JP4807186B2 - Control system for free piston engine - Google Patents

Control system for free piston engine Download PDF

Info

Publication number
JP4807186B2
JP4807186B2 JP2006233447A JP2006233447A JP4807186B2 JP 4807186 B2 JP4807186 B2 JP 4807186B2 JP 2006233447 A JP2006233447 A JP 2006233447A JP 2006233447 A JP2006233447 A JP 2006233447A JP 4807186 B2 JP4807186 B2 JP 4807186B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
generator
shaft
cylinder
power generation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006233447A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008057383A (en
Inventor
光一 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2006233447A priority Critical patent/JP4807186B2/en
Publication of JP2008057383A publication Critical patent/JP2008057383A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4807186B2 publication Critical patent/JP4807186B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Description

本発明は、フリーピストンエンジンの制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a free piston engine.

近時、燃焼ガスの有する熱エネルギを高効率に取り出すという観点から、フリーピストンエンジンが注目されている。特許文献１には、フリーピストンエンジンのピストンに設けた永久磁石が、リニア発電機の磁界内を往復動されることにより発電を行うものが開示されている。また、特許文献２には、互いに一体化された左右一対のピストンを行程をずらして運転することにより、左右一対のピストンが一体となって往復動されるようにし、この左右一対のピストンを連結している連結ロッドに、リニア発電機用の永久磁石を保持させたものが開示されている。
特開２００５−１５５３４５号公報 特開２００３−３４３２０２号公報 Recently, a free piston engine has attracted attention from the viewpoint of efficiently extracting thermal energy of combustion gas. Patent Document 1 discloses a technique in which a permanent magnet provided on a piston of a free piston engine generates power by reciprocating in a magnetic field of a linear generator. Further, in Patent Document 2, a pair of left and right pistons that are integrated with each other are operated while shifting their strokes so that the pair of left and right pistons are integrally reciprocated. A connecting rod in which a permanent magnet for a linear generator is held is disclosed.
JP 2005-155345 A JP 2003-343202 A

発電を行うフリーピストンエンジンにおいては、例えば自動車の走行モータへの給電用として用いる等の場合は、要求負荷やバッテリの蓄電量等に応じて発電量を大きく変化させる必要がある。この発電量を変化させるには、ピストン速度を変更することにより達成できるが、フリーピストンエンジンにおいては、通常の自動車用エンジンとは異なって、吸入空気量や燃料噴射量を大きく変化させるという手法によってピストン速度を大きく変化させることが難しいものとなる。すなわち、フリーピストンエンジンでは、その上死点位置と下死点位置とが一定位置に定まらずに、例えば一の気筒の膨張エネルギによって他の気筒の圧縮を行う等のことから、ピストン速度を適正値からかなり低下させてしまうと、圧縮圧力が大きく低下して出力の大幅な低下となるばかりでなく、極端な場合にはエンジンが自動停止してしまうことになる。 In a free piston engine that generates electric power, for example, when it is used for supplying power to a traveling motor of an automobile, it is necessary to largely change the amount of electric power generated according to a required load, an amount of power stored in a battery, or the like. The amount of power generation can be changed by changing the piston speed. However, in a free piston engine, unlike a normal automobile engine, the intake air amount and the fuel injection amount are greatly changed. It becomes difficult to change the piston speed greatly. That is, in a free piston engine, the top dead center position and the bottom dead center position are not fixed, and the piston speed is set appropriately, for example, by compressing another cylinder with the expansion energy of one cylinder. If the value is considerably reduced, not only will the compression pressure be greatly reduced and the output will be greatly reduced, but in an extreme case, the engine will be automatically stopped.

一方、フリーピストンエンジンにおいては、要求される最高出力に応じた最高発電量を確保するために、かなりの高速運転を行うことも要求される。このため、例えば低負荷運転時のような要求発電量が小さいときに、高速運転を行っているときのピストン速度のまま発電を行ったのでは、余剰電力が大きくなり過ぎて、バッテリへの充電のみでは余剰電力を吸収できなかったり、余剰電力を十分に吸収しようとすとバッテリを大型化することが要求され、また余剰電力をバッテリへ急速充電せざるを得ないことにもなってバッテリの耐久性低下や充電損失が大きくなる等の問題を生じてしまう。 On the other hand, a free piston engine is also required to perform a considerably high speed operation in order to secure the maximum power generation amount corresponding to the required maximum output. For this reason, for example, when the required power generation amount is low, such as during low-load operation, if power is generated with the piston speed during high-speed operation, the surplus power becomes too large and the battery is charged. Alone cannot absorb the surplus power, or if the surplus power is sufficiently absorbed, it is required to enlarge the battery, and the surplus power must be quickly charged into the battery. This causes problems such as a decrease in durability and an increase in charge loss.

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、要求発電量に応じた適切な発電量が得られるようにしたフリーピストンエンジンの制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a control device for a free piston engine in which an appropriate power generation amount corresponding to a required power generation amount can be obtained.

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第１の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
シリンダと、
前記シリンダ内に往復動可能に嵌合されると共に該シリンダ内の燃焼圧力を受けるピストンと、
前記ピストンの往復動に応じて発電を行なう第１発電機と、
要求発電量に応じて前記ピストンの慣性質量を変更する慣性質量変更手段と、
を備え、
前記シリンダおよびピストンが一対設けられると共に、一方のピストンの膨張行程時に他方のピストンの圧縮行程時となるように該一対のピストンの行程が互いに異なるように設定され、
前記一対のピストンに対して連動機構を介して連結されて、一方のピストンの膨張行程時に正転されると共に他方のピストンの膨張行程時に逆転されるシャフトが設けられ、
前記第１発電機が、前記シャフトの正逆回転に応じて発電を行う回転式とされ、
前記慣性質量変更手段が、前記第１発電機とは別体とされて前記シャフトの正逆回転に応じて発電を行う回転式の第２発電機と、要求発電量が大きいときに該シャフトと該第２発電機との連結を切断すると共に要求発電量が小さいときに該シャフトと該第２発電機との連結を行うクラッチと、を備えている、
ようにしてある。 In order to achieve the above object, the following first solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 1 in the claims,
A cylinder,
A piston that is reciprocally fitted in the cylinder and receives a combustion pressure in the cylinder;
A first generator for generating electricity in response to reciprocation of the piston;
An inertial mass changing means for changing the inertial mass of the piston according to the required power generation amount;
Bei to give a,
A pair of the cylinder and the piston is provided, and the strokes of the pair of pistons are set to be different from each other so that the expansion stroke of one piston is the compression stroke of the other piston,
A shaft that is connected to the pair of pistons via an interlocking mechanism and is rotated forward during the expansion stroke of one piston and reversed during the expansion stroke of the other piston is provided.
The first generator is a rotary type that generates power in accordance with forward and reverse rotation of the shaft,
The inertial mass changing means is separate from the first generator and generates a rotary second generator that generates power in accordance with forward / reverse rotation of the shaft; and when the required power generation amount is large, the shaft A clutch that disconnects the connection with the second generator and connects the shaft and the second generator when the required power generation amount is small.
It is like that.

上記解決手法によれば、第２発電機のシャフトに対する断続に応じてピストンの慣性質量が変化されることによって、安定した運転が得られるピストン速度の適正値が変化される。つまり、高速でも低速でも安定した運転を行って、要求発電量に応じた適切なピストン速度として、適切な発電量を得ることが可能になる。また、適宜低速での運転が行われることにより、常時高速運転する場合に比して耐久性向上の上でも好ましいものとなる。 According to the above solution, the appropriate value of the piston speed at which stable operation can be obtained is changed by changing the inertial mass of the piston in accordance with the intermittent connection to the shaft of the second generator . That is, it is possible to perform a stable operation at both high speed and low speed and obtain an appropriate power generation amount as an appropriate piston speed corresponding to the required power generation amount. In addition, the operation at an appropriately low speed is preferable in terms of improving the durability as compared with the case of always operating at a high speed.

また、第１、第２の各発電機をそれぞれ回転式として、リニア式発電機の場合に比して発電効率が高くしかもコスト的にも有利なものとすることができる。また、一方のピストンの有する爆発エネルギによって、他方のピストンでの圧縮作用を行わせることができ、ピストンに対して圧縮用（復帰用）のリターンスプリングを別途設ける必要もなくなる。 Further, each of the first and second generators can be of a rotary type, so that the power generation efficiency is higher than that of a linear generator and the cost can be improved. In addition, the explosive energy of one piston can cause the other piston to perform a compression action, and there is no need to separately provide a compression (return) return spring for the piston.

