JP2013256886A - Free piston generator - Google Patents

Free piston generator Download PDF

Info

Publication number
JP2013256886A
JP2013256886A JP2012132598A JP2012132598A JP2013256886A JP 2013256886 A JP2013256886 A JP 2013256886A JP 2012132598 A JP2012132598 A JP 2012132598A JP 2012132598 A JP2012132598 A JP 2012132598A JP 2013256886 A JP2013256886 A JP 2013256886A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
groove
displacement
free
free piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2012132598A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazunari Moriya
一成 守屋
Koji Umeno
孝治 梅野
Kiyomi Nakakita
清己 中北
Yoshihiro Hotta
義博 堀田
Hidemasa Kosaka
英雅 小坂
Minaji Inayoshi
三七二 稲吉
Tomoyuki Akita
智行 秋田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2012132598A priority Critical patent/JP2013256886A/en
Publication of JP2013256886A publication Critical patent/JP2013256886A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a displacement of a piston while suppressing a degradation of sealing performance between the piston and a cylinder.SOLUTION: A free piston generator 10 includes a cylinder 12 formed in a cylindrical shape, a piston 14 disposed inside the cylinder 12, and a combustion chamber 16 and an air chamber 18 formed to oppose to each other with the piston 14 interposed therebetween, and for reciprocating the piston 14 therein. The generator 10 also includes a seal member 20 slidably contacting an outer circumferential face of the piston 14, a groove portion 22 formed in the outer circumferential face of the piston 14, a displacement detector 26 for detecting a displacement of the groove portion 22, and a fill member 24 filled in a part of the groove portion 22 which slidably contacts the seal member 20, and made of a constituent material having a different property from a constituent material of the piston 14 that is detected by the displacement detector 26.

Description

本発明は、フリーピストン式発電機に関する。   The present invention relates to a free piston generator.

従来から、機械的に拘束されることなくシリンダ内で往復運動するピストン(フリーピストン)を用いた発電機が知られている。例えば、特許文献1、2には、筒形状のシリンダと、シリンダ内部に配置されたピストンを備えた、2ストロークエンジン駆動のフリーピストン式発電機が開示されている。   Conventionally, a generator using a piston (free piston) that reciprocates in a cylinder without being mechanically restricted is known. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a two-stroke engine driven free piston generator including a cylindrical cylinder and a piston disposed inside the cylinder.

シリンダ内部には、ピストンを挟んで対向する様に、燃焼室と空気室が形成されている。燃焼室には、掃気孔が設けられている。この掃気孔から新気が燃焼室に導入される。さらに燃焼室には、燃料を噴射するインジェクタが設けられている。また、燃焼室には点火手段が設けられており、点火手段は、燃焼室で生成された燃料と新気の混合気を燃焼させる。その際に生じる燃焼圧力により、ピストンが空気室側に移動させられる。空気室はいわゆる空気ばねとしての機能を備えている。ピストンの移動に伴い空気室が圧縮されることで反発力が生じ、この反発力によりピストンが燃焼室側に押し戻される。   A combustion chamber and an air chamber are formed inside the cylinder so as to face each other with the piston interposed therebetween. A scavenging hole is provided in the combustion chamber. Fresh air is introduced into the combustion chamber from the scavenging holes. Further, the combustion chamber is provided with an injector for injecting fuel. The combustion chamber is provided with ignition means, and the ignition means burns the fuel-air mixture produced in the combustion chamber. The piston is moved to the air chamber side by the combustion pressure generated at that time. The air chamber has a function as a so-called air spring. As the piston moves, the air chamber is compressed to generate a repulsive force, and the repulsive force pushes the piston back toward the combustion chamber.

シリンダの内周面にはコイルが設けられている。また、ピストンの外周面には永久磁石が設けられている。ピストンの往復運動に伴い、永久磁石とコイルとの位置が相対変化する。このとき、コイルに誘導起電力が発生する。発生した電力は、バッテリー等の蓄電手段に供給される。   A coil is provided on the inner peripheral surface of the cylinder. A permanent magnet is provided on the outer peripheral surface of the piston. As the piston reciprocates, the positions of the permanent magnet and the coil change relatively. At this time, an induced electromotive force is generated in the coil. The generated electric power is supplied to power storage means such as a battery.

また、特許文献3では、直線移動する物体の変位を検出するために、当該物体表面に移動量計測用スリットを形成するとともに、当該スリットの変位を検出する検出手段を備えることが開示されている。   Further, Patent Document 3 discloses that in order to detect the displacement of an object that moves linearly, a movement amount measurement slit is formed on the surface of the object, and a detection unit that detects the displacement of the slit is provided. .

特開2012−21461号公報JP 2012-21461 A 特開2012−31746号公報JP 2012-31746 A 特開平3−267719号公報JP-A-3-267719

ところで、燃料室に新気を導入する掃気期間でないときにも、掃気孔には圧力が掛けられており、ピストンとシリンダとの隙間を通じて、新気が空気室側に吹き抜けるおそれがある。これは、掃気孔に新気を送り込む掃気ポンプのロスに繋がることから、ピストンとシリンダとの隙間をシールすることが好適である。具体的には、シリンダ内周面に、ピストン外周面と摺接する内張りシールリングを設けることが考えられる。この場合、ピストン外周面には永久磁石が設けられており、その永久磁石は脆性材料で構成されている場合があることから、永久磁石には摺接しないように、シールリングを設けることが好適である。   By the way, even when it is not the scavenging period during which fresh air is introduced into the fuel chamber, pressure is applied to the scavenging holes, and there is a possibility that fresh air will blow through the air chamber through the gap between the piston and the cylinder. This leads to a loss of the scavenging pump that sends fresh air into the scavenging holes, so it is preferable to seal the gap between the piston and the cylinder. Specifically, it is conceivable to provide a lining seal ring in sliding contact with the piston outer peripheral surface on the cylinder inner peripheral surface. In this case, a permanent magnet is provided on the outer peripheral surface of the piston, and the permanent magnet may be made of a brittle material. Therefore, it is preferable to provide a seal ring so that the permanent magnet does not slide. It is.

また、ピストンの変位を検出するために、ピストンの外周面にスリットを切る場合、永久磁石にスリットを切ると、その凹凸形状に起因して磁力が変動し、誘導起電力が不安定になるおそれがある。そこで、永久磁石を避けてスリットを設けることが好適である。   In addition, when a slit is cut in the outer peripheral surface of the piston in order to detect the displacement of the piston, if the slit is cut in the permanent magnet, the magnetic force fluctuates due to the uneven shape and the induced electromotive force may become unstable. There is. Therefore, it is preferable to provide a slit avoiding the permanent magnet.

永久磁石を避けるようにして、スリット及びシールリングを設けると、図10に示すように、シールリング110とスリット112とが摺接してしまう場合がある。例えば、フリーピストン式発電機の小型化のため、ピストンの移動方向長さを短くした際に(ピストン外周面から永久磁石以外のスペースが削られた場合に)、上記のような場合が生じ得る。シールリングとの摺接面に、スリットによる凹凸が形成されると、シール性能が低下するおそれがある。そこで、本発明は、ピストンとシリンダとのシール性を保ちつつピストンの変位測定が可能な、フリーピストン式発電機を提供することを目的とする。   If the slit and the seal ring are provided so as to avoid the permanent magnet, the seal ring 110 and the slit 112 may come into sliding contact as shown in FIG. For example, when the length of the piston in the moving direction is shortened to reduce the size of the free piston generator (when a space other than the permanent magnet is removed from the outer peripheral surface of the piston), the above case may occur. . If irregularities due to slits are formed on the sliding contact surface with the seal ring, the sealing performance may be deteriorated. Then, an object of this invention is to provide the free piston type generator which can measure the displacement of a piston, maintaining the sealing performance of a piston and a cylinder.

