JP2003138983A - 自由ピストン内燃機関のピストンアセンブリ - Google Patents

自由ピストン内燃機関のピストンアセンブリ

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JP2003138983A JP2002249720A JP2002249720A JP2003138983A JP 2003138983 A JP2003138983 A JP 2003138983A JP 2002249720 A JP2002249720 A JP 2002249720A JP 2002249720 A JP2002249720 A JP 2002249720A JP 2003138983 A JP2003138983 A JP 2003138983A
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Willibald G Berlinger
ジー．バーリンガー ウィリバルド
William E Moser
イー．モーザー ウィリアム
Leland W Weiss
ダブリュ．ウェイス リランド
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/02—Arrangements of lubricant conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自由ピストン内燃機関のピストンアセンブリ
を提供する。 【解決手段】 車両内での使用に特に適している自由ピ
ストン内燃機関は、燃焼シリンダとピストンアセンブリ
とを備えている。ピストンアセンブリはピストンとプラ
ンジャ軸とを含む。ピストンは、燃焼シリンダ内で往復
運動可能である。ピストンは、冠状部、冠状部から延
び、ピストンリング溝をその内部に有するスカート部、
プランジャ軸に取り付けられたハブ、および少なくとも
１つの支持ブロックを含む。各支持ブロックは、冠状部
に近接して位置決めされると共にハブからスカート部へ
向かって延びる。各支持ブロック、スカート部およびピ
ストンリング溝がそれらの間にカットアウト部を定めて
いる。カットアウト部は、加速中のピストンへの機械的
支持を提供し、ピストンリング溝を冷却させるための効
果的熱移動をも提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自由ピストン内燃
機関に関し、より詳しくは、自由ピストン内燃機関に使
用されるピストンアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】自由ピストン内燃機関は、１つまたはそ
れ以上の数の燃焼シリンダ内で往復運動するように配置
される相当数のピストンを含む。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互いに相互接続
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軸
と固く接続されている。例えば、プランジャ軸は、電流
を誘導することによって電気的パワー出力、または空圧
または液圧パワー出力のような流体パワー出力を提供す
るために使用されても良い。液圧出力を有する自由ピス
トンエンジンにおいては、プランジャが、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
る。典型的には、燃焼シリンダを定めるハウジングは、
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
も定める。燃焼シリンダは最大の内径を有し、圧縮シリ
ンダは、燃焼シリンダよりも小さい内径を有し、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。ピストンとプランジャヘッドとの間の位置において
プランジャ軸に取り付けられ、それによって支持される
圧縮ヘッドは、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、動作中の自由ピストンエンジン
のプランジャの往復運動を通じて加圧される。補助液圧
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上死点（Ｔ
