JPH08503043A

JPH08503043A - 揺動ピストン型エンジン

Info

Publication number: JPH08503043A
Application number: JP6505311A
Authority: JP
Inventors: シー．ワイリー，ブルース
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1996-04-02
Also published as: EP0656095A1; US5203287A; WO1994003714A1; EP0656095A4

Abstract

(57)【要約】複数対の互いに揺動するピストン（１６）を収容した環状の回転シリンダ（１４）を有する内燃エンジン（１０）。各対のピストンのうち一方のピストンは、自軸線の周りに揺動する第１管（２０）に固定され、他方のピストンは第１管と同心関係をなし、自軸線の周りに揺動する第２管（２４）に固定されている。第１管及び第２管は、各々、「スコッチヨーク」によってクランク軸（４０）のクランクスロー（３８）に連結されている。各スコッチヨークは、一端を対応する管（２０，２４）にそれと共に揺動するように固定えあれたアーム（４１）を有する。アーム（４１）は、環状の玉軸受（４８）を移動自在に担持する楕円形のスロット（４２）を有しており、各玉軸受（４８）内に１つのクランクスロー（３８）が回転自在に支承される。シリンダ（１４）は、クランク軸（４０）によって該クランク軸に対して一定の比で歯車列（７８）を介して回転される。各ピストン（１６）は、円錐形の端面を有しており、サイクルの仕事行程においてクランク軸（４０）に回転運動を与える。

Description

【発明の詳細な説明】揺動ピストン型エンジン技術分野本発明は、一般に、内燃エンジンに関し、特に、環状の回転シリンダ内に収容された複数対の互いに揺動するピストンを有するタイプの内燃エンジンに関する。技術背景揺動ピストン／回転シリンダ型エンジン（単に「揺動ピストン型エンジン」とも称する）は、モーガンの米国特許第３，５１６，３９２号に記載されている。このタイプのエンジン（以下「モーガンエンジン」とも称する）では、環状シリンダが、その中に収容された複数対の揺動ピストンの揺動に対して所定の比率で回転される。各対のピストンは、例えば４サイクル内燃エンジンの各行程において交互に接近又は離隔する方向に移動される。回転するシリンダに設けられている吸気ポート、排気ポット及び点火手段の各ピストンに対する相対的位置は、シリンダの回転によってエンジンの点火順序及びサイクルに従って移動される。モーガンエンジンは従来慣用の往復動ピストンエンジンに比べて高い効率を発揮することができるが、エンジンの燃費や排出基準が年々厳しくなってきていることから、エンジンの機械的及び熱的効率を改善することが一層望ましくなってきている。この点に関連して、例えばモーガンエンジンは、運動部品が比較的多く、重量を増すとともに、機構を複雑にするばかりでなく、そのピストンの設計（平坦な端面を有するディスク形状）は、ピストンの仕事行程において燃料の燃焼からの有効エネルギーの抽出を最適化することができない。従って、モーガンエンジンを改良し、その基本的な揺動ピストン／回転シリンダ構成を保持したままで、運動部品の数を少なくし、ピストンの設計を最適化することによって効率を高めることが切に要望されている。発明の開示基本的にいえば、本発明は、米国特許第３，５１６，３９２号に記載されたタイプの揺動ピストン／回転シリンダ型内燃エンジンの改良であり、その改良は、（a）トルク管からクランク軸へパワーを伝達する手段として、「スコッチヨーク」型の一体の（関節連結されたクランクアームではない）揺動パワーアームを用いること、（b）ピストンからのパワーは、トルク管によってパワーアームを介してクランク軸へ伝達するが、そのトルク管に連結されるピストンとして、円錐形の端面を有するピストンを使用すること、（c）（歯車・軸駆動式点接触配電器ではなく）磁気ホール効果点火システムを用いること、及びクランク軸と一体の複数の比較的小さい釣り合いディスクを用いること（釣り合いディスクのうちの少くとも１つは環状の玉軸受内に支承される）によって達成される。これらの改良については、後に具体的に説明する。上記スコッチヨークの各パワーアームは、その一端にトルク管を挿通して固定するための円形の孔を有し、他端に玉軸受レースを受容する楕円形の孔を有する。玉軸受レースは、エンジンのクランク軸の１つのクランクスローに装着される。この構成によれば、トルク管の時軸線を中心とする回転揺動（順逆交互回転）が、まず、パワーアームのクランク軸側の端部（クランク軸に連結されている端部）の揺動（順逆交互回転）として変換され、次いで、クランク軸の回転に変換される。かくして、スコッチヨークのパワーアームは、従来のモーガンエンジンのクランクアームと、連接棒と、クランクピンを、クランク軸とトルク管との間の摩擦損失を少なくする、より直接的な連結を可能にする組立体に変換し、それによって、ピストンからクランク軸へのトルク管を介してのパワーの伝達効率を高めることができる。