(57)【要約】  バレルエンジンは、中央駆動シャフトと、駆動シャフトに相互連結されたカムプレートと、を含む。バレルエンジンは、複数のシリンダを含み、各々は、駆動シャフトにほぼ平行な長手方向軸線を有する。シリンダの軸線は、駆動シャフト周りにほぼ円形の方法で配置される。一対の案内ロッドが設けられ、エンジンの各シリンダに対応する。各案内ロッドは、シリンダの軸線にほぼ平行な軸線を有する。バレルエンジンは、複数のピストン組立体を含む。各ピストン組立体は、シリンダの軸線に沿った往復運動のためにシリンダの１つにスライド可能に結合されるピストンヘッドを含む。各ピストン組立体は、また、シリンダの軸線に沿った往復運動中、ピストンヘッドを案内するために各対の案内ロッドにスライド可能に結合される案内ブロックを含む。
2008544129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動シャフトと、
駆動シャフトと共に回転するように駆動シャフトに相互連結された起伏カムプレートと、
複数のシリンダであって、各々が駆動シャフトにほぼ平行な長手方向軸線を有し、シリンダの軸線が駆動シャフト周りにほぼ円形の方法で配置された複数のシリンダと、
エンジンの各シリンダに対応する一対の案内ロッドであって、各ロッドが、シリンダの軸線にほぼ平行な軸線に沿って長手方向に延びる外面を有する一対の案内ロッドと、
複数のピストン組立体と、を含み、
複数のピストン組立体の各々は、
シリンダの軸線に沿った往復運動のためにシリンダの１つにスライド可能に結合されたピストンヘッドと、
駆動シャフトと共にカムプレートが回転するのに対応して、シリンダ内のピストンヘッドの軸方向移動を生じるように、カムプレートに作動的に結合された案内ブロックと、を含み、案内ブロックは、そこを通って定められる一対の長手方向ボアを更に有し、ボアは、内壁を有し、ボアの各々は、シリンダの軸線に沿った往復運動中、ピストンヘッドを案内するのにそこを通過する案内ロッドをスライド可能に受け入れ、各内壁は、間にオイルリザーバを定めるようにそれぞれのガイドロッドの外面から間隔を隔てられ、オイルリザーバは、案内ブロックの対向端の間にほぼ連続的に延びる、
ことを特徴とするバレルエンジン。
【請求項２】
案内ブロックと案内ロッドの間の摩擦を減ずるために、各ボアの対向端に配置された一対のブッシュを含む、
請求項１に記載のバレルエンジン。
【請求項３】
オイルリザーバは、一対のブッシュの間に実質的に囲まれる、
請求項２に記載のバレルエンジン。
【請求項４】
リザーバは、ほぼ環形状であり、一対のブッシュの間に軸方向に連続的に延びる、
請求項３に記載のバレルエンジン。
【請求項５】
少なくとも１つの案内ロッドは、リザーバにオイルを配送するのにそこを通って定められる出口を含む、
請求項１に記載のバレルエンジン。
【請求項６】
出口は、案内ロッドに沿ったピストン組立体の往復運動中、リザーバと連続的な流体連通状態を維持する、
請求項５に記載のバレルエンジン。
【請求項７】
案内ブロックと案内ロッドの間の摩擦を減ずるために、各案内ボアの対向端に配置された一対のブッシュを含み、出口は、案内ロッドに沿ったピストン組立体の往復運動中、一対のブッシュの間に維持される、
請求項６に記載のバレルエンジン。
【請求項８】
リザーバは、環形状である、
請求項７に記載のバレルエンジン。
【請求項９】
案内ロッドは、シリンダに対して半径方向外側に間隔を隔てられている、
請求項１に記載のバレルエンジン。
【請求項１０】
カムプレートの対向側に転がり係合するように、案内ブロックに枢動可能に結合された一対のローラベアリングを含む、
請求項１に記載のバレルエンジン。
【請求項１１】
ローラベアリングは、ほぼ部分円錐形状である、
請求項１１に記載のバレルエンジン。
【請求項１２】
中央駆動シャフトと、共に回転するように駆動シャフトに固定的に取り付けられた起伏カムプレートと、駆動シャフトから半径方向に間隔を隔てられた複数のシリンダとを有するバレル内燃機関に使用されるピストン組立体であって、
内部で往復軸方向運動するように、シリンダの１つとスライド可能に結合されるように構成されたピストンヘッドと、
ピストンヘッドの軸方向移動に対応して、駆動シャフトの回転を生じさせるように、カムプレートの対向面に転がり係合するように構成された一対のローラベアリングと、
ブリッジ構造体であって、中央部と、ピストンヘッドを支持するようにそこから延びる連結ロッドとを有し、中央部が一対の間隔を隔てられたベアリング支持の間に延び、各ベアリング支持が、中央部から間隔を隔てられた外壁と、中央部を外壁に相互連結する端壁とを有するブリッジ構造体と、
ローラベアリングの１つをベアリング支持の１つに枢動可能にそれぞれ連結する一対のピボットピンであって、中央部に固定的に取り付けられた一端と、外壁に固定的に取り付けられた反対端とを有し、中央部に対するベアリング支持の曲げを最小にするように、中央部、端壁及び外壁によって定められた実質的な閉端構造体の部材である一対のピボットピンと、を含む、
ことを特徴とするバレル内燃機関に使用されるピストン組立体。
【請求項１３】
ベアリング支持を強化するために、端壁に沿って延びるフランジを含む、
請求項１２に記載のピストン組立体。
【請求項１４】
ベアリング支持を強化するために、端壁に沿って延びる一対のフランジを含み、一対のフランジは、互いに対して実質的に直交する、
請求項１２に記載のピストン組立体。
【請求項１５】
端壁は、ピボットピンの長手方向軸線に向かって収束する線に沿って延びる、
