(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２サイクル対向ピストン機関であって、ピストン制御排気ポートおよび吸気ポートを有する少なくとも１つのシリンダと、前記シリンダの穴内に摺動可能に配置され、互いに対向する端面を備えた排気ピストンおよび吸気ピストンと、前記シリンダの側面を通過して開口部に配置され、前記排気ピストンおよび吸気ピストンが前記穴内においてそれぞれの上死点（ＴＤＣ）位置に向かって移動すると、前記シリンダ内に燃料を噴射する少なくとも１つの燃料噴射ノズルと、前記機関の少なくとも１つの吸気ポートに給気を提供する給気路と、前記機関の少なくとも１つの排気ポートから排気ガスを除去する排気路と、を含み、前記シリンダの内部に流体連通する減圧ポートは、圧縮空気への燃料噴射が防止され、かつ、前記ピストンが、前記それぞれの上死点（ＴＤＣ）位置近傍に到達すると、前記シリンダから圧縮空気を放出することにより前記機関を制動するための前記排気路に連結される出力を含む機関。
【請求項２】
減圧ポートが、前記シリンダの内部と連通する通路と、前記通路を閉鎖する閉鎖状態、および前記通路を前記出力と流体連通させる開放状態に設定可能な弁とを含む、請求項１に記載の２サイクル対向ピストン機関。
【請求項３】
前記弁が、ポペット弁である請求項２に記載の２サイクル対向ピストン機関。
【請求項４】
前記減圧ポートが、前記シリンダの内部と連通する通路と、前記排気路に連結される出力と、前記通路を閉鎖する閉鎖状態、および前記通路を前記出力と流体連通させる開放状態に設定可能な弁とを含む請求項１に記載の２サイクル対向ピストン機関。
【請求項５】
前記弁が、ポペット弁である請求項４に記載の２サイクル対向ピストン機関。
【請求項６】
２サイクル対向ピストン機関であって、ピストン制御排気ポートおよび吸気ポートを有する少なくとも１つのシリンダと、前記シリンダの穴内に摺動可能に配置され、互いに対向する端面を備えた排気ピストンおよび吸気ピストンと、前記シリンダの側面を通過して開口部に配置され、前記排気ピストンおよび吸気ピストンが前記穴内においてそれぞれの上死点（ＴＤＣ）位置に向かって移動すると、前記シリンダ内に燃料を噴射する少なくとも１つの燃料噴射ノズルと、前記機関の少なくとも１つの吸気ポートに給気を提供する給気路と、前記機関の少なくとも１つの排気ポートから排気ガスを除去する排気路と、を含み、前記シリンダの内部に流体連通する減圧ポートは、圧縮空気への燃料噴射が防止され、前記排気ポートおよび前記吸気ポートが閉鎖され、かつ、前記ピストンが前記それぞれの上死点（ＴＤＣ）位置近傍に到達すると、前記シリンダから圧縮空気を除去するための前記排気路に連結される出力を含む機関。
【請求項７】
前記減圧ポートが、前記シリンダの内部と連通する通路と、前記通路を閉鎖する閉鎖状態、および前記通路を前記排気路に連結される前記出力と流体連通させる開放状態に設定可能な圧縮放出弁とを含む請求項６に記載の２サイクル対向ピストン機関。
【請求項８】
前記排気路が、ターボチャージャおよび排気マニホルドを含み、前記減圧ポートの前記出力が、前記排気マニホルドに連結される請求項７に記載の２サイクル対向ピストン機関。
【請求項９】
前記排気路が、ターボチャージャを含み、前記減圧ポートの前記出力が、前記ターボチャージャのタービン出口と共通して前記排気路に連結される請求項７に記載の２サイクル対向ピストン機関。
【請求項１０】
給気路に連通する入力と出力とを有するアキュムレータをさらに含み、バイパス弁が、前記減圧ポートの前記出力を前記排気路と連通させる第１の状態、および前記減圧ポートの前記出力を前記アキュムレータの入力と連通させる第２の状態に設定可能な請求項７に記載の２サイクル対向ピストン機関。
【請求項１１】
前記アキュムレータへの入力が、一方向逆止弁を含み、アキュムレータ放出弁が、前記アキュムレータ出力を給気路と連通させる第１の状態、および前記アキュムレータ出力を遮断する第２の状態に設定可能な請求項１０に記載の２サイクル対向ピストン機関。
【請求項１２】
排気路と、少なくとも１つのポートシリンダと、前記シリンダの穴内に摺動可能に対向配置され、互いに対向する端面を備えた対向する排気ピストンおよび吸気ピストンと、前記シリンダの側面を通過して開口部に配置され、前記排気ピストンおよび吸気ピストンが前記穴内においてそれぞれの上死点（ＴＤＣ）位置に向かって移動すると、前記シリンダ内に燃料を噴射する少なくとも１つの燃料噴射ノズルと、前記シリンダの内部と流体連通し、前記排気路に連結される出力を含む減圧ポートと、を有する２サイクル燃料噴射対向ピストン機関の制動方法であって、
