JP2009519400A - 振動ピストン・エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】全寸法および全重量に関する公知のハイブリッド駆動装置の欠点を生じることなく、ハイブリッド駆動装置の利点を利用できる振動ピストンエンジンを提供する。
【解決手段】振動ピストン・エンジン１０は、ハウジング部分１４を有する内燃機関部分を含み、ハウジング部分１４内には、ハウジングに対して固定された回転軸２８のまわりにハウジング部分１４内でともに回転でき、回転軸２８のまわりを回転するときに、回転軸２８に対して垂直に延びる振動軸３０のまわりを互いに反対に往復振動運動を行う第１のピストンと少なくとも第２のピストン２０、２２とが配置されている。内燃機関部分は、少なくとも１つのロータ８４、１０４を有する電動部分に、回転軸２８の方向に隣接しており、少なくとも１つのロータ８４、１０４は、回転軸２８と同軸に配置され、かつ内燃機関部分のハウジング部分１４に隣接するハウジング部分１６内に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングを有する内燃機関部分を含む振動ピストン・エンジンに関し、このハウジング内には、ハウジングに対して固定された回転軸のまわりをハウジング内で、ともに回転でき、回転軸のまわりを回転するときに、回転軸に対して垂直に延びる振動軸のまわりに互いに反対に往復振動運動を行う第１のピストンと少なくとも第２のピストンとが配置されており、第１のピストンは第１の端面部を有し、少なくとも第２のピストンは第１の端面部に対向する第２の端面部を有し、これらの端面部はピストンの振動方向に作動チャンバの範囲を定めている。

この種類の振動ピストン・エンジンは、下記特許文献１で知られている。
振動ピストン・エンジン、特に、本発明の振動ピストン・エンジンは、内燃機関として使用することができる。本発明の振動ピストン・エンジンは、自動車用の駆動モータとして使用されることが好ましい。
振動ピストン・エンジンが内燃機関として使用されるとき、燃焼混合物の吸入、圧縮、点火、および燃焼をさせた燃焼混合物の膨張、排出の個々の作動行程は、２つの端部位置間にある個々のピストンの往復振動運動により、および作動チャンバの容積の対応する周期的変動により、連続的に実行される。

また、いわゆるハイブリッド駆動装置が知られている。ハイブリッド駆動装置は、通常、内燃機関と電気発動機との組み合わせである。今日ますます重要になっているこの種類のハイブリッド駆動装置は、郊外および高速道路を運転するときには内燃機関が利用されるが、例えば、市街を通過するときには、汚染物質を出さない電気駆動を利用できる利点を有している。

しかしながら、公知のハイブリッド駆動装置は、例えば、直列またはＶ字状構成に配置された直線可動ピストンを含む往復ピストン・エンジンとして構成された内燃機関に基づいている。電動部分と組み合わせる場合、この種類の公知のハイブリッド駆動装置は、非常に大きくて重い。
国際公開第０３／０６７０３３号パンフレット

本発明は、冒頭に言及した種類の振動ピストン・エンジンを開発する目的に基づいており、本発明は、また、全寸法および全重量に関する公知のハイブリッド駆動装置の欠点を生じることなく、ハイブリッド駆動装置の利点を利用できるようになされている。

冒頭に言及した振動ピストン・エンジンに関する本発明に基づいて、この目的は、内燃機関部分が、少なくとも１つのロータを有する電動部分に、回転軸の方向に隣接しており、この少なくとも１つのロータは、回転軸と同軸に配置され、かつ内燃機関部分のハウジング部分に隣接するハウジング部分内に配置されることで達成されている。
したがって、本発明の振動ピストン・エンジンは、公知のハイブリッド駆動装置とは対照的に、大幅に小さい全体スペースを必要とするハイブリッド駆動装置を提供し、その理由は、少なくとも２つのピストンと電動部分の少なくとも１つのロータとが、同じ回転軸のまわりを回転し、したがって、少なくとも２つのピストンを含む内燃機関部分と少なくとも１つのロータを含む電動部分とを、内燃機関部分と電動部分との２つのハウジング部分で構成されたコンパクトなハウジング内に収容することができるためである。２つのハウジング部分の「開放側部」は、互いに対して直接にフランジで連結できることが好ましい。これにひきかえ、燃焼機関部分が直線可動ピストンを含む往復ピストン・エンジンを有している従来のハイブリッド駆動装置では、直線的ピストン運動と電動部分の回転運動とは、基本的に異なったハウジング形状を必要とするため、２つの駆動部分のこのようなコンパクトな配置は実現できない。

