(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの両端部材を備え、前記両端部材のうちの第１の両端部材は、第１の軸線にそって直線運動可能に構成された第１の要素および第２の要素を有しており、前記両端部材のうちの第２の両端部材は、第２の軸線にそって直線運動可能に構成された第１の要素および第２の要素を有しており、前記第１の軸線と前記第２の軸線は、共通の平面上に位置しており、
さらに、前記両端部材のそれぞれに連結された変換アームを備え、前記変換アームは、少なくとも２つの駆動アームを備え、前記駆動アームの各々は、駆動アーム軸線を定めており、前記変換アームに連結された回転部材の回転軸線は、前記共通の平面上でないところに位置しており、
さらに、２つの軸線のまわりにピボットで回転できるように、２つのピンによって前記変換アームを支持体に連結する自在継ぎ手を備えており、
さらに、少なくとも２つの継ぎ手を備えており、前記継ぎ手の各々は、前記駆動アームのうちの１つを前記両端部材のそれぞれの１つに連結し、かつ、前記変換アームと前記それぞれの両端部材との間に４自由度を提供するように構成されており、前記４自由度は、前記駆動アーム軸線のまわりに回転することを含む第１の自由度と、前記駆動アーム軸線にそって摺動することを含む第２の自由度と、前記駆動アーム軸線に垂直な軸線のまわりにピボットで回転することを含む第３の自由度と、前記垂直な軸線の方向に摺動することを含む第４の自由度とであり、前記継ぎ手の各々は、前記両端部材に連結された外側の部材と、前記外側の部材の中に取り付けられた内側の部材とを有しており、前記内側の部材は、前記垂直な軸線にそって摺動して、前記第４の自由度を提供するように構成されている、
ことを特徴とする組立体。
【請求項２】
前記第１の両端部材の軸線と、前記回転部材の軸線は、第１の平面上に位置しており、前記第２の両端部材の軸線と、前記回転部材の回転軸線は、第２の平面上に位置しており、前記第２の平面は、前記第１の平面に約９０度の角度で交差することを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記各々の両端部材の前記第１の要素および前記第２の要素のうちの少なくとも１つはピストンを含むことを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項４】
前記各々の両端部材の前記第１の要素および前記第２の要素の各々はピストンを含むことを特徴とする請求項３に記載の組立体。
【請求項５】
前記両端部材の圧縮比は、出力が一定に維持され、圧縮比が６：１から１２：１に引き上げられると、約２５％の燃料消費の減少が発生するように調節することができるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の組立体。
【請求項６】
共通の平面に位置する軸線を有する、少なくとも２つのピストンを備え、前記ピストンのピストンロッドは直線運動可能に構成されており、
さらに、前記ピストンの各々に連結された変換アームを備え、前記変換アームは、少なくとも２つの駆動アームを備え、前記駆動アームの各々は、駆動アーム軸線を定めており、
さらに、２つの軸線のまわりにピボットで回転できるように、２つのピンによって前記変換アームを支持体に連結する自在継ぎ手を備え、前記自在継ぎ手の中心は、前記共通の平面上でないところに位置しており、
さらに、少なくとも２つの継ぎ手を備えており、前記継ぎ手の各々は、前記駆動アームのうちの１つを前記ピストンのそれぞれの１つに連結し、かつ、前記変換アームと前記それぞれのピストンとの間に４自由度を提供するように構成されており、前記４自由度は、前記駆動アーム軸線のまわりに回転することを含む第１の自由度と、前記駆動アーム軸線にそって摺動することを含む第２の自由度と、前記駆動アーム軸線に垂直な軸線のまわりにピボットで回転することを含む第３の自由度と、前記垂直な軸線の方向に摺動することを含む第４の自由度とであり、前記継ぎ手の各々は、前記ピストンに連結された外側の部材と、前記外側の部材の中に取り付けられた内側の部材とを有しており、前記内側の部材は、前記垂直な軸線にそって摺動して、前記第４の自由度を提供するように構成されている、
ことを特徴とするピストン組立体。
【請求項７】
前記ピストンのうちの少なくとも１つは両端ピストンで構成されることを特徴とする請求項６に記載のピストン組立体。
【請求項８】
前記少なくとも２つのピストンのうちの第２のピストンは両端ピストンで構成されることを特徴とする請求項７に記載のピストン組立体。
【請求項９】
前記第１のピストンの軸線と、前記回転部材の回転軸線は、第１の平面上に位置しており、前記第２のピストンの軸線と、前記回転部材の軸線は、第２の平面上に位置しており、前記第２の平面は、前記第１の平面に約９０度の角度で交差することを特徴とする請求項６に記載のピストン組立体。
【請求項１０】
前記ピストンの圧縮比は、出力が一定に維持され、圧縮比が６：１から１２：１に引き上げられると、約２５％の燃料消費の減少が発生するように調節することができるように構成されることを特徴とする請求項６に記載のピストン組立体。
【請求項１１】
複数のピストンを備え、前記各ピストンのピストンロッドは直線運動可能に構成され、
さらに、変換アームと、
複数の駆動部材とを備え、前記駆動部材の各々は、前記変換アームに連結され、かつ、駆動部材軸線を定めており、
さらに、２つの軸線のまわりにピボットで回転できるように、２つのピンによって前記変換アームを支持体に連結する自在継ぎ手を備え、前記駆動部材の各々は、前記自在継ぎ手に対して運動可能であり、
さらに、少なくとも２つの継ぎ手を備えており、前記継ぎ手の各々は、前記駆動部材のうちの１つを前記ピストンのそれぞれの１つに連結し、かつ、前記変換アームと前記それぞれのピストンとの間に４自由度を提供するように構成されており、前記４自由度は、前記駆動部材軸線のまわりに回転することを含む第１の自由度と、前記駆動部材軸線にそって摺動することを含む第２の自由度と、前記駆動アーム軸線に垂直な軸線のまわりにピボットで回転することを含む第３の自由度と、前記垂直な軸線の方向に摺動することを含む第４の自由度とであり、前記継ぎ手の各々は、前記ピストンに連結された外側の部材と、前記外側の部材の中に取り付けられた内側の部材とを有しており、前記内側の部材は、前記垂直な軸線にそって摺動して、前記第４の自由度を提供するように構成されている、
