JP6986727B1

JP6986727B1 - シリンダースイングエンジン

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Publication number: JP6986727B1
Application number: JP2021095463A
Authority: JP
Inventors: 修山▲崎▼
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Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2041-06-07
Also published as: JP2022187428A

Abstract

【課題】混合気の燃焼による爆発エネルギーをより直接的に回転動力として出力するとともに、混合気の燃焼をより好適に生じさせることを可能にするエンジンを提供する。【解決手段】本開示の一実施形態に係るエンジン１０は、支点軸１８周りにスイングする弧状のシリンダー１２と、該シリンダー内で自由に移動可能に配置されたピストン部材２０とが設けられた第１ケーシング１４と、該第１ケーシングに連接された第２ケーシング１６であって、周囲に燃焼室３８、４０を有して前記シリンダーの動きと連動して所定方向Ａ１に回転する回転体３６が設けられ、前記燃焼室と前記シリンダー内とを連通可能な開口部１６ｈを有する、第２ケーシング１６と、自着火用の燃料を前記燃焼室に噴射するように設けられた燃料噴射手段５０とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、シリンダースイングエンジンに関する。

従来、シリンダー内でピストンを往復動させ、当該ピストンに連結されたクランクシャフトを回転させ、回転動力を出力するレシプロエンジンが知られている。このレシプロエンジンとは異なり、シリンダー内でローターを回転させるロータリーエンジンも知られている。また、その他に、種々の構成のエンジンが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−１８０８７０号公報

レシプロエンジンではピストンの直線的な往復動を回転動力に変換するので、その変換効率の面で課題を有する。一方、ロータリーエンジンは燃焼室が回転しながら位置を変えるため、点火プラグによる点火に課題を有する。本開示の目的は、混合気の燃焼による爆発エネルギーをより直接的に回転動力として出力するとともに、混合気の燃焼をより好適に生じさせることを可能にするエンジンを提供することにある。

本開示の一態様は、
支点軸周りにスイングする弧状のシリンダーと、該シリンダー内で自由に移動可能に配置されたピストン部材とが設けられ、前記シリンダーの孔と連通可能な開口部を有する第１ケーシングと、
該第１ケーシングに連接された第２ケーシングであって、周囲に少なくとも１つの燃焼室を有して前記シリンダーの動きと連動して所定方向に回転する回転体が設けられ、前記第１ケーシングの前記開口部と連通する開口部であって前記シリンダー内で圧縮されたガスが前記シリンダーの前記孔を介して前記燃焼室に流れることを可能にする開口部を有する、第２ケーシングと、
自着火用の燃料を前記燃焼室に噴射するように設けられた燃料噴射手段と
を備えた、
シリンダースイングエンジン
を提供する。

上記構成を備えるシリンダースイングエンジンによれば、混合気の燃焼による爆発エネルギーをより直接的に回転動力として出力することができ、また、混合気の燃焼をより好適に生じさせることが可能になる。

好ましくは、前記シリンダーの前記支点軸と、前記回転体の回転軸とは平行であり、前記燃料噴射手段は、前記第２ケーシングの前記開口部の前記所定方向の下流側に位置付けられている。この構成により、シリンダーと回転体とをより好適に連動させることが可能になり、また、圧縮されたガスが充填されている燃焼室に燃料を噴射することが可能になり、よって燃料つまり混合気の自着火をより好適に生じさせることが可能になる。

好ましくは、前記燃焼室を区画形成する面は、前記所定方向と反対側を向いた面を含む。この構成により、燃焼室での自着火による爆発エネルギーで、回転体を所定方向に回転させることが可能になる。

好ましくは、前記シリンダーは、前記ピストン部材を間に挟んで２つの空気圧縮室を有し、２つの前記空気圧縮室の各々には対応付けられた空気取り入れ弁が設けられている。また、好ましくは、前記回転体は、２つの前記空気圧縮室のうちの第１の空気圧縮室と連通可能な第１の燃焼室と、２つの前記空気圧縮室のうちの第２の空気圧縮室と連通可能な第２の燃焼室とを備え、前記第１の燃焼室と前記第２の燃焼室とは、前記回転体の回転軸周りに１８０°回転対称な関係を有する。これらの構成により、シリンダーのスイングに伴い２つの空気圧縮室の各々で圧縮空気を生じさせ、その圧縮空気を対応する燃焼室に供給することが可能になる。

本開示の上記態様によれば、混合気の燃焼による爆発エネルギーをより直接的に回転動力として出力することができるとともに、混合気の燃焼をより好適に生じさせることを可能にするシリンダースイングエンジンを提供することが可能となる。

