(57)【要約】【課題】【解決手段】２サイクルのスワッシュプレート内燃エンジンは、出力シャフトの周りに配置され、出力シャフトに平行な軸を有する複数のシリンダを具える。出力シャフトは、シリンダの中心軸に一定角度傾いた中心軸を有する。スワッシュプレートは、出力シャフトの中心軸に第１の所定角度だけ傾いて配備された垂直軸を有する第１面を具える。スワッシュプレートは出力シャフトに取り付けられる。各シリンダに配備された往復動するピストンは連桿を有し、該連桿は一端に取り付けられるフォロアを有する。フォロアは、スワッシュプレート上のベアリング面と協働して係合する面を有する。【選択図】図１
2008512604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内容積、シリンダ内面、中心軸、第１端及び第２端がある少なくとも１本のシリンダと、
内部シリンダヘッド面を有する少なくとも１つのシリンダヘッドであって、各シリンダヘッドは少なくとも１つのシリンダの１の第１端に配備され且つ取り付けられたシリンダヘッドと、
少なくとも１つのシリンダの中心軸に平行な動作軸を有し、シリンダの内容積に配備される少なくとも１つのピストンであって、シリンダに取り付けられたシリンダヘッドの内面に向けて配備されたクラウンを有し、ピストンのクラウン、シリンダの内面、シリンダのシリンダヘッドの内面は一緒になってシリンダ用の燃焼室を形成したピストンと、
シリンダの中心軸に対して所定角度傾いた中心軸を有する出力シャフトと、
出力シャフトに取り付けられ、出力シャフトの中心軸に対して第１の所定角度だけ傾いて配備された垂直軸を有する第１のスワッシュプレート面を具えたスワッシュプレートと、
主軸と、ピストンに軸方向に移動可能且つ回転可能に取り付けられた第１端と、第２端を具えた少なくとも１本の連桿と、
連桿の第２端に取り付けられた少なくとも１つのフォロアであって、連桿の主軸に第１の所定角度だけ傾いて配備された垂直軸を有する第１のフォロア面を有して、連桿に該フォロアが取り付けられ、第１のフォロア面は第１のスワッシュプレート面に接して、第１のスワッシュプレート面の向きに合うフォロアを具えたパワー生成装置。
【請求項２】
少なくとも２本のシリンダがある、請求項１に記載のパワー生成装置。
【請求項３】
少なくとも３本のシリンダがある、請求項２に記載のパワー生成装置。
【請求項４】
少なくとも４本のシリンダがある、請求項３に記載のパワー生成装置。
【請求項５】
４本以上のシリンダがある、請求項４に記載のパワー生成装置。
【請求項６】
オットーサイクルに従って作動する、請求項１に記載のパワー生成装置。
【請求項７】
スターリングサイクルに従って作動する、請求項１に記載のパワー生成装置。
【請求項８】
更に、燃料を注入するために燃焼室内に配備された少なくとも１つの燃料インジェクタを有して、ディーゼルサイクルに従って作動する、請求項１に記載のパワー生成装置。
【請求項９】
デュアルサイクルに従って作動する、請求項１に記載のパワー生成装置。
【請求項１０】
スワッシュプレートは、シリンダに対して軸方向に動く、請求項１に記載のパワー生成装置。
【請求項１１】
少なくとも１つのシリンダヘッドは、少なくとも１つの給気ポートを具える、請求項１に記載のパワー生成装置。
【請求項１２】
少なくとも１つのシリンダヘッドは、少なくとも２つの給気ポートを具える、請求項１１に記載のパワー生成装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの給気ポートは、与圧される、請求項１１に記載のパワー生成装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの給気ポートを与圧するターボチャージャを具える、請求項１３に記載のパワー生成装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの給気ポートを与圧するスーパチャージャを具える、請求項１３に記載のパワー生成装置。
【請求項１６】
更に、クロッキングインターフェイスを具え、該クロッキングインターフェイスはピストンの中心軸周りの向きを、出力シャフトの中心軸周りのスワッシュプレートの向きに合わせる、請求項１に記載のパワー生成装置。
【請求項１７】
スワッシュプレートの表面は、略平面である、請求項１に記載のパワー生成装置。
【請求項１８】
スワッシュプレートの垂直軸は、出力シャフトの中心軸に対して約４５度傾いて配備された、請求項１６に記載のパワー生成装置。
