(57)【要約】  本発明は、滑動するようにシリンダ（１）に嵌め込まれてスライダクランク装置（３，４）によってクランクシャフト（５）を駆動させる少なくとも一つのピストン（２）を有し：仕事を伴わない等温膨張；仕事を伴う、移動−微小ないわゆる準等温膨張；仕事を伴うポリトロープ膨張；および大気圧での排気、という四段階の熱力学サイクルに従って運転する活性室を有するエンジンであり、好ましくは、高圧貯蔵器（１２）に収容され、作動容量（１１）において作動圧力と呼ばれる平均圧力に膨張する圧縮空気の供給を、作動容量（１１）と呼ばれる緩衝容量を通して、好ましくは、動圧力調整装置（１３）を通して受けるエンジンに関し、活性室（ＣＡ）はエンジンシリンダに包含され、シリンダ容積（１）は、ピストンに通過されるとともに二つの別々の部分、活性室（ＣＡ）を形成する第１の部分と膨張室（ＣＤ）を形成する第２の部分と、に分けられることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（１）に滑動可能に嵌め込まれるとともに従来の連接棒／クランク装置（３，４）によってクランクシャフト（５）を駆動する少なくとも一つのピストン（２）を有するとともに、
−  仕事を伴わない等温膨張；
−  近等温と称される、仕事を伴う移動−微小膨張；
−  仕事を伴うポリトロープ膨張；
−  大気圧での排気；
を有する四段階の熱力学サイクルで運転し、
好ましくは、高圧貯蔵器（１２）に収容され作動ボリューム（１１）で作動圧力と称される中圧に膨張させられる圧縮空気または他の圧縮ガスの供給を、好ましくは動調整装置（１３）を経由して受ける作動ボリューム（１１）と称される緩衝ボリュームを介して、高圧貯蔵（１２）に収容された圧縮空気または他の圧縮ガスの供給を受ける、
活性室を有するエンジンであって、
−  少なくとも一つのシリンダ（１）に滑動可能に嵌め込まれた少なくとも一つのピストン（２）を有し、前記ピストンに通過される前記シリンダの容積は二つの別個の部分、すなわち、前記シリンダに包含される前記活性室（ＣＡ）を形成する第１の部分と、膨張室（ＣＤ）を形成する第２の部分と、に分けられ；
−  前記ピストン（２）に通過される前記シリンダ（１）の前記容積は、少なくとも一つの吸気ダクトおよびポート（７）と、少なくとも一つの排気ダクトおよびポート（９）と、を有するシリンダヘッド（６）によってその上部で閉じられ、当該シリンダヘッドは、前記ピストン（２）が上死点にあるとき、前記ピストンと前記シリンダヘッド（６）との間に残される残容積が構造によってピストンとシリンダヘッドとの間の接触が無いように運転する最小の隙間だけに減少させられるように設計され；
−  前記圧縮空気または前記加圧されたガスが前記ピストンの上で前記シリンダに入れられるとともに、一定な作動圧力の前記圧縮空気または他のガスの連続的な推力で、前記活性室（ＣＡ）の容積が増加し、近等温の移動段階を示す仕事を生じさせ；
−  前記シリンダへの前記圧縮空気または前記加圧されたガスの吸気は前記活性室（ＣＡ）の最大容積に到達するとすぐに塞き止められるとともに、そのとき前記活性室に収容される圧縮空気または加圧されたガスの量は膨張し、前記膨張室（ＣＤ）を定めるその行程の前記第２の部分を越えて前記ピストンを追い返し、それによって前記膨張段階を引き起こす仕事を生じさせ；
−  前記ピストンが下死点に到達すると、そのとき前記排気ポートは、その全行程中の前記ピストンの上り行程の間、前記排気段階が行われるように開く、ことを特徴とする活性室を有するエンジン。
【請求項２】
前記エンジンの呼び運転圧力における、前記包含される活性室（ＣＡ）の前記最大容積と前記膨張室（ＣＤ）の容積とは、前記下死点での膨張の終わりの圧力が大気圧に近くなるような大きさに作られることを特徴とする、請求項１で請求される活性室を有するエンジン。
【請求項３】
−  記述されたばかりのものと同じ原理でそれぞれ運転する、増加シリンダ容量を有するいくつかの連続したシリンダ（１，１Ａ，１Ｂ）を有し、
−  最小のシリンダ容量を有する一番目のシリンダは、前記作動ボリューム（１１）によって圧縮空気または加圧されたガスの供給を受け、次の一つまたは複数のシリンダは先立つ前記シリンダからの排気（８Ａ，８Ｂ）の供給をそれぞれ受け、
−  大気と熱交換する一つ以上の熱交換器が、前記先立つシリンダからの前記排気の気温を増加させるそれぞれのシリンダの間に配置されることで、それを環境温度近くに戻しそれによって前記排出される空気の容積を増大させる、
ことを特徴とする、請求項１および２で請求される活性室を有するエンジン。
【請求項４】
前記作動ボリューム（１３）は、定圧の化石または圧縮空気もしくは圧縮ガス以外の付加的エネルギーによって運転する加熱装置（１７）を有し、前記加熱装置は、前記活性室に導入される前の前記圧縮空気または前記加圧されたガスが温度を上昇させるとともに容積を増大させ、それにより本発明に係る前記エンジンに取り付けられる機械の範囲を前記容積の増大に比例して増大させることを可能にすることの結果として、それを通過する前記空気または前記ガスの温度を上昇させ、利用可能且つ使用に適したエネルギーを増大させることを可能にする、ことを特徴とする、その二重エネルギーへの適用における、請求項１から３のいずれか一つで請求される活性室を有するエンジン。
【請求項５】
