JP5876136B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、自動車、建設機械、工場設備あるいはその他の各種機械装置の駆動手段として利用可能な内燃機関に関する。

内燃機関については、従来、様々な構造、機能を有するものが提案されているが、本発明に関連するものとして、例えば、特許文献１，２記載の内燃機関がある。

特開平９−１１２２８９号公報 特開２００２−４８７３号公報

特許文献１，２記載の内燃機関は、開閉弁の個数が多いだけでなく、それを開閉動作させる機構を必要とするので、構造が複雑である。また、特許文献１，２記載の内燃機関においては、燃料の爆発によって得られる出力の一部が複数の開閉弁の開閉動作を行うために消費されるので、エネルギ効率の悪化を招くことがある。

本発明が解決しようとする課題は、弁機構が少なく、構造が簡素であり、エネルギ効率の高い、内燃機関を提供することにある。

本発明の内燃機関は、軸心が円形をなすように連続する二つの筒状部材を、それぞれの軸心が二か所で直角に交差するように連結して形成されたメインシリンダと、それぞれの前記メインシリンダ内に１８０度間隔を保ちながら回転可能に配置された一対のメインピストンと、前記メインシリンダの交差部分の近傍に前記メインシリンダを連通する状態で設けられた通気経路と、前記メインシリンダの交差部分から均等に離れた位置にそれぞれ前記メインシリンダの軸心とその軸心とが互いに交差する状態で連結されたサブシリンダと、前記サブシリンダ内に回転可能に配置されたサブピストンと、前記通気経路に燃料を噴射する噴射手段と、前記メインピストンの回転と前記サブピストンの回転とを連動させる同期手段と、前記メインピストン及び前記サブピストンの回転力を取り出す出力手段と、を備えたことを特徴とする。

ここで、前記出力手段として、前記メインピストンの回転軌道と同心をなす状態で前記メインピストンと連動して回転可能に配置された円形のラックギアと、前記ラックギアと噛合して回転するギア部を有する出力軸と、を設けることが望ましい。

また、前記同期手段として、前記サブピストンの回転軌道と同心をなす状態で前記サブピストンと連動して回転可能に配置された円形のサブラックギアと、前記ラックギアの回転を前記サブラックギアに伝達する回転伝達機構を設けることが望ましい。

一方、前記メインピストンから排出される排気ガスを導入して回転力を発生する回転装置を設けることもできる。

本発明により、弁機構が少なく、構造が簡素であり、エネルギ効率が高い、内燃機関を提供することができる。

本発明の実施形態である内燃機関の概略構成を模式的に示す斜視図である。 図１に示す内燃機関の一部省略斜視図である。 図１に示す内燃機関を構成するメインピストン及び出力手段の概略構成を模式的に示す一部省略斜視図である。 図３に示すメインピストン及び出力手段の一部省略斜視図である。 図１に示す内燃機関を構成する同期手段の概略構成を模式的に示す斜視図である。 図１に示す内燃機関の動作原理を示す斜視図である。 出力手段に関するその他の実施形態を示す一部省略図である。 本発明のその他の実施形態である内燃機関を示す一部省略斜視図である。 図８に示す内燃機関を構成する副内燃機関に関するその他の実施形態を示す図である。

１，２，９１，９２ メインシリンダ
３，４ サブシリンダ
５，６，７，８，９３，９４ メインピストン
９，１０ サブピストン
１１，１２，９５，９６ ラックギア
１３，１４ サブラックギア
１５，１６，１７，１８，１９，２０，２３，２４，２５，２６ ギア部
２１，２２ べベルギア
２７，２８ 圧縮気移行管
２９，３０ 副吸入気移行管
３１，３２ 燃焼ガス移行管
５０，５１ 噴射手段
６０ 出力手段
７０ 同期手段
７１，７２ 回転伝達機構
７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ 回転軸
９７，９８ ピニオンギア
３３ 残留圧縮気移行管
１００，２００ 内燃機関
１０１，１０２，１０３，１０４ 回転装置
ｅ，ｆ 主吸気口
ｇ，ｈ 副吸気口
ｉ，ｊ 主排気口
ｋ，ｌ 副排気口
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ 領域

