JP3382617B2 - 流体エネルギー装置を具備する自由ピストンエンジン - Google Patents

流体エネルギー装置を具備する自由ピストンエンジン

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JP3382617B2 JP50917293A JP50917293A JP3382617B2 JP 3382617 B2 JP3382617 B2 JP 3382617B2 JP 50917293 A JP50917293 A JP 50917293A JP 50917293 A JP50917293 A JP 50917293A JP 3382617 B2 JP3382617 B2 JP 3382617B2
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ゲルハルドゥス ポトゥマ、テオドルス
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インナス フリー ピストン ベー． ファウ．
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    • F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体エネルギー装置を具備する自由ピスト
ンエンジンに関する。
この種の自由ピストンエンジンは、燃焼・爆発により
燃焼室内を往復移動するピストンと、このピストンに連
結されるとともにそれぞれ流体室内を往復移動自在に設
けられた２つのプランジャー部を具備し、かつ２つの流
体室に接続された流体の供給および排出装置とを具備し
ている。
そして、上記流体室への流体の供給および排出装置
は、逆止弁を備える供給および排出路から構成されてい
る。ピストンの上死点から下死点への運動が終了した
時、つまり膨張行程が終了した時、排出路の逆止弁が閉
じ、各流体室内の圧力が逆止弁のばね圧およびアキュム
レータの圧力より低くなる。
上記逆止弁の閉動作は急速に行われる必要がある。こ
れは、作動液体が流体室内に流れて、ピストンを、ある
距離だけ上死点側に戻すのを防止するためであり、また
次の圧縮行程および膨張行程が開始されるまでは、ピス
トンをその下死点に保持させる必要があるからである。
逆止弁の急速な閉動作のためには、逆止弁のばね圧を強
くする必要がある。
しかし、逆止弁のばね圧を強くすると、ピストンの膨
張行程において、作動液体がこの逆止弁を流れる際、流
動抵抗が高くなり、したがって大きなエネルギー損失が
生じる。
本発明の目的は、このようなエネルギー損失を除去し
得る流体エネルギー装置を具備した自由ピストンエンジ
ンを提供することにある。
この目的のため、本発明による流体エネルギー装置を
備える自由ピストンエンジンは、請求項１の特徴とする
部分の特徴をもつ。
本発明による特徴のために、膨張行程における第１位
置部分の間、生じる液圧の損失を少なくするため流動抵
抗の低い排出路手段を使用する。膨張行程が終了し、ピ
ストンの速度がかなり減少した時、第１排出路手段を作
用しないようにし、作動液体の流体室からの排出は、急
速逆止弁を備える第２排出手段を介してのみ行なう。
このようにして、流動抵抗が低いことと、ピストンの
下死点からのはね返りを小さくするという互いに反目し
合う矛盾が、効果的な方法で解消される。
ピストンの下死点からのはね返りをさらに減少するこ
とは、上記急速に閉じる逆止弁を流体室に近い夫々の排
出路手段に配置することにより達成される。
このようにして、ピストンのはね返り原因となる加圧
された作動液体の体積を最小限にし、その結果、この作
動液体の膨張により、ピストンはごく僅かにはね返るだ
けである。
以下、本発明を、自由ピストンエンジンの実施例を示
す図面に基づき説明する。
図１は一番目の実施例における自由ピストンエンジン
を示す断面図である。
図２は、図１の液圧エネルギー装置を備える自由ピス
トンエンジンの具体的な構造を示す断面図である。
図３は、図１に対応するが、液圧エネルギー装置とと
もに自由ピストンエンジンの二番目の実施例を示す断面
図である。
図４は、時間の関数としてピストンの変位を示す線図
である。
図5A,図5Bは、ピストンの膨張行程が終わった時の流
体室での作動液体の排出体積を示す。
図１は、液体エネルギー装置（流体エネルギー装置）
を具備する自由ピストンエンジンの一番目の実施例を示
す断面図である。
この自由ピストンエンジンは、シリンダ１と、このシ
リンダ１に形成された燃焼室３内に配置されたピストン
