を要する。回転の終わりにおいて、燃焼室が膨張室１７２に接続される一方で、圧縮室１３２の空気ポートが開く（すなわち、圧縮室が外気にさらされる）。膨張室１７２が、膨張ストロークの開始準備ができた状態である一方で、圧縮室１３２は、吸気ストロークの開始準備ができた状態である。
【０１４２】
（位置４）
圧縮ピストン１２１および膨張ピストン１２２の両ピストンが、最も左側の位置にあって、反時計方向の回転を開始しようとしている。
Ｖ１３１＝０、Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
両方のバルブが静止しており、上述と同じ位置にある。
【０１４３】
・圧縮室１３１は、圧縮ストロークを終えている。体積がゼロであるため、１３２内に空気は存在しない。高温の圧縮空気が、左側バルブ１５３内の圧縮室に存在する。
【０１４４】
・膨張室１７１は、排気ストロークを終えている。体積がゼロであるため、１７１内に排気は存在しない。
【０１４５】
・圧縮室１３２は、吸気ストロークを終えている。１３２内の圧力は大気圧に近い。
【０１４６】
・膨張室１７１は、膨張ストロークを終えている。左側バルブ１５３の燃焼室および膨張室１７１の圧力は、大気圧に近い。
【０１４７】
（位置４から位置１への移行）
圧縮ピストン１２１および膨張ピストン１２２の両ピストンが、最も左側の位置でわずかのあいだ静止している。
Ｖ１３１＝０、Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅｓ、Ｖ１７１＝０、Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔ
左側の空気／排気バルブ１５３が、１８０°回転させられる。回転のプロセスにおいて、次が生じる。
【０１４８】
燃焼室が、低圧下でガス状燃料を含んでいる本体１３０の空洞を通過する。圧縮ゆえの高温空気がガス状燃料と混合され、その温度が燃料の自発点火温度よりも高いため、自発的な燃焼が生じる。随意により、水を燃焼室へと挿入することができる（点火の前、最中、または後に）。空気／排気バルブの回転は、完全な燃焼が生じるための充分に長い時間を要する。回転の終わりにおいて、燃焼室が膨張室１７１に接続される一方で、圧縮室１３１の空気ポートが開く（すなわち、圧縮室１３１が外気にさらされる）。膨張室１７１が、膨張ストロークの開始準備ができた状態である一方で、１３１は、吸気ストロークの開始準備ができた状態である。
【０１４９】
右側の空気／排気バルブ１５４が、１８０°回転させられる。回転のプロセスにおいて、次が生じる。すなわち、燃焼室が外気へと露出され始める。１８０°回転の終わりにおいて、燃焼室は外気から切り離され、１３２に整列する。圧縮ストロークの準備ができた状態である。１８０°回転の終わりにおいて、排気通路が膨張室１７２に整列し、排気ストロークの準備ができた状態である。燃焼、したがって膨張が、振動軸１２０が揺動するたびに生じることに、注目できる。
【０１５０】
上述のＨＣＣＥの実現は、以下の利益をもたらす。
【０１５１】
・空気／燃料の混合物ではなく、空気を圧縮するため、きわめて高い圧縮比（１５〜３０＋）が可能である。燃料は、燃焼室へと別途導入される。
【０１５２】
・圧縮ストロークの際に、随意により水を圧縮室（１３１または１３２）に注入することによって、空気を圧縮するために必要とされる仕事が少なくなり、プロセスが等温圧縮に近くなる。
【０１５３】
・体積一定の別個の燃焼室によって、定積の燃焼が可能である。燃焼が完了する前に燃焼室に水が加えられるならば、おそらくは燃焼が、（気化する水ゆえに）体積が減少する状況下で生じ、これは定積の燃焼よりもさらに効率的である。さらにこの水は、燃焼室内のガスの温度を低下させ、ＮＯｘの排出レベルを下げるとともに、エンジンの構成により下級の材料を使用できるようにする。
【０１５４】
・燃焼および膨張のプロセスにおいて形成される蒸気ゆえ、膨張時にさらなる圧力が存在する。
【０１５５】
・膨張体積が、吸入体積よりも２〜５倍大きいため、排気圧力が低い。これは、膨張器が圧縮機と別個であるために、容易に達成される。
【０１５６】
・本明細書に記載するとおり、エネルギー回収システムを導入することが可能である。
【０１５７】
（改変）
上述のエンジンは、他にも多数の実施例を有することができる。燃焼室（すなわち、半球に近いと体積に対する表面積の比が小さくなり、結果として燃焼室からの熱損失が小さくなる）、膨張室、バルブ、ピストン（１２１の形状が、必ずしも１２２の形状と同じでなくてもよい）、などについての他の様々な形状および形態など、そのいくつかは自明であり、それらは本発明の技術的思想を変更するものではない。例えば、図１９から見て取れるように、ピストンの角度移動量を幅広い範囲で変更できる。両方のバルブを互いに近接させると、それらが互いに反対の方向に回転するため、ＰＣＭの実現を簡単にすることができる。すなわち、両方のバルブを同じ直径の歯車対で接続することによって、必要とされる運動を一方のバルブのみに加えればよく、第２のバルブは自動的に反対方向に回転する。さらに、そのような形状によれば、より高い出力密度を有することが可能になる。
【０１５８】
他の重要な変形例が、図２０に示されている。両方のピストンが、ＰＣＭの実現に使用できる大きな内径空間を、中央に有することができる。そのような組み合わせは、より小型なエンジンをもたらし、出力密度をさらに高くするであろう。
【０１５９】
他の実施例は、商用のエンジンを製造するうえで有用と考えられるいくつかの小さな設計上の特徴を有することができる。そのような具体的な実施例の１つを、後述する。
【０１６０】
（大角度振動ピストンの設計）
図２１〜２６は、後述するＨＣＣＥエンジンの他の実施例を示している。このエンジンは、これまでに述べた他のエンジンと比べ、わずかに異なるバルブおよび燃焼室の構成を特徴としている。
【０１６１】
図１および２４を参照すると、このエンジンのＰＧＭ１００の一実施形態が、以下を備えている。
【０１６２】
・燃焼室１３３および１３４（図２４および３４ａ）、ならびに圧縮室１３１および１３２から燃焼室１３３および１３４への空気流をそれぞれ可能にするワンウェイ空気バルブ（ボール、ポペット、流体、など）１３５および１３６を含んでいる圧縮機本体１３０。さらに、ガス状または液体状の燃料ならびに／あるいは液体水を、直接燃焼室へと、あるいは好ましくは燃焼生成物移送バルブ１５１へと届けることができる特別な通路を含むことができる。
