JPS59221401A - Gas spring controller of free piston engine - Google Patents
Gas spring controller of free piston engineInfo
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- JPS59221401A JPS59221401A JP9571183A JP9571183A JPS59221401A JP S59221401 A JPS59221401 A JP S59221401A JP 9571183 A JP9571183 A JP 9571183A JP 9571183 A JP9571183 A JP 9571183A JP S59221401 A JPS59221401 A JP S59221401A
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- gas spring
- free piston
- gas
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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
- F01B11/00—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
- F01B11/02—Equalising or cushioning devices
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野つ
本発明はフリーピストン機関に係シ、特にガススプリン
グの動力損失を小さ、くするのに好適なガススプリング
制御装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a free piston engine, and more particularly to a gas spring control device suitable for reducing power loss of a gas spring.
フリーピストン機関は、圧縮機とエンジンに大別される
が、ガススプリングに関してはどちらも同じ問題を持っ
ている。したがって本発明はどちらとも適用されるが、
ここでは圧縮機について説明する。Free piston engines are broadly divided into compressors and engines, but both have the same problem regarding gas springs. Therefore, although the present invention is applicable to both,
Here, the compressor will be explained.
第1図はフリーピストン形振動式圧縮機全体の断面図で
らる。モータハウジング1には振動モータのステータ2
が取シ付けられ、その両側には対称に、軸受3、ガスス
プリング用シリンダ4、圧縮室のシリンダ5、シリンダ
ヘッド6が取り付けられている。フリーピストン15は
、振動モータのプランジャ7の両側に対称に、軸8、ガ
ススプリング用ピストン9、圧縮用ビス、トンLOが取
シ付けられた構造になっている。ガススプリング用ピス
トン9と圧縮用ピストン10にはガスのシール効果を高
めるため、それぞれピストンリング11、.12が取り
付けである。Figure 1 is a sectional view of the entire free piston type vibratory compressor. The stator 2 of the vibration motor is installed in the motor housing 1.
A bearing 3, a gas spring cylinder 4, a compression chamber cylinder 5, and a cylinder head 6 are installed symmetrically on both sides. The free piston 15 has a structure in which a shaft 8, a gas spring piston 9, a compression screw, and a ton LO are attached symmetrically to both sides of the plunger 7 of the vibration motor. The gas spring piston 9 and the compression piston 10 are provided with piston rings 11, . 12 is installation.
振動モータに通電すると、グランジャ7は電源周波数で
左右に加振される。フリーピストン15と両側のガスス
プリング13.14で構成される機械振動系の固有振動
数が加振周波数とほぼ等しいときにフリーピストンは共
振状態になシ、同じとによりガスは吸入ボート16から
吸い込まれ、圧縮室で圧縮、吐出され、吐出ボート17
へ流れる。第1図では、吸入ガスはボート18を通シ振
動モータを冷却してから吸入ボート16に流れ込む。こ
のようにして作動する振動式圧縮機では、左右のガスス
プリング13.14の平均圧力の不均衡により、フリー
ピスト/15は片側に寄る可能性がある。フリーピスト
ン15が片側に寄った状態で運転すると、ビストンスト
ロークを小さくしなければならないため、効率が低下す
るし、ひどい場合には圧縮作用を行なわない。このよう
にガススプリング13.14の平均圧力を均等にするこ
とは重要な問題である。When the vibration motor is energized, the granger 7 is vibrated left and right at the power supply frequency. When the natural frequency of the mechanical vibration system consisting of the free piston 15 and the gas springs 13 and 14 on both sides is approximately equal to the excitation frequency, the free piston is in a resonant state. is compressed and discharged in the compression chamber, and discharged into the discharge boat 17.
flows to In FIG. 1, suction gas flows through boat 18 to cool the vibration motor before flowing into suction boat 16. In FIG. In a vibratory compressor that operates in this manner, the free piston/15 may shift to one side due to an imbalance in the average pressures of the left and right gas springs 13,14. If the free piston 15 is operated with it biased to one side, the piston stroke must be made small, resulting in a decrease in efficiency, and in severe cases, no compression action is performed. In this way, it is an important issue to equalize the average pressures of the gas springs 13, 14.
