JPH02169878A - 流体用可変容積型装置 - 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］ この発明は内燃機関の過給機、コンプレッサ、エキスパ
ンダ、自動車の空気循環、空調及びその他の型式の冷却
等に有用な反転可能な容積型ポンプに関する。さらに詳
しくは、自己潤滑式で、大容積の流体を可変比率で容積
変化できる容積型ポンプに関する。

［従来の技術］ 可変容積システムは高圧で比較的容積変化の少ない用途
に広く利用されている。このようなシステムは互いに密
接する部材を必要とし、これらの部材は流体のもつｆ／
滑時特性よって潤滑され、あるいは容積変化される流体
中に含まれた潤滑剤ミストによってｆ、ｌ　Ｍされる。

ガソリン及びディーゼルエンジンにはさまざまなタイプ
の過給機が利用されてぎている アメソノ１合衆国特許第４，１１２，８２６号及び第４
２７０４９５号にはエンジン圧縮比を変えるためにピス
トンのストローク長を可変としたエンジンが開示されて
いる。このエンジンは互いに平行をなして並列状に配置
された一対のシリンダを有している。ピストンのス］−
ローク艮及び圧縮比の変化は調節可能なりランクシャフ
ト機構によって生じる。

アメリカ合衆国特許用１，８７３，９０８号及び第３８
６１．２３９ｑには偏心軸受を介してクランクシＸ１フ
トに連結された連接棒を有するエンジンが開示されてお
り、偏心軸受はエンジンの駆動時に回転してピストンの
ストロークを変えるようになっている。

アメリカ合衆国特許用４．４８５．７６８号には各端に
相対するピストンを有するヨーク−クランクシ１／フト
構造を備えたエンジンが開示されている。ヨークは偏心
クランクピン機構により駆動され、これによってヨーク
のレースウェイ内のスライダに軌道運動が与えられる。

ピストンのストローク長はギヤ駆動式の機構によって変
えられる。

エンジンのクランクシャフトのストローク長を変える機
構は伯にもアメリカ合衆国特許用１Ｉ、１７４，６８４
号、第　４．３４５．５５０号、第　３．７３１　、６
６１号、第４．４２２　、４１４Ｐｉ及び第４．５３５
．５９６号を含むその他の特許に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来技術の格成のいくつかは本発明の様々な部材を個々
のものについては示唆しているが、いずれもこれらの部
材を例えば実用的な過給機に要求される絶対的な要件に
合致する構造に組合わせることを示唆していない。この
絶対的な最少要件は運転寿命、コスト、サイズ、重ａ及
び効率に関連する。加えて最大限の実用性を得るため、
容積変化は運転条件に由来するＩｆ、ＩＩ　Ｉｌｌパラ
メータに応じて即座かつ同時に行われねばならない。

［課題を解決するための手段］ 本発明は自己１１２１滑式で、体積容量が大きく、かつ
広範囲の速度及び圧力にわたり高効率で運転でき、ポン
プとしてもあるいはモータとしても作動できる、改良さ
れた可変容積装置を提供するものである。

本発明の可変容積装置は相対して配置された２対のピス
トンを有している。多対のピストンは同速かつ同距離で
同時に反対方向に動き、カウンターバランスを利用せず
に慣性の影彎を排除することができる。

ピストンは断面四角形をなしており、同様な型式の従来
装置に比べ、比較的大きな断面積を有しかつ容積変化ど
の比較で、比較的（ｌ（速度で移動する。各ピストンは
駆動軸に間隔を置いて設けられた２つのクランクピンに
より駆動され、これによってピストンの一つの面内にお
ける動きが安定化されている。またピストンの垂直な面
内における安定化ははチャンバを出入りする流体の流体
ポートダクトによりなされる。

各シリンダのためのパルピングは間隔を置いて配置され
た２つのクランクピンにより駆動される往復ポートプレ
ー］・によってなされ、この往復ボ−トブレ−１・は続
いて関連するピストンを駆動する。ポート機構によりも
たらされる２方向パルピングの効果により、シリンダ内
の圧力からのシール圧力が増加する。

本発明の装置は外部動力源によりその入力軸を駆動され
るポンプとしても、また高い流体を加えることによりモ
ータとしても機能できるようなパルピング作用を行うこ
とができる。この機構は変形を要することなくモータと
してもコンプレッサとしても作動できる。

摩耗及び圧力補償式の自己潤滑式スライドバルブ機構は
クランクシャフトの回転角の余弦に比例した直線速度で
作動し、一方ピストンの直線速度は同様な角度の正弦に
比例する。ピストンが最低速度ではパルピング機構は最
大速度で移動する。

ピストンが最高速度で動くと、すなわち流体の体積が最
大比で変化すると、スライドパルプ構成部材が固定状態
となって、流れの制限を最小とするための全開状態とな
る。

各ピストンは摺動ポートプレートに対し対面関係で配置
されており、摺動ブレー（・は間隔を置いて位置する２
つのレッグ門構により円形の経路で駆動され、ピストン
に対するねじり動が規制されている。構成部材のピスト
ンの経路に平行な円形の動きによりピストンの往復動が
生じ、また円形動のピストンの軸に対し横方向の成分に
よりポートプレートがピストンの移動方向の軸に対し垂
直な面内で摺動する。ポートプレートのこのような横方
向の動きによりピストンとボー１−プレートに設けられ
た流体ポートの並びが変わって、入口及び流体排出ポー
トが制御される。ピストンとポートプレートとがピスト
ンのストロークの終端近傍において円形の経路の一部に
あるときは、横方向の運動成分が支配的となり、ポート
の開口はピストンの動きに対し急速に変化する。ピスト
ンがストロークの中間位冒にあるとさ、円形の運動成分
により、ピストンの動ぎは最大となり、ポートプレート
の横方向の面内における動きは最小となる。

