JPH07501122A - 流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジン本発明は、請求の範囲の請求項１の 前提部による流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジンに関する。

流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジンの従来例（アメリカ特許第３６０６ ５９１号参照）では、第２のチャンバの第２のチャンバ部分が、二方弁を備えた 接続路を介して圧縮圧力アキュムレータに接続されている。二方弁がその閉位置 から開位置に切り換わると、圧縮行程が開始する。圧縮行程における第１の部分 の間は作動液は前記二方弁を介して流れ、その状態は、圧縮行程の第２の部分に おいて、第２のチャンバの第１のチャンバ部分の接続路が圧縮圧力アキュムレー タからの液の流れのための主要部分となるまで持続する。この従来技術のピスト ンエンジンでは、二方弁に非常に大きなしかも相反する要求がなされる。つまり 、二方弁は、その切り替え時間をたとえば約１ｍｓ程度に非常に短くすべきで、 これには弁を小さくすることが必要であ。しかも、それに反して二方弁は、圧縮 行程の第１の部分における損失を少なくするためにに、比較的大きな流れ容量を もつべきである。これらの大きくしかも相反する要求に従うことはほとんどど不 可能であり、現状の自由ピストンエンジンでは、その効率は二方弁でのエネルギ 損失による悪影響を受けるとともに、エンジンの出力は二方弁の速度の低さによ って制限を受ける。

本発明の目的は、上記の問題を効果的な方法で解決する、流体加圧装置を備えた 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、本発明による自由ピストンエンジンは、請求の範囲の請求項１ の特徴部の特徴を含む。

本発明によると、たとえば圧縮圧力アキュムレータまたは独立の小さい脈動ポン プに接続された二方弁などの圧力手段だけが必要てあり、それによりプランジャ 形ピストン伸長体をごく僅かに動かして、このプランジャ形ピストン伸長体の通 路手段を閉鎖部材によって開かせ、その後通路手段か圧力手段の仕事を受け継ぐ ことになる。

この特徴により、圧力手段は、大きなエネルギ損失を生じることなしに少量の作 動液を送ることだけが必要となる。その結果、二方弁の遅さを改良した非常に小 型でしかも急速の弁を選択することが可能である。概して言えば、プランジャ形 ピストン伸長体の通路手段は、流れ抵抗を小さくして、通過する流れのエネルギ 損失を低下させるために、能率の点から大きいものを選択することができる。そ の結果、自由ピストンエンジンの出力についての二方弁による現状の制限は解消 する。本発明にもとづく特別な弁は、もちろん他の機能に使用してもよい。

好ましくは、閉鎖部材に作用する装置であって、圧縮行程の終了時にピストンが 跳ね返るときにこの閉鎖部材がピストンに追従して通路手段を閉鎖し続けるが、 圧縮行程が開まるとこの閉鎖部材が通路手段を開くようにさせるような装置を設 ける。

以下、実施例としての液圧装置を備えた自由ピストンエンジンを示す図面を参照 して本発明を説明する。

図１は、液圧装置を備えた自由ピストンエンジンの一部分の縦断面略図である。

図２は、図１における液圧装置の一部分の代表的な実施例の実際の構造関係を示 す拡大縦断面図である。

図３〜図８は、本発明にもとづく液圧装置の別の実施例の一部分についての各動 作位置によってその液圧装置の動きを示す図である。

図１は、シリンダｌと、このシリンダｌに配置された可動ピストン２とからなる 自由ピストンエンジンの好適な実施例を示す。このピストン２は燃焼室３の一方 の側の境界を構成し、燃焼室３の容積が最大となる第１の位置すなわち下死点と 、燃焼室３の容積が最小となる第２の位置すなわち上死点との間で移動可能であ る。燃焼室に空気人口４および燃焼ガス出口５が接続する。燃焼室３の他方の側 の境界を構成するシリンダヘッド６に、ディーゼル油などの燃料を燃焼室３に噴 射するための噴射弁７を設ける。ピストン２の圧縮行程すなわちピストン２が下 死点から上死点まで変位するときに、空気人口４を経て燃焼室３に供給された空 気を圧縮し、そして噴射弁７から燃焼室３に液体燃料を噴射すると、燃焼室３内 の圧力と温度との影響下で自己着火し、その結果、燃料−空気混合体が燃焼室３ 内で膨張してピストンに下死点に向かう膨張行程を行なわせる。

