JP4494393B2

JP4494393B2 - 複式圧縮及び複式膨張内燃エンジン

Info

Publication number: JP4494393B2
Application number: JP2006322075A
Authority: JP
Inventors: エムクラークジョン
Original assignee: ミッド−アメリカコマーシャリゼイションコーポレイション
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: US5623894A; DE19646930A1; JP3947585B2; JP2007085354A; JPH09170449A

Description

本発明は、一般的に、内燃エンジンに関する。より詳細には、本発明は、複数の協働的に作動するピストン組立体を有するピストン式内燃エンジンに関する。

内燃エンジンは、自動車および車両の用途、産業用機械、および静止型動力源の用途のような様々な用途において、主要なムーバとして用いるのに好ましい特性と特徴を有するものとしてよく知られている。内燃エンジンのいくつかの一般的な構造では、例えば、一般的なジェット飛行機に見られるようなタービンエンジン、回転式ピストンを有し、時には自動車の用途に見られるようなバンケル式エンジン、および往復動形ピストン式エンジンを含む。

この往復動形ピストン内燃エンジンは、自動車およびトラック、産業用および建設用機械における使用および静止動力源としての使用を含む、最も一般的な用途に適合でき、適していることがわかった。
本発明のこれらの目的および別の目的は以下の詳細な説明および請求の範囲から明らかになる。

本発明は、往復可能に配置された円筒形第１ピストンを中に備えた第１圧縮室と、燃焼室を形成するように、振動するバルブスリーブ内に配置された２つの往復可能な対向するピストンを備えた燃焼室組立体と、を有し、バルブスリーブが第１圧縮室と選択的に流体連通するようになっており、さらに燃焼室と選択的に流体連通している、往復可能に配置された円筒形の第２ピストンを備えた第２膨張室を有する複式圧縮および複式膨張エンジンを提供する。

本発明に関する複式圧縮および複式膨張内燃エンジンが図１に示されており、番号１０を付してある。この発明の説明および請求の範囲のために、本発明は図１を“側図”とし、“作動の水平軸線”、“上部”上に“上向きに配置された”吸気部、および“底部”上に“下向きに配置された”排気部を有するものとして記載されている。本分野の当業者であれば明白なように、これらは、本発明に関するエンジン１０を理解を助けるためにのみ付与された、エンジン１０内部の方向を示す一例にすぎない。これらの内部の方向的な例は、エンジン１０の外部配向には言及しておらず、エンジン１０を作動に関する特定の外部配向に限定しようとするものでもないし、限定するものでもない。

さらに、一般的に内燃エンジンに利用可能で、吸気システム、清浄および濾過システム、排気システム、潤滑および冷却システム、ターボおよびスーパチャージャシステム、トランスミッションおよびファイナルドライブシステム等のように一般的に公知であるサブシステムについては本発明に記載されていない。本分野の当業者であれば、個々の設計および作動パラメータに関するこれらの様々なシステムの適用性が理解できる。
エンジン１０は、好ましくは、上方ハウジングセクション１４と下方ハウジングセクション１６とを有する外部ハウジング１２を含む。上方ハウジングセクション１４上には上向きの第１ピストンスリーブ２０が配置されており、下方ハウジングセクション１６上には下向きの第２ピストンスリーブ２２が配置されている。第１のピストンスリーブ２０と第２のピストンスリーブ２２は、垂直軸線を有する円筒形であるのが好ましく、好ましい実施例においては同軸である。さらに、第１のピストンスリーブ２０と第２のピストンスリーブ２２には、それぞれ各外部表面に沿って離れた、環状の間隔のあいた冷却フィン２６が設けられているが、別の実施例においては、適切に冷却を行なうために液体冷却ジャケットと置き換えてもよい。外部ハウジング１２の構造は典型的なものであり、エンジン１０の用途によって必要とされるときに、第１のピストンスリーブ２０と第２のピストンスリーブ２２の双方が外部ハウジング１２内部に部分的にまたは完全に配置されるように外部ハウジング１２を拡大してもよい。

位相ギアハウジング３０が外部ハウジング１２の前部に配置されている。第１駆動シャフト４０がこの位相ギアハウジング３０を水平方向に通って延びており第１のタイミングプーリ３２が第１クランクシャフト４０に固定されている。このタイミングプーリ３２からタイミングベルト４２が、回転可能に取り付けられたカムシャフト４６に固定されている第２タイミングプーリ４４と係合する。カムシャフト４６は、第１クランクシャフト４０に水平で平行である。第１タイミングプーリ３２、タイミングベルト４２、第２タイミングプーリ４４、およびクランクシャフト４６は共に排気バルブタイミング手段４８を構成する。
図２、３、４、および５を参照すると、本発明がより詳細に示されている。図２には、図１の断面線２―２に沿った、本発明の断面図が示されている。以下に内部ハウジング１２０が図３に分解されて示されており、外部ハウジング１２が図４において分解されて示されている。

