(57)【要約】  対向ピストンに関する前述の背景技術の有する各種問題点を解決するものである。【課題】【解決手段】  エンジンの機械応力から隔離された側部搭載クランクシャフト１４３０とシリンダとを装備した２サイクル式の対向ピストンエンジンは、個別的なシリンダ冷却と、ピストンクラウンの内面の対称的な冷却とを含む。各対向ピストン１１００はコンプライアンス部材を含んでいる。このコンプライアンス部材は、各対向ピスト１１００ンがシリンダのボアとの軸方向への整列を維持するために、ピストン内に搭載されている軸方向に中心決めされたロッドを移動できるようにする。エンジン動作中、上記シリンダのボア内にはピストンが内部配置される。ピストンを、ピストンとクランクシャフトの間に走行している接続ロッドに接続するために、ピストンの外部にはシングルリストピン１３４２が配置されている。【選択図】  図４Ａ
2009530531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの側部搭載型クランクシャフトと、少なくとも１対の対向ピストンとを含む対向ピストンエンジンであって、各ピストンは、前記ピストンの外部に設けられている接続ロッドとシングルリストピンとによって、前記２つのクランクシャフトに接続されている、対向ピストンエンジン。
【請求項２】
各ピストンは円筒形本体と、開放端部と、クラウンを画定している閉鎖端部と、液体冷却剤の対称的な流れを前記ピストンのクラウンの裏面に誘導するように位置決めされた通路とを含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
各ピストン用のロッドをさらに含み、各ピストンは、開放端部と、クラウンを画定している閉鎖端部とを設けた円筒形本体を含み、各ロッドは、前記ピストンのクラウン裏面の付近にて前記ピストンに取り付けられた第１端部と、前記ピストンの前記開放端部を通って延びた第２端部とを有し、前記ピストン用の前記シングルリストピンは、前記第２端部に取り付けられている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記各ロッドは液体冷却剤の流れを前記通路へ誘導するための管状ロッドを含む、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記ボアを液体冷却剤の供給部に接続する手段をさらに含む、請求項４に記載のエンジン。
【請求項６】
各ピストン用のロッドを含み、各ロッドは２つの対向した端部を有し、各ピストンはクラウンと、前記クラウンと前記各ロッドのうちの一端との間で作用するコンプライアンスブートとを含み、前記ピストン用の前記シングルリストピンは前記ロッドの前記対向する端部に搭載されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
各ピストンは円筒形本体と、開放端部と、クラウンとを画定している閉鎖端部とを含み、前記円筒形本体は前記クラウン付近において内部回転対称を呈する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
中心部分、端部およびボアを有するシリンダをさらに含み、前記少なくとも１対の対向ピストンは前記ボア内に往復運動するように配置されている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
前記シリンダは、
外面、中心部分、端部、および、各端部内のポート開口部を有するライナと、
前記中心部分から前記端部に向かって延びている、前記ライナ上のスリーブと、
前記ライナ上で、前記端部にかかり、前記スリーブへと続くポートマニホルドと、
を含む、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記シリンダはさらに、
前記ライナの外面上で前記中心部分から前記端部にまで延びている複数のグループの溝、および、前記中心部分にて実質的に円周にかけて延びている１つのグループの溝と、
各々が、対応する溝および液体冷却剤の源と連通している、前記シリンダスリーブ内の１つまたは複数のパイプと、
を含む、請求項９に記載のエンジン。
【請求項１１】
対向ピストン内燃エンジンであって、
中心部分、端部およびボアを有するシリンダと、
前記中心部分から前記端部へと流れる液体冷却剤の流れを前記シリンダに付加する供給システム手段と、
前記ボア内に往復運動するように配置され、各々が裏面を有するクラウンを含む第１および第２の対向ピストンと、
前記供給システム手段はさらに、液体冷却剤の流れを、前記ピストンの前記クラウンの前記裏面上の、各ピストンの内部に付加し、
各ピストンの外側にあるシングルリストピンと、
をさらに備える、対向ピストン内燃エンジン。
【請求項１２】
前記シリンダは、
外面を有し、前記外面上で前記中心部分から前記端部へ延びた複数のグループの溝と、前記中心部分にて実質的に円周方向に延びた１つのグループの溝とを設けたライナと、
前記ライナを被覆しているスリーブと、
前記スリーブ内の１つまたは複数のパイプと、
を含み、各パイプは対応する溝と連通し、前記供給システム手段は前記１つまたは複数のパイプに接続している、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項１３】
各ピストンは円筒形本体と、開放端部と、クラウンを画定している閉鎖端部と、前記供給システム手段に接続し、前記クラウンの前記裏面に当接している複数の通路とを含む、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項１４】
前記シリンダは、
