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JP2009008069A - Free-piston engine and its control method - Google Patents

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JP2009008069A
JP2009008069A JP2008012998A JP2008012998A JP2009008069A JP 2009008069 A JP2009008069 A JP 2009008069A JP 2008012998 A JP2008012998 A JP 2008012998A JP 2008012998 A JP2008012998 A JP 2008012998A JP 2009008069 A JP2009008069 A JP 2009008069A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pistons
pair
cylinder
piston
piston engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008012998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Nakano
光一 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2008012998A priority Critical patent/JP2009008069A/en
Publication of JP2009008069A publication Critical patent/JP2009008069A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B11/00Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent or suppress formation of level difference in the inner surface of a cylinder bore. <P>SOLUTION: A pair of pistons 33A, 34A (33B, 34B) arranged in series to each other are slidably fitted in a cylinder housing 31, and a combustion chamber 35A (35B) is formed between the pair of pistons. This free-piston engine includes a position changing means which changes the relative positions of the pair of pistons 33A, 34A (33B, 34B) in an axis direction with respect to the cylinder housing 31 while constantly maintaining a distance between the pair of pistons 33A, 34A (33B, 34B). The relative positions thereof are changed in a manner that the position of a piston holding housing 41 slidably holding the pair of pistons is changed with respect to the cylinder housing 31 by a motor 71, or a power generation mode between the pair of pistons is changed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、フリーピストンエンジンおよびその制御方法に関するものである。   The present invention relates to a free piston engine and a control method thereof.

近時、燃焼ガスの有する熱エネルギを高効率に取り出すという観点から、フリーピストンエンジンが注目されている。特許文献1には、フリーピストンエンジンのピストンに設けた永久磁石が、リニア発電機の磁界内を往復動されることにより発電を行うものが開示されている。また、特許文献1には、1つのシリンダ(シリンダボア)内に互いに直列に一対のピストンを摺動自在に嵌合して、この一対のピストンの間に燃焼室を構成したものが開示されている。すなわち、燃焼室での燃焼圧力を受けたときに、一対のピストンが互いに離間する方向に駆動されるものが開示されている。
特開2005−155345号公報
Recently, a free piston engine has attracted attention from the viewpoint of efficiently extracting thermal energy of combustion gas. Patent Document 1 discloses a technique in which a permanent magnet provided on a piston of a free piston engine generates power by reciprocating in a magnetic field of a linear generator. Patent Document 1 discloses a structure in which a pair of pistons are slidably fitted in series with each other in one cylinder (cylinder bore), and a combustion chamber is formed between the pair of pistons. . That is, it is disclosed that when a combustion pressure in the combustion chamber is received, the pair of pistons are driven in directions away from each other.
JP 2005-155345 A

ところで、フリーピストンエンジンは、クランクシャフトが存在しないために、圧縮比可変であるという特徴がある(上死点位置と下死点位置とが常時一定とはならない)。この圧縮比を積極的に変更することや、あるいは例えば燃料噴射量、点火時期、発電量等の負荷変更等の運転状態の変更に応じて自動的に圧縮比が変更される場合もある。このように、圧縮比が変更された場合、シリンダに対するピストンの相対位置関係が変更されることになる(上死点位置あるいは下死点位置が変更される)。   By the way, the free piston engine has a feature that the compression ratio is variable because there is no crankshaft (the top dead center position and the bottom dead center position are not always constant). There is a case where the compression ratio is automatically changed in response to a positive change of the compression ratio or a change in operating state such as a load change such as a fuel injection amount, an ignition timing, and a power generation amount. Thus, when the compression ratio is changed, the relative positional relationship of the piston with respect to the cylinder is changed (the top dead center position or the bottom dead center position is changed).

一方、圧縮比が一定のままの運転状態が長時間継続すると、ピストンに取付けられているピストンリングの摺動範囲が一定となるが、このピストンリングによって、一定の摺動範囲でもってシリンダボア内面が少なからず摩耗されて、シリンダボア内面の他の部分と段差を生じることになり、またこの段差付近にスラッジが堆積しやすいものとなる。このように、シリンダボア内面に段差が形成されてしまうと、圧縮比が変更されたときに、ピストンリングがこの段差やその付近に堆積されたスラッジを越えるときに引っかかりを生じたり、シール漏れを生じる原因となる。とりわけ、フリーピストンエンジンは、例えばコジェネシステムやハイブリッド車等における発電機駆動用等、一定の運転状態でもって長時間連続して運転される用途に用いられることが多いので、上述した段差が形成され易いものである。   On the other hand, if the operation state with a constant compression ratio continues for a long time, the sliding range of the piston ring attached to the piston becomes constant, but this piston ring causes the cylinder bore inner surface to remain within a certain sliding range. Not a little, it will be worn out, and a level difference will be produced with the other part of the cylinder bore inner surface, and sludge will be easy to accumulate near this level difference. As described above, if a step is formed on the inner surface of the cylinder bore, when the compression ratio is changed, the piston ring may be caught when it exceeds the step or sludge accumulated in the vicinity thereof, or a seal leakage may occur. Cause. In particular, free piston engines are often used for applications that are operated continuously for a long time in a certain operating state, such as for driving a generator in a cogeneration system, a hybrid vehicle, etc. It is easy.

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、シリンダボア内面に段差が形成されるのを防止あるいは抑制できるようにしたフリーピストンエンジンおよびその制御方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a free piston engine capable of preventing or suppressing the formation of a step on the inner surface of a cylinder bore and a control method thereof. is there.

前記目的を達成するため、本発明におけるフリーピストンエンジンにあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項1に記載のように、
シリンダハウジングに形成されたシリンダボア内に互いに直列に一対のピストンを摺動自在に嵌合して、該一対のピストンの間に燃焼室を構成してなるフリーピストンエンジンにおいて、
前記燃焼室を構成する際の前記一対のピストン間の距離を一定に保持したまま、該一対のピストンの前記シリンダハウジングに対するシリンダ軸線方向の相対位置関係を変更する位置変更手段を備えている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、位置変更手段によって、一対のピストンのシリンダハウジングに対するシリンダ軸線方向の相対位置を変更することによって、同じ圧縮比でもって運転した状態でも、ピストン(ピストンリング)のシリンダボア内面に対する摺動範囲が変更されることになる。これにより、長時間同じ圧縮比でもって運転されても、位置変更手段による位置変更を随時行うことにより、シリンダボア内面に段差が形成されてしまう事態が防止あるいは抑制されることになる。
In order to achieve the above object, the following solution is adopted in the free piston engine of the present invention. That is, as described in claim 1 in the claims,
In a free piston engine in which a pair of pistons are slidably fitted in series with each other in a cylinder bore formed in a cylinder housing, and a combustion chamber is formed between the pair of pistons.
Position change means for changing the relative positional relationship of the pair of pistons in the cylinder axial direction with respect to the cylinder housing while maintaining a constant distance between the pair of pistons when configuring the combustion chamber;
It is like that. According to the above solution, the position changing means changes the relative position of the pair of pistons in the cylinder axial direction with respect to the cylinder housing, so that the piston (piston ring) can be operated with respect to the inner surface of the cylinder bore even in the state of operation with the same compression ratio. The sliding range will be changed. As a result, even if the engine is operated with the same compression ratio for a long time, a situation in which a step is formed on the inner surface of the cylinder bore is prevented or suppressed by performing position change by the position changing means as needed.

