JPH0792113B2 - 揺動ピストン機械 - Google Patents

揺動ピストン機械

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JPH0792113B2
JPH0792113B2 JP63501793A JP50179388A JPH0792113B2 JP H0792113 B2 JPH0792113 B2 JP H0792113B2 JP 63501793 A JP63501793 A JP 63501793A JP 50179388 A JP50179388 A JP 50179388A JP H0792113 B2 JPH0792113 B2 JP H0792113B2
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、主にエンジンや圧縮機として形成される、
本出願人が既に提唱している揺動ピストン機械を改良す
ることに関する。このような揺動ピストン機械は、例え
ば仏国特許第2 132 021号明細書および英国特許第1 555
066号明細書により知られている。このような揺動ピス
トン機械で普通のように、ガス圧によって発生するピス
トンのシリンダへの横方向の力が大幅に低下する。他
方、プランジャピストンではこの力がピストンの摩擦に
対してかなりなものになる。揺動ピストンの場合、この
力の大部分を低下させたので、動的な横方向の力が特に
重要になる。揺動ピストンの支持および摩擦面は狭いの
で、上記の動的な横方向の力はピストンやシリンダの寿
命に対する問題を与える。この問題を解決するため、こ
の発明では、連接棒の連接棒軸受側の延長上にバランス
錘（バランス質量）を配置し、連接棒軸受の中心がピス
トン中心に対してピストン、連接棒、連接棒軸受および
バランス錘からなる部材の衝撃中心の少なくとも近くに
あるように設計される。従って、ピストンはシリンダ中
でほぼ動的な横方向の力なしに移動する。
衝撃中心は、一定断面の直線状の棒の場合、基準点とし
ての端部からその長さの2/3のところにある。この棒が
そこで横方向に衝撃を受けると、基準点（端部）は横方
向の加速度を受けない。このような衝撃中心はどんな固
体部材にも存在する。この法則に従って設計されたバラ
ンス錘は振動する物体の一部を平衡させるが、上記明細
書に記載されているように、重要ではない。これに反し
て、仏国特許第2 139 206号明細書には、完全な平衡が
記載されている。この場合、連接棒軸受がバランスを取
るべき部材の重心点にある。しかし、揺動運動のため、
これはプランジャピストンに揺動ピストンにとって担持
できない強い横方向の力を与える。
長方形の揺動ピストンを用いる例では、連接棒とバラン
ス錘がピストンと同じ幅にされていて、密接するケース
の中で運動する。従って、両者は大きな排除容積の連接
棒過給機を形成し、この過給機は例えば２サイクルエン
ジンのガス交換を大きく改良する。
触媒点火を可能にする新規なシリンダ・ヘッダを用いる
と、燃焼室に一定の横方向の流れがあるため、補助ピス
トンを省略できる（Automotive Engineer,2/3月号、198
8年）。
この発明の他の有利な構成は従属請求項に記載されてい
る。
応用分野は、任意の大きさの定置エンジン、乗物のエン
ジン、船舶のエンジンや飛行機のエンジンおよび圧縮機
にある。
実施例として、単純化した図面に、 第１図、半分を断面にした４サイクル・エンジンの横断
面図と、 第２図、このシリンダの上部を下から見た図、 第３図、一部を水平断面にした小さい冷却圧縮機、 第４図、拡大断面のミニチュア・モデル・エンジン、 第５図と第６図、２サイクル・エンジンの半分を縦断面
図にしたものと横断面図、 第７〜10図、第６図のピストンの首部分の拡大詳細図、 第11図と第12図、２サイクル自動車エンジンの横断面図
と部分縦断面図、 第13図と第14図、ピストンの首部分の拡大詳細図、 第15図、シリンダヘッドの変形種の横断面図、 第16図と第17図、シリンダヘッドの他の変形種の部分横
断面図と縦断面図、を示す。この場合、クランク軸はど
れも時計方向に回転している。
第１図と第２図の４サイクル・エンジンでは、組込揺動
ピストン２を有する連接棒１が連接棒軸受３の先に延び
ていて、連接カバーがバランス錘４として形成されてい
る。従って、前記部材１〜４の重心５はクランク・ピン
７の中心６の近くにある。バランス錘４を適切に設計す
ると、質量慣性により生じる動的な横方向の力は揺動ピ
ストン２で零、即ち揺動ピストンの中心２＊は一本の直
線上を移動する。これは連接棒軸受３の中心６が部材１
〜４の回転中心（衝撃中心とも称する）にある場合であ
る。これ等の部材が一定の断面の直線状の棒であれば、
その衝撃中心はその長さの2/3のところにある。更に、
揺動ピストンでは、ピストンのパッキングがガスの力に
対して常時直角であるから、これに対しても横の力が発
生することがなく、ピストンの側圧音はない。ピストン
の中心２＊が長手方向に延びた８の字状の運動するの
で、非常に小さい動的な横方向の力は無視でき、連接棒
軸受の摩擦モーメントの作用は必ず回転方向に働き、衝
撃とならない。部材１〜４はピストンの中心２＊の周り
を揺動運動し、揺動ピストン２と湾曲したシリンダ壁８
の間でさしたる横方向の力は生じない。つまり、揺動ピ
ストンはシリンダ中に浮いている。従って、部材１〜４
を「浮上ピストン」と見なすことができる。クランク軸
のバランス錘９を適切に選択すると、個々のシリンダで
も顕著な質量のバランスがとれる。ピストンの側圧音が
なく、振動や摩擦も殆どない浮上ピストンの運動は、往
復動ピストン機械に対して新たな可能性を開く。
