JP2016520750A - 小型非振動吸熱エンジン - Google Patents

Abstract

本小型非振動吸熱エンジン（以下、CoNVEE）は、ピストンの往復運動を伴う内部燃料エンジンであり、その革新的構造は、現況技術に対して同じ供給電力が付与されると仮定すると、より小型になる。これは、CoNVEEのコアが非常に減少された体積を占め、付加的な補償の存在又は機械的振動の減衰を要求しないために生じる。実際、CoNVEEの全ての可動部品が既に内部で補償されている。それらは、有用な機械的エネルギを生成するのに不可欠であるモータ軸の慣性力を除いて、それぞれの発達した慣性力を補償するように完全に逆対称に機能する。CoNVEEの本質的な小型化は、ピストンからモータ軸に変換される運動に適用される新規且つ特徴的な機構によって可能になる。CoNVEEは、任意のタイプの推進燃料に都合良く使用されてもよく、特に、モータに対して高出力密度及び低振動を要求する用途に使用されてもよい。

Description

本小型非振動吸熱エンジン（Compact Non-vibrating Endothermic Engine）（以下、「CoNVEE」）は、１つのシリンダ内で２つのピストンの往復運動を伴う内燃機関であり、燃焼室の一方向の掃気を伴う２ストロークエンジンである。

前記「CoNVEE」に特徴付けられる基本的な革新は、ピストンの軸方向の往復運動をモータ軸の回転運動に変換する機構である。前記機構は、次の３つの基本的な部品を備えている。

１．各ピストンに接続された「Ｔ−ロッド」と名付けられた部品：前記「Ｔ−ロッド」は、一端部がピストンの中心部に堅く結合されるシリンドリカルステムと、前記シリンドリカルステムの他端部に取り付けられた２つの同等なアームとを備えている。前記２つの同等なアームは、逆方向に分岐し、特定のタイプのタペット又はローラで終結する。可能な具体化において、前記２つのアームは、互いに整列されるとともに、前記シリンドリカルステムに対して垂直である。従って、前記シリンドリカルステムと前記２つの同等なアームは、「Ｔ」形状の部品を形成する。

２．中空シリンドリカルカム（前記中空シリンドリカルカムの軸部分は円形クラウンの形状を有する）：前記中空シリンドリカルカムの駆動プロフィールは、中心キャビティの内側に面し、妨害を防止してピストンの推力を最も引き出すように、必ずしも正弦波（sinusoidal）ではなく、最適化された形状を有してもよく、前記駆動プロフィールは、完全な３６０度の角（complete round angle）に沿って２回同様に複製される。

３．フレームに一体化された「Ｔ−ロッド誘導部」と名付けられた構成要素は、シリンダの各端部に位置決めされ、シリンドリカルカムの中心キャビティの内側に配置されている。前記「Ｔ−ロッド誘導部」は、軸方向にのみ前記「Ｔ−ロッド」の摺動を許容し、その振動運動の軸を中心とする「Ｔ−ロッド」の回転を妨げるために前記アームを拘束する(tying)。

軸方向ベアリングは、フレーム（ローラベアリング又は他のタイプのベアリング、或いは、理想的な付着防止インタフェースを構成する要素）に取り付けられる。シリンドリカルカムは、その軸を中心として回転することによって前記軸方向ベアリング上を摺動可能である。前記「Ｔ−ロッド」の２つのアームは、「Ｔ−ロッド誘導部」内に挿入され、それらの端部は、シリンドリカルカムの駆動プロフィールに掛けられる。

シリンダ内で起こる熱力学的サイクルによって喚起されるピストンの運動は、前記「Ｔ−ロッド」のアームを、単純な軸方向の往復運動で前記「Ｔ−ロッド誘導部」に沿って摺動させる。前記アームの端部は、その軸を中心とする純回転の運動を引き出すシリンドリカルカムの駆動プロフィール上でタペットとして機能する。前記「Ｔ−ロッド」上の前記「Ｔ−ロッド誘導部」の機能によって、カムを運動させるトルクは、前記「Ｔ−ロッド」の回転もピストンの回転も生じさせない。

上述したこの機構は、ピストンの単純な軸方向の運動を、ピストンの振動と同じ軸を中心とするシリンドリカルカムの回転運動に変換することを可能にするという事実によって特徴付けられる。この機構は、ピストンに堅く取り付けられた「Ｔ−ロッド」と、軸方向ベアリングを介してエンジンのフレームに連結されたシリンドリカルカムという、非常に少ない可動部品を有する。