第２クランクシャフト５０がエンジン１０内に第１クランクシャフト４０に平行にかつ水平に離れて配置されている。また、別の個々のクランクシャフトにそれぞれ平行にかつ水平方向に離れた状態で、第１クランクシャフト４０は第１のオフセットクランク４０Ａを有しており、第２のクランクシャフト５０は、第２のオフセットクランク５０Ａを有する。第１オフセットクランク４０Ａは、回転軸から計測値Ａだけ第１クランクシャフト４０の回転軸からオフセットしており、同様に第２のオフセットクランク５０Ａは計測Ａだけ第２のクランクシャフト５０の回転軸からオフセットしている。
第３のピストン部材６０は、第１のオフセットクランク４０Ａと作動的に係合しており、内部ハウジング１２０の作動室内で往復作動するように配置されている。この第３のピストン部材６０は、遠い方の端部に第１燃焼面６４を有する第３のピストンヘッド６２、複数のピストンリング６８、あるいは流体制御のために円周方向に配置された少なくとも一つのピストンリング６８を備えた円筒形第３のピストンヘッドランド６６とを含む。第３のピストン接続ロッド７０が、第３のピストンクランクベアリング組立体７２に第３のピストンヘッド６２を接続しており、第３のピストンクランクベアリング組立体７２は、第１のオフセットクランク４０Ａを係合し、第１のオフセットクランク４０Ａが第３のピストン６０に対して負荷を伴う回転ができるようになっている第３のピストンベアリング７４と、第３のピストンベアリング７４を固定用ボルト７８によって第３ピストンクランクベアリング組立体７２に固定するための第１ベアリングキャップ７６を含む。

第２のオフセットクランク５０Ａ上に、第４のピストン部材８０が作動的に設けられており、内部ハウジング１２０の作動室内において往復作動するように配置されている。この第４のピストン部材８０は、遠い方の端部に第２の燃焼面８４を備えた第４のピストンヘッド８２と、流体制御のために円周方向に配置されて平行にかつ間隔をもった、一つかそれ以上のピストンリング８８を備えた円筒形第４のピストンヘッドランド８６とを含む。第４のピストン接続ロッド９０は、第４のピストンヘッド８２を第４のピストンクランクベアリング組立体９２に接続する。第４のピストンクランクベアリン組立体９２は、負荷を伴う回転ができるように第２のオフセットクランク５０Ａを係合するための第２のオフセットクランク５０Ａのまわりに第４のピストンベアリング９４と、第４のピストンベアリング９４を固定し、ボルト９８を固定するための第２のベアリングキャプ９６とを含む。

この第３のピストン組立体６０と第４のピストン組立体８０は、作動室を形成する内部ハウジング１２０内に作動的に配置されており、第１燃焼面６４と第２燃焼面８４がそれぞれ相互の方向に向くように作動室内に配置されている。第３のピストンクランクベアリング組立体７２と第４のピストンクランクベアリング組立体９２は、さらに第１および第２キャリヤベアリング面１２４と１２６をそれぞれ含む。各キャリヤベアリング面１２４と１２６は、ほぼ平面で水平に配置された上側ベアリング面と下側ベアリング面を含む。第１キャリヤベアリング１２４は、第１内部ハウジングベアリング１３０を摺動可能に係合し、第２キャリヤベアリング１２６は、第２内部ハウジングベアリング１３２を摺動可能に係合する。一般的に、内部ハウジングベアリング１３０と１３２のそれぞれの長さは少なくとも、キャリヤベアリング１２４または１２６の長さに、オフセットクランク部分４０Ａまたは５０Ａの変位Ａの２倍を加算した長さである。内部ハウジング１２０の遠い方の端部は、さらに内部ハンジング側壁１３４を含んでおり、側壁１３４内では、第１のオフセットクランク部分４０Ａが自由に通る第１の卵型のスロット１３６と、第２のオフセットクランク部分５０Ａが自由に通る第２の卵型スロット１３８とが形成されている。第１および第２の卵型スロット１３６と１３８は、第１および第２キャリアベアリング１２４、１２６にそれぞれ近接しており、内部ハウジング１２０を貫通して延びる、第１および第２のオフセットクランク部分４０Ａおよび５０Ａが水平方向に往復運動ができ、横方向の運動ができるようになっている。