本発明の振動ピストン・エンジンは、例えば、市街を通過するときには電動部分で、郊外または高速道路を運転するときには内燃機関部分で駆動が生じることで、環境対応型の使用を可能にする。
好ましい構成では、内燃機関部分のハウジングは、実質的に半球状であり、電動部分のハウジングは、その構成において実質的に円筒状である。

この手段は、半球状のハウジングが振動ピストン・エンジンの内燃機関部分に最適に適合しているとともに、電動部分のハウジングの円筒状構成が電動部分に最適に適合しているため、本発明の振動ピストン・エンジンの特にコンパクトな設計につながる。
さらに好ましい構成では、ピストンは、回転軸が作動チャンバを貫通するように回転軸に対して配置されている。

この手段は上記特許文献１の公知の振動ピストン・エンジンの有利な発展を確実なものにする。この上記特許文献１の既知の振動ピストン・エンジンでは、作動チャンバは回転軸の外側に配置されており、すなわち、公知の振動ピストン・エンジンの２つのピストンは、作動チャンバの容積が最小でありかつ回転軸に対して垂直となるそれらのＴＤＣ位置に存在している。他方、上述した手段は、回転軸とピストンとの間の距離が短いために遠心力を減少させる利点を有している。この遠心力は、回転軸のまわりを回転している間にピストンに作用し、２つのピストンが回転して離間する方向に作用する。すなわち、遠心力は膨張の作動行程を加勢する。

さらに好ましい構成では、第１のピストンと少なくとも第２のピストンとに回転可能に固定して連結されているとともに、その周囲に電動部分のロータが配置されているシャフトが、回転軸と同軸に配置されている。
この手段は、第１のピストンと少なくとも第２のピストンとに回転可能に固定して連結されているシャフトが、同時に、電動部分のロータのシャフトまたは軸受け部を担うことから、ハイブリッド駆動装置としての本発明の振動ピストン・エンジンの特にコンパクトな設計に対しても有利に貢献する。したがって、電動部分のロータの個別の取り付けの必要がなくなり、その結果、コンパクト設計が達成されるだけでなく、本発明の振動ピストン・エンジンの部品数もまた少なくてすむ。

これに関連して、電動部分が少なくとも１つの電動機／発電機を有しており、この少なくとも１つの電動機／発電機のロータがフリー・ホイールを介してシャフトに連結されていて、シャフトが静止しているときでもロータが回転軸のまわりを回転できるようになされていれば、さらに好ましい。
この手段には、本発明の振動ピストン・エンジンを、電気駆動装置として排他的に、すなわち、内燃機関部分を作動させずに、作動させることもまた可能であるという利点がある。本発明の振動ピストン・エンジンが自動車に使用される場合、電動機が、しかるべく設計されていれば、例えば、市街を通過するときには電動機だけで自動車を駆動することができる。

さらに好ましい構成では、伝達装置を介して電動部分のロータに連結されている駆動／出力シャフトは、回転軸に対して平行に配置され、かつ回転軸から離れて配設されている。
伝達装置は、例えば、歯車装置で構成することができ、歯が電動部分のロータ上に設けられ、対応する歯または歯車が駆動／出力シャフト上に設けられていて、駆動／出力シャフトの歯が電動部分のロータの対応する歯と噛み合っている。歯車装置の代わりに、伝達装置は、成形歯／ベルト駆動またはその他のものを有することもできる。

回転軸に対して平行であり、かつ回転軸から離れて配設された駆動／出力シャフトの配置は、駆動／出力シャフトが、吸気ポートおよび排気ポート、ならびにまた点火プラグ、噴射ノズルなどの内燃機関部分の部品と衝突しないという利点を有しており、したがって、これらの部品を内燃機関部分の端部側面上の回転軸の延長部に有利に配置することを可能にする。

