【発明の詳細な説明】
対向型ピストンエンジン
［技術分野］
本発明は対向ピストンエンジンに関するものである。特に独占的ではないが、
本発明は対向型ピストン内燃エンジンに関するものである。しかし、本発明は加
圧ガスや蒸気源によって動力を得るエンジンにも適用可能である。
［背景技術］
本発明の重要な面は対向型ピストンディーゼルエンジンに関するものであるが
、これに限定するものではない。ディーゼルエンジンに対向型ピストンを用いる
ことによって、２−ストローク運動を可能とさせ、これによってエンジンの出力
は著しく増加し、強いてはディーゼルエンジンの本来的な欠点である重量の問題
をある程度補っている。
しかし、対向型ピストン２−ストロークエンジンに関する先行の出願では著し
い欠点をもっている。特にその複雑性、重量、ある場合にはしかるべき高速回転
での運転の不可能なことなどがある。従ってこのようなエンジンは本質的にプロ
ペラ駆動航空機特に外部取付モーターとしての適用に対しては不適切である。他
の先行出願では下記に説明するように使用中の一連の操作に制限がある。
上記の概念を発表した先行出願の特許の例としては次のものがある。
ＧＢ５３９２３１（Ｇｏｏｄｍａｎ）
ＧＢ１８３５０１（Ｅｎｄｅｒｂｙ）
ＧＢ１６５８６１（Ｖｉｃｋｅｒｓ）
ＧＢ１１８１３５（Ｐｅｎｎｉｎｇ）
ＥＰ Ａ１ ０１２２２９９（Ａｎｄｉ）
ＷＯ Ａ１ ε１／０３２０３（Ｆｉｎｌｅｙ）
ＵＳ ４８６９２１２（Ｓｖｅｒｄｌｉｎ）
これらの先行出願ではピストンと連結レバーの一般的な配置が公表されている
が、先行の公表による形状を調べてみると重要な運転上の問題が発生しているこ
とが判る。例えばクランクシャフト軸が上部・下部シリンダ間の中央線を通る結
果として、（ＧＢ５３９２３１図３を参照）シリンダの充填と点火の順序の点か
らみるとシリンダ間で対称的な動きを得ることは不可能である。
更に、先行出願の形状は、上死点位置の精度が連結桿の長さに関連していると
いう事実がある。また、両大端部が一本のクランクピンの上にある場合には、対
角線上の連結配置は搖動する偶力を発生し、不利な異常な角加速度を発生する。
同様に、先行出願によるクランクシャフトの配置では２つのシリンダが対称的な
動きをすることは出来ないことを確認した。もっと広く言えば、これは連結桿が
角張っていることに起因して２本のシリンダ間でピストンの加速度が変化すると
いう事実に基づいており、これはエンジンの運転に非常に致命的なもので、特に
２−ストロークエンジンに対しては致命的である。
これから発生して、一般的なエンジンの配置や先行出願の配列から、１本のシ
リンダーに対する動きの手順を満足するように配置することは比較的簡単である
が、しかし他のものに対しては簡単ではない。妥協的な試みとして、不満足な運
転手順になってしまう関連部品の角加速度を変更することによってのみ達成しう
ることが判っている。
エンジンの配置が変えられ、クランクシャフトの中心線が頂部及び底部シリン
ダの中心線上または中心線部分にある場合には、上記の欠点が著しく緩和される
ことが判明した。航空機エンジンに用いる場合にはクランクシャフトの中心線が
頂部シリンダの中心線上または中心線に近く位置し、船舶用途の場合には底部シ
リンダの中心線に合致するか、ほぼ合致している。クランクシャフト軸がシリン
ダー中心線と交差することが本質的に必要なことではなく、また、この２つの分
離は用途によって変わる。
［発明の開示］
本発明は特許請求に定義されたエンジンと運転手順を提供する。
具体案として、対向型ピストンエンジンは、２対の対向型ピストンエンジン、
シリンダ軸が離れて配置され同じ方向に延長し、対向している当該ピストン、ピ
ストンと回転クランクシャフトを連結している連結手段から構成されている。本
エンジンは、クランクシャフト軸がシリンダの軸間の中央に位置する線または軸
からある間隔で離れて位置し、これによって他方のシリンダ軸よりも一方のシリ
ンダ軸により近く、配置されていることを特徴とする。
