JP3778931B2 - リニア発電機 - Google Patents

Description

本願のクレームは、自己（autogenous）発電機の分野に関し、特に、クランクシャフトのない内燃機関において、ピストンの往復運動により供給される機械エネルギーの電流への変換が、前記ピストンと一体的に移動する永久磁石と、この移動する磁石の磁界の中に周期的にさらされる固定巻線との相互作用により行われる発電機に関する。
このような発電機が、例えば照明や加熱用に直接的に用いることが可能な電流や、陸上、水上あるいは空中を移動する様々な態様に対して使用しうる電気モーターに供給する電流をつくり出すことに適していることは明らかである。
しかしながら、発電機を使用する場合、環境汚染及び騒音公害を最小限にしつつ、当該発電機が出力及び調節の面で優れた特性を発揮することが要求される。
この種の発電機で既に知られているものは、上記要求の面でかなりの制限がある。重要な例として、英国特許出願第２２１９６７１Ａ号に記載されている発電機がある。この発電機においても、固定巻線に対して磁石が交互に移動することにより電気エネルギーの生成がなされている。前記磁石は、クランクシャフトのない内燃機関においてピストンと一体的に移動する。しかしながら、各部材の配置、及びこれらの設計に関しては、以下に述べるものとは実質的に相違する。すなわち、前記磁石は、巻線を含む機構の中間横切り面に実質的に位置する固定点に対して振動し、これに加えて、前記固定巻線は、発電機の外部において利用可能な電気エネルギーを生成したり、あるいは電気エネルギーを消費して前記磁石を突出させ、前記ピストンに圧縮の戻り行程を行わせるように、交互に使用することが可能である。従って、供給されるエネルギーに対応し、この装置の大きさが、本発明の係る発電機に必要な寸法よりもかなり大きくなることは明らかである。本発明の場合、以下で明らかとなるように、電気エネルギーは磁石が巻線に入るとき、及び逆方向に戻るときの双方で発生し、当該機構の始動及び制御は、単にサイクル当たりの燃料の量を変更することにより簡単に行える。
しかしながら、上記英国特許の装置の一般的調整を行うことは、内燃機関部分及び電磁気部分の双方に関し、ともに極めて複雑であり高価である。これは、取り入れる空気の圧力や量、燃料の量、及び巻線を流れる電流に関連する特性値（インピーダンス、抵抗値、方向など）をサイクルごとに電気的に制御しなければならないからである。
例えば取り入れる空気量の調整は、ガソリン燃焼の場合には２行程及び４行程の双方に対してほぼ化学量論的測定により行う必要がある。そして当該調整は、ガソリンの吸入及び空気取入れ遮断弁をも操作し、上記の電気的値とは独立に行わなければならない。その後、今説明した初期調節の結果に応じ、問題の電気的値をサイクルごとに順次調節する必要がある。これは、膨大な分量のデータを蓄え、補間するための適切なコンピュータ設備を用意しなければならないことを意味するが、このために前記装置は高価で取扱いが難しいものとなる。
それぞれのサイクルにおいて発生する電気エネルギーの量及び電圧は、主に磁石の時間当たりの振動回数に依存しており、圧縮行程が変化する際に前記内燃機関によってうみだされる機械エネルギーの量に直接的あるいは自動的に比例しない。一般にこれが意味するところは、かなりの大きさの蓄電池を、当該電池の充電を行う内燃部分と、当該蓄電池から供給をうける電気モーターとの間に設けて使用しなければならないということである。
クランクシャフトがないことを除き、前記内燃機関の機能上のレイアウトは実質的に従来型のものと同様である。従って、その目的は、必要とされる高温度及び圧力を得るべく、サイクル当たりのエネルギーを最大にすることにより、すぐれた全効率を達成することにある。
これはエネルギーのみを考慮したものであるが、汚染を問題にする場合には事情は異なり、シリンダ内部を高温とし、実質的な化学量論量の混合気をもとにして述べたように前記装置を操作する場合、亜酸化窒素や一酸化炭素などの有毒物質の形成を阻止することは、実質的に不可能である。
同様のリニア発電機の別の例は、ジャレット（Jarret）エンジンを含むものであって、電流により圧縮行程におけるピストンの戻りの制御を行うことで、問題点は軽減されるが、上述したその他すべての不利益が存在し、加えて、既に大きな損失をさらに増大させないようにするために、音響共鳴によりサイクルごとに新気をシリンダ内に取り入れるのであるが、これは限定されたサイクル周波数範囲内においてのみ実現可能であり、この種のエンジンは、実質的に電気的によって始動され、２６：１の程度の非常に高いほぼ一定の圧縮率で使用する。これは、燃料としてはナフサを使用すること、非常に高速の一定した速度でのみ操作することには適しているが、冷却によって熱を一部を取り除き、粒子に関する問題点を解消することなどが必要である、ということを意味する。
