(57)【要約】改良された吸気及び排気流を具えた高性能の蒸気機関又は圧縮ガスモータが、ピストン（３）を含む蒸気駆動シリンダ（１）の両端部に設けられた吸気（１３，１７）及び排気ポート（１４，１６）又は流路の別々の組によって提供される。シリンダ（１）の中央部は、ユニフロー又は中央排気ポート（１５）である。駆動シリンダの近くに設けられた改良したスライドバルブ（５）を含むバルブシリンダが、動作の際に、吸気及び排気ポートの時限のシールを与える。排気はシリンダからの２つの排気流路の提供によって促進され、排気ポートを流量に対して調整して排気流を測定し、機関の低速時のみにおける背圧を著しく減らしてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気機関又は圧縮空気モータ又は圧縮ガスモータであって、
シリンダの内部における周期的な往復運動に適応したピストンであって、第１の端と、第２の端と、それらの間を連通するピストン側壁とを有し、駆動部に機能的に連結するよう適応したロッドに取り付けられ、前記シリンダが前記ピストンの一方の側の第１の端部と前記ピストンの反対側の第２の端部とを有するピストンと、
前記第１の端部で前記シリンダと連通する第１の吸気ポート及び前記第２の端部で前記シリンダと連通する第２の吸気ポートと、
前記第１の吸気ポートの近くの前記シリンダの前記第１の端部と連通する第１の排気ポートと、
前記第２の吸気ポートの近くの前記シリンダの前記第２の端部と連通する第２の排気ポートと、
前記シリンダに近接されるバルブシリンダであって、第１及び第２の端部に連通する吸気ポートを有し、さらに中央部に連通する排気ポートを有するバルブシリンダと、
前記バルブシリンダに摺動可能に嵌合するスライドバルブであって、第１のスライドシリンダと、当該第１のスライドシリンダとの間の間隙を規定する一定の距離で前記第１のスライドシリンダに連結された第２のスライドシリンダとを有するスライドバルブとを具えており、
前記第１のスライドシリンダが、上面と、下面と、及びそれらの間を接続し第１の長さを規定する第１の側面とを有し、
前記第２のスライドシリンダが、上面と、下面と、及びそれらの間を接続し第２の長さを規定する第２の側面とを有し、
前記第１の吸気ポート及び前記第１の排気ポートが、それらの間に第１の距離を有して前記バルブシリンダと連通し、
前記第２の吸気ポート及び前記第１の排気ポートが、それらの間に第２の距離を有して前記バルブシリンダと連通し、
前記スライドバルブが、前記蒸気機関の各動作サイクルの際に、前記ピストンに往復運動を伝達し、
前記スライドバルブによって設定されるトータルの期間にわたる前記動作時に、蒸気が、前記第１及び第２の吸気ポートを通して前記シリンダの前記第１の端部及び前記第２の端部に通され、前記シリンダの前記第１及び第２の排気ポートを通してそれぞれ別々に排気されることを特徴とする蒸気機関又は圧縮空気モータ又は圧縮ガスモータ。
【請求項２】
前記シリンダの中央部と前記バルブシリンダとの間を連通する中央排気ポートを具え、
前記ピストン側壁が、前記各サイクルの一部の間に前記中央排気ポートを覆って密閉し、
前記中央排気ポートが、前記ピストン側壁が前記密閉を解放する期間によって決定される各サイクルの排気部分の間に前記シリンダから排気するための別の手段を具えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の長さが、前記第１の吸気及び第１の排気ポートの吸気ラップ及び排気ラップを規定し、
前記第２の長さが、前記第２の吸気及び第２の排気ポートの吸気ラップ及び排気ラップを規定し、
吸気及び排気双方のバルブイベントのタイミングが、ハーモニック・バルブギヤとともに使用した場合に、従来の外部吸気スライドバルブ機関とともに使用したのと同様であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の長さが、前記第１の吸気及び第１の排気ポートの吸気ラップ及び排気ラップを規定し、
前記第２の長さが、前記第２の吸気及び第２の排気ポートの吸気ラップ及び排気ラップを規定し、
吸気及び排気双方のバルブイベントのタイミングが、ハーモニック・バルブギヤとともに使用した場合に、従来の外部吸気スライドバルブ機関とともに使用したのと同様であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の長さが前記第１の距離よりも長く、
前記第２の長さが前記第２の距離よりも長く、