本発明によれば、エンジンの各ピストンは、１対の互いに反対向きの円錐形の端面を有する形状に付形される。互いに揺動する各対のピストンは、圧縮行程において互いに接近したとき、それらの対向した円錐形端面の間に円錐形の燃焼室を画定する。この円錐形の燃焼室は、燃焼効率を高めるのみならず、ピストンの円錐形端面の傾斜角を適当に選択することによって圧縮比を選択することを可能にする。又、燃焼室のこの円錐形状は、従来のモーガンエンジンのディスク形ピストンによって画定される平坦な側面を有する燃焼室での燃焼に随伴する圧力スパイク（圧力急騰）を回避ないしは少くとも最少限にする。更に、燃焼の終了時における圧力の減衰は、モーガンエンジンでは直線的であるのに対して、本発明においてはピストン端面が円錐形であるため漸進的である。モーガンエンジンのピストンはトルク管に締着された中央ホルダから延長したアームにピンによって取り付けられているのに対して、本発明のエンジンでは各ピストンが、各トルク管の一端に固定された１対の環状フランジの１つに固定される。モーガンエンジンのピストン構成に比べて、本発明のピストン構成は、よりよいバランスを実現し、摩擦損失を減少し、各トルク管へのパワーの伝達をより効率的にする。モーガンエンジンでは、点火は、点火タイミング機構（おそらく、配電器）を用いて慣用のスパーク点火システムによって行われる。そのような配電器（ディストリビュータ）は、クランク軸から歯車列を介して駆動される軸によって作動される。電流は、シリンダと一緒に回転する排気パイプに取り付けられた導電性リングを介して各スパークプラグへ供給される。それらのリングは、点火タイミング機構を介して電圧源（即ち、発電機又は交流機）に接続された静止ブラシに接触している。本発明においては、スパークプラグは、回転するシリンダに取り付けられた点火モジュールによって点火される。点火モジュールは、クランクケースに取り付けられた環状ホルダの周りに適当な間隔で配置された複数の磁石からシリンダと一緒に回転する磁気ピックアップを介して受け取られる磁気パルスに応答してトリガーされスパーク誘起電圧を発生する回路を備えている。スパークを発生する電流は、ブラシとスリップリングによって点火モジュールへ供給される。この新規な点火システムは、スパークの発生タイミングをより正確にするとともに、磁石ホルダをクランクケースに対して回転することによってスパークの前進角の調節を行うこともできる。更に、本発明によれば、摩擦損失とともに、点火タイミング機構を駆動するための歯車・軸機構を省除することができ、それによってエンジン効率を高めることができる。モーガンエンジンでは、クランク軸の後端に単一の比較的大きなはずみ車が設けられるが、本発明は、この単一のはずみ車に代えて、３つの小径のはずみ車即ち釣り合いディスクをクランク軸に沿って軸方向に間隔をおいて配置し、少くとも中央のディスクを環状の玉軸受内に回転自在に支承する。その結果、モーガンエンジンに比べて、作動を円滑にし、クランク軸に対する支持力を増大し、クランク軸の振動を少なくすることができる。図面の簡単な説明本発明の叙上及びその他の目的並びに利点は、以下に添付図を参照して記述する本発明の実施例の説明から一層明らかになろう。図１は、本発明の好ましい実施例による揺動ピストン型エンジンの断面図である。図２は、図１の線２−２に沿ってみたエンジンの断面図である。図３は、図１の線３−３に沿ってみたエンジンの断面図である。図４は、図１のピストン、トルク管、スコッチヨークパワーアーム及びクランク軸の詳細断面図である。図５は、図１の線５−５に沿ってみたエンジンの側面図である。図６は、エンジンのシリンダの一部分の一部断面による詳細図であり、１対の互いに揺動するピストンを１つは断面で、１つは立面図で示す。図７、８及び９は、エンジンの作動サイクル中のピストンと、吸気ポート及び排気ポートとの相対位置を示す概略図である。実施例添付図を参照して、本発明の好ましい実施例による揺動ピストン／回転シリンダ型エンジン１０を説明する。ここでは、本発明の新規な側面に焦点を合わせて説明するので、揺動ピストン／回転シリンダ型エンジンの全体構造及び原理については、米国特許第３，５１６，３９２号を参照されたい。エンジン１０は、クランクケース１２内に装着された回転自在のほぼ環状のシリンダ１４を有し、そのシリンダ内に、複数対の互いに揺動（往復動）するピストン１６が収容されている。この好ましい実施例では、４対の互いに揺動するピストン１６がシリンダ１４内にその円周方向に９０゜の間隔を置いて配置されている。各対のピストンのうちの一方のピストン１６は、第１即ち外側トルク管２０の前端を画定する第１環状フランジ１８に固定され、他方のピストン１６は、第１即ち外側トルク管２０内に同心的に配置された第２即ち内側トルク管２４の前端を画定する第２環状フランジ２２に固定されている。これらのピストンは、それぞれ対応するフランジに溶接によって固定することが好ましいが、ロールピン等の取り付け手段を用いてもよい。