(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を吸い込み、圧縮する圧縮チャンバ；
作動流体を膨張させ、排出する膨張チャンバ；
該圧縮チャンバから作動流体を受け、該圧縮チャンバと該膨張チャンバとの間でかつ該圧縮チャンバ及び該膨張チャンバに対して垂直に往復動し、作動流体を該膨張チャンバに移送する移送チャンバ；および
圧縮チャンバ中の作動流体を圧縮し、かつ移送チャンバへ圧縮する圧縮ピストン
を含む、エンジンであって、
作動流体の移送中に該移送チャンバの内容積が減少して該移送チャンバ中の作動流体をさらに圧縮する、エンジン。
【請求項２】
作動流体が移送チャンバの内容積中でさらに圧縮される、請求項1に記載のエンジン。
【請求項３】
外部熱源からの熱エネルギーを作動流体に伝達するための熱交換器をさらに含む、請求項1に記載のエンジン。
【請求項４】
作動流体を膨張チャンバから圧縮チャンバに送る導管をさらに含む、請求項3に記載のエンジン。
【請求項５】
前記導管中に冷却チャンバをさらに含む、請求項4に記載のエンジン。
【請求項６】
前記導管中に、圧縮チャンバと膨張チャンバとを流体結合したり切り離したりする弁をさらに含む、請求項4に記載のエンジン。
【請求項７】
エンジン内に、膨張を開始させる点火源をさらに含む、請求項1に記載のエンジン。
【請求項８】
圧縮チャンバの出口ポートおよび膨張チャンバの入口ポートに択一的に流体結合する、移送チャンバの移送ポートをさらに含む、請求項1に記載のエンジン。
【請求項９】
エンジンの一サイクルの一部分の間、移送ポートが、圧縮チャンバの出口ポートを移送チャンバの移送ポートに結合すると同時に膨張チャンバの入口ポートを該移送チャンバの該移送ポートに結合する、請求項8に記載のエンジン。
【請求項１０】
移送チャンバが、移送シリンダ、移送シリンダ突き出し部および移送シリンダハウジングを含み、該移送シリンダが、該移送シリンダハウジング内に配置され、かつ該移送シリンダハウジングに対して動き、該移送シリンダ突き出し部が、該移送シリンダ内に配置され、かつ該移送シリンダハウジングに対して動かない、請求項1に記載のエンジン。
【請求項１１】
突き出し部が放物線状である、請求項10に記載のエンジン。
【請求項１２】
移送シリンダと移送シリンダハウジングとの間および該移送シリンダと移送シリンダ突き出し部との間にシールリングをさらに含む、請求項10に記載のエンジン。
【請求項１３】
第一のチャンバ中で、かつ第二のチャンバへ作動流体を圧縮する工程；
作動流体を該第一のチャンバから該第二のチャンバに移送する工程；
該第二のチャンバを該第一のチャンバと第三のチャンバとの間でかつ該第一のチャンバ及び第三のチャンバに対して垂直に往復動させる工程；
作動流体が該第二のチャンバの内容積中にある間、該第二のチャンバの該内容積を減らして該第二のチャンバ中で作動流体をさらに圧縮する工程；
作動流体を該第二のチャンバから第三のチャンバに移送する工程；および
該第三のチャンバ中で作動流体を膨張させる工程
を含む、エンジンを動作させる方法。
【請求項１４】
第二のチャンバの内容積中で作動流体をさらに圧縮する工程をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
部分的にエンジンの外に位置する熱交換器を使用して第三のチャンバ中の作動流体に熱を伝達する工程をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１６】
作動流体を第三のチャンバから第一のチャンバに送る工程をさらに含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
作動流体が第三のチャンバから第一のチャンバに送られているとき作動流体を冷却する工程をさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
第三のチャンバ中で作動流体を膨張させる工程をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１９】
第一のチャンバと第三のチャンバとの間の第二のチャンバの動きを通じて第二のチャンバを第一のチャンバの出口ポートおよび第三のチャンバの入口ポートに択一的に流体結合する工程をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項２０】
エンジンの一サイクルの一部分の間、第二のチャンバを第一のチャンバの出口ポートと第三のチャンバの入口ポートとに同時に流体結合する、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
第二のチャンバが、シリンダ、シリンダ突き出し部およびシリンダハウジングを含み、該シリンダが、該シリンダハウジング内に配置され、かつ該シリンダハウジングに対して動き、該シリンダ突き出し部が、該シリンダ内に配置され、かつ該シリンダハウジングに対して動かない、請求項13に記載の方法。
【請求項２２】
突き出し部が放物線状である、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
シリンダとシリンダハウジングとの間にシールリングをさらに含む、請求項21に記載の方法。
【請求項２４】
作動流体を吸い込み、圧縮する圧縮チャンバ；
作動流体を膨張させ、排出する膨張チャンバ；
該圧縮チャンバから作動流体を受け、該圧縮チャンバと該膨張チャンバとの間でかつ該圧縮チャンバ及び該膨張チャンバに対して垂直に往復動し、作動流体を該膨張チャンバに移送する移送チャンバ
圧縮チャンバ中の作動流体を圧縮し、かつ移送チャンバへ圧縮する圧縮ピストン；および
外部熱源からの熱エネルギーを作動流体に伝達するための熱交換器
を含む、エンジンであって、
作動流体の移送中に該移送チャンバの内容積が減少して該移送チャンバ中の作動流体をさらに圧縮する、エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関係者各位
本書をもって以下を証する。本発明者ら、イスラエル国民Hugo Benjamin Tourおよびイスラエル国民Oded Tourおよびイスラエル国民Gilad Tourおよびイスラエル国民Ehud Sivanおよびドイツ国民Michael H. Wahlは、新規かつ有用な移送シャトルカプセル・弁機構を発明した。以下がその明細書である。
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、2014年1月20日に出願された米国特許仮出願第61/929,143号の恩典を主張する。同出願の内容は参照により全体として本明細書に組み入れられる。
【０００３】
分野
本開示は、概してエンジン性能を強化し得る数多くの改良点および設計特徴を組み込んだスプリットサイクルエンジンに関する。特に、本開示はスプリットサイクルエンジンの圧縮比を高め得る。本開示はまた、圧縮行程中により冷たい作動流体を提供し、膨張行程中により熱い作動流体を提供することにより、作動流体の温度差を増大し得る。これらの改善は、スプリットサイクルエンジンの様々な部品内に通常存在する死容積を減らすこと、および流体接続通路として働く管を圧縮シリンダ（コールド）出口と膨張シリンダ（ホット）入口との間に接続することによって達成され得る。死容積の減少は、より高い圧縮比の利用を可能にし得、それが次いで、より高い出力密度および改善された効率につながる。より高圧縮された作動流体を有することは、外燃エンジン（ECエンジン）中のより効率的な熱伝達を可能にする。
【背景技術】
【０００４】
関連技術の説明