請求項１２に記載のピストン組立体。
【請求項１６】
案内ブロックは、シリンダ内でのピストンヘッドの往復軸方向運動を案内するために、エンジン内で案内ロッドにスライド可能に結合されるように構成される、
請求項１３に記載のピストン組立体。
【請求項１７】
案内ブロックは、そこを通って定められる一対のボアを含み、ボアの各々は、シリンダ内でのピストンヘッドの往復軸方向運動を案内するために、そこを通る案内ロッドをスライド可能に受け入れるように構成される、
請求項１６に記載のピストン組立体。
【請求項１８】
各ボアは、間にオイルリザーバを定めるようにそれぞれの案内ロッドの外面から間隔を隔てられた内壁を有する、
請求項１７に記載のピストン組立体。
【請求項１９】
オイルリザーバは、案内ブロックの対向端の間にほぼ連続的に延びる、
請求項１８に記載のピストン組立体。
【請求項２０】
各案内ボアの対向端に配置された一対のブッシュを含む、
請求項１９に記載のピストン組立体。
【請求項２１】
オイルリザーバは、ほぼ環形状であり、一対のブッシュの間で軸方向に連続的に延びる、
請求項２０に記載のピストン組立体。
【請求項２２】
一対のブッシュは、シリンダ内でのピストンヘッドの往復軸方向運動中、案内ロッド内に形成されたオイル出口の反対側に維持される、
請求項１９に記載のピストン組立体。
【請求項２３】
駆動シャフトと、
共に回転するように駆動シャフトに相互連結された起伏カムプレートと、
複数のシリンダであって、各々が、駆動シャフトにほぼ平行な長手方向軸線を有し、シリンダの軸線が駆動シャフトの周りにほぼ円形の方法で配置された複数のシリンダと、
エンジンの各シリンダに対応し、各々がシリンダの軸線にほぼ平行な軸線に沿って長手方向に延びる外面を有する一対の案内ロッドと、
複数のピストン組立体と、を含み、
複数のピストン組立体の各々は、
シリンダの軸線に沿って往復運動するようにシリンダの１つとスライド可能に結合されたピストンヘッドと、
ピストンヘッドの軸方向移動に対応して駆動シャフトの回転を生じさせるように、カムプレートの対向面に転がり係合する一対のローラベアリングと、
中央部と、ピストンヘッドを支持するために中央部から延びる連結ロッドとを有するブリッジ構造体であって、中央部が、一対の間隔を隔てられたベアリング支持の間に延び、各ベアリング支持が、中央部から間隔を隔てられた外壁と、中央部を外壁に相互連結する端壁とを有するブリッジ構造体と、
各々がローラベアリングの１つをベアリング支持の１つに枢動可能に連結する一対のピボットピンであって、各ピボットピンが、中央部に固定的に取り付けられた一端と、外壁によって支持された反対端とを有し、中央部に対するベアリング支持の曲げを最小にするために、中央部、端壁、及び外壁によって定められる実質的に閉端構造体の部材である一対のピボットピンと、
ブリッジ構造体に相互連結された案内ブロックであって、そこを通って定められる一対のボアを有し、ボアの各々が、シリンダの軸線に沿った往復運動中ピストンヘッドを案内するためにそこを通る案内ロッドの１つをスライド可能に受け入れ、各ボアが、間にオイルリザーバを定めるようにそれぞれの案内ロッドの外面から間隔を隔てられた内壁を有し、オイルリザーバが、案内ブロックの対向端の間にほぼ連続的に延びる案内ブロックと、を含む、
ことを特徴とするバレルエンジン。
【請求項２４】
案内ブロックと案内ロッドの間の摩擦を減ずるために、各案内ボアの対向端に配置される一対のブッシュを含む、
請求項２３に記載のバレルエンジン。
【請求項２５】
オイルリザーバは、一対のブッシュの間に実質的に囲まれる、
請求項２４に記載のバレルエンジン。
【請求項２６】
リザーバは、ほぼ環形状であり、一対のブッシュの間で軸線方向に連続的に延びる、
請求項２５に記載のバレルエンジン。
【請求項２７】
少なくとも１つの案内ロッドは、オイルをリザーバに配送するためにそこを通って定められる出口を含む、
請求項２３に記載のバレルエンジン。
【請求項２８】
出口は、案内ロッドに沿ったピストン組立体の往復運動中、リザーバと連続的な流体連通状態を維持する、
請求項２７に記載のバレルエンジン。
【請求項２９】
案内ブロックと案内ロッドの間の摩擦を減ずるために各案内ボアの対向端に配置された一対のブッシュを含み、出口は、案内ロッドに沿ったピストン組立体の往復運動中、一対のブッシュの間に維持される、
請求項２８に記載のバレルエンジン。
【請求項３０】
駆動シャフトと、
共に回転するように駆動シャフトに相互連結された起伏カムプレートと、
複数のシリンダであって、各々が、駆動シャフトにほぼ平行な長手方向軸線を有し、シリンダの軸線が、駆動シャフト周りにほぼ円形の方法で配置された複数のシリンダと、
エンジンの各シリンダに対応する一対の案内ロッドであって、各ロッドが、シリンダの軸線にほぼ平行な軸線に沿って長手方向に延びる外面を有する一対の案内ロッドと、
複数のピストン組立体と、を含み、
複数のピストン組立体の各々は、
シリンダの軸線に沿った往復運動のためにシリンダの１つにスライド可能に結合されるピストンヘッドと、
ブリッジ構造体であって、中央部とピストンヘッドを支持するためにそこから延びる連結ロッドとを有し、中央部が、一対の間隔を隔てられたベアリング支持の間に延び、各ベアリング支持が、中央部にほぼ平行な外壁と、中央部を外壁に相互連結する端壁とを有するブリッジ構造体と、
一対のローラベアリングであって、各々がブリッジ構造体のベアリング支持の１つによって支持され、ピストンヘッドの軸方向移動に対応して駆動シャフトの回転を生じさせるようにカムプレートの対向面に各々転がり係合する一対のローラベアリングと、