ことを特徴とするピストン組立体。
【請求項１２】
前記ピストンのうちの少なくとも１つは両端ピストンで構成されることを特徴とする請求項１１に記載のピストン組立体。
【請求項１３】
前記第２のピストンは両端ピストンで構成されることを特徴とする請求項１２に記載のピストン組立体。
【請求項１４】
前記ピストンの圧縮比は、出力が一定に維持され、圧縮比が６：１から１２：１に引き上げられると、約２５％の燃料消費の減少が発生するように調節することができるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載のピストン組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は可変圧縮ピストン組立体、およびピストンの直線運動を回転運動に変換するための自在継ぎ手に連結され、両端ピストンを有するエンジンに関する。
【０００２】
（背景技術）
大部分のピストン駆動エンジンは、ピストンがクランク軸の軸線と交差する往復方向に動かされるときにクランク軸が回転するようにクランク軸のオフセット部分に取り付けられたピストンを有する。
【０００３】
米国特許第５，５３５，７０９号はオフセット部分を有するクランク軸に取り付けられる両端ピストンを有するエンジンを定めている。ピストンとクランク軸との間に取り付けられたレバーは、クランク軸に対して回転運動を与えるために支点調整器内に拘束されている。
米国特許第４，０１１，８４２号はクランク軸を回転させるＴ型Ｔ型連結部材に連結された２つの両端ピストンを使用する４気筒エンジンを定めている。Ｔ型連結部材は、それぞれのＴクロスアームにおいて両端ピストンに取り付けられる。Ｔクロスアーム上の中心に位置する点は固定点に対して回転可能に取り付けられ、またＴの底部はカウンタウエイトを含むクランクスローによってクランク軸に連結されるクランク・ピンに回転可能に取り付けられる。
上記した実施例のそれぞれにあっては、ピストンの軸線と交差する軸線を有するクランク軸を駆動する両端ピストンが用いられる。
【０００４】
（発明の開示）
本発明によれば、可変圧縮ピストン組立体は複数のピストンと、それぞれのピストンに連結された変換アームと、変換アームの駆動部材に連結され、駆動部材の軸線に沿って滑り運動をするように形成された回転部材とを含む。駆動部材に対する回転部材の運動により、ピストン組立体の圧縮比を変える。
【０００５】
本発明のこの観点による実施形態は以下の特徴のうちの１以上の特徴を有している。
ピストンは両端ピストン（ダブルエンド型ピストン）である。変換アームがそれぞれの両端ピストンに、それぞれのピストンのほぼ中央で連結される。変換アームに対する回転部材の運動により、それぞれの両端ピストンの圧縮比と排気量とを変える。
【０００６】
ピストン組立体は２つのピストンを有し、回転部材の回転軸線と２つのピストンの軸線とは共通の平面上にある。回転部材はフライホイールである。制御用ロッドの作動により、変換アームに対するフライホイールの直線運動が与えられるように、制御用ロッドがフライホイールに操作可能に連結される。
【０００７】
ある図示された実施態様において、回転部材は、回転部材の回転がピストンの対応する運動を伴わずに行われるゼロ行程位置に位置決めできるように形成される。回転部材は制御部材にピボットで取り付けられるピボット部材を含む。制御部材を作動させることにより、ピボット部材を運動させて、圧縮比の変化をもたらす。
ピストンの軸線が平行であるようにピストンを配置することもできるし、或いは、ピストンの軸線が平行でないようにピストンを配置することもできる。
【０００８】
駆動ピンが変換アームをピストンに連結する。駆動部材は、回転可能部材の周囲に隣接している回転可能部材の開口部の中に延びる。駆動部材は回転可能部材中に設けられたピボットピンの中に延びる。主駆動軸が回転可能部材に連結される。駆動軸の軸線はそれぞれのピストンの軸線に対して平行である。自在継ぎ手が変換アームを支持体に連結する。
複数のピストンのうちの少なくとも一つがポンプを駆動するための出力ポンプピストンを有する。
【０００９】
本発明の他の観点においては、ピストン組立体の圧縮比を変える方法は、複数のピストンと、ピストンのそれぞれに連結される変換アームと、変換アームの駆動部材に連結され、駆動部材の軸線に対して滑り運動をするように形成された回転部材とを設ける段階を含む。回転可能部材は駆動部材に対して動かされ、ピストン組立体の圧縮比を変える。
【００１０】
本発明の他の観点においては、ピストン組立体の効率を増大させる方法は、複数の両端ピストンと、それぞれの両端ピストンのほぼ中央でそれぞれの両端ピストンに連結された変換アームと、変換アームの駆動部材に連結され、駆動部材に対して滑り運動をするように形成された回転部材とを設ける段階を含む。回転部材は駆動部材に対して動かされ、両端ピストン組立体の圧縮比と排気量とを変える。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
図１は本発明の４ピストンエンジン１０の絵画的描写である。エンジン１０は２つの気筒１１（図３）と１２とを有する。それぞれの気筒１１と１２とは両端ピストンを収容する。それぞれの両端ピストンは、軸１４によってフライホイール１５に連結された変換アームに連結される。変換アーム１３は変換アームの上下の動きを許容する軸１８と変換アーム１３の横から横への動きを許容する軸１７とを含む自在継ぎ手機構によって支持体１９に連結される。図１は軸１４がホイール１５の頂点に位置している場合のフライホイール１５を示す。
【００１２】
図２はフライホイール１５が回転し、軸１４がフライホイール１５の底部にある場合のエンジン１０を示す。変換アーム１３は軸１８に関し下方へピボットで回転をする。
【００１３】