本発明は、フリーピストン式発電機に関するものである。当該発電機は、筒形状に形成されたシリンダと、前記シリンダ内に配置されたピストンと、前記ピストンを挟んで対向するように設けられるとともに、前記ピストンを往復移動させる、燃焼室及び空気室と、を備える。さらに、前記シリンダの内周面に設けられるとともに、前記ピストンの外周面に摺接する、シール部材と、前記ピストンの外周面に形成された溝部と、前記溝部の変位を検出する変位検出器と、を備える。さらに、前記溝部のうち、前記シール部材に摺接する部分に充填されるとともに、前記ピストンの構成材料とは前記変位検出器の検出特性が異なる充填部材を備える。   The present invention relates to a free piston generator. The generator includes a cylinder formed in a cylindrical shape, a piston disposed in the cylinder, a combustion chamber and an air chamber that are provided so as to face each other with the piston interposed therebetween and reciprocate the piston. . Further, a seal member provided on the inner peripheral surface of the cylinder and in sliding contact with the outer peripheral surface of the piston, a groove formed on the outer peripheral surface of the piston, a displacement detector for detecting displacement of the groove, Is provided. Furthermore, a portion of the groove that is in sliding contact with the seal member is filled, and a filling member having a detection characteristic of the displacement detector different from that of the constituent material of the piston is provided.

また、上記発明において、前記充填材料の摩擦係数は、前記ピストンの構成材料の摩擦係数以下であることが好適である。   Moreover, in the said invention, it is suitable that the friction coefficient of the said filling material is below the friction coefficient of the constituent material of the said piston.

また、上記発明において、前記溝部は、前記ピストンの移動方向に沿って溝が複数形成された溝パターンを含み、前記変位検出器は複数設けられ、それぞれの前記変位検出器は、前記移動方向に沿って前記溝パターンの検出範囲がオフセットされていることが好適である。   In the above invention, the groove portion includes a groove pattern in which a plurality of grooves are formed along the moving direction of the piston, and a plurality of the displacement detectors are provided, and each of the displacement detectors extends in the moving direction. It is preferable that the detection range of the groove pattern is offset along.

また、上記発明において、前記溝部は、前記ピストンの移動方向に沿って溝が複数形成された溝パターンを含むとともに、前記溝パターンは、前記ピストンの周廻りに複数形成され、それぞれの前記溝パターンは、他の前記溝パターンに対して、前記ピストンの移動方向に沿った前記溝の幅未満の範囲で、前記ピストンの移動方向に沿ってオフセットされていることが好適である。   Further, in the above invention, the groove portion includes a groove pattern in which a plurality of grooves are formed along a moving direction of the piston, and the groove pattern is formed in a plurality around the periphery of the piston. Is preferably offset along the moving direction of the piston within a range less than the width of the groove along the moving direction of the piston with respect to the other groove pattern.

また、上記発明において、前記溝部は、前記ピストンの移動方向に沿って溝が複数形成された溝パターンを含むとともに、前記溝パターンは、前記ピストンの周廻りに複数形成され、前記溝パターンは、前記ピストンの径方向に沿って対向するように形成されていることが好適である。さらに、前記変位検出器は、前記溝パターンの変位に応じた信号を出力するとともに、前記溝パターンの変位を求める際に、前記対向する溝パターンに応じたそれぞれの前記信号を足し合わせることが好適である。   Further, in the above invention, the groove portion includes a groove pattern in which a plurality of grooves are formed along a moving direction of the piston, and the groove pattern is formed in a plurality around the piston, and the groove pattern is It is preferable that they are formed so as to oppose each other along the radial direction of the piston. Further, the displacement detector preferably outputs a signal corresponding to the displacement of the groove pattern, and adds the signals corresponding to the opposed groove patterns when obtaining the displacement of the groove pattern. It is.

また、上記発明において、前記溝部は、前記ピストンの移動方向に沿った隣り合う溝同士の間隔が、端部側に向かうに従って狭くなるように前記溝が形成されていることが好適である。   In the above invention, it is preferable that the groove is formed so that an interval between adjacent grooves along the moving direction of the piston becomes narrower toward the end side.

また、上記発明において、前記溝部は、隣り合う溝同士の間隔が、第1の間隔となるように形成された部分と、第2の間隔となるように形成された部分とを含むことが好適である。   In the above invention, it is preferable that the groove portion includes a portion formed so that an interval between adjacent grooves is a first interval and a portion formed so as to be a second interval. It is.

また、上記発明において、前記充填部材は、前記変位検出器の検出特性が互いに異なる第1の充填部材と第2の充填部材を含むことが好適である。   In the above invention, it is preferable that the filling member includes a first filling member and a second filling member that have different detection characteristics of the displacement detector.

また、上記発明において、前記溝部は、溝深さが第1の深さとなるように形成された溝と、第2の深さとなるように形成された溝とを含むことが好適である。   In the above invention, it is preferable that the groove portion includes a groove formed so that the groove depth is the first depth and a groove formed so as to be the second depth.

また、上記発明において、前記空気室及び燃焼室の少なくとも一方には圧力センサが設けられ、前記圧力センサの値に応じて、前記ピストンの位置が検出されることが好適である。   In the above invention, it is preferable that a pressure sensor is provided in at least one of the air chamber and the combustion chamber, and the position of the piston is detected according to the value of the pressure sensor.

また、上記発明において、前記シリンダの内周面にはコイルが設けられ、前記ピストンの外周面には磁石が設けられ、前記コイルに電流を供給して磁界を発生させることで前記ピストンを移動させる際に、前記コイルに供給される電流値に応じて前記ピストンの位置が検出されることが好適である。   In the above invention, a coil is provided on the inner peripheral surface of the cylinder, and a magnet is provided on the outer peripheral surface of the piston. The piston is moved by supplying a current to the coil to generate a magnetic field. In this case, it is preferable that the position of the piston is detected according to a current value supplied to the coil.

また、上記発明において、前記変位検出器からの信号に応じて前記ピストンの位置を算出する演算器を備え、前記演算器は、既に受信した信号から前記ピストンの速度及び加速度を算出するとともに、前記速度及び加速度に応じて、前記ピストンの現在位置を算出することが好適である。   Further, in the above invention, an arithmetic unit that calculates the position of the piston according to a signal from the displacement detector is provided, and the arithmetic unit calculates the speed and acceleration of the piston from the already received signal, and It is preferable to calculate the current position of the piston according to the speed and acceleration.

本発明によれば、ピストンとシリンダとのシール性の低下を抑制しつつ、ピストンの変位を測定することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to measure the displacement of a piston, suppressing the fall of the sealing performance of a piston and a cylinder.

本実施の形態に係るフリーピストン式発電機を例示する側面断面図である。It is side surface sectional drawing which illustrates the free piston type generator which concerns on this Embodiment. 変位検出器の出力信号について説明する図である。It is a figure explaining the output signal of a displacement detector. 溝部を例示する側面断面図である。It is side surface sectional drawing which illustrates a groove part. 溝部を例示する正面図及び側面図である。It is the front view and side view which illustrate a groove part. 本実施の形態に係るフリーピストン式発電機を例示する側面断面図である。It is side surface sectional drawing which illustrates the free piston type generator which concerns on this Embodiment. 溝部を例示する側面断面図である。It is side surface sectional drawing which illustrates a groove part. ピストンの変位検出について説明する側面断面図である。It is side surface sectional drawing explaining the displacement detection of a piston. 変位信号の演算加工について説明する図である。It is a figure explaining the arithmetic processing of a displacement signal. 本実施の参考形態に係るフリーピストン式発電機を例示する側面断面図である。It is side surface sectional drawing which illustrates the free piston type generator which concerns on this Embodiment. 従来のフリーピストン式発電機を例示する側面断面図である。It is side surface sectional drawing which illustrates the conventional free piston type generator.

図1に、本実施の形態に係るフリーピストン式発電機10を例示する。フリーピストン式発電機10は、シリンダ12、ピストン14、燃焼室16、空気室18、シール部材20、溝部22、充填部材24、及び変位検出器26を含んで構成される。   FIG. 1 illustrates a free piston generator 10 according to the present embodiment. The free piston generator 10 includes a cylinder 12, a piston 14, a combustion chamber 16, an air chamber 18, a seal member 20, a groove 22, a filling member 24, and a displacement detector 26.

