(57)【要約】【課題】燃焼室容積の不要な増大を招くことなく、燃焼室内圧力の検出を行うことのできるフリーピストンエンジンを提供する。【解決手段】中空構造に形成された第１ピストン２２のピストンヘッド２２ａの燃焼室側端面６５をその他の壁面に比して薄肉化するとともに、歪みゲージ６６をその内壁に装着する。そして、プランジャシャフト２２ｂを軸方向に貫通する貫通孔２２ｄ内を通して歪みゲージ６６の信号線６７を第１与圧室内へ配線する。更に、この第１与圧室からハウジングの外部に同歪みゲージ６６の信号線６７を引き出し、制御装置に接続する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、そのシリンダに往復動可能に配設されたピストンと、それらシリンダ及びピストンによって区画形成された燃焼室と、その燃焼室内の圧力を検出する圧力検出手段とを備えるフリーピストンエンジンにおいて、
前記圧力検出手段が前記ピストンと一体化されてなる
ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
【請求項２】
シリンダと、そのシリンダに往復動可能に配設されたピストンと、それらシリンダ及びピストンによって区画形成された燃焼室とを備えるフリーピストンエンジンにおいて、
前記ピストンは中空構造とされ、そのピストンの燃焼室側端面に作用する圧力を検出する圧力検出手段が前記ピストンの内部に配設されてなる
ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
【請求項３】
前記圧力検出手段は、前記ピストンの燃焼室側端面の内壁に装着されてなる
請求項２に記載のフリーピストンエンジン。
【請求項４】
前記圧力検出手段は、歪みゲージにより構成されてなる
請求項３に記載のフリーピストンエンジン。
【請求項５】
請求項２に記載のフリーピストンエンジンにおいて、
前記ピストンの前記燃焼室とは反対側の端部に前記圧力検出手段を配設するとともに、同ピストンの燃焼室側端面に作用する圧力を前記圧力検出手段に伝達する力伝達手段を前記ピストンの内部に配設する
ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
【請求項６】
請求項２に記載のフリーピストンエンジンにおいて、
前記ピストンは、前記シリンダに遊嵌される中空構造のピストンヘッドとそのピストンヘッドの前記燃焼室とは反対側の端部からその往復動方向に延びるプランジャシャフトとを有して構成され、前記圧力検出手段は、前記ピストンヘッドの前記燃焼室とは反対側の端部に配設されるとともに、前記ピストンの燃焼室側端面に作用した圧力を前記圧力検出手段に伝達する力伝達手段を前記ピストンヘッドの内部に配設する
ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
【請求項７】
請求項２に記載のフリーピストンエンジンにおいて、
前記ピストンは、前記シリンダに遊嵌される中空構造のピストンヘッドとそのピストンヘッドの前記燃焼室とは反対側の端部からその往復動方向に延びる中空構造のプランジャシャフトとを有して構成され、前記圧力検出手段は、前記プランジャシャフトの前記燃焼室とは反対側の端部に配設されるとともに、前記ピストンの燃焼室側端面に作用した圧力を前記圧力検出手段に伝達する力伝達手段を、前記ピストンヘッド及び前記プランジャシャフトの内部に配設する
ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
【請求項８】
前記力伝達手段は、その一端が前記ピストンの燃焼室側端面の内壁に当接され、他端が前記圧力検出手段の受圧面に当接されるように配設される固体部材である
請求項５〜７のいずれか一項に記載のフリーピストンエンジン。
【請求項９】
前記圧力検出手段の受圧面がその周壁の一部を構成するように前記ピストンの内部に流体室が形成され、同流体室に充填された流体が前記力伝達手段を構成する
請求項５〜７のいずれか一項に記載のフリーピストンエンジン。
【請求項１０】
前記圧力検出手段から前記ピストンの外部への検出信号の伝送を、有線データ伝送により行う
請求項１〜９のいずれか一項に記載のフリーピストンエンジン。
【請求項１１】
前記圧力検出手段から前記ピストンの外部への検出信号の伝送を、無線データ伝送により行う
請求項１〜９のいずれか一項に記載のフリーピストンエンジン。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のフリーピストンエンジンにおいて、
前記ピストンにその往復動方向の推力を付与するとともに、その付与する推力を調整可能な推力付与手段と、該推力付与手段によって前記ピストンに付与される推力を前記圧力検出手段の検出結果に基づき制御する制御手段とを更に備える
ことを特徴とするフリーピストンエンジン。
【請求項１３】
前記推力付与手段は、電磁力を用いて前記ピストンへの推力の付与を行う
請求項１２に記載のフリーピストンエンジン。
【請求項１４】
当該フリーピストンエンジンは、前記ピストンによる圧縮により燃焼室内の混合気を自己着火させるように構成されてなる
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のフリーピストンエンジン。
【請求項１５】
当該フリーピストンエンジンは、前記シリンダの内部に互いに対向して配設される一対の前記ピストンを有してなり、前記燃焼室はそれらピストンの対向面間に形成されてなる
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のフリーピストンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内部のピストンの往復路が非固定の状態とされたフリーピストンエンジンに係り、詳しくはその燃焼室内の圧力検出に係る構造の配設態様の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼エネルギを動力に変換する燃焼機関の一種として、特許文献１，２に見られるようなフリーピストンエンジンが知られている。ちなみに特許文献１には、対向ピストン型のフリーピストンエンジンが、特許文献２には、連結ピストン型のフリーピストンエンジンがそれぞれ記載されている。このようにフリーピストンエンジンには、様々なタイプのものが提案されている。
【０００３】
フリーピストンエンジンは、クランク機構などのピストン駆動機構を有するキネマティックエンジン（クランク式エンジン等）に比べ、構造が簡易でその小型化が容易となっている。またフリーピストンエンジンは、キネマティックエンジンに比して、高圧縮比の運転を容易に実現可能であり、高熱効率とすることができる。こうしたフリーピストンエンジンは、発電装置などの様々な用途への利用が期待されている。
【０００４】
図１６は、特許文献１に見られるような対向ピストン型のフリーピストンエンジンを示している。対向ピストン型のフリーピストンエンジン１００は、シリンダ１０２内に対向配置された左右一対のピストン１０３，１０４を備えて構成されている。
【０００５】