クランクシャフト軸は当該中央位置に対するよりは一方のシリンダ軸により近
くにあるように配置することが出来る。例えばクランクシャフト軸は当該シリン
ダの内部体積を通して、ピストンの内部上死点の部分にまで延びることが出来る
。クランクシャフト軸は当該シリンダの一つの軸上または近くに位置することが
好ましい。
好ましい具体案として、当該リンク手段はシリンダの軸間のある間隔を取った
位置で角運動のために取り付けられた一対のロッカーピボットから構成されてい
る。リンクはロッカーピボットとピストンの間に張り出している。
更に具体案の好例として、リンク手段は当該シャフト手段に連結されたクラン
ク手段をもった当該各ロッカーピボット上で、軸方向に延びた軸手段、及び各当
該クランク手段と当該クランクシャフトの間に設けられている連結リンクから構
成されている。
この具体案では、クランクシャフトの配置形状と原動力を備えることは、第１
にポートの動きの対称的な位相合わせ、第２には噴射点火点の対称的な位相合わ
せ、第３に２対のピストンの対称的な速度エンジンバランスの向上、第４に対称
的なかつピストン加速度の低下など利点またはこれらの特徴の少なくともいくつ
かを備えることを意味する。
関連する利点としては、噴射遅れ、ピストン摩擦の減少、ピストンロッドの最
小角度からの始動、クランクシャフトのリードによって改善されたトルク特性、
捻り振動の減少、クランク上の歯車を用いないで、エンジン本体に対して上下さ
せうるプロペラ推力線、及び油溜め潤滑などがある。これらの特徴は２対のシリ
ンダーの一つの中心線上または近傍にクランクシャフトの中心線を置く考え方を
通して直接的、間接的に生まれる。上部配置は航空機エンジンで選択され、下部
は位置は船舶エンジンに用いられる。
プロペラ駆動航空機に、ディーゼルエンジンを使用する場合の注目すべき側面
として、エンジン本体からプロペラに導入される捻り振動を最小限にする必要の
あることが判明した。既知のディーゼルエンジンでは、クランクシャフトに導入
される捻り振動は、必要な高回転速度よりかなりかけはなれ、捻り振動は、航空
機のプロペラ駆動に用いられることは全く容認出来るものではないことが判明し
た。
これらの捻り振動の負荷は、点火、圧縮、及び慣性などから発生する負荷を含
み、既知のディーゼルエンジンの設計に固有な種々な原因から発生している。点
火と圧縮負荷は点火と圧縮ストローク中に発生する。負荷は（４ストロークディ
ーゼルエンジンは）ピストンの排気ガス排出ストローク中に発生する。
［実施例］
本発明のこの点に対する目的は上記事項の一つまたは一つ以上を改善すること
であり、特に捻り振動特性を減じた対向型ピストンエンジンまたは２−ストロー
クディーゼルエンジンまたは航空機のプロペラ駆動のためにこの種のエンジンを
準備することである。
本発明の重要な面は、上述の特徴の一部または全てから構成されているエンジ
ンを確定することであり、航空機の駆動プロペラに対する補助的要求事項の確定
及びこれらが相互に適合することである。これらの２つの要求は共に既知のもの
ではない、従って両者を同時に用いることは革新的で発明に値する段階を備えた
技術的な進歩である。
更に本発明は航空機のプロペラ駆動用のエンジンとしての使用にも関連してい
る。この目的の石油エンジンの性能は空気密度に著しく影響され、従って、航空
機の高度によって出力が減少する傾向にある。しかし、ディーゼルエンジンを使
用する場合には、予め決められた燃料に対する空気の比率は適合せず、空燃比は
２５対１から１２対１の範囲でよく、エンジン効率も著しい変化はなく、エンジ
ン性能に対する高度の影響も比較的大きくない。
更に本発明は燃料の噴射タイミングにも関連している。通常のディーゼルエン
ジンでは、在来型のディーゼルエンジンのピストン速度特性に関連して燃料噴射
は十分な燃料の気化と引き続く点火を達成するために上死点前の２５度域で行わ
れる。
本発明の場合には、より長い期間、高圧または最高圧縮を維持することによっ