シリンダ12は、筒形状の部材であり、内部にピストン14、燃焼室16、空気室18等を備えることができる。シリンダ12は、燃焼室16での燃焼に起因する高温環境に耐え得る部材から構成されていることが好適である。例えばアルミ等の材料から構成されていてよい。また、シリンダ12の内周面には、コイル27が設けられている。コイル27は図示しないバッテリー等の蓄電手段に接続されている。   The cylinder 12 is a cylindrical member, and can include a piston 14, a combustion chamber 16, an air chamber 18 and the like inside. The cylinder 12 is preferably made of a member that can withstand a high temperature environment caused by combustion in the combustion chamber 16. For example, it may be made of a material such as aluminum. A coil 27 is provided on the inner peripheral surface of the cylinder 12. The coil 27 is connected to power storage means such as a battery (not shown).

ピストン14を挟んで対向する様に、シリンダ12内には、燃焼室16及び空気室18が設けられる。燃焼室16は、燃焼圧力を生じさせてピストン14を移動させる。燃焼室16は、例えば、シリンダ12内部の端部側に設けるようにしてもよい。   A combustion chamber 16 and an air chamber 18 are provided in the cylinder 12 so as to face each other with the piston 14 interposed therebetween. The combustion chamber 16 generates combustion pressure and moves the piston 14. For example, the combustion chamber 16 may be provided on the end side inside the cylinder 12.

燃焼室16には、掃気孔28、排気口30、排気バルブ32、インジェクタ34、及び点火手段36が設けられている。掃気孔28は、燃焼室16内に新気を導入する。新気の導入に際して、図示しない掃気ポンプを駆動させることによって、外部から掃気孔28に新気を導入するようにしてもよい。掃気孔28は、例えば、シリンダ12の内壁面に開口されていてよく、ピストン14が上死点に位置しているときにはピストン14によって塞がれるとともに、ピストン14が下死点に位置しているときには解放されるような位置に形成されていてよい。なお、上死点とは、ピストン14が最も燃焼室16側に位置したときを指し、また、下死点とは、ピストン14が最も空気室18側に位置したときを指している。また、排気口30は、燃焼室で新気と燃料との混合気を燃焼させた後の排気を、外部に排出する。また、排気口30が無く、掃気孔28のみで掃気・排気を行うループフロー式であってもよい。インジェクタ34は、燃料を噴射する噴射手段である。燃料は、掃気孔28より前のポートにて供給してもよい。点火手段36は、混合気に点火して燃焼圧力を生じさせる。例えば、排気バルブ32の開放タイミング、インジェクタ34の噴射タイミング、及び、点火手段36の点火タイミングは、ピストン14の位置に応じて決定するようにしてもよい。また、点火手段36の無い、圧縮自着火方式によって燃焼圧力を生じさせてもよい。   In the combustion chamber 16, a scavenging hole 28, an exhaust port 30, an exhaust valve 32, an injector 34, and an ignition means 36 are provided. The scavenging holes 28 introduce new air into the combustion chamber 16. When introducing fresh air, the scavenging pump (not shown) may be driven to introduce fresh air into the scavenging holes 28 from the outside. The scavenging hole 28 may be opened, for example, on the inner wall surface of the cylinder 12. When the piston 14 is located at the top dead center, the scavenging hole 28 is blocked by the piston 14 and the piston 14 is located at the bottom dead center. It may be formed in a position that is sometimes released. The top dead center refers to the time when the piston 14 is located closest to the combustion chamber 16, and the bottom dead center refers to the time when the piston 14 is located closest to the air chamber 18. The exhaust port 30 discharges the exhaust after the mixture of fresh air and fuel is burned in the combustion chamber. Further, there may be a loop flow type that does not have the exhaust port 30 and performs scavenging and exhausting only by the scavenging holes 28. The injector 34 is an injection unit that injects fuel. The fuel may be supplied at a port before the scavenging holes 28. The ignition means 36 ignites the air-fuel mixture to generate combustion pressure. For example, the opening timing of the exhaust valve 32, the injection timing of the injector 34, and the ignition timing of the ignition means 36 may be determined according to the position of the piston 14. Further, the combustion pressure may be generated by a compression self-ignition method without the ignition means 36.

空気室18は、ピストン14を燃焼室16側に押し戻す、いわゆる空気ばねの機能を備えている。ピストン14が燃焼室16側から空気室18側に移動する際に、空気室18が圧縮される。この圧縮により反発力が生じ、当該反発力により、ピストン14が燃焼室16側に押し戻される。ここで、空気室18には、内圧を一定範囲に収めるための調圧弁38が設けられていてもよい。   The air chamber 18 has a so-called air spring function that pushes the piston 14 back to the combustion chamber 16 side. When the piston 14 moves from the combustion chamber 16 side to the air chamber 18 side, the air chamber 18 is compressed. A repulsive force is generated by this compression, and the piston 14 is pushed back to the combustion chamber 16 side by the repulsive force. Here, the air chamber 18 may be provided with a pressure regulating valve 38 for keeping the internal pressure within a certain range.

なお、ピストン14に加える反発力を高めるために、ピストン14の燃焼室16側端面よりも、空気室18側端面の面積を大きくするように、ピストン14、燃焼室16、及び空気室18を構成してもよい。   In order to increase the repulsive force applied to the piston 14, the piston 14, the combustion chamber 16, and the air chamber 18 are configured so that the area of the end surface on the air chamber 18 side is larger than the end surface on the combustion chamber 16 side of the piston 14. May be.

シール部材20は、ピストン14の外周面に摺接することで、ピストン14の外周面との隙間をシールする。ピストン14の外周面をシールすることで、燃焼室16からの気体漏れを抑制することができる。シール部材20は、例えば、ピストン14の外周面の形状に沿って円環状に形成されたシールリングであってよい。シール部材20は、シリンダ12の内周面に固定されていてよい。例えば、シリンダ12の内周面にシール溝を切るとともに、当該シール溝に、シール部材20を嵌め込むようにしてもよい。また、シール部材20は、ピストン14に設けられた永久磁石40と摺接することのない位置に設けられていることが好適である。例えば、ピストン14が上死点にいるときの永久磁石40の位置よりも燃焼室16側にシール部材20を設けてよい。   The seal member 20 seals a gap with the outer peripheral surface of the piston 14 by sliding contact with the outer peripheral surface of the piston 14. By sealing the outer peripheral surface of the piston 14, gas leakage from the combustion chamber 16 can be suppressed. The seal member 20 may be, for example, a seal ring formed in an annular shape along the shape of the outer peripheral surface of the piston 14. The seal member 20 may be fixed to the inner peripheral surface of the cylinder 12. For example, a seal groove may be cut in the inner peripheral surface of the cylinder 12 and the seal member 20 may be fitted in the seal groove. Further, it is preferable that the seal member 20 is provided at a position where it does not slide into contact with the permanent magnet 40 provided on the piston 14. For example, the seal member 20 may be provided closer to the combustion chamber 16 than the position of the permanent magnet 40 when the piston 14 is at top dead center.

変位検出器26は、後述するピストン14の溝部22の変位を検出する。溝部22の変位を検出することで、ピストン14の変位を求めることができる。変位検出器26は、シリンダ12に設けられてよく、溝部22に近接して設けられていてよい。例えば、検出面がシリンダ12の内周面に露出するようにしてもよい。   The displacement detector 26 detects the displacement of the groove portion 22 of the piston 14 described later. By detecting the displacement of the groove portion 22, the displacement of the piston 14 can be obtained. The displacement detector 26 may be provided in the cylinder 12 and may be provided in the vicinity of the groove 22. For example, the detection surface may be exposed on the inner peripheral surface of the cylinder 12.

