JP2018150938A - 流体流機械のための可変形状動力伝達 - Google Patents

流体流機械のための可変形状動力伝達 Download PDF

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Abstract

【課題】燃焼プロセスによる利用可能な圧力の仕事への変換を向上させる。
【解決手段】流体流機械は、シリンダおよびクランクシャフト支持部を含むケーシングを含む。シリンダの軸に沿って往復運動をすべく、ピストンがシリンダにスライド可能に配置される。クランクシャフトは、クランクシャフト支持部において回転自在に支持される主ベアリングジャーナルと、主ベアリングジャーナルの軸から半径方向にずらして配置されるクランクピン２２と、主ベアリングジャーナルとクランクピンとを接続するクランクウェブとを含む。マルチ連結接続ロッド機構２０８は、ピストンとクランクピンとの間に接続され、互いに枢動自在に接続される接続ロッドと第１のヒンジ連結部とクランクピン連結部４０とを含む。鉛直方向のピストン力を水平方向のクランクピンの力へと伝達すべく、力伝達機構はマルチ連結接続ロッド機構をケーシングに接続する。
【選択図】図２６

Description

本願は、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｏｒ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｓと題する、２０１３年５月２０日に出願された米国仮出願第６１／８２５，３６２号、および、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｏｒ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｓと題する、２０１３年１０月２９日に出願された米国仮出願第６１／８９７，０１１号への優先権を主張し、それらの出願の両方の全体が、本明細書中に参照により組み込まれる。
燃焼エンジンとは、燃料および空気の燃焼が燃焼室内で起こるエンジンである。燃焼プロセスは、高温で燃料と空気との混合物を燃焼させて気体を生成する。高温気体は高圧を引き起こし、高圧は次にピストンに力を加えるために用いられ仕事を行う。燃焼プロセスは気体を生成するので、温度と圧力と気体の体積との間の関係を決定するために理想気体の法則が用いられ得る。
理想気体の法則は、ＰＶ＝ｎＲＴである。ここで、
Ｐ＝圧力
Ｖ＝気体の体積
Ｔ＝温度
ｎ＝気体のモル数
Ｒ＝理想気体定数
一定量の気体が与えられると、気体圧力はその温度と正比例の関係にあり、その体積と反比例の関係にある。
現在用いられているほとんどの燃焼エンジンは、クランクスライダ機構（ＣＳＭ）を用いて動力をピストンの線形的な動きから円形の動きに伝達する。図１に示されるように、ＣＳＭは、接続ロッドによってクランクシャフト（クランク）に接続されるピストンを含む。図１において、ＦＷはクランクに対して垂直の力であり、クランクにトルクＴを生成する。Ｆｐは、燃焼プロセスによって引き起こされる、ピストンにかかる力である。Ｔ、ＦＷ、およびＦｐの間の関係は以下のように示される。
Ｔ＝ＦＷ×（ストローク／２）
ＦＷは以下の式によってＦｐに関連付けられる。
ＦＷ＝Ｆｐ×ｓｉｎ（１８０−β−ａ）
図２は、４インチ（１０．１６ｃｍ）のストロークおよび長さ６インチ（１５．２４ｃｍ）の接続ロッドを備えるクランクスライダについての、クランクが上死点（ＴＤＣ）における角度０から下死点（ＢＤＣ）における１８０度まで回転するときの、力ＦＷを力Ｆｐの百分率として示すグラフである。このグラフから分かるように、ＦＷはＴＤＣにおいて０に等しく、クランクの動きの６５度においてＦＷがＦｐに等しくなるまで増加し、それから、ＦＷが１８０度において再び０になるまで減少する。
理想気体の法則によると、ピストン（Ｆｐ）にかかる力は気体の体積の逆数と共に変化する。図３（先行技術）は、典型的な燃焼エンジンについての、気体圧力とクランク角との間の関係を示すグラフである。このチャートにおいて、０がＴＤＣであるとすると、負の角度はＴＤＣ前であり、正の角度はＴＤＣ後である。燃料混合物がより小さい体積へと圧縮されるにつれて、ＴＤＣ前に圧力は上昇する。加えて、実際のシステムにおいては、燃料混合物は有限の時間量をかけて燃焼するので、ＴＤＣ前に燃料混合物が点火されることを必要とする。これはグラフにおいて、燃料混合物がＴＤＣ前に−２０度において点火されるときの曲線の傾きの変化として見ることができる。図３（先行技術）は、圧力のピークがＴＤＣを過ぎた５度で起こることを示しているが、このピークは、燃焼プロセスにおいて燃料をより早く、またはより遅く点火することによって移動させることができる。ピーク後の圧力の傾きの減少は、クランクが回転するときの燃焼室における追加の体積の量によって左右される。
図４（先行技術）は、圧力対クランク角の２つの曲線を示すグラフである。第１の曲線（実線）は、ＴＤＣ後５度において圧力のピークを有し、第２の曲線（破線）はＴＤＣ後２０度において圧力のピークを有する。グラフは、動力のピークが起こるクランク角は変更可能だが、そのようなことは犠牲を払って起こるということを示す。なぜなら燃料混合物が点火されるのが遅くなればなるほど気体の体積は増加し、より低い全体的なピーク値をもたらすからである。
図５（先行技術）は、燃焼プロセスによる利用可能な圧力を、仕事をすべく変換される圧力と比較するグラフである。「利用可能な圧力」の曲線は、温度一定であり、１００がＴＤＣにおける利用可能な力であるとした場合の理想気体の法則から得られる。利用可能な圧力は、クランクが回転して燃焼室の体積が拡張するにつれて低下する。「ＣＳＭ」曲線は、ＣＳＭの仕事に変換される力の割合に利用可能な力を乗算して得られる。図５は、ＴＤＣに近づくと、大きな圧力が有りながら、そのうちのごく僅かしか仕事に変換されないことを示し、そのことは、より低いクランク角における２つの曲線の間の大きな間隙として示される。この比較は、圧力のピークにおいて、力の０％が仕事を行うために用いられ、圧力の１００％が仕事に変換される頃までには、圧力はそのピークの２５％であることを示す。このことが原因となり、従来のクランクスライダ機構は利用可能な圧力のおよそ半分しか仕事に変換しない。
従来のクランクスライダ機構を有さない複数のエンジンは、ＵｓｈｉｊｉｍａによるＵＳ６，６８４，８２８、ＹａｇｕｃｈｉによるＵＳ７，２１３，５６３、ＫｏｂａｙａｓｈｉによるＵＳ７，９９２，５２９、ＫｏｂａｙａｓｈｉによるＵＳ８，０１１，３４３、ＴａｋａｈａｓｈｉによるＵＳ８，１００，０９８、ＷａｔａｎａｂｅによるＵＳ８，１６１，９２２、ＷａｔａｎａｂｅによるＵＳ８，１７１，８９９、ＧｕｒｌｅｒによるＵＳ８，２８１，７６４、およびＶｏｅｇｅｌｉによるＵＳ８，３２７，８１９において提案された。
流体流機械は、シリンダおよびクランクシャフト支持部を含むケーシングを含む。ピストンは、シリンダの軸に沿って往復運動をすべく、シリンダ中にスライド可能に配置される。クランクシャフトは、クランクシャフト支持部において回転自在に支持される主ベアリングジャーナルと、主ベアリングジャーナルの軸から半径方向にずらして配置されるクランクピンと、主ベアリングジャーナルとクランクピンとを接続するクランクウェブと、を含む。マルチ連結接続ロッド機構は、ピストンとクランクピンとの間に接続され、互いに枢動自在に接続される接続ロッドと第１のヒンジ連結部とクランクピン連結部とを含む。鉛直方向のピストン力を水平方向のクランクピンの力へと伝達すべく、力伝達機構はマルチ連結接続ロッド機構をケーシングに接続する。
本発明を特徴付ける様々な新規性の特徴が、添付され、かつ本開示の一部を形成する特許請求の範囲においてより詳細に示される。本発明と、その動作上の複数の利点と、それを用いることによって達成される複数の具体的な目的とのより良い理解のために、本発明の複数の好適な実施形態が示され、説明される添付の複数の図面及び記載事項への参照が成されるべきである。
本発明の更なる複数の目的および複数の利点が、添付の複数の図面と併せて、以下の本発明の詳細な説明を読むことにより、より明らかになり、より容易に理解されるであろう。
（先行技術）従来のピストン燃焼エンジンの示力図を示す。
（先行技術）クランク角毎の、仕事をするピストン力の百分率を示すグラフである。
（先行技術）典型的な燃焼エンジンについて、気体圧力とクランク角との間の関係を示すグラフである。
（先行技術）圧力の２つの曲線対クランク角を示すグラフである。
（先行技術）燃焼プロセスによる利用可能な圧力を、仕事をすべく変換される圧力と比較するグラフである。
本発明の機械の実施形態の示力図を示す。
非円形歯車力伝達機構の示力図を示す。
本発明の実施形態の略断面図である。
図８の実施形態のマルチ連結接続ロッド機構の略詳細図である。
旋回を通してエンジンが回転するときの、図８のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図８のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図８のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図８のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図８のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図８のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。
本発明の実施形態の略断面図である。
図１１の実施形態のマルチ連結接続ロッド機構の略詳細図である。
図１１の実施形態の力伝達機構の略詳細図である。
旋回を通してエンジンが回転するときの、図１１のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１１のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１１のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１１のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１１のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１１のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。
本発明の実施形態の略断面図である。
図１５の実施形態の可動マウントの斜視図である。
図１５の実施形態の略断面図である。
図１５の実施形態の略詳細断面図である。
図１５の実施形態のカム従動子の斜視図である。
図１５の実施形態のロックピンの斜視図である。
異なる位置にある、図１５の実施形態の略詳細断面図である。
旋回を通してエンジンが回転するときの、図１５のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１５のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１５のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１５のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１５のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図１５のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。
本発明の実施形態の略断面図である。
図２３の実施形態のマルチ連結接続ロッド機構の斜視図である。
旋回を通してエンジンが回転するときの、図２３のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２３のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２３のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２３のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２３のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２３のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。
本発明の実施形態の略断面図である。
図２６の実施形態の略詳細断面図である。
図２６の実施形態の可動マウントの斜視図である。
図２８の可動マウントの側面図および端視図を示す。
図２６の実施形態の移動ピボット点筐体の第２の側面の斜視図である。
図３０の移動ピボット点筐体の第１の側面の斜視図である。
図２６の実施形態のロックピンの斜視図である。
図２６の実施形態の第２のカム従動子の斜視図である。
図２６の実施形態の略詳細断面図である。
旋回を通してエンジンが回転するときの、図２６のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２６のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２６のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２６のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２６のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。 旋回を通してエンジンが回転するときの、図２６のエンジンの一連の６つの位置のうちの１つを示す。
本発明の実施形態の略断面図である。
図３６の実施形態の逆側面からの略断面斜視図である。
本発明の実施形態の略断面斜視図である。
図３８の実施形態の略断面図である。
図３９の線ＤＤに沿った断面図である。
ピストン力対仕事に変換される力の比較を示すグラフである。
以下の説明において、いくつかの図にわたって同様の参照符号は、同様のまたは対応する部分を示す。また、以下の説明において、「前方に」、「後方に」、「左」、「右」、「上方に」、「下方に」等のような用語は便宜上の単語であり、用語を限定するものと解釈されるべきではないことが理解されるべきである。
一目的は、仕事を達成するためのピストン力の利用のされ方を変更することによって燃焼エンジンの燃費を増大させることである。これは、動力ストロークの間に以下のことを行うことによって成され得る。
−圧力がその最大である（図５を参照）ＴＤＣ近くでピストン力を効率的に伝達することによって仕事をするための利用可能なピストン力の大部分を用いる。
−圧力のピークがＴＤＣ近くで起こるように、燃料混合物に点火することによって力のピークを最大化する。
−クランクを回転させる間、ピストン力のピークをより長く維持する形状を用いる。
−トルクは力×クランク半径に等しいので、利用可能なピストン力からより大きいトルクを生成すべくより大きいクランクを用いる。