第１および第２内部ハウジングベアリング１３０、１３２は、図２および図３に示されているように、内部ハウジング１２０内に形成された作動室の両端部に配置されている。内部ハウジング１２０は、さらに、作動室の中心に形成された内径Ｌを有する、ほぼ円筒形の中央セクション１４０を含む。内部ハウジング１２０の中央セクション１４０内には、第１および第２オフセットクランク部分４０Ａと５０Ａの軸に垂直に交わる水平軸を有する、シリンダスリーブバルブ１５０が配置されている。シリンダスリーブバルブ１５０は、作動室の内径Ｌとほぼ同じ外径Ｌ１を有しているが、シリンダスリーブバルブ１５０がその軸のまわりを自由に回転できるように、一般的に機械加工用の間隙を有する。同様にシリンダスリーブバルブ１５０は、第３および第４ピストン部材６０と８０が自由に往復運動できるように、一般的に機械加工のための間隙を備えた内径を有する。燃焼室は、シリンダスリーブバルブ１５０内において第１燃焼面６４と第２燃焼面８４の間で作動室内に形成されている。

内部ハウジング中央セクション１４０の上側外部面１４０Ａ上には、上向きの第１のピストン部材１７０が配置されている。第１のピストン部材１７０は、シリンダスリーブバルブ１５０の軸線のまわりに半円筒形であるベース部分１７２と、截頭円錐形の第１ピストン壁１７４と、ピストン壁１７４の遠い方の上側端部における円筒形第１ピストン外部スリーブ壁１７６を有する。第１ピストン壁１７４の円錐形状の角度ａは、第１ピストン壁１７４の直径が遠い方の端部に向かって大きくなるようになっており、円筒形第１のピストン外部スリーブ壁１７６は第１のピストンベース部分１７２の直径よりも比較的大きい。従来の設計による複数のピストンリング１７８は、ピストン外部スリーブ壁１７６のまわりの収容環状溝内に配置されており第１ピストンスリーブ２０と摺動可能に係合するようになっている。第１ピストンベース部分１７２は、さらにシリンダスリーブバルブ１５０と連通する一つかそれ以上のバルブウィンドー１８０を形成する。好ましい実施例において、６個の第１のピストンバルブウィンドー１８０が含まれている。

同様に、内部ハウジング中央センクション１４０の下側外面１４０Ｂには、下方に向いた第２ピストン部材１９０が配置されている。第２ピストン部材１９０は、シリンダスリーブバルブ１５０の軸のまわりの半円筒形第２ピストンベース部分１９２と、截頭円錐形の第２ピストン壁１９４を有し、さらにピストン壁１９４の遠い方の下側端部には、円筒形第２ピストン外部スリーブ壁１９６を有する。第２ピストン壁１９４の円錐形状の角度βは、第２のピストン壁１９４の直径が遠い方の端部に向かって増大するようになっている。従来の設計によって複数のピストンリング１９８は、ピストン下側スリーブ壁１９６のまわりの収納環状溝内に配置されており、第２ピストンスリーブ２２と摺動可能に係合するようになっている。第２ピストンベース部分１９２は、さらにシリンダスリーブバルブ１５０と連通する１つかそれ以上のバルブウィンドー２００を形成する。好ましい実施例において、６個の第２ピストンバルブウィンドー２００が用いられている。

図２と図４は、外部ハウジングの構造をより詳細に開示する。上向きの第１ピストンスリーブ２０は、上部の遠い方の端部に固定されている第１ピストンシリンダヘッド２２０を含む。この第１ピストンシリンダヘッド２２０は、第１シリンダーヘッド２２０を第１ピストンスリーブ２０に固定するための環状端部リング２２２、第１シリンダヘッド壁２２４、第１シリンダヘッドベース部分２２６とからなる。第１シリンダヘッド壁２２４と第１シリンダヘッドベース部分２２６は、第１ピストン部材１７０と実質的に一致している。第１シリンダヘッド壁２２４は截頭円錐形状であり、環状端部リング２２２から角度ａ１で下方に向かって垂れている状態である。角度ａ１は、第１ピストン壁１７４の角度ａと同じであるがわずかに大きく、角度ａと一致しかつ第１ピストン壁１７４と第１シリンダヘッド壁２２４との間にいくらかの逃げを形成するようになっている。同様に、第１シリンダヘッドベース２２６は、第１および第２クランクシャフト軸４０、５０の軸線に垂直な水平軸のまわりで半円筒形であり、第１ピストンベース部分１７２と一致する、クランクシャフト４０、５０の軸線上に距離Ａだけ取り除かれる。言い換えると、図２の断面線３―３で示されている第１および第２のクランクシャフト４０、５０の軸線を通って垂直に切られた中心線Ｃに関して、第１ピストンのベース部分１７２はＣとＡをたした軸線のまりに形成され、第２ピストンのベース部分１９２は、ＣからＡをひいた軸線のまわりに作られる。