外面を有し、前記外面上で前記中心部分から前記端部へ延びた複数のグループの溝と、前記中心部分にて実質的に円周方向に延びた１つのグループの溝とを設けたライナと、
前記ライナを被覆しているスリーブと、
前記スリーブ内の１つまたは複数のパイプと、
を含み、各パイプは対応する溝と連通し、前記供給システム手段は前記１つまたは複数のパイプに接続している、請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１５】
各ピストンは縦軸と、前記クラウンの前記裏面に当接し、前記縦軸に対して半径方向に延びた回転対称的なリブ列とを含む、請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１６】
各ピストン用のロッドをさらに含み、各ロッドは、対応するピストンの前記縦軸と整列し、前記ピストンのリブ列に接続した第１端部と、前記ピストンの開放端部を通って延びた第２端部とを有し、前記ピストン用の前記シングルリストピンは前記ロッドの前記第２端部に搭載されている、請求項１５に記載のエンジン。
【請求項１７】
各ロッドは管状ロッドであり、各管状ロッドは、液体冷却剤の前記流れを前記複数の通路へ誘導するためのボアを含む、請求項１６に記載のエンジン。
【請求項１８】
フレームをさらに含み、前記シリンダは排気端部および吸気端部と、前記排気端部上の排気マニホルドと、前記吸気端部上の吸気マニホルドと、少なくとも１つのブラケットとを含み、各ブラケットは前記フレーム内に受容可能である、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項１９】
前記排気マニホルド上の絶縁コーティングをさらに含む、請求項１８に記載のエンジン。
【請求項２０】
各ピストンは円筒形本体を含み、前記円筒形本体は半径と、開放端部と、クラウンを画定している閉鎖端部とを有し、前記エンジンはさらに、各ピストン用のロッドを含み、各ロッドは各ピストンの円筒形本体と同軸であり、前記ピストンの前記クラウンの裏面付近で前記ピストンに取り付けられた第１端部と、前記ピストンの前記開放端部を通って延びた第２端部とを有し、前記ピストン用の前記シングルリストピンは前記管状ロッドの前記第２端部に取り付けられている、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項２１】
各ロッドは、前記供給システムに接続しているボアを設けた管状ロッドである、請求項２０に記載のエンジン。
【請求項２２】
前記シリンダおよびピストンに提供される前記液体冷却剤は同一の液体冷却剤を含む、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項２３】
前記シリンダおよびピストンに提供される前記液体冷却剤は異なる液体冷却剤を含む、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項２４】
前記供給システムは、第１液体冷却剤を前記シリンダに付加する第１手段と、前記第１液体冷却剤と異なる第２液体冷却剤を前記第１および第２ピストンに付加する第２手段とを含む、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項２５】
前記供給システムは、前記シリンダおよびピストンをそれぞれ対応する温度に維持する手段を含む、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項２６】
第１および第２の側部搭載クランクシャフトと、
各ピストン用の３つ以上の接続ロッドと、
をさらに備えており、各接続ロッドは前記ピストン用の前記シングルリストピンと、前記クランクシャフトのうちの１つとに接続している、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項２７】
前記接続ロッドは湾曲している、請求項２６に記載のエンジン。
【請求項２８】
回転用の前記クランクシャフトを支持するフレームをさらに備える、請求項２６に記載のエンジン。
【請求項２９】
前記エンジンは２サイクル式圧縮点火エンジンである、請求項２６に記載のエンジン。
【請求項３０】
前記エンジンは機械内部に設置されている、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項３１】
前記エンジンは車両内に設置されている、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項３２】
前記車両は船である、請求項３１に記載のエンジン。
【請求項３３】
前記車両は地上車両である、請求項３１に記載のエンジン。
【請求項３４】
前記車両は固定翼航空機である、請求項３１に記載のエンジン。
【請求項３５】
前記車両は回転翼航空機である、請求項３１に記載のエンジン。
【請求項３６】
前記エンジンは電力工具内に設置されている、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項３７】
前記エンジンは電力生成器内に設置されている、請求項１１に記載のエンジン。
【請求項３８】
外面、中心部分、端部およびボアを有するライナを備えたシリンダと、
前記外面上で前記中心部分から前記端部にまで流れる液体冷却剤の流れを付加する供給システムと、
各々が、裏面を有するクラウンと、コンプライアンスブートとを含む、前記ボア内の第１および第２の対向ピストンと、
各々が、対応するピストンの前記コンプライアンスブート内に受容された第１端部と、前記ピストンをクランクシャフトに結合するための第２端部とを有する、各ピストン用の管状ロッドと、
を備え、
