JP2002538364A - ミスファイヤまたは初期始動時に高圧作動液で自由ピストン内燃機関を動作させる方法 - Google Patents
ミスファイヤまたは初期始動時に高圧作動液で自由ピストン内燃機関を動作させる方法Info
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
- F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
- F02B71/045—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby with hydrostatic transmission
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- Valve Device For Special Equipments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
本発明の自由ピストンエンジン（１０、９０、１００）を動作させる方法は、燃焼シリンダ（１８）と第２のシリンダ（２０）とを備えたハウジング（１２）を含む。ピストン（１４）は、燃焼シリンダ（１８）内に往復運動するように配置されているピストンヘッド（３２）、第２のシリンダ（２０）内に往復運動するように配置されている第２のヘッド（４６）、およびピストンヘッド（３２）を第２のヘッド（４６）と相互に連結するプランジャロッド（３４）を含む。作動液の供給は、圧縮行程の開始部分中に高圧液圧アキュムレータ（Ｈ）から第２のヘッド（４６）に隣接する、第２のシリンダ（２０）内の圧力チャンバ（５０）内にパルス化され、ピストンヘッド（３２）を上死点位置に向かって移動させる。高圧液圧アキュムレータ（Ｈ）は、パルス化ステップ後に圧力チャンバ（５０）からその結合が解除される。低圧液圧アキュムレータ（Ｌ）は、圧縮行程の残留部分中に圧力チャンバ（５０）と結合される。高圧液圧アキュムレータ（Ｈ）は、ピストンヘッド（３２）がリターン行程中にＢＤＣ位置に向かって移動するときに圧力チャンバ（５０）と結合される。
Description
【０００１】 （技術分野） 本発明は、自由ピストン内燃機関に関し、より詳しくは、液圧パワー出力で自
由ピストン内燃機関を動作させる方法に関する。
由ピストン内燃機関を動作させる方法に関する。
【０００２】 （背景技術） 内燃機関は典型的に、複数の燃焼シリンダ内に配置された複数の対応するピス
トンを含む。各ピストンは、ピストンロッドの一端に旋回可能に連結され、次い
で、ピストンロッドの他端において共通のクランクシャフトに旋回可能に連結さ
れている。上死点（ＴＤＣ）位置と下死点（ＢＤＣ）位置との間での各ピストン
の相対的軸方向変位は、各ピストンが連結されているクランクシャフトのクラン
クアームの角度方向で決定される。
トンを含む。各ピストンは、ピストンロッドの一端に旋回可能に連結され、次い
で、ピストンロッドの他端において共通のクランクシャフトに旋回可能に連結さ
れている。上死点（ＴＤＣ）位置と下死点（ＢＤＣ）位置との間での各ピストン
の相対的軸方向変位は、各ピストンが連結されているクランクシャフトのクラン
クアームの角度方向で決定される。
【０００３】 自由ピストン内燃機関も同様に、複数の燃焼シリンダ内に往復運動するように
配置された複数の対応するピストンを含む。但し、これらのピストンは、クラン
クシャフトの使用を通じて相互に連結されていない。むしろ、各ピストンは典型
的には、ある種の作業出力を提供するために使用されるプランジャロッドと固く
連結されている。液圧出力を伴う自由ピストンエンジンにおいては、プランジャ
は、特定の用途に使用され得る作動液をポンプ供給するために使用されている。
典型的には、燃焼シリンダを画成するハウジングが、プランジャが内部に配置さ
れる液圧シリンダおよび燃焼シリンダと液圧シリンダとの間の中間圧縮シリンダ
をも画成する。燃焼シリンダが最大の内径を有し、圧縮シリンダは、燃焼シリン
ダよりも小さい内径を有し、さらに液圧シリンダは、圧縮シリンダよりもさらに
小さい内径を有する。圧縮ヘッドはピストンヘッドとプランジャヘッドとの間の
位置でプランジャに取り付けられて支持されており、圧縮シリンダの内径よりも
僅かに小さい外径を有する。液圧シリンダと流体接続されている高圧液圧アキュ
ムレータは、自由ピストンエンジンの作動中のプランジャの往復運動を通じて加
圧される。補助油圧アキュムレータは、圧縮シリンダ内のエリアと選択的に相互
接続されて、比較的高い軸方向圧力を圧縮ヘッドに対して加え、それによってピ
ストンヘッドをＴＤＣ位置に向かって移動させる。
配置された複数の対応するピストンを含む。但し、これらのピストンは、クラン
クシャフトの使用を通じて相互に連結されていない。むしろ、各ピストンは典型
的には、ある種の作業出力を提供するために使用されるプランジャロッドと固く
連結されている。液圧出力を伴う自由ピストンエンジンにおいては、プランジャ
は、特定の用途に使用され得る作動液をポンプ供給するために使用されている。
典型的には、燃焼シリンダを画成するハウジングが、プランジャが内部に配置さ
れる液圧シリンダおよび燃焼シリンダと液圧シリンダとの間の中間圧縮シリンダ
をも画成する。燃焼シリンダが最大の内径を有し、圧縮シリンダは、燃焼シリン
ダよりも小さい内径を有し、さらに液圧シリンダは、圧縮シリンダよりもさらに
小さい内径を有する。圧縮ヘッドはピストンヘッドとプランジャヘッドとの間の
位置でプランジャに取り付けられて支持されており、圧縮シリンダの内径よりも
僅かに小さい外径を有する。液圧シリンダと流体接続されている高圧液圧アキュ
ムレータは、自由ピストンエンジンの作動中のプランジャの往復運動を通じて加
圧される。補助油圧アキュムレータは、圧縮シリンダ内のエリアと選択的に相互
接続されて、比較的高い軸方向圧力を圧縮ヘッドに対して加え、それによってピ
ストンヘッドをＴＤＣ位置に向かって移動させる。
【０００４】 上述のような自由ピストンエンジンにおいて、ピストンは、ミスファイヤが通
常の動作中または初期始動時に生じた場合には、元のＢＤＣ位置にまで移動しな
い。ピストンは、自由ピストンエンジンを続いて着火させる有効圧縮比を提供す
るほど十分な距離を移動しない可能性がある。初期始動時にミスファイヤが発生
すると、燃焼が起こるまでピストンをＢＤＣ位置まで数回にわたって手動で戻さ
なくてはならない場合がある。手動リターン動作中にピストンがＢＤＣ位置に引
き戻される度に、排気口が開き、未燃焼の燃料と空気との混合体の少なくとも一
部が周囲環境に流出する。これは、先の圧縮行程中に燃料と空気との混合体に先
に与えられたエネルギー、特に熱の損失となる。さらに、手動リターン作業は、
完了するのに数秒かかり、それは使用者にとって不都合となり得る。
常の動作中または初期始動時に生じた場合には、元のＢＤＣ位置にまで移動しな
い。ピストンは、自由ピストンエンジンを続いて着火させる有効圧縮比を提供す
るほど十分な距離を移動しない可能性がある。初期始動時にミスファイヤが発生
すると、燃焼が起こるまでピストンをＢＤＣ位置まで数回にわたって手動で戻さ
なくてはならない場合がある。手動リターン動作中にピストンがＢＤＣ位置に引
き戻される度に、排気口が開き、未燃焼の燃料と空気との混合体の少なくとも一
部が周囲環境に流出する。これは、先の圧縮行程中に燃料と空気との混合体に先
に与えられたエネルギー、特に熱の損失となる。さらに、手動リターン作業は、
完了するのに数秒かかり、それは使用者にとって不都合となり得る。
【０００５】 従来の自由ピストン内燃機関では、大気中への排出物は重要な問題である。従
来の自由ピストン内燃機関の始動は、大気中への排出物の制御に対する最悪な動
作ポイントの一つである。
来の自由ピストン内燃機関の始動は、大気中への排出物の制御に対する最悪な動
作ポイントの一つである。
【０００６】 本発明の目的は、上述のような１つ以上の問題を克服することに向けられてい
る。
る。
【０００７】 （発明の概要） 本発明は、自由ピストンエンジンの動作方法を提供し、ここでは、ミスファイ
ヤの発生時または初期始動時に、ピストンをＴＤＣ位置に向かって跳ね返すよう
に高圧液圧アキュムレータからの高圧作動液が圧力チャンバに連結される。
ヤの発生時または初期始動時に、ピストンをＴＤＣ位置に向かって跳ね返すよう
に高圧液圧アキュムレータからの高圧作動液が圧力チャンバに連結される。
【０００８】 本発明の自由ピストンエンジンを動作させる方法の１つの形態においては、ハ