もちろん、エンジンは、ディーゼルの原理の代わりに、たとえば火花点火による 他の原理にしたがって作動することも可能である。

燃料−空気混合体が膨張する間にピストン２に与えられた機械的エネルギを液圧 エネルギに変換するため、また液圧エネルギをピストンが圧縮行程を行なう運動 に変換するため、ピストン２にプランジャ形ピストン伸長体８を設ける。このプ ランジャ形ピストン伸長体８は、ピストン２側から見て、第１のロッドセクショ ン９と、第１のプランジャセクションＩＯと、第２０ロツドセクシヨン１１と、 第２のプランジャセクション１２とを含む。

第１のプランジャセクションｌＯは、液圧装置の作動セクション１３と共働作用 し、かつこの目的で第１のチャンバ１４内を摺動可能である。第１のプランジャ セクションｌＯは、第１のチャンバ１４の空間１６の境界をなす第１の軸方向面 １５を含み、この空間１６の容積はピストン２の膨張行程の間に減少する。

作動セクション１３は、車両の液圧駆動装置などの利用機器における高圧側の接 続部１８に連通ずる高圧アキュムレータ１７を含む。

第１のチャンバ１４の空間１６は、逆止め弁２０を備える第１の排出路１９と、 さらなる逆止め弁２２を備える第２の排出路２１とを介して、高圧アキュムレー タ１７に連通ずる。第１の排出路１９は、ピストン２の膨張行程における第１の 部分の期間だけ作動でき、また逆止め弁２０と同様に流れ抵抗が低い。ピストン ２の膨張行程におけるある部分が終了すると、第１の排出路１９が第１のプラン ジャセクション１０の周壁によって閉じられる。そのとき、第１のチャンバ１４ の空間１６からの液の排出は、急速逆止め弁２２を含む第２の排出路２１を介し てのみ行なわれる。

液圧装置の作動セクション１３は、さらに、液圧駆動装置などの利用機器の低圧 側の接続部２４に連通ずる低圧アキュムレータ２３を含む。低圧アキュムレータ ２３は、逆止め弁２６を備える第１の供給路２５と、さらなる逆止め弁２８を備 える第２の供給路２７とを介して、第１のチャンバ１４の空間１６に連通ずる。

バイパスライン２９により後者の逆止め弁２８をバイパスさせてもよく、このバ イパスライン２９は、逆止め弁として作用する位置と、空間１６からの作動液の 自由な排出を可能にする位置との間を切り替えできる二方弁３０を含む。逆止め 弁２６と第１の供給路２５とは流れ抵抗か低く、これに対し第２の供給路２７の 逆止め弁２８は急速に閉じるタイプのものであり、例えば強力なセットパックス プリングが設けられている。

ピストン２の圧縮行程における第１の部分で、低圧アキュムレータ２３から空間 １６への作動液の供給は、第２の供給路２７を介してのみ可能である。そして、 圧縮行程の第２の部分で、第１の供給路２５が第１のプランジャセクションｌＯ の周壁によって開かれ、そのときに作動液はこの第１の供給路２５を介して空間 １６に供給される。

第１のチャンバ１４において、第１のプランジャセクション１０の他方の側に、 さらなるチャンバ３１が設けられている。このチャンバ３１は、第１のプランジ ャセクション１０が往復運動する間の損失を最小限にするため、好ましくは加圧 されず、例えば流路３２を介して周囲に連通している。

第２のプランジャセクション１２は、圧縮セクション３３と共働作用し、この目 的で第２のチャンバ３４内を動く。第２のチャンバ３４は、第２のプランジャセ クション１２の直径に等しいか、あるいはここではより大きな直径である第１の チャンバ部分３５と、第２のプランジャセクション１２が密閉状態ではまり込む ように選択された直径を有する第２のチャンバ部分３６とからなる。

