JP2018508689A - 伝達・膨張・再生燃焼機関 - Google Patents

Abstract

伝達・膨張および再生機能（１）を備えた熱機関は圧縮機（２）を備え、圧縮機（２）は再生熱交換器（５）の高圧再生ライン（６）内のガスを圧縮し、ガスは再生熱交換器（５）から高圧再生器出口ライン（９）を介して予熱されて出て、高圧再生器出口ライン（９）は該ガスを過熱する熱源（１２）を有し、次いで該ガスは、計量弁アクチュエータ（２５）によって作動される吸入計量弁（２４）により、特に膨張シリンダ（１３）および膨張ピストン（１５）によって形成される伝達・膨張チャンバ（１６）に伝達され、該ガスは膨張された後、膨張したガスの排気ライン（２６）を介して、排気弁アクチュエータ（３２）によって作動される排気弁（３１）の恩恵により該チャンバ（１６）から出た後、再生熱交換器（５）の低圧再生ライン（７）内で冷却される。【選択図】図１

Description

本発明は、伝達・膨張および再生型の熱機関に関する。

通常使用される往復内燃機関は、火花点火機関の場合にオットー（Ｏｔｔｏ）もしくはボー・ドゥ・ロシャス（Ｂｅａｕ ｄｅ Ｒｏｃｈａｓ）サイクル、または圧縮点火機関の場合にディーゼルサイクルを実行する。これらのサイクルの多様な変形により、特にミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）サイクルまたはアトキンソン（Ａｔｋｉｎｓｏｎ）サイクルなどのより良好な効率が可能になる。

主に４つのピストンの動きでサイクルを実行する４ストロークエンジンと、２つのみのピストンの動きでサイクルを実行する２ストロークエンジンが区別される。

大部分の火花点火機関が生み出す最大効率は、３５％を超えることがほとんどない。自動車またはトラックに設置された高速ディーゼル機関は、約４０〜４５％の最大効率を出す。非常に大きいシリンダ容量の低速２ストロークのディーゼル機関のみがその最良作動点で５０％の効率を超える。したがって適用の型または往復内燃機関の型にかかわらず、燃料のエネルギー含量の２分の１〜３分の２が無駄になる。

エネルギー損失は、基本的に排出ガス内に出された熱および冷却システムによって排出された熱からなる。摩擦に起因する損失およびポンプ機能に起因する損失も、注目に値するエネルギー損失を構成し、このエネルギー損失は周囲への熱の拡散にもなる。あまり重要ではないが、未燃焼または一部が燃焼した燃料も損失に加わる。これらの損失は、先行技術における往復内燃機関の設計に固有に備わった様々な限界に由来する。

まずこれらの機関内に、一方では燃焼中にガスによって到達される最高温度と、他方では該機関、すなわち機関のシリンダ、シリンダヘッド、およびピストンキャップの内壁の温度との間に大きな差があることに留意されたい。これらの壁は実際に冷却されているのは、一方では薄い層内で機関を覆い、セグメントおよびピストンを潤滑させる油を許容範囲の温度に維持する必要があり、他方では該壁の温度が高過ぎる場合は、該シリンダに入る新鮮なガスが該シリンダに吸入されるとすぐに過熱し、したがってこれは該シリンダに所与吸入圧力で導入することができる該ガスの質量を限定するからである。

さらに特に火花点火機関の場合、新鮮なガスが吸入段階で過熱される場合は、燃料との混合物が爆発する傾向があり、燃焼を減速させるか、または圧縮を制限しなければならない。これらの２つの修正行為によりこれらの機関の効率を低下させる。さらに吸入された新鮮なガスが過熱される場合は、燃焼の最後および膨張の開始の温度がさらに上昇し、それによってより多くの酸化窒素を発生する。これは汚染物質である。したがって従来の往復内燃機関の内壁の冷却は必須である。しかし該冷却はエネルギーおよび効率の大きな損失をもたらし、燃料消費の上昇をもたらす。

先行技術の往復内燃機関の設計に固有の他の限界の中でとりわけ、新鮮なガスの吸入、これらのガスの燃焼、次いでこれらのガスの膨張は同じチャンバ内で起きることに留意されたい。そこで新鮮なガスを受領するための幾分低温のチャンバ、および該ガスが燃焼される際に熱損失を防ぐために幾分高温のチャンバが必要であるはずである。そのようなことはない。

新鮮なガスの吸入、予圧縮、燃焼膨張、および排出すなわち「排気」の異なる段階を同じチャンバおよび同じシリンダ内で行うので、これらの段階は同時に行うことができず、互いに適時に後に続かなければならない。

この順序付けは、各サイクルにおいて開始し進展させる必要がある断続燃焼を意味する。したがってそれぞれの発火について、非常に短時間で適切に起こすために必要な条件を提供する必要がある。これらの条件は機関の作動速度および負荷に大きく依存する。それゆえ未燃焼の燃料の大量の生成、ピストンを停止することができずに進展させる時間が必要であるので可変容量で起こる燃焼、ならびに火花点火の下で爆発することなく発火する必要があり、いかなる点火火花もないにもかかわらずディーゼル内ですべての環境において燃焼する必要がある、燃料の性質への強い感度が存在する。

火花点火機関の場合、シリンダに吸入された給気の均一性および組成、また特に空気と燃料の比が極めて重要なのは、該給気の引火性のためだけでなく、例えば該給気の燃焼によって生成された汚染物質の三元触媒コンバータ内での後処理のためであるとも言うことができる。

またこれらの機関は圧縮比に大きく依存することにも留意されたい。理論上、これはガスの最大膨張を達成し、ピストンで最大仕事を回復するためにできるだけ高くあるべきである。実際に燃料の爆発の制限および機関の内壁との熱交換の制御は、効率のために理論上理想的な圧縮比を設定する前に、機関に対する許容の圧縮比を良好に設定する。

オットーまたはディーゼルサイクルを備えた機関の燃焼が非常に短時間に起きるので、燃焼チャンバの体積の変化の法則を統制する連結ロッド／クランク比へのこれらの機関の特定の感度に留意されたい。ここでは燃焼が一定の体積で起こらないので、燃焼の一部は低減する体積においてピストンの上死点の前に起きることにより、ガスの温度が不必要に上昇し、熱力学効率に有害な熱損失がもたらされる一方で、該燃焼の他方は、その燃焼の一部が膨張中に起きるように増加する体積においてピストンの上死点の後に起き、これも同様に該熱力学効率に有害である。

同様にオットーまたはディーゼルサイクルの逐次性は、十分な空気／燃料の均一性を保証し、伝播を燃焼チャンバの体積に伝播を促すためにフレームフロントを曲げるために、必要な乱流を発生することを意味する。追加のポンプ損失の発生に加えて、該乱流は、高温ガスとシリンダ、シリンダヘッド、およびピストンによって提供された壁との間の熱交換を増加させる。この方法で該乱流は熱損失を増加させ、これは効率を制限する。

燃焼したガスの膨張が一旦起きて仕事を回復すると、機関が余熱を再利用できることなくガスは大気に排出される。

先行技術の往復内燃機関の代替として、再生機能付きのブレイトン（Ｂｒａｙｔｏｎ）サイクルの遠心タービンが公知である。これらの機関の最も進化した型は、中間冷却器を備えた少なくとも２つの圧縮機段を提供する機関であることは疑う余地もない。この構成により再生交換器の作動を最良にすることができ、これは例えばある特定の軍用船のために設計されたロールスロイス（Ｒｏｌｌｓ−Ｒｏｙｃｅ）ＷＲ−２１エンジンに実装されている。これらの機関の効率は４０％を超える。

これらの機関は、もはや逐次燃焼ではなく、むしろ連続燃焼を有し、離間し、専用の要素に熱力学サイクルの異なる段階、すなわち吸入、圧縮、燃焼、膨張、および排気を割り当てる利点を有する。

遺憾ながら再生機能を備えたこれらのブレイトンサイクルエンジンは、結局火花点火機関の効率よりわずかに良好な効率を供給するに過ぎない。この効率は高速のディーゼル機関の効率に匹敵し、非常に大きいシリンダ容量をもつ低速の２ストロークのディーゼル機関の効率より低い。さらに再生機能を備えたブレイトンサイクルエンジンのエネルギー効率は、それらの機関が最良の効率を生成する出力範囲から外れて急速に落ちる。その上それらのエンジンの出力過渡変化における反応時間は遅い。このようなわけで、それらの機関の適用の分野が限定される。

再生機能を備えたブレイトンサイクルエンジンの別の周知の制限は、エンジンを構成する遠心圧縮機およびタービンの効率に大きく依存する。現在の技術分野および工学の状況では、これらの構成要素の効率は限定されており、残っている向上の余地は、これらの機関をディーゼルサイクルの往復機関に短時間で匹敵させることができるいかなる技術的飛躍もないことを示唆している。

たとえそうであっても、計算によると、再生機能を備え、駆動タービンおよび中間冷却器をもつ２段式ターボ圧縮機を装備したブレイトンサイクルエンジンは、理論上は５０％を超える非常に上昇した総効率を発生することができる。そのために、エンジンを構成する遠心圧縮機およびタービンが約８５〜９０％の効率を有することが必要である一方で、再生交換器の効率は約９５％である必要がある。これらの要素の効率をさらに上昇させる場合は、最終効率は約１０００〜１１００℃に過ぎない燃焼温度に対して７０％以上に上昇することができる。

遺憾ながらこれらのガス圧縮および膨張効率は、実際には遠心タービンおよび圧縮機では届かない。届いたとしても、それらの体積効率が充分であり、それらが発生するポンプ損失および摩擦損失が十分に低いことを条件として、これらの効率は理論上ではピストン機の届く範囲内である。また向流温度の交換器について述べた必要な効率も届く範囲内である。

問題は主に膨張シリンダの設計にあり、膨張シリンダの内壁の温度は燃焼ガスの非常に上昇した温度に近く、これは約１０００℃以上である。このようなシリンダは耐久性、緊密性、および機械的に信頼性を維持できなければならない。

第１の問題は該シリンダと、該シリンダと協働するピストンとの間を気密にする手段であるのは、このような手段は当技術分野の現在の状況には存在しないからである。気密性のこのような手段を作成することは、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の目的の１つである。またこの熱機関は、非常に高温の遠心タービンへ良好な気密性および耐性を備えた膨張シリンダを提供することも意図する。

こうしてこの第１の必須の特性が提供されると、該エンジンは、もはや遠心圧縮機およびタービンを備えるのではなく、体積圧縮機および往復ピストンを有する膨張シリンダを備える、再生機能を備えたブレイトンサイクルの等価物を実装することができる。

シリンダを非常な高温に耐性があるように設計する他に、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、仕事を生産する伝達および膨張の段階をより良好に利用するために、該シリンダの充排を制御する提案をすることに留意されよう。

本発明の成果は、伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関であって、
・その吸入・圧縮、燃焼、および膨張・排気の段は分離され、必要な限りの特定の機械的負荷および熱負荷を支持するために設計され、必要な寸法にされた専用要素に委ねられ、
・膨張したガスの余熱は、最小熱損失をもたらす補足仕事を生成するために大部分が再利用され、
・膨張シリンダの壁の温度は、膨張する前の高温ガスの温度に近づき、最小熱損失をもたらし、
・その主成分は冷却を必要とせず、熱損失を最小にし、
・その連結ロッド／クランク比は効率に影響を及ぼさず、
・その幾何学的体積比は効率にとって少しも重要ではなく、該幾何学的体積比は無限の体積比によって生成された効率に近づき、
・その空気／燃料混合物の燃焼は、化学量論に比べて広範囲の豊富で大きい空気の余剰にわたって起きる可能性があり、
・その燃焼は続き、燃焼チャンバの三次元空間におけるフレームフロントの伝播に依存せず、
・燃焼が続き空気の過剰で実現する他に、従来の往復燃焼機関に見出される最高温度より低い最高温度で起き、該燃焼の実現のための条件のこの複合により、酸化触媒、三元触媒コンバータ、または窒素酸化物もしくは粒子濾過の後処理のためのあらゆるデバイスの必要性を低減または除去するように、源において汚染物質をほとんど生成しないことが可能になり、
・内燃機関または外燃機関を有することができ、外燃機関の場合に燃焼は太陽光、原子核、またはあらゆる他の起源の十分に強烈な熱源に置換することができ、
・軽油、あらゆる等級のガソリン、エタノール、もしくはあらゆるタイプのアルコールなどのあらゆる種類の液体燃料、または液化石油ガス、メタンもしくは水素などのあらゆる気体燃料を消費でき、
・特に外燃機関がある場合は、石炭、木材、またはあらゆる可燃性固形廃棄物を消費することができ、
・エネルギー効率が上昇するためのその速度および出力の範囲は、タービン機関の範囲より非常に大きく、
・その過渡的負荷および／または速度の反応は、タービン機関の反応より大きく、
・その音響および振動放射は、火花点火型であってもディーゼル型であっても、従来の往復内燃機関のシリンダ内よりはるかに低い、その膨張シリンダ内の最高圧力および最高圧力勾配に起因して、また膨張ガスが環境に発散されるときに膨張ガスの圧力が少ないことに起因して、該従来の機関の放射より低く、
・その効率はシリンダ装置の容量にほとんど依存せず、その信頼性および効率はあらゆる寸法または高出力もしくは低出力と実際には無関係であり、
・熱を仕事に変換するその効率は、原理にかかわらず従来の往復内燃機関の効率よりはるかに大きいことにより、提供される同じ仕事に対して燃料消費が低くなり、かつ二酸化炭素の関連排出も低くなる、熱機関である。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、自動車、オートバイ、トラック、機関車、船、建設機械、処理機、巻上機、軍用機、またはあらゆる他の自動車機械などの移動されるかつ／または動くために、駆動源を必要とするあらゆる機械または装置に適合できることが理解される。本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、発電機、油圧ポンプ、または移動源を必要とするあらゆる産業機械もしくは家庭用機械などの固定装置に必要な駆動力を生成することもできる。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のこれらの見本の適用は、非制限的な例として与えられる。

