JP4260363B2

JP4260363B2 - Variable compression piston assembly

Info

Publication number: JP4260363B2
Application number: JP2000511989A
Authority: JP
Inventors: ロバートエイサンダーソン
Original assignee: アールサンダーソンマネージメントインコーポレイテッド
Priority date: 1997-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2018-09-15
Also published as: EP1015744A1; CN1214180C; RU2219358C2; CA2300111A1; CN1336982A; KR100599138B1; KR20010023889A; JP2001516837A; ATE397149T1; EP1015744B1; EP1015744A4; CA2300111C; DE69839565D1; WO1999014471A1

Abstract

The invention is a piston engine which has a plurality of cylinders, each cylinder having two ends in a first embodiment, and single ended in another embodiment, each end having a spark plug and inlet and exhaust valves. A distibutor is used for controlling the timing of firing the spark plugs and cams for controlling the operation of the inlet and exhaust valves. In each cylinder is a double ended piston. A transition arm is connected to each double ended piston by connecting shafts which extend into a central opening in each double ended piston. An adjustable flywheel is connected by a drive arm to the transition arm. Output from the engine is through an output shaft connected to the flywheel.

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は可変圧縮ピストン組立体、およびピストンの直線運動を回転運動に変換するための自在継ぎ手に連結され、両端ピストンを有するエンジンに関する。
【０００２】
（背景技術）
大部分のピストン駆動エンジンは、ピストンがクランク軸の軸線と交差する往復方向に動かされるときにクランク軸が回転するようにクランク軸のオフセット部分に取り付けられたピストンを有する。
【０００３】
米国特許第５，５３５，７０９号はオフセット部分を有するクランク軸に取り付けられる両端ピストンを有するエンジンを定めている。ピストンとクランク軸との間に取り付けられたレバーは、クランク軸に対して回転運動を与えるために支点調整器内に拘束されている。
米国特許第４，０１１，８４２号はクランク軸を回転させるＴ型Ｔ型連結部材に連結された２つの両端ピストンを使用する４気筒エンジンを定めている。Ｔ型連結部材は、それぞれのＴクロスアームにおいて両端ピストンに取り付けられる。Ｔクロスアーム上の中心に位置する点は固定点に対して回転可能に取り付けられ、またＴの底部はカウンタウエイトを含むクランクスローによってクランク軸に連結されるクランク・ピンに回転可能に取り付けられる。
上記した実施例のそれぞれにあっては、ピストンの軸線と交差する軸線を有するクランク軸を駆動する両端ピストンが用いられる。
【０００４】
（発明の開示）
本発明によれば、可変圧縮ピストン組立体は複数のピストンと、それぞれのピストンに連結された変換アームと、変換アームの駆動部材に連結され、駆動部材の軸線に沿って滑り運動をするように形成された回転部材とを含む。駆動部材に対する回転部材の運動により、ピストン組立体の圧縮比を変える。
【０００５】
本発明のこの観点による実施形態は以下の特徴のうちの１以上の特徴を有している。
ピストンは両端ピストン（ダブルエンド型ピストン）である。変換アームがそれぞれの両端ピストンに、それぞれのピストンのほぼ中央で連結される。変換アームに対する回転部材の運動により、それぞれの両端ピストンの圧縮比と排気量とを変える。
【０００６】
ピストン組立体は２つのピストンを有し、回転部材の回転軸線と２つのピストンの軸線とは共通の平面上にある。回転部材はフライホイールである。制御用ロッドの作動により、変換アームに対するフライホイールの直線運動が与えられるように、制御用ロッドがフライホイールに操作可能に連結される。
【０００７】
ある図示された実施態様において、回転部材は、回転部材の回転がピストンの対応する運動を伴わずに行われるゼロ行程位置に位置決めできるように形成される。回転部材は制御部材にピボットで取り付けられるピボット部材を含む。制御部材を作動させることにより、ピボット部材を運動させて、圧縮比の変化をもたらす。
ピストンの軸線が平行であるようにピストンを配置することもできるし、或いは、ピストンの軸線が平行でないようにピストンを配置することもできる。
【０００８】
駆動ピンが変換アームをピストンに連結する。駆動部材は、回転可能部材の周囲に隣接している回転可能部材の開口部の中に延びる。駆動部材は回転可能部材中に設けられたピボットピンの中に延びる。主駆動軸が回転可能部材に連結される。駆動軸の軸線はそれぞれのピストンの軸線に対して平行である。自在継ぎ手が変換アームを支持体に連結する。
複数のピストンのうちの少なくとも一つがポンプを駆動するための出力ポンプピストンを有する。
【０００９】
本発明の他の観点においては、ピストン組立体の圧縮比を変える方法は、複数のピストンと、ピストンのそれぞれに連結される変換アームと、変換アームの駆動部材に連結され、駆動部材の軸線に対して滑り運動をするように形成された回転部材とを設ける段階を含む。回転可能部材は駆動部材に対して動かされ、ピストン組立体の圧縮比を変える。
【００１０】
本発明の他の観点においては、ピストン組立体の効率を増大させる方法は、複数の両端ピストンと、それぞれの両端ピストンのほぼ中央でそれぞれの両端ピストンに連結された変換アームと、変換アームの駆動部材に連結され、駆動部材に対して滑り運動をするように形成された回転部材とを設ける段階を含む。回転部材は駆動部材に対して動かされ、両端ピストン組立体の圧縮比と排気量とを変える。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
図１は本発明の４ピストンエンジン１０の絵画的描写である。エンジン１０は２つの気筒１１（図３）と１２とを有する。それぞれの気筒１１と１２とは両端ピストンを収容する。それぞれの両端ピストンは、軸１４によってフライホイール１５に連結された変換アームに連結される。変換アーム１３は変換アームの上下の動きを許容する軸１８と変換アーム１３の横から横への動きを許容する軸１７とを含む自在継ぎ手機構によって支持体１９に連結される。図１は軸１４がホイール１５の頂点に位置している場合のフライホイール１５を示す。
【００１２】
図２はフライホイール１５が回転し、軸１４がフライホイール１５の底部にある場合のエンジン１０を示す。変換アーム１３は軸１８に関し下方へピボットで回転をする。
【００１３】
図３−図６は絵画的描写の上面図であり、４位置における変換アーム１３と軸とがフライホイール１５を９０度の増分で動かしているものを示す。図３は、図３ａに示される位置における軸１４を有するフライホイール１５を示す。ピストン１が点火し気筒１１の中央に向かって動くとき、変換アーム１３は自在継ぎ手１６に関してピボットで回転し、フライホイール１５を図２に示される位置に回転させる。軸１４は図４ａに示される位置にある。ピストン４が点火されるとき、変換アーム１３は図５に示される位置に動く。フライホイール１５と軸１４とは図５ａに示される位置にある。次いで、ピストン２が点火し、変換アーム１３は図６で示される位置に動く。フライホイール１５と軸１４とは図６ａに示される位置にある。ピストン３が点火されるとき、変換アーム１３とフライホイール１５とは図３と図３ａとに示される当初の位置に戻る。
ピストンが点火する場合、変換アームはピストンの動きと共に前後に動かされることになる。変換アーム１３が自在継ぎ手１６に連結され、かつ、軸１４を介してフライホイール１５に連結されているために、フライホイール１５は回転しピストンの直線運動を回転運動に変換する。
【００１４】
図７は（部分断面図の形で）本発明に基づく４ダブル・ピストン・８気筒エンジン３０の実施態様の上面図を示す。実際には、単に４つの気筒があるにすぎないが、それぞれの気筒には両端ピストンを有しているので、エンジンは８気筒エンジンと等価である。２つの気筒３１と４６とが示されている。気筒３１は、それぞれピストンリング３２ａおよび３３ａを伴った両端ピストン３２、３３を有する。ピストン３２，３３は、ピストン３２，３３における開口部５５ａの中に延びるピストンアーム５４ａとスリーブ軸受５５とによって変換アーム６０（図８）に接続される。同様にして、気筒４６内のピストン４７，４９は、ピストンアーム５４ｂにより、変換アーム６０に連結される。
【００１５】
気筒３１内のそれぞれの端部はロッカーアームによって制御される吸気および排気弁と点火プラグとを有する。ピストン端３２は、ロッカーアーム３５ａと３５ｂおよび点火プラグ４４とを有し、また、ピストン端３３はロッカーアーム３４ａと３４ｂおよび点火プラグ４１とを有する。それぞれのピストンはそれ自身に弁、ロッカーアームおよび点火プラグのセットを組み付けてある。点火プラグの点火と吸気および排気弁の開閉のタイミングとはプーリ５０ａに連結されるタイミングベルト５１によって制御される。プーリ５０ａは、フライホイール６９で付勢される出力軸５３で回転させられる軸６３（図８）を介して、ギヤ６４に取り付けられる。ベルト５０ａはまた、ディストリビュータ３８に連結されたプーリ５０ｂとギヤ３９とを回転させる。ギヤ３９はまた、ギヤ４０を回転させる。ギヤ３９および４０は、カム軸７５（図８）に取り付けられ、このカム軸７５は、ロッカーアーム３４，３５および他のロッカーアーム（図示せず）に取り付けられているプッシュロッドを順次作動させる。
示されているように、排気マニホルド４８、５６は、それぞれ、気筒４６、３１に取り付けられる。それぞれの排気マニホルドは４つの排気口に取り付けられる。
【００１６】
図８は、図７の断面８−８に沿って片側を除去したエンジン３０の側面図である。変換アーム６０は支持体７０上に変換アームが上下に動くこと（図８に見られるように）を許容するピン７２と変換アームが横から横に動くことを許容するピン７１とによって取付けられる。変換アーム６０が横から横に動きながら上下に動くことができるので、従って、軸６１はフライホイール６９を円形軌跡に駆動できる。４つの連結用ピストンアーム（図８に示されるピストンアーム５４ｂおよび５４ｄ）は４つの両端ピストンによってピン７１の周囲に揺動運動しながら駆動される。フライホイール６９内の軸６１の端部により、連結アームが前後に動くときに、変換アームに上下の動きを生じさせる。フライホイール６９は片側の周囲にギヤ歯６９ａを有し、このギヤ歯６９ａはエンジンをスタートさせるためにスタータモータ１００（図１１）でフライホイールを回転させるのに用いられる。
【００１７】
フライホイール６９と、フライホイール６９こに連結される駆動軸６８の回転は、ギヤ６５を回転させ、ギヤ６５は順にギヤ６４と６６とを回転させる。ギヤ６４はプーリ５０ａを回転させる軸６３に取り付けられる。プーリ５０ａはベルト５１に取り付けられる。ベルト５１はプーリ５０ｂおよびギヤ３９と４０とを回転させる（図７）。カム軸７５は一端にカム８８−９１を有し、また他端にカム８４−８７を有する。カム８８、９０は、それぞれ、プッシュロッド７６、７７を動作させる。カム８９、９１は、それぞれ、プッシュロッド９３、９４を動作させる。カム８４、８６は、それぞれ、プッシュロッド９５、９６を動作させ、また、カム８５、８７は、それぞれ、プッシュロッド７８、７９を動作させる。プッシュロッド７７，７６，９３，９４，９５，９６および７８，７９は、ピストン上方にある気筒の吸気および排気弁の開閉用である。エンジンの左側（表面を一部切り取られている）は同一ではあるけれども、逆向きの弁駆動機構を有する。
駆動軸６８上のギヤ６５によって回転させられるギヤ６６はポンプ６７を回転させ、このポンプ６７は、例えば、エンジン冷却システム（図示されず）中で用いられるウォータポンプであってよいし、または、オイルポンプであってよい。
【００１８】
図９はエンジン３０の背面図であり、気筒および両端ピストンの相対的位置を示す。ピストン３２，３３が、リフタアーム３５ａと３５ｂとの下部に位置される弁３５ｃと３５ｄとをそれぞれに伴って破線で示される。ベルト５１とプーリ５０ｂとはディストリビュータ３８の下部に示される。変換アーム６０と４つのピストンアーム５４ａ，５４ｂ，５４ｃおよび５４ｄのうちの２つ、５４ｃと５４ｄとがピストン３２−３３，３２ａ−３３ａ，４７−４９および４７ａ−４９ａ中に示される。
【００１９】
図１０はエンジン３０の側面図であり、排気マニホルド５６、吸気マニホルド５６ａおよび気化器５６ｃを示す。タイミングベルト５１を有するプーリ５０ａと５０ｂも同様に示される。
【００２０】
図１１はエンジン３０の正面端面図であり、気筒とピストン中に位置している４つのピストンアーム５４ａ，５４ｂ，５４ｃおよび５４ｄを有する両端ピストン３２−３３，３２ａ−３３ａ，４７−４９および４７ａ−４９ａとの相対的位置を示す。ポンプ６７が軸５３の下部に示され、またプーリ５０ａとタイミングベルト５１とがエンジン３０の上部に示される。スタータ１００はフライホイール６９上のギヤ歯６９ａとかみ合っているギヤ１０１と共に示される。
【００２１】
本発明の特徴は、エンジンにとっての圧縮比をエンジンの運転中に変更できることである。フライホイール６９に取り付けられるアーム６１の端部は、アーム６１がフライホイール６９に入り込む点において円形に動く。図１３を参照すると、アーム６１の端部はスリーブ軸受・球体ブッシュ組立体８１の中にある。ピストンのストロークはアーム６１によって制御される。アーム６１は、軸５３に対して、例えば、約１５度の角度を形成する。軸５３上でフライホイール６９を右または左に動かすことにより、図１３に見られるように、アーム６１の角度を変えることができ、ピストンのストロークを変えて、圧縮比を変える。フライホイール６９の位置はねじ１０５に関しナット１０４を回すことによって変えられる。ナット１０４は、リング１０６ｂで位置に保たれるスラスト軸受１０６ａにより軸５３にキー止めされる。図１２に示される位置にあっては、フライホイール６９は右に動かされており、ピストンのストロークが延びている。
【００２２】
図１２は右に動かされたフライホイールを示し、ピストンのストロークを増大して、より高い圧縮比を提供している。ナット１０５は右にねじ締めされてしまっており、軸５３とフライホイール６９とを右に動かしている。アーム６１はブッシュ組立体８０中にさらに延び、フライホイール６９の後ろから外に出ている。
【００２３】
図１３は左に動かされたフライホイールを示す。ピストンのストロークを減少して、より低い圧縮比を提供している。ナット１０５は左にねじられてしまっており、軸５３とフライホイール６９とを左に動かしている。アーム６１のブッシュ組立体８０中への延びは少ない。
【００２４】
変換アーム上のピストンアームはピストンのブッシュにあるスリーブ軸受の中に挿入される。図１４はダブル・ピストンの一端にピストンリング１１１を有し、また、ピストンの他端にピストンリング１１２を有するダブル・ピストン１１０を示す。スロット１１３がピストンの側部にある。スリーブ軸受の位置は１１４で示される。
【００２５】
図１５はスロット１１６を通り抜けてピストン１１０の中へ、ブッシュ１１５中のスリーブ軸受１１７の中へ延びているピストンアーム１１６を示す。ピストンアーム１１６は１１６ａにおける第２位置にて示される。２つのピストンアーム１１６および１１６ａは、エンジンの運転中におけるピストンアーム１１６の運動限界を示す。
【００２６】
図１６はスリーブ軸受１１７中のピストンアーム１１６を示す。スリーブ軸受１１７はピボットピン１１５中にある。ピストンアーム１１６はスリーブ軸受１１７中で自由に回転することができ、またピストンアーム１１６の組立体、スリーブ軸受１１７とピボットピン１１５およびスリーブ軸受１１８ａと１１８ｂとはピストン１１０の中で回転し、またピストンアーム１１６はスリーブ軸受１１７の軸線に関して軸線方向に動くことができ、両端ピストンの直線運動とピストンアーム１１６が取り付けられている変換アームの運動とを見込む。
【００２７】
図１７は図１中の４気筒エンジン１０が出力軸１２２上の４方回転弁を用いながら空気モータとしてどのように配置され得るかを示す。それぞれの気筒１，２，３、４は、それぞれ、ホース１３１，１３２，１３３、１４４によって回転弁１２３に連結される。空気吸気口１２４は、エンジン１２０を運転するための空気を供給するのに使用される。空気はピストン１ａ，２ａ，３ａ、４ａそれぞれに対して順番に供給され、気筒中でピストンを前後に動かす。空気は気筒から外部排気口１３６に排出される。連結ピン１２７と１２８とでピストンに取り付けられた変換アーム１２６は図１−図６を参照して記述したように動き、フライホイール１２９と出力軸２２とを回転させる。
【００２８】
図１８は加圧された空気またはガスが、吸気口１２４、環状通路１２５、通路１２６、通路１３０および空気ホース１３１を通して気筒１に供給される場合の位置にある回転弁１２３の断面図である。回転弁１２３は、ハウジング１２３と出力軸１２２との内部にある複数の通路で構成される。気筒１に入り込んでいく加圧された空気はピストン１ａ，３ａを右（図１８に見られるように）に動かす。排気空気は強制されて気筒３からライン１３３を通って室１３４の中に出ていき、通路１３５を通って外部排気口１３６から出る。
図１８a，１８bおよび１８ｃは弁２３の断面図であり、図１８に示されるように位置決めされた場合の弁２３に沿った３つの位置における弁の空気通路を示す。
【００２９】