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項2〜請求項4に記載のとおりである。すなわち、
前記シリンダハウジングとは別個独立して、前記ピストンを保持するピストン保持用ハウジングを備え、
前記位置変更手段が、シリンダ軸線方向における前記シリンダハウジングとピストン保持用ハウジングとの距離を変化させるものとして構成されている、
ようにしてある(請求項2対応)。この場合、ピストンを、シリンダハウジングのみに保持させるのではなく、別途ピストン保持用ハウジングに保持させて、このシリンダハウジングとピストン保持用ハウジングとの距離変更によって、一対のピストンとシリンダハウジングとのシリンダ軸線方向の相対位置を変更することができる。
Preferred embodiments based on the above solution are as described in claims 2 to 4 in the claims. That is,
A piston holding housing for holding the piston independently of the cylinder housing;
The position changing means is configured to change the distance between the cylinder housing and the piston holding housing in the cylinder axial direction.
(Corresponding to claim 2). In this case, the piston is not held only in the cylinder housing, but separately held in the piston holding housing, and the distance between the cylinder housing and the piston holding housing is changed to change the cylinder axis between the pair of pistons and the cylinder housing. The relative position of the direction can be changed.

前記位置変更手段が、前記シリンダハウジングとピストン保持用ハウジングとの距離を変更するためのモータを備えている、ようにしてある(請求項3対応)。この場合、位置変更そのものは一対のピストン間の距離の変更を伴わないので小さい力ですむので、モータによって位置変更を容易かつ精度よく行うことができる。   The position changing means includes a motor for changing the distance between the cylinder housing and the piston holding housing (corresponding to claim 3). In this case, since the position change itself does not involve a change in the distance between the pair of pistons, a small force is required. Therefore, the position change can be easily and accurately performed by the motor.

前記位置変更手段は、圧縮比が所定期間不変のときに作動される、ようにしてある(請求項4対応)。この場合、圧縮比不変の状態が所定期間継続したときに位置変更を行うので、シリンダボア内面に段差が形成される可能性のある状態を総合的に勘案して、段差が形成されてしまう事態の防止あるいは抑制を簡単かつ確実に行うことができる。   The position changing means is operated when the compression ratio remains unchanged for a predetermined period (corresponding to claim 4). In this case, since the position is changed when the state where the compression ratio is unchanged continues for a predetermined period, a state where the step is formed in consideration of a state in which a step may be formed on the inner surface of the cylinder bore. Prevention or suppression can be performed easily and reliably.

前記目的を達成するため、本発明におけるフリーピストンエンジンの制御方法にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項5に記載のように、
シリンダハウジングに形成されたシリンダボア内に互いに直列に一対のピストンを摺動自在に嵌合して、該一対のピストンの間に燃焼室を構成してなるフリーピストンエンジンの制御方法において、
前記燃焼室を構成する際の前記一対のピストン間の距離を一定に保持しつつ運転を行う第1工程と、
前記第1工程中に、前記一対のピストンの前記シリンダハウジングに対するシリンダ軸線方向の相対位置関係を変更する第2工程と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項1に記載のフリーピストンエンジンの制御方法が提供される。
In order to achieve the above object, the following solution is adopted in the control method of the free piston engine in the present invention. That is, as described in claim 5 in the claims,
In a control method of a free piston engine in which a pair of pistons are slidably fitted in series with each other in a cylinder bore formed in a cylinder housing, and a combustion chamber is formed between the pair of pistons.
A first step of performing operation while maintaining a constant distance between the pair of pistons when the combustion chamber is configured;
A second step of changing a relative positional relationship of the pair of pistons in the cylinder axial direction with respect to the cylinder housing during the first step;
It is supposed to be equipped with. According to the said solution technique, the control method of the free piston engine of Claim 1 is provided.

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項6以下に記載のとおりである。すなわち、
前記一対のピストンによってそれぞれ発電を行うようにされ、
前記第1工程においては、前記一対のピストンによる発電総量が互いに等しくされる、
ようにしてある(請求項6対応)。この場合、発電との関係で、第1工程における具体的な運転態様が提供される。
Preferred embodiments based on the above solution are as described in claims 6 and below in the scope of claims. That is,
Each of the pair of pistons generates power,
In the first step, the total power generation amount by the pair of pistons is made equal to each other.
(Corresponding to claim 6). In this case, a specific operation mode in the first step is provided in relation to power generation.

前記第2工程においては、前記一対のピストンによる発電態様が互いに相違される、ようにしてある(請求項7対応)。この場合、発電との関係で、第2工程における具体的な運転態様が提供される。また、発電態様の変更で位置変更を行うことができ、構造の簡単化やコスト低減等の上でも好ましいものとなる。   In the second step, power generation modes by the pair of pistons are different from each other (corresponding to claim 7). In this case, a specific operation mode in the second step is provided in relation to power generation. Further, the position can be changed by changing the power generation mode, which is preferable in terms of simplification of the structure and cost reduction.

前記第2工程においては、前記一対のピストン間において、1サイクル中での発電を実行する時期が相違される、ようにしてある(請求項8対応)。この場合、第2工程でのより具体的な発電態様が提供される。   In the second step, the timing for generating power in one cycle is different between the pair of pistons (corresponding to claim 8). In this case, a more specific power generation mode in the second step is provided.

前記第2工程においては、前記一対のピストン間において、1サイクル中での発電負荷を相違させる、ようにしてある(請求項9対応)。この場合、発電負荷との関係で、第2工程における具体的な運転態様が提供される。また、発電負荷の変更で位置変更を行うことができ、構造の簡単化やコスト低減等の上でも好ましいものとなる。   In the second step, the power generation load in one cycle is made different between the pair of pistons (corresponding to claim 9). In this case, a specific operation mode in the second step is provided in relation to the power generation load. Further, the position can be changed by changing the power generation load, which is preferable in terms of simplification of the structure and cost reduction.

本発明によれば、シリンダボア内面に段差が形成されてしまう事態を防止あるいは抑制することができる。   According to the present invention, a situation where a step is formed on the inner surface of the cylinder bore can be prevented or suppressed.

図1は、車両としての自動車を駆動するモータへの給電用としてフリーピストンエンジンを利用した場合の実施形態を示すものである。この図1において、1は駆動用(走行用)のモータで、実施形態ではACモータで構成されている。2R、2Lは左右の駆動輪(前輪または後輪)であり、この駆動輪2R、2Lは、デファレンシャルギア3を介してモータ1によって駆動される。   FIG. 1 shows an embodiment in which a free piston engine is used for supplying power to a motor that drives an automobile as a vehicle. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a driving (traveling) motor, which is an AC motor in the embodiment. Reference numerals 2R and 2L denote left and right drive wheels (front wheels or rear wheels). The drive wheels 2R and 2L are driven by the motor 1 via the differential gear 3.

