(57)【要約】  本発明は、ピストン接続ロッドの下端における行程のエピトロコイダル経路を形成することにより、２ストロークサイクル往復ピストン内燃機関及び４ストロークサイクル往復ピストン内燃機関の両方、往復ピストンポンプ、コンプレッサの性能を高めるための機構及び方法に関する。接続ロッドの上端に取り付けられたピストンはその行程の下端で休止させられ、それにより、利用可能なシリンダ圧力を使用することによって、エンジン、ポンプ又はコンプレッサの出力が高まる。【選択図】  図１
2008505275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線を持つ少なくとも１つの円筒状のハウジングを有する機械装置であって、上死点位置と下死点位置との間で前記円筒状のハウジング内を中心軸線に沿って移動する少なくとも１つの往復ピストンと、当該機械装置におけるクランクケース内に回転可能に装着されてクランク軸線を中心に回転するとともに、前記クランク軸線と平行なクランクピン軸線を有する少なくとも１つのクランクピンが径方向に配置されて成るクランクシャフトと、上端ジャーナルで前記ピストンに対して回動可能に取り付けられた上端と下端ジャーナルで前記クランクピンに対して回動可能に取り付けられた下端とを有し、且つ前記上端が前記クランク軸線と平行な上端ジャーナル軸線を中心に回動するとともに前記下端が前記クランク軸線と平行な下端ジャーナル軸線を中心に回動する接続ロッドとを有する前記機械装置において、
前記下端ジャーナル軸線と平行で、且つ前記クランクピン軸線からオフセットした偏心ジャーナル軸線を有する軸線方向に偏心するジャーナルを持つ偏心ベアリングを備え、
前記偏心ベアリングが、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に前記下端について非円形経路を形成するために、前記下端と前記クランクピンとの間に介挿されている、改良された機械装置。
【請求項２】
前記接続ロッドの前記下端についての前記非円形経路がエピトロコイドである、請求項１に記載の改良された機械装置。
【請求項３】
前記エピトロコイド経路が、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に前記円筒状のハウジング内の下死点位置でのピストンドエルによって費やされる時間を延ばす、請求項２に記載の改良された機械装置。
【請求項４】
前記上端ジャーナル軸線と前記下端ジャーナル軸線との間の距離が、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に円筒状のハウジング内の下死点位置でのピストンドエルによって費やされる時間にわたる前記エピトロコイダル経路の下部と一致する円弧の半径である、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項５】
前記クランクケースに対して固着され、且つ前記クランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットと、
前記太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、前記太陽歯車と噛み合うとともに、前記太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する遊星歯車と、
前記遊星歯車に装着されるとともに、前記遊星歯車軸線と平行で、且つ前記遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングと、
を更に備え、
前記偏心ベアリングが前記下端ジャーナルに回転可能に装着され、前記クランクピンが前記偏心ジャーナルに回転可能に装着されている、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項６】
前記クランクケースに対して固定的に装着され、前記クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車と、
前記内歯車の軸線と平行な第１の平歯車軸線を有し、前記内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車と、
前記第１の平歯車軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、前記第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車と、
前記第２の平歯車に装着されるとともに、前記第２の平歯車軸線と平行で、且つ前記第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングと、
を更に備え、
前記偏心ベアリングが前記下端ジャーナルに回転可能に装着され、前記クランクピンが前記偏心ジャーナルに回転可能に装着されている、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項７】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項８】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項５に記載の改良された機械装置。
【請求項９】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項６に記載の改良された機械装置。
【請求項１０】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項１１】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項５に記載の改良された機械装置。
【請求項１２】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項６に記載の改良された機械装置。
【請求項１３】
前記クランクケースに対して固着され、且つ前記クランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットと、
前記太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、前記太陽歯車と噛み合うとともに、前記太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する遊星歯車と、
前記遊星歯車に装着されるとともに、前記遊星歯車軸線と平行で、且つ前記遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングと、
を更に備え、
前記偏心ベアリングが前記下端ジャーナルに回転可能に装着され、前記クランクピンが前記偏心ジャーナルに回転可能に装着されている、請求項４に記載の改良された機械装置。
【請求項１４】
前記クランクケースに対して固定的に装着され、前記クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車と、
前記内歯車の軸線と平行な第１の平歯車軸線を有し、前記内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車と、
前記第１の平歯車軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、前記第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車と、
前記第２の平歯車に装着されるとともに、前記第２の平歯車軸線と平行で、且つ前記第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングと、
を更に備え、
前記偏心ベアリングが前記下端ジャーナルに回転可能に装着され、
前記クランクピンが前記偏心ジャーナルに回転可能に装着されている、
請求項４に記載の改良された機械装置。
【請求項１５】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４に記載の改良された機械装置。
【請求項１６】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項１３に記載の改良された機械装置。
【請求項１７】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項１４に記載の改良された機械装置。
【請求項１８】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４に記載の改良された機械装置。
【請求項１９】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項１３に記載の改良された機械装置。
【請求項２０】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項１４に記載の改良された機械装置。
【請求項２１】
中心軸線を持つ少なくとも１つの円筒状のハウジングを有する機械装置の性能を高める方法であって、前記機械装置が、上死点位置と下死点位置との間で該ハウジング内を中心軸線に沿って移動する少なくとも１つの往復ピストンと、前記機械装置におけるクランクケース内に回転可能に装着されてクランク軸線を中心に回転するとともに、前記クランク軸線と平行なクランクピン軸線を有する少なくとも１つのクランクピンが径方向に配置されて成るクランクシャフトと、上端ジャーナルで前記ピストンに対して回動可能に取り付けられた上端と下端ジャーナルで前記クランクピンに対して回動可能に取り付けられた下端とを有し、且つ前記上端が前記クランク軸線と平行な上端ジャーナル軸線を中心に回動するとともに前記下端が前記クランク軸線と平行な下端ジャーナル軸線を中心に回動する接続ロッドとを有するものである、前記方法において、
軸線方向に偏心するジャーナル及び前記下端ジャーナル軸線と平行な偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを設けるステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに配置するステップと、
前記偏心ジャーナル軸線を前記クランクピン軸線と平行にし、且つ前記クランクピン軸線からオフセットして、前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに配置するステップと、
前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に下端を非円形経路に従わせるステップと、
を備える方法。
【請求項２２】
前記接続ロッドの下端をエピトロコイドの非円形経路に従わせるステップを更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エピトロコイド経路が、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に前記円筒状のハウジング内の下死点位置でのピストンドエルによって費やされる時間を延ばす、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記上端ジャーナル軸線と前記下端ジャーナル軸線との間の距離が、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に前記円筒状のハウジング内の下死点位置でのピストンドエルによって費やされる時間にわたる前記エピトロコイダル経路の下部と一致する円弧の半径である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記クランクケースに対して固着され、且つ前記クランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットを設けるステップと、
前記太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、前記太陽歯車と噛み合うとともに、前記太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する回転遊星歯車を設けるステップと、
前記遊星歯車軸線と平行で、且つ前記遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを前記遊星歯車に対して装着するステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに回転可能に装着するとともに、前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
を更に備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記クランクケースに対して固定的に装着され、前記クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車を設けるステップと、
前記内歯車の軸線と平行な第１の平歯車軸線を有し、前記内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車を設けるステップと、
前記第１の平歯車軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、前記第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車を設けるステップと、
前記第２の平歯車軸線と平行で、且つ前記第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを前記第２の平歯車に対して装着するステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
を更に備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記クランクケースに対して固着され、且つ前記クランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットを設けるステップと、
前記太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、前記太陽歯車と噛み合うとともに、前記太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する回転遊星歯車を設けるステップと、
前記遊星歯車軸線と平行で、且つ前記遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを前記遊星歯車に対して装着するステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに回転可能に装着するとともに、前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
を更に備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記クランクケースに対して固定的に装着され、前記クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車を設けるステップと、
前記内歯車の軸線と平行な前記第１の平歯車軸線を有し、前記内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車を設けるステップと、
前記第１の平歯車軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、前記第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車を設けるステップと、
前記第２の平歯車軸線と平行で、且つ前記第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを前記第２の平歯車に対して装着するステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
を更に備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３９】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２７に記載の方法。
【請求項４０】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２８に記載の方法。
【請求項４１】
前記機械装置が少なくとも１つの所定の排気ポートを前記円筒状のハウジング内に有し、前記排気ポートのサイズを変更して前記排気ポートを前記円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項４２】
前記機械装置が少なくとも１つの所定の吸気ポートを前記円筒状のハウジング内に有し、前記吸気ポートのサイズを変更して前記吸気ポートを前記円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項４３】
