JP2002529634A - Method and apparatus for changing piston movement in cylinder - Google Patents

Method and apparatus for changing piston movement in cylinder

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JP2002529634A
JP2002529634A JP2000579865A JP2000579865A JP2002529634A JP 2002529634 A JP2002529634 A JP 2002529634A JP 2000579865 A JP2000579865 A JP 2000579865A JP 2000579865 A JP2000579865 A JP 2000579865A JP 2002529634 A JP2002529634 A JP 2002529634A
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lobe
axis
piston
geneva gear
cycle machine
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ギローム クロード
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スプリット サイクル テクノロジー リミテッド
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 第1の軸線を有する分割サイクル機械であって、第1の軸線から放射状に配置された複数のラジアル往復ピストン(60)と、第1の軸線周りに軌道運動するよう拘束され円形に配列された複数のローブ軸(62)とを備えている。各ローブ軸は第1の軸線に平行な対応する第2の軸線を中心に回転可能に構成されている。ローブ軸はその軌道率の所定の割合である一定の率で駆動手段により回転駆動され、そのローブの平面はピストンの放射方向平面内にほぼ存在している。各ピストンは、ローブ軸の回転軌道運動とピストンの往復運動時にその往復運動とローブ軸の回転軌道運動とが同調するよう少なくとも一つのローブに接続されている。連続するゼネバ歯車群(20,30,40)の軸線の不等角配置により、機械の運転の一サイクルのうちの少なくとも一行程の期間を増加又は減少させることができる。左右非対称のローブを有する一対のゼネバ歯車群を不等角に構成することにより、広範囲のサイクル性能特性を実現できる。 A split-cycle machine having a first axis, the plurality of radial reciprocating pistons (60) radially disposed from the first axis, and constrained to orbit about the first axis. And a plurality of lobe axes (62) arranged in a circle. Each lobe axis is configured to be rotatable about a corresponding second axis parallel to the first axis. The lobe axis is rotationally driven by the drive means at a constant rate, which is a predetermined percentage of its trajectory rate, the plane of the lobe being substantially in the radial plane of the piston. Each piston is connected to at least one lobe such that the reciprocating motion of the lobe shaft and the reciprocating motion of the piston are synchronized with the revolving motion of the lobe shaft. The non-conformal arrangement of the axes of the successive Geneva gear groups (20, 30, 40) makes it possible to increase or decrease the duration of at least one stroke of a cycle of operation of the machine. A wide range of cycle performance characteristics can be realized by forming a pair of Geneva gear groups having left-right asymmetric lobes at unequal angles.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 技術分野 本発明はピストン運動の変更に関し、特に、以下に定義する「分割サイクル」
クランク作動機械のシリンダ内ピストン運動の一動作サイクル中にシリンダ内の
ピストンの運動の行程及び/またはタイミングを変動させる方法及び装置に関す
る。
TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to altering piston motion, and more particularly to "split cycle" as defined below.
A method and apparatus for varying the stroke and / or timing of the movement of a piston in a cylinder during one working cycle of the movement of the piston in the cylinder of a crank working machine.

【0002】 背景技術 本発明は回転機械のシリンダ内ピストン運動に適用され、そのピストンは、米
国特許5146880号及び5279209号に示す全体形状を有するが、これ
ら特許の明細書中に示す実施形態の特徴には限定されない回転機械のシリンダ内
で直線運動を受ける。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention applies to the movement of a piston in a cylinder of a rotary machine, the piston having the general shape shown in US Pat. Nos. 5,146,880 and 5,279,209, which are features of the embodiments shown in the specifications of these patents. , But undergoes linear motion in the cylinder of a rotating machine.

