JPS59185176A - 電気エネルギ発生方法 - 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】 この発明は、電気エネルギを？内置する固定並びに可動
装置に適用され、その周期的な燃焼過程によシミ気エネ
ルギを発生する方法に係シ、特に運送自動車に好適する
電気エネルギの発生方法に関する。

機械的な振動を発生する周期的な燃焼過程を利用し、こ
の機械微動を電気エネルギに変換する方法は既に知られ
たものである。実際この方法の利用については、通常圧
縮機を作動する高出力形の内燃ピストンエンジンいわゆ
るガス発生炉において見られる。この電力発生装置°に
とって、上記圧縮機の出力は電力発生装置に取り付けら
れた高速ガスタービンに供給される。この種のエンジン
は、有益なｌ１５焼過程にかかわらず、低圧縮比で作動
しておシ、その結果、効率係数は低いものである。また
、この種のエンジンは、フライホイールを有しておらず
、その結果光の燃焼過程から次の連続した燃焼過程にエ
ネルギを蓄えることはできない。また、このエンジンは
小さな振動質量でもって作動するにもかかわらず、その
振動周波数（２０Ｈ２程度）は低い。さらに、エネルギ
が発生される圧縮ガスは実際に慣性力のないものである
。一つのディーゼルサイクルに必要な圧縮は、付加的な
空気緩衝器によシなされる。この柿の内燃ピストンエン
ジンは始動のためや同期化のために付加的な装置を必要
とする。

また、２つのピストン機構を面接連結してなるエンジン
に好適する方法が知られている。このエンジンもまたガ
スタービンに出方を供給する圧縮機を作動する。これら
ガス発生炉の幾つか罠はワンケルガスタービン（Ｗａｎ
ｋｅｌ　ｇａｓ　−ｔｕｒｂｉｎｅ　）及び電力発生装
置ｉＦｉ：　（−％国特許１４４０８０５号、１４４４
４４９号とフランス特許２４５６１７７号、２６０７１
１１号）に動力を供給するものがある。それらの周波数
は、その設計に対して低く、さらにその同期化が単純化
されているにもかかわらず、まだ複雑である。また、こ
れらガス発生炉はその効率係数が低く、その適用範囲に
制限を受ける。

さらに、内燃機構におけるピストンの直線的な振動から
直接電気エネルギを発生する方法が知られている。この
電力発生装置゛の微動するアマ−チャは大きな質量を有
し、これはこのアマーデャの質量増加にょシ振動周波数
の減少を引き起こす。これらアマ−チャの質量と振動周
波数とは密接に関係している。

２つの連結したピストンまたは独立したピストンを、同
時に直ｌ形電力発生装置の永久磁石あるいは電磁石に対
するアマ−チャとした方法がある。（フランス特許２４
５９２０３号。

２０５９９６号及びＵ　Ｓ　ｐａｔｅｎｔ　３２３４４
３９５号）この方法妬よる装置は、それらが低速である
こと、並びに同様な他の理由から、低出力のものにしか
適用できない。また別に、独立したピストンを備えてな
る装置には同期化の問題があパ一方連結したピストンを
備えてなる装置には、ピストンと取り付けられたアマ−
チャとの質量とを釣合す問題がある。基本的には、低速
形装置である連結形ピストンのものは、重くがっ複雑な
バランシング装置を必要とし、これはその速度を減じる
とともに、付加的に摩擦損失を導き、さらにこれらはこ
の方法の利点を減じるものである。これは、そのノ４ワ
ーが充分に利用されないにもかかわらず、確かな始動、
連続的な作動、バランシング、同期化及び内燃機関の死
点の制御のためにしばしばフライホイールの導入を必要
とする。また、このケースの場合、エネルギの大部分は
、圧縮機形ガスタービンを介して消失する。（フランス
特許２６０００５６号）周期的な燃焼過程で電気エネル
ギを発生する方法（ＵＳ　ｐａｔｅｎｔ　３７６６３９
９号）が知られている。そのピストン機構の機械的な直
線往復運動は、周期的な燃焼過程が連続的に生じる２つ
の互いに対向した燃焼室によって生じ、燃焼は電気火花
によって開始される。その可動部の往復運動のエネルギ
は電気エネルギに変換される。