て、燃料噴射を著しく遅らせることが出来、これによってよく知られているディ
ーゼルエンジンのノッキングは大いに減少した。本発明におけるこの後者の見解
はクランクピンを１８０度より小さな角度即ち、相互に１６０度から１７５度に
配置していることから生じている。ここで一般的に両者間の体積を一定に保ちな
がら対向型ピストンは短期間相互に追従する。このピストンの関係は、例えば点
火が起きるときは、一つのピストンが上死点を１５度通過し、これによってクラ
ンクシャフト軸に発生する推力の代わりに有効な出力が直ちに準備される。本発
表の具体案は図を参照にして例題の方法で説明する。
［図面の簡単な説明］
図１は対向型ピストンエンジンの断面図を示す；
図２は幾分拡大した縮尺で示しているが、図１のエンジンの後方の出力配置を
示し、ロッカーピボットがクランクシャフトに連結している様子を示している；
図３及び図４は、拡大図であって、各々ロッカーピボットの一部の断面図であ
る。
図５は図１の矢視Ｖによって示された方向のエンジンの上面図であり、駆動出
力の配置を図示している；
図６は図１の矢視ＶＩによって示された方向の側面図である。
図７及び図８は代替案としての歯車駆動出力配置を示す。
これらの図に示すように、対向型ピストンエンジン１０は、上部シリンダ１２
、下部シリンダ１４、上部ピストン１６及び１８、そこで摺動する下部ピストン
２０と２２、ロッカピボット２４と２６、及びロッカピボットとピストンを連結
するピストンリンク２８、３０、３２、３４から構成される。
２−ストロークエンジン１０にはシリンダー１２と１４に形成された吸入口３
６及び排出口３８が備えられている。
ロッカピボット２４及び２６は軸４０、４２上に各々軸受で支えられている。
シリンダ１２及び１４は各々軸４４及び４６をもっている。
図２は駆動出力の配置を示している。ロッカピボット２４、２６は各々は管状
軸をもち、これらは軸方向に延び、その端部に図３及び４に示すクランク５０を
保持している。２箇のクランク５０は図２に示され、これらはクランクシャフト
リンク５２及び５４によってクランクシャフト５６に連結されている。
このように、クランクシャフト５６は軸５８上に位置し、実際は軸５８はシリ
ンダ１２の軸４４と交差し、シリンダ間の中央点で、軸４４に平行に延びた線５
９から距離をとっている。
運転では、駆動はピストン１６、１８、２０、２２からリンク２８、３０、３
２、３４を通してロッカピボット２４、２６にシャフト１８を通してクランク５
０へ、更にクランクシャフトリンク５２、５４からクランクシャフト５６へ伝え
られる。
図に示されているように、またより広く説明されているように、これらの部品
の相対的な配置形状は開口の動きの対称的な位相どりの用語で上述されているよ
うな、技術的な利点と、上記の関連利点を備えている。これらの利点は、直接外
観から判断されるのではなく、上述のエンジンの形状的分析、及び性能試験から
決定される。
図５は上述のクランクシャフト５６とレース６０、６２及び端部ベアリング６
４等のベアリング配置を含んでエンジンの他の部分への連結の詳細を示している
。
図６はプロペラ取付６６、６８におけるブロワ、７０における燃料噴射ポンプ
、７２におけるエンジン本体をもった本エンジンの航空機への適用を示している
。
図７及び８はある特定な方向に駆動のできる一定かみ合い歯車の外観を示して
いる。図７はクランクシャフト５６の上に設けられたベベル駆動７０を示してい
る。図８はクランクシャフト軸５８に平行に配置された出力シャフト７４を備え
た直線歯車駆動７２を示す。
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９５年１月６日
【補正内容】
が、先行の公表による形状を調べてみると重要な運転上の問題が発生しているこ
とが判る。例えばクランクシャフト軸が上部・下部シリンダ間の中央線を通る結
果として、（ＧＢ５３９２３１図３を参照）シリンダの充填と点火の順序の点か
らみるとシリンダ間で対称的な動きを得ることは不可能である。