【0003】 特に、本明細書の以下の説明では、 第1の軸線を有する機械であって、 該第1の軸線から放射状に配置された複数のラジアル往復ピストンと、 上記第1の軸線周りに軌道運動するよう拘束され円形に配列された複数のロー
ブ軸とを備え、各ローブ軸は上記第1の軸線に平行な対応する第2の軸線を中心
に回転可能に構成されており、上記ローブ軸はその軌道率の所定の割合である一
定の率で駆動手段により回転駆動され、そのローブの平面は上記ピストンの放射
方向平面内にほぼ存在していて、各ピストンは上記ローブ軸の回転軌道運動とピ
ストンの往復運動時にその往復運動とローブ軸の回転軌道運動とが同調するよう
上記少なくとも一つのローブに接続されている機械、 あるいは、第1の軸線を有する機械であって、 上記第1の軸線から放射状に配置された複数のラジアル往復ピストンと、 上記第1の軸線周りに軌道運動するよう拘束され円形に配列された複数のロー
ブ軸とを備え、各ローブ軸はその軌道率の所定の割合である一定の率で上記第1
の軸線に平行な対応する第2の軸線を中心に回転可能に構成されており、上記ロ
ーブの平面は上記ピストンの放射方向平面内にほぼ存在していて、各ピストンは
上記ローブ軸の回転軌道運動とピストンの往復運動時にその往復運動の各サイク
ルを通して少なくとも一つのローブとほぼ連続して接触状態を維持しており、連
続するローブのそれぞれと上記ピストンとの接触から分離までの期間によって定
義される各ピストンのそれぞれ連続する往復運動サイクルの間に、ほぼ遅れ時間
のない移行が存在し、上記ピストンは一対づつ構成されていて、各対を構成する
ピストンがそのほぼ非同調な往復運動を維持するようピストン往復運動に応じて
一方から他方へ流体を圧送する機械を、「分割サイクル」機械と称する。
[0003] In particular, in the following description of the specification, a machine having a first axis, a plurality of radial reciprocating pistons arranged radially from the first axis, and around the first axis A plurality of lobe axes constrained to orbit and arranged in a circle, each lobe axis being rotatable about a corresponding second axis parallel to the first axis; The shaft is rotationally driven by the drive means at a constant rate, which is a predetermined percentage of its trajectory rate, the plane of the lobe being substantially in the radial plane of the piston, each piston having a rotational trajectory of the lobe axis. A machine connected to the at least one lobe so that the reciprocating motion of the piston and the reciprocating motion of the piston are synchronized with the rotational orbital motion of the lobe shaft, or a machine having a first axis, A plurality of radial reciprocating pistons arranged radially from a first axis; At a constant rate that is a predetermined rate of the first
Are configured to be rotatable about a corresponding second axis parallel to the axis of the lobe axis, and the plane of the lobe is substantially in the radial plane of the piston, and each piston has a rotational trajectory of the lobe axis. During reciprocation of the piston and the piston, maintains a substantially continuous contact with at least one lobe during each cycle of the reciprocation, defined by the period of time between contact and separation of each of the successive lobes with the piston. There is an almost lag-free transition between each successive reciprocating cycle of each piston, and the pistons are configured in pairs, with each pair of pistons maintaining their substantially asynchronous reciprocating motion. Machines that pump fluid from one to the other in response to piston reciprocating motion are referred to as "split cycle" machines.

【0004】 米国特許5146880号及び5279209号の明細書の内容は、本明細書
中に引用の形で組み込むこととする。本発明の構成の場合、回転機械の出力また
は入力は分割サイクル機械の中央の回転軸を介して行われる。
[0004] The contents of the specifications of US Patent Nos. 5,146,880 and 5,279,209 are incorporated herein by reference. In the case of the configuration according to the invention, the output or input of the rotary machine takes place via the central rotary axis of the split-cycle machine.

【0005】 発明の開示 本発明は分割サイクル内燃機関の運転に関連して説明されるが、WO96/3
3343に開示されたような自由ピストン機関の運転を制御したり、従動分割サ
イクルクランクと相互に作用するピストンの圧送出力を制御することにも適用可
能であることは明らかである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION [0005] The present invention, which is described in connection with the operation of a split-cycle internal combustion engine, is described in WO96 / 3.
Obviously, it is also applicable to controlling the operation of a free piston engine as disclosed in 3343 or to controlling the pumping power of a piston interacting with a driven split cycle crank.

【0006】 分割サイクル機械に採用されるローブ軸のローブの配列を以後「ゼネバ歯車」
と称し、このローブ配列は米国特許5146880号の開示によって意図されそ
の図5によって例示されたような様々な外形に成形可能である。
[0006] The arrangement of the lobes of the lobe shaft employed in the split cycle machine is hereinafter referred to as "Geneva gear".
And this lobe arrangement can be formed into a variety of profiles as contemplated by the disclosure of U.S. Pat. No. 5,146,880 and illustrated by FIG.

【0007】 米国特許5146880号の図5に示すように、ゼネバ歯車を構成するローブ
軸上のローブはピストンに対して非対称の往復運動を実現するような外形を有す
ることができるが、各ピストンの運動の上死点(TDC)と下死点(BDC)との間
のタイミングを変えることはない。これと異なり、本発明は、吸気または排気の
場合であろうと圧縮または膨張の場合であろうと、分割サイクルエンジンの運転
サイクルの各部分を最適化するために、ゼネバ歯車のローブ間の角度配置を変え
て各エンジン行程の期間の変更を容易にすることにより上死点と下死点との間の
タイミングが変化するゼネバ歯車の配列を提供する。本発明にかかるローブの不
等角な配置により、米国特許5146880号に開示されるような左右非対称の
輪郭形成とあいまって、ゼネバ歯車の軸線からのローブの山と谷の半径方向寸法
の変動と組み合わせてエンジンサイクルの各行程のタイミングと形状の選択範囲
を拡張させることができる。
As shown in FIG. 5 of US Pat. No. 5,146,880, the lobes on the lobe shafts that make up the Geneva gear can have an outer shape that achieves asymmetric reciprocating motion with respect to the pistons, but each piston has It does not change the timing between top dead center (TDC) and bottom dead center (BDC) of movement. In contrast, the present invention, whether in the case of intake or exhaust or compression or expansion, optimizes the angular arrangement between the lobes of the Geneva gear to optimize each part of the operating cycle of a split-cycle engine. Alternately, a Geneva gear arrangement is provided in which the timing between top dead center and bottom dead center changes by facilitating changing the duration of each engine stroke. The non-conformal arrangement of the lobes in accordance with the present invention, combined with left-right asymmetrical contouring as disclosed in U.S. Pat. No. 5,146,880, allows for variations in the radial dimensions of the lobe peaks and valleys from the axis of the Geneva gear. In combination, the selection range of the timing and shape of each stroke of the engine cycle can be expanded.

