(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
調整可能で往復運動するピストンスリーブを有する内燃機関エンジンであって、
吸気ポート及び排気ポートを含むシリンダと、対向して回転する２本のクランクシャフトに対して往復運動可能に取り付けられる直線的に対向する２つのピストンと、前記クランクシャフトに対して平行に取り付けられ、前記クランクシャフトに対して移動可能な対向して回転する一対の偏心シャフトとを備え、前記クランクシャフトの各々が該クランクシャフトの端部に配置されるクランクシャフト歯車を含み、前記偏心シャフトの各々が該偏心シャフトの端部に配置される偏心シャフト歯車を含む、エンジンブロックと、
前記シリンダ内で前記ピストンの各々の周りで往復運動可能に取り付けられ、前記偏心シャフトのそれぞれに対して取り付けられ、前記吸気ポート又は前記排気ポートのいずれかと連通するスロット付きポートを有する、一対のピストンスリーブと、
前記ピストンスリーブのそれぞれに枢動可能に連結され、前記偏心シャフトのそれぞれに対して偏心回転可能である、一対のスリーブ連結器と、
対応するクランクシャフト及び偏心シャフトに対して垂直に配置され、一対の第２のクランクシャフト歯車及び一対の伸長部を備え、前記第２のクランクシャフト歯車が、各々の一方の端部に配置され、前記クランクシャフト歯車の各々と対応する第２のクランクシャフト歯車とは機械的に連結される、一対の第２のシャフトと、
対応する偏心シャフト歯車に対して直角に配置されて連結され、対応する前記第２のシャフトと整列される、一対の第２の偏心シャフト歯車と、
対応する第２のシャフトの周りでらせん運動可能であり、前記第２の偏心シャフト歯車のそれぞれに対して摺動可能な、一対の位相連結器と、
を備え、
前記位相連結器の前記第２のシャフトのそれぞれの周りのらせん運動は、往復運動する前記ピストンと前記ピストンスリーブとの間のタイミングの関係を変化させ、前記伸長部を介した前記クランクシャフトのそれぞれに対する前記偏心シャフトの各々の運動は、前記各ピストンスリーブの前記スロット付きポートと前記吸気ポート又は前記排気ポートのいずれかとの間のオーバーラップを変化させることを特徴とする内燃エンジン。
【請求項２】
前記各位相連結器は、少なくとも１つのらせん状スロットを含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記第２のシャフトの各々は、前記スロットの各々に配置される少なくとも１つの突起を含む、請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記突起の各々は、前記スロットのそれぞれに対して摺動可能である、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記各位相連結器は、前記第２のシャフトのそれぞれに対して垂直に配置される円板を含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項６】
前記円板は、前記位相連結器に対して固定される、請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記円板は、前記位相連結器に対して回転可能に取り付けられる、請求項５に記載のエンジン。
【請求項８】
前記円板の各々と関連して、前記エンジンブロックに対して摺動可能に固定される円板係合部を含み、前記円板係合部の各々は、前記第２のシャフトと平行な動きに関して摺動可能に制御できる、請求項５に記載のエンジン。
【請求項９】
前記円板係合部の各々の動きは、往復運動する前記ピストンと前記ピストンスリーブとの間のタイミングの関係を制御する、請求項８に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記第２の偏心シャフト歯車及び前記位相連結器の各々は、少なくとも１つの細長い歯を有する、請求項９に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記各スリーブ連結器は、クランクシャフト開口を備え、対応するクランクシャフトは、前記偏心シャフト、前記クランクシャフト、及び前記シリンダが共通平面内で整列されるように、前記クランクシャフト開口内に位置決めされる、請求項１０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、全体的には内燃エンジンに関する。本発明は、詳細には往復運動するポート付きピストンスリーブと、共通のシリンダ内に配置される対向ピストンとを備える、改善された２サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第３，０８４，６７８号には、対向ピストン及び往復式スリーブを有し、エンジンのポート特性を変更するようになった前述の形式の内燃エンジンが開示されている。‘６７８特許の開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれている。‘６７８特許のエンジンは、各ピストンの周りで往復運動するスリーブを有する対向ピストンを備え、関連のあるピストン及びスリーブは、同じクランク軸に連結される。この構成では効率及び出力を最大化するためにピストンに対するスリーブのタイミングを調整することはできない。従って、‘６７８特許に基づいてエンジンを構成すると、往復式スリーブの動作タイミングは、関連するピストンの動作に対して固定される。
【０００３】
米国特許第７，２３４，４２３号には、クランク軸とは独立した別個の軸に連結される往復式スリーブを有する前述の形式の改善された内燃エンジンが開示されている。‘４２３特許の開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれている。‘４２３特許のエンジンは、追加の軸により、ピストンクランク軸の動作に対する往復式スリーブ軸の動作タイミングを進めること又は遅らせることができる。しかしながら、‘４２３特許は、追加の軸を使用することなくタイミングを進める又は遅らせる方法を教示していない。更に、‘４２３特許では、吸気ポート／排気ポートと往復式スリーブ軸のポート付きスロットとの間のオーバーラップ量を増減することは依然として不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３，０８４，６７８号公報