前記機械装置が少なくとも１つの所定の排気ポートを前記円筒状のハウジング内に有し、前記排気ポートのサイズを変更して前記排気ポートを前記円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項４４】
前記機械装置が少なくとも１つの所定の吸気ポートを前記円筒状のハウジング内に有し、前記吸気ポートのサイズを変更して前記吸気ポートを前記円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項４５】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４３に記載の方法。
【請求項５０】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４３に記載の方法。
【請求項５１】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明は、エピトロコイダル経路を形成するクランクシャフトを利用することにより往復ピストン内燃機関、ポンプ及びコンプレッサの性能を高めるための機構及び方法に関する。ピストンがその行程の下部で休止させられ、それにより、利用できる圧力をうまく用いることによって、エンジン、ポンプ又はコンプレッサのシリンダ出力が高められる。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]１８６０年代にＯｔｔｏ及びＬａｎｇｅｎによって最初に商業的に成功した内燃機関の開発以来、内燃機関を改善するための絶え間ない試みがなされてきた。これらの試みの結果は至る所で明らかであり、内燃機関は、世界中に普及しており、数例を挙げれば、輸送、発電、建設、農業、ＲＶ車、園芸器具を含むがこれらに限定されない無数の用途で使用されている。複数の用途に加えて、内燃機関は、ディーゼル、ガソリン、天然ガスを含む様々な燃料に使用可能である。
【０００３】
[0003]ガスタービンやロータリなどの幾つかの他のタイプの内燃機関も存在するが、最も一般的なタイプは往復ピストンエンジンである。このエンジンは、４つの段階、すなわち、吸気、圧縮、出力（膨張）、排気を有するサイクルで動作する。ピストンは、その行程の最高点を示す上死点位置（以下、「ＴＤＣ」と略する）と、その行程の最下点を示す下死点位置（以下、「ＢＤＣ」と略する）との間で移動する。ＴＤＣとＢＤＣとの間でピストンが移動する距離は、所定の（固定された）距離であり、一般にピストンのストロークと称される。このタイプのエンジンは、２ストロークサイクル又は４ストロークサイクルのいずれかである。２ストロークサイクルエンジンは、全ての動作段階を完了するために２つのピストンストローク（又は、クランクシャフトの１つの全回転）を必要とし、一方、４ストロークサイクルエンジンは、全ての動作段階を完了するために４つのピストンストローク（又は、クランクシャフトの２つの全回転）を必要とする。各動作段階の区別は、他の段階とはっきり分けられるものではない。時間は、クランクシャフトの回転角度の形態で各段階から「借りられ」、それにより、各段階は、段階を重ね合わせることにより、或いは、２ストロークサイクルエンジンの場合には段階を組み合わせることにより次の段階へ移行される。
【０００４】
[0004]典型的な往復ピストンエンジンにおいては、ピストンがＴＤＣとＢＤＣとの間でシリンダボア内又はシリンダハウジング内を移動し、また、接続ロッドがピストンをクランクシャフト上のクランクピンに対して結合する。クランクピンは、クランクシャフトの中心線から設定された距離に位置されている。この典型的な構造において、クランクシャフトが回転する際のクランクピンの経路は円であり、また、その円の直径はストローク値と同じである。ピストン直径やストローク（クランクピン位置によって決定される）などのこの構造内の様々なパラメータは変更できるが、基本的なつながりは同一のままである。この構造内で内燃機関を向上させる試みは、エンジンを構成するために使用される材料の物理的特性及び機械的特性により、また、燃料の熱力学的特性及びシリンダ内への燃料の供給により、ある程度限られてきた。
【０００５】
[0005]クランクシャフト動作を変更し、ストロークを変化させ、或いは、圧縮比（以下、「ＣＲ」と略す）を変えることにより、前述した基本的なつながりを修正する試みが成されてきた。例えば、Ｍｏｏｒの米国特許第６，４５３，８６９号は、ＴＤＣでピストンドエル（ピストンの一時休止）点を延ばし、且つ偏心部材を備えるクランクシャフトを通じた接続ロッドレバレッジを向上させることにより効率を高めようとした。Ｓｈａｗの米国特許第６，５２６，９３５号は、軌道周回するクランクシャフトが心臓形状のパターンを辿るようにし、且つ動作中にＣＲを調整するための手段を設けることにより燃料効率及びトルクを高めようとした。Ｇｏｎｚａｌｅｓの米国特許第５，９２７，２３６号では、ストローク長を変え、且つ大きな爆発行程及び短い吸気行程を課すことにより内燃機関の熱効率が向上されたことが主張されている。Ｓｃｈａａｌの米国特許第５，１５８，０４７号は、シリンダ圧力を高めるのに多くの時間を許容してパワーストロークの最初の半分でピストン速度を減速させることにより正味のエンジン効率を高めることを主張している。
【０００６】
[0006]先の試みに関連して達成できなかった利点が本発明によって克服された。ＴＤＣでピストンドエルを延ばすことによってクランクシャフト動作を変えようとする先の試みとは異なり、本発明は、ＢＤＣにおいてピストンドエルを最大にする。ピストンをＴＤＣ又はその近傍で休止させようとする、或いは、クランクシャフトを回転させるように作用するレバレッジを最大にしようとする多くの試みがなされてきたが、そのようなドエルにより、利用可能な容量を少なくしつつ、燃焼室内に封入された燃料混合物をより完全に燃焼させることができ、且つより高い初期圧に到達させることができることは明らかである。エンジン部品の形状によって引き起こされ、且つこの高い圧力と組み合わされる高いレバレッジ又はモーメントアームにより、クランクシャフトを回転させるように作用する力が更に大きくなるとともに、エンジンからのトルク出力が増大する。しかしながら、これらの利点を実現できない理由が幾つかある。
【０００７】
[0007]ＴＤＣ又はその近傍で休止するピストンにより、燃料混合物（又は、ディーゼルでは空気）は、スパーク又は燃料の導入によって点火段階が開始される前に予熱される。エンジン内の全ての表面は、前のパワーストロークからの燃料混合物の燃焼によって加熱され、また、新たに導入された燃料混合物は、この熱の一部を、圧縮サイクル中に生成された熱に加えて、吸収する。燃料混合物をそれがシリンダ内に封入される前に加熱することにより、燃料混合物の密度が減少し、それにより、最終的に、少ない燃料混合物が圧縮及び出力発生のために封入される。このドエル期間中の燃料混合物の爆発は、起こり得る可能性が非常に高く、エンジン効率が悪化する点までＣＲを下げてしまう。特に燃焼プロセスが開始された後にクランクシャフトが回転してレバレッジを形成し続けている間にピストンをそのＴＤＣ位置又はその近傍に保持するためには、かなりの力をピストンに対して加えなければならない。シリンダ圧力の上昇と利用可能なレバレッジとの組み合わせにより、ピストンはシリンダボアの下方へ押し下げられる傾向となり、それにより、意図する方向と反対の方向でクランクシャフトを回転させようとする力がクランクシャフトに対して加わる。ピストンがシリンダボア内を下方へ移動しているまで、ピストンをＴＤＣ又はその近傍に保持しようとする全ての作動力は意図する回転方向に逆らう。この負の作動力の結果により、最終的に、エンジンの出力が低下する。
【０００８】
[0008]ＴＤＣ又はその近傍でピストンを休止させるには、かなりの量のクランクシャフト回転にこの作動力を加える必要があり、また、時間が経過しているため、エンジン動作の他の段階を完了させるために、僅かな時間及びクランクシャフト回転しか利用できない。ＴＤＣ又はその近傍で費やされる時間により、ピストンをボアの下方へ押し下げて、排ガスをシリンダから吐き出し、及び／又は、次の燃料混合物をシリンダに再充填するために利用できる時間が少なくなる。これらの個々の事象を完全に分離して達成するための十分な時間が無ければ、必要な事象の重なり合いに起因してエンジンの効率が低下し、また、残留排ガスと新しい燃料混合物とが一部混合してしまう結果となる。
【０００９】
[0009]クランクシャフトが回転し続けている間にピストンをＴＤＣ又はその近傍に保持すると、クランクシャフトのレバーアームが増大する。直感的に、レバーアームが増大することにより、同じ大きさの力で、より大きなトルク又は回転力をクランクシャフトに伝えることができると思われる。しかしながら、先に言及した試みでは、このようなことはない。
【００１０】
[0010]理想的に考えると、１つの出力段階中における内燃機関の出力は、特定の部位のピストンに影響を与える２つの変数、すなわち、１）燃焼する燃料混合物がシリンダ内で形成する圧力から得られる力、及び、２）圧力が抜かれる前にその圧力がシリンダボア内でピストンを押し下げる距離、のみに依存している。シリンダ内の圧力が解放されると、ピストンがＢＤＣに向けてシリンダボア内を下方へ移動し続けていたとしても、出力段階が終了する。力及び距離の変数が不変のままである場合には、使用されるクランクシャフトのデザイン又は構造にかかわらず、出力段階の全トルク出力は常に同じである。ピストンのドエルをＴＤＣ又はその近傍で増大させることから利点が求められる場合には、次の燃料混合物をシリンダ内に導入する際にエンジンが被る時間損失について言及しない。同様に、レバレッジ又はモーメントアームの増大を求めると、基本的に１°毎にピストンクラウンよりも上側の圧力が急速に低下して任意の想定し得るトルクゲインが崩壊されることを言及し損ねる。レバレッジの増大により、ピストンは、全てのクランクシャフト回転度において大きな距離を移動し、それにより、シリンダ内の封入量が増大する。これにより、シリンダ内の圧力が下がり、結果として、増大したモーメントアームに作用する力が失われる。全出力段階の持続時間にわたってクランクシャフトに加えられるトルクの全体の大きさは、従来型のクランクシャフトによって作り出されるトルクの大きさよりも大きくはない。したがって、ピストンで行われる仕事を増大させることにより、エンジン出力の任意の増大が得られなければならないが、従来の試みでは、クランクシャフトの動作の変更によってこの結果を得ることができなかった。
【００１１】
[0011]ピストンで行われる仕事は、仕事に関する以下の式を使用することによって計算される。
仕事＝力×距離
【００１２】
[0012]本発明のクランクシャフトは、シリンダ力（圧力×ピストン面積）及び行程（距離）を増大することによりピストンで行われる仕事を増大させることができる。
【００１３】
[0013]ピストン駆動エンジンとの関連でこの式を使用すると、１つのピストンで行われる仕事は、ピストンのクラウンに作用する燃料燃焼の熱から生じる圧力によって与えられる力と、ピストンが圧力を受けてそのボア内で移動する距離との積である。式及び概念を理解することはかなり簡単であるが、作り出される仕事を正確に表わすには、幾つかの詳細な解析が必要である。例えば、燃焼室及びシリンダボア内で生み出される圧力は、そのシリンダ空間の容積に伴って直接に変化する。出力段階の初めにピストンがＴＤＣから離れたその行程の開始点にある場合、圧力は、ピストンの上側の最小の燃焼空間に起因して高い。圧力がピストンのクラウンに作用して、圧力によりピストンがボア内を下方へ移動すると、ピストンの変位によって燃焼空間及びシリンダ内の容量が増大する。これにより、燃焼空間内の圧力がかなり低下する。ピストンの行程中のある点で、ピストンが排気ポートを開放させることにより、或いは排気バルブが開放することにより、排気段階が開始される。いずれかの機構により、封入圧力の逃げ道が与えられる。排気ポート又はバルブが開放されるとすぐに、シリンダボア内でピストンを下方へ駆動させる力がシリンダからそらされ、ピストンでなされる仕事が終了する。忘れてならないのは、ピストンは、それをそのボア内で更に下方へ押し下げるように作用する力が無くてもピストンの全行程の端部まで（ＢＤＣまで）移動し続けることである。もはや、ピストンでの仕事は行われない。
【００１４】
[0014]シリンダ内の圧力はピストン移動に伴って変化しているため、ピストンのクラウンに作用する力も変化している。したがって、力に関する１つの値を仕事式へ直接に代入することはできない。しかしながら、シリンダ内の力は、ピストンの行程に沿う様々な点で、その点でのシリンダ容量及び最初の開始圧力に基づいて計算することができる。その後、ピストンがシリンダ圧力を受けて移動する総距離が各点で合計される（これは積分によって求めることもできる）。すなわち、ピストンクラウンの上側の容積は、簡単な幾何学を使用することにより、また、シリンダ内におけるピストンの位置を知ることにより、正確に計算することができ、また、その結果として得られる圧力は、ボイルの法則を適用することによって求めることができる。この簡略化された見方は、熱力学的な検討を行わないが、その例がこの出願に関連する。
【００１５】
[0015]ＢＤＣでのピストンドエルを延ばす利点は幾つかある。ピストンは、同様のストロークを有し、且つ同様の速度で動作するエンジンよりも速くＴＤＣに到達し、それにより、封入された燃料混合物が周囲の表面からの熱及び予熱を吸収するための時間を少なくできる。これにより、爆発という望ましくない状態を避け易くなり、ＣＲを上げて、より高い効率を得ることができる。
【００１６】
[0016]点火タイミングは、通常、圧縮ストローク中にピストンが依然としてＴＤＣに近づいている時にある点で起こるように設定される。一般に、スパークは、ＴＤＣの前のクランクシャフト回転における１つの点でシリンダ内に導入され、その点は、幾何学により、ピストンがそのＴＤＣ位置から離れる距離と同一視することができる。これは、圧縮によりシリンダ圧力が上昇している間にスパークによって燃料混合物に点火できるように行われる。完全な燃焼を引き起こすための時間は必要であるが、燃焼速度は、シリンダ内の圧力上昇率（圧力上昇速度）によっても影響される。ピストンがＢＤＣで休止している場合、ピストンは、シリンダボアの上端への上昇中に、クランクシャフト回転１°当たりの移動距離が大きくなる。スパークを標準的なエンジンの場合と同じＴＤＣからの距離で起こす場合には、幾何学により、ピストンがＴＤＣに達する前のクランクシャフトの角度数が少なくなるのが分かる。圧力上昇率は標準的なエンジンの場合よりも大きく、そのため、ＴＤＣ前の少ないクランクシャフト回転角度で点火段階を起こさせることができる。これにより、意図する方向と反対の方向にエンジンを回転させる傾向があるピストンでの負の仕事が減少し、最終的な結果として、出力が大きくなる。
【００１７】
[0017]ピストンをＴＤＣから離れるように急速に後退させることができるようにすることによって、燃料混合物の燃焼による熱を周囲の面に伝える時間がかなり短くなる。燃焼ガス内に保持される熱は、ピストンのクラウンに作用する圧力を形成するために、より完全に利用される。周囲のシリンダ表面に蓄えられる熱が少ないため、次に導入される充填燃料混合物は冷たい環境内へ入ることになり、その結果、充填燃料の密度が高くなり、効率的な燃焼が促進されて、エンジン出力が大きくなる。
【００１８】
[0018]ＢＤＣ又はその近傍でのピストンドエルを最大にすることにより、ピストンは、従来のエンジン、すなわち、そのピストンドエルがＴＤＣ又はその近傍にあるエンジンよりも短い時間でボアの底部へと移動することができる。これは、全てのエンジン構造が同じ速度で回転し、それにより１分当たりの回転数（以下、「ＲＰＭ」と略す）が同じになるときに起こる。そのピストンドエルがＢＤＣ又はその近傍にあるエンジンでは、ピストンがピストンストロークの底部にいる時間が長くなる。したがって、ピストンは、その上側の圧力を用いてシリンダボア内を下方へ大きな距離にわたって移動することができるとともに、シリンダを排気してシリンダ内に新たな燃料混合物を再充填するのに適した時間を有する。また、圧縮段階中にピストンが移動する距離も増大させることができる。これにより、より多くの量の燃料混合物を全ての圧縮段階の初めに封入することができる。実際のＣＲを標準的なエンジンと同じ値に保とうとした場合には、燃焼室の容量も増大しなければならず、結果的に、封入量が通常よりもかなり多くなる。エンジンの出力は、各吸気段階中にシリンダ内に導入される燃料混合物の量と密接に関係するため、付加された封入量により、出力段階中においてシリンダ内により多くの熱及び圧力が生じ、その結果、エンジン出力が増大する。
【００１９】
[0019]このとき、吸気充填量が高められるため、全出力段階中の圧力降下速度が遅くなる。ＴＤＣから出力段階の最後まで、開始シリンダ圧力及び最終シリンダ圧力は、排気量が同じ従来のエンジンにおけるそれらと同じになるが、ピストンはそのプロセスにおいて長い距離にわたって移動する。ピストン運動の全ての増分における実際のシリンダ圧は、燃料混合物の初期量が多いシリンダに有利に働く。なぜなら、ピストン位置の変化は、圧力を含む全体の容量に殆ど影響を与えないからである。
【００２０】