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態である内燃機関１００について説明する。図１〜図５に示すように、内燃機関１００は、メインシリンダ１，２と、メインピストン５，６及び７，８と、圧縮気移行管２７，２８と、サブシリンダ３，４と、サブピストン９，１０と、噴射手段５０，５１と、同期手段７０（図５参照）と、出力手段６０（図３参照）と、を備えている。

メインシリンダ１，２は、軸心が円形をなすように連続する形状を有する二つのリング状円筒部材を、それぞれの軸心が二か所で直角に交差するように連結して形成されている。メインピストン５，６及び７，８はそれぞれメインシリンダ１，２内にそれぞれ１８０度間隔を保ちながら軸心方向に沿って回転可能に配置されている。圧縮気移行管２７，２８は、メインシリンダ１，２の交差部分の近傍にメインシリンダ１，２を連通する状態で設けられている。サブシリンダ３，４は、メインシリンダ１，２の交差部分から均等に離れた位置に、それぞれメインシリンダ１，２の軸心と、サブシリンダ３，４の軸心とが互いに交差する状態で連結されている。サブピストン９，１０は、サブシリンダ３，４内にそれぞれの軸心方向に沿って回転可能に配置されている。

噴射手段５０，５１は、圧縮気移行管２８，２７内へそれぞれ燃料を噴射する機能を備え、同期手段７０（図５参照）はメインピストン５，６，７，８の回転とサブピストン９，１０の回転とを連動させる機能を備え、出力手段６０（図３参照）はメインピストン５，６，７，８の回転力を取り出す機能を備えている。

図１，図２に示すように、メインシリンダ１，２及びサブシリンダ３，４を形成する円筒部材の内径は全て同一であり、円形をなすメインシリンダ１，２の軸心の直径は互いに同一であり、円形をなすサブシリンダ３，４の軸心の直径は互いに同一である。また、サブシリンダ３，４の軸心の直径は、メインシリンダ１，２の軸心の直径より小さく設定されている。サブシリンダ３，４の軸心の直径は任意の大きさで良いが、本実施形態ではメインシリンダ１，２の軸心の直径の半分としている。また、サブシリンダ３，４は、メインシリンダ１，２が互いに交差する位置から均等離れた位置においてそれぞれメインシリンダ１，２と直交している。

図３，図４に示すように、出力手段６０は、メインピストン５，６及び７，８の回転軌道とそれぞれ同心をなす状態でメインピストン５，６及び７，８と連動して回転可能に配置された円形のラックギア１１，１２と、ラックギア１１，１２と噛合して回転するギア部１５，１６を有する出力軸６１，６２と、を備えている。出力軸６１，６２は、それぞれべベルギア２１，２２が取り付けられ、これらのべベルギア２１，２２は互いに噛合した状態で配置されている。

図５に示すように、同期手段７０は、サブピストン９，１０の回転軌道と同心をなす状態でサブピストン９，１０と連動して回転可能に配置された円形のサブラックギア１３，１４と、ラックギア１１，１２の回転をそれぞれサブラックギア１３，１４に伝達する回転伝達機構７１，７２を備えている。

回転伝達機構７１は、ギア部１７と一体的に回転する回転軸７１ａ及びギア部２３と、ギア部２３と噛合するギア部２４と一体的に回転する回転軸７１ｂ及びギア部１８と、を備え、ギア部１７がラックギア１１に適切な角度を保った状態で噛合され、ギア部１８がサブラックギア１３に適切な角度を保った状態で噛合されている。

