JP2787374B2 - 非対称の自由ピストンエンジン - Google Patents
非対称の自由ピストンエンジンInfo
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- JP2787374B2 JP2787374B2 JP2502480A JP50248090A JP2787374B2 JP 2787374 B2 JP2787374 B2 JP 2787374B2 JP 2502480 A JP2502480 A JP 2502480A JP 50248090 A JP50248090 A JP 50248090A JP 2787374 B2 JP2787374 B2 JP 2787374B2
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- engine
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- piston
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
- F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
- F01B9/047—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft with rack and pinion
-
- 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
-
- 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
- F02B71/02—Starting
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、本発明者が出願した米国特許3524436等
に示された自由ピストンエンジンにおける基本的に公知
の要素の改良された結合に関するものである。
に示された自由ピストンエンジンにおける基本的に公知
の要素の改良された結合に関するものである。
この新規な結合によって、同等の馬力を有する公知の
エンジンに比べて軽量のシリンダ支持構造を提供すると
共に寸法を小形化することによって、エンジン全体の重
量を軽減することが可能である。
エンジンに比べて軽量のシリンダ支持構造を提供すると
共に寸法を小形化することによって、エンジン全体の重
量を軽減することが可能である。
この発明は、シリンダ内の一対の同軸のピストンを有
する非対称形のコンパクトな自由ピストンエンジンであ
って、エネルギ吸収装置のための同期機構および駆動機
構の双方として働く運動逆転機構を有するエンジンを提
供する。公知のエンジンに比べてエンジン速度が極めて
大である。これにより、駆動機構がエンジンシリンダの
外部に設置されることが可能であり、軽量かつコスト安
であり、重量のあるハウジング構造を必要としない、極
めて効率がよくかつコンパクトなリニアエンジンを提供
することができる。この発明においては、さらに、スケ
ルトン形の構造において一端においてのみシリンダを取
外し可能に支持することによって、全体が軽量なエンジ
ンを提供することができ、この構造によって、シリンダ
またはその中のライナに大きな変形応力がかからない。
する非対称形のコンパクトな自由ピストンエンジンであ
って、エネルギ吸収装置のための同期機構および駆動機
構の双方として働く運動逆転機構を有するエンジンを提
供する。公知のエンジンに比べてエンジン速度が極めて
大である。これにより、駆動機構がエンジンシリンダの
外部に設置されることが可能であり、軽量かつコスト安
であり、重量のあるハウジング構造を必要としない、極
めて効率がよくかつコンパクトなリニアエンジンを提供
することができる。この発明においては、さらに、スケ
ルトン形の構造において一端においてのみシリンダを取
外し可能に支持することによって、全体が軽量なエンジ
ンを提供することができ、この構造によって、シリンダ
またはその中のライナに大きな変形応力がかからない。
図面 この発明の好ましい実施態様を図面において略示す
る。
る。
図１は、この発明の一実施例の垂直断面図、 図２は、この発明の他の実施例のシリンダ支持構造の
みの図１と同様の図、 図３は、図２の３−３線断面図、 図４は、図１のエンジンの下部を変更した部分図、 図５は、水平方向の取付けに適した、この発明のさら
に他の変更例である。
みの図１と同様の図、 図３は、図２の３−３線断面図、 図４は、図１のエンジンの下部を変更した部分図、 図５は、水平方向の取付けに適した、この発明のさら
に他の変更例である。
説明 図１に示す装置は、軽量な支持体すなわちハウジング
10を有している。このハウジング10は、好ましくはスケ
ルトン形の構造を有し、その長手方向の軸が垂直となる
ようにしてベースＢの上に取付けられるよう構成されて
いる。シリンダ11は好ましくはハウジングと同軸に配さ
れており、シリンダ11はその上端部において前記ハウジ
ングの上端壁10bから吊設されている。
10を有している。このハウジング10は、好ましくはスケ
ルトン形の構造を有し、その長手方向の軸が垂直となる
ようにしてベースＢの上に取付けられるよう構成されて
いる。シリンダ11は好ましくはハウジングと同軸に配さ
れており、シリンダ11はその上端部において前記ハウジ
