JPS6014941B2 - 液体圧縮ププリング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体圧縮スプリングに係り、特に自由にピスト
ン内燃機関のピストンの復帰行程に適用しうる液体圧縮
スプリングに係る。

液体を圧縮することにより機械的ヱネルギを蓄積するこ
とが可能であることは従来より公知のことである。

液体の体積は、１バール当り１０‐５〜１０‐４のオー
ダで変化する。ヱネルギの蓄積及び放出は、最大圧力１
ぴ〜１ぴパールの下で経済的に行なわれる。例えば、軽
油（例えば比重０．８）は１０００バールの圧力の作用
で、体積が６％減少し、油の圧縮により蓄積されたェネ
ルギは圧縮された油ｌｋ９当り３７５０ジュールとなる
。

なお、一平方ミリメートル当り５０ｋ９を作用されてＩ
Ｘ９の鋼に蓄積されるエネルギーは僅かにｉ６０ジュー
ルである。液体圧縮スプリングは、一般に、内部に溜っ
た圧力に抗しうる剛性材よりなるケースと、ケース内で
働き液体の体積を減少させるピストン又は閉塞部材とよ
りなる。

しかし、高圧下においては特に圧縮液体の漏洩による損
失が避けられないため、液体圧縮スプリングの使用は制
限される。

特に効果的な液密シールにおいて不可避的に起こり、ェ
ネルギの消耗となる可動部間の摩擦を避けることを望む
場合には、液体圧縮スプリングの使用は制限される。従
って、液体圧縮スプリングは、主に、漏洩による損失液
体の再補給が可能な非常に短い圧縮時間のスプリングに
適用されるのが好ましい。例えば、機関のピストンの復
帰行程に適用される液体圧縮スプリングを具備した所謂
自由ピストン内燃エンジンを提供することが出来る。更
に、液体の補給については〜一方ではこのための時間が
非常に短かく〜他方では、液体充填を〜スプリングの行
程を略不変に保ってｔ特に可動部の行程の最外移動位置
が速度及び負荷とは糠関係に固定的に定まるように行な
わねばならないため、困難な問題点を有する。

現在実施されている解決策は「費用が大でありもまた複
雑である。

例えば、ある解決策では、スプリングの可動部の最外移
動位置を電磁的に検出し、スプリング内に導入される余
分の液体の容積を、電子制御ポンプと電気的バルブとに
よりも検出され測定された最外移動位置と所望の最外移
動位置との相違に対応する容積に制御する構成としてあ
る。しかし〜この解決策は〜複雑である。そこで「使用
中の液体損失を補給する方法を改善した改良型液体圧縮
スプリングが望まれていた。本発明の目的は、第１の位
置と第２の位置の間を往復勤するケース部と、該ケース
部内に画成されて液体を収容しており延長部と一端に閉
口端とを有する室と、先端が略液密に該閉口端を通って
該室の延長部内へ相対的に摺動可能に突設してあり、液
体タンクへ通ずる孔と連通する少なくとも１つの閉口を
有し液体が室内にある場合談第ｉの位置では該ケース部
を該第２の位置へ復帰させようとするバネ効果を奏する
液体を圧縮する固定閉塞部材と、該室の延長部にあり該
ケース部が該第１の位置にあるときは該少なくとも１つ
の閉口と蓮適するが該室とは蓮通せず該ケース部が該第
２の位置にあるときは該閉塞部材の先端を越えて該室と
蓮適するが該少なくとも１つの閉口には蓮通しない凹部
とを有する液体圧縮スプリングを提供するにある。

図面を参照するに、単一シリング自由ピストン内燃機関
は、内部を二つの自由に動きうる部品又はピストン２及
び３が往復勤する単一のシリンダ１を設けたものとして
示している。

