JP4404488B2 - ピストンエンジン釣り合わせ - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明はピストンエンジン釣り合わせに関する。
【０００２】
たいていのピストン駆動式エンジンは、ピストンを有し、これらのピストンは、クランクシャフトのオフセットした部分に取り付けてあり、ピストンがクランクシャフトの軸線に対して横方向の往復動方向に動かされるときに、クランクシャフトが回転する。
【０００３】
米国特許５，５３５，７０９が、オフセット部分を備えたクランクシャフトに取り付けたダブルヘッド型ピストンを有するエンジンを定義している。ピストンとクランクシャフトの間に取り付けたレバーが、支点レギュレータ内に拘束されており、回転運動をクランクシャフトに与える。
【０００４】
米国特許４，０１１８４２が、クランクシャフトを回転させるＴ字形連結部材に連結した２つのダブルヘッド型ピストンを利用する４気筒ピストンエンジンを記載している。Ｔ字形の連結部材は、Ｔ字の横方向腕の各々で、ダブルヘッド型ピストンに取り付けられている。Ｔ字の横方向腕上の中央位置ポイントが固定ポイントに回転自在に取り付けてあり、Ｔ字の下端が、釣り合い重りを包含するクランクスローによってクランクシャフトに連結したクランクピンに回転自在に取り付けてある。
【０００５】
上記文献例の各々において、ピストンの軸線に対して横方向の軸線を有するクランクシャフトを駆動するダブルヘッド型ピストンが使用されている。
【０００６】
（発明の概要）
本発明によれば、ピストン組立体は、第１、第２のダブルヘッド型ピストンと、ピストンの各々に連結した移行アームと、第１方向に回転する回転部材とを包含する。移行アームは、回転部材の軸線からずらして回転部材に連結した駆動部材を包含する。第１の釣り合い重りが、第１方向に回転するように装着してあり、第２の釣り合い重りが、第１方向と反対方向の第２方向に回転するように装着してある。
【０００７】
本発明のこの態様の実施例は、以下の特徴のうちの１つまたはそれ以上を包含し得る。
【０００８】
第１、第２のダブルヘッド型ピストンは、共通平面で往復運動できるように配置してある。第１の釣り合い重りは、駆動部材連結部の反対側で回転部材に連結してある。回転部材は、第１軸線まわりに回転し、第２の釣り合い重りは、第１軸線に対して平行にオフセットした第２軸線まわりに回転する。
【０００９】
第１のギアが、第１軸線まわりに第１方向に回転するように装着してあり、第２のギアが、第２方向において第２軸線まわりに回転するように第１のギアによって駆動される。
【００１０】
或る図示実施例においては、回転部材、第１釣り合い重りおよび第２釣り合い重りは、第１軸線まわりに回転する。第１ギアが、第１軸線まわりに第１方向において回転するように装着してあり、第２ギアが、第１軸線に対して平行にオフセットした第２軸線まわりに第２方向に回転するように第１ギアによって駆動される。
【００１１】
第１プーリが、第２方向において第２ギアによって回転するように駆動され、第２プーリが、第１プーリに連結してあり、第１軸線まわりに第２方向に回転するように第１プーリによって駆動される。第２釣り合い重りは、第２プーリによって駆動される。
【００１２】
第３の釣り合い重りが、駆動部材連結部と反対側で回転部材に連結してある。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、第１、第２のダブルヘッド型ピストン、ピストンの各々に連結した移行アームおよび第１方向に回転する回転部材を包含するピストン組立体を釣り合わせる方法であって、移行アームが、回転部材の軸線からずれて回転部材に連結した駆動部材を包含する方法は、第１方向に回転するように第１釣り合い重りをピストン組立体に装着する段階と、第１方向と反対の第２方向に回転するように第２釣り合い重りをピストン組立体に装着する段階とを包含する。
【００１４】
本発明の利点は、ピストン組立体の振動を制限することにある。本発明は、振動力、偶力を内部的に相殺させることにより、エンジンの振動をかなり減らす。釣り合いの取れた機械では、そのベアリングおよび取付ハードウェアにかかる力がかなり減る。振動力、偶力を釣り合わせによって低減した場合、ベアリング寿命が何倍も延び、より軽い部品、マウントを使用できる。釣り合わせによって達成される他の利点は、より高い速度で滑らかに作動する能力である。この釣り合わせ方法は、回転、慣性によるアンバランスをほとんど完全に補正するので、エンジンは、より高い速度で作動することができる。補正されないアンバランス力は、速度の二乗で増大し、速度が増大するにつれて急速に制限因子となる。多くのエンジン用途において、より高い速度に向かう傾向があり、本発明で利用できるより良好な釣り合わせ方法について重要性が増す。
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、以下の説明および特許請求の範囲から明らかとなろう。
【００１６】
（好適な実施例の説明）
図１は、本発明の４ピストン型エンジン１０の概略図である。このエンジン１０は、２本のシリンダ１１（図３）および１２を有する。各シリンダ１１、１２は、ダブルヘッド型ピストンを収容している。各ダブルヘッド型ピストンは、軸１４によってフライホイール１５に連結した移行アーム１３に連結している。移行アーム１３は、移行アーム１３を上下に移動させる軸１８および移行アーム１３を横方向に移動させる軸１７を含むユニバーサルジョイント機構によって支持体１９に連結している。図１は、軸１４がフライホイール１５の頂部のところにある位置にフライホイール１５を示している。
【００１７】
図２は、軸１４がフライホイール１５の底部になるように回転させられたフライホイール１５を備えたエンジン１０を示している。移行アーム１３は、軸１８を中心に下方へ旋回している。
【００１８】
図３〜６は、４つの位置における移行アーム１３を示し、軸移動フライホイール１５を９０度増分で示す概略頂面図である。図３は、図３ａに示す位置に軸１４があるときのフライホイール１５を示している。ピストン１が点火し、シリンダ１１の中間に向かって移動するとき、移行アーム１３は、図２に示す位置までフライホイール１５を回転させながらユニバーサルジョイント１６を中心に回動することになる。軸１４は、図４ａに示す位置になる。ピストン４が点火されると、移行アーム１３は、図５に示す位置へ移動することになる。フライホイール１５および軸１４は、図５ａに示す位置になる。次に、ピストン２が点火し、移行アーム１３が、図６に示す位置へ移動することになる。フライホイール１５および軸１４は、図６ａに示す位置になる。ピストン３が点火すると、移行アーム１３およびフライホイール１５は、図３、３ａに示す初期位置に戻ることになる。
【００１９】
ピストンが点火すると、移行アームは、ピストンの移動に応じて前後に移動することになる。移行アーム１３がユニバーサルジョイント１６に、そして、軸１４を介してフライホイール１５に連結しているので、フライホイール１５が回転し、ピストンの直線運動を回転運動に変換する。
【００２０】
図７は、本発明による４つのダブルピストン式８気筒エンジン３０の実施例を示す（部分的に横断面図にした）頂面図である。実際には、４つのシリンダしかないが、各シリンダ内にダブルピストンを備えているので、８気筒エンジンと均等である。２本のシリンダ３１、４６が示してある。シリンダ３１は、それぞれ、ピストンリング３２ａ〜３３ａを備えるダブルヘッド型ピストン３２-３３を有する。ピストン３２-３３は、ピストンアーム５４ａによって移行アーム６０（図８）に連結しており、ピストンアームは、ピストン３２-３３の開口５５ａおよび摺動ベアリング５５内へ延びている。同様に、シリンダ４６内のピストン４７〜４９も、ピストンアーム５４ｂによって移行アーム６０に連結している。
【００２１】
シリンダ３１の各端には、ロッカアームによって制御される吸排気弁および点火プラグがある。ピストン端３２は、ロッカアーム３５ａ、３５ｂおよび点火プラグ４４を有し、ピストン端３３は、ロッカアーム３４ａ、３４ｂおよび点火プラグ４１を有する。各ピストンには、１セットの弁、ロッカアームおよび点火プラグが組み合わせてある。点火プラグを点火し、吸排気弁を開閉するタイミングは、プーリ５０ａに連結したタイミングベルト５１によって制御される。プーリ５０ａは、フライホイール６９によって駆動される出力軸５３によって回転させられる軸６３（図８）によってギア６４に取り付けてある。ベルト５０ａは、また、ディストリビュータ３８に連結したプーリ５０ｂおよびギア３９も回転させる。ギア３９もギア４０を回転させる。ギア３９、４０は、カムシャフト７５（図８）に取り付けてあり、このカムシャフトは、プッシュロッドを作動させる。プッシュロッドは、ロッカアーム３４および図示しない他のロッカアームに取り付けてある。
