JP2019214943A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関をよりコンパクトにする。【解決手段】内燃機関１は、回転軸線Ｌ回りに回転可能なシリンダ１０と、シリンダ内に画定された燃焼室と、駆動部４０と、を備える。駆動部は、回転軸線方向に摺動可能にシリンダ内に収容され、燃焼室を画定するピストン５０と、シリンダの周面に形成されたスロット６０と、スロットの周囲に定置されたカム７０と、ピストンからスロットを通過してカムまで延びるフォロワ８０と、を備える。スロットは、フォロワがピストンとともにシリンダに対し回転軸線方向に相対移動するのを許容しつつシリンダに対し回転軸線の周方向に相対移動するのを制限するように構成される。燃焼室で燃焼が行われると、ピストンがフォロワとともにカムのプロフィールに従い移動され、それによりシリンダが回転軸線回りに回転され、シリンダの回転が機関出力として取り出される。【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関に関する。

ピストンの往復運動をクランク機構により回転運動に変換して出力する内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。このような内燃機関では、ストローク長をシリンダボア径よりも大きく設定すると、燃料消費率が低減されることも知られている。

特開２０１７−２０７０５３号公報

しかしながら、例えばストローク長をシリンダボア径よりも大きくすると、クランク半径が大きくなり、内燃機関の寸法が大きくなってしまう。したがって、クランク機構を用いる限り内燃機関のコンパクト化には限界がある。

本発明によれば、内燃機関であって、回転軸線回りに回転可能なシリンダと、前記シリンダ内に画定された燃焼室と、駆動部と、を備え、前記駆動部は、前記回転軸線方向に摺動可能に前記シリンダ内に収容され、前記燃焼室を画定するピストンと、前記ピストンに関し前記燃焼室と反対側の前記シリンダの周面に形成されたスロットと、前記スロットの周囲に定置されたカムであって、前記回転軸線の周方向に環状をなしつつ前記回転軸線方向に振動するプロフィールを有するカムと、前記ピストンから前記スロットを通過して前記カムまで延び、前記ピストンとともに前記カムのプロフィールに従い移動するように構成されたフォロワと、を備え、前記スロットは、前記フォロワが前記ピストンとともに前記シリンダに対し前記回転軸線方向に相対移動するのを許容しつつ前記シリンダに対し前記回転軸線の周方向に相対移動するのを制限するように構成されており、前記燃焼室で燃焼が行われると、前記ピストンが前記フォロワとともに前記カムのプロフィールに従い移動され、それにより前記シリンダが前記回転軸線回りに回転され、前記シリンダの回転が機関出力として取り出される、内燃機関が提供される。

内燃機関をよりコンパクトにすることができる。

本発明による実施例の内燃機関の概略全体斜視図である。 本発明による実施例の内燃機関の概略分解図である。 本発明による実施例の内燃機関の回転軸線に沿った概略断面図である。 本発明による実施例の内燃機関の回転軸線に沿った概略部分断面図である。 本発明による実施例の内燃機関の対称面に沿った概略断面図である。 本発明による実施例のピストンの概略斜視図である。 本発明による実施例のカム及びフォロワの概略拡大図である。 本発明による実施例のピストンの挙動を表す線図である。 吸気行程における本発明による実施例の内燃機関の概略図であって、（Ａ）は連通孔と吸気孔等との位置関係を示す断面図、（Ｂ）はカムとフォロワとの位置関係を示す側面図、（Ｃ）はスロットとフォロワとの位置関係を示す側面図である。 圧縮行程における本発明による実施例の内燃機関の概略図であって、（Ａ）は連通孔と吸気孔等との位置関係を示す断面図、（Ｂ）はカムとフォロワとの位置関係を示す側面図、（Ｃ）はスロットとフォロワとの位置関係を示す側面図である。 シリンダの回転角が点火角範囲内にあるときの本発明による実施例の内燃機関の概略図であって、（Ａ）は連通孔と吸気孔等との位置関係を示す断面図、（Ｂ）はカムとフォロワとの位置関係を示す側面図、（Ｃ）はスロットとフォロワとの位置関係を示す側面図である。 シリンダの回転角が点火角範囲内にあるときの本発明による実施例の内燃機関の概略図であって、ピストンの切り欠きと連通孔と点火プラグとの位置関係を示す側面図である。 膨張行程における本発明による実施例の内燃機関の概略図であって、（Ａ）は連通孔と吸気孔等との位置関係を示す断面図、（Ｂ）はカムとフォロワとの位置関係を示す側面図、（Ｃ）はスロットとフォロワとの位置関係を示す側面図である。 排気行程における本発明による実施例の内燃機関の概略図であって、（Ａ）は連通孔と吸気孔等との位置関係を示す断面図、（Ｂ）はカムとフォロワとの位置関係を示す側面図、（Ｃ）はスロットとフォロワとの位置関係を示す側面図である。 膨張行程にある本発明による実施例の内燃機関を示す概略図である。 圧縮行程及び排気行程にある本発明による実施例の内燃機関を示す概略図である。 吸気行程にある本発明による実施例の内燃機関を示す概略図である。 本発明による別の実施例の内燃機関の回転軸線に沿った概略断面図である。 フォロワの別の実施例を示す概略図であって、（Ａ）は回転軸線に沿った部分断面図、（Ｂ）は図１９（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 カム及びフォロワの別の実施例を示す概略図であって、（Ａ）は回転軸線に沿った部分断面図、（Ｂ）は図２０（Ａ）の線ＢＢ−ＢＢに沿った断面図である。