シリングｔにはも中央入力ノズル６の他に入口亀ａ，＆
ｂ及び出口函ａ，６ｂが形成してある。可動部即ちピス
トン２及び３は対称的に「行程の第１の位置則ち最外移
動位魔（第竃ａ図）と行程の第２の位置貝０ち最内移動
位置（第貴ｂ図）との間を振動又は往復勤する。可動部
則ちピストン２及び３が行程の第１の位置良Ｐち最外移
動位層（即ち勺ピストン２は第ｌａ図に示す位置、ピス
トン３は一点鎖線で示す中央線に対し籍竃ａ図のピスト
ン２と対称な位魔）に達するとき「可動部又はピストン
２及び登の頭部の作動面は機械の長手軸上離間しており
後述するように二つの復帰用液体圧縮スプリングの室？
及び轟内の液体は圧縮されている。またも可動部良Ｐち
ピストン２及び３が行程の第２の位置則ち最内移動位置
（即ちピストン３は第ｌｂ図に示す位置、ピストン２は
−点鎖線で示す中央線に対し第富む図のピストン３と対
称な位置）に達する間中央ノズル噂から作動面によりそ
の間に函成された可変容量室鯵内に導入された可燃混合
体の供給分が圧縮され、ピストン頭部の相対向する作動
面が互いに極く近接する。可動部が近接するに近い可変
容量室９内では圧力が増大し「温度が上昇する。温度が
可燃混合体の自然燃焼点を越えると可燃混合体の供給分
が燃焼し膨張する。供給分が燃焼するとし可動ピストン
２及び３が最外移動位置へ押しやられる。ピストン２及
び３が最外移動位置近傍に移動したときには入口亀ａ夕
＆わ及び出口５ａ，５ｂを閉鎖しなくなる。このとき
出口５ａ？ ５ｂを通じて既燃ガスが排気され「入口４
ａ？奪ｂを通じて新たなガスの吸気がされる。ピストン
が最外移動位置に達すると、室？及び８内の液体により
形成された液体圧縮スプリングが圧縮されト次いでピス
トンを最内移動位置へ押し戻す。

また、室７，８用の液体を溜めるタンク亀０が設けてあ
る。

このタンクー０‘ま液体の漏れによる損失を補い、これ
により、最外移動位置が略同じ位置に保たれる。ピスト
ン２，３の夫々にはシール１１が設けてあり「且つピス
トン２，３は「積層鉄板製の磁気抵抗を実質的に有しな
い環状磁性体１２を固定的に担持している。

磁性体亀２は各液体用の室を画成する各ピストンのケー
ス部２３が内に園設された非磁性部材１３に埋設してあ
る。同様に、シリンダ１は、それぞれコイル１７，１８
及び１９，２０を離間して設けてなる環状誘導子１５，
１６を有しており、ピストンの往復動作時に各コイルの
前面側を二つのピストンの各磁性体１２が移動する。各
誘導子翼５及び１６のコイル１７，１８及び１９，２０
もまト磁性体１２と協働して「機関の動作中での電気ェ
ネルギの発生源としての他に、機関のピストンを始動さ
せる手段及びピストン２及び３の位相のタイミングまた
はずれを調整する手段して使用される。

既知の方法で、コイル１７９１蟹，１９，２０は図式的
に示す制御装置２１により駆動され、コイル１７，亀８
及び１９，２０は例えば並列に接続されている。本発明
の各液体圧縮スプリングは各可動ケース部２３内に室７
，８を備える。

各ケース部２３は液体２２を収容する室７，８を画成す
る。各室７，８‘ま各ピストンの作動面から離間した一
端で閉口しておりＬケース部２３を通り、各ピストン２
，３の延長小蓬部２４′を軸方向に貫通する円柱状の孔
２４内へ通ずる。閉塞部材２５はシリンダ１に対し固定
されており、孔２４内に位置している。また、ピストン
２，３の動作時に閉塞部材２５が内側を摺動しうる孔２
４には「円環凹部２６が形成してある。

なお、この凹部２６はピストンが最内移動位置にあると
き（第ｌｂ図）、室７，８と蓮適するように設けてある
。また、閉塞部材２５１こ苔又は複数の開□２７が形成
してあり、この閉口２７はピストンが最外移動位置にあ
るときに（第ｌａ図）、凹部２６と蓮適する。また、閉
塞部材２５には閉口２７の背後に孔２８が形成してあり
、この孔２８及び管２９を介して開□２７がタンク亀川
こ連通している。機関が作動しているとき、ピストン２
，３は最外移動位置（第ｌａ図）に向かって変位すると
室８内の液体が閉塞部材２５により圧縮される。

図面で閉塞部材２５と孔２４の間に図示した隙間は寸法
を誇張してある。またピストン２，３が最外位置と最内
位置との間を動くとき、凹部２６は両端の二位置の間を
相対的に変位する。

凹部２６の最内位置はピストン２，３の最内移動位置（
第ｌｂ図）に対応し、この位置においてト液体圧縮スプ
リングの室内の液体２２はもはや圧縮されず、凹部２６
と蓮通する。

