JPH0674751B2 - 液体または気体エネルギ−の伝送を行うフリ−ピストン・モ−タ - Google Patents

液体または気体エネルギ−の伝送を行うフリ−ピストン・モ−タ

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JPH0674751B2
JPH0674751B2 JP62186483A JP18648387A JPH0674751B2 JP H0674751 B2 JPH0674751 B2 JP H0674751B2 JP 62186483 A JP62186483 A JP 62186483A JP 18648387 A JP18648387 A JP 18648387A JP H0674751 B2 JPH0674751 B2 JP H0674751B2
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plunger
valve
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フランシスカス スタイフェンバーグ，ポーリナス
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アドバンスド パワー システムズ ベスローテン フェンノートシャップ
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、液体又は気体エネルギーの伝送を行フリーピ
ストン・モータ、より詳細には、車輪、プーリ、ロッ
ド、又はこれらに類似した部材を駆動するための装置に
関する。
更に詳細に説明すると、本発明は、車輪、プーリ、ロッ
ドまたはこれらに類似した部材を駆動するための装置で
あって、前記部材に結合され、加圧流体によって駆動さ
れ少なくとも１つのロータリーモータまたはリニアモー
タ、特に、流体モータまたは類似の流体装置を具備し、
この装置は、一方ではパイプを介して加圧流体特に液体
用の少なくとも１つのアキュムレータと連通しており、
他方では前記液体用貯蔵容器へ接続している出口を有し
ており、該装置は、シリンダ内で前後にスライドするこ
とのできるフリーピストンを有し、該ピストンの拡張ス
トローク時には、空間の体積が増加させられ、一方、ピ
ストンが他の方向に変位するピストンの圧縮ストローク
時には空間の体積が減少させられるような方法でシリン
ダ内の空間の限界領域を定める少なくとも１つの前記フ
リーピストンをもったシリンダから成る少なくとも１つ
のフリーピストンユニットを具備しており、一方、ガス
をそれぞれ前記空間の中へ受け入れたり、前記空間の外
へ放出したりするための手段が、ピストンの圧縮ストロ
ークによって前記空間の中で圧縮されたガスを加熱する
ための手段と共に備え付けられ、該加圧手段は、少なく
とも１つの静止状態で取り付けられた室部材の内側で前
後にスライドするのに適合した総体的にプランジャー形
状をした部材に接続されており、プランジャー形部材の
周辺の異なった直径の少なくとも２つの部分は、室部材
の内壁部分とスライドするのに適合した状態を作り出
し、一方、プランジャー形の部材は３つの実質的に径方
向の面を有しており、それらの面の各々は室部材の中で
実質的に閉じた室の限界領域を定め、この室の容積はピ
ストンがその拡張ストロークと圧縮ストロークを作り出
す時に徐々に変化し、それらの面の中の第１の径方向の
面は第１の室またはプランジャー室の限界領域を定め、
このプランジャー室は加圧流体源と連通しており、第２
の径方向の面は第２の室または変位室の限界領域を定
め、この室はノンリターンバルブを介して貯蔵容器と連
通しており、かつ、第２のノンリターンバルブを介して
アキュムレータへ接続されており、その結果、第２の室
の容積が増加させられるピストンのストロークの期間
中、液体は貯蔵容器からこの室の中へ吸引され、かつ、
該第２の室の容積が減少させられるピストンの他の反対
のストロークの期間中にこの液体は前記室から外へ強制
的に押し出され、そして第３の放射状の面は、第２の放
射状の面よりも小さい動作領域をもち、室部材の内側に
実質的に第３の室の限界領域を定め、一方、その容積は
ピストンの拡張ストロークおよび圧縮ストロークの期間
中にそれぞれ増加したり減少したりするような装置に関
するものであるがこのような装置は、既に、US-A438274
8号により知られている。
従来技術 上述のごとき装置において、アキュムレータは動作期間
中、流体特に高圧状態にあるオイルのような液体で満た
されている。固定されたリニアまたはロータリー流体モ
ータに接続された可調整制御スライドバルブを調節する
ことによって、オイルが前記アキュムレータから前記流
体モータへと流され、そして、後者つまり前記流体モー
タから液体貯蔵容器へと流される。一方、機械的なパワ
ーが前記流体モータの出力軸に伝達され、前記アキュム
レータの中の圧力が減少する。
前記先行技術の装置においては、一対のフリーピストン
が１つのシリンダの中で直線状に往復運動を行ない、前
記ピストンの各々はポンプシリンダの中でスライドしう
るように動くことができるポンプピストンと接続され、
かつ、圧縮シリンダの中で前記ポンプピストンと共にス
ライドしうるように動くことができる圧縮ピストンと接
続され、それによって、前述の第1,第２および第３の室
が形成される。
第１のプランジャー室は加圧流体源と連通状態にある。
第２および第３の室は共に、ノンリターンバルブを介し
て低圧入口または貯蔵容器と連通し、かつ、ノンリター
ンバルブを介して前記アキュムレータとも連通してい
る。然しながら、前記第２の室と前記アキュムレータと
の間、及び、前記第３の室と前記貯蔵容器との間で連通
状態にあるノンリターンバルブは、第１および第２の作
動バルブをそれぞれ開けることによってバイパスされう
るものであるが、一方、それを介して第３の室がアキュ
ムレータと連通するノンリターンバルブは第３の作動バ
ルブを閉じることによって非動作とすることができる。