２を有している。このピストン２は、燃焼室３の容積が
最大となる第１位置［以下、下死点（BDC）という］、
燃焼室３の容積が最小となる第２位置［以下、上死点
（TDC）という］との間を往復移動する。
上記自由ピストンエンジンはディーゼルエンジンとし
て作動する。すなわち、圧縮燃焼空気で満たされた燃焼
室３に燃料が噴射され、燃料−空気混合物が自己燃焼に
より点火する。そのシリンダヘッド４には、ディーゼル
油のような液体燃料を間接的または直接的に噴射するた
めの噴射装置５が設けられている。
また、空気を吸い込むため、逆止弁６が設けられた吸
気路７がピストン２の下方の燃焼室３に接続されてお
り、圧縮行程の間でピストン２が下死点から上死点に移
動することにより燃焼用空気が吸い込まれる。
そして、接続路すなわち掃気路８により、吸気路７を
介して吸い込まれた空気が、ピストン２が上死点から下
死点になる膨張行程の間にピストン２の下方の燃焼室３
からピストン２の上方の燃焼室３に、確実に導かれると
ともに、燃料−空気混合物が燃焼した後生成した燃焼ガ
スが排気路９を介して燃焼室３外に排出される。
燃焼室３の下死点側のピストン２の端面には、プラン
ジャー形のピストン伸長体10が形成されている。このピ
ストン伸長体10は、ピストン２をその直線往復運動に案
内するが、最も重要な機能は、燃焼室３内で燃料−空気
混合物が燃焼する間にピストン２に与えられた機械的エ
ネルギーを液圧エネルギー（流体エネルギー）に変換す
るとともに、ピストン２の圧縮行程を行なうために液圧
エネルギーを機械的エネルギーに変換することである。
これらの機能を果たすために、ピストン伸長体10に
は、直径の小さい第１ロッド部11と、この第１ロッド部
11に結合された直径の大きい第１プランジャー部12と、
この第１プランジャー部12に結合されるとともにその直
径が第１ロッド部11と第１プランジャー部12との直径の
間の大きさにされた第２ロッド部13と、この第２ロッド
部13に結合される（ピストン伸長体10の自由端にある）
とともに直径が第２ロッド部13の直径より僅かに大きく
された第２プランジャー部14とが設けられている。
上記ピストン２に圧縮行程を行なわせるための液圧エ
ネルギー装置の駆動機構部20は、下記のように構成され
ている。
すなわち、シリンダ１内には駆動流体室15が形成さ
れ、この駆動流体室15の第１プランジャー部12の第１軸
方向面17側部分は圧縮側空間部（流体空間部）16とさ
れ、また反対側の第１プランジャー部12の軸方向面19側
部分は膨張側空間18とされている。
したがって、圧縮側空間部16の容積は、ピストン２が
下死点から上死点に変位する間、すなわち圧縮行程にお
いて、増加することになる。
液圧エネルギー装置における駆動機構部20には、駆動
圧用アキュムレータ（圧縮圧力アキュムレータ）21が設
けられている。この駆動圧用アキュムレータ21には、多
数の流路またはラインを介して、圧縮側空間部16および
膨張側空間部18が接続されている。
圧縮側空間部16と駆動圧用アキュムレータ21とにおけ
る有効な連通（接続）が、ピストン２の上死点に隣接す
るピストン位置でのみ可能となるような位置で、第１接
続路22が駆動流体室15に接続されている。すなわち、ピ
ストン２の膨張行程の最後の部分およびピストン２の圧
縮行程の始めの部分において、第１接続路22は、駆動流
体室15内に嵌入された第１プランジャー部12の周壁で閉
じられることになる。この第１接続路22における流動抵
抗は低く、また好ましくは弁が備えられておらず、した
がって圧縮側空間部16と駆動圧用アキュムレータ21とに
おける連通状態は、プランジャー形伸長体10の第１プラ
ンジャー部12により完全に制御される。
また、駆動圧用アキュムレータ21と圧縮側空間部16と
を連通する第２接続路23には電磁切換弁（二位置切換
用）24が設けられており、その第１位置で第２接続路23
が閉じられ（図１参照）、その第２位置で駆動液体が駆
動圧用アキュムレータ21から圧縮側空間部16内に流れる
ようにされている。
上記第１および第２接続路22、23間には中間ライン25
が設けられるとともに、この中間ライン25の途中には、
圧縮側空間部16から駆動圧用アキュムレータ21に駆動液
体を流し得るようにする急速に閉じるタイプの逆止弁26
が設けられている。この逆止弁26は、公知のものでもよ
く、またばね力が強く急速に閉動作を行い得るものを使
用してもよい。また、図２に示すように、上記逆止弁26
は、圧縮側空間部16に可能な限り近づけて配置される。
エンジンを始動させて、ピストン２をその下死点に動
