(57)【要約】機関の効率を増加させ、排気を改良し、自己点火および関連付けられた設計制約を実質的に排除するために、燃焼イベント直前に、等温圧縮空気を燃料機関の中に注入することによって、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関を動作させることを含む、システムおよび方法が、開示される。ＩｓｏＣ機関は、インタークーラ付きコンプレッサを利用して、燃焼機関への圧縮空気の送達に先立って、複数の容量タンク内に貯蔵される空気を等温圧縮する。ＩｓｏＣ機関は、燃料効率を増加させるために、燃焼が選択的に終了されることを可能にし、それによって、ハイブリッド圧縮空気圧モータおよび内燃動作式ＩｓｏＣ機関をもたらす。【選択図】図１
2016537557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関であって、
ある体積の空気を等温圧縮するように構成される、コンプレッサと、
前記コンプレッサに結合され、前記等温圧縮空気の体積を貯蔵するように構成される、少なくとも１つの容量タンクと、
燃焼機関であって、
前記少なくとも１つの容量タンクから前記燃焼機関のシリンダの中に前記等温圧縮空気の体積の少なくとも一部を受容することと、
（１）ある体積の燃料を前記シリンダの中に選択的に注入し、前記シリンダ内の空気の体積の存在下、前記燃料の体積を点火すること、および（２）ある体積の燃料の注入を選択的に省略し、燃焼を使用せずに、前記シリンダ内の空気の体積を拡張させることのうちの少なくとも１つを行うことと
を行うように構成される、燃焼機関と
を備える、ＩｓｏＣ機関。
【請求項２】
前記空気の体積は、関連付けられたピストンがほぼ上死点（ＴＤＣ）位置にあるとき、前記シリンダの中に受容される、請求項１に記載のＩｓｏＣ機関。
【請求項３】
前記空気の体積は、関連付けられたピストンがほぼ上死点（ＴＤＣ）位置と前記ＴＤＣを越えて約２０度回転した位置との間にあるとき、前記シリンダの中に受容される、請求項１に記載のＩｓｏＣ機関。
【請求項４】
前記コンプレッサは、多段式インタークーラ付きコンプレッサを備え、前記空気の体積の圧縮の結果として発生される熱を消散させるように構成される、請求項１に記載のＩｓｏＣ機関。
【請求項５】
前記シリンダの中に受容される圧縮空気の体積は、周囲環境のほぼ周囲温度である温度を含む、請求項１に記載のＩｓｏＣ機関。
【請求項６】
前記燃焼機関は、前記シリンダの中に選択的に注入されたある体積の燃料の自己点火を実質的に排除するように構成される、請求項１に記載のＩｓｏＣ機関。
【請求項７】
前記燃焼機関からの排気流によって駆動され、前記コンプレッサの吸気を強制誘発するように構成される、ターボチャージャをさらに備える、請求項１に記載のＩｓｏＣ機関。
【請求項８】
前記コンプレッサは、コンプレッサクラッチを通して前記燃焼機関のクランクシャフトに結合され、前記クランクシャフトは、前記コンプレッサクラッチが係合されると、前記コンプレッサを動作させるように構成される、請求項１に記載のＩｓｏＣ機関。
【請求項９】
前記燃焼機関は、排気行程および仕事行程を含む、２行程動作サイクルを備え、前記少なくとも１つの容量タンクからシリンダの中に前記等温圧縮空気の体積の少なくとも一部の受容と、前記シリンダの中への前記燃料の体積の選択的注入とは、実質的に同時に生じる、請求項１に記載のＩｓｏＣ機関。
【請求項１０】
前記燃焼機関は、空気圧モータ発動行程、圧縮行程、燃焼発動行程、および排気行程を含む、４行程動作サイクルを備え、前記シリンダの中への前記等温圧縮空気の体積の少なくとも一部の注入は、前記空気圧モータ発動行程の開始時、関連付けられたピストンがほぼ上死点（ＴＤＣ）位置にあるときに生じ、前記燃料の体積の選択的注入は、前記空気圧モータ発動行程および前記圧縮行程のうちの少なくとも１つの間に生じる、請求項１に記載のＩｓｏＣ機関。
【請求項１１】
等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関を動作させる方法であって、
第１の体積の空気を等温圧縮することと、
前記等温圧縮空気の体積を少なくとも１つの容量タンクに通過させることと、
前記等温圧縮空気の体積を前記少なくとも１つの容量タンク内に貯蔵することと、
関連付けられたピストンがほぼ上死点（ＴＤＣ）位置にあるとき、第２の体積の等温圧縮空気を燃焼機関のシリンダの中に注入することと、
ある体積の燃料を前記燃焼機関のシリンダの中に選択的に注入することと、
前記燃焼機関のシリンダ内の等温圧縮空気の第２の体積および燃料の体積の混合物を燃焼させることと、
を含む、方法。
【請求項１２】
ある体積の燃料を前記燃焼機関のシリンダの中に選択的に注入することは、第２の体積の等温圧縮空気を注入することと同時に生じる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記燃焼シリンダの中へのある体積の燃料の注入を選択的に中止することと、
関連付けられたピストンがほぼ上死点（ＴＤＣ）位置にあるとき、前記第２の体積の等温圧縮空気を燃焼機関のシリンダの中に注入し続け、前記燃焼機関を動作させることと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の体積の等温圧縮空気を前記燃焼機関のシリンダの中に注入することと、前記燃焼機関のシリンダの中に前記燃料の体積を選択的に注入することとは、実質的に同時に生じる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の体積の等温圧縮空気を前記燃焼機関のシリンダの中に注入することは、空気圧モータ発動行程に先立って、前記関連付けられたピストンがほぼ上死点（ＴＤＣ）位置にあるときに生じ、前記燃料の体積を前記燃焼機関のシリンダの中に選択的に注入することは、前記空気圧モータ発動行程および前記圧縮行程のうちの少なくとも１つの間に生じる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関を制御する方法であって、
関連付けられたピストンがほぼ上死点（ＴＤＣ）位置にあるとき、ある体積の等温圧縮空気を燃焼機関のシリンダの中に選択的に注入することと、
ある体積の燃料を前記シリンダの中に選択的に注入することと、
ユーザインターフェースを通して入力を選択的に受信することと、