前記第１の吸気ポート及び前記第１の排気ポートが、前記機関の各サイクルの期間、前記第１の側面によって共に密閉され、
前記第２の吸気ポート及び前記第２の排気ポートが、前記機関の各サイクルの期間、前記第２の側面によって共に密閉されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の長さが前記第１の距離よりも長く、
前記第２の長さが前記第２の距離よりも長く、
前記第１の吸気ポート及び前記第１の排気ポートが、前記機関の各サイクルの期間、前記第１の側面によって共に密閉され、
前記第２の吸気ポート及び前記第２の排気ポートが、前記機関の各サイクルの期間、前記第２の側面によって共に密閉されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の長さが前記第１の距離よりも長く、
前記第２の長さが前記第２の距離よりも長く、
前記第１の吸気ポート及び前記第１の排気ポートが、前記機関の各サイクルの期間、前記第１の側面によって共に密閉され、
前記第２の吸気ポート及び前記第２の排気ポートが、前記機関の各サイクルの期間、前記第２の側面によって共に密閉されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の長さが前記第１の距離よりも長く、
前記第２の長さが前記第２の距離よりも長く、
前記第１の吸気ポート及び前記第１の排気ポートが、前記機関の各サイクルの期間、前記第１の側面によって共に密閉され、
前記第２の吸気ポート及び前記第２の排気ポートが、前記機関の各サイクルの期間、前記第２の側面によって共に密閉されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の排気ポートが所定の大きさを有して、第１の所定の速さでそこから排気し、
前記第２の排気ポートが所定の大きさを有して、第２の所定の速さでそこから排気し、
前記第１及び前記第２の所定の速さが、定量排気流のための手段を与えて、前記機関の低速時のみにおける背圧を著しく減らすことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の排気ポートが所定の大きさを有して、第１の所定の速さでそこから排気し、
前記第２の排気ポートが所定の大きさを有して、第２の所定の速さでそこから排気し、
前記第１及び前記第２の所定の速さが、定量排気流のための手段を与えて、前記機関の低速時のみにおける背圧を著しく減らすことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の排気ポートが所定の大きさを有して、第１の所定の速さでそこから排気し、
前記第２の排気ポートが所定の大きさを有して、第２の所定の速さでそこから排気し、
前記第１及び前記第２の所定の速さが、定量排気流のための手段を与えて、前記機関の低速時のみにおける背圧を著しく減らすことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の排気ポートが所定の大きさを有して、第１の所定の速さでそこから排気し、
前記第２の排気ポートが所定の大きさを有して、第２の所定の速さでそこから排気し、
前記第１及び前記第２の所定の速さが、定量排気流のための手段を与えて、前記機関の低速時のみにおける背圧を著しく減らすことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の排気ポートが所定の大きさを有して、第１の所定の速さでそこから排気し、
前記第２の排気ポートが所定の大きさを有して、第２の所定の速さでそこから排気し、
前記第１及び前記第２の所定の速さが、定量排気流のための手段を与えて、前記機関の低速時のみにおける背圧を著しく減らすことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の排気ポートが所定の大きさを有して、第１の所定の速さでそこから排気し、
前記第２の排気ポートが所定の大きさを有して、第２の所定の速さでそこから排気し、
前記第１及び前記第２の所定の速さが、定量排気流のための手段を与えて、前記機関の低速時のみにおける背圧を著しく減らすことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１５】
さらに、前記機関の各サイクルの期間が一定であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
