(57)【要約】  改良された往復動内燃機関は、燃焼圧力が最大、高レベルまたは中程度のレベルにあるときに、ピストンによって加えられる直線的な力を（従来の機関よりも）大きな割合でクランクシャフトの回転に変換する。このように変換が増大することで、比較可能なサイズの従来の機関と比較して、サイクルあたりより多くの力をもたらす。改良された往復動内燃機関は、エンジンブロックと、エンジンブロック内のシリンダーと、往復運動のためにシリンダー内に摺動可能に配置されたピストンと、クランクシャフトと、コンロッドと、トルクアームとを含む。コンロッドの一端部はピストンに、他端部はトルクアームに、枢動可能に取り付けられる。トルクアームはまた、エンジンブロックに据え付けられたテンプレートに動作可能に堅く連結される。テンプレートは、トルクアームの動きを所定の経路に沿って誘導する。【選択図】図３
2018515709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良された往復動内燃機関であって、改良された往復動内燃機関は、
（ａ）エンジンブロックと、
（ｂ）前記エンジンブロック内のシリンダーと、
（ｃ）直線往復運動のために前記シリンダー内に摺動可能に配置されたピストンと、
（ｄ）クランクシャフトと、
（ｅ）前記ピストンに枢動可能に据え付けられた内側端部および外側端部を有するコンロッドと、
（ｆ）ピストンロッド端部とクランクシャフト端部とを有するトルクアームであって、共通ピボットで前記コンロッドの他端部に枢動可能に連結され、前記クランクシャフトに枢動可能に連結されているトルクアームと、
（ｇ）前記エンジンブロックに据え付けられたテンプレートであって、前記テンプレートは前記共通ピボットで前記トルクアームと前記コンロッドに動作可能に連結され、前記テンプレートは所定の経路に沿って共通ピボットの動きを誘導し、前記トルクアームのクランクシャフト端部は前記クランクシャフトに枢動可能に連結され、前記テンプレートは、前記シリンダー内のガスの燃焼からの高圧を受けるストローク位置にピストンがあるときに、トルクアームを位置決めして高トルクに達するように構成されたテンプレートと、
を含むことを特徴とする、改良された往復動内燃機関。
【請求項２】
クランクシャフトの回転に寄与する力ベクトルの合計を、ピストンによってコンロッド上に加えられる力の少なくとも２５％にすることによって、高トルクが達成されることを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項３】
クランクシャフトの回転に寄与する力ベクトルの合計を、ピストンによってコンロッド上に加えられる力の少なくとも５０％にすることによって、高トルクが達成されることを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項４】
クランクシャフトの回転に寄与する力ベクトルの合計を、ピストンによってコンロッド上に加えられる力の少なくとも８０％にすることによって、高トルクが達成されることを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項５】
前記共通ピボットはローラーを含み、前記テンプレートは前記ローラーを受け止め誘導するための表面を有する導管を含むことを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項６】
可燃性燃料を受け入れるための燃焼チャンバーおよび前記燃料を点火するための点火源をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項７】
点火源はスパークプラグであることを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項８】
前記ピストンで圧力を加えることによって点火されうる可燃性燃料を受け入れるための注入口をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項９】
可燃性燃料はディーゼルオイルであることを特徴とする、請求項６に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項１０】
