(57)【要約】  本発明は、ピストンエンジンを始動させるシステムであり、前記ピストンエンジンの軸を回転させるように設計されたクランク軸（１）と、スタータ（２）とを備えるシステムであって、前記システムは、少なくとも１つの自在継手を備える１連のジンバル（３）であって、スタータ（２）に選択的に回転接続されるように設計された入力軸（５）と、クランク軸（１）に回転接続される出力軸（６）とを備え、吸入軸（５）に対して出力軸（６）の回転速度を瞬間的に変化させて、圧縮による抵抗トルクを平滑化することができる１列のジンバル（３）をさらに備えることを特徴とするシステムに関する。
2016505750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸（１）とスタータ（２）とを備えたピストンエンジンを始動させるシステムであって、
前記システムは、少なくとも１つの自在継手を備える１組のジンバル（３）であって、スタータ（２）に選択的に回転結合するように設計された入力軸（５）と、クランク軸（１）と回転結合される出力軸（６）とを備え、入力軸（５）と出力軸（６）とが平行にならないような構造であり、入力軸（５）に対して出力軸（６）の回転速度を瞬間的に変化させて、圧縮による最大抵抗トルクを平滑化する１組のジンバル（３）をさらに備えることを特徴とする、システム。
【請求項２】
１組のジンバル（３）の入力軸（５）と出力軸（６）とは、略直角である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１組のジンバル（３）が、直列かつ同相に取り付けられた２つの自在継手（３１、３２）を備え、前記自在継手（３１、３２）それぞれは、入力軸に対して出力軸の回転速度を瞬間的に変化させて、抵抗トルクが最大になった時に入力軸（５）に対して出力軸（６）の速度を低減する、請求項１または請求項２のうちの一項に記載のシステム。
【請求項４】
前記自在継手（３１、３２）それぞれの折れ角が４５°である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
１組のジンバル（３）の入力軸（５）に対する出力軸（６）の回転速度の前記低減が、抵抗トルクが最大になった時に、ほぼ３０％にまで達する、請求項３または請求項４のうちの一項に記載のシステム。
【請求項６】
スタータ（２）を１組のジンバル（３）の入力軸（５）に接続するように配置された減速機（４）をさらに備える、請求項１〜請求項５のうちの一項に記載のシステム。
【請求項７】
クランク軸（１）を１組のジンバル（３）の出力軸（６）に接続するように配置された出力減速機（７）をさらに備える、請求項１〜請求項６のうちの一項に記載のシステム。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のうちの一項に記載のシステムを備える、ピストンエンジン。
【請求項９】
ピストンがクランク軸（１）によって変位される４つのシリンダを備える、請求項８に記載のピストンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンエンジンの分野に関し、特に、ピストンエンジンスタータの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空分野において、ピストンエンジンを始動させるのに使用されるスタータは、当初設計された自動車用途に比べてピストンエンジンのシリンダ容積がかなり大きいために、かなり大きな応力が加わる場合が多い。
【０００３】
圧縮点火エンジンの場合、例えば、ディーゼルエンジンの場合、容積比が高いために、この問題はさらに大きくなる。
【０００４】
これらの高い応力を吸収するために、始動リレーおよびバッテリは、スタータ内の非常に高い負荷を吸収するような寸法に設計される。
【０００５】
これらの負荷は、エンジンの圧縮過程の高い抵抗トルクによって直接引き起こされる。
【０００６】
さらに、体積の理由から、スタータをピストンエンジンのクランク軸に直角な形で位置決めするのが有利であることが分かる。このような構造にするために、かさ歯車を形成するのに現在使用されている解決策は、例えば、スタータの結合を操作するばね式クラッチ付きのウォームねじシステムを備える。
【０００７】
しかし、上述の解決策は、始動時の抵抗トルクが大きいために、さまざまな部品の大型化につながり、さらに、かさ歯車方式の信頼性が不十分になるという点で満足のいくものであるとは言えない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述の欠点の全くないシステムを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明は、クランク軸とスタータとを備えたピストンエンジンを始動させるシステムであって、前記システムは、少なくとも１つの自在継手を備える１組のジンバルであって、スタータに選択的に回転結合するように設計された入力軸と、クランク軸と回転結合される出力軸とを備え、入力軸と出力軸とが平行にならないような構造であり、入力軸に対して出力軸の回転速度を瞬間的に変化させて、圧縮による抵抗トルクを平滑化する１組のジンバルをさらに備えることを特徴とするシステムを提案する。
