JP5004589B2 - 振動ピストン装置 - Google Patents

Description

本発明は、実質的に球形のハウジング内壁を有するハウジングを含む振動ピストン装置に関する。この装置には、ハウジングのほぼ中心部にある回転軸の周りを共に回転する４つのピストンがハウジング内部に設けられている。ここで、４つのピストンに於いて、回転軸に関して相互に略直径方向に対向するそれぞれ２つのピストンが剛体ピストン対を形成し、この２組のピストン対は、回転軸に関してほぼ垂直方向にのびる共通回動軸の周りを反対方向へ行ったり来たり回動することが可能であり、この２組のピストン対は回動軸に関して十字状に設けられ、これにより、各ピストン対の２つのピストンは、それらの間に動作室を形成するように相互に対向するピストン動作面を有し、各ピストン対は、回動軸上にピストン対を装着するための支持（ベアリング）部分と、動作室の１つを回動軸の方向に区画するため各ピストン対の両方のピストンに対する側壁部分とを有している。

このような振動ピストン装置は下記特許文献１により周知である。
振動ピストン装置は、燃焼混合物の吸気、圧縮、燃焼、膨張、及び排出の個々の動作工程が、２つの位置間での個々のピストンの振動回動動作により引き起こされるところの一般的な内燃機関に属する。
処理工程に於いて、振動ピストンは、ハウジングに固定された共通の回転軸の周りを、ハウジング内に於いて回転するが、出力軸の回転動作としてピストンの回転動作を開始させることが可能である。振動ピストンはハウジング内に於いて回転するので、振動ピストンは前記振動回動動作を実施する。

前述の周知の振動ピストン装置は、内部が球形構造のハウジングを有し、ピストンの回動軸は、回転軸に関して垂直の、ハウジングのほぼ中心部を通る共通の回動軸により形成されている。
各ピストン対に於いて、回動軸に関し相互に直径方向に対向する２つのピストンは、相互に堅固に接続されていてダブルピストンを形成しており、１組のピストン対の２つのピストン間に支持部分があり、この支持部分は、周知の振動ピストン装置に於いては幅の狭い支持（ベアリング）リングにより形成されている。両方のピストン対は、それぞれの支持リングにより、ジャーナル（回動軸を形成している）上に、十字構造にて、回動軸に関して回動するように装着されている。周知の振動ピストン装置のピストン対の支持リングは、ジャーナルのほぼ端部において、相互に離間されて設けられ、出力軸が取り付けられた更なるリングが、２つの支持リングの間でジャーナル上に設けられている。

更に、対を構成する両方のピストン用の側壁部分は、２つの動作室を横方向に区画するために、それぞれの支持部分と対向して、各ピストン対に設けられており、この側壁部分は、動作室に面するとともに回動軸に関して完全に垂直方向に位置する直線状の面を有している。
国際公開第 ０３／０６７０３３号パンフレット

冒頭に述べたタイプの振動ピストン装置の周知の設計の欠点は、それぞれの支持部分用に回動軸の方向に用意されている全体長さが小さいということであり、その結果、構造的な理由により摩耗性が高くなるというおそれがある。更に、周知の振動ピストン装置は、出力軸の支持リングもジャーナル上に位置決めしなければならないので、装着するのが、より複雑である。更なる欠点は、出力軸は、ピストンを通り過ぎて回動軸まで案内されているということである。

本発明は、構造的設計を簡略化し、装着がより簡単であり、回動軸上でのピストン対の支持の安定度を増大させるよう、冒頭に述べたタイプの振動ピストン装置を改良することを目的としている。

本発明によれば、この目的は、支持部分と側壁部分とは、相互に一体的に構成されるとともにそれぞれのピストン対の同一側に設けられており、各ピストン対は、支持部分および側壁部分を、当該ピストン対の一方側のみに有しており、支持部分は、回動軸方向に於いて、ピストン対の幅のほぼ半分に亘って回動軸方向に延びており、２組のピストン対は、その支持部分で、回動軸を形成するジャーナル上に固定されており、球形キャップ形状であり且つピストン対を回動軸方向において相互に対して保持するエンド部材が、ジャーナルの両端部に設けられており、ピストンは少なくとも１つの出力軸に接続されており、この出力軸は、回転軸の周りを回転することが出来ると共に、回動軸の外部で第１フォーク部分に於いてピストン端部にて終わっており、フォーク部分は、その２つのエンド部分が、エンド部材の間に設けられているとともに、取り外し可能な状態で前記エンド部材に直接接続されているという事により、冒頭に述べた振動ピストン装置に関して達成することが出来る。
従って、本発明の振動ピストン装置は、周知の振動ピストン装置とは対照的に、支持部分をピストンの一端部にそして側壁部分を他端部に離間させて設ける代わりに、各ピストン対に於いて支持部分と側壁部分とを相互に統合させるよう構成されている。本発明に係る構造は、好ましい実施形態に於いて構成されていることであるが、特に好ましい実施形態が備える出力軸が回動軸まで延びていない場合、支持部分を回動軸の方向に著しくより長く形成することが出来てこれにより更に安定させることが出来るという利点を有し、更に、側壁部分は、回動軸に関して平面的で且つ垂直になるよう構成される代わりに、（好ましい実施形態に示すように）回動軸に関して傾斜して構成されることが出来るという利点を有している。

