JPH02112601A - 内燃機関等用往復運動シリンダおよびピストン組立体 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関等に用いられる往復運動シリンダお
よびぴストン組立体に関する。

［従来技術および発明が解決しようとする課題］従来の
内燃機関における固有の問題点を改善するための無数の
試みがなされてきた。様々な動ぎをするピストン運動を
有効な回転運動に変換するために、クランクシャツ１〜
．コネクテイングロツドさらにはトルクアームを用いる
ことで避けられないもの、すなわちピストンの横方向圧
力によるシリンダ壁の極端で不均一な摩耗、静的および
動的な不均合、振動および騒音を伴う動作、潤滑の問題
、小さな空間利用率、比較的低い速度限界などは、従来
の設計における主要な問題点の１つであり、本発明はこ
れら問題点を克服することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明では、シリンダとピストンとが伝達系
によフて互いに組合わされ、伝達系による組合わせによ
って、ピストンおよびシリンダの互いに反対方向をなす
往復運動と、伝達系の支持体に対して円形軌道をなすシ
リンダの並進運動とが連動してなされることを特徴とす
る。

さらに前記ピストンは、ピストンの両側面において圧縮
室を形成する両面ピストンであり、ピストンのシリンダ
に相対した全ストロークは円形軌道の半径の４倍である
ことを特徴とする。

［実施例］ 本発明の上述した側面およびさらに他の側面。

構造上の詳細、さらに本発明の利点および応用は、単に
実例によフてのみ与えられる本発明の多様な好適実施例
に関する以下の記述に照らして、さらには本発明の多様
な側面のより良い評価のために、添付した図面に関する
本発明の多様な好適実施例に関する以下の記述に照らし
てより完全に理解され得る。

第１図および第２図には、本発明の原理の特徴をなす機
関の基本的な構成部材が概略的に示される。すなわち、
両面ピストン（ｄｏｕｂｌｅ−ｓｉｄｅｄｐｉｓｔｏｎ
）　１０はシリンダ１２内で往復運動が可能であると共
に、ピストンＩＯとシリンダ１２がこれらの共通軸に沿
って互いに反対方向に動作可能であり、並進的でそれら
自身平行を保った円形軌道の回転運動を一体に行う。

ピストンｌＯはクランクピン１４に回転可能に組合わさ
れ、クランクピン１４は機関の出力装置を構成する。ク
ランクピン１４は中心軸部分１４′　を有し、この中心
軸部分１４’　はベアリングによって軸受され、またピ
ン１４の偏心軸部分１４″はピストンｌＯの中心に配置
されたベアリング１０’　　によってピストン１０と回
転可能に組合わされる。部分１４″は、シリンダ１２の
壁の各々の位置、すなわちシリンダ１２の母線に沿って
形成された溝穴１６を通ってピストン１０の中に突出す
る。

シリンダ１２はその両端にベアリング１２’　および１
２″を具える。Φ合軸部分１８″および偏心軸部分１８
″を有する第１クランクピン１８は、ベアリング１２’
　に組合わされ、また、同様に中心軸部分２０’および
偏心軸部分２０″を有する第２クランクピン２０はベア
リング１２“に組合わされる。第１図中Ｓで示されるｆ
ｔ１４”　、　１８″および２０″のそれぞれの偏心率
あるいは偏心距離は同一であるが、軸１４″の偏心方向
は、所定の同一な方向をなす軸１８″および２０″の偏
心方向と鏡像の方向となるように予め固定される。

軸１４’　、　１８’　および２０′　はそれぞれ同様
のギアホイール１４”’　、　１８“′および２０”’
を介して互いに組合わされ、これにより上述した偏心方
向の関係が保持される。

機関によって駆動される被駆動部材（不図示）を機関に
組合わせるためクランクピンの中心軸部分１４′　が突
出する以外、機関はハウジング２２の内部に収容される
。

図を明瞭にする目的で、２サイクルあるいは４サイクル
のオツトーサイクル内燃機関としての動作を可能とする
ために必然的に組合わされるべき他の部品の全て（スパ
ークプラグ、バルブおよび同種の補助系統や付属物）は
図面から除外されている。