【００２２】
排気マニホルド４８、５６は、それぞれ、シリンダ４６、３１に取り付けた状態で示してある。各排気マニホルドは、４つの排気口に取り付けてある。
【００２３】
図８は、図７の断面８−８を通る、片側を取り除いたエンジン３０の側面図である。移行アーム６０は、移行アームの上下動（図８で見て）を許すピン７２と、移行アーム６０の側方移動を許すピン７１とによって支持体７０に装着されている。移行アーム６０が上下移動、側方移動を行えるので、軸６１はフライホイール６９を円形経路に沿って駆動することができる。４つの連結用ピストンアーム（図８に示すピストンアーム５４ｂ、５４ｄ）が、ピン７１まわりの振動時に４つのダブルヘッド型ピストンによって駆動される。連結アームが前後に移動すると、フライホイール６９の軸６１の端が移行アームを上下に移動させる。フライホイール６９は、片面にギア歯６９ａを有し、このギア歯は、スタータモータ１００（図１１）でフライホイールを回転させてエンジンを始動するのに使用することができる。
【００２４】
フライホイール６９およびそれに連結した駆動軸６８の回転は、ギア６５を回転させ、このギアがギア６４、６６を回転させる。ギア６４は、プーリ５０ａを回転させる軸６３に取り付けてある。プーリ５０ａは、ベルト５１に取り付けてあり、ベルト５１は、プーリ５０ｂおよびギア３９、４０（図７）を回転させる。カムシャフト７５は、一端にカム８４〜８７を、他端にカム８８〜９１を有する。カム８８、９０は、それぞれ、プッシュロッド７６、７７を作動させる。カム８９、９１は、それぞれ、プッシュロッド９３、９４を作動させる。カム８４、８６は、それぞれ、プッシュロッド９５、９６を作動させ、カム８５、８７は、それぞれ、プッシュロッド７８、７９を作動させる。プッシュロッド７７、７６、９３、９４、９５、９６および７８、７９は、ピストン上方にあるシリンダの吸排気弁を開閉するためのものである。エンジンの左側（切り欠いて示してある）は、同じではあるが、反対向きの弁駆動機構を包含している。
【００２５】
駆動軸６８上のギア６５によって回転させられるギア６６は、ポンプ６７を回転させる。このポンプは、たとえば、エンジン冷却系（図示せず）で使用されるウォータポンプでもよいし、オイルポンプであってもよい。
【００２６】
図９は、シリンダおよびダブルヘッド型ピストンの相対的な位置を示しているエンジン３０の背面図である。ピストン３２-３３は、破線で示してあり、弁３５ｃ、３５ｄが、それぞれ、リフタアーム３５ａ、３５ｂ下方に位置している。ベルト５１およびプーリ５０ｂが、ディストリビュータ３８の下に示してある。移行アーム６０および４つのピストンアーム５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄのうちの２つ、５４ｃおよび５４ｄが、ピストン３２〜３３、３２ａ〜３３ａ、４７〜４９および４７ａ〜４９ａ内に示してある。
【００２７】
図１０は、排気マニホルド５６、吸気マニホルド５６ａおよびキャブレタ５６ｃを示している、エンジン３０の側面図である。タイミングベルト５１と共にプーリ５０ａ、５０ｂも示してある。
【００２８】
図１１は、シリンダおよびダブルヘッド型ピストン３２-３３、３２ａ〜３３ａ、４７〜４９および４７ａ〜４９ａの相対位置を示す、エンジン３０の前端図であり、４つのピストンアーム５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄがピストン内に位置している。ポンプ６７が軸５３の下に示してあり、プーリ５０ａおよびタイミングベルト５１がエンジン３０の頂部に示してある。スタータ１００が、フライホイール６９上のギア歯６９ａと噛み合っているギア１０１と共に示してある。
【００２９】
本発明の特徴は、エンジンが作動している間、エンジンについて圧縮比を変えることができるということにある。フライホイール６９に装着したアーム６１の端は、アーム６１がフライホイール６９に入る位置で円を描いて移動する。図１３を参照すると、アーム６１の端は、摺動ベアリングボールブッシング組立体８１内にある。ピストンのストロークは、アーム６１によって制御される。アーム６１は、軸５３と角度（たとえば、約１５度）をなす。軸５３上でフライホイール６９を、図１３で見て、右または左に移動させることによって、アーム６１の角度を変えることができ、ピストンのストロークを変え、圧縮比を変えることができる。フライホイール６９の位置は、ナット１０４をねじ山１０５に対して回転させることによって変わる。ナット１０４は、リング１０６ｂによって所定位置に保持されたスラストベアリング１０６ａによって軸５３にキー止めされる。図１２に示す位置において、フライホイール６９は、右に移動しており、ピストンのストロークを延ばしている。
【００３０】
図１２は、フライホイールが右に移動してピストンのストロークを増大させ、より高い圧縮比を与えている状態を示している。ナット１０５は右に回されており、軸５３およびフライホイール６９を右へ移動させている。アーム６１は、ブッシング組立体８０内にさらに突入し、フライホイール６９の背面から外に突出している。
【００３１】
図１３では、フライホイールが左に移動し、ピストンのストロークを短くし、より低い圧縮比を与えている。ナット１０５は、左に回されており、軸５３およびフライホイール６９を左へ移動させている。アーム６１は、ブッシング組立体８０への突入量を少なくしている。
【００３２】
移行アーム上のピストンアームは、ピストンのブッシング内にある摺動ベアリングに挿入される。図１４は、ダブルピストン１１０を示しており、これは、その一端にあるピストンリング１１１と、その反対端にあるピストンリング１１２とを有する。スロット１１３が、ピストンの側面に設けてある。摺動ベアリングの位置は１１４で示してある。
【００３３】
図１５は、スロット１１６を通してピストン１１０内に延び、ブッシング１１５内の摺動ベアリング１１７内に延びているピストンアーム１１６を示している。ピストンアーム１１６は、第２位置１１６ａで示してある。２つのピストンアーム１１６、１１６ａが、エンジン動作中のピストンアーム１１６の移動限界を示している。
図１〜６は、摺動ベアリング１１７内のピストンアーム１１６を示している。摺動ベアリング１１７は、ピボットピン１１５内にある。ピストンアーム１１６は、摺動ベアリング１１７内で自由に回転でき、ピストンアーム１１６、摺動ベアリング１１７、ピボットピン１１５および摺動ベアリング１１８ａ、１１８ｂの組立体がピストン１１０内で回転し、ピストンアーム１１６が摺動ベアリング１１７の軸線と共に軸線方向に移動し、ダブルヘッド型ピストン１１０の直線運動およびピストンアーム１１６を取り付けた移行アームの運動を可能にしている。
【００３４】
図１７は、図１の４気筒エンジン１０を、出力軸１２２上の４方向回転弁１２３を使用する空気モータとしてどのように構成することができるかを示している。シリンダ１、２、３、４の各々が、それぞれ、ホース１３１、１３２、１３３、１４４によって、回転弁１２３に接続してある。吸気口１２４は、空気を供給してエンジン１２０を作動させるのに用いる。空気は、順次に、ピストン１ａ、２ａ、３ａ、４ａの各々に供給されて、シリンダ内でピストンを前後に移動させる。空気は、排気口１３６を通してシリンダから排出される。連結ピン１２７、１２８によってピストンに取り付けた移行アーム１２６は、図１〜６を参照しながら説明したように移動して、フライホイール１２９および出力軸２２を回転させる。
【００３５】
図１８は、圧縮空気または圧縮ガスが、吸気口１２４、環状チャネル１２５、チャネル１２６、チャネル１３０および空気ホース１３１を通してシリンダ１に供給されつつあるときの位置にある回転弁１２３の断面図である。回転弁１２３は、ハウジング１２３および出力軸１２２にある複数のチャネルからなる。シリンダ１に入る加圧空気によって、ピストン１ａ、３ａが（図１８で見て）右へ動かされる。排出空気は、シリンダ３から管路１３３を通して室１３４内へ送られ、通路１３５を通して排気口１３６から排出される。
【００３６】
図１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、弁２３の横断面図であり、図１８に示すように位置したときの弁２３に沿った３つの位置での弁の空気通路を示している。
【００３７】
図１９は、加圧空気がシリンダ３に供給されたときに回転弁１２３が１８０度回転し、ピストン１ａ、３ａの方向を逆転させている状態を示している。加圧空気は、環状室１２５、通路１２６、室１３４およびシリンダ３に通じる空気管路１３３を通して吸気口１２４に送られる。これは、シリンダ１内の空気を、管路１３１、室１３０、管路１３５、環状室１３７を通して排気口１３６から排出させる。軸１２２は、ピストン１ａ、３ａが左へのストロークを完了したときに、反時計回りに３６０度回転している。