さらに好ましい構成では、駆動／出力シャフトは、さらなる伝動配置を介して、および束縛のない自由回転連結と強制的係止連結との間で切り替えることができるクラッチを介して、ピストンが回転可能に固定して連結されたシャフトに作動的に連結されている。
これは、低い設計コストで、さらなる運転モードを促進する。すなわち、内燃機関部分が作動しているとき、クラッチを強制的係止連結に切り替えることは、電動部分を駆動させることができ、同時に電動機／発電機により発電して、例えば、電気ユニットに給電したり、または車両バッテリを充電したりする。内燃機関部分を作動させずに、電動駆動だけが利用される場合にのみクラッチを束縛のない自由回転に切り替えられる。

さらに好ましい構成では、電動部分は始動機／発電機を有している。
上述した電動機／発電機に加えて、始動機／発電機が、振動ピストン・エンジンの電動部分内に設けてあることが好ましく、さらに好ましい構成に基づいて、始動機／発電機のロータは、ピストンが回転可能に固定して連結されたシャフトに、回転可能に固定して連結されている。

本発明の振動ピストン・エンジンの内燃機関部分を始動するために、始動機／発電機に電圧が印加され、この始動機／発電機は、シャフトを介して振動ピストン・エンジンの内燃機関部分を作動させ、したがって、このシャフトは回転軸のまわりを回転するように設計されている。その後、内燃機関が作動するとすぐに、始動機／発電機は、内燃機関部分が作動している間、電力を発生する発電機として、シャフトを介して恒久的に駆動される。

さらに好ましい構成では、内燃機関部分は、回転軸のまわりを回転でき、かつ第２の作動チャンバを形成することができる少なくとも第３および第４の回動可能なピストンを有している。
この手段は、内燃機関部分が、２つのピストンだけが設けられている場合よりも大きい全出力を提供できるという利点を有している。

この場合、この手段は、少なくとも第３および第４のピストンが、回転軸の方向において、電動部分の第１および第２のピストンと反対側に配置され、かつ第２の振動軸のまわりで回動可能であるとき、好ましい。
したがって、この構成では、電動部分は、２対の内燃機関部分のピストンの間に挟まれており、全体として特にコンパクトな設計を可能にしている。
少なくとも第３および第４のピストンは、半球状のハウジング部分内に配置されていることが好ましい。

本発明の振動ピストン・エンジンの全体としてのハウジングは、この構成において構成の端部側面では半球状であり、中央領域では円筒状である３つのハウジング部分を有していることが好ましい。これは、全体的な球体のハウジングを有している上記特許文献１の振動ピストン・エンジンと比較して、わずかに大きいだけであるとともに、振動ピストン・エンジンが、ハイブリッド駆動装置として電動部分とコンパクトに構成されるという利点を有する設計につながる。

さらに好ましい構成では、第１および第２のピストン、ならびに少なくとも第３および第４のピストンは、中間領域においてシャフトを有するピストン・ケージ内に取り付けられている。
この構成は、ピストン・ケージが、その２つの端部の回転軸に対して対応する穴部内にピストンを回転可能に固定して受け入れるとともに、その中心に電動部分も支持するシャフト（システム・シャフト）を有しているため、わずかな部品しか必要とせず、ハイブリッド駆動装置としての振動ピストン・エンジンの構成にさらにつながる。

さらに好ましい構成では、シャフトは切り離し可能クラッチを有しており、クラッチが切り離されているとき、少なくとも第３および第４のピストンは回転軸のまわりを回転せず、他方、第１および第２のピストンは回転軸のまわりを回転する。
この手段は、内燃機関部分を２ピストン・エンジンとしてまたは４ピストン・エンジンとして選択的に作動させることができるという、さらなる利点を提供する。

全体として、本発明の振動ピストン・エンジンは、できるだけ小さいスペースを占有しながら、従来のハイブリッドに比較して、スペースを節約するだけでなく、重さも軽減することができる完全なハイブリッドとして知られているものを提供する。
さらなる利点および特徴は、以下の説明および添付図面から明らかになるであろう。
上述の、および後述する特徴は、個々に特定された組み合わせにおいてだけでなく、むしろ他の組み合わせにおいても、または単独でも、本発明の範囲を逸脱することなく使用することができるということが理解されるであろう。

