JPH10500186A - 回転型内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、回転軸（２６）を有する回転可能のクランクケース（２５）に放射状に設けられたシリンダに少なくとも２つの往復運動可能のピストン（２、４）を有する内燃機関において、ステップドライバ部材（１０）がそれぞれの連接棒（６、８）を介してピストン（２、４）に連結されており、当該ステップドライバ部材（１０）の回転軸（１２）は当該クランクケース（２５）の回転軸（２６）からずれており、シリンダは作動中に当該ピストン（２、４）がそれぞれのシリンダ内で往復運動しているときに当該ステップドライバ部材（１０）の回りに回転するようになっており、リンク組立体（１４、１６）が当該ステップドライバ部材（１０）を当該クランクケース（２５）に連結させており、この回転可能のクランクケース（２５）から動力を取り出すための手段が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 回転型内燃機関技術分野 本発明は、ピストン・イン・シリンダ型の内燃機関に関する。背景技術 この種の機関の作動は、ディーゼル式でも火花点火式でも、多数の提案がなさ れたにも拘らず１世紀の間殆ど変わっていない。オットーサイクルの１つの欠点 は、上死点（ＴＤＣ）を囲むシーケンスである。ピストンがＴＤＣに向かって上 昇すると、火花が発せられ、点火が始まり、ピストンは既に点火して膨張しつつ ある装入物の膨張に抵抗しながら上昇を続けて圧縮を完了する。ＴＤＣにおいて は連接棒とクランクシャフトとは整列するので、理論上は燃焼し膨張するガスが 中で膨張し得るスペースはない。ＴＤＣを通過して連接棒が再びピストン軸に対 して傾斜し連接棒の傾斜が再びピストンに機械的な利点を与えるまではこの燃焼 ガスが占め得るスペースは増大しない。 ＴＤＣの前で火花を発すると機関の回転を逆転させる方向の力が働く。ピスト ンをしてＴＤＣを通過させるようなフライホイールがなければ、脈動的逆戻りは 機関の回転を阻んで逆転させるように作用する。 サイクルのこの小さな領域が、オットーサイクルの思想と現在の利用方法とに 欠けているものを明らかにしている。 オットーサイクルを利用するガソリンエンジンでは、空気に対する燃料の割合 は高くなければならない。従って、不完全燃焼と内部でのカーボンの堆積とが一 般的に生じる。不都合な排気も、そのような高い空気 対燃料比の結果である。発明の概要 本発明の、複数のシリンダを備えているという面は、ピストンの運動と駆動開 始（the drive take-off）との間に位相差の存在を許容するリンク機構を介して 各ピストンが駆動力を作用させることができるようになっているピストン・イン ・シリンダ型の内燃機関を提供するものであり、これにより作動時には作動行程 は最高圧縮点（highest compression point；ＨＣＰ）又はこの最高圧縮点の後 で始めることができる。この機関は、回転軸を有する回転可能なクランクケース に放射状に配置されたシリンダ内で往復運動することのできるピストンと、当該 ピストンに連結されたステップドライバ部材（stepdriver element）と有し、こ のステップドライバ部材の回転軸は、前記クランクケースの回転軸からずれてお り、作動中、ピストンが往復運動している間にクランクケースとシリンダとはス テップドライバ部材の回りに回転するようになっており、当該機関は、さらに、 この回転可能なクランクケースから動力を取り出すための手段を有する。 燃料の化学的エネルギーの多くは熱として現れる。この熱の一部は、往復運動 を捕らえるための設計が良くないために機関が無駄に行う仕事の結果であると思 われる。連接棒がピストンの走行軸に対し傾斜することにより機械的な利点をも たらすように連接棒をステップドライバ部材に連結することが好ましく、このよ うな利点は、クランクケースとシリンダとの同時回転により作動行程のほぼ半分 を通じて維持される。 