また、変位検出器26は、図2に示すような、検出信号及び変位信号を出力可能であってよい。変位検出器26から出力される検出信号S1は、溝部22の凹凸に応じて2つの値を取るようにしてもよい。例えば、変位検出器26が充填部材24によって充填されている部分と相対しているときに、変位検出器26は、検出信号S1Hを出力する。また、充填部材24に充填されていない、ピストン14の構成部材と相対しているときに、変位検出器26は、検出信号S1Lを出力する。   Further, the displacement detector 26 may be capable of outputting a detection signal and a displacement signal as shown in FIG. The detection signal S1 output from the displacement detector 26 may take two values according to the unevenness of the groove 22. For example, when the displacement detector 26 is opposed to the portion filled with the filling member 24, the displacement detector 26 outputs the detection signal S1H. Further, the displacement detector 26 outputs a detection signal S1L when it is opposed to the constituent member of the piston 14 that is not filled in the filling member 24.

変位検出器26内には、検出信号S1の値をカウントするカウンタが設けられてよい。例えば、変位検出器26内のハードウェア回路によってカウンタが構成されてよい。検出信号S1の値が変化する度に、変位信号値C1が1ずつ増減されるように構成されており、この変位信号値C1の増減によって、ピストン14の位置が算出できる。カウンタはリアルタイムで変位信号値C1のカウントを行ってよい。   A counter that counts the value of the detection signal S1 may be provided in the displacement detector 26. For example, the counter may be configured by a hardware circuit in the displacement detector 26. Each time the value of the detection signal S1 changes, the displacement signal value C1 is increased or decreased by 1. The position of the piston 14 can be calculated by increasing or decreasing the displacement signal value C1. The counter may count the displacement signal value C1 in real time.

変位検出器26は、溝部22の変位を検出可能な手段であればよく、例えば、渦電流センサ、光学センサ、静電容量センサ等の非接触センサであってよい。なお、シリンダ12内は潤滑用のオイル等がシリンダ12の内表面やピストン14の外表面に付着しており、光学的に良好な検出環境を確保することは困難となる場合がある。このような観点から、変位検出器26として、渦電流センサや静電容量センサを用いることが好適である。   The displacement detector 26 may be any means that can detect the displacement of the groove 22, and may be a non-contact sensor such as an eddy current sensor, an optical sensor, or a capacitance sensor. In the cylinder 12, lubricating oil or the like adheres to the inner surface of the cylinder 12 or the outer surface of the piston 14, and it may be difficult to ensure an optically good detection environment. From such a viewpoint, it is preferable to use an eddy current sensor or a capacitance sensor as the displacement detector 26.

A/D変換器25は、変位検出器から出力された変位信号値C1をデジタル信号に変換する。また、演算器23は、デジタル変換された変位信号を取り込むとともに、取り込んだ変位信号に基づいて、ピストン14の変位を求める。例えば、図2中の塗り潰し黒丸プロットで例示するように、クロック信号に応じたサンプリングタイミングごとに、変位信号値C1を取り込む。   The A / D converter 25 converts the displacement signal value C1 output from the displacement detector into a digital signal. Further, the computing unit 23 obtains the displacement of the piston 14 based on the taken displacement signal while taking the digitally converted displacement signal. For example, as exemplified by the filled black circle plot in FIG. 2, the displacement signal value C1 is captured at every sampling timing corresponding to the clock signal.

図1に戻り、ピストン14は、燃焼室16及び空気室18の作用により、シリンダ12内を往復移動させられる。ピストン14は、シリンダ12の内周面に沿った形状であってよい。例えば、円柱形状であってよい。また、シリンダ12内を往復移動可能とするために、シリンダ12の内周面と、ピストン14の外周面との間には、シール部材20との摺接部分を除いて、隙間(クリアランス)が設けられていることが好適である。例えば、当該隙間は、0.2mm以上50mm以下であってよい。   Returning to FIG. 1, the piston 14 is reciprocated in the cylinder 12 by the action of the combustion chamber 16 and the air chamber 18. The piston 14 may have a shape along the inner peripheral surface of the cylinder 12. For example, it may be cylindrical. In order to enable reciprocal movement within the cylinder 12, there is a clearance (clearance) between the inner peripheral surface of the cylinder 12 and the outer peripheral surface of the piston 14 except for the sliding contact portion with the seal member 20. It is suitable that it is provided. For example, the gap may be 0.2 mm or greater and 50 mm or less.

ピストン14の外周面には、永久磁石40が設けられている。ピストン14がシリンダ12内を往復移動することで、ピストン14に設けられた永久磁石40と、シリンダ12に設けられたコイル27との位置が相対変化する。このとき、コイル27に誘導起電力が発生する。発生した電力は、図示しないバッテリー等の蓄電手段に供給される。   A permanent magnet 40 is provided on the outer peripheral surface of the piston 14. As the piston 14 reciprocates in the cylinder 12, the positions of the permanent magnet 40 provided in the piston 14 and the coil 27 provided in the cylinder 12 change relatively. At this time, an induced electromotive force is generated in the coil 27. The generated electric power is supplied to power storage means such as a battery (not shown).

また、ピストン14は、燃焼室16による温度上昇や、空気室18の圧力上昇に耐え得る材料から構成することが好適である。例えば、ピストン14はアルミ等の金属材料から構成されていてよい。   The piston 14 is preferably made of a material that can withstand the temperature rise due to the combustion chamber 16 and the pressure rise in the air chamber 18. For example, the piston 14 may be made of a metal material such as aluminum.

ピストン14の外周面には、溝部22が形成されている。ここで、永久磁石40に溝部22を形成すると、永久磁石40の厚みが変化してしまい、それによって誘導起電力が変動するおそれがある。そこで、溝部22は、ピストン14の外周面のうち、永久磁石40を避けた位置に設けることが好適である。例えば、溝部22は、ピストン14の外周面のうち、永久磁石40よりも燃焼室16側に設けられていてよい。   A groove 22 is formed on the outer peripheral surface of the piston 14. Here, when the groove 22 is formed in the permanent magnet 40, the thickness of the permanent magnet 40 changes, and the induced electromotive force may vary accordingly. Therefore, the groove portion 22 is preferably provided at a position on the outer peripheral surface of the piston 14 away from the permanent magnet 40. For example, the groove 22 may be provided closer to the combustion chamber 16 than the permanent magnet 40 in the outer peripheral surface of the piston 14.

溝部22は、ピストン14の移動方向に沿って溝が複数形成された、溝パターンを含んでよい。また、溝部22は、ピストン14が上死点及び下死点に位置している際に、変位検出器26の検出範囲に含まれるように形成されていることが好適である。こうすることで、ピストン14の全変位を検出することが可能となる。例えば、ピストン14の移動方向に沿った溝部22の長さは、ピストン14のストローク長さ(往復長)以上となるように設けられていてよい。   The groove part 22 may include a groove pattern in which a plurality of grooves are formed along the moving direction of the piston 14. Further, it is preferable that the groove portion 22 is formed so as to be included in the detection range of the displacement detector 26 when the piston 14 is located at the top dead center and the bottom dead center. By doing so, it is possible to detect the total displacement of the piston 14. For example, the length of the groove portion 22 along the moving direction of the piston 14 may be provided to be equal to or longer than the stroke length (reciprocating length) of the piston 14.

また、溝部22は、ピストン14の往復運動に適応するように作成してもよい。例えば、ピストン14は、上死点及び下死点付近には単位時間当たりの変位が少なく、また、上死点と下死点の間では、単位時間当たりの変位が大きい。このようなピストン14の往復運動に適応するように、図3(a)に例示されているように、ピストン14の移動方向に沿った隣り合う溝同士の間隔(ピッチ)が、端部側に向かうに従って狭くなるように溝部22を形成してもよい。このようにすることで、上死点及び下死点付近のピストン14の変位を正確に検出することが可能となる。   Further, the groove 22 may be formed so as to adapt to the reciprocating motion of the piston 14. For example, the piston 14 has a small displacement per unit time near the top dead center and the bottom dead center, and a large displacement per unit time between the top dead center and the bottom dead center. In order to adapt to such reciprocating movement of the piston 14, as illustrated in FIG. 3A, the interval (pitch) between adjacent grooves along the moving direction of the piston 14 is set to the end side. You may form the groove part 22 so that it may become narrow as it goes. By doing so, it is possible to accurately detect the displacement of the piston 14 near the top dead center and the bottom dead center.

