JPH01501408A - 球形ハウジング内にて回転駆動されるピストンを有する動力変換機 - Google Patents
球形ハウジング内にて回転駆動されるピストンを有する動力変換機Info
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- JPH01501408A JPH01501408A JP62506836A JP50683687A JPH01501408A JP H01501408 A JPH01501408 A JP H01501408A JP 62506836 A JP62506836 A JP 62506836A JP 50683687 A JP50683687 A JP 50683687A JP H01501408 A JPH01501408 A JP H01501408A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
球形ハウジング内にて回転駆動される
ピストンを有する動力変換機
本発明は、球形ハウジング内にて回転駆動される一対の互いに向い合う独立的作
動の複動ピストンを有し、且つ前記ピストンは球形ハウジングの中央にて共通の
パブ部を介して互いに堅固に結合されており、且つ前記ピストンは、中央に配置
されて横断方向に延在しピストンのハブ部により局部的に貫通されている仕切り
板の両側に配置されており、且つ前記ピストンは球形ハウジングの内部にて第一
の軸の周囲を回転可能なように各々の回転ビンをもつて正反対の両端で少なくも
各ピストンにとって非対称に取り付けられている動力変換機に関する。
2、 従来技術の説明
ノルウェーの特許明細書第810691号から、上記に類した動力変換機は知ら
れている。球形ハウジング内の固定された共有仕切り板の両側にて回転させられ
る二つの向い合って配置され互いに密着した円錐台形状のピストンが提案されて
いる。更に詳細には、ピストンと仕切り板との間のローラ構造体の両側に、容積
増加と容積減少とを交互に行なう一対の作動室がピストンの間のスライド板(ハ
ブ部)と各ピストンとにより郭定される。
このものは、固定仕切り板のシールされたスロット内にて傾斜可能であり且つピ
ストン同士を結合しているスライド板に依存している。
発明の概要
本発明の目的とするところは、構成上及び実益上の観点から、簡潔にして一層容
易に適用し得る解決手段である。特に、仕切り板に対するピストンの回転運動と
、相互に結合しているスライド板の軸方向滑動とを回避し、その代りに、一層容
易に制御し得るピストンの周回運動と、ピストンと仕切り板との間を一層容易に
シールし得る接続とを使用し得る解決手段を与えることを目的とする。
本発明の動力変換機の特徴は、各ピストンがそれ自体は公知の球のセグメントの
形状を有し、前記各ピストンは、その外方部分は前記ピストンの球のセグメント
の球面にて終端され内方部分はハブ部を介して互いに接続されている対向して配
置されたピストン面を具備し、且つ、同等な円筒周縁状の仕切り壁表面に対する
軸受面を形成している中間ハブ部の円柱周縁状表面を具備し、仕切り板は球形ハ
ウジングの中心にて第一の軸と交差しているもう一つの軸の周囲を回転可能なよ
うにして前記球形ハウジング内に取り付けられており、且つ、前記仕切り板は前
記各ピストンに対する円筒周縁軸受面を備えた軸受部と、前記ピストンの前記ハ
ブ部の両端軸受面に対応する端部軸受面とを前記ピストンの前記ハブ部の向い側
に設けられていることである。
英国特許明細書節1,259,801号及び第1,549,269号から、球の
セグメント状をしたピストンの球面により外方部分を終端された対向する面を具
備する球セグメント形状のピストンを与える解決法は公知である。それらのピス
トンは、独立的に作動する二つの作動室をピストン自身の間に郭定する。
本発明に従って回動可能に設けられた仕切り板を使用することにより、仕切り板
とピストンとの間に、簡潔にして一層効果的な協力関係を純粋に機構的に獲得し
得る。
特に仕切り板が、ピストンと共同の成る種の運動とピストンに対する他の運動と
して関与し得るので、ピストンと仕切り板との強制的に制御された複合的且つ相
対的な運動により各作動室内にて容積の変更が達成され得る。
更に詳細には、ピストンと仕切り板の表面とが互いに強制的に制御されて球形ハ
ウジングの内面に対して共同で運動すると同時に、ピストン面と仕切り板の両面
とが相互に接近し、また離れる方向へと傾斜させられる。
本発明に従って球のセグメント状のピストン及び傾斜可能なようにしてピストン
に取り付けられた仕切り板とを使用することにより、ピストン面と仕切り板の等
しい両面とは、圧縮条件、入口と出口と必要によりバルブ付開口部との開放と閉
鎖その他を適合させるため、必要に応じて、最も良く各条件に適合し得るように
形状を変更して設計されることが可能となった。例えば、前記の面は、平面であ
ってもよく、また或いは、仕切り板とピストンとの厚さを局部的に増減させるこ
とにより幾分湾曲させた任意の同等な形状であってもよい。
本発明により、仕切り板及びピストンの寸法と、ピストン・ピンの回転軸(前記
第一の軸)とピストンの傾斜軸(ハブ軸)との間の角度とにより定まる作動室容
量の一式を揃えることも可能となろう。
本発明によれば、二つのピストンとそれに協力する仕切り板とにより、360°
回転する間に四つの作動室の各々において二つの連続する作動サイクルが成し遂
げられ、それらは(例えば2サイクル燃焼機関の)吸入工程と排出工程とに相応
