JPS6238833A - 複動自由ピストン機関 - Google Patents
複動自由ピストン機関Info
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- JPS6238833A JPS6238833A JP17878985A JP17878985A JPS6238833A JP S6238833 A JPS6238833 A JP S6238833A JP 17878985 A JP17878985 A JP 17878985A JP 17878985 A JP17878985 A JP 17878985A JP S6238833 A JPS6238833 A JP S6238833A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- air supply
- engine
- piston rod
- rod
- Prior art date
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- Pending
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は複動自由ピストン内燃機関に関するものである
。
。
従来一般の内燃機間においては、クランク型機関及びガ
スタービン等の回転型のものが主流であって、何れも高
出力を得るため、高速回転で運転する際に、回転部分の
遠心力及び回転軸の曲げ振動並びに捩り振動による疲労
破壊に耐え得る高強度材料を要し、自ら高速化の速度限
界があり、また、回転型の機関及び作業機器の宿命的欠
陥として機関外へ露出した回転部分における繊維及び毛
髪などの絡みつきによる巻き込み事故の危険性があり、
これら回転型機間の回転速度限界の問題と巻き込み事故
の危険性のない往復動型自由ピストン機関の実用化が待
望されている。 また、クランク型機関はピストンの往
復運動をクランクにより回転運動に変換して出力するが
、これによって駆動される作業機は必ずしも回転運動を
必要とせず、往復運動を必要とするものに往復動型のポ
ンプ、往復動型に構成した発電機及び各種の往復動作業
機等があり、これらをクランク型機間で駆動するには回
転出力を再び往復運動に変換して使用し、従って二重の
運動変換損失となって甚だ非合理的であるとの見地から
、往復運動を必要とする５一 作業機にあっては、ピストンの往復運動を変換すること
なくそのまま出力する自由ピストン機関によって駆動す
ることが提案されていて、例えば、対向ピストン型自由
ピストン機関と、西ドイツ国ノフランク舎シュチルツア
ー（Ｆｒａｎｋ ５ｔｅｌｚｅｒ）の提案に係る串形配
列２ピストン・２サイクル自由ピストン機間とがあり、
対向ピストン型のものにおいては一対の単動ピストンを
単一のシリンダー室内に縦列に対向配設し、対向ピスト
ンは夫々互いに反対の方向に往復運動を行なうので各ピ
ストンを互いに同期的に作動するには機械的連動手段と
反動ピストンのような行程復帰手段とを必要とし、シュ
チルツアー提案のものは単動型２シリンダー・２ピスト
ン機関であって２個のピストンが中学状に連結されて両
ピストンが交互に単動の作動を反復して運転するので、
機械的連動手段及び行程復帰手段を必要としないが、こ
れらの機関は何れも２個のピストンを必要とするため、
ビストン系の往復運動部分の質量は比較的大きく、ピス
トン系の往復運動による動力損失が大きく、また、単一
のシリンダーと単一のピストンによる複動形の内燃機関
は大型・低速のクランク形のものの実施例があるが自由
ピストン形のものの実施例はなく、殊に中・小型の高速
のものは、高速運転の際に発生する多量且つ高温の燃焼
気体をピストンロッドの往復摺動部分において洩れなく
密封する密封手段が必要であり、同宿動部分及び同部分
の密封手段は燃焼気体より高熱負荷を受けるため高温に
おける耐摩耗性を確保し難いとゆう致命的欠点があり、
同摺動部分及び同部分の密封手段の開発・製造及び保守
に関する技術課題と経費並びに手間の諸問題があるため
、はとんど実用化が断念されている実情である。
スタービン等の回転型のものが主流であって、何れも高
出力を得るため、高速回転で運転する際に、回転部分の
遠心力及び回転軸の曲げ振動並びに捩り振動による疲労
破壊に耐え得る高強度材料を要し、自ら高速化の速度限
界があり、また、回転型の機関及び作業機器の宿命的欠
陥として機関外へ露出した回転部分における繊維及び毛
髪などの絡みつきによる巻き込み事故の危険性があり、
これら回転型機間の回転速度限界の問題と巻き込み事故
の危険性のない往復動型自由ピストン機関の実用化が待
望されている。 また、クランク型機関はピストンの往
復運動をクランクにより回転運動に変換して出力するが
、これによって駆動される作業機は必ずしも回転運動を
必要とせず、往復運動を必要とするものに往復動型のポ
ンプ、往復動型に構成した発電機及び各種の往復動作業
機等があり、これらをクランク型機間で駆動するには回
転出力を再び往復運動に変換して使用し、従って二重の
運動変換損失となって甚だ非合理的であるとの見地から
、往復運動を必要とする５一 作業機にあっては、ピストンの往復運動を変換すること
なくそのまま出力する自由ピストン機関によって駆動す
ることが提案されていて、例えば、対向ピストン型自由
ピストン機関と、西ドイツ国ノフランク舎シュチルツア
ー（Ｆｒａｎｋ ５ｔｅｌｚｅｒ）の提案に係る串形配
列２ピストン・２サイクル自由ピストン機間とがあり、
対向ピストン型のものにおいては一対の単動ピストンを
単一のシリンダー室内に縦列に対向配設し、対向ピスト
ンは夫々互いに反対の方向に往復運動を行なうので各ピ
ストンを互いに同期的に作動するには機械的連動手段と
反動ピストンのような行程復帰手段とを必要とし、シュ
チルツアー提案のものは単動型２シリンダー・２ピスト
ン機関であって２個のピストンが中学状に連結されて両