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２、請求項３に記載のとおりである。すなわち、
前記第１発電機が、常時前記シャフトに連結されると共に該シャフトが高速回転されたときに定格出力となるように設定され、
前記第２発電機が、前記第１発電機よりも低速回転のときに定格出力となるように設定されている、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、ピストン速度の大きくなる高速時とピストン速度の小さくなる低速時とにそれぞれ対応した効率のよい発電を行うことができる。 Preferred embodiments based on the above solution are as set forth in claims 2 and 3 in the claims. That is,
The first generator is always connected to the shaft and set to have a rated output when the shaft is rotated at a high speed,
The second generator is set to have a rated output when rotating at a lower speed than the first generator,
(Corresponding to claim 2 ). In this case, efficient power generation corresponding to the high speed at which the piston speed increases and the low speed at which the piston speed decreases can be performed.

前記連動機構が、前記ピストンの往復動によって往復動されるラックと、該ラックに噛合されると共に前記シャフトと連動されたピニオンとを有している、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、ラックとピニオンという簡単な構成を利用して、ピストンの往復動をシャフトの正逆回転に変換することができる。 The interlocking mechanism includes a rack that is reciprocated by the reciprocating motion of the piston, and a pinion that is meshed with the rack and interlocked with the shaft (corresponding to claim 3 ). In this case, the reciprocating motion of the piston can be converted into the forward / reverse rotation of the shaft using a simple configuration of a rack and a pinion.

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第２の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項４に記載のように、
シリンダと、
前記シリンダ内に往復動可能に嵌合されると共に該シリンダ内の燃焼圧力を受けるピストンと、
前記ピストンの往復動に応じて発電を行なう第１発電機と、
要求発電量に応じて前記ピストンの慣性質量を変更する慣性質量変更手段と、
を備え、
前記シリンダおよびピストンが同一軸線上において一対設けられると共に、一方のピストンの膨張行程時に他方のピストンの圧縮行程時となるように該一対のピストンの行程が互いに異なるように設定され、
前記一対のピストン同士が連結ロッドを介して連結されており、
前記第１発電機が、前記連結ロッドに対して機械的に連結されて、該連結ロッドの往復動に応じて発電を行うようにされ、
前記慣性質量変更手段が、前記連結ロッドに対して機械的に連結されて該連結ロッドの往復動に応じて発電を行うと共に前記第１発電機とは別体とされた第２発電機と、要求発電量が大きいときに該連結ロッドと該第２発電機との連結を切断すると共に要求発電量が小さいときに該連結ロッドと該第２発電機との連結を行うクラッチと、を備えている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、第２発電機の連結ロッドに対する断続に応じてピストンの慣性質量が変化されることによって、安定した運転が得られるピストン速度の適正値が変化される。つまり、高速でも低速でも安定した運転を行って、要求発電量に応じた適切なピストン速度として、適切な発電量を得ることが可能になる。また、適宜低速での運転が行われることにより、常時高速運転する場合に比して耐久性向上の上でも好ましいものとなる。また、一対のピストンを２つの発電機に連結させるのに、１つの連結ロッドを有効に利用して行うことができる。また、一方のピストンの有する爆発エネルギによって、他方のピストンでの圧縮作用を行わせることができ、ピストンに対して圧縮用（復帰用）のリターンスプリングを別途設ける必要もなくなる。 In order to achieve the above object, the following second solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 4 in the claims,
A cylinder,
A piston that is reciprocally fitted in the cylinder and receives a combustion pressure in the cylinder;
A first generator for generating electricity in response to reciprocation of the piston;
An inertial mass changing means for changing the inertial mass of the piston according to the required power generation amount;
With
A pair of the cylinder and the piston is provided on the same axis, and the strokes of the pair of pistons are set to be different from each other so that the expansion stroke of one piston is the compression stroke of the other piston,
The pair of pistons are connected via a connecting rod,
The first generator is mechanically connected to the connecting rod so as to generate electric power according to the reciprocating movement of the connecting rod;
The inertial mass changing means is mechanically connected to the connecting rod to generate electric power according to the reciprocating motion of the connecting rod, and a second generator separated from the first generator; provided with a clutch which performs the connection between the connecting rod and the second generator when the required power generation amount together to cut the connection between the connecting rod and the second generator is small when a large required power generation amount Yes,
Ru Citea so. According to the above solution, the appropriate value of the piston speed at which stable operation can be obtained is changed by changing the inertial mass of the piston in accordance with the intermittent connection of the second generator to the connecting rod. That is, it is possible to perform a stable operation at both high speed and low speed and obtain an appropriate power generation amount as an appropriate piston speed corresponding to the required power generation amount. In addition, the operation at an appropriately low speed is preferable in terms of improving the durability as compared with the case of always operating at a high speed. Further, it is possible to effectively use one connecting rod to connect a pair of pistons to two generators. In addition, the explosive energy of one piston can cause the other piston to perform a compression action, and there is no need to separately provide a compression (return) return spring for the piston.

本発明によれば、フリーピストンエンジンによって発電を行う場合に、要求発電量に応じて適切な発電量を得ることができる。 According to the present invention, when power is generated by a free piston engine, an appropriate power generation amount can be obtained according to the required power generation amount.

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

１０は、後述するフリーピストンエンジンであり、エンジン本体１１と第１発電機１２と第２発電機１３を含めたユニット体として構成されている。第１発電機１２によって発電された電力（交流）は、整流器２０によって直流に変換された後、ＤＣ−ＡＣコンバータ２１を介してモータ１に供給される一方、余剰電力はバッテリ２２に供給される。同様に、第２発電機１３によって発電された電力（交流）は、整流器２５によって直流に変換された後、ＤＣ−ＡＣコンバータ２１を介してモータ１に供給される一方、余剰電力はバッテリ２２に供給される。バッテリ２２からの電力が、上記ＤＣ−ＡＣコンバータ２１を介してモータ１に供給されるようにもなっている。制動時の回生エネルギを回収するため、制動時には、モータ１によって発電された電力が、整流器２３によって直流に変換された後、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４によって昇圧されてバッテリ２２に供給される。 Reference numeral 10 denotes a free piston engine, which will be described later, and is configured as a unit body including the engine body 11, the first generator 12, and the second generator 13. The electric power (alternating current) generated by the first generator 12 is converted into direct current by the rectifier 20 and then supplied to the motor 1 via the DC-AC converter 21, while surplus power is supplied to the battery 22. . Similarly, the electric power (alternating current) generated by the second generator 13 is converted into direct current by the rectifier 25 and then supplied to the motor 1 via the DC-AC converter 21, while surplus power is supplied to the battery 22. Supplied. The electric power from the battery 22 is also supplied to the motor 1 via the DC-AC converter 21. In order to recover regenerative energy during braking, the electric power generated by the motor 1 is converted into direct current by the rectifier 23 and then boosted by the DC-DC converter 24 and supplied to the battery 22 during braking.

第１発電機１２は、高速用とされて（高速回転されたときに定格出力が得られるように、コイルの巻き数や磁界場強度等が設定されている）、エンジン本体１１によって常時駆動される一方、第２発電機１３は低速用とされている（低速回転されたときに定格出力が得られるように設定されている）。この第２発電機１３は、クラッチ１４を介してエンジン本体１１に対して断続されるようになっている。すなわち、クラッチ１４は、要求発電量が小さくてエンジン本体１１を低速運転する場合に接続され、要求発電量が大きくてエンジン本体１１を高速運転するときは切断される。 The first generator 12 is used for high speed (the number of turns of the coil, the magnetic field strength, etc. are set so that a rated output can be obtained when rotated at high speed) and is always driven by the engine body 11. On the other hand, the second generator 13 is for low speed use (set to obtain a rated output when rotated at low speed). The second generator 13 is intermittently connected to the engine body 11 via the clutch 14. That is, the clutch 14 is connected when the required power generation amount is small and the engine body 11 is operated at a low speed, and is disconnected when the required power generation amount is large and the engine body 11 is operated at a high speed.