前記燃焼機関のクランクシャフトの後続回転の間、前記燃焼機関のシリンダの中に注入される前記圧縮空気の体積および前記燃料の体積のうちの少なくとも１つを選択的に調節することと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記シリンダの中に注入される前記圧縮空気の体積および前記燃料の体積のうちの少なくとも１つを選択的に調節することは、少なくとも１つのセンサ入力の監視に応答して、電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって実装されてもよい、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記シリンダの中に注入される前記圧縮空気の体積および前記燃料の体積のうちの少なくとも１つを選択的に調節することは、少なくとも１つの制御出力と通信する前記ＥＣＵによって実装されてもよい、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記シリンダの中に注入される前記圧縮空気の体積および前記燃料の体積のうちの少なくとも１つを選択的に調節することは、前記ユーザインターフェースを通して受信された入力に応答して、前記ＥＣＵによって実装されてもよい、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＥＣＵは、前記ＥＣＵ内に記憶された事前にロードされた燃料マップおよび前記ＥＣＵ内に記憶された事前にロードされた空気マップのうちの少なくとも１つに従って、前記ＩｓｏＣ機関を選択的に制御するように構成される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、“Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｂａｓｅｄ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ”と題された、Ｄｏｒｔｃｈによって２０１３年１１月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／９０６，４６７号、および“Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｂａｓｅｄ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ，”と題された、Ｄｏｒｔｃｈによって２０１４年２月３日に出願された米国仮特許出願第６１／９３５，０２５号に対する３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  §  １１９（ｅ）に基づく優先権を主張するものであり、これらの開示は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（連邦政府資金による研究開発の記載）
該当せず
【０００３】
（マイクロフィッシュ付録の参照）
該当せず
【０００４】
（背景）
従来の燃焼機関は、吸気行程に続き、圧縮行程を含む。概して、空気および燃料の混合物が、吸気行程の間、機関の燃焼室の中に導入され、その後、圧縮行程の間、ピストンによって圧縮される。空気／燃料混合物の圧縮は、混合物の温度および圧力を有意に増加させる。自己点火は、空気／燃料混合物が、スパークプラグ発火に先立って、それを自発的に点火させ、空気／燃料混合物を点火させる温度に達するときに生じ得、損傷を機関に生じさせ得る。故に、静的圧縮比、過給機容量、パワー密度、燃料経済性、および燃料選択肢等の従来の燃焼機関の設計特徴は、自己点火の限界によって制約される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のいくつかの実施形態では、ある体積の空気を等温圧縮するように構成される、コンプレッサと、コンプレッサに結合され、等温圧縮空気の体積を貯蔵するように構成される、少なくとも１つの容量タンクと、等温圧縮空気の体積の少なくとも一部を燃焼機関のシリンダの中に受容し、（１）ある体積の燃料をシリンダの中に選択的に注入し、シリンダ内の空気の体積の存在下、燃料の体積を点火することと、（２）ある体積の燃料の注入を選択的に省略し、燃焼を使用せずに、シリンダ内の空気の体積を拡張させることとのうちの少なくとも１つを行うように構成される、燃焼機関とを備える、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関が、開示される。
【０００６】
本開示の他の実施形態では、第１の体積の空気を等温圧縮することと、等温圧縮空気の体積を少なくとも１つの容量タンクに通過させることと、等温圧縮空気の体積を少なくとも１つの容量タンク内に貯蔵することと、関連付けられたピストンがほぼ上死点（ＴＤＣ）位置にあるとき、第２の体積の等温圧縮空気を燃焼機関のシリンダの中に注入することと、ある体積の燃料を燃焼機関のシリンダの中に選択的に注入することと、燃焼機関のシリンダ内の等温圧縮空気の第２の体積および燃料の体積の混合物を燃焼させることとを含む、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関を動作させる方法が、開示される。
【０００７】
本開示のさらに他の実施形態では、関連付けられたピストンがほぼ上死点（ＴＤＣ）位置にあるとき、ある体積の等温圧縮空気を燃焼機関のシリンダの中に選択的に注入することと、ある体積の燃料をシリンダの中に選択的に注入することと、ユーザインターフェースを通して入力を選択的に受信することと、燃焼機関のクランクシャフトの後続回転の間、燃焼機関のシリンダの中に注入される圧縮空気の体積および燃料の体積のうちの少なくとも１つを選択的に調節することとを含む、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関を制御する方法が、開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示およびその利点をより完全に理解するために、ここで、添付図面および詳細な説明と関連して解釈される、以下の簡単な説明を参照する（同一参照数字は、同一部品を表す）。
【０００９】
【図１】図１は、本開示のある実施形態による、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関の概略図である。
【００１０】
【図２】図２は、本開示のある実施形態による、等温圧縮系燃焼機関（ＩｓｏＣ）電子制御システムの概略図である。
【００１１】
【図３】図３は、本開示のある実施形態による、等温圧縮系燃焼機関（ＩｓｏＣ）を動作させる方法のフロー図である。
【００１２】
【図４】図４は、本開示のある実施形態による、等温圧縮系機関（ＩｓｏＣ）を制御する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１つまたはそれを上回る実施形態の例証的実装が、以下に提供されるが、開示されるシステムおよび／または方法は、現在公知または既存であるかどうかにかかわらず、任意の数の技法を使用して実装されてもよいことを理解されたい。本開示は、本明細書に図示および説明される例示的設計および実装を含む、以下に図示される例証的実装、図面、および技法にいかようにも限定されるべきではなく、添付の請求項の範囲とともに、その均等物の全範囲内で修正されてもよい。
【００１４】
本明細書に開示されるのは、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関の実施形態である。ＩｓｏＣ機関は、機関の効率を増加させるために、燃焼イベントの直前に周囲温度の圧縮空気を燃焼機関の中に注入してもよい。ＩｓｏＣ機関はまた、等温コンプレッサおよび燃焼機関からの排気流に結合され、コンプレッサの中への気流を増加させる、ターボチャージャを備えてもよい。ＩｓｏＣ機関はさらに、燃焼機関ピストンを駆動させ、燃焼が選択的に終了され、燃料効率を増加させ、放出量を抑制することを可能にするために採用され得る、容量空気タンクを備えてもよい。ＩｓｏＣ機関はまた、回生制動と互換性があってもよい。ＩｓｏＣ機関はまた、希薄燃焼（例えば、燃焼室内の過剰な空気と燃料の混合物の燃焼）を採用し、燃料効率を増加させ、排気放出量を減少させてもよい。ＩｓｏＣ機関はまた、炭素隔離フィルタを備え、さらに、正味炭素放出量を減少させてもよい。加えて、ＩｓｏＣ機関効率を支援する構成要素は、デュアル駆動ハイブリッドプラットフォームとして機関を動作させるために必要なハードウェアを提供してもよい。熱効率を促進するＩｓｏＣ機関の高圧空気圧構成要素もまた、機関が、燃焼を全く使用せずに、ゼロ放出量空気圧モータとして動作することを可能にしてもよい。
