(57)【要約】【課題】遠心力が膨張という作業行程を助長する振動ピストン式機械を提供する。【解決手段】第１および少なくとも第２のピストンが配置されたハウジングであって、ピストンはハウジングに固定された回転軸周りにハウジング内で共に回転することができ、かつ、回転軸周りに回転するとき、回転軸に垂直にハウジングの中心を通って延びる振動軸周りに、互いに対して反対方向に往復振動運動を行うハウジングを含み、第１のピストンが、第１の端面を有し、少なくとも第２のピストンが、第１の端面に対向する第２の端面を有し、端面が作業室を区画し、回転軸が作業室を通るようにピストンが配置されていることを特徴とする振動ピストン式機械。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および少なくとも第２のピストン（４０、４６；２４０、２４６；３４０、３４６）が配置されたハウジング（１２；２１２；３１２）であって、前記ピストン（４０、４６；２４０、２４６；３４０、３４６）は前記ハウジングに固定された回転軸（４８；２４８；３４８）周りに前記ハウジング（１２；２１２；３１２）内で共に回転することができ、かつ、前記回転軸（４８；２４８；３４８）周りに回転するとき、前記ピストンが、前記回転軸（４８；２４８；３４８）に垂直に前記ハウジングの中心を通って延びる振動軸（５０；２５１；３５０）周りに、互いに対して反対方向に往復振動運動を行うハウジングを含み、
前記第１のピストン（４０；２４０；３４０）が、第１の端面（５２；２５２；３５２）を有し、前記少なくとも第２のピストン（４６；２４６；３４６）が、前記第１の端面（５２；２５２；３５２）に対向する第２の端面（５８；２５８；３５８）を有し、
前記端面（５２、５８；２５２、２５８；３５２、３５８）が作業室（６０；２６０；３６０）を区画し、
前記ピストン（４０、４６；２４０、２４６；３４０、３４６）は、前記回転軸（４８；２４８；３４８）が前記作業室（６０；２６０；３６０）を通るように配置されていることを特徴とする振動ピストン式機械。
【請求項２】
前記第１および第２の端面（５２、５８；２５２、２５８；３５２、３５８）が、円形の設計であることを特徴とする、請求項１に記載の振動ピストン式機械。
【請求項３】
前記第１および少なくとも第２のピストン（４０、４６；２４０、２４６；３４６）が、本質的に弧状設計であることを特徴とする、請求項１または２に記載の振動ピストン式機械。
【請求項４】
前記第１のピストン（４０；２４０；３４０）および／または前記少なくとも第２のピストン（４６；２４６；３４６）が、前記第１のピストンおよび／または前記少なくとも第２のピストン（４０、４６；２４０、２４６；３４０、３４６）が回転するときに、前記第１および少なくとも第２のピストン（４０、４６；２４０、２４６；３４０、３４６）の振動運動を発生させるために、対応して設計された制御カム（７６；２７６；３７６）に沿って案内される少なくとも１つの遊動部材（６４、７０；２６４、２７０；３６４、３７０）を有し、
前記制御カム（７６；２７６；３７６）が、前記回転軸（４８；２４８；３４８）から少なくともほぼ最大距離を隔てて前記ハウジング（１２；２１２；３１２）に配置されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項５】
前記少なくとも１つの遊動部材（６４、７０；２６４、２７０）が、前記第１または少なくとも第２のピストン（４０、４６；２４０、２４６）の、前記ハウジング（１２；２１２）に対向する外側にあるボールソケット（７２；２７２）内に回転可能に取り付けられたボールであり、
前記制御カム（７６；２７６）が、前記ボールが部分的に係合する、前記ハウジング（１２；２１２）内のピッチ円状の横断面を有する溝として実施されることを特徴とする、請求項４に記載の振動ピストン式機械。
【請求項６】
前記少なくとも１つの遊動部材（３６４；３７０）はローラ（４５６）であり、このローラの遊動面（４５８）はこのローラー（４５６）の周方向に対して横方向にピッチ円形状で構成されており、
前記ローラー（４５６）が、前記第１または第２のピストン（３４０；３４６）に端部側で結合された軸（４６０）上に取り付けられ、前記制御カム（３７６）が、前記ローラー（４５６）が部分的に係合する、前記ハウジング内の円の一部の形の横断面を有する溝として実施されることを特徴とする、請求項４に記載の振動ピストン式機械。
【請求項７】
前記第１および少なくとも第２のピストン（４０、４６；２４０、２４６；３４０、３４６）が、前記回転軸（４８；２４８；３４８）周りに回転可能であるように、前記回転軸（４８；２４８；３４８）に対して同心円状に前記ハウジング（１２；２１２；３１２）内に配置されたピストン・ケージ（８０；２８０；３８０）内に摺動するように取り付けられており、
前記ピストン・ケージ（８０；２８０；３８０）が、前記回転軸（４８；２４８；３４８）周りの回転運動に関して、前記第１および少なくとも第２のピストン（４０、４６；２４０、２４６；３４０、３４６）に回転可能なように固定して結合されていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項８】
前記ピストン・ケージ（８０；２８０；３８０）が、前記回転軸（４８；２４８；３４８）に平行に延びる少なくとも１つの駆動軸および／または出力軸に結合されていることを特徴とする、請求項７に記載の振動ピストン式機械。
【請求項９】
前記少なくとも１つの駆動軸および／または出力軸が、前記回転軸（４８；２４８）に対して同心円状に配置され、かつ、前記ピストン・ケージ（８０；２８０）に回転可能なように固定して結合されていることを特徴とする、請求項８に記載の振動ピストン式機械。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの駆動軸および／または出力軸が、前記回転軸（３４８）から横方向に距離を隔てて配置され、かつ、少なくとも１つの伝達機構配置によって前記ピストン・ケージ（３８０）に結合されることを特徴とする、請求項８に記載の振動ピストン式機械。
【請求項１１】
前記ピストン・ケージ（８０；２８０）が、前記回転軸（４８；２４８）に対してほぼ垂直に、前記第１および少なくとも第２のピストン（４０、４６；２４０、２４６）が、部分的にかつその中で摺動するように保持され、かつ、前記周方向に前記作業室（６０；２６０）を区画するボア（９４；２９４）を有することを特徴とする、請求項７ないし１０のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項１２】
ダクト（１１４；３１４）が、前記ピストン・ケージ（８０；２８０）を通っており、前記ダクト（１１４；３１４）が、前記ピストン・ケージ（８０；２８０）の回転位置によって、前記ハウジング（１２；２１２）内の入口開口部または出口開口部と連通するために、一端で前記ボア（９４；２９４）内に開口し、他端で前記ハウジング（１２；２１２）内に開口していることを特徴とする、請求項７ないし１１のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項１３】
前記ピストン・ケージ（８０；２８０）が、少なくとも部分的に前記ピストン・ケージ（８０；２８０）の周囲を覆うように、かつ、前記ピストン・ケージ（８０；２８０）内部を通るように延びる媒体、特に、冷却媒体／潤滑媒体用の少なくとも１つのダクト（１０２；３０２）を有することを特徴とする、請求項７ないし１２のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項１４】
好ましくは端部の方向に拡幅されたボア（１１０）が、前記振動軸（５０）の高さで、前記振動軸（５０）の方向にピストン・ケージを通ることを特徴とする、請求項７ないし１３のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項１５】
第３および第４のピストン（４２、４４；２４２、２４４；３４２、３４４）が、前記ハウジング（１２；２１２；３１２）内に配置され、前記ピストン（４２、４４；２４２、２４４；３４２、３４４）が、前記同じ振動軸（５０；２５１；３５０）、または、それとは異なる振動軸（２５０）周りに振動することができ、かつ、前記回転軸（４８；２４８；３４８）周りに前記第１および第２のピストン（４０、４６；２４０、２４６；３４０、３４６）と共に回転でき、第２の作業室（６２；２６２；３５２）を画定することを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項１６】
