JP5016613B2 - シール・システムを具えた往復運動形ピストン・エンジン - Google Patents
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Description
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
Claims (12)
- 振動ピストン・エンジン(100)であって、
前記振動ピストン・エンジン(100)は、球状のハウジング(24)内に配置された少なくとも2つの振動ピストン(15)を含み、その各ピストンは、両側に2つのピストン・アーム(15.1、15.2)と、前記2つのピストン・アーム(15.1、15.2)と連結するピストン壁領域(7)とを有し、
前記振動ピストン・エンジンは、前記ハウジングの中心に配置された回転軸(45)を中心として回転可能な回転振動シャフト(5)を含み、
前記振動ピストン(15)は、前記振動ピストン(15)が前記回転軸(45)に垂直な振動軸(46)を中心として振動することができ、また前記回転軸(45)を中心とする回転振動シャフト(5)の回転中、共同して前記回転軸(45)を中心として回転し、回転時に、前記振動軸(46)を中心として互いに反対向きに往復して振動するように、前記回転振動シャフト(5)に結合されており、
前記少なくとも2つの振動ピストンには案内部材(47)が設けられており、前記案内部材は前記振動の動きを制御するために前記ハウジング内に形成された少なくとも1つの案内溝(39)と係合し、
前記2つの振動ピストン(15)のピストン・アーム(15.1、15.2)は、前記2つの振動ピストン(15)のピストン・アーム(15.1、15.2)、それぞれの前記振動ピストン(15)のピストン壁領域(7)、前記回転振動シャフト(5)の表面領域(6)、およびハウジング内壁(20)の間に4つの中間スペース(17、30)が形成される形態で、前記振動軸(46)に対して十字状に配置され、
前記4つの中間スペースのうちの2つの中間スペースはそれぞれ作動チャンバ(17)を形成し、他の2つの中間スペースはそれぞれプレチャンバを形成し、前記ピストン・アームの各々(15.1、15.2)は前記作動チャンバ(17)のうちの1つを前記プレチャンバ(30)のうちの1つから分離し、
前記振動ピストン・エンジン(100)は、前記振動ピストン(15)の回転および振動の運動中に互いに変位するエンジン部品の間の隙間領域を含み、
前記振動ピストン(15)は、各々、前記隙間領域の少なくとも1つにそれぞれ隣接する作動チャンバ側およびプレチャンバ側に端縁部を有し、さらに前記エンジンの動作中に、前記ハウジング内壁(20)、前記回転振動シャフト(5)および前記ピストン壁領域(7)に対して相対的に動き、
前記振動ピストン・エンジンは、前記案内部材(47)を潤滑用流体で潤滑する手段を含み、
特徴として、
前記振動ピストン・エンジン(100)は、前記隙間領域を閉じるシール・ストリップ(1、2、26、33)またはシール・リング(12、14)の形態のシール・エレメント(1、2、26、33、12、14)を具えるシール・システムと、前記シール・エレメントを前記潤滑用流体で潤滑する装置(23)とを含み、
前記シール・エレメント(1、2、26、33、12、14)は、前記案内部材(47)、それぞれの案内溝(39)、前記プレチャンバ(30)および作動チャンバ(17)に関して、前記シール・エレメント(1、2、26、33、12、14)が前記作動チャンバ(17)およびプレチャンバ(30)における圧力損失に対して前記隙間領域を封止するように閉じ、さらにそれぞれの潤滑用流体が前記プレチャンバ(30)および作動チャンバ(17)中に侵入するのを防止する形態で、前記振動ピストン(15)の端縁部にまたは前記端縁部の近傍に配置され、
前記案内部材(47)の各々は前記2つの振動ピストン(15)のうちの一方の周辺に配置され、
前記隙間領域のうちの1つは、前記2つの振動ピストン(15)の前記一方と前記ハウジング内壁(20)の間に形成され、前記作動チャンバ(17)のうちの1つと前記プレチャンバ(30)のうちの1つとの間に伸び、前記シール・ストリップのうちの少なくとも2つ(26、33)によって閉じられ、