機関の動作は以下の如くである。ＡＩおよび八２で示さ
れる２つの圧縮室が形成されることが示される。

一旦動作が開始されると、クランクピン１８および２０
は回転し、これらの回転方向が反時計方向であるとすれ
ばクランクピン１４は時計方向に回転する。従って、シ
リンダ１２およびぴストンｌＯは互いに反対方向の直線
動作を行う。

さらに、クランクピンがそれぞれ上述したような関係で
寸法が定められ、かつ組合わされていることによって、
シリンダとピストンは一体で動き、軸１４’　、　１８
’　および２０′　のそれぞれの中心軸線に関して並進
運動する。この間シリンダおよびぴストンは中心軸線に
共通な軸線（あるいは上記３つの中心軸線によって規定
される平面Ｘ−×）に平行な状態を保持する。

この組合わされた動きの簡潔な解析は以下のように示す
ことができる。圧縮室ＡＩおよびＡ２の各々の容積は、
それぞれのクランクピンの１回転毎に、機関構造の中心
対称面Ｙ−Ｙに関して１つの方向とそれと逆の方向にお
いて　４ＸＳのストロークに直接比例する最大および最
小の間で交互に変化する。

さらに、伝達機構、すなわちハウジング２２に取付けら
れたクランク１４．１８および２０に組合わされたギア
列に間してシリンダとピストンの組立体が並進運動する
代わりに、シリンダを固定し、このシリンダのまわりに
ハウシングが並進運動できるようにしてもよいことは容
易に理解される。

第３図には変形実施例による機関が示される。

ピストン２４およびシリンダ２６は、図に示されるよう
に圧縮室Ｂ１およびＢ２を形成し、中心軸２８′　およ
び偏心軸２８″を有するクランクピン２８、ギアホイー
ル３０．３２、および軸部分３４′　および３４″を有
するクランクピン３４を介して互いに組合わされる。

偏心軸２Ｂ”’の動きは、シリンダ２６の側壁に形成さ
れた穴３６に案内される。

一対の釣合おもり３８および４０はそれぞれホイール３
０および３２に取付けられる。

互いに向かったり離れたりする周期的で完全な往復運動
をすると共に、一体としてのピストンおよびシリンダ組
立体のそれ自身に平行な一体の動作をするピストンとシ
リンダの性質は、ホイール３０と３２とが互いに６反対
方向に回転するような上述の組合わせ構成によって確か
められる。

釣合おもり３８および４０は、旋回すなわちピストンお
よびシリンダ組立体の上下運動の釣合いを保つための働
きをする。

第４図および第５図に示す実施例はピストン４２および
シリンダ４４を有し、シリンダ４４は空気冷却フィン４
６を具える。

ピストン４２は軸４８′　および４８″を有するクラン
クピン４８と組合わされる。シリンダ４４は、各々軸ｓ
ｏ’　、　ｓｏ”および軸５２’　、　５２”を有する
クランクピン５０および５２に組合わされ、軸５０″お
よび５２“はそれぞれベアリングｓｏ″’および５２　
”’に着座し、ベアリング５０”’および５２”’は、
それぞれ、シリンダ４４の対向する側面から延在する適
切な突起５４および５６に配設される。

クランクピン４８．５０および５２は互いにかみ合って
いる等しいギアホイール５８．６０および６？によって
それぞれが連結される。

穴溝６４はシリンダ４４の側壁に形成され、これにより
、偏心軸４８″は大溝６４を通ってピストン４２の中心
に設けられたベアリング６６内に入り込むことかでき、
また、偏心軸４８″はこの穴溝に沿った後退および前進
の動作を案内される。

圧縮室ＣＩおよびＣ２に関する機関の動作態様は、第１
図および第２図に関して上述されたものと実質的に等し
い。

第６図を参照するに、ピストン６４はクランクピンの偏
心軸６６′　により中心で支持され、クランクピンはこ
の場合、ホイール６８，７０．７２および７４とかみ合
うギアホイール６６によって構成される。

シリンダ７６は各々軸６８″および７０″を軸受するた
めのベアリング６８”’および７０”’を有する一対の
突起７８．８０を具える。シリンダ７６は２サイクルの
動作をするように設計されている。そのために、吸気部
８２および排気部８４がシリンダジャケットに設けられ
る。