図６は、本発明の機械の実施形態の示力図を示す。この実施形態は、図１に示されるクランクスライダ機構と同様にクランクおよび接続ロッドを用いるが、圧力がその最大であり、従来のクランクスライダ機構が全く効率的でないとき、クランク角が４５度未満のときに、効率的に力を伝達するために用いられるマルチ連結接続ロッド機構および力伝達機構を導入する。力伝達機構は、非円形歯車機構および連結機構を含む複数の異なる構成を有し得る。図６は連結機構と共に示力図を示す。本文献における検討のために、非円形歯車機構として楕円歯車が用いられる。なぜならその形状は容易に定義されるからである。
マルチ連結接続ロッド機構（「ＭＬＣＲ」）は、接続ロッドとクランクシャフトとの間に追加の複数のヒンジ連結部を含む。この変更は、主接続ロッドがクランクに対して降下することを可能にする。この必要性は、図６を見ることによって想像され得る。複数のヒンジ連結部が存在せず、かつα＝β＝０である場合、クランクは、接続ロッドが力伝達機構に力を伝達することを可能にせず、クランクを回転させるために用いられる力の伝達を阻止する。
加えて、従来のクランクスライダ機構と比較して、もはやピストンはクランクと同じ中心線上にはない。中心線をずらして配置することによって、ヒンジに追加のスペースを提供する。ずらして配置された中心線が複数の利点を提供する一方で、特定の用途のために必要ならば、本機械はまた、同じ中心線上でピストンおよびクランクと共に動作する。以下に更に詳細に説明されるように、複数の異なる手法が、マルチ連結接続ロッド機構および力伝達機構の形状をリセットするために用いられることができる。
図６の簡易な連結力伝達機構がまず検討される。静的力の解析を用い、かつ水平および鉛直方向の力を合計することによって、ピストン力とクランクを回転させるために利用される力との間の関係がこの実施形態について決定され得る。
ＦＣ＝ＦＰ×Ｃｏｓ（β）
ＦＣ×Ｃｏｓ（β）＝ＦＷ×Ｃｏｓ（９０−ａ）＋ＦＬ×Ｃｏｓ（μ）
ＦＣ×Ｓｉｎ（β）＋ＦＬ×Ｓｉｎ（μ）＝ＦＷ×Ｓｉｎ（９０−ａ）
ａ＝β＝０かつμが４５度に等しい場合の初期条件についての関係を評価することにより、ＦＷが、この初期条件に対するピストン力ＦＰの５０％に等しいことを示す。これは、初期の伝達率であり、クランクが回転するにつれて劇的に増加する。その簡易な連結力伝達機構は、本明細書において説明される複数の実施形態のピストン力の利用において最も効率的でないが、実装するのに最もコストがかからないという利点を有する。この実施形態の複数の変形形態が考えられる。１つは固定されたピボット点を有する力伝達機構を有する。１つは移動可能なピボット点を有する力伝達機構を有する。
非円形歯車力伝達機構の示力図が図７に示される。図７を図６と比較すると、図６の簡易な連結力伝達機構が図７において非円形歯車機構で交換されたことが分かる。非円形歯車機構を有することで、接続ロッドの力ＦＣが非円形歯車に伝達されてそれを回転させ、非円形歯車が回転するにつれてその半径が変化して力ＦＥを生成する。ＦＣからＦＥに伝達される力の割合は、非円形歯車の長半径と短半径との間の関係と、歯車の歯形形状と、非円形歯車の中心からずらして配置されるピボット点と、接続ロッドと非円形の長軸との間の角度とを含む複数の側面に依存する。ピストンがＴＤＣに近いとき、非円形歯車はマルチ連結接続ロッド機構とともに鉛直方向のピストン力の大部分を水平方向の力に伝達することが可能で、それによりピストンの力をピーク圧力で利用する。
図８は第１の実施形態を示す。エンジン１０はシリンダ１２およびクランクシャフト支持部１３を含むケーシング１１を有する。ケーシング１１は一体構造を有するか、またはクランクケースおよびシリンダなどの共に取り付けられるいくつかの別個のコンポーネントを含む。シリンダ１２は、ピストン１６がスライド可能に往復可能に配置されるボア１４を有する。クランクシャフト１８は、クランクシャフト支持部１３において回転自在に支持される主ベアリングジャーナル２０と、主ベアリングジャーナルの軸から半径方向にずらして配置されるクランクピン２２とを含む。クランクウェブ２４は主ベアリングジャーナル２０とクランクピン２２とを接続する。エンジンは、当業者には既知であるような複数の他のコンポーネントを含み、それらのコンポーネントは本明細書においては説明されない。また、以下に開示される複数の実施形態は、この実施形態と同じ複数のコンポーネントか、または類似の複数のコンポーネントのうちの多数を用いる。従って以下では、複数のコンポーネントまたは複数のコンポーネントの複数の部分についての繰り返しの説明は、複数のコンポーネントまたは複数のコンポーネントの複数の部分が本明細書において既に説明された複数のコンポーネントまたは複数のコンポーネントの複数の部分と同じかまたは同様なものである場合、省略され得る。
マルチ連結接続ロッド機構２６（「ＭＬＣＲ」、図９もまた参照）は、ピストン１６に接続される第１の端部３０と、第１の端部３０の反対側の第２の端部３２とを有し、ピストン１６と共に往復運動をするための接続ロッド２８を含む。第１のヒンジ連結部３４は、接続ロッドの第２の端部３２に枢動自在に接続される第１の端部３６と、第１のヒンジ連結部の第１の端部３６の反対側の第２の端部３８とを含む。クランクピン連結部４０は、クランクピン２２に回転自在に接続される第１の端部４２および第２の端部４４を含む。一実施形態において、マルチ連結接続ロッド機構２６はまた、第１のヒンジ連結部の第２の端部３８に枢動自在に接続される第１の端部４８と、第３のヒンジ連結部５２の第１の端部５４に枢動自在に接続される第２の端部５０とを有する第２のヒンジ連結部４６も含む。第３のヒンジ連結部５２はまた、クランクピン連結部の第１の端部４２に枢動自在に接続される第２の端部５６を含む。
あるいは、クランクピン連結部の第１の端部４２は、第１のヒンジ連結部の第２の端部３８に直接枢動自在に接続され得て、第２のヒンジ連結部４６および第３のヒンジ連結部５２は省略され得る。クランクピン連結部の第１の端部４２はまた、第２のヒンジ連結部４６に直接枢動自在に接続され得て、第３のヒンジ連結部５２は省略され得る。接続ロッド２８とクランクピン連結部４０との間で任意の数のヒンジ連結部が用いられ得る。
接続ロッドと複数のヒンジ連結部とクランクピン連結部との間の複数の枢動する接続部は、複数の代替的な構造を有し得る。一実施形態において、接続ロッド２８は第１のヒンジ連結部の第１の端部３６の溝に挿入される一体型の第２の端部３２を有する。当該溝は、第１のヒンジ連結部のフォーク構造またはクレビス構造から形成され得て、かつ／または接続ロッドの第２の端部３２をはさむ第１のヒンジ連結部の別個の複数の部分（または複数の半部）によって形成され得る。それらのコンポーネントはまた層状構造を有することが可能で、隣接する複数のコンポーネントに対してインターリービング態様で組み立てられることが可能である。各ピン５８、６０、６２および６４は、接続ロッドと、複数のヒンジ連結部とクランクピン連結部との各部分における複数のボアの間で係合して、それらに複数の枢動式接続を与える。
第１のヒンジ連結部３４はまた、第３のヒンジ連結部５２の停止面６８と係合するための停止面６６を含む。これらの停止面６６および６８は、第１のヒンジ連結部３４が第３のヒンジ連結部５２に対して一方向に枢動するときに互いに係合し得て、そのような枢動の範囲での確実な停止を与え、その方向での更なる枢動は防止される。第２のヒンジ連結部４６はまた、クランクピン連結部４０の停止面７２と係合するための停止面７０を含み、互いに対するそれらのコンポーネントの枢動に確実な停止を与える。一方向における枢動を同様に制限すべく、接続ロッド上、および、マルチ連結接続ロッド機構の複数のその他のコンポーネントの複数の他の位置において複数の片方の係合停止面がまたあってよく、その反対方向における枢動を同様に制限すべく、それらのコンポーネントの反対側において複数の片方の停止面を有し得る。それらの停止面は枢動に対して制限を与えるが、動作中は、ＭＬＣＲは最大限度まで枢動する必要はない。クランクピン連結部４０に対する接続ロッド２８の枢動の全範囲は、接続ロッドの長手軸とクランクピン連結部の長手軸との間で測定される、いずれかの方向における通常およそ０―９０度の範囲内である。一方向において許される枢動量は、その反対方向において許される枢動量とは異なることもある。一コンポーネントと別のコンポーネントとの間での枢動量は、それらのコンポーネントのうちの１つのコンポーネントと別のコンポーネントとの間、または他の２つのコンポーネントの間での枢動量とは異なることもある。
エンジンはまた、鉛直方向のピストン力を水平方向のクランクピン力へと伝達すべく、マルチ連結接続ロッド機構２６をケーシング１１に接続する力伝達機構７４（図８参照）を含む。力伝達機構７４は、固定／静止ピボット点７９においてケーシング１１に枢動自在に接続される第１の端部７８と、第１のヒンジ連結部３４の第３のピボット接続部８２に枢動自在に接続される第２の端部８０とを含むピボット連結部７６を含む。あるいは、接続ロッド２８、またはマルチ連結接続ロッド機構の複数の他のコンポーネントは、ピボット連結部の第２の端部８０への接続のための第３のピボット接続部を有し得る。第３のピボット接続部８２は、第１のヒンジ連結部３４の主スラスト側（図８の左側）に配置され、ピボット連結部の第１の端部７８は、第１のヒンジ連結部３４の主スラスト側においてケーシング１１に枢動自在に接続される。それらのピボット接続部は、ピボットマウントを提供すべく複数のピン、複数のボルト、複数の他のねじ部品を用いて任意の態様で提供されることが可能であり、摩擦および摩耗を低減させるべく、ピボットマウントと枢動するコンポーネントとの間に複数のベアリングおよび／または複数のブッシュを用いることが可能である。
図１０Ａ―１０Ｆは、旋回を通してエンジンが回転するときの、エンジン１０の一連の６つの位置を示す。図１０ＡはＴＤＣに近いエンジン１０の動力ストロークを示す。接続ロッド２８とクランクピン連結部４０との間の初期の枢動角は４５度であり、利用可能なピストン力の５０％を利用する。動力ストロークの間にピストン１６が下に押されるにつれて、力伝達機構７４が、クランクシャフト１８を回転させるクランクピン２２にピストン力を伝達しながら、ピストン力はＭＬＣＲ２６に伝達される。このようにして、動力ストロークのこの重要な初期ステージにおいて、下向きのピストン力は、クランクピン２２に作用する横向きの力へとより急速に変換される。図１０Ｂ―１０Ｆは、ダウンストロークの間におけるＭＬＣＲ２６の変化する形状と、次にアップストロークの間のピストンの持ち上げと、力伝達機構７４およびＭＬＣＲ２６のリセットとを示す。ダウンストロークの間、クランクが回転するにつれてＭＬＣＲ２６は外側へ延びる。図１０Ｃを参照して図１０Ａおよび１０Ｂと比較されたい。図１０Ｄは、クランクシャフト１８のアップストロークの初期段階の間、ピストン１６は、ＭＬＣＲ２６の角度が変化するにつれて降下し続けることを示す。
クランクシャフトが回転角１８０度を過ぎて回転し、動力ストロークの最後においてＭＬＣＲが水平に近づくとき（図１０Ｃ―１０Ｄ）、ピボット連結部７６はＭＬＣＲ２６の経路を遮ることがある。接続ロッド２８と第１のヒンジ連結部３４との間のピン５８においてピボット接続部を加えることで、ＭＬＣＲ２６がピボット連結部７６の回りで曲がることを可能にする（図１０Ｄ）。
クランクシャフト１８が回転を続けるとき、クランクピン連結部４０及びＭＬＣＲ２６の他の部分がピボット連結部７６に接触しつつピストン１６は再び上昇し始め（図１０Ｅ）、ＴＤＣにおけるその既定の角度に戻るべくそれを上昇させる。図１０Ｆは力伝達機構７４およびＭＬＣＲ２６のリセットを示す。エンジンが図１０Ｆの位置から図１０Ａの位置へと移るとき、力伝達機構７４およびＭＬＣＲ２６はピストン２６の上方への動きを停止させ、シリンダ１２のヘッド部とのピストン１６の接触を防ぎ、ダウンストロークのためにピストン１６の動きの方向を逆にする。
この例および以下に挙げる複数の例は、複数のエンジン、特に複数の内燃往復ピストンエンジンに関して説明されるが、本発明は複数の他のタイプの往復ピストン流体流機械に適用可能である。
図１１は、更なるエンジン８４の概略図を示し、図１２は、図１１の実施形態のマルチ連結接続ロッド機構８６の略詳細図を示す。マルチ連結接続ロッド機構８６（「ＭＬＣＲ」）は、ピストン１６に接続される第１の端部３０と第１の端部３０の反対側の第２の端部３２とを有する接続ロッド２８を含む。接続ロッド２８はピストン１６と共に往復運動をするためのものである。
第１のヒンジ連結部８８は、接続ロッドの第２の端部３２に枢動自在に接続される第１の端部９０（図１２）と、第１のヒンジ連結部の第１の端部９０の反対側の第２の端部９２とを含む。第２の端部９２は第２のヒンジ連結部の第１の端部４８（図９においてすでに示される）に枢動自在に接続される。第３のピボット接続部９４は第１の歯車部９６を含む。力伝達機構１１１は第１の端部７８および第２の端部１１４を有するピボット連結部１１２を含む。ピボット連結部の第２の端部１１４は、接続ロッド２８が往復運動をするにつれて、第１のヒンジ連結部８８がピボット連結部１１２に対して枢動することを可能にする噛み合い接続で第１の歯車部９６と係合する第２の歯車部１１６を含む。第１の歯車部９６は、ラック歯車であり、第２の歯車部１１６は、ｙ軸とは異なるｘ軸の半径を有する湾曲した非円形歯車であるが、複数の他の歯車の形状が用いられてよい。複数の歯車部並びに様々な実施形態の複数の他のコンポーネントの配置はまた、本発明の範囲から逸脱することなく逆にされてよい。
ピボット連結部１１２に対するマルチ連結接続ロッド機構８６の枢動の範囲全体にわたって、第１の歯車部９６を第２の歯車部１１６との噛み合い係合状態に維持すべく、保持機構９８は、第１のヒンジ連結部８８とピボット連結部１１２との間で接続される。保持機構９８は、それぞれが第１の端部１０２および第２の端部１０４を有する２つの側面プレート１００を含む。各側面プレート１００は複数の側面プレートコネクタ１１０でＭＬＣＲ８６（ここでは第１のヒンジ連結部８８）に第１の端部１０２においてしっかりと取り付けられる。側面プレートコネクタは、ピン、ねじ接続、鋳造もしくは溶接接続、または複数の他のタイプの接続であってよい。各側面プレート１００は第１の溝１０６と、第２の端部１０４において配置される第２の溝１０８を含む。ピボット連結部１１２は、複数の保持ピン１２０（図１１参照）を固定すべく一対の保持ボア１１８を含む。ピボット連結部に対するマルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって、湾曲した非円形歯車をラック歯車との噛み合い係合状態に維持すべく、保持ピン１２０および１２２はそれぞれ第１および第２の溝１０６および１０８と係合する。それらの歯車部のサイクルの間にそれらの歯車部が動くとき、それらの溝の形状は、それらの歯車部の間で所望の噛み合い係合を提供するよう構成される。保持ピン１２０および１２２は、ピボット連結部１１２において異なる点に位置し、歯車の回転の間、異なる経路をたどる。これは、ピン１２０および１２２のうちの少なくとも１つが、その２つの歯車の互いに離れる動きを制限するので、ラック歯車９６からの非円形歯車１１６の離脱を防止する。