トルク管２０，２４は、シリンダ１４と同心関係をなしている。シリンダ１４は、クランクケース１２内に第１筒状スリーブ軸受２６（好ましくはＰＴＦＥで形成されている）と複数の第１ローラ軸受２７ａとの間に回転自在に支承された管状ハブ２５を有している。トルク管２０，２４は、第１スリーブ軸受２６を貫通して軸方向に延長しており、両トルク管の間に第２筒状スリーブ軸受２８（やはり好ましくはＰＴＦＥで形成されている）が介設されている。外側トルク管２０の後端は、第２筒状スリーブ軸受２８と複数の第２ローラ軸受２７ｂとの間に回転自在に支承されている。内側トルク管２４は、その後端近くにおいて、複数の第３ローラ軸受２７ｃによって回転自在に支承されている。内側トルク管２４の後端には、その軸方向の移動を止めるための周縁フランジ２９が形成されている。フランジ２９とクランクケース１２との間に減摩ワッシャ（図示せず）を介設することが好ましい。このように、ハブ２５とトルク管２０，２４は、共通の回転軸線に沿って同心的に心合され、スリーブ軸受２６，２８及びローラ軸受２７ａ，２７ｂ，２７ｃによって互いに独立して回転することができる。環状シリンダ１４は、１対の円周に沿って分割されたシリンダセグメント、即ち外側シリンダセグメント３０ａと内側シリンダセグメント３０ｂとで構成され、それらのシリンダセグメントが台着してそれらの間にほぼ環伏のシリンダ室３１を画定している。各両リンダセグメント３０ａ，３０ｂの外表面に間隔を置いて複数の冷却羽フィン３２が設けられている。各リンダセグメント３０ａ，３０ｂは外周フランジ３３を有しており、それらのフランジがボルト３４のような適当な手段によって互いに結合されている。シリンダハブ２５は、内側シリンダセグメント３０ｂから軸方向に延長している。図２及び５に示されるように、外側シリンダセグメン卜３０ａには、各々吸気マニホールド（図示せず）に連通する１対の１８０゜対向した吸気ポート３６と、対応する吸気ポート３６から２２．５゜ずらせて配置され、各々排気マニホールド（図示せず）に連通する１対の１８０゜対向した排気ポート３７が設けられている。本発明の好ましい実施例では、シリンダ１４（ハブ２５を含む）、ピストン１６及びトルク管２０，２４は、６０６１−Ｔ６−５１１アルミニウム合金で形成される。各トルク管２０，２４は、クランクケース１２内に回転自在に支承されたクランク軸４０のクランクスローにいわゆる「スコッチヨーク」機構によって連結されている。図３及び４に明示されているように、スコッチヨーク機構は、好ましくはトルク管と同じアルミニウム合金製の２つの互いに合致するアーム半分体４１ａ，４１ｂで構成されたパワーアーム即ちスコッチヨークアーム４１から成る。各アーム半分体４１ａ，４１ｂは、その（図３でみて）上端側に半円形の凹部を有し、（図３でみて）下端側に半楕円形の凹部を有している。半円形の凹部には、図４に示されているように、上方スロット４２と下方スロット４２が形成されており、各トルク管２０，２４の後端近くにスロット４２と整合する溝が形成されている。アーム半分体４１ａと４１ｂを、それぞれのスロット４２をトルク管の溝に整合させてトルク管を挟みつけるようにして組み付け、各スロット４２とそれと整台した溝の間にキー部材４６を挿入すると、アーム４１をトルク管に固定する「半月」キーが形成され、トルク管は、アーム半分体４１ａ，４１ｂの互いに整合した半円形の凹部によって画定された円形孔を貫通して延長する。かくして、アーム４１は、トルク管に固定され、軸方向にも円周方向にも滑ることなくトルク管と一緒に回転する。クランクスロー３８の各々に環状の玉軸受レース４８が取り付けられている。各アーム４１のアーム半分体４１ａ，４１ｂがそれぞれ対応するトルク管２０，２４に組み付けられると、それぞれ１対のアーム半分体の半楕円形凹部が楕円形の孔５０を画定する。詳述すれば、この組み立て中、アーム半分体４１ａ，４１ｂを互いに対応するトルク管２０，２４に組み付ける前に玉軸受レース４８をアーム半分体の１対の半楕円形凹部の間に捕捉し、楕円形の孔５０内に収める。次いで、アーム半分体４１ａ，４１ｂをボルト５２によって互いに固定するとともにトルク管に固定する。かくして、玉軸受レース４８は、クランクスロー３８の回転と共に楕円形の孔５０内で該孔の楕円軸線に沿って自由に移動する。以上の説明から分かるように、このスコッチヨーク機構は、従来の関節運動可能な連接棒リンク機構に比べて、運動部品が少なく、しかもトルク管２０，２４とクランク軸４０との間に確実な機械的リンク機構を設定する。従って、摩擦損失が少なく、パワー（動力）伝達の効率を高める。次に、図１、４及び６を参照して本発明の新規なピストン構造を説明する。各ピストン１６は、１対の互いに合致する補完形状のピストンセグメント１６ａ，１６ｂから成り、ピストンセグメント１６ａと１６ｂをボルト５４等により互いに固定すると、互いに反対向きの円錐形ピストン面５６，５６を有するほぼ円筒形のピストン本体が得られる。