【請求項１９】
中心軸を有する出力シャフトと、
出力シャフトの中心軸の周りに対称的に配備された少なくとも２本のシリンダであって、各シリンダは出力シャフトの中心軸に平行な中心軸と、内容量と、シリンダ内面と、中心軸と、第１端及び第２端を具え、
夫々がシリンダヘッド内面を具え、夫々が１のシリンダの第１端に配備され且つ取り付けられた少なくとも２つのシリンダヘッドと、
夫々がシリンダの中心軸に合わさる動作軸を有する少なくとも２つのピストンであって、該ピストンはシリンダの内容量内に配備され、シリンダに取り付けられるシリンダヘッドの内面に向けて配備されたクラウンを有し、
ピストンのクラウン、シリンダ内面、シリンダ用のシリンダヘッド内面は、一緒になって、シリンダ用の燃焼室を形成したピストンと、
出力シャフトに取り付けられ、出力シャフトの中心軸の周りにて、出力シャフトの向きに取り付けられたスワッシュプレートクロッキングインターフェイスを有するスワッシュプレートと、
夫々が主軸と、ピストンに軸方向に移動可能且つ回転可能に取り付けられた第１端と、第２端を有する少なくとも２本の連桿と、
夫々が連桿の第２端に取り付けられた少なくとも２つのフォロアであって、連桿の主軸周りの連桿の向き、及びスワッシュプレートクロッキングインターフェイスの向きに取り付けられたフォロアクロッキングインターフェイスを有するフォロアとを具えたパワー生成装置。
【請求項２０】
少なくとも３本のシリンダがある、請求項１９に記載のパワー生成装置。
【請求項２１】
少なくとも４本のシリンダがある、請求項２０に記載のパワー生成装置。
【請求項２２】
４本以上のシリンダがある、請求項２１に記載のパワー生成装置。
【請求項２３】
オットーサイクルに従って作動する、請求項１９に記載のパワー生成装置。
【請求項２４】
スターリングサイクルに従って作動する、請求項１９に記載のパワー生成装置。
【請求項２５】
更に、燃料を注入するために燃焼室内に配備された少なくとも１つの燃料インジェクタを有して、ディーゼルサイクルに従って作動する、請求項１９に記載のパワー生成装置。
【請求項２６】
デュアルサイクルに従って作動する、請求項１９に記載のパワー生成装置。
【請求項２７】
スワッシュプレートは、シリンダに対して軸方向に動く、請求項１９に記載のパワー生成装置。
【請求項２８】
少なくとも１つのシリンダヘッドは、少なくとも１つの給気ポートを具える、請求項１９に記載のパワー生成装置。
【請求項２９】
少なくとも１つのシリンダヘッドは、少なくとも２つの給気ポートを具える、請求項２８に記載のパワー生成装置。
【請求項３０】
少なくとも１つの給気ポートは、与圧される、請求項２８に記載のパワー生成装置。
【請求項３１】
少なくとも１つの給気ポートを与圧するターボチャージャを具える、請求項３０に記載のパワー生成装置。
【請求項３２】
少なくとも１つの給気ポートを与圧するスーパチャージャを具える、請求項３０に記載のパワー生成装置。
【請求項３３】
スワッシュプレートクロッキングインターフェイスは、出力シャフトの中心軸に対して傾いて配備された略平面である、請求項１９に記載のパワー生成装置。
【請求項３４】
略平面は、出力シャフトの主軸に対して約４５度傾いて配備された、請求項３３に記載のパワー生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は一般にエンジンに関し、特にスワッシュプレート(斜板)を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
内燃機関は、燃料と空気の混合気の容積圧縮に続けて、圧縮した混合気を時間を計って点火することにより、パワーを引き出す。容積の変化は、一般に対応するシリンダに配置された、軸方向に往復運動するピストンの運動に起因する。各ストロークの間に、ピストンは、シリンダ内に捕捉されたガス量を最小量から最大量まで変える。オットーサイクル、即ち“４ストローク”の内燃機関では、各ピストンの往復動は燃料と空気の混合気を圧縮し、ガスを膨張させることにより生成される力を受けて伝え、正圧を生成して排気ガスを排気ポートから出し、給気ポートに負圧を生成して、次の燃料空気ガスを引き込む。
【０００３】
現代の内燃機関は、地味な始まりから生じた。早くも１７世紀後半に、クリスティーヌ・ホイヘンスという名のオランダの物理学者は、火薬を燃料とする内燃機関を設計した。ホイヘンスのエンジンは成功裡に製作されなかったと考えられている。