回転伝達機構７２は、ギア部１９と一体的に回転する回転軸７２ａ及びギア部２５と、ギア部２５と噛合するギア部２６と一体的に回転する回転軸７２ｂ及びギア部２０と、を備え、ギア部１９がラックギア１２に適切な角度を保った状態で噛合され、ギア部２０がサブラックギア１４に適切な角度を保った状態で噛合されている。

図中において、メインシリンダ１，２及びサブシリンダ３，４はこれらを構成する円筒部材の肉厚を簡略化して表示し、メインピストン５，６，７，８とサブピストン９，１０は外形を表示している。メインピストン５，６，７，８はドーナツ体を周方向に４等分した形状であり、それぞれが直交する際に各メインピストン５，６，７，８の端部が極力、ぎりぎりの所まで接近し、かつ、互いに接触することがないように、４等分より僅かに短く、両端部はテーパ状に尖った形状をなしている。一方、サブピストン９，１０は、ドーナツ体を２等分にしたものより僅かに短い形状であり、両端部はそれぞれテーパ状に尖っている。

前述したメインピストン５，６，７，８及びサブピストン９，１０は互いに接触することなく一定方向に回転し続けることができるように、以下に示すような状態に配設されている。

メインピストン５，６はメインシリンダ１内の外周軌道に沿って回転するリング状のラックギア１１の内周側に１８０度間隔で対称をなすように固定されている。メインピストン７，８はメインシリンダ２内の内周軌道に沿って回転するリング状のラックギア１２の外周側に１８０度間隔で対称をなすように固定されている。これにより、メインシリンダ１内を回転するラックギア１１に固定されたメインピストン５，６と、メインシリンダ２内を回転するラックギア１２に固定されたメインピストン７，８と、は互いに接触することなく、互いに交差した円形軌道上を回転することができる。

メインピストン５，６とメインピストン７，８とはメインシリンダ１，２に設けられた動力取出し用の開口部（図示せず）に配置されたピニオンギア部１５，１６によって一定周期で回転するように連結されている。また、ピニオンギア部１５，１６の出力軸６１，６２は、内燃機関１００が作動する際の出力軸となる。

ラックギア１１の内周に固定されたメインピストン５，６に対して、サブラックギア１３の内側に固定されたサブピストン９がギア部１７，１８とギア部２３，２４を介して互いに交差して回転するように連結されている。メインピストン５，６とサブピストン９とが互いに接触せずに一定周期で回転することができるように、ギア部１５，１６，１７，１８の歯数は同じとするが、本実施形態では、メインシリンダ１，２の直径に対してサブリンダ３，４の直径を半分に設定しているため、ラックギア１１に固定されたメインピストン５，６が１回転する間に、サブラックギア１３に固定されたサブピストン９が２回転することになる。なお、べベルギア２１，２２及びギア部２３，２４，２５，２６の歯数も全て同じとしている。

一方、ラックギア１２の外側に固定されたメインピストン７，８に対して、サブラックギア１４の外側に固定されたサブピストン１０が、ギア部１９，２０とギア部２５，２６を介して互いに交差して回転するように連結されている。これらについても、メインピストン７，８とサブピストン１０とが互いに接触することなく一定周期で回転するように、ギア部１５，１６，１９，２０の歯数は同じとするが、本実施形態では、メインシリンダ１，２の直径に対してサブシリンダ３，４の直径を半分に設定しているため、ラックギア１２に固定されたメインピストン７，８が１回転する間に、サブラックギア１４に固定されたサブピストン１０が２回転することになる。

なお、出力軸１７，１８及び回転軸７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂは、メインシリンダ１，２及びサブシリンダ３，４に設けられた開口部の軸受け（図示せず）によって回転自在に保持され、ギア部１５，１６，１７，１８，１９，２０，２３，２４，２５，２６の周囲は潤滑のためのオイル室であるケーシング（図示せず）で包囲されている。