【特許文献２】米国特許第７，２３４，４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、第２の軸を使用することなく、ピストンとピストンスリーブとの間のタイミングを調整することができる、類似のエンジン設計に対するニーズがある。更に、吸気ポート／排気ポートと往復式スリーブ軸のポート付きスロットとの間のオーバーラップ量を制御することができる、類似のエンジン設計に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述のニーズを満たすと共に他の関連の利点をもたらすものである。
本発明の内燃エンジンの例示的な実施形態は、吸気ポート及び排気ポートを有するシリンダを含むエンジンブロックを備える。直線的に対向する２つのピストンは、２つの対向するクランク軸に対して往復運動可能に取り付けられる。一対のピストンスリーブは、シリンダ内で各ピストンの周りで往復運動可能に取り付けられ、それぞれのクランク軸に対して連結される。各ピストンスリーブは、吸気ポート又は排気ポートのいずれかと連通するスロット付きポートを含む。
【０００７】
一対のスリーブ連結器は、それぞれのピストンスリーブへ枢動可能に連結され、それぞれのクランク軸に対して偏心回転可能である。一対の偏心インサートは、各々が内周面の開口から同心的にオフセットした外周面を有する。各内周面開口は、それぞれのクランク軸の周りで枢動可能である。各外周面は、それぞれのスリーブ連結器に対して回転可能である。
【０００８】
一対の位相連結器は、それぞれのクランク軸の周りでらせん運動可能である。また、位相連結器は、それぞれの偏心インサートに対して枢動可能に固定されて摺動可能である。位相連結器のそれぞれのクランク軸の周りのらせん運動は、往復運動するピストンとピストンスリーブとの間のタイミングの関係を変える。
【０００９】
各位相連結器は、らせん状又は直線状スロットに起因してらせん運動でもって移動し、各クランク軸は、各スロット内に配置される少なくとも１つの突起を含む。各突起は、それぞれのスロットに対して摺動可能である。また、各位相連結器は、それぞれのクランク軸に対して垂直に配置される、固定された円板又は回転可能に取り付けられた円板を備えることができる。円板係合部は、各円板と関連することができ、エンジンブロックに対して摺動可能に固定することができる。各円板係合部は、クランク軸に平行な動きに関して摺動可能に制御できる。各円板係合部の移動は、往復運動するピストンとピストンスリーブとの間のタイミングの関係を制御する。更に、偏心インサート及び位相連結器の各々は、少なくとも１つの細長い歯を備える。
【００１０】
別の例示的な実施形態において、内燃エンジンは、吸気ポート及び排気ポートを有するシリンダと、対向して回転する２本のクランク軸に対して往復運動可能に取り付けられて直線的に対向する２つのピストンと、クランク軸と平行に取り付けられ、対向して回転する一対の偏心軸とを含むエンジンブロックを備える。一対のピストンスリーブは、シリンダ内で各ピストンの周りで往復運動可能に取り付けられると共に、それぞれの偏心軸に対して取り付けられる。各ピストンスリーブは、吸気ポート又は排気ポートのいずれかに連通するスロット付きポートを有することができる。
【００１１】
一対のスリーブ連結器は、それぞれのピストンスリーブへ枢動可能に連結され、それぞれの偏心軸に対して偏心回転可能である。クランク軸歯車は、各クランク軸の端部に配置され、偏心軸歯車は、各偏心軸の端部に配置される。クランク軸歯車と偏心軸歯車とを結合する手段は、チェーン、ベルト、又は歯車等の多数のデバイスとすることができる。
【００１２】
一対の位相連結器は、それぞれの偏心軸の周りでらせん運動可能である。また、位相連結器は、それぞれの偏心軸歯車に対して枢動可能に固定されて摺動可能である。位相連結器のそれぞれの偏心軸の周りのらせん運動は、往復運動するピストンとピストンスリーブとの間のタイミングの関係を変える。
【００１３】
各位相連結器は、らせん状又は直線状のスロットに起因してらせん運動でもって移動し、各偏心軸は、各スロット内に配置される少なくとも１つの突起を含む。各突起は、そのそれぞれのスロットに対して摺動可能である。また、各位相連結器は、それぞれの偏心軸に対して垂直に配置される、固定された円板又は回転可能に取り付けられた円板を備えることができる。円板係合部は、各円板と関連することができ、エンジンブロックに対して摺動可能に固定することができる。各円板係合部は、クランク軸及び偏心軸と平行な動きに関して摺動可能に制御できる。各円板係合部の移動は、往復運動するピストンとピストンスリーブとの間のタイミングの関係を制御する。更に、偏心軸歯車及び位相連結器の各々は、少なくとも１つの細長い歯を備えることができる。更に、各スリーブ連結器は、クランク軸開口を備え、対応するクランク軸は、偏心軸、クランク軸、及びシリンダが共通平面内で整列するように、クランク軸開口内に位置決めされる。別の実施形態において、偏心軸は、クランク軸及びシリンダと共通平面内で整列しなくてもよい。従って、スリーブ連結器及びクランク軸開口は、オフセットした偏心軸を助けるために相応に変更されることになる。
【００１４】
更に別の実施形態では、内燃エンジンは、吸気ポート及び排気ポートを有するシリンダと、対向して回転する２本のクランク軸に対して往復運動可能に取り付けられて直線的に対向する２つのピストンと、クランク軸に平行に取り付けられ、クランク軸に対して移動可能な対向して回転する一対の偏心軸とを含むエンジンブロックを備える。一対のピストンスリーブは、シリンダ内で各ピストンの周りで往復運動可能に取り付けられると共に、それぞれの偏心軸に対して取り付けられる。各ピストンスリーブは、吸気ポート又は排気ポートのいずれかと連通するスロット付きポートを有することができる。
【００１５】
