JPH09112289A - ターボコンパウンドアークピストンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はターボコンパウンドアークピストン
エンジン（ＴｕｒｂｏＣｏｍｐｏｕｎｄ Ａｒｃ−Ｐｉ
ｓｔｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ）であり、馬力当り重量及び体
積を減少し、空気の充填効率を高くして混合気を完全燃
焼させて、排気公害を激減させ、エンジンの高さも低
く、出力増大により燃費が向上し、且つ構造が簡単なエ
ンジンである。 【解決手段】 本発明のターボコンパウンドアークピス
トンエンジンは、環状シリンダ（１）内で作動する弧形
ピストン（７）の曲線往復運動をクランク機構のコンロ
ッド（１３）を媒介としてフライホイル（１１）の回転
運動に変換し、環状シリンダ（１）中央のやや大きい中
空部には通常のラジアルガスタービン（１５）をコンパ
クトに装着して弧形ピストン（７）エンジンの出力軸
（１０）あるいはガスタービン軸（１７）端に、弧形ピ
ストン（７）とガスタービン（１５）の各動力を相互に
伝達するように複動力合成装置装置を連結して排気損失
を回収して排気エネルギーを利用することにより、熱効
率を大幅に向上するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はターボコンパウンド
アークピストンエンジン（Ｔｕｒｂｏ Ｃｏｍｐｏｕｎ
ｄ Ａｒｃ−Ｐｉｓｔｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ）に関するも
のである。特に環状シリンダ内に空気と燃料の混合気或
は空気のみを吸入して円弧状のピストンで圧縮した後
（圧縮空気に対しては燃焼噴射直後）、点火燃焼させて
爆発した高温高圧の燃料ガスが弧状ピストン（Ａｒｃ−
Ｐｉｓｔｏｎ）のヘッド（ｈｅａｄ）に作用して弧形ピ
ストンを環状シリンダ（Ａｎｎｕｌａｒ Ｃｙｌｉｎｄ
ｅｒ）内で曲線往復運動をさせてこれを回転運動に変換
させる為、弧形ピストンの中間側壁にさしこんだ固定ピ
ンにコンロッドの一端を連結し、他端はフライホイル周
辺の固定ピンに連結して動力が得られるように構成した
ターボコンパウンドアークピストンエンジンに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術と課題】一般的に、従来のピストンエンジ
ンは馬力当たりの体積、重量が大きく、エンジンの高さ
が高く、排気損失が多いので熱効率が低いのみならず、
エンジンの高さを無理に低く設定すればピストンの有効
行程が短くなり、不完全燃焼を招き、排気も汚れる問題
点がある。本発明は前記したように従来のピストンエン
ジンのあらゆる問題点を解決する目的で創案したもので
ある。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の燃料
噴射ポンプ、点火プラグを具備したターボコンパウンド
２行程サイクルのアークピストンエンジンは、図２、図
３に示すように、環状シリンダ（１）の上方ブロック
（Ｂｌｏｃｋ）へ、掃気孔（Ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ Ｐ
ｏｒｔ）（２）にバルブ（２’）が装着された隔壁
（３）を固定し（或いは、環状シリンダ（１）の隔壁
（３）上方のブロックに掃気孔（通路）（２）を彎曲形
成（図８に示す）してもよい）、隔壁（３）の左側には
ガス燃焼室（４）を形成し、右側には空気吸入／圧縮室
（５）を区分して形成し、ガス燃焼室（４）には燃料噴
射ポンプ（２３）と点火プラグ（２４）を装着し空気吸
入／圧縮室（５）側壁には空気吸入バルブ（２５）を装
着し、環状シリンダ（１）内に装入された弧形ピストン
（７）の中心線上には潤滑油通路（６）と潤滑油回収孔
（６’）を穿設し、弧形ピストン（７）の中間側壁に挿
着された固定ピン（９）を環状シリンダ（１）側壁に穿
設された円弧形の案内孔（８）ですべるように通過させ
て、外部側方のコンロッド（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒ
ｏｄ）（１３）の一端に駆着し、このコンロッド（１
３）の他端には、環状シリンダ右側のＢｒａｃｋｅｔに
支持された出力軸（１０）端のフライホイル（１１）周
辺の固定ピン（１２）が駆着されている。環状シリンダ
（１）中心のやや大きい中空部には、通常のラジアルガ
スタービン（１５）をコンパクト（Ｃｏｍｐａｃｔ）に
内装してシリンダ（１）周辺のフランジ（１’）へ締結
ボルトで取り付ける。又環状シリンダ（１）内の弧形ピ
ストン（７）の下死点部位には、ガスタービン（１５）
のインペラ（２６）側に連通する排気管（１６）が固定
されている。弧形ピストン（７）の動力が伝えられたフ
ライホイル（１１）の出力軸（１０）端に主動ホイル
（１４）を固定し、ガスタービン（１５）軸（１７）端
の駆動装置（Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｇｅａｒ）（１８）側壁
のクラッチ（Ｃｌｕｔｃｈ）（１９）にはスプリング
（Ｓｐｒｉｎｇ）（２０）の推力を受けながら軸（１
７）で空転する従動ホイル（２１）側壁に付設のオーバ
ランニングクラッチ（Ｏｖｅｒ Ｒｕｎｎｉｎｇ Ｃｌ
ｕｔｃｈ）（２２）が噛み合うように装着してなり、主
動ホイル（１４）と従動ホイル（２１）にベルト（７
７）（望ましくはＶベルト或はチェーン）を介して動力
を伝達して、従動ホイル（２１）の回転をなす。

【０００４】又、請求項２のターボコンパウンド４行程
サイクルのアークピストンエンジンは、カム（Ｃａｍ）
とタイミングチェーンギア（Ｔｉｍｉｎｇ Ｃｈａｉｎ
Ｇｅａｒ）、点火プラグ、ラジアルガスタービン（Ｒ
ａｄｉａｌ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ）を具備し、図５
に示したように環状シリンダ（１）上方を隔壁（３）で
仕切って、弧形ピストン（７）の左側と右側のヘッドと
隔壁（３）との間の２空間部をガス燃焼室として区分し
て形成し、隔壁（３）とシリンダ（１）ブロックにはガ
ス燃焼室とガスタービン（１５）のインペラ（２６）へ
連通するように排気通路（３７、３７’）を別々に曲設
し、このとなりのブロックには、左右の燃焼室へ連通す
る混合気吸入管（３４、３４’）を設置し、左側の排気
通路（３７）入口と混合気吸入管（３４）出口には、排
気バルブ（３５）と吸気バルブ（３１）を設置し、右側
のガス燃焼室に連通する排気通路（３７’）入口と混合
気吸入管（３４’）出口には排気バルブ（３５’）と吸
気バルブ（３１’）を設置し、吸気バルブ（３１）と排
気バルブ（３５）はタイミングチェーンギア（４１）の
軸（３３）に固定された吸入カム（３２）と排気カム
（３６）により開閉し、タイミングギア（３９、４０）
の軸（３３’）に固定された吸入カム（３２’）と排気
カム（３６’）は吸気バルブ（３１’）と排気バルブ
（３５’）を開閉するようにし、タイミングチェーンギ
ア（３９）はフライホイル（１１）の出力軸（１０）に
固定されたタイミングチェーンギア（３８）によりチェ
ーンを媒介として動力が伝達されるようにし、弧形ピス
トン（７）の中心線上に潤滑油通路（６）を穿設しその
中間に潤滑油回収孔（６’）を穿設するものである（図
２、図５、図８表示）。

【０００５】請求項３のターボコンパウンドアークピス
トンエンジンは、請求項１又は請求項２において、ガス
タービン（１５）軸（１７）端に図７に示した主動ホイ
ル（２１’）を固定し、フライホイル（１１）の出力軸
（１０）には被動ホイル（１４’）と同一体に鋳造され
た差動装置（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｅａｒ）
（４５）を遊着して空転するようにし、差動装置（４
５）へ固定されたスピンドル（４８）に遊着され回転す
るサイドギア（Ｓｉｄｅ Ｇｅａｒ）（４７、４７’）
は出力軸（１０）端に固定されたピニオン（４６）に噛
み合うようにしてタービン（１５）の動力をピストンの
出力軸（１０）へ伝達するものである。

【０００６】請求項４のターボコンパウンドアークピス
トンエンジンは、請求項１又は請求項２において、排気
通路（３７、３７’）或いは、排気管（１６）にベンチ
ュリ（Ｖｅｎｔｕｒｉ）部を形成し、（図８参照）、そ
の中間に二次空気孔（５１）を穿設して、２次空気を吸
引して高温で排気中の有害成分の再燃焼を可能とする。

【０００７】請求項５のターボコンパウンドアークピス
トンエンジンは、請求項１又は請求項２において、弧形
ピストン（７）を冷却する為、環状シリンダ（１）に切
欠部（７０）を形成（図８参照）することによって、弧
形ピストン（７）の冷却効果を向上させる。

【０００８】前記したように、本発明は環状シリンダ内
に空気と燃料の混合気或は空気のみを吸入しこの吸入ガ
スを弧形ピストンで圧縮した後（燃料噴射直後）点火し
て爆発させ爆発した高温高圧の燃料ガスが弧形ピストン
のヘッドに作用して、弧形ピストンを環状シリンダ内で
曲線往復運動させ、これを回転運動させるため弧形ピス
トン中間側壁の固定ピンにコンロッドの一端を連結し他
端にはフライホイル周辺の固定ピンが連結され、シリン
ダ内で発生した熱エネルギを機械的エネルギに変換す
る。弧形ピストンが周期的運動で仕事を継続する為フラ
イホイルに依り駆動するバルブ装置を利用して吸、排気
口を適宜な時期に開閉させて、２行程又は４行程運動を
して１Ｃｙｃｌｅを完結するのである。環状シリンダの
比較的大きい中空部には通常のラジアルガスタービンを
コンパクト（Ｃｏｍｐａｃｔ）に内装させて、ガスター
ビンの速度エネルギサイクルと２サイクル（Ｃｙｃｌ
ｅ）又は４サイクル（Ｃｙｃｌｅ）エンジンの体積型圧
力エネルギサイクルを結合してハイブリドエンジン（Ｈ
ｙｂｒｉｄ Ｅｎｇｉｎｅ）を構成させることに依り、
従来のピストンエンジンに比し、熱効率が大幅に向上
し、シリンダも環状に形成した為に弧形ピストンの有効
行程が長くなり多くの空気を吸入することができる。従
って、完全燃焼促進が可能となり排気がきれいで出力も
大きくなり、馬力当り重量及び体積が小さくなり、エン
ジンの高さも低くなって、視野が広く、潤滑、燃費、耐
久性、安全性等内燃機関としての条件をすべて具備した
ことが特徴である。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付した図面を参照
して詳細に説明する。図１は本発明による２サイクルア
ークピストンエンジンを図示した平面図であり、図２は
図１のＡーＡ線で切断の断面図であり、図３は図２の作
動状態を示した断面図であり、図４は図１のＢーＢ線で
切断の一部拡大断面図である。環状シリンダ（Ａｎｎｕ
ｌａｒ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ）（１）は分割型からなりフ
ランジ（１’）をボルトで締結し、シリンダ（１）上方
には、掃気孔（２）にバルブ（２’）が装着された隔壁
（３）を固定し、あるいは図８に示しすようにシリンダ
（１）上方のブロック（Ｂｌｏｃｋ）に掃気孔（２）
（通路）を曲設し、バルブ（２’）を装着してもよい。

【００１０】この隔壁（３）の左側にはガス燃焼室
（４）を、右側には空気吸入／圧縮室（５）を区分して
形成し、このガス燃焼室（４）には燃焼噴射ポンプ（２
３）及び点火プラグ（２４）を装着し、空気吸入／圧縮
室（５）壁側には空気吸入バルブ（２５）を装着してあ
る。また、環状シリンダ（１）内に装入された弧形ピス
トン（７）中心線上には、図２に示すように、潤滑油通
路（６）と潤滑油回収孔（６’）が穿設されており、弧
形ピストン（７）を曲線往復運動させる為、その中間側
壁に挿し込んだ固定ピン（９）は環状シリンダ（１）の
側壁に設けた円弧形の案内孔（８）でスライド可能に通
過させて外部側方のコンロッド（１３）の一端に駆着さ
せる。一方、コンロッド（１３）の他端には、環状シリ
ンダ（１）右側のブラケットで支持された出力軸（１
０）端に固定のフライホイル（１１）周辺に立設の固定
ピン（１２）に駆着してある。弧形ピストン（７）が装
入された環状シリンダ中心のやや大きい中空部には、図
４及び図７の断面図に示すように、通常のラジアルガス
タービン（１５）をコンパクトに内装して、シリンダ
（１）のフランジ（Ｆｌａｎｇｅ）（１’）に合わせて
締結ボルトで固定させるようになっている。

【００１１】図２、図３のように環状シリンダ（１）内
の弧形ピストン（７）の下死点部位に対応して、ガスタ
ービン（１５）のインペラ（２６）側に連通する排気管
（１６）が固定されている。又、フライホイル（１１）
の出力軸（１０）には主動ホイル（１４）が固定してあ
る。一方、ガスタービン（１５）の軸（１７）端の駆動
装置（Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｇｅａｒ）（１８）側壁のクラ
ッチ（１９）には、スプリング（２０）の推力を受けな
がら軸（１７）で空転する従動ホイル（２１）の側壁に
付設のオーバランニングクラッチ（Ｏｖｅｒ Ｒｕｎｎ
ｉｎｇ Ｃｌｕｔｃｈ）（２２）が噛み合っている。そ
して、前記従動ホイル（２１）は前記主動ホイル（１
４）とベルト（７７）（望ましくはＶベルト或はチェー
ン）を介して動力が伝達されて回転する。尚、動力伝達
車（３０）は前記駆動装置（Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｇｅａ
ｒ）（１８）と歯合して動力を得る。ガス燃焼室（４）
には燃焼噴射ポンプ（２３）と点火プラグ（２４）を装
着し、右側の空気吸入／圧縮室（５）内壁には自動的な
空気吸入バルブ（２５）を装着する。この空気吸入バル
ブ（２５）は必要によっては図８に示す通常のバルブ開
閉機構であるロッカーアーム（Ｒｏｃｋｅｒ ａｒｍ）
（５２）によって開閉するようにしてもよい。又、環状
シリンダ（１）のブロックには、水ジャケット（Ｗａｔ
ｅｒ Ｊａｃｋｅｔ）（２９）が形成してあって冷却を
なす。

【００１２】以上のように構成された２サイクルエンジ
ンの作用と効果を図１、図２、図３によって説明する。
図２に図示したように曲線往復運動する弧形ピストン
（７）の左側ヘッド（Ｈｅａｄ）が空気圧縮行程を始め
れば、右側のヘッドは空気吸入行程に入る。従って、空
気吸入バルブ（２５）は自動的に開き隔壁（３）に穿設
された掃気孔（２）のバルブ（２’）は自動的に閉孔す
る。そして、弧形ピストン（７）ヘッドが燃焼室（４）
の上死点迄空気を圧縮すれば、燃料噴射ポンプ（２３）
及び点火プラグ（２４）が作動して混合気を爆発燃焼さ
せて発生する高温高圧の燃焼ガスが、弧形ピストン
（７）のヘッドに作用して動力行程をする。このように
動力行程をする弧形ピストン（７）ヘッドが燃焼室
（４）の下死点へ到達すれば、排気管（１６）が開き７
００〜８００℃程度の排気ガスが、従来のエンジンの排
気マニホルド（Ｍａｎｉｆｏｌｄ）の如く長い冷却過程
を経由しないで、極短の排気管（１６）から直接ラジア
ルガスタービン（１５）のインペラ（２６）側へ噴出す
るので、その回転により排気エネルギーの回収率が高
い。

【００１３】従って、その排出ガスの速度エネルギーに
よりガスタービン（１５）の軸（１７）を矢印方向に高
速回転させるのである。このようにエンジンが継続的に
稼働すれば、排気管（１６）から噴出する排気ガスの脈
動エネルギーをガスタービン（１５）へ誘導してブロー
ダウン（Ｂｌｏｗ Ｄｏｗｎ）駆動方式でインペラ（２
６）を廻して、従来に比べて排気損失を減少させるの
で、総合的に本発明エンジンの熱効率は大幅に向上する
効果がある。

【００１４】排気ガスが排気管（１６）へ排出する瞬間
は、燃焼室（４）内の圧力が急速に落ちる為に、空気吸
入／圧縮室（５）内の圧縮された空気は燃焼室（４）内
ガスとの圧力差で隔壁（３）に設けた掃気孔（２）のバ
ルブ（２’）が開き、圧縮空気が燃焼室（４）内へ急速
に噴出し、排気管（１６）へ排出する排気ガスを追い出
し掃気し、シリンダ（１）に新鮮な空気だけを残す。弧
形ピストン（７）の中間側壁に差し込んだ固定ピン
（９）は、シリンダ（１）側壁に切開された円弧形の案
内孔（８）をガイド（Ｇｕｉｄｅ）としてスライド可能
に外部に貫通し、この先に駆着したコンロッド（Ｃｏｎ
ｎｅｃｔｉｎｇＲｏｄ）（１３）の他端はフライホイル
（１１）の周辺に固定された固定ピン（１２）に駆着さ
れていて、環状シリンダ（１）内の弧形ピストン（７）
の曲線往復運動を出力軸（１０）の回転運動に転換す
る。従って、既存のピストンエンジンを構成するのに必
要なクランク軸（Ｃｒａｎｋ Ｓｈａｆｔ）は省略でき
る。又、弧形ピストン（７）が左側のガス燃焼室（４）
で圧縮行程をする時、右側の空気吸入／圧縮室（５）で
は空気吸入バルブ（２５）が自動的に開けると同時に空
気吸入行程をする。

【００１５】又、図１に示したように、フライホイル
（１１）出力軸（１０）端に主動ホイル（１４）を固定
し、ガスタービン（１５）軸（１７）端にはクラッチ
（１９）と同一体に鋳造された駆動装置（Ｄｒｉｖｉｎ
ｇ Ｇｅａｒ）（１８）を固定し、そのクラッチ（１
９）にはスプリング（２０）の側圧を受けながら空転す
る主動ホイル（２１）側壁に付設のオーバランニングク
ラッチ（Ｏｖｅｒ Ｒｕｎｎｉｎｇ Ｃｌｕｔｃｈ）
（２２）が噛み合って、主動ホイル（１４）の動力がベ
ルト（７７）を媒介として駆動装置（１８）へ追加伝達
されるので、弧形ピストン（７）エンジンとラジアルガ
スタービン（１５）の複動力（Ｄｏｕｂｌｅ Ｐｏｗｅ
ｒ）が総合されて、ガスタービン（１５）の動力が大幅
に増大される効果がある。

【００１６】上述のように本発明は、弧形ピストン
（７）エンジンとガスタービン（１５）の各サイクル
（Ｃｙｃｌｅ）をコンパクト（Ｃｏｍｐａｃｔ）に合成
してハイブリッドエンジン（Ｈｙｂｒｉｄ ｅｎｇｉｎ
ｅ）を構成した為に、全体の熱効率が５０〜６０％程度
と高くなって、既存ピストンエンジン（熱効率３０〜４
０％）より性能が大幅に向上する。又、排気ガスを掃き
出す空気は、その流れの方向が排気ガスの排出方向と同
じ方向であり、後続的に排気ガスを掃気（追い出す）す
るために、新鮮な空気は排気ガスと互いに混合しないの
で掃気作用が確実である。又、右側の空気吸入／圧縮室
（５）では弧形ピストン（７）の行程が比較的に長く、
右側の圧縮空気の抵抗を受けながら左側の弧形ピストン
（７）が環状シリンダ（１）内燃焼室の上死点から下降
する為に、ガス燃焼に必用な時間が充分である。

【００１７】空気吸入／圧縮室（５）内では、弧形ピス
トン（７）行程が長いので多量の空気が吸入され、弧形
ピストン（７）の右側のヘッドにより圧縮された空気は
掃気孔（２）を通り左側の燃焼室（４）内へ強力に圧入
されるので排気ガスの排出が円滑であり、空気充填率が
高くガス燃焼効率が極大化されるので、ＣＯ、ＨＣ等有
害成分の排出が大幅に減少する効果がある。尚、ガスタ
ービン（１５）軸（１７）に通常の過給機（Ｓｕｐｅｒ
Ｃｈａｒｇｅｒ）を連結すれば空気吸入バルブ（２
５）孔へ空気が高密度に供給されるので、空気充填効率
が一層高くなるので出力が大幅に向上するのである。

【００１８】潤滑油としては燃料噴射時、潤滑油比率を
１５〜２０：１程度に混合給油方式を採択することと
し、弧形ピストン（７）のオイリング（２７）で回収し
た潤滑油はピストン中心線上の潤滑油通路（６）を流通
して潤滑油回収孔（６’）と環状シリンダ（１）に穿設
の潤滑油孔（２８）を通じて図８に示したようなオイル
サムプ（Ｏｉｌ Ｓｕｍｐ）（４９）へ落ちる。又、図
８に示すように、環状シリンダ（１）の下方の一部を切
り除く切欠部（７０）（例えば、逆Ｕ字形の切欠）を形
成すれば、弧形ピストン（７）の冷却効果が向上し、
又、潤滑油孔（２８）及び案内孔（８）の一部が省略出
来る。

【００１９】図７はガスタービン（１５）の動力と弧形
ピストン（７）の動力とを合成する他の実施の形態を示
した平断面図である。ガスタービン（１５）軸（１７）
と弧形ピストン（７）エンジンの出力軸（１０）の回転
数が違う二つの動力を総合する為、タービン（１５）軸
（１７）端に主動ホイル（２１’）を固定し、弧形ピス
トン（７）エンジンのフライホイル（１１）出力軸（１
０）には被動ホイル（１４’）と同一体に鋳造された差
動装置（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｅａｒ）（４
５）を遊着して空転するようにし、差動装置（４５）に
固定されたスピンドル（４８）で支持され回転するサイ
ドギア（Ｓｉｄｅ Ｇｅａｒ）（４７、４７’）はフラ
イホイル（１１）の出力軸（１０）端に固定されたピニ
オン（４６）に噛み合って駆動するものであり、タービ
ン軸（１７）の動力を出力軸（１０）に追加伝達して出
力を増強させるのである。

【００２０】もし、ガスタービン軸（１７）と弧形ピス
トン（７）エンジンの出力軸（１０）の回転数が同じだ
と仮定すれば、これらサイドギア（４７、４７’）は廻
らないでピニオン（４６）に噛み合った状態で一体とな
って回転するが、回転数の差があればこれらサイドギア
（４７、４７’）は差動運動をする。即ち、差動装置
（４５）の回転がエンジン出力軸（１０）より速ければ
サイドギア（４７、４７’）はピニオン（４６）の上を
公転しながらスピンドル（４８）で自動回転するのであ
る。以上の説明は２行程Ｃｙｃｌｅエンジンの作動を説
明したものであり、吸気行程と圧縮行程、動力行程と排
気行程が各々結合されて弧形ピストン（Ａｒｃｐｉｓｉ
ｏｎ）（７）の２行程で（フライホイル（１１）の出力
軸（１０）は１回転）１サイクル（Ｃｙｃｌｅ）を完成
するものである。

【００２１】次に、本発明の４行程（吸気、圧縮、動力
（爆発）、排気行程）サイクルエンジンを中心としてエ
ンジンの構成及び作動状態を説明する。上述の２行程サ
イクルエンジン図面と同じ符号に対してはできる限り反
復説明を避けることにする。図５は本発明の環状シリン
ダタイプの４行程サイクルエンジンを示した断面図であ
り、図６は図５の平面図である。環状シリンダ（１）ブ
ロックの上方を隔壁（３）で仕切って、弧形ピストン
（７）の左右ヘッド（Ｈｅａｄ）との間に二つのガス燃
焼室を区分形成し、その隔壁（３）とシリンダ（１）ブ
ロックには、ガスタービン（１５）のインペラ（２６）
側と左右側のガス燃焼室に各々連通するように、排気通
路（３７、３７’）を曲設する。又、隔壁（３）のすぐ
隣のシリンダ（１）ブロックには、前記左右側の燃焼室
に連通する混合気吸入管（３４、３４’）を設置する。

【００２２】左側の排気通路（３７）入口と混合気吸入
管（３４）の出口には排気バルブ（３５）と吸気バルブ
（３１）を別々に設置し、これはチェーンを媒介とし
て、動力を伝達するタイミングチェーンギア（４１）の
カム軸（３３）に固定された排気カム（３６）と吸入カ
ム（３２）により開閉されるのである。又、右側のガス
燃焼室に連通する排気通路（３７’）の入口と吸入管
（３４’）の出口には排気バルブ（３５’）と吸気バル
ブ（３１’）を別々に設け、タイミングチェーンギア
（３９、４０）のカム軸（３３’）に固定された排気カ
ム（３６’）と吸入カム（３２’）により開閉されるよ
うにする。タイミングチェーンギア（３９）は出力軸
（１０）に固定されたタイミングチェーンギア（３８）
の直径より２倍と大きい為、出力軸（１０）が２回転す
る度に各燃焼室では一回爆発することになり、吸入、圧
縮、動力、排気の４行程サイクルを完成するのである。

【００２３】吸入行程はサイクルの最初の行程であり、
図５に示したように右側の燃焼室では吸気バルブ（３
１’）は開いており排気バルブ（３５’）は閉じてい
る。弧形ピストン（７）の右側ヘッドが上死点から下死
点まで下降することによって空気と燃料の混合気が吸入
管（３４’）からシリンダ（１）内に吸入される。吸気
バルブ（３１’）は弧形ピストン（７）の右側ヘッドが
上昇運動を始めた少し後に閉じるのである。吸入行程の
次の行程として空気と燃料の混合気を圧縮する。この
時、シリンダ（１）内は排気バルブ（３５’）も既に閉
じ込んでいるので完全に密閉され、混合気は弧形ピスト
ン（７）ヘッドが上昇することによって圧縮し圧力が上
がるばかりでなく、その温度も上がる。弧形ピストン
（７）が上死点に到達する直前にこの圧縮された混合気
が点火プラグ（２４）により点火する。この行程により
弧形ピストン（７）は２行程、即ち１往復して出力軸
（１０）は１回転（３６０°）する。動力行程において
は、両バルブ（３１’、３５’）は閉じている。

【００２４】圧縮行程の終り付近で点火プラグ（２４）
により混合気が点火すれば、燃焼爆発してシリンダ
（１）内の圧力を上昇させ弧形ピストン（７）のヘッド
を強力に押圧する力が作用する。この力がコンロッド
（１３）を経てフライホイル（１１）へ伝達され、動力
化するのである。動力行程において弧形ピストン（７）
ヘッドが下死点に到達する直前に排気バルブ（３５’）
が開き（この時吸気バルブ（３１’）は閉じている。）
弧形ピストン（７）が上昇運動を始めれば燃焼ガスが排
気通路（３７’）を経てラジアルガスタービン（１５）
のインペラ（２６）へ圧出されガスタービン軸（１７）
を高速回転させるのである。弧形ピストン（７）ヘッド
が上死点に到達すれば排気バルブ（３５’）は閉じ吸気
バルブ（３１’）が開けて前述したような吸入行程が再
び始まるのである。

【００２５】このようにして、弧形ピストン（７）は吸
入、圧縮、動力、排気の４行程を完了してフライホイル
（１１）の出力軸（１０）は２回転（７２０°）を完成
するのである。従って、本発明の４サイクルエンジン１
気筒は隔壁（３）で遮断された両側の環状シリンダ内で
弧形ピストン（７）の４行程が別々に独立的に遂行する
為に理論上の出力は既存の４サイクル単動機関の２倍と
大きくなるのである。従って、本発明エンジンの環状シ
リンダ側壁を平面処理すれば馬力に応じて多気筒でも結
合して増設することができる。

【００２６】（第１の実施の形態）ガスタービン（１
５）軸（１７）又は出力軸（１０）に発電機を連結し
て、発生した電気エネルギーで水を電気分解し、発生し
た水素（Ｈ2）を貯えた水素タンク（Ｔａｎｋ）を経て
環状シリンダ（１）内の弧形ピストン（７）が上死点に
到達した時、圧縮空気に対して噴射する液体燃料（或い
は圧縮された混合気）とごく（極）微量の水素燃料をポ
ンプ噴射方式により射出して点火すれば、一層着火が良
く出力が増大し、特にＣＯ，ＨＣ等有害成分の燃焼が活
性化する為に燃料節約型無公害エンジンが構成される。

【００２７】（第２の実施の形態）図８に示した排気管
（１６）の中間にベンチュリ部（Ｖｅｎｔｕｒｉ）（５
０）を形成し、その中間に外部に連通する二次空気孔
（５１）を穿設すれば、この二次空気孔（５１）部分の
排気流速の増加により負圧が造成され、二次空気が排気
量に比例して多く吸入されるので、排気中のＣＯ／ＨＣ
等有害成分がその高温により再燃焼する効果がある。前
述したように排気中の有害成分処理法方策は単一方式で
なく触媒等多くの手段を総合的に利用すれば、低公害エ
ンジンが構成されるのである。

【００２８】（第３の実施の形態）既に述べたような方
式で以て発生する電気エネルギーを蓄電池（Ｂａｔｔｅ
ｒｙ）に充電し電動機（Ｍｏｔｏｒ）だけで車両を運転
すれば減速機及びクラッチ（Ｃｌｕｔｃｈ）等が省略さ
れ、車両全体としてのエネルギー効率が向上する。

【００２９】（第４の実施の形態）本実施の形態は、前
記環状シリンダ（１）及び弧形ピストン（７）の形状を
通常のように直線状に形成した場合であって、直線状シ
リンダの両端を閉鎖すれば、直線状ピストンの両面（ヘ
ッド）側に燃焼ガス圧力が作用する二つのガス燃焼室が
形成され（図示略）、本発明は、環状シリンダ（１）及
び弧形ピストン（７）の形状に限定するものではなく、
シリンダ及びピストンは直線状に形成するものも含む。
この場合、直線状ピストンの中間側壁に挿着された固定
ピン（９）を直線状シリンダ側壁に設けた案内孔でスラ
イド可能に通過させて、外部側方のコンロッド（１３）
一端に駆着し、このコンロッドの他端をシリンダ側壁に
設けたフライホイル（１１）周辺の固定ピン（１２）に
駆着することによって、クランクレス（ｃｒａｎｋｌｅ
ｓｓ）複動式機関（ｄｏｕｂｌｅ ａｃｔｉｎｇ ｅｎ
ｇｉｎｅ）が構成される。

【００３０】本発明エンジンを始動する時には、従前の
通り始動モータでリングギア（Ｒｉｎｇ Ｇｅａｒ）を
設けたフライホイル（１１）を回転させれば、コンロッ
ド（１３）に関連された弧形ピストン（７）側壁の固定
ピン（９）が環状シリンダ（１）側壁に設けた円弧状の
案内孔（８）でスライドすると共に曲線往復運動を反復
するため、容易に始動できるのである。

【００３１】

【発明の効果】前記のように構成された本発明によるタ
ーボコンパウンドアークピストンエンジンは、馬力当た
りの体積及び重さが軽く、性能が優秀であり、エンジン
の高さも低く、排気損失が少ないので、熱効率が高く、
完全燃焼により有害ガスの排出が大幅に減少するので大
気汚染を低減させる効果があるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明からなる２サイクルアークピストンエン
ジンを図示した平面図である。

【図２】図１のＡーＡ線断面図である。

【図３】図２の作動状態を図示した断面図である。

【図４】図１のＢーＢ線一部拡大断面図である。

【図５】本発明からなる４サイクル環状シリンダー型ア
ークピストンエンジンを図示した断面図である。

【図６】図５の平面図である。

【図７】ダブル動力合成機構の他の実施の形態を図示し
た平断面図である。

【図８】図２に図示した掃気孔及び掃気バルブ、排気管
及び環状シリンダの他の実施の形態を図示した、断面図
である。

【符号の説明】

１ 環状シリンダ（Ａｎｎｕｌａｒ Ｃｙｌｉｎｄｅ
ｒ） １’ フランジ（Ｆｌａｎｇｅ） ２ 掃気孔（Ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ Ｐｏｒｔ） ２’ バルブ（Ｖａｌｖｅ） ３ 隔壁 ４ ガス燃焼室 ５ 空気吸入／圧縮室 ６ 潤滑油通路 ６’ 潤滑油回収孔 ７ 弧形ピストン（Ａｒｃ Ｐｉｓｔｏｎ） ８ 案内孔 ９ 固定ピン（Ｐｉｎ） １０ 出力軸 １１ フライホイル（Ｆｌｙ Ｗｈｅｅｌ） １２ 固定ピン １３ コンロッド（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ Ｒｏｄ） １４ 主動ホイル １４’ 被動ホイル １５ ラジアルガスタービン（Ｒａｄｉａｌ Ｇａｓ
Ｔｕｒｂｉｎｅ） １６ 排気管 １７ ガスタービン軸 １８ 駆動装置（Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｇｅａｒ） １９ クラッチ（Ｃｌｕｔｃｈ） ２０ スプリング（Ｓｐｒｉｎｇ） ２１ 従動ホイル ２１’ 主動ホイル ２２ オーバランニングクラッチ（Ｏｖｅｒ Ｒｕｎｎ
ｉｎｇ Ｃｌｕｔｃｈ） ２３ 燃料噴射ポンプ ２４ 点火プラグ（Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｐｌｕｇ） ２５ 空気吸入バルブ ２６ インペラ（Ｉｍｐｅｌｌｅｒ） ２７ オイリング（Ｏｉｌｉｎｇ） ２８ シリンダの潤滑油孔 ２９ 水ジャケット（Ｗａｔｅｒ Ｊａｃｋｅｔ） ３０ 動力伝達車 ３１、３１’ 吸気バルブ（Ｓｕｃｔｉｏｎ Ｖａｌｖ
ｅ） ３２、３２’ 吸入カム（Ｓｕｃｔｉｏｎ Ｃａｍ） ３３、３３’ カム軸 ３４、３４’ 混合気吸入管 ３５、３５’ 排気バルブ ３６、３６’ 排気カム ３７、３７’ 排気通路 ３８、３９、４０、４１ タイミングチェーンギア（Ｔ
ｉｍｉｎｇ ＣｈａｉｎＧｅａｒ） ４５ 差動装置（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｅａ
ｒ） ４６ ピニオン（Ｐｉｎｉｏｎ） ４７、４７’ サイドギア（Ｓｉｄｅ Ｇｅａｒ） ４８ スピンドル（Ｓｐｉｎｄｌｅ） ４９ オイルサムプ（Ｏｉｌ Ｓａｍｐ） ５０ ベンチュリ（Ｖｅｎｔｕｒｉ）部 ５１ 二次空気孔 ５２ ロッカーアーム（Ｒｏｃｋｅｒ Ａｒｍ） ７０ 切欠部 ７７ ベルト

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年６月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射ポンプ、点火プラグを具備した
   ターボコンパウンド２行程サイクルのアークピストンエ
   ンジンにおいて、 環状シリンダ（１）にガス燃焼室（４）と空気吸入／圧
   縮室（５）を区画形成する隔壁（３）を設け、ガス燃焼
   室（４）と空気吸入／圧縮室（５）を連通可能に形成の
   掃気孔（２）にバルブ（２’）を装着し、 ガス燃焼室（４）には燃料噴射ポンプ（２３）と点火プ
   ラグ（２４）を装着し、空気吸入／圧縮室（５）側壁に
   は空気吸入バルブ（２５）を装着し、 環状シリンダ（１）内に装入された弧形ピストン（７）
   の中心線上には潤滑油通路（６）と潤滑油回収孔
   （６’）を穿設し、 弧形ピストン（７）の中間側壁に挿着の固定ピン（９）
   を環状シリンダ（１）側壁に円弧形に穿設の案内孔
   （８）でスライド可能とすると共に外部のコンロッド
   （１３）の一端に駆着し、 前記コンロッド（１３）の他端を出力軸（１０）端のフ
   ライホイル（１１）周辺の固定ピン（１２）に駆着し、 ラジアルガスタービン（１５）を環状シリンダ（１）の
   中空部に内装固定し、 前記弧形ピストン（７）の下死点部位に対応して、ガス
   タービン（１５）のインペラ（２６）側に連通する排気
   管（１６）を固定し、 ガスタービン軸（１７）端の駆動装置（１８）側壁のク
   ラッチ（１９）を、スプリング（２０）の推力を受けな
   がらガスタービン軸（１７）で空転する従動ホイル（２
   １）側壁に付設のオーバランニングクラッチ（２２）と
   が噛み合うように装着し、 前記従動ホイル（２１）は前記出力軸（１０）の他端部
   に固定の主動ホイル（１４）の動力を受けて回転可能と
   することを特徴とするターボコンパウンドアークピスト
   ンエンジン。
2. 【請求項２】 カムとタイミングチェーンギア、点火プ
   ラグ、ラジアルガスタービンを具備したターボコンパウ
   ンド４行程サイクルのアークピストンエンジンにおい
   て、 環状シリンダ（１）上方を隔壁（３）で仕切って、弧形
   ピストン（７）の左側と右側のヘッドと隔壁（３）との
   間の２空間部をガス燃焼室として区分して形成し、 隔壁（３）とシリンダ（１）ブロックにはガス燃焼室と
   ガスタービン（１５）のインペラ（２６）へ連通するよ
   うに排気通路（３７、３７’）を別々に曲設し、 この隣のブロックには、左右の燃焼室へ連通する混合気
   吸入管（３４、３４’）を設置し、 左側の排気通路（３７）入口と混合気吸入管（３４）出
   口には、排気バルブ（３５）と吸気バルブ（３１）を設
   置し、 右側のガス燃焼室に連通する排気通路（３７’）入口と
   混合気吸入管（３４’）出口には排気バルブ（３５’）
   と吸気バルブ（３１’）を設置し、 吸気バルブ（３１）と排気バルブ（３５）はタイミング
   チェーンギア（４１）の軸（３３）に固定された吸入カ
   ム（３２）と排気カム（３６）により開閉し、 タイミングギア（３９、４０）の軸（３３’）に固定さ
   れた吸入カム（３２’）と排気カム（３６’）は吸気バ
   ルブ（３１’）と排気バルブ（３５’）を開閉するよう
   にし、 タイミングチェーンギア（３９）はフライホイル（１
   １）の出力軸（１０）に固定されたタイミングチェーン
   ギア（３８）によりチェーンを媒介として動力が伝達さ
   れるようにし、 弧形ピストン（７）の中心線上に潤滑油通路（６）を穿
   設しその中間に潤滑油回収孔（６’）を穿設することを
   特徴とするターボコンパウンドアークピストンエンジ
   ン。
3. 【請求項３】 ガスタービン（１５）軸（１７）端に主
   動ホイル（２１’）を固定し、フライホイル（１１）の
   出力軸（１０）には被動ホイル（１４’）と同一体に鋳
   造された差動装置（４５）を遊着して空転するように
   し、差動装置（４５）に固定されたスピンドル（４８）
   に遊着され回転するサイドギア（４７、４７’）は出力
   軸（１０）端に固定されたピニオン（４６）に噛み合う
   ようにしてタービン（１５）の動力をピストンの出力軸
   （１０）へ伝達することを特徴とする請求項１又は請求
   項２のターボコンパウンドアークピストンエンジン。
4. 【請求項４】 排気通路（３７、３７’）或いは、排気
   管（１６）にベンチュリ部（５０）を形成し、その中間
   に二次空気孔（５１）を穿設することを特徴とする請求
   項１又は請求項２のターボコンパウンドアークピストン
   エンジン。
5. 【請求項５】 弧形ピストン（７）を良く冷却するため
   に環状シリンダ（１）に切欠部（７０）を形成すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２のターボコンパウン
   ドアークピストンエンジン。