本発明の発明者は次の結論に到達した。すなわち、化学反応による汚染、設計の複雑さ、中間の蓄電池を使用する必要性、制御性能及び効率の悪さ、といった諸問題を同時に解消するためには、電磁気部分及び内燃機関部分が協働して１つの機能的な、それ自身完全に一体化しているユニットを形成することにより、可変ピストンストロークの動きにより、内燃機関により生成される機械エネルギーの量が、いかなるストロークに対しても、熱力学、気体燃焼及び電磁気学の法則に従い、電流をつくり出す電磁気部分によって吸収されるエネルギーの量に正確に対応するような発電機が必要である。
この考えに基づき、本来のシリンダに加えて１つ以上の予燃焼室を用い、電気的に制御され、主として１サイクルにおいて供給される燃料の量及びピストンの圧縮行程の端点位置のみを制御することによりなされる。以下で詳しくのべるように、これら全ては、使用する熱力学的サイクルの、非常に低い最大温度、中間温度、及び最小温度（内燃機関に対する通常温度の約半分）において達成されるので、公害の発生は実質的にゼロであり、すべての作動速度において内燃部分の全効率は非常に高くなる。
上記事柄に基づき、本発明者は、本特許出願に開示する対象を発明し、それは自己発電機に関するものであって、エネルギー発生が１つ以上の永久磁石に連結された固定巻線を含む電磁機構の間の連結によって実現され、前記磁石が２行程内燃機関の１つ以上のピストンの往復運動と一体的に変位し、当該内燃機関は可変圧縮行程を伴って作動し、各ピストンは前記シリンダにおける燃焼及び膨張によって膨張行程を完了し、機械エネルギーを戻すための装置の作用により圧縮行程を完了し、添付の請求項１の特徴部分を特徴とする。
これまでに言及した利点については、添付の図面を参照しつつ行う、発電機に関する以下の詳細な説明で明らかとなろう。
図１は、本発明に基づく、単一シリンダの２行程発電機の構成例を示す長手方向概略断面図である。
図２は、互いに対向する２つのピストン及び単一の共通燃焼室を有する別の構成例を示す、長手方向概略断面図である。
図３は、２つの燃焼室と一体的な、対をなす４つのピストンを具備する、本発明に基づく発電機の概略平面図である。
図４は、磁石及び固定巻線の案内構造レイアウトを示す、長手方向断面図である。
図５は、混合気における空気／ガソリン重量比の関数としてのガソリン燃焼比率を表す図である。
図６は、掃気のための補助ピストンを備えた単一シリンダを有する構成の一例を示す長手方向断面図である。
図７は、本発明に基づく発電機の内燃機関の全効率を示す曲線である。
図８は、その消費率を示す曲線である。
図９は、２つの噴射ノズルを有する切頭円錐形の予燃焼室の一例を示す。
図１は発電機を示している。当該発電機の磁石３及び固定巻線２は、ピストン４の膨張行程が進行するときにはそれらの連結状態が減少するように、ピストン４の圧縮行程が進行するときには増加するように配置される。しかしながら、上記とは逆に、すなわち磁石３と巻線２との連結状態が膨張行程とともに増加するように各部材を組合わせるなど、他の構成を採用することも可能である。
前記発電機はシリンダ５を備えており、その中でピストン４が変位する（図１）。同一構成の２つの磁石３はシリンダの軸心に関して対称に配置されているとともに、フォーク部材４’を介して前記ピストンと一体的に形成されている。当該磁石３は、ピストン４の圧縮行程及び膨張行程からなるサイクルと深く関連づけられており、その関連の度合いは２つの固定巻線２機構内部における前記行程の長さに依存する。当該巻線機構も互いに同一であり且つ対称的である。
すでに述べたように、圧縮行程が進行するにつれて、各磁石３及びこれに協働する巻線２の間の連結状態は増加し、逆に膨張行程の進行に伴い減少する。
ピストン４は、燃料の燃焼を伴う圧縮ガスの膨張により一方向に変位し、この機械エネルギーを戻すべく構成された機構により逆方向に変位する。これは、例えば１つ以上のねじりコイルばねであってもよいし、電気エネルギーを利用して機械エネルギーをピストンに返す周知の型の電磁装置を含む、他の機構であってもよく、これには上述した周知の発電機の例があるが、後者はより複雑で高価である。
噴射ノズル１４を介して供給される燃料は、予燃焼室１０に含まれた空気の体積の少なくとも一部と略化学量論量で飽和すべく、霧状態にある。当該予燃焼室は、実質的に円錐形状であり、シリンダ５に対して開いているベース１０’を有している。