支持（ベアリング）部分は、回動軸方向に於けるピストン対の幅の約半分に亘って、回動軸方向に延びている。
２組のピストン対を十字状になるよう隣り合わせて設けると、ピストン対の２つの支持部分は、ピストン範囲の全体長さに亘って回動軸の方向に延びることになり、その結果、個々のピストン対を極めて安定した状態で回動軸上に装着することが出来る。

更に好ましい実施形態に於いて、それぞれの側壁部分は支持部分上に延び、これにより、外側から内側へそして頂部から底部へ、凹面をなして湾曲している。
本発明の各ピストン対を実施することによってのみ可能となるこの実施形態は、２つの動作室即ち燃焼凹部は湾曲した側壁を有するという利点を有している。これは動作室に於いて点火させられる燃料／空気混合物の点火及び膨張の間の圧力配分に関して特に有利であることが証明されている。なぜなら、全体の膨張力は、ピストン動作面に作用するものであり、そして、回動動作に対する力の適用になんらの貢献をすることがない側壁部分での燃焼で使い果たされることがないからである。

この文脈に於いて、それぞれの側壁部分が支持部分の全体長さに亘って回動軸方向に延びることが好ましい。
２組のピストン対を十字状に相互接合することにより、動作室即ち燃焼凹部はその全体に於いて横方向に且つ基部で湾曲され、その結果、点火された燃料／空気混合物の膨張の間、全体圧力は、好ましくは平面状に設計されたピストン動作面に完全に作用することになり、その結果、本発明に係る振動ピストン装置の効率を、周知の振動ピストン装置と比較して改善することが出来る。

全体的に凹部形状であるこれらの動作室、即ち燃焼凹部を実施することが出来るようにするために、各ピストンは、側壁部分の反対側の端部に於いて、そのピストンとともに動作室を形成する別のピストンの側壁部分に整合する形状の側面を有する。
かくして、各ピストン対の側壁部分は、ピストンの振動回動動作の間、それぞれ対応するピストンに対して案内面を有利に形成する。

適切な且つ有利な構造を有する実施形態に於いて、個々のピストンは回転軸を中心として約９０°広がっている。更に、回動軸方向に於ける各ピストンの寸法と、回動軸を横切る方向の各ピストンの寸法との比率は、約1.5:1〜2.5:1の範囲であることが好ましく、更に、2.2:1であることが好ましい。回動軸を中心とする動作室の開口の最大角度は約４０°〜約６０°の範囲であるのが好ましく、即ち、各ピストン対の各振動回動ストロークは、開口の前記最大角度の約半分である。

２組のピストン対が、回動軸を形成するジャーナル上に支持部分で固定されており、それぞれ球形キャップ形状であり且つ回動軸方向において相互に対してピストン対を保持するエンド部材が、ジャーナルの端部に設けられていることは、次のような利点を有している。即ち、２組のピストン対を装着するためには、２組のピストン対を十字状にジャーナル上でそれらの支持部分に嵌合しさえすればよく、この構成は、球形キャップ形状のエンド部材をジャーナルの端部に取り付けるとともにエンド部材をジャーナルに対応的に堅固に接続することにより保持され、これにより、ピストンの振動回動動作が確実に行われる。

処理工程に於いて、球形キャップ状のエンド部材は回転軸を中心にして約９０°広がっている。
各ピストンが回転軸を中心に約９０°広がっている実施形態に関連して、回転軸を中心に３６０°包囲されているこの構成の球形構造体は、球形キャップ状である２つのエンド部材と２組のピストン対とで形成される構成の場合に得られる。球形キャップ状のエンド部材も回転軸と回動軸とに関して垂直である軸の周りを９０°広がっていることが好ましい。

本願発明に於いて、ピストンは少なくとも１つの出力軸に接続されており、この出力軸は、回転軸の周りを回転可能であり且つ回動軸の外側で第１フォーク部分に於いてピストン端部にて終わっており、この第１フォーク部分は、その２つのエンド部分がエンド部材の間にくるよう構成され且つ取り外し可能な状態で直接エンド部材に接続されている。

周知の振動ピストン装置の場合のように出力軸を回動軸へ導くとともに支持リングで出力軸をそこへ装着する代わりに、この実施形態は、２組のピストン対の支持部分だけを回動軸のジャーナル上に装着すればよいようにしているので、その結果、支持部分はそれぞれ回動軸方向に最大長さで構成することが出来るという利点を有する。フォーク部分の外側は球状面の一部分の形状であることが好ましく、その結果、フォーク部分は、４つのピストン及び２つのエンド部材からなる構成の全体的に球形状の実施形態内部へ挿入されるとともに、内側が球形構造であるハウジングと整合することになる。

この実施形態の更なる利点は、少なくとも一つの出力軸もまた、特に安定した状態でピストン構造体へ接続されることが出来るということにある。なぜなら、フォーク部分は、支持リングで出力軸を回動軸のジャーナル上に装着する周知の振動ピストン装置の支持リングの場合よりも更に、ピストンの回動軸方向へ延ばすことができるからである。更に、出力軸はピストンを超えて案内される必要はもはやなく、これにより、ピストンの回動ストロークを制限することはない。

第１フォーク部分のエンド部分は、エンド部材に対する確実な（積極的）ロック接続部材を有することが特に好ましい。
その結果、エンド部材へのそしてピストン構造体への第１フォーク部分の回転可能固定接続が確実に行われ、この接続により大きなトルクを出力軸へ伝達することが出来る。
更に好ましい実施形態に於いて、第１フォーク部分のエンド部分は出力軸から外端部へ広がっている。