一対のスリーブ連結器は、それぞれのピストンスリーブへ枢動可能に連結され、それぞれの偏心軸に対して偏心回転可能である。クランク軸歯車は、各クランク軸の端部に配置され、偏心軸歯車は、各偏心軸の端部に配置される。クランク軸歯車と偏心軸歯車とを結合する手段は、チェーン、ベルト、又は歯車等の多数のデバイスとすることができる。偏心軸のクランク軸に対する移動は、各ピストンスリーブのスロット付きポートと吸気ポート又は排気ポートのいずれかとの間のオーバーラップを変える。更に、少なくとも１つのアイドルギヤは、チェーンの非駆動側に配置することができ、余分なチェーンの緩みを吸収することができる。更に、各スリーブ連結器は、クランク軸開口を備えることができ、対応するクランク軸は、偏心軸、クランク軸、及びシリンダが共通平面内で整列するように、クランク軸開口内に位置決めされる。
【００１６】
更に別の実施形態では、内燃エンジンは、吸気ポート及び排気ポートを有するシリンダと、対向して回転する２本のクランク軸に対して往復運動可能に取り付けられて直線的に対向する２つのピストンと、クランク軸に平行に取り付けられ、クランク軸に対して移動可能な対向して回転する一対の偏心軸とを備えるエンジンブロックを含む。一対のピストンスリーブは、シリンダ内で各ピストンの周りに往復運動可能に取り付けられると共に、それぞれの偏心軸に対して取り付けられる。各ピストンスリーブは、吸気ポート又は排気ポートのいずれかと連通するスロット付きポートを有する。
【００１７】
一対のスリーブ連結器は、それぞれのピストンスリーブへ枢動可能に連結され、それぞれの偏心軸に対して偏心回転可能である。クランク軸歯車は、各クランク軸の端部に配置され、偏心軸歯車は、各偏心軸の端部に配置される。クランク軸歯車と偏心軸歯車とを結合する手段は、チェーン、ベルト、又は歯車等の多数のデバイスとすることができる。
【００１８】
一対の位相連結器は、それぞれの偏心軸の周りでらせん運動可能である。また、位相連結器は、それぞれの偏心軸歯車に対して枢動可能に固定されて摺動可能である。位相連結器のそれぞれの偏心軸の周りのらせん運動は、往復運動するピストンとピストンスリーブとの間のタイミングの関係を変える。偏心軸のクランク軸に対する移動は、各ピストンスリーブのスロット付きポートと吸気ポート又は排気ポートのいずれかとの間のオーバーラップを変える。
【００１９】
各位相連結器はらせん状スロットを含むことができ、各偏心軸は各スロット内に配置される少なくとも１つの突起を含む。各突起は、それぞれのスロットに対して摺動可能である。各位相連結器は、それぞれの偏心軸に対して垂直に配置される、固定された円板又は回転可能に取り付けられた円板を含む。
【００２０】
円板係合部は、各円板と関連することができ、エンジンブロックに対して摺動可能に固定することができる。各円板係合部は、クランク軸及び偏心軸と平行な動きに関して摺動可能に制御することができる。各円板係合部の移動は、往復運動するピストンとピストンスリーブとの間のタイミングの関係を制御する。更に、各偏心軸歯車及び位相連結器は、１つ又はそれ以上の細長い歯を含むことができる。例示的な実施形態では、細長い歯は、複数の矩形状の細長い歯を備えることができる。更に、クランク軸歯車と偏心軸歯車とを結合する手段は、チェーン、ベルト、又は歯車等の多数のデバイスとすることができる。また、少なくとも１つのアイドルギヤは、チェーン又はベルトの非駆動側に配置することができ、余分なチェーン又はベルトの緩みを吸収することができる。更に、各スリーブ連結器は、クランク軸開口を備えることができ、対応するクランク軸は、偏心軸、クランク軸、及びシリンダが共通平面内で整列するように、クランク軸開口内に位置決めされる。
【００２１】
更に別の実施形態において、内燃エンジンは、吸気ポートと排気ポートを有するシリンダと、対向して回転する２本のクランク軸に対して往復運動可能に取り付けられて直線的に対向する２つのピストンと、クランク軸と平行に取り付けられ、クランク軸に対して移動可能な対向して回転する一対の偏心軸とを含む位エンジンブロックを備える。各クランク軸は、該クランク軸の端部に配置されるクランク軸歯車を含み、各偏心軸は、該偏心軸の端部に配置される偏心軸歯車を含む。
【００２２】
一対のピストンスリーブは、シリンダ内で各ピストンの周りに往復運動可能に取り付けられ、それぞれの偏心軸に対して取り付けられる。各ピストンスリーブは、吸気ポート又は排気ポートのいずれかと連通するスロット付きポートを有する。一対のスリーブ連結器は、それぞれのピストンスリーブへ枢動可能に連結され、それぞれの偏心軸に対して偏心回転可能である。
【００２３】
一対の第２の軸は、対応するクランク軸及び偏心軸に対して垂直に配置される。第２の軸は、一対の第２のクランク軸歯車と、一対の伸長部とを備える。第２のクランク軸歯車は、各第２の軸の一端に配置され、各クランク軸歯車と対応する第２のクランク軸歯車とは機械的に結合される。一対の第２の偏心軸歯車は、対応する偏心軸歯車に対して垂直に配置されてこれに結合され、対応する第２の軸と整列している。
【００２４】
一対の位相連結器は、それぞれの第２の軸の周りでらせん運動可能である。位相連結器は、それぞれの第２の偏心軸歯車に対して枢動可能に固定されて摺動可能であり、位相連結器のそれぞれの第２の軸の周りの運動は、往復運動するピストンとピストンスリーブとの間のタイミングの関係を変化させ、伸長部を介した各偏心軸のそれぞれのクランク軸に対する移動は、各ピストンスリーブのスロット付きポートと吸気ポート又は排気ポートのいずれかとの間のオーバーラップを変える。
【００２５】
各位相連結器は、少なくとも１つのらせん状スロットを含むことができる。各第２の軸は、各スロット内に配置される少なくとも１つの突起を含むことができ、各突起は、それぞれのスロットに対して摺動可能である。各位相連結器は、それぞれの第２の軸に対して垂直に配置される、固定された円板又は回転可能に取り付けられた円板を含むことができる。円板係合部は、各円板と関連することができ、エンジンブロックに対して摺動可能に固定され、各円板係合部は、第２の軸と平行な動きに関して摺動可能に制御することができる。各円板係合部の移動が、往復運動するピストンとピストンスリーブとの間のタイミングの関係を制御する。更に、各第２の偏心軸歯車及び位相連結器は、１つ又はそれ以上の細長い歯を含む。更に、各スリーブ連結器はクランク軸開口を備えることができ、対応するクランク軸は、偏心軸、クランク軸、及びシリンダが共通平面内で整列するように、クランク軸開口内に位置決めされる。