揺動ピストンが動的な横方向の力から実質上自由になっ
ているので、ピストン・リングは案内の問題から解放さ
れる。従って、膨らんだ頂部と開いた継ぎ目を有する背
の低い発火リングを使用できる。しかし、幾分ずれてい
る（従って、重なった）継ぎ目で連なり、円周上の対向
位置に、例えば点溶接または電気溶接部12（第２図）で
互いに連結している同じ薄板11/11′の二重リングがよ
り良い。従って、ガス気密性が改良され、二重リングが
回転を阻止する（リングの継ぎ目が良くなり、湾曲した
シリンダ面より直線のシリンダ面のほうが気密性がよ
い）。三番目の薄板13は（場合によっては、11/11′の
ように二重の薄板にして）深い溝の中で半径方向に移動
できるように支承され、オイル・リングとして、また付
加的なガス・パッキングとして使用されている。既に引
用した英国特許第1 555 066号明細書のガス・リングや
オイル・リングも静水圧のピストン案内手段なしで使用
できる。ピストンリング11/13を持った揺動ピストン２
は連接棒１と共に、スカートのない構造と幅の狭いクラ
ンク軸のバランス錘９と円錐状のシリンダ端部14のお陰
で、クランク軸を組み込む場合でも、下から容易に脱着
できるので、シリンダ・ヘッド15はシリンダ・ケースと
クランク・ケース8/16と一体に、例えば鉄または軽金属
で鋳造できる。このことは、周知の利点を与える。ヘッ
ド15を有する非常に短いシリンダ８は下から作業がで
き、必要な場合には差し込め、しかもコンパクトな一体
のブロックケースになる。
ピストン２の揺動運動を上死点で利用するため、シリン
ダ・ヘッド15は次のように設計される。即ち、クランク
軸が左に移動する場合、右から主に楕円形の吸気弁18を
経由して導入が行われ、このことが下に先行する揺動ピ
ストン２の左端と共に良好な充填と強い吸気渦流19を点
火プラグ20の方向に与える。この渦流は圧縮時にピスト
ンの窪み21に続き、上死点のところで給気の左への横ず
れに（ピストンの往復運動に一致して）重なる。このこ
とが集中的な混合をもたらす。ピストンの冷却は言部で
自由に運動する（従って、燃え滓が付かない）リング11
/11′と13によって、また一部で支持リブ22を有する連
接棒１によって行われる。溶接した円管連接棒を有する
鋼製の揺動ピストンでは、油の直接冷却が容易に実現す
る。ピストンの窪み21はセラミックスで被覆してもよ
く、ディーゼルの直接噴射で有利である。排気は円形の
弁23によって横流れまたは一様な流れにして行われる。
直列エンジンにできる限り簡単に揺動ピストンを装備す
る場合には、多くの場合シリンダを曲げ加工して、揺動
ピストンとバランス錘を付けた連接棒を組み立てること
で充分で、このバランス錘に対しては、油槽に通常充分
な自由空間がある。こうして製品の交換は、特に直列エ
ンジンが濡れた交換可能なシリンダライナーを有する場
合、かなり簡単である。
第１図と第２図の実施例は、単一シリンダ・エンジン、
直列エンジンおよびＶ字型エンジンの場合に適する。同
じ外形寸法でピストン容積を大きくするには、円形の揺
動ピストンを、例えば長方形の揺動ピストンに代えるこ
とでできる。この場合、吸気は左から来て、シリンダの
加工は分離したシリンダ・ヘッドを必要とする。上記の
方式は、低速または中速で作動する大きな２または４サ
イクル・エンジンに対しても適用できる。
第３図の圧縮機のクランク駆動でも、押し込んだ揺動ピ
ストン26を有する連接棒25は連接棒軸受27を越えて延
び、バランス錘28として形成されている。このバランス
錘は、例えば打ち抜いた平型鋼で構成され、摩擦溶接で
連接棒25に連結している。この浮上ピストン25〜28の組
立は、湾曲したシリンダ29に斜めに入れて、垂直なクラ
ンク・ピン30の上で行われ、固定な軸受ブッシュ27によ
って周知の方法で行われる。前記軸受ブッシュはピスト
ン・リング31と一緒に、例えばPTFEで形成されている。
容積の効率を高めるため、ピストンの底には弁板33の加
圧孔に嵌まる円錐部分32があってもよい。シリンダ29は
吸気室34と加圧室35および軸受プレート36を取り囲む鋳
造品の一部である。気密封止された小型圧縮機では、上
記予備組立した鋳造品をシリンダ・カバー37および誘導
モータと一緒に鍋形でできる限り円筒上のケース38に押
し込む。このケースは、例えば底板を通して溶接され
る。ボルトを使用しない全組立は非常にコスト上望まし
く、浮上ピストン25〜28と調整されたクランク軸のバラ
ンス錘39によって製作可能である。このバランス錘は単
一シリンダ機械の場合でも優れた重量のバランスを与え
る。この圧縮機はV2景配置または星形配置にした多気筒
機械としても形成できる。その場合、連接棒軸受は長く
したクランク・ピンの上で重なって回転し、シリンダは
それに合わせて並べられる。このような機械は、例えば
ヒートポンプまたはより大きい冷凍設備に適する。潤滑
用の注油は、周知の方法で添加した油の冷媒によって行
われる。その場合、最も外側を軽快に運動する浮上ピス
トンは非常に僅かな油量しか必要としない。
第４図に拡大して示したCO2モデル・エンジンは、公知
のCO2エンジンに対して浮上ピストンを使用しているの
で、極端に低減された燃料消費を有し、CO2カートリッ
ジに応じて種々の運転時間を有する。このことは最小の
摩擦損失と非対称なガス制御を与え、このガス制御は追
従するピストンの下端に配設された制御ピン41によって
最も簡単に行われる。前記制御ピンはこの上に配設され
たガス導入部の逆止弁に作用を及ぼす。この逆止弁は鋼
または熱硬化性樹脂製の弁球43の下部弁座と加圧円管の
Ｏリング付きユニオンナット用の上部ネジとを装備し、
