JP2023124276A - エンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】コンロッド又はクランクアームの長さに制限されずボアとストロークを自在に設計することができるエンジンを提供する。【解決手段】ピストンヘッド12を左右両端面に備えた略円柱体状のピストン11と、当該ピストンの周壁部中心に前記ピストンの径方向に沿って形成された所定の内径を有する貫通孔14の内壁に沿って形成された内歯車14aと、当該内歯車と噛合する歯車15と、当該歯車を軸支するクランクピン17を先端に有し、基端にクランク軸19を有する略棒体状のクランクアーム18と、前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローター16と、前記ピストンが挿嵌される円筒形状のシリンダー20aを備え、前記ピストンヘッドが対向する燃焼室21を前記シリンダー両端に連接してなるシリンダーケース20と、から構成されたエンジン。【選択図】図1
Description
本発明は、エンジンに関するものである。
レシプロエンジンは、吸気、圧縮、爆発、排気の各工程によってピストンを動かし、当該ピストンに連結されているコンロッドの往復運動を所定のリンク機構でクランク軸の回転運動に変換して、回転動力を出力するように構成されている。
従来、ピストンはコンロッドの先端で回動自在に軸支され、ピストン及びコンロッド先端部の往復運動が、コンロッド基端部の回転運動に変換され、クランクピン、クランクアームからなるリンク機構を介してクランク軸の回転運動が伝達されている。
従来、ピストンはコンロッドの先端で回動自在に軸支され、ピストン及びコンロッド先端部の往復運動が、コンロッド基端部の回転運動に変換され、クランクピン、クランクアームからなるリンク機構を介してクランク軸の回転運動が伝達されている。
また、特開2015-224745号に開示されているレシプロエンジンに於けるピストン運動の回転変換構造は、ピストンに固定したコンロッドと、直線運動を回転運動に変換する遊星歯車機構部と、その内歯車の中心位置で軸支される駆動軸と、から少なくとも構成し、遊星歯車機構部が、一対の内歯車と、各内歯車内で噛合すると共にそのピッチ円直径が内歯車の1/2である遊星歯車と、コンロッドとピンを介して軸支すると共に遊星歯車に固着した連結杆と、遊星歯車に固着すると共に駆動軸に固着した固定杆と、から成され、且つ、ピンの中心が常にコンロッドの軸心線上に位置するように配置されるように構成されている。これによって、ピストンの側圧がシリンダーに殆ど生じないものとなり、摩擦損失が軽減されると共に、エンジンの小型化や軽量化が可能なものとなり、更に振動や騒音の発生が減少するようにしている。
従来のクランク構造の場合、コンロッドの基端側大径部がクランクアームの長さを半径とする円周に沿って回転している。そのため、コンロッドの上死点と下死点間の往復距離は、クランクアームの直径と等しい。これによって、往復距離を長くする、すなわち、ロングストローク化した場合、クランクアームを長くしなければならず、クランクケースが大型化する等の問題が生じるため、現状ではエンジンの設計段階でクランクアームの長さに制限がかかってしまうおそれがある。一方、往復距離を短くする、すなわち、ショートストローク化した場合、往復運動を回転運動へ返還するクランク機構を構成するクランクアームの長さとコンロッドの長さに制限がかかってしまうおそれがある。
上記の問題に対して、上記の特開2016-075208号に開示されているピストン運動の回転変換構造は、クランクアームに替えて内歯車と遊星歯車機構からなる変換機構を設けて、従来のクランク構造におけるクランクアームの回転動作を、内歯車に内接して転動する遊星歯車の回転に変換し、ピストンを直線的に往復運動させると共に、当該往復運動にクランクアームの長さが影響しないように構成している。
しかしながら、上記の回転変換構造によれば、内歯車に内接している遊星歯車がピストンに加わる圧力によって内歯車からズレたり、滑ったりして正しく力を変換することができないおそれがある。また、回転返還構造に係る部品点数が多いことから、装置が複雑化して組立に手間暇及びコストがかかるおそれがある。
しかしながら、上記の回転変換構造によれば、内歯車に内接している遊星歯車がピストンに加わる圧力によって内歯車からズレたり、滑ったりして正しく力を変換することができないおそれがある。また、回転返還構造に係る部品点数が多いことから、装置が複雑化して組立に手間暇及びコストがかかるおそれがある。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、コンロッド又はクランクアームの長さに制限されずボアとストロークを自在に設計することができるエンジンを提供することを目的とする。
請求項1に記載のエンジンは、左右両端面にそれぞれピストンヘッドを備えた略円柱体状のピストンと、
当該ピストンの周壁部中心に、前記ピストンの径方向に沿って形成された所定の内径を有する貫通孔と、
当該貫通孔の内壁に沿って形成された内歯車と、
当該内歯車と噛合する歯車と、
当該歯車を軸支するクランクピンを先端に有する略棒体状のクランクアームと、
当該クランクアームの基端に固定されたクランク軸と、
前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローターと、
前記ピストンが挿嵌される円筒形状のシリンダーを備え、前記ピストンヘッドがそれぞれ対向する燃焼室を前記シリンダー両端にそれぞれ連接してなるシリンダーケースと、から構成され、
当該シリンダー内を、前記ピストンが左右方向へ往復運動するとき、
前記ピストンに従動して往復運動する前記内歯車に噛合された前記歯車が、前記貫通孔内を所定の方向へ回動し、
前記歯車を軸支する前記クランクピンを介して、前記クランクアームが前記クランク軸を所定の方向へ回動させると共に、
前記偏心フリーローターが、前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とする。
当該ピストンの周壁部中心に、前記ピストンの径方向に沿って形成された所定の内径を有する貫通孔と、
当該貫通孔の内壁に沿って形成された内歯車と、
当該内歯車と噛合する歯車と、
当該歯車を軸支するクランクピンを先端に有する略棒体状のクランクアームと、
当該クランクアームの基端に固定されたクランク軸と、
前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローターと、
前記ピストンが挿嵌される円筒形状のシリンダーを備え、前記ピストンヘッドがそれぞれ対向する燃焼室を前記シリンダー両端にそれぞれ連接してなるシリンダーケースと、から構成され、
当該シリンダー内を、前記ピストンが左右方向へ往復運動するとき、
前記ピストンに従動して往復運動する前記内歯車に噛合された前記歯車が、前記貫通孔内を所定の方向へ回動し、
前記歯車を軸支する前記クランクピンを介して、前記クランクアームが前記クランク軸を所定の方向へ回動させると共に、
前記偏心フリーローターが、前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とする。
請求項2に記載のエンジンは、請求項1に記載の発明において、前記ピストンの直径を、左右両端面の前記ピストンヘッドに連接形成したピストンスカートの径に対して、前記周壁部中心近傍の径を細く形成したことを特徴とする。
請求項3に記載のエンジンは、請求項1に記載の発明において、前記ピストンの直径を、左右両端面の前記ピストンヘッドに連接形成したピストンスカートの径に対して、前記周壁部中心近傍の径を太く、又は当該ピストンスカートの反ピストンヘッド側から前記周壁部中心に向かって漸増させて当該周壁部中心近傍を略球体状に形成したことを特徴とする。
請求項4に記載のエンジンは、請求項1に記載の発明において、左右両端面の前記ピストンヘッドに連接形成したピストンスカートの反ピストンヘッド側を切り欠いて、
前記ピストンの前記周壁部中心近傍に前記貫通孔を備えた平面部を形成したことを特徴とする。
前記ピストンの前記周壁部中心近傍に前記貫通孔を備えた平面部を形成したことを特徴とする。
請求項5に記載のエンジンは、請求項1に記載の発明において、前記燃焼室の所定位置に配置される電極を備えた点火プラグを設け、
前記ピストンヘッドが空気と霧状にした燃料を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体を前記燃焼室で圧縮したとき、当該可燃性混合気体が、前記電極から発生したスパークで点火されるようにしたことを特徴とする。
前記ピストンヘッドが空気と霧状にした燃料を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体を前記燃焼室で圧縮したとき、当該可燃性混合気体が、前記電極から発生したスパークで点火されるようにしたことを特徴とする。
請求項6に記載のエンジンは、請求項1に記載の発明において、前記燃焼室の所定位置に配置される噴霧口を備えた噴射装置を設け、
前記ピストンヘッドが前記燃焼室で空気を急激に圧縮して高温高圧空気を形成したとき、前記噴射装置が所定の燃料を前記噴霧口から霧状に噴霧して、当該燃料を前記高温高圧空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする。
前記ピストンヘッドが前記燃焼室で空気を急激に圧縮して高温高圧空気を形成したとき、前記噴射装置が所定の燃料を前記噴霧口から霧状に噴霧して、当該燃料を前記高温高圧空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする。
請求項7に記載のエンジンは、請求項5若しくは請求項6に記載の発明において、前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口と前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設けたことを特徴とする。
前記吸気口と前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設けたことを特徴とする。
請求項8に記載のエンジンは、請求項5若しくは請求項6に記載の発明において、前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口を前記シリンダーの所定位置に設け、前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設け、
前記吸気ポートに、前記シリンダー内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブを設けたことを特徴とする。
前記吸気口を前記シリンダーの所定位置に設け、前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設け、
前記吸気ポートに、前記シリンダー内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブを設けたことを特徴とする。
請求項9に記載のエンジンは、請求項5若しくは請求項6に記載の発明において、前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
少なくとも前記クランク軸と前記クランクアームを内包した前記貫通孔を囲橈するようにクランクケースを設けて、
前記吸気ポートに、前記クランクケース内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するクランクケースリードバルブを設け、前記クランク軸を中心とした放射方向に沿った前記クランクケースの所定位置に前記吸気口を配置し、
前記排気口を前記シリンダーの側壁部の所定位置に配置し、
前記クランクケースと前記シリンダーを連通すると共に、前記排気口よりも反燃焼室側にシリンダー側開口端が配置されたバイパスポートを設けたことを特徴とする。
少なくとも前記クランク軸と前記クランクアームを内包した前記貫通孔を囲橈するようにクランクケースを設けて、
前記吸気ポートに、前記クランクケース内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するクランクケースリードバルブを設け、前記クランク軸を中心とした放射方向に沿った前記クランクケースの所定位置に前記吸気口を配置し、
前記排気口を前記シリンダーの側壁部の所定位置に配置し、
前記クランクケースと前記シリンダーを連通すると共に、前記排気口よりも反燃焼室側にシリンダー側開口端が配置されたバイパスポートを設けたことを特徴とする。
請求項10に記載のエンジンは、請求項5若しくは請求項6に記載の発明において、前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
少なくとも前記クランク軸と前記クランクアームを内包した前記貫通孔を囲橈するようにクランクケースを設けて、
当該クランクケースの前記クランク軸の軸方向に沿った所定位置に前記吸気口を配置し、
当該吸気口は、ローター面周縁部の所定位置を弧状に切り欠いて形成した切欠部を備えた前記偏心フリーローターの前記ローター面周縁近傍と対向配置され、
前記吸気口は、前記偏心フリーローターの回転にしたがって、前記切欠部と重なり合ったとき開放され、前記周縁部と重なり合ったとき閉鎖されるように構成し、
前記排気口を前記シリンダーの側壁部の所定位置に配置し、
前記クランクケースと前記シリンダーを連通すると共に、前記排気口よりも反燃焼室側にシリンダー側開口端が配置されたバイパスポートを設けたことを特徴とする。
少なくとも前記クランク軸と前記クランクアームを内包した前記貫通孔を囲橈するようにクランクケースを設けて、
当該クランクケースの前記クランク軸の軸方向に沿った所定位置に前記吸気口を配置し、
当該吸気口は、ローター面周縁部の所定位置を弧状に切り欠いて形成した切欠部を備えた前記偏心フリーローターの前記ローター面周縁近傍と対向配置され、
前記吸気口は、前記偏心フリーローターの回転にしたがって、前記切欠部と重なり合ったとき開放され、前記周縁部と重なり合ったとき閉鎖されるように構成し、
前記排気口を前記シリンダーの側壁部の所定位置に配置し、
前記クランクケースと前記シリンダーを連通すると共に、前記排気口よりも反燃焼室側にシリンダー側開口端が配置されたバイパスポートを設けたことを特徴とする。
請求項11に記載のエンジンは、一対の略円柱状の小径部と、当該小径部よりも大径の略円柱状で前記小径部に挟まれた大径部とからなり、前記小径部の反大径部側の端面にピストンヘッドと当該ピストンヘッドに連接するピストンスカートが形成され、前記大径部の中心部に所定の内径を有する貫通孔が径方向に沿って形成されたピストンと、
前記貫通孔の内壁に沿って形成された内歯車と、
当該内歯車と噛合する歯車と、
当該歯車を軸支するクランクピンを先端に有する略棒体状のクランクアームと、
当該クランクアームの基端に固定されたクランク軸と、
前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローターと、
前記小径部が挿嵌される一対の円筒形状のシリンダーと、当該シリンダーと連接し、前記大径部が嵌合されるハウジングを備え、前記シリンダーの反ハウジング側端部に前記ピストンヘッドが対向する燃焼室を有するシリンダーケースと、から構成され、
前記シリンダー内を、前記小径部が往復運動するとき、
当該小径部に従動して前記大径部が往復運動して、前記内歯車に噛合された前記歯車が、前記貫通孔内を所定の方向へ回動し、
前記歯車を軸支する前記クランクピンを介して、前記クランクアームが前記クランク軸を所定の方向へ回動させると共に、
前記偏心フリーローターが、前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とする。
前記貫通孔の内壁に沿って形成された内歯車と、
当該内歯車と噛合する歯車と、
当該歯車を軸支するクランクピンを先端に有する略棒体状のクランクアームと、
当該クランクアームの基端に固定されたクランク軸と、
前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローターと、
前記小径部が挿嵌される一対の円筒形状のシリンダーと、当該シリンダーと連接し、前記大径部が嵌合されるハウジングを備え、前記シリンダーの反ハウジング側端部に前記ピストンヘッドが対向する燃焼室を有するシリンダーケースと、から構成され、
前記シリンダー内を、前記小径部が往復運動するとき、
当該小径部に従動して前記大径部が往復運動して、前記内歯車に噛合された前記歯車が、前記貫通孔内を所定の方向へ回動し、
前記歯車を軸支する前記クランクピンを介して、前記クランクアームが前記クランク軸を所定の方向へ回動させると共に、
前記偏心フリーローターが、前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とする。
請求項12に記載のエンジンは、請求項11に記載の発明において、前記燃焼室の所定位置に配置される電極を備えた点火プラグを設け、
前記ピストンヘッドが空気と霧状にした燃料を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体を前記燃焼室で圧縮したとき、当該可燃性混合気体が、前記電極から発生したスパークで点火されるようにしたことを特徴とする。
前記ピストンヘッドが空気と霧状にした燃料を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体を前記燃焼室で圧縮したとき、当該可燃性混合気体が、前記電極から発生したスパークで点火されるようにしたことを特徴とする。
請求項13に記載のエンジンは、請求項11に記載の発明において、前記燃焼室の所定位置に配置される噴霧口を備えた噴射装置を設け、
前記ピストンヘッドが前記燃焼室で空気を急激に圧縮して高温高圧空気を形成したとき、前記噴射装置が所定の燃料を前記噴霧口から霧状に噴霧して、当該燃料を前記高温高圧空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする。
前記ピストンヘッドが前記燃焼室で空気を急激に圧縮して高温高圧空気を形成したとき、前記噴射装置が所定の燃料を前記噴霧口から霧状に噴霧して、当該燃料を前記高温高圧空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする。
請求項14に記載のエンジンは、請求項12に若しくは請求項13に記載の発明において、前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口と前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設けたことを特徴とする。
前記吸気口と前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設けたことを特徴とする。
請求項15に記載のエンジンは、請求項12若しくは請求項13に記載の発明において、前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口を前記シリンダーの所定位置に設け、前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設け、
前記吸気ポートに、前記シリンダー内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブを設けたことを特徴とする。
前記吸気口を前記シリンダーの所定位置に設け、前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設け、
前記吸気ポートに、前記シリンダー内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブを設けたことを特徴とする。
請求項16に記載のエンジンは、左右両端面にそれぞれピストンヘッドを備えた略円柱体状のピストンと、
当該ピストンの周壁部中心に、前記ピストンの径方向に沿って形成された所定の内径を有する貫通孔と、
当該貫通孔の内壁に沿って形成された内歯車と、
当該内歯車と噛合する歯車と、
当該歯車を軸支するクランクピンを先端に有する略棒体状のクランクアームと、
当該クランクアームの基端に固定されたクランク軸と、
前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローターと、
前記ピストンが挿嵌される円筒形状のシリンダーを備え、当該シリンダーの一端に一の前記ピストンヘッドが対向する燃焼室を連接し、前記シリンダーの他端に他の前記ピストンヘッドが対向する吸排気調圧室を連接してなるシリンダーケースと、
前記燃焼室と前記吸排気調圧室とを連通するバイパスポートと、から構成され、
当該シリンダー内を、前記ピストンが左右方向へ往復運動するとき、
前記ピストンに従動して往復運動する前記内歯車に噛合された前記歯車が、前記貫通孔内を所定の方向へ回動し、
前記歯車を軸支する前記クランクピンを介して、前記クランクアームが前記クランク軸を所定の方向へ回動させると共に、
前記偏心フリーローターが、前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とする。