動作の第１のモードにおいては、前記第１および第３の
作動バルブが閉じられ、前記第２の作動バルブが開か
れ、その結果、前記第３の室のみが前記貯蔵容器と開い
た連通状態にあるのみであり、そして休止期間をもって
通常のサイクリング運動を阻止する手段として役立ち、
その後、前記第２の作動バルブが閉じられ、その結果、
前記第３の室は拡張ストロークの終りに圧力ロックを形
成する。そして、前記フリーピストンエンジンをスター
トさせる時に、前記フリーピストンをリセットするため
の手段として、外部の圧力源からの高圧流体が前記第３
の室内へ導入されるが、同時に、前記第２の室は、リセ
ットスプールバルブとリセットアクチュエータを用いて
入口の圧力と通気される。
動作の第２のモードにおいては、前記第２の作動バルブ
が閉じられ、かつ、前記第１および第３の作動バルブが
開かれ、その結果、前記第３の室が前記第１の動作モー
ドにおける場合と同様に、前記第２の室の代りにポンプ
室を形成する。
先行技術の装置は、予め定められたサイクルレートでフ
リーピストンの連続した往復運動のために設計されたも
のであり、これは２つのピストンをもったフリーピスト
ンエンジンのスムーズな動作のために各々のサイクルに
おいて前記ピストンのスタート位置が決められた許容値
リミットの範囲内になければならず、そのため、フリー
ピストンが機械的に相互接続されることを必要としてい
る。然しながら、フリーピストンのこのような相互接続
はエンジンを複雑なものにしている。
目的 本発明は、上述のごとき欠点を持たない装置を提供する
ことを目的としてなされたもので、本発明によるフリー
ピストンユニットは常に間欠的に作動し、かつ同じ最適
サイクルを用いて最も効果的に作動することができる。
換言すれば、圧縮ストロークと拡張ストロークから成る
各々のサイクルの後にユニットが停止させられ、その結
果、各々の拡張ストロークの後の待ち時間の間に、もし
必要ならば、ピストンの位置を修正することができる。
この目的は、本発明による装置において、第１の室また
はプランジャー室が作動バルブ部材を介して加圧流体源
と連通しており、その結果、前記バルブ部材を開くこと
によってピストンはそれを圧縮ストロークとし、そし
て、第３の室が前記アキュムレータと連通状態にのみお
かれ、その結果、拡張ストロークの終りにおいて第３の
室が液体で満たされ、アキュムレータと連通状態にある
バッファ室を形成することにより達成される。この配置
において、バッファ室は、好ましくはまたノンリターン
バルブを備えたパイプを介して変位室と連通している。
このようにして、構成された装置において、アキュムレ
ータ内の圧力が特定の最小値に達した時に、作動バルブ
部材が開放位置にもたらされ、その結果、加圧された流
体が流体源から好ましくはオイルがアキュムレータか
ら、プランジャー室中へと流れ込み、その結果として発
生した圧力が第１の半径方向の面に加えられ、ピストン
に圧縮ストロークが作り出され、一方、オイルはまた変
位室または液体室へ引き込まれる。かくして、シリンダ
室の中のガス圧は上昇し、そして、ピストンが定められ
た位置に達した後に、例えば燃料が室の中へ注入されて
燃焼させられる。燃焼は好ましくは自己点火の燃焼によ
ってひき起こされる。その結果、室内の圧力は急激に上
昇し、それにひき続いて、ピストンが反対の方向に動か
されて拡張ストロークが作り出される。この拡張ストロ
ークの期間中に、変位室の中へ引き込まれたオイルがア
キュムレータの方へと変位させられ、そしてブランジャ
ー室の中の流体は流体源の方へと強制的に押し戻され
る。拡張ストロークの期間中、バルブ部材は閉鎖位置へ
と戻され、その結果、フリーピストンの動きが拡張スト
ロークの終り近くで停止する。
フリーピストンの拡張ストロークの期間中に、変位室お
よびプランジャー室の中の流体はかくして圧力がかかっ
た状態にあり、その結果、このストロークの終りに流体
の圧縮性の結果として、ピストンが実際には先行技術の
装置の場合のようにその反対の１方向に何ら抵抗を受け
ない時は、前記流体はフリーピストンを反対方向にかな
りの距離に亘って移動させるであろう。然しながら、本
発明の装置においては、このような抵抗が存在し、その
際に、拡張ストロークの終りに第３の室が液体で満たさ
れてアキュムレータと連通状態にあるバッファを形成す
る。一方、拡張ストロークの期間中に変位室からアキュ
ムレータへと変位させられたオイルの一部がバッファ室
へと届けられ、その結果、ピストンの動きが拡張ストロ
ークの終りに反転させられた時に、この動きは第３の放
射状の面の上に作用する圧力によってブレーキをかけら
れるであろう。それに加えて、プランジャー室と液室の
中のオイルの圧縮エネルギーの一部が回収され、その際
に、オイルは第３の放射状の面によってアキュムレータ
の方へと変位させられる。
好ましくは、２つのフリーピストンがシリンダの中に配
置され、このシリンダは圧縮ストローク時にはお互いの
方向に移動し、拡張ストローク時にはお互いから離れる
方向に移動する。
本発明によれば、この場合に、双方のプランジャー室の
いずれも１つの共通の作動バルブ部材を介して加圧流体
源と連通状態にあり、もしくは、各々のプランジャー室
はそれ自身の個々の作動バルブ部材を介して前記流体源
と連通している。
後者の場合に、前記バルブ部材の１つを他のバルブ部材
よりも先に開けることによって、シリンダ内の最も外部
の位置にあるピストンの対称的な位置からの偏位を修正
することができ、その際に最も外側に位置しているピス
トンの圧縮ストロークは、その時に、他のピストンの圧
縮ストロークに先だって行われる。２つのピストンを具
備しているフリーピストンユニットのスムーズな動作の
ために、フリーピストンのスターティング位置が所定の
トレランスの範囲内にあることが必要である。この配置
の他の利点は、サイクル間の減少された平均待ち時間で
あり、これにより高い最大パワー出力を生じる。
また、前者の場合に、ピストンの対称的な位置からの偏
位を修正する可能性をもつために、液室は各々作動バル
ブ部材と共働するパイプを介してアキュムレータと連通
