JP2001241302A - フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置 - Google Patents
フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱効率の高いロングストローク化を可能にた
フリーピストンエンジンにより駆動されるフリーピスト
ンエンジン駆動リニア発電装置を提供する。 【解決手段】 同一直線上に対向して配置し行程をずら
して運転される左右一対の４ストロークサイクルフリー
ピストンエンジン１０Ｌ，１０Ｒと、該エンジンのピス
トン１１Ｌ，１１Ｒ同士を連結して往復移動する磁石部
１３を備えたシャフト部１２と、磁石部１３が磁界制御
部１８により可変の磁界内を往復移動して発電機または
電動機として機能するリニア発電・電動機１４と、リニ
ア発電・電動機１４に接続された電源１９とを具備して
構成した。
フリーピストンエンジンにより駆動されるフリーピスト
ンエンジン駆動リニア発電装置を提供する。 【解決手段】 同一直線上に対向して配置し行程をずら
して運転される左右一対の４ストロークサイクルフリー
ピストンエンジン１０Ｌ，１０Ｒと、該エンジンのピス
トン１１Ｌ，１１Ｒ同士を連結して往復移動する磁石部
１３を備えたシャフト部１２と、磁石部１３が磁界制御
部１８により可変の磁界内を往復移動して発電機または
電動機として機能するリニア発電・電動機１４と、リニ
ア発電・電動機１４に接続された電源１９とを具備して
構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フリーピストンエ
ンジンとリニア発電機とを組み合わせて発電を行うフリ
ーピストンエンジン駆動リニア発電装置に係り、特に、
フリーピストンエンジンがディーゼル内燃機関であるも
のに関する。
ンジンとリニア発電機とを組み合わせて発電を行うフリ
ーピストンエンジン駆動リニア発電装置に係り、特に、
フリーピストンエンジンがディーゼル内燃機関であるも
のに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、クランク、コンロッド及び変
動荷重軸受（ピストンピン軸受）などが不要で小型化に
有利な内燃機関として、フリーピストンエンジンが知ら
れている。また、２ストロークサイクルのフリーピスト
ンエンジンを駆動源として用い、リニア発電機を駆動し
て発電するフリーピストンエンジン駆動リニア発電装置
（以下、フリーピストンリニア発電装置と呼ぶ）が知ら
れている。このフリーピストンリニア発電装置は、図７
に示すように、対向して配置された左右一対の２ストロ
ークサイクルフリーピストンエンジン１Ｌ，１Ｒが互い
のピストン２Ｌ、２Ｒをシャフト３で連結されており、
該シャフト３の中央部に設けられた磁石部４がリニア発
電機５の磁界内を往復移動することで発電するように構
成されたものである。なお、図中の符号６Ｌ，６Ｒはシ
リンダ、７Ｌ，７Ｒは給気口、８Ｌ，８Ｒは排気弁であ
る。
動荷重軸受（ピストンピン軸受）などが不要で小型化に
有利な内燃機関として、フリーピストンエンジンが知ら
れている。また、２ストロークサイクルのフリーピスト
ンエンジンを駆動源として用い、リニア発電機を駆動し
て発電するフリーピストンエンジン駆動リニア発電装置
（以下、フリーピストンリニア発電装置と呼ぶ）が知ら
れている。このフリーピストンリニア発電装置は、図７
に示すように、対向して配置された左右一対の２ストロ
ークサイクルフリーピストンエンジン１Ｌ，１Ｒが互い
のピストン２Ｌ、２Ｒをシャフト３で連結されており、
該シャフト３の中央部に設けられた磁石部４がリニア発
電機５の磁界内を往復移動することで発電するように構
成されたものである。なお、図中の符号６Ｌ，６Ｒはシ
リンダ、７Ｌ，７Ｒは給気口、８Ｌ，８Ｒは排気弁であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したフ
リーピストンリニア発電装置においては、２ストローク
サイクルフリーピストンエンジン１Ｌ，１Ｒを駆動源と
しているため、左右のエンジンで交互に燃焼が行われて
連続した駆動力を得ることができる。すなわち、２スト
ロークサイクルフリーピストンエンジン１Ｌ，１Ｒで
は、ピストンが一往復することで、新気により排気ガス
を掃気した後圧縮を行う圧縮行程と、燃焼（爆発）後に
新気を給気する膨脹行程とが交互に実施されるため、一
方が圧縮行程にあるときは他方が膨脹行程にある。
リーピストンリニア発電装置においては、２ストローク
サイクルフリーピストンエンジン１Ｌ，１Ｒを駆動源と
しているため、左右のエンジンで交互に燃焼が行われて
連続した駆動力を得ることができる。すなわち、２スト
ロークサイクルフリーピストンエンジン１Ｌ，１Ｒで
は、ピストンが一往復することで、新気により排気ガス
を掃気した後圧縮を行う圧縮行程と、燃焼（爆発）後に
新気を給気する膨脹行程とが交互に実施されるため、一
方が圧縮行程にあるときは他方が膨脹行程にある。
【０００４】しかしながら、このような２ストロークサ
イクルフリーピストンエンジンは、給気口を設けるため
に、膨脹行程が短くなるという問題がある。
イクルフリーピストンエンジンは、給気口を設けるため
に、膨脹行程が短くなるという問題がある。
【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、クランク機構を排除して理想的なディーゼルサイ
クルを追求することを目的としており、特に、熱効率の
高い膨脹行程を長くしたフリーピストンエンジンにより
