JPH01313634A - コンピュータ制御最適化ハイブリッド機関 - Google Patents

コンピュータ制御最適化ハイブリッド機関

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JPH01313634A
JPH01313634A JP1107093A JP10709389A JPH01313634A JP H01313634 A JPH01313634 A JP H01313634A JP 1107093 A JP1107093 A JP 1107093A JP 10709389 A JP10709389 A JP 10709389A JP H01313634 A JPH01313634 A JP H01313634A
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JP
Japan
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piston
connecting rod
cylinder
internal combustion
generator
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JP1107093A
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English (en)
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Joseph F Kos
ジョセフ　エフ．コス
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Original Assignee
Individual
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/16—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with provision for separate direct mechanical propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D43/00—Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
    • H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts
    • H02K7/1884—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts structurally associated with free piston engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L2210/00—Converter types
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は内燃機関の新規な有用な改良に口し、機関の信
頼性、能率、汚染制御、万能性、製造コスト及び作動コ
ストを最適化する為のシステム探究の基礎を与えるもの
である。
本発明は現在前られる技術及び材料を利用して機関の作
動特性及び製造条件を最適化するのに必要な設計変更の
基礎を与え、更に進歩した材料及び技術が得られるにつ
れて更に附加的な改良を可能になすものである。
［従来の技術］ シリンダーの燃焼室内に生ずる燃焼及び熱的作動経過に
関連する能率の最適化及び汚染の最少限化は従来機械装
置が実際に提供出来なかった程度までのピストンの運動
、弁の運動、燃料の噴射、点火及び同様のものの１ｌＪ
１１０を必要とする。
多くの発明者はこれらの問題を認識していて、部分的な
、又断片的な解決法を提案している。特に興味のある解
決法はジー・エフ・チャツトフィールドによって米国特
許第４，４５９．９４５号にて提案されているが、これ
に於てはロッド−クランクシャフト−カムシャフト装置
の限界についての良い論議が与えられている（この特許
に記載されている参照文献も参照）。
［通常の連結杆が動力出力軸及び幼カビストンとの関係
で受ける角度及びモーメントアームの変化Ｊによる能率
の限界がアール・エル・ギリアナその他によって米国特
許第４，４９８．４３０号及びこれに記載されている引
用文献）にて論議されている。
前述の特許は共にピストンの長い行程によって汚染の制
御が改善されることを約束している。行程が長いと行程
の最後の近辺で低温で残留する燃料が燃焼するのを可能
になすことは知られている。
「圧縮比の調節」　（自動的又はその他の方法で）によ
って能率を改善する試みはジエー・ダグリュー・アッカ
ーマンによりカナダ国特許第１，１８０．９６３号及び
その中の引用側文献にて開示されている。この発明は又
点大の瞬間に於ける点火室内の最良の圧力を与える問題
に関する複雑な機械的機構を必要とするのである。
能率及び汚染の１１１ｍの問題は他の多くの発明者によ
