JP5764702B2 - 同軸クランクレスエンジン - Google Patents

Description

本発明は、動作するエンジンに関し、特に詳細には同軸／双方向クランクレスエンジンに関する。

エンジンを往復運動させることは世界中で共通であり、通常クランク機構を使用して往復運動を回転運動に変換し、車両のような乗り物を駆動する。エンジンの往復運動の特質により、エンジン効率が低下する動作中はエネルギが失われ、部品の摩耗に繋がる不均衡、不可避な部品の振動および過度の騒音が引き起こされる。

これらの問題に対する多くの試みがなされている。例えば、ロータリーエンジン、オービタルエンジン、スプリットサイクルエンジン、カムエンジン、軸流エンジン、筒型エンジンなどでは、他の機構によってクランクシャフトが置き換わり、往復運動が回転運動に変換される。これらは、本質的に不均衡なクランクシャフトと関連する多くの問題がある程度緩和するエンジンの代表例である。

このようなエンジンは、駆動シャフトの端に翼またはロータなどを備える乗り物を駆動することができ、前記乗り物（例えば、ボート、飛行機、潜水艦、ヘリコプタなど）を推進させる。特に軍用の乗り物では、同軸ロータが一対のロータまたはプロペラを反対方向に回転させるために利用されているが、ロータまたはプロペラが反対方向に別々のシャフト上で回転している二重反転機器を除いて、同軸回転の単一シャフトに備えられている。いずれの構成も、単一シャフトの動作を２本の逆回転シャフトまたは同軸シャフトに変換するギアボックスが必要である。遊星ギアセットまたは類似のギアボックスは、エンジンからの駆動シャフトの回転を逆回転シャフトまたは同軸シャフト用に変換して、同軸プロペラまたはロータ、または逆回転プロペラまたはロータを駆動させるのに採用されている。このようなシステムは、例えば、船舶で見ることができる。２つのプロペラまたはロータは、他の背後に配置され、出力がエンジンから歯車伝動装置を介して転送される。性能が高度でエネルギ損失が低いプロペラまたはロータにより、最大量の空気または水を均一に提供するため旋回流を低下することができる。このようなシステムはまた、既存の単一プロペラシステムおよびロータシステムによって生成されたトルク量を減少または除去することができる。しかし、これらのエンジンおよび関連する伝送システムは通常、高価であり、機械的に複雑で、重量があって、維持費用がかかり、騒音を発し、故障しがちである。例えば、同軸ヘリコプタで、ギアボックスとローターハブは、同時に反対方向に２つのロータディスクを駆動する必要があるために、故障が考えられる多数の配列、金属板、および他の部品を備え、非常に複雑である。

豪州特許公報６２９２３８（この詳細は参照することにより本書に組み込まれる）では、クランクレス往復エンジンの実現によってエンジンの複雑性が減少できることが示されている。そのようなエンジンは、少なくとも１つのシリンダと、各シリンダの縦軸に沿って反対方向に往復運動するように配置された対向する２つのピストンと、それらの間の共通燃焼室を定義する対抗する２つのピストンと、各シリンダの縦軸と平行に配置され、各シリンダの縦軸から離れて配置された主軸と、正弦波軌道とを備える。正弦波軌道は、共に回転する主軸によって実質的に運ばれ、２つの軸方向に分離され、終わりなく続く。また、正弦波軌道は、ピストンの往復運動を主軸に伝え、回転運動をさせるために、ピストンと相互接続されている。エンジンは、共通燃焼室と連通している小規模帯電点火室を更に備え、帯電点火室内に燃料を収容して、その中で燃料の豊富な帯電を形成し、共通燃焼室内の空気によって、その中で希薄燃料帯電を形成する。点火装置は、帯電点火室にあり、その中で燃料の豊富な帯電の点火に対応する。

しかし、上述の通り提案されたエンジンによって、２つのシャフトを同一軸上で逆方向に同心円に回転させることによる問題および、摩耗や複雑性を伴う問題を解決することが未だに必要である。また、ギアボックスは、単一シャフトエンジンから伝達された出力およびトルクを上述の同軸出力に変換することが必要となる。

したがって、ギアボックスなしで、機械の必要ＲＰＭで、同軸シャフト及び同心シャフトに全出力と全回転力を実現するエンジンを提供する必要がある。

本発明の目的は、少なくとも先行技術の欠点の一つ以上を実質的に克服、または改善すること、または少なくとも有用な代替手段を提供することである。

本明細書で最初に開示されているのは以下を有する同軸クランクレスエンジンであって、
長手方向に伸延する軸を定義する少なくともひとつのシリンダと、
シリンダの縦軸に沿って逆方向に往復運動させるように定置した１対のピストンと、
共通燃焼室を定義するピストン間の空間と、
シリンダの縦軸に実質的に平行に定置され、シリンダの縦軸から横方向に離された第１シャフトと、
シリンダの縦軸に実質的に平行に定置され、シリンダの縦軸から横方向に離された第２シャフトにおいて、第１シャフトが伸延し回転することができる長手方向に伸延する口径を有する第２シャフトと、各ピストンは軸方向に離されたカムに接続され、第１のカムは第１シャフトによって支持され、第２のカムは第２シャフトによって支持され、
それらによって、使用時には、ピストンの往復運動を逆方向に回転運動をしている個別のシャフトに伝え、エンジンを駆動させる、同軸クランクレスエンジンである。