重要なことは装置の容積変化を運転速度とは独立して行
わせることができる点である。ここで述べている装置に
おいてピストンのエクスカーション（ｅｘｃｕｒｓｉｏ
ｎ）すなわら行程は装置がその時の運転要件に最も適合
するようにゼロから最大まで可変となっている。装置の
運転時に調節可能な直線状の制御ロンドは全てのピスト
ンの行程を同時かつ正確に調節する。クランクピン行程
調節機構は各クランクピンの行程を成るものは一方向で
、また成るものはそれと反対方向で同時に調節し、チャ
ンバは全て自動的に、常に同一であるが変動する容積変
化に対し調節される。

本発明の装置は全体を自己潤滑されており、空気その他
の非潤滑性流体の取扱いが可能である。

ピストンとチャンバ壁との間の自己ｒＡ滑されたシール
部は変形一応力特性が非線形な弾性シール構造によって
バネ付勢されている。このようなシール部はピストンと
チャンバ壁との間の広いギャップを調整でき、また側方
の力が異常に生ずるような条件下でもピストンのチャン
バ壁への接触を防止することができる。

市場の実際的な要望に応じるため装置コストは許容限度
内でなければならない。周知の構造を利用して本発明の
様々な特徴を与えることは理論トは即座に可能である。

しかしながらこのような装置では実際的な装置に妥協し
えない要件として負わされるコスト及び小出の制限には
適合することができない。本発明の装置は可変容積チャ
ンバを形成する簡単なモジュラ一部材のみを利用してお
り、駆動及び行程調整部材を収容している。これらのモ
ジュラ一部材は簡単に機械加工された部品であり、装置
の内部部品のみならずユニツ１−全体のハウジングをも
形成する。高（西かつ加工が困難な一体構造（ｍｏｎｏ
ｂｌｏｃｋ）のハウジングを必要としない。

［実施例１ 以下、添付図面に基づいてこの発明による流体ポンプの
実施例を説明する。例として、装［ａをスーパーチャー
ジＶとして動作させた場合を考え、圧送される流体は内
燃エンジンで使用されるようなエアーであるとする。し
かし、この発明の装置は流体圧力を加えてモータとして
動作させることもできる。後者の場合には、いくつかの
部材の機能は、ここで説明する方法とは逆になる。例え
ば、第１の例において排気ポートとして機能するポート
は、第二の例においては流入ポートと見なされる。

説明において、文字の添え字は類似した部材を示すため
の総括的な番号表示に用いられている。

構造的に等価な部材がたくさんあるため、これらの部材
を総括的な番号のみによって表わしている。

この場合、添え字は説明に対して本質的ではない。

第１図及び第２図に示されているように、参照番号１で
表されているスーパーチャージャはクランクシャフト２
によって駆動される。クランクシャフト２は任意の外力
を用いて回転される。エアーはクランクシャフト２の周
りに配置された流入用の開口部８を介して吸入され、四
つの流出用の開口部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを
介して排出される。クランクシャフト２の所定の回転速
度に対し、スーパーチャージャ１の中を圧送されるエア
ーの速度はクランクシャフト２の中を延びる制御棒（ｃ
ｏｎｔｒｏｌ　ｒｏｄ）　９の長手方向位置の関数であ
る。制御棒９が装置の中へ面方へ一杯まで押し込まれる
と、エアーは圧送されない。制御棒が引き扱かれると、
圧送されるエアーの吊はスーパーチャージャが有する性
能の最大限まで増大する。

四つの変位チャンバ（ｄｉｓｌ）ｌａｃｅｅｌｆ３ｎｔ
　ｃｈａｍｂｅｒ）　２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ
　（第６図を参照のこと）がクランクシャツ１−２の周
りに径方向に配置されている。各容積チャンバはその中
に方形のピストン２２ａ、２２ｂ、２２Ｃ，２２ｄを収
容している。ピストン２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ
は、チャンバの中に摺動可能に取付けられている。対向
する位置に配置されたピストンは互いに同期してクラン
クシ１シフト２から外側及び内側へ同時に移動し、動的
な平衡を帷持している。

第３図は容積チャンバ２３を形成している部材を示して
いる。エンドプレート１０．１１はクランクシャフト２
に対する取付用のベヤリングを形成している。エンドプ
レート１０．１１は内側鏡面を有し、この内側鏡面は容
積チャンバの対向する端壁を形成している。後ろ側の゛
エンドプレート１１は開口部８を有する。容積チャンバ
２３の側壁は、四つのっぽ付き（「１ｎｎｅｄ）の突起
部１２ｂｃ。

１２ｃｄ、１２ａｄ、１２ａｂによッテ形成すしている
。突起部１２ｂｃ、１２ｃｄ、１２ａｄ。

１２ａｂは同じ形を有する容積チャンバのつば付きのカ
バー１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを受容し、それら
を固定している。カバー１３は方形のｔｊｔ　１４を有
する。溝１４は突起部１２に設けられた長手方向のフラ
ンジ３のうちの二つを受容している。エンドプレート１
０．１１の端部は溝１４の中にも延びており、そこでス
クリュ（図示されていない）によって固定されている。

スクリュはカバー１３に設けられた間口部を通してエン
ドプレート１０．１１とねじで係合する。カバー１３の
それぞれに設けられている中央の方形の開口部１６は、
後述する排気ダクトを受容している。

これらの部材は、クランクシャフト、クランクピン、ポ
ートプレート、ピストン、シール及びベヤリングからな
る内部部材を組付けたあと、始めて固定され一体化され
る。内部部材を組付ける時、内部部材のまわりにはハウ
ジングがないため、装置を組立てるのに必要な時間は著
しく減少する。