図１から図７は本発明による実施例の内燃機関１を示している。この内燃機関１は全体として、長手中心軸線を有する円筒状又は円柱状をなす（例えば、図１，３，４参照）。この長手中心軸線は後述する回転軸線Ｌに一致する。また、本発明による実施例の内燃機関１は、回転軸線Ｌに垂直な対称面Ｐに関し概ね対称的に形成される（例えば、図３，４参照）。

本発明による実施例の内燃機関１は４ストローク機関である。本発明による別の実施例（図示しない）では内燃機関１は２ストローク機関である。一方、本発明による実施例の内燃機関１では火花着火燃焼が行われる。本発明による別の実施例（図示しない）の内燃機関では、圧縮着火燃焼又は予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩもしくはＰＣＣＩ）が行われる。燃料として、ガソリン、軽油、アルコールのような液体燃料、液化石油ガス（ＬＰＧ）、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、水素のようなガス燃料が用いられる。

本発明による実施例の内燃機関１は、回転軸線Ｌ回りに回転可能な単一のシリンダ１０を備える（例えば、図２から４参照）。シリンダ１０は全体として、中空円筒状をなす。シリンダ１０の円筒状の内周面１１及び円筒状の外周面１２の長手中心軸線はそれぞれ回転軸線Ｌに一致する。本発明による実施例では、シリンダ１０はＲ方向に回転可能である（例えば、図３，４参照）。

本発明による実施例の内燃機関１は更に、外周部材２０を備える（例えば、図２から４参照）。この外周部材２０は全体として、中空円筒状をなす。外周部材２０の円筒状の内周面２１の長手中心軸線は回転軸線Ｌに一致する。上述のシリンダ１０はこの外周部材２０内に、回転軸線Ｌ回りに回転可能に収容され、したがって外周部材２０はシリンダ１０の周囲に位置する。一方、本発明による実施例の外周部材２０は定置される。すなわち、外周部材２０は回転軸線Ｌ回りに回転不能に、かつ、回転軸線Ｌ方向に移動不能に、設置又は搭載される。

本発明による実施例の外周部材２０は、複数の部材から構成される。具体的には、外周部材２０は、中央部分２２、２つの端部分２３，２３、及び、２つのハウジング２４，２４を備える（例えば、図２から４参照）。中央部分２２は回転軸線Ｌ方向両端が開放した中空円筒状をなし、対称面Ｐ上に配置される。端部分２３，２３はそれぞれ、回転軸線Ｌ方向外端が閉鎖され、回転軸線Ｌ方向内端が開放された中空円筒状をなし、中央部分２２から回転軸線Ｌ方向に間隙２５をもって配置される（例えば、図２，４参照）。この間隙２５は回転軸線Ｌの周方向に環状をなす。ハウジング２４，２４はそれぞれ、回転軸線Ｌ方向両端が開放した中空円筒状をなし、中央部分２２とそれぞれ対応する端部分２３，２３とに例えばボルト２６，２６によって固定される（例えば、図３，４参照）。その結果、中央部分２２と端部分２３，２３とがハウジング２４，２４によってそれぞれ互いに連結されるとともに、間隙２５，２５がハウジング２４，２４によって外部から隔離される。この場合、外周部材２０の内周面２１は、中央部分２２の内周面及び端部分２３，２３の内周面から構成される。別の実施例（図示しない）では、外周部材２０は一体部材から構成される。

本発明による実施例では、シリンダ１０の外周面１２が中央部分２２の内周面に対し摺動するように、シリンダ１０が外周部材２０内に収容される（例えば、図３，４参照）。また、シリンダ１０の回転軸線Ｌ方向両端にそれぞれ設けられた突出部１３，１３が、外周部材２０の回転軸線Ｌ方向両端にそれぞれ設けられた貫通孔２７，２７内に、回転軸線Ｌ回りに回転可能に保持される（例えば、図２から４参照）。このようにして、シリンダ１０が外周部材２０に、回転軸線Ｌ回りに回転可能に保持される。なお、本発明による実施例では、シリンダ１０の外周面１２と端部分２３，２３の内周面とは互いに離間される。また、本発明による実施例では、一方の突出部１３に出力軸（図示しない）が連結される。

本発明による実施例の内燃機関１は更に、シリンダ１０内に画定された単一の燃焼室３０を備える（例えば、図３，４参照）。燃焼室３０は、シリンダ１０内に画定される。この燃焼室３０は対称面Ｐ上に位置する。

本発明による実施例の内燃機関１は更に、回転軸線Ｌに沿って並べられた２つの駆動部４０，４０を備える（例えば、図１から４参照）。

本発明による実施例の駆動部４０，４０はそれぞれ、単一のピストン５０を備える（例えば、図２から４参照）。ピストン５０は回転軸線Ｌ方向に摺動可能にシリンダ１０内に収容される。この場合、一方の駆動部４０のピストン５０と他方の駆動部４０のピストン５０とは、シリンダ１０内において互いに対向し、これらピストン５０，５０同士の間のシリンダ１０内に上述の燃焼室３０が画定される。なお、ピストン５０の長手中心軸線は回転軸線Ｌに一致する。