し、また(4サイクル燃焼機関の)四つの作動工程の、該当する作動工程に相対
する。前述の軸相互開角度が例えば35″であるならば、機械の四つの作動室の
各々において各ピストンの(揺動)角運動量は合計140° (4X35’)と
なり、従って四つの全てのピストンの角運動量の総計は560”となる。本発明
の一実施例による本質的利点は、各作動サイクルが180°の回転角にて達成さ
れ、そのほぼ半分の回転角(約90°)は吸入工程に使用され、他方のほぼ半分
の回転角(約90°)は排出工程に使用され得ることである。同様に、他の応用
分野(例えば4サイクル燃焼機関)における利点は、各作動サイクル(四つの工
程I乃至■)が360”の回転角により達成され、そのほぼ半分の回転角は二つ
の工程(例えば、工程■及び■)に使用され、他方のほぼ半分の回転角は他の二
つの工程(例えば、■及び■)に使用され得ることである。その上、最後に述べ
た用例においては、隣り合う二つの作動室が二つの連続した作動工程を順に実行
するという利点がある。同一の軸に取り付けた二つのモータ・ユニットを使用す
ることにより、四つの全作動工程(I乃至■)を、連合した作動室に一つずつ順
次に実行させることができる。
本発明によれば、この様にして(2サイクル燃焼機関又は他のモータもしくは機
関において)、二つの作動室における効果的な吸入工程制御を行なうと同時に残
余の二つの作動室における効果的な排出工程制御をも同様にして行なうことがで
きる。互いに連続的な吸入工程と排出工程とを含む180”の作動工程(球形ハ
ウジング内における180@の回転)の後に、同様な吸入工程と排出工程とを含
む更に180°の同様な作動工程が達成される。もし必要ならば、各作動室の各
作動工程における容量を変更するため、前記二輪間の角度は前記の35″よりも
大きめもしくは小さめの角度に設定されてよい。
共にクランクシャフトにより貫通されているピストンと該ピストンの共通ハブ部
とが純粋に機構的手段により与えられており、前記クランクシャフトは内部に回
転軸受とスラスト軸受とを有するピストンの内部に第三の回転軸にて回転可能な
ようにして設けられ、更に前記クランクシャフトは、従来の方法にて前記回転ピ
ンに堅固に結合されている。
この様にして、共通な貫通りランクシャフト上へのピストンと共同ハブ部との設
置が効果的に行なわれ、クランクシャフトとピストンとの間にある軸受部におけ
る潤滑剤の効果的貫流も可能となる。同時に、球形ハウジング内における潤滑剤
通路と各作動室のと間の効果的シールが、容易な方法にて保障され得る。
本発明の本質的利点は、ピストンと、ピストンに共同する共通なりランクシャフ
トとが共に密接な回転体を形成することであり、該回転体は球形モータ・ハウジ
ング・チャンバの内部にて回転可能であり、すなわち、モータ・ハウジング・チ
ャンバのすぐ外側のモータ・ハウジング内に回転可能に設けられた二つの軸ジヤ
ーナルの間にて回転可能である。本発明のもう一つの優位点は、仕切り壁もまた
回転体形状にしてモータ・ハウジング・チャンバのすぐ外側のモータ・ハウジン
グ内に回動可能に設置され、前記モータ・ハウジング・チャンバ内にて傾斜可能
なことである。ピストンの回転運動により、正確に制御された方法にて仕切り壁
の傾斜運動を強制的に制御し得るので、ピストンと仕切り壁とのいずれを阻害す
る力をも回避し得る。また、前記の各部材を、とりわけコンパクトに、すなわち
大きな体積効率をもって小さな空間に形成し得る。その上、部材相互間のはめあ
い公差を最小とし且つ精密に係合させることにより、摩擦を最小とすることがで
きる。
本発明に従って(ノルウェー特許明細書第810691号の解決法による270
”に対し)180”の作動サイクルを有することにより、少数の弁を用いた、或
いは弁を用いない、入口と出口との場合によりその他の機器とを簡潔且つ一層有
益に配置すると共に、弁及びその他の機器を簡潔且つ一層効果的に制御するよう
にした極めて簡潔な構成が実現される。加えて、所要箇所は比較的容易にシール
され得る。
本発明による機械は、相対的に高い効率と小さな体積とそれによる小さな所要空
間とのお陰で、目的を異にする多くの用途に用いられ得る。例えば、この機械は
コンプレッサ、ポンプ、空気圧又は水圧モータ、ピストン蒸気機関、スターリン
グ・モータ等の様式にて使用されてよい。かかる場合には、入口と出口とは各々
、弁又は他の制御機器を使用することなく、球形ハウジングに対するピストンと
仕切り板とのそれぞれの運動により制御されてよい。
機械が4サイクル燃焼機関の様式である場合には、排気口と掃気口とは、部分的
には独立の弁により制御されてよく、また部分的には、仕切り板とピストンとの
それぞれによる開口部の遮蔽、開放により、仕切り板とピストンとのそれぞれに
より制御されてよい。この様にして幾つかの工程において、排気口と掃気口との
少なくとも開放維持と閉鎖維持とが各々弁にて制御されてよ<、一方、その全体
の中での掃気と排気との時期と期間とは仕切り板とピストンとの各々の運動によ
り制御されてよい。
機械がスターリング・モータの様式である場合には、機械は、各々の軸を共通に
接続された二つのモータ・ユニットから成っていてよく、一方のモータ・ユニッ
トは加熱装置と連合しているのに対し他方のモータ・ユニットは冷却装置と連合
しており、また、冷却装置と加熱装置との間の共通軸の周囲には熱交換器が配置
されていてよい。こうして、高い体積効率を有して緻密に小型化されたモータを
実現し得る極めて有益な解決法が、個別的要領にて与えられる。このことは、こ