【００１０】
１組のジンバルの入力軸と出力軸とは、典型的には、略直角である。
【００１１】
特定の実施形態によれば、前記１組のジンバルは、直列かつ同相に取り付けられた２つの自在継手を備え、前記自在継手それぞれは、入力軸に対して出力軸の回転速度を瞬間的に変化させて、抵抗トルクが最大になった時に入力軸に対して出力軸の速度を低減する。
【００１２】
前記自在継手それぞれの折れ角は、典型的には、４５°である。
【００１３】
前記１組のジンバルの入力軸に対する出力軸の速度低減は、典型的には、抵抗トルクが最大になった時に、ほぼ３０％に達する。
【００１４】
特定の実施形態によれば、前記システムはさらに、スタータを１組のジンバルの入力軸に接続するように配置された減速機を備える。
【００１５】
特定の実施形態によれば、前記システムは、クランク軸を１組のジンバルの出力軸に接続するように配置された出力減速機であって、速度変換則の周波数を圧縮の周波数と一致させる出力減速機を備える。
【００１６】
本発明はさらに、上述したようなシステムを備えたピストンエンジンに関する。
【００１７】
前記ピストンエンジンは、例えば、ピストンがクランク軸によって変位される４つのシリンダを備える。
【００１８】
本発明の他の特徴、目的、および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。以下の説明は、単なる例であって、以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は、添付図面を参照しながら進めるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一態様のシステムの概略図である。
【図２】燃焼していない時のピストンエンジンの圧縮と慣性により引き起こされる瞬間トルクの発生の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の一態様のシステムの概略図である。
【００２１】
図１は、クランク軸１と、クランク軸１に選択的に結合されてクランク軸を回転駆動するように設計されたスタータ２とを備えたピストンエンジンを始動させるシステムを示している。
【００２２】
スタータ２は、典型的には、バッテリに取り付けられる電気エンジンと、出力軸２１とを備える。
【００２３】
図示されているシステムはさらに、直列に取り付けられる１つまたは複数の自在継手を備えてスタータ２とクランク軸１との結合を確実にする１組のジンバル３を備える。１組のジンバルは、スタータ２によってトルクが印加される入力軸５と、クランク軸１を回転駆動する出力軸６とを備える。
【００２４】
図示されている実施形態では、１組のジンバル３は、直列に取り付けられた２つの自在継手３１、３２を備える。
【００２５】
さらに、図示されている実施形態では、減速機４は、スタータ２の出力軸２１と１組のジンバル３の入力軸５との減速比を適用するために、スタータ２と１組のジンバル３との間に配置される。出力減速機７は、１組のジンバル３の自在継手と、クランク軸１に結合したエンジンの圧縮との間に同じ周波数を維持するために、クランク軸１と出力軸６との間に配置される。
【００２６】
実際には、自在継手による結合の特徴の１つは、速度変換則の周波数が、回転周波数に対して２倍になるということである。
【００２７】
したがって、自在継手を備えたシステムは、４気筒エンジンの圧縮の周期に対応する１８０°の倍数ごとに生じる圧縮のみをフィルタリングすることができ、したがって、該エンジンに適している。
【００２８】
異なる数のシリンダを有するエンジンの場合、速度変換則の周波数が圧縮の周波数と一致するように適切な速度比を確保する変速機を通過する必要があり、このことが異なる減速機を生み出す。
【００２９】
体積における利点を維持しながら大きな減速比を生み出すためには、直列の複数の歯車もしくは遊星歯車列を使用することができるが、システムの全質量の点では不利になる。
【００３０】
１組のジンバルは、有利には、以下に詳細に説明するように、自在継手によって形成された結合の非等速性を利用して、スタータ２が受ける抵抗トルクを平滑化する。
【００３１】
図２は、クランク軸の回転（°）に応じて、燃焼していない時のピストンエンジンの圧縮と慣性により引き起こされる瞬間トルク（Ｎｍ）の発生の一例を示した図である。
【００３２】
このグラフには、３つの異なる曲線：
曲線７１：クランク軸１の位置における瞬間トルク
曲線７２：スタータ２の位置における瞬間トルク
曲線７３：図１に示されている２つの自在継手３１、３２間の軸における瞬間トルク
が示されている。
【００３３】
これらの異なる曲線は、抵抗トルクが最大になる直前に、クランク軸１の１８０°（もしくは半回転）ごとに上死点を形成する一連の圧縮を示している。図２は、実際には、抵抗トルクが１８０°の直前で最大値に達し、その後、０〜１８０°へとシフトして向きを変えることを示している。動作は、１８０°ごとの周期的動作である。
【００３４】
実際に、クランク軸１の回転により、ピストンが変位され、その結果、圧縮と弛緩の連続サイクルが発生して、可変抵抗トルクが生じる。可変抵抗トルクは、圧縮時に増加して、上死点の直前で最大値に達し、その後、弛緩時に主動力となる。