本発明の他の特性は、本明細書および主請求項に直接または間接的に依存する従属請求項に記載されている。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、
・圧縮機入口ラインを介してある特定の圧力でガスを吸引し、該ガスをより高い圧力で圧縮機出口ライン内に排出することができる、少なくとも１つの圧縮機と、
・少なくとも１つの高圧再生ラインおよび少なくとも１つの低圧再生ラインからなる、少なくとも１つの再生熱交換器であって、該高圧ラインの第１の端部は圧縮機出口ラインに連結される一方で、低圧再生機能内を循環するガスは、ガスの熱の一部を、高圧再生ライン内を循環するガスに移行させることができる、少なくとも１つの再生熱交換器と、
・高圧再生ラインを備える第２の端部に結合された第１の端部を有する、少なくとも１つの再生機高圧出口ラインと、
・再生機高圧出口ラインのあらゆる所与の場所に置かれ、該ライン内を循環するガスを過熱することができる、少なくとも１つの熱源と、
・少なくとも１つの膨張シリンダであって、その少なくとも１つの端部は該シリンダに一体化された、または該シリンダに取り付けられた膨張シリンダヘッドによって閉じられ、該シリンダはその膨張ピストンを収納し、該シリンダは該ピストンとともに様々な体積の伝達・膨張チャンバを形成するために気密性を生成し、該ピストンは該シリンダ内を動くことができ、該ピストンが膨張シリンダ内で往復運動を実行するとき、出力シャフトに連続回転運動を付与するように、機械伝送手段により該シャフトに直接または間接的に連結される、少なくとも１つの膨張シリンダと、
・再生機高圧出口ラインを備える第２の端部に連結された第１の端部を有する、高温ガスのための少なくとも１つの吸入ラインであって、該吸入ラインは、高温ガス吸入ラインの口を介して膨張シリンダに流入するために膨張シリンダヘッドを通過する第２の端部を有する、少なくとも１つの吸入ラインと、
・計量弁アクチュエータによって作動される少なくとも１つの吸入計量弁であって、該弁は高温ガス吸入ラインの口を開き、または遮断できる、少なくとも１つの吸入計量弁と、
・膨張したガスの排気ラインの口を介して膨張シリンダに入るために膨張シリンダヘッドを通過する第１の端部を有する、膨張したガスのための少なくとも１つの排気ラインであって、該排気ラインは低圧再生ラインを備える第１の端部に連結された第２の端部も有する、少なくとも１つの排気ラインと、
・排気弁アクチュエータによって作動される少なくとも１つの排気弁であって、該弁は膨張したガスの排気ラインの口を開く、または遮断することができる、少なくとも１つの排気弁と、
・低圧再生ラインを備える第２の端部の延長部内に置かれた、または低圧再生ラインを備えた単片を構成するために該第２の端部と組み合わせた、少なくとも１つの機関出口ラインとを備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、低圧圧縮機からなる２段式圧縮機を備え、低圧圧縮機の出口は中間圧縮機冷却器を介して高圧圧縮機の入口に連結される。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、回転時に圧縮機を駆動させる出力シャフトを備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、水注入器を有する圧縮機入口ラインを備え、水注入器は、該ライン内で循環するガスの中に液体水を噴射した後、該ガスは吸引・送達チャンバの中に吸入され、吸引・送達チャンバはガスを吸引する圧縮機によって画定される。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、吸引・送達チャンバを画定する圧縮機を備え、水注入器はその中に入り、水注入器は、該ガスが該圧縮機により圧縮機入口ラインを介して吸引された後、該チャンバの中に吸入されたガスの中に液体水を噴射できる。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、空気／水分離器を有する圧縮機出口ラインを備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、凝縮ガス乾燥機を備える機関出口ラインを備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、圧縮機吸入計量弁を有し、その開閉は圧縮機吸入計量弁アクチュエータによって制御される圧縮機を備え、該弁は開いて圧縮機入口ラインと吸引・送達チャンバとの間を連結させることができ、該チャンバは圧縮機によって画定される。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、高圧再生ラインおよび低圧再生ラインを備え、それらの長さのすべてまたは一部に対して並んで置かれ、高圧再生ライン内に含有されたガスの循環の方向は、低圧再生ライン内に含有されたガスの循環の方向と反対であり、２つの該ラインは向流熱交換器を構成する。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、燃料注入器および燃焼チャンバからなる燃焼器である熱源を備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は一次熱交換器からなる熱源を備え、一次熱交換器は直接または二次熱輸送回路を介して熱を高圧再生機ライン内で循環するガスに伝送するために、ユニバーサル熱源から熱を抽出する。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、均圧ゲートを有する膨張シリンダヘッドを備え、該ゲートは、伝達・膨張チャンバおよび高温ガス吸入ラインを連結するラインを遮断し、または開いたままにし、伝達・膨張チャンバ内に広がる圧力が高温ガス吸入ライン内に広がる圧力より大きい場合は、ガスが該チャンバから該ラインに通過するように該ゲートは開き、そうでなければ該ガスが該ラインから該ゲートを介して該チャンバに通過できないようにゲートは閉じる。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、少なくとも１つの温度維持燃料注入器を有する伝達・膨張チャンバを備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、少なくとも１つのＮＯｘ対策用水注入器を有する伝達・膨張チャンバを備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、膨張ピストンを備え、該ピストンは膨張ピストンロッドにより伝送の機械的手段に連結され、該ロッドは膨張シリンダヘッドを通過し、ロッド封止手段により該ロッドと該シリンダヘッドとの間に封止が達成される。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、ロッド封止手段を備え、該手段は上ロッド封止および下ロッド封止を備え、油循環チャンバを形成するために２つの該封止の間を十分に離間し、該チャンバの中に冷却および潤滑油供給ラインが入り、該チャンバから冷却および潤滑油出口ラインが出る。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、ロッド封止手段を備え、該封止手段は油循環チャンバの内側または外側に埋め込まれたロッドガイドカラーと協働する。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、連結ロッドからなる伝送の機械的手段を備え、該連結ロッドの１端は膨張ピストン内で直接または間接的に接合し、他端は出力シャフトと一体化したクランクを中心に接合する。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、吸入計量弁および／または排気弁を備え、該吸入計量弁および／または該排気弁は膨張シリンダヘッド内に収納された弁箱内に直接または間接的に導かれ、該箱は該弁が封止を形成するためにその上に着座できる座部を有する一方で、該座部および／または該弁を導く弁箱の一部は弁冷却回路によって冷却され、その中で熱伝達流体が循環する。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、ピストン封止手段を有する膨張ピストンを備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、
・内部円筒形リング面、外部円筒形リング面、および２つの軸リング面を有する、少なくとも１つの連続して穿孔されたリングであって、該リングは膨張ピストン内に配置された少なくとも１つの環状溝内に埋め込まれる一方で、該リングは環状溝からでることができずに環状溝内で半径方向に動くことができる、少なくとも１つの連続して穿孔されたリングと、
・環状溝が伝達回路により加圧流体源に連結された圧力分布チャンバを連続して穿孔されたリングで画定するように、各軸リング面と環状溝との間に封止を生成する、リング封止手段と、
・連続して穿孔されたリングの半径厚さを貫通する、少なくとも１つの較正されたオリフィスと、
・連続して穿孔されたリングの少なくとも１つのエアークッション浮上面であって、該浮上面は圧力分布チャンバの反対側に配置される、少なくとも１つのエアークッション浮上面とを備える、ピストン封止手段を備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、少なくとも１つの逆圧空洞を備えるピストン封止手段を有し、該空洞は軸方向に出ず、該空洞によって占有されていない外部円筒形リング面がエアークッション浮上面を構成するように、該空洞は外部円筒形リング面で空洞化される。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、逆圧空洞を備えたピストン封止手段を有し、該空洞は外部円筒形リング面の軸長をほぼ中心とするわずかな深さの逆圧溝からなり、該逆圧溝は該外部円筒形リング面の全周上に作られる。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、該逆圧空洞の中に出る較正されたオリフィスを有する。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、逆圧空洞の底部で空洞化された圧力分配空洞によって該逆圧空洞の中に出る較正されたオリフィスを備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、外部円筒形リング面の軸長をほぼ中心とする圧力分布溝からなる圧力分布空洞を備え、該圧力分布溝は該外部円筒形リング面の全周上に作成される。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、縁部板隙間内で終了する逆圧空洞を受領する、外部円筒形リング面または内部円筒形リング面の２つの軸縁部の少なくとも１つを有する。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、一方では連続して穿孔されたリングと一体化されたリング封止唇からなり、他方では環状溝の内側またはリムと緊密な接触を確立する、リング封止手段を備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、連続して穿孔されたリングの軸端部の少なくとも１つの付近に配置された薄型軸部からなるリング封止手段を備え、該軸部は環状溝に気密に一体化され、連続して穿孔されたリングの直径が該溝の直径に対して増減できるように十分に可撓性である。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、可撓性材料から作成され、少なくとも１つの周囲環状バネを備える連続して穿孔されたリングを備え、該バネは該リングの直径を低減する傾向がある。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、リング流体分散手段を収納する圧力分布チャンバを備え、該手段は圧力伝達回路に由来するリング流体に、較正されたオリフィスを介して漏れる前に、内部円筒形リング面の可能な最大面積をスイープさせる。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、環状溝の底部に埋め込まれた分散板からなるリング流体分散手段を備え、該板の軸端部の少なくとも１つは、分散板の少なくとも１つのオリフィスまたは横方向溝を提供され、該オリフィスまたは横方向溝は圧力伝達回路に由来するリング流体をその軸端部の少なくとも１つにより圧力分布チャンバに入れる。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、半径方向環状端部停止部を有する環状溝を備え、該停止部は連続して穿孔されたリングの該溝内への貫通を制限する。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、圧力入口管からなり、膨張シリンダに平行であり、膨張ピストンと一体化された圧力伝達回路を備え、該管の第１の端部は該ピストンの内側に入る一方で、該管の第２の端部は、その中で該管の第２の端部を長手方向に気密にずらすことができる圧力チャンバ孔を介して、加圧流体源に連結された圧力チャンバの中に入る。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、少なくとも１つの半径方向圧力入口ラインにより圧力分布チャンバに連結された、圧力入口管を備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、定比逆止弁を介して加圧流体源に連結された圧力チャンバを備え、該定比逆止弁によりリング流体は該源から該チャンバに進むことはできるが、該チャンバから該源に進むことはできない。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、膨張バネを収納する環状溝を備え、該バネは内部円筒形リング面上に半径方向力を掛けるために該溝を圧迫する。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、接触により環状溝と連続して穿孔されたリングとの間に封止を生成する膨張バネを備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関は、リング流体の分散手段を流体分散オリフィスおよび／または流体分散溝で構成するように、少なくとも１つの該オリフィスおよび／または少なくとも１つの該溝を提供される膨張バネを備える。

非制限的な例として与えられた添付図面についての以下の説明により、本発明、その特徴、および本発明が提供できる利点のより良好な理解が可能になる。

本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関を上面から見た概略図であり、圧縮機は低圧圧縮機、高圧圧縮機、および中間圧縮機冷却器を備える一方で、熱源は燃焼器からなり、ピストン封止手段は特に連続して穿孔されたリングからなる。 本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の側面概略図であり、圧縮機は低圧圧縮機、高圧圧縮機、および中間圧縮機冷却器を備える一方で、熱源はユニバーサル熱源から熱を抽出する一次熱交換器からなり、ピストン封止手段は特に連続して穿孔されたリングからなる。 本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の側面概略図であり、圧縮機は、圧縮機吸入計量弁アクチュエータによって駆動された圧縮機吸入計量弁を備え、圧縮機入口ライン内で循環するガスに液体水を噴射する水注入器と協働する、二重作用ピストンを備えた１段式であり、次いで該水は空気／水分離器によって、次に凝縮ガス乾燥機によって回収される。 ピストン封止手段が特に連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の一部の三次元切取図であり、該一部は特に伝送の機械的手段を含み、膨張シリンダは膨張ピストンと協働して２つの伝達膨張チャンバを膨張ピストンで画定し、各チャンバは膨張シリンダヘッドによって閉じられる。 ピストン封止手段が特に連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の一部の三次元分解図であり、該一部は特に伝送の機械的手段を含み、膨張シリンダは膨張ピストンと協働して２つの伝達膨張チャンバを膨張ピストンで画定し、各チャンバは膨張シリンダヘッドによって閉じられる。 本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の排気弁の三次元透視図であり、排気弁の座部および該弁を導く弁箱の一部は弁冷却回路によって冷却される。 本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の伝達・膨張チャンバ内で行うサイクルを概略的に示す圧力／体積図表である。 熱機関のトルクを最大にするために、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の伝達・膨張チャンバ内で行うことができるサイクルを概略的に示す圧力／体積図表である。 熱機関のトルクを低減するために、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の伝達・膨張チャンバ内で行うことができるサイクルを概略的に示す圧力／体積図図表である。 温度維持燃料注入器を用いて熱機関のトルクを最大にするために、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関の伝達・膨張チャンバ内で行うことができるサイクルを、概略的に示す圧力／体積図表である。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の概略断面図であり、リング封止手段はＯリングからなる。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の概略断面図であり、環状溝は該溝内で連続して穿孔されたリングの貫通を制限する半径方向環状端部停止部を有する一方で、該リングは可撓性材料からなり、円周方向環状バネを備える。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の概略断面図であり、環状溝は接触により環状溝と連続して穿孔されたリングとの間に封止を生成させる膨張バネを収納し、該バネはリング流体の拡散手段を構成するために、流体拡散オリフィスをさらに提供される。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の三次元分解図であり、環状溝は接触により環状溝と連続して穿孔されたリングとの間に封止を生成させる膨張バネを収納し、該バネはリング流体の拡散手段を構成するために、流体拡散オリフィスをさらに提供される。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の概略断面図であり、拡散板の横方向溝を提供された拡散板は環状溝の底部に埋め込まれる一方で、連続して穿孔されたリングと一体化されたリング封止唇はリング封止手段を構成し、連続して穿孔されたリングは縁部板の隙間を有する。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の三次元分解図であり、拡散板の横方向溝を提供された拡散板は環状溝の底部に埋め込まれる一方で、連続して穿孔されたリングと一体化されたリング封止唇はリング封止手段を構成し、連続して穿孔されたリングは縁部板の隙間を有する。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の概略断面図であり、環状溝はリング流体の拡散手段を構成するために、流体拡散オリフィスを提供された膨張バネを収納する一方で、リング封止手段は連続して穿孔されたリングの軸端部の付近に配置された薄型軸部からなる。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の三次元分解図であり、環状溝はリング流体の拡散手段を構成するために、流体拡散オリフィスを提供された膨張バネを収納する一方で、リング封止手段は連続して穿孔されたリングの軸端部の付近に配置された薄型軸部からなる。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の機能を示す概略断面図であり、リング封止手段はＯリングからなる。 特にピストン封止手段が連続して穿孔されたリングからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のピストン封止手段の機能を示す概略断面図であり、リング封止手段はＯリングからなる。 ロッド封止手段が圧力供給管に加えられ、またロッド封止手段が特に上ロッド封止、下ロッド封止、油循環チャンバ、およびロッドガイドカラーからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のロッド封止手段の概略断面図である。 ロッド封止手段が膨張ピストンロッドに加えられ、またロッド封止手段が特に上ロッド封止、下ロッド封止、油循環チャンバ、およびセグメント広がりバネからなる際の、本発明による伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関のロッド封止手段の概略断面図である。