の機械、すなわちスターリング・モータに一連の異分野における広大な用途を拓
かしめる。
最後に述べたケースにおいて、前記二つのモータ・ユニットがモータ・ユニット
相互の作動工程を調節するため角度調節装置を介して互いに接続されており、該
調節装置は調節弁により制御され且つ流体により作動させられる回転ピストン装
置の様式であってよく、前記調節装置は一対のモータ・ユニットを二つの互いに
反対な回転方向に回転させてモータの出力を制御すべく共通回転軸についてのモ
ータ・ユニット相互の回転により調節されることが提示される。
本発明の尚一層の特徴は、添付図面との関連を有する以下の説明から明らかとな
ろう。
図面の説明
第1図は、一方の外側位置にて描かれたピストンと該ピストンの中央を通る共通
りランクシャフトとを具備するコンプレッサの様式にて描かれた本発明の機械の
縦断面図、
第2図は、第1図と同じピストン位置を有する第1図の機械の、第1図の切断面
とは直角に切断面にて描かれた一部断面側面図、
第3図は、第2図に描かれた位置からクランクシャフトが45″回転した後の機
械の一部断面側面図、第4図は、第3図に描かれたと同じ角位置のピストンと、
ピストンの中央を貫通させた共通りランクシャフトとの断面図、
第5図は、三段膨張ピストン蒸気機関の様式での本発明による機械を概略的、
第6図は、第5図の機械の詳細を示した断面図、第7図は、へ室スターリング・
モータの様式における本発明の機械を示した概略断面図、
第8図及び第9図は第7図によるスターリング・モータのための調節装置を示し
た断面図、
第10図及び第11図は4サイクル燃焼機関の様式における本発明の機械を示し
た断面図、第12図は、第10図及び第11図の機械の四つの作動室の各々にお
ける四つの作動工程を概略的に示した図である。
好ましい実施例の説明
第1図乃至第4図には、本実施例では気相媒質圧縮用コンプレッサの様式と液相
媒質汲み上げ用ポンプの様式にて各々図示されている動力変換機が示されている
。或いはまた、この機械は、それぞれ気相もしくは液相の圧力媒質により駆動さ
れる空気圧モータまたは水圧モータとしても使用されてよい。
同様な二つの主たる構成要素10a、10bから成る球形ハウジング10が図示
されている。ノ)ウジング内部に球状の空間13が形成されるようにして、構成
要素10a、10bは、締結孔11aとそこへ組み付けられた締結ボルト12と
を以て、相等しいフランジ部11で接合されている。
ハウジングの各構成要素10a、10bには、そのフランジ部11の反対側の端
部にスリーブ状軸受部14が設けられている。軸受部14の中には、第1図に示
されている如く一対の組み合わされた回転スライドバアリング15.16があり
、その中にクランクシャフト18の一部を形成する回転ビン17a、17bが回
転可能に貫設されている。クランクシャフト18は、ハウジング10に結合した
軸受部14を貫通する。クランクシャフト18の主要部18aは、回転ビン17
a、17bに堅固に結合されている。図示の実施例においては、回転ビンとクラ
ンクシャフト18の主要部18aとは単一構造物をなしている。クランクシャフ
トの主要部18aと回転ビンとの間の遷移域にはカラ一部19があり、ガスケッ
ト20を介して、軸受部14に対するシールを形成している。クランクシャフト
18の主要部18aは、最小の直径d1を有する中央の円柱状軸部21と、それ
に続く中位の直径d2を有する一対の対向するハブ部22と、それに続く最大の
直径d3を有するもう一対の対向する球状シェル部23とからなる。
クランクシャフト18は回転ビン17a、17bの中心とハウジング10の中心
を通る第一回転軸x−xの周りを回転し得るようにして据え付けられており、一
方、クランクシャフトの主要部18bは図示の実施例では軸X−Xに対して35
″の角度をなしている主要部軸y −yを有している。クランクシャフトの主要
部18aは段付きの内腔25を有するピストン構造体24の中に回転可能に設け
られており、その内腔25は、ブツシュ26゜27を介在させて確実な嵌め合い
のちとに主要部18aを受けいれる。各々の球状シェル部23とピストン構造体
24との間のシール28.29にて示されており、また、ピストン構造体24の
球状端面32とハウジング10の球状内面33とハブ部22の球状内面34との
間のシールが30.31にて示されている。回転ビン17aと、ハブ部22と、
球状シェル部23と、クランクシャフトの主要部18aとピストン構造体の孔2
5との間の環状間隙と、それに加えてクランクシャフトの他端の球状シェル部と
ハブ部と回転ビン17aとを経由する貫通路35が示されている。
ピストン構造体24は二つの向い合うピストン36とその中間にある共通のハブ
部37とから成り、一体のユニットを構成している。より詳細には、ピストン構
造体24は半分ずつの要素として製造され(軸y−yに沿い且つ第1図の紙面に
直角に分割される)、ねじボルトもしくは類似の開放可能な締結手段にて、これ
以上は示されない手法をもって締結される。これにより、ピストン構造体はクラ
ンクシャフトの外側の位置に迅速に設置され得る。
各ピストン36は、第1図の紙面に直角な平面の形で図示されている二つの向か
い合うピストン面36a。
36bを備えている。中間ハブ部37は、互いに向かい合う同等な円柱シール面
37a、37bを備えている。
ハブ部37は第1図の紙面を貫く方向にピストン36よりも短めの寸法を有して
おり、その両端には、仕切り板40の対向するハブ部38.39の同等なラジア
ル・シール面を軸方向に押しているラジアル・シール面を備えている(第2図参