その後、１９世紀前半に、スイスのフランソワ・アイザック・デ・リバズは水素を動力とする内燃機関を発明した。このエンジンが製作されたが、商業的な成功はなかったことが報告されている。
【０００４】
内燃機関についてのアイデアの或る程度の初期研究があったが、開発は１９世紀半ばに真に本格的に始まった。
ジーン・ジョーゼフ・エティエンス・レノアは、様々な燃料で走る多くの電気的な火花点火内燃機関を開発し特許を取った。レノア・エンジンは性能或いは期待された信頼度を満たさず、人気が落ちた。面倒な電気的点火システム、及び高い燃料消費に対する悪評にレノア・エンジンが苦しんだことが報告されている。１馬力時間につき、約１００立方フィートの石炭ガスが消費された。
これらの初期の失敗にもかかわらず、アルフォンズ・ビュー・デ・ロシャス、ジークフリート・マルコス及びジョージ・ブライトンを含む多くの他の発明者は、内燃機関開発への本質的な貢献をし続けた。
【０００５】
ニコラウス・オーガスト・オットーという名の発明者が、レノア及びデ・ロシャスの設計品を改良して、より効率的なエンジンを開発した。オットーは、レノア・エンジンの本質的な欠点をよく知っていたので、オットーは、レノア・エンジンが改善されることができると思った。
この目的のために、オットーは様々な方法でレノア・エンジンを改善すべく働いた。１８６１年には、オットーは、ガソリンで走る２ストローク・エンジンの特許を取った。オットーの２ストロークエンジンは１８６７年のパリの世界博覧会で金メダルを獲得した。
オットーの２ストロークエンジンは新規性があったが、その性能は時の蒸気機関とは競争にならなかった。成功と言える２ストロークエンジンは１８７６年まで開発されなかった。
【０００６】
１８７６年に或いは１８７６年辺りで、おおよそ同時期に、ドウグラドという名の発明者が成功と言える２ストロークエンジンを製作し、クラウス・オットーが最初の４ストロークピストンサイクル内燃機関と信じられているものを製作した。オットーの４ストロークエンジンは、時の蒸気機関に代わる最初の実際的な力生成エンジンであった。
オットーの革命的な４ストロークエンジンは、それ以来製作されてきた何百万もの大量生産された内燃機関の祖父と考えることができる。オットーの内燃機関の開発への貢献は、このようなものであるから、現代の自動車に於ける燃料及び空気の混合物を燃やす過程は、彼に経緯を表して“オットーサイクル”として、知られている。オットーは、彼のエンジンについて、米国特許第365,701号を取った。
【０００７】
クラウス・オットーが最初の４ストローク・エンジンを製作した１０年後、ゴットリーブ・ダイムラーは、現代のガソリンエンジンの原型としばしば認められるものを発明した。
ダイムラーのエンジンは、単一の縦型のシリンダを使用して、ガソリンは気化器によって吸入される空気に加えられた。１８８９年には、ダイムラーが、きのこ形のバルブ及び２本のシリンダを具えた改善された４ストロークエンジンを完成した。
ヴィルヘルム・メイバッハは最初の４本のシリンダを具えた４ストロークエンジンを１８９０年に製作した。気化器付きの多数本のシリンダを具えた４ストローク内燃機関は、１９００年代の初めから１９７０年代まで陸上輸送の大黒柱になり、１９８０年代に燃料注入されるエンジンによって最終的に取って代わられた。
【発明の開示】
【０００８】
発明の要約
本発明は、従来のクランクシャフト・エンジンだけでなく、従前のスワッシュ・プレート形式とも区別される多くの特徴及び改良点があるスワッシュプレート・エンジンである。
【０００９】
第１の実施例では、本発明は、内容積、シリンダ内面、中心軸、第１端及び第２端がある少なくとも１本のシリンダを含むパワー生成装置である。シリンダヘッド内面を有する少なくとも１つのシリンダヘッドは、少なくとも１本のシリンダの第１端に配備され且つ取り付けられている。
少なくとも１本のピストンはシリンダの内容積中に配置されて、少なくとも１つのシリンダの中心軸と平行な動作軸を有し、そのシリンダに取り付けられたシリンダヘッドの内面に向けて配備されたクラウンを有する。
ピストンのクラウン、シリンダ内面、及びそのシリンダ用のシリンダヘッドの内面は、一緒になって、そのシリンダの燃焼室を形成する。
【００１０】
第１の実施例は更に、シリンダの中心軸に対して一定角度傾いた中心軸を有する出力シャフトを含む。スワッシュプレートは、出力シャフトに取り付けられ、スワッシュプレートは出力シャフトの中心軸に対して第１の一定角度だけ傾いて配備された垂直軸を有する第１のスワッシュプレート面を有する。
