nemesgáz motor patent us20110113772.pdf

8/10/2019 Nemesgz Motor Patent US20110113772.pdf

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US 20110113772A1

1 9 )United S t a t e s1 2 )Paten t Appl ica t ion Publ ica t ion 1 0 )P u b . N 0 . :US 2 0 1 1 / 0 1 1 3 7 7 2A 1

Rohner 4 3 )P u b . D a t e : May 9 , 2 0 11

( 5 4 ) PLASMIC TRANSITION PROCESS MOTOR ( 5 7 ) ABSTRACT

_ An n t e r n a l expansion engine having a h o u s i n g . Secured t o( 7 5 ) I n v e n t o r ' P R o h n e r S o u t h E n g h s h IA t h e h o u s i n gi s a c y l i n d e r d e ? n i n ga n e x p a n s i o n c h a m b e r .A

p i s t o n i s p r o v i d e dWi t h i n t h e c y l i n d e r d e ? n i n ga Wa l l o f t h e. _ expansion chamber. harge of oble g a s i s provided i t h i n

7 3 ) A s s l g n e e ' PlasmERG n c t h e e x p a n s i o n c h a m b e r .A a g n e t i c ? e l d g e n e r a t o r a n d f a d i o_ f r e q u e n c ypoWer e n e r a t o r s p r o v i d e da r o u n dt h e e x p a n s i o n

( 2 1 ) A p p l ' NO 1 2 / 5 9 2 1 1 7 chamber a n d a n n i t i a t o rs y s t e m i s l o c a t e d W i t h i nt h e e x p a n_ s i o n c h a m b e r .The a g n e t i c ? e l d g e n e r a t or , r a d i o f r e q u e n c y

( 2 2 ) F l l e d : N O V 1 8 2009 poWer e n e r a t o r and n i t i a t o rs y s t e mc o a c t t o c a u s e t h e n o b l egas t o expand, p u s h i n g a g a i n s t t h e piston and generating

P l l b l l c a t l O I l C l a s s l ? c a t l o l l W o r k .The c t i o n s o f t h e e n g i n e a r e m o n i t o r e dand o n t r o l l e db y a n i n t e l l i g e n te l e c t r o n i c c o n t r o l s y s t e m t h a tp r o v i d e s a l l

( 5 1 ) I n t C l s Wi t c h i n g n e e d e dt o o p e r a t e t h e e n g i n e a n d c o m m u n i c a t eF01B 2 9 / 1 0 ( 2 0 0 6 0 1 ) W i t ho u t s i d e e l e m e n t s p r o v i d i n ge x t e r n a l c o n t r o l o f i n f o r m a

( 52 ) US Cl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 6 0 / 5 0 9 t ion s o u r c e s

s b a ha t .

a


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P a t e n t A p p l i c a t i o nP u b l i c a t i o n May 9 , 2 0 1 1 S h e e t 1 0 f 7 US 2 0 1 1 / 0 1 1 3 7 7 2A 1

YTIX


3/12


a 1 b k

a xW

%

W1


4/12



5/12


6/12


7/12


8/12


9/12


10/12

US 011/0113772 A 1

m a t e l y 15 0 c e n t i m e t e r s l o n g .T h e r a n s i t i o nc o i l 5 0 )i s p r e fe r a b l y c o n s t r u c t e do f b e t W e e n5 0 a n d 1 0 0 , a n d m o s t p r e f e ra b l y 8 0 t u r n s o f 1 8 g a u g e W i r e . The t r a n s i t i o n c o i l( 5 0 ) i sa p p r o x i m a t e l y4 . 5c e n t i m e t e r s l o n g .T h e s u p p l e m e n t a lc o i l( 4 6 ) may c t a s a c a p a c i t o r When h a r g e d , o r a s an e l e c t r om a g n e t i cs h i e l dWhen n c h a r g e d .W h e n h e p i s t o n 2 2 )i s a tTDC h e c y l i n d e r c o i l( 4 8 ) i s l o c a t e d c o m p l e t e l yb e l o Wt h eh e a d ( 2 0 ) o f t he p i s t o n ( 2 2 ) a n d t he t r a n s i t i o nc o i l( 5 0 ) comp l e t e l ys u r r o u n d st he t r a n s i t i o nc h a m b e r 2 5 ) .T h e c y l i n d e rc o i l ( 4 8 ) a c t s a s a magnetic ? e l d g e n e r a t o r on h e i n t e r i o r oft h e c y l i n d e r 1 4 ) .The r a n s i t i o n c o i l ( 5 0 ) a l s o a c t s a s a m a gn e t i c ? e l d g e n e r a t o r on h e i n t e r i o ro f t h e c y l i n d e r 1 4 ) ,b u t sp r i m a r i l yf o c u s e d o g e n e r a t e a p r e d e t e r m i n e dm a g n e t i c? e l dW i t h i nt h ee x p a n s i o nc h a m b e r 2 4 )When t h e p i s t o n 2 2 )i sn e a r t he TDC o s i t i o n .I n t h e p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,o n l y t h ec y l i n d e r c o i l( 4 8 ) a n d t r a n s i t i o nc o i l( 5 0 ) a r e u s e d .[ 0 0 2 2 ] A o n i Z a t i o n g e n e r a t o r , s u c h a s a r a d i o f r e q u e n c yg e n e r a t o r 5 2 )c o u p l e dt o a h i g h f r e q u e n c y a n t e n n a 5 4 )i sp r o v i d e dt o a c t on h e g a s W i t h i nt h e t r a n s i t i o n chamber 2 5 )

t ol o n i Z a t i o n .