ングの上端壁10bから吊設されている。
シリンダ内の第１と第２のピストン12,13の間には、
公知の燃焼室14を有している。ピストン12はピストンロ
ッド15を有し、このピストンロッド15はシリンダの一端
においてベアリング16を通って延びており、ロッドの外
端においてヨーク17を備えている。ピストン13はピスト
ンロッド18を有している。このピストンロッド18は、シ
リンダの他端部にあるベアリングまたはシール19を通っ
て延びており、ダブルラック20とピストンロッドの延長
部18aを有している。この延長部18aは、さらにハウジン
グの上端部にあるベアリングまたはシール21を通って延
びている。
公知の燃焼室14を有している。ピストン12はピストンロ
ッド15を有し、このピストンロッド15はシリンダの一端
においてベアリング16を通って延びており、ロッドの外
端においてヨーク17を備えている。ピストン13はピスト
ンロッド18を有している。このピストンロッド18は、シ
リンダの他端部にあるベアリングまたはシール19を通っ
て延びており、ダブルラック20とピストンロッドの延長
部18aを有している。この延長部18aは、さらにハウジン
グの上端部にあるベアリングまたはシール21を通って延
びている。
ピストンギア22,23が、ダブルラック20の両側におい
て固定シャフト22a,23aに取付けられており、このダブ
ルラックの両側に係合している。前記のシャフトは、シ
リンダの上端壁10bから上方に延びる支持体（不図示）
に取付けてもよい。間隔をおいて配した一対のラック2
4,25がギア22,23にそれぞれ係合し、一対のプレート26
（１つを図示する）によって両者間においてギア22,23
と固く連結されている。ラック24,25は、シリンダとハ
ウジング構造体との間に配された一対の対称的に位置す
るロッド27,28によって、ヨーク17に連結されている。
オイルがハウジングの上部10c内にシールされている。
オイルは、好ましくは、不図示の外部手段により、油留
めからギアとラックのところまでポンプで送られる。ヨ
ークは、場合によっては、コンプレッサのピストン、掃
気（スキャベンジ）ピストン、またはバウンスピストン
であってもよい。
て固定シャフト22a,23aに取付けられており、このダブ
ルラックの両側に係合している。前記のシャフトは、シ
リンダの上端壁10bから上方に延びる支持体（不図示）
に取付けてもよい。間隔をおいて配した一対のラック2
4,25がギア22,23にそれぞれ係合し、一対のプレート26
（１つを図示する）によって両者間においてギア22,23
と固く連結されている。ラック24,25は、シリンダとハ
ウジング構造体との間に配された一対の対称的に位置す
るロッド27,28によって、ヨーク17に連結されている。
オイルがハウジングの上部10c内にシールされている。
オイルは、好ましくは、不図示の外部手段により、油留
めからギアとラックのところまでポンプで送られる。ヨ
ークは、場合によっては、コンプレッサのピストン、掃
気（スキャベンジ）ピストン、またはバウンスピストン
であってもよい。
作動 コンプレッサは、エンジンの連結要素18a,20,18,13の
重量と結合して、反対に運動する重量24,25,26,27,28,1
7,15,12の合計重量と同一となるような重量をもったピ
ストンを有している。エンジンが、このようなコンプレ
ッサ等のエネルギ吸収装置に接続されて用いられると、
エンジンは極めて効率よく実質的に無振動で作動する。
エンジンは、燃料と空気をチャンバ14に供給する適当な
公知の手段によって起動し、ピストンをシリンダの中心
に向かって駆動し、その後、燃料／空気混合物に添加す
る。ピストン12,13の外方への運動によって、逆方向に
運動するラックを引こうとする張力が生じ、これによ
り、ギア22,23を駆動してピストン13と同方向にダブル
ラック20を動かす。
重量と結合して、反対に運動する重量24,25,26,27,28,1
7,15,12の合計重量と同一となるような重量をもったピ
ストンを有している。エンジンが、このようなコンプレ
ッサ等のエネルギ吸収装置に接続されて用いられると、
エンジンは極めて効率よく実質的に無振動で作動する。
エンジンは、燃料と空気をチャンバ14に供給する適当な
公知の手段によって起動し、ピストンをシリンダの中心
に向かって駆動し、その後、燃料／空気混合物に添加す
る。ピストン12,13の外方への運動によって、逆方向に
運動するラックを引こうとする張力が生じ、これによ
り、ギア22,23を駆動してピストン13と同方向にダブル
ラック20を動かす。
図2,3の変更例は、シリンダとその支持構造とがより
詳細に示されている点において、図１のエンジンと異な
る。間隔をおいて配したロッドまたはボルト110がベー
ス110aにねじ込まれて、その上端においてボルト止めさ
れて、プレート110bを支持する。この構造が、図１のス
ケルトン形のハウジング10に代えて用いられる。この構
造は、より軽量であり、製造コストが安く、所望の場合
にシリンダの回りに遮音材料を適応する上で図１のもの
よりもより適切である。また、ボルトに代えて、これと
同じ機能の他の構造要素を用いることができる。
詳細に示されている点において、図１のエンジンと異な
る。間隔をおいて配したロッドまたはボルト110がベー
ス110aにねじ込まれて、その上端においてボルト止めさ
れて、プレート110bを支持する。この構造が、図１のス
