JPH06500612A - 揺動型ピストン機関 - Google Patents

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】 揺動型ピストン機関 本発明は、ハウジングを含み、その中に複数のチャンバが２つの端壁間で中心ハ ウジング軸線の回りにすべて画成されており、また、夫々ハウジング軸線と平行 なピストン軸線の回りに旋回できかつ両端壁に対して密封された複数のピストン と、ハウジング軸線の回りに旋回できかつピストンと駆動連結された中心シャフ トと、ハウジングのチャンバに出入りする流体を夫々供給、排出するための入口 通路と出口通路を含む揺動型ピストン機関に関するものである。

この種の既知の揺動型ピストン機関（ＤＥ２３６３０７７Ｂ２）では、４つのシ リンダチャンバがすべてハウジングの中心軸線の回りに配置される。各前記チャ ンバは夫々円筒形壁部分と、頂点で径方向外方に収斂する２つの平らな側壁部分 とによって画成される。４つのシリンダチャンバの各々は板状ピストンによって ２つのハウジングチャンバに分けられ、前記板状ピストンは頂点の領域で旋回可 能に支持される。全数で４個のピストンの各々はクランク駆動装置によって歯車 に連結される。

この歯車は中心シャフト上に定着された中心歯車と噛み合う。

このようにして、４つのピストンの旋回運動は、各ピストンが風防ガラスのワイ パー状往復運動のようにして同期させられ、その間２つの端壁と円筒形内壁部分 に対して密封作用た行われる。

３個だけの揺動型ピストンを含む同様の装置はＦＲ８００７５３Ａ１から既知で ある。

ＤＥ１９４７４０６Ａ１から既知の揺動型ピストン機関のピストンの配置はこれ ら２つの装置に比して径方向外方で逆にされる。この場合、４つのピストンは中 心ハウジング部分に互いに密接して支持され、それらの径方向外縁の各々は円筒 形外部ハウジング壁部分に沿って密封状に前後動することができ、各ピストンは ２つの隣接したとスト〉・の各々と共にハウジングチャンバを画成する。この場 合、前記２つの揺動型ピストン機関とは異なって、隣接したピストン間に隔壁が ない。

上述の３つのすべての揺動型ピストン機関に普通のことは、ピストンの近軸の径 方向外側（ＤＥ２．３６３０７７Ｂ１とＦＲ８００７５３Ａ１）又は径方向内側 （ＤＥ１９４７４０６Ａ１）の密封縁と、これに対応する円筒形ハウジング壁と の間の良好な密封は、もしハウジングがこれらの領域の形状と寸法に忠実に切削 加工されそして通常の負荷の下では力又は熱の影響によって歪まないのでなけれ ば、得られないということである。運転中に生じる第１の高オーダーの慣性に起 因する力の補償は、４つの等しい揺動型ピストンをもつ既知の揺動型ピストン機 関で原則的に達成されるけれども、このことはピストンを中心シャフトに連結す るクランク駆動装置によってできるに過ぎない。

しかし、これらの歯車連結は固有の、不可避の回転弾性をもち、従って、何れか の特定の時点において個々のピストンに作用する大きく変化する力が歯車の振動 を生じてそれなりの障害を生じ、また、これらの振動が質量平衡に影響を与える 可能性がある。

それ故、本発明の目的は個々のピストンの協働作用の改善に特徴を有する揺動型 ピストン機関を提供することにある。

上記目的は本発明により、ピストンがニアーム付きレバーから構成され、前記レ バーのアームは噛み合う歯を介して夫々の隣接したピストンアームと密封状に転 がり掛合し、各ハウジングチャンバは転がり掛合する１対のピストンアームによ って画成されることを特徴とする揺動型ピストン機関によって達成される。

ピストンアーム間の相互の密封掛合はピストンとハウジング間のシールを極めて 間車化する。従って、たとえハウジングが熱負荷によって変形しても十分な密封 効果が保たれる。完全な質量平衡を得るために伝達すべき力はピストン間に直接 伝達され、それ故、殆ど振動が無くなる。噛み合うピストンが互いに反対方向に 揺動する間に、空気又は燃料−空気混合物が任意の圧縮比でハウジングチャンバ 内で圧縮され、本発明の揺動型ピストン機関はオツトー機関又はディーゼル機関 の何れとしても設計することができ、また炭化水素の如き所望の液体又は気体の 燃料で高い熱力学的効率をもって運転することができる。