[0020]本発明では、ピストンがＢＤＣ又はその近傍で休止している時間の間、シリンダ圧がその最低値となり、それにより、ピストンクラウンに抗して燃焼ガスを最大まで膨張させることができる。この場合、排気段階中に、十分な時間を利用して、ピストンにより送り出すことなく排気ガスをそれ自身の圧力差によりシリンダから吐き出すことができる。これにより、排気段階の最後にシリンダ内に残る排気ガスに対してピストンが行う仕事が少なくなる。最終的な結果として、パワーストロークからのエネルギを、シリンダから加圧排ガスを送り出すことに殆どつぎ込まなくて済むため、或いは全くつぎ込まなくて済むため、エンジンの出力が増大する。
【発明の概要】
【００２１】
[0021]したがって、本発明の目的は、出力を向上させて効率を高めるために内燃機関、ポンプ又はコンプレッサを改良するための機構及び方法を提供することである。
【００２２】
[0022]本発明の他の目的は、接続ロッドの下端が移動するエピトロコイダル経路を形成するために往復内燃機関、ポンプ又はコンプレッサのクランクシャフトを変更し、それによりＢＤＣ又はその近傍でピストンのドエルを延ばすための機構及び方法を提供することである。この経路は、ピストンドエルを最大にし、且つ接続ロッド角度を最小にするためにピストンストローク及び接続ロッド長と一致する偏心オフセット距離（偏心度）を有する接続ロッドの下端の内側に偏心装着された部材によって形成される。
【００２３】
[0023]本発明の更なる目的は、中心軸線を持つ少なくとも１つの円筒状のハウジングを有する機械装置における改良された機構であって、その機械装置が、上死点位置と下死点位置との間で円筒状のハウジング内を中心軸線に沿って移動する少なくとも１つの往復ピストンと、前記機械装置におけるクランクケース内に回転可能に装着されてクランク軸線を中心に回転するとともに、クランク軸線と平行なクランクピン軸線を有する少なくとも１つのクランクピンが径方向に配置されて成るクランクシャフトと、上端ジャーナルで前記ピストンに対して回動可能に取り付けられた上端と下端ジャーナルで前記クランクピンに対して回動可能に取り付けられた下端とを有し、且つ前記上端が前記クランク軸線と平行な上端ジャーナル軸線を中心に回動するとともに前記下端が前記クランク軸線と平行な下端ジャーナル軸線を中心に回動する接続ロッドとを有するものにおいて、
下端ジャーナル軸線と平行で、且つクランクピン軸線からオフセットした偏心ジャーナル軸線を有する軸線方向に偏心するジャーナルを持つ偏心ベアリングを備え、前記偏心ベアリングは、クランクケース内のクランクシャフトの回転中に下端における非円形経路を形成するために、下端とクランクピンとの間に介挿されていることを特徴とする、改良された機構を提供することである。また、前記非円形経路がエピトロコイドであり、そのようなエピトロコイド経路が、クランクケース内のクランクシャフトの回転中に円筒状のハウジング内の下死点位置又はその近傍でのピストンドエルによって費やされる時間を延ばすことも意図されている。
【００２４】
[0024]また、本発明の目的は、上端ジャーナル軸線と下端ジャーナル軸線との間の距離が、クランクケース内のクランクシャフトの回転中に円筒状のハウジング内の下死点位置でのピストンドエルによって費やされる時間にわたるエピトロコイダル経路の下部と一致する円弧の半径となるようにすることである。
【００２５】
[0025]本発明の目的は、改良された機構の一実施形態が、クランクケースに対して取り付け固定され、且つクランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットと、太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、太陽歯車と噛み合うとともに、太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する回転遊星歯車と、遊星歯車に装着されるとともに、遊星歯車軸線と平行で、且つ遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングとを更に備え、前記偏心ベアリングが下端ジャーナルに回転可能に装着され、クランクピンが偏心ジャーナルに回転可能に装着されるようにすることである。
【００２６】
[0026]本発明の目的は、改良された機構の代替の実施形態が、クランクケースに対して取り付け装着され、クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車と、内歯車の軸線と平行な第１の平歯車軸線を有し、内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車と、第１の平歯車の軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車と、第２の平歯車に装着されるとともに、第２の平歯車軸線と平行で、且つ第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングとを更に備え、前記偏心ベアリングが下端ジャーナルに回転可能に装着され、クランクピンが偏心ジャーナルに回転可能に装着されるようにすることである。
【００２７】
[0027]本発明の更なる目的は、中心軸線を持つ少なくとも１つの円筒状のハウジングを有する機械装置の性能を高める方法であって、前記機械装置が、上死点位置と下死点位置との間で円筒状のハウジング内を中心軸線に沿って移動する少なくとも１つの往復ピストンと、前記機械装置におけるクランクケース内に回転可能に装着されてクランク軸線を中心に回転するとともに、クランク軸線と平行なクランクピン軸線を有する少なくとも１つのクランクピンが径方向に配置されて成るクランクシャフトと、上端ジャーナルで前記ピストンに対して回動可能に取り付けられた上端と下端ジャーナルで前記クランクピンに対して回動可能に取り付けられた下端とを有し、且つ前記上端が前記クランク軸線と平行な上端ジャーナル軸線を中心に回動するとともに前記下端が前記クランク軸線と平行な下端ジャーナル軸線を中心に回動する接続ロッドとを有するものである、という方法において、
軸線方向に偏心するジャーナル及び下端ジャーナル軸線と平行な偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを設けるステップと、前記偏心ベアリングを下端ジャーナルに配置するステップと、偏心ベアリングジャーナル軸線をクランクピン軸線と平行にし、且つクランクピン軸線からオフセットして、クランクピンを偏心ジャーナルに配置するステップと、クランクケース内のクランクシャフトの回転中に下端を非円形経路に従わせるステップとを備えることを特徴とする方法を提供することである。また、前記非円形経路がエピトロコイドであり、そのようなエピトロコイド経路が、クランクケース内のクランクシャフトの回転中に円筒状のハウジング内の下死点位置又はその近傍でのピストンドエルによって費やされる時間を延ばすことも意図されており、また、この方法が４ストロークサイクル又は２ストロークサイクルで動作する機械装置にも同様に適用できることも意図されている。
【００２８】
[0028]また、本発明の方法の目的は、上端ジャーナル軸線と下端ジャーナル軸線との間の距離が、クランクケース内のクランクシャフトの回転中に円筒状のハウジング内の下死点位置又はその近傍でのピストンドエルによって費やされる時間にわたるエピトロコイダル経路の下部と一致する円弧の半径となるようにすることを提供することである。
【００２９】
[0029]本発明の方法の目的は、一実施形態が、クランクケースに対して取り付け固定され、且つクランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットを設けるステップと、太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、太陽歯車と噛み合うとともに、太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する回転遊星歯車を設けるステップと、遊星歯車軸線と平行で、且つ遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを遊星歯車に対して装着するステップと、前記偏心ベアリングを下端ジャーナルに回転可能に装着するとともに、クランクピンを偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップとを更に備えるようにすることである。
【００３０】
[0030]また、本発明の方法の目的は、代替の実施形態が、クランクケースに対して取り付け装着され、クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車を設けるステップと、内歯車の軸線と平行な第１の平歯車軸線を有し、内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車を設けるステップと、第１の平歯車の軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車を設けるステップと、第２の平歯車軸線と平行で、且つ第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを第２の平歯車に対して装着するステップと、前記偏心ベアリングを下端ジャーナルに回転可能に装着するステップと、クランクピンを偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップとを更に備えるようにすることである。
【００３１】
[0031]本発明の方法の他の目的は、少なくとも１つの所定の排気ポートを円筒状のハウジング内に有する機械装置に適用できるようにするとともに、排気ポートのサイズを変更して排気ポートを円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備えるようにすることである。同様に、本発明の方法は、少なくとも１つの所定の吸気ポートを円筒状のハウジング内に有する機械装置に適用することができるとともに、吸気ポートのサイズを変更して吸気ポートを円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備えている。
【００３２】
[0032]最も簡単な用語で表わされるクランクシャフトは、ただのレバーアームに過ぎない。レバーアームによって伝えられる回転力の大きさは、アームの有効長、アームに作用する力、力が加えられる方向の関数である。従来のピストン駆動の内燃機関は全て、それらのピストンの往復運動を回転運動へ変換するためにクランクシャフトを利用している。この構成に伴う問題は、各出力段階中に実際の有効モーメントアームの長さが最大となるときにレバーアームに作用する力の大部分が加えられないという点である。クランクシャフトが回転すると、有効モーメントアームは長くなるが、力は減少される。各出力段階中に利用できる有効モーメントアーム長と力との組み合わせには、出力パルスの周波数が掛け合わされる。その結果がエンジンの測定出力である（摩擦を無視する）。本発明のエピトロコイダルクランクシャフトは、利用可能な力の大部分と、変更されたモーメントアームとを組み合わせ、それにより、このクランクシャフトを利用するエンジンの結果的な出力は、ストロークが等しい従来型のクランクシャフトを有するエンジンよりも大きくなる。しかしながら、高い出力は、モーメントアームの増大だけに起因するものではない。利用可能な力の増大により、ピストンは、それに圧力が作用した状態でシリンダボア内を更に遠くに移動することができ、それこそが出力増大が実現される場合である。出力段階の長さの増大及び封入された燃焼ガスの良好な利用は、各出力段階中にピストンで大きな仕事を形成するために結び付く。エピトロコイダルパターンの底部におけるモーメントアームの減少が適切な接続ロッド長と組み合わされることにより、ピストンは、クランクシャフト回転角度で測定される僅かな時間にわたって垂直方向に動かないまま休止する。この時間は、シリンダ内の排気ガスを空にして、出力段階から取り入れることなくシリンダに新しい燃料を再充填するために利用される。ＢＤＣ又はその近傍でのピストンドエルを伴う促進された出力段階の結果、より強力で効果的なエンジンが得られる。
【００３３】
[0033]標準型のクランクシャフトを有するエンジンは、それらのクランクピンがクランクシャフトの中心から特定の距離で固定されている。クランクシャフトの回転中、クランクピンは円を成して移動する。その円の直径は、エンジンのストロークとして知られる距離であり、また、ピストンは、それが接続ロッドを介してクランクピンに結合されているため、シリンダボア内で同じ距離を移動する。エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおいては、クランクピンも円を成して移動する。しかしながら、接続ロッドはクランクピンに対して直接に取り付けられていない。その代わり、接続ロッドの下端が偏心ベアリング上に嵌め付けられ、偏心ベアリングは、クランクピン上に嵌め付けられるとともに、歯車装置を介してその場所に割り出しされる。ベアリングの偏心度、接続ロッドの長さ、クランクシャフトのストローク、歯車装置の割り出しの組み合わせは全て、接続ロッドの下端の経路を決定する。しかしながら、ピストンがそのボア内で移動する距離は、この異なるクランクシャフト構成に関係なく、依然としてエンジンのストロークである。標準的なエンジンにおいて、接続ロッドの底部はクランクピンによって形成される円を辿り、これに対し、本発明のエンジンでは、接続ロッドの底部がエピトロコイダル経路を移動する。偏心ベアリング及びその関連する歯車装置により、経路は、クランクシャフトの全ての回転に伴って正確に繰り返し、また、歯車装置の最初の割り出しに基づいて、経路は任意の方向に向くことができる。標準的なエンジンにおけるクランクピン経路は半径が固定されている。これは、クランクピンがクランクシャフトの中心から特定の距離に位置されているからである。エピトロコイダル経路は、偏心ベアリングの回転に起因して、その半径を連続的に変化させる。また、標準的なクランクシャフトによって形成される円形経路上に重ね合わされるときのエピトロコイダル経路は、経路の幾つかの部分で中心から遠く、他の部分で中心に近いが、これらの部分の全ては共通の回転中心を共有している。クランクシャフトの中心から力の印加点まで測定された、形成されたモーメントアームの長さは、常に変化している。したがって、変化する半径及び増大するモーメントアームの両方は、本発明の構造が形成できる出力の増大に寄与する。モーメントアームの増大は、ＴＤＣから離れるピストンの速度の増大を直接に引き起こし、それにより、ピストンはそのストロークの底部に急速に達することができ、これが、ピストンに圧力が作用した状態でのピストン行程の長い距離に貢献する。形成されたパターンの底部における半径の増大により、ピストンは、ＢＤＣ又はその近傍で休止することができる。これは、接続ロッドの中心間長さにより揺動する円弧がエピトロコイダル経路とぴったりと一致するように最適化されるからである。最大のピストンドエルを形成して接続ロッド角度を最小にするため、接続ロッド長、所望のストローク、偏心ベアリングのオフセットの変数は全て一致されなければならない。
【００３４】
[0034]エピトロコイダルクランクシャフトを使用することにより、単一の出力段階中に形成されるトルク曲線は、ストロークが同様の標準型のクランクシャフトよりも高いピークトルク値をもたらす。これは、偏心ベアリングの方向及び適切なギアリングを用いて形成できる長いモーメントアームを、ピストンクラウンに作用するシリンダ内の圧力と組み合わせることにより達成される。仕事はピストン行程及び力に依存するため、任意のクランクシャフトが所定のピストン領域、圧力下での行程、当初のシリンダ圧力において同じ全トルク作用力を生じることは言うまでもない。例えば燃焼室の容積が固定され、且つ燃焼室内の初期圧力が常に同じである場合、仕事出力は、ピストンに圧力が作用した状態でピストンが同じ距離を移動するとすれば、エンジンに取り付けられたクランクシャフトのタイプとは関係なく同じである。使用されるクランクシャフトが極めて長いストロークを有する場合には、長いモーメントアームに起因して、全ピストン運動が大きい。しかしながら、排気段階が始まった後にピストンが移動する距離は、シリンダ圧力の助けがなくても発生する。このことは、出力段階中に多くの仕事を得るには、所定のピストンが圧力を受けたまま大きな距離を移動しなければならないこと、或いは、初期の燃焼室圧力が大きくなければならないことを意味する。２つの変数、すなわち、力と距離との積は大きくなければならない。
【００３５】
[0035]標準的なクランクシャフトのクランクピンの円形経路上の任意の点は、ピストン位置を決定するために使用できるクランクシャフトの回転度合いと同一視することができる。同様に、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにより形成される経路上の任意の点は、クランクシャフト方向及びピストン位置と同一視することができる。しかしながら、同一のクランクシャフト回転角度がクランクシャフトの２つのスタイル間で比較されると、ピストン位置は、ＴＤＣ及びＢＤＣにおける場合を除き同じではない。２つのピストンがそれらの対応するシリンダボア内で移動する速度は、２つのクランクシャフト構造を比較すると異なっている。
【００３６】