紺付けの最後に、ガスケット材を溝１４の内側に充てる
。

第４図及び第５図は二つのクランクピン１８ｔ）Ｃ及び
二つのクランクピン１８ａｄを備えたクランクシャフト
２を示している。各クランクピンは寿命を延ばすために
シールされた耐摩耗性の軸受（ａｎｔｉｆｒｉｃ口ｏｎ
　５ｅａｌｅｄ−ｆｏｒ−１ｉｆｅ　ｂｅａｒｉｎｇ）
　１９の中に取付けられている。各軸受１９のまわりは
、ベヤリングハウジング２０ｂｃ、２０ａｄが囲んでい
る。ベヤリングハウジング２Ｑｂｃ、２Ｑａｄは後に説
明するように四つのピストンを駆動するためのフランジ
部を有する。第４図に示されているように、クランクピ
ン１８は偏心が最大の位置にあり、ピストン行程が最大
であり、従って最大のエアー移動墳が得られるような位
置にある。

べＡアリレグハウジング２０ｂｃ、２０ａｄの連結用フ
ランジの角度位置を除いて、四つのクランクピンは同じ
である。

クランクピン１８は円形形状を有し、中央には楕円形の
開口部（第６図参照のこと）が設けられている。この開
口部には駆動用ビン２１の一端を受容するキー満４６が
設けられている。駆動用ビン２１の他端は、クランクピ
ン１８の反対側の内側表面に当接している。駆動用ビン
２１はクランクシャフト２を貫いて径方向に自在に摺動
可能である。駆動用ビン２１は外部リセス４８を有する
。

外部リセス４８は駆動用ビン２１の長手軸に対して傾斜
している。同じように傾斜しており、制御用のくさび部
材５０と一体化されている突起部４９は組付けのために
二つの部分から形成されており、中空のクランクシャフ
ト２内を自在に摺動可能になってい゛る（第５図も参照
のこと）。

くさび部材５０上に設けられた突起部４９はクランクシ
ャフト２の軸に対しである角度を成して延びており、制
御棒９がクランクシャフト２の軸方向に移動されると、
突起部４９はクランクシャフト２の軸に沿ったある固定
点においてクランクシャフトの軸と直角な方向へ移動す
る。第５図に示されているように、突起部４９はクラン
クシャフト２の軸方向に対しＶ字形を有する図面の位置
において、クランクピンは最大行程の位置にある。

すなわち、ピストンが最大の移動を行う位置にある。制
御棒９が図面の位置から左方へ移動すると、四つのクラ
ンクピン１８すべての行程は同じ距離だけ減少する。参
照番号２１ｂｃで表される外側の二つの駆動用ビンは突
起部４９の作用によって上方へ押され、その結果、協働
するクランクピンをクランクシャフト２の軸中央へ近づ
け、協働するピストンのストローク長を短くする。これ
と同時に、残りの二つの内側の駆動用ビン２１ａｄは同
じ距離だけ下方へ移動され、他の二つのチャンバのピス
トン行程を短くする。

第５図かられかるように、制御棒９の位置は圧縮ばね５
２によって右方へ付勢されている。圧縮ばね５２はクラ
ンクシャフト２の中に配置されていて、固定されたプラ
グ５３と可動のスペーサ５４との間に延びている。スペ
ーサ５１がクランクシャフト２の中においてくさび部材
５０．５０−の内側端部の間に周動可能に配置されてい
る。クランクシャフト２内の可動部材は制御棒９の端部
から続（プて配置されている。すなわら、第１のくさび
部材５０′〈第２のくさび部材５０と鏡鍮関係にある）
、分離用のスペーサ５１、第２のくさび部材５０、可動
のスペーサ５４、圧縮ばね５２と続いている。これらの
部材はすべて、制御棒９によって左方に移動され、制御
棒９に加わる圧力が取り除かれると、圧縮ばね５２によ
って右方へ戻される。

第９図にはピストン２２の構造が図示されている。各ピ
ストン２２は容積チャンバ２３の一つの中に摺動可能に
取付けられている。ピストン２２はこれと一体化された
突起状のダクト２４を有し、ダクト２４はカバー１３（
第３図参照のこと）の一つに設けられた開口部１６の中
へ活動する。ダクト２４は、機械的強度を付与するため
に二つの部分に分割された開口部３１を有する。ピスト
ン２２には参照番号３２．３３で表された細長い二組の
開口部が設けられている。これらの開口部３２．３３も
また機械的強度を増ずだけのために二つの部分に分割さ
れている。開口部３２．３３の多対は、互いに協働して
単一の流出あるいは流入ポートを形成している。

ピストン２２の内側表面には自己潤滑式の羽根ライナ（
ｗｅａｒ　ｓｔｒ＋ｐ）３４が設けられている。羽根ラ
イナ３４には、ピストン２２に設けられた開口部（第９
図参照のこと）に対応する開口部が設けられている。

流出ポート及び流入ポートを制御し、ピストン２２に駆
動力を伝達するために、羽根ライナ３４の内側表面に接
するようにポートプレート３５が配置されている。ポー
トプレー１・３５の外側表面に設けられたリセス３６は
、協働する容積チャンバ２３とダクト２４の開口部３１
との間のエアー流を制御する。ピストン２２が上部のデ
ッドセンタ（ｄｅａｄ　ｃｅｎｔｅ、ｒ）位置、及び下
部のデッドセンタ位置にある時、ポートプレート３５の
リセス３６はちょうど開口部３１の下に配置され、間口
部３１を容積チャンバ２３からシールする。ピストンが
移動して容積チャンバ２３内の圧力を増大させる時、ピ
ストン２２が行程の中央にあると、ポートプレート３５
は開口部３２がポートプレート３５の表面によって閉じ
られるような位置に配置される。一方、この時開口部３
３はリセス３６を介して開口部３１へ連結される。容積
チャンバ２３内のエアーはダクト２４を介して所望の収
集装置へ排出される。四つのダクト２４から排出された
エアーを集めるために外部ハウジング（図示されていな
い）を設けてもよい。戻り行程においてピストン２２が
行程の中央にある時、開口部３３及び開口部３１はポー
トプレート３５によって閉じられる。一方、この時開口
部３２は容積チャンバ２３に連通し、チャンバの容積が
増大するとクランクケースからチャンバへエアーが流入
可能になる。

