JP2012533708A - 等速機関／技術 - Google Patents

Abstract

直線運動を回転運動に変換するか又は回転運動を直線運動に変換することが可能な等速内燃機関／構造は、クランク軸ではなくギヤ軸と、少なくとも１対の互いに対向する往復動ピストンとを含み、ギヤ軸は、ピストンの往復直線並進運動を制御する。

Description

本発明は、例えば、すべてのクランク軸燃焼機関に代わって使用されるように設計され、直線運動を回転運動に変換するか又は回転運動を直線運動に変換する独自の等速内燃機関／技術に関する。

今日、世界の天然資源は急速に失われつつある。地球温暖化によって氷山が融解することにより、海面及びその平衡状態は警戒レベルまで変動している。化石燃料の１バレル当たりの価格が日々上昇しているにもかかわらず、化石燃料に対する需要は高いままである。

その需要に応えるため、石油会社は、更に多くの燃料源を求めて世界の新たな未開発の領域にまで踏み込まざるを得ない状況である。新たな埋蔵石油資源の探査は、今日でも好結果をもたらすことが判明している。

この２０年間、環境の現状を人々が認識するようになった結果、特に世界の環境保護に効果的である製品の開発に力が注がれている。効率の向上を求める努力の中で、既存の技術に基づく着想の多くは、法外なコストを必要とし且つ消費者の長期にわたる努力を求めるには不十分である単なる間に合わせのエレクトロニクス技術でしかなかった。

今日、世界でエネルギー供給、運送、娯楽のために日用品から贅沢品に至るまで消費されている資源を考えると、これは何十億ドルにも上る消費高である。新たな技術は、大きな変化をもたらす触媒となり、世界の資源、そこに生息する動物及び関連するベンチャービジネスを牽引する人々にとってきわめて大きな利益をもたらす今までにない新たな環境保護運動の一環になりうる。

原型的な内燃機関の利益も膨大であった。この機関は、自動車並びに船外機、スノーモービル、水上バイク、オートバイ、農業機械、飛行機、定置駆動機械、芝刈り機、チェーンソー及び他の機械装置において広く使用されている。典型的な自動車は、３気筒〜１２気筒まで多様なシリンダ構成を有する４行程サイクルを使用する。小型の船舶、飛行機及び機器は２行程サイクルを使用し、１つ〜４つのシリンダを利用する。それらの機関は長年にわたる実績があり且つ試験もされており、機械的信頼性をもって製造可能である。しかし、環境汚染の問題並びに長期的展望では避けがたい化石燃料の不足及び上昇し続ける価格の問題を考慮すると、未来は明るいとは言えず、短期的な利益を挙げることより一般大衆の反応の方がより重大である。

従来の４行程機関は２行程機関より複雑であるので、４行程機関は重く且つ製造コストも高い。４行程機関より部品数が少なく且つ複雑ではない２行程機関は、４行程機関より軽量且つ低価格である。２行程機関は、４行程機関と比較して１立方インチ当たりで実現可能な馬力の点では優れているが、汚染物質の放出量が多いため２行程機関が周囲環境に与える損害ははるかに大きい。

本発明は、将来的にはすべてのクランク軸燃焼機関と置き換えられ得る等速機関／技術を特徴とする。直線運動を回転運動に変換するか又は回転運動を直線運動に変換する他の用途も提示される。

本等速構造の２つの主要な構成要素は、次の可動部分（組立体）（図１）である。

Ａ：クランク軸の代わりに使用されるのはギヤ軸である。ギヤ軸は、直径回りに配列され且つ行程の大半の部分で各方向に結合を実現する一連の歯を含む。行程の各方向で、歯は、一方向では係合し、逆方向では非係合となるように位置をずらされている。各歯群の間にはカム溝があり、この溝は上昇と下降を可能とするために、各行程間に逆転箇所を形成する。これにより、行程中及び逆転行程中に、完全な係合が常に可能になる。上昇は、燃焼及び行程の逆転によって力が最大限に集中する場所に更に強度を与える一方で歯との完全な位置合わせを実現する。言い換えると、下降は０に達するまで制御された減速を実現し且つ上昇は逆転行程に対して制御された位置合わせを実現する。