前記４つのピストン（４０〜４６；２４０〜２４６；３４０〜３４６）が、前記ピストン（４０〜４６；２４０〜２４６；３４０〜３４６）が前記回転軸（４８；２４８；３４８）周りに回転するときに、前記第１および第２の作業室（６０、６２；２６０、２６２；３６０、３６２）が、同じ方向にサイズが増減するように配置されていることを特徴とする、請求項１５に記載の振動ピストン式機械。
【請求項１７】
前記第１および第２のピストン（４０、４６；３４０、３４６）ならびに前記第３および第４のピストン（４２、４４；３４２、３４４）が、全てのピストン（４０〜４６；３４０〜３４６）の前記振動運動が同じ平面内で発生するように、前記回転軸（４８；３４８）に対して配置されていることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の振動ピストン式機械。
【請求項１８】
前記第１および第２のピストン（２４０；２４６）の前記振動運動が第１の平面内で発生し、前記第３および第４のピストン（２４２；２４４）の前記振動運動が第２の平面に発生するように、前記第１および第２のピストン（２４０；２４６）ならびに前記第３および第４のピストン（２４２；２４４）が、前記回転軸（２４８）に対して配置されており、
前記第１および第２の平面が、前記回転軸（２４８）に対して０°に等しくない角度で互いに対して回転されたことを特徴とする、請求項１５または１６に記載の振動ピストン式機械。
【請求項１９】
前記角度が、少なくともほぼ９０°であることを特徴とする、請求項１８に記載の振動ピストン式機械。
【請求項２０】
前記ピストン・ケージ（８０；２８０；３８０）が、前記振動軸（５０；３５０）の側または振動軸（２５０、２５１）の側で延びており、また、前記第３および第４のピストン（４２、４４；２４２、２４４；３４２、３４４）を収容していることを特徴とする、請求項７ないし請求項１４のいずれかおよび請求項１５ないし１９のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項２１】
前記ハウジングのハウジング内壁（３９；２３９）が、本質的に球形であることを特徴とする、請求項１ないし２０のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項２２】
前記ハウジング（１２’’）のハウジング内壁（３９’’）が、前記回転軸（４８’’）を含む平面に沿って前記回転軸（４８’’）の方向に断面が長楕円形である、請求項１ないし２１のいずれかに記載の振動ピストン式機械。
【請求項２３】
前記振動軸（５０’’）周りに回転することができ、かつ、前記第１の作業室（６０’’）と、または、適切であれば、中空ピン（１２２）の回転位置の機能としての前記第２の作業室（６２’’）と連通する開口部（１２４）をその壁部に有する中空ピン（１２２）が、前記ハウジング（１２’’）内に配置されていることを特徴とする、請求項２２に記載の振動ピストン式機械。
【請求項２４】
前記中空ピン（１２２）が、前記ピストン（４０’’〜４６’’）が前記回転軸（４８’’）周りに回転するときに、前記中空ピン（１２２）を前記振動軸（５０’’）周りに回転させる伝達機構（１３０）に結合されていることを特徴とする、請求項２３に記載の振動ピストン式機械。
【請求項２５】
前記伝達機構（１３０）が、前記中空ピン（１２２）と結合されたウォーム歯またはウォーム歯車であって、前記ハウジング（１２’’）上に配置されて前記回転軸（４８’’）周りに延びる少なくとも１つの歯（１３４）と噛み合うウォーム歯またはウォーム歯車（１３２）を有することを特徴とする、請求項２４に記載の振動ピストン式機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１および少なくとも第２のピストンが配置されたハウジングを含み、ピストンがハウジングに固定された回転軸を中心にしてハウジング内で共に回転することができ、かつ、ピストンが回転軸周りに回転するとき、ピストンが、回転軸に垂直にハウジングの中心を通って延びる振動軸周りに、互いに対して反対方向に往復振動運動を行う振動ピストン式機械であって、第１のピストンが、第１の端面を有し、少なくとも第２のピストンが、第１の端面に対向する第２の端面を有し、端面が作業室を区画する振動ピストン式機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような振動ピストン式機械は、下記特許文献１により公知である。
振動ピストン式機械、特に、本発明に係る振動ピストン式機械は、ポンプ、または圧縮機のような内燃機関として使用することができる。本発明による振動ピストン式機械は、内燃機関として使用されることが好ましく、本明細書では内燃機関として説明する。
振動ピストン式機械が内燃機関として使用される場合、吸気、圧縮、燃焼混合気の点火、ならびに燃焼済み燃焼混合気の膨張および排気の個々の作業行程は、２つの限界値位置間での個々のピストンの往復振動運動によって生じる。
【０００３】
同じ出願人名義の下記特許文献１より公知な振動ピストン式機械の場合、４つのピストンは、ハウジング内に配置され、これらのピストンは、ハウジングの中心に固定して配置された回転軸周りを一緒に回転し、ピストンが回転するとき、ハウジング内で振動軸周りの往復振動運動を行い、各々の場合、２つの隣接するピストンは、反対方向に振動する。この公知の振動ピストン式機械においては、各々の場合においてハウジング中心に対して互いの対角線上に配置される２つのピストンは、ダブル・ピストンを形成するために互いに堅固に連結され、このタイプの２つのピストン対は、ハウジング中心において交差配置されている。各々の場合、１つの作業室は、各々の場合において、互いに対向するピストン対の２つのピストン端面の間に形成され、その結果、公知の振動ピストン式機械は、２つの作業室を有している。ハウジング中心に対して対角線上に配置される２つの作業室のサイズは、ピストンの往復振動運動と同じ方向で増減する。
【０００４】
この公知の振動ピストン式機械のピストンは、２つの作業室の容積が最小であるＴＤＣ（上死点）においては、回転軸に垂直に位置決めされるように、ハウジング内に配置される。この位置においては、回転軸を中心にしたピストン回転中にピストンに作用する遠心力は最大である。この結果として、高い回転速度では、遠心力は、互いに離れてピストンの運動に作用することから、互いに離れたピストンの膨張または振動は、遠心力に対向して行われなければならない。この振動ピストン式機械においては、作業室は、常に、回転軸の外側にかつ垂直に位置する。
【０００５】
公知の振動ピストン式機械のピストンは、実質的に球のくさび形の一画であり、これに対応して、作業室の形状も同様である。
【特許文献１】国際公開第０３／０６７０３３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
公知の振動ピストン式機械は、非常に良好な作動特性を有するが、本発明は、上述した公知の振動ピストン式機械の概念と異なる振動ピストン式機械の新しい概念を提供することをめざすものである。
したがって、本発明は、冒頭で言及したタイプの振動ピストン式機械のこのような新しい概念を具体化するという目的に基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、ピストンは回転軸が作業室を通って延びるように配置されるということによって、冒頭で言及した振動ピストン式機械に基づいて達成される。
公知の振動ピストン式機械と比較した、本発明による振動ピストン式機械の新しい概念は、結果的に、少なくとも２つのピストンは、少なくとも１つの作業室が、回転軸に垂直ではなく、回転軸上または回転軸周りに位置するように配置されるということにある。回転軸周りに回転するとき、作業室を区画する２つのピストンに作用する遠心力は、回転軸からのピストンの距離が短いために小さく、さらに、２つのピストンが振動して互いに離れる方向に作用する、すなわち、遠心力が膨張という作業行程を助長する。ピストンが回転軸周りに回転するときに回転軸に垂直に発生する遠心力は、それゆえに、少なくとも１つの作業室の膨張を助長する。
【０００８】
１つの好適な構成においては、第１と少なくとも第２のピストンの第１および第２の端面は、円形の設計であるべきであるという規定がある。