ブリッジ構造体に相互連結された案内ブロックであって、そこを通って定められる一対のボアを更に有し、ボアの各々が、シリンダの軸線に沿った往復移動中、ピストンヘッドを案内するために、案内ロッドの１つをスライド可能に受け入れ、各ボアが、間にオイルリザーバを定めるようにそれぞれの案内ロッドの外面から間隔を隔てられた内壁を有する案内ブロックと、を含み、
対の案内ロッドのうちの少なくとも１つは、オイルリザーバにオイルを提供するために、外面に定められた開口を有するオイル通路を有し、案内ブロック及びブロック構造体は、リザーバからローラベアリングにオイルを提供するために中に定められたオイル通路を更に有する、
ことを特徴とするバレルエンジン。
【請求項３１】
ブリッジ構造体は、ピストンヘッドにオイルを提供するために中に定められたオイル通路を更に含む、
請求項３０に記載のバレルエンジン。
【請求項３２】
ブリッジ構造体は、ピストンヘッド上にオイルを噴霧する、
請求項３１に記載のバレルエンジン。
【請求項３３】
各々が、ローラベアリングの１つをベアリング支持の１つに枢動可能に連結する一対のピボットピンを含み、各ピボットピンは、中央部に固定的に取り付けられた一端と、外壁に固定的に取り付けられた反対端とを有し、中央部に対してベアリング支持の曲げを最小にするように、中央部、端壁、及び外壁によって定められた実質的な閉端構造体の部材である、
請求項３０に記載のバレルエンジン。
【請求項３４】
端壁は、端壁、外壁、ピン、及び中央部が、三角形構造を形成するように、ローラ軸線に対して角度付けられている、
請求項２９に記載のバレルエンジン。
【請求項３５】
中央駆動シャフトと、共に回転するように駆動シャフトに固定的に取り付けられた起伏カムプレートと、駆動シャフトから半径方向に間隔を隔てられた複数のシリンダと、を有する、バレル内燃機関に使用されるピストン組立体であって、
内部での往復軸方向運動のためにシリンダの１つとスライド可能に結合されるピストンヘッドと、
ブリッジ構造体であって、ピストンヘッドの往復軸方向運動を駆動シャフトの回転運動に変換できるように、起伏カムプレートと作動的に結合され、中央部と、ピストンヘッドを支持するために中央部から延びる連結ロッドとを有し、中央部が、一対の間隔を隔てられたベアリング支持の間に延び、ブリッジ構造体は、ブリッジ構造体を少なくとも２部品に後で分離することが可能なようにもろい仕切り線で形成され、エンジンの組立中互いに後に再組立されるように構成されるブリッジ構造体と、を含む、
ことを特徴とするピストン組立体。
【請求項３６】
一対のベアリング支持に枢動可能に結合された一対のローラベアリングを含み、ベアリング支持は、間隔を隔てられ、それにより、ローラベアリングが、ピストンヘッドの往復軸線方向運動に対応して駆動シャフトの回転を生じさせるように、カムプレートの反対面に転がり可能に係合する、
請求項３５に記載のピストン組立体。
【請求項３７】
仕切り線は、ベアリング支持の間に配置され、それにより、ベアリング支持を、ブリッジ構造体が仕切り線に沿って割った後、互いに分離する、
請求項３５に記載のピストン組立体。
【請求項３８】
ブリッジ構造体は、ピストンの往復軸方向運動を案内するための案内ブロックを含み、仕切り線は、ブリッジ構造体を仕切り線に沿って割った後分離するために案内ブロックを通って延びる、
請求項３５に記載のピストン組立体。
【請求項３９】
バレル内燃機関の組立方法であって、
エンジンブロックを準備する工程と、
中央駆動シャフトをエンジンブロックに枢動可能に結合する工程と、
起伏カムプレートを中央駆動シャフトに固定的に取り付ける工程と、
請求項３５に記載のピストン組立体を準備する工程と、
ブリッジ構造体を少なくとも２つの分離した部品に分割するように、ブリッジ構造体を仕切り線に沿って割る工程と、を含む、
ことを特徴とするバレル内燃機関の組立方法。
【請求項４０】
ベアリング支持の間の仕切り線に沿って、ブリッジ構造体を割り、それによりベアリング支持を互いに分離する工程を含む、
請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
ベアリング支持の１方がカムプレートの一側面に係合するように、少なくとも２つの分離したブリッジ構造体の部品をエンジンに組み立てる工程を含む、
請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
ベアリング支持の他方がカムプレートの他側面に係合するように、ブリッジ構造体の少なくとも２つの分離した部品の他方を、エンジンに組み立てる工程を含む、
請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
エンジン内の組み付け公差を適合させることができるように、組立中、少なくとも２つの分離した部品の相対位置を調整する工程を含む、
請求項３９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ここに全内容が援用される、２００５年６月９日に出願された米国仮特許出願番号６０／６８８，８３１号、及び２００６年２月１５日に出願された同６０／７７３，７２９号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、内燃機関に関し、より具体的には、バレル型内燃機関用のピストン組立体に関する。
【背景技術】
【０００３】