【００２６】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面と併せて例示的に本発明の原理を示す以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を具体化する例示的な内燃エンジンの斜視図である。
【図２】図１のエンジンの平面図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態の側面図であり、内部の構成部品が見えるようにエンジンブロックが取り除かれている。
【図４】ライン４−４で切り出した図３の構造の拡大図である。
【図５】図３の構造における例示的な位相連結器の側面図である。
【図６】図３の構造における例示的なクランク軸の側面図である。
【図７】図３の構造における例示的なスリーブ連結器の斜視図である。
【図８】図３の構造における例示的な偏心インサートの正面図である。
【図９】図８の例示的な偏心インサートの側面図である。
【図１０】図８の例示的な偏心インサートの斜視図である。
【図１１】本発明の円板係合部に関する実施形態の部分側面図である。
【図１２】本発明の円板係合部に関する別の実施形態の部分側面図である。
【図１３】本発明の円板係合部に関する別の実施形態の部分側面図である。
【図１４】例示的な位相連結器の斜視図である。
【図１５】別の例示的な位相連結器の斜視図である。
【図１６】別の例示的な位相連結器の斜視図である。
【図１７】別の例示的な位相連結器の斜視図である。
【図１８】本発明の例示的な実施形態の部分側面図であり、内部の構成部品が見えるようにエンジンブロックが取り除かれている。
【図１９】図１８の構造の例示的な偏心軸の側面図である。
【図２０】本発明の例示的な実施形態の部分側面図であり、内部の構成部品が見えるようにエンジンブロックが取り除かれている。
【図２１】図２０の構造の例示的な結合手段の側面図である。
【図２２】図２０の構造の別の例示的な結合手段の側面図である。
【図２３】本発明の例示的な実施形態の部分側面図であり、内部の構成部品が見えるようにエンジンブロックが取り除かれている。
【図２４】本発明の例示的な実施形態の部分側面図であり、内部の構成部品が見えるようにエンジンブロックが取り除かれている。
【図２５】例示的なスリーブ連結器の側面図である。
【図２６】例示的なスリーブ連結器の別の側面図である。
【図２７】ピストン移動及びピストンスリーブ移動のベースライン図である。
【図２８】図２７と同様の図であり、ピストンスリーブに対するピストンの位相シフトを示す。
【図２９】図２７の同様の図であり、各ピストンスリーブのスロット付きポートと吸気ポート又は排気ポートのいずれかとの間のオーバーラップの変化を示す。
【図３０】図２７と同様の図であり、ピストンスリーブに対するピストンの位相シフト、及び各ピストンスリーブのスロット付きポートと吸気ポート又は排気ポートのいずれかとの間のオーバーラップの変化を示す。
【図３１】位相連結器の別の例示的な実施形態の側面図である。
【図３２】逆位相連結器の例示的な実施形態の側面図である。
【図３３】逆位相連結器の別の例示的な実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
説明目的で図面に示されるように、本発明では、内燃エンジンは全体として参照番号１０で示される。本明細書では、往復運動するピストンとピストンスリーブとの間のタイミングを変化させるための、及びクランク軸に対する偏心軸の動きを変化させて、ピストンスリーブのスロット付きポートと吸気ポート又は排気ポートのいずれかとの間のオーバーラップを変化させるための、内燃エンジン１０の多くの実施形態が教示される。以下の詳細な説明は、１つ又は多数のシリンダを有する２サイクルで対向ピストン式のエンジン１０を説明するが、本発明の原理は、任意数のシリンダを有する２サイクル又は４サイクルエンジンにも適用可能である。
【００２９】
図１及び図２に示すように、エンジン１０は、典型的には、平板材料又は鋳物鋳造で作られた箱形エンジンブロック１２を有する。エンジン１０は、横向きの水平方向又は縦向きの直立方向に配置されるように設計できる。エンジン１０は、使用するピストンの数、及び各ピストン／ピストン室の容積に関して拡大縮小可能である。
【００３０】
図２は、両側部が同一で互いに鏡像関係とすることができるので、エンジンブロック１２の最上部又は最下部のいずれかと見なすことができる。４気筒エンジン１０において、シリンダ１４は、エンジンブロック１２の上面に、直列の４つの吸気ポート１６及び４つの排気ポート１８を有する。エンジンブロック１２の中心部において、直列の吸気ポート１６と排気ポート１８との間には、各シリンダ１４における燃料噴射弁２０及び点火プラグ２２に関するアクセスポイントがある。
【００３１】
吸気ポート１６及び排気ポート１８の各ペアは、シリンダ１４の１つと連通する。点火プラグ２２及び燃料噴射弁２０は、エンジンブロック１２の最上部及び最下部（又は左右方向）の両方に関し、噴射された燃料がシリンダ１４の内部で火花スパークと交わるような角度に構成することができる。好ましい実施形態では、点火プラグ２２及び燃料噴射弁２０は、燃料噴射弁２０及びプラグ２２をエンジンブロック１２の反対側に配置して、平行かつ反対位置に設けることができる。この構成では、エンジンブロック１２の最上部から噴射された燃料は、エンジンブロック１２の最下部の点火プラグ２２からの火花と交わる。同様に、エンジンブロック１２の最下部から噴射された燃料は、エンジンブロック１２の最上部の点火プラグ２２からの火花と交わる。この構成は、燃焼がシリンダ１４の全体に均等に分散するので、エンジン１０性能が向上する。
【００３２】