って試みられて来た。ニス・コンサーその他は米国特許
第４．４０８，５７８＠にて直線運動を回転運動に変換
する為の複雑な機構を記載している。エイ・ジエー・ク
ロッカーは米国特許第４゜３８１．７４０号に於て複雑
なリンク装置を使用して機関のサイクルの動力部分に対
して機関のサイクルの排気部分に対するよりも更に良い
時間を与えるものを記載している。
これらの総ての一発明は夫々断片的な状態で機関の設ｉ
１の問題を探究するもので、最良の作動条件を達成する
為に充分な制御を与えるものではなかった。更に、１つ
の問題の部分的な解決は一般に他の問題で悪化を生じ甘
さ、例えば複雑な機械的機構が導入され、使用する際の
機関の信頼性を減少させ、製造コストを増加させ、又は
汚染の制御が触媒変換器を使用して達成される為にａｉ
ｇＱの能率を減少させて与えられたエネルギー出力に対
して更に多量の二酸化炭素の排気を生ずるのである。
又自動車に使用する目的に対しては、電気で附勢される
自動車が蟲いエネルギー変換効率を与え、父兄になる電
力が化石燃料の燃焼によって発生されていない要求条件
にて低い汚染度しか与えないことは広く認められている
。（電気自動車、ウィリアム・ハミルトン、マグロ−・
ヒル・ブック・カンパニー、ニュー・ヨーク（１９８０
）及びエレクトリック・ヴイーイクル・テクノロジー、
ジ工−・イー・アンウエーア・アンド・ニス・ア・ナサ
ール、ジョン・ウイレー・アンド・サンズ、ニュー・ヨ
ーク（１９８２））。自動車に対する適当なエネルギー
供給（バッテリー及び燃料セル）に関連する公知の難点
は電気自動車の利用を茗しく　１ｔｉｌＪ限し、その代
りに通常のエネルギーが発電機を附勢し、発電機が又電
動機に電力を与え、バッテリーを充電し、又はその両方
を行うような準ハイブリッド動力列と称される発明を鼓
舞して来たのである。
これらの発明に於て、若干の動力効率及び汚の制御が速
度及び同様のものを厳格に制限して内燃機関を作動させ
る構成要素が達成され、附加的な動力の要求が蓄電池に
よって提供されるのである。
不幸にして、殆どの型式のバッテリーのワットアワー効
率は比較的低い（７０％乃至８５％の範囲）のである。
例えば全充電状態から放電までの鉛酸バッテリーのワッ
トアワー効率は循環負荷（ｃｙｃｌｉｃ　ｄｕｔｙ）で
は若千高いけれども、僅か約７５％乃至８０％である。
（マルクスのスタンダード・ハンドブック・フォア・メ
カニカル・エンジニアズ、第８版、マグロ−・ヒル・ブ
ック・カンパニー）この効率の制限及び附加的な重合、
コスト、不便さ及び実質的に２つに分離され、しかも連
携されている動カニニットを使用する複雑さは自動車に
使用する為のこれらの準ハイブリッド装置の利用を制限
して来たのである。（エレクトリック・アンド・ハイブ
リッド・ヴイーイクルズ（エナジー・テクノロジー・レ
ヴユー＃４４）、エム・ジエー・コリーにより発行、ノ
イエス・データ・コーポレーション、パーク・リッジ・
ニュー・シャーシー０７６５６　（１９７９）”）。
又著しい努力がスターリングｍ閏（Ｓｔｉｒｌｉｎｇｅ
ｎｇ　ｉ　ｎｅ　）の開発に費やされて来たが、このス
ターリング機関に於ては直線運動ピストンが動力を直接
に直接リニアーｆｆｉ動ｅｌｆ／発電機ユニットに伝達
するようになっている（イー・エッチ・クツクーヤーボ
ーローその他、Ｐｒｏｃ、　１．　Ｅ、　Ｅ、、第１２
）杏、第７号、１９７４年７月、第７４９頁、ジョージ
・アール・ドカット、ＳＡＥテクニカル・ベーパー、第
８１０４５７号、インターナショナル・コンブレス・ア
ンド・エクスポジション、ブト１．１イト・ミシガン、
１９８１年９月１１日、第４８頁）。
これらの設計は熱的動力を電力に変換する為のリニアー
電動ＩＩ／発電機の技術的な可能性を示している。しか
し、これらのものは一定の動力出力による一定の共鳴周
波数にて作動することにｆｌｉｌＪ限されるのである。
更に、スターリング機関のエネルギー効率は、効果的に
高い燃焼温度が高いカルノー効率を決定する内燃機関の
エネルギー効率よりも本来的に低いのである。後者の欠
点に打勝つジャレットの提案もなお前者の問題に直面す
るのである（ジャン・ビー・ノルビー、オートカー２２
　１９８０年３月、第４７頁）。
ステルツアー電動機のような上述及びこれらと同様の提
案（サイエンス・アンド・メカニックス、１９８３年１
１月−１２月）は総て種々の実際上の応用に必要な万能
的性を与えて所望の特性の最良化を可能になすのに必要
な基本的な要素を欠いている。この要素は機関の作動パ
ラメーターの精密な制御である。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、効率、汚染制御、信頼性、万能的性、
コスト、作動に於ける効果等の多くの改善の基礎をなす
熱−電気一機械的機閏（又は逆転作動、空気調整及び冷
凍機ユニットに使用されるようなポンプ又は圧縮機）を
提供することである。
本発明の第２の目的は広範なコンピューター制御の容易
に可能な熱−電気−機械的機関を提供することである。
又本発明の１つの目的は、動力列（自動車用の電気屋１
ｉｌｌＮ動機以外に）に組合されるシリンダー当り実質