自動車の運転状態に応じた電力供給の流れは、例えば次のように行われるが、フリーピストンエンジン１０による最大発電量は、モータ１による最大出力を確保できる程度に十分に大きいものとされている。
（１）要求発電量が極めて少ないとき
発進時や極軽負荷時でかつバッテリ２２の蓄電量が大きいときである。このときは、各発電機１２、１３での発電は行われず（フリーピストンエンジン１０の停止状態）、バッテリ２２からのみモータ１へ電力が供給される。
（２）要求発電量が少ないとき
軽負荷運転時、または中負荷かつバッテリ２２の蓄電量が多いときである。このときは、クラッチ１４が接続されて、低速用の第２発電機１３での発電が行われて（フリーピストンエンジン１０が作動で、クラッチ１４が接続）、第２発電機１３からモータ１へ電力が供給されると共に、余剰電力はバッテリ２２に蓄電される。なお、高速用の第１発電機１２は駆動されるものの、高速時に定格出力を得る設定とされているために、低速時には発電電圧が極めて小さくなり、事実上低速用の第２発電機１３での発電のみとなる。
（３）要求発電量が中程度のとき
中負荷時、または軽負荷かつバッテリ２２の蓄電量が少ないときである。このときは、第１発電機１２のみ（クラッチ１４の切断）、あるいは事実上第２発電機１３のみ（クラッチ１４の接続）での発電が行われて、モータ１へ電力が供給されると共に、余剰電力はバッテリ２２に蓄電される。
（４）要求発電量が大きいとき
高負荷時、または中負荷かつバッテリ２２の蓄電量が少ないときである。このときは、第１発電機１２でのみ発電が行われて（クラッチ１４は切断）、第１発電機１２からモータ１へ電力が供給されると共に、余剰電力はバッテリ２２に蓄電される。
（５）回生制動時
モータ１が駆動輪２Ｒ、２Ｌによって駆動される発電機として機能されるときである。このときは、モータ１で発電された電力がバッテリ２２に蓄電される。なお、フリーピストンエンジン１０は、停止してもよいが、次の発電に備えて低速で運転を継続させることもできる（クラッチ１４は接続）。 The flow of power supply according to the driving state of the automobile is performed, for example, as follows, and the maximum power generation amount by the free piston engine 10 is sufficiently large to ensure the maximum output by the motor 1. .
(1) When the required power generation amount is very small, when the vehicle is starting or under an extremely light load, and when the storage amount of the battery 22 is large. At this time, the generators 12 and 13 do not generate power (the free piston engine 10 is stopped), and power is supplied to the motor 1 only from the battery 22.
(2) When the required power generation amount is small, during light load operation, or when the load is medium and the battery 22 has a large amount of power storage. At this time, the clutch 14 is connected and power generation is performed by the second generator 13 for low speed (the free piston engine 10 is operated and the clutch 14 is connected), and the second generator 13 moves to the motor 1. While electric power is supplied, surplus power is stored in the battery 22. Although the first generator 12 for high speed is driven, it is set to obtain the rated output at high speed, so that the generated voltage becomes extremely low at low speed, and the second generator 13 for low speed is practically used. Power generation only.
(3) When the required power generation amount is medium, when the load is middle, or when the load is light and the battery 22 has a small amount of electricity stored. At this time, power is generated only by the first generator 12 (disengagement of the clutch 14), or effectively only by the second generator 13 (connection of the clutch 14), and power is supplied to the motor 1, Surplus power is stored in the battery 22.
(4) When the required power generation amount is large, when the load is high, or when the storage amount of the battery 22 is small with a medium load. At this time, power is generated only by the first generator 12 (the clutch 14 is disconnected), electric power is supplied from the first generator 12 to the motor 1, and surplus power is stored in the battery 22.
(5) When the regenerative braking motor 1 functions as a generator driven by the drive wheels 2R, 2L. At this time, the electric power generated by the motor 1 is stored in the battery 22. In addition, although the free piston engine 10 may be stopped, the operation can be continued at a low speed in preparation for the next power generation (the clutch 14 is connected).

次に、フリーピストンエンジン１０について、図２、図３を参照しつつ説明する。まず、フリーピストンエンジン１０は、ハウジング（ケーシング）Ｋを有し、このハウジングＫは、防振ゴム８６を介して車両のフレームに保持されている。ハウジングＫ内には、エンジン本体１１を構成する第１、第２の一対のシリンダ３１，３２が配設されている。第１シリンダ３１内には第１ピストン４１が摺動自在に嵌合され、同様に第２シリンダ３２内には第２ピストン４２が摺動自在に嵌合されている。各シリンダ３１と３２（各ピストン４１と４２）とは、左右に隣り合って配置、より具体的には互いに平行な上下方向に伸びる２つの軸線上に別々に位置するように設定されている（互いに同一軸線上に位置しないように設定されている）。 Next, the free piston engine 10 will be described with reference to FIGS. First, the free piston engine 10 has a housing (casing) K, and this housing K is held on a vehicle frame via a vibration isolating rubber 86. In the housing K, a first and second pair of cylinders 31 and 32 constituting the engine body 11 are disposed. A first piston 41 is slidably fitted in the first cylinder 31, and similarly, a second piston 42 is slidably fitted in the second cylinder 32. The cylinders 31 and 32 (the pistons 41 and 42) are arranged adjacent to each other on the left and right sides, and more specifically, are set to be separately located on two axes extending in the vertical direction parallel to each other ( Set so that they are not located on the same axis).

第１シリンダ３１と第１ピストン４１とによって第１燃焼室５１が画成され、第２シリンダ３２と第２ピストン４２とによって第２燃焼室５２が画成されている。各燃焼室５１，５２には、それぞれ吸気弁５３、排気弁５４および燃料噴射弁５５が配設されて、４サイクルの燃焼が行われるようになっている（実施形態では自己着火式とされて、点火プラグは有しないものとなっている）。すなわち、吸気弁５３が開かれて燃焼室５１（５２）に吸気が供給された後、燃料噴射弁５５から燃料噴射が実行されて燃焼が行われ、その後排気弁が開かれて燃焼室５１（５２）内の排気ガスが外部へ排出されることになる。第１ピストン４１と第２ピストン４２とは、互いに行程が１８０度相違されて、一方のピストンが燃焼圧力を受けるとき（膨張行程にあるとき）、他方のピストンが圧縮行程とされる。このように、一方のピストンの有する爆発エネルギによって、他方のピストンの圧縮作用を行わせるので、各ピストン４１，４２に対して圧縮用のリターンスプリングを別途設ける必要がないものとなっている。 A first combustion chamber 51 is defined by the first cylinder 31 and the first piston 41, and a second combustion chamber 52 is defined by the second cylinder 32 and the second piston 42. Each combustion chamber 51, 52 is provided with an intake valve 53, an exhaust valve 54, and a fuel injection valve 55, respectively, so that four cycles of combustion are performed (in the embodiment, a self-ignition type is used). The spark plug is not provided). That is, after the intake valve 53 is opened and intake air is supplied to the combustion chamber 51 (52), fuel is injected from the fuel injection valve 55 to perform combustion, and then the exhaust valve is opened to open the combustion chamber 51 ( The exhaust gas in 52) is discharged to the outside. The strokes of the first piston 41 and the second piston 42 are different from each other by 180 degrees, and when one piston receives the combustion pressure (when in the expansion stroke), the other piston is set to the compression stroke. As described above, since the compression action of the other piston is performed by the explosion energy of the one piston, it is not necessary to separately provide a return spring for compression for each piston 41, 42.

第１ピストン４１には、その軸線方向に伸ばして一対の第１ラック６１が一体化され、同様に第２ピストン４２には、その軸線方向に伸ばして一対の第２ラック６２が一体化されている。各ラック６１と６２との間には、シャフト６５が配設されている。このシャフト６５は、エンジン本体１１のハウジング（ケーシング）Ｋに回転可能に保持されている。各ピストン４１，４２に設けられた一対のラック６１，６２は、ピストン４１，４２の径方向に離れた位置となるように位置されている。 The first piston 41 extends in the axial direction and a pair of first racks 61 are integrated. Similarly, the second piston 42 extends in the axial direction and the pair of second racks 62 are integrated. Yes. A shaft 65 is disposed between the racks 61 and 62. The shaft 65 is rotatably held in a housing (casing) K of the engine body 11. The pair of racks 61 and 62 provided in the pistons 41 and 42 are positioned so as to be separated from each other in the radial direction of the pistons 41 and 42.