少なくとも１つの連桿が少なくとも１つのピストンに取り付けられ、該連桿は主軸、ピストンに軸方向に移動可能且つ回転可能に取り付けられる第１端、及び第２端を有する。
少なくとも１つのフォロアは、連桿の第２端に取り付けられ、該フォロアは連桿の主軸に対し、第１の一定角度だけ傾いて配備された垂直軸を有する第１のフォロア面を有し、連桿に第１のフォロア面が取り付けられる。第１のフォロア面は第１のスワッシュプレート面に接して、該第１のスワッシュプレート面の向きに対応する。
【００１１】
第２の実施例に於いて、本発明は、中心軸がある出力シャフト、及び出力シャフトの中心軸の周りに対称的に配置された少なくとも２本のシリンダを含むパワー生成装置である。各シリンダは出力シャフトの中心軸に平行な中心軸、内容積、シリンダ内面、中心軸、第１端及び第２端を有する。
【００１２】
各々がシリンダヘッド内面を有する少なくとも２つのシリンダヘッドは、１つのシリンダの第１端上に配備され、且つ取り付けられる。装置は、各々がシリンダの中心軸と同方向の動作軸を有する少なくとも２つのピストンを有し、該ピストンはシリンダの内容積内に配備され、該シリンダに取り付けられたシリンダヘッドの内面に向けて配備されたクラウンを有する。ピストンのクラウン、シリンダ内面、及びシリンダのシリンダヘッド内面は一緒になって、シリンダの燃焼室を形成する。
【００１３】
スワッシュプレートが出力シャフトに取り付けられ、スワッシュプレートは出力シャフトの中心軸の周りにて、出力シャフトの向きに取り付けられたスワッシュプレートクロッキングインターフェイスを有する。各々が主軸、第１端と第２端を有する少なくとも２つの連桿は、夫々ピストンに軸方向に移動可能且つ回転可能に取り付けられる。少なくとも２つのフォロアが、夫々連桿の第２端に取り付けられ、該フォロアは、連桿の主軸の周りにて連桿の向き、及びスワッシュプレートクロッキングインターフェイスの向きに取り付けられたフォロアクロッキングインターフェイスを有する。
【００１４】
第３の実施例では、本発明は、パワー生成装置であり、該装置は中心軸を有する出力シャフト、出力シャフトの中心軸の周りに対称的且つ規則的に配備され、出力シャフトに対して軸方向に移動可能な４本のシリンダ、４つのシリンダヘッド、及び４つのフォロアによってスワッシュプレートに接続される４本のピストンを具える。
【００１５】
４本のシリンダは、出力シャフトの中心軸の周りに対称的且つ規則的に配備され、出力シャフトに対して軸方向に移動可能である。各シリンダは、出力シャフトの中心軸に平行な中心軸、内容積、シリンダ内面、中心軸、第１端及び第２端を有する。４つのシリンダヘッドは、夫々シリンダヘッド内面、給気ポート、及び排気ポートを有する。そのような各シリンダヘッドは、シリンダの第１端に配備され、且つ取り付けられる。
【００１６】
各４本のピストンは、シリンダの中心軸と合わさる動作軸を有し、シリンダの内容積内に配備され、シリンダに取り付けられたシリンダヘッドの内面に向けて配備されたクラウンを有する。ピストンのクラウン、シリンダ内面、シリンダ用のシリンダヘッド内面は一緒になってシリンダの燃焼室を形成する。
【００１７】
スワッシュプレートは、出力シャフトに取り付けられて、略平面のスワッシュプレート面を有して、該スワッシュプレート面は出力シャフトの中心軸に対し約４５度傾いて配備された垂直軸を有する。４本の連桿は夫々主軸、ピストンに軸方向に移動可能且つ回転可能に取り付けられた第１端及び第２端を有し、４本の連桿は４つのフォロアによってスワッシュプレートに接続され、夫々が連桿の第２端に取り付けられる。各フォロアは連桿に取り付けられた略平面のフォロア面を有し、出力シャフトの中心軸に対し約４５度傾いて配備された垂直軸を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
発明の詳細な記載
本発明の様々な実施例の製造及び使用が、以下に詳細に記載されるが、本発明が広範な様々の特定の状態で具体化され得る多くの適用可能な発明概念を提供することは認識されるべきである。
ここに記載された特定の実施例は、発明をし使用するための特定の方法を単に例示し、発明の範囲を限定するものではない。
【００１９】