ウジングは燃焼シリンダと第２のシリンダとを含む。ピストンは、燃焼シリンダ
内に往復運動するように配置されたピストンヘッド、第２のシリンダ内に往復運
動するように配置された第２のヘッド、およびピストンヘッドを第２のヘッドと
相互に連結するプランジャロッドを含む。作動液の供給は、圧縮行程の開始部分
中で高圧液圧アキュムレータから第２のシリンダ内の第２のヘッドに隣接した圧
力チャンバ内にパルス化されて、ピストンヘッドをＴＤＣ位置に向かって移動さ
せる。高圧液圧アキュムレータは、パルス化ステップ後に圧力チャンバから結合
解除される。低圧液圧アキュムレータは、圧縮行程の残留部分中に圧力チャンバ
に結合される。高圧液圧アキュムレータは、ピストンヘッドがリターン行程中に
ＢＤＣ位置に向かって移動するときに圧力チャンバに結合される。センサは、Ｂ
ＤＣ位置またはその近くでピストンの位置を検出して、対応する信号を提供する
。高圧液圧アキュムレータと圧力チャンバとの間の結合は、そのセンサ信号に依
存する期間維持される。
ウジングは燃焼シリンダと第２のシリンダとを含む。ピストンは、燃焼シリンダ
内に往復運動するように配置されたピストンヘッド、第２のシリンダ内に往復運
動するように配置された第２のヘッド、およびピストンヘッドを第２のヘッドと
相互に連結するプランジャロッドを含む。作動液の供給は、圧縮行程の開始部分
中で高圧液圧アキュムレータから第２のシリンダ内の第２のヘッドに隣接した圧
力チャンバ内にパルス化されて、ピストンヘッドをＴＤＣ位置に向かって移動さ
せる。高圧液圧アキュムレータは、パルス化ステップ後に圧力チャンバから結合
解除される。低圧液圧アキュムレータは、圧縮行程の残留部分中に圧力チャンバ
に結合される。高圧液圧アキュムレータは、ピストンヘッドがリターン行程中に
ＢＤＣ位置に向かって移動するときに圧力チャンバに結合される。センサは、Ｂ
ＤＣ位置またはその近くでピストンの位置を検出して、対応する信号を提供する
。高圧液圧アキュムレータと圧力チャンバとの間の結合は、そのセンサ信号に依
存する期間維持される。
【０００９】 本発明の利点は、ピストンが、ミスファイヤの発生時または初期始動時に、Ｔ
ＤＣ位置に向かって跳ね返されることである。
ＤＣ位置に向かって跳ね返されることである。
【００１０】 他の利点は、燃料噴射のタイミングをとるのに使用されるセンサが、ミスファ
イヤが発生したとき、および高圧作動液のパルスが圧力チャンバと結合される期
間を決定するためにも使用されることである。
イヤが発生したとき、および高圧作動液のパルスが圧力チャンバと結合される期
間を決定するためにも使用されることである。
【００１１】 さらなる他の利点は、圧縮比に対する依存性が低減されてエンジンの冷間時始
動を容易にすることである。
動を容易にすることである。
【００１２】 さらなる利点は、排気口が初期始動時に開かず、それによって未燃焼燃料を外
部環境に逃さないことである。
部環境に逃さないことである。
【００１３】 （発明の詳細な説明） さて、図を参照するに、、詳細には図１を参照するに、本発明の方法の１つの
実施形態で使用され得、一般に、ハウジング１２、ピストン１４、および液圧回
路１６を含む自由ピストン内燃機関１０の１つの実施形態が示されている。
実施形態で使用され得、一般に、ハウジング１２、ピストン１４、および液圧回
路１６を含む自由ピストン内燃機関１０の１つの実施形態が示されている。
【００１４】 ハウジング１２は、燃焼シリンダ１８および液圧シリンダ２０を含む。ハウジ
ング１２はまた、燃焼シリンダ１８内の燃焼チャンバ２８と連通して配置されて
いる燃焼空気入口２２、空気掃気チャネル２４、および排気口２６を含む。燃焼
空気は、ピストン１４がＢＤＣ位置またはそれに接近すると、燃焼空気入口２２
および空気掃気チャネル２４を経て燃焼チャンバ２８内に運ばれる。選ばれた等
級のディーゼル燃料のような適切な燃料が、ピストン１４がＴＤＣ位置に向かっ
て移動するとき、概略的に示され、参照番号３０が付された制御可能な燃料噴射
器システムを使用して、燃焼チャンバ２８内に噴射される。ＢＤＣ位置とＴＤＣ
位置との間のピストン１４の行程長は、固定であっても可変であっても良い。
ング１２はまた、燃焼シリンダ１８内の燃焼チャンバ２８と連通して配置されて
いる燃焼空気入口２２、空気掃気チャネル２４、および排気口２６を含む。燃焼
空気は、ピストン１４がＢＤＣ位置またはそれに接近すると、燃焼空気入口２２
および空気掃気チャネル２４を経て燃焼チャンバ２８内に運ばれる。選ばれた等
級のディーゼル燃料のような適切な燃料が、ピストン１４がＴＤＣ位置に向かっ
て移動するとき、概略的に示され、参照番号３０が付された制御可能な燃料噴射
器システムを使用して、燃焼チャンバ２８内に噴射される。ＢＤＣ位置とＴＤＣ
位置との間のピストン１４の行程長は、固定であっても可変であっても良い。
【００１５】 ピストン１４は、燃焼シリンダ１８内で往復運動するように配置され、ＴＤＣ
位置に向かう圧縮行程中、およびＢＤＣ位置に向かうリターン行程中に移動可能
である。ピストン１４は一般に、プランジャロッド３４に取り付けられたピスト
ンヘッド３２を含む。ピストンヘッド３２は、本実施形態では、アルミニウムま
たはスチールなどの金属材料から形成されているが、摩擦係数、熱膨張係数、耐
熱性などの適当な物理的特性を有する他の材料から形成されても良い。例えば、
ピストンヘッド３２は、複合またはセラミック材料などの非金属材料から形成さ
れても良い。特に、ピストンヘッド３２は、炭素および樹脂母材内にランダム配
列、または一方向以上に配列される炭素強化繊維を有する炭素−炭素複合材料か
ら形成されても良い。
位置に向かう圧縮行程中、およびＢＤＣ位置に向かうリターン行程中に移動可能
である。ピストン１４は一般に、プランジャロッド３４に取り付けられたピスト
ンヘッド３２を含む。ピストンヘッド３２は、本実施形態では、アルミニウムま
たはスチールなどの金属材料から形成されているが、摩擦係数、熱膨張係数、耐
熱性などの適当な物理的特性を有する他の材料から形成されても良い。例えば、
ピストンヘッド３２は、複合またはセラミック材料などの非金属材料から形成さ
れても良い。特に、ピストンヘッド３２は、炭素および樹脂母材内にランダム配
列、または一方向以上に配列される炭素強化繊維を有する炭素−炭素複合材料か
ら形成されても良い。
【００１６】 ピストンヘッド３２は、２つの環状ピストンリング溝３６を含み、その中に対
応する一対のピストンリング（参照番号を付さず）が配置されて、動作中におけ
るピストン１４のリターン行程時の燃焼生成物のブローバイを防止する。任意数
のピストンリング溝３６およびピストンリングが本発明の趣旨を変えない限り使
用されても良い。ピストンヘッド３２が、比較的低熱膨張係数を有する適当な非
金属材料から形成される場合、ピストンリング溝３６とそれらに関連するピスト
ンリングとが不要になるように、ピストンヘッド３２と燃焼シリンダ１８の内部
表面との間の半径方向動作クリアランスが低減されることが可能となる。ピスト
ンヘッド３２は、ピストン１４がＴＤＣ位置、またはその近くにあるときに、排
気口に近接して存在し、その排気口２６を閉じる細長いスカート部３８をも含み
、それによって燃焼空気入口２２を通って入る燃焼空気が排気口２６を出ていく
のを防止する。
応する一対のピストンリング（参照番号を付さず）が配置されて、動作中におけ
るピストン１４のリターン行程時の燃焼生成物のブローバイを防止する。任意数
のピストンリング溝３６およびピストンリングが本発明の趣旨を変えない限り使
用されても良い。ピストンヘッド３２が、比較的低熱膨張係数を有する適当な非
金属材料から形成される場合、ピストンリング溝３６とそれらに関連するピスト
ンリングとが不要になるように、ピストンヘッド３２と燃焼シリンダ１８の内部
表面との間の半径方向動作クリアランスが低減されることが可能となる。ピスト
ンヘッド３２は、ピストン１４がＴＤＣ位置、またはその近くにあるときに、排
気口に近接して存在し、その排気口２６を閉じる細長いスカート部３８をも含み
、それによって燃焼空気入口２２を通って入る燃焼空気が排気口２６を出ていく
のを防止する。
【００１７】 プランジャロッド３４は、取付ハブ４０とボルト４２とを使用して、その一端
でピストンヘッド３２に実質的に固く取り付けられている。ボルト４２は、取付
ハブ４０内の穴（参照符号を付さず）を貫通して延在し、プランジャロッド３４
の端部に形成された対応する穴と螺合されている。取付ハブ４０は、ボルト、溶