駆動されるフリーピストンエンジン駆動リニア発電装置
を提供するものである。
ので、クランク機構を排除して理想的なディーゼルサイ
クルを追求することを目的としており、特に、熱効率の
高い膨脹行程を長くしたフリーピストンエンジンにより
駆動されるフリーピストンエンジン駆動リニア発電装置
を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置は、同一直
線上に対向して配置し行程をずらして運転される左右一
対の４ストロークサイクルフリーピストンエンジンと、
該エンジンのフリーピストン同士を連結して往復移動す
る磁石部を備えたシャフト部と、前記磁石部が制御手段
により可変の磁界内を往復移動して発電機または電動機
として機能するリニア発電・電動機と、前記リニア発電
・電動機に接続された電源とを具備して構成したことを
特徴とするものである。
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置は、同一直
線上に対向して配置し行程をずらして運転される左右一
対の４ストロークサイクルフリーピストンエンジンと、
該エンジンのフリーピストン同士を連結して往復移動す
る磁石部を備えたシャフト部と、前記磁石部が制御手段
により可変の磁界内を往復移動して発電機または電動機
として機能するリニア発電・電動機と、前記リニア発電
・電動機に接続された電源とを具備して構成したことを
特徴とするものである。
【０００７】このようなフリーピストンエンジン駆動リ
ニア発電装置によれば、４ストロークサイクルフリーピ
ストンエンジンを採用したことで、熱効率の高いロング
ストローク化が可能となる。また、リニア発電・電動機
を採用したことで、フリーピストンエンジンから駆動力
が得られるときは発電機を駆動して発電し、駆動力が発
生しない時には電動機によりピストンを移動させるの
で、装置を連続運転することが可能になる。このような
フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置において、
前記左右一対の４ストロークサイクルフリーピストンエ
ンジンは、一方が膨脹行程にあるとき他方が圧縮行程ま
たは排気行程のいずれかにある。また、このようなフリ
ーピストンエンジン駆動リニア発電装置において、前記
制御手段は、前記４ストロークサイクルフリーピストン
エンジンの一方が膨脹行程にあるとき前記リニア発電・
電動機の磁界を発電機側に切り換えると共に、前記４ス
トロークサイクルフリーピストンエンジンが左右共に膨
脹行程以外の行程にあるとき前記リニア発電・電動機の
磁界を電動機側に切り換えることが好ましく、これによ
り、フリーピストンエンジンのスムーズな連続運転及び
リニア発電・電動機による発電が可能となる。
ニア発電装置によれば、４ストロークサイクルフリーピ
ストンエンジンを採用したことで、熱効率の高いロング
ストローク化が可能となる。また、リニア発電・電動機
を採用したことで、フリーピストンエンジンから駆動力
が得られるときは発電機を駆動して発電し、駆動力が発
生しない時には電動機によりピストンを移動させるの
で、装置を連続運転することが可能になる。このような
フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置において、
前記左右一対の４ストロークサイクルフリーピストンエ
ンジンは、一方が膨脹行程にあるとき他方が圧縮行程ま
たは排気行程のいずれかにある。また、このようなフリ
ーピストンエンジン駆動リニア発電装置において、前記
制御手段は、前記４ストロークサイクルフリーピストン
エンジンの一方が膨脹行程にあるとき前記リニア発電・
電動機の磁界を発電機側に切り換えると共に、前記４ス
トロークサイクルフリーピストンエンジンが左右共に膨
脹行程以外の行程にあるとき前記リニア発電・電動機の
磁界を電動機側に切り換えることが好ましく、これによ
り、フリーピストンエンジンのスムーズな連続運転及び
リニア発電・電動機による発電が可能となる。
【０００８】そして、上記のフリーピストンエンジン駆
動リニア発電装置においては、前記４ストロークサイク
ルフリーピストンエンジンのシリンダ内圧力を検出し、
該シリンダ内圧力の検出値が燃焼時に一定となるよう前
記リニア発電・電動機の磁界を制御することが好まし
く、これにより、理想的なディーゼルエンジンの定圧サ
イクルを実現できる。
動リニア発電装置においては、前記４ストロークサイク
ルフリーピストンエンジンのシリンダ内圧力を検出し、
該シリンダ内圧力の検出値が燃焼時に一定となるよう前
記リニア発電・電動機の磁界を制御することが好まし
く、これにより、理想的なディーゼルエンジンの定圧サ
イクルを実現できる。
【０００９】さらに、上記のフリーピストンエンジン駆
動リニア発電装置は、前記左右一対の４ストロークサイ
クルフリーピストンエンジンをそれぞれが平行になるよ
う上下左右に並べて配置するのが好ましく、これによ
り、フリーピストンエンジンの起振力が完全にバランス
するため、起振力をなくすことができる。従って、この
ようなスクエア８シリンダーの構成を１ユニットとして
設置するのが好ましい。
動リニア発電装置は、前記左右一対の４ストロークサイ
クルフリーピストンエンジンをそれぞれが平行になるよ
う上下左右に並べて配置するのが好ましく、これによ
り、フリーピストンエンジンの起振力が完全にバランス
するため、起振力をなくすことができる。従って、この
ようなスクエア８シリンダーの構成を１ユニットとして
設置するのが好ましい。
【００１０】請求項６に記載のフリーピストンエンジン
