(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１対の長手方向に対向したシリンダーにはそれぞれ電気発生ステーターが固定されており、シリンダー内に配置されたピストンが圧縮行程と動力行程のサイクルを長手方向に往復し、上記のステーターがピストンの往復路を囲繞する如く配置されており、ピストンヘッドに設けられた入口弁が圧縮行程前にシリンダー内に空気または燃料混合物を導入し、シリンダーヘッド内に設けられた出口弁が動力行程に続いて排気ガスを放出し、ピストン外周にはリニアアクチュエーターが一体に運動すべく取り付けられており、内燃機関の動作中ステーターに対するリニアアクチェーターの往復運動が電気的エネルギーを発生することを特徴とする自由ピストン内燃機関。
【請求項２】
シリンダーが２行程サイクル中に交互に点火することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
ステーター手段が対向するシリンダー間に配置され、かつリニアアクチュエーターがそれぞれのピストン間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
圧縮行程中に、リニアアクチュエーターに付設された圧縮室中に空気または燃料混合物が導入されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
シリンダーへの導入前に、空気または燃料混合物が動力行程中に圧縮室において圧縮されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
入口手段がバネによって偏倚されるポペット弁であって、空気または燃料混合物が、バネおよび対向する動力に抗してポペット弁を開く圧力、にまで圧縮されて、動力行程の終期においてガス交換を開始することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
圧縮行程の間入口弁手段がシリンダー中のガス力により閉じた状態に保たれることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
燃焼室がステ−ター手段中に配置されたシリンダー状のスリーブにより形成され、リニアアクチュエーターにはスリーブに係合して往復コンプレッサーピストンとして機能するガスシールが取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
出口弁手段がシリンダーのヘッド内に配置されたポペット弁であって、かつソレノイドにより種々の期間に開かれて、与えられたパワーレベルにおけるガス交換の効率を最適化することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
シリンダー状スリーブがセラミックまたは高温プラスチックから形成されていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は内燃機関に関するものであり、さらに詳しくは、それに特定されるものではないが、自由ピストン機関の改良に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
Ｍ．ＧｏｅｒｔｚおよびＬ．Ｐｅｎｇの２０００年３月のＳＡＥ紙２０００−０１−０９９６号の「自由ピストン機関の応用と最適化」およびＧａｌｉｌｅｏ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社（ｗｗｗ．ｇａｌｉｌｅｏｒｅｓｅａｒｃｈ．ｃｏｍ）、１９９９の「自由ピストン機関発生器技術」などの従来の自由ピストン機関にあっては、シリンダースリーブの壁を通って引込みスロットを介してガスが燃焼室に入る。全んどの２行程内燃機関においてはこれが代表的なやり方である。
【０００３】
ところがこの引込み構造には不利な点があり、ピストンリングが引込みスロット上を摺動して（各行程について２回）半径方向の支持領域が減少し、若干のリング変形が起きる。この変形は、ガス圧力およびリング中のプレテンションによって掛かる半径方向の力に曝されたときに、支持されていないリング材料の弾性により結果されるものである。このような変形はリングやシリンダースリーブの摩耗速度を加速し、近代の乗用車において２行程機関を廃する原因の一部ともなっている。
【０００４】
また往復ピストンクランクケースにおけるピストン内蔵弁構造も知られており、Ｅ．Ｗｅｃｈｎｅｒによるオーストラリア特許出願第６３０２１／９９号などに開示されている。しかしそのような機関は、近代のハイブリッド車輌に使われた場合には、駆動車輪のために必要な電気的なパワーを発生するには追加的な機械連結およびエネルギー貯蔵セルを必要とするので、比較的効率が悪いものである。
【０００５】
【発明の要約】
この発明の目的は上記したような不利な点を改良することにある。このためこの発明の自由ピストン内燃機関においては、少なくとも１対の長手方向に対向したシリンダーにはそれぞれ電気発生ステーターが固定されており、シリンダー内に配置されたピストンが圧縮行程と動力行程のサイクルを長手方向に往復し、上記のステーターがピストンの往復路を囲繞する如く配置されており、ピストンヘッドに設けられた入口弁が圧縮行程前にシリンダー内に空気または燃料混合物を導入し、シリンダーヘッド内に設けられた出口弁が動力行程に続いて排気ガスを放出し、ピストン外周にはリニアアクチュエーターが一体に運動すべく取り付けられており、内燃機関の動作中ステーターに対するリニアアクチェーターの往復運動が電気的エネルギーを発生することを要旨とするものである。