的に僅か１つの運動部分しか有しないで著しく機械的に
簡単な熱−電気−機械的機関を提供し、従って最良の状
態で、機械的信頼性の改善、摩擦損失の減少、要求され
る冷却の減少、製造及び作動コストの低減、基本単位組
立による建設可能性及びなかんずく広範なコンピュータ
ー制御に対する適応性（機械的装置が簡単でがたやバッ
クラッシュが無視出来る程小さく、従ってコンビュ−タ
ーとの間の情報の交換に妨害を与えない場合にのみ達肩
出来る）を提供し、これによって本発明の上述の第２の
目的を満足させることである。
本発明の又１つの目的は、シリンダー内に生ずる熱動力
学及び化学的処理への探究及びｊ！！焼室の設計の効果
への探究、種々の燃料の効果及び種々の点火及び弁装置
のこれらの処理に対する効果の探究を元気付けて促進す
る点で、又現在入手出来る材料及び技術を最良の状態で
利用して新しい技術及び進歩した材料を開発し、最大限
“に可能な程度で本発明の最初に述べた目的を達成する
点で充分に機械的な簡申さ及び作動の再現性を有する熱
−電気−機械的機関を提供することである。
本発明の目的は又、（ｉ）オツトーサイクル機関（即ち
「ガソリン機関Ｊ）として、（ｉｎディーゼル機関とし
て、（Ｉスターリング機関として、■ランキン１１開と
して、［ｖｌその他の何れのこのような機関としても（
上述の１つ又はそれ以上の特性を若干又は総て組込んで
いてもよく、又は組込んでいなくてもよい）機能出来る
ような熱−電気一機械的機ｆｌを提供し、又４シリンダ
ー又は６シリンダーの形態のような上述の機関の総ての
種々の可能な形態にて機能させ、又２サイクル又は４サ
イクル作動等のようなこれらの機関の種々の作動態様に
て機能させ、更に又空冷、水冷等の機関として機能させ
るようになすことである。
又本発明の目的は、固定の機関（即ち主として電力を発
生させ、又は液圧作動ポンプ又は同様のものを附勢する
）に使用出来、又は運動するもの（即ち自動車、船舶、
航空機及び同様のもの）に使用出来る熱−電気−機械的
機関を提供することである。
［：１題を解決するための手段及び作用１上述の目的は
特許請求の範囲に限定される機関を提供することによっ
て解決されるが、簡単に言えば、本発明は真のハイブリ
ッド機関に関するものであって、これに於ては燃料燃焼
機関のエネルギー供給の利点が電気的附勢ユニットの利
点に一体的に組合されて、完全なコンピューター制御に
よって簡単な動力装置を構成し、装置の総ての部分が実
際に瞬間的に（又実質的にバックラッシュ又はがたを生
じないで）コンピューターの指令に応答し、又コンピュ
ーターが実際に瞬間的に＠置の総ての部分の作動に関す
る情報を受取るようになされるのである。
本発明はＩｌ圏に生ずる多くの問題に対する全体的な解
決を表わすものである。本発明は簡単さ、信頼性、万能
性の向上及び製造及び作動コストの低減に関連して（余
計な費用を生じないで）効率及び汚染の制御に於番ノる
改善を与えるものである。
２つ又はそれ以上の所望の番の値の間の兼ね合いを行う
ことが不可避な場合には、本発明の簡単さが実際的な計
算を行って全体的な最適化処理により所望の品質をバラ
ンスさせる機関を設計出来るようになすのである。
［実施例］ 添付図面にて同様の符号が種々の図面に於て対応する部
分を示している。
最も簡単な形態（１１図）に於て、ピストンリング（図
示せず）を有するピストン１０がシリンダー１１内に係
合していて、概略的に示された、軸受１４及び１５によ
り支持される適当な形状の連結杆１３によって永久マグ
ネット１２に剛性的に取付けられた電磁作動コンピュー
ター制御弁、点火及び燃料噴射装置を有し、直線的に往
復運動を行い、その間に図示のようにＮ及びＳ極を有す
るマグネツ！・１２が適当な磁性材料（トランスフォー
マ−鋼のような）によって作られたヨーク１６に出入り
するように動かされるが、このヨーク１６上には適当な
導電性材料（銅、アルミニウム、超伝導セラミック等の
ような）のワイヤー１７が通常の方法で巻回されている
。符号１８は通常の位置指示装置（又は位置／速度／加
速度指示装置）を示している。支持構造Ｓも又概略的に
示されている。
上述の（又概略的に示す図面によって示された）機関は
本発明の詳細な説明を容易にして混乱を生じない説明を
与える為に著しく簡単化されている。
実際上、著しい屋の工学的設計がこのｍ図の総ての点に
ついて行われているのである。例えば実際のｔｌ閏に於
ては、「マグネット−ヨーク」に於てトランスデユーサ
−１２，１６，１７は正しく設計されて特定されたリニ
アー電動機／発電機ユニットにより置換えられるのであ
る。上述のことは又本川ｍ書の後述にて説明される筒車
な設計にも５嵌まる。又必要な弁装置は気化（燃料噴射
）及び点火装＠（図示せず）と共に機関を作動させるの
に必要である。更に、特に以下の説明は、自動車に使用
する機関を基礎にして行われるが、しかしこの応用面に
制限されるものではない。
（２）　リニアーＴｉ動機／発電機 簡単化されたマグネット−ヨークの図示は、使用出来る
リニアー電動機／発電機の型式を制限する意図している
ものではない。
［特別なリニアー電動機／発’Ｉｌｌによってこのよう