作動中、従来の機関の作動のように整列時に又は整列前にではなくて後に（Ｈ ＰＣ）連接棒がピストンの走行軸に対して傾斜するときに作動行程が始まるよう にステップドライバ部材をピストンに連結している。 これは、リンクの軸をＨＣＰでピストン走行軸とは平行にならないように構成 することにより達成される。リンクの小さな傾斜角であっても、当該リンク機構 が下降中のピストンと直に対向する位置を取りやすくする。 ピストンは、対向された対をなして存在している。２対あるいはそれ以上のピ ストンがある場合には、ピストンとシリンダの組立体は、クランクケースに放射 状に配置される。また、奇数個のシリンダがあってもよいが、それが何個であっ ても、シリンダをクランクケースの回りに均等に配置するのが好ましい。ピスト ンは、普通の連接棒を通してステップドライバをクランクケース内で回転させる ことができる。ステップドライバの回転中心はクランクケースの対応する回転中 心からピストンの行程の全長の半分だけずれていてよい。ステップドライバは、 ３本組のリンク又は２本組のリンクなどのリンク組立体を介してクランクケース を同じｒｐｍで駆動することができる。 クランクケース及び付随のシリンダは、機関取付台に支持されている静止シャ フトの回りに自由に回転する。この機関は、空冷に適していて、熱交換を促進す る通気穴又は流路を有するハウジングの中で作動することができる。ギヤボック スの入力軸は、テイクオフシャフトから、又は支持シャフトの軸線と同軸にクラ ンクケースに取付られているギヤから駆動される。通常の始動を行うためのスタ ーターリングがクランクケースにボルト固定されている。 上記の幾何学的特徴は、４つのシリンダを東西南北の位置に固定することを可 能にするものであって、これにより両ピストンは、ステップドライバを駆動し、 同時に各々が必要とするクランクケース内においてステップドライバが一定の位 置にとどまることを許容する割り切れる数値のクランク角のみをステップドライ バの回りに回転し、さらにステップ ドライバがリンク組立体を介してクランクケースをクランクケース回転軸の回り に駆動する。 ステップドライバは、円形又は多角形、十字又は他の等価機構である。円形又 は多角形であるときは、ステップドライバの直径はクランクケースの直径の６０ −７０％である。 この幾何学的特徴により新規な運動が得られる。本発明では、向かい合う１対 のシリンダ及びピストンの組立体、ステップドライバの中心、２つの連接棒の大 端部、及び平行なリンクの対の回転軸が全て一列に並ぶ。すると、連接棒は、９ ０＼６０＼３０度の（直角）二角形の斜辺上に位置することになり、つまりＨＰ Ｃにおいてピストンの走行に対して３０度となる。作動行程において続いて起こ る連接棒のピストン軸からの変位は、ガスの膨張の回転運動への変換を最大にす る。 次に、クランクケースの進行によって、連接棒群の個々の運動が当該連接棒同 士が同じ平面内で働いているのに互いに干渉し合わなくなるような位置へ組立体 が運ばれる。よって、ステップドライバシャフトは、静止状態にとどまり、ステ ップドライバ及び放射状の組立体が全てステップドライバシャフトの回りに回転 する。 ４個のシリンダと４個のリンクとがある場合には、１対の連接棒の大端部は、 ステップドライバの軸線と１対のリンクの各軸線とを結ぶ線の上にある。大端部 の残りの対と残りのリンクの軸線とは第１の対に対して垂直に位置する。従って リンクは、クランクケースの軸線とステップドライバの軸線とを結ぶ線と平行で ある。このため、ピストンは、膨張時に１８０度進んでステップドライバを３時 の位置から９時の位置へ回転させる。リンクは、１２時から６時へ移動する。こ のように作動は、クランクケースの１回転毎に４回起こる。 上記の４シリンダ構成では、ステップドライバをクランクケースに連 結させるリンクは、組立体の回転により生じる偶力の釣り合いを促進する。ステ ップドライバの釣り合いは、１つ以上の、通常は４つのリンク全てにバランスウ エイトを付加することにより達成される。