本発明の実施例は従属する請求の範囲に規定されている。

以下、本発明を図示の実施例につき詳述する。

第１図は第２図の１−１上の４サイクルオツト一機関として構成した揺動型ピス トン機関の縦断面図である。

第２図は第１図のｒｒ−ｒｒ上の横断面図である。

第３図は変更した揺動型ピストン機関の第２図に相当する横断面図である。

第４図は点火時の、４サイクルオツト一機関として構成したもう１つの揺動型ピ ストン機関の横断面図である。

第５図は点火時より後３０°に相当する横断面図である。

第６回は第５図のＶＬＶＩ上の縦断面図である。

第７図は第６図のＶｌｌ−ＶＴＩ上の横断面図である。

第８図は互いに１０°の間隔で続く８個の時点で第１〜７図に示した揺動型ピス トン機関の横断面を示す図である。

第９図は同様に４サイクルオツト一機関として設計したもう１つの変更した揺動 型ピストン機関の横断面図である。

第１Ｏ図はポンプ又は圧縮機として設計した揺動型ピストン機関の横断面図であ る。

第１．２図に示す揺動型ピストン機関は周壁１２を形成する中心ハウジング部分 と、横で一体をなす２つのハウジング部分とをもつハウジング１０からなり、前 記横で一体をなすハウジング部分は夫々、成る角度をなして外方に突出する夫々 の突出部１Ｇをもつ端壁１４を有する。ハウジング１０は中心のハウジング軸線 Ａに対して実質上回転対称形をなす。周壁１２は径方向内方に実質上円筒形をな し、端壁工４は軸線方向内方に実質」二平面をなす、４つのバウシングチャンバ １８の各々はハウジング１０の内に１対のピストンによって画成されており、各 前記バウシングチャンバは互いに９０°だけ位置をずらせている。

前記ピストン対は全部で４つのニアーム付き弓形ピストン２０によって形成され る。各弓形ピストンは周壁１２の内側で相補形軸受２４中に支持するため径方向 外面に部分円筒形の支承部分２２をもつ、対応する軸受２４と共に、各ピストン ２０の支承部分２２は夫々のピストンが旋回するピストン軸線Ｂを限定する。図 示の実施例ではピストン２０の支承部分２２は凸面をなし、従って周壁１２の軸 受２４は凹面をなす。同様に、この逆の組合せ設計も可能である。

各ピストン２０は歯２６．２８をもつ２つのアームの各々の端部に形成され、隣 接したピストン２０の相補形の歯２８．２６に夫々噛み合う。これらの歯２６． ２８によって、ピストン２０は互いに転がり合って、すべてのピストンが同時に かつ同じ角度だけ前後に揺動することができると共に、隣接したピストンは反対 方向に、各ピストンの各アームが周壁１２に衝合する端部間を前後に揺動する。

幾何学的軸線がハウジング軸線Ａと一致する中心シャフト３０がハウジング１０ を通して延びる。中心シャフト３０は夫々２つの端壁１４でシャフト軸受３２中 に支持され、２つの端壁間に２つの平行な横断部材３４を備える。前記部材は１ 対の支承ジャーナル３６によって相互連結される。２つの支承ジャーナル３６は ハウジング軸線Ａに対して偏心的に配置され、それらの軸線Ｃはハウジング軸線 Ａに平行に、互いに正反対に延びる。

円筒形ローラの形状をなすカム従動子３８は２つの支承ジャーナルの各々上で遊 転する。カム従動子３８はピストン２０の径方向内側の走行面４０を転がるよう にされる。断面で、各個々のピストン２０の走行面４０はほぼパラボラ状に形成 され、その軸線は対応するピストン軸線Ｂと交差し、その最小曲率半径はカム従 動子３８の外径の部分の−より僅かに大きい。

各ピストン２０は２つの平行な端面４２をもち、前記端面は環状シール４４と、 この環状シールから出発する径方向シール４６によって端壁１４の夫々１つに対 して密封される。４つの軸受２４の各々の径方向内側に位置する４つの領域で、 環状シール４４は円の四分の−の形状をもつ。これらの四分の一円は直線部分に よって相互結合される。すべてのシール４４．４６は端壁１４に形成された溝中 に埋め込まれる。

はぼ半球形の燃焼室４８は各ピストン２０の２つのアームの各々の径方向外側に 画成される。従って２つの燃焼室は夫々４つのハウジングチャンバ１８の各々と 関連させられる。２つのスパークプラグ５０が各ハウジングチャンバ１８に突き 出て、２つの対応する燃焼室４８の中心に向けられる。