給気が、吸気／圧縮行程中に前記対向ピストン間において前記シリンダ内で圧縮され、
前記減圧ポートは前記シリンダの長手方向中心近傍に配置されており、前記吸気／圧縮行程中に前記ピストンが、上死点（ＴＤＣ）位置近傍に到達すると、前記減圧ポートが開放されて圧縮空気を前記シリンダから放出し、
圧縮空気への燃料噴射が防止され、
前記吸気／圧縮行程後の次の動力／排気行程の開始後に前記ピストンが下死点（ＢＤＣ）位置に向かって移動すると、前記減圧ポートが閉鎖される、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本分野は、内燃機関に関する。特に、本分野は、ポートシリンダを有する２サイクルエンジンに関する。より具体的な用途では、本分野は、２サイクル対向ピストン機関におけるエンジンブレーキおよび／またはその他の動作を可能とするように、対向ピストンを備えたポートシリンダから圧縮空気を放出する構造および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
４サイクルエンジンと比較して、ポート付き２サイクル対向ピストン機関は、比出力、出力密度、および出力重量比において利点があることが認識されている。これらのおよびその他の理由から、約１世紀にわたる制限的な利用を経て、広範な現代の輸送用途において対向ピストン機関の利用に注目が集まりつつある。代表的な対向ピストン機関を図１および図２に示す。図１に示すように、対向ピストン機関は、１つまたはそれ以上のシリンダ１０を含み、各シリンダには、穴１２と長手方向にずれた排気ポート１４および吸気ポート１６が機械加工または形成されている。１つまたはそれ以上の燃料噴射ノズル１７は、それぞれ、シリンダの長手方向中心またはその近傍で、シリンダの側面を貫通する各噴射ポートに位置している。２つのピストン２０、２２は、穴１２に配置され、その端面２０ｅ、２２ｅが互いに対向している。便宜上、ピストン２０は、排気ポート１４に近接するために「排気」ピストンと称し、排気ポートが形成されるシリンダの端部は「排気端」と称する。同様に、ピストン２２は、吸気ポート１６に近接するために「吸気」ピストンと称し、シリンダの対応端部は「吸気端」と称する。
【０００３】
対向ピストンの基本：１つまたはそれ以上のシリンダ１０を有する対向ピストン機関の動作は十分に既知である。これに関しては、図２を参照すると、端面２０ｅ、２２ｅ間で生じる燃焼に応答して、対向ピストンは、シリンダ内で相互に最も近づくそれぞれの上死点（ＴＤＣ）位置から離れていく。ＴＤＣから移動しつつ、ピストンは、相互に最も離れるそれぞれの下死点（ＢＤＣ）位置に近づくまで対応ポートを閉鎖したままにしておく。対向ピストン機関構造の有益だが必須ではない態様では、燃焼により生じる排気ガスが排気ポート１４から流れ出すように吸気ポート１６を閉鎖したままにしながら、排気ピストン２０がＢＢＣへと向かって移動するにつれ排気ポート１４が開放されるシーケンスを生成するように、ＢＤＣ位置を中心としたピストン移動において位相オフセットが導入される。２サイクル対向ピストン機関では、「動力行程」（「動力／排気行程」とも呼ばれる）という文言は、ＴＤＣからＢＤＣへのピストン移動を指し、シリンダ内での燃焼ガスの膨張と、その直後に起こるシリンダからの排気ガスの放出とを含む。ピストンが相互に離れ続けていくにつれ、排気ポート１４が開放されたまま吸気ポート１６が開放され、排気ガスの再循環を伴い、あるいは伴わずに、加圧空気（「給気」）がシリンダ１０内に強制的に送り込まれて、ピストンがＴＤＣに向かって移動すると、ピストンの端面間で圧縮される。２サイクル対向ピストン機関では、「圧縮行程」（あるいは「吸気／圧縮行程」とも称する）という文言は、ピストン端面間の給気の取込みと、給気を圧縮するＢＤＣからＴＤＣへのピストンの移動を指す。シリンダに入る給気は、燃焼により生じる排気ガスを排気ポート１４の外へ追いやる。吸気ポートを通じて給気を中に通しつつ、排気ポートを通じて排気ガスをシリンダから移動させることを「掃気」と称する。シリンダに入る給気は、（排気ポートに向かう）排気ガスの流出と同方向に流れるため、掃気プロセスは「ユニフロー掃気」と称する。
【０００４】