シリンダ・ヘッドにネジ止めされた弁スリーブ42で構成
されている。ネジ・ハンドル45を用い弁スリーブ42の上
下へのネジ移動によって、死空間の僅かな変化により制
御時間や最小エンジンの出力が正確に制御できる。この
小さな浮上ピストン46では（そして部分的には第３図の
ピストンでも）、円筒状のシリンダが（湾曲しているも
のの代わりに）可能であるが、ピストンの端部47を球状
に曲げ、ピストン・リングの上部で、例えば縁取りする
必要がある。従って、この端部は一時的に気密仕切を形
成しない。何故なら、それ以外ではピストンの衝撃を伴
う横方向の力が生じるからである。
第５図は２サイクル自動車エンジンの縦断面の半分を、
また第６図は横断面を示す。他方、第７〜10図には、第
６図のピストンの縁部分の拡大個別部品が示してある。
この多種燃料・揺動ピストンのスライド・エンジンも、
エンジンの配置、数、大きさを任意にできる。ほぼ正方
形な揺動ピストン50はネジ51で連接棒52/52′に固定さ
れている。この棒はほぼ等しい少なくとも二つの皿状半
分割部材で構成され、連接棒軸受53を取り囲み、そして
両方の連結ネジ56と56′を締められ、例えば蟻継ぎ54で
バランス錘55/55′を下に担持している。この構造様式
は単純でコスト的に望ましく、特にネジ56/56′のとこ
ろでのみ処理される細長い連接棒57を与える。このエン
ジンは付加的なスクープチャージャーを備え、ダイヤフ
ラム弁で制御されるクランク室ポンプを有する。このス
クープチャージャーは連接棒とバランス錘55/55′およ
び片側または両側のダイヤフラム弁口61を有し、これ等
の部材の運動通路を狭く取り囲むクランク・ケースの下
部60によって形成されている。そして、このスクープチ
ャージャーは殊にダイヤフラム弁の入口を下死点のとこ
ろで開く働きをする。新鮮な空気は、例えば発泡材製の
空力学的に成形されたクランク室の充填片63と64によっ
て側部と中央の吸気通路65と66に導入される。前記吸気
通路は揺動ピストン50によって非対称に制御され、この
ことが循環回収をもたらす。ピストン50の往復運動は新
鮮な空気を圧縮して燃焼室67に導入する。そこから、排
気ガスが非対称制御によって前面の排気口68を通ってシ
リンダから出てゆく。ほぼ正方形のシリンダ断面は、吸
気ガスと排気ガスの間の接触面を円筒シリンダの同じ面
積の約80％に低減する。ピストンのスカートの代わり
に、排気口68は制御スライド弁70を必要とする。このス
ライド弁はシリンダの側部溝71中で移動し、側部シーソ
ーレバー72（またはロッキングレバー）によって操作さ
れる。このレバーのスライドブロック73はクランク側部
の曲線路を移動する。クランク軸の組立を容易にするた
め、カム駆動されるシーソーまたはロッキングレバーが
可能であるが、これには復帰バネが必要である。連行体
76を介して専ら行われるスライド弁の操作は騒音と寿命
に関して問題がある。それに対して、例えば連接棒の半
分割体52/52′の間に保持されたヘヤーピン二重バネ78
によって案内され、揺動ピストン50に枢着させたスライ
ド弁77/70があると簡単で好ましい。湾曲したシリンダ
壁80上の代わりに、短いスライド弁70が湾曲した独立シ
リンダ壁片81とシリンダケース82の間で摺動し、そのと
き平坦で、例えば繊維で補強されたセラミックスで構成
されている。断熱エンジンの場合、シリンダ壁片81また
はシリンダケース82も、セラミックス製かセラミックス
で被覆され、セラミックスのニードル軸受53と83は潤滑
油なしのエンジン駆動を可能にする（オートモビール・
レビユー;AutomobilRevue,1986年７月31日）。
長方形のピストン板50も（繊維補強された）セラミック
ス製で、主に以下の充填部材の一つを有する。即ち、第
７図によれば、端面上に半円形の棒部材84,および例え
ばほぼ半円形の二つの部材85と86がそれぞれ半円形の溝
の中に揺動運動できるように支承されている。ガス圧は
これ等の部材がシリンダの壁80/81に対して少なくとも
下端で気密にするようにこれ等の部材を互いに回動させ
る部材86には、90゜で互いに等しい二つの気密封止部材
87が接続している。これ等の部材はコイムバネで平たい
シリンダ壁88に対して付勢されている。第８図の変形種
では、円管セクター89の内部でピン90が回転する。この
ことは摩擦や摩耗を低減し、二重のガス気密を与える。
第９図は上部にピン（ローラー）90が回転する円管セク
ター89′として形成された排気スライド弁77の側の同じ
気密封止材を示す。これは、第10図の変形種の場合では
ないが、ここでは、スライド弁77の転動する端部91の耐
久性が高い。材料としては、部材84〜87と89/90にセラ
ミックスを、スライド弁77に、必要な場合、セラミック
スで被覆したクロム鋼を用いることが考えられる。
第５図と第６図の分離したシリンダ・ヘッド92は、例え
ば油冷でき、鋳鉄または軽金属製である。一部シリンダ
・ブロックの外に延びる長い貫通ボルト93がシリンダ・
ブロックをクランク・ケースの下部60に連結している。
このことはセラミックス・ケースの引張力を軽減してい
る。片側の捩じれ通路95は、例えば半球状の燃焼室67に
接線方向で合流している。この燃焼室の軸心には調節ピ
ストン98の中のニューマチック噴射ノズル97（OEC Auto
motive Engineer,August 1986）がネジ込んである。こ
のピストンはカバー99にスプラインにより回転止めさ
れ、圧縮比を減らすためネジ山を介して歯車100で上に
移動する。類似の平歯車100′は、サーボ・モータまた
は次のシリンダに通ずる中間歯車として使用される。上