シャフト６５には、その軸線方向に小間隔をあけて一対のピニオン６６が一体的に取付けられている。そして、このピニオン６６に対して、第１ラック６１および第２ラック６２が噛合されている。すなわち、各ラック６１，６２によって、シャフト６５つまりピニオン６６が径方向から挟まれた形式でもって、各ラック６１，６２がピニオン６６に噛合されている。これにより、ピニオン６６の径方向一方側からのみラックが噛合される場合に比して、シャフト６５つまりピニオン６６に対して片持ち式に外力が大きく作用することが防止される。なお、各ピストン４１，４２に対して一対のラック（ピニオン）を設けたのは、ピストン４１，４２に対して作用するラックからの反力が片持ち式に作用しないようにする等のためであり、１つのピストンに対して１つのラック（ピニオン）のみを設けるようにしてもよい。このように、ラックアンドピニオン機構を利用して、ピストン４１，４２の往復動に応じて、シャフト６５が正逆回転されることになる。 A pair of pinions 66 are integrally attached to the shaft 65 at small intervals in the axial direction. The first rack 61 and the second rack 62 are engaged with the pinion 66. That is, the racks 61 and 62 are meshed with the pinions 66 in a form in which the shaft 65, that is, the pinion 66 is sandwiched from the radial direction by the racks 61 and 62. This prevents a large external force from acting on the shaft 65, that is, the pinion 66 in a cantilevered manner, as compared with the case where the rack is engaged only from one radial side of the pinion 66. The reason for providing a pair of racks (pinions) for each piston 41, 42 is to prevent the reaction force from the rack acting on the pistons 41, 42 from acting in a cantilevered manner. Yes, only one rack (pinion) may be provided for one piston. In this way, the shaft 65 is rotated forward and backward in accordance with the reciprocation of the pistons 41 and 42 using the rack and pinion mechanism.

シャフト６５には、前述した吸気弁５３用の駆動カム７１，および排気弁５４用のカム７２が一体的に設けられている。図３において、一対のピニオン６６を挟んで図中左方側のカム７１，７２が、一方のシリンダ３１（一方のピストン４１）用であり、図中右方側のカム７１，７２が他方のシリンダ３２（他方のピストン４２）用である。 The shaft 65 is integrally provided with the drive cam 71 for the intake valve 53 and the cam 72 for the exhaust valve 54 described above. In FIG. 3, the cams 71 and 72 on the left side in the figure across the pair of pinions 66 are for one cylinder 31 (one piston 41), and the cams 71 and 72 on the right side in the figure are the other. This is for the cylinder 32 (the other piston 42).

一方のシリンダ３１における吸気弁５３に着目して、カム７１との機械的な連動関係について説明する。図３において、ハウジングＫには、シリンダ３１の上方位置においてロッカアームシャフト８１が保持され、このロッカアームシャフト８１に、ロッカアーム８２が揺動自在に保持されている。このロッカアーム８２の一端部が吸気弁５３と係合されて、吸気弁５３を開弁方向に押圧可能となっている。勿論、吸気弁５３は、図示を略すリターンスプリングによって、閉弁方向に常時付勢されている。 Focusing on the intake valve 53 in one cylinder 31, the mechanical interlocking relationship with the cam 71 will be described. In FIG. 3, a rocker arm shaft 81 is held at a position above the cylinder 31 in the housing K, and a rocker arm 82 is swingably held on the rocker arm shaft 81. One end of the rocker arm 82 is engaged with the intake valve 53 so that the intake valve 53 can be pressed in the valve opening direction. Of course, the intake valve 53 is always urged in the valve closing direction by a return spring (not shown).

上記ロッカアーム８２の他端部には、上下方向に伸びるタペット８３の上端部が、回動可能に連結されている。このタペット８３の下端部は、吸気弁５３用の駆動カム７１に対して常時当接されている。これにより、ピストン４１，４２の往復動に応じてシャフト６５が正逆回転されると、カム７１も正逆回転されて、ロッカアーム８２がロッカアームシャフト８１を中心として揺動され、これにより、吸気弁５３が所定のタイミングで開閉されて、吸気、圧縮、膨張、排気という４サイクルでの各行程が行われることになる。 An upper end portion of a tappet 83 extending in the vertical direction is connected to the other end portion of the rocker arm 82 so as to be rotatable. The lower end portion of the tappet 83 is always in contact with the drive cam 71 for the intake valve 53. As a result, when the shaft 65 is rotated forward and backward according to the reciprocating motion of the pistons 41 and 42, the cam 71 is also rotated forward and backward, and the rocker arm 82 is swung around the rocker arm shaft 81, whereby the intake valve 53 is opened and closed at a predetermined timing, and four strokes of intake, compression, expansion, and exhaust are performed.

シリンダ３２における排気弁５４や、シリンダ３２における吸気弁５３，排気弁５４についても、シリンダ３１における吸気弁５３と同様に、ロッカアームやタペットを介して所定タイミングでもって開閉駆動されることになる。 Similarly to the intake valve 53 in the cylinder 31, the exhaust valve 54 in the cylinder 32 and the intake valve 53 and the exhaust valve 54 in the cylinder 32 are driven to open and close at a predetermined timing via a rocker arm and a tappet.

シャフト６５に対して、第１発電機１２、第２発電機１３が直列に配置され、各発電機１２と１３との間にクラッチ１４が配設されている。第１発電機１２は、シャフト６５に対して常時連結されている。また、第２発電機１３は、クラッチ１４が接続されたとき、第１発電機１２（の上記ロータ）を介してシャフト６５に連結される。 A first generator 12 and a second generator 13 are arranged in series with respect to the shaft 65, and a clutch 14 is arranged between the generators 12 and 13. The first generator 12 is always connected to the shaft 65. Moreover, the 2nd generator 13 is connected with the shaft 65 via the 1st generator 12 (the said rotor), when the clutch 14 is connected.

各発電機１２、１３は、永久磁石を保持したロータおよび固定コイルを有する回転式とされて、シャフト６５が回転されることにより永久磁石を保持したロータが回転され、これによりロータの周囲に設けたコイルに誘導起電力が発生されて発電されることになる。このような回転式の発電機１２、１３にあっては、同じ発電量を得るのであれば、リニア式発電機よりもより発電効率の高いものとなり、かつコストも安価になる。なお、発電機１２、１３は、高熱となるシリンダ３１，３２の外部に位置されているので（特にシリンダ３１，３２から離れた位置に設置されているので）、より発電効率を高める上でも好ましいものとなっている。 Each of the generators 12 and 13 is a rotary type having a rotor holding a permanent magnet and a fixed coil, and the rotor holding the permanent magnet is rotated by rotating the shaft 65, so that the rotor is provided around the rotor. Inductive electromotive force is generated in the coil and power is generated. In such rotary generators 12 and 13, if the same power generation amount is obtained, the power generation efficiency is higher than that of the linear generator, and the cost is reduced. In addition, since the generators 12 and 13 are located outside the cylinders 31 and 32 that become high heat (especially because they are installed at positions away from the cylinders 31 and 32), they are also preferable for further improving the power generation efficiency. It has become a thing.

高速用となる第１発電機１２は、例えばピストン速度が２０ｍ／ｓｅｃのときに定格出力が得られるように設定され、低速用の第２発電機１３は、例えばピストン速度が５ｍ／ｓｅｃのときに定格出力が得られるように設定されて、両発電機１２と１３との特性が互いに相違されている。すなわち、第１発電機１２は、シャフト６５が高速で正逆回転されるときに効率よく大きな電圧を発生する一方、シャフト６５の正逆回転速度が大きく低下すると、十分な発電を行えない（発電電圧が極端に低下する）ものとなる。これとは逆に、第２発電機１３は、シャフト６５が低速で正逆回転されるときに効率よく大きな電圧を発生する一方、シャフト６５の正逆回転速度が大きく上昇すると、十分な発電を行えない（発電電圧が極端に低下する）ものとなる。 The first generator 12 for high speed is set to obtain a rated output when the piston speed is 20 m / sec, for example, and the second generator 13 for low speed is set for example when the piston speed is 5 m / sec. The generators 12 and 13 have different characteristics from each other. That is, the first generator 12 efficiently generates a large voltage when the shaft 65 is rotated forward and backward at high speed, but cannot sufficiently generate power when the forward and reverse rotational speed of the shaft 65 is greatly reduced (power generation). The voltage drops extremely). On the other hand, the second generator 13 efficiently generates a large voltage when the shaft 65 is rotated forward and reverse at a low speed, while generating sufficient power when the forward and reverse rotational speed of the shaft 65 is greatly increased. It cannot be performed (the generated voltage is extremely reduced).