吸気バルブ手段２３０が第１シリンダヘッド２２０内に設けられている。図示したように、この吸気バルブ手段２３０は、一つかそれ以上の従来の差圧作動式ポペット式のバルブからなる。吸気バルブ手段２３０は、また従来のリード式バルブの形状で設けられてもよく、また所望であれば従来のカム駆動式、すなわち電気的作動式バルブを用いてもよい。吸気バルブ手段２３０は、チェック式バルブとして作用するのが好ましく、選択的に空気の流れが第１シリンダヘッド２２０を通って外部ハウジング１２に流れ、外部ハウジング１２からの流れを防ぐようになっている。
下方に向いた第２のピストンスリーブ２２は、底部の遠い方の端部に固定された第２のピストンシリンダヘッド２４０を含む。第２のピストンシリンダヘッド２４０は、第２のシリンダヘッド２４０を第２のピストンスリーブ２２に固定するための環状端部リングと、第２のシリンダヘッド壁２４４と、第２のシリンダヘッドベース部分２４６と、からなる。第２シリンダヘッド壁２４４と第２シリンダヘッドベース部分２４６は、第２ピストン部材１９０と実質的に一致する。第２シリンダヘッド壁２４４は形状が截頭円錐形状であり、環状端部リング２４２から角度β１で上方に延びる。角度β１は、第２ピストン壁１９４の角度βと実質的に一致しており、第２ピストン壁１９４と第２シリンダヘッド壁２４４との間にいくらかの逃げを形成するようになっている。同様に、第２のシリンダヘッドベース２４６は、クランクシャフト４０、５０の軸線に垂直な水平軸のまわりに半円筒形であり、第２ピストンベース部分１９２と一致する、第１および第２クランクシャフト４０、５０の軸線の下、距離Ａだけ取り除かれる。

排気バルブ手段２５０が、第２のシリンダヘッド２４０内に設けられている。この排気バルブ手段２５０は排気流体を排気通路２５２の方に向け、排気バルブ２５４、バルブリフター組立体２５６、排気バルブカム２５８、およびカムシャフト４６によって例にされているような従来の一つかそれ以上のカム作動式バルブからなる。排気バルブカム２５８は、カムシャフト４６に固定されているか、一体構造になっており、カムシャフト４６の回転に応答してバルブリフター組立体２５６と排気バルブ２５４を作動する。排気バルブタイミング手段４８は、適切な時間で、かつ燃焼ガスをエンジン１０から排気するのに適切な長さの間、排気バルブ２５４を作動させるのに必要とされる角速度でカムシャフト４６を回転させる。

このようなバルブの種類は関連分野において公知であると考えられるので、吸気バルブ手段２３０と排気バルブ手段２５０の双方は、例示的な形態で開示されており、本分野の当業者であれば、適当なバルブの種類を容易に選択できる。さらに、本分野の当業者であれば、用いられるべきバルブの数、大きさおよび種類は、所望の流体流量、エンジン１０からの所望の動力出力、エンジン１０が選択された用途において作動されるときの速度のようなパラメータに従って変わることがわかる。
図５は、第１および第２クランクシャフト４０、５０それぞれの軸を通って切断される、エンジン１０の断面図を開示している。この断面図において、第１のクランクシャフト４０が、第１オフセットクランク部分４０Ａの各端部に近接したクランクシャフトベアリング部分４０Ｂを含むように示されている。各第１クランクシャフトベアリング部分４０Ｂは、外部ハウジング１２内に固定されている、ジャーナルベアリング（図示）またはロールタイプ、または別の種類のベアリングのような従来のベアリング手段において回転可能に支持されている。同様に、第２クランクシャフト５０は、第２オフセットクランク部分５０Ａの各端部に近接してクランクシャフトベアリング部分５０Ｂを含む。各第２クランクベアリング部分５０Ｂは、ジャーナルベアリング（図示）または外部ハウジング１２内に固定されている別のベアリングのような従来のベアリング手段において回転可能に支持されている。