本発明による実施例では、ピストン５０の頂面５１に凹部５２が形成される（例えば、図６参照）。この凹部５２はピストン５０の直径方向に延び、ピストン５０の周面に到る。その結果、ピストン５０の頂面５１に隣接するピストン５０の周面には、回転軸線Ｌの周方向に１８０度離間した２つの切り欠き５２ａ，５２ｂが形成される。また、本発明による実施例では、一方のピストン５０の凹部５２と他方のピストン５０の凹部５２とは、回転軸線Ｌの周方向に関し互いに整列される。したがって、一方のピストン５０の切り欠き５２ａ，５２ｂと他方のピストン５０の切り欠き５２ａ，５２ｂも、回転軸線Ｌの周方向に関し互いにそれぞれ整列される。

また、本発明による実施例の駆動部４０，４０はそれぞれ、回転軸線Ｌの周方向に等間隔に離間されつつシリンダ１０の周面に形成された複数のスロット６０を更に備える（例えば、図２から４参照）。本発明による実施例では、スロット６０は、回転軸線Ｌの周方向に互いに１８０度離間された２つのスロット６０ａ，６０ｂを備える。スロット６０ａ，６０ｂはそれぞれ、ピストン５０に関し燃焼室３０と反対側のシリンダ１０の周面に形成される（例えば、図２から４参照）。すなわち、燃焼室３０はピストン５０に関し回転軸線Ｌ方向内側に位置し、スロット６０ａ，６０ｂはピストン５０に関し回転軸線Ｌ方向外側に位置する。なお、スロット６０ａ，６０ｂは回転軸線Ｌ方向に互いに整列される。

本発明による実施例のスロット６０ａ，６０ｂはそれぞれ、回転軸線Ｌ方向に細長い長方形状をなし、回転軸線Ｌの周方向に互いに離間しつつ回転軸線Ｌ方向に拡がる２つの係合面６１ｕ，６１ｄを備える（例えば、図４，７参照）。この場合、回転軸線Ｌ回りの回転方向Ｒに関し、係合面６１ｕは上流側に位置し、係合面６１ｄは下流側に位置する。

本発明による実施例の駆動部４０，４０はそれぞれ、単一のカム７０を更に備える（例えば、図３，４参照）。このカム７０は、スロット３２の周囲に定置される。また、カム７０は回転軸線Ｌの周方向に環状をなしつつ回転軸線Ｌ方向に振動するプロフィールを有する。更に、本発明による実施例では、２つの駆動部４０，４０のピストン５０，５０が互いに同期するように、カム７０，７０のプロフィールがそれぞれ形成されている。

本発明による実施例では、カム７０は、溝カムから構成される。具体的には、カム７０は、中央部分２２の回転軸線Ｌ方向外端面２２ｏと、端部分２３の回転軸線Ｌ方向内端面２３ｉと、これら端面２２ｏ，２３ｉにより画定される外周部材２０の間隙２５と、を備える（例えば、図３，４，７参照）。これら端面２２ｏ，２３ｉはカム７０のカム面として機能する。この場合、カム７０が外周部材２０によって保持されていると見ることもできる。また、一方の駆動部４０のカム７０と他方の駆動部４０のカム７０とが共通の外周部材２０によって保持されていると見ることもできる。

本発明による実施例の駆動部４０，４０はそれぞれ、回転軸線Ｌの周方向に等間隔に離間されつつピストン５０と一体に設けられた複数のフォロワ８０を備える（例えば、図２から４参照）。本発明による実施例のフォロワ８０では、フォロワ８０は、回転軸線Ｌの周方向に互いに１８０度離間された２つのフォロワ８０ａ，８０ｂを備える。なお、フォロワ８０ａ，８０ｂは回転軸線Ｌ方向には互いに整列される。フォロワ８０ａ，８０ｂはそれぞれ、ピストン５０からスロット６０ａ，６０ｂを通過してカム７０まで延び、カム７０のプロフィールに従い移動するように構成されている（例えば、図３，４参照）。

具体的には、本発明による実施例のフォロワ８０ａ，８０ｂはそれぞれ、スライダ８１と、アーム８２と、ローラ８３と、を備える（例えば、図３，４，６参照）。スライダ８１は、ピストン５０の周壁に形成された貫通穴５３内に嵌合される。また、スライダ８１は、回転軸線Ｌ方向に延びる２つの係合面８１ｕ，８１ｄを有する。一方、アーム８２は、スライダ８１を貫通して半径方向外向きに延びる。本発明による実施例では、一方のフォロワ８０ａのアーム８２と、他方のフォロワ８０ｂのアーム８２とは一体的に形成される。アーム８２の先端には、ローラ８３がアーム８２の長手中心軸線Ｌ１回りに回転可能に取り付けられる。フォロワ８０ａ，８０ｂは固定スリーブ８４によってピストン５０に固定される。

組立状態において（例えば、図３，４，７参照）、ローラ８３はカム７０と係合する。すなわち、ローラ８３の周面がカム７０のカム面２２ｏ，２３ｉに当接する。その結果、フォロワ８０ａ，８０ｂがピストン５０とともに、カム７０のプロフィールに従い移動することが可能になる。