10は、発電ユニットであり、この発電ユニット10は、ピストンやシリンダを含むフリーピストンエンジン11と発電機12とを含めたユニット体として構成されている。フリーピストンエンジン11は、発電機12を駆動するもので、発電機12によって発電された電力(交流)は、整流器20によって直流に変換された後、DC−ACコンバータ21を介してモータ1に供給される一方、余剰電力はバッテリ22に供給される。また、バッテリ22からの電力が、上記DC−ACコンバータ21を介してモータ1に供給されるようにもなっている。制動時の回生エネルギを回収するため、制動時には、モータ1によって発電された電力が、整流器23によって直流に変換された後、DC−DCコンバータ24によって昇圧されてバッテリ22に供給される。   Reference numeral 10 denotes a power generation unit, and the power generation unit 10 is configured as a unit body including a free piston engine 11 including a piston and a cylinder and a generator 12. The free piston engine 11 drives the generator 12, and the electric power (alternating current) generated by the generator 12 is converted into direct current by the rectifier 20 and then supplied to the motor 1 via the DC-AC converter 21. On the other hand, surplus power is supplied to the battery 22. In addition, power from the battery 22 is supplied to the motor 1 via the DC-AC converter 21. In order to recover regenerative energy during braking, the electric power generated by the motor 1 is converted into direct current by the rectifier 23 and then boosted by the DC-DC converter 24 and supplied to the battery 22 during braking.

自動車の運転状態に応じた電力供給の流れは、例えば次のように行われるが、フリーピストンエンジン10による最大発電量は、モータ1による最大出力を確保できる程度に十分に大きいものとされている。
(1)要求発電量が極めて少ないとき
発進時や極軽負荷時でかつバッテリ22の蓄電量が大きいときである。このときは、発電機12での発電は行われず(フリーピストンエンジン11の停止状態)、バッテリ22からのみモータ1へ電力が供給される。
(2)要求発電量が少ないとき
軽負荷〜中負荷時でかつバッテリ22の蓄電量が多いときである。このときは、発電機12での発電が行われて(フリーピストンエンジン11が作動)、発電機12からもっぱらモータ1へ電力が供給される(若干の余剰電力分を発電して、余剰電力をバッテリ22に蓄電するようにしてもよい)。
(3)要求発電量が中〜大のとき
軽負荷〜高負荷時でかつバッテリ22の蓄電量が少ないときである。このときは、発電機12で走行に必要な電力以上の十分な発電が行われて(フリーピストンエンジン11が作動)、発電機12からモータ1へ電力が供給されると共に、十分な余剰電力がバッテリ22に蓄電される。
(4)回生制動時
モータ1が駆動輪2R、2Lによって駆動される発電機として機能されるときである。このときは、モータ1で発電された電力がバッテリ22に蓄電される。なお、フリーピストンエンジン11は、停止してもよいが、次の発電に備えて、極低速で運転を継続させることもできる。
The flow of power supply according to the driving state of the automobile is performed, for example, as follows, and the maximum power generation amount by the free piston engine 10 is sufficiently large to ensure the maximum output by the motor 1. .
(1) When the required power generation amount is very small At the time of starting or at an extremely light load, and when the storage amount of the battery 22 is large. At this time, power generation by the generator 12 is not performed (the free piston engine 11 is stopped), and power is supplied to the motor 1 only from the battery 22.
(2) When the required power generation amount is small It is when the battery 22 has a large amount of stored power during light load to medium load. At this time, power is generated by the generator 12 (the free piston engine 11 is operated), and electric power is supplied exclusively from the generator 12 to the motor 1 (a small amount of surplus power is generated to generate surplus power. The battery 22 may be charged).
(3) When the required power generation amount is medium to large When the power storage amount of the battery 22 is small during light load to high load. At this time, the generator 12 generates sufficient electric power more than necessary for traveling (the free piston engine 11 is operated), and the electric power is supplied from the generator 12 to the motor 1 and sufficient surplus power is generated. The battery 22 is charged.
(4) Regenerative braking When the motor 1 functions as a generator driven by the drive wheels 2R, 2L. At this time, the electric power generated by the motor 1 is stored in the battery 22. In addition, although the free piston engine 11 may be stopped, the operation can be continued at an extremely low speed in preparation for the next power generation.

次に、発電ユニット10の一例について、図2を参照しつつ説明する。まず、フリーピストンエンジン11の部分に着目して説明すると、フリーピストンエンジン11は、実質的に2組の第1エンジン30Aと第2エンジン30Bとによって構成されている。31はシリンダハウジングであり、互いに平行な2つの第1シリンダボア32Aと第2シリンダボア32Bとが形成されている。第1シリンダボア32A内には、一対(2つ)のピストン33Aと34Aとが摺動自在に嵌合されて、一対のピストン33Aと34Aとの間に1つの燃焼室35Aが形成されている。同様に、第2シリンダボア32B内には、一対(2つ)のピストン33Bと34Bとが摺動自在に嵌合されて、一対のピストン33Bと34Bとの間に1つの燃焼室35Bが形成されている。   Next, an example of the power generation unit 10 will be described with reference to FIG. First, focusing on the portion of the free piston engine 11, the free piston engine 11 is substantially composed of two sets of the first engine 30A and the second engine 30B. A cylinder housing 31 is formed with two first cylinder bores 32A and second cylinder bores 32B that are parallel to each other. A pair (two) of pistons 33A and 34A are slidably fitted in the first cylinder bore 32A, and one combustion chamber 35A is formed between the pair of pistons 33A and 34A. Similarly, in the second cylinder bore 32B, a pair (two) of pistons 33B and 34B are slidably fitted, and one combustion chamber 35B is formed between the pair of pistons 33B and 34B. ing.

上記燃焼室35Aには、シリンダ軸線方向に間隔をあけて、掃気ポート36Aと排気ポート37Aとが開口されている。同様に、燃焼室35Bにも、シリンダ軸線方向に間隔をあけて、掃気ポート36Bと排気ポート37Bとが開口されている。各エンジン30A、30Bは、2サイクルの自己着火式とされて、掃気ポート36A(36B)から供給された吸気が燃焼室35A(35B)で燃焼されると、一対のピストン33Aと34A(33Bと34B)とが互いに離間する方向に駆動され、燃焼室35A(35B)内の排気ガスは、排気ポート37A(37B)から外部に排出されることになる。後述するように、2つのエンジン30Aと30Bとの各ピストン同士が連結されて、例えば第1エンジン30Aのピストン33Aと34Aとが互いに離間するときは、第2エンジン30Bのピストン33Bと34Bとが互いに接近するように連係されて、一方のエンジンの燃焼圧力によって、他方のエンジンを圧縮するようになっている。これにより、圧縮のためにピストンを戻り方向に付勢するためのリターンスプリングを別途要しないものとなっている。   A scavenging port 36A and an exhaust port 37A are opened in the combustion chamber 35A with an interval in the cylinder axis direction. Similarly, a scavenging port 36B and an exhaust port 37B are also opened in the combustion chamber 35B with an interval in the cylinder axis direction. Each engine 30A, 30B is a two-cycle self-ignition type, and when the intake air supplied from the scavenging port 36A (36B) is combusted in the combustion chamber 35A (35B), a pair of pistons 33A and 34A (33B 34B) are driven away from each other, and the exhaust gas in the combustion chamber 35A (35B) is discharged to the outside from the exhaust port 37A (37B). As will be described later, when the pistons of the two engines 30A and 30B are connected to each other and, for example, the pistons 33A and 34A of the first engine 30A are separated from each other, the pistons 33B and 34B of the second engine 30B are They are linked so as to approach each other, and the other engine is compressed by the combustion pressure of one engine. This eliminates the need for a separate return spring for urging the piston in the return direction for compression.