ケルトン形のハウジング10に代えて用いられる。この構
造は、より軽量であり、製造コストが安く、所望の場合
にシリンダの回りに遮音材料を適応する上で図１のもの
よりもより適切である。また、ボルトに代えて、これと
同じ機能の他の構造要素を用いることができる。
図２と図３の変更例の作動は、図１の場合と同じであ
る。ロッドは、ハウジング10と同様の、シリンダに対す
る支持作用をする。
る。ロッドは、ハウジング10と同様の、シリンダに対す
る支持作用をする。
図４の実施例は、図１のヨーク17に代えて掃気空気シ
リンダ（スキャベンジ・エア・シリンダ）210における
コンプレッサピストン217を用いている点を除いて、図
１と同じである。掃気空気室（スキャベンジ・エア・チ
ャンバ）は入口チェックバルブ218と出口チェックバル
ブ219とを有している。これらバルブ218,219は導管220
を介して燃焼室14に掃気空気（スキャベンジ・エア）を
送り込む。しかし、ピストン217はヨークとしても働い
て、ロッド227,228を、介して、逆方向機構において間
隔をおいて配したラックを作動させる。
リンダ（スキャベンジ・エア・シリンダ）210における
コンプレッサピストン217を用いている点を除いて、図
１と同じである。掃気空気室（スキャベンジ・エア・チ
ャンバ）は入口チェックバルブ218と出口チェックバル
ブ219とを有している。これらバルブ218,219は導管220
を介して燃焼室14に掃気空気（スキャベンジ・エア）を
送り込む。しかし、ピストン217はヨークとしても働い
て、ロッド227,228を、介して、逆方向機構において間
隔をおいて配したラックを作動させる。
図４の実施例の作動は、その他の点では図１の場合と
同じである。
同じである。
図５の実施例は、次の点を除いて、図１と同じであ
る。すなわち、図５の場合は、支持ベース310a上におい
て水平に取付けられており、駆動シャフト18a,118aがそ
れぞれハウジング310の両端より外方に延びている。こ
の装置においては、駆動シャフトは、一端において、例
えば、第１段階コンプレッサピストンと第３段階コンプ
レッサピストンとを作動させ、他の駆動シャフトは同時
に第２段階コンプレッサピストンと第４段階コンプレッ
サピストンとを作動させることが可能であり、エンジン
により駆動される種々のユニットを稼働のために容易に
組立て、接近し、また分解することが可能である。
る。すなわち、図５の場合は、支持ベース310a上におい
て水平に取付けられており、駆動シャフト18a,118aがそ
れぞれハウジング310の両端より外方に延びている。こ
の装置においては、駆動シャフトは、一端において、例
えば、第１段階コンプレッサピストンと第３段階コンプ
レッサピストンとを作動させ、他の駆動シャフトは同時
に第２段階コンプレッサピストンと第４段階コンプレッ
サピストンとを作動させることが可能であり、エンジン
により駆動される種々のユニットを稼働のために容易に
組立て、接近し、また分解することが可能である。
この場合も、図５のエンジンの作動は、図１の場合と
同じである。
同じである。
他の変更例においては、複数のシリンダと駆動機構と
からなる組立体が共通に収納された形で単一の支持構造
により吊り下げられており、その結果、実質的にコスト
安で軽量で小形である機械が得られる。また、これは、
すべてのシリンダのために共通な、予備的な装置とアク
セサリとの数組を与える。例えば、このような多シリン
ダユニットのうちシリンダを６個有するものにおいて、
単一の共通な冷却システムを用いることができるし、６
つの起動ユニットに代えて１つの起動ユニットを用いて
もよい。このような多段シリンダユニットのクランク駆
動方式に対する明らかな利点は、クランク形の多シリン
ダエンジンにおいては１つのシリンダだけが故障しても
エンジン全体が作動しなくなるのに対して、本願発明の
多シリンダユニットの一または複数のシリンダに故障が
生じても他のシリンダはいずれも完全に使用が可能であ
る。この構成によって、各シリンダが連続的に稼働する
ことを予定に入れることが可能となり、その結果、この
機械の稼働率を100％に上げることができる。
からなる組立体が共通に収納された形で単一の支持構造
により吊り下げられており、その結果、実質的にコスト
安で軽量で小形である機械が得られる。また、これは、
すべてのシリンダのために共通な、予備的な装置とアク
セサリとの数組を与える。例えば、このような多シリン
ダユニットのうちシリンダを６個有するものにおいて、
単一の共通な冷却システムを用いることができるし、６
つの起動ユニットに代えて１つの起動ユニットを用いて
もよい。このような多段シリンダユニットのクランク駆
動方式に対する明らかな利点は、クランク形の多シリン
ダエンジンにおいては１つのシリンダだけが故障しても
エンジン全体が作動しなくなるのに対して、本願発明の
多シリンダユニットの一または複数のシリンダに故障が
生じても他のシリンダはいずれも完全に使用が可能であ
る。この構成によって、各シリンダが連続的に稼働する
ことを予定に入れることが可能となり、その結果、この
機械の稼働率を100％に上げることができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02B 71/00 F01B 11/00
Claims (10)
- 【請求項１】コンプレッサまたは他のエネルギ供給装置