The n t e n n a( 5 4 ) sp r e f e r a b l y

c o n s t r u c t e do f 1 8g a u g e W i r ebetWeen 5 . 0 and 1 0 . 0 c e n t i m e t e r s i n l e n g t h andm o s t p r e f e r a b l y 8 . 1 c e n t i m e t e r s i n l e n g t h W r a p p e d6 0 %a r o u n d t h e T r a n s i t i o n chamber t m i d p o i n t W i t h i n t h e t o ro d i a l s t r u c t u r e . An l t e r n a t e Wa y t o p e r f o r m t h i sf u n c t i o nc o u l da l s o be o m o d u l a t et h e t r a n s i t i o n c o i l( 5 0 ) W i t h h i sR Fp o W e r .

[ 0 0 2 3 ] As s h o W nnF I G .1 ,t h e h i g h f r e q u e n c y a n t e n n a( 5 4 )i s s e c u r e dt h r o u g ht h e c y l i n d e r h e a d ( 1 8 ) a n de x t e n d s i n t ot h ee x p a n s i o nchamber 2 4 ) A n n i t i a t o rs y s t e m s p r o v i d e d ,s u c ha s a h i g h v o l t a g e c o i l( 5 8 ) o r m u l t i p l ec o i l s 5 8 ) , 6 0 ) , 6 2 ) ,6 4 ) ,s u c h a s c o i l on l u g s p a r k c o i l s ,s u c h a s t h o s e k n o W n

i n t h e a r t ,p r o v i d e dW i t ha 5 5 KV u t p u t s u f ? c i e n t t o g e n e r a t ea a r c of 140 KV nd o n g enough u r a t i o n t o i n d u c et r a n s i t i o no f he i o n i Z e d g a sm i x t u r eW i t h i nt h e t r a n s i t i o n chamber 2 5 ) .[ 0 0 2 4 ] I f d e s i r e d ,t h ec y l i n d e r h e a d 1 8 )may e p r o v i d e dW i t h a c l e a r g l a s s p o r t ( 5 6 ) t o a l l o W v i s u a l a c c e s s t o t h ee x p a n s i o nchamber 2 4 ) .A n n i t i a t o rs y s t e m , s u c h as f o u rh i g h v o l t a g e c o i l s 5 8 ) ,6 0 ) ,( 6 2 ) a n d ( 6 4 ) a n d a n a r cr e t u r ne l e m e n t ( 6 6 ) a r e s e c u r e d t o t h e c y l i n d e r h e a d 1 8 ) .( F I G S .1 - 4 . )F o u rh i g h v o l t a g ee l e c t r o d e s6 8 ) , 7 0 ) ,7 2 )a n d 7 4 )d e p e n d i n gf r o m t h ef o u rh i g h v o l t a g ec o i l s5 8 ) , 6 0 ) ,6 2 )a n d 6 4 ) ,e x t e n d t h r o u g h t he c y l i n d e r h e a d 1 8 )a n d i n t ot h ee x p a n s i o nchamber 2 4 ) .The r c r e t u r n e l e m e n t 6 6 ) ,Whichi s a 0 . 6 c e n t i m e t e r diameter copper s c r e W , a l s o e x t e n d st h r o u g h t h ec y l i n d e r h e a d 1 8 )i n t ot h ee x p a n s i o nc h a m b e r( 2 4 ) . An l t e r n a t e t o t h i s i s t o use an a l u m i n u m p o s t With as m a l l pod a t t h e end W i t h i nW h i c h Would be s t r o n t i u m o r as i m i l a r a c c e l e r a n t .

[ 0 0 2 5 ] A s shoWn n F I G . 1 , p r o v i d e don h e c y l i n d e r h e a d( 1 8 ) i s a r e f u e l i n g p o r t 7 6 ) ,p r o v i d e dW i t h a v a l v e ( 7 8 ) t oa l l o W i n f u s i o n o f a g a s i n t o t h e e x p a n s i o n chamber ( 2 4 )W i t h o u t h av i n gt o d i s a s s e m b l et h e m o t o r 1 0 ) .A l s o p r o v i d e don h e c y l i n d e r head 1 8 ) i s a system s e n s o r ( 8 0 ) . The s e n s o r( 8 0 ) i s a n i n s u l a t e d l e n g t h o f 1 8 gauge c o p p e r W i r et h a tp r o t r u d e s 2 mm n t o t h e t r a n s i t i o n c h a m b e r .T h i s s e n s o r ( 8 0 )c o n n e c t s t o t h e E l e c t r o n i c C o n t r o l System ( 8 4 ) a n d d e t e c t st h e s t a t u s o f P l a s m i cT r a n s i t i o n P r o c e s s s e q u e n c e .

[ 0 0 2 6 ] A e n s o r ( 8 2 ) s u c h a s t h o s e k n o W n i n t h e a r t , i sc o u p l e dt o t he c r a n k s h a f t 36 ) t oi n d i c a t e t h e p o s i t i o n o f t h ep i s t o n ( 2 2 ) r e l a t i v e t ot he TDC o s i t i o n .A l t e r n a t i v e l y ,a m a gn e t m a y be mounted t o t h e ?yWheel ( 4 0 ) and a H a l l E f f e c ts W i t c hmounted n a s t a t i o n a r y p o s i t i o n n t he c r a n k c a s e 3 8 ) ,and a c t u a t e d by t h e magnet a s t h e magne t comes i n t o p r o xi m i t y W i t ht he H a l l E f f e c t s W i t c h .

