(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内の往復軸に沿って直線的に往復し、前記ハウジングとともに第一の可変容量チャンバと第二の可変容量チャンバとを決定する往復部材と、
前記第一の可変容量チャンバに接続された流体流入口と、
前記第二の可変容量チャンバに接続された流体排出口と、
前記流体流入口から流体を前記第一の可変容量チャンバ内に流し、前記第一の可変容量チャンバからの流体が前記流体流入口から出るのを防止する入口弁手段と、
前記第一の可変容量チャンバから前記第二の可変容量チャンバに流体を流し、前記第二の可変容量チャンバから前記第一の可変容量チャンバへの流体の流れを防止する移送弁手段と、
前記第二の可変容量チャンバからの流体を前記流体排出口から排出させ、流体が前記流体排出口から第二の可変容量チャンバの中に流れるのを防止する出口弁手段と
を備え、
前記移送弁手段を構成し、前記第一の可変容量チャンバと前記第二の可変容量チャンバとを接続する接続路は、前記往復部材に設けられ、
前記ハウジング内の前記往復部材が第一の方向に移動する間、流体は前記第一の可変容量チャンバ内に導入され、前記第二の可変容量チャンバ内の流体は、前記流体排出口を通じて前記第二の可変容量チャンバから押し出され、
前記ハウジング内の前記往復部材が前記第一の方向とは逆の第二の方向に移動する間、流体は前記第一の可変容量チャンバ内で圧縮され、前記第一の可変容量チャンバから前記移送弁手段を通じて前記第二の可変容量チャンバに移送され、
前記往復部材は、往復軸に垂直に延びる中央部分と、前記中央部分の両側にある２つの終端部分とを備え、前記終端部分の各々は往復軸にほぼ平行に伸びる壁を備え、また、前記終端部分の各々は前記中央部分とともに一端が開いている開放型シリンダを定め、
前記ハウジングは前記往復部材の前記開放型シリンダのうち第一のシリンダ内に延びる第一のピストン部を有し、前記第一のピストン部は前記第一の開放型シリンダ内でピストンとして機能し、前記第一のピストン部と前記第一の開放型シリンダとが第一の可変容量チャンバを定め、
前記ハウジングは前記往復部材の前記開放型シリンダのうち第二のシリンダ内に延びる第二のピストン部を有し、前記第二のピストン部は前記第二の開放型シリンダ内でピストンとして機能し、前記第二のピストン部と前記第二の開放型シリンダとが第二の可変容量チャンバを定める往復運動機械であって、
前記往復運動機械は、前記ハウジング内に、前記２つの終端部分と中央部分との外側を囲むように設置された電気巻線をさらに備え、前記電気巻線は前記往復部材の前記終端部分の壁にほぼ平行に隣接して延びており、これによって前記往復部材の往復は、電気負荷に接続できる前記電気巻線で電力を発生するのに利用されることと、前記往復部材は電気巻線に供給される電力によって往復駆動されることとの一方または両方が行われることを特徴とする往復運動機械。
【請求項２】
請求項１に記載の往復運動機械であって、
前記往復部材はほぼ円形の径方向断面を有し、前記終端部分は各々、前記往復部材の重心軸から離して設置された環状壁を有することを特徴とする往復運動機械。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載の往復運動機械であって、
前記電気巻線は前記往復部材の往復軸に平行に延び、少なくとも前記往復部材の軸方向長さと前記往復部材が１往復する移動距離の和に等しい長さを持つことを特徴とする往復運動機械。
【請求項４】
請求項３に記載の往復運動機械であって、
前記往復部材の前記終端部分の壁は、前記ハウジング内に定められたスロット内をスライド可能であり、前記ハウジング内の前記電気巻線は、スロットを定める表面に隣接し、これに平行して延びることを特徴とする往復運動機械。
【請求項５】
請求項４に記載の往復運動機械であって、
前記往復部材の各終端部分と前記終端部分がスライドするスロットとの間に密封手段が形成されていることを特徴とする往復運動機械。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１に記載の往復運動機械であって、
前記ハウジングと前記往復部材との間で、前記往復部材を偏らせ、一方向に動くように機能する弾性手段を含むことを特徴とする往復運動機械。
【請求項７】
請求項６に記載の往復運動機械であって、
前記弾性手段は、前記往復部材を偏らせ、前記第二の可変容量チャンバの容量が最も小さくなるように機能することを特徴とする往復運動機械。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１に記載の往復運動機械であって、
前記入口弁手段と、前記出口弁手段と、前記移送弁手段の各々は、その前後の圧力差の作用により開閉する一方向弁、又は前記可変容量チャンバのいずれかに向けて開くポートを有し、それが往復部材の往復中に周期的に開閉する逃がし穴式弁のいずれかを備えることを特徴とする往復運動機械。
【請求項９】
請求項８に記載の往復運動機械であって、
前記入口弁手段はスプリングバイアス一方向弁を備えることを特徴とする往復運動機械。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１に記載され、内燃エンジンとして機能する往復運動機械であって、
一塊の空気が前記流体流入口を通じて前記第一の可変容量チャンバに導入され、
前記第一の可変容量チャンバに導入された前記一塊の空気が圧縮され、
前記圧縮された一塊の空気は、前記移送弁手段を通じて前記第二の可変容量チャンバに運ばれ、
前記流体排出機は、前記圧縮された一塊の空気と混合させるために第二の可変容量チャンバ内に燃料を送る燃料運搬手段を備え、
前記燃料と圧縮された一塊の空気との混合物は燃焼して、第二の可変容量チャンバ内に膨張し、
前記膨張した燃焼混合物は、移送弁手段を通じて前記第二の可変容量チャンバに運ばれる次の一塊の空気によって前記第二の可変容量チャンバから排除されることを特徴とする往復運動機械。
【請求項１１】
請求項１０に記載の往復運動機械であって、
使用される燃料は圧縮天然ガスであり、前記往復運動機械は、加圧状態で天然ガスを保存する保存手段を備え、前記燃料運搬手段は、ポンプ手段を使用せずに第二の可変容量チャンバへの前記加圧天然ガスの流れを制御することを特徴とする往復運動機械。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１のいずれかに記載の往復運動機械であって、
前記入口弁手段は一方向弁を備え、前記移送弁手段は前記往復部材の動作中に周期的に開閉するポートを備え、前記エキゾースト弁手段は前記往復部材の動作中に周期的に開閉するポートを備えることを特徴とする往復運動機械。
【請求項１３】
請求項１２に記載の往復運動機械であって、
前記移送弁手段は、前記第一の可変容量チャンバ内で開けることができる第一の移送ポートと、前記第二の可変容量チャンバ内で開けることができる第二の移送ポートと、前記往復部材内に延び、前記第一の移送ポートと前記第二の移送ポートとを接続するコンジット手段を備えることを特徴とする往復運動機械。
【請求項１４】
請求項１３に記載の往復運動機械であって、
前記第一の移送ポートは前記往復部材の一方の開放型シリンダの終端部分の壁の内側に面した表面に配置され、前記第二の移送ポートは、前記往復部材の他方の開放型シリンダの終端部分の壁の内側に面した表面に配置されていることを特徴とする往復運動機械。