ピストンが交互に単動の作動を反復して運転するので、
機械的連動手段及び行程復帰手段を必要としないが、こ
れらの機関は何れも２個のピストンを必要とするため、
ビストン系の往復運動部分の質量は比較的大きく、ピス
トン系の往復運動による動力損失が大きく、また、単一
のシリンダーと単一のピストンによる複動形の内燃機関
は大型・低速のクランク形のものの実施例があるが自由
ピストン形のものの実施例はなく、殊に中・小型の高速
のものは、高速運転の際に発生する多量且つ高温の燃焼
気体をピストンロッドの往復摺動部分において洩れなく
密封する密封手段が必要であり、同宿動部分及び同部分
の密封手段は燃焼気体より高熱負荷を受けるため高温に
おける耐摩耗性を確保し難いとゆう致命的欠点があり、
同摺動部分及び同部分の密封手段の開発・製造及び保守
に関する技術課題と経費並びに手間の諸問題があるため
、はとんど実用化が断念されている実情である。
本発明は、このような実情に鑑み、単一のシリンダーと
単一のピストンとによって賎る複動自由ピストン機関に
おいて、給気を機関シリンダーの二分室へ円滑に切り替
え給配する給気給配手段として、中空棒状のピストンロ
ッド中途に設けた滑り弁を採用すると共に同ロッドの質
量を軽減して高速追従性を良好となし、同ロット中空部
を通じて給気を給配することにより給気のための外部配
管を要せず、単純な構成となし、単一のピストンと単一
のシリンダーとによる複動棚間の構成と相俟って往復運
動部分の質量を軽減して往復運動の動力損失を減し、高
速争高出カ運転を可能とすることを目的とし、ピストン
ロッドの内外囲、ピストンヘッドの表面及び機関シリン
ダーヘッドのロッド孔開口部内面に夫々熱伝導率の小さ
い断納物質より成るライニングを被覆固設して燃焼気体
による高熱負荷に対する耐熱性を改善し、燃焼気体より
ピストン口・ント及びピストンヘッドへの熱伝達を抑制
し、ピストンロッド中空部内を通過して供給する給気へ
の熱通過を抑制し、給気の温度−り昇を抑制して、機関
熱効率の低下を防ぎ、このとき給気は該ロット中空部表
面より受熱して同ロッド中空部表面を冷却し、給気自体
は燃料の気化を促進し均一な混合気体となして燃焼性を
改善し、給気の燃焼速度を速くする共に、上記ライニン
グの材料に、概して脆性の欠点を有するが耐摩耗性と耐
熱性に優れているセラミ・ンクスを採用し、所謂、セラ
ミック・エンジンを構成して燃焼気体の高熱負荷に対す
る耐熱性とピストンロッドの往復摺動部分及び同部分の
密封手段の耐摩耗性とを改善し、また機関の冷却作用を
可及的制限して冷却熱損失を減し、高温領域における運
転を可能となして機関熱効率を高くすることを目的とし
、且つ複動棚間の構成により一行程当たり一回の燃焼動
作を行ない、機関シリンダー行程容積当たりの出力を一
般の単動棚間に比して倍増すると共に、前記のような回
転形機関及び従来の自由ピストン機関の欠点並びに諸問
題を解決することを目的とするものである。
単一のピストンとによって賎る複動自由ピストン機関に
おいて、給気を機関シリンダーの二分室へ円滑に切り替
え給配する給気給配手段として、中空棒状のピストンロ
ッド中途に設けた滑り弁を採用すると共に同ロッドの質
量を軽減して高速追従性を良好となし、同ロット中空部
を通じて給気を給配することにより給気のための外部配
管を要せず、単純な構成となし、単一のピストンと単一
のシリンダーとによる複動棚間の構成と相俟って往復運
動部分の質量を軽減して往復運動の動力損失を減し、高
速争高出カ運転を可能とすることを目的とし、ピストン
ロッドの内外囲、ピストンヘッドの表面及び機関シリン
ダーヘッドのロッド孔開口部内面に夫々熱伝導率の小さ
い断納物質より成るライニングを被覆固設して燃焼気体
による高熱負荷に対する耐熱性を改善し、燃焼気体より
ピストン口・ント及びピストンヘッドへの熱伝達を抑制
し、ピストンロッド中空部内を通過して供給する給気へ
の熱通過を抑制し、給気の温度−り昇を抑制して、機関
熱効率の低下を防ぎ、このとき給気は該ロット中空部表
面より受熱して同ロッド中空部表面を冷却し、給気自体
は燃料の気化を促進し均一な混合気体となして燃焼性を
改善し、給気の燃焼速度を速くする共に、上記ライニン
グの材料に、概して脆性の欠点を有するが耐摩耗性と耐
熱性に優れているセラミ・ンクスを採用し、所謂、セラ
ミック・エンジンを構成して燃焼気体の高熱負荷に対す
る耐熱性とピストンロッドの往復摺動部分及び同部分の
密封手段の耐摩耗性とを改善し、また機関の冷却作用を
可及的制限して冷却熱損失を減し、高温領域における運
転を可能となして機関熱効率を高くすることを目的とし
、且つ複動棚間の構成により一行程当たり一回の燃焼動
作を行ない、機関シリンダー行程容積当たりの出力を一
般の単動棚間に比して倍増すると共に、前記のような回
転形機関及び従来の自由ピストン機関の欠点並びに諸問
題を解決することを目的とするものである。
これを更に詳細に述べると、機関シリンダーと給気ポン
プシリンダーとを縦列に連設し、機関シリンダーには円
筒状の機関シリンダー室両端部を覆うシリンダーヘッド
を設け、給気ポンプシリンダーには円筒状の給気ポンプ
シリンダー室両端部を覆うシリンダーカバーを設け、機
関シリンダー室内に機関ピストンを、また給気ポンプシ
リンダー室内に給気ピストンを夫々往復摺動自在に密封
嵌設することにより、該機関シリンダー室及び給気ポン
プシリンダー室を夫々二分室に区分し、機関シリンダー
ヘッド並びに給気ポンプシリンダーカバーには夫々ロッ
ド孔を貫通穿設し、該ロフト孔には両端部を閉塞した中
空棒状のピストンロッドを往復摺動自在に密封ＶＭ設し
、該ピストンロッド中途には、機関シリンダー室内の機
関ピストンと、給気ポンプシリンダー室内の給気ピスト
ンとを、夫々のピストンヘッド中央部において貫通固設
することによって機関ピストン・給気ピストン及びピス
トンロッドを串字状に連設し、機関シリンダー各分室に
夫々、給気を分室内へ供給し排気と入替え掃気する掃気