ピストンセグメント１６ａ，１６ｂは、重量を軽くするとともに、ピストンの揺動に基因する慣性応力を小さくするために、組合わされてとき、内部キャビティ５８が形成されるような形状とすることが好ましい。実際には、図６に示されるように、各ピストンの本体は、完全な円筒形ではなく、円筒形のシリンダ室３１の曲率半径に合致する軸方向の曲率半径を有する。更に、ピストン本体には、断面直角形状の鋳鉄製圧縮シールリング６０を座着させるための幾つかの周溝が形成されている。かくして、ピストン１６は、シリンダ室３１の内壁６２及び外壁６４に座着し、しかもシリンダ室３１内で自由に揺動（円周方向に往復動）することができる。直角形状の圧縮シールリング６０は、シリンダ室３１の内壁及び外壁に圧接して撓まされるので、圧縮作用を受け密封効果が高められる。円錐形ピストン面５６は、ピストンの圧縮行程中、互いに揺動する各１対のピストン１６と１６の間に実質的に円錐形の燃焼室６６（図６）が画定され、その円錐形燃焼室６６の頂点がシリンダ室３１の内壁６２に向けられるような形状とされている。燃焼室６６のこの形状は、燃料が点火されたとき、火炎前面の前進が燃焼室６６の空間全体に亙って促進し、それによって、従来技術の平坦面ピストンに比べて、燃費を向上し、有害放出物を減少させるための能率的な燃焼を達成する。更に、この形状は、平坦面ピストンによって画定される平坦壁（長方形）燃焼室における燃焼に随伴する圧力スパイクを回避、ないしは少くとも最少限にし、それによって、慣性応力及び振動を実質的に減少させる。図に示されるように、ピストンの圧力行程の終了時に、円錐形燃焼室６６の頂点からシリンダ室３１の内壁６２にまで延長する間隙６７が生じる。この間隙６７は、燃料の燃焼中燃焼圧力を好適に分配する「スクイッシュ・バンド」（ｓｑｕｉｓｈｂａｎｄ）を創生し、それによってエンジンの熱効率（燃焼からの機械的エネルギーの抽出）を増大する。更に、各ピストン１６がそれに隣接する互いに揺動するピストン対の１つのピストンに向かって推進される仕事行程の終点近くになると、互いに接近する円筒形ピス卜ン面５６，５６がそれぞれの面に沿って漸増する圧縮制動を創生し、それによって、平坦面ピストンの場合に比べて、各ピストンの移動行程の終点においてピストンに作用する慣性応力を一層減少させる。クランク軸４０は、クロム−モリブデン鋼の単一片から機械加工によって形成されており、クランクケース１２内にトルク管２０，２４の軸線及びシリンダ１４の回転軸線に平行な軸線上に回転自在に支承されている。クランク軸４０は、その両端をローラ軸受６８のような適当な軸受によって支持することが好ましい。クランク軸４０は、その長手に沿って間隔をおいて配置された複数の釣り合いディスク、即ち前方釣り合いディスク７０と、中央釣り合いディスク７２と後方釣り合いディスク７４を有している。これらの釣り合いディスク（好ましくは図に示されるように３つのディスク）は、クランク軸４０の一体部分として形成するのが有利である。中央釣り合いディスク７２は、その両外側の釣り合いディスク７０，７４より僅かに小さい直径を有することが好ましく、クランクケース内に装着された環状の玉軸受７６内に回転自在に支承される。釣り合いディスク７０，７２，７４は、最少限の振動でクランク軸４０の円滑な連続的回転を可能にし、従って、従来技術の単一の大径はずみ車に代わるものとして、クランク軸により優れた釣り合い（バランス）を与える。シリンダ１４は、大径の環状平歯車７８とそれに噛合する小径の環状平歯車８０とから成る歯車列を介して４：１の比率でクランク軸４０によって駆動される。大径歯車７８派、筒状ハブ２５及びトルク管２０，２４を同心的に囲繞し、ボルト８２等によってハブ２５の後端に固定されている。一方、小径歯車８０は、前方釣り合いディスク７０とクランク軸４０の前端との間で該軸に固定されている。かくして、クランク軸４０は、シリンダ１４が１回転する度に４回転される。先に述べたように、本発明は、互いに揺動する４対のピストン１６を用いる。各対のピストンの一方のピストンは外側トルク管２０の第１環状フランジ１８に固定され、他方のピストンは内側トルク管２４の第２環状フランジ２２に固定されている。クランク軸４０のクランクスロー３８と３８は、１８０゜変位しており、従って、クランク軸４０が回転すると、スコッチヨークアーム４１がそれぞれのトルク管２０，２４を自軸往復回転即ち揺動させ（自軸線を中心として交互に回転即ち揺動させ）、それによって、各互いに揺動する対のピストン１６を互いに反対方向に即ち互いに接近又は離れる方向に移動させる。２つのスコッチヨークアーム４１と４１は、後述するように、エンジンの作動サイクルに従って各トルク管２０，２４のピストン１６を揺動させるように互いに角度的に変位されている。クランク軸４０はシリンダ１４が１回転するごとに４回転するので、各互いに揺動する対のピストン１６は、シリンダ１４が１回転する間に８回互いに接近又は離れる方向に移動する。従って、各ピストン１６のどちらかの方向への移動行程は、１回転の１６分の１即ち２２．５゜である。