(57)【要約】【課題】熱的問題を低減すると共に締め付けの危険性を回避したピストン機関を提供する。【解決手段】ハウジングと、クランクシャフト（２）のクランクピン（７）に支持され、該クランクピンの周りに角度変化しないように確保されながら、平行回転運動を行うピストン（８）とを有するピストン機関において、側壁（１４）の１つをピストン（８）に固定し、ハウジング（１．３．４．５）のうち周壁（１１，１２）を構成するチャンバ部分（３）の軸線に垂直な端壁（３′）と摺動的にオーバーラップさせ、他の側壁（１４′）をチャンバ部分（３）に固定し、ピストン（８）の軸線に垂直な端壁（８′）と摺動的にオーバーラップさせる。
2005502806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１．３．４．５）と、クランクシャフト（２）のクランクピン（７）に支持され、上記クランクピンのまわりに角度変化しないように確保されながら平行回転運動を行うピストン（８）とを有するピストン機関であって、上記ピストンは、クランクシャフトの軸線に垂直な平面上に形成され断面が凸（９）及び凹（１０）に構成された外壁によって、ハウジングにより形成され断面が凹（１１）及び凸（１２）に構成された周壁に関連して、チャンバ（１３）を形成しており、該チャンバは軸線方向に離れて配置された側壁（１４）によって限定され、平行回転時に開閉し容積を変化する形式のものにおいて、側壁（１４）の１つが、ピストン（８）に固定されており、ハウジング（１．３．４．５）のうち周壁（１１，１２）を構成するチャンバ部分（３）の軸線に垂直な端壁（３′）と摺動的にオーバーラップし、他方、他の側壁（１４′）が、チャンバ部分（３）に固定されており、ピストン（８）の軸線に垂直な端壁（８′）と摺動的にオーバーラップしていることを特徴とするピストン機関。
【請求項２】
ピストン（８）に固定された側壁（１４）が、ピストン（８）の端壁（８′）に固定された平坦なプレートとして構成されていることを特徴とする請求項１に係るピストン機関。
【請求項３】
ピストン（８）が、チャンバ部分（３）に対して軸線方向へ可動に支持されていることを特徴とする請求項１に係るピストン機関。
【請求項４】
ピストン（８）の外壁（９，１０）及びチャンバ部分（３）の周壁（１１，１２）が、軸線に平行に延びる直線に対して角度（Ｗ１，Ｗ２）をなして円錐形に構成されていることを特徴とする請求項３に係るピストン機関。
【請求項５】
側壁（１４，１４′）が、その摺動的なオーバーラップ時に、弾性的に密封されていることを特徴とする請求項４に係るピストン機関。
【請求項６】
周壁（１１，１２）及び外壁（９，１０）が、チャンバ部分（３）に固定された側壁（１４′）に向くその縁において、反対側の縁におけるよりも小さい間隔を有するように、角度（Ｗ１，Ｗ２）が僅かに異なることを特徴とする請求項４に係るピストン機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１の上位概念の種類のピストン機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のピストン機関は、ＷＯ９３／２５８０１より公知である。このピストン機関は、この公報に記載の如く、 膨張機関又は圧縮機関、ポンプとして、又は、例えば、更に１つ又は複数のチャンバを有する内燃機関として使用できる。
【０００３】
公知の構造の場合、ピストンの端面は、ハウジングから構成されるチャンバの２つの平行な側壁に対してクランクシャフトの軸線方向へ密封される。この構成は欠点を有する。
【０００４】
ピストン機関を内燃機関又は圧縮機として使用する場合、チャンバ内に多量の熱が発生し、この熱量は、特に、ピストンを介して放熱しなければならず、ピストンに大きい熱的負荷を加える。かくして、特に、クランクシャフト及びその軸受も熱的負荷を受ける。ピストンの放熱は、重大な問題となり、この問題は、ピストンが固定された側壁との間に挿入されることによって一層厳しくなる。
【０００５】