手段と、排気を分室外へ排出する排気手段と、掃気後分
室内で圧縮した給気に点火する点火手段とを具備するも
のにおいて、機関シリンダーヘッドのロッド孔の機関シ
リンダー室への開口部に掃気弁口を、また給気ポンプシ
リンダーカバーのロッド孔中途に給気ポンプシリンダー
室へ連通する給気弁孔を夫々配設し、ピストンロッドに
は該掃気弁口に部位し同弁口内において往復摺動する部
位付近に掃気通路孔をピストンロッド中空部へ貫通穿設
して成る掃気滑り弁と、給気弁孔に部位し同弁孔内にお
いて往復摺動する部位付近に給気通路孔をピストンロッ
ド中空部へ貫通穿設して成る給気滑り弁とを配設して構
成し、機関ピストン・給気ポンプピストン及びピストン
ロッドの一体的往復行程に応じて給気弁孔に部位する給
気滑り弁並びに掃気弁口に部位する掃気滑り弁を夫々同
時に開口位または閉塞位に切り替えることにより、給気
ポンプシリンダー分室よりの給気をピストンロッド中空
部を通して機関シリンダー両分室へ交互に連通または遮
断して切り替え可能としたことを特徴とする給気給配手
段を具備する複動自由ピストン機関に係るものであって
、前記ピストンロッドの外囲及びピストンヘッド表面に
熱伝導率の小さい断熱物質より成るピストンロッドライ
ニング及びピストンヘッドライニングを被覆固設し、両
ライニングによって燃焼気体よりピストンロッド及びピ
ストンヘッドへの熱伝達を抑制することを特徴とする上
記複動自由ピストン機関に係るものであって、また前記
ピストンロッド中空部内面に熱伝導率の小さい断熱物質
より成るピストンロッド中空部ライニングを被覆固設し
、燃焼気体よりピストンロッド及び同ライニングを通じ
てピストンロッド中空部内の給気への熱通過を抑制する
ことを特徴とする上記複動自由ピストン機関に係るもの
であって、さらに前記掃気弁開口より機関シリンダー室
までのロッド孔内面に熱伝導率の小さい断熱物質より成
るロッド孔ライニングを被覆固設し、燃焼気体及び機関
の高沸部分より同ライニングを通して掃気弁開口並びに
ロッド孔内への熱伝達を抑制することを特徴とする上記
複動自由ピストン機関に係るものである。
プシリンダーとを縦列に連設し、機関シリンダーには円
筒状の機関シリンダー室両端部を覆うシリンダーヘッド
を設け、給気ポンプシリンダーには円筒状の給気ポンプ
シリンダー室両端部を覆うシリンダーカバーを設け、機
関シリンダー室内に機関ピストンを、また給気ポンプシ
リンダー室内に給気ピストンを夫々往復摺動自在に密封
嵌設することにより、該機関シリンダー室及び給気ポン
プシリンダー室を夫々二分室に区分し、機関シリンダー
ヘッド並びに給気ポンプシリンダーカバーには夫々ロッ
ド孔を貫通穿設し、該ロフト孔には両端部を閉塞した中
空棒状のピストンロッドを往復摺動自在に密封ＶＭ設し
、該ピストンロッド中途には、機関シリンダー室内の機
関ピストンと、給気ポンプシリンダー室内の給気ピスト
ンとを、夫々のピストンヘッド中央部において貫通固設
することによって機関ピストン・給気ピストン及びピス
トンロッドを串字状に連設し、機関シリンダー各分室に
夫々、給気を分室内へ供給し排気と入替え掃気する掃気
手段と、排気を分室外へ排出する排気手段と、掃気後分
室内で圧縮した給気に点火する点火手段とを具備するも
のにおいて、機関シリンダーヘッドのロッド孔の機関シ
リンダー室への開口部に掃気弁口を、また給気ポンプシ
リンダーカバーのロッド孔中途に給気ポンプシリンダー
室へ連通する給気弁孔を夫々配設し、ピストンロッドに
は該掃気弁口に部位し同弁口内において往復摺動する部
位付近に掃気通路孔をピストンロッド中空部へ貫通穿設
して成る掃気滑り弁と、給気弁孔に部位し同弁孔内にお
いて往復摺動する部位付近に給気通路孔をピストンロッ
ド中空部へ貫通穿設して成る給気滑り弁とを配設して構
成し、機関ピストン・給気ポンプピストン及びピストン
ロッドの一体的往復行程に応じて給気弁孔に部位する給
気滑り弁並びに掃気弁口に部位する掃気滑り弁を夫々同
時に開口位または閉塞位に切り替えることにより、給気
ポンプシリンダー分室よりの給気をピストンロッド中空
部を通して機関シリンダー両分室へ交互に連通または遮
断して切り替え可能としたことを特徴とする給気給配手
段を具備する複動自由ピストン機関に係るものであって
、前記ピストンロッドの外囲及びピストンヘッド表面に
熱伝導率の小さい断熱物質より成るピストンロッドライ
ニング及びピストンヘッドライニングを被覆固設し、両
ライニングによって燃焼気体よりピストンロッド及びピ
ストンヘッドへの熱伝達を抑制することを特徴とする上
記複動自由ピストン機関に係るものであって、また前記
ピストンロッド中空部内面に熱伝導率の小さい断熱物質
より成るピストンロッド中空部ライニングを被覆固設し
、燃焼気体よりピストンロッド及び同ライニングを通じ
てピストンロッド中空部内の給気への熱通過を抑制する
ことを特徴とする上記複動自由ピストン機関に係るもの
であって、さらに前記掃気弁開口より機関シリンダー室
までのロッド孔内面に熱伝導率の小さい断熱物質より成
るロッド孔ライニングを被覆固設し、燃焼気体及び機関
の高沸部分より同ライニングを通して掃気弁開口並びに
ロッド孔内への熱伝達を抑制することを特徴とする上記
複動自由ピストン機関に係るものである。
これを図面に示す実施例につき説明すると、機関シリン
ダー（１）と給気ポンプシリンダー（１０）とを縦列に
連設し、該機関シリンダーには円筒状の機関シリンダー
室（Ｉａ）両端部を覆うシリンダーヘッド（２）、（２
）を設け、該給気ポンプシリンダーには円筒状の給気ポ
ンプシリンダー室（ｌｏａ）両端部を覆うシリンダーカ
バー（＋１）、（＋１）を設け、機関シリンダー室内に
機関ピストン（３）を、また給気ポンプシリンダー室内
に給気ピストン（１２）を夫々往復摺動自在に密封嵌設
することにより、該機関シリンダー室及び給気ポンプシ
リンダー室を夫々二分室に区分し、機関シリンダーヘッ