更に、先行出願の形状は、上死点位置の精度が連結桿の長さに関連していると
いう事実がある。また、両大端部が一本のクランクピンの上にある場合には、対
角線上の連結配置は揺動する偶力を発生し、不利な異常な角加速度を発生する。
同様に、先行出願によるクランクシャフトの配置では２つのシリンダが対称的な
動きをすることは出来ないことを確認した。もっと広く言えば、これは連結桿が
角張っていることに起因して２本のシリンダ間でピストンの加速度が変化すると
いう事実に基づいており、これはエンジンの運転に非常に致命的なもので、特に
２−ストロークエンジンに対しては致命的である。
これから発生して、一般的なエンジンの配置や先行出願の配列から、１本のシ
リンダーに対する動きの手順を満足するように配置することは比較的簡単である
が、しかし他のものに対しては簡単ではない。妥協的な試みとして、不満足な運
転手順になってしまう関連部品の角加速度を変更することによってのみ達成しう
ることが判っている。
対角リンクＤによってロッカがクランクシャフトに連結されているという請求
項１の特徴をもったエンジンが上記のＧＢ１６５８６１（Ｖｉｃｋｅｒｓ）に発
表されている。図２及び図３の具体案では、連結ロッドはリンクＤの一側面に取
り付けられ、クランクシャフトＥはこの理由のためにエンジンの中央線から離れ
て配置されている。
ピストンと連結しているロッカは一般的にエンジンの内方向に配置され、連結
ロッド１６によってクランクシャフト１８に取り付けられているいわゆる第３ア
ーム１５をもっている。図４及び図５に見られるように、一対の上部シリンダと
下部シリンダに囲まれた冷却水ジャケット間の空間にクランクシャフトを投入さ
せるために、クランクシャフト１８の軸はエンジンの中心部から外れている。
エンジンの配置が変えられ、クランクシャフトの中心線が頂部及び底部シリン
ダの中心線上にある場合には、上記の欠点を著しく緩和することが判明した。航
空機エンジンに用いる場合にはクランクシャフトの中心線が頂部シリンダの中心
線上、船舶用途の場合には底部シリンダの中心線に合致する。
［発明の開示］
本発明は特許請求に定義されたエンジンを提供する。
具体案として、対向型ピストンエンジンは、２対の対向型ピストンエンジン、
シリンダ軸が離れて配置され同じ方向延長し、対向している当該ピストン、ピス
トンと回転クランクシャフトを連結している連結手段から構成されている。本エ
ンジンは、クランクシャフト１の軸が１シリンダの軸上にあることを特徴とする
。
具体案として、当該リンク手段はシリンダの軸間のある間隔を取った位置で角
運動のために取り付けられた一対のロッカピボットから構成されている。リンク
はロッカピボットとピストンの間に張り出している。
更に具体案として、リンク手段は当該シャフト手段に連結されたクランク手段
をもった当該各ロッカピボット上で、軸方向に延びた軸手段、及び各当該クラン
ク手段と当該クランクシャフトの間に設けられている連結リンクから構成されて
いる。
この具体案では、クランクシャフトの配置形状と原動力を備えることは、ポー
トの動きのより対称的な位相合わせ、噴射点火点のより対称的な位相合わせ、２
対のピストンのより対称的な速度エンジンバランスの高揚、より対称的なかつピ
ストン加速度など利点またはこれらの特徴の少なくともいくつかを備えることを
意味する。
関連する利点としては、噴射遅れ、ピストン摩擦の減少、ピストンロッドの最
小角度からの始動、クランクシャフトのリードによって改善されたトルク特性、
捻り振動の減少、クランク上の歯車を用いないで、エンジン本体に対して上下さ
せるプロペラ推力線、などがある。これらの特徴は２対のシリンダの一つの中心
線上または近傍にクランクシャフトの中心線を置く考え方を通して直接的、間接
的に生まれる。上部配置は航空機エンジンで選択され、下部は位置は船舶エンジ
ンに用いられる。
プロペラ駆動航空機に、ディーゼルエンジンを使用する場合の注目すべき側面