ＤＣ）位置に向かって移動させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】自由ピストン内燃機関
に使用されるピストンは典型的に、アルミニウムまたは
スチールのような金属材料から完全に構成されるピスト
ンヘッドを含む。アルミニウムやスチールのような金属
は、比較的高い熱膨張率を有する。ゆえに、自由ピスト
ンエンジンの動作中、金属製ピストンヘッドは、燃焼シ
リンダの内部表面に向かう径方向にかなり拡がる。自由
ピストンエンジンに使用される各ピストンヘッドは、ゆ
えに、動作中の比較的大きな径方向への膨張に適応する
べく燃焼シリンダの内部表面との間に顕著な径方向の間
隙を提供する外径をもって形成される。動作中にピスト
ンヘッドを通過する燃焼生成物のブローバイを防止する
ために、ピストンヘッドの外周表面には、対応するピス
トンリングを受け入れる１つまたはそれ以上のピストン
リング溝が形成される。ピストンリングは、ピストンヘ
ッドの径方向の熱膨張および収縮を許容し、しかも同時
にピストンヘッドを通過する燃焼生成物のブローバイを
効果的に防止する。
【０００４】従来のピストンおよびシリンダ装置を使用
することに伴う問題は、燃焼シリンダおよびピストンヘ
ッドの適当な冷却を行うために適当な冷却液チャネルを
燃焼シリンダ内に設けなければならないことにある。こ
れらの冷却液チャネルはエンジンのサイズや複雑さを増
す。さらに、ピストンとシリンダとの間の摺動境界面は
ピストンの十分な冷却とはならない。
【０００５】自由ピストン内燃機関に使用されるピスト
ンの例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，
１０５，５４１号（Ｂｅｒｌｉｎｇｅｒ）で開示されて
いる。
【０００６】本発明は、上述の問題の１つまたはそれ以
上を克服することに向けられている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一形態におい
て、自由ピストン内燃機関は、燃焼シリンダとピストン
アセンブリとを備えている。ピストンアセンブリは、ピ
ストンとプランジャ軸とを含む。ピストンは、燃焼シリ
ンダ内で往復運動可能である。ピストンは、冠状部、冠
状部から伸び、ピストンリング溝をその内部に有するス
カート部、プランジャ軸に取り付けられたハブ、および
少なくとも１つの支持ブロックを含む。各支持ブロック
は、冠状部に近接して位置決めされ、スカート部に向か
ってハブから延びる。各支持ブロック、スカート部およ
びピストンリング溝がそれらの間にカットアウト部を定
めている。
【０００８】
【発明の実施の形態】さて、図面を参照するに、本発明
の自由ピストン内燃機関１０の一実施形態の一部が示さ
れている。自由ピストン内燃機関１０は一般に燃焼シリ
ンダ１２とピストンアセンブリ１４とを含む。
【０００９】燃焼シリンダ１２は燃焼室１６を定め、そ
の中で燃焼させるための燃料および空気の混合物が送り
込まれる。示された実施形態においては、ディーゼル燃
料および空気の混合物が、その内部で燃焼させるために
燃焼室１６内に導入されるとみなしている。ゆえに、自
由ピストン内燃機関１０は、ディーゼルの動作原理に基
づいて動作する。自由ピストン内燃機関１０は、おそら
く複数の燃焼シリンダ１２を含むが、説明を簡単にする
ために単一燃焼シリンダ１２のみが、図１で示され、こ
こでは記載されている。
【００１０】ピストンアセンブリ１４は一般にピストン
１８とプランジャ軸２０とを含む。ピストン１８は、冠
状部２２、スカート部２４およびハブ２６を含む。冠状
部２２は、燃焼室１６に近いピストン１８の端面を定め
る。冠状部２２は、示されるように略平面状であるか、
あるいは燃焼室１６内で特有な方法で排気ガスの流れに
方向を与えるように起伏が付けられても良い。
【００１１】スカート部２４は、ピストン１８の環状周
囲側部表面を定める。スカート部２４は、冠状部２２か
ら軸線方向に（すなわち、ピストン１８の軸線２８と略
平行に）延びる。スカート部２４は、スカート部２４の
全周囲を取り囲むピストンリング溝３０をその内部に含
む。ピストンリング溝３０は、動作中の燃焼室１６から
の排気ガスのブローバイを抑制するピストンリング３１
を有する。ピストンリング溝３０の下に切り欠き部６４
を設けることにより、冠状部２２およびスカート部２４
が使用中に加熱したときピストンリング溝３０の熱的適
応性がより大きくなる。切り欠き部６４はそれによって
