JPH08510313A - ピストン及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも一つのシリンダと往復動手段（１）とを備えた内燃機関であって、前記シリンダの中でスライド可能であり、かつ、前記往復動手段（１）と共通の軸心を有するピストン（１２）と、前記往復動手段（１）の軸心に対して直角な共通の軸心を中心として互いに反対の方向にかつ反対の位相で回転できるように前記往復動手段（１）の軸心を挟んで互いに反対の側に配設された一対の回転子（５，６）と、それぞれが、前記往復動手段の各反対側から延びて、前記回転子（５，６）のうちの一つに、前記各回転子（５，６）の共通の軸心から間隔を置いたところで係合している接続手段（４）とを備えた内燃機関において、ピストンの少なくとも一部でありシリンダ壁に接触している部分と前記接続手段（４）との間に連結軸受（２８，２９，３５）が設けられたことにより、前記ピストン（１２）又は少なくとも前記ピストン（１２）の一部が、自身の軸心を中心として自由に回転できることを特徴とする内燃機関。この内燃機関は、前記ピストンの前記上死点付近で圧縮リングによって前記シリンダ壁に生ぜしめられる摩耗を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】 ピストン及び内燃機関 本発明は、少なくとも一つ又は二つのシリンダと往復動手段とを備えた内燃機 関であって、共通の軸心を有する前記シリンダの中でスライド可能なピストンと 、前記ピストンと前記往復動手段との軸心を挟んで互いに反対の側に配設された 一対の回転子と、それぞれが、前記往復動手段の各反対側から延びて、前記回転 子のうちの一つに、前記各回転子の共通の軸心から間隔を置いたところで係合し ている内燃機関に関する。 このタイプの内燃機関は、米国特許第２６６６４２０号明細書から公知である 。この明細書は、前述の特徴を有する２行程内燃機関を開示し、トルク反作用及 び静不釣合い及び動不釣合いに起因して発生する振動が同特徴により大幅に減少 させられ、或は除去される１気筒或は２気筒機関の設計の可能性を示している。 米国特許第２６６６４２０号明細書に開示されている構造の１つの効果は、機 関の中の往復ピストンが自動的に、その長手軸心を中心として往復回動させられ ることであり、このことにより、入口シリンダポート及び出口シリンダポートの 制御の適切なタイミングが、もたらされることである。 この公知の機関は、非常に小さい振動を伴って動く、簡単な構造を有する機関 を提供するにもかかわらず、まだ、商業的成功を収めていない。その理由は、実 際のテストにより、ピストンの上死点の近くで圧縮リングによりシリンダ壁が、 非常に摩耗することが分かったことにあると思われる。 このようにして、前記ピストンの往復運動及び往復回動の効果は、該ピストン が、その上死点の近くで、その軸心方向には非常に小さい速度を有するが、しか し、その軸心を中心として非常に大きい角速度を有してしまうことにある。この ことにより、この構造は、ピストンが、その上死点から或る程度の距離だけ離れ て位置する場合には、ピストンとシリンダ壁との間で非常に良好な動圧潤滑（hy drodynamic lubrication）を提供するが、上死点の近くでは、非常に劣悪な潤滑 を提供する。 特に、上死点においては、摩耗は、非常に大きい。何故ならば、多くの圧縮リ ングが、燃焼によりその溝から外方に向かって押されるように設計されているか らである。 従って、本発明の一課題は、シリンダ壁の摩耗を減少させるタイプの、前記の タイプの機関を提供することにある。これは、請求の範囲第１項に従う手段によ り解決される。 第２項に記載の手段は、掃気プロセス及び排気プロセスの効果的な制御及びタ イミングのために、ピストンの一部を使用できることを、もたらす。 ピストンロッドと接続手段との間に連結軸受を有することにより、前記の構造 は、異なる作動原理を基礎とするピストンエンジンに使用することができる。 ピストントップを、分けて冷却することにより、シリンダ壁に密に接触してい るピストン部分を、ピストンを過熱させる危険無しに小さくでき、前記部分の面 積の減少は、ピストンとシリンダ壁との間の摩擦を減少させる。 