内部通路８６は圧縮室ＤＩと０２とを連通する。スパー
クプラグ８８は、シリンダヘッドに取付けられる。

本発明のこの実施例によれば、付加的な（多分より多く
の）ピストンおよびシリンダ組立体が容易に付加され、
最初に述べられた系に“平行に°′接続される。従って
、ホイール７２および７４によって別のシリンダ９０（
第６図にはその一部のみが示される）が支持され、好ま
しくは全体の構造のより良い釣合いを維持するために第
１の組立体（シリンダ７６）に関して偏心して支持され
る。

第７図におい°て例示される実施例は排気ロータリーパ
ルプを組み込んだ２サイクル燃焼機関を得ることを目的
とするものであり、排気ロータリーバルブはピストンお
よびシリンダ部品と同様に動作させられる゛。この系は
ピストン９２と、突起９６および９８を具えたシリンダ
９４とを有する。

クランクピンおよびホイール組立体は１００，１０２お
よび１０４で示され、第５図に示した構成と同様であり
、スプロケットあるいは歯車とは別にスプロケットチェ
ーンあるいはタイミングベルト１０Ｂを用い、ギアのか
み合い結合に代わるものとして示される。

チェーン１０６は、第４のクランクピンおよびホイール
組立体１０８と、動力を伝達するよう組合わされ、この
組立体は部分的なくぼみ、すなわち穴溝のあけられた偏
心軸１０８′　を具える。これにより、排気ロータリー
バルブが構成され、ピストンとシリンダの結合した動作
に同調した動作が可能となる。

ピストンおよびシリンダは共にその形状が非一様である
。すなわち、前部の作用側は、後部の吸気口の部分より
共に直径が小さい。従って、シリンダ９４は過給された
２ストロークオツトーサイクルで作用する形状をなし、
室Ｅ２の吸気ボート１１（１およびＥｌに連通する通路
１１２を有する。また、シリンダ９４はスパークプラグ
１１８に隣接するボート１１４を介してバルブ１０８′
　　とも接続している。

第８図は、本発明の原理を双方向２サイクル内燃機関の
設計に適用したものを示す。

非一様形状のピストン＋２０とシリンダ１２２とはクラ
ンクピン組立体１２４（ピストン側）　、１２６，１２
８゜１３８および１３２（シリンダ側）によって動作可
能に組合わされる。

圧縮室ＦｌとＦ２とは、図に示すように室Ｅｌ用の吸排
気ボート１３１ｉおよび室Ｆ２用の同様のボート＋３８
を具え、それぞれ反対側に配設された通路１２２′と　
１２２＃とによって連通ずる。

機関の動作は双方向ピストン１２０以外第７図に示した
実施例の動作と同様である。

第９図において、ピストン１４０とシリンダ１４２は今
まで述べてきた方法、すなわちそｂぞれクランクピンと
ギアの組立体１４４，１４６および１４８によって互い
に組合わされる。

偏心軸１４６′　および１４８′　は、それぞれ付加的
なギアホイール１４６”および１４８”を具え、ギアホ
イール１４６”および１４８“は、それぞれ同様のギア
ホイール１５０および１５２と常にかみ合っている。ホ
イール１５０は軸１５６を介してシリンダへラド１５４
　に装着される。軸１５６はカム　１５６′　　を有し
、このカムによって従来より知られる型式のばねで付勢
されるバルブ１５８の開閉動作を行う。シリンダヘッド
１６０はシリンダ１４２のもう一方の側に設けられる。