さらに、前記機関の各サイクルの期間が可変であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
さらに、前記機関の各サイクルの期間が一定であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１８】
さらに、前記機関の各サイクルの期間が可変であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１９】
さらに、前記機関の各サイクルの期間が一定であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項２０】
さらに、前記機関の各サイクルの期間が可変であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年２月９日に出願された米国特許仮出願番号第６０／６５１，６９３号の利益を要求する。
【０００２】
本発明は、蒸気機関に関する。より詳細には、本書で開示した本発明は、複動式及び単動式の双方の蒸気機関、特に、補助排気を具えたユニフロー蒸気機関の構造のバルブ及び補助排気システムの改良した構造に関する。本構造を、一定タイミング機関又はタイミング調整のための追加的な手段を具えた可変タイミング蒸気機関に採用できる。
【背景技術】
【０００３】
単動式及び複動式蒸気機関は、長期間に亘って、産業及び他の用途のための出力を提供している。単動式蒸気機関は、シリンダのセット毎に、ピストン、コンロッド及びクランクを使用する点で、２又は４ストロークの内燃機関に似ているかもしれない。複動式蒸気機関では、往復直線運動が、各ピストンだけではなく、各ピストンロッド及びクロスヘッドによって記述される。運動は、クロスヘッドからコンロッドを介してクランクに伝達される。ピストンロッドがシリンダの端部のシールを通過し、蒸気を調節して上方及び下方からピストンを動作させる。これにより、「１ストローク」の動作を与える。複動式シリンダでは、１回転当たり同じ数の出力インパルスを与える８気筒の４サイクルの機関に１６バルブを要するのに対して、従来の構造の「完全な」ユニフロー機関に４つのバルブのみを要する。
【０００４】
ユニフロー機関の排気システムは、ストロークの底近くのピストンの近くのシリンダの上端部に開けられたシリンダ穴を使用する。同じような穴の列が、ストロークの頂部近くのピストンの近くのシリンダの底又はクランクエンドに開けられている。シリンダ壁に隣接するピストンの長さは、ストロークに排気穴の直径又は長さを引いたものと等しいか又はほぼ等しい（シリンダの排気穴を画面上の写真で見ることができる）。シリンダの各端部に隙間容積が設けられていて、ストロークの各端部で適度な圧縮が起きることができる。
【０００５】
半ユニフロー機関は、排気バルブを使用してシリンダ壁の排気穴の動作を補完するものである。排気バルブを採用することによって、ピストンの戻りストロークにおける圧縮の開始点を遅らせることができる。このような補助排気特性は、排気が、真空及び／又はさらに配合を利用した場合よりも、特に大気圧でなされる場合に有用である。さらに、単一シリンダ機関は必ずしも自動始動式ではないが、補助排気によって機関がより簡単に始動する。これは、補助排気システムを具えると、ピストンに逆らった圧縮によって後で圧縮工程を開始するため、吸気によって機関を始動させる前に圧縮に逆らって機関を回転させることがより簡単であるためである。
【０００６】
補助排気システムを具えたいくつかの初期のユニフロー機関では、補助又は別の排気が、前に吸気が入ったのと同じポート又は流路を通って外に出ていた。このような構造の欠点は、排気の冷却効果が機関の性能を下げることである。他の初期の半ユニフロー機関では、メインユニフロー排気及びシリンダ端部の近くの位置する吸気流路の間のシリンダ壁の適切な位置にある特別のポートを通って補助又は別の排気が排出した。
【０００７】
ポペット弁といった特別なバルブが、これらの補助排気流路を制御した。これらの機関は、複動式のタイプの場合、４つのバルブが取り付けられていた：２つは、吸気バルブで、各々がシリンダの各端部にあり、２つは補助的な排気バルブで、うち一方がシリンダ上部に、他方がシリンダ下部にある。動作のために要する４つのバルブに加えて各バルブ動作を具えたこのような構造の欠点は、比較的複雑であることである（Ｓｋｉｎｎｅｒ．Ｐ２７１．「Ｐｏｗｅｒ  ｆｒｏｍ  Ｓｔｅａｍ，」Ｒ．Ｌ．Ｈｉｌｌｓを参照）。