接、および／または接着などを使用するなどの適当な方法で、燃焼チャンバ２８
と反対のピストンヘッド３２側に取り付けられている。プランジャロッド３４を
包囲し、ハウジング１２によって支持されたベアリング／シール４４は、燃焼シ
リンダ１８を液圧シリンダ２０から隔絶している。
でピストンヘッド３２に実質的に固く取り付けられている。ボルト４２は、取付
ハブ４０内の穴（参照符号を付さず）を貫通して延在し、プランジャロッド３４
の端部に形成された対応する穴と螺合されている。取付ハブ４０は、ボルト、溶
接、および／または接着などを使用するなどの適当な方法で、燃焼チャンバ２８
と反対のピストンヘッド３２側に取り付けられている。プランジャロッド３４を
包囲し、ハウジング１２によって支持されたベアリング／シール４４は、燃焼シ
リンダ１８を液圧シリンダ２０から隔絶している。
【００１８】 プランジャヘッド４６は、ピストンヘッド３２と反対のプランジャロッド３４
の端部に実質的に固く取り付けられている。ＢＤＣ位置とＴＤＣ位置との間、お
よびその逆のピストンヘッド３２の往復運動によって、液圧シリンダ２０内でプ
ランジャロッド３４およびプランジャヘッド４６が対応する往復運動をする。プ
ランジャヘッド４６は、プランジャヘッド４６と液圧シリンダ２０の内部表面と
の間を効果的にシールし、それらの間の摩擦を低減する複数の連続して隣接する
ランドおよびバレー４８を含む。
の端部に実質的に固く取り付けられている。ＢＤＣ位置とＴＤＣ位置との間、お
よびその逆のピストンヘッド３２の往復運動によって、液圧シリンダ２０内でプ
ランジャロッド３４およびプランジャヘッド４６が対応する往復運動をする。プ
ランジャヘッド４６は、プランジャヘッド４６と液圧シリンダ２０の内部表面と
の間を効果的にシールし、それらの間の摩擦を低減する複数の連続して隣接する
ランドおよびバレー４８を含む。
【００１９】 プランジャヘッド４６および液圧シリンダ２０は、プランジャロッド３４と一
般に反対のプランジャヘッド４６側に可変容積圧力チャンバ５０を画成する。圧
力チャンバ５０の容積は、液圧シリンダ２０内のプランジャヘッド４６の長手方
向位置によって変化する。流体ポート５２および流体ポート５４は、可変容積圧
力チャンバ５０と流体接続されている。プランジャロッド３４を包囲する環状空
間５６は、ハウジング１２内の流体ポート５８と流体連通して配置されている。
流体は、ＢＤＣ位置に向かうプランジャロッド３４およびプランジャヘッド４６
の運動時に流体ポート５８を通って環状空間５６に引き込まれるので、負圧が、
可変容積圧力チャンバ５０と反対のプランジャヘッド４６側に発生しない。環状
空間５６内のプランジャヘッド４６に作用する加圧流体の有効断面積と比べた場
合の可変容積圧力チャンバ５０内のプランジャヘッド４６に作用する加圧流体の
有効断面積は、約５：１〜３０：１の比率である。示された実施形態において、
プランジャヘッド４６の両側に作用する有効断面積間の比率は、約２０：１であ
る。この比率は、ＢＤＣ位置に向かうプランジャヘッド４６の運動時に環状空間
５６内での負圧の発生を防止するのに適しており、しかも同時に、プランジャヘ
ッド４６がＴＤＣ位置に向かって移動する際に自由ピストンエンジン１０の効率
に実質的に悪影響を及ぼさないことが分かっている。
般に反対のプランジャヘッド４６側に可変容積圧力チャンバ５０を画成する。圧
力チャンバ５０の容積は、液圧シリンダ２０内のプランジャヘッド４６の長手方
向位置によって変化する。流体ポート５２および流体ポート５４は、可変容積圧
力チャンバ５０と流体接続されている。プランジャロッド３４を包囲する環状空
間５６は、ハウジング１２内の流体ポート５８と流体連通して配置されている。
流体は、ＢＤＣ位置に向かうプランジャロッド３４およびプランジャヘッド４６
の運動時に流体ポート５８を通って環状空間５６に引き込まれるので、負圧が、
可変容積圧力チャンバ５０と反対のプランジャヘッド４６側に発生しない。環状
空間５６内のプランジャヘッド４６に作用する加圧流体の有効断面積と比べた場
合の可変容積圧力チャンバ５０内のプランジャヘッド４６に作用する加圧流体の
有効断面積は、約５：１〜３０：１の比率である。示された実施形態において、
プランジャヘッド４６の両側に作用する有効断面積間の比率は、約２０：１であ
る。この比率は、ＢＤＣ位置に向かうプランジャヘッド４６の運動時に環状空間
５６内での負圧の発生を防止するのに適しており、しかも同時に、プランジャヘ
ッド４６がＴＤＣ位置に向かって移動する際に自由ピストンエンジン１０の効率
に実質的に悪影響を及ぼさないことが分かっている。
【００２０】 液圧回路１６は、液圧シリンダ２０と接続され、流体静力学ドライブユニット
（図示せず）のような特定用途の負荷への作動液などの加圧流体源を提供する。
液圧回路１６は一般に、高圧液圧アキュムレータＨ、低圧液圧アキュムレータＬ
、および以下で詳述されるように、選択された時点で高圧液圧アキュムレータＨ
および低圧液圧アキュムレータＬを液圧シリンダ２０と接続するために使用され
る適当な弁機構などを含む。
（図示せず）のような特定用途の負荷への作動液などの加圧流体源を提供する。
液圧回路１６は一般に、高圧液圧アキュムレータＨ、低圧液圧アキュムレータＬ
、および以下で詳述されるように、選択された時点で高圧液圧アキュムレータＨ
および低圧液圧アキュムレータＬを液圧シリンダ２０と接続するために使用され
る適当な弁機構などを含む。
【００２１】 より詳しくは、液圧回路１６は、液源６０からの作動液を受けて最初に高圧液
圧アキュムレータＨを所望圧力まで充填する。始動モータ６２は、油圧ポンプ６
４を駆動して高圧液圧アキュムレータＨ内の作動液を加圧する。ポンプ６４で送
られた作動液は、ポンプ６４の入力側のチェック弁６６、およびポンプ６４の出
力側のチェック弁６８およびフィルタ７０を通って流れる。ポンプ６４で発生さ
れた圧力は、ライン７１と流体ポート５８との相互接続を経て環状空間５６をも
加圧する。圧力リリーフ弁７２は、高圧液圧アキュムレータＨ内の圧力がしきい
値限度を上回らないようにする。
圧アキュムレータＨを所望圧力まで充填する。始動モータ６２は、油圧ポンプ６
４を駆動して高圧液圧アキュムレータＨ内の作動液を加圧する。ポンプ６４で送
られた作動液は、ポンプ６４の入力側のチェック弁６６、およびポンプ６４の出
力側のチェック弁６８およびフィルタ７０を通って流れる。ポンプ６４で発生さ
れた圧力は、ライン７１と流体ポート５８との相互接続を経て環状空間５６をも
加圧する。圧力リリーフ弁７２は、高圧液圧アキュムレータＨ内の圧力がしきい
値限度を上回らないようにする。
【００２２】 高圧液圧アキュムレータＨ内に蓄積される高圧作動液は、流体静力学ドライブ
ユニットのような特定用途に適した負荷に供給される。高圧液圧アキュムレータ
Ｈ内の高圧は最初にポンプ６４を使用して発生され、その後、自由ピストンエン
ジン１０のポンプ作用を利用して発生および維持される。
ユニットのような特定用途に適した負荷に供給される。高圧液圧アキュムレータ
Ｈ内の高圧は最初にポンプ６４を使用して発生され、その後、自由ピストンエン
ジン１０のポンプ作用を利用して発生および維持される。
【００２３】 比例弁７４は、高圧液圧アキュムレータＨと連通して配置された入力を有し、
低圧液圧アキュムレータＬを充填し、自由ピストンエンジン１０の補助的機械設
備を駆動する液圧パワー源となる二重機能を提供する。より詳しくは、比例弁７
４は、高圧液圧アキュムレータＨから液圧モータＨＤＭへの可変制御流量を提供
する。液圧モータＨＤＭは、冷却ファン、交流発電機、およびウォターポンプな
どのベルト／プーリ構成を利用する自由ピストンエンジン１０の補助的設備を駆
動する回転機械的出力シャフトを有する。当然、液圧モータＨＤＭで駆動される
補助的設備も一方の用途と他の用途では異なる場合もある。
低圧液圧アキュムレータＬを充填し、自由ピストンエンジン１０の補助的機械設
備を駆動する液圧パワー源となる二重機能を提供する。より詳しくは、比例弁７
４は、高圧液圧アキュムレータＨから液圧モータＨＤＭへの可変制御流量を提供
する。液圧モータＨＤＭは、冷却ファン、交流発電機、およびウォターポンプな
どのベルト／プーリ構成を利用する自由ピストンエンジン１０の補助的設備を駆
動する回転機械的出力シャフトを有する。当然、液圧モータＨＤＭで駆動される
補助的設備も一方の用途と他の用途では異なる場合もある。
【００２４】 液圧モータＨＤＭは、低圧液圧アキュムレータＬを所望圧力に充填するために
使用される低圧ポンプＬＰＰをも駆動する。低圧ポンプＬＰＰは、熱交換器７６