上記の公知の構造の場合の如くピストンが固定された側壁上を走行するのではなく、ピストンに固定されピストンとともに走行する側面が、固定されたハウジング部分上を密封状態で走行する形式の類似の平行回転ピストン機関は、ＤＥ３７１６０１７Ａ１及びＵＳ１３７８０６５により公知である。かくして、ピストンが、固定された側壁の間に熱を受けながら挿入されることはないという利点が得られる。同時に走行する側壁は、ピストンを十分に冷却する可動の冷却面として役立つと考えられる。かくして、ピストン及びクランクシャフト軸受の熱的負荷が減少される。
【０００６】
ピストンに固定され、ピストンと共に走行する側壁を有するこれら双方の構造の場合、双方の側壁がピストンを介して相互に固定して結合されているという事実が、欠点となる。即ち、側壁の熱的変形時、締め付けの危険性が生ずる。
【特許文献１】
ＷＯ９３／２５８０１
【特許文献２】
ＤＥ３７１６０１７Ａ１
【特許文献３】
ＵＳ１３７８０６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、ピストン機関において、締め付けの危険性を回避しつつ、 熱的問題を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１の特徴によって解決される。
【０００９】
本発明に基づき、ピストンは、１つの側で、固定された側壁に沿って走行し、他の側に、同時に駆動される側壁を有する。２番目に挙げた構造の本質的な利点、即ち、同時に駆動される側壁によるピストンの良好な冷却という利点が生ずる。しかしながら、この公知の構造の締め付けの危険性は、避けられる。なぜならば、ピストンの１つの側にのみ、同時に駆動される側壁が設けてあるからである。即ち、ピストンは、同時に駆動されるその側壁と共に、固定された側壁に対して側方へ逃げることができ、したがって、熱的変形時に、側壁の間の締め付けが避けられる。この構造の更なる利点は、通常の如くガスを圧縮すべき場合に、この構造を有するように本発明に係る機関を問題なく構成でき、場合によっては、しかし、非圧縮性流体も吸引できるという点にある。この場合、液体圧縮実験は、機関の破損を招くことになろう。しかしながら、ピストン及びチャンバ部分が、これらにそれぞれ固定された側壁と共に、逃げ得る場合、例えば、ピストンが、保持バネに抗して逃げ得る場合、このような破損は阻止される。
【００１０】
請求項２の特徴を備えていれば有利であり、この実施例は、構造的及び組立技術的利点を有する。
【００１１】
この場合、請求項３に基づき、ピストンは、チャンバ部分に対して可動に支持されている。即ち、ピストンは、軸線方向変位によって、側壁の摺動的なオーバーラップ位置から側壁が間隙を置いてオーバーラップする位置に移動させることができる。この間隙は、増大又は縮小できる。かくして、ピストン機関のチャンバの適切な非密封状態が生ずる。これは、例えば、圧縮機として使用した場合に有利である。無負荷運転又は高速運転の場合、大きい間隙、即ち、大きい非密封状態を設定でき、したがって、無負荷運転時に受容すべき力が減少される。更に、かくして形成された間隙を介して流れる空気は、補足の冷却に役立つ。
【００１２】
このような実施例の場合、更に、請求項４に基づき、ピストンの外壁及びチャンバ部分の周壁を傾斜状態に配置することによって、有利なことには、かくして、チャンバ部分に対するピストンの変位時、傾斜面の平行移動によって傾斜面の間隔を変更できる。傾斜角度が極めて小さい場合、ピストンの軸線方向の変位時、ピストンの外壁とチャンバ部分の周壁との間の間隔を極めて微細に調節できる。外壁と周壁との間の間隙を、これらの壁が互いに推移する線に沿って極めて微細に調節できる。かくして、製造誤差を補償でき、更に、例えば、熱膨張を補償でき、極めて狭いが面の接触を回避する線形間隙を設定できる。
【００１３】
この場合、請求項５の特徴を備えていれば有利である。側壁が、弾性的な密封状態でオーバーラップする場合、ピストンをチャンバ部分に対して軸線方向へ僅かに変位でき、しかも、側方の非密封状態が現れることはない。なぜならば、このような非密封状態は、弾性的な密封状態によって補償されるからである。即ち、チャンバの非密封状態を生ずることなく、外壁と周壁との間の接触線に沿う間隙を設定できる。
【００１４】