なトランスデユーサ−ユニットを意味するものであって
、このトランスデユーサ−は例えばピストンの運動のコ
ンピューターυＩＩＩＩを行う為の電力を与える補助電
力人力／出力巻線を有し、短い時間間隔（１サイクルの
程度の）のエネルギー貯蔵の為の巻線を組込むことが出
来る。更に、出力巻線を直列及び並列の接続の種々の組
合せに切換えて出力を駆動電動機及び蓄電池に対する適
当な比にするようになされている。
トランスデユーサ−の電力出力は永久マグネットの寸法
及びこれが作られている材料のエネルギー発生ｍ　（ｅ
ｎｅｒｏｙ　ｐｒｏｄｕｃｔ）に関係する（ヨークの磁
気回路がこの目的に適することに注意）。デルコ・レミ
ーによって製造されているマグネクエンチＭＱＩＩＩ（
商標）のような進歩した磁気材料を使用してシリンダー
当り１０キロワツトのような高い電力出力が甚だ適当な
寸法及び重量のマグネットによって得ることが出来る。
（へ）　シリンダー シリンダー１１は使用する燃料及び所要のｌ！１ｌＩＩ
の型式に対して適当でなければならない。
（へ）　軸受取付は部及びピストン 軸受１４及び１５はピストンマグネット装置の直線的な
往復運動を可能になす。これらのものはビス１〜シリン
グの負荷を殆どの「支持」作用から釈放してピストンリ
ング及びピストンが更に適当な材料によって作られるの
を可能になす。このようにしてピストンリングは主とし
て封止作用に使用されることが出来る。このような条件
に於て、ピストンリングの摩耗及びｒＩＪ滑の必要は最
少限になされて更に高いシリンダー圧力及び温度を可能
にし、更に高い熱動力学的効率及び更に高い信頼性のあ
る高速作動を得るように出来るのである。
（へ）位置／速度／加速度指示装置 位置／速ａ／加速度指示装Ｅ１８がピストン連結杆１３
に作動的に取付けられ、コンピューター１９に対して時
間の関数として、又シリンダー１１に対するピストンの
位置の関数としてピストン１０の位置、速度及び加速度
の関数として実際に瞬間的な情報を提供する。実際上は
正確な位置指示装置で充分である。コンピューター１９
は正確な時計を組込んでいなければならず、位置のデー
タを２同機分するようにプログラムされることが出来る
が、１回目は速度値を与え、２回目は加速度を与えるの
である。指示装置自体はオーディオディスクプレイヤー
に使用されるものと同様の電気−光学的装置になし得る
が、又は空洞共振器又は容量型位置指示装置のような電
了装隨になし得るのである。
（要求されるような）装置の種々の部分からの附加的な
データ（電力、トルク及び速度の要求条件、弁の運動及
び同様のもの、及び要求に応じて種々の指示装＠（図示
せず）を使用して）のデータもコンピューター１９Ａに
入力される。この情報によってコンピューターは要求さ
れる行程の長さ、振動周波数、圧縮比、点火時期、燃料
及び空気の要求ａ１弁の運動及び同様のものを計算して
所望の条件で最良の状ｆｌ１１９Ｂで機関を作動させる
ようになし得るのである。
シリンダー及び点火時期に対するピストン位置及び速度
はピストン−電動機／発電機に対するシリンダー内に発
生された熱エネルギーの伝達の際の更に良好な［インピ
ーダンス合致］を可能にする（シリンダー内の熱動力学
的工程を示すバカ容積線図に於ける鋭いスパイクを減少
ざぜて幅を拡げる）。時間の関数としてシリンダー１１
内で最良の位置を通ってピストン１０を動かす動力学的
は若干の電動機／発電機巻１（この目的の為に設計され
た）内に貯蔵された電気エネルギーにより、及び／又は
別個の電気エネルギー貯蔵誘導子（図示せず）から、及
び（大部分）燃焼によって当られる工・ネルギーから与
えられるのである。
（ｅ）　　コンピューター 特にピストン１０の位置及び速度の決定にｒｆＪ連する
ような必要な計棹及びｉ能を行う為に、比較的大きいメ
モリーを有する速いコンピューター１９が必要になる。
しかし、ａｇＱの特性が設計及び開発段階の間に決定さ
れた模では、機能的プロトコールがコンピューターを多
くの最初の仕事及び計算から解放させるように開発され
得るのである。
例えばシリンダー内のピストンの運動の特性が一度与え
られた型式の機関に対して成る作動条件に於て決定され
ると、１つの行程内の数壬点に於ける正確な位置、速度
及び加速度を決定する必要はなくなる。反対に試験の間
に得られた情報がピストンの運動を説明する等式（数学
的モデル）を開発するのに使用出来、このことは遥かに
少ないデータ点と相俟ってコピーが最適化された手順で
作動するのを可能になす。更に、この最適化の手順は１
行程の債で終了される必要がなく、機関が数百回の行程
を行う際に更に引続いて良好な近似を行うようになし得
る。このようなモデル及びプロトコールの開発は合理的
な安価な生産モデルに取付けられるコンピューター装Ｕ
の使用を可能にする。
（ｆ）　　スターターモーター及び伝動装置正しいトラ
ンスデユーサ−（特定のリニアー電動機／発電機）によ
って、通常のスターターモーターは必ずしも必要でない
。反対に蓄電池からの電流がヨーク１６の巻線を通され
てマグネット−ピストン−ユニットをシリンダー（動力
状態）に向って押して燃料空気混合物を圧縮し、最初の
点火を行わせるようになされるのである。
