JPS63117101A - 複動箱形ピストン付き機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 往復動型エンジンとポンプは今日迄相対的に長い連結棒
によりクランク軸に接続された固定シリンダー壁内で運
動する円筒ピストンと共に構成されている。それらの構
造上の円筒形状と空間をとる連結棒のためこれらの装置
はその寸法と重量に対して最大量の空気を処理出来る機
械を提供出来ず、その上効率的ではない。所定の容積に
対しては立方体型又は箱形の構造が極めて効率的である
ことが今日迄知られているが、今日迄この原理はエンジ
ンの設計に対し有効に採用されてはいない。

また、先行技術のエンジンとポンプはセラミック又は他
の耐熱材料をこれらのエンジン及びポンプと成功裡に併
用出来ないような程度迄作動中【機械的な応力を受ける
。従って、これらのエンジンとポンプは結果的に低い効
率となる比較的低い温度にて作動しなければならない。

２サイクル又は４サイクル・ディーゼル・エンジン又は
ガソリン・エンジン又はポンプとして使用可能な機械が
提供される。この機械の基本型式においては矩形横断面
を呈する複動ピストンの内側に２個の作動室が採用しで
ある。立面図において複動ピストンは全体的にその対向
する開いた側が箱形になっている。静止中央グロック型
ヘント。

がピストン内に位置付けられ、その対向する開いた側を
シールする対向する静止側壁に接続される。

箱形ピストンは通常その一端部に隣接して接続されたス
ロット内にて貫通且つ横方向に摺動するり５７り軸によ
り往復動される。このピストンハ適当な支承体により機
械のケースの両側部に対し直線状往復運動をするよう支
持されている。ヘッドには４サイクルの機械の作成時に
適当な吸気ポートと排気ポート付きの弁、点火栓又は燃
料噴射器を含ませることが出来る。それとは別に２サイ
クルの機械が作成される場合は、ヘッドの片側にある一
方の作動室が予圧縮室として作用し、他方の作動室が慣
用的な２サイクル燃焼室として作用するよう適当なバイ
パス・ポートがヘッドの周わシに設けである。４個の４
サイクル作動室がクランクの１回の作動で作動可能とな
シ、又は２個の２サイクル作動室が１回の作動で作動出
来るよう一対の箱形ピストンをクランク軸の反対側に含
ませることが出来る。

作動室は非平面状の壁で作成可能であシ、曲線状にする
こと等が出来る。これらの壁は平面状壁の場合は、たわ
みに対して支持可能でチシ且つその聚面を耐熱材料で処
理可能であることから好適には平面状にされる。これに
よって機械は輻射冷却が可能となるよう先行技術のエン
ジンとポンプに対し共通の温度よシ相当高い温度で作動
可能となる。これはまた、低い作動温度を維持するため
相当量の廃熱を冷却システムにより取シ出す必要がない
ことから機械を一層熱力学的に効率的なものとする。代
わりに機械内で相当量の熱が仕事に変換される。

従って、本発明の目的は最も普通のエンジン・サイクル
又は作動に適合出来る矩形燃焼シリンダー又は圧縮シリ
ンダーを備えたエンジン又はポンプを提供することにあ
る。

他の目的は高温度にて作動するよう作成可能な機械的な
熱力学変換装置を提供することにある。

他の目的は高圧力に適合し且つ耐えるよう適合したコン
パクトなエンジンを提供することにある。

これらの目的と他の目的及び諸利点については以下の詳
細な説明と図面を考察した後、当技術の熟知者には明ら
かとなろう。

図面を参照番号を使って更に詳細に参照すると、図１に
おける番号２０は本発明に従って作成された単一ピスト
ン２サイクル型エンソンを示す。図示の如く、エンジン
２０には対向する側部に切れ目の入ったケース部材２２
及び２４が含まれ、これらのケース部材を横切ってクラ
ンク軸２６が延在し、エンジン２０の動力出力部をなし
ている。

ケース部材２２には気化器３０から吸気マニホルド２８
を介してエンノン２０にいたるのを除いて流れを防止す
る一路フラッノ９−弁３２を介して適当な気化器３０を
エンジン２０に接続する吸気マニホルド２８用の吸気開
口部２７が備えである。

−路フラッパー弁３２は図示の目的にのみ示してあシ、
機械的にクランク軸２６に対して調時される弁を含む公
知の任意個数の弁と置換可能である。

ケース部材２２及び２４には、また、排気ポート３４及
び点火栓３６の如き点火装置が含まれている。ケース部
材２２及び２４の上方部分と下方部分は端部カバー３８
及び４０によって共に保持されている。