【００３８】
ピストン１ａ、３ａのみが示してあり、ピストン運動に対する空気エンジンおよび弁１２３の動作を示している。ピストンの２ａ、４ａの動作は、３６０度サイクルが９０度軸回転から始まり、２７０度で逆転し、９０度でそのサイクルを完了することを除いて、機能は同じである。パワーストロークは、９０度回転毎に生じる。
【００３９】
図１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、弁１２３の断面図であり、図１９に示すように位置したときに、弁１２３に沿った３つの位置における弁の空気通路を示している。
【００４０】
図１７の空気エンジンを作動させる作動原理は、逆にすることが可能であり、図１７のエンジン１２０を、空気コンプレッサまたは気体コンプレッサあるいは空気ポンプまたは気体ポンプとして使用することができる。軸１２２に回転力を加えることによってエンジン１０を時計回りに回転させることによって、排気口１３６が空気をシリンダ内に吸い込み、ポート１２４が空気を供給することになる。空気は、たとえば、エアツールを駆動したり、空気タンクに溜めたりするのに使用できる。
【００４１】
上記の実施例において、シリンダは、互いに平行となっている状態で示したが、シリンダが平行である必要はない。図２０は、互いに平行でないシリンダ１５０、１５１を持つ、図１〜６の実施例と同様の実施例を示している。ユニバーサルジョイント１６０によって、ピストンアーム１５２、１５３を駆動アーム１５４に対して９０度以外の角度とすることができる。互いに平行でないシリンダでも、エンジンは機能的に同じである。
【００４２】
さらに別の改造を、図１〜６のエンジン１０に行うことができる。この実施例（図２１に概略的に示す）は、シングルヘッド型ピストンを有し得る。ピストン１ａ、２ａは、駆動アーム１７１、１７２によるユニバーサルジョイント１７０に、そして、駆動アーム１７４によってフライホイール１７３に連結している。基本的な違いは、フライホイール１７３を３６０度回転させるピストン１ａ、２ａのストローク数である。
【００４３】
図２２を参照すると、２気筒ピストン組立体３００が、シリンダ３０２、３０４を包含し、各シリンダは、それぞれ、可変ストロークダブルヘッド型ピストン３０６、３０８を収容している。ピストン組立体３００は、普通の４気筒エンジンと同じ、１回転あたりのパワーストローク（動力工程）数を提供する。各ダブルヘッド型ピストン３０６、３０８は、それぞれ、駆動ピン３１２、３１４によって移行アーム３１０に連結している。移行アーム３１０は、たとえば、ユニバーサルジョイント３１８（Ｕ字ジョイント）、定速ジョイントまたは球形ベアリングによって、支持体３１６に装着される。移行アーム３１０から延びている駆動アーム３２０は、回転可能部材（たとえば、フライホイール３２２）に連結している。
【００４４】
移行アーム３１０は、ピストン３０６、３０８の直線運動をフライホイール３２２の回転運動に変換する。フライホイール３２２の軸線Ａは、ピストン３０６、３０８の軸線Ｂ、Ｃに対して平行であり（軸線Ａが図２０に示すように軸線外れであってもよいが）、軸線方向タイプまたはバレルタイプのエンジン、ポンプまたはコンプレッサを形成する。Ｕ字ジョイント３１８は、軸線Ａに中心を置く。図２８ａに示すように、ピストン３０６、３０８は、１８０度離れており、軸線Ａ、Ｂ、Ｃが共通平面Ｄに沿って位置していて扁平ピストン組立体を形成している。
【００４５】
図２２、２３を参照すると、シリンダ３０２、３０４の各々は、組立体ケース構造３０３に装着された左右のシリンダ半分部分３０１ａ、３０１ｂを包含する。ダブルヘッド型ピストン３０６、３０８は、各々、２つのピストン３３０、３３２および３３０ａ、３３２ａを包含し、これらのピストンは、それぞれ、中心ジョイント３３４、３３４ａによって結合されている。ピストンは、等しい長さを有するように示してあるが、他の長さも考えられる。たとえば、ジョイント３３４はオフセンタであり、ピストン３３０がピストン３３２より長くなっている。ピストンが図２２に示す位置からシーケンス３３０ａ、３３２、３３０、３３２ａで点火されると、フライホイール３２２が、矢印３３３の方向に見て時計回りの方向に回転させられる。ピストン組立体３００は、４ストロークサイクルエンジンであり、すなわち、フライホイール３２２の２回転に一度、各ピストンが点火する。
【００４６】
ピストンが前後に移動するつれて、駆動ピン３１２、３１４は、自由に、共通軸線Ｅまわりに（矢印３０５）回転し、ピストンの中心線Ｂに対する半径方向距離が、移行アーム３１０の揺動角α（ほぼ±１５度）と共に変化するにつれて軸線Ｅに沿って（矢印３０７）摺動し、中心Ｆまわり（矢印３０９）に回動しなければならない。ジョイント３３４は、この運動自由度を与えるように構成してある。
【００４７】
ジョイント３３４は、駆動ピン３１２を受け入れるためのスロット３４０（図２３ａ）と、摺動ベアリング３３８を収容しているスロット３４０に対して垂直な孔３３６とを構成している。シリンダ３４１は、摺動ベアリング内で回転できるように摺動ベアリング３３８内に位置している。摺動ベアリング３３８は、スロット３４０と同様な形で、スロット３４０と整合したサイドスロット３４２を構成する。シリンダ３４１は、貫通孔３４４を構成している。駆動ピン３１２が、スロット３４２および孔３４４内に入っている。付加的な摺動ベアリング３４６が、シリンダ３４１の貫通孔３４４を通して設けてある。スロット３４０、３４２と摺動ベアリング３３８の組み合わせにより、駆動ピン３１２が矢印３０９に沿って移動することができる。摺動ベアリング３４６は、駆動ピン３１２が軸線Ｅまわりに回転し、軸線Ｅに沿って摺動するのを可能にする。
【００４８】
ピストン組立体の２つのシリンダが１８０度以外の角度離れて構成されている場合、あるいは、３つ以上のシリンダを使用する場合、矢印３５０の方向に沿った摺動ベアリング３３８内のシリンダ３４１の移動により、以下に説明する８の字運動を行うときにピストンの膠着を防ぐのに必要な付加的な運動自由度を得ることができる。スロット３４０も、ピンの８の字運動を許すのに充分なクリアランスを得るような寸法でなければならない。
【００４９】
図３５〜３５ｂを参照すると、ここには、ピストン３３０、３３２を連結するための中心ジョイント９３４の別の実施例が示してあり、この実施例は、ピストン３３０、３３２にかかる荷重をゼロにするような構成となっている。ジョイント９３４は、ピストンが前後に移動するとき、すなわち、軸線Ｅまわりに回転し（矢印９０５）、中心Ｆまわりに回動し（矢印９０９）、直交軸線、Ｍ（図３５の紙面において上下）およびＮ（図３５の紙面の内外）に沿って摺動するとき、駆動ピン３１２の膠着を防ぐに必要な４つの自由度を与えることができると共に、ジョイント９３４とピストン３３０、３３２の間で伝達される荷重が、ピストン軸線Ｂに対して平行（軸線Ｍ、Ｎに対して直角）な力のベクトルのみを発生する。
【００５０】
軸線Ｍに沿った摺動運動は、移行アーム３１０の揺動角αでのピストンの中心線Ｂまでの移行アーム３１０の半径方向距離の変化に順応する。軸線Ｎに沿った摺動運動は、以下に説明する８の字運動を行うときにピストンの膠着が起こらないようにするのに必要な付加的な運動自由度を可能にする。ジョイント９３４は、ピストン３３０、３３２に対して軸線Ｍ、Ｎの方向に摺動する２つ背中合わせの平坦面９３７、９３７ａを構成している。表面９３７、９３７ａは、ピストンの前後運動中に、ピストン軸線Ｂに対して垂直なままとなる平行面を構成する。
【００５１】
ジョイント９３４は、ピストン３３０、３３２から駆動力を受け取るための表面９３７、９３７ａを構成する外側のスライダ部材９３５を包含する。このスライダ部材９３５は、駆動ピン３１２を受けるスライダの第３面９４５にあるスロット９４０と、第４表面９４５ａにあるスロット９４０ａとを構成する。スライダ部材９３５は、スロット９４０に対して垂直で、スライダ摺動ベアリング９３８を収容する孔９３９を構成している内壁面９３６を有する。摺動ベアリング９３８内にはクロス軸９４１が設置してあり、これは、矢印９０９の方向に摺動ベアリング内で回転することができるようになっている。摺動ベアリング９３８は、スロット９４０と同様の形で、スロット９４０と整合したサイドスロット９４２を構成している。クロス軸９４１は、貫通孔９４４を構成している。駆動ピン３１２は、スロット９４２および孔９４４内に受け入れられている。摺動ベアリング９４６は、クロス軸９４１の貫通孔９４４内に位置している。
【００５２】