【0008】 本発明は4行程エンジンにも2行程エンジンにも適用可能であることは明らか
である。
It is clear that the invention is applicable to both four-stroke and two-stroke engines.

【0009】 本発明の実施形態では、膨張行程を長さと時間の両方で増大させて等ストロー
クの従来のクランク作動内燃機関に比べてエンジン効率を増大させることができ
る。
In embodiments of the present invention, the expansion stroke can be increased both in length and time to increase engine efficiency as compared to a conventional crank-operated internal combustion engine of equal stroke.

【0010】 本質的に、同じ分割サイクルのクランク構成は適用範囲に適するようエンジン
の出力性能に対して変動可能な適切に構成された異なるゼネバ歯車群の装置(fit
ment)により受注生産可能である。
In essence, the same split cycle crank configuration fits different Geneva gear trains (fit) that can vary with respect to engine output performance to suit the application.
ment).

【0011】 公知の分割サイクルエンジンの第1の実施形態では、米国特許5279209
号の図2及び図3に示すようにオス型10とメス型11との組合せとして形成さ
れたゼネバ歯車は、図1のポート開閉時期図に従って排気または給気用および圧
縮または膨張用に使用される。これにより、各ゼネバ歯車群を特定の形状や寸法
にすることができる。
In a first embodiment of the known split cycle engine, US Pat. No. 5,279,209
The Geneva gear formed as a combination of the male type 10 and the female type 11 as shown in FIGS. 2 and 3 is used for exhaust or air supply and compression or expansion according to the port opening / closing timing diagram of FIG. You. This allows each Geneva gear group to have a specific shape and size.

【0012】 本発明は分割サイクルエンジンのサイクルの少なくとも一部の効率を向上させ
ることを目的とする。
The present invention seeks to improve the efficiency of at least part of the cycle of a split cycle engine.

【0013】 従来の分割サイクルエンジンの各ピストンの動きは図2に示すとおりであり、
エンジンサイクルの各部分は本発明の実施形態に従って最適化することができる
。図2は同じゼネバ歯車で発生する、吸気、圧縮、膨張、排気の4つの行程が等
しいサイクルを示す。図2に示すサイクルは最適なエンジン性能に修正される必
要がある。例えば、燃料の燃焼が早くない場合、膨張行程のピストン運動は初期
段階では比較的ゆっくりであることが好ましい。4行程サイクルの各行程の望ま
しい特性を考慮することにより、最良のエンジン性能へと最適化することができ
る。
The movement of each piston of the conventional split cycle engine is as shown in FIG.
Each part of the engine cycle can be optimized according to embodiments of the present invention. FIG. 2 shows a cycle in which four strokes of intake, compression, expansion, and exhaust occur in the same Geneva gear. The cycle shown in FIG. 2 needs to be modified for optimal engine performance. For example, if the combustion of the fuel is not fast, the piston movement during the expansion stroke is preferably relatively slow in the initial stage. By considering the desired characteristics of each stroke of the four-stroke cycle, it can be optimized for best engine performance.

【0014】 図3は図2に示すサイクルと異なる最適なサイクルを例示しており、図2のサ
イクルは図3では破線で示されている。
FIG. 3 illustrates an optimal cycle different from the cycle shown in FIG. 2, and the cycle in FIG. 2 is indicated by a broken line in FIG.

【0015】 図3の最適サイクルから、できるだけ早く燃焼室を満たすことが適切であるこ
とが分かる。圧縮行程の場合、負のトルクをできるだけ少なくするようピストン
の上昇を遅らせることが望ましい。
From the optimum cycle of FIG. 3, it can be seen that it is appropriate to fill the combustion chamber as soon as possible. In the case of the compression stroke, it is desirable to delay the rise of the piston to minimize the negative torque.

【0016】 図3に示すような最適サイクルの出力を増大させることは、最初に燃焼時間と
膨張行程を長くし、次に燃焼時の曲線を平坦化し排気行程の上端ではより少ない
程度に平坦化することによって実現できる。残念ながら、これら2つの特徴は、
図3に示す膨張曲線及び排気曲線の平坦化が膨張及び排気行程の短縮に形を変え
る場合には、互いに不利に作用する。
Increasing the output of the optimal cycle as shown in FIG. 3 first increases the combustion time and expansion stroke, then flattens the combustion curve and flattens to a lesser extent at the top of the exhaust stroke. This can be achieved by doing Unfortunately, these two features
If the flattening of the expansion curve and the exhaust curve shown in FIG. 3 translates into a shortening of the expansion and the exhaust stroke, they act against one another.

