(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入・圧縮用の第１シリンダと燃焼・排気用の第２シリンダを１組として並べそれぞれのシリンダの頭部を圧縮気収容体が圧縮気を収容した状態で摺動移動し得るように連結し、該圧縮気収容体を第１シリンダの頭部に置き第１シリンダ内の空気又は混合気を圧縮して該圧縮気収容体に納めた後、該圧縮気収容体を第２シリンダの頭部に摺動移動させて第２シリンダにおいて膨張させ、この過程において空気を圧縮した場合にあっては燃料を噴射して燃焼させ膨張させ、混合気を圧縮した場合にあっては該混合気を燃焼させ膨張させることを特徴とする気筒分割型内燃機関。
【請求項２】
吸入・圧縮用の第１シリンダ内部に冷却管を設け、空気或いは混合気の圧縮を等温圧縮とした請求項１に記載する気筒分割型内燃機関
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は出力および熱効率を向上させた内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の内燃機関の熱効率が低い原因について調査検討し、その解決方法について鋭意研究を行い本発明を完成させるに至ったものである。
通常のガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関にあっては、吸入、圧縮、燃焼および排気の四つの行程を同一のシリンダを用いて行っている。このため、吸入、圧縮行程におけるシリンダ口径およびピストンストロークと、燃焼、排気行程におけるシリンダ口径およびピストンストロークとが等しくならざるを得ず、圧縮比と膨張比とが等しくなり、燃焼ガスは温度が高くまだ膨張力を多く残している状態であっても強制的に排気させられることになる。これが出力および熱効率を低下させる大きな原因の一つになっているといえる。
【０００３】
通常のエンジンの理論熱効率は圧縮比が大きいほど高くなるが、これは圧縮比が高くなったためというより膨張比が高くなるためであるといわれている。たとえば〔非特許文献１〕の２９ページに記されているグラフには、エンジンの理論熱効率は圧縮比８膨張比８のとき約５６％、圧縮比１６膨張比８のとき約５６．５％と圧縮比が２倍になっても膨張比が同じであれば殆ど変わらないのに対して、圧縮比８膨張比１６のときは約６５％と９ポイントほど高くなっている。このように圧縮比が大きくなることによる効果はそれほどではないが膨張比が大きくなることによる効果は大きく効いていることがわかる。
【０００４】
しかしながら通常のエンジンでは膨張比のみを高くすることは困難であり、膨張比を高くしようとすると圧縮比も同時に高くなることになる。通常のエンジンでは膨張比を高くして熱効率を上げようとすると圧縮比も高くなりガソリンに点火する前に異常燃焼がおこるいわゆるノッキングが発生する。このためため膨張比を高くすることが出来ず、熱効率をあげることができないことになる。圧縮比を低く抑えたまま膨張比だけを高くすることが出来ればノッキングを起こすことなく熱効率を高めることが出来るのだがそれが出来ないわけである。
【０００５】
圧縮比より膨張比の方を大きくすることが出来るアトキンソンサイクルは膨張比を大きくすることによって熱効率を高くしようとして考えられたものであるが、クランク機構が複雑になりすぎるためかほとんど実用化されなかった方式である。一方、クランク機構はそのままにして吸気バルブのタイミングをずらして吸気量を減らし見かけ上の膨張比を高くしようとするのがミラーサイクルである。人によってはこれもアトキンソンサイクルの一種と考えアトキンソンサイクルミラーシステムと呼ぶ人もいるようであり、〔非特許文献１〕の著者畑村耕一氏もその一人である。
最近、大手自動車メーカーがアトキンソンサイクル或いはミラーサイクルに対する研究を進めて大々的に宣伝するようになり、話題に上ることが多くなってきたようである。
【０００６】
膨張比の他に熱効率を上げられない原因として断熱圧縮の問題がある。現在のガソリンエンジンでは空気或いは混合気の圧縮は、圧縮と燃焼を同一のシリンダで行うという構造上の問題からすべて断熱圧縮或いはこれに近い状態になっている。これではせっかく作り出した貴重な動力の一部を使う圧縮行程で、必要以上の動力を使って動力を熱に戻すという無駄をしていることになる。シリンダ内部の混合気を冷却しながら圧縮するようにすれば圧縮に要する動力が少なくてすみ、出力及び熱効率の向上が期待できるほか、ノッキングの発生がなくなるという効果も期待できるわけである。しかし、ここでも先ほどの膨張比の場合と同様の事態が発生することになる。すなわち圧縮行程だけを冷却することはできず、圧縮行程を冷却しようとすると燃焼行程も冷却されることとなり、燃焼行程が冷却されることによって圧縮行程で得た以上の熱エネルギーを捨てなければならず、熱効率が逆に大きく低下することになる。このため圧縮行程を冷却することができないわけである。
熱効率を更に向上させるためにはこの圧縮行程における無駄を排除することも解決しなければならない重要な課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１９３７２４号公報
【特許文献２】特開２０１０−７７８１６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】畑村耕一著「最新！自動車エンジン技術がわかる本」第６刷  ２０１２年７月  株式会社ナツメ社
【非特許文献２】富塚清著「内燃機関の歴史」１９８２年４月  株式会社三栄書房
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アトキンソンサイクルのような複雑なクランク機構を使用することなく膨張比を大きくしてエンジンの出力及び熱効率を向上させることをその課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
最初に圧縮比を上げることなく膨張比のみを高くすることによって出力及び熱効率を向上させる方法について検討した。膨張行程にあってエネルギーを多く持っている燃焼ガスを排気せざるを得ない現在のガソリンエンジンに対して、膨張比を大きくすることで燃焼ガスが持つエネルギーを動力に変換することによって、出力の増大および熱効率の向上を図ろうとするものである。勿論、エンジンを大きなものにすれば出力は大きくなるが熱効率の向上は期待できずこれは論外である。
圧縮比と膨張比の双方を高くする方法では、上記のように圧縮比を高くしても熱効率に対してはそれ程大きな効果は期待できないにもかかわらず、圧縮比を上げることによってシーリングの問題やノッキングの問題、更にはシリンダ強度の問題等、多くの技術上の問題が発生する。このため複雑な機構を用いずして膨張比のみを大きくする方法が望まれるわけである。
【００１１】
本発明と同様、膨張比を大きくする目的で１９４７年に、Ｒ．Ｈ．Ｍｉｌｌｅｒによりミラーサイクルが考案されている。これは吸気量を減らし見かけ上の膨張比を高くしようとするものであるが、吸気量が減るため出力低下を招き過給機でこれを補うことが必要になるものである。
膨張比を大きくする目的でなされた比較的新しいものとして〔特許文献１〕がある。これは２個のシリンダを併置し、第１シリンダで点火した燃焼ガスをバルブを介して膨張バイパス管によって第２シリンダに送気し、第１シリンダと第２シリンダの双方で膨張させるものである。しかしこの方法では膨張する燃焼ガスがバルブの隙間及びバイパス管を通ることとなり圧力の低下や流動抵抗による大きな損失が懸念されるものである。
【００１２】
これに対し本発明では過給機やバイパス管のようなものを使用しなくても高い熱効率で十分な出力が得られるものである。もちろん過給機を用いれば更に出力を上げることも可能である。
本発明の方法を具体的に言えば、吸入・圧縮用のシリンダと燃焼・排気用のシリンダをそれぞれ別個に設け、圧縮と膨張を別個のシリンダで行うことによって圧縮比は上げず膨張比だけを上げようとするものである。
混合気を圧縮して別のシリンダに送る方法は上記〔特許文献１〕以外にも、〔非特許文献２〕に示されているがクラーク式２ストロークエンジンで採用されたことがあるものである。しかし、複雑なバルブ機構や掃気の際の素通りロスが問題となるものであった。
【００１３】
これに対し本方式においては混合気をまず吸入・圧縮用のシリンダで圧縮し、これを管路を用いることなく圧縮した状態のまま燃焼・排気用のシリンダの上部に移行させ、そこで燃焼・排気を行うようにしたものである。このようにする事で吸入・圧縮用シリンダの行程容積と燃焼・排気用シリンダの行程容積を独自に設計できるため、圧縮比及び膨張比を最適な条件に設定できるようになり、出力及び熱効率の高いエンジンを製造することが可能となる。しかも本方式による圧縮気の移送方法は管路によらず、圧縮気収容体を圧縮気を収容した状態のまま摺動移行させるという特殊な方法であるため、通常の流送による移送では避けることが出来ない膨張による圧力低下や流動抵抗による損失が発生することがなく、クラーク式２ストロークエンジンで問題となった掃気に伴うフリクションロスのようなものが発生することのないものである。
【００１４】
また、従来不可能であった等温圧縮により出力の増大及び熱効率の向上を図る方法についても、本方式の場合には比較的簡単に行う方法がある事を発見した。
現在のガソリンエンジンでは空気或いは混合気の圧縮はすべて断熱圧縮或いはこれに近い圧縮状態になっている。この理由は圧縮と燃焼を同一のシリンダで行うため、圧縮行程で冷却しようとすると燃焼行程でも燃焼ガスを冷却することとなり熱損失が増大するためである。等温圧縮は本方式のように吸入・圧縮用と燃焼・排気用のシリンダを分けることによってはじめて出来るものであり、本方式は等温圧縮による出力の増大及び熱効率の向上も期待できるものである。
【００１５】
断熱圧縮では圧縮に要する動力が大きくなり、せっかく作り出した貴重な動力の一部をこの圧縮行程で再び熱に戻すという無駄をしていることになる。本方式は圧縮と燃焼を別のシリンダで行うため、圧縮の際シリンダ内部を冷却しても燃焼行程に影響を及ぼすことがないという構造上の特徴を持っている。この特長は等温圧縮とすることを意図して造ったものではないが、これを活かして断熱圧縮を等温圧縮に変更することによって断熱圧縮による無駄を排除し、出力及び熱効率を更に上げるという改善を行うことも可能になるわけである。
【００１６】
この等温圧縮によってガソリンエンジンの出力及び熱効率をアトキンソンサイクル或いはミラーサイクルを用いた改良型といわれているエンジンより更に向上させることが実現可能となったわけである。
等温圧縮による副次的な効果として圧縮混合気の温度が低下してノッキングが起こり難くなるというメリットが期せずして生まれることにもなっている。なお、等温圧縮方式は必要に応じて採用すればよいものであって、気筒分割型内燃機関に必ず取り付けなければならないというものではない。
【発明の効果】
【００１７】
通常の４サイクル方式のガソリンエンジンにおいては、吸入、圧縮、燃焼および排気を同一のシリンダにて行っているため、圧縮比と膨張比を異なる値にすることが極めて困難であり、このことがガソリンエンジンの出力及び熱効率を高くすることが出来ない原因となっている。これに対し本発明では吸入・圧縮用のシリンダと燃焼・排気用のシリンダを独立して設け、圧縮した混合気を圧縮状態のまま燃焼・排気用のシリンダに移行させるため、それぞれの行程容積を目的にかなった大きさに設定することが可能であり、膨張比と圧縮比を自由に設定できるようになる。これによって膨張比を大きく設定することが可能となり出力及び熱効率を大きく改善することが出来るようになった。
【００１８】
枠穴その他特殊な機構の詳しい構造については後の〔発明を実施するための形態〕のところで説明するので現段階では分かりにくいところもあると思うが、膨張比がどうなるのか例示して説明する。
今かりに、吸入・圧縮用のシリンダの行程容積を４５０ミリリットル、燃焼・排気用のシリンダの行程容積を９５０ミリリットル、圧縮気を収容する枠穴の容積を５０ミリリットルとすると、圧縮比については吸入・圧縮シリンダの行程容積と枠穴の容積を足した混合気が枠穴に圧縮されることになり、その圧縮比は１０に、膨張比については枠穴の圧縮混合気が燃焼・排気シリンダの行程容積と枠穴の容積を足した容積に広がるためその膨張比は２０となる。行程容積や枠穴の容積を変えることで圧縮比及び膨張比は希望する値に設定することができることになる。
この結果、従来のエンジンではターボチャージャーを使っても回収しきれず無駄に捨てていた高温の排気ガスが持つエネルギーを動力として利用することが出来るようになり、出力及び熱効率の高いエンジンを製造することが可能になったわけである。
【００１９】
ただ、膨張比を大きくするだけであればアトキンソンサイクルエンジンあるいはミラーサイクルエンジンにおいてある程度の目的は達成されている。しかしながら、既存のエンジンはいずれも圧縮行程では断熱圧縮が行われているため、せっかく作り出した貴重な動力の一部をこの圧縮行程で再び熱に変えるという無駄をしていることになる。これを冷却しながら圧縮する等温圧縮とすると圧縮に要する動力が少なくてすむ。圧縮した後に加熱するようにすると、断熱圧縮と違って貴重な動力の一部を再び熱に戻すという無駄がなくなり出力及び熱効率をより高くすることが可能になる。
【００２０】
既存のエンジンでは圧縮と燃焼が同一のシリンダで行われているため圧縮時のみ冷却することは不可能であったが、本発明になる気筒分割型内燃機関では圧縮と燃焼は別個のシリンダでなされるため燃焼行程に悪影響を及ぼすことなく等温圧縮を行うことが可能である。ターボチャージャーのインタークーラーも空気或いは混合気の冷却を図っているが、この場合は圧縮後の温度の上がった空気または混合気を冷却しているものであり熱効率の改善というよりは吸気の増量を狙ったものである。これに対し本方式では圧縮行程で冷却して等温圧縮とすることが簡単にできるため、圧縮動力削減の効果が非常に大きく出力及び熱効率の向上に大きく寄与することになる。
【００２１】
このように吸入・圧縮用のシリンダと燃焼・排気用のシリンダを別個に設けることによって、膨張比を大きく取ることが出来るようになり出力及び熱効率の向上が期待できるだけでなく、圧縮行程で混合気を冷却しつつ圧縮する等温圧縮を行うことが可能となり、貴重な動力の一部をこの圧縮行程で再び熱に戻すという無駄をなくすということが可能になる。この冷却効果は単に動力の無駄を削減するというだけでなくノッキングが起こり難くなるという副次的な効果ももたらすものである。これら以外にもスライドディスクやスライドプレート等の摺動体の形状を工夫することで吸排気にバルブを使用する必要がなくなり、メカニズムを簡素化できるというメリットも生まれてくる。既存のエンジンを本方式とすることでこれらの多くの効果が生まれ、微力ながらもエコ社会実現の一端に寄与できるのではないかと自負するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】スライドディスク式気筒分割型内燃機関の断面模式図である。
【図２】スライドディスク式気筒分割型内燃機関の上面模式図である。
【図３】スライドディスクの上面摸式図である。
【図４】スライドディスクのＡ−Ａ断面摸式図である。
【図５】開口部の直径を小さくしたシリンダとピストンの断面模式図である。
【図６】角型スライドプレートの模式図である。
【図７】角型スライドプレートを駆動するカムの一例を示す図である。
【図８】角型スライドプレートの動作説明図である。
【図９】扇型スライドプレートの上面模式図である。
【図１０】２本のシリンダを連結シリンダにより連結した模式図である。
【図１１】移行ピストンの模式図である。
【図１２】コアシャフト式気筒分割型内燃機関の上面模式図である。
【図１３】コアシャフト式気筒分割型内燃機関の前面模式図である。
【図１４】コアシャフトの模式図である。
【図１５】コアシャフトの上面模式図である。
【図１６】コアシャフトの断面模式図である。
【図１７】内部冷却管を設けたシリンダの断面模式図である。
【図１８】内部冷却管に嵌合するピストンの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明になる気筒分割型内燃機関の具体的な実施の形態を図面およびこれに付した符号を引用して説明する。
【００２４】
〔実施の形態１〕
最初に気筒分割型内燃機関の一形態を取り上げその構造と動作について説明する。
図１はこの構造を示した断面模式図、図２はその上面模式図である。なお、この図に限らず図面全般にわたって言えることであるが、回転部分については必要に応じラジアルベアリング、スラストベアリング等を装着することになるが、この場合、図面上に明示していない場合があることを申し述べておく。ピストンリング等、広く一般的に使用されている公知の技術や単に保持するだけで発明の機構に直接関与しない構造物に関しても同様である。
【００２５】
図１に示すように本方式では２本のシリンダ（気筒）を使用しており、第１シリンダ１１１は混合気を吸入・圧縮するためのシリンダ、第２シリンダ１２１は燃焼・排気するためのシリンダである。
このように本方式では２本のシリンダを使用しているが、これは一般的に言う２気筒エンジンではなくそれぞれのシリンダはそれぞれ別個の役割を担っており、この２本のシリンダが一組のシリンダ集合体となって１台のエンジンとして機能するものである。
吸入・圧縮用の第１シリンダ１１１は細く行程容積が小さく、燃焼・排気用の第２シリンダ１２１は太く行程容積が大きくなっている。行程容積が小さい吸入・圧縮用の第１シリンダ１１１で圧縮された混合気が行程容積が大きい燃焼・排気用の第２シリンダ１２１で膨張するため膨張比が大きくなるわけである。この例ではシリンダのボアを変えることで行程容積を変えているがピストンストロークを変えることで行程容積を変えることも可能である。
【００２６】
図１より明らかなように第１シリンダ１１１には第１ピストン１１２が、第２シリンダ１２１には第２ピストン１２２が嵌合されており、それぞれのピストンはコンロッド１５３を介してクランクシャフト１５１に接続されている。２個のピストンの位相角は等しく、一方が上死点にあれば他方も上死点に、一方が下死点にあれば他方も下死点にあるように設定されている。それぞれのシリンダ上部には通常のエンジンで言うところのシリンダヘッドは付いておらず円筒状に開放されている。
それぞれのシリンダはそれぞれのシリンダの外径と同じ太さの穴が開いたベースプレート１４０と称する一枚の平板に、シリンダの上面とベースプレート１４０の上面とが同一面になるように嵌め込まれ、隙間から空気が漏れないように固定されている。勿論、これと同一機能を果たすものであればベースプレート１４０とシリンダをシリンダ集合体として一体化して鋳造したものであっても問題ない。ベースプレート１４０の上面はスライドディスク１３０と称する板状体が摺動して動くため平坦性には特に注意が必要であり摺動面から空気や混合気、燃焼ガス等がもれることがないようにしなければならない。またベースプレート１４０には隔壁１４４が付いており吸気と排気が混ざらないようになっている。最近ではＥＧＲ（排気ガス還流システム）が採用されるようになってきており排気ガスの混入が悪いというわけではないが、意識して混入させるのではなくどれだけの量か分からないが混ざってくるというのは問題である。
【００２７】
図２では枠穴１３１の直径とシリンダ開口部の直径はほぼ同じ大きさであるが、厳密には第１シリンダ開口部１１３、第２シリンダ開口部１２３ともシリンダの開口部の直径の方が若干太くなっている。第２シリンダ開口部１２３の直径は後ほど説明する図５に示した方式を用いて第１シリンダ開口部１１３の口径に揃えたものである。
ベースプレート１４０の上には円盤状をしたスライドディスク１３０がベースプレート１４０の上面を摺動しながら回転するように取り付けられている。スライドディスク１３０とはシリンダ上部で回転し圧縮された空気或いは混合気を第１シリンダから第２シリンダに移すための板状体の一種である。その構造は図３の上面図及び図４の断面図に示すようにピストンストロークの数分の一程度の厚さを持った円盤に、回転の中心から等しい距離に吸入・圧縮用の第１シリンダ１１１の内径とほぼ同じ大きさの穴と、この穴をきり欠いた形の切込みが交互に複数個（この図ではそれぞれ３個）、等間隔に開けられたものである。このスライドディスク１３０は上下面とも摺動するので平坦性については両面ともに注意が必要である。
前記〔発明の効果〕のところでは未定義のまま用いたため分かりづらかったと思うが、以後、このベースプレート１４０の上で摺動して動く板状体にあけられた穴のことを枠穴１３１と呼ぶものとする。この枠穴１３１に圧縮した空気又は混合気を収容して、第１シリンダ１１１から第２シリンダ１２１に漏れないように摺動させながら移動させるわけで枠穴１３１は圧縮気収容体と呼べるものである。
こ枠穴を切り欠いた形の切込みを欠刻１３２、切り欠く前の枠穴状部分を欠刻本体と呼ぶが欠刻１３２は給排気の通路となるものである。このスライドディスク１３０を形成する板状体の厚さは枠穴の容積だけでなく給排気口の断面積として通気抵抗にも影響を及ぼすので重要である。なお、この枠穴という用語は板状体だけでなく柱状体、棒状体等にあっても圧縮気を収容する部分に対して用いるものとする。
【００２８】
スライドディスク１３０の厚さと枠穴１３１の面積で枠穴１３１の容積が決まってくる。第１シリンダ１１１内の混合気は圧縮されてこの枠穴１３１に集まり燃焼行程に送られる。従って圧縮比はこの枠穴１３１の容積と第１シリンダ１１１の行程容積によって決まってくる。
欠刻１３２の開放部はスライドディスク１３０から放射状に外に向けて開くのが基本であるが、これを傾けることによりロケットの場合と同様に排ガスによる反動力が発生し、スライドディスク１３０の回転の加速あるいは減速に影響を与えることになる。ただ、その力はピストンの押圧等に比べると僅かである。
【００２９】
これらの枠穴１３１及び欠刻本体の中心は、スライドディスク１３０が回転する際に第１シリンダ１１１及び第２シリンダ１２１の中心の上を重なるようにして通過するようになっている。枠穴１３１及び欠刻１３２の数は３個に限らず１個、２個、４個、５個等でも良いが、枠穴１３１の数と欠刻１３２の数は等しくなくてはならない。シリンダの組数と枠穴１３１の数は同数である必要はなく気筒の組数のほうが少なくても良い。図１、図２に示した例ではシリンダ１組に対して枠穴１３１及び欠刻１３２はそれぞれ３個である。
【００３０】
第１シリンダ１１１と第２シリンダ１２１の２本のシリンダの中心間隔はスライドディスク１３０の隣り合う枠穴１３１と欠刻本体の中心間隔と等しく、枠穴１３１及び欠刻本体の中心とシリンダの中心とが重なるように設けられている。
枠穴１３１及び欠刻１３２は吸入・圧縮用の第１シリンダ１１１と燃焼・排気用の第２シリンダ１２１の双方に跨ることがないようにする必要があり、そのためには設計段階において２本のシリンダ開口部の間隔が枠穴１３１の直径よりやや大きくなるように、枠穴１３１の直径、枠穴１３１の位置（回転半径）、シリンダの間隔等を調整しておく必要がある
枠穴１３１や欠刻１３２が双方のシリンダに跨りオーバーラップすると燃焼ガスが燃焼・排気用シリンダだけでなく吸入・圧縮用シリンダの方にも回り込んだり、圧縮中の混合気が排気されたりするためである。
【００３１】
それぞれのシリンダにはピストンが嵌合されているがいずれもピストンが上死点に達したときピストン上面とスライドディスク１３０の下面とが摺動できる程度に接触しているかないしは極めて僅かの間隙が残るか程度になっていなければならない。この間隙が広すぎると動作に寄与しない空間いわゆる死空間が増大し、混合気の圧縮比が低くなると共に圧縮混合気を移行させる際一部がこの死空間に残ってロスとなりエンジンの性能を低下させるので注意が必要である。
【００３２】
スライドディスク１３０の上にはある間隙を持ってスライドディスク１３０の枠穴１３１及び欠刻１３２をふさぐ形でヘッドプレート１４１と称する別の平板が固定されている。スライドディスク１３０は上面がヘッドプレート１４１、下面がベースプレート１４０と接触しており枠穴１３１に圧入された圧縮混合気が漏れないように摺動しつつ回転する。このためベースプレート１４０やスライドディスク１３０と同様に高い平坦性が要求される。枠穴１３１に圧入された圧縮混合気はベースプレート１４０とヘッドプレート１４１に挟まれた状態でスライドディスク１３０の回転に伴って第１シリンダ１１１上部から第２シリンダ１２１上部に摺動移行することになる。
【００３３】
ヘッドプレート１４１はシリンダの内圧によって大きな力がかかり変形する恐れがあるので、スライドディスク１３０の厚さに相当する厚さ（これは前段落で言う「ある間隙」に相当する）のスペーサ１４２を挟んで端部をベースプレート１４０に固定してある。勿論、これによってスライドディスク１３０が動かなくなったり圧縮混合気が漏れたりすることがないように、スペーサ１４２の厚さは熱膨張の影響等も考えに入れた上で厳密に調整しておく必要がある。
【００３４】
点火装置はヘッドプレート１４１上の第２シリンダ１２１前端（枠穴１３１の先端が最初に接触する点）の上に位置する所に圧縮比の実質的な低下をもたらさない程度の小さな窪みを設けその部分に点火栓１５７を取り付けたものであり、高圧電源による火花で点火するようになっている。点火栓１５７はヘッドプレート１４１下面より出ないようにしてスライドディスク１３０と接触することがないようにしなければならない。取付け場所が限られるため点火栓１５７はなるべく小型のものが良い。
点火栓１５７をスライドディスク１３０の枠穴１３１の内側に設ける方法もあるが、この場合はスライドディスク１３０が回転するためディストリビュータのような高圧電源を振り分けて分配する装置が必要である。
【００３５】
スライドディスク１３０は駆動機構１４３により、枠穴１３１が第１シリンダ１１１から第２シリンダ１２１に瞬間的に摺動しつつ回転移動することが出来るようになっているが詳細は次段で説明する。シリンダ上部のベースプレート１４０とヘッドプレート１４１の間を摺動しつつ回転移動することで、第１シリンダ１１１のピストンによって枠穴１３１に圧入された圧縮混合気が第２シリンダ１２１に移行する。
ベースプレート１４０とヘッドプレート１４１はスライドディスク１３０が半分露出する程度の大きさでしかないがこれは摺動抵抗を出来るだけ小さくするためである。第１シリンダと第２シリンダが３組６気筒の場合は当然スライドディスク１３０の全面が覆われることになる。
【００３６】
スライドディスク１３０の回転移動はピストンが上死点近辺にありシリンダの気積が殆ど変化しないごく短い時間に終了し停止する。スライドディスク１３０が停止する定位置は枠穴１３１の中心とシリンダの中心とが重なるところで、枠穴１３１が必ずシリンダの上で正確に停止するようにする必要がある。
このためスライドディスク１３０の起動停止は正確にしかも高速且つ間欠的に行うことが必要である。一回の回転移動で動く回転角は３６０度をスライドディスク１３０の枠穴１３１の数で割った値の半分となる。この角度のことを以後、旋回角と呼ぶこととする。
【００３７】
図には示していないがスライドディスク１３０を高速且つ間欠的に駆動する駆動機構１４３としては、スライドディスク１３０の回転軸にステップモータを取り付けて駆動する方法、スライドディスク１３０の外側に歯車を取り付けツノ状の突起を回転させ１旋回角ずつ送る方法、或いは昔の機械式時計に使われていたようなガンギ車とアンクルによって１旋回角ずつ回転させる方法等、公知の技術を利用することが出来る。また、カムによっても近い動きをさせることが可能である。
この駆動機構１４３は図では上に記しているが必ずしも上に付ける必要はなく下に付けても良い。下の方がクランクシャフト１５１に近く好都合であるともいえる。
【００３８】
製作する際には、ピストン、シリンダのほか、スライドディスク１３０、ヘッドプレート１４１、シリンダ上部、ベースプレート１４０等、摺動部分が多くあり、ここから圧縮混合気が漏れることがないよう高い精度で精密に製造することが求められる。またスライドディスク１３０の枠穴１３１に異物がかみこまないようにすることも必要である。
【００３９】
次にその動作について説明する。
クランクピン１５２が最も高い位置にあるときのクランク角を０度とする。クランク角が０度のとき第１シリンダ１１１の上には欠刻１３２が、第２シリンダ１２１の上にはスライドディスク１３０の枠穴１３１が位置している。クランクシャフト１５１が回転するにつれて第１ピストン１１２が降下し欠刻１３２により第１シリンダ開口部１１３は開放状態となっており混合気が吸気管１５５から吸入される。このとき第２シリンダ１２１では前のサイクルで枠穴１３１に圧入され移行してきた混合気の燃焼が同時進行的に併行して起こっているが、この燃焼行程は後ほど、現在吸入中の混合気の圧縮が終わったところで同様の状態となるのでその段階で説明する。
【００４０】
クランク角が１８０度になるとスライドディスク１３０の駆動機構１４３が作動し、スライドディスク１３０が瞬間的に１旋回角だけ回転し、第１シリンダの上には枠穴１３１が載り、第１シリンダの上にあった欠刻１３２は第２シリンダの上に移行する。
第１ピストン１１２は上昇に転じ第１シリンダ１１１に吸入された混合気は第１ピストン１１２によってスライドディスク１３０にあけられた枠穴１３１に圧縮されて集まってくる。第２ピストンも同時に上昇し燃焼ガスが欠刻１３２を通って排気管１５６から排出される。
【００４１】
クランク角が３６０度近くになり第１ピストン１１２が上死点近くになると第１シリンダ１１１における圧縮がほぼ終了する。同時に第２シリンダ１２１での排気も終了する。クランク角がほぼ３６０度になりピストンが殆ど停止状態になったところでスライドディスク１３０の駆動機構１４３が再び作動しスライドディスク１３０は瞬間的に１旋回角だけ回転する。これによって第１シリンダ１１１上部の枠穴１３１の中の圧縮混合気は第２シリンダ１２１上部に移行し、第１シリンダの上には次の欠刻１３２が載り次のサイクルが始まることになる。
【００４２】
第１ピストン１１２と第２ピストン１２２は同位相であるため第１シリンダ１１１のピストンが上死点近くにあるときは第２シリンダ１２１のピストンも上死点近くにある。ピストンが死点近辺にある場合はシリンダの容積変化率はほぼ０と考えてよく、圧縮混合気が第１シリンダ１１１上部から第２シリンダ１２１上部に移動する間ピストンは殆ど動かず、圧縮混合気の体積も殆ど同じで圧縮されたままである。この場合、圧縮混合気は管路を通って第２シリンダ１２１に送られるのではなく、枠穴１３１の中に圧縮された状態のまま第１シリンダ１１１上部から第２シリンダ１２１上部に移されるという表現の方が適切といえる。このため通常の流送による移送では避けることが出来ない膨張による圧力低下や流動抵抗による損失が発生することはない。
【００４３】
これで最初の状態に戻り次のサイクルが始まるわけであるが、ここで始めに説明しなかった第２シリンダ１２１における燃焼について説明する。上記のように第１シリンダ１１１上部の枠穴１３１に圧入された圧縮混合気はスライドディスク１３０の回転によって第２シリンダ１２１上部に送られるが、この圧縮混合気を抱えた枠穴１３１の終端が第１シリンダ１１１を離れ、この枠穴１３１の先端が第２シリンダ１２１に僅かにかかった時点で電気火花を用いた点火装置が作動する。これにより圧縮混合気は第２シリンダ１２１に送られる途中で点火される。
スライドディスク１３０が所定の位置に停止するころには火が枠穴１３１全体に広がり、圧縮混合気は燃焼しその体積が大きく膨張し第２シリンダ１２１側の第２ピストン１２２を押し下げる。この押し下げによって回転トルクが発生する。
【００４４】
第２ピストン１２２が降下し回転トルクを発生しているとき、第１シリンダ１１１では始めに説明したように欠刻１３２を通して次のサイクルの混合気の吸入が同時併行的に行われている。クランク角が１８０度になると第１ピストン１１２及び第２ピストン１２２は共に下死点に達し、第１シリンダ開口部１１３の上には新しい枠穴１３１が、第２シリンダ開口部１２３の上には第１シリンダ１１１で吸入に使われた欠刻１３２が移動してきて、第１シリンダ１１１では枠穴１３１への圧縮が第２シリンダ１２１では排気管１５６から排気が開始される。
【００４５】
第１シリンダ１１１で圧縮中に第２シリンダ１２１は排気の状態であり圧縮のための動力を外部から供給する必要があるのではないかという疑問が出てくるかもしれないが、これは通常の単気筒エンジンの場合と同様、フライホイール１５４から動力が供給されるので特別な駆動装置は不要である。
第２シリンダ１２１の排気が完了した時点でスライドディスク１３０が回転し一連のサイクルが終了する。上記の行程が繰り返され連続して回転トルクが発生する。
【００４６】
このように本発明になるエンジンでは、２本のシリンダが組になって一方は吸入・圧縮行程を他方は燃焼・排気行程をそれぞれが分担して受け持ち、同時進行の形で行程が進んで行くためクランクシャフト１５１が１回転するごとに１回の割合で燃焼が起こり、クランクシャフト１５１の１回転当たりでみると通常の４サイクルエンジンの２倍の働きをしていることになる。
【００４７】
基本構成では一枚のスライドディスク１３０に２本のシリンダが付くわけであるが、枠穴が２個或いは３個とあけられている場合にはもう１組或いは２組同じようにシリンダを設け４気筒或いは６気筒とすることができる。これは通常の２気筒或いは３気筒エンジンに相当するが、クランクシャフトはコンロッドの振り角度が大きくなるためクランクシャフトを共通化することが出来ず２本或いは３本にする必要がある。それぞれのクランクシャフトは位相がずれないように歯車やタイミングベルト等、何らかの方法によって位相がずれないようにする必要がある。
【００４８】
２個の枠穴と２個の欠刻を持つスライドディスクを用いて、２組４本のシリンダをスライドディスクの中心に対して点対称となる位置に設ける場合は２本のクランクシャフトは平行となるため、トルクの合成は歯車を噛み合わせるだけでよく比較的簡単に行うことが可能でありコンパクトにまとまったエンジンとすることが出来る。
【００４９】
３個の枠穴１３１と３個の欠刻１３２を持つスライドディスク１３０では隣り合う枠穴１３１と欠刻１３２をそれぞれ１個ずつ組み合わせ３組６気筒とすることも出来るがこの場合にも６個のピストンの位相はいずれも同じでなくてはならない。これは振動面では相当不利であり何らかの対策が必要である。コンロッドによる振動は３本のクランクシャフトを平行にして中央のクランクシャフトに対して両側のクランクシャフトの回転方向を逆にすることで少しは改善が可能である。クランクシャフトは必ず組になっている第１シリンダと第２シリンダとをつながなくてはならないという制約がないため出来ることである。これは６個のピストンの位相がいずれも同じであるがゆえに可能なことである。
【００５０】
以上、主としてスライドディスクの枠穴が３個の場合を説明したが、スライドディスクの枠穴の数を増し、４組８気筒、５組１０気筒、６組１２気筒とすることや、逆に枠穴１個欠刻１個で１組２気筒とすることも可能である。ただ、多数のシリンダに対して同一のスライドディスクを使用するとクランクシャフトの本数が増えしかもそれぞれの位相がずれないように固定なければならないというデメリットが発生する。ピストンがいずれも同位相で動くため振動面でも問題である。クランクシャフトを共通のものとしてスライドディスクを個別に設ける方がこの点では有利である。
【００５１】
〔実施の形態２〕
これまでの説明ではスライドディスク１３０は間欠的に動くものであったが、性能的には若干劣ることになるがこれを連続的に回転させて運転することも可能である。次にスライドディスク１３０を連続的に回転させる場合について説明する。
【００５２】
スライドディスク１３０を間欠的に動かす場合はスライドディスク１３０をガンギ車やカム或いはステップモータ等で駆動していたが、これを連続的に動かすことが出来るようになると、回転速度と位相を合わせることによってクランクシャフト１５１に連結して回転させることが可能になる。
クランクシャフト１５１と連動させる場合はクランクシャフト１５１が半回転するごとに枠穴１３１、欠刻１３２が順に現れるようにすれば良い。
【００５３】
スライドディスク１３０が一定の速度で連続的に動く場合は間欠的に動く場合と異なり、吸入・圧縮シリンダと燃焼・排気シリンダのボアが異なるときには注意が必要である。間欠的に動く場合には枠穴１３１の移動はピストンがほぼ下死点或いは上死点に達しピストンが実質的に停止している間に瞬時に行ない所定の位置に停止させれば問題なかったが、スライドディスク１３０が一定の速度で連続的に動く場合には枠穴１３１や欠刻１３２がシリンダを通過する時間がシリンダの太さによって異なるため、吸入時間や圧縮時間を合わせることが出来ないという問題が起こってくる。
【００５４】
この問題を解消するために図５に示すように直径が大きい方のシリンダ１６０（通常は第２シリンダ）の上の開口部１５９の直径を小さい方に揃える必要がある。この場合ピストン１５８がシリンダ１６０の上部を突き上げることになるため、ピストン１５８上部の周辺部分を削るなどしてピストン１５８がシリンダ１６０の上部を突き上げることがないように配慮することが必要である。勿論この段差部分と開口部１５９とはすり合わせにする必要はなく、若干隙間があるほうが良い
このように開口部の直径を揃える方法はスライドディスク１３０の移動を瞬時に行う〔実施の形態１〕の場合にも有効である。というのもシリンダの開口部の直径が大きいままだと第１シリンダと第２シリンダとの間を枠穴の大きさより離しておかねばならず装置全体が大型化するからである。このように開口部の直径を小さくしても開口部の直径は枠穴と同程度であるため通気抵抗は殆ど変わらず直径を小さくすることによる悪影響は殆どないといえる。
【００５５】
スライドディスク１３０とクランクシャフト１５１との位相関係は第１シリンダ１１１のクランクシャフト１５１が０度（クランクピン１５２が真上にある）のときスライドディスク１３０の枠穴１３１が第１シリンダ開口部１１３の中心と第２シリンダ開口部１２３の中心とのほぼ中間に位置するようにし、クランクシャフト１５１が半回転する毎に枠穴１３１と欠刻１３２が交互に１個ずつ現れるようにするのが基本であるが、位相関係については回転速度や火炎の伝播時間等の影響でずれることもあり状況に応じて最適な状態に調整する必要がある。
【００５６】
〔実施の形態３〕
この例は使用する板状体を円盤状のスライドディスクから角型のスライドプレートに変えたものである。図６はこの角型スライドプレート１６１の形状を模式的に示したものである。中央に枠穴１６２が、両端に欠刻１６３があり、両側面についている駆動ピン１６４をカムフォロアーにリンクさせ駆動するようになっている。
スライドディスクは圧縮気を一方のシリンダから他方のシリンダに移す手段としては極めて有効な手段ではあるが、シリンダを１組（２気筒）とする場合シリンダの上に大きな円盤が乗ることになり場所的にみて非常に無駄が多いといえるものである。これを図６に示すような角型スライドプレート１６１に変更しベースプレートとトッププレートとの間で摺動させながら往復運動させることによりスライドディスクによる場合と同様に圧縮混合気を移送させることが出来る。ただ、往復運動は連続回転運動に比べると駆動機構が少し複雑になるというところが難点である。
【００５７】
その構造はベースプレートに第１シリンダと第２シリンダが取り付けられその上に枠穴が開いたスライドプレートがおかれ、その上にヘッドプレートが置かれているという基本部分はスライドディスクを使用したものと同じである。第１シリンダと第２シリンダが同位相で動くという点も同じである。ただ異なる点は、枠穴があるプレートの形状が円盤状から角型に変わったことで、このため駆動方法が変わり両側面に付いている駆動ピン１６４をカムとスプリングによって往復運動させるようになっているという点等である。
【００５８】
角型スライドプレート１６１の両端には欠刻１６３がついておりこれがバルブの働きをすることになる。スライドディスクの場合には同一の欠刻が吸気と排気の両方に用いられたが、角型スライドプレート１６１の場合には吸気で使用される欠刻１６３が排気に使用されることはなく吸気と排気では別の欠刻が使用される。吸気側の欠刻は吸気欠刻、排気側の欠刻は排気欠刻ということになるが形状的な差異はない。図には示していないが、角型スライドプレート１６１は駆動中ずれる恐れがあるためガイドレール等を取り付け左右方向にのみ摺動するようにすることが必要である。
【００５９】
角型スライドプレート１６１の駆動は上述のようにカムによって行いクランクシャフトと連動させて駆動することが出来る。カム１６５の一例を図７に示す。
角型スライドプレート１６１の理想的な動きに基づいてカムを考えると図７（Ａ）のような形状となり、クランクシャフトが０度で一気に下がり１８０度で一気に立ち上がるべきであるが、このような形状では立ち上がりが急峻すぎてカムフォロアーが追従できないことになる。枠穴が第１シリンダから第２シリンダに移動する際は出来るだけ早く動く方が良いがその後はある程度遅くても良いため、図７（Ｂ）ようにすることでカムフォロアー１６６が追従できる実際的なものを作ることが出来る。
この図はクランクシャフトの角度が０度のときにカムフォロアー１６６が当たっている状態を示したものでカムフォロアー１６６は左から当っておりカム１６５は矢印の方向に回転するようになっている。
【００６０】
角型スライドプレート１６１を使用した気筒分割型内燃機関の動作について図８（ａ）から（ｆ）によって簡単に説明する。
図中、点線で示した左側の円は第１シリンダ開口部、右側の点線で示した円は第２シリンダ開口部であり、第２シリンダは図５に示したようにして開口部の直径を揃えたものである。角型スライドプレート１６１の動きは図７（ｂ）に示したカム１６５によるものである。
【００６１】
図８（ａ）に示すように、第１シリンダ及び第２シリンダのピストンはいずれも上死点にあり枠穴は第２シリンダの上にあるものとする。
枠穴が第２シリンダ上にある場合には第１シリンダの上には吸気欠刻が来ることになり第１シリンダは吸気口とつながっている。
第１シリンダではピストンの降下に伴い混合気が吸入されるが、第２シリンダでは枠穴によって移送されてきた圧縮混合気が燃焼し膨張し始めるところである。
【００６２】
図８（ｂ）はピストンが中間点まで降下したところであるが、角型スライドプレート１６１の方は図に示すようにその位置は殆ど同じである。ただこの辺りから角型スライドプレート１６１は左の方に動き始める。
【００６３】
図８（ｃ）はピストンが下死点近くに達して殆ど停止する状態になったところである。本来ならばピストンが下死点に到達したところで瞬間的に枠穴が第１シリンダに移動するべきであるが、角型スライドプレート１６１をカム１６５によって駆動する場合は既に述べたようにあまり急峻な動きにはカムフォロアーが追従できないので、角型スライドプレート１６１は上の図８（ｂ）で記したようにその少し前のピストンがシリンダの中央に達したところぐらいから動き出している。ピストンが下死点近くまで来ると吸気欠刻は殆ど第１シリンダからはずれ、枠穴が第１シリンダに排気欠刻が第２シリンダに掛かろうとするところである。
【００６４】
図８（ｄ）はピストンが下死点を過ぎて戻りだし中間点まで上昇した状態になったところであるが、角型スライドプレート１６１はそのまま左に移動を続け枠穴が第１シリンダに排気欠刻が第２シリンダに重なったところで停止ししばらくこの状態が継続する。第１シリンダでは圧縮が第２シリンダでは排気が行われている。
【００６５】
図８（ｅ）はクランク角が３６０度のごく僅か手前でピストンが上昇しほぼ上死点に達したところである。枠穴が第１シリンダ上にとどまり続け殆どの混合気が圧縮され枠穴に押し込まれる。第２シリンダでは排気がほぼ完了する。
【００６６】
図８（ｆ）はクランク角が３６０度をごく僅か超えたところで、角型スライドプレート１６１は急速に右に移動して（ａ）の状態に戻りサイクルが完結する。圧縮混合気の電気火花による点火はこの移動過程で行われる。
【００６７】
以上が図７（Ｂ）に示したカム１６５によって角型スライドプレート１６１を駆動した場合の動作であるが、スライドディスクの場合と同様、若干性能は劣るが角型スライドプレート１６１の駆動をカムによらずクランクによる往復運動で代用することも可能である。なお、角型スライドプレート１６１の形状は図６に示したように両端に欠刻があり角（つの）をつけたような形状になっているが、後ほど説明する〔実施の形態４〕及び〔実施の形態５〕を含め、枠穴を往復運動させる場合には欠刻は必ずしも必要ではなく図６の点線部分を切り落とした長方形をしたものであっても良い。
【００６８】
〔実施の形態４〕
この例も〔実施の形態３〕と同じく板状体が往復するものであるが、〔実施の形態３〕では角型スライドプレートが直線的に動いているのに対してこの例では板状体は扇型をしておりこの扇形スライドプレートの一点が固定され左右に旋回する形で往復運動するものである。扇型スライドプレート１７０の形状は図９に示す。
【００６９】
扇型スライドプレート１７０の動作は基本的には角型スライドプレート１６１と同じで変わるところはないといえる。ただ角型スライドプレートの場合は全体を直線運動させなければならないのに対して、扇型スライドプレート１７０は一端を回転軸に取り付け他端を往復旋回運動させる点が相違するところである。角型スライドプレートはスライドさせるためのガイドが必要になるが小型でコンパクトにまとめることが出来るという特徴がある。これに対して扇型スライドプレート１７０方式では回転軸迄ある程度の距離が必要であり、スライドディスク方式ほどではないにしても装置が少し大きくなるという欠点がある。扇型スライドプレート１７０は角型スライドプレートの場合と同様カム或いはクランクにより駆動する。枠穴１７１、欠刻１７２の動き等の動作については旋回運動をする点を除くと角型スライドプレートの場合と殆ど変わるところがないので省略する。この場合も角型スライドプレートと同様に点線部分を切り落とすことが可能である。
【００７０】
〔実施の形態５〕
これまでに述べた〔実施の形態１〕から〔実施の形態４〕までの方式はいずれも第１シリンダと第２シリンダとの間は平板で接続し、その間を枠穴を持った板状体を摺動させていたが、必ずしもシリンダヘッド間の接続は平板である必要はなく図１０に示すように連結用のパイプを用いて２本のシリンダをギリシャ文字のパイ字型に接続することも出来る。この場合枠穴を持った板状体に代わるものとして丸棒を摺動させることになる。この丸棒には枠穴の役割を担うため丸棒の中心軸に対して垂直に貫通した穴があけられている。
勿論、シリンダ内の空気や混合気が抵抗なく連結用のパイプ内に入ることが出来るようにすると共に、シリンダとパイプの接続部分から空気や混合気が漏れることがないように注意する必要がある。このように第１シリンダ１１１と第２シリンダ１２１とを結ぶパイプを連結シリンダ１８０、中に入れる丸棒を移行ピストンと呼ぶこととする。この方式の場合、連結シリンダ１８０の第１シリンダ側が吸気口１８４、第２シリンダ側が排気口１８５となる。
【００７１】
連結シリンダ１８０の中に移行ピストンを納め、この移行ピストンを移行ピストンにあけた穴の中心軸がシリンダの中心軸と平行を保ちつつ第１シリンダと第２シリンダとの間を摺動移動するようにすることでも角型スライドプレートを使用した場合と同様の効果を得ることが出来る。枠穴の場合と同様にこの穴は貫通している必要があり、丸棒の途中までしかあけていないとシリンダの内圧が移行ピストンを連結シリンダ１８０に押し付けることになるのでだめである。移行ピストンの場合には穴をあける代わりに図１１に示すように枠穴に相当する位置の部分を細く削って中間軸１８２とし、亜鈴型移行ピストン１８１としても良い。この中間軸１８２の太さを変えることで圧縮される部分の容積が変わるので圧縮比を変えることが出来る。亜鈴型移行ピストン１８１には駆動装置との接続金具１８３が設けられている。
【００７２】
移行ピストン形式にした場合には死空間を出来るだけ小さくするため第１シリンダ及び第２シリンダのピストンの先端を移行ピストンの曲面にあわせて窪ませておくと共に、第１シリンダ及び第２シリンダのピストンが上死点に達したときの移行ピストンとの間隙が出来るだけ小さくなるようにすると良い。
欠刻に相当する部分はスライドプレートの場合と同様でつけなくても問題なく図１１に示したように両端を切り落としたままの形状でも良いが、上下に動くピストンの給排気の流れを９０°変える目的で端面を欠刻に相当する長さだけ伸ばし斜めに丸みをつけて切り落としておくと、この部分で緩やかに流れの方向が変わることになり都合が良い。
点火栓や燃料噴射方式とする場合の燃料噴射ポンプは、図には示していないが接続シリンダの上面又は側面に、移行ピストンの通過の妨げにならないよう且つ死空間を作らないように注意して取り付けておけばよい。
【００７３】
〔実施の形態６〕
更に別の形式としてセンターコア方式の気筒分割型内燃機関について説明する。この構造を図１２の上面図及び図１３の前面図によって示す。但し、図１３は図１２の前面を示したものであるが、前面に位置する２本のシリンダを省略して図を分かりやすくしてある点に注意願いたい。この方式はセンタースリーブ１９２と呼ぶ円筒の側面に穴を開け、ここにシリンダを放射状に取り付けて構成したものである。センタースリーブ１９２の内側をセンターコア１９１が回転しており、第１シリンダ１９５でセンターコア１９１の枠穴１９７の中に圧入した混合気を第２シリンダ１９６に摺動移行させ、そこで燃焼膨張させる方法である。このセンターコア１９１の構造については後ほど図１４，図１５，図１６によって説明する。
図１２では第１シリンダ１９５及び第２シリンダ１９６がそれぞれ３本の場合を示しているが増減は可能である。但し対称性（回転対称性）を保った状態で増減する必要がある。この意味で第１シリンダ１９５と第２シリンダ１９６がそれぞれ１本だけである場合には回転対称性が保てず、センターコア１９１がシリンダの圧力によって反対側に押し付けられるので問題である。
【００７４】
センターコア方式の場合も先に示した〔実施の形態５〕の場合と同様に、第１シリンダ１９５及び第２シリンダ１９６内のピストンの先端をセンターコア１９１の曲面にあわせて窪ませて死空間を出来るだけ小さくするようにしておくと共に上死点におけるピストンとセンターコア１９１との間隙を出来るだけ小さくすることが望ましい。
点火栓１９９はセンタースリーブ１９２の側面に図のように取り付けられる。燃料噴射方式とする場合には、図には示していないが燃料噴射ポンプを点火栓１９２と同様にセンタースリーブ１９２の側面に取り付ければよい。
【００７５】
図１４から図１６はセンタースリーブ１９２の内部で回転するセンターコア１９１の構造について示したものである。
図１４はセンターコア１９１を斜め上から見た模式図、図１５はセンターコア１９１の上面図、図１６は図１４に対するＡ−Ａ断面図である。
センターコア１９１はスライドディスクに相当するものであるが、スライドディスクと異なり立体的に造られている。スライドディスクの場合には枠穴はスライドディスクを貫通していたが、センターコア１９１の場合は図１６の断面図でも明らかなように貫通せず途中で止まっている。第１シリンダ１９５の空気または混合気はセンターコア１９１の枠穴１９７に圧縮されセンターコア１９１の回転により第２シリンダ１９６に移行する。この場合、枠穴１９７には内圧が掛かりセンターコア１９１を反対側に押し付けることになるが、後ほど述べるスライドカップ方式と異なり反対側の枠穴１９７にも同様の力が掛かり、これらがお互いに打ち消しあうためスライドカップ方式のような問題が起こることはない。
【００７６】
センターコア１９１には枠穴１９７のほかに欠刻１９８が付いているがこの形状もスライドディスクの場合と異なり切り込まれた溝のような形状である。この欠刻１９８はスライドディスク方式の場合と同じく第１シリンダ１９５の吸気及び第２シリンダ１９６の排気が交互に通ることになる。図には示していないがセンターコア１９１の上部には吸気と排気を分離するための隔壁と吸気管、排気管をつけることが望ましい。
【００７７】
それぞれのシリンダには図には見えていないがピストンが入っている。ピストンのコンロッド２０１はフライホイール２００につながっており、フライホイール２００はピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクの働きも兼ねている。それぞれのフライホイール２００は小ギア１９４とつながっており、これらの小ギア１９４はセンターギア１９３と噛み合っている。出力はこのセンターギア１９３から取り出せばよい。センターギア１９３はセンターコア１９１に直結しておりセンターギア１９３の回転によりセンターコア１９１も同じ速さで回転する。
小ギア１９４とセンターギア１９３との回転比は小ギア１９４が１回転する毎に第１シリンダ１９５と第２シリンダ１９６の組数分の１回転だけ回転するようにする（図１２では３組であるから３分の１回転）。小ギア１９４の回転軸は遊星歯車のようにセンターギア１９３の周りを公転することはない。
【００７８】
それぞれのピストンの位相はスライドディスク方式の場合と同じくすべて同一であるがピストンが中心のセンターコア１９１に対して対称的に動くためバランスが良くなり振動は小さくなる。但し、コンロッド２０１はどれも同じ方向に振れるためこの分の振動が残ることになる。トルク変動に対しても単一センターコアである限り残ることになる。トルク変動はフライホイール２００によりかなり改善できるが、更に抑えるためにはセンターコアを複数にしてそれぞれの位相を異なったものとすることで解決できる。
ピストンと枠穴１９７との位相関係についてはスライドディスク方式の場合と同じくピストンが上死点にあるとき枠穴１９７が第１シリンダ１９５の開口部と第２シリンダ１９６の開口部の中間に来るようにするのが基本である。
【００７９】
動作そのものはスライドディスクによる〔実施の形態２〕のときと同じであり、第１シリンダ１９５内の空気或いは混合気がセンターコア１９１の枠穴１９７に圧縮され、そのままの状態で第２シリンダ１９６の上に摺動移行し、その過程において、混合気を圧縮した場合にはそのままの状態で、空気を圧縮した場合には燃料噴射を行い、点火栓１９９により点火して膨張させ、出力を取り出すようにしたものである。
【００８０】
中央にあるセンターコア１９１はセンターギア１９３に直結して回転しており、スライドディスク方式の場合のスライドディスクに相当する。これまでの説明と重複する点もあるが敢えて説明すると、センターコア１９１の外側にシリンダの口径に等しい大きさの穴があけられたセンタースリーブ１９２があり、その穴にはシリンダが圧縮気が漏れないように取り付けられている。これらはスライドディスク方式のベースプレートとシリンダに相当する。センタースリーブ１９２の中ではセンターコア１９１がセンタースリーブ１９２の内面を摺動して回転する。第１シリンダ１９５、第２シリンダ１９６及びセンタースリーブ１９２は架台（図示せず）に固定されており動くことはない。図１２及び図１３では、一見したところ下にあるセンターギア１９３が架台のように見えるがセンターギア１９３は回転し架台ではないので注意願いたい。スライドディスク方式のヘッドプレートに相当するものがないがこれはセンターコア１９１が円筒状をしているためで、これによって摺動面が１つ減るというメリットが生ずることになる。
【００８１】
以上〔実施の形態１〕から〔実施の形態６〕まで６例について説明したが、この説明のように第１シリンダで圧縮した空気や混合気を第２シリンダに移行させる摺動体としては必ずしも板状体である必要はなく、丸棒状の移行ピストンによって摺動移行させる方法や、円筒の側面に枠穴や欠刻を設けて摺動移行させる方法によっても同様の効果を得ることができることが明らかになったものと思う。〔実施の形態５〕で示した移行ピストンを摺動移動させる方法は、板状体を摺動移動させる方法に比べ現在のエンジン技術に類似した部分が多く取り扱いやすい面も多いのではないかと考える。
【００８２】
これまでに述べた〔実施の形態１〕から〔実施の形態６〕までの方式は燃料供給方法としてキャブレターにより混合気とする方法を想定して説明したものが多かったが、混合気に代えて空気を吸入し、ヘッドプレートに燃料噴射ポンプを取り付け燃料を噴射することで燃料直噴方式とすることも可能である。またキャブレターの使用をやめて第１シリンダの吸気ポートに燃料を噴射するいわゆるＰＦＩ方式とすることも可能である。
【００８３】
燃料直噴方式或いはＰＦＩ方式は燃料噴射量を絞って膨張比に応じた量に調整することができるため熱効率を膨張比を大きくした場合と同じ程度にすることが出来る方法であり、気筒分割型とすることによる利点はそれ程でもないと思われるかもしれないが、膨張比を大きくしても出力が落ちない点（ミラーサイクルでは燃料の量を絞って見かけ上の膨張比を大きくしているため出力が落ちる）や、バルブを必要としない点、或いは次に述べる等温圧縮方式を採用できるという点で気筒分割型とすることは大きな意義のあるものである。
【００８４】
次に等温圧縮を取り入れたエンジンについて説明する。
一般的にエンジンはシリンダの内壁部に冷却水を通すか外壁面にフィンをつけ風を当てるか等の方法によって冷却されているが、この目的はエンジンが過熱して焼き付くのを防止するためで圧縮中の混合気を冷却することが目的ではない。勿論エンジンが焼き付くほどの高温になる場合には本方式においても冷却する必要があるが、それ程の高温でない場合には燃焼ガスの温度は出来るだけ高くし外部からは出来るだけ冷却せず、温度低下は断熱膨張による分のみという方が熱効率が高く望ましいものである。燃焼行程でエンジンを冷却するということは熱エネルギーを捨てていることになり熱効率が大きく低下するので望ましいことではない。エンジンの温度は出来るだけ高い方がよくこの目的のためセラミックエンジンが研究されているわけである。（但し、最近はＮＯｘの発生を抑えるため温度をあまり上げない燃焼方法が検討されるようになってきてはいるが。）
【００８５】
しかし、温度が高い方が望ましいというのはあくまでも燃焼行程の話で圧縮行程は別である。ただ、通常のエンジンでは吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程を同一のシリンダで行うため圧縮行程のみを冷却することができず、圧縮行程を冷却しようとすると燃焼行程も冷却されることになる。このため、圧縮行程での冷却は効果があることは分かっていても技術的な困難さから誰も積極的に考えなかったわけであり、僅かに燃料直噴方式で燃料の気化潜熱による圧縮気の冷却効果が注目される程度であった。圧縮行程における冷却方法について記した文献も、コンプレッサーの圧縮行程を冷却する方法については多数見られるが、内燃機関の圧縮行程に関しては私の知る範囲では皆無である。
【００８６】
このような現状に対し、本発明に示すように内燃機関の圧縮行程を、シリンダ内部を冷却しながら圧縮する等温圧縮とすることは画期的な方法であると言えるものである。
本発明になる気筒分割型内燃機関では吸入・圧縮と燃焼・排気とは別のシリンダで行うため、通常のエンジンと違って圧縮行程で冷却しても何ら不都合なことは起こらず、気室自体を冷却することが可能となるわけである。冷却せずに圧縮する断熱圧縮をシリンダ内部の混合気を冷却しながら圧縮する等温圧縮にすれば、圧縮に要する動力は少なくてすみせっかく作り出した運動エネルギーをまた熱に戻すという無駄が減るため、出力及び熱効率の向上が期待できるわけである。このほか圧縮混合気の温度が低下するためノッキングの発生がなくなるという効果も期待できる。ただ注意しなければならないことは、この冷却は圧縮中に行うから効果があるのであって、圧縮した後の冷却は熱損失につながるため冷却してはいけないという点である。この点枠穴には冷却管がなく好都合である。
【００８７】
この冷却方法は気筒分割型内燃機関のいずれの実施の形態についても適用できるものである。但し、ディーゼル点火方式とする場合にはその圧縮比にもよるが、シリンダ内部の冷却を行う等温圧縮法を採用出来るか否か、温度が下がりすぎて燃料を噴射したときに着火できないという事態が生ずることがないかという点については検討を要するところである。またＨＣＣＩ（均一予混合圧縮燃焼）方式については冷却問題以前の問題として、ＨＣＣＩ方式を気筒分割型内燃機関に採用できるのか、枠穴に圧縮中に燃焼しても正常に運転できるのかという問題があり採用できるか否か不明である。
【００８８】
等温圧縮とするための具体的な方法の一例として、図１７に冷却管２９１により内部冷却を行った内部冷却シリンダ２９０を、これに対応する冷却管対応ピストン２９４を図１８に示した。冷却管対応ピストン２９４には上から下まで貫通した貫通孔２９６が開いており練炭のような形状である。ピストンロッド２９５は通常のピストンのコンロッドのように振れることはなく上下に動くだけである。冷却管対応ピストン２９４では貫通孔２９６と冷却管２９１の間から空気或いは混合気が漏れることなく摺動することが出来るように摺動面のシールには十分な注意が必要である。
図１８にはピストンの貫通孔２９６は６個しか記されておらず冷却管２９１も６本ということになるが、冷却管２９１は多いほど効果があり配置方法等を検討して出来るだけ多く配置するのが望ましい。勿論、ピストンの貫通孔２９６もこれに合わせる必要がある。但し、振動等起こさないように強度面には十分注意する必要がある。
冷却管２９１の中には給水管２９２が挿入されておりその先端から冷却水が放出されシリンダ内部が冷却される構造である。
【００８９】
これに類似した方法がスターリングエンジンの作動ガスの加熱冷却方法として〔特許文献２〕その他に記されているが、気筒分割型内燃機関はスターリングエンジンと異なる点もあり、この方法を気筒分割型内燃機関に適用するには若干注意することが必要である。
まず一番大きな違いは冷却管を上の方に貫通させることが出来ないという点である。〔特許文献２〕においては冷却管がシリンダヘッドを貫通しているが、本機の場合にはシリンダ上部は枠穴を持った板状体が摺動移動するため冷却管を貫通させることが不可能であり、冷却管の長さはスライドディスク或いはスライドプレートと接触しない程度にとめておかなければならないところが注意を要する点である。このため冷却管が片持ちとなり共振しやすくなるので強度的にしっかりしたものが必要である。
冷却管を取り付けるベースについてもシリンダの下部を完全にふさいでしまうと背圧の逃げ場がなくなるため開放口２９３を出来るだけ大きく開けておくことが必要である。
【００９０】
このほかの相違点として、スターリングエンジンにおいては、ディスプレーサピストンであればピストンと冷却管との間或いはピストンとシリンダとの間に少しぐらいのガス漏れがあっても気にする必要はないが、気筒分割型内燃機関のピストンの場合はスターリングエンジンの出力ピストンと同様にガス漏れは出力低下に直結するのでシールを完全にしなければならない点である。ただスターリングエンジンと異なり、シールが困難な水素やヘリウムを使用しないことや、オイルによる潤滑方式の採用が許されることを考えるとシールはスターリングエンジンに比べやりやすいといえる。
【００９１】
スターリングエンジンでオイルによる潤滑方式の採用が許されない理由は、系内の作動ガスは排出されることなく循環しているため、オイル潤滑方式とするとシリンダ内部や熱交換器内部を作動ガスと共に潤滑油が循環してエンジン内部が汚染されるからである。
オイル潤滑方式を採用することが出来ないためスターリングエンジンではピストンのサイドスラストを避ける目的でクロスヘッド機構を用いたり、スコッチヨークで力を左右対称に振り分けるロンビック機構を用いたりしていることが多い。本発明ではオイル潤滑が出来るためこの意味では無理にロンビック機構を用いる必要はないわけであるが、通常のクランク方式ではコンロッドが横ぶれして冷却管に当たるため冷却管の取り付け場所や本数が制約されることになる。ロッドが横ぶれしないロンビック機構を採用すると冷却管を多く設けることが可能になり、より有効に冷却機構が機能することになる。本体の振動に対してもロンビック機構は対称性が良く有利である。但し、本機では第１シリンダと第２シリンダの２本のシリンダのピストンを同位相で回転させる必要があり、単気筒のロンビック機構の場合のようにかみ合った歯車に直接リンクすることは出来ず、２本のクランクシャフトを対称的に配備し、ピストンごとにスコッチヨークを取り付けクランクシャフトにリンクさせることが必要になる。
【００９２】
ちなみにスターリングエンジンでは同一シリンダ内にあるパワーピストンとディスプレーサピストンの２個のピストンを駆動するためロンビック（ｒｈｏｍｂｉｃ：菱形）になるが、今の場合はパワーピストンだけであり厳密には八の字機構と呼ぶべきかもしれない。しかし、ここでは一般的に使われているロンビック機構の名称を用いることにする。
上の例では第２シリンダもロンビック機構としているが、冷却管が付いていない第２シリンダについては必ずしもロンビック機構とする必要はない。ただ、ロンビック機構ではクランクの構造が大きく変わるため、第１シリンダ側をロンビック機構にするのであれば第２シリンダ側もこれに揃えておく方が好都合であるためこうしたわけである。
【００９３】
以上、〔実施の形態１〕から〔実施の形態６〕まで６種類の気筒分割型内燃機関について説明したが、これら以外にもこれらを応用した変形は当然考えられるものである。たとえばスライドディスクに枠穴だけを設けて欠刻を設けないで運転することも可能である。但し、この場合には吸排気用にバルブを取り付けることと、スライドディスクの旋回角とタイミングをピストンが上死点に来るごとに次の枠穴が瞬間的にシリンダの上に来るように変更することが必要になる。
ただ、このバルブはスライドディスクが旋回するため通常のエンジンのようにシリンダ内に押し込んで開くことが出来ず、引き上げて開くようにしなければならず、閉状態のとき内圧に負けないように大きな力で押し付けておく必要がある。
【００９４】
なお、これまでに述べたクランクシャフトとスライドディスクとの位相関係やクランクシャフトとスライドプレートとの位相関係、或いは点火時期、燃料噴射時期等は基本的な形態について示したものであり、回転速度によって最適点が若干ずれてくるおそれがあり調整が必要になる場合があることに留意しておく必要がある。
【００９５】
ここで、これらを応用した変形の一例ではあるが、少し問題があるのではないかと考えられるものを上げておく。
これまでに述べた〔実施の形態１〕から〔実施の形態４〕まではいずれもスライドディスクは上下に摺動面を持つものであった。もしスライドディスクとヘッドプレートとの間の摺動面をなくすることが出来れば摺動面が１つ減り、より好ましいのではないかということは誰しも考えるところである。スライドディスクとヘッドプレートを一体化して枠穴の部分がカップの形状をしたものをスライドディスクの代わりに使用すればよいのではないかという考え方である。センターコア方式もカップ状であるがこの場合は板状体にカップを設けるわけである。
【００９６】
この方式は単に摺動面を減らすというだけではなく、切り込みの深さによって枠穴の容積や給排気口の断面積を変更し得るという利点もある。スライドディスクであればその厚さと枠穴の面積によってその容積は決定されてしまうが、この方式では枠穴は浅くして圧縮比が大きくなるようにし、給排気口になる欠刻の方は深くして断面積が大きく通気抵抗を小さくなるようにするということが可能になる。
【００９７】
このような利点が考えられるのであるが、そう都合のいい話ばかりではない。上下に貫通している枠穴の場合には内圧は枠穴の側壁面に外向きに等しく掛かりその力は打ち消されるが、カップの形状をしたものではシリンダの内圧がもろに掛かりカップを押し上げようとする力が発生する。この力は非常に大きく、このためスラストベアリングを介する等して強いスプリングで上から押し付ける必要があるが、スプリングで押さえきれるかどうか、押さえたまま回転させられるかどうか、回転中ガス漏れしないかどうか等、多くの問題点がある。
【００９８】
更に点火栓をどうするか、燃料直接噴射方式にする場合に燃料噴射ポンプをどうするかという問題がある。スライドディスク方式やスライドプレート方式ではヘッドプレートが固定されていたためそれに点火栓や燃料噴射ポンプを取り付ければよかったが、カップ方式ではベースプレート側に点火栓や燃料噴射ポンプを取り付けておくことが必要になる。
【００９９】
これらの問題を考えるとスライドディスクとヘッドプレートとの間の摺動面がなくなるというメリット以上にデメリットの方が大きく、カップ方式の実用化には多くの問題が山積しているものと考えられる。
【符号の説明】
【０１００】
１１１  第１シリンダ
１１２  第１ピストン
１１３  第１シリンダ開口部
１２１  第２シリンダ
１２２  第２ピストン
１２３  第２シリンダ開口部
１３０  スライドディスク
１３１  枠穴
１３２  欠刻
１４０  ベースプレート
１４１  ヘッドプレート
１４２  スペーサ
１４３  駆動機構
１４４  隔壁
１５１  クランクシャフト
１５２  クランクピン
１５３  コンロッド
１５４  フライホイール
１５５  吸気管
１５６  排気管
１５７  点火栓
１５８  ピストン
１５９  開口部
１６０  シリンダ
１６１  角型スライドプレート
１６２  枠穴
１６３  欠刻
１６４  駆動ピン
１６５  カム
１６６  カムフォロアー
１７０  扇型スライドプレート
１７１  枠穴
１７２  欠刻
１８０  連結シリンダ
１８１  亜鈴型移行ピストン
１８２  中間軸
１８３  接続金具
１８４  吸気口
１８５  排気口
１９１  センターコア
１９２  センタースリーブ
１９３  センターギア
１９４  小ギア
１９５  第１シリンダ
１９６  第２シリンダ
１９７  枠穴
１９８  欠刻
１９９  点火栓
２００  フライホイール
２０１  コンロッド
２９０  内部冷却シリンダ
２９１  冷却管
２９２  給水管
２９３  開放口
２９４  冷却管対応ピストン
２９５  ピストンロッド
２９６  貫通孔
【要約】
【課題】
複雑なクランク機構を使用することなく圧縮比より膨張比の方を大きくしてエンジンの出力及び熱効率を上昇させることをその課題とした。
【解決手段】
吸入・圧縮用の第１シリンダと燃焼・排気用の第２シリンダを別個に設け、第１シリンダで圧縮した混合気を管路を用いることなく第２シリンダに摺動移動して燃焼させるようにする。これにより圧縮比に影響されることなく膨張比を大きく設定することができるので熱効率が高くなる。本方式では等温圧縮も可能になりこれによる出力及び熱効率の上昇やノッキング防止効果も期待できる。更にエンジンをバルブレスにすることも可能である。
【選択図】
図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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