駆動リニア発電装置は、同一直線上に対向して配置しサ
イクルをずらして運転される左右一対の６ストロークサ
イクルフリーピストンエンジンと、該エンジンのピスト
ン同士を連結して往復移動する磁石部を備えたシャフト
部と、前記磁石部が制御手段により可変の磁界内を往復
移動して発電機または電動機として機能するリニア発電
・電動機と、前記リニア発電・電動機に接続された電源
とを具備し、前記６ストロークサイクルフリーピストン
エンジンが、吸入行程、排気行程、吸入行程、圧縮行
程、膨脹行程及び排気行程の順で運転されることを特徴
とするものである。
駆動リニア発電装置は、同一直線上に対向して配置しサ
イクルをずらして運転される左右一対の６ストロークサ
イクルフリーピストンエンジンと、該エンジンのピスト
ン同士を連結して往復移動する磁石部を備えたシャフト
部と、前記磁石部が制御手段により可変の磁界内を往復
移動して発電機または電動機として機能するリニア発電
・電動機と、前記リニア発電・電動機に接続された電源
とを具備し、前記６ストロークサイクルフリーピストン
エンジンが、吸入行程、排気行程、吸入行程、圧縮行
程、膨脹行程及び排気行程の順で運転されることを特徴
とするものである。
【００１１】このようなフリーピストンエンジン駆動リ
ニア発電装置によれば、６ストロークサイクルフリーピ
ストンエンジンを採用したため排気行程及び吸入行程が
増加し、排気と給気を完全に分離して行うことができ
る。このため、低速給排気によるガス流入損失を低減で
きるようになり、ガス交換効率を向上させるため給排気
ポートを小型化することができ、さらにロングストロー
ク化が可能になる。
ニア発電装置によれば、６ストロークサイクルフリーピ
ストンエンジンを採用したため排気行程及び吸入行程が
増加し、排気と給気を完全に分離して行うことができ
る。このため、低速給排気によるガス流入損失を低減で
きるようになり、ガス交換効率を向上させるため給排気
ポートを小型化することができ、さらにロングストロー
ク化が可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るフリーピスト
ンエンジン駆動リニア発電装置（以下、フリーピストン
リニア発電装置と呼ぶ）の一実施形態を図面に基づいて
説明する。図１（ａ）に示す第１の実施形態において、
符号の１０Ｌ，１０Ｒは４ストロークサイクルフリーピ
ストンエンジン、１１Ｌ，１１Ｒはピストン、１２はシ
ャフト、１３は磁石部、１４はリニア発電・電動機、１
５Ｌ，１５Ｒはシリンダ、１６Ｌ，１６Ｒは給気弁、１
７Ｌ，１７Ｒは排気弁、１８は磁界制御部、１９は電
源、２０は制御部である。
ンエンジン駆動リニア発電装置（以下、フリーピストン
リニア発電装置と呼ぶ）の一実施形態を図面に基づいて
説明する。図１（ａ）に示す第１の実施形態において、
符号の１０Ｌ，１０Ｒは４ストロークサイクルフリーピ
ストンエンジン、１１Ｌ，１１Ｒはピストン、１２はシ
ャフト、１３は磁石部、１４はリニア発電・電動機、１
５Ｌ，１５Ｒはシリンダ、１６Ｌ，１６Ｒは給気弁、１
７Ｌ，１７Ｒは排気弁、１８は磁界制御部、１９は電
源、２０は制御部である。
【００１３】この実施形態では、左右一対の４ストロー
クサイクルフリーピストンエンジン（以下、エンジンと
呼ぶ）１０Ｌ，１０Ｒが、シリンダ１５Ｌ，１５Ｒの開
放端面（一方の円筒底面）を互いに対向させて同一直線
上に配置されている。そして、エンジン１０Ｌ，１０Ｒ
のピストン１１Ｌ、１１Ｒをシャフト１２で連結し、両
ピストン１１Ｌ，１１Ｒがそれぞれのシリンダ１５Ｌ，
１５Ｒ内を一体的に往復運動するように構成してある。
なお、両シリンダ１５Ｌ，１５Ｒの閉端面（他方の円筒
底面）には、それぞれ給気弁１６Ｌ，１６Ｒ及び排気弁
１７Ｌ，１７Ｒが設けられている。
クサイクルフリーピストンエンジン（以下、エンジンと
呼ぶ）１０Ｌ，１０Ｒが、シリンダ１５Ｌ，１５Ｒの開
放端面（一方の円筒底面）を互いに対向させて同一直線
上に配置されている。そして、エンジン１０Ｌ，１０Ｒ
のピストン１１Ｌ、１１Ｒをシャフト１２で連結し、両
ピストン１１Ｌ，１１Ｒがそれぞれのシリンダ１５Ｌ，
１５Ｒ内を一体的に往復運動するように構成してある。
なお、両シリンダ１５Ｌ，１５Ｒの閉端面（他方の円筒
底面）には、それぞれ給気弁１６Ｌ，１６Ｒ及び排気弁
１７Ｌ，１７Ｒが設けられている。
【００１４】また、シャフト１２の中央部には磁石部１
３が設けられ、該磁石部１３がリニア発電・電動機１４
内に形成される磁界内を往復移動するように構成されて
いる。リニア発電・電動機１４は、磁界制御部１８及び
電源１９を介して制御部２０と接続されており、磁界を
制御することで発電機または電動機のいずれかの機能を
発揮するようになっている。このような制御は、回生制
御と呼ばれている。すなわち、リニア発電・電動機１４
は、エンジン１０Ｌ，１０Ｒが膨脹行程にあって出力を
得られるときには発電機として機能し、膨脹行程以外で
出力を得られないときには電源１９から電力の供給を受
けてピストン１１Ｌ，１１Ｒを駆動させる電動機として
機能する。
３が設けられ、該磁石部１３がリニア発電・電動機１４
内に形成される磁界内を往復移動するように構成されて
いる。リニア発電・電動機１４は、磁界制御部１８及び
電源１９を介して制御部２０と接続されており、磁界を
制御することで発電機または電動機のいずれかの機能を
発揮するようになっている。このような制御は、回生制
御と呼ばれている。すなわち、リニア発電・電動機１４
は、エンジン１０Ｌ，１０Ｒが膨脹行程にあって出力を
得られるときには発電機として機能し、膨脹行程以外で