【０００８】
従来技術
米国特許番号第２，６８８，９５５号（Ｒｉｃａｒｄｏ）は、ユニフロー構造の液圧機関を示唆している。しかしながら、Ｒｉｃａｒｄｏは、主として吸気のカットオフポイントの制御のみを取り上げているものと思われる。そうすることで、Ｒｉｃａｒｄｏは、直列の２つのバルブの使用を示唆しており、独特なタイプの動作機構を採用している。しかしながら、Ｒｉｃａｒｄｏは、いかなる補助排気を提供していない。
【０００９】
米国特許番号第３，６５１，６４１号（Ｇｉｎｔｅｒ）は、エンジンシステム及びそれ用の熱発生機を開示している。バルブシステムの示唆では、Ｇｉｎｔｅｒは、主として内部で水冷する内燃機関を取り上げており、ユニフロー排気ポートが無く、補助排気ポートは開示されていない。
【００１０】
米国特許第３，９６７，５２５号（Ｒｏｓａｎｓｋｙ）は、装置が、シリンダへの蒸気の導入を制御するための新たなバルブ手段を有するユニフロー蒸気機関に関することを開示しているが、補助排気を取り上げていない。
【００１１】
米国特許番号第３，９９１，５７４号（Ｆｒａｚｉｅｒ）は、かなり複雑な構造のユニフロー排気システムを開示している。しかしながら、Ｆｒａｚｉｅｒは補助（ユニフロー）排気の採用を示唆していない。
【００１２】
米国特許番号第３，７８８，１９３号（Ｏ’Ｃｏｎｎｅｒ）は、吸気及び補助（ユニフロー）排気の双方を制御するためのスプール型のスライドバルブを開示している。しかしながら、Ｏ’Ｃｏｎｎｅｒは、開示したバルブを動作させるための動力カムの複雑なシステムの採用を要求している。Ｏ’Ｃｏｎｎｅｒは、複雑なダブルカム駆動システムを示唆しており、カムが「ｄｅｓｍｏｄｒｏｍｉｃ」システムにおいて見られるような複雑なチェーン駆動で積極的に上下して、可変のバルブタイミングを達成する。スライドバルブの中間位置では、吸気及び補助排気ポートの双方が閉鎖されるものとおもわれる。２つのカムの相対的な位置の位相変化、それから「可変」チェーン駆動を具えたクランクシャフトの角変位によって、可変機関の「タイミング」又はバルブイベントを制御する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
単純な機械的動作を採用して所望の結果を達成する一定のタイミングを具えた蒸気機関の改良した補助排気バルブシステムの必要性がある。このような装置は、単純な偏心からの単純なハーモニック動作を利用すべきであり、所要のボビン吸気及び排気「ラップ」又は偏心距離及び偏心バルブ駆動とクランクとの間の位相関係の注意深い選択又は構造によって、所要のバルブイベントを提供すべきである。さらに、このような装置及びシステムは、可変タイミングの蒸気機関に容易に適合できなければならない。
【００１４】
このような構造によると、バルブイベントを、例えば「Ｂｉｌｇｒａｍｓ  Ｖａｌｖｅ  Ｄｉａｇｒａｍ」といった従来の弁線図を用いて設計できる。さらに、このような設計は、共通する吸気／排気ポートを通って排出する従来の蒸気機関と同じような方法で補助排気を制御しなければならない。このような制御を採用すると、正確なユニフロー様式であると言われる、吸気流路とは別の補助排気をポート及び流路を通して送らなければならない。また、メインの中央ユニフロー排気を利用すべきである。
【００１５】
当業者によって容易に認識できるように、本発明を必要に応じて採用して、Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ’ｓ  ｌｉｎｋ、Ａｌｌａｎ’ｓ  ｌｉｎｋ運動、Ｊｏｙ  ｖａｌｖｅギヤ、Ｗａｌｓｃｈａｅｒｔ等といった従来のバルブギヤを用いた可変バルブタイミングを得ることができる。これにより、正逆転動作に加えてカットオフの変更が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の概要
開示した装置は、採用した場合、改良したバルブ及び補助排気システムを提供し、高性能の蒸気機関又は圧縮ガスモータをもたらす。一定のタイミングでは、定置機関に利用する場合、好適な実施例は、単純な偏心及びコンロッドから生じるハーモニック運動の中でのスライドバルブの移動を利用し、注意深い選択又は設計及び所要のボビン吸気、及び補助排気「ラップ」及び偏心距離及び偏心とクランクとの間の位相関係の相関関係によって所要のバルブイベントを得る。スライドバルブは、ピストンを制御するクランクの前で９０°から１８０°の間で偏心セットによって制御される方向に移動するよう構成される。バルブイベントのタイミングのための設計手順は、従来の非ユニフロー型外部吸気スライドバルブ又は他のスライドバルブ機関のそれと同様である。Ｒｅｕｌｅａｕｘ’ｓ  Ｓｌｉｄｅ  Ｖａｌｖｅ  ｄｉａｇｒａｍといった従来の弁線図を使用して本発明の設計を支援できる。
