(57)【要約】  本発明の目的は、熱をやりとりするような方法で結合された燃料供給口と排ガス出口を備えるアキシャルピストンモータの効率を上げることである。このためにアキシャルピストンモータは、少なくとも２つの熱交換器を備える。【選択図】なし
2013500416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝達によって互いに結合された可燃燃料供給システムと排ガス除去システムを備え、少なくとも２つの熱交換器を特徴とするアキシャルピストンエンジン。
【請求項２】
前記２つの熱交換器が軸方向に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項３】
少なくとも４つのピストンを特徴とし、少なくとも２つの隣接するピストンからの排ガスが１つの熱交換器に導かれる、請求項１または２に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項４】
３つのピストンからの排ガスが共通の１つの熱交換器に導かれることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項５】
少なくとも２つのピストンを特徴とし、各ピストンからの排ガスがいずれの場合でも１つの熱交換器に導かれる、請求項１または２に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項６】
熱伝達によって互いに結合された可燃燃料供給システムと排ガス除去システムを備え、また具体的には請求項１〜５のいずれか一項に記載されており、少なくとも１つの熱交換器断熱システムを特徴とするアキシャルピストンエンジン。
【請求項７】
前記熱交換器断熱材が、前記熱交換器と前記アキシャルピストンエンジンの周辺環境の間にあることにより４００℃の最大温度勾配が可能になることを特徴とする、請求項６に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項８】
前記熱交換器断熱材の領域内の前記アキシャルピストンエンジンの外部温度が５００℃を超えないことを特徴とする、請求項６または７に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項９】
前記熱交換器断熱材が、前記熱交換器と異なる材料でできた少なくとも１つの構成要素を含むことを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項１０】
少なくとも１つのシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも１つのシリンダを備えるエキスパンダ段と、前記圧縮機段と前記エキスパンダ段の間にある少なくとも１つの燃焼室と、少なくとも１つの熱交換器とを有し、前記熱交換器の熱吸収部分は前記圧縮機段と前記燃焼室の間に位置し、前記熱交換器の熱放出部分は前記エキスパンダ段と周辺環境の間に位置しており、また具体的には請求項１〜９のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジンであって、前記熱交換器の熱吸収部分および／または熱放出部分が下流および／または上流に少なくとも１つの流体を加えるための手段を有することを特徴とするアキシャルピストンエンジン。
【請求項１１】
前記流体が水および／または可燃物質であることを特徴とする、請求項１０に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項１２】
前記熱交換器の熱放出部分に、または前記熱交換器の熱放出部分から下流に水抜き装置が配置されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項１３】
少なくとも１つの圧縮機シリンダと、少なくとも１つの作動シリンダと、少なくとも１つの加圧ラインを備え、そこを通って圧縮された可燃燃料が前記圧縮機シリンダから前記作動シリンダへと導かれ、また具体的には請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジンであって、圧縮された媒体を一時的に保管することができる可燃燃料タンクを特徴とするアキシャルピストンエンジン。
【請求項１４】
前記可燃燃料タンクが前記圧縮機シリンダと熱交換器の間に設けられることを特徴とする、請求項１３に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項１５】
前記圧縮機シリンダと前記可燃燃料タンクの間に弁が配置されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項１６】
前記可燃燃料タンクと前記作動シリンダの間に弁が配置されることを特徴とする、請求項１３から１５に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項１７】
少なくとも２つの可燃燃料タンクを特徴とする、請求項１３から１６のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの可燃燃料タンクに異なる圧力が充填されることを特徴とする、請求項１７に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項１９】
第１の可燃燃料タンクの第１の下限圧力と第１の上限圧力ならびに第２の可燃燃料タンクの第２の下限圧力と第２の上限圧力を定め、その範囲内で可燃燃料タンクが加圧される圧力調整システムを特徴とし、この場合前記第１の上限圧力が前記第２の上限圧力より低く、前記第１の下限圧力が前記第２の下限圧力より低い、請求項１８に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項２０】
前記第１の上限圧力が前記第２の下限圧力より低いまたはそれと等しいことを特徴とする、請求項１９に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項２１】
少なくとも１つの作動シリンダを備え、この作動シリンダに予燃室と主燃室を備えた絶えず作動する燃焼室から排ガスが供給され、これが排ガス出口をする、また具体的には請求項１〜２０のいずれか一項に記載されるアキシャルピストンエンジンであって、前記予燃室の温度を測定するための予燃室温度センサを特徴とするアキシャルピストンエンジン。
【請求項２２】
前記予燃室温度センサが、前記予燃室の炎の温度を測定することを特徴とする、請求項２１に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項２３】
前記予燃室温度センサを入力センサとして含み、前記予燃室の温度が１０００℃から１５００℃の間になるように前記燃焼室を調整する燃焼室調整システムを特徴とする、請求項２１または２２に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項２４】
排ガスの温度を測定するための排ガス温度センサを特徴とする、請求項２１から２３に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項２５】
前記燃焼室調整システムが、前記排ガスセンサを入力センサとして含み、排ガスの温度が作動状態で８５０℃から１２００℃の間になるように前記燃焼室を調整することを特徴とする、請求項２４に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項２６】
前記作動状態がアイドリングであることを特徴とする、請求項２５に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項２７】
少なくとも１つの圧縮機シリンダと、少なくとも１つの作動シリンダと、少なくとも１つの加圧ラインを備え、そこを通って圧縮された可燃燃料が前記圧縮機シリンダから前記作動シリンダへと導かれ、また具体的には請求項１〜２６のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジンであって、前記圧縮機シリンダの中に配置された圧縮機ピストンの吸気行程中に前記圧縮機シリンダに水または蒸気が加えられることを特徴とするアキシャルピストンエンジン。
【請求項２８】
内部連続燃焼（ｉｃｃ）を特徴とする、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジン。
【請求項２９】
少なくとも１つのシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも１つのシリンダを備えるエキスパンダ段と、前記圧縮機段と前記エキスパンダ段の間にある少なくとも１つの燃焼室と、少なくとも１つの熱交換器とを有し、前記熱交換器の熱吸収部分は前記圧縮機段と前記燃焼室の間に位置し、前記熱交換器の熱放出部分は前記エキスパンダ段と周辺環境の間に位置しており、また具体的には請求項１〜２８のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジンの作動方法であって、前記熱交換器内を通って流れる可燃燃料流および／または前記熱交換器内を通って流れる排ガス流に少なくとも１つの流体が加えられることを特徴とする、アキシャルピストンエンジンの作動方法。