ホイール１５２の軸１６２は前述の実施１例と同様にロ
ータリーバルブを構成する。

２つの異なる型のバルブを備えることは、単に本発明の
他の側面による設計上の可能性の多面性を強調する目的
で例証的に示すにすぎない。

第１Ｏ図には、さらに設計上の変形例が示される。ピス
トン１６４はシリンダ１６６にこれまで述べてきたのと
は異なりた仕方で組合わされる。すなわち、一対の放射
状に延在する突起１６４′　および１６４　”を介して
組合わされ、これら突起１６４′　および１６４”はそ
れぞれクランクピン組立体１６８′および１６８”のベ
アリング１６４　”’および１６４””を支持する。シ
リンダ１８６の各々の壁部には適切な大溝１６６′　お
よび１６６″が形成され、これによりピストンおよびシ
リンダのそれぞれが反対方向の往復運動をすることが可
能となり、この往復運動はピストンクランクピン組立体
１６８’　　、１６８″（付加的な転向ギア１６７）お
よびクランクピン組立体１７０．１７２によって生成さ
れる。

１７４および１７６で示される２つのピストンシールリ
ングセットは（前述の各実施例と同様に）両面作用ピス
トン１６４の両側に設けられる。

ハウジング１７Ｂは、機関がクランクピン１６８′　、
　１６８″、１７０あるいは１７２に組合わされている
軸の１つによって駆動される、例えば固定の発電機に用
いられる場合、機関の全てを覆う。

このような形状は、ピストンおよびシリンダが個々にハ
ウジング１７８によって支持されるという点において特
に有利、かつ独自なものである。従って、ピストンの往
復運動が、もはやシリンダ壁の内側で滑動し、その壁に
よって案内されるということはなく、半径方向の摩擦力
を生じない、むしろ壁の内側での無接触動作となる。ピ
ストンのシリンダ内への精密な適合や、シリンダの集中
的な潤滑を必要とせず、製造および維持コストの著しい
節約をもたらす。

このような特徴は他の側面においても重要なものとみな
すことができる。ピストンとシリンダとの間に作用する
機械的応力が微少であることにより、シリンダの材質を
金属に代わってセラミック材とすることができ、このセ
ラミック材は高温度状態で機関が動作することを可能に
する。

特別な設計の詳細が第１１図に示される。この設計は前
述した実施例のいずれにも通用できる。

図にはピストン１８０、シリンダ１８２、ハウジング１
８４およびオーバーヘッドバルブ組立体１８６の一部が
示される。

より詳細に、これらの系の運動力学に留意すれば、ある
特殊な問題が充分に解決されねばならず、これらの問題
の解決によフて本発明の実施化がなされる。これらの問
題としては、可燃性混合ガスの供給および排気の問題や
、冷却水の流入および流出の問題がある。

このため、第１２図および第１３図に示されるような中
空のクランクを以下に示す方法で用いることが提案され
る。バルブヘッド１８６は吸気マニホールド部分１８８
および排気マニホールド部分２００を有し、これらマニ
ホールドはハウジング１８４の外部と連通しなければな
らない。すなわち、部分１８８に関しては開口２０２（
および部分２００からは反対側の開口；不図示）に連通
していなければならない。

可回転なりランクピン２０４は、第１２ａ図および第１
２ｂ図において明瞭に示されるように、ハウジング１８
４に形成されその軸を開口２０２の軸と整列するベアリ
ングソケット２０６にその一部が装着され、また、シリ
ンダヘッド１８６に設けられるソケット２０８に他の部
分が装着される。適切なライニングおよびガスケットが
組合わされる。

貫通する内孔２１０によって連通が確保され、シリンダ
ヘッド１８６が固定されたハウジング１８４に対して、
たとえ上下に動作しても、この連通が維持される。

開口２１２を介して流入し、またシリンダ１８２の空孔
２１４から流出して循環する冷却水に関しても、同様の
構造が用いられる。第１３ａ図および第１３ｂ図に示さ
れる中空クランクピン２１６は、図に示すように内部通
路２１８を具え、各々の部分と組合わされて装着される
。

他の組立体構造、すなわち双方向４ストロ一ク機関が第
１４図に示される。

ピストン２２０およびシリンダ２２２の両側に２２４お
よび２２６で示されるバルブ組立体が設けられる。

双方のバルブ組立体は、機関の外部ケース２３０の一部
をなす共通の構造部材２２８に取付けられる。

２３２および２３４で示されるシリンダ２２２の吸／排
気ボートの各々は、バルブ組立体２２４および２２６の
各々と交互に整列しなければならない。すなわち、圧縮
室Ｈ１および１１２に関する毎ストロークの終りにボー
トの各々が整列しなければならない。