圧縮セクション３３はさらに、流れ抵抗の低い第１の接続路３８を介して、第２ のチャンバ３４の第１のチャンバ部分３５に連通ずる。第２の接続路３９が、第 ２のチャンバ３４の第２のチャンバ部分３６と圧縮圧力アキュムレータ３７との 間に伸び、この第２の接続路３９は、第２のチャンバ部分３６への流れを阻止す る急速閉動逆止め弁４０を含む。

第２のプランジャセクション１２と第２のロッドセクション１１とに、通路４１ が形成されている。ここで通路４１は、軸方向およびそれに接続する径方向の穴 からなる。この穴は、その一端が、ピストン２が下死点にあるときに第１のチャ ンバ部分３５の境界を成す第２の軸方向面４２のすぐ後の位置で、この第１のチ ャンバ部分３５に臨んで開口する。穴の他端は、プランジャ形ピストン伸長体の 自由端における第３の軸方向面４３で開口し、この第３の軸方向面４３は、ピス トン２が下死点にあるときに第２のチャンバ３４の第２のチャンバ部分３６の境 界を成す。通路４１は針状体４５の円錐形先端４４により閉じることができる。

この針状体４５は、第２のチャンバ部分３６を通って伸びるとともに、案内密閉 穴を介して第３のチャンバ４６内に飛び出し、この第３のチャンバ４６に密閉状 態ではまり込んでいるプランジャ部材４７に接続される。コイルばね４７Ａの形 の圧縮ばねが、ピストン２とプランジャ形ピストン伸長体８との膨張行程の方向 と反対の方向で、プランジャ部材４７と針状体４５とを負荷する。プランジャ部 材４７は針状体４５の側で空間４８の境界を成し、この空間４８に供給路４９か 接続し、この供給路４９は二方弁５０を介して圧縮圧力アキュムレータ３７に接 続する。供給路４９に別個の脈動ポンプ要素を設けてもよい。一方、第３のチャ ンバ４６の空間４８が、低圧アキュムレータ２３と第２のチャンバ３４の第３の チャンバ部分３６との間に伸びる接続路５２に、接続路５１によって接続される 。接続路５２への接続路５１の接続箇所と第３のチャンバ部分３６との間に、第 ３のチャンバ部分３６からの作動液の流れに抵抗する急速閉動逆止め弁５３があ り、また低圧アキュムレータ２３と接続路５２への接続路５１の接続箇所との間 に、低圧アキュムレータ２３への流れを阻止する逆止め弁５４がある。逆止め弁 ５４は、第２の接続路３９の急速閉動逆止め弁４０よりもゆっくりと閉動するも のであり、その意味は後で説明する。

コイルばね４７Ａの側で、針状体４５のプランジャ部材４７はさらに第３のチャ ンバ４６の第２の空間５５の境界を成し、この第２の空間５５は、接続路５６を 介して、圧縮圧力アキュムレータ３７に開放状態で連通ずる。

図２は、図１の液圧装置の一部分のさらなる詳細図であり、針状体４５の構造的 な関係が認識できる。たとえば、油の量の結果として現れる繰り返し速度の遅延 を最小限にするように、空間４８の体積を最小に保つため、プランジャ部材４７ の直径は針状体４５の直径よりごく僅か（５％）しか大きくないことが見られる 。先端４４は切頭円錐形であり、そして面取りした部分は、プランジャセクショ ンＩ２の通路４１の座部に設置できかつ密閉できるように、僅かに凸状に形成さ れている。針状体４５は、この針状体４５が容易かつ円滑に動けるように、自己 位置決め用の真直な案内部を存する。

液圧装置を備えた本発明の自由ピストンエンジンの通常の動作は、特にその圧縮 行程は、次のようである。

シリンダ１の燃焼室３て自己燃焼により着火した燃料−空気混合体の膨張の結果 であるピストン２の膨張行程で、作動液は、第１のプランジャセクションｌＯに より第１のチャンバ１４の空間１６から高圧アキュムレータ１７へ排出される。