現在広く使用されている典型的なロッド−クランクシステムとは異なって、本発明に記載された機構は、ピストンにスラップ（slap）を生じさせず、裾（skirt）を有意に低減することができる。例えば、ピストンの高さをピストン自体の半径よりも小さくすることができ、達成可能なサイズの低減によって大きな利点を得ることができる。

前記「Ｔ−ロッド」のステムがシリンドリカル部分を有し、その運動が単純に軸方向であるという事実は、ピストンの後方で壁がシリンダを閉塞する（前記「Ｔ−ロッド」の前記ステムの近くで交差される）予圧室をより容易に達成させる。従って、エンジンは、（複数の逆流防止弁、ストリップなどを介してそこに到着可能である）シリンダ内の新たな入力チャージを押圧するように、ピストンの第２の効果（バックストロークとも呼ばれる）を引き出す。これは、２ストロークサイクルエンジンの掃気のために最も良い実施例でもある。

このため、前記「CoNVEE」は、燃焼室の一方向の掃気を備える特定の２ストロークサイクルを使用する。このタイプの掃気は、最も効果的であるが、（ポペット弁を使用することを望まず）シリンダ内に２つの対向するピストンを必要とし、それは、現在まで、シリンダの端部で２つのクランクシャフトを使用する主な実施例であった。

本発明に記載された機構のおかげで、前記「CoNVEE」は、（関連する負担を抑える）燃焼室の掃気のための外部送風機も、シリンダの端部における２つのシャフトも必要としない。２つのピストンは、それぞれ本発明に応じて関連付けられた機構を備え、シリンダの端部にあり、単一のストレートシャフトは、ねじれにのみ圧迫されるのでクランクシャフトの厚さがより薄く、シリンダ軸に平行に隣接して配置される。また、前記シャフトは、シリンドリカルカムの運動のために、（歯車列などを介して）同期軸として機能する。

シリンダの端部で同期動作する本発明に係る２つの機構の抵抗（opposition）は、内部振動慣性のバランスを取る。それにも関わらず、シリンドリカルカムの回転慣性（及びエンジン全体の運動におけるジャイロ効果）は、燃焼に由来する推力によってアンバランスに振動し続ける。これらの最後の不便さは、隣り合う２つの平行且つ同等なシリンダを配置することによって前記「CoNVEE」内で管理されてもよい。各シリンダは、逆方向に回転する２つのシリンドリカルカムを備えている。２つのシリンダの２つの機構は、直接的に噛み合っても歯車列等を介して互いに同期されてもよい。１つの可能な他の実施例において、２つのシリンダは、シリンドリカルカムによって既に構成されていることに加えてフライホイールの必要性を抑え、運動の連続性が増加するように、半周期だけシフトされた熱力学的サイクルの位相を有してもよい。

同じ寸法で考えると、本発明の教示に係る前記「CoNVEE」が、従来技術の任意の種類の用途で使用されるこれまでの内部燃焼エンジンよりも大きな出力密度を有することは、明らかである。また、前記「CoNVEE」は、より少ない数の可動部品を要求し、さらにその動作が本質的にバランスが取れている非常に簡単な構成を提示する。

図１の上部分は、モータ軸の横に位置する前記「CoNVEE」のシリンダの正面図、すなわち、軸方向の発展（development）を示している。一方、同じ図１の下部分は、それらを支持するフレームの部分の平面図を示している。 図２は、前記シリンダの主要部分の２つの直交するセクション図（シリンダの軸に沿う前方及び側方）を示している。 図３は、２つのシリンダ「CoNVEE」の足跡（footprint）の図を示している。

本明細書に添付された図面は、本発明の教示に係る「CoNVEE」の可能性がある実際の実施例の設計の抽出物を表している。

−図１の上部分は、モータ軸の横に位置する前記「CoNVEE」のシリンダの正面図、すなわち、軸方向の発展（development）を示している。一方、同じ図１の下部分は、それらを支持するフレームの部分の平面図を示している。

−図２は、前記シリンダの主要部分の２つの直交するセクション図（シリンダの軸に沿う前方及び側方）を示している。

−図３は、２つのシリンダ「CoNVEE」の足跡（footprint）の図を示している。

図面に描かれ且つ本明細書に明確に記載されていない構成の詳細は、機械の可能な組立体の一例を提供することを目的として存在するものであり、図面に描かれているが、本発明の本質的特徴として上述されていない前記詳細は、本発明に係る「CoNVEE」の実施例に縛られない。従って、以下に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく当該分野の専門家によって更なる変形が可能であることは明らかである。

１ ピストン
２ Ｔ−ロッド
３ 予圧室
４ シリンドリカルカム
５ 軸方向ベアリング
６ Ｔ−ロッド誘導部
７ フレーム
８ モータ軸／同期軸

Claims (10)

1. 互いに対向する２つのピストンを内部に有する少なくとも１つのシリンダを備える内部燃焼２ストロークエンジンであって、
   前記２つのピストンは、軸方向に往復運動を行い、
   前記２つのピストンが前記シリンダの端部に向けて移動したとき、前記２つのピストンがそれぞれ前記シリンダの外側に向けて「Ｔ−ロッド」を押圧し、
   前記２つのピストンはそれぞれ、ステムと、２つのアームと、を備え、
   前記ステムは、一端部が前記ピストンの背面に固定され、他端部が逆方向に分岐する２つのアームに固定され、前記２つのアームは、２つのタペット又はローラで終結し、
   前記「Ｔ−ロッド」の前記ステムの移動は、単純な軸方向であり、前記ステムは、前記シリンダの端部を閉塞する壁を横切るように摺動する、
   内部燃焼２ストロークエンジン。
2. 各シリンダの端部には、エンジンのフレームと一体化された「Ｔ−ロッド誘導部」があり、前記「Ｔ−ロッド」と、相対固定された前記ピストンとが、前記ピストンを収容する前記シリンダの軸方向に沿って摺動するとともに、前記ピストンと前記「Ｔ−ロッド」とが前記シリンダの軸を中心として回転することを抑えられるように、前記「Ｔ−ロッド誘導部」が前記「Ｔ−ロッド」のアームを拘束する、請求項１に記載の内部燃焼２ストロークエンジン。
3. 各シリンダに関連付けられた２つの中空シリンドリカルカムを備え、
   前記２つの中空シリンドリカルカムはそれぞれ、それらのキャビティ内に前記「Ｔ−ロッド誘導部」を含み、
   前記シリンダの軸は、前記２つの中空シリンドリカルカムの軸と一致し、
   前記２つの中空シリンドリカルカムは、タペット又はローラを介して前記２つのシリンドリカルカムの駆動プロフィールに作用する前記「Ｔ−ロッド」の前記アームによって、前記ピストンと関連付けられ、前記カムは、それらの軸を中心する回転のみ可能であるように、フレームに結合されている、
   請求項１又は２に記載の内部燃焼２ストロークエンジン。
4. 前記２つの中空シリンドリカルカムの前記駆動プロフィールの形状は、各中空シリンドリカルカムの全周を２回繰り返した形状である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の内部燃焼２ストロークエンジン。
5. 前記ピストンの裾は、前記ピストンの半径よりも小さいピストン高を維持可能な長さである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の内部燃焼２ストロークエンジン。
6. ストレートモータシャフトが、歯車列又は前記運動の変換のための他の類似の機構を介して連結され、当該シャフトの軸が前記シリンダの軸に対して平行である、請求項３に記載の内部燃焼２ストロークエンジン。
7. 少なくとも２つのシリンダが前記ストレートモータシャフトに連結されている、請求項１〜６のいずれか１つに記載の内部燃焼２ストロークエンジン。
8. 前記ストレートモータシャフトは、前記シリンドリカルカムからの運動を受け入れ、前記内部燃焼２ストロークエンジンの各シリンダに関連付けられた２つのシリンドリカルカム間の同期軸として機能する、請求項１〜７のいずれか１つに記載の内部燃焼２ストロークエンジン。
9. 一対の前記中空シリンドリカルカムがそれぞれ、１つのシリンダに関連付けられ、その運動を他のシリンダに関連付けられた他の一対のシリンドリカルカムに伝え、前記２つの一対のシリンドリカルカムは、直接的に噛み合う、或いは、歯車列又は前記運動の変換のための他の類似の機構を介して互いに同期される、請求項１〜７のいずれか１つに記載の内部燃焼２ストロークエンジン。
10. 前記シャフトに対する前記運動を支える前記シリンドリカルカムは、前記シリンダの断面の直径に比べてより小さい断面の内径を有する、請求項３に記載の内部燃焼２ストロークエンジン。

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