かすべき場合、または所謂“不点火”で、ピストン２に
十分な膨張行程を行なわせるには燃焼室３での燃焼が十
分でなく、駆動圧用アキュムレータ21からの駆動圧力を
用いてピストン２を下死点に動かすべき場合、膨張側空
間部18と駆動圧用アキュムレータ21とを接続する第３接
続路27を介して、駆動液体を膨張側空間部18内に供給す
る。
すなわち、第３接続路27の途中に設けられた電磁切換
弁（二位置切換用）28を、第１位置から第２位置に切り
変えると、駆動圧用アキュムレータ21内の駆動液体が膨
張側空間部18内に流入し、ピストン２を膨張側に移動さ
せることができる。なお、上記電磁切換弁28は、自由ピ
ストンエンジンの通常の作動位置では、図１に示すよう
に、第１位置側に切り換えられており、膨張側空間部18
が低圧タンク（図示せず）側に連通した状態にされてい
る。
また、上記圧縮側空間部16には、第２接続路23とほぼ
同一位置で、排出路が接続されるとともに、この排出路
には逃し弁54が設けられている。この逃し弁54はピスト
ン２の圧縮行程の間、駆動圧用アキュムレータ21からの
駆動圧力により、圧縮側空間部16からの駆動液体の排出
を防ぐ逆止弁として機能する位置に切り換えられてお
り、ピストン２が停止している時にのみ、戻しばねによ
り強制的に切り換えられて、圧縮側空間部16からの駆動
液体の排出を許すようにされている。
次に、自由ピストンエンジンにおける液圧エネルギー
装置の作動機構部について説明する。
第２ロッド部13およびと第２プランジャー部14は、ロ
ッド部側の第１作動空間部（流体空間部）31とプランジ
ャー部側の第２作動空間部32とに分けられた作動流体室
30内を移動することができ、また第１作動空間部31の直
径は第２プランジャー部14の直径より大きくされ（また
は等しくされ）ており、第２作動空間部32の直径は、第
２プランジャー部14が第２作動空間部32に丁度嵌合する
ように第２プランジャー部14の直径に対応する大きさに
されている。
なお、上記第２プランジャー部14には、作動流体室30
の第１作動空間部31の圧力を受ける第１軸方向面49と、
この第１軸方向面49と反対側で、ピストン２の下死点で
第２作動空間部32の境界を成す第２軸方向面50とが設け
られている。
液圧エネルギー装置の作動機構部29には、２台の圧力
アキュムレータ、すなわち高圧アキュムレータ33と低圧
アキュムレータ（流体供給部）34とが設けられている。
高圧アキュムレータ33は、接続部35を介して他の作業部
に接続し得るようにされており、使用者のための作業圧
力用アキュムレータとして使用するためのものである。
例えば、使用者は、液圧エネルギー装置を介して自由ピ
ストンエンジンにより、乗り物の車輪を駆動することが
できる。
上記使用者用の接続部35は、ピストン２の膨張行程の
間、作動液体を作動流体室30から高圧アキュムレータ33
に排出するための排出ライン36の途中に接続されてい
る。第１排出路37は、作動流体室30の第１作動空間部31
に接続され、一方第２排出路38は、第２作動空間部32に
接続されている。
上記第１排出路37は第２排出路38側に接続され、そし
て第１排出路37と第２排出路38との接続箇所と第２作動
空間部32との間の第２排出路38の途中で、かつ第２作動
空間部32に近い位置で、第１逆止弁39が設けられてい
る。
上記第１排出路37における接続箇所より高圧アキュム
レータ33寄り位置の第２排出路38には、第２逆止弁40が
設けられている。第１排出路37および第２逆止弁40にお
ける流動抵抗は低く、また上記第１逆止弁39は急速に閉
じるようにされた逆止弁である。このため、第１逆止弁
39に設けられるばね力は、好ましくは第２逆止弁40のば
ね力よりも強くされている。
接続部41で使用者の排出装置を接続してよい低圧アキ
ュムレータ34は、作動液体の供給ライン42が備えられ、
この供給ライン42は、作動流体室30の第１作動空間部31
に接続された第１供給路43と、第２作動空間部32に接続
された第２供給路44とに分かれている。第１供給路43
は、流動抵抗が低い逆止弁45が備えられ、また第２供給
路44は急速に閉じる逆止弁46が備えられている。これら
両逆止弁45、46は、作動液体が低圧アキュムレータ34か
ら作動流体室30に流れることだけを許すものである。
また、バイパスライン47には、第２供給路44の逆止弁
46を迂回して、通常は逆止弁として作用するとともに、
駆動圧用アキュムレータ21によりピストン２がその下死
点に移動した場合に、第２作動空間部32内の作動液体を