前記ピストン／磁石アセンブリは、２つの回転（又は慴動）摩擦機構１５，１６により支持される。当該機構は、前記シリンダ５の本体に固定してもよく、これにより、機械的損失を最小限に抑えて、上述の行程を実行することが可能となる。
図１には、非駆動位置にある２行程機関を含む発電機１が描かれており、その作動の説明は容易である。すなわち、始動するために必要とされるのは、適切な霧状態にある燃料を予め設定された量だけ予燃焼室１０及びサイクルを起動するときだけであるがシリンダ５に噴射すること、及び予燃焼室１０を構成する前記円錐形のベース１０’の近傍に設けられた電極１３間にスパークを起こすことだけである。
空気／燃料混合気の爆発により前記ピストン／磁石アセンブリは前記ばね７の方向に変位し、当該ばねを圧縮する。その後、当該ばねは再び延びた状態に戻って、吸収した機械エネルギーと同量のエネルギーを返すことにより、ピストン４による所定のもどり圧縮行程が実行される。
上記圧縮行程の程度は、前記初期爆発の後にピストン４が得た機械エネルギーに依存する。この際、当該エネルギーからは、両方向へのストロークによって巻線２において電気エネルギーに変換されるエネルギー量及び様々な損失が差し引かれる。
この後、ピストン４に残留した機械エネルギーは、特定の長さの圧縮行程に利用される。
圧縮行程の終了時点で、予燃焼室１０に含まれる気体の密度及び質量は、得られる圧縮値に対応する程度にまで増加する。そして対応する化学量論量に等しいか、あるいはわずかに多い量の燃料を噴射ノズル１４により供給する。当該燃料は前記電極１３によって点火する。前記電磁機構が本発明に基づき設計及び構成されている場合を考える。すなわち、この圧縮行程、及び明らかな物理的理由により圧縮とともに増加する関連するピストンの速度曲線に対し、ピストン４の往復行程において前記電磁機構によって吸収されて電気エネルギーを生み出す機械エネルギーが、燃料サイクルにおいて生み出されるエネルギー（正味の出力）と完全に等しい場合には、ピストン４は１つの膨張行程に加えて、以前と同じ位置で止まる１つのもどり圧縮行程を行い、圧縮比は変化しない。
従って、不定回数のサイクルに対して同じ量の燃料を噴射することにより、定常状態において前記発電機を操作することができる。
１サイクルにおける電気エネルギーの発生量を増加するためには、予燃焼室１０に噴射する燃料を所定分量、増加するだけでよい。
定常状態における最後のサイクルと比較したときの、燃焼により発生したエネルギーの増加分は、電気エネルギー発生量における増加分と圧縮比の増加分に分配される。これにより、圧縮行程の終わりでピストン４が占める新しい位置にのみ依存する新しい値が得られることになる。その後は、予燃焼室１０に含まれるより大きな質量の空気に適する分量の燃料を、新しい状態に適合するように噴射する必要がある。そして、上述した事柄に従うならば、換言すれば、この新しい圧縮行程及びピストン４に関する速度曲線に対して、前記電磁機構により吸収されるエネルギー（すなわち、サイクル当たりに発生する電気エネルギー量を電磁効率で割ったもの）が、新しい状態のもとで燃焼により供給される新しいエネルギー値と正確に同じである場合には、この新しい状態の元で、新たな定常状態となる。明らかに、これと同様のことが減速及びピストンストロークの減少の場合にも当てはまる。ただし、このときにはサイクル当たりの燃料の量は増加ではなく減少させる必要がある。
定常状態において、前記予燃焼室１０における飽和空気を正確な化学量論量、すなわち約１２．２の空気／ガソリン重量比よりも約２０％増加させることを本発明者は勧める。
このような状況において、すでに述べたように、先行するサイクルに比較して最高１４％まで燃料を増加及び減少するとともに、予燃焼室１０内部における混合状態を常に維持して、最適値（図５）にできるだけ近い燃焼速度を実現することにより、ピストン４の迅速な加速及び減速が実現されるが、これに関連してサイクルの形態及び熱力学的効率において有利さが得られる。スピードを変化させるときに濃い混合気を予燃焼室１０で使用すると、本発明に基づく発電機により汚染が実質的に減少するという効果がある。実際、燃焼により、前記混合気の温度を束縛し、すばやい膨張が即時に生ずる。前記混合気は、シリンダ５に含まれる空気のかなりの分量と混合するが、これはすべての作業状態の下で相対的に低い温度にある。参考までに、最高圧縮率がρ＝８．５である、実験的なプロトタイプにおいて、定常状態におけるこの圧縮に対し、約７５６℃（１０２９°Ｋ）の最高サイクル温度及び、約１６４℃（４３７°Ｋ）の吐き出し温度が得られ、（λ）＝１０である。