このとき、まず流れ抵抗の低い第１の排出路１９を介して排出され、その後に第 ２の排出路２１を介して排出される。このようにして高圧アキュムレータ１７の 圧力か増大し、この圧力は接続部１８に接続されただ利用機器により使用できる 。

ピストン２の前記膨張行程の間に、針状体４５およびプランジャ部材４７がコイ ルばね４７Ａによって最大限押されて、針状体４５はその円錐状先端４４と共に 第２のチャンバ部分３６に突出し、最後に第２のチャンバ３４の第１のチャンバ 部分３５に突出する。プランジャ形のピストン伸長体８が接近すると、このプラ ンジャ形ピストン伸長体８の第２のプランジャセクション１２は、その間に速度 が減少して針状体４５の円錐状先端４４に接触し、また円錐状先端４４は通路４ １に進入し、その結果第２のプランジャセクション１２の通路４１を閉じる。ピ ストン２の膨張行程の第１の部分で主に第１の接続路３８を介して圧縮圧力アキ ュムレータ３７に排出されていた第２のチャンバ３４の作動液は、第２のプラン ジャセクション１２が第２のチャンバ３４の第２のチャンバ部分３６に入った後 は、第２の接続路３９と急速閉動逆止め弁４ｏとを介してのみ圧縮圧力アキュム レータ３７に導かれる。

燃焼チャンバ３の膨張から生じたピストン２のエネルギが作動液によって完全に 吸収されれば、ピストン２およびプランジャ形ピストン伸長体８は休止するにい たる。作動セクション１３の第２の排出路２１の逆止め弁２２と、圧縮セクショ ン３３の第２の接続路３９の逆止め弁４０との両者は急速に閉じ、これにより空 間１６と第２のチャンバ部分３６との作動液がそれぞれ逆流できないようにする 。しかし、作動セクション１３と圧縮セクション３３の作動液は高圧を受けてお り、空間１６と第２のチャンバ部分３６と第２の排出路２１と第２の接続路３９ とにおける作動液は膨張する傾向にあり、それによって非常に高い加速度でピス トンを跳ね返す。この跳ね返しは、第２の軸方向面４２に作用する第２のチャン バ３４の第１のチャンバ部分３５での圧縮圧力により生じたプランジャ形ピスト ン伸長体８の保持力が、プランジャ形ピストン伸長体８のその逆向きの力と平衡 状態になるまで持続する。

針状体４５は、第２のプランジャセクション１２の通路４１を円錐状先端４４で 閉じた状態に保つために、ピストン２のこの非常に迅速な跳ね返りに追従しなけ ればならない。そうしなければ、作動液が第１のチャンバ部分３５から通路４１ を介して第２のチャンバ部分３６に流れることができ、それにより新しい圧縮行 程を開始するからである。針状体４５がピストン２に追従できるのは、膨張行程 の終了時において針状体４５のプランジャ部材４７が動く間に低圧アキュムレー タ２３から吸い込まれる作動液が通過する逆止め弁５４が、第２の接続路３９の 逆止め弁４ｏよりも低速で閉じるからである。このように逆止め弁４ｏが急速に 閉じるため、第２のチャンバ部分３６の圧力は迅速に低下し、それによってまず 空間４８の圧力か低圧アキュムレータ２３の圧力と同じぐらい低く保たれ、また 逆止め弁５４が閉じた後に第２のチャンバ部分３６の圧力がやがて低下し、それ によって空間４８内の圧力も逆止め弁５３を介して逃すことができる。このよう にして、空間４８の圧力が低く保たれ、したがってピストン２とプランジャ形ピ ストン伸長体８とがその下死点から跳ね返るときに、針状体５４のプランジャ部 材４７には大きな保持力が存在しない。これにより、コイルばね４７Ａの力とプ ランジャ部材４７の圧縮圧力とによって針状体４５はプランジャ形ピストン伸長 体８の動きに追従でき、そのためプランジャ形ピストン伸長体８の通路４１が針 状体４５の円錐状先端４４で閉じられた状態に維持され、それによってピストン ２は下死点に保持されることができる。新しい圧縮および膨張行程が要求される 場合にのみ、ピストン２は再び運動される。