その燃焼過程はオツトーあるいはディーゼルサイクルで
あって、この燃焼過程は、可動宏量の直線運動に相当す
る全燃焼サイクル中、与えられたサイクルダイヤグラム
に応じてなされる。

直線運動のエネルギの一部は、直線形電力発生装置を介
して電気エネルギに変換される。その永久磁石あるいは
電磁石として設計されたアマ−チャは、上記ピストン機
構に固定され、このピストン機構とともに動く。その運
動の終点において、使用されずに残った運動エネルギは
、ピストンの運動によシ圧縮されるスプリングに蓄えら
れ、ポテンシャルエネルギに変換される。

スプリングに蓄えられたエネルギは、新たな燃焼過程が
生じる瞬間まで往復運動の減速を引き起こす。燃焼室の
それぞれにおいては、その燃焼サイクルが全て４サイク
ル毎に行われるのが最適であシ、それ故、全てのワーキ
ングサイクルには少なくとも他の３つのサイクルがある
。

直線形発生装置の負荷が大きくなったとき、ピストン機
構の減速は大きくなる。ピストン機構の振動数は、ピス
トン機構の連続的なワーキングサイクルとスプリングの
内部振動数との間の機械的な共振によシ決定される。

この方法の欠点は、その燃焼過程が低速がっ低圧で生じ
ることであシ、インダクタ、ピストン、スプリング等の
可動部の使用は質量が太となｐｌそして振動周波数が低
いことから、燃焼過程の制御が困難となる。すなわち、
その死点を正確に制卸することが不能となるとともに、
エンジンの始動が困難となり、そしてその適用範囲に制
限を受けるものである。

これら従来の方法の共通の欠点は、高品質でかつエチレ
ンを含んだ燃料を必要とすることである。

この発明の目的は、周期的な燃焼過程で電気エネルギを
発生させる方法を工夫し、その燃焼をピストンの高速高
圧下で行ない、その質量を小さくし振動周波数を増加さ
せた可動部を利用でき、低品質でかつＢＴＵ（英国商工
省基準）の低い燃料を含んだタイプの異なる燃料を利用
でき、燃焼過程の制御並びに始動を簡単にし、エンジン
−電力発生装置全体の作動を確実に安定させかつその利
用範囲を増加させることのできる電気エネルギの発生方
法を提供することにある。

これらの目的は、この発明の方法によって達成され、こ
の方法は、互いに対向する２つの燃焼室内にそれぞれ２
つの分離不能なピストンを配置してなるピストン機構に
、各燃焼室での電気火花による連続的かつ周期的な燃焼
過程によシ、機械的直線往復動を生起させ、その可動部
における往復運動の運動エネルギを電気エネルギに変換
する方法において、一方の燃焼室での燃焼過程を電気火
花による混合気の点火を満足させる低圧縮時において開
始し、他方の燃焼室で得られる力の作用のもと、その容
積が減少した時点で燃焼を行なうとともに、その後動中
の容積増大時においてその燃焼を終了させ、ピストン機
構に添えられたコイルがピストン機構の運動中、固定さ
れた永久磁石の磁場内を横切るときに、このコイルに電
圧を誘起することを特徴とする。

これとは別に、この発明の他の態様ではピストン機構の
初期振動のため、コイルはエンジンモードで使用される
。ピストン機構の周波数速度が減少したとき、発生モー
ドからエンジンモードに自動的に切換シ、また通常の動
作状態が達成されたとき、エンジンモードから発生モー
ドに自動的に切換る。