【００１７】
本書で開示した装置は、本装置の新たな特性及び蒸気又は圧縮空気機関に設けられた大きな有用性の説明を簡略化するために、一定タイミング機関とともに使用することを示していることに留意されたい。しかしながら、当業者は、カムシャフトといった機関のタイミングを変えるための手段を含めて本書で開示した構造に加えることができるため、効率を改善した可変タイミング機関を設けて、このような改良すべてが本発明の範囲内であると見込まれることをきっと理解するであろう。
【００１８】
本書における実施例は、正逆転制御及びカットオフの変化を与えて始動を促進し、通常車両のエンジンに要するような、より効率的な早期のカットオフで通常の動作を得る。さらに、Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ’ｓ  Ｌｉｎｋ  Ｍｏｔｉｏｎ及びＷａｌｓｃｈａｅｒｔ’ｓ  Ｖａｌｖｅ  Ｇｅａｒといった従来のスライドバルブ駆動機構を利用して、本発明のバルブを駆動することができる。
【００１９】
さらに、本実施例は、さらなる負荷及び速さの下で、低圧での内蔵式の容易な始動に加えて補助排気を提供する。これを、始動及び低速時に蒸気流が排気管の排気圧力に近いシリンダの排気圧を十分保持するように構成された、補助排気ポートの領域で達成する。これは、機関の容易な始動を助けて、低速において滑らかな作動をもたらす。しかしながら、速さが上がってスロットル開度が大きくなると、より多くの蒸気が機関を通過する。結果として、流量範囲に依存する圧力低下量とともに、補助排気ポートを通したより大きな圧力低下となる。前者を、所望の定量蒸気流を達成するよう構成する。これは、より高いシリンダ圧力及びより高い圧縮圧力をもたらすが、これはすなわち、機関がむしろ「完全なユニフロー」型に近い状態で動作し、高効率を実現できる。
【００２０】
上記の構造は、補助排気ポートの開放の範囲及びタイミングを制御する代替的なシステムよりも、より簡素な装置を提供する。このような、後者のより複雑な型の配置を、機関の速さ及び／又は機関を通って流れる蒸気量に敏感な装置によって動作させてもよい。
【００２１】
吸気及び補助排気を制御するためのバルブ機能が、スライドバルブ、好適にはスライドバルブ型式によって提供されている。スライドバルブ構造は、一般に、従来のタイプの逆流式蒸気機関に使用されていたが、本書で開示した本装置及び方法では、バルブをユニフローの原理に従った異なる方法で使用する。このような原理に従って、バルブのある領域がある吸気機能を制御し、バルブの別の領域が補助排気機能を制御する。２つの領域が、別々の吸気及び補助排気ポート及び流路を通った蒸気流を制御する。このため、熱い吸気流及び比較的冷たい排気流を別々にする。単一のスライドバルブを使用して、単動式機関及び複動式機関において、吸気及び補助排気の双方を制御できる。
【００２２】
本書で記載し開示した装置では、スライドバルブ構造の簡単化を維持する。スライドバルブを、バルブの単純なハーモニック運動又はそれに近いものを与えるバルブギヤによって駆動してもよい。このバルブギヤを、従来の蒸気機関において見られるように、逆動作に加えてカットオフの変更を与えるよう構成してもよい。本書で記載したのと同様なバルブ及び駆動システムは、ストロークの端部近くのピストンによって露わになっている中央の「ユニフロー」排気ポートが無い機関における使用に適している。このケースでは、本書で開示した「補助」排気が、メイン排気となろう。
【００２３】
そして、上記を参照すると、当然のことながら、大きさ、材料、形状、外形、動作機能及び方法、組み立て及び使用の変更を含む本発明の部品の最適な寸法関係は、当業者によって容易に明白で明らかであると見なされ、図面に表され本明細書に記載されているものと同等な全ての関係は、本発明によって包含されることを意図するものである。このため、上記の概要は、本発明の原理を説明するだけであるとみなされる。さらに、多くの改良及び変更が当業者にとって容易であるため、図示され記載された構造及び動作に厳格に本発明を制限することを望むものではなく、従って、全ての適切な改良及びこれに相当するものを本発明の範囲に含めてもよい。