【請求項１５】
請求項１４に記載の往復運動機械であって、
前記ハウジングの第一のピストン部は前記往復部材の往復中に前記第一の開放型シリンダ内にある前記第一の移送ポートを開閉し、前記ハウジングの第二のピストン部は前記往復部材の往復中に前記第二の開放型シリンダ内にある第二の移送ポートを開閉することを特徴とする往復運動機械。
【請求項１６】
請求項１２から請求項１５のいずれか１に記載の往復運動機械であって、
前記エキゾースト弁手段は、前記第二の可変容量チャンバ内で開けることのできる排出ポートと、前記往復部材中に延び、前記排出ポートを前記流体排出口に接続するコンジット手段とを備えることを特徴とする往復運動機械。
【請求項１７】
請求項１６に記載の往復運動機械であって、
前記排出ポートは、前記第二の開放型シリンダの前記終端部分の壁の前記内側に面した表面上に設置され、前記排出ポートは前記第二の移送ポートと反対に配置されていることを特徴とする往復運動機械。
【請求項１８】
請求項１７に記載の往復運動機械であって、
前記ハウジングの前記第二のピストン部は、前記往復部材の往復中に前記排出ポートを開閉することを特徴とする往復運動機械。
【請求項１９】
請求項１８に記載の往復運動機械であって、
前記ハウジングの前記第二のピストン部は、
前記往復手段が１回往復する間、連続的に、前記排出ポートを開いて燃料ガスを前記第二の可変容量チャンバから流し、
前記第二の移送ポートを開いて一塊の空気を前記第二の可変容量チャンバ内に進入させて、前記第二の可変容量チャンバから前記排出ポートを通じて燃焼ガスを排除し、燃焼用空気を供給し、
前記第二の移送ポートを閉じて、空気が圧縮中に前記移送ポートを通じて排出されないようにし、
前記排出ポートを閉じて前記第二の可変容量チャンバを密閉し、燃焼できる状態にすることを特徴とする往復運動機械。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９のいずれかに記載の往復運動機械であって、
前記ハウジングの前記第二のピストン部には、前記第二の移送ポートが開いている時に前記第二の移送ポート付近に位置し、燃焼が開始する領域を定める切り欠き部が設けられていることを特徴とする往復運動機械。
【請求項２１】
請求項２０に記載の往復運動機械であって、
前記燃料運搬手段は、前記ハウジングの前記第二のピストン部に設けられた前記切り欠き部によって定められる、前記第二の可変容量チャンバの前記領域に燃料を運ぶことを特徴とする往復運動機械。
【請求項２２】
請求項２１に記載の往復運動機械であって、
前記燃料空気混合物は、圧力上昇、温度条件に応じたラジカルイオンの存在によって発生する点火によって発火することを特徴とする往復運動機械。
【請求項２３】
請求項２１または請求項２２のいずれかに記載の往復運動機械であって、
前記第二の可変容量チャンバの、燃焼が開始される領域において作動し、前記圧縮された燃料空気混合物を発火させるための火花点火手段が設けられていることを特徴とする往復運動機械。
【請求項２４】
請求項１０から請求項２３のいずれか１に記載の往復運動機械であって、
前記ハウジングは、前記往復部材上を通過し、冷却するための冷却気を大気中から引き込み、大気中に冷却気を押し出すコンジット手段を備えることを特徴とする往復運動機械。
【請求項２５】
請求項２４に記載の往復運動機械であって、
前記往復部材は、前記往復部材内を冷却気が通過できるよう、内部を貫通する冷却経路を有することを特徴とする往復運動機械。
【請求項２６】
請求項１０から請求項２５のいずれか１に記載の往復運動機械である第一の往復運動機械を請求項１０から請求項２５のいずれか１に記載の往復運動機械である第二の往復運動機械と縦に連結させることにより使用する往復運動機械であって、
前記第一の往復運動機械及び前記第二の往復運動機械の前記往復部材は同一の往復軸上にあり、前記第一の往復運動機械及び前記第二の往復運動機械の前記往復部材は一緒に移動するよう接続され、両往復運動機械のタイミングは、燃焼ガスが一方の往復運動機械内で膨張する間、他方の往復運動機械内の一塊の燃料と空気は圧縮されるように選択されていることを特徴とする往復運動機械。
【請求項２７】
請求項１０から請求項２５のいずれか１に記載の往復運動機械である第一の往復運動機械を請求項１０から請求項２５のいずれか１に記載の往復運動機械である第二の往復運動機械と縦に連結させることによる往復運動機械の使用方法であって、
前記第一の往復運動機械及び前記第二の往復運動機械の前記往復部材は同一の往復軸上にあり、前記第一の往復運動機械及び前記第二の往復運動機械の前記往復部材は一緒に移動するよう接続され、両往復運動機械のタイミングは、燃焼ガスが一方の往復運動機械内で膨張する間、他方の往復運動機械内の一塊の燃料と空気は圧縮されるように選択されていることを特徴とする往復運動機械の使用方法。
【請求項２８】
請求項１から請求項７のいずれか１に記載の往復運動機械であって、
コンプレッサとして機能し、前記往復部材は前記電気巻線に供給される電力によって往復するよう駆動され、
往復運動中、
一塊のガスが前記流体流入口から前記第一の可変容量チャンバに導入され、
前記第一の可変容量チャンバ内に導入された前記一塊のガスが前記第一の可変容量チャンバ内で圧縮され、
前記圧縮ガスは前記移送弁手段を通じて前記第二の可変容量チャンバに運ばれ、
前記第二の可変容量チャンバに運ばれた前記圧縮ガスは、前記第二の可変容量チャンバ内でさらに圧縮され、
前記第二の可変容量チャンバ内の前記圧縮ガスは、前記出口弁手段を通じて前記排出口に押し出されることを特徴とする往復運動機械。
【請求項２９】
請求項２８に記載の往復運動機械であって、
前記入口弁手段は、前記流体流入口から前記第一の可変容量チャンバにガスを通過させ、ガスが前記第一の可変容量チャンバから前記流体流入口へ出ないようにする第一の一方向弁を備え、
前記第一の一方向弁は、
その前後で第一の大きさの圧力差が確立した後でのみ、前記流体流入口から前記第一の可変容量チャンバへガスを流すことを特徴とする往復運動機械。
【請求項３０】
請求項２９に記載の往復運動機械であって、
前記移送弁手段は、前記第一の可変容量チャンバから前記第二の可変容量チャンバにガスを流し、前記第二の可変容量チャンバから前記第一の可変容量チャンバへのガスの流れを防止する第二の一方向弁を備え、前記第二の一方向弁は、その前後で第二の大きさの圧力差が確立した場合のみ、前記第一の可変容量チャンバから第二の可変容量チャンバにガスを流すことを特徴とする往復運動機械。
【請求項３１】
請求項３０に記載の往復運動機械であって、
前記出口弁手段は、前記第二の可変容量チャンバから前記流体排出口にガスを押し出し、ガスが前記流体排出口を通じて前記第二の可変容量チャンバに導入されるのを防止する第三の一方向弁を備え、
前記第三の一方向弁は、その前後で第三の大きさの圧力差が確立した場合のみ、ガスを第二の可変容量チャンバから排除することを特徴とする往復運動機械。
【請求項３２】
請求項３１に記載の往復運動機械であって、
前記第一の一方向弁と、第二の一方向弁と、第三の一方向弁は各々、スプリングバイアス弁であることを特徴とする往復運動機械。
【請求項３３】
請求項２８から請求項３２のいずれか１に記載の往復運動機械であって、
前記第一の可変容量チャンバの往復軸の径方向断面が第一の面積を有し、前記第二の可変容量チャンバの往復軸の径方向断面が前記第一の面積より小さな第二の面積を有することを特徴とする往復運動機械。