ピストン２２は容積チャンバ２３の側壁に接触しないよ
うになっているが、それでも効果的に耐摩耗シールを形
成していることは重要である。この目的のために、ピス
トン２２のまわりの渦２５（第９図を参照のこと）には
シール（第７図及び第８図を参照のこと）が取付けられ
ている。このシールは、参照番ｇ″ｉ２６で表されたＣ
字形の断面を有する細長い金属製のばねを有する。適当
なエラストマ材料から形成されたＯリング３０（第１２
図参照のこと）がばね２６の中に取付けられている。ば
ねの自由端２７に当接するようにビス１ヘンリング２８
が配置されている。ピストンリング２８はＯリング３０
とも係合している。このピストンリング２８は、第１１
図に示されているように四つの分離したＬ字形部材から
形成されている。

ピストン２２の異常な横方向力に抗し、ピストン２２が
容積チャンバ２３の側壁に触れないようにするため、ば
ね２６は加わる力に対して非線形に作用する。第１０図
は加えられる負荷の関数として、ばね２６の自由端２７
の撓みを示している。

第７図に示されているように、アーム状の二つの自由端
２７の支点は、溝２５の長手方向中央に位置する。ピス
トンリング２８が溝２５の中に挿入され、ばね２６がピ
ストンリング２８の圧縮力によって撓むと、第８図に示
されているように支点はフラットになる。また、自由端
２７の有効長さは段々短くなり、Ｒ後にはばね２６の曲
線状の自由端２７のみが弾力性を示すようになる。ビー
ムのスティフネス（ｓｔ　１ｒｒｎｅｓｓ）はビームの
長さの三乗に逆比例するため、ばね２６のステイフネス
は撓みとと６にほぼ指数関数的に増大する。Ｏリング３
０は単一部材からなる方形の０リング、あるいは第１２
図に示されているようにとめつぎ角ｆｍｉｔｅｒｅｄ　
ａｎｄ　ｂｏｕｎｄ　ｃｏｒｎｅｒｓ）を有する４つの
部材から形成されている。

容積チャンバ２３の壁とピストン２２との間の隙間はピ
ストンがチャンバの壁に決して当らず、自己潤滑材から
形成されたピストンリング２８のみが容積チャンバ２３
の壁に触れるように、十分に広くとられていなければな
らない。通常の状態ではピストンリング２８に少し圧力
を加えるだけでピストン−リング２８をチャンバの壁に
接触させた状態に維持することができ、摺動抵抗を極力
小さくした状態でシールを行なうことができる。急激な
スター］・や圧カザージ、あるいはそれ以外の理由によ
り、横方向負荷が加わった場合には、ばね２６はさらに
圧縮されて指数関数的に大きく１尭み、ピストン２２が
チャンバの壁に接融することを防止する。

カバー１３の間口部１６（第３図参照のこと）には、寸
法を除いて前述したしのと同じシール装置が設（プられ
ている。間口部１６の内側周囲に設けられた溝には、前
述したシールばね及びエラストマからなるシール材が取
付けられている。このシールは突起状のダク１−２４の
外側の壁（第９図参照のこと）と接触しており、自己ｆ
ｆ７１　滑シールを形成している。

各ポートプレート３５は二つの羽根ライナ３８〈第５図
参照のこと）によってビスｉ・ン２２ど隣接して横方向
にガイドされ、ダウンストローク時には二つの羽根ライ
ナ３９によって軸方向にガイドされる。羽根ライナ３９
はプリロードが与えられ、二つのばね（ｓｐｒｉｎｇ　
５ｔｒｉＤ）４０によってビストン２２の下側に付勢さ
れている。ばね４０はスクリュ（図示されていない）を
用いてピストン２２に固定されている。

ピストン２２をクランクピン１８へ連結するために離間
して設けられた脚部４１（第９図参照のこと）が用意さ
れている。ピストン２２ｂ、２２Ｃはポートプレート３
５ｂ、３５ｃの脚部４１ｂ。

４１Ｃによって二つのベヤリングハウジング２０ｂｃ（
第４図参照のこと）の一部を形成するベヤリングフラン
ジに連結されている。脚部４１は適当なボルト（図示さ
れていない）あるいは他の装置によってハウジングのフ
ランジに連結されている。互いに隣接し、互いに直交す
る経路を移動する二つのピストン２２ｂ、２２ｃは同じ
ベヤリングハウジング２０ｂＣの組に連結されている。

対向するピストンは動的な平衡をとるために互いに反対
の方向へ同時に移動するため、それらは同じベヤリング
ハウジングに連結することはできない。

池の二つのピストン２２ａ、２２ｄは脚部４１ａ４１ｄ
（第５図及び第６図を参照のこと）によって、互いの距
離が最も近くに配置されている二つのベヤリングハウジ
ング２０ａｄ　（第４図も参照のこと）に連結されてい
る。こうした方法によって、ピストンに対する所望の運
動を互いに千渉づることなく行なわせることができる。

動作時にはクランクシャフト２が回転することによって
、クランクピン１８はポートプレート３５を駆動し章ｆ
、！Ｊ（ｎｕｔａｔｅ）さ往る。この駆動の全行程距離
はクランクピン１８の行程の２倍に等しい。

この距離はクランクシャフト２の中央から離れる方向に
駆動用ビン２１を動かすことによって制御される。第５
図に示すように、制御棒９がくさび部材５０．５０”を
左方へ一杯まで押し、制御棒９の端部が駆動用ビン２１
ｂｃに最も近づくと、駆動用ビン２１は一杯に引込めら
れ、クランクピン１８の行程はゼロになり、ピストン２
２はストロークの中火の位置に停止する。この時、エア
ーの移動はない。