[0036]同じＲＰＭで回転している間、エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンにより、ピストンは、ストロークが同様の標準型のクランクシャフトを有するエンジンに設置されたピストンよりも急速にボアの上端から移動して離れる。これは、偏心ベアリングによって形成され、且つ接続ロッドの下端の経路が続くモーメントアームの増大に起因している。長いモーメントアームにより、ピストンはＴＤＣから高速で離れるように加速する。しかしながら、このエンジンのピストンがそのストロークの底部に近づくと、移動速度は、標準型のクランクシャフトが設けられたエンジンのピストンよりも遅くなる。これは、接続ロッドの下端の経路に影響を与える短いモーメントアームに起因している。この場合も同様に、所望のストローク、偏心ベアリング内側のオフセット、接続ロッド長の組み合わせが、本発明のエンジン構造の回転時の任意の所定の点での実際のモーメントアーム長を決定する。エピトロコイダルクランクシャフトを備えたエンジンと標準的なクランクシャフトを備えたエンジンとの間の重要な相違点は、全ピストン行程が一定に保たれるときに、エピトロコイダルクランクシャフトを備えたエンジンのモーメントアームがクランクシャフト回転の幾つかの点で大きく他の点で小さいという点である。標準的なクランクシャフトを備えるエンジンのボア内でのピストン運動はクランクシャフトストロークによって決定される。また、そのストロークは、クランクピンが辿る円の直径の指標でもある。一定である直径は、ピストン及び接続ロッドが作用し得る最大モーメントアームを決定する。エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンによって接続ロッドの下端が非円形経路を成して移動するため、ピストンクラウンに対する圧力を更に有利にクランクシャフトに作用させることができるときには、パワーストロークの段階中にモーメントアームを更に大きくすることができる。シリンダの排気量が一定に保たれるため、非円形経路は、接続ロッドの下端をクランクシャフトの中心の近傍まで引き寄せ、また、経路が接続ロッドの中心間長さに一致する半径を有しているため、ピストンはＥＤＣ又はその近傍で休止する。シリンダ内の圧力は、長いモーメントアームに対して作用し、ピストンを長い距離にわたって押し出す。これらの両方の属性は大きなエンジン出力に寄与し、一方、シリンダボアの底部でのドエルにより、排気段階のための十分な時間を生じさせることができる。
【００３７】
[0037]排気量は、内燃機関のサイズを表わすために使用される用語である。排気量は、一気筒の断面積と、ピストンがＴＤＣからＢＤＣへ移動する距離と、エンジン内のシリンダの数との積によって得られる。排気量は、ピストンの運動によって形成される容積変化に基づいて、エンジンが取り込む空気の体積を表わしている。排気量のための計算において、燃焼室の容積、ＣＲ、又は、エンジンが２ストロークサイクル又は４ストロークサイクルで動作するかどうかなどの幾つかのエンジンファクタに関しては言及しない。また、吸入方法（通常、吸引吸入又は強制吸入）又はピストンの上面に圧力が作用した状態でピストンが移動する距離は、排気量計算に影響を与えない。封入された燃料混合物の体積は、シリンダからの最後の逃げ道が閉じられたときにシリンダ内の容積を測定することにより決定される。これは、ピストンがシリンダボア内でその上方への移動を既に始めたときに、圧縮段階として一般に表わされるクランクシャフトの回転においてどこかで生じる。標準的なエンジンにおいて、最後の逃げ道は、ＢＤＣを十分に越えた点で閉じられる。その結果、充填燃料の実際の体積及び質量は、シリンダヘッドの容積＋シリンダ排気量よりも若干少ない。シリンダボアを上方へ移動し、且つシリンダ内の全容積をその最大値よりも少なくするピストンは、特に低いエンジン速度で、それが封入されるシリンダユニットから充填燃料の一部を逆流させる。標準的なエンジンは、ピストンがシリンダボアの底部に到達する際に直ぐにその方向を逆転してシリンダ内で上昇し始めるため、エンジンの充填燃料のモーメントが直ぐにそれらが入ろうとするシリンダ内で圧力上昇を受けてしまう。このとき、入ってくる燃料混合物は、吸気バルブが閉じる前にシリンダ内の圧力が上昇し、且つ容積が減少するため、行き詰ってしまう。最終的に結果として、上昇するピストンが全ての吸気段階中に燃料の一部を移動させ、また、封入された燃料混合物体積は常に全シリンダ排気量よりも小さい。高いエンジン速度でのみ、シリンダは、充填燃料のモーメントがシリンダから吐き出された混合物のモーメントに打ち勝つことができるときに、燃料混合物の最大量を封入する。エピトロコイダルクランクシャフトを備えたエンジンにおいては、ピストンがシリンダボアの底部で休止し、充填燃料の流入のために最大容量を利用できる。そして、容量が大きいながらも、シリンダからの最後の逃げ道を閉じることができ、十分に大きい体積の混合物がシリンダ内に封入される。圧縮ストローク中、増大された体積は、シリンダヘッドで利用できる容積内へ圧縮される。エピトロコイダルクランクシャフトを備えたエンジンが当初の封入ＣＲを標準的なエンジンのそれと一致する値で維持しなければならない場合には、シリンダヘッドにおける容量を増大させなければならない。そうでない場合、実際のＣＲが非常に高くなり、過熱が起こり得る。シリンダヘッド容量の増大により、圧縮ストロークの初めにシリンダ内に封入された燃料混合物の全体積に対して更に大きな容量が加わる。エンジンの排気量は、ピストンがシリンダボア内でそのストローク中に移動する総距離によって決まるため、エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンは、エンジンの排気量に影響を及ぼさない、標準的なクランクシャフトを備えるエンジンのストロークと同じピストンストロークを有するように構成することができる。しかしながら、エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンは、パワーストローク毎に更に多くの燃料混合物を取り込み、また、出力がシリンダ内に封入された燃料混合物の体積に直接に関連するため、エンジンは、所定の排気量において、より多くの出力を生み出す。
【００３８】
[0038]本発明から得られる利点は、燃料節約のための、所定の排気量における出力の増大又は効率の増大として分類できる。出力増大及び効率増大は、２ストロークサイクルエンジン又は４ストロークサイクルエンジンにおいて実現できる。限られた量の燃料のエネルギ量は限られており、また、前述した発明は、排気ガスを放出する前に、その充填燃料の燃焼からより多くの使用可能な圧力を引き出す。全てのエンジンは、次のパワーストロークのためにそれらのシリンダを再充填する十分な時間を持てるように、それらのシリンダから排ガスを放出しなければならない。これは、ピストンが依然としてシリンダ内を下方に移動しているときに起こるとともに、ピストンで行われる仕事量を終わらせる。そのシリンダにポートのみが設けられた２ストロークエンジンにおいては、ポートがシリンダ壁の単なる孔であるため、ポートの高さ及び幅が固定されているが、一部の高度に開発されたレーシングエンジンは、エンジンのＲＰＭに応じて高さを変えることができる排気ポートを有している。時間面積（以下、「ＴＡ」と略す）という用語は、１つの面積がそれを通じてガスを流すために露出される時間を表わす値を示している。バルブ又はシリンダポートは、瞬間的に開放させることができないため、所定の時間にわたって最大量のガスを通過させる可能性がある。むしろ、これらのポートは増加的に開閉する。ポートを利用する２ストロークサイクルエンジンは、ピストンによるある程度のマスキングがピストン位置の他の全ての点で起こるため、それらの面積がＴＤＣ又はＢＤＣでのみ最大にされる。ポペットバルブが設けられる４ストロークサイクルエンジン（及び一部の２ストロークサイクルエンジン）は、バルブをそれらのバルブシートから離間させ、ある最大高さまで上昇させ、それらのバルブシートまで戻すことができなければならない。ＴＡ値は、ポート又は管路が最も効果的となるＲＰＭ範囲を決定する。エンジン速度にかかわらず、ポート又は管路の露出される面積は常に同じである。しかしながら、エンジンのＲＰＭが増大すると、各動作サイクル間の時間が短くなり、有効なエンジン動作のために必要な適切な量のガスを流すことができるポートの能力に影響が及ぶ。時間成分の相違により、ポート又は管路は所定のＴＡ値を有することができない。値は、特定のエンジン速度で決定されなければならない。
【００３９】
[0039]エンジン速度が増大されると、２ストロークサイクルであろうが、４ストロークサイクルであろうが、各動作段階間の時間が減少される。エンジン製造メーカによって定められるポーティング又はバルブタイミングにより決定される一部のエンジン速度では、最も高い体積効率（Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が生じる点であるピークトルク出力が得られる。体積効率は、最大量の燃料混合物を各シリンダ内へ引き出すことができるエンジンの能力の指標である。エンジンが作動しているとき、エンジンの動作の各段階は、所定量のガスがポート又はバルブを通過できるように、時間の特定の尺度を必要とする。エンジン速度が増大するにつれて、これらの段階を達成するための時間が短くなる一方で、ガス量が増大し、また、ポート又はバルブの面積は一定のままとなる。あるＲＰＭにおいては、ポート又はバルブがガス流に対するチョーク点となるため、これらのガスの通過に利用できる時間は、段階を完全に完了させるのに不十分となる。
【００４０】
[0040]エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンの２ストロークサイクルの試作品（以下、「本発明の試作品」又は「本発明の試作エンジン」称する）において、シリンダボアを上下するピストン速度は、同じＲＰＭで動作する標準的なエンジンにおけるピストンの速度とは異なる。オリジナルの標準的なエンジンにおいて、シリンダ内のポートのサイズは、スムーズなアイドリング、容易な始動、特定のＲＰＭポテンシャルを与えるために製造メーカによって選択された。本発明の試作品において、ポートサイズは標準的なエンジンのポートとは物理的に異なっているが、ポートＴＡ値は標準的なエンジンの値と同一である。時間面積値は、標準的なポートの物理的寸法をそのままコピーするのではなく、ＴＡの計算された値にしたがって試作品のシリンダにおいて再現された。集計表を利用することで、接続ロッド長、ピストンストローク、ポート高さのストック値を使用することにより、標準的なエンジンの幾何学的形状が数学的に再現された。ポートは、シリンダ軸線に対して対称であるため、ＴＤＣ又はＢＤＣのいずれかの側で等しい時間開放され、又は閉じられる。集計表により、全てのクランクシャフト回転度において、ピストンにより露出されるポートウインドウの面積を計算することができた。ポートの開閉点間で露出されるポート面積の部分を合計することにより、ポート露出を含むクランクシャフト回転の区間中に露出される総面積が得られた。標準的なエンジンにおいて、排気ポートは、ＢＤＣであるクランクシャフト回転の１つの位置だけで完全に開かれる。同様に、吸気ポートはＴＤＣにおいてのみ完全に開放される。本発明の試作エンジンがベースとした標準的なエンジンは、「ピストンポート」エンジンとして知られている。吸気時間及び排気時間は、吸気段階中にリードバルブを備えるエンジン内で起こるような圧力差によってではなく、シリンダボア内のピストン位置によってのみ制御される（１つの他のタイプのインダクション装置はポートの前方で回転する孔を有するデイスクであり、これは、非対称な空気ポートタイミングを可能にするとともに、ディスクバルブとして知られている）。
【００４１】
[0041]直接的な比較を可能にするために同様の手法及びパラレルな集計表を使用して、クランクシャフト回転の任意の角度に対する本発明の試作品におけるピストン位置が決定された（標準的なエンジンと本発明の試作エンジンとの間の比較は、２つのクランクシャフトが同じＲＰＭで回転しているものとする）。本発明の試作エンジンのシリンダのポートが標準的なエンジンの場合と寸法的に同じままであった場合、排気ポートは、標準的なエンジンのポートよりもかなり早く露出される。本発明の試作エンジンにおけるピストンは、クランクシャフト回転の４３°にわたってシリンダボアの底部で休止するため、排気ポートは、ピストンによるマスキングを有さず、クランクシャフト回転のこの全部分の間にわたって完全に開かれたままである。比較において、標準的なエンジンの排気ポートは、クランクシャフト回転の９°のみにわたって完全に開いている。ピストンは完全開位置で休止するため、時間と面積との積は、組み合わさって、標準的なエンジンのポートにおける当初の計算値を越えるＴＡ値をもたらす。試作品においては、ポートの幅が変化せず、高さだけが調整される。エンジンのオリジナル製造メーカは、ピストンリングの支持及び摩耗を考慮してポート幅を選択し、また、これらは試作品において維持された。ＴＡ値が非常に大きかったため、ポートの高さが下げられた。そのため、２つのことが一度に起こる。すなわち、下側のピストン位置で、且つ小さいクランクシャフト回転度にわたってポートが開かれるため、ＴＡ値の時間部分が減少し、また、ポートが物理的に下側にあるため、ＴＡ値の面積部分も同様にして減少する。ピストン位置における計算値を使用すると、標準エンジンにおいて設計されたものと同じＴＡ値を再現するクランクシャフト角度数とポート高さとの組み合わせを決定することができた。
【００４２】
[0042]標準的なエンジンにおいてポート高さを下げることにより、燃料の燃焼によって供給される熱及び圧力の多くを利用して、ピストンを下方へ駆動させることができ、それにより、出力段階毎にピストンで行われる仕事量を増大させることができる。トレードオフは、シリンダから排ガスを吐き出してこれらの排ガスを新しい燃料混合物と交換するために利用可能なポートのＴＡ値が短くなるため、有効作動ＲＰＭ範囲が下げられることである。ＲＰＭが低いことから、エンジンが所定時間にピストンに対して加えることができる出力段階の数が減少され、そのため、出力が減少される。一方、ポート高さが比較的高いことにより、シリンダを排気するために多くの時間を利用できるが、ポートの高さは、シリンダ内に入る燃料混合物の質量及び封入容量を制限し、それにより、ピストンで行うことができる仕事量が制限されてしまう。各出力パルスは比較的弱いが、ポートが多大な流量をサポートすることができ、そのため、エンジンは高いＲＰＭを達成できる。多くの出力パルスがクランクシャフトに対して供給され、また、１つ１つは弱いが、それらの純粋な数が高い馬力出力を与える。
【００４３】
[0043]本発明における前述したエピトロコイダルクランクシャフトの付加は、それだけで出力を増大させない。それが可能にするものは、ポート高さが不変のままである場合に、シリンダを排気するための付加的な時間であり、それにより、変更されていない標準的なエンジンと同一のエンジン速度でポートのＴＡ値が増大される。これは、ストロークが等しく、且つ同じＲＰＭで動作する標準的なエンジンの場合よりも速い速度でピストンをその行程の下側部分へと移動させることができるようにすることによって達成される。これだけにより、エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンは、高いＲＰＭに達することができる。なぜなら、エンジンは、高いＲＰＭでエンジンのシリンダを依然として十分に排気できるからである。所望のＲＰＭ範囲を、変更されていない標準的なエンジンと同じ範囲に保たなければならない場合には、エピトロコイダルクランクシャフトにより、変更されていないポートが極めて高いＴＡ値を有するようになる。最も簡単な変更は、ポートを下げ、それによりポートのＴＡ値を減少させて、それらの値を標準的なエンジンの当初の作動ＲＰＭ範囲へ戻すことである。しかしながら、ポートを下げると、ピストンが圧力を受けた状態で更に遠くに移動でき、それにより、全ての出力パルス中にピストンで行われる仕事量が高まる。この場合、ストックエンジンにより当初設定されたＲＰＭ範囲でエンジンのシリンダを排気する時間が十分にあり、ピストンで行われる仕事の増大に起因して出力が高められる。ポートがそれらの高さで固定され、且つシリンダボア内で下側にあるため、上昇するピストンは、ポートウインドウを覆うとともに、標準的なエンジンが可能であったよりも多い量の燃料混合物を封入する。この開示において前述したように、標準的なエンジンにおける当初の実際のＣＲは、完全に圧縮された燃料混合物の体積に対する燃料混合物の全封入体積の比率に基づいていた。エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおける実際のＣＲが標準的なエンジンの値に保たれなければならない場合には、エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンの燃焼室に対して更なる容積を加えなければならない。そうでない場合、多大な量の封入燃料混合物が当初の燃焼室容積内へと圧縮され、それにより、実際のＣＲが標準的なエンジンのそれを越える値まで増大する。燃焼室容積を付加すると、実際のＣＲが標準的なエンジンと同じ値まで減少するが、封入量が増加する。この場合も同様に、エンジンの出力は、出力段階中に封入された燃料混合物の体積（量）と同一視され、そのため、標準的なエンジンのＲＰＭと同じエンジン速度で、より多くの出力が生み出される。