【0017】 本発明の実施形態は、上述した不等角のローブ配置を好ましくは非対称のゼネ
バ歯車ローブと組み合わせて採用することにより分割サイクルエンジンの出力を
改良する際の上記の制約との連動に関する。
Embodiments of the present invention relate to interlocking with the above constraints in improving the output of a split cycle engine by employing the non-conformal lobe arrangement described above, preferably in combination with asymmetric Geneva gear lobes. .

【0018】 さらに、各ピストンの下端に特定の形状を持たせることにより、サイクル効率
をさらに向上させることができる。それぞれ異なる形状を持たせることにより、
一方では排気または吸気に、他方では圧縮または膨張に対応することができる。
Furthermore, by giving a specific shape to the lower end of each piston, cycle efficiency can be further improved. By giving them different shapes,
One can correspond to exhaust or intake and the other to compression or expansion.

【0019】 各ローブの形状は、2行程エンジンの場合または4行程エンジンの場合に広い
範囲で選択可能である。この発明により、ローブの形状と関連する角度配置とを
変えることによって独自の「サイクル」を選択することが可能である。
The shape of each lobe can be selected in a wide range for a two-stroke engine or a four-stroke engine. According to the invention, it is possible to select a unique "cycle" by changing the shape of the lobes and the associated angular arrangement.

【0020】 従来より、図4に示すような60度の一定の半角だけ離れた半オス型ゼネバ歯
車10と半メス型ゼネバ歯車11が使用されている。
Conventionally, a half male Geneva gear 10 and a half female Geneva gear 11 separated by a fixed half angle of 60 degrees as shown in FIG. 4 have been used.

【0021】 一実施形態では、変更可能な角度間隔で(6ゼネバ歯車エンジン用に)3個のゼ
ネバ歯車からなる2つの歯車群が採用されている。
In one embodiment, two gear groups of three Geneva gears are employed (for a 6 Geneva gear engine) at variable angular intervals.

【0022】 従来の初期の角度間隔は一様に60度だったが、本発明によれば、50度、4
0度もしくはそれ以下に変更することが可能である。実際に、サイクルはエンジ
ン効率を高めるように変更させることができる。従来の左右対称形のサイクルを
図2に示す。
In the prior art, the initial angular interval was uniformly 60 degrees.
It can be changed to 0 degrees or less. In fact, the cycle can be varied to increase engine efficiency. FIG. 2 shows a conventional symmetrical cycle.

【0023】 ここで、本発明により、図5に示すサイクルが成立可能である。図5のサイク
ルは、従来より長い膨張行程と膨張期間とを有し、従来のサイクルに比べて効率
を向上させることができる。吸気または圧縮行程と膨張または排気行程との間で
行程長の変化12を設けることは、メス型(吸気または排気用)ゼネバ歯車とオス
型(圧縮または膨張用)ゼネバ歯車とで異なる外形を持たせることによって容易に
実現できる。行程期間の変化は本発明を適用することによって実現される。
Here, according to the present invention, the cycle shown in FIG. 5 can be established. The cycle of FIG. 5 has an expansion stroke and an expansion period longer than the conventional cycle, and can improve the efficiency as compared with the conventional cycle. Providing a stroke length change 12 between the intake or compression stroke and the expansion or exhaust stroke has a different profile between the female (for intake or exhaust) Geneva gear and the male (for compression or expansion) Geneva gear. Can be easily realized. The change of the travel period is realized by applying the present invention.

【0024】 従来の内燃機関は図6に示す形状の公知のサイクルを備えており、vは固定容
積(dead volume)、Vは総行程容積を示す。吸気行程13、圧縮行程14、膨張
行程15および排気行程16により、上記サイクルが定義される。
A conventional internal combustion engine has a known cycle of the shape shown in FIG. 6, where v is a dead volume and V is the total stroke volume. The above cycle is defined by the intake stroke 13, the compression stroke 14, the expansion stroke 15, and the exhaust stroke 16.

【0025】 容積比Σは以下の式で定義される。 Σ=(v+V)/v 従来の燃料では、Σは11に等しく、以下の式で定義する理論熱力学的効率ρ
を生じる。 ρ=1−Σ-0.4=62%
The volume ratio Σ is defined by the following equation. Σ = (v + V) / v For conventional fuels, 等 し く is equal to 11 and the theoretical thermodynamic efficiency ρ defined by
Is generated. ρ = 1-Σ -0.4 = 62%

【0026】 図5の新規なサイクルは図7のP−V線図で示される。The new cycle of FIG. 5 is illustrated by the PV diagram of FIG.

【0027】 図5の実施例において角度間隔が60度の場合、理論効率は62%に等しい。In the embodiment of FIG. 5, when the angular interval is 60 degrees, the theoretical efficiency is equal to 62%.