エンジン(100)は、出力シャフト(106)の周りに配備されたシリンダーブロック(102)及びクランクケース(104)を有する(incorporate)。スワッシュプレート(108)は、出力シャフト(106)にしっかりと取り付けられる。スワッシュプレート(108)には略平面のベアリング面(118)があり、該ベアリング面は、出力シャフト(106)の長い主軸に対し、傾いて配備された垂直軸を有する。
１組の４本の円筒状のピストン(110)は対応する４本のシリンダ(112)に配置され、ロッドフィート(116)を介して連桿(114)によってスワッシュプレート(108)に操作可能に接続され、ロッドフィート(116)はスワッシュプレート(108)のベアリング面(118)上に搭載される。各ロッドフィート(116)は、垂直な主軸を有する略平面の底面を具え、該垂直な主軸は連桿(114)の長い主軸に対し、傾いて配備され、ロッドフィート(116)は連桿(114)に取り付けられる。
【００２０】
各ピストン(110)は、スカート(150)及びクラウン(152)を具える。図１−図９に示す実施例では、クラウン(152)は一対のバルブポケット(154)(156)を具え、他の実施例では両方又は一方のバルブポケット(154)(156)が除去される。同様に、バルブポケット(154)(156)は対称的であって特定の形状を有すると示されているが、他の実施例ではバルブポケット(154)(156)は異なる形状であり得る。
【００２１】
ピストン・スカート(150)は、圧縮リング溝(158)と、オイル制御リング(160)(162)を組込んでいる。特定用途にて要求されるように、他の実施例ではより多くの、又はより少ない数のピストンリング溝(158)-(162)を具えてもよい。
種々のピストンリングのスタイルが、本発明に用いられ、更に特定用途に依って使用され得ることは、当業者によって理解されるだろう。
【００２２】
連桿(114)はピストン(150)を楕円形のロッドフィート(116)に接続する。ロッドフィート(116)は上面(164)、下面(166)及び外側端部(168)を具える。スワッシュプレート(108)に組み立てられたとき、ロッドフィート(116)は上面(164)が内側縁(120)及び外側縁(122)によって捕捉され、下面(166)はスワッシュプレートのベアリング面(118)に乗る。スワッシュプレート(108)は、円錐形の遷移部(200)を具え、スワッシュプレートのベアリング面(118)上に課せられるモーメントに抗して、スワッシュプレート(108)を支える。
【００２３】
当業者は、エンジン(100)が従来の内燃機関と著しく異なることを認識するだろう。従来の内燃機関の最も一般的なレイアウトでは、エンジンのピストンは、１組の連桿を介して回転式のクランクシャフトに結び付けられて、ピストンの軸方向の往復運動をクランクシャフトの連続的な回転運動に変換する。
周知の“Ｖ”型配置(“Ｖ８”のように)、直列式、対向式(また、“水平式”として知られる)、放射状配置を含む、種々のシリンダ・レイアウトが考案され実行されたが、そのようなエンジンは全て、上記の基本的なクランクシャフト配置を共有する。
【００２４】
圧倒的な成功にもかかわらず、クランク式の関節で繋がった往復運動するパワープラントには、或る固有の制限がある。ピストン運動の範囲に於ける２つの離れた点、即ち上死点と下死点を除き、連桿はピストンが晒される範囲内でシリンダの中心線に対して傾いて配備される。従って、連桿の軸方向の力は、ピストンとシリンダ壁の間の境目で打ち消されなければならない。ピストンによるシリンダ壁上の負荷は、ピストンの“側負荷”として知られている。
シリンダ中の圧力が上昇するにつれ、側負荷は、摩擦の損失と同様に、耐久性についても、重大な懸念になる。
さらに、エンジン構成要素上の動的な遠心荷重は、クランクシャフトエンジンのエンジン速度とともに、等比級数的に(geometrically)上昇し、クランクシャフト・エンジンの比出力及び出力対重量比の両方を制限する。
【００２５】
クランクシャフトエンジンにあっては、クランクシャフト及び連桿は、クランクが回転し、ピストンが動作範囲を移動すると、ピストンは、上死点(ここで力が生成される)近傍よりも下死点(ここで力は生成されない)の近傍でより時間を費やすように、幾何学的に配置される。この固有の特性は、より長い連桿の使用により、多少は打ち消すことができるが、時間に対するピストンの運動は正弦波運動に単に近づくのみであり、正弦波運動に完全に一致することはできない。
この効果の大きさは、クランクシャフトストロークの長さに対する連桿の有効長の比率に反比例するが、1.５：１の又は１.５：１以下のロッド対ストローク比率を有するエンジンで特に目立つ(pronounced)。