【請求項３０】
水および／または可燃物質が加えられることを特徴とする、請求項２９に記載のアキシャルピストンエンジンの作動方法。
【請求項３１】
前記流体が前記熱交換器の下流および／または上流に加えられることを特徴とする、請求項２９または３０に記載のアキシャルピストンエンジンの作動方法。
【請求項３２】
分離された水が再び前記可燃燃料流および／または前記排ガス流に適用されることを特徴とする、請求項２９または３１に記載のアキシャルピストンエンジンの作動方法。
【請求項３３】
水および／または可燃物質の適用は、前記アキシャルピストンエンジンが停止しないうちに所定の時間内の規定された時点で止められ、前記アキシャルピストンエンジンはそれが停止するまで水および／または可燃物質が適用されない状態で作動されることを特徴とする、請求項２９から３２のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジンの作動方法。
【請求項３４】
少なくとも１つのシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも１つのシリンダを備えるエキスパンダ段、ならびに前記圧縮機段と前記エキスパンダ段の間にある少なくとも１つの燃焼室を有し、前記熱交換器の熱吸収部分は前記圧縮機段と前記燃焼室の間に位置し、前記熱交換器の熱放出部分は前記エキスパンダ段と周辺環境の間に位置しており、少なくとも１つの管壁が前記熱交換器の熱吸収部分から前記熱放出部分を隔てることで２つの物質の流れを切り離し、また具体的には請求項１〜３３のいずれか一項に記載のアキシャルピストンエンジンの熱交換器の製作方法であって、前記管が、前記管に相当する材料を構成する少なくとも１つの基盤の中に配置され、物的接合および／または摩擦によってこの基盤に接続されることを特徴とする熱交換器の製作方法。
【請求項３５】
前記管と前記基盤の物的な接続が溶接またははんだ付けによって行なわれることを特徴とする、請求項３４に記載の熱交換器の製作方法。
【請求項３６】
前記管と前記基盤の摩擦接合が収縮によって行なわれることを特徴とする、請求項３４または３５に記載の熱交換器の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアキシャルピストンエンジンに関する。本発明はまた、アキシャルピストンエンジンの作動方法、およびアキシャルピストンエンジンの熱交換器の製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルピストンエンジンは最新技術より十分に知られているが、エネルギーを変換する機器として特徴付けられ、少なくとも１つのピストンの助けを借りて出力側に機械式の回転エネルギーを供給するものであり、これによりピストンは回転エネルギーの回転軸と基本的に同軸になるように位置合わせされた向きで線形に振動する運動をする。
【０００３】
例えば圧縮空気のみによって作動されるアキシャルピストンエンジンの他に、可燃性の燃料が供給されるアキシャルピストンエンジンも知られている。この可燃燃料は、例えば燃料と空気などの複数の成分で構成することができ、これによりこれらの成分は一緒にまたは別々に１つまたは複数の燃料室に送り込まれる。
【０００４】
したがって本ケースでは用語「可燃燃料」は、燃焼に加担する、または燃焼に加担する成分と共に運ばれる任意の物質を指しており、これはアキシャルピストンエンジンの中を流れる。可燃燃料はこのとき少なくとも１つの可燃物または燃料を含んでおり、これにより本文脈における用語「燃料」は、化学反応または他の反応を介して、詳細には酸化還元反応を介して放熱するように反応する任意の物質を表している。さらに可燃燃料は例えば空気などの成分を含むことも可能であり、これにより燃料が反応するための原料が供給される。
【０００５】
詳細にはアキシャルピストンエンジンはまた、内部連続燃焼（ｉｃｃ）の原理の下に作動させることができ、これに従って可燃燃料、すなわち例えば燃料と空気が１つまたは複数の燃焼室に休みなく送り込まれる。
【０００６】
さらにアキシャルピストンエンジンは、一方で回転式ピストンと、したがって回転式シリンダによって作動することができ、これらは順次燃焼室を通り過ぎるように移動される。
【０００７】
一方でアキシャルピストンエンジンが固定されたシリンダを有する場合もあり、これによりそのとき作動媒体が所望の荷重シーケンスに従ってシリンダに順次分配される。
【０００８】
例えばこの種の固定シリンダを有するｉｃｃアキシャルピストンエンジンは、ＥＰ１０３５３１０Ａ２およびＷＯ２００９／０６２４７３Ａ２から知られており、これによりＥＰ１０３５３１０Ａ２では可燃燃料の供給と排ガスの除去が熱伝達によって互いに結合されるアキシャルピストンエンジンが開示されている。
【０００９】
ＥＰ１０３５３１０Ａ２およびＷＯ２００９／０６２４７３Ａ２に開示されるアキシャルピストンエンジンはさらに作動シリンダと対応する作動ピストンの間、ならびに圧縮シリンダと対応する圧縮ピストンの間に仕切りを有しており、これにより圧縮シリンダは、アキシャルピストンエンジンの片側に作動シリンダから離れるように向けて設けられる。この点においてこのようなアキシャルピストンエンジンに圧縮機側と作動側を割り当てることができる。
【００１０】
用語「作動シリンダ」「作動ピストン」および「作動側」は、用語「拡張シリンダ」「拡張ピストン」および「拡張側」あるいは「エキスパンダシリンダ」「エキスパンダピストン」および「拡張側」と同義として使用され、同様に用語「拡張段」または「エキスパンダ段」と同義としても使用されており、これにより「エキスパンダ段」または「拡張段」は、そこに位置する全ての「拡張シリンダ」または「エキスパンダシリンダ」全体を指すことが理解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＥＰ１０３５３１０Ａ２
【特許文献２】ＷＯ２００９／０６２４７３Ａ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、アキシャルピストンエンジンの効率を改善させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、熱伝達によって互いに結合された可燃燃料の供給システムと排ガス除去システムとを備えたアキシャルピストンエンジンによって達成され、このアキシャルピストンエンジンは少なくとも２つの熱交換器を特徴とする。
【００１４】
２つの熱交換器を設置することで最初は今までよりも費用がかかりフロー条件がさらに複雑になるが、２つの熱交換器を利用することで熱交換器までの経路を有意に短くすることができ、熱交換器のより好ましいエネルギー構成が可能になる。驚くべきことに、これによってアキシャルピストンエンジンの効率は有意に高くなる。
【００１５】
これは特に固定シリンダを備えるアキシャルピストンエンジンに当てはまり、このシリンダ内では、シリンダおよびこれによりピストンも回転軸の周りを回転するアキシャルピストンエンジンとは対照的にピストンが常に作動しているが、これは上記の構成では排ガスラインを１つしか必要とせず、それを通り過ぎてシリンダが移動されるためである。
【００１６】
好ましくは熱交換器は基本的に軸方向に配置されており、よって本文脈における用語「軸方向」は、アキシャルピストンエンジンの回転の主軸に平行な方向または回転エネルギーの回転軸に平行な方向を指す。これにより極めてコンパクトであり、よって省エネ設計にすることが可能であり、これはとりわけ熱交換器が１つだけ使用される場合にも当てはまるが、以下に記載され主張されるように断熱された熱交換器が使用される場合に特に当てはまる。
【００１７】
アキシャルピストンエンジンが少なくとも４つのピストンを有する場合、この場合いずれの場合でも少なくとも２つの隣接するピストンからの排ガスが１つの熱交換器へと導かれるのが有利である。この方法では排ガスのためのピストンと熱交換器の間の経路を最小限にすることができることで、熱交換器を経由して回収することができない廃熱という形での損失を最小限に抑えることができる。
【００１８】
上記はさらに、いずれの場合でも３つの隣接するピストンからの排ガスが１つの共通の熱交換器に導かれる場合に達成することができる。
【００１９】
一方アキシャルピストンエンジンは少なくとも２つのピストンを有し、これにより各ピストンからの排ガスがその固有の熱交換器に導かれる場合も考えることができる。この点に関して、本発明の具体的な実施によって各々のピストンに対して熱交換器が設けられる場合に恐らく有利になる。これにより確かに組み立て費用がかさむことにはなるが、その一方で熱交換器はそれぞれより小さくなり、よって構造をより簡単なものにすることができ、これによりアキシャルピストンエンジン全体をよりコンパクトに構築することで損失を少なくすることができる。とりわけこのような設計では、２つのピストン毎に１つの熱交換器が設けられる場合も、個々の熱交換器を必要ならば２つのピストンの間にある三角形の部分に組み込むことができ、これによりアキシャルピストンエンジン全体をこれに対応してコンパクトに設計することができる。