次に、発電機12の部分に着目して説明する。まず、41は、ピストン保持用ハウジングであり、このピストン保持用ハウジング41は、シリンダハウジング31に対して、シリンダ軸線方向に間隔をあけて配設されている。ピストン保持用ハウジング41には、合計4組のリニア発電機43A、44A、43B、44Bが、シリンダ軸線方向と直交する方向に間隔をあけて構成されている。すなわち、各発電機43A、44A、43B、44Bは、それぞれ、固定された円筒状の発電コイル45と、発電用コイル45内に摺動自在に嵌合された磁石(永久磁石あるいは電磁石)46とを有し、各磁石46の移動方向はシリンダ軸線方向とされている。   Next, a description will be given focusing on the generator 12 portion. First, reference numeral 41 denotes a piston holding housing. The piston holding housing 41 is disposed with respect to the cylinder housing 31 with a gap in the cylinder axial direction. The piston holding housing 41 includes a total of four sets of linear generators 43A, 44A, 43B, and 44B that are spaced apart in a direction perpendicular to the cylinder axial direction. That is, each of the generators 43A, 44A, 43B, and 44B includes a fixed cylindrical power generation coil 45 and a magnet (permanent magnet or electromagnet) 46 slidably fitted in the power generation coil 45. The moving direction of each magnet 46 is the cylinder axis direction.

発電機43Aの磁石46は、連結部材53Aを介して、ピストン33Aと連結されている。発電機44Aの磁石46は、連結部材54Aを介して、ピストン34Aと連結されている。発電機43Bの磁石46は、連結部材53Bを介して、ピストン33Bと連結されている。発電機44Bの磁石46は、連結部材54Bを介して、ピストン34Bと連結されている。さらに、発電機43Aの磁石46(つまりピストン33A)と発電機44Bの磁石46(つまりピストン34B)とが連結部材55によって連結され、発電機44Aの磁石46(つまりピストン34A)と発電機43Bの磁石46(つまりピストン33B)とが連結部材56によって連結されている。このような連結によって、例えば第1エンジン30Aのピストン33Aと34Aとが互いに離間するときは、第2エンジン30Bのピストン33Bと34Bとが互いに接近するように連係されて(ピストン33Bと34Bとが離間するときは、ピストン33Aと34Aとが接近する)、一方のエンジンの燃焼圧力によって、他方のエンジンを圧縮するようになっている。これにより、圧縮のためにピストンを戻り方向に付勢するためのリターンスプリングを別途要しないものとなっている。   The magnet 46 of the generator 43A is connected to the piston 33A via a connecting member 53A. The magnet 46 of the generator 44A is connected to the piston 34A via a connecting member 54A. The magnet 46 of the generator 43B is coupled to the piston 33B via a coupling member 53B. The magnet 46 of the generator 44B is connected to the piston 34B via a connecting member 54B. Furthermore, the magnet 46 (that is, the piston 33A) of the generator 43A and the magnet 46 (that is, the piston 34B) of the generator 44B are connected by the connecting member 55, and the magnet 46 (that is, the piston 34A) of the generator 44A and the generator 43B. The magnet 46 (that is, the piston 33 </ b> B) is connected by a connecting member 56. For example, when the pistons 33A and 34A of the first engine 30A are separated from each other by such connection, the pistons 33B and 34B of the second engine 30B are linked so as to approach each other (the pistons 33B and 34B are connected to each other). When separating, the pistons 33A and 34A approach each other), and the other engine is compressed by the combustion pressure of one engine. This eliminates the need for a separate return spring for urging the piston in the return direction for compression.

図2中、61はベース部材であり、このベース部材61は、設置面62に固定されている。設置面62は、例えば、自動車の場合は車体(フレーム)とされ、コジェネシステムの場合は設置床面とされる。このようなベース部材61上に、前述したシリンダハウジング31とピストン保持用ハウジング41とが設置される。シリンダハウジング31は、ベース部材61上に、スライダ63を介してシリンダ軸線方向に所定範囲(例えば20mm)変位可能に保持されている。これに対して、ピストン保持用ハウジング41は、ベース部材61上に固定されている。これにより、シリンダハウジング31は、ピストン保持用ハウジング41に対して、シリンダ軸線方向に相対変位可能となっている。   In FIG. 2, reference numeral 61 denotes a base member, and the base member 61 is fixed to the installation surface 62. The installation surface 62 is, for example, a vehicle body (frame) in the case of an automobile, and an installation floor surface in the case of a cogeneration system. On the base member 61, the cylinder housing 31 and the piston holding housing 41 are installed. The cylinder housing 31 is held on the base member 61 via a slider 63 so that the cylinder housing 31 can be displaced within a predetermined range (for example, 20 mm) in the cylinder axial direction. On the other hand, the piston holding housing 41 is fixed on the base member 61. Thereby, the cylinder housing 31 can be displaced relative to the piston holding housing 41 in the cylinder axial direction.

シリンダハウジング31をピストン保持用ハウジング41に対して相対的に変位させるために、ピストン保持用ハウジング41には、モータ71によって回転駆動されるピニオン72が保持されている。一方、シリンダハウジング31には、ピニオン72に噛合されるラック73が固定されている。ラック73は、シリンダ軸線方向に伸びている。これにより、モータ71によってピニオン72を正逆回転させると、シリンダハウジング31が、ピストン保持用ハウジング41に対して接近、離間されることになり、モータ71の回転位置を制御することによって、シリンダハウジング31のピストン保持用ハウジング41に対する相対距離が所望の大きさに変更される。勿論、各エンジン30Aと30Bとは、同一仕様とされ、かつ吸気量や燃料供給量等が全て同じ条件でもって運転されるものである。   In order to displace the cylinder housing 31 relative to the piston holding housing 41, a pinion 72 that is rotationally driven by a motor 71 is held in the piston holding housing 41. On the other hand, a rack 73 engaged with the pinion 72 is fixed to the cylinder housing 31. The rack 73 extends in the cylinder axis direction. As a result, when the pinion 72 is rotated forward and backward by the motor 71, the cylinder housing 31 is moved closer to and away from the piston holding housing 41. By controlling the rotational position of the motor 71, the cylinder housing is controlled. The relative distance between the piston 31 and the piston holding housing 41 is changed to a desired size. Of course, the engines 30A and 30B have the same specifications and are operated under the same conditions for the intake air amount, the fuel supply amount, and the like.

上記モータ71の回転位置は、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ(制御ユニット)Uによって制御される。このコントローラUには、位置センサ75で検出された位置信号が入力される。位置センサ75は、例えば、リニアセンサとされて、ある1つのピストン、例えばピストン33Aの変位位置を検出するもので、特にそのストローク端位置が検出される(上死点位置あるいは下死点位置の検出)。例えば、位置センサ75によって検出される例えばピストン33Aの上死点位置が変更ないときは、同じ圧縮比でもって運転が継続されていることを示し、検出される上死点位置が変更されたときは、圧縮比が変更されたことを示す。   The rotational position of the motor 71 is controlled by a controller (control unit) U configured using a microcomputer. A position signal detected by the position sensor 75 is input to the controller U. The position sensor 75 is, for example, a linear sensor and detects the displacement position of a certain piston, for example, the piston 33A, and particularly detects the stroke end position (the top dead center position or the bottom dead center position). detection). For example, when the top dead center position detected by the position sensor 75, for example, the piston 33A does not change, it indicates that the operation is continued with the same compression ratio, and when the detected top dead center position is changed. Indicates that the compression ratio has been changed.