図１と図５に示されているように、第１クランクシャフト４０は、第２のクランクシャフト５０と同じように、位相ギアハウジング３０を通って延びている。位相ギアハウジング３０内には、クランクシャフト位相手段２６０が含まれている。このクランクシャフト位相手段２６０は、第１クランクシャフト４０と第２クランクシャフト５０が同時に回転するが、回転方向が逆であるようにする。好ましい実施例において、このクランクシャフト位相手段２６０は、位相ギアハウジング３０内で第１クランクシャフト４０に固定されている第１位相ギア２６４と、位相ギアハウジング３０内において第２クランクシャフト５０に固定されている第２位相ギア２６８とを含む。第１のアイドラギア２７４と第２のアイドラギア２７６が位相ギアハウジング３０内に配置されており、クランクシャフト位相手段２６０の一部を備える。第１アイドラギア２７４は第１アイドラシャフト２８４に固定されており、第２アイドラギア２７６は第２アイドラシャフト２８６に固定されており、これらのシャフトの双方ともが位相ギアハウジング３０内に回転可能に取り付けられている。これらのギアのそれぞれの周囲には従来のギア歯が設けられている。第１のアイドラシャフト２８４が第１クランクシャフト４０に平行にかつ間隔があけられており、第１位相ギア２６４が第１アイドラギア２７４と接触するようになっている。第２アイドラシャフト２８６は、第１アイドラシャフト２８４と第２クランクシャフト５０に平行で間隔があけられており、第１アイドラギア２７４が第２アイドラギア２７６と接触し、第２アイドラギアが第２位相ギア２６８と接触し、ギアトレーンを形成するようになっている。当業者であればわかるように、これらの各ギアは、ピッチ円で接触し、同期に回転させ、第１および第２クランクシャフト４０、５０が反対方向に回転する。あるいは、もちろん、より大きい第１および第２位相ギア２６４と２６８が第１および第２アイドラギア２７４と２７６の仲介を必要とすることなく、用いられてもよい。

シリンダスリーブバルブ１５０を図５、６、および９においてより詳細に見ることができる。燃料噴射手段２９０は、中心位置においてシリンダスリーブバルブ１５０上に配置されており、シリンダスリーブバルブ１５０の内部の燃焼室に燃料噴射を行なえるようになる。燃料噴射手段２９０は、シリンダスリーブバルブ１５０の外側に取り付けられており、バルブ１５０の軸線から垂直方向に延びている。燃料噴射手段２９０を詳細には示していないが、燃料噴射手段２９０に燃料を供給するための管ではない。これらは、本分野の当業者に自明であると考えられる。
シリンダスリーブバルブ１５０は、一体形の構造であるが、円筒形外部スリーブ要素１５２と、これに対応する円筒形内部スリーブ要素１５４から構成されるのが好ましい。好ましい実施例において、空隙が外部スリーブ要素１５２と内部スリーブ要素１５４との間に形成されて、この中に冷却流体の流れが向けられ、作動中のシリンダスリーブ１５０の温度を下げることになる。さらに、異なる材料を外部スリーブ要素１５２と内部スリーブ要素１５４に用いてもよい。外部スリーブ要素１５２は、構造的な強度を高める鋼であるのが好ましく、内部スリーブ要素１５４は、作動室に対して摩耗性および熱特性を高めるように鋳鉄またはセラミックであればよい。

好ましい実施例において、シリンダスリーブバルブ１５０は、一つか、それ以上の好ましくは６個のスリーブ吸気ウィンドー３００と、一つかそれ以上の好ましくは６個のスリーブ排気ウィンドー３１０とを含む。図２、３、６、および８に見られるように、これらのウィンドー３００と３１０は、シリンダスリーブバルブ１５０の軸に沿ってかつこの軸のまわりを角度を持って、位置的に間隔をもって配置されている。スリーブ吸気ウィンドー３００は各第１ピストンバルブウィンドー１８０と協働し、作動室との流体連通を選択的に行なったり、防いだりし、スリーブ排気ウィンドー３１０は、各第２ピストンバルブウィンドー１８０と協働して、作動室からの流体連通を行なったり防いだりする。
図５と６に詳細に示されているが、スリーブ振動手段３３０が、シリンダスリーブバルブ１５０を回転可能に振動させて、内部ハウジング１２内の内部ハウジング１２０の位置の変化に応答して、シリンダスリーブバルブ１５０の時間的間隔が決められて選択された回転可能な位置決めが行なわれる。このスリーブ振動手段３３０は、外部ハウジング１２の内壁に固定された少なくとも一つのラックギア３３２を含んでおり、従来のギア歯は内部ハウジング１２０の方向に内側に延びている。シリンダスリーブバルブ１５０と一体構造になっているギアセクタ３３４は、ラックギア３３２に向かって内部ハウジング１２０内の適当な開口を通って延びており、従来のギア歯は、外部ハウジング１２の方向に延びており、ラックギア３３２の歯と係合する。