【００２０】
本発明の課題は、本発明の他の特徴に付け加えてまたはその代替として、熱伝達によって互いに結合された可燃燃料供給システムと排ガス除去システムを備えるアキシャルピストンエンジンによって達成され、このアキシャルピストンエンジンは、少なくとも１つの熱交換器の断熱システムを特徴とする。このようにして、できるだけ多くの熱エネルギーがアキシャルピストンエンジン内に留まり、熱交換器を経由して確実に可燃燃料に戻るように移動させることができる。
【００２１】
これに関連して、一部の廃熱は恐らくアキシャルピストンエンジン内の様々な場所で有利に利用することができるため、熱交換器断熱材は必ずしも熱交換器を完全に囲む必要はないことが理解される。しかしながら熱交換器断熱材はとりわけ外側に向かって設ける必要がある。
【００２２】
好ましくは熱交換器断熱材は、熱交換器と周辺のアキシャルピストンエンジンの温度勾配を４００℃に、詳細には少なくとも３８０℃にしておくように設計される。具体的には熱伝達が進行する際、すなわち圧縮側に向かって進むとき、このとき温度勾配はすぐに有意に小さくなり得る。これに付け加えてまたはその代替として、熱交換器断熱材が好ましくは、熱交換器断熱材の領域内のアキシャルピストンエンジンの外部温度が５００℃または４８０℃を超えないように設計される場合もある。このようにして熱放射および熱伝導によるエネルギーの損失量が確実に最小限に抑えられるが、これは、たとえこれより高い温度や温度勾配でもエネルギー損失の上昇に偏りがあるためである。さらに最大温度または最大温度勾配は狭い場所にのみ生じるが、これはその他の場合は熱交換器の温度は圧縮側に向かって一層低下するためである。
【００２３】
好ましくは熱交換器断熱材は、熱交換器と異なる材料でできた少なくとも１つの構成要素を有する。この構成要素はこのとき断熱というその課された任務に最適であるように設計することができ、例えばアスベスト、アスベストの代替品、水、排ガスまたは空気であってよく、熱交換器断熱材が流体断熱材の場合、とりわけ構成要素の移動による熱の除去を最小限にするために筐体を有するべきであり、一方で固体断熱材の場合、安定させることを目的としてまたは保護材して筐体を設けることができる。具体的には筐体は、熱交換器の外装材料と同一の材料から形成することができる。
【００２４】
最初に言及した課題はまた、少なくとも１つのシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも１つのシリンダを備えるエキスパンダ段と、圧縮機段とエキスパンダ段の間にある少なくとも１つの燃焼室とを有するアキシャルピストンエンジンの熱交換器を製作する方法によって達成され、熱交換器の熱吸収部分は圧縮機段と燃焼室の間に位置し、熱交換器の熱放出部分はエキスパンダ段と周辺環境の間に位置しており、ここで熱交換器は、熱交換器の熱吸収部分から熱放出部分を隔てる管壁を含むことで２つの物質の流れを切り離しており、この製作方法は、管がこの管に対応する材料を構成する少なくとも１つの基盤の中に配置され、物的および／または摩擦によりこの基盤に接続されることを特徴とする。
【００２５】
上記に記載されるアキシャルピストンエンジンにおける熱交換器の利用は、耐用寿命を制限する構成要素が損傷することが原因で、一方で熱交換器の入力と出力の間で、一方で熱交換器の熱吸収部分と熱放出部分との間で特に高い温度差が生じることにより不都合をもたらす場合がある。これによる生じる熱ストレス、および損傷が原因で生じる可燃燃料または排ガスの損失に対処するために、上記に記載される提案による適切な設計によって、危険なストレスを受ける地点においてほぼ１つの材料のみで熱交換器を有利に作製することができる。たとえ上記が事実と異なる場合でも上述された解決法によって物的ストレスは有利に緩和される。
【００２６】
熱交換器を装着または設置するのに使用されるはんだまたは他の手段は、とりわけ関連する領域が高い熱負荷を持たない、またはあまり密閉する必要がない場合種々の材料で構成され得ることが理解される。
【００２７】
同一の熱拡張係数を持つ２つ以上の材料を使用することも考えることができ、これにより材料に生じる熱ストレスの発生には同様のやり方で対処することができる。
【００２８】
管と基盤の間に物的および／または摩擦接続部を構築するために、管と基盤の間の物的接続部が溶接またははんだ付けによって形成されることを特徴とする熱交換器の製作方法も提案されている。熱交換器の密閉の厳重さは、簡単なやり方でかつこの種の方法によって特に有利に保証される。この場合溶接またははんだ付け材料として管または基盤に対応する材料を使用することも可能である。
【００２９】
この代替としてまたはこれに付け加えて、管と基盤の摩擦接合は収縮によって成し遂げることもできる。これは、例えば物的に接合された接続部において管または基盤の材料と異なる材料の使用が回避されるため、管と基盤間の熱ストレスを防ぐことができるという利点を有する。その後対応する接続部を迅速かつ確実に機能するように設けることもできる。
【００３０】
本発明の課題はまた、少なくとも１つの圧縮機シリンダと、少なくとも１つの作動シリンダと、圧縮された可燃燃料がそれを介して圧縮機シリンダから作動シリンダに導かれる少なくとも１つの加圧ラインとを備え、圧縮された媒体を一時的に保管することができる可燃燃料タンクを特徴とするアキシャルピストンエンジンによって達成される。
【００３１】
増大した原動力は、圧縮機を利用して最初に供給する必要のある可燃燃料の量がこれに対応して増加することなく、特に短い間このような可燃燃料タンクを経由することが求められる。これは、圧縮機の圧縮ピストンが作動ピストンに直接接続されている場合に特に有利であり、それは可燃燃料の増加は、その他の場合では燃料の増加によってのみ最終的に達成することができるがこのときは単に増大した作動出力によって供給することができるからである。この点に関して燃料をこれにより早くも節約することができる。
【００３２】
可燃燃料タンクに保管された可燃燃料はまた、例えばアキシャルピストンエンジンの始動工程に使用することもできる。
【００３３】
好ましくは可燃燃料タンクは圧縮機シリンダと熱交換器の間に設けられ、その結果可燃燃料、特に燃焼のために供給される空気が、まだ冷たい状態でまたは熱交換器から取り出されたエネルギーをまだ持っていない状態で可燃燃料タンクに一時的に保管される。これはすぐに分かるようにアキシャルピストンエンジンのエネルギーバランスに対してプラスの効果を持つ。
【００３４】
特に耐用寿命を延ばすことを目的として、圧縮機シリンダと可燃燃料タンクの間におよび／または可燃燃料タンクと作動シリンダの間に弁が配置されることが有利である。このようにして漏れの危険を最小限にすることができる。具体的には弁を利用して可燃燃料タンクを、弁を介する加圧ラインから、または通常作動する際に可燃燃料を担持する組立体から隔てることができる場合に有利である。この方法では、アキシャルピストンエンジンの他の作動条件の影響を受けずに可燃燃料を可燃燃料タンクに保管することができる。
【００３５】
さらに本発明の他の特徴から独立して、圧縮機シリンダと作動シリンダの間の加圧ラインが弁を有することで、アキシャルピストンエンジンが動作することによって圧縮された可燃燃料を圧縮機がまだ利用できる場合でも、具体的には例えば交通信号灯やブレーキをかける際に停止する場合など可燃燃料が全く必要ない状況において可燃燃料タンクからの可燃燃料の供給を確実に作動させて止めることができる点が有利である。詳細にはこのときこれに対応して中断が行なわれ、圧縮機が利用できる可燃燃料は、例えば発進や加速工程のために遅れずにすぐさま利用できるように直接可燃燃料タンクに進むことができる。
【００３６】
このような接続において、アキシャルピストンエンジンの具体的な実施形態に応じて複数の加圧ラインを設けることもでき、これらは個別にまたは一緒に可燃燃料タンクを適切に閉鎖するまたはこれに接続することができることが理解される。
【００３７】
極めて有利な設計の変形形態によって少なくとも２つのこのような可燃燃料タンクが提供されており、これによりアキシャルピストンエンジンの種々の作動状態をより大きく差別化して調整することができる。
【００３８】
少なくとも２つの可燃燃料タンクが異なる圧力で充填される場合、燃焼室内の作動条件が格段に迅速に影響を受けることが可能であり、例えば調整弁に固有の反応動作に起因する遅れを見越す必要がない。具体的にはタンクの充填時間を最小限にすることができ、詳細にはそのときまでに可燃燃料を一様の低い圧力で保管することができ、同時に高圧下で可燃燃料を中に含む別のタンクが存在することが可能である。
【００３９】
第１の可燃燃料タンクの第１の下限圧力と第１の上限圧力と、第２の可燃燃料タンクの第２の下限圧力と第２の上限圧力を定め、その範囲内で可燃燃料タンクが加圧される圧力調整システムが設けられ、第１の上限圧力が好ましくは第２の上限圧力より低く、第１の下限圧力が好ましくは第２の下限圧力より低い場合、格段に多様で相互に影響するような調整の選択肢をそれに応じて達成することができる。具体的には使用される可燃燃料タンクを異なる圧力間隔で作動させることができ、これによりアキシャルピストンエンジンによって与えられる可燃燃料圧力の形態のエネルギーをさらにより有効に利用することができる。