【請求項３４】
請求項３３に記載の往復運動機械であって、
第一のピストン部は前記第一の可変容量チャンバの径方向断面とマッチし、第二のピストン部は前記第二の可変容量チャンバの径方向断面とマッチすることを特徴とする往復運動機械。
【請求項３５】
請求項３４に記載の往復運動機械であって、
前記入口弁手段は前記第一のピストン部に設置され、前記出口弁手段は前記第二のピストン部に設置されていることを特徴とする往復運動機械。
【請求項３６】
請求項３５に記載の往復運動機械であって、
前記移送弁手段は前記往復部材の前記中央部分に配置されていることを特徴とする往復運動機械。
【請求項３７】
請求項３３から請求項３６のいずれか１に記載の往復運動機械であって、
前記第二の可変容量チャンバの最大容量は、前記第一の可変容量チャンバの最大容量より小さいことを特徴とする往復運動機械。
【請求項３８】
請求項２８から請求項３７のいずれか１に記載の往復運動機械であって、
前記電気巻線に電源供給するのに使用される電気波形を制御し、これによって前記往復運動機械の出力を制御するために制御手段が設けられていることを特徴とする往復運動機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、周期動作流体排出機に関する。
【０００２】
（背景技術）
米国特許第ＵＳ−Ａ−５１７２７８４号は、リニアジェネレータに接続され、自動車用電気モータに電源供給するためのバッテリパックと併用する外燃スターリングエンジンを備える、ハイブリッド車の動力供給用装置を開示している。
【０００３】
米国特許第ＵＳ−Ａ−４９２４９５６号は、両端に第一と第二の燃焼室、両端の間に第三の燃焼室を有するシリンダを含むハウジングを備える直列複動フリーピストンエンジンを開示している。ひとつの複動ピストンが第一と第三の燃焼室の間を移動し、第二の複動ピストンが第二と第三の燃焼室の間を移動する。２つの複動ピストンは、相互にタイミングを計った関係で移動するよう連結されている。リニアオルタネータは、１本のコイルを複動ピストンの各々に取り付け、シリンダを他の電気コイルで囲むことによってエンジン内に取り入れられており、他のコイルの電界を２つのピストン上のコイルが横断する。
【０００４】
（発明の開示）
本発明の往復運動機械は、ハウジングと、前記ハウジング内の往復軸に沿って直線的に往復し、前記ハウジングとともに第一の可変容量チャンバと第二の可変容量チャンバとを決定する往復部材と、前記第一の可変容量チャンバに接続された流体流入口と、前記第二の可変容量チャンバに接続された流体排出口と、前記流体流入口から流体を前記第一の可変容量チャンバ内に流し、前記第一の可変容量チャンバからの流体が前記流体流入口から出るのを防止する入口弁手段と、前記第一の可変容量チャンバから前記第二の可変容量チャンバに流体を流し、前記第二の可変容量チャンバから前記第一の可変容量チャンバへの流体の流れを防止する移送弁手段と、前記第二の可変容量チャンバからの流体を前記流体排出口から排出させ、流体が前記流体排出口から第二の可変容量チャンバの中に流れるのを防止する出口弁手段とを備え、前記移送弁手段を構成し、前記第一の可変容量チャンバと前記第二の可変容量チャンバとを接続する接続路は、前記往復部材に設けられ、前記ハウジング内の前記往復部材が第一の方向に移動する間、流体は前記第一の可変容量チャンバ内に導入され、前記第二の可変容量チャンバ内の流体は、前記流体排出口を通じて前記第二の可変容量チャンバから押し出され、前記ハウジング内の前記往復部材が前記第一の方向とは逆の第二の方向に移動する間、流体は前記第一の可変容量チャンバ内で圧縮され、前記第一の可変容量チャンバから前記移送弁手段を通じて前記第二の可変容量チャンバに移送され、前記往復部材は、往復軸に垂直に延びる中央部分と、前記中央部分の両側にある２つの終端部分とを備え、前記終端部分の各々は往復軸にほぼ平行に伸びる壁を備え、また、前記終端部分の各々は前記中央部分とともに一端が開いている開放型シリンダを定め、前記ハウジングは前記往復部材の前記開放型シリンダのうち第一のシリンダ内に延びる第一のピストン部を有し、前記第一のピストン部は前記第一の開放型シリンダ内でピストンとして機能し、前記第一のピストン部と前記第一の開放型シリンダとが第一の可変容量チャンバを定め、前記ハウジングは前記往復部材の前記開放型シリンダのうち第二のシリンダ内に延びる第二のピストン部を有し、前記第二のピストン部は前記第二の開放型シリンダ内でピストンとして機能し、前記第二のピストン部と前記第二の開放型シリンダとが第二の可変容量チャンバを定める往復運動機械であって、前記往復運動機械は、前記ハウジング内に、前記２つの終端部分と中央部分との外側を囲むように設置された電気巻線をさらに備え、前記電気巻線は前記往復部材の前記終端部分の壁にほぼ平行に隣接して延びており、これによって前記往復部材の往復は、電気負荷に接続できる前記電気巻線で電力を発生するのに利用されることと、前記往復部材は電気巻線に供給される電力によって往復駆動されることとの一方または両方が行われることを特徴とする往復運動機械である。
【０００５】
以上の機械の構成により、軽量かつ低コストかつシンプルなエンジンまたはコンプレッサが得られる。事実上、この機械は単一の移動部材を有する。この機械は、たとえばハイブリッド車のエンジンとしての使用に理想的である。
【０００６】
好ましくは、往復部材は径方向の断面がほぼ円形とし、終端部分はそれぞれ、往復部材の重心軸から離れた環状壁を備えるものとする。
【０００７】
往復部材の断面を円形にすることにより、機械全体の製造が容易となる。
【０００８】
好ましくは、電気巻線はハウジング内の往復部材周囲に設置され、そして往復部材の終端部分の壁に平行に、またこの壁の付近に延びている。
【０００９】
本発明は、非常にコンパクトでシンプルな複合機械と発電機を提供することができる。巻線を往復部材の隣に設置することにより、より多くの電力および／またはより大きな電気制御が得られる。このエンジンの構成では、エンジン内のピストンからより大きな仕事率が得られ、またこの機械構成により、電力を効率的に利用してコンプレッサ内のガスを圧縮するか、あるいはエンジン内の燃料／空気混合物を圧縮することができる。電気制御もまた、往復部材の位置を正確に制御するのに使用できる。
【００１０】
好ましくは、電気巻線は往復部材の往復軸に平行に延び、その長さは少なくとも、往復部材の軸方向長さと往復部材が１往復する移動距離の和に等しいものとする。これにより、高い効率が確保できる。
【００１１】
好ましくは、往復部材の終端部分の壁はハウジング内に定められたスロット内をスライドでき、ハウジング内の電気巻線は、スロットを定める表面付近に、これに平行して延びるものとする。好ましくは、往復部材の終端部分と終端部分がスライドするスロットとの間に密閉手段（シーリング）を形成する。
【００１２】
いくつかの実施形態において、弾性手段は、ハウジングと往復部材の間で、往復部材の動きを一方向に偏らせる（ｂｉａｓ）よう機能する。好ましくは、この弾性手段は往復部材をバイアスし、第二の可変容量チャンバの容量が最も小さくなるように機能する。
【００１３】
