JP2008522077A - 直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するための、特に内燃機関用の改良型システム - Google Patents

Abstract

本発明は、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するための、特に内燃機関用の改良型システムであって、ロータ要素とステータ要素とを含んでおり、前記ロータ要素及びステータ要素の一方が、閉じたらせん状プロファイルを有しており、前記らせん状プロファイルが、少なくとも２７０°にわたる連続的な曲線部分と、前記連続的な曲線部分の端部を接合するランプ部分とを有するシステムに関する。

Description

本発明は、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するための、特に内燃機関用の改良型システムに関する。

より具体的には、本発明は、前述の運動変換を達成して、内燃機関の相（ｐｈａｓｅｓ）又は行程（ｓｔｒｏｋｅｓ）すべてを最適化することのできる、２行程機関／４行程機関両用の、前述した種類のシステムに関する。

明らかなことであるが、提案される解決法は、また、運動の変換を必要とする他の種類の構造にも使用することができる。

本発明による配置は、アルキメデスの極らせん（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ｐｏｌａｒ ｓｐｉｒａｌ）の仮想点の運動をもたらす原理に基づいており、該仮想点は、外力によって応力を受けると、それに作用している力の方向とは反対の方向に動く。らせんの中心までの腕が点をつなぐことを想像すると、外力の適用が中断されるまで曲線状の連続運動が得られる。

らせんに対して外側から作用する力の方向、又はらせんに対して内側から作用する力の方向に応じて、前述の原理に基づいて実現される本発明によるシステムは、様々な構成方式にしたがって実現することができる。

したがって、本発明の特定の目的は、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するための、特に内燃機関用の改良型システムであって、ロータ要素とステータ要素とを含んでおり、前記ロータ要素及びステータ要素の一方が、閉じたらせん状プロファイルを有しており、前記らせん状プロファイルが、少なくとも２７０°にわたる連続的な曲線部分と、前記連続的な曲線部分の端部を接合するランプ部分とを有するシステムである。

本発明によれば、前記連続的な曲線部分が、約３００°にわたって延びることが好ましく、４行程機関では約３４０°〜３４５°にわたって、２行程機関では約３５０°〜３５５°にわたって延びることが好ましい。

本発明によれば、常に、前記プロファイルを、ロータ要素の外側表面上及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）内側表面上で実現することができる。

さらに本発明によれば、前記プロファイルを、また、ロータの上側表面上及び／又は下側表面上に設けることもできる。

本発明によれば、ピストンのロッドの端部に結合された摺動若しくは転動手段が、可能な最低限の摩擦で動作することができ、前記ピストンがシリンダ内で作用する。

好ましくは、本発明によれば、複数の、摺動若しくは転動手段／ピストン／シリンダ・アセンブリが、前記ロータ要素に作用することができる。

さらに、本発明によれば、互いに平行な複数のロータを設けることができる。

さらに本発明によれば、前記ロータを、シリンダ支持ブロックの内側、すなわち、シリンダ支持ブロックの外側に設けることができる。

本発明によれば、常に、前記摺動若しくは転動手段／ピストン／シリンダ・アセンブリを、内側又は外側のいずれかに設けることができる。

本発明によって提案される解決法によって、以下の利点が得られる：
・単一のらせん形ロータ・ディスクのために設けられるシリンダの数は別として、ロータ回転角度の縮小のために、それらのシリンダのうちの１つだけが圧縮行程にあり、他のすべてが膨張行程（アクティブ）にある；
・単一のアクティブ行程（燃焼／膨張）の間に、ピストンは、ロータを「押し」て、ほぼ完全に回転させ、すなわち、完全な回転の３６０°引く２０°の回転を起こさせ、その結果、燃料を節約する。従来の内燃機関では、アクティブ行程の間、ピストンは、出力軸の半回転を起こすためだけに有用な運動エネルギーで作用し、出力機関の回転の残りの半分は、上死点（ＴＤＥ：Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｅｎｄ）に向かうピストンの行程のために、すなわち、圧縮相のために使用される；
・圧縮相は、回転中心から最小距離の半径と回転中心から最大距離の半径との間に含まれる角度、すなわち、それら２つの半径を接合するアセント（ａｓｃｅｎｔ）を含む角度に沿って起こり、アセントの傾斜角度だけに応じて外周の約１０°〜１５°の間を占める（スリープの少ないアセントは、Ｔ．Ｄ．Ｅ．に向かうピストンの行程を促進し、したがって、シリンダ及びピストンロッドの抵抗がより小さい、より容易な圧縮を促進し、また同時に、圧縮相だけを延長させて、２つの半径間により大きな角度を占め、その逆もまた同様である）；
・ロータに対するシリンダの傾斜を調節すると、動作している機関に望まれる特定の特徴に応じて、ピストンの調節可能な行程を得ることが可能となる；
・用いられる質量の大幅な削減が可能である。