第１フォーク部分と、ピストン対が一体的に保持されている２つのエンド部材との間の接続は、特に安定的な状態でなされることが出来るという利点を有している。
適切な且つ有利な構造の実施形態では、回動軸に垂直な方向に於けるフォーク部分の中央部での寸法の、フォーク部分の端部での対応する寸法に対する比率は、約1:1.5〜1:2.5の範囲であり、この比率は約1:2であることが好ましい。

更に、回動軸に垂直な方向に於けるフォーク部分の端部での寸法と、回動軸方向におけるフォーク部分の寸法との比率は、約1:2〜約1:4の範囲であるのが好ましく、約1:1.375であることが好ましい。
回動軸方向に於けるフォーク部分の寸法に関する出力軸領域のフォーク部分の厚みは、約1:2〜1:4の範囲であるのが好ましく、約1:2.75であるのが好ましい。

この後者の方策により、フォーク部分は極めて頑丈で安定した状態にされ、これにより、ピストンの回転動作による高いトルクを出力軸へ伝達することが出来る。
更に好ましい実施形態に於いて、形状に於いて実質的に同一であり且つ取り外し可能な状態でエンド部材に接続されている第２フォーク部分が、第１フォーク部分と対向して設けられている。

かくして、全体として、ピストン対と、球形キャップ形状のエンド部材と、２つのフォーク部分とで構成される球状構造体が得られ、この構造体の全ての構成部材を特に安定した且つ頑丈な状態で形成することが可能である。
第２フォーク部分は更なる出力軸を有することが好ましく、これにより、本発明に係る振動ピストン装置は、合計２本の出力軸を有するが、その１本は例えば発電機などのようなアセンブリを駆動するために使用されることが出来、他方の出力軸は、本発明に係る振動ピストン装置が自動車用駆動エンジンとして使用される場合、クラッチ又はトランスミッションへ延びるようにすることが出来る。

更に好ましい実施形態に於いて、第１及び／又は第２フォーク部分は、回転軸に関して及び回動軸に関して約９０°広がっているとともに、外側が球形表面状に構成されている。
更に好ましい実施形態に於いて、ピストンの後部面に面する第１及び／又は第２フォーク部分の一側部は、ピストン後部面に対して本質的に補完的になる状態で湾曲するように形成されている。

個々のピストンの振動回動動作の間、容積が可変であるとともに最少容積を実質的にゼロにすることが出来る室が、ピストン後部面の間、即ち、ピストン動作面と反対側を向いたピストン後部面に面するフォーク部分のそれぞれの側部との間に、形成されると有利である。
これは、周知の振動ピストン装置に於いて既に設けられようにされているように、燃焼空気を予め圧縮するために使用することができる吸気圧力室が、それぞれピストン後部面と、フォーク部分の対応する対向面との間に形成される場合に、特に好ましいことである。然しながら、上記室は、ピストンを冷却するための冷却室としても簡単に使用することができる。

周知の振動ピストン装置の場合のように、本発明に係る振動ピストン装置に於いて、各ピストンは走行ローラを有し、このローラ軸はピストン動作面に関して、約３０°〜５０°、好ましくは、約３５°の角度で傾斜している。
走行ローラは好ましくは円錐構造体であり、各円錐の想像上の延長部は、ハウジングの中央地点に位置する円錐先端となり、制御機構は、ピストンが回動動作を行うのに最適な状態で、振動ピストン装置の球対称に適合して構成されている。

更なる利点や特徴は添付図面や下記説明から明らかになるであろう。
勿論、上述の特徴や以下に説明される特徴はそれぞれ指定した組み合わせに於いてのみならず、本発明の範囲から逸脱しない範囲に於いて他の組み合わせや又は単独で適用されることが出来る。

本発明の例示的な実施形態を図面に示し、添付図面を参照に更に詳細に説明を行う。
全体を参照番号１０で示す振動ピストン装置の実施形態を図１〜図９を参照に以下に、より詳細に説明を行う。振動ピストン装置１０は例えば、好ましくは、内燃機関として使用される。
振動ピストン装置１０は、第１ハウジングハーフ１４と第２ハウジングハーフ１６により構成されるハウジング１２を有する。

ハウジングハーフ１４，１６は分割線１８に沿って接合されている。この分割線１８は、振動ピストン装置１０の対称軸２０に関して垂直ではなくむしろ斜めに傾斜して設けられている。この対称軸２０は同時に、後述するように、ピストンの回転軸をも構成している。ハウジングハーフ１４，１６を分離するための分割線１８の傾斜した外形は、ハウジング内部に設けられたスパークプラグ、ノズル２２，２４、弁２６，２８などの技術的構成部材を、ハウジングの分割線により悪影響を受けない状態で、適切に配備することが出来るという利点を有している。

図２及び図３に於いて、ハウジング１２は、相互に関して直角な２つの断面に於いて部分的に切り欠いて示されており、その結果、ハウジング１２内部の振動ピストン装置１０の更なる詳細を見ることが出来る。図２及び図３は、先に説明された部材２２〜２８に関して図１と同一ではないが、これは本発明の説明に於いては重要なことではない。
ハウジング１２の内壁３０は本質的に球形構造である。