本発明の例示的実施形態が図面で示されるとともに、図面を参照しながら詳細に後述されるであろう。
図１および図２は、全体に参照符号１０を付した振動ピストン・エンジンを示している。
振動ピストン・エンジン１０は、内燃機関部分と電動部分とを含むハイブリッド駆動装置として構成されている。

振動ピストン・エンジン１０は、第１のハウジング部分１４と、中央の第２のハウジング部分１６と、第３のハウジング部分１８とにより形成されるハウジング１２を有している。第１のハウジング部分１４は、その構成において実質的に半球状であり、第１のハウジング要素１４ａと、端部側面ハウジング蓋として構成された第２のハウジング要素１４ｂとを有している。同様に、第３のハウジング部分１８は、第１のハウジング要素１８ａと、端部側面ハウジング蓋として構成された第２のハウジング要素１８ｂとにより形成されている。

ハウジング部分１４，１６および１８は、好ましくはねじで互いに解放可能に連結されている。
振動ピストン・エンジン１０の内燃機関部分を、まず以下で説明する。
振動ピストン・エンジン１０の内燃機関部分は、第１のピストン２０、第２のピストン２２、第３のピストン２４、および第４のピストン２６の合計４つのピストンを有している。第１のピストン２０および第２のピストン２２は、第１のハウジング部分１４内に配置されており、第３のピストン２４および第４のピストン２６は、第３のハウジング部分１８内に配置されている。

ピストン２０〜２６は、それらの各ハウジング部分１４または１８内で共通の回転軸２８のまわりを回転でき、この共通の回転軸２８は、ハウジングに対して固定されており、かつ幾何学上の軸として理解されるべきである。しかしながら、後述するように、ピストン２０および２２の回転運動が、ピストン２４および２６の回転運動から切り離されることが等しく可能である。すなわち、ピストン２０および２２だけ、もしくはピストン２４および２６だけが回転軸２８のまわりを回転する、または、すべての４つのピストン２０〜２６が回転軸２８のまわりを同時に回転できるように、振動ピストン・エンジン１０を作動できる。

回転軸２８のまわりを回転するとき、ハウジング部分１４内のピストン２０および２２は、回転軸２８に対して垂直な第１の振動軸３０のまわりを往復振動運動を行い、第１のピストン２０および第２のピストン２２の振動運動は互いに反対である。
第３のピストン２４および第４のピストン２６は、回転軸２８のまわりを回転するとき、ハウジング部分１８内で第２の振動軸３２のまわりの振動運動を行い、この第２の振動軸３２は、回転軸２８に対して垂直に延び、かつ第１の振動軸３０に対してもまた垂直に延びている。振動軸３２のまわりの第３のピストン２４および第４のピストン２６の振動運動も、互いに反対である。

したがって、図示の例示的実施形態では、ピストン２０および２２は振動運動を行い、この振動運動の振動の瞬時の方向は、第３および第４のピストン２４，２６の振動の瞬時の方向が位置している対応する平面に対して垂直な平面内に位置している。しかしながら、ピストン２０および２２がピストン２４および２６に対して９０°ずれたこの配置は、必須ではなく、逆に、振動軸３０および３２が互いに平行に延びるとともに、ピストン２０〜２６の振動の瞬時の方向が、すべての場合において同じ平面内に位置するように、すべての４つのピストン２０〜２６を配置することもできる。

第１のピストン２０は第１の端面部３４を有し、第２のピストン２２は第２の端面部３６を有し、これらは、互いに対向しており、ともにピストン２０および２２の振動方向における第１の作動チャンバ３８の範囲を定めている。ピストン２０および２２の往復振動運動中に、作動チャンバ３８の大きさは、適宜、減少および増加する。作動チャンバ３８は、空気／燃料混合物に対する燃焼室としての役目を果たし、ピストン２０および２２の往復振動運動が、作動チャンバ３８内で、空気／燃料混合物の吸入および圧縮、圧縮空気／燃料混合物の点火、燃焼させた空気／燃料混合物の膨張および排出の行程を生じる。図２は、最大容積の作動チャンバ３８を示しており、すなわち、ピストン２０および２２は、下死点位置（ＢＤＣ位置）として知られている位置にある。