【００１５】
ここで図１を参照すると、本開示のある実施形態による、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関１００が、示される。ＩｓｏＣ機関１００は、従来の燃焼機関サイクルにおいて活用される高温断熱圧縮のために、等温冷却された圧縮装填量（装填量は、周囲温度またはそれに非常に近い温度である）を継続的に置換する、燃焼機関である。スパーク点火に先立ったＩｓｏＣ機関１００シリンダ１５６の内側の圧縮熱の不在は、等温圧縮式燃焼機関のための設計境界として、自己点火を実質的に排除する。最も一般的には、ＩｓｏＣ機関１００は、圧縮熱を排除しながら、周囲空気を収集および圧縮するように構成される、インタークーラ付き多段式コンプレッサ１０２と、冷却された圧縮空気を貯蔵するように構成される、少なくとも１つの容量タンク１０４と、少なくとも１つの容量タンク１０４から等温圧縮空気および／または燃料システム１４０によって供給される燃料を燃焼機関１０６の複数のシリンダ１５６の中に注入する結果として、駆動ドレインまたは他の装置に給電するように構成される、燃焼機関１０６とを備える。加えて、いくつかの実施形態では、ＩｓｏＣ機関１００はまた、コンプレッサ１０２への気流を増加させるように構成される、ターボチャージャ１０８を備えてもよい。
【００１６】
コンプレッサ１０２は、概して、空気を等温圧縮し、圧縮空気をコンプレッサ１０２に結合される少なくとも１つの容量タンク１０４に通過させるように構成されてもよい。コンプレッサ１０２は、概して、インタークーラ付き多段式ピストンコンプレッサとして構成される。いくつかの実施形態では、コンプレッサ１０２は、スクロール式コンプレッサであってもよい。他の実施形態では、コンプレッサ１０２は、回転式コンプレッサであってもよい。しかしながら、さらに他の実施形態では、コンプレッサ１０２は、コンプレッサ１０２によって受容された空気集合の圧力を増加させることが可能な任意の他のタイプの好適なコンプレッサであってもよい。コンプレッサ１０２は、コンプレッサ１０２内の空気を圧縮することによって生じる熱を消散させるように構成される、少なくとも１つのコンプレッサファン１３８と、少なくとも１つの熱交換器１５８とを備える。コンプレッサファン１３８は、熱交換器１５８を横断して通過する気流を発生させ、通過気流と熱交換器１５８との間の熱伝達を促進するように構成される。加えて、熱交換器１５８は、フィン、放熱板、中間冷却器、および／またはフィン、放熱板、中間冷却器、および通過気流と熱交換器１５８との間の熱伝達を助長するように構成される、他の特徴の任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、コンプレッサ１０２の熱交換器１５８から排除される熱は、機室加熱、寒冷気候における油の加熱、および／または他の補助的使用を提供することを目的としてもよい。コンプレッサ１０２の熱交換器１５８はまた、液体冷却のために構成されてもよい。コンプレッサ１０２内の空気の圧縮によって生じた熱を排除することによって、コンプレッサ１０２は、コンプレッサ１０２内の空気を等温圧縮することが可能である。いくつかの実施形態では、等温圧縮空気は、コンプレッサ１０２に進入する周囲空気の温度と実質的に同様の温度を有してもよい。通過気流は、熱を周囲空気中に消散させる、または代替として、コンプレッサ排気口１３２を通して迂回されてもよい。コンプレッサ排気口１３２は、ターボチャージャ１０８の高温側１０８ｂに結合されてもよい。以下にさらに詳細に論じられるように、コンプレッサ１０２の熱交換器１５８から排除された熱をターボチャージャ１０８の高温側１０８ｂを通して通過させることによって、コンプレッサ１０２の熱交換器１５８によって排除された熱エネルギーは、ターボチャージャ１０８によって回収され、さらに、コンプレッサ１０２および／またはＩｓｏＣ機関１００の効率を増加させてもよい。
【００１７】
コンプレッサ１０２は、コンプレッサ１０２と少なくとも１つの容量タンク１０４との間に配置されるラインドライヤ１１２を通して、等温圧縮空気を少なくとも１つの容量タンク１０４に供給する。ラインドライヤ１１２は、コンプレッサ１０２から生じる等温圧縮空気から湿気を除去するように構成される。逆止弁１１４もまた、コンプレッサ１０２と少なくとも１つの容量タンク１０４との間に配置されてもよい。逆止弁は、少なくとも１つの容量タンク１０４により近い下流側からの等温圧縮空気が、コンプレッサ１０２に向かって上流方向に流動することを防止するように構成される。加えて、外部充填ポート１１６が、逆止弁１１４と少なくとも１つの容量タンク１０４との間に配置されてもよい。外部充填ポート１１６は、外部圧縮空気源に結合し、少なくとも１つの容量タンク１０４が、圧縮空気を外部充填ポート１１６を通して外部圧縮空気源から受容することを可能にするように構成される。さらに、逆止弁１１４はまた、外部圧縮空気源から外部充填ポート１１６を通して受容された圧縮空気が、コンプレッサ１０２に向かって流動することを防止してもよい。
【００１８】
ＩｓｏＣ機関１００は、少なくとも１つの容量タンク１０４を有するように開示されるが、ＩｓｏＣ機関１００は、複数の容量タンク１０４を含んでもよいことを理解されるであろう。容量タンク１０４は、概して、コンプレッサ１０２から受容された等温圧縮空気を貯蔵するように構成される。さらに、容量タンク１０４は、ある装填量の等温圧縮空気を燃焼機関１０６に供給するように構成される。容量タンク１０４は、概して、軽量の高強度構造を備えてもよい。いくつかの実施形態では、容量タンク１０４は、カーボンファイバ複合材構造を備えてもよい。いくつかの実施形態では、容量タンク１０４は、最大約５００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）、最大約１，０００ｐｓｉ、最大約２，０００ｐｓｉ、最大約３，０００ｐｓｉ、最大約４，０００ｐｓｉ、および／または最大約５，０００ｐｓｉの圧力まで装填されてもよい。
【００１９】
容量タンク１０４の下流側では、ＩｓｏＣ機関１００は、遮断弁１１８を含む。遮断弁１１８は、容量タンク１０４内に貯蔵された圧縮空気が燃焼機関１０６の中に通過しないよう実質的に制限および／または実質的に防止するように選択的に動作可能である。いくつかの実施形態では、遮断弁１１８は、手動制御式遮断弁であってもよい。しかしながら、他の実施形態では、遮断弁１１８は、容量タンク１０４から燃焼機関１０６への圧縮空気の流動を許可または制限するように選択的に動作され得る、電子制御式弁であってもよい。さらに他の実施形態では、遮断弁１１８は、フェールセーフ緊急切断として、圧力の急変による空気圧作動式であってもよい。加えて、本明細書にさらに詳細に論じられるように、ＩｓｏＣ機関１００はまた、容量タンク１０４と燃焼機関１０６との間に二酸化炭素隔離フィルタ１２０を含んでもよい。二酸化炭素隔離フィルタ１２０は、概して、関連付けられたＩｓｏＣ機関１００が動作するにつれて、遊離大気二酸化炭素を隔離し得る、粒状金属酸化物のカートリッジを備えてもよい。