適当な寸法のマグネットを使用して、燃焼によって与え
られるエネルギーの総てを更に良好に抽出する為に複数
ヨーク１６Ａ（第２図）　（又は複数マグネット及び複
数ヨーク）を使用出来る。実際の機関に於ては複数ヨー
クは複数電動機／発電機に相当する。
正しいトランスデユーサ−の設計は、正しい数　−のト
ランスデユーサ−の巻線の適当な負荷及びバッテリーに
対する適当な接続（並列及び直列の接続）及び可能な場
合負荷の要求量の関数として補助の電気エネルギー貯蔵
装置（誘導子又は通常の電動機／発電機）の適当な接続
を行う為のコンピューターＩｌｌ　ｍｌの切換えによっ
て電源及び負荷の間の正しいインピーダンス合致（時間
の関数として）を可能にする。この装置は実質的に連続
可変伝動装置を提供するのである。
正しいトランスデユーサ−の設計は又コンピューター１
９が機関を最大効率で最少の汚染状態を得る為の最良の
速度で作動させるのを可能になす。
自動車への応用の場合、駆動電動機（図示眩ず）に対す
る附加的な電力の要求量（叩ち加速の為又は丘を登る為
）がバッテリーによって供給されることが出来る限り速
度は変化される必要がなく、−力発生される過剰の電力
（緑色光信号を持つ間又は丘を下る場合）がバッテリー
を交換する為に使用出来るのである。若し僅かしか過剰
の電力（過剰の電圧）が得られない場合には、コンピュ
ーター１９（夫々のバッテリーのセルを監視している）
はこの過剰の電力を要求量が最大であるセル（又は複数
のセル）に選択的に指向させることが出来るのである。
バッテリー（図示せず）のセルは又制動の間に充電され
ることが出来る。制動が与えられている時に駆動電動機
は発電機の状態に切換えられて制動の為の若干又は総て
のトルクの要求量を与え、同時にバッテリーに貯蔵され
得る電気を発生することが出来る。
（ロ）機関の形状 （＠肋の減少） これの基礎的な形態に於て（第１図）、単一ピストン機
ＩＩＩは許容出来ない程度の振動を発生する。
しかし、若し２つのこのような装置が共通の軸線に沿っ
て取付けられてモジュール（例えばシリンダーヘッドが
反対両端部にあるような）を形成し、点火時期が同期さ
れ、正確に対向して作動される（一方のピストンの運動
が他方のピストンの鏡面対称的になされる）場合には振
動は無視出来るレベルに減少される。この形態に於ては
、２つのピストンは若しその目的に対して設計される場
合には共通の電動機／発電機に入力出来るのである。
他の振動のない配置も可能である。例えば、４つの単一
ピストンユニットが（２つが互いに側部に並んで配置さ
れ、他の２つが最初の２つの上に対称的に配置されて）
取付けられ、振動のないモジュールを構成するようにな
し得る。この場合２つの直径方向に対向するユニットは
一体的に他方の２つのユニットに対して正確に１８０°
位相をずらされて作動されるのである。この配置は端部
と端部が対向する形状のもので可能になされるよりも更
に短い機関が得られるのである。
望ましい実施例（第３図）に於ては、２つのピストン１
０Ａ及び１０Ｂが同一線上の連結杆１３によって１つの
電動機／発電機２０（第２図に於けるようなトランスデ
ユーサ−）に取付けられて］−ランスデューサーの数を
減少させ、ピストンユニットに対する更に長い（改善さ
れた）機械的取付けを可能になすのである。これらのピ
ストンは図示のように対向するシリンダー１１Ａ及び１
１Ｂ内に係合される。２つ（又は４つ）のこのようなユ
ニット（単一ピストンユニットについて上述されたのと
同じ方法で取付けられた）は振動のないモジュールを形
成する為に要求され、このモジュールは期待される動力
の要求量を与える為に何れの数で整列されることも出来
る。
（へ）　複数作動 機関のパラメーターのコンピューター制御は又容易で便
利な複数作動（ｍｕｌｔｉｐｌｅ　０ｐｅｒａｔｉｏｎ
）を可能になす。本発明は、ガソホール、プロパン、天
然ガス、メタノール等及びガソリンのような種棒の燃料
の使用に順応出来るように計器盤で選択され得るプログ
ラム化されたコンピュータープロトコールの使用を可能
になす。天然ガスが安価な地域では、低圧タンクを家庭
用取出し口から充満させることが出来る。（概略的な入
力信号１９Ａ及び出力信号１９Ｂ参照。） （ｉ）　　作動方法 最も簡単な形態で４サイクルのオツトー型式の機関とし
て作動する際にはこのユニット（第１図）は次のように
作動出来る。電動機／発電機又はトランスデユーサ−１
２，１６，１７＜’Ｒ肋機の状態で）は電流をバッテリ
ーから取ってピストン１０をシリンダー１１内に勤かし
、燃焼生成物を排出する（最大限の屋の燃焼生成物を排
出し、これによって容積効率を増加させる為に排気行程
は圧縮行程よりも長く出来る）。次に入口弁（図示せず
）が開いてシリンダー１１に燃料混合物を充填する際に
ビスｌ〜ンを反対方向に動かす。次に電動機／発電機は
ピストン１０をシリンダー１１内に戻して混合物を圧縮
し、混合物は正しい瞬間に点火され、電動機７発ｍ１ｌ
ｌ及び燃焼圧力は（必要な場合に）瞬間的に組合ってピ
ストンをシリンダーから外方に肋かしてピストンに大き
い初期速度を与える（従って最高温度及び最高圧力がシ
リンダー内に存在する時間を減少させる）。ピストンが