図１９は加圧された空気が気筒３に加えられ、ピストン１ａ，３ａの方向を反転させるときに１８０度回転させられた回転弁１２３を示している。加圧された空気が吸気口１２４に供給され、環状室１２５、通路１２６、室１３４および空気ライン１３３を通って気筒３に供給される。このことにより、順に気筒１内の空気をライン１３１、室１３０、ライン１３５、環状室１３７および外部排気口１３６を通って排出させる。軸１２２はピストン１ａ，３ａがその左へのストロークを終えたとき、反時計回りに３６０度の回転をしたことになる。
【００３０】
ピストン１ａ，３ａのみがピストン動作に関するエンジンと弁１２３との動作を示すために図示されてきた。ピストン２ａ，４ａの動作は、それの３６０度のサイクルは軸が９０度回ったところから出発し、２７０度のところで反転し、そのサイクルは９０度のところに戻って完了することを除いて、機能的には同一である。出力行程は９０度回転する度に発生する。
図１９ａ，図１９ｂおよび図１９ｃは弁１２３の断面図であり、図１９に示されるように位置決めされた場合の弁１２３に沿った３つの位置における弁の空気通路を示す。
【００３１】
図１７の空気エンジンを作動させる作動原理を反対にすることができ、図１７のエンジン１２０は空気またはガス圧縮機またはポンプとして使用することができる。回転力を軸１２２に作用させて、エンジン１０を時計方向に回転させることによって、排気口１３６は空気を気筒内に引き込み、ポート１２４が、例えば、空気ツールを駆動するのに使用することができ、または空気タンクに貯蔵することもできる空気を供給する。
【００３２】
前記の実施形態においては、気筒が互いに平行であるものとして図示されてきた。しかしながら、気筒が平行である必要はない。図２０は互いに平行ではない気筒１５０と１５１とを備えた、図１−図６の実施形態に類似の実施形態を示している。自在継ぎ手１６０により、ピストンアーム１５２と１５３とを駆動アーム１５４に対して９０度以外の角度にすることが可能である。気筒が互いに平行でない場合であっても、エンジンは機能的に同一である。
【００３３】
図１−図６のエンジン１０に対して更に他の変形例を実現することができる。この実施形態は、図２１に絵画的に示されるが、片端ピストンを有していてもよい。ピストン１ａと２ａとは自在継ぎ手１７０に対し駆動アーム１７１，１７２によって連結され、またフライホイール１７３に対して駆動アーム１７４によって連結される。基本的な相違点はフライホイール１７３を３６０度回転させるためのピストン１ａと２ａとのストローク数である。
【００３４】
図２２を参照すると、２気筒ピストン組立体３００は気筒３０２，３０４を有し、それぞれは可変ストロークの両端ピストン３０６，３０８を収容する。ピストン組立体３００は従来の４気筒エンジンと同一の１回転当りの出力行程数を提供する。それぞれの両端ピストン３０６，３０８は、それぞれ、駆動ピン３１２，３１４によって変換アーム３１０に連結される。変換アーム３１０は、例えば、自在継ぎ手３１８（Ｕ−継ぎ手）、定速度継ぎ手、または球面軸受によって支持体３１６に取付けられる。変換アーム３１０から延びている駆動アーム３２０は回転可能部材、例えばフライホイール３２２、に連結される。
【００３５】
変換アーム３１０はピストン３０６，３０８の直線運動をフライホイール３２２の回転運動に伝達する。フライホイール３２２の軸線Ａはピストン３０６，３０８の軸線Ｂ，およびＣに対して平行であり（図２０に示されるように、軸線Ａはオフ・アクシスであることができるものの）、軸流または円筒型のエンジン、ポンプまたは圧縮機を形成する。Ｕ−継ぎ手３１８は軸線Ａに関して中心合わせされる。図２８ａに示されるように、ピストン３０６，３０８は水平ピストン組立体を形成するために共通平面Ｄに沿って置かれている軸線Ａ，ＢおよびＣに関して１８０度離れている。
【００３６】
図２２および図２３を参照すると、気筒３０２，３０４のそれぞれは、アセンブリケース構造３０３に取付けられる右気筒半部３０１ａ、左気筒半部３０１ｂを有する。両端ピストン３０６，３０８のそれぞれは、中央継ぎ手３３４，３３４ａによって連結される２つのピストン３３０および３３２、３３０ａおよび３３２ａを有する。ピストンは等しい長さを有しているものとして示されるが、他の長さであっても本発明の意図の内である。例えば、継ぎ手３３４はピストン３３０がピストン３３２より長くなるようにオフ−センタであることができる。ピストンが図２２に示される位置から３３０ａ，３３２，３３０，３３２ａの順に点火されるにつれて、フライホイール３２２は矢印３３３の方向に見られるように、時計回りの方向に回転させられる。ピストン組立体３００は４行程サイクルエンジンであり、例えば、それぞれのピストンがフライホイール３２２の２回転につき１回点火する。
【００３７】
ピストンが前後に動くに時、駆動ピン３１２，３１４は、それらの共通軸線Ｅのまわりに自由に回転でき（矢印３０５）、ピストンの中心線Ｂに対する半径方向の距離が変換アーム３１０の振れ角α（約±１５度）と共に変わるので軸線Ｅに沿って自由に摺動でき（矢印３０７）、また中心Ｆのまわりに自由にピボットで回転（矢印３０９）できなければならない。継ぎ手３３４はこの運動の自由度を提供するように構成される。
【００３８】
継ぎ手３３４は駆動ピン３１２を受け入れるためのスロット３４０（図２３ａ）とスリーブ軸受３３８を収容しているスロット３４０に対して垂直をなす穴３３６とを構成する。気筒３４１はスリーブ軸受内部で回転できるように、スリーブ軸受３３８内に位置決めされる。スリーブ軸受３３８は、スロット３４０のような形をし、またスロット３４０に位置合せをされた側溝３４２を構成する。気筒３４１は貫通穴３４４を構成する。駆動ピン３１２は溝３４２と穴３４４との中に受け入れられる。追加のスリーブ軸受３４６が気筒３４１の貫通穴３４４内に設けられる。スロット３４０と３４２およびスリーブ軸受３３８の組合せにより、駆動ピン３１２が矢印３０９に沿って動くことができる。スリーブ軸受３４６により、駆動ピン３１２はその軸線Ｅのまわりに回転でき、またその軸線Ｅに沿って摺動できる。
【００３９】
もし、ピストン組立体の２つの気筒が１８０度以外で離れて配置されるならば、若しくは、２つを超える気筒が用いられるならば、以下に説明されるように、８の字運動をこうむるので、スリーブ軸受３３８内部にある気筒３４１の矢印３５０の方向に沿った運動をさせてピストンの拘束を避けるために必要となる追加的な運動の自由度を見込む。スロット３４０はピンの８の字運動を許容するために十分な空隙を有するように寸法決めされなければならない。
【００４０】
図２４と図２４ａとを参照すると、Ｕ−継ぎ手３１８は中心ピボット３５２を構成し（駆動ピンの軸線Ｅが中心３５２を貫通する）、また縦ピン３５４と水平ピン３５６とを有する。変換アーム３１０は、矢印３５８に沿ってピン３５４のまわりに、また矢印３６０に沿ってピン３５６のまわりにピボットで回転できる。
【００４１】
図２５，図２５ａおよび図２５ｂを参照すると、変換アーム３１０をフライホイール３２２に連結するのに、球状軸受に代わるものとして、駆動アーム３２０が、変換アーム内で望ましい振れ角α（図２２）を作り出すのに必要な量、例えば、５３．９７５ｍｍ（２．１２５インチ）だけ、フライホイールの中心３７２から半径方向にオフセットしてフライホイールに取り付けられる円筒状ピボットピン３７０内に受け入れられる。
【００４２】
ピボットピン３７０は駆動アーム３２０を受け入れるための貫通穴３７４を有する。穴３７４には、駆動アーム３２０のための軸受表面を提供するスリーブ軸受３７６がある。ピボットピン３７０は、それぞれ、スリーブ軸受３７８，３８０内部に位置決めされた円筒状エクステンション３７８，３８０を有する。フライホイールが駆動アーム３２０に沿って軸線方向に動かされ、振れ角αを変え、従って、ピストン組立体の圧縮比とを変えるので、ずっと後に記載するように、ピボットピン３７０は駆動アーム３２０を整列させたままで、スリーブ軸受３８２，３８４内で回転する。捩り力はスラスト軸受３８８，３９０により、フライホイールの回転方向に依存する矢印３８６に沿った負荷を受ける１つまたはその他のスラスト軸受に伝達される。
【００４３】
図２６を参照すると、ピストン組立体３００の圧縮と排気量とを変えるために、軸線Ａに沿ったフライホイール３２２の軸線方向の位置が軸４００を回転させることによって変えられる。スプロケット４１０が軸４００に取り付けられており、軸４００と共に回転する。第２スプロケット４１２がローラチェーン４１３によってスプロケット４１０に連結される。スプロケット４１２は、ねじ切りをされ回転しているバレル４１４に取り付けられる。バレル４１４のねじ４１６は固定されている外側バレル４２０のねじ４１８に接する。軸４００を矢印４０１の向きに回転させることにより、また、従って、スプロケット４１０，４１２を回転させることにより、バレル４１４を回転させる。外側バレル４２０が固定されているので、バレル４１４の回転により、バレル４１４を矢印４０３の軸線Ａに沿って直線的に動かす。バレル４１４はカラー４２２とギヤ４２４との間に位置決めされ、カラー４２２とギヤ４２４の両方ともが主駆動軸４０８に固定される。駆動軸はフライホイール３２２に固定される。従って、バレル４１４が軸線Ａに沿って動くと、それは軸線Ａに沿ったフライホイール３２２の直線運動に変換される。このことにより、フライホイール３２２内で軸線Ｈに沿った変換アーム３１０の駆動アーム３２０の摺動をもたらし、角度βを変え、したがって、ピストンのストロークを変える。スラスト軸受４３０がバレル４１４の両端に設けられ、またスリーブ軸受４３２がバレル４１４と軸４０８との間に設けられる。
【００４４】
スプロケット４１０と４１２との整列を維持するために、軸４００は領域４０２でねじ切りがなされ、またアセンブリケース構造３０３のクロスバー４０６のねじ切りされた穴４０４内に受け入れられる。スプロケット４１０に対するスプロケット４１２の歯数の比は、例えば4対１である。従って、バレル４１４を1回転させるには軸４００を4回転させなければならない。整列を維持するために、ねじ切りされた領域４０２はバレルねじ４１６が２５．４ｍｍ（１インチ）当りに有するねじの４倍のねじ、例えば、ねじ切りされた領域４０２が２５．４ｍｍ（１インチ）当たり３２ねじを有し、またバレルねじ４１６が２５．４ｍｍ（１インチ）あたり８ねじを有するねじを有さなくてはならない。
【００４５】
フライホイールが右に動くと、図２６に見られるように、ピストンのストロークは増大し、従って、圧縮比は増大する。フライホイールを左に動かすと、ストロークおよび圧縮比が減少する。ストロークにおける変化のさらなる利点は、それぞれのピストンで排気量が変化することであり、従って、エンジンの排気量が変化することである。内燃エンジンの馬力はエンジンの排気量に密接に関係する。例えば、２つの気筒の水平エンジンにあっては、圧縮比が６対１から１２対１に引き上げられると、排気量が約２０％増加する。これは、排気量の増大にのみ起因して約２０％余分に馬力を産出することである。圧縮比にあっての増大はまた、馬力をポイント当たり約５％の割合で、即ち馬力にすると約２５％増大する。もし馬力が一定に維持され、また圧縮比が6対１から１２対１に増大させられるとしたら、約２５％の燃料消費の減少を見ることができる筈である。
【００４６】
フライホイールは組立体３００がエンジンとして機能している場合に見られる大きな遠心力に耐えるだけの充分な強度を有する。フライホイールの位置、従って、ピストン組立体の圧縮比はピストン組立体が運転中であっても変えることができる。
【００４７】
ピストン組立体３００は圧力潤滑システムを有する。圧力はエンジン駆動の容量式ポンプ（図示せず）であって超過圧力防止用圧抜き弁を有するものによって提供される。駆動軸４０８のベアリング４３０と４３２およびフライホイール３２２に関する駆動アーム３２０のインターフェースはポート４３３を経由して潤滑される（図２６）。
【００４８】
図２７を参照すると、Ｕ−継ぎ手３１８、ピストンピン継ぎ手３０６，３０８および気筒壁とを潤滑するために、ポンプからの圧力下にあるオイルが、固定されたＵ−継ぎ手ブラケットを通って縦ピボットピン３５４の上下端に運ばれる。オイルポート４５０，４５２は、それぞれ、縦ピンから変換アーム内にある開口部４５４，４５６に続いていく。図２７Ａに示されるように、ピン３１２，３１４は、それぞれ、貫通穴４５８を構成する。それぞれの貫通穴４５８は開口部４５４，４５６のうちのそれぞれ対応する１つに対して流体連通している状態にある。図２３に示されるように、それぞれのピン中にある穴４６０，４６２はスロット４６１と口４６３を通して、スリーブ軸受３３８を通してそれぞれのピストン中の室４６５へとつながる。いくつかのオイルライン４６４がこれらの室から外に出てそれぞれのピストンのスカート４６６に連結され、気筒壁およびピストンリング４６７に潤滑を提供する。また、それぞれのピストンの上部の内部上に直接的にオイルを噴射するために、オリフィスが室４６５から伸びている。
【００４９】
図２８−図２８ｃを参照すると、組立体３００が航空機用エンジン３００ａとして配置されているのが示され、エンジンのイグニッションはピストン点火プラグ（図示されず）を点火するための２つの磁石発電機（マグネト）６００を有する。磁石発電機６００、スタータ６０２は、それぞれ、主駆動軸４０８に対して平行にまた下方に取り付けられた低部軸６０８上に配置された駆動ギヤ６０４、６０６（図２８ｃ）によって駆動される。軸６０８はエンジンの全長にわたっており、また駆動軸４０８のギヤ４２４（図２６）によって駆動され、また駆動軸４０８に対して１対１の比でもってかみ合わせられる。磁石発電機にかみ合わせて、それら発電機の速度を軸６０８の速度の半分に減じる。スタータ６０２がエンジンのスタートに充分なトルクを提供するためにかみ合わされる。
【００５０】
カム軸６１０はリフタ６１３を介してピストンプッシュロッド６１２を動かす。カム軸６１０は、軸６０８から同様に駆動されるベベルギヤ６１４，６１６を介して２対１にギヤ・ダウンされる。ギヤ６１４，６１６の中心６１７は、他の配置でもよいのだが、好ましくは、カム軸がピストン気筒の中で中心に位置するようにＵ−継ぎ手の中心３５２と整列される。１つの気化器６２０が４つの気筒吸気弁（図示されず）につながっている４つの導管６２２を有するエンジンの中心の下部におかれる。気筒排気弁（図示せず）は２つの連結管６２４中に排気する。
エンジン３００ａは、例えば約１０１６ｍｍ（４０インチ）の長さＬ、例えば約５３３．４ｍｍ（２１インチ）の幅Ｗ、および、例えば、約５０８ｍｍ（２０インチ）の高さＨを有する（支持体３０３を除いて）。
【００５１】
図２９および図２９ａを説明すると、可変圧縮圧縮機またはポンプであってゼロ行程の能力を有するものが図示される。ここにおいて、フライホイール３２２は回転部組立体５００によって置換される。組立体５００は中空軸５０２と、軸５０２のハブ５０８に対してピン５０６によってピボットで回転可能に連結されたピボットアーム５０４とを有する。ハブ５０８は穴５１０を構成し、またピボットアーム５０４はピン５０６を受け入れる穴５１２を構成する。制御用ロッド５１４が軸５０２内に配置される。制御用ロッド５１４はピン５１８によってロッド５１４の残りの部分に対してピボットで回転可能に連結されたリンク５１６を有する。ピン５１８を受け入れるためにロッド５１４は穴５１１を構成し、またリンク５１６は穴５１３を構成する。制御用ロッド５１４は、その軸線Ｚに沿って動くように２つのスリーブ軸受５２０によって支持される。リンク５１６とピボットアーム５１４とはピン５２２によって連結される。リンク５１６は穴５２３を構成し、ピボットアーム５１４はピン５２２を受け入れる穴５２４を構成する。
【００５２】
駆動アーム３２０を受け入れる図２５の円筒状ピボットピン３７０はピボットアーム内に位置決めされる。ピボットアーム５０４は円筒状エクステンション３７８，３８０を受け入れる穴５２６を構成する。軸５０２は軸受５３０、例えばボール、スリーブまたはローラ軸受によって回転できるように支持される。軸５０２に取り付けられた駆動体、例えばプーリ５３２またはギヤは圧縮機またはポンプを駆動する。
【００５３】
作動中、ピストンを希望するストロークにセットするために、制御用ロッド５１４が矢印５１５の方向に、その軸線Ｍに沿って動かされ、その結果、ピボットアーム５０４が変換アームの駆動アーム３２０の軸線Ｈ（図２６）に沿って摺動するにつれてピボットピン３７０の軸線Ｎが軸線Ｍに対して整列からはずれて動かされるように（破断線で示されるように）、ピン５０６のまわりにピボットアーム５０４を矢印５１７に沿ってピボットで回転する。ピストンのゼロ行程が必要な場合、軸線ＮとＭとは軸５１４の回転がピストンの運動を引き起こさないように整列される。この配置は両端ピストンおよび片端ピストン両方に有効である。
【００５４】
ピストンのストロークを変えることができることにより、ポンプまたは圧縮機の出力を必要に応じて連続的に変えるとともに、駆動体５３２による軸５１４の単一速度での運転を可能にする。出力が不要である場合、ピボットアーム５０４は単純に変換アーム３１０の駆動アーム３２０の周囲を駆動アームの振れがゼロで回転する。出力が必要である場合、軸５１４はすでに全速で運転しているので、ピボットアーム５０４が制御用ロッド５１０によって軸線から離れるように引っ張られた場合、速度に達するのに遅れを生じることなく、即時のストロークを生じる。従って、スタート／ストップ動作がないので、駆動システムに非常に低い応力荷重がある。ストロークを即座にゼロに減ずる能力により、下流で詰まりが発生した場合において、特に、液体ポンプにおける損傷からの保護を行うことができる。
【００５５】
もし、２つの気筒が１８０度の隔たりをもった間隔に置かれない場合（端部から見て）、またはピストン組立体３００内に２つを超える気筒が用いられる場合、継ぎ手３０６，３０８に連結されるピン３１２，３１４の端部は図３０に見られるように、８の字運動をこうむる。図３０は４つの両端ピストンを有するピストン組立体の８の字運動を示す。ピストンの２つは図２２に示されるようにフラットに配置され（そして８の字運動をこうむらない）、また他の２つピストンは水平ピストン間に等しく間隔をとって配置される（そして、その結果、可能な最大の８の字偏差をこうむるように位置決めされる）。ピストンの第２セットに対して連結されたピンがストレートライン（図３０のｙ軸線）から偏るその量は、駆動アームの振れ角（マストアングル）と中央ピボット点３５２（図３０のｘ軸線）からのピンがあるところのその距離によって決定される。
【００５６】
４つの両端ピストンのそれぞれのピストンピボット組立体のピンが中央ピボットの軸線から４５度にセットされている４つの気筒のバージョンにおいては、８の字運動はそれぞれのピストンピンにおいて等しい。８の字運動が固着を防止するために起こる場合には、ピストンピボットブッシュにおける運動が行われる。
【００５７】
ピストン組立体３００が、例えばディーゼルエンジンとしての使用のために形成される場合、火花点火エンジンに比較してディーゼルエンジンのより高い圧縮比に耐えるため、変換アーム３１０に対するピン３１２，３１４の取付に特別の支持体を用いることができる。図３１を参照すると、支持体５５０は変換アーム３１０にボルト５５１でボルト締めされ、またピンを受け入れるための開口部５５２を有する。