している。各々の拡張ストローク後の待ち時間の期間中
に、もし必要ならば、２つのバルブ部材の１つまたは両
方がピストンの位置を修正するために動作させられるこ
とが可能である。
プランジャー室および変位室は、好ましくは各々作動バ
ルブを介して貯蔵容器と連通状態にもたらされる。これ
らのバルブを開くことによって、まだ第３の面に作用し
ているオイル圧力によってピストンが外方へ動かされる
であろうから、フリーピストンは長い停止後にユニット
をスタートアップさせる目的で正しいスタート位置にも
たらされることが可能である。
都合の良いことに、この際、変位室と貯蔵容器との間の
接続部の中で作動バルブの下流側に調整可能な狭搾部が
備え付けられている。それによって、フリーピストンが
スタート位置へと動く時のスピードを制御することがで
きる。
本発明による装置において、実質的に一定の圧力が流体
システム内において優勢であるという事実を考慮して、
シリンダ内の上述のスペースによって放出される熱の量
と伝達されるオイルの量との間の比率はほとんど一定で
ある。それ故に、液体を使用してシリンダを冷却するた
めに、ユニットのシリンダを被覆（ジャケッテイング）
することができる。この被覆（ジャケッテイング）は、
一方の端部では貯蔵容器へ接続している流体モータの出
口と連通しており、他方の端部では冷却器を介して貯蔵
容器と連通している。
冷却器は、好ましくは、流体駆動のファンを含んでお
り、このファンの駆動部は一方の端部においてアキュム
レータに接続されており、他方の端部においては冷却器
を介して貯蔵容器に接続されている。その結果、温度が
許容しうる最大レベルを越えるとこのファンをスイッチ
オンすることができる。
本発明による装置において、作動バルブ部材、特に、調
節バルブ部材は、迅速に開いたり閉じたりするバルブで
あるということが非常に重要であるため、本発明によっ
て、これらのバルブ部材は、関連したパイプの高圧部お
よび低圧部へのそれぞれの接続部が設けられ、その中に
バルブエレメントがシートの上に止まっている底面で受
けとめられた少なくとも１つの通過路を有し、前記シー
トから離れて動きまたは前記シートの方へ動くのに適合
したボディを具備している。この通路は、一方の端部に
おいて高圧接続部と連通し、他方の端部において低圧接
続部と連通している。その結果、高い圧力がバルブエレ
メントの頂部面上に作用し、低い圧力がバルブエレメン
トの底部面上に作用する。そして底部面のすぐ下にピン
状部材が配置されており、このピン状部材は孔の内側で
バルブエレメントから離れて、或いは、バルブエレメン
トの方へスライドすることができ、かつ、孔の内側で予
めロードされたノンリターンバルブを介して高圧接続部
と連通している実質的に閉じた空間の限界領域を定める
少なくとも１つの実質的に半径方向の面を有している。
その結果、この空間は常に高圧状態の液体で満たされて
おり、一方、圧力を高めかつ液体を供給する手段が備え
られており、その結果、ピン状部材がそれによって変位
させられ、前記、バルブエレメントが前記シートから離
れて持ち上げられる。この構成においては、前述のピン
状部材の前記表面は好ましくはピン状部材に設けられ、
バルブ部材から離れる方向に向けられる肩部の表面によ
って形成される。一方、前記ピン状部材が受け入れられ
る孔は底端部において高圧接続部と連通しており、その
結果、高い圧力が肩部の表面からある間隔をおいて位置
しているピン状部材の端部表面に作用する。圧力を有利
に高めるための手段は少なくとも１つの圧電素子から成
り、この圧電素子によって電気信号は短い遅延時間と短
いスイッチング時間で大きいパワーと短かいストローク
の機械的信号に変換される。
本発明による装置は、ピストンの動きと位置を調節する
多くの可能な形態を提供するため、圧縮ストロークの期
間中はお互いの方に動き、拡張ストロークの期間中はお
互いから離れる方向に動く２つのフリーピストンを用い
ることが好ましい。一方、シリンダの中に入口ポートと
出口ポートが設けられ、これらはシリンダの中心に関し
て対称的に配置されており、本発明によれば１つのフリ
ーピストンは他のフリーピストンよりも低い質量を有し
ている。このようにして構成された装置において、より
軽量のピストンは、拡張ストロークの期間中は、このよ
うにピストンが配置されている側の上に位置している出
口ポートを開くための最初のものとなるであろう。そし
て、このピストンは、圧縮ストローク期間中は、これら
の出口ポートを閉じるための最初のものとなり、そして
これらの出口ポートは、室を清掃することに関する好都
合な効果を有する。それに加えて、この質量の相違は燃
焼プロセスに好ましい影響を与えるであろう。色々なプ
ランジャーの表面領域に適合させることによって、上述
の効果を最適化するために、フリーピストンのストロー
クおよび動きのサイクルになお一層影響を与えることが
可能である。かくして、前述の構成において、ピストン
の動きは典型的に非対称である。
構成 第１図は、本発明の一実施例を説明するための構成図
で、可変流体モータ１を具備しており、このモータ１
は、パイプ２を介して加圧液体用のアキュムレータ３に
接続されている。また、このモータ１は前記圧力液体用
の出口４を有しており、前記圧力液体を選択的に低い圧
力の大気圧下にある貯蔵容器５に導かれる。更に、２つ
のフリーピストン７および７′を含んだシリンダ６から
成るフリーピストンユニットを具備しており、これらの
フリーピストンは、シリンダの中で往復運動しうるよう
になっており、圧縮ストロークの期間中はお互いの方へ
動き、拡張ストロークの期間中はお互いから離れる方向
に動き、これらのフリーピストンは共にシリンダ６の内
側で空間８の限界領域を定めている。この空間は例えば
燃焼室の形となっており、この場合、シリンダ６の壁に
は、入口ポートと出口ポートが設けられている（図示さ
れていない）。一方、燃焼室８へ燃料を注入するための
手段（図示されていない）が設けられ、その結果、２ス
トロークディーゼルの原理に従って前記燃料が燃焼され
る。