【００３５】
図２は、特に、上死点の直前の抵抗トルクが最大値に達した時の１組のジンバル３が瞬間抵抗トルクに及ぼす効果を示しており、瞬間抵抗トルクは、クランク軸１の位置の瞬間抵抗トルクに比べて、スタータ２の位置では急激に減少している。
【００３６】
実際に、自在継手は、自在継手の２つの軸のアライメントがとれていない場合には、回転時に回転速度を一定に伝達することはない。
【００３７】
入力軸と出力軸とを備えた自在継手の場合、Ｃｉｎ×Ｗｉｎ＝Ｃｏｕｔ×ＷｏｕｔもしくはＣｉｎ＝Ｗｉｎ／Ｗｏｕｔ×Ｃｏｕｔの関係が得られる。この場合、Ｃｉｎは入力軸に加わるトルク、Ｃｏｕｔは出力軸に加わるトルク、Ｗｉｎは入力軸の回転速度、そしてＷｏｕｔは出力軸の回転速度である。
【００３８】
その結果、Ｗｉｎ／Ｗｏｕｔ比の変化により、入力トルクと出力トルクとの比率も変化し、スタータ２に加わる抵抗トルクは減衰される。
【００３９】
所定の自在継手において、Ｗｉｎ／Ｗｏｕｔ比は、特に、自在継手の入力軸と出力軸との間の折れ角によって決まる。
【００４０】
さまざまな自在継手が、望ましい比率が得られるように構成される。
【００４１】
自在継手それぞれの折れ角は、典型的には、３０°〜６０°、例えば、４５°である。
【００４２】
特定の実施形態によれば、１組のジンバル３は、それぞれ折れ角が４５°の２つの自在継手を備え、１組のジンバル３の全折れ角は９０°となる。この構造により、自在継手に作用する力と瞬間的な速度変化との間に適切な妥協点が得られるので、最大抵抗トルクを低減することができる。
【００４３】
折れ角の増加は、抵抗トルク低減に及ぼす効果を改善するが、自在継手に作用する応力を増大させる。逆に、折れ角が小さくなることにより、自在継手に加わる応力は低減されるが、最大抵抗トルクの低減に与える影響は小さくなる。
【００４４】
また、それぞれ折れ角が４５°で、ひいては全折れ角が９０°となる２つの自在継手を備えた１組のジンバル３を備えることにより、エンジンをさらに小型化することができる。
【００４５】
図１に示されているシステムの場合、自在継手３２は、有利には、抵抗トルクが最大になった時点で、この自在継手３２の出力軸（この場合、１組のジンバル３の出力軸６）の瞬間回転速度は、この自在継手３２の出力軸（この場合、図１に示されている２つの自在継手３１、３２間の中間軸）の瞬間回転速度より速い。入力軸と出力軸との間の平均速度は、１組のジンバル３の入力軸５と出力軸６との間の平均速度に等しく、１組のジンバル３は、上死点の直前で瞬間速度を修正するように速度則を変化させて、最大抵抗トルクを低減する。
【００４６】
それぞれ折れ角が４５°の２つの連続する自在継手に対応する図２に示されている曲線の例の場合、上死点の直前の抵抗トルクが最大となる時の入力トルクと出力トルクとの比率は、ほぼ８５０／１２００＝７０％となり、したがって、出力速度と入力速度との比率も、この時点でおよそ７０％となる。
【００４７】
同様に、自在継手３１の上死点の直前の抵抗トルクが最大となる時点の入力トルクと出力トルクとの比率は、ほぼ６００／８５０＝７０％となり、したがって、出力速度と入力速度との比率も、この時点でおよそ７０％となる。
【００４８】
さらに、それぞれが瞬間的に速度を変化させ、非等速性が付与されるように同相で取り付けられる２つの自在継手を直列で取り付けることにより、有利には、スタータに加わる最大抵抗トルクを２分の１まで低減することができる。
【００４９】
また、有利には、上死点直後のエンジントルクに影響を与えずに、上死点の直前の抵抗トルクを減衰させるように組み立てられる。
【００５０】
さらに、少なくとも１つの自在継手を備えた１組のジンバル３を使用してスタータ２とクランク軸１との結合部を形成することにより、スタータ２をクランク軸１の軸に平行でない軸上に位置決めすることができ、このことは体積の点で有利である。
【００５１】
提案されているシステムは、従来のスタータに比べて複数の利点を有する。
【００５２】
まず第一に、提案されているシステムは、圧縮ごとに瞬間トルクを減衰させる。したがって、該スタータでは、圧縮時に停止する危険性が少なく、より滑らかな始動が可能になる。
【００５３】
また、上死点の時点でスタータ２が受けるトルクを平滑化することにより、スタータ２と減速機４との間のトルクの異常を低減して、システムの寿命を長くすることができる。
【００５４】
さらに、このトルクの平滑化により、スタータ２、およびバッテリや継電器のような一般的な結合電気部品を通過する強度ピークは、速度がほぼ０であり、摩擦が顕著である始動段階を除いた始動時に低下し、部品を加熱することによってシステムを損傷するリスクを低減する。
【００５５】
別の結果としては、電流必要量が減少し、そのことにより、より小型の電気始動システムを使用することができる、もしくは該電気始動システムのバッテリの再充電間の可能な始動回数を増やせる。
【図１】
2016505750.tif 000003
【図２】
2016505750.tif 000004
【国際調査報告】
2016505750.tif 000005
2016505750.tif 000006
2016505750.tif 000007
2016505750.tif 000008