エンジン１０は、一般的なエンジンの用途に適していると知られている材料から構成されている。本分野の当業者であれば、選択される材料は様々な要因に依存することがわかる。例えば、エンジン１０が産業上の用途に用いられる場合には、好ましい材料は主に鋼であり、鋳鉄は、第１および第２ピストンスリーブ２０、２２に用いられ、さらにシリンダスリーブバルブ１５０内に用いられる。一方、重量が主要な要素であって耐久性が主要な要素ではない、限られた寿命の用途には、複合材料およびプラスチック材料を用いればよい。
次いで図８を参照すると図に示すように第１クランクシャフト４０の回転の度合い（半時計周り）が進むにつれて、エンジン１０の作動が進行し、１サイクルが終了する。作動のディーゼルサイクルがエンジン１０に関して記載されているが、本分野の当業者であれば、吸気は混合気でああればよく、燃料噴射手段２９０を火花点火式装置と置き換えることができることが容易にわかるであろう。選択された回転の度合いは、記載の目的のための例である。１３５°と２２５°でそれぞれ生じるように記載されている事象は、それぞれエンジン１０の適当な作動に必要とされ、回転がこの特定の地点で発生する必要はない。１３５°で発生するのが好ましい事象は、０から１８０°の間で発生すればよく、２２５°で発生するのが好ましい事象は１８０°から３６０°の間で発生すればよい。

クランクシャフトの回転が０°において、第３のピストン部材６０と第４のピストン部材８０は、シリンダスリーブバルブ１５０内において相互の方向に動かされ、燃焼室を最小容積にする。このサイクルにおけるこの地点において、燃焼は燃焼室内で発生し、第３のピストン部材６０と第４ピストン部材８０に強制的に作用する。次いで、ピストン部材は各第１および第２クランクシャフト４０、５０に作用し、これらを回転させ、使用できる動力が引き出される。クランクシャフト軸４０、５０が０°から回転すると、内部ハウジングが下方に支持され、第１ピストン部材１７０と第１シリンダヘッド２２０の間の第１ピストンスリーブ２０に形成された第１圧縮室内の圧力を降下させ、吸気バルブ手段２３０を開き、空気を低圧吸気室に導入できる。同時に、排気バルブ手段２５０は、排気バルブカム２５８によって開位置に維持され、第２ピストン部材１９０と第２シリンダヘッド２４０との間で第２ピストンスリーブ２２内に形成された第２膨張室から排気ガスが流れ出るようになる。クランクシャフト４０と５０が内部ハウジングを下方に支持するように回転すると、第２膨張室の容積が減少して、排気ガスが第２膨張室から出される。内部ハウジングの往復運動は、第１および第２クランクシャフト４０、５０の水平軸線に垂直な垂直軸線に伝達され、クランクシャフト４０、５０のまわりには第１ピストンスリーブ２０と第２ピストンスリーブ２２が発生する。

クランクシャフトの位置が９０°のとき、第１圧縮室の容積は、最大となり、第１圧縮室へ導入されなくなる。この点において、第１圧縮室内の圧力は、周囲空気圧と等しくなり、吸気バルブ手段２３０が閉じる。燃焼室内の燃焼ガスの膨張が続く。第２膨張室の容積は、最小に達すると、排気バルブ手段２５０を閉鎖することができる。
クランクシャフトの位置が１３５°のとき、ピストン手段６０、８０はシリンダスリーブバルブ１５０内を移動し、シリンダスリーブバルブ１５０内の６個のスリーブ排気ウィンドー３１０が剥き出しになる。この地点において、スリーブ振動手段３３０は選択的に時間的間隔が決められ、スリーブ排気ウィンドー３１０が、協働する第２ピストンバルブウィンドー２００と整列するようにシリンダスリーブバルブ１５０を回転させ、燃焼ガスを燃焼室から第２膨張室に流れるようにし、スリーブの吸気ウィンドー３００が第１ピストンバルブウィンドー１８０と整列しないときガスが第１の圧縮室に流れないようにする。第２膨張室の容積は、内部ハウジング１２０が上方に動くにつれて大きくなり、それに続いて燃焼ガスの膨張がこの膨張室で発生し、第２ピストン部材１９０に力をかけ、内部ハウジングベアリング１３０、１３２とキャリアベアリング１２４、１２６それぞれによってクランクシャフト４０、５０に伝達される。このとき、第１圧縮室の容積が減少するので、この内部の空気が圧縮されるようになる。

