JPS63268931A - エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリンダケース回転型のレシプロエンジンの構
造に関する。

〔従来の技術〕

一般的な４サイクルのレシプロエンジンは、ピストンの
往復運動をコンロッド及びクランクシャフトにより回転
運動に変換して動力を取り出す形式であるが、前記コン
ロッド及びクランクシャフトを省略してピストンの往復
運動を直接にシリンダケースの回転運動に変換するよう
にして、全体の小型化及び軽量化を図ったエンジンが考
えられており、前記エンジンの一例が特公昭４７−３７
９３０号公報に開示されている。

開示されている構成は、回転自在な１つのシリンダ内に
シリンダの回転中心を挟んで２組のピストンを対向配置
した構造であり、シリンダの回転に伴い両ピストンが互
いに近づき合う行程が圧縮及び排気行程で、両ピストン
が互いに遠ざかる行程が吸気及び爆発行程である。そし
て、ピストンの進退を案内するカム板の内周面が長円形
に構成されており、爆発行程時における半径方向の爆発
力がカム板の案内作用により半径方向と円周方向に分け
られ、この円周方向の成分がシリンダを回転させるので
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の構成であると、シリンダの１回転につき１回の爆
発が行われる構成である為、エンジン出力の大幅な向上
が望めないものであると共に、シリンダを回転させる前
記円周方向の力の成分がピストンをシリンダに対して倒
すように作用することになる為に、ピ゛ストン外周面と
シリンダ内周との間にコジレ現象が生じてピストンが円
滑に往復動できなくなってしまうおそれがあった。

ここで本発明は前述の問題に着目して、ピストンの円滑
な往復動と共に、前記エンジンの出力向上を図ることを
目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明の特徴は先に述べたようなエンジンを次のように
構成することにある。つまり、本体ケースにシリンダケ
ースを回転自在に支持し、独立した複数のシリンダをシ
リンダケース回転軸芯に対して放射状に前記シリンダケ
ースに設け、各シリンダ内のピストンを球状に構成する
と共に、シリンダケースの回転に伴い前記各シリンダご
とに設けた吸排気口を、本体ケース側の摺接面に所定回
転位相を隔てて形成された排気口、吸気口、燃料噴射口
又は着火口に順次、沖通循環させ、且つ、本体ケース側
に設けたカム板の内周面に前記ピストンを接当させてピ
ストンを進退案内するように構成してあることにあり、
その作用及び効果は次のとおりである。

〔作　用〕

２組の独立したシリンダを備えた形式を一例として説明
する。第７図（Ａ）に示す状態において第１ピストン（
４ａ）側は排気が終了した直後であり、第２ピストン（
４ｂ）側は圧縮が終了した直後であるとして、この状態
から第７図（ロ）に示す状態にシリンダケース（２）が
回転すると、第１ピストン（４ａ）側へは前記吸気口か
ら燃焼用の空気（又は混合気）が吸入されると共に、第
２ピストン（４ｂ）側へは燃料噴射口から燃料が高温高
圧空気内に噴射されて着火（又は着火口からの電気着火
により混合気が着火）され、爆発行程に入る。この場合
に、ピストン（４ａ）　、　（４ｂ）が球状である為に
、爆発行程時における爆発力の円周方向成分がピストン
（４ａ）　、　（４ｂ）に作用したとしても、ピストン
（４ａ）　、　（４ｂ）がシリンダ内で回転するだけで
あり、円筒状のピストンの場合のようなコジレ現象は生
じない。

そして、前記状態から第７図（ハ）に示す状態にシリン
ダケース（２）が回転すると、第１ピストン（４ａ）側
は圧縮行程に移行すると共に、第２ピストン（４ｂ）側
は排気行程に移行し前記排気口から燃焼ガスが排気され
て行く。さらに、第７図に）に示す状態にシリンダケー
ス（２）が回転すると、第１ピストン（４ａ）側が先に
述べたような爆発行程に入り、第２ピストン（４ｂ）側
が吸気行程に入る。

そして、第７図に）に示す状態から第７図（ホ）に示す
状態にシリンダケース（２）が回転すると、第１ピスト
ン（４ａ）側が先に述べたような排気行程に入ると共に
、第２ピストン（４ｂ）側が圧縮行程に入り、第７図（
イ）に示す状態に戻る。このように、シリンダケースの
１回転につき２回の爆発が行われることになるのであり
、３組のシリンダを備えた構成とすればシリンダケース
の１回転につき３回の爆発が行われることになるのであ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、シリンダケースの１回転につき２回以上
の爆発が行われるように、且つ、ピストンがコジレ現象
なく円滑に往復動できるように構成でき、エンジンの高
回転高出力化を図ることができた。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。

第１図及び第２図に示すように、エンジンの本体ケース
（１）は前ケース（ｌａ）、中間ケース（１ｂ）、後ケ
ース（１ｃ）の３分割構造であり、本体ケース（１）の
軸芯（２０周りにシリンダケース（２）が回転自在に支
持されている。このシリンダケース（２）には前記軸芯
（Ｐｌ）を挟んで２組の第１シリンダ（３ａ）及び第２
シリンダ（３ｂ）が対向して配置されると共に、画筆１
．第２シリンダ（３ａ）　、　（３ｂ）内に球状の第１
．第２ピストン（４ａ）　、　（４ｂ）が全方向に回動
自在に内嵌されている。

これに対し、前記前ケース（ｌａ）と中間ケース（ｌｂ
）との間にはカム板（５）が共締め固定されており、こ
のカム板（５）の中央に形成された長円形内周面に前記
両ピストン（４ａ）　、　（４ｂ）が第６図に示すよう
に内接するように構成され、シリンダケース（２）の１
回転に対して前記両ピストン（４ａ）　、　（４ｂ）が
２回往復運動するようになっている。

前記シリンダケース（２）の端面と中間ケース（ｌｂ）
の端面とが摺接するように構成されると共に、両シリン
ダ（３ａ）　、　（３ｂ）の各々に吸排気口（６ａ）　
、　（６ｂ）が設けられている。これに対し、第１．２
．５図に示すように中間ケース（１ｂ）側には排気行程
に対応する部分に円弧状の排気溝（ｌＯ）が設けられ、
この排気溝（１０）から排気口（７）が連設されると共
に、吸気行程に対応する部分には両ピストン（４ａ）　
、　（４ｂ）底部側と本体ケース（１）内面とで形成さ
れる空間に連通ずる円弧状の吸気１＃（１１）が設けら
れ、この吸気溝（１１）に連通ずる吸気口（８）が設け
られている。そして、前記吸気口（８）には逆止弁式で
バンクアッププレート（１２ａ）を備えた吸気弁（１２
）が設けられると共に、前記排気口（７）及び吸気口（
８）と約１８０６位相の異なる位置に燃料噴出口（９）
が設けられている。

以上のような構成により、シリンダケース（２）の回転
に伴う両ピストン（４ａ）　、　（４ｂ）の往復運動に
よって、前記本体ケース（１）内の空間には容積変化が
生ずる。つまり、前記吸気弁（１２）により往復動型の
空気ポンプが構成されることになり、この見掛は上の空
気ポンプを利用して一方のシリンダに過給するような構
成となっている。

この過給構成について詳述すると、第２図は第１シリン
ダ（３ａ）側が過給吸気を終了し圧縮行程に移行する直
前であり、第２シリンダ（３ｂ）側が爆発行程を終了し
排気行程に移行する直前である。この状態で第１シリン
ダ（３ａ）側の吸排気口（６ａ）は中間ケース（１ｂ）
の端面で塞がれ、第２シリンダ（３ｂ）側の吸排気口（
６ｂ）が中間ケース（１ｂ）側の排気？５（１０）に連
通し始めている。

前記状態からシリンダケース（２）の回転に伴い両ピス
トン（４ａ）　、　（４ｂ）がカム板（５）内周面に沿
って軸芯（ｐ＋）に近付（方向に運動すると、本体ケー
ス（１）内に負圧が発生し、この負圧により前記吸気口
（８）及び吸気弁（１２）を通って空気が本体ケース（
１）内に流入する。そして、第１シリンダ（３ａ）側の
圧縮行程が終了し、第２シリンダ（３ｂ）側の排気行程
が終了した状態が第１図に示す状態である。この状態で
第１シリンダ（３ａ）側の吸排気口（６ａ）が前記燃料
噴出口（９）に連通し、第２シリンダ（３ｂ）側の吸排
気口（６ｂ）が前記吸気溝（１１）に連通し始めている
。この状態で前記燃料噴出口（９）から第１シリンダ（
３ａ）内に霧化燃料が噴射されて第１シリンダ（３ａ）
が爆発行程に入り、第２シリンダ（３ｂ）は吸気行程に
入る。

以上のような状態に両シリンダ（３ａ）　、　（３ｂ）
が入ると、両ピストン（４ａ）　、　（４ｂ）は軸芯（
Ｐυから遠ざかる方向に運動して行く。従って、両ピス
トン（４ａ）　、　（４ｂ）により本体ケース（１）内
の空気が圧縮されることになり、圧縮された本体ケース
（１）内の空気は吸気溝（１１）を通り吸排気口（６ｂ
）から第２シリンダ（３ｂ）内に過給されて行くのであ
る。つまり、２組のピストン（４ａ）　、　（４ｂ）に
よって圧縮された空気が１つのシリンダに過給されるよ
うな構成となっているのである。

そして、第１シリンダ（３ａ）が爆発行程を終了し第２
シリンダ（３ｂ）が吸気行程を終了すると、第１シリン
ダ（３ａ）は排気行程から吸気行程に入り第２シリンダ
（３ｂ）と同様に過給を受けると共に、第２シリンダ（
３ｂ）は圧縮行程に入った後に燃料噴射を受は爆発行程
に入るのであり、このようなサイクルでシリンダケース
（２）が第５図において時計廻りに連続回転して行く。

以上のように、両シリンダ（３ａ）　、　（３ｂ）共に
１回転で１回の爆発が行われ、エンジン全体としてはシ
リンダケース（２）の１回転につき２回の爆発が行われ
ることになるのである。

前記シリンダケース（２）の回転力に変換された動力は
シリンダケース（２）に固定された出力軸（１３）から
取出されるか、シリンダケース（２）に連結された円筒
軸（１４）の出力プーリ（１５）から取出される。又、
前ケース（１ａ）における出力軸（１３）の軸受部には
テーパー状の皿バネ（４６）を介装してスラスト力を発
生させ、ベアリング（１６）を介しシリンダケース（２
）を中間ケース（１ｂ）の摺接面に圧接して、両シリン
ダ（３ａ）　、　（３ｂ）の気密性を高めている。

次に、エンジンの冷却構成について述べると、第１図及
び第６図に示すように、シリンダケース（２）及び円筒
軸（１４）の中央に冷却風通路（１７）が形成されると
共に、シリンダケース（２）側の冷却風通路（１７）が
２方向に分かれており、さらにこの２方向に沿って複数
のファン（１８）としてのリブが設けられている。この
構成によって、シリンダケース（２）の回転に伴い円筒
軸（１４）端部の開口から吸入された冷却空気は、円筒
軸（１４）内の冷却風通路（１７）からシリンダケース
（２）のリブ（１日）間を通って、遠心力によって前ケ
ース（１ａ）の排風口（１９）より排出されて行くので
ある。そして、前記出力プーリ（１５）の支持リブ（１
５ａ）　　もフィン状に成形されており、この支持リブ
（１５ａ）によって生ずる風によりエンジンの外面を冷
却するようにしている。

次に、エンジンの燃料噴射構造について詳述すると、第
１図に示すように中間ケース（１ｂ）内において前記冷
却風通路（１７）に対しプランジャ式のポンプケーシン
グ（２０）が固定され、先端に前記燃料噴出口（９）が
開孔されている。このポンプケーシング（２０）内には
シリンダケース（２）の回転力によって直接に進退駆動
されるプランジャ（２１）が内嵌してある。この、プラ
ンジャ（２１）の駆動構成は同図に示すように、円筒軸
（１４）の外周面にカム溝（１４ａ）が設けられ、プラ
ンジャ（２１）後端に設けられたピン（２２）を前記カ
ム溝（１４ａ）に係入させた構造である。そして、第４
図に示すようにピン（２２）の支持部（２１ａ）におけ
る円筒軸（１４）側面が円筒軸（１４）外面と同曲率で
構成されて、円筒軸（１４）外面に摺接しており、円筒
軸（１４）の回転にかかわらずプランジャ（２１）が自
身の軸芯周りに回転しないように構成している。以上の
ような構成により、プランジャ（２１）のピン（２２）
が常に円筒軸（１４）の回転中心に向いた状態でプラン
ジャ゛（２１）がカム溝（１４ａ）に沿って円滑に進退
駆動されるのである。

次に、前記ポンプケーシング（２０）内のプランジャ室
（２３）への燃料供給構造について詳述すると、第１図
及び第４図に示すように、前記ポンプケーシング（２０
）等が収められた中間ケース（１ｂ）の下面部分に凹部
が設けられ空気吸入口（２４）が形成されると共に、こ
の空気吸入口（２４）にフィルター（２５）としてのス
ポンジ部材が嵌め込まれ、後述するフロート室（２６）
により前記スポンジ部材（２５）が凹部状の空気吸入口
（２４）とフロート室（２６）上面とで挟み込まれるよ
うな構造となっている。

そして、前記空気吸入口（２４）から前記ポンプケーシ
ング（２０）まで続く通路（２７）が設けられると共に
、ポンプケーシング（２０）にもプランジャ（２１）が
後退した場合に開口される複数の小孔（２８）が設けら
れている。これに対し、燃料はフロート室（２６）の入
口（２９）からフロート室（２６）に入り、通路（３０
）を通り前記通路（２７）内に入るような構成なのであ
るが、フロート室（２６）内にはニードル部（３１ａ）
を備えたフロート（３０）が設けてあり、浮力によるフ
ロート（３０）の上下動でニードル部（３１ａ）が前記
入口（２９）を開閉するようになっており、多量の燃料
が前記通路（２７）に送り込まれないように構成してい
る。

以上の構成により、一方のシリンダ（３ａ）　、　（３
ｂ）が吸気及び圧縮行程を終了するまで、つまりシリン
ダケース（２）が２回転するまでに前記プランジャ（２
１）が１回だけ後退及び前進駆動される。

その際のプランジャ（２１）の後退によりプランジャ室
（２３）に通路（２７）から空気が急速に吸入されるの
であるが、この時に通路（２７）に発生する負圧によっ
て逆止弁（４７）を備えた通路（３０）から燃料が霧化
しながら空気に混入される。このようにして形成された
混合気は小孔（２８）を介して更に燃料の霧化が促進さ
れながらプランジャ室（２３）に流入し、プランジャ（
２１）の前進によりプランジャ室（２３）内の混合気は
圧縮され高温高圧の混合気となる。そして、この混合気
の圧縮終了後に一方のシリンダ（３ａ）　、　（３ｂ）
の吸排気口（６ａ）　、　（６ｂ）が燃料噴射口（９）
に重複し始めて、プランジャ室（２３）内の混合気がシ
リンダ（３ａ）　、　（３ｂ）内の高温圧縮空気中に噴
出され、爆発行程に入るのである。

次に、プランジャ室（２３）に対する燃料供給調節の構
造（ガバナ機構）について詳述すると、第１図及び第３
図に示すように、空気用の通路（２７）に対する燃料用
の通路（３０）の連通開度を調節するニードル弐の燃料
制御弁（３２）が設けられると共に、後ケース（ｌｃ）
内の軸芯（Ｐ２）周りに揺動自在な天秤アーム（３３）
が設けられ、この天秤アーム（３３）の一端が前記燃料
制御弁（３２）の後端に接当している。これに対して、
前記円筒軸（１４）にはテーパ一部を有するリング部材
（３４）が円筒軸（１４）に対し軸芯方向に摺動自在に
外嵌されると共に、このリング部材（３４）のテーパ一
部と円筒軸（１４）外面との間にボール（３５）が挟み
込まれ、前記天秤アーム（３３）の他端がリング部材（
３４）に接当している。

前記燃料制御弁（３２）はガバナスプリング（３６）に
より開側に付勢されているのであるが、回転数が上がっ
てくると前記ボール（３５）が遠心力により半径方向に
移動し、前記リング部材（３４）を出力プーリ（１５）
側に押し出す。そして、天秤アーム（３３）により、ガ
バナスプリング（３６）の付勢力に抗して燃料制御弁（
３２）が閉側に摺動操作されるのである。以上のように
して、エンジンの回転数が設定回転数に保たれるのであ
る。そして、第１図及ｑ第３図に示すように後ケー淑（
１ｃ）内の軸芯（Ｐ１）周りに回動自在に操作軸（３７
）が支持されると共に、この操作軸（３７）から延出さ
れたアーム（３７ａ）と燃料制御弁（３２）後端とに亘
って前記ガバナスプリング（３６）が架設されている。

これにより、外部の操作アーム（３８）により前記操作
軸（３７）及びアーム（３７ａ）を揺動操作することに
よってエンジンの前記設定回転数を変更操作することが
できるのである。

シリンダケース（２）と前ケース（ｌａ）との摺接部に
は漏れた燃焼ガスや燃料等を回収する構造が採用されて
おり、その構造について、詳述すると、第１図に示すよ
うに前ケース（１ａ）内周面に摺接するシリンダケース
（２）の外周面に複数の環状溝（３９）が設けられると
共に、前ケース（１ａ）内周面にも同様な環状？ａ（４
０）がシリンダケース（２）側の各環状溝（３９）に対
向するように設けである。そして、外側の環状？１ｊ（
４０）に吸引口（４１）が設けられ、この吸引口（４１
）と前記通路（２７）とがバイブ（４２）を介して接続
されている。

以上のような構成により、シリンダ（３ａ）　、　（３
ｂ）内から漏れ出た燃焼ガスや、ピストン（４ａ）　、
　（４ｂ）により圧縮される本体ケース（１）内の空気
等がシリンダケース（２）と前ケース（１ａ）の摺接部
から漏れ出て両頂状溝（３９）　、　（４０）で形成さ
れた空間に入ると膨張作用により燃焼ガスや空気が減圧
される。そして、次の環状溝（３９）　、　（４０）で
形成された空間に入ることによりさらに減圧されること
になって、シリンダケース（２）と前ケース（１ａ）と
の最終的な摺接部から漏れ出ることができないような圧
力にまで前記燃焼ガスや空気が減圧されることになるの
である。そして、最後の環状溝（３９）　、　（４０）
で形成された空間に入った燃焼ガスや空気は、プランジ
ャ（２Ｉ）の後退時に生ずる負圧により吸引口（４１）
、パイプ（４２）、通路（２７）を通ってプランジャ室
（２３）内に吸引され、第１．第２シリンダ（３ａ）　
、　（３ｂ）内に再び送り込まれて行くのである。

尚、本発明のエンジンは混合気を吸入圧縮して着火口よ
り電気着火する形式で実施することも可能下ある。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により木発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るエンジンの実施例を示し、第１図は
エンジン全体の縦断側面図、第２図は回転位相が９０°
異なる場合におけるシリンダケース付近の横断平面図、
第３図はガバナ用のボール付近の縦断正面図、第４図は
プランジャ及びフロート室付近の縦断正面図、第５図は
シリンダケースが摺接する本体ケース側摺接面の正面図
、第６図はシリンダケース付近の縦断正面図、第７図（
イ）、＠、（ハ）、に）、（ホ）はエンジンの作動サイ
クルを示す図である。 （１）・・・・・・本体ケース、（２）・・・・・・シ
リンダケース、（３ａ）　、　（３ｂ）・・・・・・シ
リンダ、（４ａ）　、　（４ｂ）・・・・・・ピストン
、（５）・・・・・・カム板、（６ａ）　、　（６ｂ）
・・・・・・吸排気口、（７）・・・・・・排気口、（
８）・・・・・・吸気口、（９）・・・・・・燃料噴射
口、（ｐ＋）・・・・・・シリンダケース回転軸芯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 本体ケース（１）にシリンダケース（２）を回転自在に
   支持し、独立した複数のシリンダ（３ａ）、（３ｂ）を
   シリンダケース回転軸芯（Ｐ＿１）に対して放射状に前
   記シリンダケース（２）に設け、各シリンダ（３ａ）、
   （３ｂ）内のピストン（４ａ）、（４ｂ）を球状に構成
   すると共に、シリンダケース（２）の回転に伴い前記各
   シリンダ（３ａ）、（３ｂ）ごとに設けた吸排気口（６
   ａ）、（６ｂ）を、本体ケース（１）側の摺接面に所定
   回転位相を隔てて形成された排気口（７）、吸気口（８
   ）、燃料噴射口（９）又は着火口に順次、連通循環させ
   、且つ、本体ケース（１）側に設けたカム板（５）の内
   周面に前記ピストン（４ａ）、（４ｂ）を接当させてピ
   ストン（４ａ）、（４ｂ）を進退案内するように構成し
   てあるエンジン。