この実施形態において、図１１に見られるように、ピストンの中心線はクランクシャフトの中心線と一致するようにより近くに移動させられており、一変形形態においては、クランクシャフトの中心線と一直線になっている。これは図８―１０のいずれかの固定されたピボット点連結部力伝達とは異なる。クランクシャフトの中心線とピストンの中心線とを一直線に並べることによって、エンジン８４をより幅狭くすることが可能であり、かつ、力伝達機構１１１を回避すべく、ＭＬＣＲ８６はアップストロークの間に極端な角度に曲がことを必要とされない。それらの中心線を一直線にすることの欠点は、ＴＤＣにおけるＭＬＣＲ８６は僅かに曲げられ（図１４Ｂ参照）、ＴＤＣ近くの力伝達効率を最適な効率と比較して低減させるということである。しかしながら、たとえこの欠点を有しても、この代替形態は図８―１０の実施形態よりもさらに一層効率的である。
図１４Ａ―１４Ｆは、旋回を通してエンジン８４が回転するときの、エンジン８４の一連の６つの位置を示し、ダウンストロークの間におけるＭＬＣＲ８６の変化する形状と、アップストロークの間のピストンの持ち上げと、力伝達機構１１１およびＭＬＣＲ８６のリセットとを含む。ダウンストロークの間、クランクシャフト１８が回転するにつれてＭＬＣＲ８６は外側へ延びる。図１４Ｃおよび１４Ｄは、アップストロークの初期ステージの間、この実施形態がピストン１６を下げさせないことを示す。前出の図８―１０の実施形態は下げさせるものである。加えて、この代替形態は、前出の実施形態と比較して、固定されたクランクストロークに対するピストンのストロークを低減させる。ピストン１６がＴＤＣに近づくとき、エンジンが図１４Ｆの位置と１４Ａの位置との間で移るにつれて、非円形歯車１１６と保持機構９８とＭＬＣＲ８６とを含む力伝達機構１１１はピストン１６の上方への動きを停止させる。図１４ＡはＴＤＣに近いエンジン８４を示す。動力ストロークの間、ピストン力はＭＬＣＲ８６に伝達され、ＭＬＣＲ８６は力伝達機構１１１と共同して、クランクを回転させるクランクピンに力を伝達する。
上述された固定式ピボット点の複数の代替形態は、実装するのに最も簡易であり、スライド式ピボット点の代替形態よりもより小さい往復運動のまとまりを必要とする。これらの固定式ピボット点の複数の代替形態の欠点は、力伝達機構を通過すべく、アップストロークの間、複数の困難な接続ロッドの角度を必要とすることがあるということである。これらの困難な角度はピストンを上げるためによりたくさんの仕事を必要とし、ピストンストロークを、以下で説明される複数のスライド式ピボット点の代替形態のそれより長くさせ得る。
複数の代替的実施形態において、固定されたピボット点７９を用いる上述された複数の代替形態とは対照的に、当該エンジンはスライドするピボット点を用いる。これは、力伝達機構がＭＬＣＲの邪魔にならないように移動させられるように、アップストロークの間ピボット点が移動することを可能にする。この動きは、アップストロークの間、ＭＬＣＲが浅い角度を維持することを可能にし、ピストンを移動させるための必要とされる力を低減させる。より浅い角度は、ＭＬＣＲが一方向だけに曲がることを可能にし得る。これは、ＭＬＣＲの変化する形状がダウンストロークの間に利用され得るので、クランクストロークがピストンストロークより大きいという利点を有する。加えて、固定式ピボット点の複数の代替形態または従来のクランクスライダ機構と比較して、ピストン１６は、３６０度のクランクシャフトの回転の間、アップストロークの間にＴＤＣ近くでより長い時間を費やす。圧縮ストロークの間にＴＤＣ近くで費やされるより長い時間は、燃料混合物が燃焼するためのより長い時間を可能にする。これは、燃焼プロセスにおいて燃料混合物がより早くより高温に到達することを可能にし、動力ストロークの複数の早期段階において体積が最小となるので、圧力のピークを増大させる。
以下に開示される複数の実施形態において、スライド式ピボット点の複数の代替形態のそれぞれは３つのコンポーネントを含む。第１は、ピボット点が移動するときに、それがとる経路を制御するために用いられるスライド機構である。第２は、ダウンストロークの間、スライド機構を決まった位置にロックするために用いられるロック機構であり、最後のコンポーネントは、アップストロークの間にＭＬＣＲの複数の連結部がロックされたままであることを確実にするために用いられる動き制御機構である。ピボット点をロックし、かつ動きの間にその動きを制御する多数のやり方がある。複数の代替形態は以下で後に説明される。
図１５は、力伝達機構においてスライドするピボット点を組み込むエンジンの略断面図を示す。エンジン１２４はＭＬＣＲ１２６および力伝達機構１２８を含む。ＭＬＣＲ１２６は図８―１０のＭＬＣＲ２６と同様だが、この実施形態においては、接続ロッド１３２に第３のピボット接続部１３０が設けられる。また、この実施形態は、接続ロッド１３２とクランクピン連結部４０との間にただ１つのヒンジ連結部１３４を用いる。図１７を参照されたい。
移動ピボット点機構１３６はピボット連結部の第１の端部７８をケーシング１１に接続する（図１７参照）。移動ピボット点機構１３６は、可動マウント１３８を含む。ピボット連結部の第１の端部７８は可動マウント１３８とのピボット式接続部１４０を有する。可動マウント１３８は、案内通路装置１４５の、対応して成形された案内通路１４４において受けられスライドするための略矩形のブロック本体１４２（図１６もまた参照）を有するように示される。案内通路１４４は、可動マウント１３８がそれに沿って移動可能な画定された経路を与える。本体１４２は、ピボット１４０のためのシャフトを受けるためのピボットボア１４６と、ロックピン１５０と係合するためのロック用爪１４８とを含む。移動可能な本体はまた、ピボットシャフトを移動するピボット点にロックするために用いられるボア１５２を含む。ただ１つの可動マウント１３８が用いられてよいが、好適な実施形態においては、１つをケーシング１１の各側面上に、つまり、ピボット連結部７６の対向する両側上に設けるようにして、２つの可動マウント１３８を支持すべく２つの案内通路１４４が設けられてよく、ピボット１４０は２つのピボットボア１４６の間をそれらの間に配置されるピボット連結部と共に移動する。これは頑丈な接続を作る。なぜなら、シャフトは両端で支持され、ケーシング１１の対向する両側の間において決まった場所にシャフトをロックするからである。
図１７に示されるように、ロック機構１５４は、ロック位置で可動マウント１３８をロックすべく可動マウント１３８と接続する。ロック機構１５４は、クランクシャフト１５６によって駆動されるロックピンであり、ロック位置において可動マウント１３８をロックすべく、可動マウント１３８がロック位置に移動させられるとき、可動マウント１３８のロック用爪１４８と係合するためのロック部１５１を有するロックピン１５０を含む。ロックピン１５０はまた、ピストン１６がダウンストローク中のとき、ロック用爪１４８から接続を解くべく、クランクシャフトによって駆動される。クランクシャフト１５６は、以下で更に説明されるような可動マウント１３８の動きを制御するための第１のカム機構１５８と、ロック機構を制御するための第２のカム機構１６２とを含む。示される実施形態においては、カム機構１５８および１６２のそれぞれ１つのみがクランクシャフトに設けられる必要があるが、各機構がクランクピン２２の各側面において配置される個別のロック／動き制御機構を動作させることが可能なように、カム機構１５８および１６２のそれぞれ１つはクランクピン２２の各側面において設けられる。それらのカム機構はクランクシャフトに加工されてよいか、または、着脱可能に、もしくは永久的に、のいずれかで、クランクシャフトに取り付けられる別個のコンポーネントであってよい。クランクシャフトによって駆動される別個のカムシャフトがまた設けられてよい。
ロック機構１５４は、クランクシャフト１５６によって駆動され、第２のカム通路１６４を有する第２のカム機構１６２を更に含む。第２のカム従動子１６６は第２のカム通路１６４とロックピン１５０との間で係合する。第２のカム従動子１６６（図１９もまた参照）は、カム係合面１６７および傾斜駆動面１６８を含む。スプリング１７０は、第２のカム通路１６４に向かう方向に第２のカム従動子１６６を付勢し、スプリングは、ロックピン１５０が第２のカム従動子１６６によってロック用爪１４８との係合に駆動されていないとき、ロック用爪１４８から離れる方向にロックピン１５０を付勢するために用いられ得る。あるいは、当該スプリングは省略されてよく、ピンおよび従動子の形状はカム従動子を移動させるよう構成されてよい。
第２のカム従動子１６６のロックする方向への動きが、ロックピン１５０を可動マウント１３８のロック用爪１４８と係合する方向に移動させ、第２のカム従動子１６６のロックする方向から離れる動きが、ロックピン１５０が可動マウント１３８のロック用爪１４８との係合から離れるように移動することを可能にするように、ロックピン１５０は、第２のカム従動子の駆動面１６８と係合するための受動面１７２を含む。ロックピン１５０がロック用爪１４８と係合するとき、可動マウント１３８はロック位置から移動しないようにされる。ロックピン１５０がロック用爪１４８から接続が解かれるとき、可動マウント１３８は案内通路１４４に沿った移動が許され、動き制御機構１７２による制御を受ける。
可動マウント１３８の動きを制御するための動き制御機構１７２は、クランクシャフト１５６によって駆動され、第１のカム通路１６０を有する第１のカム機構１６２を含む。動き制御連結部１８０は、第１のカム通路１６０が可動マウント１３８の動きを制御することを可能にすべく、第１のカム通路１６０と可動マウント１３８との間で動作可能に接続する。第１のカム通路１６０は第１の部分を含む。第１の部分は、接続ロッド１３２およびピボット連結部７６の動きが可動マウント１３８をＭＬＣＲ１２６およびクランクシャフト１５６から離れるように駆動する、ピストン１６のアップストロークの第１の部分において、可動マウント１３８がＭＬＣＲ１２６から離れる方向に案内通路１４４に沿って移動することを可能にするように構成かつ配置される。
第１のカム通路１６０はまた第２の部分を含む。第２の部分は、ロック位置に到達するまで、ピストン１６のアップストロークの第２の部分上でＭＬＣＲ１２６およびクランクシャフト１５６に向かう方向に案内通路１４４に沿って可動マウント１３８を移動させるべく構成かつ配置される。第１のカム通路１６０のこの第２の部分において、ロック位置に向かって可動マウント１３８を駆動すべく、第１のカム通路１６０は動き制御連結部１８０を駆動し得る。動き制御連結部１８０は第１のカム通路と係合する第１のカム従動子を更に含む。第１のカム従動子１８２は駆動面１８４を含む。ロッカアーム１８６はピボット１８８でケーシング１１に枢動自在に装着され、可動マウント１３８と接続している第１の端部１９０と、第１のカム従動子の駆動面１８４と接続している、第１の端部１９０の反対側の第２の端部１９２とを有する。ロッカアーム１８６はこうして、第１のカム通路１６０および第１のカム従動子１８２から可動マウント１３８に動きを伝達する。代替的実施形態においては、ロック位置に向けて可動マウント１３８を付勢する付勢力は、スプリングによって、液圧で、ソレノイドもしくは電気モータによって、または別の機構によって与えられ得る。
カム従動子筐体１９４（図１８参照）はケーシング１１に接続され、第１のカム従動子１８２をスライド可能に受ける第１のカム従動子溝１９６と、第２のカム従動子１６６をスライド可能に受ける第２のカム従動子溝１９８と、ロックピン１５０をスライド可能に受けるロックピン溝２００とを含む。
案内通路装置の案内通路１４４は、可動マウント１３８をスライド可能に受ける直線溝部２０２を含む。この実施形態において、第１および第２のカム従動子溝１９６および１９８はクランクシャフト１５６の軸に対して半径方向に位置合わせされ、ロックピン溝２００は、第２のカム従動子溝１９８に対して垂直に位置合わせされる。
この実施形態は図８―１０の固定されたピボット点の実施形態と同様であるが、ピボット点１４０はスライドする可動マウント１３８上にある。クランクシャフト１５６が１８０度を過ぎて回転するにつれて、ピボット連結部７６が水平であるとき、可動マウント１３８はＭＬＣＲ１２６の邪魔にならないようにスライドする。これは第３のヒンジ連結部５２の必要性をなくし、ＭＬＣＲ１２６の複数のヒンジ連結部が、中心を過ぎてより小さい量だけ回転することを可能にし、そこではそれらの連結部はストロークの底部において決まった位置に噛み合う。
図２２Ａ―２２Ｆは、旋回を通してエンジン１２４が回転するときの、エンジン１２４の一連の６つの位置を示し、ダウンストロークの間におけるＭＬＣＲ１２６の変化する形状と、アップストロークの間のピストン１６の持ち上げと、力伝達機構１２８およびＭＬＣＲ１２６のリセットとを含む。図２２Ａはピストン１６がＴＤＣにあるエンジン１２４を示す。このエンジン１２４のピストンのＴＤＣは、クランクピン２２が頂部にある前に開始する。これを行うことによって、同量のクランクシャフトの回転に対して、従来のクランクスライダ機構における場合と同程度に深くピストン１６が下がることなくクランクシャフト１５６は回転させられ得る。この変更は、ピストンのピーク動力がより長い間維持されることを可能にして、燃焼される同量の燃料によって生成される全体的な動力レベルを増大させる。このことは全てのスライド式ピボット点の代替形態について当てはまる（更なる複数の実施形態が以下に説明される）。
図２２Ｂおよび図２２Ｃはダウンストロークと、ＭＬＣＲ１２６の変化する形状とを示す。移動するピボット点の複数の代替形態の全ては、ＭＬＣＲの変化する形状を利用することが可能であり、ピストンストロークより大きいクランクストロークを持続させるべく、ＭＬＣＲは実質的に一方向のみに曲がる。つまり、ＭＬＣＲ１２６は力伝達機構から離れる方向に曲がり、開始位置へと戻り得る。しかし、ＭＬＣＲ１２６は、接続ロッドの長手軸から力伝達機構に向かう方向に実質的に曲がらない。それはわずかに力伝達機構に向かう方向に中心を超えていくことがあるが、その他の方向におけるものと同程度ではない。またそれは、力伝達機構に向かう方向に中心を超えて曲がることを制限され得る。
図２２Ｃの位置までに、ピストン力のほぼ全ては仕事を行うために利用された。ストロークにおけるこの時点では、目的は、クランクシャフト１５６が１８０度の回転を過ぎて回転をするにつれて、ピストン１６を持ち上げることによって次の動力ストロークのために準備することである（図２２Ｄおよび図２２Ｅ）。図２２Ｄの位置までに、移動ピボット点機構１３６はアンロックされ、クランクシャフト１５６が回転し続けるとき、ピボット連結部７６がＭＬＣＲ１２６の邪魔にならないようにスライドすることを可能にする。この図は、ＭＬＣＲ１２６の複数のヒンジ連結部がロックされているように示される。ここでは、主スラスト側の複数の停止面は互いに係合して、その方向に更に曲がることを防ぎ、ピストン１６が持ち上げられることを可能にする。この実施形態において、移動ピボット点機構１３６に向かう曲がりは、移動ピボット点機構に向かっておよそ１０度までの曲がりが許されて、基本的に直線かまたはほぼ直線のＭＬＣＲに制限されることが好ましい。図２２Ｆの位置において、ピストン１６は持ち上げられ続け、移動ピボット点機構１３６は、それが決まった場所にロックされるＴＤＣにおけるその開始位置に戻される。移動ピボット点機構が決まった場所にロックされた後、クランクシャフト１５６は回転し続け、ＭＬＣＲの複数のヒンジ連結部は他方側に曲がり、移動ピボット点機構１３６から離れて、次の動力ストロークのための準備ができているそれらの開始位置に戻る。図２２Ｆの位置と図２２Ａの位置との間で、力伝達機構１２８およびＭＬＣＲ１２６は相互作用して、ダウンストロークのためにピストン１６の上方への動きを停止させ、その動きの方向を反転させる。