ここで、一般的に、ピストン速度が大きくなるほど大きな発電量が得られるが、フリーピストンエンジンにおいては、安定した運転を得るためのピストン速度には適正値（適正幅）がある。すなわち、フリーピストンエンジンにおいては、安定した運転がピストンの共振周波数域において得られる一方、共振周波数はピストンの「慣性質量の１／２乗」に反比例する。つまり、ピストンの慣性質量が大きいほど、共振周波数が小さくなって低速での安定運転を得ることができ、ピストンの慣性質量が小さいほど共振周波数が大きくなって高速での安定運転を得ることができる。なお、ピストンの慣性質量は、ピストン単体での質量に加えて、ピストンに機械的に連動された各種部材の質量を加味した値となる（ピストンと共に一体的に動く全部材の慣性質量ということになる）。 Here, generally, as the piston speed increases, a larger amount of power generation can be obtained. However, in a free piston engine, there is an appropriate value (appropriate width) for the piston speed for obtaining stable operation. That is, in a free piston engine, stable operation is obtained in the resonance frequency range of the piston, while the resonance frequency is inversely proportional to the “1/2 of the inertial mass” of the piston. In other words, the higher the inertial mass of the piston, the lower the resonance frequency and the lower the stable operation, and the smaller the inertial mass of the piston, the higher the resonance frequency and the stable operation at the high speed. . Note that the inertial mass of the piston takes into account the mass of various members mechanically linked to the piston in addition to the mass of the piston itself (the inertial mass of all members that move together with the piston). Become).

要求発電量が大きくて大きなピストン速度が要求されるときは、クラッチ１４を切断して質量体としての第２発電機１３がピストンの慣性質量として作用しないようにしてあるので、相対的にピストンの慣性質量は小さいものとなり、高速での安定運転が得られると共に、高速用として設定された第１発電機１２による効率的な発電が行われることになる。逆に、要求発電量が小さくて小さなピストン速度が要求されるときは、クラッチ１４を接続して質量体としての第２発電機１３がピストンの慣性質量として作用するようにしてあるので、ピストンの慣性質量は大きいものとなり、低速での安定運転が得られると共に、低速用として設定された第１発電機１２による効率的な発電が行われることになる。 When the required power generation amount is large and a large piston speed is required, the clutch 14 is disengaged so that the second generator 13 as the mass body does not act as the inertial mass of the piston. The inertial mass is small, stable operation at high speed is obtained, and efficient power generation by the first generator 12 set for high speed is performed. Conversely, when the required power generation amount is small and a small piston speed is required, the clutch 14 is connected so that the second generator 13 as the mass body acts as the inertial mass of the piston. The inertial mass is large, stable operation at low speed is obtained, and efficient power generation is performed by the first generator 12 set for low speed.

上述した要求発電量に応じて発電態様を切り替えるために、電磁式のクラッチ１４の断続制御等が、図１に示すように、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラＣＵによって制御される。そして、コントローラＣＵには、アクセル開度センサ１５で検出されたアクセル開度信号、ブレーキセンサ１６で検出されたブレーキ信号、および蓄電センサ１７で検出されたバッテリ２２の蓄電量信号が入力される。なお、アクセル開度、ブレーキ信号およびバッテリ蓄電量は、要求発電量を決定するためのパラメータとして用いられる。 In order to switch the power generation mode in accordance with the above-described required power generation amount, the on / off control of the electromagnetic clutch 14 is controlled by a controller CU configured using a microcomputer as shown in FIG. The controller CU receives an accelerator opening signal detected by the accelerator opening sensor 15, a brake signal detected by the brake sensor 16, and a storage amount signal of the battery 22 detected by the storage sensor 17. The accelerator opening, the brake signal, and the battery storage amount are used as parameters for determining the required power generation amount.

次に、図４に示すフローチャートを参照しつつ、コントローラＣＵの制御例について説明する。なお、以下の説明でＳはステップを示す。まず、Ｓ１において、
アクセル開度とブレーキ信号の有無と蓄電量とが読み込まれる。次いでＳ２において、図５に示すマップから、アクセル開度に応じた要求出力が決定される。要求出力は、アクセル開度が大きいほど大きくされ、アクセル開度がある程度以上大きくなると要求出力は上限値の言って一とされる。次いで、Ｓ３において、要求出力とバッテリ蓄電量とに基づいて、図示を略すをマップ等から、要求発電量が決定される。要求発電量は、バッテリ蓄電量が小さいほどかつ要求出力が大きいほど、大きくなるように決定される。 Next, a control example of the controller CU will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the following description, S indicates a step. First, in S1,
The accelerator opening, the presence / absence of a brake signal, and the storage amount are read. Next, in S2, a required output corresponding to the accelerator opening is determined from the map shown in FIG. The required output is increased as the accelerator opening is increased, and when the accelerator opening is increased to a certain degree, the required output is set to the upper limit value. Next, in S3, the required power generation amount is determined from a map (not shown) based on the required output and the battery storage amount. The required power generation amount is determined so as to increase as the battery storage amount decreases and the required output increases.

Ｓ３の後、Ｓ４において、要求発電量がゼロであるか否かが判別される。このＳ４での判別は、前述した運転状態に応じた発電態様の（１）または（５）の状態であるか否かの判別となる。このＳ４の判別でＹＥＳのときは、Ｓ５において、現在エンジン（エンジン本体１１）が作動中であるか否かが判別される。このＳ５の判別でＹＥＳのときは、Ｓ６においてエンジンを停止させた後、リターンされる。Ｓ５の判別でＮＯのときは、Ｓ６を経ることなくなくそのままリターンされる。 After S3, in S4, it is determined whether or not the required power generation amount is zero. The determination in S4 is a determination as to whether or not the power generation mode (1) or (5) is in accordance with the above-described operation state. If the determination in S4 is YES, it is determined in S5 whether or not the engine (engine body 11) is currently operating. If the determination in S5 is YES, the engine is stopped in S6 and then the process returns. If NO in S5, the process returns without passing through S6.

前記Ｓ４の判別でＮＯのときは、Ｓ７において、現在エンジン作動中であるか否かが判別される。このＳ７の判別でＮＯのときは、Ｓ９においてエンジンを作動させた後Ｓ８に移行され、Ｓ７の判別でＹＥＳのときはＳ９を経ることなくＳ８に移行される。Ｓ８では、要求発電量が、低速用発電機１３の最大出力以上であるか否かが判別される。このＳ８の判別でＮＯのときは、低速用発電機１３で発電を行うときであり、このときは、まずＳ１０において、クラッチ１４が接続されているか否かが判別される。このＳ１０の判別でＹＥＳのときは、クラッチ１４が接続されていて低速用発電機１３で発電が可能な状態になっているときなので、そのままリターンされる。 If the determination in S4 is NO, it is determined in S7 whether the engine is currently operating. When the determination in S7 is NO, the engine is operated in S9 and then the process proceeds to S8. When the determination in S7 is YES, the process proceeds to S8 without passing through S9. In S8, it is determined whether or not the required power generation amount is equal to or greater than the maximum output of the low speed generator 13. When the determination in S8 is NO, it is a time when power is generated by the low-speed generator 13. In this case, first, in S10, it is determined whether or not the clutch 14 is connected. When the determination in S10 is YES, the clutch 14 is connected and the low-speed generator 13 is in a state where power generation is possible.

上記Ｓ１０の判別でＮＯのときは、Ｓ１１において、ピストン速度が所定速度（０あるいは０に近い速度）であるか否かが判別される。このＳ１１の判別でＹＥＳのときは、Ｓ１２において、クラッチ１４を接続した後、リターンされる。また、Ｓ１１の判別でＮＯのときは、ピストン速度が所定速度以下になるのを待って、Ｓ１２へ移行される。このように、ピストン速度が小さいときにクラッチ１４を接続することにより、クラッチ１４の接続に起因するショックが防止あるいは低減されることになる。 If the determination in S10 is NO, it is determined in S11 whether or not the piston speed is a predetermined speed (0 or a speed close to 0). If the determination in S11 is YES, in S12, after the clutch 14 is connected, the process returns. If NO in S11, the process waits for the piston speed to become equal to or lower than the predetermined speed, and the process proceeds to S12. Thus, by connecting the clutch 14 when the piston speed is low, the shock caused by the connection of the clutch 14 is prevented or reduced.