本実施形態では、位置センサ75によって、例えばピストン33Aの上死点位置が所定期間(例えば10秒)継続して同じ位置であるということが検出されたときは、モータ71によってシリンダハウジング31をピストン保持用ハウジング41に対して相対変位させて(シリンダハウジング31に対する各ピストン33A〜34B)の相対位置関係を変更させて)、シリンダボア32A(32B)内面に段差が形成されるのを防止あるいは抑制するようになっている。   In this embodiment, for example, when the position sensor 75 detects that the top dead center position of the piston 33A is the same position for a predetermined period (for example, 10 seconds), the motor 71 moves the cylinder housing 31 to the piston. Relative displacement with respect to the holding housing 41 (by changing the relative positional relationship of the pistons 33A to 34B with respect to the cylinder housing 31) prevents or suppresses the formation of a step on the inner surface of the cylinder bore 32A (32B). It is like that.

次に、図3を参照しつつ、ピストン33Aに着目して、シリンダボア内面に段差が形成される状況を示してある。この図3において、同じ圧縮比でもって運転が長時間継続された場合に、上死点位置にあるピストン33Aが実線で示され、そのときのピストンリング38の位置が符合Pで示される。ピストン33Aが同じ圧縮比でもって運転されて、ピストン33Aつまりピストンリング38がストロークL1の範囲でもって往復動される状態が長時間継続すると、シリンダボア32AのうちストロークL1部分が、他の部分に対して摩耗が進行して、ストロークL1の端部に段差が形成されやすくなる。そして、ストロークL1のうち上死点側端となる符合Pで示す部分には、スラッジが堆積しやすいものとなる。   Next, with reference to FIG. 3, focusing on the piston 33A, a situation is shown in which a step is formed on the inner surface of the cylinder bore. In FIG. 3, when the operation is continued for a long time with the same compression ratio, the piston 33A at the top dead center position is indicated by a solid line, and the position of the piston ring 38 at that time is indicated by a symbol P. When the piston 33A is operated with the same compression ratio and the piston 33A, that is, the piston ring 38 is reciprocated within the range of the stroke L1, continues for a long time, the stroke L1 portion of the cylinder bore 32A is compared with the other portions. As the wear progresses, a step is easily formed at the end of the stroke L1. Then, sludge is likely to accumulate in the portion indicated by the reference symbol P that is the top dead center side end of the stroke L1.

同じ圧縮比での運転状態が所定期間継続した時点で、前述のようにシリンダハウジング31をシリンダ軸線方向に変位させることにより、シリンダハウジング31を変位させる前と同じ圧縮比でもって運転したとき、ピストン33Aの位置が相対的に図3一点鎖線で示すように変更されることになる。このようなシリンダハウジング31のシリンダ軸線方向の変位を、同じ運転状態が所定期間継続した時点毎に行うことによって、シリンダボア内面に段差が形成されてしまう事態やスラッジが堆積してしまう事態が防止あるいは抑制されることになる。   When the operation state at the same compression ratio continues for a predetermined period, the piston moves when the cylinder housing 31 is displaced in the cylinder axial direction as described above to operate at the same compression ratio as before the cylinder housing 31 is displaced. The position of 33A is relatively changed as shown by the one-dot chain line in FIG. By performing such displacement of the cylinder housing 31 in the cylinder axis direction every time the same operation state continues for a predetermined period, a situation in which a step is formed on the inner surface of the cylinder bore or a situation in which sludge accumulates is prevented or Will be suppressed.

図4は、本発明の制御例を示すフローチャートであり、以下このフローチャートについて説明する。なお、以下の説明でQはステップを示す。まず、Q1において、アクセル開度および車速が読み込まれた後、Q2において、アクセル開度および車速に基づいて発電機12での要求発電量が決定される。Q3では、決定された要求発電量を満足させるための燃料噴射量が決定されて、所定の噴射タイミングでもって燃料噴射が実行される。   FIG. 4 is a flowchart showing a control example of the present invention. This flowchart will be described below. In the following description, Q indicates a step. First, after the accelerator opening and the vehicle speed are read in Q1, the required power generation amount in the generator 12 is determined based on the accelerator opening and the vehicle speed in Q2. In Q3, a fuel injection amount for satisfying the determined required power generation amount is determined, and fuel injection is executed at a predetermined injection timing.

上記Q3の後、Q4において、位置センサ75で検出されるピストンストローク端位置(特に上死点位置)に変化があったか否かが判別される。このQ4の判別でNOのときは、ピストン位置の変化がない状態が所定時間(例えば10秒)継続したか否かが判別される。このQ5の判別でYESのときは、Q6において、モータ71を駆動して、シリンダハウジング31をピストン保持用ハウジング41に対して変位させる(シリンダボア内面への段差形成の防止あるいは抑制の制御)。上記Q4の判別でYESのとき、あるいはQ5の判別でNOのときは、それぞれQ6を経ることなくリターンされる。   After Q3, at Q4, it is determined whether or not the piston stroke end position (particularly the top dead center position) detected by the position sensor 75 has changed. When the determination in Q4 is NO, it is determined whether or not a state in which there is no change in the piston position has continued for a predetermined time (for example, 10 seconds). If YES in Q5, the motor 71 is driven in Q6 to displace the cylinder housing 31 relative to the piston holding housing 41 (control for preventing or suppressing the formation of a step on the inner surface of the cylinder bore). If YES in Q4 or if NO in Q5, the process returns without passing through Q6.

上記Q6でのシリンダハウジング31の変位(1回分の変位)は、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、一方ストローク端方向に向けて所定距離(例えば1mm)だけ変位させるものとし、一方ストローク端まで変位されたときは、他方ストローク端に向けて所定距離(例えば1mm)だけ変位させる、というように、所定距離(例えばピストンの最大ストロークが80mmの場合に例えば12mm)範囲でもって、1回あたりの変位量を同一ピッチとしつつ往復させるように変位させることができる。この他、例えば、変位量と変位方向とを乱数表を利用して設定して、シリンダハウジング31を変位させるようにする等、その変位量や変位方向の設定は適宜選択できるものである。なお、モータ71によるシリンダハウジング31の駆動は、一対のピストン33Aと34A(33Bと34B)との距離が一定のまま行われるので、つまり燃焼圧力に抗して行う必要がないので、小さな力ですむことになる。   The displacement (one displacement) of the cylinder housing 31 in Q6 can be performed as follows, for example. That is, it is displaced by a predetermined distance (for example, 1 mm) toward one stroke end, and when it is displaced to the one stroke end, it is displaced by a predetermined distance (for example, 1 mm) toward the other stroke end. In a predetermined distance range (for example, 12 mm when the maximum stroke of the piston is 80 mm), the displacement can be made to reciprocate with the same amount of displacement per stroke. In addition, the setting of the displacement amount and the displacement direction can be selected as appropriate, for example, the displacement amount and the displacement direction are set using a random number table so that the cylinder housing 31 is displaced. The cylinder housing 31 is driven by the motor 71 because the distance between the pair of pistons 33A and 34A (33B and 34B) remains constant, that is, it does not have to be performed against the combustion pressure, so the force is small. It will be.