図２３は、力伝達機構２０９が図１１―１４の実施形態の力伝達機構７４と同様である図１５―２２の実施形態の変形形態を示す。このエンジン２０７について、第１の歯車部２１０は、第１のヒンジ連結部上に配置されているのとは対照的に、ＭＬＣＲ２０８の接続ロッド２１２上に配置される（図２４参照）。ＭＬＣＲ１２６と同様に、移動ピボット点機構１３６は、ＭＬＣＲ２０８が接続ロッド２１２とヒンジ連結部１３４とクランクピン連結部４０とだけを有することを可能にする。
図２５Ａ―図２５Ｆは、旋回を通してエンジン２０７が回転するときの、エンジン２０７の一連の６つの位置を示し、ダウンストロークの間におけるＭＬＣＲ２０８の変化する形状と、アップストロークの間のピストン１６の持ち上げと、力伝達機構２０９およびＭＬＣＲ２０８のリセットとを含む。
図２５Ａはピストン１６がＴＤＣにあるエンジン２０７を示す。このエンジン２０７のピストンのＴＤＣは、クランクピン２２が頂部にある前に開始する。これを行うことによって、同量のクランクシャフトの回転に対して、従来のクランクスライダ機構における場合と同程度に深くピストン１６が下がることなくクランクシャフト１５６は回転させられ得る。この変更は、ピストンのピーク動力がより長い間維持されることを可能にして、燃焼される同量の燃料によって生成される全体的な動力レベルを増大させる。このことは全てのスライド式ピボット点の代替形態について当てはまる（更なる複数の実施形態が以下に説明される）。
図２５Ｂおよび２５Ｃは、ダウンストロークとＭＬＣＲ２０８の変化する形状とを示す。スライド式ピボット点の複数の代替形態の全ては、ＭＬＣＲの変化する形状を利用することが可能であり、ピストンストロークより大きいクランクストロークを持続させるべく、ＭＬＣＲは実質的に一方向のみに曲がる。
図２５Ｃの位置までに、ピストン力のほぼ全ては仕事を行うために利用された。ストロークにおけるこの時点では、目的は、クランクシャフト１５６が１８０度の回転を過ぎて回転をするにつれて、ピストン１６を持ち上げることによって次の動力ストロークのために準備することである（図２５Ｄおよび図２５Ｅ）。図２５Ｄの位置までに、移動ピボット点機構１３６はアンロックされ、クランクシャフト１５６が回転し続けるとき、ピボット連結部１１２がＭＬＣＲ２０８の邪魔にならないようにスライドすることを可能にする。この図は、ＭＬＣＲ２０８の複数のヒンジ連結部がロックされているように示される。ここでは、主スラスト側の複数の停止面は互いに係合して、その方向に更に曲がることを防ぎ、ピストン１６が持ち上げられることを可能にする。この実施形態において、移動ピボット点機構１３６に向かう曲がりは、基本的に直線かまたはほぼ直線のＭＬＣＲに制限されることが好ましい。図２５Ｆの位置において、ピストン１６は持ち上げられ続け、移動ピボット点機構１３６は、それが決まった場所にロックされるＴＤＣにおけるその開始位置に戻される。移動ピボット点機構が決まった場所にロックされた後、クランクシャフト１５６は回転し続け、ＭＬＣＲの複数のヒンジ連結部は他方側に曲がり、移動ピボット点機構１３６から離れて、次の動力ストロークのための準備ができているそれらの開始位置に戻る。図２５Ｆの位置と図２５Ａの位置との間で、力伝達機構２０９およびＭＬＣＲ２０８は相互作用して、ダウンストロークのためにピストン１６の上方への動きを停止させ、その動きの方向を反転させる。
図２６は、移動ピボット点機構２１６と動き制御機構２１８とロック機構２２０とを含む異なるタイプの力伝達機構２１５、およびＭＬＣＲ２０８を用いる、図２３−図２５の実施形態の変形形態を示す。このエンジン２１４について、移動ピボット点機構２１６は、前の実施形態におけるような線形的経路に沿っては移動せず、半円形経路に沿って移動する。クランクシャフト２２２は、第１のカム通路２２６を有する第１のカム機構２２４、および第２のカム通路２３０を有する第２のカム機構２２８を含む。上記の複数の実施形態と同様に、複数のカム機構および複数のカム通路のそれぞれ１つが用いられ得るが、好適な実施形態においては、複数のカム機構のそれぞれ１つ、および複数のカム通路のそれぞれ１つが強度を上げるべくクランクピン２２の各側面に用いられる。
移動ピボット点機構２１６は、ピボット式接続部２３４によって確立される可動マウント軸２３５の周りを枢動するように、ケーシング１１へのピボット式接続部２３４を有する可動マウント２３２を含む。枢動するピボット連結接続部２３６は、ピボット連結部の第１の端部７８に接続される。ピボット連結接続部２３６は、可動マウント軸２３５の周りの可動マウント２３２の枢動が、ピボット連結接続部２３６を弓状案内通路２３８に沿って移動させるように可動マウント軸２３５の半径方向外側に配置される。ピボット連結接続部２３６は弓状案内通路２３８と直接係合し得る。あるいは、ピボット連結接続部２３６に接続される、ローラベアリングまたはブッシュなどの案内要素２３７が弓状案内通路２３８と係合し得る。あるいは、ピボット連結接続部２３６と弓状案内通路２３８との間に係合はなくてよい。
可動マウント２３２は部分的な円板形状を有するように示されるが（図２８参照）、完全な円板形状、または他の形状を有し得る。それはピボット連結接続部２３６のためのピボットボア２４０と、ピボット式接続部２３４のための中央ボア２４２とを含む。中央ボア２４２は可動マウント軸２３５を確立する。カウンタバランス部２４４は可動マウント軸２３５を挟んでピボット連結接続部２３６の反対側に配置される。可動マウント２３２はロックピン２４８と係合すべくロック面２４６を含む。この実施形態において、ロック面２４６はカウンタバランス部２４４の外周においてＶ形のノッチまたは爪として形成されるが、それは代替的な複数の形状および複数の位置を有してよい。
移動ピボット点筐体２５０（図３０および図３１参照）は可動マウント２３２と、移動ピボット点機構２１６、動き制御機構２１８、およびロック機構２２０の他の複数のコンポーネントを支持する。図３１の第１の側面図に見られるように、移動ピボット点筐体２５０は可動マウント２３２を受けるための凹部２５２と、ピボット式接続部２３４を設けるためのボス部２５４とを含む。可動マウント２３２は、中央ボア２４２、またはベアリングもしくはブッシュを介してボス部２５４を直接支点として枢動し得て、ボス部２５４と中央ボア２４２との間に介在させられ得る。可動マウント２３２を支持すべくピボットシャフトを受けるためのボアでボス部２５４を置き換えることを含む複数の代替的な構造がまた用いられ得る。移動ピボット点筐体２５０はまた、第２のカム従動子２５８をスライド可能に受けるための第２のカム従動子溝２５６と、ロックピン２６２をスライド可能に受けるためのロックピン溝２６０とを含む。図３０の移動ピボット点筐体２５０の第２の側面図を参照されたい。第２のカム従動子溝と関連付けられるポケット部２６４は、第２のカム機構２２８に向かって第２のカム従動子２５８を付勢するリターンスプリングのために設けられる。あるいは、当該スプリングは省略されてよく、ピンおよび従動子の形状はカム従動子を移動させるよう構成されてよい。
ロック機構２２０は、クランクシャフト２２２によって駆動され、第２のカム通路２３０を有する第２のカム機構２２８を含む。第２のカム従動子２５８は第２のカム通路２３０とロックピン２６２との間で係合する。第２のカム従動子２５８（図３３もまた参照）はカム係合面２６６および傾斜駆動面２６８を含む。スプリングは、第２のカム通路２３０に向かう方向に第２のカム従動子２５８を付勢し得て、スプリングは、ロックピン２４８が第２のカム従動子２５８によってロック用爪２４６との係合に駆動されていないとき、ロック用爪２４６から離れる方向にロックピン２４８を付勢し得る。あるいは、当該スプリングは省略されてよく、ピンおよび従動子の形状はカム従動子を移動させるよう構成されてよい。
第２のカム従動子２５８のロックする方向への動きが、ロックピン２６２を可動マウント２３２のロック用爪２４６と係合する方向に移動させ、第２のカム従動子２５８のロックする方向から離れる動きが、ロックピン２６２が可動マウント２３２のロック用爪２４６との係合から離れるように移動することを可能にするように、ロックピン２６２（図３２参照）は、第２のカム従動子の駆動面２６８と係合するための受動面２７４を含む。ロックピン２６２はロック用爪２４６と係合するための係合面２７６もまた有する。ロックピン２６２がロック用爪２４６と係合するとき、可動マウント２３２はロック位置から移動しないようにされる。ロックピン２６２がロック用爪２４６から接続が解かれるとき、ピボット連結接続部２３６は弓状案内通路２３８に沿った移動が許され、動き制御機構２１８による制御を受ける。
可動マウント２３２の動きを制御するための動き制御機構２１８は、クランクシャフト２２２によって駆動され、第１のカム通路２２６を有する第１のカム機構２２４を含む。図３４を参照されたい。動き制御連結部２７８は、第１のカム通路２２６が可動マウント２３２の動きを制御することを可能にすべく、第１のカム通路２２６と可動マウント２３２との間に動作可能に接続する。第１のカム通路２２６は第１の部分を含む。第１の部分は、接続ロッド２１２およびピボット連結部１１２の動きが、ピボット連結接続部２３６をＭＬＣＲ２０８およびクランクシャフト２２２から離れるように駆動する、ピストン１６のアップストロークの第１の部分において、可動マウント２３２のピボット連結接続部２３６がＭＬＣＲ２０８から離れる方向に弓状案内通路２３８に沿って移動することを可能にするように構成かつ配置される
第１のカム通路２２６はまた第２の部分を含む。第２の部分は、ロック位置に到達するまで、ピストン１６のアップストロークの第２の部分において、ＭＬＣＲ２０８およびクランクシャフト２２２に向かう方向に弓状案内通路２３８に沿ってピボット連結接続部２３６を移動させるべく構成かつ配置される。第１のカム通路２２６のこの第２の部分において、ロック位置に向かってピボット連結接続部２３６を駆動すべく、第１のカム通路２２６は動き制御連結部２７８を駆動し得る。動き制御連結部２７８は第１のカム通路２２６と係合する第１のカム従動子２８０を更に含む。第１のカム従動子２８０は駆動面２８２を含む。第１のカム従動子２８０は、移動ピボット点筐体２５０またはカム従動子筐体２９２のうちの片方または両方において第１のカム従動子溝２８１にスライド可能に配置される。ロッカアーム２８４はピボットマウント２８６と共にケーシング１１に枢動自在に装着され、ピボット連結接続部２３６と接続している第１の端部２９０と、第１のカム従動子の駆動面２８２と接続している、第１の端部２９０の反対側の第２の端部２８８とを有する。ロッカアーム２８４はこうして、第１のカム通路２２６および第１のカム従動子２８０からピボット連結接続部２３６に動きを伝達する。代替的実施形態においては、ロック位置に向かってピボット連結接続部２３６を付勢する付勢力は、スプリングによって、液圧で、ソレノイドもしくは電気モータによって、または別の機構によって与えられ得る。カム従動子筐体２９２は移動ピボット点筐体２５０に接続されて、第１のカム従動子２８０をカバーする。この実施形態において、第１および第２のカム従動子溝２８１および２５６はクランクシャフト２２２の軸に対して半径方向に位置合わせされ、ロックピン溝２６０は、第２のカム従動子溝２５６に対して垂直に位置合わせされる。ロッカアームの第１の端部２９０は、可動マウント２３２の動きを制御すべく、ピボット連結接続部２３６、案内要素２３７、可動マウント２３２、ピボット連結部１１２、または他の構造と係合し得る。カムはまた、従動子として直接ロッカアーム上で、またはピボットマウント上で動作し得る。
移動ピボット点筐体２５０はケーシング１１に取り付けられる別個のコンポーネントであってよく、ケーシング１１と一体的に設けられてよく、またはその両方の組み合わせであってもよい。
概して複製またはミラーイメージの一実施形態においては、移動ピボット点機構が、クランクピンの各側において、ピボット式接続部２３４を支持すべくそれらの間に延びる第１の単一のシャフトと、ピボット連結接続部を支持すべくそれらの間に同様に延びる第２の単一のシャフトと、共に設けられる。これは、頑丈な構造を提供する。なぜなら各シャフトはそれぞれ２つの離れた端部において支持されるからである。
この実施形態は、上述された複数の線形的な可動マウントと比較して、バランスを取るのがより容易であり、より小さスペースしか必要としないという利点を有する。
図３５Ａ―図３５Ｆは、旋回を通してエンジン２１４が回転するときの、エンジン２１４の一連の６つの位置を示し、ダウンストロークの間におけるＭＬＣＲ２０８の変化する形状と、アップストロークの間のピストン１６の持ち上げと、力伝達機構２１５およびＭＬＣＲ２０８のリセットとを含む。
図３５Ａはピストン１６がＴＤＣにあるエンジン２１４を示す。このエンジン２１４のピストンのＴＤＣは、クランクピン２２が頂部にある前に開始する。これを行うことによって、同量のクランクシャフトの回転に対して、従来のクランクスライダ機構における場合と同程度に深くピストン１６が下がることなくクランクシャフト２２２は回転させられ得る。この変更は、ピストンのピーク動力がより長い間維持されることを可能にして、燃焼される同量の燃料によって生成される全体的な動力レベルを増大させる。
図３５Ｂおよび図３５Ｃは、ダウンストロークとＭＬＣＲ２０８の変化する形状とを示す。スライド式ピボット点の複数の代替形態の全ては、ＭＬＣＲの変化する形状を利用することが可能であり、ピストンストロークより大きいクランクストロークを持続させるべく、ＭＬＣＲは実質的に一方向のみに曲がる。
図３５Ｃの位置までに、ピストン力のほぼ全ては仕事を行うために利用された。ストロークにおけるこの時点では、目的は、クランクシャフト２２２が１８０度の回転を過ぎて回転をするにつれて、ピストン１６を持ち上げることによって次の動力ストロークのために準備することである（図３５Ｄおよび図３５Ｅ）。図３５Ｄの位置までに、移動ピボット点機構２１６はアンロックされ、クランクシャフト２２２が回転し続けるとき、ピボット連結部１１２がＭＬＣＲ２０８の邪魔にならないようにスライドすることを可能にする。図３５Ｄは、ＭＬＣＲ２０８の複数のヒンジ連結部がロックされているように示される。ここでは、主スラスト側の複数の停止面は互いに係合して、その方向に更に曲がることを防ぎ、ピストン１６が持ち上げられることを可能にする。この実施形態において、移動ピボット点機構２１６に向かう曲がりは、基本的に直線かまたはほぼ直線のＭＬＣＲに制限されることが好ましい。図３５Ｆの位置において、ピストン１６は持ち上げられ続け、移動ピボット点機構２１６は、それが決まった場所にロックされるＴＤＣにおけるその開始位置に戻される。移動ピボット点機構２１６が決まった場所にロックされた後、クランクシャフト２２２は回転し続け、ＭＬＣＲの複数のヒンジ連結部は他方側に曲がり、移動ピボット点機構２１６から離れて、次の動力ストロークのための準備ができているそれらの開始位置に戻る。図３５Ｆの位置と図３５Ａの位置との間で、力伝達機構２１５およびＭＬＣＲ２０８は相互作用して、ダウンストロークのためにピストン１６の上方への動きを停止させ、その動きの方向を反転させる。
複数の移動ピボット点機構を有する本明細書において説明される複数の実施形態は、複数のロック機構を有するように示されるが、複数のロック機構は、ロック制御が動き制御機構によって提供されることによって省略され得ることもまた企図される。つまり、動き制御機構はロック位置における、移動するピボット点の実質的な動きを防止する。ロック機構が省略されるような実施形態において、動き制御機構は、必要な係止力を提供すべくより頑丈に作られてよい。