ここで、図１及び図６に基づいて、図１に示す内燃機関１００の動作原理について説明する。図６において、Ａ，Ｂを付している部分はメインシリンダ１，２が互いに交差している領域であり、Ｅを付している部分はメインシリンダ１とサブシリンダ３とが交差している領域であり、Ｆを付している部分はメインシリンダ２とサブシリンダ４とが交差している領域である。また、Ｃを付している部分はメインシリンダ１において領域Ａ，Ｂの中間に位置する領域であり、Ｄを付している部分はメインシリンダ２において領域Ａ，Ｂの中間に位置する領域である。

前述したように、図１に示す内燃機関１００において、メインピストン５，６はメインシリンダ１内を矢線方向に回転可能であり、メインピストン６，７はメインシリンダ２内を矢線方向に回転可能であり、サブピストン９，１０はそれぞれサブシリンダ３，４内を矢線方向に回転可能である。また、図１，図６に示すように、回転中のメインピストン５，６とメインピストン７，８とが領域Ａ，Ｂにて互いに接触することなく、領域Ａ，Ｂを交互に通過できるように、それぞれの回転位相をずらして配置されている。同様に、回転中のメインピストン５，６（７，８）とサブピストン９（１０）とが領域Ｅ（Ｆ）にて互いに接触することなく、領域Ｅ（Ｆ）を交互に通過できるように、それぞれの回転位相をずらして配置されている。

従って、メインピストン７，８は、その回転中により、メインシリンダ１内における領域Ａ，Ｂを閉塞・開放する開閉弁機能を有し、メインピストン５，６は、その回転中により、メインシリンダ２内における領域Ａ，Ｂを閉塞・開放する開閉弁機能を有する。同様に、メインピストン５，６及びサブピストン９は、それぞれの回転により、領域Ｅを閉塞・開放する開閉弁機能を有し、メインピストン７，８及びサブピストン１０は、それぞれの回転により、領域Ｆを閉塞・開放する開閉弁機能を有する。

ここで、図６に基づいて、内燃機関１００をディーゼルエンジンとして使用する場合の行程を空気の動きに沿って説明する。図６に示すように、メインシリンダ１の主吸気口ｅより吸気が行われると、このときサブシリンダ４において既に吸入されていた空気も、同時に押圧されながら、副吸入気移行管２９を通じて強制的に送り込まれる。

吸入された空気はメインシリンダ１内の領域Ｅ−Ａ間において圧縮され、その大部分が圧縮気移行管２７に送り込まれて一時的に閉じ込められる。その後、領域Ａにおいてメインピストン６，７が交互移動した後、圧縮気移行管２７に閉じ込められていた圧縮空気がメインシリンダ２の燃焼部分へ送り込まれるが、噴射手段５１から圧縮気移行管２７に燃料が噴射されることにより、メインシリンダ２の燃焼部分で爆発的な燃焼が生じてメインピストン７が押圧され回転力が発生する。

燃焼中のガスが領域Ｄを通過すると、燃焼中のガスは燃焼ガス移行管３２を通じて再びメインシリンダ１の副膨張室Ｂ−Ｅへ送られ、今度は、ここでメインピストン５を押圧する力により燃焼ガスの余力の分の回転力が得られる。このことの裏付けとしては、同容積の吸入気で燃料が同容積の燃焼室で燃焼した場合、必ず、その体積は数倍以上に大きくなることを利用したのがエンジンの原理であるが、ピストンが押されて容積が最大になっても、まだ、膨張する余地があるからである。

メインシリンダ２の領域Ａ−Ｄ間において燃焼した燃焼ガスが領域Ａ−Ｄ−Ｂ間を通過している間に、燃焼ガス移行管３２を通じてメインシリンダ１の副膨張室である領域Ｂ−Ｅ間へ送り込まれて副膨張が行われることになる。その後、二つの空間である領域Ａ−Ｄ−Ｂと領域Ｂ−Ｅに分散したそれぞれの燃焼ガスは、排気ガスとして、主排気口ｊと副排気口ｋより排出される。以上の動作により一つの行程が完了するが、この時点でメインシリンダ１の領域Ａ−Ｅ間では、主吸気口ｅからの吸入とサブシリンダ４からの副吸入気移行管２９を経由した送気も完了する。