図２〜図８では部分的に隠されている４つのピストン（図９参照）３２，３４，３６，３８はハウジング１２内部に設けられている。これらのピストン３２〜３８はハウジング１２の回転軸４０の周りを共に回転する。
更に、振動ピストン装置１０が動作する間、ピストン３２〜３８は回動軸４２を中心として振動回動動作をおこなう。回動軸４２は、図９の矢印４４，４６で示すように回転軸４０に関してほぼ垂直方向に延びている。

ハウジングの中心又は回動軸４２に関して相互に直径方向に対向して設けられた２つのピストンは、ここで剛体の（固定された）なピストン対を形成し、更に詳しくは、ピストン３２，３６はピストン対３２/３６を形成し、ピストン３４，３８はピストン対３４/３８を形成している。ピストン３２〜３８は回転軸４０を中心として回転するので、ピストン対３４/３８が矢印４６方向（反時計方向）に回動動作を行う場合、ピストン対３２/３６は、対応して、回動軸４２の周りを矢印４４の方向（時計方向）に回動動作を行い、また、その逆も行われる。

更に、ピストン３２〜３８の詳細は図４〜図６を参照により詳細に説明される。
各ピストンはピストン動作面を有し、即ちピストン３２はピストン動作面３２aを有し、ピストン３４はピストン動作面３４aを有し、ピストン３６はピストン動作面３６aを有し、ピストン３８はピストン動作面３８aを有している。図５に於いて、例えば、ピストン３２，３４のピストン動作面３２a、３４aのみが図示されている。ピストン動作面３２a、３４aは第１動作室すなわち燃焼凹部４８を形成し、そしてピストン３6，３８のピストン動作面３６a、３８aは第２動作室すなわち燃焼凹部５０（図9参照）を形成している。

各ピストン対は回動軸４２上にピストン対３２/３６を装着するために１つの支持部分５２を有し、これは図６のピストン対３２/３６の場合に最も明白に示されている。
更に、各ピストン対は、図６のピストン対３２/３６の場合に最も明瞭に示されているように、横方向（回動軸４２の方向）に動作室４８，５０を区画する２つの側壁部分を有している。ピストン３２の場合、動作室４８を横方向に区画する側壁部分５４を図６に見ることが出来る。支持（ベアリング）部分５２と側壁部分５４（あるいは、図６には示されてはいないが、側壁部分５４と直径方向に対向するピストン３６の側壁部分）とは、相互に一体的に形成されているとともに、図６に於いてピストン対３２/３６の場合に最も明白に示されているように、それぞれのピストン対３２/３６、３４/３８の同一側に設けられている。ピストン対３４/３８の支持部分５６と側壁部分５８とは図６に於いては部分的に示されている。

ピストン対３２/３６、３４/３８の支持部分５２，５６は回動軸４２に関して左右対称構造であり、更なる側壁部分（図面では隠されている）は回動軸４２に関して側壁部分５４とほぼ直径方向に対向しており、同様に、更なる側壁部分（図６には示されてはいない）は回動軸４２に関してピストン対３４/３８の側壁部分５８と直径方向に対向している。

支持部分５２及び支持部分５６はそれぞれドリル孔６０，６２を有し、この孔により、ピストン対３２/３６、３４/３８は固定ジャーナル６４に回動可能に装着されている(図７参照)。
支持部分５２，５６は、回動軸４２方向に関してそれぞれのピストン対３２/３６、３４/３８の幅の約半分にわたって、回動軸４２方向に延びている。２組のピストン対３２/３６、３４/３８が、回動軸４２に関して十字状に（図５に示すように）設けられるなら、ピストン対３２/３６、３４/３８はそれらの全体に於いて、ジャーナル６４の全体長さに亘って装着され、これにより、回動軸４２の周りで特に安定的となる。

図５は、ピストン３２の側壁部分５４とともに、横方向に動作室４８を区画するピストン３４の側壁部分５５を示している。
それぞれの側壁部分５４，５５（図５）は、関連する支持部分５２，５６へ延びており、これにより、外側から内側へ、そして頂部から底部へ、図５及び図６に最も明白に示されているように、凹面を形成して湾曲している。ここで、それぞれの側壁部分５４，５５及び、図５には示していない更なる側壁部分は、回動軸４２の方向に於いて支持部分５２，５６の全体長さに亘って、回動軸４２方向へ延びている。

側壁部分５４，５５（及び、図５及び図６には示していない残りの側壁部分５８）の、支持部分５２，５６との統合の結果により、支持部分５２，５６は、特にジャーナル６４の外側端部に於いて、極めて堅固且つ安定した状態で構成されている。
側壁部分５４，５８の湾曲と、対応する関連側壁部分（図示せず）の湾曲との結果、湾曲した動作室及び燃焼凹部４８，５０が形成され、そして、ピストン動作面３２a〜３８aだけが平面状態に形成され、その結果、発火後、燃料／空気混合物の膨張の間に生じる圧力は、高効率の場合に望まれるように、動作ピストン面３２a〜３８aに殆ど独占的に作用することになる。