図１に関して、上述の位相オフセットを仮定すると、ピストン方向の反転後に排気ポート１４が閉鎖すると、吸気ポート１６も閉鎖し、シリンダ内の給気が端面２０ｅおよび２２ｅ間で圧縮される。通常、ポートが開放されている間、給気は、吸気ポート１６を通過する際に渦巻いて良好な掃気を促進し、ポートが閉鎖すると、空気と噴射された燃料とを混合させる。通常、燃料は、ディーゼルであり、ＴＤＣ近傍に位置する高圧噴射機によってシリンダ内に噴射される。一例として図１を参照すると、渦巻く空気（または単に「渦巻き」）３０は、通常、螺旋運動を行い、シリンダの縦軸の周りを巡回する渦度を穴内に形成する。図２に最もよく示されるように、ピストンがシリンダ穴においてそれぞれのＴＤＣ位置に向かって移動するにつれ、燃料４０がノズル１７を介して、ピストンの端面２０ｅおよび２２ｅ間で穴１２の渦巻く給気３０内に直接噴射される。給気と燃料の渦巻く混合物は、ピストン２０、２２がそれぞれのＴＤＣ位置に近づくと、端面２０ｅおよび２２ｅ間に画定される燃焼室３２内で圧縮される。混合物が点火温度に達すると、燃料が燃焼室内で点火し、ピストンをそれぞれのＢＤＣ位置に向かって駆動させる。２サイクルエンジンでは、空気を圧縮することで空気に噴射される燃料を点火する工程が、「圧縮点火」と称される。
【０００５】
圧縮放出：圧縮空気の放出は、ディーゼルエンジン動作のいくつかの態様において有益である。エンジンブレーキ（「減圧ブレーキ」および「圧縮放出ブレーキ」とも称される）は、ディーゼルエンジンを装備した中型および大型トラックにとって特に有効な特徴である。弁を備えた４サイクルディーゼル機関においては、膨張行程開始直前でピストンが圧縮行程の冒頭またはその近傍にあるときに、燃料噴射を停止し、ＥＧＲ弁を閉鎖し、シリンダからの圧縮空気を放出することによってエンジンブレーキが始動される。この時点で圧縮空気を放出することにより、エネルギーを放出させて膨張行程中にピストンを上死点から下死点へと推進させる。このことで、ＢＤＣに回帰する際にピストンから引き出される仕事量が大きく低減されて、所望のブレーキ作用を得ることができる。
【０００６】
エンジンブレーキ用に構成された弁付き機関では、圧縮空気は、圧縮行程の最後またはその近傍で、排気弁を開放することによってシーケンスから放出される。圧縮空気は、開放弁を通って排気システムへと流れ込む。ＢＤＣで、給気は、再度、シリンダに通される。このサイクルが繰り返されると、起こりうる機関エネルギーは、圧縮空気の放出によって廃棄され、その結果、機関が減速する。エンジンブレーキは、中型および大型車両の制動能力を大きく向上させることによって、車両は、より高い平均速度でより安全に動作するようになる。さらに、制動能力の大幅な向上に貢献するにあたって、エンジンブレーキシステムは、中型および大型トラックの機械ブレーキシステムの寿命を延ばして、上記車両の耐用年数全体に渡ってメンテナンス費用を低減する。
【０００７】
４サイクルエンジン用エンジンブレーキ構造は、通常、スロットルの解放に伴う手動信号に応答して動作する。エンジンブレーキが始動すると、シリンダは、圧縮行程中にシーケンスから外れて開放される排気弁を通じて換気される。４サイクル機関のエンジンブレーキの代表的な実施形態では、特許文献１は、シリンダ毎に２つの排気弁を設けることを教示している。通常の動作中、両方の弁は、排気行程中に開放されている。エンジンブレーキが始動されると、排気弁の一方が圧縮行程のＴＤＣまたはその近傍で開放される。
【０００８】
圧縮放出構造：従来の４サイクルディーゼルエンジンは、機関動作サイクルの特定部分でシリンダから圧縮空気を放出するように設計される排気弁機構を変更することでエンジンブレーキの利点を達成する。吸気弁および排気弁は、シリンダヘッド内に支持される。しかしながら、２サイクル対向ピストン機関は、弁またはシリンダヘッドを含んでいない。その代わりに、シリンダ上に縦方向に分離されてピストンによって制御されるシリンダポートを通じて、給気を取り入れ、燃焼生成物を排出する。したがって、シリンダヘッドと吸気弁および排気弁がない場合、対向ピストン機関は、弁付きディーゼルエンジン用に調整される圧縮放出機能を組み込むことができない。にもかかわらず、対向ピストン機関動作にエンジンブレーキを追加することで、この性能を有する弁付き機関によって実現されるのと同じ利益および利点が与えられる。したがって、圧縮放出エンジンブレーキを設けた対向ピストンシリンダ構造が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，４７３，０４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