従来技術では第2図に示すような方法でフリーピストン
の片寄i防止している。第2図はガススプリング部だけ
を示したものでアシ、フリーピストンが中心位置の近傍
になるとき、右側のガススプリング室13はパイプ19
、ガススプリング用ピストンの連通孔20を介してフリ
ーピストン円筒内21と連通ずるようになっており、ま
た、左側のガススプリング室22も同様にパイプ23、
連通孔24を介してフリーピストン円筒内21と連通ず
るようになっている。したがってフリーピストン15が
中心位置にらるとき左右のガススプリング室13.22
の圧力はフリーピストン円f1円の圧力21と等しくな
る。しかし、フリーピストン15が中心位置から僅かに
移動すると左右のガススプリング室13.22の圧力は
異なるにもかかわらず、パイプ19,23と連通孔20
゜24が連通しているため、これらパイプと連通孔でガ
スの流動が生じる。ガススプリング室におけるピストン
とシリンダ間でガスのもれがある場合、左右のガススプ
リング室・13.22の圧力変化はヒステリシスをもっ
て変化するので、フリーピストン15が中心位置にあっ
ても、左右のガススプリング室13.22の圧力は等し
くならない。このような場合は、パイプ19.23と連
通孔20゜23でのガスの流動はさらに大きくなる。こ
のガスの流動が、ガススプリングの動力損失になる。In the prior art, the free piston is prevented from shifting by a method as shown in FIG. Figure 2 shows only the gas spring section, and when the reel and free piston are near the center position, the gas spring chamber 13 on the right side is connected to the pipe 19.
, communicates with the inside of the free piston cylinder 21 through the communication hole 20 of the gas spring piston, and the gas spring chamber 22 on the left side also communicates with the pipe 23,
It communicates with the inside of the free piston cylinder 21 via the communication hole 24. Therefore, when the free piston 15 moves to the center position, the left and right gas spring chambers 13.22
The pressure is equal to the pressure 21 of the free piston circle f1. However, when the free piston 15 moves slightly from the center position, even though the pressures in the left and right gas spring chambers 13.22 are different, the pipes 19, 23 and the communication hole 20
24 are in communication, gas flow occurs between these pipes and the communication holes. If there is a gas leak between the piston and cylinder in the gas spring chamber, the pressure in the left and right gas spring chambers 13.22 will change with hysteresis, so even if the free piston 15 is in the center position, the left and right gas The pressures in the spring chambers 13.22 are not equal. In such a case, the flow of gas in the pipes 19, 23 and the communication holes 20.degree. 23 becomes even greater. This gas flow results in power loss in the gas spring.
本発明の目的は、フリーピストンの片寄シ全なくづ−る
とともに、ガススプリングの平均圧力が変えられるガス
スプリングで、その動力損失が小さいガススプリング制
御装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas spring control device that completely eliminates the bias of a free piston, and that has a gas spring that can change the average pressure of the gas spring and that has a small power loss.
従来の考え方は、変動するガススプリング室の圧力で、
平均圧力(フリーピストンが中心位置にあるとき)を直
接利用し、フリーピストンの片寄りを防止している。ガ
ススプリング室の平均圧力は、変動する圧力の最小値か
ら知ることができる。The conventional thinking is that the pressure in the gas spring chamber fluctuates,
The average pressure (when the free piston is in the center position) is directly used to prevent the free piston from shifting. The average pressure in the gas spring chamber can be determined from the minimum value of the fluctuating pressure.
本発明は、この最小圧力を利用するとともに、ガススプ
リング室でのガスの流出流入全最小限にすることにより
、本発明の目的を達成することができる。The present invention can achieve the object of the present invention by utilizing this minimum pressure and minimizing the total flow and flow of gas in the gas spring chamber.
