JP5010742B2 - ピストン機械 - Google Patents

Description

本発明はハウジングを含むピストン機械に関するものである。本発明のピストン機械は、特に内燃機関として使用することができる。本明細書では、ピストン機械を内燃機関として使用することを好ましい使用方法として提示している。しかしながら、本発明のピストン機械には他の潜在的用途、例えば、ピストン機械のコンプレッサとして使用することがある。

この種類のピストン機械は、例えば、下記特許文献１で知られている。
上述の文献で既知のピストン機械は、回転ピストン機械である。回転ピストン機械のハウジング内には合計４個のピストンが配置してあり、これらのピストンはハウジングに対して固定されている回転軸の周囲を一緒に走行する。それらのピストンが回転軸の周囲を一緒に走行するとき、４個のピストンは往復運動を行い、ピストン対を形成する２個のピストンは、いずれの場合にも、２個のピストンの端面部の間で規定される作動チェンバの大きさを交互に増減するように互いに反対向きの往復運動を行う。全体として、既知の回転ピストン機械は２個の作動チェンバを有しており、作動チェンバの大きさは同じ方向で増減する。４個のピストンは、ピストンと一緒に回転軸の周囲を回転するピストン・ケージ内に摺動するように取り付けてある。

既知の回転ピストン機械を内燃機関として使用するとき、吸入、圧縮、膨張、および排気の作動行程は、作動チェンバの体積の大きさの周期的増減の間に行われる。
この配置では、ピストンそれぞれがハウジングに対して固定された曲面部材の制御曲面内を走行するガイド部材を有するため、個々のピストンの往復運動は回転軸のまわりでのピストンの回転から導き出される。制御曲面は作り出すべきピストンの往復運動に対応する起伏のある輪郭を有しており、ピストンの往復運動を回転軸のまわりでのピストンの回転から導き出すことができるようになっている。

このような回転ピストン機械を内燃機関として使用する場合、例えば、車両を駆動するために、ピストン・ケージの回転を出力シャフトに伝達することができる。
類似の種類のさらなる回転ピストン機械は、例えば、下記特許文献２、または下記特許文献３で知られている。下記特許文献２での回転ピストン機械では、下記特許文献３での回転ピストン機械と同様に、曲面部材はハウジングの内壁に直接組み込まれている。

さらに、下記特許文献４は高圧ラジアル・ピストン・ポンプを、特に、内燃機関の噴射装置用の燃料ポンプとして開示している。ポンプ・ヘッド内に、この高圧ポンプは半径方向に可動なポンプ・ピストンを有しており、これらのポンプ・ピストンの往復運動は、ポンプ・ピストンを取り囲んで、ポンプ・ピストンに対応して輪郭形成されたカム・トラックを有している回転可能なカム・リングで作り出される。

国際公開第２００６／１２２６５８号Ａ１ 独国特許出願公開第１０ ２００５ ０２４ ７５１号Ａ１ 国際公開第０３／０６７０３３号Ａ１ 独国特許出願公開第１０１ １５ １６７号Ｃ１

上述したピストン機械では、欠点は、吸入、圧縮、膨張、および排気の作動行程を規定するピストンの往復運動を回転軸のまわりでのピストンの回転から導き出しているという事実と、ピストン・ケージもまたピストンと一緒に回転軸のまわりで必然的に回転するという事実により生じている。
ピストンはピストン・ケージと一緒に回転し、回転軸のまわりでのピストンの回転によりピストンは遠心力の作用を受けるが、他方で、ピストンはピストン・ケージに対して往復摺動運動を行わなければならないために、ピストンの外壁とピストン・ロータの内壁との間に遠心力に起因する摩擦現象を引き起こすことになる。したがって、ピストンに作用する遠心力のために、これらの往復運動は摩擦を受けやすい。したがって、ピストンに作用する遠心力は、既知のピストン機械の運転特性を損なう。