Ｂ：ロッドラック組立体は、互いに対向するピストン、リンクロッド、回転カム及びロッドラックから成る堅固に結合された構成要素である（図２を参照）。ピストンは４つの部品、すなわちピストン上部、ピストン底部、リング及びピンから構成される（図３を参照）。リンクロッドに組み付けられた場合、このユニットは１つの部材から形成されているかのような堅固な構造になる。ロッドラックは、ギヤ軸と係合可能であるようにリンクロッドの中心線の両側からずれた位置に配置された２組の歯を有する（図２を参照）。ロッドラックの各端部は、回転カムの心棒を使用してリンクロッドに結合される。これも、１つの部材から形成されているかのように堅固に装着される。ロッドラックの上部及び底部は、ケースに装着された軸受に嵌合する機械加工された平行な面を有する。これにより、ロッドラック組立体の精密な直線運動が可能になる。ピストン組立体は同一直線上の位置でロッドラックに装着される。ロッドラック組立体の精密な直線運動は、同一直線上の軸に沿ってシリンダの中心にピストンを維持する。不均衡な荷重又は偏心荷重が存在しないため、この堅固な組立体が可能になる。

次のすべての図において、示される等速機関は９０°構成である。すべての図から、シリンダヘッド、冷却剤系統、潤滑系統、燃料系統及び空気／燃料導入系統は省略されている。本来は見えない要素／詳細を見やすくするために、図中のいくつかの物品／部品は半透明な状態で示される。

図１は、本発明による等速機関の内部の機構を表示した斜視図である。

図２は、完成形の堅固なユニットとしてのロッドラック組立体を示す斜視図である。

図３は、ピストンリンクロッド組立体を分解された状態で示す斜視図である。

図４は、ラックローラ組立体及びギヤ軸を示すロッドラック組立体の斜視図である。

図５は、それぞれ対応するラックローラ組立体及びギヤ軸を含む双方のロッドラック組立体を示す斜視図である。

図６は、前後のロッドラック組立体を示す等速機関組立体の正面図である。

図７は、後部のロッドラック組立体を省略した等速機関組立体を示す正面図である。

図８は、ギヤ軸の主要部分を示す斜視図である。

図９は、ギヤ軸の端部を示すギヤ軸の主要部分の斜視図である。

図１０は、端部及び前部軸受を示すギヤ軸の主要部分の斜視図である。

図１１は、端部及び軸フランジを示すギヤ軸組立体の主要部分の斜視図である。

図１２は、上死点からのロッドラックの運動を示す側面図である。

図１３は、同様に上死点からのロッドラックの運動を示す側面図である。

図１４は、上死点から運動した後のロッドラックを示す斜視図である。

図１５は、歯の位置ずれを示す、ギヤ軸の端部が斜めに取り除かれているロッドラックの斜視図である。

図１６は、ディーゼル燃料構成の完成形の等速内燃機関を示す正面右側からの斜視図である。 図１７は、ディーゼル燃料構成の完成形の等速内燃機関を示す正面左側からの斜視図である。

図１８は、本発明による完成形の等速内燃機関を示す平面図及び正面図である。 図１９は、本発明による完成形の等速内燃機関を示す平面図及び正面図である。

図２０は、従来の内燃機関と本発明による内燃機関のトルクを比較した特性図である。 図２１は、従来の内燃機関と本発明に係る内燃機関のトルクを比較した特性図である。

図１には、内部の機構を表示した等速技術が示される。理想の機関は、４つのシリンダ（ピストン）を規定する２つのロッドラック組立体から構成され得る。各ロッドラックの直線方向は互いに逆であり、これは、各ロッドラックの互いの往復力を排除する又は相殺するのに効果的であると考えられる。

図２には、ロッドラック組立体は完成形の堅固なユニットとして示され、図中符号１は、歯係合するオフセットレール及びローラビームを有するロッドラックを示す。図中符号２はリンクロッドを示し、図中符号３はピストンを示し、図中符号４は係合案内軸受を示し、図中符号５は歯係合ローラを示し且つ図中符号６は連動する平坦なタブを示す。

分解された状態のピストンリンクロッド組立体を図３に詳細に示す。図３において、図中符号７はリンクロッド組立体の装着部を示し、図中符号８は係合案内軸を示し、図中符号９は係合案内ローラを示し、図中符号１０及び１１は同様に係合案内ローラを示し、図中符号１２はピストンロックを示し、図中符号１３はピストン上部を示し、図中符号１４はピストン底部を示し、図中符号１５はリンクロッドを示し、図中符号１６は連動する平坦な部材を示す。図３には、コンプレッションリングは示されない。ピストン係止ピンが回転運動を阻止する状態で、ピストン上部はリンクロッドに隙間なく嵌合する。ピストン底部は、ピストン係止ピンを間に挟んでピストンに螺合されることにより、確実且つ堅固な装着を実現する。リンクロッド組立体のボルトが係合案内軸に差し込まれ且つリンクロッドに螺合されるにつれて、係合案内軸はロッドラックに挿入される。平坦なリンクロッド側部はロッドラックのタブに係合されて、回転を阻止する。ロッドラック（図示せず）は、締め付けられた場合にリンクロッドと係合案内軸との間に挟まれることにより、確実な装着を実現する。