May 9 , 2 0 11

[ 0 0 2 7 ] The l e c t r o n i cc o n t r o l s y s t e m( E C S )o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n s shoWn e n e r a l l y a s ( 8 4 ) i n F I G . 5 . The E C S 8 4 )i n c l u d e s a n embedded o n t r o l s y s t e m 8 6 ) ,p r o v i d e dW i t h ac e n t r l p r o c e s s i n g u n i t , s u c h a s a m i c r o p r o c e s s o r 8 8 ) ,

o n b o a r dRAM 9 0 ) a n d ? a s h memory 9 2 ) .I n t h i sembodiment t h e 8 - b i t m i c r o p r o c e s s o r( 8 8 ) c a n c o n t r o l 2 4 l i n e s p r ov i d i n g s e l e c t i v e s W i t c h i n go f p o 8 C o i l s a n d 8 v o l t a g e l i n e s .A s s h o W n n t h e s c h e m a t i cof I G . 6 , to accommoda te m o r el i n e s ,a d d i t i o n a l p r o c e s s o r s ( 1 0 0 )may e u s e d . l t e r n a t i v e l y ,l a r g e r 1 6 - b i t ,3 2 - b i t o r 6 4 - b i t p r o c e s s o r s m a y e u s e d .[ 0 0 2 8 ] C o u p l e dt o t he embedded c o n t r o l s y s t e m ( 8 6 ) a r etWo DC o DC o n v e r t e r s ( 9 4 ) and ( 9 6 ) W h i c h a r e i n t u r nc o u p l e dt o a b a t t e r y9 8 ) . F I G .5 ) .T h e b a t t e r y 9 8 )i s p r e fe r a b l y betWeen 9 - 3 8 V D C . The ? r s t c o n v e r t e r ( 9 4 ) c o n v e r t sv o l t a g e f r o m t he b a t t e r y ( 9 8 ) t o 1 2 ,2 4 , 3 6 or 4 8 VDC. Thes e c o n d c o n v e r t e r ( 9 6 ) i s d i g i t a lprogrammed a r i a b l e ,c o n? g u r e d o c o n v e r t v o l t a g ef r o mt h e b a t te r y ( 9 8 ) to 6 t o 48VDCa s d e s i r e d t o c o n t r o l t h e s p e e d v o l t a g e u s e d by t h e e n g i n ee l e c t r o m a g n e t i cc o i l sf o ro p e r a t i o n o f t he v a r i a b l e s p e e d o ft h e

motor( 1 0 )

andt o

accommodatev a r i o u s f u e l

m i x t u r e sW h e r e i n .The embedded c o n t r o l s y s t e m ( 8 6 ) u s e s s e l e c t o r /b u f f e r s ( 1 0 2 ) a n d ( 1 0 4 ) c o u p l e dt o t h e c o n v e r t e r s ( 9 4 ) a n d( 9 6 ) t o v a r y t he v o l t a g e o u t p u tt o t he s W i t c hc o n t r o l l e r ( 1 0 6 ) .The s W i t c hc o n t r o l l e r ( 1 0 6 ) i s a n 8 - b i tm i c r o p r o c e s s o rWhichc o n t r o l s t h e s W i t c h i n go f h e v a r i o u scomponents f h e motor1 0 ) .The s W i t c hc o n t r o l l e r( 1 0 6 ) i s b u f f e r e d f r o m t he h i g h

e n e r g y s Wi t c h i n go f C o i l s ,I G B T , a n de x p a n s i o nc h a m b e re l e c t r o m a g n e t i cc o i l sa n d DMOSFET, b y d r i v e rb u f f e r c i rc u i t s t oi n s u r e s a f e t y .[ 0 0 2 9 ] The ECS ( 8 4 ) i s c o u p l e dt o t h e c r a n k s h a f t s e n s o r( 8 2 ) a n d t he s e n s o r ( 8 0 ) p r o v i d e dW i t h i nt he t r a n s i t i o nc h a mb e r ( 2 5 ) t o a l l o W t h e E C S ( 8 4 ) to d e t e r m i n e t h e s t a t u s o fp l a s m a t r a n s i t i o n .( F I G S .1 - 5 ) .T h e ECS 8 4 )may l s ob ec o u p l e dt o o t h e r i n s t r u m e n t s , s u c h a s t he v a l v e ( 7 8 ) c o u p l e dt o t h e r e f u e l i n g p o r t 7 6 ) ,t o a l l o W t h e ECS ( 8 4 ) t o t r i gge ra u t o m a t i c r e f u e l i n g o f t h e m o t o r 1 0 ) .The ECS ( 8 4 ) i scoupled to a s t a r t e r ( 1 0 8 ) Which i n t u r n i s coupled t o ane l e c t r i cm o t o r ( 11 0 ) c o u p l e dt o t he ? y W h e e l 4 0 ) .The a d i of r e q u e n c yg e n e r a t o r 5 2 )i s c o u p l e d o t h eECS 8 4 ) ,a l l o Wi n gt h e ECS ( 8 4 ) t o b e programmed o g e n e r a t e v a r i o u s r a d i of r e q u e n c i e s f o r u s e a s s p e e d c h a n g e sand t o accommodatev a r i o u s d e s i g n s o f t he m o t o r 1 0 ) ,f u e lm i x t u r e s .[ 0 0 3 0 ] The s e c o n ds e l e c t o r / b u f f e r ( 1 0 4 ) a n d ECS ( 8 4 ) a r ec o u p l e dt o a h i g h v o l t a g e c o n t r o l l e r ( 11 2 ) , Which i n t u r n i sc o u p l e d o t h ef o u rh i g h o l t a g ec o i l s 5 8 ) ,6 0 ) ,6 2 )a n d 6 4 ) .The W i t c hc o n t r o l l e r ( 1 0 6 ) a n d t he e l e c t o r / b u f f e r s( 1 0 2 ) a n d( 1 0 4 ) a r e c o u p l e dt o a male o n n e c t o r( 1 1 4 ) t o a l l o Wt h e E C S( 8 4 ) t o b e c o n n e c t e dt o t he c o i l s 4 6 ) ,( 4 8 ) a n d ( 5 0 ) a n d a n yo t h e r components o f t h e motor ( 1 0 ) d e s i r e d to b e c o n t r o l l e dby t he ECS 8 4 ) .T h e s e s W i t c h e s a r e h i g h poWer IGBTd e v i c e s t o c o n t r o l t h e c o i l d W e l l o r h i g h poWer DMOSFETs W i t c h e sf o r t he e l e c t r o m a g n e t i cc o i l s .[ 0 0 3 1 ] A s s e e n f rom F I G . 5 , t h e E C S ( 8 4 ) c o n t r o l s t h ec o n v e r s i o no f i n p u t v o l t a g e f r o mt h e b a tt e r y ( 9 8 ) t o t he v o l ta g e f o rr e c h a r g i n gt h e f o u rh i g h v o l t a g e c o i l s 5 8 ) , 6 0 ) ,6 2 )and ( 6 4 ) , a s W e l l a s t h e v a r i a b l e v o l t a g e o u t p u t t o t h e c o i l s4 6 ) ,( 4 8 ) a n d 5 0 ) ,t oc o n t r o l t h e s p e e d o f h e m o t o r 1 0 ) .The