当分野における技術者にとって、このような条件の下では燃焼による有害物質（ＮＯｘ，ＣＯ）の発生が実質的にゼロであるということを予測するのになんら困難はないであろう。
予燃焼室１０を用いることにより実現された上述の燃焼行程により、前記発電機の使用者が、抵抗型の固定負荷を使用しない場合で（このとき作動制御は既に述べたものに限られるが）、電気モーターや磁気飽和現象等のような特定の特性法則に依存して変化する負荷を設置する場合には、圧縮行程を同じに保ち、サイクル当たりのエネルギーを変化させること、あるいはこの逆が可能となる。この際、他の調整はなんら必要なく、また既に述べたように好ましくない影響も生じない。このような場合、同じ行程を行うことにより、あるいは圧縮におけるサイクル当たりの燃料の量を、ストロークは同じにしつつ変化させ、あるいはその逆により、例えば、瞬間的な静止トルクが動くトルクから素早く変化して、その結果負荷が変化し、１サイクルにおいて前記発電機によって生み出されるエネルギーの量に影響を与える場合には、常に負荷の増加に対応することが可能である。
様々な特性操作曲線、エンジン及び発電機部品の幾何学的寸法、負荷のタイプに関係する制御の種類、さらには様々な操作状況で提供されるサイクル当たりの燃料の分量の増加あるいは減少を規定することは、当分野の技術者に任されており、本発明に係る発電機により、使用の範囲以内に於いて、圧縮行程が進行するにつれて、巻線端部における実効電圧は、最初のものよりも高いレベルにおいて同様の曲線に沿って増加する。このことは負荷が純粋に抵抗型である単純な場合おける、サイクル当たりのエネルギー量にも当てはまる。前記発電機により生じた、上述の単一相電流は、使用者の要求に応じ、ダイオードによって整流し、あるいはコンバータを用いる他の方法によって変調することができ、従って、中間の蓄電池を必要とすることなく、車の電気モーターに直接供給することが可能となる。
内燃機関の操作を規制すべく、本発明に係る発電機１の場合に必要となるのはピストン４の圧縮行程の端点の位置を記録し、このデータを中央電子ユニット（図示せず）に供給することだけである。当該電子ユニットは、既に述べたように先行のサイクルにおいてピストン４が到達した位置、及び／又は負荷に正確に基づいて、噴射ノズル１４により１つのサイクルで供給される燃料の量を規制し、必要に応じてこれを増加したり、減少したり、必要ならば、増加命令又は減少命令を発する。これは例えば、アクセルペダルの角度位置あるいは直線位置を変更すること、又は同様な機能を実現する別の装置を用いることで可能である。
上記のパラメーターに従い、上述した１４％に相当するサイクル当たりの燃料の量における変動において構成された約３５ｈｐの能力を有するエンジンに対して、最小出力状態から最大の出力状態への推移は２秒未満で達成される。
しかしながら、燃料の供給が完全に途絶えた場合には、短時間の残留慣性によるストロークの後、前記ピストンはストップし、その位置では、シリンダ５に含まれる気体の圧縮抵抗が、可動磁石３と、前記固定巻線２に固定された他の磁化部材あるいは強磁性のみからなる部材との間に生ずる引力と等価であり、方向が反対である。
これら後者の部材は、設計者の意図によって形状及び配列が相当に変更し得るので図には表されていないが、当該設計者は当分野の専門化であり、これら部材の寸法や位置を決めるのに何の困難もない。
前記発電機を正しく操作するために、内燃機関において２つの異なる圧縮行程を有する作動に対し、当該発電機によって吸収される機械エネルギー量（各電磁効率化によって割られる電気エネルギー量に相当）の間の比を、圧縮比に関連する当該機関の２つの全体出力の比を乗じた２つの対応する圧縮比の間の比と実質的に同じとする必要のあることを繰り返しておく。
数字に関する例を挙げよう。
ピストン（及びこれに関連する磁石）の異なる２つのストロークに対し、２つの圧縮比が得られ、それらは８．５（：１）及び３．６（：１）に等しく、当該内燃機関の全効率は、これらの圧縮比に対してそれぞれ０．４６及び０．３０であるとする。
所定の目標を達成するためには、前記磁石及び巻線は、負荷のタイプ、制御可能な電気的値に基づきディメンジョンを調整する必要がある。すると、２つの異なる関連サイクルにおいて、すなわち前記圧縮比に対応するピストンの１つの圧縮行程及び１つの膨張行程において、前記発電機の電磁気的部分によって消費されるエネルギー量の間の比は、８．５／３．６・０．４６／０．３０＝３．６に等しい。
換言すれば、８．５の圧縮比に対応する１サイクルの動きにおいて前記磁石によって消費される機械エネルギーは、３．６の圧縮比に対応する１サイクルにおいて消費されるエネルギーの３．６倍でなければならない。