請求項６の特徴を備えていれば有利である。この実施例の場合、過度に狭く調節した場合、周壁と外壁との間の接触が、チャンバ部分に固定された側壁にある双方の傾斜面の縁の近傍において、即ち、固定された側壁の近傍において現れる。側壁の近傍、例えばチャンバ部分の周壁において、接触センサを備え付けることができる。このセンサによって、ピストンの外壁までの距離を測定できる。この距離が、過度に小さい場合、ピストンの軸線方向変位を対応して修正できる。このようなセンサは、壁の最高温度の箇所、即ち、排出弁の近傍に設置するのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、発明を実施するための最良の形態を図面に模式的に示して説明する。
【実施例】
【００１６】
図１及び図２に示した如く、図示のピストン機関は、２つのクランクシャフト２を支持したクランク軸受ブロック１と、ハウジング部分４，５を介してクランク軸受ブロック１に固定して結合したチャンバ部分３とからなるハウジングを有する。
【００１７】
クランクシャフト２は、それぞれ、クランク部６に継ぎ足してピストン８を支持するクランクピン７を備えている。図１に破線の矢印で示した如く、クランクピン７の回転時−この場合、クランクシャフトは角度対称状態で回転する−、ＷＯ９３／２５８０１に言及されている平行回転が生ずる。このピストン機関の基本コンセプトの詳細に関しては、上記公報を参照されたい。双方のクランクシャフト２は、クランクシャフトの角度同期の実現のため、同期駆動装置（図示してない）を介して同期させることができる。平行回転時のピストンの安定性の改善のため及びクランクシャフトの間の同期的な移動を回避するため、２つよりも多数のクランクシャフトを設けることができる。設けた複数のクランクシャフトのうち、１つのクランクシャフトは、駆動又は従動に使用でき、他方、他クランクシャフトは、無負荷運転時に、平行回転の実現にのみ使用される。
【００１８】
図２に示した如く、相互に同列をなすピストン８の端壁８′及びチャンバ部分３の端壁３′は、クランクシャフト２の軸線方向へ同一の長さを有する。
【００１９】
ピストン８は、チャンバ部分３へ向くその外壁に、凸及び凹の壁面９，１０を構成する。チャンバ部分３は、ピストンへ向くその周壁に、凹及び凸の壁面１１，１２を形成している。ピストン８の平行回転時、壁面９，１０は、壁面１１，１２上を摺動走行し、軸線方向へ見て端面で平行な側壁１４，１４′で閉鎖されたチャンバ１３を形成する。
【００２０】
側壁１４，１４′は、ピストン８に固定され、チャンバ部分３の端面３′にオーバーラップし、ピストン８の平行回転時に上記端面上を面摺動し、チャンバ１３を密封する。
【００２１】
側壁１４，１４′は、ピストン８と一体に構成できる。図示の実施例の場合、特に、図２に示した如く、上記側壁は、ピストン８の端面８′に当接しネジ１５でピストンに結合された別個の平坦なプレートとして構成されている。
【００２２】
ピストン８が、図１に基づき時計方向へ回転するクランクピン７と共に平行回転すると、図示の回転位置において、チャンバ１３は、まさに、壁面部分９，１１の間の点１６で終わり、他端において、壁面部分１０，１２の間の点１８で終わる。ピストン８が更に回転すると、壁部分９，１１は、有利には僅かな間隙を置いて相互に密封状態で相互に重なり合う。壁面部分１０，１２も同様である。チャンバ１３は、排出ダクト２０に外方へ開く逆止め弁２１を設けた点１９まで、ほぼ連続的に縮小される。図示の機関は、例えば、クランクシャフト２の１つを介して駆動される圧縮機として使用できる。
【００２３】
図示の位置に対してクランクシャフトが約１８０°回転した後、チャンバ１３の容積が最小となった場合、クランクシャフトが更に回転すると、チャンバが開き、かくして、点１６，１８において、新鮮な空気が、チャンバの双方の端部から、充填及び冷却のために流入できる。
【００２４】
図示の側壁１４，１４′には、ピストンの冷却の改善のため、その外面に冷却リブを設けることができる。
【００２５】
図示の構造は、ＷＯ９３／２５８０１に示されたピストン機関の全ての実施例について、僅かな変更を行うことによって使用できる。このピストン機関は、この公報に言及されている全ての用途に使用できる。
【００２６】
図３に、図示のピストン機関の他の実施例の図２に対応する断面図を示した。この場合、同一符号が使用されている。
