(57)【要約】      （修正有）【課題】爆発エネルギーのロスを減らし、クランクシャフトの回転力に効率よく変換することができる内燃機関・外燃機関を提供する。【解決手段】本発明は、クランクジャーナル８に設置した歯車カム１１の回転に従動してクランクシャフトを上下動させることで、ピストンの上死点の位置を、コンロッド９とクランクとが効果的なクランク回転力を生じせしめる角度（∠Ｃ＝１８０°から９０°）に持って行くことが可能となり、燃料の爆発エネルギーを非常に効率よく回転力に変換することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体内にクランクシャフト６が回転するクランク室と前記クランク室に対しコンロッド９と連結されたピストン１０が上下動するシリンダー室３とを有する内燃機関・外燃機関であって、クランクシャフト６及びピストン位置から見てクランクシャフトの裏側（反対方向）のクランク室にカムや歯車又歯車型カム等を設置し、カムや歯車又歯車型カム等の回転にクランクシャフトを同期させ、該カムや歯車又歯車型カム等の回転に従動し、クランクシャフト６がシリンダーヘッド方向に上下動することを特徴とする内燃機関・外燃機関。
【請求項２】
ピストン位置から見てクランクシャフト６の裏側（反対方向）にクランクシャフトと平行に出力軸４を配置し、クランクシャフト６と出力軸４にカムや歯車又歯車型カム等を設置し、該カムや歯車又歯車型カム等を組み合わせて、クランクシャフトと出力軸の回転を同期させ、該カムや歯車又歯車型カム等の回転に従動して、クランクシャフトがシリンダーヘッド方向に上下動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関・外燃機関。
【請求項３】
クランクピンを基点とするコンロッド９とクランクアーム７とのなす∠Ａが、１５０°から２２５°（コンロッドとクランクアームが、一直線になる３０°手前から越えた後４５°に至る角度）の範囲において、ピストンが上死点に到達するまで、クランクジャーナル８と出力軸４に設置したカムや歯車又歯車型カム等で、クランクシャフト６を押し上げクランクシャフト６がシリンダーヘッド方向に移動することを特徴とする請求項１・２に記載の内燃機関・外燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のエンジンの内燃・外燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関には、上死点においてプラグで爆発させていた。∠Ａが１８０°前後での爆発が主に行われていた。
【特許文献１】特願平５−９６８３８
【特許文献２】特願昭５４−１６３０４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これには、次のような欠点があった。エンジンのシリンダー室内に上下動する隔壁部材を配するため点火プラグやバルブを取り付ける場所を確保することが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記欠点を解決するために、本発明は、従来の内燃機関の点火プラグやバルブの配置構造のままで前記欠点を解消し、高い圧縮比にした状態で爆発させることができる。
クランクシャフト６の下方にカムや歯車型カムを取り付けた出力軸４を平行に配置し、クランクシャフト７と出力軸４をカムや歯車型カムで同期させ、該カムや歯車型カムの回転に従動してクランクシャフトが上下に移動することを特徴とし、クランクピンを基点とするコンロッド９とクランクアーム７とのなす∠Ａが１８０°を越えようとする前後にクランクシャフト６をシリンダーヘッド方向に移動し、爆発に至るまでピストン位置を降下させず燃焼室の容積を維持、または圧縮行程を維持することができる構成とした。
【発明の効果】
【０００５】
従来の内燃機関においては、シリンダー室内３を上下に移動するピストン１０の上方空間を燃焼室とし、該燃焼室に吸入された燃料を圧縮状態で点火、爆発させ、その力でピストンを押し下げ、コンロッド９とクランクアーム７を介してクランクシャフト６を回転させている。そして内燃機関における爆発は、ピストンがシリンダー室内の上死点、即ちコンロッドとクランクアームとが一直線（∠Ａが１８０°）になる直前直後において行われていた。爆発をピストンの上死点付近で行う理由は、従来の内燃機関においては上死点（∠Ａが１８０°）において燃焼室の圧縮程度が最大になるという構造上の理由からくるものでもある。
【０００６】
しかし本発明は、従来のエンジンの欠点を解消し、コンロッド９とクランクアーム７とのなす∠Ａが１８０°から２２５°の間で、高い圧縮比の状態で爆発させることができる。
ピストンが上死点に到達し爆発させたその時での爆発エネルギーは、クランクジャーナル８（回転軸芯）からの回転半径（クランクアームの長さ×Ｓｉｎ∠Ｂ）が長ければ長いほど、ピストンで受け取った圧力を効率よく回転エネルギーに変換することができる。
本案は、クランクジャーナル８（回転軸芯）からの回転半径が長い時爆発するので、（例えば∠Ｂが１０°より２０°の時、回転半径が約２倍以上長くなる。）クランクシャフト６の受け取る爆発時の力のモーメントが大きくなると共に、爆発工程時に発生するトルク値（力のモーメント）も大きくなり、爆発によるエネルギーを効果的にクランクシャフトの回転モーメントに換えることができる内燃機関である。
回転モーメントは、力の作用する位置ベクトルをＲで表すとＮ＝Ｒ×Ｆとなる。Ｎは、回転力。Ｆは、与える力。Ｆ値が同じでＲが大きくなれば、Ｎ値も大きくなり、トルクが上がり回転力が増し、同じ爆発力での熱効率が上がる。
よって、従来と同じトルク値を出すならば本案の内燃機関は、少量の燃料で賄う事ができ、また容積の少ないエンジンで代用することも可能となり、エンジン重量も軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
熱効率アップの目的を達成するため、本発明の内燃機関は、本体内にクランクシャフト６が回転するクランク室２と前記クランク室に対してコンロッド７で連結されたピストン１０が上下に移動するシリンダー室とを有する内燃機関であって、クランクシャフト６の下方に歯車１２を取り付けた出力軸４をクランクシャフト６と平行に配置し、クランクジャーナル８には歯車型カム１１を出力軸４には歯車１２を取り付け、同歯車型カム１１でクランシャフトと出力軸の回転を同期させ、歯車型カム１１の回転に従動してクランクシャフト６が上下に移動する。コンロッドとクランクアームで移動するピストン１０は、ストロークを短くし、コンロッドとクランクアームとのなす角が１８０°を越えた後にも、クランクシャフト６をシリンダーヘッド方向に移動出来るようにし、爆発時点に至るまでピストン位置を上昇させながら圧縮工程を維持することができる構成としたことを特徴としている。
【実施例】
【０００８】
上記本発明の特徴によれば、歯車型カム１１の回転に従動してクランクシャフト６が上下に移動することで、コンロッド９とクランクアーム７とが一直線（∠Ａが１８０  °）になる従来のピストンの上死点以外の角度位置において燃焼室を爆発に適した圧縮状態に構成することが可能となる。よって、コンロッドとクランクとが効果的なクランク回転力を生じせしめるコンロッドとクランクアームの角度（∠Ａが１８０°から２２５°）の範囲にあるときに、燃料の爆発を行うことが可能となるとともに、初期の爆発エネルギーを回転軸から長い回転半径（クランクアームの長さ×Ｓｉｎ∠Ｂ、Ｂ＝１０°から４５°）で受けることで、従来のエンジンより非常に効率よく爆発エネルギーを回転力に変換することが可能となる。
また圧縮工程時は、ピストンの降下に対して、下降する以上に歯車型カムでクランクシャフトを押し上げる構成としたので、最良の状態での圧縮工程を経て爆発させることができる。
歯車型カム１１の長半径ＲＡは、小半径ＲＢに（ＲＢ×（１−ＳＩＮ∠Ｂ））を加えた長さとする。
クランクピンを基点とするコンロッドとクランクアームとのなす∠Ａが２１０°直前に点火させ、２１０°（∠Ｂは、約２０°）でピストンを上死点に到達させることで出力トルク値は、大きくなる。
【０００９】
従来の様にシリンダー室内での爆発、排出、吸入、圧縮等の各工程が、ピストンの位置で固定的に決まるのではなく、ピストンとクランクシャフトがシリンダーヘッド方向に上下動する位置関係をもって、より大きい自由度をもって定めることができる。
【００１０】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例を示す内燃機関の要部の構成図であり、爆発（Ｂ）、排出（Ｃ）、吸入（Ｄ）、圧縮（Ａ）等の各工程とピストンの位置関係は、クランクシャフトと歯車型カムの回転位置をもって、定めることができる。
【００１１】
図２は断面構成図であり、１は内燃機関の本体で、ピストン１０はコンロッド９によってクランクアーム７と連結されている。またクランクアーム７はクランクシャフト６に固定されている。以上の点は従来の内燃機関と同様である。
本発明においては、回転する歯車１２付き出力軸４が、クランクシャフト６の下方に位置するように設けている。この歯車１２はクランクシャフト６に取り付けた歯車型カム１１の輪郭に当接し、クランクシャフト６は回転する歯車型カム１１の回転に従動する形で上下に移動する。
図２は、爆発時のピストン１０とクランクシャフト６の位置関係を示しており、この位置関係において、前記コンロッド９とクランクアーム７のなす∠Ａがほぼ２１０°となるようにしたものである。
クランクアーム７とコンロッド９とのなす角が上死点（∠Ａ＝１８０°）を越えて（∠Ａ＝２１０°）に至ったときに爆発が生じるような構成とすることで、クランクアーム７に回転軸から離れたベクトル距離が有効に生じ、爆発エネルギーを効率よく回転力に変換することができる。そして（∠Ａ＝２１０°）を越えても、爆発による膨張力によってクランクシャフト６に回転力を与え続けている。
理論的には∠Ｃが約９０°のときに回転半径が最大になり、そのときに爆発することで、爆発力を最大トルクの回転力に変換することができるのであるが、燃焼室の容積は、降下距離に比例して大きくなるし、膨張力は降下距離に逆比例して弱くなるので、降下移動の少ない（∠Ａ＝２１０°）前に点火し、そこから下死点までを爆発工程とし、膨張エネルギーを運動エネルギーに変換する。
【００１２】
図２は、歯車型カム１１の輪郭の最大半径の回転方向始点位置に歯車型カムが回転し接しており、クランクシャフト６が最上位の位置にある。この状態は既に圧縮が最高の状態である。
しかして燃焼室５は、図２に至る間において、コンロッド９とクランクアーム７のなす角が１８０°を越えてピストン１０が下降する以上に歯車型カム１１でクランクシャフト６を押し上げることによって最高圧縮点に到達する。その後爆発させることで、爆発エネルギーをクランクの回転力に変換するのに最も効果的であるといえる。
【００１３】
そして前記の爆発後は、ピストン１０はさらに下死点まで降下する。そして下死点の状態から再びピストンが上昇を開始し、排気図１（Ｃ）・吸入図１（Ｄ）・圧縮図１（Ａ）・爆発図１（Ｂ）の各工程が繰り返し行われエンジンが稼働する。
【００１４】
図（４）は、本案エンジンのトルク値を曲線（Ｅ）で表しており、曲線（Ｆ）は従来のエンジンのトルク値の変化を表している。曲線を比べると（Ｅ）は、（Ｆ）よりも最高値が高く運動エネルギーへの変換が有利になり熱効率を上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の内燃機関の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す内燃機関の断面構成図である。
【図３】図２の側面の断面構成図である。
【図４】本発明と従来の内燃機関のトルク値を比較したグラフ図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    内燃機関の本体
２    クランク室
３    シリンダー室
４    出力軸
５    燃焼室
６    クランクシャフト
７    クランクアーム
８    クランクジャーナル
９    コンロッド（コネクティングロッド）
１０  ピストン
１１  歯車型カム
１２  歯車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年4月28日(2006.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2007278210.tif 000008
【図３】
2007278210.tif 000009
【図４】
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