逃がすための逃し弁として作用する電磁切換弁（二方位
置切換用）48が設けられている。
なお、請求の範囲に記載した第１流路手段は、第１接
続路22、第１排出路37、第１供給路43に該当するもので
あり、また第２流路手段は、第２接続路23、第２排出路
38、第２供給路44に該当するものである。そして、分か
り易くいうと、上記第１流路手段である第１接続路22
は、駆動流体室15の圧縮側空間部16に接続され、また第
１排出路37および第１供給路43は、作動流体室30の第１
作動空間室31に接続されており、したがってこの第１流
路手段は、ピストン２の下死点手前位置では、駆動液体
および作動液体を、少ない抵抗でもって供給および排出
し得るものである。また、上記第２流路手段である第２
接続路23は、駆動流体室15の圧縮側空間部16に接続さ
れ、また第２排出路38および第２供給路44は、作動流体
室30の第２作動空間室32に接続されており、したがって
この第２流路手段は、ピストン２が下死点に移動した際
に駆動液体および作動液体の移動に大きい抵抗を付与す
るものである。このような２つの流路手段を設けること
により、ピストン２の膨張行程における駆動液体および
作動液体の大きいエネルギー損失を防止し得るととも
に、ピストン２の膨張行程の終了時でのはね返りを防止
することができる。
上記の液圧エネルギー装置を備える自由ピストンエン
ジンの動作は、下記の通りである。
図１は、ピストン２が下死点（第１位置）にある状態
を示しており、ピストン２の圧縮行程の開始状態であ
る。
圧縮行程を行うため、電磁切換弁24がその開位置に切
り換わり、駆動圧用アキュムレータ21内の駆動液体が駆
動流体室15の圧縮側空間部16に流入する。
この時、駆動液体がピストン伸長体10の第１プランジ
ャー部12の第１軸方向端面17に作用し、ピストン２をそ
の下死点から上死点に向かって移動させる。そして、第
２作動空間部32の容積が増すことにより、作動液体が低
圧アキュムレータ34から第２供給路44および逆止弁46を
経て、第２作動空間部32内に吸い込まれる。
次に、ピストン伸長体10の第１プランジャー部12が十
分に移動して、ピストン２が圧縮行程の一部分を行なっ
てしまうと、直ちに、第１プランジャー部12が第１接続
路22を開き、したがって駆動液体が流動抵抗の低い第１
接続路22を通って駆動流体室15の圧縮側空間部16に入
り、高速でもってピストン２に圧縮行程の残りの工程を
行わせる。その間、第２プランジャー部14は、作動流体
室30の第２作動空間部32から出て、作動液体が低圧アキ
ュムレータ34から第１供給路43および第２供給路44を介
して作動流体室30に吸い込まれる。
液圧エネルギー装置の制御は、下記のように行われ
る。
吸気路７および掃気路８を介して燃焼室３に入った燃
焼用空気を十分に圧縮するため、ピストン２が十分なエ
ネルギーを受けて必要な長さの圧縮工程を行ない、噴射
装置５から燃料が噴射されて、燃料−空気混合物の適切
な自己燃焼が行われる。
そして、ピストン２の膨張工程の間、駆動流体室15の
圧縮側空間部16の容積はプランジャー部12の移動により
減少し、したがって作動液体は、この圧縮側空間部16か
ら流動抵抗が低い第１接続路22を介して駆動圧用アキュ
ムレータ21側に強制的に戻される。
この時、第１接続路22の流動抵抗が低いため、第１プ
ランジャー部12およびピストン２は最小限の損失しか受
けない。液圧エネルギー装置の作動機構部29では、逆止
弁45と46とは膨張行程が開始した時既に閉じており、ま
た作動流体室30の容積が減少することにより、作動液体
が主として第１排出路37と逆止弁40を介して、高圧アキ
ュムレータ33および／または接続部35から使用者側に供
給される。この場合も、第１排出路37および逆止弁40に
おける流動抵抗が低いため、やはり、ピストン２が受け
るエネルギー損失は小さい。
ピストン２とピストン伸長体10の速度がかなり減少す
るピストン２の下死点近傍の膨張行程の終了付近では、
第１接続路22がピストン伸長体10の第１プランジャー部
12の周壁により閉じられ、その結果、作動液体は、駆動
流体室15の圧縮側空間部16から第２接続路23および中間
ライン25の逆止弁26を介してのみ駆動圧用アキュムレー
タ21に戻ることができる。なお、この経路における流動
抵抗が大きいことは、ピストン２の速度がかなり減少し
ているので大きな問題ではない。
液圧エネルギー装置の作動機構部29において、ピスト
ン２の膨張行程の終わり近くでは、第２プランジャー部
14が作動流体室30の第２作動空間部32に到っており、し
たがって作動流体室30からの作動液体の排出は、第２排