【０１６３】
・膨張器本体１７０。
【０１６４】
・分離器１４０。
【０１６５】
・圧縮機カバー１１０。
【０１６６】
・同時にＰＣＭも収容する膨張器カバー１８０。
【０１６７】
・圧縮機本体１３０、圧縮機ピストン１２１、分離器１４０、および圧縮機カバー１１０の間の空間によって形成される２つの圧縮室１３１および１３２。
【０１６８】
・膨張器本体１７０、膨張器ピストン１２２、分離器１４０、および膨張器カバー１８０の間の空間によって形成される２つの膨張室１７１および１７２。
【０１６９】
・圧縮ピストン１２１‐中実な物体、または随意により一部が液体で囲まれた中実な物体。この圧縮ピストン１２１は、圧縮機本体内を運動し、２つの燃焼室を隔てている。振動軸の軸を中心として振動する。
【０１７０】
・圧縮ピストン１２１と同軸である膨張ピストン１２２‐中実な物体、または随意により一部が液体で囲まれた中実な物体。この膨張ピストン１２２は、膨張器本体内を運動し、２つの膨張室を隔てている。圧縮機ピストンおよび振動軸に同期して、振動軸の軸を中心として振動する。
【０１７１】
・圧縮機のピストン１２１と膨張器のピストン１２２とを機械的に接続する振動軸（１２０）。圧縮機ピストン（１２１）および排気ピストン（１２２）の溝に一致するスプラインを有することができ、さらにＰＣＭ（３００）への接続を可能にする別のスプラインを有することができる。あるいは、両ピストンに一体に製作することができる。
【０１７２】
・２つの通路１５２および１５３を有しており、通路１５２を介して燃焼室空間１３３を膨張室１７１に接続でき、あるいは通路１５３を介して燃焼室空間１３４を膨張室１７２に接続できる燃焼生成物移送バルブ１５１。
【０１７３】
・すでに膨張したガスを周囲の環境またはＥＲＳへと排気できる排気バルブ１５７。
【０１７４】
・バルブ１５１および１５７を接続する軸１５５。圧縮機ピストンおよび膨張器ピストンが静止しているときに、断続的に往復駆動される。
【０１７５】
・吸気ストロークの際に外気を圧縮室へと導入できるようにする外気導入バルブ１５０。これは、ボール式、ポペット式、流体式などのワンウェイ・バルブで置き換えることができる。
【０１７６】
・通路１５２および１５３を部分的または完全に満たしている液体（水）。
【０１７７】
・軸１２０および１５５を回転可能に保持するラジアル軸受１６１、１６２、１６３、および１６４。
【０１７８】
圧縮ピストン１２１の位置に応じて、圧縮室の体積Ｖ１３１およびＶ１３２は、吸気ストロークの初期の段階における最大の体積ＶＩｎｔａｋｅから、吸気ストロークの終わりにおけるゼロまで変化する。圧縮室の体積Ｖ１３１およびＶ１３２は、Ｖ１３１＋Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅであるという点で相補的である。
【０１７９】
同様に、膨張ピストン１２２の位置に応じて、膨張室の体積Ｖ１７１およびＶ１７２は、排気ストロークの初期の段階におけるＶＥｘｈａｕｓｔから、ゼロまで変化する。膨張室の体積Ｖ１７１およびＶ１７２は、Ｖ１７１＋Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔであるという点で相補的である。
【０１８０】
ＶＩｎｔａｋｅに対するＶＥｘｈａｕｓｔの比は、圧縮機ピストン１２１および膨張器ピストン１２２の形状および／または厚さによって調節できるが、膨張した燃焼生成物の圧力が膨張ストロークの終わりにおいて大気圧に近付くように、選択することができる。
【０１８１】
（動作）
膨張器のピストン１２２が、燃焼室１３３から膨張室１７１へと膨張する燃焼生成物からの圧力によって駆動されて時計方向に運動（図２５ｄ）する位置について、エンジンの動作の説明を開始する。燃焼生成物移送バルブ１５１が、通路１５２を燃焼室１３３に整列させて有しており（図２５ｂ）、燃焼生成物が膨張室１７１へと進入できるようにしている（図２５ｄ）。
【０１８２】
同時に、膨張器のピストン１２２は、すでに膨張したガスを、燃焼生成物移送バルブ１５１に同期している排気バルブ１５７の通路を通して、室１７２から押し出す。
【０１８３】
圧縮機のピストン１２１（図２５ａおよびｂ）は、膨張器のピストン１２２に機械的に接続されているため、同じ方向、すなわち時計方向に運動する。その際、圧縮機のピストン１２１は、圧縮室１３２内に位置する空気を圧縮し、外気を圧縮室１３１へと導入する。圧縮室１３２内で圧縮された空気は、ワンウェイ空気バルブ１３６（図２４）を通って燃焼室１３４へと進入する。
【０１８４】
このように、エンジンの４つの室が、４つの異なるストロークにある。
圧縮室１３１−吸気ストローク
圧縮室１３２−圧縮ストローク
膨張室１７１−膨張ストローク
膨張室１７２−排気ストローク
これらのストロークは、両ピストンが完全な時計回りの位置でそれらの端点に同時に達したときに完了する。ピストンの角度回転の程度は、ピストンが圧縮機および膨張器の壁面に衝突することがないよう、ＰＣＭによって制御される。
【０１８５】
この位置（図２６）において、燃焼生成物移送バルブ１５１は、依然として燃焼室１３３の上方に位置している。燃焼室１３４が、燃焼生成物移送バルブ１５１の本体によって閉じられる一方で、通路１５３は、水注入器１３７および燃料注入器（分かり易くするため、図示されていない）の上方の位置にある。後で理解されるように、通路１５３が大気圧にあるため、水ならびにガス状の燃料が、通路１５２を満たす。水およびガス状燃料は、小さな圧力の下にあってよい。随意により、ガス状燃料と水とが必ずしも混ざらなくてもよいよう、通路１５３を、ちょうど通路１５２と同じように、より複雑な２室の形状で製作してもよい。
【０１８６】
上述のように、圧縮機ピストン１２１および膨張器ピストン１２２の両者は、それらのストロークの終わりにおいて静止する。このとき、
・燃焼室１３４は、高温の加圧空気を含んでいる。空気／燃料の混合物ではなく、外気のみが圧縮されているため、空気の温度が自発着火点よりも大幅に高くなるであろう１５〜３０超の高い圧縮比まで圧縮することができる。
【０１８７】