図３から図１７に示すように、本発明の内燃エンジン１０の第１の実施形態は、吸気ポート１６及び排気ポート１８を有するシリンダ１４を含むエンジンブロック１２を備える。直線的に対向する２つのピストン２４は、対向する２本のクランク軸２６に対して往復運動可能に取り付けられる。一対のピストンスリーブ２８は、シリンダ１４内で各ピストン２４の周りに往復運動可能に取り付けられ、それぞれのクランク軸２６に対して連結される。各ピストンスリーブ２８は、吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかと連通するスロット付きポート３０を含む。スロット付きポート３０は、吸気口１６又は排気口１８のいずれかと一致する（又は一致しない）ように形成される。当業者であれば、多数の異なるポート構造及び開口部デザインを実施することができ、本開示は、本明細書に図示及び教示された特定の形態に限定されない。
【００３３】
一方のクランク軸２６の他方のクランク軸２６に対する回転は、特定のレイアウト及び所望の回転方向に応じて、同じ方向又は逆方向とすることができる。更に、現在の自動車のエンジンデザインで一般に実施されるように、装備品はクランク軸２６の一方又は両方から駆動することができる。
【００３４】
一対のスリーブ連結器３２は、それぞれのピストンスリーブ２８に枢動可能に連結され、それぞれのクランク軸２６に対して偏心回転可能である。スリーブ連結器３２の偏心回転により、ピストンスリーブ２８は、空気が吸気ポート１６及び排気ポート１８からピストンスリーブ２８のスロット付きポート３０を通過することを許容又は阻止するように、繰り返し上げ下げする。図７は、例示的なスリーブ連結器３２を示す。本質的に、この構造は、今日広く一般に使用される典型的なプッシュロッド式エンジンの円形バルブと同様に機能する。一対の偏心インサート３４の各々は、内周面開口３８の中心軸からオフセットした外周面３６を有する。例示的な偏心インサート３４は、図８から図１０に示される。次に、スリーブ連結器３２の上げ下げを引き起こすのは、２つの面３６と面３８との間のオフセットである。各内周面開口３８は、それぞれクランク軸２６の周りで枢動可能である。内周面開口３８とクランク軸２６との間の枢動可能な特性は、ピストン２４とピストンスリーブ２８との間のタイミングの変更を可能にする。また、各外周面３６は、それぞれのスリーブ連結器３２に対して回転可能である。
【００３５】
図１１に最良に示されるように、一対の位相連結器４０は、それぞれクランク軸２６の周りでらせん運動可能である。また、位相連結器４０は、それぞれの偏心インサート３４に対して、枢動可能に固定されて摺動可能である。位相連結器４０のそれぞれのクランク軸２６の周りのらせん運動は、往復運動するピストン２４とピストンスリーブ２８との間のタイミングの関係を変える。位相連結器４０がらせん方向に移動すると、クランク軸２６に対する位相連結器の角度は必然的に変わる。相対角度が変わると、クランク軸２６に対する偏心インサート３４の角度が変わる。
【００３６】
ここで、図１４から図１７を参照すると、各位相連結器４０は、らせん状スロット４２を含み、各クランク軸２６は、各スロット４２に配置される少なくとも１つの突起４４を含む。また、らせん状スロット４２は、湾曲部又は弓形アーチとして説明される。ここで図６を参照すると、突起４４は、クランク軸２６に対して固定された隆起特徴部である。突起４４は、クランク軸２６の一部として機械加工すること、又は所定位置に固定されるように別途追加することができる。各突起４４は、それぞれのスロット４２に対して摺動可能である。位相連結器４０が回転してらせん状スロット４２の形状で案内されるらせん運動で平行移動する間に、突起４４及びクランク軸２６を静止したままとして考えると理解が容易になる。
【００３７】
また、各位相連結器４０は、それぞれクランク軸２６に対して垂直に配置される、固定された円板又は回転可能に取り付けられた円板４６を備えることができる。円板４６は、単一部品として、位相連結器４０の残部と一緒に機械加工することができる。もしくは、円板４６は、軸受結合部を介して位相連結器４０へ回転可能に取り付けることができる。図１４は、単一ピースの材料から機械加工された位相連結器４０を示す。図１５及び図１６は、円板４６を位相連結器４０とは別体で機械加工し、その後に押し込む又は取り付ける方法を示す。図１７は例示的な位相連結器４０の別の変形例であり、円板４６は、軸受結合部を備える。軸受結合部により、円板４６と円板係合部４８との間に全体的に低い摩擦抵抗が可能になる。
【００３８】
円板係合部４８は、各円板４６と関連することができ、エンジンブロック１２に対して摺動可能に固定することができる。各円板係合部４８は、クランク軸２６と平行な動きに関して摺動可能に制御することができる。円板係合部４８は、回転する円板４６へ伝達することになる並進運動を可能にするデバイスである。円板４６が回転する場合、円板係合部４８は、円板４６を回転できる状態で一方向又は他方向に押すことができるように、円板４６を保持できるように設計される。もしくは、軸受を使用して円板４６を位相連結器４０に回転可能に取り付ける場合、各円板係合部４８と円板４６との間に固定連結部を形成することができる。また、共通ロッド５０が設けられており、全ての円板係合部４８が一緒に移動するように連結することができる。前述のように、各円板係合部４８の移動は、往復運動するピストン２４とピストンスリーブ２８との間のタイミングの関係を制御する。
【００３９】
図１２及び図１３に示すように、位相連結器４０の移動を制御する他の例示的な実施形態を考えることができる。例えば、図１２は、スロット５１を有する円板４９を示し、スロット５１は半径が減少する。円板４９が回転する場合、ロッド５０は所望の方法で移動される。図１３はさらに別の実施形態を示し、円板４９は追加のロッド５３へ取り付けられる。ロッド５０及び追加ロッド５３は、電気的、油圧的、機械的に制御すること又はコンピュータ制御することができる。ロッド５０及びロッド５３は、本明細書に示す全ての例示的な実施形態と一緒に使用することができる。例えば、図１２及び図１３の実施形態は、図１１の円板係合部を制御するために適用できる。当業者であれば理解できるように、多数のデバイス及び技術で位相連結器４０を制御することができ、本開示は、本明細書に記載された通りの形態に限定されるものではない。
【００４０】
