JPS63100229A - 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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JPS63100229A
JPS63100229A JP62186483A JP18648387A JPS63100229A JP S63100229 A JPS63100229 A JP S63100229A JP 62186483 A JP62186483 A JP 62186483A JP 18648387 A JP18648387 A JP 18648387A JP S63100229 A JPS63100229 A JP S63100229A
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スタイフェンバーグ，ポーリナス　フランシスカス
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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】 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
であるがこのような装置は、既に、ＵＳ−Ａ−４３８２
７４８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−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
レータと連通ず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窩圧流体が前記第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ぼなら゛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。然しなから、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−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
の中のガス圧力は上昇し、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が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、そしてプ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が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がな
りの距離に亘って移動させるであろう。然しなから、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
偏え付けられている。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′ｌＩ！（ジャケラティ
ング）することができる、この被覆（ジャケラティング
）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０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
ークデイ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２
６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１
８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１９．１９’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内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１３，１
３’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１３．１３’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２
７，１４゜１４′を介してプランジャー室１３．１３’
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ｉ−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２
３．２３’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２４．２
４’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訓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３
４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ら
れた表面４２は、第１図における表面１２と一致してい
る。ブツシュ部材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。
ブツシュ部材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９０゜９０′は、
室部材９２．９２’の内側でその端面によりプランジャ
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９
４．９４’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１０４，１０４’を介してアキュムレータ１０
３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
置がらのずれは、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８
４．８５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ちのである。
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ちのである。
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
める層状面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つのアクチュエータが、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６１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
けられたノン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’・・・１
０の端面、１３．１３’・・・プランジャー空間、１４
゜１４′・・・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の軸状端面、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・・・ブツシュ形部材、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、５
０゜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・・・屑状面、６６・・
・通路、６７・・・輪状空間、６８・・・横断通路、６
９，７０・・・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、８２，８
３゜８４．８５，８６，８７・・・バルブ、８４’。 ８５′・・・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、９９．９９’・・・ノンリターンバルブ、１００
・・・液体貯蔵容器、１０１，１０１’・・・パイプ。 １０２、１０２’−）ン’）　ターンバルブ、１ｏ３・
・アキュムレータ、１０４，１０４’・・・ライン。 １０５．１０５’・・・パイプ。 特許出願人　　デ　ロッテルダムス　ドルーフドックマ
ーツアッペイ　Ｂ、Ｖ。 特許庁長官　　　小　川　邦　夫　　殿１．事件の表示 昭和６２年　特許願　第１８６４８３号フリーピストン
・モータ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 氏　名（名称）デロッテルダムスドルーフドックマーツ
アッペイビー、ヴイ。 代表者　　カールアルパードブリンス ４、代理人

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （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 [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. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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搾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. （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. （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. （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. （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. （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. （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. （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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NL8601931 1986-07-25

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