各ピストン３２〜３８は、側壁部分に対向する端部に於いて、そのピストンとともに動作室を形成する別のピストンの側壁部分に整合する形状の側面を有する。
図６はこのことをピストン３２について示すものであり、ピストン３２の、側壁部分５４に対向する端部は、側面６６を有するが、側面６６の形状はピストン３４の側壁部分に整合しており、これらのピストン３２，３４は動作室４８を形成している。図６に示していないピストン３４の側壁部分は、鏡面反転は別として、ピストン３２の側壁部分５４と同一形状を有している。このことは、別のピストン３６，３８についても対応してあてはまる。

各ピストン３２〜３８は、図５に於けるピストン３２について示すように、回転軸４０を中心として約９０°広がっている。
更に、回動軸４２方向に於ける各ピストン３２〜３８の寸法ｂと、回動軸４２を横切る方向の各ピストン３２〜３８の寸法ｈとの比率、すなわち、各ピストン動作面３２a〜３８aの幅と高さとの比率は、約1.5:1〜2.5:1の範囲であることが好ましく、この例の場合、2.2:1である。

更に、回動軸４２を中心とする動作室４８，５０の開口の最大角度αは、図５の動作室４８の場合に示すように約４０°〜約６０°の範囲である。ここで、開口の最大角度は約０°である。
既に述べたように、支持部分５２，５６を備えた２組のピストン対３２/３６、３４/３８は固定ジャーナル６４上に位置している(図７)。球体キャップ形状であり且つ図４に示すように回動軸４２方向に相互にピストン対３２/３６、３４/３８を保持するエンド部材６８又は７０は、ジャーナル６４の端部に設けられている。図７には、ピストンなしで、ジャーナル６４とともに２つのエンド部材６８，７０だけが示されている。エンド部材６８，７０は、装着の際、ジャーナル６４に対して永久的にボルト締めされている。ジャーナル６４は、ピストン３２／３８を振動回動動作させるためにピストン対３２/３６、３４/３８のための支持部（ベアリング）として機能する。

エンド部材６８，７０は、回転軸４０（図８参照）を中心として、そして回動軸４２と回転軸４０（図７参照）とに関して垂直の軸を中心として、約９０°延びている。
振動ピストン装置１０は更に、ピストン３２〜３８が回転に関して固定接続された２つの出力軸７２，７４（特に図４及び図７参照）を有している。出力軸７２，７４を回転可能に接続するために、各出力軸はその一端部にフォーク部分７６（出力軸７２）又はフォーク部分７８（出力軸７４）を有している。出力軸７２，７４は、それぞれのフォーク部分７６，７８へ回転に関して固定して接続されている。

フォーク部分７６，７８は特に図７に示されるように、回動軸４２の外部で終わっており、すなわち、出力軸７２，７４はハウジングの中心部までは延びておらずむしろ、ハウジングの中心部の外側で終わっている。
フォーク部分７６，７８はそれぞれエンド部分８０，８２及び８４，８６を有し、これらは、球体キャプ形状のエンド部材６８，７０の間に設けられるとともに、取り外し可能な状態でそれらに直接接続されている。図７に示すように、取り外し可能な接続のためにねじ止め接続が使用される。

しかしながら、この接続はねじによってなされるのみならず、エンド部分８０，８２及び８４，８６は確実（積極的）なロック方式でエンド部材６８，７０に接続され、この目的のため、エンド部材６８，７０は、対応する溝９６，９８（ここではフォーク部分７６についてのみ示す）に係合するサイド突出部、特に突出部８８，９０（エンド部材６８）及び９２，９４（エンド部材７０）を有している。

特に図８から明らかなように、フォーク部分７６，７８のエンド部分８０，８２及び８４，８６は、それぞれの出力軸７２，７４から外側端部へ向けて広幅になっている。
ここで、回動軸４２に垂直な方向に於けるフォーク部分７６又は７８の中央部での寸法Ｂ_１の、フォーク部分７６又は７８の端部での対応する寸法Ｂ_２に関する比率は、約1:1.5〜1:2.5の範囲であり、本例では、この比率は約1:2である。

更に、フォーク部分７６，７８の寸法Ｂ_２の、回動軸４２の方向に於けるフォーク部分７６，７８の寸法Ｂ_３に対する比率は、約1:2〜1:4の範囲であり、本例では、1:1.375である。
それぞれの駆動軸７２，７４の領域に於けるフォーク部分７６，７８、すなわち、それぞれのフォーク部分７６，７８の中心部に於けるフォーク部分７６，７８の厚みＤの、寸法Ｂ_３に関する比率は、約1:2〜1:4の範囲であり、本例では、約1:2.75である。

寸法Ｂ_３に関するフォーク部分７６，７８の広がりは、回転軸４０と回動軸４２との両方に関して垂直の軸を中心とする角度として表現すると、約９０°であり、これにより、フォーク部分７６，７８は、エンド部材６８，７０と共に、この軸を中心として３６０°の立体角、即ち、球体を形成し、この目的のため、フォーク部分７６，７８の外側部は球体面の形状に対応して形成されている。

寸法Ｂ_１と寸法Ｂ_３との比率は、約1:2〜約1:4の範囲であり、ここでは約1:2.75である。
同様に、フォーク部分７６，７８に直接接続され且つ寸法Ｂ_１よりほんの僅かだけ小さい出力軸７２，７４の端部の直径の比率は、先に記載した比率と殆ど同一である。
図４から最も明らかなように、各ピストン３２〜３８は、図４に示すような、ピストン３２，３４に対してそれぞれ湾曲構造のピストン後部面１００、１０２を有し、これらのピストン後部面１００、１０２に面する一側面１０４又は１０６（図７参照）は、これらのピストン後部面１００、１０２を補完する状態で湾曲して形成されている。