およびチェック弁７８のそれぞれと並列に接続されている液圧出力を有する。熱
交換器７６を通過する流量が、所望の要求に対して十分な流れを提供するには不
十分である場合、チェック弁７８の両側の圧力差がチェック弁７８を開かせ、そ
れによって作動液が一時的に熱交換器７６を迂回して流れることができるように
する。低圧ポンプＬＰＰによって発生されライン８０に存在する圧力がしきい値
を上回る場合は、チェック弁８１が開いて、作動液を液圧モータＨＤＭの入力側
に逆流させる。圧力リリーフ弁８２は、ライン８０内の作動液がしきい値を上回
るのを防止する。
使用される低圧ポンプＬＰＰをも駆動する。低圧ポンプＬＰＰは、熱交換器７６
およびチェック弁７８のそれぞれと並列に接続されている液圧出力を有する。熱
交換器７６を通過する流量が、所望の要求に対して十分な流れを提供するには不
十分である場合、チェック弁７８の両側の圧力差がチェック弁７８を開かせ、そ
れによって作動液が一時的に熱交換器７６を迂回して流れることができるように
する。低圧ポンプＬＰＰによって発生されライン８０に存在する圧力がしきい値
を上回る場合は、チェック弁８１が開いて、作動液を液圧モータＨＤＭの入力側
に逆流させる。圧力リリーフ弁８２は、ライン８０内の作動液がしきい値を上回
るのを防止する。
【００２５】 低圧液圧アキュムレータＬは、選択的に、低圧チェック弁ＬＰＣおよび低圧シ
ャットオフ弁ＬＰＳを使用して液圧シリンダ２０内の圧力チャンバ５０に比較的
低圧の作動液を提供する。それに反して、高圧液圧アキュムレータＨは、高圧チ
ェック弁ＨＰＣおよび高圧パイロット弁ＨＰＰを使用して液圧シリンダ２０内の
圧力チャンバ５０に高圧作動液を提供する。
ャットオフ弁ＬＰＳを使用して液圧シリンダ２０内の圧力チャンバ５０に比較的
低圧の作動液を提供する。それに反して、高圧液圧アキュムレータＨは、高圧チ
ェック弁ＨＰＣおよび高圧パイロット弁ＨＰＰを使用して液圧シリンダ２０内の
圧力チャンバ５０に高圧作動液を提供する。
【００２６】 自由ピストンエンジン１０の初期始動段階では、始動モータ６２が励起されて
ポンプ６４を駆動し、それによって高圧液圧アキュムレータＨを所望圧力まで加
圧する。ピストン１４は、圧縮行程中の効果的な圧縮を許すべきＢＤＣ位置に十
分近い位置にない場合があるので、ＢＤＣ位置にピストン１４を手動で戻す作業
を行う必要がある。すなわち、低圧シャットオフ弁ＬＰＳが適当なコントローラ
を使用して開かれて、油圧プランジャ４６の圧力チャンバ５０に隣接した側の圧
力を最小限に抑える。環状空間５６は、高圧液圧アキュムレータＨと連通してい
るので、油圧プランジャ４６の両側の圧力差が、図１に示されるように、ピスト
ン１４をＢＤＣ位置に向かって移動させる。
ポンプ６４を駆動し、それによって高圧液圧アキュムレータＨを所望圧力まで加
圧する。ピストン１４は、圧縮行程中の効果的な圧縮を許すべきＢＤＣ位置に十
分近い位置にない場合があるので、ＢＤＣ位置にピストン１４を手動で戻す作業
を行う必要がある。すなわち、低圧シャットオフ弁ＬＰＳが適当なコントローラ
を使用して開かれて、油圧プランジャ４６の圧力チャンバ５０に隣接した側の圧
力を最小限に抑える。環状空間５６は、高圧液圧アキュムレータＨと連通してい
るので、油圧プランジャ４６の両側の圧力差が、図１に示されるように、ピスト
ン１４をＢＤＣ位置に向かって移動させる。
【００２７】 ピストン１４が、燃焼チャンバ２８内を有効圧縮比にする位置にあるとき、高
圧チェック弁ＨＰＣを手動で開くべく、高圧パイロット弁ＨＰＰがコントローラ
を利用して作動され、それによって、高圧液圧アキュムレータから圧力チャンバ
５０内に高圧作動液のパルスを提供する。低圧チェック弁ＬＰＣおよび低圧シャ
ットオフ弁ＬＰＳの両方共、高圧作動液のパルスが圧力チャンバ５０に提供され
るときには閉じられる。作動液の高圧パルスは、プランジャヘッド４６およびピ
ストンヘッド３２をＴＤＣ位置に向かって移動させる。プランジャヘッド４６の
両側の断面積における比較的大きな比率差のため、環状空間５６内にある高圧作
動液は、ＴＤＣ位置に向かうプランジャヘッド４６およびピストンヘッド３２の
移動を妨げない。高圧作動液のパルスは、燃焼チャンバ２８内で燃焼を起こす運
動エネルギーでピストン１４を移動させるに足る期間、圧力チャンバ５０に加え
られる。そのパルスは、継続時間、または燃焼シリンダ１８内でのピストンヘッ
ド３２の検出された位置に基づいても良い。
圧チェック弁ＨＰＣを手動で開くべく、高圧パイロット弁ＨＰＰがコントローラ
を利用して作動され、それによって、高圧液圧アキュムレータから圧力チャンバ
５０内に高圧作動液のパルスを提供する。低圧チェック弁ＬＰＣおよび低圧シャ
ットオフ弁ＬＰＳの両方共、高圧作動液のパルスが圧力チャンバ５０に提供され
るときには閉じられる。作動液の高圧パルスは、プランジャヘッド４６およびピ
ストンヘッド３２をＴＤＣ位置に向かって移動させる。プランジャヘッド４６の
両側の断面積における比較的大きな比率差のため、環状空間５６内にある高圧作
動液は、ＴＤＣ位置に向かうプランジャヘッド４６およびピストンヘッド３２の
移動を妨げない。高圧作動液のパルスは、燃焼チャンバ２８内で燃焼を起こす運
動エネルギーでピストン１４を移動させるに足る期間、圧力チャンバ５０に加え
られる。そのパルスは、継続時間、または燃焼シリンダ１８内でのピストンヘッ
ド３２の検出された位置に基づいても良い。
【００２８】 プランジャヘッド４６がＴＤＣ位置に向かって移動すると、圧力チャンバ５０
の容積が増大する。容積が増大すると、次に、圧力チャンバ５０内の圧力減少と
なり、これが高圧チェック弁ＨＰＣを閉じさせ、低圧チェック弁ＬＰＣを開かせ
る。低圧液圧アキュムレータＬ内にある比較的低圧の作動液は、プランジャヘッ
ド４６がＴＤＣ位置に向かって移動するにつれ圧力チャンバ５０内の容積を満た
す。圧縮行程の始めの部分（例えば、行程長の６０％の間）に高圧液圧アキュム
レータＨからの圧力パルスのみを利用し、続いて低圧液圧アキュムレータＬから
の低圧作動液で圧力チャンバ５０を満たすことによって、高圧液圧アキュムレー
タＨ内の圧力の正味利得が達成される。
の容積が増大する。容積が増大すると、次に、圧力チャンバ５０内の圧力減少と
なり、これが高圧チェック弁ＨＰＣを閉じさせ、低圧チェック弁ＬＰＣを開かせ
る。低圧液圧アキュムレータＬ内にある比較的低圧の作動液は、プランジャヘッ
ド４６がＴＤＣ位置に向かって移動するにつれ圧力チャンバ５０内の容積を満た
す。圧縮行程の始めの部分（例えば、行程長の６０％の間）に高圧液圧アキュム
レータＨからの圧力パルスのみを利用し、続いて低圧液圧アキュムレータＬから
の低圧作動液で圧力チャンバ５０を満たすことによって、高圧液圧アキュムレー
タＨ内の圧力の正味利得が達成される。
【００２９】 空気掃気チャネル２４および燃料噴射器３０を介して燃焼空気および燃料のそ
れぞれを燃焼チャンバ２８内に正しく充填することによって、正規の燃焼がＴＤ
Ｃ位置、またはその近くにおいて燃焼チャンバ２８内で起こる。ピストン１４が
、燃焼後にＢＤＣ位置に向かって移動すると、圧力チャンバ５０内で容積が減少
し、圧力が増大する。圧力が増大すると、低圧チェック弁ＬＰＣを閉じさせ、高
圧チェック弁ＨＰＣを開かせる。リターン行程中に高圧チェック弁を通して強制
的に送られる高圧作動液は、高圧液圧アキュムレータＨと連通しており、高圧液
圧アキュムレータＨ内の圧力の正味正利得となる。
れぞれを燃焼チャンバ２８内に正しく充填することによって、正規の燃焼がＴＤ
Ｃ位置、またはその近くにおいて燃焼チャンバ２８内で起こる。ピストン１４が
、燃焼後にＢＤＣ位置に向かって移動すると、圧力チャンバ５０内で容積が減少
し、圧力が増大する。圧力が増大すると、低圧チェック弁ＬＰＣを閉じさせ、高
圧チェック弁ＨＰＣを開かせる。リターン行程中に高圧チェック弁を通して強制
的に送られる高圧作動液は、高圧液圧アキュムレータＨと連通しており、高圧液
圧アキュムレータＨ内の圧力の正味正利得となる。
【００３０】 図２は、本発明の方法の一実施形態で使用され得、図１に示された実施形態と
実質的に同じである燃焼シリンダおよびピストン構成を含む自由ピストン内燃機
関９０の他の実施形態を例示する。自由ピストンエンジン９０の液圧回路９２は
、図１で示された液圧回路１６の実施形態と同じである多数の油圧機器も含む。
液圧回路９２は、主に、液圧回路９２がミニサーボ主スプールＭＳＳおよびミニ
サーボパイロットＭＳＰを備えたミニサーボ弁９４を含むことで、液圧回路１６