従って、クランクスロー３８，３８がクランク軸４０のそれぞれのスコッチヨークアーム４１，４１に対して極端位置に達したとき、即ち、玉軸受レース４８がアーム４１の楕円形の孔５０内で移動行程の終端に達したとき、アーム４１と４１の間の夾角は２２．５゜となる。本発明の好ましい実施例では、図１及び５に示されるように、スパークプラグ点火システムを用いる。このスパークプラグ点火システムは、シリンダ１４内に直径方向に対向して配置された第１対のスパークプラグ８４と第２対のスパークプラグ８４を用いたダブルスパークシステムとすることが好ましい。（ただし、直径方向に対向して配置された単一のスパークプラグプラグを用いた単一スパークシステムを用いることもできる。）各対のスパークプラグ８４は、シリンダ１４の外部に２つの隣接した冷却用フィン３２と３２の間に取り付けられ、適当な点火導線８８を介してスパークプラグ８４に接続されたソリッドステートの点火用電圧発生器８６によって点火される。点火用電圧発生器８６は、所定の振幅及び、又は持続時間の電気パルスに応答してトリガーされ点火用電圧を発生するタイプのものである。そのような電圧発生器は、米国ワイオミング州リバトンのＣ．Ｈ．エレクトロニクス社や、テキサス州ガーランドのＧＫＤプロダクツ社等の数社から市販されている。電圧発生器８６は、単に、冷却用フィン３２と３２の間に取り付けることができるハウジング内にその電圧発生器の回路を実装することによって本発明に使用することができるように改変されているだけである。トリガーパルスを発生するための磁気手段は、８個の磁石９０と、１対のホール効果磁気トランスジューサ即ちピックアップ９２から成る。これらの磁石９０は、それらの磁石をシリンダ１４の方に向けるようにクランクケース１２に固定された環状の磁石ホルダ９４の周りに等間隔に４５゜の間隔をおいて配置されている。ピックアップ９２は、互いに直径方向に対置し、かつ、対応する磁石９０に対面して内側シリンダセグメント３０ｂに固定されており、シリンダ１４が回転すると、ピックアップ９２を各磁石９０に順次に近接させていく。各ピックアップ９２は、磁石９０のそばを通過する度に適当な振幅及び、又は持続時間の電気パルスを発生するように点火用電圧発生器８６の１つに接続されている。バッテリ（図示せず）又は同期発電機（図示せず）等の電源からシリンダのハブ２５にそれと一緒に回転するように取り付けられたスリップリング９６を介して点火用電圧発生器８６へ電流が送られる。スリップリング９６と電源の正端子との電気的接触は、複数のブラシ（図示せず）を介して設定される。スリップリング９６は、各点火用電圧発生器８６に導線９８を介して電気的に接続されている。電源の負端子と、スパークプラグ８４の接地導線は、クランクケース１２に接続されている。先に述べたように、２つの点火用電圧発生器８６の各々は、シリンダ１４の回転中対応するピックアップ９２が磁石９０のそばを通過する度にトリガーされて、対応する対のスパークプラグ８４を点火する。かくして、シリンダ１４の１回転する間に２対のスパークプラグ８４の各々が８回、合計１６回点火し、１６回の仕事行程を行う。上述したスパークプラグ点火システムは、ガソリン、ガスホール、アルコール又はプロパン等の燃料に適用することができ、１００馬力以上の高パワー用途のための点火システムとして用いるのに好適である。別法として、グロープラグ点火システムを用いることもできる。その場合、本発明においては、スパークプラグ８４の代わりに、適当な電源からの電流によって連続的に加熱されるグロープラグを設ける。電流は、スリップリング９６に接続された導線を介してグロープラグへ供給されるようにする。もちろん、そのようなグロープラグ点火システムでは、磁石、磁気ピックアップ及び点火用電圧発生器は必要ない。グロープラグ点火方式は、燃料としてガソリン、ガスホール、アルコール又はプロパンを用いる比較的小馬力の小型エンジンに使用するのに有利である。更に別の実施例として、エンジン１０は、始動時にのみ付勢されるグロープラグを用いて、ディーゼルサイクルに用いることもできる。その場合は、圧縮点火を行うためにピストン面を先に言及したように適当な形状に付形することによって、圧縮比を（オットーサイクル運転に比べて）相当に高くしなければならない。点火とピストンの揺動の順序は、図７〜９に図解されている。図７〜９では、内側トルク管２０に連結されたピストンは符号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４で示されており、ピストンＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、それぞれ、外側トルク管２４に連結されたピストンＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４と対にされている。図７は、図４に示されたクランク軸４０及びパワーアーム４１の位置に対応している。この位置では、ピストン対Ａ１，Ｂ１とＡ３，Ｂ３は、圧縮行程を完了し、点火のための位置にある。ピストン対Ａ２，Ｂ２とＡ４，Ｂ４は、ちょうど排気行程を終えたところである。