作動チャンバ３８は、空気／燃料混合物に点火する点火装置すなわちグロー・プラグ４０、燃料を注入する噴射ノズル４２、燃焼用空気を吸入する吸気ポート４４、および燃焼させた空気／燃料混合物を排出する排気ポート４６である。点火すなわちグロー・プラグ４０、噴射ノズル４２、吸気ポート４４、および排気ポート４６は、端部側面ハウジング蓋１４ｂ上に配置されている。

図示している例示的実施形態では、端面部３４および３６は、それらの構成において円形であり、作動チャンバ３８は、第１の振動軸３０と同軸のパイプ・ベンド（曲り管）形状を有している。
したがって、第３のピストン２４は第３の端面部４８を有し、第４のピストン２６は第４の端面部５０を有し、これらは、ピストン２４および２６の振動方向における第２の作動チャンバ５２の範囲を定めている。端部側面ハウジング蓋１８ｂ上に配置されている点火すなわちグロー・プラグ５４、噴射ノズル５６、吸気ポート５８、および排気ポート６０は、同様に第２の作動チャンバ５２に対応して関連している。第２の作動チャンバ５２は、作動チャンバ３８と同様に燃焼室としての役目を果たす。

図面は、最大容積の作動チャンバ５２を示している。すなわち、ピストン２４および２６は、それらのＢＤＣ位置にある。これは、ピストン２０および２２、またはピストン２４および２６が回転軸２８のまわりを回転して、その結果、振動運動を行うとき、作動チャンバ２８および５２の大きさが、同じ方向に増加したり、または減少したりするということを意味する。作動チャンバ３８および５２の大きさの同じ方向への増加および減少は好ましいが、ピストン２０〜２６の対応する異なった配置では、作動チャンバ３８および５２の大きさの反対方向への増加および減少も生じることができる。

ピストン２０および２２、またはピストン２４および２６は、作動チャンバ３８および５２が回転軸２８上に位置するように、または回転軸２８が作動チャンバ３８および５２を貫通するように、それぞれ配置されている。
振動軸３０のまわりのピストン２０および２２の振動運動と、振動軸３２のまわりのピストン２４および２６の振動運動とを、回転軸２８のまわりの回転運動から導き出すために、対応する制御機構が設けられている。この目的のために、ピストン２０は走行部材６２を有し、ピストン２２は走行部材６４を有し、ピストン２４は走行部材６６を有し、ピストン２６は走行部材６８を有している。

走行部材６２〜６８は互いに同じ設計を有しているため、走行部材６２だけについて以下に詳述するが、したがって、この説明は他の走行部材６４〜６８にも当てはまる。
走行部材６２は走行ローラとして構成されており、この走行ローラは、ジャーナル（軸首）７０によりピストン２０に、好ましくは解放可能に、連結されている。走行ローラは、精密ニードル軸受７２によりジャーナル７０上に回転可能に取り付けられている。

走行部材６２を走行ローラとして構成する代わりに、走行部材６２は、ピストン２０の後部の対応するボール・ソケット内に自由に回転できるように取り付けることができる堅固なボールの形態でも構成できる。
走行部材６２および走行部材６４は、谷部および山部を有する波状走路を示し、かつカム部材７４上に構成される制御カム内を走行する。制御カムを含む対応するカム部材７６が、ピストン２４および２６の走行部材６６および６８に対して設けられている。カム部材７４および７６は、ハウジング部分１４および１８の内部に配置されている。付加的なカム部材７４および７６の代わりに、対応する制御カムは、ハウジング部分１４および１８内の溝部としても形成できる。

内燃機関部分の出力を高めるために、作動チャンバ３８または５２から離れている後方チャンバ（図示せず）が、予備圧縮スペースとしての役目を果たすことができ、この予備圧縮スペース内で、燃焼用空気が予備圧縮され、その後、高圧の状態で作動チャンバ３８または５２に導入される。
ここで、振動ピストン・エンジン１０の電動部分を詳述する。