出路38および逆止弁39,40を介してのみ行なわれる。第
１作動空間部31内は、第２作動空間部32から第１排出路
37を通って供給された作動液体による圧力に保たれてい
る。
本発明の構成による自由ピストンエンジンは断続的な
タイプのものであり、ピストン２が下死点に到達した
時、使用者の要求によって必要となるか、または高圧ア
キュムレータ33の圧力がその最大に達していなければ新
しい圧縮および膨張行程が行なわれる。
このことは、新しい圧縮および膨張行程を行なう準備
ができている位置で、ピストン２が保たれているという
ことを意味する。したがって、この開始位置をより正確
に制御できれば、続く圧縮および膨張行程をそれだけよ
り正確に実行できる。
本発明の構成によると、下死点におけるピストン２の
開始位置は、第２プランジャー部14の第１軸方向面49に
作用する第１作動空間部31の圧力により、保持される。
これにより、ピストン２全体が保持される。膨張行程が
終わった時、その作動圧力は第２プランジャー部14の反
対側の第２軸方向面50にまだ作用しているが、ピストン
２がごく僅かにはね返り、第２作動空間部32の作動液体
が膨張するので、ここでの圧力は急速に低下し、逆止弁
46が開く場合もある。第２作動空間部32における作動液
体のこの急速な膨張とそれに伴う圧力降下は、逆止弁39
が閉じられることによって可能となり、そうしなけれ
ば、高圧の作動液体が第２作動空間部32側に流れ込んで
しまう。これを防止するため、逆止弁39は急速に閉じる
タイプのものが使用され、最も好ましい場合には、この
逆止弁39が、ピストン２がその下死点に到達したとき既
に殆ど閉じているのがよい。好ましくは、逆止弁46もま
た急速に閉じることができるものとすべきであり、もし
そうしなければ第２プランジャー部14の力の均衡がくず
れるので（その時、第１作動空間部31内は高圧にな
る）、ピストン２が再び下死点に動き、それを越えて移
動する危険性があるからである。これを図４に示す。図
中、実線は液圧エネルギー装置が図１または図３にした
がって設計された場合のピストン運動（時間の関数とし
て）を示し、他方、Ａで示した破線は、供給および排出
装置に低流動抵抗の流路および急速逆止弁を備える小さ
い流路を分割して設けていなければ生じるであろうピス
トン運動を図示する。単独の、大きい、急速でない逆止
弁は、閉める動作が遅すぎるので、ピストン２の下死点
において、圧縮側空間部16および第２作動空間部32と各
アキュムレータ21、33との間の接続路が非常に長く持た
れ、その結果、ピストン伸長体10がはね返りが大きい場
合には、第１接続路22が開き、望ましくないピストン２
の新しい圧縮行程が開始してしまう。
図４の破線Ｂは、低圧の作動液体の供給手段が、低流
動抵抗の、大きい逆止弁45を備える第１供給路43と急速
逆止弁46を備える小さい第２供給路44を分割して含まな
ければ、生じるであろうピストンの変位を示す。ピスト
ン２の下死点でピストン伸長体10がはね返る間、第２作
動空間部32の圧力が低いので逆止弁46が開き、その後、
第１作動空間部31の高圧によってピストン伸長体10が再
び下死点に押しつけられるが、この逆止弁46は急速に閉
じない。その結果、ピストン２は下死点を通過してしま
い、したがって次の膨張行程のための適切な開始位置が
得られない。
しかし、本発明の構成による特徴のため、力の均衡は
第２プランジャー部14のごく小さな変位により自動的に
保たれる。このような動きおよび特に最初のはね返り
は、急速に閉じる逆止弁26、39および46により、また圧
縮側空間部16と第２作動空間部32の容積、特に、それぞ
れに接続される接続路23、排出路38および供給路44の容
積を最小限にすることによって最も小さく保たれる。こ
れは、図２に示すように、逆止弁26、39および46をそれ
ぞれの空間部に出来るだけ近付けて配置することにより
得られる。
図5A,5Bに、それに関わる体積を図示する。図5Aに、
第２プランジャー部14が丁度第２作動空間部32を閉じ、
その結果、第２排出路38の逆止弁39を介してのみ液体を
排出できる第２プランジャー部14の位置を示す。図5Aに
おいて、機械的に停止するまで変位できる第２プランジ
ャー部14の下方の体積V1が破線で示されている。この体
積V1は構造によって決定され、本発明の構成により殆ど
影響されないものである。しかし、影響されうるもの
は、図5Bに示す体積V2であり、それは体積V1の他に、こ
の第２プランジャー部14の突出部の外側で、第２排出路
38,第２供給路44における逆止弁39,46までの空間部を含