本発明に係る機械の往復部材は本質的にフリーモーション部材とする。先行技術において、フリーモーションピストンはディーゼルエンジンやスターリングエンジンに使用される傾向があった。ディーゼルエンジンにおける燃焼は、ディーゼルサイクルの作用によって確保される。しかし、このようなエンジンはかなり大きく、かさばることが多い。スターリングエンジンには内燃の恩恵がない。往復部材を偏らせる弾性手段は、標準的なコイルスプリングまたはガススプリングでよい。機械は、その共振周波数（ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｆｒｅｑｕｅｎｓｙ）、たとえば３０００ｒｐｍに相当する振動数で動作するよう構成することができる。この機械はまた、都合の良い地点で往復部材を休止させることによって動作させ、この休止時間を変えて、出力を変化させる。
【００１４】
好ましくは、入口弁手段と、出口弁手段と、移送弁手段は各々、その前後の圧力差の作用によって開閉する一方向弁、又は可変容量チャンバの一方に向かって開くポート（開口）を有し、往復部材の往復中に周期的に開閉される逃がし穴式弁のいずれかで構成する。
【００１５】
本発明により、複雑なバルブトレインシステムが不要となる。本発明をエンジンとして使用する場合は、電気巻線を使うことでオルタネータやスタータモータを兼ね備えさせる（ｃｏｍｂｉｎｅ）ことができる。
【００１６】
本発明は弁の運動を制御するカムシャフトを必要としない。本発明は、エンジンとして使用された場合、本質的に２ストローク周期で動作する。
【００１７】
好ましくは、入口弁手段はスプリングバイアス一方向弁を備える。
【００１８】
（発明を実施するための最良の形態）
ある実施形態において、上記の機械は内燃エンジンとして機能し、例えば一回の燃焼分に当たる一塊（ａ  ｃｈａｒｇｅ）の空気が流体流入口を通って第一の可変容量チャンバ内に導入され、第一の可変容量チャンバに導入された一塊の空気は圧縮され、圧縮された一塊の空気は移送弁手段を通じて第二の可変容量チャンバに送られ、機械は、燃料を、圧縮された一塊の空気と混合させるために第二の可変容量チャンバ内に燃料を送る燃料運搬手段を備え、圧縮された一塊の燃料空気混合物は燃焼し、第二の可変容量チャンバ内に膨張し、膨張した燃焼混合物は次に、移送弁手段を通じて第二の可変容量チャンバに運ばれる次の一塊の空気によって、第二の可変容量チャンバから排除される。
【００１９】
本発明は、非常に単純なエンジンの構成、特に可動部がひとつしかない構成を提供する。
【００２０】
好ましくは、エンジンで使用される燃料は圧縮天然ガスであり、機械は天然ガスを加圧状態で保存するための保存手段を備え、燃料移送手段は、ポンプ手段を使用することなく、第二の可変容量チャンバ内への加圧天然ガスの流れを制御する。エンジンは、ポンプが不要であることから、単純なものとなる。エンジンは、単純化、軽量化され、たとえばテレビや照明器具を駆動するのに十分な電力を提供するのに使用される。ボンベ式天然ガスは幅広く入手可能である。天然ガスの燃焼は多くの排気問題を解決できる。なぜなら、天然ガスは、困難な排気問題を発生させることなく、大気中で非常に効率良く燃えるからである。事実、本発明によるエンジンの動作には排気ガスの処理が不要であり、特に触媒コンバータが不要である。
【００２１】
好ましくは、入口弁手段は一方向弁を備え、移送弁手段は往復部材の運動中、周期的に開閉するポートを備え、エキゾースト弁手段又は出口弁手段は、往復部材の運動中、周期的に開閉するポートを備える。より好ましくは、移送弁手段は、第一の可変容量チャンバ内で開くことのできる第一の移送ポート（第一の移送口）又は第一の移送弁と、第二の可変容量チャンバ内で開くことのできる第二の移送ポート（第二の移送口）と、往復部材内を延び、第一の移送ポートと第二の移送ポートを接続するコンジット手段を備える。
【００２２】
第一の移送ポートは、往復部材の一方の開放型シリンダの終端部分の壁の内側に面した表面上に設置され、第二の移送ポートは、往復部材の他方の開放型シリンダの終端部分の壁の内側に面した表面上に設置される。
【００２３】
本発明は、ガスの流れが往復部材を囲むハウジングを通じてではなく、往復部材内を実際に通過する単純な構成を提供する。これは、ガスの通過に関する新たなアプローチである。
【００２４】
上述のように、ハウジングの第一ピストン部が第一の開放型シリンダ内に延び、往復部材の往復中に第一の開放型シリンダにある第一の移送ポートを開閉することが好ましい。また、ハウジングの第二ピストン部が第二の開放型シリンダ内に延び、第二の開放型シリンダ内のピストンとして機能し、往復部材の往復中に第二の開放型シリンダ内にある第二の移送ポートを開閉することが好ましい。理想的には、エキゾースト弁手段は、第二の可変容量チャンバ内で開くことのできる排出ポート（排出口）と、往復部材内を延び、排出ポートを流体排出口に接続するコンジット手段を備える。設置される排出ポートは、第二の開放型シリンダの終端部分の壁の内側に面した表面上に都合よく設置され、排出ポートは第二の移送ポートの反対に位置する。ハウジングの第二ピストン部は、往復部材の往復中に排出ポートを開閉することにより、排出ポートの開閉を制御することが好ましい。
【００２５】
エンジンは、構成が単純で、２ストロークサイクルで動作し、燃焼ガスの少なくとも一部を排出させるためにスカベンジングを用いることは評価される。スカベンジングにより、一部の排気ガスを再循環することが可能となる。なぜなら、一部の排気ガスはその後の燃焼のために、新たに入ってくる新鮮な空気とともにどうしても残るからである。これにより、エンジンの排気が改善される。
【００２６】
好ましくは、ハウジングの第二ピストン部は、往復部材の各往復運動中、連続的に、排出ポートを開き、燃焼ガスを第二の可変容量チャンバから流し、第二の移送ポートを開き、第二の可変容量チャンバ内に一塊の空気を進入させ、排出ポートを通じて第二の可変容量チャンバから燃焼ガスを排除し、燃焼用空気を供給し、第二の移送ポートを閉じ、圧縮中に空気が移送ポートを通じて排出されるのを防止し、排出ポートを閉じ、第二の可変容量チャンバを密閉して燃焼可能な状態にする。
【００２７】
好ましくは、第二の可変容量チャンバにおけるピストンとして機能する、ハウジングの第二のピストン部には、第二の移送ポートが開いている時に第二の移送ポート付近に位置し、燃焼が開始される領域を定める切り欠き部が設けられる。好ましくは、燃料運搬手段は、ハウジングの第二ピストン部に設けられた切り欠き部によって定められる、第二の可変容量チャンバの領域に、例えば燃料を射出する等、燃料を運ぶ（ｄｅｌｉｖｅｒ）。
【００２８】
好ましくは、燃料空気混合物は、活性ラジカル燃焼（アクティブラジカル燃焼 ａｃｔｉｖｅ  ｒａｄｉｃａｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）によって点火される。活性ラジカル燃焼とは、燃料／空気混合物が、混合物の圧力上昇および温度上昇に加えて混合物内の遊離ラジカルイオン（ｆｒｅｅ  ｒａｄｉｃａｌ  ｉｏｎｓ）の存在により、自然に燃焼を開始する、当該技術において認識されている新しい燃焼メカニズムである。遊離ラジカルイオンは、混合物中に排気ガスを残すことによって最も有利に導入され、スカベンジングを用いた２ストロークサイクルの使用がこれを活発に援助する。実際、本発明において望まれるスカベンジング装置は、燃料／空気のバランスのよい分布を実現する、十分に効果が証明されたシステムであり、自動点火にとって極めて良好である。活性ラジカル燃焼により、特にエンジンが一定のスピードで動作する時、安定したクリーンな燃焼が実現される。本発明に係る非常に単純なエンジンは２ストロークサイクルでの活性ラジカル燃焼を使用し、おそらくは全負荷状態および半負荷状態で安定状態または合理的に安定状態で動作するはずである。