ピストンリングがクランプしたり動かなくなるのを回避
する役割を果たす。
【００１２】ハブ２６は、軸線２８と略同心に位置決め
された開口部３２を有する。プランジャ軸２０の端部
は、ピストン１８をプランジャ軸２０と相互接続するた
めに開口部３２内に受け入れられる。ボルト穴３４は、
外部螺条付きボルト３６をその内部に受け入れる。ボル
ト３６はプランジャ軸２０をピストン１８と連結する。
【００１３】ピストン１８はまた、スカート部２４に潤
滑油路３８を含む。潤滑油路３８は、ピストンリング溝
３０で支持されるピストンリング３１、燃焼シリンダ１
２の内部側壁を潤滑するための、作動油のような、潤滑
油を受ける。加速作動チェック弁４０はスカート部２４
の潤滑油路３８内に位置決めされる。加速チェック弁４
０は、ピストン１８が燃焼室１６内の上死点位置または
その近くにあり、燃料および空気の混合物の圧縮燃焼が
起こるときの加速時に開く。チェック弁４０を通過する
流量だけでなく、チェック弁４０が開く加速値は、特定
の用途に応じて設定されても良い。
【００１４】プランジャ軸２０は、液圧シリンダ内に位
置決めされるピストン１８（図示せず）と反対側の端部
を含む。プランジャ軸２０は、ピストンアセンブリ１４
のリターン行程中に液圧シリンダ内の作動油を加圧し
て、静油圧変速機などの液圧負荷（図示せず）へ加圧作
動液を提供する。自由ピストンエンジン内のプランジャ
軸を使用して液圧出力を提供することは公知であり、故
に、ここでは詳述しない。
【００１５】プランジャ軸２０はまた、ピストンリング
溝３０の近くで終端する潤滑油路３８の一部を含む。潤
滑油路３８は、図では概略的に示されている。プランジ
ャ軸２０およびピストン１８の各々を通る潤滑油路３８
を定めるピストンアセンブリ１４内の特定部分、導管な
どは、特定の用途に応じて異なることは理解されよう。
【００１６】ピストン１８はまた、冠状部２２に近接し
て位置決めされると共にハブ２６からスカート部２４に
向かって延びる少なくとも１つの支持ブロック４２を含
む。示された実施形態においては、ピストン１８は、ハ
ブ２６からスカート部２４に向かって径方向に延びる羽
根４２の形の複数の支持ブロックを含む。ハブ２６の左
側の羽根４２は、断面の形で、図１に示され、ハブ２６
の右側の羽根４２は非断面の形で、図１に示される。ハ
ブ２６の周りに等間隔で配置される羽根４２の正確な枚
数は、特定の用途に応じて、様々であっても良い。
【００１７】羽根４２は、ピストンリング溝３０に近接
したスカート部２４の冷却を促進するだけでなく、ピス
トン１８を機械的に支持する２重の機能を提供する。当
然、実質的なｇ力が、燃焼室１６内での燃焼時に加速中
にピストン１８に加わる。羽根４２は、時間の経過と共
に疲労破壊となるピストン１８の過度な曲げを抑制する
のに足る構造的支持を提供するように構成される。加え
て、羽根４２は、ピストンリング溝３０から熱を逃がす
カットアウト部（切り欠き部）５２をピストンリング溝
３０に近接して定め、それによって熱的適応性を提供
し、冠状部２２を高熱負荷下で膨張させるように構成さ
れる。
【００１８】各羽根４２は、直線状に延びる第１のリニ
ア部４４、直線状に延びる第２のリニア部４６および湾
曲部４８を含む。第１のリニア部４４は、軸線２８に対
して鋭角にハブ２６から延びる。特に、第１のリニア部
４４は、ピストンリング溝３０と冠状部２２との間に位
置する領域に向かって延びる。第２のリニア部４６は、
第１のリニア部４４に近接して位置決めされると共に鋭
角をなして第１のリニア部４４から延びる。第２のリニ
ア部４６はまた、軸線２８に対する第１のリニア部４４
の鋭角よりも小さい軸線２８に対する鋭角に延びる。湾
曲部４８は、冠状部２２に向かって第２のリニア部４６
に近接し、第２のリニア部４６から延びる。湾曲部４８
は、冠状部２２に最も近い頂部５０で終端する。第２の
リニア部４６、湾曲部４８およびスカート部２４は、ス
カート部２４の環状周囲を取り巻く環状カットアウト部
５２を定める。
【００１９】羽根４２を含むピストン１８についての先
の説明から、ピストン１８の機械的支持と熱移動との２
重の機能を達成する多くの様々な直径が定められても良
いことが分かる。これらの異なる直径は、スカート部２
４およびピストンリング溝３０の適当な冷却を提供する
のに重要であることが分かっている。
【００２０】ハブ２６、第１のリニア部４４、第２のリ