また、組立状態において（例えば、図３，４，７参照）、スライダ８１，８１はスロット６０ａ，６０ｂ内に収容される。その結果、スライダ８１の係合面８１ｕがスロット６０ａ，６０ｂの係合面６１ｕに係合し、スライダ８１の係合面８１ｄがスロット６０ａ，６０ｂの係合面６１ｄに係合する。このため、スライダ８１がシリンダ１０に対し、回転軸線Ｌの周方向に相対移動するのがスロット６０ａ，６０ｂにより制限される。このことは、フォロワ８０ａ，８０ｂが回転軸線Ｌ回りに回転するとシリンダ１０がフォロワ８０ａ，８０ｂとともに回転軸線Ｌ回りに回転され、シリンダ１０が回転軸線Ｌ回りに回転するとフォロワ８０ａ，８０ｂがシリンダ１０とともに回転軸線Ｌ回りに回転される、ということを意味している。一方、スライダ８１がシリンダ１０に対し回転軸線Ｌ方向に相対移動するのが許容される。すなわち、本発明による実施例のスロット６０は、フォロワ８０がピストン５０とともにシリンダ１０に対し回転軸線Ｌ方向に相対移動するのを許容しつつシリンダ１０に対し回転軸線Ｌの周方向に相対移動するのを制限するように構成されている。

本発明による実施例の内燃機関１は更に、回転軸線Ｌの周方向に等間隔に離間されつつ、燃焼室３０に連通するようにシリンダ１０の周面に形成された複数の連通孔９０を備える。本発明による実施例では、連通孔９０は、回転軸線Ｌの周方向に互いに１８０度離間された２つの連通孔９０ａ，９０ｂを備える（例えば、図３，５参照）。これら連通孔９０ａ，９０ｂは回転軸線Ｌ方向に互いに整列され、例えば対称面Ｐ上に配置される（例えば、図３，４参照）。

本発明による実施例の内燃機関１は更に、外周部材２０の中央部分２２に形成された単一の吸気孔９０ｉを備える（例えば、図５参照）。吸気孔９０ｉは回転軸線Ｌ方向に連通孔９０ａ，９０ｂに整列される。また、本発明による実施例の吸気孔９０ｉは、シリンダ１０の回転軸線Ｌ回りの回転角θがあらかじめ定められた吸気角範囲内にあるときに吸気孔９０ｉが連通孔９０ａ，９０ｂに連通するように、外周部材２０に形成される。本発明による実施例では上述したように、シリンダ１０の外周面１２は、外周部材２０の中央部分２２の内周面２１と摺接する。このため、連通孔９０ａ，９０ｂが外周部材２０の内周面２１に対面しているときには、連通孔９０ａ，９０ｂはこの内周面２１により閉鎖され、したがって燃焼室３０は封止される。これに対し、シリンダ１０が回転軸線Ｌ回りに回転して連通孔９０ａ，９０ｂが吸気孔９０ｉに対面すると、連通孔９０ａ，９０ｂが吸気孔９０ｉと連通し、したがって燃焼室３０が連通孔９０ａ，９０ｂを介して吸気孔９０ｉと連通する。この吸気孔９０ｉには吸気管９１ｉが連結される。（例えば、図１，５参照）吸気管９１ｉ内には、例えば、吸気管９１ｉ内に燃料を噴射するための燃料噴射弁（図示しない）、吸気管９１ｉ内を流れる吸気量を制御するためのスロットル弁（図示しない）、などが配置される。

本発明による実施例の内燃機関１は更に、外周部材２０の中央部分２２に形成された単一の排気孔９０ｅを備える（例えば、図５参照）。排気孔９０ｅは回転軸線Ｌ方向に連通孔９０ａ，９０ｂに整列され、したがって吸気孔９０ｉにも整列される。また、本発明による実施例の排気孔９０ｅは、シリンダ１０の回転角θがあらかじめ定められた排気角範囲内にあるときに排気孔９０ｅが連通孔９０ａ，９０ｂに連通するように、外周部材２０に形成され又は位置決めされる。シリンダ１０が回転軸線Ｌ回りに回転して連通孔９０ａ，９０ｂが排気孔９０ｅに対面すると、連通孔９０ａ，９０ｂが排気孔９０ｅと連通し、したがって燃焼室３０が連通孔９０ａ，９０ｂを介して排気孔９０ｅと連通する。この排気孔９０ｅには排気管９１ｅが連結される（例えば、図１，５参照）。排気管９１ｅ内には、例えば、排気を浄化するための触媒（図示しない）などが配置される。

本発明による実施例の内燃機関１は更に、外周部材２０に形成された単一の点火プラグ収容孔９０ｓを備える（例えば、図５参照）。点火プラグ収容孔９０ｓは回転軸線Ｌ方向に連通孔９０ａ，９０ｂに整列され、したがって吸気孔９０ｉ及び排気孔９０ｅにも整列される。この点火プラグ収容孔９０ｓには、点火プラグ９１ｓが封密に収容される。本発明による実施例の点火プラグ収容孔９０ｓは、シリンダ１０の回転角θがあらかじめ定められた点火角範囲内にあるときに点火プラグ９１ｓが連通孔９０ａ，９０ｂに対面するように、外周部材２０に形成され又は位置決めされる。

図８は、本発明による実施例のピストン５０の挙動を示している。図８において、横軸は、或る上死点ＴＤＣｅを基準としたシリンダ１０の回転角θを、縦軸は、対称面Ｐを基準としたピストン５０の頂面５１の回転軸線Ｌ方向変位量を、それぞれ表している。上述したように、ピストン５０はフォロワ８０とともにカム７０のプロフィールに従って移動する。したがって、図８に示されるピストン５０の挙動はカム７０のプロフィールを示している。図８からわかるように、シリンダ１０が回転軸線Ｌ回りに回転するにつれて、ピストン５０が回転軸線Ｌ方向に往復動する。