・燃焼室１３３ならびに膨張室１７１が、両者とも通路１５２によって接続されているため、今や完全に膨張したガスを含んでいる。膨張は、ほぼ大気圧まで達する。
【０１８８】
・圧縮室１３１が、今や外気で満たされている。
【０１８９】
・圧縮室１３２が、ちょうど膨張室１７２と同じように、今や体積がゼロである。
【０１９０】
圧縮機のピストン１２１および膨張器のピストン１２２が、この最も右方の位置（図２６）で静止している一方で、軸１５５によって駆動されるバルブ１５１および１５７が、図２６ａに示すように通路１５３が燃焼室１３４の開口に一致するまで、反時計方向に回転する。
【０１９１】
回転の過程において、燃焼生成物移送バルブ１５１が反時計方向に回転し、通路１５３に含まれている燃料を、燃焼室１３４内の高温加圧ガスへと露出する。自発的な燃焼が開始し、燃料が完全に燃焼するまで続く。このとき、
・燃焼室１３４は、きわめて高温かつきわめて高圧の燃焼生成物を含んでいる。通路１５３が燃焼室１３４からの開口に整列しているにもかかわらず、通路１５３に含まれている水および膨張器のピストン１２２が出口を妨げているため、ガスは燃焼室１３４から逃げ出すことができない。
【０１９２】
・上述のように、燃焼室１３３ならびに膨張室１７１は、完全に膨張したガスを含んでいる。しかしながら、今や、通路１５２が燃焼室１３３に整列していないため、燃焼室１３３と膨張室１７１とが互いに接続されていない。膨張室１７１は、排気バルブ１５７の穴を通じて外気に接続されている。
【０１９３】
・上述のように、圧縮室１３１は外気で満たされている。
【０１９４】
・上述のように、圧縮室１３２および膨張室１７２は、体積がゼロである。
【０１９５】
ＰＣＭの軸の１０〜２０°超の回転にわたって継続しうる燃焼が完了した後、圧縮機のピストン１２１および膨張器のピストン１２２の両者は、それらの最も左方の位置へと達するまで反時計周りの回転を開始し、最も左方の位置において、バルブ１５１および１５７が時計方向に回転させられるまで休止し、そして全手順が繰り返される。これまでに述べた他の設計と同様、燃焼、したがって膨張が、振動軸１２０が揺動するたびに生じる。
【０１９６】
上述のＨＣＣＥの実現は、以下の利益をもたらす。
【０１９７】
・空気／燃料の混合物ではなく、空気を圧縮するため、きわめて高い圧縮比（１５〜３０＋）が可能である。燃料は、燃焼室へと別途導入される。
【０１９８】
・圧縮ストロークの際に、随意により水を圧縮室（１３１または１３２）に注入することによって、空気を圧縮するために必要とされる仕事が少なくなり、プロセスが等温圧縮に近くなる。
【０１９９】
・体積一定の別個の燃焼室によって、定積の燃焼が可能である。燃焼が完了する前に燃焼室に水が加えられるならば、おそらくは燃焼が、（気化する水ゆえに）体積が減少する状況下で生じ、これは定積の燃焼よりもさらに効率的である。さらにこの水は、燃焼室内のガスの温度を低下させ、ＮＯｘの排出レベルを下げるとともに、エンジンの構成により下級の材料を使用できるようにする。
【０２００】
・燃焼および膨張のプロセスにおいて形成される蒸気ゆえ、膨張時にさらなる圧力が存在する。
【０２０１】
・膨張体積が、吸入体積よりも２〜５倍大きいため、排気圧力が低い。これは、膨張器が圧縮機と別個であるために、容易に達成される。
【０２０２】
・本明細書に記載するとおり、エネルギー回収システムを導入することが可能である。
【０２０３】
（改変）
上述のエンジンは、他にも多数の実施例を有することができる。燃焼室、膨張室、バルブ、ピストン、などの他の様々な形状および形態など、そのいくつかは自明であり、それらは本発明の技術的思想を変更するものではない。例えば、バルブを振動するように回転させるのではなく、連続的に回転させることが可能である。
【０２０４】
また、図２７に示した設計は、とくに興味深いであろう。この設計においては、圧縮機のピストン１２１および膨張器のピストン１２２が、先の設計のように振動軸に配置されるのではなく、振動円板に配置されている。バルブおよび燃焼室の詳細については、それらが静止または振動あるいは連続回転の燃焼室および／またはバルブ、１つまたは２つあるいはそれ以上の別個の部品である燃焼室およびバルブなど、様々な形態をとりうるため、この例ではあまり詳しくは示していない。それらが、ピストンの平面に直交する方向に、往復運動で、あるいは同時の往復および回転運動で運動してもよい。同じことが、本件特許において説明される他のすべての設計についても当てはまる。大きな内径ゆえに、この中央の体積の内側にＰＣＭを配置することができる。
【０２０５】
（コンスタントな幅のピストン設計）
ＨＣＣＥエンジンの好ましい実施例が、図２８〜３３に示されている。これは、（改良された）ルーローの三角形ピストンにもとづいており、このピストンはヴァンケル（ロータリ）エンジンにおいて使用されるピストンに類似しており、したがってヴァンケル・エンジンとの或る類似性を有しているが、上述のセクション「ＨＣＣＥエンジンの一般的構造」で概括した設計の目的にもとづいて製造されており、したがって異なる熱力学サイクルおよび異なる機械的原理にもとづいて動作する。
【０２０６】
図２８および２９を参照すると、一実施形態において、このエンジンのＰＧＭ１００が、以下を備えている。
【０２０７】
・燃焼室１３３および１３４、圧縮機ピストン１２１、ならびにドライブシャフト１２７および１２８を収容する圧縮機本体１３０。随意により、空気吸入ポート１４１および１４２（または、空気／排気バルブ）を有しており、さらに特別な通路を、これら通路に燃焼室が面しているときにガス状または液状の燃料および／または液体水を直接燃焼室へと届けることができるように有することができる。圧縮機ピストン１２１を収容する圧縮機本体１３０内の空洞は、中心を上部ドライブシャフト１２７および下部ドライブシャフト１２８に有する２つの円弧の交差によって画定される。円弧の半径は、圧縮機ピストン１２１（後述）の大きい半径に随意によりきわめて小さいすき間を加えたものに等しい。円弧は、ピストン（後述）の小さい半径に随意によりきわめて小さいすき間を加えたものに等しい半径で面取りされている。圧縮機本体１３０は、圧縮機ピストンを収容する空洞を燃焼室（１３３および１３４）を収容する円柱形の穴に接続する開口を含んでいる。
【０２０８】