以下、本発明の一実施例を第3図を用いて、説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
左右のガススプリング室13.22には吸入弁25.2
6が設けである。そして、これら吸入弁25.26の吸
入口は容器27に連結されている。ここで、吸入弁25
.26は一般の圧縮機に用いられている吸入弁または吐
出弁やような簡易構造のもので十分である。あるいは、
シリンダ4.5にパイプを用いずに直接設けてもよい。Suction valves 25.2 are installed in the left and right gas spring chambers 13.22.
6 is a provision. The suction ports of these suction valves 25 and 26 are connected to the container 27. Here, the suction valve 25
.. For 26, a simple structure such as a suction valve or a discharge valve used in a general compressor is sufficient. or,
It is also possible to provide the cylinder 4.5 directly without using a pipe.
吸入弁25.26は、ガススプリング室13゜22の圧
力が容器27の圧力よりも低い場合だけガスを容器27
からガススプリング室13.22へ送シ込ひようになっ
ている。したがって、左右のガススプリング室13.2
2の最小圧力は等しくなる。第4図はフリーピストンが
片寄っていない場合の左右のガススプリング室13.2
2の圧力変化を示したものである。a−1)は右側のガ
ススプリング室13の圧力変化でおり、c−dは圧側の
ガススズリング室22の圧力変化である。a−1) (
!: C−dにおいて、吸入弁25.26の効果により
、aとCの圧力はPlで等しくなる。左右のガススプリ
ング室13.22の圧力変化は図示したように対称にな
るように設計するので、a −すの平均圧力とc −L
dの平均圧力はP2でほぼ等しくなる。The suction valves 25, 26 allow gas to enter the container 27 only if the pressure in the gas spring chamber 13.22 is lower than the pressure in the container 27.
The gas is supplied from the gas spring chamber 13.22. Therefore, the left and right gas spring chambers 13.2
The two minimum pressures will be equal. Figure 4 shows the left and right gas spring chambers 13.2 when the free piston is not biased.
2 shows the pressure change. a-1) is the pressure change in the gas spring chamber 13 on the right side, and c-d is the pressure change in the gas spring chamber 22 on the pressure side. a-1) (
! : At C-d, due to the effect of the suction valves 25, 26, the pressures at a and C become equal at Pl. Since the pressure changes in the left and right gas spring chambers 13.22 are designed to be symmetrical as shown in the figure, the average pressure of a - S and c - L
The average pressure of d becomes approximately equal at P2.
フリーピストン15が右側に片寄ると、左右のガススプ
リング室13.22の圧力は第5図に示すように、e−
19g−hのようになる。ここで吸入弁の作用によシe
とgの圧力はPlで等しくなる。しかし、右側のガスス
プリング室13の容積は小さくなっているので、圧力変
動はe −fのように大きくなり、その平均圧力はP3
になる。When the free piston 15 shifts to the right side, the pressure in the left and right gas spring chambers 13.22 becomes e-
It will look like 19g-h. Here, due to the action of the suction valve,
The pressures of and g are equal at Pl. However, since the volume of the gas spring chamber 13 on the right side is small, the pressure fluctuation becomes large as e − f, and the average pressure is P3
become.
一方、左側のガススプリング室22の容積は大きくなる
ので、圧力変動はg−hのように小さくなり、その平均
圧力はP4のようになる。PsaP4よシも大きいので
、この差圧によシブリーピストン15は左側に押され、
片寄り全抑制しようとする。逆にフリーピストン15が
右側に片寄ると、フリーピストンエ5は右側に押される
。このように吸入弁25.26の作用によシフリーピス
トン15の片寄シを防止することができる。また、フリ
ーピストン15が片寄シのない状態で振動している場合
は、左右のガススプリング室13゜22の圧力と容器2
7の圧力は等しいので、吸入弁25,26を通じてガス
の流動は生じない。On the other hand, since the volume of the left gas spring chamber 22 becomes larger, the pressure fluctuation becomes smaller as gh, and the average pressure becomes P4. Since PsaP4 is also larger, the Sibley piston 15 is pushed to the left by this differential pressure.