ピストンの運動を案内するためにピストンはシリンダの壁を使用しないので、ピストンは精密な隙間を有することができ且つ密封を改善するためにリングを連続させることが可能である。ピストンが２分割構造（上部及び底部）であるので、連続リングを装着することが可能である。現在利用可能な最新の材料のうちいくつかを使用することによって、燃焼中に発生する温度の範囲全体を通して十分な隙間を維持しつつリングを最小限の隙間で設計できる可能性は高まるだろう。

ラックローラ組立体及びギヤ軸を有するロッドラック組立体を図４に示す。図４はローラ‐案内筐体組立体を示す。図４に示される４つのローラは、等速技術の正確且つ精密な直線運動を保証する。

図５には、それぞれ対応するラックローラ組立体及びギヤ軸を有する２つのロッドラック組立体が示される。図５において、各ロッドラック組立体の互いに逆方向の運動又は交互運動に注目すること。

図６には、前面ロッドラック組立体及び背面ロッドラック組立体の双方を有する等速機関組立体の正面図が示される。前部のロッドラック組立体は、右側に上死点（ＴＤＣ）にある状態で示され且つ左側に下死点（ＢＤＣ）にある状態で示されており、後部のロッドラック組立体は、前面ロッドラック組立体とは逆に、左側にＴＤＣにある状態で示され且つ右側にＢＤＣにある状態で示される。

図７には、後部のロッドラック組立体が省略された状態で等速機関組立体の正面図が示される。図７は、ケース１８、シリンダブロック１９、シリンダライナ２０及びリンクロッドシール２１を示す。右側のピストンはＴＤＣにあり且つ左側のピストンはＢＤＣにある。リンクロッドは厳密な直線運動で動くので、ピストンの底部側に独自のチャンバを形成するようにリンクロッドシールを装着することが可能である。このチャンバは、空気又は空気／燃料混合物の導入を助けることができるだろう。９０°構成の場合に弁がどのような動作をしても、突出部から外れるようにギヤ軸に直接作用するので、カム軸を設ける必要はないだろう。

２サイクル構成の場合、ヘッドで弁が開放され、排気が排出されるにつれて、空気又は空気／燃料混合物はピストンの背面側からチャンバに導入され且つピストンの上部側でシリンダの下部へ搬送されるだろう。ピストンの下方にあるチャンバの底部のリンクロッドシールは、ユニットの中央部において潤滑を維持し且つ燃料導入領域から潤滑を遮断するシールにもなる。４行程構成の場合、ピストンの底部側のシールは不要だろう。空気又は空気／燃料混合物はヘッドの吸気弁を介して流れ且つ排気は排気弁を介して流れるだろう。重要な特徴は、ピストンの両側を使用できることである。

図８は、逆転係合溝２２及び係合歯２３を示す。

図１０には、端部及び前部軸受２４を含むギヤ軸の主要部分が示される。反対側の端部も同一の軸受を有する。

図１１には、端部２６及び軸フランジ２７を含むギヤ軸の主要部分２５が示される。図１１から明らかなように、ギヤ軸は同心であるので、回転平衡を維持するための釣合いおもりを構成する必要はない。ギヤ軸の中心の相当な大きさの穴も注目すべき利点である。この穴が形成されていることにより、ユニットの中心線で共通の軸を直接使用できるので、複数のユニットの着脱が可能になる。

図１２は、ロッドラックの運動方向を示す。図１２において、ロッドラックはＤＴＣから０．１００”動くことにより、ギヤ軸を０°から８°まで回転させている。ＴＤＣの両側のこの８°は、ロッドラック組立体の運動方向を逆転させるための下降及びロッドラックをギヤ軸と精密に位置合わせするための上昇を実現するために使用される。

図１３は、複数の歯が係合した状態２８及びオフセット歯が係合していない状態２９を示す。図１３において、ロッドラックはＴＤＣから０．５００”動くことにより、ギヤ軸を０°から２２°まで回転させている。先の８°を回転から差し引くと、１４°の回転ということになり、ロッドラックは、歯が係合している場合のように正確な速度／比で運動する。この追加の１４°の回転及びロッドラック組立体の運動は、カム溝から外れる前に２つの歯の完全且つ精密な係合を確保する。ロッドラック組立体の両側及び両端にあるこのカム溝は、逆転に際して最も必要とされる場所に強度を与える。

図１４は、複数の歯が係合している状態３０及びオフセット歯が係合していない状態３１を示す。図１４に示されるロッドラックは、ＴＤＣから０．５００”動くことによりギヤ軸を０°から２２°まで回転させている。ギヤ軸の端部を取り除いて、斜めの方向から見ると、ギヤ軸の歯の係合及び対向するギヤ軸の歯のずれは明らかである。