伝達・膨張および再生機能１を備えた熱機関、その構成要素、その変形、およびその付属品の様々な詳細が図１〜図２２に示されている。

図１〜図３に明確に示されたように、伝達・膨張および再生機能１を備えた熱機関は、圧縮機入口ライン３を介してある特定の圧力でガスを吸引し、ガスをより大きい圧力で圧縮機出口ライン４内に排出できる少なくとも１つの圧縮機２を備え、該圧縮機２は遠心体積回転翼、ネジもしくはローブ型、または体積往復ピストン型、あるいは当業者に公知のあらゆる型である。

圧縮機２が往復ピストン型である場合は、その吸入ゲートは圧縮機吸入計量弁６６によって置換できることが好都合であり、該計量弁６６の開閉は圧縮機吸入計量弁アクチュエータ６７によって制御されることに留意されたい。この構成によれば、圧縮機２によって吸入された空気量は、該計量弁６６の閉鎖がほぼ早い該圧縮機２の吸入サイクルの間、または該計量弁６６の閉鎖がほぼ遅い該圧縮機２の圧縮サイクルの間、該アクチュエータ６７によって管理することができる。

また図１〜３では、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関は、少なくとも１つの高圧再生ライン６および少なくとも１つの低圧再生ライン７からなる少なくとも１つの再生熱交換器５を備え、該高圧ライン６の第１の端部８は圧縮機出口ライン４に連結される一方で、低圧再生ライン７内を循環するガスは、高圧再生ライン６内を循環するガスに低圧再生ライン７の熱の一部を移行させることができることが見られる。さらに低圧再生ライン７の内部はプラチナ、パラジウム、またはロジウムなどの貴金属で裏打ちされることが可能であり、その触媒活性は炭化水素の酸化を好み、炭化水素は該低圧ライン７内で循環するガスに含有され得ることに留意されたい。

また伝達・膨張および再生機能１を備える該熱機関は、高圧再生ライン６の第２の端部１１に連結された第１の端部１０を有する、少なくとも１つの高圧再生器出口ライン９も備える。

また図１〜図３では、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関が、高圧再生器出口ライン９のあらゆる所与の場所に置かれた少なくとも１つの熱源１２を備え、該熱源１２は該ライン９内で循環するガスを過熱することができることにも留意されたい。

同様に図１〜図５は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関は、さらに少なくとも１つの膨張シリンダ１３を備え、該シリンダ１３の少なくとも１端は該シリンダ１３と一体化された、または該シリンダ１３に取り付けられた膨張シリンダヘッド１４によって閉じられ、該シリンダ１３は膨張ピストン１５を収納し、該シリンダ１３は可変体積の伝達・膨張チャンバ１６を形成するために該ピストン１５で封止を生成し、該ピストン１５は該シリンダ１３内で動くことができ、該ピストン１５が膨張シリンダ１３内で往復運動を行うときに、連続した回転運動を出力シャフト１７にさせるように、伝送の機械的手段１８により該シャフト１７に直接または間接的に連結されることを示す。

場合によっては、伝送の機械的手段１８は機関クランク室４５内に埋め込まれることができ、該機械的手段１８と膨張ピストン１５との間に挿入できる電気、空気圧、または油圧出力伝送手段と協働することができる。例えば膨張ピストン１５は、圧力で油流を提供するために油圧ポンプのピストンを直接駆動させることができ、この圧力は油圧モータまたはあらゆる他の油圧機械によって使用できる。

図２〜図５に示された変形のように、膨張シリンダ１３は２つの伝達・膨張チャンバ１６を膨張ピストン１５で画定できることに留意されよう。この構成によると、膨張シリンダ１３の２つの端部を膨張シリンダヘッド１４によって閉じ、該ヘッド１４は伝送の機械的手段１８と並んで置かれ、該手段１８の少なくとも一部が通過するオリフィス、または該手段１８と相互作用する付属要素が該ヘッド１４を横切る。また膨張シリンダ１３、膨張シリンダヘッド１４、および膨張ピストン１５は、アルミナ、ジルコン、または炭化ケイ素を主成分とするセラミックなどの約１０００℃以上の非常に高温に耐性のある材料から作ることができることにも留意されよう。

図１〜図３を見ると、同様に本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関は、高圧再生器出口ライン９の第２の端部２１に連結された第１の端部２０を有する、少なくとも１つの高温ガス吸入ライン１９を備え、該吸入ライン１９は第２の端部２２を備え、第２の端部２２は、高温ガス吸入ラインの口２３を介して膨張シリンダ１３の中に入るために膨張シリンダヘッド１４を通過することに留意されたい。

図１〜図５は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関が、計量弁アクチュエータ２５によって作動される少なくとも１つの吸入計量弁２４も備え、該弁２４は高温ガス吸入ラインの口２３を遮断し、または開くことができる一方で、計量弁アクチュエータ２５をコンピュータで制御することができ、該コンピュータは、膨張シリンダ１３に対する膨張ピストン１５の相対位置および該ピストン１５の置換方向の機能として、吸入計量弁２４の開閉の時間を制御し、該コンピュータは該弁２４の挙上高さも制御することができることを示す。計量弁アクチュエータ２５は、伸縮バネまたはデスモドロミックを備えた機械、電気、電気機械、油圧、油圧機械、空気圧、油空圧、または概して言えば当業者に公知のあらゆる型であることが可能であることに留意されよう。

図１〜図５では、同様に本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関は、少なくとも１つの膨張したガスの排気ライン２６も備え、該ライン２６は、膨張したガスの排気ラインの口２８を介して膨張シリンダ１３の中に入るために、膨張シリンダヘッド１４を通過する第１の端部２７を備え、また該排気ライン２６は低圧再生ライン７の第１の端部３０に連結された第２の端部２９も備えることが見られる。

図１〜図６では、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関は、排気弁アクチュエータ３２によって作動された少なくとも１つの排気弁３１を備え、該弁３１は膨張したガスの排気ラインの口２８を遮断し、または開くことができるが、排気弁アクチュエータ３２をコンピュータで制御することができ、該コンピュータは、膨張シリンダ１３に対する膨張ピストン１５の相対位置および該ピストン１５の置換方向の関数として、排気弁３１の開閉の時間を制御することができ、該コンピュータは該弁３１の挙上高さも制御することができることが見られる。排気弁アクチュエータ３２は、伸縮バネまたはデスモドロミックを備えた機械、電気、電気機械、油圧、油圧機械、空気圧、油空圧、または概して言えば当業者に公知のあらゆる型であることが可能であることに留意されよう。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のために選択された実施形態に依存して、吸入計量弁２４および／または排気弁３１は中実または中空であることが可能であることに留意されよう。中空の場合に、該弁２４、３１は液体または伝熱塩を含有してもしなくてもよい。さらに該弁２４、３１は、補強の有無にかかわらずあらゆる等級の鋼鉄および／またはセラミックの１つまたは複数の片から作ることが可能である。該弁２４、３１が中空である場合は、該弁２４、３１をできる限り軽く設計することができる、すなわち該弁２４、３１の剛性および寿命に許容可能な限界で鋼鉄厚さを有する。

最後に図１〜図３に見られるように、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関は、低圧再生ライン７の第２の端部３４の延長部に置かれた、または低圧再生ライン７を備えた単一片のみを作るために該第２の端部３４と組み合わせた、少なくとも１つの機関出口ライン３３を備える。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関が少なくとも１つの往復ピストン型圧縮機２を有する場合は、膨張シリンダ（複数可）１３および該機関１によって構成された該圧縮機２を同じ出力シャフト１７に連結することができ、該出力シャフト１７を中心に直線に、「Ｖ字形」に、平坦に、星形に、または伝達・膨張および再生機能１を備える該熱機関のフットプリント、割合、または振動放射を最適化するように、従来の往復ピストン型機関もしくは圧縮機に適合可能なあらゆる他の構造で配置することができることに留意されよう。

図１および図２に示されたように、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の圧縮機２は、２段式で低圧圧縮機３５からなることが可能であり、該圧縮機３５の出口は中間圧縮機冷却器３７を介して高圧圧縮機３６の入口に連結され、本来馴染みのある中間圧縮機冷却器３７は低圧圧縮機３５から１つずつ出るガスを冷却し、熱が大気または該ガスより冷たいあらゆる他の環境に消散し、その後熱は高圧圧縮機３６の入口に吸入される。低圧圧縮機３５が往復ピストン型からなる場合は、そのシリンダを少なくとも空気または水で冷却できることに留意されよう。

また図１〜図３は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の特定の一実施形態によれば、出力シャフト１７は回転時に圧縮機２を駆動させることができることも示す。これは直接または多段あるいは無段変速機を通して行うことができることに留意されたい。

図３によって示されたように、圧縮機入口ライン３は水注入器５６を有することができ、該注入器５６は、該ライン３内を循環するガスを吸引する圧縮機２によって画定された吸引・送達チャンバ５８内に該ガスを導入される前に、該ガス内に液体水５７を噴射することができ、水注入器５６は当業者に公知のあらゆる型であり、水ポンプ６２により液体水５７を、またはあらゆる所与のタイプの液体ポンプにより油もしくは他の炭化水素などのあらゆる他の液体を供給される。

別の変形として、圧縮機２はその中に水注入器５６が入る吸引・送達チャンバ５８を画定することができ、該注入器５６は、圧縮機入口ライン３を介して該圧縮機２によってガスを吸引した後、該チャンバ５８の中に導入された該ガス内に液体水５７を噴射することができることに留意されよう。水注入器５６は当業者に公知のあらゆる型からなることが可能であり、該注入器５６は水ポンプ６２により液体水５７を、またはあらゆる所与の型の液体ポンプにより油もしくは他の炭化水素などのあらゆる他の液体を供給されることが可能であることに留意されよう。

水注入器５６が提供される限り、図３は、圧縮機出口ライン４が空気／水分離器５９を有することができ、該分離器５９は該出口ライン４内で圧縮機２によって送達されたガス内に存在する液体水５７を回収し、これは該水５７を液体水回収タンク６１内に保管することを示す。空気／水分離器５９は、例えば遠心もしくはサイクロン型、または当業者に公知のあらゆる他の型からなることができることに留意されよう。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の別の変形によれば、これも図３に示されており、機関出口ライン３３は凝縮ガス乾燥機６０を有することができ、低圧再生ライン７を出たガスがその中を進み、該乾燥機６０は、該ガスを冷却させる内壁を該ガスがスイープすると、次いで該ガス内に含有された蒸気の大部分は液体水５７を形成するために凝縮され、該液体水５７が復水タンク６３内で回収されるために該壁に沿ってしたたるように、あらゆる可能な冷熱源により比較的低温に維持された内壁を有する。

冷熱源が環境大気である場合は、凝縮ガス乾燥機６０は、主に復水タンク６３を一体化する、または復水タンク６３に連結された空気／空気凝縮交換器６４からなることが可能である一方で、該環境大気を凝集交換器ファン６５により該交換器６４に通過させることができることに留意されよう。

また図３は、圧縮機２が圧縮機吸入計量弁６６を有することができ、その開閉は圧縮機吸入計量弁アクチュエータ６７によって制御され、該弁６６は圧縮機入口ライン３を圧縮機２によって画定された吸引・送達チャンバ５８に連結するために開く。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のこの特定の構成によれば、圧縮機吸入計量弁アクチュエータ６７は、該計量弁６６の閉鎖がほぼ早い圧縮機２の吸入サイクルの間、または該計量弁６６の閉鎖がほぼ遅い該圧縮機２の圧縮サイクルの間、該圧縮機２によって吸入される空気の量を調節することができる。

図１〜図３に表された変形として、高圧再生ライン６および低圧再生ライン７は、それらの長さのすべてまたは一部に対して並んで置かれることが可能であり、高圧再生ライン６内に含有されたガスの循環の方向は、低圧再生ライン７内に含有されたガスの循環の方向と反対であり、２つの該ライン６、７は向流熱交換器４１を構成し、本来馴染みのある該交換器４１をチューブ、積層板、または当業者に公知でこの型の交換器に適用可能なあらゆる他の配置からなることが可能である。