を駆動するための、非対称自由ピストン形の、コンパク
トで実質的に振動がないエンジンであって、 シリンダと、 前記シリンダの一端のみを支持する支持手段と、 前記シリンダ内の、両者間において燃焼室を有する第１
および第２のピストンとを有し、 前記第１のピストンは、前記シリンダの第１の端部を通
って延びる第１のロッドを有し、 前記第２のピストンは、第２のロッドを有し、この第２
のロッドは、前記シリンダの第２の端部を通って延びる
と共に、前記第２のシリンダ端部を越えたところで表面
にダブルラックを有しており、 さらに、前記第２の端部を越えたところの、間隔をおい
て設けた一対のピニオンギアであって、その各々が前記
ダブルラックの各側部に係合するものと、 間隔をおいて配され固く連結された一対のラックであっ
て、この連結されたラックの各々が前記ピニオンギアの
各々に係合するものと、 駆動シャフトであって、前記第１または第２のロッドの
１つから延びて、エネルギ吸収装置を駆動するものと、 駆動手段であって、シリンダの側部に沿って位置すると
共に、前記の間隔をおいて配したラックからロッドまで
シリンダの他端を越えて延びており、これにより、前記
両ピストンが離反するように動くときに各々が同じ方向
において前記駆動シャフトに力を及ぼすものを、 有することを特徴とするエンジン。 - 【請求項２】請求項１に記載のエンジンにおいて、前記
駆動シャフトが、前記ダブルラックを越える、前記第２
のロッドの延長部であることを特徴とするエンジン。 - 【請求項３】請求項１に記載のエンジンにおいて、前記
駆動手段が前記第１および第２のロッドの軸に関して、
対称であることを特徴とするエンジン。 - 【請求項４】請求項１に記載のエンジンにおいて、前記
ピストンの１つとこれに連結させると共にこれと共に運
動可能な要素との合計質量が、駆動シャフトと、ピスト
ンと、これに連結された他の要素との合計質量からこれ
により運動させられるエネルギ吸収装置の質量を差し引
いたものと等しいことを特徴とするエンジン。 - 【請求項５】請求項２に記載のエンジンにおいて、第２
の駆動シャフトが、前記ロッドの他方のものから延びて
前記ヨークを越えていることを特徴とするエンジン。 - 【請求項６】請求項１に記載のエンジンにおいて、前記
シリンダと支持手段との長手方向の軸が実質的に同軸で
あることを特徴とするエンジン。 - 【請求項７】請求項１に記載のエンジンにおいて、前記
支持手段が、少なくとも部分的に前記シリンダの回りに
位置しており、且つ、壁を有し、この壁がシリンダの軸
に関して横方向に延び、この壁に前記シリンダの前記一
端が固定されていることを特徴とするエンジン。 - 【請求項８】請求項１に記載のエンジンにおいて、前記
の支持手段がスケルトン形のハウジングの形態であるこ
とを特徴とするエンジン。 - 【請求項９】請求項１に記載のエンジンにおいて、前記
の支持手段が前記シリンダの回りに間隔をおいて配され
た複数の構造部材であることを特徴とするエンジン。 - 【請求項１０】請求項７に記載のエンジンにおいて、前
記シリンダ、ピストン、および駆動手段の複数が前記壁
から支持されていることを特徴とするエンジン。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US1990/000325 WO1991011596A1 (en) | 1985-10-10 | 1990-01-23 | Unsymmetrical free piston engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04504291A JPH04504291A (ja) | 1992-07-30 |
| JP2787374B2 true JP2787374B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=22220629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2502480A Expired - Lifetime JP2787374B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 非対称の自由ピストンエンジン |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4896632A (ja) |
| EP (1) | EP0464029B1 (ja) |
| JP (1) | JP2787374B2 (ja) |
| KR (1) | KR920702880A (ja) |
| BR (1) | BR9007243A (ja) |
| CA (1) | CA2049292C (ja) |
| DE (1) | DE69024643T2 (ja) |
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060130782A1 (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-22 | Boland David V | Engine |