この構成においては、第１および少なくとも第２のピストンは、少なくとも端面に隣接する領域においては、円筒形であり、したがって、この領域においては、線形往復ピストン式機関の従来のピストンと酷似している。これから生じる１つの利点は、ピストン・リングが、対応する曲率で妥当である場合、２つのピストンの封止材として使用することができ、その点において、往復ピストン式機関におけるシーリングの諸問題を解決する際に長年の経験を利用することが可能であるということである。この構成においては、第１および少なくとも第２のピストンの２つの端面が連結する作業室は、振動軸周りに湾曲した円筒形または環状（トロイダル形状）断面の外形形状を有する。
【０００９】
しかしながら、第１および少なくとも第２のピストンの端面の円形構成の代案として、異なる形状、例えば、特に、ハウジングの内部が球対称形である場合には、少なくとも１つの作業室の大型化をもたらす楕円形状を選択することが可能である。
さらに好適な構成においては、第１および少なくとも第２のピストンは、本質的に弧状設計である。
【００１０】
第１および少なくとも第２のピストンの弧状構成は、端面に隣接する領域に限定することができる。すなわち、以下でさらに詳細に説明するように、端面から離れたピストンの外側は、ピストンの回転運動から振動運動を導出するためにピストンを制御する機能的要素として使用することができ、かつ、この目的のために、異なる方法で構成してもよいことが理解されるであろう。
【００１１】
さらに好適な構成においては、第１のピストンおよび／または少なくとも第２のピストンは、第１および少なくとも第２のピストンの振動運動を発生させるために、第１のピストンおよび／または少なくとも第２のピストンが回転するときに、これに対応して設計された制御カムに沿って案内された少なくとも１つの遊動部材を有し、制御カムは、回転軸から少なくともほぼ最大距離のところでハウジング上に配置されている。
【００１２】
公知の振動ピストン式機械には、ピストン振動運動の制御に類似する制御機構があるが、その場合、制御カムは、ハウジングの端部側の周辺部において、回転軸からの距離が短くなっている。制御カムと回転軸との間の距離が長くなっていることの利点は、回転軸周りに回転運動から少なくとも２つのピストンの振動運動を導出するために、てこ比が改善されている点にある。
【００１３】
この状況においては、少なくとも１つの遊動部材が、第１のピストンおよび／または少なくとも第２のピストンの、ハウジングに対向する外側上のボールソケット内に回転可能に取り付けられるボールである場合、および、制御カムが、ハウジング内で、ピッチ円形状の断面を有する、前記ボールが部分的に係合する溝として実施される場合も好適である。
【００１４】
ボールを少なくとも１つの遊動部材として使用するこのタイプの制御機構は、ボールがあらゆる方向に回転することができるので、特に摩擦がほとんどなく制御カムに従動することができるように、ボールは、少なくとも１つのピストンのボールソケット内で、かつ、ハウジング内の溝内でも自由に回転することができることから、制御機構内の摩擦が最適に低減されるという利点を有する。
【００１５】
ボールソケットは、ボールを係留するか、または、油潤滑によって供される潤滑膜による粘着力によってボールソケット内にボールを保持することができるように設計してもよい。
第１および少なくとも第２のピストンの両方が、ハウジング内の同じ溝状の制御カム内で互いに距離を隔てて遊動するボール形状で遊動部材を有することが好ましい。
【００１６】
ボール形状での少なくとも１つの遊動部材の構成に対する代案として、遊動部材は、遊動面がローラーの周方向に対して横方向に円形状に構成されるローラーであってもよく、ローラーは、端部側で第１のまたは第２のピストンに結合されるシャフト上に取り付けられる。制御カムは、やはり、ここでは、ローラーが部分的に係合する、ハウジング内のピッチ円状の横断面を有する溝として実施されることが好ましい。
【００１７】
ピストンに対するローラーのシャフト結合を有するローラーまたはガイド・ローラーとしての少なくとも１つの遊動部材を構成する利点によって、分配すべき全ての方向に自由に回転することができる上述したボールに関して必要なピストンに対するボールの油による粘着が省略できる。それにもかかわらず、ピストン案内面の幅全体が使用される。シャフト上での少なくとも１つのローラーの取り付けは、精密針状ころ軸受によって行われることが好ましく、ローラーは、特に、着脱可能にピストンに結合されることが好ましい。
【００１８】
さらに好適な構成においては、第１および少なくとも第２のピストンは、上記回転軸周りに回転可能であるように、回転軸に対して同心円状でハウジング内に配置されたピストン・ケージ内に摺動可能に取り付けられ、ピストン・ケージは、回転軸周りの回転運動に対して、回転可能に固定して第１および少なくとも第２のピストンと結合されている。
したがって、ピストン・ケージと第１および少なくとも第２のピストンは、振動ピストン式機械の「内部機械」または「内部モータ」を形成する。ピストン・ケージ内での２つのピストンの摺動する取り付けは、振動軸回りの２つのピストンの振動移動性に用いられ、一方、回転軸周りの回転運動に関して、回転可能に固定してピストン・ケージに結合されているために、ピストンは、回転軸周りにピストン・ケージと共に回転する。ピストン・ケージは、ここで、有利なことに、駆動または出力部材として使用することができる。
【００１９】
したがって、ピストン・ケージは、回転軸に平行に延びる少なくとも１つの駆動軸および／または出力軸に結合されることが好ましい。
これは、少なくとも１つの駆動軸および／または出力軸が回転軸に対して同心円状に配置され、かつ、回転可能に固定してピストン・ケージに結合されるように実施できることが好ましい。
【００２０】
この構成は、回転軸と駆動軸および／または出力軸との間にずれがないことから、振動ピストン式機械を全体的にコンパクトな設計にすることができるという利点を有する。さらに、ピストン・ケージの回転運動を駆動軸および／もしくは出力軸に伝達する、またはその逆の伝達機構が不要である。
しかしながら、あるいは、これに対して、少なくとも１つの駆動軸および／または出力軸が回転軸から横方向距離を隔てて配置され、かつ、少なくとも１つの伝達機構配置、例えば、クラウン歯車配置またはベルト駆動配置によってピストン・ケージに結合されている場合も好適である。
【００２１】
この方策の利点は、少なくとも１つの駆動軸および／または出力軸が、言うまでもなく、回転軸上にある少なくとも１つの作業室から横方向のずれを伴って配置されているということである。これによって、振動ピストン式機械が内燃機関として使用される場合に、少なくとも１つの作業室に設置されるスパーク・プラグまたはグロー・プラグが、駆動軸および／または出力軸と衝突することを避けられる。上述した方策については、実際には、特定の状況では、スパーク・プラグまたはグロー・プラグが、ピストン・ケージと付随の駆動軸および／もしくは出力軸の回転運動から切り離されるか、または、プラグ自体が、上記軸と共に回転するようにされることが必要であるが、これには、摺動接触を用いてプラグで形成される電気的接触が必要である。
【００２２】
上述した方策に関しては、さらに、燃料注入ノズルと、適切であれば、入口および出口結合部片も、ハウジングの端部側に同様に配置してもよい。この状況においては、組み合わせスパーク・プラグ／注入ノズル配置を行うことが可能である。
さらに好適な構成においては、ピストン・ケージは、回転軸に対してほぼ垂直に、第１および少なくとも第２のピストンが部分的に保持され、かつ、その中で摺動するように、かつ、円周方向で作業室を連結するボアを有する。
【００２３】
したがって、ボアは、第１および少なくとも第２のピストンの互いに対向する２つの端面と共に、振動ピストン式機械の少なくとも１つの作業室を画定する。また、ピストン・ケージ内のボアの形状は、２つのピストンの端面の外形形状にしたがって、すなわち、例えば、円形、または、既に先述したように、楕円、または、ピストンの端面の形状に対応する他の形状になるように選択される。２つのピストンの端面が円形状である場合、その結果として、ピストン・ケージ内の円形ボアとの組み合わせで、湾曲シリンダまたは環状断面に対応する作業室となる。その後、ピストンは、封止材によってピストン・ケージのボア壁部に対して封止されることが好ましく、後者は、円形ボアおよび円形端面の場合、作業室の形状に適合したピストン・リングとして設計されると有利である。
【００２４】