圧縮ばね５２の力によって制御棒９が右方に移動可能に
なると、くさび部材５０．５０′及び突起部４９が駆動
用ビン２１をクランクシャフト２の中心線から離れる方
向に付勢する。この結果、クランクピン１８の行程は増
、太し、ピストンは移動をＩｉ？！始する。ピストンの
全行程距離はクランクピン１８の行程の２倍に等しい。

キー満４６（第６図を参照のこと）内側に駆動用ビン２
１の一端が係合することによって、クランクシャツ１〜
２とクランクピン１８との間でトルクの伝達が行なわれ
る。クランクピン１８とクランクシャフト２との間の径
方向の力は駆動用ビン２１に設けられた外部リセス４８
に突起部４つが係合することによって伝達される。

クランクシャフト２内側の制御棒９の長手方向の位置を
変えることによって、駆動用ビン２１は最も引込ｌυだ
位置（ゼロ変位）から最も伸びた位置（最大変位）まで
の任意の位置を選択することができる。

ピストン２２ｂ、２２ｃに対する第１のピストン駆動ア
センブリは、駆動用ビン２１ｂＣ１これと協働するくさ
び部材５０．５０′、及びベヤリングハウジング２０ｂ
ｃを有する。ベヤリングハウジング２０ｂｃは最ら離間
した脚部４１ｂ、４１Ｃを介してピストン２２ｂ、２２
Ｃのポートプレーｔ−３５ｂ、３５ｃヘボルト止めされ
ている。

ピストン２２ａ、２２ｄに対する第２のピストン駆動ア
センブリは駆動用ビン２１ａｄ１これと協働するくさび
部材５０．５ＣＩ、及びベヤリングハウジング２０ａｄ
を有する。ベヤリングハウジング２０ａｄは最も近接す
る脚部４１ａ、１１ｄを介してピストン２２ａ、２２ｄ
のポートプレート３５ａ、３５ｄにボルト止めされてい
る。これら二つの駆動アセンブリは、制御棒９を直線的
に移動させると、２組のクランクピン１８ｂｃ、１８ａ
ｄが同じ距離だけ、しかし反対の方向に伸びたり、引込
んだりするような配置になっている。

このように二つの対向するピストンは常に同じ距１１だ
け同じ速度で反対の方向へ移動し、完全に動的な平衡を
保っている。

第１３図はクランクシャフト２が１２時の角麿方向にあ
る場合を示している。クランクピン１８はすべで最も伸
びた状態にあり、クランクシャフト２の軸から遠く離れ
た位置にある。下部のデッド位置（ｄｅａｄ−ｂＯｔｔ
ｏｌｌ　１）Ｏ３ｉｔｌＯｎ）にある１２時方向のピス
トン２２ｂは整合用のポートプレート３５ｂを介してベ
ヤリングハウジング２０ｂＣに連結されている。ベヤリ
ングハウジング２０ｂｃは二つの脚部４１ｂを介して最
も離間しているベヤリングハウジングである。ベヤリン
グハウジング２０ｂｃは径方向へクランクシャフト２の
中心線から最もずれている。

同じ間隔を有する別の相の脚部４１ｃが同じベヤリング
ハウジング２０ｂＣに連結されている。

この脚部４１Ｃはポートプレート３５ｂのｌｌ１部４１
ｂと９０度をなす方向へ延びている。これらの脚部４１
ｃは３時方向のピストン２２Ｃに連結されている。ピス
トン２２ｃはそれが行うストロークの中央位置にある。

下部のデッド位置にある６時方向のピストン２２ｄはそ
のポートプレート３５ｄを介して脚部４１ｄによって互
いの間隔が最も狭いベヤリングハウジング２０ａｄに連
結されている。ピストン２２ｄと協働するクランクピン
はピストン２２ｂ。

２２Ｃと協働するクランクピンから反対方向へ最大限に
ずれた位置にある。

９時方向のピストン２２ａはそのポートプレート３５ａ
を介して脚部４１ｄと９０度をなす方向へ延びる脚部４
１ａによって同じベヤリングハウジング２０ａｄへ連結
されている。ピストン２２ａはそれが行なうストローク
の中央位置にある。

前述したようにクランクシャフト２が１２時方向の位置
にいると、ポートの全ての間口部３１ｂ３２ｂ、３３ｂ
はポートプレート３５ｂによってシールされる。６時方
向のピストン２２ｄと協働する開口部３１ｄ、３２ｄ、
３３ｄもまたシールされる。容積チャンバ２３Ｃ，２３
ａは開口部３２Ｇ、３２ａを介してクランクケース３７
に連通される。

クランクシャフト２が時計方向に回転すると、全てのポ
ートプレート３５へ同時に単動が加えられる。１２時及
び６時方向のピストン２２ｂ、２２ｄはクランクシャフ
ト２の軸から離れる方向へ移動し、対応する容積チャン
バ２３ｂ、２３ｄの変位を減少させる。３時及び９時方
向のピストン２２ａ、２２Ｃはスーパーチャージャの中
央へ向りで移動し、対応する容積チャンバ２３ａ、２３
Ｃの変位を増大させる。１２時方向のピストンのポート
プレート３５ｂは第１３図のように左方へ摺動し、開口
部３３ｂを開き、容積チャンバ２３ｂをポートプレート
３５ｂに設けられたリセス３６ｂによってｔｆ１口部３
１ｂに連結し、容積チャンバ２３ｂからエアーを排出す
る。