構造部材２２８は固定され、右側カムシャフト２３６′
　および左側カムシャフト　２３６”を具え、両カムシ
ャフトはビニオン２３８およびギア２４０，２４２より
なるギア伝動機構によって（互いに反対方向に）回転可
能である。ピニオン２３８は中心クランクピン２４４に
よって駆動され、クランクピン２４４の偏心軸２４４′
　はピストン２２０を貫いている。

適切な案内ストリップおよびシール２４６，２４８が用
いられ、これによってシリンダ２２２のケーシング２３
０の内部での動作が容易となる。

第１５図は、クランクシャフト　２５０′　および２５
０″と組合わされ、中央に位置するピストン２５０と、
クランクピン２５２’　、２５２”および２５４’　、
２５４”を組合わされる一対のシリンダ２５２とを互い
に組合わせるさらに他の方法を示す。

従って、シリンダ、クランクピンの各々は付加的な偏心
軸２５２　’および２５４　”’を具え、その構造の外
部に（偏心軸がシリンダに組合わされるのと反対側）突
出している。

連接棒２５６゛はその両端において軸２５２　”’と２
５４　’に組合わされ、リニアベアリングブロック２５
８を貫通する。ブロック２５８はピストンクランクピン
の偏心軸２５０”′と組合わされる。