さらに好適な構成においては、ダクトは、ピストン・ケージを通り、このダクトは、回転位置によってハウジング内の入口開口部または出口開口部と連通するために、一端にてボア内に開口し、他端にてハウジングの方向に開口している。
この方策の利点は、ピストン・ケージは、上述したダクトまたは開口部によって、ハウジング内の入口開口部および出口開口部の一種の弁として作用するということである。したがって、ハウジング内の入口開口部および出口開口部に別途の弁を設置したり、または、従来の線形往復ピストン式機関におけるような、開口時または閉口時用弁の複雑な制御を行ったりすることは、不要である。燃焼空気および／または燃料を入れ、かつ、燃焼済み燃焼混合気を排出するための入口開口部および出口開口部の開閉は、回転軸周りのピストン・ケージの回転運動の結果として正しい行程（ストローク）において自動的に行われる。
【００２５】
さらに好適な構成においては、ピストン・ケージは、少なくとも部分的にピストン・ケージの円周部を覆うように、かつ、内部を通るように延びる媒体、特に、冷却媒体／潤滑媒体用の少なくとも１つのダクトを有する。
この配置の１つの利点は、ピストン・ケージが、さらなる機能、すなわち、ハウジング内の全ての稼動部品に冷却媒体および／または潤滑媒体を供給する機能を行うということである。冷却／潤滑媒体は、ハウジングに配置された結合部を介して供給することができ、この場合、少なくとも１つのダクトが、常に供給結合部と連通しているように、ピストン・ケージの外側の環状ダクトとして延びていることが好ましい。
【００２６】
さらに好適な構成においては、好ましくは端部の方向に拡幅されるボアは、振動軸の高さで、この振動軸の方向でピストン・ケージを通っている。
このボアは、有利なことに、さらなる冷却剤／潤滑剤ダクトの役目をし、これは、このボアが、回転軸に垂直に延び、したがって、ボア内にその後に設置される冷却／潤滑媒体は、ピストン・ケージが回転軸を中心に回転するときに遠心力を受けて、冷却／潤滑媒体がボアの拡幅端部の方に移動することから、このタイプの冷却／潤滑媒体の、特に集中的循環に寄与する。その結果、冷却／潤滑媒体循環中に通気効果が有利に発生する。
【００２７】
さらに好適な構成においては、第３および第４のピストンが、ハウジング内に配置され、これらのピストンは、同じ振動軸、または、それとは異なる振動軸周りに振動することができ、かつ、回転軸周りに第１および第２のピストンと共に回転して第２の作業室を画定することができる。
この構成においては、また、有利なことに対称形であり、したがって、回転軸に対して質量に関して安定したシステムが、本発明による振動ピストン式機械において得られる。
【００２８】
この状況においては、合計４つのピストンが、回転軸周りに回転するときに、第１および第２の作業室が同じようにサイズが増減するように配置される場合は好適である。
この構成が、全ての回転および振動位置において、４つのピストンに質量的に安定したシステムを構成させることに寄与している。
合計４つのピストンを有する振動ピストン式機械の１つの構成において、第１の構成では、第１および第２のピストンならびに第３および第４のピストンが、全てのピストンの振動運動が同じ平面内で発生するように、回転軸に対して配置されるべきであるという規定事項があることが好ましい。
【００２９】
この構成においては、２つの作業室は、常に、回転軸に沿って、かつ振動軸に垂直な断面にある同じ平面にある。
第１および第２のピストンならびに第３および第４のピストンが、第１および第２のピストンの振動運動が第１の平面内で発生し、第３および第４のピストンの振動運動が第２の平面内で発生するように、回転軸に対して配置され、第１および第２の平面が、回転軸に対して０°に等しくない角度で互いに対して回転されている場合はさらに一層好適である。
【００３０】
この構成においては、４つのピストンによって形成される２つの作業室は、先述した構成と異なり、対応して共通の平面にあるのではなく、０°に等しくない角度で、回転軸に対して互いに対してずれている。このとき、これは、上述した制御カム、または、４つのピストンの場合には２つの制御カムと、その中で案内され、かつ、好ましくはボールとして実施される遊動部材は、回転軸内にまたは回転軸との直交軸の前に終点を有する必要はなく、直交せずに延びることができるという、先述した構成を凌ぐ利点を有する。その理由は、互いに対する２つのピストン対のずれのために、ＢＤＣ（下死点）で、すなわち、ピストン対が０°に等しくない角度で互いに対して回転する状態で配置されることから、作業室が最大限開口されたときには、遊動部材は、互いに衝突したりしないからである。このように、先述した構成と比較すると、２つのピストン対の相対的に大きな開口角度のために、２つの作業室の最大容積（ピストンのＢＤＣ位置）を大きくすることが可能である。上述した構成の１つのように、制御カムの対応する形によって達成されるこの変形において、同じ意味で２つの作業室もサイズが増減する場合は好適である。
【００３１】
角度が、先述した構成の範囲内で少なくともほぼ９０°である場合には特に好適である。
この構成に関しては、やはり、ハウジング内のピストンの、質量配分の可能な限り大きな度合いの対称が達成される。
さらに好適な構成においては、ピストン・ケージは、振動軸のどちらかの側で延び、第３および第４のピストンを収容する。
【００３２】
したがって、全体的には、これによって、特に単純な構造体が形成され、必要なのは、ピストン・ケージが４つのピストンの全てを収容する少数の部品だけである。第３および第４のピストンについては、ピストン・ケージは、これが上述したように第１および第２のピストンに対して設置された場合には、同様に、第３および第４のピストンが摺動可能に取り付けられ、かつ、回転可能に固定して回転軸に対してピストン・ケージに結合されるボアを有し、そこで、このボアは、第３および第４のピストンの端面と共に、第２の作業室を連結する。
【００３３】
さらに好適な構成においては、ハウジングのハウジング内壁は、本質的に球形である。
この構成によって、有利なことに、公知の振動ピストン式機械において既にその価値が証明されている球対称振動ピストン式機械が形成される。
しかしながら、代案として、ハウジングのハウジング内壁は、回転軸を含む平面に沿って回転軸の方向に断面が長楕円形であると規定することもできる。
【００３４】
この状況においては、「長楕円形」という用語は、振動ピストン式機械のハウジングが、球の２つの半割部を含み、その２つの半割部の間に回転軸の方向に長形である部分が挿入されることを意味すると理解されたい。ハウジングのハウジング内壁の長楕円形状によって、有利なことに、以下の好適な構成を実現する可能性が開かれる。
例えば、振動軸周りに振動することができ、かつ、第１の作業室と、または、適切であれば、中空ピンの回転位置の機能としての第２の作業室と連通する開口部をその壁部内に有する中空ピンが、ハウジング内に配置される場合には好ましい。
【００３５】
中空ピンは、有利なことに、新鮮な空気、特に、加圧された新鮮な空気を作業室内に、２つの作業室が設置される場合には２つの作業室内に交互に、または、中空ピン内に設置された周辺部に境界を有する開口部を介して供給するのに使用することができる。その結果、燃焼空気を進入圧力にて作業室に通すことができて、作業室内で燃料空気混合気のより大きな圧縮を達成することが可能となる。このように、振動ピストン式機械は、特に、ディーゼル機関として適切である。
【００３６】
この状況においては、中空ピンは、ピストンが回転軸周りに回転するときに、中空ピンを振動軸周りに回転させる伝達機構に結合されていることが好ましい。
このように、開口部が一方の作業室または他方の作業室と連通することを可能にする中空ピンの回転運動は、外部の制御機構の必要がなく、回転軸周りのピストンの回転運動から直接に、有利なことに単純な方法で導出される。伝達機構の漸増比が適切に選択された場合、中空ピンの回転速度は、単純な方法で振動ピストン式機械の回転速度と同期する。
【００３７】
この状況においては、伝達機構が、中空ピンと結合されたウォーム歯であって、ハウジング上に配置されて回転軸周りに延びる少なくとも１つの歯と噛み合うウォーム歯を有する場合も好ましい。
このタイプの伝達機構は、特に単純な設計であり、空間の必要性が増すことなく、ハウジング内に収容することができ、ウォーム歯の適切な構成があれば、中空ピンの回転速度は、回転軸周りのピストンの回転運動の回転速度の関数として適合させることができる。
【００３８】
さらなる利点および特長は、以下の説明および添付図面に表す。