ピストン７および７′は実質的に同一であるので、ピス
トン７のみについてさらに詳細に説明するが、ピストン
７に用いた参照番号に（′）ダッシュを付加した参照番
号をもってピストン７′の対応する部分を示す。
ピストン７は、プランジャー形部材９に接続されてい
る。このプランジャー形部材９は、室部材11の内側で往
復スライド運動するのに適した第１の部分10を具備して
おり、該第１の部分10の外側の周面は室部材11の内側壁
とぴったり合った状態でスライドするようになってい
る。その結果、前記第１の部分10の端面12には室部材11
の内側でパイプ14およびバルブシステム26を介してアキ
ュムレータ３と連通しているプランジャー空間13の限界
領域を定めている。プランジャー形部材９は第２の部分
15を有しており、その外側の周面は第２の室部材16の内
側の面とぴったり合った状態でスライドするようになっ
ており、また、このプランジャー形部材９は室部材16の
内側で変位室18の限界領域を定めている。この変位室18
はノンリターンバルブ20を備えたパイプ19を介して液体
貯蔵容器５と連通し、また、ノンリターンバルブ22を備
えたパイプ21を介してアキュムレータ３と連通してい
る。プランジャー形部材９の第２の部分15もまた第２の
輪状端面23を有しており、この端面23は端面17と反対の
方向に向けられており、第２の室部材16の内側でバッフ
ァ室24の限界領域を定めている。このバッファ室24は、
パイプライン25を介してアキュムレータ３と連通してい
るのみではなく、バルブ22または29を介して変位室18と
連通している。
パイプ14,14′は作動バルブ部材26を含んでおり、その
結果、アキュムレータ３の圧力が特定の最小レベル以下
に落ちた後に該バルブ26が開放した時に、プランジャー
室13,13′はアキュムレータ３と連通状態にもたらさ
れ、それによって面12,12′に作用する液体圧力によっ
てピストン7,7′が相互に接近する方向に駆動されて圧
縮ストロークが実行され、かくして室８の中のガス圧力
が上昇する。同時に、液体が、貯蔵容器５からパイプ1
9,19′およびバルブ20,20′を介して変位室18,18′の中
へと引き込まれる。ピストン7,7′が定められた位置に
達した後に、室８の中へ燃料が注入され、自己点火燃焼
によって燃焼がひき起こされ、その結果、室８のガス圧
力が迅速に上昇し、それに引き続いてピストン7,7′が
お互いから離れるように動かされて拡張ストロークが遂
行される。この拡張ストロークの期間中に、プランジャ
ー室13,13′の中に存在する液体および室18,18′からの
液体はそれぞれのパイプ14,14′及び21,21′を介してア
キュムレータ３の方へ変位させられ、また、室18,18′
からの液体流の一部はパイプ25,25′を介してバッファ
室24,24′の方へ通過させられる。拡張ストロークの終
りが近づいた時に、バルブ26は再び閉じられる。拡張ス
トロークの終了時に、室13,13′および室18,18′の中に
まだ存在している液体の圧縮性によってピストンの動き
が反転させられる。然しながら、一方では、ピストン7,
7′はバッファ室24,24′の表面23,23′に作用する液体
の圧力によってブレーキがかけられる。その際、室13,1
3′の中にキャビテーションが発生するのを防止するた
めに、パイプ14,14′はノンリターンバルブ28を備えた
パイプ27を介して液体貯蔵容器５に接続され、その結
果、液体がパイプ27,14,14′を介してプランジャー室1
3,13′の中へ引き込むことができる。
フリーピストンモータの良好な作動を保証するために
は、各拡張ストロークの後に、ピストン7,7′のスター
ト位置が、狭い許容値リミットの範囲内に存在しなけれ
ばならない。拡張ストローク後の待ち時間の期間中にこ
れらのスタート位置が修正されるのを可能にするため
に、作動バルブ部材29,29′が設けられている。これら
のバルブ部材の１つまたは両方を開くことによって、変
位室18,18′がアキュムレータ３と連通し、ピストン7,
7′がそれぞれ他のピストンの方向にわずかに変位させ
ることができるが、これは、アキュムレータ３内の液体
の圧力が、バッファ室24,24′の表面23,23′よりも大き
い作業面積を有している表面17,17′により大きく作用
するためである。
それに加えて、変位室18,18′はバルブ部材31が開の時
パイプ30,30′を介して液体貯蔵容器５と連通し、同様
に、プランジャー室13,13′もバルブ部材32が開の時パ
イプ14,14′,27を介して液体貯蔵容器５と連通し、その
結果、バッファ室24,24′側の表面23,23′に作用する液
体圧力によって、ピストン7,7′は両方共外側の正しい
スタート位置にすることができるが、この事は、フリー
ピストンモータが長い休止期間の後にスタートアップす
る時に特に重要である。
さらに、調整しうる狭搾部33が設けられ、この狭搾部33
を用いてピストン7,7′が外側のスタート位置へもたら
されるスピードを調整することができる。その上、冷た
いモータをスタートさせなければならない時に、この狭
搾部は変位室18,18′内の圧力を制御するために用いる
ことができが、この場合、バルブ部材31のみが作動させ
られる。この事は、高い粘度と低い燃焼効率にも拘らず
フリーピストン7,7′を一定のストロークに維持するた
めに必要である。
更に、ポンプ34が設けられており、このポンプ34によっ
て本流体システムは長い休止期間の後に加圧される。
燃焼室８を冷却するために、冷却コイル71がシリンダ６
のまわりに配設され、絶縁材料のジャケット72によって
カバーされている。コイル71は、一方の端部において、
パイプ73を介して流体モータ１の出口４と連通してお
り、また、他方の端部において、パイプ74を介して冷却
器75と連通し、更に、パイプ76を介して貯蔵容器５と連
通している。このような方法で、燃焼室８は流体システ
ムからのリターンオイルによって冷却することができ
る。
極限状態にある冷却器75の冷却能力を増すために流体モ
ータ78によって駆動されるファン77が設けられ、流体モ