また、ピストン14の変位の絶対値を求める上で、基準値となるような基準パターンを溝部22に形成してもよい。例えば、隣り合う溝の間隔が、他のものとは異なるような特異なパターンを形成するようにしてもよい。例えば、図3(b)に例示されているように、溝間隔がd1である溝パターン22Aと、溝間隔がd2である基準パターン22Bを形成するようにしてもよい。または、図3(c)に例示されているように、溝幅がW3である溝22Cと、溝幅がW4である基準溝22Dを形成するようにしてもよい。   Further, a reference pattern that serves as a reference value for obtaining the absolute value of the displacement of the piston 14 may be formed in the groove 22. For example, you may make it form the peculiar pattern from which the space | interval of an adjacent groove | channel differs from other things. For example, as illustrated in FIG. 3B, a groove pattern 22A having a groove interval d1 and a reference pattern 22B having a groove interval d2 may be formed. Alternatively, as illustrated in FIG. 3C, a groove 22C having a groove width W3 and a reference groove 22D having a groove width W4 may be formed.

例えば、変位検出器26が基準パターン22Bや基準溝22Dを検出すると、言い換えると、基準パターン22Bや基準溝22Dが変位検出器26を横切ると、変位検出器26は、ピストン14の位置を基準座標(例えば0)にリセットするようにしてもよい。また、基準パターン22Bのその他の形成方法として、図3(d)に例示するように、他の溝の深さとは異なる深さの基準溝22Eを形成してもよい。   For example, when the displacement detector 26 detects the reference pattern 22B or the reference groove 22D, in other words, when the reference pattern 22B or the reference groove 22D crosses the displacement detector 26, the displacement detector 26 determines the position of the piston 14 as the reference coordinates. It may be reset to (for example, 0). As another method for forming the reference pattern 22B, as illustrated in FIG. 3D, a reference groove 22E having a depth different from the depth of the other grooves may be formed.

また、ピストン14の変位検出の精度を高めるために、溝部22を複数形成してもよい。例えば、図4に例示するように、ピストン14の周廻りに溝部22を複数形成してよい。ここで、それぞれの溝部22の溝パターンは、他の溝部22の溝パターンに対して、ピストン14の移動方向に沿ってオフセットされていることが好適である。このとき、オフセットの幅W1は、ピストン14の移動方向に沿った溝の幅W2未満の範囲であってよい。   In order to improve the accuracy of displacement detection of the piston 14, a plurality of groove portions 22 may be formed. For example, as illustrated in FIG. 4, a plurality of groove portions 22 may be formed around the circumference of the piston 14. Here, it is preferable that the groove patterns of the respective groove portions 22 are offset from the groove patterns of the other groove portions 22 along the moving direction of the piston 14. At this time, the offset width W <b> 1 may be in a range less than the groove width W <b> 2 along the moving direction of the piston 14.

これらの複数の溝部22のそれぞれに、変位検出器26を設ける。図4では、4つの溝部22F〜22Iに対して、変位検出器26F〜26Iを設けている。各変位検出器26F〜26Iが検出した検出信号のパルスの切り替わり点は、それぞれオフセット幅W1分だけ、ずれたものとなる。パルスの切り替わり点がずれることで、変位検出の分解能が向上する。   A displacement detector 26 is provided in each of the plurality of grooves 22. In FIG. 4, displacement detectors 26F to 26I are provided for the four groove portions 22F to 22I. The switching points of the detection signal pulses detected by the displacement detectors 26F to 26I are shifted by the offset width W1. The displacement detection resolution is improved by shifting the pulse switching point.

また、複数の溝部22は、ピストン14の径方向に沿って対向するように設けられていてよい。このようにすることで、ピストン14の振動に伴う検出信号の変動を補償することが可能となる。ピストン14は、図1の矢印で示す往復移動の他に、往復移動とは直交する方向に振動する場合がある。そうなると、変位検出器26と溝部22との間隔が変化する。この変化に起因して変位検出器26から出力される検出信号の波形が変動するおそれがある。例えば、変位検出器26が渦電流センサである場合、変位検出器26と溝部22との距離が離れると、検出信号の振幅が低減し、近づくと振幅は増大する。このような変動を補償するために、対向配置された溝部22のそれぞれの検出信号を足し合わせてよい。この場合、対向する溝部22を、ピストン14の移動方向に沿ってオフセットせずに形成することが好適である。   The plurality of groove portions 22 may be provided so as to face each other along the radial direction of the piston 14. By doing in this way, it becomes possible to compensate for the fluctuation of the detection signal accompanying the vibration of the piston 14. The piston 14 may vibrate in a direction orthogonal to the reciprocating movement in addition to the reciprocating movement indicated by the arrows in FIG. As a result, the distance between the displacement detector 26 and the groove 22 changes. Due to this change, the waveform of the detection signal output from the displacement detector 26 may fluctuate. For example, when the displacement detector 26 is an eddy current sensor, the amplitude of the detection signal decreases as the distance between the displacement detector 26 and the groove 22 increases, and the amplitude increases as it approaches. In order to compensate for such variations, the detection signals of the grooves 22 arranged opposite to each other may be added. In this case, it is preferable to form the opposing groove portions 22 without being offset along the moving direction of the piston 14.

ピストン14が振動する際に、対向配置された溝部22の一方は変位検出器26と離れ、他方は変位検出器26に近づく。したがって、一方の検出信号の振幅は低減し、他方の検出信号の振幅は増大する。対向配置された変位検出器26の一方が、他方の検出信号を足し合わせることで、変動の影響がキャンセルされる。   When the piston 14 vibrates, one of the opposed groove portions 22 is separated from the displacement detector 26, and the other approaches the displacement detector 26. Therefore, the amplitude of one detection signal is reduced and the amplitude of the other detection signal is increased. When one of the opposed displacement detectors 26 adds the other detection signal, the influence of the fluctuation is cancelled.

なお、溝部22を複数設けてそれぞれをオフセットさせる代わりに、図5に例示するように、単一の溝パターンに対して複数の変位検出器26を設けて、これらの変位検出器26の検出範囲を、ピストン14の移動方向に沿ってオフセットさせるようにしてもよい。   Instead of providing a plurality of grooves 22 and offsetting each of them, as shown in FIG. 5, a plurality of displacement detectors 26 are provided for a single groove pattern, and the detection ranges of these displacement detectors 26 are provided. May be offset along the direction of movement of the piston 14.

溝部22には、充填部材24が充填されている。充填部材24は、少なくとも、溝部22がシール部材20に摺接する部分に充填される。充填の際に、シール部材20との摺動面が平滑となるように、溝部22に充填部材24を充填することが好適である。充填された部分が平滑になることで、シール部材20とのシール性が良好に保たれる。例えば、充填部材24の充填量は、溝の容積と同一であってよい。また、ピストン14の外周面と充填部材24の外表面が面一となるように充填部材24が充填されてよい。   The groove portion 22 is filled with a filling member 24. The filling member 24 is filled at least in a portion where the groove 22 is in sliding contact with the seal member 20. When filling, it is preferable to fill the groove member 22 with the filling member 24 so that the sliding surface with the seal member 20 becomes smooth. Since the filled portion becomes smooth, the sealing performance with the seal member 20 is kept good. For example, the filling amount of the filling member 24 may be the same as the volume of the groove. Further, the filling member 24 may be filled so that the outer peripheral surface of the piston 14 and the outer surface of the filling member 24 are flush with each other.