上記両ピストン１０３，１０４はそれぞれ、往復動可能な状態でシリンダ１０２に遊嵌されている。シリンダ１０２の内部は、各ピストン１０３，１０４によって、燃焼室１０５と２つの与圧室１０６，１０７とに区画されている。燃焼室１０５は、シリンダ１０２の両ピストン１０３，１０４の対向面間に区画形成され、各与圧室１０６，１０７は、各ピストン１０３，１０４の後背側、すなわち燃焼室１０５の反対側にそれぞれ区画形成されている。
【０００６】
このフリーピストンエンジン１００は、２ストロークサイクルのエンジンとして構成されており、シリンダ１０２の側壁には、吸気口１０８、掃気口１０９及び排気口１１０が開口されている。これら吸気口１０８、掃気口１０９及び排気口１１０は、両ピストン１０３，１０４の往復動に応じて適宜なタイミングで、燃焼室１０５や与圧室１０６，１０７に連通／遮断され、それにより燃焼室１０５の吸排気が行われるようになっている。
【０００７】
ところで、特許文献２に記載のフリーピストンエンジンでは、シリンダ側壁に加工された孔内に圧力センサを挿入し、それによって燃焼室内圧力を検出するようにしている。そしてその検出された燃焼室内圧力に応じてリニアモータを制御して、シリンダ内のピストンの動作を最適化することで、ディーゼルサイクルに近い高熱効率でのエンジン運転を実現するようにしている。
【０００８】
またスパークプラグにて混合気を着火させる火花着火式とは異なり、混合気をピストンによる圧縮により自己着火させる圧縮着火式のフリーピストンエンジンでは、混合気の着火時期を直接制御することができず、早期着火による燃焼効率の低下や着火遅れによる燃焼不全などの燃焼状態の悪化を招き易い。そのため、圧縮着火式のフリーピストンエンジンでは、安定したエンジン運転を行うために、同様に圧力センサを設けて、燃焼室内の圧力状態に応じて着火時期の最適化を図るようにエンジン制御を行うことも考えられる。
【特許文献１】特開２００３−５１９３２８号公報
【特許文献２】特表２００３−３４３２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、フリーピストンエンジンの運転状態を適切に制御するには、その燃焼室内圧力を検出することが重要である。ところが、その検出をシリンダ側壁に設置された圧力センサによって行う上記従来のフリーピストンエンジンでは、その設置に伴って、燃焼室容積（ピストン上死点でのシリンダの容積）の不必要に増大してしまうという問題があった。こうした燃焼室容積の不要な増大は、シリンダ容積（ピストン下死点でのシリンダの容積）に対する燃焼室容積の比として表される圧縮比の低下を招き、エンジン出力性能の悪化等を招く要因となる。また燃焼室容積が不要に増大すれば、その分、シリンダ長を長くしてシリンダ容積も増大させなければ、所望とする圧縮比を確保できなくなって、エンジンの小型化が制限されることにもなる。
【００１０】
図１７（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、フリーピストンエンジン１００への圧力センサ１２０の設置態様の例をそれぞれ示している。圧力センサは一般に、受圧面となるセンサ先端部が平面に形成されており、これを燃焼室内に露出させるよう配置すれば、曲面に形成されたシリンダ側壁との間には自ずと段差が形成されてしまうことになる。例えば図１７（ａ）のように、シリンダ１０２内に圧力センサ１２０の先端が突出しないように設置すれば、シリンダ１０２の側壁には自ずと窪みが形成されてしまう。そしてそうした窪みがデッドボリュームとなって、燃焼室容積が増大してしまうようになる。また同図１７（ｂ）のように、シリンダ１０２内に先端が突出するように圧力センサ１２０を設置した場合には、その突出した圧力センサ１２０との干渉を避けるように、ピストン１０３，１０４の動作範囲を制限する必要がある。すなわち、同図１７（ｃ）に示すように、両ピストン１０３，１０４の最近接距離Ｌを、圧力センサ１２０先端の幅Ｗよりも大きく設定せざるを得なくなり、燃焼室容積の増大を招くことになる。
【００１１】
もっとも、圧力センサの先端部を、シリンダ側壁に合わせた曲面に形成すれば、その設置に伴う不要な燃焼室容積の増大は避けられる。しかしながら、圧力センサの先端部は、圧力検出用の受圧面となっており、これを曲面に形成する場合、検出精度や加工性の確保が非常に困難となってしまう。
【００１２】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃焼室容積の不要な増大を招くことなく、燃焼室内圧力の検出を行うことのできるフリーピストンエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、シリンダと、そのシリンダに往復動可能に内嵌されるとともに同シリンダの内部での往復路が非固定の状態で配設されたピストンと、それらシリンダ及びピストンによって区画形成された燃焼室と、その燃焼室内の圧力を検出する圧力検出手段とを備えるフリーピストンエンジンとして、圧力検出手段をピストンと一体化するようにした。  
【００１４】
フリーピストンエンジンとしてのこのような構成によれば、前記圧力検出手段がピストンと共々一体に構成されるため、シリンダ側壁を加工して圧力センサを挿入することなく燃焼室内圧力の検出が可能である。したがって、シリンダ側壁への圧力センサの設置に伴う燃焼室容積の増大を招くことなく燃焼室内圧力の検出を行うことができるようになる。  
【００１５】
また、上記目的を達成するため、請求項２に記載の発明では、シリンダと、そのシリンダに往復動可能に配設されたピストンと、それらシリンダ及びピストンによって区画形成された燃焼室とを備えるフリーピストンエンジンとして、前記ピストンを中空構造とするとともに、そのピストンの燃焼室側端面に作用する圧力を検出する圧力検出手段を上記ピストンの内部に配設するようにした。  
【００１６】
フリーピストンエンジンとしてのこのような構成によれば、中空構造とされたピストンの燃焼室側端面が燃焼室内の圧力に応じて撓み変形するダイアフラムとして機能するため、その変形を検出する圧力検出手段によって燃焼室内圧力が検出されるようになる。したがって、シリンダ側壁への圧力センサの設置に伴う燃焼室容積の増大を招くことなく、燃焼室内圧力の検出を行うことができるようになる。  
【００１７】
こうした場合、例えば請求項３に記載の発明のように、ピストンの燃焼室側端面の内壁に上記圧力検出手段を装着させるようにしても良く、その場合には更に、例えば請求項４に記載の発明のように、圧力検出手段として歪みゲージを採用することができる。  
【００１８】
一方、上記請求項２に記載のフリーピストンエンジンにおいて、例えば請求項５に記載の発明では、前記ピストンの前記燃焼室とは反対側の端部に前記圧力検出手段を配設するとともに、同ピストンの燃焼室側端面に作用する圧力をその圧力検出手段に伝達する力伝達手段をピストンの内部に配設することとした。  
【００１９】
フリーピストンエンジンとしてのこのような構成によっても、シリンダ側壁への圧力センサの設置に伴う燃焼室内容積の増大を招くことなく、燃焼室内の圧力を検出することができるようになる。またこの場合には更に、圧力検出手段が燃焼室から比較的離れた位置に設置されるため、燃焼室内の熱によって与えられる圧力検出手段の検出精度への影響を好適に抑えることができるようにもなる。  