【００２４】
従って、本書で主張する本発明の目的は、改良したスライドバルブ及び駆動シリンダ構造を有し、スライドバルブのある領域がある吸気機能を制御し、バルブの別の領域が補助排気機能を制御する蒸気機関を提供することである。
【００２５】
本発明の別の目的は、スライドバルブの２つの領域が、近接して別々に設置された吸気及び補助排気ポート及び流路を通る改良した動作制御蒸気流を与える開示した蒸気機関を提供することである。
【００２６】
本発明の別の目的は、補助排気ポートの開放の範囲及びタイミングを制御する代替的なシステムよりも簡単なスライドバルブの作動全体の制御を与える改良した蒸気機関を提供することである。
【００２７】
本発明のこれら及びさらなる目的を、本明細書の以下の部分において明らかにし、詳細な説明が、本発明を制限することなしに本発明を十分に開示することを目的としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本書で開示され記載された新しいバルブ構成を有するユニフロー複動式蒸気機関に採用された装置の実施例のシリンダ配置を示しており、本構成は、従来のハーモニックバルブ機構と共に使用して本発明の主要部を形成する。コンロッド、クロスヘッド、バルブ動作及び開示した本装置が関与するよう適応した機関の他の付随する部品を含むクランクケースは図示しない。これらの部品は、設計上、従来のものであってもよい。
【００２９】
図示する主要部は、シリンダ１、バルブ室２、ピストンリング（図示せず）をうまく取り付けたピストン３である。また、ピストンロッド４、及びスライドバルブ５が図１に図示されており、バルブ室に接してさらには図示しないシーリングリングを取り付けた連続した外面を示す。符号６は、シリンダヘッドを示しており、バルブ室キャップを符号７で示す。ピストンロッド・シーリングアッセンブリが、バルブロッド・シーリングアッセンブリを表す符号８及び９で識別される。
【００３０】
図示するような開示した装置の好適な配置では、バルブ室２が外部からの吸気に適応している。２つの吸気ポートが、符号１０及び１１で示され、排気ポートが符号１２で示されている。シリンダ上部吸気流路１３を、シリンダ上部補助排気流路１４の近くのシリンダ上部に示す。
【００３１】
シリンダ１の中央部に、シリンダのユニフロー又は中央排気ポート１５がある。シリンダ１の下端部に、シリンダ下部補助排気流路１６及びシリンダ下部吸気流路１７がある。吸気流路１３及び１７及び排気ポート１４及び１６を、単一の流路として示す一方で、１又は複数の流路にして所要の流量を与えてもよいことに留意されたい。また、上部又は下部という用語の使用は便宜上であって、当業者は、本書に記載したような部品の位置決め状態とは異なる方法を用いて、このような機関の位置決め及び動作が可能であることを理解するであろうことに留意されたい。このため、本書において記載し開示した本発明は、任意の配置及び動作角度の蒸気機関に採用可能である。
【００３２】
図１に示すような配置では、ピストン３がシリンダ１の下端部に向けて下動すると共に、スライドバルブ５がピストン３とは逆方向に上動するように表されている。上部スライドバルブ５の上面１８は、ピストン３とは別々に動き、上部吸気口１３を通したシリンダ１上部及びピストン３上部への吸気の供給をカットオフして、ピストン３がシリンダ１上部において膨張する蒸気の圧力下で下動し続ける。スライドバルブ５の上部ピストン２７の連続した側端部の長さ及び各機関サイクルの際の往復運動におけるピストン３に対するスライドバルブ５の速さが時間長さを決定し、吸気口１３を覆っている限り蒸気のカットオフを維持する。シリンダ１下部におけるピストン３の下の蒸気は、ピストンの連続した側端部が排気流路１６を覆うことで下動するピストン３がカットオフするまで、下部排気流路１６及び外部排気ポート１２を通って排出される。そして、このような装置のタイミングで、シリンダ１下部のピストン３の下における残留蒸気の圧縮が開始する。
【００３３】
ピストン３がそのストロークの底部に達すると、シリンダ１上部におけるピストン３の上方の蒸気が、メインユニフロー又は中央排気ポート１５を通って排出する。下面１９を境とするスライドバルブ５の上部ピストン２７の側面は、排気を排出する上部補助排気ポート１４に対する密閉を開放するため、２つの排気ルートを通してシリンダ１上部を空にしてこのような動作効率を増加させる。排気ポート１４及び１６の各組のトータルの総領域を調整し、流れが低速時のみにおける背圧を著しく減らすのに適していて、一方で高速且つ大きいスロットル開度では機関が完全なユニフロー機関と同じように動作するように、蒸気流を定量にするための手段を設けることが実験を通して見いだされている。これを、所望の速さで使用するよう造られた機関の低速の状態で排出される排気量が所定の低速で所望の減圧した背圧を有するように、排気ポートの大きさを調整することを通して行うことができる。
