JPH03501044A - 振子ピストン機関 - Google Patents
振子ピストン機関Info
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- JPH03501044A JPH03501044A JP1508938A JP50893889A JPH03501044A JP H03501044 A JPH03501044 A JP H03501044A JP 1508938 A JP1508938 A JP 1508938A JP 50893889 A JP50893889 A JP 50893889A JP H03501044 A JPH03501044 A JP H03501044A
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- pendulum piston
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0015—Multi-part pistons
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- F01B11/004—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type in which the movement in the two directions is obtained by two single acting piston motors, each acting in one direction
- F01B2011/005—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type in which the movement in the two directions is obtained by two single acting piston motors, each acting in one direction with oscillating pistons, i.e. the pistons are arranged in ring like cylinder sections and oscillate with respect to the center of the ring
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
振り子ピストン機関
本発明は、振り子ピストン機関の改良に関する。
この種の振り子ピストン機関は例えば−o 8B106675号公報から知られ
ている。この機関は少なくとも1つの連接棒に固定された連接棒ピストンを備え
、その縁部は特に存利には湾曲したシリンダー内で回転している。
上記公報−088106675号(ザルラマン)では、連接棒の下側に設けた発
明によるカウンターウェイトのためにピストン中心点が直線上で、そしてピスト
ンが従って側方の力が無くシリンダー内で運動するということから出発している
。この見解は、この印象がストロボスコープの照明にも拘わらず生じた模型実験
により是認された。後での数学的研究及びより大きな模型を有する実験で疑いな
く分かったように直線からの非常に僅かな偏れは避けられない。エンジン構造は
従って細かいピストン運動が固定された条件でピストン運動の横方向に耐える様
に成されていなければならない、数々の測定により、加速度はtiのピストンエ
ンジンにおいてシリンダーヘッドの範囲で20〜30gの範囲の値に達すること
が分かった。
従って本発明の課題は初めに述べた種の振り子ピストン機関を構造的に次の様に
改良すること、即ちそこに生ずる避けることの出来ない側方の質量加速度を出来
るだけ僅かにし、その際ピストンの留まっている側方変動がそのシール要素を適
当に形成することにより変位を吸収し、ピストンを案内しうる様に改良すること
である。上記した側方変動のため公知のピストン機関におけるよりもシール要素
の変位工程はより大きく、そこではシール要素を僅かの遊びの範囲で且つ付加的
に生ずる摩耗の範囲で摺動させねばならない。
この課題は特許請求の範囲第1項の特徴事項で解決される。更に別の本発明によ
る長所は別の特許請求の範囲から明瞭であり、以下の明細書の中で説明される。
添付の図面には2.3の実施例が描かれている。