前記Ｓ８の判別でＹＥＳのときは、高速用の第１発電機１２でのみ発電を行うときで、クラッチ１４を切断すべき状態である。このときは、まず、Ｓ１３において、クラッチ１４が接続中であるか否かが判別される。このＳ１３の判別でＮＯのときは、既にクラッチ１４が接続されているときなので、そのままリターンされる。上記Ｓ１３の判別でＹＥＳのときは、Ｓ１４において、ピストン速度が所定速度（０あるいは０に近い速度）であるか否かが判別される。このＳ１４の判別でＹＥＳのときは、Ｓ１５において、クラッチ１４を切断した後、リターンされる。また、Ｓ１４の判別でＮＯのときは、ピストン速度が所定速度以下になるのを待って、Ｓ１５へ移行される。このように、ピストン速度が小さいときにクラッチ１４を切断することにより、クラッチ１４の切断に起因するショックが防止あるいは低減されることになる。 When the determination in S8 is YES, the clutch 14 is to be disengaged when power is generated only by the first generator 12 for high speed. At this time, first, in S13, it is determined whether or not the clutch 14 is engaged. If the determination in S13 is NO, the clutch 14 has already been connected, so the process returns. If the determination in S13 is YES, it is determined in S14 whether the piston speed is a predetermined speed (0 or a speed close to 0). If the determination in S14 is YES, in S15, the clutch 14 is disengaged and then the process returns. If NO in S14, the process waits for the piston speed to become equal to or lower than the predetermined speed, and the process proceeds to S15. Thus, by disconnecting the clutch 14 when the piston speed is low, shock due to the disconnection of the clutch 14 is prevented or reduced.

図６は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前述の実施形態と同一構成要素には同一符合を付してその重複した説明は省略する。本実施形態では、両端がそれぞれ閉じられた円筒状部材によって構成されたシリンダ部材３０を有する。シリンダ部材３０は、その一端部側に第１シリンダ３１が構成される一方、その他端部側に第２シリンダ３２が構成されている。第１シリンダ３１内には第１ピストン４１が摺動自在に嵌合され、第２シリンダ３２内には第２ピストン４２が摺動自在に嵌合されている。各ピストン４１と４２とは、連結ロッド４３によって連結されて互いに一体化されている。第１ピストン４１と第２ピストン４２とは、互いに行程が１８０度相違されて、一方のピストンが燃焼圧力を受けるとき（膨張行程にあるとき）、他方のピストンが圧縮行程とされる。これにより、一対のピストン４１、４２と連結ロッド４３とのユニット体は、互いに一体となって、シリンダ部材３０の軸線方向に往復動されることになる。なお、図６では、吸気弁、排気弁等は図示を略してある。 FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. The same components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted. In this embodiment, it has the cylinder member 30 comprised by the cylindrical member by which both ends were each closed. As for the cylinder member 30, the 1st cylinder 31 is comprised in the one end part side, and the 2nd cylinder 32 is comprised in the other edge part side. A first piston 41 is slidably fitted in the first cylinder 31, and a second piston 42 is slidably fitted in the second cylinder 32. The pistons 41 and 42 are connected by a connecting rod 43 and integrated with each other. The strokes of the first piston 41 and the second piston 42 are different from each other by 180 degrees, and when one piston receives the combustion pressure (when in the expansion stroke), the other piston is set to the compression stroke. Thereby, the unit bodies of the pair of pistons 41 and 42 and the connecting rod 43 are integrated with each other and reciprocated in the axial direction of the cylinder member 30. In FIG. 6, the intake valve and the exhaust valve are not shown.

上記連結ロッド４３にはラック６１Ａ、６１Ｂが一体的に形成されている。このラック６１Ａ、６１Ｂは、前記実施形態における一対のラック６１，６２に相当するものである。一対のピストン４１と４２との間には、連結ロッド４３の付近において、連結ロッド４３を挟んで対象位置において一対のシャフト６５Ａ、６５Ｂが配設されている。このシャフト６５Ａに一体的に設けたピニオン６６Ａが、上記ラック６１Ａに噛合されている。また、シャフト６５Ｂに一体的に設けたピニオン６６Ｂが、上記ラック６１Ｂに噛合されている。そして、シャフト６５Ａには第１発電機１２が常時連結される一方、シャフト６５Ｂには、クラッチ１４を介して第２発電機１３が連結されている。なお、シリンダ部材３０には、ピニオン６６Ａ、６６Ｂとの干渉そ避けるための切欠３０ａ、３０ｂが形成されている。 Racks 61A and 61B are integrally formed on the connecting rod 43. The racks 61A and 61B correspond to the pair of racks 61 and 62 in the embodiment. Between the pair of pistons 41 and 42, a pair of shafts 65 </ b> A and 65 </ b> B are disposed in the vicinity of the connecting rod 43 at the target position with the connecting rod 43 interposed therebetween. A pinion 66A provided integrally with the shaft 65A is meshed with the rack 61A. A pinion 66B provided integrally with the shaft 65B is meshed with the rack 61B. The first generator 12 is always connected to the shaft 65A, while the second generator 13 is connected to the shaft 65B via the clutch 14. The cylinder member 30 is formed with notches 30a and 30b for avoiding interference with the pinions 66A and 66B.

本実施形態では、ピストン４１，４２の往復動に応じて、連結ロッド４３も往復動され、これに伴って、シャフト６５Ａ、６５Ｂが正逆回転されて、回転式の発電機１２、１３によって発電されることになる。勿論、高速時にクラッチ１４が切断されて１発電機１２のみによる発電が行われ、低速時にはクラッチ１４が接続されて第２発電機１３による発電が行われる。本実施形態では、１つの連結ロッド４３が、２つのピストン４１，４２を発電機１２，１３と連動させるための共通用とされている。 In the present embodiment, the connecting rod 43 is also reciprocated in accordance with the reciprocating motion of the pistons 41 and 42, and accordingly, the shafts 65 </ b> A and 65 </ b> B are rotated forward and backward to generate power by the rotary generators 12 and 13. Will be. Of course, the clutch 14 is disengaged at high speed and power is generated only by the first generator 12, and at low speed, the clutch 14 is connected and power is generated by the second generator 13. In the present embodiment, one connecting rod 43 is for common use for interlocking the two pistons 41 and 42 with the generators 12 and 13.

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。ピストンは、図２や図６に示す構造のものを複数段並置したものであってもよい（例えば、図３において、シャフト６５の軸線方向に間隔をあけてピストン（シリンダ）を複数設置する構造で、シャフト６５は全てのピストン共通の１本とされる）。例えば、図２に示す構造のものを３段並置して（ピストンつまり燃焼室の数は合計で６個）、１つの燃焼室の排気量を３３０ｃｃとした場合には、総排気量１９８０ｃｃのフリーピストンエンジンが得られることになる。往復動されるピストンによってシャフト６５（６５Ａ、６５Ｂ）を正逆回転させるための機械的な連動機構は適宜の形式のものを採択できるが、歯車を利用したものが、精度よく連動させる上でかつ極力簡単な構成にする等の上で好ましいものとなる。シャフト６５（６５Ａ、６５Ｂ）とピストンとの連動機構中にチェーン等の巻掛け媒介節を介在させてもよく、この場合は、シャフト６５（６５Ａ、６５Ｂ）や発電機１２、１３の配設位置の選択の自由度が高まることになる。 Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the scope of claims. For example, the invention includes the following cases. . The piston may be obtained by a plurality of stages juxtaposed with structures shown in FIGS. 2 and 6 (e.g., in FIG. 3, a plurality placed piston (cylinder) at intervals in the axial direction of the shaft 65 structure The shaft 65 is one common to all pistons). For example, when three stages of the structure shown in FIG. 2 are juxtaposed (the number of pistons or combustion chambers is 6 in total) and the displacement of one combustion chamber is 330 cc, the total displacement of 1980 cc is free. A piston engine will be obtained. An appropriate type of mechanical interlocking mechanism for rotating the shaft 65 (65A, 65B) in the forward and reverse directions by the reciprocating piston can be selected. This is preferable for making the structure as simple as possible. A winding intermediate node such as a chain may be interposed in the interlocking mechanism between the shaft 65 (65A, 65B) and the piston. In this case, the arrangement position of the shaft 65 (65A, 65B) and the generators 12, 13 is also possible. The degree of freedom of selection will increase.