とは異なる。ミニサーボ主スプールＭＳＳは、自由ピストンエンジン９０の動作
中の選択された時点で制御可能に作動されて、図１で示された実施形態に関して
上述したものと同じように、高圧液圧アキュムレータＨからの高圧作動液の高圧
パルスを作用させる。ミニサーボパイロットＭＳＰは、制御可能に作動されて、
ミニサーボ主スプールＭＳＳを制御可能に作動させるのに必要な圧力を提供する
。高圧作動液のパルスは、時間またはピストン１４の検出された位置のいずれか
による継続期間だけ圧力チャンバ５０に提供される。圧力チャンバ５０内の容積
が増大すると、その圧力は呼応して減少し、低圧チェック弁ＬＰＣの開口となる
。こうして低圧液圧アキュムレータＬからの低圧作動液は、故に、ピストン１４
の圧縮行程中に圧力チャンバ５０に流入する。燃焼後およびピストン１４のリタ
ーン行程中に、圧力チャンバ５０内の圧力は増大し、それによって低圧チェック
弁ＬＰＣを閉じさせ、高圧チェック弁ＨＰＣを開かせる。ピストン１４のリター
ン行程中に圧力チャンバ５０内に生じた高圧作動液は、高圧チェック弁ＨＰＣを
通して高圧液圧アキュムレータＨ内にポンプ供給され、それによって高圧液圧ア
キュムレータＨ内の圧力が正味正利得となる。
実質的に同じである燃焼シリンダおよびピストン構成を含む自由ピストン内燃機
関９０の他の実施形態を例示する。自由ピストンエンジン９０の液圧回路９２は
、図１で示された液圧回路１６の実施形態と同じである多数の油圧機器も含む。
液圧回路９２は、主に、液圧回路９２がミニサーボ主スプールＭＳＳおよびミニ
サーボパイロットＭＳＰを備えたミニサーボ弁９４を含むことで、液圧回路１６
とは異なる。ミニサーボ主スプールＭＳＳは、自由ピストンエンジン９０の動作
中の選択された時点で制御可能に作動されて、図１で示された実施形態に関して
上述したものと同じように、高圧液圧アキュムレータＨからの高圧作動液の高圧
パルスを作用させる。ミニサーボパイロットＭＳＰは、制御可能に作動されて、
ミニサーボ主スプールＭＳＳを制御可能に作動させるのに必要な圧力を提供する
。高圧作動液のパルスは、時間またはピストン１４の検出された位置のいずれか
による継続期間だけ圧力チャンバ５０に提供される。圧力チャンバ５０内の容積
が増大すると、その圧力は呼応して減少し、低圧チェック弁ＬＰＣの開口となる
。こうして低圧液圧アキュムレータＬからの低圧作動液は、故に、ピストン１４
の圧縮行程中に圧力チャンバ５０に流入する。燃焼後およびピストン１４のリタ
ーン行程中に、圧力チャンバ５０内の圧力は増大し、それによって低圧チェック
弁ＬＰＣを閉じさせ、高圧チェック弁ＨＰＣを開かせる。ピストン１４のリター
ン行程中に圧力チャンバ５０内に生じた高圧作動液は、高圧チェック弁ＨＰＣを
通して高圧液圧アキュムレータＨ内にポンプ供給され、それによって高圧液圧ア
キュムレータＨ内の圧力が正味正利得となる。
【００３１】 さて、図３を参照するに、本発明の方法が使用され得る自由ピストンエンジン
１００のさらなる他の実施形態が示されている。再び、燃焼シリンダ１８および
ピストン１４の構成は、図１および２で示された自由ピストンエンジン１０、９
０の実施形態と実質的に同じである。液圧回路１０２も同じように、図１および
２で示された液圧回路１６、９２の実施形態と同じである多数の液圧機器を含む
。但し、液圧回路１０２は、２つのパイロット作動チェック弁１０４、１０６を
含む。パイロット作動チェック弁１０４は、図１で示された実施形態を参照して
上述した高圧チェック弁ＨＰＣおよび高圧パイロット弁ＨＰＰと同じように作動
する高圧チェック弁ＨＰＣおよび高圧パイロット弁ＨＰＰを含む。パイロット作
動チェック弁１０６は、高圧チェック弁１０４と同じように働く低圧チェック弁
ＬＰＣおよび低圧パイロット弁ＬＰＰを含む。低圧パイロット弁ＬＰＰの入力側
は、ライン１０８を経て高圧液圧アキュムレータＨ内の高圧作動液と接続されて
いる。低圧パイロット弁ＬＰＰは、低圧チェック弁ＬＰＣを開口するに足る加圧
された作動液のパルスを低圧チェック弁ＬＰＣに提供するようにコントローラを
利用して制御可能に作動され得る。
１００のさらなる他の実施形態が示されている。再び、燃焼シリンダ１８および
ピストン１４の構成は、図１および２で示された自由ピストンエンジン１０、９
０の実施形態と実質的に同じである。液圧回路１０２も同じように、図１および
２で示された液圧回路１６、９２の実施形態と同じである多数の液圧機器を含む
。但し、液圧回路１０２は、２つのパイロット作動チェック弁１０４、１０６を
含む。パイロット作動チェック弁１０４は、図１で示された実施形態を参照して
上述した高圧チェック弁ＨＰＣおよび高圧パイロット弁ＨＰＰと同じように作動
する高圧チェック弁ＨＰＣおよび高圧パイロット弁ＨＰＰを含む。パイロット作
動チェック弁１０６は、高圧チェック弁１０４と同じように働く低圧チェック弁
ＬＰＣおよび低圧パイロット弁ＬＰＰを含む。低圧パイロット弁ＬＰＰの入力側
は、ライン１０８を経て高圧液圧アキュムレータＨ内の高圧作動液と接続されて
いる。低圧パイロット弁ＬＰＰは、低圧チェック弁ＬＰＣを開口するに足る加圧
された作動液のパルスを低圧チェック弁ＬＰＣに提供するようにコントローラを
利用して制御可能に作動され得る。
【００３２】 使用中、高圧作動液のパルスは、燃焼させるのに十分な運動エネルギーでピス
トン１４をＴＤＣ位置に向かって移動させるようにパイロット作動チェック弁１
０４を使用して圧力チャンバ５０に提供されても良い。高圧パイロット弁ＨＰＰ
は、時間間隔、またはピストン１４の検出された位置により、作動停止され、そ
れによって高圧チェック弁ＨＰＣが閉じるようにする。プランジャヘッド４６が
ＴＤＣ位置に移動すると、圧力チャンバ５０内の圧力が減少し、低圧チェック弁
ＬＰＣが開く。低圧作動液は、故に、圧力チャンバ５０内の容積を満たすと共に
、圧力チャンバ５０内の容積が膨張する。燃焼後、ピストン１４は、圧力チャン
バ５０内の圧力を増大させるＢＤＣ位置に向かって移動する。圧力が増大すると
、低圧チェック弁ＬＰＣを閉じさせ、高圧チェック弁を開かせる。液圧シリンダ
２０内のプランジャヘッド４６のポンプ作用によって発生された高圧作動液は、
高圧液圧アキュムレータＨ内に流入し、高圧液圧アキュムレータＨ内の圧力の正
味正利得となる。センサ（概略的に例示され、Ｓに位置決めされた）は、ＢＤＣ
位置に近いピストン１４を検出する。圧縮行程をもたらす高圧パルスは、センサ
の起動信号により時期設定され得る。
トン１４をＴＤＣ位置に向かって移動させるようにパイロット作動チェック弁１
０４を使用して圧力チャンバ５０に提供されても良い。高圧パイロット弁ＨＰＰ
は、時間間隔、またはピストン１４の検出された位置により、作動停止され、そ
れによって高圧チェック弁ＨＰＣが閉じるようにする。プランジャヘッド４６が
ＴＤＣ位置に移動すると、圧力チャンバ５０内の圧力が減少し、低圧チェック弁
ＬＰＣが開く。低圧作動液は、故に、圧力チャンバ５０内の容積を満たすと共に
、圧力チャンバ５０内の容積が膨張する。燃焼後、ピストン１４は、圧力チャン
バ５０内の圧力を増大させるＢＤＣ位置に向かって移動する。圧力が増大すると
、低圧チェック弁ＬＰＣを閉じさせ、高圧チェック弁を開かせる。液圧シリンダ
２０内のプランジャヘッド４６のポンプ作用によって発生された高圧作動液は、
高圧液圧アキュムレータＨ内に流入し、高圧液圧アキュムレータＨ内の圧力の正
味正利得となる。センサ（概略的に例示され、Ｓに位置決めされた）は、ＢＤＣ
位置に近いピストン１４を検出する。圧縮行程をもたらす高圧パルスは、センサ
の起動信号により時期設定され得る。
【００３３】 図３で示された自由ピストンエンジン１００の実施形態を使用して手動リター
ン作業を行うために、高圧作動液が高圧液圧アキュムレータＨから環状空間５６
内に提供される。低圧パイロット弁ＬＰＰは、低圧チェック弁ＬＰＣを開かせる
ように制御可能に作動される。プランジャヘッド４６の両側の圧力差は、ピスト
ン１４をＢＤＣ位置に向かって移動させる。ピストン１４が、燃焼チャンバ２８
内での燃焼をもたらすのに有効な圧縮比を提供する位置にあるとき、作動液の高
圧パルスが、パイロット作動チェック弁１０４を使用して圧力チャンバ５０内に
送られて、ピストン１４の圧縮行程を開始する。
ン作業を行うために、高圧作動液が高圧液圧アキュムレータＨから環状空間５６
内に提供される。低圧パイロット弁ＬＰＰは、低圧チェック弁ＬＰＣを開かせる
ように制御可能に作動される。プランジャヘッド４６の両側の圧力差は、ピスト
ン１４をＢＤＣ位置に向かって移動させる。ピストン１４が、燃焼チャンバ２８