【００５８】
本発明に基づくエンジンは、ポンプピストンに対して燃焼圧力を直接加えるのに使用できる。図３２，図３２ａを参照すると、４気筒、２行程サイクルエンジン６００は（４つのピストン６０２それぞれは１回転につき１回点火する）燃焼圧力を４つのポンプピストン６０２のそれぞれに加える。それぞれのポンプピストン６０４は対応するピストン気筒６０８の出力側６０６に連結される。ポンプピストン６０４はポンプヘッド６１０中に延びる。
変換アーム６２０は、上述したように、それぞれの気筒６０８およびフライホイール６２２に連結される。補助の出力軸６２４がフライホイール６２２に連結され、これまた上述したように、フライホイールと共に回転する。
【００５９】
ピストン６０２の全てのストローク（図３２において見られるようにピストン６０２は右に動くので）は出力工程である筈なので、エンジンは２行程サイクルエンジンである。エンジン気筒の数はポンプによって必要とされるままに選択される。ポンプは流体であることができ、または、ガスポンプであることができる。多段空気圧縮機としての使用にあっては、それぞれのポンプピストン６０６は異なった直径であってもよい。ポンプの機能からは軸受負荷は発生せず、従ってまた、ポンプピストンそれら自体によって発生するもの以外に如何なる摩擦も引き起こされない。
その他の実施形態は特許請求の範囲の請求項に記載した観点の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる４気筒エンジンの簡略化した図解における側面図である。
【図２】本発明にかかる４気筒エンジンの簡略化した図解における側面図である。
【図３】４つの異なった位置のうちの第１の位置におけるピストンとフライホイールとを示す、図１のエンジンの上面図である。
【図４】４つの異なった位置のうちの第２の位置におけるピストンとフライホイールとを示す、図１のエンジンの上面図である。
【図５】４つの異なった位置のうち第３の位置におけるピストンとフライホイールとを示す、図１のエンジンの上面図である。
【図６】４つの異なった位置のうち第４の位置におけるピストンとフライホイールとを示す、図１のエンジンの上面図である。
【図７】本発明にかかる８気筒エンジンの部分断面上面図である。
【図８】図７のエンジンの断面側面図である。
【図９】図７の右端面図である。
【図１０】図７の側面図である。
【図１１】図７の左端面図である。
【図１２】高圧縮位置におけるピストン、駆動部材およびフライホイールを示す、図７のエンジンの部分上面図でありる。
【図１３】低圧縮位置におけるピストン、駆動部材およびフライホイールを示す、図７のエンジンの部分上面図である。
【図１４】ピストンの上面図である。
【図１５】２つの位置における駆動部材を示すピストンの側面図である。
【図１６】駆動部材とピストンとの軸受インターフェースを示す。
【図１７】空気駆動のエンジン／ポンプの実施形態である。
【図１８】第１位置における空気弁を示す。
【図１８ａ】図１８に示される空気弁の線１８ａ−１８ａにおける断面の断面図である。
【図１８ｂ】図１８に示される空気弁の線１８ｂ−１８ｂにおける断面の断面図である。
【図１８ｃ】図１８に示される空気弁の線１８ｃ−１８ｃにおける断面の断面図である。
【図１９】第２位置における空気弁を示す。
【図１９ａ】図１９に示される空気弁の線１９ａ−１９ａにおける断面の断面図である。
【図１９ｂ】図１９に示される空気弁の線１９ｂ−１９ｂにおける断面の断面図である。
【図１９ｃ】図１９に示される空気弁の線１９ｃ−１９ｃにおける断面の断面図である。
【図２０】傾斜した気筒を有する実施形態を示す。
【図２１】片端ピストンを有する実施形態を示す。
【図２２】２気筒、両端ピストン組立体の上面図である。
【図２３】図２２における組立体の両端ピストンの１つの上面図である。
【図２３ａ】図２３の両端ピストンの線２３Ａ−２３Ａにおける側面図である。
【図２４】図２２におけるピストン組立体の変換アームおよび自在継ぎ手の上面図である。
【図２４ａ】図２４の変換アームおよび自在継ぎ手の線２４ａ−２４ａにおける側面図である。
【図２５】図２２におけるピストン組立体の変換アームに連結された駆動アームの斜視図である。
【図２５ａ】回転可能部材への駆動アームの連結を示す、図２２のピストン組立体の回転可能部材の、図２２における線２５ａ−２５ａにおける端面図である。
【図２５ｂ】図２５ａにおける線２５ｂ−２５ｂにおける回転可能部材の側面図である。
【図２６】図２２のピストン組立体の断面上面図である。
【図２７】図２４における線２７−２７における変換アームの端面図である。
【図２７ａ】図２２のピストン組立体の駆動ピンの断面図である。
【図２８】図２２のピストン組立体の上面図である。
【図２８ａ】図２２のピストン組立体の背面図である。
【図２８ｂ】図２２のピストン組立体の側面図である。
【図２８ｃ】図２２におけるピストン組立体の補助軸の上面図である。
【図２９】ゼロ行程カップリングの断面側面図である。
【図２９ａ】図２９のゼロ行程カップリングの分解図である。
【図３０】ノン水平ピストン組立体の８の字運動を示すグラフである。
【図３１】強化駆動ピンを示す。
【図３２】ポンプピストンに対し燃焼圧力を直接作用させる４気筒エンジンの上面図である。
【図３２ａ】図３２における線３２ａ−３２ａにおける４気筒エンジンの端面図である。[0001]
(Technical field)
The present invention relates to a variable compression piston assembly and an engine having a piston on both ends connected to a universal joint for converting linear motion of the piston into rotational motion.
[0002]
(Background technology)
Most piston drive engines have a piston attached to the offset portion of the crankshaft such that the crankshaft rotates when the piston is moved in a reciprocating direction that intersects the axis of the crankshaft.
[0003]
U.S. Pat. No. 5,535,709 defines an engine having a double-ended piston attached to a crankshaft having an offset portion. A lever mounted between the piston and the crankshaft is constrained within the fulcrum adjuster to provide rotational movement with respect to the crankshaft.
U.S. Pat. No. 4,011,842 defines a four-cylinder engine that uses two double-ended pistons connected to a T-shaped T-shaped connecting member that rotates a crankshaft. The T-shaped connecting member is attached to both end pistons in each T-cross arm. The center point on the T cross arm is rotatably attached to a fixed point, and the bottom of T is rotatably attached to a crank pin connected to the crankshaft by a crank throw including a counterweight.
In each of the above-described embodiments, a double-ended piston that drives a crankshaft having an axis that intersects the axis of the piston is used.
[0004]
(Disclosure of the Invention)
According to the present invention, the variable compression piston assembly is connected to the plurality of pistons, the conversion arms connected to the respective pistons, the drive members of the conversion arms, and slides along the axis of the drive members. And a formed rotating member. The movement of the rotating member relative to the drive member changes the compression ratio of the piston assembly.
[0005]
Embodiments according to this aspect of the invention have one or more of the following features.
The piston is a double-ended piston (double-ended piston). A conversion arm is connected to each end piston at approximately the center of each piston. The compression ratio and displacement of the pistons at both ends are changed by the movement of the rotating member with respect to the conversion arm.
[0006]
The piston assembly has two pistons, and the rotation axis of the rotating member and the axis of the two pistons are on a common plane. The rotating member is a flywheel. The control rod is operably coupled to the flywheel such that actuation of the control rod provides linear movement of the flywheel relative to the conversion arm.
[0007]
In certain illustrated embodiments, the rotating member is configured such that the rotation of the rotating member can be positioned at a zero stroke position where the rotation of the rotating member takes place without a corresponding movement of the piston. The rotating member includes a pivot member pivotally attached to the control member. Actuating the control member causes the pivot member to move, resulting in a change in compression ratio.
The pistons can be arranged such that the piston axes are parallel, or the pistons can be arranged so that the piston axes are not parallel.
[0008]
A drive pin connects the conversion arm to the piston. The drive member extends into the opening of the rotatable member adjacent to the periphery of the rotatable member. The drive member extends into a pivot pin provided in the rotatable member. A main drive shaft is coupled to the rotatable member. The axis of the drive shaft is parallel to the axis of each piston. A universal joint connects the conversion arm to the support.
At least one of the plurality of pistons has an output pump piston for driving the pump.
[0009]
In another aspect of the present invention, a method for changing the compression ratio of a piston assembly includes a plurality of pistons, a conversion arm connected to each of the pistons, a drive member of the conversion arm, and an axis of the drive member. And a rotating member formed to slide relative to the rotating member. The rotatable member is moved relative to the drive member to change the compression ratio of the piston assembly.
[0010]
In another aspect of the present invention, a method for increasing the efficiency of a piston assembly includes: a plurality of double-ended pistons; a conversion arm connected to each double-ended piston at approximately the center of each double-ended piston; Providing a rotating member coupled to the member and configured to slide relative to the drive member. The rotating member is moved relative to the drive member to change the compression ratio and displacement of the double-ended piston assembly.
[0011]
(Best Mode for Carrying Out the Invention)
FIG. 1 is a pictorial representation of a four piston engine 10 of the present invention. The engine 10 has two cylinders 11 (FIG. 3) and 12. Each cylinder 11 and 12 houses a piston on both ends. Each end piston is connected to a conversion arm connected to a flywheel 15 by a shaft 14. The conversion arm 13 is connected to the support 19 by a universal joint mechanism including a shaft 18 that allows the conversion arm 13 to move up and down and a shaft 17 that allows the conversion arm 13 to move from side to side. FIG. 1 shows the flywheel 15 when the shaft 14 is located at the apex of the wheel 15.
[0012]
FIG. 2 shows the engine 10 when the flywheel 15 rotates and the shaft 14 is at the bottom of the flywheel 15. The conversion arm 13 pivots downward about the shaft 18.
[0013]