・燃焼室１３３および１３４、膨張器ピストン１２２、ならびにドライブシャフト１２７および１２８を収容する膨張器本体１７０。随意により、排気ポート１４３および１４４（または、空気／排気バルブ）を有しており、さらに特別な通路を、これら通路に燃焼室が面しているときにガス状または液状の燃料および／または液体水を直接燃焼室へと届けることができるように有することができる。膨張器ピストン１２２を収容する膨張器本体１７０内の空洞は、中心を上部ドライブシャフト１２７および下部ドライブシャフト１２８に有する２つの円弧の交差によって画定される。円弧の半径は、膨張器ピストン１２２（後述）の大きい半径に随意によりきわめて小さいすき間を加えたものに等しい。円弧は、ピストン（後述）の小さい半径に随意によりきわめて小さいすき間を加えたものに等しい半径で面取りされている。膨張器本体１７０は、膨張器ピストンを収容する空洞を燃焼室（１３３および１３４）を収容する円柱形の穴に接続する開口を含んでいる。
【０２０９】
・分離器１４０。圧縮機本体１３０、膨張器本体１７０、および分離器１４０を、単一の物体として製造してもよいことに注意すべきである。
【０２１０】
・ＰＣＭ（図示されていない）の全体または一部を収容できる圧縮機カバー１１０。
【０２１１】
・ＰＣＭ（図示されていない）の全体または一部を収容できる膨張器カバー１８０。
【０２１２】
・圧縮機本体１３０、圧縮機ピストン１２１、分離器１４０、および圧縮機カバー１１０の間の空間によって形成される２つの圧縮室１３１および１３２。
【０２１３】
・膨張器本体１７０、膨張器ピストン１２２、分離器１４０、および膨張器カバー１８０の間の空間によって形成される２つの膨張室１７１および１７２。
【０２１４】
・圧縮機ピストン１２１−中実な物体、または随意により全部または一部が液体で囲まれた中実な物体。この圧縮機ピストン１２１は、圧縮機本体１３０内を運動し、空気空洞を圧縮室１３１および圧縮室１３２に分割している。このピストンの外表面、および好ましくは内表面は、次のように導き出されている。すなわち、正三角形から出発し、それぞれの角にそれぞれ中心を持つ同じ（比較的小さい）直径の３つの円を描く。それぞれの角に中心を持つ３つの大きな円弧を、これら大きな円弧が小さな円の所与の組に接するように描く。得られた形状の外側の曲線は、６つの円弧で構成されており、これが我々のピストンの形状である。得られた形状は、ヴァンケル・エンジンにおいて使用されるようなルーローの三角形に類似しているが、頂点が丸められている。このようにして構成されたピストンは、対向する大小の円弧の間に描かれてこれら円弧の中心を通過する弦として定められるコンスタントな幅を有している。ピストンの内側の曲面は、３つの歯車セグメントを有することができる。それらは互いに接続されてはおらず、ドライブシャフトの周囲を巡るピストンの回転の過程において、１つのセグメントのみが一方のドライブシャフトの歯車に完全に係合する。圧縮機ピストンの移動の終端においてのみ、両方のドライブシャフトが２つの歯車セグメントに部分的に係合する。燃焼室内におけるこのピストンの運動を、ドライブシャフトによって定められる２つの軸を巡る連続的な回転と称することができる。他の方法（歯車セグメントを備えない）としては、溝およびカム、またはヴァンケル・エンジンの駆動手段と類似の方法を挙げることができる。
【０２１５】
・膨張器本体１７０の内側に配置される点を除き、上述の圧縮機ピストンと同様の方法で構成される膨張器ピストン１２２。
【０２１６】
・圧縮機ピストン１２１および膨張器ピストン１２２の両者の歯車セグメントに係合する上部および下部ドライブシャフト１２７および１２８。最も簡単な場合には、両方のピストンが同位相で運動するとき、ドライブシャフトのピニオンギアが互いに同期しており、すなわち機械的に結合されている。後述のようにピストンが異なる位相で運動する場合には、エンジンの圧縮機側で動作する歯車を、膨張器側で動作する歯車とは別個に駆動することができる。
【０２１７】
・空気吸入ポート１４１は、単に圧縮機本体１３０および／または圧縮機カバー１１０内の窓である。
【０２１８】
・排気ポート１４３および１４４は、単に膨張器本体１７０および／または膨張器カバー１８０内の窓である。これらを、随意によりＥＲＳに接続することができる。
【０２１９】
・液体（水）で、圧縮機ピストン１２１および／または膨張器ピストン１２２の内部空間を、部分的または完全に満たしてもよい。
【０２２０】
圧縮ピストン１２１の位置に応じて、圧縮室の体積Ｖ１３１およびＶ１３２は、吸気ストロークの初期の段階における最大の体積ＶＩｎｔａｋｅから、吸気ストロークの終わりにおけるゼロまで変化する。圧縮室の体積Ｖ１３１およびＶ１３２は相補的であり、すなわちＶ１３１＋Ｖ１３２＝ＶＩｎｔａｋｅである。
【０２２１】
同様に、膨張ピストン１２２の位置に応じて、膨張室の体積Ｖ１７１およびＶ１７２は、排気ストロークの初期の段階におけるＶＥｘｈａｕｓｔから、ゼロまで変化する。膨張室の体積Ｖ１７１およびＶ１７２は相補的であり、すなわちＶ１７１＋Ｖ１７２＝ＶＥｘｈａｕｓｔである。
【０２２２】
ピストンが円柱形である必要がないため、圧縮機ピストン１２１および膨張器ピストン１２２の寸法、形状および厚さによって調節できるＶＩｎｔａｋｅに対するＶＥｘｈａｕｓｔの比を、膨張した燃焼生成物の圧力が膨張ストロークの終わりにおいて大気圧に近付くように選択することができる点に、注目すべきである。
【０２２３】
（動作）
異なって見える設計にもかかわらず、このエンジンは、すでに述べたエンジンと同様の様相で動作する。動作の詳細は、次のとおりである。
【０２２４】
膨張器のピストン１２２が時計方向に動いている位置について、膨張器側（図２９ｂ）を研究することによって、エンジンの動作の説明を開始する。膨張ピストンが、燃焼生成物によって加えられる圧力で駆動される。これらの生成物は、燃焼室１３４から膨張室１７２へと、膨張室を燃焼室に接続している通路を通して膨張する。
【０２２５】
同時に、膨張器のピストン１２２は、すでに膨張したガスを、排気ポート１４４を通して室１７１から押し出す。
【０２２６】
最も単純な場合には、両方のピストンが同じ位相で運動する（両ピストンの曲面が同心である）。したがって、圧縮機のピストン１２１（図２９ａ）は、膨張器のピストンと同じ方向に運動する（しかしながら、今や圧縮機側を眺めているため、ピストンの回転は反時計方向である）。このとき、圧縮機のピストン１２１は、圧縮室１３１に位置する空気を圧縮し、さらに圧縮室１３２へと空気を導入する。