【００２０】
最も一般的には、容量タンク１０４は、ある装填量の等温圧縮空気を燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中に供給するように構成される。容量タンク１０４は、圧縮空気を圧力調整器１２２を通して共通空気レール１２４に供給し、そこで、圧縮空気は、複数の空気注入器１２６に実質的に均一に分布される。圧力調整器１２２は、概して、燃焼機関１０６の共通空気レールおよび／またはシリンダ１５６に進入する圧縮空気の圧力を選択的に制御、限定、および／または制限するように構成されてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、圧力調整器１２２は、共通空気レール１２４への圧縮空気の実質的非制限流動を選択的に可能にし、および／またはいくつかの動作モードおよび条件において、あるタイプのスロットルとして、圧力を変動させるように構成されてもよい。概して、各シリンダ１５６は、単一空気注入器１２６を通して圧縮空気を受容する。しかしながら、いくつかの実施形態では、燃焼機関１０６の各シリンダ１５６は、複数の空気注入器１２６を通して圧縮空気を受容してもよい。ＩｓｏＣ機関１００の空気注入器１２６は、機械式、空気圧式、油圧式、および／または電磁式に作動されてもよい。容量タンク１０４から燃焼機関の空気注入器１２６へおよびシリンダ１５６の中への圧縮空気の送達は、電子制御されてもよいことを理解されるであろう。
【００２１】
ＩｓｏＣ機関１００はまた、燃料を燃焼機関１０６の複数のシリンダ１５６のそれぞれに供給するように構成される、燃料システム１４０を備える。燃料システム１４０は、ある体積の燃料を貯蔵するように構成される、燃料リザーバ１４２と、燃料リザーバ１４２から燃料を圧送するように構成される、燃料ポンプ１４４と、燃料から微粒子を除去するように構成される、燃料フィルタ１４６と、燃料レール１４８と、複数の燃料注入器１５０とを備える。燃料システム１４０は、ある体積の燃料を燃料リザーバ１４２内に貯蔵し、燃料を燃料リザーバ１４２から燃料フィルタ１４６を通して燃料レール１４８に圧送するように構成され、そこで、燃料は、複数の燃料注入器１５０に実質的に均一に分布される。いくつかの実施形態では、燃料システム１４０は、容量タンク１０４からの等温圧縮空気と同時に、燃料を燃焼機関１０６のシリンダ１５６に送達するように構成される。しかしながら、いくつかの実施形態および動作モードでは、圧縮空気のみ、燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中に注入されてもよい。さらに、燃料システム１４０を通した燃料の送達は、電子制御されてもよいことを理解されるであろう。
【００２２】
燃焼機関１０６は、概して、容量タンク１０４から送達される圧縮空気と燃料システム１４０から送達される燃料の混合物の燃焼に応答して、動作するように構成される。いくつかの実施形態では、燃焼機関１０６はまた、容量タンク１０４から燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中への圧縮空気の注入のみに応答して、動作するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、燃焼機関１０６は、４行程燃焼機関を備えてもよい。しかしながら、他の実施形態では、燃焼機関１０６は、２行程燃焼機関を備えてもよい。燃焼機関は、概して、複数のシリンダ１５６を備え、各シリンダは、クランクシャフト１３６によって駆動されるピストン１６０を有する。燃焼機関１０６はさらに、排ガスを排気マニホールド１２８を通して排出するように構成される。燃焼機関１０６は、概して、選択的に係合されるコンプレッサクラッチ１３０を通して、クランクシャフト１３６によって、コンプレッサ１０２に結合される。故に、コンプレッサ１０２は、コンプレッサクラッチ１３０の選択的係合を通して、燃焼機関１０６によって選択的に駆動される。コンプレッサクラッチ１３０に係合することによって、燃焼機関１０６を動作させることによって生じるクランクシャフト１３６の回転は、コンプレッサ１０２を駆動させる。いくつかの実施形態では、コンプレッサクラッチ１３０は、燃焼機関１０６からコンプレッサ１０２に送達される速度およびトルクをギアリング、スリップクラッチ、統制するような付加的設計および安全要素を備えてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、コンプレッサクラッチ１３０は、ＩｓｏＣ機関１００が圧縮空気圧モータとして動作しているとき、選択的に係脱されてもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態では、ＩｓｏＣ機関１００は、ターボチャージャ１０８を備える。ターボチャージャ１０８は、排気マニホールド１２８に結合され、そうでなければ損失され得る排ガスからエネルギーを回収するように構成される。ターボチャージャ１２８は、低温側１０８ａおよび高温側１０８ｂを有するように説明され得る。ターボチャージャ１０８の高温側１０８ｂは、排ガスを燃焼機関１０６から排気マニホールド１２８を通して受容し、排ガスを排気パイプ１５２を通して大気に通過させる。いくつかの実施形態では、ＩｓｏＣ機関１００の用途に応じて、ターボチャージャ１０８はまた、排ガスを触媒コンバータ１５４を通して通過させてもよい。ターボチャージャ１０８の高温側１０８ｂを通して通過する排ガスは、ターボチャージャ１０８内のシャフトを回転させ、ターボチャージャ１０８の低温側１０８ａの第２のインペラコンプレッサに、周囲空気を空気フィルタ１１０を通して引き込ませ、空気を吸気パイプ１３４を通してコンプレッサ１０２の中に押進させる。ターボチャージャ１０８は、コンプレッサ１０２の吸気を強制誘発するように構成されるとき、付加的圧送段階として作用し、したがって、コンプレッサ１０２および／またはコンプレッサ１０２のクランクシャフト１３６における仕事需要を低減させながら、体積送達を改善する。ターボチャージャ１０８の出力はまた、コンプレッサ１０２の中への空気の通過に先立って、内部冷却されてもよい。加えて、いくつかの実施形態では、熱交換器１５８によってコンプレッサ１０２から排除された熱は、ターボチャージャ１０８の高温側１０８ｂに迂回されてもよく、ターボチャージャ１０８によって回収され、さらに、コンプレッサ１０２および／またはＩｓｏＣ機関１００の効率を増加させてもよい。故に、ターボチャージャ１０８は、燃焼機関１０６の排気および／またはコンプレッサ１０２において排除された熱から回収されるエネルギーを利用して、コンプレッサ１０２の体積送達を増加させ得る。しかしながら、代替実施形態では、ＩｓｏＣ機関１００は、ターボチャージャ１０８を含まなくてもよい。ターボチャージャ１０８を伴わないそのような実施形態では、コンプレッサ１０２は、直接、空気フィルタ１１０に結合され、直接、自然吸引を介して、空気フィルタ１１０を通して空気を引き込むように構成されてもよい。
【００２４】