E C S ( 8 4 ) a l s o c o n t r o l s t h e poWer a n d f r e q u e n c yo f t h e R Fs i g n a lg e n e r a t e d b y t h e r a d i of r e q u e n c yg e n e r a t o r 5 2 )t oaccommodate m o t o r d e s i g n , d e s i r e d s p e e d a n d f u e lm i x t u r er e q u i r e m e n t s .[ 0 0 3 2 ] F I G S . 6 - 8 shoW s c h e m a t i c s o f t h e E C S ( 8 4 ) f o rm o t o r( 1 0 ) o f t he p r e s e n t i n v e n t i o np r o v i d e d W i t ht h e s u p p l em e n t a l c y l i n d e r a s s e m b l y( 1 1 8 ) , o f a c o n s t r u c t i o ns i m i l a r t o


11/12

US 011/0113772 A 1

t h a td e s c r i b e da b o v e a n dc o n t r o l l e d by t h e ECS 8 4 ) .Thes u p p l e m e n t a lc y l i n d e ra s s e m b l y 1 1 8 )i s p o s i t i o n e dp a r a l l e lt o t h e c y l i n d e r 1 4 ) ,h a v i n g a p i s t o n ( 1 1 9 ) o f f s e to n e s t r o k ef r o m t h e p i s t o n ( 2 2 ) a n d c o u p l e dt o t h e c r a n k s h a f t ( 2 2 ) t o

d r i v e t h ec r a n k s h a f t 2 2 )a n d ? y W h e e l 4 0 )When h e p i s t o n( 2 2 ) s on t s r e c o v e r y t r o k e .( F I G . 1 ) . A sshoWn n F I G .6 , t h eE C S 8 4 ) h a s a C o n t r o l l e r A r e aNetWork (CAN) u s i n t e r f a c e1 2 0 ) ,a l l o w i n g v a r i o u s c o m p o n e n t so f t he m o t o r c o n t r o l

s y s t e m s ( 1 0 ) t o communicate d i r e c t l y W i t h o n e a n o t h e r , o rW i t hc o m p o n e n t so f a v e h i c l e ( n o t s h o W n )a s s o c i a t e d W i t ht h em o t o r 1 0 ) .The ECS ( 8 4 ) i s a l so p r o v i d e d W i t ha d e b u g /program n t e r f a c e ( 1 2 2 ) t o a l l o Ws o f t Wa r ebug ? x e s and r og r a m m i n go f he ECS 8 4 ) .T h i s p r o g r a m m i n gp o r t a l l o W st h et e s t e n g i n e e r t o ?ne t u n e t h e c o n t r o l l e r f u n c t i o n s t o ? t t h es p e c i ? c e n g i n e , i n i t i a t o r ,g a s m i x t u r eor o t h e r v a r i a t i o n t h a tW i l l b e n e e d e d a s neW instances are created a n d o n c e com

p l e t e t o s t o r e t h a t program o r f u t u r e u s e . T h i s p r o v i d e sa v e r yl a r g e e c o n o m y of use on h e m a n u f a c t u r e r .

[ 0 0 3 3 ] As shoWn n F I G . 7 , t he ECS 8 4 )a c c o m p l i s h e s

p o W e rs Wi t c h i n go f t he c o n t r o l s t h e f o u r h i g h v o l t a g e c o i l s5 8 ) , 6 0 ) ,6 2 )a n d 6 4 )u s i n g n s u l a t e d g a t e b i p o l a rt r a n s i s t o r( I G B T )d e v i c e s1 2 4 ) , 1 2 6 ) ,1 2 8 )a n d 1 3 0 )c o m p r i s i n g5 0 0to 800 o l t s at 1 0 t o 40 Amp 0 KW o 3 2 0 KW W i t c h e s .TheECS 8 4 )a c c o m p l i s h e st h e p o W e rs Wi t c h i n go f h e c o i l s4 6 ) ,4 8 )a n d 5 0 ) ,u s i n g m e t a l - o x i d e - s e m i c o n d u c t o r? e l d - e f f e c t

t r a n s i s t o r(MOSFET) e v i c e s1 3 2 ) , 1 3 4 ) ,1 3 6 )a n d 1 3 8 ) .F I G . 8 shoWs t h e E C S ( 8 4 ) s c h e m a t i c o ft h e s t a r t e rc o n t r o l( 1 4 0 ) a n d r e f u e l i n g c o n t r o l 1 4 2 ) .F I G .8 a l so s h o W st he ECS8 4 )s c h e m a t i cf o rt h er d i o f r e q u e n c yp o W e rg e n e r a to r ( 1 4 4 )