【００２０】
ところで、多くのフリーピストンエンジンのピストンは、シリンダに遊嵌されるピストンヘッドとそのピストンヘッドの燃焼室とは反対側の端部からその往復動方向に延びるプランジャシャフトとを一体に設けて構成されている。
【００２１】
こうしたプランジャシャフト付きピストンを備えるフリーピストンエンジンにあっては、例えば請求項６に記載の発明によるように、
（イ）ピストンヘッドを中空構造とするとともに、そのピストンヘッドの燃焼室とは反対側の端部に圧力検出手段を配設し、更にそうしたピストンヘッドの内部に、ピストンの燃焼室側端面に作用した圧力を圧力検出手段に伝達する力伝達手段を配設する。  
或いは請求項７に記載の発明によるように、
（ロ）ピストンヘッド及びプランジャシャフトの双方を中空構造とするとともに、そのプランジャシャフトの燃焼室とは反対側の端部に圧力検出手段を配設し、更にピストンヘッド及びプランジャシャフトの内部に、ピストンの燃焼室側端面に作用した圧力を圧力検出手段に伝達する力伝達手段を配設する。  
等々の構成が有効である。  
【００２２】
すなわち、フリーピストンエンジンとしてのこのような構成によれば、圧力センサ一体型のピストンが構成されるようになるため、シリンダ側壁への圧力センサの設置に伴う燃焼室容積の増大を招くことなく、燃焼室内の圧力を検出することができるようになる。しかも、燃焼室から比較的離れた位置に圧力検出手段が設置されるため、圧力検出手段の検出精度への燃焼室内の熱の影響を好適に抑えることができるようになる。  
【００２３】
なお、上記力伝達手段としては、例えば上記請求項８に記載のように、その一端がピストンの燃焼室側端面の内壁に当接され、他端が圧力検出手段の受圧面に当接されるように配設された固体部材や、請求項９に記載のように、圧力検出手段の受圧面がその周壁の一部を構成するようにピストンの内部に流体室を形成し、その流体室に充填された流体等々を用いることができる。  
【００２４】
また、このような圧力検出手段からピストンの外部への検出信号の伝送についてはこれを、例えば請求項１０に記載のように、有線データ伝送により行う構成にしても、請求項１１に記載のように、無線データ伝送により行う構成としてもよい。
【００２５】
ちなみにフリーピストンエンジンでは、ピストンがクランク機構のような回動部を有する機械的リンケージに連結されていないため、有線データ伝送を行う場合にも、ピストンの内部から外部へと信号線を比較的容易に配線することが可能である。  
【００２６】
さらに上記各発明は、ピストンにその往復動方向の推力を付与するとともに、その付与する推力を調整可能な推力付与手段と、該推力付与手段によってピストンに付与される推力を上記圧力検出手段の検出結果に基づき制御する制御手段とを更に備える上記請求項１２に記載のようなフリーピストンエンジンに適用することができる。このような推進力付与手段及び制御手段を具備することで、燃焼室内圧力に応じた好適なエンジン運転が可能となる上、圧縮比を低下させることなく燃焼室内圧力の検出が可能となるため、フリーピストンエンジンの更なる高性能化を実現することができるようになる。  
【００２７】
なお、このような推力付与手段としては、例えば請求項１３に記載の発明によるように、電磁力を用いてピストンへの推力の付与を行う方式のものを採用することができる。例えば発電用途に用いられるフリーピストンエンジンにあっては、その発電用のリニアモータ等を上記電磁式の推力付与手段として併用することができるようになる。
【００２８】
ちなみに、上記請求項１〜１３のいずれかに記載のフリーピストンエンジンは、例えば請求項１４に記載のような、前記ピストンによる圧縮により燃焼室内の混合気を自己着火させる圧縮着火式のフリーピストンエンジンに適用することができる。  
【００２９】
こうした圧縮着火式フリーピストンエンジンでは、ピストンの動作態様が着火のタイミングに多大な影響を及ぼす。したがって、良好な運転を維持するには、燃焼室内の圧力状態に応じたピストンの動作制御が求められている。その点、フリーピストンエンジンとしての上記構成によれば、圧縮比を低下させることなく、こうした制御に必要な燃焼室内圧力の検出を行うことができるようになるため、エンジンの更なる高性能化が可能となる。  
【００３０】
また、上記請求項１〜１４のいずれかに記載のフリーピストンエンジンは、例えば請求項１５に記載の発明のような、シリンダの内部に互いに対向して配設される一対の前記ピストンを有するとともに、それらピストンの対向面間に前記燃焼室が形成された対向ピストン型のフリーピストンエンジンに適用することができる。  
【００３１】
こうした対向ピストン型のフリーピストンエンジンにあっては、シリンダ壁面での圧力センサの設置箇所は限られており、その設置に伴って燃焼室容積が増加しやすい実情にある。その点、フリーピストンエンジンとしての上記構成によれば、上述のようなピストンへの圧力検出手段の一体化による燃焼室容積の増加抑制の効果をより顕著に享受することができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１の実施の形態）
以下、本発明のフリーピストンエンジンを具体化した第１の実施の形態を、図１〜図９を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係るフリーピストンエンジンは、その動力を用いて発電を行う発電装置に組み込まれている。
【００３３】
図１は、そうした発電装置１０の全体構造を示したものである。同図１に示されるように、発電装置１０は大きくは、制御装置（制御手段）１１、混合気生成器１２、ハウジング１３、フリーピストンエンジン２０、第１リニアモータ４０ａ及び第２リニアモータ４０ｂ（推力付与手段）を備えて構成されている。
【００３４】
制御装置１１は、フリーピストンエンジン２０の運転の制御や第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂによる発電の制御に係る各種演算処理を実施するマイクロコンピュータ、その制御に必要なプログラムや各種データを記憶するメモリ（いずれも図示略）等を備えて構成されている。そして制御装置１１は、フリーピストンエンジン２０の運転状態や第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの発電状態を最適化すべく、上記混合気生成器１２や第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂを制御する。
【００３５】
混合気生成器１２は、燃料と空気とを混合して、フリーピストンエンジン２０での燃焼に供せられる混合気を生成する。混合気生成器１２での混合気の生成量や、混合気中の燃料と空気との混合比（空燃比）は、制御装置１１の指令に基づいて調整されるようになっている。ちなみに、本実施の形態のフリーピストンエンジン２０は、その燃料として水素を用いる構成となっているが、その他にも、メタンやブタン、プロパンなどの他の気体燃料、或いはガソリンや軽油などの液体燃料を採用することも可能である。