バレル型エンジンの一般的な分野では、２つの主なクラスのエンジンがある、即ち、スワッシュプレートバレルエンジンと、カムプレートバレルエンジンである。２つのクラスのバレルエンジンは、ピストンの往復運動を駆動シャフトの回転運動に変換するのに採用する駆動機構の特性によって識別されることができる。
【０００４】
スワッシュプレートバレルエンジンは、駆動シャフトの１回転当たり２サイクルでピストンが往復運動するのを可能にする傾斜プレートで構成される駆動手段を利用する。スワッシュプレートバレルエンジンのピストンは、一般に、スワッシュプレートの表面にスライド可能に接触するスリッパパッドを介してスワッシュプレートと関連するか、またはスワッシュプレートの表面とスライド可能に接触する環状リングに取り付られたユニバーサルタイプジョイントでスワッシュプレートと関連する。スワッシュプレートバレルエンジンの例を図１２に示す。
【０００５】
カムプレートバレルエンジンは、通常駆動シャフトの１回転当たり４サイクルかそれ以上のサイクルのピストンの往復運動が可能な起伏カム表面を有するプレートで構成される駆動手段を利用する。スワッシュプレートバレルエンジンのピストンは、一般に、カムプレートの起伏表面をたどる一対の転がり要素を介してカムプレートと関連する。
【０００６】
スワッシュプレートバレルエンジン及びカムプレートバレルエンジンの両方において、高い側方荷重が、ピストンがスワッシュプレートまたはカムプレートの角度付けられた表面に関連する点に存在する。この側方荷重を、許容できない高レベルの摩擦及び摩耗を生成することなく、ピストン装置内のどこかで対応しなければならない。
【０００７】
カムプレートバレルエンジンの分野では、ピストン装置内での側方荷重から生じる摩擦力を減ずるためになされた進歩はほとんどない。その結果、カムプレートバレルエンジンで生成された摩擦は、従来のクランクシャフト駆動エンジンよりも７０％高く、燃料効率に悪影響を及ぼし、これらのエンジンの採用を制限する。カムプレートバレルエンジンにおいて側方荷重をピストンスカートから隔離するための幾つかの試みがなされた。様々なバージョンの案内ロッド方策が提案された。しかしながら、現在まで、カムプレートバレルエンジンにおいて、構造的に現実性のある案内ロッド／ピストン組立体の例はまだない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
側方荷重の問題に取り組もうと努めた或る設計が、米国特許第５，７７１，６９４号に示され、それを図１３Ａ及び図１３Ｂに示す。’６９４号の参考文献は、シリンダ内の往復運動中、ピストンを案内するダブル案内ロッド機構を開示する。側方荷重は、一般に、ピストンスカートの代わりにスワッシュプレート界面で案内ロッドによって運ばれ、それにより、摩擦の全体的な減少及び案内されないシステムのエンジン効率の増大を生じる結果となる。
【０００９】
しかしながら、図１４は、スタインボー(Stinebaugh)による米国特許第４，５５３，５０８号で提案されるような他のダブル案内ロッド装置を示す。この設計では、カムプレートローラのピストン装置への取り付けは、通常のエンジン運転下では耐えられない。３０００ＲＰＭの低さで、カムプレートバレルエンジン内のローラピンを介して伝達される慣性力は、１２，０００から１５，０００ポンド程度になる。これらの力の下では、一端のみで支持されるカムプレートローラピンは、壊れるであろう。
【００１０】
図１５は、ルーニー(Looney)による米国特許第１，０６３，４５６号で提案されたような他の案内ロッド装置を示す。この設計では、１つの案内ロッドだけが、ピストン装置からの側方荷重を扱うのに使用される。ピストン装置の回転を防止するために、延長部が、エンジンブロックのトラック内でスライドする案内ロッドベアリングの後側に設けられる。米国特許第４，５５３，５０８号に提案された設計と同様に、カムプレートローラピンは、一端で支持されるのみである。示されるようなこの設計は、通常のエンジン運転に関連する条件に耐えられないであろう。
【００１１】
図１６は、ローズ(Rose)による米国特許第５，５６６，５７８号で提案されたような他の四角い案内ロッド装置を示す。この設計では、ピストン装置自身が、カムプレートローラからの側方荷重を受け入れる四角いスロット内でスライドする。この設計は、また、カムプレートローラが一端のみで支持されるため、不備がある。
【００１２】
図１７は、バーネフ(Bahnev)によるＰＣＴ／ＢＧ９７／００００５号で提案されたような追加的なスタイルの案内装置を示す。ピストン装置内のスロットは、ブロックに取り付けられたリニアベアリングに係合する。この設計は、また、一端で支持されたピンを有するカムプレートローラを使用しており、やはり、通常のエンジン運転では、故障するであろう。
【００１３】
