JPH11257090A

JPH11257090A - エンジン

Info

Publication number: JPH11257090A
Application number: JP8026498A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Yonehara; 良一米原
Original assignee: YONEHARA GIKEN KK
Current assignee: YONEHARA GIKEN KK
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】第１ピストンと第２ピストンの円滑な往復運
動によって気体の圧縮と膨張を良好に行わせて、燃料を
あえて必要とすることなく連続運転可能で、製作コスト
及びランニングコストが低く、また有害な排気ガス等の
発生を抑制することができると共に利便性の高いエンジ
ンを提供する。【解決手段】シリンダ３０内でそれぞれが独自のクラ
ンク部２によって往復運動する第１ピストン２ａと第２
ピストン２ｂを備え、第１ピストン２ａとシリンダ３０
によって形成される第１圧縮室３ａと、第２ピストン２
ｂとシリンダ３０によって形成される第２圧縮室３ｂと
を、互いの上死点側で連通させると共に、第１ピストン
２ａと第２ピストン２ｂの上死点に位相を設けてピスト
ンサイクルを同期させることにより、第１ピストン２ａ
と第２ピストン２ｂの往復運動を回転運動に変換するエ
ンジンとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内で互い
に関連を有して往復運動する第１ピストンと第２ピスト
ンによって、回転動力を連続的に得ることができるエン
ジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に自動車や船舶等に搭載しているエ
ンジンは、ガソリン，軽油等の燃料油やプロパンガス等
の燃料ガスをシリンダ内でピストンで加圧しながら燃焼
させる内燃機関方式が多用されている。またシリンダ内
で燃料を燃焼させることなく、機関の一部分であるシリ
ンダヘッドを加熱してピストンの往復運動を回転運動に
変換させる外燃機関方式のエンジンとして、スターリン
グエンジン（熱空気機関）が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然し、上記従来の内燃
機関方式のエンジンは、大量の燃料を必要とするうえ燃
料の供給構造等が複雑になると共に、有害な排気ガスを
多量に生ずる等の問題がある。またスターリングエンジ
ンのような熱空気機関も、シリンダを加熱するための燃
料を要するので内燃機関と同様に有害な排気ガスを多量
に発生すると共に、外部燃焼室や空気予熱機器を必要と
するので、装置が大型化したり、機関の始動停止の迅速
性や出力変化の応答性に欠ける等実用上の問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記従来の問題点を解消
するための本発明によるエンジンは、第１に、シリンダ
３０内でそれぞれが独自のクランク部２によって往復運
動する第１ピストン２ａと第２ピストン２ｂを備え、第
１ピストン２ａとシリンダ３０によって形成される第１
圧縮室３ａと、第２ピストン２ｂとシリンダ３０によっ
て形成される第２圧縮室３ｂとを、互いの上死点側で連
通させると共に、第１ピストン２ａと第２ピストン２ｂ
の上死点に位相を設けてピストンサイクルを同期させる
ことにより、第１ピストン２ａと第２ピストン２ｂの往
復運動を回転運動に変換することを特徴としている。

【０００５】第２に、第１ピストン２ａを長ストローク
で作動させると共に、第２ピストン２ｂを短ストローク
で作動させることを特徴としている。

【０００６】第３に、第２ピストン２ｂの上死点を、第
１ピストン２ａの上死点より先行させることを特徴とし
ている。

【０００７】第４に、第１ピストン２ａの上死点前位置
と、第２ピストン２ｂの上死点後位置とでシリンダ内の
気体を最圧縮させることを特徴としている。

【０００８】第５に、第１ピストン２ａを往復運動させ
る回転軸５ａと、第２ピストン２ｂを往復運動させる回
転軸５ｂとを、連結伝動機構６で連結したことを特徴と
している。

【０００９】第６に、単一のシリンダ３０内で、第１ピ
ストン２ａと第２ピストン２ｂを対向させて往復運動さ
せると共に、第１圧縮室３ａと第２圧縮室３ｂとを連通
したことを特徴としている。

【００１０】第７に、単一のシリンダ３０の両端に、ク
ランク部２を内装する第１変換室４ａと第２変換室４ｂ
とを一体的に設けたことを特徴としている。

【００１１】第８に、第１ピストン２ａ又は第２ピスト
ン２ｂの下死点側に吸気口３２を設けることを特徴とし
ている。

【００１２】第９に、吸気口３２を第１変換室４ａ又は
第２変換室４ｂに連通させることを特徴としている。

【００１３】第１０に、第１ピストン２ａと第２ピスト
ン２ｂによる最圧縮位置、又はその近傍位置に排気口３
１を設けることを特徴としている。

【００１４】第１１に、排気口３１に調節バルブ３３を
設け、該調節バルブ３３を回転軸５ａ又は回転軸５ｂ或
いは連結伝動機構６の連結軸６１の回転に対応し開度調
節させることを特徴としている。

【００１５】第１２に、連結伝動機構６の中途部に出力
部６６を設けて動力を取出可能に構成したことを特徴と
している。

【００１６】第１３に、第１ピストン２ａ側の回転軸５
ａと第２ピストン２ｂ側の回転軸５ｂと連結軸６１とか
ら、複数の被作動部材１ａを同時駆動させることを特徴
としている。

【００１７】第１４に、第１ピストン２ａ側の回転軸５
ａ及び第２ピストン２ｂ側の回転軸５ｃに、フライホイ
ール４３を共に設けたことを特徴としている。

【００１８】第１５に、第１ピストン２ａ側の回転軸５
ａ又は第２ピストン２ｂ側の回転軸５ｃの何れかに、始
動機構１ｂを設置したことを特徴としている。

【００１９】第１６に、第２ピストン２ｂをオルダム機
構７を介して作動させることを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面に基づ
いて説明する。図１，図２は本発明に係わるエンジン１
を用いて発電機（被作動部材）１ａを駆動して発電する
態様を示し、上記エンジン１は、エアー等の気体を圧縮
と膨張を繰り返してピストンサイクル（ピストン運動）
行う圧縮室３として、第１ピストン２ａ（右ピストン）
を往復動可能に内装する第１圧縮室３ａと、第２ピスト
ン（左ピストン）２ｂを往復動可能に内装する第２圧縮
室３ｂとを有しており、該圧縮室３を形成するシリンダ
３０の両側に、両ピストン２ａ，２ｂの往復運動を回転
運動に変換する、それぞれ独自のクランク部２，２を収
容する変換室（クランク室）としての、第１変換室４ａ
と第２変換室４ｂとを一体的に取付固定することによっ
て構成している。

【００２１】また上記第１変換室４ａと第２変換室４ｂ
にそれぞれ回転可能に軸支して、クランク部２を構成す
る回転軸５ａと回転軸５ｂ，（５ｃ）とは、第１ピスト
ン２ａと第２ピストン２ｂとの互いの上死点に後述する
位相を設けて、各ピストンサイクルを該位相を維持させ
ながら同期させて連動回転させる、連結機構（等回転装
置）６を設けて構成している。またこのエンジン１は、
在来のエンジンと同様な構成からなる始動機構１ｂ及び
マフラ８ａ並びに調速機構８等の付属機器を備えて、機
台１０上に適宜な防振構造１１を介して発電機１ａと共
に設置していると共に、シリンダ３０の外周には冷却用
のフィン並びに適宜な冷却手段を有している。

【００２２】図１〜図４を参照しエンジン１の各部の詳
細な構造について説明する。先ず圧縮室３は、内径１０
０ミリ程度の単一のシリンダ３０内の右左に、第１圧縮
室３ａと第２圧縮室３ｂとを互いの圧縮部を共有せしめ
て対向させて連通形成し、上記シリンダ３０は、両者の
中間部位にシリンダ３０内で圧縮状態にある気体（エア
ー等）を、後述する排気構造を兼ねて構成した調速機構
８によって排気する排気口３１を開設している。またシ
リンダ３０は、第１ピストン２ａの下死点側に、上記排
気口３１或いはシリンダ３０と各ピストンとのクリアラ
ンス等から漏出する、漏出相当量の気体を吸気補給する
吸気口３２を適数開設しており、該吸気口３２は第１変
換室４ａ内に図示しない連通路等の連通構造によって連
通させることにより、シリンダ３０内壁の潤滑油の還流
や清浄なエアーの導入を良好に行うようにしている。

【００２３】上記シリンダ３０は、その両端でそれぞれ
第１変換室４ａと第２変換室４ｂのケース（機筐）４０
を一体的に枠組み構成することにより、高さが低く横長
で剛性を有するコンパクトなエンジン１を提供し、エン
ジン１の利便性と製作の簡易性の向上を図るようにして
いる。また第１ピストン２ａは、そのコンロッド２０を
第１変換室４ａ内で、バランスウエィト付きのクランク
軸に兼ねて形成した前出の回転軸５ａのクランク軸部
（回転軸）５ｄに軸支していると共に、第２ピストン２
ｂのコンロッド２１は、第２変換室４ｂ内に後述する構
成からなるオルダム機構（クランク運動機構）７の回転
軸（クランク軸部）７ａに軸支連結している。

【００２４】この実施形態において、回転軸５ａは第１
ピストン２ａを略８５ミリ程度のストロークで往復運動
させ、またオルダム機構７の回転軸７ａは第２ピストン
２ｂを略６５ミリ程度のストロークで往復運動させるよ
うに、両者のストローク比を略２４％程度に設定してい
ると共に、第２ピストン２ｂの上死点（最圧縮点）を、
第２ピストン２ｂの上死点（最圧縮点）に対し次に説明
する位相差（位相）を設けてピストン運動を行うように
している。また図５（Ｂ）に示すように、圧縮室３内で
最高圧力が発生する最圧縮位置Ａは、第１ピストン２ａ
と第２ピストン２ｂとが最接近する両者のシリンダヘッ
ド間隙位置において生じ、この実施形態では該間隙を数
ミリ程度（１〜５ミリ程度）に設定して、シリンダ３０
内で第１圧縮室３ａと第２圧縮室３ｂの両室内にある多
量の気体を同時に高圧縮することにより、高い運動エネ
ルギー（空圧エネルギー）を効率よく発生することがで
きるようにしている。

【００２５】即ち図５（Ｃ）で詳述するように、第２ピ
ストン２ｂと第１ピストン２ａとのシリンダヘッドの上
記位相差は、第２ピストン２ｂの回転軸７ａが回転中心
Ｏを中心に回転する位置とシリンダ３０の中心線Ｓとの
なす角度（回転角）αと、第１ピストン２ａの回転軸５
ｄが回転軸５ａを中心に回転する位置と中心線Ｓとでな
す角度との差（位相角）によって形成され、この場合第
１ピストン２ａが上死点にある位置を基準にすると、本
実施形態において上記位相角は回転軸７ａを回転軸５ｄ
に対し略４０度程度先行させた進角を以て、両者の圧縮
方向を対向させながら後述する連結伝動機構６によって
往復運動を同期させて行い、シリンダ３０内の気体の圧
縮，膨張を連続的に繰り返して、第１ピストン２ａと第
２ピストン２ｂのピストン運動によって回転動力を効率
よく連続的に発生させるように構成している。

【００２６】次に、同図を参照し第１変換室４ａ及び第
２変換室４ｂ並びに連結伝動機構６等について説明す
る。第１変換室４ａは、その内部に回転軸５ａを両側の
ケース壁４１に潤滑機構（給油ポンプ等）４２を介して
軸支しており、この回転軸５ａは軸部の中心に油路４５
を穿設し、該油路４５をケース壁４１の軸受部４６と回
転軸５ｄの軸受部４７に通ずるように形成し、油路４５
は上記軸受部４６を介して潤滑機構４２と通じて各軸受
部を適切に潤滑するようにしている。

【００２７】そして、回転軸５ａの一側を出力側としフ
ライホイール４３を装着していると共に、他側にベベル
ギヤ６０を固着し後述する連結伝動機構６の連結軸６１
に固着したベベルギヤ６２に噛合させている。尚、この
ベベルギヤ６０とベベルギヤ６２とは、同歯数で減速比
を１分の１にしている。また上記フライホイール４３の
外周にはリングギヤ４３ａを形成し、該リングギヤ４３
ａに始動機構１ｂのピニオンギヤを係脱可能に噛合駆動
させて、回転軸５ａを回動させエンジン１の始動を行う
ように構成している。尚、この際フライホイール４３に
はエンジン１を冷却する送風用の羽根等を設置するとよ
く、また始動機構１ｂは人為的に始動を行う構成であっ
てもよい。

【００２８】第２変換室４ｂは、前後のケース壁４１に
各軸支した回転軸５ｂとフライホィール４３付きの回転
軸５ｃとをオルダム機構７を介装して連結し、該オルダ
ム機構７の滑り子７０が有する前出の回転軸７ａのオル
ダム回転軌跡Ｋ（図３）によって、コンロッド２１を介
し、第２ピストン２ｂを既述した６５ミリ程度のストロ
ークでクランク往復運動をさせることができるようにし
ている。尚、図１〜図３に示す上記オルダム機構７は、
ピストンをコンロッドを介してその回転軸に連結してい
ることから、本願出願人の発明に係わる特開平５ー３９
７３１号公報と略同原理で略同様の構成及び作用を有す
るものであり、その詳細な説明は簡略する。

【００２９】即ち、図３，図４で図示するオルダム機構
７は、回転軸５ｂ，５ｃの内側の軸端に支持板７１と７
２とを各成形し、両支持板７１と７２に回転軸７ａの両
側に一体的に設けた連結板７３と７５を対向させ、両者
の間を後述する係合部９を介してスライド可能に係合連
結することによって構成している。また回転軸５ｂと回
転軸５ｃは、その軸芯を結ぶ中心線（オルダム傾斜線）
Ｐが、シリンダ３０の中心線（ピストン作動中心線）Ｓ
に対し略４０度程度の傾斜角（オルダム位相角）θを有
して交差させるように軸支していると共に、回転軸７ａ
がオルダム回転軌跡Ｋを描いて回転する回転中心となる
前記交差位置（交点）Ｏから、回転軸５ｂと回転軸５ｃ
とを上下に等距離に振り分け状に配置している。

【００３０】尚，上記オルダム位相角θは、回転軸５
ｂ，５ｃを前記交点（回転中心）Ｏを中心に変更調節可
能に設けてもよく、この場合にはエンジンの回転及び出
力等の性能を、簡単な構成及び操作によって所望に変更
調節することができる等の特徴がある。またこの実施形
態に示すオルダム機構７の係合部９は、上記特公平５ー
３９７３１号公報に記載されていない新たな構造を以て
構成していることにより、本発明のエンジン１によるク
ランク運動機構として、好適化させていると共に実用性
を向上させている。

【００３１】即ち、上記オルダム機構７の係合部９は、
連結板７３，７５の両外側面に直径方向に凸状に突設し
た突条７６，７７を、側面視で回転軸７ａを中心に直交
させていると共に、該突条７６，７７を支持板７１，７
２に穿設した凹状の縦溝７８，７９に、スライドバー９
０を介してスライド可能に嵌挿することによって、滑り
子７０の滑動回転を円滑で精度よく行わせると共に、第
２ピストン２ｂの圧縮や衝撃等駆動負荷に対する耐久力
の向上を図ることができるようにしている。

【００３２】即ち、図示例のスライドバー９０は、内側
バー９１と外側バー９２とでリテーナで保持された滑動
ローラ９３をスライド可能に挟持すると共に、各別に分
解可能に構成したものとなし、前記各突条７６，７７の
両側と縦溝７８，７９の間に設置することにより、オル
ダム機構７を組付け構成し易く、且つ簡潔な構成を以て
ガタツキ等を長期間にわたり良好に防止することができ
るようにしている。上記内側バー９１は、その背面を突
条７６，７７の側面に接合させた状態で、長手方向を複
数の取付ネジ９５を介して連結板７３，７５に取付固定
する。また外側バー９２は、その背面を縦溝７８，７９
の内側面に接合させた状態で、長手方向を取付ネジ９５
を介して支持板７１，７２に取付固定する。そして、滑
動ローラ９３を両者の間に介装することにより、滑り子
７０を支持板７１と支持板７２との間に簡単に組付ける
ことができるようにしている。

【００３３】また上記係合部９を有するオルダム機構７
は、エンジン性能の向上と組付けを簡単且つ能率よく行
うことができるように、図４に示す態様を以て滑り子７
０を分解組立可能で且つ簡単廉価に製作可能な構成にし
ている。即ち、滑り子７０は、連結板７３と連結板７５
が分解できるように、連結板７５に回転軸７ａを一体的
に形成し、該回転軸７ａの端部に錐形の噛合突起（セレ
ーション等）からなる係合部７ｂとネジ部７ｃを形成す
る一方、連結板７３の中心部には上記係合部７ｂを挿入
噛合する噛合突起付きの嵌合部７ｄを穿設形成すると共
に、該嵌合部７ｄに対応する部位の突条７６部分を一部
切欠し、ネジ部７ｃに螺挿されるナット７ｅを位置させ
る切欠部７ｆを形成している。

【００３４】この構成によってオルダム機構７の組立
は、支持板７２に連結板７５をスライドバー９０を介し
て組付けた状態で、回転軸７ａにコンロッド２１を挿入
したのち、連結板７３を係合部７ｂと嵌合部７ｄとを適
性位置に嵌挿結合させて、ナット７ｅをネジ部７ｃに締
着することによって滑り子７０を組付け構成し、次いで
支持板７１を切欠部７ｆを有する突条７６に、スライド
バー９０を介して嵌め込むことによって簡単に行うこと
ができるようにしている。従って、上記構成したオルダ
ム機構７は、その一側又は両側から順次簡単に組付けを
行うことができると共に、分解も容易に行うことができ
るので、組立作業や部品の交換等メンテナンス作業を良
好に行うことができる等の利点がある。尚、７３ａは連
結板７３の外周の適所に設けた潤滑用の油掻上片であ
る。

【００３５】次に、図１を参照し連結伝動機構６につい
て説明する。この連結伝動機構６は、シリンダ３０に平
行状に軸支した連結軸６１の一方を、既述した減速比１
分の１のベベルギヤ６２と６０の噛合を介して回転軸５
ａに接続していると共に、他方に軸着したベベルギヤ６
３を回転軸５ｂに軸着しているベベルギヤ６５に噛合さ
せることにより、第１ピストン２ａと第２ピストン２ｂ
とを前記位相を維持させながら同期往復運動をさせるよ
うに構成している。尚、ベベルギヤ６３は上記ベベルギ
ヤ６２と同歯数であり、ベベルギヤ６５はベベルギヤ６
５の２倍の歯数を有しているところ、両者の減速比は２
分の１にしている。

【００３６】即ちこれにより、回転軸５ｂと５ｃとによ
って支持される滑り子７０は、回転軸５ｂが１回転され
ると、オルダム機構７の特性によって自転をしながら公
転しオルダム回転軌跡Ｋを描いて２回転動作される。従
って、ベベルギヤ６３（連結軸６１）の１回転によって
ベベルギヤ６５（回転軸５ｂ）を半回転させる間に、滑
り子７０は１回転して第２ピストン２ｂを第１ピストン
２ａに同期させて同様に１往復動作させることができる
と共に、第１ピストン２ａと第２ピストン２ｂとの往路
及び復路における、両者の圧縮と膨張による運動特性の
差異を相互に補完しながら良好に連携運動することがで
き、両回転軸５ａ，５ｂ，５ｃの共同回転を滑らかに行
うことができる等の特徴を有することができるものであ
る。

【００３７】また対となる第１ピストン２ａと第２ピス
トン２ｂは、共に対向往復運動すること及び連結伝動機
構６によって精度よく的確に連携作動されるので、両ピ
ストン２ａ，２ｂとが各別に生ずる振動や衝撃等を良好
に相殺することができて、振動を抑制した低振動のエン
ジン１を簡潔な構成を以て提供することができるもので
ある。これにより、回転軸５ｃからベルト伝動機構１２
を介して駆動される発電機１ａは、静穏状態で長期間に
わたり低コストの発電が行われるので、一般家庭等でも
普及し易い好適で実用性の高い発電装置として、利便性
よく廉価に提供することを可能にすることができる。

【００３８】また上記構成によるエンジン１は、被作動
部材１ａを作動するとき、高回転出力を得ようとする場
合には回転軸５ａから入力し、また低回転出力を得よう
とする場合には２分の１減速されている回転軸５ｃから
入力することができると共に、後述する手段によって連
結軸６１部分等からも所望に動力を取り出して、被作動
部材１ａの作動を利便性を向上させながら駆動すること
ができる等の利点もある。尚、図示例では、被作動部材
１ａを発電機とした例を示し、回転軸５ｂからベルト伝
動機構１２を介して駆動するようにしたが、これら被作
動部材１ａは任意なものであってもよく、またその駆動
伝達等の手段は適宜に構成するとよい。

【００３９】次に、図２を参照し調速装置８について説
明する。この調速装置８は、前記連結伝動機構６の連結
軸６１に設けた在来の構成からなるガバナー機構８０
と、排気口３１に設けた調節バルブ（絞り弁）３３と
を、スロットル機構８１を中途部に介装したリンク系８
２で連結することによって、圧縮室３内の気体の排出量
を調節することにより、エンジン回転を簡単且つ的確に
コントロールすることができるように構成している。従
って、エンジン回転調節構造を簡潔で廉価に製作できる
等の利点がある。

【００４０】これによれば、連結軸６１の回転をガバナ
ー機構８０が検出し、リンク系８２を介して調節バルブ
３３が自動的に開度調節されるので、エンジン１を所定
回転域にコントロール維持することができると共に、ス
ロットル機構８１の開度調節操作で、調節バルブ３３が
絞り方向に作動されると、圧縮室３内の気圧が高められ
るのでエンジン回転は高くなり、また調節バルブ３３が
開き方向に作動されると、圧縮室３内の気圧が低くなっ
てエンジン回転を低くするように調節されるものであ
る。

【００４１】このときマフラ８ａは、調節バルブ３３の
開度調節に伴って排出される気体を緩衝消音させながら
排出するので、シリンダ３０内で圧縮と膨張等によって
生ずる発生音を良好に抑制して静粛なエンジン１を提供
し得るものであると共に、マフラ８ａから排出される排
気ガスは有害な燃焼ガス等を伴わないので、簡潔で廉価
な構成によって製作することができるうえ、ランニング
コストの低い環境にやさしいクリーンなエンジンとして
好適化することができる等の利点がある。

【００４２】またこの際吸気口３２は、図示例のものよ
うに第１圧縮室３ａの下死点側に限ることなく、第２圧
縮室３ｂの第２ピストン２ｂの下死点側に設けてもよ
く、また両者の中途部に設けてもよいものであり、さら
に、吸気口３２は排気口３１と同等或いは近傍位置等何
れの場所に設けてもよく、また吸気口３２は第１圧縮室
３ａと第２圧縮室３ｂの両側に並設してもよいものであ
る。そして、吸気口３２の位置設定はエンジン１の所望
とされる特性並びに性能等によって選定する。また排気
口３１も同様にシリンダ３０の何れの位置に設けてもよ
いが、エンジン性能を低下させないことが肝要であり、
両者の位置設定はエンジン１の用途並びに回転特性に関
連を有するところ、所望されるエンジンの仕様に適応す
るように両者の関係位置を適宜に組み合わせて設けられ
るものである。

【００４３】以上のように構成してなるエンジン１は、
始動機構１ｂによって既述の態様を以て始動すると、第
１ピストン２ａと第２ピストン２ｂは、シリンダ３０内
で図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す動作とタイミングで順次圧
縮と膨張を行いながら、これを繰り返して回転軸５ａ，
５ｂ，５ｃ，７ａを連続的に回転させて運転を行うこと
ができるものである。尚、同図は既述した通りの、シリ
ンダ３０の内径を１００ミリとし、第１ピストン２ａの
ストローク量を８５ミリ、第２ピストン２ｂのストロー
ク量を６５ミリとして、第１ピストン２ａの上死点に対
する第２ピストン２ｂの上死点の進角を４０度程度に設
定した仕様のエンジン１を製作し、この実機を運転した
場合の、回転軸５ｄ，７ａの回転角主要ポイント毎の、
第１ピストン２ａと第２ピストン２ｂの圧縮と膨張との
工程作用を模式的に示すものである。

【００４４】そして同図では、圧縮室３内に記した線Ｖ
は、シリンダ３０に設けられる第１圧縮室３ａと第２圧
縮室３ｂの排気を好適に行う排気口３１の設置位置を作
動指標として示している。また、第１ピストン２ａと第
２ピストン２ｂによる最圧縮点としての位置（最圧縮位
置）は線Ａとして同図（Ｂ）に記している。即ち、同図
（Ａ）は第１ピストン２ａと第２ピストン２ｂとが、任
意の位置から回転軸５ａ，５ｂの矢印方向の回転によっ
て所定の位相を有して圧縮方向に同時に対向作動される
場合を示しており、この図では第１ピストン２ａのクラ
ンク軸部（回転軸）５ｄとシリンダ中心線Ｓとのなす角
度は略９０度であり、第２ピストン２ｂの回転軸７ａと
シリンダ中心線Ｓとのなす角度は略５０度であり、両者
はこの状態から始動機構１ｂの始動操作によって、第１
圧縮室３ａと第２圧縮室３ｂ内の気体の圧縮を同時に開
始する。

【００４５】そして同図（Ｂ）に示すように、両回転軸
５ａ，５ｂの回転に伴い第２ピストン２ｂが上死点を過
ぎて、回転軸７ａが線Ｓから略２０度程度過ぎると、該
第２ピストン２ｂは第１ピストン２ａとの対向動作によ
って、両者のシリンダヘッドで形成されるピストン間隙
は最接近された最小間隙になるので、このとき圧縮室３
内の気体は線Ａ位置において、第１ピストン２ａと第２
ピストン２ｂの対向往動によって急速に最圧縮されて高
圧になる。尚、このとき第１ピストン２ａは圧縮室３内
の高圧に抗して上死点側に移行しようとするが、回転軸
５ｄはクランク機構の運動特性により、この上死点付近
ではそれ程大きな抵抗を受けることなく上死点に移行す
ることができるので、連続回転の効率を向上させること
ができる等の特徴がある。

【００４６】このとき最圧縮位置を示す線Ａは線Ｖの右
側に位置しており、回転軸７ａは、第２ピストン２ｂ及
びコンロッド２１を介して最大押圧力（押動力）を受け
ること、及びこの位置が回転軸７ａが上死点後の略２０
付近の回転角で、オルダム機構７の運動特性による高効
率部位にあり、以後該回転角は順次増大し略４５度〜略
９０度付近で最大になること、及び上記回転軸５ｄがそ
の上死点付近の回転非効率部分に位置していること等に
より、回転軸７ａは第２ピストン２ｂを介して回転中心
Ｏを中心に矢印方向に勢いよく回転付勢されると共に、
これを復動工程において広範囲にわたって良好に持続さ
せるから、回転軸５ｃ，５ｂから効率よく高トルクの回
転動力を出力するさせることができるものである。

【００４７】次いで同図（Ｃ）に示すように、第１ピス
トン２ａ（回転軸５ｄ）が上死点位置に至るとき、第２
ピストン２ｂは回転軸７ａが中心線Ｓに対し略４０度程
度進角した位置にあるので、上記大押圧力が働くとき、
回転軸７ａはオルダム回転軌跡Ｋの有効半径によるモー
メントアームに相当する長さを順次大きくしながら回転
移動するので、該回転軸７ａは回転中心Ｏを介して回転
軸５ｂ，５ｃを大トルクで効率よく回転させる。

【００４８】そして、このとき本発明の実施形態によれ
ば、第２ピストン２ｂが膨張方向に後退移動（復動）す
るときに、第１ピストン２ａが前記（Ｂ）図の線Ａ位置
から線Ｖを越えて同図（Ｃ）の如く圧縮工程中の往動動
作時に、第２ピストン２ｂに追動して気体を圧縮しなが
ら押動作動を行うところの追動工程を行うので、前記最
圧縮による押圧力を長時間持続せることを可能にして、
回転軸７ａを長時間にわたり回転付勢することができる
ことになる。

【００４９】この結果、回転軸５ｂ，５ｃのトルク増大
を図ることができ、また連結伝動機構６を介して回転軸
５ａをも同大トルクで回転付勢することができて、両者
の連続回転を良好に具現することができる。従って、本
発明によれば上記急速に生ずる最圧縮による高圧と、こ
れを可及的に持続させる追動工程において、極めて高い
運動エネルギーを生ずることができて、その後の第１ピ
ストン２ａと第２ピストン２ｂの往動工程で行われる、
気体の圧縮動作を容易に行わせることができるものであ
る。

【００５０】次いで同図（Ｄ）に示すように、第１ピス
トン２ａと第２ピストン２ｂは、クランク軸部（回転
軸）５ｄと回転軸７ａが各上死点を越えると、膨張工程
（復動工程）に移行し気体の膨張力によって互いに離間
しながら、両者の下死点を越えて同図（Ｅ）に移行す
る。尚、この場合の下死点越えは、回転軸５ａ，５ｂ，
５ｃ，７ａ等が有する前記膨張力（高圧）並びにフライ
ホィール４３，４３等による回転慣性力によって円滑に
行われると共に、これによって同図（Ｅ）の吸気工程を
経て前述の同図（Ａ）で示す圧縮工程（往動工程）を連
続的に行うことができるものである。

【００５１】即ち、同図（Ｅ）は第１ピストン２ａが吸
気口３２からシリンダ室内に吸気をしながら下死点側に
位置するとき、第２ピストン２ｂはその進角によって圧
縮工程に位相差を有して移行して往動を初めているの
で、吸気された気体を圧縮初期において、可及的に小な
る負荷（圧縮抵抗）を以て圧縮しながら速やかに往動動
作を行うことができる特徴を有し、この間に吸気を終え
た第１ピストン２ａは下死点を越えて圧縮工程に入り往
動を行って、前述の同図（Ａ）に至りに１ピストン２ａ
と共に気体を順次最圧縮させるように動作する。

【００５２】従って、上記のように気体の圧縮と膨張工
程を繰り返すエンジン１は、第１ピストン２ａを往復動
可能に有する第１圧縮室３ａと、第２ピストン２ｂを往
復動可能に有する第２圧縮室３ｂとを連通し、第１ピス
トン２ａと第２ピストン２ｂを、互いの上死点に４０度
前後の位相角（進角）を有して圧縮と膨張のサイクルを
対向同期させるようにしているので、あえて油やガス等
の燃料を用いることなく、エアーのみによってもエンジ
ン１を効率よく円滑に連続運転することができるもので
ある。またエンジン１の運転に当たっては、従来の内燃
機関や外燃機関等のように有害な排気ガスの発生を良好
に防止することができるから、環境にもやさしくランニ
ングコストの低い、好適なエンジンを簡潔で廉価な構成
を以て提供することができるものである。

【００５３】以上のように構成されて作動するエンジン
１は、対となる一方のピストン（第１ピストン２ａ）と
他方のピストン（第２ピストン２ｂ）に位相角による位
相を設けて圧縮と膨張のサイクルを対向同期させるよう
にしているので、エアーのみによっても該エアーを両ピ
ストン２ａ，２ｂで急速に高圧縮させることができると
共に、これに伴う大膨張力（高圧）を長ストロークの第
１ピストン２ａが、復動する第２ピストン２ｂに対し、
エアーを圧縮させながら追動工程を以て追動し付勢する
ので、第２ピストン２ｂはオルダム機構７の特性による
回転トルクを一層高めながら回転軸５ｂ，５ｃを回転さ
せる。

【００５４】一方、第２ピストン２ｂは、第１ピストン
２ａが吸気をしながら下死点側に移行するとき、第２ピ
ストン２ｂは位相差を有して移行して往動を初めるの
で、気体の圧縮初期において小負荷を以て速やかに往動
動作を行うことができ、次いで第１ピストン２ａは下死
点を越えて往動を行い、両者で気体を急速に高圧縮する
と共に、第１ピストン２ａが上死点に至る（往動）とき
第２ピストン２ｂが復動状態になることと相挨って、両
者の往動と復動工程での圧縮や回転負荷等の性能の差異
を補完し助長し合うことになり、第１ピストン２ａと第
２ピストン２ｂとの往復運動（ピストン運動）を良好に
行い、エンジン１を効率よく連続的に回転運動させるこ
とができる。

【００５５】また第１ピストン２ａと第２ピストン２ｂ
をクランク部２で往復運動させるにあたり、第２ピスト
ン２ｂをオルダム機構７を介して往復動させると共に、
これによる往復動のストロークを第１ピストン２ａのス
トロークよりも短くしたことにより、第２ピストン２ｂ
の復動時に対する追動付勢量（追動工程）を大きくする
ことができ、第２ピストン２ｂに回転軸５ｂ，５ｃに対
する高トルクを発生させることができる。さらに、第１
ピストン２ａと第２ピストン２ｂは最圧縮時の両シリン
ダヘッド間隙を数ミリ程度と小さくしているので、第１
ピストン２ａを第２圧縮室３ｂ内に侵入（ラップ）させ
て往復動作させることができ、シリンダ３０の長さを短
くすることができエンジン１の小型化等にも寄与するこ
とができる。

【００５６】次に、本発明のエンジンに係わる第２実施
形態について図６に従って説明する。尚、前述のものと
同様な構成については説明を省略する。このエンジン１
は、回転軸５ａと回転軸５ｂを連結して同調回転（同
期）させる連結軸６１部分に出力部６６を設けると共
に、第２圧縮室３ｂの下死点側においてシリンダ３０に
吸気口３２を付加した点等に特徴を有している。上記出
力部６６は、連結軸６１の央部に軸着したベベルギヤ６
７に、出力軸６８に軸着したベベルギヤ６９を直交状に
噛合させることにより構成しており、これによってエン
ジン１の巾方向の前側中途部から、出力軸６８を介して
任意の被作動部材１ａを自由に伝動駆動することができ
るようにしている。

【００５７】またこの場合図示例のように、連結軸６１
を内嵌して出力部６６を覆うと共に出力軸６８を軸支す
る筒状の伝動ケース１５を以て、左右に位置する第１変
換室４ａと第２変換室４ｂとを連結しながら支持する構
成にすることにより、上記伝動ケース１５がシリンダ３
０と共に第１変換室４ａと第２変換室４ｂとを剛性高く
連結する補強枠体を兼ねることになり、剛体構造の低振
動型のエンジン１を簡潔で廉価な構成によって提供する
ことができるものでる。

【００５８】またシリンダ３０と平行状に横設された連
結軸６１は、その軸長の任意の位置に出力部６６を設け
ることが可能で、これにより回転軸５ａや回転軸５ｃと
は別途にエンジン１の中途部から所望に減速された適数
の動力を自由に取り出すことができるものである。従っ
て、このエンジン１を例えば自動車等の作業機に横向き
に搭載した場合に、車体の央部に位置する出力軸６８か
ら走行装置系統を駆動すると共に、回転軸５ａ並びに回
転軸５ｂ側からラジエータ系統や油圧ポンプ等の作業機
系統を選択駆動することにより、エンジン１の動力を多
方向から利便性を高めてバランスよく取り出して伝動す
ることができると共に、伝動機構の簡潔化とコストダウ
ンを図りながら、伝動効率を向上させることができる等
の利点があり、また作業機そのものの簡潔化と低コスト
化を容易に行うことができる等の特徴がある。また前記
連結伝動機構６は、図示例に限ることなくチェーンの巻
掛けによって行うものでもよい。

【００５９】尚、上記構成によるエンジン１は、必要に
より圧縮室３内にヘリウムガスや水素ガス等を充填或い
は供給するようにしてもよく、また在来のものと同様な
燃料を用いて、ジーゼル方式或いは点火方式等の手段に
よっても運転することができるものであり、この場合に
は少量の燃料によって効率よくエンジン１の運転を行う
ことができるものである。またエンジンの多気筒化を図
る場合には、同構成のエンジン１を複数並列させると共
に、相対応する各回転軸をそれぞれ連結することによっ
て簡単に行うことができるものである。また図示例で
は、単一のシリンダ３０を用いて第１圧縮室３ａと第２
圧縮室３ｂからなる圧縮室３を構成したが、並列に設け
たシリンダ筒内に第１ピストン２ａと第２ピストン２ｂ
とを同期させながら各別に往復動作可能に内装し、第１
圧縮室３ａと第２圧縮室３ｂを小圧縮室（圧縮通路）で
連通させるようにしてもよいものである。

【００６０】また本発明の実施形態では、第２ピストン
２ｂをオルダム機構７によってクランク運動させたが、
これに限ることなく第１ピストン２ａと同様なクランク
軸方式であってもよいものである。この場合にはエンジ
ン効率は上記のものに比して劣るものの構造をより簡単
で廉価なものにすることができる等の利点がある。そし
て、第２ピストン２ｂの回転軸７ａと第１ピストン２ａ
の上死点における回転軸５ｄに対する位相角（α）は、
第１ピストン２ａの上死点位置から前後に約４５度程度
の範囲内にあることが実用的に好ましいものであるが、
この位置の設定は多様に所望されるエンジンの回転速度
や性能並びに特性等に基づいて適宜決定されるものであ
り、上述した実機によれば前述した略４０度程度の位相
角にしたところ、特に高効率であって高性能を発揮する
ことができたものである。

【００６１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したことによ
り、次のような効果を奏する。シリンダ内でそれぞれが
独自のクランク部によって往復運動する第１ピストンと
第２ピストンを備え、第１圧縮室と第２圧縮室３ｂとを
両ピストンの上死点側で連通させると共に、第１ピスト
ンと第２ピストンの上死点に位相を設けてピストンサイ
クルを同期させることにより、第１ピストンと第２ピス
トンの円滑な往復運動によって気体の圧縮と膨張を良好
に行わせて、燃料をあえて必要とすることなく連続運転
可能で、製作コスト及びランニングコストの低いエンジ
ンを提供することができる。また有害な排気ガス等の発
生を抑制することができると共に、振動や騒音等を低減
して環境にも好適で、利便性の高いエンジンにすること
がでる。

【００６２】また第１ピストンと第２ピストンにストロ
ーク差を設けると共に、第１ピストンの回転軸と第２ピ
ストンの回転軸とを連結伝動機構で連結する等の手段に
よって、両ピストンは精度よく的確に連携作動されエン
ジン性能を向上し得る。また単一のシリンダ内に両ピス
トンを対向させて往復運動させることにより、運転時の
振動や衝撃等を良好に防止することができ、低振動のエ
ンジンを簡潔な構成を以て廉価に提供することができ
る。

【００６３】またこのエンジンは、第１ピストン側の回
転軸及び第２ピストン側の回転軸並びに連結伝動機構の
連結軸等から、被作動部材を所望に利便性を向上させな
がら駆動することができる等の利点もある。さらに、圧
縮室に設けた排気口を開度調節することによりエンジン
回転をコントロールすることができるので、スロットル
機構等の構造並びに調節操作を簡単に行うことができる
等の特徴がある。

【００６４】また一方のピストンのクランク部をオルダ
ム機構で構成することにより、ピストンサイクルで生ず
る気体の膨張による押動力を効率よく回転力に変換する
ことができると共に、回転性能のよいエンジンを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるエンジンの構成を示す平断面
図。

【図２】図１のエンジンの構成を一部省略して示す側断
面図。

【図３】クランク部におけるオルダム機構の構成を示す
側面図。

【図４】（Ａ）はオルダム機構の構成を一部破断をして
示す平面図。（Ｂ）はオルダム機構の係止部の構成を示
す断面図。

【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明に係わるエンジンの
ピストンサイクルの工程を示す模式図。

【図６】本発明に係わるエンジンの他の実施形態の構成
を示す平断面図。

【符号の説明】

１エンジン１ａ被作動部材（発電機）１ｂ始動機構２クランク部２ａ第１ピストン２ｂ第２ピストン３圧縮室３ａ第１圧縮室３ｂ第２圧縮室４ａ第１変換室４ｂ第２変換室５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，７ａ回転軸６連結伝動機構７オルダム機構８調速機構９係止部１０機台１５伝動ケース３０シリンダ３１排気口３２吸気口３３調節バルブ４０ケース４３フライホイール６１連結軸６６出力部Ａ最圧縮位置Ｋオルダム回転軌跡Ｐ中心線Ｓ中心線 α 角度（回転角） θ 傾斜角（オルダム位相角）

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

【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるエンジンの構成を示す平断面
図。

【図５（Ａ）】本発明に係わるエンジンのピストンサイ
クルの工程を示す模式図。

【図５（Ｂ）】本発明に係わるエンジンのピストンサイ
クルの工程を示す模式図。

【図５（Ｃ）】本発明に係わるエンジンのピストンサイ
クルの工程を示す模式図。

【図５（Ｄ）】本発明に係わるエンジンのピストンサイ
クルの工程を示す模式図。

【図５（Ｅ）】本発明に係わるエンジンのピストンサイ
クルの工程を示す模式図。

【符号の説明】１エンジン１ａ被作動部材（発電機）１ｂ始動機構２クランク部２ａ第１ピストン２ｂ第２ピストン３圧縮室３ａ第１圧縮室３ｂ第２圧縮室４ａ第１変換室４ｂ第２変換室５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，７ａ回転軸６連結伝動機構７オルダム機構８調速機構９係止部１０機台１５伝動ケース３０シリンダ３１排気口３２吸気口３３調節バルブ４０ケース４３フライホイール６１連結軸６６出力部Ａ最圧縮位置Ｋオルダム回転軌跡Ｐ中心線Ｓ中心線 α 角度（回転角） θ 傾斜角（オルダム位相角）

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図５（Ａ）】

【図５（Ｂ）】

【図２】

【図３】

【図５（Ｄ）】

【図４】

【図５（Ｃ）】

【図５（Ｅ）】

【図６】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ（３０）内でそれぞれが独自の
クランク部（２）によって往復運動する第１ピストン
（２ａ）と第２ピストン（２ｂ）を備え、第１ピストン
（２ａ）とシリンダ（３０）によって形成される第１圧
縮室（３ａ）と、第２ピストン（２ｂ）とシリンダ（３
０）によって形成される第２圧縮室（３ｂ）とを、互い
の上死点側で連通させると共に、第１ピストン（２ａ）
と第２ピストン（２ｂ）の上死点に位相を設けてピスト
ンサイクルを同期させることにより、第１ピストン（２
ａ）と第２ピストン（２ｂ）の往復運動を回転運動に変
換するエンジン。
【請求項２】第１ピストン（２ａ）を長ストロークで
作動させると共に、第２ピストン（２ｂ）を短ストロー
クで作動させる請求項１のエンジン。
【請求項３】第２ピストン（２ｂ）の上死点を、第１
ピストン（２ａ）の上死点より先行させる請求項１又は
２のエンジン。
【請求項４】第１ピストン（２ａ）の上死点前位置
と、第２ピストン（２ｂ）の上死点後位置とでシリンダ
内の気体を最圧縮させる請求項１又は２又は３のエンジ
ン。
【請求項５】第１ピストン（２ａ）を往復運動させる
回転軸５ａと、第２ピストン（２ｂ）を往復運動させる
回転軸（５ｂ）とを、連結伝動機構（６）で連結してな
る請求項１又は２又は３又は４のエンジン。
【請求項６】単一のシリンダ（３０）内で、第１ピス
トン（２ａ）と第２ピストン（２ｂ）を対向させて往復
運動させると共に、第１圧縮室（３ａ）と第２圧縮室
（３ｂ）とを連通してなる請求項１又は２又は３又は４
又は５のエンジン。
【請求項７】単一のシリンダ（３０）の両端に、クラ
ンク部（２）を内装する第１変換室（４ａ）と第２変換
室（４ｂ）とを一体的に設けてなる請求項１又は２又は
３又は４又は５又は６のエンジン。
【請求項８】第１ピストン（２ａ）又は第２ピストン
（２ｂ）の下死点側に吸気口（３２）を設ける請求項１
又は２又は３又は４又は５又は６又は７のエンジン。
【請求項９】吸気口（３２）を第１変換室（４ａ）又
は第２変換室（４ｂ）に連通させる請求項１又は２又は
３又は４又は５又は６又は７又は８のエンジン。
【請求項１０】第１ピストン（２ａ）と第２ピストン
（２ｂ）による最圧縮位置、又はその近傍位置に排気口
（３１）を設ける請求項１又は２又は３又は４又は５又
は６又は７又は８又は９のエンジン。
【請求項１１】排気口（３１）に調節バルブ（３３）
を設け、該調節バルブ（３３）を回転軸（５ａ）又は回
転軸（５ｂ）或いは連結伝動機構（６）の連結軸（６
１）の回転に対応し開度調節させる請求項１又は２又は
３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１０のエ
ンジン。
【請求項１２】連結伝動機構（６）の中途部に出力部
（６６）を設けて動力を取出可能に構成してなる請求項
１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９
又は１０又は１１のエンジン。
【請求項１３】第１ピストン（２ａ）側の回転軸（５
ａ）と第２ピストン（２ｂ）側の回転軸（５ｂ）と連結
軸（６１）とから、複数の被作動部材（１ａ）を同時駆
動させる請求項１又は２又は３又は４又は５又は６又は
７又は８又は９又は１０又は１１又は１２のエンジン。
【請求項１４】第１ピストン（２ａ）側の回転軸（５
ａ）及び第２ピストン（２ｂ）側の回転軸（５ｃ）に、
フライホイール（４３）を共に設けてなる請求項１又は
２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１
０又は１１又は１２又は１３のエンジン。
【請求項１５】第１ピストン（２ａ）側の回転軸（５
ａ）又は第２ピストン（２ｂ）側の回転軸（５ｃ）の何
れかに、始動機構（１ｂ）を設置してなる請求項１又は
２又は３又は４又は５又は６又は７又は８又は９又は１
０又は１１又は１２又は１３又は１４のエンジン。
【請求項１６】第２ピストン（２ｂ）をオルダム機構
（７）を介して作動させる請求項１又は２又は３又は４
又は５又は６又は７又は８又は９又は１０又は１１又は
１２又は１３又は１４又は１５のエンジン。