ータ78は、パイプ79及びバルブ80を介してアキュムレー
タ３と連通している。
流体モータ１が休止状態にあり、その結果、リターンオ
イルが流れない時に、バルブ81を作動させ、ポンプ34を
使用して冷却オイルを貯蔵容器５からコイル71を通して
圧送して燃焼室８を冷却することができる。
第１図に示したフリーピストンの構成の半分が、第２図
に軸方向の断面図で示されている。フリーピストン36は
シリンダ35の中で往復スライド運動しうるようになって
いる。このフリーピストン36は、ピストン端部において
閉じられ、他端において径方向に厚くなった部分38を有
するチューブ37に接続されている。固定されたブロック
44に取り付けられた第２のチューブ39を有し、該チュー
ブ39はチューブ37の内側で伸長しており、該チューブ37
の厚くなった部分の内側の周面は、チューブ39の外側の
周面とぴったり合ってスライドするようになっており、
その結果、チューブ37および39は共にプランジャー室40
を形成しており、このプランジャー室40は、41におい
て、パイプ14″および作動バルブ部材32′を介してアキ
ュムレータ３′と連通し、他端において表面42によって
仕切られているが、このチューブ39の外径によって限界
領域を定めた表面42は、第１図における表面12と一致し
ている。ブッシュ部材43は、その一端において固定ブロ
ック44に取り付けられ、他端において、シリンダ35の壁
に接続されたボディ45の中に取り付けられている。ブッ
シュ部材43は、径方向に厚くなった部分38の外側の壁と
ぴったり合ってスライドするように、チューブ37および
39のまわりに同軸に配設されている。その結果、厚くな
った部分38の一方の側において、作業表面47を有する輪
状の変位室46が形成され、一方、厚くなった部分38の他
の側において、作業表面49を有するバッファ室48が形成
されている。変位室46は、接続部50においてノンリター
ンバルブ20′を含んでいるパイプ19″と接続されて液体
貯蔵容器５′と連通しており、また、接続部51におい
て、ノンリターンバルブ22″を含んでいるパイプ21″と
接続されてアキュムレータ３′と連通している。バッフ
ァ室48は、接続部52を介してパイプ25″と連通してい
る。
第２図に示された実施例は、コンパクトな構成と高い効
率を有している。この高い効率は、とりわけ、圧縮スト
ロークの期間中、チューブ39の壁の弾性変形によって達
成され、それによって、部材38と部材39との間のクリア
ランスに従ってリーケージが減少させられる。
拡張ストロークの期間中は、チューブ39に圧力差は存在
していないので、38と39の間により大きいクリアランス
が存在し、それ故に、摩擦による損失は低い。その上、
本実施例においては、機械加工するのが困難である表面
が比較的小さく、その結果、製作コストが低い。
第３図は、本発明による装置の第２の実施例を説明する
ための図で、同図には、フリーピストンユニットのみが
示されている。
この第２の実施例は、第１図におけるバルブ26が２つの
バルブ82,83によって置き換えられるという点において
のみ、第１の実施例と相違している。
更に、第１図における単一のバルブ31,32もまたそれぞ
れ２つのバルブ84,85および２つのバルブ86,87によって
置き換えられいてる。
フリーピストンユニットは、内部で往復スライド運動し
うる２つのフリーピストン89および89′を含んでいるシ
リンダ88を具備している。各々のピストン89,89′はプ
ランジャー形部材90,90′に接続されている。この部材9
0,90′は、室部材92,92′の内側でその端面によりブラ
ンジャー空間93,93′の限界領域を定めている。前記プ
ランジャー形部材90,90′は、一方の側において室エレ
メント95,95′の内側で変位室96,96′の限界領域を定め
ており、そして他方の側において、バッファ室97,97′
の限界領域を定めている第２の部分94,94′を有してい
る。前記変位室96,96′は、ノンリターンバルブ99,99′
を備えたパイプ98,98′を介して液体貯蔵容器100と連通
しており、また、ノンリターンバルブ102,102′を備え
たパイプ101,101′を介してアキュムレータ103と連通し
ているのに対して、バッファ室97,97′はパイプライン1
04,104′を介してアキュムレータ103と連通しているの
みでなく、バルブ102を介して変位室96,96′とも連通し
ている。
各々のプランジャー室93,93′は、それぞれ、個々に作
動しうるバルブ部材82,83を介してアキュムレータ103と
連通しており、その結果、シリンダ88内の最も外側の位
置にあるピストン89,89′の対称位置からのずれは、他
のバルブ部材を開くわずか前にバルブ部材82,83の１つ
を開くことによって修正することができ、その結果、シ
リンダ88内で最も外側に位置しているピストン89,89′
の圧縮ストロークは、他のピストンの圧縮ストロークに
先立ってひき起こされる。
さらに、液体室69,69′は、それぞれバルブ部材84,85を
開くことによってパイプ105,105′を通して貯蔵容器100
と連通状態にもたらされうるものである。一方、プラン
ジャー室93,93′は、それぞれバルブ部材86,87を開くこ
とによって液体貯蔵容器100と連通状態にもたらされう
るものである。その結果、バッファ室97,97′の限界領
域を定めるプランジャー形エレメントの表面上に作用す
る液体圧力の故に、ピストン89,89′は両方共、正しい
外側のスタート位置にもたらされうるものである。
その上、調節しうる狭搾部84′,85′が設けられ、これ
によってピストンが他のスタート位置へもたらされるス
ピードを調節することができる。
第２の実施例は、第１の実施例に対して、フリーピスト
ンユニットの各々の側が１つの入口導管と１つの出口導
管を必要とし、その結果、装置の信頼性が増加と故障の
危険性が減少するという利点を提供している。その上、
各々のサイクル後の待ち時間が減少され、結果として、
最大出力が増加することになる。