外方に向って動くと、電動機／発電機は全体的に発電機
の状態に戻り、エネルギーを発生して、これが駆動１８
機（図示せず）に供給され、及び／又はバッテリー（図
示せず）に貯蔵される。若干のエネルギーは又電気的誘
導子（図示せず）及び／又は電動機／発電機の誘導巻線
に貯蔵され、又は駆動電ｅｅｌの動力学的エネルギーの
形態にて貯蔵され、電動機が発電機の状態に切換えられ
る時にこれを戻し、又は別個の通常の電動機／発電機（
図示せず）が動力学的エネルギーの形態のエネルギーの
短時間の貯蔵の為に使用されることが出来る。ピストン
の行程の終端に於工、電動機／発？ｔｌｌｌｆ動機の状
態）はピストン１０をシリンダー内に動かして燃焼生成
物を排出させ、シリンダー１１に燃焼可能の混合物を充
填させる為にピストンを反対方向に動かし、再度この混
合物を圧縮して燃焼を行うのである。これらの、後者の
３つの作動に於て、Ｎ！ｌ１ＩｌｌＪＩ／発電機はエネ
ルギーをバツテリーから取入れることが出来る。しかし
、エネルギーを別個の電気的エネルギー貯蔵装置から取
入れるのが望ましい。何故ならばこのような装置は１つ
のサイクルの間に甚だ僅かなエネルギーしか失わないか
らである。誘導エネルギー貯蔵＠訂は１つのサイクルの
間９９％の効率を有し得るが、これに反してバッテリー
貯蔵及び取出しはこれらの３つの作動を行う為に１０％
乃至２０％のような多愚のエネルギーを消費することが
ある。最後に燃焼が再度生じて他の動力行程を生じさせ
るのである。短い間隔の電気的エネルギーの貯蔵が更に
普通の機関に於けるフライホイールのような役目を演す
るのであるが、短い間隔にわたって殆ど一定の角速度を
有し、ピストンを、機械的に決定される速度（シリンダ
ーの位置の関数として）及びサイクルの総ての部分に対
して一定の長さにする機械的なフライホイールと同様に
はυ１限するものではないことに注目しなければならな
い。
１１上旦考１ 通常の機関の最大速度はピストン一連結杆ユ二ツ１−の
質ωによって制限される。提案された本発明に於ては、
同様の制限がビス１〜ン一連結杆−マグネット−ユニッ
トによって与えられる。最大速度の見積りは単一モデル
（第３図に関係する）に対して得られるが、これに於て
は燃焼によって発生されるエネルギーが行程の最初の半
分の間に全体的にピストンーマグネツ１−−ユニットの
動力学的エネルギーに変換され、行程の第２の後半の間
にこの動力学的エネルギーが電気的エネルギーに変換さ
れるものと仮定されている。第３図のシリンダー１１Ａ
内の平均圧力が＜　ｐ　＞　ｐｓｉａ（０，０７に９／
Ｊ　ａｂｓ、）で断面積がＡ１ｎ２（６，４５α２）で
あると仮定し、平均の力はＦ＝Ａ＜ｐ＞Ｉｂ（０，４５
４Ｋｇ）である。若し２つのピストン、連結杆及びマグ
ネットの重量がＷであるならば、ニュートンの第２の法
則によってるのである。このような加速度によって、半
分の行程の長さＳは時間ｔに於て生じ、その場合Ｓ＝１
／＜ａ＞ｔ　　　となる。
若し半分の行程の長さを４ｉｎ（１０，１６ｃ）で、重
ｆｆｉｗ＝１６１ｂ（７，２６Ｎ９）＜２つのピストン
十連結杆の重量が５１ｂ（２，２７に９）でマグネット
の重量が１１１ｂ（４，９９υ））でＡ＝１２．６ｉｎ
２　（２５，８ん　（／ｆｉｎ（１０，１６１）のピス
トンの直径として）及び＜Ｐ＞−５００Ｄ’ａｉａ　（
３５Ｋ９／　ｔｙｍ２ａｂｓ、）と仮定すれば、を−７
，３＊１Ｏ−３ｓが得られる。エネルギーが電動機／発
電機に伝達され、シリンダー１１Ａ内の燃料−空気混合
物が圧縮されるようになされる第２の行程の部分は大体
同じ時間である。最初の完金な行程に対する全時間は約
１．５＊１０　８である。
２’？イクルの作動に対してはシリンダー１１８内の燃
焼は上述の手順を繰返してピストン−マグネット−ユニ
ットをシリンダー１１Ａ内に戻して投入された燃料空気
混合物を圧縮する。従って夫夫のシリンダーは１秒ｅ１
に６６回即ち１分間に４０００回点火する（通常の２サ
イクル機関に対する４　０００　ｒｐ−に相当）。
４サイクル作動に対してはシリンダー１１８内の燃焼は
、今度はビス１〜ンＩＯＡがシリンダー１１八に向って
動く際に燃焼生成物をシリンダー１１八から排出する点
を除いて最初の全行程を繰返すのである。戻りの行程（
燃焼生成物をシリンダー１１Ｂから排出する）に対して
は動力がバッテリーまたはその他の電気的エネルギー貯
蔵ユニットから取出されて電動機／発電機を電動機の状
態で作動させてピストン１０Ｂをシリンダー１１８内に
動かすようにしなければならない。ピストン１０Ｂをシ
リンダー１１Ｂ内に出来るだけ迅速に動かす為にこの電
動機の状態の動力出力は前の行程で発電機に供給された
動力と等しくなければならず、電動機は半分の行程（約
７．３＊１Ｏ−３８）の開作動してピストン−マグネッ
ト−ユニットに大なる速度（大きい動力学的エネルギー
）を与えるようにしな番プればならない。行程の第２の
部分の間に動力学的エネルギーはリニアー電動機／発１
１ｅｌを発電機の状態に切換えることによって取出され
なければならない。第２のこのような工程はピストン１
０ＡをシリンダーｉｌＡ内に戻して投入された燃料−空
