JPS5916081B2 - ドウリヨクソウチ - Google Patents

ドウリヨクソウチ

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JPS5916081B2
JPS5916081B2 JP50155152A JP15515275A JPS5916081B2 JP S5916081 B2 JPS5916081 B2 JP S5916081B2 JP 50155152 A JP50155152 A JP 50155152A JP 15515275 A JP15515275 A JP 15515275A JP S5916081 B2 JPS5916081 B2 JP S5916081B2
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piston
cylinder
engine
crankshaft
air
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    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B65/00—Adaptations of engines for special uses not provided for in groups F02B61/00 or F02B63/00; Combinations of engines with other devices, e.g. with non-driven apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
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    • F02B75/24—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は対向ピストン型内燃機関を含む動力装置に関す
るもので、その応用例としては機関駆動による往復動空
気圧縮機がある。
機関駆動式往復動空気圧縮機は従来、機関を空気圧縮機
に結合し、シリンダからの動力を機関側のピストン、連
接棒、クランク軸、機関と圧縮機との結合部、そして圧
縮機側のクランク軸、連接棒、ピストンを介して圧縮機
に伝達する構成のものが多い。
これら全部品は機関の全出力を伝達するもので、各軸受
及び歯車と共に重量的、空間的にかなシ大きくなる。
空気圧縮機の他の例として、対向位置にある機関側のピ
ストン対を圧縮機側のピストンに直接固定するとともに
行程を可変とした自由ピストン機関圧縮機がある。
この種圧縮機はしかし、例えば低圧に対する吐出し時に
過剰な行程を防止したり或は高圧に対する吐出し時にシ
リンダ内の圧縮機が上昇し過ぎるのを防止するために特
別の制御装置を必要とし、その結果重量が増すと同時に
構造が複雑化する。
またサイクル間にエネルギの持越しく ｃａｒｒｙ
ｏｖｅｒ）がないために始動し難いことがあり、シリン
ダ内の燃焼が正常でないと瞬時に停止してしまう。
更に他の欠点として、速度は可動部品の質量とそれらに
作用する圧力の合成力とによシ決定されるからこれを適
確に制御できず、加えて回転運動が含まれないために冷
却ファンや給水ポンプ及び給油ポンプの駆動が困難であ
ると同時に特殊で且つ多くの場合重い始動装置を必要と
することが挙げられる。
そこで本発明は、上記の技術的課題を解決するため、第
１ピストンおよび第２ピストンを同一のシリンダ内で対
抗して往復動するように設けられた内燃機関を有し、こ
の内燃機関の出力が前記ピストンに固着されるかあるい
は一体形成されて各運動サイクルにおいて直線的に往復
動する２つの従動部材によって実質的に等しく吸収され
、さらに前記シリンダの軸線に対して直角をなす軸線を
中心に回転可能に設けられたクランク軸を備えた同期装
置を有し、前記シリンダの軸線と段違いに置かれた前記
各ピストンおよび従動部材をクランク軸の動程に実質的
に直接に連結する結合手段を具備し、クランク軸が前記
サイクル毎に１回転してピストンの運動を同期させるよ
うにしたことを特徴とする動力装置を提供せんとするも
のである。
上記結合手段並びにクランク軸は機関作動時ピストンに
より生じた全動力を伝達するものではなく、従ってその
構造が軽量化される。
自由ピストン機関の利点はその前記欠点を解消しつつ維
持するのが望ましい。
本発明はこの目的を主として、当該機関の所期の作動条
件下で作動特性に調和する範囲で可能な限シ軽量の結合
手段とクランク軸とを使用して、ピストン相互を同期し
且つそれらの往復動の両端における行程を限定すること
により達成する。
各結合手段は一端をクランク軸の動程に連接され他端を
対応するピストン・従動部材の対にそれら間で固定され
たクロスヘッドに連接された１本の連接棒とするのが望
ましい。
即ち往復動部材を回転するクランク軸に結合し得る最も
直接的手段は１本の連接棒である。
またフライホイールをクランクシャフトと一体的に回転
可能に設けるのが望ましい。
前記従動部材としては、夫々圧縮用シリンダ内で移動し
て加圧空気等流体を供給する圧縮用ピストンがある。
この場合の望ましい構成は、外方移動行程の終端で上記
圧縮用シリンダの空隙に流体が存在し、機関側ピストン
が相寄る方向に戻る際に補助的役割を果すようにする。
機関は通し掃気（ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｃａｖｅｎｇｅ
）２行程の態様で作動させるのが望ましい。
前記圧縮用ピストンの内側面は、それらが内方に移動す
るに伴い燃焼用流体（例えば空気と燃料の混合気）を圧
縮するように使用できる。
圧縮空気を呼吸用に供する際には、混合気或は排気ガス
による圧縮空気の汚染を防止する必要がある。
その場合には前記機関側ピストンと圧縮機側ピストンと
の各対間に他のピストン及びシリンダを配設し、該他の
シリンダを適宜に外部に連通させる。
本発明の好適な一応用例としては、潜水夫が水中呼吸装
置として携行する酸素ボンベに空気を充填する場合が挙
げられる。
以下本発明の実施例を添附図面を参照して説明する。
第１図、第２図において、１０は逆方向に往復動するよ
うに機関側シリンダ１１内で対向位置に配設された１対
のピストンで、夫々ピストンロッド１２を介して圧縮機
側シリンダ１４内で作動すルヒストン１３に固着されて
いる。
シリンダ１１゜１４は同一軸線上に配されている。
冑図示したピストンロッド１２は複合体であるが、これ
以外の適宜構成としてもよい。
前記ピストン１０．１３の両肘は内方位置と第１図に示
す外方位置との間を逆方向に直線的に往復動するように
設けられている。
１５は前記機関側シリンダ１１の軸線に対し直角で且つ
望ましくはそれと交わる軸線１６を中心に回転するクラ
ンク軸を示す。
１７．１８は一端をクランク軸１５の両側の動程に１９
．２０で連接され、他端を前記ピストンロッド１２に固
定のクロスヘッド２ｓ、ｉ４に２１．２２で連接された
１対の軽量な連接棒である。
また２５．２５はクロスヘッド２３．２４にシリンダ１
１の軸線の両側にて設けられた釣合い部材で、前記連接
棒１７．１８の慣性を少くとも一部補償する。
クロスヘッド２３．２４の直線的往復動を案内するため
に例えば、前記機関側シリンダ１１に形成され適宜の直
線的対向軸受面を有するガイドスロット３１に円形断面
のブシュ３０を嵌入して設ける。
これらブシュ３０は夫々、前記ピストン１０の移動に伴
ってガイドスロット３１の一方の軸受面に接して一方向
に転動し、他方の軸受面上を同様に転動しながら戻る。
これによシピストンロツド１２に作用する非軸方向の振
動荷重は、連接棒１７，１８及びクランク軸１５によシ
伝達される動力はピストン１３が生ぜしめた全動力では
ないことからして小さい。
３２はフライホイールで、クランク軸１５と共に回転す
る。
３５は吸気マニホールドで、燃料と空気との混合気はこ
の吸気マニホールド３５から吸入弁口３６を介して掃気
シリンダとして作用する環状室３Ｔに導入された後、弁
口３８、空間３９，７１、入口／掃気口４０を順次経て
機関側シリンダ１１内に吸入される。
上記空間３９はハウジング７０とシリンダ１１の外壁に
より同シリンダ１１の一側に画成され、また空間７１は
ハウジング７２（第２図）によシシリンダ１１の他側に
画成される。
前記クランク軸１５と連接棒１７．１８とはこの空間Ｔ
１内で作用する。
更に１１は、シリンダ１１の前記入口／掃気口４０と反
対側の郡部に設けられた排気口で、夫々排気管４４に連
通している。
４２はシリンダ１１内にその中央で臨ませた点火栓で、
望ましくはクランク軸１５によシ駆動されるマグネト（
図示せず）から高圧リード４３を介して附勢される。
機関はこれにより、通し掃気２行程で作動する。
向上記機関は混合気に代えて燃料を直接または間接に噴
射するものでもよく、またディーゼル機関でもよい。
上記実施例においては、混合気中の潤滑油が前記ガイド
スロット３１の軸受面及び空間７１内のクランク軸１５
と連接棒１７，１８との潤滑を果す。
５０は各圧縮機軸シリンダ１４の外端に設けられた複数
の開口で、夫々鋼製のリード弁５１を備えている。
圧縮用空気は開口５２から導入されてレシーバ（ｒｅｃ
ｅｉｖｅｒ）５３内に圧縮された後、所望に応じて取出
されて使用される。
次に作動について説明する。
各ピストン対が第１図位置から共に内側に移動すると、
入口／掃気口１０と排気口４１とが閉じ、混合気はシリ
ンダ内で圧縮される。
同時に圧縮機側のピストン１３は夫々内側面で容積式ポ
ンプの掃気ピストンとして作用して混合気を弁口３８か
ら空間３９，７１内に送り、この混合気は空間３９．７
１内で低圧（掃気圧）に保持される。
同ピストン１３はまた圧縮ピストンとして作用し、内側
に移動しつつ空気を開口５２から圧縮機側シリンダ１４
内に導入する。
要するにこれらピストン１３は夫々、両側で圧縮ピスト
ン及び掃気ピストンを構成すると考えてよい。
向上記内方移動に必要な駆動エネルギは、フライホイー
ル３２に蓄えられた回転エネルギと、前回の外方への圧
縮工程の終端において空隙６０に残留した空気の再膨張
とにより得られる。
点火栓４２によシ混合気が着火すると各ピストン対は外
方への出力行程に移る。
従ってピストン１３は空気を圧縮し、リード弁５１を介
してレシーバ５３に送り、同時にピストン１３は掃気ピ
ストンとして作用して混合気を吸入弁口３６を介して環
状室３７内に導入する。
そして入口／掃気口４０と排気口４１とが開くと、排気
ガスが排気口４１から排出されるとともに、空間３９．
７１内の混合気が掃気口４０を経てシリンダ内に入って
残留排気ガスを排除して次の内方移動行程に備える。
これらピストン対の外方への加速度はまた、次のサイク
ルに備えてフライホイール３２に回転エネルギを蓄える
。
このように機関で発生した動力は機関側ピストン１０か
ら圧縮機側ピストン１３に直接伝達されるから、従来の
ように機関の全出力を伝達する場合に比較して連接棒１
７，１Ｂとクランク軸１５とを著しく軽量化できる。
そしてそれらは両ピストン対の移動を同期させ、両ピス
トン対が内方位置に戻る際にこれを補助し、ファン等の
冷却手段や燃料ポンプ及びオイルポンプを駆動するため
の回転運動を生じ、加えて便利な機関始動装置を提供す
る。
第１図には一例としてロープ或はチェーンによる始動機
構７５を示す。
伺これら諸機能はいずれも機関の全出力を伝達する必要
はないことは熱論である。
また機関の構成及びその作用は、掃気を別として第１図
における上下方向の中心軸線に関して略対称的であり、
これにより力学的バランスが得られる。
さて前記連接棒１７，１８、クランク軸１５の質量並び
に強度はフライホイール３２の質量及び慣性に関連して
いる。
設計上のアプローチの一方法は、フライホイール３２の
周期的許容速度変化から出発することである。
これは応用によって異る場合もあろう。
周期的速度変化は空気圧縮機にあってはそれ程重要では
ないが、機関により往復動型発電機の電機子等の被駆動
部材を駆動する場合には極めて重要となる。
上記周期的速度変化によりフライホイールの１サイクル
当シの許容エネルギ変化が得られる。
一方前記ピストン対の構成による作動と機関能力とに関
する計算並に前記空隙６０の大きさに基き、フライホイ
ールが各凶サイクルにクランク軸及び連接棒を介してピ
ストン対に供給すべきで且つ次の１／２サイクルにフラ
イホイールに蓄えられるエネルギ量が算出される。
この必要エネルギ量と前記許容エネルギ変化とからフラ
イホイールに要求される最小慣性従って質量及び半径が
得られ、これによりクランク軸と連接棒との最小質量及
び強度を計算できる。
向上記フライホイールに駆動されるファンやマグネット
等の付属装置に対してはある程度のゆとシを設ける必要
がある。
一実施例においては、本発明に係る空気圧縮機を約３０
００サイクル／ｍｉｎ で駆動される（クランク軸１５
は従っても３０００ｒ、ｐ、ｍで回転）ように設計し、
この圧縮機によシその両端において空気を約７バールの
圧力で且つ５７０ ｌ／ｍｉ ｎの割合で吐出するよ５
に構成した。
具体例としては、機関側シリンダの内径を４３ｖｔｍ、
圧縮機側シリンダの内径を７６１！勲各ピストン対の行
程を４４龍とし、また作動時の機関と圧縮機との総重量
を潤滑油及び燃料を含み２０ｋｇ以下で２６０Ｘ２８０
Ｘ５６０朋の外形寸法以内に取まるようにする。
このように装置を小型に構成できる。
尚圧縮機は、第１段からの圧縮空気を第２段で更に圧縮
するような２段乃至それ以上の複数段としてもよく、或
は前記シリンダ１４の一端からの圧縮空気をその他端に
送って更に圧縮する構成も可能である。
前記機関出力は動力装置の両端において往復動型発電機
の電機子を駆動することも考えられるが、その場合前記
空隙６０から戻されたエネルギは例えばクッション付密
閉シリンダ等他の手段により得られる。
英国特許第１２５１５６２号に往復動型発電機が示され
ている。
第３図は空気圧縮機を４段で構成した他の実施例を示し
、図示動力装置の機関部分は第１図、第２図の場合と同
様であるから省略する。
第３図において、８０はシリンダ８１内で作動する１対
のピストンでピストンロッド１２に夫々固着されておシ
、前記実施例のピストン１３と同様に内側面で掃気ピス
トンとして作用する。
８２．８３は一端で左側の上記ピストン８０に結合され
他端でピストン８４．８５に結合されるか或は一体形成
された平行なピストンロッド、８６．８７は上記ピスト
ン８４．８５が内部で作動するシリンダである。
８８．８９は一端で右側の前記ピストン８０に結合され
他端でピストン９０．９１に結合されるか或は一体形成
された平行なピストンロッド、９２．９３はそれらピス
トン９０．９１が内部で作動するシリンダを示す。
これらシリンダ８６，８７，９２，９３が即ち空気圧縮
機の４段を構成する。
作動時、第１段のシリンダ９３で圧縮された空気は通路
９４を経て第２段のシリンダ８７に至り、このシリンダ
８７からの圧縮空気は同様に通路９５を経て第３段のシ
リンダ８６に送られて更に圧縮され、シリンダ８６から
通路９６を介して第４段のシリンダ９２に導入される。
そしてこのシリンダ９２からの圧縮空気は通路９７から
増量されてレシーバ或は使用地点に送られる。
上記圧縮機の各シリンダには対応するピストンの行程に
関連して適宜の弁が設けられておシ、外方移勤行程で当
該シリンダ内で圧縮された空気は通路を介して次の圧縮
段に送られ、また内方移勤行程で前の圧縮段から通路を
介して圧縮空気が上記シリンダ内に導入されるようにす
る。
尚第１圧縮段には９８で示すように吸入弁を設ける。
尚右側の第１圧縮段及び第４圧縮段は左側の第２圧縮段
及び第３圧縮段と本質的に釣合うもので、それらのピス
トン径は相対向する機関側の２ピストンが同様の荷重吸
収特性を得るように決定する。
また上記ビ表トン８４，８５，９０，９１の作用線が機
関の長さ方向の軸線から側方に偏心する程度は、側方の
モーメント相互がビス）：／９１ 。
９０間及びピストン８５．８４間でそれぞれ釣合うよう
に決定する。
更に各通路９４，９５，９６の相対的容積は対応する圧
縮段の適宜の必要に見合うよ５に決定する。
前記通路９５は冷却の目的で迂回させている。
前記第１図、第２図の実施例ではピストン１３のピスト
ンリングを介して掃気側から圧縮側に混合気が漏れるこ
ともあシ得る。
この量は圧縮側の圧力の方か一般によシ高いから少量で
はあるが、圧縮空気を例えば潜水用酸素ボンベ等呼吸に
利用する場合には少量たシとも許されない。
第３図の実施例においては、シリンダ８１内でピストン
８０の外側に空間９９を形成することにより、ピストン
８０の内側面で圧縮された混合気をピストン８４，８５
，９０，９１の外側面で圧縮された空気から遮断してい
る。
そして各空間９９は開口１００によシ大気に連通してい
る。
従って圧縮機側のシリンダからの漏れは空間９９内に入
り、また内方移勤行程によシピストンを介して空間９９
に漏出した混合気は次の外方移勤行程により開口１００
から確実に大気に吐出される。
尚前記シリンダ８１内の流体は常に低圧であるからピス
トン８０の潤滑は最小限でよい。
機関が気化器方式ではなく燃料噴射方式であつつたり或
はディーゼル機関の場合には、ピストン１３または８０
の内面を利用して吸入空気を掃気圧まで昇圧できる。
また第３図の実験例において、第１圧縮段から第４圧縮
段までを動力装置の両端にて横方向に間隔をおいて配設
する代シに、直線的に設けてもよい。
以下本発明の実施態様を列挙する。
（１）第１ピストン１０および第２ピストン１０を同一
のシリンダ１１内で対抗して往復動するように設けられ
た内燃機関を有し、この内燃機関の出力が前記ピストン
１０に固着されるかあるいは一体形成されて各運動サイ
クルにおいて直線的に往復動する２つの従動部材１３に
よって実質的に等しく吸収され、さらに前記シリンダ１
１の軸線に対して直角を中心に回転可能に設けられたク
ランク軸１５を備えた同期装置を有し、前記シリンダの
軸線と段違いに置かれた前記各ピストン１０および従動
部材１３をクランク軸１５の動程１９．２０に実質的に
直接に連結する結合手段１７．１８を具備し、クランク
軸１５が前記サイクル毎に１回転してピストン１０の運
動を同期させるよ５にしたことを特徴とする動力装置。
（２）前記第１項において、シリンダ１１の外壁と機関
ケーシング７２との間に間隔を設けて本質的な閉鎖空間
７１とし、潤滑油を含む空気と燃料との混合気を該空間
３９．７１内に導入する手段１３．３８を設け、ピスト
ン・機関出力使用装置対１０．１５が所定距離だけ離間
方向に移動すると前記空間３９．７１からシリンダ１１
内に混合気を流入させるように同シリンダ１１に開口４
０を形成し、結合手段１７．１８とクランク軸１５とが
上記空間７１内で作動するようにした動力装置。
（３）前記第１項または第２項において、機関出力使用
装置の少くとも一方１３に、圧縮用シリンダ１４内で移
動して加圧流体を供給５０する圧縮用ピストン１３を設
けた動力装置。
（４）前記第３項において、更にピストン８０をシリン
ダ８１内で移動可能に設け、該ピストン８０を前記機関
側ピストン１０と圧縮用ピストン８４，８５，９０，９
１との間に介在させ、シリンダ８１をピストン８０の機
関側シリンダ１１から離れた側で外部に開放１００して
なる動力装置。
（５）前記第４項において、シリンダ８１に吸入弁口３
６を形成することによシ、両ピストン・機関出力使用装
置対が所定距離だけ離間方向に移動すると圧縮されてい
る流体から離れたピストン８０の側にて混合気がシリン
ダ８１内に流入するようにし、更にピストン２０の内方
への移動により混合気を機関側シリンダ１１内に供給す
る手段３８．４０を設けてなる動力装置。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す第２図Ｘ−Ｘ線におけ
る断面図、第２図はその側面図、第３図は本発明の他の
実施例を示す一部断面図である。 〔符号の説明〕、第１図、第２図において：１０・・・
機関側ピストン、１１・・・機関側シリンダ、１３・・
・圧縮機側ピストン、１４・・・圧縮機側シリンダ、１
５・・・クランク軸、１７，１８・・・連接棒、１９゜
２０・・・クランク軸の動程、２３，２４・・・クロス
ヘッド、３２・・・フライホイール、３６・・・吸入弁
口、３８・・・弁口、３９．７１・・・空間、４０・・
・入口／掃気口、６０・・・空隙、７２・・・ケーシン
グ、第３図において：８０，８４，８５，９０．９１・
・・ピストン、８１．８６，８７，９２，９３・・・シ
リンダ、９４．９５，９６，９７・・・通路、９９・・
・空間、１００・・・開口。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 第１ピストン１０および第２ピストン１０を同一
    のシリンダ１１内で対抗して往復動するように設けられ
    た内燃機関を有し、この内燃機関の出力が前記ピストン
    １０に固着されるかあるいは一体形成されて各運動サイ
    クルにおいて直線的に往復動する２つの従動部材１３に
    よって実質的に等しく吸収され、さらに前記シリンダ１
    １の軸線に対して直角をなす軸線を中心に回転可能に設
    けられたクランク軸１５を備えた同期装置を有し、前記
    シリンダの軸線と段違いに置かれた前記各ピストン１０
    および従動部材１３をクランク軸１５の動程１９．２０
    に実質的に直接に連結する結合手段１７．１８を具備し
    、クランク軸１５が前記サイクル毎に１回転してピスト
    ン１０の運動を同期させるようにしたことを特徴とする
    動力装置。
JP50155152A 1975-01-03 1975-12-26 ドウリヨクソウチ Expired JPS5916081B2 (ja)

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