JPH0335499B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 切欠き扇部４１を備える円柱部分４０を有して
いる第１のピストン部材１と、切欠き扇部４１内
に挿入される扇形部分４２を有している第２のピ
ストン部材２とから成るピストン装置であり、両
ピストン部材１，２が共通の軸線Ａの回りを回転
し、両ピストン部材１，２間に可変幅の少なくと
も１つの燃焼室４３を形成するようになつている
前記ピストン装置によつて、出力軸２１を駆動す
るための装置において、各ピストン部材１，２
が、ハウジングリング３９の内歯３８と、出力軸
２１に連結された太陽歯車２０とに噛合している
遊星歯車１６，１８に偏心して連結されているこ
とを特徴とする装置。

２ 切欠き扇部４１の角度ｗは扇形部分４２の角
度ｖよりも大きいことを特徴とする請求の範囲第
１項記載の装置。

３ 切欠き扇部４１の底部には溝４４が形成され
ており、扇形部分４２がビードストリツプ４５に
より前記溝内に支持されていることを特徴とする
請求の範囲第２項記載の装置。

４ ビードストリツプ４５はシールストリツプを
収容するクラウン溝４６を有していることを特徴
とする請求の範囲第３項記載の装置。

５ ピストン部材１，２は、少なくとも１つの燃
焼ガス用出口４９を有すると共に少なくとも１つ
の燃焼用入口５０を有するハウジング３内で回転
することを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項
のいずれか１項に記載の装置。

６ 角度ｚを有する燃焼室４３を互いに共働して
形成する切欠き扇部４１の内面及び扇形部分４２
の外面のいずれかに、点火装置が割り当てられて
いることを特徴とする請求の範囲第５項記載の装
置。

７ 少なくとも１つの点火装置４８がハウジング
３に配置されていることを特徴とする請求の範囲
第５項記載の装置。

８ ２つの出口４９及び２つの入口５０が、２つ
の点火装置４８毎に相対して設けられていること
を特徴とする請求の範囲第７項記載の装置。

９ 一方の燃焼室４３ｂが点火される時に他方の
燃焼室４３ａが入口５０と連通され、次の位置に
おいて、燃焼室４３ｂが出口４９と連通されてい
る時に他方の燃焼室４３ａが点火され、更に次の
位置において、燃焼室４３ｂが入口５０に位置し
て他方の燃焼室４３ａが出口４９に位置するよう
に、角度ｗ，ｖと、点火装置４８、出口４９及び
入口５０の配置とが選択されていることを特徴と
する請求の範囲第６項〜第８項のいずれか１項に
記載の装置。

１０ 前記各位置は、ピストン装置の360度回転
中に少なくとも２度得られることを特徴とする請
求の範囲第９項記載の装置。

１１ 各円柱部分４０には少なくとも１つの扇形
部分４２が一体化されており、従つて、その各々
が、少なくとも１つの扇形部分４２及び円柱部分
４０を有するピストン部材となつていることを特
徴とする請求の範囲第１項〜第１０項のいずれか
１項に記載の装置。

１２ ピストン部材１，２は肘形レバー要素１
５，１７を介して遊星歯車１６，１８に連結され
ていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１
１項のいずれか１項に記載の装置。

１３ 遊星歯車１６，１８は軸受２４内の歯車軸
２５で支持され、軸受２４は回転円板２６の一部
であり、回転円板２６は、該回転円板２６とハウ
ジングシエル２８との間の主軸受２７内で回転す
ると共に、軸受２３内を出力軸２１により貫通さ
れていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第
１２項のいずれか１項に記載の装置。

１４ 出力軸２１は、少なくとも始動のために、
クランク３１と、回転円板３５に接続される歯車
３４とによつて回転され得ることを特徴とする請
求の範囲第１項〜第１３項のいずれか１項に記載
の装置。