前記シール・ストリップの前記少なくとも2つのうちの一方(26)は、作動チャンバ内面(25)に配置され、前記シール・ストリップの前記少なくとも2つのうちの他方(33)は、プレチャンバ内面(32)に配置され、
前記案内部材(47)のうちの1つおよび前記案内溝(39)の少なくとも一部は、前記シール・ストリップの前記少なくとも2つ(26、33)の間に配置されているものである、
振動ピストン・エンジン(100)。 - 前記ハウジング(24)の前記ハウジング内壁(20)中の前記作動チャンバ(17)を満たすための1つ以上の導入用開口(40)、および前記ハウジング(24)の前記ハウジング内壁(20)中の燃焼ガスを排出するための1つ以上の排出用開口(41)は、1つ以上の案内溝(39)とこれらの各開口(40、41)の間に、これらの開口内に進入することなく延びるシール・ストリップ(60)によって潤滑用流体の侵入を防止するよう封止されており、前記シール・ストリップは前記振動ピストンの後部の周辺に固定され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・エンジン(100)。
- 一方では、前記シール・ストリップ(1、2、26、33)の形態のそれぞれの前記シール・エレメントが少なくとも1つの保持用溝(3、27、34)中に、前記シール・リング(12、14)の形態のそれぞれの前記シール・エレメントが傾斜した溝(19)中に固定して配置されており、他方では、これらの溝(3、19、27、34)の実質的に反対側のシール・エレメント(1、14、26、33、60)の側面は変位する機械部品(15、15.1、15.2、20)上の摺動するシール面として動くことができるものであることを特徴とする、請求項1または2に記載の振動ピストン・エンジン(100)。
- 前記振動軸(46)を中心として前記回転振動シャフト(5)の側面(10)において且つ前記側面(10)に隣接する前記振動ピストンの中の1つのピストン(15)のピストン接触面(11)上に、それぞれ1つの平坦な半円形溝(50)が形成されており、各前記半円形溝(50)に嵌合する好ましくは金属製で適宜内側にスロットが形成されたO−リング(12)が、前記側面(10)と前記ピストン接触面(11)の間のシール・エレメントとして使用され、
前記O−リング(12)のスプリング部分と前記半円形溝(50)の平坦部分は、前記振動軸(46)の方向の前記振動ピストン(15)の熱膨張が弾性的に且つ封止状態で吸収されるように適合化され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・エンジン(100)。 - 前記振動ピストン(15)を円環状に取巻き、少なくとも1箇所で半径方向に分割されているピストン・リング(14)として実現されたシール・リングが、それぞれ1つのシール端縁(28)がそれぞれのピストン壁領域(7)上に形成される形態で単一または二重の傾斜した溝(19)によって前記それぞれのピストン壁領域(7)上に配置されており、これによって前記作動チャンバの中の1つの作動チャンバ(17)中の圧力によりガス状流体が各ピストン・リング(14)から流出し、およびこれによって前記ガス状流体が前記傾斜した溝(19)の1つを経て前記プレチャンバ(30)に流出するのを防止することを特徴とする、請求項1に記載の振動ピストン・エンジン(100)。
- 前記ピストン・リング(14)は、前記プレチャンバ(30)および作動チャンバ(17)内に突出する屋根状断面形状(18)と共に設計されるものであることを特徴とする、請求項5に記載の振動ピストン・エンジン(100)。
- 少なくとも1つのシール・ストリップ(26、33)が、それぞれ前記ハウジング内壁(20)に対面する側面で前記振動ピストンの中の少なくとも1つのピストン(15)上に配置され、前記シール・ストリップには前記作動チャンバ(17)の1つの作動チャンバ内に突出する少なくとも1つの突出部(61)が設けられ、これによって前記それぞれのチャンバ(17)の内部圧力によって前記ハウジング内壁(20)に圧力を加え、これによって前記ハウジングの側部を通る流出に対して自動的に封止する効果を与えるものであることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載の振動ピストン・エンジン(100)。
- シール・ストリップ(26)が作動チャンバ内面(25)上の前記ピストン・アーム(15.1、15.2)の少なくとも1つのピストン・アーム上に小さなブリッジ形状で配置され、およびプレチャンバ内面(32)の形状に追随するシール・ストリップ(33)が前記プレチャンバ内面(32)上に配置され、
前記それぞれのシール・ストリップ(26、33)はこれらの各端部において前記ピストン・リング(14)の屋根状断面形状(18)の内面に適合した面形状(37、38)を有し、
前記面形状は、前記ピストン・リング(14)の下に延び、前記作動チャンバ(17)から前記プレチャンバ(30)への流出を防止し、または前記それぞれのチャンバ(17、30)内に潤滑用流体が侵入するのを防止し、さらに前記振動ピストンの振動中に前記それぞれのシール・ストリップ(26、33)が前記球状ハウジング内壁(20)における案内溝(39)および導入開口(40)および排出開口(41)に侵入するのを防止する前記それぞれのシール・ストリップ(26、33)に対するピストン・ホルダとして作用するものであることを特徴とする、
請求項6に記載の振動ピストン・エンジン(100)。 - 前記それぞれのシール・エレメント(1、2、12、14、26、33、60)が少なくとも1つの保持用溝(3、19、27、34)内に配置されており、スプリング(48、35)、好ましくは波形スプリング(48)を受入れるように意図されたスプリング空間(4、36)が前記保持用溝と前記シール・エレメント(1、2、12、14、26、33、60)の間に形成されており、
前記スプリング空間(4、36)中に配置されていて、前記シール・エレメント(1、2、12、14、26、33、60)上に作用するスプリング(48、35)のスプリング力は、前記ハウジング内壁(20)、前記ピストン壁領域(7)および前記回転振動シャフト(5)に対して前記シール・エレメント(1、2、12、14、26、33、60)の押圧力を与えるように作用するものであ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・エンジン(100)。 - 前記それぞれの溝(3、19、27、34)とこれらのそれぞれの溝中に配置されたシール・エレメント(1、2、12、14、26、33、60)は、圧力が加わった状態で結合部(23)を通して潤滑用流体が導入される空間(4)を包囲しており、
それによって前記シール・エレメント(1、2、12、14、26、33、60)の押圧力と流出に対するシール効果の双方を増大させることができ、またガス損失により前記ハウジング内壁(20)、前記ピストン壁領域(7)および前記回転振動シャフト(5)に対する潤滑を行うことができることを特徴とする、
請求項1乃至9のいずれかに振動ピストン・エンジン(100)。 - 前記ハウジング内壁(20)、前記ピストン壁領域(7)および前記回転振動シャフト(5)上の前記シール・エレメント(1、2、12、14、26、33、60)の潤滑は、前記ハウジング内壁(20)、前記ピストン壁領域(7)および前記回転振動シャフト(5)を、前記それぞれの空間(4)から1つ以上のシール・エレメント中の少なくとも1つの調製用孔(44)を通る潤滑用流体に直接さらすことによって改善され、前記空間(4)は前記潤滑用流体で満たされていることを特徴とする、
請求項10に記載の振動ピストン・エンジン(100)。 - 前記シール・エレメント(1、2、12、14、26、33、60)の少なくとも1つは、前記ハウジングの内壁(20)上、前記ピストン壁領域(7)上または前記回転振動シャフト(5)上に配置され、また前記ハウジング内壁(20)上、前記ピストン壁領域(7)上または前記回転振動シャフト(5)上の前記シール・エレメント(60)の接触面(43)を減少させる少なくとも1つの凹所(42)を有し、
所与の圧力における前記シール・エレメントの特定の押圧力が増大し、それによってシール不良が減少するものであることを特徴とする、
請求項1に記載の振動ピストン・エンジン(100)。
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