として、エンジン本体からプロペラに導入される捻り振動を最小限にする必要の
あることが判明した。
これらの捻り振動の負荷は、点火、圧縮、及び慣性などから発生する負荷を含
み、種々な原因から発生している。点火と圧縮負荷は点火と圧縮ストローク中に
発生する。
［実施例］
本発明のこの点に対する目的は上記事項の一つまたは一つ以上を改善する事で
あり、特に捻り振動特性を減じた対向型ピストンエンジンまたは２−ストローク
ディーゼルエンジンまたは航空機のプロペラ駆動のためにこの種のエンジンを準
備することである。
更に本発明は航空機のプロペラ駆動用のエンジンとしての使用にも関連してい
る。この目的の石油エンジンの性能は空気密度に著しく影響され、従って、航空
機の高度によって出力が減少する傾向にある。しかし、ディーゼルエンジンを使
用する場合には、予め決められた燃料に対する空気の比率は適合せず、空燃比は
２５対１から１２対１の範囲でよく、エンジン効率も著しい変化はなく、エンジ
ン性能に対する高度の影響も比較的大きくない。
更に本発明は燃料の噴射タイミングにも関連している。通常のディーゼルエン
ジンでは、在来型のディーゼルエンジンのピストン速度特性に関連して燃料噴射
は十分な燃料の気化と引き続く点火を達成するために上死点前の２５度域で行わ
請求の範囲
１．
ａ）間隔をあけたシリンダ軸をもった第１（１２）及び第２（１４）シリンダ；
ｂ）当該シリンダ内を摺動する一対のピストン（１６、１８及び２０、２２）；
ｃ）当該シリンダに設けられた吸入（３６）及び排気（３８）口；
ｄ）軸（４０、４２）のまわりに枢動するロッカ（２４、２６）及び当該連結ピ
ストン（１６、２０及び１８、２２）；
ｅ）駆動伝達目的のために当該ピストンヘリンク手段によって結合されているク
ランクシャフト（５６）
から構成され、
ｆ）クランクシャフトの軸（５８）がシリンダの軸（４４、４６）間の中央に位
置する線または軸（５９）から間隔を置いて配置され、シリンダ軸（４６）より
もシリンダ軸（４４）により近くに配置されていること
を特徴とする対向型ピストンエンジン。
２． 当該エンジンのピストンに結合されたクランクシャフト及び他方のエンジ
ンのシリンダ軸よりも一方のエンジンのシリンダ軸により近くに位置するクラン
クシャフト軸をもっているクランクシャフトを特徴とする対向型ピストンエンジ
ン。
３． 当該中央位置（５９）に対するよりは、一方の当該シリンダにより近くな
るように配置された当該クランクシャフト軸を特徴とする請求項１又は２に記載
の対向型ピストンエンジン。
４． クランクシャフトリンク（５２、５４）及びクランク（５０）から構成さ
れている当該駆動トレイン（５０、５２、５４）を特徴とする請求項３に記載の
対向型ピストンエンジン。
５． 当該エンジンの当該シリンダ（１２、１４）は積み重ねて配設されており
、また当該クランクシャフト（５６）の軸（５８）は、当該シリンダのうちの上
部シリンダ（１２）の軸（４４）上に配置されており、且つ該エンジンが航空機
用エンジンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対向
型ピストンエンジン。
６． 当該エンジンの当該シリンダ（１２、１４）は積み重ねて配設されており
、また当該クランクシャフト（５６）の軸（５８）は、当該シリンダのうちの下
部シリンダ（１４）の軸（４６）上に配置されており、且つ当該エンジンが船舶
用エンジンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対向
型ピストンエンジン。
７． 当該軸手段に連結され、当該ロッカピボットから離れて置かれたクランク
手段をもった当該ロッカピボットの各々の上に軸方向に延びた軸手段及び当該ク
ランク手段及び当該クランクシャフト間に設けられた連結リンクから構成されて
いる当該リンク手段を特徴とする請求項６に記載の対向型ピストンエンジン。
８． 相互に少なくとも１８０度はなれて配置されたクランクピンから構成され