上述したように、本発明による実施例の内燃機関１は４ストローク機関である。４ストローク機関では、１燃焼サイクルを構成する吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程が順次繰り返し行われる。本発明による実施例では、吸気行程は上死点ＴＤＣｅから下死点ＢＤＣｃまでに相当する。圧縮行程は下死点ＢＤＣｃから上死点ＴＤＣｃまでに相当する。膨張行程は上死点ＴＤＣｃから下死点ＢＤＣｅまでに相当する。排気行程は下死点ＢＤＣｅから上死点ＴＤＣｅまでに相当する。したがって、本発明による実施例では、上死点ＴＤＣｅは排気上死点であり、下死点ＢＤＣｃは圧縮下死点であり、上死点ＴＤＣｃは圧縮上死点であり、下死点ＢＤＣｅは排気下死点である、ということになる。

また、本発明による実施例では、シリンダ１０が回転軸線Ｌ回りに１８０度回転すると、１燃焼サイクルが行われる。言い換えると、シリンダ１０が回転軸線Ｌ回りに１回転するごとに２燃焼サイクルが行われるように、カム７０のプロフィールが形成されている。したがって、シリンダ１０の回転角θが０から１８０度までのカム７０のプロフィールと、シリンダ１０の回転角θが１８０から３６０度までのカム７０のプロフィールと、は互いに等しい。言い換えると、或る回転角θ（０≦θ≦１８０度）におけるピストン５０又はフォロワ８０ａ，８０ｂの回転軸線Ｌ方向位置と、回転角θ＋１８０度におけるピストン５０又はフォロワ８０ａ，８０ｂ回転軸線Ｌ方向位置と、が互いに等しい。更に言い換えると、本発明による実施例では、カム７０のプロフィールは、回転軸線Ｌ回りに１８０度対称に形成される。ただし、本発明による実施例のカム７０のプロフィールは、回転軸線Ｌ回りに９０度対称でない。

更に、本発明による実施例では、上述した吸気角範囲ＩＮは排気上死点ＴＤＣｅから圧縮下死点ＢＤＣｃまで、すなわち吸気行程に設定される（例えば、図８参照）。別の実施例（図示しない）では、吸気角範囲ＩＮは排気上死点ＴＤＣｅとは異なるシリンダ１０の回転角θから始まる。また、別の実施例（図示しない）では、吸気角範囲ＩＮは圧縮下死点ＢＤＣｃとは異なるシリンダ１０の回転角θで終わる。また、本発明による実施例では、排気角範囲ＥＸは排気下死点ＢＤＣｅから排気上死点ＴＤＣｅまで、すなわち排気行程に設定される（例えば、図８参照）。別の実施例（図示しない）では、排気角範囲ＥＸは排気下死点ＢＤＣｅとは異なるシリンダ１０の回転角θから始まる。また、別の実施例（図示しない）では、排気角範囲ＥＸは排気上死点ＴＤＣｅとは異なるシリンダ１０の回転角θで終わる。

本発明による実施例では更に、点火角範囲ＳＰは圧縮上死点ＴＤＣｃ周りに設定される（例えば、図８参照）。別の実施例（図示しない）では、点火角範囲ＳＰは圧縮上死点ＴＤＣｃ周りとは異なるシリンダ１０の回転角θに設定される。

図９（Ａ），９（Ｂ），９（Ｃ）には吸気行程における本発明による実施例の内燃機関１が概略的に示される。吸気行程では、ピストン５０，５０は互いに離れるように移動する。その結果、燃焼室３０の容積が増大する。このとき、連通孔９０ａは吸気孔９０ｉに連通している。その結果、吸気管９１ｉから吸気ガス（例えば、混合気）が燃焼室３０内に流入する。

図１０（Ａ），１０（Ｂ），１０（Ｃ）には圧縮行程における本発明による実施例の内燃機関１が概略的に示される。圧縮行程では、ピストン５０，５０は互いに近づくように移動する。このとき、連通孔９０ａ，９０ｂは閉鎖されており、したがって燃焼室３０内の吸気ガスが圧縮される。

図１１（Ａ），１１（Ｂ），１１（Ｃ）には、シリンダ１０の回転角θが点火角範囲ＳＰ内又は圧縮上死点ＴＤＣｃ周りにあるときの本発明による実施例の内燃機関１が概略的に示される。点火角範囲ＳＰが設定される圧縮上死点ＴＤＣｃ周りでは、燃焼室３０は主として、互いに対向するピストン５０，５０の凹部５２，５２内に画定される。一方、本発明による実施例では、シリンダ１０の回転角θが点火角範囲ＳＰ内にあるときに、ピストン５０の切り欠き５２ａ，５２ｂが連通孔９０ａ，９０ｂとそれぞれ対面するように、ピストン５０，５０がそれぞれ形成されている。その結果、シリンダ１０の回転角θが点火角範囲ＳＰ内に到達すると、点火プラグ９１ｓが連通孔９０ａ及び切り欠き５２ａ又は連通孔９０ｂ及び切り欠き５２ｂを介して、燃焼室３０に対面する（図１１，１２参照）。このとき、点火プラグ９１ｓによる点火作用が行われる。その結果、燃焼室３０内の混合気が着火燃焼される。