エンジン２０の基本的構造については第２図。

第３図及び第４図の図面から明瞭に理解される。

中央ヘッド・ブロック４４はクランク軸２６から隔置さ
れた位置において２個のケース部材２２及び２４の間に
固定接続されている。ケース部材２２及び２４がヘッド
・ブロック４４の両側に接続され両側と組合った状態で
残シのヘッド側部４６゜下側のヘッド側部４８．摺動側
部５０及び５２は矩形箱形ピストン５４によυ包囲され
、当該ぎストンはピストン５４の延在部５７に形成され
たスロット５６と一対の摺動グロック５８及び６０によ
ってクランク軸２６のアーム５５に移動自在に接続しで
ある。クランク軸２６の回転によってピストン５４はヘ
ッド・グロック４４とケース側部２２及び２４に対し相
対的に移動するので、前述した２サイクルの機械におい
てはピストン５４の一方の端面６２が当該ピストンの上
部として作用し、一方、他方の端面６４が当該ピストン
の底部として作用する。ピストン５４の側壁６６及び６
８は端面６２及び６４の間に延在し、ヘッド・ブロック
４４とケース部材２２及び２４によりビヌトン５４内に
て定められる一対の作動室７ｏ及び７２０部分と同様、
ピストン５４のスカートとして作用する。ピストン５４
の側壁６６及び６８の中間に設置されたシール片体７４
及び７６は２個の作動室７０及び７２を分割する。ピス
トン５４の外側角部には８個の調節可能な支承ノクツド
７８が含まれている。支承・ぐット°７８は相互に対し
て平行に調節するが、約１５の角度が付けられ、ケース
部材２２上に設置されている支承片体８０及び８２とケ
ース部材２４上に設置されている支承片体８４及び８６
上で作動する。支承パッド７８はピストン５４がケース
部材２２及び２４から浮動するよう調節される。この接
触がないことでセラミックスの如き高温材料を接触応力
によるこれらの材料の亀裂を生じさせる心配を伴なわず
に使用出来る。

支承Ａラド７８に適した材料には大部分の場合潤清無し
で作動出来る高温圧縮したシリコン窒化物が含まれる。

支承パッドは燃焼にさらされず、そのため壁とピストン
が接触支承面を形成している慣用的なエンジンのシリン
ダー壁とピストンの場合より低温で作動することに注意
すべきである。

第４図に示されたエンジン２０の作動を見ると、このエ
ンノンはその排気及び掃気サイクルの中途になっている
。即ち、排気８８は排気ポート３４外に流れ、一方、予
圧縮室７２内の空気と燃料の掃気流れ８９はピストン５
４の側部６６に形成されたバイパス９０によって作動室
７０内に流れている。掃気流れ８９はヘッド・グロック
４４のヘッド側部４６内に形成されてこの目的のために
形状が決めである切欠き９２により適当な方向に向けら
れる。

クランク軸２６の回転に伴なってクランク軸２６は第５
図に示される如く排気ポート３４とパイ・ぐヌ９０が閉
じられて燃料と空気の掃気流れ８９の圧縮が作動室７０
内で発生し始め、一方１部分真空が作動室７２内に形成
されて燃料と空気を１路フラン・ンー弁３２を通って気
化器３０から当該作動室７２内に引込むよう閉じられる
迄ピストン５４を下方に移動させる。第６図に示される
如くクランク軸２６がピストン５４を通常言われている
上死点附近迄移動させると点火栓３６によって燃焼が生
ずる。第７図に示される如くピストン５４はその後上死
点を通過し、燃焼する気体の膨張によってピストン５４
は第８図に示される如く上方に移動し、その膨張のエネ
ルギーは排気ポート３４が被覆されなくなる迄クランク
軸２６を通じて取シ出され、そこで排気８８の排気ポー
ト３４外への流れが開始される。排気ポート３４の位置
付けは空気と燃料の混合気がピストン５４の上方への運
動により予め圧縮されている作動室７２から流れを掃気
する前に排気流れ８８が始まるような位置付けになって
いることに注意すべきである。然る後、エンジン２０は
第３図に示された状態に達し、ブイクルが続けられる。

作動室７２及び７０が寸法上比例していない場合、即ち
作動室７２の方が作動室７０よυ大きい場合はエンノン
２０はエネルギーがクランク軸２６を通じてこのエンジ
ンに供給される２段階型空気ポンプとして作動可能であ
る。

第１図ないし第８図に示した構造においては。

ぎヌトン５４は第２図に示される如くケース部材２２及
び２４の内壁面９８及び１００に隣接する摺動シール面
を形成する対向する側部９４及び９６を備えている。第
３図ないし第８図の対向側部９４に対して示された如く
シール片体１０２は内側壁面９８及び１００との接触に
よる完全なシール作用を保証するため側部９４の縁部内
に埋設しである。この構造は矩形であシ、使用上、実質
的に膨張又は収縮をしないのでシール片体１０２は固体
矩形シール１０２は固体矩形シールにするが又は各種片
体で作成可能である。これらは全て通常良好な密封接触
を確実にする目的で外方にはね負荷されている。

第９図は本発明に従って作成された４サイクル２ピスト
ン、４作動室型のエンジン１１０の概略的横断面図であ
る。エンジン１１０において箱形ピストン１１２及び１
１４は両者間に接続されたスロット付き部材１１８によ
ってクランク軸１１６に接続されている。その結果、４
個の作動室即ち室１２０，１２２，１２４及び１２６が
得られる。

各ピストン１１２及び１１４において作動室１２０及び
１２２又は１２４及び１２６が各々ヘッド・ブロック１
２８及び１３０により分離される。各ヘッド・ブロック
には吸気ポート１３２．排気ポート１３４、一対の吸気
弁１３６．−対の排気弁１３８及び弁１３６及び１３８
を駆動するためクランク軸１１６に接続された適当なカ
ム機構１４０が含まれている。エンジン１１０は各作動
室が４サイクルの異なる部分を通じて離れるよう示され
ている。例えば、作動室１２０内への排気弁が開き、ク
ランク軸１１６はピストン１１２及び１１４を下方に移
動させていると仮定しているので１作動室１２０はその
排気サイクルにあり１方１作動室１２２はその吸気弁１
３６と排気弁１３８の両者が閉じた状態で動力サイクル
状態にある。作動室１２４は作動室１２６がその吸気サ
イクル状態にある間にその圧縮サイクルにある。吸気か
ら圧縮、動力、排気にいたる作動室の各サイクルは一方
の作動室が動力サイクルで、一方の作動室が排気サイク
ルで、一方の作動室が圧縮サイクルで、一方の作動室が
吸気サイクルとなシ、こうしてエンジン１１０を均衡化
している。勿論作動室に適当な弁作用を設け、クランク
軸に動力を与えることによってエンジン１１０は空気ポ
ンプとしても作動可能である。

以上、目的全てとその目的のため求めた利点全てを満た
す新規なエンジンとコンプレツブ−について図示し且つ
説明して来た。本発明のエンジンとコンプレッサーの多
くの変更例、改変例、修変例及び他の使用と適用につい
ては添附図面と特許請求の範囲と併せて本明細書を考察
すれば当技術の熟知者には明らかとなろう。本発明の技
術思想と範囲から逸脱しないこうした全ての変更、改変
及び修変例は前掲の特許請求の範囲によってのみ限定さ
れる本発明によυ保護されるものとみなす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による作成されたエンジンの斜視図。 第２図は第１図のエンジンの分解斜視図。 第３図は第１図の３−３線における上部横断面図。 第４図は下死点位置の場合と同様の第１図ないし第３図
のエンジンの立横断面図。 第５図は圧縮サイクルを開始する第１図ないし第３図の
エンジンの立横断茜図、 第６図は燃焼状態にある第１図ないし第３図のエンジン
の立横断面図、 第７図は上死点位置と同様の第１図ないし第３図のエン
ジンの立横断面図、 第８図は排気サイクルを開始する第１図ないし第３図の
エンジンの立横断面図。 第９図は本発明に従って作成された４気筒と等しい２ピ
ヌトン、４サイクル機械の概略的側面図である。 〔符号の説明〕 ２０・・・エンジン、　　　　２２．２４・・・ケース
部材、４６・・・ヘッド側部、　　４８・・・下方ヘッ
ド側部。 ５０・・・摺動側部、　　　５２・・・摺動側部。 ５４・・・矩形箱形ピストン。 ６２・・・端面、　　　　　６４・・・端面、６６・・
・側壁、　　　　　６８・・・側壁。 ７０・・・作動室、　　　　７２・・・作動室。 手続補正口 昭和６２年１月８日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示　　特願昭６１−２５８７１４号２、発
明の名称　　複動箱形ピストン付き機械３、補正をする
者 事件との関係　特許出願人 国　籍　アメリカ合衆国 ５、補正命令の日付　自発補正

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　相互に面する第１及び第２静止側壁面；及び前記第
   １及び第２静止側壁面の間に延在する第１ヘッド面を備
   えた機械のケース及び 前記第１ヘッド面に面する第１内側端面；及び前記第１
   及び第２静止側壁面の間と前記第１内側端面と前記第１
   ヘッド面の間に延在して第１作動室を定める第１及び第
   ２往復動側壁面を備えた全体的に箱形の第１往復動ピス
   トンにより形成された少なくとも第１作動室を有する機
   械。 ２　前記機械のケースが： 前記第１ヘッド面を位置付ける第１ヘッド・ブロックを
   含み、前記第１ヘッド・ブロックが全体的に箱形の前記
   第１往復動ピストン内に位置付けてあり更に： 前記第１ヘッド面から反対方向に面する形成された前記
   第１及び第２静止側壁面の間に延在する第２ヘッド面を
   有し、前記全体的に箱形の第１往復動ピストンが更に： 前記第２ヘッド面に面し前記第１内側端面に向かつて面
   する第２内側端面を含み、前記第１及び第２往復動側壁
   面が前記第１及び第２静止側壁面の間と前記第２内側端
   面と前記第２ヘッド面の間に延在して第２作動室を定め
   るようにした特許請求の範囲第１項に記載の機械。 ３　全体的に箱形の前記第１往復動ピストンが更に： その前記第１内側端面に隣接する位置付けられた第１及
   び第２の平行に面する摺動面を含み、前記機械が更に： 前記機械のケースにより支持され且つ摺動接触のため前
   記第１及び第２の平行に面する摺動面にて前記ピストン
   に作動的に接続されているクランク軸装置を含むように
   した特許請求の範囲第２項に記載の機械。 ４　前記第１ヘッド・ブロックが： 逆止弁吸気ポート装置を含み、前記第１静止側壁面が： 移動通過する前記第１内側端面により前記第１作動室に
   対し開閉されるよう位置付けられた排気ポート装置を含
   むようにした特許請求の範囲第３項に記載の機械。 ５　前記第１往復動側壁面が： 前記第１及び第２作動室を分離するよう前記第１ヘッド
   ・ブロックに対し支承する横方向シール；及び 前記第２作動室に接続され内部に定められたバイパス通
   路を含み、前記第１ヘッド・ブロックの第１ヘッド面が
   ： 内部に切欠きを有し、かくして前記全体的に箱形の第１
   往復動ピストンがその第１内側端面が前記第１内側端面
   の前記第２ヘッド面から隔置されているより更に前記第
   １ヘッド面から離されている状態で位置付けられるとき
   前記第１及び第２作動室を前記バイパス通路が連通出来
   るようにした特許請求の範囲第３項に記載の機械。 ６　前記第１ヘッド・ブロックが： 第１吸気ポート； 第１排気ポート； 貫流する流れを制御するため前記第１吸気ポート内に位
   置付けられた第１吸気弁；及び 貫流する流れを制御するため前記第１排気ポート内に位
   置付けられた第１排気弁を含むようにした特許請求の範
   囲第３項に記載の機械。 ７　更に： 前記クランク軸と前記第１吸気弁と第１排気弁の間に接
   続され前記クランク軸の回転に同期して前記両弁を励起
   する弁励起装置を含むようにした特許請求の範囲第６項
   に記載の機械。 ８　全体的に箱形の前記第１往復動ピストンが：第１及
   び第２の対向する矩形側縁部を含み、前記第１対向矩形
   側縁部が前記第１静止側壁面に面し前記第２対向矩形側
   縁部が前記第２静止側壁面に面し、前記第１及び第２対
   向矩形側縁部が各々：各々周わりの流れを防止するよう
   前記第１及び第２静止側壁面に接触するシール装置を含
   むようにした特許請求の範囲第７項に記載の機械。 ９　前記機械のケースが更に： 前記第１及び第２静止側壁面の間に延在する第３ヘッド
   面；及び 前記第３ヘッド面に面する第３内側端面；及び前記第１
   及び第２静止側壁面の間と前記第３内側端面と前記第３
   ヘッド面の間に延在して第３作動室を定める第３及び第
   ４往復動側壁面を有する全体的に箱形の第２往復動ピス
   トンを含むようにした特許請求の範囲第１項に記載の機
   械。 １０　前記機械のケースが更に： 前記第３ヘッド面の位置付けられる第２ヘッド・ブロッ
   クを含み、前記第２ヘッド・ブロックが全体的に箱形の
   前記第２往復動ピストン内に位置付けられ且つ： 上に形成された前記第１及び第２静止側壁面の間に延在
   し前記第３ヘッド面から反対方向に面する第４ヘッド面
   を有し、前記全体的に箱形の第２往復動ピストンが更に
   ： 前記第４ヘッド面に面し前記第３内側端面に向かう第４
   内側端面を含み、前記第３及び第４往復動側壁面が前記
   第１及び第２静止側壁面の間と前記第４内側端面と前記
   第４ヘッド面の間にて延在し第４作動室を定めるように
   した特許請求の範囲第９項に記載の機械。 １１　全体的に箱形の前記第２往復動ピストンが全体的
   に箱形の前記第１往復動ピストンに接続され更に： その前記第３内側端面に隣接して位置付けられた第３及
   び第４の平行に面する摺動面を含むようにした特許請求
   の範囲第１０項に記載の機械。 １２　前記第２ヘッド・ブロックが： 逆止弁吸気ポート装置を含み、前記第３静止側壁面が： 移動通過する前記第３内側端面により前記第３作動室に
   対して開閉されるよう位置付けられた排気ポート装置を
   含むようにした特許請求の範囲第１１項に記載の機械。 １３　前記第３往復動側壁面が： 前記第３及び第４作動室を分離するよう前記第２ヘッド
   ・ブロックに対して支承する横方向シール；及び 前記第４作動室に接続されて内部に定めてあるバイパス
   通路を含み、前記第２ヘッド・ブロックの第３ヘッド面
   が： 内部に切欠きを有し、かくして前記全体的に箱形の第２
   往復動ピストンがその第３内側端面が前記第４内側端面
   の前記第４ヘッド面から隔置されるより前記第３ヘッド
   面から更に離れて位置付けられるとき前記バイパス通路
   が前記第３及び第４作動室を連通出来るようにした特許
   請求の範囲第１１項に記載の機械。 １４　前記第２ヘッド・ブロックが：第２吸気ポート； 第２排気ポート； 貫流する流れを制御するため前記第２吸気ポート内に位
   置付けられた第２吸気弁；及び 貫流する流れを制御するため前記第２排気ポート内に位
   置付けられた第２排気弁を含むようにした特許請求の範
   囲第１１項に記載の機械。 １５　前記弁励起装置が前記クランク軸と前記第２ヘッ
   ド・ブロックの前記第２吸気弁と第２排気弁の間に接続
   されて前記両弁を前記クランク軸の回転に同期して励起
   するようにした特許請求の範囲第１４項に記載の機械。 １６　前記全体的に箱形の第２往復動ピストンが、第１
   及び第２の対向する矩形側縁部を含み、前記対向する第
   １矩形側縁部が前記第１静止側壁面に面し前記対向する
   第２矩形側縁部が前記第２静止側壁面に面し、前記第１
   及び第２対向矩形側縁部が各々： 前記第１及び第２静止側壁面に各々接触してその周わり
   の流れを防止するシール装置を含むようにした特許請求
   の範囲第１５項に記載の機械。 １７　前記第１及び第２静止側壁面が各々：その上部の
   一対の支承面を含み、前記全体的に箱形の第１往復動ピ
   ストンが： ８個の角部を含み、各角部が： 前記支承面の１つと係合するよう位置付けられた調節自
   在の外側に面する支承パッド； 第１及び第２の対向する矩形側縁部、前記第１対向矩形
   側縁部が前記第１静止側壁面に面し且つそこから僅かに
   隔置され、前記第２対向矩形側縁部が前記第２静止側壁
   面に面し且つそこから僅かに隔置され、前記第１及び第
   ２対向矩形側縁部が各々： 前記第１及び第２静止側壁面に接触して各々その周わり
   の流れを防止するシール装置を含むようにした特許請求
   の範囲第１項に記載の機械。 １８　前記調節可能で外側に面する支承パッドが高温圧
   縮したシリコン窒化物で作成されるようにした特許請求
   の範囲第１７項に記載の機械。 １９　前記各第１及び第２静止側壁面上の前記支承面の
   対が各々平行から約１５°傾斜している特許請求の範囲
   第１７項に記載の機械。 ２０　前記支承パッドが相互に対し内方向及び外方向で
   平行を調節するようにした特許請求の範囲第１９項に記
   載の機械。