ピストン２か下死点付近で跳ね返るときに、作動液が、第２のチャンバ３４の第 ２のチャンバ部分３６から針状体４５を通り越して第３のチャンバの空間４８に 漏れるかもしれない。第２のチャンバ４６におけるこの空間４８およびそこに接 続される流路の容積は、針状体４５の機能を妨害するであろうこのような場合の 過大な圧力上昇を防止するために、十分大きなものとされている。

ピストン２の新しい圧縮行程を開始するため、二方弁５ｏを切り換える。それに より作動液は、圧縮圧力アキュムレータ３７がら排出路４９を介して第３のチャ ンバ４６の空間４８に流れ、そして接続路５１と逆止め弁５３と接続路５２とを 介して第２のチャンバ３４の第２のチャンバ部分３６に流れる。この圧力パルス によって第３の軸方向面４３に負荷がかかり、第２のプランジャセクション１２ と、したがってプランジャ形ピストン伸長体８およびピストン２とを押して動か すか、コイルばね４７Ａが低速でありまたばね力が不十分なため、針状体４５は プランジャ形ピストン伸長体８に追従できない。第２のプランジャセクション１ ２がごく僅かに変位した後、通路４１が開かれており、それによって作動液が第 １のチャンバ部分３５から第２のチャンバ部分３６に流れ、力の平衡をくずし、 ピストンを発射させる。通路４Ｉの直径か比較的大きく、また流れ抵抗か小さい ので、迅速で効率の高い圧縮行程を行なうことができる。ピストン２か去ったあ と、針状体４５はコイルばね４７Ａによりその最端部の位置まで強制的に動かさ れ、そこで針状体４５は次の圧縮行程で再びプランジャ形ピストン伸長体８を受 けることができる。

本発明によると、ピストンの圧縮行程を開始するための二方弁５０に対し、もは や流れ抵抗の小ささに関する大きな要求はなされない。なぜなら、この二方弁５ ０にはピストン２の圧縮行程における非常に僅かな部分の間だけ流れが生じ、そ の後はプランジャ形ピストン伸長体８の通路４１かこの仕事を受け継ぐからであ る。

自由ピストンエンジンを始動するときや、燃焼室３で燃料−空気混合体が着火せ ず、その結果ピストン２がその下死点まで動かされなかった、いわゆる「ミスフ ァイア」の後で再始動するときに、ピストン２を下死点まで動かすために使用さ れる補助装置５７が、液圧装置に設けられていることが、図１においてさらに示 されている。この補助装置５７は第２のチャンバの第１のチャンバ部分３５に空 間５８を有する。そして、プランジャ形ピストン伸長体８の第２のロッドセクシ ョン１１に密閉可能かつ滑動可能に係り合うとともに、第２のチャンバ３４の第 １のチャンバ部分３５の周壁に密閉可能に係り合う環状部材６０の軸方向面５９ が、空間５８の境界を成す。空間５８に補助路６１が接続し、この補助路６１に 双方向ポンプ６２が設けられ、このポンプは圧縮圧力アキュムレータ３７に接続 する。

自由ピストンエンジンか普通に動作する間、環状部材６ｏは図示の位置に実質的 に止まっており、そこであたかも第１のチャンバ部分３５の固定壁として働き、 そして第２のロッドセクション１１が環状部材６０を通って往復運動する。補助 装置５７を動作させるときには、液圧装置の作動セクションＩ３のバイパスライ ン２９の二方弁３０を切り替えて、空間１６における高い圧力を降下させる。