各燃焼室４８は更に、１対の大口弁５２と、１対の出目弁５４によって１対の入 口通路５６と１対の出口通路５８に夫々連結される。入口弁５２と出口弁５４は 端壁１４の各々に配置され、１対のカムディスク６０によって制御される。前記 カムディスクは各環状延長部１６の実質上径方向内側に配置され、中心シャフト ３０に定着され、かつ夫々ハウジングカバー６４上に軸線方向の圧力軸受６２に よって支持される。

最後に、中心シャフト３０の一端部は点火ディストリビュータ６６に連結される 。他方のシャフト端部６８は駆動されるべき集合体に連結するための多溝輪郭を もつ。

図示の揺動型ピストン機関は４サイクルオツト一機関として運転することを意図 している。第２図の左側ハウジングチャンバ１８とこれと連通ずる２つの燃焼室 ４８は圧縮した燃料−空気混合物を含み、関連する入口弁５２と出口弁５４は閉 鎖され、中心シャフト３０は時計回りに回転すると仮定する。この場合、２つの 左側燃焼室４８中の混合物が点火されると、上部と下部の左側ピストン２０の互 いに掛合するアームはハウジング軸線Ａの方向で内側に向かって揺動する。同時 に、上部の左側と右側のピストン２０の２つの互いに掛合するアームは上方に揺 動し、それによって上部バウシングチャンバ１８中の燃料−空気混合物を圧縮す る。その人口弁５２と出口弁５４は同様に閉鎖される。同時に、右側の上部と下 部のピストン２０の互いに掛合するアームは内方に揺動し、それによって予備圧 縮された新鮮な空気が　右側のハウジングチャンバ１８に流入する。その人口弁 ５２は開き、その出口弁５４は閉ざされる。更に、同時に、下部の右側と左側の ピストン２０の互いに掛合したアームは外方に揺動して、以前に燃焼した混合物 が下部ハウジングチャンバ１８から放出される。その人口弁５２は閉ざされ、そ の出目弁５４は開く。この時間中、中心シャフト３０は時計回りに９０°回転す る。

次の点火は上部ハウジングチャンバ１８中で起こり、上記のすべてのプロセスが ハウジングチャンバ１８内で繰り返される。

これらのチャンバは先行するサイクルの対応するハウジングチャンバに対して９ ０°だけ時計回りに位置をずらせている。

かくして、完全な４サイクルが中心シャフト３０の完全な１回転中に起こる。こ れらの運転中、全可動部品の全重心は常にハウジング軸線Ａ上の同じ場所りに留 まる。その結果、完全な静的及び動的質量平衡が得られる。それ故、上記機械の 円滑な運転は６個のシリンダを含む往復ピストン直列型機関のそれと少なくとも 同等になる。

第３図に示す実施例の場合、各ピストン２０は夫々の支承ジャーナル７０上に支 持される。この支承ジャーナルは２つの端壁１４に定着され、その幾何学的軸線 としてピストン軸線Ｂをもつ。第３図に示す支承部分２２はハウジング内に埋め 込んだ密封ストリップ７２によってハウジング１０に対してシールされて、もし 支承部分とハウジング間に比較的大きな隙間があれば、ハウジングチャンバ１８ が互いに確実に分離されるようになす。他方、第１．２図に示す実施例では、支 承部分２２とこれに対応する軸受２４間の直接接触はハウジングチャンバ１８を 分離させておくのに十分である。

第３図に示す実施例は各バウシングチャンバ１日中に唯１つのスパークプラグ５ ０を備える点で、第１．２図に示すものとは更に異なる。入口弁５２と出口弁５ ４は径方向に配置され、制御シャフト（図示せず）によって制御される。前記制 御シャフトは中心シャフト３０によって慣例の手法によって駆動される。

第３図に示す支承ジャーナル７０はピストン２０の１つにしっかり連結されかつ 例えば歯車と方向性ロック機構又はクランク駆動装置を介して中心シャフト３０ を駆動するシャフトと置き換えることができる。この場合、横断部材３４、支承 ジャーナル３６及びカム従動子３８は省略することができる。

第４図に示す実施例は主に以下の特徴によって第１〜３図のものと異なる。

ニアーム付きレバーとして構成された４つのピストン２０は夫々凹面支承部分２ ２を含み、この支承部分によってそれらは部分円筒形スリーブの形をなす軸受２ ４上に支持される。各軸受２４はハーフ２上に定着され、このバーはハウジング 軸線Ａに平行に延び、かつ部分円筒形外面７４をもち、この外面によって、バー はハウジングの周壁１２に沿って摺動させられ、シール７６によって軸線方向に 密封される。軸受２４は同様に、周壁１２まで密封状に延びる。全部で４つのバ ー７２は４つのピストン２０用に備えられ、それらは互いに９０°位置をずらし た関係で夫々一端をリング７８によって保持されると共に、他端はディスク８０ によって保持される。各バー７２はハウジング軸線Ａから離れる径方向外方向に 隙間をもって取付けられる。

ディスク８０は中心シャフト３０に定着される。ハーフ２、リング７８及びディ スク８０は１種のケージを形成する。このケージは中心シャフト３０と一緒に回 転する。ハーフ２と、その上に固定された軸受２４は上記の径方向隙間に起因し て、遠心力によってハウジングの周壁１２に押し付けられ、従って、ケージの回 転に貢献する４つのハウジングチャンバ１８は、ピストン２０と丁度同じように 、互いに確実に密封される。

はぼ滴形輪郭をもつ偏心ローラによって構成されたカム従動子３８は１対の支承 ジャーナル８２によってハウジング１０の端壁１４に支持される。ピストン２０ を一緒に形成する走行面４０は第４〜１０図に示すように、夫々円弧形輪郭をも つ。カム従動子３８は摺動せずにその面を転がることができる。第４〜１０図に 示すように、各カム従動子３８はしっかりピニオン８４に連結され、又はそれと 一体に作られ、各ピニオンは中間歯車８６と噛み合う。かくして、全部で４つの 中間歯車８６を備え、これらの中間歯車は中心シャフト３０上に定着されかつ各 ピニオン８４の歯の４倍の歯をもった中心歯車８８の歯と噛み合う。中心シャフ ト３０と各カム従動子３８閣の伝動比はｌ：４である。

第１〜３図に従って、各環状シール４４は第４〜ｌＯ図に示すハウジング１０の 端壁１４に配置される。しかし、このシールは円形であり、ピストン２０に対し て密封しないが、リング７８又はディスク８０に対して密封する。

第１〜３図とは異なり、第４〜１０図に示す実施例は弁を備える。第４〜９図に 示すように、ハウジング１０は唯１つの入口通路５６と１つの出口通路５８をも ち、これらの通路は直接ピストン２０によって制御される。換言すれば、それら はストロークに応じて開閉される。更に、第４〜９図に示すように、１対のスパ ークプラグ５０のみを有し、これらは入口通路５６と出口通路５８に対して位置 をずらして配置され、出口通路５８は夫々１３０°乃至１４０″″だけ、好適に は１３５°だけ位１をずらして配置される。揺動型ピストン機関の軸線方向長さ に応じて、図示の２つのスパークプラグ５ｏは１個のスパークプラグと置き換え ることができ、又は１個又は数個のスパークプラグを追加することができる。

４サイクルクルオツト一機関として第４〜７図に示す揺動型ピストン機関の運転 モードは第８図に示す。第８図１は第４図に対応し、点火時の可動構造部材の位 １を示す、この時間中、前取て吸引、圧縮された燃料−空気混合物は下部ハウジ ングチャンバ１８中で点火され、一方、燃焼した混合物は出口９２を通って左側 ハウジングチャンバ１８′から排気され、新鮮な混合物が入口９０を通って上部 ハウジングチャンバ１８′に吸い込まれ、混合物は右側ハウジングチャンバ１Ｂ ”内に圧入される。

第８図２に示すように、４個のピストン２０は中心シャフトと共に時計回りに１ ０°にわたって回転しており、一方、２つのカム従動子３８は夫々４０°にわた って時計回りに回転している。第８図３〜８に示すように、アナログ方式で、ピ ストン２０と一緒の中心シャフト３００回転は夫々１０＠だけ継続し、カム従動 子３８の回転は夫々４０°だけ継続し、かくして第８図１に示す位置にピストン が達したときに終了する１つの完全な４サイクルの後に、中心シャフト３ａとピ ストン２０は９０″だけ一緒に回転し、一方、カム従動子３日は夫々、自身の不 動の軸線Ｃの回りに１つの完全な３６０°回転を行う。それ故、中心シャフト３ ０の１つの完全な回転中に、４つの完全な４サイクルが行われる。

第９図に示しかつ、同様に４サイクルのスパーク点火機関として設計された揺動 型ピストン機関は第４〜８図に示すものとは異なっており、リング７８は８個の 細長いロッドによってディスク８０に追加的に連結されており、前記ロッドに対 してピストン２０がそれらの終端揺動位置で衝合し、従ってそれらはハウジング １０の面壁１２に接触できない。更に、第４〜８図及び第１〜３図に、ピストン ２０の軸線方向の全幅にわたって延びる実質上円筒形歯又はインボリュート歯と して示す！２６．２８は、第９図に示すように、個々の半球形突出部と相補形の 窪みによって形成される！２６．２８と置き換えられる。前記窪みは軸線方向と 径方向で互いに位置をずらしている。

通常の構造部品を用いて相応の設計変更をなした場合、上記の揺動型ピストン機 関は燃料噴射式オツトー又はディーゼル機関として、空気圧式又は液圧式機関と して又は圧縮機又はポンプとして運転できる。

ポンプ又は圧縮機として設計された第１０図に示す揺動型ピストン機械の場合、 ハウジングＩＯはその周壁１２に２つの入口通路５６と、２つの出口通路５８を 含む、それらの通路は９０°の間隔をおいて配置され、各入口通路５６は出口通 路５８が後続するようにされ、又はその逆の配列にされる。入口通路と出口通路 をこのように配列すれば、第１０図に示す揺動型ピストン機械は空気圧式又は液 圧式機関としても運転できる。

ＦＩＧ−１ ε す

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハウジング（１０）を含み、その中に複数のチャンバ（１８）が２つの端壁 （１４）間で中心ハウジング軸線（Ａ）の回りにすべて画成されておわ、また、 夫々ハウジング軸線（Ａ）と平行なピストン軸線（Ｂ）の回りに旋回できかつ両 端壁（１４）に対して密封された複数のピストン（２０）と、ハウジング軸線（ Ａ）の回りに旋回できかつピストン（２０）と駆動連結された中心シャフト（３ ０）と、ハウジングのチャンバ（１８）に出入りする流体を夫々供給、排出する ための入口通路（５６）と出口通路（５８）を含む揺動型ピストン機関において 、ピストン（２０）が二アーム付きレバーから構成され、前記レバーのアームは 噛み合う歯（２６、２８）を介して夫々の隣接したピストンアームと密封状に転 がり掛合し、各ハウジングチャンバ（１８）は転がり掛合する１対のピストンア ームによって画成されることを特徴とする揺動型ピストン機関。 ２．各ピストン（２０）はハウジング軸線（Ａ）に面する側に走行面（４０）を もち、前記走行面に沿って中心シャフト（３０）に連結された偏心カム從動子（ ３８）が移動して、中心シャフト（３０）の或る一定の角度位置を各ピストン位 置に関連せしめることを特徴とする請求項１に記載の揺動型ピストン機関。 ３．隣接したピストン（２０）の走行面（４０）は一定のピストン位置で中間間 隙をもたずに整列することを特徴とする請求項２に記載の揺動型ピストン機関。 ４．２つのカム從動子（３８）は中心シャフト（３０）に連結され、前記中心シ ャフトはハウジング軸線（Ａ）に対して互いに正反対に配置されることを特徴と する請求項２又は３に記載の揺動型ピストン機関。 ５．ピストン（２０）は中心シャフト（３０）と共に回転するケージ（７２、７ ８、８０）によって支持され、ハウジング（１０）は少なくとも１つの入口通路 （５６）と少なくとも１つの出口通路（５８）をもち、前記通路はピストン（２ ０）によって直接制御されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記 載の揺動型ピストン機関。 ６．カム從動子（３８）は偏心ローラによって構成され、各偏心ローラはハウジ ングに対して固定した軸線Ｃの回りを回転することを特徴とする請求項５に記載 の揺動型ピストン機関。 ７．中心軸線（３０）は１：４の伝動比をもつ齒車列（８４、８６、８８）によ って各カム從動子（３８）に連結されることを特徴とする請求項６に記載の揺動 型ピストン機関。 ８．２つの対応するピストン（２０）の夫々に形成された２つの燃焼室（４８） は各ハウジングチャンバ（１８）に関連させられることを特徴とする揺動型ピス トン機関。 ９．各ハウジングチャンバ（１８）は２つのスパークプラグ（５０）を含み、各 スパークプラグは２つの対応する燃焼室（４８）の夫々１つと関連させられるこ とを特徴とする請求項８に記載の揺動型ピストン機関。