【００２６】
ロッド対ストローク比が短いエンジンに於いては、上死点からピストンが離れる加速速度はこのようであるから、クランク速度が一層速いときは、燃焼室圧力は有効に維持することはできない。
これは、燃焼室の圧力を管理する燃焼室の燃料と空気の混合気の燃焼率が、炭化水素燃料及び酸素の反応速度によって制限されていることに起因する。
長いストロークで、短いロッドのエンジンが速いクランクシャフト速度で運転されると、ピストン運動によって形成された容積の増加量は、燃焼によって引き起こされた圧力の増加分を凌ぐ。換言すれば、ピストンは、燃焼室内で膨張する燃料と空気の混合気を“超過”し、従って、膨張する混合気からの圧力はピストン、即ちクランクシャフトの加速に寄与しない。
【００２７】
上死点近傍でのピストンの滞在時間は、より大きなロッド対ストローク比の使用により、多少は増える。より大きなロッド対ストローク比は、より短いストローク又はより長い連桿の何れかを用いて達成され得る。各２つの解は、それ自身の問題を生じる。
より短いストロークを使用する場合には、より短いストロークのエンジンは、より長いストロークのエンジンより小さくなり、軽くなるが、この利点は線形ではない。
例えば、クランクシャフトのストロークの長さは、ピストン、シリンダヘッド、連桿又はエンジン付属品のサイズ及び重量には効果がない。
より短いストロークにより、多少は小さく軽いクランクシャフト及びシリンダーブロックが可能となる。しかし、これらの効果でさえ線形ではない。即ち、クランクシャフトストロークを半分にしても、クランクシャフト又はシリンダーブロックの質量を半分にすることにならない。
【００２８】
他の全てのエンジン性能に関係する部分は、等しいと考えられるので、より短いストロークのエンジンは、より長いストロークのエンジンに比して、排気量(displacement)が比較的少ない。従って、より短いストロークのエンジンは、より長いストロークのエンジンと比較して、一般にトルク出力が低下するだろう。この低いトルク出力は、同じクランクシャフト速度にて、低いパワー出力に変換される。
従って、より短いストロークのエンジンは、同じパワー出力を生成するのに、高速で動かされなければならないだろう。
排気量が低いことに起因するトルクの損失は、より効率的なバルブタイミング、より良い燃焼室設計、又はより高い圧縮比のような効率増強と相殺されることができるかもしれない。しかしながら、より効率的なバルブタイミング、より良い燃焼室設計は、一般に研究開発への相当な投資を要する。また、内燃機関の最大圧縮比はエンジン燃料の自己発火特性によって制限される。
プレミアム等級ガソリンを消費する自然吸気式のエンジンについては、燃料空気の混合気の自己発火特性によって課せられる約１１:１の実際的な圧縮比限界があり、それにより圧縮比だけを増加しても利用可能な効率改良は制限される。
【００２９】
ストロークを短くすることにより生じる出力損失も、エンジンシリンダの口径を大きくすることにより取り戻すことができ、それによって、エンジン排気量を増加させる。
エンジン排気量はストローク長さに直線的に比例するが、それはシリンダ口径に等比級数的(geometrically)に比例する。従って、ストローク長さが１０％短くなると、シリンダ口径が５％大きくなること以上のオフセットとなる。
他の条件が全て同じなら、シリンダ口径を増加するには、ピストン質量が増加することが必要となる。それは、連桿の強度及びクランクシャフト釣合い錘り質量が増加することが必要となる。
最近のクランクシャフトエンジンに於いて、一般的なように、２又は３つ以上のエンジンシリンダが一列に配備される場合、直径がより大きなシリンダは、より長いシリンダーブロック、シリンダヘッド及びクランクシャフトが必要であり、それによってエンジンサイズ及び重量が増加するだろう。
【００３０】
ロッド対ストローク比を増加させる第２のアプローチは、ロッドを長くすることである。これはエンジン排気量を少なくせずに、ロッド対ストローク比を増加させる利点がある。
しかしながら、エンジンの他のすべてのパラメーターをそのままにして、ロッドを延長すれば、ピストンの上死点の位置はクランクシャフトの中心線から更に離れるように可動するだろう。
換言すれば、連桿の長さが１インチ延びれば、クランクシャフトの中心線と上死点に於けるピストンクラウンの頂点間の距離は１インチ延びるだろう。