テンプレートは、前記シリンダー内の燃焼圧力がその最大レベルにあるとき、その長手方向軸がシリンダーの中心軸に対して約０度の角度となるように、コンロッドを位置決めするように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項１１】
前記シリンダー内の燃焼圧力がその最大レベルにあるとき、前記導管の長手方向軸は、コンロッドの長手方向軸とほぼ同軸であることを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項１２】
前記改良された往復動内燃機関は多シリンダーエンジンにおいて複数の構成要素（ａ）から（ｇ）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項１３】
前記改良された往復動内燃機関は８シリンダーエンジンであることを特徴とする、請求項１２に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項１４】
前記改良された往復動内燃機関は６シリンダーエンジンであることを特徴とする、請求項１２に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項１５】
前記改良された往復動内燃機関は４シリンダーエンジンであることを特徴とする、請求項１２に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項１６】
前記クランクシャフトに取り付けられたフライホイールをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項１７】
クランクシャフトは前記エンジンブロックに回転可能に据え付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項１８】
改良された往復動内燃機関であって、改良された往復動内燃機関は、
（ａ）エンジンブロックと、
（ｂ）前記エンジンブロック内に画定されるシリンダーと、
（ｃ）直線往復運動のために前記シリンダー内に摺動可能に配置されたピストンと、
（ｄ）前記ピストンに枢動可能に据え付けられた内側端部および外側端部を有するコンロッドと、
（ｅ）スローを有するクランクシャフトと、
（ｆ）前記エンジンブロックに固定されるテンプレートと、
（ｇ）第１の端部と第２の端部とを有するトルクアームであって、前記トルクアームの前記第１の端部は前記クランクシャフトの前記スローに枢動可能に連結され、前記トルクアームの前記第２の端部は前記コンロッドに枢動可能に連結され、かつ前記テンプレートに動作可能に連結されるトルクアームと、
を含むことを特徴とする、改良された往復動内燃機関。
【請求項１９】
改良された往復動内燃機関であって、前記改良された往復動内燃機関は、
（ａ）エンジンブロックと、
（ｂ）前記エンジンブロック内のシリンダーと、
（ｃ）前記シリンダー内の高死点位置と低死点位置の間の直線往復運動のために前記シリンダー内に摺動可能に配置されたピストンであって、前記運動は前記シリンダー内に供給された燃料の燃焼によって生じ、前記ピストンが高死点位置から下降し始めて、前記ピストンが低死点位置に向かって移動するにつれて徐々に圧力が低下した後に燃焼圧力が最大になるピストンと、
（ｄ）クランクシャフトであって、前記クランクシャフトは、クランクシャフトの長手方向軸を中心に回転するために前記エンジンブロックに回転可能に取り付けられ、前記クランクシャフトはスローを含むクランクシャフトと、
（ｅ）コンロッド端部とクランクシャフト端部とを有するトルクアームであって、前記コンロッド端部は前記コンロッドの外側端部に枢動可能に連結され、前記クランクシャフト端部は前記クランクシャフトスローに枢動可能に連結されているトルクアームと、
（ｆ）導管表面によって画定される導管を有するテンプレートと、
（ｇ）共通ピボットに動作可能に連結されるローラーであって、前記ローラーは前記導管の前記導管表面上を移動し、前記導管は第１の端部と第２の端部を有し、前記コンロッド、前記導管表面、および前記クランクシャフトは、シリンダー内の燃焼圧力がほぼその最大レベルにあるとき、クランクシャフトに回転力を伝達するベクトルの合成値が、ピストンによって加えられる力の少なくとも２５％になるように位置決めされている、ローラーと、