む全体積である。
したがって、逆止弁39,46が閉じた時、作動液体の膨
張によるピストンのはね返りを最小限にするためには、
（体積V2−体積V1）をできるだけ小さくする必要があ
る。この体積の差（体積V2−体積V1）は、好ましくは体
積V1の300％より小さい。これは、出来るだけ小さい直
径の、第２排出路38、第２供給路44とそれに配置した逆
止弁39、46とを設計し、およびこれら逆止弁39,46を、
第２作動空間部32に対し出来るだけ近くに位置させるこ
とにより得られる。
図４に示すように、ピストン２の下死点からの最初の
はね返りは、好ましくは出来るだけ小さくするだけでな
く、もしこのはね返りが高圧アキュムレーター33の作動
圧力から独立していれば有利である。しかし、一番目の
実施例の場合はそうでない。なぜなら、第１軸方向面49
に対する第２プランジャー部14の背圧は、変動する高圧
アキュムレータ33の作動圧力によって決定され、その結
果、軸方向面上の保持力は変動し、またその作動圧力が
低い時、力の平衡が得られる前に大きいはね返りを受け
るからである。
使用者からの要求があるか、または高圧アキュムレー
タ33の圧力が低すぎるなら、電磁切換弁24を開いてピス
トン２に、下死点近傍の保持位置から、新しい圧縮行程
を開始させる。この時、逃し弁54を直ちに液体の排出を
防止する逆止弁側に切り換える。
次に、本発明の上記実施例を改良した二番目の実施例
における液圧エネルギー装置を備える自由ピストンエン
ジンを、図３に基づき説明する。
なお、一番目の実施例と同様の構成部品には、同一部
品番号を付して、その説明を省略する。
図３に示すように、プランジャー部12と14、および駆
動機構部20と作動機構部29は、互いにその配置場所が変
えられている。
このため、駆動流体室15は、第１プランジャー部12の
直径に等しいかまたはこの場合大きい直径の第１駆動空
間部（第１流体空間部）51と、第１プランジャー部12の
直径に対応した直径を有する第２駆動空間部（第２流体
空間部）52とに分けられている。この第１プランジャー
部12の直径は、駆動流体室15の第２駆動空間部52に正確
に嵌合するような大きさにされている。
図示したピストン２の下死点において、駆動流体室15
の第２駆動空間部52は、駆動圧用アキュムレータ21に連
通しており、その結果、圧縮行程の後、下死点でピスト
ン２がはね返った時、第１プランジャー部12は、その軸
方向面49に、駆動圧用アキュムレータ21からの駆動圧力
による背圧を受ける。
駆動圧用アキュムレータ21の駆動圧力は実質的に一定
なので、下死点から戻る際のその背圧も実質的に一定で
あり、その結果、高圧アキュムレータ33の作動圧力とは
無関係に、実質的に一定の力で戻ることになる。勿論、
軸方向面49の寸法は駆動圧力に対応して決定される。
作動流体室30の第２プランジャー部14のピストン２側
にあって第３排出路27に連通する空間部は、電磁切換弁
（二方位置切換用）28を介して、外部または低圧タンク
に連通させることにより、非加圧状態にされる。
この二番目の実施例における液圧エネルギー装置を備
える自由ピストンエンジンの残りの動作については、一
番目の実施例とほぼ同一であるため、その説明を省略す
る。
また、上記各実施例において、さらに以下のような構
成を付加してもよい。
すなわち、図２に示すように、シリンダ１のハウジン
グに、ピストン２またはピストン伸長体10に取り付けた
カウンタ装置と協働するようにされたセンサ（検出手
段）53を取り付けたものである。
このセンサ53は、ピストン２が十分な膨張行程を行な
ったかどうか、また“不点火”が起きたがどうかを検知
するものである。なお、後者の場合、電磁切換弁28およ
び48に、その膨張行程を液圧的に終了させるように動作
させられる。
本発明によると、センサ53とカウンタ装置（図示せ
ず）とは、第１プランジャー部12が下死点ではね返った
後にも、そのはね返りのストロークが、圧縮側空間部16
と第１接続路22とが接続しないような十分な位置に移動
させられた場合に、そのストロークだけを記録するよう
に、配置されている。その結果、はね返りの後、意図し
ない圧縮行程が開始することはない。
本発明は、図面に示した上記の各実施例に限定される
ものではなく、本発明の目的の範囲内で、種々、変更す
ることができる。例えば、液圧エネルギー装置の駆動機
構部を空気圧式にすることも可能であり、供給および排