これは、ピストンに十分な操作量を付与するのに、対応するシリンダ長さが延びることが必要となる。再び、エンジン・サイズ及び質量は増加する。
【００３１】
従来のクランクシャフトエンジンの構成に固有の二律背反性とは対照的に、ここに描かれ示されたタイプのスワッシュプレートエンジンは、正弦波輪郭に沿ってピストンを移動させることができ、それによって、上死点での滞在時間を長くし、従ってエンジン性能の可能性を向上させる。
【００３２】
スワッシュプレートの使用から実現された運動学上の利点に加えて、シリンダ内でのピストンの運動が、エンジンの性能と汎用性を改善するために活用(exploit)されて、特に２ストローク構成にて活用されるが、設計は該構成に限定されない。
当業者には理解されるように、本発明の他の実施例は、熱力学の分野でパワーを生成するものとして知られているパワーサイクルの何れかを用い、それは例えば例として、４ストローク(オットー)サイクル、ディーゼルサイクル、スターリングサイクル、ブレイトンサイクル、カルノーサイクル及びセイリジャー(５ポイント)サイクルを含むが、これらに限定されない。
【００３３】
図１−図１６に示すエンジン(100)は、２ストローク構成であり、シリンダ(112)の側壁には給気ポートと排気ポートが配備される。シリンダーブロック(102)及びエンジン(100)の給気ポートと排気ポートのレイアウトは、図１４−図１６に詳細に示される。
シリンダーブロック(102)は押えねじ(250)によってクランクケース(104)に取り付けられる。シリンダーブロックカバー(254)は押えねじ(252)によってクランクケース(104)に取り付けられる。
スワッシュプレート(108)は、上ベアリング凹部(race)(256)と下ベアリング凹部(258)の間のクランクケース(104)内に垂直に取り付けられる。連桿(114)を受け入れ案内するように、形と寸法が合わされた一組の連桿ガイド(260)は、クランクケース(104)の頂部に配置される。
【００３４】
空気及び燃料は、一組の給気ポート(270)-(274)を通って各シリンダ(112)内を通る。他の実施例では、適切なように、より多くの、又はより少ない給気ポートを利用してもよい。
図１４−図１６に示す実施例では、燃料は、各給気ポート(270)に配置された単一の燃料注入ポート(290)によって燃料給気チャージに導入される。
応用例によっては、１又は２以上の他の箇所に配備された１又は２以上の燃料注入ポートを有する他の実施例を利用しても、或いは適切なように、気化器又はスロットル燃料注入を利用してもよい。
ピストンのクラウンが、下向きのパワーストロークを下降すると、燃焼した空気/燃料の混合気は、ポート(280)-(284)のような１又は２以上の排気ポートを通って各シリンダ(112)から出る。
【００３５】
ポート(270)-(274)を通る給気流れ及びポート(280)-(284)を通る排気流れが、各シリンダ(112)内に配備されたピストン(110)の位置及び向きによって制御される。
従来の２ストロークエンジンの構成は、給気及び／又は排気バルブのタイミングを制御するのに、ピストンの軸方向の位置を用いることが知られているが、エンジン(100)は、半径方向の向きと組みあわせて各ピストン(110)の軸方向の位置を用いる。
従って、従前の構成の釣合の利用可能な柔軟性の程度と比較して、エンジン(100)は、エンジンの設計者及び調整者に、著しく更なる柔軟性を提供する。
【００３６】
本発明が、示した実施例を参照して記載されてきたが、この記載は限定された意味に解釈されることを意図していない。本発明の他の実施例と同様に、示した実施例に種々の修正及び組み合わせが、記載を参照すれば、当業者には明白である。従って、本記載はそのような修正又は実施例を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明の特徴及び利点のより完全な理解の為に、発明の詳細な記述が、添付の図面と共に言及される。
【図１】本発明の一実施例に従った内燃機関の一部を破断した斜視図である。
【図２】図１の内燃機関の往復運動アセンブリの斜視図である。
【図３】図１の内燃機関の往復運動アセンブリの正面図である。
【図４】図１の内燃機関の往復運動アセンブリの右側面図である。
【図５】図１の内燃機関の往復運動アセンブリの平面図である。
【図６】図２の往復運動アセンブリに使用されるピストンの斜視図である。
【図７】図２の往復運動アセンブリに使用されるピストンの正面図である。