【００４０】
例えばアキシャルピストンエンジン内で具体的には極めて広範な範囲の作動に関して特に迅速な反応動作を実現することができるように、第１の上限圧力が第２の下限圧力より低いまたはそれと等しいことが有利である。このようにして選択された圧力間隔を利用して特に広範な圧力範囲を有利に利用することができる。
【００４１】
本発明の課題はまた、少なくとも１つの作動シリンダを備え、このシリンダに予燃室と主燃室を備えた絶えず作動する燃焼室から排ガスが供給され、これが排ガス出口を有するアキシャルピストンエンジンによって達成され、この場合アキシャルピストンエンジンは予燃室内の温度を測定する予燃室温度センサを特徴とする。
【００４２】
この種の温度センサは簡単なやり方で燃焼の良否またはアキシャルピストンエンジンの稼働の安定性に関する有意な値を出力する。例えば抵抗温度センサ、熱電対センサ、赤外線センサなどいずれのセンサも温度センサとして利用することができる。
【００４３】
好ましくは予燃室温度センサは、それが予燃室の炎の温度を測定するように設計または配置される。これにより可能な限りかなり格段に有意な値が作成される。
【００４４】
アキシャルピストンエンジンは詳細には燃焼室調整システムを含むことができ、このシステムは予燃室温度センサを入力センサとして含んでおり、予燃室の温度が１０００℃から１５００℃の間になるように燃焼室を調整する。このようにして相対的に簡単であり、よって信頼性が高く極めて迅速な調整回路を利用して、アキシャルピストンエンジンの一連の工程で生成される汚染物質を確実に極度に少なくすることができる。具体的には煤煙が形成される危険を最小限まで抑えることができる。
【００４５】
さらにおよび具体的には本発明の他の特徴から独立して、上記に付け加えてまたはその代替として、アキシャルピストンエンジンは排ガスの温度を測定する排ガス温度センサを含むことができる。
【００４６】
このような排ガス温度センサを利用して、絶えず作動している燃焼室の作動状態を同様にチェックし技術的に簡単な方法で調整することができる。このような調整システムによってとりわけ簡単な方法で適切かつ完璧な燃料の燃焼が保証されることで、アキシャルピストンエンジンは最適な効率を呈示し放出される汚染物質は最小限になる。
【００４７】
なるべくなら燃焼室は、作動状態にある排ガスの温度が好ましくはアイドリングする際に８５０℃から１２００℃の間になるように調整される。これは例えば上記に言及された要件に従って、水の温度または水の体積あるいは熱交換器内で予熱されたまたは予熱されない空気の比率を調節することによって、例えば適切に水を適用するおよび／または可燃燃料、とりわけ空気を適切に予熱することによって行なうことができる。
【００４８】
本発明の別の態様によると、少なくとも１つのシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも１つのシリンダを備えるエキスパンダ段と、少なくとも１つの熱交換器を有するアキシャルピストンエンジンが提案されており、熱交換器の熱吸収部分は圧縮機段と燃焼室の間に位置し、熱交換器の熱放出部分はエキスパンダ段と周辺環境の間に位置しており、アキシャルピストンエンジンは、熱交換器の熱吸収部分および／または熱放出部分が下流および／または上流に少なくとも１つの流体を加えるための手段を有することを特徴とする。
【００４９】
可燃燃料の流れに流体を加えることは熱交換器の熱を移動させる能力を高める一因となるが、それは、例えば好適な流体を適用することによって可燃燃料の流れの固有の熱容量を排ガス流固有の熱容量に合うように調節することができる、あるいはそうでなければ排ガス流固有の熱容量を超えるように増大させることができるためである。これにより影響を受ける排ガス流から可燃燃料流への熱の伝達は、例えば有利にはより多量の熱を可燃燃料流に、したがって作動サイクルに結合させるのを可能にする一因となるが、その一方で熱交換器の構築サイズは同一のままであり、こうして熱力学的な効率を高めることができる。代替として、または、これに付け加えて流体を排ガス流に加えることもできる。適用される流体はこの場合、例えば下りラインの排ガスの後処理のために必要な手助けとなることができ、これは熱交換器内に形成される乱流によって理想的には排ガス流と混合することができ、これにより下りライン排ガス後処理システムは最大の効率で作動することができる。
【００５０】
「下流」はこの場合、特定の流体が出てくる熱交換器の側、あるいは排ガスラインまたは可燃燃料を運ぶ配管の流体が熱交換器を出た後に進入する部分を指している。
【００５１】
ここから類推することにより「上流」は、熱交換器の特定の流体が進入する側、あるいは排ガスラインまたは可燃燃料を運ぶ配管の流体がそこから熱交換器に進入する部分を指している。
【００５２】
この点において、流体の適用が熱交換器の空間的な近傍付近で速やかに行なわれるかどうかは問題ではなく、あるいは流体の適用がより広い空間距離のところで行なわれるかどうかも問題ではない。
【００５３】
例えば水および／または可燃物質を流体として適宜加えることができる。これには、可燃燃料流が一方で水および／または可燃物質を適用することにより固有の熱容量が増大するという先に記載した利点があり、他方で熱交換器内でまたは燃焼室に先んじて既に混合物を準備することができ、燃焼室で可能な限り最大の局所的に均一な燃焼空気比で燃焼を行なうことができるという利点がある。これにはまた、とりわけ燃焼行為が、効率の低下、すなわち不完全燃焼を極めてわずかしか記録しない、または全く記録しないという利点もある。
【００５４】
アキシャルピストンエンジンの別の構成に関して、熱交換器の熱放出部分に、または熱交換器の熱放出部分から下流に水抜き装置が配置されることが提案されている。熱交換器のところで温度が低下することから、蒸気となった水が全て凝結され、その後に続く排ガスラインが腐食により損傷する恐れがある。このような措置を設けることによって排ガスラインの損傷を有利に抑えることができる。
【００５５】
加えて少なくとも１つのシリンダを備える圧縮機段と、少なくとも１つのシリンダを備えるエキスパンダ段と、圧縮機段とエキスパンダ段の間にある少なくとも１つの燃焼室と、少なくとも１つの熱交換器とを有するアキシャルピストンエンジンの作動方法が提案されており、この場合熱交換器の熱吸収部分は圧縮機段と燃焼室の間に位置し、熱交換器の熱放出部分はエキスパンダ段と周辺環境の間に位置しており、方法は、熱交換器内を通って流れる可燃燃料流におよび／または熱交換器内を流れる排ガス流に少なくとも１つの流体が加えられることを特徴とする。これにより上記に既に示されるように流体を適用することにより可燃燃料流の固有の熱容量を増大させ、したがって可燃燃料流への熱の流れを増大させることによって、周辺環境に通じている排ガス流から可燃燃料流に効率よく熱を伝達するように改良することが可能である。エネルギー流をこの場合アキシャルピストンエンジンの作業サイクルに再生式に結合することにより、工程が適切に実施されたときの効率を高めることができ、とりわけ熱力学的効率を高めることができる。
【００５６】
有利にはアキシャルピストンエンジンは、水および／または可燃物質が適用されるような方法で作動される。このような方法の結果として、熱交換器内および燃焼室に先んじて理想的に混合することによって、とりわけ燃焼工程の効率を高めることができる。
【００５７】
可燃物質を同様に排ガスの流れに加えることができ、これが例えば排ガスの後処理のための手段である場合、その結果排ガスの温度を熱交換器内でまたは熱交換器の後にさらに上げることができる。必要であればこの方法において有利なやり方で排ガスを後処理し汚染物質を最小限にする後燃焼を行なうこともできる。よって熱交換器の熱放出部分に放出された熱が可燃燃料流をさらに温めるために間接的に利用される場合もあり、その結果アキシャルピストンエンジンの効率がこれにより悪影響を受けることはほとんどない。
【００５８】
上記の利点をさらに履行するために熱交換器から下流および／または上流に流体を加えることができる。
【００５９】
これに付け加えてまたはその代替として、分離された水を可燃燃料流および／または排ガス流に戻るように適用することもできる。最も好ましいケースではこれにより閉鎖した水の回路が実現し、これに対して外から水をさらに供給する必要はない。よってこのような構造のアキシャルピストンエンジンを装備した車両は水、とりわけ蒸留水を補給する必要がないという付加的な利点が生まれる。
【００６０】
有利には水および／または可燃物質の適用は、アキシャルピストンエンジンが停止状態にならないうちに所定の時間内の規定された時点で止められ、アキシャルピストンエンジンはそれが停止するまで水および／または可燃物質が適用されない状態で作動される。場合によって水は排ガスラインにとって有害であり、これはとりわけ排ガスラインが冷える際、排ガスライン内に堆積する可能性があるためこの方法では敬遠される場合がある。有利にはいずれの水もアキシャルピストンエンジンが停止しないうちにアキシャルピストンエンジン自体から除去されることで、特に停止中の水または水蒸気によるアキシャルピストンエンジンの構成要素の損傷は助長されなくなる。
