(57)【要約】【課題】走行特性を改善するために振動ピストン・エンジンを提供する。【解決手段】ハウジング１２に対して固定されている回転軸３８のまわりを回転することができるとともに、回転軸３８に対して垂直な枢動軸４２のまわりで第１の終端位置（ＴＤＣ）と第２の終端位置（ＢＤＣ）の間で往復枢動運動を行うピストン３０が配置されている。ピストン３０は、回転軸３８のまわりを回転するとき、制御カム６６に沿って走行する第１の走行要素５８を有しており、制御カム６６は、走行要素５８が制御カム６６に沿って行う回転運動から、ピストン３０の枢動運動を導き出すように構成されている。ピストン３０の第１の終端位置（ＴＤＣ）から第２の終端位置（ＢＤＣ）への復帰を助ける復帰手段が、走行要素５８に加えてピストン３０と結合している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１２）と、前記ハウジング（１２）に対して固定されている回転軸（３８）のまわりを前記ハウジング（１２）内で回転することができるとともに、前記回転軸（３８）のまわりを回転するとき、前記回転軸（３８）に対して垂直に延びている枢動軸（４２）のまわりで第１の終端位置（ＴＤＣ）と第２の終端位置（ＢＤＣ）の間で往復枢動運動を行う少なくとも１つのピストン（３０）とを含み、
前記少なくとも１つのピストン（３０）は、前記ピストン（３０）が前記回転軸（３８）のまわりを回転するとき、少なくとも１つの制御カム（６６）に沿って走行する第１の走行要素（５８）を有し、
前記少なくとも１つの制御カム（６６）は、前記走行要素（５８）が前記制御カム（６６）に沿って行う前記回転運動から、前記少なくとも１つのピストン（３０）の前記枢動運動を導き出すように構成され、
前記少なくとも１つのピストン（３０）の少なくとも前記第１の終端位置（ＴＤＣ）から前記第２の終端位置（ＢＤＣ）への復帰を助ける復帰手段が、前記走行要素（５８）に加えて前記ピストン（３０）と結合していることを特徴とする、振動ピストン・エンジン。
【請求項２】
前記少なくとも１つのピストン（３０）に連結されているとともに、前記少なくとも１つのピストン（３０）が前記回転軸（３８）のまわりを回転するとき前記制御カム（６６）の横に隣接する第２の制御カム（６８）に沿って走行する第２の走行要素（８６、８６’）を、前記復帰手段（７８）が有していることを特徴とする、請求項１に記載の振動ピストン・エンジン。
【請求項３】
前記第２の制御カム（６８）に沿って走行する前記第２の走行要素（８６、８６’）が前記少なくとも１つのピストン（３０）に対して前記第２の終端位置（ＢＤＣ）に向かう方向に引張り力を及ぼすように、前記第２の制御カム（６８）が構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の振動ピストン・エンジン。
【請求項４】
前記第２の走行要素（８６）が走行ローラであることを特徴とする、請求項２または３に記載の振動ピストン・エンジン。
【請求項５】
前記第２の走行要素（８６’）が摺動シューであることを特徴とする、請求項２または３に記載の振動ピストン・エンジン。
【請求項６】
前記第２の走行要素（８６、８６’）が前記少なくとも１つのピストン上に弾力的に取り付けられていることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
【請求項７】
前記第１の制御カム（６６）および前記第２の制御カム（６８）が、互いに対して略平行に延びているとともにウェブ（１０４）により互いに分離されているカム溝として構成されており、前記第１の走行要素（５８）および前記第２の走行要素（８６、８６’）が、互いに対してそれぞれ反対の方向に湾曲している前記カム溝の側面に沿って誘導されることを特徴とする、請求項２〜６のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
【請求項８】
少なくとも第２のピストン（３４）が前記ハウジング（１２）内に配置されており、前記少なくとも第２のピストン（３４）は、前記少なくとも１つのピストン（３０）と一緒に前記回転軸（３８）のまわりを回転できるとともに、前記少なくとも１つのピストン（３０）の前記枢動軸（４２）に対して平行ではない枢動軸（４４）のまわりを枢動することができ、前記少なくとも１つの第２のピストン（３４）は、前記少なくとも１つのピストン（３０）の前記第２の制御カム（６８）に沿って走行する第１の走行要素（６２）と、前記少なくとも１つの第２のピストン（３４）の復帰を助けるために、少なくとも第１の終端位置（ＴＤＣ）から第２の終端位置（ＢＤＣ）まで前記少なくとも１つのピストン（３０）の前記第１の制御カム（６６）に沿って走行する第２の走行要素（８２）と、を有していることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
【請求項９】
前記復帰手段が、前記少なくとも１つのピストンの後部に加える負圧を生成する負圧源（１６６）を有していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
【請求項１０】