【００３６】
ハウジング１３は、フリーピストンエンジン２０と第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂとを収容する。詳しくはハウジング１３には、その筒状の内周面によってフリーピストンエンジン２０のシリンダ２１が形成され、その両側に第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの収容室４１，５１がそれぞれ形成されている。
【００３７】
本実施の形態のフリーピストンエンジン２０は、対向ピストン型の圧縮着火式のフリーピストンエンジンとして構成されている。そうしたフリーピストンエンジン２０のシリンダ２１には、第１ピストン２２と第２ピストン２３とが互いに対向して配設されている。
【００３８】
第１及び第２ピストン２２，２３はそれぞれ、ピストンヘッド２２ａ，２３ａとプランジャシャフト２２ｂ，２３ｂとを備えて構成されている。ピストンヘッド２２ａ，２３ａにあってそれらの反燃焼室側の端部には、シリンダ２１の軸方向に延びる非磁性体のプランジャシャフト２２ｂ，２３ｂがそれぞれ一体に接続されている。プランジャシャフト２２ｂ，２３ｂの反燃焼室の端部は、収容室４１，５１の内部まで延伸されている。そしてプランジャシャフト２２ｂ，２３ｂは、収容室４１，５１内において、第１及び第２板ばね群２７，２８にそれぞれ接続されている。これら第１及び第２板ばね群２７，２８はそれぞれ、一端がハウジング１３に固定された複数の板ばねによって構成されており、プランジャシャフト２２ｂ，２３ｂをシリンダ２１の往復動可能に支持している。
【００３９】
シリンダ２１の内部は、両ピストン２２，２３のピストンヘッド２２ａ，２３ａによって、燃焼室２４、第１与圧室２５、及び第２与圧室２６の３つの空間に区画されている。このうち、燃焼室２４は、第１及び第２ピストン２２，２３の対向面間に形成されており、第１及び第２与圧室２５，２６は、第１及び第２ピストン２２，２３の後背側、すなわち燃焼室２４とは反対側にそれぞれ形成されている。これら燃焼室２４、第１及び第２与圧室２５，２６の容積は、シリンダ２１内の第１及び第２ピストン２２，２３の移動に応じて変化されるようになっている。
【００４０】
シリンダ２１の側壁には、掃気口２９、第１吸気口３０、第２吸気口３１及び排気口３２がそれぞれ開口されている。このうち、掃気口２９は、燃焼室２４に開口されるとともに、ハウジング１３内に形成された掃気通路３３を介して上記第１及び第２与圧室２５，２６に連通されている。また、第１吸気口３０及び第２吸気口３１は、第１及び第２与圧室２５，２６にそれぞれ開口されるとともに、吸気通路３４，３５を介して上記混合気生成器１２に接続されている。そして、排気口３２は、燃焼室２４に開口されるとともに、排気通路３６を介してフリーピストンエンジン２０の外部に接続されている。
【００４１】
第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂは、可動子４２及び固定子４３をそれぞれ備えて構成されている。このうち、可動子４２は、永久磁石及び磁性体のコアを有して構成されており、プランジャシャフト２２ｂ，２３ｂにそれぞれ一体に固定されている。また、固定子４３は、ハウジング１３に固定された状態で可動子４２の周囲に配設されており、コイルの巻き掛けられたヨークを有して構成されている。そして、こうした第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの固定子４３のコイルはそれぞれ、制御装置１１に電気接続されている。
【００４２】
なお、ハウジング１３には、シリンダ２１内における第１及び第２ピストン２２，２３の位置をそれぞれ検出する位置センサ６１，６２がそれぞれ設けられている。また、混合気生成器１２から吸気通路３４，３５への混合気の供給経路上には、混合気の空燃比を検出する空燃比センサ６３及び混合気の温度を検出する温度センサ６４がそれぞれ配設されている。そして、これら各センサ６１〜６４の出力信号はそれぞれ、制御装置１１に入力されている。
【００４３】
更に、このフリーピストンエンジン２０の上記第１及び第２ピストン２２，２３には、燃焼室２４内の圧力を検出するための圧力センサが一体化されている。図２は、そうした圧力センサ一体型のピストンの側部断面構造を示している。なお同図２は、第１ピストン２２についてのみ、その断面構造を示しているが、第２ピストン２３についてもこれと同様の構造となっている。
【００４４】
同図２に示されるように、第１ピストン２２のピストンヘッド２２ａは中空構造とされており、その燃焼室側端面６５はその他の壁面に比して薄肉化されている。そしてその燃焼室側端面６５の内壁には、歪みゲージ（圧力検出手段）６６が装着されている。歪みゲージ６６の信号線６７は、プランジャシャフト２２ｂを軸方向に貫通する貫通孔２２ｄ内を通って第１与圧室２５内へと配線されており、更に第１与圧室２５からハウジング１３の外部に引き出されて、制御装置１１に接続されている（図１参照）。
【００４５】
こうしたピストンヘッド２２ａの燃焼室側端面６５は、燃焼室２４（図１）内の圧力に応じて撓み変形するダイアフラムとして機能する。そしてその燃焼室側端面６５の撓み変形度合に応じて歪みゲージ６６の内部抵抗は変化する。そのため、歪みゲージ６６の通電電流や印加電圧の変化を通じて、燃焼室２４内の圧力を検出することができる。
【００４６】
次に、このように構成されたフリーピストンエンジン２０の動作について、図３及び図４を併せ参照して説明する。このフリーピストンエンジン２０は、２ストロークサイクルのフリーピストンエンジンとして構成されており、第１ピストン２２及び第２ピストン２３が一往復動する毎に、掃気行程と燃焼行程とが行われるようになっている。掃気行程では、燃焼室２４からの既燃ガスの排出（排気）と同燃焼室２４への新たな混合気の吸入（吸気）とが行われ、燃焼行程では燃焼室２４に吸入された混合気の圧縮とその燃焼とが行われる。なお、以下の説明では、エンジン運転中の往復動において、互いに最も近接するときの第１及び第２ピストン２２，２３の位置を上死点として記載し、互いに最も離間したときのそれら両ピストン２２，２３のそれぞれの位置を下死点として記載する。
【００４７】
図３中、白抜きの矢印にて示されるように、第１及び第２ピストン２２，２３が上死点側に向けてそれぞれ移動すると、燃焼室２４の容積が次第に縮小されるため、同燃焼室２４内に吸入された混合気が圧縮されて高温高圧となる。そして十分に圧縮されると、混合気は自己着火して燃焼が開始される。また、このような燃焼室２４内の混合気の圧縮過程においては、燃焼室２４の容積が縮小されることに併せて第１及び第２与圧室２５，２６の容積が増大し、混合気生成器１２（図１）にて生成された新たな混合気が第１及び第２吸気口３０，３１を通じてそれら第１及び第２与圧室２５，２６にそれぞれ流入する。
【００４８】