請求の範囲第６項及び第９項に記載されているように、冷却液が、ピストンロ ッドの中の供給管路及び戻り管路を介して供給されると、非常に効果的な冷却が 、もたらされる。 ピストントップが、第５項の記載のように、ピストンロッドに取付けられると 、燃焼によりピストントップに加えられる力が、ピストンロッドに直接に伝達さ れ、このことは、ピストンの全重量を減少させ得る。 次に、本発明の実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。 第１図は公知のタイプの内燃機関のための駆動機構の概略図、第２図は圧縮段 階での、本発明におけるピストン及びシリンダの概念図、第３図は点火段階での 、第２図のピストン及びシリンダの概念図、第４図は駆動行程の完了時における 、第２図のピストン及びシリンダの概念図、第５図は排気段階の開始時における 、第２図のピストン及びシリンダの概念図、第６図は掃気ダクトの開口時におけ る、第２図のピストン及びシリンダの概念図、第７図はポンプ行程（pump stoke ）の完了時における、第２図のピストン及びシリンダの概念図、第８図は加圧の 開始時における、第２図のピストン及びシリンダの概念図、第９図は圧縮行程の 開始時における、第２図のピストン及びシリンダの概念図、第１０図は本発明の 内燃機関のための、駆動機構の組立の一部の断面図、第１１図は本発明の内燃機 関の代替的実施例の断面図である。 第１図は、公知の構造による駆動機構を示し、この駆動機構は、ピストンロッ ド１から成り、該ピストンロッド１は、ピストン軸受２，３を貫通した状態で回 転及び長手方向への移動ができる。接続手段４がピストンロッド１に直角に、し っかりと取付けられている。接続手段４の両端のそれぞれは、それぞれに対応す る回転子５，６の中で接続手段支承軸受７，８にジャーナル支承され、これら接 続手段支承軸受７，８は、該回転子５，６の回転軸心から外れて位置しており、 該回転軸心は、主軸受１０，１１により定められている。これらの主軸受１０， １１は、接続手段４が、軸受の中で回転させられ、傾動（turn）させられ、移動 させられるだけのことが可能であることを保証するタイプのものである。 ピストン１２は、ピストンロッド１の一端に強固に取付けられ、ピストンロッ ド１に、該ピストンロッドの軸心に平行にシリンダ（図示せず）中の燃焼圧力に 起因する力を加え、この力により、ピストンロッド１が軸心方向に移動させられ 、更に回転子５，６が接続手段４によって回転させられる。 回転子５，６が回転すると、回転子５，６における、接続手段４の接続手段支 承軸受７，８の作用によりピストンロッド１は強制的に、自身の軸心を中心とし て回転させられる。このことにより、ピストン１２は、シリンダの中で順次回転 させられる。 従って、この機構は、ピストン１２に、並進運動と、ピストン自身の軸心を中 心とする回転運動とに同時に従わせる。回転子が、一定の角速度で回転すると仮 定すると、これらの２つの基本運動の配分は、次の通りである。すなわち、ピス トン１２の並進速度（translatory speed）は、ピストン１２の平均行程長（ave rage stroke length）時に最大であり、死点で零である。他方、角速度は、死点 で最大であり、平均行程長時に零である。 ピストン１２とシリンダ壁との間の、この動圧潤滑の効果は、従って、死点の 近辺では非常に小さい。このことは、これらの死点で角速度が大きいことと関連 して重大な欠点である。何故ならば、このことにより、シリンダ壁及びピストン リングの摩耗が、許容できないほど大きくなるからである。 とりわけピストンの上死点で、現行のピストンリングは、燃焼圧力により、外 方向へとシリンダ壁に押しつけられる。このことにより、非常に大きい摩耗が、 特に上死点で発生する。 本発明は、例えば、２行程内燃機関に実施するのに好適である。すなわち、ピ ストン壁及びシリンダ壁にダクトを設けることによって、吸気段階、掃気段階及 び排気段階を簡単な方法で制御するのに、ピストンの、強制された回転が用いら れる。