スロット９４０、９４２と摺動ベアリング９３８の組み合わせにより、駆動ピン３１２が矢印９０９の方向に移動することができる。スロット９４０ａ内には、押えねじ９４７およびワッシャ９４９が設置してあり、これらは、駆動ピン３１２に取り付けてあり、クロス軸９４１によって構成される段部９５１に対して駆動ピン３１２を保持すると共に、駆動ピン３１２がその軸線Ｅまわりに回転でき、駆動ピン３１２が軸線Ｅに沿って摺動するのを阻止するようになっている。上記のように、２つの付加的な運動自由度は、ピストン３３０、３３２に対して、軸線Ｍ、Ｎに沿ってスライダ面９３７、９３７ａを摺動させることによって得ることができる。プレート９６０は、表９３７とピストン３３０の間および面９３７ａとピストン３３２の間に配置してある。各プレート９６０は、低摩擦ベアリング材料で作ってあり、ベアリング面９６２は、それぞれ、面９３７、９３７ａと接触している。面９３７、９３７ａは研磨してある。
【００５３】
図３６に示すように、ピストン軸Ｂの方向においてピストン３３０によってジョイント９３４に加えられる荷重ＰＬは、ピン３１２に作用する２つの垂直な荷重に分解される。すなわち、駆動ピン３１２の軸線Ｅに沿った軸線方向荷重ＡＬと駆動ピン軸線Ｅに対して直角な垂直荷重ＮＬとに分解される。軸方向荷重は、スラストベアリング９５０、９５２に加えられ、垂直荷重は、摺動ベアリング９４６に加えられる。ピストン３３０、３３２間で伝達される力の正味方向は、ピストン軸線Ｂに沿って残り、側方荷重がピストン３３０、３３２に加わるのを防ぐ。これは、ピストン３３０、３３２にかかる側方荷重がピストンをシリンダ壁面に接触させ、側方荷重値と比例した摩擦損失を生じさせるので、有利である。
【００５４】
ピストン３３０、３３２は、中心ピースコネクタ９７０によってジョイント９３４に装着される。中心ピース９７０は、それぞれ、ピストンのねじ付き端３３０ａ、３３２ａを受け入れるねじ付き端９７２、９７４を包含する。中心ピース９７０は、ジョイント９３４を受け入れる空所９７５を構成する。ジョイント９３４と中心ピース９７０との間にはギャップ９７６が設けてあり、軸線Ｎに沿った運動を許すようになっている。
【００５５】
たとえば、約１００馬力を発生することのできるエンジンの場合、ジョイント９３４の幅Ｗは、たとえば、約３と５／１６インチ、長さＬ１は、たとえば、３と５／１６インチ、高さＨは、たとえば、３と１／２インチである。ジョイント、ピストン端は、共に、たとえば約９と５／１６インチの全長Ｌ２、たとえば、約４インチの直径Ｄ１を有する。プレート９６０は、たとえば約３と１／４インチの直径Ｄ２およびたとえば約１／８インチの厚さＴを有する。プレート９６０は、ピストンに圧入してある。プレート９６０は、好ましくは、青銅であり、スライダ９３５は、好ましくは、鋼またはアルミニウムであり、鋼面が面９３７、９３７ａを構成している。
【００５６】
ジョイント９３４は、２つのピストンを連結するのに用いる必要はない。ピストン３３０、３３２の一方の代わりに、ブッシング内を案内されるロッドを用いてもよい。
【００５７】
８の字運動が必要ない場合、あるいは、８の字運動がクロス軸９４１内の駆動ピン３１２の運動によって許される場合、ジョイント９３４は、軸線Ｎの方向に摺動する必要がない。図３７を参照すると、スライダ部材９３５ａおよびプレート９６０ａは、湾曲面を有し、スライダ部材９３５ａを軸線Ｍの方向に（図３７において紙面の内外に）摺動させると共に、スライダ部材９３５ａが軸Ｎに沿って移動するのを阻止する。
【００５８】
図２４、２４ａを参照すると、Ｕ字ジョイント３１８は、中心ピボット３５２（中心３５２を駆動ピン軸線Ｅが通る）を構成しており、垂直ピン３５４および水平ピン３５６を包含する。移行アーム３１０は、矢印３５８に沿ってピン３５４を中心に、矢印３６０に沿ってピン３５６を中心に回動することができる。
【００５９】
図２５、２５ａ、２５ｂを参照すると、移行アーム３１０をフライホイール３２２に連結する球形ベアリングの代わりに、移行アームにおいて所望の揺動角α（図２２）を発生させるのに必要な量、たとえば、２．１２５インチだけ、フライホイールの中心３７２から半径方向にオフセットしてフライホイールに取り付けた円筒形のピボットピン３７０内に駆動アーム３２０が受け入れられている。
【００６０】
ピボットピン３７０は、駆動アーム３２０を受け入れる貫通孔３７４を有する。孔３７４内には摺動ベアリング３７６があり、駆動アーム３２０のためのベアリング面を提供する。ピボットピン３７０は、それぞれ、摺動ベアリング３８２、３８４内に位置した円筒形の延長部３７８、３８０を有する。フライホイールが駆動アーム３２０に沿って軸方向に移動して揺動角α、したがって、組立体の圧縮比を変えるとき、さらに以下に説明するように、ピボットピン３７０が摺動ベアリング３８２、３８４内で回転し、駆動アーム３２０と整合した状態に留まる。捻れ力は、スラストベアリング３８８、３９０を介して伝えられ、矢印３８６に沿ったフライホイールの回転方向に依存して、スラストベアリングのどちらか一方が荷重を支持する。
【００６１】
図２６を参照すると、ピストン組立体３００の圧縮量、排気量を変えるためには、軸４００を回転させることによって、軸線Ａに沿ったフライホイール３２２の軸線方向位置を変える。スプロケット４１０が、軸４００と一緒に回転するように軸４００に装着してある。第２のスプロケット４１２が、ローラチェーン４１３によってスプロケット４１０に連結してある。スプロケット４１２は、ねじ付き回転バレル４１４に装着してある。バレル４１４のねじ山４１６は、静止している外側バレル４２０のねじ山４１８と接触している。軸４００が矢印４０１方向に回転し、したがって、スプロケット４１０、４１２が回転すると、バレル４１４が回転する。外側のバレル４２０が固定されているので、バレル４１４の回転はバレル４１４を、軸線Ａに沿って矢印４０３の方向に直線移動させる。バレル４１４は、カラー４２２とギア４２４の間に設置してあり、これらは共に主駆動軸４０８に固定してある。駆動軸４０８は、フライホイール３２２に固定してある。こうして、軸線Ａに沿ったバレル４１４の運動は、軸線Ａに沿ったフライホイール３２２の直線運動に変換される。これは、フライホイール３２２を移行アーム３１０の駆動アーム３２０の軸線Ｈに沿って摺動させ、角βを変え、したがって、ピストンのストロークを変える。スラストベアリング４３０がバレル４１４の両端に設置してあり、摺動ベアリング４３２がバレル４１４と軸４０８の間に設置してある。
【００６２】
スプロケット４１０、４１２の整列を維持するために、軸４００は、領域４０２のところで、ねじが切ってあり、組立体ケース構造３０３のクロスバー４０６のねじ孔４０４内に受け入れられる。スプロケット４１２対スプロケット４１０の歯数比は、たとえば、４:１である。したがって、軸４００は、バレル４１４の一回転に対して４回転しなければならない。整列を維持するために、ねじ付き領域４０２は、バレルねじ山４１６の１インチあたり４倍のねじ山を持たねばならない。たとえば、ねじ付き領域４０２は１インチにつき３２本のねじ山を有し、バレルねじ山４１６は、１インチにつき８本のねじ山を有する。
【００６３】
フライホイールが図２６で見て右に移動すると、ピストンのストローク、したがって、圧縮比が増大する。フライホイールを左へ移動させると、ストロークおよび圧縮比が減少する。ストロークにおける変化のさらなる利点は、各ピストンの排気量、したがって、エンジンの排気量を変えることにある。内燃機関の馬力は、エンジンの排気量に密接に関係している。たとえば、２気筒のフラットエンジンにおいて、圧縮比が６：１から１２:１に上昇すると、排気量は約２０％増加する。これは、排気量の増大だけにより、約２０％以上の馬力を発生する。圧縮比の増大は、また、１ポイントあたり約５％または馬力のほぼ２５％の割合で馬力も増大させる。もし馬力を一定に保ち、圧縮比を６：１から１２：１に増大させた場合、ほぼ２５％の燃費の減少になる。
【００６４】
フライホイールは、組立体３００がエンジンとして機能しているときに大きな遠心力に耐えるに充分な強さを有する。フライホイール位置、したがって、ピストン組立体の圧縮比は、ピストン組立体が作動している間に変化させることができる。
【００６５】
ピストン組立体３００は、圧力潤滑システムを包含する。圧力は、エンジン駆動の容積式ポンプ（図示せず）によって与えられ、このポンプは、過圧力を防ぐために圧力安全弁を有する。駆動軸４０８のベアリング４３０、４３２およびフライホイール３２２との駆動アーム３２０のインタフェースは、ポート４３３（図２６）を経て潤滑される。
【００６６】
図２７を参照すると、Ｕ字ジョイント３１８、ピストンピンジョイント３０６、３０８およびシリンダ壁面を潤滑するために、オイルポンプからの加圧オイルが、固定Ｕ字ジョイントブラケットを通して垂直ピボットピン３５４の上下端に送られる。オイルポート４５０、４５２は、垂直ピンから、移行アームにあるそれぞれの開口部４５４、４５６に通じている。図２７Ａに示すように、ピン３１２、３１４は、各々、貫通孔４５８を構成する。貫通孔４５８の各々は、開口部４５４、４５６のそれぞれと流体連通している。図２３に示すように、各ピンにある孔４６０、４６２は、スロット４６１および摺動ベアリング３３８を貫いているポート４６３を通して各ピストンの室４６５に接続する。いくつかのオイル管路４６４が、これらの室から出ており、各ピストンのスカート４６６に接続し、シリンダ壁面およびピストンリング４６７を潤滑する。また、室４６５にオリフィスが通じており、冷却のために各ピストンの頂部内面に直接オイルを噴出させる。