る当該のリンク手段を特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の対向型
ピストンエンジン。
９． 積み重なった配置の当該シリンダ、当該下部シリンダ軸よりも当該上部シ
リンダ軸により近く配置された当該クランクシャフト軸及び航空機エンジンとし
ての当該エンジンを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の対向型ピ
ストンエンジン。
１０． 積み重なった配置の当該シリンダ、当該下部シリンダ軸により近く配置
された当該クランクシャフト軸及び船舶用の当該エンジンを特徴とする請求項１
乃至８のいずれか１項に記載の対向型ピストンエンジン。
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９５年１月１９日
【補正内容】
請求の範囲
１．
ａ）間隔をあけたシリンダ軸をもった第１（１２）及び第２（１４）シリンダ；
ｂ）当該シリンダ内を摺動する一対のピストン（１６、１８及び２０、２２）；
ｃ）当該シリンダに設けられた吸入（３６）及び排気（３８）口；
ｄ）軸（４０、４２）のまわりに枢動するロッカ（２４、２６）及び当該連結ビ
ストン（１６、２０及び１８、２２）；
ｅ）駆動伝達目的のために当該ロッカーと結合されているクランクシャフト（５
６）
から構成され、
ｆ）当該シリンダの一つの内部体積を通り、ピストンの内部の上死点の部分に延
びている当該クランクシャフトの軸（５８）を有すること
を特徴とする対向型ピストンエンジン。
２． クランクシャフト（５６）は各々軸方向に延びた駆動軸（４８）を通して
、当該ロッカ（２４、２６）へ結合されており、その駆動系路は当該シリンダの
１つの一方向に軸的にオフセットされていることを特徴とする請求項１に記載の
対向型ピストンエンジン。
３． 当該シリンダ（１２、１４）の一つの長手方向に、駆動軸（４８）に関し
ては半径方向に、延びている駆動トレイン（５０、５２、５４）によって当該ク
ランクシャフト（５６）に結合された、軸方向に延長されている当該駆動軸（４
８）を特徴とする請求項２に記載の対向型ピストンエンジン。
４． クランクシャフトリンク（５２、５４）及びクランク（５０）から構成さ
れている当該駆動トレイン（５０、５２、５４）を特徴とする請求項３に記載の
対向型ピストンエンジン。
５． 当該エンジンの当該シリンダ（１２、１４）は積み重ねて配設されており
、また当該クランクシャフト（５６）の軸（５８）は、当該シリンダのうちの上
部シリンダ（１２）の軸（４４）上に配置されており、且つ該エンジンが航空機
用エンジンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対向
型ピストンエンジン。
６． 当該エンジンの当該シリンダ（１２、１４）は積み重ねて配設されており
、また当該クランクシャフト（５６）の軸（５８）は、当該シリンダのうちの下
部シリンダ（１４）の軸（４６）上に配置されており、且つ当該エンジンが船舶
用エンジンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対向
型ピストンエンジン。
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(81)指定国 ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，
ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ
Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ
，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，
ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ
Ｎ