以上、上記およびまだ以下で説明する特長は、本発明の範囲から逸脱することなく、各例で示す組み合わせだけでなく、他の組み合わせにおいても、または、単独の方策として使用することができることが理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の例示的な実施形態を図面において例示すると共に、図面を参照しながら以下でより詳細に説明する。
図１〜図１０ならびに図１１および図１２は、全体を参照符号１０が付された振動ピストン式機械の様々な図を示している。振動ピストン式機械１０のさらなる詳細を図１３〜図１５に示している。
【００４０】
本発明の例示的な実施形態においては、振動ピストン式機械１０は、内燃機関として設計されている。
振動ピストン式機械１０は、２つのハウジング半割部１４および１６から組み立てられているハウジング１２を有する。ハウジング半割部１４および１６は、各々、フランジ１８ａおよび１８ｂを有し、これらによって、ハウジング半割部１４および１６が解放可能に互いに結合されている。
【００４１】
新鮮な空気／燃料用入口結合部片２０および２４は、ハウジング中心とハウジング（図９参照）を通るその開口部とに対して対角線上に配置され、ハウジング１２において配置されている。出口結合部片２２および２６は、同様に設置されている。入口結合部片２０および２４は、新鮮な空気または燃焼空気の供給に使用され、一方、出口結合部片２２および２６は、燃焼済み燃料空気混合気の排出に使用される。入口結合部片２０および２４は、各々、入口結合部片２４（同様に、図９参照）用結合部２５によって示すように、燃料注入ノズル用の結合部が割当てられている。図２は、対応する入口結合部片２０用結合部２１を示している。
【００４２】
さらに、冷却／潤滑媒体を供給ならびに排出および／または循環させて振動ピストン式機械１０の内部に通る複数の結合部２８〜３８が、ハウジングに配置されている。
振動ピストン式機械１０の例示的な実施形態においては、ハウジング内壁３９の形態は、実質的に球形であるか、または、例えば、図３からわかるように、球対称形である。
ハウジング１２内では矢印４９（図３）によって示す回転軸４８周りに一緒に回転することができる４つのピストン４０〜４６は、ハウジング１２内部に配置されている。この回転運動中、ピストン４０〜４６は、２つの限界位置の間で、４つのピストン４０〜４６に共通する振動軸５０周りに、回転運動上に重畳される振動運動を行い、一方の限界位置は、図３に示されており（ＢＤＣ位置という）、他方の限界位置は、図６に示されている（ＴＤＣ位置という）。
【００４３】
幾何学的軸として理解される回転軸４８および振動軸５０の両方とも、球形ハウジング１２の中心を通る。さらに、振動軸５０は、常に、回転軸４８に対して垂直であるが、同様に、ピストン４０〜４６の回転軸４８周りの回転運動に従って回転軸４８周りに回転する。
ピストン４０〜４６のうち、各々の場合、具体的にはピストン４０〜４６の全ての振動位置において、２つのピストンは、振動軸５０に対して対角線上に位置決めされ、具体的には、一方ではピストン４０および４４、他方ではピストン４２および４６は、互いに対角線上に配置されている。しかしながら、ピストン４０〜４６は、ハウジング１２内に個別に配置され、２つ一組に、互いに剛体的に結合されたりはしていない。
【００４４】
ピストン４０〜４６の各々は、端面を有し、すなわち、ピストン４０は、端面５２を有し、ピストン４２は、端面５４を有し、ピストン４４は、端面５６を有し、ピストン４６は、端面５８を有する。
それぞれ互いに対向する端面、すなわち、本発明の場合には、ピストン４２および４４の端面５４および５６、ならびにピストン４０および４６の端面５２および５８は、各々の場合、燃焼室の役目をする作業室６０および６２を区画している。回転軸４８は、好ましくはピストンの各々の位置において、中心部にて作業室６０、６２の両方を通っている。
【００４５】
それぞれ、ピストン４０〜４６のうち、隣接するピストン同士は、回転軸４８周りに回転するときには互いに反対方向に振動運動を行うことから、作業室６０と作業室６２とは、常に互いに同じ方向にサイズが増減する。
一例として、図３に示すように、作業室６０および６２が最大容積を有する状態から、ピストン４０とピストン４６とは、ピストン４２とピストン４４と同様に、互いに向って振動する（図５）。このプロセスにおいては、作業室６０および６２の容積は、図６に示す限界位置になるまで小さくなり、そこで、作業室６０および６２は、最小容積を有する。
【００４６】
ピストン４０および４６が、振動軸５０周りに振動するとき、常に、図３の線VIII−VIIIの左側寄りのままであり、ピストン４２および４４は、常に、上記の線の右側寄りのままであることが理解されるであろう。
回転軸４８周りのピストン４０〜４６の回転運動から振動軸５０周りのピストン４０〜４６の振動運動を得るために、各ピストン４０〜４６は、遊動部材６４（ピストン４０）、６６（ピストン４２）、６８（ピストン４４）、および７０（ピストン４６）を有する。遊動部材６４〜７０は、図１５でピストン４０について示すように、各々の場合、ボールソケット７２内に取り付けられたボールであり、ボールソケットは、ハウジング内壁３９に対向するそれぞれのピストン４０〜４６の外側に配置されている。
【００４７】
図３に示すように、ボール６４〜７０は、ボールソケット７２内に緩く配置して、潤滑膜によって生成される粘着力によってそこに保持することができ、その場合、ボールソケット７２は、ボール６４〜７０の直径から突出したりしないか、または、ボールソケットが、図１５ａ）および図１５ｂ）に示すように、ボールの直径から突出する延長部７４によって確実に係止するように、したがって、ボール６４〜７０を係留する。
【００４８】
全ての場合、ボール６４〜７０は、ボールソケット７２内でそれぞれの中心部周りにおいてあらゆる方向に自由に回転することができる。
遊動部材、つまりボール６４〜７０には、ボール６４〜７０が遊動する２つの制御カムが割り当てられている。より正確にいうと、ピストン４０および４６のボール６４および７０には、ハウジング内壁３９内にピッチ円状の横断面を有する溝として設計される第１の制御カム７６が割り当てられる。対応する制御カム７８は、ピストン４２および４４の遊動部材、つまりボール６６および６８に割り当てられる。
【００４９】
したがって、ボール６４および７０は、同じ制御カム７６内で遊動し、ボール６６および６８は、同じ制御カム７８内で遊動する。一方では、ボール６４および７０、ならびに他方では、ボール６６および６８が、各々の場合、回転軸４８に対して互いに１８０°ずれている。
制御カム７６および７８は、図３からわかるように、回転軸４８から少なくともほぼ最大距離を隔てて配置される、すなわち、ほぼ、振動軸５０の高さに位置している。全体的に、制御カム７６および７８は、回転軸４８に対して略直交して遊動する。
【００５０】
図１４は、ハウジング半割部１４のみを示し、制御カム７６および７８の斜視図を詳細に示すものである。
ピストン４０〜４６は、ピストン４０および４６共に回転軸４８周りに回転するピストン・ケージ８０内のハウジング内に取り付けられ、ピストン４０〜４６のさらなる詳細と共に以下でより詳細に説明する。図１１〜図１３は、断面になっていない図の形でピストン・ケージ８０を示している。
【００５１】
図示する例示的な実施形態においては、かつ、好ましくは、ピストン・ケージ８０は、単品構成品であるが、単品設計ではなく、多品設計も考えられる。
ピストン・ケージ８０は、ハウジング１２の全長にわたって回転軸４８に沿って延びており、ピストン・ケージ８０の軸延長部８６および８８は、ハウジングから突出している。
【００５２】
ピストン・ケージ８０は、各々の場合、軸延長部８６および８８に隣接し、かつ、回転軸４８周りに回転することができるように、ピストン・ケージ８０がハウジング１２内に取り付けられる主支持部８２および８４を有する。主支持部８２および８４は、中心部９０によってハウジングの中心部内に結合され、中心部９０は、振動軸５０に沿って延びており、かつ、ハウジングの中心部、または振動軸５０に対してピストン４０〜４６が取り付けられるピン状の部を有する。
【００５３】
図１０によれば、ピストン・ケージ８０は、ピストン４０〜４６が摺動可能に取り付けられる２つのボア９４および９６を有する。さらに正確にいうと、ピストン４０および４６は、ボア９４内に摺動可能に取り付けられ、ピストン４２および４４は、ボア９６内に摺動可能に取り付けられている。ボア９４および９６は、形状が円形であり、したがって、ピストン４０〜４６の端面５２〜５８も、同様に円形の設計である。ピストン４０および４６は、図３においてピストン４０用封止材９８（外側）および１００（内側）によって示すように、作業室６０および６２を封止するピストン・リングによって、ボア９４および９６内に取り付けられる。図３によれば、ピストン４２〜４６は、対応する封止材を半径方向に外側と半径方向に内側とに有する。