出力を得られないときには電源１９から電力の供給を受
けてピストン１１Ｌ，１１Ｒを駆動させる電動機として
機能する。
【００１５】続いて、上述したフリーピストンリニア発
電装置の動作を図１（ｂ）に基づいて説明する。エンジ
ン１０Ｌ，１０Ｒは、いずれも４ストロークサイクルエ
ンジンであるため、ピストン１１Ｌ，１１Ｒが２往復す
る間に吸入行程、圧縮行程、膨脹行程及び排気行程の順
に進行し、この行程を繰り返して運転が継続される。こ
の時、両エンジン１０Ｌ，１０Ｒは行程をずらして運転
され、一方が膨脹行程にあるときには他方が圧縮行程ま
たは排気行程のいずれかにある。図示の例では、一方の
エンジン１０Ｌが他方のエンジン１０Ｒから１行程遅れ
て運転されており、一方のエンジン１０Ｌが膨脹行程に
あるとき他方のエンジン１０Ｒが排気行程となる。
電装置の動作を図１（ｂ）に基づいて説明する。エンジ
ン１０Ｌ，１０Ｒは、いずれも４ストロークサイクルエ
ンジンであるため、ピストン１１Ｌ，１１Ｒが２往復す
る間に吸入行程、圧縮行程、膨脹行程及び排気行程の順
に進行し、この行程を繰り返して運転が継続される。こ
の時、両エンジン１０Ｌ，１０Ｒは行程をずらして運転
され、一方が膨脹行程にあるときには他方が圧縮行程ま
たは排気行程のいずれかにある。図示の例では、一方の
エンジン１０Ｌが他方のエンジン１０Ｒから１行程遅れ
て運転されており、一方のエンジン１０Ｌが膨脹行程に
あるとき他方のエンジン１０Ｒが排気行程となる。
【００１６】このため、エンジン１０Ｌ，１０Ｒのいず
れか一方が膨脹行程にあるときは燃料の燃焼（爆発）に
よって出力が得られる。ここで、エンジン１０Ｌが膨脹
行程にあるとすれば、燃焼ガスの膨脹圧力によりピスト
ン１１Ｌがシリンダ１５Ｌ内をリニア発電・電動機１４
側（紙面右側）へ移動し、これと一体のシャフト１２、
磁石部１３及びピストン１１Ｒも同一直線上を同方向へ
移動する。この時、リニア発電・電動機１４の磁界はリ
ニア発電機として機能するように設定されているので、
同磁界内を磁石部１３が移動することで発電が行われ
る。なお、１行程遅れて運転されるエンジン１０Ｌが膨
脹行程にあるとき、もう一方のエンジン１０Ｒは排気行
程にあるため、エンジン１０Ｌの出力の一部は、ピスト
ン１１Ｒを押して開状態の排気弁１７Ｒから前行程で発
生した燃焼ガスを排気するためにも使用される。
れか一方が膨脹行程にあるときは燃料の燃焼（爆発）に
よって出力が得られる。ここで、エンジン１０Ｌが膨脹
行程にあるとすれば、燃焼ガスの膨脹圧力によりピスト
ン１１Ｌがシリンダ１５Ｌ内をリニア発電・電動機１４
側（紙面右側）へ移動し、これと一体のシャフト１２、
磁石部１３及びピストン１１Ｒも同一直線上を同方向へ
移動する。この時、リニア発電・電動機１４の磁界はリ
ニア発電機として機能するように設定されているので、
同磁界内を磁石部１３が移動することで発電が行われ
る。なお、１行程遅れて運転されるエンジン１０Ｌが膨
脹行程にあるとき、もう一方のエンジン１０Ｒは排気行
程にあるため、エンジン１０Ｌの出力の一部は、ピスト
ン１１Ｒを押して開状態の排気弁１７Ｒから前行程で発
生した燃焼ガスを排気するためにも使用される。
【００１７】続いて、エンジン１０Ｌが膨脹行程から排
気行程に入ると、他方のエンジン１０Ｒでは排気行程か
ら吸入行程に変わる。この運転状態では、いずれのエン
ジンも膨脹行程にないため出力を得ることはできず、従
って、リニア発電・電動機１４の磁界を電動機側へ切り
換えて電源１９より通電する。このため、リニア発電・
電動機１４はリニア電動機として機能し、磁石部１３を
有するシャフト１２及びその両端にあるピストン１１
Ｌ，１１Ｒを紙面左側へ移動させる駆動源となる。この
結果、吸入行程のエンジン１０Ｒでは給気弁１６Ｒが開
いて給気され、排気行程のエンジン１０Ｌでは排気弁１
７Ｌが開いて排気される。
気行程に入ると、他方のエンジン１０Ｒでは排気行程か
ら吸入行程に変わる。この運転状態では、いずれのエン
ジンも膨脹行程にないため出力を得ることはできず、従
って、リニア発電・電動機１４の磁界を電動機側へ切り
換えて電源１９より通電する。このため、リニア発電・
電動機１４はリニア電動機として機能し、磁石部１３を
有するシャフト１２及びその両端にあるピストン１１
Ｌ，１１Ｒを紙面左側へ移動させる駆動源となる。この
結果、吸入行程のエンジン１０Ｒでは給気弁１６Ｒが開
いて給気され、排気行程のエンジン１０Ｌでは排気弁１
７Ｌが開いて排気される。
【００１８】次に、エンジン１０Ｌが排気行程から吸入
行程に変わると、他方のエンジン１０Ｒは吸入行程から
圧縮行程に変わる。この運転状態でも両エンジン１０
Ｌ，１０Ｒから出力を得ることができないため、リニア
発電・電動機１４をリニア電動機として機能させ、磁石
部１３を有するシャフト１２及びその両端にあるピスト
ン１１Ｌ，１１Ｒを紙面右側へ移動させる。この結果、
吸入行程のエンジン１０Ｌでは給気弁１６Ｌが開いて給
気され、圧縮行程のエンジン１０Ｒでは給気弁１６Ｒ及
び排気弁１７Ｒ共に閉じて給気が圧縮される。
行程に変わると、他方のエンジン１０Ｒは吸入行程から
圧縮行程に変わる。この運転状態でも両エンジン１０
Ｌ，１０Ｒから出力を得ることができないため、リニア
発電・電動機１４をリニア電動機として機能させ、磁石
部１３を有するシャフト１２及びその両端にあるピスト
ン１１Ｌ，１１Ｒを紙面右側へ移動させる。この結果、
吸入行程のエンジン１０Ｌでは給気弁１６Ｌが開いて給
気され、圧縮行程のエンジン１０Ｒでは給気弁１６Ｒ及
び排気弁１７Ｒ共に閉じて給気が圧縮される。