【００６１】
本発明の課題は上記に言及した特徴に付け加えてまたはその代替として、少なくとも１つの圧縮機シリンダと、少なくとも１つの作動シリンダと、少なくとも１つの加圧ラインとを備え、この加圧ラインを通って圧縮された可燃燃料が圧縮機シリンダから作動シリンダに導かれるアキシャルピストンエンジンによって達成され、この場合アキシャルピストンエンジンは、圧縮機シリンダ内に位置する圧縮機ピストンの吸気行程中に水または水蒸気が圧縮機シリンダに加えられることを特徴とする。
【００６２】
一方これにより可燃燃料への水の分配が確実に優れたものになる。一方水を加えることによってアキシャルピストンエンジン全体のエネルギーバランスがマイナスの影響をあまり受けずに、水によって変化した圧縮エンタルピーを非厳密的に可燃燃料に採用することができる。具体的にはこれにより等温圧縮の圧縮過程を概算することができ、これにより圧縮中のエネルギーバランスを最適にすることができる。水の比率は、具体的な実施に応じておよび熱交換器に関連して上記に説明した水の適用を併用して、燃焼室の温度を調整する、および／または水の化学反応または触媒反応を利用して汚染を抑えるのに補助的に利用することができる。
【００６３】
水の適用は、例えば本発明の具体的な実施に応じて定量ポンプによって行なうことができる。定量ポンプはチェック弁を利用して一定量を供給することができるが、これは圧縮機ピストンもその吸気行程中にチェック弁を介して水を吸い込むことができ、このときチェック弁は圧縮する間閉じているためである。チェック弁の実装は、エンジンが停止する際の漏れを防ぐために、例えばソレノイド弁などの安全弁が水の供給ラインに設けられる場合に特に有利である。
【００６４】
水は場合によって別の場所でアキシャルピストンエンジンに加えられる場合もあることが理解される。
【００６５】
本発明の付加的な利点、目的および特性を、以下の同封される図面の説明に基づいて説明するが、この説明において様々なアキシャルピストンエンジンおよびその組立体の例が記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１のアキシャルピストンエンジンの概略断面図である。
【図２】図１によるアキシャルピストンエンジンの頂部概略図である。
【図３】図２のものと同様の記載した第２のアキシャルピストンエンジンの頂部概略図である。
【図４】図１のものと同様に記載した第３のアキシャルピストンエンジンの概略断面図である。
【図５】熱交換器の概略断面図である。
【図６】予燃室温度センサと２つの排ガス温度センサを備えた別のアキシャルピストンエンジンの概略断面図である。
【図７】熱交換器の管を収容するために基盤が中に配置された熱交換器のためのフランジの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
図１および図２に記載されるアキシャルピストンエンジン２０１は、絶えず作動している燃焼室２１０を有しており、そこからショットチャネル２１５（一例として番号が付けられている）を介して作動媒体が作動シリンダ２２０（一例として番号が付けられている）に連続して供給される。各作動シリンダ２２０の中には作動ピストン２３０（一例として番号が付けられている）が配置されており、この作動ピストンは一方で直線のコネクティングロッド２３５を介して出力側に接続され、これはこの例示の実施形態では湾曲したレール２４０を持ち出力シャフト２４１上に配置されたスペーサ２４２として実現されており、一方で圧縮機ピストン２５０に接続されており、そのそれぞれが以下でより詳細に説明するように圧縮機シリンダ２６０内を往復する。
【００６８】
作動媒体が作動シリンダ２２０内でその機能を果たし、それに応じて作業ピストン２３０に負荷がかけられると、作動媒体は排ガスチャネル２２５を通って作動シリンダ２２０から押し出される。排ガスチャネル２２５には温度センサが設けられており、これは図面には示されていないが排ガスの温度を測定する。
【００６９】
排ガスチャネル２２５はいずれの場合でも排ガスを熱交換器２７０に排出し、その後ア既知の方法で適切な出口２２７のところでアキシャルピストンエンジン２０１から出る。その一部のための出口２２７をさらに具体的には環状のダクト（図示せず）に接続することができ、その結果結局排ガスは一カ所か二カ所でエンジン２０１から出ていく。とりわけ熱交換器２７０の具体的な構成によって、熱交換器２７０自体が既に消音効果を持つため、場合によっては消音装置を省くことも可能である。
【００７０】
熱交換器２７０は、圧縮機ピストン２５０によって圧縮機シリンダ２６０内で圧縮され、加圧ライン２５５を通って燃焼室２１０に導かれる可燃燃料を予熱する働きをする。圧縮はこの場合、供給される空気が圧縮機ピストン２５０によって供給ライン２５７（一例として番号が付けられている）を介して吸い込まれ、圧縮機シリンダ２６０内で圧縮されることにより既知の方法で行なわれる。このために、既知のもので容易にしかるべく利用できる弁システムが使用される。
【００７１】
図２からすぐに明らかになるように、アキシャルピストンエンジン２０１は２つの熱交換器２７０を有しており、その両方がアキシャルピストンエンジン２０１に関して軸方向に配置されている。このような配置にすることによって、排ガスが排ガスチャネル２２５を通っていずれの場合も熱交換器２７０まで横切っていく経路を、最新技術のアキシャルピストンエンジンと比べて有意に短縮することができる。その結果排ガスが極めて高い温度で各々の熱交換器２７０に到達することになり、これにより結局のところ可燃燃料もこれに対応する高い温度に予熱される。実際にはこのような構成にすることにより燃料の少なくとも２０％を削減することができる。これに関連して最適な設計を利用することで３０％以上の削減もさらに可能であると予測される。
【００７２】
さらに熱交換器２７０は、ここには示されていないがアスベストの代用品の断熱材により断熱されている。これによりこの例示の実施形態では、熱交換器２７０の近傍のアキシャルピストンエンジンの外部温度がほぼ全ての作動条件において４５０℃を超えないことが保証される。唯一の例外は負荷をかけすぎた場合であり、いずれにしてもこれが起こるのはほんのわずかの間に過ぎない。この場合断熱材は、熱交換器の一番高温の場所で３５０℃の温度勾配を保証するように設計されている。
【００７３】
これに関連して、付加的な措置を施すことによってアキシャルピストンエンジン２０１の効率を上げることが可能であることが理解される。例えば可燃燃料を既知のやり方で使用して燃焼室２０１を冷却したり熱的に絶縁することができ、これにより可燃燃料が燃焼室２１０に入る前にその温度をさらに上げることができる。一方でこれに対応する調整を、この例示の実施形態の場合のように燃焼用空気に関連して可燃燃料の成分だけに限定することができることをここで強調したい。圧縮の前または圧縮する際に燃焼用の空気に予め水を加えることも考えられるが、しかしながらこれはその後に、例えば加圧ライン２５５内でも容易に可能である。
【００７４】
特に好ましいのは圧縮機シリンダ２６０への水の適用が、対応する圧縮機ピストン２５０の吸気行程の間に行なわれることであり、その結果、等温圧縮またはできるだけ等温圧縮に近い圧縮になる。すぐに明らかになるように、圧縮機ピストン２５０の各作動サイクルは吸気行程と圧縮行程で成り立っており、この場合吸気行程中に可燃燃料が圧縮機シリンダ２６０に進入しその後圧縮される、すなわち圧縮行程中に圧縮され加圧ライン２５５へと導かれる。吸気行程中に水を加えることによって作動中簡単なやり方で水が確実に均一に分配される。
【００７５】
同様にそれに応じて燃料を調整することも考えられるが、この場合燃料の量は通常、燃焼用空気に対して比較的少量であるためかなり短時間で高温にすることができるため、この場合これは絶対的に必要なものではない。
【００７６】
図３に記載されるアキシャルピストンエンジン３０１は、その構造とその機能方法において図１および図２によるアキシャルピストンエンジン２０１に基本的に対応している。このような理由により詳細な説明は省くことにし、この場合同様に機能する図３の組立体は同様の参照用の標示を備えており、その最初の桁のみが互いに異なっている。アキシャルピストンエンジン３０１は中央燃焼室３１０を有しており、そこからアキシャルピストンエンジン３０１の作動シーケンスに従ってショットチャネル３１５（一例として番号が付けられている）を介して作動媒体を作動シリンダ３２０に導くことができる。作動媒体がその機能を果たした後、それはいずれの場合も排ガスチャネル３２５を介して熱交換器３７０へと供給される。
【００７７】
この場合アキシャルピストンエンジン３０１は、アキシャルピストンエンジン２０１とは対照的に厳密に２つの作動シリンダ３２０に対して熱交換器３７０を１つだけ有しており、これによりチャネル３２５の長さは最小限に短縮することができる。すぐに明らかになるようにこの例示の実施形態では熱交換器３７０は、アキシャルピストンエンジン３０１の筐体本体３０５に一部が挿入されており、これにより図１および図２によるアキシャルピストンエンジン２０１の構造と比べてさらによりコンパクトな構造になる。この場合熱交換器３７０をどの程度筐体本体３０５に挿入することができるかの目安は、例えば作動シリンダ２２０のための水の冷却システムなどの他の組立体の配置によって制限される。