【００４４】
[0044]エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンにおいて、急速に降下するピストンは、入ってくる燃料混合物に多大なモーメントを形成し、これにより、シリンダ充填及び燃料噴霧化が助けられる。燃料混合物は、シリンダ内に入る際、移動するピストンからの即時圧力上昇に直面しない。その代わり、ピストンは、吸気バルブが閉じていた間、シリンダボアの底部又はその近傍にとどまる。その結果、多量の燃料混合物がシリンダ内に封入され、それにより、出力段階毎に多くの仕事がピストンで行われる。エンジン速度が高い間だけシリンダを一杯にするのではなく、ピストンを動かさないことにより、最も高い効率でシリンダが一杯になる大きな範囲のエンジン速度を与えることができる。燃料混合物の品質は、燃料計測システムを経由する大きな気流速度に起因して高められ、結果として良好な燃料噴霧化が起こる。封入された混合物は、燃焼室内で大きな効率をもって燃える傾向があり、その結果、最終的に大気へ逃げる排ガス中における未燃焼燃料の放出が減少される。
【００４５】
[0045]ポート及びポペットバルブの両方を利用する２ストロークサイクルエンジンは、ピストンの運動・位置がバルブの開閉点のタイミングを制御しないため、燃料効率を更に良くすることができる。その代わり、カムシャフトがバルブを作動させる。しかしながら、エピトロコイダルクランクシャフトの付加により、ピストンは、この場合も、シリンダボア内でのその急速な降下により、そのストロークの底部で休止させられる。先と同様に、意図する速度範囲での動作に必要なポートのＴＡ値を減らすことなく、当初のポート高さを下げることができ、また、ポートのＴＡ値を補完するためにバルブタイミングが変更されない。ポートの低下とバルブ作動の遅れとの組み合わせにより、オリジナルエンジンと同じＲＰＭで更に多くの仕事をピストンにおいて行うことができる。燃料の燃焼によって形成される熱及び圧力の多くを利用して、シリンダを排気するための十分な時間を維持しつつ、各出力段階毎にピストンクラウンを押し進めることができる。
【００４６】
[0046]エピトロコイダルクランクシャフトを利用する４ストロークサイクルエンジンは、燃料効率及び出力を更に良くすることができる。このタイプのエンジンには、シリンダ壁にカットされるポートが存在しない。吸気機能及び排気機能の両方は、シリンダヘッドに位置されたポペットバルブ（オーバヘッドバルブ・エンジン）又はエンジンブロックに位置されたポペットバルブ（フラットヘッド又はＬヘッド構造）により制御される。代わりに、これらのバルブは、それらを開閉するためにカムシャフトローブに依存しており、また、バルブ動作はピストンの位置及び動作と無関係である。前述した２ストロークサイクルバージョンの場合と同様に、同様のエピトロコイダル経路が接続ロッドの下端によって辿られる場合、ピストンは、ストックエンジンの場合よりも速くシリンダボア内で降下するとともに、ボアの底部近傍でしばらくの間休止する。エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンには、標準的なエンジンの場合と同じ量（又は、カムシャフト選択、燃焼室容積、意図するエンジン用途に応じてそれ以上の量）の燃料混合物を取り込ませることができ、それにより、同じ初期シリンダ圧を形成することができるが、ピストンが圧力を受けて移動する（出力段階）距離は増大する。そのような場合には、これにより、バルブ開閉事象の非対称なタイミングに起因して更に多くの仕事がピストンで行われるため、エンジンの効率が高まる。エピトロコイダルクランクシャフトによって引き起こされる固有の幾何学的性質により、ピストンは、そのような性質がない場合に成し得るよりも速い速度で、且つ大きな距離にわたってボアの下側へ押し下げられる。ピストンは同じ初期開始圧力をもって更に遠くに移動したため、より多くの仕事がピストンで行われ、また、シリンダ内に残存する圧力が排気バルブの開放時に小さくなる。シリンダから逃げる圧力が低いことから、生成される音は非常に小さくなり、そのため、本発明のエンジンの排気音は大きくならない。性能の向上はないが、低いノイズレベルは騒音公害に殆ど寄与しない。音がエネルギの形態を成すため、そのエネルギは最終的に燃料の燃焼によってもたらされ、低い排気トーンによって更に効率の良いエンジンが得られる。標準的なシリンダ内の圧力は、ピストンが遠くに移動しなかったため、出力段階の終わりに大きくなり、また、排気バルブの開放により、使用できるシリンダ圧力を出力に寄与させることなく逃がしてしまう。
【００４７】
[0047]エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンの４ストロークサイクルの例において、シリンダを真空引きする標準的なエンジンのバルブ動作時間の制約に起因して一般に失われる排気圧は、ピストンをシリンダボアの下側へ更に遠くに押し進めるようになる。シリンダ圧に抗して排気バルブを開放させるために必要な力がエンジン動作において言及されることは殆どない。カムローブは、最初に、バルブが移動する前にバルブをそのバルブシート上に保持しているスプリング圧に打ち勝たなければならない。スプリングを圧縮させるのに必要な仕事は、バルブ閉塞中にスプリングの圧縮力が解放されるときにシステムに「戻される」と言われている。しかしながら、バルブがそのバルブシートから離れる前に、シリンダ内の圧力と組み合わされるバルブの表面積も克服されなければならない。この更なる力は、バルブヘッドの面積が計算されるときに見出すことができ、その後、シリンダ圧力を掛け合わせることができる。一例として、たった１インチ直径の排気バルブは、０．７８５平方インチの表面積を有している。バルブ開放時のシリンダ内の圧力が１００ｐｓｉである場合、バルブを開くために必要な力は７８．５ポンドとなり、スプリング圧に打ち勝つのに必要な力を上回る。排ガスはそれ自体の圧力下でシリンダから出るため、バルブヘッドに抗する力に打ち勝つのに必要な力を取り戻すためにエネルギがシステムへ戻されることはない。この必要な力はエンジンの正味出力から差し引かれ、また、使用できるシリンダ圧力が排気区域から失われる。本発明のエンジンを用いて行なえるように、シリンダ内のシリンダ圧力を保持し、且つそれを更に膨張可能にすることにより、正味圧力の損失が少なくなり、シリンダ圧力が更に十分に利用されるようになる。ドエル期間中に圧力がそれ自体で降下すると、ピストンがシリンダ内で上昇し、残留ガスだけが吐き出されるが、これが加圧された排ガスに作用することはない。ピストンで負の仕事が行われることは殆ど無く、そのため、この場合も、正味の利得が大きくなる。
【００４８】
[0048]エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンにより多量の燃料混合物を各出力段階毎に取り込むことができるため、エンジンの出力が更に大きくなる。シリンダ充填の向上が全てのエンジン速度で生じ、そのため、動力計検査から得られる馬力及びトルク曲線は、ＲＰＭ範囲全体にわたって向上を示す。一例として、２ストロークサイクルの本発明の試作エンジンは、圧縮段階毎に約１５％更に多い燃料混合物を封入する。この量の増大は、標準エンジンの当初の封入ＣＲを維持するためにシリンダヘッド内の容量を付加し、且つ排気ポートを低下させたことによるものである。このエンジンでは、排気ポートが最初に開いて最後に閉じるため、ピストン行程の距離及び力の両方が、高められ、したがって、ピストンで更に多くの仕事を生成する。エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンの馬力及びトルク曲線と標準的なエンジンによって形成される曲線とを比較すれば分かるように、本発明のエンジンの曲線は、標準的なエンジンの曲線と形状が類似しているが、全ての点において１５％だけ向上している。標準的なエンジンの馬力曲線上のピーク点において、エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンは、１５％更に多い力を生成する。馬力曲線は、一般に「ベル」形状を成しており、ピーク馬力値がベルの頂点に生じている。標準的なエンジンが生成できる最大の大きさの馬力が望ましい全てのものであった場合、類似するが出力が高い本発明のエンジンは、その出力を達成するために低いＲＰＭで回転すれば済む。低いエンジン速度では、当初の出力レベルが維持されつつ、燃料消費量が減少される。
【発明の詳細な説明】
【００４９】
[0065]図１に示される分解図に描かれた本発明のエピトロコイダル（Ｅｐｉｔｒｏｃｈｏｉｄａｌ）クランクシャフトアセンブリの一実施形態は、ピッチ円直径が等しい固定された太陽歯車２及び回転する遊星歯車３を利用する簡略化された遊星歯車システム１である。２つの歯車は、フライホイールとしても機能し得るクランクシャフト４によって常に噛み合った状態に維持されている。太陽歯車２は、その軸線５がクランクシャフト４のそれと同じ回転軸線上に位置された状態で、図示しないエンジンのクランクケースに対して取り付け固定されている。遊星歯車３は、ブッシング又はベアリングのいずれかにより、クランクピン６上に中心付けられている。これらの２つの歯車はそれぞれ、クランクシャフト４の軸線５とクランクピン６の軸線との間の距離すなわちクランクシャフト４のストロークの１／２に等しいピッチ円直径を有している。歯車は常に噛み合っているため、両方の歯車の中心間の距離は決して変化せず、したがって、固定された太陽歯車２の周りを遊星歯車３が回転した時に遊星歯車３の軸線１１の経路をプロットした場合、その結果として得られる経路は、円であり、クランクピン６の軸線の経路と重なり合う。偏心ジャーナル７ａを有する偏心ベアリング７が遊星歯車３に装着されており、偏心ジャーナル７ａの中心は、遊星歯車３の軸線１１及びクランクピンの軸線の両方から特定の距離８だけ軸線方向にオフセットされている。下端ジャーナル１０ａを有する接続ロッド９の下端１０は、偏心ベアリング７上に嵌め付けられている。偏心ベアリング７と、下端ジャーナル軸線１０ｂを有する接続ロッド９の下端１０及び下端ジャーナル１０ａとの両方は、特定の距離８だけクランクピン６からオフセットされた共通の中心を共有している。クランクシャフト４の回転中、固定太陽歯車２により、遊星歯車３は、クランクピン６の軸線と同じ軸線であるその軸線１１を中心に回転する。遊星歯車３に対して強固に取り付けられる偏心ベアリング７は、クランクピン６の軸線を中心に回転させられる。クランクピン６それ自体がクランクシャフト４と共に回転しているため、遊星歯車３及び偏心ベアリング７の両方は、クランクピン６がクランクシャフト４と共に移動する間、クランクピン６の周りを回転する。クランクシャフト４と固定太陽歯車２との組み合わせにより、遊星歯車３及び偏心ベアリング７は、クランクシャフト４の１回転毎に２回回転する。偏心ベアリング７の中心は、クランクピン６の円形の経路にしたがって移動しないが、エピトロコイダル経路を辿る。接続ロッド９の下端１０の下端ジャーナル１０ａの軸線１０ｂは、この経路に沿って同様に偏心ベアリング７の中心に追従する。エピトロコイダル形状は、偏心ベアリング７の中心が遊星歯車３の軸線１１から僅かな量だけオフセットされている場合にはかなり円形に近づき、また、偏心ベアリング７の中心が遊星歯車３の軸線１１から遠く離れてオフセットされる場合には略腎臓型の形状をとる。ストローク長及びオフセット距離８により形成されるエピトロコイダル経路は、クランクシャフト４の回転毎にそれ自体を再生するパターンを形成する。パターンの方向付けは、偏心ベアリング７のオフセット距離８を、クランクシャフト４の軸線５とクランクピン６の軸線との間に描かれる直線と合わせることにより達成される。オフセット量８は、偏心ベアリング７の中心がクランクシャフト４の軸線５から最大距離となるように、クランクシャフト軸線５から真っ直ぐに離れて向けられる。この位置は、クランクシャフト４の回転がゼロ度のときにピストンのＴＤＣに関連する。そのような配置により、エピトロコイダルパターンは、パターンの上部に長いモーメントアームを有するとともに、パターンの底部に沿って短いモーメントアームを有する。パターンの下部は大きな半径を有する。上端ジャーナル軸線１２ｂを持つ上端ジャーナル１２ａを有する接続ロッド９の上端１２は、図示しないピストンに対して回動可能に接続される。上端ジャーナル軸線１２ｂと下端ジャーナル軸線１０ｂとの間の距離である接続ロッド９の中心間長さは、この大きな半径と一致するように選択されなければならず、それにより、クランクシャフト４が回転する際に、接続ロッド９の下端１０は、接続ロッド９の上端１２がシリンダの中心線に沿って制約されたままとなっている間、エピトロコイダル経路を辿る。接続ロッド９の上端１２に取り付けられるピストンは、クランクシャフト回転のかなりの量において、そのストロークの下端で休止する。本発明のクラクシャフトは、エピトロコイドパターンを含むため、エピトロコイダルクランクシャフトと呼ばれる。
【００５０】
[0066]本発明の開発においては、２つのエンジンが数学的にモデルにされた。一方のエンジンは市販されている従来型のものであり、他方のエンジンは本発明のエピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンであった。両方のエンジンは、同じボア寸法及びストローク寸法を有しており、したがって、同じ排気量を有する。結果的に、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンは、同様のクランクシャフト速度で、従来のエンジンよりも大きな出力を生じる。馬力は、ピストンで行われる仕事及び仕事が起こる回数（エンジンのＲＰＭ）の関数であるため、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンは、同じエンジン速度で出力段階中にピストンで行われる仕事が増大することに起因して、より大きな馬力を生じる。これにより、本発明のエピトロコイダルクランクシャフトが設けられたモデルエンジンは、各出力段階中に、標準的なエンジによって得られる場合よりも、１５％大きい総出力を生じるとともに、４１％大きいピークトルクを生じた。エピトロコイダルクランクシャフトを含む本発明の試作エンジンは、以下の寸法（インチ、立方インチ、センチメートル、立方センチメートルはそれぞれ、「ｉｎ」、「ｃｉ」、「ｃｍ」、「ｃｃ」に略されている）を有するストックＨｏｍｅｌｉｔｅ（登録商標）２ストロークサイクルピストンポートストリンググラストリマーエンジンに基づいて形成された作動された。
ボア：１．３１２５ｉｎ又は３．３３４ｃｍ
ストローク：１．１２５ｉｎ又は２．８５８ｃｍ
排気量：１．５２立方インチ又は２４．９５ｃｃ
排気ポートはＴＤＣを越えて１０２°で開放する：ＴＤＣから０．７４９ｉｎ又は１．９０２ｃｍ
移送ポートはＴＤＣを超えて１２８°で開放する：ＴＤＣから０．９５４ｉｎ又は２．４２３ｃｍ
吸気ポートはＴＤＣを超えて６０°で閉じる：ＴＤＣから０．５６３ｉｎ又は１．４３０ｃｍ
スパーク点火はＴＤＣの前の２８°で起こる：ＴＤＣから０．０８２ｉｎ又は０．２０８ｃｍ
０．１７４５立方インチ又は２．８ｃｃの燃焼室容積
ＣＲ（全ストロークで測定された）：９．７２：１
ＣＲ（排気ポートを閉じて測定された）：６．８：１
２．２００ｉｎ又は５．５８８ｃｍの接続ロッド長
【００５１】
[0067]図２は、３６０°回転の全体にわたって標準的な従来のエンジンのクランクピンの中心が辿る円形経路１３を描くグラフである。また、それは、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおいてクランクピンの中心が辿る同じ円形経路を示している。本発明の試作品がモデルとした従来のエンジンにおいて、この円の直径は１．１２５インチのストローク長と等しい。違いは、従来のエンジンにおいてクランクピンの中心の円形経路が接続ロッドの下端の中心の経路でもあるという点である。エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおいて、クランクピンの中心の円形経路は、接続ロッドの下端の中心の経路と同じではない。接続ロッドの下端の中心は、偏心ベアリングによって与えられるオフセット距離と等しい距離だけ、クランクピンの中心から離れて位置される。図２は、従来のエンジン及び本発明のエンジンの両方におけるクランクピンの中心のＸ座標及びＹ座標を使用してプロットされた。
Ｘ＝ストローク長×Ｓｉｎｅ（クランクシャフト角度）及びＹ＝ストローク長×Ｃｏｓｉｎｅ（クランクシャフト角度）
【００５２】
[0068]図２において、クランクピン経路は、前記式を用いて形成される円でしかない。
【００５３】
[0069]クランクピン位置を描く全てのグラフにおいては、Ｘ軸線が水平軸線と見なされ、Ｙ軸線が垂直軸線と見なされる。シリンダ中心線は、モデルのクランクシャフトよりも上側にＹ軸線に沿って位置されているものとする。また、モデルにされた全てのクランクシャフトの回転は、ゼロ度のクランクシャフト回転でのＹ軸線に沿うＴＤＣに対して時計回りであるものとする。また、ＢＤＣもＹ軸線に沿ってＴＤＣから１８０°離れて位置されている。ＸＹ座標系の原点は、モデルにされたクランクシャフトの回転の中心であると見なされる。
【００５４】