第1A図から第1D図は横方向運動を5倍に高めたピストン中心点の種々の運動
曲線を示し、第2図、第2a図及び第3図はピストン案内要素及びシール要素の
詳細を存する横並びに縦断面の小さな単独シリンダー車両用補助エンジンを示し
、第4図及び第5図は小さな並列エンジンの横並びに縦断面図を示し、
第6図及び第7図は平面図で第4図及び第5図によるエンジンに対するピストン
要素及びシール要素を示し、
第8図は第7図によるピストン案内要素及びシール要素の拡大詳細図を示し、
第9図及び第10図は丸く連接棒上に固定している振り子ピストンを部分断面図
及び水平断面図で示したものである。
第1A図はピストン中心点l、の運動曲線を示し、その際横方向の変位は5倍に
拡大して示しである。
上死点は2で、下死点は3で示しである。運動経過の間、端面シールの間の間隔
が一定に保たれる様にシリンダー壁4は湾曲している。ピストン長さ、連接棒長
さ及びピストン行程の間の好ましい状態では長く延びた80字状の曲線が生じ、
その曲線はクランク軸が右回りする時矢印に従って循環される。この曲線の最大
の水平の振幅はピストン行程のほぼ0゜8%であり、従って非常に小さい、第1
A図による曲線はピストンの中心点から描かれ、その端面シールはピストンに対
して相対的に動かない、これに対して第1B図は振り子ピストンの中心点の走行
曲線を示し、その端面シーツCはピストンに対して相対的に自由に運動しうるち
のである。この曲線は無重力空間の抽象作用に相当する。第1B図による長く延
びた8の字は最適なカウンターウェイトで得られ、案内されない自由に運動可能
な振り子ピストン上のピストン中心点lの曲線路を示す、この8の字は数学的に
且つ経験的に決まり、その際その字は第1A図による本質的に細長い80字形の
曲線とは反対方向に循環される。カウンターウェイトを僅かに大きくすると、第
1C図による非対称の8の字形の曲線を生じ、それは上方のピストン死点の範囲
で側方方向にピストン中心点1の振動振幅が小さいという長所を有する。従って
高いガス圧力を受けているシール板はその支台上でほんの僅かしか変動する必要
がない、端面シールのこの変動はコークス化が不可能となる作用をもたらす。第
1D図による曲線はカウンターウェイトが更に幾らか大きく成された時に生ずる
。第1B図による値からカウンターウェイトが漸減すると第1C図及び第1D図
による曲線が生ずるが、しかしながら正立している。
第2図及び第3図によるシリンダークランクケーシング5は湾曲したシリンダー
壁4を有し、この壁は内側の円形のクランクケーシング6につながっている。そ
の中で一体化した連接棒軸8と円形の孔付き振り子9とを有する断面矩形の振り
子ピストン7が回転している。これはクランクビンlOに枢着し直径が最良のカ
ウンターウェイトとして働く様な大きさと成っている。このことは驚いたことに
可能である。というのは第1にピストン中心点1の側方運動が減少するよう孔付
き連接棒9の下方半分が上方半分の2倍はど強く作用するからであり、そして第
2には連接棒軸8が中空に形成され、従って軽量だからである。直線の棒として
仮想したユニット(連接棒ヒストリー連接棒軸−カウンターウェイト)7〜9は
、カウンターウェイトの長さが正確に棒の長さの3分の1である時に第1B図に
よる運動曲線をこの棒端が走行する。ユニット7〜9は2つの半分体から鋳造さ
れ又は鍛造することができ、これら半分体は連接棒平面11又は垂直乎面工2に
おいて互いに突き合わされ、相互に結合されている。
振り子ピストン7の端面側の溝内にシール板14が摺動可能に支承されており、
押圧バネ15によって相互に結合されている。このバネ15は振り子ピストンの
長手方向の孔内に軸方向に摺動可能に支承され、シール板14が継続的にシリン
ダー壁4に接合するように作用する。短い押圧バネ16はピストン中央にまでほ
ぼ届く振り子ピストンの盲孔内に支承され、その底部に支承され、シリンダー壁
4内でピストンの側方の中心合わに役立つ。バネ特性及び予備緊張を最良に決め
ることは、振り子ピストンの確実で出来るだけ摩擦の無い揺動回転を保証し、そ
の中心点1は第1A図からほぼ第1B図/第1C図の間の運動曲線上で一定の回
転数で回転する。2つ又はそれ以上の螺旋バネ15及び/又は16は軸方向に互
いに入り込んで配設されるか又は別の弾性的手段によって換えることが出来る。
ケーシング5は側面から加工される。内側を平らにした端面カバー17を分解し