【００２９】
本発明による機械は、点火が開始する時に第二の可変容量チャンバで動作する火花点火手段を備えることができる。火花点火手段は、活性ラジカル燃焼の代わりとして、あるいは活性ラジカル燃焼と一緒に使用できる。活性ラジカル燃焼は火花点火と併用するのが好ましいが、これは、火花点火によって特定の時刻に確実に燃焼させることができ、その一方で活性ラジカル燃焼によって排出されるNOx炭化水素および一酸化炭素レベルを非常に低くすることができるからである。
【００３０】
好ましくは、ハウジングはその中に、往復部材上を通過し（パスオーバーし)、冷却するための冷却気を大気中から引き込み、大気中に冷却気を押し出すコンジット手段を備えるものとする。往復部材自体に、それを貫通して往復部材内に冷却気を通す冷却用通路を設けることもできる。再び、空気による冷却を行うことで、たとえばウォーターポンプ等を必要としない非常にシンプルなエンジンが実現する。
【００３１】
好ましくは、エンジンはハウジング内に往復部材を囲む電気巻線を備え、往復部材の往復を利用して、電気負荷に接続可能な電気巻線で電力を発生するものとする。たとえば、本発明はハイブリッド車用エンジンとして使用できる。往復部材は、単相交流電流を発生しうる。その後、インバータを使用すれば、三相交流電流が提供される。本発明は、シリンダライナ（ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｌｉｎｅｒ）内に電気コイルを設けることで、発電機をエンジンそのものの中に含める。したがって、電気コイルは往復部材に非常に近く設置され、これが発電機の効率改善に多いに役立つ。
【００３２】
コイルは往復部材の付近にあり、その間に、フラックスリンケージ（ｆｌｕｘ  ｌｉｎｋａｇｅ）を減衰させるようなシリンダライナがない。コイルと往復部材との間の間隙は、電気回路の最大効率を確保しながら、１０００分の１インチ程度まで減らすことができる。
【００３３】
本発明はエンジンと発電機の良好な組み合わせを提供するが、これは、本質的にエンジンが裏返しになっているからであり、通常はシリンダブロックとなるものが実際にピストンとなり、通常はピストンとなるものがシリンダとなっているからである。これにより、往復部材とその周囲のコイルとの良好な相互作用が得られる。
【００３４】
本発明は、現在の技術と燃料電池技術とのギャップを埋め、ハイブリッド車の製造が既存のエンジンと燃料電池システムの複雑さとコストのために幾分遅れている状況で、自動車用のハイブリッドパワーに関する即時的解決法を提供することができる。本発明によるエンジンはまた、静止発電機（ｓｔａｔｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）としても非常に有益である。この発電機は、今やさらに一般化し、効率が改善され、油圧アクチュエータの代用とされている車両用電気アクチュエータに電力を供給する電力発生機として、さらに使用できる。自動車の複合発電機エンジンには外部で使用するためのソケットを備えることができ、エンジンが自動車駆動用電気モータに電源供給するための電力だけでなく、車外で使用する電気器具に電源供給する、たとえば５０Ｈｚの外部電力を提供するようにすることも可能である。
【００３５】
本発明によれば、上記の周期動作流体排出機（機械）は、その運用において、ひとつの機械を第二の機械と縦に一列に繋いで使用され、第一の機械と第二の機械の往復部材は、同一の往復軸上に設置され、第一の機械と第二の機械の往復部材は一緒に移動するよう接続され、両機械のタイミングは、一方の機械において燃焼ガスが膨張する間、もう一方の機械において一塊の燃料と空気とが圧縮されるように選択して使用することもできる。２個のピストンを連結した場合、ひとつのエンジンにおける燃料空気混合物の燃焼は、その後にガスの膨張が生じ、もう一方のエンジン内の投入空気（チャージエアｃｈａｒｇｅ  ａｉｒ）の圧縮に利用される。
【００３６】
別の面において、本発明による機械はコンプレッサとしても使用でき、そのコンプレッサにおいては、往復部材が機械の電気巻線に供給される電力によって往復駆動され、往復運動中、一塊のガスが流体流入口を通じて第一の可変容量チャンバ内に導入され、第一の可変容量チャンバ内に導入された一塊のガスは第一の可変容量チャンバ内で圧縮され、圧縮ガスは移送弁手段を通じて第二の可変容量チャンバに運ばれ、第二の可変容量チャンバ内に運ばれた圧縮ガスはさらに第二の可変容量チャンバ内で圧縮され、第二の可変容量チャンバ内の圧縮ガスは出口弁手段を通じて排出口に押し出される。
【００３７】
好ましくは、本発明をコンプレッサとして実施した場合の入口弁手段は、ガスを流体流入口から第一の可変容量チャンバ内に流し、ガスが第一の可変容量チャンバから流体流入口を通って出ないようにする第一の一方向弁を備え、第一の一方向弁は、第一の大きさの圧力差がその前後に確立された場合のみ、ガスを流体流入口から第一の可変容量チャンバに流すものとする。
【００３８】
好ましくは、移送弁手段は、第一の可変容量チャンバから第二の可変容量チャンバへとガスを流し、第二の可変容量チャンバから第一の可変容量チャンバへのガスの流れを防止する第二の一方向弁を備え、第二の一方向弁はその前後で第二の大きさの圧力差が確立された場合のみ、ガスを第一から第二の可変容量チャンバに流すものとする。
【００３９】
好ましくは、出口弁手段は、ガスを第二の可変容量チャンバから流体排出口へと押し出し、ガスが流体排出口を通って第二の可変容量チャンバに導入されないようにする第三の一方向弁を備え、第三の一方向弁は、その前後で第三の大きさの圧力差が確立された場合のみ、ガスを第二の可変容量チャンバから排除するものとする。
【００４０】
本発明が提供するコンプレッサは２段階コンプレッサで、ガスが第一の可変容量チャンバにおいて第一の圧力レベルまで圧縮され、第二の可変容量チャンバにおいて第二の圧力レベルまで圧縮されることがわかる。好ましくは、第一の一方向弁と、第二の一方向弁と、第三の一方向弁は各々、スプリングバイアス弁である。
【００４１】
本発明によるコンプレッサは、構成がシンプルで安価である。
【００４２】
第一の可変容量チャンバは好ましくは、その往復軸に垂直な断面が第一の面積を有し、第二の可変容量チャンバの往復軸の径方向に取った断面が第一の面積より小さい第二の面積を有する。したがって、往復部材にある力が加わった場合、第一の可変容量チャンバ内のガスに印加される圧力は、第二の可変容量チャンバ内のガスに印加される圧力より小さい。
【００４３】
好ましくは、ハウジングは第一の可変容量チャンバ内に伸びて第一の可変容量チャンバの径方向断面にマッチする第一のピストン部を有し、ハウジングは第二の可変容量チャンバ内に伸びて第二の可変容量チャンバの径方向断面にマッチする第二のピストン部を有する。
【００４４】
本発明は、通常のコンポーネント配置を逆にすることにより、構造の単純化を実現している。シリンダは往復部材により提供され、ピストンは静止するハウジングによって提供される。
【００４５】
好ましくは、入口弁手段はハウジングの第一のピストン部に設置され、出口弁手段は第二のピストン部に設置される。好ましくは、移送弁手段は往復部材の中央部分に配置される。
【００４６】