ニア部４６および湾曲部４８の間の様々な移行箇所が、
ピストン１８の設計に重要な様々な直径を定める。燃焼
シリンダ１２は、ピストン１８が往復運動するボア径に
相当する第１の直径を定める。燃焼シリンダ１２の内径
は、所定クリアランスディスタンスがそれらの間にある
にも関わらず、スカート部２４の外径に略相当する。
【００２１】第１のリニア部４４と第２のリニア部４６
との間の接合部は、第２の直径Ｄ２に相当する接続箇所
５４を定める。第２の直径Ｄ２を第１の直径Ｄ１で除し
た比は約０．９８より小さいか、またはそれに等しい。
【００２２】第２のリニア部４６と湾曲部４８との間の
遷移は、移行箇所５６を定め、次いでそれは第３の直径
Ｄ３を定める。第３の直径Ｄ３を第１の直径Ｄ１で除し
た比は、約０．９８より小さいか、またはそれに等し
い。
【００２３】ハブ２６は、その外径において第４の直径
Ｄ４を定める。第４の直径Ｄ４を第１の直径Ｄ１で除し
た比は、約０．４１より小さいか、またはそれに等し
い。
【００２４】さらに、冠状部２２に最も近い頂部５０と
ピストンリング溝３０との間の距離はまた、重要な設計
基準であることが分かっている。ピストンリング溝３０
が冠状部２２に接近しすぎる場合、ピストンリング溝３
０に近接した領域への過度な熱移動が起こる。逆に、ピ
ストンリング溝３０が冠状部２２から離れすぎる場合、
自由ピストン内燃機関１０の圧縮比が減少し、次いで効
率の減少となる。
【００２５】頂部５０およびピストンリング溝３０は、
それらの間に延びるリング帯棚部（ring band shelf）
５８を定める。これは、冠状部２２に対するカットアウ
ト部５２の最近接点とピストンリング溝３０の中心との
間の距離に略相当する。羽根４２が、図に示されるよう
な湾曲部４８を含む場合、リング帯棚部５８は、示され
るようにピストン１８の外部に沿い且つそれと接触する
頂部５０と略垂直な位置までの径方向にだけでなく、ピ
ストンリング溝３０の中心から軸線方向の両方に延び
る。リング帯棚部５８を第１の直径Ｄ１で除した比は、
約０．１４６よりも小さいか、またはそれに等しい。こ
れにより、所望圧縮比が自由ピストン内燃機関１０内で
確保される。
【００２６】一定の用途では、羽根４２が、ハブ２６と
スカート部２４との間に延びるリニア部しか包含しない
こともあり得る。つまり、第１のリニア部４４は、破線
６０で示されるように、ピストンリング溝３０と冠状部
２２との間の位置におけるスカート部２４まで延び、そ
のスカート部２４と接合しても良い。このように構成さ
れると、冠状部２２に最も近い頂部はスカート部２４の
側部に沿うことになる。リング帯棚部５８は、ピストン
リング溝３０の中心からスカート部２４に横方向に近接
した頂部と略垂直な位置まで延びる。つまり、リング帯
棚部５８は、縁部６２と垂直な両方向にではなく、スカ
ート部２４と略平行な単一方向にのみ延びる。
【００２７】示され、上述されたピストン１８の実施形
態においては、複数の羽根４２は、上述のようにハブ２
６からスカート部２４に向かって延びる支持ブロックを
定める。特定の用途に応じて、支持ブロック４２が単品
（すなわち、ハブ２６を取り巻く環状支持ブロック）で
構成されることもあり得る。それでもなお、上述の直径
などに関する異なる設計パラメータが適用される。
【００２８】（産業上の利用可能性）動作時、ディーゼ
ル燃料および空気の混合物が燃焼シリンダ１６内に噴射
される。ピストンアセンブリ１４は、燃焼室１６内の上
死点位置に向かって移動し、そこでピストンアセンブリ
１４を下死点位置に向かって作動させる燃焼が起こる。
リターン行程の初期加速中に、羽根４２がピストン１８
を機械的に支持して機械的な過度な曲げを防ぐ。動作が
継続すると、ピストン１８は、燃焼室１６での反復燃焼
のため高温になる。羽根４２と、冠状部２２とピストン
リング溝３０との間の領域のスカート部２４との間に定
められた環状カットアウト部５２は、ピストンリング溝
３０からの熱を逃がし、ピストンリング溝３０を熱的に
適応させる。リターン行程の初期加速中にもまた、加速
作動チェック弁４０が開いて少量の潤滑油をピストンリ
ング３１に近いピストン１８と燃焼シリンダ１２との間
の空間内に送油する。これによって、ピストンリング３
１の十分な潤滑が確保され、しかも同時に非常に少量の
潤滑油しか送油しないので、排出も減少する。
【００２９】本発明は、冠状部に軸線方向に近接し、ス