対向ピストン機関のエンジンブレーキを用いて得られる利点および利益を実現するためには、対向ピストンがＴＤＣに向かって移動する、および／またはＴＤＣに到達すると、対向ピストンの端面間の機関シリンダ内で圧縮される空気がシリンダから放出されることが望ましい。
【００１２】
本開示のいくつかの実施形態に示されるように、弁を含むポートと、シリンダの吸気ポートおよび排気ポート間に位置するシリンダ壁を貫通する開口部を備えた通路とを設けることで、吸気ポートおよび排気ポートの閉鎖後に圧縮空気をシリンダから放出することができる。弁は、通路を通る気流を制御し、開放されると通路を通じて圧縮空気をシリンダから外に出す、あるいは閉鎖されると圧縮空気をシリンダ内に保持する。弁は、圧縮空気をシリンダから給気路、排気路、および／または他の装置に放出するための制御可能な経路を提供する。
【００１３】
ピストンがＴＤＣまたはその近傍に到達するとき圧縮空気がポートを通じて排気路に放出される場合、シリンダへの燃料噴射が停止している間、弁が吸気／圧縮行程中に閉鎖しているときにピストンをＴＤＣへと移動させる際に蓄積される位置エネルギーが消散されて、エンジンブレーキが有効になる。
【００１４】
機関の始動および停止動作は、シリンダからポートを通じて圧縮空気を短時間放出することによって支援することもできる。
本願は以下の発明も含む。
（項目１）
２サイクル対向ピストン機関であって、ピストン制御排気ポートおよび吸気ポートを有する少なくとも１つのシリンダと、前記機関の少なくとも１つの吸気ポートに給気を提供する給気路と、前記機関の少なくとも１つの排気ポートから排気ガスを除去する排気路とを含み、前記シリンダの内部に流体連通する減圧ポートは、前記ピストンが、それぞれの上死点（ＴＤＣ）位置に到達すると、前記シリンダから圧縮空気を放出するための前記排気路に連結される出力を含む機関。
（項目２）
減圧ポートが、前記シリンダの内部と連通する通路と、前記通路を閉鎖する閉鎖状態、および前記通路を前記出力と流体連通させる開放状態に設定可能な弁とを含む、項目１に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目３）
前記弁が、ポペット弁である項目２に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目４）
前記減圧ポートが、前記シリンダの内部と連通する通路と、前記排気路に連結される出力と、前記通路を閉鎖する閉鎖状態、および前記通路を前記出力と流体連通させる開放状態に設定可能な弁とを含む項目１に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目５）
前記弁が、ポペット弁である項目４に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目６）
２サイクル対向ピストン機関であって、ピストン制御排気ポートおよび吸気ポートを有する少なくとも１つのシリンダと、前記機関の少なくとも１つの吸気ポートに過給空気を提供する給気路と、前記機関の少なくとも１つの排気ポートから排気ガスを除去する排気路とを含み、前記シリンダの内部に流体連通する減圧ポートは、前記ピストンが、それぞれの上死点（ＴＤＣ）位置に到達すると、前記シリンダから過給空気を放出するための前記排気路に連結される出力を含む機関。
（項目７）
前記減圧ポートが、前記シリンダの内部と連通する通路と、前記排気路に連結される出力と、前記通路を閉鎖する閉鎖状態、および通路を前記排気路に連結される出力と流体連通させる開放状態に設定可能な弁とを含む項目６に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目８）
前記弁が、ポペット弁である項目７に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目９）
２サイクル対向ピストン機関であって、ピストン制御排気ポートおよび吸気ポートを有する少なくとも１つのシリンダと、前記機関の少なくとも１つの吸気ポートに給気を提供する給気路と、前記機関の少なくとも１つの排気ポートから排気ガスを除去する排気路とを含み、前記シリンダの内部に流体連通する減圧ポートは、前記ポートが閉鎖され、前記ピストンがそれぞれの上死点（ＴＤＣ）位置に到達すると、前記シリンダから圧縮空気を除去するための前記排気路に連結される出力を含む機関。
（項目１０）
前記減圧ポートが、前記シリンダの内部と連通する通路と、前記通路を閉鎖する閉鎖状態、および前記通路を前記排気路に連結される前記出力と流体連通させる開放状態に設定可能な圧縮放出弁とを含む項目９に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目１１）
前記排気路が、ターボチャージャを含み、前記減圧ポートの前記出力が、前記ターボチャージャの前記タービン入力と前記排気ポートとの間で前記排気路に連結される項目１０に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目１２）
前記排気路が、ターボチャージャを含み、前記減圧ポートの前記出力が、前記ターボチャージャの前記出力と共通して前記排気路に連結される項目１０に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目１３）
給気路に連通する入力と出力とを有するアキュムレータをさらに含み、バイパス弁が、前記出力を前記排気路と連通させる第１の状態、および前記出力を前記アキュムレータの入力と連通させる第２の状態に設定可能な項目１０に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目１４）
前記アキュムレータへの入力が、一方向逆止弁を含み、アキュムレータ放出弁が、前記アキュムレータ出力を給気路と連通させる第１の状態、および前記アキュムレータ出力を遮断する第２の状態に設定可能な項目１３に記載の２サイクル対向ピストン機関。
（項目１５）
少なくとも１つのポートシリンダと、前記シリンダ内に対向配置される一対のピストンとを有する２サイクル対向ピストン機関の作動方法であって、吸気／圧縮行程中に前記対向ピストン間で圧縮される給気が、前記シリンダの吸気ポートおよび排気ポートの閉鎖後、前記機関を制動するために前記シリンダに対応付けられる減圧ポートを通じて前記シリンダから放出される方法。
（項目１６）
少なくとも１つのポートシリンダと、項目１３に記載のシリンダ内に対向配置される一対のピストンとを有する２サイクル対向ピストン機関の作動方法であって、前記圧縮給気が、前記吸気／圧縮行程に続く次の動力／排気行程前に前記機関の排気路に放出される方法。
（項目１７）
排気路と、少なくとも１つのポートシリンダと、前記シリンダ内に対向配置される一対のピストンとを有する２サイクル燃料噴射対向ピストン機関の制動方法であって、給気が、吸気／圧縮行程中に前記対向ピストン間において前記シリンダ内で圧縮され、前記吸気／圧縮行程中に前記ピストンが、上死点（ＴＤＣ）位置近傍に到達すると、前記シリンダの長手方向中心近傍に位置する減圧ポートが開放されて圧縮空気を前記シリンダから放出して圧縮空気への燃料噴射を防止し、前記吸気／圧縮行程後の次の動力／排気行程の開始後に前記ピストンが下死点（ＢＤＣ）位置に向かって移動すると、前記減圧ポートが閉鎖される方法。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】対向ピストンがそれぞれの下死点位置近傍にある、従来技術による対向ピストン機関のシリンダの一部概略側断面図であり、「従来技術」と適切に表示されている。
【図２】対向ピストンがそれぞれの上死点位置近傍にあり、ピストン端面が燃焼室を画定している図１のシリンダの一部概略側断面図であり、「従来技術」と適切に表示されている。
【図３】本開示の態様を示す内燃機関の概略概念図である。
【図４】エンジンブレーキ用ポペット弁によって制御される減圧ポートを備えた図３の対向ピストン機関のシリンダを示す一部概略概念図である。
【図５Ａ】シリンダ圧力対機関クランク角の図であり、通常の燃焼を示す。
【図５Ｂ】シリンダ圧力対機関クランク角の図であり、エンジンブレーキの一例を示す。
【図６】減圧制御を備えた第２の給気制御システムの実施形態を有する対向ピストン機関を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書に記載される圧縮放出エンジンブレーキの原理は、少なくとも１つのシリンダを有するポート付き２サイクルエンジンを含み、該シリンダの穴に一対のピストンが端面を対向させて配置されるという説明文において提示される。この文は、対向ピストン構造を例として圧縮放出エンジンブレーキの各種実施形態を理解する基盤を提供することを目的とする。該構造は、１つのクランク軸または２つのクランク軸を有する対向ピストン機関と、３つ以上のクランク軸を有する対向ピストン機関とに適用することができる。別の態様によると、該構造は、対向ピストン機関内のピストン統合化とともに適用することもできる。別の態様では、該構造は、１つまたはそれ以上のポートシリンダを含む内燃機関に適用することができ、各シリンダは、穴、ピストン制御排気ポートおよび吸気ポート、および穴に対向して配置される一対のピストンを備える。
【００１７】
図３では、内燃機関４９は、１つまたはそれ以上のシリンダ５０を有する対向ピストン機関によって具体化される。たとえば、該機関は、１つのシリンダ、２つのシリンダ、または３つ以上のシリンダを有してもよい。各シリンダ５０は、穴５２と、シリンダのそれぞれの端部に形成または機械加工される排気ポート５４および吸気ポート５６とを有する。排気ポート５４および吸気ポート５６は、それぞれ、開口部の環状リングを含み、隣接する開口部は、個体ブリッジによって分離される（説明によっては、各開口部を「ポート」と称する。ただし、このような「ポート」の環状シーケンス構造は、図３に示すポート構造と変わらない）。排気ピストン６０および吸気ピストン６２は、穴５２内に摺動可能に配置され、端面は互いに対向する。ピストン６０および６２がそれぞれのＴＤＣ位置またはその近傍に到達すると、燃焼が穴５２とピストン端面とで画定される燃焼室内で発生する。
【００１８】
図３の機関では、燃料は、シリンダ５０の側面を通過して開口部に配置される少なくとも１つの燃料噴射ノズル１００を介して、ピストン端面間で直接燃焼室に噴射される。
【００１９】
さらに図３を参照すると、給気システムは、機関４９に提供される給気と機関４９によって生成される排気ガスとを管理する。代表的な給気システム構造は、外気を圧縮する給気源と、給気が機関の少なくとも１つの吸気ポートに移送される給気路とを含む。給気システム構造は、燃焼生成物（排気ガス）が少なくとも１つの排気ポートから移送されて、処理され、大気中に放出される排気路も含む。
【００２０】
図３を参照すると、給気システムは、排気マニホルド１２５を含む。好ましくは必須ではないが、排気マニホルド１２５は、機関の全シリンダ５０の排気ポート５４と連通する排気プレナムから成る。ターボチャージャ１２０は、排気ポート５４を出て、排気マニホルド１２５から導管１２４に流れ込む排気ガスからのエネルギーを取り出す。ターボチャージャ１２０は、共通軸１２３上で回転するタービン１２１およびコンプレッサ１２２を含む。ターボチャージャ１２０は、単独形状または可変形状装置であってもよい。タービン１２１は、通過して排気出力１１９に至る排気ガスによって回転させられる。これによりコンプレッサ１２２が回転して、空気入力で得られた外気を圧縮する。コンプレッサ１２２によって出力される給気は、導管１２６を通って給気クーラ１２７へと流れ、そこからスーパーチャージャ１１０に至り、さらに圧縮される。スーパーチャージャ１１０は、駆動されるようにクランク軸に連結される。スーパーチャージャ１１０は、単一速度または多速度装置、あるいは完全な可変速度装置であってもよい。スーパーチャージャ１１０によって圧縮された空気は、スーパーチャージャから給気クーラ１２９を通って吸気マニホルド１３０へと出力される。１つまたはそれ以上の吸気ポート５６は、吸気マニホルド１３０を通ってスーパーチャージャ１１０によって加圧される外気を受け取る。好ましくは、必須ではないが、多シリンダ対向ピストン機関では、吸気マニホルド１３０は、全シリンダ５０の吸気ポート５６と連通する吸気プレナムから成る。好ましくは必須ではないが、図３の機関の給気システムは、排気路から排気ガスを抽出し、ＥＧＲ弁１３８によって制御される弁制御再循環路１３１を経由して、抽出された排気ガスを処理し入ってくる外気流へと移送する排気ガス再循環（ＥＧＲ）路を含む。
【００２１】
減圧ポート：本開示では、対向ピストンが配置されるポートシリンダに、圧縮放出通路から成るポート、弁、および１つまたはそれ以上の出力通路が設けられる。圧縮放出通路は、シリンダの排気ポートおよび吸気ポート間の位置で、シリンダ壁を通過して開放される。好ましくは、圧縮放出通路の開口部は、ピストン端面のＴＤＣ位置間で、シリンダの長手方向中心またはその近傍に位置する。中心位置がエンジンブレーキにとっては最適である。というのも広範囲の給気／圧縮時間をもたらして、工程を最適化するからである。また、この位置は、エンジンブレーキ中に最大量の圧縮空気を放出させることで、動力／排気行程中のピストンの制動効果を最大限に発揮させる。ポートが開放されると、圧縮放出通路は、圧縮空気がシリンダの外へ流れ出すルートを提供する。これに関しては、ポートがシリンダを減圧するため、説明の便宜上、限定のためではなく、そのポートを「減圧ポート」と称する。明白になるように、ポートシリンダには１つまたはそれ以上の減圧ポートを設けることができる。たとえば、シリンダは、２つの減圧ポートを備えることができる。このような減圧ポートは、図３では素子１４０として表示されている。
【００２２】
減圧ポート構造：好適な減圧ポート構造を図４に示す。この構造は、圧縮放出通路の開口部を制御する弁アセンブリを含む。弁アセンブリは、ポペット弁１８４として記載されているが、これは単に例示であり、弁アセンブリは、他の多数の構造（たとえば、回転スプール）で具体化することができると理解すべきである。好ましくは、ポペット弁１８４は、自然に閉鎖状態を保つバネ式アセンブリである。ポペット弁は、本質的に２状態の装置であるため、減圧ポート構造は、単独減圧動作を必要とする設計で使用することができる。図４を参照すると、減圧ポート１８０は、ピストン端面６１および６３のＴＤＣ位置間に来るように配置される開口部１８３を有する圧縮放出通路１８２を含む。ポペット弁１８４は、圧縮放出通路１８２に据えられる。ポペット弁１８４の弁座は、燃焼量を最小限に維持するためにシリンダ穴のできるだけ近傍に配置される。ポペット弁１８４は、機械的駆動、油圧的駆動、電気的駆動、またはカム駆動アクチュエータ１８６によって通路開口部１８３を開放または閉鎖するように作動される。たとえば、ポペット弁は、機関制御ユニット（ＥＣＵ）の制御下で高速ソレノイドによって電気機械的に始動させることができる。
【００２３】
図４に示される構造では、弁１８４は、シリンダと排気路１６２につながる出口通路１８７との流体連通を制御する。弁１８４が開放されると、圧縮空気がシリンダ５０から出口路１８７を通って排気路へと放出される。最初の用途では、圧縮放出通路の開口部１８３は、シリンダの長手方向中心またはその近傍、好ましくはピストン端面６１および６３のＴＤＣ位置間に来るように配置される。
【００２４】
対向ピストン機関の圧縮放出動作：図５Ａおよび図５Ｂは、１つまたはそれ以上の減圧ポート搭載シリンダを含む対向ピストン機関に関するシリンダ圧対クランク角の図であり、図５Ａでは、減圧ポートが閉鎖されていて、該機関は、シリンダ内のピストンが完全な行程サイクルを経て、それぞれがクランク軸の回転を履行させる通常動作を発揮している。これに関し、排気ポートが閉鎖されていると、給気は、吸気／圧縮行程中に何らかの初期圧力Ｐｏで吸気ポートを通じてシリンダに入る。吸気ポートが閉鎖すれば、給気はピストン端面間で圧縮され、ピストンがＴＤＣに向かって移動するにつれ加速する速度で圧力が上昇する。ＴＤＣ辺りで、燃料がシリンダに噴射される。圧力（ｘ）で、圧縮空気の温度が燃焼を開始させる。燃焼により圧力は急激に増大して、ピストンがＴＤＣを通過する際にピークに達し、その後は動力／排気行程中、ピストンがＢＤＣに近づくにつれ低下する速度で減少する。サイクルは、クランク軸の次の回転を経て繰り返される。
【００２５】
図５Ｂでは、減圧ポート弁が吸気／圧縮行程中に閉鎖され、燃料がシリンダに供給されず、ＥＧＲ弁が閉鎖されており、ピストンがＴＤＣに向かって移動するにつれ加速する速度で圧力が上昇する。ピストンがＴＤＣまたはその近傍に到達すると、弁が、燃焼室と排気路間の連通を提供する開放状態へと始動されて、その後閉鎖される。たとえば、弁を、ＴＤＣ前では−１０°ＣＡ（クランク角）で開放状態に設定し、ＴＤＣでは＋３０°ＣＡで閉鎖状態に設定することができる。最大の制動を得るために排気ポートが開放されるまで、弁をより長く開放させておくことができる。減圧ポートが開放状態にある間、燃焼室内の圧縮空気は、排気路に流れ込み、燃焼室から相当量の圧縮空気を排出する。ピストンがシリンダ内の圧力低減にともない、それぞれの下死点位置へと移動すると、ピストンから取り出される膨張ワーク（図５ＢのＢＡ）は、ピストンをそれぞれのＴＤＣ位置へと移動させるのに消費される圧縮ワーク（図５ＢのＡＢ）よりも相当低い。ＢＤＣ前で、吸気ポートが開放され、シリンダは、再度、給気の流入により初期圧力Ｐｏへと加圧される。サイクルは、クランク軸の次の回転を経て繰り返される。
【００２６】
エンジンブレーキ以外の対向ピストン機関動作は、燃焼室から減圧ポートを通って圧縮空気を放出することによって支援される。たとえば、減圧ポートは、圧縮空気の放出によって機関の始動を向上させ、完全圧縮の回復と燃料噴射前に機関およびスーパーチャージャの高速化を実現するのに使用することができる。別の例では、減圧ポートを通って圧縮空気を放出することによって、機関停止中の機関の振動を緩和することができる。シリンダから圧縮空気を放出する単独の２状態弁を有する減圧ポートは、給気路および／または排気路へと放出される圧縮空気の分割のため、車両空気管理システム内の１つまたはそれ以上の追加弁と組み合わせても使用することができる。
【００２７】
代替構造：図６は、図３に示される機関などの対向ピストン機関のエンジンブレーキ用に圧縮空気を選択的に放出する減圧制御構造を概略的に示す。エンジンブレーキを達成する圧縮放出の複数の構造が図示されているが、これは限定的であることを意図しない。事実、広範な給気システム構造および／または設計の考慮事項に対応するようにその他の構造を設けることもできる。さらに、本図は、複数の圧縮放出構造を含むが、これは便宜上の問題である。事実、任意の１つまたはそれ以上の圧縮放出構造を使用することができる。各シリンダ５０は、シリンダの吸気ポートおよび排気ポートが閉鎖されている吸気／圧縮サイクル中の所定期間、シリンダから圧縮空気を放出するための２状態弁１８４を含む減圧ポート１８０を有する。この減圧制御構成は、各シリンダ５０と、吸気マニホルド１３０、排気マニホルド１２５、または圧縮空気アキュムレータ２００間の少なくとも３つのＥＣＵ制御路のうち任意の１つを支持する。アクチュエータ１８６は、ＥＣＵ１８８の制御下で、２状態弁１８４を作動させる。
【００２８】
経路１では、減圧ポート１８０からの圧縮空気が給気クーラ２１９の上流位置へダクトで送られて、エンタルピーを保持する。
【００２９】
経路２では、弁１８４を通じて放出された圧縮空気が図３および図４に示すように排気路１６２に直接送られる。吸気システムの選択、機関構成、および制動力要件の詳細に応じて、経路２での減圧ポートからの流は、図３に示すように排気マニホルド１２５またはタービン出口１１９に送ることができる。
【００３０】
経路３では、エンジンブレーキ中に放出される圧縮空気は、アキュムレータ２００に収集され、通常動作中、そこからアキュムレータ放出弁２０２を通じて給気路１６０に選択的に放出されるように、一方向逆止弁２０１を通過して流れて、燃料消費を向上させるためにスーパーチャージャによって実行される作業を補足することができる。アキュムレータ２００に収集される圧縮空気は、ブレーキや空気圧ハイブリッドなどの各種車両システムにも使用することができる。この場合、アキュムレータ放出弁２０２は、ＥＣＵ１８８によって制御され、ＥＣＵは、アキュムレータ２００の出力を給気路１６０と連通させる第１の状態、およびアキュムレータ出力を給気路から遮断する第２の状態に弁を設定する。いったんアキュムレータ２００が所定の圧力に達すれば、排気路１６２への通路は、たとえば、バイパス弁１８５を通じてゲート制御され、エンジンブレーキを提供し続けることができる。弁１８５は、ＥＣＵ１８８によって制御され、弁の出力を排気路１６２と連通させる第１の状態、および弁１８０の出力を給気路から遮断する第２の状態に弁１８５を設定する。別の動作では、いったんアキュムレータ２００が所定の圧力に達したら、バイパス弁１８５を通る流がエンジンブレーキを提供し続けつつ所望の給気入力圧が維持されるように弁２０２を調整することができる。バイパス弁１８５およびアキュムレータ放出弁２０２を制御する圧力設定点は、用途の要件に応じて電子的または機械的に制御することができる。アキュムレータ２００の出力からの別のルートでは、第２のクーラ（図示せず）を通過することができる。
【００３１】
圧縮放出エンジンブレーキについてポート付き対向機関構造を参照して説明しているが、この動作の各種側面は、本開示の精神を逸脱せずに、１つ、２つ、または３つ以上のクランク軸を有する対向ピストン機関にも適用することができると理解すべきである。さらに、対向ピストン機関は、任意のピストン統合方法を有するものであってもよい。さらに、この動作の各種側面は、シリンダが対向して、あるいは１つまたはそれ以上のクランク軸の片側に配置される対向ピストン機関に適用することができる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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