移動するピボットを有する本明細書において示される複数の実施形態は、線形的な動きまたは弓状／円形の動きを用いて示される。しかしながら、移動するピボットはそのように制限される必要はなく、ＭＬＣＲの邪魔にならないように移動すべく任意のタイプの動きおよび機構を用いてよい。
図３６および図３７は図２３−図２５の実施形態の変形形態を示す。この変形形態において、エンジン２９６は、ピボット連結部１１２の第２の歯車部１１６と噛み合い係合している、ＭＬＣＲ３０１の接続ロッド３００の第１の歯車部２９８を維持すべく異なる保持機構を用いる。保持機構３０２はスライダ３０６上に回転可能に装着されるアイドラローラ３０４を含む。スライダ３０６は、ケーシング１１に接続されるスライダ溝３０８においてスライド可能に配置される。スライダ溝３０８はケーシング１１の一部として一体的に設けられるか、またはケーシング１１に取り付けられる別個のコンポーネントであってよい。スライダは示されるように線形的経路に沿ってスライドし得るか、または異なる経路に沿って移動し得る。スライダはまた異なる形状を有してよく、その動きにおいて実際には側面を必要としない。むしろ、それは回転するか、または別のタイプの動きを有し得る。アイドラローラ３０４は、第１の歯車部２９８を第２の歯車部１１６との噛み合い係合状態に維持すべく、接続ロッド３００の側面に対して付勢される。接続ロッド３００が上下前後に移動するとき、スライダのスライド動作は、アイドラローラを接続ロッド３００との係合状態に維持する。アイドラローラ３０４は、直接またはスライダ３０６を付勢することを介して付勢され得る。当該付勢は、スプリングによって、液圧で、ソレノイドもしくは電気モータによって、または別の機構によって与えられ得る。付勢要素はスライダ溝３０８において、またはスライダ溝３０８の外部において設けられ得る。あるいは、アイドラローラ３０４は、ケーシング１１に取り付けられるピボットアーム上に装着され得て、当該アームの枢動は、アイドラローラを接続ロッド３００との接触状態に維持し得る。ピボット連結部１１２はまた、スプリングによって、液圧で、またはそうでなければ、第１の歯車部２９８を第２の歯車部１１６との噛み合い係合状態に維持するのを支援すべく、接続ロッド３００との係合へと付勢され得る。
この変形形態はまた、ピストン１６が設計されたピストンＴＤＣより上に移動することを防止するピストン制御機構３１０を更に含む。図３８―図４０を参照されたい。ピストン制御機構３１０は、ケーシング１１に接続される制御凹部３１４と係合するための、接続ロッド３０９に取り付けられる制御ボタン３１２を含む。制御ボタン３１２と制御凹部３１４との間の係合は、制御ボタン３１２の、従って接続ロッド３０９の、移動の経路を、少なくともピストン１６および接続ロッド３０９のアップストロークにおいて画定する。つまり、制御凹部３１４は、制御凹部３１４において係合されるとき制御ボタン３１２が移動し得る外側経路を画定し、制御凹部３１４は、ピストン１６の過変動（ｏｖｅｒ−ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）を防止すべく、ピストン１６がＴＤＣに近づくとき、ピストン１６の上方への移動を制限するよう構成され得る。ピストン制御機構３１０はまた、制御凹部３１４に配置される制御アイランド３１６を含む。制御アイランド３１６はＭＬＣＲの複数のヒンジ連結部の角度を、それが持ち上げられるにつれて変化させるべく制御ボタン３１２と相互作用し得て、次の動力ストロークにためにそれらのヒンジ連結部を決まった位置に曲げる。制御ボタン３１２は接続ロッド３０９に対して固定され得るか、または、ローラの形態であってもよく、それが制御凹部３１４に沿って移動するにつれて転がることができるようにする。
本明細書において説明される他の複数のコンポーネントと同様に、ピストン制御機構３１０は単一のユニットとして設けられてよいが、複数の特定の状態においては、強度および支持を提供すべく、クランクピン２２の両側に複数の機構３１０のそれぞれ１つが設けられるのが好ましい。
上述された様々な実施形態は、従来のクランクスライダ機構と比較すると、複数のエンジン性能の向上を提供する。概して３つの側面の性能の向上がある。それらは、生成されるトルク、仕事をするためのピストン力の利用効率、および圧縮ストロークの間でのＴＤＣ近くで費やされる時間、である。
本発明の動力ストロークの間に生成されるトルクは、同じ、ピストン力と、仕事をするためのこの力の利用効率と、を仮定した場合、クランクスライダ機構のそれより大きい。これは、ＴＤＣからＢＤＣへの同じピストン降下長に対して、本明細書において開示されるエンジンは比較のクランクスライダ機構より大きいクランクを有するからである。どれ程大きいかは、接続ロッドおよび接続ロッドの歯車の形状を含む多数の要因に依存する。しかしながら、典型的な数字は約３から１０％大きく、これは、クランクスライダ機構と比較すると、直接、本エンジンにとってのより大きいトルクになる。
本エンジンの動力伝達効率は、どの代替形態が用いられるかに依存する。スライド式ピボット点非円形歯車の複数の代替形態が最も効率的であり、このセクションにおける性能分析に用いられる。非円形歯車の代替形態に関して、その効率は、可変形状の接続ロッドにおける連結部の数、接続ロッドの歯車の長半径および短半径、接続ロッドの歯車におけるピボット穴のずらされた距離、接続ロッドの歯車の歯形形状、接続ロッドの歯車の初期角度、接続ロッドの歯車の配置、および、クランクの中心と比べた接続ロッドのずらされた距離を含む多数のパラメータに依存する。図４１は、４インチ（１０．１６ｃｍ）ストロークおよび長さ６インチ（１５．２４ｃｍ）の接続ロッドの理論上のクランクスライダ機構と比較した、プロトタイプのスライド式ピボット点非円形歯車の代替形態の測定された効率を示す。この図は上記図５と同じであるが、本エンジンの効率曲線が追加してある。図４１において、「利用可能な圧力」の曲線は、温度一定であり、１００がＴＤＣにおける利用可能な力であるとした場合の理想気体の法則から得られる。利用可能な圧力は、クランクが回転して燃焼室の体積が拡張するにつれて低下する。「ＣＳＭ曲線」は、クランクスライダ機構の仕事に変換される力の割合に利用可能な力を乗算して得られる。「発明曲線」は、本エンジンの仕事に変換される力の割合に利用可能な力を乗算して得られる。この図は、ＴＤＣから、クランクがＴＤＣを過ぎて６０度回転するまで、本エンジンはクランクスライダ機構よりはるかに効率的であることを示す。ＴＤＣを過ぎた６０度において、ピストン力はそのピーク圧力の２５％である。６０度から先においては、本発明およびクランクスライダ機構は基本的に等しい効率をする。
スライド式ピボット点の複数の代替形態について、３６０度のクランクの回転の間、ピストンは、固定式ピボット点の複数の代替形態またはクランクスライダ機構と比較して、圧縮ストロークの間により長い時間をＴＤＣ近くで費やす。圧縮ストロークの間にＴＤＣ近くで費やされるより長い時間は、燃料混合物が燃焼するためのより長い時間を可能にする。これは、燃焼プロセスにおいて燃料混合物がより早くより高温に到達することを可能にし、動力ストロークの複数の早期段階において体積が最小となるので、圧力のピークを増大させる。
これら３つの利点が全体として見られるとき、クランクスライダ機構と比較して、トルク出力においておよそ５０から８０％という著しい増大が見られる。これは、本発明のより高い圧力レベルが、そのより高い効率によって利用され、より大きいクランクに作用するからである。トルク出力の著しい増大を与えられて、本エンジンは、クランクスライダ機構のエンジンと同量のトルクを生成すべく、燃焼されるわずかな燃料しか必要としない。
ほとんどのエンジンの用途に関して、クランクスライダ機構と比較して、これらの利点は、より高い複雑性、コスト、および往復重量を上回っており、エンジンの稼働の各年でかなりの燃料コストの節約をもたらす。
本明細書において開示される様々な実施形態の様々な特徴は、本発明の範囲内で新たな複数の実施形態を生み出すべく、複数の異なる組み合わせで組み合わされ得る。つまり、複数の実施形態のうちの１または複数からの１または複数の特徴は、本発明の範囲内で新たな複数の実施形態を生み出すべく、１または複数の他の複数の実施形態の１または複数の特徴と組み合わされ得る。本明細書において与えられるいかなる範囲も、その範囲内でありとあらゆる特定値と、与えられた範囲内でありとあらゆる範囲とを含む。
前述のものは、例としてのみここで与えられる本発明の複数の実施形態の説明である。本発明は、説明されたような複数の特定の特徴のいずれかに限定されるものととられるべきではないが、添付の複数の請求項の範囲内で起こるような、本発明の全てのそのような変形形態を含む。
１０ エンジン
１１ ケーシング
１２ シリンダ
１３ クランクシャフト支持部
１４ ボア
１６ ピストン
１８ クランクシャフト
２０ 主ベアリングジャーナル
２２ クランクピン
２４ クランクウェブ
２６ マルチ連結接続ロッド機構
２８ 接続ロッド
３０ 接続ロッドの第１の端部
３２ 接続ロッドの第２の端部
３４ 第１のヒンジ連結部
３６ 第１のヒンジ連結部の第１の端部
３８ 第１のヒンジ連結部の第２の端部
４０ クランクピン連結部
４２ クランクピン連結部の第１の端部
４４ クランクピン連結部の第２の端部
４６ 第２のヒンジ連結部
４８ 第２のヒンジ連結部の第１の端部 ５０ 第２のヒンジ連結部の第２の端部
５２ 第３のヒンジ連結部
５４ 第３のヒンジ連結部の第１の端部
５６ 第３のヒンジ連結部の第２の端部
５８ ピン
６０ ピン
６２ ピン
６４ ピン
６６ 第１のヒンジ連結部の停止面
６８ 第３のヒンジ連結部の停止面
７０ 第２のヒンジ連結部の停止面
７２ クランクピン連結部の停止面
７４ 力伝達機構
７６ ピボット連結部
７８ ピボット連結部の第１の端部
７９ ピボット点
８０ ピボット連結部の第２の端部
８２ 第３のピボット接続部
８４ エンジン
８６ マルチ連結接続ロッド機構
８８ 第１のヒンジ連結部
９０ 第１のヒンジ連結部の第１の端部
９２ 第１のヒンジ連結部の第２の端部
９４ 第３のピボット接続部
９６ 第１の歯車部
９８ 保持機構
１００ 側面プレート
１０２ 側面プレートの第１の端部
１０４ 側面プレートの第２の端部
１０６ 側面プレートの第１の溝
１０８ 側面プレートの第２の溝
１１０ 側面プレートコネクタ
１１１ 力伝達機構
１１２ ピボット連結部
１１４ ピボット連結部の第２の端部
１１６ 第２の歯車部
１１８ 保持ボア
１２０ 保持ピン
１２２ 保持ピン
１２４ エンジン
１２６ マルチ連結接続ロッド機構
１２８ 力伝達機構
１３０ 第３のピボット接続部
１３２ 接続ロッド
１３４ ヒンジ連結部
１３６ 移動ピボット点機構
１３８ 可動マウント
１４０ ピボット
１４２ 本体
１４４ 案内通路
１４５ 案内通路装置
１４６ ピボットボア
１４８ ロック用爪
１５０ ロックピン
１５１ ロックピンのロック部
１５２ ロックボア
１５３ 受動面
１５４ ロック機構
１５６ クランクシャフト
１５８ 第１のカム機構
１６０ 第１のカム通路
１６２ 第２のカム機構
１６４ 第２のカム通路
１６６ 第２のカム従動子
１６７ 第２のカム従動子のカム係合面
１６８ 第２のカム従動子の駆動面
１７０ スプリング
１７２ 動き制御機構
１８０ 動き制御連結部
１８２ 第１のカム従動子
１８４ 第１のカム従動子の駆動面
１８６ ロッカアーム
１８８ ピボット
１９０ ロッカアームの第１の端部
１９２ ロッカアームの第２の端部
１９４ カム従動子筐体
１９６ 第１のカム従動子溝
１９８ 第２のカム従動子溝
２００ ロックピン溝
２０２ 直線溝部
２０７ エンジン
２０８ マルチ連結接続ロッド機構
２０９ 力伝達機構
２１０ 第１の歯車部
２１２ 接続ロッド
２１４ エンジン
２１５ 力伝達機構
２１６ 移動ピボット点機構
２１８ 動き制御機構
２２０ ロック機構
２２２ クランクシャフト
２２４ 第１のカム機構
２２６ 第１のカム通路
２２８ 第２のカム機構
２３０ 第２のカム通路
２３２ 可動マウント
２３４ ピボット式接続部
２３５ 可動マウント軸
２３６ 枢動するピボット連結接続部
２３７ 案内要素
２３８ 弓状通路
２４０ ピボットボア
２４２ 中央ボア
２４４ カウンタバランス部
２４６ ロック面
２４８ ロックピン
２５０ 移動ピボット点筐体
２５２ 凹部
２５４ ボス部
２５６ 第２のカム従動子溝
２５８ 第２のカム従動子
２６０ ロックピン溝
２６２ ロックピン
２６４ ポケット部
２６６ カム係合面
２６８ 傾斜駆動面
２７０ スプリング
２７４ ロックピンの受動面
２７６ ロックピンの係合面
２７８ 動き制御連結部
２８０ 第１のカム従動子
２８１ 第１のカム従動子溝
２８２ 第１のカム従動子の駆動面
２８４ ロッカアーム
２８６ ピボットマウント
２８８ ロッカアームの第１の端部
２９０ ロッカアームの第２の端部
２９２ カム従動子筐体
２９６ エンジン
２９８ 第１の歯車部
３００ 接続ロッド
３０１ マルチ連結接続ロッド機構
３０２ 保持機構
３０４ アイドラローラ
３０６ スライダ
３０８ スライダ溝
３０９ 接続ロッド
３１０ ピストン制御機構
３１２ 制御ボタン
３１４ 制御凹部
３１６ 制御アイランド
前述のものは、例としてのみここで与えられる本発明の複数の実施形態の説明である。本発明は、説明されたような複数の特定の特徴のいずれかに限定されるものととられるべきではないが、添付の複数の請求項の範囲内で起こるような、本発明の全てのそのような変形形態を含む。
［項目１］
シリンダおよびクランクシャフト支持部を含むケーシングと、
上記シリンダの軸に沿って往復運動をするための、上記シリンダにスライド可能に配置されるピストンと、
上記クランクシャフト支持部において回転自在に支持される主ベアリングジャーナルと、上記主ベアリングジャーナルの軸から半径方向にずらして配置されるクランクピンと、上記主ベアリングジャーナルおよび上記クランクピンを接続するクランクウェブとを含むクランクシャフトと、
上記ピストンに接続される第１の端部と、上記第１の端部の反対側の第２の端部を有し、上記ピストンと共に往復運動をするための接続ロッド、
第１のヒンジ連結部であり、上記接続ロッドの第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部を含み、かつ上記第１のヒンジ連結部の第１の端部の反対側の第２の端部を含む第１のヒンジ連結部、および
上記第１のヒンジ連結部の第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部と、上記クランクピンに回転自在に接続される第２の端部とを含むクランクピン連結部、を備えるマルチ連結接続ロッド機構と、
鉛直方向のピストン力を水平方向のクランクピン力へと伝達すべく、上記マルチ連結接続ロッド機構を上記ケーシングに接続する力伝達機構と、を備え、
上記マルチ連結接続ロッド機構は、第１の歯車部を含み、
上記力伝達機構は、上記接続ロッドが往復運動をするとき、上記マルチ連結接続ロッド機構が上記力伝達機構に対して枢動することを可能にする噛み合い接続で上記第１の歯車部と係合する第２の歯車部を含む、
流体流機械。
［項目２］
シリンダおよびクランクシャフト支持部を含むケーシングと、
上記シリンダに沿って往復運動をするための、上記シリンダにスライド可能に配置されるピストンと、
上記クランクシャフト支持部において回転自在に支持される主ベアリングジャーナルと、上記主ベアリングジャーナルの軸から半径方向にずらして配置されるクランクピンと、上記主ベアリングジャーナルおよび上記クランクピンを接続するクランクウェブとを含むクランクシャフトと、
上記ピストンに接続される第１の端部と、上記第１の端部の反対側の第２の端部を有し、上記ピストンと共に往復運動をするための接続ロッド、および
上記接続ロッドの第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部と、上記クランクピンに回転自在に接続される第２の端部とを含むクランクピン連結部、を備えるマルチ連結接続ロッド機構と、
鉛直方向のピストン力を水平方向のクランクピン力へと伝達すべく、上記マルチ連結接続ロッド機構を上記ケーシングに接続する力伝達機構と、を備え
上記マルチ連結接続ロッド機構は、第１の歯車部を含み、
上記力伝達機構は、上記接続ロッドが往復運動をするとき、上記マルチ連結接続ロッド機構が上記力伝達機構に対して枢動することを可能にする噛み合い接続で上記第１の歯車部と係合する第２の歯車部を含む、
流体流機械。
［項目３］
上記マルチ連結接続ロッド機構は、
第１のヒンジ連結部であり、上記接続ロッドの第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部を含み、かつ上記第１のヒンジ連結部の第１の端部の反対側の第２の端部を含む第１のヒンジ連結部
を更に備える、項目２に記載の流体流機械。
［項目４］
上記マルチ連結接続ロッド機構は、
第２のヒンジ連結部であり、上記第１のヒンジ連結部の第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部を含み、かつ上記第２のヒンジ連結部の第１の端部の反対側にあり、上記クランクピン連結部の第１の端部に枢動自在に接続される第２の端部を含む第２のヒンジ連結部
を更に備える、項目１または３に記載の流体流機械。
［項目５］
上記力伝達機構に対する上記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって上記第１の歯車部を上記第２の歯車部との噛み合い係合状態に維持すべく、上記マルチ連結接続ロッド機構と上記力伝達機構との間に接続される保持機構を更に備える、項目１から４のいずれか一項に記載の流体流機械。
［項目６］
上記力伝達機構は、上記ケーシングに枢動自在に接続される第１の端部と、上記マルチ連結接続ロッド機構に枢動自在に接続される第２の端部とを含むピボット連結部を更に備える
項目１から３のいずれか一項に記載の流体流機械。
［項目７］
上記力伝達機構は、上記ケーシングに枢動自在に接続される第１の端部と、上記マルチ連結接続ロッド機構に枢動自在に接続される第２の端部とを含むピボット連結部を更に備える、項目４に記載の流体流機械。
［項目８］
上記力伝達機構は、上記ケーシングに枢動自在に接続される第１の端部と、上記マルチ連結接続ロッド機構に枢動自在に接続される第２の端部とを含むピボット連結部を更に備える、項目５に記載の流体流機械。
［項目９］
上記マルチ連結接続ロッド機構は、上記クランクピン連結部を上記第２のヒンジ連結部に接続する第３のヒンジ連結部であり、上記第２のヒンジ連結部の第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部を含み、かつ、上記クランクピン連結部の第１の端部に枢動自在に接続される、上記第３のヒンジ連結部の第１の端部の反対側の第２の端部を含む第３のヒンジ連結部を更に備える
項目７に記載の流体流機械。
［項目１０］
上記接続ロッドおよび上記第１のヒンジ連結部から選択される少なくとも１つのものは、第３のピボット接続部を含み、上記ピボット連結部の第２の端部は、上記第３のピボット接続部に枢動自在に接続される
項目９に記載の流体流機械。
［項目１１］
上記第３のピボット接続部は、上記接続ロッドおよび上記第１のヒンジ連結部から選択される上記少なくとも１つのものの主スラスト側に配置され、上記ピボット連結部の第１の端部は、上記接続ロッドおよび上記第１のヒンジ連結部から選択される上記少なくとも１つのものの上記主スラスト側の上記ケーシングに枢動自在に接続される
項目１０に記載の流体流機械。
［項目１２］
上記接続ロッド、上記第１のヒンジ連結部、上記第２のヒンジ連結部、および上記クランクピン連結部から選択される少なくとも１つのものの枢動量を、上記接続ロッド、上記第１のヒンジ連結部、上記第２のヒンジ連結部、および上記クランクピン連結部から選択される上記少なくとも１つのものの別の枢動量に制限する、上記接続ロッド、上記第１のヒンジ連結部、上記第２のヒンジ連結部、および上記クランクピン連結部から選択される上記少なくとも１つのものに配置される少なくとも１つの停止面を更に備える
項目１１に記載の流体流機械。
［項目１３］
上記少なくとも１つの停止面は、上記接続ロッドの長手軸と、上記クランクピン連結部の長手軸との間で９０度の最大枢動を与える
項目１２に記載の流体流機械。
［項目１４］
上記第１のヒンジ連結部は、上記第１のヒンジ連結部の第１の端部と第２の端部との中間に配置される上記第３のピボット接続部を含み、上記第３のピボット接続部は、上記第１のヒンジ連結部の主スラスト側に配置され、上記ピボット連結部の第１の端部は、上記第１のヒンジ連結部の主スラスト側の上記ケーシングに枢動自在に接続され、上記接続ロッド、上記第１のヒンジ連結部、上記第２のヒンジ連結部、および上記クランクピン連結部のそれぞれは、少なくとも１つの方向における上記接続ロッドの上記長手軸および上記クランクピン連結部の上記長手軸の枢動を限定すべく、隣接する停止面と係合するための少なくとも１つの停止面を含む
項目１３に記載の流体流機械。
［項目１５］
上記第３のピボット接続部は上記第１の歯車部を含み、上記ピボット連結部の第２の端部は、上記第２の歯車部を含む
項目１１から１４の何れか一項に記載の流体流機械。
［項目１６］
上記ピボット連結部に対する上記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって上記第１の歯車部を上記第２の歯車部との噛み合い係合状態に維持すべく、上記第１のヒンジ連結部と上記ピボット連結部との間に接続される保持機構を更に備える
項目１５に記載の流体流機械。
［項目１７］
上記第１の歯車部および上記第２の歯車部のうちの一方は、ｙ軸とは異なるｘ軸の半径を有する湾曲した非円形歯車であり、上記第１の歯車部および上記第２の歯車部のうちの他方はラック歯車である
項目５または８に記載の流体流機械。
［項目１８］
上記保持機構は第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの側面プレートを含み、上記少なくとも１つの側面プレートは上記マルチ連結接続ロッド機構および上記力伝達機構のうちの一方に上記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、上記少なくとも１つの側面プレートは、上記第２の端部において配置される一対の間隔の空いた溝を含み、上記マルチ連結接続ロッド機構および上記力伝達機構のうちの他方は、上記力伝達機構に対する上記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって、上記湾曲した非円形歯車を上記ラック歯車との噛み合い係合状態に維持すべく、それぞれ上記一対の間隔の空いた溝と係合する一対のピンを含む
項目１７に記載の流体流機械。
［項目１９］
上記湾曲した非円形歯車は、上記力伝達機構に配置され、上記ラック歯車は上記マルチ連結接続ロッド機構に配置され、上記少なくとも１つの側面プレートは、上記マルチ連結接続ロッド機構に上記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、上記力伝達機構は上記一対のピンを含む
項目１８に記載の流体流機械。
［項目２０］
上記ピボット連結部の第１の端部を上記ケーシングに接続する移動ピボット点機構であり、
上記ピボット連結部の第１の端部が接続されている可動マウントと、
上記ケーシングに取り付けられ、上記可動マウントに接続される案内通路を有し、上記可動マウントがそれに沿って移動し得る画定された経路を与える案内通路装置と、を含む移動ピボット点機構と、
上記可動マウントの動きを制御するための動き制御機構であり、
上記クランクシャフトによって駆動され、第１のカム通路を有する第１のカム機構を含む動き制御機構と、
上記第１のカム通路が上記可動マウントの動きを制御することを可能にすべく、上記第１のカム通路と上記可動マウントとの間に動作可能に接続される動き制御連結部であり、第１のカム通路は、上記ピストンのアップストロークの第１の部分において上記マルチ連結接続ロッド機構から離れる方向に上記案内通路に沿って上記可動マウントが移動し、次に、ロック位置に到達するまで、上記ピストンのアップストロークの第２の部分において上記マルチ連結接続ロッド機構に向かう方向に上記案内通路に沿って上記可動マウントを移動させることを可能にすべく構成かつ配置される動き制御連結部と、を更に備える
項目８に記載の流体流機械。
［項目２１］
上記動き制御連結部は、
上記第１のカム通路と係合し、駆動面を含む第１のカム従動子と、
上記ケーシングに枢動自在に装着され、上記可動マウントと接続する第１の端部、および、上記第１のカム従動子の駆動面と接続する、上記第１の端部の反対側の第２の端部とを有するロッカアームと、を更に備える
項目２０に記載の流体流機械。
［項目２２］
上記第１のカム従動子をスライド可能に受ける第１のカム従動子溝を含む、
上記ケーシングに接続される筐体を更に備え、
上記案内通路装置の案内通路は、上記可動マウントをスライド可能に受ける直線溝を含み、
上記可動マウントは、上記ピボット連結部に接続されるピボットボアを含むスライドブロックであり、
上記第１のカム機構は、上記クランクシャフト上に配置され、上記第１のカム従動子溝は上記クランクシャフトの軸に対して半径方向に位置合わせされる
項目２１に記載の流体流機械。
［項目２３］
上記ピボット連結部の第１の端部を上記ケーシングに接続し、
上記ピボット連結部の第１の端部が接続されている可動マウントを含む移動ピボット点機構と、
上記可動マウントの動きを制御するための動き制御機構であり、
上記クランクシャフトによって駆動され、第１のカム通路を有する第１のカム機構を含む動き制御機構と、
上記第１のカム通路が上記可動マウントの動きを制御することを可能にすべく、上記第１のカム通路と上記可動マウントとの間に動作可能に接続される動き制御連結部であり、上記第１のカム通路は、上記ピストンのアップストロークの第１の部分において上記マルチ連結接続ロッド機構から離れる方向に案内通路に沿って上記可動マウントが移動し、次に、ロック位置に到達するまで上記ピストンのアップストロークの第２の部分において上記マルチ連結接続ロッド機構に向かう方向に上記案内通路に沿って上記可動マウントを移動させることを可能にすべく構成かつ配置される動き制御連結部と、を更に備え、
上記可動マウントは、可動マウント軸の周りを枢動すべく上記ケーシングに枢動自在に接続され、上記可動マウントは、
上記ピボット連結部の第１の端部に接続される枢動するピボット連結接続部であり、上記可動マウント軸の周りの上記可動マウントの枢動が上記ピボット連結接続部を弓状案内通路に沿って移動させるように、上記可動マウント軸の半径方向外側に配置される枢動するピボット連結接続部と、
上記可動マウント軸を挟んで上記枢動するピボット連結接続部の反対側にあるカウンタバランス部と、を含み、
ロッカアームの第１の端部は、上記可動マウントおよび上記ピボット連結部から選択される少なくとも１つと係合する
項目８に記載の流体流機械。
［項目２４］
上記ロック位置に上記可動マウントをロックすべく上記可動マウントと接続するためのロック機構であり、
上記ロック位置に上記可動マウントをロックすべく、上記可動マウントが上記ロック位置に移動させられるとき、上記可動マウントの一部分と係合すべく上記クランクシャフトによって駆動されるロックピンであり、上記ピストンが、上記ピストンのダウンストローク中であるとき、上記可動マウントの上記一部分との接続を解くべく上記クランクシャフトによって駆動されもするロックピンと、
上記クランクシャフトによって駆動され、第２のカム通路を有する第２のカム機構と、
上記第２のカム通路と上記ロックピンとの間で係合し、駆動面を含む第２のカム従動子と、を含むロック機構であり、
上記ロックピンは、ロックする方向への上記第２のカム従動子の動きが、上記ロックピンを上記可動マウントと係合する方向に移動させ、上記ロックする方向から離れる上記第２のカム従動子の動きが、上記ロックピンが上記可動マウントとの係合から離れる方向に移動することを可能にするように、上記第２のカム従動子の駆動面と係合するための受動面を含み、
上記可動マウントは、上記ロックピンと係合するためのロック面を更に含むロック機構と、
第１のカム従動子をスライド可能に受ける第１のカム従動子溝と、
上記第２のカム従動子をスライド可能に受ける第２のカム従動子溝と、
上記ロックピンをスライド可能に受けるロックピン溝と、を含む筐体と、を更に備え、
上記第１のカム機構および上記第２のカム機構は上記クランクシャフト上に配置され、上記第１のカム従動子溝および上記第２のカム従動子溝は上記クランクシャフトの軸に対して半径方向に位置合わせされ、上記ロックピン溝は、上記第２のカム従動子溝に対して垂直に位置合わせされ、
上記ロック面は上記カウンタバランス部の外側円周部分上に配置され、かつ上記カウンタバランス部の上記外側円周部分においてノッチとして形成される
項目２３に記載の流体流機械。
［項目２５］
上記第３のピボット接続部は上記第１の歯車部を含み、上記ピボット連結部の第２の端部は、上記第２の歯車部を含む
項目１０に記載の流体流機械。
［項目２６］
上記ピボット連結部に対する上記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって上記第１の歯車部を上記第２の歯車部との噛み合い係合状態に維持すべく、上記第１のヒンジ連結部と上記ピボット連結部との間に接続される保持機構を更に備える
項目２５に記載の流体流機械。
［項目２７］
上記第１の歯車部および上記第２の歯車部のうちの一方は、ｙ軸とは異なるｘ軸の半径を有する湾曲した非円形歯車であり、上記第１の歯車部および上記第２の歯車部のうちの他方はラック歯車である
項目２６に記載の流体流機械。
［項目２８］
上記保持機構は第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの側面プレートを含み、上記少なくとも１つの側面プレートは上記マルチ連結接続ロッド機構および上記ピボット連結部のうちの一方に上記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、上記少なくとも１つの側面プレートは、上記第２の端部において配置される一対の間隔の空いた溝を含み、上記マルチ連結接続ロッド機構および上記ピボット連結部のうちの他方は、上記ピボット連結部に対する上記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって、上記湾曲した非円形歯車を上記ラック歯車との噛み合い係合状態に維持すべく、それぞれ上記一対の間隔の空いた溝と係合する一対のピンを含む
項目２７に記載の流体流機械。
［項目２９］
上記湾曲した非円形歯車は、上記ピボット連結部に配置され、上記ラック歯車は上記第１のヒンジ連結部に配置され、上記少なくとも１つの側面プレートは、上記第１のヒンジ連結部に上記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、上記ピボット連結部は上記一対のピンを含む
項目２８に記載の流体流機械。
［項目３０］
上記ケーシングに接続される支持経路に沿って移動する可動支持部と、
上記可動支持部に回転可能に装着され、上記第１の歯車部を上記第２の歯車部との噛み合い係合状態に維持すべく上記接続ロッドの側面に対して付勢されるアイドラローラと、を含む保持機構を更に備える
項目２５から２９の何れか一項に記載の流体流機械。
［項目３１］
上記ケーシングに接続される制御凹部と、
上記制御凹部と係合するための上記接続ロッドに取り付けられる制御ボタンと、を含むピストン制御機構を更に備え、
上記制御ボタンと上記制御凹部との間の上記係合は、上記ピストンの過変動を防ぐべく、上記ピストンがＴＤＣに近づくとき、上記ピストンの上方移動を制限するよう上記ピストンおよび上記接続ロッドのアップストロークにおいて上記制御ボタンおよび上記接続ロッドが移動し得る外側経路を画定する
項目３０に記載の流体流機械。
［項目３２］
上記ピストン制御機構は、
上記マルチ連結接続ロッド機構が持ち上げられるとき、上記マルチ連結接続ロッド機構の複数のヒンジ連結部の角度を変化させるべく上記制御ボタンと相互作用し、次の動力ストロークのために上記複数のヒンジ連結部を決まった位置に曲げるための、上記制御凹部において配置される制御アイランドを更に含む
項目３１に記載の流体流機械。
［項目３３］
上記ロック位置に上記可動マウントをロックすべく上記可動マウントと接続するためのロック機構であり、
上記ロック位置に上記可動マウントをロックすべく、上記可動マウントが上記ロック位置に移動させられるとき、上記可動マウントの一部分と係合すべく上記クランクシャフトによって駆動されるロックピンであり、上記ピストンが、上記ピストンのダウンストローク中であるとき、上記可動マウントの上記一部分との接続を解くべく上記クランクシャフトによって駆動されもするロックピンと、
上記クランクシャフトによって駆動され、第２のカム通路を有する第２のカム機構と、
上記第２のカム通路と上記ロックピンとの間で係合し、駆動面を含む第２のカム従動子と、を含むロック機構を更に備え、
上記ロックピンは、ロックする方向への上記第２のカム従動子の動きが、上記ロックピンを上記可動マウントと係合する方向に移動させ、上記ロックする方向から離れる上記第２のカム従動子の動きが、上記ロックピンが上記可動マウントとの係合から離れる方向に移動することを可能にするように、上記第２のカム従動子の駆動面と係合するための受動面を含み、
上記筐体は
上記第２のカム従動子をスライド可能に受ける第２のカム従動子溝と、
上記ロックピンをスライド可能に受けるロックピン溝と、を更に含み、
上記可動マウントは上記ロックピンと係合するためのロック用爪を含み、
上記第２のカム機構は上記クランクシャフト上に配置され、上記第２のカム従動子溝は上記クランクシャフトの上記軸に対して半径方向に位置合わせされ、上記ロックピン溝は上記第２のカム従動子溝に対して垂直に位置合わせる
項目２２に記載の流体流機械。
［項目３４］
上記第１の歯車部および上記第２の歯車部のうちの一方は、ｙ軸とは異なるｘ軸の半径を有する湾曲した非円形歯車であり、上記第１の歯車部および上記第２の歯車部のうちの他方はラック歯車であり、上記湾曲した非円形歯車は、上記力伝達機構に配置され、上記ラック歯車は上記マルチ連結接続ロッド機構に配置される、項目２に記載の流体流機械。
［項目３５］
上記力伝達機構は、
上記ピボット連結部の第１の端部を上記ケーシングに接続し、上記ピボット連結部の第１の端部が接続されている可動マウントを含む移動ピボット点機構
を含み、
上記可動マウントは、可動マウント軸の周りを枢動すべく上記ケーシングに枢動自在に接続され、
上記可動マウントは、
上記ピボット連結部の第１の端部に接続される枢動するピボット連結接続部であり、上記可動マウント軸の周りの上記可動マウントの枢動が上記ピボット連結接続部を弓状案内通路に沿って移動させるように、上記可動マウント軸の半径方向外側に配置される枢動するピボット連結接続部と、
上記可動マウント軸を挟んで上記枢動するピボット連結接続部の反対側にあるカウンタバランス部と、
を含む、項目８に記載の流体流機械。
［項目３６］
上記第１の歯車部および上記第２の歯車部のうちの一方は、ｙ軸とは異なるｘ軸の半径を有する湾曲した非円形歯車であり、上記第１の歯車部および上記第２の歯車部のうちの他方はラック歯車である
項目３５に記載の流体流機械。
［項目３７］
上記保持機構は第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの側面プレートを含み、上記少なくとも１つの側面プレートは上記マルチ連結接続ロッド機構および上記ピボット連結部のうちの一方に上記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、上記少なくとも１つの側面プレートは、上記第２の端部において配置される一対の間隔の空いた溝を含み、上記マルチ連結接続ロッド機構および上記ピボット連結部のうちの他方は、上記ピボット連結部に対する上記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって、上記湾曲した非円形歯車を上記ラック歯車との噛み合い係合状態に維持すべく、それぞれ上記一対の間隔の空いた溝と係合する一対のピンを含む
項目３６に記載の流体流機械。
［項目３８］
上記湾曲した非円形歯車は、上記ピボット連結部に配置され、上記ラック歯車は上記マルチ連結接続ロッド機構に配置され、上記少なくとも１つの側面プレートは、上記マルチ連結接続ロッド機構に上記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、上記ピボット連結部は上記一対のピンを含む
項目３７に記載の流体流機械。

Claims (38)

  1. シリンダおよびクランクシャフト支持部を含むケーシングと、
    前記シリンダの軸に沿って往復運動をするための、前記シリンダにスライド可能に配置されるピストンと、
    前記クランクシャフト支持部において回転自在に支持される主ベアリングジャーナルと、前記主ベアリングジャーナルの軸から半径方向にずらして配置されるクランクピンと、前記主ベアリングジャーナルおよび前記クランクピンを接続するクランクウェブとを含むクランクシャフトと、
    前記ピストンに接続される第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部を有し、前記ピストンと共に往復運動をするための接続ロッド、
    第１のヒンジ連結部であり、前記接続ロッドの第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部を含み、かつ前記第１のヒンジ連結部の第１の端部の反対側の第２の端部を含む第１のヒンジ連結部、および
    前記第１のヒンジ連結部の第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部と、前記クランクピンに回転自在に接続される第２の端部とを含むクランクピン連結部、を備えるマルチ連結接続ロッド機構と、
    鉛直方向のピストン力を水平方向のクランクピン力へと伝達すべく、前記マルチ連結接続ロッド機構を前記ケーシングに接続する力伝達機構と、を備え、
    前記マルチ連結接続ロッド機構は、第１の歯車部を含み、
    前記力伝達機構は、前記接続ロッドが往復運動をするとき、前記マルチ連結接続ロッド機構が前記力伝達機構に対して枢動することを可能にする噛み合い接続で前記第１の歯車部と係合する第２の歯車部を含む、
    流体流機械。
  2. シリンダおよびクランクシャフト支持部を含むケーシングと、
    前記シリンダに沿って往復運動をするための、前記シリンダにスライド可能に配置されるピストンと、
    前記クランクシャフト支持部において回転自在に支持される主ベアリングジャーナルと、前記主ベアリングジャーナルの軸から半径方向にずらして配置されるクランクピンと、前記主ベアリングジャーナルおよび前記クランクピンを接続するクランクウェブとを含むクランクシャフトと、
    前記ピストンに接続される第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部を有し、前記ピストンと共に往復運動をするための接続ロッド、および
    前記接続ロッドの第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部と、前記クランクピンに回転自在に接続される第２の端部とを含むクランクピン連結部、を備えるマルチ連結接続ロッド機構と、
    鉛直方向のピストン力を水平方向のクランクピン力へと伝達すべく、前記マルチ連結接続ロッド機構を前記ケーシングに接続する力伝達機構と、を備え
    前記マルチ連結接続ロッド機構は、第１の歯車部を含み、
    前記力伝達機構は、前記接続ロッドが往復運動をするとき、前記マルチ連結接続ロッド機構が前記力伝達機構に対して枢動することを可能にする噛み合い接続で前記第１の歯車部と係合する第２の歯車部を含む、
    流体流機械。
  3. 前記マルチ連結接続ロッド機構は、
    第１のヒンジ連結部であり、前記接続ロッドの第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部を含み、かつ前記第１のヒンジ連結部の第１の端部の反対側の第２の端部を含む第１のヒンジ連結部
    を更に備える、請求項２に記載の流体流機械。
  4. 前記マルチ連結接続ロッド機構は、
    第２のヒンジ連結部であり、前記第１のヒンジ連結部の第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部を含み、かつ前記第２のヒンジ連結部の第１の端部の反対側にあり、前記クランクピン連結部の第１の端部に枢動自在に接続される第２の端部を含む第２のヒンジ連結部
    を更に備える、請求項１または３に記載の流体流機械。
  5. 前記力伝達機構に対する前記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって前記第１の歯車部を前記第２の歯車部との噛み合い係合状態に維持すべく、前記マルチ連結接続ロッド機構と前記力伝達機構との間に接続される保持機構を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の流体流機械。
  6. 前記力伝達機構は、前記ケーシングに枢動自在に接続される第１の端部と、前記マルチ連結接続ロッド機構に枢動自在に接続される第２の端部とを含むピボット連結部を更に備える
    請求項１から３のいずれか一項に記載の流体流機械。
  7. 前記力伝達機構は、前記ケーシングに枢動自在に接続される第１の端部と、前記マルチ連結接続ロッド機構に枢動自在に接続される第２の端部とを含むピボット連結部を更に備える、請求項４に記載の流体流機械。
  8. 前記力伝達機構は、前記ケーシングに枢動自在に接続される第１の端部と、前記マルチ連結接続ロッド機構に枢動自在に接続される第２の端部とを含むピボット連結部を更に備える、請求項５に記載の流体流機械。
  9. 前記マルチ連結接続ロッド機構は、前記クランクピン連結部を前記第２のヒンジ連結部に接続する第３のヒンジ連結部であり、前記第２のヒンジ連結部の第２の端部に枢動自在に接続される第１の端部を含み、かつ、前記クランクピン連結部の第１の端部に枢動自在に接続される、前記第３のヒンジ連結部の第１の端部の反対側の第２の端部を含む第３のヒンジ連結部を更に備える
    請求項７に記載の流体流機械。
  10. 前記接続ロッドおよび前記第１のヒンジ連結部から選択される少なくとも１つのものは、第３のピボット接続部を含み、前記ピボット連結部の第２の端部は、前記第３のピボット接続部に枢動自在に接続される
    請求項９に記載の流体流機械。
  11. 前記第３のピボット接続部は、前記接続ロッドおよび前記第１のヒンジ連結部から選択される前記少なくとも１つのものの主スラスト側に配置され、前記ピボット連結部の第１の端部は、前記接続ロッドおよび前記第１のヒンジ連結部から選択される前記少なくとも１つのものの前記主スラスト側の前記ケーシングに枢動自在に接続される
    請求項１０に記載の流体流機械。
  12. 前記接続ロッド、前記第１のヒンジ連結部、前記第２のヒンジ連結部、および前記クランクピン連結部から選択される少なくとも１つのものの枢動量を、前記接続ロッド、前記第１のヒンジ連結部、前記第２のヒンジ連結部、および前記クランクピン連結部から選択される前記少なくとも１つのものの別の枢動量に制限する、前記接続ロッド、前記第１のヒンジ連結部、前記第２のヒンジ連結部、および前記クランクピン連結部から選択される前記少なくとも１つのものに配置される少なくとも１つの停止面を更に備える
    請求項１１に記載の流体流機械。
  13. 前記少なくとも１つの停止面は、前記接続ロッドの長手軸と、前記クランクピン連結部の長手軸との間で９０度の最大枢動を与える
    請求項１２に記載の流体流機械。
  14. 前記第１のヒンジ連結部は、前記第１のヒンジ連結部の第１の端部と第２の端部との中間に配置される前記第３のピボット接続部を含み、前記第３のピボット接続部は、前記第１のヒンジ連結部の主スラスト側に配置され、前記ピボット連結部の第１の端部は、前記第１のヒンジ連結部の主スラスト側の前記ケーシングに枢動自在に接続され、前記接続ロッド、前記第１のヒンジ連結部、前記第２のヒンジ連結部、および前記クランクピン連結部のそれぞれは、少なくとも１つの方向における前記接続ロッドの前記長手軸および前記クランクピン連結部の前記長手軸の枢動を限定すべく、隣接する停止面と係合するための少なくとも１つの停止面を含む
    請求項１３に記載の流体流機械。
  15. 前記第３のピボット接続部は前記第１の歯車部を含み、前記ピボット連結部の第２の端部は、前記第２の歯車部を含む
    請求項１１から１４の何れか一項に記載の流体流機械。
  16. 前記ピボット連結部に対する前記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって前記第１の歯車部を前記第２の歯車部との噛み合い係合状態に維持すべく、前記第１のヒンジ連結部と前記ピボット連結部との間に接続される保持機構を更に備える
    請求項１５に記載の流体流機械。
  17. 前記第１の歯車部および前記第２の歯車部のうちの一方は、ｙ軸とは異なるｘ軸の半径を有する湾曲した非円形歯車であり、前記第１の歯車部および前記第２の歯車部のうちの他方はラック歯車である
    請求項５または８に記載の流体流機械。
  18. 前記保持機構は第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの側面プレートを含み、前記少なくとも１つの側面プレートは前記マルチ連結接続ロッド機構および前記力伝達機構のうちの一方に前記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、前記少なくとも１つの側面プレートは、前記第２の端部において配置される一対の間隔の空いた溝を含み、前記マルチ連結接続ロッド機構および前記力伝達機構のうちの他方は、前記力伝達機構に対する前記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって、前記湾曲した非円形歯車を前記ラック歯車との噛み合い係合状態に維持すべく、それぞれ前記一対の間隔の空いた溝と係合する一対のピンを含む
    請求項１７に記載の流体流機械。
  19. 前記湾曲した非円形歯車は、前記力伝達機構に配置され、前記ラック歯車は前記マルチ連結接続ロッド機構に配置され、前記少なくとも１つの側面プレートは、前記マルチ連結接続ロッド機構に前記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、前記力伝達機構は前記一対のピンを含む
    請求項１８に記載の流体流機械。
  20. 前記ピボット連結部の第１の端部を前記ケーシングに接続する移動ピボット点機構であり、
    前記ピボット連結部の第１の端部が接続されている可動マウントと、
    前記ケーシングに取り付けられ、前記可動マウントに接続される案内通路を有し、前記可動マウントがそれに沿って移動し得る画定された経路を与える案内通路装置と、を含む移動ピボット点機構と、
    前記可動マウントの動きを制御するための動き制御機構であり、
    前記クランクシャフトによって駆動され、第１のカム通路を有する第１のカム機構を含む動き制御機構と、
    前記第１のカム通路が前記可動マウントの動きを制御することを可能にすべく、前記第１のカム通路と前記可動マウントとの間に動作可能に接続される動き制御連結部であり、第１のカム通路は、前記ピストンのアップストロークの第１の部分において前記マルチ連結接続ロッド機構から離れる方向に前記案内通路に沿って前記可動マウントが移動し、次に、ロック位置に到達するまで、前記ピストンのアップストロークの第２の部分において前記マルチ連結接続ロッド機構に向かう方向に前記案内通路に沿って前記可動マウントを移動させることを可能にすべく構成かつ配置される動き制御連結部と、を更に備える
    請求項８に記載の流体流機械。
  21. 前記動き制御連結部は、
    前記第１のカム通路と係合し、駆動面を含む第１のカム従動子と、
    前記ケーシングに枢動自在に装着され、前記可動マウントと接続する第１の端部、および、前記第１のカム従動子の駆動面と接続する、前記第１の端部の反対側の第２の端部とを有するロッカアームと、を更に備える
    請求項２０に記載の流体流機械。
  22. 前記第１のカム従動子をスライド可能に受ける第１のカム従動子溝を含む、
    前記ケーシングに接続される筐体を更に備え、
    前記案内通路装置の案内通路は、前記可動マウントをスライド可能に受ける直線溝を含み、
    前記可動マウントは、前記ピボット連結部に接続されるピボットボアを含むスライドブロックであり、
    前記第１のカム機構は、前記クランクシャフト上に配置され、前記第１のカム従動子溝は前記クランクシャフトの軸に対して半径方向に位置合わせされる
    請求項２１に記載の流体流機械。
  23. 前記ピボット連結部の第１の端部を前記ケーシングに接続し、
    前記ピボット連結部の第１の端部が接続されている可動マウントを含む移動ピボット点機構と、
    前記可動マウントの動きを制御するための動き制御機構であり、
    前記クランクシャフトによって駆動され、第１のカム通路を有する第１のカム機構を含む動き制御機構と、
    前記第１のカム通路が前記可動マウントの動きを制御することを可能にすべく、前記第１のカム通路と前記可動マウントとの間に動作可能に接続される動き制御連結部であり、前記第１のカム通路は、前記ピストンのアップストロークの第１の部分において前記マルチ連結接続ロッド機構から離れる方向に案内通路に沿って前記可動マウントが移動し、次に、ロック位置に到達するまで前記ピストンのアップストロークの第２の部分において前記マルチ連結接続ロッド機構に向かう方向に前記案内通路に沿って前記可動マウントを移動させることを可能にすべく構成かつ配置される動き制御連結部と、を更に備え、
    前記可動マウントは、可動マウント軸の周りを枢動すべく前記ケーシングに枢動自在に接続され、前記可動マウントは、
    前記ピボット連結部の第１の端部に接続される枢動するピボット連結接続部であり、前記可動マウント軸の周りの前記可動マウントの枢動が前記ピボット連結接続部を弓状案内通路に沿って移動させるように、前記可動マウント軸の半径方向外側に配置される枢動するピボット連結接続部と、
    前記可動マウント軸を挟んで前記枢動するピボット連結接続部の反対側にあるカウンタバランス部と、を含み、
    ロッカアームの第１の端部は、前記可動マウントおよび前記ピボット連結部から選択される少なくとも１つと係合する
    請求項８に記載の流体流機械。
  24. 前記ロック位置に前記可動マウントをロックすべく前記可動マウントと接続するためのロック機構であり、
    前記ロック位置に前記可動マウントをロックすべく、前記可動マウントが前記ロック位置に移動させられるとき、前記可動マウントの一部分と係合すべく前記クランクシャフトによって駆動されるロックピンであり、前記ピストンが、前記ピストンのダウンストローク中であるとき、前記可動マウントの前記一部分との接続を解くべく前記クランクシャフトによって駆動されもするロックピンと、
    前記クランクシャフトによって駆動され、第２のカム通路を有する第２のカム機構と、
    前記第２のカム通路と前記ロックピンとの間で係合し、駆動面を含む第２のカム従動子と、を含むロック機構であり、
    前記ロックピンは、ロックする方向への前記第２のカム従動子の動きが、前記ロックピンを前記可動マウントと係合する方向に移動させ、前記ロックする方向から離れる前記第２のカム従動子の動きが、前記ロックピンが前記可動マウントとの係合から離れる方向に移動することを可能にするように、前記第２のカム従動子の駆動面と係合するための受動面を含み、
    前記可動マウントは、前記ロックピンと係合するためのロック面を更に含むロック機構と、
    第１のカム従動子をスライド可能に受ける第１のカム従動子溝と、
    前記第２のカム従動子をスライド可能に受ける第２のカム従動子溝と、
    前記ロックピンをスライド可能に受けるロックピン溝と、を含む筐体と、を更に備え、
    前記第１のカム機構および前記第２のカム機構は前記クランクシャフト上に配置され、前記第１のカム従動子溝および前記第２のカム従動子溝は前記クランクシャフトの軸に対して半径方向に位置合わせされ、前記ロックピン溝は、前記第２のカム従動子溝に対して垂直に位置合わせされ、
    前記ロック面は前記カウンタバランス部の外側円周部分上に配置され、かつ前記カウンタバランス部の前記外側円周部分においてノッチとして形成される
    請求項２３に記載の流体流機械。
  25. 前記第３のピボット接続部は前記第１の歯車部を含み、前記ピボット連結部の第２の端部は、前記第２の歯車部を含む
    請求項１０に記載の流体流機械。
  26. 前記ピボット連結部に対する前記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって前記第１の歯車部を前記第２の歯車部との噛み合い係合状態に維持すべく、前記第１のヒンジ連結部と前記ピボット連結部との間に接続される保持機構を更に備える
    請求項２５に記載の流体流機械。
  27. 前記第１の歯車部および前記第２の歯車部のうちの一方は、ｙ軸とは異なるｘ軸の半径を有する湾曲した非円形歯車であり、前記第１の歯車部および前記第２の歯車部のうちの他方はラック歯車である
    請求項２６に記載の流体流機械。
  28. 前記保持機構は第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの側面プレートを含み、前記少なくとも１つの側面プレートは前記マルチ連結接続ロッド機構および前記ピボット連結部のうちの一方に前記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、前記少なくとも１つの側面プレートは、前記第２の端部において配置される一対の間隔の空いた溝を含み、前記マルチ連結接続ロッド機構および前記ピボット連結部のうちの他方は、前記ピボット連結部に対する前記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって、前記湾曲した非円形歯車を前記ラック歯車との噛み合い係合状態に維持すべく、それぞれ前記一対の間隔の空いた溝と係合する一対のピンを含む
    請求項２７に記載の流体流機械。
  29. 前記湾曲した非円形歯車は、前記ピボット連結部に配置され、前記ラック歯車は前記第１のヒンジ連結部に配置され、前記少なくとも１つの側面プレートは、前記第１のヒンジ連結部に前記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、前記ピボット連結部は前記一対のピンを含む
    請求項２８に記載の流体流機械。
  30. 前記ケーシングに接続される支持経路に沿って移動する可動支持部と、
    前記可動支持部に回転可能に装着され、前記第１の歯車部を前記第２の歯車部との噛み合い係合状態に維持すべく前記接続ロッドの側面に対して付勢されるアイドラローラと、を含む保持機構を更に備える
    請求項２５から２９の何れか一項に記載の流体流機械。
  31. 前記ケーシングに接続される制御凹部と、
    前記制御凹部と係合するための前記接続ロッドに取り付けられる制御ボタンと、を含むピストン制御機構を更に備え、
    前記制御ボタンと前記制御凹部との間の前記係合は、前記ピストンの過変動を防ぐべく、前記ピストンがＴＤＣに近づくとき、前記ピストンの上方移動を制限するよう前記ピストンおよび前記接続ロッドのアップストロークにおいて前記制御ボタンおよび前記接続ロッドが移動し得る外側経路を画定する
    請求項３０に記載の流体流機械。
  32. 前記ピストン制御機構は、
    前記マルチ連結接続ロッド機構が持ち上げられるとき、前記マルチ連結接続ロッド機構の複数のヒンジ連結部の角度を変化させるべく前記制御ボタンと相互作用し、次の動力ストロークのために前記複数のヒンジ連結部を決まった位置に曲げるための、前記制御凹部において配置される制御アイランドを更に含む
    請求項３１に記載の流体流機械。
  33. 前記ロック位置に前記可動マウントをロックすべく前記可動マウントと接続するためのロック機構であり、
    前記ロック位置に前記可動マウントをロックすべく、前記可動マウントが前記ロック位置に移動させられるとき、前記可動マウントの一部分と係合すべく前記クランクシャフトによって駆動されるロックピンであり、前記ピストンが、前記ピストンのダウンストローク中であるとき、前記可動マウントの前記一部分との接続を解くべく前記クランクシャフトによって駆動されもするロックピンと、
    前記クランクシャフトによって駆動され、第２のカム通路を有する第２のカム機構と、
    前記第２のカム通路と前記ロックピンとの間で係合し、駆動面を含む第２のカム従動子と、を含むロック機構を更に備え、
    前記ロックピンは、ロックする方向への前記第２のカム従動子の動きが、前記ロックピンを前記可動マウントと係合する方向に移動させ、前記ロックする方向から離れる前記第２のカム従動子の動きが、前記ロックピンが前記可動マウントとの係合から離れる方向に移動することを可能にするように、前記第２のカム従動子の駆動面と係合するための受動面を含み、
    前記筐体は
    前記第２のカム従動子をスライド可能に受ける第２のカム従動子溝と、
    前記ロックピンをスライド可能に受けるロックピン溝と、を更に含み、
    前記可動マウントは前記ロックピンと係合するためのロック用爪を含み、
    前記第２のカム機構は前記クランクシャフト上に配置され、前記第２のカム従動子溝は前記クランクシャフトの前記軸に対して半径方向に位置合わせされ、前記ロックピン溝は前記第２のカム従動子溝に対して垂直に位置合わせる
    請求項２２に記載の流体流機械。
  34. 前記第１の歯車部および前記第２の歯車部のうちの一方は、ｙ軸とは異なるｘ軸の半径を有する湾曲した非円形歯車であり、前記第１の歯車部および前記第２の歯車部のうちの他方はラック歯車であり、前記湾曲した非円形歯車は、前記力伝達機構に配置され、前記ラック歯車は前記マルチ連結接続ロッド機構に配置される、請求項２に記載の流体流機械。
  35. 前記力伝達機構は、
    前記ピボット連結部の第１の端部を前記ケーシングに接続し、前記ピボット連結部の第１の端部が接続されている可動マウントを含む移動ピボット点機構
    を含み、
    前記可動マウントは、可動マウント軸の周りを枢動すべく前記ケーシングに枢動自在に接続され、
    前記可動マウントは、
    前記ピボット連結部の第１の端部に接続される枢動するピボット連結接続部であり、前記可動マウント軸の周りの前記可動マウントの枢動が前記ピボット連結接続部を弓状案内通路に沿って移動させるように、前記可動マウント軸の半径方向外側に配置される枢動するピボット連結接続部と、
    前記可動マウント軸を挟んで前記枢動するピボット連結接続部の反対側にあるカウンタバランス部と、
    を含む、請求項８に記載の流体流機械。
  36. 前記第１の歯車部および前記第２の歯車部のうちの一方は、ｙ軸とは異なるｘ軸の半径を有する湾曲した非円形歯車であり、前記第１の歯車部および前記第２の歯車部のうちの他方はラック歯車である
    請求項３５に記載の流体流機械。
  37. 前記保持機構は第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの側面プレートを含み、前記少なくとも１つの側面プレートは前記マルチ連結接続ロッド機構および前記ピボット連結部のうちの一方に前記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、前記少なくとも１つの側面プレートは、前記第２の端部において配置される一対の間隔の空いた溝を含み、前記マルチ連結接続ロッド機構および前記ピボット連結部のうちの他方は、前記ピボット連結部に対する前記マルチ連結接続ロッド機構の枢動の範囲全体にわたって、前記湾曲した非円形歯車を前記ラック歯車との噛み合い係合状態に維持すべく、それぞれ前記一対の間隔の空いた溝と係合する一対のピンを含む
    請求項３６に記載の流体流機械。
  38. 前記湾曲した非円形歯車は、前記ピボット連結部に配置され、前記ラック歯車は前記マルチ連結接続ロッド機構に配置され、前記少なくとも１つの側面プレートは、前記マルチ連結接続ロッド機構に前記第１の端部においてしっかりと取り付けられ、前記ピボット連結部は前記一対のピンを含む
    請求項３７に記載の流体流機械。
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