気−混合物を圧縮する為に必要である。これらの２つの
工程の間型動機／発電機及びバッテリー（又はエネルギ
ー貯蔵誘導子）は通常のＩＩＪＱの機械的なフライホイ
ールに似た電気的類似作用を行うのである。４サイクル
作肋に於て、夫々のシリンダーは１分間に殆ど２０００
回（通常の４サイクル機関に対して４０００　ｒｐｍに
相当）の最大速度で点火する。実際の機関に於ては、一
般に動力を点火の直摂に取出す（これによってピストン
の最大速度を低減させる）のが有利である。
上述のことは長い行程を右する大きいシリンダーを使用
した最も悪い場合である。高い圧力を許容しくシリンダ
ー壁部に与えられる力は圧力及び面積の積であるから）
、又行程の長さ及び重量が減少されている小さい構成要
素に対しては、サイクルの速度は実質的に増加されるこ
とが出来る（通常の機関にて更に高いｒｐａに相当して
）。例えば、半分の行程の長さが２ｉｎ（５，０８１）
でビス１−ン、連結杆及びマグネットの重量が８１ｂ（
３，６３０）で圧力が２０００ｐｓｉａ（１４０都／　
ｔｓ　２ａｂｓ、　）であるような装置に於ては、半分
の行程に対する時間ｔは１．８１１５（通常の機関に対
する１６０００ｒｐＩに相当）に減少される。高速作動
は、単位機関重ａ当りの動力出力が増加し、特に、高い
電気的周波数に於て更に小さいコアが駆動電動機に於け
ると同様に電動機／発′Ｐ１機に使用出来るから有利で
ある。
１−ヱ 本発明は独特の最適化された機関を構成するようになす
機械的及びＭ磁的設計及びコンピューターｗ４ｉｍを含
む要因の戦略的な組合せの結果である。
夫々の要因は現存の現在可能な技術を表わすもので、従
って提案された通りの本発明は今日の技術の範囲内にあ
る。本発明の木質は万能的な最適化機関を構成するのに
必要な要因の独特な組合せである。
特に、若し機関が異なる目的を達成する為に異なる方法
で構成され、又若し機関が異なる条件で作動される場合
には、機関の効率及び発生される汚染量のような量の正
確な数値を得ることは周知のように困難である。しかし
、本発明が通常の機関に対して与える改良を喰的に確立
することは可能である。
（１）　　動力列内のシリンダー当り僅か１つの運動部
分及び簡単な直線運動を有する甚だ簡単な機械的構造は
＊＊を最少限にして甚だ剛性的な取付６ノを可能にする
。この特徴は実際に振動のないモジュールと相俟って甚
だ高い速度の作動を可能にし、（２）　機関の単位重量
当りの高い助力出力、０　小さい製造コスト、 （へ）　大なる信頼性、 ゆ　過度に静かな振動のない作動、 （ｅ）　　少ない一滑所要開、 （Ｏ少ない冷却要求徂、 （ロ）　がた及びバックラッシュのないこと、を可能に
し、 （り　ピストンの運動、調時等の正確な制御及び補助エ
ネルギーの貯蔵及び電磁的駆動は、（２）　連続可変の
圧縮比を有する機関、０　連続可変の調時等を可能にな
ｔ機関、Ｑ　エネルギーの回収（即ち制動の問、緑色光
を待つ問等）を可能にし、又変化する条件に於て最良の
速度で作動出来るＩＩ閏、 を可能になすのである。
通常の作動条件（通常の近似的化学量論的燃料比、通常
の圧縮比（約８：１）、通常の燃料ガソリン又はディー
ゼル燃料）に於て近代的な良好な設計の機関に対して熱
動力学的効率に著しい改良（即ち１０％又は１５％を超
過ずる）は期待されない。しかし、大抵の応用面及び特
に自動車に使用する為には、機関は一般的に良好に調整
されないで、最良の条件よりも遥かに離れた速度で作動
される（市街地での駆動の場合ガソリンの効率は高速道
路の駆動よりも遥かに低いことで例示されるように）の
である。従って、前述の要因２＠。
２０及び２（へ）により、又実際的な作動条件に於て、
本発明により提案される機関は先例のない万能性によっ
て通常の機関よりも３０％乃至６０％の範囲の燃料効率
の改良を与えるものである。更に、１０％乃至２０％の
程度の機関から駆動電動機へのエネルギーの伝達の附加
的な改善が機械的変速装置及び駆動列の省略により、又
機関及び駆動伝動の間の最良のインピーダンス合致によ
って達成出来るのである。
本発明の新規な（普通ではない）作動条件によって、こ
の機関の熱動力学的効率は通常の機関の効率よりも２倍
も高くなり得る（即ち通常の機関に対する３０％と比較
して約６０％）のである。
このような普通でない作動条件は１５：１乃至２５：１
の範囲の高い圧縮比、化学種論的燃料−空気比の４０％
乃至８０％の範囲の薄い燃料−空気比及び特別な燃料の
使用を含んでいる。この要求条件はチャールズ・ティラ
ーにより（インターナル・コンパスチョン・エンジン・
イン・セオリー・アンド・プラクティス、第２及び３頁
、１９７４年、Ｍ、１．Ｔ、プレス）提供された燃料−
空気−サイクル・データにより実証されているが、これ
には６４％のような高い熱動力学的効率が得られること
が示されている。
特別な燃料は短期間には大量に導入されることが出来な
いから、ガソリンを使用した妥協的な解決法が見出され
なければならない。予備燃焼室（図示せず）がその縮小
取入れ弁と共に使用されて少量のリッチな混合物を点火
栓の近くに供給するように出来る。
同様にして、本発明の万能性及びコンピューターυｌ１
２）Ｉの特徴は汚染制御を向上させるのに使用出来る。