記調節装置を用いないと、シリンダ・ヘッドが極度に単
純になり、ノズル97はほぼ点プラグ20の方に近付けるこ
とができ、入口窪み65の方向にまっすぐに噴射すること
ができる。変形種として丸形または卵型の揺動ピストン
を使用する。その場合、排気スライド弁70をシリンダ壁
の内部で移動させ、三次元的に曲げて案内する必要があ
る。
第11図と第12図のエンジンは、個別シリンダの容積とシ
リンダの数を可変にできる構造体を基礎にしている。こ
のために、エンジンのケースが空気導入口102を有する
右シリンダ壁101と左シリンダ壁103とで構成され、両方
の壁は内側に（例えば、フランク軸のフランジまで続く
アーチにして）曲がり、内部の平面状の側壁104と105で
サンドイッチ構造にして組立されている。この気密封止
は、例えば接着箔で行われ、連結は長い伸長ネジまたは
それに対応するリベット106で行われる。このリベット
は、主に鋳造した穴107または冷媒穴108と中心合わせス
リーブ109を貫通し、これは鼠鋳鉄でも軽くて簡単な構
造様式を与える。他の利点は正確なガス掃気通路110と1
11を有し、製品数が多い小さい鋳造部材にあって、特に
湾曲した内面112の加工が簡単で、工具を自由に出せる
平坦な内面113にある。吸気口フランジ114と排気口フラ
ンジ115の加工はエンジンのケースを組み合わせ構造に
した後に行える。何故なら、両方のフランジは隣のケー
ス部品の上に延びているからである。側壁104と105は、
エンジン端面の一部であるか、二つのシリンダ間の中間
ケースの一部であり、対向壁に鋳造されたウェブ116の
上で支えてある。このエンジン・ケースはクランク・ケ
ース117で下を、またシリンダ・ヘッド118で上を閉ざ
し、両者はシリンダ数とシリンダ壁101と103の幅に応じ
て種々に形成される。
エンジン・ケースには、クランク軸121がスライド軸受
の中にに延び、クランク・ケースの下部117をネジ止め
された軸受カバー122によって保持されている。このク
ランク円板123は横に側壁104と105の平らな内面113まで
達し、気密封止リング124を有する。このリングは円周
上に分割して配設された皿バネ125と連結して、クラン
ク・ピン127と主軸受のための封止された加圧油潤滑用
の油穴126を与える。揺動ピストンの潤滑には、ドレイ
ン・オイルで充分である。
長方形の揺動ピストン130は平板状の連接棒131と共に、
例えば軽金属に一体鋳造され、延びを防止する貫通ボル
ト132によって上から、例えば重金属のバランス錘133に
ネジ止めされ、必要な場合、鋼またはセラミックス製の
ピストンの頂部134がネジ止めされる。ピストンの通路
では、連接棒131とそのバランス錘133がクランク・ケー
スの内部135の間の自由空間をできる限り充分に満たす
ので、最も簡単な構造の組み込み連接棒過給機として働
く。バランス錘133は、以下では主に円筒状に加工さ
れ、隙間の気密性を改善するため、縁に向かって次第に
低くなる微細な横溝136を有する。そして、連接棒131と
バランス錘133の平らな側面には、摩擦を低減するため
気密封止帯片の配設も考えられる。下からネジ止めされ
たバランス錘137では、ネジの頭138の被覆は、例えば突
出しない中心ネジ140を有するセグメント139によって行
われる。連接棒は揺動ピストン130の下に中央の支持・
冷却リブ142を有する傾斜横壁141を有する。鋳造中、下
にある中空空間のコアを支承するには、平坦なスライド
弁板144で覆われている横開口143を経由して行われる。
例えば、薄板を打ち抜いたスライド弁板144は同心円145
と146上にある上端と下端で連接棒の側面と対応する凹
部部分に置かれる。その場合、上記の円の中心は大体ピ
ストンの中心147にある。スライド弁板144の下端は、ス
ライドブロック148の方に曲げてある。このスライドブ
ロックは平坦な側面104と105の溝149の中で延び、スラ
イド弁板144が連接棒131の往復運動と連動することを防
止している。こうして、ガス掃気通路110と111の穴はシ
リンダ壁112により近寄り、つまり幅を広げる。このこ
とは、ガス交換を早くするのに重要である。掃気通路11
0の名の穴151を有する空気カーテンのある電磁噴射ノズ
ル150が揺動ピストン130によって排気ガスに対して最適
に遮蔽される。
新規なシリンダ・ヘッド118はクランク・ピン127に対し
て垂直面内にあり、長手方向に延びる円筒状の燃焼室15
5に特徴がある。このシリンダ・ヘッドは導入側では通
路156を経由し、また排出側で開口157または隙間158を
経由してシリンダに連結している。その場合、燃焼室内
に部材156や157/158の接線方向または半径方向の配置に
よって導入渦流159、逆渦流または渦流なしが生じる。
燃焼室155の長手軸には、その終端部として右にグロー
プラグ161（または点火プラグ）が、また左に中空また
は中実のグロー棒162がネジ止めされている。このグロ
ー棒162の長さと直径を変えて圧縮比を調整または可変
にできる。燃焼室155や、場合によって、グロー棒162の
シリンダ面は触媒燃焼を発生させるため、白金等でごく
薄く被覆するか、あるいは、例えば適当に被覆した交換
可能な板部分または網部分で被覆されている。
このエンジンは次のように機能する。即ち、下死点165
（連接棒の軸がクランク円に接する）と上死点166を有
する連接棒過給機は右端で導入部102から絞られていな
い空気を吸気する。同時に、左端では予め吸気された空
気がピストン通路168とピストン窓169を介して掃気通路
110の中へ押し込まれる。これ等の通路110と110′の非