【０２２７】
より複雑な場合においては、ピストンが異なる位相で運動することができ、４つの接続された軸によって駆動される場合には、反対方向にさえ運動することができる。このアプローチは、燃焼室の形状の設計ならびに膨張の発生時点と圧縮の発生時点とのタイミングの関係に、さらなる柔軟性をもたらす。例えば、最も多くのトルクが必要とされるときに最も多くのトルクを利用できるよう、膨張を圧縮ストロークの終わり付近において開始させると好都合である。これは、フライホイールの必要性を軽減し、フライホイールを完全に不要にさえするであろう。
【０２２８】
ピストンの同位相動作に戻ると、エンジンの４つの室が、４つの異なるストロークにある。
圧縮室１３１−圧縮ストローク
圧縮室１３２−吸気ストローク
膨張室１７１−排気ストローク
膨張室１７２−膨張ストローク
これらのストロークは、両ピストンがそれらのストロークの端点に同時に達したときに完了する。ピストンの角度回転の程度は、この場合には、他の設計のようにＰＣＭによってではなく、ドライブシャフトおよびピストンの歯車セグメントによって制御される。この位置において、上方ドライブシャフト１２７および下方ドライブシャフト１２８の両者は、瞬間的に停止しているに相違ない。
【０２２９】
我々の他の設計と異なり、燃焼室１３３および１３４は、連続的であって好ましくは速度が一定である回転にさらされている。ストロークの終わりにおいて、空気が圧縮されてなる燃焼室は、「閉鎖」位置へと回転させられなければならず、すなわち燃焼室空洞が、圧縮空間から切り離されなければならない。同位相の設計の場合には、好ましくは各燃焼室が少なくとも２つの空洞を有し、空気が圧縮されてなる空洞が「閉鎖」位置へと回転させられたときに、第２の空洞が膨張器のピストン１２２のための「開放」位置へと回転させられ、後者を高圧の燃焼生成物にさらす。このシナリオにおいて、ピストンは、いかなる時間も静止する必要はなく、回転の軸を交換しつつ同じ方向への回転を続けるだけでよい。
【０２３０】
同位相ではない設計が使用される場合には、空洞が膨張室へと達する一方で、膨張器のピストン１２２がこの空洞のためにストロークの終点に達するための充分な時間が存在するため、必要とされる空洞はただ１つである。
【０２３１】
燃焼室１３３および１３４が回転するとき、それらは、低圧下でガス状燃料を含んでいる圧縮機本体１３０内の燃料空洞（図示されていない）を通過する。燃焼室１３３および１３４のさらなる小さな通路が、燃料空洞を満たすためのガス管として機能する。燃焼室本体は、「ガス本管」のための遮断バルブとして機能する。
【０２３２】
圧縮ゆえの高温空気がガス状燃料と混合され、その温度が燃料の自発点火温度よりも高いため、自発的な燃焼が生じる。随意により、燃焼室と膨張室との間のコネクタ通路空間を水（図示されていない）で満たすことによって、水を燃焼室へと（燃焼の前、最中、または後に）挿入することができ、これは燃焼室と膨張器本体１７０との間の初期の小さな開口サイズに関する一時的な損実を減らす役にたつ。熱の形態である損失が、さらなる蒸気へと変換され、このエネルギーが膨張サイクルにおいて回収される。
【０２３３】
燃焼室１３３および１３４の回転は、完全な燃焼が生じるための充分に長い時間を要する。一瞬の停止の後、各ピストンは、対応するドライブシャフトの周囲で回転を続け、すなわち停止前の運動が上側ドライブシャフト１２７を巡る運動であった場合には、運動が今度は下方のドライブシャフト１２８を巡って続けられる。燃焼、したがって膨張が、ピストンの「揺動」のたびに生じることに、注目できる。
【０２３４】
上述のＨＣＣＥの実現は、以下の利益をもたらす。
【０２３５】
・空気／燃料の混合物ではなく、空気を圧縮するため、きわめて高い圧縮比（１５〜３０＋）が可能である。燃料は、燃焼室へと別途導入される。
【０２３６】
・圧縮ストロークの際に、随意により水を圧縮室（１３１または１３２）に注入することによって、空気を圧縮するために必要とされる仕事が少なくなり、プロセスが等温圧縮に近くなる。
【０２３７】
・体積一定の別個の燃焼室によって、定積の燃焼が可能である。燃焼が完了する前に燃焼室に水が加えられるならば、おそらくは燃焼が、（気化する水ゆえに）体積が減少する状況下で生じ、これは定積の燃焼よりもさらに効率的である。さらにこの水は、燃焼室内のガスの温度を低下させ、ＮＯｘの排出レベルを下げるとともに、エンジンの構成により下級の材料を使用できるようにする。
【０２３８】
・燃焼および膨張のプロセスにおいて形成される蒸気ゆえ、膨張時にさらなる圧力が存在する。
【０２３９】
・膨張体積が、吸入体積よりも２〜５倍大きいため、排気圧力が低い。これは、膨張器が圧縮機と別個であるために、容易に達成される。
【０２４０】
・上述のとおり、エネルギー回収システムを導入することが可能である。
【０２４１】
（改変）
種々の部材の形態または形状における些細な変更に加えて、実用上の興味を有するであろう他の変更が存在する。ピストンを駆動するために、多数の方法が存在する。
【０２４２】
また、図３２に示した設計は、とくに興味深いであろう。ここでは、圧縮機本体１３０が、図３２に示すように圧縮室へと突き出す突起１１１を有することができる。あるいは、この突起が、圧縮機カバー１１０に位置してもよい。この突起は、圧縮機ピストン１２１の運動の過程において、圧縮機ピストン１２１に干渉することはない。突起を、これらに限られるわけではないが、下記の要素などを収容するために使用することができる。
【０２４３】
・圧縮機ピストン１２１および膨張器ピストン１２２に独立した運動を提供するため、突起を貫くことができる追加の軸。
【０２４４】
・圧縮機から熱を取り去るための熱交換器。圧縮機ピストン１２１と突起１１１との間の空間に収容されうる水が、ピストンの運動によって駆動されてそのような熱交換器を通って流れる。
【０２４５】
・水ポンプ−上記と同様であるが、熱交換器はない。
【０２４６】
・空気調和システムのためのフレオン圧縮機。フレオンが、圧縮機ピストン１２１と突起１１１との間に空間を満たし、ピストンの運動によって駆動される。突起を、フレオンの一方向の流れを保証する流体バルブを備えて製作できる。
【０２４７】