図３−図６は絵画的描写の上面図であり、４位置における変換アーム１３と軸とがフライホイール１５を９０度の増分で動かしているものを示す。図３は、図３ａに示される位置における軸１４を有するフライホイール１５を示す。ピストン１が点火し気筒１１の中央に向かって動くとき、変換アーム１３は自在継ぎ手１６に関してピボットで回転し、フライホイール１５を図２に示される位置に回転させる。軸１４は図４ａに示される位置にある。ピストン４が点火されるとき、変換アーム１３は図５に示される位置に動く。フライホイール１５と軸１４とは図５ａに示される位置にある。次いで、ピストン２が点火し、変換アーム１３は図６で示される位置に動く。フライホイール１５と軸１４とは図６ａに示される位置にある。ピストン３が点火されるとき、変換アーム１３とフライホイール１５とは図３と図３ａとに示される当初の位置に戻る。
ピストンが点火する場合、変換アームはピストンの動きと共に前後に動かされることになる。変換アーム１３が自在継ぎ手１６に連結され、かつ、軸１４を介してフライホイール１５に連結されているために、フライホイール１５は回転しピストンの直線運動を回転運動に変換する。
【００１４】
図７は（部分断面図の形で）本発明に基づく４ダブル・ピストン・８気筒エンジン３０の実施態様の上面図を示す。実際には、単に４つの気筒があるにすぎないが、それぞれの気筒には両端ピストンを有しているので、エンジンは８気筒エンジンと等価である。２つの気筒３１と４６とが示されている。気筒３１は、それぞれピストンリング３２ａおよび３３ａを伴った両端ピストン３２、３３を有する。ピストン３２，３３は、ピストン３２，３３における開口部５５ａの中に延びるピストンアーム５４ａとスリーブ軸受５５とによって変換アーム６０（図８）に接続される。同様にして、気筒４６内のピストン４７，４９は、ピストンアーム５４ｂにより、変換アーム６０に連結される。
【００１５】
気筒３１内のそれぞれの端部はロッカーアームによって制御される吸気および排気弁と点火プラグとを有する。ピストン端３２は、ロッカーアーム３５ａと３５ｂおよび点火プラグ４４とを有し、また、ピストン端３３はロッカーアーム３４ａと３４ｂおよび点火プラグ４１とを有する。それぞれのピストンはそれ自身に弁、ロッカーアームおよび点火プラグのセットを組み付けてある。点火プラグの点火と吸気および排気弁の開閉のタイミングとはプーリ５０ａに連結されるタイミングベルト５１によって制御される。プーリ５０ａは、フライホイール６９で付勢される出力軸５３で回転させられる軸６３（図８）を介して、ギヤ６４に取り付けられる。ベルト５０ａはまた、ディストリビュータ３８に連結されたプーリ５０ｂとギヤ３９とを回転させる。ギヤ３９はまた、ギヤ４０を回転させる。ギヤ３９および４０は、カム軸７５（図８）に取り付けられ、このカム軸７５は、ロッカーアーム３４，３５および他のロッカーアーム（図示せず）に取り付けられているプッシュロッドを順次作動させる。
示されているように、排気マニホルド４８、５６は、それぞれ、気筒４６、３１に取り付けられる。それぞれの排気マニホルドは４つの排気口に取り付けられる。
【００１６】
図８は、図７の断面８−８に沿って片側を除去したエンジン３０の側面図である。変換アーム６０は支持体７０上に変換アームが上下に動くこと（図８に見られるように）を許容するピン７２と変換アームが横から横に動くことを許容するピン７１とによって取付けられる。変換アーム６０が横から横に動きながら上下に動くことができるので、従って、軸６１はフライホイール６９を円形軌跡に駆動できる。４つの連結用ピストンアーム（図８に示されるピストンアーム５４ｂおよび５４ｄ）は４つの両端ピストンによってピン７１の周囲に揺動運動しながら駆動される。フライホイール６９内の軸６１の端部により、連結アームが前後に動くときに、変換アームに上下の動きを生じさせる。フライホイール６９は片側の周囲にギヤ歯６９ａを有し、このギヤ歯６９ａはエンジンをスタートさせるためにスタータモータ１００（図１１）でフライホイールを回転させるのに用いられる。
【００１７】
フライホイール６９と、フライホイール６９こに連結される駆動軸６８の回転は、ギヤ６５を回転させ、ギヤ６５は順にギヤ６４と６６とを回転させる。ギヤ６４はプーリ５０ａを回転させる軸６３に取り付けられる。プーリ５０ａはベルト５１に取り付けられる。ベルト５１はプーリ５０ｂおよびギヤ３９と４０とを回転させる（図７）。カム軸７５は一端にカム８８−９１を有し、また他端にカム８４−８７を有する。カム８８、９０は、それぞれ、プッシュロッド７６、７７を動作させる。カム８９、９１は、それぞれ、プッシュロッド９３、９４を動作させる。カム８４、８６は、それぞれ、プッシュロッド９５、９６を動作させ、また、カム８５、８７は、それぞれ、プッシュロッド７８、７９を動作させる。プッシュロッド７７，７６，９３，９４，９５，９６および７８，７９は、ピストン上方にある気筒の吸気および排気弁の開閉用である。エンジンの左側（表面を一部切り取られている）は同一ではあるけれども、逆向きの弁駆動機構を有する。
駆動軸６８上のギヤ６５によって回転させられるギヤ６６はポンプ６７を回転させ、このポンプ６７は、例えば、エンジン冷却システム（図示されず）中で用いられるウォータポンプであってよいし、または、オイルポンプであってよい。
【００１８】
図９はエンジン３０の背面図であり、気筒および両端ピストンの相対的位置を示す。ピストン３２，３３が、リフタアーム３５ａと３５ｂとの下部に位置される弁３５ｃと３５ｄとをそれぞれに伴って破線で示される。ベルト５１とプーリ５０ｂとはディストリビュータ３８の下部に示される。変換アーム６０と４つのピストンアーム５４ａ，５４ｂ，５４ｃおよび５４ｄのうちの２つ、５４ｃと５４ｄとがピストン３２−３３，３２ａ−３３ａ，４７−４９および４７ａ−４９ａ中に示される。
【００１９】
図１０はエンジン３０の側面図であり、排気マニホルド５６、吸気マニホルド５６ａおよび気化器５６ｃを示す。タイミングベルト５１を有するプーリ５０ａと５０ｂも同様に示される。
【００２０】
図１１はエンジン３０の正面端面図であり、気筒とピストン中に位置している４つのピストンアーム５４ａ，５４ｂ，５４ｃおよび５４ｄを有する両端ピストン３２−３３，３２ａ−３３ａ，４７−４９および４７ａ−４９ａとの相対的位置を示す。ポンプ６７が軸５３の下部に示され、またプーリ５０ａとタイミングベルト５１とがエンジン３０の上部に示される。スタータ１００はフライホイール６９上のギヤ歯６９ａとかみ合っているギヤ１０１と共に示される。