第４図は、本発明による作動バルブ部材の一構成例を示
す軸断面を示し、特に、作動バルブ29,22;29′,22′;82
および83に適している。
バルブ部材は、部分的に示されたジャケット53′の中に
ぴったりと封入されているボディ53を具備している。こ
のボディ53は、高い圧力に接続するための接続部54およ
び55を有しており、前に説明したシステムについて言え
ば、それぞれパイプのアキュムレータ側および低圧側部
分である。接続部54は通路56の中へ接続され、この通路
56は室56′の中へ接続され、孔57と複数の孔58と複数の
孔59が室56′の中へ開口している。
孔58は室56′を輪状の室60と連通状態にさせており、そ
の結果、高い圧力は前記の室60の中で優勢となる。
孔59もまた輪状の室60と連通しているが、その出口点に
おいて、バルブシートが形成され、そして、好ましくは
半球状に形成されたバルブボディ61がばね62を用いて押
圧されており、室60の内側の高い圧力は、前記バルブシ
ートから離れて面しているバルブボディ61のトップフェ
ース上に作用している。
更に、各々の孔59は低圧側で接続部55と連通している通
路63と連通しており、その結果、低い圧力はバルブボデ
ィ61の底面上に作用する。ピン状部材64は、各々の孔59
の中でスライドするように配置されており、そして、接
続部54の方へ向けられ、孔59の内側で通路66、輪状空間
67、横断通路68を介して空間69と連通している室の限界
領域を定める肩状面65を有している。
１つのまたはそれより多くの（本発明の実施例の場合に
は、２つの）予めロードされたノンリターンバルブが配
置されている孔57もまた輪状空間67へと導出されてお
り、その結果、肩部65および空間69は常に高い圧力がか
かった液体で満たされている。ボディ53の中で少なくと
も１のつアクチュエータが、特に、図示された実施例で
は膜形もしくはプランジャー形のボディ70を駆動するピ
エゾエレクトリックエレメント70が配置されており、そ
の結果、電圧がこの種のエレメントに印加された時に、
大きいパワーがあるが短かいストロークの変位が作り出
される。そして、この変位は水力伝達によってピン状部
材64のより大きい変位に変換され、それによって半球状
のバルブ部材61はそのシートから離れて持ち上げられ
る。これは結果として、輪状空間60と通路63との間を連
通させることになり、このことは、液体が接続部54から
通路56,室56′、孔58、輪状室60および通路63を通って
接続部55へと流れることができるということを意味して
いる。もし、閉じた状態で接続部55における圧力が接続
部54における圧力を越えたならば、ボール61上に圧力差
があるためにこれらのボール51は持ち上げられ、液体は
接続部55から空間60,孔58,室56′および通路56を通って
接続部54へと流れる。接続部54から接続部55への液体の
流れのためのバルブのオン・オフ機能に加えて、バルブ
はこのように反対方向に向けられた流れのためのノンリ
ターン機能をも有している。その結果、例えば、第１図
に示されるように29,22;26において、また、第３図に示
されるように82,83および86,87において、オン・オフバ
ルブとバイパス中に取り付けられたノリターンバルブを
単一のバルブで置き換えることが可能である。
効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、簡単
な構成によって、ピストンの位置を調整することがで
き、従って、常に最適サイクルをもって効果的に作動す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のよる装置構成の第１の実施例を図解
的に示した図、第２図は、第１図に示されたピストン−
プランジャーアセンブリ構成のもう１つの実施例の軸上
の断面図、第３図は、本発明による装置構成の他の実施
例を図解的に示した図、第４図は、本発明による装置に
用いられるバルブ部材の軸上の断面図である。 １……流体モータ,2……パイプ,3,3′……アキュムレー
タ,4……出口,5,5′……液体貯蔵容器,6……シリンダ,
7,7′……ピストン,8……燃焼室,9……プランジャー形
部材,10……第１の往復スライド部分,11……室部材,12,
12′……10の端面,13,13′……プランジャー空間,14,1
4′……パイプ,15……プランジャー形部材の第２の部
分,16……第２の室部材,17,17′……端面,18,18′……
変位室,19,19′,19″……パイプ,20,20′……ノンリタ
ーンバルブ,21,21′……パイプ,22,22′,22″……ノン
リターンバルブ,23,23′……第２の輪状端面,24,24′…
…バッファ室,25,25′,25″……パイプライン,26……バ
ルブシステム,27……パイプ,28……ノンリターンバル
ブ,29,29′……バルブ,30,30′……パイプ,31……バル
ブ部材,32,32′……バルブ部材,33……狭搾部,34……ポ
ンプ,35……シリンダ,36……フリーピストン,37……チ
ューブ,38……肉厚部,39……第２のチューブ,40……プ
ランジャー室,43……ブッシュ形部材,44……固定ブロッ
ク,45……ボディ,46……輪状変位室,47,49……作業表
面,48……バッファ室,50,51,52……接続部,53……ボデ
ィ,54,55……接続部,56……通路,56′……室,57……孔,
58,59……複数の孔,60……輪状の室,61……バルブボデ
ィ,62……ばね,63……通路,64……ピン状部材,65……肩
状面,66……通路,67……輪状空間,68……横断通路,69,7
0……プランジャー形ボディ,70……圧電素子,71……冷
却コイル,72……絶縁材料の被覆,73……パイプ,75……
冷却器,77……ファン,78……流体モータ,79……パイプ,
80,81……バルブ,82,83,84,85,86,87……バルブ,84′,8
5′……狭搾部,88……シリンダ,89,89′……フリーピス
トン,90,90′……プランジャー形部材,92,92′……室部
材,93,93′……プランジャー空間,95,95′……室エレメ
ント,96,96′……変位室,97,97′……バッファ室,99,9
9′……ノンリターンバルブ,100……液体貯蔵容器,101,
101′……パイプ,102,102′……ノンリターンバルブ,10
3……アキュムレータ,104,104′……ライン,105,105′
……パイプ。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】車輪、プーリ、ロッドまたはこれらに類似
    した部材を駆動するための装置であって、前記部材に結
    合され加圧液体によって駆動される少なくとも１つのロ
    ータリーモータまたはリニアモータ、特に、流体モータ
    または類似の流体装置を具備し、該装置は、一方ではパ
    イプを介して加圧液体特に液体用の少なくとも１つのア
    キュムレータと連通しており、他方では前記液体用の貯
    蔵容器へ接続している出口を有しており、該装置は、シ
    リンダ内で前後にスライドすることができる少なくとも
    １つのフリーピストンを有し、該ピストンが１つの方向
    に変位するピストンの拡張ストローク時には空間の体積
    が増加させられ、一方、前記ピストンが他の方向に変位
    するピストンの圧縮ストローク時には空間の体積が減少
    させられるようなシリンダの中の空間の限界領域を定め
    る少なくとも１つのフリーピストンをもったシリンダか
    ら成る少なくとも１つのフリーピストンユニットを具備
    しており、一方、ガスをそれぞれ前記空間の中へ受け入
    れたり、前記空間の外へ放出したりするための手段が、
    前記ピストンの圧縮ストロークによって前記空間の中で
    圧縮されたガスを加熱するための加熱手段と共に備え付
    けられ、該加熱手段は、少なくとも１つの静止状態で取
    り付けられた室部材の内側で前後にスライドするのに適
    した総体的にプランジャー形状をした部材に接続されて
    おり、該プランジャー形部材の周辺の異なった直径の少
    なくとも２つの部分は室部材の内壁部分とスライドする
    のに適合した状態を作り出し、一方、プランジャー形部
    材は３つの実質的に径方向の面を有しており、それらの
    面の各々は、室部材の中で実質的に閉じた室の限界領域
    を定め、この室の容積はピストンがその拡張ストローク
    と圧縮ストロークを作り出す時に徐々に変化し、それら
    の面の中の第１の径方向の面は第１の室またはプランジ
    ャー室の限界領域を定め、このプランジャー室は加圧液
    体源と連通しており、第２の放射状の面は第２の室また
    は変位室の限界領域を定め、この室はノンリターンバル
    ブを介して貯蔵容器と連通し、かつ、第２のノンリター
    ンバルブを介してアキュムレータへ接続されており、そ
    れによって、該第２の室の容積が増加させられるピスト
    ンのストロークの期間中、液体が前記貯蔵容器から該第
    ２の室の中へ吸収され、該第２の室の容積が減少させら
    れるピストンの他の反対のストロークの期間中に、該液
    体が前記室から外へ強制的に押し出されて前記アキュム
    レータをロードするために、第３の径方向の面は前記第
    １の径方向の面よりも小さい作業面積をもって、前記室
    部材の内側に実質的に第３の室の限界領域を定め、その
    容積はピストンの拡張ストロークおよび圧縮ストローク
    の期間中にそれぞれ増加したり減少したりするような装
    置において、前記第１の室またはプランジャー室は作動
    バルブ部材を介して前記加圧液体源と連通しており、そ
    の結果、前記バルブ部材を開放することによってピスト
    ンはその圧縮ストロークを作り出し、前記第３の室は前
    記アキュムレータと単に連通状態にあることを特徴とす
    る車輪、プーリ、ロッドまたはこれらと類似した部材を
    駆動するための液体または気体エネルギーの伝送を行う
    フリーピストン・モータ。
  2. 【請求項２】加圧流体源がアキュムレータによって形成
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
    に記載の液体または気体エネルギーの伝送を行うフリー
    ピストン・モータ。
  3. 【請求項３】バッファ室がノンリターンバルブを含んだ
    パイプを介して変位室と連通していることを特徴とする
    特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載の液体
    または気体エネルギーの伝送を行うフリーピストン・モ
    ータ。
  4. 【請求項４】シリンダが圧縮ストロークにおいてお互い
    に接近する方向に動き、拡張ストロークにおいてお互い
    から離れる方向に動く２つの自由ピストンを含み、両方
    のプランジャー室が１つの共通の作動バルブ部材を通し
    て前記加圧流体源と連通していることを特徴とする特許
    請求の範囲第（１）項ないし第（３）項のいずれか１項
    に記載の液体または気体エネルギーの伝送を行うフリー
    ピストン・モータ。
  5. 【請求項５】シリンダが圧縮ストロークにおいて、お互
    いに接近する方向に動き、拡張ストロークにおいてお互
    いから離れる方向に動く２つの自由ピストンを含み、各
    々のプランジャー室がそれ自身の個々の作動バルブ部材
    を通して前記加圧流体源と連通していることを特徴とす
    る特許請求の範囲第（１）項ないし第（３）項のいずれ
    か１項に記載の液体または気体エネルギーの伝送を行う
    フリーピストン・モータ。
  6. 【請求項６】変位室が、各々作動しうるバルブ部材と共
    働するパイプを介してアキュムレータと連通しているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第（４）項に記載の液体
    または気体エネルギーの伝送を行うフリーピストン・モ
    ータ。
  7. 【請求項７】プランジャー室と変位室は、各々、作動バ
    ルブによって貯蔵容器と連通した状態にすることができ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項ないし第
    （６）項のいずれか１項に記載の液体または気体エネル
    ギーの伝送を行うフリーピストン・モータ。
  8. 【請求項８】変位室と貯蔵容器との間の接続において、
    作動バルブの下流に調整可能な狭窄部が備え付けられて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第（７）項に記載
    の液体または気体エネルギーの伝送を行うフリーピスト
    ン・モータ。
  9. 【請求項９】フリーピストンユニットのシリンダには、
    液体によってシリンダを冷却するためのジャケットが備
    え付けられており、該ジャケットは一方の端部では貯蔵
    容器へ接続している流体モータの出口と連通しており、
    他方の端部ではクーラを介して貯蔵容器と連通している
    ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項ないし第
    （８）項のいずれか１項に記載の液体または気体エネル
    ギーの伝送を行うフリーピストン・モータ。
  10. 【請求項１０】クーラは流体駆動のファンを含んでお
    り、その駆動部は一方の端部ではアキュムレータに接続
    され、他方の端部では貯蔵容器に接続されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第（９）項に記載の液体また
    は気体エネルギーの伝送を行うフリーピストン・モー
    タ。
  11. 【請求項１１】１つまたはそれより多い作動バルブ部材
    は、関係したパイプの高圧部および低圧部へのそれぞれ
    の接続部が備え付けられ、少なくとも１つのバルブエレ
    メントがシート上に位置している底面で受け入れられて
    いる通過路を有し、かつ、前記シートから離れてまたは
    該シートの方へ動くのに適合したボディを具備してお
    り、この通過路は、一方の端部において高圧接続部と連
    通し、他方の端部において低圧接続部と連通し、それに
    より、高い圧力がバルブエレメントの頂部面上に作用
    し、低い圧力がバルブエレメントの底面上に作用し、か
    つ、前記底面のすぐ下に孔の中でバルブエレメントから
    離れてまたは該バルブエレメントの方へスライドしうる
    孔の中で、プリローディングの際に、ノンリターンバル
    ブを介して高圧接続部と連通する実質的に閉じた空間の
    限界領域を定める少なくとも１つの実質的に径方向の面
    を有しているピン状部材が配置されており、その結果、
    前記空間が常に高圧状態の液体で満たされており、一
    方、圧力を高め液体を供給するための手段が備え付けら
    れ、その結果、ピン状部材が変位させられ、バルブエレ
    メントが前記シートから持ち上げられることを特徴とす
    る特許請求の範囲第（１）項ないし第（10）項のいずれ
    か１項に記載の液体または気体エネルギーの伝送を行う
    フリーピストン・モータ。
  12. 【請求項１２】前記ピン状部材の面は、ピン状部材上に
    備え付けられた肩部の面によって形成され、バルブ部材
    から離れるように向けられており、一方、前記ピン状部
    材が受け入れられる孔は、底部の端部において、高圧接
    続部と連通しており、その結果、高い圧力が肩部の面か
    らある間隔をおいて位置しているピン状部材の端部面上
    に作用することを特徴とする特許請求の範囲第（11）項
    に記載の液体または気体エネルギーの伝送を行うフリー
    ピストン・モータ。
  13. 【請求項１３】圧力を高め液体を供給するための手段
    は、圧電素子によって駆動される少なくとも１つの膜状
    の、または、プランジャー形状のボディによって形成さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項ま
    たは第（２）項に記載の液体または気体エネルギーの伝
    送を行うフリーピストン・モータ。
  14. 【請求項１４】圧縮ストロークにおいてお互いに接近す
    る方向に動き、拡張ストロークにおいてお互いから離れ
    る方向に動く２つのフリーピストンがシリンダ内に配置
    されており、シリンダ壁には入口ポートおよび出口ポー
    トが設けられ、これらの入、出口ポートはシリンダの中
    心に関して対称的に配置されており、１つのフリーピス
    トンが他のフリーピストンよりも低い質量を有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第（１）項ないし第（13）
    項のいずれか１項に記載の液体または気体エネルギーの
    伝送を行うフリーピストン・モータ。
  15. 【請求項１５】１方のフリーピストンを共働する変位面
    領域は、他のフリーピストンと共働するプランジャーの
    有効径およびプランジャーの変位面領域よりもわずかに
    大きいかもしくはそれよりも小さいことを特徴とする特
    許請求の範囲第（14）項に記載の液体または気体エネル
    ギーの伝送を行うフリーピストン・モータ。
JP62186483A 1986-07-25 1987-07-24 液体または気体エネルギ−の伝送を行うフリ−ピストン・モ−タ Expired - Lifetime JPH0674751B2 (ja)

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