前記第１の走行要素（５８）がローラとして構成されており、前記ローラの走行表面の下方には換気ブレード（１０８）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の振動ピストン・エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジングに対して固定されている回転軸のまわりをハウジング内で回転することができるとともに、回転軸のまわりを回転するとき、回転軸に対して垂直に延びている枢動軸のまわりで第１の終端位置と第２の終端位置の間で往復枢動運動を行う少なくとも１つのピストンが、その中に配置されているハウジングを含む、振動ピストン・エンジンに関し、少なくとも１つのピストンは、ピストンが回転軸のまわりを回転するとき、少なくとも１つの制御カムに沿って走行する第１の走行要素を有しており、この少なくとも１つの制御カムは、走行要素が制御カムに沿って行う回転運動から、少なくとも１つのピストンの枢動運動を導き出すように構成されている、振動ピストン・エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種類の振動ピストン・エンジンは、下記特許文献１から知られている。
振動ピストン・エンジン、特に、本発明の振動ピストン・エンジンは、内燃機関として、例えばポンプ、またはコンプレッサーとして使用することができる。本発明の振動ピストン・エンジンは、内燃機関として使用することが好ましく、本明細書ではそういうものとして説明している。
【０００３】
振動ピストン・エンジンを内燃機関として使用する場合には、吸入、圧縮、膨張、および排出の個々の作動行程が、少なくとも１つのピストンの２つの終端位置間の往復枢動運動により与えられる。
同じ出願人による上述した下記特許文献１から知られている振動ピストン・エンジンの場合には、合計４つのピストンが球体のハウジング内に配置されており、これらの４つのピストンは、ハウジングの中心にありかつハウジングに対して固定されている回転軸のまわりで一緒に回転するとともに、４つのピストンがハウジング内で回転するとき、枢動軸のまわりで往復枢動運動を行い、２つの隣接するピストンはそれぞれ反対の方向に枢動する。この既知の振動ピストン・エンジンの場合には、ハウジングの中心に直径方向に対向する各２つのピストンは互いに堅固に連結されてダブル・ピストンを形成しており、このような２対のピストンはハウジングの中心で交差するように配置されている。各作動チャンバは、対をなすピストンの互いに対向している各２つの端部表面の間に形成されており、したがって、既知の振動ピストン・エンジンは合計２つの作動チャンバを有している。ハウジングの中心に直径方向に対向するように配置された両方の作動チャンバの大きさは、ピストンの往復枢動運動時に同じ方向に拡大縮小する。
【０００４】
少なくとも１つのピストンの枢動運動の範囲は、第１の終端位置と第２の終端位置とにより定められる。作動チャンバが最小容積を有している第１の終端位置はＴＤＣ（上死点）位置と呼ばれ、作動チャンバが最大容積を有している第２の終端位置はＢＤＣ（下死点）位置と呼ばれる。
少なくとも１つのピストンが回転軸のまわりで行う回転運動から、少なくとも１つのピストンの枢動運動を導き出すために、少なくとも１つのピストンは、ハウジング自体の内壁内に形成された、またはハウジング内壁に連結されたカム・ピース上に形成された制御カムに沿って走行する走行要素を有している。制御カムは、回転軸の周囲に延びるとともに、引き起こされる予定の往復枢動運動に従って湾曲して構成されており、すなわち、回転軸からさらに遠く離れて配置されている領域と、回転軸からそれほど離れずに配置されている領域とを有している。
【０００５】
ＴＤＣ位置では少なくとも１つのピストンが回転軸の近傍に位置しており、他方、ＢＤＣ位置では少なくとも１つのピストンが回転軸からさらに遠く離れて配置されているこの種類の振動ピストン・エンジンの構成の場合では特に、回転軸のまわりでの少なくとも１つのピストンの回転運動に起因する遠心力は、ピストンのＴＤＣ位置からＢＤＣ位置への運動を助ける。しかしながら、特に振動ピストン・エンジンの始動時の低回転速度においては、これらの遠心力は小さい。第２の振動ピストンがハウジング内の枢動軸の反対側に存在しており、この第２のピストンは、少なくとも１つの第１のピストンが吸引作動行程を行うプロセスにあるときには、燃料／空気混合物の点火後の膨張作動行程を行うプロセスにあり、この膨張作動行程の結果形成される圧力蓄積が、第１のピストンのＴＤＣ位置からＢＤＣ位置への枢動運動を抑制し、その結果、第１のピストンの走行要素が制御カム上に直接かつ確実に接触した状態で第１のピストンが予定時間内にＢＤＣ位置に到達することを妨げるということが起こる可能性がある。
【０００６】
しかしながら、少なくとも１つのピストンのＴＤＣ位置からＢＤＣ位置への枢動運動を助けるのに十分な遠心力がある高回転速度においてもまた、ＴＤＣ位置における遠心力は依然として小さく、少なくとも１つのピストンの走行要素が所要の正確さで制御カムに沿って走行せず、むしろ走行要素が制御カムとの接触を失い、その結果、少なくとも１つのピストンの枢動運動が一定ではなくなりうる危険性を除外することができない。このことは、少なくとも１つのピストンの枢動運動が、特定の時点で中断したり、または少なくとも減速したりする可能性があり、他方では、他の領域で、その後、枢動運動が加速するということを意味している。これは、少なくとも１つのピストンがそのＢＤＣ位置に遅れて到達したり、または全く到達しないという好ましくないケースをもたらす可能性さえある。これは、この種類の振動ピストン・エンジンの走行特性、特に、走行の滑らかさを損なう。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０３／０６７０３３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、走行特性を改善するために冒頭に言及した種類の振動ピストン・エンジンを開発する目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、前記目的は、少なくとも１つのピストンの少なくとも第１の終端位置から第２の終端位置への復帰を助ける復帰手段が走行要素に加えてピストンと結合している、冒頭に言及した振動ピストン・エンジンに関して達成される。