を含むことを特徴とする、改良された往復動内燃機関。
【請求項２０】
合成値が少なくとも５０％であることを特徴とする、請求項１９に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項２１】
合成値が少なくとも８０％であることを特徴とする、請求項１９に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項２２】
導管は複数の全体的にまっすぐな部分を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の改良された往復動内燃機関。
【請求項２３】
導管は少なくとも一つの正確な部分を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の改良された往復動内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、２０１５年４月２８日に出願された米国仮出願第６２／１５３，９３３号の利益を主張するものであり、当該文献は全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は内燃機関に関する。特に、クランクシャフトを含む往復動内燃機関に関する。
【０００３】
従来の市販されている内燃機関は、往復動ピストンの直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換するためにコンロッドを使用する。ピストンは、上死点（ＴＤＣ）位置と下死点位置（ＢＤＣ）の間でシリンダーを移動させる。ガスの燃焼が展開するのに応じてピストンがシリンダー内を移動するにつれて、コンロッドを通じてクランクシャフトに回転運動が与えられる。コンロッドの一端部はピストンに枢動可能に固定され、一方でコンロッドの他端部はクランクシャフトのオフセットスローに（通常はその回りを回転可能に移動するが、）枢動可能に連結される。複数のシリンダー構成部分が使用される場合、クランクシャフトは各コンロッドに追加のオフセットスローを入れるために伸張される。従来の内燃機関では、クランクシャフトは主軸受に支持され、クランクスローの端部でクランクピンはコンロッドを保持する。
【０００４】
従来の内燃機関では、ストロークの頂点の直後、すなわち、ピストンが上死点（ＴＤＣ）を通った直後に、燃料の燃焼によって生成された最大圧力が生じる。大抵の従来の内燃機関における最大圧力は、ピストンのＴＤＣ位置に対応する１０度過ぎの位置にクランクスローがあるときに生じる。最大圧力位置では、ピストンの総力のうち比較的小さい分力がクランクシャフトの回転を伝えるように意図されているので、クランクシャフトの回転エネルギーに変換される燃焼によって生成される力の割合は比較的小さい。ピストンが低死点位置（ＬＤＣ）に近づくにつれ、クランクシャフトの回転運動を与えるように意図されている、ピストン上の燃焼によって生成される総力のうちの分力が増加する。しかしながら、ピストンがＬＤＣ位置に近づくにつれ、燃焼ガスによって生成された圧力は連続的に減少する。したがって、従来の内燃機関では、直線的な力が比較的低いレベルにあるときに、燃焼に応じてピストンによって生成される直線的な力がクランクシャフトの回転に変換される割合が最も高くなる。
【０００５】
従来の内燃機関が最大燃焼圧力下で低い変換割合をもたらす理由は、従来の内燃機関の構成要素間で伝達される力を分析することによって示すことができる。図１は、典型的な従来の往復動燃焼機関を概略的に図示する。図１に示されるように、従来の往復動燃焼機関（５）はピストン（１０）、コンロッド（１５）およびクランクシャフト（２０）を含む。コンロッド（１５）は、ピストンピン（２５）によってピストンに枢動可能に連結され、クランクシャフトピボット（２９）によってクランクシャフト（２０）のスロー（２７）に枢動可能に連結される。
【０００６】