カート部に径方向に近接して位置決めされた少なくとも
１つの支持ブロックを有するピストンを含む自由ピスト
ン内燃機関に使用するピストンアセンブリを提供する。
少なくとも１つの支持ブロックは、加速中にピストンを
機械的に支持することと、スカート部内のピストンリン
グ溝領域の熱移動を支援することとの二重の機能を提供
する。各支持ブロックをハブからスカート部に向かって
径方向に伸ばすことによって、動作中のピストンの十分
な機械的支持が提供される。さらに、ピストンリング溝
と各支持ブロックとの間に環状カットアウト部を設ける
ことによって、ピストンリング溝の領域内の熱移動が促
進される。
【００３０】本発明の他の形態、目的、および利点は、
図面、明細書、および特許請求の範囲を検討することに
よって得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自由ピストン内燃機関の一実施形態の
簡易側部断面図である。
【図２】図１に示されたピストンアセンブリの端面図で
ある。
【符号の説明】
１０ 自由ピストン内燃機関 １２ 燃焼シリンダ １４ ピストンアセンブリ １６ 燃焼室 １８ ピストン ２０ プランジャ軸 ２２ 冠状部 ２４ スカート部 ２６ ハブ ２８ 軸線 ３０ ピストンリング溝 ３２ 開口部 ３４ ボルト穴 ３６ ボルト ３８ 潤滑油路 ４０ 加速作動チェック弁 ４２ 羽根（支持ブロック） ４４ 第１のリニア部 ４６ 第２のリニア部 ４８ 湾曲部 ５０ 頂部 ５２ カットアウト部 ５４ 接続箇所 ５６ 移行箇所 ５８ リング帯棚部 ６０ 破線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリバルド ジー．バーリンガー アメリカ合衆国 61604−1439 イリノイ 州 ピオリア ノース アバロン プレイ ス 3219 (72)発明者 ウィリアム イー．モーザー アメリカ合衆国 61614−4645 イリノイ 州 ピオリア ノース グレン コート 4802 (72)発明者 リランド ダブリュ．ウェイス アメリカ合衆国 61614−6847 イリノイ 州 ピオリア ノース ブランディワイン ドライブ 4010 アパートメント 418

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自由ピストン内燃機関あって、 燃焼シリンダと、 ピストンおよびプランジャ軸を含むピストンアセンブリ
    であって、前記ピストンが前記燃焼シリンダ内で往復運
    動可能であり、前記ピストンが、冠状部、前記冠状部か
    ら延びてピストンリング溝をその内部に有するスカート
    部、前記プランジャ軸に取り付けられたハブ、および、
    少なくとも１つの支持ブロックを含み、前記各支持ブロ
    ックが前記冠状部に近接して位置決めされると共に前記
    ハブから前記スカート部に向かって延びており、前記各
    支持ブロック、前記スカート部および前記ピストンリン
    グ溝がそれらの間にカットアウト部を定めているピスト
    ンアセンブリとを備える自由ピストン内燃機関。
  2. 【請求項２】 前記各支持ブロックは、前記ハブから延
    びる第１のリニア部、前記第１のリニア部に近接し、前
    記第１のリニア部から鋭角に延びる第２のリニア部、お
    よび、前記第２のリニア部に近接し、前記第２のリニア
    部から延びる湾曲部を含み、前記第１のリニア部と前記
    第２のリニア部とは接続箇所をそれらの間に定め、前記
    スカート部は第１の直径を定め、前記接続箇所は第２の
    直径を定め、前記第２の直径を前記第１の直径で除した
    比は約０．９８より小さいか、またはそれに等しい、請
    求項１に記載の自由ピストン内燃機関。
  3. 【請求項３】 前記各支持ブロックは、前記ハブから延
    びる第１のリニア部、前記第１のリニア部に近接し、前
    記第１のリニア部から鋭角に延びる第２のリニア部、お
    よび、前記第２のリニア部に近接し、前記第２のリニア
    部から延びる湾曲部を含み、前記第２のリニア部と前記
    湾曲部とは移行箇所をそれらの間に定め、前記スカート
    部は第１の直径を定め、前記移行箇所は第３の直径を定
    め、前記第３の直径を前記第１の直径で除した比は約
    ０．９８よりも小さいか、またはそれに等しい、請求項