図１３（Ａ），１３（Ｂ），１３（Ｃ）には、膨張行程における本発明による実施例の内燃機関１が概略的に示される。膨張行程では、連通孔９０ａ，９０ｂは閉鎖されている。したがって、燃焼により、ピストン５０，５０は互いに離れるように移動する。

図１４（Ａ），１４（Ｂ），１４（Ｃ）には、排気行程における本発明による実施例の内燃機関１が概略的に示される。排気行程では、ピストン５０，５０は互いに近づくように移動する。このとき、連通孔９０ｂが排気孔９０ｅに連通している。その結果、燃焼室３０から排気ガスが排気管９１ｅ内に流入する。

次の燃焼サイクルでは、吸気行程において吸気孔９０ｉは連通孔９０ｂと連通し、圧縮上死点ＴＤＣｃ周りにおいて点火プラグ９１ｓは連通孔９０ｂを介して燃焼室３０に対面し、排気行程において排気孔９０ｅは連通孔９０ａと連通する。

ここで、シリンダ１０が回転軸線Ｌ回りに１回転するごとに行われる燃焼サイクルの数を燃焼サイクル数と称すると、本発明による実施例の燃焼サイクル数は２に設定される（例えば、図８参照）。別の実施例（図示しない）では、燃焼サイクル数は１又は３以上に設定される。また、本発明による実施例では、単一の吸気孔９０ｉ、単一の排気孔９０ｅ、及び単一の点火プラグ収容孔９０ｓが設けられるとともに、燃焼サイクル数の連通孔が回転軸線Ｌの周方向に等間隔に離間して設けられる。別の実施例（図示しない）では、燃焼サイクル数の吸気孔、燃焼サイクル数の排気孔、及び燃焼サイクル数の点火プラグ収容孔９０ｓが回転軸線Ｌの周方向に等間隔に離間して設けられるとともに、単一の連通孔が設けられる。

次に、図１５から図１７を参照しながら、本発明による実施例の内燃機関１を更に説明する。なお、図１５から図１７は、例えば図３及び図４における右方の駆動部４０を示している。また、回転軸線Ｌ方向外向きは上死点から下死点に向かう向きを、回転軸線Ｌ方向内向きは下死点から上死点に向かう向きを、それぞれ意味する。

膨張行程では、燃焼室３０内で生じた燃焼により、図１５に示されるように、回転軸線Ｌ方向外向きの力Ｆ１１がピストン５０及びこれと一体のフォロワ８０ａ，８０ｂに作用する。その結果、フォロワ８０ａ，８０ｂのローラ８３，８３と、カム７０のカム面２３ｉとの間の係合を介し、カム面２３ｉに垂直方向の抗力Ｆ１２がフォロワ８０ａ，８０ｂに作用する。その結果、フォロワ８０ａ，８０ｂのスライダ８１，８１の係合面８１ｄ，８１ｄと、シリンダ１０のスロット６０ａ，６０ｂの係合面６１ｄ，６１ｄとの間の係合を介し、回転軸線Ｌの周方向の力Ｆ１３がシリンダ１０に作用する。したがって、シリンダ１０が回転軸線Ｌの周方向Ｒに回転される。すなわち、燃焼室３０で燃焼が行われると、ピストン５０がフォロワ８０ａ，８０ｂとともにカム７０のプロフィールに従い移動され、それによりシリンダ１０が回転軸線Ｌ回りに回転される。このようにして、ピストン５０の回転軸線Ｌ方向の運動が回転軸線Ｌ回りの回転運動に変換される。この回転運動は、シリンダ１０の突出部１３（例えば、図２から４参照）に連結された出力軸（図示しない）により、機関出力として取り出される。

一方、圧縮行程及び排気行程では、図１６に示されるように、シリンダ１０の回転軸線Ｌの周方向Ｒの回転により、シリンダ１０のスロット６０ａ，６０ｂの係合面６１ｕ，６１ｕと、フォロワ８０ａ，８０ｂのスライダ８１，８１の係合面８１ｕとの間の係合を介し、回転軸線Ｌの周方向の力Ｆ２１がフォロワ８０ａ，８０ｂに作用する。その結果、フォロワ８０ａ，８０ｂのローラ８３，８３と、カム７０のカム面２３ｉとの間の係合を介し、カム面２３ｉに垂直方向の抗力Ｆ２２がフォロワ８０ａ，８０ｂに作用する。その結果、回転軸線Ｌ方向内向きの力Ｆ２３がフォロワ８０ａ，８０ｂ及びピストン５０に作用する。したがって、ピストン５０が回転軸線Ｌ方向内向きに移動される。

吸気行程では、図１７に示されるように、シリンダ１０の回転軸線Ｌの周方向Ｒの回転により、シリンダ１０のスロット６０ａ，６０ｂの係合面６１ｕ，６１ｕと、フォロワ８０ａ，８０ｂのスライダ８１，８１の係合面８１ｕとの間の係合を介し、回転軸線Ｌの周方向の力Ｆ３１がフォロワ８０ａ，８０ｂに作用する。その結果、フォロワ８０ａ，８０ｂのローラ８３，８３と、カム７０のカム面２２ｏとの間の係合を介し、カム面２２ｏに垂直方向の抗力Ｆ３２がフォロワ８０ａ，８０ｂに作用する。その結果、回転軸線Ｌ方向外向きの力Ｆ３３がフォロワ８０ａ，８０ｂ及びピストン５０に作用する。したがって、ピストン５０が回転軸線Ｌ方向外向きに移動される。