【００７８】
図４に記載されるアキシャルピストンエンジン４０１もまた、図１から図３によるアキシャルピストンエンジン２０１および３０１に基本的に対応している。よって同一のまたは同様の作動組立体は同様に標示されており、その最初の桁だけが異なる。よってその他の点では作動方法の詳細な説明は、それが既に図１および図２によるアキシャルピストンエンジン２０１に関連して行なわれているためここでも省略する。
【００７９】
アキシャルピストンエンジン４０１もまた筐体本体４０５を含んでおり、それに接して絶えず作動する燃焼室４１０と、６つの作動シリンダ４２０と６つの圧縮機シリンダ４６０が設けられている。この場合燃焼室４１０はいずれの場合でもショットチャネル４１５を介して作動シリンダ４２０に接続されており、その結果アキシャルピストンエンジン４０１のタイミングのペースに対応して作動媒体を作動シリンダ４２０に供給することができる。
【００８０】
作動媒体はその機能を終えると、排ガスチャネル４２５を通って作動シリンダ４２０を出るが、このチャネルはいずれの場合でも熱交換器２７０へとつながっており、この場合これらの熱交換器４７０は、図１および図２によるアキシャルピストンエンジン２０１（特に図２を参照）の熱交換器２７０と全く同様に配置されている。作動媒体は出口４２７（一例として番号が付けられている）を通って熱交換器２７０から出る。
【００８１】
作動シリンダ４２０と圧縮機シリンダ４６０の中には作動ピストン４３０と圧縮機ピストン４５０がそれぞれ配置されており、これらは剛性のコネクティングロッド４３５を利用して互いに接続されている。コネクティングロッド４３５は既知の方法で湾曲したレール４４０を含んでおり、これはスペーサ４２４上に設けられており、このスペーサが最終的に出力シャフト４４１を駆動させる。
【００８２】
またこの例示の実施形態では、供給ライン４５７を介して燃焼用の空気が吸い込まれ圧縮機シリンダ４６０内で圧縮されることで、加圧ライン４５５を介して燃焼室４１０に適用され、これにより上記で言及した例示の実施形態で挙げられた措置を具体的な実施に応じて同様に設けることができる。
【００８３】
加えてアキシャルピストンエンジン４０１の場合、加圧ライン４５５は環状ダクト４５６を介して互いに接続されており、これにより全ての加圧ライン４５５内の圧力を既知の方法で確実に均一にすることができる。環状ダクト４５６と各加圧ライン４５５の間に弁４８５が設けられ、これにより可燃燃料の供給を加圧ライン４５５によって調整または設定することができる。さらにタンクライン４８１を介して可燃燃料タンク４８０が環状ダクト４５６に接続されており、このライン内にも弁４８２が同様に配置されている。
【００８４】
弁４８２および４８５は、アキシャルピストンエンジン４０１の作動状態に応じて開閉することができる。よって例えばアキシャルピストンエンジン４０１があまり可燃燃料を必要としない場合弁４８５の一方を閉じることが予想される。またそのような作動状況において全ての弁４８５の部分的に閉めて弁がスロットルとして作動することができるようにすることも予想される。弁４８２が開放される際、そのときは可燃燃料の余剰分を可燃燃料タンク４８０に送り込むことができる。これは、とりわけアキシャルピストンエンジン４０１が減速して稼働しているとき、すなわち可燃燃料を全く必要とせず、むしろ出力シャフト４４１を介して駆動されている場合にも可能である。このような作動状況で起きる圧縮機ピストン４５０の動きによって生じた可燃燃料の余剰分も同様に容易に可燃燃料タンク４８０に保管することができる。
【００８５】
このようにして保管された可燃燃料は必要に応じて、すなわち具体的には発進または加速する状況でならびに始動させるために補助的にアキシャルピストンエンジン４０１に供給することが可能であり、その結果、圧縮機ピストン４５０が余計な動きをしたりより素早く動作しなくても可燃燃料の余剰分が供給される。
【００８６】
弁４８２および４８５はまた、適切な場合上記を確実にするために省くこともできる。圧縮された可燃燃料を長期間保管することも目的とした前述のような弁は、漏れを避けることができないためあまりふさわしくないように思われる。
【００８７】
アキシャルピストンエンジン４０１の代替の一実施形態では環状ダクト４５６を省くことも可能であり、この場合圧縮機シリンダ４６０の出口はこのとき場合によって環状ダクトの区画を利用して加圧ライン４５５の数に一致するように合体される。この種の設計では、１本の加圧ライン４５５のみを可燃燃料タンク４８０に接続する、すなわち全ての加圧ライン４５５を可燃燃料タンク４８０に接続しない、あるいはそれらを接続可能にしないことが恐らく意味を成す。このような設計は実際は、全ての圧縮機ピストン４５０が減速する際に可燃燃料タンク４８０を充填できる訳ではないということを意味している。一方でこのとき燃焼室４１０が十分な可燃燃料を利用することができることで、補助的な調整または制御システム措置がなくても燃焼を維持することができる。これと同時に可燃燃料タンク４８０が他の圧縮機ピストン４５０を利用して充填されることで、可燃燃料はそれに応じて備蓄され、とりわけ始動、発進または加速段階にすぐに利用することができる。
【００８８】
アキシャルピストンエンジン４０１は、ここにはっきりとは示されていない別の設計の変形形態で２つの可燃燃料タンク４８０を装備する場合もあり、この場合も２つの可燃燃料タンク４８０にこのとき別々の圧力を充填することが可能であるため、２つの可燃燃料タンク４８０が異なる圧力間隔でリアルタイムに作動することが常に可能であることを理解されたい。好ましくはこの場合圧力調整システムが設けられ、このシステムは第１の可燃燃料タンク４８０のための第１の下限圧力と第１の上限圧力、ならびに第２の可燃燃料タンク（図示せず）のための第２の下限圧力と第２の上限圧力を設定し、その範囲内でそれぞれの可燃燃料タンク４８０に圧力が充填され、この場合第１の上限圧力は第２の上限圧力を下回り、第１の下限圧力は第２の下限圧力を下回る。具体的には第１の上限圧力は、第２の下限圧力より低いかそれと等しくなるように設定することができる。
【００８９】
図５に記載される熱交換器８７０は、例えば熱交換器２７０、３７０および４７０として使用することができる。この熱交換器８７０は排ガス空間８７１内に軸方向に複数の細いダクト８７２（一例として番号が付けられている）が配置されており、これらは排ガス空間８７１に対してガス密になるような方法で空気供給空間８７３と空気排出空間８７４に接続されている。熱交換器８７０は、開口８７５を利用して上記に言及したアキシャルピストンエンジン２０１、３０１、４０１の加圧ライン２５５、４５５に入るようにすることができ、その結果圧縮された可燃燃料は、細いダクト８７２を通って熱交換器８７０の中を流れることができる。さらに排ガス空間８７１は排ガスの入り口８７６と排ガスの出口８７７を有しており、排ガス空間内に互い違いになるように配置されそれぞれが細い管８７２の一部に接続された反らせ板８７８を利用することで排ガスと細いダクト８７２の密接な接触が促進される。反らせ板８７８はまた排ガスによってそれに対応して調整されるため、反らせ板８７８はまたそれに対応する細い管８７２への熱エネルギーの結合をもたらす。
【００９０】
排ガスの入り口８７６はアキシャルピストンエンジン２０１、３０１、４０１の排ガスチャネル２２５、３２５、４２５の１つに接続され、その一方で排ガスの出口８７７は、アキシャルピストンエンジン２０１、３０１、４０１の出力２２７、４２７を意味する。排ガス出口８７７は、より多様な設計では排気管または既に知られている他の組立体に接続することができることが理解される。さらにアキシャルピストンエンジン２０１、３０１、４０１は具体的な構成に応じて他の熱交換器を設けることもできることが理解される。熱交換器８７０は、とりわけアキシャルピストンエンジン３０１および４０１のものも、たとえアキシャルピストンエンジン２０１に基づいて記載したように熱交換器８７０とは異なるように構築する必要がある場合でも熱交換器を適宜断熱することができることも理解することができる。
【００９１】
図１から図５を通して排ガスまたは燃焼室の温度を測定する温度センサは示されていない。このような温度センサに関して、全ての温度センサは８００℃と１１００℃の間の温度を作動中確実に測定することができるとみなすことができる。具体的には燃焼室が予燃室と主燃室を備える場合、このような温度センサを利用して予燃室の温度も測定することができる。この点について上記に記載したアキシャルピストンエンジン２０１、３０１および４０１はそれぞれ、作動シリンダ２２０、３２０、４２０を出るときの排ガス温度がおよそ９００℃であり、予燃室（もしあれば）の温度がおよそ１０００℃であるように温度センサを利用して調整することができる。
【００９２】