ピストンＡ１とＢ４の間の間隔（従って、空間）及びピストンＡ３とＢ２の間隔（従って、空間）は、仕事行程が完了するにつれて拡大され、排気行程のための準備態勢に入る。ピストンＢ１とＡ２の間隔（空間）及びピストンＢ３とＡ４の間隔（空間）は、吸気行程が終了して完全に拡大され、それぞれの圧縮行程のための準備態勢にある。シリンダ１４は、図７〜９でみて時計回り方向に回転し、クランク軸４０は、歯車７８，８０を介して反時計回り方向に回転する。２つ吸気ポート３６の各々が排気ポート３７と対にされ、それらの吸気／排気ポート対３６，３７がシリンダ１４の両側に直径方向に（１８０゜）対向して配置されている。１つの吸気／排気ポート対の吸気ポート３６と他の吸気／排気ポート対の排気ポート３７とは、２２．５゜離隔されている。この間隔は、クランク軸４０とシリンダ１４との４：１の回転比に相当し、かつ、各ピストンの対応する揺動ストロークに相当する。クランク軸４０が図７に示される位置から図８に示される位置へ９０゜回転すると、パワーアーム４１と４１は、互いに反対方向に約１１．５゜揺動されて互いに実質的に整合する。それに対応して、ピストンＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４が反時計回り方向にそれらの行程の２分の１移動され、ピストンＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は同じ量だけ時計回り方向に移動される。これは、仕事行程に相当し、それによって、ピストンＡ１とＢ１が互いに押し広げられ、ピストンＡ３とＢ３が互いに押し広げられる。それと併行して、ピストンＡ２とＢ１が圧縮行程のために互いに接近する方向に移動し、同様にピストンＡ４（図８には示されていない）とＢ３が圧縮行程のために互いに接近する方向に移動する。各ピストン対Ａ２とＢ２及びＡ４とＢ４がそれぞれ互いに離れる方向に移動される間、ピストンＡ２とＢ２の間の空間及びピストンＡ４とＢ４の間の空間は、それぞれ対応する吸気ポート３６に整合しており、吸気行程を続ける。一方、ピストンＡ１とＢ４、及びそれらの反対側に位置するピストンＡ３とＢ２は、互いに接近する方向に移動され、それらの間の空間がそれぞれ対応する排気ポート３７に整合している間排気行程を続ける。クランク軸４０が図８に示される位置から図９に示される位置へ更に９０゜回転すると、パワーアーム４１と４１が互いに反対方向に揺動され、図７において占めていた位置とは反対の位置をとる。この揺動によってトルク管２０，２４が回転されてピストンを移動させ、ピストン対Ａ１とＢ１及びＡ３とＢ３の間の仕事行程（拡張運動）を完了させる。それと併行して、ピストンＡ１とＢ４との間、及びピストンＡ３とＢ２との間の排気行程が完了され、ピストンＡ２とＢ１との間、及びピストンＡ４とＢ３との間の圧縮行程が完了される。図７と９を比較すれば、この間にシリンダ１４が４５゜回転し、それによって、次の点火のためにスパークプラグ８４の１つをピストンＡ２とＢ１の間の位置へ前進させ、他方のスパークプラグ８４をピストンＡ４（図９には示されていない）とＢ３の間の位置へ前進させたことが分かる。吸気ポート３６，３６及び排気ポート３７，３７は、シリンダ１４の、スパークプラグ８４，８４を通る直径線１０２に対して直角をなす直径線１００から等間隔に離隔している。従って、１つの排気ポート３７が次の順次の排気行程のためにピストン対Ａ１とＢ１との間の空間に接近する方向に前進されると、それに対応して１８０゜反対側の排気ポート３７がピストン対Ａ３とＢ３の間の空間に接近する。引き続きクランク軸４０を残りの２分の１回転させると、順次のピストン対の間で上述した作動サイクルが繰り返される。仕事行程によって創生されたパワーは、トルク管２０，２４を介し、次いでパワーアーム４１を介して伝達されてクランク軸４０を回転させる。クランク軸４０の回転が歯車８０，７８を介して伝達されてシリンダ１４を回転させるとともに、トルク管２０，２４の作用を介して各ピストン１６が上述した態様でエンジンの作動サイクルの各行程のための位置へ順次に変位される。シリンダ１４のこの回転中、シリンダ１４の放熱フィン３２が十分な冷却作用を果たすので、平常作動条件下では水冷システム又はその他の補助的冷却手段を設ける必要がない。以上に、従来技術に比べての本発明のいろいろな利点を説明したが、これらの利点が相俟って、比較的部品数が少なく、従って、摩擦及び慣性損失が著しく少なく、その結果としてピストンからクランク軸への使用可能なパワーの伝達において熱的及び機械的効率の高いエンジンを提供することができる。本発明の上述した好ましい実施例に従って構成されたオットーサイクルエンジンは、１リットル当り１４０馬力もの、極めて高いパワー／排気比を達成する。更に、本発明のエンジンは、その極めて高い効率により優れた燃費を達成し、独特のピストン／シリンダ構成によって得られる優れた燃料燃焼により有害排気ガスの放出を抑制することができる。以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができる。例えば、ある種の応用例には、４対以上の互いに揺動するシリンダ対を備えたエンジンが望ましい場合があるが、その場合追加のシリンダを設けるのに必要な改変は当業者には明らかであろう。又、フィン付きシリンダによる空冷は大抵の応用例にとって十分であるが、他のいろいろな冷却システムを用いることができる。更に、先に述べたように、圧縮比を変更するためにいろいろな異なるピストン形状を用いることができる。