依然として、図１を参照すると、動作時、ＩｓｏＣ機関１００は、ある装填量の等温圧縮空気を燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中に注入し、燃料システム１４０によって供給される燃料を注入することによって、動作される。圧縮空気の装填量および燃料は、次いで、噴射および／または混合し、燃焼機関１０６のクランクシャフト１３６を旋回させるために燃焼されてもよい。いくつかの実施形態では、圧縮空気の装填量は、燃料注入と同時に注入されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、圧縮空気の装填量は、燃料注入に先立って、および／または燃料注入の後に注入されてもよい。加えて、ＩｓｏＣ機関１００は、圧縮空気の装填量を注入し、関連付けられたシリンダ１５６内のピストン１６０を上死点（ＴＤＣ）位置から離れて下方に押進させることによって、燃料注入を選択的に中止し、ゼロ放出量圧縮空気圧モータとして動作するように構成される。ＩｓｏＣ機関１００はまた、圧縮空気および燃料混合物の燃焼を再開することによって、燃料注入を選択的に再開し、燃焼機関１０６を動作させるように構成される。
【００２５】
最も一般的には、容量タンク１０４からの等温圧縮空気の装填量は、関連付けられたピストン１６０がＴＤＣ位置またはその近傍に位置付けられると、シリンダの中に注入されてもよい。ＴＤＣは、シリンダ１５６内のピストン１６０が、クランクシャフト１３６から最も遠い場所に位置するときを指す。ＴＤＣはまた、クランクシャフト１３６にかかる力が、シリンダ１５６の中心を通して延在する縦軸と実質的に整合されるときを指す。さらに、本開示の目的のために、ピストン１６０は、関連付けられたクランクシャフト１３６角度が０度にあるとき、ＴＤＣに位置付けられる。したがって、−５度等の任意の負の角度は、ピストン１６０が関連付けられたシリンダ１５６内のそのＴＤＣへの到達に先立ったクランクシャフト１３６の回転角度を指し、＋５度等の任意の正の角度は、ピストン１６０が関連付けられたシリンダ１５６内のそのＴＤＣを通過した後のクランクシャフト１３６の回転角度を指す。加えて、ＩｓｏＣ機関１００は、２行程燃焼機関として、または代替として、４行程燃焼機関として構成されてもよく、燃料システム１４０からの燃料はまた、燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中に注入されることを理解されるであろう。
【００２６】
２サイクルＩｓｏＣ機関動作
【００２７】
ＩｓｏＣ機関１００の動作は、燃焼機関１０６が２行程燃焼機関を備えるとき、発動行程および排気行程を含み、さらに、燃焼機関１０６のシリンダ１５６内の従来の吸気行程の省略および従来の断熱圧縮行程の省略によって特徴付けられ得る。代わりに、容量タンク１０４からのある装填量の等温圧縮空気が、関連付けられたシリンダ１５６のピストン１６０がＴＤＣまたはその近傍にあるとき、燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中に注入される。加えて、容量タンク１０４からの等温圧縮空気の装填量はまた、燃料システム１４０からの燃料もまた、シリンダ１５６の中に添加されるとき、点火直前に注入されるように説明され得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、シリンダ１５６の中への圧縮空気の注入は、シリンダ１５６のピストン１６０がＴＤＣ（０度）にあるときに生じてもよい。しかしながら、他の実施形態では、シリンダ１５６の中への圧縮空気の注入は、クランクシャフト１３６の回転角度が、約−３０度〜約＋３０度、約−２０度〜約＋２０度、約−１５度〜約＋１５度、約−１０度〜約＋１０度、約−５度〜約＋５度、約−２度〜約＋２度、および／または約−１度〜約＋１度であるときに生じてもよい。さらに他の実施形態では、シリンダ１５６の中への圧縮空気の注入は、関連付けられたピストン１６０が、ＴＤＣに位置付けられるときに開始し、クランクシャフト１３６の回転角度が、約＋１度、約＋２度、約＋３度、約＋５度、約＋１０度、約＋１５度、および／または約＋３０度になるまで継続してもよい。さらに、代替実施形態では、シリンダ１５６の中への圧縮空気の注入は、クランクシャフト１３６の回転角度が、約−３０度、約−１５度、約−１０度、約−５度、約−３度、約−２度、および／または約０度であるときに開始し、クランクシャフト１３６の回転角度が、約ＴＤＣ、約＋１度、約＋２度、約＋３度、約＋５度、約＋１０度、約＋１５度、および／または約＋３０度になるまで継続してもよい。いくつかの実施形態では、圧縮空気の注入のタイミングおよび持続時間はさらに、クランクシャフト１３６の回転速度および／または燃焼機関１０６の他の動作もしくは設計パラメータに依存し得ることを理解されるであろう。
【００２９】
ＩｓｏＣ機関１００の２行程燃焼機関構成は、従来の燃焼機関サイクルによって活用される高温断熱圧縮を排除する。ある装填量の等温圧縮空気をＴＤＣ位置またはその近傍に注入することによって、断熱圧縮熱は、サイクル中に導入されず、圧縮空気−燃料混合物は、スパーク点火の閾値まで冷却したままである。その結果、２行程ＩｓｏＣ機関１００は、実質的に、自己点火または爆発制約を有さず、最大約１００：１のより高い静的圧縮比率、燃料選択肢におけるさらなる柔軟性、熱効率の改善、放出量の低下、および超希薄空気−燃料混合物に効率的に作用するための容量を含み得る、設計および実施形態を可能にする。故に、ＩｓｏＣ機関１００は、希薄混合物を燃焼させてもよく（例えば、シリンダ１５６内に空気と燃料の高比率を伴う、圧縮空気および燃料の混合物の燃焼）、これは、過熱または有意なパワーの損失を生じさせず、燃料効率を増加させ、排気放出量を低下させ得る。いくつかの実施形態では、空気／燃料比率は、約１５：１、約２０：１、約２５：１、約３０：１、約４０：１、約５０：１、約６０：１、および／または約７０：１であってもよい。いくつかの実施形態では、ＩｓｏＣ機関１００は、従来の断熱圧縮機関が化学量論的空気／燃料混合物を燃焼させて得るであろうものと同等および／またはそれを上回る量のパワーを希薄空気／燃料比率混合物を燃焼させることから得てもよい。故に、ＩｓｏＣ機関１００は、より低い燃料要件を伴って、より大きなパワー出力を可能にし、それによって、ＩｓｏＣ機関１００に、従来の断熱圧縮機関の燃料効率より高い燃料効率を与えてもよい。
【００３０】
燃焼機関１０６が、そうでなければ従来の断熱圧縮機関を損傷させるであろう、空気／燃料比率で動作することを可能にすることによって、以前からの内燃機関設計制約は、効果的に低減および／または完全に排除され得る。加えて、より高い圧縮比率動作のために要求されるより高い圧縮圧力は、ＩｓｏＣ機関１００の空気圧構成要素によって生成および供給され、圧縮力が燃焼機関１０６内で対処されなければならないという要件を排除する。その結果、ＩｓｏＣ機関１００は、実質的に類似する静的圧縮比率を有する従来の燃焼機関よりはるかに軽量構造の燃焼機関１０６を備えてもよい。
【００３１】
４サイクルＩｓｏＣ機関動作
【００３２】