【0028】 角度間隔50度では、ρ=70%、 角度間隔40度では、ρ=77%、 角度間隔30度では、ρ=83%であり、 このような理論効率はクランク−ロッド系エンジンや従来構成の分割サイクルエ
ンジンでは得られない。
At an angular interval of 50 degrees, ρ = 70%, at an angular interval of 40 degrees, ρ = 77%, and at an angular interval of 30 degrees, ρ = 83%. It cannot be obtained with the split cycle engine of the conventional configuration.

【0029】 本発明では所望のサイクルを選択できるので、点火進角(firing advance)によ
り吸気口と排気口との重なりを最小限にすることができる。
In the present invention, the desired cycle can be selected, so that the overlapping of the intake port and the exhaust port can be minimized by the firing advance.

【0030】 図8はこのような構成の一例を示すものであり、 は点火進角、 は吸気進角、 は排気遅角を示す。 様々な種類の分割サイクルエンジン、例えば、4つ、6つ、8つ等のゼネバ歯車
を備えたエンジンを実現することができる。
FIG. 8 shows an example of such a configuration, wherein denotes ignition advance, denotes intake advance, and denotes exhaust retard. Various types of split cycle engines can be implemented, for example, engines with four, six, eight, etc. Geneva gears.

【0031】 次に、膨張行程の長さ及び期間を変えることによりサイクルを最適化する方法
をさらに詳細に説明する。
Next, a method for optimizing the cycle by changing the length and the period of the expansion stroke will be described in further detail.

【0032】 膨張行程の長さと期間を増加させる方法は2つある。There are two ways to increase the length and duration of the expansion stroke.

【0033】 1番目は、ゼネバ歯車の形状を変えることであって、その場合、膨張行程の長
さと期間の増加は限定される。
The first is to change the shape of the Geneva gear, in which case the increase in length and duration of the expansion stroke is limited.

【0034】 2番目は、一方のゼネバ歯車群の初期の角度位置を他方のゼネバ歯車群に対し
て軸線回りに変化させることであり、それによりさらに大きな増加を得ることが
できる。特定形状のローブを使用することにより、初期の角度位置が変更された
特定サイクルを最適化することが可能である。出力クランク軸の公知の一形態を
図9に示す。
The second is to change the initial angular position of one Geneva gear group around the axis relative to the other Geneva gear group, so that a greater increase can be obtained. By using a particular shaped lobe, it is possible to optimize a particular cycle in which the initial angular position has been changed. One known form of the output crankshaft is shown in FIG.

【0035】 本発明の一実施形態によれば、歯車と歯車との間の角度は、6ゼネバ歯車
エンジンの場合、120°に維持される。膨張行程を増加させかつエンジン効率
を高めることが必要ならば、歯車及び間の角度βがα+β=120°及びα
≠β;α<βによって制約されるように図10に示す歯車及び間の角度を減
少させることが適切である。最終的に、6ゼネバ歯車エンジンの幾何学形状は図
11に示すようになる。すなわち、 ++は排気または吸気用歯車であり、 ++は圧縮または膨張用歯車である。
According to one embodiment of the invention, the angle between the gears is maintained at 120 ° for a 6 Geneva gear engine. If it is necessary to increase the expansion stroke and increase engine efficiency, the gear and the angle β between α + β = 120 ° and α
It is appropriate to reduce the gears and the angles between them as shown in FIG. 10 as constrained by ≠ β; α <β. Finally, the geometry of the 6 Geneva gear engine will be as shown in FIG. That is, ++ is an exhaust or intake gear, and ++ is a compression or expansion gear.

【0036】 オス型ゼネバ歯車とメス型ゼネバ歯車との間の角度が50°ないし55°より
小さい場合は、得られる隙間から見て両歯車を使用することは難しいかも知れな
い。この場合、図11に示す構成では、3個のゼネバ歯車からなる歯車群20を
2つ図12に示すように並列に配置して使用することができる。図11において
、ピストン60は、遊星歯車列61と接触方向によるタイミング関係にあるゼネ
バ歯車群20によって制御される。ゼネバ歯車軸62が出力軸64に連結された
軸受支持体63に取り付けられている。
If the angle between the male and female Geneva gears is less than 50 ° to 55 °, it may be difficult to use both gears in view of the resulting clearance. In this case, in the configuration shown in FIG. 11, two gear groups 20 each composed of three Geneva gears can be arranged and used in parallel as shown in FIG. In FIG. 11, the piston 60 is controlled by the Geneva gear group 20 which has a timing relationship with the planetary gear train 61 in the contact direction. A Geneva gear shaft 62 is mounted on a bearing support 63 connected to an output shaft 64.

【0037】 本発明の実施形態にかかる吸気または排気用ゼネバ歯車30の代表的な外形を
図13に示し、これと相補形の圧縮または膨張用ゼネバ歯車40を図14に示す
A typical external shape of the intake or exhaust Geneva gear 30 according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. 13, and a complementary compression or expansion Geneva gear 40 thereof is shown in FIG.