内での燃焼をもたらすのに有効な圧縮比を提供する位置にあるとき、作動液の高
圧パルスが、パイロット作動チェック弁１０４を使用して圧力チャンバ５０内に
送られて、ピストン１４の圧縮行程を開始する。
【００３４】 さて、図４を参照するに、ミスファイヤ発生時に自由ピストンエンジンを動作
させる本発明の方法の一実施形態を詳述する。図４に示された実施形態において
、この方法は、自由ピストンエンジン１０を使用して行われるものとする。しか
しながら、図４に示された方法の実施形態は、図２および３に示された自由ピス
トンエンジン９０および１００などの自由ピストンエンジンの他の実施形態にも
同じように適用可能であることが理解されよう。
させる本発明の方法の一実施形態を詳述する。図４に示された実施形態において
、この方法は、自由ピストンエンジン１０を使用して行われるものとする。しか
しながら、図４に示された方法の実施形態は、図２および３に示された自由ピス
トンエンジン９０および１００などの自由ピストンエンジンの他の実施形態にも
同じように適用可能であることが理解されよう。
【００３５】 ブロック１２０において、高圧弁は、ピストン１４がＢＤＣ位置に向かって移
動し始めるとき高圧チェック弁ＨＰＣが開かれることを意味する「１」に設定さ
れる。変数「時間」は、高圧チェック弁ＨＰＣの開口と実質的に同時に「０」（
ブロック１２２）に設定され、例えば、タイマー回路などを用いて増加される。
ピストン１４がＢＤＣ位置またはそれに近い位置に移動し、位置センサＳを作動
させるかどうか（判定ブロック１２４）により、待機状態が起こる。センサＳが
作動されると、センサＳの値は「１」となる。待機状態中、変数「時間」は増加
され、延長燃焼時間（ＥＣＴ；ブロック１２８）の最大しきい値限度を表す一定
値と比較される。変数「時間」が定数のＥＣＴを上回る前に位置センサが作動さ
れる場合（ライン１２６）、ミスファイヤは一時的でしかなく、制御は自由ピス
トンエンジン１０の通常動作の主制御ルーチンに戻る（ブロック１２８）。他方
、位置センサが作動されず、変数「時間」が定数ＥＣＴよりも大きくなる場合（
ブロック１２８およびライン１３０）、自由ピストンエンジン１０はミスファイ
ヤから回復せず、高圧弁はＯＦＦにされる（ブロック１３２）。センサＳが作動
されるようにピストン１４がＢＤＣ位置またはその近くの位置に移動したかどう
かを判定するために、再び、最終チェックが行われる（判定ブロック１３４）。
センサＳが作動された場合、自由ピストンエンジン１０が再び着火され得、制御
は主制御ルーチンに戻る（ライン１３６）。他方、位置センサＳが今だに作動さ
れていない場合（ライン１３８）、図５を参照してさらに詳述されるように、手
動リターン作業が開始される。
動し始めるとき高圧チェック弁ＨＰＣが開かれることを意味する「１」に設定さ
れる。変数「時間」は、高圧チェック弁ＨＰＣの開口と実質的に同時に「０」（
ブロック１２２）に設定され、例えば、タイマー回路などを用いて増加される。
ピストン１４がＢＤＣ位置またはそれに近い位置に移動し、位置センサＳを作動
させるかどうか（判定ブロック１２４）により、待機状態が起こる。センサＳが
作動されると、センサＳの値は「１」となる。待機状態中、変数「時間」は増加
され、延長燃焼時間（ＥＣＴ；ブロック１２８）の最大しきい値限度を表す一定
値と比較される。変数「時間」が定数のＥＣＴを上回る前に位置センサが作動さ
れる場合（ライン１２６）、ミスファイヤは一時的でしかなく、制御は自由ピス
トンエンジン１０の通常動作の主制御ルーチンに戻る（ブロック１２８）。他方
、位置センサが作動されず、変数「時間」が定数ＥＣＴよりも大きくなる場合（
ブロック１２８およびライン１３０）、自由ピストンエンジン１０はミスファイ
ヤから回復せず、高圧弁はＯＦＦにされる（ブロック１３２）。センサＳが作動
されるようにピストン１４がＢＤＣ位置またはその近くの位置に移動したかどう
かを判定するために、再び、最終チェックが行われる（判定ブロック１３４）。
センサＳが作動された場合、自由ピストンエンジン１０が再び着火され得、制御
は主制御ルーチンに戻る（ライン１３６）。他方、位置センサＳが今だに作動さ
れていない場合（ライン１３８）、図５を参照してさらに詳述されるように、手
動リターン作業が開始される。
【００３６】 ミスファイヤ発生時に自由ピストンエンジン１０を動作させる方法についての
先の記載から、高圧チェック弁は、位置センサＳの作動に関連する待機中にＯＮ
位置に維持されることが明白である。これは、ピストン１４の位置に関係なく、
高圧チェック弁ＨＰＣを開状態に保持するように高圧パイロット弁ＨＰＰを作動
させることによって達成される。位置センサＳが作動されない場合、高圧液圧ア
キュムレータＨ内の高圧作動液は、圧力チャンバ５０と結合した状態に維持され
、それによって、次の圧縮行程中にＴＤＣ位置に向かってピストン１４を跳ね返
させる。高圧作動液のパルスのみが初期圧縮行程中に圧力チャンバ５０内に送ら
れるので、ピストン１４は、エネルギーの保存を維持するために、リターン行程
においてほぼ同距離しか移動しない。つまり、例えば、高圧作動液パルスが圧縮
行程のほぼ６０％に加えられた場合、ピストン１４は元のＢＤＣ位置に向かう距
離のほぼ６０％を移動するであろう。ピストン１４は元のＢＤＣ位置への全行程
を移動しないので、ピストン１４は、燃焼が起こらないときのミスファイヤの発
生時に、空気掃気チャネル２４または排気口２６を開かない。故に、未燃焼の燃
料と空気との混合体内に含まれているエネルギーは、周囲環境に排出されず、次
の圧縮行程中に圧縮され得る。圧力チャンバ５０内に維持されている高圧作動液
は、ピストン１４をＴＤＣ位置に向かって跳ね返させ、再び未燃焼の燃料と空気
との混合体を圧縮する。十分なエネルギーが燃料と空気との混合体に加えられる
と、燃焼が起こり、ピストン１４をＢＤＣ位置に移動させ、センサＳを作動させ
る。
先の記載から、高圧チェック弁は、位置センサＳの作動に関連する待機中にＯＮ
位置に維持されることが明白である。これは、ピストン１４の位置に関係なく、
高圧チェック弁ＨＰＣを開状態に保持するように高圧パイロット弁ＨＰＰを作動
させることによって達成される。位置センサＳが作動されない場合、高圧液圧ア
キュムレータＨ内の高圧作動液は、圧力チャンバ５０と結合した状態に維持され
、それによって、次の圧縮行程中にＴＤＣ位置に向かってピストン１４を跳ね返
させる。高圧作動液のパルスのみが初期圧縮行程中に圧力チャンバ５０内に送ら
れるので、ピストン１４は、エネルギーの保存を維持するために、リターン行程
においてほぼ同距離しか移動しない。つまり、例えば、高圧作動液パルスが圧縮
行程のほぼ６０％に加えられた場合、ピストン１４は元のＢＤＣ位置に向かう距
離のほぼ６０％を移動するであろう。ピストン１４は元のＢＤＣ位置への全行程
を移動しないので、ピストン１４は、燃焼が起こらないときのミスファイヤの発
生時に、空気掃気チャネル２４または排気口２６を開かない。故に、未燃焼の燃
料と空気との混合体内に含まれているエネルギーは、周囲環境に排出されず、次
の圧縮行程中に圧縮され得る。圧力チャンバ５０内に維持されている高圧作動液
は、ピストン１４をＴＤＣ位置に向かって跳ね返させ、再び未燃焼の燃料と空気
との混合体を圧縮する。十分なエネルギーが燃料と空気との混合体に加えられる
と、燃焼が起こり、ピストン１４をＢＤＣ位置に移動させ、センサＳを作動させ
る。
【００３７】 さて、図５を参照するに、図４のブロック１４０で簡略的に示した手動リター
ン作業を詳述する。予備的に、変数ＳＥＳ（「ｓｅｒｖｉｃｅ ｅｎｇｉｎｅ
ｓｏｏｎ」の頭字語を表す）をゼロに設定する（ブロック１４２）。低圧シャッ
トオフ弁ＬＰＳは、低圧液圧アキュムレータＬを圧力チャンバ５０と結合するべ
く開かれる（ブロック１４４）。流体ポート５８は環状空間５６と常に連通して
いるので、低圧シャットオフ弁ＬＰＳを開くと、プランジャヘッド４６の両側の
圧力差がピストン１４をＢＤＣ位置に移動させる。変数「時間」は、低圧シャッ
トオフ弁ＬＰＳの開口と実質的に同時に「０」に設定され、通常のタイマー回路
構成を使用して増加される。次に待機状態が、ピストン１４がセンサＳを使用し
てＢＤＣ位置、またはそれの近くで検出されるまで、起こる（判定ブロック１４
８）。センサＳが、リターン作業に許容された最大しきい時間（ＴＲＥＴ）前に
作動される場合、制御は、自由ピストンエンジン１０の通常動作の主制御に戻る
（ライン１５０およびブロック１５２）。他方、低圧シャットオフ弁ＬＰＳの開