燃料がシリンダーの中で点火されるとき、生じる燃焼圧力はＢＤＣ位置の方へシリンダー中のピストンを直線的に移動させる。図２は、ＴＤＣ位置から測定されるクランクシャフトの角度の関数としてのシリンダー中の圧力を示し、ピストンがＴＤＣ位置にある場合角度は０であり、ピストンがＢＤＣ位置にある場合、クランクシャフトスローの角度は１８０度である。図２に示されるように、典型的な従来の内燃機関では、コンロッドに枢動可能に連結されたスローが約１０度の角度である場合、燃焼によって最大圧力が生成される。この角度は図１で「アルファ」として示される。クランクシャフトが角度アルファにある場合のピストンの直線的な力がクランクシャフトの回転力に変換される割合は、以下のように計算することができる（摩擦を除く）。図１に示されるように、ピストン（１０）によってコンロッド（１５）に加えられる直線的な力をＦｋとする。この力は１（すなわち１００％）に設定される。シリンダーの長手方向軸とコンロッドの間の角度は、図１にベータとして示される。図１では、角度ベータは２．８８である。回転力に変換される直線的な力Ｆｋの割合の測定には、次の数式を用いて計算することができる：
【０００７】
【数１】
2018515709.tif 000003
【０００８】
図１に示されるように、Ｆｋ＝１、α＝１０度、β＝２．８８度の場合、計算すると次の結果になる。
【０００９】
【数２】
2018515709.tif 000004
【００１０】
これらの計算は、図１に概略的に示される従来の燃焼機関は、シリンダー中の最大圧力下では、摩擦による損失を除いては、ピストン（１０）によって加えられた直線的な力の約２２．２９％しかクランクシャフト上の回転力に変換していない、ということを示す。
【００１１】
したがって、燃焼によって生成される燃焼圧力が比較的高い時、特に圧力が最大レベルまたはそれに近い時に、ピストンの直線的な力を、クランクシャフトを動かす回転エネルギーに高い割合で変換する内燃機関の必要性が長い間感じられつつも、まだ満たされていない。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、燃焼によって生成されるピストンの直線的な力を、クランクシャフトの回転運動に、より効率的に変換する内燃機関を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、燃料燃焼によるピストンの圧力が最高レベルまたはそれに近いとき、燃焼によって生成される力の比較的大部分をクランクシャフトの回転エネルギーに変換する内燃機関を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、各サイクルの間に、従来の市販の往復動内燃機関によって供給される動力よりもシリンダー容積当たりの動力が高い動力をクランクシャフトに供給し、したがって、燃料経済性を向上させる往復動内燃機関を提供することである。
【００１５】
本発明のさらにもう一つの目的は、従来の内燃機関より滑らかに動く往復動内燃機関を提供することである。
【００１６】
本発明のこれらおよび他の目的は、以下の開示を検討した後、当業者により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、シリンダー、ピストン、コンロッド及びクランクシャフトを含む従来の内燃機関の概略図であり、ピストンから伝達される直線的な力及びクランクシャフトへの回転力が図上に示されている。
【図２】図２は、サイクル中に従来の内燃機関のシリンダー内で生成されたメガパスカル（ＭＰａ）の圧力のグラフであり、クランクシャフトの角度スロー位置の関数として示され、０度のクランクシャフト角度であればピストンの位置がＴＤＣにある時に対応する。
【図３】図３は、本発明の実施形態の概略図であり、本発明の一実施形態に従って構成される内燃機関の構成要素の配置を概略的に図示し、かつ、クランクシャフトを回転させるために伝達される角度および分力を示す。
【図４】図４は、（図１に示される）従来の内燃機関と図３に示される本発明に従って構成された内燃機関とを用いて、内燃機関のサイクル中に回転力（摩擦を除く）に変換された直線的な力の推定割合を比較するグラフである。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態に従って構成された内燃機関の概略断面図であり、ピストンは上死点（ＴＤＣ）にある。
【図６】図６は、図５の内燃機関の概略断面図であり、ピストンは最大燃焼圧力位置にある。
【図７】図７は、図５の内燃機関の概略断面図であり、ピストンは最大燃焼圧力位置より下にある。
【図８】図８は、図５の内燃機関の概略断面図であり、ピストンは図７に示されるものよりもさらにＴＤＣ位置から離れている。
【図９】図９は、図５の内燃機関の概略断面図であり、ピストンはＢＤＣ位置の近くにある。
【図１０】図１０は、本発明のさらなる実施形態にしたがって構成された内燃機関の概略断面図であり、ピストンはＴＤＣ位置にある。
【図１１】図１１は、図１０の内燃機関の概略断面図であり、ピストンはわずかに上死点（ＴＤＣ）位置よりも下にある。
【図１２】図１２は、図５の内燃機関の断面図であり、ピストンはＢＤＣ位置の近くにある。
【図１３】図１３は、本発明に従って構成された内燃機関のもう一つの実施形態を図示する概略図であり、内燃機関サイクルの最大圧力での分力を示す。
【図１４】図１４は、図１３に示される実施形態の概略図であり、内燃機関サイクル中のトルクアームおよびクランクシャフトピボットのいくつかの位置を示す。
【発明の概要】
【００１８】
本発明の一態様によれば、改良された往復動内燃機関は、エンジンブロックと、エンジンブロック内のシリンダーと、シリンダー内に摺動可能に配置されたピストンと、クランクシャフトとを含む。コンロッドは、一端部でピストンに枢動可能に据え付けられる。コンロッドの他端部は、トルクアームに枢動可能に連結される。次に、トルクアームは、エンジンブロックに堅く据え付けられたテンプレートに動作可能に連結される。テンプレートは、トルクアームの移動経路を所定の経路に沿って誘導する。トルクアームは、クランクシャフトに枢動可能に連結される。テンプレート、コンロッド、トルクアームおよびクランクシャフトは、燃焼によって生成された圧力が高レベルである時に、ピストンで燃焼によって生成される力のうちクランクシャフトの回転エネルギーに変換される割合が増えるように構成される。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、改良された往復動内燃機関はエンジンブロックと、エンジンブロック内のシリンダーと、シリンダー内に摺動可能に配置されたピストンと、クランクシャフトとを含む。コンロッドは、一端部でピストンに、他端部でトルクアームに、枢動可能に連結される。トルクアームも、クランクシャフトのスローに枢動可能に連結される。エンジンブロックに堅く据え付けられたテンプレートは、所定の経路に沿って、トルクアームとコンロッドの間のピボットの移動を誘導する。シリンダー、コンロッド、トルクアーム、クランクシャフトおよびテンプレートは、ピストンの燃焼力が最大レベルまたはそれに近い時に、ピストンによって加えられる力を（従来の機関よりも）より高い割合で変換するように構成される。
【００２０】
本発明のさらなる態様によれば、改良された往復動内燃機関はエンジンブロックと、エンジンブロック内のシリンダーと、シリンダー内に摺動可能に配置されたピストンと、クランクシャフトとを含む。クランクシャフトは、コンロッドとトルクアームの組み合わせによってピストンに動作可能に連結される。コンロッドの一端部はピストンに枢動可能に据え付けられ、コンロッドの他端部は、ローラーを含むピボットによって、トルクアームの一端部に連結される。エンジンブロックに固定して据え付けられたテンプレートは導管を含む。導管はローラーを受け止め、少なくとも１つの正確な部分を含む経路に沿ってローラーの移動を誘導する。トルクアームの他端部は、クランクシャフトに枢動可能に据え付けられる。コンロッド、トルクアームおよびクランクシャフトは、シリンダー中で燃焼ガスによって高い圧力が生成される時に、クランクシャフト上のトルクが高レベルであるように構成される。テンプレート、トルクアームおよびクランクシャフトも、シリンダー中で最大燃焼圧力に達した時に、ローラーが位置する導管の部分の軸およびピストンロッドの長手方向軸の軸がほぼ一列になるように構成される。
【００２１】
本発明の他の態様は、これらの開示を検討する際に、当業者には明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、特にシリンダー中の圧力が高いかまたは最大レベルである時に、ピストンの直線的な力を、内燃機関のクランクシャフトを動かす回転力に（従来の機関より）効率的に変換する内燃機関に関する。
【００２３】
従来の内燃機関では、燃焼が発生した直後、すなわちピストンが上死点（ＴＤＣ）位置を過ぎた直後に最大圧力が生成されることは、当該技術においては周知である。最大燃焼圧力に達した後、ピストンが低死点（ＬＤＣ）位置に近づくにつれて、シリンダー中の圧力は急速に減少する。往復動内燃機関のシリンダー中の典型的な圧力プロファイルは図２に示される。本発明は、シリンダー中の圧力が高レベルである時、特にシリンダー中の圧力が最大であるかそれに近い時に、（従来の機関のトルクを超えて）トルクを増大させて、燃焼によってシリンダー中で生成されるピストンの直線的な力を、クランクシャフトを動かす回転力に、より高く変換することによって、機関の効率性を改良する。
【００２４】
本発明は、２ストローク機関、４ストローク機関、５ストローク機関および６ストローク機関を含む（ただしこれに限定されない）任意のタイプの往復動内燃機関に関連して使用することができる。しかしながら、好ましい用途は、４ストローク機関用である。
【００２５】
本発明は１以上のシリンダーがある内燃機関に使用することができる。好ましい用途は、８シリンダー、６シリンダーまたは４シリンダーを有する内燃機関用である。
【００２６】
本発明は、燃焼が燃料の圧縮によって開始されるディーゼル機関と同様に、燃焼が放電（スパーク）によって開始される内燃機関に関連して使用することができる。対応する従来の機関で使用される任意の燃料は、本発明の内燃機関に使用することができる。本発明の内燃機関は、燃料の燃焼によって生成される力をドライブシャフトの回転運動に変換する際の効率がより高いので、低品質の燃料の使用を可能にする。
【００２７】
動作時には、図２で示されるように、シリンダーがＴＤＣ位置を通過した直後に、燃焼ガスはシリンダー内のピストンに最大の圧力を加える。ピストンが最大圧力位置にあり、かつ、圧力が高いままである間、本発明の改良された内燃機関の構成要素は、ピストンによって加えられて生じた直線的な力を、従来の機関より多く、クランクシャフト上の回転力に変換するように構成される。特に、シリンダー中のピストンが最大燃焼圧力レベルおよび高圧力に対応する位置にある時は、クランクシャフトの回転のためのトルクを達成する成分ベクトルの合計は、対応する従来の機関のそれよりもかなり高い。クランクシャフトの回転に寄与するベクトルの和を最大化することによって、所望のより高いトルクに達する。好ましい実施形態では、これらの角度は、（１）クランクシャフトの中心からクランクシャフトピボットに伸張する線の間にある角度アルファ、（２）シリンダーの長手方向軸とコンロッドの長手方向軸の間の角度である角度ベータ、（３）テンプレート導管の長手方向軸とコンロッドの長手方向軸の間にある角度デルタ、および、（４）テンプレート導管の長手方向軸とトルクアームの長手方向軸の間にある角度ガンマ、を含む。シリンダー内の最大圧力において、クランクシャフトの回転に寄与するベクトルの和によって測定される変換率は、好ましくは、（摩擦による損失を除いて）ピストンによって加えられる直線的な力の２５％より大きく、より好ましくは５０％より大きく、最も好ましくは８０％より大きくなければならない。本発明は、対応する従来の機関におけるトルクをこえて、最大圧力及び高圧力下でトルクを増大させる。トルクが増大することで、ピストンの直線的な力はクランクシャフトの回転により多く変換される。図４は、機関（“Ａ”）の発動行程の間に、従来の機関“Ｃ”と本発明の機関“Ｂ”によって生成されるエネルギーの予想される変換の比較を示す。シリンダー内の圧力が最大レベルかまたは高レベルで、角度が約１０度から約４５度の間、変換率は従来の機関のそれよりも高い。
【００２８】
図４に示されるように、クランクシャフトが約１０度の角度アルファにあるとき、シリンダー内に最大圧力約７．３ＭＰａが生じる。アルファ角度が約３５度の時、圧力は１．７ＭＰａまで下がる。図４に示されるように、高圧力（すなわち最大圧力の５０％以内の圧力）では、本発明に従って構成された内燃機関は、従来の機関よりも著しく多くの直線的な力をクランクシャフトの回転に変換する。シリンダー内の圧力が中程度（約３．６ＭＰａから１．８ＭＰａ）（すなわち、最大圧力の２５％と５０％の間の圧力）でも、本発明に従って構成された内燃機関は、従来の機関よりも多くの直線的な力をクランクシャフトの回転に変換する。低圧力（すなわち最大圧力の２５％未満である圧力）では、従来の機関は、より高い割合で直線的な力をクランクシャフトの回転に変換する。しかしながら、より低圧力時の変換はサイクルの全体的な力にとってそれほど重要ではない。図４で見られるように、発動行程の総変換は、従来の機関よりも本発明の内燃機関の方が著しく多い。
【００２９】
最大圧力での摩擦を減少させるために、燃焼圧力が高レベルまたは中程度のレベルで最大レベルまたはそれに近いとき、ピストンロッドの軸方向軸を、（シリンダーウォールに平行な）シリンダーの長手方向軸の部分と軸方向に整列させることができる。
【００３０】
本発明の内燃機関は従来のフライホイールを含むことができる。ピストンがその低死点（ＬＤＣ）位置に達するにつれて、フライホイールの推進力がピストンが上方に移動するのを助け、内燃機関の円滑な動作をもたらす。
【００３１】
テンプレートと、所定の経路に沿ってテンプレート上を摺動する部材との間の摩擦を減少させるために、潤滑油をさすことができる。さらに摩擦を減少させるために、テンプレートと相互に影響し合うトルクアームの一部に、１つまたは複数のローラーを備えつけることができる。テンプレートは、好ましくは、所望の経路の形状であり、１つまたは複数のローラーを収容することができる導管を含む。導管は好ましくは複数の部分を有し、好ましくは少なくとも１つの正確な部分を有する。好ましくは、１つまたは複数のローラーは導管の内側表面の上を摺動する。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明をさらに例証するために、好ましい実施形態の構成および動作について記載する。ピストンが任意の方法で本発明の範囲を限定することを意図する時およびしない時、好ましい実施形態の記載は、単に本発明をさらに例示するために提供される。
第１の好ましい実施形態
【００３３】
図３は、最大圧力位置で示される、本発明の第１の好ましい実施形態に従って構成された内燃機関を概略的に描写する。全体に符号（１００）で示される内燃機関は、エンジンブロック（１０５）を含む。シリンダー（１０７）はエンジンブロック（１０５）内に画定される。ピストン（１０９）は、シリンダー（１０７）内に摺動可能に据え付けられる。コンロッド（１０９）は、ピストンピボット（１１０）によってその一端部でピストン（１０７）に枢動可能に取り付けられ、ピストンピボット（１１２）によってトルクアーム（１１１）に枢動可能に取り付けられている。トルクアームの他端部は、クランクシャフト（１１５）のスロー（１１３）に枢動可能に取り付けられている。共通ピボット（１１２）の動きは、エンジンブロック（１０５）に堅く据え付けられるテンプレート（１１９）内の導管（１１７）によって誘導される。図３に示されるように、角度アルファは、クランクシャフト（１１５）の中心（１２０）から伸張する線であってピストンの中心軸に平行に伸張する線と、中心（１２０）とピボット（１１３）との間の線と、の間に画定される。コンロッド（１０９）の長手方向軸とシリンダ（１０７）の長手方向軸との間に画定される角度ベータはゼロである。角度デルタは、コンロッド（１０９）の長手方向軸と導管（１１７）の長手方向軸の間に画定される。角度ガンマは、導管（１１７）の長手方向軸とトルクアーム（１１１）の長手方向軸との間に画定される。
【００３４】
図２は、サイクル中にシリンダー内で生成される力を示す。図３に示される内燃機関については、次の公式を使用して、回転エネルギーに変換される、ピストンによって生成される力の割合（摩擦による損失を除く）を求めることができる。
【００３５】
【数３】
2018515709.tif 000005
【００３６】
図３に示される実施形態では、角度は次の通りである。
【００３７】
【数４】
2018515709.tif 000006
【００３８】
最初の力が１（１００％）に設定される時、数式は次の結果を算出する：
【００３９】
【数５】
2018515709.tif 000007
【００４０】
これらの計算は、ピストンによって加えられる直線的な力の８２．３７％がクランクシャフトの回転に変換される（摩擦による損失を除く）ことを示す。
第２の好ましい実施形態
【００４１】
本発明の第２の実施形態は図５から９に図示される。図５において、機関は全体に符号（２００）で示される。機関（２００）は、シリンダー（２０５）を画定するエンジンブロック（２０２）を含む。ピストン（２０７）はシリンダー（２０５）内に摺動可能に据え付けられる。シリンダー（２０５）はピストンピボット（２０９）によってピストンロッド（２０８）の一端部に連結される。ピストンロッド（２０８）の他端部は、ピボット（２１３）によってトルクアーム（２１１）に枢動可能に連結される。トルクアーム（２１１）は、ピボット（２１６）によってクランクシャフト（２１５）に回転可能に据え付けられる。クランクシャフト（２１５）は、フライホイール（２１９）に堅く連結されている。
【００４２】
ピストンピボット（２１３）は、エンジンブロック（２０２）と一体かつ導管（２２２）を有するテンプレート（２２１）、に動作可能に連結される。図５に示されるように、ピストンピボット（２１２）は、テンプレート（２２１）内に画定される導管（２２３）内を摺動する。ピストンピボット（２１３）は、摩擦を減少させるためのローラー（図示せず）を含むことができる。
【００４３】
動作時においては、図５は、ピストンがその上死点位置から下降を開始するときの上死点近傍のピストンを示す。機関は、好ましくは、最大圧力がピストン（２０７）上で燃焼ガスによって加えられるとき、ピストンロッド（２０８）の長手方向軸が、シリンダー（２０５）のシリンダーウォール（２３０）によって画定されるシリンダー（２０５）の長手方向軸にほぼ平行であるように構成される。
【００４４】
シリンダー内の燃料が点火された後、燃焼ガスはピストン（２０７）の頂部に圧力を加える。ピストン（２０７）の圧力により、ピストン（２０７）は下方に移動する。図６に図示されるように、ピストン（２０７）が移動すると、ピストンロッド（２０８）はガイドトルクアーム（２１１）を回転させる。この回転は、次に、ピボット（２１６）に加えられるトルク力によってクランクシャフト（２１５）を回転させる。
【００４５】
図８に示されるように、燃焼ガスの圧力によってピストン（２０７）がさらに移動すると、テンプレート（２２１）の導管（２２２）に沿ってピストンピボット（２１３）が移動する。この動きにより、次に、ピボット（２１６）でクランクシャフトを回転させるトルクアーム（２１１）が移動する。
【００４６】
図９に示されるように、ピストンは低死点（ＬＤＣ）位置に近づくと、クランクシャフトがさらに回転する。ＬＤＣ位置に達すると、クランクシャフトの推進力または慣性がフライホイールの推進力と共に、ピボット（２１３）を導管（２２２）内で上方に移動させる。この動きにより、ピストンロッド（２０８）は、ピストンを上死点位置（ＴＤＣ）へ動かし始める。
第３の好ましい実施形態
【００４７】
第３の好ましい実施形態は、図１０から１２に概略的に描写されている。第２の実施形態の機関の部品に対応する機関の部品は、同じ下２桁を使用して標識されるが、上１桁の“２”は“３”に置き換えられる。図１０は、上死点位置近傍のピストン（３０７）を示している。図１１は、発動行程の中間付近のピストン（３０７）を示し、図１２は、下死点位置近傍のピストンを示す。
第４の好ましい実施形態
【００４８】
本発明の第４の好ましい実施形態が図１３から１４に概略的に描写されている。これらの図に描写された機関の部品は、番号“２”が番号“４”で置き換えられている点を除いて、第２の実施形態のものと対応する符号を有する。この実施形態のトルクアーム（４１１）は、中間ピボット（４３０）によってクランクシャフト（４１５）のスロー（４１６）に枢動可能に取り付けられる。トルクアーム（４１１）の一端部は、クランクシャフト（４０８）に枢動可能に取り付けられる。トルクアーム（４１１）の他端部は、導管（４２２）を画定するテンプレート（４２１）に動作可能に連結される。部材（４３２）は、導管（４２２）の内部を移動する。摩擦を減少させるために、部材（４３２）は、好ましくは、１つまたは複数のローラーを含む。
【００４９】
図１４は、ピストンがシリンダー内を移動してクランクシャフトの回転を与えるときの、図１３の実施形態におけるトルクアームの位置を示す。
【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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【国際調査報告】
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