電動部分は、実質的に円筒形状を有する第２のハウジング部分１６内に収容されている。電動部分は、振動ピストン・エンジン１０の内燃機関部分のピストン２０および２２で形成された部分へ回転軸２８の方向に直接隣接しており、そして、ピストン２４および２６を含む燃焼エンジン部分のさらなる部分が、ハウジング１６内の電動部分に直接隣接している。

電動部分は電動機／発電機８０を有している。電動機／発電機は、後述するように、電動駆動装置として、または電力を発生する発電機として、選択的に作動させることができる。
電動部分は、電気始動機／発電機８２をさらに有しており、この電気始動機／発電機８２は、内燃機関部分用の始動機として選択的に作動することができるとともに、電力を発生する（さらなる）発電機として選択的に作動することができる。

電動機／発電機は、ロータ８４とステータ８６とを有している。電動機／発電機８０のロータ８４はフリー・ホイール８８を介してシャフト９０に連結されており、その結果、シャフト９０が静止しているときでもロータ８４は回転軸２８のまわりを回転できる。
シャフト９０は、ピストン・ケージ９２の一部であり、このピストン・ケージ９２は、端部側面上に、シャフト９０に加えて、ピストン２０および２２に対する各ピストン受け入れ要素９４、またはピストン２４および２６に対するピストン受け入れ要素９６を有している。ピストン２０，２２およびピストン２４，２６は、ピストン受け入れ要素９４および９６を介してシャフト９０に回転可能に固定して連結されている。ピストン受け入れ要素９４内には穴部９８が存在しており、その中には、ピストン２０および２２が、対応する密封性を有した状態で振動運動に従って摺動するように取り付けられている。穴部９８は、断面において端面部３４および３６の幾何学的形状に対応するように構成され、つまり、その構成において円形である。

ピストン２４および２６の取り付けを摺動させるための対応する穴部１００が、ピストン受け入れ要素９６内に存在している。穴部９８および１００の側壁は、作動チャンバ３８または５２の範囲を、それらの各円周方向に定める。ピストン２０および２２が穴部９８に収容され、かつピストン２４，２６が穴部１００に収容されている結果として、ピストン２０〜２６は、シャフト９０に回転可能に固定して連結されている。

図示する例示的実施形態では、ピストン・ケージ９２は、組み立てを容易にするために、ピストン受け入れ要素９４が回転式に固定された差し込み型コネクタ１０２を介してピストン受け入れ要素９６またはシャフト９０に連結されているという２部分構成となっている。
始動機／発電機８２は、同様に、ロータ１０４とステータ１０６とを有しており、電動機／発電機８０のロータ８４とは対照的に、ロータ１０４はシャフト９０に回転可能に固定して連結されていることが好ましい。

ステータ８６および１０６は、中央のハウジング部分１６に関してハウジングに固定されている。
振動ピストン・エンジン１０は、さらに、駆動／出力シャフト１０８を有している。
駆動／出力シャフト１０８は、特に図２から分かるように、回転軸２８に対して平行に配置されるとともに、回転軸２８から側方に離間して配設されている。

駆動／出力シャフト１０８は、第１の伝達装置１１０を介して電動機／発電機のロータ８４に連結されている。この目的のために、ロータ８４は外側の歯１１２を有し、駆動／出力シャフト１０８は外側の歯１１２と噛み合う歯車１１４を有している。
駆動／出力シャフト１０８は、さらなる伝達装置１１６を介してシャフト９０に連結されている。この目的のために、シャフト９０に連結されているピストン受け入れ要素９４は、駆動／出力シャフト１０８上の歯車１２０と噛み合う外側の歯１１８を有している。