・空気圧縮機−上述のフレオン圧縮機と同様であるが、空気を圧縮するためのもの。スタンドアロンの空気圧縮機として使用することができ、あるいは可変の圧縮比が望まれる場合には、空気の前圧縮のためのターボチャージャとして使用することができる。
【０２４８】
同様に、膨張器本体１７０または膨張器カバー１８０が、圧縮機本体の突起と同じ目的または異なる目的のために、突起を有してもよい。
【０２４９】
他の変更は、駆動機構がロータ／ピストンを必要とされる運動を行なうことができるようにするいくつかの方法に関係する。この業界において知られている非円形の歯車機構または歯車／カムの組み合わせ［３］を、ストロークの終わりにおいてロータを減速させ、次のストロークの初めにおいて加速させるために、使用することができる。
【０２５０】
カムのみを使用する別の実施形態が、図３３に示されている。この設計においては、ロータが、カムの表面に乗って走行する３つのカム・フォロアを有している。能動的な駆動（すなわち、カムの位置がロータの位置を完全に規定する）を、ただ１つ、２つ、または３つのカムで実現することができる。１つのカムの場合には、カム・フォロワは、正三角形の中に位置すべきである。
【０２５１】
ロータは、先の設計と同様、案内軸受上を走行でき、あるいは案内軸受なしで走行してもよく、その場合、エンジンのハウジングが案内として機能する。カムおよびローラの配置を使用する構成は、他にも多数存在するであろう。例えば、ロータの内表面をカムとして使用する一方で、ローラを回転プレートまたはアームに取り付けることができる。
【０２５２】
（コンスタントな幅の室の設計）
ＨＣＣＥの他の実施形態が、図３６〜４０に示されている。今回は、改良されたルーローの三角形が、圧縮側および膨張側のエンジンの本体の構成として使用されている。図３８が、エンジンおよびピストンの形状を示している。ピストンは、丸い突出部を２つ有する設計であり、２つの円弧が、改良されたルーローの三角形を形成する小さい円弧に等しい一方で、大きな円弧は、改良されたルーローの三角形を形成する大きい円弧に等しい。小さい円弧の中心間の距離は、その上に改良されたルーローの三角形が形成される正三角形の辺に等しい。ピストンは、クランクシャフト１９１上に位置するローラによって駆動される。圧縮機ピストン１２１および膨張器ピストン１２２を駆動する両方のクランクシャフトを、ピストンが互いに一定の関係を保つよう、機械的に接続することができる。ピストンは、改良されたルーローの三角形の基礎を形成する３つの点を巡って連続的に回転する。
【０２５３】
膨張器ピストン１２２が、圧縮機ピストン１２１よりも大きな寸法（より大きい改良されたルーローの三角形）を有してよい点に、注目すべきである。これは、我々が固定の燃焼室を分離器１４０の角に配置して、それにワンウェイ空気バルブを備え付け、さらに膨張器ピストン１２２の位相が６０°ずれている場合に、前記膨張器ピストンが前記燃焼室からの出口を閉じ、バルブそのものとして機能することを意味する。次いで、圧縮機カバー１１０のワンウェイ空気バルブを使用する場合、結果として排気のためにただ１つのバルブを製作するだけでよい。
【０２５４】
図３９は、この設計の変更を示しており、３つの空気／排気バルブが存在している。この図において、空気吸入ポートおよび排気ポートがどちらも示されていない点に注目できる。また、エンジンの全体積に対する吸入体積が、これまでに説明してきた構成の中で最も大きく、かつこの構成のエンジンは、出力軸の等価な回転あたりに３回「点火」するため、出力密度がきわめて高くなると予想される点に注目すべきである。
【０２５５】
最後に、この変更に関して、コンスタントな幅のピストンの構成とコンスタントな幅の室の構成について、種々多数の組み合わせが可能であって、有用な特性をもたらすことができることに、触れておかなければならない。
【０２５６】
（シザーズ・ピストンの設計）
最後に、この業界において「シザーズ」または「キャット・アンド・マウス」として知られている構成によって必要とされるサイクルを実行するためにＨＣＣＥを可能にする実施形態を説明する。
【０２５７】
このアプローチの背景にある基本的な考え方が、図４１に概略的に示されている。この構成においては、２組のピストンが存在し、各組は、１つの物体のように回転するよう機械的に接続された１つの圧縮機ピストンおよび１つの膨張器ピストンで構成されている。さらに、圧縮機側と膨張器側との間に分離プレートが存在し、このプレートが、燃焼室空洞を含んでいる。３つの独立した駆動機構が、２つのピストン組および分離プレート（分かり易くするため、示されていない）を駆動する。ハウジングは、固定の吸入ポートおよび排気ポートならびに燃料ポート（分かり易くするため、いずれも示されていない）を含んでいる。圧縮機が、可動ピストンの前面の空気を圧縮する一方で、同時にピストンの背後の吸入ポートを通じて空気を導入する。空気が、分離プレートの空洞ならびに膨張器ピストンおよび２つの圧縮機ピストンのうちの１つによって形成される圧縮室へと押し込まれる（一連のピストン位置を示す図４２を参照）。次いで、燃料が注入または導入され、燃焼が開始して、完了まで続く。一方で、分離プレートが前方へと移動し、今や１つの圧縮機ピストンと２つの膨張器ピストンとの間に位置する。一定の体積のもとで燃焼が完了すると、膨張サイクルが開始される。
【０２５８】
一対のピストンが「シザーズ」の構成で運動する「シングル−デッカー（ｓｉｎｇｌｅ−ｄｅｃｋｅｒ）」設計によって、ＨＣＣＥを、スタンドアロンの回転燃焼室を必要とすることなく必要なサイクルを実行するように、構成することが可能である。ピストン間の最小限の離間、あるいは一方または両方のピストン内の空洞が、体積一定の燃焼室を形成する。膨張体積は、吸入体積と同じであってよく、好ましくは吸入体積よりも大きく、このようにしてサイクルの全要素が実現される。当業者であれば理解できるように、これらの変種の両者のための駆動機構を、非円形のプラネタリギアまたは円形のプラネタリギアおよびカムを使用して製作することができる。
【０２５９】
上述した多数の設計構成に適用でき、あるいは上述した設計形状の他の用途へと適用できる他のいくつかの変更は、次のとおりである。
【０２６０】
・対応するピストンを備える追加の圧縮機・膨張器を加えることによって、いくつかのエンジンを一体に重ねてなるシステム（「多気筒」構成）を製作できる。そのようなシステムの「気筒」を、電磁クラッチまたは機械式クラッチによって接続することができ、必要とされる出力の大／小に応じてオン／オフさせることができる。