また図１および図３では、熱源１２は燃料注入器３９および燃焼チャンバ４０からなる燃焼器３８であることが可能であり、該燃料は液体または気体であり、燃焼チャンバは当業者に公知のあらゆる型であることにも留意されたい。

図２は、それによって熱源１２が一次熱交換器４６によって形成することができる変形を示し、該交換器４６は直接または二次熱輸送回路４８を介して該熱を高圧再生機出口ライン９内で循環するガスに伝達するために、ユニバーサル熱源４７から熱を抽出し、ユニバーサル熱源４７は、非限定的な例として、化石の炭化水素もしくは再生可能な起源の燃焼、または水素の燃焼、または核反応に由来する。

二次熱輸送回路４８は、溶融塩または液体金属を含むあらゆる性質の熱伝達剤を介して熱を運ぶことができることに留意されよう。有利には、一次熱交換機４６の少なくとも一部は向流型であり得る。

さらに伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関が一次熱交換器４６を有する場合は、熱機関は閉回路内で作動できることに留意されよう。この場合、機関出口ライン３３によって放出されたガスは交換器内で冷却され、交換器によってガスはその熱の大部分をあらゆる所与の性質の冷熱源に移行され、その後圧縮機２によって再度吸引される。好ましくは静止適用を意図されるこの構成は、再生熱交換器が可能な最高の効率を保つように、特に再生熱交換器のあらゆる汚染を避ける。またこの構成により、酸化しない中立の化学的に安定したガス、例えば窒素もしくは二酸化炭素、またはその物質的特性が本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の効率に対する大気より潜在的に好ましいガスを選ぶことが可能になる。

図１は、膨張シリンダヘッド１４は圧力均衡弁４９を有することができ、該弁４９は伝達・膨張チャンバ１６および高温ガス吸入ライン１９を連結するラインを遮断することができ、ガスが該チャンバ１６から該ライン１９に通過するように、伝達・膨張チャンバ１６内に広がる圧力が高温ガス吸入ライン１９内に広がる圧力より大きい場合は、該弁４９は開き、そうでなければ該ガスが該ライン１９から該弁４９を介して該チャンバ１６に通過できないように該弁４９は閉じることを示す。

図３では、伝達・膨張チャンバ１６は少なくとも１つの温度維持燃料注入器１４０を備えることができ、該注入器１４０は該チャンバ１６の中に液体、気体、または予め粉砕された固体燃料を、また該ガスが該チャンバ１６の中に吸入されたときに、吸入計量弁２４により該チャンバ１６の中に吸入された高温ガスの温度を一時的に上昇させるためにこれを注入することができることに留意されよう。

この第１の戦略の成果は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の効率を高めることである。

該第１の戦略の代替または補完として、温度維持燃料注入器１４０は、吸入計量弁２４が該ガスの膨張の一部またはすべての間に該ガスの温度の降下の一部またはすべてを補償するために閉じた後、伝達・膨張チャンバ１６の中に燃料を注入することができる。

この第２の戦略の成果は、該ガスは該ガスの膨張の一部またはすべての間に該ガスの膨張開始温度をほぼ保つことであり、これは伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の効率を高める。

再度図３では、伝達・膨張チャンバ１６は少なくとも１つのＮＯｘ対策用水注入器１４１を備えることができ、該注入器１４１は、該チャンバ１６内に含有された高温ガスの最高温度をある特定の閾値のこの側部に特に排気ストロークの端部において該ガスを再加圧中に維持するために、水などの冷媒液を該チャンバ１６内に注入できることに留意されよう。

冷媒液のこの簡単な注入により、汚染量、特に本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関によって生成された窒素酸化物を低減することができる。

図２〜図５では、膨張ピストン１５を膨張ピストンロッド６８により伝送の機械的手段１８に連結することができ、該ロッド６８は膨張シリンダヘッド１４を通過し、ロッド封止手段６９により該ロッド６８と該シリンダヘッド１４との間に封止が生成され、該手段６９は少なくともガスケット、セグメント、リング、または当業者に公知のあらゆる他の封止手段からなることが可能であることが見られる。

図２２は、ロッド封止手段６９が上ロッド封止７０と下ロッド封止７１との間に油循環チャンバ７２を形成するために、十分に離間された２つの該封止７０、７１を備えることができ、該チャンバ７２の中に冷却・潤滑油供給ライン７３が入り、該チャンバ７２から冷却・潤滑油出口ライン７４が出ることを明確に示す。

そのように設計されると、ロッド封止手段６９により油循環チャンバ７２を介して冷却・潤滑油供給ライン７３と冷却・潤滑油出口ライン７４との間を循環する油が一方では膨張ピストンロッド６８と２つの該封止７０、７１との間に潤滑油を提供でき、他方では膨張ピストンロッド６８の冷却を提供できる。

上ロッド封止７０および／または下ロッド封止７１を特に切断セグメントまたは２つの重ねた切断セグメントから形成することができ、その切断は傾斜してずらして配置される一方で、膨張ピストンロッド６８の外表面に油容器および流体力学的浮上面の連続を形成する二重螺旋のわずかな深さのスクラッチを提供することができることに留意されたい。

図２２では、上ロッド封止７０を形成するセグメントは、冷却・潤滑油供給ライン７３と冷却・潤滑油出口ライン７４との間に編成された冷却および潤滑油流を通すために、特にセグメントを広げるバネ７５はオリフィスまたは通路を備えるので、同様に設計された該バネ７５により下ロッド封止７１を作成するセグメントからの距離を維持することができることに留意されたい。

図２１に示されたように、ロッド封止手段６９は、圧力供給管１２８と膨張シリンダヘッド１４または該管１２８が通過する圧力チャンバ孔１３０との間に封止を生成し、さらに該管１２８の冷却を確保するように、該管１２８に加えることもできることに留意されよう。

図２１は、ロッド封止手段６９が油循環チャンバ７２の内側または外側に埋め込まれたロッドガイドカラー７６と協働することができ、該カラー７６は青銅または減摩性および／または流体力学的カラーもしくは軸受を作成するために習慣的に使用されるあらゆる他の材料から作られ、該カラー７６は膨張シリンダヘッド１４内に膨張ピストンロッド６８の半径方向の誘導を確保することを示す。

さらにロッド封止手段６９は、好ましくは該手段６９が圧力供給管１２８に加えられるときにロッドガイドカラー７６を提供される一方で、膨張ピストンロッド６８の半径方向の誘導をクロスヘッド４４によって間接的に提供されることが可能であることに留意されたい。

図２〜図５では、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の伝送の機械的手段１８を連結ロッド４２によって形成することができ、該ロッド４２の一端は膨張ピストン１５内に直接または間接的に接合し、その他端は出力シャフト１７と一体化したクランク４３を中心に接合することに留意されたい。

膨張シリンダ１３が２つの伝達・膨張チャンバ１６を膨張ピストン１５で画定する場合は、連結ロッドは該ピストン１５と一体化されたクロスヘッド４４を用いて該ピストン１５内に接合でき、機関クランク室４５に対して並進して誘導できることに留意されよう。次いでクロスヘッド４４は誘導シリンダ内で摺動する円筒形誘導ピストンであることが可能であり、または機関クランク室４５内または該クランク室４５上に配置されたレールまたはガイドと協働するあらゆる他の形状を有することができる。

図６は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の吸入計量弁２４および／または排気弁３１を膨張シリンダヘッド１４内に埋め込まれた弁箱５０内に直接または間接的に誘導でき、該箱５０は封止を形成するためにその上に該弁２４、３１を着座できる座部を有する一方で、該座部および／または該弁２４、３１を誘導する弁箱５０の一部は弁冷却回路５１によって冷却され、該回路５１内で熱伝達剤が循環することを示す。図６では、該弁２４、３１、弁箱５０および計量弁アクチュエータ２５または排気弁アクチュエータ３２は、膨張シリンダヘッド１４内に設置される既製品のカートリッジ５２を構成することができることに留意されよう。

図５および図１１〜図２０は、概して本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の膨張ピストン１５は、該ピストン１５と膨張シリンダ１３との間に可能な最も完全な封止を生成し、該セグメントおよび／または該リングの材料および幾何形状にかかわらず、少なくとも１つの切断セグメントおよび／または封止リングから構成できる、ピストン封止手段５３を有することができることを示す。

より具体的には図５および図１１〜図２０は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のピストン封止手段５３が内部円筒形リング面１０６、外部円筒形リング面１０７、および２つの軸リング面１０８を有する少なくとも１つの連続して穿孔されたリング１０５を備えることができ、該リング１０５は膨張ピストン１５内に配置された少なくとも１つの環状溝１０９内に埋め込まれる一方で、該リング１０５は環状溝１０９から出ることができずに環状溝１０９内で半径方向に動くことができることを示す。さらに環状溝１０９は、膨張ピストン１５と軸方向に一体化された連続して穿孔されたリング１０５を直接または間接的に維持することができることに留意されよう。

この場合、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のピストン封止手段５３は、環状溝１０９が圧力分布チャンバ１１９を連続して穿孔されたリング１０５で画定するように、リング１０８と環状溝１０９とのそれぞれの軸面の間に封止を提供するリング封止手段１１０を有する。リング封止手段１１０がＯリング１３２、唇封止、複合封止、またはその材料または幾何形状にかかわらずあらゆる公知の封止セグメントもしくはガスケットから構成することができることに留意されよう。また環状溝１０９に面する内部円筒形リング面１０６または外部円筒形リング面１０７は、連続して穿孔されたリング１０５の厚さのすべての変形がその軸長に亘って可能であるように、回転の非円筒形リング面を有することができ、該リング１０５はバニシングもしくはスタンピングによって変形された単純な円形シート、または圧延により、あらゆる所与の切削もしくは歪み矯正ツールにより、または当業者に公知のあらゆる他の電気化学もしくは他の製造方法によって作成された片のいずれかであることに留意されたい。

再度図５および図１１〜図２０に示され、少なくとも１つの連続して穿孔されたリング１０５に基づいた、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のピストン封止手段５３の構成では、少なくとも１つの較正されたオリフィス１１１は連続して穿孔されたリング１０５の半径厚さを貫通し、該オリフィス１１１の第１の端部は内部円筒形リング面１０６の上に出る一方で、該オリフィス１１１の第２の端部は外部円筒形リング面１０７の上に出る。

また該ピストン封止手段５３はそこから加圧リング流体１１３が出る加圧流体の少なくとも１つの源１１２も備え、該流体源１１２の出口は、リング流体１１３が内部円筒形リング面１０６上に圧力を掛けるように、圧力伝達回路１１４により圧力分布チャンバ１１９に連結される。リング流体１１３が受ける圧力は、常に伝達・膨張チャンバ１６内に広がる圧力より大きいことに留意されよう。前述の結果として、連続して穿孔されたリング１０５の直径は、外部円筒形リング面１０７が膨張シリンダ１３に近づく傾向があるように、該リング１０５の弾性に起因してリング流体１１３の圧力の影響下で増加する。

加圧流体源１１２に由来するリング流体１１３の流量を考慮すると、内部円筒形リング面１０６上で該リング流体１１３によって掛けられた圧力が、常に伝達・膨張チャンバ１６内に広がる圧力より大きいことが維持されるように、較正されたオリフィス１１１の直径は計算されることも留意されよう。加圧流体源１１２はピストン、羽根、スクリュ、遠心、または当業者に公知のあらゆる型もしくはそれ自体が馴染みのあるあらゆる型の空気圧流体圧縮機１２０であることが可能であることに留意されよう。空気圧流体の圧縮機１２０は馴染みがある蓄圧器と協働してもしなくてもよい。小型の格子リング流体フィルタ１３８を、リング流体１１３からある特定の大きさより大きいあらゆる粒子を取り除いた後に、該流体１１３が圧力分布チャンバ１１９の中に導入されるように、空気圧流体圧縮機１２０の上流または下流に設置することができることに留意されよう。

図５および図１１〜図２０に示されたように、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のピストン封止手段５３は、少なくとも１つの連続して穿孔されたリング１０５に基づき、該手段５３は、軸方向には出口がなく、外部円筒形リング面１０７から空洞化される少なくとも１つの逆圧空洞１１５を備え、較正されたオリフィス１１１は該逆圧空洞１１５の中に入る一方で、該空洞１１５によって占有されない外部円筒形リング面１０７の表面は、エアークッション浮上面１１６を構成する。

逆圧空洞１１５の範囲は、最小、すなわち較正されたオリフィス１１１の出口の非ゼロに等しい半径から、最大、すなわち該空洞１１５を受領する外部円筒形リング面１０７の半径より実質的に辛うじて小さいまでの、あらゆる所与の寸法からなることが可能であることに留意されよう。膨張ピストン１５は環状溝１０９の付近に減圧溝もしくはスロット、またはあらゆる他の内部チャネルもしくは該付近で伝達・膨張チャンバ１６に連結するあらゆる型の面を有することができることが特定される

図１１〜図２０は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のピストン封止手段５３が、外部円筒形リング面１０７の軸長をほぼ中心とする、わずかな深さの逆圧溝１１７からなる逆圧空洞１１５を提供されることが可能であり、該逆圧溝１１７は該外部円筒形リング面１０７の全周囲に亘って生成され、該逆圧溝１１７に隣接する各環状面はエアークッション浮上面１１６を構成することを示す。

図１３〜図２０では、較正されたオリフィス１１１は、逆圧空洞１１５の底部から空洞化された圧力分布空洞１２５を介して該逆圧空洞１１５に出ることができることが見られる。

同図１３〜図２０では、圧力分布空洞１２５が、外部円筒形リング面１０７の軸長をほぼ中心とする、圧力分布溝１２６からなることが可能であり、該圧力分布溝１２６は該外部円筒形リング面１０７の全周囲に亘って生成されることに留意されたい。

図１５および図１６は、逆圧空洞１１５を受領する外部円筒形リング面１０７または内部円筒形リング面１０６の２つの軸リムの少なくとも１つが、縁部板の隙間１１８で終了することができ、該隙間１１８により、圧力分布チャンバ１１９内に含有されたリング流体１１３の圧力が該縁部板の隙間１１８に隣接するエアークッション浮上面１１６上で局部的に高くなった力を加えることができることを示す。