[0070]図３は偏心ベアリングの幾何学的な形状を示している。偏心ベアリングの定義は、接続ロッドの下端の内側に嵌合するベアリングである。偏心ベアリングの外径１４は、接続ロッドの下端ジャーナルの内径からベアリング及び／又は潤滑油ウェッジのための小さなクリアランスを差し引いたものに等しい。偏心ベアリングの内部の孔の内径１５は、クランクピンの外径＋ベアリング及び／又は潤滑油ウェッジのための僅かな運転クリアランスに等しい。ベアリングの外径の中心は、偏心ベアリングの内孔の中心から所定量１６だけオフセットされている。これは、エピトロコイドパターンに関する式において参照され、且つ特定の距離８として図１に表わされたオフセットである。図４は、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおける接続ロッドの下端の中心の経路１７を表わしている。クランクピンの中心は、クランクシャフトの中心から所定の距離にあり、円形の経路を辿っている。試作エンジンの場合、クランクピン円は、０．５６２５インチの半径、したがって、１．１２５インチの直径を有している。そのため、これは、エンジンの測定されたストローク、又は、ピストンがシリンダ内で移動する垂直距離である。本発明の試作エンジンは、その構造においてストッククランクシャフトを使用した。図４に示されるグラフは、図３に示される偏心ベアリングのオフセット１６の結果として形成されている。オフセット１６は、本発明の試作エンジンにおいて望まれるストロークの長さ及び接続ロッドの長さによって生じる計算された量である。この計算されたオフセットは、パターンの大きな半径部分１８（ストックストローク円の内側で経路が辿る底部の近傍に）及び拡張領域（ストックストローク円の外側で経路が辿る上端に）を形成する。正確なオフセット距離１６を計算することにより、本発明のエピトロコイダルクランクシャフトが設けられたモデルエンジンにおいて、ピストンは、クランクシャフト回転の４３°の全体にわたり、下死点（ＢＤＣ）に休止させられ、或いは、ＢＤＣの０．００１インチ内側に休止させられる。
【００５５】
[0071]図５を参照すると、接続ロッド９の中心間長さ１９は、図４に示されるパターンの大きな半径部分１８に厳密に対応してほぼ等しい円弧２０を辿る。また、接続ロッド９とピストンとを接続ロッド９の上端１２で取り付けるリストピンは、接続ロッド９をシリンダ中心線の一方側に偏らせることができる回動ベアリングでもある。ピストンが固定状態に保たれ、且つ接続ロッド９の前後の揺動が許容される場合、接続ロッド９の下端１０の中心は、接続ロッド９の中心間距離１９と等しい半径の円弧２０で揺動する。これが図５に示されている。
【００５６】
[0072]この円弧２０は、偏心ベアリング及びそのオフセット距離１６により形成されるパターンの下端部１８で再現される。図４のグラフは、偏心ベアリングの中心のＸ座標及びＹ座標を使用してプロットされた。これもまた、接続ロッド９の下端１０が辿る経路である。これは、円形であるクランクピンの経路ではない。Ｘ座標及びＹ座標は以下のように表わされる。
Ｘ＝［１／２ストローク×Ｓｉｎｅ（クランク角度）］−［オフセット×Ｓｉｎｅ（２×クランクシャフト角度）］Ｙ＝［１／２ストローク×Ｃｏｓｉｎｅ（クランク角度）］−［オフセット×Ｃｏｓｉｎｅ（２×クランクシャフト角度）］
ここで（この例では）、ストローク＝１．１２５インチ、オフセット＝０．１３３４インチ、クランク角度＝クランクシャフト回転の度合い
【００５７】
[0073]これはエピトロコイドのための式の簡略化されたバージョンであり、これにちなんで、本発明の構造が名付けられている。
【００５８】
[0074]Ｘ座標及びＹ座標におけるエピトロコイド式は、以下の通りである。
【数１】
2008505275.tif 000003
及び
【数２】
2008505275.tif 000004
ここで、ａ及びｂ＝円の半径
ｃ＝オフセット距離
θ＝回転角度
【００５９】
[0075]本発明の試作エンジンは、ストロークが１．１２５インチで、且つボアが１．３１２５インチの従来のエンジンに基づいている。ストック接続ロッドの中心間長さは２．２００インチである。この接続ロッド長により、接続ロッドは、シリンダ中心線から最大偏位まで揺動し、それにより、シリンダボアに対してピストンがサイドロードされる。本発明の試作エンジンと従来型のエンジンとを適切に比較するため、試作エンジンは、オリジナルエンジンと同じストローク寸法及びボア寸法を有するように形成された。ストックピストン及びシリンダは、ボアが同一のままとなるように使用され、また、ストックストローク長と組み合わされる場合には本発明の試作エンジンに同じ排気量を持たせた。本発明の試作エンジンが接続ロッドの同じ偏位を有するためには、本発明の試作エンジンは、中心間を測定して３．０００インチであった接続ロッドを必要とした。
【００６０】
[0076]接続ロッド長及び偏心ベアリングオフセットを決定するために使用される手法は、図１を参照してクランクピン６の軸線からの偏心ベアリング７のオフセット距離８が０インチであると仮定することにより説明されてもよい。クランクシャフト回転中に遊星歯車３が太陽歯車２の周りを回転すると、偏心ベアリング７の中心は、クランクピン６によって形成される経路の真上の経路を辿る。偏心ベアリング７のオフセットが無いため、接続ロッド９の下端１０は同じ円形パターンを辿り、ピストンの位置及び動きがストック値から変化しない。シリンダ中心線に沿う円形経路の垂直距離はクランクシャフト４のストロークと等しい。遊星歯車３が太陽歯車の上側にあり、これらの歯車の中心がシリンダ中心線に沿っているとともに、偏心ベアリング７の中心線もシリンダ中心線上にあると仮定すると、偏心ベアリング７のオフセット８がクランクシャフト４の軸線５から離れて上方へ０．００１インチだけ移動される場合、結果として得られる偏心ベアリング７の中心の経路はもはや円形ではない。ＴＤＣにおいて、経路は、クランクピン６の円形経路よりも０．００１インチ上側であり、且つクランクシャフト４の軸線５から０．００１インチ更に離れている。ＢＤＣにおいて、経路は、円形のクランクシャフト経路の０．００１インチ内側にあるとともに、クランクシャフト４の軸線５に対して更に０．００１インチ近い。シリンダ中心線に沿って新たに形成された経路の垂直距離は依然としてクランクシャフト４のストロークと等しく、ピストンは、依然として、試作エンジンの場合と同様に１．１２５インチ移動する。偏心ベアリング７のオフセット８が更に上方へ移動されると、結果として得られる偏心ベアリング７の中心の経路は、パターンの曲率半径がその領域で増大するにつれて、パターンの下側半分に沿って半径が増大し続ける。ピストン行程は引き続き１．１２５インチで変化しない。目的は、図５に示されるように接続ロッド９の中心間距離１９と等しい半径によって辿られる円弧に対応して密接に近づくパターンの底部を形成する偏心ベアリングオフセット距離が見つかるまでオフセット距離８を上方へ移動し続けることである。図６、７、８は、クランクシャフト４に対して所望の１．１２５インチストロークが加えられるときの様々なオフセット距離８を示している。接続ロッドの偏位量がストックエンジン測定値と等しくなるように選択されたため、最適な接続ロッド長は３．０００インチとなる。
【００６１】
[0077]図６は、オフセット８がゼロに等しい場合の経路２１を示している。結果として得られる経路は、従来のエンジンにおける図２に示されるクランクピン６の経路１３の円と等しい円である。
【００６２】
[0078]図７は、オフセット８が０．１３３４インチの正確な量である場合の経路２２を示している。結果として得られる経路の下側部分１８は、図５に示されるような接続ロッド９の中心間長さ１９と等しい曲線２０の半径と一致する半径によって描かれる円弧である。ピストンは、４３°のクランクシャフト回転におけるＢＤＣ位置の０．００１インチ内側で休止する傾向にある。
【００６３】
[0079]図８は、過度な大きさのオフセット８が存在する場合の経路２３を示している。
【００６４】
[0080]オフセット及び接続ロッド距離の最終試験は、ＴＤＣ及びＢＤＣにおいてだけでなく全体的なクランクシャフト回転中においてもピストンストロークを観察することである。オフセット距離８が非常に大きい場合、経路の下側部分１８は、接続ロッド長１９によって形成される半径よりも大きい半径を有する。これにより、ピストンは、クランクシャフトで測定されるＢＤＣの前後でその最大下行程に達する。このとき、ピストンが移動する全体の距離は、シリンダ中心線に沿う垂直距離が１．１２５インチのままであっても、許容された１．１２５インチより大きい。ピストン行程により測定される場合、ピストンにおけるＢＤＣは最大ピストン行程の２つの点で生じ、また、ピストンのストロークは１．１２５インチを超える。これらの点は、クランクシャフトによって測定されるＢＤＣの前後で生じる。これは、ピストンがその最下行程点に達し、クランクシャフトＢＤＣに向けて上方へ移動し、最下行程の第２の点に向けて下方に戻り、その後、シリンダボアの上端に向けてＴＤＣへと戻るからである。ピストン行程の全体の距離が考慮に入れられた場合、エンジンは、意図された排気量よりも大きい排気量を有する。
【００６５】
[0081]図９は、接続ロッド９の上端１２と下端１０との間の中心間長さ１９及び中心間長さ１９を半径として用いて形成された円弧２０を示す、図５の描写の上に重ね合わされた、非常に大きいオフセット距離８を有する偏心ベアリング７によって形成される経路２３を示している。図１０は、同様に図５の描写の上に重ね合わされた、正確なオフセット距離８を用いて形成された経路を示している。オフセット距離８が接続ロッド長１９と正確に一致されると、ＢＤＣがストックエンジン内にあるがその代わりに点の範囲となり、その間にピストンが垂直に動かないままとなるため、ＢＤＣはもはや最大ピストン行程の１つの点ではなくなる。ＢＤＣでの又はＢＤＣ近傍でのピストンドエルが増大され、これは望ましい効果である。
【００６６】
[0082]この場合も同様に、本発明の試作エンジンにおいてパターンの方向性がモデル化された。本発明の試作品におけるこの方法によってもたらされる値は、クランクシャフト及びピストンの移動の両方で測定される１．１２５インチストロークに関して０．１３３４インチのオフセット距離及び３．０００インチの接続ロッド長を生み出す。試作エンジンにおいて接続ロッドが追従する最適なパターンを生み出すため、以下の寸法が使用された（インチ、立方インチ、センチメートル、立方センチメートルはそれぞれ、「ｉｎ」、「ｃｉ」、「ｃｍ」、「ｃｃ」に略されている）
ボア：１．３１２５ｉｎ又は３．３３４ｃｍ
ストローク：１．１２５ｉｎ又は２．８５８ｃｍ
排気量：１．５２立方インチ又は２４．９５ｃｃ
歯車サイズ（固定歯車及び可動歯車の両方に関して）：０．５６２５ｉｎ又は１．４２８８ｃｍピッチ円直径
偏心ベアリングオフセット：０．１３３４ｉｎ又は０．３３８８ｃｍ
接続ロッド長：３．０００ｉｎ又は７．６２０ｃｍ
排気ポートはＴＤＣを越えて８７°で開放する：ＴＤＣから０．８５５ｉｎ又は２．１７２ｃｍ
移送ポートはＴＤＣを超えて１０９°で開放する：ＴＤＣから１．０１８ｉｎ又は２．５８６ｃｍ
吸気ポートはＴＤＣを超えて５０°で閉じる：ＴＤＣから０．４１０７ｉｎ又は１．０４３ｃｍ
スパーク点火はＴＤＣの前の２０．５°で起こる：ＴＤＣから０．０８２ｉｎ又は０．２０８ｃｍ
０．１９９２立方インチ又は３．２６４ｃｃの燃焼室容積
ＣＲ（全ストロークで測定された）：８．６：１
ＣＲ（排気ポートを閉じて測定された）：６．８：１
【００６７】
[0083]図４に示される経路１７を参照すると、発火点は、ピストン位置に基づいて、また、実際のクランクシャフト回転にこだわらずに選択されてもよい。スパークタイミングのためのストックエンジンにおけるピストン位置は、２８°ＢＴＤＣで生じるように設定される。この場合、ピストンは、ＴＤＣ位置から０．０８２インチ離れて位置される。クランクシャフト回転におけるその点でのピストン位置は、２０．５°ＢＴＤＣでの本発明の試作品のピストン位置と等しい。
【００６８】
[0084]本発明の構造は、ＴＤＣにおいてクランクシャフト中心線から標準的なエンジンよりも遠くに離してピストンを配置するため、モーメントアームは、０．１３３４インチである偏心ベアリングオフセット量だけ大きい。この更に長いモーメントアームによってピストン速度が増加し、それにより、ピストンがシリンダボアの底部へ向けて高速で下降する。試作エンジンにおいてモデル化されたトルク曲線は、増大したモーメントアームがパワーストロークの端部へ向けて小さいトルクを戻しつつクランクシャフト上に大きなトルクを形成しないことを示している。
【００６９】
[0085]エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおけるピストンの動きを、標準的なクランクシャフトが設けられたエンジンにおけるピストンの動きと比較すると、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおけるピストンは、僅かな角度のクランクシャフト回転においてそれを上回るシリンダ圧力を有する。エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンは標準型のエンジンと同様の出力量を生み出すことができないと思われる。しかしながら、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおけるクランクシャフト回転１°当たりのピストン移動の実際の距離は、出力段階中において標準的なエンジンよりも大きい。エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおけるピストン移動と標準的なクランクシャフトが設けられたエンジンによるピストンの移動とを比較すると、ストローク及びクランクシャフト回転速度（ＲＰＭ）の両方が同じである場合、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンにおけるピストンは、同じ時間において、標準的なクランクシャフトが設けられたエンジンにおけるピストンよりも遠くに移動する。これはモーメントアーム長の増大に起因している。同様に、モーメントアームが更に短いときのクランクシャフト回転の一部にわたって、ピストンは遠くに移動しない。出力段階中、急速なピストン移動により、ピストンは、従来のエンジンピストンよりも速くシリンダボアの底部に到達することができる。その行程の下端において或いは下端の近傍において、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンのクランクシャフトは、従来のエンジンと同じ回転速度で依然として回転しているが、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジン内のピストンは停止される。本発明の試作エンジンの場合、ピストンは、１５９°のクランクシャフト回転からＢＤＣを通り過ぎて２０１°のクランクシャフト回転まで、そのＢＤＣ位置の０．００１インチ内にある。ピストン行程はＢＤＣの両側で対称であるため、ピストンがＢＤＣに位置し、或いはＢＤＣの近傍に位置するクランクシャフト回転の角度の総数は４３である。逆に、標準的なエンジンのピストンは、９°のクランクシャフト回転の全てにおいてＢＤＣの０．００１インチ内にある。
【００７０】
[0086]代替の提案された本発明の試作エンジンは、農耕トラウタ及び芝刈りトラクタに共通の４ストロークサイクルＢｒｉｇｇｓ  ＆  Ｓｔｒａｔｔｏｎ（登録商標）５  Ｈｏｒｓｅｐｏｗｅｒ水平シャフトエンジンに基づいている。このエンジンは、その利用可能性及び構造が簡単であるため、エピトロコイダルクランクシャフトが設けられたエンジンへの変換のために選択された。しかしながら、本発明の構造は全ての４ストロークサイクルエンジンに適合できるようになっており、また、この試作エンジンは、エピトロコイダルクランクシャフト概念の更なる検証としての役割を果たす。
【００７１】
[0087]エンジン動作の位相のタイミングがピストン運動とは無関係に制御されなければならない場合には、吸気バルブ及び排気バルブを動作させるためにカムシャフトが一般に使用される。４ストロークサイクルエンジンにおけるカムシャフトは、一般にクランクシャフト速度の１／２で駆動されるクランクシャフトの回転に合わせられる。カムローブは、吸気バルブ及び排気バルブを開放させるようになっているとともに、任意の所望のバルブ動作を引き起こすように形成されているが、吸気管路又は排気管路を通じたガスの流れを制御するのはバルブ自体ではない。以下の実施例において、標準的なエンジンのカムシャフトは、そのローブ形状及びそのバルブ事象のタイミングの両方が変更されておらず、標準的なエンジン構造及び本発明の試作エンジン構造の両方に対して適用される。したがって、バルブ事象のタイミング及び持続時間は、いずれのエンジンにおいても異ならない。実際には、バルブがそのバルブシートをＯＦＦにしている持続時間は標準的なエンジ及び本発明の試作エンジンの両方において同じであるため、カムシャフトが吸気管路及び排気管路内で生み出すＴＡ値は変更されない。標準的なエンジンのカムシャフトは、本発明の試作エンジンにとって最適なカム構造でない場合がある。しかしながら、ストックカムシャフトは、エピトロコイダルクランクシャフトを備えるエンジンにおいてかなりの出力を生み出す。ストックエンジンの寸法は以下の通りである（インチ、立方インチ、センチメートル、立方センチメートルはそれぞれ、「ｉｎ」、「ｃｉ」、「ｃｍ」、「ｃｃ」に略されている）