対称形状によって（第12図）互いに導入渦流170が生じ
る。この渦流は平面図でも非対称な通路によって増幅さ
れたり、空間的な位置に関して影響を受ける。この空気
の渦流170にノズル150を介して燃料を噴射し、混合物が
揺動ピストン130を経由して通路156の方向に移動する。
開口157または隙間158を通って燃料のない空気（排気ガ
ス成分）で燃焼室155の掃気が予め行われる。次いで、3
30゜のクランク角のピストンの頂部の位置134＊から判
るように、燃料と空気の混合物は通路156を経由し燃焼
室155に移動し、そこで白金被覆と接触する。従って、
圧縮比が約16:1で触媒性の自然発火が即座に行われる。
スパーク点火装置は、ガソリン駆動の場合、不要で、グ
ロープラグ161は初期スタートのためにのみ使用され
る。工程の終わりには、揺動ピストンが排気ガスを横の
排出通路111に押しやる。この排出通路には、起こりう
る再燃焼をさせるため、連接棒過給機から図示していな
い短い孔を経由して、必要な場合、逆止弁を挿入・接続
して加圧空気が導入される。外部触媒は不要と考えられ
る。
第11図と第12図のエンジンで、より重要なことは、揺動
ピストン130がその揺動運動によって吸気（連接棒過給
機によって位相がずれ、ダイヤフラム弁等を用いないで
操作される）、掃気および排気に対する非対称制御フラ
グを生じさせ、他方ピストンの長方形が新鮮な吸気ガス
と排気ガスの間の接触面の幅を同じ面積の丸形ピストン
の約60％に低減する点にある。他の利点は第１図で説明
するように、ピストン容積が大きく、それに応じて強力
なシリンダの掃気と、燃料装填およびノッキングや振動
や摩擦の殆どないピストン運動を行う連接棒過給機が組
み込める点にある。このエジンでは、揺動ピストン、連
接棒およびバランス錘で構成される本体が連接棒過給機
と内燃エンジンの揺動ピストンとを形成する。そして、
この本体は動作時にシリンダ中に浮いているので、「二
重浮上ピストン」と命名できる。クランク軸の適当なバ
ランス錘によって、上記本体の全重量がピストン・ピン
と連接棒を有する同じようなプランジャーピストンの全
重量に比べて小さくないにもかかわらず、この本体は外
部慣性力に対してバランスがとれる。バランス錘の経費
はかなりなものであるが、この錘は多気筒２サイクルエ
ンジンで、非常に小さいフライホィール177を可能にす
る。場所に制約があるため、上に述べたクランク軸のバ
ランス錘をエンジンの外部でフライホィール177の上や
対向するベルトプリーに配設する必要がある。これは、
どんなエンジン数でも可能である。しかし、幅の広い中
間ケースでは、主軸受の負担を軽減する内部バランス錘
も場所を占める。
第13図はストロークの間の上死点のピストンの左端部分
を拡大して示す。ピストン130の下方への移動行程は、
クランク角が約345゜の場合既に始まっている。その場
合、主にセラミックス製のニードルまたはローラ90はガ
ス圧の下で回転矢印のように湾曲したシリンダ壁112上
を転動する。この動作は、気体クッション上の非常に小
さい摩擦と磨耗で行われる。このクッションはローラ本
体90の背後と下部で生じる。部材90に対し接線方向の横
の気密封止縁部材87は高さが低い（ガス圧が低い）の
で、特にこの縁部材を回転ニードルで置き換えた場合、
摩擦が少なくても移動する。気密封止部材87と90は正面
縁部材178の中に支承されている。この正面縁部材は正
面側のピストン溝中に移動可能に導入され、板バネまた
はコイルバネ179で付勢されている。ピストンの右端部
分も同じ様に形成されているが、そこでは連接棒過給機
の摩擦モーメントを支えるため、バネを用いないか、あ
るいは硬いバネ179を使用する。第14図の変形種では、
ローラ本体90が湾曲したキャップを有する気密封止縁部
材180に置き換えてあり、横の気密封止縁部材181ができ
る限り両方のシリンダ壁112に接触している。これは気
密性を改良させ、絶えず軸方向に移動するため、炭化を
防止している。上記一貫した気密封止縁部材181は第13
図にも使用できる。その外、ここでは第７図と第８図の
気密封止部材も適する。大きな揺動ピストンでは、熱膨
張と摩耗を補償するため、気密封止縁部材87/181やロー
ラ本体90を縦方向に分割し、互いに重ねて当接させる必
要がある。
第11図と第12図に対する変形種として、第15図はメリッ
チ博士（Dr.D.Merirtt;Automotive Engineer;2.3月,198
8年）によるシリンダ・ヘッドを示す。この場合、エン
ジンのピストンは接線通路184を経由して、また（ガソ
リン噴射部を有する）小さな補助ピストンは、例えば半
径方向の通路185は経由して、白金を被覆した短い円筒
状の燃焼室186に連結している。ピストン134＊の揺動運
動（クランク角を330゜にして示してある）および桟状
のピストンの突起188によって、触媒性自然点火が種々
の簡単な方法で実現できる。もちろん、低圧噴射ノズル
150の燃料ビームは通路185の領域に止めるため、できる
限り軸方向でなく、この方向に垂直に噴射させる必要が
ある（傘ノズル）。第11/12図および第15図の燃焼室は
第５図と第６図の円形または楕円形の浮上ピストンに対
しても適合するが、そこでも連接棒過給機はそれほど有
効ではない。第15図に対して他の変形種として、左側に
に導入弁と、ほぼ中央に排出弁と、燃焼室186とを有す
る４サイクルエンジンを挙げることができ、このエンジ
ンは右方向に移動させて、通路185が（第11図のよう
に）シリンダ壁112に繋がるように右に移動する。連接
棒過給機は導入弁に通じる空気ケースに搬送する必要が
ある。この代わりとしては連接棒過給機が圧縮行程の下