６時方向のポートプレーｈ　３５　ｄは右に向けて摺動
し、開口部３３ｄを問いて、容積チャンバ２３ｄをボー
］・プレート３５ｄのリセス３６ｄを介して６１０部３
１（ｊに連結し、容積チャンバ２３ｄからエアーを排出
する。３時方向のピストンのポートプレート３５Ｃは第
１３図に示すように上方へ閉動し開口部３２Ｃをシール
し始める。９時方向のピストンのポートプレート３５ａ
は下方へ摺動して開口部３２ａをシールし始める。

第１４図は９ＦＪ？ｆ方向の位置にあるクランクシャフ
ト２を示している。１２時及び６時方向のビス（・ン２
２ｂ、２２６は下部のデッド位置からス１へローフ中央
位置まで移動し、ポートプレート３５ｂ、３５ｄは開口
部３３ｂ、３３ｄ−１−０１１いて容積チャンバ２３ｂ
、２３ｄ内のエアーをリセス３６ｂ、３６ｄ８経由して
間口部３１ｂ、３１ｄから排出する。１；））口部３２
ｂ、３２ｄはシールされている。３時及び９時方向のピ
ストン２２ａ、２２Ｃは下部のデッド位置にあり、間口
部３１ａ、３１ｃ、３２ａ、３２ｃ、３３ａ、３３ｃは
ツヘテシールされている。

第１５図は６時方向にあるクランクシャフト２を示して
いる。６時及び１２時方向のピストン２２ｂ、２２ｄは
上部のデッド位置にある。エアーはすべて各容積チャン
バ及び開口部３１６．３１ｂ、３２ｄ、３２ｂ、３３ｄ
、３３ｂから排出される。

３時及び９時方向のピストン２２Ｇ、２２ａは下部のデ
ッド位置から移動し、スーパーチャージャの中央から離
れ、容積チャンバ２３Ｃ，２３ａの変位を減らす。ポー
トプレート３５Ｃ，３５ａは開口部３３ｃ、３３ａを開
き、エアーは開口部３１Ｃ，３１ａを介して排出される
。

第１６図は９時方向にあるクランクシャフト２を示して
いる。１２時及び６時方向のピストン２２ｂ、２２ｄは
上部のデッド位置からスーパーチャージャの中央に向１
プて移動しており、容積チャンバ２３ｂ、２３ｄの変位
を増大させている。開口部３２ｂ、３２６は開いており
、エアーはクランクケース３７から容積チャンバ２３ｂ
、２３ｄの中に引き込まれる。開口部３１ｂ、３１ｄ、
３３ｂ、３３ｄはシールされている。３時及び９時方向
のピストン２２ｃ、２２ａは下部のデッド位置に移動し
ており、すべてのポートはシールされている。

排出及び吸入のポートはクランクシャフトの回転方向に
よって決まる。クランクシャフトの回転方向を逆にする
と、エアーの流れる方向が逆転する。第１図を参照する
とわかるように、クランクシャフト２が時計方向に回転
すると、エアーは開口部８を介して吸い込まれ、間口部
３１を介して排出される。

この発明の装置をいままではスーパーチャージャとして
説明しくきた。しかし、空゛気圧力を開口部８あるいは
開口部３１に加えると、平衡の取られた回転運動がクラ
ンクシャツｌ−２に伝達され、装置はモータとして動作
する。

ピストンの運動は各ビス（〜ンを駆動するための二つの
離間したクランクピンを使用することによって安定化す
ることができる。この駆動機構によって一つの平面内に
おいてピストンが安定化される。一方、ピストンはエア
ーをピストンチャンバへ排気したり吸入したりするダク
ト２４によって垂直な平面における安定化が行なわれる
。

クランクピンに連結されているのがポートプレート３５
である駆動システムにおいては、ピストンを駆動すると
同時に、ピストンの動きと必要な同期をとってポートを
駆動する簡単かつ有効な方法が提供されている。また、
圧縮サイクルにおいて、ポートプレートに加わる力によ
ってピストンチャンバに対するシール圧力を増大させる
ことができる。

単動によって、各ポートプレートには２つの平面内にお
ける移動が加えられる。すなわち、１つは協働するピス
トンの軸に垂直であり、垂直移動と呼ばれる移動が、も
う１つは前記軸に平行であり、平行移動と呼ばれる移動
が加えられる。平行移動の直線速度はクランクシャフト
２の回転角度の■−弦に比例し、直線移動の直線速度は
クランクシャフト２の回転角度の余弦に比例する。従っ
て、平行移動は垂直移動が１口の時に最大の速度になり
、垂直速ｊＳ１は平行移動がゼロの時に最大の速亀にな
る。ポートプレート３５の垂直移動は容積チャンバ２３
に対するエアーの排気及び吸入に対するバルブの作用を
行なう。平行移動はピストン２２の駆動を行なう。

ピストンの直線速度はクランクシャフトの角度の正弦関
数であり、ポートプレー１−３５の直線速度は前記角度
の余弦関数であるため、ピストン２２がストロークの中
央位置にあり、最大の速度を有する時、最大！６の流体
が吸入、排出される。また、この時ポートプレートの速
度はゼロであり、ポートの間口部は完全に開いて最も流
れ易くなっている。

二対のピストンは反対に動作し、一方の対のピストンが
エアーを吸入する時、他方の対のピストンはエアーを排
出する。クランクシャフト２が１回回転する間に２つの
吸入パルスと２つの圧力パルスが存在する。

ここで説明されているピストンの形状及び数は単に例示
的なものである。直列に配置された（ｉｎｌｉｎｅ）　
、あるいは４字に配置された（ｉｎ　ｑｕａｄｒａｎｔ
）任意の数の対になったピストンを用いることができる
。また、ピストンは任意の形状を有することができる。