そして混合気が圧縮着火される（正確には、圧縮された混合気が自然着火する）と、その燃焼によって急激に増加した燃焼室２４内の圧力によって、第１及び第２ピストン２２，２３は、図４に白抜きの矢印にて示すように、それぞれの下死点側に移動する。そして、両ピストン２２，２３がある程度に離間されると、排気口３２が燃焼室２４に開口して、燃焼室２４内の既燃ガスが排気通路３６を通じて外部に排出される。また燃焼室２４に掃気口２９が開口し、第１及び第２ピストン２２，２３による第１及び第２与圧室２５，２６の容積縮小に応じて圧縮された混合気が、掃気通路３３を通じて燃焼室２４内に流入する。
【００４９】
なお、上記のような下死点側への第１及び第２ピストン２２，２３の移動によっては、第１及び第２板ばね群２７，２８（図１）の各板ばねが撓んで、第１及び第２ピストン２２，２３を互いに近接する側（上死点側）に付勢する反発力が発生する。この反発力により、第１及び第２ピストン２２，２３は、その離間距離がある程度に達した時点で、再び上死点側に移動するようになる。そして再び燃焼室２４内に導入された混合気が圧縮され、自己着火されることになる。
【００５０】
このように、第１及び第２ピストン２２，２３の往復動により第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの可動子４２と固定子４３とが相対変位されると、この相対変位によって固定子４３周囲の磁界が変化され、その磁界の変化に応じて固定子４３のコイルに誘電起電力が発生する（図１参照）。そしてこの誘電起電力によって発電が行われ、その発電された電力は、制御装置１１を介してバッテリなどに送電されるようになっている。
【００５１】
なお、こうしたフリーピストンエンジン２０の運転中、制御装置１１は、上述した各種センサの検出結果に基づく混合気生成器１２の制御を通じて、フリーピストンエンジン２０に供される混合気の空燃比及び供給量を適宜調整する。また併せて制御装置１１は、この混合気生成器１２の制御に加え、上記各種センサの検出結果に基づく第１ピストン２２及び第２ピストン２３の往復動作の制御を実行している。
【００５２】
次に、そうした本実施の形態のフリーピストンエンジン２０の制御装置１１による第１及び第２ピストン２２，２３の往復動作の制御態様について説明する。
制御装置１１によって、第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの固定子４３のコイルへの通電がなされると、固定子４３と可動子４２との間に電磁力が発生して、第１及び第２ピストン２２，２３に推力が付与される。このときの第１及び第２ピストン２２，２３に付与される推力の大きさは、第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの固定子４３への通電電流の大きさにより、個別に調整することができる。例えば上死点側への移動に際して、第１及び第２板ばね群２７，２８の反発力だけでは第１及び第２ピストン２２，２３を十分に近接させることができないことがある。こうした場合、制御装置１１は、各固定子４３への通電を行い、第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂによって第１及び第２ピストン２２，２３に上死点側への推力を付与することで、第１及び第２板ばね群２７，２８の反発力の不足を補うことができる。
【００５３】
また本実施の形態のフリーピストンエンジン２０では、第１ピストン２２と第１板ばね群２７とによって、また第２ピストン２３と第２板ばね群２８とによって、それぞれ振動系が構成されている。そうした振動系の共振周波数に対し、第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの発生する推力の周波数、すなわち固定子４３の通電電流の周波数を異ならせることで、第１及び第２ピストン２２，２３の振幅を変化させることができる。具体的には、例えば各固定子４３に対する通電電流の周波数を上記振動系の共振周波数に近づけることで、第１及び第２ピストン２２，２３の振幅を増大させることができる。また例えば各固定子４３に対する通電電流の周波数を上記振動系の共振周波数から離すことで、第１及び第２ピストン２２，２３の振幅を縮小させることができる。したがって、第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの通電電流の周波数の調整を通じても、第１及び第２ピストン２２，２３の往復動作を調整することができる。
【００５４】
エンジン運転中に制御装置１１は、上記のような第１及び第２ピストン２２，２３の往復動作の調整を通じて、燃焼室２４内の混合気の燃焼状態を最適化するための燃焼状態最適化制御を実行している。この燃焼状態最適化制御において制御装置１１は、図５に示す各処理を通じて、着火時期が最適となる第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの必要推力及び必要周波数を演算する。そして制御装置１１は、その演算された必要推力及び必要周波数に基づいて、第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの通電電流の振幅及び周波数を制御する。
【００５５】
より詳しくは、制御装置１１は、まず、要求圧縮比演算処理Ｓ１０において、上記空燃比センサ６３及び温度センサ６４（いずれも図１）により検出された混合気の空燃比及び温度に基づき要求圧縮比を演算する。ここで、この要求圧縮比は、現時点の空燃比及び温度の混合気を最適な時期に自己着火させるために必要な圧縮比を示している。
【００５６】
続いて制御装置１１は、必要推力・必要周波数演算処理Ｓ２０において、上記演算された要求圧縮比に基づき必要推力及び必要周波数を演算する。ここで、これら必要推力及び必要周波数は、フリーピストンエンジン２０の圧縮比を要求圧縮比とするために必要な第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの発生推力及び通電電流の周波数をそれぞれ示している。
【００５７】
一方、制御装置１１は、燃焼状態判定処理Ｓ３０において、上記位置センサ６１，６２及び歪みゲージ６６（いずれも図１）の出力から把握される燃焼サイクル毎の燃焼室２４内の圧力の推移から、混合気の燃焼状態の良否を判定する。また、制御装置１１は、燃焼状態適正化補正処理Ｓ４０において、この判定結果に基づいて必要推力及び必要周波数の補正値をそれぞれ算出する。
【００５８】
そして制御装置１１は、必要推力・必要周波数演算処理Ｓ２０にて求められた必要推力及び必要周波数を燃焼状態適正化補正処理Ｓ４０にて求められた補正値にて補正した上で、第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂへの通電電流の振幅をその補正された必要推力に応じて設定するとともに、通電電流の周波数を補正された必要周波数に設定する。
【００５９】
次に、上記要求圧縮比演算処理Ｓ１０及び必要推力・必要周波数演算処理Ｓ２０での要求圧縮比、必要推力及び必要周波数の演算態様についてその詳細を説明する。
要求圧縮比演算処理Ｓ１０での要求圧縮比の演算は、図６に例示するようなデータマップを参照して行われる。このデータマップは、混合気の温度及び空燃比と要求圧縮比との対応関係を表したものであり、予め制御装置１１のメモリに記憶されている。同図に示されるように、混合気の温度が高いほど、また混合気の空燃比が小さいほど、要求圧縮比は小さく設定される。これは、混合気が高温であるほど、或いは混合気の空燃比が小さいほど、混合気が低い圧力で自己着火するためである。なお、こうした混合気の温度及び空燃比と要求圧縮比との対応関係は、予め実験等で求められている。
【００６０】
一方、上記必要推力・必要周波数演算処理Ｓ２０での必要推力及び必要周波数の演算は、図７に例示するようなデータマップを参照して行われる。このデータマップは、要求圧縮比と必要推力及び必要周波数との対応関係を表したものであり、やはり制御装置１１のメモリに予め記憶されている。同図に示されるように、このデータマップでは、要求圧縮比が高いほど、必要推力は大きく、必要周波数は共振周波数に近い値に設定されるようになっている。これは、要求圧縮比が大きいほど燃焼室２４（図１）の容積を小さくする必要があり、小さくするには、上記推力を大きくするとともに振動周波数を共振周波数に近づけて両ピストン２２，２３の変位量を大きくする必要があるためである。なお、こうした要求圧縮比と推力及び周波数との対応関係にあっても、予め実験等で求められている。
【００６１】
続いて、上記燃焼状態判定処理Ｓ３０での燃焼状態の判定態様についてその詳細を説明する。
制御装置１１は、上記位置センサ６１，６２の検出する第１及び第２ピストン２２，２３の変位量、及び上記歪みゲージ６６の出力から把握される燃焼室２４内の圧力を、燃焼サイクルよりも十分に短い周期で繰り返しサンプリングし、メモリ内に順次記憶している。そして本処理Ｓ３０では、１燃焼サイクルの終了後、そのサイクルにおいてメモリに蓄積された１燃焼サイクル分の上記変位量及び圧力を解析することで、その燃焼サイクルでの混合気の燃焼状態の良否を判定している。具体的には、以下のようにその判定が行われる。
【００６２】
まず、燃焼時期が適切で混合気の燃焼状態が良好なときには、すなわち混合気がほぼ上死点で着火するときには、図８に実線で示すように、上死点よりも若干遅れた時期に燃焼室２４内の圧力がピークに達する。よって上死点よりも若干後に、燃焼室２４内の圧力が適切な大きさのピークに達していたのであれば、先の燃焼サイクルの燃焼状態が「良好」と判定する。
【００６３】
一方、燃焼時期が早過ぎるときには、すなわち混合気が上死点前に着火するときには、同図に一点鎖線で示されるように上死点近傍で、或いはそれよりも以前に燃焼室２４内の圧力がピークに達する。このように燃焼室２４内の圧力が上死点或いはそれ以前にピークに達したときには、先の燃焼サイクルの燃焼時期が「早い」と判定する。
【００６４】
更に、更に燃焼時期が遅過ぎるときには、すなわち上死点を過ぎてしばらくしてから混合気が着火するときには、同図に二点鎖線で示されるように、燃焼室２４内の圧力が上死点後に一旦低下し始めてから、再び増加してピークを迎えるようになる。このように上死点後に燃焼室２４内の圧力が上死点後に一点低下し始めてから再び増加傾向を示したのであれば、先の燃焼サイクルの燃焼時期が「遅い」と判定する。
【００６５】
次に、燃焼状態適正化補正処理Ｓ４０での補正態様についてその詳細を説明する。この燃焼状態適正化補正処理Ｓ４０での必要推力および必要周波数の補正に係る処理は、図９に例示するようなフローチャートに従って実行される。
【００６６】
すなわち制御装置１１は、ステップＳ４０１の判断処理において、上記燃焼状態判定処理Ｓ３０での判定結果に基づき燃焼室２４内での混合気の燃焼状態が「良好」であったか否かを判断する。そして、判定結果が「良好」であったと判断される場合、上記必要推力・必要周波数演算処理Ｓ２０にて演算された必要推力および必要周波数に補正を加える必要はないため、そのままの演算結果にて第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂを駆動する。一方、このステップＳ４０１の判断処理において上記燃焼状態判定処理Ｓ３０での判定結果が「良好」でないと判断される場合、すなわち、判定結果が「早い」或いは「遅い」と判断される場合には、次の燃焼サイクルにおける燃焼状態を改善する必要があるため、ステップＳ４０２の判断処理に移行する。
【００６７】
一般的に、燃焼室２４内の混合気は、その温度が高い或いはその空燃比が大きいほど、その温度が僅かに上昇するだけで燃焼に至る或いは可燃性の燃料の割合が高くなるため、上記圧縮過程において早期に自己着火する傾向にある。すなわち、小さな圧縮比でも自然着火しやすい。逆に、燃焼室２４内の混合気は、その温度が低い或いはその空燃比が小さいほど、その温度が大きく上昇しなければ燃焼に至らない或いは可燃性の燃料の割合が低くなるため、上記圧縮過程において自己着火が遅れる傾向にある。すなわち、大きな圧縮比であれ自己着火しにくい。
【００６８】
そこで、先のステップＳ４０２の判断処理において、上記燃焼状態判定処理Ｓ３０での判定結果が「早い」と判断される場合には、続くステップＳ４０３の処理として、上記必要推力・必要周波数演算処理Ｓ２０にて演算された必要推力及び必要周波数を圧縮比がより小さくなる側に補正する。具体的には、上記演算処理Ｓ２０にて得られた第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの必要推量を小さくし、且つ必要周波数を上記共振周波数から離れるように補正することで、第１及び第２ピストン２２及び２３の変位量を減少させ、圧縮比を小さくする。これにより、自己着火の発生時期を遅らせることができる。
【００６９】
一方、先のステップＳ４０２の判断処理において、上記燃焼状態判定処理Ｓ３０での判定結果が「遅い」と判断される場合には、続くステップＳ４０４の処理として、上記必要推力・必要周波数演算処理Ｓ２０にて演算された必要推力及び必要周波数を、圧縮比がより大きくなる側に補正する。具体的には、上記演算処理Ｓ２０にて得られた第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂの必要推力を大きくし、且つ必要周波数を上記共振周波数に近づくように補正することで、第１及び第２ピストン２２及び２３の変位量を増大させ、圧縮比を大きくする。これにより、自己着火の発生時期を早めることができる。
【００７０】
以上説明したように、この第１の実施の形態のフリーピストンエンジンによれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。
（１）第１及び第２ピストン２２，２３を中空構造とするとともに、それら両ピストン２２，２３の燃焼室側端面６５に作用する圧力を検出する歪みゲージ６６を両ピストン２２，２３の内部に配設するようにした。これにより、中空構造とされた両ピストン２２，２３の燃焼室側端面６５が燃焼室２４内の圧力に応じて撓み変形するダイアフラムとして機能するため、その変形を検出する歪みゲージ６６によって燃焼室２４内の圧力が検出されるようになる。したがって、シリンダ側壁への圧力センサの設置に伴う燃焼室容積の不要な増大を招くことなく、燃焼室２４内の圧力検出を行うことができるようになる。  
（第２の実施の形態）
次に、本発明にかかるフリーピストンエンジンの第２の実施の形態について、図１０〜図１２を参照して、先の第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。ここで、図１０は本実施の形態のフリーピストンエンジンに採用されるピストンの側面断面構造を、図１１は同ピストンの分解斜視構造を、図１２は燃焼室内の圧力変化率を、それぞれ示したものである。なお、これら図１０〜図１２において、先の図１〜図９に示した要素と同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら各要素についての重複する説明は割愛する。また、図１０および図１１は、第１ピストンについてのみその断面構造を示しているが、第２ピストンについてもこれと同様の構造となっている。そのため、以下の説明においては、第１ピストン及び第２ピストンをまとめてピストン２２１と記載する。
【００７１】
図１０〜図１２に示されるように、本実施の形態のフリーピストンエンジンも、基本的には先の図１〜図９に示した先の第１の実施の形態に準じた構成となっている。ただし、図２及び図８にそれぞれ対応する図として図１０及び図１２に示すように、本実施の形態では、ピストンの燃焼室側端面６５に作用する圧力を検出する圧力センサとして圧電素子６６ａを採用するともに、燃焼室２４内の圧力変化率に基づき同燃焼室２４内の混合気の燃焼状態を判定するようにしている。
【００７２】
すなわち、図１０及び図１１に示されるように、ピストン２２１は大きくは、ピストンヘッド２２１ａとプランジャシャフト２２１ｂとを備えて構成されている。このうち、ピストンヘッド２２１ａは、シリンダ２１（図１）に遊嵌される中空構造とされており、その燃焼室側端面６５はその他の壁面に比して薄肉化されて形成されている。また、ピストンヘッド２２１ａの反燃焼室側の端部は、図１１に示されるように、プランジャシャフト２２１ｂの燃焼室２４側の端部に雄ねじ形状に形成されたシャフト部２２１ｅと互いに嵌め合うことの可能な雌ねじ形状に形成されたシャフト部２２１ｆとされている。そして、図１０に示されるように、ピストンヘッド２２１ａのシャフト部２２１ｆ近傍には、燃焼室２４内の圧力を検出するための圧電素子６６ａ（圧力検出手段）が配設されている。更にピストンヘッド２２１ａ内部には、ピストン２２１の燃焼室側端面６５に作用した圧力を同圧電素子６６ａに伝達する固体部材（力伝達手段）７１が、同圧電素子６６ａの受圧面に当接するかたちで配設されている。なお、この固体部材７１は、その一端がピストンヘッド２２１ａの燃焼室側壁面の内壁に当接する面積に比して、他端が圧電素子６６ａの受圧面に当接する面積が大きくなるように形成されており、またその形成材料は、ほぼ剛体とみなせるほど十分に剛性の高い材料であれば、その種類を問わず任意である。
【００７３】
一方、プランジャシャフト２２１ｂは、図１０に示されるように、ピストンヘッド２２１ａの反燃焼室側の端部からシリンダ２１の軸方向（往復動方向）に延伸するかたちで非磁性体にて形成されている。上述のように、また図１１に示されるように、プランジャシャフト２２１ｂの燃焼室２４側の端部は、ピストンヘッド２２１ａの反燃焼室側の端部に雌ねじ形状に形成されたシャフト部２２１ｆと互いに嵌め合うことの可能な雄ねじ形状に形成されたシャフト部２２１ｅとされている。また、プランジャシャフト２２１ｂの内部には、その軸方向に貫通する貫通孔２２１ｄが形成されており、上記圧電素子６６ａの信号線６７が同貫通孔２２１ｄ内を通って第１与圧室２５内へと配線されている。そして更に、第１与圧室２５からハウジング１３の外部に引き出されて、制御装置１１に接続されている（図１参照）。
【００７４】
このようにして構成されたピストン２２１は、そのピストンヘッド２２１ａの燃焼室側端面６５が、燃焼室２４内の圧力に応じて撓み変形するダイアフラムとして機能する。そしてその燃焼室側端面６５の撓み変形度合は、上記固体部材７１を介して圧電素子６６ａの受圧面に伝達され、圧電素子６６ａは燃焼室側端面６５に作用した力の変化率に応じた電気信号を上記制御装置１１に出力する。これにより、圧電素子６６ａから出力される電気信号の変化を通じて、燃焼室２４内の圧力を検出することができる。
【００７５】
したがって、圧電素子６６ａから出力される電気信号に基づいて、燃焼室２４内の圧力変化率を検出することができる。更にその検出された圧力変化率の積分値を用いれば、燃焼室２４内の圧力を検出することができる。
【００７６】
なお、圧電素子６６ａからは、直接には、燃焼室２４内の圧力変化率に応じた電気信号が出力されるため、上記燃焼状態の良否の判定も圧力変化率をそのまま用いた方が、制御装置１１の演算負荷を軽減することができる。そうした燃焼状態の判定は、例えば以下の態様で行うことができる。
【００７７】
図１２に、燃焼状態が良好なときの燃焼室２４内の圧力変化率の推移を実線で示す。なお同図には、燃焼が全く行われないときの燃焼室２４内の圧力変化率の推移が一点鎖線で併せ示されている。同図に示すように、燃焼の開始直後に、圧力変化率は急激に増大して高いピークを示す。よってこうした圧力変化率のピークの示される時期により、燃焼時期を把握することができ、燃焼時期が適切で燃焼状態が「良好」であるか、燃焼時期が「早い」か、燃焼時期が「遅い」かを判定することができる。
【００７８】
なおこうした場合の圧電素子６６ａの出力には、ある程度の応答遅れが生じるため、その応答遅れ時間を予め実験等で求めておき、その求められた応答遅れ時間分を見込んだ上で、上記燃焼状態の良否判定に係る燃焼室２４内の圧力や圧力変化率の推移の確認を行うようにすることが望ましい。
【００７９】
以上説明したように、この第２の実施の形態のフリーピストンエンジンによれば、先の第１の実施の形態の上記（１）に準じた効果に加え、以下のような効果が得られるようになる。  
（２）ピストンヘッド２２１ａを中空構造とするとともに、そのピストンヘッド２２１ａの燃焼室２４とは反対側の端部に圧電素子６６ａを配設し、更にそうしたピストンヘッド２２１ａの内部に、ピストン２２１の燃焼室側端面６５に作用した圧力を同圧電素子６６ａに伝達する固体部材７１を配設することとした。これにより、燃焼室２４から比較的離れた位置に圧電素子６６ａが設置されるため、圧電素子６６ａの検出精度への燃焼室２４内の熱の影響を好適に抑えることができるようになる。  
【００８０】
なお、以上説明した第２の実施の形態に関して、例えば以下の形態で適宜変更して実施することができる。
・上記第２の実施の形態では、ピストンヘッド２２１ａを中空構造とするとともにそのピストンヘッド２２１ａの燃焼室２４とは反対側の端部に圧電素子６６ａを配設し、ピストン２２１の燃焼室側端面６５に作用した圧力を同圧電素子６６ａに伝達する固体部材７１をピストンヘッド２２１ａの内部に配設することとした。これに限られず、図１０に対応する図として図１３に示すように、ピストンヘッド２２２ａ及びプランジャシャフト２２２ｂの双方を中空構造とするとともに、そのピストンヘッド２２２ａの燃焼室２４とは反対側の端部に圧電素子６６ａを配設する。そして、ピストン２２２の燃焼室側端面６５に作用した圧力を同圧電素子６６ａに伝達する固体部材７２をこれらピストンヘッド２２２ａ及びプランジャシャフト２２２ｂの内部に配設することとしてもよい。この場合、燃焼室２４から更に離れた位置に圧電素子６６ａが設置されるため、圧電素子６６ａの検出精度への燃焼室２４内の熱の影響を更に好適に抑制することができるようになる。
【００８１】
・上記第２の実施の形態では、その一端がピストン２２１の燃焼室側端面６５の内壁に当接されるとともに他端が圧電素子６６ａの受圧面に当接されるように固体部材７１をピストンヘッド２２１ａの内部に設けることとした。しかし、ピストン２２１の燃焼室側端面６５に作用した圧力を圧電素子６６ａに伝達する力伝達手段としては、これに限られない。図１０に対応する図として図１４に示すように、ピストン２２３を構成するピストンヘッド２２３ａ及びプランジャシャフト２２３ｂの双方を中空構造とするとともに、そのピストンヘッド２２３ａの燃焼室２４とは反対側の端部に圧電素子６６ａを配設する。更に、圧電素子６６ａの受圧面がその周壁の一部を構成するようにピストンヘッド２２３ａの内部に流体室７３ａを形成し、その流体室７３ａに流体７３ｂを充填することとしてもよい。この場合にも、ピストン２２３の燃焼室側端面６５に印加された燃焼室２４内の圧力が、流体室７３ａ内に充填された流体７３ｂを伝播して、圧電素子６６ａの受圧面に伝わるようになる。そのため、燃焼室側端面６５に加わった燃焼室２４内の圧力をセンサの受圧面まで伝達する媒体として流体を用いても、同媒体として固体部材を用いた場合と同様の圧力検出を行うことが可能である。  
【００８２】
・なお、ピストン内部での圧電素子６６ａの配設位置は、図１０，１３，１４等に示した位置に限らず、ピストン内部の適宜な位置に変更することが可能である。要は、中空構造としたピストン内部に圧電素子を配設し、ピストンの燃焼室側端面に作用した圧力を圧電素子の受圧面に伝達するようにすれば、センサの設置に伴う不要な燃焼室容積の増大を招くことなく、圧力検出を行うことができるようになる。  
（他の実施の形態）
その他、上記各実施の形態（その変形例も含む）に共通して変更可能な要素としては、以下のようなものがある。
【００８３】
・上記各実施の形態では、ピストン２２，２３，２２１〜２２３の内部に配設された歪みゲージ６６や圧電素子６６ａ等から外部への検出信号の伝送を信号線６７を介した有線データ伝送により行うこととしたが、これに限られない。例えば図１５にその側面断面構造を示すように、ピストン２２４のピストンヘッド２２４ａを中空構造とした上でその燃焼室２４とは反対側の端部に圧電素子６６ａを配設するとともに、同圧電素子６６ａの検出信号をピストン２２４外部の受信機６７ｂへ無線にて送信する送信機６７ａをプランジャシャフト２２４ｂの燃焼室側の端部に配設し、上記検出信号の伝送を無線データ伝送により行うこととしてもよい。  
【００８４】
・上記各実施の形態では、ピストン２２，２３，２２１〜２２３への推力の付与を行なう推力付与手段として、電磁力を用いてこれを行なう第１及び第２リニアモータ４０ａ，４０ｂを採用したが、これに限られない。要は、歪みゲージ６６或いは圧電素子６６ａの検出結果に基づき、上記ピストンへの付与する推力の調整を行なうことができれば、その種類は任意である。  
【００８５】
・上記各実施の形態では、ピストン２２，２３，２２１〜２２４の燃焼室側端面に作用する圧力を検出する圧力検出手段として、歪みゲージ６６及び圧電素子６６ａのいずれかを採用することとしたが、これに限られない。要は、燃焼室２４内部の圧力を検出することができれば、その圧力検出手段の種類は任意である。また、そうした圧力検出手段の配設位置も、圧力検出手段として採用したセンサに応じて適宜変更可能である。要は、ピストン２２，２３，２２１〜２２４の燃焼室側端面に作用する圧力を検出することができ、圧力検出手段と一体化されていればよい。  
【００８６】
・上記各実施の形態では、シリンダ２１の内部に互いに対向して配設される一対のピストン２２，２３，２２１〜２２４の対向面間に当該フリーピストンエンジン２０を形成したが、これに限られない。この対向型のフリーピストンエンジンに限られず、その他のフリーピストンエンジンに適用してもこの発明は有効である。  
【００８７】
・上記各実施の形態では、ピストン２２，２３，２２１〜２２４による圧縮により燃焼室２４内の混合気を自己着火させるように当該フリーピストンエンジン２０を構成したが、これに限られない。例えば混合気に強制的に着火する火花着火型など、他のフリーピストンエンジンに適用してもこの発明は有効である。  
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態について、フリーピストンエンジンの全体構造を示す図。
【図２】同フリーピストンエンジンのピストンの側面断面図。
【図３】ピストン上死点における同フリーピストンエンジンの状態を示す断面図。
【図４】ピストン下死点における同フリーピストンエンジンの状態を示す断面図。
【図５】同フリーピストンエンジンのリニアモータ制御の制御態様を示すブロック図。
【図６】混合気の空燃比及び温度と要求圧縮比との関係を示すグラフ。
【図７】要求圧縮比と必要推力及び必要周波数との関係を示すグラフ。
【図８】燃焼室内の圧力の推移を示すグラフ。
【図９】同実施の形態の燃焼状態適正化補正処理のフローチャート。
【図１０】本発明の第２の実施の形態についてそのフリーピストンエンジンに採用されるピストンの側面断面図。
【図１１】同ピストンの分解斜視図。
【図１２】燃焼室内の圧力変化率の推移を示すグラフ。
【図１３】上記第２の実施の形態の変形例についてそのピストンの側面断面図。
【図１４】上記第２の実施の形態の他の変形例についてそのピストンの側面断面図。
【図１５】上記各実施の形態のその他の変形例についてそのピストンの側面断面図。
【図１６】従来のフリーピストンエンジンの一例についてその側面断面構造を示す断面図。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）従来のフリーピストンにおける圧力センサの設置態様を示す断面図。
【符号の説明】
【００８９】
１０…発電装置、１１…制御装置、１２…混合気生成器、１３…ハウジング、２０…フリーピストンエンジン、２１…シリンダ、２２，２３，２２１〜２２４…ピストン、２２ａ，２３ａ，２２１ａ〜２２４ａ…ピストンヘッド、２２ｂ，２３ｂ，２２１ｂ〜２２４ｂ…プランジャシャフト、２４…燃焼室、２５…第１与圧室、２６…第２与圧室、２７，２８…板ばね群、２９…掃気口、３０…第１吸気口、３１…第２吸気口、３２…排気口、３３…掃気通路、３４，３５…吸気通路、３６…排気通路、４０ａ…第１リニアモータ（推力付与手段）、４０ｂ…第２リニアモータ（推力付与手段）、４１，５１…収容室、４２…可動子、４３…固定子、６１，６２…位置センサ、６３…空燃比センサ、６４…温度センサ、６５…燃焼室側端面、６６…歪みゲージ（圧力検出手段）、６６ａ…圧電素子（圧力検出手段）、６７…信号線、７１，７２…固体部材（力伝達手段）、７３ａ…流体室、７３ｂ…流体（力伝達手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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