部で広い掃気通路を介して付加的な空気をシリンダに導
き、更に動作行程の下部で燃焼室186の掃気をするため
に、起こり得る燃焼ガスの再燃焼のために空気をシリン
ダに導入できる。しかし、このような４サイクルエンジ
ンは単純にもコンパクトにもならず、当然三つの復帰行
程が圧縮行程に続くと言う重大な欠点がある。
他の変形種として第16図と第17図はスパーク点火部を備
えたガソリン・エンジンの第11図と第12図に適するシリ
ンダ・ヘッドの部分横断面と縦断面を示す。この場合、
シリンダ壁101と103は円弧状の壁190を介して、半球状
の燃焼室191を取り囲み、左に延びる線192に沿ってプレ
ス隙間を形成する。この隙間は燃焼室191中で掃気空気
渦流170（第12図）に90゜ずらして重さなる空気の渦流
を発生させる。このことは混合物の最適な渦発生と、点
火フラグ20による急激な燃料を与える。上記シリンダ・
ヘッド190も同じように開口部による冷却が行われる
（貫通させた通しボルト106を有する狭く分割した冷媒
室108）。その場合、冷媒としてはエンジン・オイルが
使用できる。このオイルは、垂直に設置されたエンジン
では、通路195に、また右に強く傾いたエンジンでは、
通路197に、クランク軸の逆流穴126（第11図と第12図の
下）から噴出して集まり、円管196を経由して、または
そのままで、相当多量に吸引される。変形種としては、
第16図と第17図の内部形状を有する分離したシリンダ・
ヘッドを第11/12図のヘッド118に交換できる。その場
合、エンジンの出力制御は空気導入部102に設置された
スロットル弁によって行われるが、気化器の運転で、避
け難い絞りによる損失をもたらす。ノズル150（または
第５図と第６図の部材97）によるガソリン噴射では、ス
ロットル弁が図示してない正面側と複数の通路に配設さ
れている。これ等の通路はバイパスとしてのガス通路11
0（掃気通路）を空気導入部102に連結させているので、
負荷が少ない場合、またはシリンダを遮断した場合、連
接棒過給機によって供給される過剰な空気は損失なしで
循環回路中を循環する。
第11図と第12図のエンジンから、ピストンの幅を約二倍
にして、ガススライド弁144と排気路111/115を除き、吸
気通路110〜110″を広げ、シリンダ・ヘッド118を、排
気用ダイヤフラム弁を有するヘッドに代えて一個の圧縮
機を導ける。その時、連接棒ポンプにより最も簡単な方
法で（寒冷時には簡単に凍結する）吸気リード弁を装備
しない二段圧縮機となる。この圧縮機は、例えば加熱ポ
ンプに適し、このポンプは、例えば第11図と第12図およ
び第16図と第17図に類似な管理し易いガスエンジンによ
って駆動される。
管理し易いことは、ここに示した揺動ピストン機械の場
合、その非常な単純性によって与えられる。消耗部分が
少ないことは、交換を容易にする。例えば第１図では全
浮上ピストン１〜４がクランク軸を組み立てるとき、下
向きに、また第５図と第６図では別々な揺動ピストン50
が上向きに交換できる。ボルト132′が短いため、第11
図と第12図でピストンの頂部134も同じように上向きに
分解でき、多数の気密封止部材の交換ができる。これは
通しボルト132を備えた変形種の場合、長い縁付ハンド
ル199と締付部200を有する組立ボルト198（第11図の上
部）だけで成功する。前記締付部には、角材201のフォ
ーク（スリット）が嵌まり、浮上ピストンをシリンダ・
ヘッドのフランジに固定したり、次の分解を可能する。
その場合、上記のことは、行い易いのであれば、下に向
かっても行える。
更に付け加えるべきことは、グロー棒162を充分長いグ
ロープラグに取り代え、スパークプラグ161の代わりに
高圧噴射ノズルを入れると、第11図と第12図のシリンダ
・ヘッド118はディーゼル運転にも適する。ここでも、
第16図と第17図のシリンダ・ヘッドでは必要な吸引空気
の絞りが不要である。
排気ガスのエネルギー部利用するため、第11図と第12図
のエンジンでは、ターボ過給機の圧力下にある空気導入
部102が可能である。この場合、連接棒過給機は部分的
に加圧空気モータとして動作し、シリンダ洗浄とシリン
ダ充填を強化して、回転数が高い場合でも10バール以上
の有効平均圧力を達成できる。変形種としては、排気ガ
スのタービンが雑音のないウォームギヤ減速機とフリー
ホイールを介してクランク軸を更に駆動する。その場
合、タービンとウォームギヤの間に配設した粘性カップ
リングが激しい同期衝撃を吸収する。

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリンダ室を形成し、シリンダ軸線、壁お
    よびシリンダカバーを有する少なくとも一つのシリンダ
    と、 クランクケースと、 前記クランクケース内に回転可能に支持され、少なくと
    も一つのクランクピンを有するクランクシャフトと、 連接棒の一端と一体に固く固定され、前記シリンダ内に
    摺動可能に収容されたピストンと、 前記連接棒を前記クランクピンにリンク接合するために
    前記連接棒の他端にある連接棒軸受と、 前記連接棒軸受の中心を越えて位置する前記連接棒の他
    端の少なくとも質量を増加させるため前記連接棒の他端
    にあり、揺動ピストンの中心（２＊,147）に関するこの
    揺動ピストンを含む移動アセンブリの衝撃中心が連接棒
    軸受の中心にほぼ一致するような寸法と質量とを持った
    バランス錘と から成る往復動する揺動ピストン機械。
  2. 【請求項２】クランクケースポンプを有する２サイクル
    エンジンであり、クランクケースの壁の少なくとも一部