た後、エンジンのただ2つの可動の主要部分、即ちユニット7〜9及びカウンタ
ーウェイト19を有する摩擦ローラ20の両側に支承されたクランク軸1日に容
易に手が届くことになる。
斜めの気化器短管21から混合気は内側シリンダー円筒形のクランクケーシング
6内に達し、その中でユニット7から9は僅かで軸方向及び半径方向の遊びを持
って回転し、従って体積的チャージャーを形成し、そのチャージャーは2サイク
ルで作動するエンジンの弾性率及び出力密度を著しく改良する。
振り子ピストン7は両側の洗浄−及び流出ロスリッ)23.24を完全にピスト
ン死点に非対称に制御し、これは最良の燃料消費値を生ずる。この洗浄はピスト
ン軸8の周りで行われ、そのことは丸みを付けた角25を必要とする。洗浄はま
た、初めに述べた公報−088106675号に既に述べた様に、窓を付けたピ
ストン軸を貫通して行うことができ、それによりピストン底部は下方から冷却さ
れる。
第4図及び第5図による単独シリンダー又は多シリンダ−エンジンは普通の構造
で一体の鋳鉄ブロック30、フランジ付けしたシリンダーへフド31及びクラン
クケーシング−下方部分32とをもって形成されるが、シリンダーは矩形断面を
有する。
その予め鋳造した内側に湾曲した壁34及び平らな壁35は例えば特殊な空間工
具によって加工することができ、そのことは一定曲率を有する円弧34により数
学的に正確な曲線形状への接近を行え、比較的柔らかい弾性的なピストンガイド
によりそれが可能となる。
これは第2A図に類似した第6図により螺旋ネジ15により行え、この螺旋ネジ
はしかしながら孔の中ではなく、振り子ピストン37の切削した溝36内で支承
される。これは分解可能なピストン底部38であることを要し、この底部はピス
トンガイド要素及びシール要素を簡単に上方から交換しうることになる。その際
中央のネジ39は空所4oで巻かれた・ピストンガイドバネ41の中央ストッパ
ーとして役立つ、シール板42の内側を櫛状に形成することによってそのガイド
が改良され、その際断面で正方形の歯43が正確に溝36内に適合し、バネI5
及び41が熱い燃焼ガスによって保護される。
第7図は択一的なものとして非常に簡単で弾性的なピストンガイドを示ピ、この
ガイドは端面側に設けたガスで満たされた耐熱性で可撓性の材料、例えばポリテ
トラフルオルエチレン(PTFE)製のバネ要素50からなる。このクッション
に似たバネ要素50は直径的に端面板(アペックスシール)51を経てビスト:
ノを案内し、その閉鎖された端部で側方シール板52を止め、その際このシール
板は同時にシール板51と52の重なる接ぎ目をシールする。このガスで充満し
たバネ要素は従ってさもなければ普通の波形バネに交換する0分解可能なピスト
ン底部38は組立の理由からいらない、というのはこの漸進的で騒音のない空気
クッションは高い寿命を期待させるからである。このため端面板51の内側側部
53とそのガイド溝55の基体54は第8A図及び第8B図による波形の輪郭を
有する必要があり、その輪郭に圧縮した場合(第8B図)、クッション5゜は折
り目無くぴったり合い、そしてクッション5゜のホース形状のスリーブは伸びな
い織物、例えば炭素繊維又はケブラー繊維製の織物で巻かれている必要がある。
支持リブ及び冷却リブ61を有する連接棒軸60は中空鋳造され、鋳物芯の支持
は、半円形のガススライダ63によってシールされる開口62によって行われる
。
このスライダは上方及び下方でピストン中心点1の周りの同心円上に位置する縁
部64及び65を有し、平らな側壁の対応する切欠き内に緩く旋回可能に挿入さ
れている。それによりスライダは連接棒軸60の振り子運動を引き受けず、従っ
て第2図における洗浄−及び流出ロスリット23と24を湾曲したシリンダー壁
4まで覆っている。その為これらスリットはより幅広くすることができ、このこ
とはガスの交換を改良するものである。
連接棒軸60は孔付き連接棒の上方半分66内で終わっており、その大きな直径
は第2図及び第3図で説明した様に質量力学的要件により決められている。バラ
ンス孔67′を有する連接棒カバー67はネジ68によって固定され、その凹み
部69は締め付はネジ71を有するカバーバンド70によって損傷無く成される
。連接棒チャージャー60.66゜67.70のシールを更に改良するために、
カバーバンド70は外側にラビリンス作用を有する細かい横リブ72を備えるこ
とが良く、特にカバーバンドが鋼の代わりにプラスチックから出来ている時には
良い、孔付き連接棒66.6Bの大きな直径はクランクケーシングの大きな内径
を生じ、そのケーシングはカバー32によって閉鎖されている。これは連接棒チ
ャージ中−の充填度を所望の如く高くし、従うでエンジンを極端な出力密度とす
る結果となる。
(18バールまでの算出された平均圧力)。
ポンプ作動は上死点(第4図)以降では点73まで部分的に取り戻される。必要
な限り、スロットル弁は吸気短管74内でなく、長いボスにより相互に結合され
た2つの換気フラップ75の形で側方の洗浄通路78の直後にある。シリンダー
を切る場合又はエンジンの空転75′の場合はぼ完全な挿入空気量が吸気部79
に送り戻され、損失無く再循環される。洗浄通路78か通路80は低圧−噴射ノ
ズル81 (照射線の空気被覆)に対して出来るだけ接線方向に通じる。
連接棒チャージ中−〇負圧を利用して孔付き連接棒の適当な個所に設けた溝82
及び孔83と84によって潤滑油が(換気フラップで)必要量計量され、ポンプ
無しに吸引される。最小の油使用量(1パーミルが望まれる)は2サイクルエン
ジンの為今日最上の要請があり、このことは概ね摩擦の少ない揺動ピストンで(
そのシール板は回転するセラミック針を具備しうる)可能である。潤滑及びピス
トンの回転にとって決定的なことはエンジン位置も空間内、第4図及び2におい
て特に宥和に左に傾いている(約151から150”まで)0弾性的なエンジン
の固定は下方部分32の孔付きネジ82の所で行うことが出来る。
第4図及び第5図のエンジンブロックは、運動部分が最適に回転するように、水
又は油用の大きな冷却媒体空間83を備え、一方例えば鋳鉄又はセラミックから
成るシリンダーへラド31、液体冷却を行わないセルメットは従って非常に簡単
に分解可能である。コベントリー ポリテクニックのメリット博士の研究に誘発
されてシリンダーヘッドは凹み83及び板84により形成された燃焼空間を含み
、この空間は少なくとも部分的に例えば耐熱性の鋼製の綿85で満たされ、この
綿は部分的に又は全部貴金属によりコーティングされている。上死点2の範囲に
おけるピストンの振り子運動によりこの燃焼空間は理想的にはチャージング部か
ら均一流の通流を受け、このチャージング部はスタート時及び僅かの負荷の時に
点火プラグ86で、さもないと鋼製の綿85で点火が消える(触媒の燃焼での継
続点火)、これは最低の燃料消費が行われた方が良く、外部の触媒を節約した方
が良い、NO88106675号公報の第11図及び第12図の長く延びた円筒
状の燃焼空間も重要であり、特に直接噴射(ディーゼル、ベンジン、ガス又は多
原料)と関連して重要である。従って第3図による普通で半円錐形及び/又は半
シリンダー形の燃焼空間が可能である。
連接棒89とカウンターウェイト90とを有する丸い連接棒ピストン88は各種
の4サイクルエンジンに通している。試みたシールは第9A図によれば横平面9
2内で重なり合うバー91を有するガイドリング90と、その上で半径方向自由
に摺動可能な燃焼リング93と油リング94とから成る0弾性のピストンガイド
は半円形でガスに充満された2つの圧力ホース95により行われ、それらは例え
ばPTFEから成る可撓性のバンド96によって取り囲まれてし−る。第8図に
類似したバンドの内側及び溝底部の波形輪郭は特に有利である。連接棒ピストン
88はまた例えば正方形の平面形を持っていても良い(4つの弁に適合して)、
第9図及び第10図はまた勿論ただ一段で従って体積の大きいコンプレッサー用
にも使える。
第3図及び第4図による燃焼エンジンから2段の高出力コンプレッサーを誘導し
うる。この為により幅が広く平面図で特に有利に正方形の振り子ピストンが役立
ち、非常に大きな過流スリット97並びに必要な場合には端面側の通路98が役
立つ。
国際調査報告
国際調査報告
田野暉審輔牛
国際調査報告
CH89100165
Claims (17)
- (1)湾曲したシリンダー壁を有するシリンダークランクケーシングがあり、そ れらシリンダー壁が内側で円形のクランクケーシングに繋がっており、そこで孔 付き連接棒を有する一体化した連接棒軸のある振り子ピストンがクランクピンに 枢着している様な振り子ピストン機関において、孔付き連接棒がカウンターウェ イトとして円形に形成されており、その際カウンターウェイトの構成は、ピスト ン中心点により描かれる所定の曲線形を作るのに役立ち、そして振り子ピストン にはシール板が設けられ、これらが作られた曲線形の側方振幅の範囲で少なくと も1つの変動を許す様に構成されていることを特徴とする振り子ピストン機関。
- (2)振り子ピストン、連接棒軸及びカウンターウェイトが1つのユニットを形 成し、このユニットが2つの相互に結合された半分体から出来ていることを特徴 とする請求項1に記載の振り子ピストン機関。
- (3)前記半分体が振り子平面内で互いに突き合わされていることを特徴とする 請求項2に記載の振り子ピストン機関。
- (4)前記半分体が振り子平面に対して垂直平面内で互いに突き合わされている ことを特徴とする請求項2に記載の振り子ピストン機関。
- (5)少なくとも1つの連接棒軸が中空に形成されていることを特徴とする請求 項2に記載の振り子ピストン機関。
- (6)シール板が端面側の溝内で摺動可能に支承され、第1の押圧要素と第2の 押圧要素とを介して相互に結合されており、これら第1の要素はシリンダー壁に 継続的に接合しながらシール板の平行な変動を保証し、そして第2の要素は振り 子ピストンの側方の中心合わせをもたらすことを特徴とする請求項1に記載の振 り子ピストン機関。
- (7)前記第1の押圧要素は押圧バネであり、これらバネは貫通する長手方向孔 内で軸方向に摺動可能であり、そして第2の押圧要素は押圧バネであり、これら バネは貫通孔に平行に盲孔内に収められていることを特徴とする請求項6に記載 の振り子ピストン機関。
- (8)振り子ピストンが分解可能なピストン底部を備えており、その下で振り子 ピストン内に数個の平行な溝が設けられており、それらの溝の中に押圧要素が取 り付けられていることを特徴とする請求項6に記載の振り子ピストン機関。
- (9)中央のネジを有するピストン底部が振り子ピストン上に取り付けられてお り、この振り子ピストンは同時に第2の押圧要素に対するストッパーとして役立 っていることを特徴とする請求項8に記載の振り子ピストン機関。
- (10)端面シール板が端面側の溝の中に摺動可能に支承されており、その際こ れら溝は閉じられ、ガスの満たされ、ホース状のバネ要素であって、耐高熱性で 可撓性の材料からなるバネ要素が圧力でシリンダー壁に押圧され、そしてバネ要 素は端面シール板と同じ長さであり、そうしてその閉じた端部でまた側方の板に 圧力を受けていることを特徴とする請求項6に記載の振り子ピストン機関。
- (11)端面シール板の内側側面と、そのガイド溝の基体が波形の輪郭を備えて いることを特徴とする請求項10に記載の振り子ピストン機関。
- (12)ホース状のバネ要素が伸びない織物で巻かれていることを特徴とする請 求項10に記載の振り子ピストン機関。
- (13)振り子ピストン機関がエンジンであり、このエンジンは垂直線から15 °から150°偏れた位置で組み立てられていることを特徴とする請求項1に記 載の振り子ピストン機関。
- (14)燃焼空間が部分的に耐熱性で少なくとも部分的に貴金属でコーティング された鋼製の綿で充満されていることを特徴とする請求項1に記載の振り子ピス トン機関。
- (15)振り子ピストンは丸い横断面を備え、丸いガイド要素且つシール要素を 設けていることを特徴とする請求項1に記載の振り子ピストン機関。
- (16)ガイド要素且つシール要素が1つのリングであり、このリングが2つの 半円形でガスで充填された圧力ホースを用いて半径方向に摺動可能にガイドされ ていることを特徴とする請求項15に記載の振り子ピストン機関。
- (17)振り子ピストン機関がコンプレッサーとして形成されていることを特徴 とする請求項1に記載の振り子ピストン機関。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH03348/88-6 | 1988-09-07 | ||
CH334888 | 1988-09-07 |
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Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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AU (1) | AU4075489A (ja) |
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