ピストン機構の周波数は、入力と出力のバランスによシ
決定かつ維持される。

この発明の方法にもとづく効果としては、ピストン機構
を１２５　Ｈｚ以上の画周波数（高振動数）で作動でき
、ピストンの通常の運動時、つまシ燃焼室内の熔焼速朋
と同等の約２０φでピストンが運動されているとき、そ
の周波数は３００Ｈｚ程度に達する可能性がある。これ
とは別に、ピストンの運動の終点において、圧縮の度合
に相当する高圧が達成され、これはディーゼル過程での
約２５気圧よりも高く、これによシ高い熱効率が達成さ
れる。振動の高直線速明のため、シリンダの冷却によシ
生じる損失は減じられる。低圧縮レベルでの点火及び容
積縮少状態での燃焼は、燃焼時間を増大するとともに燃
料の有効な利用を確実とし、同時に爆発燃焼のいかなる
危険もなしに低品質でエチレンを含まない燃料によシ燃
焼過程を達成させる。燃料の大部分が燃焼されたとき、
ピストンのストロークの終点での高圧の達成は、その排
ガス中の有害成分を減少させる。電気エネルギは比較的
に高電圧を伴い、一方コイルの高直線速度は発生過程の
高効率を導き、一方エンジンー発生装置は小さな質ａを
有する。

以下この発明の一実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図には、この発明の方法を実施するための装置が示
されている。この装置は分離不能な２つのピストン１，
２を備えたピストン機構を有し、これらピストン１，２
は互いに反対方向にある燃焼室３，４及びコイル５内を
動く。このコイル５はピストン１，２に取り付けられて
いる。コイル５は永久磁石６の磁場内に置かれている。

この装置の機能は制卸ブロック７によって制御される。

次に、この装置を用いた方法を説明する。

装置の初期始動は、制御ブロック７によって発生され、
スタートスイッチ（図示しない。）の操作によシケーブ
ル８を通じてコイル６に供給されるパルス電流を介して
なてれる。このノ＋ルス電流の強さは、永久磁石６の６
ｉφ場と、コイル５において、ノそルス電流にょシ発生
する磁場との間の相互作用の結果として、始動パルスの
方向にもとづきその電磁力がピストン１．２を左右に動
かすように選択される。これらピストン１，２の運動は
、第２図中ａで示される第１ストローク中に、燃焼室Ｓ
、ｔのうち一方の燃焼室３または４内の空気を圧縮し、
他方の燃焼室４または３内を低圧にする。また、この運
動は各センサ９を左右に動がすのに充分なものである。

第２図中すで示される幾つかの他の始にψノ々ルス及び
各ストロークが次に続くと、そのパルス電流にもとづく
エネルギが先のストロークでの圧縮空気のエネルギに付
加される。これは圧縮力の急増を誘い、また同時にスト
ロークの振幅を増加させる。燃焼室３，４内にはそれぞ
れ入口及び出口１ｏが形成されており、ピストン１，２
のストロークによシ、燃料と空気の混合気がその内部に
吸引される。この混合気の点火は、可能な限シ圧縮の度
合が低い時点において、その初期点火に充分な電気火花
によってなされる。（なお、混合比は燃料の種類と１疼
によシ３ないし９に設定されている。）各燃焼室３また
は４での燃焼は、他方の燃焼室４または３で得られる力
並びにコイル５の電磁力の作用のもと、その容積が減少
した時点でなされる。ピストン１，２のストローク終点
において、圧力は１００　ａｔｍ以上、またその圧縮比
は２５以上に達し、このことは早め点在による爆発を生
じさせることはない。ストロークの終点において、ピス
トン１，２はその運動の方向を変え、そして、燃焼過程
はその容積が膨張した時点で終了する。

初期点火の後、ピストンの速度は平均速度と同じ位に速
くなるばかりではなく、ピストン１及び２がそのストロ
ークの終点及び復帰ストロークに達する全ストロークを
通して一定または一定に近づくことになる。ピストン１
．２の振動速度の増加は、コイル５において相応の逆起
電力の増加並びにパルス電流の漸減を誘起する。

パルス電流がＯの値を通過した後、この・やルス電流は
方向を変え、コイル５は制御ブロック７によって発電モ
ードに切侠えられる。

この方法でのコイル５及び永久磁石６からなる発電機の
負荷は、徐々に増加し、所定の商倣動速度で所定の発電
電圧に相当する名目上の値に達する。この発ｔｉＦＩｌ
が名目上の出力に達する過程において、ピストンノ、２
の加速は、主として増加される圧縮力の反動により成し
愈げられる。