１５ 各ピストン部材１，２の端面は、一方のピ
ストン部材に固定されるが他方のピストン部材に
は接触せず且つ２つのピストン部材１，２が互い
に対して動けるように細長い穴１２または溝１９
を有している円板９，１４によつて覆われている
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第１４項の
いずれか１項に記載の装置。

明細書 この発明は、ピストンと中間駆動歯車によつて
回転子を駆動するための装置に関するものであ
る。

いわゆるオツトー・エンジンは周知のものであ
る。このエンジンにおいては、クランクシヤフト
またはカムシヤフトが、シヤフトの軸線に対して
半径方向に動く数個のピストンを介して駆動され
る。このエンジンは、一定の機関性能を達成する
ために、シリンダ、入口、出口および点火装置を
有するピストンを、複数個設けなければならない
という欠点があつた。他方、カムシヤフトへの半
径方向の伝動は、通常、満足いくものではない。
オツトー・エンジンは、往復機関またはロータリ
ーエンジンの形態であり、４行程または２行程の
原理に基づいて作動する。４行程の原理は、吸込
み、圧縮、点火と爆発、および、排気とから成
る。

ロータリーエンジンは周知であり、そのピスト
ンは連続回転運動を行う。この一例としてはワン
ケル（wankel）のエンジンがあり、トロコイド
ハウジング内に偏心して設けられている正三角形
の回転ピストンが、中心点の回りを公転すること
により回転し、中心点それ自体が同時に回転運動
を行う。この作動過程は４行程の原理に基づき、
作動室内で行われる。作動室は、回転ピストンと
ハウジングの壁面との間に配置され、容積が変化
し、且つ、回転ピストン部材により制御されるハ
ウジングの入口スロツトと出口スロツトと共同し
てガス交換、即ち、吸込み、圧縮、膨張および排
気を行う。ロータリーエンジンの往復機関よりも
優れている点は、構成部材の数が少なく、所々に
移動する物が省かれ、弁装置が省かれ、寸法が小
さくされ、重量が軽減されている点である。しか
しながら、他方、このロータリーエンジンは、製
造費が高く、シールが不完全であるという問題点
があり、また、熱損失の高い好ましくない燃焼室
を具備し、特に、排気ガスに多量の不完全燃焼に
よる炭化水素とHCを含有している。

この発明の目的は、少数の構成部材であるが、
効率が良く、軽量小型で、カムシヤフトやクラウ
ンシヤフトなしで作動する新規な駆動ユニツトを
開発することにある。特に、ピストンの面摩擦を
減じるが、発動行程を数倍に増加させることを目
的としている。

この目的は、ピストンが、燃焼室を共同して形
成する２つのピストン部材から成る場合に達成さ
れる。この２つのピストン部材は共通の軸線の回
りを回転し、燃焼室の広さは可変である。

扇形部分の形態の第２のピストン部材が挿入さ
れる切欠き扇部を具備する円柱部分の形態を、第
１のピストン部材が呈し、且つ、切欠き扇部の角
度が扇形部分の角度よりも大きいことが、上記目
的に対して最も効果的であることが確認されてい
る。角度の違いは燃焼室の広さを決定し、これに
よつて、勿論、モータの出力を変化させることが
できる。同様に、２つのピストン部材の360度の
回転が、４行程サイクル、即ち、吸込み、圧縮、
点火および排気を実行するようになつている。こ
の４行程サイクルは、360度回転毎に少なくとも
２回観察されるのが好適であるが、更に増やすこ
とは可能であり、この発明の範囲内にある。

ピストン部材は、少なくとも１つの円柱部分と
１つの扇形部分とを連続して有するような形にさ
れるのが好ましい。この配列は、勿論、数倍に再
現されてもよい。そして、各円柱部分または扇形
部分は、他のピストン部材の円柱部分または扇形
部分に割り当てられる。この結果、ピストンはプ
リズムのような外観を呈する。