本発明の目的は、ピストン機械の運転特性を向上させるようにピストン機械を開発することである。

本発明によると、このハウジング内には少なくとも１つの第１のピストンを配置してあり、少なくとも１つの第１のピストンの第１の端面部に隣接する作動チェンバの大きさを周期的に増減するように２つの終端位置の間で少なくとも１つの第１のピストンを往復運動させることができ、少なくとも１つの第１のピストンは少なくとも１つのガイド部材を有しており、この少なくとも１つのガイド部材はハウジング内に配置された曲面部材上に形成されている制御曲面と係合状態にあり、曲面部材はハウジングに対して固定されている回転軸をぐるりと取り巻いてハウジング内で同心円状に円周方向に延びており、かつ曲面部材は回転軸に関してピストンの外面に対して半径方向に配置してあり、第２のピストンが少なくとも１つの第１のピストンに対向して位置しており、かつ第２のピストンは第１のピストンに対して反対方向の往復運動を行い、第２のピストンは第１のピストンの第１の端面部に対向している第２の端面部を有し、作動チェンバは端面部の間に位置している。このピストン機械において、前記本発明の目的は、曲面部材は回転軸のまわりを回転でき、他方、少なくとも１つの第１のピストンと第２のピストンとは前記回転軸のまわりを回転できないように、ハウジング内に取り付けて、その結果、曲面部材が回転軸のまわりを回転するとき、前記第１のピストンと第２のピストンとは回転軸に対して固定されている運動面内で往復運動を行うことになるという構成により達成される。

本発明のピストン機械は、１つまたは複数のピストンの往復運動を、回転軸のまわりでの１つまたは複数のピストンの回転運動からではなく、回転軸のまわりでの曲面部材の回転から導き出しており、他方、１つまたは複数のピストンが前記回転軸のまわりを回転しないという点で、通常の回転ピストン機械の概念から逸脱している。したがって、回転軸に関して１つまたは複数のピストンに作用する遠心力を除去している。前記第１のピストンは回転軸に対して固定されている運動面内で往復運動を行うが、既知の回転ピストン機械の場合には、個々のピストンの往復運動の運動面は回転軸のまわりを同様に回転する。

また、本発明のピストン機械は、１つまたは複数のピストンの回転を無くすとともに質量の軽い曲面部材だけが回転運動を行って１つまたは複数のピストンの往復運動を作り出すようになっているため、既知の回転ピストン機械よりも著しく少ない回転部分で間に合っている。
本発明のピストン機械の概念は、第２のピストンが前記第１のピストンに対向して位置しており、曲面部材が回転するとき第２のピストンは第１のピストンに対して反対方向の往復運動を行い、第２のピストンは第１のピストンの第１の端面部に対向している第２の端面部を有しており、作動ガス、特に、燃料／空気混合物を圧縮し、点火し、膨張させる作動チェンバが端面部の間に位置している実施形態で使用することが有利である。

例えば、最初に述べた特許文献からそれ自体が知られている、２個のピストンが反対向きに作動するこのボクサー原理は、２個のピストンの比較的小さい移動距離で大きな変位を有する作動チェンバを達成することができる利点を有している。
さらに本発明の好ましい実施形態では、第２のピストンは、曲面部材の制御曲面と係合状態にあるガイド部材を有している。

したがって、この実施形態では、互いに対向して位置する２個のピストンの往復運動を、互いに独立して回転軸のまわりでの曲面部材の回転から導き出している。これは、第２のピストンの往復運動を作り出すために２個のピストンの間の機械的連結を提供する必要が無いという利点を有している。さらに、第１および第２のピストンに対して曲面部材内のただ１つの制御曲面だけが必要である。

さらに本発明の好ましい実施形態では、回転軸は作動チェンバの中心を通って延びている。
この手段は、本発明のピストン機械を内燃機関として使用する場合、回転軸に対してハウジングの端部内の回転軸上に作動チェンバ内の燃料／空気混合物に点火する点火装置を配置することができる利点を有している。例えば、上記特許文献１の既知の回転ピストン機械でも点火装置を回転軸上に配置しているが、そこには回転するピストン・ケージ内の穴に点火装置を通すという欠点があり、これは点火装置と回転するピストン・ケージとの間で密封問題を引き起こす可能性がある。本発明のピストン機械では、対照的に、ハウジングに、したがって固定部分に点火装置を通すことができ、点火装置を容易に密封することができる。

さらに本発明の好ましい実施形態では、少なくとも１つの第１のピストンをハウジングに対して固定されているピストン・ケージ内に摺動するように取り付けてある。
少なくとも１つの第１のピストンをピストン・ケージ内に収容することは、ピストンが円筒形を有することができるという利点を有しており、少なくとも１つの第１のピストンの第１の端面部が円形構造であることを可能にするとともに、ピストン・ケージの円形の穴内にピストンを摺動するように取り付けることを可能にするという利点を有している。これもまた上記特許文献１で既知の回転ピストン機械において既に実施されているが、そこではピストン・ケージがピストンと一緒に回転軸のまわりを回転するという点で本実施形態とは異なっており、本実施形態ではピストン・ケージをハウジングに対して固定するように設計している。したがって、既知の回転ピストン機械で発生する遠心力に起因するピストンとピストン・ケージとの間の摩擦は、本発明のピストン機械では回避されている。