クランクケースの縁速度は、より小さ いステップドライバのそれより明らかに上回る。 空気の取り入れと排気の排出とは、クランクケースとシリンダとの間の流路を 介して行われる。側弁式、頭弁式、及びＯＨＣ構成が可能である。機関がディー ゼルとして作動するときは、インジェクタが燃料を供給する。火花点火が行われ る場合には、燃料噴射器が燃料を供給する。気化器及びクランクケース吸入方式 としてもよい。 乾式油だめがクランクケースを液体のない状態に保つ。小型給油ポンプがクラ ンクケースの内部に油の霧を供給する。これはシリンダの壁、小端部及びリンク に到達する。 点火は、ディーゼルインジェクタによるのが好ましいけれども、コイル点火方 式や電子火花発生装置も作動可能である。希土類元素の磁石を機関に取付て、ト ランジスタをオンに転換させる静止磁界検出器を作動させてもよい。そのトラン ジスタはコイルの放電をスパークプラグに向ける。シリンダの経路を囲んでいる けれどもエアギャップによって分離されているハウジングに静止スパークプラグ を取付ることができる。ホール効果が当該電子スイッチへ誘導信号を供給させる 。 図面の簡単な説明 次に、添付図面を参照して実施の形態を説明する。 図１は、対向２シリンダ機関の断面図、 図２は、３−シリンダ機関の断面図、 図３は、「Ａ」からの図１の断面であり、ステップドライバとクラン クケースへのリンク連結を示す。 図４は、６シリンダ機関の図であり、２つのシリンダがクランクケースの１０ ０度の回転にわたって最適駆動位置にある。 図５は、３シリンダＯＨＶ機関の図である。 図６は、当該機関のために設けられた火花点火装置の図である。発明を実施する最良の形態 図１において、向かい合っているピストン２、４が連接棒６、８によってステ ップドライバ１０に連結されている。ステップドライバ１０は、中心１２の回り に回転する。リンク１４、１６は、中心１８、２０でステップドライバに連結さ れ、中心２２、２４でクランクケースに連結されている。クランクケースは、軸 ２６の回りに回転する。明瞭にするためにこの図にはリンクの半分だけが示され ている。大端部２８、３０、リンク軸１８、２０及びステップドライバの中心１ ２は、ピストン２がＨＣＰにあってピストン４がＬＣＰにあるときに一列に並ぶ 。 この位置で当該組立体が釣り合っていることが分かる。リンク６は、ピストン の走行軸に対して傾いており、軸３０は、ピストン走行軸に対して９０度をなし ている。同じくリンクは、連接棒の整列軸に対して９０度をなしている。 図２、３にはもっと多くの機関部品が示されている。図２に示されているよう に、２対のシリンダが放射状に組み立てられている。４つのシリンダ３２は、シ リンダ壁を貫通するボルト３４によりクランクケースに固着されている。機関の ハウジング３６は、円筒形のレース３８を有し、その中で機関が回転する。ハウ ジング内のルーバ４０は冷却のための換気を行わせる。各シリンダが公知のスパ ークプラグ４２を有している。３つのピストンのうちの２つへのバランスウエイ ト４４、４６の配 置が図示されている。これらは、作動中にピストンの偏心重量分布を補正する。 図３に１対のシリンダの駆動リンク機構が示されている。クランクケースは、 軸受５０から延びているスプライン付き機関支持シャフト５２と、組立体の一部 分である静止中空シャフト５６との回りに回転する。機関５８は、軸受５０上を 回転する。シール６２は、クランクケースを気密に保つ。シャフト５２は、伝動 ギヤボックス（図示せず）の継手に係合する。 クランクケースの内部には、中空シャフト５６を介してルーツブロワ（図示せ ず）により１．５ｐｓｉで空気と燃料との混合気が供給される。プレスされた金 属製の機関取付台（図示せず）が、機関をギヤボックスの付近に支持するために エンジンコンパートメントの中にボルトで取付られる。その取付台は、修理のた めに機関を取り外して機関から離れるように移動することができる。前記ブロワ は、取付台の開口部を通して中空シャフト５６に供給を行う。 