これが意味するのは、前記圧縮比に関連して前記予燃焼室に含まれる２つの異なる分量の空気と略化学量論量で混合しうる２つの異なる分量の燃料が、正に適量のエネルギー、正味の出力を供給し、磁石を動かし、電気エネルギーが発生する。
このことは、巻線間の負荷が単に抵抗性のものである場合には、以下で説明するように、磁石及び巻線を物理的に寸法調節し、形を整えるだけで達成可能である。従って、この事実はいかなる圧縮行程に対しても自動的に生じる。そうでなければ、サイクル当たりの燃料の量及び／又は負荷に関する電気的値は既に説明したように変化する。
発電機の実際的な機能部分の内部効率は、前記内燃機関の様々な圧縮行程により生ずる電気エネルギーの量を決定する。
上記の量は、例えば巻線２においてコイルの数を増やすことにより、物理的に達成可能である。そのために、巻線の中を磁石３が進入する方向（図４の矢印参照）に、リニア形状あるいは以下で述べる他の適切な曲線状をとりながらコイルの数を増やし、それに応じて磁石３の形状を調整し、及び／又は負荷に応じて前記電気的値を変更すればよい。
しかしながら、他の機構も当業者には実効可能であるが、それには実質的に平行六面体形状の数個の磁石及び固定巻線（図４）の利用が含まれており、当該巻線の配置及び寸法は、異なるストロークに対する相対的運動により１つのサイクルで生ずる電気エネルギー（これはサイクル時間にわたっての積分∫Vidtに等しい）が、内燃機関の１サイクルにおいて生ずるエネルギー（正味の出力）曲線に適合するように形状を変更することができる曲線を描くように構成されている。この変更は、例えば、移動方向における、磁石の厚さや幅及び／又は空気隙間（図４のＴ）を変えることで実現される。これらの改変は必ずしも行わなければならないものではない。設計者は、平行六面体形状の磁石を用い、予燃焼室において混合される空気の分量を変更し、及び／又は、任意の速度においてエンジンによって生み出されるエネルギーの量が、電気エネルギーを生み出すために発電機によって使用されるエネルギーの量に等しくなるように、前記空気の分量を飽和するための燃料の量を変更することも可能である。
これは、負荷が単なる抵抗性のものであり、且つ一定の値を有するものであれば、特に容易である（図４）。
上述したように１つの予燃焼室１０を作動させることにより、好ましくは２つの完全に逆向きで対向している予燃焼室により得られる燃焼状態は、内燃機関による従来の燃焼よりもむしろバーナーにより得られる燃焼に似ており、既に述べたように、シリンダ内の温度を非常に低くすることが可能であり、燃焼を完全にするために酸素が豊富にあることも加わって、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ等の有毒物質を出さないようにすることが大いに保証される。
図１、２及び６に示される予燃焼室は円錐形であり、頂点にただ一つの噴射ノズル１４が設けられている。しかしながら、予燃焼室としては、ほぼ円錐形のものや切頭円錐のものを使用すると便利である。このとき、噴射ノズル１１１を予燃焼室の軸心（図９）に対して垂直な所定位置に設けられる。シリンダ９が適当なダクト１１２を介して、前記シリンダ９に対向するベースとは逆の、閉じたベース１１３に連結している場合、予燃焼室に含まれる空気の全体積のうちの一部を必要な程度まで飽和することが可能である。
前記閉じたベース１１３に設けられた別の噴射ノズル１１４は、初期の起動サイクルのみに使用することができる。この後者の構成により、さらに予燃焼室が対向している場合には、膨張及び圧縮において混合気の２つの分量が衝突することにより生ずる非常に高速の流れにより、残留ＨＣを完全に除去することが可能である。１つ以上の噴射ノズルを用いる他の構成もまた可能である。
これまで説明してきた行程は、内燃機関に低い点火温度を有する燃焼、例えばガソリンやアルコール又は気体燃料を供給するものであった。しかしながら、ディーゼルや他の同様の燃料を使用することも可能である。このために、単一の予燃焼室に２つの噴射ノズル（図９）を設け、例えば、適切なタイミングでガソリンの第１の噴射を行う。これは、一時的な、エンジンの起動期間にたいするものであり、ディーゼルの自然着火が生ずるほどの適切な圧縮比が達成されると、ディーゼルが第２のノズルにより噴射される。
このような解決策は、高性能のスタティックな発電機の場合に推奨しうるが、この場合には、最大出力は重要さにおいて、微粒子放出の問題（実際、これは以下で述べるように排気ガスを部分的にリサイクルすることによって制限できる）に関することになる。
このような操作によって、従来型のエンジンに比較し、非常に低い温度を保つことがこの場合も可能である。