位相連結器４０がらせん運動で移動する際に、偏心インサート３４との間の距離は変化する。これにより偏心インサート３４と位相連結器４０との間で摺動可能な結合手段が必要となる。１つの解決策は、細長い歯５２の構造体を使用することであり、並進を許容しながら回転運動が伝達される。図３に示すように、各歯５２は、偏心インサート３４及び位相連結器４０の両方に配置され、両者はかみ合っている。例示的な実施形態では、歯５２は矩形状である。両者には少なくとも１つの歯を使用することができるが、別の方法として複数の歯５２を使用することもできる。当業者であれば理解して実施することができるように、多数の摺動可能な結合手段が可能であり、本開示は、本明細書に記載された通りの形態に限定されるものではない。
【００４１】
図１８及び図１９に示される本発明の他の実施形態では、内燃エンジン１０は、吸気ポート１６及び排気ポート１８を有するシリンダ１４と、対向して回転する２本のクランク軸２６に対して往復運動可能に取り付けられて直線的に対向する２つのピストン２４と、クランク軸２６に平行に取り付けられ、対向して回転する一対の偏心軸５４とを含むエンジンブロック１２を備える。一対のピストンスリーブ２８は、シリンダ１４内で各ピストン２４の周りで往復運動可能に取り付けられ、それぞれの偏心軸５４に対して取り付けられる。各ピストンスリーブ２８は、吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかと連通するスロット付きポート３０を有することができる。
【００４２】
一対のスリーブ連結器３２は、それぞれのピストンスリーブ２８へ枢動可能に取り付けられ、それぞれの偏心軸５４に対して偏心回転可能である。クランク軸歯車５６は、各クランク軸２６の端部に配置され、偏心軸歯車５８は、各偏心軸５４の端部に配置される。クランク軸歯車５６と偏心軸歯車５８とを結合する手段は、チェーン６０、ベルト６２、又は歯車６４等の多数のデバイスとすることができる。
【００４３】
一対の位相連結器４０は、それぞれの偏心軸５４の周りでらせん運動可能である。また、位相連結器４０は、それぞれの偏心軸歯車５８に対して、枢動可能に固定されて摺動可能である。位相連結器４０のそれぞれの偏心軸５４の周りのらせん運動は、往復運動するピストン２４とピストンスリーブ２８との間のタイミングの関係を変える。
【００４４】
各位相連結器４０は、らせん状スロット４２を含み、各偏心軸５４は、各スロット４２に配置される少なくとも１つの突起４４を含む。各突起４４は、それぞれのスロット４２に対して摺動可能である。各位相連結器４０は、それぞれ偏心軸５４に対して垂直に配置される、固定された円板又は回転可能に取り付けられた円板４６を含むことができる。円板係合部４８は、各円板４６に関連することができ、エンジンブロック１２に対して摺動可能に固定することができる。各円板係合部４８は、クランク軸２６及び偏心軸５４と平行な動きに関して摺動可能に制御することができる。各円板係合部４８の移動は、往復運動するピストン２４とピストンスリーブ２８との間のタイミングの関係を制御する。更に、各偏心軸歯車５８及び位相連結器４０は、少なくとも１つの細長い歯５２を含むことができる。更に、各スリーブ連結器３２は、クランク軸開口６６を更に備えることができ、対応するクランク軸２６は、偏心軸５４、クランク軸２６、及びシリンダ１４が共通平面内で整列するように、クランク軸開口６６内に配置される。図１９は、本実施形態のスリーブ連結器３２を往復方式で移動させる偏心的にオフセットした円形カム５９を備える偏心軸５４を示す。
【００４５】
図２０から図２２に示される更に別の例示的な実施形態において、内燃エンジン１０は、吸気ポート１６及び排気ポート１８を有するシリンダ１４と、対向して回転する２本のクランク軸２６に対して往復運動可能に取り付けられて直線的に対向する２つのピストン２４と、クランク軸２６と平行に取り付けられ、クランク軸２６に対して移動可能な対向して回転する一対の偏心軸５４とを含むエンジンブロック１２を備える。一対のピストンスリーブ２８は、シリンダ１４内で各ピストン２４の周りで往復運動可能に取り付けられ、それぞれの偏心軸５４に対して取り付けられる。各ピストンスリーブ２８は、吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかと連通するスロット付きポート３０を有することができる。
【００４６】
一対のスリーブ連結器３２は、それぞれのピストンスリーブ２８へ枢動可能に連結され、それぞれの偏心軸５４に対して偏心回転可能である。クランク軸歯車５６は、各クランク軸２６の端部に配置され、偏心軸歯車５８は、各偏心軸５４の端部に配置される。クランク軸歯車５６と偏心軸歯車５８とを結合する手段は、チェーン６０、ベルト６２、又は歯車６４等の多数のデバイスとすることができる。クランク軸２６に対する偏心軸５４の移動は、各ピストンスリーブのスロット付きポート３０と吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかとの間のオーバーラップを変える。
【００４７】
図２１に示すように、少なくとも１つのアイドルギヤ６８は、チェーン６０の非駆動側に配置され、余分なチェーンの緩みを吸収することができる。図２２に示すように、伸長部７４は、クランク軸２６と偏心軸５４との間で、並進運動を可能にしながら回転力を伝達することができる。
【００４８】
偏心軸５４を利用する全ての実施形態において、スリーブ連結器３２は、種々の形状及びデザインとすることができる。例えば、図２５に示すように、各スリーブ連結器３２は、クランク軸開口６６を更に備えることができ、対応するクランク軸２６は、偏心軸５４、クランク軸２６、及びシリンダ１４が共通平面内で整列するように、クランク軸開口６６内に配置される。クランク軸２６、偏心軸５４、及びピストンスリーブ２８の整列は、並進力の優れた伝達を可能にする。物体が直接的な方法で最適に押し引きされるが、多くの部品がこのデザインを妨害する場合がある。偏心軸５４をピストンスリーブ２８と整列させる解決方法は、開口部６６を形成することである。図２６に示す更に別の実施形態では、スリーブ連結器３２は、更に別の部材６７に連結することができる。この実施形態では、スリーブ連結器３２は、前後にだけ摺動できるように拘束される。
【００４９】
図２３に示す更に別の例示的な実施形態において、内燃エンジン１０は、吸気ポート１６及び排気ポート１８を有するシリンダ１４と、対向して回転する２本のクランク軸２６に対して往復運動可能に取り付けられて直線的に対向する２つのピストン２４と、クランク軸２６と平行に取り付けられ、クランク軸に対して移動可能な対向して回転する一対の偏心軸５４とを備えるエンジンブロック１２と含む。一対のピストンスリーブ２８は、シリンダ１４内で各ピストン２４の周りに往復運動可能に取り付けられ、それぞれの偏心軸５４に対して取り付けられる。各ピストンスリーブ２８は、吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかと連通するスロット付きポート３０を有することができる。
【００５０】
一対のスリーブ連結器３２は、それぞれのピストンスリーブ２８へ枢動可能に連結され、それぞれの偏心軸５４に対して偏心回転可能である。クランク軸歯車５６は、各クランク軸２６の端部に配置され、偏心軸歯車５８は、各偏心軸５４の端部に配置される。クランク軸歯車５６と偏心軸歯車５８とを結合する手段は、チェーン６０、ベルト６２、又は歯車６４等の多数のデバイスとすることができる。
【００５１】
一対の位相連結器４０は、それぞれの偏心軸５４の周りでらせん運動可能である。また、位相連結器４０は、それぞれの偏心軸歯車５８に対して枢動可能に固定され、摺動可能である。位相連結器４０のそれぞれの偏心軸５４の周りのらせん運動は、往復運動するピストン２４とピストンスリーブ２８との間のタイミングの関係を変える。クランク軸２６に対する偏心軸５４の移動は、各ピストンスリーブ２８のスロット付きポート３０と吸気ポート１６又は排気ポート１８との間のオーバーラップを変化させる。
【００５２】
各位相連結器４０は、らせん状スロット４２を含むことができ、各偏心軸５４は、各スロット４２内に配置される少なくとも１つの突起４４を含むことができる。各突起４４は、それぞれのスロット４２に対して摺動可能である。各位相連結器４０は、それぞれの偏心軸５４に対して垂直に配置される、固定された円板又は回転可能に取り付けられた円板４６を含む。
【００５３】
円板係合部４８は、各円板４６と関連することができ、エンジンブロック１２に対して摺動可能に固定することができる。各円板係合部４８は、クランク軸２６及び偏心軸５４と平行な動きに関して摺動可能に制御できる。各円板係合部４８の動きは、往復運動するピストン２４とピストンスリーブ２８との間のタイミングの関係を制御する。更に、各偏心軸歯車５８及び位相連結器４０は、複数の細長い歯５２を含むことができる。更に、クランク軸歯車５６と偏心軸歯車５８とを結合する手段は、チェーン６０、ベルト６２、又は歯車６４を備えることができる。また、少なくとも１つのアイドルギヤ６８は、チェーン６０の非駆動側に配置され、余分なチェーンの緩みを吸収することができる。更に、各スリーブ連結器３２は、クランク軸開口６６を備えることができ、対応するクランク軸２６は、偏心軸５４、クランク軸２６、及びシリンダ１４が共通平面内で整列するように、クランク軸開口６６内に配置される。
【００５４】
図２４に示す更に別の例示的な実施形態において、内燃エンジン１０は、吸気ポート１６及び排気ポート１８を有するシリンダ１４と、対向して回転する２本のクランク軸２６に対して往復運動可能に取り付けられて直線的に対向する２つのピストン２４と、クランク軸２６と平行に取り付けられ、対向して回転する一対の偏心軸５４とを含むエンジンブロック１２を備える。各クランク軸２６は、該クランク軸２６の端部に配置されるクランク軸歯車５６を含む。また、各偏心軸５４は、該偏心軸５４の端部に配置される偏心軸歯車５８を含む。
【００５５】
一対のピストンスリーブ２８は、シリンダ１４内で各ピストン２４の周りで往復運動可能に取り付けられ、それぞれの偏心軸５４に対して取り付けられる。各ピストンスリーブ２８は、吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかと連通するスロット付きポート３０を有することができる。一対のスリーブ連結器３２は、それぞれのピストンスリーブ２８へ枢動可能に結合され、それぞれの偏心軸５４に対して偏心回転可能である。
【００５６】
一対の第２の軸７０は、対応するクランク軸２６及び偏心軸５４に対して垂直に配置される。第２の軸７０は、一対の第２のクランク軸歯車７２と、一対の伸長部７４とを備える。第２のクランク軸歯車７２は、各第２の軸７０の一端に配置され、各クランク軸歯車５６と対応する第２のクランク軸歯車７２とは機械的に結合される。一対の第２の偏心軸歯車７６は、対応する偏心軸歯車５８に対して垂直に配置されて結合されると共に、対応する第２の軸７０と整列される。
【００５７】
一対の位相連結器４０は、対応する第２の軸７０の周りでらせん運動可能である。位相連結器４０は、それぞれの第２の偏心軸歯車７６に対して枢動可能に固定されて摺動可能であり、それぞれの第２の軸７０の周りの位相連結器４０のらせん運動は、往復運動するピストン２４とピストンスリーブ２８との間のタイミングの関係を変化させ、伸長部７４を介した各偏心軸５４のそれぞれのクランク軸２６に対する移動は、各ピストンスリーブ２８のスロット付きポート３０と吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかとの間のオーバーラップを変える。
【００５８】
各位相連結器４０は、少なくとも１つのらせん状スロット４２を含むことができる。各第２の軸７０は、各スロット４２に配置される少なくとも１つの突起４４を含むことができ、各突起４４はそれぞれのスロット４２に対して摺動可能である。各位相連結器４０は、それぞれの第２の軸７０に対して垂直に配置される、固定された円板又は回転可能に取り付けられた円板４６を含むことができる。円板係合部４８は、各円板４６と関連することができ、エンジンブロック１２に対して摺動可能に固定され、各円板係合部４８は、第２の軸７０と平行な動きに関して摺動可能に制御できる。各円板係合部４８の移動は、往復運動するピストン２４とピストンスリーブ２８との間のタイミングの関係を制御する。更に、各第２の偏心軸歯車７６及び位相連結器４０は、少なくとも１つの細長い歯５２を含むことができる。更に、各スリーブ連結器３２は、クランク軸開口６６を備え、対応するクランク軸２６は、偏心軸５６、クランク軸２６及びシリンダ１４が共通平面内で整列されるようにクランク軸開口６６内に配置される。