したがって、本発明の振動ピストン・エンジンは、少なくとも１つのピストンに対して、制御カムに沿って走行する走行要素に加えて、少なくとも１つのピストンの少なくとも第１の終端位置から第２の終端位置への復帰を助ける復帰手段を有している。設けられた復帰手段は、少なくとも１つのピストンの第２の終端位置から第１の終端位置への復帰もまた助けることができることは明らかである。本発明の構成は、第２の終端位置にあるときよりも第１の終端位置にあるときの方が少なくとも１つのピストンが回転軸のより近くに位置しているとき特に有利である。この場合、少なくとも１つのピストンの第１の終端位置から第２の終端位置への枢動運動は遠心力により助けられるが、上述したように、少なくとも１つのピストンを第１の終端位置から第２の終端位置へ確実に誘導するには、これらの遠心力は、低回転速度で、特に、ＴＤＣ位置でその大きさが十分ではない可能性がある。本発明に基づいて設けられた復帰手段は、第１の終端位置から第２の終端位置への旋回運動の全体にわたって少なくとも１つのピストンの走行要素が制御カムに接触した状態で保持されるように構成されている。少なくとも１つのピストンの少なくとも第１の終端位置から第２の終端位置への復帰を助ける本発明の復帰手段を設けた結果として、本発明の振動ピストン・エンジンの走行特性、特に、その走行の滑らかさが改善される。
【０００９】
本発明の好ましい構成では、少なくとも１つのピストンに連結されているとともに、少なくとも１つのピストンが回転軸のまわりを回転するとき制御カムの横に隣接する第２の制御カムに沿って走行する第２の走行要素を、復帰手段が有している。
したがって、この構成では、少なくとも１つのピストンは、第１の制御カムに沿って走行する走行要素に加えて、第１の制御カムに隣接している分離した制御カムに沿って走行する第２の走行要素を有している。したがって、第１の走行要素を少なくとも１つのピストン上に配置して、第１の走行要素が半径方向圧縮力の大部分を吸収してハウジングの側部上にピストンを支持するようにすることができ、他方、第２の走行要素が、少なくとも第１の終端位置から第２の終端位置へ少なくとも１つのピストンを確実に誘導する機能を有していることは重要である。
【００１０】
上述した構成に関して、第２の制御カムに沿って走行する第２の走行要素が少なくとも１つのピストンに対して第２の終端位置に向かう方向に引張り力を及ぼすように、第２の制御カムが構成されているとき、さらに好ましい。
この構造は、第１の終端位置が、少なくとも１つのピストンの第２の終端位置よりも回転軸の近くに位置しているとき特に有利である。この場合、第２の制御カムに沿って走行する第２の走行要素は、少なくとも１つのピストンが第１の終端位置から第２の終端位置へ旋回運動を行うのを確実に誘導することを確かにする引張り力を、第１の終端位置から第２の終端位置までピストンに作用させる。
【００１１】
さらに好ましい構成では、第２の走行要素が、走行ローラまたは摺動シューである。
第２の走行要素として走行ローラを設けると、第２の走行要素を第２の制御カム上で低摩擦で誘導できる利点を有しており、他方、第２の制御カムに沿って摺動する摺動シューは、第２の走行要素の構造的により簡素な設計をもたらす。
さらに好ましい構成では、第２の走行要素をピストン上に弾力的に取り付けている。
【００１２】
第２の走行要素を少なくとも１つのピストンに堅固に連結することに比較して、第２の走行要素を少なくとも１つのピストン上に弾力的に取り付けることは、第２の走行要素が第１の走行要素に対して少なくともいくらかの範囲内で柔軟に動くことができ、その結果、ハウジング内のまたはカム・ピース上の２つの制御カムの、例えば、製造時の製造関連の許容誤差を、弾力性のある遊びにより補償することを可能にするという利点を有している。このことは、少なくとも１つのピストンの滑らかな枢動運動を確保し、したがって、振動ピストン・エンジンの走行特性、特に、走行の滑らかさをさらに改善する。
【００１３】
さらに好ましい構成では、第１の制御カムおよび第２の制御カムが、互いに略平行に延びているとともにウェブにより互いに分離しているカム溝として構成されており、第１の走行要素および第２の走行要素が、互いに対してそれぞれ反対の方向に湾曲しているカム溝の側面に沿って誘導される。
第１の走行要素は、この場合、少なくとも１つのピストンの方に向かって湾曲している第１のカム溝の側面上を走行し、第２の走行要素は、ピストンから離れる反対の方向に向かって湾曲している第２のカム溝の側面上を走行することが好ましい。このことは、少なくとも１つのピストンを第１の終端位置から第２の終端位置に後退させるために十分な引張り力を第２の走行要素が加えることを可能にする。