【００２１】
本発明の特徴は、エンジンにとっての圧縮比をエンジンの運転中に変更できることである。フライホイール６９に取り付けられるアーム６１の端部は、アーム６１がフライホイール６９に入り込む点において円形に動く。図１３を参照すると、アーム６１の端部はスリーブ軸受・球体ブッシュ組立体８１の中にある。ピストンのストロークはアーム６１によって制御される。アーム６１は、軸５３に対して、例えば、約１５度の角度を形成する。軸５３上でフライホイール６９を右または左に動かすことにより、図１３に見られるように、アーム６１の角度を変えることができ、ピストンのストロークを変えて、圧縮比を変える。フライホイール６９の位置はねじ１０５に関しナット１０４を回すことによって変えられる。ナット１０４は、リング１０６ｂで位置に保たれるスラスト軸受１０６ａにより軸５３にキー止めされる。図１２に示される位置にあっては、フライホイール６９は右に動かされており、ピストンのストロークが延びている。
【００２２】
図１２は右に動かされたフライホイールを示し、ピストンのストロークを増大して、より高い圧縮比を提供している。ナット１０５は右にねじ締めされてしまっており、軸５３とフライホイール６９とを右に動かしている。アーム６１はブッシュ組立体８０中にさらに延び、フライホイール６９の後ろから外に出ている。
【００２３】
図１３は左に動かされたフライホイールを示す。ピストンのストロークを減少して、より低い圧縮比を提供している。ナット１０５は左にねじられてしまっており、軸５３とフライホイール６９とを左に動かしている。アーム６１のブッシュ組立体８０中への延びは少ない。
【００２４】
変換アーム上のピストンアームはピストンのブッシュにあるスリーブ軸受の中に挿入される。図１４はダブル・ピストンの一端にピストンリング１１１を有し、また、ピストンの他端にピストンリング１１２を有するダブル・ピストン１１０を示す。スロット１１３がピストンの側部にある。スリーブ軸受の位置は１１４で示される。
【００２５】
図１５はスロット１１６を通り抜けてピストン１１０の中へ、ブッシュ１１５中のスリーブ軸受１１７の中へ延びているピストンアーム１１６を示す。ピストンアーム１１６は１１６ａにおける第２位置にて示される。２つのピストンアーム１１６および１１６ａは、エンジンの運転中におけるピストンアーム１１６の運動限界を示す。
【００２６】
図１６はスリーブ軸受１１７中のピストンアーム１１６を示す。スリーブ軸受１１７はピボットピン１１５中にある。ピストンアーム１１６はスリーブ軸受１１７中で自由に回転することができ、またピストンアーム１１６の組立体、スリーブ軸受１１７とピボットピン１１５およびスリーブ軸受１１８ａと１１８ｂとはピストン１１０の中で回転し、またピストンアーム１１６はスリーブ軸受１１７の軸線に関して軸線方向に動くことができ、両端ピストンの直線運動とピストンアーム１１６が取り付けられている変換アームの運動とを見込む。
【００２７】
図１７は図１中の４気筒エンジン１０が出力軸１２２上の４方回転弁を用いながら空気モータとしてどのように配置され得るかを示す。それぞれの気筒１，２，３、４は、それぞれ、ホース１３１，１３２，１３３、１４４によって回転弁１２３に連結される。空気吸気口１２４は、エンジン１２０を運転するための空気を供給するのに使用される。空気はピストン１ａ，２ａ，３ａ、４ａそれぞれに対して順番に供給され、気筒中でピストンを前後に動かす。空気は気筒から外部排気口１３６に排出される。連結ピン１２７と１２８とでピストンに取り付けられた変換アーム１２６は図１−図６を参照して記述したように動き、フライホイール１２９と出力軸２２とを回転させる。
【００２８】
図１８は加圧された空気またはガスが、吸気口１２４、環状通路１２５、通路１２６、通路１３０および空気ホース１３１を通して気筒１に供給される場合の位置にある回転弁１２３の断面図である。回転弁１２３は、ハウジング１２３と出力軸１２２との内部にある複数の通路で構成される。気筒１に入り込んでいく加圧された空気はピストン１ａ，３ａを右（図１８に見られるように）に動かす。排気空気は強制されて気筒３からライン１３３を通って室１３４の中に出ていき、通路１３５を通って外部排気口１３６から出る。
図１８a，１８bおよび１８ｃは弁２３の断面図であり、図１８に示されるように位置決めされた場合の弁２３に沿った３つの位置における弁の空気通路を示す。
【００２９】
図１９は加圧された空気が気筒３に加えられ、ピストン１ａ，３ａの方向を反転させるときに１８０度回転させられた回転弁１２３を示している。加圧された空気が吸気口１２４に供給され、環状室１２５、通路１２６、室１３４および空気ライン１３３を通って気筒３に供給される。このことにより、順に気筒１内の空気をライン１３１、室１３０、ライン１３５、環状室１３７および外部排気口１３６を通って排出させる。軸１２２はピストン１ａ，３ａがその左へのストロークを終えたとき、反時計回りに３６０度の回転をしたことになる。
【００３０】
ピストン１ａ，３ａのみがピストン動作に関するエンジンと弁１２３との動作を示すために図示されてきた。ピストン２ａ，４ａの動作は、それの３６０度のサイクルは軸が９０度回ったところから出発し、２７０度のところで反転し、そのサイクルは９０度のところに戻って完了することを除いて、機能的には同一である。出力行程は９０度回転する度に発生する。
図１９ａ，図１９ｂおよび図１９ｃは弁１２３の断面図であり、図１９に示されるように位置決めされた場合の弁１２３に沿った３つの位置における弁の空気通路を示す。
【００３１】
図１７の空気エンジンを作動させる作動原理を反対にすることができ、図１７のエンジン１２０は空気またはガス圧縮機またはポンプとして使用することができる。回転力を軸１２２に作用させて、エンジン１０を時計方向に回転させることによって、排気口１３６は空気を気筒内に引き込み、ポート１２４が、例えば、空気ツールを駆動するのに使用することができ、または空気タンクに貯蔵することもできる空気を供給する。
【００３２】
前記の実施形態においては、気筒が互いに平行であるものとして図示されてきた。しかしながら、気筒が平行である必要はない。図２０は互いに平行ではない気筒１５０と１５１とを備えた、図１−図６の実施形態に類似の実施形態を示している。自在継ぎ手１６０により、ピストンアーム１５２と１５３とを駆動アーム１５４に対して９０度以外の角度にすることが可能である。気筒が互いに平行でない場合であっても、エンジンは機能的に同一である。