3-6 are top views of a pictorial depiction showing the translating arm 13 and shaft in four positions moving the flywheel 15 in 90 degree increments. FIG. 3 shows a flywheel 15 having a shaft 14 in the position shown in FIG. 3a. When the piston 1 ignites and moves toward the center of the cylinder 11, the conversion arm 13 pivots about the universal joint 16 and rotates the flywheel 15 to the position shown in FIG. The shaft 14 is in the position shown in FIG. 4a. When the piston 4 is ignited, the conversion arm 13 moves to the position shown in FIG. Flywheel 15 and shaft 14 are in the position shown in FIG. 5a. Then, the piston 2 ignites and the conversion arm 13 moves to the position shown in FIG. The flywheel 15 and the shaft 14 are in the position shown in FIG. 6a. When the piston 3 is ignited, the conversion arm 13 and the flywheel 15 return to their original positions shown in FIGS. 3 and 3a.
When the piston ignites, the conversion arm will be moved back and forth with the movement of the piston. Since the conversion arm 13 is connected to the universal joint 16 and is connected to the flywheel 15 via the shaft 14, the flywheel 15 rotates and converts the linear motion of the piston into rotational motion.
[0014]
FIG. 7 shows a top view of an embodiment of a four double piston, eight cylinder engine 30 according to the present invention (in the form of a partial cross section). Actually, there are only four cylinders, but each cylinder has a piston on both ends, so the engine is equivalent to an eight cylinder engine. Two cylinders 31 and 46 are shown. The cylinder 31 has double-ended pistons 32, 33 with piston rings 32a and 33a, respectively. The pistons 32 and 33 are connected to the conversion arm 60 (FIG. 8) by a piston arm 54 a and a sleeve bearing 55 that extend into the opening 55 a of the pistons 32 and 33. Similarly, the pistons 47 and 49 in the cylinder 46 are connected to the conversion arm 60 by the piston arm 54b.
[0015]
Each end in the cylinder 31 has intake and exhaust valves and spark plugs controlled by a rocker arm. The piston end 32 has rocker arms 35 a and 35 b and a spark plug 44, and the piston end 33 has rocker arms 34 a and 34 b and a spark plug 41. Each piston has its own set of valve, rocker arm and spark plug. The ignition timing of the spark plug and the opening and closing timing of the intake and exhaust valves are controlled by a timing belt 51 connected to the pulley 50a. The pulley 50 a is attached to the gear 64 via a shaft 63 (FIG. 8) that is rotated by the output shaft 53 urged by the flywheel 69. The belt 50a also rotates the pulley 50b connected to the distributor 38 and the gear 39. The gear 39 also rotates the gear 40. The gears 39 and 40 are attached to a camshaft 75 (FIG. 8). The camshaft 75 sequentially operates push rods attached to the rocker arms 34 and 35 and other rocker arms (not shown).
As shown, exhaust manifolds 48 and 56 are attached to cylinders 46 and 31, respectively. Each exhaust manifold is attached to four exhaust ports.
[0016]
FIG. 8 is a side view of engine 30 with one side removed along section 8-8 in FIG. The conversion arm 60 is mounted on the support 70 by a pin 72 that allows the conversion arm to move up and down (as seen in FIG. 8) and a pin 71 that allows the conversion arm to move from side to side. Since the conversion arm 60 can move up and down while moving from side to side, the shaft 61 can therefore drive the flywheel 69 in a circular path. The four connecting piston arms (piston arms 54b and 54d shown in FIG. 8) are driven while swinging around the pin 71 by the four end pistons. The end of the shaft 61 in the flywheel 69 causes the conversion arm to move up and down when the connecting arm moves back and forth. The flywheel 69 has gear teeth 69a around one side, and the gear teeth 69a are used to rotate the flywheel by the starter motor 100 (FIG. 11) in order to start the engine.
[0017]
The rotation of the flywheel 69 and the drive shaft 68 connected to the flywheel 69 rotate the gear 65, and the gear 65 sequentially rotates the gears 64 and 66. The gear 64 is attached to a shaft 63 that rotates the pulley 50a. The pulley 50 a is attached to the belt 51. The belt 51 rotates the pulley 50b and the gears 39 and 40 (FIG. 7). Cam shaft 75 has cams 88-91 at one end and cams 84-87 at the other end. The cams 88 and 90 operate the push rods 76 and 77, respectively. The cams 89 and 91 operate push rods 93 and 94, respectively. Cams 84 and 86 operate push rods 95 and 96, respectively, and cams 85 and 87 operate push rods 78 and 79, respectively. The push rods 77, 76, 93, 94, 95, 96 and 78, 79 are used to open and close the intake and exhaust valves of the cylinder above the piston. The left side of the engine (partially cut off the surface) is identical but has a reverse valve drive mechanism.
A gear 66 rotated by a gear 65 on the drive shaft 68 rotates a pump 67, which may be, for example, a water pump used in an engine cooling system (not shown) or oil It may be a pump.
[0018]
FIG. 9 is a rear view of the engine 30 and shows the relative positions of the cylinder and the pistons at both ends. Pistons 32 and 33 are shown in broken lines with valves 35c and 35d positioned below lifter arms 35a and 35b, respectively. The belt 51 and the pulley 50b are shown at the bottom of the distributor 38. Conversion arm 60 and two of the four piston arms 54a, 54b, 54c and 54d, 54c and 54d, are shown in pistons 32-33, 32a-33a, 47-49 and 47a-49a.
[0019]
FIG. 10 is a side view of the engine 30 showing the exhaust manifold 56, the intake manifold 56a, and the carburetor 56c. The pulleys 50a and 50b having the timing belt 51 are similarly shown.
[0020]
FIG. 11 is a front end view of the engine 30, and double-ended pistons 32-33, 32 a-33 a, 47-49 and 47 a-having four piston arms 54 a, 54 b, 54 c and 54 d located in the cylinder and piston. The relative position with respect to 49a is shown. A pump 67 is shown in the lower part of the shaft 53, and a pulley 50 a and a timing belt 51 are shown in the upper part of the engine 30. Starter 100 is shown with gear 101 meshing with gear teeth 69a on flywheel 69.
[0021]
A feature of the present invention is that the compression ratio for the engine can be changed during engine operation. The end of the arm 61 attached to the flywheel 69 moves circularly at the point where the arm 61 enters the flywheel 69. Referring to FIG. 13, the end of the arm 61 is in a sleeve bearing / sphere bushing assembly 81. The stroke of the piston is controlled by the arm 61. The arm 61 forms an angle of about 15 degrees with respect to the shaft 53, for example. By moving the flywheel 69 to the right or left on the shaft 53, the angle of the arm 61 can be changed as seen in FIG. 13, and the piston stroke is changed to change the compression ratio. The position of the flywheel 69 can be changed by turning the nut 104 with respect to the screw 105. The nut 104 is keyed to the shaft 53 by a thrust bearing 106a held in position by the ring 106b. In the position shown in FIG. 12, the flywheel 69 is moved to the right and the stroke of the piston is extended.
[0022]
FIG. 12 shows the flywheel moved to the right, increasing the piston stroke to provide a higher compression ratio. The nut 105 is screwed to the right and moves the shaft 53 and the flywheel 69 to the right. The arm 61 further extends into the bushing assembly 80 and exits from behind the flywheel 69.
[0023]
FIG. 13 shows the flywheel moved to the left. The piston stroke is reduced to provide a lower compression ratio. The nut 105 has been twisted to the left, moving the shaft 53 and the flywheel 69 to the left. The arm 61 extends less into the bushing assembly 80.
[0024]
The piston arm on the conversion arm is inserted into a sleeve bearing in the bushing of the piston. FIG. 14 shows a double piston 110 having a piston ring 111 at one end of the double piston and a piston ring 112 at the other end of the piston. A slot 113 is on the side of the piston. The position of the sleeve bearing is indicated at 114.
[0025]
FIG. 15 shows the piston arm 116 extending through the slot 116 into the piston 110 and into the sleeve bearing 117 in the bush 115. Piston arm 116 is shown in a second position at 116a. Two piston arms 116 and 116a indicate the limit of motion of the piston arm 116 during engine operation.
[0026]
FIG. 16 shows the piston arm 116 in the sleeve bearing 117. The sleeve bearing 117 is in the pivot pin 115. The piston arm 116 can freely rotate in the sleeve bearing 117, and the assembly of the piston arm 116, the sleeve bearing 117 and the pivot pin 115 and the sleeve bearings 118 a and 118 b rotate in the piston 110, and the piston The arm 116 can move axially with respect to the axis of the sleeve bearing 117, allowing for linear motion of the pistons at both ends and motion of the conversion arm to which the piston arm 116 is attached.
[0027]
FIG. 17 shows how the four-cylinder engine 10 in FIG. 1 can be arranged as an air motor using a four-way rotary valve on the output shaft 122. The cylinders 1, 2, 3, 4 are connected to the rotary valve 123 by hoses 131, 132, 133, 144, respectively. The air inlet 124 is used to supply air for operating the engine 120. Air is sequentially supplied to each of the pistons 1a, 2a, 3a, and 4a, and moves the piston back and forth in the cylinder. Air is discharged from the cylinder to the external exhaust port 136. The conversion arm 126 attached to the piston with the connecting pins 127 and 128 moves as described with reference to FIGS. 1 to 6 to rotate the flywheel 129 and the output shaft 22.
[0028]
FIG. 18 is a cross-sectional view of the rotary valve 123 in a position where pressurized air or gas is supplied to the cylinder 1 through the air inlet 124, the annular passage 125, the passage 126, the passage 130 and the air hose 131. The rotary valve 123 includes a plurality of passages inside the housing 123 and the output shaft 122. Pressurized air entering the cylinder 1 moves the pistons 1a, 3a to the right (as seen in FIG. 18). The exhaust air is forced to exit from the cylinder 3 through the line 133 into the chamber 134 and through the passage 135 from the external exhaust port 136.
18a, 18b and 18c are cross-sectional views of the valve 23 showing the valve air passages in three positions along the valve 23 when positioned as shown in FIG.
[0029]
FIG. 19 shows the rotary valve 123 rotated 180 degrees when pressurized air is applied to the cylinder 3 to reverse the direction of the pistons 1a, 3a. Pressurized air is supplied to the intake port 124 and supplied to the cylinder 3 through the annular chamber 125, the passage 126, the chamber 134, and the air line 133. As a result, the air in the cylinder 1 is sequentially discharged through the line 131, the chamber 130, the line 135, the annular chamber 137 and the external exhaust port 136. The shaft 122 has rotated 360 degrees counterclockwise when the pistons 1a and 3a have finished their leftward strokes.
[0030]
Only the pistons 1a, 3a have been shown to illustrate the operation of the engine and valve 123 with respect to piston operation. The operation of pistons 2a and 4a is that its 360 degree cycle starts at 90 degrees of the axis and reverses at 270 degrees, and the cycle returns to 90 degrees and completes. Functionally the same. The output stroke occurs every 90 degrees.
19a, 19b and 19c are cross-sectional views of valve 123 showing the valve air passages in three positions along valve 123 when positioned as shown in FIG.
[0031]
The operating principle of operating the air engine of FIG. 17 can be reversed, and the engine 120 of FIG. 17 can be used as an air or gas compressor or pump. By applying a rotational force to the shaft 122 and rotating the engine 10 clockwise, the exhaust port 136 draws air into the cylinder and the port 124 can be used, for example, to drive a pneumatic tool. Or supply air that can also be stored in an air tank.
[0032]
In the above embodiments, the cylinders have been illustrated as being parallel to one another. However, the cylinders need not be parallel. FIG. 20 shows an embodiment similar to that of FIGS. 1-6 with cylinders 150 and 151 that are not parallel to each other. The universal joint 160 allows the piston arms 152 and 153 to be at an angle other than 90 degrees with respect to the drive arm 154. The engine is functionally identical even when the cylinders are not parallel to each other.
[0033]
Still another modification can be realized with respect to the engine 10 of FIGS. This embodiment is illustrated pictorially in FIG. 21, but may have a one-end piston. Pistons 1 a and 2 a are connected to universal joint 170 by drive arms 171 and 172, and are connected to flywheel 173 by drive arm 174. The basic difference is the number of strokes between the pistons 1a and 2a for rotating the flywheel 173 by 360 degrees.
[0034]
Referring to FIG. 22, a two-cylinder piston assembly 300 has cylinders 302 and 304, each of which accommodates variable-stroke end pistons 306 and 308, respectively. The piston assembly 300 provides the same number of output strokes per revolution as a conventional four-cylinder engine. The two end pistons 306 and 308 are connected to the conversion arm 310 by drive pins 312 and 314, respectively. The conversion arm 310 is attached to the support 316 by, for example, a universal joint 318 (U-joint), a constant speed joint, or a spherical bearing. A drive arm 320 extending from the conversion arm 310 is connected to a rotatable member, such as a flywheel 322.
[0035]
The conversion arm 310 transmits the linear motion of the pistons 306 and 308 to the rotational motion of the flywheel 322. The axis A of the flywheel 322 is parallel to the axes B and C of the pistons 306, 308 (although axis A can be off-axis as shown in FIG. 20), axial flow or cylinder Form a mold engine, pump or compressor. U-joint 318 is centered with respect to axis A. As shown in FIG. 28a, the pistons 306, 308 are 180 degrees apart with respect to axes A, B, and C, which lie along a common plane D to form a horizontal piston assembly.
[0036]
22 and 23, each of the cylinders 302 and 304 has a right cylinder half 301a and a left cylinder half 301b attached to the assembly case structure 303. Each of the end pistons 306, 308 has two pistons 330 and 332, 330a and 332a connected by central joints 334 and 334a. The pistons are shown as having equal lengths, but other lengths are within the spirit of the invention. For example, the joint 334 can be off-center such that the piston 330 is longer than the piston 332. As the piston is ignited in the order 330a, 332, 330, 332a from the position shown in FIG. 22, the flywheel 322 is rotated in the clockwise direction as seen in the direction of arrow 333. Piston assembly 300 is a four stroke cycle engine, for example, each piston ignites once per two revolutions of flywheel 322.
[0037]
When the piston moves back and forth, the drive pins 312 and 314 can freely rotate around their common axis E (arrow 305), and the radial distance from the piston center line B is the deflection angle α of the conversion arm 310. Since it changes with (about ± 15 degrees), it should be able to slide freely along the axis E (arrow 307) and freely pivot about the center F (arrow 309). The joint 334 is configured to provide this freedom of movement.
[0038]
The joint 334 defines a slot 340 (FIG. 23 a) for receiving the drive pin 312 and a hole 336 that is perpendicular to the slot 340 that houses the sleeve bearing 338. The cylinder 341 is positioned in the sleeve bearing 338 so that it can rotate inside the sleeve bearing. The sleeve bearing 338 is shaped like a slot 340 and defines a side groove 342 aligned with the slot 340. The cylinder 341 constitutes a through hole 344. Drive pin 312 is received in groove 342 and hole 344. An additional sleeve bearing 346 is provided in the through hole 344 of the cylinder 341. The combination of slots 340 and 342 and sleeve bearing 338 allows drive pin 312 to move along arrow 309. The sleeve bearing 346 allows the drive pin 312 to rotate about its axis E and slide along its axis E.
[0039]
If the two cylinders of the piston assembly are spaced apart by other than 180 degrees, or if more than two cylinders are used, it will take on the figure 8 movement as explained below. The additional degree of freedom of movement required to avoid the piston restraint by causing the cylinder 341 inside the sleeve bearing 338 to move along the direction of the arrow 350 is anticipated. The slot 340 must be sized to have sufficient air gap to allow the figure 8 movement.
[0040]
Referring to FIGS. 24 and 24a, the U-joint 318 defines a central pivot 352 (the drive pin axis E passes through the center 352) and has a vertical pin 354 and a horizontal pin 356. Transform arm 310 can pivot about pin 354 along arrow 358 and about pin 356 along arrow 360.
[0041]