【００１９】最後に、エンジン１０Ｌが吸入行程から圧
縮行程に変わると、他方のエンジン１０Ｒは圧縮行程か
ら膨脹行程に変わり、爆発により燃焼ガスが膨脹してピ
ストン１０Ｒを押す。この時、リニア発電・電動機１４
の磁界はリニア発電機として機能するよう切り換えら
れ、同磁界内をシャフト１２の磁石部１３が紙面左側へ
移動することで発電が行われる。以後、同様の行程を繰
り返すことでフリーピストンリニア発電装置の運転が継
続して行われる。
縮行程に変わると、他方のエンジン１０Ｒは圧縮行程か
ら膨脹行程に変わり、爆発により燃焼ガスが膨脹してピ
ストン１０Ｒを押す。この時、リニア発電・電動機１４
の磁界はリニア発電機として機能するよう切り換えら
れ、同磁界内をシャフト１２の磁石部１３が紙面左側へ
移動することで発電が行われる。以後、同様の行程を繰
り返すことでフリーピストンリニア発電装置の運転が継
続して行われる。
【００２０】このようなフリーピストンリニア発電装置
とすれば、４ストロークサイクルフリーピストンエンジ
ンを採用したことにより、クランク、コンロッド及び変
動荷重軸受などが不要となり、さらに、潤滑油供給系に
ついても小型化できるため、装置全体を小型化できる。
また、４ストロークサイクルのエンジンとしたので、２
ストロークサイクルエンジンのように給排気を制御する
ためにピストンの動きが制約を受けるようなことはな
く、従って、ロングストローク化することで優れた熱効
率が得られるフルストローク膨脹を可能にする。さら
に、２ストロークサイクルに比べて給排気のオーバーラ
ップが少ないため、給気の吹き抜けを低減でき、この点
でも効率の向上に貢献する。
とすれば、４ストロークサイクルフリーピストンエンジ
ンを採用したことにより、クランク、コンロッド及び変
動荷重軸受などが不要となり、さらに、潤滑油供給系に
ついても小型化できるため、装置全体を小型化できる。
また、４ストロークサイクルのエンジンとしたので、２
ストロークサイクルエンジンのように給排気を制御する
ためにピストンの動きが制約を受けるようなことはな
く、従って、ロングストローク化することで優れた熱効
率が得られるフルストローク膨脹を可能にする。さら
に、２ストロークサイクルに比べて給排気のオーバーラ
ップが少ないため、給気の吹き抜けを低減でき、この点
でも効率の向上に貢献する。
【００２１】ところで、上述した４ストロークサイクル
フリーピストンエンジン１０Ｌ，１０Ｒについては、熱
効率の面から実際のサイクルを図２に示すディーゼルサ
イクルにできるだけ近づけることが望ましい。このため
には、膨脹行程において等圧（定圧）膨脹させる必要が
ある。そこで、図３に示す第２の実施形態では、シリン
ダ１５Ｌ，１５Ｒ内の圧力、すなわちシリンダ内圧力Ｐ
を検出する圧力センサ２１Ｌ，２１Ｒを設け、両センサ
２１Ｌ，２１Ｒの検出値を制御部２０に入力する。シリ
ンダ内圧Ｐの入力を受けた制御部２０では、磁界制御部
１８に制御信号を出力する。
フリーピストンエンジン１０Ｌ，１０Ｒについては、熱
効率の面から実際のサイクルを図２に示すディーゼルサ
イクルにできるだけ近づけることが望ましい。このため
には、膨脹行程において等圧（定圧）膨脹させる必要が
ある。そこで、図３に示す第２の実施形態では、シリン
ダ１５Ｌ，１５Ｒ内の圧力、すなわちシリンダ内圧力Ｐ
を検出する圧力センサ２１Ｌ，２１Ｒを設け、両センサ
２１Ｌ，２１Ｒの検出値を制御部２０に入力する。シリ
ンダ内圧Ｐの入力を受けた制御部２０では、磁界制御部
１８に制御信号を出力する。
【００２２】この制御信号は、リニア発電機として機能
しているリニア発電・電動機１４の磁界の強さを可変制
御するもので、図４に示すように、爆発後の膨脹行程で
シリンダ内圧力Ｐが一定となる等圧膨脹が実現されるよ
うに磁界を制御するものである。すなわち、磁界の強さ
を適切に調整することで発電負荷（ブレーキ力）を制御
し、これによってピストン１１Ｌ，１１Ｒの移動速度を
制御して等圧膨脹を実現するのである。このような構成
及び制御を行うことで、熱効率が高い理想のディーゼル
サイクルに近づけることが可能になる。
しているリニア発電・電動機１４の磁界の強さを可変制
御するもので、図４に示すように、爆発後の膨脹行程で
シリンダ内圧力Ｐが一定となる等圧膨脹が実現されるよ
うに磁界を制御するものである。すなわち、磁界の強さ
を適切に調整することで発電負荷（ブレーキ力）を制御
し、これによってピストン１１Ｌ，１１Ｒの移動速度を
制御して等圧膨脹を実現するのである。このような構成
及び制御を行うことで、熱効率が高い理想のディーゼル
サイクルに近づけることが可能になる。
【００２３】続いて、本発明のフリーピストンリニア発
電装置の第３の実施形態を図５に示して説明する。この
実施形態においては、上述した構成のフリーピストンリ
ニア発電装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを４セット組み合わせ、左
右一対の４ストロークサイクルフリーピストンエンジン
１０Ｌ，１０Ｒをそれぞれが平行になるよう上下左右に
並べて配置したものである。これを１ユニットとして構
成し運転することで、スクエア８シリンダーの配置とな
り、各シリンダの起振力をバランスさせることができる
ている。すなわち、スクエア８シリンダーの配置により
各シリンダで発生した起振力が相殺されるため、実質的
には完全バランスさせることにより起振力をゼロにする
ことができる。
電装置の第３の実施形態を図５に示して説明する。この
実施形態においては、上述した構成のフリーピストンリ