ここで、本発明について、制限ではなく説明を目的として、本発明の好ましい諸実施例にしたがって、特に添付図面の諸図に即して説明する。

予め、本発明によるシステムが、らせん状プロファイル、好ましくはアルキメデスのらせん状プロファイルを提供しており、該プロファイルの一部分は、機関の膨張相のために、特定の必要に基づいて多様なものとすることができ、ただし、いずれの場合にも２７０°未満にはならず、他方、プロファイルの非常に限られた部分は、わずか２°であっても、機関サイクルの他の相のものとなることに留意しなければならない。原理にしたがえば、２行程機関では約６〜１０°となり、４行程機関では約１２〜２０°となる。

まず添付図面の図１及び図２を見ると、シリンダ支持ブロック２の内側に位置決めされた、らせん形曲線を有する内側ロータ・ディスク１を提示する、本発明による機関の実施例が示されている。

前記シリンダ支持ブロック２は、内側が円形であり、その円形は、ロータ・ディスク１の回転軸に対して同心である。

ディスク１とブロック２との間に得られる湾曲した空間は、（１つ若しくは複数の）ピストン４のための膨張空間である。

各シリンダ５は、ピストン４、ロッド６、及びホイール７とともに、ロータ１の曲線形状に対して最適な傾斜角度で、且つ対応するホイール７が常にディスク１と接触するような態様で据え付けられる。

ロータ・ディスク１の、形状を定められたプロファイルを調べると、らせん形曲線のアセント・ランプ８、すなわち、圧縮ランプは、ピストン４の圧縮がそれに沿って起こるロータ曲線１の部分であり、ランプ８の起点のところに下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ．：Ｂｏｔｔｏｍ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｒｅ）が与えられる。

図１に示した実施例は、４つのシリンダ５／ピストン４を提示しているが、図２の実施例は、６つの群を提示している。

ここで添付図面の図３及び図４を見ると、外側ロータ・ディスク１１を提示する、本発明による機関のさらに２つの実施例が示されており、前記ロータ・ディスクが、外側の円筒形状と、内側のらせん形曲線とを有する。この場合、シリンダ支持ブロック１２は、ロータ１１内に同心状に挿入される。

図３及び図４に示した実施例の他の特徴が、すべて図１及び図２の実施例と同一であるにもかかわらず、ロータ・ディスク１１をブロック１２の外側に置く解決法は、電気機関用や発電機用など、ロータ１１が外側を向いた構造が必要な場合に使用される。

図１〜４に示した解決法それぞれが、多シリンダのタイプのものである。

シリンダ５（１５）の分布は、いずれの場合にも、ロータ１（１１）に対して対称的でなければならない。シリンダ５（１５）の数は、ディスク１（１１）の寸法だけによって決まるので、ｎ個のシリンダ５（１５）がそれに作用する、より長い腕を備えた、大きな半径のディスク１（１１）を実現することが可能である。

ディスク１（１１）の半径が、シリンダ５（１５）／ピストン４（１４）群の寸法に影響を与えないことに留意しなければならない。これは、それら２つのコンポーネントが固定点につながれておらず、したがって、長い回転腕に作用するのではなく、シリンダ５（１５）／ピストン４（１４）の群を、減少させた質量寸法で実現することが可能であり、したがって、大きな動力をもつ高い運動量が生み出され、必要な燃料がより少量になるからである。

ここで添付図面の図５を見ると、互いに結合された複数のロータ・ディスク５１とシリンダ５５とを提示する、本発明によるモータの一実施例が示されている。

添付の図５からわかるように、様々な群の組合せを単一の軸５８に沿って据え付けることが可能であり、したがって、質量及び寸法が縮小され、燃料消費量が低減された、大出力機関が生み出される。

４行程機関用に実現された、本発明による機関の一実施例が、図６に示されている。ロータ６１のプロファイルが、４行程サイクルの吸気相及び圧縮相のために、２つのランプ６８’、６８’’を有することがわかる。