マニホールド６４は、クランクケースの壁の円形ポート６６のリングと整合し ている。回転するリンク１４、１６は、入ってくる燃料と空気の混合気を妨げな い。シリンダは、ハウジング内に排気を直接排出する。 図５において、同軸ポンプ（図示せず）は、管路（図示せず）を介してシリン ダ内に燃料を注入する。ＯＨバルブ６８は、中心カム７２からプッシュロッド７ ０により動かされる。ファンブレード７４がクランクケースの側から延びている 。 図６において、サマリウム−コバルト磁石７６がクランクケースの東西南北の 箇所に取付られている。この磁石は、検出器７８を励起し、信号を電子点火回路 ８０へ送る。 この回路は、公知のコイル８２への低電圧パルスの供給を制御するス イッチングトランジスタを有している。絶縁された板８４が静止ハウジング３６ に固着されている。板８４の導通棒８８は、コイル８２から高電圧パルスを受け 取る。スパークプラグ４２が板８４を通過するときに火花がエアギャップを跳び 越える。 作用は次の通りである。クランクシャフトの回転は、反時計回り方向である。 作動行程は１９５度を占める。シーケンスは、図４から最もよく分かる。シリン ダ２は、発火し得る状態にある。連接棒の大端部はピストン走行軸に関してステ ップドライバの中心に対して９０度をなしている。 オットーサイクル機関における対応する状態では、ピストンピン、連接棒及び クランクは一列に並ぶ。図は、ピストンが一押しするときクランクケースの回転 の速度が一定に保たれるので、ピストンは１００度後に同じ機械的な利点を持つ ということを示している。ここには、有利な角度Ｂが図示されている。リンクは 、ステップドライバとクランクケースのｒｐｍが等しいことを保証する。ピスト ンの行程はクランクケースの回転の約１９５度にわたって広がっている。従って 作動行程の約半分が好都合な機械的な利点にある。回転は更に９０度にわたって 続き、その間に排気が行われる。 吸気が始まる。同じ大端部が通常の位置からなお９０度変位している。この中 間点では、シリンダの対称的な幾何学的配置は不可能である。このことに対して は、組立体の動的バランスを回復するためにリンクにおもりを付加することによ って対処する（図２を参照）。クランクケースの圧力によりシリンダに装入が行 われる。シリンダは。同時にクランクケースは、大端部の群の相対的位置を保ち ながら進む。小さな円弧を通じて圧縮が急速に高まって大端部を発火可能な作動 行程位置に置く。 下記のデータは、ピストンの運動のいろいろな段階でのクランク円弧 （the cranking arc）を示す。ここで掃気行程は９０ｍｍであり、圧縮行程は７ ５ｍｍであり、ポート深さは１５ｍｍである。 機関がクランク円弧の１３５又は３７．５％を必要とするならば、次の処方が 当てはまる： ＥＰの始まりから終わりまでの間のクランク角を変更するポートのサイズに関 わりなく、ＨＣＰからＥＰまでとＥＰからＨＣＰまでとの差違は同一に保たれる 。作動行程は圧縮行程より５４長い。 我々は、本実施の形態の利点は次の通りであると考える： １ 点火がステップドライバの有利な円弧と同期化される。 ２ リンク機構が不均衡をもたらすけれども、リンク機構は、回転部材のバラ ンスを促進する働きをもする。 ３ 酸化のために余分の空気を利用できるので、低炭素燃料で充分である。 ４ ステップドライバを介してクランクケースを駆動するので、連接棒が公知 のクランク機関の場合のように３度ではなくて、１９５度の作動行程の約１００ 度にわたって機械的に有利な位置にとどまることがで きる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 回転軸を有する回転可能のクランクケースに放射状に設けられたシリン ダ内の往復運動可能のピストンを有する内燃機関において、 前記ピストンにステップドライバ部材が連結されており、当該ステップドラ イバ部材の回転軸は前記クランクケースの回転軸からずれており、当該クランク ケース及びシリンダは作動中に前記ピストンが往復運動しているときに当該ステ ップドライバ部材の回りに回転するようになっており、この回転可能のクランク ケースから動力を取り出すための手段が設けられていることを特徴とする内燃機 関。 ２． 前記クランクケースは、当該クランクケースと当該ステップドライバ部 材との間に接続されたリンク組立体により駆動される請求の範囲第１項のいずれ かに記載の内燃機関。 ３． 当該組立体は、３つ組又は２つ組のリンクである請求の範囲第２項のい ずれかに記載の内燃機関。 ４． 前記クランクケース及びステップドライバ部材の回転軸は、ピストンの 行程の半分だけずれている請求の範囲第１項−第３項のいずれかに記載の内燃機 関。 ５． 前記クランクケースは、機関取付台に支持されている静止シャフトの回 りに回転する請求の範囲第１項−第４項のいずれかに記載の内燃機関。 ６． 前記クランクケース及びシリンダは、熱交換を促進するハウジングの中 で回転する請求の範囲第１項−第５項のいずれかに記載の内燃機関。 ７． 前記ステップドライバ部材は、円形、多角形、十字状又は同等の機械装 置である請求の範囲第１項−第６項のいずれかに記載の内燃機 関。 ８． 前記ステップドライバ部材のサイズは、前記クランクケースの直径の６ ０−７０％である前記諸項のいずれかに記載の内燃機関。 ９． 対向する１対のピストンとシリンダとの組立体、前記ステップドライバ 部材、回転軸、連接棒の大端部及び平行な一対のリンクの回転軸は、全て１列に 並んでいる請求の範囲第２項−第８項のいずれかに記載の内燃機関。 １０． 対向する２対をなすように設けられた４個のシリンダが、連接棒によ り前記ステップドライバ部材に連結されており、ロッドの大端部が、当該ステッ プドライバ部材の軸線を１対のリンクの軸線に結ぶ軸線の上にあり、残りのリン クの対と大端部とリンク軸とは前記１対のリンクに対して垂直であり、当該リン クは当該クランクケース及びステップドライバ部材の回転軸を結ぶ線と平行であ る請求の範囲第２項−第８項のいずれかに記載の内燃機関。 １１． 前記ピストンが進んで前記ステップドライバ部材を３時から９時へ移 動させるとき、当該リンクは１２時から６時へ移動し、このような進行が１回転 に４回行われる請求の範囲第１０項のいずれかに記載の内燃機関。 １２． バランスウエイトが前記リンクに取付られている請求の範囲第２項− 第１１項のいずれかに記載の内燃機関。 １３． 前記シリンダは、クランクケースの吸入により燃料と空気の混合気が 装入され、注入チャンバが１つの機関支持シャフト受けを中心として同軸に設け られ、排気チャンバは反対側の機関シャフト受けを中心として同軸に設けられて いる請求の範囲第５項−第１２項のいずれかに記載の内燃機関。 １４． 前記シリンダは、プッシュロッドにより動かされるポペット 弁を有し、当該プッシュロッドは、クランクケースの回転軸の回りに回転するカ ムにより持ち上げられる請求の範囲第１項−第１３項のいずれかに記載の内燃機 関。 １５． 前記クランクケースが８０−１００度回転してゆくとき、ピストンは その作動行程の４５−５５度を移動する上記諸項のいずれかに記載の内燃機関。 １６． 回転軸を有する回転可能のクランクケースに放射状に設けられたシリ ンダに往復運動可能のピストンを有する内燃機関において、当該ピストンにステ ップドライバ部材が連結されており、その回転軸は当該クランクケースの軸から ずれており、前記ピストン走行軸に対する連接棒の傾斜により機械的な利点を有 するようにステップドライバ部材に連接棒が連結され、この利点はクランクケー ス及びシリンダの同時回転により作動行程のほぼ半分を通じて維持される内燃機 関。 １７． 有利な角度は９０−１１０度である請求の範囲第１６項に記載の内燃 機関。 １８． 前記角度は作動行程の４５−５５％である請求の範囲第１６項に記載 の内燃機関。 １９． ここに参考的に記載され、添付図の図１と３あるいは図２，４，５及 び６に示されているように構成され適用された内燃機関。