【００１４】
さらに好ましい構成では、少なくとも第２のピストンがハウジング内に配置されており、この少なくとも第２のピストンは、少なくとも１つのピストンと一緒に回転軸のまわりを回転できるとともに、少なくとも１つのピストンの枢動軸に対して平行ではない枢動軸のまわりを枢動することができ、少なくとも１つの第２のピストンは、少なくとも１つのピストンの第２の制御カムに沿って走行する第１の走行要素と、少なくとも１つの第２のピストンの復帰を助けるために、少なくとも第１の終端位置から第２の終端位置まで少なくとも１つのピストンの第１の制御カムに沿って走行する第２の走行要素と、を有している。
【００１５】
本発明の振動ピストン・エンジンのこの構成の場合では、振動ピストン・エンジンは２つの作動チャンバを有しており、上述した手段の利点は、少なくとも２つのピストンの誘導が全部でちょうど２つの制御カムを必要とし、これらの２つの制御カムはピストンの誘導と同時にピストンの第１の終端位置から第２の終端位置への復帰を助ける各復帰手段の一部を形成しているという事実にある。また、本発明の振動ピストン・エンジンは４つのピストンを有することができ、その２つは、その間で作動チャンバの範囲を定めている１対のピストンを形成していることは明らかである。少なくとも１つのピストンの枢動軸と、少なくとも第２のピストンの枢動軸とは、互いに対して平行には延びておらず、むしろ所定の角度だけ、好ましくは９０°だけ互いにずれている。
【００１６】
第２の走行要素で形成されて第２の制御カムに沿って走行する復帰手段のもう一つの手段として、またはその復帰手段に加えて、復帰手段が、少なくとも１つのピストンの後部に加える負圧を生成する負圧源を有しているとき、さらに好ましい。
復帰手段が負圧源だけを有しているとき、このことは、第２の走行要素を省いてもよく、その結果、少なくとも１つのピストンのピストン後部の寸法を大きくする必要はなく、その結果、付加的な第２の走行要素がピストンの後部上に配置されるときよりも枢動行程を全体的に大きくできるという利点を有している。この種類の負圧は、少なくとも１つのピストンの第２の終端位置から第１の終端位置への枢動運動を妨げないように具体的に選択される。少なくとも１つのピストンの第１の終端位置から第２の終端位置への復帰を助ける目的のためには、１，０００〜２，０００ｋｐ／ｍ２の範囲の負圧で十分である。
【００１７】
さらに好ましい構成では、第１の走行要素はローラとして構成されており、このローラの走行表面の下方には換気ブレードが配置されている。
この構成は、第１の走行要素が少なくとも１つのピストンを制御カムに沿って誘導するだけではなく、むしろ、同時に、少なくとも１つのピストンを冷却する送風機の役目も果たすという利点を有している。ローラが制御カムに沿って走行するとき、空気は換気ブレードによりピストンの後部に引き込まれて、ローラとピストンの間の対応する間隔を通して再び吹き出す。このようにして、例えば、閉じた空気冷却回路により振動ピストン・エンジンに供給できる冷却空気が、少なくとも１つのピストンに導入される。
【００１８】
さらなる利点および特徴は、下記の説明および添付図面から明らかになるであろう。
上述した、およびさらに後述する特徴は、個々に特定された組み合わせにおいてだけでなく、むしろ他の組み合わせにおいても、またはその特徴単独でも、本発明の範囲を逸脱することなく使用することができるということが理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１〜図４は、全体に参照符号１０を付される振動ピストン・エンジンを示している。振動ピストン・エンジン１０のさらなる詳細は、図５〜図１０に示されている。
振動ピストン・エンジン１０は、一般に、内燃機関として設計されているが、適宜に変更され、ポンプとしても、またはコンプレッサーとしても使用することができる。
振動ピストン・エンジン１０は、図１では閉じた状態で示されているハウジング１２を有している。ハウジング１２は、その構成において球体である中央ハウジング部分１４を有している。中央ハウジング部分１４は、フランジ２０により結合されている２つのハウジング・ハーフ部１６および１８で構成されている。
【００２０】
また、ハウジング１２は、第１の端面部２２と、第１の端面部２２に対向する第２の端面部２４と、を有している。
第１の端面部２２は端面部ハウジング蓋２６により形成され、第２の端面部２４は端面部ハウジング蓋２８により形成されている。ハウジング蓋２６および２８は、中央ハウジング部分１４、すなわちそのハウジング・ハーフ部１６および１８に連結されている。ハウジング・ハーフ部１８からハウジング・ハーフ部１６を取り外すことができるように、中央ハウジング部分１４からハウジング蓋２６および２８を取り外すことができる。
【００２１】
図２〜図４によると、４つのピストン３０〜３６がハウジング１２の内部に配置されている。ピストン３０〜３６は、ハウジング１２内で回転軸３８のまわりを矢印４０で示した方向に一緒に回転できる。回転軸３８は、ハウジング１２の球体内部の中心を貫通するとともに、ハウジングに対して固定されており、すなわち、ピストン３２〜３６が回転するとき、回転軸３８はハウジング１２に対して位置が変化しない。
【００２２】