充填部材24は、ピストン14の構成材料とは変位検出器26の検出特性が異なるような材料を含んでいることが好適である。例えば変位検出器26が渦電流センサである場合、充填部材24は、ピストン14の構成材料とはインピーダンスの異なる材料であってよい。例えば、充填部材24は、エポキシやPEEK等の樹脂材料や、鉄や銅などの金属材料であってよい。   The filling member 24 preferably includes a material whose detection characteristic of the displacement detector 26 is different from that of the constituent material of the piston 14. For example, when the displacement detector 26 is an eddy current sensor, the filling member 24 may be made of a material having a different impedance from that of the constituent material of the piston 14. For example, the filling member 24 may be a resin material such as epoxy or PEEK, or a metal material such as iron or copper.

また、シール部材20との摺動を考慮して、充填部材24の摩擦係数は、ピストン14の構成材料の摩擦係数以下であることが好適である。こうすることで、発電の際の摩擦損失を抑制することができる。   In consideration of sliding with the seal member 20, the friction coefficient of the filling member 24 is preferably equal to or less than the friction coefficient of the constituent material of the piston 14. By doing so, friction loss during power generation can be suppressed.

なお、充填部材24の材質を変更することにより、溝部22の基準位置を定めるようにしてもよい。例えば、図6に示すように、溝部22に溝の幅、溝の間隔が一様な溝パターンを形成する。さらに、所定の溝44に、充填部材24Aを充填するとともに、他の溝46には、充填部材24Aとは変位検出器26の検出特性が異なる充填部材24Bを充填する。例えば、充填部材24Aは、充填部材24Bとはインピーダンスの異なる材料から構成してもよい。   Note that the reference position of the groove 22 may be determined by changing the material of the filling member 24. For example, as shown in FIG. 6, a groove pattern having a uniform groove width and groove interval is formed in the groove portion 22. Furthermore, the predetermined groove 44 is filled with the filling member 24A, and the other groove 46 is filled with a filling member 24B having a detection characteristic of the displacement detector 26 different from that of the filling member 24A. For example, the filling member 24A may be made of a material having a different impedance from that of the filling member 24B.

次に、フリーピストン式発電機10の始動時における、ピストン14の位置検出について、図7を用いて説明する。フリーピストン式発電機10を始動させるときには、コイル27に電流を供給して、コイル27に磁界を発生させる。発生した磁界により、ピストン14が移動させられる。例えば、ピストン14が空気室18側に移動させられる。ピストン14が所定の始動位置まで移動すると、燃焼室16にて混合気が燃焼される。   Next, detection of the position of the piston 14 when the free piston generator 10 is started will be described with reference to FIG. When starting the free piston generator 10, a current is supplied to the coil 27 to generate a magnetic field in the coil 27. The piston 14 is moved by the generated magnetic field. For example, the piston 14 is moved to the air chamber 18 side. When the piston 14 moves to a predetermined starting position, the air-fuel mixture is combusted in the combustion chamber 16.

ピストン14がコイル27の磁界によって移動している間に、変位検出器26が溝部22の基準パターンを検出すれば、ピストン14の位置の絶対値を求めることができる。一方、基準位置が変位検出器26よりも空気室18側に位置しているなど、ピストン14がコイル27の磁界によって移動している間に、変位検出器26が溝部22の基準パターンを検出できない場合がある。このような場合に、変位検出器26以外の、ピストン14の位置を推定する手段を用いてもよい。   If the displacement detector 26 detects the reference pattern of the groove 22 while the piston 14 is moved by the magnetic field of the coil 27, the absolute value of the position of the piston 14 can be obtained. On the other hand, the displacement detector 26 cannot detect the reference pattern of the groove portion 22 while the piston 14 is moved by the magnetic field of the coil 27 such that the reference position is located closer to the air chamber 18 than the displacement detector 26. There is a case. In such a case, means for estimating the position of the piston 14 other than the displacement detector 26 may be used.

例えば、コイル27への供給電流の変化に基づいて、ピストン14の位置を推定してもよい。ピストン14が空気室18側に移動するほど、空気室18は圧縮されるので、ピストン14をさらに空気室18側に移動させるには、より多くの電流が必要となる。つまり、ピストン14が空気室18側に移動するにしたがって、電流値は増加する。そこで、コイル27への供給電流値に閾値を設けて、供給電流値が閾値を超過したときに、ピストン14を燃焼室16側に移動させるように、コイル27への供給電流を切り替える。このようにすることで、変位検出器26が溝部22の基準パターンを確実に検出できるようになる。   For example, the position of the piston 14 may be estimated based on a change in the current supplied to the coil 27. Since the air chamber 18 is compressed as the piston 14 moves to the air chamber 18 side, more current is required to move the piston 14 further to the air chamber 18 side. That is, the current value increases as the piston 14 moves to the air chamber 18 side. Therefore, a threshold value is provided for the supply current value to the coil 27, and the supply current to the coil 27 is switched so that the piston 14 is moved to the combustion chamber 16 side when the supply current value exceeds the threshold value. By doing so, the displacement detector 26 can reliably detect the reference pattern of the groove 22.

また、コイル27への供給電流をモニタする代わりに、空気室18に圧力センサ48を設けて、この圧力センサ48の圧力変化をもとに、ピストン14の位置を推定するようにしてもよい。例えば、圧力値に閾値を設けて、空気室18の圧力値が閾値を超過したときに、ピストン14を燃焼室16側に移動させるように、コイル27への供給電流を切り替えるようにしてもよい。   Further, instead of monitoring the current supplied to the coil 27, a pressure sensor 48 may be provided in the air chamber 18, and the position of the piston 14 may be estimated based on the pressure change of the pressure sensor 48. For example, a threshold value may be provided for the pressure value, and the supply current to the coil 27 may be switched so that the piston 14 is moved to the combustion chamber 16 side when the pressure value of the air chamber 18 exceeds the threshold value. .

なお、上記の説明では、最初に空気室18に向かってピストン14を動かす場合を例示したが、ピストン14を最初に燃焼室16に向かって動かすようにしてもよい。その場合、圧力センサ48を燃焼室16に設けることが好適である。   In the above description, the case where the piston 14 is first moved toward the air chamber 18 is illustrated, but the piston 14 may be moved toward the combustion chamber 16 first. In that case, it is preferable to provide the pressure sensor 48 in the combustion chamber 16.

次に、ピストン14の変位の予測値の算出について説明する。ピストン14が上死点または下死点付近を移動しているときなど、ピストン14の移動が遅い場合に、図8に示すように、2つのサンプリングタイミングt1、t2に亘って、変位信号値C1が変化しないことがある。そうなると、演算器23ではピストン14が移動していないものと誤って判断してしまい、燃料噴射の停止など、異常制御を実行するおそれがある。   Next, calculation of the predicted value of displacement of the piston 14 will be described. When the movement of the piston 14 is slow, such as when the piston 14 is moving near the top dead center or the bottom dead center, as shown in FIG. 8, the displacement signal value C1 over two sampling timings t1 and t2. May not change. If so, the calculator 23 erroneously determines that the piston 14 has not moved, and there is a risk of executing abnormal control such as stopping fuel injection.

そこで、変位信号を演算加工して、ピストン14の現在位置を予測することが好適である。具体的には、演算器23は、既に受信した変位信号値C1から、ピストン14の速度及び加速度を算出する。さらに、求めた速度及び加速度に基づいて、破線で示すようなピストン14の軌跡を算出する。加えて、塗りつぶし三角プロットで示すように、前回のサンプリングタイミングから、変位信号値C1が変化していない場合、当該軌跡におけるピストン14の位置の予測値を算出する。   Therefore, it is preferable to predict the current position of the piston 14 by processing the displacement signal. Specifically, the calculator 23 calculates the speed and acceleration of the piston 14 from the already received displacement signal value C1. Further, the locus of the piston 14 as shown by a broken line is calculated based on the obtained speed and acceleration. In addition, as shown by the solid triangle plot, when the displacement signal value C1 has not changed from the previous sampling timing, a predicted value of the position of the piston 14 in the locus is calculated.