【００５４】
ボア９４および９６は、端面５２〜５８と共に、作業室６０および６２を区画する。
ピストン・ケージ８０内のボア９４および９６においては、ピストン４０〜４６は、吸気、圧縮、膨張、および排気の個々の作業行程を実行するために、振動軸５０周りの振動運動に従って、ピストン４０および４６が、ピストン・ケージ８０と共に、回転軸４８周りに回転し、一方、ピストン４０〜４６は、ボア９４および９６内で摺動可能に移動することができるように、ピストン・ケージ８０に回転固定式に結合される。
【００５５】
ピストン４０〜４６は、図１５に示すように、実質的に弧状に設計され、また、作業室６０および６２は、ほぼ湾曲または弧状シリンダの形状であり、曲率は、振動軸５０に対して同心円状にある。
ピストン・ケージ８０と、ピストン４０〜４６と、遊動部材６４〜７０とで構成された配置は、振動ピストン式機械１０の「内部モータ」を形成する、すなわち、この構成は、振動ピストン式機械の全ての移動部品を構成している。
【００５６】
図４および図９に一例として示すように、ピストン・ケージ８０の、それぞれ、支持部８２および８４内には、複数のダクト１０２および１０４があり、これらのダクトは、外周方向に延びピストン・ケージ８０の支持部８２および８４の内部を通り、かつ、ピストン・ケージ８０を冷却および潤滑する冷却／潤滑媒体をダクト１０２、１０４に通すことができるように、既に上述した結合部２８、３０と結合部３６、３８とに連通している。ダクト１０２および１０４は、主として、作業室６０および６２の周辺部にある内部モータを冷却する役目をする。
【００５７】
図４によれば、冷却／潤滑媒体ダクト１０６および１０８は、同様に、ハウジング１２内に形成され、同様に冷却／潤滑媒体ダクトの役目をするボア１１０は、振動軸５０の方向にピストン・ケージ８０の中心部９０を通っている。ピストン・ケージ８０が回転軸４８周りに回転すると、ボア１１０内にある冷却／潤滑媒体は、遠心力を受けてハウジング内壁３９の方に送られる。このようにして、内部モータ中心部内にあるピストン４０〜４６と遊動部材６４〜７０とは、冷却および／または潤滑される。遊動部材６４〜７０では、形成する潤滑膜は、図１５に示すように、確実に係止する作用によって達成されない限り、遊動部材６４〜７０を粘着力によってピストン４０〜４６のボールソケット７２内に保持する役目もしている。
【００５８】
ボア１１０は、さらに、ハウジング１２中心部における冷却／潤滑媒体の分布を向上させるために、両端部にてトランペット形状で広がっている。
図９および図１０によれば、また、２つのさらなるボア、つまりダクト１１４および１１６が、ピストン・ケージ８０内に設置され、片側のこれらのボアまたはダクトは、具体的には、それぞれ、入口接合部片２０および２２または出口接合部２４および２６の高さで、それぞれ、ボア９４および９６内で広がり、反対側では、ハウジング内壁３９の方に広がっている。ダクト１１４および１１６は、それぞれ、入口結合部片２０および２４を介して、回転軸４８周りのピストン・ケージ８０の１つの回転位置において燃料空気混合気を作業室６０および６２に導入するために、かつ、異なる回転位置において出口結合部片２２および２６を介して燃焼済み燃料空気混合気を排出するために使用される。他の回転位置においては、ピストン・ケージ８０は、これらの結合部片を閉じる。したがって、ピストン・ケージ８０は、入口結合部片２０〜２６を開閉する弁の機能を同時に行なう。
【００５９】
図１０からわかるように、ピストン・ケージ８０内に各作業室６０および６２用スパーク・プラグ１１８および１２０が設置されており、これらのスパーク・プラグは、回転軸４８上に配置されて、ピストン・ケージ８０と共に回転軸４８周りに回転する。給電導体（図示せず）は、これに対応して、例えば、スリップ・リングを介してスパーク・プラグ１１８および１２０に結合されている。振動ピストン式機械１０がディーゼル機関として使用される場合、スパーク・プラグ１１８および１２０は、これに対応して、グロー・プラグである。
【００６０】
結合部片２０および２２が結合部片２４および２６に対して回転軸４８周りに１８０°ずれているという配置は、ピストン４０〜４６が回転軸４８周りに３６０°回転すると、確実に作業室６０および６２の少なくとも一方において膨張動作が常に行われるようにする役目をする。したがって、正確にいうと、膨張行程が作業室６０内で起こりつつあるときに、燃焼済み燃料空気混合気を排出する排気行程が作業室６２内で起こりつつあり、逆の場合も同様である。
【００６１】
振動ピストン式機械１０の機能の仕方を以下で説明する。
図３および図４に示すピストン４０〜４６の動作位置から、その位置におけるピストン４０〜４６は、ＢＤＣ（下死点）位置と知られる状態にある。回転軸４８周りに４５°回転した後、ピストン４０および４６または４２および４４は、図５に示すように、互いに向って途中まで移動済みである。作業室６０および６２の容積は、そこでは、ほぼ半減されている。ピストン４０〜４６の振動運動は、この場合、制御カム７６および７８内で案内されている遊動部材６４〜７０によって付与されたものである。
【００６２】
回転軸４８周りにさらに４５°回転した後、ピストン４０〜４６は、図６および図７に示すＴＤＣ（上死点）位置にあり、そこでは、作業室６０および６２の容積は、最小となっている。回転軸４８周りにさらに４５°回転した後、同じ方向に進んで、ピストン４０および４６は、図５に示す位置に戻り、さらに４５°回転した後、もう一度、図３に示す位置になる。作業室６０および６２は、回転軸４８周りに１８０°回転した後、もう一度、最大の状態となっている。
【００６３】
したがって、３６０°完全に回転した後、作業室６０および６２の各々で吸気、圧縮、膨張、および排気の４行程が、既に１回行われている。
図１０Ａは、ピストン・ケージ８０’内のボア９４’ および９６’と、したがって、端面５２’ および５４’（同じことが、端面５６’ および５８’にも当てはまるので、図示していない）は、円形ではなく、図１０Ａに一例として示すように、形状が卵形または楕円であるということによってのみ、振動ピストン式機械１０と異なる振動ピストン式機械１０’の若干改変した構成を示している。これによって、円形の構成と比較して、作業室６０’ および６２’のサイズを増減することができる。
【００６４】
図１６および図１７は、以下のように振動ピストン式機械１０または振動ピストン式機械１０’と異なる振動ピストン式機械１０’’のさらに別の例示的な実施形態を示している。
振動ピストン式機械１０および振動ピストン式機械１０’のハウジング１２は、球対称形であるが、振動ピストン式機械１０’’のハウジング１２’’は、長円形の設計である。さらに詳しくは、ハウジング１２’’は、回転軸４８’’の方向に延びる長形部１７’’が間に挿入された２つの半球体１３’’ および１５’’を含む。以下の方法を可能にするハウジング１２の設計と比較すると、これによって、ハウジング１２’’が回転軸４８’’の方向に長くなっている。
【００６５】
壁部に開口部１２４を有する中空ピン１２２は、ピストン・ケージ８０’’の中心部９０’’の内側に配置され、ピストン・ケージ８０は、図１７によれば、同様に、横断面が長円形であるように設計されている。中心部９０’’は、回転軸４８’’上に２つの開口部１２６および１２８を有し、開口部１２６および１２８には、中空ピン１２２の開口部１２４が回転位置によって連通しているが、開口部１２４は、各々の場合、一度に開口部１２６および１２８の一方としか連通することはできない。中空ピン１２２は、振動軸５０’’周りに回転することができるように、中心部９０’’内に取り付けられている。振動軸５０’’周りの中空ピン１２２の回転運動は、回転軸４８’’周りのピストン・ケージ８０’’の回転運動から導出される。この目的のために、一端では、中心部９０’’は、中空ピン１２２に固定して結合されたウォーム歯１３２を含む伝達機構１３０を有する。ウォーム歯、つまりウォーム歯車１３２は、回転軸４８の周りに同心円状に配置されたウォーム歯１３２と噛み合い、したがって、中空ピン１２２を含む中心部９０’’がウォーム歯１３２の回転軸４８周りに回転したとき、中空ピン１２２が振動軸５０’’周りに回転させられる。