【００３３】
図１−図６のエンジン１０に対して更に他の変形例を実現することができる。この実施形態は、図２１に絵画的に示されるが、片端ピストンを有していてもよい。ピストン１ａと２ａとは自在継ぎ手１７０に対し駆動アーム１７１，１７２によって連結され、またフライホイール１７３に対して駆動アーム１７４によって連結される。基本的な相違点はフライホイール１７３を３６０度回転させるためのピストン１ａと２ａとのストローク数である。
【００３４】
図２２を参照すると、２気筒ピストン組立体３００は気筒３０２，３０４を有し、それぞれは可変ストロークの両端ピストン３０６，３０８を収容する。ピストン組立体３００は従来の４気筒エンジンと同一の１回転当りの出力行程数を提供する。それぞれの両端ピストン３０６，３０８は、それぞれ、駆動ピン３１２，３１４によって変換アーム３１０に連結される。変換アーム３１０は、例えば、自在継ぎ手３１８（Ｕ−継ぎ手）、定速度継ぎ手、または球面軸受によって支持体３１６に取付けられる。変換アーム３１０から延びている駆動アーム３２０は回転可能部材、例えばフライホイール３２２、に連結される。
【００３５】
変換アーム３１０はピストン３０６，３０８の直線運動をフライホイール３２２の回転運動に伝達する。フライホイール３２２の軸線Ａはピストン３０６，３０８の軸線Ｂ，およびＣに対して平行であり（図２０に示されるように、軸線Ａはオフ・アクシスであることができるものの）、軸流または円筒型のエンジン、ポンプまたは圧縮機を形成する。Ｕ−継ぎ手３１８は軸線Ａに関して中心合わせされる。図２８ａに示されるように、ピストン３０６，３０８は水平ピストン組立体を形成するために共通平面Ｄに沿って置かれている軸線Ａ，ＢおよびＣに関して１８０度離れている。
【００３６】
図２２および図２３を参照すると、気筒３０２，３０４のそれぞれは、アセンブリケース構造３０３に取付けられる右気筒半部３０１ａ、左気筒半部３０１ｂを有する。両端ピストン３０６，３０８のそれぞれは、中央継ぎ手３３４，３３４ａによって連結される２つのピストン３３０および３３２、３３０ａおよび３３２ａを有する。ピストンは等しい長さを有しているものとして示されるが、他の長さであっても本発明の意図の内である。例えば、継ぎ手３３４はピストン３３０がピストン３３２より長くなるようにオフ−センタであることができる。ピストンが図２２に示される位置から３３０ａ，３３２，３３０，３３２ａの順に点火されるにつれて、フライホイール３２２は矢印３３３の方向に見られるように、時計回りの方向に回転させられる。ピストン組立体３００は４行程サイクルエンジンであり、例えば、それぞれのピストンがフライホイール３２２の２回転につき１回点火する。
【００３７】
ピストンが前後に動くに時、駆動ピン３１２，３１４は、それらの共通軸線Ｅのまわりに自由に回転でき（矢印３０５）、ピストンの中心線Ｂに対する半径方向の距離が変換アーム３１０の振れ角α（約±１５度）と共に変わるので軸線Ｅに沿って自由に摺動でき（矢印３０７）、また中心Ｆのまわりに自由にピボットで回転（矢印３０９）できなければならない。継ぎ手３３４はこの運動の自由度を提供するように構成される。
【００３８】
継ぎ手３３４は駆動ピン３１２を受け入れるためのスロット３４０（図２３ａ）とスリーブ軸受３３８を収容しているスロット３４０に対して垂直をなす穴３３６とを構成する。気筒３４１はスリーブ軸受内部で回転できるように、スリーブ軸受３３８内に位置決めされる。スリーブ軸受３３８は、スロット３４０のような形をし、またスロット３４０に位置合せをされた側溝３４２を構成する。気筒３４１は貫通穴３４４を構成する。駆動ピン３１２は溝３４２と穴３４４との中に受け入れられる。追加のスリーブ軸受３４６が気筒３４１の貫通穴３４４内に設けられる。スロット３４０と３４２およびスリーブ軸受３３８の組合せにより、駆動ピン３１２が矢印３０９に沿って動くことができる。スリーブ軸受３４６により、駆動ピン３１２はその軸線Ｅのまわりに回転でき、またその軸線Ｅに沿って摺動できる。
【００３９】
もし、ピストン組立体の２つの気筒が１８０度以外で離れて配置されるならば、若しくは、２つを超える気筒が用いられるならば、以下に説明されるように、８の字運動をこうむるので、スリーブ軸受３３８内部にある気筒３４１の矢印３５０の方向に沿った運動をさせてピストンの拘束を避けるために必要となる追加的な運動の自由度を見込む。スロット３４０はピンの８の字運動を許容するために十分な空隙を有するように寸法決めされなければならない。
【００４０】
図２４と図２４ａとを参照すると、Ｕ−継ぎ手３１８は中心ピボット３５２を構成し（駆動ピンの軸線Ｅが中心３５２を貫通する）、また縦ピン３５４と水平ピン３５６とを有する。変換アーム３１０は、矢印３５８に沿ってピン３５４のまわりに、また矢印３６０に沿ってピン３５６のまわりにピボットで回転できる。
【００４１】
図２５，図２５ａおよび図２５ｂを参照すると、変換アーム３１０をフライホイール３２２に連結するのに、球状軸受に代わるものとして、駆動アーム３２０が、変換アーム内で望ましい振れ角α（図２２）を作り出すのに必要な量、例えば、５３．９７５ｍｍ（２．１２５インチ）だけ、フライホイールの中心３７２から半径方向にオフセットしてフライホイールに取り付けられる円筒状ピボットピン３７０内に受け入れられる。
【００４２】
ピボットピン３７０は駆動アーム３２０を受け入れるための貫通穴３７４を有する。穴３７４には、駆動アーム３２０のための軸受表面を提供するスリーブ軸受３７６がある。ピボットピン３７０は、それぞれ、スリーブ軸受３７８，３８０内部に位置決めされた円筒状エクステンション３７８，３８０を有する。フライホイールが駆動アーム３２０に沿って軸線方向に動かされ、振れ角αを変え、従って、ピストン組立体の圧縮比とを変えるので、ずっと後に記載するように、ピボットピン３７０は駆動アーム３２０を整列させたままで、スリーブ軸受３８２，３８４内で回転する。捩り力はスラスト軸受３８８，３９０により、フライホイールの回転方向に依存する矢印３８６に沿った負荷を受ける１つまたはその他のスラスト軸受に伝達される。