第１実施形態に係るエンジンの概略構成図である。図１のエンジンの部分断面図である。図１のエンジンにおける、第１及び第２ケーシングの連接箇所周囲の図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面模式図である。図１のエンジンにおける、シリンダーの動きを説明するための図であり、（ａ）はシリンダーが左側に振られた状態を示し、（ｂ）はシリンダーが右側に振られた状態を示す。図１のエンジンにおける、燃焼室の斜視図である。図１のエンジンの作動を説明するための図である。図１のエンジンにおける、燃焼室での爆発燃焼時の力の説明図である。第２実施形態に係るエンジンの概略構成図であり、動力伝達機構を省略した図である。図８のエンジンを、図８の矢印ＩＸ方向からみた断面模式図であり、ケーシング及びシリンダーと、動力伝達機構の関係を示す図である。

以下、本開示に係る実施形態を添付図に基づいて説明する。同一の部品又は構成には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

本発明の第１実施形態に係るエンジン１０について説明する。エンジン１０は、以下に説明するようにシリンダー１２がスイングするように設けられたエンジンであり、シリンダースイングエンジンと称されるものである。

エンジン１０の概略構成図を図１に示し、その部分断面図を図２に示す。図２では、後述するケーシング１４、１６の紙面手前側が取り除かれている。図３は、エンジン１０におけるケーシング１４、１６の連接箇所周囲の図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面模式図である。図４は、エンジン１０におけるシリンダー１２のスイングの動きを説明するための図である。

エンジン１０は、シリンダー１２が設けられた第１ケーシング１４と、この第１ケーシングに連接された第２ケーシング１６とを備える。ここでは、図１に示すように、エンジン１０の外側ケーシング１１内において、第１ケーシング１４は鉛直方向上側に位置し、その鉛直方向下側に第２ケーシング１６は位置する。しかし、本開示は、第１ケーシング１４と第２ケーシングの位置関係がこの関係以外の関係を有するようになることを排除するものではない。

第１ケーシング１４は、外気つまり空気を取り入れることを可能な取り入れ口１４ａを有する。取り入れ口１４ａからの空気はエアクリーナー１４ｂを介して、第１ケーシング１４内に取り入れられる。第１ケーシング１４の内側には、略円盤状の収容空間１４ｓが区画形成されている。収容空間１４ｓは、第１ケーシング１４における、内側弧状面１４ｆと、この内側弧状面１４ｆを挟むように対向する２つの内側端面１４ｄ、１４ｅ（図３参照）により概ね形成されている。内側弧状面１４ｆを円弧とする中心に延びる中心軸１４ｃは２つの内側端面１４ｄ、１４ｅに略直交する。内側弧状面１４ｆは図３では中心軸１４ｃに略平行な面として表されているが、この形状に限定されず、図３の断面において略半円状の形状を有してもよい。

収容空間１４ｓに、シリンダー１２が設けられている。シリンダー１２は、弧状の筒体であり、その長手方向において断面形状が一定となるように設計されている。ここでは、その断面形状は円形であるが、四角形などの種々のその他の形状とすることもできる。

第１ケーシング１４の中心軸１４ｃに支点軸１８が設けられ、その支点軸１８を中心にして支点軸１８周りにスイングするつまり揺動するように、シリンダー１２は、第１ケーシング１４の収容空間１４ｓに設けられている。第１ケーシング１４内でのシリンダー１２のスイングの範囲は所定範囲に定められていて、後述する回転駆動部３０の回転によりシリンダー１２は所定範囲で往復動される。シリンダー１２の支点軸１８を中心とした径方向外側の面及び支点軸１８方向の面が、第１ケーシング１４の収容空間１４ｓを区画形成する内側弧状面１４ｆ及び内側端面１４ｄ、１４ｅに摺接した状態でスイングするように、つまり摺動するように、シリンダー１２と第１ケーシング１４とは設計されている（図１、図２、及び、図４参照）。

シリンダー１２の内部には、ピストン部材２０が配置される。ピストン部材２０はシリンダー１２に固定されておらず、シリンダー１２内で自由に移動可能に配置されている。ピストン部材２０は、シリンダー１２のスイングに伴って、シリンダー１２内でその長手方向に相対的に移動可能である。ここでは、シリンダー１２の断面形状は円形であるので、ピストン部材２０は断面円形の部材として構成されていて、特にここでは球体として構成されている。しかし、ピストン部材２０は、球体であることに限定されず、その長手方向に湾曲し、その長手方向の各位置での断面形状が一定な部材、つまり湾曲した略円柱状の部材として構成されてもよい。シリンダー１２の長手方向に直交する断面形状は円であり、その直径は、球体であるピストン部材２０の直径に略等しく、より正確にはピストン部材２０の直径よりもわずかに大きい。第１ケーシング１４の内部には潤滑油が塗布され、第１ケーシング１４とシリンダー１２との間の潤滑性は好適に確保される。そして、その潤滑油はシリンダー１２の両端部１２ａ、１２ｂからシリンダー１２の内部にも流入し得、よって潤滑油によりシリンダー１２とピストン部材２０との間の気密性及び潤滑性は好適に確保される。

シリンダー１２の長手方向の両端部１２ａ、１２ｂには空気取り入れ弁２２（２２ａ、２２ｂ）が設けられている。空気取り入れ弁２２は逆止弁であり、シリンダー１２の外部からその内部への空気の吸入用に設けられていて、シリンダー１２の内部からその外部への空気の排出を防ぐように、自動開閉する機構を備える。ここでは、空気取り入れ弁２２は弁体、ばねなどを備える機械式構成を備えるが、この構成に限定されない。

したがって、シリンダー１２の内部には、ピストン部材２０を間に挟んで２つの空気圧縮室２４、２６が区画形成される。図１及び図２では、第１端部１２ａ側の第１の空気圧縮室２４はピストン部材２０の左側に位置し、第２端部１２ｂ側の第２の空気圧縮室２６はピストン部材２０の右側に位置する。空気取り入れ弁２２ａは第１の空気圧縮室２４に対応付けられていて第１の空気圧縮室２４へのガスつまり空気の取り入れを可能にし、空気取り入れ弁２２ｂは第２の空気圧縮室２６に対応付けられていて第２の空気圧縮室２６へのガスつまり空気の取り入れを可能にする。

図１及び図２に示すように、シリンダー１２は下側に凸の形態で第１ケーシング１４に設けられていて、その内部にピストン部材２０が設けられていて、ピストン部材２０は所定重量以上の重量を有する。したがって、第１ケーシング１４に対してシリンダー１２がスイングするとき、ピストン部材２０はシリンダー１２内で最も鉛直方向下側に位置する箇所に慣性で実質的に留まる。よって、第１ケーシング１４においてシリンダー１２がスイングするとき、シリンダー１２の位置変化に応じて第１の空気圧縮室２４は拡張したり縮小したりし、第２の空気圧縮室２６は縮小したり拡張したりする。

図４に、ピストン部材２０が内部に配置されたシリンダー１２を示す。図１及び図２の状態から図４（ａ）の状態になるようにシリンダー１２が図４で紙面左側にスイングするとき、シリンダー１２の移動とともに第１の空気圧縮室２４は拡張し、一方で、第２の空気圧縮室２６は縮小する。また、図４（ａ）から図４（ｂ）の状態になるようにシリンダー１２が図４で紙面右側にスイングするとき、シリンダー１２の移動とともに第１の空気圧縮室２４は縮小し、一方で、第２の空気圧縮室２６は拡張する。なお、シリンダー１２のスイングつまり揺動は、図４（ａ）の状態と、図４（ｂ）の状態との間でのシリンダー１２の繰り返し移動を意味する。

シリンダー１２を所定範囲でスイングさせる駆動部として回転駆動部３０が設けられている。回転駆動部３０はその中心部周りに回転する歯車４４を備え、回転駆動部３０の歯車４４が回転することでその歯車４４に関して中心部からずれたところに設けられた動力伝達軸３２が動き、これにより動力伝達軸３２がつなげられたシリンダー１２の支持部材３４が動き、よってシリンダー１２が所定範囲でスイングさせられる。なお、支持部材３４は、支点軸１８とシリンダー１２とをつなぐように延びている。この支持部材３４は第１ケーシング１４の弧状開口孔１４ｒ（図１参照）を貫通して中心軸１４ｃつまり支点軸１８に平行に延びる連結軸３４ａを有し、この連結軸３４ａに動力伝達部材３２が連結されている（図３参照）。そして、動力伝達軸３２は、その一端が図１、図２及び図４において紙面裏側で歯車４４に連結され、その他端側が支持部材３４を挟むように延びるＵ字状の先端部を有するように構成されている。こうして、回転駆動部３０の回転駆動力をシリンダー１２に伝達するリンク機構が構成されている。

第１ケーシング１４に接するように第２ケーシング１６は設けられている。図３に示すように、第１ケーシング１４と第２ケーシング１６とは嵌合関係にある。ここでは、第１ケーシング１４の上記内側弧状面１４ｆを有する円弧状部１４ｇが第２ケーシング１６の外側凹部１６ａに嵌まり込むことで、それらは連接されている。しかし、この嵌合関係は逆であってもよい。

第２ケーシング１６は、略半円状であり、中空の半円盤であり、下方に開放している。第２ケーシング１６の内部の収容空間１６ｓは、内側弧状面１６ｆと、この内側弧状面１６ｆを挟むように対向する２つの内側端面１６ｄ、１６ｅにより概ね形成されている。内側弧状面１６ｆを円弧とする中心に延びる中心軸１６ｃは２つの内側端面１６ｄ、１６ｅに略直交する。内側弧状面１６ｆを有する円弧状部１６ｇの径方向外側に前述の外側凹部１６ａが設けられている。

第２ケーシング１６内には、回転体３６が設けられている。回転体３６は円柱状である。回転体３６の回転軸３６ａは、第２ケーシング１６の中心軸１６ｃに一致し、第１ケーシング１４のシリンダー１２の支点軸１８と平行である。回転体３６は、所定方向Ａ１に回転するように設けられていて、ここでは図１及び図２において時計回り方向に回転するように設けられている。回転体３６は、第２ケーシング１６の内側弧状面１６ｆ及び内側端面１６ｄ、１６ｅに摺接した状態で回転するように、つまり摺動するように、回転体３６と第２ケーシング１６とは設計されている。第２ケーシング１６の内部には潤滑油が塗布され、第２ケーシング１６と回転体３６との間の気密性及び潤滑性は好適に確保される。

回転体３６の回転軸３６ａは第２ケーシング１６を貫通し、その一方の端部に歯車４２が設けられている（図１から図３参照）。歯車４２は前述の回転駆動部３０に設けられた歯車４４に巻き掛けられたチェーン４５が巻き掛けられ、これにより、チェーン４５が所定方向Ａ２に動く回転駆動部３０の歯車４４の回転により所定方向Ａ１に回転させられ、よって回転体３６は所定方向Ａ１に回転する。チェーン４５は動力伝達部材の一例であり、例えばベルトであってもよい。なお、動力伝達軸３２及び歯車４２、４４は、シリンダー１２の動きと連動して回転体３６が回転するように設計されている。また、動力伝達軸３とチェーン４５とが互いに干渉することなく作動するように、動力伝達軸３２とチェーン４５の各配置は設計されている。

シリンダー１２の第１の空気圧縮室２４の第１端部１２ａ側にはその内外をつなぐ貫通孔である孔２４ａが設けられている。同様に、シリンダー１２の第２の空気圧縮室２６の第２端部１２ｂ側にはその内外をつなぐ貫通孔である孔２６ａが設けられている。そしてこれらの孔２４ａ、２６ａはそれぞれシリンダー１２の径方向外側の部分において径方向に延びている。一方で、第１ケーシング１４の鉛直方向において最も下側の位置には、第１ケーシング１４の内外をつなぐ貫通孔である開口部１４ｈが設けられている。シリンダー１２のスイングにより、第１の空気圧縮室２４が実質的に最も圧縮された状態になるとき、その孔２４ａが第１ケーシング１４の開口部１４ｈに重なり連通し、一方で、第２の空気圧縮室２６が実質的に最も圧縮された状態になるとき、その孔２６ａが第１ケーシング１４の開口部１４ｈに重なり連通する。

また、第１ケーシング１４の開口部１４ｈに連通する開口部１６ｈが第２ケーシング１６に設けられている。開口部１６ｈは第２ケーシング１６の内外を連通する貫通孔であり、開口部１４ｈと同形状でありそこに連通されている。第１の空気圧縮室２４の孔２４ａが第１ケーシング１４の開口部１４ｈに重なり連通するとき、第１の空気圧縮室２４が第２ケーシング１６の開口部１６ｈに連通し、第２の空気圧縮室２６の孔２６ａが第１ケーシング１４の開口部１４ｈに重なり連通するとき、第２の空気圧縮室２６が第２ケーシング１６の開口部１６ｈに連通する。なお、第１の空気圧縮室２４の孔２４ａ及び第２の空気圧縮室２６の孔２６ａのそれぞれが、第１ケーシング１４の開口部１４ｈ及び第２ケーシング１６の開口部１６ｈに好適に連通するように、開口部１４ｈ、１６ｈはシリンダー１２のスイングする方向につまり回転体３６の回転方向に長い長円形とされている。ただし、これは開口部１４ｈ、１６ｈが楕円形、真円形にされることを排除するものではない。

回転体３６の周囲に燃焼室３８、４０が設けられている。２つの燃焼室３８、４０は同じ形状、寸法を有する。図１及び図２に示すように、ここでは２つの燃焼室３８、４０が、回転体３６の回転軸３６ａに関して１８０°回転対称の関係を有するように設けられている。図５に、２つの燃焼室３８、４０の一方の燃焼室３８の斜視図を示す。燃焼室３８は、図５では第２ケーシング１６の内側弧状面１６ｆで閉じられる上側の面が開いたように表されているが、その上側の面を含めて５つの面で区画形成されるように形成されている。具体的には、燃焼室３８を区画形成する面は、所定方向Ａ１と反対側を向いた面３８ａを含む。そして、燃焼室３８は所定方向Ａ１と反対側に向かうに従い縮小するように、ここでは先細りになるように設計されている。そして、燃焼室３８は外周側が開放するように形成されていて、回転体３６が第２ケーシング１６の内面に、例えば内側弧状面１６ｆに摺動することで実質的に密閉空間になる。これらは、燃焼室４０においても同じである。そして、第１の空気圧縮室２４の孔２４ａが第１ケーシング１４の開口部１４ｈに重なり連通するとき、第１燃焼室３８が第２ケーシング１６の開口部１６ｈに連通し、第２の空気圧縮室２６の孔２６ａが第１ケーシング１４の開口部１４ｈに重なり連通するとき、第２燃焼室４０が第２ケーシング１６の開口部１６ｈに連通するように、回転体３６は設計され、また燃焼室３８、４０は回転体３６に配置されている。