かくして、図１３乃至図１７は、提案された案内ロッド機構を示す。当業者には、これらの機構がいずれも、内燃機関の運転環境では耐えられないことは明白である。したがって、未だに、従来の案内システムの内在する弱点を克服する改善された案内システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一側面によれば、バレルエンジンは、駆動シャフトと；駆動シャフトに相互連結されたカムプレートと；複数のシリンダであって、各々が駆動シャフトにほぼ平行な長手方向軸線を有し、シリンダの軸線が、駆動シャフト周りにほぼ円形の方法で配置された複数のシリンダと；エンジンの各シリンダに対応する一対の案内ロッドであって、各ロッドが、シリンダの軸線にほぼ平行な軸繊維沿って長手方向に延びる外面を有する一対の案内ロッドと；複数のピストン組立体と；を含み、複数のピストン組立体の各々は、シリンダの軸線に沿った往復運動のためにシリンダの１つとスライド可能に結合されるピストンヘッドと；ピストンヘッドの軸方向移動に応答して駆動シャフトの回転を生じさせるようにカムプレートの対向面に転がり係合する一対のローラベアリングと；中央部とピストンヘッドを支持するのに中央部から延びる連結ロッドとを有するブリッジ構造体であって、中央部が一対の間隔を隔てられたベアリング支持の間に延び、各ベアリング支持が、中央部にほぼ平行な外壁と、中央部を外壁に相互連結する端壁とを有するブリッジ構造体と；ローラベアリングの１つをベアリング支持の１つに各々枢動可能に連結する一対のピボットピンであって、各ピボットピンが、中央部に固定的に取り付けられた一端と、外壁に固定的に取り付けられた反対端とを有し、中央部に対するベアリング支持の曲げを最小にするように、中央部、端壁、及び外壁によって定められる実質的な閉端構造体の部材である一対のピボットピンと；ブリッジ構造体に相互連結された案内ブロックであって、一対のボアを定める内壁を更に有し、ボアの各々がシリンダの軸線に沿った往復運動中、ピストンヘッドを案内するためにそこを通る案内ロッドをスライド可能に受け入れ、各内壁が、間にオイルリザーバを定めるそれぞれの案内ロッドの外面から間隔を隔てられ、オイルリザーバが、案内ブロックの対向端の間にほぼ連続的に延びる案内ブロックと、を含む。
【００１５】
本発明の他の側面によれば、バレル内燃機関に使用されるピストン組立体は、中央駆動シャフトと、共に回転するために駆動シャフトに固定的に取り付けられたカムプレートと、駆動シャフトから半径方向に間隔を隔てられた複数のシリンダとを有する。ピストン組立体は、中での往復軸方向運動のためにシリンダの１つにスライド可能に結合されたピストンヘッドと；ピストンヘッドの軸方向移動に応答して駆動シャフトの回転を生じさせるように、カムプレートの対向面に転がり係合する一対のローラベアリングと；中央部と、ピストンヘッドを支持するようにそこから延びる連結ロッドとを有するブリッジ構造体であって、中央部が、一対の間隔を隔てられたベアリング支持の間に延び、各ベアリング支持が、中央部にほぼ平行な外壁と、中央部を外壁に相互連結する端壁とを有するブリッジ構造体と；一対のピボットピンであって、各々、ローラベアリングの１つをベアリング支持の１つに枢動可能に連結し、各ピボットピンが、中央部に固定的に取り付けられた一端と、外壁に固定的に取り付けられた反対端とを有し、中央部に対するベアリング支持の曲げを最小にするように、中央部、端壁及び外壁によって定められた実質的な閉端構造体の部材である一対のピボットピンと、を含む。
【００１６】
本発明の他の側面によれば、バレルエンジンは、駆動シャフトと；駆動シャフトに相互連結されたカムプレートと；複数のシリンダであって、各々が、駆動シャフトにほぼ平行な長手方向軸線を有し、シリンダの軸線が、駆動シャフト周りにほぼ円形の方法で配置された複数のシリンダと；エンジンの各シリンダに対応する一対の案内ロッドであって、各ロッドが、シリンダの軸線にほぼ平行な軸線に沿って長手方向に延びる外面を有する一対の案内ロッドと；複数のピストン組立体と、を含み、複数のピストン組立体の各々は、シリンダの軸線に沿った往復運動のためにシリンダの１つにスライド可能に結合されたピストンヘッドと；駆動シャフトと一緒のカムプレートの回転に応答してシリンダ内でピストンヘッドの軸方向移動を生じさせるように、カムプレートに作動的に結合された案内ブロックであって、一対のボアを定める内壁を有し、ボアの各々が、シリンダの軸線に沿った往復運動中、ピストンヘッドを案内するためにそこを通る案内ロッドをスライド可能に受け入れ、各内壁が、間にオイルリザーバを定めるためにそれぞれの案内ロッドの外面から間隔を隔てられ、オイルリザーバが、案内ブロックの対向端の間にほぼ連続的に延びる、案内ブロックと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、バレル型内燃機関に使用するクロスヘッド案内システムを有するピストン組立体を提供する。バレルエンジンは、中央駆動シャフトと、共に回転するように中央駆動シャフトから延びる起伏（波状）カムプレートと、を含む。複数のシリンダが、中央動力シャフトの周りに配置される。複数のピストン組立体が、エンジン内のそれぞれのシリンダ内でスライド可能に係合するピストンヘッドを備える。ピストンは、シリンダ内に投入された燃料／空気の燃焼によって往復運動する。ピストン組立体は、カムプレートと係合し、それにより、ピストン組立体の往復運動が、カムプレート及び駆動シャフトの回転運動に変換される。以下により詳細に記載するように、案内システムは、各ピストン組立体の往復動作を案内するための一対の案内ロッドを利用する。
【００１８】
図１を参照すると、ピストン組立体は、全体に１０で示され、両端バレルエンジンに使用される。ピストン組立体１０は、ブリッジ構造体２０を含む。一対の連結ロッド１６が、ブリッジ構造体２０の対向側から外側に延びる。一対のピストン１２，１４が、一対の連結ロッド１６に固定的に取り付けられている。ピストン１２，１４は、互いに対して対称的に反対向きに配置されている。
【００１９】