一方、サブシリンダ４においては、メインシリンダ２で圧縮が行われているとき、即ち、メインンシリンダ２内のメインピストン８が領域Ｆを通過中にサブシリンダ４で吸気が行われて回転移動し、メインシリンダ２内にて次に来るメインピストン７が領域Ｆを通過しているときに、副吸入気移行管２９より、サブピストン１０によって押圧されながら強制的に送気が行われる。このとき、メインシリンダ１内のメインピストン６が領域Ａを通過中であり、領域Ａ−Ｅ間において吸気が行われているので、整合性はとれている。

前述と同様、メインシリンダ２の主吸気口ｆからの吸気と同時にサブシリンダ３に既に吸入されていた副吸入気の副吸入気移行管３０による送気が領域Ａ−Ｆ間で行われて圧縮され、圧縮気移行管２８へ送り込まれる。そして、メインシリンダ１内の領域Ａにおいてメインピストン５，７の交互移動後に、圧縮気移行管２８に閉じ込められていた圧縮気が噴出口ｄからメインシリンダ１内へ送り込まれ、同時に噴射手段５０からの燃料噴射が行われてメインシリンダ１内の領域Ａ−Ｃ間において燃焼が行われ、メインピストン５を押圧して回転力が発生する。また、前述と同様、領域Ａ−Ｃ−Ｂ間を移動中に燃焼ガス移行管３１よりメインシリンダ２の領域Ｂ−Ｆ間に送られ、ここでの副膨張によってメインピストン８が押圧されて回転力が発生する。

その後、両者の燃焼ガスは、排気ガスとして、それぞれ主排気口ｉと副排気口ｌから排出される。このとき、領域Ａ−Ｆ間においては、主吸気口ｆからの吸気と、サブシリンダ３からの送気も副吸入気移行管３０を通じて完了する。

サブシリンダ３においては、メインピストン５が領域Ｅを通過しているとき、即ち、領域Ａ−Ｅ間において圧縮が行われているときに副吸入口ｇより吸気が行われてサブシリンダ３内を回転移動し、メインシリンダ１内の領域Ｅに次のメインピストン６が来て、ここを通過するとときに、押圧されながら、強制的にメインシリンダ２の領域Ａ−Ｆ間へ送り込まれる。また、そのとき、サブシリンダ３内では次の副吸入が始まっている。以上のような行程がそれぞれの領域で連続的に行われることにより内燃機関としての機能を発揮することができる。

本実施形態においては、図６に示すように、副吸入気移行管２９，３０のメインシリンダ１，２側への取付位置を、メインシリンダ１，２の吸気圧縮室のうち、それぞれメインシリンダ１，２とサブシリンダ３，４とが交差している領域Ｅ及び領域Ｆに近い位置としているが、その位置については、必要な個所に逆止弁を設けた上で、メインシリンダ１，２の吸気圧縮室のうち、それぞれメインシリンダ１，２同士が交差している領域Ａに近い位置に変更することも可能であり、そうすることにより、副吸入気がメインピストン５，６，７，８に遮られている間に一旦圧縮されてから、メインシリンダ１，２の吸気が完了した場所へ強制的に送り込まれる結果、メインシリンダ１，２の吸入気は最終的に大きく増加され、内燃機関１００の構造上の問題点となる必要圧縮比の確保が容易となり、さらに、吸気圧縮室内の気圧が高まることにより、燃焼ガスの減少を抑制する作用も高められる。ただし、この場合、副吸入気移行管２９，３０には逆止弁の設置を必要とする。