また図１５および図１６では、リング封止手段１１０が一方では連続して穿孔されたリング１０５と一体化され、他方では環状溝１０９の内部またはフランジとの緊密な接触を確立する、環状封止唇部１２１から作成でき、該封止唇部１２１は連続して穿孔されたリング１０５に装着し取り付けられ、または該リング１０５と同じ材料片から生成されることも見られる。別法として環状封止唇部１２１は、一方では環状溝１０９と一体化され、他方では連続して穿孔されたリング１０５との気密な接触を確立することができる。この場合、該唇部１２１を環状溝１０９内もしくは該溝１０９のフランジ上に装着して取り付け、または該溝１０９と同じ材料片から作ることができる。

図１７および図１８に示された本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のピストン封止手段５３の変形として、リング封止手段１１０は連続して穿孔されたリング１０５の軸端部の少なくとも１つの付近に配置された薄型軸部１３９からなることが可能であり、該軸部１３９は環状溝１０９に気密に一体化され、連続して穿孔されたリング１０５の直径は該溝１０９の直径に対して増減できるように十分に可撓性である。薄型軸部１３９は、該軸部１３９を構成する材料が、リング流体１１３の圧力、または該材料の疲労強度の限界と適応しない反復力を得る恐れがないように設計されることに留意されよう。

一方図１２は、連続して穿孔されたリング１０５は可撓性材料からなることが可能であり、該リング１０５の直径を低減する傾向がある、少なくとも１つの周囲環状バネ１２３を含むことになることを示す。該可撓性材料は、耐摩耗または耐摩擦粒子で安定されてもされなくてもよいエラストマーまたは高分子であることが可能である一方で、周囲環状バネ１２３は該材料に含まれるか、または溝、座部、もしくは端部停止部を用いて該材料の面上に保持されることが可能であることに留意されよう。周囲環状バネ１２３は、螺旋状弁ステム封止ガスケット、分割リング、または所望の機能を実現できるあらゆる他の型であることが可能である。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のピストン封止手段５３の図１３〜図１８に示された変形は、圧力分布チャンバ１１９は、較正されたオリフィス１１１を介して出る前に、圧力伝達回路１１４に由来するリング流体１１３に、内部円筒形リング面１０６の可能な最大面積をスイープさせる、リング流体の分散手段１２４を収納できることを示す。この配置により、リング流体１１３は連続して穿孔されたリング１０５を冷却でき、連続して穿孔されたリング１０５はその熱の一部を該流体１１３に移行させる。

図１５および図１６によって示されたように、リング流体の分散手段１２４は環状溝１０６の底部に埋め込まれた分散板１３６からなることが可能であり、該板１３６の軸端部の少なくとも１つは分散板の少なくとも１つのオリフィスまたは横方向溝１３７を提供され、該オリフィスまたは溝１３７は、圧力伝達回路１１４に由来するリング流体１１３をその軸端部の少なくとも１つにより圧力分布チャンバ１１９の中に入れる。

図１２は、環状溝１０９が、連続して穿孔されたリング１０５の該溝１０９の中への貫通を限定する、半径方向環状端部停止部１２７を有することができ、該端部停止部１２７は、これに限定されないが、環状溝１０９の底部を構成する円筒面、または該溝１０９の底部上に配置された少なくとも１つの円形縁部もしくはスタッド、または該溝１０９の両側の少なくとも１つに配置された少なくとも１つの面取り部もしくはフランジであることを示す。

図４および図５では、圧力伝達回路１１４は、膨張シリンダ１３に平行に、膨張ピストン１５と一体化された圧力供給管１２８からなることが可能であり、該管１２８の第１の端部は該ピストン１５の内部に入る一方で、該管１２８の第２の端部はその中で長手方向に気密に並進運動で動くことができる圧力チャンバ孔１３０を介して、加圧流体源１１２に連結された圧力チャンバ１２９に入ることが見られる。

圧力チャンバ孔１３０内を並進運動で動く圧力供給管１２８の第２の端部は、封止を生み出すために該孔１３０内で摺動する封止を備えることができることに留意されよう。別法として圧力チャンバ孔１３０は、封止を提供するために圧力供給管１２８の該第２の端部を中心に摺動する封止を備えることができる。

しかし膨張シリンダヘッド１４を通過する膨張ピストンロッド６８のように、図２１に示されたような管封止を圧力供給管１２８と圧力チャンバ孔１３０との間に生成することができ、該孔１３０は上ロッド封止７０と下ロッド封止７１の間に油循環チャンバ７２を形成するために互いに十分に離間した２つの該封止７０、７１を備え、油循環チャンバ７２の中に冷却・潤滑油供給ライン７３が入り、該チャンバ７２から冷却・潤滑油出口ライン７４が出ることに留意されよう。

したがって生成された管封止により、油循環チャンバ７２を介して冷却・潤滑油供給ライン７３と冷却・潤滑油出口ライン７４との間を循環する油が、一方では圧力供給管１２８と該２つの封止７０、７１との間の潤滑を、他方では圧力供給管１２８の冷却を確保することができる。

図４では、圧力供給管１２８を少なくとも１つの半径方向圧力入口ライン１３１により圧力分布チャンバ１１９に連結でき、該入口ライン１３１は、膨張ピストン１５の本体内に作り出すことができ、または例えば封止および／もしくは膨張ガスケットの有無にかかわらず管の組立体により該ピストン１５に取り付けることができることが見られる。

圧力チャンバ１２９を、リング流体１１３が加圧流体源１１２から該チャンバ１２９に進むことはできるが、該チャンバ１２９から該源１１２に進むことはできない定比逆止弁を介して、加圧流体源１１２に連結することができることに留意されよう。この特定の特徴により、膨張ピストン１５１がその上死点の付近にあるときに圧力分布チャンバ１１９内に広がる圧力を増加させるために、圧力供給管１２８の第２の端部の往復運動によって生じる圧力チャンバ１２９の体積の変化を使用することが可能になる。

図１３、図１４、図１７、および図１８は、環状溝１０９が膨張バネ１３３を収納することができ、該バネ１３３は内部円筒形リング面１０６上に半径方向力を加えるために該溝１０９を圧迫し、該バネ１３３はコイルバネ、板バネ、波形バネ、または当業者に公知のあらゆる型であることを示す。

図１３および図１４では、膨張バネ１３３は環状溝１０９と連続して穿孔されたリング１０５との間に気密性を接触によって生じることができることが見られる。

図１３、図１４、図１７、および図１８は、流体分散オリフィス１３４および／または流体分散溝１３５でリング流体の分散手段１２４を構成するように、少なくとも１つの該オリフィス１３４および／または少なくとも１つの該溝１３５を膨張バネ１３３に提供することができることをさらに示す。

発明の機能
本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の機能は、図１〜図２２を見ることにより容易に理解される。この機能の詳細を提供するために、図１および図２に概略的に示されたように、ここでは本発明による伝達・膨張および再生機能を備える熱機関の例示的実施形態を使用する。該例示的実施形態は、低圧圧縮機３５および高圧圧縮機３６からなる２段ピストン式圧縮機を必要とし、低圧圧縮機の出口は中間圧縮機冷却３７を介して高圧圧縮機の入口に連結される。図１および図２は、図１に示された熱源１２を使用する本発明の機能を説明するために主に熱源１２により互いを区別し、図１はその燃料注入器３９が燃焼チャンバ４０に補給する燃焼器３８を必要とする。

図１および図２に示されたように、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の例示的実施形態によれば、低圧圧縮機３５および高圧圧縮機３６はクランクシャフトの形をとる同じ出力シャフト１７によって駆動される一方で、膨張ピストン１５と該シャフト１７との間の伝送の機械的手段１８は連結ロッド４２からなり、その一端は膨張ピストン１５と一体化されたクロスヘッドの手段４４を用いて該ピストン１５内で接合され、その他端は出力シャフト１７と一体化されたクランク４３を中心に接合される。

低圧圧縮機３５および高圧圧縮機３６は同様の手段により出力シャフト１７に連結されることに留意されよう。

また図２では、吸入計量弁２４は高温ガス吸入ラインの口２３を開き、該弁２４が膨張シリンダ１３から離れることによって該ラインの口２３を遮断する一方で、排気弁３１は膨張したガスの排気ラインの口２８を開き、該弁３１が該シリンダ１３に近づくことによって該ラインの口２８を遮断し、該弁２４、３１の座部はそれぞれ該シリンダ１３の外側および内側に配向されることにも留意されよう。

また本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の機能の説明には、膨張シリンダ１３およびそれと相互作用する様々な要素を三次元で示す図４および図５に言及する必要があり、該シリンダ１３は図１および図２に概略的に示されている。

そうは言っても、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関が、非限定的な例示的実施形態において、以下のやり方で一旦開始し一旦その機能が安定化すると、低圧圧縮機３５は圧縮機入口ライン３を介して大気を取り込む機能をする。該大気の温度および圧力はそれぞれ２０℃で１バール絶対圧である。次いで低圧圧縮機３５は該大気を気圧１０バール、温度約２９０℃で送達する。高圧圧縮機３６の入口に到着する前に、該大気の温度が再度２０℃近くに降下するように、該大気は中間圧縮機冷却３７内で冷却され、その圧力は１０バールに据え置かれる。この中間冷却は高圧圧縮機３６の体積効率を向上させ、出力シャフト１７上で該圧縮機３６の仕事の消耗を減らす。

該大気を受領する高圧圧縮機３６は、大気を取り込み、過給し、圧力２０バール、温度約８５℃で圧縮機出口ライン４に送達する。

次いで大気は圧縮機出口ライン４により高圧再生ライン６に送付され、そこで大気は低圧再生ライン７の熱を受領する。低圧再生ライン７と高圧再生ライン６との間の熱伝達は、再生熱交換器５内で起き、この場合該交換器５は向流熱交換器４１であり、その効率は非常に高い。

ガスは高圧再生ライン６から依然として２０バールで出るが、温度は３００℃に近いのに反して、低圧再生ライン７から出るガスは、圧力１バールで温度約９０℃まで上げられる。

一旦高圧再生ライン６から出ると、３００℃のガスが高圧再生出口ライン９に入り、次いで燃焼器３８の燃焼チャンバ４０に進み、そこで燃料注入器３９により該チャンバ４０に注入された燃料の燃焼の後にガスの温度は１１００℃に上昇する。これらのガスの圧力は依然として２０バールである。

次いでガスは高圧再生出口ライン９から出て、高温ガス吸入ライン１９に進み、該ライン１９はガスを膨張シリンダ１３まで取り込み、ガスはこのとき該シリンダ１３内に温度１１００度、圧力は依然として２０バールで吸入される。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の機能の説明のこの段階では、図２に表されたように膨張ピストン１５の上に配置された伝達・膨張チャンバ１６内で起きることのみを説明するが、図４および図５では該ピストン１５の下に据えられた伝達・膨張チャンバ１６が全く同じ方法で機能することに気付く。

膨張ピストン１５は下死点にあり、該ピストン１５はその上死点に向かって上昇し、予め２０バールで１１００℃から１バールで３１０℃に膨張した高温ガスを膨張したガスの排気ライン２６の中に放出する。

膨張ピストン１５がその上死点の付近に到着すると、排気弁３１は閉じ、伝達・膨張チャンバ１６内である特定の量の残留排気ガスを獲得する。該弁３１が閉じる瞬間は、膨張ピストン１５がその上死点に達すると該ガスの圧力および温度がそれぞれ２０バールおよび１１００℃に上昇するように設計される。したがってこの瞬間は主に、膨張ピストン１５が該上死点に達したときに膨張ピストン１５の上に残っている死容積に依存する。

したがって膨張ピストン１５がその上死点に達すると、伝達・膨張チャンバ１６内に獲得されたガスの圧力および温度は、高温ガス吸入ライン１９内に含有されたガスの圧力および温度と一致する。吸入計量弁２４が開き、該ライン１９と該チャンバ１６との間を連結させるのがまさにこの瞬間である。吸入計量弁２４の同期が不完全であることに起因する伝達・膨張チャンバ１６内のあらゆる過圧を防ぐために、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の膨張シリンダヘッド１４は、図１に示された変形ごとに均圧弁４９を有することができ、該弁４９は、伝達・膨張チャンバ１６内に広がる圧力が高温ガス吸入ライン１９内に広がる圧力より一旦大きくなると開く。

膨張ピストン１５がその上死点にあると、吸入計量弁２４は開き、ガスの圧力および温度は高温ガス吸入ラインの口２３の両側で同一になり、膨張ピストン１５はその下死点に向かって下降し始める。

そのようになると、高温ガス吸入ライン１９内に含有された１１００℃で２０バールのガスが伝達・膨張チャンバ１６内に入る一方で、膨張ピストン１５は出力シャフト１７上に第１の仕事を生成する。ある特定量の該ガスが伝達・膨張チャンバ１６内に移動されると、吸入計量弁２４は閉じ、膨張ピストン１５が出力シャフト１７上に第２の仕事を生成するように該ガスの膨張が始まる。該ある特定量は、膨張ピストン１５がその下死点に到着すると該ガスの圧力が１バール絶対圧の大気と実質的に等しい一方で、該ガスの温度は約３１０℃であるように提供される。

膨張ピストン１５が一旦下死点に到着すると、該ピストン１５は再度その上死点に向かって上昇し、膨張したガスの排気ラインの口２８を通って高温ガスを放出し、該ガスは該ピストン１５により２０バールで１１００℃から１バールで３１０℃に予め膨張される。これは新しいサイクルの開始を示す。