ド（２）、（２）並びに給気ポンプシリンダーカバー（
１１）、（１１）には夫々ロッド孔（４）、（４）、、
、、を貫通穿設し、該ロッド孔には両端部を閉塞した中
空棒状のピストンロッド（５）、（５）を往復摺動自在
に密封嵌設し、該ピストンロッド中途には、機関シリン
ダー室内の機関ピストン（３）を機関ピストンヘッド（
３ａ）、（３ａ）中央部において貫通固設し、また給気
ポンプシリンダー室内の給気ピストン（１２）を給気ピ
ストンヘッド（１２ａ）、（１２ａ）中央部において貫
通固設することによって機関ピストン・給気ピストン及
びピストンロッドを串字状に連設し、機関シリンダー各
分室に夫々、給気を分室内へ供給し排気と入替え掃気す
る掃気手段と、排気を分室外へ排出する排気手段と、掃
気後分室内で圧縮した給気に点火する点火手段とを具備
するものにおいて、機関シリンダーヘッド（２）、（２
）のロット孔（４）、（４）の機関シリンダー室への開
口部に掃気弁開口（＋３）、（１３）を、また給気ポン
プシリンダーカバー（１１）、（１１）のロット孔（４
）、（４）中途に、給気ポンプシリンダー室へ連通ずる
給気弁孔（＋４）、（＋４）を夫々配設し、ピストンロ
ッド（５）には、該掃気弁開口（１３）、（１３）に１
位し同井関口内において摺動する部位付近に掃気通路孔
（１５）、（＋５）をピストンロッド中空部（５ａ）へ
釘通穿設して成る掃気滑り弁（ＩＴ）、（１７）と、給
気弁孔（＋４）、（＋４）１位し同弁孔内において摺動
する部位付近に給気通路孔（＋６）、（１６）をピスト
ンロッド中空部（５ａ）へ貫通穿設して成る給電滑り弁
（＋８）、（１８）とを配設して構成した給気給配手段
を具備する複動自由ピストン機関に係るものである。
このような給気給配手段を具備する構成により、機関ピ
ストン壷絵気ポンプピストン・ピストンロッド・掃気滑
り弁及び給気滑り弁の一体的往復行程に応じて、機関シ
リンダー分室内の機関ピストンが下死点直前値と下死点
との間の掃気行程位にある分室、例えは第１図に示す機
関シリンダーの第２分室（１，２）側位の掃気弁開口（
１３）位置と同弁口に１位する掃気滑り弁（１７）の掃
気通路孔（１５）位置とを一致させると同時に給気ポン
プシリンダーの第２分室（１０，２）側位の給気弁孔（
１４）位置と同弁孔に１位する給気滑り弁（１８）の給
気通路孔（１６）位置とを一致させて夫々両滑り弁を開
口位となし、給気ポンプシリンダーの第２分室（ｌＯ０
２）より機関ピストンの第２分室（１，２）へ供給する
給気を上２ピストンロッド中空部（５ａ）を通じて連通
ずると共に前記排気手段において機関ピストンヘッド（
３ａ）端部により排気口（８）をよぎって開口状となし
、排気を分室外へ排出可能となし、つぎに同機関ピスト
ンが上記掃気行程部外にあるとき、例えば、第１図に示
す機関シリンダーの第１分室（１，１）側位の掃気弁開
口（１３）位置に対し同弁開口に１位する掃気滑り弁（
１７）の掃気通路孔（１５）位置を偏位すると同時に給
気ポンプシリンダーの第２分室（１０，２）側位の給気
弁孔（１４）位置に対し同弁孔に１位する給気滑り弁（
１８）の給気通路孔（１６）位置を偏位して夫々両滑り
弁を閉塞位となし、給気ポンプシリンダーの第１分室（
Ｉｎ、 ｊ）より機関シリンダーの第１分室（１，１）
へ供給する給気を遮断すると共に前記排気手段おいて排
気口（８）を機関ピストンランド（３ｂ）により覆って
閉塞状となして給気を同分室に密封する作用をなし、こ
のようにＩｌｌ関ピストン・給気ピストン・掃気滑り弁
並びに給気滑り弁の往復行程に応じて給気ポンプシリン
ダーより供給する給気を、ピストンロッド中空部（５ａ
）を通して給気ポンプシリンダーの第１分室（１０，１
）と機関シリンダーの第１分室（１，１）との間、若し
くは給気ポンプシリンダーの第２分室（１０，２）と機
関シリンダーの第２分室（１，２）との間において夫々
交互に連通または遮断して切替え給配する作用を反復す
る。 このような給気給配手段の作用があるので、他の
給気給配手段、例えばポペット弁及びカムによる弁機構
のように機械的衝撃を伴ない高速追従性の悪い機構を必
要とせず、ピストンロッドに掃気滑り弁及び給気滑り弁
を設けてピストンロッド中空部を通じて給気を給配する
ことにより外部配管を要せず、構成を単純化し、両滑り
弁の円滑な往復摺動により高速追従性の良好な給気給配
作用が得られ、ピストンロッド及び両滑り弁の往復摺動
部及び同部分の密封手段に無理な外力や衝撃を伴なうこ
となく高速運転を可能とし、且つ単一のピストンと単一
のシリンダーによる複動機関の構成と相俟って、ピスト
ン、中空状のピストンロッド、掃気滑り弁並びに給気滑
り弁より成る往復運動部分の質量を軽減して往復運動の
動力損失を少なくする等の給気給配手段の効果が得られ
る。
ダー（１）と給気ポンプシリンダー（１０）とを縦列に
連設し、該機関シリンダーには円筒状の機関シリンダー
室（Ｉａ）両端部を覆うシリンダーヘッド（２）、（２
）を設け、該給気ポンプシリンダーには円筒状の給気ポ
ンプシリンダー室（ｌｏａ）両端部を覆うシリンダーカ
バー（＋１）、（＋１）を設け、機関シリンダー室内に
機関ピストン（３）を、また給気ポンプシリンダー室内
に給気ピストン（１２）を夫々往復摺動自在に密封嵌設
することにより、該機関シリンダー室及び給気ポンプシ
リンダー室を夫々二分室に区分し、機関シリンダーヘッ
ド（２）、（２）並びに給気ポンプシリンダーカバー（
１１）、（１１）には夫々ロッド孔（４）、（４）、、
、、を貫通穿設し、該ロッド孔には両端部を閉塞した中
空棒状のピストンロッド（５）、（５）を往復摺動自在
に密封嵌設し、該ピストンロッド中途には、機関シリン
ダー室内の機関ピストン（３）を機関ピストンヘッド（
３ａ）、（３ａ）中央部において貫通固設し、また給気
ポンプシリンダー室内の給気ピストン（１２）を給気ピ
ストンヘッド（１２ａ）、（１２ａ）中央部において貫
通固設することによって機関ピストン・給気ピストン及
びピストンロッドを串字状に連設し、機関シリンダー各