図１５には、ＴＤＣにあるロッドラック及び０°にあるギヤ軸が示され、この場合、ギヤ軸の端部が取り除かれているので、斜めから見ると、歯の位置ずれは明らかである。

本等速技術は最小限の摩擦を実現する。先に述べた通り、構造は、本来、ピストン領域の摩擦を減少する。加えて、ロッドラックに係合するギヤ軸の係合歯も、同様に摩擦を最小限に抑えるように設計されている。ギヤ軸とロッドラックとの間の作用をラックとピニオン形歯車などの、より従来に近い手段によって実現することが可能である。この伝動構造は、直歯形の歯車又は斜歯形の歯車のいずれかであってもよいだろう。スプロケットに似たギヤ軸の歯の概念及びローラチェーンに似たロッドラックへの受入れにより、歯車形の歯を使用する場合と比較して摩擦は減少すると考えられる。強度を向上する必要がある場合、ギヤ軸に数列の歯を設け且つそれに対応する数のローラ列を設けた構造にすることによって、強度を大幅に向上できるだろう。

図１６、図１７、図１８及び図１９は、ディーゼル燃料構成の完成形の等速内燃機関を示す図である。この内燃機関の特性は次の通りである。
仕様：
構成：変形２行程；自然吸気
シリンダ数：４
排気量：５９３ｃｃ
推定馬力：ディーゼル燃料使用で２，２００ｒｐｍの場合２３０（ガソリン使用で３，５００ｒｐｍの場合２６０）
推定重量：８５ｌｂｓ
寸法：
幅‐外寸（排気管の外側）２７ １／４” （排気管を除く）２４ １／２”
高さ‐外寸（空気導入部を含む）１１ ５／８” （空気導入部を除く）７ １／２”
長さ‐外寸（ベルハウジング及びギヤ軸端部を除く）１１”

本等速機関の変更可能なボアストローク比及びストローク回転比に応じて、前述のように、燃焼に対してクランク軸機関と比較して２倍を超える大きなトルクが実現される。本等速技術の設計上のもう１つの利点は、発生される摩擦が少ないことである。本等速機関では摩擦が最小限に抑えられることによって発熱が減少すると推測できる。摩擦及び発熱が少なくなると、その結果、出力が増加し且つ環境汚染物質の放出も減少するという利点が得られる。

従来のクランク軸機関を同一の排気量を有する本等速機関と比較した場合、本等速機関全体の寸法及び構成は従来のクランク軸機関より相当に小さい。本等速構造は非常に薄型であり且つ短い。幅は従来のクランク軸機関と同様であるが、一般に狭い。その結果、相対的に軽量化が実現される。軽量であるということは、移動車両の製造コストが削減され且つ機構を動作させる際の経済性が向上するために、現在使用されている従来の技術より優れた利点が得られることを意味している。軸の回転を２分の１の速度に低下させた構造にした場合、トルクははるかに大きくなり且つ伝動装置と駆動輪との比は減少する。車輪速度と機関軸回転速度との比は、従来の機関と比較して減少されるか又は１：１の比に近くなる。これにより、本等速機関構造は、車両全体について経済的な面で従来より優れた値を示す。

従って、クランク軸機関と比較した場合の本等速機関の利点は次の通りである。

燃費の向上‐燃費の向上をもたらす原因は４つある。第１に、ピストンが角力ベクトルを伴わずに直線的に運動するために内部摩擦が減少する。第２に、ギヤ軸に回転を伝達するレバーへピストンによって直線的に動力が伝達される。第３に、レバーの長さが一定であるので、一定のトルクが動力出力部へ伝達される。第４に、必要とされる馬力が同等であっても、小型化及び軽量化が実現されているので、機関及び作業負荷を支持するための他の関連部分の重量を減少できる。

動作コストの削減‐燃料マイレージが伸びたこと並びにオイル交換及びオイルフィルタが不要になったことによりコスト削減が実現される。

中空のギヤ軸‐ギヤ軸の中心線に共通駆動軸を挿入できる十分な大きさの中空軸を使用することにより、共通軸に沿って複数の機関を重ねることが可能になる。この独自の特徴は、必要に応じて機関を係合させること及び解除することを可能にする。これは、機関の経済性を向上し、耐用年数を延ばし且つ融通性に富む冗長設計を実現する上で有用である。航空機及び負荷重量の大きな運搬用車両において、この特徴は、動力レベルを調整可能にし且つ機関の動作不良時にも機能する能力を実現するので極めて貴重である。