図７の圧力／体積図表は、伝達・膨張チャンバ１６内に起きるサイクルの進行を示す。該図７では図８、図９、および図１０に関する場合と同様に、膨張ピストン１５の下死点は「ＰＭＢ」と記載されている一方で、該ピストン１５の上死点は「ＰＭＨ」と記載されていることに留意されたい。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の機能を説明するために図７に使用された例によれば、膨張ピストン１５によって生成されたストロークＡＢは、伝達・膨張チャンバ１６内に含有されたガスの圧力が１バールであり、該ガスの温度が３１０℃であるときに起きる。

ストロークＢＣの間に、膨張ピストン１５は、該ガスの圧力および温度がそれぞれ２０バールおよび１１００℃に変わるように、排気弁３１により伝達・膨張チャンバ１６内に獲得された残留排気ガスを圧縮する。

ストロークＣＤは、高温ガス吸入ライン１９内に含有された１１００℃で２０バールのガスの伝達・膨張チャンバ１６への移動に対応する一方で、膨張ピストン１５は出力シャフト１７上に第１の仕事を生成する。

次にストロークＤＡは伝達・膨張チャンバ１６に予め移動されたガスの膨張に対応し、その量は、膨張ピストン１５が下死点に到着すると該ガスの圧力が１バール絶対圧の大気圧と実質的に等しいように、吸入計量弁２４によって調整される。該ガスの膨張により、膨張ピストン１５は出力シャフト１７上に第２の仕事を生成することができる。

次いで図８の圧力／体積図表は、吸入計量弁２４の異なる制御戦略を示し、該戦略は本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の特定のトルクを最大にし、したがって一定速度で該機関の特定の出力を最大にする。

図８に示された図表では、図７の図表に比べて、吸入計量弁２４の閉じる瞬間「Ｄ」は、「Ｄ’」と印された点より遅いことに留意されたい。したがって１１００℃、２０バールで高温ガス吸入ライン１９から伝達・膨張チャンバ１６により多くのガスが移動される。

この余剰のガスが吸入されるので、膨張ピストン１５のストロークＤ’Ａは該ガスを１バール絶対圧に膨張させるために不充分になる。その結果として、排気弁３１が開くと、ガスの圧力は、例えば依然として３バールである一方で、その温度は依然として５２０℃である。一方、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の効率が実質的に低減するという犠牲を払うにもかかわらず、ガスの仕事面積は著しく増加する。

図８では、ストロークＡＢおよびストロークＢＣは図７に示された対応するストロークと比べて変わらないままであることに留意されよう。

また排気弁３１が開くと、図８に提供されたような膨張を切り捨てることによるガスの過剰な温度は、主に高圧圧縮機３６から受領したガスを過熱するために再生熱交換器５によって再利用されることにも留意されたい。結果として、該余剰はそれに応じて燃焼器３８が１１００℃で次のサイクルに関与するガスの温度を上げるために生成する必要がある熱を低減させる。

該切り捨ての結果として回収されない駆動エネルギーについては、これは喪失される。

次いで図９の圧力／体積図表は、吸入計量弁２４および排気弁３１の別の制御戦略を示す。該変形は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の特定のトルクを低減するため、ひいては同じ速度に対する該機関の特定の出力を低減するために今回提供された。これは多くの使用状況で該機関１の出力低減を調節するために有益であることを証明できる。

図９の該図表では、図７の図表に比べて、吸入計量弁２４を閉じる瞬間「Ｄ」は、「Ｄ’」と印された点に早められていることに留意されたい。したがって１１００℃、２０バールで高温ガス吸入ライン１９から伝達・膨張チャンバ１６に移動されるガスはより少ない。

この吸入されたガスが不足している結果、膨張ピストン１５は１バール絶対圧未満の圧力に「ＰＭＢ」と印されたその下死点までガスを膨張させる。したがって図９に説明された戦略は、該ガスの圧力が１バール絶対圧および約３００℃になるまで、膨張ピストン１５が該ガスを再圧縮する必要がある。この膨張に続く再圧縮は図９に［ＤＣ］と印されている。排気弁３１が「Ａ’」と印された点で開くとガスの再圧縮が起こり、「Ａ’」は同図９に印された、図７によって示された該弁３１が開く瞬間と酷似している点「Ａ」に比べて非常に遅い。

図９に示されたように、ガスの仕事面積は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の示された効率を損なうことなく、図７に示された仕事面積に比べて著しく低減している。

図９に示された戦略に有効に役立つために、圧縮機２は圧縮機入口ライン３を介して取り込む大気は少なくなければならないことに留意されよう。このために図３に示されたように、該圧縮機２は圧縮機吸入計量弁６６を有することができ、その開閉は、程度の差はあるが大気を吸入するように圧縮機吸入計量弁アクチュエータ６７によって制御される。

図１に示された代替形態のように、吸入された空気１４２を調節するためのスロットルを、圧縮機２の吸入圧力を調節するために圧縮機入口ライン３上に提供することができる。

図１０に示された別の戦略は、伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の効率を最大にするために、ガスの膨張中にガスの温度の降下を制限し、または止めることさえすることである。この戦略は温度維持燃料注入器１４０の使用を必要とし、そのノズルは伝達・膨張チャンバ１６に出現する。

留意されるように、該図１０のガスの仕事面積は図７のガスの仕事面積と見かけは類似している。そうであっても、図７の図表と比べて、吸入計量弁２４が閉じる瞬間「Ｄ」は「Ｄ’」と印された点に早められていることにも留意されたい。これは膨張ピストン１５によって生成される同じ仕事面積に至るために圧縮機２によって行われる仕事は少ないことを意味する。

ガスの最高温度を高める必要なしにこの戦略を使用することができ、ガスの最高温度は１１００℃に留まることに留意されたい。この成果を達成するために、吸入計量弁２４を「Ｄ’」と印された点で一旦閉じると、温度維持燃料注入器１４０はガスの膨張中に燃料を高温ガスの中に注入し、該燃料は該高温ガスと接触すると即座に点火し、該高温ガスはさらに依然として酸素に富む。

該燃料の流量は、例えば図１０に「ＤＩ」と記された注入全工程中に該ガスが膨張するにもかかわらず、該ガスの温度が１１００℃の付近に留まるように計算される。

図１０に「ＦＩ」と記された注入の最後は、これらのガスを受領するように設計された再生熱交換器の熱機械強度を考慮して、膨張の最後のガスの温度が許容範囲、例えば６００℃に留まるように計算される。

図１０に示された戦略は、ストロークＢＣの最後でガスの温度を１１００℃より高くさせる必要があることに留意されたい。これを考慮すると、窒素酸化物の過剰形成を防ぐために、伝達・膨張チャンバ１６は、温度維持燃料注入器１４０の他に、ＮＯｘ対策用水注入器１４１を有することができ、該注入器１４１は、該チャンバ１６内に含有された高温ガスの温度を窒素酸化物の過剰形成の閾値より下に維持するために、該チャンバ１６の中に水を注入することができる。

１１００℃を超える温度は非常に短時間でスロトークＢＣの最後のみに見出されるので、該温度は膨張シリンダ１３、膨張シリンダヘッド１４、または膨張ピストン１５の熱機械強度にあまり影響を及ぼさないことに留意されたい。

容易に想像できるように、温度維持燃料注入器１４０を使用する別の方法は、高温ガスが伝達・膨張チャンバ１６に吸入される瞬間に吸入計量弁２４により該チャンバ１６の中に吸入された該ガスの温度を一時的に上昇させることである。図７では、これはストロークＣＤの間に起きる燃料注入と言い換えることができるはずである。この戦略の結果、その主要構成要素の熱機械強度を危うくすることなく、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の効率が増加するが、その代償としてその窒素酸化物の含有量が上昇する可能性がある排気ガスを生成する。

この場合、膨張したガスの排気ライン２６は、例えば尿素（図示せず）への窒素酸化物の後処理のための触媒を含むことができ、この尿素は該酸素を低減するために上昇したガスの温度を有することが有利である。

伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の最適な有効性のために、高圧再生出口ライン９、高温ガス吸入ライン１９、膨張シリンダ１３、および膨張シリンダヘッド１４の内壁の温度は、これらの様々な要素９、１９、１３、および１４内に含有された高温ガスの温度と同様であることに留意されよう。これにより、ほとんど断熱方式で図７に示されたサイクルを作動することが可能になる。このために該要素は例えばアルミナ、ジルコニア、または炭化ケイ素を主成分とするセラミックから作られる。さらに図６に示されたように、吸入計量弁２４および排気弁３１、ならびにそれらの各座部およびガイドは、弁冷却回路５１によって局部的に冷却され、該回路５１の中で熱伝達剤が循環する。

一旦サイクルが実行されて膨張ピストン１５が出力シャフト１７上に所望の仕事を提供できると、該ピストン１５により膨張したガスの排気ライン２６の中に放出されたガスは、再生熱交換器５の低圧再生ライン７に到着する。このライン７では、該ガスは高圧再生ライン６内を循環する空気にそれらの熱の一部を移行させる。結果として該ガスの温度が約９０℃に降下する一方で、それらの圧力は約１バール絶対圧で変わらないままである。次いで該ガスは大気に放たれる。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関上に高圧圧縮機の出口から機関出口ライン３３に可能な最良の効率を提供するために、該機関１を作り上げる様々な高温要素およびラインを、熱損失を制限する断熱材および／または構造で覆うことができることが見られよう。非制限的例として、該材料は当業者に公知のあらゆる耐火性および等温型であることが可能である一方で、該構造は少なくとも遮熱の形状をとることができる。

さらに実際に可能な最良の作動条件下で膨張ピストン１５と膨張シリンダ１３との間に可能な最良の気密性を保証することは必須であるので、ピストン封止手段５３の決定的な役割が、特に連続して穿孔されたリング１０５から構成された際に、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関上に有効で耐久性のある機能を提供することに留意されよう。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の該ピストン封止手段５３の機能は、特にＯリング１３２からなるリング封止手段１１０の説明および教示として示すに過ぎない、図１９および図２０を見ることにより理解できる。

該図１９および図２０では、一方では圧力分布チャンバ１１９内に広がる圧力と、他方では圧力分布溝１２６、逆圧溝１１７および伝達・膨張チャンバ１６内に広がる圧力との差を示すために、円に囲まれた記号「＋」および「−」が追加されていることに留意されよう。

仮に、伝達・膨張チャンバ１６内に広がる最高圧力は２０バールである一方で、加圧流体源１１２はその最高圧力が４０バールであるリング流体１１３の流量を生成すると想定しよう。これらの圧力値は説明として与えられ、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の設計に関わる当業者によって採用されることが可能である圧力変化を決して限定するものではない。

図１および図２では、そこに表された本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の特定の例示的実施形態に依存して、加圧流体源１１２は出力シャフト１７によって駆動されるピストン型空気圧流体圧縮機１２０であることに留意されよう。有利なことに、低圧圧縮機３５のピストンおよび高圧圧縮機３６のピストンは、膨張ピストン１５の封止手段と同様の封止手段を等しく備え、したがって該手段自体が加圧流体源１１２を使用する。該図１および図２では、低圧圧縮機３５のピストンの封止に協働する圧力チャンバ１２９に供給する加圧流体源１１２は、高圧圧縮機３６に他ならない一方で、ピストン型空気圧流体圧縮機１２０は、高圧圧縮機３６および膨張ピストン１５のピストンの封止に協働する圧力チャンバ１２９に供給することに留意されよう。

図１および図２では、空気圧流体圧縮機１２０の入口はリング流体冷却器５４を介して高圧圧縮機３６の出口、次いでリング流体フィルタ１３８に連結されることにも留意されよう。これらの同図１および図２では、空気圧流体圧縮機１２０の出口は圧力チャンバ１２９に直接連結され、該チャンバ１２９は高圧圧縮機３６のピストンの封止に協働する一方で、該出口を圧力チャンバ１２９に連結でき、該チャンバ１２９は、リング流体温度調節器５５のピストンに依存して、直接またはリング流体冷却器５４を介して膨張ピストン１５のピストンの封止に協働する。したがってリング流体温度調節器５５によりリング流体１１３の温度を調節することが可能になり、リング流体１１３は圧力チャンバ１２９に導入され、圧力チャンバ１２９は膨張ピストン１５のピストンの封止に協働する。

図１９は、加圧流体源１１２がリング流体１１３の生成を丁度開始し、圧力分布チャンバ１１９が圧力を丁度上げ始めたときの、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の該ピストン封止手段５３を示す。この段階で、仮に伝達・膨張チャンバ１６内に広がる圧力は依然として１バール絶対圧に過ぎないと想定しよう。

圧力分布チャンバ１１９が特にＯリング１３２によって封止されると、リング流体１１３は該チャンバ１１９から較正されたオリフィス１１１以外を通って漏れる出口はないことに留意されたい。図１９に示されたように、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の該ピストン封止手段５３の作動段階では、加圧流体源１１２に由来するリング流体１１３の全開流量はまだ確立されていないので、圧力分布チャンバ１１９内に広がる圧力は１０バールに過ぎない。加圧流体源１１２によってまだ４０バールの圧力が発生されていなくとも、連続して穿孔されたリング１０５が、較正されたオリフィス１１１を介してリング流体１１３が漏れているにもかかわらず膨張し始めるのは、圧力分布チャンバ１１９内に広がる圧力が、圧力分布溝１２６、逆圧溝１１７、および伝達・膨張チャンバ１６内に広がる圧力より高いからである。連続して穿孔されたリング１０５の膨張は破線矢印によって表されている。較正されたオリフィス１１１を通って漏れるリング流体１１３の流量は、圧力分布溝１２６、逆圧溝１１７、および膨張ピストン１５と膨張シリンダ１３との間の遊びによって形成された隙間のそれぞれを介して、伝達・膨張チャンバ１６に戻る。

較正されたオリフィス１１１の断面積および加圧流体源１１２によって生成されたリング流体１１３の流量は、リング流体１１３が較正されたオリフィス１１１を通って漏れていても、圧力分布チャンバ１１９内で４０バールの圧力を、その圧力が該源１１２によって効率的に発生された際に、維持できるように計算されることに留意されよう。このことは、連続して穿孔されたリング１０５の膨張を制限する障害がない場合は、連続して穿孔されたリング１０５は、完全に封止された場合と同じだけ、すなわち較正されたオリフィス１１１を有さなかった場合と同じだけ膨張するために、加圧流体源１１２の側にリング流体１１３の流れを十分に受領すると言うことになる。