【0038】 図15(a)に、初期の向きではローブ51の頂点が垂直方向の先端に位置し
ている排気または吸気用メス型ゼネバ歯車50を示す。図15(b)におけるロ
ーブ51の向きの変化はこのローブを図15(a)に示す初期の向きに対して歯
車50の軸心を中心に時計回り方向に角度λ°だけオフセットさせたものである
。図15(a)と図15(b)との間で初期角度方向を変化させた結果、従来の
クランクの場合に相当する回転角度に対して排気及び吸気行程をずらすことにな
る。このずれは直接λの大きさに相当する。
FIG. 15A shows the female exhaust or intake Geneva gear 50 in which the apex of the lobe 51 is located at the tip in the vertical direction in the initial orientation. The change in the direction of the lobe 51 in FIG. 15B is obtained by offsetting the lobe by an angle λ ° clockwise about the axis of the gear 50 with respect to the initial direction shown in FIG. is there. As a result of changing the initial angle direction between FIGS. 15A and 15B, the exhaust and intake strokes are shifted with respect to the rotation angle corresponding to the case of the conventional crank. This shift directly corresponds to the magnitude of λ.

【0039】 上記偏角λは歯車50の半径RをR'に変更し、膨張または排気行程と吸気ま
たは圧縮行程との間の差が図15(a)の実施形態の場合に図16に示すように
構成された出力行程すなわち膨張行程の長さの損失を補償する。
The declination λ changes the radius R of the gear 50 to R ′, and the difference between the expansion or exhaust stroke and the intake or compression stroke is shown in FIG. 16 for the embodiment of FIG. Compensation for the loss of the length of the output or expansion stroke configured as described above.

【0040】 図17のピストン構成70はリフタ73にピストンロッド72を介して接続さ
れたピストン71を備えている。リフタ73上の接触面74はメス型ゼネバ歯車
(図示せず)に接触するよう成形配置されており、接触面75はオス型ゼネバ歯
車(図示せず)に接触するよう成形配置されている。
The piston arrangement 70 shown in FIG. 17 includes a piston 71 connected to a lifter 73 via a piston rod 72. The contact surface 74 on the lifter 73 is molded and arranged to contact a female Geneva gear (not shown), and the contact surface 75 is molded and arranged to contact a male Geneva gear (not shown).

【0041】 幅広く記載された本発明の本旨又は範囲から逸脱することなく上記具体的な実
施形態に示す本発明に対して様々な変形及び改造が可能であることは、当業者に
とって理解できるであろう。したがって、上記実施形態はあらゆる点で単に例示
に過ぎず本発明を限定するものでないことが考慮されるべきである。
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and alterations can be made to the present invention described in the specific embodiments above without departing from the spirit or scope of the broadly described invention. Would. Therefore, it should be considered that the above embodiments are merely examples in all respects and do not limit the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来の分割サイクルエンジンのポート開閉時期図。FIG. 1 is a port opening / closing timing diagram of a conventional split cycle engine.

【図2】 従来の分割サイクルエンジンのピストン運動図。FIG. 2 is a piston motion diagram of a conventional split cycle engine.

【図3】 理想の最適4行程サイクルを示す図2(破線で図示)相当図。FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 2 (shown by broken lines) showing an ideal optimal four-stroke cycle;

【図4】 2つのゼネバ歯車群間の相互関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a mutual relationship between two Geneva gear groups.

【図5】 本発明の一実施形態の図3相当図。FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 3 of one embodiment of the present invention.

【図6】 従来の内燃機関サイクルの圧力体積線図。FIG. 6 is a pressure volume diagram of a conventional internal combustion engine cycle.

【図7】 図5の実施形態の圧力体積線図。FIG. 7 is a pressure volume diagram of the embodiment of FIG.

【図8】 本発明の別の実施形態による結果を示す図3相当図。FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 3, showing a result according to another embodiment of the present invention.

【図9】 図1および図2の構成の出力軸とゼネバ歯車との関係を示す概略図。FIG. 9 is a schematic diagram showing the relationship between the output shaft and the Geneva gear of the configuration of FIGS. 1 and 2;

【図10】 本発明の一実施形態の図9相当概略図。FIG. 10 is a schematic diagram corresponding to FIG. 9 of one embodiment of the present invention.

【図11】 図10の6ゼネバ歯車エンジンの概略図。11 is a schematic diagram of the six Geneva gear engine of FIG.

【図12】 本発明の一実施形態を内蔵する分割サイクルエンジンの部分断面図。FIG. 12 is a partial cross-sectional view of a split cycle engine incorporating one embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の一実施形態にかかる吸気排気用ゼネバ歯車の断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view of a Geneva gear for intake and exhaust according to an embodiment of the present invention.

【図14】 図13の歯車と相補形の圧縮膨張用ゼネバ歯車の断面図。14 is a sectional view of a Geneva gear for compression and expansion complementary to the gear of FIG.