定圧の加熱装置が、前記交換機の後の、前記連続するシリンダの最後の二つの間に配置され、前記装置は、それを通過する前記空気または前記ガスの温度を上昇させ、前記活性室に導入される前の前記圧縮空気または前記圧縮ガスが温度を上昇させるとともに容積を増大させることを通して利用可能且つ使用に適したエネルギーの量を増加させ、それによって本発明に係るエンジンを備える機械の範囲を増大させることを可能にすることを特徴とする請求項３および４で請求される活性室を有するエンジン。
【請求項６】
前記加熱装置（２５）は、前記活性室に導入される前の前記圧縮空気または加圧されたガスが温度を上昇させるとともに容積を増大させ、それによって本発明に係るエンジンを備える機械の範囲を増大させることを通して、前記圧縮空気または加圧されたガスの温度を上昇させるとともに使用に適し且つ利用可能なエネルギーの量を増大させるために前記作動ボリュームに焦点を集める放物線状のソーラーコレクターを有することを特徴とする、請求項４および５のうち一つに請求される、その二重エネルギーへの適用における活性室を有するエンジン。
【請求項７】
前記エンジンのトルクおよび速さは、前記作動ボリューム（１１）の圧力を制御することで制御されることを特徴とする、先行する請求項のどれかで請求される活性室を有するエンジン。
【請求項８】
付加的エネルギーを用いた二重エネルギー方式で運転するとき、電子計算機が、前記圧縮空気または前記加圧されたガスの圧力の、およびそれゆえ、前記作動ボリュームに導入される空気またはガスの質量の関数として供給される前記エネルギーの量を制御することを特徴とする、請求項４から６のいずれか一つで請求される活性室を有するエンジン。
【請求項９】
前記エンジンは、付加的エネルギーでの運転時に前記貯蔵器に圧縮空気または加圧されたガスの供給を受けさせる、空気またはガスの圧縮機に連結されるとともに駆動することを特徴とする、その独立した二重エネルギーへの適用における、先行する請求項のいずれか一つで請求される活性室を有するエンジン。
【請求項１０】
前記圧縮機から出た高圧かつ高温の前記圧縮空気またはガスが前記貯蔵器で環境温度に近い温度に戻るように、熱交換器が前記圧縮機と前記貯蔵器との間に配置されることを特徴とする、上記の請求項で請求される活性室を有するエンジン。
【請求項１１】
−  予め圧縮されるとともに前記高圧貯蔵器に収容された空気またはガスを用いる、単一エネルギーの汚染ゼロ運転；
−  加熱装置によって供給される前記付加的エネルギーに加えて、予め圧縮され前記貯蔵器に収容された空気またはガスを用いる二重エネルギー運転；
−  前記加熱装置によって供給される前記付加的エネルギーに加えて、前記エンジンによって駆動される圧縮機によって前記貯蔵器で圧縮された空気またはガスを用いる独立した二重エネルギー運転、
という別個にまたは組み合わされてされることができる三つの方式で運転することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一つで請求される活性室を有するエンジン。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、「活性室（ａｃｔｉｖｅ  ｃｈａｍｂｅｒ）」と称される室（チャンバ）を用い、特に圧縮空気、または他の気体で運転するエンジンに関する。
【０００２】
発明者は、ガスおよび、特に、圧縮空気を用いる、都会および郊外で十分に清浄な運転をするためのパワープラントとその装置とに関する多くの特許を出願した：
特に、付加的な圧縮空気の注入を伴う、単一エネルギーおよび多エネルギー方式で運転する電動圧縮機／電動オルタネータユニットに関する内容を参照できる国際特許出願、国際公開第０３／０３６０８８号を出願した。
【０００３】
圧縮空気で運転し且つ圧縮空気の貯蔵器（ｓｔｔｒａｇｅ  ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）を有するこれらの種類のエンジンにおいて、前記貯蔵器に非常に高圧で貯蔵された圧縮空気を膨張させる必要があるが、それがエンジンの一つのまたは複数のシリンダで使われる前に、緩衝ボリューム（作動ボリュームと呼ばれる）では、段々と空になるにつれてその圧力が最終用途圧力と呼ばれる安定した中間圧力に減少する。
【０００４】
バルブおよびスプリングを含む良く知られる従来の調整器は、非常に低い流量（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を有し、そのような用途におけるそれらの使用は、非常に扱いにくく、上手く機能しない装置を要する。さらに、それらは、膨張の間、冷やされる空気中の湿気が原因となる氷結に非常に敏感に反応する。
【０００５】
この問題に取り組むため、発明者は、圧縮空気の注入がされるエンジン用の、高圧の圧縮空気貯蔵器および作動ボリュームを有する流量変更可能な動調整器（ｄｙｎａｍｉｃ  ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）および分配システムに関する内容を参照できる特許出願、国際公開第０３／０８９７６４号を出願した。
【０００６】
これらの「チャージ膨張」エンジンの運転において、膨張室の充填は、機械の全体の効率にとって有害な、仕事を伴わない膨張をさらに示す。
【０００７】
上述の問題に取り組むため、発明者は、高圧貯蔵器に収容され、作動ボリュームと呼ばれる緩衝ボリュームで予め呼び作動圧力（ｎｏｍｉｎａｌ  ｗｏｒｋｉｎｇ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に膨張した圧縮空気または他の圧縮された気体が好ましく供給される圧縮空気エンジンについて述べるさらにもう一つの特許出願、国際公開第２００５／０４９９６８号を出願した。二重エネルギーバージョンにおける前記作動ボリュームは、それを通過する空気の温度および／または圧力を増加させるための付加的エネルギー（化石または他のエネルギー）が供給される空気加熱装置を有する。