したがって、第１の空気圧縮室２４の孔２４ａが第１ケーシング１４の開口部１４ｈに重なり連通するとき、第１の空気圧縮室２４で圧縮された空気は、第１の空気圧縮室２４の孔２４ａ及び第１及び第２ケーシング１４、１６の開口部１４ｈ、１６ｈを通過して第１燃焼室３８に流入することができる。そして、回転体３６は所定方向Ａ１に回転しているので、第１燃焼室３８は第２ケーシング１６の開口部１６ｈから所定方向Ａ１にずれることで第２ケーシング１６との間に閉じられた空間となる。第１の空気圧縮室２４は、燃料が自着火可能な所定レベルにまで圧縮されたガスを生じさせるように設計されていて、より具体的にはここでは１４．０以上の圧縮比の空気を生じさせて第１燃焼室３８に供給するように設計されている。ここでは、第１の空気圧縮室２４の圧縮比が２０になるように、シリンダー１２は設計され、例えばシリンダー１２の長手方向の長さつまり第１の空気圧縮室２４のストロークは設計されているが、圧縮比はこれ以外であってもよい。したがって、これにより、第１燃焼室３８には高温高圧の圧縮空気が充填されることになる。

同様に、第２の空気圧縮室２６の孔２６ａが第１ケーシング１４の開口部１４ｈに重なり連通するとき、第２の空気圧縮室２６で圧縮された空気は、第２の空気圧縮室２６の孔２６ａ及び第１及び第２ケーシング１４、１６の開口部１４ｈ、１６ｈを通過して第２燃焼室４０に流入することができる。そして、回転体３６は所定方向Ａ１に回転しているので、第２燃焼室４０は第２ケーシング１６の開口部１６ｈから所定方向Ａ１にずれることで第２ケーシング１６との間に閉じられた空間となる。第２の空気圧縮室２６も、燃料が自着火可能な所定レベルにまで圧縮されたガスを生じさせるように設計されていて、より具体的にはここでは１４．０以上の圧縮比の空気を生じさせて第２燃焼室４０に供給するように設計されている。具体的には、第１の空気圧縮室２４の圧縮比と同じ２０に第２の空気圧縮室２６の圧縮比がなるように、シリンダー１２は設計され、例えばシリンダー１２の長手方向の長さつまり第２の空気圧縮室２６のストロークは設計されているが、第２の空気圧縮室２６の圧縮比はこれ以外であってもよい。したがって、これにより、第２燃焼室４０には高温高圧の圧縮空気が充填されることになる。

このように圧縮空気が充填された燃焼室３８、４０に燃料を噴射するように、燃料噴射手段である燃料噴射弁５０が設けられている。燃料噴射弁５０は第２ケーシング１６に設けられ、第２ケーシング１６の開口部１６ｈの所定方向Ａ１の下流側に位置付けられている。また、燃料噴射弁５０は、第２ケーシング１６の下側の開放部１６ｏの所定方向Ａ１の上流側に位置付けられている。したがって、圧縮空気が充填された燃焼室３８、４０に、燃料噴射弁５０から所定のタイミングで所定量の燃料が噴射される。これにより、燃焼室３８、４０で燃料が空気と混ざり、自着火するようになる。燃料噴射弁５０の上流側には、図示しないが燃料タンク、燃料ポンプが設けられている。なお、燃料は、自着火用の燃料であり、ここでは軽油であるが、それ以外の燃料であってもよい。

なお、エンジン１０では、回転駆動部３０つまり歯車４４の回転速度を検知するセンサが設けられ、そのセンサからの出力に応じた所定のタイミングで燃料噴射弁５０が作動され、燃料が噴射される。また、回転駆動部３０の初期駆動は、ここでは電動モータであるスタータ装置５２を用いて実施される。

また、エンジン１０では、第２ケーシング１６の下方にオイルパン６０が設けられている。オイルパン６０のオイルはポンプ６２により吸い上げられ、第１ケーシング１４内に供給されるとともに、第２ケーシング１６内に供給される。第１ケーシング１４内に供給されたオイルは第１ケーシング１４とシリンダー１２との間に流れることができる。また、第２ケーシング１６内に供給されたオイルは回転体３６と第２ケーシング１６との間に流れることができる。なお、外側ケーシング１１には、その内部の圧力調整用にガス抜き孔６４が設けられている。ガス抜き孔６４に種々の弁が設けられてもよい。