【００３４】
スライドバルブ５は、下部吸気口１７を開放し、上部ピストン２７とは反対側の別の又は下部ピストン２５の下面２０を上げて蒸気を吸気することができ、それをピストン３の下面に送る。そして、ピストン３は、蒸気の力で上動を開始する。往復運動では、第１又は上部ピストン２７及び第２又は下部ピストン２５を具えたスライドバルブ５が、動作可能な距離を有してバルブロッド２８に動作可能に嵌め込まれており、スライドバルブ５が下動を開始すると、下部ピストン２５の面２０を境とする下端スライドバルブ５が下部吸気流路１７を通過し、連続した下部ピストン２５の側端部が下部吸気流路１７を密閉することによって、シリンダ１の下端部に送られる蒸気がカットオフされる。カットオフの期間は、バルブロッド２８の速さと共に上部ピストン２７の密閉動作と同じような方法で、下部ピストン２５の側面の長さによって設定される。ここで、ピストン３は、シリンダ１の下端部における蒸気の力で上動し、これとともにスライドバルブ５が逆方向に下動する。ここで、このような往復運動のサイクルは、ピストン３の「下動」動力行程よりもむしろ「上動」動力行程で、上記と同様な状態を維持する。
【００３５】
図２ａ及び図２ｂは、図２ｂに示すように外部吸気スライドバルブを具えた従来の機関のバルブ構造と比較した、従来のバルブ構造を具えた上で補助排気孔１４及び１６を採用した開示したユニフロー機関の開示した装置の改良及び動作を示す。また、図２ａは、上部シリンダ２７及び下部シリンダ２５におけるピストンの連続した側壁の長さで与えられる、開示した装置の吸気ラップ２１及びユニフロー補助排気ラップ２２を示す。スライドバルブ５の上部及び下部シリンダ双方の連続した側壁は、各サイクルの間に、スライドバルブ５の長さによって設定されるラップ期間、近接する各吸気及び排気ポート双方を覆うが、スライドバルブ５は、上部及び下部シリンダの間のバルブロッド２８に動作可能に嵌合するため、図２ａに示すように吸気ラップ２１及び排気ラップ２２を規定する。
【００３６】
図２ｂは、それとは反対に、非ユニフロー型蒸気機関における吸気ラップ２１の近接近及び従来の排気ラップ２３及びそれらの間の短い期間及び調整制限を示す。開示した装置を採用すると、各ボビンの直径全体の部分が、従来の構造において見られるような共通の吸気及び排気ポートを通した場合よりも、補助排気ポートを通して排気流を別々に制御するように延びている。また、開示した構造は、スライドバルブ５を制御システムに接続するためのいかなる特別なカム、チェーン、又はバルブを要さない。このような構造を、機関のクランクの偏心距離及び偏心位相のための仕様を盛り込んだ従来の弁線図に用いて実施してもよい。
【００３７】
本発明を特定の実施例に関して本書で開示し記載しているが、当然のことながら、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を行ってもよい。図面及び詳細な記載で示す本発明は、特定の構造及び構成要素の配置を開示して、本発明の構造及び動作方法の好適な実施例を示しているが、当然のことながら、表され記載された以外の異なる構造及び構成要素及び他の配置を、本発明の精神に従って採用してもよい。ありとあらゆるこのような変更、交代、修正は、当業者が思い当たるように、添付の特許請求の範囲において広く記載されるように本発明の範囲内であるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、図１は、ユニフロー、複動式蒸気機関用のシリンダ配置を特徴とする本装置の断面図を示す。
【図２ａ】図２ａは、図１の機関の新たな様式を示しており、本装置のバルブラップを示す。
【図２ｂ】図２ｂは、従来の非ユニフロー蒸気機関及び従来の吸気ラップ及び排気ラップのためのバルブ様式の形の従来技術を示す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【国際調査報告】
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