１８０°のクランクシャフトの位置では、スリーブ振動手段３３０が、シリンダスリーブバルブ１５０をさらに回転させ、スリーブ排気ウィンドー３１０が協働する第２ピストンバルブ２００と整列しないようにし、燃焼ガスの流れが第２膨張室に流れることを防ぐ。燃焼ガスの膨張は、第２膨張室内で継続して行なわれ、吸気の圧縮は第１圧縮室内で継続して行なわれる。第１および第２ピストン部材６０、８０は最大移動位置にあり、燃焼室は最大容積となっている。
２２５°のクランクシャフトの位置では、燃焼ガスの膨張が第２膨張室内で継続して行なわれており、スリーブ振動手段３３０は選択的に間隔が決められ、シリンダスリーブバルブ１５０を回転させ、スリーブ吸気ウィンドー３００が協働する第１ピストンバルブウィンドー１８０と整列させ、圧縮された吸気の流れが第１圧縮室から燃焼室に流れることができ、スリーブ排気ウィンドー３１０が第２ピストンバルブと整列しないとき、第２膨張室と連通しないようにする。

２７０°の回転のときには、第２膨張室の燃焼ガスの膨張が終了し、第２膨張室は最大容積となる。スリーブ振動手段３３０は、シリンダスリーブバルブ１５０を回転させ、スリーブ吸気ウィンドー３００が、協働する第１ピストンバルブウィンドー１８０と整列せず、燃焼室からの吸気のいかなる流れをも防ぐようになる。燃焼室は第２圧縮室として作用し、０°の回転まで回転が続けられると、さらに吸気を圧縮する。またこの位置において、排気バルブ手段２５０は、排気バルブカム２５８によって開位置まで作動され、第２膨張室の容積が減少しはじめると、第２膨張室から排気ガスが流れるようにできる。同様に、第１圧縮室の容積は、この位置において最低であり、この地点を過ぎて回転が９０°に回転し続けると、吸気の導入が開始する。

スリーブ振動手段３３０の別の実施例が、図７のエンジン１０―１に示されている。２以上の実施例に同じ項目または特徴が有る場合には、対応する参照番号と末尾番号で区別し、本発明を理解しやすいようにする。スリーブ振動手段３３０（３３０―１）は、外部ハウジング１２―１に固定された第１ボス３４０―１と、シリンダスリーブバルブ１５０―１、好ましくは燃焼噴射手段２９０―１に固定された第２ボス３４２―１とを含んでおり、内部ハウジング１２０を貫通する開口の数を最小にする。スリーブリンク３４４―１は、第１ボス３４０―１と第２ボス３４２―１との間に延びている。第１リンクピン３４６―１は、スリーブリンク３４４―１を第１ボス３４０―１にピボット運動可能に固定しており、第２リンクピン３４８―１は、スリーブリンク３４４―１を第２ボス３４２―１にピボット運動可能に固定する。

作動時において、別の実施例では、上述の好ましい実施例によって行なわれたように、シリンダスリーブバルブ内において同じ振動作動が発生する。第２のボス３４２―１は、クランクの手段においてシリンダスリーブバルブの軸線のまわりに回転させられ、スリーブリンク３４４―１はリンクとして作用し、第１ボス３４０―１に対して回転の度合いを抑制するようになっている。
好ましくは、スリーブリンク３４４―１は、少なくとも一つの内部空隙、すなわち第１ボス３４０―１から第２ボス３４２―１までの流体通路を形成する。この空隙、すなわち流体通路は、スリーブ振動手段３３０―１の別の実施例の部分断面図である図１０により詳細にみられる。この方法において、燃料または冷媒のような流体が、第１ボス３４０―１から第２ボス３４２―１に供給されればよい。第１リンクピン３４６―１における第１流れ通路３５２―１によって流体が流体通路３５０―１に流れることができ、第２リンクピン３４８―１内の第２流れ通路３５４―１によって流体通路３５０―１に流体が流れることができる。

従来の技術を上回るいくつかの実質的な利点がエンジン１０に見えられる。クランクシャフト４０、５０の各回転に対して、吸気の導入が１８０°の回転までの間行なわれるので、実質的な空気の補充を行なうことができる。第２に、バルブタイミングに従って０°から２７０°の回転までパワーストロークが長い。また、円形ピストンを使用することによって、通常知られている機械加工用ツールおよびエンジン１０の製造を達成するための方法を用いることができ、さらに例えば環状ピストンリングのような容易に入手できる部品、および標準的な燃料噴射装置を最大限利用できる。シリンダスリーブバルブ１５０は、第３および第４のピストン部材６０、８０が作動し、スリーブ振動手段に応答して回転可能に振動して、燃焼室に入って出る流体の搬送タイミングを制御するためのバルブとして作用するシリンダスリーブの機能を充たし、別のバルブ機構を付け加える必要性がなくなる。別のバルブ制御およびタイミング機構を加える必要性もなくなる。さらに、エンジン１０は、本明細書において、第１および第２クランクシャフト４０、５０を水平方向に有するものが便宜がよいものとして記載されているが、エンジン１０をいかなる配向にも作動できるように設計できる。さらに、一般的な往復動形ピストン式エンジンに比較して、機械的な負荷が実質的に減少される。例えば、燃焼のための負荷が、２つのクランクシャフト４０、５０にさらに分けられ、また第２の膨張室の部品にも分けられる。