Referring to FIGS. 25, 25a and 25b, as an alternative to spherical bearings for connecting the conversion arm 310 to the flywheel 322, the drive arm 320 provides the desired deflection angle α (FIG. 22) within the conversion arm. The amount necessary to create, for example, 53.975 mm (2.125 inches), is received in a cylindrical pivot pin 370 that is attached to the flywheel radially offset from the flywheel center 372.
[0042]
Pivot pin 370 has a through hole 374 for receiving drive arm 320. In the hole 374 is a sleeve bearing 376 that provides a bearing surface for the drive arm 320. Pivot pin 370 has cylindrical extensions 378 and 380 positioned within sleeve bearings 378 and 380, respectively. The pivot pin 370 aligns the drive arm 320 as will be described later, as the flywheel is moved axially along the drive arm 320 to change the deflection angle α and thus the compression ratio of the piston assembly. In that state, it rotates in the sleeve bearings 382 and 384. Torsional forces are transmitted by thrust bearings 388, 390 to one or other thrust bearings that receive a load along arrow 386, which depends on the direction of rotation of the flywheel.
[0043]
Referring to FIG. 26, the axial position of flywheel 322 along axis A is changed by rotating shaft 400 to change the compression and displacement of piston assembly 300. A sprocket 410 is attached to the shaft 400 and rotates with the shaft 400. The second sprocket 412 is connected to the sprocket 410 by a roller chain 413. The sprocket 412 is attached to a barrel 414 that is threaded and rotating. The screw 416 of the barrel 414 contacts the screw 418 of the outer barrel 420 that is fixed. The barrel 414 is rotated by rotating the shaft 400 in the direction of the arrow 401 and thus rotating the sprockets 410, 412. Since the outer barrel 420 is fixed, the barrel 414 is moved linearly along the axis A of the arrow 403 by the rotation of the barrel 414. The barrel 414 is positioned between the collar 422 and the gear 424, and both the collar 422 and the gear 424 are fixed to the main drive shaft 408. The drive shaft is fixed to the flywheel 322. Thus, as barrel 414 moves along axis A, it is translated into a linear motion of flywheel 322 along axis A. This causes sliding of the drive arm 320 of the conversion arm 310 along the axis H within the flywheel 322, changing the angle β and thus changing the stroke of the piston. Thrust bearings 430 are provided at both ends of the barrel 414, and sleeve bearings 432 are provided between the barrel 414 and the shaft 408.
[0044]
To maintain alignment of sprockets 410 and 412, shaft 400 is threaded at region 402 and received within threaded hole 404 of crossbar 406 of assembly case structure 303. The ratio of the number of teeth of the sprocket 412 to the sprocket 410 is, for example, 4 to 1. Therefore, to rotate the barrel 414 once, the shaft 400 has to be rotated four times. In order to maintain alignment, the threaded region 402 is four times the screw that the barrel screw 416 has per 25.4 mm (1 inch), for example, the threaded region 402 per 25.4 mm (1 inch). There must be 32 screws and the barrel screw 416 must have 8 screws per inch.
[0045]
As the flywheel moves to the right, as seen in FIG. 26, the stroke of the piston increases and therefore the compression ratio increases. Moving the flywheel to the left decreases the stroke and compression ratio. A further advantage of the change in stroke is that the displacement varies with each piston, and therefore the displacement of the engine changes. The horsepower of an internal combustion engine is closely related to the engine displacement. For example, in a two-cylinder horizontal engine, when the compression ratio is increased from 6: 1 to 12: 1, the displacement increases by about 20%. This is to produce about 20% extra horsepower only due to increased displacement. The increase in compression ratio also increases by about 25% when horsepower is increased by about 5% per point, i.e. horsepower. If the horsepower is kept constant and the compression ratio is increased from 6: 1 to 12: 1, a reduction in fuel consumption of about 25% should be seen.
[0046]
The flywheel is strong enough to withstand the large centrifugal forces found when the assembly 300 is functioning as an engine. The position of the flywheel and thus the compression ratio of the piston assembly can be changed even when the piston assembly is in operation.
[0047]
The piston assembly 300 has a pressure lubrication system. The pressure is provided by an engine driven displacement pump (not shown) having an overpressure relief valve. The interface of the drive arm 320 with respect to the bearings 430 and 432 of the drive shaft 408 and the flywheel 322 is lubricated via the port 433 (FIG. 26).
[0048]
Referring to FIG. 27, to lubricate the U-joint 318, piston pin joints 306, 308, and cylinder walls, oil under pressure from the pump passes through the fixed U-joint bracket and the vertical pivot pin. It is carried to the upper and lower ends of 354. The oil ports 450 and 452 respectively continue from the vertical pins to the openings 454 and 456 in the conversion arm. As shown in FIG. 27A, the pins 312 and 314 each constitute a through hole 458. Each through hole 458 is in fluid communication with a corresponding one of the openings 454, 456. As shown in FIG. 23, the holes 460, 462 in each pin lead through a slot 461 and a port 463 to a chamber 465 in each piston through a sleeve bearing 338. A number of oil lines 464 exit these chambers and are connected to respective piston skirts 466 to provide lubrication to the cylinder walls and piston rings 467. An orifice extends from chamber 465 to inject oil directly onto the interior of the top of each piston.
[0049]
Referring to FIGS. 28-28c, the assembly 300 is shown as being an aircraft engine 300a, where the engine ignition has two magnet generators for igniting a piston spark plug (not shown). Magneto) 600. The magnet generator 600 and the starter 602 are driven by drive gears 604 and 606 (FIG. 28c) disposed on a lower shaft 608 that is mounted parallel to and below the main drive shaft 408, respectively. Shaft 608 spans the entire length of the engine and is driven by gear 424 (FIG. 26) of drive shaft 408 and meshed with drive shaft 408 at a one to one ratio. Engage with the magnet generator and reduce the speed of these generators to half the speed of the shaft 608. A starter 602 is engaged to provide sufficient torque to start the engine.
[0050]
The cam shaft 610 moves the piston push rod 612 via the lifter 613. The camshaft 610 is geared down two-to-one via bevel gears 614 and 616 that are similarly driven from the shaft 608. The center 617 of the gears 614, 616 is preferably aligned with the center 352 of the U-joint so that the camshaft is centered in the piston cylinder, although other arrangements are possible. A carburetor 620 is placed in the lower center of the engine with four conduits 622 connected to four cylinder intake valves (not shown). A cylinder exhaust valve (not shown) exhausts into the two connecting pipes 624.
Engine 300a has a length L of, for example, about 1016 mm (40 inches), a width W of, for example, about 21 inches, and a height H of, for example, about 20 inches. Except).
[0051]
Referring to FIGS. 29 and 29a, a variable compression compressor or pump having zero stroke capability is illustrated. Here, the flywheel 322 is replaced by the rotating part assembly 500. The assembly 500 includes a hollow shaft 502 and a pivot arm 504 pivotally connected by a pin 506 to a hub 508 of the shaft 502. Hub 508 defines a hole 510 and pivot arm 504 defines a hole 512 that receives a pin 506. A control rod 514 is disposed within the shaft 502. The control rod 514 has a link 516 pivotally connected to the rest of the rod 514 by a pin 518. The rod 514 defines a hole 511 and the link 516 defines a hole 513 to receive the pin 518. The control rod 514 is supported by two sleeve bearings 520 so as to move along its axis Z. The link 516 and the pivot arm 514 are connected by a pin 522. Link 516 defines a hole 523 and pivot arm 514 defines a hole 524 that receives pin 522.
[0052]
The cylindrical pivot pin 370 of FIG. 25 that receives the drive arm 320 is positioned within the pivot arm. The pivot arm 504 defines a hole 526 that receives the cylindrical extensions 378, 380. The shaft 502 is supported for rotation by a bearing 530, such as a ball, sleeve or roller bearing. A driver attached to shaft 502, such as pulley 532 or gear, drives the compressor or pump.