【図15】 (a)及び(b)は初期の向きがそれぞれ異なるメス型、すなわち排気吸気用
ゼネバ歯車を示す図。
FIGS. 15 (a) and (b) are views showing a female type having different initial directions, that is, a Geneva gear for exhaust / intake.

【図16】 図15(a)の歯車と図15(b)の歯車との間のピストンの運動効果を示す
図。
FIG. 16 is a view showing a movement effect of a piston between the gear of FIG. 15 (a) and the gear of FIG. 15 (b).

【図17】 本発明にかかる分割サイクル機械のピストン構成の一実施形態を示す等角図。FIG. 17 is an isometric view showing one embodiment of a piston configuration of the split cycle machine according to the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW 【要約の続き】 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID , IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW Continued】

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の軸線を有し、該第1の軸線から放射状に配置された複
数のラジアル往復ピストンと、上記第1の軸線周りに軌道運動するよう拘束され
円形に配列された複数のローブ軸とを備え、各ローブ軸は上記第1の軸線に平行
な対応する第2の軸線を中心に回転可能に構成されており、上記ローブ軸はその
軌道率の所定の割合である一定の率で駆動手段により回転駆動され、そのローブ
の平面は上記ピストンの放射方向平面内にほぼ存在していて、各ピストンは上記
ローブ軸の回転軌道運動とピストンの往復運動時にその往復運動とローブ軸の回
転軌道運動とが同調するよう上記少なくとも一つのローブに接続されている分割
サイクル機械であって、ゼネバ歯車配列の各ピストン制御用ローブの半径方向軸
線が、上記分割サイクル機械の運転時にそれぞれ前後するピストン制御用ローブ
に対して不等角に配置されている分割サイクル機械。
1. A plurality of radial reciprocating pistons having a first axis and radially arranged from the first axis, and a plurality of circular pistons constrained to orbit around the first axis. And each lobe axis is configured to be rotatable about a corresponding second axis parallel to the first axis, and the lobe axis is fixed at a predetermined ratio of its orbital ratio. The lobe plane is substantially present in the radial plane of the piston, and each piston has its reciprocating motion and lobe during the rotational orbital motion of the lobe shaft and the reciprocating motion of the piston. A split-cycle machine connected to the at least one lobe so as to synchronize with a rotational orbital motion of a shaft, wherein a radial axis of each piston control lobe of the Geneva gear arrangement is the split-cycle machine. A split cycle machine which is arranged at an unequal angle with respect to the piston control lobes that are each before and after the machine is operated.
【請求項2】 各ゼネバ歯車の各ローブが対応する半径方向軸線を中心に左
右対称に成形されている請求項1記載の分割サイクル機械。
2. The split cycle machine according to claim 1, wherein each lobe of each Geneva gear is shaped symmetrically about a corresponding radial axis.
【請求項3】 各ゼネバ歯車の各ローブが対応する半径方向軸線を中心に左
右非対称に成形されている請求項1記載の分割サイクル機械。
3. The split cycle machine according to claim 1, wherein each lobe of each Geneva gear is shaped asymmetrically about a corresponding radial axis.
【請求項4】 上記ゼネバ歯車のローブの一部がそれぞれ対応する半径方向
軸線を中心に左右対称に成形されており、残るゼネバ歯車のローブがそれぞれ対
応する半径方向軸線を中心に左右非対称に成形されている請求項1記載の分割サ
イクル機械。
4. A part of the lobe of the Geneva gear is formed symmetrically about the corresponding radial axis, and the remaining lobes of the Geneva gear are formed asymmetrically about the corresponding radial axis. The split cycle machine according to claim 1, wherein
【請求項5】 内燃機関として動作するよう構成されている請求項1ないし
4のいずれかに記載の分割サイクル機械。
5. The split cycle machine according to claim 1, wherein the split cycle machine is configured to operate as an internal combustion engine.
【請求項6】 自由ピストン機関に連結された回転運動変換装置に対して直
線状に構成された請求項1ないし4のいずれかに記載の分割サイクル機械。
6. The split cycle machine according to claim 1, wherein the split cycle machine is configured to be linear with respect to a rotary motion converter connected to a free piston engine.
【請求項7】 上記ゼネバ歯車がオス型ゼネバ歯車群とメス型ゼネバ歯車群
から構成されており、上記オス型ゼネバ歯車群は少なくともひとつのピストンの
膨張行程と圧縮行程を制御し、上記メス型ゼネバ歯車群は上記少なくともひとつ
のピストンの吸気行程と排気行程とを制御する請求項1ないし6のいずれかに記
載の分割サイクル機械。
7. The Geneva gear comprises a male Geneva gear group and a female Geneva gear group, wherein the male Geneva gear group controls an expansion stroke and a compression stroke of at least one piston, and The split cycle machine according to any one of claims 1 to 6, wherein the Geneva gear group controls an intake stroke and an exhaust stroke of the at least one piston.