ニア発電装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを４セット組み合わせ、左
右一対の４ストロークサイクルフリーピストンエンジン
１０Ｌ，１０Ｒをそれぞれが平行になるよう上下左右に
並べて配置したものである。これを１ユニットとして構
成し運転することで、スクエア８シリンダーの配置とな
り、各シリンダの起振力をバランスさせることができる
ている。すなわち、スクエア８シリンダーの配置により
各シリンダで発生した起振力が相殺されるため、実質的
には完全バランスさせることにより起振力をゼロにする
ことができる。
【００２４】この場合、フリーピストンリニア発電装置
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、ピストンの移動方向が対角の位置関
係にあるＡとＣ及びＢとＤにおいてそれぞれ同方向とな
るように運転するのが好ましい。さらに、図５に示すよ
うに、フリーピストンリニア発電装置Ａ及びＣが共に右
側のエンジンで膨脹行程にあるとき、フリーピストンリ
ニア発電装置Ｂ及びＤが共に左側のエンジンで膨脹行程
にあるというように、４セットが同じ行程となるように
運転するのが好ましい。なお、実際の設置に関しては、
上述した４セットのフリーピストンリニア発電装置Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄを１ユニットとしてその倍数を設置すればよ
く、また、制御部２０等については、ユニット毎あるい
は設置ユニットの全体を一括して制御するものとしても
よい。
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、ピストンの移動方向が対角の位置関
係にあるＡとＣ及びＢとＤにおいてそれぞれ同方向とな
るように運転するのが好ましい。さらに、図５に示すよ
うに、フリーピストンリニア発電装置Ａ及びＣが共に右
側のエンジンで膨脹行程にあるとき、フリーピストンリ
ニア発電装置Ｂ及びＤが共に左側のエンジンで膨脹行程
にあるというように、４セットが同じ行程となるように
運転するのが好ましい。なお、実際の設置に関しては、
上述した４セットのフリーピストンリニア発電装置Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄを１ユニットとしてその倍数を設置すればよ
く、また、制御部２０等については、ユニット毎あるい
は設置ユニットの全体を一括して制御するものとしても
よい。
【００２５】最後に、本発明によるフリーピストンリニ
ア発電装置の第４の実施形態を図６に基づいて説明す
る。この実施形態では、フリーピストンエンジン１０Ｌ
及び１０Ｒを共に６ストロークサイクルで運転するよう
にしてあり、他の構成については上述した各実施形態と
同様である。この場合の６ストロークサイクルとは、吸
入行程、排気行程、吸入行程、圧縮行程、膨脹行程及び
排気行程の順に繰り返す６行程によって構成されるもの
であり、上述した４ストロークサイクルに排気行程及び
吸入行程を追加してそれぞれ２回繰り返しすようになっ
ている。従って、ピストン１１Ｌ，１１Ｒは３往復して
一回の爆発を行うことになる。
ア発電装置の第４の実施形態を図６に基づいて説明す
る。この実施形態では、フリーピストンエンジン１０Ｌ
及び１０Ｒを共に６ストロークサイクルで運転するよう
にしてあり、他の構成については上述した各実施形態と
同様である。この場合の６ストロークサイクルとは、吸
入行程、排気行程、吸入行程、圧縮行程、膨脹行程及び
排気行程の順に繰り返す６行程によって構成されるもの
であり、上述した４ストロークサイクルに排気行程及び
吸入行程を追加してそれぞれ２回繰り返しすようになっ
ている。従って、ピストン１１Ｌ，１１Ｒは３往復して
一回の爆発を行うことになる。
【００２６】このような６ストロークサイクルフリーピ
ストンエンジンを採用すると、燃焼ガスを排気する排気
行程と新鮮な給気を吸入する吸入行程とを完全に分離で
きるため、シリンダ１５Ｌ，１５Ｒ内ではより新鮮な給
気により燃料を爆発燃焼させることができる。すなわ
ち、４ストロークサイクルエンジンでは給排気行程がそ
れぞれ１回しかないため、排気行程における燃焼ガスの
排気と吸入行程における給気とをオーバーラップさせて
行うが、この時、給気弁及び排気弁が共に開状態になる
ため、２ストロークサイクルほどではないにしても給気
吹き抜けが生じ、シリンダ内を完全に給気するのは困難
である。これに対して、給排気を２回行える６ストロー
クサイクルエンジンでは、排気行程における排気と吸入
行程における給気とを完全に分離して実施することがで
き、従って、給気弁及び排気弁が共に開状態になるオー
バーラップをなくすかあるいは最小限にすることができ
るのである。
ストンエンジンを採用すると、燃焼ガスを排気する排気
行程と新鮮な給気を吸入する吸入行程とを完全に分離で
きるため、シリンダ１５Ｌ，１５Ｒ内ではより新鮮な給
気により燃料を爆発燃焼させることができる。すなわ
ち、４ストロークサイクルエンジンでは給排気行程がそ
れぞれ１回しかないため、排気行程における燃焼ガスの
排気と吸入行程における給気とをオーバーラップさせて
行うが、この時、給気弁及び排気弁が共に開状態になる
ため、２ストロークサイクルほどではないにしても給気
吹き抜けが生じ、シリンダ内を完全に給気するのは困難
である。これに対して、給排気を２回行える６ストロー
クサイクルエンジンでは、排気行程における排気と吸入
行程における給気とを完全に分離して実施することがで
き、従って、給気弁及び排気弁が共に開状態になるオー