また、上述の実施形態においては、溝部22を永久磁石40よりもピストン14の燃焼室16側に設けるとともに、シール部材20及び変位検出器26を、コイル27よりもシリンダ12の燃焼室16側に設けていたが、この形態に限られない。例えば、溝部22を永久磁石40よりもピストン14の空気室18側に設けるとともに、シール部材20及び変位検出器26を、コイル27よりもシリンダ12の空気室18側に設けてよい。また、図9に示すように、ピストン14に設けられたピストンリング50をシール部材20として用いてもよい。図9に示した形態は、上述の実施形態と比較して、移動方向に沿ったピストン14の長さが延び、その結果、発電機全体が大型化するおそれがあるものの、ピストン14とシリンダ12とのシール性の低下を抑制しつつ、ピストン14の変位を測定することが可能となる。   In the above-described embodiment, the groove 22 is provided on the combustion chamber 16 side of the piston 14 with respect to the permanent magnet 40, and the seal member 20 and the displacement detector 26 are provided on the combustion chamber 16 side of the cylinder 12 with respect to the coil 27. Although provided, it is not limited to this form. For example, the groove 22 may be provided closer to the air chamber 18 of the piston 14 than the permanent magnet 40, and the seal member 20 and the displacement detector 26 may be provided closer to the air chamber 18 of the cylinder 12 than the coil 27. Further, as shown in FIG. 9, a piston ring 50 provided on the piston 14 may be used as the seal member 20. In the form shown in FIG. 9, the length of the piston 14 along the moving direction is extended as compared with the above-described embodiment. It is possible to measure the displacement of the piston 14 while suppressing the deterioration of the sealing performance.

10 フリーピストン式発電機、12 シリンダ、14 ピストン、16 燃焼室、18 空気室、20 シール部材、22 溝部、23 演算器、24 充填部材、25 A/D変換器、26 変位検出器、27 コイル、28 掃気孔、30 排気口、32 排気バルブ、34 インジェクタ、36 点火手段、38 調圧弁、40 永久磁石、44 所定の溝、46 所定の溝以外の溝、48 圧力センサ、50 ピストンリング。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Free piston type generator, 12 cylinder, 14 piston, 16 Combustion chamber, 18 Air chamber, 20 Seal member, 22 Groove part, 23 Calculator, 24 Filling member, 25 A / D converter, 26 Displacement detector, 27 Coil 28, scavenging holes, 30 exhaust ports, 32 exhaust valves, 34 injectors, 36 ignition means, 38 pressure regulating valves, 40 permanent magnets, 44 predetermined grooves, 46 grooves other than predetermined grooves, 48 pressure sensors, 50 piston rings.

Claims (12)

筒形状に形成されたシリンダと、
前記シリンダ内に配置されたピストンと、
前記ピストンを挟んで対向するように設けられるとともに、前記ピストンを往復移動させる、燃焼室及び空気室と、
前記シリンダの内周面に設けられるとともに、前記ピストンの外周面に摺接する、シール部材と、
前記ピストンの外周面に形成された溝部と、
前記溝部の変位を検出する変位検出器と、
前記溝部のうち、前記シール部材に摺接する部分に充填されるとともに、前記ピストンの構成材料とは前記変位検出器の検出特性が異なる充填部材と、
を備えたことを特徴とする、フリーピストン式発電機。
A cylinder formed in a cylindrical shape;
A piston disposed in the cylinder;
A combustion chamber and an air chamber, which are provided so as to face each other with the piston interposed therebetween, and which reciprocates the piston;
A seal member provided on the inner peripheral surface of the cylinder and in sliding contact with the outer peripheral surface of the piston;
A groove formed on the outer peripheral surface of the piston;
A displacement detector for detecting the displacement of the groove,
Of the groove portion, the filling member is slidably contacted with the seal member, and the filling member is different in detection characteristics of the displacement detector from the constituent material of the piston,
A free-piston generator characterized by comprising:
請求項1に記載のフリーピストン式発電機であって、
前記充填材料の摩擦係数は、前記ピストンの構成材料の摩擦係数以下であることを特徴とする、フリーピストン式発電機。
The free piston generator according to claim 1,
The free piston generator according to claim 1, wherein a friction coefficient of the filling material is equal to or less than a friction coefficient of a constituent material of the piston.
請求項1または2に記載のフリーピストン式発電機であって、
前記溝部は、前記ピストンの移動方向に沿って溝が複数形成された溝パターンを含み、
前記変位検出器は複数設けられ、それぞれの前記変位検出器は、前記移動方向に沿って前記溝パターンの検出範囲がオフセットされていることを特徴とする、フリーピストン式発電機。
The free piston generator according to claim 1 or 2,
The groove part includes a groove pattern in which a plurality of grooves are formed along the moving direction of the piston,
A free piston generator, wherein a plurality of the displacement detectors are provided, and each of the displacement detectors has a detection range of the groove pattern offset along the moving direction.
請求項1または2に記載のフリーピストン式発電機であって、
前記溝部は、前記ピストンの移動方向に沿って溝が複数形成された溝パターンを含むとともに、前記溝パターンは、前記ピストンの周廻りに複数形成され、
それぞれの前記溝パターンは、他の前記溝パターンに対して、前記ピストンの移動方向に沿った前記溝の幅未満の範囲で、前記ピストンの移動方向に沿ってオフセットされていることを特徴とする、フリーピストン式発電機。
The free piston generator according to claim 1 or 2,
The groove portion includes a groove pattern in which a plurality of grooves are formed along the moving direction of the piston, and the groove pattern is formed in a plurality around the piston,
Each of the groove patterns is offset along the moving direction of the piston within a range less than the width of the groove along the moving direction of the piston with respect to the other groove patterns. A free piston generator.
請求項1または2に記載のフリーピストン式発電機であって、
前記溝部は、前記ピストンの移動方向に沿って溝が複数形成された溝パターンを含むとともに、前記溝パターンは、前記ピストンの周廻りに複数形成され、
前記溝パターンは、前記ピストンの径方向に沿って対向するように形成され、
前記変位検出器は、前記溝パターンの変位に応じた信号を出力するとともに、前記溝パターンの変位を求める際に、前記対向する溝パターンに応じたそれぞれの前記信号を足し合わせることを特徴とする、フリーピストン式発電機。
The free piston generator according to claim 1 or 2,
The groove portion includes a groove pattern in which a plurality of grooves are formed along the moving direction of the piston, and the groove pattern is formed in a plurality around the piston,
The groove pattern is formed to face along the radial direction of the piston,
The displacement detector outputs a signal corresponding to the displacement of the groove pattern, and adds the signals corresponding to the opposed groove patterns when obtaining the displacement of the groove pattern. A free piston generator.
請求項1から5のいずれかに記載のフリーピストン式発電機であって、
前記溝部は、前記ピストンの移動方向に沿った隣り合う溝同士の間隔が、端部側に向かうに従って狭くなるように前記溝が形成されていることを特徴とする、フリーピストン式発電機。
A free piston generator according to any one of claims 1 to 5,
The free piston generator according to claim 1, wherein the groove is formed such that an interval between adjacent grooves along the moving direction of the piston becomes narrower toward an end side.
請求項1から5のいずれかに記載のフリーピストン式発電機であって、
前記溝部は、隣り合う溝同士の間隔が、第1の間隔となるように形成された部分と、第2の間隔となるように形成された部分とを含むことを特徴とする、フリーピストン式発電機。
A free piston generator according to any one of claims 1 to 5,
The groove portion includes a portion formed such that an interval between adjacent grooves is a first interval and a portion formed so as to be a second interval, a free piston type Generator.
請求項1から7のいずれかに記載のフリーピストン式発電機であって、
前記充填部材は、前記変位検出器の検出特性が互いに異なる第1の充填部材と第2の充填部材を含むことを特徴とする、フリーピストン式発電機。
A free piston generator according to any one of claims 1 to 7,
The free-piston generator, wherein the filling member includes a first filling member and a second filling member having different detection characteristics of the displacement detector.
請求項1から8のいずれかに記載のフリーピストン式発電機であって、
前記溝部は、溝深さが第1の深さとなるように形成された溝と、第2の深さとなるように形成された溝とを含むことを特徴とする、フリーピストン式発電機。
A free piston generator according to any one of claims 1 to 8,
The groove part includes a groove formed to have a groove depth of a first depth and a groove formed to have a second depth of the free piston generator.
請求項1から9のいずれかに記載のフリーピストン式発電機であって、
前記空気室及び燃焼室の少なくとも一方には圧力センサが設けられ、前記圧力センサの値に応じて、前記ピストンの位置が検出されることを特徴とする、フリーピストン式発電機。
A free piston generator according to any one of claims 1 to 9,
At least one of the air chamber and the combustion chamber is provided with a pressure sensor, and the position of the piston is detected according to the value of the pressure sensor.
請求項1から10のいずれかに記載のフリーピストン式発電機であって、
前記シリンダの内周面にはコイルが設けられ、
前記ピストンの外周面には磁石が設けられ、
前記コイルに電流を供給して磁界を発生させることで前記ピストンを移動させる際に、前記コイルに供給される電流値に応じて前記ピストンの位置が検出されることを特徴とする、フリーピストン式発電機。
A free piston generator according to any one of claims 1 to 10,
A coil is provided on the inner peripheral surface of the cylinder,
A magnet is provided on the outer peripheral surface of the piston,
When the piston is moved by supplying a current to the coil to generate a magnetic field, the position of the piston is detected according to the current value supplied to the coil. Generator.
請求項1から11のいずれかに記載のフリーピストン式発電機であって、
前記変位検出器からの信号に応じて前記ピストンの位置を算出する演算器を備え、
前記演算器は、既に受信した信号から前記ピストンの速度及び加速度を算出するとともに、前記速度及び加速度に応じて、前記ピストンの現在位置を算出することを特徴とする、フリーピストン式発電機。
A free piston generator according to any one of claims 1 to 11,
An arithmetic unit that calculates the position of the piston in response to a signal from the displacement detector;
The arithmetic unit calculates a speed and acceleration of the piston from a signal already received, and calculates a current position of the piston according to the speed and acceleration.
JP2012132598A 2012-06-12 2012-06-12 Free piston generator Withdrawn JP2013256886A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012132598A JP2013256886A (en) 2012-06-12 2012-06-12 Free piston generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012132598A JP2013256886A (en) 2012-06-12 2012-06-12 Free piston generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013256886A true JP2013256886A (en) 2013-12-26