【００４３】
図２６を参照すると、ピストン組立体３００の圧縮と排気量とを変えるために、軸線Ａに沿ったフライホイール３２２の軸線方向の位置が軸４００を回転させることによって変えられる。スプロケット４１０が軸４００に取り付けられており、軸４００と共に回転する。第２スプロケット４１２がローラチェーン４１３によってスプロケット４１０に連結される。スプロケット４１２は、ねじ切りをされ回転しているバレル４１４に取り付けられる。バレル４１４のねじ４１６は固定されている外側バレル４２０のねじ４１８に接する。軸４００を矢印４０１の向きに回転させることにより、また、従って、スプロケット４１０，４１２を回転させることにより、バレル４１４を回転させる。外側バレル４２０が固定されているので、バレル４１４の回転により、バレル４１４を矢印４０３の軸線Ａに沿って直線的に動かす。バレル４１４はカラー４２２とギヤ４２４との間に位置決めされ、カラー４２２とギヤ４２４の両方ともが主駆動軸４０８に固定される。駆動軸はフライホイール３２２に固定される。従って、バレル４１４が軸線Ａに沿って動くと、それは軸線Ａに沿ったフライホイール３２２の直線運動に変換される。このことにより、フライホイール３２２内で軸線Ｈに沿った変換アーム３１０の駆動アーム３２０の摺動をもたらし、角度βを変え、したがって、ピストンのストロークを変える。スラスト軸受４３０がバレル４１４の両端に設けられ、またスリーブ軸受４３２がバレル４１４と軸４０８との間に設けられる。
【００４４】
スプロケット４１０と４１２との整列を維持するために、軸４００は領域４０２でねじ切りがなされ、またアセンブリケース構造３０３のクロスバー４０６のねじ切りされた穴４０４内に受け入れられる。スプロケット４１０に対するスプロケット４１２の歯数の比は、例えば4対１である。従って、バレル４１４を1回転させるには軸４００を4回転させなければならない。整列を維持するために、ねじ切りされた領域４０２はバレルねじ４１６が２５．４ｍｍ（１インチ）当りに有するねじの４倍のねじ、例えば、ねじ切りされた領域４０２が２５．４ｍｍ（１インチ）当たり３２ねじを有し、またバレルねじ４１６が２５．４ｍｍ（１インチ）あたり８ねじを有するねじを有さなくてはならない。
【００４５】
フライホイールが右に動くと、図２６に見られるように、ピストンのストロークは増大し、従って、圧縮比は増大する。フライホイールを左に動かすと、ストロークおよび圧縮比が減少する。ストロークにおける変化のさらなる利点は、それぞれのピストンで排気量が変化することであり、従って、エンジンの排気量が変化することである。内燃エンジンの馬力はエンジンの排気量に密接に関係する。例えば、２つの気筒の水平エンジンにあっては、圧縮比が６対１から１２対１に引き上げられると、排気量が約２０％増加する。これは、排気量の増大にのみ起因して約２０％余分に馬力を産出することである。圧縮比にあっての増大はまた、馬力をポイント当たり約５％の割合で、即ち馬力にすると約２５％増大する。もし馬力が一定に維持され、また圧縮比が6対１から１２対１に増大させられるとしたら、約２５％の燃料消費の減少を見ることができる筈である。
【００４６】
フライホイールは組立体３００がエンジンとして機能している場合に見られる大きな遠心力に耐えるだけの充分な強度を有する。フライホイールの位置、従って、ピストン組立体の圧縮比はピストン組立体が運転中であっても変えることができる。
【００４７】
ピストン組立体３００は圧力潤滑システムを有する。圧力はエンジン駆動の容量式ポンプ（図示せず）であって超過圧力防止用圧抜き弁を有するものによって提供される。駆動軸４０８のベアリング４３０と４３２およびフライホイール３２２に関する駆動アーム３２０のインターフェースはポート４３３を経由して潤滑される（図２６）。
【００４８】
図２７を参照すると、Ｕ−継ぎ手３１８、ピストンピン継ぎ手３０６，３０８および気筒壁とを潤滑するために、ポンプからの圧力下にあるオイルが、固定されたＵ−継ぎ手ブラケットを通って縦ピボットピン３５４の上下端に運ばれる。オイルポート４５０，４５２は、それぞれ、縦ピンから変換アーム内にある開口部４５４，４５６に続いていく。図２７Ａに示されるように、ピン３１２，３１４は、それぞれ、貫通穴４５８を構成する。それぞれの貫通穴４５８は開口部４５４，４５６のうちのそれぞれ対応する１つに対して流体連通している状態にある。図２３に示されるように、それぞれのピン中にある穴４６０，４６２はスロット４６１と口４６３を通して、スリーブ軸受３３８を通してそれぞれのピストン中の室４６５へとつながる。いくつかのオイルライン４６４がこれらの室から外に出てそれぞれのピストンのスカート４６６に連結され、気筒壁およびピストンリング４６７に潤滑を提供する。また、それぞれのピストンの上部の内部上に直接的にオイルを噴射するために、オリフィスが室４６５から伸びている。
【００４９】
図２８−図２８ｃを参照すると、組立体３００が航空機用エンジン３００ａとして配置されているのが示され、エンジンのイグニッションはピストン点火プラグ（図示されず）を点火するための２つの磁石発電機（マグネト）６００を有する。磁石発電機６００、スタータ６０２は、それぞれ、主駆動軸４０８に対して平行にまた下方に取り付けられた低部軸６０８上に配置された駆動ギヤ６０４、６０６（図２８ｃ）によって駆動される。軸６０８はエンジンの全長にわたっており、また駆動軸４０８のギヤ４２４（図２６）によって駆動され、また駆動軸４０８に対して１対１の比でもってかみ合わせられる。磁石発電機にかみ合わせて、それら発電機の速度を軸６０８の速度の半分に減じる。スタータ６０２がエンジンのスタートに充分なトルクを提供するためにかみ合わされる。
【００５０】
カム軸６１０はリフタ６１３を介してピストンプッシュロッド６１２を動かす。カム軸６１０は、軸６０８から同様に駆動されるベベルギヤ６１４，６１６を介して２対１にギヤ・ダウンされる。ギヤ６１４，６１６の中心６１７は、他の配置でもよいのだが、好ましくは、カム軸がピストン気筒の中で中心に位置するようにＵ−継ぎ手の中心３５２と整列される。１つの気化器６２０が４つの気筒吸気弁（図示されず）につながっている４つの導管６２２を有するエンジンの中心の下部におかれる。気筒排気弁（図示せず）は２つの連結管６２４中に排気する。