分室に夫々、給気を分室内へ供給し排気と入替え掃気す
る掃気手段と、排気を分室外へ排出する排気手段と、掃
気後分室内で圧縮した給気に点火する点火手段とを具備
するものにおいて、機関シリンダーヘッド（２）、（２
）のロット孔（４）、（４）の機関シリンダー室への開
口部に掃気弁開口（＋３）、（１３）を、また給気ポン
プシリンダーカバー（１１）、（１１）のロット孔（４
）、（４）中途に、給気ポンプシリンダー室へ連通ずる
給気弁孔（＋４）、（＋４）を夫々配設し、ピストンロ
ッド（５）には、該掃気弁開口（１３）、（１３）に１
位し同井関口内において摺動する部位付近に掃気通路孔
（１５）、（＋５）をピストンロッド中空部（５ａ）へ
釘通穿設して成る掃気滑り弁（ＩＴ）、（１７）と、給
気弁孔（＋４）、（＋４）１位し同弁孔内において摺動
する部位付近に給気通路孔（＋６）、（１６）をピスト
ンロッド中空部（５ａ）へ貫通穿設して成る給電滑り弁
（＋８）、（１８）とを配設して構成した給気給配手段
を具備する複動自由ピストン機関に係るものである。
このような給気給配手段を具備する構成により、機関ピ
ストン壷絵気ポンプピストン・ピストンロッド・掃気滑
り弁及び給気滑り弁の一体的往復行程に応じて、機関シ
リンダー分室内の機関ピストンが下死点直前値と下死点
との間の掃気行程位にある分室、例えは第１図に示す機
関シリンダーの第２分室（１，２）側位の掃気弁開口（
１３）位置と同弁口に１位する掃気滑り弁（１７）の掃
気通路孔（１５）位置とを一致させると同時に給気ポン
プシリンダーの第２分室（１０，２）側位の給気弁孔（
１４）位置と同弁孔に１位する給気滑り弁（１８）の給
気通路孔（１６）位置とを一致させて夫々両滑り弁を開
口位となし、給気ポンプシリンダーの第２分室（ｌＯ０
２）より機関ピストンの第２分室（１，２）へ供給する
給気を上２ピストンロッド中空部（５ａ）を通じて連通
ずると共に前記排気手段において機関ピストンヘッド（
３ａ）端部により排気口（８）をよぎって開口状となし
、排気を分室外へ排出可能となし、つぎに同機関ピスト
ンが上記掃気行程部外にあるとき、例えば、第１図に示
す機関シリンダーの第１分室（１，１）側位の掃気弁開
口（１３）位置に対し同弁開口に１位する掃気滑り弁（
１７）の掃気通路孔（１５）位置を偏位すると同時に給
気ポンプシリンダーの第２分室（１０，２）側位の給気
弁孔（１４）位置に対し同弁孔に１位する給気滑り弁（
１８）の給気通路孔（１６）位置を偏位して夫々両滑り
弁を閉塞位となし、給気ポンプシリンダーの第１分室（
Ｉｎ、 ｊ）より機関シリンダーの第１分室（１，１）
へ供給する給気を遮断すると共に前記排気手段おいて排
気口（８）を機関ピストンランド（３ｂ）により覆って
閉塞状となして給気を同分室に密封する作用をなし、こ
のようにＩｌｌ関ピストン・給気ピストン・掃気滑り弁
並びに給気滑り弁の往復行程に応じて給気ポンプシリン
ダーより供給する給気を、ピストンロッド中空部（５ａ
）を通して給気ポンプシリンダーの第１分室（１０，１
）と機関シリンダーの第１分室（１，１）との間、若し
くは給気ポンプシリンダーの第２分室（１０，２）と機
関シリンダーの第２分室（１，２）との間において夫々
交互に連通または遮断して切替え給配する作用を反復す
る。 このような給気給配手段の作用があるので、他の
給気給配手段、例えばポペット弁及びカムによる弁機構
のように機械的衝撃を伴ない高速追従性の悪い機構を必
要とせず、ピストンロッドに掃気滑り弁及び給気滑り弁
を設けてピストンロッド中空部を通じて給気を給配する
ことにより外部配管を要せず、構成を単純化し、両滑り
弁の円滑な往復摺動により高速追従性の良好な給気給配
作用が得られ、ピストンロッド及び両滑り弁の往復摺動
部及び同部分の密封手段に無理な外力や衝撃を伴なうこ
となく高速運転を可能とし、且つ単一のピストンと単一
のシリンダーによる複動機関の構成と相俟って、ピスト
ン、中空状のピストンロッド、掃気滑り弁並びに給気滑
り弁より成る往復運動部分の質量を軽減して往復運動の
動力損失を少なくする等の給気給配手段の効果が得られ
る。
つぎに、前記ピストンロッド外囲及びピストンヘラＦ’
（３ａ）、（３ａ）の表面に熱伝導率の小さい断熱物
質より成るピストンロッドライニング（６）、（６）及
びピストンヘッドライニング（６ａ）、（６ａ）を被覆
固設したため、両ライニングにより燃焼気体よりピスト
ンロッド及びピストンロッドへの熱伝達を抑制してピス
トンロッド中空部（５ａ）を通過する給気への熱通過を
抑制して給気の温度上昇を抑制する作用があり、機関熱
効率の低下を防止する効果が得られる。
（３ａ）、（３ａ）の表面に熱伝導率の小さい断熱物
質より成るピストンロッドライニング（６）、（６）及
びピストンヘッドライニング（６ａ）、（６ａ）を被覆
固設したため、両ライニングにより燃焼気体よりピスト
ンロッド及びピストンロッドへの熱伝達を抑制してピス
トンロッド中空部（５ａ）を通過する給気への熱通過を
抑制して給気の温度上昇を抑制する作用があり、機関熱
効率の低下を防止する効果が得られる。
また前記ピストンロッド中空部内面に熱伝導率の小さい
断熱物質より成るピストンロッド中空部ライニング（６
ｂ）を被覆固設したことにより、燃焼気体よりピストン
ロッド及び同ライニングを通じてピストンロッド中空部
（５ａ）内の給気への熱通過を抑制して給気の温度上昇
を抑制する作用により、機関熱効率の低下を防止する効
果があり、このとき給気は該ロット中空部表面より受熱
して同ロッド中空部表面を冷却し、給気自体は燃料の気
化を促進し均一な混合気体となして燃焼性を改善し、給
気の燃焼速度を速くする効果が得られる。
断熱物質より成るピストンロッド中空部ライニング（６
ｂ）を被覆固設したことにより、燃焼気体よりピストン
ロッド及び同ライニングを通じてピストンロッド中空部
（５ａ）内の給気への熱通過を抑制して給気の温度上昇
を抑制する作用により、機関熱効率の低下を防止する効