伝達装置１１０および１１６は、歯車伝達装置の代わりに、ベルトまたはチェーン駆動装置でも構成できる。
しかしながら、駆動／出力シャフト１０８は、シャフト９０から切り離されて、駆動／出力シャフト１０８が回転しても、回転運動がシャフト９０に、したがってピストン２０〜２６に伝達されないようにすることができる。この目的のために、駆動／出力シャフト１０８上にはクラッチ１２２が設けられており、このクラッチ１２２は、自由作動連結と強制的係止連結との間で切り替えることができるとともに、歯車１２０に連結されている。クラッチ１２２を強制的係止連結に切り替えると、駆動／出力シャフト１０８の回転は歯車の回転をもたらし、その結果、回転軸２８のまわりのピストン２０〜２６の回転につながる。

振動ピストン・エンジン１０の機能およびその可能な運転モードについて以下に説明する。
振動ピストン・エンジン１０の内燃機関部分を始動するために、始動機／発電機８２が適宜に起動される。始動機／発電機８２のロータ１０４の回転は、回転軸２８のまわりのシャフト９０の回転を引き起こし、その結果、ピストン・ケージ９２を介して回転軸２８のまわりでピストン２０〜２６を回転させる。その後、作動チャンバ３８および５２内において燃焼機関の作動行程、すなわち、吸入、圧縮、点火、膨張、および排出が進行する。そして、振動ピストン・エンジン１０は内燃機関として作動する。

回転軸２８のまわりでのピストン２０〜２６の回転運動は、伝達装置１１６により駆動／出力シャフト１０８の対応する回転に変換される。この動作中に、クラッチ１２２が強制的係止連結に切り替えられて、駆動／出力シャフト１０８が、伝達装置１１０を介して電動機／発電機８０のロータ８４を駆動する。その後、電動機／発電機は、例えば、電気ユニットに電源を供給するために、および車両用バッテリを充電するために、振動ピストン・エンジン１０を用いて電力を発生する発電機として作動する。

始動機／発電機８２のロータ１０４のシャフト９０は、回転軸の２８まわりに常に回転しており、始動機／発電機８２は、振動ピストン・エンジン１０が内燃機関として作動している間、電力を発生する発電機として同様に作動する。
さらに、振動ピストン・エンジン１０は、電気駆動装置として排他的に作動することもできる。

この目的のために、電圧が電動機／発電機８０に印加されて、電動機／発電機８０のロータ８４が回転軸２８のまわりを回転する。ロータ８４は、フリー・ホイール８８を介してシャフト９０を回転可能に連結されているため、ロータ８４の回転は、回転軸２８のまわりでのシャフト９０の回転を引き起こさない。回転軸２８のまわりでのロータ８４の回転運動は、伝達装置１１０を介して駆動シャフト１０８に伝達されるが、クラッチ１２２が自由回転に切り替えられることにより、歯車１２０は静止しており、かつ回転軸２８のまわりでのピストン２０〜２６の回転運動を起こさない。

振動ピストン・エンジン１０の場合、振動ピストン・エンジン１０が内燃機関として作動するさらなる運転モードにおいて、ピストン２０および２２だけが回転軸２８のまわりを回転して、駆動エネルギーを発生し、他方、ピストン２４および２６は静止するようにしてもよい。これは、シャフト９０の強制的係止連結を中断するために、例えば開閉することができる、シャフト９０の領域内のさらなるクラッチを用いて達成できる。このようにして、振動ピストン・エンジンは、２または４ピストン・エンジンとして選択的に作動できる。

回転可動部分の回転軸に沿った平面におけるハイブリッド駆動装置としての振動ピストン・エンジンを貫通する斜視縦断面図である。 図１の部分的平面に対して回転軸のまわりに約９０°回転した平面に沿った、図１の振動ピストン・エンジンを貫通する斜視縦断面図である。

Claims (14)

1. ハウジング部分（１４）を有する内燃機関部分を含む振動ピストン・エンジンであって、前記ハウジング部分（１４）内には、前記ハウジングに対して固定された回転軸（２８）のまわりを前記ハウジング部分（１４）内で、ともに回転でき、前記回転軸（２８）のまわりを回転するときに、前記回転軸（２８）に対して垂直に延びる振動軸（３０）のまわりに互いに反対に往復振動運動を行う第１のピストンと少なくとも第２のピストン（２０，２２）とが配置されており、前記第１のピストン（２０）は第１の端面部（３４）を有し、前記少なくとも第２のピストン（２２）は前記第１の端面部（３４）に対向する第２の端面部（３６）を有し、前記端面部（３４，３６）は前記ピストン（２０，２２）の振動方向に作動チャンバ（３８）の範囲を定めている振動ピストン・エンジンであって、
   前記内燃機関部分が、少なくとも１つのロータ（８４，１０４）を有する電動部分に、前記回転軸（２８）の方向に隣接しており、前記少なくとも１つのロータ（８４，１０４）は、前記回転軸（２８）と同軸に配置され、かつ前記内燃機関部分の前記ハウジング部分（１４）に隣接するハウジング部分（１６）内に配置されていることを特徴とする振動ピストン・エンジン。
2. 前記内燃機関部分の前記ハウジング部分（１４）が実質的に半球状であり、前記電動部分の前記ハウジング部分（１６）が、その構成において実質的に円筒状であることを特徴とする請求項１に記載の振動ピストン・エンジン。
3. 前記ピストン（２０，２２）は、前記回転軸（２８）が前記作動チャンバ（３８）を貫通するように、前記回転軸（２８）に対して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動ピストン・エンジン。
4. 前記第１のピストンと前記少なくとも第２のピストンと（２０，２２）に回転可能に固定して連結されているとともに、その周囲に前記電動部分の前記少なくとも１つのロータ（８４，１０４）が配置されているシャフト（９０）が、前記回転軸（２８）と同軸に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
5. 前記電動部分が少なくとも１つの電動機／発電機（８０）を有しており、前記少なくとも１つの電動機／発電機（８０）の前記ロータ（８４）がフリー・ホイールを介して前記シャフト（９０）に連結されていて、前記シャフト（９０）が静止しているときでも前記ロータ（８４）が前記回転軸（２８）のまわりを回転できることを特徴とする請求項４に記載の振動ピストン・エンジン。
6. 伝達装置（１１０）を介して前記電動部分の前記ロータ（８４，１０４）に連結されている駆動／出力シャフト（１０８）が、前記回転軸（２８）に対して平行に配置され、かつ前記回転軸（２８）から離れて配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
7. 前記駆動／出力シャフト（１０８）が、さらなる伝達装置（１１６）を介して、および束縛のない自由回転連結と強制的係止連結との間で切り替えることができるクラッチ（１２２）を介して、前記ピストン（２０，２２）が回転可能に固定して連結された前記シャフト（９０）に作動的に連結されていることを特徴とする請求項４および６に記載の振動ピストン・エンジン。
8. 前記電動部分が始動機／発電機（８２）を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
9. 前記始動機／発電機（８２）の前記ロータ（１０４）は、前記ピストン（２０，２２）が回転可能に固定して連結された前記シャフト（９０）に、回転可能に固定して連結されていることを特徴とする請求項４および８に記載の振動ピストン・エンジン。
10. 前記内燃機関部分が、前記回転軸（２８）のまわりを回転でき、かつ第２の作動チャンバ（５２）を形成することができる少なくとも第３および第４の回動可能なピストン（２４，２６）を有していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
11. 前記少なくとも第３および第４のピストン（２４，２６）が、前記回転軸（２８）の方向において、前記電動部分の前記第１および第２のピストン（２０，２２）と反対側に配置され、かつ第２の振動軸（３２）のまわりで回動可能であることを特徴とする請求項１０に記載の振動ピストン・エンジン。
12. 前記少なくとも第３および第４のピストン（２４，２６）が、さらなる半球状のハウジング部分（１８）内に配置されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の振動ピストン・エンジン。
13. 前記第１および第２のピストン、ならびに前記少なくとも第３および第４のピストン（２０〜２６）が、中間領域に前記シャフト（９０）を有するピストン・ケージ（９２）内に取り付けられていることを特徴とする請求項４および請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
14. 前記シャフト（９０）が切り離し可能クラッチを有しており、前記クラッチが切り離されているとき、前記少なくとも第３および第４のピストン（２４，２６）は前記回転軸（２８）のまわりを回転せず、他方、前記第１および第２のピストン（２０，２２）は前記回転軸（２８）のまわりを回転することを特徴とする請求項１３に記載の振動ピストン・エンジン。

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