Try to suppress all bias. Conversely, when the free piston 15 shifts to the right, the free piston 5 is pushed to the right. In this manner, the action of the suction valves 25 and 26 can prevent the shift free piston 15 from shifting to one side. In addition, when the free piston 15 is vibrating with no bias, the pressure in the left and right gas spring chambers 13°22 and the pressure in the container 2
Since the pressures at 7 are equal, no gas flow occurs through the suction valves 25 and 26.
第6図は本発明のもう1つの実施例でろ夛、第3図のも
のに1吐出弁28.29’に設け、これらの吐出弁出口
を容器30に連結し、さらに容器30から適尚な量のガ
スを流出させるように流量制御弁31を設けたものであ
る。第6図では、軸受13として気体軸受を採用した例
である。軸受用の高圧ガスがボート32より供給される
ため、軸受のギャップからガススプリング室13に流れ
込むため、ガススプリング室13.22の圧力は上昇す
る。したがってフリーピストンが共振状態からずれるた
め振幅が小さくなる。そこで、流量制御弁31の弁開度
を調節し、軸受13からもれた量だけ容器からガスを流
出させるとガススプリング室内の圧力上昇がないので7
リーピスト/15を共振状態に維持することができる。FIG. 6 shows another embodiment of the invention, in which a filter is provided in one discharge valve 28, 29' of the one in FIG. A flow control valve 31 is provided to allow a certain amount of gas to flow out. FIG. 6 shows an example in which a gas bearing is used as the bearing 13. Since the high-pressure gas for the bearing is supplied from the boat 32, it flows into the gas spring chamber 13 through the bearing gap, so that the pressure in the gas spring chamber 13.22 increases. Therefore, since the free piston deviates from the resonant state, the amplitude becomes smaller. Therefore, if the opening degree of the flow control valve 31 is adjusted and the amount of gas that leaks from the bearing 13 flows out of the container, the pressure inside the gas spring chamber will not increase.
The Reapist/15 can be maintained in a resonant state.
ここで吐出弁28.29は容器31からガススプリング
室13.22への逆流を阻止するので、ガスの流動によ
るガススプリングの動力損失は最小限になる。このよう
に流量調節弁31を変えることにより、共振状W+維持
することができるとともに、負荷が小さくなってフリー
ピストン15の振幅が増大する場合はガススプリング室
13.22の平均圧力を高め、共振状態からずらして、
振幅の増大全防止することができる。The discharge valve 28.29 here prevents a backflow from the container 31 into the gas spring chamber 13.22, so that power losses in the gas spring due to gas flow are minimized. By changing the flow rate control valve 31 in this way, it is possible to maintain the resonance condition W+, and when the load becomes small and the amplitude of the free piston 15 increases, the average pressure in the gas spring chamber 13.22 is increased, and the resonance condition is increased. Shift from the state,
Any increase in amplitude can be completely prevented.
第6図を用いて、ガススプリング室にガスが流れ込む場
合について説明したが、逆にガススプリング室から流出
する場合は、第3図の容器27に流量調整弁を設け、容
器27内にガスを流し込む方法全採用すれば、フリーピ
ストン15の振幅全制御することができる。The case where gas flows into the gas spring chamber has been explained using FIG. If all pouring methods are employed, the amplitude of the free piston 15 can be fully controlled.
以上のように、本発明によれば、圧力のガススズリング
室の平均圧力を等しくすることができるとともに、均圧
された平均圧力を変えることができ、ガスの流動による
損失を非常に少なくすることができるので、ガススプリ
ング部での動力損失を小さくすることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to equalize the average pressure in the gas tin ring chamber, and also to change the equalized average pressure, which greatly reduces loss due to gas flow. Therefore, power loss at the gas spring portion can be reduced.