ピストン／磁石アセンブリがどのようにして運動中に支持しうるかは既に言及した。例えば、案内ピン１６（図１）に沿って慴動する、２以上の回転摩擦ブッシュ１５、又は同様の機構によって支持し、摩擦を最小限にする。この場合、温度が低いことを考えると、可動部分に潤滑剤を供給する必要はない。冷却機構も必要ではなく、操作が断熱的であるように内燃機関を隔離すると有利である。
これまでに見たように、前記内燃機関は２ストローク型であるので、各サイクルに対して、シリンダを再充填及び掃気すべく空気を導入する必要がある。本発明者が提供する１つの解決策は、これを図６に示す補助掃気ピストン１９の動きによって達成することである。当該ピストンはエンジンのピストン４と一体的に移動し、当該ピストンの圧縮行程において、シリンダ２０の内部へ空気を導き入れ、これを一方向弁２１によって保持する一方、前記ピストン４の膨張行程において、エンジンのシリンダ５において生ずる圧力降下によって、第２の一方向弁２２が空気を予燃焼室１０及び相対シリンダ５に導入するようになるまで圧縮する。
この機構によれば、０．９０に近い値の掃気効率が、なんら問題なく達成可能であり、さらに重要なことには、これらの値はいかなる圧縮行程、従ってサイクル当たりのいかなる燃料量に対しても実質的に一定である。
同様の結果が図９の補助ピストン１９’によっても達成可能である。当該ピストンはピストン６と一体形成されており、前記エンジンのシリンダ９の一部を補助シリンダ２０’として利用しているが、これは本質的な掃気を伴う２ストロークエンジンんの分野において周知の方法に従うものである。
この解決方法を、対向するピストンの場合の図９を参照し、以下に示す。
前記エンジンのピストン４，６の有効膨張行程がシリンダ５，９の対応する長さだけに等しい一方で、補助ピストン１９，１９’の圧縮行程はこの長さと前記ばねの圧縮ストロークとの和に等しい。よって、設計段階において、与えられた速度範囲において、全体的なあるいは部分的な燃焼ガスの掃気が要求されているのか否かにより、補助ピストン１９，１９’の直径を、エンジンピストンの直径よりも大きく、あるいは同じに、あるいは小さく選択することが可能である。例えば、上述のプロトタイプでは、図６の補助ピストン１９の場合はエンジンピストン４の直径と同じであるので、全体的掃気が、３．５：１に相当する圧縮比に対応する圧縮行程となるまで行われる。下位のストロークで供給される空気の量の減少を伴う部分的掃気は、１６：１の最小圧縮比で、前記シリンダの容積のちょうど５０％に等しくなるまで行われる。当該低圧縮比における燃焼ガスの部分的リサイクルは、温度ひいては燃焼の継続時間を十分に大きく保つことにより、前記発電機１の始動時において一時的な低圧力状態にある排気ガス中にＨＣが形成されるのを防いでいる。
最適操作を行うために、シリンダ温度センサ及び圧力測定プローブが有用である。この内の初めのものは、エンジンが低温（スターター）であるときに、受容する燃料の量をわずかに変化させるために使用され、第２のものは圧縮の端点におけるピストンの位置に基づいて、全ての作業状態に対して効率のよい噴射を達成すべく、燃料噴射ポンプの優位性を変化させる。
これらの装置は、当業者には周知であり、容易に実効可能であるので、図面には描かれていない。
上で述べたことにもかかわらず、本発明に係る自己発電機の構成をさらに簡略にし、束縛的な反応、及び／又は同時に振動を除去するためには、互いに向かいあう１以上のペアのピストン６，６’を用いることが有利であり、好ましくは、単一の共通爆燃室９（図２）を備えている。この場合、単一の予燃焼室１０（又は図９に示されるように対向する２つの予燃焼室１１１）を中央に配置し、長手方向軸心ｈはピストン６，６’の軸心ｋに垂直に設けることが可能である。作動中において複数のピストン対の間で完全な同期を図るために、必要に応じて、ピストン６，６’を連結装置８，８’（図３）により一体的に形成することを本発明は提案する。これらのピストンはサイクルの任意の時点で同じ方向に作動する（実際には上記ピストンの半分）。
機械エネルギーを戻すための部材、上述のケースではばね７であるが、これらの位置が、当該部材と連結されているピストンの動きの軸心Ｋの方向に調節可能であるように構成されている場合、一サイクル当たり、異なる量の電気エネルギーを生み出すことが可能であるがこの際、要求される周波数を変更する必要はなく、あるいは、当該周波数は最適周波数に対応する同じサイクルを使用することで変更することが可能である。その結果、前記ピストンのストロークの長さひいてはピストンがこれをなすのに必要とする時間が変更される。ピストンの速度及び同期を連続的にモニターすることにより、ピストンのストロークは微視的に変更可能であり、従って、当該ストロークを一定とし、完全に同期した状態に維持することが可能である。この最後の結果を実現するためには、前記ピストンの半分に連結されたばねの位置を調節するだけで十分である。というのは、これらのピストンは、図３に示される連結装置８により一体的に連結されているからである。
