特開 2024-164494 エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024164494

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02B 53/00 20060101AFI20241120BHJP

【ＦＩ】

F02B53/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080005

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】592173434

【氏名又は名称】株式会社日本ビデオセンター

(74)【代理人】

【識別番号】100090239

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 始

(74)【代理人】

【識別番号】100100859

【弁理士】

【氏名又は名称】有賀 昌也

(72)【発明者】

【氏名】近藤 忠美

(57)【要約】

【課題】従来のレシプロエンジンとロータリーエンジンの互いのメリットを残しつつ、両者のデメリットを無くし、コンパクトで高出力なエンジンを提供する。
【解決手段】エンジン１０は、略円筒形状のロータハウジング１１と、当該ロータハウジングの内周壁面に当接し、クランク１３を中心に回転自在に構成された気筒ユニット１４からなる。当該気筒ユニットは４本のシリンダ本体２２を備えるシリンダブロック２０Ａからなり、当該シリンダ本体には、両端にピストンヘッド２６を備えたピストン本体２５が往復自在に嵌合されている。ロータハウジング側面には遊星歯車機構１２が設けられ、クランクと同軸で回転する太陽歯車１５に対して所定の減速比で回転する遊星歯車１６を軸支する遊星キャリア１７がシリンダブロックに固定されている。これにより、ピストン本体の往復運動はクランクの回転運動に変換されると共にシリンダブロックの回転運動に変換される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下方向に沿って縦断面視したとき、等長の側面部の上下両端に、略半円形の上円部と下円部がそれぞれ連接形成される略長丸形状であって、前記側面部の中心を左右方向に貫通するクランクを備えた気筒ユニットと、
当該気筒ユニットの前記上円部と前記下円部がそれぞれ内周壁面に接する直径を備え、前記クランクを中心に前記気筒ユニットが回動自在に収納される略円筒形状のロータハウジングと、
前記クランクの軸心と同軸で回転する太陽歯車を有し、前記ロータハウジングの左右両側面のいずれか一方又は双方に配される遊星歯車機構とから構成され、
前記遊星歯車機構は、前記太陽歯車を中心に公転する複数個の遊星歯車と、当該遊星歯車を軸支すると共に前記気筒ユニットへ固定され、前記太陽歯車の回転運動に対して、所定の減速比で回転する遊星キャリアとを備え、
前記クランクが回動したとき、前記遊星歯車機構を介し、前記クランクの回転に従動して前記気筒ユニットが前記ロータハウジング内を回動するようにしたことを特徴とするエンジン。

【請求項2】

前記気筒ユニットは、シリンダ部と、当該シリンダ部内へ往復運動可能に収納されたピストン部とから構成され、
前記シリンダ部は、略円筒形状のシリンダ本体と、当該シリンダ本体の両端に連接形成される略半球状の燃焼室とから構成され、
前記シリンダ本体は、前記側面部内側に沿って配置され、周壁部中心を前記クランクが貫通するように形成され、
前記燃焼室は、前記上円部又は前記下円部の内側にそれぞれ配置され、
前記ピストン部は、略円柱形状のピストン本体と、当該ピストン本体の両端面に連接形成され、前記燃焼室とそれぞれ対向するピストンヘッドとから構成され、
前記ピストン本体は、周壁部中心に径方向に沿って所定の内径の貫通孔を有し、
当該貫通孔の内周壁面に沿って内歯車を形成し、当該内歯車と噛合する歯車と、当該歯車を先端にクランクピンで軸支し、基端に前記クランクを備えたクランクアームとを設け、
前記貫通孔の内径と略同径で、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーロータを前記貫通孔内へ回動自在に嵌合して、
前記シリンダ本体内で前記ピストン本体が往復運動したとき、
前記内歯車に噛合する前記歯車が、前記内歯車内を周回して前記クランクアームを所定の方向へ回転させて、前記クランクを回動させると共に、
前記偏心フリーロータが前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。

【請求項3】

前記内歯車の内径と前記歯車の直径の比が２対１であることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。

【請求項4】

前記偏心フリーロータの軸心を、短径と長径の比が１対３となる位置に設けたことを特徴とする請求項２に記載のエンジン。

【請求項5】

前記燃焼室の反ピストンヘッド側の天井部の所定位置に、所定形状の第１吸気口、第１排気口及びスパークホールを設け、
前記ロータハウジングの周壁部に、前記第１吸気口と対向する所定形状の第２吸気口、前記第１排気口と対向する所定形状の第２排気口と、前記スパークホールと対向する点火プラグを設けて、
前記ロータハウジング内を回動する前記気筒ユニットの前記上円部と前記下円部が、前記ロータハウジングの内周壁面を摺動する場合に、
前記第１吸気口と前記第２吸気口が重なり合ってオーバーラップしたとき、前記第２吸気口へ吹き込まれた可燃性ガスが、前記第１吸気口を通じて前記燃焼室へ吸気され、
前記第１排気口と前記第２排気口が重なり合ってオーバーラップしたとき、前記燃焼室内の排気ガスが前記第１排気口を通じて、前記第２排気口から排気され、
前記スパークホールと前記点火プラグが重なり合ってオーバーラップしたとき、前記点火プラグから発した火花が前記スパークホールを通じて前記燃焼室内へ飛ぶようにしたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のエンジン。

【請求項6】

前記気筒ユニットの前記シリンダ部が、所定の偶数本の前記シリンダ本体を備えるシリンダブロックから構成されていることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のエンジン。

【請求項7】

前記シリンダ本体にそれぞれ収納される前記ピストン本体は、隣り合う一方の前記ピストン本体の往復運動と他方の前記ピストン本体の往復運動とが、互いに相反する方向へ動くように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。

【請求項8】

前記シリンダブロックは、２本のシリンダ本体を備え、当該シリンダ本体にそれぞれ前記ピストン本体が収納されていることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。

【請求項9】

前記シリンダブロックは、４本のシリンダ本体を備え、当該シリンダ本体にそれぞれ前記ピストン本体が収納されていることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。

【請求項10】

前記気筒ユニットの前記シリンダ部が、少なくとも一本の前記シリンダ本体を備えるシリンダケースから構成されていることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のエンジン。

【請求項11】

前記シリンダケースを有する前記気筒ユニットを備えた前記ロータハウジングを所定個数並設して、一本の前記クランクで連結し、
隣り合う前記ロータハウジングにおいて、一の前記気筒ユニットに対し、他の前記気筒ユニットの位置が所定の位相分、進めて或いは遅らせて、配置されるようにしたことを特徴とする請求項１０に記載のエンジン。

【請求項12】

前記ロータハウジングを３個並設し、隣り合う一の前記気筒ユニットに対し、他の前記気筒ユニットは、π／３位相が遅れている又は進んでいることを特徴とする請求項１１に記載のエンジン。

【請求項13】

前記ロータハウジングを５個並設し、隣り合う一の前記気筒ユニットに対し、他の前記気筒ユニットは、π／５位相が遅れている又は進んでいることを特徴とする請求項１１に記載のエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、様々な形式のエンジンが発明され、開示されている。近年は、エンジンとモータを組み合わせたハイブリッド化が進み、エンジンのレイアウト又は設置スペースの関係上、より一層、コンパクトでハイパワーなエンジンが求められている。
また、エンジンで使用される燃料についても、従来のガソリン若しくは軽油のみならず、エタノール等のアルコール系燃料、水素等の可燃性ガスといったものが使われつつある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】引用なし

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のレシプロエンジン、ロータリーエンジン等のエンジンでは、小型化するにしてもコンロッドの長さ、ロータリー及びロータリーケースの大きさ等の限界があり、さらには、小型化すると出力を高くすることが非常に困難である。
また、レシプロエンジンの場合は、小型化するとストローク長を稼ぐことが難しくなり、ロングストローク化して燃焼効率を上げ、燃費を改善することが困難である。そして、ロータリーエンジンの場合は、シール性の問題があり、シール性を高くすると耐久性が低くなるといった問題がある。

【0005】

そこで本発明が解決しようとする課題は、従来のレシプロエンジンとロータリーエンジンの互いのメリットを残しつつ、両者のデメリットを無くし、コンパクトで高出力なエンジンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載のエンジンは、上下方向に沿って縦断面視したとき、等長の側面部の上下両端に、略半円形の上円部と下円部がそれぞれ連接形成される略長丸形状であって、前記側面部の中心を左右方向に貫通するクランクを備えた気筒ユニットと、
当該気筒ユニットの前記上円部と前記下円部がそれぞれ内周壁面に接する直径を備え、前記クランクを中心に前記気筒ユニットが回動自在に収納される略円筒形状のロータハウジングと、
前記クランクの軸心と同軸で回転する太陽歯車を有し、前記ロータハウジングの左右両側面のいずれか一方又は双方に配される遊星歯車機構とから構成され、
前記遊星歯車機構は、前記太陽歯車を中心に公転する複数個の遊星歯車と、当該遊星歯車を軸支すると共に前記気筒ユニットへ固定され、前記太陽歯車の回転運動に対して、所定の減速比で回転する遊星キャリアとを備え、
前記クランクが回動したとき、前記遊星歯車機構を介し、前記クランクの回転に従動して前記気筒ユニットが前記ロータハウジング内を回動するようにしたことを特徴とする。

【0007】

請求項２に記載のエンジンは、請求項１に記載の発明において、前記気筒ユニットは、シリンダ部と、当該シリンダ部内へ往復運動可能に収納されたピストン部とから構成され、
前記シリンダ部は、略円筒形状のシリンダ本体と、当該シリンダ本体の両端に連接形成される略半球状の燃焼室とから構成され、
前記シリンダ本体は、前記側面部内側に沿って配置され、周壁部中心を前記クランクが貫通するように形成され、
前記燃焼室は、前記上円部又は前記下円部の内側にそれぞれ配置され、
前記ピストン部は、略円柱形状のピストン本体と、当該ピストン本体の両端面に連接形成され、前記燃焼室とそれぞれ対向するピストンヘッドとから構成され、
前記ピストン本体は、周壁部中心に径方向に沿って所定の内径の貫通孔を有し、
当該貫通孔の内周壁面に沿って内歯車を形成し、当該内歯車と噛合する歯車と、当該歯車を先端にクランクピンで軸支し、基端に前記クランクを備えたクランクアームとを設け、
前記貫通孔の内径と略同径で、前記歯車と共に前記クランクピンで軸支された円盤状の偏心フリーロータを前記貫通孔内へ回動自在に嵌合して、
前記シリンダ本体内で前記ピストン本体が往復運動したとき、
前記内歯車に噛合する前記歯車が、前記内歯車内を周回して前記クランクアームを所定の方向へ回転させて、前記クランクを回動させると共に、
前記偏心フリーロータが前記貫通孔内を前記クランクアームの回転方向と相反する方向へ回動するようにしたことを特徴とする。

【0008】

請求項３に記載のエンジンは、請求項２に記載の発明において、前記内歯車の内径と前記歯車の直径の比が２対１であることを特徴とする。

【0009】

請求項４に記載のエンジンは、請求項２に記載の発明において、前記偏心フリーロータの軸心を、短径と長径の比が１対３となる位置に設けたことを特徴とする。

【0010】

請求項５に記載のエンジンは、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記燃焼室の反ピストンヘッド側の天井部の所定位置に、所定形状の第１吸気口、第１排気口及びスパークホールを設け、
前記ロータハウジングの周壁部に、前記第１吸気口と対向する所定形状の第２吸気口、前記第１排気口と対向する所定形状の第２排気口と、前記スパークホールと対向する点火プラグを設けて、
前記ロータハウジング内を回動する前記気筒ユニットの前記上円部と前記下円部が、前記ロータハウジングの内周壁面を摺動する場合に、
前記第１吸気口と前記第２吸気口が重なり合ってオーバーラップしたとき、前記第２吸気口へ吹き込まれた可燃性ガスが、前記第１吸気口を通じて前記燃焼室へ吸気され、
前記第１排気口と前記第２排気口が重なり合ってオーバーラップしたとき、前記燃焼室内の排気ガスが前記第１排気口を通じて、前記第２排気口から排気され、
前記スパークホールと前記点火プラグが重なり合ってオーバーラップしたとき、前記点火プラグから発した火花が前記スパークホールを通じて前記燃焼室内へ飛ぶようにしたことを特徴とする。

【0011】

請求項６に記載のエンジンは、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記気筒ユニットの前記シリンダ部が、所定の偶数本の前記シリンダ本体を備えるシリンダブロックから構成されていることを特徴とする。

【0012】

請求項７に記載のエンジンは、請求項６に記載の発明において、前記シリンダ本体にそれぞれ収納される前記ピストン本体は、隣り合う一方の前記ピストン本体の往復運動と他方の前記ピストン本体の往復運動とが、互いに相反する方向へ動くように構成されていることを特徴とする。

【0013】

請求項８に記載のエンジンは、請求項６に記載の発明において、前記シリンダブロックは、２本のシリンダ本体を備え、当該シリンダ本体にそれぞれ前記ピストン本体が収納されていることを特徴とする。

【0014】

請求項９に記載のエンジンは、請求項６に記載の発明において、前記シリンダブロックは、４本のシリンダ本体を備え、当該シリンダ本体にそれぞれ前記ピストン本体が収納されていることを特徴とする。

【0015】

請求項１０に記載のエンジンは、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記気筒ユニットの前記シリンダ部が、少なくとも一本の前記シリンダ本体を備えるシリンダケースから構成されていることを特徴とする。

【0016】

請求項１１に記載のエンジンは、請求項１０に記載の発明において、前記シリンダケースを有する前記気筒ユニットを備えた前記ロータハウジングを所定個数並設して、一本の前記クランクで連結し、
隣り合う前記ロータハウジングにおいて、一の前記気筒ユニットに対し、他の前記気筒ユニットの位置が所定の位相分、進めて或いは遅らせて、配置されるようにしたことを特徴とする。

【0017】

請求項１２に記載のエンジンは、請求項１１に記載の発明において、前記ロータハウジングを３個並設し、隣り合う一の前記気筒ユニットに対し、他の前記気筒ユニットは、π／３位相が遅れている又は進んでいることを特徴とする。

【0018】

請求項１３に記載のエンジンは、請求項１１に記載の発明において、前記ロータハウジングを５個並設し、隣り合う一の前記気筒ユニットに対し、他の前記気筒ユニットは、π／５位相が遅れている又は進んでいることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係るエンジンによれば、縦断面視したとき、略長丸形状であって、中心にクランクを備えた気筒ユニットと、当該気筒ユニットが回動自在に収納される略円筒形状のロータハウジングと、クランクと同軸の太陽歯車を備える遊星歯車機構とから構成し、クランクが回動したとき、気筒ユニットが、クランク及び太陽歯車の回転に対して所定の減速比で、クランクの回転に従動してロータハウジング内を回動するようにした。
ここで、気筒ユニットは、シリンダ部と当該シリンダ部内へ往復運動可能に収納されるピストン部とから構成した。当該ピストン部は、略円柱形状のピストン本体の両端面にピストンヘッドを備え、またシリンダ部は、略円筒形状のシリンダ本体の両端にピストンヘッドと対向する燃料室を備えている。すなわち、気筒ユニットは、実質的に水平対向２気筒エンジンのように構成されている。
また、シリンダ部が有する天井部の所定位置に、第１吸気口、第１排気口、スパークホールを設け、ロータハウジング側にそれらと対向する第２吸気口、第２排気口、点火プラグを設けた。そして、第１吸気口と第２吸気口、第１排気口と第２排気口、スパークホールと点火プラグが、ロータハウジング内で回転する気筒ユニットによって、それぞれオーバーラップしたとき、吸気工程、排気工程、また点火爆発工程を行わせるようにした。
これによって、従来のレシプロエンジンで用いられている吸気バルブと排気バルブ、及びそれらバルブをピストンの動きと連動させていたカム、カムギア、チェーン、ベルト等の駆動機構を省くことができる。さらに、気筒ユニットの両端面、すなわち、燃焼室の天井部をロータハウジングの内周壁面に当接摺動させていることから、従来のロータリーエンジンのようなロータ部の機密性を保つためのアペックスシール機構を省きつつ高気密性を長期間に亘って維持することができる。
加えて、気筒ユニットを構成するピストンユニットは、ピストン本体の両端面にピストンヘッドを連接形成し、当該ピストンヘッドがシリンダ両端面に連接形成した燃焼室と対向配置されるように構成した。当該ピストンヘッドが、互い違いに爆発燃焼する両燃焼室から互い違いに燃焼圧を受けるように構成されるので、気筒ユニット一つで従来のレシプロエンジン２気筒分の出力を取り出すことができ、従来のレシプロエンジンに係る２気筒分のスペースを気筒ユニット一つ分にまとめ、カム、バルブを省いてコンパクトに構成し、高い回転動力を取り出すことができる。

【0020】

また好ましくは、本発明に係るエンジンによれば、シリンダ部を所定の偶数本のシリンダ本体を備えるシリンダブロックとして構成した。そして、当該シリンダ本体に嵌合されるピストン本体について、互いに隣り合う一方のピストン本体の往復運動と他方のピストン本体の往復運動とが、互いに相反する方向へ動くように構成した。
これによって、隣り合うピストン本体は互いに振動を相殺し、シリンダブロックの振動を抑えることができるので、エンジンの振動を抑えることができる。

【0021】

さらに好ましくは、本発明に係るエンジンによれば、シリンダ部を少なくとも一本のシリンダ本体を備えるシリンダケースとして構成した。そして、クランクが同軸となるように気筒ユニットを備えたロータハウジングを所定個数並設して、隣り合うロータハウジングにおいて、一の気筒ユニットに対し、他の気筒ユニットの位置が所定の位相分、進めて或いは遅らせて配置されるように構成した。
これによって、ロータハウジング内で気筒ユニットが回動するとき、一の気筒ユニットの回転運動と当該気筒ユニットが備えるピストン部の往復運動に係る振動を、他の気筒ユニットの回転運動と当該気筒ユニットが備えるピストン部の往復運動に係る振動で相殺し、エンジン全体で見たとき、当該エンジンの振動を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１実施例に係るエンジンの外観構成の概略を示す側面図である。

【図2】図１におけるＡ－Ａ線に沿った縦断面図であって、第１実施例に係るエンジンの一部構成の概略を示す断面図である。

【図3】図１におけるＢ－Ｂ線に沿った縦断面図であって、第１実施例に係るエンジンの一部構成の概略を示す断面図である。

【図4】図２又は図３におけるＣ－Ｃ線に沿った縦断面図であって、第１実施例に係るエンジンを内部構成の概略を示す断面図である。

【図5】第１実施例に係るエンジンに設けた気筒ユニットにおいて、ピストン部の動作例を示す説明図である。

【図6】第１実施例に係るエンジンに設けた気筒ユニットに係るシリンダブロックの構成の概略を示す説明図である。

【図7】第１実施例に係るエンジンのシリンダブロック内の一方のピストン部の位置を示す模式図である。

【図8】第１実施例に係るエンジンのシリンダブロック内の他方のピストン部の位置を示す模式図である。

【図9】第１実施例に係るエンジンの他の実施例に係るエンジンの内部構成の概略を示す断面図である。

【図10】第２実施例に係るエンジンの外観構成の概略を示す側面図である。

【図11】第２実施例に係るエンジンの構成の概略を示す斜視図である。

【図12】第２実施例に係るエンジンの構成の概略を示す斜視図である。

【図13】第２実施例に係るエンジンが有する気筒ユニットの構成の概略を示す斜視図である。

【図14】第２実施例に係るエンジンのロータモジュール内の各ピストン部の位置を示す模式図である。

【図15】第３実施例に係るエンジンの外観構成の概略を示す側面図である。

【図16】第３実施例に係るエンジンのロータモジュール内の各ピストン部の位置を示す模式図である。

【図17】第３実施例に係るエンジンの接続例を示す部分拡大図である。

【図18】第４実施例に係るエンジンのロータモジュール内の各ピストン部の位置を示す模式図である。

【図19】第５実施例に係るエンジンのロータモジュール内の各ピストン部の位置を示す模式図である。

【実施例0023】

本発明に係るエンジンの第１実施例を添付した図面にしたがって以下説明する。図１は、本実施例に係るエンジンの構成の概略を示した説明図であり、図２は、図１におけるＡ－Ａ線に沿った縦断面図、図３は、図１におけるＢ－Ｂ線に沿った縦断面図、図４は、図２及び図３におけるＣ－Ｃ線に沿った縦断面図である。

【0024】

第１実施例に係るエンジン１０は、図１に示すように、ロータハウジング１１と、当該ロータハウジング１１の側方に設けた遊星歯車機構１２とから構成され、ロータハウジング１１の長手方向に沿った中心と遊星歯車１２の中心を貫通するクランク１３を有している。ロータハウジング１１内には、図３及び図４に示すように気筒ユニット１４が収納されている。

【0025】

ロータハウジング１１は、図３に示すように、図１のＢ－Ｂ線に沿って上下方向に縦断面視したとき、気筒ユニット１４の上円部１４ｂと下円部１４ｃが内周壁面１１ａに接する直径を備えている。ロータハウジング１１内に収納された気筒ユニット１４は、クランク１３を中心として回動自在に構成されており、回転可能な気筒ユニット１４にあわせて、ロータハウジング１１は、図１又は図４に示すように、クランク１３に沿って左右方向に伸びる略円筒体形状に形成されている。

【0026】

遊星歯車機構１２は、図１に示すように、ロータハウジング１１の左側面側に配置されている。なお、遊星歯車機構１２の位置は本実施例の例に限定されず、ロータハウジングの右側面側、又は双方に設けるようにしても良い。そして、遊星歯車機構１２は、図１に示したＡ－Ａ線に沿って縦断面視した断面図である図２に示すように、中心に配置された太陽歯車１５と、当該太陽歯車１５を囲むように配置された所定枚数の遊星歯車１６と、当該遊星歯車１６を軸支する遊星キャリア１７と、各遊星歯車１６と噛合する内歯車１８から構成されている。
太陽歯車１５は、クランク１３の軸心と同軸に固定されており、クランク１３の回転と共に回動するように構成されている。
遊星歯車１６は、それぞれが太陽歯車１５及び内歯車１８と噛合し、当該太陽歯車１５の周囲で自転すると共に、太陽歯車１５の周囲を公転するように構成されている。
遊星キャリア１７は、遊星歯車１６を所定の間隔で軸支すると共に気筒ユニット１４に固定されている。これによって、遊星歯車１６の公転にしたがって、すなわち、クランク１３と同軸で回転する太陽歯車１５に対する遊星歯車１６に係る所定の減速比にしたがって気筒ユニット１４を回転させることができる。クランク１３の回転に対して気筒ユニット１４が回転する所定の比率については後述する。
内歯車１８は、遊星歯車１６を挟んで太陽歯車１５と対向するように設けられ、遊星歯車１６と噛合するように構成され、ロータハウジング１１に固定されている。これによって、ロータハウジング１１に対して気筒ユニット１４をロータハウジング１１内で回動させることができる。

【0027】

気筒ユニット１４は、図１に示したＢ－Ｂ線に沿って縦断面視した断面図である図３に示すように、上下方向に沿って縦断面視したとき、等長となる側面部１４ａ，１４ａの上下両端に略半円形状の上円部１４ｂと下円部１４ｃがそれぞれ連接された略長丸形状に形成されている。すなわち、気筒ユニット１４の縦断面視構造は、いわゆる筒体の両端に半球部が連接形成されたカプセル剤形状に類似した形状に形成されている。そして、気筒ユニット１４の中心には、図１に示すように、左右方向に貫通するクランク１３が配置されている。気筒ユニット１４の内部構造については、後述する。

【0028】

このように構成した本実施例に係るエンジン１０は、ロータハウジング１１内を気筒ユニット１４が、クランク１３の回転数に対して遊星歯車機構１２によって所定の減速比で減速された回転数で、クランク１３の回転に従動して回転するように構成されている。
これによって、気筒ユニット１４内で所定の回転動力を発生させた場合に、当該回転動力をクランク１３から出力すると共に、気筒ユニット１４の両端面１４ｂ，１４ｃをロータハウジング１１の内周壁面１１ａに沿って摺動させることができる。
すなわち、本実施例に係るエンジン１０は、ロータハウジング１１内で気筒ユニット１４を回動させていることから、ケーシング内を略三角形状のロータが回転する従来のロータリーエンジンに類似した挙動を示すロータリーエンジンの新たな一態様であると本発明に係る発明者は確信するに至った。
さらに、本実施例に係るエンジン１０によれば、当該エンジン１０は従来のロータリーエンジンで機密性を保つために必要であったアペックスシール機構を必要としないことから、メンテナンスを容易にし、かつエンジン自体の寿命を長期化させることができる。

【0029】

続いて、気筒ユニット１４の内部構造について、添付した図面にしたがって説明する。気筒ユニット１４は、図３に示すように、シリンダ部２０と、当該シリンダ部２０内に往復運動可能に収納されたピストン部２１とから構成されている。

【0030】

シリンダ部２０は、図３に示すように、その内部が略円筒形状に形成されたシリンダ本体２２と、当該シリンダ本体２２の両端に連接形成された略半球状の燃焼室２３，２３とから構成されている。
シリンダ本体２２の内径は、ピストン部２１が往復運動可能に嵌合される径に構成されている。
燃焼室２３は、図３示すように、その天井部２３ａ外側面がロータハウジング１１の内周壁面１１ａへ摺動可能に当接し、天井部２３ａ側がピストン部２１の両端と対向するように形成されている。

【0031】

ピストン部２１は、ピストン本体２５に対して、クランク１３のほか、内歯車３０、歯車３１、クランクアーム３２、偏心フリーロータ３３を組み付けて構成されている。
ピストン本体２５は、略円柱状に形成され、両端にピストンヘッド２６，２６が連接形成され、周壁部中央の径方向に沿って所定の内径を備えた貫通孔２７が形成されている。
内歯車３０は、所定の内径を有し、ピストン本体２５の貫通孔２７へ嵌着されている。
歯車３１は、内歯車３０と噛合可能に構成されている。内歯車３０と歯車３１の直径の比は、２：１であることが好ましい。当該比で構成することによって、図５に示すように、歯車３１を内歯車３０に沿って２周させたとき、歯車３０を初期位置へ帰還させることができる。
クランクアーム３２は、先端部が歯車３１を軸支し、基端部がクランク１３に固定されている。これによって、歯車３１が内歯車３０内を転動したとき、クランクアーム３２がクランク１３を中心に回動する。これによって、ピストン本体２５がシリンダ本体２２内で往復運動をしたとき、内歯車３０と噛合する歯車３１が内歯車３０に沿って転動し、歯車３１とクランクアーム３２でリンクされたクランク１３に回転運動を行わせることができる。ここで、図３に示したクランクアーム３２の回転方向を順方向とする。

【0032】

偏心フリーロータ３３は、その直径が貫通孔２７の内径と略同径に形成され、貫通孔２７内へ回動自在に嵌合されている。これによって、ピストンヘッド２６が強い圧力を受けてピストン本体２５が往復運動するとき、当該圧力によって貫通孔２７及び内歯車３０が歪まないように当該貫通孔２７を補強することができる。また、偏心フリーロータ３３は、軸心の位置が当該偏心フリーロータ３３の直径に対して１：３となる偏心した位置となっており、当該軸心は歯車３１と共にクランクピンで軸支されている。これによって、図５に示すように、偏心フリーロータ３３は、歯車２６の転動する方向、すなわち、クランクアーム３２が回転していく順方向に対して逆方向へ回転し、クランクアーム３２がクランク１３を一周させたとき、偏心フリーロータ３３は、図５に示すように、クランク１３と逆方向へ一回転するように構成されている。

【0033】

上記のように構成した気筒ユニット１４の内部構造によれば、クランク１３は、ピストン本体２５の中央部から径方向に突出し、図１又は図４に示すように、シリンダ本体２２の周壁部中央で径方向に沿って回転可能に嵌通されている。これによって、ピストン部２１の往復運動によって回動するクランク１３の回転動力をシリンダ部２０外へ出力させることができる。また、ロータハウジング１１は、その円筒体形状の軸が図１及び図４に示すように、クランク１３の軸心と同一になるように構成されている。そのため、ピストン本体２５は、ロータハウジング１１の径方向に沿って往復運動することができ、図５に示すように、一方のピストンヘッド２６が、ロータハウジング１１の内周壁面１１ａに向かってシリンダ本体２２内の気体を燃焼室２３方向へ押し出して、圧縮又は排気に係る工程を行っているとき、他方のピストンヘッド２６が、クランク１３に向かってシリンダ本体２２内の気体を吸引して、吸気又は爆発に係る工程を行う、いわゆる水平対向２気筒エンジンのように動作させることができる。

【0034】

ここで、シリンダ内径（ボア）とピストンの往復距離（ストローク）の関係について、従来のレシプロエンジンは、シリンダ内でピストンが往復運動したとき、ピストンスカートとコンロッドが接触する等の制限によって、ストローク長が規制されていた。
一方、本実施例に係るピストン部２１は、コンロッドを有しておらず、またピストン本体２５の両端にピストンヘッド２６，２６が連接形成されていることから、図３に示すように、ピストン本体２５のストローク長さを任意に定めることができ、また、シリンダ本体２２の大きさ及びピストン本体２５の大きさに対して貫通孔２７、すなわち、内歯車３０と歯車３１が占める径の比率を変えることで同様にストローク長さを任意に定めることができる。
さらに、本実施例に係るシリンダ部２０は、シリンダ本体２２の内径を大小自在に構成することができるので、容易にロングストローク化又はショートストローク化を図ることができ、たとえば、シリンダ本体２２の長さに対して短いピストン本体２５を組み合わせ、或いは、シリンダ本体２２の内径を細くすると共に短いピストン本体２５を組み合わせてロングストローク化を図り、高トルクで高燃費なエンジンを構成することができる。また、シリンダ本体２２の長さに対して長いピストン本体２５を組み合わせ、或いは、シリンダ本体２２の内径を太くすると共に長いピストン本体２５を組み合わせてショートストローク化を図り、高回転で高出力なエンジンを構成することができる。
このように、本実施例に係る気筒ユニット１４は、エンジン１０の使用目的に合わせて設計の自由度を高くすることができるように構成されている。

【0035】

上記の内部構造を備えた気筒ユニット１４は、図５に示すように、たとえば、４ストロークエンジンとして用いられる場合、一方の燃焼室２３に対し、ピストンヘッド２６が遠ざかる方向へ動くときは、可燃性ガスを吸気する吸気工程又は可燃性ガスが爆発する爆発工程が行われる。このとき、他方の燃焼室２３では、ピストンヘッド２６が当該他方の燃焼室２３に近付く方向へ動くので、可燃性ガスを圧縮する工程又は可燃性ガスが爆発燃焼した後の排気ガスを排気する工程が行われる。このように、燃焼室２３，２３に対し、ピストンヘッド２６，２６が交互に吸気、圧縮、爆発（燃焼）、排気工程を行うように構成されている。特に爆発（燃焼）工程において瞬時に膨張する可燃性ガスの圧力をピストンヘッド２６，２６が交互に受けることによって、ピストン本体２５が、シリンダ本体２２内で往復運動することができる。

【0036】

ここで、可燃性ガスとは、霧状又は気化したガソリンと所定量の空気を所定の配合率で混ぜ合わせた混合気体、霧状にした軽油、霧状又は気化したエタノール、或いは水素ガス等の爆発可能又は燃焼可能なガス体をいう。本実施例においては、ガソリンを主体とした混合気体が好ましいが、これに限定されず、爆発又は燃焼可能な気体であれば良い。
特に近年注目されている水素ガスを用いた場合は、爆発（燃焼）工程において水分が生成され、従来のエンジンの場合は、燃焼室２３，２３内に水分が貯留されることによってウォーターハンマー等、シリンダ本体２２内に水分が残留することによって重大な事故が発生するおそれがあった。しかしながら、本実施例に係るエンジン１０の場合、気筒ユニット１４を回転させた際の遠心力によって燃焼室２３の天井部２３ａに形成した第１排気口及びロータハウジング１１に形成した第２排気口から排気ガスと共に容易に排水することができ、これによって、シリンダ本体２２内の残留水分による事故の発生を防止することができる。

【0037】

上記の構成を有する気筒ユニット１４によれば、当該気筒ユニット１４は、図３又は図５に示すように、シリンダ本体２２の両端に連接形成された燃焼室２３，２３に対向して、ピストンヘッド２６，２６が動くように構成された、いわゆる、水平対向２気筒エンジンに似た構成を有している。しかしながら、従来のレシプロエンジンに係る水平対向２気筒エンジンとは異なり、気筒ユニット１４は、シリンダ本体２２内で１本のピストン本体２５が往復運動を行い、当該ピストン本体２５の周壁部中心に嵌通されたクランク１３を回転させているので、従来のレシプロエンジンで使われている重いコンロッドを必要とせず、軽量化が可能である。さらには、クランクアーム３２も貫通孔２７内で軸支した歯車３１を回す、いわば貫通孔２７の半径よりも小さい径で回転し、コンロッドとクランクアームを連結させたリンク構造によって描かれる円よりも小径の円をクランクアーム３２は描くことから、当該クランクアーム３２を短縮させることができ、より軽量化を図ることができる。

【0038】

また、たとえば、４ストロークエンジンとして構成した場合を比較すると、従来のレシプロエンジンは、シリンダ本体２２内でピストン本体２５が２往復する間に一つの仕事が行われるのに対し、気筒ユニット１４の場合は、両端のピストンヘッド２６，２６で互い違いに一つの仕事が行われることから、単純にピストンが２往復する間に従来の４ストロークエンジンに対して２倍の利得を得ることができる。
以上のことから、気筒ユニット１４は、従来のレシプロエンジンと比べて軽量に構成し、かつ高出力を得ることができる。

【0039】

さらに、気筒ユニット１４では、一方のピストンヘッド２６で可燃性ガスが爆発又は燃焼によって膨張し、当該一方のピストンヘッド２６側で上死点から下死点に向かう動きをするとき、図５に示すように、他方のピストンヘッド２６側では、下死点から上死点に向かう動きが行われることから、圧縮又は排気の工程が行われる。そのため、従来のレシプロエンジンのように爆発後の慣性でコンロッドとクランクアームを回して、排気、吸気、圧縮と行わせるのではなく、一方のピストンヘッド２６側で可燃性ガスが燃焼又は爆発して膨張するときの圧力を、直接的に反対側にある他方のピストンヘッド２６の動作をサポートするために使えるので、クランク１３の回転効率を上げて、よりスムーズにエンジンを高回転まで回すことができる。加えて、ロングストローク化したとき、従来のレシプロエンジンの場合では高回転を得ることが困難であっても、可燃性ガスの膨張圧力を利用する気筒ユニット１４の場合は、容易に高回転を得ることができ、燃費を改善すると共に高出力を得ることが期待できる。

【0040】

次に、気筒ユニット１４の両端がロータハウジング１１の内周壁面に当接している部分の構造について、添付した図面にしたがって説明する。

【0041】

気筒ユニット１４側の構造は、図３又は図５に示し、上記したように、燃焼室２３，２３が、半球状或いは半球体を頂部から底面に向かって押し潰したような略半球体状の所定形状に形成されている。当該燃焼室の天井部２３ａには、図６に示すように、スパークホール３５、第１吸気口３６、第１排気口３７が、所定の位置に形成されている。

【0042】

ロータハウジング１１側の構造は、図１に示すように、スパークホール３５と対向する位置にプラグホール４０が、第１吸気口３６と対向する位置に第２吸気口４１が、第１排気口３７と対向する位置に第２排気口４２がそれぞれ形成されている。プラグホール４０、第２吸気口４１、及び第２排気口４２を一組として、それらは図１に示すように、ロータハウジング１１の周壁に沿って所定間隔で複数組配置されている。これらプラグホール４０等がロータハウジング１１の周壁に配置される位置については、遊星歯車機構１２によって減速されるクランク１３に対する気筒ユニット１４の回転比率によって異なる。この配置される位置の詳細については後述する。

【0043】

スパークホール３５は、長穴形状に形成され、長手方向がクランク１３に対して直交する方向に沿って配置されている。これによって、気筒ユニット１４がクランク１３を中心に回転したとき、スパークホール３５が対向するロータハウジング１１側の所定箇所に対して、当該スパークホール３５を周期的な所定のタイミングで通過させることができる。
スパークホール３５が対向するロータハウジング１１側の所定箇所には、図１に示すようにプラグホール４０が形成されている。プラグホール４０は、ロータハウジング１１の周壁面の所定位置に、スパークホール３５と互いに相対して対向するように複数個設けられている。
プラグホール４０は、点火プラグ（図示略）を嵌着可能に構成されている。点火プラグは高電圧のスパークを発生可能な電極を有し、高電圧が印加されたとき、電極間に高温のスパークを発生するように構成されている。
そして、ロータハウジング１１内で気筒ユニット１４が回転して、点火プラグ上をスパークホール３５が通過したタイミング、すなわち、点火プラグに対してスパークホール３５がオーバーラップしているタイミングで点火プラグは発火してスパークを発するように構成されている。これによって、スパークがスパークホール３５を通じて燃焼室内の可燃性ガスを爆発又は燃焼させることができる。

【0044】

なお、点火プラグの点火タイミングは、たとえば、クランク１３の回転速度をセンサで検出し、当該回転速度を電子的に変換したパルス状の回転信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御等によって、気筒ユニット１４の回転と同調させるように構成されている。このような公知の制御技術を用いることによって、クランク１３の回転速度が変化した場合であってもそれに追随して点火タイミングを同調させることができる。さらに、スパークホール３５の形状は図示した長穴形状に限定されず、ロータハウジング１１側から回転している気筒ユニット１４の燃焼室２３，２３に向かってスパークを飛ばせる形状であれば良く、或いは、スパークホール３５に替えて、燃焼室２３，２３の天井部２３ａに電極を設けて、スパークを発生させるように構成しても良い。

【0045】

第１吸気口３６は、可燃性ガスを燃焼室２３，２３内へ吸気可能に構成されている。第１排気口３７は、爆発又は燃焼した可燃性ガスから形成された排気ガスを燃焼室２３，２３外へ排気可能に構成されている。第１吸気口３６と第１排気口３７の形状は、図示した略円形状に限定されず、スパークホール３５と長手方向の向きを揃えた長穴形状としても良い。
これに対し、ロータハウジング１１側には、第１吸気口３６と対向するように第２吸気口４１が形成され、第１排気口３７と対向するように第２排気口４２が形成されている。第２吸気口４１と第２排気口４２は、ロータハウジング１１の周壁面に所定の間隔で複数個配置され、それぞれ第１吸気口３６又は第１排気口３７と互いに相対して対向するように設けられている。

【0046】

第２吸気口４１は、図１に示すように、ロータハウジング１１の周方向に沿って長穴状に形成されている。これによって、気筒ユニット１４がロータハウジング１１内で回転して、第１吸気口３６と第２吸気口４１が重なり合い、気筒ユニット１４側の第１吸気口３６に対し、ロータハウジング１１側の第２吸気口４１がオーバーラップしたとき、気筒ユニット１４の燃焼室２３，２３へ可燃性ガスを吸気させることができる。
また、第２吸気口４１には吸気ポート（図示略）を介してインテークマニホールド（図示略）が接続されている。これによって、吸気ポートから供給された可燃性ガスを、所定のタイミングで気筒ユニット１４の第１吸気口３６を介して、燃焼室２３，２３へ吸気することができる。インテークマニホールドのロータハウジング１１近傍には、たとえば、燃焼室２３，２３側に向かって開くリードバルブ等の吸気逆流防止機構を設けても良い。これによって、第２吸気口４１と第１吸気口３６がオーバーラップしたとき、それら第２吸気口４１と第１吸気口３６に隣接して配置した第２排気口４２と第１排気口３７が連通して排気ガスが排出されている場合に、燃焼室２３，２３側から第２吸気口４１側へ排気ガスが逆流して混入することを防止することができる。なお、吸気逆流防止機構は、リードバルブ等に限定されるものではなく、たとえば、可燃性ガスのガス圧を利用する等しても良い。

【0047】

第２排気口４２は、図１に示すように、ロータハウジング１１の周方向に沿って長穴状に形成されている。これによって、気筒ユニット１４がロータハウジング１１内で回転して、第１排気口３７と第２排気口４２が重なり合い、気筒ユニット１４側の第１排気口３７に対し、ロータハウジング１１側の第２排気口４２がオーバーラップしたとき、気筒ユニット１４の燃焼室２３，２３から排気ガスを排気させることができる。
また、第２排気口４２には、排気ポート（図示略）を介してエキゾーストマニホールド（図示略）が接続されている。これによって、燃焼室で形成された排気ガスを、第１排気口３７を介して、所定のタイミングで排気ポートへ排出することができる。エキゾーストマニホールドのロータハウジング近傍には、たとえば、エキゾーストマニホールド側に向かって開くリードバルブ等の排気逆流防止機構を設けても良い。これによって、第２排気口４２と第１排気口３７がオーバーラップしたとき、それら第２排気口４２と第１排気口３７に隣接した配置した第２吸気口４１と第１吸気口３６が連通して吸気されている場合に、第２排気口４２側から燃焼室２３，２３側へ可燃性ガスが吸気され逆流して混入することを防止することができる。なお、排気逆流防止機構は、リードバルブ等に限定されるものではなく、たとえば、排気ガスのガス圧を利用する等しても良い。

【0048】

本実施例に係るエンジン１０では、気筒ユニット１４側の第１吸気口３６と第１排気口３７に対して、ロータハウジング１１の周方向に沿って形成した第２吸気口４１と第２排気口４２が、ロータハウジング１１内で気筒ユニット１４が回動することによって、周期的にオーバーラップし、それぞれ所定のタイミングで吸排気工程を行うように構成した。
このように構成したことによって、従来のレシプロエンジンで必須であった吸気バルブ或いは排気バルブ及びそれらのバルブを開閉させるカム、クランクの回転とバルブの開閉をリンクさせるタイミングベルト、チェーン、カムギア等のリンク機構を省くことができる。そのため、本実施例に係るエンジン１０は、部品点数を抑え、極めてコンパクトに構成することができる。

【0049】

さらには、従来のロータリーエンジンは、ペリトロコイド曲線に沿った繭形状のハウジングに、略三角形状のロータを納め、当該ロータの各頂点がハウジング内壁面に沿って動かすように構成されていたため、ロータ稜線とハウジング内壁面が触れる部分を密閉するアペックスシールと呼ばれるガスシールが必要であった。当該アペックスシールは、ハウジング内壁面と線接触していることからロータ内壁面に対して波状摩耗を起こし、密閉性また耐久性にデメリットがあった。
しかしながら、本実施例に係るエンジン１０によれば、気筒ユニット１４の燃焼室２３，２３の天井部２３ａ外側面が、ロータハウジング１１の内周壁面１１ａに沿って面接触で当接して摺動するように構成されている。そのため、本実施例に係るエンジン１０は、従来のロータリーエンジンの如く従来のレシプロエンジンに対するたとえば、極めてコンパクトに構成できる等の優位な点を保持しながらも、従来のロータリーエンジンの欠点とされていた密閉性と耐久性を高く備えるものであり、ここに本発明に係る発明者は、従来のロータリーエンジンの「ロータリー」的概念を大きく超えた新たなロータリーエンジンを発明したと強く確信する。

【0050】

本実施例に係る気筒ユニット１４のシリンダ部２０は、図６に示すように、４本のシリンダ本体２２をその中心がクランク１３と同軸となるように配し、さらには同一平面上に並設し、当該シリンダ本体２２の両端にそれぞれ燃焼室２３，２３を備え、都合８つの燃焼室２３を備えたシリンダブロック２０Ａとして構成されている。
したがって、本実施例に係るロータハウジング１１は、図１に示すように、シリンダブロック２０Ａの長さに合わせた略円筒体形状に形成されている。そして、当該ロータハウジング１１の周壁面１１ａには、周方向に沿った長穴形状の第２吸気口４１、第２排気口４２が、シリンダブロック２０Ａに形成された第１吸気口３６、第１排気口３７とそれぞれ対向するように形成され、同周壁面１１ａの第２吸気口４１と第２排気口４２に挟まれた所定の位置に形成されたプラグホール４０には、点火プラグ（図示略）が嵌着されている。
なお、シリンダブロック２０Ａは、図６で示した断面視が角丸長方形状を呈する略平板状に限定されるものではなく、ロータハウジング１１内を満たす略円柱状、ドラム形状であっても良い。

【0051】

ロータハウジング１１内には、４本のシリンダ本体２２を有する８気筒分の気筒ユニット１４をまとめたシリンダブロック２０Ａとして回転可能に収納されている。そして、ロータハウジング１１の内周壁面１１ａに対して気筒ユニット１４の両端、すなわち、燃焼室２３，２３の天井部２３ａ外側面が摺動可能に当接している。
そして、遊星歯車機構１２は、図１又は図２に示すように、内歯車１８がロータハウジング１１の端面に固定され、クランク１３と同軸で回転する太陽歯車１５と内歯車１８で挟持された遊星歯車１６を介し、当該遊星歯車１６を軸支する遊星キャリア１７に固定されたシリンダブロック２０Ａを、ロータハウジング１１内でクランク１３の回転速度に対して所定の減速比で減速させた回転速度で回転させるように構成されている。

【0052】

上記のように、本実施例に係るエンジン１０は、４本のシリンダ本体２２の両端にそれぞれ燃焼室２３，２３が形成された、いわば、水平対向８気筒エンジンのように構成されている。本実施例に係るエンジンの動作について添付した図面にしたがって以下説明する。

【0053】

まず、本実施例に係るエンジン１０の動作について、シリンダブロック２０Ａのうち、一本のシリンダ本体２２と、当該シリンダ本体２２に往復運動可能に収納されるピストン本体２５の動作について説明する。
シリンダ本体２２内で往復運動するピストン本体２５は、当該往復運動を歯車３１とクランクアーム３２のリンク機構を介してクランク１３の回転運動へ変換する。クランク１３の回転運動は、遊星歯車機構１２を介して所定の減速比率でシリンダブロック２０Ａをロータハウジング１１内で回転させる。これによって、ピストン本体２５は、その往復運動でクランク１３を回転させると共に、シリンダブロック２０Ａを回転させることができる。

【0054】

ピストン本体２５の往復運動は、図５に示すように、シリンダ本体２２内でピストン本体２５が一方の燃焼室２３と他方の燃焼室２３間を移動する動作である。すなわち、当該往復運動は、ピストン本体２５の一方に連接形成されたピストンヘッド２６と対向する燃焼室２３内で可燃性ガスを吸気する処理が行われたとき、ピストン本体２５の他方に連接形成されたピストンヘッド２６と対向する燃焼室２３内では排気ガスが排気される処理を行わせることができる。このように、本実施例に係るピストン部２１は、ピストン本体２５の両端に連接形成したピストンヘッド２６，２６のうち、一方のピストンヘッド２６がシリンダ本体２２内でピストン本体２５を押し下げる動作をしたとき、他方のピストンヘッド２６がシリンダ本体２２内でピストン本体２５によって押し上げられる動作を行うように構成されている。

【0055】

このようなピストン本体２５の往復運動は、当該ピストン本体２５に設けた貫通孔２７に配設した内歯車３０をもまた往復運動させる。内歯車３０が往復運動するとき、当該内歯車３０と噛合する歯車３１は、図５に示すように内歯車３０に沿って回動する。クランクアーム３２は、先端で歯車３１を軸支し、基端でクランク１３に連結されていることから、歯車３１の転動にしたがってクランクアーム３２が貫通孔２７内で回転したとき、クランク１３が回動される。

【0056】

一方、内歯車３０内で歯車３１が回動するとき、図５に示すように、偏心フリーロータ３３が歯車３１とは逆方向に内歯車３０が嵌合されている貫通孔２７内を回転する。
ここで、ピストン本体２５に比較的大きな貫通孔２７を設けた結果、燃焼室２３，２３で可燃性ガスが爆発又は燃焼してピストンヘッド２６，２６へ交互に大きな力が加わったときに、ピストン本体２５の中央部の強度が不足し、貫通孔２７又は内歯車３０のいずれか一方又は双方が歪むおそれがある。このようなおそれに対して、偏心フリーロータ３３を貫通孔２７内において回動自在に嵌合したことから、貫通孔２７又は内歯車３０が押しつぶされ、歪むことを防止することができる。

【0057】

次に、ピストン本体２５の往復運動に係る４ストロークサイクルについて、添付した図面にしたがって説明する。
上記したように、ロータハウジング１１に収納されているシリンダブロック２０Ａは、図１に示すように、燃焼室２３，２３の天井部２３ａ外側面がロータハウジング１１の内周壁面１１ａに摺動可能に当接している。そのため、シリンダブロック２０Ａがロータハウジング１１内で一回転したとき、ロータハウジング１１の周壁部に複数個形成した第２吸気口４１と燃焼室２３の天井部２３ａに形成した第１吸気口３６が、また同様にロータハウジング１１側に複数個形成した第２排気口４２と燃焼室側の第１排気口３７が、何回か重なり合いオーバーラップするタイミングが周期的に発生する。

【0058】

第１吸気口３６と第２吸気口４１がオーバーラップしたとき、ロータハウジング１１側から燃焼室２３まで吸気口が連通して、燃焼室２３へ可燃性ガスが送り込まれる。
また、第１排気口３７と第２排気口４２がオーバーラップしたとき、燃焼室２３側からロータハウジング１１まで排気口が連通して、燃焼室２３から排気ガスが排出される。
ここで、一の燃焼室２３とピストンヘッド２６に注目すると、燃焼室２３に対してピストンヘッド２６は、吸気工程、圧縮工程、燃焼工程、排気工程を周期的に繰り返す処理を行うように構成されている。すなわち、本実施例に係るエンジン１０は、以下、所定の可燃性ガスを燃料として動作する４ストロークエンジンとして説明する。

【0059】

吸気工程Ａ１は、ピストンヘッド２６が上死点から下死点に向かって動き、燃焼室２３内及びピストンヘッド２６側のシリンダ本体２２内に負圧を発生させて可燃性ガスを吸い込む処理を行う工程である。
圧縮工程Ａ２は、ピストンヘッド２６が下死点から上死点に向かって動き、燃焼室２３に向かって可燃性ガスを圧縮する処理を行う工程である。
燃焼工程Ａ３は、燃焼室２３内の可燃性ガスが爆発的に燃焼し、その圧力を以てピストンヘッド２６を上死点から下死点に向かって押し下げる処理を行う工程である。
排気工程Ａ４は、ピストンヘッド２６が下死点から上死点に向かって動き、燃焼室２３内及びピストンヘッド２６側のシリンダ本体２２内に満ちている排気ガスを燃焼室外へ排気する処理を行う工程である。
上記の各工程を順に繰り返すことによって、ピストンヘッド２６の往復運動を貫通孔２７内の内歯車３０と噛合する歯車３１の回転運動に変換し、クランクアーム３２によるリンク機構を通じてクランク１３の回転動力へ変換して出力することができる。

【0060】

そして、ピストン本体２２の両端にピストンヘッド２６，２６が形成されていることから、一方のピストンヘッド２６ａが吸気工程Ａ１に係る処理を行っているとき、他方のピストンヘッド２６ｂは圧縮工程Ａ２に係る処理を行い、続いて、一方のピストンヘッド２６ａが圧縮工程Ａ２に係る処理を行っているとき、他方のピストンヘッド２６ｂでは燃焼工程Ａ３に係る処理が行われる。このようなピストン本体２５の各工程を表１に示す。

【0061】

【表1】

【0062】

表１に示したように、一方のピストンヘッド２６ａと他方のピストンヘッド２６ｂは、互い違いに吸気工程Ａ１、圧縮工程Ａ２、燃焼工程Ａ３、排気工程Ａ４に係る処理が順次行われる。これによって、ピストン本体２５は、図５に示すように往復運動を行い、内歯車３０と噛合して回動する歯車３１とクランクアーム３２を介してリンクしているクランク１３が回動する。当該クランク１３の回動は回転動力として出力されると共に、当該クランク１３と同軸で回転する太陽歯車１５によって、遊星歯車機構１２を動作させ、遊星キャリア１７に固定されているシリンダブロック２０Ａをロータハウジング１１内で回動させる。
このとき、クランク１３の回転速度とシリンダブロック２０Ａの回転速度を合わせると、当該シリンダブロック２０Ａは高速回転することとなる。この場合に、シリンダブロック２０Ａ及び当該シリンダブロック２０Ａに収納されているピストン本体２５に強力な遠心力が加わることで、ピストン本体２５にトラブルが発生するおそれがある。また、クランク１３とシリンダブロック２０Ａが同期して回転すると、ロータハウジング１１の周壁面に配置した点火プラグ、及び吸排気口４１，４２とシリンダブロック２０Ａに設けたスパークホール３５、及び吸排気口３６，３７とを所定の周期的なタイミングでオーバーラップさせることが非常に困難となる。また、本実施例に係るエンジン１０では、一方のピストンヘッド２６ａが上死点にあるとき、他方のピストンヘッド２６ｂは下死点にあり、常に対極の動作を行うように構成されていることから、クランク１３の回転に対してシリンダブロック２０Ａの回転を所定の減速比で回転させることが好ましい。
当該ピストン本体２５の動作と遊星歯車機構１２の減速比について、添付した図面にしたがって以下説明する。

【0063】

クランク１３の回転運動は、遊星歯車機構１２において太陽歯車１５の回転運動となる。ここで、シリンダブロック２０Ａは遊星歯車機構１２の遊星キャリア１７に固定されていることから、シリンダブロック２０Ａは、遊星歯車機構１２によってクランク１３の角速度を所定の比率で減速した角速度で回転する。図７～図８は、遊星歯車機構１２による太陽歯車１５に対する遊星キャリア１７の減速比と、４ストロークに係る各工程Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４との関係を模式的に示した説明図である。
図７又は図８において、吸気工程Ａ１、圧縮工程Ａ２、燃焼工程Ａ３、排気工程Ａ４と表し、ピストンヘッド２６，２６の上死点をＰ１，Ｐ２，Ｐ３とする。

【0064】

図７は、上死点がＰ１，Ｐ２，Ｐ３の３点、その間に下死点が３点配置されている実施例を示したものである。隣り合う上死点と下死点間の位相は６０度（π／３）に設定され、上死点Ｐ１から反時計回りに一周した場合６分割される。したがって、シリンダブロック２０Ａを一回転させる間にピストン本体２５を上死点と下死点間で６ストロークさせることができる。
ここで、上死点Ｐ１をピストンヘッド２６ａ側の吸気工程が始まる初期位置とする。図７に示すように、シリンダブロック２０Ａが１周につき６ストローク分が割り振られており、４ストロークエンジンでは、クランク１３を回転させるため、吸気工程Ａ１、圧縮工程Ａ２、燃焼工程Ａ３、排気工程Ａ４の４ストローク分が必須である。したがって、シリンダブロック２０Ａが１周するとき６ストローク行われ、エンジン１０の動作で必要な４ストローク分の最小公倍数である１２ストローク分、すなわち、４ストロークを３回繰り返し、一方でシリンダブロック２０Ａが２回転すると、ピストンヘッド２６ａは初期位置Ｐ１に帰還する。これにより、続けてピストンヘッド２６ａに最初の吸気工程Ａ１を行わせることができる。

【0065】

一方、シリンダブロック２０Ａ一回転分に６ストローク、つまりピストン本体２５が３往復することからクランク１３が３回転したとき、シリンダブロック２０Ａは１周する。したがって、遊星歯車機構１２の太陽歯車１５、すなわちクランク１３と、遊星歯車１６と遊星キャリア１７に固定されているシリンダブロック２０Ａの減速比率は３：１に定まる。

【0066】

また、一方のピストンヘッド２６ａはピストン本体２５を挟んで他方のピストンヘッド２６ｂの対極に配置されていることから、一方のピストンヘッド２６ａが上死点に位置しているとき、他方のピストンヘッド２６ｂは必ず下死点に位置している。この両ピストンヘッド２６ａ，２６ｂの位置関係に対して、表１に示した一方のピストンヘッド２６ａと他方のピストンヘッド２６ｂの各工程Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を割り当てると、各上死点の点火順は、下記の表２に示したように、一方のピストンヘッド２６ａが上死点Ｐ１の初期位置から下死点へ向かって吸気工程を行うとき、対極にある他方のピストンヘッド２６ｂは下死点から上死点Ｐ３へ向かって圧縮工程が行われ、当該上死点Ｐ３において点火順１回目で点火される。一方のピストンヘッド２６ａと他方のピストンヘッド２６ｂで交互に３回ずつ、計６回点火させたとき、一方のピストンヘッド２６ａを初期位置Ｐ１へ帰還させることができる。
このときの一方のピストンヘッド２６ａと他方のピストンヘッド２６ｂの各工程Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４をまとめたものが、表３である。

【0067】

【表2】

【0068】

【表3】

【0069】

本実施例に係るエンジン１０では、図７に示したピストン本体２５の動作を、図６に示したシリンダブロック２０Ａのシリンダ本体２２ａとシリンダ本体２２ｄに行わせるように構成されている。
次に、シリンダ本体２２ｂとシリンダ本体２２ｃに係るピストン本体２５の動作を図８に示す。
図８に示したピストン本体２５の位置によれば、シリンダ本体２２ａ，２２ｄ内の一方のピストンヘッド２６ａが図７に示した上死点Ｐ１の位置にあるとき、シリンダ本体２２ｂ，２２ｃ内の一方のピストンヘッド２６ａは図８に示した上死点Ｐ１の位置にある。
このとき、シリンダ本体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄへそれぞれ収納されているピストン本体２５は、クランク１３を共有していることから、図７に示したピストン本体２５の位置に対して、図８に示したピストン本体２５の位置は、図７と図８を重ね合わせると常に１８０度対称的な位置にある。そのため、シリンダブロック２０Ａ内で４本のピストン本体が往復運動を行ったとき、図４に示すように、シリンダ本体２２ａ，２２ｄ内のピストン本体２５と、シリンダ本体２２ｂ，２２ｃ内のピストン本体２５は、互いに相反する往復運動を行うように構成されている。これによって、一方のシリンダ本体２２ａ，２２ｄに収納されているピストン本体２５の往復運動に係る振動を、他方のシリンダ本体２２ｂ，２２ｃに収納されているピストン本体２５の往復運動に係る反対位相の振動で相殺することができ、シリンダブロック２０Ａ全体として振動を抑制し、ロータハウジング１１内でよりスムーズにシリンダブロック２０Ａを回転させることができる。

【0070】

さらに、本実施例に係るエンジン１０のシリンダ部２０を構成するシリンダブロック２０Ａでは、４本のピストン本体２５を収納可能な４本のシリンダ本体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄについて説明したが、他の実施例として、図９に示すように、２本のシリンダ本体２２ｅ，２２ｆを備えるシリンダブロック２０Ｂを構成しても良い。この場合、一方のシリンダ本体２２ｅに収納されているピストン本体２５は、図７に示すように動作し、他方のシリンダ本体２２ｆに収納されているピストン本体２５は、図８に示すように動作するように構成する。これによって、２本のシリンダ本体２２ｅ，２２ｆの両端に４つの燃焼室２３，２３を備えた、あたかも水平対向４気筒エンジンのように構成することができ、さらには、上記したように互いに相反する往復運動をするピストン本体２５によって、シリンダブロック２０Ｂの振動を抑制して、ロータハウジング１１内でスムーズに回転させることができる。

【0071】

また、上記のようなシリンダ本体２２を２本又は４本内包するシリンダブロック２０Ａ，２０Ｂを備えた本実施例に係る気筒ユニット１４に基づくと、シリンダブロック２０Ａ，２０Ｂ内のシリンダ本数は２本又は４本の構成に限定されず、６本（１２気筒）、８本（１６気筒）、１０本（２０気筒）のように偶数本のシリンダを備えたシリンダブロックを有するエンジンとして構成することも容易である。この場合は、シリンダブロックとロータハウジングが長尺化して、エンジンが大型化することから、自動車用エンジンに限定されることなく、たとえば、船舶、プラントのボイラー等に使用するようにしても良い。

【0072】

本実施例に係るエンジン１０によれば、ロータハウジング１１内でシリンダブロック２０Ａ，２０Ｂがクランク１３に対して所定の減速比で回動し、シリンダ本体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆに収納されたピストン本体２５の往復運動をクランク１３の回転運動へ変換し、回転動力として出力するように構成した。このとき、シリンダブロック２０Ａ，２０Ｂで発生し得る振動を、当該シリンダブロック２０Ａ，２０Ｂの各シリンダ本体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆに収めた偶数本のピストン本体２５を互いに相反する方向へ往復運動させて抑制するようにした。これによって、シリンダブロック２０Ａ，２０Ｂを貫通するクランク１３が歪まないようにして、当該シリンダブロック２０Ａ，２０Ｂをロータハウジング１１内で回動させることができ、さらにはエンジン１０全体の振動を抑制し、騒音等を抑制することができる。

【0073】

さらに、本実施例に係るエンジン１０によれば、可燃性を備えたガス体であれば燃料とすることができるため、従来のガソリン混合気体、霧状の軽油等に加え、水素ガス、バイオエタノール、メタンガス等も燃料とすることができる。特に燃焼後に水分が生成される水素ガス等の場合は、従来のエンジンの場合は、燃焼室内に水蒸気が充満し、燃焼室壁面或いはピストンヘッド端面で冷やされて水となった場合に、ウォーターハンマー等のトラブルが発生するおそれがあるが、本実施例に係るエンジン１０によれば、気筒ユニット１４に係るシリンダブロック２０Ａ，２０Ｂを回動させていることから、燃焼室２３の天井部２３ａに水分が溜まり、第１排気口３７或いはスパークホール３５から燃焼室２３外へ排水することができ、燃焼室２３内に水分が貯留することによるトラブルの発生を予防することができる。

【0074】

加えて、本実施例に係るエンジン１０によれば、重量物のシリンダブロック２０Ａ，２０Ｂをロータハウジング１１内で回動させるように構成した。そのため、従来のエンジンのように、回転数が頻繁に変化するような使用方法よりも、一定の回転数を維持する使用方法が好ましい。この場合、公知のレンジエクステンダー、或いはシリーズハイブリッド用として発電機と組み合わせて最も効率の良い回転数を維持しながら発電し、発電された電力を用いてモータを回させることができる。このとき、エンジン１０内の重量物であるシリンダブロック２０Ａ，２０Ｂがクランク１３を中心に回動することによって、当該シリンダブロック２０Ａ，２０Ｂが、あたかもフライホイールのように動作する。そのため、シリンダブロック２０Ａ，２０Ｂ自身の回転を安定させることができ、周期的な吸排気、燃焼タイミングを安定させることが出来るので、燃費を改善することができる。

【実施例0075】

次に本発明に係るエンジンの第２実施例について添付した図面にしたがって説明する。
第２実施例に係るエンジン１０Ａは、図１０に示すように、３個のロータモジュール１１Ａを一本のクランク１３で連結共有して構成されている。
ロータモジュール１１Ａは、図１１又は図１２に示すように、気筒ユニット１４と、当該気筒ユニット１４が回転可能に収納されたロータハウジング１１、及び遊星歯車機構１２とから構成されている。本実施例に係る気筒ユニット１４は、一本のシリンダ本体２２を備えたシリンダケース２０Ｃから構成されている。
一本のクランク１３を共有する３個のロータモジュール１１Ａは、クランク１３に沿って手前から奥に向かってみたとき、３本のシリンダケース２０Ｃが当該クランク１３を中心に放射状に配置されている。この場合に、隣り合うシリンダケース２０Ｃが備えるシリンダ本体２２が互いに成す角度を模式的に示した場合、図１４に示すように６０度（π／３）であり、隣り合う各シリンダ本体２２の両端を頂点としたとき、当該頂点を点線で結ぶと正六角形が形成される。

【0076】

第２実施例に係るロータモジュール１１Ａの基本的な構成は、第１実施例で説明したエンジン１０と同様である。第１実施例に係るエンジン１０と第２実施例に係るエンジン１０Ａとの相違点は、第１実施例に係るエンジン１０の気筒ユニット１４が、複数本のシリンダ本体２２を内包するシリンダブロック２０Ａ又はシリンダブロック２０Ｂから構成されているのに対して、第２実施例に係るエンジン１０Ａは、複数個のロータモジュール１１Ａから構成され、当該ロータモジュール１１Ａは、一本のシリンダ本体２２を内包するシリンダケース２０Ｃを備えた気筒ユニット１４を有している点である。当該シリンダケース２０Ｃが、円筒形のロータハウジング１１に回転可能に収納され、遊星歯車機構１２がクランク１３の回転に対して所定の減速比でロータハウジング１１内に収納したシリンダケース２０Ｃを回転する態様は、第１実施例に説明したエンジン１０と同様である。

【0077】

ロータモジュール１１Ａを構成するロータハウジング１１、気筒ユニット１４、遊星歯車機構１２は、以下の通りである。
気筒ユニット１４は、図１３に示すように、シリンダ部２０と、当該シリンダ部２０へ往復可能に収納されるピストン部２１とから構成される。ピストン部２１の構成は第１実施例と同様であるから、説明を省略する。
シリンダ部２０は、図１３に示すように、一本のシリンダ本体２２を有するシリンダケース２０Ｃから構成されている。
シリンダケース２０Ｃは、第１実施例に記載したシリンダ部２０と同様に、シリンダ本体２２の両端に半球状或いは半球体を頂部から底面に向かって押し潰したような略半球体状の所定形状に形成された燃焼室２３，２３を有している。燃焼室２３，２３の天井部２３ａには、第１実施例に記載したシリンダ部２０と同様にスパークホール３５、並びに第１吸気口３６及び第１排気口３７が形成されている。
シリンダケース２０Ｃの燃焼室２３，２３の天井部２３ａ外側面が、ロータハウジング１１の内周壁面１１ａと当接している構造については、第１実施例と同様であるから説明を省略する。
図１１に示すように、クランク１３と同軸で回転する太陽歯車１５と、当該太陽歯車１５を囲む複数個の遊星歯車１６、当該遊星歯車１６を所定の間隔で軸支する遊星キャリア１７を有し、クランク１３に対して遊星キャリア１７に固定されたシリンダケース２０Ｃを所定の減速比で回転させる遊星歯車機構１２についてもまた第１実施例と同様であるから説明を省略する。

【0078】

図１１～図１３に示した上記の構成を有する本実施例に係るエンジンの動作について、添付した図面にしたがって説明する。
図１４は、本実施例に係るエンジン１０Ａについて、クランク１３に沿って手前から奥に向かってみたとき、並設された３個のロータモジュール１１Ａがそれぞれ備えるシリンダケース２０Ｃを模式的に示した説明図である。３つのシリンダケース２０Ｃは、当該図１４に示すように、一のシリンダケース２０Ｃに対し、隣り合う他のシリンダケース２０Ｃが、６０度（π／３）位相が遅れた、或いは進んだ位置に配置され、点線で示した正六角形の各頂点を対角で結ぶように配置されている。そして、これらシリンダケース２０Ｃは、クランク１３を共有し、同様の減速比で回転する遊星歯車機構１２を備えていることから、正六角形状に配置された姿形を保ちながらそれぞれロータハウジング１１内を回転するように構成されている。
このとき、各シリンダケース２０Ｃが有しているシリンダ本体２２に収納されているピストン本体２５は、一方のピストンヘッド２６ａが図１４に示した上死点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が成す正三角形の各頂点から中心のクランクへ向かって動き、下死点に達する場合に、他方のピストンヘッド２６ｂが放射状に広がって上死点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が成す正三角形の各頂点に達する動作を周期的に行う。この場合に、一のピストン本体２５に係るベクトル（力の向きと大きさ）は、残りの他の２本のピストン本体２５に係るベクトル（力の向きと大きさ）を合成した反対方向のベクトルによって相殺されることになるので、３個のロータモジュール１１Ａを備える本実施例に係るエンジン１０Ａは、従来の直列６気筒エンジンと同様に、エンジン全体の一次振動、二次振動等の振動を抑制することができる高い効果を得ることができる。

【0079】

これを各シリンダケース２０Ｃについて、当該シリンダケース２０Ｃが有しているピストン本体２５に係る一方のピストンヘッド２６ａ_０，２６ａ_１，２６ａ_２の変位に着目すると、当該ピストンヘッド２６ａ_０，２６ａ_１，２６ａ_２の初期位置を図１４に示した上死点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とする。
このとき、ピストンヘッド２６ａ_０，２６ａ_１，２６ａ_２がそれぞれ吸気工程と圧縮工程を行うと、当該ピストンヘッド２６ａ_０，２６ａ_１，２６ａ_２の位置は、クランク１３を中心に（２／３）π（１２０度）回転した次の上死点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ１へ変位する。さらに、爆発工程と排気工程を行うと、ピストンヘッド２６ａ_０，２６ａ_１，２６ａ_２の位置は、さらにクランク１３を中心に（２／３）π（１２０度）回転した次の上死点Ｐ３，Ｐ１，Ｐ２へ変位する。
このようにして、エンジン１０Ａ全体としてみたとき放射状に配置されたシリンダケース２０Ｃが回転しているとき、当該シリンダケース２０Ｃ内ではピストン本体２５が、上死点と下死点間を往復運動している。この場合において、各ピストン本体２５に係る一方のピストンヘッド２６ａ_０，２６ａ_１，２６ａ_２に注目したとき、上死点から下死点へ向かうタイミング、さらに下死点から上死点へ向かうタイミングが同期して変位する。
そのため、図１４に示すように正六角形状に配置されたシリンダケース２０Ｃ内においてピストン本体２５が動作すると、一のピストン本体２５が下死点から上死点へ向かって、クランク１３を中心として外方向へ動いたとき、当該ピストン本体２５のベクトル（力の向きと大きさ）は、他の２本のピストン本体２５が下死点から上死点に向かって、クランク１３を中心として外方向へ向かう動作に係るベクトルを合成した反対方向のベクトルによって完全に相殺される。一方、一のピストン本体２５が上死点から下死点へ、中心のクランク１３へ向かって内方向へ動いたとき、当該ピストン本体２５のベクトルは、他の２本のピストン本体２５が上死点から下死点へ中心のクランクへ向かって内方向へ向かう動作に係るベクトルによって完全に相殺される。
すなわち、３本のピストン本体２５が上死点から下死点方向へ向かう内向きであっても、また下死点から上死点へ向かう外向きであっても、それらの動作に係るベクトルを合成した場合、当該ベクトルはクランク１３の中心軸に収束する。したがって、３個のロータモジュール１１Ａを備えた本実施例に係るエンジン１０Ａは、エンジン全体で見たときにピストン本体２５の往復運動に係る力のバランスが常にかつ完全に釣り合い、振動を抑制するという優れた効果を得ることができる。

【0080】

本実施例に係るエンジン１０Ａによれば、従来、直列６気筒エンジンにおいて一列に並設されたシリンダが、互いに互いの慣性力と偶力を打ち消し合って振動を相殺する効果を３本のシリンダケース２０Ｃで実現することができる。これによって、従来の直列６気筒エンジンと同様のメリットを有しながらも、当該直列６気筒エンジンよりもエンジンの前後長を短くし、エンジン全体をコンパクトに構成することができる。そのため、クランク１３の長さを短くすると共に、シリンダ本体２２内では対向配置されたピストンヘッド２６ａ，２６ｂの間のコンロッドを省略する気筒ユニット１４の構成と併せて、従来の直列６気筒エンジンよりもコンパクトに構成されたエンジンをさらに軽量化することができる。

【0081】

また、本実施例に係るエンジン１０Ａによれば、上記のように３個のロータモジュール１１Ａから構成するようにした。
これによって、一のロータモジュール１１Ａが故障したとき、クランク１３を抜き取って瑕疵のあるロータモジュール１１Ａを交換するだけで容易に修理することができる。さらに、各ロータモジュール１１Ａについて消耗度合に違いが生じている場合は、消耗度合の大きなロータモジュール１１Ａから順次交換することで長期に亘ってエンジン１０Ａの調子を好調に保つことができる。