【図８】図２の往復運動アセンブリに使用されるピストンの側面図である。
【図９】図２の往復運動アセンブリに使用されるピストンの平面図である。
【図１０】図２の往復運動アセンブリに使用されるスワッシュプレートの斜視図である。
【図１１】図２の往復運動アセンブリに使用されるスワッシュプレートの正面図である。
【図１２】図２の往復運動アセンブリに使用されるスワッシュプレートの側面図である。
【図１３】図２の往復運動アセンブリに使用されるスワッシュプレートの平面図である。
【図１４】図１のシリンダヘッド及びクランクケースアセンブリの側面断面図である。
【図１５】図１４の線１５−１５に沿ったシリンダヘッドの斜視断面図である。
【図１６】図１４の線１６−１６に沿ったシリンダヘッドの斜視断面図である。
【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６】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月11日(2007.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々が中心軸、第１端及び第２端を有する互いに離れた平行な複数のシリンダと、
シリンダヘッド内面を有して、夫々シリンダの第１端に配備された各シリンダ用のシリンダヘッドと、
各シリンダ内に配備されて、シリンダの中心軸に平行な動作軸を有する各ピストンであって、各ピストンはシリンダヘッドに対向して、シリンダヘッドとシリンダとともに夫々シリンダ室を形成したピストンと、
シリンダ間の略中央部に配備されて、中心シャフト軸を有するエンジン出力シャフトと、
出力シャフトに取り付けられ、出力シャフトの中心軸に対して所定角度で配備された平坦なベアリング面を有するスワッシュプレートと、
夫々ピストンに取り付けられる第１端を有し、各々の他端はフォロアに接続される連桿部と、
フォロアはフォロア面を有して、各フォロア面はピストンの中心軸に所定角度傾いて配備された垂直軸を有し、各フォロア面はスワッシュプレートのベアリング面とスライド係合すべく配備され、各シリンダ内のピストンの動きに対する出力シャフトの回転を生じさせるパワー生成エンジン。
【請求項２】
スワッシュプレートは、夫々フォロアに係合可能な少なくとも１つの環状の縁を有し、ベアリング面に係合したフォロアを保持する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
スワッシュプレートは、夫々フォロアに係合可能な少なくとも２つの互いに離れた環状の縁を有し、ベアリング面に係合したフォロアを保持する、請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
スワッシュプレートと出力軸との間に、ベアリング面に加えられる負荷に抗してスワッシュプレートを支える遷移部を有する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
夫々シリンダ内にて開口した互いに離れた摂取ポートと排気ポートであって、シリンダに対する流体の摂取及び排気ができる位置に配備されて、シリンダの中でピストンの軸方向の位置及びピストンの回転位置に依存している、請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
シリンダはエンジンのクランクケース部に接続されたシリンダブロック内に形成され、クランクケース部は夫々連桿ガイドを有して、各連桿ガイドは連桿を受け入れ案内する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
クランクケース上に、出力シャフトに係合し互いに離れたベアリング面を有する、請求項６に記載のエンジン。
【請求項８】
エンジンはオットーサイクル、スターリングサイクル、ディーゼルサイクル、二重サイクルの１つで作動する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
シリンダ室に圧力空気を供給するスーパーチャージャを有する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
スワッシュプレートのベアリング面は、出力シャフトの中心シャフト軸に対して約４５度傾いて配備された、請求項１に記載のエンジン。
【国際調査報告】
2008512604.tif 000019