図5、図6は、本発明の第2の実施形態を示すもので、前記実施形態と同一構成要素には同一符号を付してその重複した説明は省略する(このことは以下の第3の実施形態以下においても同じ)。本実施形態では、一対のピストン33A、34A(発電機43A、44A)による発電態様を互いに相違させることによって、一対のピストン33A、34A間の距離を一定に保持したまま、該一対のピストン33A、34Aのシリンダハウジング31に対するシリンダ軸線方向の相対位置関係を変更するようにしてある(33B、34Bによる発電態様についても同じ)。このため、本実施形態では、シリンダハウジング31とピストン保持用ハウジング41とが一体とされると共に、モータ71を有しない設定とされている。   5 and 6 show a second embodiment of the present invention, and the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted (this is the following third case). The same applies to the following embodiments). In the present embodiment, the power generation modes by the pair of pistons 33A, 34A (generators 43A, 44A) are made different from each other, so that the distance between the pair of pistons 33A, 34A is kept constant while the pair of pistons 33A, 34A, The relative positional relationship in the cylinder axis direction with respect to the cylinder housing 31 of 34A is changed (the same applies to the power generation mode by 33B and 34B). For this reason, in this embodiment, the cylinder housing 31 and the piston holding housing 41 are integrated, and the motor 71 is not provided.

各ピストン33A、34A、33B、34Bによる発電態様を相違させるために、図5に示すように、各発電機43A、43B、44A、44Bにおける発電用コイル45の一端と整流器20の入力端子との間に、スイッチ81を接続してある。スイッチ81は、コントローラUによって開閉制御されるもので、本実施形態ではデューティ制御されるようになっている。なお、スイッチ81としては、リレースイッチ、スイッチングトランジスタ等、デューティ制御による応答性に対応できるものであれば、適宜のスイッチを用いることができる。   In order to make the power generation mode by each piston 33A, 34A, 33B, 34B different, as shown in FIG. 5, between one end of the power generation coil 45 and the input terminal of the rectifier 20 in each generator 43A, 43B, 44A, 44B. A switch 81 is connected between them. The switch 81 is controlled to be opened and closed by the controller U, and is duty controlled in this embodiment. As the switch 81, an appropriate switch such as a relay switch or a switching transistor can be used as long as it can cope with responsiveness by duty control.

一対のピストン33A、34Aによる1サイクルあたりの発電態様は、一対のピストン33A、34Aのシリンダハウジング31に対する相対位置を変更する必要のないときは、互いに等しくされる。   The power generation mode per cycle by the pair of pistons 33A and 34A is equal to each other when it is not necessary to change the relative positions of the pair of pistons 33A and 34A with respect to the cylinder housing 31.

これに対して、上記相対位置を変更するときは、一対のピストン33Aと34Aとの間で発電態様が変更される。すなわち、例えば図6に示すよう、一方のピストン33Aによる発電は、図6(a)に示すように、1サイクルの全期間に渡って平均的に実行される。この一方、他方のピストン34Aによる発電は、図6(b)に示すように、1サイクルの前期にのみ集中して実行される。ただし、実施形態では、各ピストン33Aと34Aとによる1サイクルあたりの発電総量は互いに等しく設定されているが、発電総量を違いに相違させることもできる。これにより、ピストン34Aの速度が燃焼初期時から急激に低下される一方、ピストン33Aの速度はゆっくりと低下される。そして、一対のピストン33A、34Aが燃焼室35Aを構成するようにもっとも近接した状態では、各ピストン33A、34Aは、シリンダハウジング31に対して、一方のピストン34A側に相対変位された状態とされる。なお、互いに機械的に連結されたピストン33Aと34B(34Aと33B)の発電態様が互いに同じになるように制御した方が、互いに機械的に連結されたピストン同士の減速度合が等しくなるため、連結部材53A、53B、54A、54Bおよび55,56にかかるピストンからの反力を低減する上で好ましいものとなる。   On the other hand, when changing the relative position, the power generation mode is changed between the pair of pistons 33A and 34A. That is, for example, as shown in FIG. 6, power generation by one piston 33 </ b> A is performed on an average over the entire period of one cycle, as shown in FIG. On the other hand, the power generation by the other piston 34A is concentrated and executed only in the first half of one cycle, as shown in FIG. 6 (b). However, in the embodiment, the total power generation amount per cycle by the pistons 33A and 34A is set to be equal to each other, but the total power generation amount may be different. Thereby, the speed of the piston 34A is rapidly decreased from the initial stage of combustion, while the speed of the piston 33A is slowly decreased. In a state where the pair of pistons 33A and 34A are closest to each other so as to form the combustion chamber 35A, the pistons 33A and 34A are relatively displaced with respect to the cylinder housing 31 toward the one piston 34A. The In addition, since the direction of the power generation of the pistons 33A and 34B (34A and 33B) mechanically connected to each other is controlled to be the same, the deceleration rate of the pistons mechanically connected to each other is equal, This is preferable in reducing the reaction force from the piston applied to the connecting members 53A, 53B, 54A, 54B and 55,56.

上述したように、本実施形態では、一対のピストン33Aと34A(34Bと34B)による発電態様を変更するという簡単な手法によって、一対のピストン33A、34A(33B、34B)のシリンダハウジング31に対するシリンダ軸線方向での相対位置を変更することができる。また、デューティ制御によって、発電量を実質的に無段階に変更することが可能となる。勿論、シリンダハウジング31とピストン保持用ハウジング41とを一体に形成することができる他、モータ71が不要になるので、全体として構造簡単化やコスト低減の上でも好ましいものとなる。   As described above, in this embodiment, the cylinders of the pair of pistons 33A and 34A (33B and 34B) with respect to the cylinder housing 31 are changed by a simple method of changing the power generation mode by the pair of pistons 33A and 34A (34B and 34B). The relative position in the axial direction can be changed. In addition, the amount of power generation can be changed substantially steplessly by duty control. Needless to say, the cylinder housing 31 and the piston holding housing 41 can be integrally formed, and the motor 71 is unnecessary, which is preferable in terms of simplification of the structure and cost reduction as a whole.

図7に本発明の第3の実施形態を示す。図7は、前記第2の実施形態に対応するもので、発電量を段階的に変更可能としたものである。すなわち、各発電機43A、44A、43B、44Bの発電用コイル(45に相当)を、複数(実施形態では3個)のコイル45a〜45cの分割構成とし、かつ磁石(46に相当)を複数の分割磁石46a〜46cの分割構成としてある。そして、各分割コイル45a〜45cの一端と整流器20との間に、それぞれコントローラUによって開閉制御されるスイッチ82a、82bあるいは82c(スイッチ81に対応)を介在させるようにしてある。   FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. FIG. 7 corresponds to the second embodiment, and the power generation amount can be changed in stages. That is, the power generation coils (corresponding to 45) of the generators 43A, 44A, 43B, 44B are divided into a plurality (three in the embodiment) of coils 45a to 45c, and a plurality of magnets (corresponding to 46). The divided magnets 46a to 46c are divided. A switch 82a, 82b or 82c (corresponding to the switch 81) controlled by the controller U is interposed between one end of each of the divided coils 45a to 45c and the rectifier 20.