そして、二方向ポンプ６２を駆動して、環状部材６ｏがピストン２の下死点に向 かう方向に変位するように、空間５８を加圧する。ある時点で、第２のプランジ ャセクション１２に形成された第２の軸方向面４２に環状部材６０が接し、それ により環状部材６０がプランジャ形ピストン伸長体８したがってピストン２を所 定の位置まで到達させる。新しい圧縮行程を行なう前に、環状部材６ｏを最初の 位置に戻すことができる反対方向に二方向ポンプ６２を駆動することにより、こ の環状部材６０をその最初の位置まで戻す。この環状部材６０を使用することに より空間５８は必要な場合にのみ使用され、環状部材６０をプランジャ形ピスト ン伸長体に固定した場合のように空間５８を連続的に満たしたり空にしたりする ことは生じない。

図３〜図８は、本発明による液圧装置の圧縮セクションの別の実施例を示す。こ の実施例は、特にピストン８の圧縮行程の開始を促進することを意図したもので ある。二方弁５０は、並列の逆止め弁６３を含んで、圧力ブースタ６４に接続さ れている。この圧力ブースタはプランジャ６５を有し、このプランジャ６５は、 それぞれ空間６９．７０．７１の境界を成す軸方向面６６．６７．６８を有する 。プランジャ６５は、ばね７２によって、二方弁５６に接続した空間６９が最小 となる位置に向かう方向にバイアスされる。空間７１は段状であり、その最小の 部分の直径は対応する軸方向面６８の直径に等しく、このプランジャ６５の軸方 向面６８が空間７１の二つの部分を分離させることができる。圧力ブースタ６４ の空間７゜は、プランジャ形ピストン伸長体８の軸方向面４３に隣接する第２の チャンバ部分３６に連通ずる。圧力ブースタ６４の空間７１における直径が大き い方の部分は、逆止め弁７３を介して第２のチャンバ部分３６に連通ずるととも に、逆止め弁７４を介して低圧アキュムレータ２３に連通ずる。空間７１におけ る直径が小さい方の部分は、針状体４５のプランジャ部材４７のための空間４８ に直接に連通ずる。逆止め弁７６を並列に有する第２の二方弁７５が、圧縮圧力 アキュムレータ３７と第２のチャンバ部分３６との接続部分に配置される。

この液圧装置についての別の実施例の動作を、図３〜図８にもとづいて次に説明 する 図３は、ピストン２がプランジャ形ピストン伸長体８とともに圧縮行程の終わり 近くに到達したときの、各部材の位置を示す。針状体４５はばね４７Ａにより強 制的に最端部の位置に置かれ、またプランジャ６５はばね７２によりその休止位 置に保たれている。二方弁５０．７５は閉じている。

図４では、プランジャ形ピストン伸長体８のプランジャセクション１２は第２の チャンバ部分３６に到達しており、プランジャセクション１２は針状体４５の先 端４４と係り合い、第２のプランジャセクション１２の通路４１は閉じている。

針状体４５およびプランジャ部材４７は、プランジャ形ピストン伸長体８によっ て、コイルばね４７Ａの力に抗して動かされる。その結果、プランジャ部材４７ の前方の空間４８の圧力が低下する。空間４８と圧力ブースタ６４の空間７１と は直接連通されているので、そこの圧力も減少して低圧アキュムレータ２３の圧 力となる。

図５では、プランジャ形ピストン伸長体８は、最端部の位置から安定化された下 死点まで僅かに跳ね返っている。この第２のチャンバ部分３６における第２のプ ランジャセクション１２のこの跳ね返りにより、第２のチャンバ部分３６の圧力 は、実質的に低圧アキュムレータ２３の圧力まで低下する。針状体４５のプラン ジャ部材４７での圧力差と、コイルばね４７Ａの力とのために、針状体４５はプ ランジャ形ピストン伸長体８の動きに追従でき、したがって第２のプランジャセ クション１２の通路４１は閉じたままである。