２つの発電機１２と１３とを、それぞれ、別個のクラッチを介してシャフト６５（ピストン）に断続させるようにしてもよい。この場合、高速時には、第１発電機１２用のクラッチのみを接続すると共に第２発電機１３用のクラッチを切断し、逆に、低速時には第２発電機１３用のクラッチのみを接続すると共に、第１発電機１２用のクラッチを切断すればよい（ただし、この場合は、低速用の発電機１３に別途重りをつける等により、十分に慣性質量が大きくなるようにしておく等のことが必要となる）。質量体として、発電機以外に、例えば比重の大きい金属からなる単なる重りをピストンに対して断続させるようにしてもよい。また、慣性質量の変更は、２段階に限らず、３段階以上の多段階にすることもでき、多段階にするほど、要求発電量にきめ細かく対応することができる。 The two generators 12 and 13 may be intermittently connected to the shaft 65 (piston) via separate clutches. In this case, at the time of high speed, only the clutch for the first generator 12 is connected and the clutch for the second generator 13 is disconnected, and conversely, at the low speed, only the clutch for the second generator 13 is connected, The clutch for the first generator 12 may be disengaged (in this case, it is necessary to make the inertial mass sufficiently large by attaching a separate weight to the generator 13 for low speed, etc.) Becomes). As the mass body, in addition to the generator, for example, a simple weight made of a metal having a large specific gravity may be intermittently connected to the piston. In addition, the change of the inertial mass is not limited to two stages, and can be made in three or more stages. The more the number of stages, the more precisely the required power generation can be handled.

発電機１２、１３は、回転式とすることなく、従来一般的に採用されているリニア式とすることもでき、この場合は、正逆回転されるシャフト６５（６５Ａ、６５Ｂ）を必ずしも必要としない。リニア式の発電機を用いる場合は、例えば、図６において、ピニオン６５Ａ、６５Ｂに噛合されるラックを有する磁石保持体をシリンダ部材３０の軸線方向に伸ばして往復動可能に配設して、この磁石保持体に永久磁石をシリンダ部材３０の軸線方向に伸ばして保持させる共に、この永久磁石に近接させて、シリンダ部材３０の軸線方向に伸ばしてコイルを配設すればよい。また、磁石保持体を別途設けることなく、連結ロッド４３に直接永久磁石を保持させてよい（ただし、連結ロッド４３に断続される質量体としての発電機あるいは単なる重りは、クラッチを介して連結ロッドに断続されるように構成される）。 The generators 12 and 13 may be a linear type that has been generally adopted instead of a rotary type. In this case, a shaft 65 (65A, 65B) that is normally and reversely rotated is necessarily required. do not do. In the case of using a linear generator, for example, in FIG. 6, a magnet holder having a rack meshed with the pinions 65A and 65B is arranged in the axial direction of the cylinder member 30 so as to be reciprocally movable. The permanent magnet may be extended and held in the axial direction of the cylinder member 30 by the magnet holder, and the coil may be disposed so as to be close to the permanent magnet and extended in the axial direction of the cylinder member 30. In addition, the permanent magnet may be directly held by the connecting rod 43 without providing a separate magnet holder (however, a generator or a simple weight that is intermittently connected to the connecting rod 43 may be connected to the connecting rod 43 via a clutch). Configured to be intermittent).

吸気弁５３，排気弁５４をシャフト６５によって開閉駆動する場合、カム７１，７２を直接シャフト６５に設けることなく、例えばシリンダ３１，３２の上部にカムシャフトを配設して、シャフト６５とカムシャフトとをチェーン等によって連動させるようにしてもよい（いわゆるオーバヘッドカムシャフト形式）。勿論、吸気弁５３，排気弁５４は、シャフト６５に対して機械的に連動されることなく、電磁式に駆動されるものであってもい。フリーピストンエンジンは、火花点火式であってもよく、あるいは２サイクル式（この場合は吸気弁および排気弁は不用となる）にする等、適宜の形式を採択することができる。フリーピストンエンジンは、自動車用に限らず、定置式の発電用等に用いる等、その使用範囲は限定されないものである。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。 When the intake valve 53 and the exhaust valve 54 are driven to be opened and closed by the shaft 65, the cams 71 and 72 are not directly provided on the shaft 65, but a cam shaft is provided, for example, above the cylinders 31 and 32. May be interlocked by a chain or the like (so-called overhead camshaft type). Of course, the intake valve 53 and the exhaust valve 54 may be electromagnetically driven without being mechanically linked to the shaft 65. The free piston engine may be a spark ignition type, or may adopt an appropriate type such as a two-cycle type (in this case, the intake valve and the exhaust valve are unnecessary). The use range of the free piston engine is not limited, for example, not only for automobiles but also for stationary power generation. Of course, the object of the present invention is not limited to what is explicitly stated, but also implicitly includes providing what is substantially preferred or expressed as an advantage.

フリーピストンエンジンを自動車の走行用モータへの給電用として利用した場合の実施形態を示す全体系統図。The whole system diagram which shows embodiment at the time of utilizing a free piston engine for the electric power feeding to the motor for driving | running | working a motor vehicle. 本発明によるフリーピストンエンジンの一例を示す断面側面図。1 is a cross-sectional side view showing an example of a free piston engine according to the present invention. 図２のＸ３−Ｘ３線相当での全体断面図。FIG. 3 is an overall cross-sectional view corresponding to line X3-X3 in FIG. 本発明の制御例を示すフローチャート。The flowchart which shows the example of control of this invention. アクセル開度と要求出力との関係を示すマップ。A map showing the relationship between the accelerator opening and the required output. 本発明の第２の実施形態を示すもので、図２に対応した図。The 2nd Embodiment of this invention is shown, and the figure corresponding to FIG.

１：モータ
２Ｒ、２Ｌ：駆動輪
１０：フリーピストンエンジン
１１：エンジン本体
１２：第１発電機（高速用）
１３：第２発電機（低速用）
１４：クラッチ（第２発電機の断続用）
１５：アクセル開度センサ
１６：ブレーキセンサ
１７：蓄電量センサ
２２：バッテリ
３１：第１シリンダ
３２：第２シリンダ
４１：第１ピストン
４２：第２ピストン
４３：連結ロッド
５１：第１燃焼室
５２：第２燃焼室
５３：吸気弁
５４：排気弁
５５：燃料噴射弁
６１，６２：ラック（連動機構）
６１Ａ、６１Ｂ：ラック（連動機構）
６５：シャフト（正逆回転）
６５Ａ、６５Ｂ：シャフト（正逆回転）
６６：ピニオン（連動機構）
６６Ａ、６６Ｂ：ピニオン（連動機構）
1: Motor 2R, 2L: Drive wheel 10: Free piston engine 11: Engine body 12: First generator (for high speed)
13: Second generator (for low speed)
14: Clutch (for intermittent connection of the second generator)
15: Accelerator opening sensor 16: Brake sensor 17: Charge amount sensor 22: Battery 31: First cylinder 32: Second cylinder 41: First piston 42: Second piston 43: Connecting rod 51: First combustion chamber 52: Second combustion chamber 53: Intake valve 54: Exhaust valve 55: Fuel injection valve 61, 62: Rack (interlocking mechanism)
61A, 61B: Rack (interlocking mechanism)
65: Shaft (forward / reverse rotation)
65A, 65B: Shaft (forward / reverse rotation)
66: Pinion (interlocking mechanism)
66A, 66B: Pinion (interlocking mechanism)

Claims (4)