ブリッジ構造体２０は、中央部１８と、中央部１８の対向端に配置される一対の対向するベアリング支持１９と、を含む。一対のローラベアリング２２，２４の各々が、ピボットピンによって、それぞれのベアリング支持１９に回転可能に結合されている。ベアリング２２，２４は、（図３及び図６に示すように、）バレルエンジン内の波状カムプレート３４の対向する上面３７及び下面３９に転動可能に係合される。当業者には明白なことであるが、ローラベアリング２２，２４は、運転しているエンジン内で非常に高い力を受けることがある。かくして、ベアリング２２，２４を支持する各ピボットピンの両端は、ベアリング支持１９に支持され、それにより、ピボットピンは片持ちにならない。ローラベアリング２２，２４は、ピストン組立体１０の往復動重量を減ずるように、セラミック材料で形成されてもよい。変形例として、他のタイプのローラ、ベアリング、または材料が、エンジンの運転中、ブリッジ構造体とカムプレートとの間に使用されてもよい。
【００２０】
クロスヘッド案内ブロック２６が、ピストン組立体１０を案内ロッド３２にスライド可能に結合するように、ブリッジ構造体２０に固定的に取り付けられている。より具体的には、案内ブロック２６は、一対の間隔を隔てられたクロスヘッド案内ロッドベアリング支持２８，３０を含み、その各々は、そこを通る案内ロッド３２をスライド可能に受け入れるための円筒形状ボア２９，３１を有する。この配置により、各ピストン組立体１０は、案内ブロック２６内のボア２９，３１で支持されたそれぞれの対の案内ロッド３２によって案内される。案内ロッド３２は、断面が円形を有する円筒形状で示される。しかしながら、案内ロッド及び対応するボアは、案内ロッドが、シリンダ内でピストンの往復動作を案内するように、長手方向の方法で延びる限り、楕円形や矩形のような、他の断面形状を有していてもよいことは、容易に理解できよう。
【００２１】
図２乃至図５を参照すると、例示的な６筒バレルエンジンが、６対の案内ロッド３２を利用し、同数のピストン組立体１０を案内している。案内ロッド３２は、（図２に仮想線及び３３で示すように）一般に円形に配置され、シリンダから半径方向外側に間隔を隔てている。ピストン組立体１０の各々のローラベアリング２２，２４は、カムプレート３４の反対側に対向側に転動可能に係合する。
【００２２】
図６では、案内ブロック２６は、案内ロッドベアリング支持２８，３０のボア２９，３１（図１）内の案内ロッド３２のスライド係合を示すために切断されている。ベアリングまたはブッシュ３６が、案内ロッド３２を案内ブロック２６内でスライド可能に支持するように、ボア２９，３１（図１）の各端に設けられている。ブッシュ３６は、軸方向に間隔を隔てられている。環状形状のオイルキャビティ３８が、ブッシュ３６の間、及び案内ロッド３２の外面と、ボア２９，３１（図１）を定める支持２８，３０の内壁との間で定められる。本発明の一実施形態では、オイル通路３５は、案内ロッド３２を通って延び、案内ロッド３２の外面に導く孔４０と連通する。これらの孔４０は、環状キャビティ３８に加圧オイルを提供し、それにより、ブッシュ３６に加圧オイルを提供する。図１１に示すように加圧オイルを、中央駆動シャフト５２によって同軸上に駆動されるオイルポンプ５０によって提供してもよい。支持２８，３０及びブッシュ３６は、ピストン組立体１０の往復運動中、孔４０が、キャビティ３８と常に流体連通状態に配置されるように、位置決めされ、寸法付けられる。
【００２３】
往復動重量を最小にするために、案内ブロック２６は、好ましくは、できるだけ小さく、しかもブッシュ３６を収容して孔４０がピストン組立体１０の全ストローク中に露出するのを防止することができるように十分長い。当業者には明白なように、ブッシュ３６が間隔を隔てられているという事実は、また、ブッシュ３６が、ピストン組立体１０を曲げ、またはねじろうとする高荷重に抵抗することを可能にする。
【００２４】
バレルエンジンは、図６に示すように所定位置に対してエンジン内でカムプレート３４の軸方向位置を調整する可変圧縮率装置を利用してもよい。可変圧縮率装置を利用するバレルエンジンでは、案内ロッドベアリング支持２８，３０の最小長さは、エンジンストロークと、最大可変圧縮位置と、ブッシュ３６の１つの長さとを足したものに等しい。支持２８，３０の長さを、この最小値に近くに維持することが好ましい。例えば、範囲は、この最小長さ０から１０％越える範囲でもよいが、０から２０％または０から３０％の範囲を使用してもよい。或る例示的な実施形態では、エンジンのストロークは７６ｍｍであり、最大可変圧縮率位置は、６．５ｍｍであり、１つのベアリングの長さは２０ｍｍである。これは、１０２．５ｍｍの支持２８，３０の最小長さを提供する。当業者には明白なように、この最小長さは、孔４０が、時々ブッシュ３６の１つの直下に位置することを意味する。もし、孔４０を環状キャビティ３８とだけ連通させることを望むなら、ハウジング２８または３０の長さを、追加のベアリングの長さだけ増やさなければならない。上述の例では、これは、１２２．５ｍｍに長さを増大させる。可変圧縮率装置がないバレルエンジンの場合には、最小長さは、ストロークと、一つのベアリングの長さを足したものに等しい。上述の例では、これは、９６ｍｍの最小長さを提供する。またここで、この長さを０から１０％越える範囲が好ましく、いくつかの適用においては、０から２０％または０から３０％が可能である。
【００２５】