【０２６１】
・上述の機構にもとづいて、圧縮機またはポンプを製作することができる。それらを、スタンドアロンの用途に使用することができ、あるいは当該エンジンによって駆動することができる。冷凍圧縮機のとくに有用な一構成を、圧縮機および膨張器の両者を使用するコンスタントな幅のピストン設計に使用されるものと同じアプローチを使用して製作することができ、圧縮機が、ガス状の冷媒を圧縮し、冷媒が外部の熱交換器によって冷却された後に、膨張器において膨張および冷却させられ、圧縮に費やされたエネルギーのかなりの部分が、システムへと戻される。このようなシステムは、とくに二酸化炭素に適用が可能である。何故ならば、この冷媒の膨張の際に多くのエネルギーを抽出できるためである。
【０２６２】
・圧縮機本体１３０および膨張器本体１７０は、１つの固体片から製作でき、あるいは代案として、アルミニウムの枠に収容された低摩擦のセラミック・インサートから製作できる。圧縮機および膨張器のピストンは、理論的には、圧縮機本体１３０または膨張器本体１７０に接触することさえなく、衝撃によってセラミックに割れを生じる心配はない。
【０２６３】
・上述のエンジンの設計（すなわち、圧縮機→燃焼室→膨張器）は、従来からのロータリ式のエンジンに適していると考えられる。何故ならば、そのようなエンジンにおいて使用される三角形のピストンの頂点をシールするという問題の解決を助け、さらには、そのようなエンジンの出力密度を向上させることができるためである。
【０２６４】
・圧縮機本体および膨張器本体の形状として、ｎスターのピストンと（ｎ＋１）スターの内側歯車など、他のコンスタントな幅または擬似コンスタントな幅の構成を、エンジンの設計に使用することができる（ジーロータ：Ｇｅｒｏｔｏｒ）。
【０２６５】
・圧縮機のピストン１２１と膨張器のピストン１２２とが、異なる位相で動作できるため、圧縮機のピストン１２１を、膨張器のピストン１２２の速度の２倍または３倍で動作させることが可能である。燃焼室にワンウェイ空気バルブ１３５および１３６が備えられ、多少の水の添加または他のいくつかの手段によって燃焼室の空間の体積を制御できる場合、あるいは中間の小さな空気バッファが使用される場合、吸入体積を２倍または３倍にすることで効果的に出力を制御することが可能である（効率のいくらかを、セクション「ＨＣＣＥ」の改善の条件＃５が満足されなくなるため、あきらめることによって）。
【０２６６】
・設計を逆にすることができる。すなわち、本体が改良されたルーローの三角形（今や、ピストンと呼ばれる）になり、ピストンが、今や本体と呼ばれるものになる。これが、図３４に概略的に示されている。静止している本体の周囲を巡るピストンの運動の正味の効果が、あたかもピストンが３つのローラ（＃１、＃２、および＃３）を巡るかのようである点に、触れておく価値がある。この場合、図３４ｂに示されているように、本体がルーローの三角形の中心に位置する３つの異なる中心点を巡って３つの連続する回転を実行する。
【０２６７】
・多くの企業において開発中である高温スーパーマグネットが利用できるようになるとき、ピストンの本体が、埋め込みされたスーパーマグネットを保持することができる。図４０を参照のこと。これらのスーパーマグネットを、直接、ピストンおよび／またはエンジン本体の形状に対応するように巻き線を有する必要がある発電機に組み合わせることができる。これが実現された場合、ＰＣＭにおいて機械的な運動ではなく電気を生成する用途の必要がない。これは、ラップトップや携帯電話などの電源として使用できるマイクロエンジンについて、とくに有用であることが明らかである。この磁気結合は、本明細書に記載のＨＣＣＥのすべての変更にも適用が可能である。
【０２６８】
・ブライトン・サイクル・エンジンが、コンスタントな幅のピストンの構成、またはコンスタントな幅の室の構成、あるいは両方の形状を、使用することができる。この場合、燃焼室は、圧縮機および膨張器から完全に分離され、圧縮された空気を燃焼室へと入る前に予熱する熱交換器が、ＥＲＳとともに、効率をさらに改善する。
【０２６９】
・標準的なヴァンケル・エンジンが、シールおよび不完全な燃焼に起因する効率の問題を解決するため、コンスタントな幅のピストンの構成を使用することができる。
【０２７０】
・最後に、改良されたルーローの三角形形状を、エンジン、ポンプ、および圧縮機以外の装置に使用することができる。例えば、２つの中心の周囲を回転する「三角ホイール」が、図３５に示されている。車両の枠に取り付けられた垂直歯車が、２つの異なる速度で運動できる場合、ホイールが一定の速度で水平面を移動することが明らかである。このホイールの利点は、ほぼ２倍の寸法のホイールと性能において等価である点にある。同時に、平坦でない地形において、このようなホイールは、先進の「全地形」能力を有するであろう。
【０２７１】
（さらなる問題）
ＨＣＣＥの成功裏の実現を可能にするため、燃焼動力学ならびにピストンおよび燃焼室のシールに関するいくつかの技術的問題に対処することが有用である。これらの問題は、上述のエンジンの種々の実施形態について生じ、対処されうる。
【０２７２】
（燃焼動力学）
高温の圧縮空気が静止している燃料に「出会う」ときの燃料の導入は、燃焼動力学の観点からの課題を呈しうる。すなわち、空気とハウジングの壁面内に位置する燃料との混合に、余分な時間を要しうる。燃焼室は、高負荷において高速で回転しうるため、空気と燃料とが適切に混合するための充分な時間が存在しない可能性がある。同様の問題は、燃料の注入においても生じうる。この状況を救済するため、空気と燃料を、空気中の燃料の可燃性の下限を下回る比率で、圧縮に先立って前もって混合することが可能である。可燃性の限界は、種々の燃料において異なっているが、天然ガス（メタン）については、空気中での可燃性の限界は、典型的には５〜１４体積％である。これは、５体積％未満（圧力の関数でもある）を含んでいる空気燃料混合物を、自発点火を生じることなく、あらかじめ混合して圧縮できることを意味する。可燃性の下限を超えるさらなる燃料は、本件特許出願ならびに国際公開第ＷＯ０３／０７４８４０号パンフレットのどこかに開示されている手段によって、注入または導入することができる。