この際室７，８内の液体が漏洩により減少している場合
には、最内移動位置における室７，８の容積に対し内部
の液量が少ないので室７，８内の液体の圧力は低くなり
、このとき丁度室７，８に蓮適している凹部２６内の液
体は室７，８内へ吸引される。また上述の如く最外移動
位置近傍にあるピストンには、圧縮された室７，８内の
液体がピストンを最内移動位置方向へ押し戻そうとする
作用が働くためにピストン２，３は最内移動位置方向へ
加速される（１０００乃至２０００の／ｓｅｃ２）。ピ
ストン２，３は最内移動位置に至ると停止するが「 こ
のときピストン２，３とともに運動してきた室７，８内
の液体においては慣性の効果により進行方向後方部つま
り凹部２６近傍に低圧部が発生する。このことによって
も凹部２６内の液体は室内７，８内へ吸収される。この
結果室７，８の液体に漏洩がある限り凹部２６内は機関
の外部の圧力（大気圧）より低い圧力となる。凹部２６
の最外位置はピストン２，３の最外移動位置（第ｌａ図
）に対応する。

ピストンがこの位置に戻る過程において凹部２６は閉じ
たま）とされ、これにより液体２２の圧力は上昇するも
、凹部２６は低圧に保持される。ピストンが最外移動位
置に到ると、凹部２６は閉塞部村２５の開□２７に運通
し、凹部２６は閉口２７、孔２８及び管２９を介して液
体タンク１０と運通する。こ）で、凹部２６内が低圧で
あるため、タンク１０より所定量の液体が凹部２６内に
吸い込まれる。凹部２６内にこの液体は、ピストンが最
内移動位置にあり「凹部２６が以下説明する如くその液
体を放出するときに各室７，８内に液体に補給される。
即ち、液体２２の慣性により、凹部２６が吸入ポンプと
して動作せしめられる。

この吸入ポンプは、負荷及び周波数の変動に因るピスト
ン２，３の速度の変化（これが閉塞部材２５越しの液体
の漏洩による損失の原因ともなる）にも拘らず、最外移
動位置や同一位置に実質的に保持されるように、吸引す
る液体の量を調整する。キャビテーション現象も最小に
抑制される。

このキャビテーション現象は、通常液体圧縮スプリング
で一般的に必要とされる低圧によって発生する。なお「
実際上には、本発明のスプリングでは、室７，８内が常
に液体で満たされている。また、本発明になるスプリン
グは、自由ピストン内燃機関のピストンに対する復帰用
装鷹を構成する。この復帰装置は、従来使用されていた
菱鷹に比べてずっと簡単で且つ安価である。また、この
復帰用スプリングによれば、キヤビテーション現象によ
るェネルギ損失を抑制する他に、液体損失をも抑制する
。

【図面の簡単な説明】

第ｌａ図及び第ｌｂ図は夫々本発明になる液体圧縮スプ
リングの実施例である自由ピストン内燃機関の各半分の
部分の断面図である。 亀……シリンダト２，９……ピストン、亀ａ，４ｂ……
入口、５ａ，５ｂ・…・・出口「 ６・・…・中央ノズ
ル、？，８…・・・室、９…・・・可変容量室、１０…
…タンク、１２・…・・環状磁性体、１３……非磁性材
、亀５， 貴６・…・・環状誘導子、２１・…・様８御
菱鷹、２２・・…・液体、２３…・・・ケース部、２小
−・…円柱状の孔「 ２蟹′……小径部分〜 ２５……
閉塞部村、２６…・・・円環凹部、２７・…・・関口、
２８・…・〇孔、２鶴…・・・管。 行３２７ｊ 行鱗・仏

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の位置と第２の位置の間を往復動するケース部
   と、該ケース部内に画成されて液体を収容しており延長
   部と一端に開口端とを有する室と、先端が略液密に該開
   口端を通って該室の延長部内へ相対的に摺動可能に突設
   してあり、液体タンクへ通ずる孔と連通する少なくとも
   １つの開口を有し液体が室内にある場合該第１の位置で
   は該ケース部を該第２の位置へ復帰させようとするバネ
   効果を奏する液体を圧縮する固定閉塞部材と、該室の延
   長部にあり該ケース部が該第１の位置にあるときは該少
   なくとも１つの開口と連通するが該室とは連通せず該ケ
   ース部が該第２の位置にあるときは該閉塞部材の先端を
   越えて該室と連通するが該少なくとも１つの開口には連
   通しない凹部とを有する液体圧縮スプリング。 ２ 該凹部は、該閉塞部材が摺動する該室の延長部の孔
   に形成された円環状凹部であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の液体圧縮スプリング。