【００６７】
図２８〜２８ｃを参照すると、ここには、組立体３００が航空機エンジン３００ａとして使用するような構成で示してあり、エンジン点火系は、ピストン点火プラグ（図示せず）を点火するために２つのマグネト６００を包含する。マグネト６００およびスタータ６０２は、主駆動軸４０８の下方に平行に装置した下方軸６０８上に設置したそれぞれの駆動ギア６０４、６０６（図２８ｃ）によって駆動される。軸６０８は、エンジンの全長にわたって延びており、駆動軸４０８のギア４２４（図２６）によって駆動され、駆動軸４０８と１対１の比率で噛み合っている。マグネト用のギアリングは、それらの速度を軸６０８の半分の速度まで下げる。スタータ６０２は、エンジンを始動するに充分なトルクを与えるようになっている。
【００６８】
カムシャフト６１０が、リフタ６１３を介してピストンプッシュロッド６１２を作動させる。カムシャフト６１０は、軸６０８によって駆動されるベベルギア６１４、６１６を介して２対１でギアダウンされる。ギア６１４、６１６の中心６１７は、好ましくは、Ｕ字ジョイント中心３５２と整合しており、カムシャフトがピストンシリンダの中心に位置するようにしているが、他の構成も考えられる。単一のキャブレタ６２０が、エンジンの中心下方に設置してあり、４つのインダクションパイプ６２２が４つのシリンダの吸気弁（図示せず）に通じている。シリンダ排気弁（図示せず）が、２つのマニホルド６２４に通じている。
【００６９】
エンジン３００ａは、たとえば、約４０インチの長さＬ、たとえば、約２１インチの幅Ｗ、そして、たとえば、約２０インチの高さＨ（支持体３０３を除く）を有する。
【００７０】
図２９、２９ａを参照すると、ここには、ゼロストローク能力を有する可変圧縮コンプレッサまたはポンプが示してある。ここでは、フライホイール３２２の代わりに、回転組立体５００を使用している。組立体５００は、中空の軸５０２と、軸５０２のハブ５０８にピン５０６によって枢着したピボットアーム５０４とを包含する。ハブ５０８は、孔５１０を構成し、ピボットアーム５０４は、ピン５０６を受け入れるための孔５１２を構成している。コントロールロッド５１４が、軸５０２内に設置してある。コントロールロッド５１４は、ピン５１８によってロッド５１４の残部に枢着したリンク５１６を包含する。ロッド５１４は、孔５１１を構成し、リンク５１６は、ピン５１８を受け入れるための孔５１３を構成している。コントロールロッド５１４は、２つの摺動ベアリング５２０によって、軸線Ｚに沿って移動できるように支持されている。リンク５１６およびピボットアーム５１４は、ピン５２２によって連結している。リンク５１６は、孔５２３を構成し、ピボットアーム５１４は、ピン５２２を受け入れるための孔５２４を構成している。
【００７１】
駆動アーム３２０を受け入れる図２５の円筒形のピボットピン３７０が、ピボットアーム５０４内に位置している。ピボットアーム５０４は、円筒形延長部３７８、３８０を受け入れるための孔５２６を構成している。軸５０２は、ベアリング５３０、たとえば、ボールベアリング、摺動ベアリングまたはローラベアリングによって回転可能に支持されている。軸５０２に装着した駆動部（たとえば、プーリ５３２またはギア）は、コンプレッサまたはポンプを駆動する。
【００７２】
作動にあたって、ピストンの所望ストロークをセットするために、コントロールロッド５１４を矢印５１５の方向において軸線Ｍに沿って動かし、ピボットアーム５０４を矢印５１７に沿ってピン５０６まわりに回動させ、ピボットピン３７０の軸線Ｎを軸線Ｍとの整合状態から外れるように移動させる。について旋回させて、ピボットアーム５０４が移行アーム駆動アーム３２０の軸線Ｈ（図２６）に沿って摺動するときに、コントロールロッド５１４が矢印５１５の方向のその軸（N）に沿って移動するようにする。ピストンのゼロストロークが望ましい場合には、軸線Ｍ、Ｎを整合させ、軸５１４の回転によって、ピストンの移動が生じないようにする。この構成は、ダブルヘッド型ピストン、シングルヘッド型ピストンの両方に使用できる。
【００７３】
ピストンストロークを変えることで、軸５１４を駆動部５３２によって単一の速度で動けるようになると共に、ポンプまたはコンプレッサの出力を必要に応じて無段階に変化させることができる。出力が必要ないときには、ピボットアーム５０４を単に移行アームの駆動アームまわりに回転させ、駆動アームの揺動をゼロにすればよい。出力が必要になれば、軸５１４が既に全速で回転しているので、ピボットアーム５０４をコントロールロッド５１４によってオフアクシスに引けば、中間ストロークが発生し、速度になんら遅延は生じない。始動／停止アクションがまったくないので、駆動系にかかるストレス荷重をかなり低くすることができる。ストロークをゼロまで急速に縮めることで、下流側閉塞が生じたときに特に液体ポンピングでの損傷から保護することができる。
【００７４】
ピストンの圧縮量および排気量を変化させる別の方式が、図３３に示してある。この機構は、フライホイールに取り付けた釣り合い重りの位置を変化させ、ピストンのストロークが変化するときにシステムを釣り合い状態に維持することができる。
【００７５】
フライホイール７２２は、ピン７１２によって主駆動軸７０８の延長部７０６に枢着してある。矢印Ｚの方向においてフライホイール７２２を回動させることによって、フライホイール７２２は、移行アーム７１０の駆動アーム７２０の軸線Ｈに沿って摺動し、角β（図２６）を変え、ピストンのストロークを変える。フライホイール７２２の回動は、また、釣り合い重り７１４を軸線Ａに接近あるいはそこから遠ざかるように移動させ、回転釣り合いをほぼ維持する。
【００７６】
フライホイール７２２を回動させるために、軸方向移動可能および回転可能な圧力プレート８２０が設けてある。圧力プレート８２０は、ピン８２４およびベアリング８２６を介して釣り合い重り７１４に回転可能に装着したローラ８２２と接触している。図３３に示す位置から、サーボモータまたは手動ノブ８３０で、ねじ８３２を回転させ、矢印Ｙの方向に圧力プレート８２０を移動するように進める。圧力プレート８２０のこの運動は、フライホイール７２２を、図３４に示すように、矢印Ｚの方向に回動させ、ピストンのストロークを減少させる。０．７５インチだけ圧力プレート８２０を移動させることで、約１２：１から約６：１まで圧縮比を減少させる。
【００７７】
圧力プレート８２０は、３つ以上のねじ８３２によって支えられている。各ねじは、ギアヘッド８４０を有し、ギアヘッドは、圧力プレート８２０上のギア８４２と噛み合っており、ねじ８３２の回転で、圧力プレート８２０の回転を生じさせ、他のねじを回転させ、圧力プレートが確実適切に支持される。ローラ８２２と圧力プレート８２０との接触を確実にするために、矢印Ｚと反対の方向にフライホイール７２２を片寄せるピストン８５０が設けてある。
【００７８】
図３０を参照すると、２つのシリンダが１８０度隔たっておらず（端から見て）あるいは３つ以上のシリンダをピストン組立体３００で使用する場合、ジョイント３０６、３０８に連結したピン３１２、３１４の端は８の字運動を描く。図３０は、４つのダブルヘッド型ピストンを有するピストン組立体の８の字運動を示している。ピストンのうちの２つは、図２２に示すようにフラットに配置してあり（８の字運動を描かない）、他の２つのピストンは、フラットなピストン間に均等に隔たって配置してある（したがって、最大の８の字運動を描けるように位置している）。第２セットのピストンに連結したピンが直線（図３０の軸線ｙ）から変位する量は、駆動アームの揺動角（マスト角）、ピンと中心ピボット点３５２（図３０の軸線ｘ）との距離によって決まる。
【００７９】
４つのダブルヘッド型ピストンの各々のピストンピボット組立体を貫くピンが中心ピボットの軸線から４５度にセットしてある４気筒バージョンでは、８の字運動は、各ピストンピンで同等である。ピストンピボットブッシングの運動は、８の字運動が生じた場合に行われ、膠着を防ぐ。
【００８０】
ピストン組立体３００が、たとえば、ディーゼルエンジン用に使用するように構成してある場合、ピン３１２、３１４の、移行アーム３１０への取付部に余分な支えを設け、火花点火エンジンと比べて高いディーゼルエンジン圧縮率を考慮するとよい。図３１を参照すると、支持体５５０が、ボルト５５１で移行アーム３１０に取り付けてあり、この支持体は、ピンの端５５４を受け入れるための開口部５５２を包含する。
【００８１】