【０２７３】
（ピストン／ロータのシール−流体ダイオード・シール（ＦＤＳ））
対処すべき必要がある他の問題は、ピストンおよび燃焼室を含む振動、回転、または往復回転部品のシールである。ヴァンケル・エンジンにおいて使用されているセラミック式のシールを、ＨＣＣＥへの適用に使用できる可能性がある。ＨＣＣＥエンジンの構成ゆえ、ヴァンケルと異なり、シールは必ずしもロータの頂点に位置する必要はなく、吸気／排気ポートの付近の静止位置に配置することができる。
【０２７４】
これに加え、改良されたルーローの形状にもとづくＨＣＣＥのロータが、実際には決してハウジングに接する必要がないため、０．００１インチ程度のきわめて小さいすき間を、ロータとハウジングの間に許容することができる。このすき間に関する漏れは、とくには高いエンジン回転数において少ない。このアプローチにおいては、シールをまったく必要としないであろう。
【０２７５】
最後に、この小さな漏れさえも、シールの目的のために流体ダイオード・シールの考え方を適用することによって、大きく減らすことができる。テスタ・ダイオードまたは他の任意の適切な構成の流体ダイオードを、この目的のために使用することができる。現在実用されている流体ダイオードは、或る一方向に流れる流体について大きな圧力低下を生む一方で、流体が反対方向に流れるときにはきわめて小さい圧力低下しか有さない特別な形状の通路である。一方向に流れる流体の圧力低下の、反対方向に流れる流体の圧力低下に対する比は、流体ダイオードの「ダイオード性（ｄｉｏｄｉｃｉｔｙ）」と称されるが、５〜１０といったレベルに達しうる。
【０２７６】
図４３ａおよびｂに示されるように、従来技術の流体ダイオードは、１つの平滑な壁面で作られた通路を製作することによって形成され、他の壁面が、流体が一方向に流れるときにのみ高圧局所領域を生む形状または造作を有する。図４３ａが、流れに対する抵抗が最小である状況を示す一方で、図４３ｂが、流れの局所的な動力学ゆえに抵抗が大きい状況を示している。
【０２７７】
今や、この流体ダイオードの考え方を、小さなすき間によって形成された通路を間に有している２つの物体間の漏れを低減するために適用する。図４３ｃ〜ｅに示すように、２つの物体が互いに同一直線の運動を行ない、これらの物体の一方または両方が、一方向に移動する流れ（漏れ流れ）について局所的に高圧を生み出す造作を有している場合、そのような造作は、漏れを５〜１０分の１に低減できる運動用シールとして機能する。
【０２７８】
さらに、流体ダイオードの通路が、流体ダイオードを通ってシール対象の２つの物体の相対運動にほぼ直交する方向に流れる液体で満たされるならば、流体ダイオード・シール（ＦＤＳ）の考え方をさらに改善できる。図４４に、随意により液体で満たすことができる流体ダイオード・シールの２つの例が示されている。液体の選択は、シールが使用されるシステムによって決定されるべきである。例えば、本件出願に記載のエンジンにおいては、自然な選択は、シール用の液体として水を使用することであろう。他の例は、ルーローの三角形ピストンが冷媒圧縮機として使用される用途において、冷媒流体を使用することであろう。ＦＤＳを、そのようなロータの湾曲した表面および平坦な表面の両者に適用することができる。さらに他の例は、ＩＣＥのすべてのピストンにおいて現在使用されているリング状シールの代替として、ＦＤＳを実現するためにエンジンの油を使用することであろう。そのようなシールは、気体に対するシールとして機能するだけでなく、シリンダの潤滑も行い、シリンダとピストンの間の摩擦を少なくするとともに、ピストンおよびシリンダの冷却を向上させる。
【０２７９】
図４５は、本件出願に記載のエンジンにおいて回転する燃焼室のガスをシールするために使用できるＦＤＳの種々の例を示している。
【０２８０】
本発明は、本発明の本質的特徴の精神から離れることなく、他の特有の形態にて具現化が可能である。したがって、上述の実施形態は、あらゆる点に関して、あくまで例示であって本明細書に記載の発明を限定するものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的範囲は、上述の記載によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の均等の意味および範囲に包含されるすべての変更は、特許請求の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０２８１】
１００  ＰＧＭ（出力生成モジュール）
１１０  圧縮機カバー
１１１  圧縮室への突起
１１３  左側バルブ・ハウジング（円柱形の開口）
１１４  右側バルブ・ハウジング（円柱形の開口）
１１５  軸ハウジング（円柱形の開口）
１２０  振動軸
１２１  圧縮機のピストン
１２２  膨張器のピストン
１２３  駆動カム
１２４  カムフォロワ・ローラ
１２５  案内ローラ
１２６  中央駆動軸
１２７  上部駆動軸
１２８  下部駆動軸
１３０  圧縮機本体
１３１  圧縮室
１３２  圧縮室
１３３  燃焼室
１３４  燃焼室
１３５  一方向空気バルブ
１３６  一方向空気バルブ
１３７  水注入器
１４０  分離器
１４１  空気取り入れ口
１４２  空気取り入れ口
１４３  排気口
１４４  排気口
１４５  空気通路
１４６  排気通路
１５０  外気吸入バルブ
１５１  燃焼生成物移送バルブ
１５２  通路
１５３  左側空気／排気バルブ
１５４  右側空気／排気バルブ
１５５  軸
１５７  排気バルブ
１６１  ラジアル軸受
１６２  ラジアル軸受
１６３  ラジアル軸受
１６４  ラジアル軸受
１７０  膨張器本体
１７１  膨張器室
１７２  膨張器室
１８０  膨張器カバー
１８１  膨張器室への突起
１９１  クランクシャフト
１９２  磁石
２００  ＥＲＳ（エネルギー回収システム）
３００  ＰＣＭ（出力変換モジュール）
【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】
2011007195.tif 000011
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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