a n d ( 1 4 6 ) f o rt he r ad io f r e q u e n c yg e n e r a t o r 5 2 )d e s c r i b e da b o v e a n dt h e r a d i o f r e q u e n c yg e n e r a t or ( 1 4 7 ) a s s o c i a t e dWi t h h es u p p l e m e n t a lc y l i n d e ra s s e m b l y 1 1 8 ) .( F I G S .1 - 8 ) .[ 0 0 3 4 ] W h e n t i s d e s i r e d to o p e r a t e t h e motor 1 0 ) ,t h ee x p a n s i o nc h a m b e r( 2 4 ) i s e v a c u a t e da n d t he ECS ( 8 4 ) i sp r o g r a m m e du s i n g t h e d e b u g / p r o g r a mi n t e r f a c e1 2 2 )t oo p e r a t e a s f o l l o W s : The E C S ( 8 4 ) a c t u a t e s th e v a l v e ( 7 8 ) tod o s e t h e e x p a n s i o nc h a m b e r( 2 4 ) W i t hf u e lu n t i lt h e p r e s s u r eW i t h i n t he e x p a n s i o n c h a m b e r( 2 4 ) i s a p p r o x i m a t e l yo n ea t m o s p h e r e .The u e l m a y e a n y d e s i r e d c o m b i n a t i o n o ft h en o b l e g a s e s :h e l i u m ( H e ) , n e o n ( N e ) , a r g o n A r ) ,k r y p t o nK r ) ,xenon ( e ) , a n d r a d o n ( R n ) . One u e lm i x t u r eknoWn n

t h e a r t i s a c o m b i n a t i o nby volume o f 35 .6% h e l i u m , 26 .2%n e o n , 16 .9% a r g o n , 1 2 . 7 % k r y p t o n and 8 . 5 % x e n o n . Whi leradon m a y be s e d , i t i s i n h e r e n t l y u n s t a b l eand m a y a u s e anu n d e s i r a b l yl a r g er e l e a s eo f n e r g y .S i m i l a r l y ,h y d r o g e nmaybe s e d i n t h e m i x t u r ei f i t i s d e s i r e d to s p e e dup t h e r e a c t i o no r g e n e r a t e a d d i t i o n a l p o We r a s may e t h e c a s e With l a r g e rd i s p l a c e m e n te n g i n e s .[ 0 0 3 5 ]A f t e r d o s i n gt h ee x p a n s i o nc h a m b e r 2 4 )W i t hf u e l ,t h e E C S 8 4 ) a c t u a t e s t h e e l e c t r i cmotor 1 1 0 ) c o u p l e dt o t h e?yWheel ( 4 0 ) t o t u r n t h e c r a n k s h a f t ( 3 6 ) a n d d r i v e t h e c o nn e c t i n gr o d 3 4 )a n dp i s t o n 2 2 )u n t i lt h em o t o r 1 0 )b e g i n s t oo p e r a t e u n d e r t s o W n o We r .While h e e l e c t r i c motor 1 1 0 ) se n g a g e d ,t h e ECS 8 4 ) m o n i t o r st h e c r a n k s h a f t s e n s o r ( 8 2 ) tod e t e r m i n eW h e n h e p i s t o n ( 2 2 ) i s a t TDC n d s t a r tt h e e x c it a t i o nc y c l e W h i l e a p p l y i n ga r e c h a r g e c y c l e t o t he s u p p l em e n t a l c y l i n d e r a s s e m b l y ( 1 1 8 ) a s i t r e t u r n s f r o m b o t t o md e a d c e n t e r (BDC) t o W a r dTDC.[ 0 0 3 6 ]T h eECS 8 4 )b e g i n st h ee x c i t a t i o nc y c l eb y s u p p l yi n g t he v a r i a b l e or s p e e d v o l t a g e t o t h e s u p p l e m e n t a l ,c y li n d e r a n d t r a n s i t i o nc o i l s 4 6 ) ,4 8 )a n d ( 5 0 ) c r e a t i n g a ne l e c t r o m a g n e t i c ? e l d , s o t h a tt h e n o r t h p o l e o f t he e l e c t r omagnet o v e r t h e c y l i n d e r ( 1 4 ) i s on h e same end a s t h e h i g hv o l t a g ee l e c t r o d e s6 8 ) , 7 0 ) ,7 2 )a n d 7 4 ) .T h e c h a n g ei n

May 9 , 2 0 11

v o l t a g e t o t hese c o i l s 4 6 ) ,4 8 )a n d 5 0 ) s q u e e z e s t h ef u e lW i t h i nt h e c y l i n d e r 1 4 ) ,c o m p r e s s i n gt he f u e lm i x t u r eW i t h i nt h e c y l i n d e r ( 1 4 ) t o t h e c e n t e r a n d p r e s e t t i n g t he i o n i c f o r mo fthe l i g h t e rg a s e s .By a r y i n g the v o l t a g e su p p l i e d t o the c o i l s

4 6 ) , 4 8 )a n d 5 0 )t he ECS 8 4 ) c o n t r o l st he s p e e d a t W h i c ht h em o t o r 1 0 )o p e r a t e s .I n c r e a s i n gt h ev o l t a g e p a c k s t h ef u e lmore i g h t l y ,i n c r e a s i n g t h e e v e n t u a lr a t e o f t r a n s i t i o n o f t h ep l a s m af u e la n dW i t h t t he l i n e a rmovement f h e p i s t o n ( 2 2 )t o W a r dBDC, W h i c ht he c o n n e c t i n gr o d ( 3 4 ) t r a n s l a t e s i n t oi n c r e a s e s p e e d o f o t a t i o no f t h e c r a n k s h a f t 36 ) .[ 0 0 3 7 ] As t he p i s t o n r e a c h e s ~ 5 d e g r e e s f r o m TDC, t h eECS 8 4 ) a c t u a t e st h ef o u r h i g h v o l t a g e c o i l s 5 8 ) , 6 0 ) ,6 2 )a n d 6 4 ) ,i n i t i a t i n ga s i m p l eh i g h v o l t a g e ,1 0 0 K V, a r cW i t h i nt h e e x p a n s i o nc h a m b e r 2 4 ) .At t he same i m e , t h e ECS 8 4 )i n i t i a t e st h e a d d i t i o n o f 2 . 0 5 t o 4 7 . 1 2 MHZ a d i o f r e q u e n c y( R F ) e n er g yn t ot h ee x p a n s i o nc h a m b e r2 4 )b y p r o v i d i n g h er a d i o f r e q u e n c yg e n e r a t o r ( 5 2 ) W i t h 1 2 v o l t sa t 8 . 2 amps( ~ 1 0 0W ) o i n t r o d u c eR F n e r g y i n t ot h e e x p a n s i o nc h a m b e r2 4 ) v i a t h eh i g h f r e q u e n c y a n t e n n a5 4 ) .

[ 0 0 3 8 ] As t he p i s t o n r e a c h e s ~ 4 5 d e g r e e s p a s t TDC, t heE C S 8 4 ) i n c r e a s e so r d e c r e a s e s t h e v o l t a g e a p p l i e dto t h e o i l( 4 8 ) a s d e s i r e d t o e i t h e r s p e e d up o r s l o Wd o W n h e r e a c t i o nW i t h i n t he c y l i n d e r .The s p e c i ? c e x p a n s i o n c o e ? i c i e n t i s av a r i a n t o f t h e g a s m i x t u r e . E x p a n s i o nf o r t h e f u e l m i x t u r el i s t e da b o v e i s a b o u t ?ve t i m e s i t s o r i g i n a l v o l u m e .[ 0 0 3 9 ] The e a v i e r e l e m e n t s i n t h e f u e l W i l l n o t be p a r t o ft h i s r e a c t i o n a s t h e e x c i t a t i o n s r emoved e f o r e t h a s t i m e f o rt h e m t o be e f f e c t e d . T h e h e a v i e r elements a c t a s a b u f f e rb e t We e nt he p l a s m a ,t h ep i s t o n a n d c y l i n d e rWa l l ,a l l o W i n gat a rg e t e d p u s h o n t h e p i s t o n b y t he P l a s m i c t r a n s i t i o n .Theheavier elements a r e i n t h e m i x a s a b u f f e r t o i s o l a t e t h ep l a s m a f r o ma n y t h i n gt h a tc o u l d d i s r u p tt h e t r a n s f o r m a t i o n .F o r e x a m p l e ,i f t h e plasma Was t o t o u c h t h e i n t e r i o r o f t h ec y l i n d e r 1 4 ) ,i t W o u l do s e t h eo n g o i n ga b i l i t yt oe x p a n d a n dW o u l di m m e d i a t e l yr e t r a c t ,s o t h e b u f f e r i n g i s i m p o r t a n t .[ 0 0 4 0 ] The ECS 8 4 ) a l so s u p p l i e s a r e c h a r g e v o l t a g e t ot h es u p p l e m e n t a lc y l i n d e rc o i la s s e m b l y 1 1 8 )t oh e l pr e g e n e r a t et h e f u e l i n t o g a s t o g e t i t recombined and e a d y . A s t h e f u e lc o n v e r t s back t o g a s , i t s h r i n k s t o f o r m a p a r t i a l v a c u u mW i t h i n t h e chamber a s i t r e t u r n s t o one a tmosphere and t h es q u e e Z ep r o v i d e s q u i c k e rr e t u r n t o a s t a b l e s t a t e .[ 0 0 4 1 ] A s soon s t h e s e n s o r ( 8 0 ) i n d i c a t e s t o t h e ECS 8 4 )t h a ti g n i t i o nh a s o c c u r r e d , t h eECS ( 8 4 ) d i s a b l e sv o l t a g e t ot h ef o u r h i g h v o l t a g e c o i l s 5 8 ) ,6 0 ) , 6 2 )a n d 6 4 ) a s t h etransformation o a p l a s m a has s t a r t e d . As soon s t h e sensor

( 8 0 ) n o t e s t h a tt he p o W e rh a s d e c r e a s e db y 5 0 , t he ECS 8 4 )d i s a b l e s v o l t a g e t o t he r a d i o f r e q u e n c yg e n e r a t o r 5 2 ) .T h epoWer and a v e l e n g t h o ft h e R F e n e r g yW i t h i nt h e t r a n s i t i o nc h a m b e r( 2 5 ) a l s o d i c t a t e st h e s p e e do f o p e r a t i o no f he m o t o r1 0 0 ) .T h e h i g h e r t he f r e q u e n c y , the f a s t e rt h e i o n i Z a t i o n

p r o c e s st a k e s p l a c e a n d t h e f a s t e rt he m o t o r( 1 0 ) o p e r a t e s . Thep i s t o n s h o u l db e u s t o v e rh a l f Wa y d o W n o W a r dBDC ottomDead e n t e r ) a t t h i st i m e .[ 0 0 4 2 ] The r a n s i t i o n c y c l e i s a l l o We dt o s t a r ti t sc o l l a p s e ,W h i c hc t u a l l yt akes p l a c e a n dc o m p l e t e s u s tb e f o r e BDC. to r a b o u t BDC, h e ECS 8 4 ) r e m o v e st h e s p e e dv o l t a g e f romt h e c o i l( 5 0 ) a n d p l a c e s a r e c h a r g e v o l t a geo n t he c o i l s 4 6 ) ,4 8 )a n d 5 0 ) ,i f n e e d e d , f o r c o l l a p s e .A s t h ep i s t o n2 2 )

b e g i n s t o move b a c k upWard t o W a r dTDC, t h e ECS ( 8 4 )r e c o g n i Z e st h eu p W a r ds p e e do f h e p i s t o n2 2 )W h i c ha l l o W st h e ECS 8 4 ) o a d j u s t v o l t a g e s a n dd u r a t i o n o e i t h e rs p e e du po r s l o Wd o W n h e motor 1 0 ) .[ 0 0 4 3 ]T h e ECS 8 4 )k e y s o f fo f s i g n a l sp r o d u c e db y t h es e n s o r ( 8 0 ) , c o m p r i s i n ga t l e a s t one o r TDC, and m a y n c l u d e