果があり、このとき給気は該ロット中空部表面より受熱
して同ロッド中空部表面を冷却し、給気自体は燃料の気
化を促進し均一な混合気体となして燃焼性を改善し、給
気の燃焼速度を速くする効果が得られる。
さらに、前記掃気弁開口（１３）、（１３）より機関シ
リンダー室までのロット孔内面に熱伝導率の小さい断熱
物質より成るロッド孔ライニング（６ｃ）、（６ｃ）を
被覆固設したことにより、燃焼気体及び機関の高温部分
より同ライニングを通じて掃気弁開口及びロッド孔内へ
の熱伝導を抑制し、同ロット孔内位におけるピストンロ
ッド及び掃気弁開口付近において往復摺動する掃気滑り
弁への熱伝導を抑制し、該掃気滑り弁の掃気通路孔及び
掃気弁開口を通過する給気への熱伝達を抑制して給気の
温度上昇を抑制する作用があり、上記の効果と相俟って
機関熱効率の低下を防止する効果がある。
リンダー室までのロット孔内面に熱伝導率の小さい断熱
物質より成るロッド孔ライニング（６ｃ）、（６ｃ）を
被覆固設したことにより、燃焼気体及び機関の高温部分
より同ライニングを通じて掃気弁開口及びロッド孔内へ
の熱伝導を抑制し、同ロット孔内位におけるピストンロ
ッド及び掃気弁開口付近において往復摺動する掃気滑り
弁への熱伝導を抑制し、該掃気滑り弁の掃気通路孔及び
掃気弁開口を通過する給気への熱伝達を抑制して給気の
温度上昇を抑制する作用があり、上記の効果と相俟って
機関熱効率の低下を防止する効果がある。
なお上記のように掃気滑り弁及び給気滑り弁による給気
給配手段を採用したことにより他の給気給配手段、例え
ば前記ポペット弁及びカムによる弁機構のように機械的
衝撃を伴ない高速追従性の悪い機構を必要とせず、また
、クランク機構等による運動変換手段を使用しないため
、上記往復摺動部分及び同部分の密封手段に無理な外力
や衝撃を伴なうことがないので、同往復摺動部分及び前
記ライニングの材料に、概して脆性の欠点を有するが耐
摩耗性と耐熱性に優れているセラミックスを採用し、所
謂、セラミック・エンジンを構成することが可能となり
、同往復摺動部分並びに同部分の密封手段の耐摩耗性と
耐熱性とを改善する効果が得られると共に、機関の冷却
作用を可及的制限して冷却熱損失を減少し、高温領域で
運転することにより機関熱効率を高くする効果が得られ
、前記の目的を達することができる。
給配手段を採用したことにより他の給気給配手段、例え
ば前記ポペット弁及びカムによる弁機構のように機械的
衝撃を伴ない高速追従性の悪い機構を必要とせず、また
、クランク機構等による運動変換手段を使用しないため
、上記往復摺動部分及び同部分の密封手段に無理な外力
や衝撃を伴なうことがないので、同往復摺動部分及び前
記ライニングの材料に、概して脆性の欠点を有するが耐
摩耗性と耐熱性に優れているセラミックスを採用し、所
謂、セラミック・エンジンを構成することが可能となり
、同往復摺動部分並びに同部分の密封手段の耐摩耗性と
耐熱性とを改善する効果が得られると共に、機関の冷却
作用を可及的制限して冷却熱損失を減少し、高温領域で
運転することにより機関熱効率を高くする効果が得られ
、前記の目的を達することができる。
第１図は本発明の実旅例を示す機関シリンダー−側の行
程端部における全形の断面図、第２図は機関シリンダー
他側の行程端部における全形の断面図であって、図中主
要な部分を表わす符号は夫々次に示す通りである。 な
お図中同一符号は同一部分または同一形状部分を示す。 （１）・０・・ 機関シリンダー ２ｌ− （２）・・φ・・ シリンダーヘッド （３）・・・・・ 機関ピストン （３ａ）・・・・ 機関ピストンヘッド（３ｂ）・・・
・ 機関ピストンランド（４）・・争・・ 口・ノド孔 （５）・・・・・ ピストンロッド （５ａ）・・争・ ピストンロッド中空部（６）Φ・拳
・・ ピストンロッドライニング（６ａ）拳会φ命 ピ
ストンへ・ンドライニング（６ｂ）・・・・ ピストン
ロッド中空部ライニング（６ｃ）・・・・ ロッド孔ラ
イニング（８）・・・・・ 排気口 （ｌＯ）・φ・・・ 給気ポンプシリンダー（１１）＠
会合φ中 シリンダーカバー（１２）・・・・・ 給気
ピストン （１２ａ）・・・・ 給気ピストンヘッド（１３）・争
争・・ 掃気弁開口 （１４）・・・・・ 給気弁孔 （１５）・・・・・ 掃気通路孔 （１６）・・・・・ 給気通路孔 （１７）・・・・・ 掃気滑り弁 （１８）・・・・・ 給気滑り弁 第１厘
程端部における全形の断面図、第２図は機関シリンダー
他側の行程端部における全形の断面図であって、図中主
要な部分を表わす符号は夫々次に示す通りである。 な
お図中同一符号は同一部分または同一形状部分を示す。 （１）・０・・ 機関シリンダー ２ｌ− （２）・・φ・・ シリンダーヘッド （３）・・・・・ 機関ピストン （３ａ）・・・・ 機関ピストンヘッド（３ｂ）・・・
・ 機関ピストンランド（４）・・争・・ 口・ノド孔 （５）・・・・・ ピストンロッド （５ａ）・・争・ ピストンロッド中空部（６）Φ・拳
・・ ピストンロッドライニング（６ａ）拳会φ命 ピ
ストンへ・ンドライニング（６ｂ）・・・・ ピストン
ロッド中空部ライニング（６ｃ）・・・・ ロッド孔ラ
イニング（８）・・・・・ 排気口 （ｌＯ）・φ・・・ 給気ポンプシリンダー（１１）＠
会合φ中 シリンダーカバー（１２）・・・・・ 給気
ピストン （１２ａ）・・・・ 給気ピストンヘッド（１３）・争
争・・ 掃気弁開口 （１４）・・・・・ 給気弁孔 （１５）・・・・・ 掃気通路孔 （１６）・・・・・ 給気通路孔 （１７）・・・・・ 掃気滑り弁 （１８）・・・・・ 給気滑り弁 第１厘
Claims (4)
- （１）機関シリンダーと給気ポンプシリンダーとを縦列
に連設し、機関シリンダーには円筒状の機関シリンダー
室両端部を覆うシリンダーヘッドを設け、給気ポンプシ
リンダーには円筒状の給気ポンプシリンダー室両端部を
覆うシリンダーカバーを設け、機関シリンダー室内に機
関ピストンを、また給気ポンプシリンダー室内に給気ピ