図６の記載によって示される別のアキシャルピストンエンジン５０１の場合、このような温度センサは、１つの予燃室温度センサ５９２と２つの排ガス温度センサ５９３という形で設けられており、これらはそれに応じて概略的に表されている。具体的には予燃室温度センサ５９２を利用して（これはこの例示の実施形態では、それが別のアキシャルピストンエンジン５０１のプリバーナー５１７に近いことからプリバーナー温度センサと呼ぶこともできる）別のアキシャルピストンエンジン５０１の燃焼の良否または稼働の安全性に関する有意義な値が突き止められる。例えば予燃室５１７の中の炎の温度を測定することができることで、燃焼室調整システムを利用して別のアキシャルピストンエンジン５０１における種々の作動状態を調整することが可能である。排ガス温度センサ５９３を利用して（これは各々の作動シリンダ５２０の出口または排ガスチャネル５２５に配置されている）具体的には燃焼室５１０の作動状態を累積的にチェックし必要ならば調整することができ、その結果可燃燃料の最適な燃焼が常に保証される。
【００９３】
その他の場合では、別のアキシャルピストンエンジン５０１の構築および作動原理は、先に記載したアキシャルピストンエンジンのものに対応している。この点において、別のアキシャルピストンエンジン５０１は筐体本体５０５を有しており、これに接して絶えず作動している燃焼室５１０と、６つの作動シリンダ５２０と、６つの圧縮機シリンダ５６０が設けられている。
【００９４】
燃焼室５１０の内部では可燃燃料に点火しこれを燃やすことができ、この場合燃焼室５１０は上記に記載した方法で可燃燃料を充満させることができる。有利には別のアキシャルピストンエンジン５０１は二段燃焼システムにより作動し、そのため燃焼室５１０は先に既に言及したプリバーナー５１７とメインバーナー５１８を有する。プリバーナー５１７とメインバーナー５１８に可燃燃料を噴射することができ、この場合アキシャルピストンエンジン５０１の一定の割合の燃焼用の空気も（この例示の実施形態では全体の燃焼用空気の１５％より小さくなるはずである）予燃室５１７に送ることができる。
【００９５】
プリバーナー５１７はメインバーナー５１８より直径が小さく、この場合燃焼室５１０は、円錐形のチャンバ５１３と円筒形のチャンバ５１４から成る移行領域を有する。
【００９６】
可燃燃料と燃焼用空気を供給するために、一方でメインノズル５１１と一方で処理ノズル５１２が燃焼室５１０に、詳細には関連する円錐形のチャンバ５１３にそれらを放出する。メインノズル５１１と処理ノズル５１２を利用することで可燃燃料または可燃物質を燃焼室５１０に噴射することができ、この場合、この例示の実施形態では処理ノズル５１２を利用して噴射された可燃燃料は早くも燃焼用空気と混合される、または既に混合されている。
【００９７】
メインノズル５１１は燃焼室５１０の主要な燃焼方向５０２に基本的に平行になるように配向されている。さらにメインノズル５１１は燃焼室５１０の対称軸５０３に同軸になるように配向されており、この場合対称軸５０３は主要な燃焼方向５０２に対して平行になるように置かれている。
【００９８】
さらに処理ノズル５１２がメインノズル５１１に対して一定の角度（ここでは理解しやすいようにはっきりとは描かれていない）で配置されることで、メインノズル５１１の噴射方向５１６と処理ノズル５１２の噴射方向５１９は円錐形のチャンバ５１３内の相互に交差する点で交わる。
【００９９】
可燃物質または可燃燃料はこの例示の実施形態では空気を追加して供給せずにメインノズル５１１からメインバーナー５１８へと噴射され、この場合可燃物質はメインバーナー５１８内で既に予熱され理想的には熱分解させることができる。このためにメインノズル５１１内を流れる可燃物質の量に対応する体積の燃焼用空気が、プリバーナー５１７またはメインバーナー５１８の背後の燃焼空間５２６へと送り込まれ、このために別個の燃焼用空気供給システム５０４が設けられ、これが燃焼空間５２６に空気を放出する。
【０１００】
この目的のために別個の予燃用空気供給システム５０４がプロセス空気供給システム５２１に接続され、この場合別の燃焼用空気供給システム５２２には、別個の燃焼用空気供給システム５０４から燃焼用空気を供給することができ、これはこの場合穴の開いたリング５２３に燃焼用空気を供給することができる。この穴の開いたリング５２３はこの場合処理ノズル５１２に割り当てられる。この点において処理ノズル５１２によって噴射されその上プロセス空気と混合された可燃物質を、プリバーナー５１７またはメインバーナー５１８の円錐形のチャンバ５１３に噴射することができる。
【０１０１】
加えて燃焼室５１０とりわけ燃焼空間５２６はセラミック製の組立体５０６を含んでおり、これは有利には空冷式である。このセラミック製の組立体５０６はこの場合セラミック製の燃焼室の壁５０７を含んでおり、この壁は外形を形成する管５０８によって周りを囲まれている。この外形を形成する管５０８の周りには冷却空気チャンバ５０９が延在しており、これは冷却空気チャンバ供給システム５２４を利用してプロセス空気供給システム５２１に接続されている。
【０１０２】
既知の作動シリンダ５２０は対応する作動ピストン５３０を保持しており、これはいずれの場合でもコネクティングロッド５３５によって圧縮機ピストン５５０に機械的に接続されている。
【０１０３】
この例示の実施形態ではコネクティングロッド５３５は、コネクティングロッドを稼働させる車輪５３６を含んでおり、これは作動ピストン５３０または圧縮機ピストン５５０が移動する間湾曲したレール５４０に沿って走行する。これにより駆動式の湾曲レール支持体５３７を利用して湾曲したレール５４０に接続されている出力シャフト５４１が回転させられる。アキシャルピストンエンジン５０１によって生成された動力は、出力シャフト５４１を介して出力することができる。
【０１０４】
既知の方法では圧縮機ピストン５５０を利用してプロセス空気の圧縮、適切な場合には噴射された水も含めた圧縮が行なわれるが、この水は必要であればさらに冷却するのに利用することができる。水または蒸気の適用が対応する圧縮機ピストン５５０の吸気行程中に行なわれる場合、可燃燃料の等温圧縮をとりわけ促進させることができる。水の適用が吸気行程に付随することで、作動中簡単なやり方で可燃燃料内にひときわ均一に水を分配することを保証することができる。
【０１０５】
これにより、例えば図１から図５に関して上記に既に説明した例示の実施形態において既に詳細に記載されるように、プロセス空気が１つまたは複数のこのような熱交換器を利用して事前に温められ可燃燃料として燃焼室５１０に運ばれる場合、必要ならばここには記載されない（但し図５を参照）１つまたは複数の熱交換器内で有意により徹底的に排ガスを冷却することができる。排ガスは上記で挙げられた排ガスチャネル５２５を介して１つまたは複数の熱交換器に送り込むことができ、この場合熱交換器は、別のアキシャルピストンエンジン５０１を基準にして軸方向に配置される。
【０１０６】
さらにプロセス空気は、既に説明したように冷却されなければならないアキシャルピストンエンジン５０１の付加的な組立体と接触することによりさらに事前に温めるまたは予熱することができる。このようにして圧縮され加熱されたプロセス空気はその後、既に説明した方法で燃焼室５１０に適用され、これにより別のアキシャルピストンエンジン５０１の効率をさらに上げることができる。
【０１０７】
アキシャルピストンエンジン５０１の作動シリンダ５２０はそれぞれショットチャネル５１５を介して燃焼室５１０に接続されることで、点火された可燃燃料の混合体または燃料と空気の混合体がショットチャネル５１５を介して燃焼室５１０から出て各々の作動シリンダ５２０に進むことができ、作動ピストン５３０に対して作動媒体としての機能を果たすことができる。
【０１０８】
この点において燃焼室５１０から流れる作動媒体を少なくとも１つのショットチャネル５１５を介して少なくとも２つの作動シリンダ５２０に連続して送り込むことが可能であり、この場合各作動シリンダ５２０について１つのショットチャネル５１５が設けられ、これは制御ピストン５３１を利用して開閉することができる。よって別のアキシャルピストンエンジン５０１の制御ピストン５３１の数は、作動シリンダ５２０の数によって規定される。ショットチャネル５１５の閉鎖はこの場合、その制御ピストンカバー５３２を含めた制御ピストン５３１を利用して行なわれる。制御ピストン５３１は制御ピストン湾曲レール５３３を利用して駆動され、この場合駆動シャフト５４１に対して制御ピストン湾曲レール５３３のスペーサ５３４が設けられており、これはとりわけ熱から分離させる働きもする。別のアキシャルピストンエンジン５０１のこの例示の実施形態では、制御ピストン５３１は、基本的に軸方向に向けられた往復運動５４３を行なうことができる。このために制御ピストン５３１はそれぞれ制御ピストン湾曲レール５３３内に支持される摺動部品（これ以上分類されない）を利用して誘導され、この場合この摺動部品はそれぞれ案内路の中を前後して走行する安全カム（これ以上分類されない）を有しており、制御ピストン５３１がひっくり返るのを防ぐ。
【０１０９】
制御ピストン５３１はショットチャネル５１５の領域内で燃焼室５１０からの高温の作動媒体と接触するため、制御ピストン５３１が水冷式である場合に有利である。このために別のアキシャルピストンエンジン５０１は、水の冷却システム５３８を具体的には制御ピストン５３１の領域内に有しており、この場合水冷却システム５３８は、内側の冷却ダクト５４５と、中央の冷却ダクト５４６と、外側の冷却ダクト５４７を含む。このようにして十分に冷却された制御ピストン５３１は、対応する制御ピストンシリンダの中を作動中信頼できるように移動することができる。