【００２７】
この実施例の場合、１つの側壁１４は、図２の実施例の場合と同様、ピストン８に固定されている。ハウジング４へ向く他の側壁１４′は、対応する態様でチャンバ部分３に固定されている。即ち、ピストン８の側壁１４は、チャンバ部分３に対して離れるように移動でき、その側壁１４′は、クランクシャフト２の軸線方向において左方へ、即ち、ハウジング部分４から離れるように移動でき、この場合、側壁１４，１４′は、それぞれ、オーバーラップして摺動する端壁８′及び３′から間隙を置いて引き離される。かくして、チャンバ１３は、かくして形成された間隙を介して外方へ開かれる。
【００２８】
図３の実施例の場合、ピストン８は、図１，２に示した位置に対して幾分移相して示してある。クランクシャフト２は、図１の位置に対して約９０°だけ更に回転されており、したがって、図１において１６で示したチャンバ面９，１１の間の直線接触は、本質的に、図３に示した断面ラインにある。さて、チャンバ１３は、この位置において、チャンバ１３を密封する細い線形間隙（図面には拡大して示した）を構成する。
【００２９】
図３に示すように、部分９，１０からなるピストン８の外壁、及び部分１１，１２からなるチャンバ部分３の周壁は、それぞれ、傾斜角度Ｗ１，Ｗ２をなすように構成されている。即ち、ピストン８をチャンバ部分３に対してクランクシャフト２の軸線方向へ摺動すれば、ピストン８とチャンバ部分３との間の図３に示した間隙は増大される。
【００３０】
傾斜角度Ｗ１，Ｗ２は、図３に異なるように示した如く、チャンバ部分３の周壁の角度Ｗ２が、ピストン８の外壁から形成される角度Ｗ１よりも大きく構成するのが好ましい。したがって、側壁１４′の側の外壁及び周壁の縁は、側壁１４の他の縁よりも密着している。周壁及び外壁が接触する場合、その接触は、側壁１４′の縁において行われる。
【００３１】
この場合、ピストン８の外壁までの距離を測定するセンサ（図示してない）を、例えば、チャンバ部分３の周壁に設けることができる。
【００３２】
ピストン８の外壁及びチャンバ部分３の周壁が円錐形に構成されるように、外壁の傾斜角度Ｗ１及び周壁の傾斜角度Ｗ２は、常に、それぞれ、これらの壁を越えるように設定される。即ち、チャンバ部分３の周壁の壁部分１１，１２及びピストン８の外壁の壁部分９，１０は、それぞれ、円錐形に構成されている。
【００３３】
チャンバ部分３に対するピストン８の適切な軸線方向摺動のため、ピストン８は、クランクシャフト２の反対側で、継手ユニット２０によって支持されている。図示の実施例の場合、この継手ユニット２０は、例えば、一方では、クランクピン７に同心に構成され、他方では、クランクシャフト２に同心に構成された２つのスラスト軸受から形成されている。この継手ユニット２０は、クランクシャフト２の軸線方向へその軸受ブロック１に対して可動なハウジング部分２１に支持されている。ハウジング部分２１は、摺動案内２２によってクランクシャフト２の軸線方向へクランク軸受ブロック１に対して摺動させることができ、図示の如くハウジング部分２１に回転自在に保持されクランク軸受ブロック１の突起２４の相手方ネジ部に螺着されるネジ２３によって調節できる。ネジ２３の調節時、ピストン８は、軸線２の方向へクランク軸受ブロック１に対して締め付けられるか緩められる。ピストン８は、クランク軸受ブロック１から離れる方向へ、即ち、図３において左方へ積極的に変位させる必要はない。なぜならば、ピストン８は、チャンバ１３内の圧力によって、常に、左方へ、即ち、クランク軸受ブロック１から離れるよう押圧されるからである。
【００３４】
即ち、ネジ２３の調節によって、側壁１４，１４′の間の間隔を調節でき、かくして、チャンバ１３の間隙（図３参照）を増減できる。
【００３５】
図３に示した実施例とは異なり、ピストン８を軸線方向において固定し、チャンバ部分３をハウジング４，５に対して軸線方向へ変位させることもできる。
【００３６】
この実施例とは異なり、側壁１４をチャンバ部分３に固定し、側壁１４′をピストン８に固定することもできる。この場合、ピストンは、図３において軸線方向右方へ、即ち、ハウジング部分４の方向へ変位される。
【００３７】