本発明によるエンジンは、ポンプピストンを直接に燃焼圧力を与えるように使用できる。図３２、３２ａを参照すると、４気筒２ストロークサイクルエンジン６００（４つのピストン６０２の各々が、１回転で一度点火する）は、燃焼圧力を４つのポンプピストン６０４の各々に与える。各ポンプピストン６０４は、対応するピストンシリンダ６０８の出力側６０６に取り付けてある。ポンプピストン６０４は、ポンプヘッド６１０内に延びている。
【００８２】
上記したように、移行アーム６２０は、各シリンダ６０８およびフライホイール６２２に連結している。補助出力軸６２４が、フライホイールに連結してあり、これも上記のように、フライホイール６２２と共に回転する。
【００８３】
ピストン６０２の各ストローク（ピストン６０２が図３２で見て右に移動するとき）がパワーストロークでなければならないため、エンジンは、２サイクルエンジンである。エンジンの気筒数は、ポンプの必要に応じて選択する。ポンプは、流体ポンプまたはガスポンプであってよい。マルチステージエアコンプレッサとしての使用時、各ポンプピストン６０６は、異なった直径であり得る。ベアリング荷重がポンピング機能（シングル作用ポンプコンプレッサシリンダのため）によって発生することはなく、したがって、ポンプピストンそれ自体によって発生する摩擦以外の摩擦が発生することはまったくない。
【００８４】
図３８〜３８Ｂを参照すると、ここに示すエンジンは、振動打ち消し特性を有し、ガス圧縮で使用するのに特に適しており、２つの組立体１０１２、１０１４を包含する。これらの組立体は、背中合わせに、１８０度位相をずらして装置してある。エンジン１０１０は、中央エンジン部分１０１６と、外側コンプレッサ部分１０１８、１０２０とを包含する。エンジン部分１０１６は、たとえば、６つのダブル作用シリンダ１０２２を包含し、各シリンダは、一対のピストン１０２４、１０２６を収容している。シリンダ１０２２の中心部分１０２８が点火したときにパワーストロークが生じ、ピストン１０２４、１０２６を互いに離れる方向に移動させる。ピストンの反対向きの移動により、振動が打ち消されることになる。
【００８５】
外側コンプレッサ部分１０１８は、２つのコンプレッサシリンダ１０３０を包含し、外側コンプレッサ部分１０２０は、２つのコンプレッサシリンダ１０３２を包含するが、各コンプレッサ部分に最大６つのコンプレッサシリンダがあってもよい。コンプレッサシリンダ１０３０は、各々、ロッド１０３６によってピストン１０２４のうちの１つに装着された圧縮ピストン１０３４を収容しており、そして、コンプレッサシリンダ１０３２は、各々、ロッド１０４０によってピストン１０２６のうちの１つに装着された圧縮ピストン１０３８を収容している。コンプレッサシリンダ１０３０、１０３２は、対向するピストン対に装着してあり、力を打ち消し、振動力を最小限に抑えるようになっている。さもなければ、マウンティング１０４１に伝えられてしまうことになる。
【００８６】
上記の通りに、ピストンズ１０２４は、移行アーム１０４２によって連結されており、ピストン１０２６は、移行アーム１０４４によって連結されている。上述したように、移行アーム１０４２は、フライホイール１０４８内に延びる駆動アーム１０４６を包含し、移行アーム１０４４は、フライホイール１０５２内に延びる駆動アーム１０５０を包含する。フライホイール１０４８は、連結アーム１０５４によってフライホイール１０５２に結合しており、フライホイールと同期して回転する。フライホイール１０４８、１０５２は、ベアリング１０５６上に装着してある。フライホイール１０４８は、ベベルギア１０５８を包含し、このベベルギアは、図示しないエンジンスタータ、オイルポンプおよび点火用ディストリビュータのための軸１０６０を駆動する。
【００８７】
エンジン１０１０は、たとえば、シリンダ１０２２の中央部分１０２８にポート（図示せず）を設けてあり、シリンダ１０２２をパージするための加圧吸気を与えるターボチャージャ（図示せず）を有する２ストローク天然ガスエンジンである。あるいは、エンジン１０１０は、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンである。
【００８８】
ピストン１０２４、１０２６のストロークは、両フライホイール１０４８、１０５２を移動させることによって変えることができ、ポンピングパワー需要が減るか増えるかするにつれて、エンジンピストン、コンプレッサピストンのストロークを等しく調整してエンジンパワーを増減するようになっている。
【００８９】
組立体１０１２、１０１４の背中合わせの関係による振動打ち消し特性は、コンプレッサ専用システム、エンジン専用システムにおいて有利に使用することができる。
【００９０】
釣り合い重りは、ピストン組立体の振動を制限するのに使用することができる。図３９を参照すると、エンジン１１００は、釣り合い重り１１１４、１１１６を包含する。釣り合い重り１１１４は、移行アーム３１０から延びている駆動アーム３２０に連結した回転可能部材１１０８（たとえば、フライホイール）と一緒に回転するように装着してある。釣り合い重り１１１６は、軸６０８と一緒に回転するように下方軸６０８に装着してある。
【００９１】
ダブルヘッド型ピストン３０６、３０８の運動は、移行アーム３１０によって、部材１１０８および釣り合い重り１１１４の回転運動に変換される。部材１１０８の回転は、主駆動軸４０８を回転させる。軸４０８には第１ギア１１１０が装着してあり、この第１ギアは、軸４０８と共に回転する。下方軸６０８には第２ギア１１１２が装着してあり、この第２ギアは、ギア１１１０と同じ速度で、そして、ギア１１１０の回転方向と反対の方向に回転する。ギア１１１２の回転によって、軸６０８が回転し、釣り合い重り１１１６が回転する。
【００９２】
図３９の左から見て、釣り合い重り１１１４は、時計回り（矢印１１１８）に回転し、そして、釣り合い重り１１１６は、反時計回り（矢印１１２０）に回転する。釣り合い重り１１１４、１１１６は、１８０度位相をずらして装着してあるので、釣り合い重り１１１４が軸４０８上にあるとき、釣り合い重り１１１６は軸６０８の下にある。４分の１回転で、両方の釣り合い重り１１１４、１１６は、それぞれの軸の右側にある（図４０参照）。さらに４分の１回転すると、釣り合い重り１１１４は軸４０８の下にあり、釣り合い重り１１１６は軸６０８上方にある。さらに４分の１回転すると、両方の釣り合い重りがそれぞれの軸の左にある。
【００９３】
図４０を参照すると、ＸＹ軸線の平面におけるＹ軸線に沿ったピストン３０６、３０８の運動は、Ｚ軸線まわりにモーメントを生じさせる。釣り合い重り１１１４、１１１６が図４０に示す位置にあるとき、それらの回転による遠心力が、それぞれ、Ｘ軸線に対して平行な力Ｆｘ１、Ｆｘ２を生じさせる。これらの力は、一緒になって、Ｚ軸線まわりのモーメントＭｚｘを生じさせるように作用する。釣り合い重り１１１４、１１１６の重量は、ＭｚｘがほぼＭｚｙを打ち消すように選ぶ。
【００９４】
ピストン３０６、３０８がＸ軸線（図３９）上に中心を置いたとき、ピストン３０６、３０８に作用する力はまったくなく、したがって、Ｚ軸線まわりのモーメントもまったくない。この位置において、釣り合い重り１１１４、１１１６は、図３９に示すような対向した位置にあり、釣り合い重りにかかる遠心力によってＸ軸線まわりに生じたモーメントが、打ち消される。ピストンが再びＸ軸線上に中心を置き、釣り合い重り１１４が軸４０８の下方に、釣り合い重り１１１６が軸６０８上方にあるとき、同じことが、軸４０８、６０８の１８０度回転後に生じる。
【００９５】
４象限位置間で、釣り合い重り１１１４、１１１６の回転によるＸ軸線まわりのモーメントは打ち消され、釣り合い重り１１１４、１１１６の回転によるＺ軸線まわりのモーメントは加重される。
【００９６】
釣り合い重り１１１４は、また、駆動アーム３２０によって生じるモーメントにも考慮している。
【００９７】
他のピストン構成においては、たとえば、ピストン３０６、３０８が共通平面に位置していないか、あるいは、３つ以上のピストンがある構成では、釣り合い重り１１１６は、Ｚ軸線まわりのモーメントがまったくなく、釣り合い重り１１４によって生じるモーメントを打ち消す必要がないので、不要となる。
【００９８】
図３９、４０の釣り合わせ技術で考慮されない１つのモーメントは、釣り合い重り１１１６の回転によって生じる軸線ＹまわりのモーメントＭｙｘである。全てのモーメントを考慮している釣り合わせ技術の他の実施例が、図４１に示してある。ここでは、回転部材１１０８に装着された釣り合い重り１１１４ａが、移行アーム３１０を釣り合わせることのみに合わせたサイズとなっている。釣り合い重り１１３０、１１３２が設けてあり、ダブルヘッド型ピストン３０６、３０８の慣性力を釣り合わせるようになっている。
【００９９】
釣り合い重り１１３０は、ギア１１１０と共に時計回りに回転するようにギア１１１０に装着してある。釣り合い重り１１３２は、反時計回りに回転するようにプーリシステム１１３４を介して駆動される。プーリシステム１１３４は、軸６０８と共に回転するように装着したプーリ１１３６と、チェーンまたはタイミングベルト１１３８とを包含する。釣り合い重り１１３２は、プーリ１１４０およびベアリング１１４２によって軸４０８に装着してある。プーリ１１３６の反時計回りの回転によって、チェーンまたはベルト１１３８の反時計回りの回転が生じ、釣り合い重り１１３２の反時計回りの回転が生じる。
【０１００】
図４２を参照すると、上述したように、ＸＹ軸線の平面におけるＹ軸線に沿ったピストン３０６、３０８の運動は、Ｚ軸線まわりのモーメントＭｚｙを生じさせる。釣り合い重り１１３０、１１３２が図４２に示す位置にあるとき、それらの回転による遠心力は、Ｘ軸線に沿った同じ方向における力Ｆｘ３、Ｆｘ４を、それぞれ、生じさせる。これらの力は一緒に作用して、Ｚ軸線まわりのモーメントＭｚｘを生じさせる。釣り合い重り１１３０の重量は、ＭｚｘがＭｚｙをほぼ打ち消すように選ぶ。
【０１０１】
ピストン３０６、３０８がＸ軸線（図４１）上に中心を置くとき、ピストン３０６、３０８に作用する力はまったくなく、したがって、Ｚ軸線まわりのモーメントもまったくない。この位置において、釣り合い重り１１３０、１１３２は図４１に示す互いに反対側の位置にあり、釣り合い重りにかかる遠心力によってＸ軸線まわりに生じたモーメントが打ち消される。１８０度の軸４０８および６０８、ピストンがＸ軸線上に再び中心をとき、釣り合い重り１１３０が軸４０８下方にあり、釣り合い重り１１３２が軸４０８上方にあるとき、同じことが、軸線４０８、６０８の１８０度回転後に生じる。
【０１０２】
４象限位置間で、釣り合い重り１１３０、１１３２の回転によるＸ軸線まわりのモーメントが打ち消され、釣り合い重り１１３０、１１３２の回転によるＺ軸線まわりのモーメントが加重される。釣り合い重り１１３０、１１３２が共にＹ軸線まわりに回転するので、Ｙ軸線まわりのモーメントＭｙｘが生じることはまったくない。
【０１０３】
釣り合い重り１１３０、１１３２は、Ｙ軸線に沿って互いに接近して位置しており、Ｚ軸線まわりにほぼ等しいモーメントを与えるようになっている。釣り合い重り１１３０、１１３２の重量は、Ｙ軸線に沿った異なる位置を考慮して僅かに異ならせ、各釣り合い重りがエンジンの重心まわりに同じモーメントを発生するようにしてもよい。
【０１０４】
他の実施例は、特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１、２】は、本発明の４気筒エンジンを簡単に示す側面図である。
【図３、４、５、６】は、ピストンおよびフライホイールを４つの異なった位置で示している、図１のエンジンの頂面図である。
【図７】は、本発明の８気筒エンジンの部分断面頂面図である。
【図８】は、図７のエンジンの側断面図である。
【図９】は、図７の右端面図である。
【図１０】は、図７の側面図である。
【図１１】は、図７の左端面図である。
【図１２】は、ピストン、駆動部材およびフライホイールを高圧縮位置で示している、図７のエンジンの部分頂面図である。
【図１３】は、ピストン、駆動部材およびフライホイールを低圧縮位置で示している、図７のエンジンの部分頂面図である。
【図１４】は、ピストンの頂面図である。
【図１５】は、駆動部材を２つの位置で示している、ピストンの側面図である。
【図１６】は、駆動部材およびピストンのベアリングインタフェースを示している。
【図１７】は、空気駆動式エンジン／ポンプ実施例である。
【図１８】は、第１位置にある空気弁を示している。
【図１８ａ、１８ｂ、１８ｃ】は、図１８に示す空気弁の３つの横断面を示す横断面図である。
【図１９】は、第２位置における空気弁を示している。
【図１９ａ、１９ｂ、１９ｃ】は、図１９に示す空気弁の３つの横断面を示す横断面図である。
【図２０】は、斜めシリンダを備える実施例を示している。
【図２１】は、シングルヘッド型ピストンを備える実施例を示している。
【図２２】は、２気筒ダブルヘッド型ピストン組立体の頂面図である。
【図２３】は、図２２の組立体のダブルヘッド型ピストンのうち１つを示す頂面図である。
【図２３ａ】は、線２３Ａ〜２３Ａに沿った、図２３のダブルヘッド型ピストンの側面図である。
【図２４】は、移行アームおよび図２２のピストン組立体のユニバーサルジョイントの頂面図である。
【図２４ａ】は、線２４ａ〜２４ａに沿った、図２４の移行アームおよびユニバーサルジョイントの側面図である。
【図２５】は、図２２のピストン組立体の移行アームに連結している駆動アームの斜視図である。
【図２５ａ】は、図２２の線２５ａ〜２５ａに沿った、図２２のピストン組立体の回転可能部材の端面図で、回転可能部材への駆動アームの連結状態を示す図である。
【図２５ｂ】は、図２５ａの線２５ｂ〜２５ｂに沿った、回転可能部材の側面図である。
【図２６】は、図２２のピストン組立体の頂断面図である。
【図２７】は、図２４の線２７〜２７に沿った、移行アームの端面図である。
【図２７ａ】は、図２２のピストン組立体の駆動ピンの横断面図である。
【図２８−２８ｂ】は、それぞれ、図２２のピストン組立体の頂面図、背面図、側面図である。
【図２８ｃ】は、図２２のピストン組立体の補助軸の頂面図である。
【図２９】は、ゼロストローク継手の側断面図である。
【図２９ａ】は、図２９のゼロストローク継手の展開図である。
【図３０】は、非平坦ピストン組立体の８の字運動を示すグラフである。
【図３１】は、補強駆動ピンを示す。
【図３２】は、燃焼圧力をポンプピストンに直接加える４気筒エンジンの頂面図である。
【図３２ａ】は、図３２の線３２ａ〜３２ａに沿った、４気筒エンジンの端面図である。
【図３３】は、最大ストローク位置で示す可変ストローク組立体の別実施例の頂断面図である。
【図３４】は、最小ストローク位置で示す、図３３の実施例の頂断面図である。
【図３５】は、ダブルヘッドピストンジョイントの別実施例の部分頂断面図である。
【図３５ａ、３５ｂ】は、それぞれ、図３５の線３５ａ〜３５ａ、３５ｂ〜３５ｂに沿った、ダブルヘッドピストンジョイントの端面図、側面図である。
【図３６】は、回転位置で示す、図３５のダブルヘッドピストンジョイントの頂断面図である。
【図３７】は、図３５のジョイントの別実施例の側面図である。
【図３８】は、エンジン／コンプレッサ組立体の頂面図である。
【図３８Ａ、３８Ｂ】は、それぞれ、図３８の３８Ａ〜３８Ａ、３８Ｂ〜３８Ｂに沿った、エンジン／コンプレッサ組立体の端面図、側面図である。
【図３９】は、釣り合い重りを包含するピストンエンジン組立体の斜視図である。
【図４０】は、第２位置にある図３９のピストンエンジン組立体の斜視図である。
【図４１】は、釣り合い重りを包含するピストンエンジン組立体の別実施例の斜視図である。
【図４２】は、第２位置にある図４０のピストンエンジン組立体の斜視図である。

Claims (43)

1. ピストン組立体であって、
   ピストンと、
   前記ピストンに連結された一体ボディとして運動可能に構成され、駆動部材を含む移行アームと、
   回転部材であって、該回転部材を横切る軸を中心に第１の方向に回転するように構成され、前記駆動部材が該回転部材の軸から外れて該回転部材に連結され、前記駆動部材が前記軸を中心とした円を囲むように構成され、前記移行アームの他の部分が前記軸を中心に回転しない、回転部材と、
   前記回転部材から延び該回転部材に連結され前記第１の方向に回転する駆動シャフトと、
   前記第１の方向に回転しするように前記駆動シャフトに取付けられ前記回転部材から間隔をおいたカウンタバランスと、を備えている、
   ことを特徴とするピストン組立体。
2. 前記第１の方向に回転するように取付けられた第２のカウンタバランスを、更に備えている、
   請求項１に記載のピストン組立体。
3. 前記第２のカウンタバランスが、前記回転部材に連結されている、
   請求項２に記載のピストン組立体。
4. 前記第２のカウンタバランスが、前記駆動部材カップリングの反対側で前記回転部材に連結されている、
   請求項３に記載のピストン組立体。
5. 前記駆動シャフトに取付けられ且つ前記回転部材から間隔をおいた前記第２のカウンタバランスをさらに備えている、
   請求項１に記載のピストン組立体。
6. 前記第２のカウンタバランスが、前記第１の方向と反対の第２の方向に回転するように構成されている、
   請求項５に記載のピストン組立体。
7. 前記第１の方向に回転するように取付けられている第３のカウンタバランスを更に備えている、
   請求項６に記載のピストン組立体。
8. 前記第３のカウンタバランスが前記回転部材に連結されている、
   請求項７に記載のピストン組立体。
9. 前記第１の軸線を中心に前記第１の方向に回転するように取付けられた第１のギアと、
   該第１のギアに駆動され、前記第１の軸線からオフセットし且つ前記第１の軸線と平行な第２の軸線を中心に前記第２の方向に回転する第２のギアと、備えている、
   請求項８に記載のピストン組立体。
10. 前記第２のギアによって前記第２の方向に回転するように駆動される第１のプーリと、
    該第１のプーリに連結され該第１のプーリに駆動され前記第１の軸線を中心に前記第２の方向に回転する第２のプーリと、を備え、
    前記第２のカウンタバランスが前記第２のプーリによって駆動される、
    請求項９に記載のピストン組立体。
11. 前記以降アームに連結された第２のピストンを少なくとも備えている、
    請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のピストン組立体。
12. 前記第１および第２のピストンが同一平面内で往復動するように構成されている、
    請求項１１に記載のピストン組立体。
13. 前記ピストンが両端ピストンである、
    請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のピストン組立体。
14. ピストンと、前記ピストンに連結された一体ボディとして運動可能に構成され駆動部材を含む移行アームと、回転部材であって該回転部材を横切る軸を中心に第１の方向に回転するように構成された回転部材とを備えたピストン組立体であって、前記駆動部材が前記軸を中心とした円を囲むように構成され、前記移行アームの他部分が前記軸を中心に回転せず、さらに、前記回転部材から延び該回転部材に連結され第１の方向に回転する駆動シャフトを備えたピストン組立体を釣り合わせる方法であって、
    カウンタバランスを、前記回転部材から間隔をおき、前記第１の方向に回転するように前記駆動シャフトに取付けるステップを備えている、
    ことを特徴とする方法。
15. 前記第１の方向に回転するように第２のカウンタバランスを前記ピストン組立体に取付けるステップを更に備えている、
    請求項１４に記載の方法。
16. 前記第２のカウンタバランスを前記回転部材に組み込むステップを更に備えている、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記第２のカウンタバランスが、前記駆動部材カップリングの反対側である、
    請求項１６に記載の方法。
18. 前記第２のカウンタバランスが、前記回転部材から間隔をおいている、
    請求項１４に記載の方法。
19. 第２のカウンタバランスが、第１の方向の反対の第２の方向の回転するように取付けられている、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１の方向に回転するように第３のカウンタバランスを取付けるステップをさらに備えている、
    請求項１９に記載の方法。
21. 前記第３のカウンタバランスを前記回転部材に組み込むステップを更に備えている、
    請求項２０に記載の方法。
22. 前記移行アームに連結された第２のピストンを少なくとも備えている、
    請求項１４ないし２１に記載の方法。
23. 共通平面内で往復動するように配置された第１および第２のピストンを準備するステップをさら備えている、
    請求項２２に記載の方法。
24. 前記ピストンとして両端ピストンを準備するステップを更に備えている、
    請求項１４ないし２３のいずれか１項に記載の方法。
25. 第１、第２の要素間に位置決めするジョイントであり、第１、第２の要素が共通軸線に沿って直線運動を行えるように配置されているジョイントであって、
    共通軸線に対して垂直な第１軸線に沿って、第１、第２の要素に相対的に運動できるように構成され、駆動アームを受け入れるための開口部を構成している外側部材と、
    第１軸線および共通軸線に対して垂直な第２軸線を中心に前記外側部材に相対的に回転できるように外側部材内に装着され、前記駆動アームを受け入れる開口部を構成している内側部材と、を備えている、
    ことを特徴とするジョイント。
26. 前記外側部材が、前記第２軸線に沿って第１、第２の要素に相対的に移動できるように構成されている、
    請求項２５に記載のジョイント。
27. 前記外側部材が、第１、第２の平行な平坦側面を構成し、
    各平坦側面が前記共通軸線に対して垂直な平面を構成している、
    請求項２５に記載のジョイント。
28. 第１、第２の摺動部材を備え、
    該第１の摺動部材が、第１の平坦側面と第１の要素との間に位置し、
    前記第２の摺動部材が、第２の平坦側面と第２の要素との間に位置する、
    請求項２７に記載のジョイント。
29. 前記第１、第２の平坦側面が、各々、研磨した表面を備えている、
    請求項２５に記載のジョイント。
30. 前記第１、第２の要素が、各々、ピストンからなる、
    請求項２５に記載のジョイント。
31. 前記第１の要素が、ピストンからなり、
    前記第２の要素が、被案内ロッドからなる、
    請求項２５に記載のジョイント。
32. 前記駆動アームが、長手軸線を構成し、
    前記ジョイントは、さらに、前記駆動アームがその長手軸線を中心に回転できるようにする一方、前記駆動アームを軸線方向に固定状態に保持するマウントを備えている、
    請求項２５に記載のジョイント。
33. マウントが、押えねじからなる、
    請求項３２に記載のジョイント。
34. 前記内側部材の開口部が、前記第２軸線に対して垂直なチャネル軸を構成するチャネルを備えている、
    請求項２５に記載のジョイント。
35. 前記外側部材の開口部が、前記内側部材が外側部材に対して回転するときに駆動アームの運動を受け入れるスロットを備えている、
    請求項２５に記載のジョイント。
36. 前記第１、第２の要素によって前記駆動アームへ伝えられる軸方向荷重を受けるスラストベアリングを、さらに、備えている、
    請求項２５に記載のジョイント。
37. 前記第１、第２の要素によって駆動アームへ伝えられる垂直荷重を受ける摺動ベアリングをさらに備えている、
    請求項２５に記載のジョイント。
38. 前記内側部材と外側部材間に位置するベアリングを備えている、
    請求項２５に記載のジョイント。
39. 前記第１および第２の要素を装着するためのコネクタを備え、
    このコネクタが、キャビティを構成し、
    前記外側部材および内側部材がこのキャビティ内に位置決めされている、
    請求項２５に記載のジョイント。
40. ダブルヘッド型ピストンの第１、第２のピストン間に位置決めするジョイントであって、該第１、第２のピストンが、ダブルヘッド型ピストンの軸線に沿って直線運動できるように構成されているジョイントであって、
    第１、第２の平行な平坦側面を有し、各平坦側面が、ダブルヘッド型ピストン軸軸線に対して垂直な平面を構成しており、第１、第２の直交軸線に沿って第１、第２のピストンに相対的に運動できるように構成した外側部材であって、第１、第２の直交軸線がダブルヘッド型ピストン軸線に対して垂直であり、駆動アームを受け入れるための開口部を構成している外側部材と、
    第１の直交軸線まわりに外側部材に相対的に回転できるように外側部材内に装着されでおり、駆動アームを受け入れるための開口部を構成している内側部材と、を備えている、
    ことを特徴とするジョイント。
41. 前記外側部材の開口部がスロットを備え、
    前記内側部材の開口部が、第１の直交軸線に対して垂直なチャネル軸線を有するチャネルを備え、さらに、駆動アームをその長手軸線を中心に回転させながら駆動アームを軸方向に固定した状態に保持するマウントを備えている、
    請求項４０に記載のジョイント。
42. 前記第１、第２のピストンによって駆動アームへ伝えられる軸方向荷重を受けるスラストベアリングと、前記第１、第２のピストンによって駆動アームへ伝えられる垂直荷重を受ける摺動ベアリングとを備えている、
    請求項４０に記載のジョイント。
43. ピストン組立体であって、
    共通軸線に沿って直線運動できるようになっている第１、第２の要素であり、そのうちの少なくとも一方がピストンである第１、第２の要素と、
    該第１、第２の要素間に位置決めするジョイントとを備え、
    該ジョイントが、
    共通軸線に対して垂直な第１軸線に沿って第１、第２の要素に相対的に運動できるように構成した外側部材であり、駆動ピンを受けるための開口部を構成している外側部材と、
    第１軸線および共通軸線に対して垂直な第２軸線を中心に外側部材に相対的に回転できるように外側部材内に装着した内側部材であり、駆動アームを受け入れるための開口部を構成している内側部材と、を含んでいる、
    ことを特徴とするピストン組立体。

Images