Family

ID=49953524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012132598A Withdrawn JP2013256886A (en) 2012-06-12 2012-06-12 Free piston generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013256886A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016109123A (en) * 2014-12-03 2016-06-20 株式会社豊田中央研究所 Control device for free piston generator
CN109072778A (en) * 2016-05-17 2018-12-21 德国航空航天中心 Free piston installation

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59164406A (en) * 1983-03-03 1984-09-17 Taiyo Tekko Kk Fluid pressure cylinder
JPS61283802A (en) * 1985-06-10 1986-12-13 Toshiba Mach Co Ltd Apparatus for detecting absolute position in die cast machine
JPS643235A (en) * 1987-06-24 1989-01-09 Aisin Seiki Free piston engine
JPH11264740A (en) * 1998-03-18 1999-09-28 Kayaba Ind Co Ltd Position detecting device
JP2002538355A (en) * 1999-02-22 2002-11-12 キャタピラー インコーポレイテッド Free-piston internal combustion engine with rotating piston
JP2003524727A (en) * 1999-11-24 2003-08-19 マネスマン レクソロート アクチェンゲゼルシャフト Free piston engine
JP2007532827A (en) * 2004-04-19 2007-11-15 ボルボ テクノロジー コーポレイション Method and system for controlling a free piston energy converter
JP2009516801A (en) * 2005-11-22 2009-04-23 ピーター チャールズ チーズマン Free piston type 4-stroke engine
JP2010534293A (en) * 2007-07-23 2010-11-04 ユーエムシー ユニバーサル モーター コーポレーション ゲーエムベーハー Free piston assembly and control method of free piston assembly
JP2012021461A (en) * 2010-07-14 2012-02-02 Toyota Central R&D Labs Inc Free-piston engine-driven linear power generator
JP2012031746A (en) * 2010-07-28 2012-02-16 Toyota Central R&D Labs Inc Linear-generation free-piston engine and method for starting the same

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59164406A (en) * 1983-03-03 1984-09-17 Taiyo Tekko Kk Fluid pressure cylinder
JPS61283802A (en) * 1985-06-10 1986-12-13 Toshiba Mach Co Ltd Apparatus for detecting absolute position in die cast machine
JPS643235A (en) * 1987-06-24 1989-01-09 Aisin Seiki Free piston engine
JPH11264740A (en) * 1998-03-18 1999-09-28 Kayaba Ind Co Ltd Position detecting device
JP2002538355A (en) * 1999-02-22 2002-11-12 キャタピラー インコーポレイテッド Free-piston internal combustion engine with rotating piston
JP2003524727A (en) * 1999-11-24 2003-08-19 マネスマン レクソロート アクチェンゲゼルシャフト Free piston engine
JP2007532827A (en) * 2004-04-19 2007-11-15 ボルボ テクノロジー コーポレイション Method and system for controlling a free piston energy converter
JP2009516801A (en) * 2005-11-22 2009-04-23 ピーター チャールズ チーズマン Free piston type 4-stroke engine
JP2010534293A (en) * 2007-07-23 2010-11-04 ユーエムシー ユニバーサル モーター コーポレーション ゲーエムベーハー Free piston assembly and control method of free piston assembly
JP2012021461A (en) * 2010-07-14 2012-02-02 Toyota Central R&D Labs Inc Free-piston engine-driven linear power generator
JP2012031746A (en) * 2010-07-28 2012-02-16 Toyota Central R&D Labs Inc Linear-generation free-piston engine and method for starting the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016109123A (en) * 2014-12-03 2016-06-20 株式会社豊田中央研究所 Control device for free piston generator
CN109072778A (en) * 2016-05-17 2018-12-21 德国航空航天中心 Free piston installation
US10890070B2 (en) 2016-05-17 2021-01-12 DEUTSCHES ZENTRUM FüR LUFT-UND RAUMFAHRT E.V. Free piston device
CN109072778B (en) * 2016-05-17 2021-07-27 德国航空航天中心 Free piston device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7058932B2 (en) How to train a controller
JP2005291182A (en) Misfire detection device
KR102258943B1 (en) Systems and methods to distinguish engine knock from piston slap
JPWO2013080585A1 (en) Detection apparatus and detection method
JP2016027250A (en) Internal combustion system
US7752900B2 (en) Method for detecting a misfire and corresponding device
WO2014172382A1 (en) Systems and methods for transient control of a free-piston engine
JP2012127331A (en) Engine control unit
JP2013256886A (en) Free piston generator
US6536266B1 (en) Piston behavior analyzing sensor mounting structure and piston behavior analyzing method
JP5182627B2 (en) Piston ring sliding state monitoring device and method
MY164767A (en) Internal combustion engine and straddle-type vehicle equipped with the engine
US20160160754A1 (en) Controller for Free Piston Generator
JP6274191B2 (en) Control system for free piston generator
US9869257B2 (en) System and method for predicting peak pressure values using knock sensor
JP5708543B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP2018123799A (en) Controller of free piston type generator
KR101673782B1 (en) Volume measuring structure for cylinder head and piston for engine
JP2016153647A (en) Method and system to determine location of peak firing pressure
JP2013032726A (en) Abnormality diagnostic device for internal combustion engine
KR20020015737A (en) Measurement apparatus for piston ring
JP6489079B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP2012082712A (en) Misfire detecting device for internal combustion engine
JPH0259941B2 (en)
JP2016098770A (en) Control device of free piston type dynamo

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150414

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160226

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160419

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20160513