電気エネルギの出力が坏焼過朽）から得られる運動エネ
ルギに等しくなシ、一方倣動速ＩＪが所定の値に等しく
なったとき、その操作モードは安定した状態となる。ピ
ストン１，２によって発生する電気エネルギはコイル５
の振動数に等しい周波数を有しておシ、また小貿脩であ
るコイル５の高振動数のため、電気損失が調和周鼓数に
よって増加されることはない。万一、何らかの理由によ
り、例えば不適当な燃焼あるいはオーバーロードによシ
その振動数が与えられた値以下に下がる七、制御ブロッ
ク７は再び／ｆルス電流を送シ、コイル５は一時的にそ
の作動のエンジンモードに切換えられる。先のストロー
クから次のストロークへのエネルギの蓄積と同様にエン
ジンモードから発電モード及びその逆へのコイル５の切
換えは、周波数を安定させ、質量なしのフライホイール
の役割を果たす。

装置の停止は燃料供給の己断によシなすのが最適である
。

この方法によシ作動する試験的なコンバータの振幅−周
波数特性Ｓ　＝　ｆ　（ｔ）は第２図において表されて
いる。始動時での振動の最初の１／４の波は第２図中ａ
で示され、また燃焼過程が始まる瞬間までの間の振動は
同じくｂで示され、またその安定した状態はＣで示され
、さらに切換え後における蓄積された圧縮エネルギの温
衰振動はｄで示されている。絶対値に近い一定の速度は
そのストロークの終点でその方向が急激に切換った場合
にみられる。

上記コンバータは、その極間の圧力がこの方法の制限に
達しないように設計されている。これを考慮しなければ
、第２図から燃焼が周波数２３０Ｈｚ、振幅４５ｕ１圧
縮比１６２に達することがわかる。振動速度は２００−
／　ｓ、ｅｃを越えたものとなる。これを一般的なりラ
ンクシャフトの回転に変換すれば、１３８００　ｒｐｍ
Ｋ相当する。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図は装置の概略
構成図、第２図は装置の振幅−周波数特性を示す図であ
る。 １．２・・・ピストン、３，４・・・燃焼室、５・・・
コイル、６・−・永久磁石。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦特許庁長官　
　若　杉　和　夫　　殿 ■、事件の表示 特願昭５８−０５７７４２号 ２、発明の名称 電気エネルギ発生方法 ３、補正をする渚 事件との関係　　特許出願人 センター・ザ・ウスコレノ・ブネドリャノ９−プログレ
ス”４、代理人 昭和５８年７月２６日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに対向する２つの燃焼室にそれぞれ配置した
   ２つの分離不能なピストンを有するピストン機構を、電
   気火花による各燃焼室での連続的な燃焼過程によシ機械
   的に直線往復動させ、上記ピストン機構における可動部
   の往復運動の運動エネルギを電気エネルギに変換する電
   気エネルギ発生方法において、電気火花による混合気の
   初期点火を満足させる低圧縮比で上記燃焼過程を開始し
   、一方の燃焼室の容積が他方の燃焼室で生じる力によシ
   減じた時点で燃焼過程を行うとともに、その後動中に上
   記容積が増加した時点で上記燃焼過程を終了させ、上記
   ピストン機構に取着したコイルが、このピストン機構の
   運動によシ、固定された永久磁石の磁場を横切るとき、
   このコイルに電圧を誘起させることを特徴とする電気エ
   ネルギ発生装置。
2. （２）　　前記ピストン機構の初期倣動中、前記コイル
   は、作動におけるエンジンモードに切換えられているこ
   とを特徴とする特許請求の軸囲第（１）項記載の電気エ
   ネルギ発生装置。
3. （３）　　前記ピストン機構の振動連間が滅じたとき、
   前記コイルは、作動の発電モードからエンジンモードに
   自動的に切換えられ、通常の動作状態に達したとき、エ
   ンジンモードから発電モードに自動的に切換えられるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電気エ
   ネルギ発生装置。
4. （４）　　前記ピストン機構の振動周波数は入力と出力
   のバランシングにより選択されかつ一定に維持されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電気エ
   ネルギ発生装置。