大きなトルクでＲＰＭを減少‐本等速機関でｒｐｍを減少させたことにより、機関並びに伝動装置、減速機及び作動装置などの関連駆動要素の磨耗が減少し且つ耐用年数が延びるという利点が得られる。

軽量化‐本等速機関の推定重量は、同等の馬力を有する機関の重量の２分の１程度である。更に多くの重量削減も期待できる。軽量化は、クランク軸を不要にしたこと、可動部品の数を減らしたこと、応力及び熱を減少させたことにより構成の重量が減少したこと並びにギヤ軸との同一の接触点で対向するピストンを二重にできることによって実現された。しかし、機関の軽量化の最も大きな要因は、排気量の少ない機関で、より大きなトルクによって従来の機関に匹敵する馬力を実現する能力を本来備えていることである。

機関の耐用年数‐耐用年数が延びたのは、直線的に力が伝動されること、摩擦が減少したこと、発熱が減少したこと、可動部品の数を減らしたこと、新たな材料を使用できるようになったこと及び潤滑が改善されたことによる。

動作時の発熱の減少‐側方へ力を加えることなくピストンが直線的に動くので、シリンダの側壁に負荷がかかることはない。ケース（ブロック）を冷却する必要がないため、等速機関を更に軽量且つ単純に構成することが可能になる。

均一なトルク送出‐本等速機関は、動力行程のごくわずかな部分を除いて、均一なトルクを円滑に送出する。必要に応じて、複数のシリンダのタイミング設定によってこれを容易に軽減できる。同等の大きさの機関と比較して馬力が増大した主な理由は、トルク送出が非常に効率よく実行されること、ピストンの力ベクトルが直線的であること及び非直線的な力が作用しないことである。

２行程構成で燃料にオイルを含まないこと‐摩擦のないピストンは、ピストン／燃焼領域の潤滑を必要としない。これにより、馬力が増加する一方で汚染は減少し且つ動作コストは削減される。

広範囲の行程長‐本等速機関の行程は、クランク軸ジャーナルの動程の２倍を超えた値に限定されず、それより短くてもよいが、長くてもよい。

広範囲のギヤ軸１回転当たりの行程数‐ギヤ軸１回転当たりのピストン行程の数は、実行可能性によってのみ制限される。行程数は、任意の偶数＋１及び何らかの分数であってもよい。

独自の下部ピストン室‐ケースを密封し且つピストンの運動から分離できる直線的なピストンの動きによって、排気タービン過給機及び／又は燃料混合段として使用されてもよい下部機能ピストンを配置することが可能になる。

繰り返すと、本等速概念の１つの利点は、その構造に直接関連する機械的な利点によって発生される出力が増加することである。図２０の特性図は、ピストンがクランク軸の中心線から最も遠く離れており且つトルクの利用が最小限である上死点（ＴＤＣ）から始動してトルクの利用が最大限である回転角度９０°に至るまでの従来の内燃機関を示す。

従来のクランク軸機関の力の中心線に対して９０°の場合の平均レバーアーム長さは０．７４１^*であり、これは最大レバーアーム長さ１．１４４^*の６４．８％である。ピストンに対する直線力が１００ｌｂｓ（＝平均トルク７４．１ｉｎ ｌｂｓ）の場合に軸回転角度が１８０°であるとき、ロッドの角圧力の結合によりピストンからシリンダへの摩擦が起こるので、トルクの損失が生じる。この摩擦は、力が増加し且つ軸回転の抵抗が起こるにつれて増加する。

図２１の特性図からわかるように、従来の内燃機関を本等速機関と比較すると、等速機関の有効性が従来の機関をはるかにしのぐことは明らかである。同等の量の圧力（１００ｐｓｉ）が双方の機関に加えられた場合、等速機関のトルクは従来の機関より約２４３ｉｎ‐ｌｂｓ大きくなる。

従来のクランク軸機関の力の中心線に対して９０°の場合の平均レバーアーム長さは０．７４１^*であり、これは最大レバーアーム長さ１．１４４^*の６４．８％である。ピストンに対する直線力が１００ｌｂｓ（＝平均トルク７４．１ｉｎ ｌｂｓ）の場合に軸回転角度が１８０°であるとき、ロッドの角圧力の結合によりピストンからシリンダへの摩擦が起こるので、トルクの損失が生じる。この摩擦は、力が増加するにつれて増加し、軸回転の抵抗が起こる。

本等速機関の力の中心線に対して９０°の場合のレバーアーム長さは１．４７８^*であり、これは最大レバーアーム長さ１．５９８^*の９２．５％である。ピストンに対する直線力が１００ｌｂｓ（＝平均トルク１４７．８ｌｂｓ ｉｎ）の場合に軸回転が１８０°であるとき、ロッドの角圧力の結合によって起こるピストンからシリンダへの摩擦はない。

構造に組み込まれている通り、本等速構造の変更可能なボアストローク比及びストローク回転比に応じて、前述のように、燃焼に対して２倍を超える大きなトルクが実現される。本等速技術の設計上のもう１つの利点は、発生される摩擦が少ないことである。本等速機関では摩擦が最小限に抑えられることによって発熱が減少すると推測できる。摩擦及び発熱が少なくなると、その結果、出力が更に増加し且つ環境汚染物質の放出も減少するという利点が得られる。

先に示したように、従来のクランク軸機関を同一の排気量を有する本等速機関と比較した場合、本等速機関全体の寸法及び構成は従来のクランク軸機関より相当に小さい。本等速構造は非常に薄型であり且つ短い。幅は従来のクランク軸機関と同様であるが、一般に狭い。その結果、相対的に軽量化が実現される。軽量であるということは、移動車両の製造コストが削減され且つ機構を動作させる際の経済性が向上するために、現在使用されている従来の技術より優れた利点が得られることを意味している。軸の回転を２分の１の速度に低下させた構造にした場合、トルクははるかに大きくなり且つ伝動装置と駆動輪との比は減少する。車輪速度と機関軸回転速度との比は、従来の機関と比較して減少されるか又は１：１の比に近くなる。これにより、本等速機関構造は車両全体について経済的な面で従来より優れた値を示す。

非常に独特な１つの特徴は、本等速機関の軸の中心を貫通する大きな穴である。この穴があるため、必要に応じて易変性の機関を共通の軸により結合して、状況に応じて任意の１つの機関又は複数の機関を使用するか、遮断するか又は回転させる組み合わせ機関の最大限の出力を発生させることができる。この結果、出力低減時でも継続使用中に機関を自在に追加するか、脱落させるか又は回転させることによって機関全体で更に大きな出力が発生される。また、いずれか１つの機関に機械的な故障が起こった場合、必要に応じてその他の機関を利用して最大限の出力を得るという方法をとることができる。現在、メーカーは、本等速技術の利点を追加せずに当初のＣａｄｉｌｌａｃ ８‐６‐４機関のいくつかのシリーズを製造している。Ｃｈｒｙｓｌｅｒ社のＭｕｌｔｉ‐Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＤＳ）、ＧＭ社のＡｃｔｉｖｅ Ｆｕｅｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ（ＡＤＭ）、Ｈｏｎｄａ社のＶａｒｉａｂｌｅ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ（ＶＣＭ）及びＭｅｒｃｅｄｅｓ Ｂｅｎｚ社のＡｃｔｉｖｅ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＣＣ）は、すべて、高速道路走行中などの需要減少時にシリンダを遮断する機関を有する。Ｃｈｒｙｓｌｅｒ社は、現在市場に出しているＶ８機関と比較して、この機関の経済性を１０〜２０％向上させることを期待している。本等速技術は、既存の製品が達成したものを取り入れ且つそれを次世代へ引き継ぐことができる。

本等速構造は、ピストンの裏側を使用できるという利点を更に有する。ピストンの裏側を燃料導入のために使用できる。２行程方式の本等速機関の場合、ピストンの裏側の下方のチャンバは、機関ユニットのその他の部分から密封されている。従って、このチャンバの中に潤滑剤は存在しないので、燃料を清浄に燃焼できる。２行程機関は一般に４行程機関より効率が悪く且つ汚染物質の放出量も多いが、４行程機関よりはるかに高い出力を発生する。従来の２行程機関の初期の開発段階では、燃料と油との比は１５：１であった。すなわち、刈り払い機又は電動自転車、あるいは他の何らかの２行程機関を動作させる場合、燃料１５ガロンごとに１ガロンの油が大気中に放出されていた。今日では、高性能潤滑剤が使用されるようになったので、この比は５０：１まで増加した。

本等速構造は従来の機関で見られる潤滑油の問題に対処する必要がないので、汚染物質の量は４行程サイクルの場合より少なくなるか又はそれと同等になるはずである。更に、等速２行程サイクルはより大きな出力を発生するので、その意味でも機関の効率は向上する。

本等速技術の更に別の利点は、本等速機関の背面側ピストンも更なる燃焼のために使用できることである。この概念は前例がないほど小型で非常に高出力の機関へと発展できることである。この利点は非常に説明的である。

ユニットのすべての運動はローラ及び／又は玉軸受によって実現されるので、耐用年数は従来のクランク軸型ユニットをはるかにしのぐ。

機関は所望の用途に合わせて設計されるので、発生出力当たりの燃料消費の減少と、環境汚染物質の放出を抑えた更にコンパクトな構造という利点の組み合わせにより、現在のクランク軸型機関の２倍を超える効果が現実に得られることから、等速技術の総体的な利点におけるそれら２つの利点が明らかになるだろう。

本等速機関は、将来の機関であり且つ最終的にはすべてのクランク軸燃焼機関と置き換えられると考えられる。また、直線運動を回転運動に変換するか又は回転運動を直線運動に変換するどのような用途も利用可能である。

新たな等速機関技術を採用するか否か及びクランク軸機関と入れ替えるか否かは、産業界によって異なるだろう。産業界の決定の際、従来の機関から新しい機関に変更するのに要する費用、効率（マイレージ）の向上及び汚染物質放出量の減少がどの程度求められているか並びに製造コストの削減、機関の耐用年数の延長及び軽量化がもたらす価値が考慮される。

機関全体をＯＥＭ部品として購入する場合を除き、すべての産業界にとって新たな生産設備費用も考慮すべき項目である。しかし、設計技術及び文書の譲渡によって、特許実施権者の生産設備費用は相当低くなるだろう。

製造コストの削減は、あらゆる産業界で考慮すべき問題である。コスト削減は、製造が容易になること、部品数が少ないこと及び軽量化が図られたことによって実現される。設計技術及び文書の譲渡によって、特許実施権者はコスト面のこの利点を早い段階で享受できるだろう。

効率の向上も、あらゆる産業界で考慮される。効率の向上は、ギヤ軸へのトルクの伝達が大きく且つより均一になったこと、軸外れ力ベクトルから直線軸力ベクトルに転換されたこと、同等の行程に対して排気量が増加したこと、動作時の摩擦（熱）が減少したこと、軽量化が図られたこと及び強制空気／空気燃料導入能力が組み込まれたことによる。本等速概念は潤滑油に関してはるかに長い耐用年数を実現できる。実際、新たな構造では、オイルフィルタ及びオイル交換を不要にしてもよい。潤滑油の耐用年数は機関の耐用年数に近づいている。これだけでも、数十億ドルの削減につながり且つ環境汚染も減少される。

効率は、機関の耐用年数に関わる費用のうち膨大な額を占める要素である。電動機の場合、エネルギーの寿命コストは約９５％である。この了解事項は、消費者向け製品ばかりでなく、鉄道、トラック輸送、発電及び海運業などの産業界にとっても指標である。すなわち、著しく大きな削減を実現できる。

機関の耐用年数の延長は市場では複雑な問題をはらんでいる。機関の市場（鉄道、トラック輸送など）は、特に機関の耐用年数が長くなることを求める。自動車業界や公共設備用の機関を扱う業界では、これを歳入損失の問題と捉えるかもしれないが、競争原理によってその利益を受け入れざるを得ないだろう。機関の耐用年数の延びは、独自の構成によって内部摩擦が減少したこと、ギヤケースの油を燃焼領域及び摩損領域から分離したこと、同等の出力を得るための動作ｒｐｍを低減したこと、不必要なシリンダを離脱可能にしたこと、可動部品の数を減らしたこと及び新たな材料が使用可能になったことによる。

軽量化はすべての業界で考慮すべき問題である。軽量化は、低コスト化及び小型化又は所要面積の縮小につながり、それに関連して程度の差はあっても効率の向上が得られる。機関が大型であるほど、自動車は全体として軽量化されるので、自動車において本等速機関を使用することはあらゆる面で有益である。船舶の場合、燃料を含めて容積の小さな機関の使用は、積み込める船荷を増やせること、従って利益の増大に直接つながる。

本等速概念を使用して２行程機関の汚染が低減されることは独自の特徴である。２行程機関を市場に出しており且つ新たなＥＰＡ放出削減基準に適合する必要があるすべての業界で、これは重要な利点である。改善が見られないと、特定の使用領域では製品の販売を制限されるか又は厳しい場合には禁止されてしまうことも考えられる。現在のクランク軸機関技術では、汚染物質削減は、価格、構造の複雑さ及び大きさを犠牲にしなければ達成不可能である。

本等速機関構造の他の種々の用途も明らかになっており、例えば水力駆動発電機及び被駆動圧縮機／ポンプなどである。

詳細には、現在、全世界の電気の２０％は水力発電によりまかなわれ、合衆国には２，０００箇所を超える水力発電所があり、国内の総発電量の約１０％を供給している。カナダ、ノルウェー及びニュージーランドは、水力電気を主な発電源として使用している３か国である。中国は、エネルギーの４０％を超える部分を水力から得ている。Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙによれば、世界の水力発電所は、毎年２．３兆ｋＷｈの電気を発生する総量として６７５，０００ＭＷの電力を出力し、その電力は１０億人を超える人々に供給されているが、これは、３６億バレルの石油に相当するエネルギーである。

今日使用されている従来の水力駆動発電機は、５つの構成要素を含む。それらの構成要素はダム、タービン、発電機及び送電線を含む。ダムは水の流れを調整し且つ水を貯える。貯水池の水はタービンに通され、落下する水の力でタービンの羽根を押すことによりタービンが回転する。タービンは、落下する水の運動エネルギーを機械的エネルギーに変換する。タービンには軸及び場合によっては歯車により発電機が結合されているので、タービンが回転すると発電機も回転する。発電機はタービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する。水力発電所の発電機は、他の種類の発電所の発電機とまったく同様に動作する。送電線は水力発電所から家庭及び事業所へ電気を送る。水流の体積及び発電所のタービンからダムにより形成される水面までの高さによって発電量が決まる。単純に言えば、水の流れが多く且つ水の落下が大きいほど、発電量は増加する。

この構成において、従来の水力タービン発電機の代わりに本等速技術を使用すると、水の消費は最小限に抑えられるが、発電量は相当に増加するだろう。既存の水力発電機は、豊富なエネルギー量を発生するようにタービンを高速で回転させるために大量の水を使用する。本等速構造を利用することによって、使用する水１ガロンあたりの発電量ははるかに多くなるが、水の消費量ははるかに少なくなるだろう。

揚水式発電所の場合、可逆タービンを利用するので、貯水池は１つではなく２つある。発電所は、第２の貯水池から水を汲み上げ、上方の貯水池、すなわち第１の貯水池へ戻す。これは、ピーク電力使用時を避けて実行される。本質的に、第２の貯水池は上方の貯水池を再び満たす。上方の貯水池へ水を戻しておくことにより、発電所はピーク電力消費時間中により多くの水を使用して発電できる。可逆ポンプで本等速技術を使用すると、世界の水力発電所で効率及び経済性は一段と向上する。

被駆動圧縮機／ポンプに関しては、本等速技術の設計の利点を活用することにより、ユニットはガスポンプ又は液体ポンプとしても機能する。２種類のポンプがある。１つは、洗濯機及び食器洗い機で一般に使用されている遠心ポンプである。

他方の種類のポンプは、一定量の流体を取り込み、次に、取り込んだ流体を吐出管へ強制的に流す容積式ポンプ系統である。本等速技術の設計能力は変更可能なので、ユニットは、低圧／大容積のガス及び／又は液体を高圧／小容積に変換するという利点を有する。あらゆる構成におけるユニットは、小型であり且つ効率が高い。

種々の特定の好適な実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明の趣旨から逸脱することなく種々の変形、置き換え、省略及び変更が実施されてもよいことは当業者には理解されるだろう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲（その均等物を含む）によってのみ限定されることが意図される。

Claims (11)

1. 少なくとも１対の互いに対向するピストンと、前記ピストンの往復並進運動を制御するギヤ軸部材と、前記ギヤ軸の回転に応答する往復ロッドラック組立体とを備え、直線運動を回転運動に変換するか又は回転運動を直線運動に変換する手段を含むことを特徴とする等速内燃機関／構造。
2. 前記ロッドラック組立体は、前記ギヤ軸部材と歯係合するオフセットレール及びローラビームを備えることを特徴とする請求項１記載の等速内燃機関／構造。
3. 前記ギヤ軸部材は、係合歯及び逆転係合溝を備えることを特徴とする請求項２記載の等速内燃機関／構造。
4. 前記ギヤ軸部材は、ギヤ軸フランジが設けられた端部を備えることを特徴とする請求項３記載の等速内燃機関／構造。
5. 前記ギヤ軸部材はオフセット歯を備えることを特徴とする請求項２記載の等速内燃機関／構造。
6. 前記ギヤ軸は、その直径回りに配列された一連の歯を備えることを特徴とする請求項２記載の等速内燃機関／構造。
7. ピストン行程の各方向において、前記歯は、一方向では係合し、逆方向では非係合となるように位置をずらされていることを特徴とする請求項６記載の等速内燃機関／構造。
8. 前記ロッドラックに同一直線上の位置で装着されたピストン組立体を備えることを特徴とする請求項１記載の等速内燃機関／構造。
9. 前記ロッドラックの各端部は、回転カム軸を使用してリンクロッドに結合されることを特徴とする請求項１記載の等速内燃機関／構造。
10. 前記ロッドラックの上部及び底部は、ケーシングに装着された軸受に嵌合する機械加工された平行な面を有することを特徴とする請求項１記載の等速内燃機関／構造。
11. 前記ギヤ軸は、前記ギヤ軸を貫通する中心穴を有することを特徴とする請求項１記載の等速内燃機関／構造。

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