なお、燃料の噴射手段５１，５０は圧縮気移行管２７，２８にそれぞれ取り付けられ、ここを着火室としており、一時的に圧縮空気が閉じ込められた瞬間が燃料の噴射タイミングとなる。

このように、メインピストン５，６（７，８）が１回転する間に、４行程、即ち４回の燃焼が２か所で交互に行われるので、燃焼にバラつきなく、安定した周期で行われ、安定した回転が得られる。

また、メインシリンダ１とメインシリンダ２とが交差している領域Ａ付近には、メインシリンダ１とメインシリンダ２とを連通する残留圧縮気移行管３３が設けられている。この残留圧縮気移行管３３は、圧縮気移行管２７，２８に閉じ込められる圧縮気以外に、圧縮するピストン７の先端部に存在する残りの圧縮気の一部を、交差する二つのピストン７，５同士の先端部の隙間からすり抜けて移動する直前に、ほんの僅かの時間（タイミング）ではあるものの、交差する一方の圧縮室へ移動させることができ、先に燃焼している燃焼ガスの一部が、移動しているピストン５の後端部とシリンダ１，２の交差部との隙間から吹き出してくる際に、その付近の気圧を事前に高めておく働きによって、吹き出してくる燃焼ガスの量を抑制することができ、エネルギの再利用をするための燃焼ガスの減少も抑制する働きがある。

この内燃機関１００においては、往復運動が存在せず、一方向の回転運動によって駆動力が発生するので、振動や騒音が少なく、エネルギ効率が優れている。また、機械的な要因による最高回転数の制約も少なくなるので、高回転、高出力を得ることができる。燃焼中のガスが副膨張室に送り込まれて膨張力が利用されるので、エネルギ効率の向上に有効であり、排気音の低減を図ることができる。

以上の内容は、吸入気を圧縮することによって高温となった圧縮気に噴射手段５０，５１から燃料を噴射して燃焼させるディーゼルエンジンとして内燃機関１００を機能させる場合の説明であるが、これに限定するものではない。即ち、ディーゼル燃料以外の液体あるいは気体の燃料を吸入気と混合して圧縮した後に電気スパークで点火して燃焼させる一般的なガソリンエンジンなどとして使用することもできる。この場合、吸気・圧縮室に空気の吸入が行われるときに同時に燃料も吸入するようにして混合気を作り、その混合気が圧縮されて圧縮気移行管によって燃焼室へ噴出されるときに点火装置によって点火して燃焼させる。

また、簡単に混合気とならない、液体や気体以外の燃料（例えば、粉末状の燃料）を使用する場合には、空気を吸入し、圧縮が行われた後、圧縮気移行管より燃焼室へ圧縮気が噴出される直前に、当該圧縮気が吹き込まれてくる場所に粉末状の燃料を注入するようにしておけば、燃焼室内で圧縮気と粉末燃料の混和が行われて拡散するので、その時点で適切な点火手段で点火すると燃焼が行われる。この場合、通常のディーゼルエンジンなどと比較して、燃焼が行われる時期が遅れるが、副膨張の仕組みによって、一定の回転力を発生させるとともに、これを維持することができる。

なお、ディーゼルエンジンとして使用する場合の圧縮気移行管に設置する逆止弁の位置は圧縮気移行管の入り口付近、即ち、圧縮室に近い位置としているが、ディーゼルエンジン以外のエンジンとして使用する場合は圧縮気移行管の出口付近、即ち、燃焼室に近い位置に設置する必要があることもある。また、点火装置の取付位置は圧縮気移行管若しくは燃焼室のいずれでも可能であり、これらの設置位置については必要に応じて適宜選択することができる。