連続して穿孔されたリング１０５の半径厚さは、該リング１０５を構成する材料の弾性を考慮すると、４０バールの圧力が内部円筒形リング面１０６に加えられる際に、連続して穿孔されたリング１０５の外径が膨張シリンダ１３の内径より大きいとまではいかなくとも、少なくとも等しいように該リング１０５自体を計算される。

圧力分布チャンバ１１９内で圧力が次第に上昇するにつれて、連続して穿孔されたリング１０５の直径は、エアークッション浮上面１１６が膨張シリンダ１３の壁からわずかに離れるまで増加する。このことは図２０に示されている。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の該ピストン封止手段５３の機能のこの段階で、かなりのヘッドロスがエアークッション浮上面１１６と膨張シリンダ１３との間に生じ、該ロスはリング流体１１３の通過を妨害する。その結果として圧力分布溝１２６および逆圧溝１１７内に広がる圧力は、圧力分布チャンバ１１９内に広がる圧力に近い点まで増加する。その結果は、該チャンバ１１９内に広がる圧力は、エアークッション浮上面１１６の領域を除いて連続して穿孔されたリング１０５上に半径方向力をもはや加えなくなる。これに続いて、連続して穿孔されたリング１０５にバネの特性を与え、また膨張への耐性を付与するその弾性に起因して、該リング１０５は縮小し、一方ではエアークッション浮上面１１６と膨張シリンダ１３との間のヘッドロスを低減し、他方では圧力分布溝１２６および逆圧溝１１７内に広がる圧力を下げる効果を有し、これにより連続して穿孔されたリング１０５を再度膨張させる。

確認できるように、一方では連続して穿孔されたリング１０５の剛性からもたらされ、連続して穿孔されたリング１０５の膨張を妨害する収縮力、他方ではエアークッション浮上面１１６と膨張シリンダ１３との間に生成されたヘッドロスにより、連続して穿孔されたリング１０５が比較的不安定な状態になる。実際にこのリング１０５の直径が増加すると、該直径の増加を導く条件が喪失する一方で、該リング１０５の直径が低減すると、該増加を導く条件が再度現れる。

この結果、エアークッション浮上面１１６は、膨張シリンダ１３からわずかに離れた比較的安定した中間位置を見つけざるを得なくなる。該距離は、膨張ピストン１５と膨張シリンダ１３との間の最初の遊び、圧力分布チャンバ１１９内に広がる圧力、連続して穿孔されたリング１０５の剛性、およびリング流体１１３の圧力に曝される内部円筒形リング面１０６の全軸長に対するエアークッション浮上面１１６の全軸長に起因する。また該距離は逆圧溝１１７の深さにも起因し、逆圧溝１１７の深さ自体はさらなるヘッドロスを構成する。

ここで考慮した例示的機能によれば、一旦４０バールの圧力が圧力分布チャンバ１１９内に確立されると、エアークッション浮上面１１６と膨張シリンダ１３との間の距離は、約数ミクロン、または約１ミクロン、または１ミクロンに満たないことさえある。依然として逆圧空洞１１５から伝達・膨張チャンバ１６に進み、反対方向に進まないリング流体１１３の流れと組み合わされ、膨張ピストン１５と膨張シリンダ１３との間に優れた封止を生成するのがこの短い距離である。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の該ピストン封止手段５３の特定モードの機能を考慮すると、連続して穿孔されたリング１０５は自然に膨張シリンダ１３の中心になり、該シリンダ１３の円形または円筒形のあらゆる欠陥にそれ自体が順応する傾向があることに留意されよう。実際に連続して穿孔されたリング１０５の位置は、まず連続して穿孔されたリング１０５の剛性によって与えられた該リング１０５の総合収縮力と、次に連続して穿孔されたリング１０５の周辺および軸長の各点に加えられた局部的な半径方向力との間の均衡から生じ、該力はエアークッション浮上面１１６と膨張シリンダ１３との間の空気力学の相互作用から生じる。

また本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の該ピストン封止手段５３は、それらの設計において様々な調節が可能であることにも留意されよう。例えば他のすべてが同じであれば、較正されたオリフィス１１１の断面の寸法は、特にエアークッション浮上面１１６と膨張シリンダ１３との間に残った距離を決定し、したがって該距離は、連続して穿孔されたリング１０５の剛性によって、特にその厚さに依存して調節される。

まさに説明された機能から、加圧流体源１１２によって発生された圧力は、伝達・膨張チャンバ１６内に広がる圧力より常に大きいことが必要不可欠であることが容易に推察される。これは、十分に長い時間規模で、加圧流体源１１２によって発生された圧力を伝達・膨張チャンバ１６内に起こる最高圧力に適応させる可能性を除外するものではない。しかし圧力チャンバ１２９が定比逆止弁１４０を有する場合は、圧力分布チャンバ１１９内に広がる圧力は、伝達・膨張チャンバ１６内に広がる圧力のように短い時間規模で変化することができることに留意されよう。例えば膨張ピストン封止手段５３を受領する本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の膨張ピストン１５が、単一の伝達・膨張チャンバ１６を膨張シリンダ１３で画定するに過ぎない場合は、この戦略を採用することができる。

したがって本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の該ピストン封止手段５３は、膨張ピストン１５と膨張シリンダ１３との間に有効で耐久性のある封止を生成するために強固な解決策を構成することが理解されよう。

実際に、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関は、膨張シリンダ１３および膨張ピストン１５の作動温度が約１０００℃以上であることを必要とする。このような温度では、セグメントまたはリングにいかなる種類の潤滑油も使用できない。さらに該シリンダ１３および該ピストン１５を作成するために使用される材料にかかわらず、アルミナ、ジルコン、もしくは炭化ケイ素を主成分とするセラミック、またはあらゆる他の材料であっても、このような温度で該シリンダ１３と封止セグメントまたはガスケットとの間にはいかなる接触も不可能である。

そうではあっても、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の該ピストン封止手段５３は、確かにこのような作動条件に適合する。実際に連続して穿孔されたリング１０５が膨張シリンダ１３と決して接触しないのは、該リング１０５はリング流体１１３の薄膜により該シリンダ１３から分離されるからであり、該リング流体１１３は、非限定的例として大気であることが可能である。さらに連続して穿孔されたリング１０５は、該リング１０５を通過し、内部円筒形リング面１０６および外部円筒形リング面１０７をスイープするリング流体１１３の流れにより絶えず冷却される。この冷却を支援するために圧力分布チャンバ１１９は図１３〜図１８に示された手段などのリング流体分散手段１２４を収容できることに留意されたい。該冷却により、数百℃に過ぎない該鋼鉄の焼き戻し温度を越えることなく、特に所望の機械強度を有する鋼鉄から作成された連続して穿孔されたリング１０５を使用することができる。１０００℃より高くされたセラミックから作成された膨張シリンダ１３内で、数百℃にされた鋼鉄から作成された連続して穿孔されたリング１０５を使用することにより、さらに該リング１０５と該シリンダ１３との間の機能的遊びが良好な条件下で制御され、これは計算により容易に実証される。このことは、鋼鉄が酸化から守る層で被覆されるか否かにかかわらず、特にセラミックの膨張係数より高い鋼鉄の膨張係数に起因する。

また連続して穿孔されたリング１０５を冷却すると、当然の結果としてリング流体１１３を局部加熱することにも留意されたい。これにより一方では該流体１１３の体積流量を質量流量にまで増加でき、他方では例えば該流体１１３が大気で構成される場合は、該流体１１３の粘性、ひいては該流体１１３の浮力を増加できる。これは有利なことに、加圧流体源１１２によって生成されたリング流体１１３の流量を低減できる一方で、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の該ピストン封止手段５３が所望の条件下で機能できる。またリング流体１１３を圧力チャンバ１２９の中に導入する前に、リング流体１１３の温度を調節することができ、これにより連続して穿孔されたリング１０５の作動温度を、ひいては該リング１０５と該膨張シリンダ１３との間の機能的遊びを調節することができることにも留意されたい。

またエアークッション浮上面１１６と膨張シリンダ１３との間を流れるリング流体１１３の流量は、該シリンダ１３の永久洗浄を確保することにも留意されよう。したがっていかなる種類の粒子および残留物も膨張シリンダ１３に付着できない。さらに伝達・膨張チャンバ１６内のガスの圧力は圧力分布チャンバ１１９内に広がる圧力より低いので、該チャンバ１６に由来する粒子はエアークッション浮上面１１６と膨張シリンダ１３との間を通ることができない。また図１および図２に示されたように、エアークッション浮上面１１６の最適機能を保証するために、リング流体１１３が圧力分布チャンバ１１９の中に導入される前に、粒子の直径が例えば１ミクロンを超えるあらゆる粒子の該流体１１３を浄化する、リング流体フィルタ１３８を提供することができることに留意されよう。

図３は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の一変形を示し、それによって圧縮機２はもはや低圧圧縮機３５および高圧圧縮機３６から構成されないが、単一の二重作用ピストン型圧縮機からなる。しかし図３では該圧縮機２は水注入器５６と協働し、水注入器５６は、圧縮機入口ライン３内を循環するガスが該圧縮機２の吸引・送達チャンバ５８の中に導入される前に、液体水５７を該ガスの中に噴射することに留意されたい。

このように該ガス内に液体水５７を追加する成果は、該ガスの等温線付近の圧縮が吸引・送達チャンバ５８内で起きることである。実際にそれらの圧縮中に、液体水５７の液滴を投入した該ガスは該液滴に該ガスの熱を移行させる。したがって該液滴内に含有された液体水５７の一部は、該環境ガスが液体水５７の対応する潜熱を移行すると気化される一方で、他方の部分は液相内に残り、温度が上がり、該ガスは液体水５７の対応する顕熱を該他方に移行する。

この戦略の成果は、該ガスを圧縮するために出力シャフト１７から取り出される仕事が大きく低減することである。この圧縮に抗する仕事の低減は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の効率の増加になる。

ガスと液体水５７の混合物が一旦圧縮機出口ライン４を介して圧縮機２から放出されると、空気／水分離器５９は、気化されなかった液体水５７を回収する任務を負い、該液体水５７は液体水冷却器７７内で冷却された後に再度注入されてもよい。

圧縮機２内で気化された液体水５７のごく一部は、例えば膨張ピストン１５によって膨張される前に、燃焼器３８内で１１００℃の温度までにすることを目的とした追加のガス質量を構成することに留意されたい。したがって生成された追加の有益な仕事は、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の効率にとって同様に好ましい。

再度図３を参照すると、圧縮機２内で液体水５７の気化したわずかな損失を補償するために、凝縮ガス乾燥機６０を機関出口ライン３３上に提供できることに留意されよう。該乾燥機６０は低圧再生ライン７から放出されたガス内に残っている水蒸気の一部を凝縮させる機能を有し、該水蒸気は同時に、水注入器５６によって圧縮機入口ライン３の中に予め噴射された液体水５７の圧縮機２内の気化、および燃焼チャンバ４０内の炭化水素の燃焼に由来し、該燃焼は燃料の水素と酸化剤の組合せにより水を生成し、この場合は、また本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関のこの例示的実施形態によれば、酸化剤は大気中の酸素である。

図３に示されたように、本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の変形は、該変形が比較的複雑であるため、特に船用推進力などの可動式の産業上応用、または揚水貯蔵もしくは圧縮型発電装置などの定置式の産業上応用に適合されることが理解されよう。しかしある特定の小型化および適正な統合努力を用意しているので、該変形は重量もしくは軽量の幹線道路輸送、またはいかなる制約もないあらゆる他の応用にも対処できる。

本発明による伝達・膨張および再生機能１を備える熱機関の可能性は、説明された用途だけに限定されず、さらに前述の説明は例として与えられたに過ぎず、決して本発明の範囲を限定せず、本発明は説明された実行の詳細をあらゆる他の等価物に置換することによって逸脱することはないことを理解されたい。

Claims (39)