図１に戻って、仕切り線４１が、案内ブロック２６とブリッジ構造体２０との間に示されている。いくつかの実施形態では、案内ブロック２６は別個の材料で作られ、そしてブリッジ構造体２０に固定的に取り付けられる。これは、案内ブロック２６が、エンジンの部分組立後に、ブリッジ構造体２０に取り付けられることを可能にする。案内ブロック２６と構造体２０の連結は、当業者にとって明白なように、様々な方法で達成されることができる。他の実施形態では、案内ブロック２６とブリッジ構造体２０は、一体的に形成される。いずれの取り組みでも、ピストン組立体１０は、図６のＡ−Ａ線に沿うように、２つの半部に分割されるのがよい。２つの半部は、次いでエンジンの組立中に、ボルト止めや、接着、溶接、及び当業者に知られた他の取り組みを含む他の手段によって、再接合されるのがよい。分離は、切断によってもよい、またはブリッジ構造体及び／又は案内ブロックを、従来の連結ロッドの形成中に行われる割りと同様の方法で割ってもよい。分離または割りが形成される領域は、もろい仕切り線または領域と考えられる。ピストン組立体１０を２つまたはそれ以上の部品に分離することにより、いくつかのクリアランス調整を組立中に行ってもよい。分離は、また、エンジンをより容易に組み立てるのを可能にする。上部を、案内ロッドに組み立て、カムプレートを位置決めし、次いで、下部を案内ロッドに組み立てて上部に接合し、それによって、カムプレートを間に捉える。仕切り線Ａ−Ａが上部ベアリング支持及び下部ベアリング支持の間で、シリンダ軸線に垂直に、ほぼ半分のところに示されているが、これは、より高くあるいはより低く位置していてもよく、及び／または図示された仕切り線に対して角度付けられていてもよい。例えば、図１に関して、左右に角度付けられていてもよいし、図に関して前方から後方に、あるいは後方から前方に角度付けられていてもよい。
【００２６】
幾つかの変形例が、本発明の範囲に含まれる。例えば、オイル圧力及び流速を、一対の案内ロッド３２の１つのみから、案内ブロック２６内に定められたキャビティ３８の１つに、オイルがそこから案内ブロック２６の他のキャビティ３８に供給される状態で、提供してもよい。選択的に、オイル圧力を、これらのキャビティ３８からローラベアリング２２，２４に供給してもよい。更なる変形例として、オイルジェットを、冷却及び潤滑のために、キャビティ３８または他のところから、オイルのいくらかを、カムプレート３４の表面及び／又はピストン１２の底部に差し向けるように提供してもよい。オイルを、また、他の方法でこれらの領域に提供してもよい。
【００２７】
当業者にとって明白なように、案内ロッド３２と協働する案内ブロック２６は、さもなければピストン１２，１４が受ける側方荷重及びねじり荷重に抵抗する。典型的な内燃機関では、ピストン自身が、ピストンをシリンダに対して適切に整合させて維持するために、かなり大きい側方荷重に反応しなければならない。この目的のため、ピストンは、典型的に、ピストンの頂部から下方に延びる側方スカートを有し、シリンダに係合する間隔を隔てたリングを含む。本発明では、ピストン１２，１４が受ける側方荷重は、除去され、または少なくとも最小になる。かくして、ピストン１２，１４の側方スカートは、実質的に従来の設計に比べて減少する。図示された実施形態は、より短い側方スカートを示すが、側方スカートを、図示されたよりもさらに減少してもよい。最小側方スカート長さは、十分なピストンリングに必要な長さに依存する。
【００２８】
図７を参照すると、本発明の第２実施形態によるピストン組立体が１１０で示され、ここで、同様の部品には、１００ずれた同様の符号を示す。ピストン組立体１１０は、単一ピストン１１２と、ブリッジ構造体１２０及びピストン１１２の間に延びる単一の連結ロッド１１６を含むことを除いて、図１の前述の実施形態と同様である。
【００２９】
図８を参照すると、本発明の第３実施形態によるピストン組立体が２１０で示される。この実施形態におけるピストン組立体２１０は、図１の第１実施形態のブリッジ構造体２０と比較してより強いブリッジ構造体２２０を含む。より具体的には、各ベアリング２２２，２２４は、対向する近位端７２及び遠位端７４を有するピボットピン７０によって、ベアリング支持２１９に回転可能に結合されている。各ピン７０の一端７２は、ブリッジ構造体２２０の中央部２１８内にねじ込まれ、または各ピン７０は、ねじ止めまたは、溶接もしくは当業者に知られた他の固定方法を用いて接合されることにより、中央部に固定的に取り付けられてもよい。各ベアリング支持２１９の外壁７６は、間隔を隔てられ、ピン７０の反対端７４を支持するように、中央部２１８にほぼ平行である。ある場合では、外端または反対端７４は、端７４を支持する孔内に受け入れられる。端７４は、凹部内に受け入れられるヘッドまたは拡大された部分を有していてもよい。変形例として、ピン７０の反対端７４は、外壁７６に、ねじ止め、または溶接あるいは当業者に知られた他の方法を用いて接合されることによって、固定的に取り付けられてもよい。更なる変形例として、内端７２は、ねじ止めまたは接合されることなく、単に中央部に支持されてもよく、外端７４は、外壁７６に、ねじ止めされるか、さもなければ固定的に取り付けられる。端壁７５が、中央部２１８と外壁７６を相互連結する。横方向フランジ６０及び直立フランジ６２が、ベアリング支持２１９の中央部１８と外壁７６との間で、端壁７５に沿って延びる。２つのフランジ６０，６２が示されているが、１つまたは２つ以上のフランジが設けられていてもよい。横方向フランジ６０及び直立フランジ６２は、互いに対してほぼ直交している。この配置により、フランジ６０，６２によって強化された端壁７５と、ベアリング支持２１９の外壁７６と、中央部２１８と、ピボットピン７０とは、中央部２１８に対するベアリング支持２１９の曲げに抵抗する、剛体の閉端構造体を形成する。図１０の切断図に最もよく示されるように、端壁７５は、ピン７０の軸線に向かって収束する線に沿って方向付けられており、それにより、閉端構造は、ほぼ三角形状を有する。図９に示すように、強化リブ９０が、ベアリング支持２１９の反対側でブリッジ構造体２２０の側方に沿って一体的に形成される。リブ９０は、案内ロッドベアリング支持２２８，２３０の間に位置する。リブ９０は、ベアリング支持２２８，２３０にほぼ平行な線に沿って長手方向に延びている。図示されたよりも多いまたは少ないリブを使用してもよく、その寸法及び方向を変えてもよい。