第二の可変容量チャンバの最大容量は、第一の可変容量チャンバの最大容量より小さいことが好ましい。
【００４７】
好ましくは、エンジンは電気巻線に電源供給するのに使用される電気波形を制御し、これによって機械の出力を制御するための制御手段を備えるものとする。
【００４８】
本発明の別の実施形態を、添付の図面と併せて説明する。
【００４９】
図１において、周期動作流体排出機が内燃エンジン１０の形態で見られる。内燃エンジン１０は、その中を往復部材１２が往復するハウジング１１を備える。往復部材１２は、ハウジング１１の往復軸１３に沿って直線的に往復運動する。往復部材１２はハウジング１１とともに第一の可変容量チャンバ１４と第二の可変容量チャンバ１５を定める。
【００５０】
一方向スプリングバイアス弁の形態をとる入口弁１６は、空気を空気流入口１７から第一の可変容量チャンバ１４内に導入し、空気が第一の可変容量チャンバ１４から空気流入口１７を通って出ないようにする。
【００５１】
往復部材１２は、往復軸１３に垂直に延びる中央部分１８を備える。往復部材１２はまた、中央部分１８の両端に２つの終端部分１９，２０を備える。終端部分１９，２０は各々、往復軸１３にほぼ平行に伸びる壁を備える。終端部分１９，２０は各々、中央部分１８とともに、一端が開いている開放型シリンダを定める。ハウジング１１は、往復部材１２の第一の開放型シリンダの中に延び、終端部分１９によって形成される開放型シリンダ内でピストンとして機能する第一のピストン部２１を備える。第一のピストン部２１と終端部分１９によって形成される第一の開放型シリンダとが、第一の可変容量チャンバ１４を定める。
【００５２】
ハウジング１１は、終端部分２０が定める開放型シリンダの中に延び、終端部分２０によって定められる開放型シリンダ内でピストンとして機能する第二のピストン部２２を備える。第二のピストン部２２と終端部分２０によって形成される開放型シリンダとが、第二の可変容量チャンバ１５を定める。第一の可変容量チャンバ１４から第二の可変容量チャンバ１５へのガスの移動は、３つのコンジット２３，２４，２５によって行われる（図２参照）。コンジット２３，２４，２５はそれぞれ、第一の可変容量チャンバ１４に向かって開くことのできる移送ポートから、第二の可変容量チャンバ１５に向かって開くことのできる移送ポート（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｏｒｔ）まで延びる。たとえば、図１に見られるように、コンジット２３は可変容量チャンバ１４に向かって開くことのできる移送ポート２６から可変容量チャンバ１５に向かって開くことのできる移送ポート２７まで延びる。移送ポート２６，２７は、ハウジング１１のピストン部２１，２２と位置が合い、これらによってそれぞれふさがれた時に閉じる。移送ポート２６，２７は、ピストン部２１，２２と位置がずれ、これらによってそれぞれふさがれない時に開いている。
【００５３】
コンジット３０は往復部材１２の中を延び、可変容量チャンバ１５内で開くことのできる排出ポート３１をエンジン１０のエキゾースト３２に接続する。図２に見られるように、排出ポート３１は移送ポート２７，３３，３４とは直径方向に逆に配置される。
【００５４】
図２には、往復部材１２の断面が円形であることも示されている。往復部材１２の終端部分１９，２０はそれぞれ、往復軸１３と一致する往復部材１２の重心軸（中心軸ｔｈｅ  ｃｅｎｔｒａｌ  ａｘｉｓ）から離れた環状壁を備える。終端部分の環状壁１９，２０の各々は、ハウジング１１内に設けられた環状スロット内をスライドすることができる。２つの環状スロット３５，３６は、ハウジング１１の両端にひとつずつ設けられる。環状リングシール３７は終端部分１９とスロット３５との間で機能し、環状リングシール３８はスロット３６と終端部分２０との間で機能する。
【００５５】
電気巻線３９は、ハウジング１１内で往復部材１２の周りに巻かれている。電気巻線３９は実際に環状であり、往復部材１２の円柱形の最も外側の表面に平行に、これに近接して延びる。環状電気巻線３９は往復軸１３に平行に延び、少なくとも往復部材１２の軸方向長さと往復部材１２が１往復する移動距離との和に等しい長さを有する。
【００５６】
エンジン１０は、燃料として圧縮天然ガスを使用する。圧縮天然ガスは、パイプ４１によってガス注入部４２に接続される加圧コンテナ４０に収納される。ガス注入部４２は、第二の可変容量チャンバ１５への圧縮天然ガスの流れを調整するが、エンジン１０は燃料用のポンプ手段を備えず、その代わりに、加圧ガスそのものの圧力に依存している。
【００５７】
ハウジング１１の第二のピストン部２２には切り欠き部４３が設けられ、切り欠き部４３は、移送ポート２７，３３，３４が開いている時、つまり往復部材１２が図１に示す位置にある時、つまり左に移動し、第二の可変容量チャンバ１５がその最大容量にある、またはそれに近く、第一の可変容量チャンバ１４がその最小容量にある、またはそれに近い時、移送ポート２７，３３，３４付近に位置する。切り欠き部４３は、第二の可変容量チャンバ１５において燃焼が開始する領域を定める。点火プラグ４４は領域４３内で動作するよう設置される。
【００５８】
ハウジング１１は、４５，４６のような冷却気流入口に設置される。図中の冷却気流入口４５，４６は弁式の流入口で、冷却用空気をハウジング１１に導入するものの、ハウジング１１から出さない。これに対し、冷却気排出口７７，７８がハウジングの反対側に設置される。冷却気ダクト４７，４８は往復部材１２の長さに沿って直線的に延びる。往復部材１２が往復すると、冷却気が冷却気流入口４５，４６から導入され、冷却気ダクト４７，４８内を通過し、冷却気排出口７７，７８から押し出される。実際には、排出口７８から排気される冷却気はエキゾースト３２を通過する排気ガスと混ぜ合わされる。
【００５９】
図１及び図２に示すエンジンの動作中、一回の燃焼分の空気は、流体流入口１７と一方向入口弁１６を通じて第一の可変容量チャンバ１４内に導入、すなわち引き込まれる。空気は、第一の可変容量チャンバ１４の容量が増す際、つまり往復部材１２が図１に示す図の右に移動する際、第一の可変容量チャンバ１４の中に引き込まれる。往復部材１２が移動して第一可変容量チャンバ１４の容量が増えると、一方向入口弁１６の前後に圧力差が生じ、これによって空気が第一の可変容量チャンバ１４内に入る。空気は、チャンバ１４がその最大容量に達するまでチャンバ１４内に入り続ける。最大容量になると一方向弁１６は閉じ、往復部材１２は、チャンバ１４の容量が減るよう機能する。
【００６０】
移送ポート２６は、往復部材１２が移動する間ずっと、あるいはその大部分、開いた状態にある。往復部材１２がチャンバ１４の容量を減らすよう機能すると、チャンバ１４内の空気は圧縮され、移送ポート２６からコンジット２３，２４，２５の中に移動する。当初、往復部材１２がチャンバ１４の容量を減らすよう機能すると、移送ポート２７，３３，３４はチャンバ１５に向かって開かない。なぜなら、これらはハウジング１１のピストン部２２によって密閉されるからである。チャンバ１４がその最小容量に達し、チャンバ１５がその最大容量に達すると、移送ポート２３，２４，２５の覆いがとれ、圧縮空気がチャンバ１５に流れ込み、チャンバ１５から燃焼ガスが排出ポート３１を通じてエキゾースト３２に排出される。移送ポート２７，３３，３４から入った空気はまた、エンジン１０のための新鮮な投入空気（一回の燃焼分の空気）となる。
【００６１】