[0053]
In operation, to set the piston to the desired stroke, the control rod 514 is moved along its axis M in the direction of arrow 515 so that the pivot arm 504 is translated into the axis H of the drive arm 320 of the conversion arm. Pivot arm 504 is pivoted about pin 506 so that axis N of pivot pin 370 is moved out of alignment relative to axis M (as shown by the broken line) as it slides along (FIG. 26). Pivot along arrow 517. If a zero stroke of the piston is required, axes N and M are aligned so that rotation of shaft 514 does not cause piston movement. This arrangement is effective for both end pistons and one end pistons.
[0054]
The ability to change the stroke of the piston allows the output of the pump or compressor to be continuously changed as needed and allows the driver 532 to operate at a single speed of the shaft 514. If no output is required, the pivot arm 504 simply rotates around the drive arm 320 of the conversion arm 310 with zero drive arm deflection. When output is required, the shaft 514 is already operating at full speed, so if the pivot arm 504 is pulled away from the axis by the control rod 510, the speed is reached without delay. Produces a stroke. Therefore, there is no start / stop operation, so the drive system has a very low stress load. The ability to immediately reduce the stroke to zero can provide protection from damage in the liquid pump, especially when clogging occurs downstream.
[0055]
If the two cylinders are not spaced 180 degrees apart (as viewed from the end), or if more than two cylinders are used in the piston assembly 300, they are connected to the joints 306, 308. The ends of the pins 312 and 314 to be subjected to the figure 8 movement as seen in FIG. FIG. 30 shows a figure eight movement of a piston assembly having four pistons at both ends. Two of the pistons are arranged flat as shown in FIG. 22 (and do not suffer from the figure 8 movement), and the other two pistons are equally spaced between the horizontal pistons (and its As a result, it is positioned to bear the largest possible 8 character deviation). The amount of the pin connected to the second set of pistons that deviates from the straight line (y-axis in FIG. 30) depends on the swing angle (mast angle) of the drive arm and the central pivot point 352 (x-axis in FIG. 30). Is determined by its distance where the pin is.
[0056]
In a four cylinder version where the piston pivot assembly pin of each of the four end pistons is set at 45 degrees from the axis of the central pivot, the figure 8 motion is equal at each piston pin. If the figure 8 movement occurs to prevent sticking, movement in the piston pivot bush is performed.
[0057]
When the piston assembly 300 is configured for use, for example, as a diesel engine, specially attaches the pins 312 and 314 to the conversion arm 310 to withstand the higher compression ratio of the diesel engine compared to a spark ignition engine. The support can be used. Referring to FIG. 31, the support 550 is bolted to the conversion arm 310 with a bolt 551 and has an opening 552 for receiving a pin.
[0058]
The engine according to the invention can be used to apply the combustion pressure directly to the pump piston. 32 and 32a, the four cylinder, two stroke cycle engine 600 applies combustion pressure to each of the four pump pistons 602 (each of the four pistons 602 ignites once per revolution). Each pump piston 604 is connected to the output side 606 of the corresponding piston cylinder 608. Pump piston 604 extends into pump head 610.
The conversion arm 620 is connected to each cylinder 608 and flywheel 622 as described above. An auxiliary output shaft 624 is coupled to the flywheel 622 and also rotates with the flywheel as described above.
[0059]
Since all strokes of piston 602 (because piston 602 moves to the right as seen in FIG. 32) should be an output step, the engine is a two stroke cycle engine. The number of engine cylinders is selected as required by the pump. The pump can be a fluid or can be a gas pump. For use as a multi-stage air compressor, each pump piston 606 may have a different diameter. No bearing load is generated from the function of the pump, and therefore no friction is caused other than that generated by the pump pistons themselves.
Other embodiments are within the scope of the aspects recited in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view in a simplified illustration of a four-cylinder engine according to the present invention.
FIG. 2 is a side view in a simplified illustration of a four-cylinder engine according to the present invention.
FIG. 3 is a top view of the engine of FIG. 1 showing the piston and flywheel in a first of four different positions.
4 is a top view of the engine of FIG. 1 showing the piston and flywheel in a second of four different positions. FIG.
FIG. 5 is a top view of the engine of FIG. 1 showing the piston and flywheel in a third of four different positions.
FIG. 6 is a top view of the engine of FIG. 1 showing the piston and flywheel in a fourth of four different positions.
FIG. 7 is a partial cross-sectional top view of an 8-cylinder engine according to the present invention.
8 is a cross-sectional side view of the engine of FIG.
FIG. 9 is a right end view of FIG.
10 is a side view of FIG. 7. FIG.
FIG. 11 is a left end view of FIG.
12 is a partial top view of the engine of FIG. 7 showing the piston, drive member and flywheel in a high compression position.
13 is a partial top view of the engine of FIG. 7 showing the piston, drive member and flywheel in a low compression position.
FIG. 14 is a top view of the piston.
FIG. 15 is a side view of the piston showing the drive member in two positions.
FIG. 16 shows a bearing interface between a drive member and a piston.
FIG. 17 is an embodiment of an air driven engine / pump.
FIG. 18 shows the air valve in the first position.
18a is a cross-sectional view of the cross section taken along line 18a-18a of the air valve shown in FIG.
18b is a cross-sectional view of the cross section taken along line 18b-18b of the air valve shown in FIG.
18c is a cross-sectional view of the air valve shown in FIG. 18 taken along line 18c-18c.
FIG. 19 shows the air valve in the second position.
19a is a cross-sectional view of the cross section taken along line 19a-19a of the air valve shown in FIG.
19b is a cross-sectional view of the cross section taken along line 19b-19b of the air valve shown in FIG.
19c is a cross-sectional view of the air valve shown in FIG. 19 taken along line 19c-19c.
FIG. 20 shows an embodiment having a tilted cylinder.
FIG. 21 shows an embodiment with a single-ended piston.
FIG. 22 is a top view of a two-cylinder, both-end piston assembly.
23 is a top view of one end piston of the assembly in FIG. 22. FIG.
23a is a side view of the both-end piston of FIG. 23 taken along line 23A-23A.
24 is a top view of the conversion arm and universal joint of the piston assembly in FIG. 22. FIG.
24a is a side view of the conversion arm and universal joint line 24a-24a of FIG. 24. FIG.
25 is a perspective view of a drive arm connected to a conversion arm of the piston assembly in FIG.
25a is an end view of the rotatable member of the piston assembly of FIG. 22 at line 25a-25a in FIG. 22, showing the coupling of the drive arm to the rotatable member.
FIG. 25b is a side view of the rotatable member taken along line 25b-25b in FIG. 25a.
26 is a cross-sectional top view of the piston assembly of FIG.
27 is an end view of the conversion arm taken along line 27-27 in FIG. 24. FIG.
27a is a cross-sectional view of a drive pin of the piston assembly of FIG.
28 is a top view of the piston assembly of FIG. 22. FIG.
28a is a rear view of the piston assembly of FIG. 22. FIG.
28b is a side view of the piston assembly of FIG.
28c is a top view of the auxiliary shaft of the piston assembly in FIG. 22. FIG.
FIG. 29 is a cross-sectional side view of a zero stroke coupling.
29a is an exploded view of the zero stroke coupling of FIG. 29. FIG.
FIG. 30 is a graph showing a figure 8 movement of a non-horizontal piston assembly.
FIG. 31 shows a reinforced drive pin.
FIG. 32 is a top view of a four-cylinder engine in which combustion pressure is directly applied to a pump piston.
32a is an end view of the four-cylinder engine taken along line 32a-32a in FIG. 32. FIG.