上記構成を備えるエンジン１０の作動について、図２に対応する図６に基づいて説明する。スタータ装置５２で回転駆動部３０の駆動つまり歯車４４の回転駆動が開始されると、シリンダー１２がスイング開始し、回転体３６が所定方向Ａ１に回転するようになる。このとき、上述の説明から明らかなように、シリンダー１２と回転体３６とは連動する。図６に示すように、第１の空気圧縮室２４が圧縮されて、第１の空気圧縮室２４の孔２４ａが第１ケーシング１４の開口部１４ｈに重なり連通するとき、第１の空気圧縮室２４で上記所定レベルにまで圧縮された空気は、第１及び第２ケーシング１４、１６の開口部１４ｈ、１６ｈを通過して第１燃焼室３８に流入することができる。そして、回転体３６が所定方向Ａ１に更に回転することで、第１燃焼室３８は第２ケーシング１６の開口部１６ｈから所定方向Ａ１にずれ、第２ケーシング１６との間で閉じられた空間となる。

そして、前述の圧縮空気が実質的に封入された第１燃焼室３８（図６の符号「３８ｐ」参照）に燃料噴射弁５０から燃料が噴射される。これにより、第１燃焼室３８では自着火が生じるようになる。燃焼室３８での燃料つまり混合気の自着火により、爆発エネルギーが生じたとき、第１燃焼室３８は更に所定方向Ａ１に進み、図６の符号「３８ｑ」の位置に至る。これにより、第１燃焼室３８は、自着火ポイントの直ぐ所定方向Ａ１の下流側に位置付けられた排気通路６６の上流側端部につながり、更に排気通路６６は所定方向Ａ１の下流側に向けて排気通路６６の開口面積が拡大するので、燃焼室３８での燃焼爆発エネルギーが、回転体３６を所定方向Ａ１に回転させるエネルギーとして取り出される。なお、排気通路６６には排気浄化装置６８が設けられていて、その他に消音装置などが設けられてもよい。

また、前述のように、燃焼室３８、４０は、それぞれ、図５に示すように、５つの面を有するように形成されている。代表して燃焼室３８について更に説明する。具体的には、燃焼室３８を区画形成する面３８ｓは、所定方向Ａ１と反対側を向いた面３８ａを含む。そして、燃焼室３８は所定方向Ａ１と反対側に向かうに従い縮小するように設計されている。つまり、燃焼室３８を区画形成する面３８ｓは、面３８ａ及び面３８ａに直交する側面３８ｂ、３８ｃ以外に、面３８ａの径方向内側の端部から所定方向Ａ１と反対側に向けて延びかつ所定方向Ａ１と反対側に向かうにしたがって径方向外側に向けて傾くつまり深さが浅くなる方向に傾斜する傾斜面３８ｄを有する。したがって、回転体３６の回転に関して、その燃焼室３８での爆発エネルギーは主に面３８ａ、３８ｄに作用するが、面３８ａに作用する力が回転体３６を所定方向Ａ１に動かす力となり、回転体３６の所定方向Ａ１への回転をもたらし得る。これは、図７において、面３８ａに作用する力Ｆ１が、所定方向Ａ１の力であり、径方向内側を向いた分力Ｆ２ａと所定方向Ａ１と反対側を向いた分力Ｆ２ｂに分けることができる面３８ｄに作用する力Ｆ２の分力Ｆ２ｂよりも大きいことから理解できよう（Ｆ１＞Ｆ２ｂ）。

そして、更に、第１燃焼室３８が所定方向Ａ１の下流側に更に移動することで第１燃焼室３８は第２ケーシング１６内から出る。これにより、第１燃焼室３８内のオイルなどはそこからオイルパン６０などに排出可能になる。そして、第１燃焼室３８は、回転体３６の回転により更に所定方向Ａ１に移動することで第２ケーシング１６内に再度入ることになる。

第２燃焼室４０についても、第１燃焼室３８と同様に動き、機能する。第２燃焼室４０についての更なる説明を省略する。

こうして作動するエンジン１０では、燃焼室３８、４０での混合気の燃焼で回転体３６が所定方向Ａ１に回転し続け、回転駆動部３０の歯車４４が回転される。これにより、エンジン１０は作動し続けることができる。回転駆動部３０の回転は、そこに設けられて外側ケーシング１１の外部に突き出た出力軸部材７０を回転させ、回転動力を出力させる。出力軸部材７０の回転動力は、種々の機械の動力として用いることができる。なお、出力軸部材７０は、回転駆動部３０に設けられることに限定されず、例えば回転体３６に設けられてもよい。

上記構成を有するエンジン１０では、回転体３６の周囲の燃焼室３８、４０で混合気を燃焼させて回転体３６を上記のように動かすことができる。また、混合気の燃焼は自着火であるので、点火プラグを使うよりも、その燃焼をより好適に生じさせることができる。したがって、エンジン１０によれば、混合気の燃焼による爆発エネルギーをより直接的に回転動力として出力することができるとともに、混合気の燃焼をより好適に生じさせることが可能になる。

次に、本発明の第２実施形態に係るエンジン１１０を説明する。エンジン１１０も、上記エンジン１０と同様に、シリンダー１２がスイングするエンジンであり、シリンダースイングエンジンと称されるものである。なお、以下のエンジン１１０に説明では、エンジン１０との相違点を主に説明し、かつ、エンジン１０に関して既に説明した構成要素に対応する構成要素には同構成要素に付した符号を同様に付して、重複説明を省略する。

図８は、エンジン１１０の概略構成図であり、そのエンジン１１０のうちの動力伝達機構を省略した図であり、図９は図８のエンジン１１０を、図８の矢印ＩＸ方向からみた断面模式図であり、ケーシング１４、１６及びシリンダー１２と、動力伝達機構１１２の関係を模式的に示す図である。

エンジン１１０では、第１ケーシング１１４がその長手方向に直交する断面が概ね半円状である、円弧状に湾曲した部材であり、第１実施形態の第１ケーシング１４の一部と概ね全体が同じ形状を有する。したがって、空気を取り入れる取り入れ口１４ａ及びエアフィルター１４ｂは第１ケーシング１１４から切り離されて、入口部材１０４に設けられている。

第１ケーシング１１４の長手方向に直交する断面は、ここでは半円の円弧形状よりもわずかに長い円弧形状を有する。したがって、ピストン部材２０が入れられたシリンダー１２は第１ケーシング１４に沿って、より好適に、第１実施形態のエンジン１０のシリンダー１２と同じくスイング移動することができる。ただし、第１ケーシング１１４の長手方向に直交する断面は、半円の円弧形状よりも短い円弧形状を有することも可能である。シリンダー１２は、支持部材１１６により支持され、第１ケーシング１１４の中心部１４ｃに延びる軸部材１８周りに動くことができる。支持部材１１６は、扇形の板状部材であり、軸部材１８に一端がスイング可能に支持され、シリンダー１２の長手方向長さに概ね相当する円弧をその縁部に有する。

このように第１ケーシング１１４は閉じられた空間を形成しないので、第１ケーシング１１４と第２ケーシング１６との間に仕切部材１１７が設けられている。仕切部材１１７には、第１ケーシング１１４の開口部１４ｈ及び第２ケーシング１６の開口部１６ｈが位置付けられていて、仕切部材１１７の第１ケーシング１１４側と、その第２ケーシング１６側とは、それらの開口部１４ｈ、１６ｈのみを介して連通する。これにより、入口部材１０４から外側ケーシング１１内に取り入れられた空気は、第２ケーシング１６の回転体３６の燃焼室３８、４０からの排気などと交わることが無く、空気取り入れ弁２２ａ、２２ｂを介して空気圧縮室２４、２６に取り込まれることができる。

第２ケーシング１６に設けられた回転体３６の回転軸３６ａを中心軸として有する歯車４２、駆動歯車４４ａ、及びこれら歯車４２、４４ａに巻き掛けられたベルト４５ａを有する動力伝達機構１１２は、第１及び第２ハウジング１４、１６及びシリンダー１２とは別室に主に設けられている。外側ハウジング１１内は、第１及び第２ハウジング１４、１６及びシリンダー１２が収容された動力発生室１１ａと、動力伝達機構１１２が設けられ動力伝達室１１ｂに隔壁１１ｃで分けられている。隔壁１１ｃを貫通する回転軸３６ａは隔壁１１ｃの箇所に設けられた軸受Ｂ１で支持され、例えばシール軸受で支持されている。なお、ベルト４５ａはチェーンであってもよい。

駆動歯車４４ａはスタータ装置５２で初期駆動が可能である。駆動歯車４４ａはスタータ装置５２又は歯車４２からの回転駆動力で回転し、その回転軸にはクランクシャフト１１８が設けられている。なお、隔壁１１ｃを貫通するその回転軸つまりクランクシャフト１１８は隔壁１１ｃの箇所に設けられた軸受Ｂ２で支持され、例えばシール軸受で支持されている。クランクシャフト１１８のクランク部１１８ａは、図９に示すように動力発生室１１ａに位置付けられている。クランクシャフト１１８は動力伝達部材であるコネクティングロッド１２０を介してシリンダー１２に、ここではシリンダー１２の支持部材１１６につなげられている。図９に示すように、コネクティングロッド１２０はその先端が二股に分かれ、支持部材１１６を挟むようにその支持部材１１６に連結されている。上述のように第１ケーシング１１４は円弧状に湾曲した部材であるので、コネクティングロッド１２０は第１ケーシング１１４の孔などを貫通することなく支持部材１１６に連結することができる。