ゆえに、ピストン後部面１００、１０２（同じことが他のピストン３６，３８にもあてはまる）と、対応する対向する側面１０４，１０６（そして、同様に、フォーク部分７６，７８の更に２つの側面）との間に、２つの室が形成されるが、これらは動作室４８，５０に対して反比例して小さくなったり大きくなったりし、吸気圧力室及び／又は冷却室として使用可能である。

吸気圧力室としての使用及び吸気圧力室が動作室と連通する方法に関して、上記特許文献１を特に参照するが、この資料の内容は本出願に明らかに組み込まれている。
この目的ため、ピストン後部面１００、１０２と、フォーク部分７６，７８の対応する対向側面１０４，１０６との間に形成される吸気圧力室は、容積サイズの安定的繰り返し低減により圧縮される外気（フレッシュな空気）で周期的に充填される。この方法により形成される吸気圧力室における空気圧縮により、吸気圧力空気の昇温がもたらされる。この方法により予め加圧された外気が動作室４８又は５０にそれぞれ昇温状態で導入されると、燃焼効率が、吸気圧力空気の昇温により低減される。かくして本発明の振動ピストン装置では、動作室４８又は５０にそれぞれ導入される前に、吸気圧力室に於いて、予め加圧された外気を予め冷却することがなされる。これらの予備冷却措置は、吸気圧力室から動作室４８又は５０への供給ライン１０１に於いて、それぞれ供給ライン１０１又は１０３の、例えば、冷却レジスターにより、提供されることが出来る。

更に、図６に示すように、空洞状中空部１０５が、ピストン後部面１００、１０２にそれぞれ存在する場合、これらのピストン後部面１００、１０２に面するフォーク部分７６，７８それぞれの対応する面（例えばそれぞれ１０４，１０６）に、突起部を設け、これらの突起部は、空洞状中空部１０５を補完する又は少なくとも実質的に補完するものであり、そして、これらの突起部は、ピストン後部面１００、１０２がフォーク部分７６，７８の面１０４，１０６に接近したときに、空洞状中空部１０５内部に入り、これにより、面１００、１０２：１０４，１０６の間に形成された吸気圧力室の空洞状中空部１０５に存在する外気が、空洞状中空部１０５から移動して、これにより、外気の予備圧縮が更に改善される。

更に、吸気圧力室と動作室との間の接続は、振動ピストン装置のハウジング外部に延びる管によって、又は、上記特許文献１の場合のように逆止弁を介し、ピストン３２〜３８を介して直接的に、行われるが、本振動ピストン装置に於いて動作室４８，５０と吸気圧力室との接続は、両方の主軸上で、フォーク部分７６，７８へ直接位置する制御ディスクを介して行うことも考えられる。このような制御ディスクは、相互に対向する２つの吸引開口を有していて相互に１８０°ずれており、２つの同一の開口は、ハウジングに、制御態様によって適宜設けられることになろう。制御ディスクの両方の開口が主支持部材に近接したハウジングの開口と一致する場合、吸気圧力室から動作室４８，５０への外気の誘導を引き起こすことが出来る。制御ディスクが回転を続けると、ハウジングの開口は閉鎖し、誘導は終了して予備圧縮が開始される。

内部原動機（それぞれピストン対３２/３６、３４/３８）の主支持部が、玉軸受や転がり軸受より小さい外径を必要とする滑り軸受で実現される場合、このような制御ディスクを設けることが可能となる。
最後に、図５から最も明らかになるように、各ピストンは走行ローラ１０８（ピストン３２）、１１０（ピストン３４）、１１２（ピストン３６）及び、１１４（ピストン３８）を有している。走行ローラ１０８〜１１４は、個々のピストン３２〜３８の振動回動動作を、回転軸４０を中心とするそれらの回転動作から導き出すための制御機構の一部をなしている。これについて、更に詳しくは、上記特許文献１が参照されるが、この資料の開示内容は引用によりここに明白に組み込まれている。

ピストン３６の走行ローラ１１２について図９で示しているように、各走行ローラ１０８〜１１４のローラ軸は、対応するピストン動作面３２a〜３８aに関して、約３０°〜５０°、本例の場合は約３５°の角度βで傾斜している。
図４、図５及び図９から明らかなように、各走行ローラ１０８〜１１４は円錐構造であり、各円錐の想像上の延長点は、ピストン３４の走行ローラ１１０について図9で示すように、ハウジング１２の中心点である円錐先端部になる。

走行ローラ１０８〜１１４は、ハウジング１２に於いて制御湾曲線で動作し、上記特許文献１に係る振動ピストン装置に設けられているように、断面に於いて台形形状に設計されている。
然しながら、台形状断面の代わりに、半円状断面にてハウジング１２に於ける制御曲線を設計するとともに、ガイドローラ１０８〜１１４のガイド軸が装着される位置のピストン内に半球状中空部を設けることを考えることも出来、これにより、球体が、ピストン３２〜３８と対応する案内溝との間でピストンの案内を行い、球体は、各ピストン３２〜３８に於いて半球体状に且つハウジング１２内の円弧状湾曲溝に於いて半球状に埋設されている。かくして、球体は湾曲溝内と同様、対応ピストン内で回転可能となる。球体を収容するため各ピストンに設けた半球状中空部は、球体が出来るだけ摩擦のない状態でこの凹部内を移動することが出来るよう、内部から安定的に給油されるものである。