ピストン３０〜３６は、それらが回転軸３８のまわりを回転するとき、その回転運動に重畳される枢動運動を行う。ピストン３０および３２は、この場合、ハウジング１２の内部の中心で回転軸３８に直交する第１の枢動軸４２のまわりで往復枢動運動を行い、他方、ピストン３４および３６は、それらが回転軸３８のまわりを回転するとき、同様にハウジング１２の内部の中心で回転軸３８に直交するが、また枢動軸４２に対しても垂直に位置している第２の枢動軸４４のまわりで往復枢動運動を行う。枢動軸４２および４４は、ピストン３０〜３６と一緒に同様に回転軸３８のまわりを回転する。ピストン３０および３２の瞬間枢動平面は、この場合、ピストン３４および３６の瞬間枢動平面に対して常に垂直に位置している。
【００２３】
しかしながら、４つすべてのピストン３０〜３６が共通平面内に配置されるとともに、枢動軸４２および４４が平行であるか、または一致するようにすることもまた可能である。
回転軸３８と、枢動軸４２および４４の両方を、この場合、幾何学軸として理解すべきである。
【００２４】
ピストン３０および３２、またはピストン３４および３６の枢動運動は、図２に示した一方の終端位置（ＢＤＣ位置として知られている）と、図３に示した他方の終端位置（ＴＤＣ位置として知られている）との２つの終端位置の間で実行される。
一方のピストン３０および３２の枢動運動、および他方のピストン３４および３６の枢動運動は、すべての場合において同じ方向（direction）であり、すなわち、ピストン３０および３２が互いから枢動離間するときには、ピストン３４および３６もまた互いから枢動離間しており、逆もまた同様である。
【００２５】
ピストンの各々は端部表面を有しており、すなわち、ピストン３０は端部表面４６を有しており、ピストン３２は端部表面４８を有しており、ピストン３４は端部表面５０を有しており、ピストン３６は端部表面５２を有しているが、前記端部表面５２は、図２では他の構成要素で隠れて見えなくなっている。
ピストン３０および３２はピストンの第１の対を形成し、それらの端部表面４６および４８は互いに対向している。端部表面４６および４８は、第１の作動チャンバ５４を規定している。ピストン３４および３６はピストンの第２の対を形成し、それらの端部表面５０および５２は互いに対向しており、第２の作動チャンバ５６を規定している。作動チャンバ５４および５６の容積の大きさは、ピストン３０および３２、またはピストン３４および３６の往復枢動運動に従って拡大縮小し、作動チャンバ５４および５６の大きさは、すべての場合において同じ方向に拡大したり、または縮小したりする。
【００２６】
ピストン３０〜３６は、回転軸３８が、好ましくはピストン３０〜３６の各回転位置および枢動位置の中心で作動チャンバ５４と作動チャンバ５６の両方を貫通するようにハウジング１２内に配置されている。
ピストン３０〜３６が回転軸３８のまわりで回転運動中にピストン３０〜３６の枢動運動を生成するために、各ピストンは走行要素を有している。すなわち、ピストン３０は走行要素５８を有しており（図３および図４）、ピストン３２は走行要素６０を有しており（図２〜図４を参照）、ピストン３４は走行要素６２を有しており（図２を参照）、ピストン３６は走行要素６４を有している（図３および図４を参照）。走行要素５８〜６４は、この場合、ローラとして形成されており、各走行要素５８〜６４は、対応するピストン３０〜３６に回転可能に固定されている。
【００２７】
第１の制御カム６６が、ピストン３０および３２の走行要素５８および６０と対応しており、第２の制御カム６８が、ピストン３４および３６の走行要素６２および６４と対応している。
したがって、走行要素５８および６０は同じ制御カム６６に沿って走行し、走行要素６２および６４は同じ制御カム６８に沿って走行する。
【００２８】
制御カム６６および６８は、図８および図９にそれだけを分離して中央縦断面図で示しているカム・ピース７０上に形成されている。したがって、図８および図９は制御カム６６および６８の半分だけを示しているが、回転軸３８のまわりの全周にわたって延びていることは明らかである。カム・ピース７０はハウジング１２の内部に固定されている。
制御カム６６および６８は、それぞれ、ピストン３０および３２、またはピストン３４および３６の枢動運動を、それらのピストンの回転軸３８のまわりの回転運動から導き出すことができる輪郭またはカム・ガイドを有している。
【００２９】
制御カム６６および６８は、互いに横に隣接して形成されるとともに、互いに略平行に延びている。
図８および図９の断面は、カム・ピース７０も示している図２および図３の断面に対して垂直である。図８の視点では、参照符号７２および７２’を付される制御カム６６の点が、ピストン３０および３２、すなわち、図２および図３のピストンの左の対のＢＤＣ位置に対応している。
【００３０】
参照符号７４で示した点と、点７４に対して回転軸３８のまわりで１８０°ずれている点（図８には図示せず）とが、ピストン３０および３２、すなわち、図３のピストンの左の対のＴＤＣ位置に対応している。
これに対応して、参照符号７６および７６’を付された制御カム６８の点が、ピストン３４および３６、すなわち、図３のピストンの右の対のＴＤＣ位置を表している。上述したように、ピストン３４および３６は、ピストン３０および３２に対して回転軸３８のまわりで９０°ずれている。参照符号７８で与えられる点と、回転軸３８に対して１８０°ずれている点（図８には図示せず）とが、図２に示しているピストン３４および３６のＢＤＣ位置を表している。
【００３１】