図６は、ピストン２の圧縮行程の開始を示す。この目的で、二方弁５０と、この 実施例では二方弁７５とが開く。二方弁５０が開くため、圧縮圧力アキュムレー タ３７からの圧力が、圧力ブースタ６４の空間６９に到達して、そのプランジャ ６５の軸方向面６６に作用する。それによって、プランジャ６５は、ばね７２の 力に抗して押され、空間７１における直径が小さい部分が軸方向面６８で閉じら れる程度の距離を動く。その結果、針状体４５のプランジャ部材４７の前方の空 間４８も閉じ、この空間４８で圧力が増大する。空間４８のこの圧力により、針 状体４５の運動が阻止される。圧力ブースタ６４のプランジャ６５の変位によっ て、空間７０および第２のチャンバ部分３６の圧力が上昇する。第２の二方弁７ ５により、圧縮圧力か第２のチャンバ部分３６に入るので、この第２のチャンバ 部分の圧力かかなり高くなる。付加的な二方弁７５によるこの援助は、振動数の 範囲についての９５％の部分では必要でないが、振動数か低い場合は、より容易 に制御を行なうためにこの二方弁７５を使用できる。

図７は、プランジャ形ピストン伸長体８が、第２のチャンバ部分３６の圧力によ ってその圧縮行程を開始したときの位置を示す。このとき、空間４８の圧力のた め針状体４５は静止したままであり、第２のプランジャセクション１２に追従で きない。それによって通路４１か開き、流れ抵抗の小さな通路４１を介して作動 液が容易に第２のチャンバ部分３６に流れ、それにより軸方向面４３への圧力で プランジャ形ピストン伸長体８を強制的にピストン２の上死点へ高速で動かすこ とになる。