このように本発明による実施例では、リンク機構を用いることなく、ピストン５０の往復運動が回転運動に変換される。したがって、内燃機関１を、よりコンパクトにすることができる。また、リンク機構を用いる従来の内燃機関とは異なり、ピストンにスラスト力が発生しない。更に、シリンダ１０自体が回転されるので、部品点数が減少される。

また、本発明による実施例では、上述したように、２つの駆動部４０，４０、したがって２つのピストン５０，５０が設けられ、これらピストン５０，５０の位相が互いに同期するようにカム７０，７０のプロフィールが形成されている。その結果、吸気行程及び膨張行程ではピストン５０，５０が互いに離れるように移動し、圧縮行程及び排気行程ではピストン５０，５０が互いに近づくように移動する。したがって、ピストン５０，５０の往復運動による振動が打ち消される。

再び図８を参照すると、本発明による実施例では、圧縮下死点ＢＤＣｃから圧縮上死点ＴＤＣｃまでのストローク長ＳＴｃが、圧縮上死点ＴＤＣｃから排気下死点ＢＤＣｅまでのストローク長ＳＴｅよりも短くなるように、カム７０，７０のプロフィールが形成されている。その結果、内燃機関１において、膨張比が圧縮比よりも大きいミラーサイクルが実現される。したがって、内燃機関１の運転効率がより高められる。別の実施例（図示しない）では、圧縮下死点ＢＤＣｃから圧縮上死点ＴＤＣｃまでのストローク長ＳＴｃと、圧縮上死点ＴＤＣｃから排気下死点ＢＤＣｅまでのストローク長ＳＴｅとが互いに等しくなるように、カム７０，７０のプロフィールが形成される。この場合、内燃機関１では、膨張比と圧縮比とが互いに等しいオットーサイクルが実現される。

本発明による実施例の内燃機関１は、電子制御ユニット（図示しない）を備える。この電子制御ユニットは、デジタルコンピュータからなり、互いに接続されたプロセッサ、メモリ、入力ポート、及び出力ポートを備える。入力ポートには、例えば、シリンダ１０の回転角を検出する回転角センサ（図示しない）、内燃機関１の負荷を検出する負荷センサが接続され、出力ポートには、例えば、点火プラグ９１ｓ、燃料噴射弁、スロットル弁が接続される。電子制御ユニットのメモリに記憶されたプログラムが電子制御ユニットのプロセッサで実行されることにより、種々の制御が実行される。

図１８は、本発明による別の実施例の内燃機関１を示している。別の実施例の内燃機関１は、単一の駆動部４０を備える点で、上述の実施例の内燃機関１と構成を異にしている。この場合、燃焼室３０は、ピストン５０の頂面と、シリンダ１０の回転軸線Ｌ方向端面１４との間に画定される。内燃機関１ｘの他の構成は内燃機関１の構成と同様であるので、その説明を省略する。

図１９（Ａ），１９（Ｂ）は、フォロワ８０ａの別の実施例を示している。図１９（Ａ），１９（Ｂ）に示される実施例では、フォロワ８０ａのアーム８２は２つの分岐部８２ａ，８２ａを備え、分岐部８２ａ，８２ａはそれぞれローラ８３ａ，８３ａを回転可能に保持する。一方のローラ８３ａはカム７０の一方のカム面２２ｏに係合し、他方のローラ８３ａは他方のカム面２３ｉに係合する。

図２０（Ａ），２０（Ｂ）は、カム７０及びフォロワ８０ａの別の実施例を示している。図２０（Ａ），２０（Ｂ）に示される実施例でも、フォロワ８０ａのアーム８２は２つの分岐部８２ａ，８２ａを備え、分岐部８２ａ，８２ａはそれぞれローラ８３ａ，８３ａを回転可能に保持する。一方、カム７０は、外周部材２０の内周面２１から突出する突起の形をなす。この突起の両側面はカム面を構成する。一方のローラ８３ａはカム７０の一方のカム面に係合し、他方のローラ８３ａは他方のカム面に係合する。

これまで述べてきた本発明による種々の実施例では、吸気管９１ｉに取り付けられた燃料噴射弁から、吸気管９１ｉ内に燃料が噴射される。本発明による別の実施例（図示しない）では、外周部材２０に取り付けられた燃料噴射弁から、燃焼室３０内に燃料が直接噴射される。この場合、燃料噴射弁は、外周部材２０に形成された燃料噴射弁収容孔内に収容され、シリンダ１０の回転角があらかじめ定められた噴射角範囲内にあるときに連通孔９０ａ，９０ｂに対面するように外周部材２０の内周面２１に配置される。

また、これまで述べてきた本発明による種々の実施例では、カム７０のプロフィールは、回転軸線Ｌの周方向に９０度対称ではなく１８０度対称に形成される。本発明による別の実施例（図示しない）では、カム７０のプロフィールは、回転軸線Ｌの周方向にあらかじめ定められた設定角度対称に形成される。一例では、設定角度の一例は９０度である。更に別の実施例（図示しない）では、カム７０のプロフィールは、回転軸線Ｌの周方向に非対称に形成される。