    は、バランス錘の端面の複数の部分がクランク角の一部
    において前記クランクケースの壁に気密封止状態で追従
    するように形成されていて、運転中、前記連接棒とバラ
    ンス錘が前記シリンダ室への空気の充填を増加させるス
    クープチャージャーとして働く、請求の範囲第１項に記
    載の揺動ピストン機械。
  3. 【請求項３】くびれたシリンダ室内に進む円形、長円
    形、あるいは長方形のピストン板を有する細い連接棒と
    ガスの吸気・排気手段を持ったシリンダカバーとを備え
    た４サイクル内燃エンジンである請求の範囲第１項に記
    載の揺動ピストン機械。
  4. 【請求項４】前記機械は一段圧縮機である請求の範囲第
    ３項に記載の揺動ピストン機械。
  5. 【請求項５】前記連接棒は互いにボルト止めされた二つ
    の二分割部品から構成され、これ等の二分割部品はほぼ
    中空の内部を囲み、クランクピンの軸線を含み、前記連
    接棒の縦方向に延びる平面内で互いに接する請求の範囲
    第１項に記載の揺動ピストン機械。
  6. 【請求項６】ピストンは円筒形のシリンダ壁の中で動く
    球面移動表面を有する円形をなし、前記ピストンは円周
    に沿って延びる封止部材を有し、ピストンに働く横方向
    のガス力を最小にするため、多数の鋸状の歯がピストン
    の上面と封止部材の領域との間に延びている請求の範囲
    第１項に記載の揺動ピストン機械。
  7. 【請求項７】ピストンは直鎖状の縁を有する四角形をな
    し、少なくとも内側で弓状の断面を有し、ピストン内の
    溝に旋回可能に収納されている少なくとも一つの部材を
    有するピストン封止部を持った請求の範囲第１項に記載
    の揺動ピストン機械。
  8. 【請求項８】ピストンを直線状の縁を有する四角形をな
    し、円筒断面の封止部材で形成されたピストン封止部を
    有し、シリンダ室内にあってシリンダ壁から離れた部材
    の側部に働くガス圧の下で、前記部材が封止状態でシリ
    ンダ壁を接し、ピストンの往復運動の間に前記壁の上を
    転動する請求の範囲第１項に記載の揺動ピストン機械。
  9. 【請求項９】ピストンは前記連接棒に脱着可能に固定さ
    れた板あるいは円板の形状を有する請求の範囲第１項に
    記載の揺動ピストン機械。
  10. 【請求項１０】前記機械は２サイクル内燃エンジンであ
    り、排気摺動部材が枢動可能にピストンに取り付けてあ
    り、前記摺動部材が運転中に間欠的に前記摺動部材で被
    覆され、間欠的に前記シリンダ室に向けて開放される排
    気口を有するシリンダ壁に摺動可能に係合する請求の範
    囲第１項に記載の揺動ピストン機械。
  11. 【請求項１１】この機械は圧縮ガスエンジンであり、前
    記シリンダカバーは前記シリンダの軸線に対して偏心し
    ているガス吸気弁を有し、この弁はピストンの上死点に
    対して非対称なガス導入を発生させるため、ピストンの
    上昇サイクルの間に移動する前記ピストンの縁部分の上
    にある駆動手段により駆動される請求の範囲第１項に記
    載の揺動ピストン機械。
  12. 【請求項１２】燃料噴射を伴う２サイクルエンジンとし
    て設計され、吸気通路（110,110′）がバイパスとして
    のフラップ制御前方チャンネルを介して連接棒チャージ
    ャーの空気導入部（102）に連結し、一部の負荷あるい
    はシリンダの遮断で、チャージャーの過剰空気が少ない
    損失で再循環する請求の範囲第１項に記載の揺動ピスト
    ン機械。
  13. 【請求項１３】前記連接棒軸受の軸受キャップはバラン
    ス錘の質量の一部を形成する請求の範囲第１項に記載の
    揺動ピストン機械。
  14. 【請求項１４】この機械はガス導入口とガス排出口を与
    えるため、前記シリンダ壁にピストンで制御される開口
    を有する２サイクル内燃エンジンであり、前記シリンダ
    室は前記クランクシャフトの回転軸線に垂直な二つの平
    坦な壁部分と二つの凸状壁部分とを形成する四角形断面
    を有し、前記ピストンは４つの直線状の縁を有する対応
    する四角形の表面を有し、前記連接棒は前記平坦なシリ
    ンダ壁部分の間で密着する二つの平坦な平行面を有し、
    前記平行な面の少なくとも一つがガスライド弁板が気密
    状態で装着される窪みを有し、前記スライド弁板は動作
    中間欠的に前記ピストンの揺動運動により剥き出しにな
    る各平坦な壁部分の導入口および／または排出口の部分
    を被覆する請求の範囲第１項に記載の揺動ピストン機
    械。
  15. 【請求項１５】前記窪みは円形リングセグメントの形状
    を有し、前記スライド弁板は枢動可能で気密封止状態で
    前記リングセグメントの円形部分に支持され、運転中前
    記スライド弁板が主に揺動ピストンの中心の回りに、し
    かも前記ピストンの往復運動中前記連接棒に対して旋回
    する請求の範囲第14項に記載の揺動ピストン機械。
  16. 【請求項１６】ガイド手段はピストンの往復運動中前記
    スライド弁板を案内する請求の範囲第15項に記載の揺動
    ピストン機械。
  17. 【請求項１７】シリンダ壁は、シリンダ室に入る空気の
    渦流（170）を発生させるため、異なった角度で非対称
    にシリンダ室に開口する少なくとも二つの掃気通路を有
    する請求の範囲第14項に記載の揺動ピストン機械。
  18. 【請求項１８】前記シリンダ室はクランクシャフトの回