走行要素５８〜６４に加えて、復帰手段７８〜８４がピストン３０〜３６に結合している。すなわち、ピストン３０に結合しているのは復帰手段７８であり、ピストン３２に結合しているのは復帰手段８０であり、ピストン３４に結合しているのは復帰手段８２であり、ピストン３６に結合しているのは復帰手段８４である。復帰手段７８〜８４は、ピストン３０〜３６が図３のＴＤＣ位置から図２のＢＤＣ位置へ復帰するのを助ける役目を果たしている。
【００３２】
ピストン３０〜３６の復帰手段７８〜８４は、それぞれ同一であるため、本明細書の中では一例としてピストン３０の復帰手段７８だけについて説明するが、この説明は、残りのピストン３２〜３６の復帰手段８０〜８４にも等しく当てはまる。
図６ｂによると、ピストン３０の復帰手段７８は、第１の走行要素５８に加えてピストン３０上に設けてあり、かつピストン３０に連結されている第２の走行要素８６を有している。走行要素８６は走行ローラの形態である。あるいは、走行要素８６を球体として形成することもできる。
【００３３】
図７によると、ピストン３０は、走行ローラとして形成されている走行要素５８がジャーナル９２により回転可能に収容されている凹部９０を有するピストン胴体部８８を有している。凹部９０は、ピストン３０の後部上に、すなわち、ピストン３０の端部表面４６から遠く離れた側部上に位置している。走行要素５８を球体として形成することもできる。
【００３４】
第２の走行要素８６を受け入れる役目を果たすさらなる凹部９４が、ピストン３０の後部上に凹部９０に隣接して形成されている。復帰手段７８の第２の走行要素８６はラグ（lug）９６に固定されており、このラグ９６は、凹部９４に挿入され、ジャーナル９２上にも取り付けられているが、ラグ９６はジャーナル９２のまわりで回転することはできない。第２の走行要素８６は、この場合コイルばねとして形成されているバネ９８でピストン３０上に弾力的に取り付けられている。その結果、第２の走行要素８６は、第１の走行要素５８から第２の走行要素８６の間隔の方向に、すなわち、第１の走行要素５８の方へおよび第１の走行要素５８から離れる方向へ、第１の走行要素５８に対してわずかに動くことができる。
【００３５】
２つの固定リング１００および１０２が、ピストン３０のピストン胴体部８８内にジャーナル９２を固定する。
図３を参照して、ピストン３０の復帰手段７８の第２の走行要素８６は、第２の制御カム６８内を走行し、この第２の制御カム６８内を、ピストン３４および３６の第１の走行要素６２および６４もまた走行している。ピストン３４および３６の枢動平面がピストン３０および３２の枢動平面からずれていることによって、ピストン３０の第２の走行要素８６と、ピストン３４および３６の第１の走行要素６２および６４とは、この場合、妨げられない（not disturbed）。ピストン３２の復帰手段８０もまた第２の制御カム６８内を走行し、逆に、第２の走行要素としてピストン３４および３６上にも設けてあるピストン３４および３６の復帰手段８２および８４は、第１の制御カム６６内を走行し、この第１の制御カム６６内を、ピストン３０および３２の第１の走行要素５８および６０が走行している。
【００３６】
この配置によって、必要なものは、依然として２つの制御カム６６および６８だけであり、ピストン３０および３６が復帰手段７８〜８４なしで形成されたときでも、これらの２つの制御カム６６および６８は等しく必要である。
図３のＴＤＣ位置から始まって、第２の制御カム６８内を走行するピストン３０および３２の復帰手段７８および８０は、ピストン３０および３２上にＢＤＣ位置の方向に引張り力を及ぼす。このことは、図３および図２から分かるように、特に、制御カム６６および６８が、互いに略平行に延びているとともにウェブ１０４により互いに分離している湾曲した溝として形成されており、第１の走行要素５８および６０と復帰手段７８および８０とが、互いに対してそれぞれ反対の方向に湾曲しているカム溝の側面に沿って誘導されるという事実の結果としてもたらされる。
【００３７】
復帰手段７８〜８４の構成に代わるものとして、前記復帰手段は、走行ローラ８６の代わりに、ラグ９６’の自由端においてボール状の表面で形成された摺動ブロック８６’を有することもできる（図６ａおよび図７）。ピストン３０と第１の走行要素５８との残りの部分の設計は、この場合、もとのままである。
図７で特に明らかなように、第１の走行要素５８〜６４は、それぞれ、その走行表面に開口部１０６を有しているローラとして構成されており、本例示的実施形態では放射状に走行要素５８〜６４のジャーナル９２で形成された回転軸の方に向いている換気ブレードが、走行表面の下方に配置されている。走行要素５８〜６４が制御カム６６および６８に沿って摺動するとき、換気ブレード１０８に起因する走行要素５８〜６４の回転が換気効果を生じ、この換気効果でピストン３０〜３６内の凹部９０および９４を通してピストン３０〜３６を空気で満たすことにより冷却する。
【００３８】
また、ピストン３０〜３６は、ハウジング１２のピストン・ケージ１１０内に摺動するように取り付けられており、このピストン・ケージ１１０は、ピストン３０〜３６とともに回転軸３８のまわりを回転し、図５には、このピストン・ケージ１１０がハウジング１２がない状態でピストン３０〜３６と一緒に示されている。ピストン・ケージ１１０内では、ピストン３０〜３６は、例えば、溝形連結（図示せず）を用いることにより、回転したり、または傾斜したりしないようにされている。
【００３９】