当該ピストンの周壁部中心に、前記ピストンの径方向に沿って形成された所定の内径を有する貫通孔と、
当該貫通孔の内壁に沿って形成された内歯車と、
当該内歯車と噛合する歯車と、
当該歯車を軸支するクランクピンを先端に有する略棒体状のクランクアームと、
当該クランクアームの基端に固定されたクランク軸と、
前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローターと、
前記ピストンが挿嵌される円筒形状のシリンダーを備え、当該シリンダーの一端に一の前記ピストンヘッドが対向する燃焼室を連接し、前記シリンダーの他端に他の前記ピストンヘッドが対向する吸排気調圧室を連接してなるシリンダーケースと、
前記燃焼室と前記吸排気調圧室とを連通するバイパスポートと、から構成され、
当該シリンダー内を、前記ピストンが左右方向へ往復運動するとき、
前記ピストンに従動して往復運動する前記内歯車に噛合された前記歯車が、前記貫通孔内を所定の方向へ回動し、
前記歯車を軸支する前記クランクピンを介して、前記クランクアームが前記クランク軸を所定の方向へ回動させると共に、
前記偏心フリーローターが、前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とする。
請求項17に記載のエンジンは、請求項16に記載の発明において、前記燃焼室の所定位置に配置される電極を備えた点火プラグを設け、
前記ピストンヘッドが空気と霧状にした燃料を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体を前記燃焼室で圧縮したとき、当該可燃性混合気体が、前記電極から発生したスパークで点火されるようにしたことを特徴とする。
前記ピストンヘッドが空気と霧状にした燃料を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体を前記燃焼室で圧縮したとき、当該可燃性混合気体が、前記電極から発生したスパークで点火されるようにしたことを特徴とする。
請求項18に記載のエンジンは、請求項16に記載の発明において、前記燃焼室の所定位置に配置される噴霧口を備えた噴射装置を設け、
前記ピストンヘッドが前記燃焼室で空気を急激に圧縮して高温高圧空気を形成したとき、前記噴射装置が所定の燃料を前記噴霧口から霧状に噴霧して、当該燃料を前記高温高圧空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする。
前記ピストンヘッドが前記燃焼室で空気を急激に圧縮して高温高圧空気を形成したとき、前記噴射装置が所定の燃料を前記噴霧口から霧状に噴霧して、当該燃料を前記高温高圧空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする。
請求項19に記載のエンジンは、請求項17若しくは請求項18に記載の発明において、前記可燃性混合気体又は前記空気を前記吸排気調圧室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口を前記吸排気調圧室の所定位置に設け、前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設け、
前記吸気ポートに、前記吸排気調圧室内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブと、当該ピストンリードバルブと前記吸排気調圧室との間に前記バイパスポートの吸排気調圧室側開口端とを設けたことを特徴とする。
前記吸気口を前記吸排気調圧室の所定位置に設け、前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設け、
前記吸気ポートに、前記吸排気調圧室内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブと、当該ピストンリードバルブと前記吸排気調圧室との間に前記バイパスポートの吸排気調圧室側開口端とを設けたことを特徴とする。
請求項20に記載のエンジンは、請求項1、請求項11、若しくは請求項16のいずれかに記載の発明において、前記内歯車の内径と前記歯車の直径の比が2対1であることを特徴とする。
請求項21に記載のエンジンは、請求項1、請求項11、若しくは請求項16のいずれかに記載の発明において、前記偏心フリーローターの軸心を、短径と長径の比が1対3となる位置に設けたことを特徴とする。
本発明に係るエンジンによれば、略円柱体のピストンの左右両端面にピストンヘッドを形成し、周壁部中心にピストンの径方向に沿って所定の内径を備えた貫通孔を設けた。そして、当該貫通孔に内歯車を形成して、当該内歯車と噛合する歯車と、貫通孔の内径と略同径の円盤状偏心フリーローターを歯車に重ね合わせて貫通孔内に配設した。さらに、歯車と偏心フリーローターを回動自在に軸支するクランクピンを先端に備え、基端にクランク軸を備えるクランクアームを設けた。
これによって、ピストンがシリンダー内を往復運動したとき、当該ピストンに従動する内歯車と噛合されている歯車を介して、クランク軸を回転させることができる。
ここで、従来のレシプロエンジンは、ピストンの上死点と下死点間の往復距離がコンロッドの大径部で描かれる円の直径に相当する。そのため、ピストンの往復距離は、当該大径部と接続されるクランクアームの先端で描かれる円の直径に制限されている。
一方、コンロッドの大径部による円の直径、すなわちピストンの往復距離を本発明に係るエンジンに当てはめた場合、内歯車の内径に相当する。このとき、本発明に係るエンジンが備えるクランクアームは、内歯車に噛合する歯車を軸支するクランクピンで描かれる円に沿って回転するように構成されている。したがって、従来のレシプロエンジンにおいてピストンが一往復する間に一回転するクランクアームの動作と同様に、本発明に係るエンジンにおいてピストンが一往復する間にクランクアームを一回転するように設定すると、内歯車の内径と歯車の直径の比は2対1とすることが好ましい。
これによって、ピストンの往復距離を一定にすると、従来のクランクアームの長さに対して、本発明に係るクランクアームの長さは、半分にすることができる。これと併せて、本発明に係るエンジンはコンロッドを有していないことから、大幅に軽量化することできるので、クランク軸の高回転化を容易に行うことができる。
また、本発明に係るクランクアームの長さを従来のクランクアームの長さと同じ長さにした場合は、従来のレシプロエンジンに対して本発明に係るエンジンは、2倍の利得を得ることができ、ピストンを大きく動かすことができる。そのため、ピストンのストローク距離を伸ばして容易にロングストローク化することができる。これによって、エンジンの燃焼効率を改善し、低速トルクを増大して燃費を改善することができる。
そして、本発明によれば、貫通孔内へ回動自在に嵌合された偏心フリーローターを設けた。当該偏心フリーローターは、ピストンの往復運動時にクランクアームの回転方向に対して、相反する方向へ回転するように構成されている。これによって、ピストンの往復運動によって貫通孔へ加わる応力を、偏心フリーローターで受けることができ、貫通孔の歪みを防止することができる。
さらに、貫通孔内に嵌合された偏心フリーローターが、ピストンヘッドから貫通孔へ伝導する衝撃を受け止めるので、内歯車上で歯車が滑ることを防止することができ、内歯車又は歯車の破損を防止することができる。加えて、歯車が内歯車に沿って一回転する間に偏心フリーローターを逆方向へ一回転させるため、クランクピンで軸支される偏心フリーローターの軸心の位置は、内歯車に対する歯車の軸の位置、すなわち、短径と長径の比が1対3となる位置とすることが好ましい。
そして、本発明に係るエンジンは、対向配置されたシリンダー内をピストンが直線的に往復運動するように構成されている。これによって、ピストンがシリンダー内壁に対して押圧することによるピストンの側圧を抑制することができるのでピストンの摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストンとシリンダーの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。さらに、略円柱体のピストンの長さを調整することによって、ロングストロークからショートストロークまで自在に設計することができ、エンジンを備えた車両、船舶、飛行機、ポンプ、発電機、農機具等の用途に合わせて、燃費を向上させたエンジン、低速トルクを増大させたエンジン、又は高出力のエンジン等、最適なエンジンを提供することができる。
これによって、ピストンがシリンダー内を往復運動したとき、当該ピストンに従動する内歯車と噛合されている歯車を介して、クランク軸を回転させることができる。
ここで、従来のレシプロエンジンは、ピストンの上死点と下死点間の往復距離がコンロッドの大径部で描かれる円の直径に相当する。そのため、ピストンの往復距離は、当該大径部と接続されるクランクアームの先端で描かれる円の直径に制限されている。
一方、コンロッドの大径部による円の直径、すなわちピストンの往復距離を本発明に係るエンジンに当てはめた場合、内歯車の内径に相当する。このとき、本発明に係るエンジンが備えるクランクアームは、内歯車に噛合する歯車を軸支するクランクピンで描かれる円に沿って回転するように構成されている。したがって、従来のレシプロエンジンにおいてピストンが一往復する間に一回転するクランクアームの動作と同様に、本発明に係るエンジンにおいてピストンが一往復する間にクランクアームを一回転するように設定すると、内歯車の内径と歯車の直径の比は2対1とすることが好ましい。
これによって、ピストンの往復距離を一定にすると、従来のクランクアームの長さに対して、本発明に係るクランクアームの長さは、半分にすることができる。これと併せて、本発明に係るエンジンはコンロッドを有していないことから、大幅に軽量化することできるので、クランク軸の高回転化を容易に行うことができる。
また、本発明に係るクランクアームの長さを従来のクランクアームの長さと同じ長さにした場合は、従来のレシプロエンジンに対して本発明に係るエンジンは、2倍の利得を得ることができ、ピストンを大きく動かすことができる。そのため、ピストンのストローク距離を伸ばして容易にロングストローク化することができる。これによって、エンジンの燃焼効率を改善し、低速トルクを増大して燃費を改善することができる。
そして、本発明によれば、貫通孔内へ回動自在に嵌合された偏心フリーローターを設けた。当該偏心フリーローターは、ピストンの往復運動時にクランクアームの回転方向に対して、相反する方向へ回転するように構成されている。これによって、ピストンの往復運動によって貫通孔へ加わる応力を、偏心フリーローターで受けることができ、貫通孔の歪みを防止することができる。
さらに、貫通孔内に嵌合された偏心フリーローターが、ピストンヘッドから貫通孔へ伝導する衝撃を受け止めるので、内歯車上で歯車が滑ることを防止することができ、内歯車又は歯車の破損を防止することができる。加えて、歯車が内歯車に沿って一回転する間に偏心フリーローターを逆方向へ一回転させるため、クランクピンで軸支される偏心フリーローターの軸心の位置は、内歯車に対する歯車の軸の位置、すなわち、短径と長径の比が1対3となる位置とすることが好ましい。
そして、本発明に係るエンジンは、対向配置されたシリンダー内をピストンが直線的に往復運動するように構成されている。これによって、ピストンがシリンダー内壁に対して押圧することによるピストンの側圧を抑制することができるのでピストンの摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストンとシリンダーの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。さらに、略円柱体のピストンの長さを調整することによって、ロングストロークからショートストロークまで自在に設計することができ、エンジンを備えた車両、船舶、飛行機、ポンプ、発電機、農機具等の用途に合わせて、燃費を向上させたエンジン、低速トルクを増大させたエンジン、又は高出力のエンジン等、最適なエンジンを提供することができる。
また、本発明に係るエンジンによれば、略円柱体のピストンは左右両端面にピストンヘッドを有している。すなわち、従来の水平対向2気筒エンジンに似て、クランク軸を中心にして、左右両端にピストンヘッドと、当該ピストンヘッドに対向する燃焼室を備えたシリンダーを有するエンジンを構成することができる。
ここで、点火プラグが有する電極を燃焼室の所定の位置に設けた場合は、ピストンヘッドで燃焼室へ圧縮した可燃性混合気体へスパークを飛ばして点火爆発させる内燃機関を構成することができ、燃焼室の所定の位置に配置した噴霧口を備える噴射装置を設けた場合は、ピストンヘッドで燃焼室へ圧縮した高温高圧空気に噴霧口から燃料を霧状に噴霧して燃焼させる内燃機関を構成することができる。
また、それらの内燃機関において、可燃性混合気体又は空気を燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、燃焼室から排気ガスを排気する排気口を備えた排気ポートを設けて、2ストロークエンジン又は4ストロークエンジンのタイプに合わせて、吸気口と排気口の位置を任意に設定することができる。
このとき、4ストロークエンジンの場合は、吸気口と排気口を燃焼室の所定位置に設ければよい。
一方、2ストロークエンジンの場合は、吸気口を設ける位置によって、エンジンの形式が異なる。たとえば、吸気口をシリンダーの所定位置に設けて、吸気ポート内へシリンダーに向かって気流が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブを設けた場合は、ピストンリードバルブ型2ストロークエンジンが構成される。また、吸気口をクランクケースの所定位置に設けて、吸気ポート内にクランクケースに向かって気流が一方向に流れるように規制するクランクケースリードバルブを設けた場合は、クランクケースリードバルブ型2ストロークエンジンが構成される。さらにまた、吸気口をクランクケースの所定位置に設けると共にローター面の周縁部を弧状に切り欠いて形成した切欠部を備えた偏心フリーローターを設けて、吸気口を偏心フリーローターに対向配置し、当該偏心フリーローターの回転にしたがって、吸気口が切欠部と重なり合ったときは開放され、吸気口が周縁部と重なり合ったときは閉鎖されるようにした場合は、ロータリーディスクバルブ型の2ストロークエンジンを構成することができる。
上記のように、本発明に係るエンジンは、ロングストローク化又はショートストローク化を容易に行うことができると共に、4ストローク若しくは2ストロークを自在に選択することができる。これによって、本発明に諮るエンジンは、ストローク長を自在に設計することができ、燃費の効率改善又は高出力化等、エンジンに要求される性能に合わせて自在に設計することができる。
ここで、点火プラグが有する電極を燃焼室の所定の位置に設けた場合は、ピストンヘッドで燃焼室へ圧縮した可燃性混合気体へスパークを飛ばして点火爆発させる内燃機関を構成することができ、燃焼室の所定の位置に配置した噴霧口を備える噴射装置を設けた場合は、ピストンヘッドで燃焼室へ圧縮した高温高圧空気に噴霧口から燃料を霧状に噴霧して燃焼させる内燃機関を構成することができる。
また、それらの内燃機関において、可燃性混合気体又は空気を燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、燃焼室から排気ガスを排気する排気口を備えた排気ポートを設けて、2ストロークエンジン又は4ストロークエンジンのタイプに合わせて、吸気口と排気口の位置を任意に設定することができる。
このとき、4ストロークエンジンの場合は、吸気口と排気口を燃焼室の所定位置に設ければよい。
一方、2ストロークエンジンの場合は、吸気口を設ける位置によって、エンジンの形式が異なる。たとえば、吸気口をシリンダーの所定位置に設けて、吸気ポート内へシリンダーに向かって気流が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブを設けた場合は、ピストンリードバルブ型2ストロークエンジンが構成される。また、吸気口をクランクケースの所定位置に設けて、吸気ポート内にクランクケースに向かって気流が一方向に流れるように規制するクランクケースリードバルブを設けた場合は、クランクケースリードバルブ型2ストロークエンジンが構成される。さらにまた、吸気口をクランクケースの所定位置に設けると共にローター面の周縁部を弧状に切り欠いて形成した切欠部を備えた偏心フリーローターを設けて、吸気口を偏心フリーローターに対向配置し、当該偏心フリーローターの回転にしたがって、吸気口が切欠部と重なり合ったときは開放され、吸気口が周縁部と重なり合ったときは閉鎖されるようにした場合は、ロータリーディスクバルブ型の2ストロークエンジンを構成することができる。
上記のように、本発明に係るエンジンは、ロングストローク化又はショートストローク化を容易に行うことができると共に、4ストローク若しくは2ストロークを自在に選択することができる。これによって、本発明に諮るエンジンは、ストローク長を自在に設計することができ、燃費の効率改善又は高出力化等、エンジンに要求される性能に合わせて自在に設計することができる。
本発明に係るエンジンの実施例を、添付した図面にしたがって以下説明する。図1は、本実施例に係るエンジンの構成の概略を示した説明図であり、図2は、本実施例に係るエンジンが有するピストンの構成の概略を示した説明図である。
エンジン10は、図1に示すように、ピストン11と、シリンダーケース20を有している。
ピストン11は、図2に示すように、略円柱体からなり、左右両端面にピストンヘッド12,12を有し、略円柱体の周壁部には、ピストンヘッド12に連接してピストンスカート13が形成されている。
そして、周壁部の中心には、略円柱体の径方向に沿って所定の内径を有する貫通孔14が形成されている。
ピストン11は、図2に示すように、略円柱体からなり、左右両端面にピストンヘッド12,12を有し、略円柱体の周壁部には、ピストンヘッド12に連接してピストンスカート13が形成されている。
そして、周壁部の中心には、略円柱体の径方向に沿って所定の内径を有する貫通孔14が形成されている。
貫通孔14は、図3に示すように、内歯車14aを有している。内歯車14aは、貫通孔14の軸方向に沿って刻まれた歯を、貫通孔14の内壁の周方向に沿って並設して構成されている。
また、貫通孔14内には、図1~図3に示すように、歯車15と偏心フリーローター16を有している。
歯車15は、軸方向に沿って歯が刻まれ、内歯車14aと噛合して転動可能に構成されている。歯車15の直径rと、内歯車14aの内径Rとの比は、1:2となるように構成されている。
偏心フリーローター16は、貫通孔14の内径と略同径の円盤状に形成され、滑動自在かつ回動自在に貫通孔14に嵌合されている。偏心フリーローター16の軸心は、当該偏心フリーローター16の直径を4等分し、短径と長径の比が1:3となる位置に設けられている。
歯車15と偏心フリーローター16は、クランクピン17で軸支されている。
また、貫通孔14内には、図1~図3に示すように、歯車15と偏心フリーローター16を有している。
歯車15は、軸方向に沿って歯が刻まれ、内歯車14aと噛合して転動可能に構成されている。歯車15の直径rと、内歯車14aの内径Rとの比は、1:2となるように構成されている。
偏心フリーローター16は、貫通孔14の内径と略同径の円盤状に形成され、滑動自在かつ回動自在に貫通孔14に嵌合されている。偏心フリーローター16の軸心は、当該偏心フリーローター16の直径を4等分し、短径と長径の比が1:3となる位置に設けられている。
歯車15と偏心フリーローター16は、クランクピン17で軸支されている。
クランクアーム18は、先端にクランクピン17を有し、基端にクランク軸19を有している。
歯車15が内歯車14aに沿って一周したとき、クランクアーム18は、クランク軸19を一回転させるように構成されている。
ここで、歯車15の直径rと、内歯車14aの内径Rとの比は、1:2となるように構成されていることから、図4に示すように、ピストン11が一往復したとき、歯車15は内歯車14a内を2回転して回転開始当初の初期位置に戻り、クランクアーム18を介してクランク軸19を一回転させる。
これによって、ピストン11の往復運動は、歯車15の周回運動を介してクランク軸19の回転運動へ変換することができる。
なお、本実施例に係るエンジン10では、クランクピン17が軸支している歯車15を、貫通孔14の内歯車14aと噛合させて転動させる構成としたが、これに限定されるものでは無く、内歯車14aと歯車15との間に1つ又は2つ以上の遊星歯車からなる遊星ギヤを噛ませて内歯車14aに対するクランクアーム18、クランク軸19のギヤ比を調整自在な構成としても良い。
歯車15が内歯車14aに沿って一周したとき、クランクアーム18は、クランク軸19を一回転させるように構成されている。
ここで、歯車15の直径rと、内歯車14aの内径Rとの比は、1:2となるように構成されていることから、図4に示すように、ピストン11が一往復したとき、歯車15は内歯車14a内を2回転して回転開始当初の初期位置に戻り、クランクアーム18を介してクランク軸19を一回転させる。
これによって、ピストン11の往復運動は、歯車15の周回運動を介してクランク軸19の回転運動へ変換することができる。