【０１１０】
別のアキシャルピストンエンジン５０１がショットチャネルリング５３９を有する場合、特に簡素な構造を利用してショットチャネル５１５および制御ピストン５３１を設けることができる。この場合ショットチャネルリング５３９は中央軸を有しており、その周りに作動シリンダ５２０および制御ピストンシリンダの一部が同心円状に配置される。それぞれの作動シリンダ５２０と制御ピストンシリンダの間にショットチャネル５１５が設けられ、この場合全てのショットチャネル５１５は燃焼室５１０の燃焼室床５４８の切り取り部（ここでは分類されない）に空間的に接続される。この点において作動媒体は、燃焼室５１０からショットチャネル５１５を介して作動シリンダ５２０へと進み、これにより機能を果たし、この機能を利用して圧縮機ピストン５５０もまた移動することができる。実際の構成によってショットチャネルリング５３９またはその材料が腐食性の燃焼生成物と直接接触したり極端に高い温度と直接接触しないように保護するために、コーティングやインサートを設けることもできることが理解される。
【０１１１】
図６による具体的な例示の実施形態にははっきりとは示されていないが、別のアキシャルピストンエンジン５０１が、例えば少なくとも１つの可燃燃料タンクとこれに対応する弁を同様に装備する場合もあることが理解される。
【０１１２】
加えて別のアキシャルピストンエンジンの場合可燃燃料タンクは、異なる圧力で圧縮された可燃燃料を保管することができるように二通りに対応するように設けることが可能である。既存の２つの可燃燃料タンクをこの場合燃焼室５１０の対応する加圧ラインに接続することができ、この場合可燃燃料タンクは弁を利用して加圧ラインと流体接続が可能である、またはそこから隔てることができる。具体的には作動シリンダ５２０または圧縮機シリンダ５６０と、可燃燃料タンクの間に、ストップ弁またはスロットル弁あるいは調整弁または制御弁を設けることができる。例えば上記に挙げた弁は、発進または加速する状況においてならびに始動するために適切に開閉することができ、これにより可燃燃料の余剰分を少なくとも限られた期間内燃焼室５１０が利用することが可能である。可燃燃料タンクは好ましくは圧縮機シリンダの１つと熱交換器の１つの間に流体的に相互接続される。２つの可燃燃料タンクが理想的には異なる圧力で作動することで、これにより圧力という形で別のアキシャルピストンエンジン５０１によって供給されるエネルギーをかなり十分に利用することが可能になる。このために第１の可燃燃料タンクに設けられた上限圧力と下限圧力は、適切な圧力調整システムを利用して第２の可燃燃料タンクの上限圧力と下限圧力を下回るように設定することができる。この場合可燃燃料タンクに対して異なる圧力間隔で作業を行なうことができることが理解される。
【０１１３】
図７は熱交換器ヘッドプレート３０２０を示しており、これはアキシャルピストンエンジンの熱交換器に、とりわけ図５による熱交換器に使用するのに適している。熱交換器ヘッドプレート３０２０は、アキシャルピストンエンジンの出力マニフォルド上に設置しそれに接続することを目的としたフランジ３０２１を含んでおり、そこにはこれは対応するくり穴３０２２が熱交換器ヘッドプレート３０２０の半径方向の外側の領域に円形に配置されている。フランジ３０２１の半径方向内側の領域には基盤３０２３があり、これは例えば図７による細い管８７２などの各々の管を受ける管取付け位置３０２４として設計された多数のくり穴を有する。
【０１１４】
熱交換器ヘッドプレート３０２０は全体を管または細い管８７２と同一の材料から作製されるのが好ましく、これにより熱膨張係数が熱交換器全体とできるだけ均一になり、熱交換器内の熱ストレスがこれにより最小限になることが保証される。これに付け加えて、熱交換器の覆いとなる筐体も同様に熱交換器ヘッドプレート３０２０または管に相当する材料で製作することができる。管取付け位置３０２４は、例えばこれらの管取付け位置３０２４に設置された管がプレス嵌めを利用して挿入されるように嵌合部を有するように設計することができる。
【０１１５】
この代替として、管取付け位置３０２４はまた隙間嵌めまたは止まり嵌めが実現されるように設計することもできる。この方法では、管取付け位置３０２４への管の設置は、摩擦接続ではなく物的に接合される接続を利用して行なうこともできる。この物的接続は好ましくはこの場合溶接またははんだ付けによって行なわれ、この場合熱交換器ヘッドプレート３０２０または管に相当する材料ははんだ付けまたは溶接材として使用される。これには均一な熱膨張係数によって管取付け位置３０２４の熱ストレスを最小限にすることができるという利点もある。
【０１１６】
このようにして完成させる場合、プレス嵌めによって管取付け位置３０２４に管を設置し、その上でそれらをはんだ付けまたは溶接することも可能である。１０００℃を超える温度が極めて生じやすいことに起因して熱膨張係数が異なることによりプレス嵌めしか使用しない場合特定の状況下では機能しなくなる可能性があるため、このように設置することで管および熱交換器ヘッドプレート３０２０にさまざまな材料が使用される場合に熱交換器の漏れを確実に防ぐこともできる。
【符号の説明】
【０１１７】
２０１  アキシャルピストンエンジン
２０５  筐体本体
２１０  燃焼室
２１５  ショットチャネル
２２０  作動シリンダ
２２５  排ガスチャネル
２２７  出口
２３０  作動シリンダ
２３５  コネクティングロッド
２４０  湾曲したレール
２４１  出力シャフト
２４２  スペーサ
２５０  圧縮機ピストン
２５５  加圧ライン
２５７  供給ライン
２６０  圧縮機シリンダ
２７０  熱交換器
３０１  アキシャルピストンエンジン
３０５  筐体本体
３１０  燃焼室
３１５  ショットチャネル
３２０  作動シリンダ
３２５  排ガスチャネル
３７０  熱交換器
４０１  アキシャルピストンエンジン
４０５  筐体本体
４１０  燃焼室
４１５  ショットチャネル
４２０  作動シリンダ
４２５  排ガスチャネル
４２７  出口
４３０  作動シリンダ
４３５  コネクティングロッド
４４０  湾曲したレール
４４１  出力シャフト
４４２  スペーサ
４５０  圧縮機ピストン
４５５  加圧ライン
４５６  環状ダクト
４５７  供給ライン
４６０  圧縮機シリンダ
４７０  熱交換器
４８０  可燃燃料タンク
４８１  タンクライン 
４８５  弁
５０１  別のアキシャルピストンエンジン
５０２  主要な燃焼方向
５０３  対称軸
５０４  燃焼用空気供給システム
５０５  筐体本体
５０６  セラミック製の組立体
５０７  セラミック製の燃焼室の壁
５０８  外形を形成する管
５０９  冷却空気チャンバ
５１０  燃焼室
５１１  メインノズル
５１２  処理ノズル
５１３  円錐形のチャンバ 
５１４  円筒形のチャンバ
５１５  ショットチャネル
５１６  第１の噴射方向
５１７  プリバーナー
５１８  メインバーナー
５１９  他の噴射方向
５２０  作動シリンダ
５２１  プロセス空気供給システム
５２２  他の燃焼用空気供給システム
５２３  穴が開けられたリング
５２４  冷却空気チャンバ供給システム
５２５  排ガスチャネル
５２６  燃焼空間
５３０  作動シリンダ
５３１  制御ピストン
５３２  制御ピストンカバー
５３３  制御ピストン湾曲レール
５３４  スペーサ
５３５  コネクティングロッド
５３６  コネクティングロッド稼働車輪
５３７  駆動式の湾曲レール支持体
５３８  水冷却システム
５３９  ショットチャネルリング
５４０  湾曲したレール 
５４１  出力シャフト 
５４３  往復運動
５４５  内側の冷却ダクト
５４６  中央の冷却ダクト
５４７  外側の冷却ダクト
５４８  燃焼室の床
５５０  圧縮機ピストン
５６０  圧縮機シリンダ
５９２  予燃室温度センサ
５９３  排ガス温度センサ
８７０  熱交換器
８７１  排ガス空間
８７２  細い管
８７３  空気供給空間
８７４  空気排出空間
８７５  開口
８７６  排ガスの入り口
８７７  排ガスの出口
８７８  反らせ板
３２００  熱交換器ヘッドプレート
３０２１  フランジ
３０２２  設置穴
３０２３  マトリクス
３０２４  管取付け位置
【図１】
2013500416.tif 000003
【図２】
2013500416.tif 000004
【図３】
2013500416.tif 000005
【図４】
2013500416.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013500416.tif 000008
【図７】
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【国際調査報告】
2013500416.tif 000010
2013500416.tif 000011
2013500416.tif 000012
2013500416.tif 000013
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