上記調節を行うのに適する装置は、例えば、関連するばね７と一体形成されたコンポーネント１８に対して直線往復装置（linear repeater）として作用する、スクリューとめねじにより連結されたステッピングモーター又は直流型電気モーター１７により構成してもよい。
本発明者はさらに、２つの対向するピストンが一時的に同期状態を欠いたことに起因して、振動が起こることがないようにする手段を提供する。実際、ばね７の支持及び位置決めとして作用する発電機の機械的部分（図２においてこれらの部分は、シリンダ５及び５’のハウジングを形成する本体１１を形成する）を地面あるいは、ピストン６，６’の動きの方向に所定の限られた弾性を有するコネクタ１２により前記発電機を支持するコンポーネントに連結する場合、もしピストンが完全に同期していれば、２つの対向するピストンに連結された２つのばね７に作用する逆方向の力は、常に等しいので、コネクタ１２の弾性降伏はない。しかしながら、２つのピストンのうちの一方が、他方に先立って動く場合には、まず関連するばねに、それから弾性コネクタ１２に力が作用し、前記ばねの圧縮による弾性ヒステリシスの影響で、当該コネクタが前記ばねに蓄えられるべき機械エネルギーの一部を抽出し、相対ピストンを戻すことになる。
これにより、ピストンの戻り行程において減速が生じ、対向する他方（遅れ側）に対して徐々に同期する。このような同期の調整が、全体としてのエネルギーバランスに僅かではあるが損失を生じることは明らかである。従って、初期段階での完全な同期を確保するために、上述の電気的処置を用いて、ばねの戻り位置を変更することを勧める。
この説明のまとめとして、内燃機関の全効率図（図７）、本発明の発電機及びその消費率（図８）を参照されたい。これらを理解することは当業者にとっては容易であるので、特に詳細なコメントは必要ないであろう。全効率は、いかなる速度においても従来型エンジンの場合のほぼ２倍である。
すべての構成部品、それらの設計や位置の設定、さらには制御機構は、当業者のノウハウに従い、改変及び改良することが可能である。
例えば、フォーク部材４’によって支持する代わりに図１及び２の磁石３は、ピストンの軸心に設けられそれと一体形成される円筒状の支持部材に固定することも可能である。その際に部材はジャレットエンジンに対して既に説明したのと同様の態様で配置する。この例は図面に示されていない。
説明を行い、図に示した構成は好適な例であり、限定的、あるいは束縛的なものではない。

Claims (16)

1. エネルギー発生が固定巻線（２）と１つ以上の永久磁石（３）とを含む電磁機構によって達成される自己発電機（１）であって、前記磁石が２行程内燃機関の１つ以上のピストン（４）の往復運動と一体的に変位し、当該内燃機関は可変圧縮行程を伴って作動し、各ピストン（４）は前記シリンダ（５）における燃焼及び膨張によって膨張行程を完了し、機械エネルギーを戻すための装置（７）の作用により圧縮行程を完了し、前記ピストン（４）と協働する前記内燃機関のシリンダ（５）は、当該シリンダ方向に開口するベース（１０’）を有する少なくとも１つの予燃焼室（１０）を備えており、前記内燃機関がいかなる作動状態にあろうとも、当該予燃焼室に含まれる空気の分量の少なくとも一部が少なくとも化学量論量の燃料と混合する構成において、前記予燃焼室（１０）における混合気の燃焼は、必要とされるエネルギー出力の全てを発生するとともに、前記シリンダに含まれる空気へそれが膨張し、当該シリンダには燃料は噴射されず、且つ当該シリンダで前記燃焼が終了し、前記電磁機構は、与えられた空気／燃料比率に対し、前記空気の分量の一部が一定の状態で、前記ピストン（４）の２つの異なる完全な膨張行程及び圧縮行程に対応し、異なる定常状態の下で前記発電機が作動するとき、電気エネルギー発生に実際に使用される全エネルギーの２つの量の間の比は、前記ピストン（４）の前記２つの異なる行程により、前記予燃焼室（１０）及び関連シリンダ（５）において得られる２つの圧縮比の間の比に、前記圧縮比に対応する前記内燃機関の２つの全効率値の間における比を乗じたものに実質的に等しいことを特徴とする自己発電機。