ピストン２５０は、特に４段階の圧縮機として、すなわ
ち逆止弁２６０，２６２．２６４および２６８に関連し
て作用することで特異である。

以上のように、本発明のいくつかの実施例は上述したこ
とおよび図面において開示され、これら実施例は本発明
の目的を効果的に成し遂げる。しかしながら、当業者に
とって、本発明の原理を十分に理解すれば今回の発明の
変形をいかに構成するかは明白である。それ故、本発明
の範囲は、本明細書の特定の開示を参照することによる
よりも、添付したクレームに照らして解釈されるべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の基本的な実施例によるピストン
およびシリンダ組立体の概略正面図、第２図はホ１図の
ＩＩ　−ＩＩ線に沿った断面図、第３図は本発明の他の
実施例を示す図、第４図は本発明の他の実施例を示す図
、第５図は第４図の縦断面図、 第６図は本発明の他の実施例を示す図、第７図は本発明
の他の実施例を示す図、第８図は本発明の他の実施例を
示す図、第９図は本発明の他の実施例を示す図、第１θ
図は本発明の他の実施例を示す図、第１１図は本発明に
基く設計に適用可能なシリンダヘッドの構造を示す図、 第１２ａ図および第１２ｂ図は第１１図に示されたシリ
ンダヘッドの細部を示す図、 第１３ａ図および第１３ｂ図は第１１図に示されたシリ
ンダヘッドの他の細部を示す図、 第１４図は本発明のさらに他の実施例を示す図、 第１５図は動作機械への本発明の適用を示す図である。 １０．２４．４２，６４，９２，１２０，１４０，１６
４，１８０．２２０，２５０・・・ピストン、 １２．２６，４４，７６．９４，１２２，１４２，１６
６．１８２，２２２．２５２・・・シリンダ、 １４、＋８．２０，２８，３４．４８，５０．５２，１
２４，１２６，１２８，１３０゜１３２．２０４，２１
６・・・クランクピン、１４’　　、　　１８’　　、
　　２０’　　、　　２８’　　、　　３４’　　、　
　４８’５０’　、　５２’　・・・中心軸、 １４″、　　１８”　　、　　２０”　、　　２８”　
、　　３４”　、　　４８”５０”　、　５２”　、　
　ｆｉ６”　　　６Ｂ“　　７０″７２”１４６”　、
１４８”・・・偏心軸、 １４”’　、　　１８”’　、　　２０”　、　　３０
，３２，５８，６０，８２，６［ｉ、６８゜７０．７２
，７４，１００，１０２，１０４・・・ギアホイール。 手続補正書 （方式） ％式％ １、事件の表示 特願平１−５９．４６５号 発明の名称 内燃機関等用往復運動シリンダ およびぴストン組立体 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ハイム　ロム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シリンダとピストンとが伝達系によって互いに組合
   わされ、該伝達系による組合わせによって、前記ピスト
   ンおよび前記シリンダの互いに反対方向をなす往復運動
   と、前記伝達系の支持体に対して円形軌道をなす前記シ
   リンダの並進運動とが連動してなされることを特徴とす
   る内燃機関、コンプレッサ等のための往復運動シリンダ
   およびピストン組立体。 ２）前記ピストンは、該ピストンの両側面において圧縮
   室を形成する両面ピストンであり、該ピストンの前記シ
   リンダに相対した全ストロークは前記円形軌道の半径の
   ４倍であることを特徴とする請求項１に記載の往復運動
   シリンダおよびピストン組立体。 ３）前記伝達系は、 第１、第２および第３軸シャフトをそれぞれ回転可能に
   支持するための第１、第２および第３の固定された装着
   座と、 対応する前記各々の軸シャフトの軸線から等しい距離で
   、かつ該軸線に平行な軸線を有し、前記軸シャフトの各
   々に偏心して組合わされたクランクシャフトであり、 前記軸シャフトに関して所定の角度方向で、前記ピスト
   ンの縦軸線に垂直な方向に旋回できるよう前記ピストン
   に組合わされた第１クランクシャフトと、 該第１クランクシャフトの前記回転方向と鏡像となる回
   転方向で旋回できるよう前記シリンダに組合わされた第
   ２および第３クランクシャフトと、 前記第１軸シャフトの前記回転方向と前記第２および第
   ３軸シャフトの回転方向とが反対方向で等しい角速度の
   共同の回転運動をするように前記第１軸シャフトを前記
   第２軸シャフトおよび前記第３軸シャフトに組合わせる
   ために具えられた手段と を具えることを特徴とする請求項２に記載の往復運動シ
   リンダおよびピストン組立体。 ４）前記軸シャフトおよび該軸シャフトの各々のクラン
   クシャフトは、クランクピンとして一体に形成されるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の往復運動シリンダおよ
   びピストン組立体。 ５）前記軸シャフトはギアホィールによって互いに組合
   わされたことを特徴とする請求項３に記載の往復運動シ
   リンダおよびピストン組立体。 ６）前記軸シャフトはスプロケットチェーンまたはタイ
   ミングベルトによって互いに組合わされたことを特徴と
   する請求項３に記載の往復運動シリンダおよびピストン
   組立体。 ７）前記第１クランクシャフトは、前記シリンダの壁に
   形成され、前記シリンダの母線に沿って延在する穴溝を
   介して延在することを特徴とする請求項３に記載の往復
   運動シリンダおよびピストン組立体。 ８）前記第２または第３クランクピンの少なくとも一方
   は、可燃／排気ガスの吸／排気口のロータリーバルブと
   して作用するために部分的にくぼんでいることを特徴と
   する請求項４に記載の往復運動シリンダおよびピストン
   組立体。 ９）第４の軸シャフトおよびクランクシャフトを有し、
   前記第１および前記第４のクランクシャフトは、前記シ
   リンダの外側において前記ピストンの両側に組合わされ
   ることを特徴とする請求項６に記載の往復運動シリンダ
   およびピストン組立体。 １０）前記クランクシャフトは、前記シリンダ壁の各々
   の位置に形成される軸溝を通って前記ピストンから放射
   状に突出する一対の突起を媒介として前記ピストンと組
   合わされることを特徴とする請求項９に記載の往復運動
   シリンダおよびピストン組立体。 １１）前記軸シャフトは、前記シリンダに組合わされた
   吸気および排気バルブを動作させるためのカムシャフト
   に、該カムシャフトを駆動するように組合わされたこと
   を特徴とする請求項３に記載の往復運動シリンダおよび
   ぴストン組立体。 １２）前記第２および第３クランクピンは、反対方向に
   突出する付加的な偏心クランクシャフトをそれぞれ有し
   、該クランクシャフトの各々は連接棒によって互いに組
   合わされ、前記第１クランクピンは前記連接棒を通すリ
   ニアベアリングブロックを具えたことを特徴とする請求
   項４に記載の往復運動シリンダおよびピストン組立体。