なお、本実施例に係るエンジン10では、クランクピン17が軸支している歯車15を、貫通孔14の内歯車14aと噛合させて転動させる構成としたが、これに限定されるものでは無く、内歯車14aと歯車15との間に1つ又は2つ以上の遊星歯車からなる遊星ギヤを噛ませて内歯車14aに対するクランクアーム18、クランク軸19のギヤ比を調整自在な構成としても良い。
偏心フリーローター16は、図3及び図4に示すように、歯車15と共にクランクピン17で軸支されている。そして、歯車15が内歯車14aと噛合して貫通孔14内を転動する構成に対し、偏心フリーローター16は、偏心させた軸心が、歯車15の転動、すなわちクランクピン17の変位に伴って貫通孔14の軸を中心にして周回する。このとき、図3及び図4に示すように、クランクアーム18を回転させる歯車15の回転方向(矢印T)の方向を順方向としたとき、偏心フリーローター16の回転方向は、矢印Fで示した逆方向となる。また、図示したように、偏心フリーローター16は、歯車15と共にクランクピン17で軸支されていることから、偏心フリーローターの軸心は、偏心フリーローターの直径を4分割したとき、短径と長径との比が1:3となる位置となる。ここに偏心フリーローターの軸心を設けることによって、歯車が矢印T方向へ2回転する間に、偏心フリーローターを矢印F方向へ一回転させることができる。
これによって、貫通孔14に嵌合された偏心フリーローター16は、ピストン11の往復運動に伴う歯車15の転動、すなわちクランクアーム18の回転を妨げることなく、貫通孔14内で回転することができる。そして、貫通孔14へ偏心フリーローター16を滑動自在かつ回動自在に嵌合したことによって、偏心フリーローター16は、ピストン11の往復運動によって貫通孔14に掛かる応力等を受け止めることができるので、当該貫通孔14及び当該貫通孔14の内壁に沿って形成された内歯車14aが歪むことを防止することができる。そのため、歯車15が内歯車14a上で滑ったり、歯が欠けたりすることを防止することができる。
シリンダーケース20は、図1から図4に示すように、円筒状のシリンダー20aを有している。当該シリンダーの両端面には、所定形状の燃焼室21,21が連接形成されている。当該燃焼室21は、所定位置に点火プラグ22と、吸気ポートの吸気口23と、排気ポートの排気口24が形成されている。
点火プラグ22は、キャブレター又はインジェクションから噴霧された燃料と空気を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体が、燃焼室21内でピストン11によって圧縮されたとき、通電され点火して火花を飛ばすように構成されている。当該火花が燃焼室で可燃性混合気体を爆発燃焼させたとき、ピストンヘッド12に圧力がかかってシリンダー20内でピストン11が動作する。
なお、上記の可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。
なお、上記の可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。
また、点火プラグに替えて液体燃料を霧状にして噴霧する噴射装置(図示略)を設け、当該噴射装置と連通する噴霧口を燃焼室21に設けても良い。この場合は、ピストンヘッド12で圧縮された高温高圧の空気に軽油等の燃料を噴霧して燃焼させるディーゼル機関を構成することができる。
吸気ポートが備える吸気口23は、可燃性混合気体を燃焼室21内へ吸気されるように構成され、当該吸気口23を吸気バルブ(図示略)が開閉可能に覆蓋している。
排気ポートが備える排気口24は、燃焼室21内に残留している爆発燃焼後の排気ガスを燃焼室21外へ排気するように構成され、当該排気口24を排気バルブ(図示略)が開閉可能に覆蓋している。
吸気バルブ又は排気バルブは、カム、ロッカーアーム等でクランク軸19の回転、すなわちピストン11の動作に従動して吸気口23又は排気口24を開閉するように構成されている。
これによって、シリンダー20の左右両端に設けた燃焼室21,21内へ可燃性混合気体を交互に供給して爆発燃焼させることによって、図4に示すように、ピストン11を左右へ往復運動させることができ、クランク軸19を回転させることができる。
排気ポートが備える排気口24は、燃焼室21内に残留している爆発燃焼後の排気ガスを燃焼室21外へ排気するように構成され、当該排気口24を排気バルブ(図示略)が開閉可能に覆蓋している。
吸気バルブ又は排気バルブは、カム、ロッカーアーム等でクランク軸19の回転、すなわちピストン11の動作に従動して吸気口23又は排気口24を開閉するように構成されている。
これによって、シリンダー20の左右両端に設けた燃焼室21,21内へ可燃性混合気体を交互に供給して爆発燃焼させることによって、図4に示すように、ピストン11を左右へ往復運動させることができ、クランク軸19を回転させることができる。
上記の構成を備えたエンジン10は、次に説明するように動作する。添付した図面にしたがって以下説明する。
図4は、シリンダー20a内におけるピストン11の往復運動に伴い、内歯車14aに沿って歯車15が回転するときの両者の位置関係を示す説明図である。
図4は、シリンダー20a内におけるピストン11の往復運動に伴い、内歯車14aに沿って歯車15が回転するときの両者の位置関係を示す説明図である。
貫通孔14の内周に形成した内歯車14aの内径Rと、クランクピン17が軸支している歯車15の外径rの比は、2対1に構成されている。そのため、以下のように内歯車14a、すなわち貫通孔14を備えたピストン11の往復運動に対してクランクアーム18が回転する。ここで、図4に示すように、ピストン11の右端側ピストンヘッド12の移動距離をLとし、右端側の始端、すなわち上死点の位置をL0、左端側の終端、すなわち下死点の位置をL1とする。
図4(a)は、内歯車14a左端と歯車15の左端が接し、ピストン11のピストンヘッドが上死点L0の位置にある場合を示している。これを歯車15の回転が始まる初期位置とする。ここから、歯車15は時計回りの矢印Tの向きに回転し、偏心フリーローター16は逆時計回りの矢印Fの向きに回転する。
図4(b)は、図4(a)から歯車15が時計回りに半回転し、内歯車14aの下端に接している場合である。このとき、右側ピストンヘッド12の位置は往路途中でL/2の位置となる。
図4(c)は、図4(a)から歯車15が時計回りに一回転し、内歯車14aの右端に接している場合である。このとき、右側ピストンヘッド12の位置は、下死点L1の位置となり、ここからピストン11の往復運動は折り返しとなる。
図4(d)は、図4(c)から歯車15が時計回りに半回転し、内歯車14aの上端に接している場合である。このとき、右側ピストンヘッド12の位置は、復路途中でL/2の位置となる。
さらに、図4(d)から歯車15が半回転したとき、歯車15は、図4(a)の初期位置へ帰還する。このとき、クランクアーム18が一回転してクランク軸19を一回転させ、右側ピストンヘッド12の位置は、上死点L0へ帰還する。
上記の動作を繰り返すことによって、ピストン11の直線的な往復運動を、貫通孔14内の内歯車14aと噛合する歯車15の回転運動を介して、クランク軸19の回転運動へ変換することができる。
図4(a)は、内歯車14a左端と歯車15の左端が接し、ピストン11のピストンヘッドが上死点L0の位置にある場合を示している。これを歯車15の回転が始まる初期位置とする。ここから、歯車15は時計回りの矢印Tの向きに回転し、偏心フリーローター16は逆時計回りの矢印Fの向きに回転する。
図4(b)は、図4(a)から歯車15が時計回りに半回転し、内歯車14aの下端に接している場合である。このとき、右側ピストンヘッド12の位置は往路途中でL/2の位置となる。
図4(c)は、図4(a)から歯車15が時計回りに一回転し、内歯車14aの右端に接している場合である。このとき、右側ピストンヘッド12の位置は、下死点L1の位置となり、ここからピストン11の往復運動は折り返しとなる。
図4(d)は、図4(c)から歯車15が時計回りに半回転し、内歯車14aの上端に接している場合である。このとき、右側ピストンヘッド12の位置は、復路途中でL/2の位置となる。
さらに、図4(d)から歯車15が半回転したとき、歯車15は、図4(a)の初期位置へ帰還する。このとき、クランクアーム18が一回転してクランク軸19を一回転させ、右側ピストンヘッド12の位置は、上死点L0へ帰還する。
上記の動作を繰り返すことによって、ピストン11の直線的な往復運動を、貫通孔14内の内歯車14aと噛合する歯車15の回転運動を介して、クランク軸19の回転運動へ変換することができる。
偏心フリーローター16は、図4に示すように、歯車15の回転軸、すなわちクランクピン17の変位にしたがって、クランク軸19からクランクピン17までのクランクアーム18の長さの位置で偏心フリーローター16の軸心が変位し、貫通孔14内を歯車15の回転方向とは逆方向(矢印F)の反時計回りに回転する。
これによって、ピストン11が往復運動するとき、貫通孔14に嵌合された偏心フリーローター16は、当該貫通孔14内で軸心を変位させながら滑動するので、燃焼爆発によってピストンヘッド12からピストン11が受ける力を偏心フリーローター16で受け、貫通孔14が歪むことを防止することができる。
これによって、ピストン11が往復運動するとき、貫通孔14に嵌合された偏心フリーローター16は、当該貫通孔14内で軸心を変位させながら滑動するので、燃焼爆発によってピストンヘッド12からピストン11が受ける力を偏心フリーローター16で受け、貫通孔14が歪むことを防止することができる。
次に、図4に示したように、シリンダー20a内でピストン11を往復運動させたとき、燃焼室21,21で行われる各工程について説明する。
図1~図4に示したエンジン10は、4ストロークエンジンであって、吸気工程、圧縮工程、爆発工程、排気工程を繰り返すように構成されている。ここで、図4に示したピストン11の右側ピストンヘッド12の動作について説明する。
吸気工程は、図4(a)から図4(b)を経て、図4(c)のように、右側ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に向かって移動するときに行われる工程である。これによって、燃焼室21及びシリンダー20内へ可燃性混合気体が吸気される。
圧縮工程は、図4(c)から図4(d)を経て、図4(a)のように、右側ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かって移動するときに行われる工程である。これによって、シリンダー20内に満たされた可燃性混合気体は、燃焼室21へ向かって圧縮される。
爆発工程は、図4(a)から図4(b)を経て、図4(c)のように、右側ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に向かって移動するときに行われる工程である。これによって、燃焼室21で圧縮された可燃性混合気体が、点火プラグで点火されて爆発燃焼が発生する。
排気工程は、図4(c)から図4(d)を経て、図4(a)のように、右側ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かって移動するときに行われる工程である。これによって、燃焼室21内で発生した爆発燃焼によって下死点L1まで押圧されたピストン11が上死点L0へ向かって運動して、ピストンヘッド12がシリンダー内に充満している排気ガスを押し出す。
そして、ピストン11の左側ピストンヘッド12においても同様に各工程が繰り返される。このとき、右側で吸気工程が行われているとき、左側では圧縮工程が行われ、右側で圧縮工程が行わているとき、左側では爆発工程が行われ、右側で爆発工程が行われているとき、左側では排気工程が行われ、右側で排気工程が行われているとき、左側では吸気工程が行われ、各工程が左右で互い違いに行われるように構成されている。
したがって、図1から図4に示したエンジン10は、左右で互い違いに各工程を行うように構成した水平対向2気筒エンジンである。
図1~図4に示したエンジン10は、4ストロークエンジンであって、吸気工程、圧縮工程、爆発工程、排気工程を繰り返すように構成されている。ここで、図4に示したピストン11の右側ピストンヘッド12の動作について説明する。
吸気工程は、図4(a)から図4(b)を経て、図4(c)のように、右側ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に向かって移動するときに行われる工程である。これによって、燃焼室21及びシリンダー20内へ可燃性混合気体が吸気される。
圧縮工程は、図4(c)から図4(d)を経て、図4(a)のように、右側ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かって移動するときに行われる工程である。これによって、シリンダー20内に満たされた可燃性混合気体は、燃焼室21へ向かって圧縮される。
爆発工程は、図4(a)から図4(b)を経て、図4(c)のように、右側ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に向かって移動するときに行われる工程である。これによって、燃焼室21で圧縮された可燃性混合気体が、点火プラグで点火されて爆発燃焼が発生する。
排気工程は、図4(c)から図4(d)を経て、図4(a)のように、右側ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かって移動するときに行われる工程である。これによって、燃焼室21内で発生した爆発燃焼によって下死点L1まで押圧されたピストン11が上死点L0へ向かって運動して、ピストンヘッド12がシリンダー内に充満している排気ガスを押し出す。
そして、ピストン11の左側ピストンヘッド12においても同様に各工程が繰り返される。このとき、右側で吸気工程が行われているとき、左側では圧縮工程が行われ、右側で圧縮工程が行わているとき、左側では爆発工程が行われ、右側で爆発工程が行われているとき、左側では排気工程が行われ、右側で排気工程が行われているとき、左側では吸気工程が行われ、各工程が左右で互い違いに行われるように構成されている。
したがって、図1から図4に示したエンジン10は、左右で互い違いに各工程を行うように構成した水平対向2気筒エンジンである。
また、図5に示したエンジン10Aは、エンジン10と比べてピストン長を短くしたピストン11Aと、当該ピストン11Aにあわせてシリンダー長を短くしたシリンダーケース20Aとから構成されている。貫通孔14と、当該貫通孔14内の内歯車、歯車、クランクピン、クランクアームとクランク軸については、エンジン10と同様であるから説明を省略する。このように、本実施例に係るエンジン10,10Aでは、コンロッドを省いてピストン11,11Aがシリンダーケース20,20Aのシリンダー内で直線的に往復運動するように構成したことから、コンロッドの傾きによってピストンがピストンピンを中心に首を振ってボア壁面に衝突するピストンスラップの発生を極限まで抑え込むことができる。
そのため、図5に示したピストン11Aのように、ピストンスカート長を最小限の長さで設計することができる。これによって、エンジン10Aは、ピストン11Aの全長を短く構成し、エンジン10Aをコンパクトに構成して、軽量化することができ、またピストン保護のためのオイル使用量も減らすことができる。
そのため、図5に示したピストン11Aのように、ピストンスカート長を最小限の長さで設計することができる。これによって、エンジン10Aは、ピストン11Aの全長を短く構成し、エンジン10Aをコンパクトに構成して、軽量化することができ、またピストン保護のためのオイル使用量も減らすことができる。
本実施例に係るエンジン10によれば、ピストン11が直線的に往復運動するように構成した。これによって、従来のエンジンのようにピストンがコンロッドでクランクアームとリンクしている構成と比べて、コンロッドを省いたことによる当該コンロッドのモーメントによる揺動、振動を抑制することができる。さらに、ピストンの反対側に設けて、それらの振動を相殺するためのバランスウェイトを省いたり、又は軽量化したりすることができるので、コンロッドを省いたことと合わせてエンジン10を軽量化することができる。
さらに、ピストン11が略円柱体からなる簡略な構成としたことから、シリンダー内径、すなわち、ボアとピストン11のストローク量を自在に設計することができ、エンジン10の使用目的に合わせて、ショートストロークからロングストロークまで自在に設計することができる。
さらに、ピストン11が略円柱体からなる簡略な構成としたことから、シリンダー内径、すなわち、ボアとピストン11のストローク量を自在に設計することができ、エンジン10の使用目的に合わせて、ショートストロークからロングストロークまで自在に設計することができる。
また、本実施例に係るピストンの形状は、図1~図4及び図5に示したピストン11,11Aに係る構成に限定されるものではなく、たとえば、図6から図8に示したような構成としても良い。
図6に示したピストン11Bは、当該ピストン11Bの直径が、ピストンスカート13,13の直径に対して、貫通孔14近傍の直径を細く構成して、ピストン11Bの貫通孔14近傍の周壁部中心を挟んでくびれた形状としたものである。
図7に示したピストン11Cは、当該ピストン11Cの直径が、ピストンスカート13,13から、貫通孔14近傍に向かって漸増させて、ピストン11Bの貫通孔14の周壁部中心が略球体状に膨らんだ形状としたものである。
このように、ピストンヘッド12,12に連接するピストンスカート13,13の直径に対して、貫通孔14近傍の径が異なるように構成することによって、たとえば、図6の場合は、内歯車14と歯車15の大きさをそのままにボアを大きくしてショートストローク化することができ、図7の場合は、内歯車14と歯車15の大きさをそのままにボアを小さくしてロングストローク化することができる。
また、図8に示したピストン11Dは、貫通孔14の軸方向に沿って前後周壁部を切り欠いて、ピストンスカート13,13に連接する平板状の平面部11aに貫通孔14が開けられている形状にしたものである。これによって、略円柱体状のピストン11と比べて、切り欠いた分ピストン11Dを軽量化することができる。
図6に示したピストン11Bは、当該ピストン11Bの直径が、ピストンスカート13,13の直径に対して、貫通孔14近傍の直径を細く構成して、ピストン11Bの貫通孔14近傍の周壁部中心を挟んでくびれた形状としたものである。
図7に示したピストン11Cは、当該ピストン11Cの直径が、ピストンスカート13,13から、貫通孔14近傍に向かって漸増させて、ピストン11Bの貫通孔14の周壁部中心が略球体状に膨らんだ形状としたものである。
このように、ピストンヘッド12,12に連接するピストンスカート13,13の直径に対して、貫通孔14近傍の径が異なるように構成することによって、たとえば、図6の場合は、内歯車14と歯車15の大きさをそのままにボアを大きくしてショートストローク化することができ、図7の場合は、内歯車14と歯車15の大きさをそのままにボアを小さくしてロングストローク化することができる。
また、図8に示したピストン11Dは、貫通孔14の軸方向に沿って前後周壁部を切り欠いて、ピストンスカート13,13に連接する平板状の平面部11aに貫通孔14が開けられている形状にしたものである。これによって、略円柱体状のピストン11と比べて、切り欠いた分ピストン11Dを軽量化することができる。
ここで、図1に示したエンジン10は、上記したように、対向配置されたピストンヘッド12,12が交互に爆発を行う、いわば従来のエンジンでいうところのクランク位相角が180度(π)の水平対向2気筒エンジンであって、エンジン10全体としては左右連続して2回爆発工程を続けた後、爆発工程が左右で行われない工程が続く不等間隔爆発を行うように構成されている。この不等間隔爆発に伴う振動を抑制するためにエンジン10Bを構成した。
図9に示したエンジン10Bは、クランク軸19を延伸して、図1に示したエンジン10を一ユニットとし、当該ユニットを2基並設して水平対向4気筒エンジンに構成したものである。各ユニットを第1ユニット30と、第2ユニット31と称する。それぞれのピストン11とシリンダーケース20の構成については、上記と同様であるから説明を省略する。
ここで、第1ユニット30のクランクアーム18に対して、第2ユニット31のクランクアーム18が成すクランクの位相角度は180度(π)となるように構成されている。これによって、第1ユニット30側のピストンと第2ユニット31側のピストンは互い違いに交互に往復運動を行うことができ、水平方向の振動を相殺することができる。また、一方のユニットで行われている不等間隔爆発と、他方のユニットで行われている不等間隔爆発を組み合わせることによって、エンジン10B全体では等間隔爆発を行うように構成することができる。当該等間隔爆発については、以下説明する。
図9に示したエンジン10Bは、クランク軸19を延伸して、図1に示したエンジン10を一ユニットとし、当該ユニットを2基並設して水平対向4気筒エンジンに構成したものである。各ユニットを第1ユニット30と、第2ユニット31と称する。それぞれのピストン11とシリンダーケース20の構成については、上記と同様であるから説明を省略する。
ここで、第1ユニット30のクランクアーム18に対して、第2ユニット31のクランクアーム18が成すクランクの位相角度は180度(π)となるように構成されている。これによって、第1ユニット30側のピストンと第2ユニット31側のピストンは互い違いに交互に往復運動を行うことができ、水平方向の振動を相殺することができる。また、一方のユニットで行われている不等間隔爆発と、他方のユニットで行われている不等間隔爆発を組み合わせることによって、エンジン10B全体では等間隔爆発を行うように構成することができる。当該等間隔爆発については、以下説明する。
上記の構成を備えた水平対向4気筒エンジン10Bは、次に説明するように動作する。添付した図面にしたがって以下説明する。
水平対向4気筒エンジン10Cの第1クランクアーム13aと第2クランクアーム13bのクランク角の位相差が180度(π)である。
そのため、図9に示すように、第1ユニット30側のピストン11の右側ピストンヘッド12Rが下死点L1に位置し、左側ピストンヘッド12Lが上死点L0に位置している場合に、第2ユニット31側のピストン11の右側ピストンヘッド12Rは上死点L0に位置し、左側ピストンヘッドLは下死点L1に位置している。このように、エンジン10Bは、第1ユニット30のピストン11と第2ユニット31のピストン11が互い違いに相反する方向へ入れ替わるように直線的な往復運動で動作する。
各ユニット30,31が有するピストンヘッド12,12の各工程における関係を下記の表1に表す。表中の矢印は第1ユニット30のクランクアーム18と、第2ユニット31のクランクアーム18の位相の向きを表し、たとえば、第1ユニット30で矢印が「→」の場合、位相差が180度(π)である第2ユニット31は反対方向の「←」へ進んでいるものとする。
水平対向4気筒エンジン10Cの第1クランクアーム13aと第2クランクアーム13bのクランク角の位相差が180度(π)である。
そのため、図9に示すように、第1ユニット30側のピストン11の右側ピストンヘッド12Rが下死点L1に位置し、左側ピストンヘッド12Lが上死点L0に位置している場合に、第2ユニット31側のピストン11の右側ピストンヘッド12Rは上死点L0に位置し、左側ピストンヘッドLは下死点L1に位置している。このように、エンジン10Bは、第1ユニット30のピストン11と第2ユニット31のピストン11が互い違いに相反する方向へ入れ替わるように直線的な往復運動で動作する。
各ユニット30,31が有するピストンヘッド12,12の各工程における関係を下記の表1に表す。表中の矢印は第1ユニット30のクランクアーム18と、第2ユニット31のクランクアーム18の位相の向きを表し、たとえば、第1ユニット30で矢印が「→」の場合、位相差が180度(π)である第2ユニット31は反対方向の「←」へ進んでいるものとする。
エンジン10Bは、表1に示したように、項番1行目において、第1ユニット30の左側ピストンヘッド12Lが吸気工程を行っているとき、第1ユニット30のピストン11は、右側ピストンヘッド12Rの方へ向かって水平移動するので、右側ピストンヘッド12Rでは圧縮工程が行われる。このとき、位相差が180度(π)である第2ユニット31では、右側ピストンヘッド12Rで爆発工程が行われて、第2ユニット31のピストン11は左側ピストンヘッド12Lの方へ向かって水平移動し、左側ピストンヘッド12Lでは排気工程が行われる。
そして、項番1行目で第2ユニット31の右側ピストンヘッド12Rが行った爆発工程は、項番2行目では第1ユニット30の右側ピストンヘッド12R、項番3行目で同ユニット30の左側ピストンヘッド12L、項番4行目で第2ユニット31の左側ピストンヘッド12Lと順次行われる。
このように、爆発工程を4か所のピストンヘッドで順次行うように振り分けることによって、第1ユニット30と第2ユニット31の両端に設けた4気筒がそれぞれ実行する各工程において、いずれかの燃焼室21において常に爆発工程が行われるように構成することができる。そのため、エンジン10B全体としてみたとき、等間隔爆発を行うように構成することができる。
また、第1ユニット30と第2ユニット31に係るそれぞれのピストン11が、互いに相反する方向へ交互に直線的な往復運動を行うので、ピストン11の動作に起因する振動を相殺することができ、ピストンスカートがシリンダー20内壁を押圧して発生する側圧を抑制し、ピストンスカートがシリンダー内壁を摺動する際の摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストンとシリンダーの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。
そして、項番1行目で第2ユニット31の右側ピストンヘッド12Rが行った爆発工程は、項番2行目では第1ユニット30の右側ピストンヘッド12R、項番3行目で同ユニット30の左側ピストンヘッド12L、項番4行目で第2ユニット31の左側ピストンヘッド12Lと順次行われる。
このように、爆発工程を4か所のピストンヘッドで順次行うように振り分けることによって、第1ユニット30と第2ユニット31の両端に設けた4気筒がそれぞれ実行する各工程において、いずれかの燃焼室21において常に爆発工程が行われるように構成することができる。そのため、エンジン10B全体としてみたとき、等間隔爆発を行うように構成することができる。
また、第1ユニット30と第2ユニット31に係るそれぞれのピストン11が、互いに相反する方向へ交互に直線的な往復運動を行うので、ピストン11の動作に起因する振動を相殺することができ、ピストンスカートがシリンダー20内壁を押圧して発生する側圧を抑制し、ピストンスカートがシリンダー内壁を摺動する際の摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストンとシリンダーの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。
続いて、第1実施例に記載したエンジン10について、使用目的に合わせた他の実施例を添付した図面にしたがっていくつか例示する。
図10から図13は、第1実施例で示した4ストロークエンジン10を2ストロークエンジン10C,10D,10E,10Fとした場合の構成の概略を示した説明図である。
図10から図13は、第1実施例で示した4ストロークエンジン10を2ストロークエンジン10C,10D,10E,10Fとした場合の構成の概略を示した説明図である。
エンジン10C,10D,10Eに係るピストン11の構成は、第1実施例と同様であるから説明を省略する。また、シリンダーケースについても、円筒形状のシリンダー20aの両端に所定形状の燃焼室21,21が形成され、当該燃焼室21の所定位置に点火プラグ22が配置されている基本的な構成は第1実施例のシリンダーケース20と同一である。
第1実施例に係るエンジン10と第2実施例に係るエンジン10C,10D,10Eの相違点は、シリンダー20a周壁部の所定位置に設けた吸気ポートの吸気口と、排気ポートの排気口の位置である。
このように、第2実施例に係るエンジンによれば、シリンダーケース20の構成を変えることによって、4ストローク型から2ストローク型へ、又はその逆に容易に構成を組み替えることができる。
第1実施例に係るエンジン10と第2実施例に係るエンジン10C,10D,10Eの相違点は、シリンダー20a周壁部の所定位置に設けた吸気ポートの吸気口と、排気ポートの排気口の位置である。
このように、第2実施例に係るエンジンによれば、シリンダーケース20の構成を変えることによって、4ストローク型から2ストローク型へ、又はその逆に容易に構成を組み替えることができる。
図10に示すエンジン10Cは、円筒状のシリンダー20bを備えたシリンダーケース20Bを有している。シリンダー20bは、その両端に燃焼室21,21が連接形成されている。またシリンダー20bの周壁部には、吸気ポートが備える吸気口23bと、排気ポートが備える排気口24bが形成されている。
吸気口23bは、ピストン11の左右両端ピストンヘッド12,12の下死点L1近傍に形成されている。当該吸気口23bを有する吸気ポートは、左右両端の燃焼室へ可燃性混合気体を吸気可能にT字状に枝分かれして構成されている。そして、吸気口23b近傍にピストンリードバルブ35が配置されており、可燃性混合気体をシリンダー20に向かって一方向に吸気できるように構成されている。これによって、シリンダー20b側から吸気ポート内へ向かって可燃性混合気体又は爆発後の排気ガスの逆流を防止することができる。
また、排気口24bは、燃焼室21の近傍でピストンヘッド12,12の上死点L0近傍にそれぞれ形成されている。
このように、図10に示したエンジン10Cは、いわゆるピストンリードバルブ式の2ストロークエンジンと呼ばれる構成を有している。
吸気口23bは、ピストン11の左右両端ピストンヘッド12,12の下死点L1近傍に形成されている。当該吸気口23bを有する吸気ポートは、左右両端の燃焼室へ可燃性混合気体を吸気可能にT字状に枝分かれして構成されている。そして、吸気口23b近傍にピストンリードバルブ35が配置されており、可燃性混合気体をシリンダー20に向かって一方向に吸気できるように構成されている。これによって、シリンダー20b側から吸気ポート内へ向かって可燃性混合気体又は爆発後の排気ガスの逆流を防止することができる。
また、排気口24bは、燃焼室21の近傍でピストンヘッド12,12の上死点L0近傍にそれぞれ形成されている。
このように、図10に示したエンジン10Cは、いわゆるピストンリードバルブ式の2ストロークエンジンと呼ばれる構成を有している。
なお、図10では点火プラグ22の図示を省略したが、第1実施例に記載のエンジンと同様に、キャブレター又はインジェクションから噴霧された燃料と空気を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体が、燃焼室21内でピストン11によって圧縮されたとき、点火プラグ22の電極から火花を飛ばすように構成されている。当該火花が燃焼室で可燃性混合気体を爆発燃焼させたとき、ピストンヘッド12に圧力がかかってピストン11が動作する。また、第1実施例に記載したように、可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。さらに、点火プラグに替えて液体燃料を霧状にして噴霧する噴射装置(図示略)を設け、当該噴射装置と連通する噴霧口を燃焼室21に設けても良い。この場合は、ピストンヘッド12で圧縮された高温高圧の空気に軽油等の燃料を噴霧して燃焼させるディーゼル機関を構成することができる。
上記の構成を有するエンジン10Cは、ピストン11が一往復する間に、吸気・圧縮工程と、燃焼・排気・掃気行程を行って動作する。
吸気・圧縮工程は、シリンダー20b内及び燃焼室21,21内へ可燃性混合気体を吸気して圧縮する工程を言う。当該工程では、ピストン11が下死点L1のとき、吸気口23bと排気口24bがシリンダー20b内に露出し、ピストンヘッド12が下死点L1へ移動したことによって負圧が発生したシリンダー20b内へ、吸気ポートから可燃性混合気体が吸気される。
吸気後は、ピストンリードバルブ35が吸気ポートを閉鎖するので、吸気ポート内へ排気ガスが逆流することを防止することができる。そして、ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0へ向かって移動し、吸気口23b、排気口24bと順次閉じられたとき、ピストンヘッド12が燃焼室21へ向かって可燃性混合気体を圧縮する。
燃焼・排気・掃気工程は、圧縮された可燃性混合気体を燃焼爆発させて、爆発後の排気ガスを排気し、可燃性混合気体を新たに吸気する際に、シリンダー20b内から排気ガスを押し出して掃気する工程を言う。当該工程では、圧縮された可燃性混合気体が燃焼室21に設けた点火プラグ(図示略)で点火されて爆発燃焼し、この燃焼圧力によって、ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に向かって移動する。このとき、まずシリンダー20b内で排気口24bが露出し、排気ガスが排気され、なおも容積が拡大するシリンダー20b内に負圧が発生する。そして、吸気口23bが露出したとき、可燃性混合気体がシリンダー20b内へ吸気される。吸気後はピストンリードバルブ35が吸気ポートを閉鎖するので、吸気ポート内へ排気ガスが逆流することを防止することができる。そして、ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かって移動する際にシリンダー20b内の残留排気ガスが排気口から掃気される。
吸気・圧縮工程は、シリンダー20b内及び燃焼室21,21内へ可燃性混合気体を吸気して圧縮する工程を言う。当該工程では、ピストン11が下死点L1のとき、吸気口23bと排気口24bがシリンダー20b内に露出し、ピストンヘッド12が下死点L1へ移動したことによって負圧が発生したシリンダー20b内へ、吸気ポートから可燃性混合気体が吸気される。
吸気後は、ピストンリードバルブ35が吸気ポートを閉鎖するので、吸気ポート内へ排気ガスが逆流することを防止することができる。そして、ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0へ向かって移動し、吸気口23b、排気口24bと順次閉じられたとき、ピストンヘッド12が燃焼室21へ向かって可燃性混合気体を圧縮する。
燃焼・排気・掃気工程は、圧縮された可燃性混合気体を燃焼爆発させて、爆発後の排気ガスを排気し、可燃性混合気体を新たに吸気する際に、シリンダー20b内から排気ガスを押し出して掃気する工程を言う。当該工程では、圧縮された可燃性混合気体が燃焼室21に設けた点火プラグ(図示略)で点火されて爆発燃焼し、この燃焼圧力によって、ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に向かって移動する。このとき、まずシリンダー20b内で排気口24bが露出し、排気ガスが排気され、なおも容積が拡大するシリンダー20b内に負圧が発生する。そして、吸気口23bが露出したとき、可燃性混合気体がシリンダー20b内へ吸気される。吸気後はピストンリードバルブ35が吸気ポートを閉鎖するので、吸気ポート内へ排気ガスが逆流することを防止することができる。そして、ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かって移動する際にシリンダー20b内の残留排気ガスが排気口から掃気される。
図11に示すエンジン10Dは、ピストン11とシリンダー20bの構成が上記したエンジン10Cと同様であるから説明を省略する。エンジン10Cとエンジン10Dの相違点は、クランクケース36の有無である。クランクケース36は、クランク軸19及びクランクアーム18が収納され、ピストン11の貫通孔14近傍をシリンダー20bと共に囲橈するように構成されている。
そして、クランクケース36は、クランク軸19の放射方向に沿って吸気口23cを備えた吸気ポートが連通形成されている。これによって、可燃性混合気体は、吸気ポートを介して吸気口23cからクランクケース36内に吸気されるように構成されている。また、当該吸気ポート内には、クランクケースリードバルブ37が配置されている。これによって、クランクケース36側から吸気ポート内へ向かって可燃性混合気体又は爆発後の排気ガスの逆流を防止することができる。
さらに、クランクケース36と燃焼室21,21に連接するシリンダー20bの両端部は一対のバイパスポート38で連通され、クランクケース38から燃焼室21,21へ可燃性混合気体を供給可能に構成されている。バイパスのシリンダー側開口端38aは、ピストンヘッド12の下死点L1近傍に形成されている。
なお、本実施例においては、クランクケース36の構成の概略を図示しているが、クランクケース36は、ピストン11の軸方向に沿って内部を少なくとも2つの部屋に分割してなる吸排気調圧室を有している。当該吸排気調圧室は、シリンダー20bの両端に連接形成した燃焼室21,21とバイパスポート38を通じて連通している。また各吸排気調圧室は、クランク軸19に沿って回転する偏心フリーローター16がその回転によって一方の部屋を加圧したとき、他方の部屋は減圧されるように構成されている。これによって、吸排気調圧室では、減圧と加圧が交互に行われ、減圧時に吸気口23cから可燃性混合気体が供給され、その後、加圧された可燃性混合気体はバイパスポート38を通じて燃焼室21へ吸気される。
一方、排気ポートが備える排気口24bは、上記のエンジン10Cと同様に、燃焼室21側でピストンヘッド12の上死点L0近傍に形成されている。
このように、図11に示したエンジン10Dは、いわゆるクランクケースリードバルブ式の2ストロークエンジンと呼ばれる構成を有している。
そして、クランクケース36は、クランク軸19の放射方向に沿って吸気口23cを備えた吸気ポートが連通形成されている。これによって、可燃性混合気体は、吸気ポートを介して吸気口23cからクランクケース36内に吸気されるように構成されている。また、当該吸気ポート内には、クランクケースリードバルブ37が配置されている。これによって、クランクケース36側から吸気ポート内へ向かって可燃性混合気体又は爆発後の排気ガスの逆流を防止することができる。
さらに、クランクケース36と燃焼室21,21に連接するシリンダー20bの両端部は一対のバイパスポート38で連通され、クランクケース38から燃焼室21,21へ可燃性混合気体を供給可能に構成されている。バイパスのシリンダー側開口端38aは、ピストンヘッド12の下死点L1近傍に形成されている。
なお、本実施例においては、クランクケース36の構成の概略を図示しているが、クランクケース36は、ピストン11の軸方向に沿って内部を少なくとも2つの部屋に分割してなる吸排気調圧室を有している。当該吸排気調圧室は、シリンダー20bの両端に連接形成した燃焼室21,21とバイパスポート38を通じて連通している。また各吸排気調圧室は、クランク軸19に沿って回転する偏心フリーローター16がその回転によって一方の部屋を加圧したとき、他方の部屋は減圧されるように構成されている。これによって、吸排気調圧室では、減圧と加圧が交互に行われ、減圧時に吸気口23cから可燃性混合気体が供給され、その後、加圧された可燃性混合気体はバイパスポート38を通じて燃焼室21へ吸気される。
一方、排気ポートが備える排気口24bは、上記のエンジン10Cと同様に、燃焼室21側でピストンヘッド12の上死点L0近傍に形成されている。
このように、図11に示したエンジン10Dは、いわゆるクランクケースリードバルブ式の2ストロークエンジンと呼ばれる構成を有している。
なお、図11では点火プラグ22の図示を省略したが、第1実施例に記載のエンジンと同様に、キャブレター又はインジェクションから噴霧された燃料と空気を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体が、燃焼室21内でピストン11によって圧縮されたとき、点火プラグ22の電極から火花を飛ばすように構成されている。当該火花が燃焼室で可燃性混合気体を爆発燃焼させたとき、ピストンヘッド12に圧力がかかってピストン11が動作する。また、第1実施例に記載したように、可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。さらに、点火プラグに替えて液体燃料を霧状にして噴霧する噴射装置(図示略)を設け、当該噴射装置と連通する噴霧口を燃焼室21に設けても良い。この場合は、ピストンヘッド12で圧縮された高温高圧の空気に軽油等の燃料を噴霧して燃焼させるディーゼル機関を構成することができる。
上記の構成を有するエンジン10Dは、上記のエンジン10Cと同様、ピストン11が一往復する間に、吸気・圧縮工程と、燃焼・排気・掃気行程を行って動作する。これらの動作についてはエンジン10Cと同様であるから説明を省略する。
図11に示したエンジン10Dと、上記のエンジン10Cとの間で動作の相違点は、エンジン10Dに設けたクランクケースリードバルブ37及びバイパスポート38と、エンジン10Cが有するピストンリードバルブ35の違いによるものである。
エンジン10Dの場合、可燃性混合気体は、クランクケース36内で偏心フリーローター16によって減圧され、負圧が発生している側の吸排気調圧室へ吸気される。一方で、可燃性混合気体が満たされた吸排気調圧室に満たされている可燃性混合気体は、偏心フリーローターによって加圧される。このように交互に減圧と加圧を繰り返すことによって、シリンダー20bの左右両端に連接した燃焼室21,21へ交互に可燃性混合気体を送り込むことができる。
そして、吸気・圧縮工程では、ピストンヘッド12が下死点L1に位置しているとき、吸排気調圧室内で加圧された可燃性混合気体が、バイパスポート38の開口端38aを通じて、シリンダー20b内へ吸気される。その後、ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0へ移動して、排気口24bが閉鎖されると、燃焼室21内で可燃性混合気体が圧縮される。
続いて、燃焼・排気・掃気工程では、圧縮された可燃性混合気体が点火されて爆発燃焼し、ピストンヘッド12を燃焼圧力で押圧する。ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1へ移動するとき、まず排気口24bが露出し、排気ガスが排気される。ここで、ピストンヘッド12の移動に伴って燃焼室21内及びシリンダー20b内は負圧が発生する一方で、クランクケース36の吸排気調圧室では、偏心フリーローター16によって可燃性混合気体が加圧される。さらにピストンヘッド12が移動するとバイパスポート38の開口端38aが露出し、吸排気調圧室で加圧された可燃性混合気体がシリンダー20b内へ吸気され、当該シリンダー20b内に残留していた排気ガスを排気口24bから掃気する。
このように、エンジン10Dでは、クランクケース36内で偏心フリーローター16が左右のシリンダー20b及び燃焼室21,21内と通じている吸排気調圧室で可燃性混合気体を加圧してシリンダー20bへ送り込み、又は減圧して負圧を発生させて吸気ポートから吸気することができる。これによって、可燃性混合気体に係る吸気効率と、排気ガスに係る排気・掃気効率を向上させて燃費を改善することができる。
図11に示したエンジン10Dと、上記のエンジン10Cとの間で動作の相違点は、エンジン10Dに設けたクランクケースリードバルブ37及びバイパスポート38と、エンジン10Cが有するピストンリードバルブ35の違いによるものである。
エンジン10Dの場合、可燃性混合気体は、クランクケース36内で偏心フリーローター16によって減圧され、負圧が発生している側の吸排気調圧室へ吸気される。一方で、可燃性混合気体が満たされた吸排気調圧室に満たされている可燃性混合気体は、偏心フリーローターによって加圧される。このように交互に減圧と加圧を繰り返すことによって、シリンダー20bの左右両端に連接した燃焼室21,21へ交互に可燃性混合気体を送り込むことができる。
そして、吸気・圧縮工程では、ピストンヘッド12が下死点L1に位置しているとき、吸排気調圧室内で加圧された可燃性混合気体が、バイパスポート38の開口端38aを通じて、シリンダー20b内へ吸気される。その後、ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0へ移動して、排気口24bが閉鎖されると、燃焼室21内で可燃性混合気体が圧縮される。
続いて、燃焼・排気・掃気工程では、圧縮された可燃性混合気体が点火されて爆発燃焼し、ピストンヘッド12を燃焼圧力で押圧する。ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1へ移動するとき、まず排気口24bが露出し、排気ガスが排気される。ここで、ピストンヘッド12の移動に伴って燃焼室21内及びシリンダー20b内は負圧が発生する一方で、クランクケース36の吸排気調圧室では、偏心フリーローター16によって可燃性混合気体が加圧される。さらにピストンヘッド12が移動するとバイパスポート38の開口端38aが露出し、吸排気調圧室で加圧された可燃性混合気体がシリンダー20b内へ吸気され、当該シリンダー20b内に残留していた排気ガスを排気口24bから掃気する。
このように、エンジン10Dでは、クランクケース36内で偏心フリーローター16が左右のシリンダー20b及び燃焼室21,21内と通じている吸排気調圧室で可燃性混合気体を加圧してシリンダー20bへ送り込み、又は減圧して負圧を発生させて吸気ポートから吸気することができる。これによって、可燃性混合気体に係る吸気効率と、排気ガスに係る排気・掃気効率を向上させて燃費を改善することができる。
図12に示すエンジン10Eは、上記エンジン10C,10Dと偏心フリーローター16の形状が相違している。当該偏心フリーローター16は、周縁部16aの所定位置を弧状に切り欠いて形成した一対の切欠部16bを有している。
また、エンジン10Eは、クランク軸19及びクランクアーム18が収納され、シリンダー20bを囲橈するように構成されたクランクケース36を有している。当該クランクケース36は、クランク軸の軸方向に沿って吸気口23dを備えた吸気ポートが接続されている。
吸気口23dは、偏心フリーローター16の周縁部16a及び切欠部16bと対向するように配置されている。これによって、吸気ポートを介してクランクケース36内へ吸気される可燃性混合気体は、吸気口23dが周縁部16aと重なり合って閉鎖されているとき、吸気ポート内へ向かって可燃性混合気体が逆流することを防止することができる。一方、吸気口23dが切欠部16bと重なり合ってクランクケース36内に露出しているとき、クランクケース36内へ可燃性混合気体を吸気することができる。そして、偏心フリーローター16は、クランク軸19の回転と同期して回転していることから、吸気口23dを切欠部16bで露出させて開放し、周縁部16aで覆蓋して閉鎖することを所定の周期で繰り返すことができる。
さらに、クランクケース36とシリンダー20bの左右両端に設けた燃焼室21,21は一対のバイパスポート38で接続され、クランクケース36から燃焼室21,21へ可燃性混合気体を供給可能に構成されている。バイパスポート38のシリンダー側開口端38aは、ピストンヘッド12の下死点L1近傍に形成されている。
なお、本実施例においては、クランクケース36の構成の概略を図示しているが、クランクケース36は、ピストン11の軸方向に沿って内部を少なくとも2つの部屋に分割してなる吸排気調圧室を有している。当該吸排気調圧室は、シリンダー20bの両端に連接形成した燃焼室21,21とバイパスポート38を通じて連通している。また各吸排気調圧室は、クランク軸19に沿って回転する偏心フリーローター16がその回転によって一方の部屋を加圧したとき、他方の部屋は減圧されるように構成されている。これによって、吸排気調圧室では、減圧と加圧が交互に行われ、減圧時に切欠部16bと重なり合った吸気口23dから可燃性混合気体が供給され、その後、加圧された可燃性混合気体はバイパスポート38を通じて燃焼室21へ吸気される。ここで、偏心フリーローター16が一回転する間、すなわちピストンが一往復する間に、各吸排気調圧室で加圧工程と減圧工程が順次行われ、シリンダー20bの左右両端に設けた各燃焼室21,21へ順次可燃性混合気体を送り込むため、切欠部16bを偏心フリーローター16の周縁の所定位置に対向配置した。これによって、図12に示したエンジン10Eの左右両端の各燃焼室21,21へ交互にバイパスポート38を通じて可燃性混合気体を順次送り込むことができる。
一方、排気ポートが備える排気口24bは、上記のエンジン10C,10Dと同様に、燃焼室21側でピストンヘッド12の上死点L0近傍に形成されている。
このように、図12に示したエンジン10Eは、いわゆるロータリーディスクバルブ式の2ストロークエンジンと呼ばれる構成を有している。
また、エンジン10Eは、クランク軸19及びクランクアーム18が収納され、シリンダー20bを囲橈するように構成されたクランクケース36を有している。当該クランクケース36は、クランク軸の軸方向に沿って吸気口23dを備えた吸気ポートが接続されている。
吸気口23dは、偏心フリーローター16の周縁部16a及び切欠部16bと対向するように配置されている。これによって、吸気ポートを介してクランクケース36内へ吸気される可燃性混合気体は、吸気口23dが周縁部16aと重なり合って閉鎖されているとき、吸気ポート内へ向かって可燃性混合気体が逆流することを防止することができる。一方、吸気口23dが切欠部16bと重なり合ってクランクケース36内に露出しているとき、クランクケース36内へ可燃性混合気体を吸気することができる。そして、偏心フリーローター16は、クランク軸19の回転と同期して回転していることから、吸気口23dを切欠部16bで露出させて開放し、周縁部16aで覆蓋して閉鎖することを所定の周期で繰り返すことができる。
さらに、クランクケース36とシリンダー20bの左右両端に設けた燃焼室21,21は一対のバイパスポート38で接続され、クランクケース36から燃焼室21,21へ可燃性混合気体を供給可能に構成されている。バイパスポート38のシリンダー側開口端38aは、ピストンヘッド12の下死点L1近傍に形成されている。
なお、本実施例においては、クランクケース36の構成の概略を図示しているが、クランクケース36は、ピストン11の軸方向に沿って内部を少なくとも2つの部屋に分割してなる吸排気調圧室を有している。当該吸排気調圧室は、シリンダー20bの両端に連接形成した燃焼室21,21とバイパスポート38を通じて連通している。また各吸排気調圧室は、クランク軸19に沿って回転する偏心フリーローター16がその回転によって一方の部屋を加圧したとき、他方の部屋は減圧されるように構成されている。これによって、吸排気調圧室では、減圧と加圧が交互に行われ、減圧時に切欠部16bと重なり合った吸気口23dから可燃性混合気体が供給され、その後、加圧された可燃性混合気体はバイパスポート38を通じて燃焼室21へ吸気される。ここで、偏心フリーローター16が一回転する間、すなわちピストンが一往復する間に、各吸排気調圧室で加圧工程と減圧工程が順次行われ、シリンダー20bの左右両端に設けた各燃焼室21,21へ順次可燃性混合気体を送り込むため、切欠部16bを偏心フリーローター16の周縁の所定位置に対向配置した。これによって、図12に示したエンジン10Eの左右両端の各燃焼室21,21へ交互にバイパスポート38を通じて可燃性混合気体を順次送り込むことができる。
一方、排気ポートが備える排気口24bは、上記のエンジン10C,10Dと同様に、燃焼室21側でピストンヘッド12の上死点L0近傍に形成されている。
このように、図12に示したエンジン10Eは、いわゆるロータリーディスクバルブ式の2ストロークエンジンと呼ばれる構成を有している。
なお、図12では点火プラグ22の図示を省略したが、第1実施例に記載のエンジンと同様に、キャブレター又はインジェクションから噴霧された燃料と空気を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体が、燃焼室21内でピストン11によって圧縮されたとき、点火プラグ22の電極から火花を飛ばすように構成されている。当該火花が燃焼室で可燃性混合気体を爆発燃焼させたとき、ピストンヘッド12に圧力がかかってピストン11が動作する。また、第1実施例に記載したように、可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。さらに、点火プラグに替えて液体燃料を霧状にして噴霧する噴射装置(図示略)を設け、当該噴射装置と連通する噴霧口を燃焼室21に設けても良い。この場合は、ピストンヘッド12で圧縮された高温高圧の空気に軽油等の燃料を噴霧して燃焼させるディーゼル機関を構成することができる。
上記の構成を有するエンジン10Eは、上記のエンジン10C,10Dと同様、ピストン11が一往復する間に、吸気・圧縮工程と、燃焼・排気・掃気行程を行って動作する。これらの動作についてはエンジン10Cと同様であるから説明を省略する。
図12に示したエンジン10Eと、図11に示したエンジン10Dとの間で動作の相違点は、偏心フリーローター16を用いたロータリーディスクバルブとクランクケースリードバルブ、及びクランク軸19の軸方向に沿って設けられた吸気ポートと、クランク軸の放射方向に沿って設けられた吸気ポートの違いである。
エンジン10Eの場合、偏心フリーローター16の回転に伴って、切欠部16bと重なり合った吸気口23dが吸排気調圧室に対し露出したとき、当該吸排気調圧室内は、偏心フリーローター16によって減圧されて負圧が発生している状態となっているので、スムーズに吸排気調圧室内へ可燃性混合気体が吸気される。その後、偏心フリーローター16の周縁部16aが吸気口23dを覆蓋して閉鎖したとき、吸排気調圧室内が加圧され、バイパスポート38を通じてシリンダー20b内へ吸気される。この吸排気調圧室内における減圧と加圧のタイミングを2ストローク機関の吸気・圧縮工程と、爆発・排気・掃気工程と重ね合わせると次のようになる。
吸気・圧縮工程では、ピストンヘッド12が下死点L1に位置しているとき、吸排気調圧室内で加圧された可燃性混合気体が、バイパスポート38の開口端38aを通じて、シリンダー内へ吸気される。その後、ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0へ移動して、排気口24bが閉鎖されると、燃焼室21内で可燃性混合気体が圧縮される。
続いて、燃焼・排気・掃気工程では、圧縮された可燃性混合気体が点火されて爆発燃焼し、ピストンヘッド12を燃焼圧力で押圧する。ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1へ移動するとき、まず排気口24bが露出し、排気ガスが排気される。ここで、ピストンヘッド12の移動に伴って燃焼室21内及びシリンダー20b内は負圧が発生する一方で、吸排気調圧室側では、偏心フリーローター16によって可燃性混合気体が加圧される。さらにピストンヘッド12が移動するとバイパスポート38の開口端38aが露出し、加圧された可燃性混合気体がシリンダー20b内へ吸気され、残留していた排気ガスを排気口24bから掃気する。
このようにして、エンジン10Eでは、貫通孔14内で偏心フリーローター16が一回転する間に、左右の燃焼室21,21へ交互に可燃性混合気体を吸気することができる。これによって、可燃性混合気体に係る吸気効率と、排気ガスに係る排気・掃気効率を向上させて燃費を改善することができる。
図12に示したエンジン10Eと、図11に示したエンジン10Dとの間で動作の相違点は、偏心フリーローター16を用いたロータリーディスクバルブとクランクケースリードバルブ、及びクランク軸19の軸方向に沿って設けられた吸気ポートと、クランク軸の放射方向に沿って設けられた吸気ポートの違いである。
エンジン10Eの場合、偏心フリーローター16の回転に伴って、切欠部16bと重なり合った吸気口23dが吸排気調圧室に対し露出したとき、当該吸排気調圧室内は、偏心フリーローター16によって減圧されて負圧が発生している状態となっているので、スムーズに吸排気調圧室内へ可燃性混合気体が吸気される。その後、偏心フリーローター16の周縁部16aが吸気口23dを覆蓋して閉鎖したとき、吸排気調圧室内が加圧され、バイパスポート38を通じてシリンダー20b内へ吸気される。この吸排気調圧室内における減圧と加圧のタイミングを2ストローク機関の吸気・圧縮工程と、爆発・排気・掃気工程と重ね合わせると次のようになる。
吸気・圧縮工程では、ピストンヘッド12が下死点L1に位置しているとき、吸排気調圧室内で加圧された可燃性混合気体が、バイパスポート38の開口端38aを通じて、シリンダー内へ吸気される。その後、ピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0へ移動して、排気口24bが閉鎖されると、燃焼室21内で可燃性混合気体が圧縮される。
続いて、燃焼・排気・掃気工程では、圧縮された可燃性混合気体が点火されて爆発燃焼し、ピストンヘッド12を燃焼圧力で押圧する。ピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1へ移動するとき、まず排気口24bが露出し、排気ガスが排気される。ここで、ピストンヘッド12の移動に伴って燃焼室21内及びシリンダー20b内は負圧が発生する一方で、吸排気調圧室側では、偏心フリーローター16によって可燃性混合気体が加圧される。さらにピストンヘッド12が移動するとバイパスポート38の開口端38aが露出し、加圧された可燃性混合気体がシリンダー20b内へ吸気され、残留していた排気ガスを排気口24bから掃気する。
このようにして、エンジン10Eでは、貫通孔14内で偏心フリーローター16が一回転する間に、左右の燃焼室21,21へ交互に可燃性混合気体を吸気することができる。これによって、可燃性混合気体に係る吸気効率と、排気ガスに係る排気・掃気効率を向上させて燃費を改善することができる。
そして、図13に示すエンジン10Fは、上記したクランクケースリードバルブ式の2ストロークエンジン10Dを基に水平対向4気筒化したエンジンである。
エンジン10Fは、上記のエンジン10Dに係る水平対向2気筒エンジンを1ユニットとした第3ユニット40と第4ユニット41とから構成されている。各ユニットのピストン11及びシリンダー20bの構成は、エンジン10Dと同様であるから説明を省略する。
第3ユニット40と第4ユニット41は、クランク軸19方向に沿って並設されて構成されている。エンジン10Fのクランクケース36Aは、第3ユニット40と第4ユニット41のクランク軸19近傍をシリンダー20bごと囲橈するように設けられている。
エンジン10Fは、図13に示すように、第3ユニット40に係るクランクアーム18と、第4ユニット31に係るクランクアーム18を有している。当該クランクアーム18は、互いにクランク軸19を挟んで相反する方向に対向配置され、互いに180度(π)のクランク角を成すように構成されている。
そして、クランクケース36Aは、第3ユニット40と第4ユニット41の間に、クランク軸19の放射方向に沿って吸気口23cを備えた吸気ポートが設けられ、当該吸気ポートにはエンジン10Dと同様にクランクケースリードバルブ(図示略)が設けられている。さらに、第3ユニット40と第4ユニット41の各燃焼室21,21と連通するように、クランクケース36Aとシリンダー20bとの間にバイパスポート38が設けられている。
なお、本実施例においては、クランクケース36Aの構成の概略を図示しているが、クランクケース36Aは、ピストン11の軸方向に沿って内部を少なくとも4つの部屋に分割してなる吸排気調圧室を有している。当該吸排気調圧室は、各ユニット40,41のシリンダー20bの両端に連接形成した燃焼室21,21とバイパスポート38を通じて連通している。また各吸排気調圧室は、クランク軸19に沿って回転する偏心フリーローター16がその回転によって一方の部屋を加圧したとき、他方の部屋は減圧されるように構成されている。これによって、吸排気調圧室では、減圧と加圧が交互に行われ、減圧時に吸気口23cから可燃性混合気体が供給され、その後、加圧された可燃性混合気体はバイパスポート38を通じて燃焼室21へ吸気される。
一方、排気ポートが備える排気口24bは、上記のエンジン10Dと同様に、燃焼室21側でピストンヘッド12の上死点L0近傍に形成されている。
また、点火プラグ22は、第1実施例に記載のエンジンと同様に、キャブレター又はインジェクションから噴霧された燃料と空気を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体が、燃焼室21内でピストン11によって圧縮されたとき、点火プラグ22の電極から火花を飛ばすように構成されている。当該火花が燃焼室で可燃性混合気体を爆発燃焼させたとき、ピストンヘッド12に圧力がかかってピストン11が動作する。また、第1実施例に記載したように、可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。さらに、点火プラグに替えて液体燃料を霧状にして噴霧する噴射装置(図示略)を設け、当該噴射装置と連通する噴霧口を燃焼室21に設けても良い。この場合は、ピストンヘッド12で圧縮された高温高圧の空気に軽油等の燃料を噴霧して燃焼させるディーゼル機関を構成することができる。
このように、図13に示したエンジン10Fは、いわゆるクランクケースリードバルブ式の2ストローク型エンジンを水平対向4気筒に組んだ構成を有している。
エンジン10Fは、上記のエンジン10Dに係る水平対向2気筒エンジンを1ユニットとした第3ユニット40と第4ユニット41とから構成されている。各ユニットのピストン11及びシリンダー20bの構成は、エンジン10Dと同様であるから説明を省略する。
第3ユニット40と第4ユニット41は、クランク軸19方向に沿って並設されて構成されている。エンジン10Fのクランクケース36Aは、第3ユニット40と第4ユニット41のクランク軸19近傍をシリンダー20bごと囲橈するように設けられている。
エンジン10Fは、図13に示すように、第3ユニット40に係るクランクアーム18と、第4ユニット31に係るクランクアーム18を有している。当該クランクアーム18は、互いにクランク軸19を挟んで相反する方向に対向配置され、互いに180度(π)のクランク角を成すように構成されている。
そして、クランクケース36Aは、第3ユニット40と第4ユニット41の間に、クランク軸19の放射方向に沿って吸気口23cを備えた吸気ポートが設けられ、当該吸気ポートにはエンジン10Dと同様にクランクケースリードバルブ(図示略)が設けられている。さらに、第3ユニット40と第4ユニット41の各燃焼室21,21と連通するように、クランクケース36Aとシリンダー20bとの間にバイパスポート38が設けられている。
なお、本実施例においては、クランクケース36Aの構成の概略を図示しているが、クランクケース36Aは、ピストン11の軸方向に沿って内部を少なくとも4つの部屋に分割してなる吸排気調圧室を有している。当該吸排気調圧室は、各ユニット40,41のシリンダー20bの両端に連接形成した燃焼室21,21とバイパスポート38を通じて連通している。また各吸排気調圧室は、クランク軸19に沿って回転する偏心フリーローター16がその回転によって一方の部屋を加圧したとき、他方の部屋は減圧されるように構成されている。これによって、吸排気調圧室では、減圧と加圧が交互に行われ、減圧時に吸気口23cから可燃性混合気体が供給され、その後、加圧された可燃性混合気体はバイパスポート38を通じて燃焼室21へ吸気される。
一方、排気ポートが備える排気口24bは、上記のエンジン10Dと同様に、燃焼室21側でピストンヘッド12の上死点L0近傍に形成されている。
また、点火プラグ22は、第1実施例に記載のエンジンと同様に、キャブレター又はインジェクションから噴霧された燃料と空気を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体が、燃焼室21内でピストン11によって圧縮されたとき、点火プラグ22の電極から火花を飛ばすように構成されている。当該火花が燃焼室で可燃性混合気体を爆発燃焼させたとき、ピストンヘッド12に圧力がかかってピストン11が動作する。また、第1実施例に記載したように、可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。さらに、点火プラグに替えて液体燃料を霧状にして噴霧する噴射装置(図示略)を設け、当該噴射装置と連通する噴霧口を燃焼室21に設けても良い。この場合は、ピストンヘッド12で圧縮された高温高圧の空気に軽油等の燃料を噴霧して燃焼させるディーゼル機関を構成することができる。
このように、図13に示したエンジン10Fは、いわゆるクランクケースリードバルブ式の2ストローク型エンジンを水平対向4気筒に組んだ構成を有している。
上記の構成を備えたエンジン10Fは、次に説明するように動作する。添付した図面にしたがって以下説明する。
第3ユニット40のクランクアーム18と第4ユニット41のクランクアーム18のクランク角の位相差は、180度(π)となるように構成されている。
そのため、図13に示すように、第3ユニット40の右側ピストンヘッド12Rが下死点L1に位置し、左側ピストンヘッド12Lが上死点L0に位置している場合に、第4ユニット41の右側ピストンヘッド12Rは上死点L0に位置し、左側ピストンヘッド12Lは下死点L1に位置している。このように、第3ユニット40と第4ユニット41に係る各ピストン11が互い違いに相反する方向へ入れ替わるように直線的な往復運動をすることによって、第3ユニット40の左右ピストンヘッド12R,12L、第4ユニット41の左右ピストンヘッド12R,12Lが互い違いに相反する方向へ直線的な往復運動を行うように動作する。
各ユニット40,41が有するピストンヘッド12R,12Lの各工程における関係を下記の表2に表す。表中の矢印はクランクアーム18の位相の向きを表し、たとえば、第3ユニット40で矢印「→」にしたがってピストン11が動いている場合、位相差が180度(π)である第4ユニット41のピストン11は反対方向の「←」へ進んでいるものとする。
第3ユニット40のクランクアーム18と第4ユニット41のクランクアーム18のクランク角の位相差は、180度(π)となるように構成されている。
そのため、図13に示すように、第3ユニット40の右側ピストンヘッド12Rが下死点L1に位置し、左側ピストンヘッド12Lが上死点L0に位置している場合に、第4ユニット41の右側ピストンヘッド12Rは上死点L0に位置し、左側ピストンヘッド12Lは下死点L1に位置している。このように、第3ユニット40と第4ユニット41に係る各ピストン11が互い違いに相反する方向へ入れ替わるように直線的な往復運動をすることによって、第3ユニット40の左右ピストンヘッド12R,12L、第4ユニット41の左右ピストンヘッド12R,12Lが互い違いに相反する方向へ直線的な往復運動を行うように動作する。
各ユニット40,41が有するピストンヘッド12R,12Lの各工程における関係を下記の表2に表す。表中の矢印はクランクアーム18の位相の向きを表し、たとえば、第3ユニット40で矢印「→」にしたがってピストン11が動いている場合、位相差が180度(π)である第4ユニット41のピストン11は反対方向の「←」へ進んでいるものとする。
表2に示すように、項番1行目において、第3ユニット40の左側ピストンヘッド12Lが吸気・圧縮工程を行っているとき、同ユニット40のピストン11は、左側ピストンヘッド12Lの方へ向かって水平移動するので、右側ピストンヘッド12R側では燃焼・排気・掃気工程が行われる。このとき、第3ユニット40との位相差が180度(π)である第4ユニット41では、右側ピストンヘッド12Rで吸気・圧縮工程が行われて、同ユニット41のピストン11は右側ピストンヘッド12Rの方へ向かって水平移動し、左側ピストンヘッド12Lでは燃焼・排気・掃気工程が行われる。
そして、項番2行目では逆に、第3ユニット40の右側ピストンヘッド12Rと第4ユニット41の左側ピストンヘッド12Lで吸気・圧縮工程が行われ、第3ユニット40の左側ピストンヘッド12Lと第4ユニット41の右側ピストンヘッド12Rで燃焼・排気・掃気行程が行われる。
このように、エンジン10Fでは、第3ユニット40と第4ユニット41において、いずれかのシリンダー20内で常に爆発工程が行われるように構成することができる。そのため、エンジン10F全体で、等間隔爆発を行わせることができる。
また、第3ユニット40と第4ユニット41に係るそれぞれのピストン11が、互いに相反する方向へ交互に直線的な往復運動を行うので、ピストン11の動作に起因する振動を相殺することができ、ピストンスカート13がシリンダー20内壁を押圧して発生する側圧を抑制し、ピストンスカート13がシリンダー内壁を摺動する際の摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストン11とシリンダー20bの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。
なお、説明を省略したが、上記のピストンリードバルブ型エンジン10C、ロータリーディスクバルブ型エンジン10Eに基づいて水平対向4気筒エンジンを構成した場合であっても、上記のクランクケースリードバルブ型と同様の効果を得ることができる。
そして、項番2行目では逆に、第3ユニット40の右側ピストンヘッド12Rと第4ユニット41の左側ピストンヘッド12Lで吸気・圧縮工程が行われ、第3ユニット40の左側ピストンヘッド12Lと第4ユニット41の右側ピストンヘッド12Rで燃焼・排気・掃気行程が行われる。
このように、エンジン10Fでは、第3ユニット40と第4ユニット41において、いずれかのシリンダー20内で常に爆発工程が行われるように構成することができる。そのため、エンジン10F全体で、等間隔爆発を行わせることができる。
また、第3ユニット40と第4ユニット41に係るそれぞれのピストン11が、互いに相反する方向へ交互に直線的な往復運動を行うので、ピストン11の動作に起因する振動を相殺することができ、ピストンスカート13がシリンダー20内壁を押圧して発生する側圧を抑制し、ピストンスカート13がシリンダー内壁を摺動する際の摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストン11とシリンダー20bの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。
なお、説明を省略したが、上記のピストンリードバルブ型エンジン10C、ロータリーディスクバルブ型エンジン10Eに基づいて水平対向4気筒エンジンを構成した場合であっても、上記のクランクケースリードバルブ型と同様の効果を得ることができる。
また、上記では水平対向4気筒エンジンについて例示したが、水平対向エンジンに係る気筒数はこれらに限定されるものでは無く、エンジン10C,10D,10Eに係る基本構成の水平2気筒ユニットを増減して6気筒、8気筒、10気筒、12気筒、16気筒等の水平対向エンジンを構成するようにしても良い。この場合、各ユニット間の位相差を、たとえば、120度(4π/3)、72度(π/5)、60度(π/3)、45度(π/4)等、所定の角度、好ましくは各ユニットが備えるクランクアーム18がクランク軸19を中心に円周に対してバランスよく配置されるように設定することによって、一次振動、偶力振動、二次振動等の振動を各ユニット間で互いに相殺するようにすることができる。
そして、上記のいずれの場合であっても、クランク軸19にバランスウェイトを取り付けて振動を抑制するようにしても良い。
上記のように構成した各エンジンでは、クランク軸19を周回するクランクアーム18の長さを従来のエンジンが備えるクランクアームの長さよりも短くすることができるので、クランク軸19を周回する慣性モーメントを打ち消すバランスウェイトを軽量化させることができる。さらに、従来、先端が往復運動を行い、基端が回転運動を行うコンロッドには往復運動に因る振動と回転運動に因る振動が発生するが、当該コンロッドを省いた本実施例に係るエンジンによれば、コンロッドの動作を起因とする振動成分、振動原因を除去することができる。これによって、エンジンに生じる一次振動、偶力振動、二次振動等の振動のうち、コンロッドの動作を起因とする影響を除去することができる。
そして、上記のいずれの場合であっても、クランク軸19にバランスウェイトを取り付けて振動を抑制するようにしても良い。
上記のように構成した各エンジンでは、クランク軸19を周回するクランクアーム18の長さを従来のエンジンが備えるクランクアームの長さよりも短くすることができるので、クランク軸19を周回する慣性モーメントを打ち消すバランスウェイトを軽量化させることができる。さらに、従来、先端が往復運動を行い、基端が回転運動を行うコンロッドには往復運動に因る振動と回転運動に因る振動が発生するが、当該コンロッドを省いた本実施例に係るエンジンによれば、コンロッドの動作を起因とする振動成分、振動原因を除去することができる。これによって、エンジンに生じる一次振動、偶力振動、二次振動等の振動のうち、コンロッドの動作を起因とする影響を除去することができる。
続いて、本発明のエンジンについて、他の実施例を添付した図面にしたがって説明する。
図14は、第3実施例に係るエンジンが備えるピストンの構成の概略を示した説明図であり、図15は、第3実施例に係るエンジンの構成の概略を示す平面図である。
図14は、第3実施例に係るエンジンが備えるピストンの構成の概略を示した説明図であり、図15は、第3実施例に係るエンジンの構成の概略を示す平面図である。
エンジン10Gは、図15に示すように、ピストン11Bとシリンダーケース20Cを有している。
ピストン11Bは、図14に示すように、一対の小径部50,50と、ピストン11Bの軸方向に沿って当該小径部50,50に挟まれた大径部51とからなる。
小径部50,50は、反大径部51側の端面にそれぞれピストンヘッド12,12を有し、当該ピストンヘッド12,12から大径部51側にピストンスカート13が連接形成されている。
大径部51は、小径部50,50とピストン11Bの同一軸上に形成されている。大径部51の小径部50,50と接する両端面には、肩部52が形成されている。大径部51の周壁部中心には、当該大径部51の径方向に沿って所定の内径を有する貫通孔14が形成されている。
ピストン11Bは、図14に示すように、一対の小径部50,50と、ピストン11Bの軸方向に沿って当該小径部50,50に挟まれた大径部51とからなる。
小径部50,50は、反大径部51側の端面にそれぞれピストンヘッド12,12を有し、当該ピストンヘッド12,12から大径部51側にピストンスカート13が連接形成されている。
大径部51は、小径部50,50とピストン11Bの同一軸上に形成されている。大径部51の小径部50,50と接する両端面には、肩部52が形成されている。大径部51の周壁部中心には、当該大径部51の径方向に沿って所定の内径を有する貫通孔14が形成されている。
貫通孔14は、図14に示すように、内歯車14aを有している。内歯車14aは、貫通孔14の軸方向に沿って刻まれた歯を、貫通孔14の内壁の周方向に沿って並設して構成されている。
また、貫通孔14内には、図14に示すように、歯車15と偏心フリーローター16が配設されている。
歯車15は、軸方向に沿って歯が刻まれ、内歯車14aと噛合して転動可能に構成されている。歯車15の直径rと、内歯車14aの内径Rとの比は、1:2となるように構成されている。
偏心フリーローター16は、貫通孔14の内径と略同径の円盤状に形成され、滑動自在かつ回動自在に貫通孔14に嵌合されている。偏心フリーローター16の軸心は、当該偏心フリーローター16の直径を4等分し、短径と長径の比が1:3となる位置に設けられている。
歯車15と偏心フリーローター16は、クランクピン17で軸支されている。
また、貫通孔14内には、図14に示すように、歯車15と偏心フリーローター16が配設されている。
歯車15は、軸方向に沿って歯が刻まれ、内歯車14aと噛合して転動可能に構成されている。歯車15の直径rと、内歯車14aの内径Rとの比は、1:2となるように構成されている。
偏心フリーローター16は、貫通孔14の内径と略同径の円盤状に形成され、滑動自在かつ回動自在に貫通孔14に嵌合されている。偏心フリーローター16の軸心は、当該偏心フリーローター16の直径を4等分し、短径と長径の比が1:3となる位置に設けられている。
歯車15と偏心フリーローター16は、クランクピン17で軸支されている。
クランクアーム18は、先端にクランクピン17を有し、基端にクランク軸19を有している。
歯車15が内歯車14aに沿って一周したとき、クランクアーム18は、クランク軸19を一回転させるように構成されている。当該歯車と内歯車との関係は第1実施例のエンジン10と同様であるから説明を省略する。また、偏心フリーローター16についても、第1実施例に記載したエンジン10と同様であるから説明を省略する。
歯車15が内歯車14aに沿って一周したとき、クランクアーム18は、クランク軸19を一回転させるように構成されている。当該歯車と内歯車との関係は第1実施例のエンジン10と同様であるから説明を省略する。また、偏心フリーローター16についても、第1実施例に記載したエンジン10と同様であるから説明を省略する。
シリンダーケース20Cは、図15に示すように、ピストン11Bの小径部50,50が嵌合する一対のシリンダー20cと大径部51が嵌合するハウジング53から構成されている。
シリンダー20cの反ハウジング53側には、所定形状の燃焼室21,21が形成されている。当該燃焼室21は、所定位置に点火プラグ22と排気口24cを備えた排気ポートが配設されている。
シリンダー20cの反ハウジング53側には、所定形状の燃焼室21,21が形成されている。当該燃焼室21は、所定位置に点火プラグ22と排気口24cを備えた排気ポートが配設されている。
点火プラグ22は、キャブレター又はインジェクションから噴霧された燃料と空気を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体が、燃焼室21内でピストン11によって圧縮されたとき、通電され点火して火花を飛ばすように構成されている。当該火花が燃焼室で可燃性混合気体を爆発燃焼させたとき、ピストンヘッド12に圧力がかかってシリンダー20c内でピストン11が動作する。
なお、上記の可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。
なお、上記の可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。
また、点火プラグに替えて液体燃料を霧状にして噴霧する噴射装置(図示略)を設け、当該噴射装置と連通する噴霧口を燃焼室21に設けても良い。この場合は、ピストンヘッド12で圧縮された高温高圧の空気に軽油等の燃料を噴霧して燃焼させるディーゼル機関を構成することができる。
排気口24cを備えた排気ポートは、燃焼室21と連通し、排気口24cを覆蓋する排気バルブ54を有している。当該排気バルブ54は、カム、ロッカーアーム等でクランク軸19の回転、すなわちピストン11Bの動作に従動して排気口24cを周期的に開閉するように構成されている。これによって、排気口24cが閉じているとき、燃焼室21内の圧力を高めることができ、排気口24cが開放されているとき、シリンダー20c内及び燃焼室21内に残留している爆発燃焼後の排気ガスをシリンダー20c及び燃焼室21外へ排気及び掃気することができる。
また、図15に示すように、シリンダー20c周壁部のハウジング53側近傍には、吸気口23bを備えた吸気ポートが連通されている。当該吸気ポート内には、左右の各シリンダー20c内へ向かって一方向に吸気可能なピストンリードバルブ35がそれぞれ配置されている。これによって、左右両側の各シリンダー20cは、周期的に可燃性混合気体が吸気されるように構成されている。
ハウジング53は、図15に示すように、ピストン11Bの大径部51が直線的に往復運動可能な長さに構成されている。また、ピストン11Bの肩部52が、ハウジング53とシリンダー20cの段状に形成された連接部分と対向するように構成されている。これによって、シリンダー20cに嵌合された小径部50が当該シリンダー20bから抜脱することを防止することができる。
また、ハウジング53は、引き出された小径部50との間に空間が形成されることから、シリンダーケース20C内を潤滑しているオイルのうち、余分なオイルがピストンスカート13を通じて当該空間内へ溜まり、また肩部52は当該空間内に貯留しているオイルを再度ピストンスカート13側へ供給させることができる。
そして、肩部52は、シリンダー20cからピストンスカート13との隙間を通じて漏れ出た可燃性混合気体をシリンダー20c内へ押し戻すことができる。
また、ハウジング53は、引き出された小径部50との間に空間が形成されることから、シリンダーケース20C内を潤滑しているオイルのうち、余分なオイルがピストンスカート13を通じて当該空間内へ溜まり、また肩部52は当該空間内に貯留しているオイルを再度ピストンスカート13側へ供給させることができる。
そして、肩部52は、シリンダー20cからピストンスカート13との隙間を通じて漏れ出た可燃性混合気体をシリンダー20c内へ押し戻すことができる。
上記の構成を備えたエンジン10Gは、上記の図10に示したピストンリードバルブ型エンジン10Cに準じる構成を有するものであるから、その動作に係る詳細な説明は省略する。
そして、図16に示すエンジン10Hは、上記したエンジン10Gを基に水平対向4気筒化したエンジンである。
エンジン10Hは、上記のエンジン10Gに係る水平対向2気筒エンジンを1ユニットとした第5ユニット60と第6ユニット61とから構成されている。各ユニット60,61の構成は、エンジン10Gと同様であるから説明を省略する。
第5ユニット60と第6ユニット61は、クランク軸19方向に沿って並設されて構成されている。
エンジン10Hは、図16に示すように、第5ユニット60に係るクランクアーム18と、第6ユニット61に係るクランクアーム18を有している。当該クランクアーム18は、互いにクランク軸19を挟んで相反する方向に対向配置され、互いに180度(π)のクランク角を成すように構成されている。
エンジン10Hは、上記のエンジン10Gに係る水平対向2気筒エンジンを1ユニットとした第5ユニット60と第6ユニット61とから構成されている。各ユニット60,61の構成は、エンジン10Gと同様であるから説明を省略する。
第5ユニット60と第6ユニット61は、クランク軸19方向に沿って並設されて構成されている。
エンジン10Hは、図16に示すように、第5ユニット60に係るクランクアーム18と、第6ユニット61に係るクランクアーム18を有している。当該クランクアーム18は、互いにクランク軸19を挟んで相反する方向に対向配置され、互いに180度(π)のクランク角を成すように構成されている。
ピストン11Bの小径部50の下死点L1近傍であって、シリンダー20cの所定位置には吸気口23bが設けられている。当該吸気口23bを備えた吸気ポートは、図16に示すように、互いに対向する第5ユニット60と第6ユニット61の各吸気口23bと連通するようにT字状に形成され、ピストンリードバルブ35を有している。
また同様に、排気口24c及び排気バルブ54を備えた排気ポートは、互いに対向する第5ユニット60と第6ユニット61の各排気口24cと連通するようにT字状に形成されている。
これによって、第5ユニット60と第6ユニット61双方のシリンダー20c及び燃焼室21へ可燃性混合気体を吸気させることができ、またシリンダー20cから排気ガスを排気、掃気することができる。
また同様に、排気口24c及び排気バルブ54を備えた排気ポートは、互いに対向する第5ユニット60と第6ユニット61の各排気口24cと連通するようにT字状に形成されている。
これによって、第5ユニット60と第6ユニット61双方のシリンダー20c及び燃焼室21へ可燃性混合気体を吸気させることができ、またシリンダー20cから排気ガスを排気、掃気することができる。
また、点火プラグ22は、第1実施例に記載のエンジンと同様に、キャブレター又はインジェクションから噴霧された燃料と空気を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体が、燃焼室21内でピストン11によって圧縮されたとき、点火プラグ22の電極から火花を飛ばすように構成されている。当該火花が燃焼室で可燃性混合気体を爆発燃焼させたとき、ピストンヘッド12に圧力がかかってピストン11が動作する。また、第1実施例に記載したように、可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。さらに、点火プラグに替えて液体燃料を霧状にして噴霧する噴射装置(図示略)を設け、当該噴射装置と連通する噴霧口を燃焼室21に設けても良い。この場合は、ピストンヘッド12で圧縮された高温高圧の空気に軽油等の燃料を噴霧して燃焼させるディーゼル機関を構成することができる。
このように、図16に示したエンジン10Hは、いわゆるピストンリードバルブ式の2ストローク型エンジンを水平対向4気筒に組んだ構成を有している。
このように、図16に示したエンジン10Hは、いわゆるピストンリードバルブ式の2ストローク型エンジンを水平対向4気筒に組んだ構成を有している。
上記の構成を備えたエンジン10Hは、次に説明するように動作する。添付した図面にしたがって以下説明する。
第5ユニット60のクランクアーム18と第6ユニット61のクランクアーム18のクランク角の位相差は、180度(π)となるように構成されている。
そのため、図16に示すように、第6ユニット61の右側ピストンヘッド12Rが下死点L1に位置し、左側ピストンヘッド12Lが上死点L0に位置している場合に、第5ユニット60の右側ピストンヘッド12Rは上死点L0に位置し、左側ピストンヘッド12Lは下死点L1に位置している。このように、第5ユニット60と第6ユニット61に係る各ピストン11Bが互い違いに相反する方向へ入れ替わるように直線的な往復運動をすることによって、第5ユニット60の左右ピストンヘッド12R,12L、第6ユニット61の左右ピストンヘッド12R,12Lが互い違いに相反する方向へ直線的な往復運動を行うように動作する。当該動作については、エンジン10Fの動作に準ずるものであるから詳細な説明は省略する。
このように、エンジン10Hでは、第5ユニット60と第6ユニット61において、いずれかのシリンダー20c内で常に爆発工程が行われるように構成することができる。そのため、エンジン10H全体で、等間隔爆発を行わせることができる。
また、第5ユニット60と第6ユニット61に係るそれぞれのピストン11Bが、互いに相反する方向へ交互に直線的な往復運動を行うので、ピストン11Bの動作に起因する振動を相殺することができ、ピストンスカート13がシリンダー20c内壁を押圧して発生する側圧を抑制し、ピストンスカート13がシリンダー20c内壁を摺動する際の摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストン11とシリンダー20cの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。
第5ユニット60のクランクアーム18と第6ユニット61のクランクアーム18のクランク角の位相差は、180度(π)となるように構成されている。
そのため、図16に示すように、第6ユニット61の右側ピストンヘッド12Rが下死点L1に位置し、左側ピストンヘッド12Lが上死点L0に位置している場合に、第5ユニット60の右側ピストンヘッド12Rは上死点L0に位置し、左側ピストンヘッド12Lは下死点L1に位置している。このように、第5ユニット60と第6ユニット61に係る各ピストン11Bが互い違いに相反する方向へ入れ替わるように直線的な往復運動をすることによって、第5ユニット60の左右ピストンヘッド12R,12L、第6ユニット61の左右ピストンヘッド12R,12Lが互い違いに相反する方向へ直線的な往復運動を行うように動作する。当該動作については、エンジン10Fの動作に準ずるものであるから詳細な説明は省略する。
このように、エンジン10Hでは、第5ユニット60と第6ユニット61において、いずれかのシリンダー20c内で常に爆発工程が行われるように構成することができる。そのため、エンジン10H全体で、等間隔爆発を行わせることができる。
また、第5ユニット60と第6ユニット61に係るそれぞれのピストン11Bが、互いに相反する方向へ交互に直線的な往復運動を行うので、ピストン11Bの動作に起因する振動を相殺することができ、ピストンスカート13がシリンダー20c内壁を押圧して発生する側圧を抑制し、ピストンスカート13がシリンダー20c内壁を摺動する際の摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストン11とシリンダー20cの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。
なお、上記では水平対向4気筒エンジンについて例示したが、水平対向エンジンに係る気筒数はこれらに限定されるものでは無く、エンジン10Gに係る基本構成の水平2気筒ユニットを増減して6気筒、8気筒、10気筒、12気筒、16気筒等の水平対向エンジンを構成するようにしても良い。この場合、各ユニット間の位相差を、たとえば、120度(4π/3)、72度(π/5)、60度(π/3)、45度(π/4)等、所定の角度、好ましくは各ユニットが備えるクランクアーム18がクランク軸19を中心に円周に対してバランスよく配置されるように設定することによって、一次振動、偶力振動、二次振動等の振動を各ユニット間で互いに相殺するようにすることができる。
そして、上記のいずれの場合であっても、クランク軸19にバランスウェイトを取り付けて振動を抑制するようにしても良い。
上記のように構成した各エンジンでは、クランク軸19を周回するクランクアーム18の長さを従来のエンジンが備えるクランクアームの長さよりも短くすることができるので、クランク軸19を周回する慣性モーメントを打ち消すバランスウェイトを軽量化させることができる。さらに、従来、先端が往復運動を行い、基端が回転運動を行うコンロッドには往復運動に因る振動と回転運動に因る振動が発生するが、当該コンロッドを省いた本実施例に係るエンジンによれば、コンロッドの動作を起因とする振動成分、振動原因を除去することができる。これによって、エンジンに生じる一次振動、偶力振動、二次振動等の振動のうち、コンロッドの動作を起因とする影響を除去することができる。
そして、上記のいずれの場合であっても、クランク軸19にバランスウェイトを取り付けて振動を抑制するようにしても良い。
上記のように構成した各エンジンでは、クランク軸19を周回するクランクアーム18の長さを従来のエンジンが備えるクランクアームの長さよりも短くすることができるので、クランク軸19を周回する慣性モーメントを打ち消すバランスウェイトを軽量化させることができる。さらに、従来、先端が往復運動を行い、基端が回転運動を行うコンロッドには往復運動に因る振動と回転運動に因る振動が発生するが、当該コンロッドを省いた本実施例に係るエンジンによれば、コンロッドの動作を起因とする振動成分、振動原因を除去することができる。これによって、エンジンに生じる一次振動、偶力振動、二次振動等の振動のうち、コンロッドの動作を起因とする影響を除去することができる。
続いて、本発明のエンジンについて、他の実施例を添付した図面にしたがって説明する。
図17は、第4実施例に係るエンジンの構成の概略を示す説明図である。
図17は、第4実施例に係るエンジンの構成の概略を示す説明図である。
エンジン10Iは、図17に示すように、ピストン11Cと当該ピストン11Cを収納するシリンダーケース20Dとを有している。
ピストン11Cは、ピストンヘッド12,12を左右両端に有し、周壁部中心に貫通孔14を有している。
ピストン11Cは、ピストンヘッド12,12を左右両端に有し、周壁部中心に貫通孔14を有している。
貫通孔14は、図17に示すように、内歯車14aを有している。内歯車14aは、貫通孔14の軸方向に沿って刻まれた歯を、貫通孔14の内壁の周方向に沿って並設して構成されている。
また、貫通孔14内には、図17に示すように、歯車15と偏心フリーローター16が配設されている。
歯車15は、軸方向に沿って歯が刻まれ、内歯車14aと噛合して転動可能に構成されている。歯車15の直径rと、内歯車14aの内径Rとの比は、1:2となるように構成されている。
偏心フリーローター16は、貫通孔14の内径と略同径の円盤状に形成され、滑動自在かつ回動自在に貫通孔14に嵌合されている。偏心フリーローター16の軸心は、当該偏心フリーローター16の直径を4等分し、短径と長径の比が1:3となる位置に設けられている。
歯車15と偏心フリーローター16は、クランクピン17で軸支されている。
また、貫通孔14内には、図17に示すように、歯車15と偏心フリーローター16が配設されている。
歯車15は、軸方向に沿って歯が刻まれ、内歯車14aと噛合して転動可能に構成されている。歯車15の直径rと、内歯車14aの内径Rとの比は、1:2となるように構成されている。
偏心フリーローター16は、貫通孔14の内径と略同径の円盤状に形成され、滑動自在かつ回動自在に貫通孔14に嵌合されている。偏心フリーローター16の軸心は、当該偏心フリーローター16の直径を4等分し、短径と長径の比が1:3となる位置に設けられている。
歯車15と偏心フリーローター16は、クランクピン17で軸支されている。
クランクアーム18は、先端にクランクピン17を有し、基端にクランク軸19を有している。
歯車15が内歯車14aに沿って一周したとき、クランクアーム18は、クランク軸19を一回転させるように構成されている。当該歯車と内歯車との関係は第1実施例のエンジン10と同様であるから説明を省略する。また、偏心フリーローター16についても、第1実施例に記載したエンジン10と同様であるから説明を省略する。
歯車15が内歯車14aに沿って一周したとき、クランクアーム18は、クランク軸19を一回転させるように構成されている。当該歯車と内歯車との関係は第1実施例のエンジン10と同様であるから説明を省略する。また、偏心フリーローター16についても、第1実施例に記載したエンジン10と同様であるから説明を省略する。
シリンダーケース20Dは、図17に示すように、一方に燃焼室65を有し、他方に吸排気調圧室66を備えたシリンダー20dを有している。そして、シリンダー20d内に収納されるピストン11Cは、燃焼室65と吸排気調圧室66間を滑動して往復運動するように構成されている。
燃焼室65は、所定の位置に点火プラグ22と排気口67を備えた排気ポート68を有している。
燃焼室65は、所定の位置に点火プラグ22と排気口67を備えた排気ポート68を有している。
点火プラグ22は、キャブレター又はインジェクションから噴霧された燃料と空気を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体が、燃焼室65内でピストン11Cによって圧縮されたとき、通電され点火して火花を飛ばすように構成されている。当該火花が燃焼室で可燃性混合気体を爆発燃焼させたとき、ピストンヘッド12に圧力がかかってシリンダー20d内でピストン11が動作する。
なお、上記の可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。
なお、上記の可燃性混合気体は、空気中にガソリン又はアルコールを噴霧して形成されたものであるがこれに限定されたものでは無く、天然ガス、水素ガス或いはバイオマス等から抽出される可燃性ガスを爆発又は燃焼させる内燃機関であっても良い。
また、点火プラグ22に替えて液体燃料を霧状にして噴霧する噴射装置(図示略)を設け、当該噴射装置と連通する噴霧口を燃焼室65に設けても良い。この場合は、ピストンヘッド12で圧縮された高温高圧の空気に軽油等の燃料を噴霧して燃焼させるディーゼル機関を構成することができる。
排気口67を備えた排気ポート68は、燃焼室65と連通し、排気口67を覆蓋する排気バルブ69を有している。当該排気バルブ69は、カム、ロッカーアーム等でクランク軸19の回転、すなわちピストン11Cの動作に従動して排気口67を周期的に開閉するように構成されている。これによって、排気口67が閉じているとき、燃焼室65内の圧力を高めることができ、排気口67が開放されているとき、シリンダー20d内及び燃焼室65内に残留している爆発燃焼後の排気ガスをシリンダー20d及び燃焼室65外へ排気及び掃気することができる。
吸排気調圧室66は、吸気口71を備えた吸気ポート70が連通している。吸気ポート70は、可燃性混合気体の流れを一方向へ規制するリードバルブ72を有している。
燃焼室65と吸排気調圧室66は、バイパスポート73によって連通されている。バイパスポート73の吸排気調圧室66側の開口端73aは、吸気ポート70の吸気口71とリードバルブ72の間に設けられ、燃焼室65側の開口端73bは、燃焼室65側ピストンヘッド12の下死点L1近傍の所定位置に形成されている。
上記の構成を有するエンジン10Iは、次に説明するように動作する。添付した図面にしたがって説明する。
エンジン10Iは、吸気・圧縮工程と、爆発・排気・掃気工程とからなる2ストロークエンジンである。
吸気・圧縮工程は、まず吸排気調圧室66側のピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に移動するとき、吸気ポート70から吸排気調圧室へ吸気される。このとき、バイパスポート73の燃焼室65側開口端73bは、ピストン11Cで塞がれているので、吸排気調圧室66には吸気ポート70を通じて可燃性混合気体が満たされる。そして、吸排気調圧室66側のピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かうとき、吸排気調圧室66の可燃性混合気体は圧縮され、ピストン11Cがズレてバイパスポート73の燃焼室65側開口端73bが開放された瞬間に燃焼室65側へ圧縮された可燃性混合気体が流入する。このとき流入するガス圧で燃焼室65側のシリンダー20d内に残留していた排気ガスは掃気される。
そして、燃焼室65側のピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かうとき、燃焼室65側に満たされた可燃性混合気体は圧縮される。
続いて、爆発・排気・掃気工程は、燃焼室65内へ圧縮された可燃性混合気体を爆発燃焼させる工程から始まる。当該爆発燃焼後、排気・掃気工程では、排気バルブ69が開放され、排気ガスが排気口67から排出される。このとき、燃焼室65側はピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に向かうので負圧が発生する。そしてバイパスポート73の燃焼室65側開口端72bが開放された瞬間、吸排気調圧室66から加圧された可燃性混合気体が一気に流入して、燃焼室65側のシリンダー20d内に残留していた排気ガスが一気に掃気される。
このように、エンジン10Iは、吸排気調圧室66側のピストンヘッド12が可燃性混合気体を吸気すると共に圧縮し、バイパスポート73を通じて燃焼室65側へ一気に押し込む構成とした。これによって、燃焼室65側の吸気効率及び掃排気効率を上げることができ、燃費を向上させることができる。
エンジン10Iは、吸気・圧縮工程と、爆発・排気・掃気工程とからなる2ストロークエンジンである。
吸気・圧縮工程は、まず吸排気調圧室66側のピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に移動するとき、吸気ポート70から吸排気調圧室へ吸気される。このとき、バイパスポート73の燃焼室65側開口端73bは、ピストン11Cで塞がれているので、吸排気調圧室66には吸気ポート70を通じて可燃性混合気体が満たされる。そして、吸排気調圧室66側のピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かうとき、吸排気調圧室66の可燃性混合気体は圧縮され、ピストン11Cがズレてバイパスポート73の燃焼室65側開口端73bが開放された瞬間に燃焼室65側へ圧縮された可燃性混合気体が流入する。このとき流入するガス圧で燃焼室65側のシリンダー20d内に残留していた排気ガスは掃気される。
そして、燃焼室65側のピストンヘッド12が下死点L1から上死点L0に向かうとき、燃焼室65側に満たされた可燃性混合気体は圧縮される。
続いて、爆発・排気・掃気工程は、燃焼室65内へ圧縮された可燃性混合気体を爆発燃焼させる工程から始まる。当該爆発燃焼後、排気・掃気工程では、排気バルブ69が開放され、排気ガスが排気口67から排出される。このとき、燃焼室65側はピストンヘッド12が上死点L0から下死点L1に向かうので負圧が発生する。そしてバイパスポート73の燃焼室65側開口端72bが開放された瞬間、吸排気調圧室66から加圧された可燃性混合気体が一気に流入して、燃焼室65側のシリンダー20d内に残留していた排気ガスが一気に掃気される。
このように、エンジン10Iは、吸排気調圧室66側のピストンヘッド12が可燃性混合気体を吸気すると共に圧縮し、バイパスポート73を通じて燃焼室65側へ一気に押し込む構成とした。これによって、燃焼室65側の吸気効率及び掃排気効率を上げることができ、燃費を向上させることができる。
そして、図18に示すエンジン10Jは、上記したエンジン10Iを基に直列4気筒化したエンジンである。
エンジン10Jは、上記のエンジン10Iを基本ユニットとして、図18に示すように、第7ユニット75、第8ユニット76、第9ユニット77、第10ユニット78とクランク軸19を共有するように直列に並設されて構成されている。各ユニット75,76,77,78の構成は、エンジン10Iと同様であるから説明を省略する。
エンジン10Jは、図18に示すように、第7ユニット75と第10ユニット78のクランクアーム18と、第8ユニット76と第9ユニット77のクランクアーム18が、互いにクランク軸19を挟んで相反する方向に対向配置され、互いに180度(π)のクランク角を成すように構成されている。
エンジン10Jは、上記のエンジン10Iを基本ユニットとして、図18に示すように、第7ユニット75、第8ユニット76、第9ユニット77、第10ユニット78とクランク軸19を共有するように直列に並設されて構成されている。各ユニット75,76,77,78の構成は、エンジン10Iと同様であるから説明を省略する。
エンジン10Jは、図18に示すように、第7ユニット75と第10ユニット78のクランクアーム18と、第8ユニット76と第9ユニット77のクランクアーム18が、互いにクランク軸19を挟んで相反する方向に対向配置され、互いに180度(π)のクランク角を成すように構成されている。
エンジン10Jは、図18に示すように、吸気ポート70から各ユニット75,76,77,78の各吸気口71へ向かって可燃性混合気体を供給可能に枝分かれして構成されている。
また、各ユニット75,76,77,78の排気口67から排気された排気ガスは、排気ポート68を通じてまとめられて排気されるように構成されている。
また、各ユニット75,76,77,78の排気口67から排気された排気ガスは、排気ポート68を通じてまとめられて排気されるように構成されている。
上記の構成を備えたエンジン10Jは、次に説明するように動作する。添付した図面にしたがって以下説明する。
第7ユニット75と第10ユニット78のクランクアーム18と、第8ユニット76と第9ユニット77のクランクアーム18が、互いにクランク軸19を挟んで相反する方向に対向配置され、互いに180度(π)のクランク角を成すように構成されている。
そのため、図18に示すように、第7ユニット75と第10ユニット78の吸排気調圧室66側ピストンヘッド12が上死点L0に位置し、燃焼室65側ピストンヘッド12が下死点L1に位置している場合に、第8ユニット76と第9ユニット77の吸排気調圧室66側ピストンヘッド12は下死点L1に位置し、燃焼室65側ピストンヘッド12は上死点L0に位置している。このように、第7ユニット75と第10ユニット78とからなる組と、第8ユニット76と第9ユニット77とからなる組に係る各ピストン11Cが互い違いに相反する方向へ入れ替わるように直線的な往復運動をすることによって、第7ユニット75と第10ユニット78とからなる組のピストン11Cと、第8ユニット76と第9ユニット77とからなる組のピストン11Cが互い違いに相反する方向へ直線的な往復運動を行うように動作する。各ユニットの動作については、エンジン10Iの動作に準ずるものであるから詳細な説明は省略する。
このように、エンジン10Jでは、第7ユニット75と第10ユニット78とからなる組と、第8ユニット76と第9ユニット77とからなる組において、いずれかのシリンダー20d内で常に爆発工程が行われるように構成することができる。そのため、エンジン10J全体で、等間隔爆発を行わせることができる。
また、第7ユニット75と第10ユニット78とからなる組と、第8ユニット76と第9ユニット77とからなる組のピストン11Cが、組ごとに相反する方向へ交互に直線的な往復運動を行うので、ピストン11Cの動作に起因する振動を相殺することができ、ピストン11Cがシリンダー20d内壁を押圧して発生する側圧を抑制し、ピストン11Cがシリンダー20d内壁を摺動する際の摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストン11Cとシリンダー20dの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。
第7ユニット75と第10ユニット78のクランクアーム18と、第8ユニット76と第9ユニット77のクランクアーム18が、互いにクランク軸19を挟んで相反する方向に対向配置され、互いに180度(π)のクランク角を成すように構成されている。
そのため、図18に示すように、第7ユニット75と第10ユニット78の吸排気調圧室66側ピストンヘッド12が上死点L0に位置し、燃焼室65側ピストンヘッド12が下死点L1に位置している場合に、第8ユニット76と第9ユニット77の吸排気調圧室66側ピストンヘッド12は下死点L1に位置し、燃焼室65側ピストンヘッド12は上死点L0に位置している。このように、第7ユニット75と第10ユニット78とからなる組と、第8ユニット76と第9ユニット77とからなる組に係る各ピストン11Cが互い違いに相反する方向へ入れ替わるように直線的な往復運動をすることによって、第7ユニット75と第10ユニット78とからなる組のピストン11Cと、第8ユニット76と第9ユニット77とからなる組のピストン11Cが互い違いに相反する方向へ直線的な往復運動を行うように動作する。各ユニットの動作については、エンジン10Iの動作に準ずるものであるから詳細な説明は省略する。
このように、エンジン10Jでは、第7ユニット75と第10ユニット78とからなる組と、第8ユニット76と第9ユニット77とからなる組において、いずれかのシリンダー20d内で常に爆発工程が行われるように構成することができる。そのため、エンジン10J全体で、等間隔爆発を行わせることができる。
また、第7ユニット75と第10ユニット78とからなる組と、第8ユニット76と第9ユニット77とからなる組のピストン11Cが、組ごとに相反する方向へ交互に直線的な往復運動を行うので、ピストン11Cの動作に起因する振動を相殺することができ、ピストン11Cがシリンダー20d内壁を押圧して発生する側圧を抑制し、ピストン11Cがシリンダー20d内壁を摺動する際の摩擦損失を軽減させることができる。その結果、ピストン11Cとシリンダー20dの接触に伴う振動の発生或いは騒音の発生を抑制することができる。
なお、上記では直列4気筒エンジンについて例示したが、第7ユニット75乃至第10ユニット78に係る配置方法はこれに限定されるものではなく、燃焼室が交互の位置になるようにV型に配置するようにしても良い。また、気筒数はこれらに限定されるものでは無く、エンジン10Iに係る基本構成のユニットを増減して多気筒エンジンを構成するようにしても良い。この場合、各ユニット間の位相差を、たとえば、120度(4π/3)、72度(π/5)、60度(π/3)、45度(π/4)等、所定の角度、好ましくは各ユニットが備えるクランクアーム18がクランク軸19を中心に円周に対してバランスよく配置されるように設定することによって、一次振動、偶力振動、二次振動等の振動を各ユニット間で互いに相殺するようにすることができる。
そして、上記のいずれの場合であっても、クランク軸19にバランスウェイトを取り付けて振動を抑制するようにしても良い。
上記のように構成した各エンジンでは、クランク軸19を周回するクランクアーム18の長さを従来のエンジンが備えるクランクアームの長さよりも短くすることができるので、クランク軸19を周回する慣性モーメントを打ち消すバランスウェイトを軽量化させることができる。さらに、従来、先端が往復運動を行い、基端が回転運動を行うコンロッドには往復運動に因る振動と回転運動に因る振動が発生するが、当該コンロッドを省いた本実施例に係るエンジンによれば、コンロッドの動作を起因とする振動成分、振動原因を除去することができる。これによって、エンジンに生じる一次振動、偶力振動、二次振動等の振動のうち、コンロッドの動作を起因とする影響を除去することができる。
そして、上記のいずれの場合であっても、クランク軸19にバランスウェイトを取り付けて振動を抑制するようにしても良い。
上記のように構成した各エンジンでは、クランク軸19を周回するクランクアーム18の長さを従来のエンジンが備えるクランクアームの長さよりも短くすることができるので、クランク軸19を周回する慣性モーメントを打ち消すバランスウェイトを軽量化させることができる。さらに、従来、先端が往復運動を行い、基端が回転運動を行うコンロッドには往復運動に因る振動と回転運動に因る振動が発生するが、当該コンロッドを省いた本実施例に係るエンジンによれば、コンロッドの動作を起因とする振動成分、振動原因を除去することができる。これによって、エンジンに生じる一次振動、偶力振動、二次振動等の振動のうち、コンロッドの動作を起因とする影響を除去することができる。
本実施例に係るエンジンによれば、左右両端にピストンヘッドを配設した略円柱体からなるピストンの周壁部中心に内歯車14aを備えた貫通孔14を形成し、当該内歯車14aをクランクピン17が軸支する歯車15が転動するように構成した。これによって、ピストンの往復運動を、内歯車15aに沿って転動する歯車の回転運動に変換し、さらに歯車によって回転されるクランクアーム18を介してクランク軸19の回転運動へ変換することができる。
そして、本実施例に係るピストンはシリンダー内を直線的に往復運動することから、当該ピストンをシリンダー内で往復させたとき、ピストンの側壁がシリンダー内壁を押圧する側圧を抑制することができ、ピストンがシリンダーの内壁へ偏って接触することを防ぎ、ピストンのシリンダーに対する摩擦損失を軽減することができる。これによって、シリンダーに発生する熱を抑制することができるので、エンジンの熱変換効率を改善することができることから、各エンジンの出力特性を改善し、燃費を改善することができる。
そして、本実施例に係るピストンはシリンダー内を直線的に往復運動することから、当該ピストンをシリンダー内で往復させたとき、ピストンの側壁がシリンダー内壁を押圧する側圧を抑制することができ、ピストンがシリンダーの内壁へ偏って接触することを防ぎ、ピストンのシリンダーに対する摩擦損失を軽減することができる。これによって、シリンダーに発生する熱を抑制することができるので、エンジンの熱変換効率を改善することができることから、各エンジンの出力特性を改善し、燃費を改善することができる。
また、本実施例に係るエンジンによれば、シリンダー内でピストンが往復運動する振幅、ボアとストロークの関係を、従来のエンジンのようにコンロッド又はクランクアームの長さに制限されることなく、自在に設計することができる。これによって、たとえば、エンジンをコンパクトにかつ軽量に構成することができる。
加えて、本実施例に係るエンジンによれば、ピストンがシリンダー内を直線的に往復運動するように構成した。ここで、従来のエンジンに係るクランク構造であれば、コンロッドが揺動するために、シリンダーに対してピストンに横方向の力が発生し、ピストンがシリンダーの内壁を打つピストンスラップ現象が発生し、これを抑制するため、ピストンの下方にピストンスカートを形成していた。しかしながら、本実施例に係るエンジンにおいては、その構成上ピストンスラップ現象は発生し難いことから、ピストンスカートの長さを最小限に抑えることができ、ピストンの長さを短くすることができる。さらに、ピストンとシリンダー間のクリアランスをより一層狭くし、ピストンリングの遊びを無くすことができ、ピストン冠部の長さを短くすることができるので、短くしたピストンスカートと合わせて、ピストン自体をコンパクトに構成することができる。
加えて、本実施例に係るエンジンによれば、ピストンがシリンダー内を直線的に往復運動するように構成した。ここで、従来のエンジンに係るクランク構造であれば、コンロッドが揺動するために、シリンダーに対してピストンに横方向の力が発生し、ピストンがシリンダーの内壁を打つピストンスラップ現象が発生し、これを抑制するため、ピストンの下方にピストンスカートを形成していた。しかしながら、本実施例に係るエンジンにおいては、その構成上ピストンスラップ現象は発生し難いことから、ピストンスカートの長さを最小限に抑えることができ、ピストンの長さを短くすることができる。さらに、ピストンとシリンダー間のクリアランスをより一層狭くし、ピストンリングの遊びを無くすことができ、ピストン冠部の長さを短くすることができるので、短くしたピストンスカートと合わせて、ピストン自体をコンパクトに構成することができる。
また、本実施例に係るエンジンによれば、コンロッドを省き、ピストンが直線的に往復運動を行うように構成した。これにより、従来のエンジンでは無しえなかったボア×ストロークの新たな設計を取り入れることができ、大径のボアに対して、さらにストローク長を長くして、燃焼室内の燃焼効率を向上させることができ、熱損失に対する大きな改善が見込める。また、従来のエンジンではクランクアームとコンロッドの動きに伴ってピストンがシリンダーの内壁に衝突し、コンロッドとクランクアームに対して互いに応力が加わることによって、可燃性混合気体の爆発に伴う発熱のみならず、エンジンの構造物の動作によってもまた大きく発熱していたが、本実施例に係るエンジンによれば、ピストンがシリンダーの内壁に衝突し、振動することによるシリンダーに対するピストンの摩擦損失を大きく減らすと共に、クランクアームにかかる負荷についても軽減することができることから、摩擦等によるエンジン自体の余計な発熱を抑えて、燃焼効率を向上させることができ、熱損失に対する大きな改善が見込める。
なお、本実施例に係るエンジンは、自動車に搭載される場合に限定されず、船舶、航空機、機関車等、内燃機関を備える乗り物に適用することができ、また、内燃機関を備えたポンプ、発電機等に適用しても良い。いずれの場合であっても、上記の効果を見込めることができ、燃料消費の改善のみならず、環境に対する負担も大きく軽減することができる。
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G,10H,10I,10J…エンジン、
14…貫通孔、14a…内歯車、15…歯車、16…偏心フリーローター、17…クランクピン、18…クランクアーム、19…クランク軸。
14…貫通孔、14a…内歯車、15…歯車、16…偏心フリーローター、17…クランクピン、18…クランクアーム、19…クランク軸。
Claims (21)
- 左右両端面にそれぞれピストンヘッドを備えた略円柱体状のピストンと、
当該ピストンの周壁部中心に、前記ピストンの径方向に沿って形成された所定の内径を有する貫通孔と、
当該貫通孔の内壁に沿って形成された内歯車と、
当該内歯車と噛合する歯車と、
当該歯車を軸支するクランクピンを先端に有する略棒体状のクランクアームと、
当該クランクアームの基端に固定されたクランク軸と、
前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローターと、
前記ピストンが挿嵌される円筒形状のシリンダーを備え、前記ピストンヘッドがそれぞれ対向する燃焼室を前記シリンダー両端にそれぞれ連接してなるシリンダーケースと、から構成され、
当該シリンダー内を、前記ピストンが左右方向へ往復運動するとき、
前記ピストンに従動して往復運動する前記内歯車に噛合された前記歯車が、前記貫通孔内を所定の方向へ回動し、
前記歯車を軸支する前記クランクピンを介して、前記クランクアームが前記クランク軸を所定の方向へ回動させると共に、
前記偏心フリーローターが、前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とするエンジン。 - 前記ピストンの直径を、左右両端面の前記ピストンヘッドに連接形成したピストンスカートの径に対して、前記周壁部中心近傍の径を細く形成したことを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
- 前記ピストンの直径を、左右両端面の前記ピストンヘッドに連接形成したピストンスカートの径に対して、前記周壁部中心近傍の径を太く、又は当該ピストンスカートの反ピストンヘッド側から前記周壁部中心に向かって漸増させて当該周壁部中心近傍を略球体状に形成したことを特徴とする請求項1に記載のエンジン。
- 左右両端面の前記ピストンヘッドに連接形成したピストンスカートの反ピストンヘッド側を切り欠いて、
前記ピストンの前記周壁部中心近傍に前記貫通孔を備えた平面部を形成したことを特徴とする請求項1に記載のエンジン。 - 前記燃焼室の所定位置に配置される電極を備えた点火プラグを設け、
前記ピストンヘッドが空気と霧状にした燃料を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体を前記燃焼室で圧縮したとき、当該可燃性混合気体が、前記電極から発生したスパークで点火されるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のエンジン。 - 前記燃焼室の所定位置に配置される噴霧口を備えた噴射装置を設け、
前記ピストンヘッドが前記燃焼室で空気を急激に圧縮して高温高圧空気を形成したとき、前記噴射装置が所定の燃料を前記噴霧口から霧状に噴霧して、当該燃料を前記高温高圧空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のエンジン。 - 前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口と前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設けたことを特徴とする請求項5若しくは請求項6に記載のエンジン。 - 前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口を前記シリンダーの所定位置に設け、前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設け、
前記吸気ポートに、前記シリンダー内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブを設けたことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のエンジン。 - 前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
少なくとも前記クランク軸と前記クランクアームを内包した前記貫通孔を囲橈するようにクランクケースを設けて、
前記吸気ポートに、前記クランクケース内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するクランクケースリードバルブを設け、前記クランク軸を中心とした放射方向に沿った前記クランクケースの所定位置に前記吸気口を配置し、
前記排気口を前記シリンダーの側壁部の所定位置に配置し、
前記クランクケースと前記シリンダーを連通すると共に、前記排気口よりも反燃焼室側にシリンダー側開口端が配置されたバイパスポートを設けたことを特徴とする請求項5若しくは請求項6に記載のエンジン。 - 前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
少なくとも前記クランク軸と前記クランクアームを内包した前記貫通孔を囲橈するようにクランクケースを設けて、
当該クランクケースの前記クランク軸の軸方向に沿った所定位置に前記吸気口を配置し、
当該吸気口は、ローター面周縁部の所定位置を弧状に切り欠いて形成した切欠部を備えた前記偏心フリーローターの前記ローター面周縁近傍と対向配置され、
前記吸気口は、前記偏心フリーローターの回転にしたがって、前記切欠部と重なり合ったとき開放され、前記周縁部と重なり合ったとき閉鎖されるように構成し、
前記排気口を前記シリンダーの側壁部の所定位置に配置し、
前記クランクケースと前記シリンダーを連通すると共に、前記排気口よりも反燃焼室側にシリンダー側開口端が配置されたバイパスポートを設けたことを特徴とする請求項5若しくは請求項6に記載のエンジン。 - 一対の略円柱状の小径部と、当該小径部よりも大径の略円柱状で前記小径部に挟まれた大径部とからなり、前記小径部の反大径部側の端面にピストンヘッドと当該ピストンヘッドに連接するピストンスカートが形成され、前記大径部の中心部に所定の内径を有する貫通孔が径方向に沿って形成されたピストンと、
前記貫通孔の内壁に沿って形成された内歯車と、
当該内歯車と噛合する歯車と、
当該歯車を軸支するクランクピンを先端に有する略棒体状のクランクアームと、
当該クランクアームの基端に固定されたクランク軸と、
前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローターと、
前記小径部が挿嵌される一対の円筒形状のシリンダーと、当該シリンダーと連接し、前記大径部が嵌合されるハウジングを備え、前記シリンダーの反ハウジング側端部に前記ピストンヘッドが対向する燃焼室を有するシリンダーケースと、から構成され、
前記シリンダー内を、前記小径部が往復運動するとき、
当該小径部に従動して前記大径部が往復運動して、前記内歯車に噛合された前記歯車が、前記貫通孔内を所定の方向へ回動し、
前記歯車を軸支する前記クランクピンを介して、前記クランクアームが前記クランク軸を所定の方向へ回動させると共に、
前記偏心フリーローターが、前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とするエンジン。 - 前記燃焼室の所定位置に配置される電極を備えた点火プラグを設け、
前記ピストンヘッドが空気と霧状にした燃料を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体を前記燃焼室で圧縮したとき、当該可燃性混合気体が、前記電極から発生したスパークで点火されるようにしたことを特徴とする請求項11に記載のエンジン。 - 前記燃焼室の所定位置に配置される噴霧口を備えた噴射装置を設け、
前記ピストンヘッドが前記燃焼室で空気を急激に圧縮して高温高圧空気を形成したとき、前記噴射装置が所定の燃料を前記噴霧口から霧状に噴霧して、当該燃料を前記高温高圧空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする請求項11に記載のエンジン。 - 前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口と前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設けたことを特徴とする請求項12若しくは請求項13に記載のエンジン。 - 前記可燃性混合気体又は前記空気を前記燃焼室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口を前記シリンダーの所定位置に設け、前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設け、
前記吸気ポートに、前記シリンダー内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブを設けたことを特徴とする請求項12若しくは請求項13に記載のエンジン。 - 左右両端面にそれぞれピストンヘッドを備えた略円柱体状のピストンと、
当該ピストンの周壁部中心に、前記ピストンの径方向に沿って形成された所定の内径を有する貫通孔と、
当該貫通孔の内壁に沿って形成された内歯車と、
当該内歯車と噛合する歯車と、
当該歯車を軸支するクランクピンを先端に有する略棒体状のクランクアームと、
当該クランクアームの基端に固定されたクランク軸と、
前記貫通孔の前記内径と略同径で、前記貫通孔内へ回動自在に嵌合され、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーローターと、
前記ピストンが挿嵌される円筒形状のシリンダーを備え、当該シリンダーの一端に一の前記ピストンヘッドが対向する燃焼室を連接し、前記シリンダーの他端に他の前記ピストンヘッドが対向する吸排気調圧室を連接してなるシリンダーケースと、
前記燃焼室と前記吸排気調圧室とを連通するバイパスポートと、から構成され、
当該シリンダー内を、前記ピストンが左右方向へ往復運動するとき、
前記ピストンに従動して往復運動する前記内歯車に噛合された前記歯車が、前記貫通孔内を所定の方向へ回動し、
前記歯車を軸支する前記クランクピンを介して、前記クランクアームが前記クランク軸を所定の方向へ回動させると共に、
前記偏心フリーローターが、前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とするエンジン。 - 前記燃焼室の所定位置に配置される電極を備えた点火プラグを設け、
前記ピストンヘッドが空気と霧状にした燃料を所定の割合で混合して形成された可燃性混合気体を前記燃焼室で圧縮したとき、当該可燃性混合気体が、前記電極から発生したスパークで点火されるようにしたことを特徴とする請求項16に記載のエンジン。 - 前記燃焼室の所定位置に配置される噴霧口を備えた噴射装置を設け、
前記ピストンヘッドが前記燃焼室で空気を急激に圧縮して高温高圧空気を形成したとき、前記噴射装置が所定の燃料を前記噴霧口から霧状に噴霧して、当該燃料を前記高温高圧空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする請求項16に記載のエンジン。 - 前記可燃性混合気体又は前記空気を前記吸排気調圧室へ供給する吸気口を備えた吸気ポートと、前記可燃性混合気体又は前記燃料が燃焼した後の排気ガスを前記燃焼室から排気する排気口を備えた排気ポートを設け、
前記吸気口を前記吸排気調圧室の所定位置に設け、前記排気口を前記燃焼室の所定位置に設け、
前記吸気ポートに、前記吸排気調圧室内に向かって前記可燃性混合気体又は前記空気が一方向で流れるように規制するピストンリードバルブと、当該ピストンリードバルブと前記吸排気調圧室との間に前記バイパスポートの吸排気調圧室側開口端とを設けたことを特徴とする請求項17若しくは請求項18に記載のエンジン。 - 前記内歯車の内径と前記歯車の直径の比が2対1であることを特徴とする請求項1、請求項11、若しくは請求項16のいずれかに記載のエンジン。
- 前記偏心フリーローターの軸心を、短径と長径の比が1対3となる位置に設けたことを特徴とする請求項1、請求項11、若しくは請求項16のいずれかに記載のエンジン。
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