ＩｓｏＣ機関１００の動作は、燃焼機関１０６が４行程燃焼機関を備えるとき、空気圧モータ発動行程、圧縮行程、燃焼発動行程、および排気行程を含み、さらに、４行程サイクル内の従来の吸気行程と空気圧モータ発動行程の置換によって特徴付けられ得る。代替として、４行程構成におけるＩｓｏＣ機関１００の動作はさらに、（１）２行程空気圧モータサブサイクルと、（２）２行程燃焼機関サブサイクルとの２つの交絡かつ交互する２行程サイクルから成る４行程サイクルとして説明され得、２つのタイプの発動行程は、クランクシャフト１３６の交互回転上で実行され、空気発動行程からの「排気」は、内燃プロセスのための「吸気」となる。シリンダ１５６の排気弁が閉鎖された状態で、容量タンク１０４からのある装填量の等温圧縮空気が、空気圧モータ発動行程の開始時、関連付けられたシリンダ１５６のピストン１６０が、ＴＤＣまたはその近傍にあるとき、燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中に注入される。いくつかの実施形態では、シリンダ１５６の中への圧縮空気の注入は、関連付けられたピストン１６０が、ＴＤＣに位置付けられると開始し、クランクシャフト１３６の回転角度が、約＋１度、約＋２度、約＋３度、約＋５度、約＋１０度、約＋１５度、および／または約＋３０度になるまで継続してもよい。さらに、代替実施形態では、シリンダ１５６の中への圧縮空気の注入は、クランクシャフト１３６の回転角度が、約−３０度、約−１５度、約−１０度、約−５度、約−３度、約−２度、および／または約０度であるときに開始し、クランクシャフト１３６の回転角度が、約ＴＤＣ、約＋１度、約＋２度、約＋３度、約＋５度、約＋１０度、約＋１５度、および／または約＋３０度となるまで継続してもよい。いくつかの実施形態では、圧縮空気の注入のタイミングおよび持続時間はさらに、クランクシャフト１３６の回転速度および／または燃焼機関１０６の他の動作または設計パラメータに依存し得ることを理解されるであろう。
【００３３】
圧縮空気の装填量は、シリンダ１５６を充填し、前の燃焼イベントから残っている廃熱を吸収してもよい。圧縮空気の装填量は、廃熱を吸収する結果として、付加的拡張を得てもよい。故に、シリンダ１５６内の空気は、ピストン１６０を下向きに推進し得る。いくつかの実施形態では、ＴＤＣ位置から離れるピストンの推進力は、従来の吸気イベントと圧縮空気発動行程を置換することによって、従来の圧送損失を有意に低減および／または排除し得る。故に、等温圧縮空気の装填量の注入は、付加的燃料をシリンダの中に注入せずに、廃熱を集めることを介して、ＩｓｏＣ機関１００のパワー出力を増加させ得る。
【００３４】
いくつかの実施形態では、シリンダ１５６の中に注入された圧縮空気の装填量は、燃焼機関１０６の静的圧縮比率に依存し得る。例えば、約１４７ポンド／平方インチ（ｐｓｉ；約１０バール）の圧力を有する圧縮空気の装填量が、約ＴＤＣ時に、約１０：１の圧縮比率を有する燃焼機関１０６のためにシリンダ１５６の中に注入されてもよい。これは、ピストン１６０が下死点（ＢＤＣ）位置にあるとき、拡張後、シリンダ１５６内に約１４．７ｐｓｉの圧力をもたらすであろう。故に、シリンダ１５６の中に注入される圧縮空気の装填量の圧力は、ＢＤＣ時の燃焼機関１０６のシリンダ１５６の内側の圧力が、約１４．７ｐｓｉおよび／またはシリンダ１５６内の適切な燃焼を助長する任意の他の圧力となるように調節されてもよい。いくつかの実施形態では、圧縮行程は、ＴＤＣ時に導入される等温圧縮装填量が、ピストン１６０がＢＤＣに達すると、１０：１の比率で拡張し、上方行程の開始時、それに周囲空気のものを下回る温度を与えるため、従来の断熱圧縮機関と比較して、より低温環境で開始し得る。加えて、シリンダ１５６の加熱表面は、圧縮空気発動行程の間に圧縮されたガスのより積極的拡張を促し、本廃熱を集め、付加的仕事の形態でそれをクランクシャフト１３６に送達してもよい。より低温の環境の結果として、クランクシャフト１３６は、上方行程にかかる負荷の減少を被り得、これは、ピストン１６０がＴＤＣ位置に戻るにつれて、燃料がシリンダ１５６の中に注入されるときに生じる燃焼イベントから、より低温の圧縮装填量および効率増加を助長する。点火および燃焼後、４行程ＩｓｏＣ機関１００の発動行程および排気行程は、従来の４行程断熱圧縮機関の発動行程および排気行程と実質的に類似してもよい。
【００３５】
図１を参照すると、ＩｓｏＣ機関１００は、車両内に設置され、車両を推進するように構成されてもよい。ＩｓｏＣ機関１００は、限定ではないが、車両、重機、発電所、発電機セット、燃焼機関を動力源とするツールおよび機器、地上用航空機および海底用船舶、ならびに燃料効率の増加、放出量の減少、動作温度の低下、および／または低制限設計制約が、有益となり得る、任意の他の好適な燃焼機関を動力源とする装置を含む、種々の用途において採用され得ることが、本開示によって検討される。
【００３６】
ＩｓｏＣ機関１００の２行程燃焼機関構成および４行程燃焼機関構成の両方の実施形態はまた、付加的利点を提供し得る。選択的に係合されるコンプレッサクラッチ１３０を介して、クランクシャフト１３６を通してコンプレッサ１０２を燃焼機関１０６に結合することによって、ＩｓｏＣ機関１００は、回生制動のために構成され、これはさらに、ＩｓｏＣ機関１００の効率を増加させる。ＩｓｏＣ機関１００の減速の間、エネルギーが、コンプレッサクラッチ１３０に係合することによって、クランクシャフト１３６を通してコンプレッサ１０２に伝達され得る。コンプレッサ１０２は、したがって、通常、減速の間に損失される、エネルギーを回収し、本エネルギーを使用して、付加的空気を等温圧縮し、容量タンク１０４内に貯蔵される圧縮空気の供給量を補充してもよい。その結果、「制動装填量」は、車両または他の機器部品をアイドル位置から推進し、さらに、燃料消費および放出量を低減させるために使用されてもよい。
【００３７】
ＩｓｏＣ機関１００はまた、現在のガス−電気ハイブリッド用途と同様に、アイドリング要件を備えなくてもよい。ＩｓｏＣ機関１００を備える車両または他の装置が、パワーに対する需要を要求せず、および／または車両もしくは装置がアイドルのままであるとき、ＩｓｏＣ機関１００は、容量タンク１０４からの圧縮空気の注入を中断することによって、または遮断弁１１８を選択的に動作させることによって、完全にシャットダウンしてもよい。加えて、ＩｓｏＣ機関１００はまた、燃料システム１４０からの燃料送達を中止してもよい。ＩｓｏＣ機関１００は、次いで、圧縮空気注入のみを利用する圧縮空気圧モータとして再始動されてもよい。加速に対する需要に応じて、ＩｓｏＣ機関１００は、燃焼機関１０６の中に圧縮空気注入を再開してもよく、さらに、燃料燃焼が最大効率で行われ得るとき、圧縮空気および燃料混合物の燃料注入および燃料燃焼を再開してもよい。燃焼機関および圧縮空気圧モータの両方として動作する、ＩｓｏＣ機関１００のデュアル駆動機能性は、性能、効率、および放出量を最適化するために選択的に管理されてもよい。
【００３８】
ＩｓｏＣ機関１００はまた、ゼロ放出量モードのために構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ＩｓｏＣ機関１００は、燃料システム１４０からの燃料を伴わずに、容量タンク１０４によって提供されるある装填量の圧縮空気のみを用いて、燃焼機関１０６のピストン１６０を駆動させることによって、動作されてもよい。例えば、短持続時間の移動の際および／または発停が頻繁な渋滞時、ＩｓｏＣ機関１００は、そのゼロ放出量空気圧モータモードを最初に利用し、燃焼が最大効率で行われ得るときのみ、燃料燃焼に頼ってもよい。さらに、高速道路用速度時および／または長期走行の間、燃料燃焼は、連続パワーを提供し、容量タンク１０４の任意の枯渇容量を補充するように選択的に係合されてもよい。