ボア：２．５６２ｉｎ又は６．５０７ｃｍ
ストローク：２．４３８ｉｎ又は６．１９３ｃｍ
排気量：１２．５７ｃｉ又は２０６ｃｃ
排気バルブはＴＤＣの後の１３０°で開放する
吸気バルブはＴＤＣの前の７５°で閉じる
スパーク点火はＴＤＣの前の２８°で起こる（ＴＤＣから０．１８５２ｉｎにおけるピストン位置）
燃焼室容積：２．２８５ｃｉ又は３７．４ｃｃ
ＣＲ（全ストロークで測定された）：６．５：１
実際のＣＲ（封入吸気体積により測定された）：３．４５：１
３．８７５ｉｎ又は９．８４３ｃｍ接続ロッド長
【００７２】
[0088]本発明の試作２ストロークサイクルエンジンの説明において前述したように、標準的なエンジンの製造メーカが選択したＣＲ（６．５：１）は、２つのファクタ、すなわち、シリンダの実際の排気量と燃焼室の実際の排気量とに基づいている。圧縮段階中にシリンダ内に封入される燃料混合物の実際の体積については何も書かれていない。この体積は、吸気バルブが閉じているときのピストンの位置によって決定される。前述したバルブタイミングに基づいて、シリンダ内に封入される体積は、クランクシャフト回転ＢＴＤＣの７５°である吸気バルブが閉じているときのピストンの位置によって決定される。そのとき、ピストン位置は、シリンダ内で１．０８６７インチ下である。本発明の試作エンジンにおいて同じＣＲを維持するため、本発明の試作エンジンにおける封入シリンダ容積は、実際のＣＲが当初のエンジンのＣＲと同じ値と一致するようにシリンダヘッド容積を計算しなければならないことを除き、同様の方法で計算される。ストックカムシャフト及びそれが形成するバルブ動作が使用されるため、本発明の試作エンジンにおけるピストンは、吸気バルブ閉塞時にシリンダボア内で１．６３４インチ下にある。したがって、本発明の試作エンジンＣＲを維持するためには、本発明の試作エンジン内のシリンダヘッド容積が増大されなければならない。実際の封入容積は、増大された更なるシリンダボアの大きさだけ増大し、それにより、試作エンジンは、全ての吸気段階中に、より多くの燃料混合物を取り込む。本発明の試作エンジンは、同じ実際のＣＲを依然として維持しつつ、全ての吸気段階中に多くの燃料混合物を封入する。したがって、当初のエンジンの意図されたＲＰＭ範囲内の全ての点で、本発明の試作エンジンは、より多くの燃料混合物を取り込んでいる。本発明の試作２ストロークサイクルエンジンの説明において前述したように、更なる燃料混合物により、当初のトルクが上昇し、馬力曲線が当初の形状を依然として維持しつつ垂直に立ち上がる。
【００７３】
[0089]ストックエンジンにおけるＣＲは、ピストンの全ストローク及び燃焼室容積によって決定されたため、本発明の試作エンジンは、実際には、同じ方法で計算された場合、ストックエンジンよりも低いＣＲを有している。本発明の試作エンジンはそのような低いＣＲでは不十分に作動すると思われるが、実際の封入容積ではなく全ストローク排気量におけるＣＲを計算することが誤解を招く可能性があることを思い出さなければならない。本発明の試作エンジンにおいてシリンダヘッドが手付かずのままであった場合には、ＣＲが数学的にストックエンジンの値と一致する。これは、それらの両者が全ストロークに基づいて計算されるからである。しかしながら、大きな容積の燃料混合物が当初の燃焼室容積内へ送込まれるため、実際のＣＲは劇的に上昇する。この新たなＣＲは、最初のシリンダ圧力が大きく、且つ結果として得られる圧力曲線が増大されるため、本発明の試作エンジンの出力を確かに増大させる（爆発音が生じなかった場合）が、望ましくない利点を比較へと導入する。同じ最初のシリンダ圧力を維持することにより、エピトロコイダルクランクシャフトの付加によって生じる利点を強調する更に妥当な比較を行うことができる。
【００７４】
[0090]２ストロークサイクルの本発明の試作品の開発において適用された論理と同じ論理を適用すると、４ストロークサイクルの本発明の試作品は以下の寸法を有する（インチ、立方インチ、センチメートル、立方センチメートルはそれぞれ、「ｉｎ」、「ｃｉ」、「ｃｍ」、「ｃｃ」に略されている）。
ボア：２．５６２ｉｎ又は６．５０７ｃｍ
ストローク：２．４３８ｉｎ又は６．１９３ｃｍ
排気量：１２．５７ｃｉ又は２０６ｃｃ
偏心ベアリングオフセット：０．２７８１ｉｎ又は０．７０６４ｃｍ
排気バルブはＴＤＣの後の１３０°で開放する
吸気バルブはＴＤＣの前の７５°で閉じる
スパーク点火はＴＤＣの前の２０．２°で起こる（ボア内の０．１８５２ｉｎ又は０．４７０４ｃｍ下におけるピストン位置）
燃焼室容積：３．４３ｃｉ又は５６．２１ｃｃ
ＣＲ（全ストロークで測定された）：４．６６：１
４．２０９６ｉｎ又は１０．６９ｃｍ接続ロッド長
実際のＣＲ（封入吸気体積により測定された）：３．４５：１
【００７５】
[0091]形成されたパターンに対してこれらの寸法を適用するとともに、増大された吸気容積を考慮に入れると、本発明の試作エンジンは、当初のストックエンジン出力よりも３５．８％大きい全トルク出力を有する。
【００７６】
[0092]ストックエンジン及び本発明の試作エンジンの両方におけるパワーストローク中、排気バルブの開放点でのピストンの位置が興味深い比較を成す。ストックエンジンにおいて、ピストンはボア内の２．１１７インチ下に位置されるが、本発明の試作エンジンはそのピストンがボア内の２．３８１インチ下に位置される。両方のエンジン例の全ストローク距離は２．４３８インチである。ストロークエンジンにおいて、ピストン行程は、ピストンにシリンダ圧力が作用した状態で、排気バルブが開放する前に全ストロークの８６．８％になる。本発明の試作エンジンにおいて、ピストンは、その上端に圧力が作用した状態で、排気バルブが開放する前に全ストローク距離の９７．６％移動する。
【００７７】
[0093]図１に全体的に示される本発明の第１の実施形態は、２つの歯車を使用する必要がある。この構成の使用は、一部の小型エンジンにおいて使用される単一のクランクホイール構造をクランクシャフトにとらせる。過剰負荷を伴うこの構造においては、支持ベアリングがクランクシャフトの同じ側に位置される。しかしながら、このタイプのクランクシャフトは、単一のクランクシャフトを利用するマルチピストン配置につながらない。本発明の試作品における可動歯車は、クランクピンを中心に自由に回転して固定歯車にも噛み合わなければならない。これにより、クランクピンの両側にデュアルクランクホイールを持たせてクランクシャフトのいずれの端部からの駆動をも可能にすることが妨げられ、或いは、同じクランクシャフト上に複数のクランクピンを持たせることが妨げられる。ピストン及びピストンを通じて接続ロッドにより作用する燃焼圧力は、これらの力に耐えるためにクランクピンが十分な直径及び強度を有していなければならないことを決定付ける。同時に、可動歯車は、それに作用する回転力を伝えるために十分な強度を保たなければならないが、クランクピンを受け入れるように穿孔されているため、特に転動体タイプのベアリングが使用される際にクランクピンと歯車の歯底との間に残存する材料の量が減少される。クランクピンを嵌合するために歯車が穿孔されたときに歯車の歯の強度が危うくなるため、大きな直径のクランクピンを有するエンジンを形成することができなかった。
【００７８】
[0094]しかしながら、接続ロッドの下端を当初の試作品である２歯車構造と同じ方法で移動させることができる、エピトロコイダル経路を形成する代替の方法がある。このような代替の第２の実施形態の断面が図１３に示されており、図１４はこの第２の実施形態の分解斜視図を示している。機械的なトレインが異なっているが、同じエピトロコイダルパターンが形成されるとともに、エピトロコイダル構造の背後にある理論は同一のままである。この第２の実施形態は３つの歯車を利用する。２つは従来の平歯車であり、他の１つはクランクケースに装着固定される内歯車である。歯車装置が所望のパターンを形成できるように、歯車のピッチ円直径間の比率は、３：１：３の比率に保たれなければならない。固定歯車は、内歯車２４であり、その幾何学的な軸線２５がクランクシャフト２９の軸線と同じになる−これらの軸線は同じ中心線を共有する−ように装着される。内歯車２４は、トレイン内の次の歯車すなわち小型の平歯車２６のピッチ円直径の３倍を有していなければならない。一例として本発明の試作エンジンからの寸法を使用すると、内歯車２４は１．６８７５インチのピッチ円直径を有している。第２の歯車２６は、内歯車２４のピッチ円直径の１／３のピッチ円直径を有する従来の平歯車であり、そのため、０．５６２５インチのピッチ円直径を有していなければならない。そのピッチ円直径はクランクシャフトのストロークの１／２に等しく、そのため、この例では、クランクシャフトストロークが１．１２５インチであり、本発明の試作品のストロークと同じである。第２の歯車２６は、その歯が内歯車２４と噛み合うように装着されている。第２の歯車は、内歯車２４の内側の円形経路を移動する。第２の歯車の中心が内歯車２４の中心軸線の周りを移動する全公転により、第２の歯車はそれ自身の軸線を中心に２回回転する。
【００７９】
[0095]図１１は、２つの歯車、すなわち、内歯車２４及び小型平歯車２６を示すとともに、小型歯車２６が自転して内歯車２４の内側を公転する時のこれらの歯車の関係を示している。明確にするため、歯車の歯は図示されていない。むしろ、ピッチ円直径が示されている。また、小型平歯車２６上の基準スポットは、自転の様々な点における歯車２６の位置を示している。この描写においては、小型平歯車２６が内歯車２４の底部から出発しており、その基準スポットが小型歯車の２６の上端で始まる。歯車の中心が時計周りに移動し、それにより、内歯車２４の内側を小型平歯車２６がその軸線を中心に反時計周りに回転する。また、基準スポットの動きは、小型平歯車２６が内歯車２４の内側を１回公転する間にその軸線を中心に２回自転することを示している。
【００８０】
[0096]第３の大型の平歯車２７は、小型の平歯車２６のサイズの３倍のピッチ円直径を有していなければならないため、１．６８７５インチのピッチ円直径を有していなければならない。この大型の平歯車２７は、その歯を外周上に有する従来の歯車構造を成している。その幾何学的な中心はクランクピン３１の軸線３２と同じである。内歯車２４及び大型の平歯車２７は同じピッチ円直径を有しているため、物理的なサイズは、２つの歯車が２つの平行な面内で装着されることを要する。この場合、小型の平歯車２６は両方と噛み合う。これらの描写は１つの平面上で描かれているため、図１２の内歯車２４は、それが小型歯車２６及び大型平歯車２７の両方の面よりも下側にあることを示すために暗い色で示されている。ギアトレインの原型が保たれるようにするため、前述した小型の０．５６２５インチの歯車は実際には２つの歯車である。一方の歯車２６ａは下側の面内で内歯車２４と噛み合わされ、２つ目の歯車２６ｂは上側の面内で大型平歯車２７と噛み合わされる。２つの小型平歯車２６ａ、２６ｂは共通シャフト２６ｃを介して接続される。共通シャフト２６ｃは、それを一方のクランクホイール２８を通じてベアリング内に装着することによりその位置で固定される。そのような配置は、小型歯車２６を内歯車２４及び大型平歯車２７の両方と常に噛み合った状態に保つ。大型平歯車２７の中心がクランクシャフト２９の中心軸線２５の周りを時計周りに回転すると、この大型平歯車と噛み合う小型平歯車２６により、大型平歯車２７は、時計周りとして示されるその移動と同じ方向に公転する。なお、大型平歯車２７は、その中心がクランクシャフトの中心２５の周りを１回移動すると、その軸線を中心に２回回転する。この動きは、図１に示される本発明の試作エンジンの第１の実施形態における可動遊星歯車３の動きと同じである。大型平歯車２７は、第１の実施形態と同様の態様で偏心ベアリング３０に対して取り付けられている。歯車の直径は第１の実施形態の場合よりもかなり大きいため、クランクピン３１は比較的大きな直径となることができ、それにより、ベアリングにおける耐荷重領域を増大させることができる。この直径によって、クランクピン３１のサイズが僅かになることはなく、また、歯車２７が歯車の歯底よりも下側に僅かな材料を有することもない。歯車２７は第１の実施形態と同じ態様で依然として回転し、また、偏心ベアリング３０に関連するオフセット距離８は当初の計算と同じになる。
【００８１】
[0097]図１２には、エピトロコイドパターンを形成するために必要な全ての成分が示されている。歯車の中心をベアリング内に位置させるクランクシャフトクランクホイール２８が示されていないため、エピトロコイドパターンを形成する成分の関係は、それらが相互に作用するときに見ることができる。
【００８２】
[0098]図１５は、ピストン３４がＢＤＣに位置されている状態における、所定のポートを持つ円筒ハウジング３９を有する２ストロークサイクルエンジン３３を示しており、また、図１６は、ピストン３４がＴＤＣに位置されている状態における、所定のポートを有する２ストロークサイクルエンジン３３を示している。これらの図は、標準的なエンジンの排気ポート３５、吸気ポート３６、移送ポート３７における違いを示している。図示のように、標準的なエンジンにける排気ポート３５の高さ３５ａ及び移送ポート３７の高さ３７ａは、本発明の試作エンジンにおいては、それらの対応する区域で適切なＴＡ値を維持するために高さ３５ｂ、３７ｂまで下げられており、また、吸気ポート区域３６の高さ３６ａは、試作エンジンにおいては高さ３６ｂまで上げられている。高さにおけるこれらの違いは、ピストン３４のシリンダ内でのその行程中における異なる速度及び高められたドエル期間によって引き起こされる。ピストン３４は、シリンダの上流において高速で移動しているため、吸気ポート３６のために利用できる時間が減少され、したがって、適切なＴＡ図を得るために多くの面積が必要になる。一方、ピストン３４がＢＤＣで又はＢＤＣの近傍で休止するため、排気ポート３５及び移送ポート３７を下げることができる。ポートのＴＡ値を維持するためには、低いポートウインドウが必要であるが、この態様も、次の圧縮及び出力段階中にシリンダ内に封入される大きな燃料混合物容積を与える。より多くの燃料混合物が封入されるため、シリンダヘッド容積を増大させて、当初のＣＲを維持しなければならない。シリンダヘッド３８は、封入混合物充填の全容積にも加わる必要な容量を増大させるために、標準的なエンジンにおけるチャンバ外形３８ａから試作エンジンにおける外形３８ｂへと拡大されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】単一クランクホイールのオーバーハング構造のエピトロコイダルクランクシャフトの分解図である。
【図２】従来のエンジンにおけるクランクピンの中心によって辿られる円形経路を図式的に示している。
【図３】接続ロッドの下端の内側に取り付けられる偏心ベアリングの形状の表示である。
【図４】エピトロコイダルクランクシャフトを有するエンジンにおける偏心ベアリングの中心によって辿られる経路を図式的に示している。
【図５】接続ロッドの中心間長さによって規定される曲線の表示である。
【図６】エピトロコイダルクランクシャフトを有する試作エンジンにおけるゼロオフセットを有する偏心ベアリングの中心によって辿られる経路を図式的に示している。
【図７】エピトロコイダルクランクシャフト及び０．１３３４インチのオフセットを有する試作エンジンにおける偏心ベアリングの中心によって辿られる経路を図式的に示している。
【図８】エピトロコイダルクランクシャフト及び過度なオフセットを有する試作エンジンにおける偏心ベアリングの中心によって辿られる経路を図式的に示している。
【図９】試作エンジンにおける接続ロッドの中心間長さにより規定される曲線と過度なオフセット距離を有する偏心ベアリングの中心によって辿られる経路との差の表示である。
【図１０】試作エンジンにおける接続ロッドの中心間長さによって規定される曲線、及び、正確なオフセット距離を有する偏心ベアリングの中心によって辿られる経路の表示である。
【図１１】３６０°のクランクシャフト回転にわたって代替のエピトロコイダルクランクシャフトにおける２つの歯車の相対的位置を図式的に示している。
【図１２】３６０°のクランクシャフト回転にわたって代替のエピトロコイダルクランクシャフトにおける全ての要素の相対的位置を図式的に示している。
【図１３】代替のエピトロコイダルクランクシャフトの断面図である。
【図１４】代替のエピトロコイダルクランクシャフトの分解図である。
【図１５】代替のポート位置を示す、ピストンがＢＤＣにある状態の２ストロークサイクルエンジンの断面図である。
【図１６】代替のポート位置を示す、ピストンがＴＤＣにある状態の２ストロークサイクルエンジンの断面図である。
【図１】
2008505275.tif 000005
【図２】
2008505275.tif 000006
【図３】
2008505275.tif 000007
【図４】
2008505275.tif 000008
【図５】
2008505275.tif 000009
【図６】
2008505275.tif 000010
【図７】
2008505275.tif 000011
【図８】
2008505275.tif 000012
【図９】
2008505275.tif 000013
【図１０】
2008505275.tif 000014
【図１１】
2008505275.tif 000015
【図１２】
2008505275.tif 000016
【図１３】
2008505275.tif 000017