【０００８】
国際公開第２００５／０４９９６８号に関するこの種のエンジンにおいて：  
−  前記膨張室は、仕事の発生を許す手段に設けられた可変ボリュームからなり、それは、前記ピストンを上死点で留めるための装置につけられる主なエンジンピストンの上にある空間に、耐久通路を介して連結されるとともにつながり、  
−  前記エンジンピストンが上死点で停止する間に、加圧された空気またはガスは、前記膨張室の容積（ｖｏｌｕｍｅ）が最小であるとともに、推力（ｔｈｒｕｓｔ）で、容積が増大し、それによって仕事を生じるであろうとき、この膨張室に入り、  
−  前記膨張室はおおよそその最大容積に保たれるので、そこに収容された圧縮空気がそのときエンジンシリンダにおいて膨張し、それにより前記エンジンピストンをその下り工程に追い返し、順番に仕事を供給し、  
−  排気行程の間、前記エンジンピストンの上り行程の間、前記膨張室の前記可変ボリュームは、全作業サイクルを再び始めるために、その最小容積に戻される。
【０００９】
この発明に係る前記エンジンの前記膨張室は、仕事へのアクディブな寄与をする。そのため、前記エンジンは、「活性室（アクティブチャンバ）」を有するエンジンと称される。
【００１０】
国際公開第２００５／０４９９６８号は、単一エネルギー圧縮空気方式で運転しているときの、四段階の熱力学サイクルを特に請求し、これは、  
−  仕事を伴わない等温膨張；  
−  近等温（ｎｅａｒ−ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ）と称される、仕事を伴う移動−微小膨張（ｔｒａｎｓｆｅｒ−ｓｌｉｇｈｔ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）；  
−  仕事を伴うポリトロープ（ｐｏｌｙｔｒｏｐｉｃ）膨張；  
−  大気圧での排気、を特徴とする。
【００１１】
国際公開第２００５／０４９９６８号の別体を開示する国際公開第２００８／０２８８８１号文書は、同じ熱力学サイクルを請求するが、従来の連接棒／クランク装置を用いる。好ましくは、作動ボリュームと呼ばれる緩衝ボリュームにおいて予め呼び作動圧力に膨張させられて高圧貯蔵器に収容された圧縮空気または他の圧縮ガスが供給される。前記二重エネルギーバージョンの前記作動ボリュームは、通過する空気の温度および／または圧力を増加させる付加的エネルギー（化石または他のエネルギー）が供給される、前記空気を加熱する装置を有する。
【００１２】
国際公開第２００８／０２８８８１号に係るこの種のエンジンにおいて、  
−  前記活性室と称される前記膨張室は、仕事を生み出すことを許す手段を備える可変ボリュームからなり、それとともに、シャッターを有し、そして、それをその上死点における前記エンジンピストンの上の前記エンジンシリンダに収容される前記ボリュームから隔離させまたはそこに連絡させることを許す、通路を介して接続され；  
−  前記加圧された空気またはガスは、前記活性室に、後者の容積が最小であるとともに推力で容積が増大し、それによって仕事が生じるときに、入り；  
−  前記活性室が大よそその最大容積であるとともに前記エンジンピストンが大よそ上死点にあるとき、取入口（ｉｎｔａｋｅ）は閉じられ、前記チャンバは前記エンジンシリンダに連絡させられ、そこに収容される前記圧縮空気は膨張し、そのため、前記エンジンピストンをその下り工程に追い返し、それにより順に仕事を供給し；  
−  膨張の間、前記活性室の容積は、新しいサイクルが再び始まるためにその最小容積に戻る。
【００１３】
本発明に係る前記エンジンの前記膨張室は、仕事へのアクティブな寄与をする。国際公開第２００５／０４９９６８号および国際公開第２００８／０２８８８１号に係る前記エンジンは、活性室を有するエンジンと称される。
【００１４】
これらのエンジンの後者の型の最適化された運転のためには、国際公開第２００８／０２８８８１号の場合において前記活性室から前記膨張室への移動における圧力低下、および国際公開第２００５／０４９９６８号の場合における移動の構造によって作られる無駄な容積（ｄｅａｄ  ｖｏｌｕｍｅ）、を考慮に入れる必要がある。
【００１５】
本発明は、この問題に取り組むことと同時に機械の構造の簡素化を提案する。
【００１６】
本発明に係るエンジンシリンダに包含される前記活性室を有するエンジンは、上述された国際公開第２００５／０４９９６８号および国際公開第２００８／０２８８８１号と同じ熱力学サイクルと、従来の連接棒／クランク装置と、を用いる。
【００１７】
そのため本発明は、シリンダに滑動可能に嵌め込まれるとともに従来の連接棒／クランク装置によってクランクシャフトを駆動する少なくとも一つのピストンを有するとともに：  
−  仕事を伴わない等温膨張；  
−  近等温と称される、仕事を伴う移動−微小膨張；  
−  仕事を伴うポリトロープ膨張；  
−  大気圧での排気；  
を有する四段階の熱力学サイクルで運転し、  
好ましくは、高圧貯蔵器に収容され作動ボリュームにおいて作動圧力と称される中圧（ｍｅｄｉｕｍ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に膨張させられる圧縮空気または他の圧縮ガスの供給を、好ましくは動調整装置を経由して、受ける作動ボリュームと称される緩衝ボリュームを介して、高圧貯蔵器に収容された圧縮空気または他の圧縮ガスの供給を受ける、活性室を有するエンジンであって：  
−  少なくとも一つのシリンダに滑動可能に嵌め込まれた少なくとも一つのピストンを有し、前記ピストンに通過される（ｓｗｅｐｔ）当該シリンダの容積が二つの別個の部分、すなわち、前記シリンダに包含される前記活性室ＣＡを形成する第１の部分と、膨張室を形成する第２の部分と、に分けられ；  
−  前記ピストンに通過される前記シリンダの前記容積は、少なくとも一つの吸気ダクトおよびポートと、少なくとも一つの排気ダクトおよびポートと、を有するシリンダヘッドによってその上部で閉じられ、当該シリンダヘッドは、前記ピストンが上死点にあるとき、前記ピストンおよびシリンダヘッドの間に残される残容積が構造によってピストンとシリンダヘッドの間の接触が無いように運転できる最小の隙間だけに減少させられるように設計され；  
−  前記圧縮空気または前記加圧されたガスが前記ピストンの上で前記シリンダに入れられるとともに、一定な作動圧力の前記圧縮空気の連続的な推力で、前記活性室の容積が増加し、近等温の移動段階を示す仕事を生じさせ；   
−  前記シリンダへの前記圧縮空気または前記加圧されたガスの吸気は前記活性室ＣＡの最大容積に到達するとすぐに塞き止められるとともに、そのとき前記活性室に収容される圧縮空気または加圧されたガスの量は膨張し、前記膨張室ＣＤを定めるその行程の前記第２の部分を越えて前記ピストンを追い返し、それによって前記膨張段階を引き起こす仕事を生じさせ；  
−  前記ピストンが下死点に到達すると、そのとき前記排気ポートは、その全行程中の前記ピストンの上り行程の間、前記排気段階が行われるように開く、ことを特徴とする活性室を有するエンジンを提案する。
【００１８】
前記エンジンの呼び運転圧力（ｎｏｍｉｎａｌ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）における、前記エンジンシリンダにおける前記包含される活性室ＣＡの最大容積と、前記膨張室ＣＤの容積とは、前記下死点での膨張の終わりの圧力が大気圧に近くなるような大きさに作られる。
【００１９】
例えば、２０バールの前記呼び運転圧力、シリンダの総容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）（前記膨張室の容積を加えた前記活性室の容積を意味する）が３００ｃｍ３のエンジン、において、上死点の後にクランク角度が４５°に達した前記シリンダに包含される前記活性室ＣＡの最大容積は３５ｃｍ３だろう、そして前記膨張室ＣＤの容積は２６５ｃｍ３だろう、そして前記排気の運転の下死点における圧力が１．０３バールだろう。
【００２０】
本発明に係る前記エンジンは、有益なことに、動調節器と称される国際公開０３／０８９７６４に係る流量変更可能な調節器を備え、等温式の仕事を伴わない膨張を行うことによって、呼び運転圧力の作動ボリュームに、前記高圧貯蔵器への圧縮空気を供給することを可能にする。
【００２１】
本発明に係る活性室を有する前記エンジンの前記熱力学サイクルは、国際公開第２００５／０４９９６８号および国際公開第２００８／０２８８８１号のそれと同一である。それは、動調整器によって許された仕事を伴わない等温膨張、それに続く前記膨張室の充填の間の、前記作動ボリュームに収容された前記空気の圧力を用いることによる非常に微小な近等温膨張（例えば３０５０立方センチメートルの容積における３０００立方センチメートルの容積）に伴う仕事を伴う移動が続く、その後、それに続く仕事とかなりの温度低下とを伴う前記エンジンシリンダにおける前記膨張室のポリトロープ膨張、終わりに大気中への膨張した空気の排出、を特徴とする。
【００２２】
環境温度より摂氏−７５〜−１００度オーダー低下するそのような型のエンジンの前記排気の温度については前例がない。
【００２３】
好ましくは、そして特に、圧縮空気を用いる単一エネルギー運転において、本発明に係る前記シリンダに包含される活性室を有する前記エンジンは、記述されたばかりの本発明の原理においてそれぞれ設計されるとともに運転する、幾つかの連続するカスケードのシリンダの段を有し、これらの連続したシリンダは増加シリンダ容量を有する。
【００２４】
最小のシリンダ容量を有する一番目のシリンダは、前記作動ボリュームによって圧縮空気の供給を受ける。
【００２５】
増加シリンダ容量を有する次の一つまたは複数のシリンダは、上流の／先立つ前記シリンダからの前記排気によって、圧縮空気の供給を受ける。
【００２６】
大気と熱交換する一つ以上の熱交換器は、それぞれのシリンダの間、特に二つの連続するシリンダの間に配置されることで、前記先立つシリンダからの前記排気における空気の温度を上昇させるとともにそれを環境温度に近づけ、これにより前記排出される空気の容積を増大させる。
【００２７】
総シリンダ容量（それぞれのシリンダの前記活性室の容積および前記膨張室の容積）は、それぞれの前記シリンダから排出される空気の容積、特に、前記交換器における温度の上昇によって引き起こされた容積の増大によって増加した前記総シリンダ容量の容積が、実質的に次のシリンダの前記活性室の前記最大容積と同じになるような大きさに作られる。
【００２８】
選択されるシリンダの数、および前記エンジンの総シリンダ容量に応じて、それぞれのシリンダの特徴は、それぞれのシリンダの前記排気温度が実質的に一致するように定められる。そのため、結果として、排気圧力を下げる要因は、同様に、実質的に同じである。
【００２９】
非限定的な例によれば、１００バールの呼び圧力の作動ボリュームから供給を受ける、５０８．７ｃｍ３の総シリンダ容量を有する本発明に係る三気筒エンジンは、下記の特徴を有するだろう：
【表１】
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【００３０】
本発明に係るその二重エネルギーへの適用において、そして、付加的燃料を用いる方式において、前記作動ボリュームに収容される環境温度の前記圧縮空気は、熱ヒーターにおいて付加的エネルギーを用いて定圧で加熱される。この装置は、前記活性室ＣＡに導入される前の前記圧縮空気が温度を上昇させるとともに容積を増大させ、それにより、本発明に係るエンジンを備える機械（例えば自動車）の範囲を前記容積の増大に比例して増大させるということのために、利用可能且つ使用に適したエネルギーの量を増加させることを可能にする。
【００３１】
これは等圧加熱であり、そして、二倍の温度増加は、圧縮空気の有用な容積を二倍にする、などである。
【００３２】
このため、２００バールの圧縮空気の２００リットル容器、すなわち２９３Ｋ（摂氏２０度）、４０ｍ３の空気は、５８６Ｋ（すなわち摂氏３１３度）、８０ｍ３の利用可能な圧縮空気を作る。
【００３３】
環境温度で開始する燃焼は、非常に少ないエネルギーで重要な結果を達成させ、著しく汚染窒素酸化物を生ずる温度より低いままである。熱ヒーター装置、または熱ヒーターの使用は、汚染物質の排出を最小限にしようとする目的で既知の手段によって、触媒作用を及ぼされまたは汚染を除くことができる清浄で継続的な燃焼を用いることができる点で有益である。
【００３４】
前記熱ヒーターは、そのエネルギー源として、石油、ディーゼル燃料もしくはＬＰＧのような化石燃料または自動車天然ガス（ＶＮＧ）を用い得る。また、前記ヒーターは、バイオ燃料またはアルコール／エタノールを用いても良く、このため、バーナが温度上昇を引き起こす外燃式の二重エネルギー運転を実現することができる。また、前記ヒーターは、この温度上昇を引き起こす熱化学処理を用いても良い。
【００３５】
本発明の代わりの形態によれば、活性室を有する前記エンジンは、前記圧縮空気を加熱するために太陽エネルギーを用い、そしてこの目的の為に放物線状（パラボラ）のソーラーコレクター、または前記作動ボリュームを通過する前記圧縮空気の温度を上昇させるチャンバに焦点を集める、太陽エネルギーを集める他のシステムを備えても良い。
【００３６】
この特徴は、前記シリンダに導入される前の前記圧縮空気が温度上昇するとともに容積増大し、それによって本発明に係る前記エンジンに取り付けられる前記機械の範囲を、前記容積の増大に比例して増大させることを可能にすることを通して、利用可能且つ使用に適したなエネルギーの量を増加させることを可能にする。
【００３７】
用いられる前記種々のエネルギーは、別々にまたは組み合わせて使用され得る。
【００３８】
幾つかのシリンダを有する二重エネルギーエンジンの場合において、付加的エネルギーを用いる空気を加熱する手段は、好ましくは、前のシリンダの間に配置される前記一つまたは複数の前記熱交換器における温度が上昇したときに、環境熱エネルギーの増加分を保存することを可能にするために、最後の二つのシリンダの間に設置される。
【００３９】
しかしながら、加熱および／または付加加熱装置が、それによって本発明の原理を変えることなく、それぞれの対のシリンダの間で用いられても良い。
【００４０】
この装置の代わりの一つの形態によれば、それぞれの段階の後、排気は単一の多段式ヒータに向けられるため、ただ一つの燃焼源を使用することを可能とする。
【００４１】
そのために、付加的エネルギーを用いる運転方式において、一番目のシリンダの熱力学サイクルは：  
−  等温膨張；  
−  温度上昇；  
−  近等温と称される、仕事を伴う移動−微小膨張；  
−  仕事を伴うポリトロープ膨張；  
−大気圧での排気、という五つの段階を有し、  
そして、多気筒エンジンの場合において、次の／連続したシリンダの熱力学サイクルは、  
−  温度上昇；  
−  近等温と称される、仕事を伴う移動−微小膨張；  
−  仕事を伴うポリトロープ膨張；  
−  大気圧での排気、という四つの段階を有する。
【００４２】
圧縮空気方式において、例えば都会での自動車において、前記高圧貯蔵器における前記圧縮空気の圧力だけが運転に用いられる。付加的エネルギー、化石または他のエネルギーを用いる方式での運転において、例えば高速道路での自動車において、前記作動ボリュームの加熱がそのとき要求され、そのため、前記作動ボリュームを通過する空気の温度と、そのため前記活性室および膨張室を満たす仕事に用いられ得る容積および／または圧力とを上昇させることを可能にする。
【００４３】
本発明のエンジンは、付加的エネルギー（化石または他のエネルギー）を用いる二重エネルギー方式での運転時の前記作動ボリュームにおける圧力の制御によって（この制御は有益なことに前記動調整器によって行われる）、そして、前記エンジンに備わるとともに前記作動ボリュームにおける圧力に応じて供給される付加的エネルギーの量を制御する電子計算機によって、トルクおよび速さによって制御される。
【００４４】
本発明に係るエンジンに独立した二重エネルギー運転を与える本発明の代わりの形態によれば、活性室を有する前記エンジンは、付加的エネルギーを用いて運転する一方で、高圧圧縮空気貯蔵器に圧縮空気を供給する空気圧縮機に連結される。好ましくは、前記圧縮機を出る高温高圧な圧縮空気が前記貯蔵器で環境温度に近い温度に戻るため、熱交換器が前記圧縮機と前記貯蔵器との間に配置される。
【００４５】
そのため、備えられる活性室を有する単一エネルギーおよび二重エネルギーエンジンは：  
−  前記高圧貯蔵器に収容されて予め圧縮された空気を用いる単一エネルギー方式（汚染ゼロ）での運転；  
−  前記高圧貯蔵器に収容された予め圧縮された空気、加えて前記熱ヒーターによって供給される前記付加的エネルギーを用いる二重エネルギー方式での運転；  
−  エンジン駆動の空気圧縮機によって前記貯蔵器で圧縮された空気、加えて前記熱ヒーターによって供給される前記付加的エネルギーを用いる独立した二重エネルギー方式での運転、という三つの方式で運転する。
【００４６】
前記熱交換器は、空気／空気もしくは空気／液体の熱交換器または他の装置か、または所望の加熱効率を生じるガスか、でも良い。
【００４７】
本発明に係る活性室を有する前記エンジンは、陸上、海上、鉄道、航空の全ての乗り物に用いられることができる。本発明に係る活性室を有する前記エンジンは、同様にそして有益なことに、バックアップ発動設備に、そして同じく、電気、熱および気候調節をする非常に多くの家庭用コジェネレーションに適用されても良い。
【００４８】
本発明の他の目的、利点および特徴は、下記の添付図面を参照して与えられるいくつかの実施例の非限定的な記載を読むことによって明らかになるだろう：
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、下死点における軸断面を説明する、シリンダに包含される活性室を有する本発明に係るエンジンと、そしてその圧縮空気供給装置と、を概略的に示す；
【図２】図２は、本発明に係る前記エンジンの運転の種々の段階を、概略的な断面図で示す；
【図３】図３は、本発明に係る前記エンジンの運転の種々の段階を、概略的な断面図で示す；
【図４】図４は、本発明に係る前記エンジンの運転の種々の段階を、概略的な断面図で示す；
【図５】図５は、三つの段階を有する本発明に係る活性室を有する多気筒エンジンを断面図で示す；
【図６】図６は、本発明に係る活性室を有するエンジンの断面図と、放物線状のソーラーコレクターを用いて前記圧縮空気を加熱する装置を有するその高圧空気供給装置とを概略的に示す；
【図７】図７は、多気筒エンジンおよび燃焼を用いるその加熱装置の断面図を示す；
【図８】図８は、前記貯蔵器に供給を行う圧縮機に連結された、本発明に係る活性室を有するエンジンを概略的に示す。
【００５０】
図１は、本発明に係る活性室を有するエンジンを示すとともに、連接棒３によってクランクシャフト５のクランクピン４に接続されたピストン２が滑動するエンジンシリンダ１を示す。
【００５１】
ピストン２に通過される本発明に係るエンジンシリンダ１の容積は、仮想線ＤＤ´（シリンダの軸に直交する分割平面に対応する）で、二つの部分：上記のゆえにシリンダに包含される活性室ＣＡを形成する第１の部分と、膨張室ＣＤを形成する第２の部分と、に分けられる。
【００５２】
エンジンシリンダ１は、吸気ダクト７および排気ダクト８、加えて前記複数のダクトを閉じる結合手段（ここではこれらの手段はそれぞれ吸気バルブ９および排気バルブ１０である）を有するシリンダヘッド６によって蓋をされる。
【００５３】
前記吸気ダクトは、動調整器１３を通して高圧貯蔵器１２から供給を受ける作動圧力の作動ボリューム１１に接続される。
【００５４】
高圧貯蔵器１２に収容される高圧の圧縮空気は、動調整器１３を通って作動ボリューム１１において前記作動圧力に膨張し、それによって熱力学サイクルの第１段階：仕事を伴わない等温膨張を行う。
【００５５】
スロットルペダルによって制御される装置（不図示）は、前記作動室における圧力を調整するための動調整器１３を制御するとともに、そのため前記エンジンの制御をする。
【００５６】
構造により、ピストン２が上死点にあるとき、前記ピストンの上面とそれに対向するシリンダヘッド６の一部との間の残容積はゼロ、またはほぼゼロであり、そのため活性室ＣＡおよび膨張室ＣＤの容積はゼロである。
【００５７】
ピストンの上死点から進むと、前記ピストンによって通過されるとともに前記ピストンの上面の上に位置を定められた前記シリンダの容積は次第に増加し、そのため活性室ＣＡおよびその後に膨張室ＣＤを連続して生じさせるだろう。
【００５８】
そのため、シリンダ１におけるピストン２の下り行程は、連続的に、活性室ＣＡと称される前記チャンバの連続的な構造に相当する一つ目の「上」部、および、膨張室ＣＤと称される前記チャンバの連続的な構造に相当する二つ目の「下」部を有する。
【００５９】
図２は、吸気段階の間の本発明に係る前記活性室を有するエンジンを示し、上死点に到達すると吸気バルブ９はすぐに開放される。作動ボリューム１１に収容された呼び作動圧力の前記圧縮空気は、容積が段々と増加する包含される活性室ＣＡに定圧で供給され、ピストン２をその下り工程に追い返し、仕事を生じるとともに前記熱力学サイクルの前記第２の段階：近等温と称される、仕事をする微小膨張を伴う移動を行う。
【００６０】
図３は、ピストン２が線ＤＤ´に到達したときの本発明に係る包含された活性室ＣＡを有する前記エンジンを示し、そのとき活性室ＣＡの容積は最大であるとともに前記活性室における圧力は作動ボリューム１１に収容される空気の圧力と等しい前記呼び作動圧力である。吸気バルブ９はそのとき閉じられるとともに加圧された空気の到達を遮断する。活性室ＣＡに収容された呼び圧力の前記圧縮空気はその後膨張し、ピストン１をその下死点（図４）に向かって押し返し、原動力となる膨張仕事を行うとともに前記熱力学サイクルの第３段階：仕事を伴うポリトロープ膨張を行う。
【００６１】
ピストン１はその後、前記ピストンに通過される前記シリンダの最大利用可能容積に相当する下死点（図１）に達し、そして排気バルブ１０はそのとき膨張した（大気圧に近い圧力の）空気を前記ピストンの上り行程の間に排気ダクト８を通して大気中に移すために開くことよって、前記熱力学サイクルの第４段階：環境／大気圧での排気を行う。
【００６２】
図５は、本発明に係る、増加シリンダ容量を有する三段階の多気筒エンジンを示す。当該図は、左から右へ、連接棒３によってクランクシャフト５のクランクピン４に接続されたピストン２が滑動する最小のシリンダ容量の第１のシリンダ１を示す。このエンジンシリンダ１は、線ＤＤ´で二つの部分：活動室ＣＡおよび部分的膨張室ＣＤ（図では見えない）に分けられる。エンジンシリンダ１は、吸気ダクト７および排気ダクト８、加えてこれらのダクトを閉じる手段、ここでは吸気バルブ９および排気バルブ１０を有するシリンダヘッド６に蓋をされる。吸気ダクト７は、動調整器１３を通して高圧貯蔵器１２から供給を受ける前記作動圧力の作動ボリューム１１に接続される。排気ダクト８は第１の空気／空気熱交換器１４の入口に開口する。
【００６３】
第２の段階はそのシリンダ容量が第１のシリンダ１のそれよりも大きい第２のシリンダ１Ａを構成し、そこは連接棒３Ａによって共通クランクシャフト５のクランクピン４Ａに接続されるピストン２Ａを滑動させる。第２のエンジンシリンダ１Ａは線ＤＤ´で二つの部分：容積が空気／空気交換器１４における排気の加熱によって引き起こされた容積の増大によって増大させられた第１のシリンダ１のシリンダ容量に実質的に等しい第２の活性室ＣＡ１と、第２の部分的膨張室ＣＤ１とに分けられる。第２のエンジンシリンダ１Ａは、吸気ダクト７Ａおよび排気ダクト８Ａ、加えて前記ダクトを遮断する手段、ここでは吸気バルブ９Ａおよび排気バルブ１０Ａを有する共通シリンダヘッド６によって蓋をされる。吸気ダクト７Ａは、前記第１のシリンダからそれに前記排気の定圧の圧縮空気を供給する空気／空気熱交換器１４の出口に接続される。排気ダクト８Ａは第２の空気／空気熱交換器１５の入口に開口する。
【００６４】
第３の段階は、そのシリンダ容量がさらに大きく且つ第２のシリンダ１のシリンダ容量よりも大きい第３のシリンダ１Ｂを構成し、そこが共通クランクシャフト５のクランクピン４Ｂに連接棒３Ｂによって接続されたピストン２Ｂを滑動させる。エンジンシリンダ１Ｂは、線ＤＤ´で二つの部分：容積が第２の空気／空気熱交換器１５において前記排気の加熱によって引き起こされた容積の増大によって増大した第２のシリンダ１Ａのシリンダ容量に実質的に等しい第３の活性室ＣＡ２と、図では見えない第３の膨張室ＣＤ２とに分けられる。エンジンシリンダ１Ｂは、吸気ダクト７Ｂおよび排気ダクト８Ｂ、加えてこれらのダクトを遮断する手段、ここでは吸気バルブ９Ｂおよび排気バルブ１０Ｂを有する、ここでは三つのシリンダの全てに共通するシリンダヘッド６に蓋をされる。吸気ダクト７Ｂは、それに第２のシリンダ１Ａの排気の定圧の圧縮空気を供給する第２の空気／空気熱交換器１５の出口に接続される。排気ダクト８Ｂは大気中に開放する。
【００６５】
前記高圧貯蔵器１２に収容された前記高圧圧縮空気は、動調整器１３によって呼び作動圧力に膨張させられ、この場合、上述のそれに似た単気筒エンジンの場合よりもさらに（例えば１００バール）高くなっても良い。
【００６６】
運転についての以下の記載に示される容積、圧力および温度の値は、本発明の一つの現実的な且つあり得る実施形態の非限定的な例として定められる。
【００６７】
第１のシリンダ１のピストン２が上死点にあるとき、吸気バルブ９が開かれるとともに、作動ボリューム１１に収容された呼び作動圧力の圧縮空気が、第１のシリンダ１の包含される活性室ＣＡに定圧で供給され、ピストン２をその下り行程に引き戻し、仕事を生じさせる。ピストン２は、活性室ＣＡの容積５．５ｃｃが、前記作動ボリューム１１に収容された空気の圧力と一致する前記呼び作動圧力１００バールとなる線ＤＤ´に達する。吸気バルブ９は閉じるとともに加圧された空気の到着を遮断する。活性室ＣＡ１に収容された呼び圧力の前記圧縮空気は、前記膨張室で部分的に膨張し、ピストン１を下死点に向かって駆動し、動力となる膨張仕事を行う。
【００６８】
この部分的膨張の間、前記圧縮空気はマイナス７８度に冷える。第１のピストン１が下死点に達する一方、定められた全容積が９０ｃｍ３であるシリンダ１に収容された前記空気の圧力は２０バールオーダーとまだ大きい。そのとき、排気バルブ１０が開き、ピストン１は定圧に近い前記圧縮空気が温まるとともに実質的に環境温度に戻り、容積が２０ｃｍ３から２６ｃｍ３に増加するだろう空気／空気交換器１４に流入させる。
【００６９】
第２のシリンダ１Ａのピストン２Ａが上死点にあるとき、吸気バルブ９Ａが開くとともに、交換器１４に収容された第２の作動圧力の前記圧縮空気が定圧（２０バール）でシリンダ１Ａの第２の包含される活性室ＣＡ１に供給され、第２のピストン２をその下り行程に行かせ、仕事を生じる。ピストン２Ａは、第２の活性室ＣＡ１の容積２６ｃｍ３が、交換器１４に収容された前記空気の圧力と一致する第２の作動圧力２０バールとなる線ＤＤ´に到達する。吸気バルブ９Ａが閉じるとともに加圧された空気の到着を遮断する。そのとき、第２の活性室ＣＡ１に収容された第２の圧力（２０バール）の前記圧縮空気は部分的に膨張し、第２のピストン１Ａを下死点に向かって進め、動力となる膨張仕事を生じる。