次に、図７に基づいて、出力手段に関するその他の実施形態について説明する。図７（ａ）に示す出力手段においてはメインシリンダ９１内に回転可能に配置されたメインピストン９３の外周側にラックギア９５を設け、メインシリンダ９１の外周側の略全周にわたってラックギア９５と噛合する複数のピニオンギア９７が所定間隔ごとに配置されている。複数のピニオンギア９７の配置間隔はラックギア９５の長さ（メインピストン９３の回転方向の長さ）より小さいので、メインピストン９３が回転しているとき複数のピニオンギア９７のうちのいずれかが噛合して回転しており、これによってメインピストン９３の回転力をピニオンギア９７を介して出力することができる。また、図７（ａ）に示すような出力手段は、前述した、サブシリンダ３，４及びサブピストン９，１０においても同様に採用することができる。

図７（ｂ）に示す出力手段においてはメインシリンダ９２内に回転可能に配置されたメインピストン９４の内周側にラックギア９６を設け、メインシリンダ９４の内周側の略全周にわたってラックギア９６と噛合する複数のピニオンギア９８がラックギア９６の長さ（メインピストン９４の回転方向の長さ）より小さい間隔で配置されている。従って、前述と同様、メインピストン９４が回転しているとき複数のピニオンギア９８のうちのいずれかが噛合して回転しており、これによってメインピストン９４の回転力をピニオンギア９８を介して出力することができる。また、図７（ｂ）に示すような出力手段は、前述した、サブシリンダ３，４及びサブピストン９，１０においても同様に採用することができる。

次に、図８，図９に基づいて、本発明のその他の実施形態である内燃機関２００について説明する。内燃機関２００は、図１に示す内燃機関１００と、内燃機関１００の燃焼室の燃焼ガス移行管３１，３２に連結されたタービン式の回転装置１０１とを備えている。

内燃機関１００の場合、燃焼が開始して回転力が発生するのは、燃焼開始からメインピストン５，６（７，８）がそれぞれ９０度回転する区間であり、排気開始までの残りの９０度の区間は、位置関係が固定されたメインピストン５，６（７，８）同士の間に挟まれた気体が回転移動しているだけである。そこで、メインシリンダ１，２における前記回転移動区間に、燃焼ガスを外部へ流出させる気体流路を設け、その下流側を、前記燃焼ガスを利用して回転力を発生する回転装置に連結すれば、まだ膨張の余地を有する前記燃焼ガスを動力発生源として再利用することができる。

なお、前記燃焼ガスはメインピストン５，６（７，８）内を単純に移動しているだけなので、メインシリンダ１（２）から前記燃焼ガスを取り出しても、当該メインシリンダ１（２）内を回転するメインピストン５，６（７，８）の回転力や回転速度などが悪影響を受けることはない。

図８に示すように、燃焼ガス移行管３１，３２を外部の回転装置１０１などへ接続し、燃焼ガスを外部で使用する形態においては、内燃機関１００の副膨張室への燃焼ガス移行管３１，３２の接続部分を閉じてしまうと、副膨張室の区間では負圧状態が発生する状況となり、内燃機関１００の回転力の低下を招くなどの要因になる。このような不具合が生じないようにするためには、燃焼ガス移行管３１，３２が、内燃機関１００の副膨張室に接続されるべき部分においては、使用形態や使用目的に応じて、以下の（１）〜（４）に示す形態のうちのいずれかを選択することができる。

（１）図８に示すように、開口部３１ａ，３２ａを開放させ、外気を自由に取り込むことができるようにしておき、そこから空気が吸入されたら、その後、排気口ｋ，ｌから排出される。

（２）外部の回転装置１０１へ取り出す燃焼ガスのうちの一部を、燃焼ガス移行管３１，３２から分岐させて内燃機関１００の副膨張室へ送り込むことができるように配管を行っておき、内燃機関１００の副膨張室の圧力が少なくとも負圧にならずに稼働できるようにし、副膨張室内へ送り込まれた燃焼ガスは、その後、排気口ｋ，ｌより排出される。