エンジン３００ａは、例えば約１０１６ｍｍ（４０インチ）の長さＬ、例えば約５３３．４ｍｍ（２１インチ）の幅Ｗ、および、例えば、約５０８ｍｍ（２０インチ）の高さＨを有する（支持体３０３を除いて）。
【００５１】
図２９および図２９ａを説明すると、可変圧縮圧縮機またはポンプであってゼロ行程の能力を有するものが図示される。ここにおいて、フライホイール３２２は回転部組立体５００によって置換される。組立体５００は中空軸５０２と、軸５０２のハブ５０８に対してピン５０６によってピボットで回転可能に連結されたピボットアーム５０４とを有する。ハブ５０８は穴５１０を構成し、またピボットアーム５０４はピン５０６を受け入れる穴５１２を構成する。制御用ロッド５１４が軸５０２内に配置される。制御用ロッド５１４はピン５１８によってロッド５１４の残りの部分に対してピボットで回転可能に連結されたリンク５１６を有する。ピン５１８を受け入れるためにロッド５１４は穴５１１を構成し、またリンク５１６は穴５１３を構成する。制御用ロッド５１４は、その軸線Ｚに沿って動くように２つのスリーブ軸受５２０によって支持される。リンク５１６とピボットアーム５１４とはピン５２２によって連結される。リンク５１６は穴５２３を構成し、ピボットアーム５１４はピン５２２を受け入れる穴５２４を構成する。
【００５２】
駆動アーム３２０を受け入れる図２５の円筒状ピボットピン３７０はピボットアーム内に位置決めされる。ピボットアーム５０４は円筒状エクステンション３７８，３８０を受け入れる穴５２６を構成する。軸５０２は軸受５３０、例えばボール、スリーブまたはローラ軸受によって回転できるように支持される。軸５０２に取り付けられた駆動体、例えばプーリ５３２またはギヤは圧縮機またはポンプを駆動する。
【００５３】
作動中、ピストンを希望するストロークにセットするために、制御用ロッド５１４が矢印５１５の方向に、その軸線Ｍに沿って動かされ、その結果、ピボットアーム５０４が変換アームの駆動アーム３２０の軸線Ｈ（図２６）に沿って摺動するにつれてピボットピン３７０の軸線Ｎが軸線Ｍに対して整列からはずれて動かされるように（破断線で示されるように）、ピン５０６のまわりにピボットアーム５０４を矢印５１７に沿ってピボットで回転する。ピストンのゼロ行程が必要な場合、軸線ＮとＭとは軸５１４の回転がピストンの運動を引き起こさないように整列される。この配置は両端ピストンおよび片端ピストン両方に有効である。
【００５４】
ピストンのストロークを変えることができることにより、ポンプまたは圧縮機の出力を必要に応じて連続的に変えるとともに、駆動体５３２による軸５１４の単一速度での運転を可能にする。出力が不要である場合、ピボットアーム５０４は単純に変換アーム３１０の駆動アーム３２０の周囲を駆動アームの振れがゼロで回転する。出力が必要である場合、軸５１４はすでに全速で運転しているので、ピボットアーム５０４が制御用ロッド５１０によって軸線から離れるように引っ張られた場合、速度に達するのに遅れを生じることなく、即時のストロークを生じる。従って、スタート／ストップ動作がないので、駆動システムに非常に低い応力荷重がある。ストロークを即座にゼロに減ずる能力により、下流で詰まりが発生した場合において、特に、液体ポンプにおける損傷からの保護を行うことができる。
【００５５】
もし、２つの気筒が１８０度の隔たりをもった間隔に置かれない場合（端部から見て）、またはピストン組立体３００内に２つを超える気筒が用いられる場合、継ぎ手３０６，３０８に連結されるピン３１２，３１４の端部は図３０に見られるように、８の字運動をこうむる。図３０は４つの両端ピストンを有するピストン組立体の８の字運動を示す。ピストンの２つは図２２に示されるようにフラットに配置され（そして８の字運動をこうむらない）、また他の２つピストンは水平ピストン間に等しく間隔をとって配置される（そして、その結果、可能な最大の８の字偏差をこうむるように位置決めされる）。ピストンの第２セットに対して連結されたピンがストレートライン（図３０のｙ軸線）から偏るその量は、駆動アームの振れ角（マストアングル）と中央ピボット点３５２（図３０のｘ軸線）からのピンがあるところのその距離によって決定される。
【００５６】
４つの両端ピストンのそれぞれのピストンピボット組立体のピンが中央ピボットの軸線から４５度にセットされている４つの気筒のバージョンにおいては、８の字運動はそれぞれのピストンピンにおいて等しい。８の字運動が固着を防止するために起こる場合には、ピストンピボットブッシュにおける運動が行われる。
【００５７】
ピストン組立体３００が、例えばディーゼルエンジンとしての使用のために形成される場合、火花点火エンジンに比較してディーゼルエンジンのより高い圧縮比に耐えるため、変換アーム３１０に対するピン３１２，３１４の取付に特別の支持体を用いることができる。図３１を参照すると、支持体５５０は変換アーム３１０にボルト５５１でボルト締めされ、またピンを受け入れるための開口部５５２を有する。
【００５８】
本発明に基づくエンジンは、ポンプピストンに対して燃焼圧力を直接加えるのに使用できる。図３２，図３２ａを参照すると、４気筒、２行程サイクルエンジン６００は（４つのピストン６０２それぞれは１回転につき１回点火する）燃焼圧力を４つのポンプピストン６０２のそれぞれに加える。それぞれのポンプピストン６０４は対応するピストン気筒６０８の出力側６０６に連結される。ポンプピストン６０４はポンプヘッド６１０中に延びる。
変換アーム６２０は、上述したように、それぞれの気筒６０８およびフライホイール６２２に連結される。補助の出力軸６２４がフライホイール６２２に連結され、これまた上述したように、フライホイールと共に回転する。
【００５９】
ピストン６０２の全てのストローク（図３２において見られるようにピストン６０２は右に動くので）は出力工程である筈なので、エンジンは２行程サイクルエンジンである。エンジン気筒の数はポンプによって必要とされるままに選択される。ポンプは流体であることができ、または、ガスポンプであることができる。多段空気圧縮機としての使用にあっては、それぞれのポンプピストン６０６は異なった直径であってもよい。ポンプの機能からは軸受負荷は発生せず、従ってまた、ポンプピストンそれら自体によって発生するもの以外に如何なる摩擦も引き起こされない。