バーラップをなくすかあるいは最小限にすることができ
るのである。
【００２７】また、シリンダ１５Ｌ，１５Ｒ内の排気及
び給気を完全に実施できるため、低速運転時において低
速給排気によるガス流入損失が低減され、ガス交換効率
の向上と給排気ポートの小径化に有効である。そして、
このようなガス交換効率の向上は熱効率の面で優れてい
るロングストローク化を実現する上でより一層有利にな
り、一方、給排気ポートの小径化は給排気動弁系の小型
化を可能にするので、シリンダ１５Ｌ，１５Ｒの径を細
くして装置全体を小型化することができる。なお、図６
に示した実施形態では、左右のエンジンが１行程ずれた
ものとなっているが、磁界の変更回数が増すものの３行
程ずらすことによっても運転は可能である。
び給気を完全に実施できるため、低速運転時において低
速給排気によるガス流入損失が低減され、ガス交換効率
の向上と給排気ポートの小径化に有効である。そして、
このようなガス交換効率の向上は熱効率の面で優れてい
るロングストローク化を実現する上でより一層有利にな
り、一方、給排気ポートの小径化は給排気動弁系の小型
化を可能にするので、シリンダ１５Ｌ，１５Ｒの径を細
くして装置全体を小型化することができる。なお、図６
に示した実施形態では、左右のエンジンが１行程ずれた
ものとなっているが、磁界の変更回数が増すものの３行
程ずらすことによっても運転は可能である。
【００２８】
【発明の効果】上述した本発明のフリーピストンエンジ
ン駆動リニア発電装置によれば、４ストロークサイクル
エンジンに加えて、磁界制御によりリニア発電器及びリ
ニア電動機の機能が得られるリニア発電・電動機を採用
したので、エンジン出力がある膨脹行程にないときには
リニア電動機によりエンジンを駆動し、エンジン出力が
ある膨脹行程ではリニア発電器を駆動して発電するとい
うように、４ストロークサイクルフリーピストンエンジ
ンによる装置の連続運転が可能になる。また、４ストロ
ークサイクルのエンジンとすることで、フリーピストン
エンジンをロングストローク化して熱効率を高めること
もできる。
ン駆動リニア発電装置によれば、４ストロークサイクル
エンジンに加えて、磁界制御によりリニア発電器及びリ
ニア電動機の機能が得られるリニア発電・電動機を採用
したので、エンジン出力がある膨脹行程にないときには
リニア電動機によりエンジンを駆動し、エンジン出力が
ある膨脹行程ではリニア発電器を駆動して発電するとい
うように、４ストロークサイクルフリーピストンエンジ
ンによる装置の連続運転が可能になる。また、４ストロ
ークサイクルのエンジンとすることで、フリーピストン
エンジンをロングストローク化して熱効率を高めること
もできる。
【００２９】そして、シリンダ内圧力を検出して磁界の
強さを制御するようにしたので、膨脹行程において等圧
膨脹させることができ、熱効率に優れた理想的なディー
ゼルサイクルに近づけた運転が可能になる。また、スク
エア８シリンダーの配置を１ユニットとして構成すれ
ば、起振力を完全バランスさせたフリーピストンエンジ
ン駆動リニア発電装置を提供することができる。
強さを制御するようにしたので、膨脹行程において等圧
膨脹させることができ、熱効率に優れた理想的なディー
ゼルサイクルに近づけた運転が可能になる。また、スク
エア８シリンダーの配置を１ユニットとして構成すれ
ば、起振力を完全バランスさせたフリーピストンエンジ
ン駆動リニア発電装置を提供することができる。
【００３０】さらに、６ストロークサイクルエンジンを
採用すれば、熱効率に優れたロングストローク化がより
一層容易になり、しかも、シリンダの小径化により装置
全体を小型化することができる。
採用すれば、熱効率に優れたロングストローク化がより
一層容易になり、しかも、シリンダの小径化により装置
全体を小型化することができる。
【図１】 本発明に係るフリーピストンエンジン駆動リ
ニア発電装置の第１の実施形態を示す図で、（ａ）は構
成図、（ｂ）は４ストロークサイクルの行程及び発電の
関係を示す説明図である。
ニア発電装置の第１の実施形態を示す図で、（ａ）は構
成図、（ｂ）は４ストロークサイクルの行程及び発電の
関係を示す説明図である。
【図２】 ディーゼルサイクルを示すｐ−ｖ線図であ
る。
る。
【図３】 本発明に係るフリーピストンエンジン駆動リ
ニア発電装置の第２の実施形態を示す構成図である。
ニア発電装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図４】 図３に示したフリーピストンエンジン駆動リ
ニア発電装置におけるピストンの行程とシリンダ内圧力
（Ｐ）との関係を示す図である。
ニア発電装置におけるピストンの行程とシリンダ内圧力
（Ｐ）との関係を示す図である。
【図５】 本発明に係るフリーピストンエンジン駆動リ
ニア発電装置の第３の実施形態を示す構成図である。
ニア発電装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図６】 本発明の第４の実施形態として、６ストロー
クサイクルフリーピストンエンジンを採用した場合にお
ける行程及び発電の関係を示す説明図である。
クサイクルフリーピストンエンジンを採用した場合にお
ける行程及び発電の関係を示す説明図である。
【図７】 従来のフリーピストンエンジン駆動リニア発
電装置を示す構成図である。
電装置を示す構成図である。
１０Ｌ，１０Ｒ ４ストロークサイクルフリーピスト
ンエンジン １１Ｌ，１１Ｒ ピストン １２ シャフト １３ 磁石部 １４ リニア発電・電動機 １５Ｌ，１５Ｒ シリンダ １６Ｌ，１６Ｒ 給気弁 １７Ｌ，１７Ｒ 排気弁 １８ 磁界制御部（制御手段） １９ 電源 ２０ 制御部