【００６６】
さらに、例えば、標準的な弁装置１３８によって開閉することができる新鮮な空気用入口１３６が、ハウジング内に設置されている。新鮮な空気、特に、予圧縮された新鮮な空気を入口１３６を通り中空ピン１２２の内部に導入することができ、その後、開口部１２６、１２８に対する中空ピン１２２の回転位置によって、新鮮な空気は、具体的には、結合部片２０’’および２４’’を通る燃料空気混合気の供給量に加えて、作業室６０’’ および６２’’に導入される。これによって、振動ピストン式機械１０’’は、過給機関として公知なものとなる。
【００６７】
したがって、ウォーム歯１３２と歯１３４とは、中空ピン１２２による振動軸５０’’周りの回転運動がピストン４０’’〜４６’’のピストン位置と適正に同期するように設計されるべきである。これは、中空ピン１２２から作業室６０’’または作業室６２’’内への新鮮な空気の供給は、開口部１２４がそれぞれの開口部１２６および１２８に連通しているとき、または、入口結合部片２０’’ および２４’’を介し、吸入された燃料空気混合気の点火がまさに点火しようとするときに行われることが好ましいことを意味する。回転軸４８’’の周りを中空ピンが３６０°回転することによって、中空ピンが振動軸５０の周りを３６０°回転する。
【００６８】
そうでない場合には、振動ピストン式機械１０’’は、振動ピストン式機械１０または１０’の構成に対応し、その結果、この点においては、上記振動ピストン式機械の説明を参照することができる。
図１８〜図２１は、振動ピストン式機械２１０のさらなる例示的な実施形態とその詳細を示している。図１８〜図２１においては、振動ピストン式機械１０、１０’、および／もしくは１０’’の各部と同じか、または各部に類似の各部には、同じ参照符号を使用しているが、２００増加した参照符号を使用している。例えば、振動ピストン式機械２１０は、それゆえ、ハウジング２１２を有する。以下の文章では、先に説明した例示的な実施形態と異なる振動ピストン式機械２１０の態様のみを説明する。
【００６９】
振動ピストン式機械２１０は、ハウジング２１２内では、４つのピストン２４０〜２４６を有し、ピストン２４０および２４６は、第１のピストン対として配置され、ピストン２４２および２４４は、ピストン２４０および２４６の振動運動が第１の平面に発生し、ピストン２４２および２４４の振動運動が第２の平面に発生するように、回転軸２４８に対して第２のピストン対として配置され、第１および第２の平面は、本発明の例示的な実施形態において０°に等しくない角度で、および互いに対して９０°で、回転軸２４８に対して互いに対して回転する。
【００７０】
これは、ピストン２４０および２４６の振動軸が、ピストン２４２および２４４の振動軸に垂直に走ることを意味する。図１９においては、図１９の図の平面に垂直に走るピストン２４２および２４４の振動軸２５０が示されており、一方、ピストン２４０および２４６の振動軸２５１は、振動軸２５０に垂直に走っており、かつ、したがって、図１９の図の平面内に走っている。
【００７１】
回転軸２４８に対して９０°ずれているピストン対２４０、２４６およびピストン対２４２、２４４の配置も、図２１から明確になり、図２１では、振動ピストン式機械２１０のピストン・ケージ２８０は、ピストン２４０〜２４６とともに、独立した形態でボール形状で遊動部材２６４、２６６、２６８、２７０が割り当てられた状態で示されている。図２１に示す振動ピストン式機械２１０の各部は、この場合も、一緒に振動ピストン式機械２１０の内部モータを形成する。
【００７２】
ピストン・ケージ２８０は、同様に、作業室２６０および２６２を画定するボア２９４および２９６が、互いに対して直交して遊動するということによって、振動ピストン式機械１０のピストン・ケージ８０と異なっている。
それぞれのピストン対２４０、２４６およびピストン対２４２、２４４の最大開口角度と、作業室２６０および２６２の最大容積とは、図１の振動ピストン式機械１０と比較すると増大しており、このことは、作業室２６０および２６２が、互いに対してピストン対２４０、２４６およびピストン対２４２、２４４に対応して直交する配置によって、互いに対して直交して配置されていることによる。
【００７３】
これは、例えば、図１９と図３との比較から明らかとなる。図３は、既に先述したように、作業室６０および６２が最大容積を有するとする最大開口角度、つまりＢＤＣ位置内のピストン４０〜４６を示している。
図１９は、同様に、振動軸２５０および２５１に対する最大開口角度、すなわち、ＢＤＣ位置におけるピストン２４０および２４６を示している。
【００７４】
振動ピストン式機械１０においては、４つ全てのピストン４０〜４６は、共通の振動軸５０周りに振動することができる、すなわち、ピストン４０〜４６の振動運動は、同じ平面内で遊動され、したがって、作業室６０および６２は、同じ平面上に配置されているが、これは、一方で遊動部材６４および６６、ならびに他方で遊動部材６８および７０が、この配置では、回転軸４８に対してほぼ直交になり、互いに非常に近接し、その結果、付随の制御カム７６および７８が、ＢＤＣ位置においては、一方で遊動部材６４および６６、他方で遊動部材６８および７０が互いに衝突しないように実施しなければならないことを意味する。
【００７５】
振動ピストン式機械２１０に従って９０°のずれで、一方で、ピストン対２４０および２４６、他方ではピストン対２４２および２４４を配置すると、遊動部材２６４、２６６および遊動部材２６８、２７０も制御カム２７６および２７８において互いにずれて遊動することから、この問題が回避される。その結果、制御カム２７６、２７８は、近接して直交（図１９の線Ａ）するか、または、それを越えて延びるように構成することができ、その結果、ピストン対２４０、２４６およびピストン対２４２、２４４の最大開口角度は、図示する例示的な実施形態においては、振動ピストン式機械１０と比較すると、ほぼ１０°増大することができる。しかしながら、振動ピストン式機械２１０の作業室２６０および２６２の最大容積も、したがって、増大され、その結果、振動ピストン式機械１０よりも振動ピストン式機械２１０の場合の方が、一層高い圧縮率を達成することができる。
【００７６】
振動ピストン式機械１０のように、振動ピストン式機械２１０の作業室２６０と作業室２６２とは、互いと同じ方向にサイズが増減する。例えば、作業室２６０が作業行程中に増大した場合、作業室２６２は、新しい新鮮なガスを吸込むために膨張する。したがって、２つのプロセスは、同時に行われるが、空間的には互いに対して９０°のずれがある。その結果、２つの作業室２６０および２６２は、常に、同時に開閉する。これは、望ましいことである。
【００７７】
さらに、図１８によれば、振動ピストン式機械２１０内の入口結合部片２２０および２４０は、振動ピストン式機械１０と違って、回転軸２４８に対して互いに対して対角線上に配置されていないが、互いに対して９０°ずれて配置されている。同じことは、出口結合部片２２２にあてはまり、作業室２６０に配置される出口結合部片２２２のみが図１８で示されている。
【００７８】
図２２は、２つの作業室２６０および２６２内の膨張、排気、吸気、および圧縮の作業行程に関する振動ピストン式機械２１０の機能を示す図である。
制御カム２７６および２７８は、図では展開図で示されており、この図は、２つの制御カム２７６および２７８が、ここでは曲りくねった形で互いに対して平行に走り、一方、振動ピストン式機械１０の制御カム７６および７８は、回転軸４８に垂直な、ハウジング１２の中心点を通る中心平面に対して鏡面対称に形成または配置されることを示している。
【００７９】
図２２は、制御カム２７６に沿って遊動する遊動部材２６４、２７０と共に、円の一部の形で、それぞれのピストン対２４０、２４６（作業室２６０）と付随の遊動部材２６４、２７０について符号を使って矩形を示している。同じものを、制御カム２７８と作業室２６２とに対する第２のピストン対２４２、２４４について示す。
振動ピストン式機械３１０のさらなる例示的な実施形態を、図２３〜図２８に示している。振動ピストン式機械１０または２１０の対応する各部に類似する振動ピストン式機械３１０の各部は、図２３〜図２８では、３００増加した同じ参照符号を付している。振動ピストン式機械３１０と振動ピストン式機械１０との間の相違点のみを以下で説明する。振動ピストン式機械３１０の部品で、以下でより詳細に説明されていないものがあれば、振動ピストン式機械１０または振動ピストン式機械１０’、１０’’および／または２１０の説明が、これらの部品に適用される。
【００８０】