第1図はフリーピストン形振動式圧縮機全体の断面図、
第2図は従来技術によるガススプリング部の断面図、第
3図は本発明による一実施例を示−jガススフリング部
の断面図、第4図はガススプリング室内のビストンスト
ロークに対する圧力変化を示す図、第5図はガススプリ
ング室内のビストンストロークに対する圧力変化を示す
図、第6図は本発明によるもう一つの一実施例を示すガ
ススプリング部の断面図である。
13.22・・・ガススプリング室、25.26・・・
ガススプリング用吸入弁、28,2.9・・・ガススプ
リング用吐出弁、31・・・流量調節弁。
¥J Z 図
第 3 図
7
と
第 4 図
第 5 図
第6図Figure 1 is a cross-sectional view of the entire free piston type vibratory compressor.
Fig. 2 is a cross-sectional view of a gas spring section according to the prior art, Fig. 3 is a cross-sectional view of a gas spring section according to an embodiment of the present invention, and Fig. 4 is a diagram showing pressure changes in the gas spring chamber with respect to the piston stroke. , FIG. 5 is a diagram showing the pressure change in the gas spring chamber with respect to the piston stroke, and FIG. 6 is a sectional view of the gas spring portion showing another embodiment according to the present invention. 13.22... Gas spring chamber, 25.26...
Suction valve for gas spring, 28, 2.9...Discharge valve for gas spring, 31...Flow control valve. ¥J Z Figure 3 Figure 7 and Figure 4 Figure 5 Figure 6
Claims (1)
持する軸受、フリーピストンを共振させるためのガスス
プリングから成るフリーピストン機関において、ガスス
プリング室に吸入弁または吐出弁を設けたこと全特徴と
するフリーピストン機関のガススプリング制御装置。 2、特許請求の範囲第1項において、2つ以上のガスス
プリング室に各々吸入弁を設け、これらの吸入弁入口を
連結し、各々の吸入弁入口圧力を等しくしたこと全特徴
とするフリーピストン機関のガススプリング制御装置。 3、特許請求の範囲第1項において、吐出弁の出口に流
量調節弁を設けたことを特徴とするフリーピストン機関
のガススプリング制御装置。 4、特許請求の範囲第2項において、吸入弁入口に流量
調節弁を設けたことを特徴とするフリーピストン機関の
ガススプリング制御装置。[Claims] 1. In a free piston engine consisting of a reciprocating free piston, a bearing supporting the free piston, and a gas spring for resonating the free piston, a suction valve or a discharge valve is provided in the gas spring chamber. Gas spring control device for free piston engine with all features. 2. A free piston according to claim 1, characterized in that two or more gas spring chambers are each provided with a suction valve, and the inlets of these suction valves are connected to equalize the inlet pressure of each suction valve. Engine gas spring control device. 3. A gas spring control device for a free piston engine according to claim 1, characterized in that a flow control valve is provided at the outlet of the discharge valve. 4. A gas spring control device for a free piston engine according to claim 2, characterized in that a flow control valve is provided at the inlet of the suction valve.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9571183A JPS59221401A (en) | 1983-06-01 | 1983-06-01 | Gas spring controller of free piston engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9571183A JPS59221401A (en) | 1983-06-01 | 1983-06-01 | Gas spring controller of free piston engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59221401A true JPS59221401A (en) | 1984-12-13 |
Family
ID=14145074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9571183A Pending JPS59221401A (en) | 1983-06-01 | 1983-06-01 | Gas spring controller of free piston engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59221401A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0676610A1 (en) * | 1994-04-09 | 1995-10-11 | Loral Europe Limited | A free piston machine |
WO2006003376A1 (en) * | 2004-07-05 | 2006-01-12 | Isis Innovation Ltd. | Control of reciprocating linear machines |
WO2007098987A1 (en) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Linear compressor with a gas spring |
JP2012202385A (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Toyota Central R&D Labs Inc | Free piston generator |
-
1983
- 1983-06-01 JP JP9571183A patent/JPS59221401A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0676610A1 (en) * | 1994-04-09 | 1995-10-11 | Loral Europe Limited | A free piston machine |
WO2006003376A1 (en) * | 2004-07-05 | 2006-01-12 | Isis Innovation Ltd. | Control of reciprocating linear machines |
WO2007098987A1 (en) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Linear compressor with a gas spring |
JP2012202385A (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Toyota Central R&D Labs Inc | Free piston generator |
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