ピストン・ケージ１１０は、穴１１４を含む第１の主軸受部分１１２を有しており、ピストン３４および３６は前記穴内で摺動するように取り付けられている。端部表面５０および５２と一緒になって、穴１１４は作動チャンバ５６の範囲を定めている。
これに対応して、ピストン・ケージ１１０は、穴１１８を含む第２の主軸受部分１１６を有しており、この穴１１８内にはピストン３０および３２が摺動するように取り付けられており、この穴１１８はピストン３０および３２の端部表面４６および４８と一緒になって作動チャンバ５４の範囲を定めている。ピストン３０および３２がピストン３４および３６に対して９０°ずれている配置のために、穴１１４および１１６もまた、ピストン・ケージ１１０内で互いに対して垂直に構成されている。
【００４０】
ピストン・ケージ１１０は、軸受け部１２０および１２２により回転軸３８のまわりを回転できるようにハウジング１２内に主軸受部分１１２および１１６を介して取り付けられている。
さらに、ピストン・ケージ１１０は、回転軸３８のまわりのピストン３０〜３６の回転運動およびピストン・ケージ１１０の回転運動を駆動／出力シャフト１２４から、または駆動／出力シャフト１２４へと伝達する役目を果たす。この目的のために、ピストン・ケージ１１０には、その端部に、それぞれの場合において、１組の外側の歯１２６および１２８が設けてあり、これらの少なくとも１組、すなわち図示の例示的実施形態では外側の歯１２８の組は、出力シャフト１２４に堅固に連結されている歯車１３０とかみ合っている。したがって、出力シャフト１２４は、振動ピストン・エンジン１０の場合、回転軸３８に関して同軸ではなく、むしろ軸からずれて配置されている。
【００４１】
振動ピストン・エンジン１０の動作モードについて以下に説明する。
ピストン３０〜３６の図３に示したＴＤＣ位置から始まって、ピストン３０および３２、またはピストン３４および３６は、図２に示したＢＤＣ位置に枢動し、ピストン３０〜３６は、この場合、回転軸３８のまわりを９０°回転する。ピストン３０および３２、またはピストン３４および３６の枢動離間は、走行要素５８〜６４が制御カム６６および６８上を走行することにより与えられるとともに、したがって、中断することなく、抑制することなく、および特に走行要素５８〜６４が制御カム６６および６８との接触を失うことなく、ピストン３０および３２、またはピストン３４および３６が均等に枢動離間することを確かにする復帰手段７８〜８４により助けられている。
【００４２】
ピストン３０〜３６が回転軸３８のまわりを９０°さらに回転した後、ピストン３０〜３６はＢＤＣ位置から、もとのＴＤＣ位置などへ枢動する。ピストン３０および３２、またはピストン３４および３６が、ＴＤＣ位置からＢＤＣ位置に互いに枢動離間するとき、例えば、作動チャンバ５４内で吸引作動行程が行われるとともに、作動チャンバ５６内で燃料／空気混合物の点火後の膨張作動行程が行われる。その後、ピストン３０および３２、またはピストン３４および３６が互いの方へ枢動するとき、作動チャンバ５４内で圧縮作動行程が行われるとともに、作動チャンバ５６内では排出作動行程などが行われる。各作動（膨張）作動行程は、各作動チャンバ５４および５６内で、回転軸３８のまわりでのピストン３０〜３６の全回転にわたって行われる。
【００４３】
また、ハウジング蓋２６内に配置されているのは、本例示的実施形態ではインジェクション・ノズル１３４と組み合わされている、燃料／空気混合物を作動チャンバ５４に吸入する吸入連結要素１３２と、燃焼済み燃料／空気混合物を作動チャンバ５４から吐出する吐出連結要素１３６と、スパーク・プラグ１３８と、である。したがって、作動チャンバ５４への、および作動チャンバ５４からのガスの交換は、ハウジング１２の端面部２２上で行われる。ガスの所要の交換を制御するガス交換開口部１３９が、この目的のためにピストン・ケージ１１０内に設けてある。
【００４４】
作動チャンバ５６用のインジェクション・ノズルおよびスパーク・プラグに加えて、対応するガス交換開口部が端面部２４と結合しており、その配置は、端面部２２上の配置に対して回転軸３８に関して１８０°ずれている。ピストン３０〜３６の端部表面は、ピストン・ケージ１１０の端面部に対向するそれらの各領域内に、ピストン３０および３２に対する参照符号１４０および１４２で示しているような溝状の凹部を有している。ピストン３４および３６上にも対応するように設けてある溝状の凹部１４０および１４２が、作動チャンバ５４の有限の容積を、ピストン３０および３２のＴＤＣにとどめ、その結果、作動チャンバ５４内でちょうど圧縮されていた燃料／空気混合物に点火するとき、最適なてこの力でピストン３０および３２を互いに押し離す。図３によると、ピストン３０および３２は、それぞれ、作動チャンバ５４から離れている後方のチャンバ１４４および１４６と関連しており、作動チャンバ５４の容積が拡大するとき、これらの後方のチャンバ１４４および１４６の容積は縮小し、逆もまた同様である。ピストン３０および３２が互いから枢動離間するとき燃焼用空気を前圧縮するための吸入圧力チャンバとしてチャンバ１４４および１４６を使用することができ、ピストン３０および３２のＢＤＣ位置において、その後、弁配置（図示せず）を介して前圧縮された燃焼用空気をピストン３０および３２に注入することができるとともに、前記ピストンを通して作動チャンバ５４に注入することができる。類似の後方のチャンバまたは吸入圧力チャンバをピストン３４および３６に対しても適宜に設けることができる。
【００４５】
しかしながら、チャンバ１４４および１４６は、単に、ピストン３０および３２の空気冷却用の冷却空間としての役目も果たすことができる。このような空気冷却について図１および図１０を参照して後述する。
図１によると、空気入口１５０および対応する空気出口１５２がハウジング１２上にあり、ハウジング１２の内部、特に、ピストン後部空間を冷却する冷却空気を空気入口１５０を通して供給でき、空気出口１５２を通して再び吐出できる。空気入口１５０および空気出口１５２は、空気冷却器１５６と、空気フィルタ１５８と、循環系統１６０と、冷却空気送風機１６２と、を有する空気冷却回路１５４に連結されている。さらに、空気冷却器１５６には冷却ファン１６４が設けてある。冷却空気送風機１６２は、冷却空気が振動ピストン・エンジン１０の中を通って適切に循環することを確かにする。
【００４６】
第１の走行要素５８〜６４の他に、第２の走行要素として設けてあるピストン３０〜３６の上述した復帰手段７８〜８４のもう一つの手段として、またはその復帰手段に加えて、復帰手段は、また、ピストンの後部（ピストン３０および３２のチャンバ１４４、１４６、ならびにピストン３４および３６の対応するピストン後部空間）、すなわち、作動チャンバ５４および５６から遠く離れているピストン３０〜３６の側部に適用される負圧源１６６を有することができ、負圧がピストン３０〜３６をＴＤＣ位置からＢＤＣ位置に後退させたり、またはピストン３０〜３６のＢＤＣ位置への復帰を助けて、その結果、第１の走行要素５８〜６４が制御カム６６および６８に常に接触した状態で誘導される。
【００４７】
負圧源１６６は、図１０の例示的実施形態では、冷却空気回路１５４に組み込まれていることが有利である。振動ピストン・エンジン１０の動作中には、送風機として形成できる負圧源１６６が、それぞれのピストン後部空間内に１，０００〜２，０００ｋｐ／ｍ２の範囲の値である可能性がある一定の安定した負圧を生成する。わずかな真空と呼んでもよいこのような負圧では、１ｄｍ２の表面積に対して１０〜２０ｋｐ／ｍ２の圧力が加わる。したがって、０．６３５ｄｍ２の表面積に相当するピストン３０〜３６の直径約９０ｍｍでは、６．３５ｋｐ／ｍ２〜１２．７０ｋｐ／ｍ２の有効吸引圧力が加わる。この種類の吸引圧力は、ピストン３０〜３６の走行要素５８〜６４を常にそれぞれの制御カム６６または６８に安定に回転接触した状態で保持するのに十分である。
【００４８】
減圧することによりピストン３０〜３６の復帰を助ける方法を取る予定がないときには、冷却空気回路は閉回路であることが好ましい。
図１によると、ハウジング上には、それらを通してハウジング１２を冷却する冷却水を、前記ハウジングの中さえも通って循環させることができる水入口１７０および水出口１７２もある。
【００４９】
水入口１７０および水出口１７２は、送風機１７８が結合している水冷却器１７６と、水ポンプ１８０と、を有する冷却水回路１７４に連結されている。また、水回路１７４は、弁１８２および温度センサ１８４を有しており、温度センサ１８４は、冷却水回路１７４の主系統１８６に連結され、制御装置１８８により弁１８２を制御している。この配置により略一定の冷却水温を保持することができる。
【００５０】
最後に、図１の振動ピストン・エンジン１０は、ハウジング１２内に油入口１９０および油出口１９２を有している。振動ピストン・エンジン１０の回転部分、特に、ピストン・ケージ１１０およびピストン３０〜３６とともにすべての走行要素に注油して冷却するための油は、油入口１９０を通して提供される。
図１０によると、油入口１９０および油出口１９２は、油冷却器１９６と、油ポンプ１９８と、油受け２００と、油フィルタ２０２と、油冷却器１９６用の送風機２０４と、を有する油回路１９４に連結されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】振動ピストン・エンジンの全体斜視図である。
【図２】図１の振動ピストン・エンジンの縦断面図であり、第１の枢動終端位置（ＢＤＣ位置）にあるピストンを示している。
【図３】図２と同じ断面図で図１の振動ピストン・エンジンを示しており、第２の枢動終端位置（ＴＤＣ位置）にあるピストンを示している。
【図４】図１の振動ピストン・エンジンのさらなる縦断面図であり、図４の断面は、図２および図３の断面に対して約４５°傾斜しており、図２の枢動終端位置と図３の枢動終端位置の間のほぼ中心に位置する枢動位置にあるピストンを示している。
【図５】内部に収容されたピストンを含む図１〜図４の振動ピストン・エンジンのピストン・ケージの斜視図である。
【図６ａ】図１〜図４の振動ピストン・エンジンのピストンの１つの変形例を示している。
【図６ｂ】図１〜図４の振動ピストン・エンジンのピストンの他の変形例を示している。
【図７】図６ａおよび図６ｂのピストンの変形例の分解図である。
【図８】図１〜図４の振動ピストン・エンジンのカム・ピースの半分の縦断面斜視図である。
【図９】図８のカム・ピースのさらなる半分の縦断面図であり、図８とは異なる斜視図でかつ図８よりも小さい縮尺で示している。
【図１０】図１〜図４の振動ピストン・エンジンの振動ピストン・エンジン用の冷却および潤滑回路を示すブロック図を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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