    １に記載の自由ピストン内燃機関。
  4. 【請求項４】 前記各支持ブロックは、前記ハブから延
    びる第１のリニア部、前記第１のリニア部に近接し、前
    記第１のリニア部から鋭角に延びる第２のリニア部、お
    よび、前記第２のリニア部に近接し、前記第２のリニア
    部から延びる湾曲部を含み、前記スカート部は第１の直
    径を定め、前記ハブは第４の直径を定め、前記第４の直
    径を前記第１の直径で除した比は約０．４１よりも小さ
    いか、またはそれに等しい、請求項１に記載の自由ピス
    トン内燃機関。
  5. 【請求項５】 前記スカート部は第１の直径を定め、前
    記各支持ブロックは、前記ハブにおいて終端する一端と
    前記冠状部に最も近い頂部において終端する他端とを有
    し、前記頂部と前記ピストンリング溝とは、リング帯棚
    部を定める距離をそれらの間に有し、前記リング帯棚部
    を前記第１の直径で除した比は約０．１４６よりも小さ
    いか、またはそれに等しい、請求項１に記載の自由ピス
    トン内燃機関。
  6. 【請求項６】 前記各支持ブロックは、前記ハブから延
    びる第１のリニア部、前記第１のリニア部に近接し、前
    記第１のリニア部から鋭角に延びる第２のリニア部、お
    よび、前記第２のリニア部に近接し、前記第２のリニア
    部から延びる湾曲部を含み、前記湾曲部は前記頂部にお
    いて終端し、前記リング帯棚部は前記ピストンリング溝
    の中心から前記冠状部に近い縁部まで前記スカート部と
    平行に延びると共に前記縁部から前記頂部の中心まで延
    びる、請求項５に記載の自由ピストン内燃機関。
  7. 【請求項７】 前記各支持ブロックは、前記ハブと前記
    スカート部との間に延在するリニア部を含み、前記リン
    グ帯棚部は、前記ピストンリング溝の中心から前記他端
    まで前記スカート部と平行に延びる、請求項５に記載の
    自由ピストン内燃機関。
  8. 【請求項８】 前記ピストンは、前記ピストンリング溝
    と流体連通した少なくとも１つの潤滑油路を含む、請求
    項１に記載の自由ピストン内燃機関。
  9. 【請求項９】 前記プランジャ軸は、更に、前記潤滑油
    路を含む、請求項８に記載の自由ピストン内燃機関。
  10. 【請求項１０】 前記潤滑油路に位置決めされた加速作
    動チェック弁を含む、請求項９に記載の自由ピストン内
    燃機関。
  11. 【請求項１１】 前記少なくとも１つの支持ブロック
    は、それぞれが前記ハブから径方向に延びる複数の羽根
    である、請求項１に記載の自由ピストン内燃機関。
  12. 【請求項１２】 自由ピストン内燃機関に使用するピス
    トンアセンブリであって、 プランジャ軸と、 冠状部、前記冠状部から延びてピストンリング溝をその
    内部に有するスカート部、前記プランジャ軸に取り付け
    られたハブ、および、少なくとも１つの支持ブロックを
    含み、前記各支持ブロックが前記冠状部に近接して位置
    決めされると共に前記ハブから前記スカート部まで延び
    ており、前記各支持ブロック、前記スカート部、および
    前記ピストンリング溝がそれらの間にカットアウト部を
    定めているピストンとを備えるピストンアセンブリ。
  13. 【請求項１３】 前記各支持ブロックは、前記ハブから
    延びる第１のリニア部、前記第１のリニア部に近接し、
    前記第１のリニア部から鋭角に延びる第２のリニア部、
    および、前記第２のリニア部に近接し、前記第２のリニ
    ア部から延びる湾曲部を含み、前記第１のリニア部およ
    び前記第２のリニア部は接続箇所をそれらの間に定め、
    前記スカート部は第１の直径を定め、前記接続箇所は第
    ２の直径を定め、前記第２の直径を前記第１の直径で除
    した比は約０．９８よりも小さいか、またはそれに等し
    い、請求項１２に記載のピストンアセンブリ。
  14. 【請求項１４】 前記各支持ブロックは、前記ハブから
    延びる第１のリニア部、前記第１のリニア部に近接し、
    前記第１のリニア部から鋭角に延びる第２のリニア部、
    および、前記第２のリニア部に近接し、前記第２のリニ
    ア部から延びる湾曲部を含み、前記第２のリニア部と前