その他の実施形態は特許請求の範囲の請求項に記載した観点の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる４気筒エンジンの簡略化した図解における側面図である。
【図２】  本発明にかかる４気筒エンジンの簡略化した図解における側面図である。
【図３】  ４つの異なった位置のうちの第１の位置におけるピストンとフライホイールとを示す、図１のエンジンの上面図である。
【図４】  ４つの異なった位置のうちの第２の位置におけるピストンとフライホイールとを示す、図１のエンジンの上面図である。
【図５】  ４つの異なった位置のうち第３の位置におけるピストンとフライホイールとを示す、図１のエンジンの上面図である。
【図６】  ４つの異なった位置のうち第４の位置におけるピストンとフライホイールとを示す、図１のエンジンの上面図である。
【図７】  本発明にかかる８気筒エンジンの部分断面上面図である。
【図８】  図７のエンジンの断面側面図である。
【図９】  図７の右端面図である。
【図１０】  図７の側面図である。
【図１１】  図７の左端面図である。
【図１２】  高圧縮位置におけるピストン、駆動部材およびフライホイールを示す、図７のエンジンの部分上面図でありる。
【図１３】  低圧縮位置におけるピストン、駆動部材およびフライホイールを示す、図７のエンジンの部分上面図である。
【図１４】  ピストンの上面図である。
【図１５】  ２つの位置における駆動部材を示すピストンの側面図である。
【図１６】  駆動部材とピストンとの軸受インターフェースを示す。
【図１７】  空気駆動のエンジン／ポンプの実施形態である。
【図１８】  第１位置における空気弁を示す。
【図１８ａ】  図１８に示される空気弁の線１８ａ−１８ａにおける断面の断面図である。
【図１８ｂ】  図１８に示される空気弁の線１８ｂ−１８ｂにおける断面の断面図である。
【図１８ｃ】  図１８に示される空気弁の線１８ｃ−１８ｃにおける断面の断面図である。
【図１９】  第２位置における空気弁を示す。
【図１９ａ】  図１９に示される空気弁の線１９ａ−１９ａにおける断面の断面図である。
【図１９ｂ】  図１９に示される空気弁の線１９ｂ−１９ｂにおける断面の断面図である。
【図１９ｃ】  図１９に示される空気弁の線１９ｃ−１９ｃにおける断面の断面図である。
【図２０】  傾斜した気筒を有する実施形態を示す。
【図２１】  片端ピストンを有する実施形態を示す。
【図２２】  ２気筒、両端ピストン組立体の上面図である。
【図２３】  図２２における組立体の両端ピストンの１つの上面図である。
【図２３ａ】  図２３の両端ピストンの線２３Ａ−２３Ａにおける側面図である。
【図２４】  図２２におけるピストン組立体の変換アームおよび自在継ぎ手の上面図である。
【図２４ａ】  図２４の変換アームおよび自在継ぎ手の線２４ａ−２４ａにおける側面図である。
【図２５】  図２２におけるピストン組立体の変換アームに連結された駆動アームの斜視図である。
【図２５ａ】  回転可能部材への駆動アームの連結を示す、図２２のピストン組立体の回転可能部材の、図２２における線２５ａ−２５ａにおける端面図である。
【図２５ｂ】  図２５ａにおける線２５ｂ−２５ｂにおける回転可能部材の側面図である。
【図２６】  図２２のピストン組立体の断面上面図である。
【図２７】  図２４における線２７−２７における変換アームの端面図である。
【図２７ａ】  図２２のピストン組立体の駆動ピンの断面図である。
【図２８】  図２２のピストン組立体の上面図である。
【図２８ａ】  図２２のピストン組立体の背面図である。
【図２８ｂ】  図２２のピストン組立体の側面図である。
【図２８ｃ】  図２２におけるピストン組立体の補助軸の上面図である。
【図２９】  ゼロ行程カップリングの断面側面図である。
【図２９ａ】  図２９のゼロ行程カップリングの分解図である。
【図３０】  ノン水平ピストン組立体の８の字運動を示すグラフである。
【図３１】  強化駆動ピンを示す。
【図３２】  ポンプピストンに対し燃焼圧力を直接作用させる４気筒エンジンの上面図である。
【図３２ａ】  図３２における線３２ａ−３２ａにおける４気筒エンジンの端面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１９】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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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２３Ａ】
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【図２４】
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【図２４ａ】
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【図２５】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２７Ａ】
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【図２８】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ】
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【図２８ｃ】
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【図２９】
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【図２９ａ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３２ａ】
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