Claims

【特許請求の範囲】１．複数対の互いに揺動するピストンを収容した環状の回転シリンダと、各対のピストンをエンジンの作動サイクルの行程に従って互いに接近又は離隔する方向に揺動させるための第１手段と、少くとも２つのクランクスローを有するクランク軸と、クランク軸のクランクスローに連結されており、前記サイクルの仕事行程においてピストンの揺動をクランク軸の回転に変換するための第２手段と、クランク軸の回転に応答して前記シリンダを回転するための第３手段を有するタイプの内燃エンジンであって、第１及び第２同心管が前記シリンダの回転軸線と同軸的に心合し、該軸線に沿って回転するように軸承されており、前記各管は、該シリンダ内に突入した前端部分と、該シリンダから離隔した後端部分を有し、各対のピストンのうち一方のピストンは前記第１管の前端部分に固定され、他方のピストンは前記第２管の前端部分に固定されており、第１剛性アームの一端が前記第１管の後端部分に固定され、第２剛性アームの一端が前記第２管の後端部分に固定されており、第１及び第２剛性アームは、各々、その一端から離れた部分に楕円形の孔を有しており、前記各剛性アームを前記クランクスローの１つに係合させるように各クランクスローを対応する該剛性アームの１つの前記楕円形孔に回転自在に支承するための第４手段が設けられており、もって、前記各ピストンの揺動により前記第１管と第２管を互いに反対方向に自軸回転させ、それによって前記第１アームと第２アームを互いに反対方向に揺動させ、該各アームに係合した前記クランクスローを介して前記クランク軸を回転させることを特徴とする内燃エンジン。２．前記第１及び第２アームの一端は、それぞれ対応する前記第１及び第２管に、それとの間に相対移動が生じないような態様に固定されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃エンジン。３．前記第４手段は、前記各クランクスローに取り付けられた環状の玉軸受レースを有し、該各玉軸受レースは、前記対応する各アームの楕円形孔内に該孔の楕円軸線に沿って移動し得るように装着されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃エンジン。４．前記クランク軸は、その長手に沿って複数の一体の釣り合いディスクを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃エンジン。５．前記釣り合いディスクの少くとも１つは、環状の玉軸受レース内に軸承されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の内燃エンジン。６．前記各ピストンは、１対の互いに反対方向に向けられた円錐形の端面を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃エンジン。７．前記ピストンの前記端面は、互いに揺動する各対のピストンがサイクルの圧縮行程中互いに接近する方向に移動されるとき、ディーゼルサイクルのエンジンを作動させるために圧縮点火することができるように付形されていることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の内燃エンジン。８．該エンジンは、前記シリンダ内に配置された少くとも２つの直径方向に対置したスパークプラグと、前記シリンダの方に向けられるようにクランクケースに固定された磁石と、前記シリンダにそれと共に回転するように取り付けられており、前記磁石に接近することに応答してトリガーパルスを発生するように、該シリンダが回転するにつれて該磁石に接近する位置へもたらされるように配置された磁気ピックアップと、電源と、前記トリガーパルスに応答して前記スパークプラグに点火電圧を供給するように該スパークプラグ、前記磁気ピックアップ及び電源に電気的に接続された点火電圧発生器とから成る点火手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃エンジン。９．前記磁石は、等間隔を置いて環状に配列された少くとも８個の磁石であり、前記磁気ピックアップは、前記シリンダ上に直径方向に対置して取り付けられた１対の磁気ピックアップであることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の内燃エンジン。１０．前記点火電圧発生器は、前記シリンダと共に回転す量に取り付けられた導線性スリップリングを介して前記電源に電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の内燃エンジン。１１．クランクケース内に回転自在に支承されており、複数対の互いに揺動するピストンを収容した環状のシリンダと、各対のピストンをエンジンの作動サイクルの行程に従って互いに接近又は離隔する方向に揺動させるための第１手段と、クランク軸と、該クランク軸に連結されており、前記サイクルの仕事行程においてピストンの揺動をクランク軸の回転に変換するための第２手段と、クランク軸の回転に応答して前記シリンダを回転するための第３手段を有するタイプの内燃エンジンであって、前記シリンダ内に配置された少くとも２つの直径方向に対置したスパークプラグと、前記シリンダの方に向けられるように前記クランクケースに固定された磁石と、前記シリンダにそれと共に回転するように取り付けられており、前記磁石に接近することに応答してトリガーパルスを発生するように、該シリンダが回転するにつれて該磁石に接近する位置へもたらされるように配置された磁気ピックアップと、電源と、前記トリガーパルスに応答して前記スパークプラグに点火電圧を供給するように該スパークプラグ、前記磁気ピックアップ及び電源に電気的に接続された点火電圧発生器とから成る点火手段を備えていることを特徴とする内燃エンジン。１２．前記磁石は、等間隔を置いて環状に配列された少くとも８個の磁石であり、前記磁気ピックアップは、前記シリンダ上に直径方向に対置して取り付けられた１対の磁気ピックアップであることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の内燃エンジン。１３．前記点火電圧発生器は、前記シリンダと共に回転す量に取り付けられた導線性スリップリングを介して前記電源に電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の内燃エンジン。１４．前記クランク軸は、少くとも２つのクランクスローを有し、前記第２手段は、該クランク軸のクランクスローに連結されており、第１及び第２同心管が前記シリンダの回転軸線と同軸的に心合し、該軸線に沿って回転するように軸承されており、前記各管は、該シリンダ内に突入した前端部分と、該シリンダから離隔した後端部分を有し、各対のピストンのうち一方のピストンは前記第１管の前端部分に固定され、他方のピストンは前記第２管の前端部分に固定されており、第１剛性アームの一端が前記第１管の後端部分に固定され、第２剛性アームの一端が前記第２管の後端部分に固定されており、第ｌ及び第２剛性アームは、各々、その一端から離れた部分に楕円形の孔を有しており、前記各剛性アームを前記クランクスローの１つに係合させるように各クランクスローを対応する該剛性アームの１つの前記楕円形孔に回転自在に支承するための第４手段が設けられており、もって、前記各ピストンの揺動により前記第１管と第２管を互いに反対方向に自軸回転させ、それによって前記第１アームと第２アームを互いに反対方向に揺動させ、該各アームに係台した前記クランクスローを介して前記クランク軸を回転させることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の内燃エンジン。１５．前記第１及び第２アームの一端は、それぞれ対応する前記第１及び第２管に、それとの間に相対移動が生じないような態様に固定されていることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の内燃エンジン。１６．前記第４手段は、前記各クランクスローに取り付けられた環状の玉軸受レースを有し、該各玉軸受レースは、前記対応する各アームの楕円形孔内に該孔の楕円軸線に沿って移動し得るように装着されていることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の内燃エンジン。１７．前記クランク軸は、その長手に沿って複数の一体の釣り合いディスクを有することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の内燃エンジン。１８．前記釣り合いディスクの少くとも１つは、環状の玉軸受レース内に軸承されていることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の内燃エンジン。１９．前記各ピストンは、１対の互いに反対方向に向けられた円錐形の端面を有することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の内燃エンジン。２０．該エンジンは、ほぼ１８０゜離隔した２つのクランクスローと、４対の互いに揺動するピストンを有し、各対のピストンのうち一方のピストンは前記第１管の前端部分に固定され、他方のピストンは前記第２管の前端部分に固定されており、前記第３手段は、前記クランク軸が４回転する度に前記シリンダを１回転させることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の内燃エンジン。