2. 前記燃料と前記予燃焼室（１０）の前記空気の分量の一部との混合は、前記シリンダ（５）から前記予燃焼室の閉じたベース（１１３）へつながるダクト（１１２）によって達成される、請求項１に記載の自己発電機。
3. 前記磁石（３）及び前記固定巻線（２）の配置は、前記ピストン（４）の膨張行程が進行するにつれてそれらの連結状態が減少し、前記ピストン（４）の圧縮行程が進行するにつれて増加するようになされている、先行する請求項のいずれか１つに記載の自己発電機。
4. 一定値の抵抗負荷が前記巻線（２）の両端間に接続されており、前記ピストン（５）の２つの異なる完全な膨張行程及び圧縮行程に関連して電気エネルギーを発生するために使用される機械エネルギーの適切な分量が、前記磁石（３）及び前記固定巻線（２）を適切に成形し、配置し、寸法を調節することによって自動的に得られる、先行する請求項のいずれか１つに記載の自己発電機。
5. 前記磁石（３）は実質的に平行六面体であり、当該磁石及び固定巻線（２）の構成及び寸法は、１サイクルにおけるこれらの相対運動において電気エネルギーを発生するために使用する前記機械エネルギーが、前記ピストン（４）の前記圧縮行程における変動に対応し、前記磁石（３）の厚さ、移動方向における幅及び／又は空気隙間（Ｔ）を変更することにより前記圧縮行程に関連して前記内燃機関の１サイクルにおいて発生するエネルギーの曲線に実質的に一致させることが可能な曲線に従う、請求項３に記載の自己発電機。
6. 少なくとも１つの予燃焼室（１０）は実質的に円錐形で、その頂点に噴射ノズル（１４）を備える、上記請求項のいずれかに記載の自己発電機。
7. 少なくとも１つの予燃焼室（１１０）は実質的に切頭円錐形で、前記シリンダ（９）に対向する閉じたベース（１１３）は１つ以上のダクト（１１２）を介して前記シリンダ（９）に連結されており、第１の噴射ノズル（１１４）は前記閉じたベースに軸心方向に配置されており、第２の噴射ノズル（１１１）は所定の位置において前記予燃焼室の軸心に垂直に配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の自己発電機。
8. 振動及び制限的な反応を解消すべく、互いに対向する１対以上のピストン（６，６’）が設けられている、上記請求項のいずれかに記載の自己発電機。
9. 前記ピストン（６，６’）の数は２の倍数であって、連結部材８，８’（図３）により互いに一体的に構成されており、前記ピストン（６，６’）はサイクルのいかなる時点においても共通の方向に作動する、請求項８に記載の自己発電機。
10. 対向する２つのシリンダ（６，６’）は共通の燃焼室（９）を有しており、当該燃焼室に通じる少なくとも１つの予燃焼室（１０）が設けられ、当該予燃焼室の長手方向軸心（ｈ）は前記２つのシリンダ（６，６’）の軸心（Ｋ）に垂直である、請求項８又は９のいずれかに記載の自己発電機。
11. 正反対の位置において互いに対向する対向シリンダ（６，６’）の各対に対して２つの予燃焼室（１１０）が設けられている、請求項１０に記載の自己発電機。
12. 機械エネルギーを戻すように構成された前記装置（７）の少なくとも一部の位置は、当該装置に連結された前記ピストンの動きの軸心方向に調節可能である、請求項８〜１１のいずれか１つに記載の自己発電機。
13. 前記ピストン（図２の６）のうちの半分に連結されたエネルギー戻し装置の位置のみが調節可能であり、当該装置はサイクルの任意の時点で任意の方向に移動する、請求項１２に記載の自己発電機。
14. 前記戻し装置（７）に対する支持及び位置決め部材として作用する部分（１１）は地面に、あるいは、前記ピストン（図２の６，６’）の変位方向において所定の弾性を有するコネクタ（１２）によって前記発電機（１）を支持する部材に連結されている、上記請求項のいずれか１つに記載の自己発電機。
15. 前記シリンダ（５）の掃気及び再充填を行う空気は、前記内燃機関のピストン（４）と一体的に構成された１つ以上の補助掃気ピストン（１９）により前記予燃焼室により導入され、当該補助ピストン（１９）は、関連する補助シリンダに固定された第１の一方向弁（２１）により前記ピストン（４）の圧縮行程において空気を取入れ、前記ピストン（４）の膨張行程において前記予燃焼室（１０）の近傍に位置する第２の一方向弁により前記予燃焼室（１０）の中へ空気を供給する、上記請求項のいずれかに記載の自己発電機。
16. 任意の静止作動状態において、前記内燃機関の前記予燃焼室（１０）に含まれる前記空気の少なくとも一部は化学量論量の１２０％に相当する燃料と混合する、上記請求項のいずれかに記載の自己発電機。

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