| CN105888843B (zh) * | 2015-01-15 | 2019-07-16 | 陈小辉 | 节能内燃机 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE447099C (de) * | 1923-03-12 | 1927-07-19 | E H Hugo Junkers Dr Ing | Freiflugkolbenmotor mit gegenlaeufigen Massen |
| US2027877A (en) * | 1932-02-23 | 1936-01-14 | Pescara Raul Pateras | Motor compressor |
| US2526384A (en) * | 1939-02-01 | 1950-10-17 | Moore Inc | Machine having free pistons and cylinders without mechanical connecting-rod-crank couplings |
| FR1272108A (fr) * | 1960-08-09 | 1961-09-22 | Engins Pistons Libres Epl | Perfectionnements aux machines à pistons libres, notamment aux auto-compresseurs ou aux générateurs de gaz |
| US3525102A (en) * | 1968-12-17 | 1970-08-18 | Anton Braun | Engine |
| US3524436A (en) * | 1969-06-02 | 1970-08-18 | Anton Braun | Free piston engine apparatus |
| US3610214A (en) * | 1970-01-30 | 1971-10-05 | Anton Braun | Unsymmetrical, double-acting free piston engine |
| US3944299A (en) * | 1975-02-21 | 1976-03-16 | Anton Braun | Machine bearing construction and arrangement |
| US4085711A (en) * | 1975-09-12 | 1978-04-25 | Anton Braun | Free piston engine with opposed cylinders |
-
1985
- 1985-10-10 US US06/786,067 patent/US4896632A/en not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-01-23 CA CA002049292A patent/CA2049292C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-23 KR KR1019910701171A patent/KR920702880A/ko not_active Application Discontinuation
- 1990-01-23 JP JP2502480A patent/JP2787374B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1990-01-23 DE DE69024643T patent/DE69024643T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-23 WO PCT/US1990/000325 patent/WO1991011596A1/en active IP Right Grant
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- 1990-01-23 BR BR909007243A patent/BR9007243A/pt unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4896632A (en) | 1990-01-30 |
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| CA2049292A1 (en) | 1991-07-24 |
| DE69024643T2 (de) | 1996-08-01 |
| JPH04504291A (ja) | 1992-07-30 |
| BR9007243A (pt) | 1992-02-25 |
| EP0464029A4 (en) | 1992-06-03 |
| DE69024643D1 (de) | 1996-02-15 |
| CA2049292C (en) | 1999-09-07 |
| EP0464029B1 (en) | 1996-01-03 |
| KR920702880A (ko) | 1992-10-28 |
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| US4450685A (en) | Dynamically balanced, hydraulically driven compressor/pump apparatus for resonant free piston Stirling engines | |
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