口によりピストンが許容時間ＴＲＥＴ内にセンサＳを作動させなかった場合、低
圧シャットオフ弁ＬＰＳの作動が停止され、高圧パイロット弁ＨＰＰが作動され
て高圧作動液を圧力チャンバ５０内に流入させ、ピストン１４をＴＤＣ位置に向
かって移動させる（ブロック１５４）。高圧パルスは、定数ＨＰＰＵＬで表され
た期間加えられる（判定ブロック１５６）。当然、変数「時間」は、ブロック１
５４における高圧弁の開口に先だってゼロにリセットされ得、または定数ＨＰＰ ＵＬ の値が、判定ブロック１４８で起こった変数「時間」の既に増加された値に
適応するように調節されても良い。
ン作業を詳述する。予備的に、変数ＳＥＳ（「ｓｅｒｖｉｃｅ ｅｎｇｉｎｅ
ｓｏｏｎ」の頭字語を表す）をゼロに設定する（ブロック１４２）。低圧シャッ
トオフ弁ＬＰＳは、低圧液圧アキュムレータＬを圧力チャンバ５０と結合するべ
く開かれる（ブロック１４４）。流体ポート５８は環状空間５６と常に連通して
いるので、低圧シャットオフ弁ＬＰＳを開くと、プランジャヘッド４６の両側の
圧力差がピストン１４をＢＤＣ位置に移動させる。変数「時間」は、低圧シャッ
トオフ弁ＬＰＳの開口と実質的に同時に「０」に設定され、通常のタイマー回路
構成を使用して増加される。次に待機状態が、ピストン１４がセンサＳを使用し
てＢＤＣ位置、またはそれの近くで検出されるまで、起こる（判定ブロック１４
８）。センサＳが、リターン作業に許容された最大しきい時間（ＴＲＥＴ）前に
作動される場合、制御は、自由ピストンエンジン１０の通常動作の主制御に戻る
（ライン１５０およびブロック１５２）。他方、低圧シャットオフ弁ＬＰＳの開
口によりピストンが許容時間ＴＲＥＴ内にセンサＳを作動させなかった場合、低
圧シャットオフ弁ＬＰＳの作動が停止され、高圧パイロット弁ＨＰＰが作動され
て高圧作動液を圧力チャンバ５０内に流入させ、ピストン１４をＴＤＣ位置に向
かって移動させる（ブロック１５４）。高圧パルスは、定数ＨＰＰＵＬで表され
た期間加えられる（判定ブロック１５６）。当然、変数「時間」は、ブロック１
５４における高圧弁の開口に先だってゼロにリセットされ得、または定数ＨＰＰ ＵＬ の値が、判定ブロック１４８で起こった変数「時間」の既に増加された値に
適応するように調節されても良い。
【００３８】 高圧パルスをピストン１４に加えた後、高圧チェック弁は、再び圧力チャンバ
５０との結合から解除され、位置センサＳを作動させるＢＤＣ位置にピストン１
４を移動させるべく低圧シャットオフ弁ＬＰＳが作動される（ブロック１５８お
よび判定ブロック１６０）。変数の「時間」は、当然、判定ブロック１６０で起
こる待機状態に先立ってゼロに再びリセットされても良い。センサＳが定数ＴＲ ＥＴ で表された割り当て時間内に作動される場合、制御は、自由ピストンエンジ
ン１０を着火させるためにブロック１５２における主制御ルーチンに戻る。他方
、センサＳが判定ブロック１６０において低圧シャットオフ弁ＬＰＳの開口時に
再び作動されなかった場合、変数ＳＥＳが１だけ増加され（ブロック１６２）、
変数ＳＥＳの値が３よりも大きいか否かに関しての判定が行われる（判定ブロッ
ク１６４）。変数ＳＥＳが３以下の場合、制御は、ブロック１４４に戻り、リタ
ーン作業が繰り返される。これに反して、リターン作業が３回繰り返され、変数
ＳＥＳの値が４以上となった場合、「サービスエンジンスーン」灯が使用者に対
して点灯表示される（ブロック１６６）。
５０との結合から解除され、位置センサＳを作動させるＢＤＣ位置にピストン１
４を移動させるべく低圧シャットオフ弁ＬＰＳが作動される（ブロック１５８お
よび判定ブロック１６０）。変数の「時間」は、当然、判定ブロック１６０で起
こる待機状態に先立ってゼロに再びリセットされても良い。センサＳが定数ＴＲ ＥＴ で表された割り当て時間内に作動される場合、制御は、自由ピストンエンジ
ン１０を着火させるためにブロック１５２における主制御ルーチンに戻る。他方
、センサＳが判定ブロック１６０において低圧シャットオフ弁ＬＰＳの開口時に
再び作動されなかった場合、変数ＳＥＳが１だけ増加され（ブロック１６２）、
変数ＳＥＳの値が３よりも大きいか否かに関しての判定が行われる（判定ブロッ
ク１６４）。変数ＳＥＳが３以下の場合、制御は、ブロック１４４に戻り、リタ
ーン作業が繰り返される。これに反して、リターン作業が３回繰り返され、変数
ＳＥＳの値が４以上となった場合、「サービスエンジンスーン」灯が使用者に対
して点灯表示される（ブロック１６６）。
【００３９】 （産業上の利用可能性） 使用中、ピストン１４は、燃焼シリンダ１６内に往復運動するように配置され
ている。ピストン１４は、圧縮行程中にＢＤＣ位置とＴＤＣ位置との間を、リタ
ーン行程中にＴＤＣ位置とＢＤＣ位置との間を移動する。燃焼空気は、燃焼空気
入口２２および空気掃気チャネル２４を経て燃焼チャンバ２８内に導入される。
燃料は、燃料噴射器３０を使用して燃焼チャンバ２８内に制御可能に噴射される
。高圧液圧アキュムレータＨからの高圧作動液は、ピストン１４のリターン行程
中に圧力チャンバ５０と結合される。高圧作動液が圧力チャンバと結合される間
の期間は、ＢＤＣ位置またはその近くでピストン１４を検出するセンサＳの作動
に依存する。自由ピストンエンジンがミスファイヤし、センサＳが作動されない
場合、高圧作動液が圧力チャンバ５０と結合した状態に維持されて、ピストン１
４をＴＤＣ位置に向かって跳ね返させる。それによって、次の圧縮行程中におけ
る燃焼チャンバ２８内の未燃焼の燃料と空気との混合体内のエネルギーを増大さ
せ、燃料と空気との混合体の燃焼を起こし易くする。ミスファイヤが、予め設定
された合計時間に相当する、自由ピストンエンジンの数サイクルに対し起こる場
合、手動リターン作業が開始されて、自由ピストンエンジンの着火を可能にする
位置にピストン１４を戻す。
ている。ピストン１４は、圧縮行程中にＢＤＣ位置とＴＤＣ位置との間を、リタ
ーン行程中にＴＤＣ位置とＢＤＣ位置との間を移動する。燃焼空気は、燃焼空気
入口２２および空気掃気チャネル２４を経て燃焼チャンバ２８内に導入される。
燃料は、燃料噴射器３０を使用して燃焼チャンバ２８内に制御可能に噴射される
。高圧液圧アキュムレータＨからの高圧作動液は、ピストン１４のリターン行程
中に圧力チャンバ５０と結合される。高圧作動液が圧力チャンバと結合される間
の期間は、ＢＤＣ位置またはその近くでピストン１４を検出するセンサＳの作動
に依存する。自由ピストンエンジンがミスファイヤし、センサＳが作動されない
場合、高圧作動液が圧力チャンバ５０と結合した状態に維持されて、ピストン１
４をＴＤＣ位置に向かって跳ね返させる。それによって、次の圧縮行程中におけ
る燃焼チャンバ２８内の未燃焼の燃料と空気との混合体内のエネルギーを増大さ
せ、燃料と空気との混合体の燃焼を起こし易くする。ミスファイヤが、予め設定
された合計時間に相当する、自由ピストンエンジンの数サイクルに対し起こる場
合、手動リターン作業が開始されて、自由ピストンエンジンの着火を可能にする
位置にピストン１４を戻す。
【００４０】 本発明の方法を用いると、ピストンは、ミスファイヤの発生時または初期始動
時にＴＤＣ位置に向かって跳ね返される。
時にＴＤＣ位置に向かって跳ね返される。
【００４１】 燃料噴射のタイミングをとるのに使用されるのと同じセンサが、ミスファイヤ
が発生するとき、および高圧作動液のパルスが圧力チャンバに結合される期間を
決定するためにも使用される。排気口は、初期始動時には開かれず、それによっ
て未燃焼の燃料が大気中に漏れるのを防ぐ。
が発生するとき、および高圧作動液のパルスが圧力チャンバに結合される期間を
決定するためにも使用される。排気口は、初期始動時には開かれず、それによっ
て未燃焼の燃料が大気中に漏れるのを防ぐ。
【００４２】 本発明の他の形態、目的および利点は、図面、明細書および添付した特許請求
の範囲の検討によって得られる。
の範囲の検討によって得られる。
本発明の上述した特徴、および利点、ならびに他の特徴および利点、またそれ
らを達成する方法がより明白となり、本発明は、添付の図面に関連して採用され
る本発明の実施形態に関する以下の説明を参照することによって、さらに良く理
解されよう。
らを達成する方法がより明白となり、本発明は、添付の図面に関連して採用され
る本発明の実施形態に関する以下の説明を参照することによって、さらに良く理
解されよう。
【図１】 本発明の方法の実施形態が使用される自由ピストンエンジンの１
つの実施形態の概略図である。
つの実施形態の概略図である。
【図２】 本発明の方法の他の実施形態が使用される自由ピストンエンジン