二酸化炭素の放出囲を減少させる（約７０％乃至８０％
）最も有効な方法は上述のように全体的な燃料効率を改
善し、天然ガスのような燃料（炭素原子に対する水素の
高い比率を含む）を使用し、これによって二酸化炭素の
放出に対する高い熱エネルギー出力の比率を与えること
である。
二酸化硫黄の放出もプロパン又は能率よく洗浄された天
然ガスのような清浄な燃料を使用することによって著し
く減少されることが出来る。酸化窒素の放出は点火の間
及びその短時間後の更に良好な温度特性面１１（！１２
いビークを回避した）を得られるような更に良好な温度
制御によって減少されることが出来る。高い圧縮の機関
に於ては、これらの温度は薄い燃料−空気比を使用する
ことによって実質的に低減し得る。勿論薄い燃料−空気
比はｉ関の性能を劣下させる。しかし、本発明によって
提案される機関の甚だ高速の能力によって全体的性能は
なお＾い状態を保＃）ｌ？るのである。
上述の説明はここに示された本発明によって得られる改
良の命単な解析及び説明を示すものである。多くの他の
改良及び利点は本発明が関連する技術分野の当業者には
明らかである。
［発明の効果］ 本発明は上述のように構成されているから、通常の機関
よりも３０％乃至６０％の範囲の燃料効率の改良及び１
０％乃至２０％の程度の機関から駆動電動機へのエネル
ギーの伝達の附加的な改善が傳られ、ＷＯＯの熱動力学
的効率は通常の機関の効率よりも２倍も高くなし得ると
共に排気ガスによる汚染を大幅に低減し得る優れた効果
を得られるコンピューター１１ｉ１Ｊ　ｍ　Ｒ適化ハイ
ブリッド機関を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の単一シリンダーの実施例の概略的立面
図。 第２図は修正されたリニアー電動機／発電機のヨーク、
マグネットの拡大された概略的側面図。 第３図は第１図と同様であるが、対向シリンダーを有す
る修正形態を示す図面。 １０・・・ピストン １１・・・シリンダー １２・・・永久マグネット １３・・・連結杆 １４．１５・・・軸受 １６・・・ヨーク １７・・・ワイヤー １８・・・位置指示装置 １９・・・コンピューター ２０・・・電動ｍ／発Ｎ機

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）内燃機関であつて、少なくとも１つのシリンダー
    と、これの内部を往復するピストンと、前記シリンダー
    に作動的に連結された燃料及び空気取入れ装置と、前記
    シリンダーからガスを排出する装置と、前記シリンダー
    に作動的に連結された燃料／空気点火装置と、一端部で
    前記ピストンに取付けられてこれと共に共通軸線に沿つ
    て往復する連結杆と、支持構造に取付けられて前記連結
    杆を支持して往復運動を行わせる支持装置と、前記連結
    杆に作動的に取付けられてこれと共に往復するマグネッ
    ト及びこのマグネットと静的な作動関係で前記支持構造
    に取付けられたヨーク及びコイルの組合せを含むリニア
    ー発電機の形態のトランスデューサーと、前記支持構造
    上にあつて前記連結杆に作動的に連結されて選択された
    位置及び／又は時間間隔で時間の関数として前記ピスト
    ンの位置、速度及び加速度を指示する位置指示装置と、
    前記位置指示装置及び前記内燃機関に作動的に連結され
    て作動の何れかの与えられた時間の枠内で作動要求条件
    のパラメーターに関係して前記内燃機関の作動特性を制
    御するコンピューター装置とを含んでいる内燃機関。
  2. （２）前記位置指示装置が前記組合された燃料及び空気
    取入れ装置及び前記点火装置の作動を制御するようにな
    されている請求項１記載の内燃機関。
  3. （３）前記ヨーク及びコイルの組合せが前記連結杆を取
    巻いていて、前記マグネットが前記ヨーク及びコイルの
    組合せの内部で往復するようになされている請求項１又
    は２記載の内燃機関。
  4. （４）前記トランスデューサーがリニアー電動機／発電
    機を含み、前記コンピューターが又前記ピストン及び前
    記連結杆の動力行程の間のようなピストン及び連結杆の
    サイクルの部分の間に発電機として作動し、前記ピスト
    ン及び連結杆の前記サイクルの残余の部分の間に電動機
    として作動する間に前記トランスデューサーの機能を制
    御するようになされている請求項１、２又は３記載の内
    燃機関。
  5. （５）共通な軸線に沿つて少なくとも一対の間隔をおか
    れて配置された対向するシリンダーと、連結杆と、前記
    連結杆の夫々の端部に取付けられて夫夫前記シリンダー
    の１つの内部で共通の軸線に沿つて往復するピストンと
    を含んでいて、前記トランスデユーサーが前記連結杆の
    長さに沿つて実質的に中心に位置するようになされてい
    る前掲請求項の何れか１項に記載の内燃機関。
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