図４では、ピストン３２〜３８と、エンド部材６８，７０と、それぞれのフォーク部分７６，７８を備えた出力軸７２，７４とで構成された完全に予備装着可能な構造体が示されている。同様に、走行ローラ１０８〜１１４もピストン３２〜３８に既に装着されている。動作室４８，５０を除いて、図４に示す構造の全体は、閉じた固体球体の形状であり、これにより、振動ピストン装置１０を形成するために、本質的にハウジングハーフ１４，１６によってのみ封鎖されていればよい。

図２に於いて、全体を見ることが出来ないが、ピストン３２〜３８を備えた振動ピストン装置１０が第１動作位置にて示されており、他方、図３では、ピストン３２〜３８は第２図と比較して回転軸４０を中心として僅かに移動した状態であり、そのようにすることにより、同時に、回動軸４２を中心として対応する回動走行を行った状態が示されている。

振動ピストン装置１０を機能させる方法と動作させる方法とに関し、上記特許文献１を引用しており、その内容は本開示内に包含されている。

閉鎖したハウジングを備えた、本発明に係る振動ピストン装置の全体図である。 図１の振動ピストン装置であり、ハウジングは部分的に切り欠いて示され、振動ピストン装置は第１動作位置に於いて示されている。 異なる例示的な動作位置における図１及び図２の振動ピストン装置である。 図１〜図３の振動ピストン装置のフォーク部分とともに、ピストンと、エンド部材と、駆動軸とで構成される全体構造体の斜視図である。 図４と比較すると拡大された図であり、主としてピストンで構成された構造体を示している。 ２組のピストン対を分解的に示した図５のピストン構造体である。 図１〜図３の振動ピストン装置のフォーク部分とともに、ジャーナル、エンド部材及び２つの出力軸で構成される構造体の分解図である。 ２つのエンド部材とフォーク部分とから構成される構造体の配列方向の、出力軸に沿った図である。 更なる詳細を説明するための図１〜図３の振動ピストン装置の断面図である。

Claims (26)