図３に示した調節ネジ２３の代わりに、操作モータを設けることができる。この場合、操作モータは、例えば、機関パラメータ（例えば、機関の温度、回転数など）に依存して、適切な制御系によって電気的に作動されて、例えば、熱膨張の補償のため、周壁と外壁との間の間隔を最適化するか、例えば、無負荷回転数において、ピストン８を側壁から離れる程度に軸線方向へ駆動する。外壁と周壁との間の既述の間隔センサは、このモータの制御に使用できる。操作モータを制御する他のセンサを、例えば、ピストン８と側壁１４′との間に設けることができる。
【００３８】
この場合、側壁１４，１４′におけるチャンバ１３の密封状態が損なわれないように、チャンバ１３は、線形パッキン２５で弾性的に密封されている。線形パッキン２５は、一方では、図１に示した本質的にＳ字状に延びるピストン８のエッジに平行で、他方では、チャンバ部分３に平行なミゾとして構成できる。ミゾには、弾性密封材料を設けることができ、あるいは、ネジ２３の調節によるピストン８の若干の変位ストロークを吸収して密封する弾性的に密封された密封バーを設けることができる。ネジ２３を更に回転して引き出すと、ピストン８が、図３において左方へ更に引離され、かくして、弾性パッキン２５も側壁１４，１４′から引き離され、かくして、例えば、機関の無負荷運転時に受容すべき力を減少するため、チャンバ１３が外方へ開かれる。
【００３９】
図３の実施例の場合、ピストン８とチャンバ部分３との間の摺動案内２２に、チャンバ１３内で摺動案内の方向へ作用する圧力が過大な場合にピストン８を側方へ逃がすバネの形の補足の過負荷防止部材（図示してない）を設けることができる。このような逃がし式安全部材は、例えば、空気圧縮時に、非圧縮性の水が間違って吸引され、かくして、機関の破損が誘起されるような場合に有利である。このような場合、ピストンを側方へ逃がして破損を阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係るピストン機関の図２の線１−１に沿う軸線方向断面図である  。
【図２】図１の線２−２に沿う軸線方向断面図である。
【図３】ピストン機関の他の実施例の図２に対応する断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  クランク軸受ブロック
２  クランクシャフト
３  チャンバ部分
３′  端壁
４，５  ハウジング部分
６  クランク部
７  クランクピン
８  ピストン
８′  端壁
９，１２  凸面
１０，１１  凹面
１３  チャンバ
１４，１４′  側壁
１５  ネジ
２０  継手ユニット
２１  ハウジング部分
２２  摺動案内
２３  ネジ
２４  突起
【図１】
2005502806.tif 000003
【図２】
2005502806.tif 000004
【図３】
2005502806.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2005502806.tif 000006
2005502806.tif 000007
2005502806.tif 000008
2005502806.tif 000009
2005502806.tif 000010
2005502806.tif 000011
2005502806.tif 000012
2005502806.tif 000013
2005502806.tif 000014
2005502806.tif 000015
2005502806.tif 000016
2005502806.tif 000017
2005502806.tif 000018
2005502806.tif 000019
2005502806.tif 000020
2005502806.tif 000021
2005502806.tif 000022
【国際調査報告】
2005502806.tif 000023
2005502806.tif 000024
2005502806.tif 000025
2005502806.tif 000026
2005502806.tif 000027
2005502806.tif 000028
2005502806.tif 000029
2005502806.tif 000030