伝動のために、各ピストン部材は遊星歯車に連
結され、この遊星歯車は、回転子に連結された太
陽歯車と摩擦結合を形成する。このようにする
と、従来のカムシヤフトが不要となるので、これ
はこの発明の別の重要な面を含んでいる。遊星歯
車は、それ自体、１段の歯車である。これによつ
て、駆動ユニツト全体を非常に小型に構成するこ
とができる。

構造部材は非常に単純で、その大部分は円筒形
である。このエンジンは、タービンのように作動
し、殆ど振動を発生せず、ピストンの速度は比較
的低速で、シールの問題がない。全体的に、この
エンジンは、寿命が長く、費用効果が良いと思わ
れる。

最小の摩擦面と、重量に対する出力の比とによ
り、このエンジンは、例えば、レース用エンジン
や航空機用エンジン等の高速エンジンの領域でも
有用であろう。この構造に基づくデイーゼル・エ
ンジンも可能である。

この発明の他の利点、特徴および詳細は、好適
な実施例の以下の説明および図面から、明らかで
ある。

第１図はこの発明に従つたピストン部材の側面
図を示している。

第２図はこの発明に従つたピストン部材の側面
図を示している。

第３図は第２図に示されたピストン部材の平面
図を示している。

第４図は第２図に示されたピストン部材の斜視
図を示している。

第５図は２つのピストン部材から成る組み合わ
されたピストンの断面図を示している。

第６図はこの発明に従つた駆動装置の作動の態
様の該略説明図を示している。

第１図において、駆動ユニツトＲのピストン部
材１２は、円筒形のハウジング部材３によつて囲
まれており、これは第１図には概略的にしか示さ
れていないが、第２図〜第６図には詳細に示され
ている。このハウジング部材３の一端は、締結要
素５によつて端板４で閉じられており、この端板
４はその中心に軸受７を保持するための丸穴６を
有している。ねじ１０によつてピストン部材２に
連結された円板９の軸線方向のジヤーナル８が、
軸受７内で回転する。円板９は他方の第１のピス
トン部材１とは接しない。但し、止めピン１１だ
けが、第２のピストン部材２に対する第１のピス
トン部材１の軸線方向の動きを許容するために、
細長い穴１２を貫通している。

円板９の反対側には、ピストン部材１が回転円
板１４に固定され、この円板１４はピストン部材
２とは接しない。回転円板１４は、肘形レバー要
素１５を介してピストン部材１に連結され、レバ
ー要素１５の他端は歯車１６に偏心して取り付け
られている。ピストン部材２もまた、肘形レバー
要素１７を介して歯車１８に偏心して連結され、
回転円板１４の溝１９が肘形レバー要素１７を自
由に運動させる。歯車１６，１８はハウジング部
材３に固定されたリング３９の内歯３８と係合
し、同時に、出力軸２１に連結されている太陽歯
車２０の回りを移動し、最終的に、この出力軸２
１は、２つの歯車１６，１８から形成された遊星
歯車と摩擦結合を形成するようになつている。歯
車１６，１８と太陽歯車２０に対する内歯３８の
摩擦結合は、ピストン部材１，２の制御された回
転を必然的に生じ、相対的に、360度の回転中に
４行程、即ち吸込み、圧縮、点火および排気を制
御する。従つて、これら部材の相互関係はまた、
設計の観点から非常に重要である。

出力軸２１は回転円板１４内の軸受２２におい
て軸線回りに回転する。更に、回転子２１と歯車
軸２５のための軸受２３，２４が、主軸受２７に
配置された回転円板２６に設けられ、この主軸受
２７はハウジングシエル２８に回転円板２６を支
持している。ハウジングシエル２８の一方はハウ
ジング部材３にねじ止めされ、他方は端板３０に
より閉じられており、この端板３０は、更に、出
力軸２１のためのピポツト軸受２９を具備してい
る。更にまた、端板３０は別の軸受３２，３３内
のクランク３１によつて貫通され、このクランク
３１は歯車３４により駆動円板３５と係合してい
る。

また、点火プラグを挿入するための４つのねじ
穴３６と、点線で示された２つの入口と出口スロ
ツト３７が、ハウジング部３に設けられている。

第２図〜第４図に示されるように、各ピストン
部材１，２は、切欠き扇部（cutout segment）
４１を有する円柱部分４０と、そこに結合される
か形成された扇形部分４２とから成る。切欠き扇
部４１の共通ピストン軸線Ａ回りの角度ｗは、扇
形部分４２の角度ｖよりも大きい。角度ｗの角度
ｖに対する比は、駆動出力を決定する要素の１つ
である。これは、１つの完全なピストンは、面対
称に配置された２つのピストン部材１，２から成
り、これによつて、第５図に２つだけ示されてい
るが、４つの燃焼室４３が形成されるからであ
る。２つの角度ｗ、ｖの差が大きいほど、燃焼室
４３または開口角ｚが大きくなる。

また、第５図はピストンの変形例を示し、円柱
部分４０の切欠き扇部４１の底部に溝４４が形成
され、その中に扇形部分４２がビードストリツプ
４５によつて支持されている。クラウン溝４６が
ビードストリツプ４５に形成され、このクラウン
溝４６は、従来のピストンリングと同様な機能を
有するシールストリツプ（図示しない）を保持し
ている。

第６図は４燃焼室型回転子のピストンの作動態
様を示しており、円柱部分４０と扇形部分４２と
の間の相互作用だけが示されている。ピストン全
体を考えるならば、以下に述べる各要素は重複し
て存在する。360度の回転中に、各燃焼室に対し
て２つの作動工程（圧縮・膨張行程）が予定さ
れ、点火装置は符合４８で示される。しかしなが
ら、この発明はまた、切欠き扇部４１の内面上、
即ち燃焼室４３内に点火プラグを配設することを
予定しており、これによつて、点火プラグへの容
易な接近を犠牲にするが、燃焼が改善される。

更に、出口４９と入口５０が、夫々、互いに反
対側に設けられている。

第６図の位置Ｉは、燃料が一方の燃焼室４３ａ
に吸い込まれ、他方の燃焼室４３ｂ内で丁度点火
されたところを示している。この結果、燃焼室４
３ｂが拡げられ、燃焼室４３ａが圧縮され、軸線
Ａの回りのピストンの回転運動が加速される。２
つの燃焼室は位置となる。燃焼ガスが燃焼室４
３ｂから出口４９に排出でき、同時に、燃焼室４
３ａで点火される。位置に示されるように、こ
の点火によるガスが、再度、燃焼室４３ａから次
の出口を通つて排出され、燃焼室４３ａ内に新し
い燃料が吸い込まれる。位置において、燃焼室
４３ｂは再び点火され、燃焼室４３ａは入口５０
と通じる。位置において、燃焼室４３ａ内で点
火され、燃焼室４３ｂは出口４９に通じる。最後
に、燃焼室４３ｂが再度吸込みサイクルとなる
と、燃焼室４３ａは出口４９に位置する。次の位
置は再び位置である。360度の回転はこのよう
にして完成し、燃焼室４３ａ，４３ｂに必要とさ
れる適切な変化は、特に、点火と、歯車１６，１
８の動きによつて行われる。

全体で、１回転毎に32行程が行われ、その８行
程が作動工程である。これは、従来のオツトーま
たはワンケルのエンジンの場合においてよりも６
作動工程多く、面摩擦は、対応するオツトーまた
はワンケルのエンジンが約40％〜50％大きなピス
トン領域を有しなければならないので、実質的に
小さい。ピストンの速度は、今日知られているエ
ンジンよりも実質的に遅く、詳細には約20％〜30
％遅くなる。必要とされるピストンの速度は速く
とも８〜10m／ｓである。

吸込みと排気は、高吸込みおよび高排気効率を
もつて、回転子の回転から必然的に生じる。これ
らの点で、修理を要する弁のような可動部材はな
い。

駆動ユニツト全体は、適当な凹所で、水や油で
冷却されることができる。