上記構成を有するエンジン１１０では、駆動歯車４４ａが回転することでクランクシャフト１１８が所定方向に回転し、よってシリンダー１２が（第１実施形態において図４等に基づいて説明したように）所定範囲でスイングされ、ピストン部材２０の両脇の空気圧縮室２４、２６で圧縮された空気は開口部１４ｈ、１６ｈを介して対応する燃焼室３８、４０に供給され、そこに燃料噴射弁５０から燃料が噴射供給され、それが自着火燃焼する。その結果生じた回転駆動力は、歯車４２を介して駆動歯車４４に伝達されるとともに、出力軸部材７０を介してエンジン１１０外部に出力される。ここでは、出力軸部材７０は回転体３６の回転軸３６ａと平行に回転軸３６ａに直接的に連結されている。なお、変速機などが、出力軸部材７０と回転体３６の回転軸３６ａとの間に設けられてもよい。また、出力軸部材７０はこのように回転体３６側に設けられるのではなく、その以外の箇所に、例えば歯車４２、４４などに設けられてもよい。

なお、軸部材３６ａ、７０、１１８の滑らかな回転を可能にするようにそれらは軸受Ｂ１〜Ｂ６で支持されている。軸受Ｂ１〜Ｂ６の数、配置などは図９に示すものに限定されない。

エンジン１１０は、第１ハウジング１１４の上記構成、クランクシャフト１１８での動力伝達などの構成を備えるので、第１実施形態のエンジン１０に比べて、製造が容易になるという利点を有する。その他、エンジン１１０は、上記エンジン１０と同様の作用効果を奏することができる。

以上、本開示に係る２つの実施形態及びその変形例について説明したが、本開示はそれらに限定されない。本願の特許請求の範囲によって定義される本開示の精神及び範囲から逸脱しない限り、種々の置換、変更が可能である。

なお、燃焼室は前述の燃焼室３８、４０の形状に限定されず、他の形状を有してもよく、例えば傾斜面３８ｄは所定方向Ａ１の幅が一定であることに限定されず、所定方向Ａ１の反対側に進むにしたがって幅が狭くなるように形作られてもよい。また、回転体３６に設けられる燃焼室の数は２つに限定されず、少なくとも１つであり得、例えば１つであってもよい。

また、上記エンジン１０、１１０は、シリンダー１２をスイングさせて、そのスイングのときその内部でピストン部材２０を慣性で所定位置に実質的に維持するものである。したがって、エンジン１０、１１０は大型化に適する。よって、エンジン１０、１１０は種々の機械の動力源として用いることができるが、例えば、エンジン１０、１１０は船舶などの動力源として用いられるとよい。

なお、上記エンジン１０、１１０の一部であるシリンダー１２及びその周囲の構成は、エンジン１０、１１０以外に適用されてもよく、例えばシリンダー１２の空気圧縮室で生成された圧縮空気を取り出すように活用されてもよい。つまり、ピストン部材２０を内部に収容するシリンダー１２を備える装置をポンプ装置として作製してもよい。

１０、１１０エンジン（シリンダースイングエンジン）
１２シリンダー
１４第１ケーシング
１６第２ケーシング
２０ピストン部材
３６回転体
３８、４０燃焼室
５０燃料噴射弁

Claims

支点軸周りにスイングする弧状のシリンダーと、該シリンダー内で自由に移動可能に配置されたピストン部材とが設けられ、前記シリンダーの孔と連通可能な開口部を有する第１ケーシングと、
該第１ケーシングに連接された第２ケーシングであって、周囲に少なくとも１つの燃焼室を有して前記シリンダーの動きと連動して所定方向に回転する回転体が設けられ、前記第１ケーシングの前記開口部と連通する開口部であって前記シリンダー内で圧縮されたガスが前記シリンダーの前記孔を介して前記燃焼室に流れることを可能にする開口部を有する、第２ケーシングと、
自着火用の燃料を前記燃焼室に噴射するように設けられた燃料噴射手段と
を備えた、
シリンダースイングエンジン。
前記シリンダーの前記支点軸と、前記回転体の回転軸とは平行であり、
前記燃料噴射手段は、前記第２ケーシングの前記開口部の前記所定方向の下流側に位置付けられている、
請求項１に記載のシリンダースイングエンジン。
前記燃焼室を区画形成する面は、前記所定方向と反対側を向いた面を含む、
請求項１又は２に記載のシリンダースイングエンジン。
前記シリンダーは、前記ピストン部材を間に挟んで２つの空気圧縮室を有し、２つの前記空気圧縮室の各々には対応付けられた空気取り入れ弁が設けられ、
前記回転体は、２つの前記空気圧縮室のうちの第１の空気圧縮室と連通可能な第１の燃焼室と、２つの前記空気圧縮室のうちの第２の空気圧縮室と連通可能な第２の燃焼室とを備え、前記第１の燃焼室と前記第２の燃焼室とは、前記回転体の回転軸周りに１８０°回転対称な関係を有する、
請求項１から３のいずれか一項に記載のシリンダースイングエンジン。