本分野の当業者であれば、本発明の別の実施例および変更例を発明の記載と請求の範囲の範囲と精神において導き出すことができる。

本発明に関するエンジンの外部等角投影図である。図１の線２―２に沿って切断された本発明の断面図である。図１の線２―２に沿って切断された本発明の内部ハウジングの断面図である。図１の線２―２に沿って切断された本発明の外部ハウジングの部分断面図である。図２の線３―３に沿って切断された本発明の断面図である。図２の線４―４に沿って切断された本発明の断面図である。別のスリーブ振動手段が用いられた状態で、図２の線４―４に沿って切断された本発明の別の実施例の断面図である。本発明の作動サイクルを表す概略図である。本発明に関するシリンダスリーブバルブの等角投影図である。図７に示したような、別のスリーブ振動手段の部分断面図である。

符号の説明

１０内燃エンジン
１２外部ハウジング
１４上方ハウジングセクション
１６下方ハウジングセクション
２０第１ピストンスリーブ
２２第２ピストンスリーブ
３０位相ギアハウジング
４０第１クランクシャフト
４２タイミングベルト
４６カムシャフト
５０第２クランクシャフト
６０第３ピストン部材
８０第４ピストン部材
１２０内部ハウジング
１５０シリンダスリーブバルブ
１７１ピストンベース部分
１８０第１ピストンバルブウィンドー
２００第２ピストンバルブウィンドー
２３０吸気バルブ手段
２５０排気バルブ手段
２６０クランクシャフト位相手段
２９０燃料噴射手段
３００スリーブ吸気ウィンドー
３１０スリーブ排気ウィンドー
３３０スリーブ振動手段

Claims

上方に配置された円筒形の第１ピストンスリーブと、下方に配置された円筒形の第２ピストンスリーブとを有する外部ハウジングと、
該外部ハウジング内に配置された内部ハウジングと、
を備え、
前記内部ハウジングは、作動室を形成する中央セクションを有し、前記内部ハウジングは、さらに、前記第１ピストンスリーブと往復運動可能に係合している上方に配置された第１ピストン部材と、前記第２ピストンスリーブと往復運動可能に係合している下方に配置された第２ピストン部材と、
を有し、
前記第１ピストン部材は、第１ピストンバルブウィンドーを有する第１ピストンベース部分を含み、
前記内部ハウジングは、前記作動室内に往復運動可能に配置された第３ピストン部材と第４ピストン部材を有し、前記第３ピストン部材と前記第４ピストン部材との間に燃焼室が形成され、
前記内部ハウジング内には、前記中央セクション内に、少なくとも一つのスリーブ吸気ウィンドーと少なくとも一つのスリーブ排気ウィンドーを含むシリンダスリーブバルブが配置され、
前記シリンダスリーブバルブを回転可能に振動させるためのスリーブ振動手段が設けられ、
前記第３ピストン部材に係合する第１クランクシャフトが水平に配置され、
前記第４ピストン部材に係合する第２クランクシャフトが、前記第１クランクシャフトに平行に、かつ、該第１クランクシャフトから離れて配置され、前記第１及び第２クランクシャフトは同相で回転して前記内部ハウジングと前記第１及び第２ピストン部材の変位を生じさせるようになった
ことを特徴とする内燃エンジン。
前記第１ピストン部材は、截頭円錐形の第１ピストン壁と、遠い方の端部において円筒形の第１ピストンスリーブ壁と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン。
前記第２ピストン部材は、截頭円錐形の第１ピストン壁と、前記遠い方の端部において円筒形第１ピストンスリーブ壁を含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃エンジン。
前記内部ハウジングは、前記第１および第２ピストンが配置されている中央セクションを含み、前記シリンダスリーブバルブが該中央セクションの内部に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃エンジン。
前記シリンダスリーブバルブは、回転することによって、前記スリーブ吸気ウィンドー及び前記排気ウィンドーが、吸気を前記燃焼室に選択的に流し、燃焼ガスを該燃焼室から選択的に流すことができる位置に整列するように、間隔が決められていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃エンジン。