JPH0694815B2 - 駆動軸の周囲に平行に配置した複数のシリンダーを有するピストンエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は駆動軸の周囲に平行に配置した複数のシリンダ
ーを有するピストンエンジンに関する。

タンブリング・ディスクと呼ばれる円盤を有するエンジ
ン（及びポンプ）が知られている。このタイプのエンジ
ンでは各シリンダーの縦軸の方向が駆動軸と実質的に平
行であり、各シリンダーのピストンロッドの自由端が軸
に取り付けた円盤の表面部に接触している。その表面部
は前記軸とある角度をなしているのでピストンロッドの
往復運動は円盤の回転運動に変換され、その逆にも変換
される。

このようなエンジンでは、普通のピストンエンジンにお
ける複数のクランクと場合によっては複数の軸受を有す
るクランク軸が、全てのピストンロッドに対するただ一
つのクランクの役割を果たすタンブリング・ディスクで
置換されている。その結果力の配分がより好適になると
考えられ、また、このようなエンジンの前記の構成によ
ってスペースの利用効率を高めることができる。

軸と正しい角度をなして設置する前記タンブリング・デ
ィスクの製造は簡単ではない。また、この円盤の作用
は、ピストンのストローク長及びピストンの速度に関し
て、各工程においてクランク軸式エンジンの作動に完全
に対応しなければならない。

本発明の目的は、上述のタイプのエンジンであって、各
工程におけるピストンの運動がその工程で望まれる作用
に完全に適合するエンジンを提供することである。

この目的を達成する本発明のエンジンは、円盤を軸と直
角に配置して円盤のシリンダー側の表面に波形起伏のあ
る表面部を設けて該表面部に各ピストンロッドの先端が
接触するようにしたこと、各駆動ロッドの先端を常時前
記表面部に押し付けるように各駆動ロッドに圧縮ばねを
作用させていること、および、前記起伏のある表面部の
形状を、各工程におけるピストンのストローク長及びピ
ストン速度が各工程で果たされるべき作用に適合するよ
うにしたことを特徴とする。

このエンジンにおいて、シリンダーヘッドから各ピスト
ンの仕事工程の終点となる折り返し点までの距離を吸気
工程の終点となる点までの距離より長くすることができ
る。そのようにすると、前者の点の近傍でシリンダー壁
に追加の排気ポートを設けることが可能になり、それに
よって燃焼ガスの排出を促進できる。

前記波形起伏のある表面部は、例えば金属板を所望の形
状にプレス成形することによって別体の部品として製造
することが可能で、それを、必要ならば充填材を介在さ
せて、表面が平面の円盤に固定する。

また、各駆動ロッドの自由端をピン継手でガイドアーム
に接続し、そのガイドアームの一端をエンジンの不動部
にピン継手で取り付けてもよい。各ガイドアームには前
記円盤の波形起伏表面部に接触する圧接子を設けること
ができ、その際、ガイドアームの固定ピン継手から駆動
ロッド結合点までの距離を圧接子までの距離より長くす
ることができる。爆発工程中ガイドアームは円盤の起伏
部への力の伝達に好適な角度をなし、また、上記のごと
く形成したレバーの二つのアームの長さの違いのため、
一定のピストン変位を許すに必要な波形起伏の深さを浅
くすることができる。

駆動軸及び／又は圧接子の接触を確実にするため、ばね
を作用させてもよい。

必要ならば、円盤を横切って働く力の成分をより効果的
に取り出すために、円盤の背面に各シリンダーに対する
支持手段を設けてもよい。また、円盤をその横断中心面
に関して対称形にしてその両側に一対のシリンダーを同
軸に配置して、円盤に働く力の軸方向成分をバランスさ
せることもできる。

以下、図面を参照しながら本発明を更に詳しく説明す
る。

第１図は極度に単純化した線図で本発明によるエンジン
を示す。

第２図は同エンジンの一部品の波形起伏表面の展開線図
であり、 第３図は同タイプのエンジンの駆動ロッド用の特殊なガ
イドアームを線図で示す。

第１図に示す本発明によるエンジンの構造は極度に単純
化したものである。

破線１で示すエンジンハウジング内に軸２が軸受３で支
持されている。そのハウジング内、図示されていない通
常の冷却手段、弁及び点火手段を備えた複数のシリンダ
ー４があり、全シリンダーが軸２に実質的に平行に、且
つ、軸２の周囲に均等に配置されているので、実質的に
円筒状で対称的な構造となっている。

シリンダー４内で駆動ロッド６を有するピストン５が可
動であり、駆動ロッドはガイド７を通って動く。軸２に
取り付けた円盤８のシリンダー４に面する側に波形起伏
のある表面９があり、この表面に駆動ロッド６の先端10
が接触している。必要ならば、ロッド先端10にローラー
11などの接触子を取り付ける。円盤８の他方の面には、
ハウジング１に結合した支持軸受12を各駆動ロッド６と
同軸に設けてもよい。

駆動ロッドの先端10が円盤８の表面９に押し付けられて
いる限り（ばね13がそれを確実にする）、円盤８の回転
によってピストン５が往復運動をすることは明らかであ
ろう。逆に、シリンダー４内の燃焼によって駆動ロッド
６に作用する力はローラー11及び円盤８の波形起伏表面
９の各部分を経て伝わり、その力の軸方向成分は支持手
段12によって吸収される。

第２図は波形起伏表面９の一実施例を展開図の形で示
す。Ａ−Ｂ部分では爆発工程中ピストン５及び駆動ロッ
ド６に作用する力が円盤８に使用し、Ｂ−Ｃ部分ではピ
ストン５が逆方向に押されて燃焼ガスが排出される。Ｃ
−Ｄ部分ではシリンダーが再び充填され、Ｄ−Ａ部分で
は混合気が圧縮される。このように異なる部分それぞれ
の傾斜を互いに異ならせることができ、特に、運動の各
部分における最良作用に適合させることができる。燃焼
ガスを急速に膨張させるため、また、力の伝達を好適に
するため、Ａ−Ｂ部分では傾斜角度が比較的大きく、例
えば約45゜である。

波形起伏が一つの場合は、円盤８の一回転の間にピスト
ン５は四工程の運動をする。ピストン速度及びシリンダ
ー数が同じクランク軸式エンジンと比較すると円盤８の
回転速度は半分になる。波形起伏表面の各部分がまっす
ぐならば、どの部分においても力の伝達の角度は一定と
なる。これは、クランク軸式エンジンでは駆動ロッドと
クランクアームの角度が連続的に変化することと対照的
である。必要ならば、駆動力が伝達されるＡ−Ｂ部分を
曲面にして、その力の伝達が燃焼中の圧力上昇と最適の
関係で実現するように計ることができる。他の部分では
起伏表面の形状はさほど重要ではないが、傾斜角度は、
それによって当該工程の継続時間が定まるので、重要で
ある。よって、特にＣ−Ｄ部分の傾斜角度をかなり小さ
くして、吸気工程の持続時間をシリンダーの良好な充填
に十分な長さにすることもできる。

第２図に示すように、Ｃ−Ｄ部分におけるピストンのス
トローク長はＡ−Ｂ部分におけるよりも短い。その目的
は、爆発工程の終期にのみピストン５で遮蔽されなくな
る追加の排気ポート14を設けることを可能にするためで
ある。それによって、先ず残存圧力を有する廃ガスの排
出が行われ,B−Ｃの工程中に残りのガスがピストンによ
って通常の排気弁に向かって押し出される。必要なら
ば、この排気ポート14とハウジング１内部の直接連通を
防ぐために、このポートと連通する排気ダクトに追加の
弁を設けてもよい。その弁は低圧弁でよく、厳しい要求
条件を満たす必要はない。

第３図に示す特別な実施例では、駆動ロッド６に関する
ガイド（７）としてガイドアーム７′を用いている。各
ガイドアームは一端15でピン継手によってハウジング１
に取り付けられ、他端16で対応する駆動ロッド６にピン
継手でつながれている。

更にアーム７′に付けた圧接子17がローラー11′の如き
接触子によって円盤８の波型起伏９に（図ではＡ−Ｂ部
分に）接触している。

このアーム７′を回して傾ければいっそう表面Ａ−Ｂの
方向に近くなり、力の伝達に好都合になる。更に、支点
15から連結点16までの距離を点17までの距離より長くす
れば、レバーの作用が生じるので起伏９を浅くすること
ができる。ばね13をアーム７′の適当な箇所に作用させ
る。必要ならば、アーム７′をベル・クランクの形にし
てもよい。

表面９の異なる二部分の境界は丸みをつけて、ピストン
の運動方向の逆転を容易にしてもよい。また、円盤８の
表面に第２図に示した四部分を二系列以上有する波型起
伏９を形成することもでき、そうすれば、一回転の間に
起きるピストンのストローク数が増大する。

支持手段12は、特に、爆発工程中に軸方向の力を吸収す
る役割を果たすものであるが、これに代えて、円盤８を
完全に対称的な形にして、その背面にも図示のピストン
４に対応するピストンをそれぞれ同軸に配置して、円盤
を横切って作用する力の成分を常にバランスさせること
も可能である。

二つの起伏表面９を有する対称的な円盤８の両側にシリ
ンダー群を配置して軸方向に作用する力の成分を円盤８
でバランスさせる代わりに、ダブルピストン式のシリン
ダー、即ち、各シリンダー内で二つのピストンが同時に
且つ互いに逆方向に駆動されるシリンダーを用いること
もできる。その場合は、先に説明した円盤をシリンダー
の両側に一つずつ配置して、両ピストンの駆動ロッドが
各々円盤の波型起伏表面に作用するようにする。その結
果軸２に作用する軸方向の力はバランスする。その場
合、軸受３は使われない。従って、軸２を適切に強化す
る。

円盤８の起伏表面９は円盤の表面を機械加工して形成す
ることもできるが、それは好ましくないこともある。こ
の起伏表面を別体の金属板から作り出して、必要ならば
充填材を介在させて、円盤８に固定することも可能であ
る。その金属板の材質は耐摩耗性が高いもので、特に、
表面処理を施したものであることが望ましい。充填材は
前記金属板を加工した物の変形を防ぐに十分な耐圧性を
有するものであればよい。また、必要ならば、波型起伏
表面９を円盤８自体と共に鋳造することも可能である。

また、円盤８をフライホイールとすることも可能であ
り、その場合は、弁等を動作させるため及び、場合によ
っては、ばね13の代わりに駆動ロッド６を戻すためのカ
ム面を円盤に追加形成することもできる。

以上の説明は四工程エンジンに関するものであった。然
し、二工程エンジンも同様にして構成できることは明ら
かであろう。ダブルピストン式エンジンの場合は両ピス
トン間の二つのポート14によって吸気が良好に行われ、
一方が排気ポートとして働き他方が吸気ポートとして働
く。更に、適当な掃気ポンプの利用によって燃焼ガスの
排出を良好に行える。従って、シリンダーの吸排気の通
常の二工程エンジンにおけるよりも良好に行うことがで
きる。当該カム面形状を適切にすることによって、隣り
合うピストンによる吸気弁及び排気弁の開閉を正しいタ
イミングで実行することができ、混合気の点火後は両ピ
ストンが互いに対称的に動く。公知のダブルシリンダー
式エンジンと比較すると、ダブルクランク軸を必要とせ
ず、また、ピストンの運動が部分的に非対称的なことに
よってガスの排出、掃気及びガスの供給が最適に行われ
るという利点がある。

また、図示の実施例では、ピストンのストロークの半ば
の位置に、適当な弁で閉じることができる吸気補充用の
追加の吸気ポートを設けることが好ましい。

また、駆動軸を必ずしも水平に配置する必要はなく、必
要ならば垂直に配置してもよいことは明らかであろう。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動ロッドを備えて滑動可能なピストンを
   内蔵する複数のシリンダーを有し、各ピストンの縦軸が
   被駆動軸と間隔をおいて平行であり、各駆動ロッドは前
   記軸と実質的に平行に可動であって、その自由端で、前
   記軸に結合されて前記軸とある角度をなす複数の表面を
   有する円盤と接触し、前記軸が回転すると前記表面が各
   駆動ロッドの往復運動を引き起こすエンジンであって、 前記円盤（８）の片側の表面に波型起伏のある表面部
   （９）を設けて該表面部に各駆動ロッドの先端を接触さ
   せたこと、各駆動ロッドの先端を常時前記表面部に押し
   付けるように各駆動ロッドに圧縮ばね（13）を作用させ
   ていること、および、前記起伏のある表面部の形伏を、
   各工程におけるピストンのストローク長及び／又はスト
   ローク速度が当該工程で果たされるべき作用に適合する
   ようにしたことを特徴とするピストンエンジン。
2. 【請求項２】各シリンダーが反対に動く二つのピストン
   を有し、同じ波型起伏のある表面部を設けた二つの円盤
   をシリンダー・アセンブリーの両側に配置して前記軸
   （２）に取り付け、各円盤と一セットのピストン（５）
   の駆動ロッド（６）が相互作用するようにしたことを特
   徴とする請求の範囲第１項に記載のエンジン。
3. 【請求項３】ピストン（５）の仕事工程の終点となる折
   り返し点（Ｂ）のシリンダーヘッドからの距離を、吸気
   工程の終点となる点（Ｄ）のシリンダーヘッドからの距
   離より長くしたこと、および、前記折り返し点（Ｂ）の
   近傍に追加の排気ポート（14）を設けたことを特徴とす
   る請求の範囲第１項または第２項に記載のエンジン。
4. 【請求項４】波型起伏のある表面部（９）が別体として
   製造された部品、特に、金属板を所望の形状にプレス加
   工したものであって、必要ならば充填材を介在させて、
   表面が平面の円盤に固定されている請求の範囲第１項か
   ら第３項までの何れかに記載のエンジン。
5. 【請求項５】各駆動ロッド（６）の自由端（10）をピン
   継手でガイドアーム（７′）につなぎ、該アームの他端
   をピン継手でエンジンの不動部に取り付けたことを特徴
   とする請求の範囲第１項から第４項までの何れかに記載
   のエンジン。
6. 【請求項６】円盤（８）の起伏のある表面部（９）に接
   触する圧接子（17）を各ガイドアーム（７′）に設けた
   ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のエンジン。
7. 【請求項７】ガイドアーム（７′）の固定ヒンジ点（1
   5）から駆動ロッド結合点（16）までの距離が圧接子（1
   7）までの距離より長いことを特徴とする請求の範囲第
   ６項に記載のエンジン。
8. 【請求項８】各シリンダー（４）について、円盤（８）
   の反対側に支持手段（12）を設けたことを特徴とする請
   求の範囲第１項から第７項までの何れかに記載のエンジ
   ン。
9. 【請求項９】円盤（８）をその横断中心面に関して対称
   的にし、その両側に一対のシリンダーを同軸に配置した
   ことを特徴とする請求の範囲第１項から第７項までの何
   れかに記載のエンジン。
10. 【請求項１０】各シリンダーがダブルピストン式シリン
    ダーで、その両側に一つずつの円盤（８）を備えて、各
    円盤がそれと対応するピストンと相互作用をすることを
    特徴とする請求の範囲第１項から第８項までの何れかに
    記載のエンジン。
11. 【請求項１１】二工程エンジンとして構成され、各円盤
    （８）の波型起伏のある表面部（９）が、両ピストン
    （５）がその運動の一部分において互いに非対称的に動
    くように、形成されていることを特徴とする請求の範囲
    第10項に記載のエンジン。