【００７０】
この部分的な膨張の間、前記圧縮空気はマイナス７８度に冷える。所定の全容積が９０ｃｍ３である第２のシリンダ１Ａに収容された、前記空気の圧力がまだ５バールオーダーという大きさであるとき、第２のピストン１Ａは下死点に到達する。そのとき排気バルブ１０Ａが開くとともに、第２のピストン１Ａは、ほぼ定圧で、前記圧縮空気を、加熱するとともに実質的に環境温度に戻し、容積を９０ｃｍ３から１２９ｃｍ３に増加させるだろう第２の空気／空気交換器１５に流入させる。
【００７１】
第３のシリンダ１Ｂの第３のピストン２Ｂが上死点にあるとき、吸気バルブ９Ｂが開くとともに、第２の交換器１５に収容された第３の作動圧力（５バール）の前記圧縮空気は定圧で第３のシリンダ１Ｂの第３の包含される活性室ＣＡ２に供給され、ピストン２Ｂをその下り行程に進め、仕事を生じさせる。ピストン２Ｂは、第３の活性室ＣＡ２の容積（１２６ｃｍ３）が、第２の交換器１５に収容された前記空気の圧力と一致する第３の作動圧力５バールになる、線ＤＤ´に到達する。吸気バルブ９Ｂは、閉じるとともに加圧された空気の到着を遮断する。そのとき、第３の活性室ＣＡ２に収容された第３の圧力の前記圧縮空気は、十分膨張し、第３のピストン１Ｂを下死点に向かって進め、それによって動力となる膨張仕事を生じ、大気圧に達する。
【００７２】
この膨張の間、前記圧縮空気はマイナス７８度に冷える。所定の全容積が４００ｃｍ３である第３のシリンダ１Ｂに収容された前記空気の圧力が大気圧に近づくとき、第３のピストン１Ｂが下死点に達し、そしてそのとき排気バルブ８Ｂが開くとともに第３のピストン２Ｂが第３のシリンダ１Ｂに収容された前記空気を大気に向かって進める。
【００７３】
図６は、本発明に係る包含される活性室を有するエンジンと、そのために作動ボリュームに焦点を集めるとともに通過する圧縮空気の温度を増加させる放物線状のソーラーコレクター１６を用いて圧縮空気を加熱する装置を有する高圧空気供給装置とを示す。この装置は、包含される活性室に導入される前の前記圧縮空気が温度を上昇させるとともにエンジンの性能および／または前記エンジンを備える乗り物の範囲を増大させることができる圧力および／または容積を増加させることを通じて、利用可能且つ使用に適したエネルギーの量を増加させることを可能にする。
【００７４】
図７は、二重エネルギーバージョンの本発明に係る活性室を有する多気筒エンジンを示すとともに、最後の（第２の）熱交換器１５と最後の（第３の）シリンダの吸気側との間に位置し、付加的エネルギーの供給を受ける、圧縮空気を加熱する概略的な装置１７を示す。この場合のこの加熱装置は、ガスシリンダ１８から供給を受けるバーナ１７である。そのためここで行われる当該燃焼は、外／内燃式であるとともに、先立つシリンダ（第２のシリンダ）の排気から得られた圧縮空気の容積および／または圧力のかなりの増加を許す。
【００７５】
図８は、本発明の代わりの形態に係る、化石または植物ベースのいわゆる付加的エネルギーを用いる独立した二重エネルギー方式で動作する本発明に係る活性室を有するエンジンを示し、それは空気／空気熱交換器２０を通じて貯蔵器１２に供給を行う圧縮空気圧縮機１９を駆動する。前記エンジン全体の運転は、図１から４を参照して予め記載したものと同じである。しかしながら、この付加的な装置は、付加的エネルギーを用いることによって、使用中に貯蔵器の充填をする。
【００７６】
「活性室」型と称される種のエンジンに関する本発明者の先行発明をなす従来技術との比較によれば、本発明は、活性室ＣＡがエンジンシリンダに機能的に且つそれによって構造的に組み込まれ／含まれる、ピストンを上死点で停止させる可能性がある、シリンダヘッドによって閉じられるとともにピストンに通過される少なくとも一つのシリンダを有するエンジンの運転を制御する方法を提供し、先行する発明の活性室はこの「外」活性室が接続されたシリンダの「外」にあった。
【００７７】
活性室ＣＡの前記シリンダへのこの包含／組み込みは、活性室エンジンと称される圧縮ガスまたは空気のエンジンの構造の単純化だけでなく、エンジン性能およびエンジン効率の改善を許す。
【００７８】
本発明に係る前記活性室を有するエンジンは、圧縮空気を用いる運転について述べられた。しかしながら、それは請求された発明の範囲から逸脱するものを除くどんな圧縮ガス／高圧ガスを用いても良い。
【００７９】
本発明は記載され、示された実施形態に制限されない：説明された構成要素、制御手段、装置は、同じ結果を生じる同等の範囲で変更することができる。エンジンのシリンダの数、それらシリンダの容量、シリンダの排気量に関する活性室の最大容積および膨張段階の数は、変わっても良い。
【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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【国際調査報告】
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2013542367.tif 000013
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