照)。ピストン構造体のノ1ブ部は仕切り板40の中央に穿たれたスロット内の
凹状シール面41a、41bに当接するシール面37a、37bによってシール
を形成するようにして仕切り板40内の貫通スロット内に配置されていることが
第1図から明らかである。
仕切り板40はその球面側縁部に、軸z−zに関して互いに押し合っているフラ
ンジ部の内部のそれぞれの空腔内に組み込まれた軸受スリーブ44.45に回転
可能に取り付けられた二つの向かい合うピボット・ピン42゜43を具備してい
る。仕切り板は、球のセグメント形状の二つの相対する円板部46.47を具備
しており、それらは前記のハブ部38.39 (第2図参照)により互いに接続
されている。組立て上の理由により、仕切り板40は(図示しないが)第1図の
紙面に平行な二つの部分に分割されている。
第1図にはピストン36が各々の外側位置にて示されており、その位置において
、ピストン表面36bと仕切り板表面47b、46bとの間の最大容積を有する
作動室43a、49aが、仕切り板40の両側に形成される。
同様にして、(第3図に示された如く)ピストン表面36aと仕切り板表面47
b、46aとの間の最小容積を有する作動室48b、49bが、仕切り板40の
両側に形成される。
第2図には、二つのハウジング構成要素10a。
10bの接合部付近のハウジング10の球状内面に(中心をはさんで互いに向き
合って)配置された二つの入口のうちの一つが、破線50aにより示されている
。同様にして、二つのハウジング構成要素10a、10bの接合部付近のハウジ
ング10の球状内面に配置された二つの出口のうちの一つが、破線50bにより
示されている。
第2図には、第2図においては省略されたハウジング10の前壁の内側の仕切り
板40のピボット・ビン42の両側にそれぞれ配置された一つの入口50aと一
つの出口50bとが示されており、また、一方、同等な開口部50a、50bが
、第2図のハウジング後壁のもう一つのピボット・ビン43の両側にそれぞれ同
様な要領にて配置されている。第2図に示された位置においては、組み合せられ
る四つの開口部は仕切り板40の球状端面46c (47c)により覆い隠され
ている。仕切り板40が第2図に示された位置から外れて揺動するにつれて(こ
れはピストン36とハブ部37とに結合されたクランクシャフト18が軸X−X
の周りを矢印P1により示された回転方向に回転することにより惹き起こされる
)各開口部50a、50bはそれぞれの作動室48a。
48b、49a、49bと連結可能となろう。
第3図においては、ピストン36と仕切り板40とは、二つの外側位置の中間の
位置、すなわちピストン36が軸x−xの周りを90″回転しそれに応じて仕切
り板40が軸z−zの周りを強制的に35”傾斜させられた後の位置にて示され
ている。第3図に示された中間的位置においては、仕切り板40の端部球面47
c (46c)と各ピストン36の端部球面36cとの間に露出域51゜52が
ある(傾線で示す)。領域51.52は仕切り板40と各ピストン36との動き
により共同で制御されることが第3図より明らかであろう。第2図に示された位
置から第3図に示された位置に至るまでに、作動室48a (49a)の容積は
減少し、一方、作動室48b(49b)の容積は増加しよう。
ピストンが第3図の位置から他の外側位置へと移る間に、仕切り板40は、矢印
P3にて示された傾斜方向に傾くことにより第2図に示された仕切り板の始動位
置へと向けて戻る。仕切り板のこの逆方向傾斜により、第1図及び第2図に示さ
れた始動位置からピストン構造体が180”回転したとき以降は、作動室48a
(49a)は(第2図に示された作動室48bと同様に)容積が最小へと向け
て縮小し続け、一方、それに対応して作動室48b (49b)は最大へと向け
て容積を増加させ続ける。その後、第1図と第2図の始動位置へと戻る360”
回転の後半の180”をピストンが通過する間に、作動室48a (49a)は
その新しい同様なサイクルの間に容積が増加し、それに伴って作動室48b(4
9b)の容積は減少する。この36o@の回転を通じて各作動室48a、48b
、49a、49bは、作用媒質の入口と出口と(又は出口と入口と)を有する完
全密閉型作動サイクルを、すなわち二つずつ対になって交互に作動するそれら四
つの容積の等しいことを保障する。
第4図には二つのバイブ・スタブ53,54が示されており、その各々はハウジ
ング構成要素10a、10bのフランジ部11の壁を経由して、詳しくは示され
ていない要領にて、ハウジング10のそれぞれ組み合せられた入口と出口とに連
絡する。中心を挾んで向かい合うハウジングの壁部に更にもう二つのバイブφス
タブが同様にして配置され、そこへ残余の二つの開口部(入口と出口)が接続さ
れる。
図示の実施例において、第1図乃至第4図では本発明は、気相もしくは液相の作
用媒質を取り扱うコンプレッサまたはポンプの様式にて示されている。しかしな
がら本構成は、既に言及した如く、気相もしくは液相の作用媒質により駆動され
る空気圧モータまたは水圧モータの様式にて一層好適に使用され得る。図示の実
施例として、共同する付加的装置を伴う多様な異なった機械様式が以下に述べら
れるが、主要な構成要素に関しては第1図乃至第4図の実施例による主たる構成
要素と同様である。
第5図に示された第二実施例は、直列に接続された三つの蒸気圧モータ61.6
2.63を備えた、三段膨張型のピストン式蒸気圧機関60を示す。モータ61
は二本の並列蒸気供給管64a、64bを経由して蒸気ボイラ64から生蒸気を
供給され、モータ61からの排出蒸気は二本の並列蒸気管65a、65bを経由
してモータ62へと供給され、モータ62からの排出蒸気は二本の蒸気管66a
、66bを経由してモータ63へと供給され、モータ63からの排出蒸気は二本
のバイブ67a。
67bを経由して蒸気凝縮器68へと供給される。バイブロ8aを経由して凝縮
器68からカスケード・タンク69へ凝縮水が供給される。二本の枝管70a、
70bに分岐しているバイブ70が、カスケード・タンク69から画室フィード
ψポンプ71へと通じている。二本の枝管72a、72bが、フィード・ポンプ
71から蒸気ボイラ64へと通じている。
モータ61.62.63の各々とフィード・ポンプ71とは、それぞれ第6図及
び第1図乃至第4図に示された普遍的構成に対応する。
第6図に、二つの断片からなるハウジング10の一片10aが示されている。仕
切りは、第1図乃至第4図の構成に関連して述べられたものと一致する。それぞ
れハウジング片の内面との関連を存して第1図乃至第4図の仕切り板に相当する
仕切り板40の動きにより制御されるとともに第1図乃至第4図のピストンに相
当するピストン36により制御されて付加的なバルブを使用することなく開閉さ
れる、中心を挟んで互いに向かい合う一対の入口50aと、その中間にある、中
心を挟んで互いに向かい合う一対の同様な出口50bとがハウジング内に示され
ている。仕切り板40は、第1図乃至第4図のピボット・ビンに関して示された
と同じ要領にて、ピボット・ピン42.43の周りを旋回可能なようにしてハウ
ジング10の内部に設置される。仕切り板40とピストン36との構成と作動方
式とは、第1図乃至第4図の仕切り板40とピストン36とに関して述べられた
ところと同様である。
第7図には、作用媒質がそれぞれ異なった温度水準にて圧縮され且つ膨張させら
れて熱回収する、密閉式再生回路を有するへ室スターリング・モータもしくはス
ターリング・エンジンの様式にて本発明による機械が示されている。このスター
リング・モータもしくはスターリング・エンジンは、必要ならばモータ、ヒート
ポンプ、圧力発生装置、冷却装置等として構成され得る。図示の実施例において
このスターリング・モータは、外部燃焼もしくは他の外部加熱を伴い且つ同様の
外部冷却を伴うモータとして使用されるよう企画されている。
軸受88,89a、89b、90を介して共通の駆動軸に結合されており且つ直
列に接続されている二つのモータ・ユニット85.86の概略の構成が示されて
いる。
一つのモータ・ユニット85は冷却装置91(その外形が実線で示されている)
によって取り囲まれており、従ってもう一つのモータ・ユニットは加熱装置92
(その外形が実線で示されている)により取り囲まれている。
モータ・ユニット85.86の間の連結軸93(破線により示されている)とそ
れに共同する軸受89a。
89bは、熱交換器又は通常の蓄熱器94(その外形が実線で示されている)に
より取り囲まれている。
本発明による解決法に従って、一方の冷却されたモータ・ユニット85は独立し
た四つのチャンバ(そのうちの二つのチャンバ85a、85bのみが第7図に示
されている)を持ち、他方のモータ・ユニット86は独立した四つのチャンバ8
6a、86b、86e、86dを持つように配置されている。二つのモータ・ユ
ニット85゜86の間に、独立した四つの誘導路95a、95b。
95c、95dが示されている。更に詳細には、一方のモータ・ユニットの四つ
のチャンバの各々は、それぞれの前記通路を経由して他方のモータ・ユニットの
各自に対応するユニットに接続されている。このようにして、二対の複動ピスト
ン、すなわち各モータ・ユニットに二つずつの複動ピストンを備えた配置が実現
される。一方のモーターユニットのピストンは、他方のモータ・ユニットのピス
トンに対して位相が90″異なっている。このごとは、二つのモータ・ユニット
のピストンが作動サイクルの成る局面においてはそれらピストンの間にて媒質を
圧縮し、作動サイクルの他の局面においてはそれらピストンの間にて媒質を膨張
させ、作動サイクルの更に他の局面においては作動室から作動室への媒質の移動
を認めることの原因となっている(二つの複動ピストンを有するシステムにおけ
る通常のスターリング・サイクル)。
第7図は詳細部分に特に重点を置くことなく原理スケッチとして解決法を図示し
ているものであるから、冷却袋fif91と加熱装置92と熱交換器とのそれぞ
れの詳細は示されていない。例えば通路は、熟練者には容易に明らかとなろうか
ら、一般的経路だけではなしに図面に示された経路とは展開長に関して大幅に異
なるようにして作られてよい。しかしながら、バイブが互いに同じ長さと同じ容
積とを有することが必要である。
二つのモータ・ユニット内の仕切り壁40の正逆二つの回転方向のうちの一つが
矢印P2にて示されており、二つのピストン36を具備するピストン構造体の回
転方向は矢印P1にて示されている。一方のモータ・ユニット86のピストン3
6はその外側位置の一方にあるようにして示されており、他方のモータ・ユニッ
ト85のピストン36は中間位置を占めている。第7図に示されている如く二つ
のモータ・ユニットのピストン構造は回転軸に対する互いの角位置が90″ずれ
ているので、一方のモーターユニットの作動室はいつでも他方のモータ・ユニッ
トの作動室に対して位相が90°ずれている。
本発明に基づくこの解決法の本質的部分は、二つのモータ・ユニットが使用され
、その双方が個々に、構成と作用方式とにおいて第1図乃至第4図に示された解
決法とほぼ一致することである。しかしながら本発明による解決法では、スター
リング−モータにおいて、バイブの両端は二つのモータ・ユニットの同等な作動
室に対し完全に開放された状態にて接続され、各作動室への接続を遮る何物をも
用いないので、如何なる様式の弁も使用°されないことが注目されるべきである
。本発明による本質的利益は、スターリング・モータが簡潔な構成法を獲得する
と同時に、著しく高い効率と、比較的小さな容量と、それによりもhらされる小
さな所要スペースと、少なからぬ材料の節約と付属機器の節減とを実現し得るこ
とである。
本発明による二つのこうしたモータ・ユニット85゜86を使用することにより
、更に、二つのピストン構成間の角位置を加減可能なように調節する可能性を利
用し得ることとなった。第8図及び第9図には、一方のモータ・ユニットの軸ジ
ヤーナル99と他方のモータ・ユニットの軸ジヤーナル100との間の流体カッ
プリング98が示されている。一方の軸ジヤーナル99は第一ビストン部材10
1に緊合されており、他方の軸ジヤーナルは同様に第二ピストン部材102に緊
合されている。
ピストン部材101,102は、共通ハウジング104の共通チャンバ103の
内部に配置されている。チャンバ103の内側の流体通路105a、105bと
、環状チャンバ106a、106bと、スリーウェイ調整弁108への配管10
7a、107bとが示されている。
調整弁108のハンドル手段109により、必要に応じ、流体制御媒体を介して
ピストン部材101.102を互いに接近し或いは離れる方向へと回転させ得る
。明確に示されている如く、ピストン部材は、第8図に示されている180”の
外側位置から、第7図に示された位置に相当する中間位置(’90’)、すなわ
ち二つのモータ・ユニットのピストン配置の間に90″の位相差のある位置を経
由して、もう一方の外側位置へと回転させられ得る。ピストン配置は、第7図に
示された位置から、二つの外側位置のそれぞれへと向けて反対の方向に90@回
転させ得る。このことが、90°から0″へと角度偏倚をいずれの方向へも減少
させ得るようにする。いずれの場合にも、効率を零へと向けて低下させることが
できる。
効率ゼロの外側位置から始めて、角度偏倚を90″又はそれ以上へと増加させる
ことにより次第に効率を最大へと向けて増大させることもできる。ピストン部材
が他方に対していずれの外側位置をとるかにより、ゼロから始めて最大効率へと
向けて、二つのそれぞれ反対な向きをとるこができる。換言するならば、旋回方
向は始動時に選択された外側位置により決定されるので、極めて簡潔な方法にて
停止位置からの駆動方向を反転し得る可能性がある。そののち、偏倚は90″へ
と増大させられてよく、また、90″を越えて偏倚を増大させることにより一層
の効率向上を計られてよい。その結果、モータ・ユニット間の角度偏倚を変化さ
せることにより、比較的簡単且つ容易な方法にてモータ出力の効果的調節を確実
なものにすると共にいずれの外側位置へと向けて移動させられたかにより正回転
から逆回転へ、或いはその逆にと旋回方向を反転させ得る可能性がある。
第10図、第11図及び第12図においては、二つの連結されたハウジング部材
10a、10bからなるハウジング10を具備する4サイクル燃焼機関110と
の関連にて本発明が図示されている。同様の構成は、2サイクル燃焼機関に関し
ても使用されてよい。
第10図には、四組の結合されたスパーク・プラグと燃料弁111 a、11
l b、111 c、111 d、すなわちチャンバ112a、112b、11
2c、112dのそれぞれのためのスパーク・プラグと燃料弁とのユニットが示
されている。その上、弁にて制御される二つの排出路113a、113c及び弁
にて制御される二つの掃気路113b、113d、すなわち対をなしている作動
室の各々のための通路が、独立の弁114をそれぞれ伴って示されている。スパ
ーク・プラグと燃料弁とを同時に制御することが、本質的には従来の原理で知ら
れている方法にて行なわれる。排出路と掃気路との開閉を同時に制御することが
、成る程度は弁の制御により行なわれ、また成る程度は仕切り板40とピストン
36とのそれぞれによる横滑りに類似した開放動作と遮蔽動作との各々により行
なわれ得る。スパーク・プラグと燃料ノズルと排気出口との配置は、最も良く効
果を発揮し得るようにして仕切り板40とピストン36との各々の作動経路に対
して位置決めされる。
2サイクル燃焼機関(詳細は省略)においては、排出路はピストンと仕切り壁と
によってのみ、言い換えれば仕切り壁の制御によってのみ開閉される一方、掃気
弁は独立に制御されることが必要とされる。掃気は、超過圧力により行われねば
ならない(オーバー・チャージャ)。
各排出路の弁114と仕切り壁40のピボット・ピン42.43とは、モータ・
ハウジングのそれぞれの窪み、すなわち二つのハウジング片10a、10bの間
の結合面に設置されている。
第12図には、参照数字1.15a、115b。
115c、115dにて示されている四つの局部的スケッチにより図示された4
サイクル−モータにおける四つの工程が概略的に示されており、その参照数字は
、仕切り板40と二つのピストン36との間に位置する四つの異なる作動室11
2a乃至112dにおける作動工程(I乃至■)を示している。
中央に描かれ且つ互いに同心に配置されている四つの(仮想的な)リング116
g、116b、116c。
116dにおいて(その一つ一つが作動工程l乃至■に対応する)、四つの燃料
弁/スパーク・プラグ111a乃至111d (第10図)の開放・接続状態は
(各々のリングすなわち作動工程において)開口部117a。
117b、117c及び117dにより印され、二つの排気弁113a、113
c (第11図)の開放・接続状態は(各々のリングすなわち作動工程において
)開口部118a、118bにより印され、二つの掃気弁113b、113d
(第11図)の開放・接続状態は(各々のリングすなわち作動工程において)開
口部119a、119bにより印されている。
局部的スケッチ(115a乃至115d)の各々において、モータの内部にて中
心を挟んで互いに向かい合って配置されている二つずつの作動室、すなわち作動
室112aと112e、及び作動室112bと112dとは、それぞれ同一の作
動工程にて動作することが第12図から明らかであろう。その上、一つのピスト
ン36の両側にあり且つ仕切り板40の同じ側にある二つの隣り合った作動室1
12a、112bは、互いの間で次に続く作動工程を有していることが明らかで
あろう。従って、作動室1]2cと作動室112bも互いの間で次に作動工程を
有しており、すなわちそれは作動室1】2aと作動室112bとの作動工程にそ
れぞれ一致する。局部的スケッチ115a乃至115dに示された四つの作動工
程!乃至■のうちの二つの作動工程のみが続けて使用される。このことは、実際
上、はずみ車の使用により解決される。或いはまた、二つのモータ・ユニットが
組み合わされて使用され、四つの作動工程がいつでも二つのモータ・ユニットの
作動室に配分されるようにして、一方のモータ・ユニットの作動室が(例えば作
動工程■及び■の)二つの工程にて動作し、他方のモータ・ユニットの作動室が
(例えば作動工程■及び■)の工程にて動作するようにしてもよい。
それに準じて、2サイクル・モータにおいては二種類の作動工程がピストンの両
側と仕切り板の両側とに二つずつ配置され、通常ははずみ車及び/又は余分のモ
ーターユニットは必要とされない。しかしながら、4サイクル・モータと2サイ
クル・モータとの双方において、二つ以上のモータ・ユニットが同一の軸に使用
されてよい。
(第12図に示されている如く)強制的に往復方向への傾斜運動を生じさせるピ
ストン36の回転運動により制御される仕切り板40(第12図においては詳細
は省略)の往復傾斜運動により、4サイクル・モータの図示された作動工程I乃
至■(局部的スケッチ115a乃至115d)が遂行される。開放(すなわちモ
ータ・チャンバの種々の出入口を開くこと)の始期は、はぼ図示されたリング1
16a乃至116dの開口により示された角位置をとり、種々のスケッチ115
a乃至115dに対し角度について関連を有する。第12図においては互いに角
度位置にはさほど重点を置くことなく、角度位置は暗示的に示されているのみで
あるから、種々の弁等がどの作動工程にて作動させられるかがリング116a乃
至116dにより概念的に示されているに過ぎない。それは、一つの作動工程(
又はそれ以降の作動工程)のどれ程の部分が開放区間に含まれるかについて、角
度によっては何も示唆しない。
作動工程Iにおいては、第一の作動室112aの燃料弁/スパーク・プラグ1l
la (開口117aにて示されている)と、中心を挟んでそれと向かい合う作
動室112cの燃料弁/スパーク・プラグ1llb (開口117bにて示され
ている)とのみが作動させられる。
作動工程■においては、中心を挟んで互いに向かい合う作動室112b、112
dのそれぞれの燃料弁/スパーク・プラグ1llc (開口117cにて示され
ている)及び1lld (開口117dにて示されている)が作動させられる。
この作動工程Hにおいては、作動室112a、112cの排気路113a、11
3c (開口118a、118bにて示されている)が作動させられる。
作動工程■においては、この同じ排気路113a。
113C(開口118a、118b)が、作動室112b、112dのために作
動させられる。この同じ作動工程■において、掃気路113b、113d (開
口11.9a、119bにて示されている)が、作動室112a、112cのた
めに作動させられる。
作動工程■において、その同じ掃気路113b。
113d (開口119a、119b)が、作動室112b、112dのために
作動させられる。
以上の記述から、これら四つの燃料弁/スパーク・プラグ111a乃至111d
はピストンもしくは仕切り板によって制御されるのではなく、例えば電子制御に
より独立に作動させられることが明らかであろう。実際には排気路113a、1
13cは、初めの二つの作動工程においては開かれ、それに続く二つの作動工程
においては閉じられよう。すなわち、その上更にピストン36によって隣り合う
二つの作動室が互いの間で制御されて、別工程にある二つの隣り合う作動室が順
次開放される。それに伴って掃気路113b、11.3dもまた初めの二つの作
動工程においては開かれ、それに続く二つの作動工程においては閉じられよう。
すなわち、その上更にピストン36によって隣り合う二つの作動室が互いの間で
制御されて、別工程にある二つの隣り同士の作動室が順次開放される。
国際調査報告
Claims (10)
- 1.球形ハウジング(10)の内部にて回転駆動される一対の互いに向かい合う 独立の複動ピストン(36)を有し、前記ピストンは前記球形ハウジングの中央 にて共通のハブ部(37)を介して互いに堅固に結合されており、且つ前記ピス トンは、中央に配置されて横断方向に延在し前記ピストンの前記ハブ部(37) により局部的に貫通されている仕切り板(40)の両側に配置されており、且つ 前記ピストンはそれぞれの回転ピン(17a,17b)をもって前記球形ハウジ ングの内部にて第一の軸(x−x)の周囲を回転可能なように正反対の両端にて 少なくとも各ピストンにとって非対称に取り付けられている動力変換機において 、前記各ピストン(36)は通常の球のセグメントの形状を有し、 前記各ピストン(36)は、その外方部分は前記ピストン(36)の球のセグメ ントの球面(36c)にて終端され内方部分は前記ハブ部(37)を介して互い に接続されている対向して配置されたピストン面(36a,36b)を具備し、 且つ、円筒周縁状の仕切り壁表面(41a,41b)に対する軸受面を形成して いる中間ハブ部の円柱周縁状表面(37a,37b)を具備し、前記仕切り板( 40)は前記球形ハウジングの中心にて第一の軸(x−x)と交差している第二 の軸(z−z)の周囲を回動可能なようにして前記球形ハウジング内に取り付け られており、且つ、前記仕切り板(40)は前記各ピストンに対する円筒周縁状 軸受面を備えた軸受部と、前記ピストンの前記ハブ部(37)の両端軸受面に対 応する端部軸受面とを前記ピストンの前記ハブ部(37)の向かい側に設けられ ていることを特徴とする動力変換機。
- 2.前記ピストン(36)とそれらに共通な前記ハブ部(37)とが、前記回転 ピン(17a,17b)に通常の方法にて堅固に結合され且つ各軸受部(14) 内に回転スラスト・ベアリング(15,16)を有して第三の回転軸(y−y) にて前記ピストン内において回転可能に取り付けられたクランクシャフト(18 )により貫通されていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の動力変換機。
- 3.前記クランクシャフト(18)とそれに共同する前記回転ピン(17a,1 7b)とは一体構造であり、一方、ピストン(36)と前記ハブ部(37)とは 長手方向に分割され得る二つ以上の部分からなることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の動力変換機。
- 4.最小容積と長大容積との作動室を有するピストンの各外側位置における前記 仕切り板(40)の前記球状端面(46c,47c)が前記仕切り板の両端をも つてピボット・ピン(42,43)のそれぞれ両側にある前記球形ハウジング( 10)の入口(50a)と出口(50b)とを遮蔽し、且つ、前記仕切り板(4 0)の球状端面(46c,47c)がそれぞれ組み合わされた要請増加中の作動 室と前記入口(50a)との連絡を制御するとともにそれぞれ組み合わされた容 積減少中の作動室と前記出口(50b)との連絡を制御することを特徴とする請 求の範囲第1、第2又は第3項記載の動力変換機。
- 5.前記仕切り板(40)の前記球状外面(46c,47c)が前記仕切り板の ピボット・ピン(42,43)付近の中央域にて長大幅を有するとともに前記ピ ボット・ピンから前記球状外面の両端へと向けて徐々に幅が減少し・且つ、前記 仕切り板(40)が遷移部(38,39)によって互いに結合された二つの円板 部(46,47)を含み、前記遷移部(38,39)は前記ピストンの前記ハブ 部(37)と軸方向に整合させられてこれと向き合っていることを特徴とする請 求の範囲第4項記載の動力変換機。
- 6.前記入口(50a)と前記出口(50b)とがそれらの領域を前記仕切り板 の前記球状端面(46c,47c)及び共同するピストン(36)の球状端面( 36c)により共同で遮蔽され且つ開放されるようにして配置と寸法とを定めら れることを特徴とする請求の範囲第4又は第5項記載の動力変換機。
- 7.前記入口と前記出口とがそれぞれ前記球形ハウジング(10)との関連にて 専ら前記ピストン(36)と前記仕切り板(40)とのそれぞれの移動により制 御されることを特徴とする、コンプレッサ、ポンプ、空気圧又は水圧モータ、蒸 気機関等の様式の、請求の範囲第1項乃至第6項のいずれかに記載の動力変換機 。
- 8.排気口と掃気口とが部分的には個別の弁により制御され、また部分的には前 記仕切り板と前記ピストンのそれぞれにて前記開口を遮蔽、開放することにより 前記仕切り板(40)と前記ピストンとのそれぞれによって制御されることを特 徴とする、4サイクル燃焼機関の様式の、請求の範囲第1項乃至第6項のいずれ かに記載の動力変換機。
- 9.一方のモータ・ユニット(85)は加熱装置(91)と連合し他方のモータ ・ユニット(86)は冷却装置(92)と連合し、前記冷却装置と加熱装置との 間の共通シャフトの周囲には熱交換器(94)が配置されるようにして前記共通 シャフトに各々の端部を接続されている二つのモータ・ユニット(85,86) からなることを特徴とする、スターリング・モータ又はスターリング・エンジン の様式の、請求の範囲第1項乃至第7項のいずれかに記載の動力変換機。
- 10.前記二つのモータ・ユニット(85,86)は前記モータ・ユニット相互 の作動工程を調節するため角度調節装置を介して互いに接続されており、前記調 節装置は調節弁により制御され且つ流体により作動させられる回転ピストン装置 の様式であってよく、前記調節装置は一対のモータ・ユニットを二つの互いに反 対な回転方向に回転させて前記モータの出力を制御すべく共通回転軸についての 前記モータ・ユニット相互の回転により調節されることを特徴とする、請求の範 囲第9項記載の動力変換機。
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