の他の実施形態の概略図である。
の他の実施形態の概略図である。
【図３】 本発明の方法の他の実施形態が使用される自由ピストンエンジン
のさらに他の実施形態の概略図である。
のさらに他の実施形態の概略図である。
【図４】 ミスファイヤ発生時の図１の自由ピストンエンジンの動作に対す
る本発明の方法の一実施形態を例示するフローチャートである。
る本発明の方法の一実施形態を例示するフローチャートである。
【図５】 図１の自由ピストンエンジンの手動リターン作業に対する本発明
の方法の一実施形態を例示するフローチャートである。 対応する参照符号は、数図面を通して対応する部品を示すものとする。ここで
詳述された事例は、１つの形態での本発明の１つの好適実施形態を例示するもの
であり、このような事例は、いかなる意味においても本発明の範囲を限定するも
のとして解釈されるべきではない。
の方法の一実施形態を例示するフローチャートである。 対応する参照符号は、数図面を通して対応する部品を示すものとする。ここで
詳述された事例は、１つの形態での本発明の１つの好適実施形態を例示するもの
であり、このような事例は、いかなる意味においても本発明の範囲を限定するも
のとして解釈されるべきではない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ， ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，Ｌ Ｒ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，Ｔ Ｒ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 フランシス ジェイ．ラーブ アメリカ合衆国 61523 イリノイ州 チ リコス ダブリュ．クローバーデイル ロ ード 1517 【要約の続き】 力チャンバ（５０）と結合される。
Claims (8)
- 【請求項１】 自由ピストン内燃機関（１０、９０、１００）を動作させる
方法であって、 燃焼シリンダ（１８）および第２のシリンダ（２０）を含むハウジング（１２
）を設けるステップと、 前記燃焼シリンダ（１８）内に往復運動するように配置されたピストンヘッド
（３２）、前記第２のシリンダ（２０）内に往復運動するように配置された第２
のヘッド（４６）、および前記ピストンヘッド（３２）を前記第２のヘッド（４
６）に相互に連結するプランジャロッド（３４）を含むピストン（１４）であっ
て、前記第２のヘッド（４６）と前記第２のシリンダ（２０）とが前記相互に連
結するプランジャロッド（３４）とほぼ反対の前記第２のヘッド側に可変容積圧
力チャンバ（５０）を画成する、ピストン（１４）を設けるステップと、 前記ピストンヘッド（３２）を上死点位置に向かって移動させるために圧縮行
程の開始部分で高圧液圧アキュムレータ（Ｈ）から前記圧力チャンバ（５０）へ
の作動液の供給をパルス化するステップと、 前記パルス化ステップ後に、前記高圧液圧アキュムレータ（Ｈ）を前記圧力チ
ャンバ（５０）から結合解除するステップと、 前記圧縮行程の残留部分で、低圧液圧アキュムレータ（Ｌ）を前記圧力チャン
バ（５０）に結合させるステップと、 リターン行程中に前記ピストンヘッド（３２）が下死点位置に向かって移動す
る際に、前記高圧液圧アキュムレータ（Ｈ）を前記圧力チャンバ（５０）に結合
させるステップと、 前記下死点位置またはその近くのいずれかにある前記ピストン（１４）の位置
を検出し、対応する信号を提供するセンサ（Ｓ）を設けるステップと、 前記センサ信号に依存する期間、前記高圧液圧アキュムレータ（Ｈ）と前記圧
力チャンバ（５０）との間の前記結合を維持するステップと、 を具備することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 次の圧縮行程中に前記パルス化ステップを反復するステップ
であって、作動液の前記供給が、前記次の圧縮行程の一部で前記期間にわたり前
記圧力チャンバ（５０）内にパルス化されるステップをさらに具備することを特
徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記センサ信号は、前記高圧液圧アキュムレータ（Ｈ）が次
の圧縮行程の一部で前記圧力チャンバ（５０）に結合されている離散期間を開始
させ、前記維持ステップは、前記離散期間の終りに終了することを特徴とする請
求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記維持ステップは、次の圧縮行程の全てで前記高圧液圧ア
キュムレータ（Ｈ）を前記圧力チャンバ（５０）に結合させるステップを具備す
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記第２の結合ステップで開始する合計期間を設定するステ
ップと、 前記合計期間の終りに手動リターン作業を開始するステップと、 をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記第２の結合ステップは、前記ピストンヘッド（３２）が
前記リターン行程中に前記下死点位置に向かう移動を開始するときに、前記高圧
液圧アキュムレータ（Ｈ）を前記圧力チャンバ（５０）に結合させることを具備
することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記センサ（Ｓ）は、前記下死点位置またはその近くのいず
れかにある前記ピストンヘッド（３２）の位置を検出することを特徴とする請求
項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記第２のシリンダ（２０）は液圧シリンダ（２０）から成
り、前記第２のヘッド（４６）はプランジャヘッド（４６）から成ることを特徴
とする請求項１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/255,524 US6206656B1 (en) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | Method of operating a free piston internal combustion engine with high pressure hydraulic fluid upon misfire or initial start-up |
| US09/255,524 | 1999-02-22 | ||
| PCT/US2000/000778 WO2000052314A1 (en) | 1999-02-22 | 2000-01-12 | Method of operating a free piston internal combustion engine with high pressure hydraulic fluid upon misfire or initial start-up |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002538364A true JP2002538364A (ja) | 2002-11-12 |
Family
ID=22968726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000602508A Withdrawn JP2002538364A (ja) | 1999-02-22 | 2000-01-12 | ミスファイヤまたは初期始動時に高圧作動液で自由ピストン内燃機関を動作させる方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
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| US (1) | US6206656B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002538364A (ja) |
| CN (1) | CN1341193A (ja) |
| AU (1) | AU3345900A (ja) |
| DE (1) | DE10084254T1 (ja) |
| GB (1) | GB2362191B (ja) |
| WO (1) | WO2000052314A1 (ja) |
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