ストンを夫々往復摺動自在に密封嵌設することにより、
該機関シリンダー室及び給気ポンプシリンダー室を夫々
二分室に区分し、機関シリンダーヘッド並びに給気ポン
プシリンダーカバーには夫々ロッド孔を貫通穿設し、該
ロッド孔には両端部を閉塞した中空棒状のピストンロッ
ドを往復摺動自在に密封嵌設し、該ピストンロッド中途
には、機関シリンダー室内の機関ピストンと、給気ポン
プシリンダー室内の給気ピストンとを、夫々のピストン
ヘッド中央部において貫通固設することによって機関ピ
ストン、給気ピストン及びピストンロッドを串字状に連
設し、機関シリンダー各分室に夫々、給気を分室内へ供
給し排気と入替え掃気する掃気手段と、排気を分室外へ
排出する排気手段と、掃気後同分室内で圧縮した給気に
点火する点火手段とを具備するものにおいて、機関シリ
ンダーヘッドのロッド孔の機関シリンダー室への開口部
に掃気弁開口を、また給気ポンプシリンダーカバーのロ
ッド孔中途に給気ポンプシリンダー室へ連通する給気弁
孔を夫々配設し、ピストンロッドには該掃気弁開口に対
位して同弁孔内において往復摺動する部位付近に掃気通
路孔をピストンロッド中空部へ貫通穿設して成る掃気滑
り弁と、給気弁孔に対位し同弁孔内において往復摺動す
る部位付近に給気通路孔をピストンロッド中空部へ貫通
穿設して成る給気滑り弁とを配設して構成し、機関ピス
トン・給気ポンプピストン及びピストンロッドの一体的
往復行程に応じて給気弁孔に対位する給気滑り弁並びに
掃気弁開口に対位する掃気滑り弁を夫々同時に開口位ま
たは閉塞位に切り替えることにより、給気ポンプシリン
ダー分室より供給する給気をピストンロッド中空部を通
じて機関シリンダー両分室へ交互に連通または遮断して
切り替え可能としたことを特徴とする給気給配手段を具
備する複動自由ピストン機関。 - （２）前記ピストンロッド外囲及びピストンヘッドの表
面に熱伝導率の小さい断熱物質より成るピストンロッド
ライニング及びピストンヘッドライニングを被覆固設し
、両ライニングによって燃焼気体よりピストンロッド及
びピストンヘッドへの熱伝達を抑制することを特徴とす
る第（１）項記載の複動自由ピストン機関。 - （３）前記ピストンロッド中空部内面に熱伝導率の小さ
い断熱物質より成るピストンロッド中空部ライニングを
被覆固設し、燃焼気体よりピストンロッド及び同ライニ
ングを通してピストンロッド中空部内の給気への熱通過
を抑制することを特徴とする第１項記載の複動自由ピス
トン機関。 - （４）前記掃気弁開口より機関シリンダー室までのロッ
ド孔内面に熱伝導率の小さい断熱物質より成るロッド孔
ライニングを被覆固設し、燃焼気体及び機関の高温部分
より同ライニングを通じてロッド孔内並びに掃気弁開口
への熱伝達を抑制することを特徴とする第（１）項記載
の複動自由ピストン機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17878985A JPS6238833A (ja) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | 複動自由ピストン機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17878985A JPS6238833A (ja) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | 複動自由ピストン機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6238833A true JPS6238833A (ja) | 1987-02-19 |
Family
ID=16054668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17878985A Pending JPS6238833A (ja) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | 複動自由ピストン機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6238833A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106662007A (zh) * | 2014-04-24 | 2017-05-10 | 肖尔.雅科比 | 自由活塞发动机 |
| CN108026833A (zh) * | 2015-07-15 | 2018-05-11 | 阿夸里尔斯发动机（A.M.)有限公司 | 自由活塞发动机 |
| US10641166B1 (en) | 2018-12-03 | 2020-05-05 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Piston rod and free piston engine |
| US11008864B2 (en) | 2014-04-24 | 2021-05-18 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Engine with work stroke and gas exchange through piston rod |
| US11008959B2 (en) | 2019-06-28 | 2021-05-18 | Aquarius Engines Central Europe Sp. z o.o. | System and method for controlling engine using reference point |
| US11255405B2 (en) | 2015-10-20 | 2022-02-22 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Vibration prevention in a linear actuator |