外燃エンジン（たとえばスターリングエンジン）は、そのホットシリンダとそのコールドシリンダとの間の温度差を使用して一定質量の作動流体の密閉サイクルを確立するものであり、作動流体が加熱されて膨張し、冷却されて圧縮され、それにより、熱エネルギーを機械的エネルギーへと変換する。作動流体のホット状態とコールド状態との温度差が大きければ大きいほど、熱効率は高くなる。最大理論効率はカルノーサイクルから得られるが、実際のエンジン効率は、様々な損失のせいで、この値より低い。
【０００５】
蒸気エンジンおよび内燃エンジンに比べて、スターリングエンジンは、その潜在的な高い効率、その静かな動作、およびその動作のためにほぼいかなる熱源または燃料をも使用し得る能力に関して顕著である。化石燃料価格が上昇するとともに、また、気候変動および限りある石油資源のような懸念を鑑みると、代替エネルギー源および再生可能エネルギー源とのこの適合性はますます重要となっている。
【０００６】
スターリングエンジン（熱交換器を有するもの、および有しないもの）は、コールドシリンダとホットシリンダとの間に接続管を有する。多くの場合「死容積」とみなされる、この管の容積が、主な効率損失を生じさせる。配管を介して死容積に接続された理想スターリングエンジンを考えてみる。サイクルの高圧部分の間、エンジンからの熱気が死容積中のより冷たい空気と混合し、それが効率の損失を招く。これはまた、サイクルの低圧部分の間、圧縮が起こるエンジンの部分において暖気がより冷たい空気と混合するときにも当てはまる。同じことが、任意の他の死容積、たとえばディスプレーサチャンバ内の死容積にも当てはまるであろう。明確にいうと、冷気と暖気との混合は、エントロピーを増し、エクセルギーを減らす。
【０００７】
これらの問題に対処するために、スターリングエンジンの効率を高めるための熱交換器（または、Robert Stirlingが称したところのエコノマイザ）が開発された。設計は、当初、作動流体がその中を通過するとき過剰エネルギーを吸収する、円環中に配置されたスチールワイヤの塊であった。熱交換器は本質的に、主冷却器の熱負荷を減らす予冷器であるだけでなく、作動流体を加熱するために主加熱器が必要とするエネルギーを減らす予熱器でもある。
【発明の概要】
【０００８】
概要
本明細書には、作動流体の移送を適時に統制し、スプリットサイクルエンジンのコールドチャンバからホットチャンバへの圧力エネルギー損失を減らすための様々な効果的な機構が開示される。これは、高レベルの密封を備えた、耐久性であり得る移送シャトルカプセル・弁システムを使用して達成され得る。本明細書に記載されるシステムおよび方法は、コールドシリンダとホットシリンダとを、それらの間の「死容積」を最小化しながら切り離し、それによって有効エンジン圧縮比および効率を高め得る。
【０００９】
公知のタイプの外熱エンジンに固有の欠点を考慮して、本明細書に開示される態様は、従来の外熱エンジン（たとえば様々なスターリングエンジン形態）よりも効率的な、温度差のあるシリンダの利用を提供する移送シャトルカプセル・弁機構（Transfer Shuttle Capsule and Valve Mechanism (TSCVM)）を外熱エンジンの一部として含む（これは、内燃エンジンの一部であることもできる）。いくつかの態様は、新規なTSCVMを利用して、コールドチャンバからホットチャンバへの作動流体の効率的かつ確実な移送を、それらの間の「死容積」を最小化しながら容易にする。
【００１０】
例示的態様において、TSCVM外熱エンジンは、第二のシリンダに結合された一つのシリンダと、第一のシリンダ内に配置され、吸気および圧縮行程を実行するように構成された一つのピストンと、第二のシリンダ内に配置され、膨張および排気行程を実行するように構成された第二のピストンとを含む。コールド（圧縮）シリンダと呼ばれる第一のシリンダおよびホット（膨張）シリンダと呼ばれる第二のシリンダは、TSCVMの往復運動によって直接的または間接的に結合されることもできる二つの別々のチャンバとみなされることができ、第一の（コールド）チャンバはコールドシリンダ中に位置し、第二の（ホット）チャンバはホットシリンダ中に位置する。第三の（移送）チャンバがTSCVM内に位置し、まずコールドチャンバに結合し、次いでホットチャンバに結合することにより、作動流体を一方から他方へと移送する。
【００１１】
例示的態様においては、さらなる効率を得るために、移送チャンバの加熱または冷却が加えられることができる。
【００１２】
さらなる例示的態様においては、第四の（貯蔵）チャンバが、吸気行程中に作動流体がコールドシリンダに引き込まれる前に、作動流体を冷却するように働く。排気行程中、ホットシリンダが熱い作動流体をこの第四の（貯蔵）チャンバの中に押し込む。三方弁がコールドチャンバと貯蔵チャンバとを結合したり、これらを切り離したりする。さらなる例示的態様において、同じ三方弁はまた、ホットシリンダ内にある第二のホットチャンバと貯蔵チャンバとを結合したり、これらを切り離したりする。
【００１３】
さらなる例示的態様において、エンジンは、二つのピストンコネクティングロッドと、二つのシリンダ内で二つのピストンを作動させるために使用されるクランクシャフトとを含む。二つのコネクティングロッドはそれぞれのピストンをクランクシャフトに接続する。クランクシャフトは回転運動を圧縮ピストンの往復運動へと変換する。膨張クランクシャフトスローに対する圧縮クランクシャフトスローの相対角度は互いに異なり、それにより、圧縮シリンダのピストンが膨張シリンダのピストンよりも先に動くような位相角遅れ（位相遅れ）を実現し得る。いくつかの態様において、位相遅れは、膨張シリンダのピストンが圧縮シリンダのピストンよりも先に動くようなものであることもできる。二つのピストンおよび二つのシリンダは、互いに直列に（平行に）設計されることもできるし、互いに対向するように設計されることもできる。二つのピストンおよび二つのシリンダが直列形態にある一つのそのような態様においては、たとえば、当技術分野において公知であるように、相対的に冷たい第一のチャンバを相対的に熱い第二のチャンバから切り離すために、低伝熱材料の断熱層が設置されることもできる。
【００１４】
いくつかの例示的態様において、TSCVMは、いくつかの構成部品：カプセル（スプール）シリンダ、カプセルシリンダ内に位置するカプセルシャトル、移送チャンバポート、カプセルコネクティングロッドおよびカプセルクランクシャフトで構成され得る。圧縮シリンダは出力ポートを有し得、膨張シリンダは入口ポートを有し得る。移送チャンバは、カプセル往復運動の結果としてカプセルシリンダを基準としたシャトルカプセルの相対瞬間位置に依存して、圧縮シリンダ出力ポートおよび膨張シリンダ入口ポートに結合されたり、圧縮シリンダ出力ポートおよび膨張シリンダ入口ポートから切り離されたりし得る。
【００１５】
別の態様において、エンジンは、作動流体を吸い込み、圧縮する圧縮チャンバ；作動流体を膨張させ、排出する膨張チャンバ；および圧縮チャンバから作動流体を受け、作動流体を膨張チャンバに移送する移送チャンバであって、作動流体の移送中に移送チャンバの内容積が減少する、移送チャンバを含む。
【００１６】
作動流体の移送中の移送チャンバの内容積の減少は、好都合にもエンジンの効率を高め得る。たとえば、容積の減少は、移送前に作動流体の圧をさらに高め、したがってエンジンの圧縮比を高め得る。エンジンは、外部スプリットサイクルエンジンであってもよいし、内部スプリットサイクルエンジンであってもよいし、または任意のエンジンであってもよい。
【００１７】
さらなる態様において、作動流体は移送チャンバの内容積中でさらに圧縮される。
【００１８】
さらなる態様において、エンジンは、外部熱源からの熱エネルギーを作動流体に伝達するための熱交換器を含む。
【００１９】
さらなる態様において、エンジンは、作動流体を膨張チャンバから圧縮チャンバに送る導管を含む。さらなる態様において、エンジンは導管中に冷却チャンバを含む。さらなる態様において、エンジンは、導管中に、圧縮チャンバと膨張チャンバとを流体結合したり切り離したりする弁を含む。
【００２０】
さらなる態様において、エンジンは、エンジン内に、膨張を開始させる点火源を含む。
【００２１】
さらなる態様において、エンジンは、圧縮チャンバの出口ポートおよび膨張チャンバの入口ポートに択一的に流体結合する、移送チャンバの移送ポートを含む。なおさらなる態様において、エンジンの一サイクルの一部分の間、移送ポートは、圧縮チャンバの出口ポートを移送チャンバの移送ポートと結合すると同時に膨張チャンバの入口ポートを移送チャンバの移送ポートと結合する。
【００２２】
さらなる態様において、移送チャンバは、移送シリンダ、移送シリンダ突き出し部および移送シリンダハウジングを含み、移送シリンダは、移送シリンダハウジング内に配置され、かつ移送シリンダハウジングに対して動き、移送シリンダ突き出し部は、移送シリンダ内に配置され、かつ移送シリンダハウジングに対して動かない。なおさらなる態様において、突き出し部は放物線状である。なおさらなる態様において、エンジンは、移送シリンダと移送シリンダハウジングとの間および移送シリンダと移送シリンダ突き出し部との間にシールリングを含む。
【００２３】
別の態様において、エンジンを動作させる方法は、第一のチャンバ中で作動流体を圧縮する工程；作動流体を第一のチャンバから第二のチャンバに移送する工程；作動流体が第二のチャンバの内容積中にある間、第二のチャンバの内容積を減らす工程；作動流体を第二のチャンバから第三のチャンバに移送する工程；および第三のチャンバ中で作動流体を膨張させる工程を含む。
【００２４】
作動流体の移送中の移送チャンバの内容積の減少は、好都合にもエンジンの効率を高め得る。たとえば、容積の減少は、移送前に作動流体の圧をさらに高め、したがってエンジンの圧縮比を高め得る。エンジンは、外部スプリットサイクルエンジンであってもよいし、内部スプリットサイクルエンジンであってもよいし、または任意のエンジンであってもよい。
【００２５】
さらなる態様において、方法はさらに、移送チャンバの内容積中で作動流体をさらに圧縮する工程を含む。さらなる態様において、方法は、部分的にエンジンの外に位置する熱交換器を使用して第三のチャンバ中の作動流体に熱を伝達する工程を含む。なおさらなる態様において、方法は、作動流体を第三のチャンバから第一のチャンバに送る工程を含む。なおさらなる態様において、方法は、作動流体が第三のチャンバから第一のチャンバに送られているとき作動流体を冷却する工程を含む。
【００２６】
さらなる態様において、方法は、第三のチャンバ中で作動流体を膨張させる工程を含む。
【００２７】
さらなる態様において、方法は、第二のチャンバを第一のチャンバの出口ポートおよび第三のチャンバの入口ポートに択一的に流体結合する工程を含む。なおさらなる態様において、方法は、エンジンの一サイクルの一部分の間、第二のチャンバを第一のチャンバの出口ポートおよび第三のチャンバの入口ポートと同時に流体結合する工程を含む。
【００２８】
さらなる態様において、第二のチャンバは、シリンダ、シリンダ突き出し部およびシリンダハウジングを含み、シリンダは、シリンダハウジング内に配置され、かつシリンダハウジングに対して動き、シリンダ突き出し部は、シリンダ内に配置され、かつシリンダハウジングに対して動かない。さらなる態様において、突き出し部は放物線状である。さらなる態様において、エンジンは、シリンダとシリンダハウジングとの間および移送シリンダと移送シリンダ突き出し部との間にシールリングを含む。
【００２９】
別の態様において、エンジンは、作動流体を吸い込み、圧縮する圧縮チャンバ；作動流体を膨張させ、排出する膨張チャンバ；圧縮チャンバから作動流体を受け、作動流体を膨張チャンバに移送する移送チャンバであって、作動流体の移送中に移送チャンバの内容積が減少する、移送チャンバ；および外部熱源からの熱エネルギーを作動流体に伝達するための熱交換器を含む。
【００３０】
作動流体の移送中の移送チャンバの内容積の減少は、好都合にもエンジンの効率を高め得る。たとえば、容積の減少は、移送前に作動流体の圧をさらに高め、したがってエンジンの圧縮比を高め得る。エンジンは、外部スプリットサイクルエンジンであってもよいし、内部スプリットサイクルエンジンであってもよいし、または任意のエンジンであってもよい。
【００３１】
別の態様において、外熱エンジンとして本明細書に開示される同じ機構は、スターリングサイクルベースの冷蔵庫またはスターリングサイクルベースのヒートポンプとして有益な用途を有し得る。これら二つの機械サイクルは、機械の吸熱端、すなわち膨張シリンダがここではコールドチャンバになり、圧縮シリンダがここでは機械のホットチャンバになることを除き、外熱エンジンサイクルと同一である。
【００３２】
さらに、特定の態様がスプリットサイクル外燃エンジンまたはスプリットサイクル内燃エンジンの一方または両方に関して排他的に記載されているが、システムおよび方法は、スプリットサイクル外燃エンジン、スプリットサイクル内燃エンジンおよび任意の他のエンジンに等しく適用されることが理解されるべきである。
[本発明1001]
作動流体を吸い込み、圧縮する圧縮チャンバ；
作動流体を膨張させ、排出する膨張チャンバ；および
該圧縮チャンバから作動流体を受け、作動流体を該膨張チャンバに移送する移送チャンバであって、作動流体の移送中に該移送チャンバの内容積が減少する、移送チャンバ
を含む、エンジン。
[本発明1002]
作動流体が移送チャンバの内容積中でさらに圧縮される、本発明1001のエンジン。
[本発明1003]
外部熱源からの熱エネルギーを作動流体に伝達するための熱交換器をさらに含む、本発明1001のエンジン。
[本発明1004]
作動流体を膨張チャンバから圧縮チャンバに送る導管をさらに含む、本発明1003のエンジン。
[本発明1005]
前記導管中に冷却チャンバをさらに含む、本発明1004のエンジン。
[本発明1006]
前記導管中に、圧縮チャンバと膨張チャンバとを流体結合したり切り離したりする弁をさらに含む、本発明1004のエンジン。
[本発明1007]
エンジン内に、膨張を開始させる点火源をさらに含む、本発明1001のエンジン。
[本発明1008]
圧縮チャンバの出口ポートおよび膨張チャンバの入口ポートに択一的に流体結合する、移送チャンバの移送ポートをさらに含む、本発明1001のエンジン。
[本発明1009]
エンジンの一サイクルの一部分の間、移送ポートが、圧縮チャンバの出口ポートを移送チャンバの移送ポートに結合すると同時に膨張チャンバの入口ポートを該移送チャンバの該移送ポートに結合する、本発明1008のエンジン。
[本発明1010]
移送チャンバが、移送シリンダ、移送シリンダ突き出し部および移送シリンダハウジングを含み、該移送シリンダが、該移送シリンダハウジング内に配置され、かつ該移送シリンダハウジングに対して動き、該移送シリンダ突き出し部が、該移送シリンダ内に配置され、かつ該移送シリンダハウジングに対して動かない、本発明1001のエンジン。
[本発明1011]
突き出し部が放物線状である、本発明1010のエンジン。
[本発明1012]
移送シリンダと移送シリンダハウジングとの間および該移送シリンダと移送シリンダ突き出し部との間にシールリングをさらに含む、本発明1010のエンジン。
[本発明1013]
第一のチャンバ中で作動流体を圧縮する工程；
作動流体を該第一のチャンバから第二のチャンバに移送する工程；
作動流体が該第二のチャンバの内容積中にある間、該第二のチャンバの該内容積を減らす工程；
作動流体を該第二のチャンバから第三のチャンバに移送する工程；および
該第三のチャンバ中で作動流体を膨張させる工程
を含む、エンジンを動作させる方法。
[本発明1014]
移送チャンバの内容積中で作動流体をさらに圧縮する工程をさらに含む、本発明1013の方法。
[本発明1015]
部分的にエンジンの外に位置する熱交換器を使用して第三のチャンバ中の作動流体に熱を伝達する工程をさらに含む、本発明1013の方法。
[本発明1016]
作動流体を第三のチャンバから第一のチャンバに送る工程をさらに含む、本発明1015の方法。
[本発明1017]
作動流体が第三のチャンバから第一のチャンバに送られているとき作動流体を冷却する工程をさらに含む、本発明1016の方法。
[本発明1018]
第三のチャンバ中で作動流体を膨張させる工程をさらに含む、本発明1013の方法。
[本発明1019]
第二のチャンバを第一のチャンバの出口ポートおよび第三のチャンバの入口ポートに択一的に流体結合する工程をさらに含む、本発明1013の方法。
[本発明1020]
エンジンの一サイクルの一部分の間、第二のチャンバを第一のチャンバの出口ポートと第三のチャンバの入口ポートとに同時に流体結合する、本発明1019の方法。
[本発明1021]
第二のチャンバが、シリンダ、シリンダ突き出し部およびシリンダハウジングを含み、該シリンダが、該シリンダハウジング内に配置され、かつ該シリンダハウジングに対して動き、該シリンダ突き出し部が、該シリンダ内に配置され、かつ該シリンダハウジングに対して動かない、本発明1013の方法。
[本発明1022]
突き出し部が放物線状である、本発明1021の方法。
[本発明1023]
シリンダとシリンダハウジングとの間にシールリングをさらに含む、本発明1021の方法。
[本発明1024]
作動流体を吸い込み、圧縮する圧縮チャンバ；
作動流体を膨張させ、排出する膨張チャンバ；
該圧縮チャンバから作動流体を受け、作動流体を該膨張チャンバに移送する移送チャンバであって、作動流体の移送中に該移送チャンバの内容積が減少する移送チャンバ；および
外部熱源からの熱エネルギーを作動流体に伝達するための熱交換器
を含む、エンジン。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】例示的態様の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角は、圧縮ピストンがその上死点（TDC）に達したところに示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのTDCに達する前45°に示されている。TSCVMクランクシャフトはその最左位置（BDC）の後45°にある。
【図２】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角はそのTDCの後22.5°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのTDCに達する前22.5°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのBDCの後67.5°にある。
【図３】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角はそのTDCの後45°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角はそのTDCに示されている。TSCVMクランクシャフトはそのBDCの後90°にある。
【図４】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角はそのTDCの後67.5°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのTDCに達した後22.5°に示されている。TSCVMクランクシャフトはその最右位置（TDC）の前67.5°にある。
【図５】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角はそのTDCの後90°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのTDCに達した後45°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのTDCの前45°にある。
【図６】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角は、それが下死点（BDC）に達する前67.5°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのTDCに達した後67.5°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのTDCの前22.5°にある。
【図７】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角は、それがBDCに達する前45°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのTDCに達した後90°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのTDCに達している。
【図８】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角は、それがBDCに達する前22.5°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのBDCに達する前67.5°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのTDCの後22.5°にある。
【図９】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角はそのBDCに示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのBDCに達する前45°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのTDCの後45°にある。
【図１０】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角はそのBDCの後22.5°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのBDCに達する前22.5°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのTDCの後67.5°にある。
【図１１】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角はそのBDCの後45°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角はそのBDCに示されている。TSCVMクランクシャフトはそのTDCの後90°にある。
【図１２】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角はそのBDCの後67.5°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのBDCに達した後22.5°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのBDCの前67.5°にある。
【図１３】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角はそのBDCの後90°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのBDCに達した後45°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのBDCの前45°にある。
【図１４】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角は、それがそのTDCに達する前67.5°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのBDCに達した後67.5°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのBDCの前22.5°にある。
【図１５】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角は、それがそのTDCに達する前45°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのBDCに達した後90°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのBDCにある。
【図１６】図1の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。圧縮クランクシャフトスロー角は、それがそのTDCに達する前22.5°に示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのTDCに達する前67.5°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのBDCの後22.5°にある。
【図１７】TSCVMが定容積を有する例示的態様の直列TSCVM外熱装置の略断面図である。クランクシャフトスロー角は、圧縮ピストンがその上死点（TDC）に達したところに示されており、膨張クランクシャフトスロー角は、膨張ピストンがそのTDCに達する前45°に示されている。TSCVMクランクシャフトはそのBDCの後45°にある。
【図１８】例示的態様にしたがってエンジンを動作させる方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
例示的態様の詳細な説明
本発明を、以下、図面を参照しながら態様を詳細に説明する。全図を通して、類似の要素は類似の参照番号で参照される。図面は必ずしも一定の拡大縮小率で描かれていないことが理解されよう。また、必ずしも図示される様々な例示的態様のすべての詳細を示してはいない。むしろ、例示的態様の説明を提供するために特定の特徴および要素を示すだけである。
【００３５】
図1を参照すると、一つの態様にしたがって、直列形態の外熱エンジンは、圧縮シリンダ4、膨張シリンダ8、圧縮ピストン5、膨張ピストン10、コールドチャンバAおよびホットチャンバCを含む。また、二つのピストンコネクティングロッド3および9、ならびに二つのシリンダ中のピストンを作動させるクランクシャフト1を含む。
【００３６】
さらに図1を参照すると、外熱エンジンはまた、TSCVM7、TSCVMシリンダ6、TSCVM7内に位置する移送チャンバB、TSCVMスプールポート19、TSCVMコネクティングロッド21、TSCVMクランクシャフト2およびTSCVMシリンダ突き出し部22を含む。
【００３７】
さらに図1を参照すると、圧縮シリンダ4は、圧縮ピストン5、コールドチャンバAおよび圧縮シリンダ作動流体出口ポート18を収容するピストンエンジンシリンダである。膨張シリンダ8は、膨張ピストン10、ホットチャンバCおよび膨張シリンダ作動流体入口ポート20を収容するピストンエンジンシリンダである。
【００３８】
コネクティングロッド3および9はそれぞれのピストンをそれぞれのクランクシャフトスローに接続する。圧縮クランクシャフト1は回転運動を圧縮ピストン5の往復運動へと変換する。膨張ピストン10の往復運動はクランクシャフト1の回転運動へと変換され、それがエンジンの回転運動または仕事へと変換される（たとえば、クランクシャフト1はエンジン出力軸としても働き得る）。圧縮ピストン5および膨張ピストン10の両方は、不規則な構造または突出部を有してもよいし、または有さなくてもよい。これらの突出部の機能は死容積を減らすことであり得る。例示的な突出部が、参照により全体として本明細書に組み入れられる米国特許出願第14/362,101号に開示されている。
【００３９】
例示的態様において、TSCVMシリンダ6はTSCVM7を収容し、両者は、圧縮シリンダ4および膨張シリンダ8の両方の上にそれらに対して垂直に配置されている。TSCVMコネクティングロッド21がTSCVM7をTSCVMクランクシャフト2に接続する。TSCVMクランクシャフト2は回転運動をTSCVM7の往復運動へと変換する。TSCVMクランクシャフト2は機械的連結機構または歯車列を介してクランクシャフト1に機械的に接続され、それによってクランクシャフト1がTSCVMクランクシャフト2を駆動し、したがって二つのクランクシャフトは同期化される。別の例示的態様においては、斜板機構またはカムシャフト機構を使用してTSCVM7を駆動することもできる。TSCVM7は、球形または長円形の移送チャンバBおよびTSCVMポート19を収容する（チャンバBは断熱されてもよい）。
【００４０】
TSCVM7の往復運動中、移送チャンバBは、コールドチャンバAとホットチャンバCに交互に流体接続する。いくつかの態様において、移送チャンバBは、どの時点においても、チャンバAおよびチャンバCの一方だけに流体接続する。他の態様において、エンジンサイクルのいくらかの期間または時点において、移送チャンバBはチャンバAおよびチャンバCの両方に流体接続する。熱伝達要素17がチャンバBとチャンバCとの間に配置されている。
【００４１】
さらに図1を参照すると、冷却チャンバDが、圧縮シリンダ吸気作動流体ライン14を介してチャンバAに接続され、膨張シリンダ排気作動流体ライン15を介してチャンバCに接続されている。三方弁16が、チャンバDを、チャンバAおよびCの一方または両方に接続することもできるし、またはいずれにも接続しないこともできる。チャンバDは冷却リブ12によって包囲されている。作動流体貯蔵部11は、チャンバDを収容する構造である。作動流体貯蔵部11は、熱い作動流体が、冷たい作動流体として貯蔵部から出る前に貯蔵部内を移動することを強いられるように、貯蔵部内の作動流体流を誘導するための手段を含んでもよい（貯蔵部11内の垂直な黒い線）。チャンバDおよび作動流体貯蔵部11は、熱交換器として働き、当技術分野において公知であるように、最適なやり方で熱い作動流体を受け入れ、冷たい作動流体を供給するように設計される。
【００４２】
別の態様において、TSCVM7の往復運動中、クランクシャフト2の回転サイクルの一部分において、移送チャンバBはコールドチャンバAおよびホットチャンバCの両方に流体接続されることもできる。
【００４３】
TSCVM7の往復運動中、移送チャンバBは、TSCVMポート19を介して、チャンバAに流体結合されたり、またはチャンバAから切り離されたりし得る。
【００４４】
TSCVM7の往復運動中、移送チャンバBは、TSCVMポート19を介して、チャンバCに流体結合されたり、またはチャンバCから切り離されたりし得る。
【００４５】
TSCVM7の往復運動中、移送チャンバBが、TSCVMポート19とポート18を介してチャンバAにも結合されず、TSCVMポート19とポート20を介してチャンバCにも結合されないとき、TSCVMポート19は密封されたままである。いくつかの態様において、エンジンの一サイクルの一部分の間、TSCVMポート19はチャンバAおよびチャンバCに同時に結合する。
【００４６】
例示的態様において、圧縮ピストン5が膨張ピストン10に先行または後続するような所定の位相遅れがクランクシャフト1を介して導入される。図1〜16は、クランクシャフト1を介して導入される所定の位相遅れが、クランクシャフト1の側面図で例示されるような、圧縮ピストン5が膨張ピストン10よりもクランク角度45°（図1に1aと標識）だけ先行するような位相遅れである、一つのそのような例示的態様を示す。
【００４７】
一つの態様において、三方弁16は、圧縮ピストン5がそのTDC（数度の誤差あり）に達したときからそれがそのBDC（数度の誤差あり）に達するときまでのクランクシャフト角度の範囲で開いて、チャンバAとチャンバDとを流体接続し得る。この期間中、三方弁16はチャンバDとチャンバCとを切り離す。圧縮ピストン5および膨張ピストン10がそれぞれのTDCおよびBDCを通過する前および通過した後のピストン位相遅れ角範囲内で、いくらかのオーバーレイまたはアンダーレイが許される。すなわち弁16の移送通路14および15の両方が同時に閉または開状態であり得る。
【００４８】
一つの態様において、三方弁16は、膨張ピストン10がそのBDC（数度の誤差あり）に達したときからそれがそのTDC（数度の誤差あり）に達するときまでのクランクシャフト角度の範囲で開いて、チャンバCとチャンバDとを流体接続し得る。この期間中、三方弁16はチャンバDとチャンバAとを切り離す。圧縮ピストン5および膨張ピストン10がそれぞれのTDCおよびBDCを通過する前および通過した後のピストン位相遅れ角範囲内で、いくらかのオーバーレイまたはアンダーレイが許される。すなわち弁16の通路14および15の両方が同時に閉または開状態であり得る。
【００４９】
一つの態様において、TSCVMシリンダ6はTSCVM7を収容し、両者は、圧縮シリンダ4および膨張シリンダ8の両方の上にそれらに対して垂直に配置されている。TSCVMコネクティングロッド21がTSCVM7をTSCVMクランクシャフト2に接続する。TSCVMクランクシャフト2は回転運動をTSCVM7の往復運動へと変換する。TSCVM7は、（たとえば）球形の、移送チャンバB、およびTSCVMポート19を収容する。TSCVM7の往復運動中、移送チャンバBは、コールドチャンバAおよび／またはホットチャンバCに交互に流体接続する。
【００５０】
再び図1を参照すると、圧縮シリンダ4内には圧縮ピストン5がある。圧縮ピストン5は、圧縮シリンダ4に対し、そのTDCに向かって上方向に動く。膨張シリンダ8内には膨張ピストン10がある。膨張ピストン10は、膨張シリンダ8に対し、上方かつそのTDCに向かって動く。圧縮シリンダ4および圧縮ピストン5がコールドチャンバAを画定する。膨張シリンダ8および膨張ピストン10がホットチャンバCを画定する。いくつかの態様において、膨張ピストン10は圧縮ピストン5よりも先に動く。
【００５１】
エンジンが仕事を生み出す膨張行程中、膨張ピストン10が膨張コネクティングロッド9を押して、クランクシャフト1を回転させ得る。排気行程中、慣性力（図示しないフライホイール質量によって開始され得る）がクランクシャフト1を回転させ続け、膨張コネクティングロッド9によって膨張ピストン10をそのTDCに向けて動かすと、それが次いで、図11〜16および図1〜2に示すように、作動流体をライン15（導管）に通して冷却チャンバDの中に排出する。クランクシャフト1の回転が、圧縮ピストン5および膨張ピストン10を、同期的であるが位相遅れを有する回転で動かす（すなわち、両クランクシャフトスローは同じ速度で回転するが、それぞれのクランク角度は異なる）。
【００５２】
図1を参照すると、クランクシャフト1はコネクティングロッド3を介して回転運動をシリンダハウジング4内での圧縮ピストン5の往復運動へと変換する。
【００５３】
様々な例示的態様において、クランクシャフト1の構造形態は、所望のエンジン形態および設計にしたがって異なり得る。たとえば、考え得るクランクシャフト設計要素は、クランクシャフトの数、デュアルシリンダの数、シリンダの相対配置、クランクシャフトギヤ機構および回転方向を含み得る。一つの例示的態様においては、一つのクランクシャフトが、圧縮コネクティングロッド3および膨張ピストンコネクティングロッド9を介して圧縮ピストン5および膨張ピストン10の両方を作動させる。そのような単一のクランクシャフトが複数対の圧縮ピストン5および膨張ピストン10を作動させることもできる。
【００５４】
図1〜16は、それぞれのピストンコネクティングロッド3および9に結合されている2シリンダ型クランクシャフト1のスローの透視図を示す。2シリンダ型クランクシャフト1のスローは、そうでなければ同期的なピストン5および10の動きの間に所定の位相差を提供するように互いに対して相対的に配向され得る。圧縮ピストンのTDC位置と膨張ピストンのTDC位置との間の所定の位相差が相対的なピストン位相遅れまたは位相進みを導入し得る。例示的態様においては、図1〜16に示すように、圧縮ピストン5が膨張ピストン10よりも45°先に動くような位相遅れが導入される。
【００５５】
図1〜16に示すように、（図示しない外部スタータによって）ひとたびクランクシャフト1が回転し始めると、両ピストン5および10はそれぞれの往復運動を始める。
【００５６】
図1に示すように、圧縮ピストン5がそのTDCに達し、三方弁16が開いて圧縮シリンダ吸気作動流体ライン（導管）14を介してチャンバAとチャンバDとが流体接続するとき、吸気行程が始まる。圧縮ピストンがそのBDCに向かって動くとき（図1〜9）、チャンバAの容積が増大して、より冷たい作動流体をチャンバDからチャンバAに移動させる。
【００５７】
圧縮ピストン5がそのBDC点を通過し、三方弁16がチャンバAをチャンバDから切り離して（図10〜16および図1）作動流体をチャンバA中に閉じ込めるとき、圧縮行程が始まる。クランクシャフト回転が続いている間（図10〜16および図1に示すように）、チャンバAの容積は減少し、作動流体の温度および圧は増大する。チャンバAの容積が減少するサイクルのこの部分の後半部の間（図13〜16）、TSCVM7の位置は、移送チャンバBがTSCVMポート19を介してチャンバAと流体結合するような位置である。したがって、圧縮行程中、作動流体はチャンバBの中へと圧縮されて、圧縮ピストン5がそのTDCに達する圧縮行程の最後（図1）には、すべての作動流体がチャンバAからチャンバBに移送されている。
【００５８】
TSCVM7がそのBDCに達し（図15）、そのTDCに向けて動くとき（図15〜16および図1〜7）、TSCVMがそのTDCに達するまで（図7）静止状態のTSCVMシリンダ突き出し部22に向かって動くため、チャンバBの容積は減少する。その結果、チャンバB中に閉じ込められた作動流体の圧は増大し続け得る（図1〜7）。
【００５９】
前記のように、TSCVM移送チャンバは、圧縮チャンバAから膨張チャンバBへの作動流体の移送中に減少する内容積を含む。作動流体の移送中の移送チャンバの内容積の減少は、好都合にもエンジンの効率を高め得る。たとえば、容積の減少は、移送前に作動流体の圧をさらに高め、したがってエンジンの圧縮比を高め得る。
【００６０】
いくつかの態様において、移送チャンバは、圧縮チャンバから受けた作動流体をさらに圧縮する。作動流体をさらに圧縮し、移送することにより、いくつかの態様は好都合にも「デッドスペース」を最小化し得る。いくつかの態様はまた、膨張行程に関与するように移送される圧縮された作動流体の量を増加させ得る。
【００６１】
上記のように、移送チャンバは、圧縮チャンバから受けた作動流体をさらに圧縮し得る。いくつかの態様において、移送チャンバBは、作動流体を膨張チャンバCに移送しながら圧縮する。これは、膨張ピストン10がそのTDC（図示せず）に達するのと同時にTSCVM7がそのTDCに達する場合、起こり得る。いくつかの態様において、作動流体のさらなる圧縮は起こらず、移送だけが起こる（たとえば、膨張ピストンが、静止状態のTSCVMシリンダ突き出し部22の方向へのTSCVM7の移動に起因してチャンバB中の空間が減るよりも多くの空間を空ける、すなわちそのTDCから離れる場合）。いくつかの態様において、作動流体は、サイクルの一部分の間移送チャンバ中で圧縮を受け、移送の最後に膨張を受ける（たとえば、膨張ピストンが、移送チャンバがカバーするよりも多くの空間を空ける場合、これは、移送過程の最後だけで起こり得る）。作動流体の三つすべての状態（圧縮、変化なし、および膨張）は、サイクルの異なる段階で同じ作動流体移送過程中に起こり得る。本明細書におけるいくつかの記載は、移送過程の一部分の間にさらに圧縮される作動流体を記載し得るが、それは、請求項に係る主題の一つの態様であり、例示のために提供されていることに留意すべきである。
【００６２】
本明細書に記載される例において、移送チャンバは、移送シリンダ、移送シリンダ突き出し部および移送シリンダハウジングを含む。本明細書に使用される移送シリンダ突き出し部は、移送チャンバの境界の一部分を提供する、移送シリンダ内に配置された構造であると理解することができる。移送シリンダ突き出し部は、移送チャンバ中の容積を減らすために移送シリンダの内壁に対して移動可能であってもよい。移送シリンダは、移送シリンダハウジング内に配置され、かつ移送シリンダハウジングに対して動き、移送シリンダ突き出し部は、移送シリンダ内に配置され、かつ移送シリンダハウジングに対して動かない。いくつかのさらなる態様において、突き出し部は放物線状の頂部を有する。
【００６３】
当業者は、図示されるシリンダ、突き出し部およびハウジングが、移送中に減少する内容積を有する移送チャンバの一例であることを理解するであろう。他の例は、移送ピストンおよび移送シリンダを含むが、これらに限定されない。この例においては、移送シリンダ壁上のポートが、圧縮チャンバを移送チャンバに流体結合したり、膨張チャンバを移送チャンバに流体結合したりし得る。なおさらなる例は導管を含み、この導管は、移送ピストンが作動流体の移送を終了し、圧縮チャンバ（シリンダ）と接続する状態に戻った後、移送シリンダに通じるようにゲート制御される。この導管を通して、冷たい作動流体を移送チャンバに導入することができる。ひとたび移送ピストンが膨張シリンダへと戻るその動きを始めると、このゲートは閉じ得る。
【００６４】
ピストン10がそのTDCに達し、TDCに向かうTSCVM7の往復運動が、TSCVMポート19と膨張シリンダ作動流体吸入ポート20とが整列することで移送チャンバBとチャンバCとを流体結合させるとき、膨張行程が始まる（図3〜11）。チャンバB中でさらに圧縮された作動流体はここで移送され、加熱要素12によってチャンバCの中へと膨張する。いくつかの態様において、加熱要素12の内部作動流体容積は、その熱交換を最大化しながらもデッドスペースを最小化するように設計されることができる。（加熱要素12によって）加熱された作動流体はさらに膨張して、膨張ピストン10をそのBDCに向けて押して、動力行程（エンジン仕事）を生み出す。TSCVMクランクシャフト2がそのTDCに向かって動き、静止状態のTSCVMシリンダ突き出し部22がチャンバBの容積を無にするときチャンバBの容積がゼロまで減るため、すべての作動流体がチャンバBから加熱要素12を通ってチャンバCの中へと移送される（図7）。
【００６５】
当業者によって理解されるように、加熱要素12は任意選択であり、外部熱源から作動流体への効率的な熱伝達を提供するために追加されることができる。さらに、図1〜16の加熱要素12は移送チャンバと膨張チャンバとの間に示されているが、加熱要素は、エンジンの他の部分に、部分的または全体的に配置されることもできることが理解されよう。たとえば、熱交換器の要素が移送チャンバの周囲に配置されてもよい。移送チャンバ熱交換器が移送チャンバ内の作動流体から熱を抽出したり（たとえばさらなる圧縮のため、または圧縮効率を高めるため）、熱を移送チャンバ内の作動流体に加えたり（たとえばエクセルギーを作動流体に加えるため）、またはその両方を実施したりし得る。
【００６６】
図7〜10に示すように、一つの例示的態様においては、TSCVM7がそのTDCに達し（図7）、そのBDCに向かって移動を始めた後（図8〜10）、作動流体の一部分がチャンバCからチャンバBに戻されて、加熱要素12および／または移送チャンバBの周囲に位置し得る熱交換器のさらなる加熱要素からのさらなる熱を吸収し得る。このさらなる熱が、膨張ピストン10をそのBDCに向けて押し、TSCVM7をそのBDCに向けて押すことを支援することにより、より多くの仕事を生み出し得る。
【００６７】
動力行程の最後で膨張ピストン04がそのBDCを通過し、そのTDCに向かって動き始めるとき、排気行程が始まる（図11〜16および1〜3）。今やチャンバC中にある作動流体は、チャンバCから膨張シリンダ排気作動流体ライン（導管）15を介してチャンバDに押し込まれる。理由は、この期間中、三方弁16が開いてチャンバCとチャンバDとを流体接続し、TSCVM7の位置は、移送チャンバBとチャンバCとが切り離されるような位置であるからである。
【００６８】
様々な例示的態様において、図17に示すように、TSCVMシリンダ6aに関連する突き出し部は存在せず（図1〜16に見られるTSCVMシリンダ突き出し部22と比較すること）、チャンバBはTSCVM7a中に一定の容積を有する。
【００６９】
貯蔵チャンバDは、圧縮行程中に圧縮されるよりも多くの作動流体を保持して、エンジンサイクル中で使用される作動流体のためのより長い冷却期間を可能にし得る。
【００７０】
TSCVM7を含むすべての可動ピストンは、当技術分野において公知であるようなシールリングを利用して密封され得る。TSCVMの場合、シールリングは、移送シリンダTSCVM7と移送シリンダハウジング6との間および移送シリンダTSCVM7と移送シリンダ突き出し部22との間に加えられ得る。
【００７１】
外燃エンジン中、作動流体は、空気または他のガス、たとえばヘリウムもしくは水素であることができる。エンジン内に封じ込められる初期作動流体圧は、大気圧よりも高く（または低く）加圧されてもよい（または加圧されなくてもよい）。
【００７２】
三方弁16が、熱いシリンダ排出作動流体を冷却チャンバDの中に誘導し、冷却チャンバDからのより冷たい作動流体を圧縮チャンバAの中に誘導する。この弁を実現するいくつかの方法、たとえば三方回転弁タイプ、スリーブ三方弁内スプールタイプ、または二つの各「デュアルポジション」（たとえば開閉、ポペット弁）弁タイプを使用する方法が当技術分野において公知である。
【００７３】
コールドシリンダ（圧縮シリンダ）は、たとえばリブおよび／または水冷機構を使用して外部から冷却されてもよい。
【００７４】
好ましい態様において、貯蔵チャンバDは、たとえば冷却リブ12を使用することによって外部から冷却される。
【００７５】
ホットシリンダ（膨張シリンダ）は外部熱源によって外部から加熱されてもよい。
【００７６】
周囲空気を作動流体として使用する別の例示的態様においては、図1〜17の要素11〜15は使用されない。代わりに、周囲空気が、吸気弁（図示せず）を通ってチャンバAに入り、チャンバBを介してチャンバCに移送され、排気弁（図示せず）を通ってチャンバCから出る。新鮮な空気が環境から取り込まれる開回路が設備を大幅に簡素化し、三方弁および貯蔵部11の必要性をなくすであろう。
【００７７】
（図1〜17に記載されるような）作動物体が閉回路ループに閉じ込められる別の例示的態様においては、エンジン全体（出力シャフトまたは発電機電気出力を除く）が密封性の外被（図示せず）によって封入されるであろう。これは、休止時にエンジン閉回路において大気圧よりも高い圧力を保持するために有益であろう。作動流体漏れによる圧力降下を補うために、外部高圧貯蔵部が閉回路ループに連結されてもよい。
【００７８】
エンジンの相対的に高い圧縮比は、相対的に低容積の熱交換器の使用を可能にし、したがって死容積をさらに減らす。
【００７９】
図18は、ある態様にしたがってエンジンを動作させる方法100を示す。方法100は、第一のチャンバ中で作動流体を圧縮する工程102、作動流体を第一のチャンバから第二のチャンバに移送する工程104、作動流体が第二のチャンバの内容積中にある間、第二のチャンバの内容積を減らす工程106、作動流体を第二のチャンバから第三のチャンバに移送する工程108、および第三のチャンバ中で作動流体を膨張させる工程110を含む。
【００８０】
作動流体の移送中の移送チャンバの内容積の減少は、好都合にもエンジンの効率を高め得る。たとえば、容積の減少は、移送前に作動流体の圧をさらに高め、したがってエンジンの圧縮比を高め得る。エンジンは、外部スプリットサイクルエンジンであってもよいし、内部スプリットサイクルエンジンであってもよいし、または任意のエンジンであってもよい。
【００８１】
本明細書の中で使用される「デッドスペース」（または「死容積」）は、スペース（容積）が、膨張に関与しない圧縮された作動流体を保持する、外熱エンジンまたは内燃エンジン中の圧縮チャンバAもしくは膨張チャンバCの区域またはTSCVMの部分を指すものと理解することができる。そのようなデッドスペースは、移送弁もしくは接続管、または流体が移送され、膨張することを防ぐ他の構造である場合もある。そのような構造を記載するために、他の用語、たとえば死容積または寄生容積、を使用することもできる。デッドスペースの具体例が本開示を通して説明されているが、必ずしもそのような例に限定されなくてもよい。
【００８２】
本明細書の中で使用される「流体」は、液体状態および気体状態の両方を含むものと理解することができる。
【００８３】
本明細書の中で使用される「クランクシャフト角度」は、クランクシャフト一回転の一部分を指すものと理解することができ、ここで、全一回転は360°に等しい。
【００８４】
特定の態様が外燃エンジンまたは内燃エンジンに関して排他的に説明されているが、システムおよび方法は、外燃エンジン、内燃エンジンおよび任意の他のエンジンに等しく適用されることが理解されるべきである。いくつかの態様においては、内燃エンジン内の点火源が膨張を開始し得る（たとえば火花点火（SI））。いくつかの態様において、内燃チャンバ中で膨張を開始するために点火源は使用されず、燃焼は圧縮（圧縮点火（CI））によって開始され得る。
【００８５】
内燃エンジンの説明（位相遅れ、燃焼タイミング、逆位相遅れ、圧縮ピストン先導、膨張シリンダへの結合後のスプールにおける燃焼および単一の圧縮シリンダに対する複数の膨張シリンダを含む）は、すべての趣旨に関して参照により全体として本明細書に組み入れられるPCT出願第PCT/US2014/047076号に見られる。
【００８６】
図面におけるフォントの任意の変化は偶発的であり、区別または強調を表すことを意図したものではない。
【００８７】
本発明はその態様と関連して添付図面を参照しながら十分に説明されたが、様々な変更および修飾が当業者には明らかになることが留意されるべきである。そのような変更および修飾は、特許請求の範囲によって画定される本発明の範囲に含まれるものと理解されなければならない。本発明の様々な態様は、例としてのみ提示されたものであり、限定として提示されたものではないことが理解されるべきである。同様に、様々な図面は本発明の例示的な構造的または他の形態を示し得、それは、本発明に含まれることができる特徴および機能の理解を支援するために実施される。本発明は、図示される例示的構成または形態に限定されず、多様な代替構成および形態を使用して実現されることができる。加えて、本発明は、様々な例示的態様および実施形態に関して先に説明されているが、個々の態様の一つまたは複数に記載された様々な特徴および機能が、それらが記載されている特定の態様への適用に限定されないということが理解されるべきである。それどころか、本発明の他の態様の一つまたは複数に単独で、またはいくつかの組み合わせで適用されることができる（そのような態様が記載されているかどうか、また、そのような特徴が、記載された様態の一部として提示されているかどうかにかかわらず）。したがって、本発明の範囲は、上記例示的態様のいずれかによって限定されるべきではない。
【００８８】
明確にするために、上記記載は、様々な機能ユニットおよびプロセッサを参照しながら本発明の態様を説明したということが理解されよう。しかし、本発明を損なうことなく様々な機能ユニット、プロセッサまたはドメインの間での任意の適当な機能分散を使用し得るということが明らかであろう。たとえば、別々のプロセッサまたはコントローラによって実行されるように示された機能が同じプロセッサまたはコントローラによって実行されてもよい。したがって、特定の機能ユニットの参照は、厳密な論理的または物理的構造または構成を示すものではなく、記載された機能を提供するための適当な手段の単なる参照として見られなければならない。
【００８９】
従属項に提示された特定の特徴は、本発明が、従属項の特徴の任意の他の可能な組み合わせを有する他の態様にも特定的に関するものとして認められるよう、本発明の範囲内で他のやり方で互いに組み合わされることができる。たとえば、請求項公表のため、後続する任意の従属項は、そのような従属項に引用されているすべての先行詞を有する先行するすべての請求項への多項従属形式で選択的に書かれているものとみなされるべきである（そのような多項従属形式が法域内で認められている形式であるならば）（たとえば、請求項1に直接従属する各請求項は、先行するすべての請求項に従属するものと選択的にみなされるべきである）。多項従属形式が制限されている法域において、後続する従属項はそれぞれ、以下そのような従属項に挙げられる特定の請求項以外の、先行詞を有する請求項への従属性を生じさせる単項従属形式で選択的に書かれているものとみなされるべきである。
【００９０】
本文献に使用される語句およびそれらの変形は、そうではないことが明示的に述べられない限り、限定的ではなく、開放的であると解釈されるべきである。前記の例として、語「含む」とは、「限定せずに含む」などを意味するものと読まれるべきであり、語「例」は、説明される項目の事例を提供するために使用され、網羅的ではなく、またはそのリストを限定するものではなく、「従来の」、「旧来の」、「通常の」、「標準の」、「公知の」のような形容詞および同様な意味の語は、記載された項目を所与の期間または所与の時点で利用可能であった項目に限定するものと解釈されるべきではない。それどころか、これらの語は、今または将来の任意の時点で公知である、利用可能であり得る従来の、旧来の、通常の、または標準の技術を包含するものと読まれるべきである。同様に、接続詞「および」で連結された項目の群は、それらの項目の各個がその群中に存在することを要するものと読まれるべきではなく、むしろ、そうではないことが明示的に述べられない限り、「および／または」と読まれるべきである。同様に、接続詞「または」で連結された項目の群は、その群の中で相互排他性を要するものと読まれるべきではなく、むしろ、そうではないことが明示的に述べられない限り、「および／または」と読まれるべきである。さらには、本発明の項目、要素または部品は、単数形で記載または特許請求され得るが、単数への限定が明示的に述べられない限り、複数がその範囲に含まれるものと考えられる。いくつかの事例における「一つまたは複数の」、「少なくとも」、「限定されない」などの、範囲を拡大する語句の存在は、そのような範囲拡大語句が存在し得ない場合、より狭い場合が意図される、または求められることを意味するものと読まれてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【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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