    転軸線に対して垂直な二つの平坦な平行する壁部分を形
    成する四角形断面を有し、前記クランクシャフトは少な
    くとも一つの円形クランク円板と、平坦なシリンダ壁部
    分と同じ面内で、クランクケースの底面に対してクラン
    クケースの中に延びる平坦なシリンダ壁部分の広がりと
    同じ面内にあるクランク円板の平坦なクランクピン側面
    とを有し、前記揺動ピストン、前記連接棒および前記バ
    ランス錘は前記平行なシリンダ壁部分と前記広がり、連
    続する壁部分に接する封止部を形成する二つの平行な面
    を有し、運転中前記揺動ピストン、連接棒およびバラン
    ス錘は前記シリンダ室に充填する容積形ポンプ機能部と
    して働く請求の範囲第１項に記載の揺動ピストン機械。
  19. 【請求項１９】前記平坦な壁部分の間の各々にある二つ
    の凸型壁部分を有し、連接棒の前面が死点（165,166）
    で隣接する凸状シリンダ壁部分の形に相補的となる凹状
    の形状を有する請求の範囲第18項に記載の揺動ピストン
    機械。
  20. 【請求項２０】前記凸状壁部分はクランクケースのフラ
    ンジに拡がっている請求の範囲第19項に記載の揺動ピス
    トン機械。
  21. 【請求項２１】運転中にクランクケースの壁部分と封止
    作用をするバランス錘の表面は前記封止作用を形成する
    横方向溝を有する請求の範囲第18項に記載の揺動ピスト
    ン機械。
  22. 【請求項２２】前記機械は内燃エンジンであり、前記シ
    リンダを被覆するシリンダカバーはシリンダ室と連通す
    る燃焼空間を有し、この空間はほぼ円筒形状であり、前
    記空間の縦方向が前記シリンダの軸線と前記クランクシ
    ャフトの軸線にほぼ垂直に延びていて、前記空間と前記
    シリンダ室の間の連通は燃焼空間を経由して一様なガス
    流を発生させるため、前記燃焼空間の軸線の方向に間隔
    を置いて離れている少なくとも二つの開口によって形成
    されている請求の範囲第18項に記載の揺動ピストン機
    械。
  23. 【請求項２３】シリンダ室からの導入口としての揺動ピ
    ストンの上昇サイクルの間に働く一つの開口156は揺動
    ピストンの後縁部分の側で、シリンダ壁のすぐ近くにあ
    る請求の範囲第22項に記載の揺動ピストン機械。
  24. 【請求項２４】燃焼空間には前記導入開口のほぼ近くに
    ある燃焼噴射手段が設けられている請求の範囲第23項に
    記載の揺動ピストン機械。
  25. 【請求項２５】前記導入開口は前記円筒状の燃焼空間の
    壁に対してほぼ接平面をなすように設けられている請求
    の範囲第23項に記載の揺動ピストン機械。
  26. 【請求項２６】前記燃焼空間に侵入する脱着可能なグロ
    ー棒を有し、前記グロー棒は圧縮比の調節を可能にする
    ために取換え可能である請求の範囲第22項に記載の揺動
    ピストン機械。
  27. 【請求項２７】前記燃焼空間内の表面の少なくとも一部
    に触媒燃焼を開始させる触媒が設けてある請求の範囲第
    22項に記載の揺動ピストン機械。
  28. 【請求項２８】触媒のある表面は取換え可能な触媒被覆
    部材で被覆されている請求の範囲第27項に記載の揺動ピ
    ストン機械。
  29. 【請求項２９】ピストンは直線状の縁を有する四角形の
    形状を有し、ほぼ半円断面の棒部材を有するピストンシ
    ールを有し、前記棒部材はリングセクター状の断面を有
    する円筒状部材の中にあり、前記円筒状部材はピストン
    の縁にある半円形の溝の中にある、棒部材と円筒状部材
    はそれ等の軸線の回りに旋回でき、それ等の縁により、
    ピストンの揺動運動の間にシリンダ壁を気密封止して追
    従する請求の範囲第18項に記載の揺動ピストン機械。
  30. 【請求項３０】前記円筒状部材はリングセグメント状の
    断面を有する少なくとも一つの付加的な円筒部材の中に
    ある請求の範囲第29項に記載の揺動ピストン機械。
  31. 【請求項３１】ピストンは直線状の縁を有する四角形の
    形状を有し、二重ガスシールを与えるため、ピストンの
    縁に設けられた溝内にあるチューブセクタの中に回転可
    能に保持された封止ニードルで形成されたピストン封止
    部を有する請求の範囲第18項に記載の揺動ピストン機
    械。
  32. 【請求項３２】前記機械は、前記ピストンの揺動運動に
    より、吸気、掃気および排気に対する非対称タイミング
    図を有する２サイクル内燃エンジンであり、揺動ピスト
    ンのストロークと、連接棒とバランス錘とからなるチャ
    ージャーのストロークとは位相が合っていない請求の範
    囲第18項に記載の揺動ピストン機械。
  33. 【請求項３３】前記機械は二段圧縮機であり、前記ポン
    プが第一段で、ピストンとシリンダカバーの間の空間が
    第二段となり、一つまたはそれ以上の逆止弁を有するシ
    リンダカバーの中の排気口を持った請求の範囲第18項に
    記載の揺動ピストン機械。
  34. 【請求項３４】第一段から第二段へのガスの移動は、シ
    リンダ壁の平坦な壁部分の少なくとも一つの中にある一
    つまたはそれ以上の開口（110″）を介して生じる請求
    の範囲第33項に記載の揺動ピストン機械。
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