JPH06294301A - 内燃機関におけるシリンダーブロック及びピストンの運動制御方法並びにシリンダーブロック回転式ピストンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】バルブ機構を不要とした新規なシリンダーブロ
ック回転式ピストンエンジンを提供する。 【構成】一の開口部を点火プラグ１、吸入ポート２及び
排気ポート３を有するシリンダーヘッド４で閉塞し、他
の開口部をリヤケース５で閉塞してなる円筒内に、回転
軸６を有し、かつ、該軸周り放射状に対軸同一方向へ指
向して一または複数のシリンダー７を形成したシリンダ
ーブロック８をシリンダーヘッドとは摺接可能・回転可
能に配置する。該円筒の内周壁には周壁に波形状ガイド
溝９を有するガイドケース１０を固定し、前記各シリン
ダーに嵌着する各ピストン１１のガイドロッド１２を前
記波形状ガイド溝に係合する。そして、ガイドロッドが
波形状ガイド溝内を摺動することによりピストンとシリ
ンダーブロックが協働してエンジンのサイクル行程を行
うように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に係り、詳し
くは、現在のピストンエンジンにおけるクランク部を動
点とみて、その軌道をほぼ投影（写像）したサインカー
ブ波形（サイクル行程表示曲線；図18参照）を、サイク
ル行程ガイド手段、例えばエンジンケース内に周設した
ガイドケースの筒形内周面に形成し、ガイドロッド（ピ
ストンロッド）を介してシリンダーブロックとピストン
とを協働させて、エンジンのサイクル行程における往復
運動と円周運動を一体的に制御し、燃焼エネルギーを効
率よく回転動力に変換し、これを動力源としてシリンダ
ーブロックの回転軸からエンジン出力を取り出すように
した内燃機関におけるシリンダーブロック及びピストン
の運動制御方法並びにシリンダーブロック回転式ピスト
ンエンジンに関する。

【０００２】このエンジンでは、サイクル行程における
吸入・排気が、点火プラグ孔を含みシリンダーヘッドに
形成した吸入ポートおよび排気ポートによっておこなわ
れ、これまでのバルブ機構およびクランクシャフトを不
要としたポート方式とされるものである。

【０００３】

【従来の技術】熱機関としてピストン機関とタービン機
関を分類し、ピストン機関を蒸気機関、外燃機関および
内燃機関に、さらに、内燃機関をレシプロとロータリー
に分類して、本発明に係るエンジンを位置付け、かつ、
その提供について詳細を説明する。そして、本発明は、
ピストン機関におけるエンジンブロックに関する構成、
すなわち機関構成を主とするものであり、制御系、燃料
・空気供給系、潤滑系、排気系、冷却系、始動系等には
言及しないこととする。

【０００４】以下の順序で本発明に関する従来技術を説
明する。 Ａ．２サイクルエンジン Ｂ．４サイクルエンジン Ｃ．ロータリーエンジン Ｄ．ディーゼルエンジン

【０００５】Ａ．２サイクルエンジン ２サイクルエンジンは、クランクシャフト１回転で１回
の燃焼動力を発生することと、機械的に開閉されるバル
ブ機構を不要としていることが特徴であり、２サイクル
の吸入・排気は、シリンダー壁に排気ポートと吸入ポー
トを設け、ピストンが往復運動するとき、それぞれのポ
ート部を通過してその開閉をおこない、バルブの役目を
果たすものである。このため機構が簡素でシリンダー排
気量の割には大きな出力が得られるが、エンジン内部の
潤滑のためにシリンダー内部でオイルの燃焼をともない
排気中にオイル燃焼の白煙を出すので、排気量の大きな
エンジンには不向きとされ、構造上燃焼効率が低い。今
日では、その小型・軽量である特徴を生かしてバイクや
ボート等のエンジンとして広く利用されている。

【０００６】Ｂ．４サイクルエンジン 今日、自動車用エンジンとして代表されるようによく知
られ、かつ、高度に成熟したエンジンである。４サイク
ルとは、吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程であり、クラ
ンクシャフトが２回転する間にはっきりと区分されてそ
れぞれの行程が一巡するサイクルである。また、４サイ
クルエンジンでは、各行程をコントロールするために、
１気筒ごとに機械的に作動する吸入バルブと排気バルブ
を有している。回転動力を取り出す機構は、クランクシ
ャフト２回転で１回の燃焼動力をフライホイールに回転
慣性動力として備蓄し、その動力は、他の排気・吸入・
圧縮の３行程の動力源となりエネルギ消費され、余剰動
力を、そのエンジンの出力とするものである。

【０００７】エンジン性能の向上という課題から、多気
筒化とともに直列型シリンダー、Ｖ型シリンダーおよび
水平対向型シリンダー等の配置構造とそれにともなうピ
ストンストロークの選択並びにツインカム複数バルブ等
々の改変はよく知られるところである。くわえて、エン
ジンコントロールが電子制御とされる等、技術開発は急
であるが、エンジンの基本構造、なかでもシリンダーヘ
ッドより下側の部分は、素材変更を除いては大きな変化
がなかったといえる。

【０００８】Ｃ．ロータリーエンジン このエンジンの構成は、４サイクル行程をおこなう室を
形成するローターハウジングと、該ハウジングの中で偏
心回転により４サイクル行程運動をするローターと、ロ
ーターを組み込みロータハウジングの側面を密閉するサ
イドロータの３ヶ所の三角形の頂点に、ロータハウジン
グ内で形成される室の機密を保つためのアペックスシー
ルと、サイドシール，コーナーシール等からなり、上記
ローターが、偏心回転を１回する間に３回の燃焼および
出力軸回転を得るもので、都合、出力軸１回転で１回の
出力（燃焼）行程を有するエンジンである。

【０００９】このエンジンの特徴は、バルブ機構が不要
であること、ピストンによる往復運動がないので、構造
が簡素で部品点数が少ないこと、回転域が広く回転の変
化がスムーズであること、小型軽量で高出力が得られ騒
音や振動が少ないこと等が利点とされる一方、燃焼面積
が大きいことによる熱損失すなわち燃料消費の増大が欠
点として指摘されている。また、２サイクルエンジン同
様エンジン内部潤滑のため、オイルが燃焼室内で燃焼す
る欠点もある。

【００１０】Ｄ．ディーゼルエンジン バスやトラック等大型自動車のエンジンとして代表され
るディーゼルエンジンは、上記ガソリンエンジンと同様
に２サイクルと４サイクルがあり、燃料混合気を吸入す
ることなく、シリンダー内で空気を吸入圧縮し、そこに
燃料を噴射して自然発火させ、燃焼出力を得るもので、
一般的な長所は、高い燃焼圧力によるトルクの大きさと
燃料を軽油等にしたことによる経済効果を有することで
ある。ここでも、種々の功罪がエンジンの特徴とともに
指摘できるが、回転出力の取り出し方については基本的
な変化はなく、したがってサイクル行程も、上述のレシ
プロエンジンと同様に考えてよい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例にみられる
ように、エンジンブロックに関しては、シリンダーヘッ
ドより上部の機構が性能向上を図るために重視され、そ
の結果、構造が複雑かつ精密化し、製造コストも高いも
のとなってきた。

【００１２】先述したように、各シリンダーは、完全に
独立してクランクシャフトに連結され、画一されたピス
トン運動でサイクル行程をおこなうので、クランクシャ
フトの運動から動力を取り出す従来方法では、２サイク
ルエンジン以外ではバルブを廃止することは不可能であ
る。

【００１３】また、４サイクルエンジンのクランクシャ
フトは、ピストンの燃焼圧力で移動（下降）する運動
を、コンロッドを介してクランク部で回転運動に変換す
る方法の基本原理は、従来から変わらず、革新的な改良
はなされてこなかった。故に、気筒数を増やすと、直列
型、Ｖ型、水平型等いずれの方式のエンジンであっても
クランクシャフトを長くする必要があり、エンジン全長
も長くなるのは不可避であった。

【００１４】さらに、４サイクル行程をおこなうピスト
ンの往復運動は、各行程で特有のそれぞれ違った理想的
な運動があると考えられるものであるが、これまでのク
ランクシャフトでは、ピストンの往復運動は、４サイク
ルのどの行程においても画一的な往復運動しかおこなえ
ない。このこと、クランク部の軌道およびピストンの行
程運動は、実施例の説明の欄の４．比較・評価の項にお
いて後述される。

【００１５】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであって、これまでのバルブ機構を不要とした内燃
機関におけるシリンダーブロック及びピストンの運動制
御方法並びに新規なシリンダーブロック回転式ピストン
エンジンを提供することを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回転シリンダーとピストンが協働してサイ
クル行程をおこない、該シリンダーの回転軸からエンジ
ン出力を得るようにした内燃機関におけるシリンダーブ
ロック及びピストンの運動制御方法であって、以下の各
手順を包含することを特徴とするものである。 （１）エンジンブロック内に、現４サイクルピストンエ
ンジンのクランクシャフトの中心部を動点とみて、この
軌道を関数表現したサイクル行程表示曲線に近似するシ
ヌソイダルな曲線の少なくとも２周期分の波形が環状に
刻設された波形状ガイド溝を構造部材とともにサイクル
行程ガイド手段として固定すること。 （２）回転軸を有し、かつ、該軸の放射状方向に一また
は複数のシリンダーを形成したシリンダーブロックを、
シリンダーヘッドとは摺接可能・回転可能に配置するこ
と。 （３）前記各シリンダーに嵌着する各ピストンに直結す
るロッドを、前記波形状ガイド溝に係合し、該ロッドが
波形状ガイド溝の環状行路に倣って溝内を摺動すること
により、シリンダーブロックとピストンを協働させるこ
と。 （４）上記各手順により、ピストンとシリンダーブロッ
クの挙動を規定するとともに、エンジンのサイクル行程
を制御すること。

【００１７】また、シリンダーブロック回転式ピストン
エンジンであって、一の開口部を点火プラグ、吸入ポー
ト及び排気ポートを有するシリンダーヘッドで閉塞し、
他の開口部をリヤケースで閉塞してなる円筒内に、回転
軸を有し、かつ、該軸周り放射状に対軸同一方向へ指向
して一または複数のシリンダーを形成したシリンダーブ
ロックをシリンダーヘッドとは摺接可能・回転可能に配
置すると共に、該円筒の内周壁には周壁に波形状ガイド
溝を有するガイドケースを固定し、前記各シリンダーに
嵌着する各ピストンのガイドロッドを前記波形状ガイド
溝に係合してなり、該ガイドロッドが波形状ガイド溝内
を摺動することによりピストンとシリンダーブロックが
協働してエンジンのサイクル行程を行うことを特徴とす
るものである。

【００１８】また、シリンダーブロック回転式ピストン
エンジンであって、点火プラグ、吸入ポート及び排気ポ
ートを有する輪状シリンダーヘッドと、この外周に該輪
状シリンダーヘッドと摺接可能・回転可能に配置され、
回転軸を有し、かつ、該軸周り放射状に対軸垂直方向へ
指向して一または複数のシリンダーを形成したシリンダ
ーブロックと、環状に刻設された波形状ガイド溝を有し
たサイクル行程ガイド手段とをケーシング手段に固定
し、前記回転軸がケーシング手段の一の開口部を閉塞す
るフロントケースと他の開口部を閉塞するリヤケースに
貫通支持され出力軸とされるとともに、前記各シリンダ
ーに嵌着する各ピストンのガイドロッドを前記波形状ガ
イド溝に係合してなり、該ガイドロッドが波形状ガイド
溝内を摺動することによりピストンとシリンダーブロッ
クが協働してエンジンのサイクル行程を行うことを特徴
とするものである。

【００１９】上記エンジンは、輪状シリンダーヘッドの
内周にシリンダーブロック及びサイクル行程ガイド手段
が構成される場合がある。

【００２０】また、シリンダーに嵌着する各ピストンの
ガイドロッドにクランクを組合せ、その一端を波形状ガ
イド溝に係合させ、該溝内を摺動するように構成しても
よい。

【００２１】さらに、サイクル行程ガイド手段を円筒形
に構成し、波形状ガイド溝の環状行路を該円筒の内周壁
に刻設するか、サイクル行程ガイド手段を円盤状に構成
し、波形状ガイド溝の環状行路を該円盤の平面内に刻設
して、組み合わせたクランクの動作を規定することがで
きる。

【００２２】

【作用】エンジンケースに固定されたサイクル行程ガイ
ド手段に、環状の波形状ガイド溝を形成し、これに係合
されたガイドロッド（ピストンロッド）が該溝内を行路
に倣って摺動することにより、シリンダーブロックとピ
ストンを協働させ、４サイクル行程のピストン運動とシ
リンダーブロック自体の回転運動を得るとともに、これ
を動力源としてシリンダーブロックの回転軸を出力軸と
するエンジン出力を発生させる。

【００２３】

【実施例】以下の順序で本発明の最適な実施例について
添付図面を参照して説明する。 １．本エンジンの作動原理 (1) 回転動力の発生原理 (2) サイクル行程の運動原理 (3) 波形状ガイド溝（ガイド波形） (4) ピストン行程運動図 ２．構成 (1) 機器 ａ．実施例１（円筒形シリンダーブロック方式） ｂ．実施例２（円盤形シリンダーブロック方式） ｃ．実施例３（円盤形シリンダーブロック方式） (2) 最適なガイド波形 ３．機構・動作 ４．比較・評価 ５．応用 (1) サイクル行程ガイド手段とエンジン構成（シリンダ
ーヘッド内周タイプ） ａ．基本波形 ｂ．２倍波形 (2) サイクル行程ガイド手段とエンジン構成（シリンダ
ーヘッド外周タイプ） ａ．基本波形 ｂ．２倍波形 (3) クランク併用するサイクル行程ガイド手段の構成 ａ．円筒形 ｂ．円盤形 ６．機構上の対策

【００２４】１．本エンジンの作動原理 (1) 回転動力の発生原理 現４サイクルピストンエンジンのクランクシャフトの中
心部を動点とみて、この軌道を関数表現したサイクル行
程表示曲線（図18参照）に近似するシヌソイダルな曲線
を円筒内周壁に投影してガイド溝を形成したとき、物理
的には波形状斜面を有した溝型行路を構成する。ここ
で、図１に示した斜面上の１点Ａ1 （ガイドロッドとガ
イド溝との摺動接点）では、ガイドロッドが直結するピ
ストンの運動方向（図示でば鉛直方向）の外力とシリン
ダーブロックの回転による円周方向（図示では水平方
向）の外力をうけるといえる。

【００２５】そこで、この接点において作用する力を検
討すると、シリンダー内の燃焼圧力によってピストンが
下降し、ガイドロッド先端部の負勾配斜面の接点Ａ1
（図示）では、鉛直下向きの外力Ｇ1 をうけ、斜面運
動方向に対して水平方向の分力Ｆ1 が発生する。この水
平方向の力Ｆ1 はシリンダーブロックの回転力を付勢
し、前記接点Ａ1 を行路にそってＡ1'まで移動させ、続
くサイクル行程の原動力として応分に消費される。〔燃
焼行程〕

【００２６】そして、ガイドロッド先端部の正勾配斜面
の接点Ａ2 （図示）では、前記行程の余剰動力により
水平方向の外力Ｆ2 をうけ、鉛直上向きの分力Ｇ2 を得
て、行路にそったＡ2 →Ａ2'への移動とともにピストン
上昇の仕事をする。〔排気行程〕

【００２７】４サイクルの進行は、上記各行程における
ピストン運動とほぼ同様の挙動とともに、吸入行程（図
示）および圧縮行程（図示）が続く。なお、図中B1
〜B4、C1〜C4は各分力方向の移動距離を示す。

【００２８】実際に発生する回転動力については、固定
回転軸をもつシリンダーブロック（剛体）の運動および
その運動エネルギーとして説明されなければならないか
ら、上記回転外力は力のモーメントとして考慮すること
になる。

【００２９】以下、力学的な解析は省略し、本エンジン
について主に機構的な観点から定性的な説明をくわえ
る。

【００３０】(2) サイクル行程の運動原理 上述の回転動力を得るために、本エンジンが機構的にピ
ストン運動の制御とともにどのような挙動をとるのかに
ついて概説する。図２に月光の４サイクルピストンエン
ジンのサイクル行程表示曲線と本エンジンの波形状ガイ
ド溝（以下ガイド波形と同義に使用する）との行程内容
比較図を示すとおり、４サイクルエンジンのピストン運
動では、ピストンの上死点から下死点にいたる負勾配斜
面での挙動が燃焼行程、つづく下死点から上死点にいた
る正勾配斜面での挙動が排気行程、次の上死点から下死
点にいたる負勾配斜面での挙動が吸入行程、次いで下死
点から上死点にいたる正勾配斜面での挙動が圧縮行程と
されるので、本エンジンのシリンダーブロック１回転に
協働するピストンが少なくとも２往復し、この４行程が
完了するものとされる。

【００３１】すなわち、図１に示した→→→を
サイクリックに実行するために、ガイド波形は、その刻
設された周面上少なくとも２周期となるようなシヌソイ
ダルな曲線とされ、その山が各上死点、谷が各下死点に
対応し、シリンダーブロックとピストンが協動して、波
形状ガイド溝の環状行路に倣って構内を摺動することに
より行程運動を実行しようとするものである。このガイ
ド波形は、図２に示すとおり、排気上死点を圧縮上死点
より振幅を大きく（Δ）とり、燃焼容積零まで排気し燃
焼容積零から吸入するように燃焼室容積分を利用する点
及び後述する動力発生（燃焼）区域での軌道を補正して
いる点に特徴を有する。

【００３２】(3) 波形状ガイド溝（ガイド波形） 先述したように、波形状ガイド溝は、原則的には、クラ
ンク部を動点とみて、この軌道を関数表現した際の曲線
をサイクル行程ガイド手段に投影して環状の溝を刻設し
たものであり、波形状斜面を有した溝型行路を構成して
いる。

【００３３】ここで、その基本波形を図３に示すが、４
サイクルエンジンでは、シリンダーブロックとピストン
（ロッド）が協働して、シリンダーブロック１回転に対
して少なくとも２往復のピストン運動がおこなわれるべ
く構成されるので、円筒内周壁には少なくとも２周期の
シヌソイド曲線が描かれることになる。

【００３４】(4) ピストン行程運動図 そこで、波形状ガイド溝を移動するピストンの行程運動
図を図４に示すが、上記２周期からなる波形状ガイド
（溝）を圧縮上死点、燃焼下死点、排気上死点および吸
入下死点に４分割した各半周期におけるピストンの挙動
が、それぞれ４サイクルの各行程に対応することを説明
するものである。

【００３５】２．構成 (1) 機器 ａ．実施例１（円筒形シリンダーブロック方式） 本エンジンの一実施例における構成を図５、図６および
図７に示すが、図５はその外観図、図６は部分縦断面を
含む見取図および図７は部品構成を含む組立概要図であ
る。

【００３６】ここで、１が点火プラグ、２が吸入ポー
ト、３が排気ポート、４がシリンダーヘッド、５がリヤ
ケース、６が回転軸、７がシリンダー、８がシリンダー
ブロック、９が波形状ガイド（溝）、10がガイドケー
ス、11がピストン、12がガイドロッドおよびＸがエンジ
ンケースである。

【００３７】 ｂ．実施例２（円盤形シリンダーブロック方式） 本エンジンの他の実施例であるシリンダーヘッド内周タ
イプにおける部品構成を含む組立概要図を図８に示す。

【００３８】ここで、30がフロントケース、31が点火プ
ラグ、32が吸入ポート、33が排気ポート、34がシリンダ
ーヘッド、35がリヤケース、36が回転軸、37がシリンダ
ー、38がシリンダーブロック、39が波形状ガイド
（溝）、40がサイクル行程ガイド手段、41がピストン、
42がガイドロッド及びＹがエンジンケースである。

【００３９】 ｃ．実施例３（円盤形シリンダーブロック方式） 本エンジンの他の実施例であるシリンダーヘッド外周タ
イプにおける部品構成を含む組立概要図を図９に示す。

【００４０】ここで、50がフロントケース、51が点火プ
ラグ、52が吸入ポート、53が排気ポート、54がシリンダ
ーヘッド、55がリヤケース、56が回転軸、57がシリンダ
ー、58がシリンダーブロック、59が波形状ガイド
（溝）、60がサイクル行程ガイド手段、61がピストン及
び62がガイドロッドである。

【００４１】(2) 最適なガイド波形 ４サイクル行程をおこなうピストンの往復運動は各行程
にそれぞれ特有の理想的な運動があると考えられるが、
現在のクランクシャフトではピストンの往復運動は４サ
イクルのどの部分においても全く画一的な運動しかおこ
なえないものである。本エンジンでは、ガイド波形につ
いて、各行程に特有で効果的なピストンの運動をおこな
わせるべく完全なシヌソイド曲線とせず、周期を固定
し、かつ、振幅と位相を行程にあわせて局所的に変化さ
せた波形とするものである。このことによって、ピスト
ンストロークは、例えば上・下死点の近傍で考慮し得る
かぎり最適な挙動をとることが可能である。

【００４２】先に示した図２は、同時に、行程に対応す
る現在のピストンエンジンのクランク部軌道と本エンジ
ンのガイド波形の比較図を示すものでもあり、また、図
10は、これを燃焼・排気行程で再度検証しようとするも
のである。

【００４３】ここでは、主に現在のピストンエンジンで
はバルブ操作に係るタイミングとピストンストロークと
の関係で不可避である圧力損失（結果として動力損失又
はピストンの挙動に係る機構的な熱効率の限界）を指摘
し、本エンジンによれば、ピストン運動を理想的な運動
に極限的に近づける制御が、ガイド波形の変化とともに
実現可能であることを主張するものである。

【００４４】３．機構・動作 本エンジンは、ガイド波形の形状に制御されるピストン
運動とこれに協働するシリンダーブロックの回転とでサ
イクル行程を実行し、該シリンダーブロックの回転軸を
出力軸として構成されるものである。

【００４５】４サイクルエンジンでは、シリンダーブロ
ック１回転でこれに対応するガイド波形は、少なくとも
１円周に２ヶ所の山と２ヶ所の谷を有し、これを基本波
形として４行程の全行程をおこなう。シリンダーヘッド
には、サイクルの対応位置に点火プラグ（孔）、吸入ポ
ートおよび排気ポートが形成され、サイクル行程と完全
な整合をとったものとされる。

【００４６】このときシリンダーブロックに１シリンダ
ーを形成したものであればシリンダーブロック１回転で
１回の燃焼出力を発生させることができる。したがっ
て、シリンダーブロックに４個のシリンダーを均等間隔
に配列すれば、シリンダーブロック１回転で４回の燃焼
出力が発生する。一般に４サイクルピストンエンジンの
場合、４気筒エンジンではクランクシャフト１回転で２
回の燃焼出力しか発生しないので、本エンジンの４気筒
は、現４サイクルピストンエンジンの８気筒に相当する
燃焼出力の発生回数となる。このことは、少数気筒エン
ジンでありながらトルク変動および振動を抑制する要因
として挙げることができる。

【００４７】また、ロータリーエンジンの場合、１ロー
ター当たりクランクシャフト１回転で１回の燃焼出力が
あり、２ローターでは２回の燃焼出力があるが、ロータ
リーの特殊性からトルク変動や振動等は、２ローターで
４サイクルピストンエンジン（レシプロエンジン）の６
気筒相当である。

【００４８】よって、本エンジンは、シリンダーブロッ
クに気筒数を増設するか、ガイド波形を１円周当たり多
周期（２ｎ倍波形）に構成することで、シリンダーブロ
ック１回転で発生する燃焼出力を増加することが容易で
ある。

【００４９】４．比較・評価 上述した構成によって、本エンジンは、ピストンスピー
ド，ピストンストロークをガイド波形の変更とともに設
計・選択自在とし、例えば、排気行程の場合、クランク
シャフト方式であれば排気時の上死点において燃焼室容
積は必ず残して次の吸入行程へ移ってゆくが、本エンジ
ンのポート方式であれば排気時の上死点は、ピストンが
シリンダーヘッドに接触する直前まで上昇させることが
でき、完全に近い排気をおこない、次の吸入行程におい
ても、先のシリンダーヘッド直前の容積≒０から吸入を
開始するので、上記燃焼室容積相当分増量した吸入をお
こなうことができる。しかも、吸入抵抗が小さいことと
口径を大きくとれるポート方式の利点は、同様のシリン
ダー容積を有するバルブ方式に比して明らかに吸入量の
増大が図れる。

【００５０】燃焼行程の場合も同様で、クランクシャフ
ト方式であれば燃焼下死点よりかなり早期に排気バルブ
を開口し、燃焼圧力が残っている状態で排気を開始する
ので、ここでも熱損失を避けることはできないが、本エ
ンジンであれば、燃焼行程でピストンが完全に下死点に
達するまで排気ポートを開口しないようにガイド波形の
振幅・位相が設定されるので、燃焼残圧の影響を排除す
ることができる。

【００５１】さらに、シリンダー内の燃焼と圧力の状態
は、現バルブ方式では圧縮上死点前でプラグ点火され、
上死点を少し過ぎた位置から急激に燃焼圧力が高まり、
その後急激に圧力低下し、この間の圧力変化はシリンダ
ーおよびシリンダーヘッド部，ピストン等に多大な負荷
を与えるともに、トルクおよび出力の変動原因ともなる
が、本エンジンでは、ガイド波形の変更によりこれを解
消することができる。

【００５２】図２で、すでにこの間の現ピストンエンジ
ンのクランク部の軌道と本エンジンのガイド波形をサイ
クル行程運動において比較しているが、くわえて図11
は、燃焼行程における対比的な特徴をガイド波形又はサ
イクル行程表示曲線とともにシリンダー内圧力と容積の
変化で説明すべくＰ−Ｖ概略図として示すものである。
ここで（イ），（ロ）は本エンジンの場合、（ハ），
（ニ）は現行エンジンの場合である。

【００５３】５．応用 (1) サイクル行程ガイド手段とエンジン構成（シリンダ
ーヘッド内周タイプ） ａ．基本波形 図12は、上記２(1) ｂにおいて述べた円盤形シリンダー
ブロック方式のエンジンであって、シリンダーヘッドの
外周に波形状ガイド溝を有するようにサイクル行程ガイ
ド手段を設け、シリンダーヘッド内周タイプのエンジン
構成としたものの横断面概略図であり、かつガイド波形
を基本波形としたものである。

【００５４】シリンダーヘッドは、中心部の輪状（円筒
形とみてもよい）部材で構成され、各シリンダーは、シ
リンダーブロック円周上に回転軸に対して放射状に配列
されている。ここで、出力軸（回転軸）１回転で、各シ
リンダーはそれぞれ１回の燃焼をおこない、図示の如く
８気筒の場合は、出力軸１回転あたり８回の燃焼出力を
得て動力転換され、回転を付勢するものである。

【００５５】ｂ．２倍波形 図13は、同じく円盤形シリンダーブロック方式のエンジ
ンであって、シリンダーヘッドの外周に波形状ガイド溝
を有するようにサイクル行程ガイド手段を設け、シリン
ダーヘッド内周タイプのエンジン構成としたものの横断
面概略図であり、かつ、ガイド波形を基本の２倍波形と
したものである。

【００５６】ここでは、出力軸（回転軸）１回転で、各
シリンダーはそれぞれ２回の燃焼をおこない、図示の如
く８気筒の場合は、出力軸１回転あたり16回の燃焼出力
を得て動力転換され、回転を付勢するものである。この
とき、断面径上で対向するシリンダーでは、同一行程を
実行する。

【００５７】(2) サイクル行程ガイド手段とエンジン構
成（シリンダーヘッド外周タイプ） ａ．基本波形 図14は、上記２(1) ｂにおいて述べた円盤形シリンダー
ブロック方式のエンジンであって、シリンダーヘッドの
内周に波形状ガイド溝を有するようにサイクル行程ガイ
ド手段を設け、シリンダーヘッド外周タイプのエンジン
構成としたものの横断面概略図であり、ガイド波形を基
本波形としたものである。

【００５８】シリンダーヘッドは、シリンダーブロック
の外周に輪状（円筒形とみてもよい）部材で構成され、
各シリンダーは、シリンダーブロック円周上に回転軸に
対して放射状に配列されている。

【００５９】ここで、出力軸（回転軸）１回転で、各シ
リンダーはそれぞれ１回の燃焼をおこない、図示の如く
８気筒の場合は、出力軸１回転あたり８回の燃焼出力を
得て動力転換され、回転を付勢するものである。

【００６０】ｂ．２倍波形 図15は、同じく円盤形シリンダーブロック方式のエンジ
ンであって、シリンダーヘッドの内周に波形状ガイド溝
を有するサイクル行程ガイド手段を設け、シリンダーヘ
ッド外周タイプのエンジン構成としたものの横断面概略
図であり、ガイド波形を基本の２倍波形としたものであ
る。

【００６１】ここでは、出力軸（回転軸）１回転で、各
シリンダーはそれぞれ２回の燃焼をおこない、図示の如
く８気筒の場合は、出力軸１回転あたり16回の燃焼出力
を得て動力転換され、回転を付勢するものである。この
とき、断面径上で対向するシリンダーでは、同一行程を
実行する。

【００６２】 (3) クランク併用するサイクル行程ガイド手段の構成 ａ．円筒形 上記円筒形内壁に刻設された波形状ガイド溝に対して、
クランクを併用し、環状行路の拡縮自在性とともに、組
付けにおける柔軟性を獲得しようとした例を図16に示
す。（ａ）〜（ｄ）はこれらのバリエーションである。

【００６３】ｂ．円盤形 上記円盤形プレートに刻設された波形状ガイド溝に対し
て、クランクを併用し、環状行路の拡縮自在性ととも
に、組付けにおける柔軟性を獲得しようとした例を図17
に示す。（ａ）〜（ｃ）はこれらのバリエーションであ
る。ここでは、シリンダーヘッド外周タイプにおいて、
ガイド波形の環状行路が窮屈になることが否めないの
で、これを解消しようとするものである。

【００６４】また、本エンジンは、シリンダーブロック
に気筒数を増設するか、ガイド波形を１円周当たり多周
期（２ｎ倍波形）に構成することで、シリンダーブロッ
ク１回転で発生する燃焼出力を増加することができるこ
とは、先述したとおりである。

【００６５】しかも、シリンダーヘッドの吸入、排気ポ
ートおよび点火プラグ（孔）は、ガイド波形が１円周で
４行程の基本波形であれば、気筒数を増やしても、それ
ぞれ１ヶ所ずつ設ければ足りる。また、全気筒が同一の
ガイド波形上を移動することになるので、気筒数を増や
してもガイド波形（波形状カイド溝）を変更することな
く多気筒化ができる。なお、ガイド波形を基本波形より
倍増した場合は、それに比例して各ポートを増設しなけ
ればならないが、考え方としては容易であろう。

【００６６】さらに、本発明が保護される範囲におい
て、波形ガイド溝に替えて波形ガイド板等によるサイク
ル行程ガイド手段の変更が考慮されてもよい。すなわ
ち、ガイド波形によりシリンダーブロック及びピストン
の運動制御をなすことが本発明の技術的思想の基底であ
り、この実行手段は本実施例にとどまらない。

【００６７】このように、ガイド波形の設計変更が、こ
れに制御されるピストン運動を直接的に関与するので自
由度が高く、エンジンブロック全体の設計において、所
望にあわせてバリエーションを広げることができ、柔軟
性に優れた利点を有する。

【００６８】６．機構上の対策 連続運転を前提とする実用面における機構上の当面の課
題・対策として、以下(1) 〜(5) を列挙することができ
るが、いずれも、現在の技術水準で個別にアプローチ可
能な標的である。（提案例は説明を省略する。） (1) ガイドロッドの挙動の安定化〔例えばガイドベアリ
ング（図示のみ説明省略）〕 (2) シーリング (3) 冷却方式の制限 (4) 燃料混合気の吸入方法 (5) 動力伝達系の構成

【００６９】

【発明の効果】本発明は、以上の構成よりなるものであ
り、これによれば、以下に示す有益な効果を奏する。

【００７０】（１）４サイクルピストンエンジンのとし
て吸入・排気行程をポート方式に変更したので、バルブ
機構を不要としてシリンダーヘッド部を簡素化し、エン
ジンの小型軽量化を図ることができる。

【００７０】（２）クランクシャフトに替わる波形状ガ
イドにより、ピストン運動に変化をもたせることが可能
なので、機構的に、現状での不可避的な吸入・排気効率
の限界を超えてサイクル行程が実行され、もって燃焼損
失を低減し、あわせて燃焼効率を向上することができ
る。

【００７２】（３）出力軸に発生させる燃焼回数が容易
に増やせるので、多気筒に相当する高出力が得られ、し
かもトルク・出力の変動および振動・騒音が低減され
る。

【００７３】すなわち、同等の排気量の現在のエンジン
に比して、出力軸１回転当たりの燃焼出力回数が多い本
発明のエンジンの有利性から、１シリンダー当たりの容
積を小さくすることができる。そして、１シリンダー当
たりの容積をより小さくして多気筒化することにより、
シリンダーヘッド部のシーリングの問題を軽微なものに
して各部位における部材のダウンサイジングと設定強度
の低減が図れる。したがって、上記のとおり、１シリン
ダー当たりの小容積多気筒化を実現して従来的な諸問題
を解決すると同時にトルク・出力の変動および振動・騒
音をより低減することが可能となる。

【００７４】（４）上記効果とともに故障発生率の低
減、運転コストおよび製造コストにおける経済効果の増
大が期待できる。また、小型軽量、高出力および高制振
性により動力源スペースを減少できるので、組み合わさ
れる他の構造要素の利用スペースを広げ、かつ、スタイ
ルやデザインでの美的効果に貢献・寄与することが期待
できる。

【００７５】（５）本発明のエンジンは動力源として広
範囲に利用できるので、産業上極めて高い価値を有する
ものである。特に、今後予測される燃料の多様化（水
素、天然ガス、メタノール等）に対してそれぞれの燃焼
特性にあわせたガイド波形を設計することが容易にで
き、しかも排気ガス等公害問題においても波形特性を変
更することによって有利に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における動力発生原理を説明する模式図
である。

【図２】現行４サイクルピストンエンジンのサイクル行
程表示曲線と本発明のガイド波形により各行程内容を比
較した説明図である。

【図３】本発明の基本ガイド波形を示す説明図である。

【図４】本発明のピストンの行程運動を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の一実施例である円筒形シリンダーブロ
ック方式として構成したエンジンの外観図である。

【図６】同じく部分断面を含む見取図である。

【図７】同じく部品構成を示す組立概要図である。

【図８】本発明の他の実施例であるシリンダーヘッド内
周タイプの円盤形シリンダーブロック方式として構成し
たエンジンの部品構成を示す組立概要図である。

【図９】本発明の他の実施例であるシリンダーヘッド外
周タイプの円盤形シリンダーブロック方式として構成し
たエンジンの部品構成を示す組立概要図である。

【図10】本発明のガイド波形と現行エンジンの行程表示
曲線により各燃焼・排気行程を比較した説明図である。

【図11】本発明のガイド波形（イ）及び現行エンジンの
行程表示曲線（ハ）とともに各燃焼行程の特徴を対比的
に説明するＰ−Ｖ概略図（ロ，ニ）である。

【図12】シリンダーヘッド内周タイプのエンジン構成の
一応用例（基本波形の場合）を示す横断面概略図であ
る。

【図13】同じく他の応用例（２倍波形の場合）を示す横
断面概略図である。

【図14】シリンダーヘッド外周タイプのエンジン構成の
一応用例（基本波形の場合）を示す横断面概略図であ
る。

【図15】同じく他の応用例（２倍波形の場合）を示す横
断面概略図である。

【図16】円筒形シリンダーブロックにクランクを応用し
た例を示す説明図である。（ａ）〜（ｄ）はそのバリエ
ーションである。

【図17】シリンダーヘッド外周タイプの円盤形シリンダ
ーブロックにクランクを応用した例を示す説明図であ
る。（ａ）〜（ｃ）はそのバリエーションである。

【図18】現行４サイクルピストンエンジンのサイクル行
程表示曲線を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 点火プラグ ２ 吸入ポート ３ 排気ポート ４ シリンダーヘッド ５ リヤケース ６ 回転軸 ７ シリンダー ８ シリンダーブロック ９ 波形状ガイド溝 10 ガイドケース（サイクル行程ガイド手段） 11 ピストン 12 ガイドロッド Ｘ エンジンケース 30,50 フロントケース 31,51 点火プラグ 32,52 吸入ポート 33,53 排気ポート 34,54 輪状シリンダーヘッド 35,55 リヤケース 36,56 回転軸 37,57 シリンダー 38,58 シリンダーブロック 39,59 波形状ガイド溝 40,60 サイクル行程ガイド手段 41,61 ピストン 42,62 ガイドロッド Ｙ エンジンケース 100 クランク 102 クランク支点プレート 104 シリンダーヘッド 105 クランク支点プレート 106 回転軸 108 シリンダーブロック 109 波形状ガイド溝 110 サイクル行程ガイド手段 Ｚ エンジンケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 593061617 織田 幸子 大阪府大阪市東淀川区淡路３−13−23 第 ７東昌ハイツ506 (72)発明者 織田 和敬 広島県東広島市八本松町米満713−５

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関において、回転シリンダーとピ
   ストンが協働してサイクル行程をおこない、該シリンダ
   ーの回転軸からエンジン出力を得るようにしたシリンダ
   ーブロックおよびピストンの運動制御方法であって、以
   下の各手順を包含することを特徴とする内燃機関におけ
   るシリンダーブロック及びピストンの運動制御方法。 （１）エンジンブロック内に、現４サイクルピストンエ
   ンジンのクランクシャフトの中心部を動点とみて、この
   軌道を関数表現したサイクル行程表示曲線に近似するシ
   ヌソイダルな曲線の少なくとも２周期分の波形が環状に
   刻設された波形状ガイド溝を構造部材とともにサイクル
   行程ガイド手段として固定すること。 （２）回転軸を有し、かつ、該軸の放射状方向に一また
   は複数のシリンダーを形成したシリンダーブロックを、
   シリンダーヘッドとは摺接可能・回転可能に配置するこ
   と。 （３）前記各シリンダーに嵌着する各ピストンに直結す
   るロッドを、前記波形状ガイド溝に係合し、該ロッドが
   波形状ガイド溝の環状行路に倣って溝内を摺動すること
   により、シリンダーブロックとピストンを協働させるこ
   と。 （４）上記各手順により、ピストンとシリンダーブロッ
   クの挙動を規定するとともに、エンジンのサイクル行程
   を制御すること。
2. 【請求項２】 内燃機関において、一の開口部を点火プ
   ラグ、吸入ポート及び排気ポートを有するシリンダーヘ
   ッドで閉塞し、他の開口部をリヤケースで閉塞してなる
   円筒内に、回転軸を有し、かつ、該軸周り放射状に対軸
   同一方向へ指向して一または複数のシリンダーを形成し
   たシリンダーブロックをシリンダーヘッドとは摺接可能
   ・回転可能に配置すると共に、該円筒の内周壁には周壁
   に波形状ガイド溝を有するガイドケースを固定し、前記
   各シリンダーに嵌着する各ピストンのガイドロッドを前
   記波形状ガイド溝に係合してなり、該ガイドロッドが波
   形状ガイド溝内を摺動することによりピストンとシリン
   ダーブロックが協働してエンジンのサイクル行程を行う
   ことを特徴とするシリンダーブロック回転式ピストンエ
   ンジン。
3. 【請求項３】 内燃機関において、点火プラグ、吸入ポ
   ート及び排気ポートを有する輪状シリンダーヘッドと、
   この外周に該輪状シリンダーヘッドと摺接可能・回転可
   能に配置され、回転軸を有し、かつ、該軸周り放射状に
   対軸垂直方向へ指向して一または複数のシリンダーを形
   成したシリンダーブロックと、環状に刻設された波形状
   ガイド溝を有したサイクル行程ガイド手段とをケーシン
   グ手段に固定し、前記回転軸がケーシング手段の一の開
   口部を閉塞するフロントケースと他の開口部を閉塞する
   リヤケースに貫通支持され出力軸とされるとともに、前
   記各シリンダーに嵌着する各ピストンのガイドロッドを
   前記波形状ガイド溝に係合してなり、該ガイドロッドが
   波形状ガイド溝内を摺動することによりピストンとシリ
   ンダーブロックが協働してエンジンのサイクル行程を行
   うことを特徴とするシリンダーブロック回転式ピストン
   エンジン。
4. 【請求項４】 輪状シリンダーヘッドの内周にシリンダ
   ーブロック及びサイクル行程ガイド手段を構成した請求
   項３記載のシリンダーブロック回転式ピストンエンジ
   ン。
5. 【請求項５】 シリンダーに嵌着する各ピストンのピス
   トンロッドにクランクを組合せ、その一端を波形状ガイ
   ド溝に係合させ、該溝内を摺動するようにした請求項２
   又は３ないしは４のいずれかに記載のシリンダーブロッ
   ク回転式ピストンエンジン。
6. 【請求項６】 サイクル行程ガイド手段を円筒形に構成
   し、波形状ガイド溝の環状行路を該円筒の内周壁に刻設
   した請求項５記載のシリンダーブロック回転式ピストン
   エンジン。
7. 【請求項７】 サイクル行程ガイド手段を円盤状に構成
   し、波形状ガイド溝の環状行路を該円盤の平面内に刻設
   した請求項５記載のシリンダーブロック回転式ピストン
   エンジン。