最後に、図７から、らせん状プロファイルを、ロータ７１の１つよりも多くの表面上で実現でき、したがって、非常に効果的な複合機関が得られることがわかる。

シリンダ傾斜角度（基準位置）は、最大らせん回転運動量の実現を保証する。ホイールが離れていくと（ピストンがシリンダから出るとき）、法線力が大きく増大して、ピストンの外側の位置で最大値に達する。シリンダの傾斜を増大させると、ピストンを引き出す間の法線力値の急速な増加が低減され、またピストンのクリティック部（ｐｉｓｔｏｎ ｃｒｉｔｉｃ ｓｅｃｔｉｏｎ）のトルクも同様である。

実際には、シリンダの傾斜を増大させると、ピストンのクリティック部のトルク値が達成されて、ピストンの望まれる持続時間と曲線状機構の「擾乱のない（ｎｏｔ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ）」動作とを保証することが必要である。

反応力のピストン行程値に加え、法線力のピストン行程値、並びにそれらの運動量は、値の変化を区別することがそれによって可能となる、表及び線図によって与えられる。ピストンの運動方向に対して反対方向のらせん状回転は、ピストン運動の全持続時間にわたってらせん形のディスク軸周りにトルクを生み出す、法線力の位置によって示される。

調査の間、シリンダ／ピストン・システムの抵抗だけが考慮される。機構の他の抵抗は、重要ではないので、考慮されない。シリンダの最適な傾斜を選択した後、結果を分析するときには、動作の間の衝撃を防ぎ、したがって機構のより長期的な耐久性を促進するために、最小半径から最大半径に移行する領域に対応するディスクのらせん状曲線の最適化を考慮する必要がある。

本発明について、制限ではなく説明を目的として、本発明の好ましい諸実施例にしたがって説明したが、添付の特許請求の範囲で定義される関連範囲から逸脱することなく当業者が修正及び／又は変更を取り入れることができることを理解すべきである。

本発明による機関の第１の実施例の概略断面図である。 本発明による機関の第２の実施例の概略断面図である。 本発明による機関の第３の実施例の概略断面図である。 本発明による機関の第４の実施例の概略断面図である。 本発明による機関の第５の実施例の概略断面図である。 本発明によるシステムを備えた４行程機関の概略平面図である。 ３つの表面に沿った、すなわち、外側面上、内側面上、及び上側表面上のそれぞれに沿ったプロファイルをもつ、本発明によるロータのプロファイルを示す図である。

Claims (13)

1. 直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するための、特に内燃機関用の改良型システムであって、ロータ要素とステータ要素とを含んでおり、前記ロータ要素及びステータ要素の一方が、閉じたらせん状プロファイルを有しており、前記らせん状プロファイルが、少なくとも２７０°にわたる連続的な曲線部分と、前記連続的な曲線部分の端部を接合するランプ部分とを有することを特徴とするシステム。
2. 前記らせん状プロファイルが前記ロータ要素上で実現されることを特徴とする、請求項１に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
3. 前記連続的な曲線部分が約３００°にわたって延びることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
4. 前記連続的な曲線部分が、４行程機関のために約３４０°〜３４５°にわたって延びることを特徴とする、請求項３に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
5. 前記連続的な曲線部分が、２行程機関のために約３５０°〜３５５°にわたって延びることを特徴とする、請求項３に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
6. 前記プロファイルが、前記ロータ要素の外側表面上及び／又は内側表面上で実現されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
7. 前記プロファイルが、前記ロータの上側表面上及び／又は下側表面上に設けられることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
8. ピストンのロッドの端部に結合された摺動若しくは転動手段が、可能な最低限の摩擦で動作し、前記ピストンがシリンダ内で作用することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
9. 複数の、摺動若しくは転動手段／ピストン／シリンダ・アセンブリが、前記ロータ要素に作用することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
10. 互いに平行な複数のロータが設けられることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
11. 前記ロータが、シリンダ支持ブロックの内側、すなわち、シリンダ支持ブロックの外側に設けられることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
12. 前記摺動若しくは転動手段／ピストン／シリンダ・アセンブリが、内側又は外側のいずれかに設けられることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。
13. 実質的に図示し記載した通りの、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の、直線運動を曲線運動に、又はその逆に変換するためのシステム。

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