【００５９】
図２７は、ピストンスリーブ移動８０と比較したピストン移動７８のベースライン図である。ｘ軸に沿ってクランク軸２６の完全な３６０度の回転がプロットされ、ピストン２４及びピストンスリーブ２８は、それぞれの位置で示される。断面領域８１は、スロット付きポート３０と吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかとの間のオーバーラップを表わす。
【００６０】
図２８は、図２７と同様の図であり、ピストンスリーブ移動８０の位相シフト８２を示す。ピストンスリーブ移動８０は右へシフトしており、オーバーラップ領域８１は図２７と比較して減少している。ピストン２４とピストンスリーブ２８との間の位相シフト８２の変化は、位相連結器４０を利用した様々な実施形態によって得られる。
【００６１】
図２９は、図２７と同様の図であり、各ピストンスリーブ２８のスロット付きポート３０と、吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかとの間のオーバーラップの変化を示す。偏心軸５４がクランク軸２６により近づく又は更に離れる実施形態では、オーバーラップシフト８４が発生する。従って、領域８１は、偏心軸５４がクランク軸２６へ近づくにつれて増大する。
【００６２】
図３０は、図２７と同様の図であり、位相シフト８２の結果とオーバーラップシフト８４の結果とを組み合わせたものである。本発明の本実施形態は、ピストンスリーブ２８に対するピストン２４の位相シフト８２、及び各ピストンスリーブ２８のスロット付きポート３０と吸気ポート１６又は排気ポート１８のいずれかとの間のオーバーラップの変化を示す。従って、領域８１は、図２７に示すベースラインから変更されている。 
【００６３】
図３１は、位相連結器４０の別の例示的な実施形態である。前述の実施形態のようにらせん状スロットを使用するのではなく、ここではスロット４２は直線／真っ直ぐであり、クランク軸２６の突起４４は、位相連結器４０に対して直進運動で摺動する。しかしながら、位相連結器４０及び偏心インサート３４上の細長い歯５２は斜めにカットされている。円板４６が左方又は右方の何れかに移動することで、位相連結器４０と偏心インサート３４との間の回転が変化する。この構成により、位相シフト８２は同様に制御可能である。当業者であれば、位相連結器４０及び偏心インサート３４の本実施形態は、前述の実施形態のいずれにも利用できることを理解できるはずである。
【００６４】
図３２は、位相連結器４０及び逆位相連結器８６の別の例示的な実施形態の側面図である。図３２では、単一のピストン２４が各側部に２つの位相連結器を備えており、一方は、前述の位相連結器４０であり、他方は、らせん状スロット４２が逆向きに配置された逆位相連結器８６である。らせん状スロット４２は、位相連結器４０及び逆位相連結器８６の両方が一緒に作動してピストンスリーブ２８を制御するように逆向きに配置される。クランク軸２６を追加支持する複数のベアリング８８を備える。当業者であれば、本実施形態を前述のいずれかの実施形態に適用できることを理解できるはずである。
【００６５】
図３３は、図３２と同様の逆位相連結器８６の別の例示的な実施形態の側面図である。図３２と比較して、円板４９が９０度だけ回転している。図示のように、円板４９の正確な位置は、クランク軸２６に対して大幅に変えることができる。当業者であれば、本実施形態を前述のいずれかの実施形態に適用できることを理解できるはずである。
【００６６】
いくつかの実施形態を例示目的で詳細に説明されるが、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の変形を行うことができる。従って、本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１０  内燃エンジン
１２  エンジンブロック
１４  シリンダ
１６  吸気ポート
１８  排気ポート
２４  ピストン
２６  クランク軸
２８  ピストンスリーブ
３０  スロット付きポート
３２  スリーブ連結器
３４  偏心インサート
４０  位相連結器
【図１】
0005863063.tif 000002
【図２】
0005863063.tif 000003
【図３】
0005863063.tif 000004
【図４】
0005863063.tif 000005
【図５】
0005863063.tif 000006
【図６】
0005863063.tif 000007
【図７】
0005863063.tif 000008
【図８】
0005863063.tif 000009
【図９】
0005863063.tif 000010
【図１０】
0005863063.tif 000011
【図１１】
0005863063.tif 000012
【図１２】
0005863063.tif 000013
【図１３】
0005863063.tif 000014
【図１４】
0005863063.tif 000015
【図１５】
0005863063.tif 000016
【図１６】
0005863063.tif 000017
【図１７】
0005863063.tif 000018
【図１８】
0005863063.tif 000019
【図１９】
0005863063.tif 000020
【図２０】
0005863063.tif 000021
【図２１】
0005863063.tif 000022
【図２２】
0005863063.tif 000023
【図２３】
0005863063.tif 000024
【図２４】
0005863063.tif 000025
【図２５】
0005863063.tif 000026
【図２６】
0005863063.tif 000027
【図２７】
0005863063.tif 000028
【図２８】
0005863063.tif 000029
【図２９】
0005863063.tif 000030
【図３０】
0005863063.tif 000031
【図３１】
0005863063.tif 000032
【図３２】
0005863063.tif 000033
【図３３】
0005863063.tif 000034