    記湾曲部とは移行箇所をそれらの間に定め、前記スカー
    ト部は第１の直径を定め、前記移行箇所は第３の直径を
    定め、前記第３の直径を前記第１の直径で除した比は約
    ０．９８よりも小さいか、またはそれに等しい、請求項
    １２に記載のピストンアセンブリ。
  15. 【請求項１５】 前記各支持ブロックは、前記ハブから
    延びる第１のリニア部、前記第１のリニア部に近接し、
    前記第１のリニア部から鋭角に延びる第２のリニア部、
    および、前記第２のリニア部に近接し、前記第２のリニ
    ア部から延びる湾曲部を含み、前記スカート部は第１の
    直径を定め、前記ハブは第４の直径を定め、前記第４の
    直径を前記第１の直径で除した比は約０．４１よりも小
    さいか、またはそれに等しい、請求項１２に記載のピス
    トンアセンブリ。
  16. 【請求項１６】 前記スカート部は第１の直径を定め、
    前記各支持ブロックは、前記ハブにおいて終端する一端
    と、前記冠状部に最も近い頂部において終端する他端と
    を有し、前記頂部および前記ピストンリング溝はリング
    帯棚部を定める距離をそれらの間に有し、前記リング帯
    棚部を前記第１の直径で除した比は約０．１４６よりも
    小さいか、またはそれに等しい、請求項１２に記載のピ
    ストンアセンブリ。
  17. 【請求項１７】 前記各支持ブロックは、前記ハブから
    延びる第１のリニア部、前記第１のリニア部に近接し、
    前記第１のリニア部から鋭角に延びる第２のリニア部、
    および、前記第２のリニア部に近接し、前記第２のリニ
    ア部から延びる湾曲部を含み、前記湾曲部は、前記頂部
    において終端し、前記リング帯棚部は、前記ピストンリ
    ング溝の中心から前記冠状部に近接した縁部まで前記ス
    カート部と平行に延びると共に前記縁部から前記頂部の
    中心まで延びる、請求項１６に記載のピストンアセンブ
    リ。
  18. 【請求項１８】 前記各支持ブロックは、前記ハブと前
    記スカート部との間に延在するリニア部を含み、前記リ
    ング帯棚部は、前記ピストンリング溝の中心から前記他
    端まで前記スカート部と平行に延びる、請求項１６に記
    載のピストンアセンブリ。
  19. 【請求項１９】 前記ピストンは、前記ピストンリング
    溝と流体連通した少なくとも１つの潤滑油路を含む、請
    求項１２に記載のピストンアセンブリ。
  20. 【請求項２０】 前記プランジャ軸は、更に、前記潤滑
    油路を含む、請求項１９に記載のピストンアセンブリ。
  21. 【請求項２１】 前記潤滑油路に位置決めされた加速作
    動チェック弁を含む、請求項２０に記載のピストンアセ
    ンブリ。
  22. 【請求項２２】 前記少なくとも１つの支持ブロック
    は、それぞれが前記ハブから径方向に延びる複数の羽根
    である、請求項１２に記載のピストンアセンブリ。
  23. 【請求項２３】 自由ピストン内燃機関を動作させる方
    法であって、 燃焼シリンダを設けるステップと、 ピストンおよびプランジャ軸を含むピストンアセンブリ
    であって、前記ピストンが、冠状部、前記冠状部から延
    びてピストンリング溝をその内部に有するスカート部、
    前記プランジャ軸に取り付けられたハブ、および、少な
    くとも１つの支持ブロックを含み、前記各支持ブロック
    が前記冠状部に近接して位置決めされると共に前記ハブ
    から前記スカート部へ延びており、前記各支持ブロッ
    ク、前記スカート部および前記ピストンリング溝がそれ
    らの間にカットアウト部を定めているピストンアセンブ
    リを設けるステップと、 前記燃焼シリンダ内で前記ピストンを往復運動させるス
    テップと、 前記ピストンを機械的に支持し、前記少なくとも１つの
    支持ブロックを用いて前記往復運動ステップ中に前記ピ
    ストンリング溝を熱的に冷却させるステップとを備える
    方法。
JP2002249720A 2001-08-30 2002-08-28 自由ピストン内燃機関のピストンアセンブリ Withdrawn JP2003138983A (ja)

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