ンエンジン １１Ｌ，１１Ｒ ピストン １２ シャフト １３ 磁石部 １４ リニア発電・電動機 １５Ｌ，１５Ｒ シリンダ １６Ｌ，１６Ｒ 給気弁 １７Ｌ，１７Ｒ 排気弁 １８ 磁界制御部（制御手段） １９ 電源 ２０ 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 35/02 Ｈ０２Ｋ 35/02 // Ｆ０２Ｂ 71/04 Ｆ０２Ｂ 71/04
Claims (5)
- 【請求項１】 同一直線上に対向して配置し行程をず
らして運転される左右一対の４ストロークサイクルフリ
ーピストンエンジンと、該エンジンのフリーピストン同
士を連結して往復移動する磁石部を備えたシャフト部
と、前記磁石部が制御手段により可変の磁界内を往復移
動して発電機または電動機として機能するリニア発電・
電動機と、前記リニア発電・電動機に接続された電源と
を具備して構成したことを特徴とするフリーピストンエ
ンジン駆動リニア発電装置。 - 【請求項２】 前記制御手段は、前記４ストロークサ
イクルフリーピストンエンジンの一方が膨脹行程にある
とき前記リニア発電・電動機の磁界を発電機側に切り換
えると共に、前記４ストロークサイクルフリーピストン
エンジンが左右共に膨脹行程以外の行程にあるとき前記
リニア発電・電動機の磁界を電動機側に切り換えること
を特徴とする請求項１記載のフリーピストンエンジン駆
動リニア発電装置。 - 【請求項３】 前記４ストロークサイクルフリーピス
トンエンジンのシリンダ内圧力を検出し、該シリンダ内
圧力の検出値が燃焼時に一定となるよう前記リニア発電
・電動機の磁界を制御することを特徴とする請求項１ま
たは２記載のフリーピストンエンジン駆動リニア発電装
置。 - 【請求項４】 前記左右一対の４ストロークサイクル
フリーピストンエンジンをそれぞれが平行になるよう上
下左右に並べて配置したことを特徴とする請求項１から
３のいずれかに記載のフリーピストンエンジン駆動リニ
ア発電装置。 - 【請求項５】 同一直線上に対向して配置しサイクル
をずらして運転される左右一対の６ストロークサイクル
フリーピストンエンジンと、該エンジンのピストン同士
を連結して往復移動する磁石部を備えたシャフト部と、
前記磁石部が制御手段により可変の磁界内を往復移動し
て発電機または電動機として機能するリニア発電・電動
機と、前記リニア発電・電動機に接続された電源とを具
備し、前記６ストロークサイクルフリーピストンエンジ
ンが、吸入行程、排気行程、吸入行程、圧縮行程、膨脹
行程及び排気行程の順で運転されることを特徴とするフ
リーピストンエンジン駆動リニア発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000054585A JP2001241302A (ja) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000054585A JP2001241302A (ja) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001241302A true JP2001241302A (ja) | 2001-09-07 |
Family
ID=18575820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000054585A Withdrawn JP2001241302A (ja) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | フリーピストンエンジン駆動リニア発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001241302A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030060469A (ko) * | 2002-01-09 | 2003-07-16 | 학교법인 포항공과대학교 | 직선 왕복운동 내연기관에 의해 직접 구동되는 선형발전기시스템 |
| KR100716539B1 (ko) | 2005-09-09 | 2007-05-10 | 한국전기연구원 | 내연기관을 이용한 선형발전기 시스템 |
| CN100337016C (zh) * | 2002-11-06 | 2007-09-12 | 邹立田 | 多用内燃往复发动机 |
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| JP2010500856A (ja) * | 2006-08-09 | 2010-01-07 | ウィスパー テック リミテッド | 揺動式釣合いロータを有する往復動ピストン型機械 |
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| WO2018190156A1 (ja) * | 2017-04-13 | 2018-10-18 | アムネクスト・テクノロジ株式会社 | エンジン |
| WO2020075742A1 (ja) * | 2018-10-09 | 2020-04-16 | アムネクスト・テクノロジ株式会社 | エンジン |
-
2000
- 2000-02-29 JP JP2000054585A patent/JP2001241302A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070501 |