【００３９】
ＩｓｏＣ機関１００はまた、炭素放出量を減少させるように構成されてもよい。ＩｓｏＣ機関１００は、容量タンク１０４と燃焼機関１０６との間に二酸化炭素隔離フィルタ１２０を備える。二酸化炭素隔離フィルタ１２０は、連続稼働動作の間、二酸化炭素を隔離し得る、粒状金属酸化物の交換可能カートリッジを備える。空気圧ハードウェアが遊離大気二酸化炭素を隔離するように構成されながら、真のカーボンニュートラルなバイオ燃料を使用するＩｓｏＣ機関１００に燃料を入れることは、正味二酸化炭素の収支がマイナスの動作サイクルにつながり得る。
【００４０】
ＩｓｏＣ機関１００はまた、送電系統を動力源とする動作のために構成されてもよい。ＩｓｏＣ機関１００は、外部圧縮空気源に結合し、少なくとも１つの容量タンク１０４が、圧縮空気を外部充填ポート１１６を通して外部圧縮空気源から受容することを可能にするように構成される、外部充填ポート１１６備える。故に、容量タンク１０４は、定常ポンプおよび／または他の固定もしくは移動式圧縮空気源を使用して充填されてもよい。
【００４１】
ＩｓｏＣ機関１００は、本明細書に説明される効率増加利点の一部または全部を利用するように構成されてもよい。静的圧縮比率の増加、希薄燃焼容量の改善、燃料選択肢のさらなる柔軟性、回生制動、無機関アイドリング要件、およびゼロ放出量空気圧モータモード等の利点は、ＩｓｏＣ機関１００を有する車両または他の装置の効率を最大限にするように選択的に採用されてもよい。故に、そうでなければ排除される熱エネルギーを回収し、燃料燃焼を選択的に実装することによって、ＩｓｏＣ機関１００は、従来の断熱圧縮機関に優る燃料効率の実質的増加を達成可能である。いくつかの実施形態では、ＩｓｏＣ機関１００はまた、従来のガス−電気ハイブリッド車両より高い燃料効率を達成し得る。例えば、いくつかの実施形態では、ＩｓｏＣ機関１００を有する乗用車は、少なくとも約４０マイル／ガロン（ｍｐｇ）、少なくとも約５０ｍｐｇ、少なくとも約６０ｍｐｇ、少なくとも約７０ｍｐｇ、少なくとも約８０ｍｐｇ、および／または少なくとも約９０ｍｐｇの燃料効率を達成し得る。加えて、ＩｓｏＣ機関１００は、その属性が、高性能およびレース目的のために、燃料経済性ではなく、パワー密度およびパワー出力を最大限にすることと、燃料効率が、パワー出力および性能を最大限にする要件に次ぐと見なされる他の用途とを対象とするように、選択的に構成されてもよい。
【００４２】
ここで図２を参照すると、本開示のある実施形態による、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関１００電子制御システム２００の概略図が、示される。電子制御システム２００は、図１のＩｓｏＣ機関１００に電子的に結合される。電子制御システム２００は、複数のセンサ入力２０６を通してＩｓｏＣ機関１００の動作パラメータを監視するように構成される、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０２を備える。ＥＣＵ２０２はまた、複数の制御出力２０８を備え、センサ入力２０６を通したＩｓｏＣ機関１００の動作の監視に応答して、複数の制御出力２０８を通してＩｓｏＣ機関１００の動作を制御するように構成される。電子制御システム２００はまた、ＩｓｏＣ機関１００からのパワー、効率、加速、および／または加速の減少に対する需要を選択的に入力するために構成され得る、ユーザインターフェース２０４を備える。ユーザインターフェース２０２は、ＩｓｏＣ機関１００を備える車両または他の装置内のパワー、効率、加速、および／または加速の減少の需要を選択的に入力するためのペダル、トグルスイッチ、スロットル、トリガ、または任意の他の調節可能手段を備えてもよい。
【００４３】
ＥＣＵ２０２は、概して、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として構成される、および／または汎用プロセッサを備えてもよい。ＥＣＵ２０２はまた、プログラム可能である、および／または１つまたはそれを上回る燃料マップおよび空気マップを記憶し、ＥＣＵ２０２が、センサ入力２０６の監視の結果として、制御出力２０８を通してＩｓｏＣ機関１００の動作を制御することを可能にするように構成されてもよい。例えば、ＥＣＵ２０２は、従来のハイブリッドガス−電気機関に類似する様式において、低クランクシャフト１３６回転速度時、容量タンク２０４から圧縮空気をより多用し、高クランクシャフト１３６回転速度時、燃料システム１４０をより多用してもよい。さらに、ＥＣＵ２０２は、ＩｓｏＣ機関１００全体を通して、圧力および温度を管理し、空気圧モータモードと燃料燃焼駆動モードとの間の平衡を統制し、ＥＣＵ２０２内に記憶される１つまたはそれを上回る燃料マップの結果として、燃焼混合物を修正するように構成されてもよい。
【００４４】
ＩｓｏＣ機関１００の制御を実装するために、ＥＣＵ２０２は、情報をＥＣＵ２０２に通信し得る、複数のセンサ入力２０６を監視してもよい。そのような情報は、コンプレッサ１０２、燃焼機関１０６、ターボチャージャ１０８、圧力調整器１２２、空気レール１２４、空気注入器１２６、排気マニホールド１２８、コンプレッサ排気１３２、吸気パイプ１３４、燃料システム１４０、燃料リザーバ１４２、燃料ポンプ１４４、燃料レール１４８、燃料注入器１５０、排気パイプ１５２、触媒コンバータ１５４、シリンダ１５６、および／またはＩｓｏＣ機関１００の任意の他の構成要素の温度および／または圧力を含んでもよい。加えて、センサ入力２０６は、容量タンク１０４の空気容量レベル、逆止弁１１４のステータス、外部充填ポート１１６への接続ステータス、空気注入器１２６の機能、燃料リザーバ１４２内の燃料レベル、燃料注入器１５０の機能、クランクシャフト１３６角度、クランクシャフト１３６回転速度、および／またはＩｓｏＣ機関１００の制御を呈するためにＥＣＵ２０２に必要な任意の他の動作および／またはステータスパラメータに関連する情報をＥＣＵ２０２に通信してもよい。
【００４５】
センサ入力２０６を監視する結果として、ＥＣＵ２０２は、複数の制御出力２０８を通して、ＩｓｏＣ機関１００を制御してもよい。制御出力２０８は、概して、コンプレッサ１０２を選択的に動作させること、圧縮空気を容量タンク１０４から分散させること、燃焼機関１０６を選択的に動作させること、遮断弁１１８を選択的に動作させること、圧力調整器１２２を選択的に調節すること、空気注入器１２６を選択的に制御および／または動作させること、コンプレッサクラッチ１３０を選択的に係合および係脱させること、コンプレッサファン１３８を選択的に動作させること、燃料システム１４０を選択的に制御および／または動作させること、ならびに／または燃料注入器１５０を選択的に制御および／または動作させることを含んでもよい。ＥＣＵ２０２はまた、ユーザインターフェース２０４を通してＥＣＵ２０２によって受信されたパワー、効率、加速、および／または加速の減少の需要の変化の結果として、複数の制御出力２０８を通して、ＩｓｏＣ機関１００を制御してもよい。ＥＣＵ２０２はまた、ＥＣＵ２０２内に記憶された事前にロードされた燃料マップおよび／または空気マップに従って、制御出力２０８を通してＩｓｏＣ機関１００を制御してもよい。加えて、ＥＣＵ２０２は、圧縮空気注入のタイミング、燃料注入のタイミング、およびスパーク点火のタイミングを継続的に変動させるように構成されてもよい。
【００４６】