シリンダと、
前記シリンダ内に往復動可能に嵌合されると共に該シリンダ内の燃焼圧力を受けるピストンと、
前記ピストンの往復動に応じて発電を行なう第１発電機と、
要求発電量に応じて前記ピストンの慣性質量を変更する慣性質量変更手段と、
を備え、
前記シリンダおよびピストンが一対設けられると共に、一方のピストンの膨張行程時に他方のピストンの圧縮行程時となるように該一対のピストンの行程が互いに異なるように設定され、
前記一対のピストンに対して連動機構を介して連結されて、一方のピストンの膨張行程時に正転されると共に他方のピストンの膨張行程時に逆転されるシャフトが設けられ、
前記第１発電機が、前記シャフトの正逆回転に応じて発電を行う回転式とされ、
前記慣性質量変更手段が、前記第１発電機とは別体とされて前記シャフトの正逆回転に応じて発電を行う回転式の第２発電機と、要求発電量が大きいときに該シャフトと該第２発電機との連結を切断すると共に要求発電量が小さいときに該シャフトと該第２発電機との連結を行うクラッチと、を備えている、
ことを特徴とするフリーピストンエンジンの制御装置。 A cylinder,
A piston that is reciprocally fitted in the cylinder and receives a combustion pressure in the cylinder;
A first generator for generating electricity in response to reciprocation of the piston;
An inertial mass changing means for changing the inertial mass of the piston according to the required power generation amount;
With
A pair of the cylinder and the piston is provided, and the strokes of the pair of pistons are set to be different from each other so that the expansion stroke of one piston is the compression stroke of the other piston,
A shaft that is connected to the pair of pistons via an interlocking mechanism and is rotated forward during the expansion stroke of one piston and reversed during the expansion stroke of the other piston is provided.
The first generator is a rotary type that generates power in accordance with forward and reverse rotation of the shaft,
The inertial mass changing means is separate from the first generator and generates a rotary second generator that generates power in accordance with forward / reverse rotation of the shaft; and when the required power generation amount is large, the shaft and a, a clutch which performs the connection between the shaft and the second generator when the required power generation amount together to cut the connection between the second generator is small,
A control device for a free piston engine. 請求項１において、
前記第１発電機が、常時前記シャフトに連結されると共に該シャフトが高速回転されたときに定格出力となるように設定され、
前記第２発電機が、前記第１発電機よりも低速回転のときに定格出力となるように設定されている、
ことを特徴とするフリーピストンエンジンの制御装置。 In claim 1 ,
The first generator is always connected to the shaft and set to have a rated output when the shaft is rotated at a high speed,
The second generator is set to have a rated output when rotating at a lower speed than the first generator,
A control device for a free piston engine. 請求項１または請求項２において、
前記連動機構が、前記ピストンの往復動によって往復動されるラックと、該ラックに噛合されると共に前記シャフトと連動されたピニオンとを有している、ことを特徴とするフリーピストンエンジン。 In claim 1 or claim 2 ,
The free piston engine, wherein the interlocking mechanism includes a rack that is reciprocated by reciprocation of the piston, and a pinion that is meshed with the rack and interlocked with the shaft. シリンダと、
前記シリンダ内に往復動可能に嵌合されると共に該シリンダ内の燃焼圧力を受けるピストンと、
前記ピストンの往復動に応じて発電を行なう第１発電機と、
要求発電量に応じて前記ピストンの慣性質量を変更する慣性質量変更手段と、
を備え、
前記シリンダおよびピストンが同一軸線上において一対設けられると共に、一方のピストンの膨張行程時に他方のピストンの圧縮行程時となるように該一対のピストンの行程が互いに異なるように設定され、
前記一対のピストン同士が連結ロッドを介して連結されており、
前記第１発電機が、前記連結ロッドに対して機械的に連結されて、該連結ロッドの往復動に応じて発電を行うようにされ、
前記慣性質量変更手段が、前記連結ロッドに対して機械的に連結されて該連結ロッドの往復動に応じて発電を行うと共に前記第１発電機とは別体とされた第２発電機と、要求発電量が大きいときに該連結ロッドと該第２発電機との連結を切断すると共に要求発電量が小さいときに該連結ロッドと該第２発電機との連結を行うクラッチと、を備えている、
ことを特徴とするフリーピストンエンジンの制御装置。 A cylinder,
A piston that is reciprocally fitted in the cylinder and receives a combustion pressure in the cylinder;
A first generator for generating electricity in response to reciprocation of the piston;
An inertial mass changing means for changing the inertial mass of the piston according to the required power generation amount;
With
A pair of the cylinder and the piston is provided on the same axis, and the strokes of the pair of pistons are set to be different from each other so that the expansion stroke of one piston is the compression stroke of the other piston,
The pair of pistons are connected via a connecting rod,
The first generator is mechanically connected to the connecting rod so as to generate electric power according to the reciprocating movement of the connecting rod;
The inertial mass changing means is mechanically connected to the connecting rod to generate electric power according to the reciprocating motion of the connecting rod, and a second generator separated from the first generator; provided with a clutch which performs the connection between the connecting rod and the second generator when the required power generation amount together to cut the connection between the connecting rod and the second generator is small when a large required power generation amount Yes,
A control device for a free piston engine.
JP2006233447A 2006-08-30 2006-08-30 Control system for free piston engine Expired - Fee Related JP4807186B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006233447A JP4807186B2 (en) 2006-08-30 2006-08-30 Control system for free piston engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006233447A JP4807186B2 (en) 2006-08-30 2006-08-30 Control system for free piston engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008057383A JP2008057383A (en) 2008-03-13
JP4807186B2 true JP4807186B2 (en) 2011-11-02

Family

ID=39240446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006233447A Expired - Fee Related JP4807186B2 (en) 2006-08-30 2006-08-30 Control system for free piston engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4807186B2 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8376070B2 (en) * 2009-01-29 2013-02-19 General Electric Company Modular auxiliary power unit assembly for an electric vehicle
WO2011077599A1 (en) * 2009-12-24 2011-06-30 Ikeda Kazuhiro Generator, self-generating motor, and power supply system using same
JP2012066624A (en) * 2010-09-21 2012-04-05 Suzuki Motor Corp Power generation control device for electric vehicle
JP5724830B2 (en) * 2011-11-01 2015-05-27 株式会社豊田中央研究所 Power system
WO2013175578A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 トヨタ自動車株式会社 Hybrid vehicle control device
CN104527400A (en) * 2015-01-08 2015-04-22 江西东江机电有限公司 Hybrid power device and electric car
WO2018200367A1 (en) 2017-04-24 2018-11-01 General Electric Company Adaptive linear linked piston electric power generator
WO2019206844A1 (en) 2018-04-22 2019-10-31 Epinovatech Ab Reinforced thin-film device
EP3813240A1 (en) * 2019-10-25 2021-04-28 Epinovatech AB Ac-dc converter circuit
EP3836227A1 (en) 2019-12-11 2021-06-16 Epinovatech AB Semiconductor layer structure
EP3866189B1 (en) 2020-02-14 2022-09-28 Epinovatech AB A mmic front-end module
EP3879706A1 (en) 2020-03-13 2021-09-15 Epinovatech AB Field-programmable gate array device
EP4101945B1 (en) 2021-06-09 2024-05-15 Epinovatech AB A device for performing electrolysis of water, and a system thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2660969B1 (en) * 1990-04-12 1992-08-14 Minoru Rech Avancee I FREE PISTON ENGINE SYSTEM.
JPH06288253A (en) * 1993-03-31 1994-10-11 Kanagawa Kagaku Gijutsu Akad Engine
EP1851421B8 (en) * 2005-02-24 2020-06-17 Fitzgerald, Kevin A. A four-cylinder, four-cycle, free piston, premixed charge compression ignition, internal combustion reciprocating piston engine with a variable stroke

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008057383A (en) 2008-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4807186B2 (en) Control system for free piston engine
JP4779881B2 (en) Free piston engine
JP4614605B2 (en) Device with combustion engine, use of the device and vehicle
US8201523B2 (en) Integrated combustion and electric hybrid engines and methods of making and use thereof
JP2008223657A (en) Free-piston engine
JP7037804B2 (en) Power generators and automobiles
KR101134649B1 (en) Power transferring device and hybrid system using the same
JPH01313634A (en) Computer-control optimizing hybrid engine
JP2008051058A (en) Free-piston engine
JP2015077867A (en) Hybrid vehicle
US20150175157A1 (en) Hybrid vehicle
US20190372426A1 (en) Cross-over electro-magnetic engine
CN103010038B (en) Compact electricity for elec. vehicle increases journey driving engine
JP2009008069A (en) Free-piston engine and its control method
CN104442804B (en) Apparatus and method for controlling motor vehicle driven by mixed power
CN103321739A (en) Four-stroke linearly started generator
JP2013071624A (en) Driving unit
JP2009008068A (en) Free-piston engine and its control method
EP3615779B1 (en) Adaptive linear linked piston electric power generator
JP2008232105A (en) Free piston engine
US20200080472A1 (en) Crank drive device for an internal combustion engine, drive train and vehicle
US8516990B1 (en) Hybrid rotary engine
JP5185974B2 (en) 4-cycle engine
US20120126545A1 (en) Engine device
WO2011140705A1 (en) Fuel-electric hybrid power engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090330

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110412

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110613

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110719

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110801

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140826

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4807186

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees