JP2005524016A - Free piston device with electric linear drive - Google Patents

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Abstract

普遍的に使用可能な、少なくとも１つのピストン装置をピストン受容部内で直線変位するように配したピストン受容部を少なくとも１つ備えた、電気直線駆動部を有するフリーピストン装置であって、前記ピストン装置が走行装置を備え、ステータ装置が前記ピストン受容部の上に配されると共に、少なくとも１つの前記ピストン装置が膨張空間内で膨張する媒体の作用により駆動可能であるものを提供することを目的とする。この目的を達成するために、前記ピストン装置の変位の死点が規定可能であるように、前記直線駆動部を介してピストン行程を可変調節することができること、を提案する。A universally usable free piston device having at least one piston receiving portion in which at least one piston device is arranged so as to be linearly displaced in the piston receiving portion, and having an electric linear drive unit, And a stator device disposed on the piston receiving portion, and at least one of the piston devices can be driven by the action of a medium expanding in an expansion space. To do. In order to achieve this object, it is proposed that the piston stroke can be variably adjusted via the linear drive so that the dead center of displacement of the piston device can be defined.

Description

本発明は、少なくとも１つのピストン装置をピストン受容部内で直線変位するように配したピストン受容部を少なくとも１つ備えた、電気直線駆動部を有するフリーピストン装置に関する。このピストン装置は走行装置を備え、ステータ装置が前記ピストン受容部の上に配されると共に、少なくとも１つの前記ピストン装置が膨張空間内で膨張する媒体の作用により駆動可能である。   The present invention relates to a free piston device having an electric linear drive part, comprising at least one piston receiving part in which at least one piston device is linearly displaced in the piston receiving part. The piston device includes a traveling device, and a stator device is disposed on the piston receiving portion, and at least one of the piston devices can be driven by an action of a medium expanding in an expansion space.

このような装置は、例えば、DE 22 17 194 C3に開示されている。   Such a device is disclosed, for example, in DE 22 17 194 C3.

それによれば、例えば、化学エネルギーの一部を燃焼により機械エネルギー（即ち、ピストン装置の運動エネルギー）に変換することができる。この機械エネルギーの一部は、上記直線駆動部を介して電気エネルギーに変換することができる。このようなピストン変位はフリーピストン変位として構成されるため、クランクシャフトを使用しなくとも、ピストンを純粋に直線変位させることができる。   According to this, for example, a part of chemical energy can be converted into mechanical energy (that is, kinetic energy of the piston device) by combustion. Part of this mechanical energy can be converted into electrical energy via the linear drive unit. Since such a piston displacement is configured as a free piston displacement, the piston can be purely displaced linearly without using a crankshaft.

対応する装置は、例えば自動車用ハイブリッド駆動部の一部として（特に、シリアルハイブリッド概念と併せて）使用することができる。これらは又、小型の電流生成ユニットとして使用したり、ブロック型の熱発電装置等の固定アプリケーションと併せて使用することができる。   Corresponding devices can be used, for example, as part of an automotive hybrid drive (particularly in conjunction with the serial hybrid concept). They can also be used as small current generation units or in conjunction with fixed applications such as block thermoelectric generators.

又、発電機を有する燃焼装置が、US 6,199,519 B1、DE 31 03 432 A1、東ドイツ特許113 593、DE 43 44 915 A1や、論文「ADVANCED INTERNAL COMBUSTION ENGINE RESEARCH」（P. Van Blarigan、2000年度DOE-Hydrogen Program Review会報）に開示されている。
DE 22 17 194 C3 US 6,199,519 B1 DE 31 03 432 A1 東ドイツ特許113 593 DE 43 44 915 A1 DE 198 13 992 A1 DE 22 17 194 A US 4,924,956 GB 854,255 WO 01/45977 A2 US 4,454,426 GB 2 334 385 A DE 30 29 287 A1 DE 40 24 591 A1 US 4,154,200 論文「ADVANCED INTERNAL COMBUSTION ENGINE RESEARCH」（P. Van Blarigan、2000年度DOE-Hydrogen Program Review会報） Combustion devices with a generator are also disclosed in US 6,199,519 B1, DE 31 03 432 A1, East German Patent 113 593, DE 43 44 915 A1, and the paper “ADVANCED INTERNAL COMBUSTION ENGINE RESEARCH” (P. Van Blarigan, 2000 DOE- Hydrogen Program Review bulletin).
DE 22 17 194 C3 US 6,199,519 B1 DE 31 03 432 A1 East German Patent 113 593 DE 43 44 915 A1 DE 198 13 992 A1 DE 22 17 194 A US 4,924,956 GB 854,255 WO 01/45977 A2 US 4,454,426 GB 2 334 385 A DE 30 29 287 A1 DE 40 24 591 A1 US 4,154,200 Paper "ADVANCED INTERNAL COMBUSTION ENGINE RESEARCH" (P. Van Blarigan, 2000 DOE-Hydrogen Program Review bulletin)

本発明の基調を成す目的は、そこから進み、フリーピストン装置に冒頭で述べた類の電気直線駆動部を設けることである。この装置は、普遍的に使用することができる。   The object underlying the present invention is to proceed from there and to provide the free piston device with an electric linear drive of the kind mentioned at the outset. This device can be used universally.

この目的は、冒頭で述べた装置について、本発明に従い、次のようにすることで達成される。即ち、上記ピストン装置の変位の死点が規定可能であるように、上記直線駆動部を介してピストン行程を可変調節できるようにすることである。   This object is achieved according to the invention for the device mentioned at the outset by: In other words, the piston stroke can be variably adjusted via the linear drive unit so that the dead center of displacement of the piston device can be defined.

発明の実施の形態及び効果Embodiments and effects of the invention

上記直線駆動部に電気的に作用を及ぼすことにより、上記ピストン行程を可変調節することができる。このため、少なくとも１つの上記ピストン装置の移動を、各用途に最適な状態が得られるように調節することができる。   By electrically acting on the linear drive unit, the piston stroke can be variably adjusted. For this reason, the movement of the at least one piston device can be adjusted so as to obtain an optimum state for each application.

本ピストン装置については、圧縮ピストンの移動の反転地点を特定の点に調節することができる。この場合、ピストン行程を可変にすることにより、圧縮比を変えることができる。従って、本装置は、負荷範囲の全てにおいて最適に作動させることができる   About this piston apparatus, the reversal point of the movement of a compression piston can be adjusted to a specific point. In this case, the compression ratio can be changed by making the piston stroke variable. Thus, the device can be optimally operated over the entire load range.

例えば全負荷時には、大量のガスを取り入れなければならない。このため、例えば、燃焼ガスのために、大きな燃焼空間（膨張空間）、従って又大きなピストン行程が必要となる。これに対し、部分負荷稼動時には、吸込量を減らすため、容積を小さくする必要がある。   For example, a large amount of gas must be taken at full load. For this reason, for example, a large combustion space (expansion space) and therefore also a large piston stroke is required for the combustion gas. On the other hand, at the time of partial load operation, it is necessary to reduce the volume in order to reduce the suction amount.

上記直線駆動部は又、例えば自らを介した初期圧縮の制御より、本装置の起動を助けることができる。   The linear drive can also assist in starting the device, for example by controlling the initial compression via itself.

本ピストン装置の変位の所望の形態は、上記直線駆動部の制御を介しつつ、特定の方法で調節することができる。所望の反転地点、速度、及び圧縮比は、それぞれ、次のようになるよう調節することができる。即ち、特に部分負荷稼動時に、スロットルバルブを設けなくとも部分負荷効率を改めることができるよう調節することができる。従って、上記ステータ装置におけるフローを予め特定することにより、本装置の動作点を正確に固定することができる。   The desired form of displacement of the piston device can be adjusted in a specific way through the control of the linear drive. The desired reversal point, speed, and compression ratio can each be adjusted to: That is, it can be adjusted so that the partial load efficiency can be changed without providing a throttle valve, particularly when the partial load is operated. Therefore, by specifying the flow in the stator device in advance, the operating point of the device can be accurately fixed.

このように、燃焼室等の膨張室は、用途に最適に適合させることができる。即ち、特に、膨張室の容積及び表面積は、特定の点に適合させることができる。これにより、制御の可能性がかなり広がる。例えば、様々な燃料や、膨張性且つ不燃性の伝熱媒体（例えば、蒸気）を用いて本装置を作動させることが可能となる。即ち、本装置は、多くの材料を用いて作動させることができる。要求に従い、本装置を交換することはない。即ち、植物油やディーゼル油（ディーゼル方式）、無鉛レギュラーガソリンやプレミアム加鉛ガソリン（オットー方式）、水素や天然ガスといったある特定の燃料に対し、上記ピストン行程を適宜調節することにより（例えば、各ステータ装置に電流を作用させることにより）、「稼働中に」適合させることができる。   In this way, expansion chambers such as combustion chambers can be optimally adapted to the application. That is, in particular, the volume and surface area of the expansion chamber can be adapted to specific points. This considerably expands the control possibilities. For example, the present apparatus can be operated using various fuels and an inflatable and non-combustible heat transfer medium (for example, steam). That is, the device can be operated using many materials. The device will not be replaced as required. That is, by adjusting the piston stroke appropriately for certain fuels such as vegetable oil, diesel oil (diesel system), unleaded regular gasoline, premium leaded gasoline (Otto system), hydrogen and natural gas (for example, each stator By applying a current to the device, it can be adapted "on the fly".

本発明の装置によれば、複合オットーディーゼルエンジンを実現することも可能である。   According to the apparatus of the present invention, it is also possible to realize a composite Otto diesel engine.

例えば、２サイクル稼働と４サイクル稼働との切り換えも可能である。   For example, switching between 2-cycle operation and 4-cycle operation is also possible.

ピストン受容部については、内径を一定とすることもできるし、径を可変とすることもできる。又、例えば階段状に構成することもできる。複数のピストン受容部を設けた場合は、パケット状かＶ字形に配することが可能である。   The piston receiving portion can have a constant inner diameter or a variable diameter. For example, it can also comprise a staircase shape. When a plurality of piston receiving portions are provided, they can be arranged in a packet shape or a V shape.

上記膨張空間内で膨張媒体を生成することもできるし、膨張媒体を様々な方法で上記膨張空間内に取り入れることもできる。この膨張空間については、例えば、次のような燃焼空間とすることが可能である。即ち、燃料が燃焼することで膨張する燃焼ガスが生成されるような燃焼空間である。又、上記膨張空間を、燃焼ガスが取り入れられる燃焼空間とすることも可能である。この燃焼ガスは、燃焼空間内で膨張する。更に、上記膨張空間内に蒸気等の伝熱媒体を取り入れることも可能である。この伝熱媒体については、外部で生成されるか、外部でエネルギーが供給される。この伝熱媒体は、上記膨張空間内で膨張し、ピストンを変位させる。   An expansion medium can be generated in the expansion space, or the expansion medium can be introduced into the expansion space in various ways. About this expansion space, it is possible to set it as the following combustion space, for example. That is, it is a combustion space in which combustion gas that expands when fuel burns is generated. The expansion space can be a combustion space into which combustion gas is taken. This combustion gas expands in the combustion space. Furthermore, it is also possible to incorporate a heat transfer medium such as steam into the expansion space. The heat transfer medium is generated outside or supplied with energy outside. This heat transfer medium expands in the expansion space and displaces the piston.

上記ピストン受容部については、特に、本システムの燃焼を設定することができるように、死点が空間的に規定可能であるのが有利である。又、本ピストン装置の変位に対する死点が、時間に関して規定可能であるのが有利である。これにより、少なくとも１つの本ピストン装置の変位（一定の周期を有する）を調節することも可能となる。   For the piston receiving part, in particular, it is advantageous that the dead point can be defined spatially so that the combustion of the system can be set. It is also advantageous that the dead center for the displacement of the piston device can be defined with respect to time. Thereby, it is also possible to adjust the displacement (having a constant period) of at least one of the piston devices.

この場合、例えば、膨張空間である燃焼空間のために圧縮波チャージャを使用することが可能となる。   In this case, for example, a compression wave charger can be used for the combustion space which is an expansion space.

特に、本ピストン装置の場所が任意の時点において規定可能であるように、本ピストン装置の変位を可変調節することができると有利である。特別な場合として、特にピストン速度が調節可能である。このように、少なくとも１つの本ピストン装置の変位の形態を上記直線駆動部を介して予め設定することで、本装置の各動作パラメータに対し最適に適合させることができる。特に、使用される燃料、負荷状態、及び追加のパラメータにより、これら動作パラメータは決定される。   In particular, it is advantageous if the displacement of the piston device can be variably adjusted so that the location of the piston device can be defined at any point in time. As a special case, in particular the piston speed is adjustable. In this way, by setting the displacement form of at least one piston device in advance through the linear drive unit, it is possible to optimally adapt to each operation parameter of the device. In particular, these operating parameters are determined by the fuel used, the load conditions and the additional parameters.

更に、最適に適合させるために、本ピストン装置のピストン行程の上死点及び下死点が規定可能であるのが便利である。   Furthermore, it is convenient that the top dead center and bottom dead center of the piston stroke of the piston device can be defined for optimum adaptation.

ピストン行程を可変設定することができるように、本ピストン装置は、第１の端部にて膨張空間を画し、反対側の端部にて膨張空間でない空間を画する。従って、ピストン行程の制御を介して、本装置を可変調節することができる   In order to be able to variably set the piston stroke, the present piston device defines an expansion space at the first end, and defines a non-expansion space at the opposite end. Therefore, the device can be variably adjusted through the control of the piston stroke.

特に、本システムを最適なものとするために、上記直線駆動部を介して上記膨張空間の圧縮比を調節することができる。従って、本システムの動作点を可変的に適宜調節することができる。   In particular, the compression ratio of the expansion space can be adjusted via the linear drive to optimize the system. Therefore, the operating point of this system can be variably adjusted as appropriate.

特に、上記膨張空間はとりわけ容積及び表面積に関して調節可能である。このため、対応して適合させることが可能となる。   In particular, the expansion space can be adjusted in particular with respect to volume and surface area. For this reason, it becomes possible to adapt accordingly.

制御装置を設けるのが有利である。この制御装置を介して、ピストン行程の可変設定が可能となるように上記直線駆動部を電気的に操作することができる。このピストン行程の設定は、特に、上記ステータ装置における電流フローの制御を介して行う。この意味で、上記直線駆動部は、リニアモータとしても作用する。この直線駆動部を介して、ピストン行程、従ってピストン変位の反転地点（即ち、死点（上死点及び下死点））を調節することができる。複数のピストン装置を用いた場合は、それぞれが自らに関連する制御装置を有することもできるし、このような制御装置の１つが複数のピストン装置を制御することもできる。   It is advantageous to provide a control device. Via the control device, the linear drive unit can be electrically operated so that the piston stroke can be variably set. The setting of the piston stroke is performed in particular through the control of the current flow in the stator device. In this sense, the linear drive unit also functions as a linear motor. Via this linear drive, the piston stroke and thus the reversal point of the piston displacement (i.e. dead point (top dead center and bottom dead center)) can be adjusted. When a plurality of piston devices are used, each can have a control device associated with it, or one such control device can control a plurality of piston devices.

特に、ピストン装置が、第１ピストンと、この第１ピストンに固定的に接続された反対側にある第２ピストンと、を備えるのが有利である。上記第１ピストンは、関連する膨張空間を画する。この第１ピストンは、膨張する燃焼ガス等の膨張媒体が作用する圧縮ピストンそのものである。膨張媒体が圧縮ピストンに作用することで、本ピストン装置は移動する。上記第１ピストンは、上記第２ピストンにより支持される。このため、直交方向の力は最小になる。即ち、本ピストン装置が傾くことはない。こうして、高精度の直線運動が規定通りに確保される。更に、上記圧縮ピストンがもう一方のピストンにより支持されることから、摩擦面が小さくなるよう、この対を成すピストンのピストンスカートを短くすることが可能となる。この場合、ピストンとシリンダ内壁との潤滑に係る費用を低く抑えることができる。又、オイルポンプを設ける必要がなく、代わりに、簡単なはねかけ注油等で十分である。加えて、金属製材料は別として、セラミック材料やグラファイト等の他の材料をピストン自体に使用することができる。この場合、ほぼ純粋に圧力負荷をかけるだけで、摩擦損失を最小にした高精度のピストン案内を実現することができる。   In particular, it is advantageous for the piston device to comprise a first piston and a second piston on the opposite side which is fixedly connected to this first piston. The first piston defines an associated expansion space. The first piston is a compression piston itself on which an expansion medium such as an expanding combustion gas acts. The piston device is moved by the expansion medium acting on the compression piston. The first piston is supported by the second piston. For this reason, the force in the orthogonal direction is minimized. That is, the piston device does not tilt. In this way, highly accurate linear motion is ensured as prescribed. Furthermore, since the compression piston is supported by the other piston, the piston skirts of the paired pistons can be shortened so that the friction surface becomes small. In this case, the cost for lubrication between the piston and the cylinder inner wall can be kept low. Further, it is not necessary to provide an oil pump, and instead, a simple splash oiling or the like is sufficient. In addition, other materials such as ceramic materials and graphite can be used for the piston itself, apart from metallic materials. In this case, it is possible to realize a high-accuracy piston guide that minimizes friction loss by applying a pressure load almost purely.

本発明の考え方によれば、上記ピストン受容部が少なくとも膨張空間の領域では一体成形可能であるため、シリンダヘッドガスケットの使用を回避することができる。   According to the idea of the present invention, since the piston receiving portion can be integrally formed at least in the region of the expansion space, the use of a cylinder head gasket can be avoided.

上記第１ピストンと上記第２ピストンとの間には、次のような走行装置が配される。即ち、例えば、上記ステータ装置に対する相対移動に従い、電圧を誘導する磁場を生成する走行装置である。これにより、本装置に電流を流すことが可能となる。走行装置及びステータ装置は、次のような上記直線駆動部を形成する。即ち、本ピストン装置の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する、或いは逆に、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する直線駆動部である。   The following traveling device is arranged between the first piston and the second piston. That is, for example, a traveling device that generates a magnetic field that induces a voltage according to relative movement with respect to the stator device. Thereby, it becomes possible to flow an electric current through this apparatus. The traveling device and the stator device form the following linear drive unit. That is, it is a linear drive unit that converts the kinetic energy of the piston device into electrical energy, or conversely, converts electrical energy into kinetic energy.

ピストン装置のための非膨張空間については、弾性空間として設計するのも有利である。このような弾性空間を介して、燃焼サイクル中に上記直線駆動部により取り出されなかった機械エネルギーを吸収することができる。対応して蓄積されたエネルギーは、例えば、燃料と空気との混合物を圧縮すべく２サイクル稼働において又は排気ガスを排出すべく４サイクル稼働において使用することができる。   It is also advantageous to design the non-expanding space for the piston device as an elastic space. Through such an elastic space, mechanical energy that has not been taken out by the linear drive during the combustion cycle can be absorbed. Corresponding stored energy can be used, for example, in a two-cycle operation to compress a mixture of fuel and air, or in a four-cycle operation to exhaust exhaust.

圧縮性要素及び／又は媒体が、上記機械エネルギーを適宜吸収してから再び放出する。この圧縮性要素及び／又は媒体は、上記弾性空間に収容される。この圧縮性要素は、機械的な要素（特に、圧縮ばね）である。   The compressible element and / or medium appropriately absorbs the mechanical energy and then releases it again. The compressible element and / or medium is accommodated in the elastic space. This compressible element is a mechanical element (especially a compression spring).

もっとも、上記圧縮性要素については、特に、空気等の圧縮性流体であるのが有利である。上記弾性空間内の圧力が調節及び／又は制御可能となっている場合には、この媒体の伸縮性が調節可能である。   However, the compressible element is particularly preferably a compressive fluid such as air. When the pressure in the elastic space can be adjusted and / or controlled, the stretchability of the medium can be adjusted.

更に、上記弾性空間内の圧力を制御することにより、例えば、空気のオーバーフローを制御するために、本ピストン装置についてポンプ効果を実現することができる。吸い込まれた空気は、制御しながら上記燃焼空間内に送り込むことができる。   Furthermore, by controlling the pressure in the elastic space, for example, in order to control an air overflow, a pump effect can be realized for the piston device. The sucked air can be sent into the combustion space while being controlled.

上記弾性空間を介して予め圧縮することができるように、この弾性空間内の圧力を制御することができるようにしてもよい。このように予め圧縮することが可能である場合には、本システムの出力を上げることできる。   You may enable it to control the pressure in this elastic space so that it can compress beforehand through the said elastic space. When the compression is possible in advance, the output of the present system can be increased.

制御可能な弾性空間を介して、ポンプ機能や圧縮機能や吸入機能を実現することができる。これら各機能は、燃焼工程を制御するために使用することができる。もっとも、外部の目的（例えば、本装置を自動車に使用する場合における制動力の補助）のために使用することも可能である。   A pump function, a compression function, and a suction function can be realized through a controllable elastic space. Each of these functions can be used to control the combustion process. However, it can also be used for external purposes (for example, assisting braking force when the apparatus is used in an automobile).

このような制御を可能にするために、上記弾性空間には、上記圧縮性媒体のための制御可能な入口バルブ及び出口バルブが少なくとも１つずつ設けられる。これらバルブは、上記弾性効果に関して圧縮することができるように切り替える。   In order to allow such control, the elastic space is provided with at least one controllable inlet valve and outlet valve for the compressible medium. These valves are switched so that they can be compressed with respect to the elastic effect.

更に、直線変位するように配された第１及び第２ピストン装置を設けるのが便利である。これらピストン装置はそれぞれ走行装置を備えており、各走行装置と関連付けられたステータ装置が上記ピストン受容部の上に配される。これらピストン装置は、特に、同一直線上で互いに反対方向に変位可能である。このように、本ピストン装置が移動するに際し質量平衡を保つことが可能なため、本装置の機械的安定性を最適にすることができる。   Furthermore, it is convenient to provide first and second piston devices arranged to be linearly displaced. Each of these piston devices includes a traveling device, and a stator device associated with each traveling device is disposed on the piston receiving portion. These piston devices are in particular displaceable in opposite directions on the same straight line. Thus, since the mass balance can be maintained when the piston device moves, the mechanical stability of the device can be optimized.

上記２つのピストン装置の各々が、自らに関連する膨張空間を有するのが便利である。この場合、燃焼ガス等の膨張媒体を介して、両ピストン装置を駆動することが可能となる。   Conveniently, each of the two piston devices has an expansion space associated with it. In this case, both piston devices can be driven via an expansion medium such as combustion gas.

更に、上記燃焼空間については、上記各ピストン装置の他方のピストン装置から見て外方に向いたピストンと、このピストンに面するピストン受容部との間に形成するのが便利である。   Furthermore, it is convenient to form the combustion space between a piston facing outward as viewed from the other piston device of each piston device and a piston receiving portion facing this piston.

以上述べた通り、両ピストン装置については、ピストン行程を可変設定することが可能である。   As described above, the piston stroke can be variably set for both piston devices.

追加の膨張空間（特に、燃焼空間）を、上記２つのピストン装置の間に配するようにしてもよい。この追加の膨張空間は、特に、外側にある上記２つの膨張空間と同期しつつ作用することが可能である（ここでの同期は、略逆サイクルを意味する）。こうして、出力を上げることができる。   An additional expansion space (in particular, a combustion space) may be arranged between the two piston devices. This additional expansion space can in particular act in synchronism with the two expansion spaces on the outside (synchronization here means a substantially reverse cycle). Thus, the output can be increased.

膨張空間におけるガス交換のための上記バルブの少なくとも一が制御可能（特に、制御装置を介して電気的に制御可能）であるのが有利である。これにより、このガス交換の制御時間の全てについて、個別に設定することが可能となる。このガス交換は、例えば、燃焼性にかなり影響する。この制御は、特に、ソフトウェアを予め設定することを介して行うことができる。このような制御により、本装置全体の動作点を様々な用途に対して最適に設定することが可能となる。   Advantageously, at least one of the valves for gas exchange in the expansion space is controllable (in particular electrically controllable via a control device). Thereby, it becomes possible to set individually about all of the control time of this gas exchange. This gas exchange, for example, significantly affects flammability. This control can be performed in particular through presetting software. Such control makes it possible to optimally set the operating point of the entire apparatus for various applications.

膨張空間のための入口バルブ及び／又は出口バルブについては、特に、ガスフロー（入口フロー及び／又は出口フロー）を膨張室の壁にほぼ沿って形成することができるように構成して配するのが有利である。特に２サイクル稼働では、逆方向に掃気することができるため、入口溝及び出口溝を設ける必要がない。こうして、ガスの質を改善し、オイルの損失を最小にすることができる。本発明の考え方によれば、燃料を本システム内に導入する可能性が非常に広がる。電動噴射システム（特に、燃料を上記燃焼空間の少なくとも一に導入するための直接噴射システム）を使用することも可能である。   With respect to the inlet valve and / or outlet valve for the expansion space, in particular, the gas flow (inlet flow and / or outlet flow) is arranged and arranged so that it can be formed substantially along the wall of the expansion chamber. Is advantageous. In particular, in two-cycle operation, it is possible to scavenge in the reverse direction, so there is no need to provide an inlet groove and an outlet groove. Thus, gas quality can be improved and oil loss can be minimized. According to the inventive concept, the possibility of introducing fuel into the system is greatly expanded. It is also possible to use an electric injection system, in particular a direct injection system for introducing fuel into at least one of the combustion spaces.

有利な変形実施例では、上記膨張空間の少なくとも一におけるガス交換を制御するためのチャージャが設けられる。このガス交換は、少ないエネルギー消費で制御することが可能である。   In an advantageous variant, a charger is provided for controlling gas exchange in at least one of the expansion spaces. This gas exchange can be controlled with low energy consumption.

上記チャージャは、特に、圧縮波チャージャ又はコンプレックスチャージャである。このチャージャは、低出力で作動させることができる。こうして、吸気を予め圧縮することができる。本発明の装置は、次のようになるよう、上記ピストン装置の少なくとも一の直線変位を制御する。即ち、可能な全ての動作点において、ピストン変位が一定周期での往復動となるように制御する。この場合、短い一定の周期に従った圧縮波チャージャを使用することが可能である。   The charger is in particular a compression wave charger or a complex charger. This charger can be operated at low power. In this way, the intake air can be compressed in advance. The device of the present invention controls at least one linear displacement of the piston device so that: In other words, control is performed so that the piston displacement is reciprocated at a constant cycle at all possible operating points. In this case, it is possible to use a compression wave charger according to a short constant period.

上記チャージャは、特に、上記膨張空間に関して対応するガス交換を同時に行うことができるように、上記ピストン装置それぞれのための少なくとも１つの膨張空間に接続される。   In particular, the charger is connected to at least one expansion space for each of the piston devices so that a corresponding gas exchange can be performed simultaneously with respect to the expansion space.

簡単な構造の実施例では、上記ピストン装置は、はねかけ注油により潤滑される。   In a simple construction embodiment, the piston device is lubricated by splash lubrication.

更に、予備加熱のための加熱装置を設けるのが有利である。常温で始動する場合、摩擦損失が起こり、排気ガスの質が悪化し、摩耗の度合いが増す。こういった問題を減らすことができる。   Furthermore, it is advantageous to provide a heating device for preheating. When starting at room temperature, friction loss occurs, exhaust gas quality deteriorates, and the degree of wear increases. These problems can be reduced.

特に、上記ステータ装置の巻線を加熱要素として使用する。このため、更なる設計費用は要しない。   In particular, the windings of the stator device are used as heating elements. For this reason, no further design cost is required.

上記走行装置は、特に、複数の磁石要素を備える。この磁石要素には少なくとも１つの磁束誘導要素が関連付けられており、それら磁石要素の間に磁束誘導要素がそれぞれ配される。このようにして、隣接する磁石要素の磁束線を集中させることができる。これにより、上記走行装置のシステムの出力密度を最適にする（即ち、高い値とする）ことが可能となる。この場合、出力密度を高くするためであっても、安価な低残磁性の磁石要素を使用することができる。   In particular, the traveling device includes a plurality of magnet elements. At least one magnetic flux guide element is associated with the magnet element, and the magnetic flux guide element is disposed between the magnet elements. In this way, the magnetic flux lines of adjacent magnet elements can be concentrated. As a result, the power density of the system of the traveling device can be optimized (that is, set to a high value). In this case, an inexpensive low-remanence magnet element can be used to increase the output density.

上記磁石要素及び上記磁束誘導要素がピストンロッド上に着座される場合、上記走行装置の構造を簡単なものにすることができる。このピストンロッドは、磁束誘導装置の対を成す２個のピストンを接続する。   When the magnet element and the magnetic flux guiding element are seated on the piston rod, the structure of the traveling device can be simplified. This piston rod connects two pistons that form a pair of magnetic flux induction devices.

更に、上記磁石要素及び上記磁束誘導要素については、上記ピストンロッドの軸に関して回転対称を成すように形成するのが便利である。これにより、誘導電圧が規定通りに生成される。   Furthermore, it is convenient to form the magnet element and the magnetic flux guiding element so as to be rotationally symmetric with respect to the axis of the piston rod. Thereby, an induced voltage is generated as specified.

上記磁石要素及び上記磁束誘導要素は、交互に配するのが便利である。これにより、上記走行装置が上記ステータ装置に対して移動する際に高い誘導電圧を生成することが可能となる。   The magnet elements and the magnetic flux induction elements are conveniently arranged alternately. This makes it possible to generate a high induced voltage when the traveling device moves relative to the stator device.

上記磁束誘導要素は、鉄などの磁気伝導性材料又は磁気伝導性の粉体複合材料から作られる。これらにより、隣接する上記磁石要素の磁束線を集中させることができる。こうして、これら磁束誘導要素は、「磁束線集中装置」として作用する。   The magnetic flux induction element is made of a magnetic conductive material such as iron or a magnetic conductive powder composite material. As a result, the magnetic flux lines of the adjacent magnet elements can be concentrated. Thus, these magnetic flux induction elements act as “magnetic flux line concentrators”.

上記磁石要素は、永久磁石又は電磁石でよい。電磁石を設けた場合、これら要素を作用させるためのエネルギーを上記走行装置に伝えなければならない。これは例えば、誘導的に又はスリップリングにより行うことができる。   The magnet element may be a permanent magnet or an electromagnet. When the electromagnet is provided, energy for operating these elements must be transmitted to the traveling device. This can be done, for example, inductively or by slip rings.

上記走行装置に、非同期作用モードのためのシ端絡環を設けることも可能である。この作用モードは、非同期の機械の作用モードである。更に、上記走行装置の上記ステータ装置に対向する面に歯状構造体を設けてもよいし、上記走行装置がこのような歯状構造を有するようにしてもよい。これにより、こうして形成された磁石回路の対応する異なる磁石抵抗（磁気抵抗）を介して、正確に位相をずらしたスイッチ切り替え又は巻線により、上記ステータ装置のコイルに電圧が誘導される。更に、対応する力を強めるために、永久磁石を使用してもよい。   It is also possible to provide a terminal ring for the asynchronous operation mode in the traveling device. This mode of operation is an asynchronous machine mode of operation. Furthermore, a tooth-like structure may be provided on the surface of the traveling device that faces the stator device, or the traveling device may have such a tooth-like structure. As a result, a voltage is induced in the coil of the stator device by means of switching or winding with precisely shifted phases via the corresponding different magnet resistances (magnetic resistances) of the magnet circuit thus formed. In addition, permanent magnets may be used to increase the corresponding force.

有利な実施例では、上記ステータ装置と上記走行装置とは、異なる磁極ピッチを有する。このため、上記直線駆動部の出力は、上記ステータ装置の電流負荷及び上記走行装置の磁場の基本波に基づいて形成されない。但し、この電流負荷の調和波が、上記走行装置の磁場の基本波と共に、主要な出力効果を生成する。従って、磁気ヨークの断面積は、小さくすることができる。更に、高周波数（例えば、500Hzかそれ以上の程度）で作動させることができるため、本システムの出力密度を大幅に上げることが可能である。   In an advantageous embodiment, the stator device and the travel device have different magnetic pole pitches. For this reason, the output of the linear drive unit is not formed based on the current load of the stator device and the fundamental wave of the magnetic field of the traveling device. However, the harmonic wave of this current load generates the main output effect together with the fundamental wave of the magnetic field of the traveling device. Therefore, the cross-sectional area of the magnetic yoke can be reduced. Furthermore, because it can be operated at high frequencies (eg, on the order of 500 Hz or higher), the power density of the system can be significantly increased.

追加の２次巻線を設けるようにしてもよい。この２次巻線により、電気エネルギーを取り出すことができる。これら２次巻線は、所定のエネルギー必要量や電圧レベルに適合させることができる。このような２次巻線を介して、例えば、自動車の電気系統に電流を供給することができる。対応する電流を取り出すために費用はかからない。整流電流を生成するために、２次巻線の後に整流器を設けるのが有利である。   An additional secondary winding may be provided. Electric energy can be taken out by this secondary winding. These secondary windings can be adapted to predetermined energy requirements and voltage levels. For example, a current can be supplied to the electric system of an automobile through such a secondary winding. There is no cost to extract the corresponding current. In order to generate a rectified current, it is advantageous to provide a rectifier after the secondary winding.

上記直線駆動部は、単相又は多相の構造とすることができる。   The linear drive unit may have a single-phase or multi-phase structure.

誘導電圧を生成するために、ステータ装置は巻線（特に、リング状主巻線）を有する。この巻線は、上記ピストン受容部の周囲を延伸する。リング状主巻線は、特に簡単に巻くことができる。上記ステータ装置と上記走行装置との間の相対移動のために、上記ステータ装置の巻線に電圧が誘導される。上記リング状主巻線により、電気エネルギーの全部ないし大部分を取り出し又は取り入れることができる。   In order to generate the induced voltage, the stator device has a winding (in particular a ring-shaped main winding). The winding extends around the piston receiving portion. The ring-shaped main winding can be wound particularly easily. Due to the relative movement between the stator device and the travel device, a voltage is induced in the windings of the stator device. With the ring-shaped main winding, all or most of the electric energy can be taken out or taken in.

上記２つのピストン装置の運動を同期させるための同期装置を設けるのが便利である。質量平衡を高精度で保つべく、これら２つのピストン装置の反対方向への作動を高精度で設定することが可能となる。   It is convenient to provide a synchronizing device for synchronizing the movements of the two piston devices. In order to maintain mass balance with high accuracy, it is possible to set the operation of these two piston devices in opposite directions with high accuracy.

上記同期装置は、特に、上記ピストン受容部の上に２次巻線を有する。これら２次巻線を通過する電流は、個別に制御することが可能である。上記２つのピストン装置の非同期が検出された場合、電流フローを制御することにより、余りに速く動くピストンにはブレーキをかける、及び／又は、余りに遅く動くピストンは加速する。同期して動く場合には、これら２次巻線は、例えば、電気系統のために電気エネルギーを分岐するために使用することが可能である。この２次巻線は、診断目的のために使用することもできる。従って、例えば、少なくとも２つのピストン装置を同期して動かすために、燃料の導入を制御することができる。   In particular, the synchronizing device has a secondary winding on the piston receiving part. The current passing through these secondary windings can be individually controlled. If an asynchrony between the two piston devices is detected, controlling the current flow will brake the piston moving too fast and / or accelerate the piston moving too slowly. When moved synchronously, these secondary windings can be used, for example, to branch electrical energy for the electrical system. This secondary winding can also be used for diagnostic purposes. Thus, for example, the introduction of fuel can be controlled in order to move at least two piston devices synchronously.

上記同期装置が、上記ピストン受容部の上に２次巻線を有するようにしてもよい。この２次巻線は上記ピストン装置それぞれと関連付けられていて、互いに電気的に接続される。これにより、上記２次巻線の間に補償電流を流すことが可能となる。この補償電流を介して、上記２つのピストン装置の同期を自動制御する。これらピストン装置が同期的に移動する場合、電流は一切流れない。これらピストン装置が非同期的に移動する場合、上記補償電流を生成して、余りに速く動くピストン装置にはブレーキをかけ、余りに遅く動くピストン装置は加速する   The synchronizing device may have a secondary winding on the piston receiving portion. This secondary winding is associated with each of the piston devices and is electrically connected to each other. As a result, a compensation current can flow between the secondary windings. The synchronization of the two piston devices is automatically controlled via this compensation current. When these piston devices move synchronously, no current flows. When these piston devices move asynchronously, they generate the compensation current, brake the piston devices that move too fast, and accelerate the piston devices that move too slowly

電流フローは、特に、電気的に制御することができる。これにより、例えば、次のような閾値を設定することが可能となる。即ち、これを上回れば同期処理を行う必要があることを示す閾値である。   The current flow can in particular be controlled electrically. Thereby, for example, the following threshold can be set. That is, it is a threshold value indicating that it is necessary to perform the synchronization process if it exceeds this.

上記２つのピストン装置の同期を助けるために、制御装置により、上記シリンダ内のピストン装置の位置を上記ステータ装置に誘導された電圧から検知するようにしてもよい。これにより、補償電流に関係なく、上記ピストン装置それぞれの位置を検知することが可能となる。このため、例えば、これらピストン装置の移動も監視される。   In order to assist the synchronization of the two piston devices, the position of the piston device in the cylinder may be detected from the voltage induced in the stator device by the control device. This makes it possible to detect the position of each of the piston devices regardless of the compensation current. For this reason, for example, the movement of these piston devices is also monitored.

ピストン装置のための潤滑器については、関連する上記走行装置が潤滑油で冷却可能であるように構成するのが有利である。これにより、上記走行装置を冷却する構成に必要な費用が最小になる。   With regard to the lubricator for the piston device, it is advantageous to configure the associated traveling device to be cooled with lubricating oil. This minimizes the cost required for the configuration for cooling the travel device.

更に、冷却ダクトを上記ステータ装置及び／又は上記ピストン受容部の周囲（特に、膨張空間の領域）に配するのが有利である。本装置の活性化した構成要素は、これら冷却ダクトを備える対応する冷却装置を介して冷却することができる。もっとも、この冷却装置を介して、次のような使用可能な熱を取り出すことも可能である。即ち、熱的用途（例えば、車のヒータ系統やブロック型の熱発電装置）に供給可能な熱である。こうして、本システム全体の効率性を増すことできる   Furthermore, it is advantageous to arrange cooling ducts around the stator device and / or the piston receiving part, in particular in the region of the expansion space. The activated components of the device can be cooled via corresponding cooling devices comprising these cooling ducts. However, the following usable heat can be taken out through the cooling device. That is, heat that can be supplied to a thermal application (for example, a car heater system or a block-type thermoelectric generator). In this way, the efficiency of the entire system can be increased.

膨張空間を燃焼空間として構成するようにしてもよい。このような燃焼空間内で、燃焼ガスは膨張する。この燃焼空間において、そこで起こる燃焼工程により燃焼ガス自体を生成することが可能である。或いは又、燃焼ガスを外部で生成してから上記燃焼空間内に取り入れることも可能である。   The expansion space may be configured as a combustion space. In such a combustion space, the combustion gas expands. In this combustion space, it is possible to generate the combustion gas itself by the combustion process occurring there. Alternatively, the combustion gas can be generated outside and then taken into the combustion space.

例えば蒸気のような伝熱媒体が、上記膨張空間内で膨張することも可能である。   It is also possible for a heat transfer medium such as steam to expand in the expansion space.

この伝熱媒体を上記膨張空間の外側で生成するか、上記膨張空間の外側でこの伝熱媒体にエネルギーを供給するのが好ましい。膨張空間内には、例えば、熱蒸気が取り入れられる。そこで蒸気は膨張し、本ピストン装置の直線変位をもたらす。これにより、電流を得ることができる。発熱及び圧力上昇は、上記膨張空間の外側で起こる。上記伝熱媒体を生成する又は加熱するために、様々な方法を使用することができる。例えば、太陽放射を集中することを介して、加熱することができる。この場合、太陽集熱器を介して太陽輻射を集中させることが可能である。   The heat transfer medium is preferably generated outside the expansion space, or energy is supplied to the heat transfer medium outside the expansion space. For example, thermal steam is introduced into the expansion space. The steam then expands and causes a linear displacement of the piston device. Thereby, an electric current can be obtained. Heat generation and pressure increase occur outside the expansion space. Various methods can be used to produce or heat the heat transfer medium. For example, it can be heated via concentrating solar radiation. In this case, it is possible to concentrate solar radiation via the solar collector.

加熱や伝熱は、固体、液体、又は気体の燃料の燃焼を介して起こる。加熱された上記伝熱媒体は、一時的に圧力容器に蓄えておくことが可能である。従って、本発明によれば、フリーピストン蒸気エンジンを構成することができる。このフリーピストン蒸気エンジンエンジンは、旧来の蒸気エンジンよりも高い電気効率を有する。上記膨張空間内で膨張する媒体として例えば蒸気を使用する場合、本ピストン装置に特に水潤滑を用いた時と同様に、移動するピストン装置に係る潤滑の問題が減少する。   Heating or heat transfer occurs through the combustion of a solid, liquid, or gaseous fuel. The heated heat transfer medium can be temporarily stored in a pressure vessel. Therefore, according to this invention, a free piston steam engine can be comprised. This free piston steam engine engine has a higher electrical efficiency than the traditional steam engine. When, for example, steam is used as the medium that expands in the expansion space, the problem of lubrication associated with the moving piston device is reduced, as in the case of using water lubrication for the piston device.

上記膨張空間から排出された媒体のための再冷却装置を設けるのが便利である。これにより、本フリーピストン装置に上記伝熱媒体を供給し、又は、本フリーピストン装置から上記伝熱媒体を排出すべき、この伝熱媒体のための循環路を形成することができる。   It is convenient to provide a recooling device for the medium discharged from the expansion space. Thereby, the said heat transfer medium can be supplied to this free piston apparatus, or the circulation path for this heat transfer medium which should discharge | emit the said heat transfer medium from this free piston apparatus can be formed.

好適な実施例に関する以下の既述は、図面を参照しつつ、本発明をより詳しく説明するのに役立つ。なお、図面については後述する。   The following description of the preferred embodiment serves to explain the invention in more detail with reference to the drawings. The drawings will be described later.

図１に、本発明に係る電気直線駆動部を有するフリーピストン装置（フリーピストン燃焼装置）の第１実施例を示す。同図では、この装置全体を符号１０で表す。フリーピストン装置１０は、ピストン受容部１２として、シリンダハウジング１４を有するシリンダを備える。シリンダハウジング１４の内部１６では、第１ピストン装置１８と、この第１ピストン装置１８から離間された第２ピストン装置２０とが、直線的に変位可能である。   FIG. 1 shows a first embodiment of a free piston device (free piston combustion device) having an electric linear drive unit according to the present invention. In the figure, the entire apparatus is denoted by reference numeral 10. The free piston device 10 includes a cylinder having a cylinder housing 14 as the piston receiving portion 12. In the inside 16 of the cylinder housing 14, the first piston device 18 and the second piston device 20 separated from the first piston device 18 can be linearly displaced.

２つのピストン装置１８，２０は、少なくともその外形上、シリンダ１２の対称軸２２に関して略回転対称を成すように設計される。２つのピストン装置１８，２０の軸は、対称軸２２と一致する。   The two piston devices 18 and 20 are designed so as to be substantially rotationally symmetric with respect to the symmetry axis 22 of the cylinder 12 at least on the outer shape thereof. The axes of the two piston devices 18, 20 coincide with the axis of symmetry 22.

第１ピストン装置１８は、第１ピストン２４ａと、この第１ピストンから離間して配された第２ピストン２４ｂと、を備える。これら２つのピストン２４ａ，２４ｂは、ピストンロッド２６により、互いに固定的に（特に、剛性的に）接続される。こうして、一対のピストンが形成される。   The first piston device 18 includes a first piston 24a and a second piston 24b disposed away from the first piston. These two pistons 24 a and 24 b are fixedly connected (particularly rigidly) to each other by a piston rod 26. Thus, a pair of pistons is formed.

第２ピストン装置２０は、第１ピストン２８ａと、第２ピストン２８ｂと、これら２つのピストン２８ａ，２８ｂの間に配されたピストンロッド３０と、を備えており、同一の構成を有する。   The second piston device 20 includes a first piston 28a, a second piston 28b, and a piston rod 30 disposed between the two pistons 28a and 28b, and has the same configuration.

第１ピストン装置１８の第２ピストン２４ｂは、第２ピストン装置２０の第２ピストン２８ｂに面するように配される。第１ピストン装置１８の第１ピストン２４ａは、シリンダ１２の端壁３２に面するように配される。第２ピストン装置２０の第１ピストン２８ａは、シリンダ１２の端壁３２の反対側に位置する壁３４に面する。   The second piston 24 b of the first piston device 18 is arranged to face the second piston 28 b of the second piston device 20. The first piston 24 a of the first piston device 18 is disposed so as to face the end wall 32 of the cylinder 12. The first piston 28 a of the second piston device 20 faces a wall 34 located on the opposite side of the end wall 32 of the cylinder 12.

燃焼空間３６，３８を有する燃焼室は、２つのピストン装置１８，２０それぞれの第１ピストン２４ａ，２８ｂと、これら第１ピストンにそれぞれ面するシリンダ壁３２，３４との間に、膨張室として形成される。燃焼ガスは、関連するピストン装置（燃焼空間３６については第１ピストン装置１８、燃焼空間３８については第２ピストン装置２０）を駆動するために、上記燃焼室内で膨張可能である。   The combustion chamber having the combustion spaces 36 and 38 is formed as an expansion chamber between the first pistons 24a and 28b of the two piston devices 18 and 20 and the cylinder walls 32 and 34 respectively facing the first pistons. Is done. The combustion gas can be expanded in the combustion chamber to drive the associated piston device (the first piston device 18 for the combustion space 36 and the second piston device 20 for the combustion space 38).

燃焼空間３６，３８を有する燃焼室それぞれの大きさは、ピストン装置１８，２０それぞれのピストン行程により決定される。即ち、特に容積及び表面積が、第１ピストン２４ａ，２８ａそれぞれのピストン運動の反転地点により決定される。   The size of each combustion chamber having the combustion spaces 36 and 38 is determined by the piston stroke of each of the piston devices 18 and 20. That is, in particular, the volume and the surface area are determined by the reversal points of the piston movements of the first pistons 24a and 28a.

本フリーピストン装置は、電気直線駆動部（その全体を符号４０で表す）を備える。この電気直線駆動部は、第１ピストン装置１８に関連する第１部分４２と、第２ピストン装置２０に関連する第２部分４４と、を備える。   This free piston device includes an electric linear drive unit (the whole is represented by reference numeral 40). The electric linear drive unit includes a first portion 42 related to the first piston device 18 and a second portion 44 related to the second piston device 20.

電気直線駆動部４０の対応部分４２，４４はそれぞれ、各ピストン装置１８，２０上に配された走行装置４６を備える。この走行装置４６は、ピストン装置１８，２０と共にそれぞれ移動される。ステータ装置４８が、シリンダハウジング１４の外側のシリンダ１２上に配されると共に、第１及び第２ピストン装置１８，２０の走行装置４６とそれぞれ関連付けられる。このようなステータ装置４８を介して、電気エネルギーを発生させるべく電圧を誘導することができる。   Corresponding portions 42 and 44 of the electric linear drive unit 40 include travel devices 46 disposed on the piston devices 18 and 20, respectively. The traveling device 46 is moved together with the piston devices 18 and 20. A stator device 48 is disposed on the cylinder 12 outside the cylinder housing 14 and is associated with the traveling devices 46 of the first and second piston devices 18 and 20, respectively. Through such a stator device 48, a voltage can be induced to generate electrical energy.

走行装置４６は、磁石要素５０と、磁束誘導要素５２と、を備える。磁石要素５０及び磁束誘導要素５２は、関連するピストンロッド２６，３０上にそれぞれ交互に配される。   The traveling device 46 includes a magnet element 50 and a magnetic flux guiding element 52. The magnet elements 50 and the magnetic flux guiding elements 52 are alternately arranged on the associated piston rods 26 and 30, respectively.

磁石要素５０は、特に、軸２２の周囲で回転対称を成すディスクの形をした永久磁石要素とすることができる。磁石要素５０は、特に、軸２２の周囲に同心円状に配された対応するコイルを含む電磁石要素とすることもできる。これら電磁石にエネルギーを伝えるように、対応する装置を設ける必要がある。例えば、誘導的に或いはスリップリングを介して、このようにすることができる。   The magnet element 50 can in particular be a permanent magnet element in the form of a disk that is rotationally symmetric about the axis 22. The magnet element 50 may in particular be an electromagnet element including corresponding coils arranged concentrically around the shaft 22. A corresponding device needs to be provided to transmit energy to these electromagnets. This can be done, for example, inductively or via a slip ring.

磁束誘導要素５２もディスク状であり、高磁気伝導性の材料から作られる。例えば、鉄や磁気伝導性の粉体複合材料が使用可能である。   The magnetic flux guiding element 52 is also disk-shaped and made from a highly magnetically conductive material. For example, iron or a magnetic conductive powder composite material can be used.

磁石要素５０（特に、永久磁石である場合）及び磁束誘導要素５２は、次のように設計するのが好ましい。即ち、ピストン装置１８，２０をそれぞれ製造する際に、関連するピストンロッド２６，３０をそれぞれ押し入れることが可能な孔を中央に有するように設計することである。   The magnet element 50 (especially when it is a permanent magnet) and the magnetic flux guiding element 52 are preferably designed as follows. That is, when manufacturing the piston devices 18 and 20, respectively, it is designed to have a hole in the center where the associated piston rods 26 and 30 can be respectively pushed.

磁石要素５０は、次のように作製（特に、磁化）される。即ち、磁束誘導要素５２において、隣接する磁石要素５０の磁束線が本システムの出力密度を上げるべく集中されるように作製（特に、磁化）される。磁石要素５０は、特に、同一の極が対向するよう平行に配される。   The magnet element 50 is manufactured (particularly magnetized) as follows. That is, the magnetic flux induction element 52 is manufactured (particularly magnetized) so that the magnetic flux lines of the adjacent magnet elements 50 are concentrated to increase the power density of the present system. In particular, the magnet elements 50 are arranged in parallel so that the same poles face each other.

各走行装置４６の外面は、次のように作製してもよい。即ち、軸２２を含む断面において、シリンダ壁に面する内面が歯形を成すように作製することである。このような歯状構造のために、走行装置４６は交互に磁気伝導性を有することとなる。このようにして、ピストン装置を進めるための駆動力を生み出すことができる。   You may produce the outer surface of each traveling apparatus 46 as follows. In other words, in the cross section including the shaft 22, the inner surface facing the cylinder wall is formed in a tooth shape. Due to such a tooth-like structure, the traveling device 46 is alternately magnetically conductive. In this way, a driving force for advancing the piston device can be generated.

ステータ装置４８は、シリンダ１２の外壁の周囲に配されたリング状主巻線５４を備える。磁化された走行装置４６が相対的に移動することで、これらリング状巻線に電圧が誘導され、電気エネルギーの取り出しが可能となる。こうして発電装置を利用することができるようになるが、この装置はフリーピストンを案内する（２つのピストン装置１８，２０が直線移動する）原理を基礎とする。   The stator device 48 includes a ring-shaped main winding 54 disposed around the outer wall of the cylinder 12. When the magnetized traveling device 46 moves relatively, a voltage is induced in these ring-shaped windings, and electric energy can be extracted. The power generation device can be used in this way, but this device is based on the principle of guiding the free piston (the two piston devices 18, 20 move linearly).

２つのピストン装置１８，２０の行程は、制御装置５６を介して制御することができる。特に、ピストン装置１８，２０の場所が任意の時点で固定されるように制御することができる。これにより、第１ピストン２４ａ，２８ａそれぞれのピストン運動の反転地点は、各燃焼室３６，３８の大きさを設定することができるよう、要求通りに調節可能となる。直線駆動部４０を対応して制御することにより、ピストン装置１８，２０の負荷状態や圧縮歪みや速度に応じて、ピストン行程を設定することができる。こうして、燃焼室３６，３８はそれぞれ、負荷状態に応じて最適となるように調節される。特に、燃焼空間３６，３８の容積及びこれら燃焼空間３６，３８それぞれの表面積は、用途にも適合させることができる。このようにピストン行程を場所や時間（位置、圧縮比、速度）に関して設定することで、燃料へも適合させることができる。即ち、燃料として使用するのが、例えば、ディーゼル油か植物油か（ディーゼル方式）それともガソリンか、或いは、天然ガスか水素か（オットー方式）、に応じて、ピストン行程長や圧縮比を設定することができる（必要な点火装置は図示しない）。   The stroke of the two piston devices 18, 20 can be controlled via the control device 56. In particular, the location of the piston devices 18, 20 can be controlled to be fixed at an arbitrary time. Thereby, the reversal points of the piston movements of the first pistons 24a and 28a can be adjusted as required so that the sizes of the combustion chambers 36 and 38 can be set. By controlling the linear drive unit 40 correspondingly, the piston stroke can be set according to the load state, compression strain, and speed of the piston devices 18 and 20. Thus, each of the combustion chambers 36 and 38 is adjusted to be optimal according to the load state. In particular, the volume of the combustion spaces 36, 38 and the surface area of each of these combustion spaces 36, 38 can be adapted to the application. Thus, by setting the piston stroke with respect to the place and time (position, compression ratio, speed), it can be adapted to the fuel. That is, the piston stroke length and compression ratio should be set according to whether the fuel used is diesel oil or vegetable oil (diesel system) or gasoline, or natural gas or hydrogen (Otto system). (A necessary ignition device is not shown).

ステータ装置４８（場合により、走行装置４８も）におけるフローを予め特定することにより、即ち、これらのフローを制御することにより、関連するピストン装置１８，２０それぞれの直線変位可能性に影響を及ぼすことができる。こうして、２つのピストン装置１８，２０のピストン運動の反転地点がその外側に位置する燃焼空間３６，３８において占める位置を正確に固定することが可能となる。   By specifying in advance the flow in the stator device 48 (and possibly the traveling device 48), that is, by controlling these flows, the possibility of linear displacement of the associated piston devices 18 and 20 is affected. Can do. In this way, it is possible to accurately fix the position occupied by the reversal point of the piston movement of the two piston devices 18 and 20 in the combustion spaces 36 and 38 located outside thereof.

例えば全負荷時には、燃焼空間３６，３８に大量の空気を取り入れる必要がある。この場合、ピストン行程を対応するように大きく設定することができる。一方、吸気量を減らした部分負荷作動に対しては、行程を短くして設定することができる   For example, a large amount of air needs to be taken into the combustion spaces 36 and 38 at full load. In this case, the piston stroke can be set large so as to correspond. On the other hand, for partial load operation with reduced intake volume, the stroke can be set shorter.

２つのピストン装置１８，２０は、反対方向に作用するように作製して配される。第２ピストン２４ｂ，２８ｂの間には、伸縮性要素又は圧縮性媒体を収容する弾性空間５８が形成される。   The two piston devices 18 and 20 are made and arranged so as to act in opposite directions. Between the second pistons 24b and 28b, an elastic space 58 for accommodating a stretchable element or a compressible medium is formed.

弾性空間５８には、燃焼サイクル中に直線駆動部４０により取り出されなかったエネルギーの少なくとも一部を吸収するために、例えば圧縮ばねを配することができる。この蓄積エネルギーは、２サイクル稼働では燃料と空気との混合物を圧縮するために、４サイクル稼働では排気ガスを排出するために、使用することができる。   In the elastic space 58, for example, a compression spring can be arranged in order to absorb at least a part of the energy not taken out by the linear drive unit 40 during the combustion cycle. This stored energy can be used to compress the fuel and air mixture in two-cycle operation and to exhaust the exhaust gas in four-cycle operation.

特に、圧縮性流体（特には空気のような気体）が上記弾性空間に含まれるようにしてもよい。この流体は、上記エネルギーを吸収して再び放出する。   In particular, a compressive fluid (particularly a gas such as air) may be included in the elastic space. This fluid absorbs the energy and releases it again.

弾性空間５８内の圧力が少なくとも１つのバルブ６０を介して制御可能であるようにしてもよい。少なくとも１つのバルブ６０は、制御装置５６を介して制御するのが好ましい。このような圧力制御可能な弾性空間５８は、２つのピストン装置１８，２０に関してポンプを形成するために使用することもできる。吸い込まれた空気は、バルブ１００，１０２により、制御しつつ燃焼空間３６，３８内に送り込むことができる（図２参照）。バルブ１００，１０２を時間制御しつつ閉鎖する（即ち、周囲から分離する）ことで、上記弾性機能（エネルギー蓄積機能）を確実にすることができる。この制御は、燃焼空間３６，３８における燃焼サイクルと同時に、制御装置５６を介して行われる（燃焼空間３６’，３８’については図２参照）。   The pressure in the elastic space 58 may be controllable via at least one valve 60. The at least one valve 60 is preferably controlled via the controller 56. Such a pressure-controllable elastic space 58 can also be used to form a pump with respect to the two piston devices 18,20. The sucked air can be sent into the combustion spaces 36 and 38 while being controlled by the valves 100 and 102 (see FIG. 2). By closing the valves 100 and 102 while controlling the time (that is, separating them from the surroundings), the elastic function (energy storage function) can be ensured. This control is performed through the control device 56 simultaneously with the combustion cycle in the combustion spaces 36 and 38 (see FIG. 2 for the combustion spaces 36 'and 38').

各燃焼空間３６，３８には電気制御可能な出口バルブ６２及び特に電気制御可能な入口バルブ６４が設けられており、対応する制御が制御装置５６を介して行われる。これにより、燃焼空間ガスの取り入れ及び燃焼生成物の排出の時間制御が可能となる。特に、電気的活性化装置６６を介した直線駆動部４０の電気的活性化や弾性空間５８の任意のポンプ機能と連動した制御を例とする、同期制御が可能となる。   Each combustion space 36, 38 is provided with an electrically controllable outlet valve 62 and in particular with an electrically controllable inlet valve 64, and corresponding control is performed via a control device 56. Thereby, the time control of intake of combustion space gas and discharge | emission of a combustion product is attained. In particular, it is possible to perform synchronous control, for example, control in conjunction with electrical activation of the linear drive unit 40 via the electrical activation device 66 and an arbitrary pump function of the elastic space 58.

燃焼空間３８に入る吸入ライン６８が、チャージャ７０に接続される。この吸入ライン６８は、入口バルブ６４を介して燃焼空間３８と結合される。   An intake line 68 that enters the combustion space 38 is connected to a charger 70. The intake line 68 is coupled to the combustion space 38 via the inlet valve 64.