12/12

US 011/0113772 A 1

m u l t i p l e p u l s e st o f u r t h e rl o c a t e t h ep i s t o n2 2 )p o s i t i o nW i t h i nt h e 3 6 0 d e g r e e o t a t i o n a lc y c l e o f s i n g l e p o W e r y c l e .T h i s i n p u t i s t h e n t r a n s l a t e d i n t oi n t e r n a l p r o c e s s o r s i g n a l s toe n e r g i Z et h e t h r e ec o i l s 4 6 ) ,4 8 )a n d 5 0 ) ,r a d i of r e q u e n c y

g e n e r a t o r5 2 )a n d f o u rh i g h v o l t a g ee l e c t r o d e s6 8 ) , 7 0 ) ,( 7 2 ) and 7 4 ) to f u n c t i o na t t h e i r p r o p e r t i m e i n r e l a t i o n t o t h ep l a c e m e n to f h ep i s t o n 2 2 )Wi t h i nc y l i n d e r 1 4 )a n d h e3 6 0d e g r e e a r c o f h e c r a n k s h a f t ( 3 6 ) a s s e tby p r e d e t e r m i n e ds e to f a r a m e t e r s . I f ,a t a n y p o i n t t h e ECS 8 4 ) d e t e c t s a d e c r e a s ei ne n e r g y o u t p u t o f t he m o t o r , t he ECS 8 4 ) t r i g g e r st he v a l v e( 7 8 ) t o p r o v i d e a d d i t i o n a l f u e l i n t ot h e e x p a n s i o nc h a m b e r2 4 )t h rough t h e r e f u e l i n g p o r t7 6 ) .

[ 0 0 4 4 ] A l t h o u g ht he i n v e n t i o n h a s b e e n d e s c r i b e d W i t hr e s p e c t t o a p r e f e r r e d embodiment h e r e o f , i t i s t o be n d e rs t o o d t h a t i t i s n o t t o be s o l i m i t e d s i n c e c h a n g e s and modi? c a t i o n s can be m a d e t h e r e i n W h i c h a r e W i t h i n t h e f u l l ,i n t e n d e d s c o p e o f h i si n v e n t i o nas de?ned by t h e appendedc l a i m s . A s a n e x a m p l e ,t h e motor m a y e p r o v i d e dW i t hf o u r ,?ve r m o r e o i l s W h i c h h e ECS 8 4 ) can W i t c hi n s e q u e n c e .I n a n o t h e r e x a m p l e ,t he ECS 8 4 ) m a y e c o u p l e dt o d e v i c e ,such a s g e n e r a t o r , Water o r a i r p u m p t c . , t o a u t o m a t i c a l l ya d j u s tt h e o u t p u t o f t he m o t o r ( 1 0 ) a c c o r d i n gt o t h e c h a n g i n gdemands f t h e d e v i c e . I n y e t a n o t h e r e x a m p l e ,t h e R F poWerm a y e n c r e a s e dt o 900 MHZ o 1 . 7 G H Z , r h i g h e r . A s h e R Ff r e q u e n c y g o e su p , t h e poWer e q u i r e d t o e x c i t e t h e f u e l g o e sdoWn. The ECS a s t h e a b i l i t y t o s e n s e and e a c t t o t h e e n g i n eand t c a n be p r o g r a m m e d o c o n t r o l e n g i n e s o f a n y d e s i g n , s oany s t a t i ct i m i n g g i v e n i s f o r i n s t r u c t i o n a l p u r p o s e s as as t a r t i n gp o i n tf o r? n e t u n i n g .

W h a t s c l a i m e di s :1 .A n n t e r n a le x p a n s i o ne n g i n ec o m p r i s i n g :a ) a n t r a n s i t i o n c h a m b e r ;b )a p i s t o n f o r m i n ga Wa l l o f s a i d t r a n s i t i o n c h a m b e r ;c ) a c h a r g e o f a n o b l e g a s p r o v i d e dW i t h i ns a i d t r a n s i t i o n

c h a m b e r ;d )W h e r e i ns a i d n o b l eg a s c o n s t i t u t e s a t l eas t t e n p e r c e n t o f

a l l g a s e s p r o v i d e dW i t h i ns a i d t r a n s i t i o nc h a m b e r ;e ) a m a g n e t i c? e l d g e n e r a t o r p r o v i d e da r o u n ds a i d t r a n s i

t i o nc h a m b e r ;f ) a r a d i o f r e q u e n c ypoWer s o u r c e c o u p l e dt o s a i d t r a n s i

t i o n c h a m b e r ;a n dg )a n i n i t i a t o rs y s t e ml o c a t e d W i t h i ns a i d t r a n s i t i o n c h a m

b e r t o i n i t i a t et h e t r a n s i t i o n p r o c e s s .2 . The i n t e r n a l e x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m1 , f u r t h e r com

p r i s i n g a c o n n e c t i n gr o d c o u p l e dt o s a i d p i s t o n .3 . The i n t e r n a l e x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m2 , f u r t h e r com

p r i s i n g a c r a n k s h a f t c o u p l e dt o s a i d c o n n e c t i n gr o d .4 . The i n t e r n a l e x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m3 , f u r t h e r com

p r i s i n g a ? y W h e e lc o u p l e dt o s a i d c r a n k s h a f t .5 . The n t e r n a le x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 4 , W h e r e i ns a i d

r a d i o f r e q u e n c ypoWer s o u r c e c o m p r i s e san a n t e n n a e x t e n di n g i n t os a i d t r a n s i t i o n c h a m b e r .