一方、これまで述べてきた本発明による種々の実施例では、駆動部４０は２つのスロット６０ａ，６０ｂを備える。本発明による別の実施例（図示しない）では、駆動部４０は、単一又は３つ以上のスロット６０を備える。

また、これまで述べてきた本発明による種々の実施例では、駆動部４０は２つのフォロワ８０ａ，８０ｂを備える。本発明による別の実施例（図示しない）では、駆動部４０は、単一又は３つ以上のフォロワ８０を備える。ここで、フォロワ８０の数はスロット６０の数と同じかこれよりも少ない。

ただし、カム７０のプロフィールが回転軸線Ｌ回りに９０度対称でなく１８０度対称の場合には、フォロワ８０の数は１又は２である。カム７０のプロフィールが回転軸線Ｌ回りに９０度対称の場合には、フォロワ８０の数は１、２、又は４である。したがって、包括的に表現すると、カム７０のプロフィールが、回転軸線Ｌの周方向にあらかじめ定められた設定角度対称に形成されており、フォロワ８０が、回転軸線Ｌの周方向に互いに等間隔に離間された複数のフォロワを備え、フォロワの数は設定角度に応じて定まる、ということになる。フォロワ８０の数が多くなると、それぞれのフォロワ８０に作用する荷重が低減され、抑制される。

本発明による別の実施例（図示しない）では、フォロワ８０のスライダ８１が省略される。この場合、例えば、アーム８２がスロット６０ａの係合面６１ｕ，６１ｄと係合する。本発明による更に別の実施例（図示しない）では、フォロワ８０のローラ８３が省略される。この場合、例えば、アーム８２がカム７０のカム面に係合する。

１ 内燃機関
１０ シリンダ
２０ 外周部材
３０ 燃焼室
４０ 駆動部
５０ ピストン
６０ スロット
７０ カム
８０ フォロア
Ｌ 回転軸線

Claims (10)

1. 内燃機関であって、
   回転軸線回りに回転可能なシリンダと、
   前記シリンダ内に画定された燃焼室と、
   駆動部と、
   を備え、
   前記駆動部は、
   前記回転軸線方向に摺動可能に前記シリンダ内に収容され、前記燃焼室を画定するピストンと、
   前記ピストンに関し前記燃焼室と反対側の前記シリンダの周面に形成されたスロットと、
   前記スロットの周囲に定置されたカムであって、前記回転軸線の周方向に環状をなしつつ前記回転軸線方向に振動するプロフィールを有するカムと、
   前記ピストンから前記スロットを通過して前記カムまで延び、前記ピストンとともに前記カムのプロフィールに従い移動するように構成されたフォロワと、
   を備え、
   前記スロットは、前記フォロワが前記ピストンとともに前記シリンダに対し前記回転軸線方向に相対移動するのを許容しつつ前記シリンダに対し前記回転軸線の周方向に相対移動するのを制限するように構成されており、
   前記燃焼室で燃焼が行われると、前記ピストンが前記フォロワとともに前記カムのプロフィールに従い移動され、それにより前記シリンダが前記回転軸線回りに回転され、
   前記シリンダの回転が機関出力として取り出される、
   内燃機関。
2. 前記駆動部が、前記回転軸線に沿って並べられた２つの駆動部を備え、
   前記２つの駆動部の前記ピストン同士の間の前記シリンダ内に前記燃焼室が画定されており、
   前記２つの駆動部の前記ピストンが互いに同期するように前記カムのプロフィールが形成されている、
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記内燃機関が４ストローク機関である、請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 圧縮下死点から圧縮上死点までのストローク長が前記圧縮上死点から排気下死点までのストローク長よりも短くなるように前記カムのプロフィールが形成されている、請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記カムのプロフィールが、前記回転軸線の周方向にあらかじめ定められた設定角度対称に形成されており、
   前記フォロワが、前記回転軸線の周方向に互いに等間隔に離間された複数のフォロワを備え、前記フォロワの数は前記設定角度に応じて定まる、
   請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関。
6. 前記カムのプロフィールが、前記回転軸線の周方向に９０度対称ではなく１８０度対称に形成されており、
   前記フォロワが、前記回転軸線の周方向に互いに等間隔に離間された２つのフォロワを備える、
   請求項５に記載の内燃機関。
7. 前記シリンダの周囲に定置された外周部材を更に備える、請求項１から６までのいずれか一項に記載の内燃機関。
8. 前記燃焼室に連通するように前記シリンダの周面に形成された連通孔と、
   前記シリンダの回転角があらかじめ定められた吸気角範囲内にあるときに前記連通孔に連通するように前記外周部材に形成された吸気孔と、
   前記シリンダの回転角があらかじめ定められた排気角範囲内にあるときに前記連通孔に連通するように前記外周部材に形成された排気孔と、
   を更に備える、請求項７に記載の内燃機関。
9. 前記連通孔が、前記回転軸線の周方向に互いに等間隔に離間された複数の連通孔を備え、
   前記吸気孔が単一の吸気孔を備え、
   前記排気孔が単一の排気孔を備える、
   請求項８に記載の内燃機関。
10. 前記シリンダの回転角があらかじめ定められた点火角範囲内にあるときに前記連通孔に対面するように前記外周部材の内周面に配置された点火プラグを更に備える、請求項８又は９に記載の内燃機関。

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