排気ガスライン７２が、出口バルブ６２を介してチャージャ７０へと至る。このチャージャ自体が、吸気用の吸込ライン７４と、排気ガス用の排出ライン７６と、を有する。   The exhaust gas line 72 reaches the charger 70 via the outlet valve 62. The charger itself has a suction line 74 for intake air and a discharge line 76 for exhaust gas.

対応する排気ガスライン７８及び吸入ライン８０が、チャージャ７０からもう１つの燃焼空間３６へと至る。そこでは、もう１つの燃焼空間３８に関して述べたのと同じようにして、連結分離される。   Corresponding exhaust gas lines 78 and intake lines 80 lead from the charger 70 to another combustion space 36. There, they are connected and disconnected in the same way as described for the other combustion space 38.

チャージャ７０は、特に、次のような圧縮波チャージャ（コンプレックスチャージャ）である。即ち、燃焼空間３６，３８から流れる排気ガスのエネルギーが給気（吸気）を圧縮するために使用される圧縮波チャージャである。このような圧縮波チャージャを用いて、脈動する排気ガスの圧縮波及び吸入波が外気を吸い込み圧縮する。この圧縮は、排気ガスと直接接触する中で起こる。   In particular, the charger 70 is a compression wave charger (complex charger) as follows. That is, the energy of the exhaust gas flowing from the combustion spaces 36 and 38 is a compression wave charger used for compressing the supply air (intake air). Using such a compression wave charger, the compression wave and the suction wave of the pulsating exhaust gas suck in and compress the outside air. This compression occurs in direct contact with the exhaust gas.

本発明の装置によれば、２つのピストン装置１８，２０は、絶えず往復動しながら変位する（特に、同一直線上で反対方向に変位する）ことが可能である。これにより、排出される排気ガスを絶えず揺り動かすことができるため、チャージャを介してガス交換を制御することが可能となる。コンプレックスチャージャの利点は、消費するエネルギーが本来的に僅かに過ぎないということである。   According to the device of the present invention, the two piston devices 18 and 20 can be displaced while reciprocating continuously (in particular, displaced in the opposite direction on the same straight line). As a result, the exhaust gas to be discharged can be constantly shaken, so that gas exchange can be controlled via the charger. The advantage of a complex charger is that it essentially consumes little energy.

これらピストン装置１８，２０が絶えず往復動することから、チャージャ７０と燃焼空間３６，３８をそれぞれ備えた可動ピストン装置１８，２０とを含むシステム全体について、チャージャ７０の設定可能な最適の動作点に対して正確に構成することが可能となる。   Since these piston devices 18 and 20 continuously reciprocate, the entire operating system including the charger 70 and the movable piston devices 18 and 20 having the combustion spaces 36 and 38, respectively, can be set to an optimum operating point of the charger 70. On the other hand, it becomes possible to constitute correctly.

チャージャ７０が存在する場合、弾性空間５８がポンプとして使用される上述の変形例は成立しない。   When the charger 70 exists, the above-described modified example in which the elastic space 58 is used as a pump is not established.

更に、２つのピストン装置１８，２０とそれぞれ関連付けられた少なくとも１つの２次巻線８２を上記シリンダの周囲に着座させてもよい。これらは、各ステータ装置４８のリング状主巻線５４から電気的に分離される。２次巻線８２は、例えば、リング状主巻線５４の周囲に配されたり、これらリング状主巻線５４に沿って（リング状主巻き線５４のリング状巻線軸の方向に延伸するように）置かれる   Further, at least one secondary winding 82 associated with each of the two piston devices 18, 20 may be seated around the cylinder. These are electrically separated from the ring-shaped main winding 54 of each stator device 48. For example, the secondary winding 82 is arranged around the ring-shaped main winding 54, or extends along the ring-shaped main winding 54 (in the direction of the ring-shaped winding axis of the ring-shaped main winding 54. Placed in)

このような２次巻線８２を介して、更なる電流を取り出すことができる。これにより、例えば、自動車の12V/14Vないし36V/42Vの電気系統に電力が供給される。巻線の数は、これに適合させる。整流電流を生成することができるように、このような２次巻線８２の後に整流器を設けるのが好ましい。   Further current can be taken out through the secondary winding 82. Thereby, for example, electric power is supplied to the 12V / 14V to 36V / 42V electric system of the automobile. The number of windings is adapted to this. A rectifier is preferably provided after such a secondary winding 82 so that a rectified current can be generated.

２次巻線８２（追加の電流を取り出すための２次巻線又はこれら２次巻線から分離して設けられた２次巻線と同じものとすることができる）を介して、２つのピストン装置１８，２０を、シリンダ１２内の直線移動において同期装置により同期させることができる。このような同期装置の少なくとも制御部については、制御装置５６により構成される。   Two pistons via a secondary winding 82 (which can be the same as a secondary winding for extracting additional current or a secondary winding provided separately from these secondary windings) The devices 18 and 20 can be synchronized by a synchronizer in linear movement within the cylinder 12. At least the control unit of such a synchronization device is configured by a control device 56.

関連するピストン装置１８，２０の位置に応じて、電流を生成する、或いは、２次巻線８２のスイッチを特定の点で入切させてピストン装置１８，２０それぞれの速度を速くする又は遅くするために、関連するピストン装置１８，２０自体に電流を作用させることができる。特に、余りに速く動くピストン装置にブレーキをかけることにより、２つのピストン装置１８，２０の移動における非同期を補償することができる。   Depending on the position of the associated piston device 18, 20, an electric current is generated or the secondary winding 82 is switched on and off at a specific point to increase or decrease the speed of the piston device 18, 20 respectively. Therefore, an electric current can be applied to the associated piston devices 18, 20 themselves. In particular, it is possible to compensate for the asynchrony in the movement of the two piston devices 18, 20 by braking the piston device which moves too fast.

同期して動いている間は、これら２次巻線８２を電流を生成するために使用することができる。   While operating synchronously, these secondary windings 82 can be used to generate current.

特に、２つのピストン装置１８，２０に面する各２次巻線８２は、互いに電気的に接続するようにしてもよい。このことは、図１の参照番号８４で示してある。この場合、２つのピストン装置１８，２０を自動制御で同期させる補償電流は、２次巻線８２それぞれの間を流れることができる。ピストン装置の速度が比較的速ければ遅くし、比較的遅ければ速くする。この補償電流自体の閾値は、例えば、制御装置５６を介して定めることができる。   In particular, the secondary windings 82 facing the two piston devices 18, 20 may be electrically connected to each other. This is indicated by reference numeral 84 in FIG. In this case, the compensation current for synchronizing the two piston devices 18 and 20 by automatic control can flow between the secondary windings 82. If the speed of the piston device is relatively fast, it is slow, and if it is relatively slow, it is fast. The threshold value of the compensation current itself can be determined through the control device 56, for example.

直線駆動部１０を有するフリーピストン燃焼装置の活性化した構成要素を冷却するために、冷却ダクト８８を備える冷却装置８６をステータ装置４８の周囲に配するようにしてもよい。特に、ピストン装置１８，２０、シリンダ１２、及びリング状主巻線５４が、これら活性化した構成要素の部類に属する。   A cooling device 86 with a cooling duct 88 may be arranged around the stator device 48 to cool the activated components of the free piston combustion device having the linear drive 10. In particular, the piston devices 18, 20, the cylinder 12, and the ring-shaped main winding 54 belong to these activated component classes.

更に、対応する冷却装置８６から熱を取り出して、これを熱的用途（例えば、車のヒータ、ブロック型の熱発電装置）に使用するようにしてもよい。   Furthermore, heat may be taken out from the corresponding cooling device 86 and used for thermal purposes (for example, a car heater or a block-type thermoelectric generator).

本発明の装置は、次のようにして作動する。   The apparatus of the present invention operates as follows.

２つのピストン装置１８，２０の所定の反転地点（下死点及び上死点）を、ピストン装置に作用する電流により、直線駆動部４０を介して設定する。これにより、各燃焼空間３６，３８の容積及び表面積が特定される。更に、ピストン装置１８，２０の速度や、とりわけその圧縮比を決める。この設定は、負荷（部分負荷又は全負荷）、燃料（ガソリン、天然ガス、水素、ディーゼル油、植物油等）、及び更なる外部パラメータに従い行われる。   Predetermined reversal points (bottom dead center and top dead center) of the two piston devices 18 and 20 are set via the linear drive unit 40 by a current acting on the piston devices. Thereby, the volume and surface area of each combustion space 36 and 38 are specified. Furthermore, the speed of the piston devices 18, 20 and in particular its compression ratio are determined. This setting is made according to load (partial or full load), fuel (gasoline, natural gas, hydrogen, diesel oil, vegetable oil, etc.) and further external parameters.

本装置を起動するために、電気的に予備加熱してもよい。又、冷却装置８６の冷却水も予備加熱してもよい。この予備加熱は、対応する巻線により、直線駆動部４０を介して行うことができる。例えば、リング状主巻線５４が加熱要素として使用される。なお、予備加熱用の加熱コイルを設けることも可能である。   In order to start up the apparatus, it may be preheated electrically. The cooling water of the cooling device 86 may also be preheated. This preheating can be performed via the linear drive 40 by means of corresponding windings. For example, a ring-shaped main winding 54 is used as a heating element. It is also possible to provide a heating coil for preheating.

２つのピストン装置１８，２０の対を成すピストン２４ａ，２４ｂ及びピストン２８ａ，２８ｂが、各ピストン１８，２０を支える。即ち、対を成すピストン２４ａ，２４ｂ及びピストン２８ａ，２８ｂについては、ほぼ傾くこともなく、直線的に案内することができる。   The pistons 24 a and 24 b and the pistons 28 a and 28 b that form a pair of the two piston devices 18 and 20 support the pistons 18 and 20. That is, the pistons 24a and 24b and the pistons 28a and 28b forming a pair can be guided linearly without being inclined.

更に、ピストン２４ｂ，２８ｂは、弾性空間５８を密閉する役割も果たす。上記直線駆動部により、２つのピストン装置１８，２０の移動の反転地点を（場所や時間に関して）正確に定めることができる。このため、部分負荷作動の際に、吸気用スロットルバルブを設ける必要がない。但し、スロットルロスには別の方法で対処する必要がある。   Furthermore, the pistons 24b and 28b also serve to seal the elastic space 58. By the linear drive unit, the reversal point of movement of the two piston devices 18 and 20 can be accurately determined (in terms of location and time). For this reason, it is not necessary to provide an intake throttle valve during partial load operation. However, there is another way to deal with throttle loss.

空気の吸い込み及び排気ガスの排出は、燃焼空間３６，３８それぞれのためのバルブ６２，６４により、特定の方法で制御することができる。これにより、本システム全体の効率性を改善し、排気ガスの質を上げることができる。ガス交換（バルブ６２，６４を通過するフロー）の時点制御時間及び継続時間を正確に設定することにより、時間が重視される個々の処理を正確に一致させることができる。上記ピストン装置の速度も制御可能であるため、膨張処理の間にも排気ガスの改善を促すことができる。   The intake of air and the discharge of exhaust gas can be controlled in a specific manner by means of valves 62 and 64 for the combustion spaces 36 and 38, respectively. Thereby, the efficiency of the entire system can be improved and the quality of the exhaust gas can be improved. By accurately setting the point-in-time control time and duration of gas exchange (flow passing through the valves 62 and 64), it is possible to accurately match individual processes in which time is important. Since the speed of the piston device can also be controlled, the exhaust gas can be improved during the expansion process.

特に、ガス交換のための置換処理を最適なものとするよう、入口バルブ６４は次のように作製して配される。即ち、吸気により起こるガスフローがシリンダ壁の内側に沿って案内されるように作製して配される（図４参照）。このために、入口バルブ６４は、例えば、シリンダ壁の内側に沿うようなフローを確保するよう設計された案内板を備える。これは、特に２サイクル稼働では、燃焼空間において逆方向に掃気するために必要である。   In particular, the inlet valve 64 is manufactured and arranged as follows so as to optimize the replacement process for gas exchange. That is, the gas flow generated by the intake air is produced and arranged so as to be guided along the inside of the cylinder wall (see FIG. 4). For this purpose, the inlet valve 64 comprises a guide plate designed to ensure a flow, for example along the inside of the cylinder wall. This is necessary for scavenging in the opposite direction in the combustion space, especially in 2-cycle operation.

圧縮波チャージャ７０を介して、吸気・圧縮・排気を行うのが好ましい。   Intake, compression, and exhaust are preferably performed via the compression wave charger 70.

ピストン装置１８，２０の移動の間、走行装置４６及びステータ装置４８が相対移動することで、後者に電圧が誘導される。こうして、電気エネルギーが生成される（即ち、機械エネルギーの一部が電気エネルギーに変換される。機械エネルギーは、燃焼による化学エネルギーへの部分変換に由来する）。   During the movement of the piston devices 18 and 20, the travel device 46 and the stator device 48 move relative to each other, so that a voltage is induced in the latter. Thus, electrical energy is generated (i.e., part of the mechanical energy is converted to electrical energy, which is derived from partial conversion to chemical energy by combustion).

燃焼サイクルの間に直線駆動部４０により取り出されないエネルギーについては、弾性空間５８がこれを吸収することができる。   The elastic space 58 can absorb energy that is not extracted by the linear drive 40 during the combustion cycle.

ステータ装置４８は、冷却装置８６を介して冷却される。冷却装置８６は又、シリンダ１２の更なる部分（例えば、ピストン装置１８，２０）も冷却する。   The stator device 48 is cooled via the cooling device 86. The cooling device 86 also cools further portions of the cylinder 12 (eg, piston devices 18, 20).

ピストン２４ａ，２４ｂ，２８ａ，２８ｂは、例えば、簡単なはねかけ注油により潤滑される。即ち、オイルポンプは不要である。この場合、潤滑油が確実且つ十分に供給されるように、上記ピストンはオイルバス内を動く（このピストン運動により、オイルバスは回転される）。   The pistons 24a, 24b, 28a, 28b are lubricated by, for example, simple splashing lubrication. That is, no oil pump is required. In this case, the piston moves in the oil bath so that the lubricating oil is reliably and sufficiently supplied (the oil bath is rotated by this piston movement).

ピストン２４ａ，２４ｂ，２８ａ，２８ｂは、最小側面がシリンダ１２に面するにように作ることができる。即ち、互いに支持し合う一対のピストンが設けられるように、ピストンスカートを短く構成することができる。これにより、２つのピストン装置１８，２０の移動の間の摩擦損失を最小にすることができる。   The pistons 24 a, 24 b, 28 a, 28 b can be made so that the smallest side faces the cylinder 12. That is, the piston skirt can be configured to be short so that a pair of pistons that support each other is provided. Thereby, the friction loss between the movements of the two piston devices 18 and 20 can be minimized.

ピストン２４ａ，２４ｂ，２８ａ，２８ｂは、非金属製材料（例えば、セラミック材料、グラファイト、ガラスカーボン）から作ることができる。このようなピストンは、潤滑不要である。一対のピストンが互いに支持し合うことから、直交方向の力はほぼ発生しない。このため、このような構成とすることができる。   The pistons 24a, 24b, 28a, 28b can be made from non-metallic materials (eg, ceramic materials, graphite, glass carbon). Such a piston does not require lubrication. Since the pair of pistons support each other, almost no force in the orthogonal direction is generated. For this reason, it can be set as such a structure.

本発明の走行装置４６が交互に配した磁石要素５０及び磁束誘導要素５２を有することから、高残磁性の磁石を使用しなくとも、本システムの出力密度を高くすることができる。特に、上記走行装置の磁極ピッチと上記ステータ装置の磁極ピッチとが異なる場合に、高出力密度が可能となる。   Since the traveling device 46 of the present invention has the magnet elements 50 and the magnetic flux guiding elements 52 arranged alternately, the output density of the present system can be increased without using a high residual magnetism. In particular, when the magnetic pole pitch of the traveling device is different from the magnetic pole pitch of the stator device, a high output density is possible.

直線駆動部４０自体は、単相、二相、三相、又は多相の構造とすることができる。   The linear drive unit 40 itself can have a single-phase, two-phase, three-phase, or multiphase structure.

対応するステータ装置４８のリング状主巻線５４については、フィールドが誘導されるように、例えば鉄製パケットに組み込むことができる。   The corresponding ring-shaped main winding 54 of the stator device 48 can be incorporated, for example, in an iron packet so that the field is induced.

反対方向に移動可能な２つのピストン装置１８，２０は、同期装置により互いに同期させることができる。特に、補償電流を介した自動制御が可能である。   The two piston devices 18 and 20 that can move in opposite directions can be synchronized with each other by a synchronization device. In particular, automatic control via compensation current is possible.

更に、制御装置５６が、誘導電圧を介して、２つのピストン装置１８，２０に関する位置情報を評価するようにしてもよい。この評価は、走行装置４６の関連するステータ装置に対する位置の評価である。これらの検出結果は、例えば、２つのピストン装置１８，２０の同期を改善するために使用することができる。ステータ装置４８のための追加の巻線を設けることにより、位置決定の精度を上げるとができる   Further, the control device 56 may evaluate position information regarding the two piston devices 18 and 20 via the induced voltage. This evaluation is an evaluation of the position of the travel device 46 relative to the associated stator device. These detection results can be used, for example, to improve the synchronization of the two piston devices 18,20. By providing additional windings for the stator device 48, positioning accuracy can be increased.

本発明のフリーピストン燃焼装置は、例えば、２サイクル稼働又は４サイクル稼働において作用することが可能である。   The free piston combustion apparatus of the present invention can operate in, for example, two-cycle operation or four-cycle operation.

図２に示した第２実施例（その全体を符号９０で表す）では、チャージャ７０の代わりに、オーバーフローガイド９２が設けられる。シリンダ１２自体の構成は、既に述べたものと基本的に同じである。そこで、類似の部分は図１と同じ参照番号で表したが、ダッシュ記号を付け加えている。   In the second embodiment shown in FIG. 2 (the whole is represented by reference numeral 90), an overflow guide 92 is provided instead of the charger 70. The configuration of the cylinder 12 itself is basically the same as that already described. Therefore, similar parts are represented by the same reference numerals as in FIG. 1, but dashes are added.

対応する弾性空間９４が、対応するバルブ１００，１０２を介して、吸入経路９６，９８と結合される。これを介して、空気を対応する燃焼空間３６’，３８’に吸い込むことができる。弾性空間９４の容積は、吸気を予め圧縮するために、２つの燃焼空間３６’，３８’の容積の合計よりも大きくなっている。   Corresponding elastic spaces 94 are coupled to the suction passages 96, 98 via corresponding valves 100, 102. Through this, air can be sucked into the corresponding combustion spaces 36 ′, 38 ′. The volume of the elastic space 94 is larger than the sum of the volumes of the two combustion spaces 36 ′ and 38 ′ in order to compress the intake air in advance.

これ以外の点では、装置９０は上述のものと全く同じように作用する。   In other respects, the device 90 operates exactly as described above.

弾性空間９４は、ポンプ機能を有する。弾性空間９４においては、燃焼空間３６’，３８’に送り込む前に、吸気を予め圧縮することが可能である。   The elastic space 94 has a pump function. In the elastic space 94, the intake air can be compressed in advance before being sent into the combustion spaces 36 ', 38'.

図３に示した第３実施例（その全体を符号１０４で表す）には、同様に、シリンダ１０６が設けられる。シリンダ１０６においては、同様に、２つのピストン装置１０８，１１０が直線変位するように案内される。これらは、上述の通り、一対のピストン１１２ａ，１１２ｂ／１１４ａ，１１４ｂをそれぞれ備えるように構成される。ピストン１１２ａ，１１４ａは、その端面がシリンダ壁１１６，１１８にそれぞれ面するように配される。２つのピストン１１２ｂ，１１２ｂは対向する。   Similarly, a cylinder 106 is provided in the third embodiment shown in FIG. Similarly, in the cylinder 106, the two piston devices 108 and 110 are guided so as to be linearly displaced. As described above, these are configured to include a pair of pistons 112a, 112b / 114a, 114b, respectively. The pistons 112a and 114a are arranged so that their end faces face the cylinder walls 116 and 118, respectively. The two pistons 112b and 112b face each other.

実施例１０，９０とは異なり、２つのピストン装置１０８，１１０の間にある中間空間は、燃料と空気との混合物が点火可能な燃焼空間１２０として構成される。   Unlike Embodiments 10 and 90, the intermediate space between the two piston devices 108 and 110 is configured as a combustion space 120 in which a mixture of fuel and air can be ignited.

この目的のために、この燃焼空間１２０には、入口バルブ１２２及び出口バルブ１１０が設けられる。外気が入口バルブ１２２を介して燃焼空間１２０に導入され、排気ガスが出口バルブ１２４を介して排出される。   For this purpose, the combustion space 120 is provided with an inlet valve 122 and an outlet valve 110. Outside air is introduced into the combustion space 120 via the inlet valve 122 and exhaust gas is discharged via the outlet valve 124.

対応する吸入ライン１２６及び排出ライン１２８が、チャージャ１３０に接続される。第１実施例を参照しつつ既に述べた通り、チャージャ１３０は、吸入ライン１３６及び排気ガスライン１３８それぞれを介して、外側の燃焼空間１３２，１３４に接続される。これ以外の点では、直線ジェネレータを有する本フリーピストン装置は、既に述べた通りに作用する。   Corresponding suction lines 126 and discharge lines 128 are connected to the charger 130. As already described with reference to the first embodiment, the charger 130 is connected to the outer combustion spaces 132 and 134 via the intake line 136 and the exhaust gas line 138, respectively. In other respects, the free piston device with the linear generator works as already described.

原則として、燃焼空間１４４を間に配したピストン装置１４０，１４２を設けることが可能である（図５）。   In principle, it is possible to provide piston devices 140, 142 with a combustion space 144 therebetween (FIG. 5).

各ピストン装置１４０，１４２は、一対の離間されたピストン１４６ａ，１４６ｂ／１４８ａ，１４８ｂをそれぞれ備える。   Each piston device 140, 142 includes a pair of spaced pistons 146a, 146b / 148a, 148b, respectively.

ピストン１４６ａとこれに面するシリンダ壁１５０との間及びピストン１４８ａとこれに面するシリンダ壁１５２との間に、弾性空間１５４，１５６を形成するようにしてもよい。各弾性空間１５４，１５６には、例えば、伸縮性要素１５８（好ましくは、圧縮ばね）が配される。   Elastic spaces 154 and 156 may be formed between the piston 146a and the cylinder wall 150 facing the piston 146a and between the piston 148a and the cylinder wall 152 facing the piston 148a. In each elastic space 154, 156, for example, a stretchable element 158 (preferably a compression spring) is arranged.

このような装置を用いた場合、燃焼サイクル（燃焼空間１４４における燃焼）の間に対応する直線駆動部１６０により吸収されないエネルギーは、各ピストン装置１４０，１４２のために別々に（即ち、それぞれに関連する弾性空間１５４，１５６に）、一時蓄えておくことができる。原則として、直線駆動部１６０は、直線駆動部４０を参照しつつ上述したのと同じように構成される。   With such a device, the energy not absorbed by the corresponding linear drive 160 during the combustion cycle (combustion in the combustion space 144) is separately (ie, associated with each) for each piston device 140, 142. Can be temporarily stored in the elastic spaces 154 and 156. In principle, the linear drive unit 160 is configured in the same manner as described above with reference to the linear drive unit 40.

図６に示した直線駆動部を有する本発明のフリーピストン燃焼装置の第５実施例（その全体を符号２０２で表す）には、ピストン受容部２０４が設けられる。ピストン受容部２０４においては、単一のピストン装置２０６が直線変位可能である。例えば、このようなピストン受容部２０４を複数設けて、パケット状に積むか、２つのピストン受容部をＶ字形にそれぞれ配する等することにより、電流を生成するために相互に接続することが可能である。   A piston receiving portion 204 is provided in the fifth embodiment of the free piston combustion apparatus of the present invention having the linear drive portion shown in FIG. In the piston receiving portion 204, a single piston device 206 is linearly displaceable. For example, by providing a plurality of such piston receiving portions 204 and stacking them in a packet shape, or arranging two piston receiving portions in a V shape, etc., they can be connected to each other to generate a current. It is.

ピストン装置２０６は、同様に、第１ピストン２０８と、反対側にある次のような第２ピストン２１０と、を備える。即ち、第１ピストン２０８を支持する役割を本来的に果たす第２ピストン２１０である。２つのピストン２０８，２１０の間には、これら２つのピストン２０８，２１０を互いに接合するピストンロッド２１２が配される。   The piston device 206 similarly includes a first piston 208 and a second piston 210 on the opposite side as follows. That is, it is the second piston 210 that essentially plays the role of supporting the first piston 208. A piston rod 212 that joins the two pistons 208 and 210 to each other is disposed between the two pistons 208 and 210.

既述の通りに構成される走行装置２１４が、これら２つのピストン２０８，２１０の間にあるピストンロッド２１２上に配される。   A traveling device 214 configured as described above is arranged on a piston rod 212 between these two pistons 208 and 210.

ピストン受容部２０４上には、既述の通りに構成されるステータ装置２１６が着座される。   On the piston receiving portion 204, the stator device 216 configured as described above is seated.

第１ピストン２０８が、燃焼空間２１８として構成される膨張空間に面していて、その範囲を画する。このため、この第１ピストン２０８は又、燃焼空間２１８にて膨張する燃焼ガスの圧力を直接受ける。この燃焼ガスが、ピストン装置２０６を駆動する。   The first piston 208 faces the expansion space configured as the combustion space 218 and defines the range thereof. For this reason, the first piston 208 is also directly subjected to the pressure of the combustion gas expanding in the combustion space 218. This combustion gas drives the piston device 206.

燃焼空間２１８を走行装置２１４から断熱するために、断熱要素２２０（例えば、走行装置２１４のセラミックディスク）を第１ピストン２０８に配するようにしてもよい。   In order to insulate the combustion space 218 from the traveling device 214, a heat insulating element 220 (for example, a ceramic disk of the traveling device 214) may be disposed on the first piston 208.

排気ガスライン２２４が、燃焼空間２１８から、制御可能な出口バルブ２２２を介して、チャージャ２２６へと続く。更に、このベアリング２２６から、吸込ライン２２８が燃焼空間２１８へと続く。燃焼空間２１８内に向けて、吸込ライン２２８が制御可能な入口バルブ２３０を介して開放される。   An exhaust gas line 224 continues from the combustion space 218 to the charger 226 via a controllable outlet valve 222. Further, from this bearing 226, a suction line 228 continues to the combustion space 218. A suction line 228 is opened via a controllable inlet valve 230 into the combustion space 218.

燃焼空間２１８と結合されたチャージャ２２６は、既述の通りに作用する。   Charger 226 coupled to combustion space 218 operates as described above.

第２ピストン２１０は、非燃焼空間である空間２３２に面する。これは、特に、次のような弾性空間として構成される。即ち、自動伸縮性要素（図６には示していない）が配されるか、空気等の圧縮性媒体が含まれるよ弾性空間である。この場合、弾性を制御することができるように、この空間２３２内の圧力を制御するための制御可能なバルブ２３４が設けられる。   The second piston 210 faces the space 232 that is a non-combustion space. This is in particular configured as an elastic space as follows. That is, it is an elastic space in which automatic stretchable elements (not shown in FIG. 6) are arranged or a compressible medium such as air is included. In this case, a controllable valve 234 for controlling the pressure in the space 232 is provided so that the elasticity can be controlled.

本発明の装置２０２は、第１実施例を参照しつつ既に述べた通りに作用する。即ち、制御装置５６を介して、ピストン運動を可変設定することができる。   The device 202 of the present invention operates as described above with reference to the first embodiment. That is, the piston motion can be variably set via the control device 56.

最上反転地点（上死点）及び最下反転地点（下死点）については、特に、ピストン受容部２０４の空間及び時間に関して設定可能である。更に、ピストン速度が設定可能であるため、燃焼空間２１８の圧縮比が設定可能である。特に、走行装置２１４及びステータ装置２１６を備える直線駆動部を介して、設定は行われる。第１ピストン２０８の位置は、少なくとも、最上反転地点及び最下反転地点への到達時点に関して設定可能である。なお、第１ピストン２０８のピストン位置は、任意の時点で規定された方法により固定することができるのが好ましい。このようにピストン運動が調節可能であることから、本装置は、異なる動作条件や動作パラメータに対し可変的に適合可能である。   The uppermost reversal point (top dead center) and the lowermost reversal point (bottom dead center) can be set particularly with respect to the space and time of the piston receiving portion 204. Furthermore, since the piston speed can be set, the compression ratio of the combustion space 218 can be set. In particular, the setting is performed via a linear drive unit including a traveling device 214 and a stator device 216. The position of the first piston 208 can be set at least with respect to the time of arrival at the uppermost inversion point and the lowermost inversion point. In addition, it is preferable that the piston position of the 1st piston 208 can be fixed by the method prescribed | regulated at arbitrary time points. Since the piston movement can be adjusted in this way, the apparatus can be variably adapted to different operating conditions and operating parameters.

本発明のフリーピストン装置の実施例として、フリーピストン燃焼装置をこれまで述べてきた。これらは、特に、内燃エンジンとして使用することができる。   A free piston combustion device has been described as an example of the free piston device of the present invention. These can be used in particular as internal combustion engines.

本発明の方法によれば、フリーピストン蒸気エンジンが実現可能である。より詳しくは、以下に述べる。   According to the method of the present invention, a free piston steam engine can be realized. More details will be described below.

図７に示した本発明のフリーピストン装置の第６実施例（その全体を符号３００で表す）では、ピストン受容部３０２が、次のような内部３０４を備える。即ち、ピストン装置３０６が直線移動可能なように配された内部３０４である。ピストン装置３０６は、第１ピストン３０８と、これに接続された反対側の第２ピストン３１０と、を備える。   In the sixth embodiment of the free piston device of the present invention shown in FIG. 7 (the whole is denoted by reference numeral 300), the piston receiving portion 302 includes the following interior 304. That is, the inside 304 is arranged so that the piston device 306 can move linearly. The piston device 306 includes a first piston 308 and an opposite second piston 310 connected thereto.

第１ピストン３０８は、蒸気のような伝熱媒体が膨張可能な膨張空間３１２の範囲を画する。このような伝熱媒体の膨張を介して、第１ピストン３０８、従ってピストン装置３０６に力が加わる。第２ピストン３１０は、次のような弾性空間３１３の範囲を定める。即ち、ピストン受容部３０２の内部３０４において、膨張空間３１２がある方とは反対側の端部に形成された弾性空間３１３である。   The first piston 308 delimits an expansion space 312 in which a heat transfer medium such as steam can expand. A force is applied to the first piston 308 and thus the piston device 306 through the expansion of the heat transfer medium. The second piston 310 defines the range of the elastic space 313 as follows. That is, the elastic space 313 is formed at the end portion on the opposite side of the inside 304 of the piston receiving portion 302 from the side where the expansion space 312 is present.

ピストン装置３０６と共に移動する走行装置３１４が、ピストン装置３０６上に固定される。ステータ装置３１６が、ピストン受容部３０２に関して不動固定される。   A traveling device 314 that moves with the piston device 306 is fixed on the piston device 306. The stator device 316 is fixedly fixed with respect to the piston receiving portion 302.

このような駆動装置の動作モードは、原則として、既に述べたものと同じである。   The operating mode of such a drive device is in principle the same as already described.

伝熱媒体（特に、蒸気）は、膨張空間３１２の外側で生成・加熱される。この目的のために、例えば、圧力容器３１８が設けられる。圧力容器３１８は、出口３２０を介して膨張空間３１２と結合される。伝熱媒体のためのライン３２２が、この出口３２０と膨張空間３１２との間に配される。   The heat transfer medium (in particular, steam) is generated and heated outside the expansion space 312. For this purpose, for example, a pressure vessel 318 is provided. The pressure vessel 318 is coupled to the expansion space 312 via the outlet 320. A line 322 for the heat transfer medium is arranged between the outlet 320 and the expansion space 312.

圧力容器３１８は、熱源３２４により加熱することができる。この熱源自体、太陽輻射や燃料により加熱することが可能である。   The pressure vessel 318 can be heated by a heat source 324. The heat source itself can be heated by solar radiation or fuel.

加熱された伝熱媒体（例えば、熱蒸気）は、圧力容器３１８から膨張空間３１２の中に取り出され、そこで膨張することができる。これにより、ピストン装置３０６にてピストン運動が起こり、エネルギーの生成が可能となる。伝熱媒体を上記膨張空間の中に取り入れるために、機械的又は電気的に操作可能な対応するバルブ３２６がそこに配される。これにより、伝熱媒体の取り入れを対応する方法で制御することが可能となる。   A heated heat transfer medium (eg, hot steam) can be removed from the pressure vessel 318 and into the expansion space 312 where it can expand. Thereby, piston movement occurs in the piston device 306, and energy can be generated. In order to introduce the heat transfer medium into the expansion space, a corresponding valve 326 which can be operated mechanically or electrically is arranged there. This makes it possible to control the intake of the heat transfer medium in a corresponding manner.

追加のバルブ３３０を介して、膨張空間３１２からの上記媒体の排出を制御することができる。バルブ３３０は、膨張空間３１２の出口３２８に着座される。この制御は、特に、伝熱媒体の取り入れと相俟って行われる。   Via the additional valve 330, the discharge of the medium from the expansion space 312 can be controlled. The valve 330 is seated at the outlet 328 of the expansion space 312. This control takes place in particular in conjunction with the introduction of a heat transfer medium.

膨張空間３１２から排出された上記媒体は、再冷却装置３３２を介して冷却することができる。出口３２８は、ライン３３０を介して再冷却装置３３２に接続される。再冷却装置３３２に入る上記媒体の圧力は、圧力容器３１８を出て膨張空間３１２に入る媒体の圧力よりも低い。   The medium discharged from the expansion space 312 can be cooled via the recooling device 332. Outlet 328 is connected to recooling device 332 via line 330. The pressure of the medium entering the recooling device 332 is lower than the pressure of the medium exiting the pressure vessel 318 and entering the expansion space 312.

圧力容器３１８内の媒体にエネルギーを供給するために（即ち、伝熱媒体を膨張空間３１２のために利用することができるように）、蒸気等の媒体を再冷却装置３３２からライン３３４を介して圧力容器３１８内に案内することが可能である。   To supply energy to the medium in the pressure vessel 318 (ie, so that a heat transfer medium can be utilized for the expansion space 312), a medium such as steam is routed from the recooler 332 via line 334. It is possible to guide into the pressure vessel 318.

上記媒体を圧力容器３１８内に送るためのポンプ３３６が、ライン３３４に配される。   A pump 336 for delivering the medium into the pressure vessel 318 is disposed in line 334.

圧力容器３１８については、蒸気でこれを満たすのが好ましい。   The pressure vessel 318 is preferably filled with steam.

膨張空間３１２内に加圧導入された蒸気が膨張することにより、ピストン装置３０６が直線移動される。この直線移動により、電気エネルギーが生成される。ピストン運動及び電気エネルギー生成は、基本的には、既述したのと同様にしてもたらされる。   As the steam introduced under pressure in the expansion space 312 expands, the piston device 306 moves linearly. This linear movement generates electrical energy. Piston motion and electrical energy generation are basically effected in the same manner as described above.

このようなフリーピストン蒸気エンジンには、既に述べたようなピストン装置及び膨張空間を複数設けることも可能である。   Such a free piston steam engine can be provided with a plurality of piston devices and expansion spaces as described above.

フリーピストン燃焼装置については、次のような燃焼ガスを燃焼空間内に導入することも可能である。即ち、外部で生成してから、対応するピストン装置により画された燃焼空間内へと取り出される燃焼ガスである。   As for the free piston combustion device, the following combustion gas can be introduced into the combustion space. That is, it is a combustion gas that is generated outside and taken out into the combustion space defined by the corresponding piston device.

本発明に係る電気直線駆動部を有するフリーピストン装置の第１実施例の概略図。この実施例の装置は、フリーピストン燃焼装置として構成される。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic of 1st Example of the free piston apparatus which has an electric linear drive part based on this invention. The device of this embodiment is configured as a free piston combustion device. 本発明に係る装置の第２実施例。2 shows a second embodiment of the device according to the invention. 本発明に係る装置の第３実施例。3 shows a third embodiment of the device according to the invention. 燃焼室の概略図。Schematic of the combustion chamber. 本発明に係る装置の第４実施例。4 shows a fourth embodiment of the device according to the invention. 本発明に係る装置の第５実施例。5 shows a fifth embodiment of the device according to the invention. 本発明に係る装置の第６実施例。この実施例の装置は、フリーピストン蒸気エンジンとして構成される。6 shows a sixth embodiment of the device according to the invention. The device of this embodiment is configured as a free piston steam engine.

Claims (63)

少なくとも１つのピストン装置（１８；２０；２０６）をピストン受容部（１２；２０４）内で直線変位するように配したピストン受容部（１２；２０４）を少なくとも１つ備えた、電気直線駆動部（４０）を有するフリーピストン装置であって、
前記ピストン装置（１８；２０；２０６）が走行装置（４６；２１４）を備え、
ステータ装置（４８；２１６）が前記ピストン受容部（１２；２０４）の上に配されると共に、
少なくとも１つの前記ピストン装置（１８；２０；２０６）が膨張空間（３６；３８；２１８；３１２）内で膨張する媒体の作用により駆動可能であるものにおいて、
前記ピストン装置（１８；２０；２０６）の変位の死点が規定可能であるように、前記直線駆動部（４０）を介してピストン行程を可変調節することができること、
を特徴とするフリーピストン装置。 An electric linear drive (at least one piston receiving part (12; 204) arranged to linearly displace at least one piston device (18; 20; 206) in the piston receiving part (12; 204) 40) having a free piston device,
The piston device (18; 20; 206) comprises a travel device (46; 214);
A stator device (48; 216) is arranged on said piston receiving part (12; 204);
In which at least one said piston device (18; 20; 206) is drivable by the action of an expanding medium in the expansion space (36; 38; 218; 312),
The piston stroke can be variably adjusted via the linear drive (40) so that the dead center of displacement of the piston device (18; 20; 206) can be defined;
A free piston device. 請求項１に記載のフリーピストン装置において、上記死点が、上記ピストン受容部（１２；２０４；３０２）に関して空間的に規定可能であることを特徴とするもの。   2. A free piston device according to claim 1, characterized in that the dead point can be spatially defined with respect to the piston receiving part (12; 204; 302). 請求項１又は２に記載のフリーピストン装置において、上記ピストン装置（１８；２０；２０６；３０６）の変位に対する死点が、時間に関して規定可能であることを特徴とするもの。   3. A free piston device according to claim 1 or 2, characterized in that the dead center for the displacement of the piston device (18; 20; 206; 306) can be defined with respect to time. 請求項１〜３のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記ピストン装置（１８；２０；２０６；３０６）の場所が任意の時点において規定可能であるように、該ピストン装置（１８；２０；２０６；３０６）の変位を可変調節することができることを特徴とするもの。   Free piston device according to any of the preceding claims, wherein the piston device (18; 20; 206; 306) can be defined at any point in time so that the location of the piston device (18; 20; 206; 306) can be defined. 206; 306) can be variably adjusted. 請求項１〜４のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記ピストン装置（１８；２０；２０６；３０６）のピストン行程の上死点及び／又は下死点が規定可能であることを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a top dead center and / or a bottom dead center of the piston stroke of the piston device (18; 20; 206; 306) can be defined. What to do. 請求項１〜５のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記ピストン装置（１８；２０；２０６）が、第１の端部にて膨張空間（３６；３８；２１８；３１２）を画し、反対側の端部にて膨張空間でない空間（５８；２３２；３１８）を画することを特徴とするもの。   The free piston device according to any of the preceding claims, wherein the piston device (18; 20; 206) defines an expansion space (36; 38; 218; 312) at a first end, A space (58; 232; 318) that is not an expansion space is defined at the opposite end. 請求項６に記載のフリーピストン装置において、上記直線駆動部（４０）を介して、上記膨張空間（３６；３８；２１８；３１２）における圧縮を調節することができることを特徴とするもの。   The free piston device according to claim 6, characterized in that the compression in the expansion space (36; 38; 218; 312) can be adjusted via the linear drive (40). 請求項６又は７に記載のフリーピストン装置において、上記膨張空間（３６；３８；２１８；３１２）を可変調節することができることを特徴とするもの。   8. The free piston device according to claim 6 or 7, characterized in that the expansion space (36; 38; 218; 312) can be variably adjusted. 請求項６〜８のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記膨張空間（３６；３８；２１８；３１２）の容積及び表面積が調節可能であることを特徴とするもの。   9. The free piston device according to claim 6, wherein the volume and surface area of the expansion space (36; 38; 218; 312) are adjustable. 請求項１〜９のいずれかに記載のフリーピストン装置において、ピストン行程の可変設定が可能であるように上記直線駆動部（４０）を電気的に操作するための制御装置（５６）を設けたことを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 1 to 9, further comprising a control device (56) for electrically operating the linear drive unit (40) so that the piston stroke can be variably set. It is characterized by that. 請求項１〜１０のいずれかに記載のフリーピストン装置において、ピストン装置（１８；２０；２０６；３０６）が、第１ピストン（２４ａ：２８ａ；２０８；３０８）と、前記第１ピストン（２４ａ：２８ａ；２０８；３０８）に固定的に接続された反対側にある第２ピストン（２４ｂ：２８ｂ；２１０；３１０）と、を備えることを特徴とするもの。   11. The free piston device according to claim 1, wherein the piston device (18; 20; 206; 306) includes a first piston (24a: 28a; 208; 308) and the first piston (24a: 28a; 208; 308) and a second piston (24b: 28b; 210; 310) on the opposite side, fixedly connected. 請求項１１に記載のフリーピストン装置において、上記第１ピストン（２４ａ：２８ａ；２０８；３０８）と上記第２ピストン（２４ｂ：２８ｂ；２１０；３１０）との間に、上記走行装置（４６；２１４；３１４）を配したことを特徴とするもの。   12. The free piston device according to claim 11, wherein the traveling device (46; 214) is disposed between the first piston (24a: 28a; 208; 308) and the second piston (24b: 28b; 210; 310). 314). 請求項６〜１２のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記ピストン装置（１８；２０；２０６；３０６）により画された非膨張空間（５８；２３２；３１３）が、該ピストン装置（１８；２０；２０６；３０６）のための弾性空間として形成されることを特徴とするもの。   Free piston device according to any of claims 6 to 12, wherein the non-expanding space (58; 232; 313) defined by the piston device (18; 20; 206; 306) is the piston device (18; 20; 206; 306) formed as an elastic space. 請求項１３に記載のフリーピストン装置において、圧縮性要素及び／又は媒体が、上記弾性空間（５８；２３２；３１３）に収容されることを特徴とするもの。   14. The free piston device according to claim 13, characterized in that a compressible element and / or medium is accommodated in the elastic space (58; 232; 313). 請求項１４に記載のフリーピストン装置において、上記圧縮性要素が、機械的に伸縮する要素であることを特徴とするもの。   15. The free piston device according to claim 14, wherein the compressible element is an element that expands and contracts mechanically. 請求項１４に記載のフリーピストン装置において、上記圧縮性媒体が、圧縮性流体であることを特徴とするもの。   15. The free piston device according to claim 14, wherein the compressible medium is a compressible fluid. 請求項１４に記載のフリーピストン装置において、上記弾性空間（５８；２３２；３１３）内の圧力が、調節及び／又は制御可能であることを特徴とするもの。   15. A free piston device according to claim 14, characterized in that the pressure in the elastic space (58; 232; 313) is adjustable and / or controllable. 請求項１７に記載のフリーピストン装置において、上記弾性空間（５８；２３２；３１３）内の圧力が、該弾性空間を介してポンプ機能及び／又は圧縮機能及び又は吸入機能を実現することができるように制御可能であることを特徴とするもの。   18. The free piston device according to claim 17, wherein the pressure in the elastic space (58; 232; 313) can realize a pump function and / or a compression function and / or a suction function via the elastic space. It is characterized by being controllable. 請求項１７又は１８に記載のフリーピストン装置において、上記弾性空間（５８；２３２；３１３）内の圧力が、該弾性空間を介してピストン装置（１８；２０；２０６；３０６）に関するポンプ効果を実現することができるように制御可能であることを特徴とするもの。   19. Free piston device according to claim 17 or 18, wherein the pressure in the elastic space (58; 232; 313) realizes a pumping effect on the piston device (18; 20; 206; 306) via the elastic space. It is controllable so that it can be done. 第１ピストン装置（１８）及び第２ピストン装置（２０）を備えた請求項１〜１９のいずれかに記載のフリーピストン装置において、
前記ピストン装置（１８，２０）が直線変位するように配され、
前記ピストン装置（１８，２０）がそれぞれ走行装置（４６）を備え、
前記走行装置（４６）の各々と関連付けられたステータ装置（４８）が上記ピストン受容部（１２）の上に配されること、
を特徴とするもの。 The free piston device according to any of claims 1 to 19, comprising a first piston device (18) and a second piston device (20).
The piston device (18, 20) is arranged to be linearly displaced,
The piston devices (18, 20) each include a traveling device (46),
A stator device (48) associated with each of the travel devices (46) is disposed on the piston receiving portion (12);
It is characterized by. 請求項２０に記載のフリーピストン装置において、上記２つのピストン装置（１８，２０）の各々が、該ピストン装置と関連付けられた膨張空間（３６；３８）を有することを特徴とするもの。   21. Free piston device according to claim 20, characterized in that each of the two piston devices (18, 20) has an expansion space (36; 38) associated with the piston device. 請求項２１に記載のフリーピストン装置において、上記膨張空間（３６；３８）が、上記各ピストン装置（１８；２０）の他方のピストン装置（２０；１８）から見て外方に向いたピストン（２４ａ；２８ａ）と、該ピストン（２４ａ；２８ａ）に面するピストン収容壁（３２；３４）との間に形成されることを特徴とするもの。   The free piston device according to claim 21, wherein the expansion space (36; 38) is an outwardly facing piston (20; 18) from the other piston device (20; 18) of each piston device (18; 20). 24a; 28a) and a piston receiving wall (32; 34) facing the piston (24a; 28a). 請求項２０〜２２のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記２つのピストン装置（１８，２０）が、互いに反対の方向に変位可能であることを特徴とするもの。   23. A free piston device according to claim 20, wherein the two piston devices (18, 20) are displaceable in opposite directions. 請求項２０〜２３のいずれかに記載のフリーピストン装置において、追加の膨張空間（１２０）が、上記２つのピストン装置（１０８，１１０）の間に配されることを特徴とするもの。   24. Free piston device according to any of claims 20 to 23, characterized in that an additional expansion space (120) is arranged between the two piston devices (108, 110). 請求項２０〜２３のいずれかに記載のフリーピストン装置において、少なくとも１つの弾性空間（５８）が、上記２つのピストン装置（１８，２０）の間に配されることを特徴とするもの。   24. Free piston device according to any of claims 20 to 23, characterized in that at least one elastic space (58) is arranged between the two piston devices (18, 20). 請求項１〜２５のいずれかに記載のフリーピストン装置において、膨張空間（３６；３８；３１２）におけるガス交換のためのバルブ（６２，６４；３２６，３２８）の少なくとも一が、制御装置（５６）を介して制御可能であることを特徴とするもの。   26. Free piston device according to any of the preceding claims, wherein at least one of the valves (62, 64; 326, 328) for gas exchange in the expansion space (36; 38; 312) is a control device (56). ), Which can be controlled via 請求項２６に記載のフリーピストン装置において、膨張空間（３６；３８；３１２）におけるガス交換のためのバルブ（６２，６４；３２６，３２８）の少なくとも一が、電気的に制御可能であることを特徴とするもの。   27. Free piston device according to claim 26, wherein at least one of the valves (62, 64; 326, 328) for gas exchange in the expansion space (36; 38; 312) is electrically controllable. Features 請求項１〜２７のいずれかに記載のフリーピストン装置において、膨張空間（３６；３８）のための入口バルブ（６４）及び／又は出口バルブ（６２）が、ガスフローを膨張室の壁にほぼ沿って形成することができるように構成して配されることを特徴とするもの。   28. Free piston device according to any of the preceding claims, wherein an inlet valve (64) and / or an outlet valve (62) for the expansion space (36; 38) substantially directs the gas flow to the wall of the expansion chamber. It is configured and arranged so that it can be formed along. 請求項１〜２８のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記膨張空間（３６，３８）の少なくとも一におけるガス交換を制御するためのチャージャ（７０）を少なくとも１つ設けたことを特徴とするもの。   29. The free piston device according to claim 1, wherein at least one charger (70) for controlling gas exchange in at least one of the expansion spaces (36, 38) is provided. thing. 請求項２９に記載のフリーピストン装置において、上記チャージャが、圧縮波チャージャ（７０）であることを特徴とするもの。   30. A free piston device according to claim 29, characterized in that the charger is a compression wave charger (70). 請求項２９又は３０に記載のフリーピストン装置において、上記チャージャ（７０）が、上記各ピストン装置（１８，２０）のための少なくとも１つの膨張空間（３６；３８）に接続されることを特徴とするもの。   31. Free piston device according to claim 29 or 30, characterized in that the charger (70) is connected to at least one expansion space (36; 38) for each piston device (18, 20). What to do. 請求項１〜３１のいずれかに記載のフリーピストン装置において、ピストン装置（１８；２０；２０６）が、はねかけ注油により潤滑されることを特徴とするもの。   32. The free piston device according to claim 1, wherein the piston device (18; 20; 206) is lubricated by splashing lubrication. 請求項１〜３２のいずれかに記載のフリーピストン装置において、予備加熱のための加熱装置を設けたことを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 1 to 32, wherein a heating device for preheating is provided. 請求項３３に記載のフリーピストン装置において、上記ステータ装置（４８）の巻線が加熱要素として使用されるとを特徴とするもの。   34. Free piston device according to claim 33, characterized in that the winding of the stator device (48) is used as a heating element. 請求項１〜３４のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記走行装置（４６）が、少なくとも１つの磁束誘導要素（５２）が関連付けられた磁石要素（５０）を複数備えることを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 1 to 34, characterized in that the traveling device (46) comprises a plurality of magnet elements (50) associated with at least one magnetic flux guiding element (52). thing. 請求項３５に記載のフリーピストン装置において、上記磁石要素（５０）及び上記磁束誘導要素（５２）が、ピストンロッド（２６；３０）の上に着座されることを特徴とするもの。   36. Free piston device according to claim 35, characterized in that the magnet element (50) and the magnetic flux guiding element (52) are seated on a piston rod (26; 30). 請求項３６に記載のフリーピストン装置において、上記磁石要素（５０）及び上記磁束誘導要素（５２）が、上記ピストンロッド（２６；３０）の軸（２２）に関して回転対称を成すように形成されることを特徴とするもの。   37. The free piston device according to claim 36, wherein the magnet element (50) and the magnetic flux guiding element (52) are formed to be rotationally symmetric with respect to the axis (22) of the piston rod (26; 30). It is characterized by that. 請求項３５〜３７のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記磁石要素（５０）及び上記磁束誘導要素（５２）が、交互に配されることを特徴とするもの。   38. The free piston device according to any one of claims 35 to 37, wherein the magnet elements (50) and the magnetic flux guiding elements (52) are alternately arranged. 請求項３５〜３８のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記磁束誘導要素（５２）が、磁気伝導性材料から作られることを特徴とするもの。   39. Free piston device according to any of claims 35 to 38, characterized in that the magnetic flux guiding element (52) is made of a magnetically conductive material. 請求項３５〜３９のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記磁束誘導要素（５２）が、隣接する上記磁石要素（５０）の磁束線を該磁束誘導要素に集中させることができるように構成されることを特徴とするもの。   40. A free piston device according to any of claims 35 to 39, wherein the magnetic flux guiding element (52) is capable of concentrating the magnetic flux lines of the adjacent magnet elements (50) on the magnetic flux guiding element. What is characterized by being. 請求項３５〜４０のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記磁石要素（５０）が、永久磁石であることを特徴とするもの。   41. The free piston device according to claim 35, wherein the magnet element (50) is a permanent magnet. 請求項３５〜４０のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記磁石要素（５０）が、電磁石であることを特徴とするもの。   41. The free piston device according to claim 35, wherein the magnet element (50) is an electromagnet. 請求項１〜４２のいずれかに記載のフリーピストン装置において、ステータ装置（４８）が、上記ピストン受容部（１２）の周囲を巡るリング状主巻線（５４）を備えることを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 1 to 42, wherein the stator device (48) comprises a ring-shaped main winding (54) around the piston receiving portion (12). . 請求項４３に記載のフリーピストン装置において、電気エネルギーを取り出すための追加の２次巻線（８２）を設けたことを特徴とするもの。   44. The free piston device according to claim 43, wherein an additional secondary winding (82) is provided for extracting electrical energy. 請求項４４に記載のフリーピストン装置において、２次巻線（８２）の後に整流器を設けたことを特徴とするもの。   45. Free piston device according to claim 44, characterized in that a rectifier is provided after the secondary winding (82). 請求項２０〜４５のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記２つのピストン装置（１８，２０）の変位を同期させるための同期装置を設けたことを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 20 to 45, further comprising a synchronization device for synchronizing the displacement of the two piston devices (18, 20). 請求項４６に記載のフリーピストン装置において、上記同期装置が上記ピストン受容部（１２）の上に２次巻線（８２）を備えていて、該２次巻線を通過する電流が個別に制御可能であることを特徴とするもの。   47. The free piston device according to claim 46, wherein the synchronizing device comprises a secondary winding (82) on the piston receiving part (12), and the current passing through the secondary winding is individually controlled. It is characterized by being possible. 請求項４６又は４７に記載のフリーピストン装置において、
上記同期装置が上記ピストン受容部（１２）の上に２次巻線（８２）を備えていて、
前記２次巻線（８２）が上記各ピストン装置（１８，２０）と関連付けられると共に互いに電気的に接続されており、
前記２次巻線（８２）の間に補償電流を流すことができることを特徴とするもの。 The free piston device according to claim 46 or 47,
The synchronizer comprises a secondary winding (82) on the piston receiver (12);
The secondary winding (82) is associated with each piston device (18, 20) and electrically connected to each other;
A compensation current can flow between the secondary windings (82). 請求項４８に記載のフリーピストン装置において、電流フローが、電気的に制御可能であることを特徴とするもの。   49. A free piston device according to claim 48, wherein the current flow is electrically controllable. 請求項１〜４９のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記ピストン受容部（１２）におけるピストン装置（１８；２０）の位置が、誘導電圧から制御装置（５６）を介して検知されることを特徴とするもの。   The free piston device according to any of claims 1 to 49, wherein the position of the piston device (18; 20) in the piston receiving part (12) is detected from the induced voltage via the control device (56). It is characterized by. 請求項１〜５０のいずれかに記載のフリーピストン装置において、ピストン装置のための潤滑器が、関連する上記走行装置（４６）を潤滑油で冷却することができるように構成されることを特徴とするもの。   51. Free piston device according to any of the preceding claims, characterized in that a lubricator for the piston device is configured such that the associated travel device (46) can be cooled with lubricating oil. Things to do. 請求項１〜５１のいずれかに記載のフリーピストン装置において、冷却ダクト（８４）を上記ステータ装置（４８）の周囲に配したことを特徴とするもの。   52. The free piston device according to claim 1, wherein a cooling duct (84) is arranged around the stator device (48). 請求項１〜５２のいずれかに記載のフリーピストン装置において、冷却ダクトを上記ピストン受容部（１２）の周囲に配したことを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 1 to 52, wherein a cooling duct is arranged around the piston receiving portion (12). 請求項１３〜５３のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記弾性空間（５８）に、上記圧縮性媒体のための制御可能な入口バルブ及び出口バルブを少なくとも１つずつ設けたことを特徴とするもの。   54. The free piston device according to claim 13, wherein at least one controllable inlet valve and outlet valve for the compressible medium are provided in the elastic space (58). What to do. 請求項１〜５４のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記走行装置（４６）と上記ステータ装置（４８）とが、異なる磁極ピッチを有することを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 1 to 54, wherein the traveling device (46) and the stator device (48) have different magnetic pole pitches. 請求項１〜５５のいずれかに記載のフリーピストン装置において、膨張空間が、燃焼空間（３６；３８；２１８）として構成されることを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 1 to 55, characterized in that the expansion space is configured as a combustion space (36; 38; 218). 請求項５６に記載のフリーピストン装置において、燃焼ガスが燃焼空間（３６；３８；２１８）内で膨張することを特徴とするもの。   57. Free piston device according to claim 56, characterized in that the combustion gas expands in the combustion space (36; 38; 218). 請求項５７に記載のフリーピストン装置において、燃焼ガスが上記燃焼空間（３６；３８；２１８）内で生成されることを特徴とするもの。   58. Free piston device according to claim 57, characterized in that combustion gas is generated in the combustion space (36; 38; 218). 請求項５７に記載のフリーピストン装置において、燃焼ガスを外部で生成して上記燃焼空間内に取り入れることを特徴とするもの。   58. The free piston device according to claim 57, wherein combustion gas is generated outside and taken into the combustion space. 請求項１〜５５のいずれかに記載のフリーピストン装置において、伝熱媒体が、膨張空間（３１２）内で膨張することを特徴とするもの。   The free piston device according to any one of claims 1 to 55, characterized in that the heat transfer medium expands in the expansion space (312). 請求項６０に記載のフリーピストン装置において、上記伝熱媒体が、蒸気であることを特徴とするもの。   61. The free piston device according to claim 60, wherein the heat transfer medium is steam. 請求項６０又は６１に記載のフリーピストン装置において、上記伝熱媒体が上記膨張空間（３１２）の外側で生成される、或いは、上記伝熱媒体にエネルギーが上記膨張空間（３１２）の外側で供給されることを特徴とするもの。   62. The free piston device according to claim 60 or 61, wherein the heat transfer medium is generated outside the expansion space (312) or energy is supplied to the heat transfer medium outside the expansion space (312). What is characterized by being. 請求項６０〜６２のいずれかに記載のフリーピストン装置において、上記膨張空間から排出された媒体のための再冷却装置（３３２）を設けたことを特徴とするもの。

63. The free piston device according to claim 60, further comprising a recooling device (332) for the medium discharged from the expansion space.

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