振動ピストン式機械３１０の場合、出力軸および／または駆動軸は、回転軸３４８上に、同心円状ではなく、横方向の距離を隔てて配置されている。ピストン・ケージ３８０には、端部側にかつ回転軸３４８に対して同心円状にクラウン（冠）歯車４４０が設置され、このクラウン歯車４４０は、出力軸および／または駆動軸３８７に回転可能に固定されて結合されるクラウン歯車４４２と噛み合う。クラウン歯車４４０に加えて、ピストン・ケージには、クラウン歯車４４０の反対側の端部側に第２のクラウン歯車４４４を設置することができる。駆動軸および／または出力軸３８７は、図２５に示すように、ピストン・ケージ３８０への駆動結合部がクラウン歯車４４０または４４４の一方を介してのみ必要であるように、軸延長部３８６と軸延長部３８８との間に妨害することなく延びるように実施される。
【００８１】
図２６は、後者に対して改変され、駆動軸および／または出力軸が、軸延長部３８６’と軸延長部３８８’との間に連続的に延びるようには実施されず、軸延長部３８６’および３８８’は、両方とも、各々の場合、クラウン歯車４４２および４４６を介してクラウン歯車４４０および４４４に結合されている実施形態を示している。図２６の図とは対照的に、この構成によって、軸延長部３８６’と軸延長部３８８’とは、互いに対して、軸方向のずれおよび／または異なる伝達率を有して構成することができる。このようにして、例えば、軸延長部３８６’または３８８’の一方を介して組立品を駆動させることが可能であり、他方は、車両の動力伝達部に結合される。
【００８２】
振動ピストン式機械３１０の場合、駆動軸および／または出力軸３８７は、ピストン・ケージ３８０と、その中に位置するピストン３４０〜３４６とが回転する回転軸３４８上にはないことから、スパーク・プラグ４１８および４２０は、それぞれの端部側のハウジング蓋４４８または４５０上に、すなわち、非回転部品に取り付けることができ、特に、ピストン・ケージ３８０と共に回転する必要はない。ハウジング蓋４４８および４５０は、ハウジング３１２の取り外し可能な部品である。
【００８３】
同様に、振動ピストン式機械３１０においては、図示するように、注入ノズル４５２および４５４は、端部側ハウジング蓋４４８および４５０上で２つの作業室３６０および３６２（図２４参照）に割り当てられて配置することができる。
この構成においては、また、ハウジング蓋４４８および４５０の端部側に、空気用入口結合部片４９０、４９２と、燃焼済み混合体用出口結合部片４９４、４９６とを設置することが可能である。
【００８４】
振動ピストン式機械３１０と、先述した振動ピストン式機械１０、１０’、１０’’および２１０とのさらなる相違点は、ピストン３４０〜３４６に割り当てられる遊動部材３６４〜３７０の構成である。
遊動部材３６４〜３７０は、各々、ローラー４５６の形状の遊動部材３６４に関して以下で説明するように、ローラーとして実施される。ローラー４５６は、ローラー４５６の周方向に対して横方向に円の一部の形状である遊動面４５８を有している。ローラー４５６は、軸４６０を介してピストン３４０に結合され、ローラー４５６は、軸４６０周りにピストン３４０に対して回転可能である。軸４６０は、回転軸３４８に平行に走っている。ローラー４５６は、この目的のために、針状ころ軸受、特に精密針状ころ軸受によって、軸４６０上に、好ましくは回転可能に取り付けられている。ローラー４５６は、さらに、軸４６０の端部側に配置されている固定環によって分離可能にピストン３４０に結合されている。
【００８５】
先述した振動ピストン式機械１０、１０’、１０’’および２１０のように、各遊動部材３６４〜３７０は、遊動部材３６４および３７０内でこれに対応して部分的に係合し、かつ、これに対応して案内される制御カム３７６または３７８内において、それぞれのローラー４５６の形状で延びている。
図とは対照的に、選択されるピストン３４０〜３６０の構成も、振動ピストン式機械２１０のピストン２４０〜２４６の配置とする、すなわち、ピストン３４０〜３４６は、ピストン３４２および３４４の反対側に、かつ回転軸３４８に対して互いに関して９０°ずらして配置されている。この場合、制御カム３７６および３７８は、また、振動ピストン式機械２１０の場合のように、振動ピストン式機械２１０を参照しながら既に説明したように、ピストン３４０〜３６０の相対的に大きな振動行程を達成するために、２つの波頭と２つの波底とで形成することができる。
【００８６】
さらに、全ての先述した振動ピストン式機械において、上記特許文献１に記載の振動ピストン式機械に関して同文献で説明されているように、吸入圧空間としてのピストンの間に、２つの作業室から離間して対向するチャンバを使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】第１の例示的な実施形態による振動ピストン式機械の全体斜視図である。
【図２】図１の矢印IIの方向の図１の振動ピストン式機械の図である。
【図３】回転軸に平行でかつ振動軸に垂直である平面上の振動ピストン式機械の長手方向の断面を示す図であって、振動ピストン式機械のピストンが第１の作動位置で示されている図である。
【図４】図３と同じピストン作動位置における振動ピストン式機械を示す図であり、ピストンが断面で示されていない、わずかに斜視図として示す。
【図５】ピストンが第２の作動位置で示されている、図４に示したものと同等の振動ピストン式機械の図である。
【図６】ピストンが第３の作動位置で示されている、図１〜図５までの振動ピストン式機械の長手方向の断面を示す図である。
【図７】ピストンが図６と同じ作動位置にある振動ピストン式機械を示す図であり、ピストンが断面で示されていない、わずかに斜視図として示す。
【図８】図３の線III−IIIに沿う振動ピストン式機械の断面を示す図である。
【図９】図３の線IX−IXに沿う振動ピストン式機械の断面を示す図である。
【図１０】図１〜図９に示すような振動ピストン式機械の、図３の線X−Xに沿う長手方向の断面を示す図である。
【図１０Ａ】振動ピストン式機械の例示的な改変実施形態の図１０と同等の図である。
【図１１】図３または図４に示すものと類似するが、ピストン・ケージおよびピストンが断面で示されていない、振動ピストン式機械の長手方向の断面を示す図である。
【図１２】ハウジングの半分が除去された、振動ピストン式機械の図である。
【図１３】ピストン・ケージおよびピストンだけの配置の斜視図である。
【図１４】振動ピストン式機械のハウジング半分の内側の斜視図である。
【図１５】図ａ）〜ｄ）は、独立した形で遊動部材を含む振動ピストン式機械のピストンの様々な斜視図および断面図である。
【図１６】さらなる例示的な実施形態による振動ピストン式機械の長手方向の断面を示す図である。
【図１７】図１６の断面平面に対して９０°回転した平面に沿った断面において、図１６の振動ピストン式機械の長手方向の断面を示す図である。
【図１８】さらなる例示的な実施形態による振動ピストン式機械の全体斜視図である。
【図１９】回転軸に平行でかつ振動軸に垂直である平面に沿った、図１８の振動ピストン式機械の長手方向の断面を示す図である。
【図２０】図１８の振動ピストン式機械の半分の斜視図である。
【図２１】独立した形の、図１８の振動ピストン式機械のピストン・ケージおよびピストンの配置の斜視図である。
【図２２】図１８の振動ピストン式機械の個々の作業行程を示す図である。
【図２３】さらなる例示的な実施形態による振動ピストン式機械の全体斜視図である。
【図２４】図２３の線XXIV−XXIVに沿った、図２３の振動ピストン式機械の断面図である。
【図２５】図２３の振動ピストン式機械の長手方向の断面を示す図であり、図２５の断面平面は図２４の断面平面に垂直である。
【図２６】図２５と比較して改変されている例示的な実施形態によるハウジングの、図２５と同等の断面図である。
【図２７】図２６による振動ピストン式機械の、図２６に対応する図であり、中に収容されるピストンを有するピストン・ケージが、図２７において長手方向の断面でさらに示されている。
【図２８】図２４と類似の図であるが、ピストン・ケージが、長手方向の断面で、かつ、図２４に関して９０°ずれた回転位置で示されている図である。
【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１０Ａ】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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