【００３０】
ピストン組立体２１０は、また、部分円錐（frustoconical)形状のベアリング２２２，２２４を利用する。この形状は、ベアリング２２２，２２４の、カムプレート３４の上面３７及び下面３９に沿ったよりよい転がりを提供する。
【００３１】
環状隙間８０が、各ベアリング２２２，２２４とピン７０の間に定められる。オイルは、ベアリング２２２，２２４とピン７０の間の中間面を潤滑するように、環状隙間８０内に位置する。オイルは、ピン７０内に定められるオイルリザーバ８４と環状隙間８０との間と流体連通状態にある供給ライン８２を介して環状隙間８０に配送される。加圧オイルは、第１実施形態で記載したように、ブリッジ構造体２１８を通って延び、案内ロッド内の供給ラインと連通する供給ライン８２によってリザーバに供給される。変形例として、機械ベアリングまたはこれとオイルとの組み合わせが、ベアリング２２２，２２４とピン７０の間の摩擦を最小にするために、環状隙間内に配置されてもよい。
【００３２】
ピストン組立体２１０は、単一端バレルエンジン用に例示的に示される。当業者であれば、第３実施形態によるピストン組立体２１０もまた、図１の第１実施形態と同様に、両端バレルエンジンに使用される第２ピストン及び第２連結ロッドを含んでもよいことは、容易に理解するべきである。
【００３３】
ここに記載されたように、本発明は、スパークイグニッション、ディーゼル、ＨＣＣＩまたはこれらの組み合わせのような、様々なバレルエンジンタイプに使用することができることは、当業者に理解されるべきである。本発明は、ここに援用される、米国特許第６，６６２，７７５号、同第６，８９９，０６５号、同第６，９８６，３４２号、同第６，６９８，３９４号、同６，８３４，６３６号、及び米国特許出願第１０／９９７，４４３号、同第１１／２５５，８０４号、同第１１／３６０，７７９号、同第６０／７７３，２６３号、同第６０／７２１，８５３号、同第６０／７７４，９８２号、同第６０／７７４，３４３号、同第６０／７７４，３４４号、同第６０／７７４，９８２号、同第６０／７７４，４１１号、同第６０／７７３，１０９号、同第６０／７７４，４１０号、同第６０／７７４，８５６号、同第６０／７７３，０９０号、同第６０／７７３，９３６号、同第６０／７７３，２３３号、同第６０／７７３，２３４号に開示されるように、任意の技術を組み合わせて用いてもよい。
【００３４】
本発明を、例示的な方法で記載した。したがって、使用された用語は、限定的なものではなく、説明用語の性質のものであることは理解されるべきである。本発明の多くの改造及び変形が、前述の教示のもとで可能である。かくして、添付の請求項の範囲内で、本発明を具体的に記載した以外のように実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態によるバレル内燃機関に使用されるピストン組立体を示す図である。
【図２】ピストン組立体を案内するための案内ロッドの列を示す図である。
【図３】バレルエンジンの一部分の斜視図であり、案内ロッド、カムプレート、及び案内ロッドとカムプレートを係合する６つのピストン組立体を示す図である。
【図４】図３のバレルエンジンの一部分の側面図である。
【図５】図３及び図４のバレルエンジンの一部を示す端面図である。
【図６】ピストン組立体の案内ロッドベアリング部分が切断された状態の、カムプレートと一対の案内ロッドを係合する単一ピストン組立体を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態による単一端ピストン組立体の斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態によるピストン組立体の頂部斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるピストン組立体の底部斜視図である。
【図１０】テーパー付きローラベアリングを示すように一部が切断された、本発明の第３実施形態によるピストン組立体の側面図である。
【図１１】エンジンの様々な領域へのオイルの配送を示したバレルエンジンの概略図である。
【図１２】スワッシュプレートバレルエンジンの例を示す図である。
【図１３Ａ】カムプレートバレルエンジンの例を示す図である。
【図１３Ｂ】カムプレートバレルエンジンの例を示す図である。
【図１４】米国特許第５，７７１，６９４号に見られるダブル案内ロッドクロスヘッド機構の部分を示す図である。
【図１５】米国特許第１，０６３，４５６号に開示された案内ロッド装置を示す図である。
【図１６】米国特許第５，５５６，５７８号で提案された四角形案内装置を示す図である。
【図１７】出願番号ＰＣＴ／ＢＧ９７／００００５号で提案された案内装置を示す図である。
【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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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