しかし、多くの場合、方形形状を有するピストンを４つ
使用すると都合のよいことが多い。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は本発明の
一実施例の装置の斜視図、第２図は第１図に示した装置
の反対側から見た斜視図、第３図は容積可変チャンバを
構成するモジュラ一部材の分解斜視図、第４図はクラン
クシャフトをピストンの最大行程に対応して調節したク
ランクピンとともに示した斜視図、第５図は装置の断面
図、第６図は第５図の６−６線所面図、第７図はピスト
ンリングのシールを圧縮力が加わっていない状態で示し
た拡大図、第８図はピストンリングのシールに最大圧縮
力が加わった状態を示す第７図と同様な拡大図、第９図
はピストン摩耗プレート及びポートプレートアセンブリ
の一つを示す分解斜視図、第１０図は第７図〜第９図に
示したピストンリングの負荷−撓み特性曲線を示す図、
第１１図はピストンリングを構成する４つの部材の斜視
図、第１２図は第７図及び第８図に示した一体の弾性シ
ールの平面図、第１３図はピストン−クランクピン−ク
ランクシャフトアセンブリをクランクシャフトが時計の
１２時の位置に位置した状態で示した断面図、第１４図
はクランクシャフトが３時の位置に位ｎした状態を示す
第１３図と同様な断面図、第１５図はクランクシャフト
が６時の位置に位置した状態を示す第１３図と同様な断
面図、第１６図はクランクシャフトが９時の位置に位置
した状態を示す第１３図と同様な断面図である。 １・・・スーパーチャージャ ２・・・クランクシャフト ３・・・フランジ ８．１６．３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ・・・開口
部９・・・制御棒 ０．１１・・・エンドプレート ２・・・突起部 ３ａ、１３ｂ、ｔ３ｃ、１３ｄ　−・・ガバー４．２５
・・・溝 ８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ　−・・クランクピン９
・・・軸受 ２０ｂｃ、　２０ａｄ・・・ベヤリングハウジング２１
ｂｃ、２１ａｄ　−・・駆動用ピン２２ａ、２２ｂ、２
２ｃ、２２ｄ　−・・ピストン２３ａ、２３ｂ、２３ｃ
、２３ｄ　−・・容積チャンバ２４・・・ダクト ２６、４０・・・ばね ２１・・・自由端 ２８・・・ピストンリング ３０・・・０リング ３４．３８．３９・・・羽根ライナ ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ　−・・ポートプレー
ト３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ−・・リヒス３１・
・・クランクケース ４１ａ、４１ｂ、ｌｃ、４１ｄ　−・・脚部４６・・・
キー満 ４８・・・外部リセス ４９・・・突起部 ５０．５０°・・・くさび部材 ５１．５４・・・スペーサ ５２・・・圧縮ばね ５３・・・プラグ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、クランクシャフトと、 前記クランクシャフトを取り囲むクランクケースと、 カバー、このカバーを貫通する外部ポート、第１及び第
   ２内部ポートを有するピストン、及び相互に離間された
   第１及び第２レッグを有するとともに前記ピストンに隣
   接してスライド可能に配置されたポートプレートを含む
   容積室と、 前記クランクシャフト上に配置された第１及び第２偏心
   ドライブ装置と、 前記第１及び第２レッグを前記第１及び第２ドライブ装
   置に対して連結するための連結装置と、を有し、前記ク
   ランクシャフトが回転されると、前記ポートプレートが
   スライドされ、これに伴い前記ポートが選択的に開閉さ
   れ、かつ前記ピストンが前記ポートプレートのスライド
   面に対して垂直方向に駆動される流体用可変容積型装置
   。 ２、前記ポートプレートが溝型通路を有し、前記ポート
   プレートが第１位置にあるときには、前記外部ポートが
   その溝型通路及び前記第１内部ポートを通じて前記容積
   室に連通され、かつ前記ポートプレートが第２位置にあ
   るときには、前記外部ポートと前記容積室との連通が遮
   断される特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、前記ポートプレートが、 第１スライド位置と、 第２スライド位置と、 第３スライド位置と、 を有し、前記第１スライド位置においては、前記第１内
   部ポートが前記容積室と前記外部ポートとを連通させる
   導管として作用し、前記第２スライド位置においては、
   前記第２内部ポートが前記容積室と前記クランクケース
   とを連通させる導管として作用し、前記第３スライド位
   置においては、前記第１及び第２内部ポートが閉止され
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４、前記ピストンが外部溝を有し、かつ前記ピストンを
   前記容積室内でスライド可能な状態にシールするための
   シール装置が設けられ、前記シール装置は、 前記容積室内に配置された弾性部材と、 前記弾性部材を少なくとも部分的に取り囲むばね部材と
   、 前記ばね部材及び弾性部材と係合するピストンリングと
   、 を有する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５、前記ばね部材が断面Ｃ字状に形成され、その基部は
   前記ピストンの外部溝の底壁に隣接配置され、その両端
   部は前記ピストンリングに当接されている特許請求の範
   囲第４項記載の装置。 ６、前記ピストン及び容積室が直方体状である特許請求
   の範囲１項記載の装置。 ７、前記各偏心ドライブ装置が、 前記クランクシャフトに対して半径方向に動作する動作
   部材と、 前記クランクシャフトを取り巻くように配置されるとと
   もに前記動作部材の半径方向位置の関数として決まる前
   記クランクシャフトに対する偏心位置を有するクランク
   ピンと、 を有し、さらに、 前記ピストンの行程を変化させるための制御装置が設け
   られ、この制御装置が、 前記クランクシャフトの軸に沿つて動作可能な調節可能
   な制御部材と、 前記クランクシャフトの軸方向に動作可能な前記制御部
   材の制御作用の下、前記クランクピンの半径方向の位置
   を調節して前記ピストンのエクスカーションを変化させ
   るための調節装置と、を有している特許請求の範囲１項
   記載の装置。 ８、前記ピストンと一体状に形成され、前記外部ポート
   の経路を限定する突起と、 前記カバーを前記突起の回りにスライド可能にシールす
   るシール装置と、 が設けられ、前記離間された第１及び第２レッグによつ
   て第１方向へのピストンのねじれが防止され、前記突起
   によつて前記第１方向に対して直角な第２方向へのピス
   トンのねじれが防止される特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ９、クランクシャフトと、 前記クランクシャフトを取り囲むクランクケースと、 第１及び第２室と、 相互に離間された第１及び第２レッグを有し、前記第１
   室内にスライド可能に配置された第１ピストンアセンブ
   リと、 相互に離間された第３及び第４レッグを有し、前記第２
   室内にスライド可能に配置された第２ピストンアセンブ
   リと、 前記クランクシャフト上の離間した位置において前記第
   １及び第２レッグに連結され、前記第１ピストンアセン
   ブリを往復動させる第１ピストンドライブ装置と、 前記クランクシャフト上の離間した位置において前記第
   ３及び第４レッグに連結され、前記第２ピストンアセン
   ブリを往復動させる第２ピストンドライブ装置と、 を備えた流体用可変容積型装置。 １０、前記各ピストンが直交する軸に沿つて往復動する
   特許請求の範囲第９項記載の流体用可変容積型装置。 １１、前記第１及び第２ピストンドライブ装置が前記ク
   ランクシャフト上において同じ距離だけ離間されている
   特許請求の範囲第１０項記載の流体用可変容積型装置。 １２、前記クランクシャフト上の前記第１及び第２レッ
   グが同じく前記第３及び第４レッグを取り囲んでいる特
   許請求の範囲第９項記載の流体用可変容積型装置。 １３、前記各ピストンが共通の軸に沿つて往復動する特
   許請求の範囲第１２項記載の流体用可変容積型装置。 １４、前記各ピストンが前記クランクシャフトに対して
   対向する方向へ同時に往復動する特許請求の範囲１２項
   記載の流体用可変容積型装置。 １５、前記第１ピストンドライブ装置が、 前記軸に対して所定の角度で延びる第１及び第２可変カ
   ップリング部材をし、前記クランクシャフトの軸の方向
   に動作可能な第１及び第２行程制御部材と、 前記第１及び第２可変カップリング部材に対してスライ
   ド可能に連結され、半径方向に動作可能な第１及び第２
   動作部材と、 前記クランクシャフトに連結され、前記第１及び第２動
   作部材の制御の下、このクランクシャフトに対して半径
   方向に調整可能な相互に離間された第１及び第２偏心ド
   ライブ装置と、 前記第１及び第２レッグを前記第１及び第２偏心ドライ
   ブ装置にそれぞれ連結するための連結装置と、 を有し、前記第２ピストンドライブ装置が、前記軸に対
   して所定の角度で延びる第３及び第４可変カップリング
   部材を有し、前記クランクシャフトの軸の方向に動作可
   能な第３及び第４行程制御部材と、 前記第３及び第４可変カップリング部材に対してスライ
   ド可能に連結され、半径方向に動作可能な第３及び第４
   動作部材と、 前記クランクシャフトに連結され、前記第３及び第４動
   作部材の制御の下、このクランクシャフトに対して半径
   方向に調整可能な相互に離間された第３及び第４偏心ド
   ライブ装置と、 前記第３及び第４レッグを前記第３及び第４偏心ドライ
   ブ装置にそれぞれ連結するための連結装置と、 を有し、さらに、 前記第１、第２、第３及び第４行程制御部材を同時に動
   作させるための制御装置が設けられ、前記第１及び第２
   ピストンアセンブリのエクスカーションが調節される特
   許請求の範囲第９項記載の流体用可変容積型装置。 １６、前記第１及び第２ピストンアセンブリが共通の軸
   に沿って往復動する特許請求の範囲第１５項記載の流体
   用可変容積型装置。 １７、前記第１及び第２ピストンアセンブリが直交する
   軸に沿つて往復動する特許請求の範囲第１５項記載の流
   体用可変容積型装置。 １８、容積室を形成する段階と、 前記容積室内に複数の流体ポートを有するピストンを配
   置する段階と、 前記ピストンを前記容積室内において所定の軸に沿つて
   往復動させると同時にこのピストンがその軸に対して回
   転しないようにピストンをガイドする段階と、 複数の流体ポートを有するポートプレートを前記ピスト
   ンに対面した状態で配置する段階と、前記ポートプレー
   トを前記軸に対して並行及び交差した状態で動作させる
   と同時にこのポートプレートが前記軸に対して回転しな
   いようにポートプレートをガイドする段階と、 前記ポートプレートを円運動させる段階と、を有し、前
   記ピストンに隣接するポートプレートの面が円軌道に沿
   つて運動すると同時に前記軸に垂直な面内に保持され、
   前記ポートプレートの横方向の運動成分により前記ピス
   トンの流体ポートに対する前記ポートプレートの流体ポ
   ートの整合状態を周期的に変化させ、かつ前記軸に並行
   な前記ポートプレートの運動成分により前記ピストンが
   往復動される流体排除方法。 １９、吸入ポート及び排出ポートを有する第１及び第２
   室を共通の軸に沿って対向状に配置する段階と、 前記吸入ポートを同時に開放する段階と、 前記排出ポートを同時に閉止する段階と、 前記各室の容積を同時に増加させ、前記各室内に流体を
   吸入する段階と、 前記吸入ポートを同時に閉止する段階と、 前記排出ポートを同時に開放する段階と、 前記各室の容積を同時に減少させ、前記排出ポートを通
   じて流体を排出する段階と、 を有する制御流れの形成方法。 ２０、内壁を有するハウジングと、 外部溝を有し、前記内壁に隣接して配置されたスライド
   部材と、 前記外部溝内に配置された断面Ｃ字状のばね部材と、 前記ばね部材内に配置された弾性部材と、 前記内壁に対してスライド可能に係合する第１面、及び
   前記弾性部材及び前記ばね部材の自由端と係合する第２
   面を有するシール部材と、 を有する自己潤滑性シール装置。