各スイッチ82a〜82cをONしておく態様を、一対のピストン33A、34A(33Bと34B)とで相違させることにより、1サイクルあたりの発電総量を互いに等しくしつつ、一対のピストン33A、34Aのシリンダハウジング31に対するその軸線方向の相対位置を変更することが可能になる。例えば、一方のピストン34Aに対応したスイッチ82a〜82cについては、1サイクルの前期においてのみ全てONする一方、他方のピストン33Aに対応するスイッチ82a〜82cについては、1サイクルの全期間について例えば2つのスイッチ82aと82bとの2つのスイッチのみをONにすることにより、一対のピストン33A、34Aのシリンダハウジング31に対する相対位置が変更される。   The mode in which the switches 82a to 82c are turned on is different between the pair of pistons 33A and 34A (33B and 34B), so that the total power generation amount per cycle is equal to each other, and the pair of pistons 33A and 34A The relative position of the cylinder housing 31 in the axial direction can be changed. For example, the switches 82a to 82c corresponding to one piston 34A are all turned on only in the first half of one cycle, while the switches 82a to 82c corresponding to the other piston 33A are, for example, two switches for the entire period of one cycle. By turning on only two switches of the switches 82a and 82b, the relative positions of the pair of pistons 33A and 34A with respect to the cylinder housing 31 are changed.

図8は、本発明の第4の実施形態を示すものである。本実施形態では、一対のピストン33A、34A(33B、34Bについても同じ)の発電用コイル45は、図5の場合と同様にそれぞれ1つのみ設ける一方、整流器(20に相当)を、ピストン33A用の整流器20aとピストン34A用の整流器20bとに別個に設けてある。そして、各発電用コイル45の一端を整流器20aあるいは20bに接続するのに、直接整流器20aあるいは20bに接続すると共に、これと並列に、コントローラUによって開閉制御されるスイッチ83aあるいは83b(スイッチ81に対応)および電気的負荷としてのキャパシタ84を介しても接続するようにしてある。本実施形態では、スイッチ83aは一方のピストン33A用であり、スイッチ83bは他方のピストン34A用である。   FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, only one power generation coil 45 of the pair of pistons 33A and 34A (the same applies to 33B and 34B) is provided as in the case of FIG. 5, while a rectifier (corresponding to 20) is provided for the piston 33A. The rectifier 20a for the piston and the rectifier 20b for the piston 34A are separately provided. In addition, in order to connect one end of each power generating coil 45 to the rectifier 20a or 20b, it is directly connected to the rectifier 20a or 20b, and in parallel with this, the switch 83a or 83b controlled by the controller U (switch 81a or 83b). Corresponding) and a capacitor 84 as an electrical load are also connected. In the present embodiment, the switch 83a is for one piston 33A, and the switch 83b is for the other piston 34A.

各スイッチ83aと83bとのうち、いずれか一方をONすると共に、他方をOFFすることにより、ONされた側のスイッチに対応したピストンの発電負荷が、他方のピストンの発電負荷に対して増大されることになる。勿論、両方のスイッチ83aと83bとを共にON(または共にOFF)しておくことにより、一対のピストン33Aと34Aとにおける発電負荷が共に等しくされる。一対のピストン33Aと34Aとのシリンダハウジング31に対する相対位置を変更する際には、上述したスイッチ83aと83bとのON、OFFの制御によって行うことができる。すなわち、スイッチ83aと83bとをONするタイミングを1サイクルあたりで変更することにより、1サイクルあたりの発電総量を一対のピストン33Aと34Aとで互いに等しく設定しつつ、一対のピストン33A、34Aのシリンダハウジング31に対する相対位置を、当初に発電負荷が大きくされたピストン寄りの位置に変更することができる。   By turning on one of the switches 83a and 83b and turning off the other, the power generation load of the piston corresponding to the switch on the ON side is increased with respect to the power generation load of the other piston. Will be. Of course, when both switches 83a and 83b are both ON (or both OFF), the power generation loads in the pair of pistons 33A and 34A are equalized. When the relative position of the pair of pistons 33A and 34A with respect to the cylinder housing 31 is changed, it can be performed by the ON / OFF control of the switches 83a and 83b described above. That is, by changing the timing of turning on the switches 83a and 83b per cycle, the total power generation amount per cycle is set to be equal between the pair of pistons 33A and 34A, and the cylinders of the pair of pistons 33A and 34A are set. The relative position with respect to the housing 31 can be changed to a position closer to the piston where the power generation load is initially increased.

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。フリーピストンエンジン11は、1つのエンジン30Aのみ(あるいは30Bのみ)でもよく(単気筒)、あるいは3組以上(3気筒以上)であってもよい。ピストンを図2に示すような一対構造として採択しない場合は、例えば、ピストンを圧縮方向に変位させるための力を、別途設けたリターンスプリングによって得るようにしてもよい。   Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the scope of claims. For example, the invention includes the following cases. . The free piston engine 11 may be only one engine 30A (or only 30B) (single cylinder), or three sets or more (three cylinders or more). When the piston is not adopted as a pair structure as shown in FIG. 2, for example, a force for displacing the piston in the compression direction may be obtained by a separately provided return spring.

発電機12(43A〜44B)は、リニア式に限らず、回転式であってもよい(例えば、ピストンの往復運動をラックアンドピニオン機構によって正逆回転運動に変換して、回転式発電機を正逆回転させることによって発電させるようにする)。フリーピストンエンジンは、火花点火式であってもよく、あるいは4サイクル式にする等、適宜の形式を採択することができる。シリンダハウジング31を固定する一方(例えばベース部材61にシリンダハウジング31を固定)、一対のピストン33Aと34A(33Bと34B)とを、その相対距離が変更されないようにしてシリンダハウジング31に対して変位させるようにしてもよい。例えば、図2の構造において、シリンダハウジング31およびピストン保持用ハウジング41をそれぞれベース部材61に固定して、例えば連結部材55と56とをそれぞれシリンダ軸線方向に同一距離だけ変位させるようにしてもよい。シリンダハウジング31とピストン保持用ハウジング41との相対距離の変更は、モータ71に限らず、油圧式アクチュエータによって行うようにしてもよい。
シリンダハウジング31とピストン保持用ハウジング41との相対距離の変更は、位置センサ75を利用して制御する場合に限らず、例えば、エンジンの同じ運転状態(例えば同じ燃料噴射量であったり、同じ要求発電量である状態)が所定期間継続した時点で相対距離を変更させる等、適宜の条件設定を行うことができる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
The generator 12 (43A to 44B) is not limited to a linear type, but may be a rotary type (for example, a reciprocating motion of a piston is converted into a normal / reverse rotational motion by a rack and pinion mechanism to To generate electricity by rotating forward and backward). The free piston engine may be a spark ignition type or may adopt an appropriate type such as a four-cycle type. While fixing the cylinder housing 31 (for example, fixing the cylinder housing 31 to the base member 61), the pair of pistons 33A and 34A (33B and 34B) are displaced with respect to the cylinder housing 31 so that the relative distance is not changed. You may make it make it. For example, in the structure of FIG. 2, the cylinder housing 31 and the piston holding housing 41 may be fixed to the base member 61, and for example, the connecting members 55 and 56 may be displaced by the same distance in the cylinder axial direction. . The relative distance between the cylinder housing 31 and the piston holding housing 41 may be changed not only by the motor 71 but also by a hydraulic actuator.
The change of the relative distance between the cylinder housing 31 and the piston holding housing 41 is not limited to the control using the position sensor 75. For example, the engine operating state (for example, the same fuel injection amount or the same request) Appropriate conditions can be set, for example, by changing the relative distance when the power generation amount is maintained for a predetermined period. Of course, the object of the present invention is not limited to what is explicitly stated, but also implicitly includes providing what is substantially preferred or expressed as an advantage.