すなわち、ダクト同志が、ピストンの並進及び回転の際に互いに対して種 々異なる位置をとるようにされるのである。 第２図ないし第９図として示されている一連の概略図は、第１図に示される原 理に従って運動学的に構成されている２行程内燃機関のための１つの完全な、仕 事の周期を示す。 まず、第２図は、圧縮段階を示し、この段階の場合、ピストン１２は、回転子 ５が時計の針の回転方向とは逆の方向に回転するので、圧縮室２４の中の燃料混 合気を圧縮する。回転子５における、接続手段４の支承軸受７は、この段階では 点Ａに位置する。 第３図は、次なる点火段階を示し、この段階において、点火プラグ１９は、燃 焼室２４の中の燃料混合気に点火する。回転子５における、接続手段４の支承軸 受７は、点Ｂに位置する。 第４図は、駆動行程段階を示し、この段階において、ピストン２４の背後の閉 込められた空気は圧縮される。何故ならば、１方向弁である吸気弁が、掃気導入 ダクト１５を介して空気が吐出されるのを阻止するからである。この場合、掃気 弁１７は、掃気が掃気ダクト２３に到達することを許すが、掃気ダクト２３の出 口は、依然としてピストン１２により閉塞されている。回転子５における、接続 手段４の支承軸受７は、点Ｃに位置する。 第５図は、ピストン１２の背後のスペース２５の中の掃気が、付加的に圧縮さ れる段階を示し、この段階において、燃焼室２４と掃・給気ダクト２２との間の ピストン間隙に起因して、燃焼ガスは、掃・給気ダクトの中に予め排出される。 回転子５における、接続手段４の支承軸受７は、点Ｄに位置する。 第６図が示す段階では、ピストン１２の背後のスペース２５の中の掃気が、高 圧の下に、掃気弁１７と、掃気ダクト２３と、ピストン掃気ダクト２０と、掃・ 給気ダクト２２とを通じて燃焼室２４の中に圧送され、このことにより、燃焼ガ スが、燃焼室２４から排気ダクト１８を通じて排出される。回転子５における、 接続手段４の支承軸受７は、点Ｅに位置する。 第６図に示される排気は、第７図においても継続し、第７図でも、第６図にお けると同様に、ピストン掃気ダクト２０は、前記掃気プロセスを可能にするよう な、ピストン回転角度位置にある。この角回転は、回転子５における、接続手段 ４の支承軸受７が、点Ｆに位置することによる。 第８図は、給気段階を示す。この場合、ピストン１２の回転は、回転子５にお ける、接続手段４の支承軸受７が点Ｇに位置するので、給気が給気ダクト２１と ピストン掃気ダクト２０と掃・給気ダクト２２とを介して燃焼室２４に供給され ることを許す。この段階は、第９図に示されるように終了し、第９図に示す状態 では、給気の供給は終了し、圧縮段階が再び開始する。 第１０図は、本発明の１つの実施例を示し、この実施例では、ピストン１２は 、ピストントップ２６と、ピストンスカート２７とにより形成されている。ピス トンスカート２７は、ピストンロッド１にしっかりと取付けられ、ピストントッ プ２６は、ピストンロッド１に回転可能に取付けられ、ねじ付部材２８が、ピス トンロッド１の端部にねじ込まれることによってリング状部材２９に当り、リン グ状部材２９は、ピストントップ２６の中にねじ込まれる。 ピストンロッド１は、制御されて軸受２の中で動き、しっかりと接続手段４に 連結され、接続手段４の端部は、接続手段支承軸受７にジャーナル支承されてい る。この軸受７は、ローラベアリングであり、外側球面リング３３を有し、該外 側球面リング３３は、内側球面リング３４の中に配置され、該内側球面リング３ ４は、回転子５に配置されている。このことにより、接続手段４は、その軸受の 中で回転、傾動及び軸心方向移動が可能である。該回転子は、内燃機関ハウジン グ３０の中に主軸受１０，１１により回転可能に支承されている。 ピストントップ２６には内部空洞が形成されており、この内部空洞は冷却面を 有し、該冷却面は、例えば油等の冷却液を供給管路３１及び戻り管路３２を介し て供給される。該供給管路３１は、前記接続手段４の端部からピストンロッドま で延在し、ピストンロッド２６の中を上方へ向かってピストントップに到達して いる。戻り管路は、ピストントップからピストンロッドを貫通して、内燃機関ハ ウジング３０の中でピストンロッド１の表面で終っている。ピストンの中の戻り 管路３２は、供給管路３１の内側を同管路と同心で延びている。 第１１図は、本発明の別の１つの実施例を示し、この実施例において、ピスト ントップ２６は、ピストンスカートに固着し、従って、ピストントップ２６と、 ピストンスカート２７と、ピストンロッド１とは、一体のものとして動く。本発 明のこの実施例においては、連結軸受３５がピストンロッド１と接続手段４との 間に配置され、ピストン２６と、ピストンスカート２７と、ピストンロッド１と が、一体的に同軸受の軸心のまわりに回転することを許している。 この構造においては、例えばシリンダ頂部における掃気弁及び排気弁、又はそ の他の従来慣用の掃気手段等、掃気プロセスのための特別の手段を設けることが 必要である。しかし、これにより、異なる作動原理を基礎とする別のピストンエ ンジンと振動無しの前記の運動学的構造とを組合せて使用することが可能となり 、更に、シリンダにおける摩耗を減少させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも一つのシリンダと往復動手段（１）とを備えた内燃機関であ って、前記シリンダの中でスライド可能であり、かつ、前記往復動手段（１）と 共通の軸心を有するピストン（１２）と、前記往復動手段（１）の軸心に対して 直角な共通の軸心を中心として互いに反対の方向にかつ反対の位相で回転できる ように前記往復動手段（１）の軸心を挟んで互いに反対の側に配設された一対の 回転子（５，６）と、それぞれが、前記往復動手段の各反対側から延びて、前記 回転子（５，６）のうちの一つに、前記各回転子（５，６）の共通の軸心から間 隔を置いたところで係合している接続手段（４）とを備えた内燃機関において、 ピストンの少なくとも一部でありシリンダ壁に接触している部分と前記接続手段 （４）との間に連結軸受（２８，２９，３５）が設けられたことにより、前記ピ ストン（１２）又は少なくとも前記ピストン（１２）の一部が、自身の軸心を中 心として自由に回転できることを特徴とする内燃機関。 ２． 前記連結軸受が、前記ピストンの、少なくとも一部であり前記シリンダ 壁に接触している部分と、ピストンロッドとの間に配置されていることを特徴と する請求の範囲第１項に記載の内燃機関。 ３． 前記連結軸受が、ピストンロッドと、前記接続手段との間に配置されて いることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関。 ４． 前記ピストンが、２つの部分、すなわち、前記ピストンロッドに固定さ れている主体と、リングのための溝を有するピストントップとを有し、前記リン グが、前記ピストントップの軸心を中心として前記主体に対して回転可能である ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の内燃機関。 ５． 前記ピストントップが、回転自在に前記ピストンロッドに取付けられて いることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のピストン。 ６． 前記ピストントップが自身の内部に冷却スペースを有し、前記冷却スペ ースが入口開口及び出口開口を有し、前記入口開口及び前記出口開口がピストン ロッドの中に冷却液の循環のために形成された供給管路及び同戻り管路にそれぞ れ接続されたことを特徴とする請求の範囲第２項から第５項のうちのいずれか１ つの項に記載のピストン。 ７． 前記冷却液が水であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の内燃 機関。 ８． 前記冷却液が油であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の内燃 機関。 ９． 前記ピストンロッドの中の前記供給管路が、前記接続手段の中に延在す る別の供給管路に接続され、前記別の供給管路が前記接続手段の端部に、前記ピ ストンロッドから離れて位置した入口開口を有し、前記戻り管路の出口が、前記 ピストンロッドから前記接続手段の近くで開口していることを特徴とする請求の 範囲第６項に記載の内燃機関。