ここで図３を参照すると、本開示のある実施形態による、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関１００を動作させる方法３００のフロー図が、示される。方法３００は、ブロック３０２において、コンプレッサ１０２を使用して、空気を等温圧縮することによって開始してもよい。いくつかの実施形態では、コンプレッサ１０２は、少なくとも１つの熱交換器１５８を通して熱を消散させることによって、空気を等温圧縮してもよい。本方法は、ブロック３０４において、圧縮空気を少なくとも１つの容量タンク１０４内に貯蔵することによって継続してもよい。本方法は、ブロック３０６において、関連付けられたピストン１６０がほぼ上死点（ＴＤＣ）にあるとき、ある体積の等温圧縮空気を燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中に選択的に注入することによって継続してもよい。本方法は、ブロック３０８において、ある体積の燃料をシリンダ１５６の中に選択的に注入することによって継続してもよい。２行程燃焼機関を有する実施形態では、燃料の体積は、圧縮空気と同時に注入されてもよい。４行程燃焼機関を有する実施形態では、燃料の体積は、４行程燃焼機関１０６の空気圧モータ発動行程および／または圧縮行程の間、注入されてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、いかなる体積の燃料も、シリンダ１５６の中に注入されなくてもよい。本方法は、ブロック３１０において、燃焼機関のシリンダ１０６内の等温圧縮空気の体積および燃料の体積の混合物を燃焼させることによって完了してもよい。いくつかの実施形態では、等温圧縮空気の体積および燃料の体積の混合物の燃焼は、燃焼機関１０６のシリンダ１５６内のスパークプラグを選択的に発火させることによって開始されてもよい。
【００４７】
ここで図４を参照すると、本開示のある実施形態による、等温圧縮系燃焼（ＩｓｏＣ）機関１００を制御する方法４００のフロー図が、示される。方法４００は、ブロック４０２において、関連付けられたピストン１６０がほぼ上死点（ＴＤＣ）にあるとき、ある体積の等温圧縮空気を燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中に選択的に注入することによって開始してもよい。本方法は、ブロック４０４において、ある体積の燃料をシリンダ１５６の中に選択的に注入することによって継続してもよい。２行程燃焼機関を有する実施形態では、燃料の体積は、圧縮空気と同時に注入されてもよい。４行程燃焼機関を有する実施形態では、燃料の体積は、４行程燃焼機関の空気圧モータ発動行程および／または圧縮行程の間に注入されてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、いかなる体積の燃料も、シリンダ１５６の中に注入されなくてもよい。本方法は、ブロック４０６において、ユーザインターフェース２０４を通して入力を選択的に受信することによって継続してもよい。本方法は、ブロック４０８において、燃焼機関１０６のシリンダ１５６の中に注入される圧縮空気の体積および燃料の体積のうちの少なくとも１つを選択的に調節することによって完了してもよい。いくつかの実施形態では、圧縮空気の体積および燃料の体積のうちの少なくとも１つの選択的調節は、少なくとも１つの制御出力２０８と通信し、および／またはそれを制御する、ＥＣＵ２０２によって実装されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ＥＣＵ２０２は、少なくとも１つのセンサ入力２０６との通信に応答して、圧縮空気の体積および燃料の体積のうちの少なくとも１つの選択的調節を実装してもよい。
【００４８】
少なくとも１つの実施形態が開示され、当業者によって行われる、実施形態および／または実施形態の特徴の変形、組み合わせ、ならびに／もしくは修正は、本開示の範囲内である。実施形態の特徴を組み合わせること、統合すること、および／または省略することから生じる代替の実施形態も、本開示の範囲内である。数値範囲または限定が明確に記載されている場合、そのような明示範囲または限定は、明確に述べられた範囲または限定内に入る、反復範囲または同様の大きさの限定を含むものと理解されるべきである（例えば、約１〜約１０は、２、３、４等を含み、０．１０を上回るものは、０．１１、０．１２、０．１３等を含む）。例えば、下限Ｒｌおよび上限Ｒｕを有する数値範囲が開示されているときはいつでも、その範囲内に入る任意の数が具体的に開示される。具体的には、範囲内の以下の数が具体的に開示されている。Ｒ＝Ｒｌ＋ｋ＊（Ｒｕ−Ｒｌ）、式中、ｋは、１パーセントから１００パーセントまでの範囲の１パーセント刻みの変数であり、すなわち、ｋは、１パーセント、２パーセント、３パーセント、４パーセント、５パーセント、…、５０パーセント、５１パーセント、５２パーセント、…、９５パーセント、９６パーセント、９７パーセント、９８パーセント、９９パーセント、または１００パーセントである。特に断りのない限り、「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、その後の数の±１０％を意味する。さらに、上記で定義されたように、２つのＲ数によって定義される任意の数値範囲も具体的に開示される。請求項の任意の要素に関する「随意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」という用語の使用は、要素が必要とされるか、または代替として、要素が必要とされないことを意味し、両方の選択肢が特許請求の範囲内である。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」等のより広義の用語の使用は、「〜から構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」、「本質的に〜から構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」、および「実質的に〜から成る（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ  ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」等のより狭義の用語に支援を提供するものと理解されるべきである。したがって、保護の範囲は、上述した説明によって限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲によって定義され、その範囲は請求項の主題の全ての均等物を含む。１つ１つの請求項は、本明細書中にさらなる開示として組み込まれ、特許請求の範囲は本開示の実施形態である。本開示における参照の議論は、本出願の優先日後の公開日を有する任意の参照は、特に、それが従来技術であることを認めるものではない。本開示において引用される全ての特許、特許出願、および刊行物の開示は、それらが例示、手順、または本開示を補足する他の詳細を提供する限り、参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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