1. ・圧縮機入口ライン（３）を介してある特定の圧力でガスを吸引し、前記ガスをより高い圧力で圧縮機出口ライン（４）内に排出することができる、少なくとも１つの圧縮機（２）と、
   ・少なくとも１つの高圧再生ライン（６）および少なくとも１つの低圧再生ライン（７）からなる、少なくとも１つの再生熱交換器（５）であって、前記高圧ライン（６）の第１の端部（８）は前記圧縮機出口ライン（４）に連結される一方で、前記低圧再生機能（７）内を循環する前記ガスは前記ガスの熱の一部を前記高圧再生ライン（６）内を循環する前記ガスに移行させることができる、少なくとも１つの再生熱交換器（５）と、
   ・前記高圧再生ライン（６）を備える第２の端部（１１）に結合された第１の端部（１０）を有する、少なくとも１つの再生機高圧出口ライン（９）と、
   ・前記再生機高圧出口ライン（９）のあらゆる所与の場所に置かれ、前記ライン（９）内を循環するガスを過熱することができる、少なくとも１つの熱源（１２）と、
   ・少なくとも１つの膨張シリンダ（１３）であって、その少なくとも１つの端部は前記シリンダ（１３）に一体化された、または前記シリンダ（１３）に取り付けられた膨張シリンダヘッド（１４）によって閉じられ、前記シリンダ（１３）は膨張ピストン（１５）を収納し、前記シリンダ（１３）は前記ピストン（１５）とともに様々な体積の伝達・膨張チャンバ（１６）を形成するために気密性を生成し、前記ピストン（１５）は前記シリンダ（１３）内を動くことができ、前記ピストン（１５）が前記膨張シリンダ（１３）内で往復運動を実行するとき、出力シャフト（１７）に連続回転運動を付与するように、機械伝送手段（１８）により前記シャフト（１７）に直接または間接的に連結される、少なくとも１つの膨張シリンダ（１３）と、
   ・再生機高圧出口ライン（９）を備える第２の端部（２１）に連結された第１の端部（２０）を有する、高温ガスのための少なくとも１つの吸入ライン（１９）であって、前記吸入ライン（１９）は、前記高温ガス吸入ラインの口（２３）を介して前記膨張シリンダ（１３）に入るために前記膨張シリンダヘッド（１４）を通過する第２の端部（２２）を有する、少なくとも１つの吸入ライン（１９）と、
   ・計量弁アクチュエータ（２５）によって作動される少なくとも１つの吸入計量弁（２４）であって、前記弁（２４）は前記高温ガス吸入ラインの前記口（２３）を開き、または遮断できる、少なくとも１つの吸入計量弁（２４）と、
   ・膨張したガスの排気ラインの口（２８）を介して前記膨張シリンダ（１３）に入るために前記膨張シリンダヘッド（１４）を通過する第１の端部（２７）を有する、前記膨張したガスのための少なくとも１つの排気ライン（２６）であって、前記排気ライン（２６）は前記低圧再生ライン（７）を備える第１の端部（３０）に連結された第２の端部（２９）も有する、少なくとも１つの排気ライン（２６）と、
   ・排気弁アクチュエータ（３２）によって作動される少なくとも１つの排気弁（３１）であって、前記弁（３１）は前記膨張したガスの排気ラインの前記口（２８）を開く、または遮断することができる、少なくとも１つの排気弁（３１）と、
   ・前記低圧再生ライン（７）を備える第２の端部（３４）の延長部内に置かれた、または前記低圧再生ライン（７）を備えた単片を構成するために前記第２の端部（３４）と組み合わせた、少なくとも１つの機関出口ライン（３３）と、
   を備えることを特徴とする、伝達・膨張および再生機能（１）を備えた熱機関。
2. 前記圧縮機（２）は２段式であり低圧圧縮機（３５）からなり、前記低圧圧縮機（３５）の出口は中間圧縮機冷却器（３７）を介して高圧圧縮機（３６）の入口に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
3. 前記出力シャフト（１７）は回転時に前記圧縮機（２）を駆動することを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
4. 前記圧縮機入口ライン（３）は水注入器（５６）を有し、前記水注入器（５６）は、前記ライン（３）内で循環する前記ガスの中に液体水（５７）を噴射した後、前記ガスは吸引・送達チャンバ（５８）の中に吸入され、前記吸引・送達チャンバ（５８）は前記ガスを吸引する前記圧縮機（２）によって画定されることを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
5. 前記圧縮機（２）は吸引・送達チャンバ（５８）を画定し、水注入器（５６）はその中に入り、前記水注入器（５６）は、前記ガスが前記圧縮機（２）により前記圧縮機入口ライン（３）を介して吸引された後、前記チャンバ（５８）の中に吸入された前記ガスの中に液体水（５７）を噴射できることを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
6. 前記圧縮機出口ライン（４）は空気／水分離器（５９）を有することを特徴とする、請求項４または５のいずれか１項に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
7. 前記機関出口ライン（３３）は凝縮ガス乾燥機（６０）を有することを特徴とする、請求項４または５のいずれか１項に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
8. 前記圧縮機（２）は圧縮機吸入計量弁（６６）を有し、その開閉は圧縮機吸入計量弁アクチュエータ（６７）によって制御され、前記弁（６６）は開いて前記圧縮機入口ライン（３）と吸引・送達チャンバ（５８）との間を連結させることができ、前記チャンバ（５８）は前記圧縮機（２）によって画定されることを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
9. 前記高圧再生ライン（６）および前記低圧再生ライン（７）はそれらの長さのすべてまたは一部に対して並んで置かれ、前記高圧再生ライン（６）内に含有された前記ガスの循環の方向は、前記低圧再生ライン（７）内に含有された前記ガスの循環の方向と反対であり、２つの前記ライン（６、７）は向流熱交換器（４１）を構成することを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
10. 前記熱源（１２）は、燃料注入器（３９）および燃焼チャンバ（４０）からなる燃焼器（３８）であることを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
11. 前記熱源（１２）は、一次熱交換器（４６）からなり、前記一次熱交換器（４６）は直接または二次熱輸送回路（４８）を介して前記熱を前記高圧再生機ライン（９）内で循環する前記ガスに伝送するために、ユニバーサル熱源（４７）から熱を抽出することを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
12. 前記膨張シリンダヘッド（１４）は均圧ゲート（４９）を有し、前記ゲート（４９）は前記伝達・膨張チャンバ（１６）および前記高温ガス吸入ライン（１９）を連結するラインを遮断し、または開いたままにし、前記伝達・膨張チャンバ（１６）内に広がる圧力が前記高温ガス吸入ライン（１９）内に広がる圧力より大きい場合は、前記ガスが前記チャンバ（１６）から前記ライン（１９）に通過するように前記ゲート（４９）は開き、そうでなければ前記ガスが前記ライン（１９）から前記ゲート（４９）を介して前記チャンバ（１６）に通過できないように前記ゲート（４９）は閉じることを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
13. 前記伝達・膨張チャンバ（１６）は少なくとも１つの温度維持燃料注入器（１４０）を有することを特徴とする請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
14. 前記伝達・膨張チャンバ（１６）は少なくとも１つのＮＯｘ対策用水注入器（１４１）を有することを特徴とする請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
15. 前記膨張ピストン（１５）は膨張ピストンロッド（６８）により前記伝送の機械的手段（１８）に連結され、前記ロッド（６８）は前記膨張シリンダヘッド（１４）を通過し、ロッド封止手段（６９）により前記ロッド（６８）と前記シリンダヘッド（１４）との間に封止が達成されることを特徴とする請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
16. 前記ロッド封止手段（６９）は上ロッド封止（７０）および下ロッド封止（７１）を備え、油循環チャンバ（７２）を形成するために２つの前記封止（７０、７１）の間を十分に離間し、前記チャンバ（７２）の中に冷却および潤滑油供給ライン（７３）が入り、前記チャンバ（７２）から冷却および潤滑油出口ライン（７４）が出ることを特徴とする、請求項１５に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
17. 前記ロッド封止手段（６９）は前記油循環チャンバ（７２）の内側または外側に埋め込まれたロッドガイドカラー（７６）と協働することを特徴とする、請求項１６に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
18. 前記伝送の機械的手段（１８）は連結ロッド（４２）からなり、その１端は前記膨張ピストン（１５）内で直接または間接的に接合し、他端は前記出力シャフト（１７）と一体化したクランク（４３）を中心に接合することを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
19. 前記吸入計量弁（２４）および／または前記排気弁（３１）は前記膨張シリンダヘッド（１４）内に収納された弁箱（５０）内に直接または間接的に導かれ、前記箱（５０）は前記弁（２４、３１）が封止を形成するためにその上に着座できる座部を有する一方で、前記座部および／または前記弁（２４、３１）を導く前記弁箱（５０）の一部は弁冷却回路（５１）によって冷却され、その中で熱伝達流体が循環することを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
20. 前記膨張ピストン（１５）はピストン封止手段（５３）を有することを特徴とする、請求項１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
21. 前記ピストン封止手段（５３）は、
    ・内部円筒形リング面（１０６）、外部円筒形リング面（１０７）、および２つの軸リング面（１０８）を有する、少なくとも１つの連続して穿孔されたリング（１０５）であって、前記リング（１０５）は前記膨張ピストン（１５）内に配置された少なくとも１つの環状溝（１０９）内に埋め込まれる一方で、前記リング（１０５）は前記環状溝（１０９）からでることができずに前記環状溝（１０９）内で半径方向に動くことができる、少なくとも１つの連続して穿孔されたリング（１０５）と、
    ・前記環状溝（１０９）が伝達回路（１１４）により加圧流体源（１１２）に連結された圧力分布チャンバ（１１９）を前記連続して穿孔されたリング（１０５）で画定するように、各軸リング面（１０８）と前記環状溝（１０９）との間に封止を生成する、リング封止手段（１１０）と、
    ・前記連続して穿孔されたリング（１０５）の半径厚さを貫通する、少なくとも１つの較正されたオリフィス（１１１）と、
    ・前記連続して穿孔されたリング（１０５）の少なくとも１つのエアークッション浮上面（１１６）であって、前記浮上面（１１６）は前記圧力分布チャンバ（１１９）の反対側に配置される、少なくとも１つのエアークッション浮上面（１１６）と、
    を備えることを特徴とする、請求項２０に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
22. 前記ピストン封止手段（５３）は少なくとも１つの逆圧空洞（１１５）を備え、前記空洞（１１５）は軸方向に出ず、前記空洞（１１５）によって占有されていない前記外部円筒形リング面（１０７）が前記エアークッション浮上面（１１６）を構成するように、前記空洞（１１５）は前記外部円筒形リング面（１０７）で空洞化されることを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
23. 前記ピストン封止手段（５３）は逆圧空洞（１１５）を備え、前記空洞（１１５）は前記外部円筒形リング面（１０７）の軸長をほぼ中心とするわずかな深さの逆圧溝（１１７）からなり、前記溝（１１７）は前記外部円筒形リング面（１０７）の全周上に作られることを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
24. 前記較正されたオリフィス（１１１）は前記逆圧空洞（１１５）の中に出ることを特徴とする、請求項２２および２３のいずれか１項に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
25. 前記較正されたオリフィス（１１１）は、前記逆圧空洞（１１５）の底部で空洞化された圧力分配空洞（１２５）によって前記逆圧空洞（１１５）の中に出ることを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
26. 前記圧力分布空洞（１２５）は前記外部円筒形リング面（１０７）の軸長をほぼ中心とする圧力分布溝（１２６）からなり、前記圧力分布溝（１２６）は前記外部円筒形リング面（１０７）の全周上に作成されることを特徴とする、請求項２５に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
27. 前記逆圧空洞（１１５）を受領する前記外部円筒形リング面（１０７）または前記内部円筒形リング面（１０６）の２つの軸縁部の少なくとも１つは、縁部板隙間（１１８）内で終了することを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
28. 前記リング封止手段（１１０）は、一方では前記連続して穿孔されたリング（１０５）と一体化されたリング封止唇（１２１）からなり、他方では前記環状溝（１０９）の内側またはリムと気密な接触を確立することを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
29. 前記リング封止手段（１１０）は、前記連続して穿孔されたリング（１０５）の軸端部の少なくとも１つの付近に配置された薄型軸部（１３９）からなり、前記軸部（１３９）は前記環状溝（１０９）に気密に一体化され、前記連続して穿孔されたリング（１０５）の直径が前記溝（１０９）の直径に対して増減できるように十分に可撓性であることを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
30. 前記連続して穿孔されたリング（１０５）は可撓性材料から作成され、少なくとも１つの周囲環状バネ（１２３）を備え、前記バネ（１２３）は前記リング（１０５）の直径を低減する傾向があることを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
31. 前記圧力分布チャンバ（１１９）はリング流体分散手段（１２４）を収納し、前記手段（１２４）は前記圧力伝達回路（１１４）に由来する前記リング流体（１１３）に、前記較正されたオリフィス（１１１）を介して漏れる前に、前記内部円筒形リング面（１０６）の可能な最大面積をスイープさせることを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
32. 前記リング流体分散手段（１２４）は前記環状溝（１０６）の底部に埋め込まれた分散板（１３６）からなり、前記板（１３６）の軸端部の少なくとも１つは、前記分散板の少なくとも１つのオリフィスまたは横方向溝（１３７）を提供され、前記オリフィスまたは横方向溝（１３７）は前記圧力伝達回路（１１４）に由来する前記リング流体（１１３）をその軸端部の少なくとも１つにより前記圧力分布チャンバ（１１９）に入れることを特徴とする、請求項３１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
33. 前記環状溝（１０９）は半径方向環状端部停止部（１２７）を有し、前記停止部（１２７）は前記連続して穿孔されたリング（１０５）の前記溝（１０９）内への貫通を制限することを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
34. 前記圧力伝達回路（１１４）は圧力入口管（１２８）からなり、前記膨張シリンダ（１３）に平行であり、前記膨張ピストン（１５）と一体化され、前記管（１２８）の第１の端部は前記ピストン（１５）の内側に入る一方で、前記管（１２８）の第２の端部は、その中で前記管（１２８）の第２の端部を長手方向に気密にずらすことができる前記圧力チャンバ孔（１３０）を介して、前記加圧流体源（１１２）に連結された圧力チャンバ（１２９）の中に入ることを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
35. 前記圧力入口管（１２８）は少なくとも１つの半径方向圧力入口ライン（１３１）により前記圧力分布チャンバ（１１９）に連結されることを特徴とする、請求項３４に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
36. 前記圧力チャンバ（１２９）は定比逆止弁を介して前記加圧流体源（１１２）に連結され、前記定比逆止弁により前記リング流体（１１３）は前記源（１１２）から前記チャンバ（１２９）に進むことはできるが、前記チャンバ（１２９）から前記源（１１２）に進むことはできないことを特徴とする、請求項３４に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
37. 前記環状溝（１０９）は膨張バネ（１３３）を収納し、前記バネ（１３３）は前記内部円筒形リング面（１０６）上に半径方向力を掛けるために前記溝（１０９）を圧迫することを特徴とする、請求項２１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
38. 前記膨張バネ（１３３）は接触により前記環状溝（１０９）と前記連続して穿孔されたリング（１０５）との間に封止を生成することを特徴とする、請求項３７に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
39. 前記膨張バネ（１３３）は、前記リング流体の分散手段（１２４）を流体分散オリフィス（１３４）および／または流体分散溝（１３５）で構成するように、少なくとも１つの前記オリフィス（１３４）および／または少なくとも１つの前記溝（１３５）を提供されることを特徴とする、請求項３１に記載の伝達・膨張および再生機能を備えた熱機関。
    

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