| US11346219B2 (en) | 2014-04-24 | 2022-05-31 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Engine with work stroke and gas exchange through piston rod |
-
1985
- 1985-08-13 JP JP17878985A patent/JPS6238833A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11346219B2 (en) | 2014-04-24 | 2022-05-31 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Engine with work stroke and gas exchange through piston rod |
| JP2017515047A (ja) * | 2014-04-24 | 2017-06-08 | シャウル・ヤーコビーＳｈａｕｌ ＹＡＡＫＯＢＹ | フリーピストンエンジン |
| US10968742B2 (en) | 2014-04-24 | 2021-04-06 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Engine with work stroke and gas exchange through piston rod |
| US11686199B2 (en) | 2014-04-24 | 2023-06-27 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Engine with gas exchange through piston rod |
| US11008864B2 (en) | 2014-04-24 | 2021-05-18 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Engine with work stroke and gas exchange through piston rod |
| US10428655B2 (en) | 2014-04-24 | 2019-10-01 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Engine with compression and momentum stroke |
| CN106662007A (zh) * | 2014-04-24 | 2017-05-10 | 肖尔.雅科比 | 自由活塞发动机 |
| US10280751B2 (en) | 2015-07-15 | 2019-05-07 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Gapless piston ring for internal combustion engine |
| CN108026833A (zh) * | 2015-07-15 | 2018-05-11 | 阿夸里尔斯发动机（A.M.)有限公司 | 自由活塞发动机 |
| EP3322884A4 (en) * | 2015-07-15 | 2019-02-27 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | FREE PISTON ENGINE |
| US11255405B2 (en) | 2015-10-20 | 2022-02-22 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Vibration prevention in a linear actuator |
| US10968821B2 (en) | 2018-12-03 | 2021-04-06 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Piston rod and free piston engine |
| US10641166B1 (en) | 2018-12-03 | 2020-05-05 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Piston rod and free piston engine |
| US11346279B2 (en) | 2018-12-03 | 2022-05-31 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Piston rod and free piston engine |
| US11655756B2 (en) | 2018-12-03 | 2023-05-23 | Aquarius Engines (A.M.) Ltd. | Single air supply using hollow piston rod |
| US11008959B2 (en) | 2019-06-28 | 2021-05-18 | Aquarius Engines Central Europe Sp. z o.o. | System and method for controlling engine using reference point |
| US11846241B2 (en) | 2019-06-28 | 2023-12-19 | Aquarius Engines Central Europe Sp. z o.o. | System and method for controlling engine |
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