出装置を分割してもよく、またしなくてもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポトゥマ、テオドルス ゲルハルドゥス オランダ国 2252 ファウペー フォー ルショテン ヴィレム ド ツヴィュゲ ルラーン 63 (56)参考文献 特開 昭53−90573（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 71/04 F01B 11/02

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】側壁部に吸気路（７）および排気路（９）
    が設けられたシリンダ（１）と、このシリンダ（１）内
    に形成された燃焼室（３）に摺動自在に配置されるとと
    もに燃焼室（３）の容積が最大となる下死点である第１
    位置と燃焼室（３）の容積が最小となる上死点である第
    ２位置との間を往復するピストン（２）と、このピスト
    ン（２）に取り付けられて、その第２位置から第１位置
    までの膨張行程が燃焼室（３）内の膨張圧力により行な
    われるとともに、膨張圧力によりピストン（２）に与え
    られた機械的エネルギーが流体エネルギーに変換され、
    さらに容積がピストン（２）の膨張行程時に減少する流
    体室（16、31、32）を制限する軸方向面（17、50）が形
    成されたピストン伸長体（10）と、上記各流体室（16、
    31、32）に流体を供給および流体室から流体を排出する
    ための供給および排出手段（22、23、37、38、43、44）
    とを有する流体エネルギー装置を具備する自由ピストン
    エンジンであって、 上記流体室（16,31,32）に接続される供給および排出手
    段が、第１流路手段（22,37,43）および第２流路手段
    （23,38,44）を有し、この第１流路手段（22,37,43）
    が、流体室（16,31,32）からの流体の排出または流体室
    （16,31,32）への流体の供給が、ピストン（２）の第２
    位置からの膨張行程における最初の部分およびピストン
    （２）の圧縮行程における最終部分だけでそれぞれ行い
    得るように、上記流体室（16,31,32）に接続されてお
    り、上記第１流路手段（22、37、43）は低流動抵抗を有
    し、第２流路手段（23、38、44）は、液体の排出および
    供給のそれぞれがピストン（２）の膨張行程の最終部分
    およびピストン（２）の圧縮行程の最初の部分でそれぞ
    れ行われることができるように接続されており、上記第
    ２流路手段は急速に閉じる逆止弁（26、39、46）を有
    し、かつピストン（２）の膨張行程の終了部分において
    第２流路手段（23、38、44）から少量の流体を排出し得
    るように構成したことを特徴とする流体エネルギー装置
    を具備する自由ピストンエンジン。
  2. 【請求項２】側壁部に吸気路（７）および排気路（９）
    が設けられたシリンダ（１）と、このシリンダ（１）内
    に形成された燃焼室（３）に摺動自在に配置されるとと
    もに燃焼室（３）の容積が最大となる下死点である第１
    位置と燃焼室（３）の容積が最小となる上死点である第
    ２位置との間を往復するピストン（２）と、このピスト
    ン（２）に取り付けられて、その第２位置から第１位置
    までの膨張行程が燃焼室（３）内の膨張圧力により行な
    われるとともに、膨張圧力によりピストン（２）に与え
    られた機械的エネルギーを流体エネルギーに変換し、さ
    らに容積がピストン（２）の圧縮行程時に減少する流体
    室（30）内を移動する軸方向面（50）を有するプランジ
    ャー形のピストン伸長体10と、上記流体室（30）に流体
    供給部（34）から流体を供給するための流体供給手段
    （42〜48）および上記流体室（30）からアキュムレータ
    （33）に流体を排出するための排出手段（36〜40）が接
    続されており、かつ上記ピストン伸長体（10）の軸方向
    面（50）とは反対方向に向いた、ピストン（２）の第２
    位置で加圧される流体室（31）の境界を成す軸方向面
    （49）が上記ピストン伸長体（10）に設けられており、
    流体室（15）への流体供給によりピストン（２）の圧縮
    行程を行わせるために、ピストン（２）を第１位置から
    第２位置に移動させるための駆動機構部（20）を有する
    流体エネルギー装置を具備する自由ピストンエンジンで
    あって、流体室（30）に接続される排出手段（36〜40）
    が、第１および第２排出路手段（37、38）を含み、第１
    排出路手段（37）は、流体室（30）からアキュムレータ
    （33）への流体の排出が、ピストン（２）の膨張行程の
    最初の部分でのみ行なわれることができるように流体室
    （30）に接続されており、上記第１排出路手段（37、4
    0）は低流動抵抗を有し、第２排出路手段（38）は、加
    圧された流体室（30）からアキュムレータ（33）への流
    体の排出が、ピストン（２）の膨張行程の最終部分で行
    なわれることができるように、流体室（30）に接続され
    ており、上記第２排出路手段は、流体がこの流体室（3
    0）に流入するのを防ぐための、急速に閉じる逆止弁を
    有することを特徴とする流体エネルギー装置を具備する
    自由ピストンエンジン。
  3. 【請求項３】急速に閉じる逆止弁（39）を、流体室（3
    0）に近い第２排出路手段（38）に配置したことを特徴
    とする請求項２記載の自由ピストンエンジン。
  4. 【請求項４】流動抵抗が低いさらなる逆止弁（40）を流
    体室（30）の第１排出路手段（37）に配置したことを特
    徴とする請求項２または３記載の自由ピストンエンジ
    ン。
  5. 【請求項５】駆動機構部（20）に、プランジャー部（1
    2）の軸方向面（17）に駆動圧力を及ぼすため流体室（1
    5、16）に接続可能な駆動圧用アキュムレータ（21）を
    含み、接続手段（22〜26）が駆動圧用アキュムレータ
    （21）と流体室（15、16）との間に配置されており、こ
    の接続手段（22〜26）は第１および第２接続路手段（2
    2、23）を含み、上記第１接続路手段（22）は、流体室
    （15、16）と駆動圧用アキュムレータ（21）との有効な
    接続が、ピストン（２）がその第２位置との流動抵抗の
    低い第１接続路手段（22）とに隣接した位置にある時に
    のみ可能となるように構成し、第２接続路手段（23、2
    5）は、駆動圧有用アキュムレータ（21）との有効な接
    続が、ピストン（２）がその第１位置の隣接した位置に
    ある時に可能となるように、流体室（15）に接続されて
    おり、上記第２接続路手段（23、25）は、駆動圧用アキ
    ュムレータ（21）から流体室（15）に流体が流れるのを
    防ぐ急速に閉じる逆止弁（26）を含むことを特徴とする
    請求項２ないし４のいずれかに記載の自由ピストンエン
    ジン。
  6. 【請求項６】駆動圧用アキュムレータ（21）が、軸方向
    面（17）を有するプランジャー部（12）が配置された流
    体室（15）に接続されており、この流体室（15）は、第
    １流体空間部（51）と、これよりも小さい直径を有する
    第２流体空間部（52）とからなり、第１接続路手段（2
    2）が流体室（15）の第１流体空間部（51）に接続され
    ており、上記第２接続路手段（23）が第２流体空間部
    （52）に接続されており、上記プランジャー部（12）の
    軸方向面（17）が、第２流体空間部（52）の直径に対応
    した直径を有することを特徴とする請求項５記載の自由
    ピストンエンジン。
  7. 【請求項７】軸方向面（49）は、ピストン（２）が第１
    位置にある時、駆動圧用アキュムレータ（21）に連通す
    る流体空間部（31）の境界を成すことを特徴とする請求
    項６記載の自由ピストンエンジン。
  8. 【請求項８】ピストン（２）またはピストン伸長体（1
    0）に設けられたカウンタ手段と協働して作動する検出
    手段（53）を有し、この検出手段（53）はピストン
    （２）が第２位置から第１位置まで十分な行程を行なっ
    たかどうか検出するものであり、上記検出手段（53）と
    カウンタ手段とは、プランジャー部が第１位置からはね
    返った後、第１接続路手段が流体空間部（16）に接続し
    ないような十分な位置に移動した後、その十分なストロ
    ークだけを記録し得るように、配置されていることを特
    徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の自由ピス
    トンエンジン。
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