JPH03501044A

JPH03501044A - 振子ピストン機関

Info

Publication number: JPH03501044A
Application number: JP1508938A
Authority: JP
Inventors: ザルツマン・ウイリィ・エルンスト
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1991-03-07
Also published as: EP0390882B1; EP0390882A1; ATE138154T1; DE58909682D1; AU4075489A; WO1990002867A1

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１Ａ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９２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

【特許請求の範囲】

（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。