【請求項8】 請求項5又は6記載の分割サイクル機械を内蔵し、膨張行程
と排気行程が吸気行程と圧縮行程より長くなっているエンジン。
8. An engine incorporating the split cycle machine according to claim 5, wherein an expansion stroke and an exhaust stroke are longer than an intake stroke and a compression stroke.
【請求項9】 膨張行程の期間が排気行程の期間よりも長い請求項8記載の
エンジン。
9. The engine according to claim 8, wherein the period of the expansion stroke is longer than the period of the exhaust stroke.
【請求項10】 膨張行程又は排気行程の長さが吸気行程又は圧縮行程の長
さよりも長い請求項9記載のエンジン。
10. The engine according to claim 9, wherein the length of the expansion stroke or the exhaust stroke is longer than the length of the intake stroke or the compression stroke.
【請求項11】 第1の軸線を有し、該第1の軸線から放射状に配置された
複数のラジアル往復ピストンと、上記第1の軸線周りに軌道運動するよう拘束さ
れ円形に配列された複数のローブ軸とを備え、各ローブ軸は上記第1の軸線に平
行な対応する第2の軸線を中心に回転可能に構成されており、上記ローブ軸はそ
の軌道率の所定の割合である一定の率で駆動手段により回転駆動され、そのロー
ブの平面は上記ピストンの放射方向平面内にほぼ存在していて、各ピストンは上
記ローブ軸の回転軌道運動とピストンの往復運動時にその往復運動とローブ軸の
回転軌道運動とが同調するよう上記少なくとも一つのローブに接続されている分
割サイクル機械のピストン内シリンダ運動を制御する方法であって、ピストン運
動を制御するゼネバ歯車配列のローブ群の角度配置を異ならせて前後する一対の
ピストン制御用ローブ間の角度間隔が等しくならないようにする工程を備えてい
る方法。
11. A plurality of radial reciprocating pistons having a first axis and radially disposed from the first axis, and a plurality of circular reciprocating pistons constrained to orbit around the first axis. And each lobe axis is configured to be rotatable about a corresponding second axis parallel to the first axis, and the lobe axis is fixed at a predetermined ratio of its orbital ratio. The lobe plane is substantially present in the radial plane of the piston, and each piston has its reciprocating motion and lobe during the rotational orbital motion of the lobe shaft and the reciprocating motion of the piston. A method of controlling cylinder motion in a piston of a split-cycle machine connected to said at least one lobe so as to synchronize with rotational orbital motion of a shaft, the Geneva gear arrangement controlling piston motion. A method comprising the steps of varying the angular arrangement of lobe groups in a row so that the angular spacing between a pair of preceding and following piston control lobes is not equal.
【請求項12】 各ゼネバ歯車のローブの外形を各ローブの半径方向軸線に
対して左右非対称になるよう変化させる工程を備えている請求項11記載の方法
12. The method according to claim 11, further comprising the step of varying the outer shape of the lobe of each Geneva gear so as to be bilaterally asymmetric with respect to the radial axis of each lobe.
【請求項13】 第1の軸線を有し、該第1の軸線から放射状に配置された
複数のラジアル往復ピストンと、上記第1の軸線周りに軌道運動するよう拘束さ
れ円形に配列された複数のローブ軸とを備え、各ローブ軸は上記第1の軸線に平
行な対応する第2の軸線を中心に回転可能に構成されており、上記ローブ軸はそ
の軌道率の所定の割合である一定の率で駆動手段により回転駆動され、そのロー
ブの平面は上記ピストンの放射方向平面内にほぼ存在していて、各ピストンは上
記ローブ軸の回転軌道運動とピストンの往復運動時にその往復運動とローブ軸の
回転軌道運動とが同調するよう上記少なくとも一つのローブに接続されている分
割サイクル機械のゼネバ歯車群であって、上記分割サイクル機械に取り付けられ
るオス型のゼネバ歯車とメス型のゼネバ歯車を備え、これらオス型及びメス型ゼ
ネバ歯車間で前後するローブの半径方向軸線が不等角な間隔を置いて配置されて
いるゼネバ歯車群。
13. A plurality of radial reciprocating pistons having a first axis and radially disposed from the first axis, and a plurality of circular reciprocating pistons constrained to orbit around the first axis. And each lobe axis is configured to be rotatable about a corresponding second axis parallel to the first axis, and the lobe axis is fixed at a predetermined ratio of its orbital ratio. The lobe plane is substantially present in the radial plane of the piston, and each piston has its reciprocating motion and lobe during the rotational orbital motion of the lobe shaft and the reciprocating motion of the piston. A group of Geneva gears of a split cycle machine connected to the at least one lobe so as to synchronize with the rotational orbital motion of the shaft, comprising a male Geneva gear mounted on the split cycle machine and a female gear. A group of Geneva gears, comprising a Geneva gear of a male type and a male and female Geneva gears, wherein radial axes of lobes which are arranged before and after the male and female Geneva gears are arranged at unequal angular intervals.
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