チャンバ１５がその最大容量に達すると、往復部材１２の運動方向が変わり、往復部材１２はチャンバ１５の容量を減らし、チャンバ１４の容量を増やすよう機能する。次に、移送ポート２７，３３，３４はピストン部２２の周辺表面によって覆われ、閉じられる。続いてエキゾーストポート３１がピストン部２２によって閉じられる。すると、チャンバ１５が閉じ、往復部材１２が移動してチャンバ１５の容量が減ると、チャンバ１５内の空気が圧縮される。
【００６２】
排出ポート３１が閉じられた時、あるいは排出ポート３１が閉じられる少し前のいずれかに、加圧されたガスはチャンバ１５に入る。注入部４２は加圧されたガスの流入を制御する。
【００６３】
チャンバ１５内のガスと空気の混合物は、チャンバ１５の容量減少によってエキゾーストポート３１が閉じられた後、圧縮される。チャンバ１５の容量がその最小レベルにある時点、またはその近辺に、点火プラグ４４が火花を出し、ガスと空気の混合物に着火する。次に、燃焼したガスと空気の混合物は膨張し、チャンバ１５の容量が増えるにつれ、往復部材１２を移動させる。その結果、エキゾーストポート３１は覆いが外され、膨張する燃焼ガスはエキゾースト３２から逃げることができる。燃焼ガスは、移送ポート２７，３３，３４に入る次の燃焼分の空気によって排除され、これまでのサイクル全体が再び始まる。
【００６４】
燃焼前にチャンバ１５内に存在する燃料／空気混合物は、ある程度の排気ガスを含み、これは好ましいものである。それは、排気ガスはラジカルイオンを含み、活性ラジカル燃焼による燃料／空気混合物の燃焼を可能にするからである。活性ラジカル燃焼は当業界では周知であり、本明細書では詳しい説明を省く。好ましい実施形態において、活性ラジカル燃焼は、火花点火を使った燃焼と平行して発生する。
【００６５】
図１に示す本発明の実施形態において、エンジン１０は、ハウジング１１と往復部材１２の間で、チャンバ１５の容量が最小となり、チャンバ１４の容量が最大となる位置に往復部材１２を偏らせる（ｂｉａｓ）よう動作するスプリング４９を備える。このような装置（アレンジメント）において、チャンバ１５内の燃焼ガスが膨張した後、スプリング４９は保存されたエネルギーを使って、チャンバ１４の容量が最大になり、チャンバ１５の容量が最小となる位置まで往復部材１２を戻す。
【００６６】
往復部材１２の往復運動は、電気巻線３９によって電気を発生する。電気巻線３９は、ライン５１上で交流電流正弦波形を発生する電子コントローラ５０に接続される。ライン５１は電気負荷に接続されている。ライン５１は、点火プラグ４４の着火を制御し、注入部４２による加圧ガスの注入を制御する電子コントローラ５２に接続されている。コントローラ５２は、ライン５１上の信号から、ハウジング１１に関する往復部材１２の位置を決定する。
【００６７】
スプリング４９のようなスプリングを使用するより、図３のように２個のエンジン１０を一緒に使用することができる。図３において、一方のエンジン１０の第二の可変容量チャンバ１５は、もう一方のエンジン１０の第二の可変容量チャンバ１５の容量が最小になると、最大容量になることがわかる。２個の往復部材１２は接続ロッド５３によって接続されている。一方のエンジン１０における燃焼ガスの膨張により、両方のエンジン１０の両往復部材１２が動く。図による装置において、往復部材１２を移動させるように作用する膨張力が存在するように、一方のエンジンにおいて常に燃焼ガスが膨張する。一方のエンジン１０における燃焼ガスの膨張は、両方の往復部材１２をひとつの方向に移動させ、もう一方のエンジン１０における燃焼ガスの膨張は、両方の往復部材１２を反対の方向に移動させる。
【００６８】
図３より、コントローラ５０は両方のエンジン１０に共通し、ライン５１は、ライン５５上で三相交流電流を発生するインバータ５４に接続されていることがわかる。
【００６９】
以上のことから、本発明に係るエンジンは、たとえばハイブリッド電気自動車等での使用に適した、エンジンと発電機の組み合わせを実現する。このような場合、エンジンはバッテリと電気モータを組み合わせたものに接続され、電気モータに電源供給する、および／またはバッテリ内に保存する電気を発生する。出力ラインを自動車の外の負荷に接続し、他の電気装置に電源供給させることもまた可能である。
【００７０】
本発明に係るエンジン１０は、特定の周波数、つまりエンジンの固有周波数で作動するよう設計することができる。エンジンは、ある定常状態で、あるいは２種類の定常状態で作動するよう設計される。往復部材１２と周囲の電気巻線３９の相互作用により、電気コントローラ５０を用いて、往復部材１２の往復をある程度制御できる。往復部材１２の往復頻度および／または往復運動の振幅を変え、電流出力を変化させることができる。電流は、往復部材１２の最大速度に比例する。
【００７１】
インダクションコイル３９はエナメルワイヤを備えるものとする。
【００７２】
上記のエンジン１０は、バッテリ等の電源によって電源供給されるコイル３９を使って始動される。コントローラ５０は、往復部材１２の往復運動を開始するために、コイル３９を励起するのに使用できる。往復部材１２が往復運動を開始すると、コントローラ５２は加圧ガスの注入と点火プラグ４４の着火を開始する。タイミングの合った反対向きの力が、始動中にコントローラ５０の制御の下で往復部材１２にかかる。図３の装置（アレンジメント）における２個のエンジン１０の２本のコイルは、一緒に制御される。つまり、コイル３９は、往復部材の運動を開始させる電気モータの一部として、またエンジンから電力を抽出する発電機として使用される。一般に、往復部材が３，４回往復すると燃焼が始まる。
【００７３】
エンジン１０は、動作中に往復部材１２が制御可能な長さの休止時間中、コイル３９によって印加される電磁力の制御を受けて、止まっている状態を保つことができるように操作することができる。たとえば、往復部材１２は、排出ポート３１がたった今閉じられたという場所に保持することが可能である。次に、コイル３９は、休止後に電磁力を印加してチャンバ１５内の燃料／空気重点物を圧縮し、動作が再開する。長さの異なる休止を周期的に発生させることにより、往復部材１２の往復速度を変えるかわりに、エンジンの電力出力を変えることができる。なぜなら、往復部材は往復運動していない時、一定の最適な速度でこれを行うことが好ましいからである。
【００７４】
上記のエンジンは軽量、低コストの非常にシンプルな構造のエンジンを提供するとものとわかる。エンジンは事実上、ひとつの可動部、往復部材１２を有する。このエンジンは、複雑な弁の配置やその弁を駆動するカムシャフトを必要としない。
【００７５】
本発明に係る周期動作流体排出機はコンプレッサもまた提供することができ、この例を図４に示す。図４のコンプレッサ１００は、その中を往復部材１０２が往復するハウジング１０１を備える。往復部材１０２は、往復軸１３に沿って往復する。往復部材１０２は、ハウジング１０１とともに第一の可変容量チャンバ１０４と第二の可変容量チャンバ１０５を定める。第一の可変容量チャンバ１０４は、往復軸１３の径方向断面が第一の面積を持ち、第二の可変容量チャンバは、往復軸１０３の径方向断面が第一の面積より小さな第二の面積を持つ。第二の可変容量チャンバ１０５の最大容量は第一の可変容量チャンバ１０４の最大容量より小さい。一方向入口弁１０６は、ガス流入口１０７から第一の可変容量チャンバ１０４内にガスを流すが、ガスが可変容量チャンバ１０４からガス流入口１０７を通って出ないようにする。一方向入口弁１０６はスプリングバイアス式であり、当該弁の前後の間に第一の大きさの圧力差が確立された時、ガス流入口１０７から第一の可変容量チャンバ１０４にガスを流すことだけを行う。往復部材１０２は、往復軸１０３に垂直に延びる中央部分１０８を備える。往復部材１０２は、中央部分１０８の両端に２つの終端部分１０９，１１０を備える。終端部分１０９，１１０は、往復軸１０３にほぼ平行に延びる壁を備える。終端部分１０９，１1０は各々、中央部分１０８とともに一方が開いている開放型シリンダを定める。ハウジング１０１は、終端部分１０９によって一部定められる開放型シリンダの中に延びる第一のピストン部１１１を有する。ピストン部１１１は、終端部分１０９によって一部定められる開放型シリンダ内のピストンとして機能する。第一のピストン部１１１と、終端部分１０９によって一部定められる開放型シリンダとが、第一の可変容量チャンバ１０４を定める。
【００７６】
第二のピストン部１１２は、壁１１０によって一部定められる開放型シリンダ内に延びる。ピストン部１１２は、終端部分１１０によって一部定められる開放型シリンダ内のピストンとして機能し、開放型シリンダとピストン部分１１２とが第二の可変容量チャンバ１０５を定める。
【００７７】
往復部材１０２の径方向断面はほぼ円形であり、終端部分１０９，１１０は各々、往復軸１０３と一致する往復部材１０２の重心軸から離れて設置された環状壁を備える。終端部分の壁１０９，１１０は、ハウジング１０１の反対側に設けられた２個の環状スロット１１３，１１４内をスライドすることができる。スプリングバイアス式の移送一方向弁１１５は、往復部材１０２の中央部分１０８内に設けられる。弁１１５は、チャンバ１０４からチャンバ１０５へとガスを流すが、チャンバ１０５からチャンバ１０４にガスを戻さない。弁１１５はスプリングバイアス式で、当該弁の前後に第二の大きさの圧力差が確立された時、チャンバ１０４からチャンバ１０５にガスを流すことのみ行う。
【００７８】
同様にスプリングバイアス式である第三の一方向弁１１６がピストン部１１２内に設けられ、ガスをチャンバ１０５からガス排出口１１７に押し出す。一方向弁１１６は、ガスをチャンバ１０５から排出口１１７に排出するが、ガスが排出口１１７からチャンバ１０５に導入されない、すなわち流れ込まないようにする。弁１１６はスプリングバイアス式で、当該弁の前後に第三の大きさの圧力差が確立された時のみ、ガスをチャンバ１０５から排出口１１７へと排出する。
【００７９】
環状電気巻線１１８は往復部材１１２を囲み、往復部材１０２の外側を向く円柱表面に平行に、これに隣接して延びる。電気巻線１１８は往復軸１０３に平行に延び、少なくとも往復部材１０２の軸方向長さと往復部材１０２が１往復する移動距離の和に等しい長さを有する。
【００８０】
電気巻線１１８は、電源１２０に接続されるコンローラ１１９に接続される。コントローラ１１９は、往復部材１０２が所定のタイミングで最初に一方に動かされ、次に反対方向に動かされるように制御される電気波形をコイル１１８に供給する。往復部材１０２は好ましくは、コントローラ１１９によって供給される電気波形により設定される振動数で往復運動する。
【００８１】
チャンバ１０４の容量が最も小さい状態から、往復部材はコイル１１８が供給する電磁力によって動かされ、チャンバ１０４の容量を増大させる。このような容量の増大により、入口弁１０６の前後に圧力差が確立し、この圧力差が前述した当初の大きさを超えると、入口弁１０６は開いてガスをガス流入口１０７からチャンバ１０４に導入する。チャンバ１０４の容量が最大になると、一方向弁１０６は閉じ、往復部材１０２は電磁力によって動き、１０４の容量を減らす。したがって、チャンバ１０４内のガスは圧縮される。チャンバ１０４内の圧縮ガスの圧力が第二の大きさ（前述）を超えると、一方向弁１１５は開き、ガスがチャンバ１０４からチャンバ１０５に流れる（チャンバ１０５の大きさは、チャンバ１０４の大きさの減少につれて増大する）。チャンバ１０５が最大容量になり、チャンバ１０４が最小容量になると、一方向弁１１５は閉じ、往復部材１０２は再び動いてチャンバ１０４の容量を増大させ（前述のようにガスを導入する）、同時にチャンバ１０５の容量を減少させる。チャンバ１０５は断面積が減少しているため、往復部材１０２にかかる力によってチャンバ１０５内で圧縮されるガスにかかる圧力は大きくなる。チャンバ１０５内で圧縮されるガスは、弁１１６前後の圧力差が第三の大きさに達するまで圧縮され続け、圧力差が第三の大きさに達すると弁１１６は開き、チャンバ１０５内で圧縮されたガスはガス排出口１１７から出て行く。
【００８２】
本発明が提供するコンプレッサ１００は、非常にシンプルな構成の２段階コンプレッサであることがわかる。コンプレッサの出力は、単純に電気巻線１１８への電力供給に使用される電気波形を制御することによって制御できる。
【００８３】
コンプレッサ１００の構成は、ピストンが静止しているハウジングの一部であり、シリンダが往復部材の一部である点で通常と異なる。この構成は、電気巻線１１８に隣接する、環状電気巻線１１８と往復部材１０２との間のフラックスリンケージをうまく利用する。この２段階コンプレッサは事実上、ひとつの可動部を有する機械である。
【００８４】
以上、往復部材が定める開放型シリンダの断面は円形であるが、開放型シリンダはいかなる断面形状のものでもよく、「シリンダ」との用語は断面が円形のものである必要はなく、たとえば断面が正方形、楕円径、長方形、あるいはその他最も都合の良い形状を含むものとする。
【００８５】
上記のエンジン１０においては、チャンバ１４の容量が最小となった時に移送ポート、たとえば２６等がピストン２１によって閉じられているが、チャンバ１４に向かって開く移送ポートをチャンバ１４に向かって永久的に開けておくこともできる。なぜなら、チャンバ１４と１５の間の移送制御は、チャンバ１５に向かって開いている移送ポート２７，３３，３４によって管理できるからである。
【００８６】
上記のコンプレッサ１００またはエンジン１０において、往復部材１２，１０２は優れた磁気特性を有するスチールとすることができる。あるいは、コイルをたとえば往復部材１２，１０２内に設置し、より軽量の部材の利用を可能にすることもできる。このようなコイルの中に電流を流し（あるいはその中に誘導し）、機械の性能を改善することも可能である。
【００８７】
（産業上の利用可能性）
本発明は、エンジンまたはコンプレッサのいずれかの形態による周期動作流体排出機を提供することができる。
【００８８】
本発明は、非常に単純であり、特にバルブトレインシステム、別のオルタネータ、スタータモータまたはカムシャフトを必要としない機械を提供することを目的としている。本発明による機械は、ハイブリッド車のエンジンとして使用することができ、このエンジンは車両に動力（ｐｏｗｅｒ）を与える電気モータに使用される電力を発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る内燃エンジンの概略断面図である。
【図２】  図１の内燃エンジンを切断した概略断面図である。
【図３】  図１と２が示す内燃エンジンを２個組み合わせたものの概略図である。
【図４】  本発明によるコンプレッサの概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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