好ましくは、シャフト付近に位置する複数のシリンダを備える。

好ましくは、２つのシリンダと４つのピストンを備え、１つのシリンダ内のピストンは他のシリンダのピストンと１８０度位相がずれて動作する。

好ましくは、シャフト付近に均等に離されたデルタ状に配置された３つのシリンダと６つのピストンを備える。

好ましくは、４つ以上のシリンダを備える。

好ましくは、カムは互いの鏡像である。

好ましくは、カムは単一突出部、複合突出部、斜板、揺れ板または正弦カムである。

好ましくは、エンジンの同一側に互いに位置する反対のシリンダのピストンは、同一カムに接続される。

好ましくは、ピストンは逆方向のカムを駆動させ、シャフトの同軸逆回転を生じさせる。

好ましくは、第１シャフトは第１枠により支持され、第２シャフトは第２枠により支持される。

好ましくは、第１シャフトと動作可能に連動する第１ギアを備える。

好ましくは、第２シャフトと動作可能に連動する第２ギアを備える。

好ましくは、シャフトに取り付けられた第１および第２ギアは、シャフト間の適時同期化を確認する手段によって連結される。

好ましくは、前記手段は第１および第２シャフトに対して約９０度で出力除去シャフト用駆動を提供するギアである。

本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して、例に限定して説明する。

本発明の実施形態の側断面図。

図１では、縦軸ＸＸを定義する少なくとも１つのシリンダ３を有する同軸クランクレスエンジン１が開示されている。１対のピストン５、６は、シリンダ３の縦軸ＸＸに沿って逆方向に往復運動するように定置する。ピストン５間の空間７は共通燃焼室７を定義する。第１シャフト１０は、シリンダ３の縦軸ＸＸに対して実質的に平行にかつシリンダ３の縦軸ＸＸから横方向に離れて定置する。第２シャフト１２もまた、シリンダ３の縦軸ＸＸに対して実質的に平行にかつシリンダ３の縦軸ＸＸから横方向に離れて定置する。第2シャフト１２は、第１シャフト１０が伸延しかつ回転することができる長手方向に伸延する口径１４を有する。第１シャフト１０は、第２シャフト１２に対して逆方向に回転する。ピストン５、６は軸方向に離された２つのエンドレスカム１６、１７に接続される。第１カム１６は第１シャフト１０によって支持され、ピストン５に接続される。第２カム１７は第２シャフト１２によって支持され、ピストン６に接続される。使用時には、ピストン５、６の往復運動を逆方向に回転運動する個別のシャフト１０、１２に伝え、エンジン１を駆動させる。

図１に示すエンジンの基本動作は、一般的な内部燃焼エンジンと同様に行われる。しかしながら、エンジン１は、ベアリング２０および２１で水平軸ＸＸ付近を逆方向に回転するように取り付けられた第１シャフト１０および第２シャフト１２の反対側に配置された２つのシリンダ３を備える。ここで、「軸方向」および「半径方向」の用語は、第１および第２シャフト１０、１２の縦軸ＹＹのことを言う。第１シャフト１０および第2シャフト１２に固定して回転させるのは、同様の円柱状外面を有する１対の分離したホイール２２である。各ホイール２２は、個別ホイール２２の円柱面から半径方向外側に伸延するカム１６、１７を支持する。カム１６、１７は、ホイール２２の円柱面付近のエンドレスパスを追跡するように、軸方向に沿う。好ましい形態では、カム１６、１７は、突出カム断面、斜板、揺れ板、正弦カムまたは往復運動を回転運動に変換してシャフト１０、１２を駆動させるような形状になり得る。２つのカム１６、１７は同一であり、一方は他方の鏡像である。

各シリンダ３およびその往復ピストン５、６は同じ構造である。しかしながら、図１を参照すれば、最上部シリンダ３のピストン５、６は、最下部シリンダ３のピストンの５、６から１８０度位相がずれて動作する。反対のピストン５、６は、シリンダ３の縦軸ＸＸに沿って逆方向に往復運動するように適応される。接続ロッド２５は、各ピストン５、６に堅固にかつ枢動可能に接続され、１つか２つまたはそれ以上の駆動ベアリング２８およびテールベアリング２９による方法でカム１６、１７と協働するように適応される。エンジンは、排水ケーシング３０によって各端で閉止されている。ベアリングはいくつ使用してもよい。

図１に示すように接続ロッド２５の先端は、各アーム上で１つか２つまたはそれ以上の駆動ベアリング２８を取り付けることを実現するように分岐している。分岐アームの外周は、カム１６を越えて延伸し、テールベアリング２９を取り付けることを実現する。

ピストン５、６は、その間の共通燃焼室７を定義する。各シリンダ３に隣接して取り付けられたのは、オリフィス４２に設けられた帯電点火室４０（燃料が充満したチャンバ）であり、燃焼室７に伝達する。点火プラグ４５は、燃料点火用にチャンバ４０に取り付けられる。燃料噴射装置４６は、帯電点火室４０への燃料の吸気を制御する。エンジンの燃焼プロセスは、通常既存のエンジンと同様であり、必要に応じて圧縮点火も可能である。

エンジン１は、ギア５０なども備えてもよい。ギア５０は、かさ歯車またはハイポイドギアであり、ギア５０の最上部および第１シャフト、第２シャフト１０、１２に直接的に固着する共通直接かさ歯車またはハイポイドギア（図示せず）と結びつき、同軸シャフト１０、１２の回転を共に係止する。ギヤ（図示せず）はまた、同軸シャフト１０、１２に対して９０度で補助シャフトへの出力除去を行う。このシャフトの配置は必要に応じて、エンジン１付近に複製することができる。ギアの設計は、回転速度、ギア減速度および補助装置のトルク荷重の条件によって変化することが考えられ、推進型プロペラなどを駆動し、本ギア機構の適時選択を変えることによって、用途によって左右駆動力分配を向上させることができる。

本発明は特定の例を参照にして説明されているが、他の多くの形態によって本発明が実施されることは当業者によって理解されるであろう。

１ 同軸クランクレスエンジン
３ シリンダ
５ ピストン
６ ピストン
７ 共通燃焼室
１０ 第１シャフト
１２ 第２シャフト
１４ 口径
１６ エンドレスカム
１７ エンドレスカム
２０ ベアリング
２１ ベアリング
２２ ホイール
２５ 接続ロッド
２８ 駆動ベアリング
２９ テールベアリング
３０ 排水ケーシング
４０ 帯電点火室
４２ オリフィス
４５ 点火プラグ
４６ 燃料噴射装置
５０ ギア

Claims (11)

1. 長手方向に伸延する縦軸を定義する少なくともひとつのシリンダと、
   前記シリンダの前記縦軸に沿って逆方向に往復運動させるように定置した１対のピストンと、
   共通燃焼室を定義するピストン間の空間と、
   前記シリンダの前記縦軸に実質的に平行に定置され、前記シリンダの縦軸から横方向に離された第１エンジン出力シャフトと、
   前記シリンダの前記縦軸に実質的に平行に定置され、前記シリンダの前記縦軸から横方向に離された第２エンジン出力シャフトであって、前記第１エンジン出力シャフトが伸延し回転することができる長手方向に伸延する口径を有する第２エンジン出力シャフトであり、各前記ピストンは軸方向に離されたカムに接続され、第１の前記カムは前記第１エンジン出力シャフトによって支持され、第２の前記カムは前記第２エンジン出力シャフトによって支持されている、第２エンジン出力シャフトと、
   前記第１エンジン出力シャフトに動作可能に連動する第１ギアと、
   前記第２エンジン出力シャフトに動作可能に連動する第２ギアと、
   を有する同軸クランクレスエンジンであって、
   それらによって、使用時には、前記１対のピストンの往復運動を逆方向に回転運動をしている個別のエンジン出力シャフトに伝えて、エンジンを駆動させ、
   前記第１エンジン出力シャフト及び前記第２エンジン出力シャフトのそれぞれに連動する前記第１ギア及び前記第２ギアは、前記第１ギアと前記第２エンジン出力シャフトとの間の適時同期化を確認する手段により連結されている、
   同軸クランクレスエンジン。
2. 前記シャフト付近に位置する複数のシリンダを更に備える、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。
3. ２つのシリンダおよび４つのピストンを更に備え、前記ピストンはひとつのシリンダ内で他のシリンダの前記ピストンと１８０度位相がずれて動作する、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。
4. 前記シャフト付近に均等に離されたデルタ状に配置された３つのシリンダおよび６つのピストンを更に備える、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。
5. ４つ以上のシリンダを更に備える、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。
6. 前記カムはそれぞれの鏡像である、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。
7. 前記カムは、単一突出部、複合突出部、斜板、揺れ板または正弦カムである、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。
8. 相互に前記エンジンの同一側に位置する反対側のシリンダの前記ピストンは前記同一カムに接続される、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。
9. 前記ピストンは、前記カムを逆方向に駆動させ、前記シャフトの同軸逆回転を生成する、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。
10. 前記第１シャフトは第１枠によって支持され、前記第２シャフトは第２枠によって支持される、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。
11. 前記適時同期化を確認する手段は前記第１および前記第２シャフトに対して約９０度に位置して出力除去シャフト用駆動を提供するギアである、請求項１に記載の同軸クランクレスエンジン。

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