最後に図８はさらなる位置を示し、そこでは圧力ブースタ４６のプランジャ６５ がばね７２の力で最初の位置に強制的に戻される。

針状体４５は図３の位置に強制的に戻され、両方の部材は、ピストン２とプラン ジャ形ピストン伸長体８との次の膨張行程に備えて再び準備が完了される。

本発明は、例示のために図面に示して上に記載した実施例には限定されず、その 発明の範囲内で多様な方法で変化してもよい。たとえば本発明は、１つの燃焼チ ャンバの境界を成す２つの対向ピストンを備えた自由ピストンエンジンに適用で きる。さらに、圧力ブースタを、針状体またはその近傍に一体化してもよい。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．シリンダ（１）と、このシリンダに配置されて燃焼室（３）の一方の側を制 限するピストン（２）とを有し、このピストンは、燃焼室の容積が最大となる下 死点から燃焼室の容積が最小となる上死点までの間で圧縮行程を行なうとともに 、上死点から下死点までの間で膨張行程を行なうためにシリンダ内を往復運動し 、かつこれら行程で流体加圧装置からのエネルギを受けるとともにこの流体加圧 装置へエネルギを送り出すように構成され、ピストン（２）にプランジャ形ピス トン伸長体（８）が設けられ、このプランジャ形ピストン伸長体（８）は、１つ 以上の軸方向面（１５、４３）を含むとともに、流体に膨張エネルギを送り出し また流体から圧縮エネルギを受けるための１つ以上の流体チャンバ（３１、３５ 、３６）内を動くように構成され、少なくとも１つの流体チャンバ（３６）が、 弁状装置（４１、４４、４５）を含むプランジャ形ピストン伸長体（８）の自由 端の軸方向面（４３）と共働作用するように構成された、流体加圧装置を備えた 自由ピストンエンジンであって、前記弁状装置に通路手段（４１）が設けられ、 この通路手段（４１）は、プランジャ形ピストン伸長体（８）の自由端において 軸方向面（４３）を通って伸びるとともに、移動可能に支持された閉鎖部材（４ ４、４５）によって閉じられる弁座を有することを特徴とする流体加圧装置を備 えた自由ピストンエンジン。 ２．シリンダ（１）と、このシリンダに配置されて燃焼室（３）の一方の側を制 限するピストン（２）とを有し、このピストンは、燃焼室の容積が最大となる下 死点から燃焼室の容積が最小となる上死点までの間で圧縮行程を行なうとともに 、上死点から下死点までの間で膨張行程を行なうためにシリンダ内を往復運動し 、これら行程で流体加圧装置からのエネルギを受けるとともにこの流体加圧装置 へエネルギを送り出すように構成され、ピストン（２）にプランジャ形ピストン 伸長体（８）が設けられ、作動セクション（１３）を有し、この作動セクション （１３）は、プランジャ形ピストン伸長体（８）の第１の軸方向面（１５）にて 境界を成すとともにピストン（２）が圧縮行程を行なうときに体積が減少する空 間（１６）と、高圧アキュムレータ（１７）への排出路手段（１９、２１）と、 前記空間（１６）に接続する供給タンク（２３）からの供給路手段（２５、２７ ）とを備え、さらに圧縮セクション（３３）を有し、この圧縮セクション（３３ ）は、ピストン（２）の下死点で第２の軸方向面（４２）により閉じられる第１ のチャンバ部分（３５）と、第３の軸方向面（４３）にて境界を成す第２のチャ ンバ部分（３６）とを備え、これら第２および第３の軸方向面（４２、４３）は 反対の方向を向くとともに、第２の軸方向面は第３の軸方向面よりも小面積に形 成され、ピストン（２）の圧縮行程の開始時に第２のチャンバ部分（３６）の体 積は増加するとともに第１のチャンバ部分の体積は減少するように構成され、第 １のチャンバ部分（３５）は、第１の接続路手段（３８）を介して圧縮圧力アキ ュムレータ（３７）に直接接続され、第２のチャンバ部分（３６）は、逆止め弁 （４０）を備えた第２の接続路（３９）を介して圧縮圧力アキュムレータに接続 されるとともに、圧縮行程を開始するため圧力手段（３７、５０）に接続可能で あり、その後に、第３の軸方向面（４３）に圧力を及ぼすために第１の接続路手 段（３８）が開くように構成された、流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジ ンであって、プランジャ形ピストン伸長体（８）が、ピストン（２）の下死点に おいて第１のチャンバ部分（３５）から第２のチャンバ部分（３６）まで伸びる ように構成された通路手段（４１）を備え、また弾性的に支持されて軸方向に移 動可能に構成された閉鎖部材（４５）が、第２のチャンバ部分（３６）の中で伸 び、第３の軸方向面（４３）における通路手段（４１）の通路内に存在し、ピス トン（２）の膨張行程の終了時に通路手段（４１）を閉じ、かつ圧縮行程の開始 時に通路手段（４１）を開くように構成されていることを特徴とする流体加圧装 置を備えた自由ピストンエンジン。 ３．膨張行程の終了時にピストン（２）が跳ね返るときに閉鎖部材（４５）がピ ストン（２）に追従して通路手段（４１）を閉じ続けるが、圧縮行程の開始時に は閉鎖部材（４５）が通路手段（４１）を開けるように、この閉鎖部材（４５） に作用する手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の流体加圧装 置を備えた自由ピストンエンジン。 ４．前記手段が第３のチャンバ（４６）を有し、閉鎖部材（４５）に接続された プランジャ部材（４７）が前記第３のチャンバ（４６）の中で軸方向に移動可能 とされ、前記プランジャ部材（４７）が第４の軸方向面を有し、この第４の軸方 向面は、第３の軸方向面（４３）とは反対方向に向いているとともに、圧力ブー スタ（６４）に接続する空間（４８）の境界を成すように構成され、前記圧力ブ ースタ（６４）は、膨張行程の終了時にピストン（２）が跳ね返ったときに空間 （４８）内の圧力が第２のチャンバ部分（３６）内の圧力よりも低く、かつ圧縮 行程の開始時に空間（４８）内の圧力が第２のチャンバ部分（３６）内の圧力よ りも高くなるように制御されるように構成されていることを特徴とする請求項２ および３記載の流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジン。 ５．空間（４８）と第２のチャンバ部分（３６）との間に接続路が設けられ、こ の接続路に圧力ブースタ（６４）が設置され、この圧力ブースタ（６４）が、膨 張行程の終了時にピストン（２）が跳ね返るときに前記接続路を開放するプラン ジャ（６５）を有し、このプランジャ（６５）は、膨張行程の開始時には空間（ ４８）を閉じるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の流体加圧 装置を備えた自由ピストンエンジン。