【図１４】
2008505275.tif 000018
【図１５】
2008505275.tif 000019
【図１６】
2008505275.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月29日(2006.11.29)
【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】
中心軸線を持つ少なくとも１つの円筒状のハウジングを有する機械装置であって、上死点位置と下死点位置との間で前記円筒状のハウジング内を中心軸線に沿って移動する少なくとも１つの往復ピストンと、当該機械装置におけるクランクケース内に回転可能に装着されてクランク軸線を中心に回転するとともに、前記クランク軸線と平行なクランクピン軸線を有する少なくとも１つのクランクピンが径方向に配置されて成るクランクシャフトと、上端ジャーナルで前記ピストンに対して回動可能に取り付けられた上端と下端ジャーナルで前記クランクピンに対して回動可能に取り付けられた下端とを有し、且つ前記上端が前記クランク軸線と平行な上端ジャーナル軸線を中心に回動するとともに前記下端が前記クランク軸線と平行な下端ジャーナル軸線を中心に回動する接続ロッドとを有する前記機械装置において、
前記下端ジャーナル軸線と平行で、且つ前記クランクピン軸線からオフセットした偏心ジャーナル軸線を有する軸線方向に偏心するジャーナルを持つ偏心ベアリングを備え、
前記偏心ベアリングが、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に前記下端について非円形経路を形成するために、前記下端と前記クランクピンとの間に介挿されている、改良された機械装置。
【請求項２】
前記接続ロッドの前記下端についての前記非円形経路がエピトロコイドである、請求項１に記載の改良された機械装置。
【請求項３】
前記エピトロコイド経路が、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に前記円筒状のハウジング内の下死点位置でのピストンドエルによって費やされる時間を延ばす、請求項２に記載の改良された機械装置。
【請求項４】
前記上端ジャーナル軸線と前記下端ジャーナル軸線との間の距離が、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に円筒状のハウジング内の下死点位置でのピストンドエルによって費やされる時間にわたる前記エピトロコイダル経路の下部と一致する円弧の半径である、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項５】
前記クランクケースに対して固着され、且つ前記クランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットと、
前記太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、前記太陽歯車と噛み合うとともに、前記太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する遊星歯車と、
前記遊星歯車に装着されるとともに、前記遊星歯車軸線と平行で、且つ前記遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングと、
を更に備え、
前記偏心ベアリングが前記下端ジャーナルに回転可能に装着され、前記クランクピンが前記偏心ジャーナルに回転可能に装着されている、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項６】
前記クランクケースに対して固定的に装着され、前記クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車と、
前記内歯車の軸線と平行な第１の平歯車軸線を有し、前記内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車と、
前記第１の平歯車軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、前記第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車と、
前記第２の平歯車に装着されるとともに、前記第２の平歯車軸線と平行で、且つ前記第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングと、
を更に備え、
前記偏心ベアリングが前記下端ジャーナルに回転可能に装着され、前記クランクピンが前記偏心ジャーナルに回転可能に装着されている、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項７】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項８】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項５に記載の改良された機械装置。
【請求項９】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項６に記載の改良された機械装置。
【請求項１０】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項３に記載の改良された機械装置。
【請求項１１】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項５に記載の改良された機械装置。
【請求項１２】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項６に記載の改良された機械装置。
【請求項１３】
前記クランクケースに対して固着され、且つ前記クランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットと、
前記太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、前記太陽歯車と噛み合うとともに、前記太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する遊星歯車と、
前記遊星歯車に装着されるとともに、前記遊星歯車軸線と平行で、且つ前記遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングと、
を更に備え、
前記偏心ベアリングが前記下端ジャーナルに回転可能に装着され、前記クランクピンが前記偏心ジャーナルに回転可能に装着されている、請求項４に記載の改良された機械装置。
【請求項１４】
前記クランクケースに対して固定的に装着され、前記クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車と、
前記内歯車の軸線と平行な第１の平歯車軸線を有し、前記内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車と、
前記第１の平歯車軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、前記第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車と、
前記第２の平歯車に装着されるとともに、前記第２の平歯車軸線と平行で、且つ前記第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングと、
を更に備え、
前記偏心ベアリングが前記下端ジャーナルに回転可能に装着され、
前記クランクピンが前記偏心ジャーナルに回転可能に装着されている、
請求項４に記載の改良された機械装置。
【請求項１５】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４に記載の改良された機械装置。
【請求項１６】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項１３に記載の改良された機械装置。
【請求項１７】
２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項１４に記載の改良された機械装置。
【請求項１８】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４に記載の改良された機械装置。
【請求項１９】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項１３に記載の改良された機械装置。
【請求項２０】
４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項１４に記載の改良された機械装置。
【請求項２１】
中心軸線を持つ少なくとも１つの円筒状のハウジングを有する機械装置の性能を高める方法であって、前記機械装置が、上死点位置と下死点位置との間で該ハウジング内を中心軸線に沿って移動する少なくとも１つの往復ピストンと、前記機械装置におけるクランクケース内に回転可能に装着されてクランク軸線を中心に回転するとともに、前記クランク軸線と平行なクランクピン軸線を有する少なくとも１つのクランクピンが径方向に配置されて成るクランクシャフトと、上端ジャーナルで前記ピストンに対して回動可能に取り付けられた上端と下端ジャーナルで前記クランクピンに対して回動可能に取り付けられた下端とを有し、且つ前記上端が前記クランク軸線と平行な上端ジャーナル軸線を中心に回動するとともに前記下端が前記クランク軸線と平行な下端ジャーナル軸線を中心に回動する接続ロッドとを有するものである、前記方法において、
軸線方向に偏心するジャーナル及び前記下端ジャーナル軸線と平行な偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを設けるステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに配置するステップと、
前記偏心ジャーナル軸線を前記クランクピン軸線と平行にし、且つ前記クランクピン軸線からオフセットして、前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに配置するステップと、
前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に下端を非円形経路に従わせるステップと、
を備える、
前記非円形経路がエピトロコイド経路であり、前記エピトロコイド経路が、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に前記円筒状のハウジング内の下死点位置でのピストンドエルによって費やされる時間を延ばすようにした、方法。
【請求項２２】
前記上端ジャーナル軸線と前記下端ジャーナル軸線との間の距離が、前記クランクケース内の前記クランクシャフトの回転中に前記円筒状のハウジング内の下死点位置でのピストンドエルによって費やされる時間にわたる前記エピトロコイダル経路の下部と一致する円弧の半径である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記クランクケースに対して固着され、且つ前記クランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットを設けるステップと、
前記太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、前記太陽歯車と噛み合うとともに、前記太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する回転遊星歯車を設けるステップと、
前記遊星歯車軸線と平行で、且つ前記遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを前記遊星歯車に対して装着するステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに回転可能に装着するとともに、前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記クランクケースに対して固定的に装着され、前記クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車を設けるステップと、
前記内歯車の軸線と平行な第１の平歯車軸線を有し、前記内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車を設けるステップと、
前記第１の平歯車軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、前記第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車を設けるステップと、
前記第２の平歯車軸線と平行で、且つ前記第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを前記第２の平歯車に対して装着するステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記クランクケースに対して固着され、且つ前記クランク軸線と一致する太陽歯車軸線を有する少なくとも１つの固定太陽歯車を含む少なくとも１つの遊星歯車セットを設けるステップと、
前記太陽歯車軸線と平行な遊星歯車軸線を有し、前記太陽歯車と噛み合うとともに、前記太陽歯車と等しいピッチ円直径を有する回転遊星歯車を設けるステップと、
前記遊星歯車軸線と平行で、且つ前記遊星歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを前記遊星歯車に対して装着するステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに回転可能に装着するとともに、前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
を更に備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記クランクケースに対して固定的に装着され、前記クランク軸線と一致する軸線を有する少なくとも内歯車を設けるステップと、
前記内歯車の軸線と平行な前記第１の平歯車軸線を有し、前記内歯車と噛み合う少なくとも１つの第１の平歯車を設けるステップと、
前記第１の平歯車軸線と平行な第２の平歯車軸線を有し、前記第１の平歯車と噛み合う少なくとも１つの第２の平歯車を設けるステップと、
前記第２の平歯車軸線と平行で、且つ前記第２の平歯車軸線からオフセットする偏心ジャーナル軸線を有する偏心ベアリングを前記第２の平歯車に対して装着するステップと、
前記偏心ベアリングを前記下端ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
前記クランクピンを前記偏心ジャーナルに回転可能に装着するステップと、
を更に備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３８】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３９】
前記機械装置が少なくとも１つの所定の排気ポートを前記円筒状のハウジング内に有し、前記排気ポートのサイズを変更して前記排気ポートを前記円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項４０】
前記機械装置が少なくとも１つの所定の吸気ポートを前記円筒状のハウジング内に有し、前記吸気ポートのサイズを変更して前記吸気ポートを前記円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項４１】
前記機械装置が少なくとも１つの所定の排気ポートを前記円筒状のハウジング内に有し、前記排気ポートのサイズを変更して前記排気ポートを前記円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項４２】
前記機械装置が少なくとも１つの所定の吸気ポートを前記円筒状のハウジング内に有し、前記吸気ポートのサイズを変更して前記吸気ポートを前記円筒状のハウジングの軸線に沿って移動させるステップを更に備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項４３】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４７】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４１に記載の方法。
【請求項４８】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４１に記載の方法。
【請求項４９】
前記機械装置が２ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４２に記載の方法。
【請求項５０】
前記機械装置が４ストロークサイクルにしたがって動作する、請求項４２に記載の方法。
【国際調査報告】
2008505275.tif 000021