フリーピストンエンジンを自動車の走行用モータへの給電用として利用した場合の実施形態を示す全体系統図。The whole system diagram which shows embodiment at the time of utilizing a free piston engine for the electric power feeding to the motor for driving | running | working a motor vehicle. 本発明によるフリーピストンエンジンの一例を示す側面断面図。1 is a side sectional view showing an example of a free piston engine according to the present invention. シリンダボア内面に段差が形成される状況を説明する要部側面断面図。The principal part side surface sectional drawing explaining the condition where a level | step difference is formed in a cylinder bore inner surface. 本発明の制御例を示すフローチャート。The flowchart which shows the example of control of this invention. 本発明の第2の実施形態を示すもので、発電用コイル部分の回路図。The circuit diagram of the coil part for electric power generation which shows the 2nd Embodiment of this invention. 図5に示すスイッチの制御例を示すタイムチャート。6 is a time chart showing a control example of the switch shown in FIG. 5. 本発明の第3の実施形態を示すもので、図5に対応した回路図。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a third embodiment of the present invention and corresponding to FIG. 5. 本発明の第4の実施形態を示すもので、図5に対応した回路図。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a fourth embodiment of the present invention and corresponding to FIG. 5.

符号の説明Explanation of symbols

10:発電ユニット
11:フリーピストンエンジン
12:発電機
20:整流器
20a、20b:整流器(図8)
30A:第1エンジン
30B:第2エンジン
31:シリンダハウジング
32A:第1シリンダボア
32B:第2シリンダボア
33A、34A:ピストン
33B、34B:ピストン
35A、35B:燃焼室
38:ピストンリング
41:ピストン保持用ハウジング
45:発電用コイル
46:永久磁石
45a〜45c:分割コイル(図7)
61:ベース部材
63:スライダ
71:モータ
72:ピニオン
73:ラック
75:位置センサ
81:スイッチ
82a〜82c:スイッチ(図7)
83a、83b:スイッチ(図8)
84:キャパシタ(図8)
U:コントローラ
10: Power generation unit 11: Free piston engine 12: Generator 20: Rectifier 20a, 20b: Rectifier (FIG. 8)
30A: first engine 30B: second engine 31: cylinder housing 32A: first cylinder bore 32B: second cylinder bore 33A, 34A: piston 33B, 34B: piston 35A, 35B: combustion chamber 38: piston ring 41: piston holding housing 45: Coil for power generation 46: Permanent magnets 45a to 45c: Split coil (FIG. 7)
61: Base member 63: Slider 71: Motor 72: Pinion 73: Rack 75: Position sensor 81: Switches 82a to 82c: Switches (FIG. 7)
83a, 83b: switches (FIG. 8)
84: Capacitor (Fig. 8)
U: Controller

Claims (9)

シリンダハウジングに形成されたシリンダボア内に互いに直列に一対のピストンを摺動自在に嵌合して、該一対のピストンの間に燃焼室を構成してなるフリーピストンエンジンにおいて、
前記燃焼室を構成する際の前記一対のピストン間の距離を一定に保持したまま、該一対のピストンの前記シリンダハウジングに対するシリンダ軸線方向の相対位置関係を変更する位置変更手段を備えている、
ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
In a free piston engine in which a pair of pistons are slidably fitted in series with each other in a cylinder bore formed in a cylinder housing, and a combustion chamber is formed between the pair of pistons.
Position change means for changing the relative positional relationship of the pair of pistons in the cylinder axial direction with respect to the cylinder housing while maintaining a constant distance between the pair of pistons when configuring the combustion chamber;
This is a free piston engine.
請求項1において、
前記シリンダハウジングとは別個独立して、前記ピストンを保持するピストン保持用ハウジングを備え、
前記位置変更手段が、シリンダ軸線方向における前記シリンダハウジングとピストン保持用ハウジングとの距離を変化させるものとして構成されている、
ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
In claim 1,
A piston holding housing for holding the piston independently of the cylinder housing;
The position changing means is configured to change the distance between the cylinder housing and the piston holding housing in the cylinder axial direction.
This is a free piston engine.
請求項1において、
前記位置変更手段が、前記シリンダハウジングとピストン保持用ハウジングとの距離を変更するためのモータを備えている、ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
In claim 1,
The free piston engine, wherein the position changing means includes a motor for changing a distance between the cylinder housing and the piston holding housing.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、
前記位置変更手段は、圧縮比が所定期間不変のときに作動される、ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The free piston engine, wherein the position changing means is operated when the compression ratio remains unchanged for a predetermined period.
シリンダハウジングに形成されたシリンダボア内に互いに直列に一対のピストンを摺動自在に嵌合して、該一対のピストンの間に燃焼室を構成してなるフリーピストンエンジンの制御方法において、
前記燃焼室を構成する際の前記一対のピストン間の距離を一定に保持しつつ運転を行う第1工程と、
前記第1工程中に、前記一対のピストンの前記シリンダハウジングに対するシリンダ軸線方向の相対位置関係を変更する第2工程と、
を備えていることを特徴とするフリーピストンエンジンの制御方法。
In a control method of a free piston engine in which a pair of pistons are slidably fitted in series with each other in a cylinder bore formed in a cylinder housing, and a combustion chamber is formed between the pair of pistons.
A first step of performing operation while maintaining a constant distance between the pair of pistons when the combustion chamber is configured;
A second step of changing a relative positional relationship of the pair of pistons in the cylinder axial direction with respect to the cylinder housing during the first step;
A method of controlling a free piston engine, comprising:
請求項5において、
前記一対のピストンによってそれぞれ発電を行うようにされ、
前記第1工程においては、前記一対のピストンによる発電総量が互いに等しくされる、
ことを特徴とするフリーピストンエンジンの制御方法。
In claim 5,
Each of the pair of pistons generates power,
In the first step, the total power generation amount by the pair of pistons is made equal to each other.
A control method for a free piston engine.
請求項6において、
前記第2工程においては、前記一対のピストンによる発電態様が互いに相違される、ことを特徴とするフリーピストンエンジンの制御方法。
In claim 6,
In the second step, the power generation mode by the pair of pistons is different from each other, and the control method of the free piston engine.
請求項6において、
前記第2工程においては、前記一対のピストン間において、1サイクル中での発電を実行する時期が相違される、ことを特徴とするフリーピストンエンジンの制御方法。
In claim 6,
The method of controlling a free piston engine, characterized in that, in the second step, the timing for generating power in one cycle is different between the pair of pistons.
請求項6において、
前記第2工程においては、前記一対のピストン間において、1サイクル中での発電負荷を相違させる、ことを特徴とするフリーピストンエンジンの制御方法。
In claim 6,
In the second step, the power generation load in one cycle is made different between the pair of pistons, and the control method for a free piston engine.
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