さらに本発明の好ましい実施形態では、シャフトが曲面部材と動作可能に連結してあり、曲面部材の回転をシャフトの回転に変換するようになっている。
ここで、曲面部材の回転をシャフトの回転に直接変換することを可能にして、したがって、複雑な変換機構を回避しながら、例えば、車両を駆動するために回転する曲面部材から円運動を取り出すことは有利である。

ここで、シャフトがウォーム歯で曲面部材と連結してあるとき好ましい。
このようにして、シャフトが曲面部材の外面と直接係合でき、それにより、曲面部材とシャフトの間のさらなる可動部分を無くすことができることは有利である。この配置では、シャフトを回転軸に対して垂直に配置することが好ましい。
さらに本発明の好ましい実施形態では、ハウジング内の、回転軸に関してハウジングの端部の位置に、ガス入口およびガス出口があり、開口部を有しており曲面部材と同じ回転速度で回転軸のまわりを回転する回転式スライド弁を用いて、ガス入口およびガス出口が開閉される。

本発明のピストン機械により、ハウジング末端部の回転軸のすぐ近くに、例えば、回転部分にぶつかることなく、ガス入口およびガス出口を設けることができるようになることは有利である。開口部を有している回転式スライド弁を使用することは、例えば、燃料／空気混合物などのガスを作動チェンバに導入し、例えば、燃焼済み燃料／空気混合物などのガスを作動チェンバから排気する入口バルブおよび出口バルブを提供する設計に関して利点を有する特に簡単な方法であり、回転式スライド弁の回転速度と曲面部材の回転速度とが等しいことにより、ガス吸入およびガス排気のタイミングが少なくとも１つの第１のピストンの往復運動と同期することを確保している。

この目的を達成するために、有利な実施形態では、回転速度比１：１を有する変速装置を介して曲面部材の回転から回転式スライド弁の回転を導き出すことを提供している。
上述したシャフトの場合と同様に、このような変速装置は、前と同様に曲面部材の外面と回転式スライド弁用の駆動軸との間のウォーム歯で形成できる。
さらに本発明の好ましい実施形態では、合計４個のピストンをハウジング内に配置してあり、これらの４個のピストンのうち少なくとも１つの第１のピストンおよび第２のピストンは第１のピストン対を形成し、第３のピストンおよび第４のピストンは第２のピストン対を形成し、第２のピストン対は第２の作動チェンバを規定し、この第２の作動チェンバは第１のピストン対により規定される作動チェンバと同一平面内にあり、第１および第３のピストンの往復運動は同じ方向であり、第２および第４のピストンの往復運動は同じ方向である。

既知の回転ピストン機械と同様に、本発明によるピストン機械のこの実施形態のピストン機械は、４個のピストンおよび２個の作動チェンバを同様に有しているが、本発明のピストン機械の２個の作動チェンバの大きさは、既知の回転ピストン機械とは対照的に、反対の方向で増減し、すなわち、一方の作動チェンバがその最小体積になっているときには、もう一方の作動チェンバはその最大体積になっており、逆もまた同様である。特に、ピストンがもはやハウジング内で回転軸のまわりを回転しないという本発明の概念に関連して、ここでの利点は、一方では、既に上述したように、遠心力がピストンに作用しないということ、他方では、それらの背面側がそれらの端面部から遠い状態で互いに隣接している２個のピストン、すなわち、第１および第３のピストンと、第２および第４のピストンとが、同じ方向に一緒にそれぞれ往復運動するということである。これは動作時のピストン機械内の振動を低減する。

また、ピストン機械が合計４個のピストンを有している実施形態では、第３および第４のピストンがガイド部材をそれぞれ有しており、これらの２個のガイド部材は曲面部材のさらなる制御曲面内に係合している。
すべての４個のピストンの往復運動を曲面部材により明確な方法で誘導することがここでは有利である。

さらに本発明の好ましい実施形態では、第１のピストンおよび第３のピストンが、それらの互いに対向している側部で互いに連結してあり、第２のピストンおよび第４のピストンも同様に、それらの互いに対向している側部で互いに連結してある。
第１と第３のピストンの間の連結、および第２と第４のピストンの間の連結が、往復運動の間にこれらのピストンの間で相互引きずり効果または相互引き込み効果を引き起こすため、それによりピストンのガイド部材が曲面部材のそれぞれの制御曲面との間で直接的で確実な接触を保持している状態を、曲面部材の全回転の間、常に確保していることがここでは有利である。

さらなる利点および特徴は、下記の説明および添付図面から明らかになるであろう。
上述した特徴、及びまだ説明されておらず後続の本文の中で説明される予定の特徴は、個々に示された組み合わせにおいてだけでなく、異なる組み合わせにおいても、または単独ででも、本発明の範囲を逸脱することなく使用できることは自明である。

回転軸に沿った第１の切断面における縦断面図で、本発明のピストン機械１０を示している。 部分領域の断面図とともに、図１の切断面に対して垂直な、回転軸に沿った切断面における縦断面図で、図１のピストン機械１０を示している。 図１のピストン機械１０を図２に基づく縦断面図で示しており、ピストンは図１および図２とは異なる動作位置にある。 図３に相当する図で図１のピストン機械１０を示しており、ピストンは他の動作位置にある。 図１のピストン機械１０の端面図を示している。 図１のピストン機械１０の曲面部材をピストン機械のピストンと一緒に部分斜視図で示しており、ピストンは第１の動作位置にある。 図６の配置を示しており、ただし、ピストンが図６で示した動作位置とは異なる動作位置にあることを除く。 並列に連結された図１の２つのピストン機械の作動行程の並びを示す図を示している。

本発明の例示的実施形態について図面で示しており、図面を参照して、さらに詳細に説明する。
本実施形態では、ピストン機械１０を、例えば、自動車用の内燃機関として使用している。
ピストン機械１０は、複数のハウジング・セグメントで構成されているハウジング１２を有している。ハウジング１２は実質的に球の対称性を有しているが、これに限らない。

後で説明する回転軸１４との関連で、ハウジング１２は、主要な構成要素として、第１のハウジング端部セグメント１６、その反対側に第２のハウジング端部セグメント１８、および回転軸１４の周囲の円周方向に１つ以上のハウジング・セグメント２０を有している。
ハウジング１２内には合計４個のピストン、すなわち、第１のピストン２２、第２のピストン２４、第３のピストン２６、および第４のピストン２８を配置してある。

特に図２〜図４から分かるように、４個すべてのピストン２２〜２８は共通平面内に配置してある。
第１のピストン２２は第１の端面部３０を有し、第２のピストン２４は第２の端面部３２を有し、第３のピストン２６は第３の端面部３４を有し、および第４のピストン２８は第４の端面部３６を有している。

第１のピストン２２および第２のピストン２４は、それらのそれぞれの端面部３０と３２の間で第１の作動チェンバ３８を規定し、第３のピストン２６および第４のピストン２８は、それらの端面部３４と３６の間で第２の作動チェンバ４０を規定している。
ピストン２２〜２８はハウジング１２内で往復運動を行い、これらの往復運動はハウジング１２に対して固定されている上述の回転軸１４に対して垂直に延びている枢動軸４１のまわりの枢動運動の形でここでは行われる。ここでは、ピストン２２〜２８は、この枢動運動に対応するように湾曲した円筒形構造である。

ピストン２２〜２８が枢動運動の代わりに回転軸に対して垂直に、または斜めに直線往復運動を行う実施形態も可能であろうことは自明であり、したがって、そのときにはピストン２２〜２８は湾曲している必要はないであろう。
ピストン２２〜２８の往復運動を作り出すために、ハウジング１２内には曲面部材４２をさらに配置してある。

曲面部材４２はリングとして設計されており、このリングは、回転軸１４をぐるりと取り巻いて円周方向に延びて、円周方向に連続している。リングは、ピストン２２〜２８に関して回転軸１４から見てピストン２２〜２８の外面に対して径方向に位置しており、ハウジング端部セグメント１６と１８の間の略中心、およびハウジング１２内の略中心に位置している。

曲面部材４２は、２個の環状軸受４４、４６を用いて回転軸１４のまわりを回転できるようにハウジング１２内に取り付けてある。
したがって、曲面部材４２は、幾何学軸であると理解できる回転軸１４のまわりをハウジング１２内で回転でき、曲面部材４２の回転はピストン２２〜２８の往復運動を作り出す働きをする。

この目的のために、曲面部材４２は第１の制御曲面４８と第２の制御曲面５０とを有しており、２つの制御曲面４８、５０は回転軸に関して軸方向に互いに隣接して配置してあり、回転軸１４をぐるりと取り巻いて円周方向に延びている。
第１のピストン２２に連結されているガイド部材５２と、第２のピストン２４に連結されているガイド部材５４とは、制御曲面４８と係合状態にある。第３のピストン２６に連結されているガイド部材５６と、第４のピストン２８に連結されているガイド部材５８とは、制御曲面５０と係合状態にある。

ガイド部材５２〜５８は走行ローラとして設計され、ピストン２２〜２８のそれぞれの端面部３０〜３６から離れる方向に向いている背面側上に配置してある。
一例としてガイド部材５２について図２に示すように、このガイド部材はピストン２２にしっかりと連結されているジャーナル６０を用いてピストン２２上に回転可能に取り付けてある。

また、ガイド部材５２〜５８は、図示の例示的実施形態の種類の走行ローラの代わりに、ピストン２２〜２８の球体ソケット内に取り付けられたボールにより、または摺動シューもしくは異なる形の走行ローラにより、形成することも可能である。
さらに、ピストン２２〜２８は、ピストン・ケージ６２内に摺動するように取り付けてあり、このピストン・ケージ６２はハウジング１２内で回転軸１４に対して固定してあり、すなわち、回転できないような態様でハウジング１２に連結してある。

ピストン・ケージ６２は第１のピストン２２と第２のピストン２４とに対して穴(bore)６４を有しており、この場合、穴は円形であり、ピストン・ケージ６２は第３のピストン２６と第４のピストン２８とに対して穴６６を有しており、前記穴は同様に円形である。したがって、ピストン２２および２４は穴６４内で摺動するように取り付けてあり、ピストン２６および２８は穴６６内で摺動するように取り付けてある。したがって、好ましくは円形断面を有するピストン２２〜２８は、円形シール（例えば、図３のピストン２２のシ−ル６８）を用いて密封した状態で、それぞれ穴６４および６６内で摺動することができ、その結果、作動チェンバ３８および４０は密封されることになる。

穴６４および６６の円周側壁は、それぞれ端面部３０および３２と、３４および３６と一緒になって、作動チェンバ３８および４０の範囲をそれぞれ定めており、その結果、作動チェンバ３８および４０は実質的に円筒形を有している。
曲面部材４２が回転軸１４のまわりを回転するとき、制御曲面４８および５０はガイド部材５２〜５８に沿って走行し、それに対応して、回転軸１４に関して「凸部」と「凹部」とで構成される制御曲面４８および５０の輪郭に従ってピストン２２〜２８の往復運動を作り出す。

ピストン２２〜２８のそれぞれは、２つの終端位置の間で往復運動を行い、このプロセスの間、ピストン２２〜２８の運動は同一運動面内で常に行われ、この同一運動面は図２〜４の４個のピストン２２〜２８が描かれている平面である。したがって、ピストン２２〜２８は、既知の回転ピストン機械のように回転軸１４の周囲を回転しない。対照的に、ピストン２２〜２８はハウジング１２内の実質的な中心平面内に常にある。

この配置では、第１のピストン２２および第２のピストン２４は互いに反対方向の運動を行い、第３のピストン２６および第４のピストン２８も同様に互いに反対方向の運動を行う。対照的に、第１のピストン２２の往復運動は第３のピストン２６の往復運動と同じ方向であり、第２のピストン２４の往復運動は第４のピストン２８の往復運動と同じ方向である。その効果は、作動チェンバ３８および４０の大きさは同じ方向では増減せず、作動チェンバ３８の体積が減少している間、作動チェンバ４０の体積は増加しており、逆もまた同様であるということである。

図２では、上死点（ＴＤＣ）と呼ばれるそれらの終端位置にある第１のピストン２２および第２のピストン２４を示しており、この上死点（ＴＤＣ）では、ピストン２２および２４は互いに最大限に接近しており、したがって、作動チェンバ３８は最小体積を有している。
これに対して、ピストン２６および２８は下死点（ＢＤＣ）と呼ばれる終端位置にあり、この下死点（ＢＤＣ）では、ピストン２６および２８は最大限に離間しており、したがって、作動チェンバ４０は最大体積を有している。

図３は、ピストン２２および２４と、２６および２８と、のそれぞれの中間位置を示しており、ピストン２２〜２８は図２のそれらの各終端位置から、もう一方の終端位置の方向に半分だけ移動している。図２から図３への移行の基礎にあるのは、回転軸１４のまわりでの曲面部材４２の９０°の回転である。
図４は、図３からさらに９０°回転した後の、図２とは逆の状況を示しており、この状況では、ピストン２２および２４はそれらのＢＤＣ位置に到達し、他方、ピストン２６および２８はそれらのＴＤＣ位置に到達している。

図６は、ピストン２２および２４のＴＤＣ位置と、同時に起こるピストン２６および２８のＢＤＣ位置とを、曲面部材４２の関連する回転位置と一緒に斜視図 で示しており、図７は、逆の状況、すなわち、ピストン２２および２４のＢＤＣ位置と、ピストン２６および２８のＴＤＣ位置とを示している。
第１のピストン２２および第３のピストン２６は、端面部３０および３４から離れる方向に向いているそれらのピストンの背面側で、好ましくは、例えば、引 張バネ６８などを用いて弾性的に、互いに連結されており、第２のピストン２４および第４のピストン２８は、第１のピストン２２および第３のピストン２６に 対応して同様に、好ましくは、例えば、引張バネ７０などを用いて弾性的に、互いに連結されている。第１のピストン２２と第３のピストン２６の間の連結、お よび第２のピストン２４と第４のピストン２８の間の連結が、第１のピストン２２と第３のピストン２６の間、および第２のピストン２４と第４のピストン２８ の間で相互引きずり効果または相互引き込み効果を引き起こし、ガイド部材５２〜５８と、曲面部材４２の制御曲面４８および５０のそれぞれと、の接触をしっかりと保持することを確保する。ピストン２２と２６の間の弾性連結、およびピストン２４と２８の間の弾性連結は、それぞれ、これらのピストンの間のわずかな弾性的な遊びを可能にする。

曲面部材４２の回転をピストン機械１０の運転の駆動力として使用するために、曲面部材４２はシャフト７２と動作可能に連結してある（図１）。図２〜図４は、シャフト７２の末端部７４、７６を示しており、これらの末端部７４、７６に、例えば、車両または装置の駆動系などを連結することができる。
図６および図７によると、曲面部材４２は外面上にウォーム歯７８を有するとともに、シャフト７２はウォーム歯７８に対応する外歯を有しており、この外歯は曲面部材４２上のウォーム歯７８とかみ合って、曲面部材４２が回転軸１４のまわりを回転するとき、シャフト７２をその長手方向の中心線のまわりで回転させるようになっている。この特に簡単な実施形態では、これらの２つの部品上の１組の歯だけを必要とし、曲面部材４２とシャフト７２の間の回転伝達のために歯車機構のいかなる追加的な部品も必要とせず、シャフト７２は回転軸１４に対して垂直に延びている。

ピストン機械１０のさらに他の態様については後述する。
ガス入口８０およびガス出口８２を第１の作動チェンバ３８に割り当ててあり、ガス入口８０およびガス出口８２はハウジング端部セグメント１６内の回転軸１４のすぐ近くに配置してある。
上記に対応して、ハウジング・セグメント１８内のガス入口８４およびガス出口８６を作動チェンバ４０に割り当ててある。

燃料供給装置８８をガス入口８０内にさらに配置してあり、燃料供給装置９０をガス入口８４内に配置してある。
したがって、例えば、インジェクタなどの燃料供給装置８８を介して送り込まれる外気と燃料との混合気を、ガス入口８０を介して作動チェンバ３８に導入できる。ピストン２２および２４のＴＤＣ位置で外気の導入が始まり、その後、ピストン２２および２４はＢＤＣ位置に移動し、ＢＤＣ位置に到達する直前に燃料も注入できる。その後、ピストンはＴＤＣ位置に戻り、このプロセスの間に混合気を圧縮する。ピストン２２、２４の新たなＴＤＣ位置では、例えば、スパーク・プラグなどの点火装置９２を用いて混合気に点火でき、その後すぐにピストン２２および２４は爆発的に離れていき、すなわち、膨張の作動行程が行われる。ピストン２２および２４がＴＤＣ位置に再び到達すると、ピストン２２および２４がＢＤＣ位置に戻るときにガス出口８２を介して燃焼済み混合気を排出し、これは４サイクル機関でよく知られているプロセスである。

対応する点火装置９４を作動チェンバ４０に設けてある。
ガス入口８０およびガス出口８２を開閉するためにハウジング１２内に回転式スライド弁９６を配置してあり、ガス入口８４およびガス出口８６を開閉するためにハウジング１２内に回転式スライド弁９８を配置してある。
２個の回転式スライド弁９６および９８のそれぞれは、回転軸１４の周囲の円周方向の範囲に関して限定されている開口部を１つだけ有しており、回転式スライド弁９８の１つの開口部１００が図１に示されている。

回転式スライド弁９６および９８の両方は、それらが回転軸１４のまわりを回転できるようにハウジング１２内に取り付けてあり、回転式スライド弁９６および９８は曲面部材４２と同じ回転速度で回転軸１４のまわりを回転している。
曲面部材４２の回転から回転式スライド弁９６および９８の回転を導き出し、この曲面部材４２は、曲面部材４２の回転速度を比率１：１で回転式スライド弁９６および９８の回転速度に変換する変速装置１０２を用いて回転式スライド弁９６および９８に連結してある。

変速装置１０２はシャフト１０４を有し、このシャフト１０４はシャフト１０４にその長手方向軸のまわりの回転を与えるために歯車１０６で曲面部材４２上の外歯７８とかみ合っており、シャフト１０４はその端部に歯車１１２、１１４とかみ合う歯車１０８、１１０を支持しており、これらの歯車１１２、１１４は回転式スライド弁９６、９８上の外歯とかみ合っている。

曲面部材４２の回転から回転式スライド弁９６、９８の回転を導き出している事実は、回転式スライド弁９６および９８の回転速度と曲面部材４２の回転速度との最適同期化を確保し、したがって、ガス入口８０、８４およびガス出口８２、８６をそれぞれの正確な時間に曲面部材４２の回転速度の関数として開放することを確保している。
ピストン機械１０の動作については図８を参照しながら詳細に後述する。

説明の出発点はピストン２２および２４のＴＤＣ位置であり、その結果、ピストン２６および２８のＢＤＣ位置である。したがって、作動チェンバ３８はその最小体積になっており、作動チェンバ４０はその最大体積になっている。
燃料／空気混合物が作動チェンバ３８内で既に圧縮されているとき、ピストン２２および２４のＴＤＣ位置から、図８に点火火花で示すように作動チェンバ３８内で燃料／空気混合物に点火できる。曲面部材４２が回転軸１４のまわりを９０°回転した後、ピストン２２および２４はＴＤＣ位置からＢＤＣ位置へ移動して、作動（膨張）の作動行程が行われる。

図１に基づいて回転式スライド弁９８の適切な位置決めを仮定すると、燃料／空気混合物が作動チェンバ４０に吸入され、上述したように曲面部材４２が９０°回転する間に、ピストン２６および２８はＢＤＣ位置からＴＤＣ位置へ移動して、その結果、作動チェンバ４０内の燃料／空気混合物を圧縮する。
回転軸１４のまわりでの曲面部材４２のさらなる９０°の回転を仮定すると、作動チェンバ３８内で燃焼済み燃料／空気混合物を排気する作動行程が行われ、他方、作動チェンバ４０内では、燃料／空気混合物の点火後に作動（膨張）の作動行程が同時に行われる。この行程の最後には、ピストン２２、２４はＴＤＣ位置にあり、ピストン２６、２８はＢＤＣ位置にある。

回転軸１４のまわりでの曲面部材４２のさらなる９０°の回転の間に、作動チェンバ３８内では新しい燃料／空気混合物を吸入する作動行程が行われ、作動チェンバ４０内では燃焼済み燃料／空気混合物を排気する作動行程が行われる。この行程の最後には、ピストン２２、２４はＢＤＣ位置にあり、ピストン２６、２８はＴＤＣ位置にある。
回転軸１４のまわりでの曲面部材４２のさらなる９０°の回転の間に、作動チェンバ３８内では圧縮の作動行程が行われ、作動チェンバ４０内では新しい燃料／空気混合物を吸入する作動行程が行われる。この行程の最後には、ピストン２２、２４はＴＤＣ位置にあり、ピストン２６、２８はＢＤＣ位置にある。

したがって、回転軸１４のまわりでの曲面部材４２の３６０°の完全な回転の間に、両方の作動チェンバ３８および４０内では作動、排気、吸入、および圧縮の４つの作動行程が行われ、作動チェンバ３８内の作動行程には９０°の位相シフトがある。
今、２つのピストン機械１０を並列に連結するとき、合計４個の作動チェンバを有するピストン機械が得られ、第２のピストン機械の２個の作動チェンバ内の作動行程が両方とも、互いに対して、および第１のピストン機械１０の作動チェンバ３８および４０内の作動行程に対して、９０°だけ位相シフトしているように配置を選択すると、その場合２個ある曲面部材の各９０°の回転の間に作動（膨張）の作動行程が行われるピストン機械を得ることが全体として見ると可能であり、したがって、８シリンダ・エンジンにおいて見られるような１回の３６０°の回転の間に４サイクルの作動（膨張）の連続した並びがあることを確保している。

Claims (5)

1. ハウジング（１２）を含み、このハウジング（１２）内には少なくとも１つの第１のピストン（２２）を配置してあり、前記第１のピストン（２２）の第１の端面部（３０）に対面する作動チェンバ（３８）の大きさを周期的に増減するように２つの終端位置の間で前記第１のピストン（２２）を、前記ハウジング（１２）に対して固定されているピストン・ケージ（６２）内を摺動させて往復運動させることができ、
   前記第１のピストン（２２）は少なくとも１つのガイド部材（５２）を有しており、この少なくとも１つのガイド部材（５２）は前記ハウジング（１２）内に配置された曲面部材（４２）上に形成されている制御曲面（４８）と係合状態にあり、
   前記曲面部材（４２）は前記ハウジングに対して固定され前記作動チェンバ（３８）の中心を通って延びている回転軸（１４）をぐるりと取り巻いて前記ハウジング（１２）内で同心円状に円周方向に延びており、かつ前記曲面部材（４２）は前記回転軸（１４）に関して前記ピストン（２２）の径方向外面に対向して配置してあり、
   さらに第２のピストン（２４）が前記第１のピストン（２２）に対向して位置しており、かつ前記第２のピストン（２４）は前記第１のピストン（２２）に対して反対方向の往復運動を行い、前記第２のピストン（２４）は前記第１のピストン（２２）の前記第１の端面部（３０）に対向している第２の端面部（３２）を有し、
   前記作動チェンバ（３８）は前記端面部（３０、３２）の間に位置しており、かつ前記第２のピストン（２４）は、前記曲面部材（４２）の前記制御曲面（４８）と係合状態にあるガイド部材（５４）を有している、ピストン機械であって、
   前記曲面部材（４２）は前記回転軸（１４）のまわりを回転できるが、前記第１のピストン（２２）と前記第２のピストン（２４）とは前記回転軸（１４）のまわりを回転できず、その結果、前記第１のピストン（２２）と前記第２のピストン（２４）とは、前記曲面部材（４２）が前記回転軸（１４）のまわりを回転するとき、前記回転軸（１４）に対して固定されている運動面内で往復運動を行うように、前記曲面部材（４２）を前記ハウジング（１２）内に取り付けてあり、
   前記曲面部材（４２）と動作可能に連結してあるシャフト（７２）を有し、前記曲面部材（４２）の前記回転を前記シャフト（７２）の回転に変換するようにされており、
   前記ハウジング（１２）内の、前記回転軸（１４）に関して前記ハウジング（１２）の端部の位置に、ガス入口（８０）およびガス出口（８２）があり、開口部を有しており前記曲面部材（４２）と同じ回転速度で前記回転軸（１４）のまわりを回転する回転式スライド弁（９６）を用いて、前記ガス入口（８０）および前記ガス出口（８２）が開閉されることを特徴とするピストン機械。
2. 回転速度比１：１を有する変速装置（１０２）を介して前記曲面部材（４２）の前記回転から前記回転式スライド弁（９６）の前記回転を導き出すことを特徴とする、請求項１に記載のピストン機械。
3. 合計４個のピストン（２２、２４、２６、２８）が前記ハウジング（１２）内に配置してあり、これらの４個のピストン（２２、２４、２６、２８）のうち前記第１および第２のピストン（２２、２４）は第１のピストン対を形成し、第３および第４のピストン（２６、２８）は第２のピストン対を形成し、前記第２のピストン対は第２の作動チェンバ（４０）を規定し、この第２の作動チェンバは前記第１のピストン対により規定される前記作動チェンバ（３８）と同一平面内にあることと、前記第１および第３のピストン（２２、２６）の前記往復運動は同じ方向であり、前記第２および第４のピストン（２４、２８）の前記往復運動は同じ方向であることと、を特徴とする、請求項１または請求項２に記載のピストン機械。
4. 前記第３および第４のピストン（２６、２８）がガイド部材（５６、５８）をそれぞれ有しており、前記２個のガイド部材（５６、５８）は前記曲面部材（４２）のさらなる制御曲面（４８）内に係合していることを特徴とする、請求項３に記載のピストン機械。
5. 前記第１のピストン（２２）および前記第３のピストン（２６）が、それらの互いに対向している側部で互いに連結してあり、前記第２のピストン（２４）および前記第４のピストン（２８）が、それらの互いに対向している側部で互いに連結してあることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載のピストン機械。

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