6 . The n t e r n a le x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 1 , W h e r e i ns a i dr a d i o f r e q u e n c ypoWer s o u r c e c o m p r i s e san a n t e n n a e x t e n di n g i n t os a i d t r a n s i t i o n c h a m b e r .

7 . The n t e r n a le x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 1 , W h e r e i ns a i dn o b l eg a s c h a r g ec o m p r i s e sa t l e a s tt We n t yp e r c e n to f l l g a s e sp r o v i d e dW i t h i ns a i d t r a n s i t i o nc h a m b e r .

May 9 , 2 0 11

8 . The n t e r n a le x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 1 , W h e r e i ns a i di n i t i a t o rs y s t e mi s a s p a r k c o i l .

9 . The n t e r n a le x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 1 , W h e r e i ns a i dn o b l e g a s c h a r g e c o m p r i s e sa t l e a s t? f t y p e r c e n t o f l l g a s e s

p r o v i d e dW i t h i ns a i d t r a n s i t i o n c h a m b e r .1 0 .The n t e r n a le x p a n s i o n e n g i n e o fc l a i m 1 ,W h e r e i ns a i d

t r a n s i t i o n chamber s t o r o i d a l .1 1 . The i n t e r n a le x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 1 0 , f u r t h e r

c o m p r i s i n g :a ) a c o n n e c t i n gr o d c o u p l e dt o s a i d p i s t o n ;

( b ) a c r a n k s h a f t c o u p l e dto s a i d c r a n k a r m ;c ) a ? y W h e e lc o u p l e dt o s a i d c r a n k s h a f t ;a n dd ) a m a g n e tc o u p l e dt o s a i d ? y W h e e l ;a n de ) a H a l l e f f e c t s W i t c h s e c u r e d W i t h i nt h e m a g n e t i c ? e l d

g e n e r a t e db y s a i dm a g n e t .1 2 .The i n t e r n a le x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 1 1 , f u r t h e r

c o m p r i s i n ga ? e l d e f f e c t t r a n s i s t o r c o u p l e dt o s a i d h a l l e f f e c ts W i t c h .

1 3 . The n t e r n a l e x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 1 , f u r t h e r comp r i s i n g a ? e l d e f f e c t t r a n s i s t or

s W i t c hc o u p l e dto s a i d

m a gn e t i c ? e l d g e n e r a t o r.1 4 . The n t e r n a l e x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 1 , f u r t h e r com

p r i s i n g a b a t t e r y c o u p l e dt o s a i dm a g n e t i c? e l d g e n e r a t o r .1 5 . A n l e c t r o n i c c o n t r o l s y s t e mc o m p r i s i n g :a ) a c y l i n d e r c o i l ;b )a ? r s ts W i t c hc o u p l e dt o s a i d c y l i n d e r c o i l ;c ) a n i n i t i a t o rs y s t e m ;d ) a s e c o n ds W i t c hc o u p l e dt o s a i d i n i t i a t o rs y s t e m ;e ) a r a d i of r e q u e n c yg e n e r a t o r ;f ) a t h i r d s W i t c hc o u p l e d o s a i d r a d i o f r e q u e n c yg e n e r a t o r ;

andg ) a c e n t r a l p r o c e s s i n g u n i t c o u p l e dt o s a i d ? r s t s Wi t c h ,

s a i d s e c o n ds W i t c hand s a i d t h i r d s W i t c h .1 6 .The n t e r n a le x p a n s i o ne n g i n e o f c l a i m 1 5 ,W h e r e i n

s a i d i n i t i a t o rs y s t e m i s a s p a r k c o i l .1 7 . A ethod or moving a p i s t o n c o m p r i s i n g :a ) a n e x p a n si o n c h a m b e r ;b )a p i s t o n f o r m i n ga Wa l l o f s a i d e x p a n s i o nc h a m b e r ;c ) p r o v i d i n ga c h a n g eo f n o b l e g a s Wi t h i n s a i de x p a n s i o n

c h a m b e r ;d )g e n e r a t i n g a m a g n e t i c? e l d a r o u n ds a i dp i s t o n ;e ) g e n e r a t i n g a p l a s m aW i t h i n s a i de x p a n s i o nc h a m b e r ;

andf ) g e n e r a t i n g a s p a r k Wi t h i ns a i de x p a n s i o nc h a m b e r .

1 8 . The method o f moving a p i s t o n o f c l a i m 1 7 , f u r t h e rc o m p r i s i n g v a r y i n gt h e s t r e n g t ho f s a i dm a g n e t i c ? e l di nr e s p o n s e t o movement o f s a i d p i s t o n .

1 9 . The method o f moving a p i s t o n o f c l a i m 1 7 , f u r t h e rc o m p r i s i n g i n c r e a s i n g s a i dm a g n e t i c ? e l d a s s a i dp i s t o n

d e c r e a s e s t he s i Z eo f s a i d e x p a n s i o nc h a m b e ra n d d e c r e a s i n gs a i d m a g n e t i c? e l d a s s a i d p i s t o n i n c r e a s e s t h e s i Z e o f s a i de x p a n s i o n c h a m b e r .

2 0 . The method o f moving a p i s t o n o f c l a i m 1 9 , f u r t h e rc o m p r i s i n gi o n i Z i n g s a i d c h a r g e o f n o b l e g a s Wi t h i n s a i de x p a n s i o n c h a m b e r .

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