（３）外部の回転装置１０１に取り込まれ、使用された燃焼ガスのうちの一部が内燃機関１００の副膨張室内へ送り込まれるように、回転装置１００の排気口１０１ａの部分から配管を分岐させて設置し、その一方は回転装置１０１の排気管とし、もう一方を内燃機関１００の副膨張室に接続し、回転装置１０１からの排気ガスの一部が副膨張室に送り込まれ、その後、排気口ｋ，ｌより排出される。

（４）回転装置１０１の排気口１０１ａを内燃機関１００の副膨張室にダイレクトに接続し、回転装置１０１の排気ガスの全てが内燃機関１００の副膨張室へ送り込まれるようにし、その送り込まれた排気ガスは、その後、排気口ｋ，ｌより排出される。この形態は、内燃機関１００の燃焼ガス移行管３１，３２の途中にそれぞれ回転装置１０１を設置した場合と同様になる。

前述した回転装置１０１は、一般の内燃機関である必要はなく、メインシリンダ１，２から排出された高温高圧の燃焼ガスを導入し、その膨張力を利用して回転力を発生する機能を有するものを採用することができ、燃料導入経路や点火装置なども不要である。従って、図９（ａ）に示す交差シリンダ型の回転装置１０２、図９（ｂ）に示す移動ピストン型の回転装置１０３、あるいは図９（ｃ）に示す多気筒レシプロ型の回転装置１０４などを採用することもできる。

これらの回転装置１０１，１０２，１０３，１０４は、当該回転装置１０１，１０２，１０３，１０４で発生する回転力を、主たる内燃機関１００の回転力に付加するものではなく、内燃機関１００とは別の回転力発生手段として利用することができるものである。なお、前記（１）及び（２）においては、回転装置１０１，１０２，１０３，１０４側に大きな負荷が加わり、これらの回転速度が急激に低下したり、回転停止したりした場合でも、主たる内燃機関１００は何ら影響を受けることなく、ほぼ正常運転を継続することができ、前記（３）及び（４）においても、内燃機関１００は停止することなく、およそ正常運転を継続することができる。

なお、図１〜図９に基づいて説明した内燃機関１００，２００は本発明を例示するものであって、本発明の内燃機関は前述した内燃機関１００，２００に限定されない。

本発明に係る内燃機関は、自動車、建設機械、工場設備あるいはその他の各種機械装置の駆動手段として様々な産業分野において広く利用することができる。

Claims (4)

1. 軸心が円形をなすように連続する形状を有する二つの筒状部材を、それぞれの軸心が二か所で直角に交差するように連結して形成されたメインシリンダと、それぞれの前記メインシリンダ内に１８０度間隔を保ちながら前記軸心方向に沿って回転可能に配置された一対のメインピストンと、前記メインシリンダの交差部分の近傍に前記メインシリンダを連通する状態で設けられた通気経路と、前記メインシリンダの交差部分から均等に離れた位置にそれぞれ前記メインシリンダの軸心とその軸心とが互いに交差する状態で連結されたサブシリンダと、前記サブシリンダ内に前記軸心方向に回転可能に配置されたサブピストンと、前記通気経路に燃料を噴射する噴射手段と、前記メインピストンの回転と前記サブピストンの回転とを連動させる同期手段と、前記メインピストンの回転力を取り出す出力手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 前記出力手段として、前記メインピストンの回転軌道と同心をなす状態で前記メインピストンと連動して回転可能に配置された円形のラックギアと、前記ラックギアと噛合して回転するギア部を有する出力軸と、を設けた請求項１記載の内燃機関。
3. 前記同期手段として、前記サブピストンの回転軌道と同心をなす状態で前記サブピストンと連動して回転可能に配置された円形のサブラックギアと、前記ラックギアの回転を前記サブラックギアに伝達する回転伝達機構を設けた請求項２記載の内燃機関。
4. 前記メインピストンから排出される排気ガスを導入して回転力を発生する回転装置を設けた請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関。

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