1. 本質的に球形ハウジング内壁を有するハウジング（１２）と、前記ハウジング（１２）内部に設けられ、前記ハウジング（１２）のほぼ中心部に位置する回転軸（４０）の周りを共に回転する４つのピストン（３２〜３８）とを含み、
   前記４つのピストン（３２〜３８）に於いて、前記ハウジングの中心に関して相互に略直径方向に対向するそれぞれ２つのピストンが剛体ピストン対（３２/３６、３４/３８）を形成し、前記２組のピストン対（３２/３６、３４/３８）は、前記回転軸（４０）に関してほぼ垂直方向に延びる共通回動軸（４２）の周りを両方向に行ったり来たり回動することが可能であり、前記２組のピストン対（３２/３６、３４/３８）は前記回動軸（４２）に関して十字状に設けられ、前記２組のピストン対（３２/３６、３４/３８）の２つのピストンは、それらの間に動作室（４８，５０）を形成するように相互に対向するピストン動作面（３２a，３４a、３６a，３８a）を有し、各ピストン対（３２/３６、３４/３８）は、前記回動軸（４２）上に前記ピストン対（３２/３６、３４/３８）を装着するための支持部分（５２，５６）と、前記動作室（４８，５０）の１つを前記回動軸の方向に区画するため、前記ピストン対（３２/３６； ３４/３８）の各ピストンに対する側壁部分（５４，５５，５８）とを有している、振動ピストン装置に於いて、
   前記支持部分（５２，５６）と前記側壁部分（５４，５５，５８）とは、相互に一体的に構成されると共にそれぞれの前記ピストン対（３２/３６、３４/３８）の同じ側に設けられており、
   各ピストン対は、前記支持部分および前記側壁部分を、当該ピストン対の一方側のみに有しており、
   前記支持部分（５２，５６）は、前記回動軸（４２）方向に於いて、前記ピストン対（３２/３６、３４/３８）の幅のほぼ半分に亘って前記回動軸（４２）方向に延びており、
   前記２組のピストン対（３２/３６、３４/３８）は、その支持部分（５２，５６）で、前記回動軸（４２）を形成するジャーナル（６４）上に固定されており、球形キャップ形状であり且つ前記ピストン対（３２/３６；３４/３８）を前記回動軸（４２）方向において相互に対して保持するエンド部材（６８，７０）が、前記ジャーナル（６４）の前記両端部に設けられており、
   前記ピストン（３２〜３８）は少なくとも１つの出力軸（７２，７４）に接続されており、この出力軸（７２，７４）は、前記回転軸（４０）の周りを回転することが出来ると共に、前記回動軸（４２）の外部で第１フォーク部分（７６，７８）に於いて前記ピストン端部にて終わっており、前記フォーク部分（７６，７８）は、その２つのエンド部分（８０〜８６）が、前記エンド部材（６８，７０）の間に設けられているとともに、取り外し可能な状態で前記エンド部材（６８，７０）に直接接続されていることを特徴とする振動ピストン装置。
2. それぞれの前記側壁部分（５４、５５、５８）は、前記支持部分（５２，５６）上に延びて、外側から内側へそして頂部から底部へ凹面を形成するように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の振動ピストン装置。
3. それぞれの前記側壁部分（５４、５５、５８）は、前記支持部分（５２，５６）の長さ全体に亘り前記回動軸（４２）方向に延びていることを特徴とする請求項２に記載の振動ピストン装置。
4. 各ピストン（３２〜３８）は、前記側壁部分（５４、５５、５８）と反対側の端部にて、そのピストンとともにそれぞれ動作室（４８，５０）を形成する別のピストンの側壁部分（５４、５５、５８）に整合する形状を持つ側面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の振動ピストン装置。
5. 各ピストン（３２〜３８）は前記回転軸（４０）を中心として約９０°広がっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の振動ピストン装置。
6. 前記回動軸（４２）方向に於ける各ピストン（３２〜３８）の寸法（ｂ）と、前記回動軸（４２）を横切る方向の各ピストン（３２〜３８）の寸法（ｈ）との比率は、約1.5:1 〜 2.5:1の範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の振動ピストン装置。
7. 前記回動軸（４２）方向に於ける各ピストン（３２〜３８）の寸法（ｂ）と、前記回動軸（４２）を横切る方向の各ピストン（３２〜３８）の寸法（ｈ）との比率は、2.2:1であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の振動ピストン装置。
8. 前記回動軸（４２）を中心とする前記動作室（４８，５０）の開口の最大角度（α）は、約４０°〜約６０°の範囲であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の振動ピストン装置。
9. 球形キャップ形状の前記エンド部材（６８，７０）は前記回転軸（４０）を中心として約９０°広がっていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の振動ピストン装置。
10. 球形キャップ形状の前記エンド部材（６８，７０）は、前記回転軸（４０）と前記回動軸（４２）とに関して垂直な軸を中心として約９０°広がっていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の振動ピストン装置。
11. 前記第１フォーク部分（７６，７８）の前記エンド部分（８０〜８６）は前記エンド部材（６８，７０）への確実なロック接続部材を有していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の振動ピストン装置。
12. 前記第１フォーク部分（７６，７８）の前記エンド部分（８０〜８６）は、前記出力軸（７２，７４）側からその外端部へ向けて広がっていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の振動ピストン装置。
13. 前記回動軸（４２）に垂直な方向に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の中央部での寸法（Ｂ₁）の、前記フォーク部分（７６，７８）の端部での対応する寸法（Ｂ₂）に対する比率は、約1:1.5〜1:2.5の範囲であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の振動ピストン装置。
14. 前記回動軸（４２）に垂直な方向に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の中央部での寸法（Ｂ₁）の、前記フォーク部分（７６，７８）の端部での対応する寸法（Ｂ₂）に対する比率は、約1:2であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の振動ピストン装置。
15. 前記回動軸（４２）に垂直な方向に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の端部での寸法（Ｂ₂）の、前記回動軸（４２）方向に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の寸法（Ｂ₃）に対する比率は、約1:2〜約1:4の範囲であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の振動ピストン装置。
16. 前記回動軸（４２）に垂直な方向に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の端部での寸法（Ｂ₂）の、前記回動軸（４２）方向に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の寸法（Ｂ₃）に対する比率は、約1:1.375であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の振動ピストン装置。
17. 前記出力軸（６４）の領域に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の厚み（Ｄ）の、前記回動軸（４２）方向に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の寸法（Ｂ₃）に対する比率は、約1:2〜1:4の範囲であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の振動ピストン装置。
18. 前記出力軸（６４）の領域に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の厚み（Ｄ）の、前記回動軸（４２）方向に於ける前記フォーク部分（７６，７８）の寸法（Ｂ₃）に対する比率は、約1:2.75であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の振動ピストン装置。
19. 本質的に形状が同一であり且つ取り外し可能に前記エンド部材へ接続されている第２フォーク部分（７８）が、前記第１フォーク部分（７６）の反対側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の振動ピストン装置。
20. 前記第２フォーク部分（７８）は更なる出力軸（７４）を有していることを特徴とする請求項１９に記載の振動ピストン装置。
21. 前記第１及び／又は第２フォーク部分（７６，７８）は、前記回転軸（４０）と前記回動軸（４２）とに関して垂直な軸を中心として約９０°広がっていると共に、外側が球面形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至第２０項のいずれかに記載の振動ピストン装置。
22. 前記ピストン（３２〜３８）のピストン後部面に面する、前記第１及び／又は第２フォーク部分（７６，７８）の一方の側は、前記ピストン後部面を本質的に補完する状態に湾曲するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載の振動ピストン装置。
23. 吸気圧力室及び／又は冷却室が、前記ピストン後部面と、前記フォーク部分（７６，７８）の対応する前記対向面との間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれかに記載の振動ピストン装置。
24. 各ピストン（３２〜３８）は走行ローラ（１０８〜１１４）を有し、この走行ローラ（１０８〜１１４）の軸は前記ピストン動作面に関して、約３０°〜５０°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載の振動ピストン装置。
25. 各ピストン（３２〜３８）は走行ローラ（１０８〜１１４）を有し、この走行ローラ（１０８〜１１４）の軸は前記ピストン動作面に関して、約３５°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載の振動ピストン装置。
26. 前記走行ローラ（１０８〜１１４）は円錐構造体であり、各円錐の想像上の延長点は前記ハウジングの中心点である円錐先端にくることを特徴とする請求項２４又は２５に記載の振動ピストン装置。

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