Claims

At least two end members, and a first end member of the both end members has a first element and a second element configured to be linearly movable along a first axis, A second end member of the both end members has a first element and a second element configured to be linearly movable along a second axis, and the first axis and the second element The two axes are located on a common plane,
Furthermore, a conversion arm connected to each of the both end members is provided, and the conversion arm includes at least two drive arms, and each of the drive arms defines a drive arm axis, and is connected to the conversion arm. The rotation axis of the rotating member is located not on the common plane,
And a universal joint that connects the conversion arm to the support by two pins so that it can pivot about two axes .
In addition, at least two joints are provided, each of the joints connecting one of the drive arms to a respective one of the end members, and the conversion arm and the respective end members. 4 degrees of freedom, wherein the 4 degrees of freedom slides along the drive arm axis with a first degree of freedom including rotating around the drive arm axis. A second degree of freedom comprising: a third degree of freedom comprising pivoting about an axis perpendicular to the drive arm axis; and a second degree of freedom comprising sliding in the direction of the perpendicular axis. Each of the joints has an outer member connected to the both end members, and an inner member mounted in the outer member, and the inner member Slide along the vertical axis To, and is configured to provide the fourth degree of freedom,
An assembly characterized by that.

The axis of the first end member and the axis of the rotating member are located on a first plane, and the axis of the second end member and the rotating axis of the rotating member are a second plane. The assembly of claim 1, wherein the assembly is located above and the second plane intersects the first plane at an angle of about 90 degrees.

The assembly of claim 1, wherein at least one of the first and second elements of each end member includes a piston.

4. The assembly of claim 3 , wherein each of the first element and the second element of each end member includes a piston.

The compression ratio of the both end members can be adjusted so that when the output is maintained constant and the compression ratio is increased from 6: 1 to 12: 1, a reduction in fuel consumption of about 25% occurs. The assembly of claim 1, wherein the assembly is configured.

Comprising at least two pistons having an axis located in a common plane, wherein the piston rod of the pistons is configured to be linearly movable ;
And a conversion arm coupled to each of the pistons, the conversion arm including at least two drive arms, each of the drive arms defining a drive arm axis;
And a universal joint connecting the conversion arm to the support by two pins so that it can pivot about two axes , the universal joint center being located not on the common plane. And
In addition, at least two joints are provided, each of the joints connecting one of the drive arms to a respective one of the pistons and between the conversion arm and the respective pistons. 4 degrees of freedom, wherein the four degrees of freedom slides along the drive arm axis with a first degree of freedom including rotating about the drive arm axis. A second degree of freedom comprising: a third degree of freedom comprising pivoting about an axis perpendicular to the drive arm axis; a fourth degree comprising sliding in the direction of the perpendicular axis Each of the joints has an outer member coupled to the piston and an inner member mounted in the outer member, the inner member comprising: Sliding along a vertical axis To, and is configured to provide the fourth degree of freedom,
A piston assembly characterized by that.

The piston assembly according to claim 6 , wherein at least one of the pistons comprises a double-ended piston.

The piston assembly according to claim 7 , wherein a second piston of the at least two pistons is constituted by a double-ended piston.

The axis of the first piston and the axis of rotation of the rotating member are located on a first plane, and the axis of the second piston and the axis of the rotating member are on a second plane. 7. The piston assembly of claim 6 , wherein the piston assembly is located and the second plane intersects the first plane at an angle of approximately 90 degrees.

The piston compression ratio can be adjusted such that when the output is maintained constant and the compression ratio is increased from 6: 1 to 12: 1, a reduction in fuel consumption of about 25% occurs. The piston assembly according to claim 6 , wherein:

Comprising a plurality of pistons, wherein the piston rod of each piston is configured to be linearly movable;
And a conversion arm,
A plurality of drive members, and each of the drive members is connected to the conversion arm and defines a drive member axis,
Furthermore, for rotation pivot around two axes, the two pins with a universal joint for connecting the conversion arm to the support, each of said drive member is movable relative to said universal joint ,
Further, at least two joints are provided, each of the joints connecting one of the drive members to a respective one of the pistons and between the conversion arm and the respective pistons. 4 degrees of freedom, wherein the 4 degrees of freedom slides along the drive member axis with a first degree of freedom including rotating about the drive member axis. A second degree of freedom comprising: a third degree of freedom comprising pivoting about an axis perpendicular to the drive arm axis; a fourth degree comprising sliding in the direction of the perpendicular axis Each of the joints has an outer member coupled to the piston and an inner member mounted in the outer member, the inner member comprising: Sliding along the vertical axis It is configured to provide the fourth degree of freedom,
A piston assembly characterized by that.

The piston assembly according to claim 11 , wherein at least one of the pistons comprises a double-ended piston.

The piston assembly according to claim 12 , wherein the second piston is composed of a piston at both ends.

The piston compression ratio can be adjusted such that when the output is maintained constant and the compression ratio is increased from 6: 1 to 12: 1, a reduction in fuel consumption of about 25% occurs. The piston assembly according to claim 11 , wherein: