JP2006200476A

JP2006200476A - マルチハイブリッドエンジン

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Publication number: JP2006200476A
Application number: JP2005014606A
Authority: JP
Inventors: Joji Tokumi; 譲治徳見
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: JP4837920B2

Abstract

【課題】熱効率を向上させることが可能なエンジンを提供する。
【解決手段】本発明に係るマルチハイブリッドエンジンは、複数のピストン機構における第１ピストン機構１０が燃焼ガスの圧力を利用して作動するように構成され、第１ピストン機構１０から排出された排気ガスの熱を利用して水蒸気を発生させる水蒸気発生システム５を有し、複数のピストン機構における第３ピストン機構３０が水蒸気発生システム５により発生した水蒸気の圧力を利用して作動するように構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの熱効率を向上させるための構造に関する。

エンジンには、４サイクルガソリンエンジンや、２サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等がある。また、ダブルアクティングピストンエンジンとして、本出願人の出願による特許文献１に開示のものがある。このダブルアクティングピストンエンジンでは、左右にピストンを有する連結体に内歯ギヤを形成し、クランクシャフト上にクランクピンと同心に形成した外歯ピニオンギヤをこの内歯ギヤと噛合させ、ピストンの往復動をこれら内歯ギヤと外歯ピニオンギヤとを介してクランクシャフトに伝達してクランクシャフトを回転駆動するように構成されている。

本出願人はさらに、上記ダブルアクティングピストンエンジンの強度向上を図るとともに潤滑性を図る目的でこれを改良したダブルアクティングピストンエンジンの米国特許を取得している（特許文献２を参照）。また、本出願人は、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に効率良く変換でき、低回転時でも安定した運転が可能なダブルアクティングピストンエンジンを特許文献３で開示している。
特公昭５１−３５６４５号米国特許第５，３４７，９６０号特開２００４−１６２５９０号

ところで、内燃機関である４サイクルガソリンエンジンにおける正味仕事は、図２５の熱勘定図で示すように、熱効率として２８％程度であり、冷却損失が２８．５％、排気損失が３４％、機械損失および輻射損失が９．５％程度となっている。そこで、本出願の発明者は、エンジンの熱効率をさらに向上させるべく研究開発を行った。

本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、熱効率を向上させることが可能なエンジンを提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係るマルチハイブリッドエンジンは、クランク中心軸を中心として回転自在に支持され、クランク中心軸から所定距離だけ偏心して平行に延びるピン中心軸を中心とするクランクピンを有したクランクシャフトと、クランク中心軸に直角な軸線上に配設されたシリンダ室を有するシリンダと、シリンダ室内に摺合配設されるとともにクランクピンに連結されたピストンと、ピストンに固設された連結体と、連結体にクランク中心軸と平行に延びるローター中心軸を有して形成された円筒状開口内に回転自在に摺合配設されたローターとを有し、ローターには、連結体に対する回転中心となるローター中心軸から、所定距離と同一の距離だけ偏心した偏心孔が形成され、偏心孔にクランクピンを回転自在に結合させることで、ピストンが連結体およびローターを介してクランクピンと連結されるように構成されたピストン機構を複数備えて構成される。

そして、複数のピストン機構を構成する第１のピストン機構（例えば、実施形態における第１ピストン機構１０）が燃焼ガスの圧力を利用して作動するように構成されており、第１のピストン機構から排出された排気ガスの熱を利用して水蒸気を発生させる水蒸気発生装置（例えば、実施形態における水蒸気発生システム５）を有し、複数のピストン機構を構成する第２のピストン機構（例えば、実施形態における第３ピストン機構３０）が水蒸気発生装置により発生した水蒸気の圧力を利用して作動するように構成される。

また、上述の発明において、第１のピストン機構から排出された排気ガスを利用して回転駆動されるタービンと、タービンの回転力を利用して作動し、第２のピストン機構におけるシリンダ室内の気体をシリンダ室の外部へ向けて吸引することが可能なインペラとを備えて構成されることが好ましい。

本発明によれば、第１のピストン機構から排出された排気ガスの熱を利用して水蒸気を発生させる水蒸気発生装置を有し、第２のピストン機構が水蒸気発生装置により発生した水蒸気の圧力を利用して作動するように構成されることで、第１のピストン機構から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。

また、第１のピストン機構から排出された排気ガスを利用して回転駆動されるタービンと、タービンの回転力を利用して作動し、第２のピストン機構におけるシリンダ室内の気体をシリンダ室の外部へ向けて吸引することが可能なインペラとを備えて構成されることで、第２のピストン機構における排気行程において、インペラによりシリンダ室内の気体（水蒸気）を効率よくシリンダ室の外部へ排出させることができるため、第１のピストン機構から排出された排気ガスを有効利用しつつ、第２のピストン機構の出力を向上させることが可能になる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明に係るマルチハイブリッドエンジンＥＮＧを図１〜図２に示している。このマルチハイブリッドエンジンＥＮＧは、第１内燃機関１および第２内燃機関２と、この第１内燃機関１および第２内燃機関２と平行に並ぶ第１スチーム機関３および第２スチーム機関４とを主体に構成される。

第１内燃機関１は、天然ガス（水素ガスを用いてもよい）を燃料とする４サイクル内燃機関であり、燃焼ガスの圧力を利用して作動する第１ピストン機構１０を主体に構成される。第１ピストン機構１０は、図２に示すように、第１クランクシャフト１６０を挟むようにして左右一対の第１シリンダ１０１，１０２が対向配設されて構成されている。左第１シリンダ１０１および右第１シリンダ１０２は、それぞれ内端同士が対向して結合された左右の第１シリンダボディ１１０，１２０と、各シリンダボディ１１０，１２０の外端に取り付けられた左右の第１シリンダヘッド１１２，１２２とからなる。

左第１シリンダヘッド１１２には、左吸気ポート１１３および左排気ポート１１４が形成され、左吸気ポート１１３の端部に吸気側ロータリーバルブ１１７が回転自在に取り付けられるとともに、左排気ポート１１４の端部に排気側ロータリーバルブ１１８が回転自在に取り付けられている。吸気側ロータリーバルブ１１７は、直径方向に貫通する連通孔１１７ａを有するロータリー式のバルブであり、第１クランクシャフト１６０の１／４の回転数で回転することにより、左吸気ポート１１３を所定のタイミングで開閉するようになっている。排気側ロータリーバルブ１１８も、直径方向に貫通する連通孔１１８ａを有するロータリー式のバルブであり、第１クランクシャフト１６０の１／４の回転数で回転することにより、左排気ポート１１４を所定のタイミングで開閉するようになっている。また、左第１シリンダヘッド１１２の中央には、点火プラグ１１９が図示のように取り付けられている。

右第１シリンダヘッド１２２には、右吸気ポート１２３および右排気ポート１２４が形成され、左第１シリンダヘッド１１２と同様に、右吸気ポート１２３の端部に連通孔１２７ａを有する吸気側ロータリーバルブ１２７が回転自在に取り付けられるとともに、右排気ポート１２４の端部に連通孔１２８ａを有する排気側ロータリーバルブ１２８が回転自在に取り付けられている。また、右第１シリンダヘッド１２２の中央には、点火プラグ１２９が図示のように取り付けられている。なお、各吸気ポート１１３，１２３および排気ポート１１４，１２４の内面にはセラミック（耐熱樹脂でもよい）が溶着されており、断熱効果を高めている。これにより、排気ガスの温度は上昇するが、この排気ガスは後述する第１および第２スチーム機関３，４の水蒸気を発生させるための熱源として使用されるため、エンジンの熱効率の向上が期待できる。

左右の第１シリンダボディ１１０，１２０にはそれぞれ、第１クランクシャフト１６０の回転中心軸Ｃ１１（以下、第１クランク中心軸Ｃ１１と称する）に対して直角な方向に貫通する同一径の第１シリンダボア１１０ａ，１２０ａが形成されており、これら左右の第１シリンダボア１１０ａ，１２０ａが左右の第１シリンダヘッド１１２，１２２にそれぞれ覆われて、第１クランクシャフト１６０を挟んで対向する左第１シリンダ室１１５および右第１シリンダ室１２５が形成されている。これら左右の第１シリンダ室１１５，１２５は同軸上に位置して形成されている。

左右の第１シリンダ室１１５，１２５内に第１ピストンアセンブリ１０３が摺動自在に嵌合配設されている。この第１ピストンアセンブリ１０３は、第１連結体１３０と、この第１連結体１３０の左右端部にピン１５８により結合された左右一対の第１ピストン１５０，１５０と、第１連結体１３０内に回転自在に配設された第１ローターアセンブリ１４０とから構成される。左右一対の第１ピストン１５０，１５０はそれぞれ左右の第１シリンダボア１１０ａ，１２０ａに摺合して第１シリンダ室１１５，１２５内に挿入されており、第１連結体１３０に結合された状態で一体となって、第１シリンダ室１１５，１２５内をシリンダ中心軸方向に往復移動可能となっている。

左右一対の第１ピストン１５０，１５０は同一形状であり、図５に示すように形成されている。第１ピストン１５０は、各シリンダボア１１０ａ，１２０ａと摺合する円筒状のヘッド部１５１と、ヘッド部１５１の上下両側から後方に延びた円弧状の一対のスリッパ部１５２，１５２と、これら一対のスリッパ部１５２，１５２の間を結んでヘッド部１５１の後側に形成されたリブ１５３，１５３とから一体形成されている。ヘッド部１５１の外周面には３個のリング溝１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ（ピストンリング溝およびオイルリング溝）が形成されている。また、リブ１５３には上下に延びた挿入溝１５３ａが形成されるとともに、この挿入溝１５３ａを横切って上下一対の連結孔１５３ｂが形成されている。なお、ヘッド部１５１の外周面とスリッパ部１５２の外周面とは、各シリンダボア１１０ａ，１２０ａと摺合する円筒面を形成している。

第１連結体１３０（なお、連結体はピストンコネクターとも称される）は、図６〜図８に示すように、リング状リム部１３１と、リム部１３１から左右両側に延びた各一対の連結アーム壁１３３とを有する。リム部１３１は円筒状開口を有し、この円筒状開口の内周面１３１ａにおける厚さ方向片側には内周側に突出するショルダー部１３２が一体形成され、このショルダー部１３２の内面における上下二カ所にそれぞれ複数枚の歯からなる内歯ギヤ１３２ａが形成されている。また、各連結アーム壁１３３には上下一対の連結孔１３３ａが形成されている。さらに、リム部１３１の外周側における上下二カ所には、各シリンダボア１１０ａ，１２０ａに摺合する円弧状のガイド部１３５が形成されている。このガイド部１３５の一端には切り欠き１３５ａが設けられ、この切り欠き１３５ａとリム部１３１の内周面１３１ａとを連通する第１潤滑孔１３５ｂがそれぞれ形成されている。

ピストン１５０のリブ１５３に形成された挿入溝１５３ａに連結アーム壁１３３を挿入させるとともに、連結孔１３３ａ，１５３ｂにピン１５８を挿入して図２に示すように、第１ピストン１５０が第１連結体１３０の両側に結合される。このとき、各ピストン１５０のスリッパ部１５２が第１連結体１３０のガイド部１３５に当接する。この状態で、ピストンヘッド部１５１と、スリッパ部１５２と、ガイド部１３５の外周面とは同一円周上に並び、シリンダボア１１０ａ，１２０ａに摺合可能となっている。

第１ローターアセンブリ１４０は、図９に示すように、メインローター部材１４１とサブローター部材１４２とを左右一対のボルト１４３により結合して構成され、円筒外周面１４５を有する円筒状に形成されている。この円筒外周面１４５の中心軸Ｃ１３（以下、第１ローター中心軸Ｃ１３と称する）から距離ｅ１だけ偏心した中心軸Ｃ１２（以下、第１ピン中心軸Ｃ１２と称する）を有する第１偏心孔１４４がこの第１ローターアセンブリ１４０（各ローター部材１４１，１４２）に形成されている。なお、メインローター部材１４１とサブローター部材１４２との結合面と第１ピン中心軸Ｃ１２とは重なる。サブローター部材１４２にはボルト１４３のヘッドのための座ぐり１４２ｂが形成されているが、この座ぐり１４２ｂから第１偏心孔１４４に貫通する小さな潤滑孔１４２ａがサブローター部材１４２に形成されている。また、円筒外周面１４５には全周にわたる潤滑溝１４５ａが形成されている。

メインローター部材１４１には片側側面に開口した左右一対のローラ配設空間１４１ａが左右対称形状に形成されている。各ローラ配設空間１４１ａ内には、支持ピン１４６ａにより回転自在に支持されたメインローラ１４６と、それぞれ支持ピン１４７ａにより回転自在に支持された一対のサブローラ１４７とが配設されている。これら左右一対のローラ配設空間１４１，１４１を覆ってメインローター部材１４１の側面にカバー１４９がボルト１４９ａにより固定されている。ここで、メインローラ１４６の支持ピン１４６ａはボルト１４６ｂによりメインローター部材１４１およびカバー１４９に固定されており、この支持ピン１４６ａの上にメインローラ１４６が回転自在に緩嵌合して取り付けられている。

また、カバー１４９の上においてボルト１４６ｂに捻りコイルバネ１４８が取り付けられており、両側脚部１４８ａ，１４８ａがカバー１４９の開口を通ってローラ配設空間１４１内に突出し、サブローラ１４７の支持ピン１４７ａと係合している。捻りコイルバネ１４８（板バネ等を使用するようにしてもよい）は脚部１４８ａ，１４８ａが閉じる方向、すなわち、図９（Ａ）において矢印Ａで示す方向に付勢力が作用するバネであり、一対のサブローラ１４７，１４７を互いに近づけるように付勢する。なお、ローラ配設空間１４１には、メインローター部材１４１の第１偏心孔１４４に開口してメインローラ１４６の外周面を露出させるメイン開口１４１ａと、円筒外周面１４５に開口してサブローラ１４７の外周面を露出させるサブ開口１４１ｂ，１４１ｂとが形成されている。また、サブ開口１４１ｂは、サブローラ１４７が矢印Ａで示す方向にスライド移動可能なように長穴状に形成されている。なお、各ローラ１４６，１４７および捻りコイルバネ１４８により、第１クランクピン１６１の回転に連動して第１ローターアセンブリ１４０を回転させる連動回転機構を構成している。

第１ローターアセンブリ１４０の円筒外周面１４５は第１連結体１３０のリム部１３１の内周面１３１ａに回転自在に摺合する寸法であり、第１偏心孔１４４は第１クランクシャフト１６０の第１クランクピン１６１を回転自在に摺合させる寸法である。このため、図１に示すように、第１偏心孔１４４内に第１クランクピン１６１を回転自在に摺合させるようにして第１ローターアセンブリ１４０が第１クランクピン１６１に取り付けられ、且つこの第１ローターアセンブリ１４０は第１連結体１３０のリム部１３１の内周面１３１ａに回転自在に摺合される。この結果、第１ピストンアセンブリ１０３は、第１連結体１３０および第１ローターアセンブリ１４０を介して第１クランクピン１６１に連結されるとともに、第１シリンダ室１１５，１２５内に軸方向に移動自在に挿入配設された状態となる。

なお、このように第１偏心孔１４４内に第１クランクピン１６１を回転自在に摺合させるとともに第１ローターアセンブリ１４０が第１連結体１３０の内周面１３１ａに回転自在に摺合されたとき、メインローラ１４６の外周面がメイン開口１４１ａを介して第１クランクピン１６１の外周面に当接し、サブローラ１４７，１４７の外周面がサブ開口１４１ｂ，１４１ｂを介して第１連結体１３０の内周面１３１ａと当接する。このとき、捻りコイルバネ１４８の付勢により、サブローラ１４７，１４７が互いに近づくように押され、メインローラ１４６の外周面と第１クランクピン１６１の外周面との当接およびサブローラ１４７，１４７の外周面と第１連結体１３０の内周面１３１ａとの当接状態が維持される。

このように捻りコイルバネ１４８によりサブローラ１４７，１４７を付勢することにより、第１クランクピン１６１に対する第１ローターアセンブリ１４０の位置を所望の位置に保持することができる。例えば、第１クランクピン１６１が回転駆動されると、支持ピン１４６ａとメインローラ１４６との隙間および支持ピン１４７ａとサブローラ１４７との隙間に対応する分だけ、第１クランクピン１６１の回転角と第１ローターアセンブリ１４０の回転角とに差（進角差）が生じるが、回転駆動力が解放された時点で捻りコイルバネ１４８の付勢力により両ローラ１４６，１４７が所定の位置に戻され、所望位置にリセットされる。また、第１クランクピン１６１から軸直角方向に作用する力は、各ローラ１４６，１４７を介して第１連結体１３０の内周面１３１ａにより受け止められる、すなわち、各ローラがベアリングとしての役割を果たすため、第１クランクピン１６１の強度、耐久性を向上することができる。なお、第１クランクピン１６１の回転時には、メインローラ１４６による巻き込み効果によりサブローラ１４７，１４７がそれぞれサブ開口１４１ｂ，１４１ｂの一端側に締め付けられる。

第１クランクシャフト１６０を図１０に詳細に示しており、この第１クランクシャフト１６０は第１クランク中心軸Ｃ１１を中心として回転自在となって左右の第１シリンダボディ１０１，１０２により支持されている。第１クランクピン１６１の中心軸である第１ピン中心軸Ｃ１２は第１クランク中心軸Ｃ１１から距離ｅ１だけ偏心しており、第１クランクピン１６１の片側には複数の歯を有する外歯ギヤ１６２が形成されている。なお、第１クランク中心軸Ｃ１１と第１ピン中心軸Ｃ１２との偏心距離ｅ１は、第１ローターアセンブリ１４０における第１ピン中心軸Ｃ１２と第１ローター中心軸Ｃ１３との偏心距離ｅ１と等しい。また、第１クランクピン１６１の径は第１連結体１３０における内周面１３１ａの径の１／２である。

以上のような構成の第１ピストン機構１０（第１内燃機関１）では、第１クランクシャフト１６０の回転が第１クランクピン１６１に取り付けられた第１ローターアセンブリ１４０を介して、第１連結体１３０、すなわち第１ピストンアセンブリ１０３を左右の第１シリンダ室１１５，１２５内で往復動させる運動に変換されるようになっている。なおこのとき、第１ローターアセンブリ１４０は第１クランクシャフト１６０と反対方向に相対回転するが、各ローラ１４６，１４７および捻りコイルバネ１４８からなる回転連動機構により、第１クランクシャフト１６０の回転駆動力が第１ローターアセンブリ１４０を反対方向へ回転するように伝達されるので、第１クランクシャフト１６０の回転が第１ピストンアセンブリ１０３を往復動させる運動にスムーズに変換される。なお、第１ピストンアセンブリ１０３の往復幅は、第１ローターアセンブリ１４０が第１クランクシャフト１６０と反対方向に相対回転するため、偏心距離ｅ１の４倍となる。

また、第１ピストン機構１０は、上述したように、第１クランクシャフト１６０を挟むようにして左第１シリンダ室１１５および右第１シリンダ室１２５が対向配設され、左右の第１シリンダ室１１５，１２５内に第１ピストンアセンブリ１０３、すなわち左右の第１ピストン１５０，１５０が摺動自在に嵌合配設された、いわゆるダブルアクティングピストン機構であり、これにより、同一排気量の従来の内燃機関（ピストン機構）と比較して１／５〜１／６程度の小型化が可能になる。そのため、低出力ではあるが高効率な運転領域で使用しても、本実施形態では１／３程度の小型化が可能になる。

第２内燃機関２は、天然ガス（水素ガスを用いてもよい）を燃料とする４サイクル内燃機関であり、燃焼ガスの圧力を利用して作動する第２ピストン機構２０を主体に構成される。第２ピストン機構２０は、第１ピストン機構１０と同様の構成であり、詳細な図示および説明を省略する。

第１スチーム機関３は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）からの排気ガスの熱を利用して発生させた水蒸気を利用して作動する機関であり、詳細は後述する水蒸気発生システム５（図４を参照）により発生した水蒸気の圧力を利用して作動する第３ピストン機構３０を主体に構成される。これにより、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。第３ピストン機構３０は、第１ピストン機構１０と同様の構成であり、図２に示すように、第３クランクシャフト３６０を挟むようにして左右一対の第３シリンダ３０１，３０２が対向配設されて構成されている。左第３シリンダ３０１および右第３シリンダ３０２は、それぞれ内端同士が対向して結合された左右の第３シリンダボディ３１０，３２０と、各シリンダボディ３１０，３２０の外端に取り付けられた左右の第３シリンダヘッド３１２，３２２とからなる。

左第３シリンダヘッド３１２には、左吸気ポート３１３や、互いに途中で繋がる上側左排気ポート３１４ａおよび下側左排気ポート３１４ｂが形成され、左吸気ポート３１３の端部にロータリースチームバルブ３１７が回転自在に取り付けられるとともに、上側左排気ポート３１４ａおよび下側左排気ポート３１４ｂの端部に排気側ロータリーバルブ３１８がそれぞれ回転自在に取り付けられている。左吸気ポート３１３は水蒸気発生システム５（図４を参照）に繋がっており、水蒸気発生システム５から液化された水蒸気（高温高圧の水）が供給されるようになっている。

ロータリースチームバルブ３１７は、直径方向に貫通する連通孔３１７ａおよび、この連通孔３１７ａに中央に形成された略球形の水溜めである空間部３１７ｂを有するロータリー式のバルブであり、第３クランクシャフト３６０の１／２の回転数で回転することにより、左吸気ポート３１３を所定のタイミングで開閉するようになっている。排気側ロータリーバルブ３１８は、直径方向に貫通する連通孔３１８ａを有するロータリー式のバルブであり、第３クランクシャフト３６０の１／２の回転数で回転することにより、上側左排気ポート３１４ａおよび下側左排気ポート３１４ｂを所定のタイミングで開閉するようになっている。

右第３シリンダヘッド３２２には、右吸気ポート３２３や、互いに途中で繋がる上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂが形成され、左第３シリンダヘッド３１２と同様に、右吸気ポート３２３の端部に連通孔３２７ａおよび略球形の水溜めである空間部３２７ｂを有するロータリースチームバルブ３２７が回転自在に取り付けられるとともに、上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂの端部に連通孔３２８ａを有する排気側ロータリーバルブ３２８がそれぞれ回転自在に取り付けられている。また、右吸気ポート３２３は水蒸気発生システム５（図４を参照）に繋がっており、水蒸気発生システム５から液化された水蒸気（高温高圧の水）が供給されるようになっている。なお、各吸気ポートおよび排気ポートの内面にはセラミックが溶着されており、断熱効果を高めている。

左右の第３シリンダボディ３１０，３２０にはそれぞれ、第３クランクシャフト３６０の回転中心軸Ｃ３１（以下、第３クランク中心軸Ｃ３１と称する）に対して直角な方向に貫通する同一径の第３シリンダボア３１０ａ，３２０ａが形成されており、これら左右の第３シリンダボア３１０ａ，３２０ａが左右の第３シリンダヘッド３１２，３２２にそれぞれ覆われて、第３クランクシャフト３６０を挟んで対向する左第３シリンダ室３１５および右第３シリンダ室３２５が形成されている。これら左右の第３シリンダ室３１５，３２５は同軸上に位置して形成されている。

左右の第３シリンダ室３１５，３２５内に第３ピストンアセンブリ３０３が摺動自在に嵌合配設されている。この第３ピストンアセンブリ３０３は、第１ピストンアセンブリ１０３と同様に、第３連結体３３０と、この第３連結体３３０の左右端部にピン３５８により結合された左右一対の第３ピストン３５０，３５０と、第３連結体３３０内に回転自在に配設された第３ローターアセンブリ３４０とから構成される。

左右一対の第３ピストン３５０，３５０は、第１ピストン１５０，１５０と同様に、左右の第３シリンダボア３１０ａ，３２０ａにそれぞれ摺合して第３シリンダ室３１５，３２５内に挿入されており、第３連結体３３０に結合された状態で一体となって、第３シリンダ室３１５，３２５内をシリンダ中心軸方向に往復移動可能となっている。第３連結体３３０は第１連結体１３０と同様に形成され、第３連結体３３０に形成される円筒状開口の内周面３３１ａには、第３ローターアセンブリ３４０が第３ローター中心軸Ｃ３３を中心に回転自在に摺合されている。

第３ローターアセンブリ３４０は、第１ローターアセンブリ１４０と同様に円筒外周面（図示せず）を有する円筒状に形成され、この第３ローターアセンブリ３４０には、円筒外周面の中心軸となる第３ローター中心軸Ｃ３３から距離ｅ３だけ偏心した中心軸Ｃ３２（すなわち、第３ピン中心軸Ｃ３２）を有する第３偏心孔３４４が形成されている。そして、第３偏心孔３４４内に第３クランクピン３６１を回転自在に摺合させるようにして第３ローターアセンブリ３４０を第３クランクピン３６１に取り付けることで、第３ピストンアセンブリ３０３が第３連結体３３０および第３ローターアセンブリ３４０を介して第３クランクピン３６１に連結されるようになっている。

第３クランクシャフト３６０は第１クランクシャフト１６０と同様に形成され、第３クランク中心軸Ｃ３１を中心として回転自在となって左右の第３シリンダボディ３０１，３０２により支持されている。第３クランクピン３６１の中心軸である第３ピン中心軸Ｃ３２は第３クランク中心軸Ｃ３１から距離ｅ３だけ偏心しており、この第３クランク中心軸Ｃ３１と第３ピン中心軸Ｃ３２との偏心距離ｅ３は、第３ローターアセンブリ３４０における第３ピン中心軸Ｃ３２と第３ローター中心軸Ｃ３３との偏心距離ｅ３と等しくなっている。

そして、以上のような構成の第３ピストン機構３０（第１スチーム機関３）では、第１ピストン機構１０と同様に、第３クランクシャフト３６０の回転が第３クランクピン３６１に取り付けられた第３ローターアセンブリ３４０を介して、第３連結体３３０、すなわち第３ピストンアセンブリ３０３を左右の第３シリンダ室３１５，３２５内で往復動させる運動にスムーズに変換されるようになっている。また、第３ピストンアセンブリ３０３の往復幅は、第３ローターアセンブリ３４０が第３クランクシャフト３６０と反対方向に相対回転するため、偏心距離ｅ３の４倍となる。なお、本実施形態において、第３ピストン３５０の面積（径）は、第１ピストン１５０の面積（径）と等しくなっているが、必要に応じて変えるようにしてもよい。

また、第３ピストン機構３０は、上述したように、第３クランクシャフト３６０を挟むようにして左第３シリンダ室３１５および右第３シリンダ室３２５が対向配設され、左右の第３シリンダ室３１５，３２５内に第３ピストンアセンブリ３０３、すなわち左右の第３ピストン３５０，３５０が摺動自在に嵌合配設された、いわゆるダブルアクティングピストン機構であり、これにより、同一排気量の従来の内燃機関（ピストン機構）と比較して１／５〜１／６程度の小型化が可能になる。そのため、低出力ではあるが高効率な運転領域で使用しても、本実施形態では１／３程度の小型化が可能になる。

第２スチーム機関４は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）からの排気ガスの熱を利用して発生させた水蒸気を利用して作動する機関であり、詳細は後述する水蒸気発生システム５（図４を参照）により発生した水蒸気の圧力を利用して作動する第４ピストン機構４０を主体に構成される。これにより、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。第４ピストン機構４０は、第３ピストン機構３０と同様の構成であり、詳細な図示および説明を省略する。

ところで、図３に示すように、第１クランクシャフト１６０は、第１クランク中心軸Ｃ１１と第２ピストン機構２０の第２クランク中心軸Ｃ２１とが同軸となるように、第２ピストン機構２０を構成する第２クランクシャフト２６０と連結されるように構成されており、第１クランクシャフト１６０と第２クランクシャフト２６０とが同軸上で連結されて第１クランクシャフトアセンブリ６０が形成されるようになっている。これにより、図１に示すように、第１クランクシャフトアセンブリ６０の軸線上（すなわち、第１および第２クランク中心軸Ｃ１１，Ｃ２１上）で第１ピストン機構１０（第１内燃機関１）と第２ピストン機構２０（第２内燃機関２）とが並んで配置される。なお、図３に示すように、第１ピン中心軸Ｃ１２（第１クランクピン１６１）が第２ピストン機構２０の第２ピン中心軸Ｃ２２（第２クランクピン２６１）に対して第１クランク中心軸Ｃ１１（第２クランク中心軸Ｃ２１）を中心に１８０度だけ相対回転した位置に位置するように、第１クランクシャフト１６０と第２クランクシャフト２６０とが連結される。

また、図３に示すように、第３クランクシャフト３６０は、第３クランク中心軸Ｃ３１と第４ピストン機構４０の第４クランク中心軸Ｃ４１とが同軸となるように、第４ピストン機構４０を構成する第４クランクシャフト４６０と連結されるように構成されており、第３クランクシャフト３６０と第４クランクシャフト４６０とが同軸上で連結されて第２クランクシャフトアセンブリ６５が形成されるようになっている。これにより、図１に示すように、第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線上（すなわち、第３および第４クランク中心軸Ｃ３１，Ｃ４１上）で第３ピストン機構３０（第１スチーム機関３）と第４ピストン機構４０（第２スチーム機関４）とが並んで配置される。なお、図３に示すように、第３ピン中心軸Ｃ３２（第３クランクピン３６１）が第４ピストン機構４０の第４ピン中心軸Ｃ４２（第４クランクピン４６１）に対して第３クランク中心軸Ｃ３１（第４クランク中心軸Ｃ４１）を中心に１８０度だけ相対回転した位置に位置するように、第３クランクシャフト３６０と第４クランクシャフト４６０とが連結される。

そして、図１に示すように、第１クランクシャフトアセンブリ６０の軸線（第１および第２クランク中心軸Ｃ１１，Ｃ２１）が第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線（第３および第４クランク中心軸Ｃ３１，Ｃ４１）に対して平行となり、且つ、第１ピストン機構１０が第３ピストン機構３０に対して第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線と直角な方向に並んで配置されるとともに、第２ピストン機構２０が第４ピストン機構４０に対して第２クランクシャフトアセンブリ６５の軸線と直角な方向に並んで配置されるように構成されている。これにより、エンジンの重心Ｇ（図１を参照）をエンジンの中央に位置させることができるため、バランサー等が不要となり、エンジンの小型化が可能になる。

なお、各ピストン機構に構成される第１シリンダ１０１，１０２（第１ピストン機構１０）、第２シリンダ２０１，２０２（第２ピストン機構２０）、第３シリンダ３０１，３０２（第３ピストン機構３０）、そして第４シリンダ４０１，４０２（第４ピストン機構４０）は、互いに一体的に形成されてシリンダアッセンブリ７０を構成する。また、シリンダアッセンブリ７０の外部に突出する第１および第３クランクシャフト１６０，３６０の端部には、第１および第２クランクシャフトアセンブリ６０，６５を同期回転させることが可能なシンクロドライブギヤ（図示せず）等がそれぞれ取り付けられる。

続いて、第１スチーム機関３および第２スチーム機関４に水蒸気を供給するための水蒸気発生システム５について図４を参照しながら説明する。なお、図４において、説明容易化のため、第１内燃機関１および第１スチーム機関３が上下方向に反転して記載されている。水蒸気発生システム５は、水が貯留されたリザーブタンク５０１と、リザーブタンク５０１から供給される水を加熱するための一次熱交換器５１０および二次熱交換器５２０とを主体に構成される。

一次熱交換器５１０は、後述するタービンユニット５５０から排出された排気ガスが通過する排気管５１１の肉厚部に、螺旋状に形成されたステンレス製の第１熱交換パイプ５１２が鋳込まれた構成となっており、リザーブタンク５０１からの水が第１熱交換パイプ５１２を通過するときに、排気管５１１を通過する排気ガスの熱を利用して第１熱交換パイプ５１２を通過する水を加熱することで、一次熱交換器５１０によりリザーブタンク５０１からの水が加熱されるようになっている。そして、一次熱交換器５１０を用いて加熱された水は、第１加圧ポンプ５０２を用いて二次熱交換器５２０に送られるようになっている。このとき、第１加圧ポンプ５０２を用いて二次熱交換器５２０に送られる水の圧力は、例えば、６〜１６ｋｇｆ／ｃｍ^２程度に設定される。なお、排気管５１１の肉厚部に螺旋状の第１熱交換パイプ５１２を鋳込むことにより、第１熱交換パイプ５１２の破裂を防止している。また、第１加圧ポンプ５０２は図示しないモーターで駆動されるギアポンプであり、例えば、第１スチーム機関３の第３ピストンアセンブリ３０３が一往復する間に０．０５〜０．２ｍｌ程度の（高圧の）水を送るようになっている。

二次熱交換器５２０は、第１内燃機関１の左排気ポート１１４および右排気ポート１２４（並びに、第２内燃機関２の排気ポート）から排出された排気ガスが通過するエキゾーストマニホールド５２１の肉厚部に、螺旋状に形成されたステンレス製の第２熱交換パイプ５２２が鋳込まれた構成となっており、一次熱交換器５１０（第１加圧ポンプ５０２）からの高圧の水が第２熱交換パイプ５２２を通過するときに、エキゾーストマニホールド５２１を通過する排気ガスの熱を利用して第２熱交換パイプ５２２を通過する水を加熱することで、二次熱交換器５２０により一次熱交換器５１０からの水が加熱されるようになっている。そして、二次熱交換器５２０を用いて加熱された高温高圧の水は、第１スチーム機関３の左吸気ポート３１３および右吸気ポート３２３（並びに、第２スチーム機関４の吸気ポート）に送られるようになっている。このようにして、左吸気ポート３１３および右吸気ポート３２３に送られた高温高圧の水は、相対的に圧力が低下する左右の第３シリンダ室３１５，３２５（並びに、第２スチーム機関４の各シリンダ室）で水蒸気に気化するようになっている。なお、エキゾーストマニホールド５２１の肉厚部に螺旋状の第２熱交換パイプ５２２を鋳込むことにより、第２熱交換パイプ５２２の破裂を防止している。

ところで、タービンユニット５５０は、タービンシャフト５５２の一端側に設けられた排気タービン５５１と、タービンシャフト５５２の他端側に設けられたインペラ５５３と、排気タービン５５１を回転駆動した排気ガスから水蒸気を分離する水蒸気分離装置５６０とを主体に構成される。排気タービン５５１は、第１内燃機関１（および、第２内燃機関２）の各排気ポートから排出された排気ガスを利用して回転駆動されるように構成されており、この排気タービン５５１の回転力を利用してタービンシャフト５５２およびインペラ５５３が回転するようになっている。なお、第１内燃機関１（および、第２内燃機関２）の各排気ポートから排出された排気ガスは、前述の二次熱交換器５２０および排気ガスを浄化するキャタライザー５０８を通過したのち排気タービン５５１に達するようになっている。

タービンシャフト５５２は、図示しない歯車機構等を利用して第１または第２クランクシャフトアセンブリ６０，６５と連結されており、排気タービン５５１の回転力を利用して各クランクシャフトアセンブリ６０，６５を（補助的に）駆動可能に構成される。これにより、エンジンの出力向上が期待できる。

インペラ５５３は、前述したように、排気タービン５５１により回転駆動され、第１および第２スチーム機関３，４（第３および第４ピストン機構３０，４０）における各シリンダ室内の気体をシリンダ室の外部へ向けて吸引可能に構成される。そして、例えば、第１スチーム機関３（第３ピストン機構３０）の上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂが開放されたときに、第１スチーム機関３における右シリンダ室３２５内の気体（水蒸気）がこのインペラ５５３に吸引されて、上側右排気ポート３２４ａおよび下側右排気ポート３２４ｂからリザーブタンク５０１へ送られるようになっている。

これにより、第１および第２スチーム機関３，４（第３および第４ピストン機構３０，４０）における排気行程において、インペラ５５３によりシリンダ室内の気体（水蒸気）を効率よくシリンダ室の外部へ排出させることができるため、第１および第２内燃機関１，２（第１および第２ピストン機構１０，２０）から排出された排気ガスを有効利用しつつ、第１および第２スチーム機関３，４（第３および第４ピストン機構３０，４０）の出力を向上させることが可能になる。なお、リザーブタンク５０１内の圧力は２〜３ｋｇｆ／ｃｍ^２程度に設定され、インペラ５５３を利用してリザーブタンク５０１へ送られた水蒸気は、水に液化した状態でリザーブタンク５０１内に貯留される。

水蒸気分離装置５６０は、例えば、遠心分離の原理を用いて、排気タービン５５１を回転駆動して高速回転する排気ガスから水蒸気（水）を分離する構成となっており、排気ガスから分離された水蒸気（水）は冷却装置５０４を通過して集水タンク５０５に送られるようになっている。なお、排気ガスから分離された水蒸気は冷却装置５０４で水に液化する。そして、集水タンク５０５に貯留された水は、第２加圧ポンプ５０６を用いてリザーブタンク５０１に送られる。これにより、水蒸気分離装置５６０を用いて外部（排気ガス）からリザーブタンク５０１に水が供給されるため、リザーブタンク５０１に水を補充する手間を省くことができ、メンテナンス性が向上する。さらに、リザーブタンク５０１に水を補充するための大型の装置を別途設ける必要がなく、エンジンの小型化が可能になる。特に、移動を伴う自動車や航空機用エンジンに有効である。なお、第２加圧ポンプ５０６は図示しないモーターで駆動され、リザーブタンク５０１内の水量が所定値以下となった場合に、集水タンク５０５に貯留された水をリザーブタンク５０１に送り補給するようになっている。また、集水タンク５０５の上部でガス抜きが行われる。

なお、水蒸気分離装置５６０を通過した排気ガスは、一次熱交換器５１０の排気管５１１を通過したのち外部に排出される。これからわかるように、水蒸気発生システム５の一次熱交換器５１０および二次熱交換器５２０は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガスの熱を利用して水を加熱する構成となっており、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用している。

このように構成されるマルチハイブリッドエンジンＥＮＧにおいて、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）および第１スチーム機関３（第３ピストン機構３０）の作動について図１１〜図１８を参照しながら説明する。なお、各ピストン機構は左右対称であり、左右で同様の動作を行うので、本実施形態では各ピストン機構の右側部分の作動を中心に説明する。また、第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）は、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）と同様の構成であり、同様の動作を行うため本実施形態では説明を省略する。さらに、第２スチーム機関４（第４ピストン機構４０）は、第１スチーム機関３（第３ピストン機構３０）と同様の構成であり、同様の動作を行うため本実施形態では説明を省略する。

図１１においては、第１内燃機関１に構成される右側の第１ピストン１５０が上死点に位置しており、このときのクランク角を０度とする。第１内燃機関１の吸入行程では、図１１〜図１３に順に示すように、クランク角が０度〜１８０度になるまで第１クランクシャフト１６０が回転し、右側の第１ピストン１５０が上死点から下死点まで（左方へ）移動して天然ガスと空気の混合ガスが右吸気ポート１２３から右第１シリンダ室１２５内に吸入される。このあいだ、吸気側ロータリーバルブ１２７は、連通孔１２７ａを介して右吸気ポート１２３を開放しつつ４５度（すなわち、第１クランクシャフト１６０の１／４）だけ回転し、排気側ロータリーバルブ１２８は、右排気ポート１２４を閉鎖しつつ４５度（すなわち、第１クランクシャフト１６０の１／４）だけ回転する。なお、吸気側ロータリーバルブ１２７は、クランク角が第１ピストン１５０の上死点より手前２０度の時点から右吸気ポート１２３を開放し始め、クランク角が第１ピストン１５０の下死点より３０度だけ進んだ時点で右吸気ポート１２３を閉鎖する。

一方、図１１において、第１スチーム機関３に構成される右側の第３ピストン３５０が下死点に位置しており、図１１〜図１３に順に示すように、クランク角が０度〜１８０度になるまで第１内燃機関１の第１クランクシャフト１６０が回転すると、右側の第３ピストン３５０が下死点から上死点まで（右方へ）移動して、第３シリンダ室３２５内の気体（水蒸気）が上下の右排気ポート３２４ａ，３２４ｂから水蒸気発生システム５のリザーブタンク５０１へ排出される。すなわち、第１内燃機関１が吸入行程のとき、第１スチーム機関３は排気行程となる。

このあいだ、ロータリースチームバルブ３２７は右吸気ポート３２３を閉鎖しつつ９０度（すなわち、第３クランクシャフト３６０の１／２）だけ回転し、各排気側ロータリーバルブ３２８，３２８は、連通孔３２８ａを介して上下の右排気ポート３２４ａ，３２４ｂをそれぞれ開放しつつ９０度（すなわち、第３クランクシャフト３６０の１／２）だけ回転する。なお、排気側ロータリーバルブ３２８，３２８は、クランク角が第３ピストン３５０の下死点より手前３０度の時点から上下の右排気ポート３２４ａ，３２４ｂをそれぞれ開放し始め、クランク角が第３ピストン３５０の上死点より３０度だけ進んだ時点で右排気ポート３２４ａ，３２４ｂをそれぞれ閉鎖する。

なお、図１１〜図１３に示すように、第１内燃機関１の右側部分が吸気行程のとき、第１内燃機関１の左側部分は圧縮行程となる。また、第１スチーム機関３の右側部分が排気行程のとき、第１スチーム機関３の左側部分は膨張行程となる。

第１内燃機関１の圧縮行程では、図１３〜図１５に順に示すように、クランク角が１８０度〜３６０度になるまで第１クランクシャフト１６０が回転し、右側の第１ピストン１５０が下死点から上死点まで（右方へ）移動して右第１シリンダ室１２５内の混合ガスが圧縮される。このあいだ、吸気側ロータリーバルブ１２７は右吸気ポート１２３を閉鎖しつつ４５度だけさらに回転し、排気側ロータリーバルブ１２８は右排気ポート１２４を閉鎖しつつ４５度だけさらに回転する。

一方、第１スチーム機関３では、図１３〜図１５に順に示すように、クランク角が１８０度〜３６０度になるまで第１内燃機関１の第１クランクシャフト１６０が回転すると、水蒸気発生システム５により右吸気ポート３２３から右第３シリンダ室３２５内に水蒸気が供給されて、右側の第３ピストン３５０がこの水蒸気の圧力を受けつつ、上死点から下死点まで（左方へ）移動する。すなわち、第１内燃機関１が圧縮行程のとき、第１スチーム機関３は膨張行程となる。このあいだ、ロータリースチームバルブ３２７は、連通孔３２７ａを介して右吸気ポート３２３を開放しつつ９０度だけさらに回転し、各排気側ロータリーバルブ３２８，３２８は、上下の右排気ポート３２４ａ，３２４ｂをそれぞれ閉鎖しつつ９０度だけさらに回転する。

そして、ロータリースチームバルブ３２７が右吸気ポート３２３を開放したとき、右吸気ポート３２３に送られた高温高圧の水は、ロータリースチームバルブ３２７の連通孔３２７ａを通過して右第３シリンダ室３２５内に達し、相対的に圧力が低下する右第３シリンダ室３２５内で水蒸気に気化する。このようにして、水蒸気発生システム５により水蒸気が右第３シリンダ室３２５内に供給される。なお、ロータリースチームバルブ３２７は、第３ピストン３５０が上死点に位置する時点から右吸気ポート３２３を開放し始め、クランク角が第３ピストン３５０の上死点より９０度だけ進んだ時点で右吸気ポート３２３を閉鎖する。

なお、図１３〜図１５に示すように、第１内燃機関１の右側部分が圧縮行程のとき、第１内燃機関１の左側部分は燃焼行程となる。また、第１スチーム機関３の右側部分が膨張行程のとき、第１スチーム機関３の左側部分は排気行程となる。

第１内燃機関１の燃焼行程では、図１５〜図１７に順に示すように、クランク角が３６０度〜５４０度になるまで第１クランクシャフト１６０が回転し、右側の第１ピストン１５０が燃焼ガスの圧力を受けつつ上死点から下死点まで（左方へ）移動する。このあいだ、吸気側ロータリーバルブ１２７は右吸気ポート１２３を閉鎖しつつ４５度だけさらに回転し、排気側ロータリーバルブ１２８は右排気ポート１２４を閉鎖しつつ４５度だけさらに回転する。

一方、第１スチーム機関３では、図１５〜図１７に順に示すように、クランク角が３６０度〜５４０度になるまで第１内燃機関１の第１クランクシャフト１６０が回転すると、右側の第３ピストン３５０が下死点から上死点まで（右方へ）移動して、第３シリンダ室３２５内の気体（水蒸気）が上下の右排気ポート３２４ａ，３２４ｂから水蒸気発生システム５のリザーブタンク５０１へ排出される。すなわち、第１内燃機関１が燃焼行程のとき、第１スチーム機関３は排気行程となる。このあいだ、ロータリースチームバルブ３２７は右吸気ポート３２３を閉鎖しつつ９０度だけさらに回転し、各排気側ロータリーバルブ３２８，３２８は、連通孔３２８ａを介して上下の右排気ポート３２４ａ，３２４ｂをそれぞれ開放しつつ９０度だけさらに回転する。

なお、図１５〜図１７に示すように、第１内燃機関１の右側部分が燃焼行程のとき、第１内燃機関１の左側部分は排気行程となる。また、第１スチーム機関３の右側部分が排気行程のとき、第１スチーム機関３の左側部分は膨張行程となる。

第１内燃機関１の排気行程では、図１７〜図１８、および図１１に順に示すように、クランク角が５４０度〜７２０度になるまで第１クランクシャフト１６０が回転し、右側の第１ピストン１５０が下死点から上死点まで（右方へ）移動して、右第１シリンダ室１２５内の燃焼ガスが右排気ポート１２４から排気ガスとして水蒸気発生システム５の二次熱交換器５２０へ排出される。このあいだ、吸気側ロータリーバルブ１２７は右吸気ポート１２３を閉鎖しつつ４５度だけさらに回転し、排気側ロータリーバルブ１２８は連通孔１２８ａを介して右排気ポート１２４を開放しつつ４５度だけさらに回転する。なお、排気側ロータリーバルブ１２８は、クランク角が第１ピストン１５０の下死点より手前２０度の時点から右排気ポート１２４を開放し始め、クランク角が第１ピストン１５０の上死点より３０度だけ進んだ時点で右排気ポート１２４を閉鎖する。

一方、第１スチーム機関３では、図１７〜図１８、および図１１に順に示すように、クランク角が５４０度〜７２０度になるまで第１内燃機関１の第１クランクシャフト１６０が回転すると、水蒸気発生システム５により右吸気ポート３２３から右第３シリンダ室３２５内に再び水蒸気が供給されて、右側の第３ピストン３５０がこの水蒸気の圧力を受けつつ、上死点から下死点まで（左方へ）移動する。すなわち、第１内燃機関１が排気行程のとき、第１スチーム機関３は膨張行程となる。そして、第１内燃機関１は排気行程の後に吸気行程を繰り返し、同様に、第１スチーム機関３は膨張および排気行程を繰り返す。

この膨張行程のあいだ、ロータリースチームバルブ３２７は、連通孔３２７ａを介して右吸気ポート３２３を開放しつつ９０度だけさらに回転し、各排気側ロータリーバルブ３２８，３２８は、上下の右排気ポート３２４ａ，３２４ｂをそれぞれ閉鎖しつつ９０度だけさらに回転する。なお、クランク角が０度〜７２０度になるまで第１クランクシャフト１６０が回転するあいだ、第１内燃機関１では、吸気側ロータリーバルブ１２７および排気側ロータリーバルブ１２８が１８０度だけ回転し、第１スチーム機関３では、ロータリースチームバルブ３２７および排気側ロータリーバルブ３２８が３６０度だけ回転する。

なお、図１７〜図１８、および図１１に示すように、第１内燃機関１の右側部分が排気行程のとき、第１内燃機関１の左側部分は吸気行程となる。また、第１スチーム機関３の右側部分が膨張行程のとき、第１スチーム機関３の左側部分は排気行程となる。

そして、以上のような構成のマルチハイブリッドエンジンＥＮＧによれば、第１ピストン機構１０（および第２ピストン機構２０）から排出された排気ガスの熱を利用して水蒸気を発生させる水蒸気発生システム５を有し、第３ピストン機構３０（および第４ピストン機構４０）が水蒸気発生システム５により発生した水蒸気の圧力を利用して作動するように構成されることで、第１ピストン機構１０（および第２ピストン機構２０）から排出された排気ガス（排気熱）を有効利用することができるため、エンジンの熱効率をより向上させることが可能になる。

また、第１ピストン機構１０（および第２ピストン機構２０）から排出された排気ガスを利用して回転駆動されるタービン５５１と、タービン５５１の回転力を利用して作動し、第３ピストン機構３０（および第４ピストン機構４０）におけるシリンダ室内の気体をシリンダ室の外部へ向けて吸引することが可能なインペラ５５３とを備えて構成されることで、第３ピストン機構３０（および第４ピストン機構４０）における排気行程において、インペラ５５３によりシリンダ室内の気体（水蒸気）を効率よくシリンダ室の外部へ排出させることができるため、第１ピストン機構１０（および第２ピストン機構２０）から排出された排気ガスを有効利用しつつ、第３ピストン機構３０（および第４ピストン機構４０）の出力を向上させることが可能になる。

なお、上述の実施形態において、各ピストン機構がいわゆるダブルアクティングピストン機構の構造となっているが、これに限られるものではない。例えば、各ピストン機構において、左側のシリンダの代わりに、導線がシリンダの軸線と平行な筒状に巻かれたコイルを右側のシリンダに対しクランクシャフトを挟んで対向配設するとともに、左側のピストンの代わりに、コイルの内部空間を往復移動自在な永久磁石を、連結体を介して右側のピストンと連結させるようにしてもよい。このようにすれば、右側のピストンと連結された永久磁石をコイルの内部空間で往復移動させて発電を行うことができるため、コンパクトなエンジン式発電機を得ることが可能になる。

また、上述の実施形態において、第１内燃機関１（第１ピストン機構１０）に加えて第２内燃機関２（第２ピストン機構２０）が設けられているが、これに限られるものではなく、内燃機関（第１もしくは第２ピストン機構）が１つだけ設けられるようにしてもよく、内燃機関が３つ以上設けられるようにしてもよい。

さらに、上述の実施形態において、第１スチーム機関３（第３ピストン機構３０）に加えて第２スチーム機関４（第４ピストン機構４０）が設けられているが、これに限られるものではなく、スチーム機関（第３もしくは第４ピストン機構）が１つだけ設けられるようにしてもよく、スチーム機関が３つ以上設けられるようにしてもよい。

また、上述の実施形態において、排気ガスから水蒸気を分離する水蒸気分離装置５６０が設けられているが、これに限られるものではなく、この水蒸気分離装置５６０を設けなくてもよい。

さらに、上述の実施形態において、ロータリースチームバルブ３１７，３２７に略球形の空間部３１７ｂ，３２７ｂが形成されているが、これに限られるものではなく、例えば、シリンダ状に形成されてもよく、さらに容積可変に形成されるようにしてもよい。

また、上述の実施形態において、連結体における円筒状開口の内周面に内歯同期ギヤを形成するとともに、クランクピンの外周面に外歯同期ギヤを形成し、ローターアセンブリの各ローラに前述の内歯同期ギヤおよび外歯同期ギヤと噛合する外歯同期ギヤを形成するようにしてもよい。

例えば、第１ピストン機構１０においては、図１９〜図２２に示すように、第１連結体１３０′のリム部１３１に形成された円筒状開口の内周面１３１ａの端部に内歯同期ギヤ１３１ｂが形成されるとともに、第１クランクシャフト１６０′における第１クランクピン１６１の端部外周面に外歯同期ギヤ１６１ａが形成される。さらに、図２３〜図２４に示すように、第１ローターアセンブリ１４０′を構成するメインローラ１４６′およびサブローラ１４７′に、円筒状のローラ外周面１４６ｂ，１４７ｂが形成されるとともに、その端部に外歯同期ギヤ１４６ｃ，１４７ｃが形成される。

そして、メインローラ１４６′のローラ外周面１４６ｂが第１クランクピン１６１の外周面に当接するとともに、サブローラ１４７′のローラ外周面１４７ｂが第１連結体１３０′の内周面１３１ａに当接し、上述の実施形態と同様に連動回転機構を構成する。このとき、メインローラ１４６′の外歯同期ギヤ１４６ｃが第１クランクピン１６１の内歯同期ギヤ１３１ｂと噛合するとともに、サブローラ１４７′の外歯同期ギヤ１４７ｃが第１連結体１３０′の内歯同期ギヤ１３１ｂと噛合し、メインローラ１４６′およびサブローラ１４７′のすべり回転が規制されるようになっている。

このようにすれば、第１クランクシャフト１６０′および第１クランクピン１６１の回転に連動して第１ローターアセンブリ１４０′をより確実に（すなわち、メインローラ１４６′およびサブローラ１４７′がすべり回転をすることなく）連動回転させることができる。なおこのとき、第１クランクピン１６１の回転時にメインローラ１４６′による巻き込み効果が確実に生じるため、捻りコイルバネ１４８を設けなくてもよい。

本発明に係るマルチハイブリッドエンジンのシリンダヘッドを取り外した状態を示す側面図である。上記マルチハイブリッドエンジンを構成する第１内燃機関および第１スチーム機関を示す断面図である。上記マルチハイブリッドエンジンを構成する第１および第２クランクシャフトアセンブリを示す側面図である。上記マルチハイブリッドエンジンを構成する水蒸気発生装置の概要を示す構成図である。第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１ピストンの部分断面側面図および部分断面背面図である。第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１連結体の部分断面正面図である。第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１連結体の部分断面側面図である。第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１連結体の部分断面平面図である。第１内燃機関の第１ピストンアセンブリを構成する第１ローターアセンブリの部分断面正面図および側面図である。第１内燃機関を構成する第１クランクシャフトの正面図、側面図および断面図である。第１内燃機関および第１スチーム機関の作動を説明する部分断面図である。第１内燃機関および第１スチーム機関の作動を説明する部分断面図である。第１内燃機関および第１スチーム機関の作動を説明する部分断面図である。第１内燃機関および第１スチーム機関の作動を説明する部分断面図である。第１内燃機関および第１スチーム機関の作動を説明する部分断面図である。第１内燃機関および第１スチーム機関の作動を説明する部分断面図である。第１内燃機関および第１スチーム機関の作動を説明する部分断面図である。第１内燃機関および第１スチーム機関の作動を説明する部分断面図である。第１連結体の変形例を示す部分断面正面図である。第１連結体の変形例を示す部分断面側面図である。第１連結体の変形例を示す部分断面平面図である。第１クランクシャフトの変形例を示す正面図および断面図である。第１ローターアセンブリの変形例を示す部分断面正面図および側面図である。メインローラおよびサブローラの変形例を示す側面図である。従来の４サイクルガソリンエンジンにおける熱勘定図である。

符号の説明

ＥＮＧマルチハイブリッドエンジン
Ｃ１１第１クランク中心軸
Ｃ１２第１ピン中心軸
Ｃ１３第１ローター中心軸
Ｃ２１第２クランク中心軸
Ｃ２２第２ピン中心軸
Ｃ３１第３クランク中心軸
Ｃ３２第３ピン中心軸
Ｃ３３第３ローター中心軸
Ｃ４１第４クランク中心軸
Ｃ４２第４ピン中心軸
１第１内燃機関
２第２内燃機関
３第１スチーム機関
４第２スチーム機関
５水蒸気発生システム（水蒸気発生装置）
１０第１ピストン機構（第１のピストン機構）
２０第２ピストン機構
３０第３ピストン機構（第２のピストン機構）
４０第４ピストン機構
６０第１クランクシャフトアセンブリ
６５第２クランクシャフトアセンブリ
１０１左第１シリンダ
１０２右第１シリンダ
１０３第１ピストンアセンブリ
１１５左第１シリンダ室
１２５右第１シリンダ室
１３０第１連結体
１４０第１ローターアセンブリ
１４４第１偏心孔
１５０第１ピストン
１６０第１クランクシャフト
１６１第１クランクピン
２０１左第２シリンダ
２０２右第２シリンダ
２６０第２クランクシャフト
２６１第２クランクピン
３０１左第３シリンダ
３０２右第３シリンダ
３０３第３ピストンアセンブリ
３１５左第３シリンダ室
３２５右第３シリンダ室
３３０第３連結体
３４０第３ローターアセンブリ
３４４第３偏心孔
３５０第３ピストン
３６０第３クランクシャフト
３６１第３クランクピン
４０１左第４シリンダ
４０２右第４シリンダ
４６０第４クランクシャフト
４６１第４クランクピン
５５０タービンユニット
５５１タービン
５５３インペラ

Claims

クランク中心軸を中心として回転自在に支持され、前記クランク中心軸から所定距離だけ偏心して平行に延びるピン中心軸を中心とするクランクピンを有したクランクシャフトと、
前記クランク中心軸に直角な軸線上に配設されたシリンダ室を有するシリンダと、
前記シリンダ室内に摺合配設されるとともに前記クランクピンに連結されたピストンと、
前記ピストンに固設された連結体と、
前記連結体に前記クランク中心軸と平行に延びるローター中心軸を有して形成された円筒状開口内に回転自在に摺合配設されたローターとを有し、
前記ローターには、前記連結体に対する回転中心となる前記ローター中心軸から、前記所定距離と同一の距離だけ偏心した偏心孔が形成され、
前記偏心孔に前記クランクピンを回転自在に結合させることで、前記ピストンが前記連結体および前記ローターを介して前記クランクピンと連結されるように構成されたピストン機構を複数備え、
前記複数のピストン機構を構成する第１のピストン機構が燃焼ガスの圧力を利用して作動するように構成されており、
前記第１のピストン機構から排出された排気ガスの熱を利用して水蒸気を発生させる水蒸気発生装置を有し、
前記複数のピストン機構を構成する第２のピストン機構が前記水蒸気発生装置により発生した水蒸気の圧力を利用して作動するように構成されることを特徴とするマルチハイブリッドエンジン。
前記第１のピストン機構から排出された排気ガスを利用して回転駆動されるタービンと、
前記タービンの回転力を利用して作動し、第２のピストン機構におけるシリンダ室内の気体を前記シリンダ室の外部へ向けて吸引することが可能なインペラとを備えて構成されることを特徴とする請求項１に記載のマルチハイブリッドエンジン。