【０００６】
【好ましき実施例の説明】
図１において機関の主たる構成要素としては、長手方向に対向するシリンダー１，２、シリンダーヘッド３，４、ピストン５，６、リニアアクチュエーター７および電気発生ステーター８が示されている。
【０００７】
従来の自由ピストン機関と同様に、シリンダーは２行程サイクル中に交互に点火し、その結果の往復線型運動は、リニアアクチュエーターとステーター手段との間の相対運動により、電気的なエネルギーに変換される。
【０００８】
しかしこの発明によれば、入口弁がピストンのヘッド５Ａ，６Ａ中に配置されたポペット弁９である。
【０００９】
図１に、シリンダー１中での膨張行程または動力行程の終期におけるピストン５の状態を示す。入口弁９と出口弁１０はともに開いて、２行程ガス交換または掃気プロセスを起こさせる。先行するピストン５の膨張行程中に、この掃気プロセスのための引込みガス１０Ａはリニアアクチュエーター圧縮室１１内で圧縮されている。
【００１０】
引込みガス１０Ａについて得られた圧力はコイルバネ２０の力および動力行程の終期における弁９の減速による動力の双方に抗して、ピストン５中の入口弁９を開くのに充分なものである。このガス交換プロセス中に燃焼室１５に入る前に、冷引込みガス１０Ａはリニアアクチュエーター熱交換器２３、注入パイプ１３、ピストン熱交換器１４および入口弁９を通過する。
【００１１】
このガス１０Ａの入力圧力は排気または出口弁１０とポート３２を通って排気ガスが排出するのを助ける。シリンダーヘッド３内には制御ソレノイド２１が設けられている。これが選択された変動期間に亙って出口弁１０を開いて、与えられた動力消費でのガス交換を最適化する。例えば低動力消費においては、弁１０を通って少量の排気ガスのみが排出される。これは引込みガス１０Ａを機関の所望のアイドリング速度を保つのに必要とされる量に制限する。
【００１２】
かかる構成によりガス交換プロセス中の燃焼室内での圧力の最少量を逃がして、ポンプ損失を低減する。最大動力にあっては、実質的に全ての排気ガスを排出するのに充分な長さに亙って、弁１０は開いた状態に保たれる。これにより最大量の引込みガス１０Ａが燃焼室に入ることができる。従来の弁内蔵ピストン機関と同様に、これに続く圧縮行程の間入口弁９は、燃焼室１５内のガス圧力による減速の動力に抗して、閉じた状態に保たれる。
【００１３】
図１に圧縮行程を完了した後の点火状態にあるピストン６を示す。ピストン６およびシリンダー２に付設されてリニア熱交換器２４、注入パイプ１３Ａおよび出口ポート３２Ａが前記のように配置されているが、図３に示すように９０度で配列されている。ピストン６のこの圧縮行程の間、新鮮な引込みガス１０Ｂは入口１７、環状室１８、リング弁１９を経てリニアアクチュエーター７により引込まれて、圧縮室１２に入る。点火後のピストン６のつぎの動力行程の間、ガス１０Ｂは室１２内で圧縮されて、シリンダー２の燃焼室１６のための引込み注入を含有する。
【００１４】
リニアアクチュエーター７の両端にはガスシール２２が付設されていて、ガス交換のための圧縮ピストンとしてのその機能を高めている。これにより外部引込みガス注入装置の必要がなくなる。電気発生ステーター８とリニアアクチュエーターとの間にはシリンダー状のスリーブ２５が設けられていて、ガスシール２２に対しての動的な会合面を与えている。このスリーブ２５は非電導性で非磁性の必要があり、発生プロセスに悪影響を及ぼさないように充分に薄い必要がある。適切な材料としてはセラミックまたは高温複合プラスチックがあり、表面に蒸着されるかステーター８の孔中に押し込まれる。
【００１５】
以上図示した機関の例では各シリンダーについて１個の入口弁と出口弁のみを示したが、１を越える個数の入口弁を各ピストンにまた１を越える個数の出口弁を各シリンダーヘッドに設けてもよい。その他の構成要素としては、２７が冷却水ジャケット、２８が電気発生コイル、２９が伝機動力出力接続ボックス、３０が永久磁石、３１が永久磁石バックアイアンである。
【００１６】
この発明においては前記のようにステーターをピストンの往復路を囲繞する如くに配置したこと、および出口弁をシリンダーヘッド内に設けたことにより、構造的に顕著に簡単・小型・軽量の内燃機関を得ることができたのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】自由ピストン機関のシリンダーの中心軸に沿った模型断面図である。
【図２】図１中線Ａ−Ａに沿って取った横断面図である。
【図３】図１中線Ｂ−Ｂに沿って取った横断面図である。
【符号の説明】
１，２    シリンダー
５，６    ピストン
８        ステーター
９        入口弁
１０      出口弁
１２      圧縮室
１４      ピストン熱交換器
１５，１６    燃焼室
２３      リニアアクチュエーター熱交換器
【図１】
0003607909.tif 000002
【図２】
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【図３】
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