前記供給システムはさらに、液体冷却剤を、前記クラウンの前記裏面上の、各ピストンの内部に付加する、対向ピストン内燃エンジン。
【請求項３９】
ライナを設けたシリンダを含む内燃エンジンにおいて、前記ライナは外面、中央部分、端部およびボアを有しており、前記エンジンはさらに前記ボア内に第１および第２の対向ピストンを含み、各ピストンは、裏面を有するクラウンと、各ピストンに結合して前記ピストンをクランクシャフトに接続するロッドとを含み、
前記外面上で前記中心部分から前記端部へと流れる液体冷却剤の流れを付加することと、
液体冷却剤の流れを前記クラウンの前記裏面上の各ピストン内部に付加することと、
を備える方法。
【請求項４０】
溝付き表面、中心部分、端部およびボアを有するシリンダと、
前記溝付き表面に、前記中心部分から前記端部へと流れる液体冷却剤の流れを付加するための供給システムと、
各々が、裏面を有するクラウンと、コンプライアンスブートとを含む、前記ボア内の第１および第２の対向ピストンと、
各々が、前記各ピストンの前記コンプライアンスブート内に受容された第１端部と、前記ピストン外の第２端部とを有する、各ピストン用の管状ロッドと、
前記ピストン用のロッドの前記第２端部上に搭載されている、各ピストン用のシングルリストピンと、
を備え、
前記供給システムはさらに、液体冷却剤の流れを、前記クラウンの前記裏面上の、各ピストンの内部に付加する、対向ピストン内燃エンジン。
【請求項４１】
ボア、外面、中心部分、排気端部、および吸気端部を有するライナを設けたシリンダと、
液体冷却剤を前記中心部分から前記排気端部へと誘導するための、前記外面上の第１グループの溝と、
液体冷却剤を前記中心部分から前記吸気端部へと誘導するための、前記外面上の第２グループの溝と、
液体冷却剤を前記中心部分内を外周方向に誘導するための、前記外面上の第３グループの溝と、
前記ボア内に配置され、各々がクラウンを含む、第１および第２の対向ピストンと、
各ピストンの外部に搭載されたシングルリストピンと、
前記クラウンの裏面上の前記第１ピストンの内部に液体冷却剤の流れを付加するための冷却剤チャネルと、
前記クラウンの裏面上の前記第２ピストンの内部に液体冷却剤の流れを付加するための冷却剤チャネルと、
を備える、対向ピストン内燃エンジン。
【請求項４２】
ボア、外面、中心部分、排気端部、および吸気端部を有するライナを設けたシリンダと、
液体冷却剤を前記中心部分から前記排気端部へと誘導するための、前記外面上の第１グループの溝と、
液体冷却剤を前記中心部分から前記吸気端部へと誘導するための、前記外面上の第２グループの溝と、
液体冷却剤を前記中心部分内を外周方向に誘導するための、前記外面上の第３グループの溝と、
前記ボア内に配置され、各々が、クラウンと、前記ピストンを前記シリンダに対してコンプライアンス調整する手段とを含む、第１および第２の対向ピストンと、
前記クラウンの裏面上の前記第１部分の内部に液体冷却剤の流れを付加するための、前記第１ピストン内の複数の通路と、
前記クラウンの裏面上の前記第２部分の内部に液体冷却剤の流れを付加するための、前記第２ピストン内の複数の通路と、
を備える、対向ピストン内燃エンジン。
【請求項４３】
ボア、外面、中心部分、排気端部、および吸気端部を有するライナを設けたシリンダと、
液体冷却剤を前記中心部分から前記排気端部へと誘導するための、前記外面上の第１グループの溝と、
液体冷却剤を前記中心部分から前記吸気端部へと誘導するための、前記外面上の第２グループの溝と、
液体冷却剤を前記中心部分内を外周方向に誘導するための、前記外面上の第３グループの溝と、
前記ボア内に配置され、各々が、クラウンと、前記ピストンを前記シリンダに対してコンプライアンス調整する手段とを含む、第１および第２の対向ピストンと
前記ピストンの外部に搭載されたシングルリストピンと、
前記クラウンの裏面上の前記第１部分の内部に液体冷却剤の流れを付加するための、前記第１ピストン内の複数の通路と、
前記クラウンの裏面上の前記第２部分の内部に液体冷却剤の流れを付加するための、前記第２ピストン内の複数の通路と、
を備える、対向ピストン内燃エンジン。
【請求項４４】
外面、中心部分、端部およびボアを有するライナを設けたシリンダと、
前記中心部分から前記端部へ流れる液体冷却剤の流れを前記外面に付加するための供給システムと、
前記ボア内で往復運動するように適合された第１および第２の対向ピストンと、
前記往復動作を前記ピストンに接続するために、各ピストンに搭載されたシングルリストピンと、
を備える、対向ピストン内燃エンジン。
【請求項４５】
溝付き表面、中心部分、端部およびボアを設けたシリンダと、
前記中心部分から前記端部へと流れる液体冷却剤の流れを前記溝付き表面に付加するための供給システムと、
前記ボア内で往復運動するように適合された第１および第２の対向ピストンと、
前記往復運動を前記ピストンに接続するために、各ピストンに搭載されたシングルリストピンと、
各ピストン内に設けられた、前記ピストンを前記シリンダに対してコンプライアンス調整する手段と、
を備える、対向ピストン内燃エンジン。
【請求項４６】
各ピストンは裏面を有するクラウンを含み、前記供給システムはさらに、前記クラウンの前記裏面上の、各ピストンの内部に液体冷却剤を付加する、請求項４５に記載のエンジン。
【請求項４７】
各ピストンは円筒形本体と、開口端部と、クラウンを画定する閉鎖端部とを含み、前記エンジンはさらに各ピストン用のロッドを含み、各ロッドは、それぞれのピストンをコンプライアンス調整する手段に接続された第１端部と、前記ピストン用の前記シングルリストピンが搭載される第２端部とを有し、前記ロッドは、前記供給システムに接続され、かつ、液体冷却剤の流れを前記ピストンの前記クラウンの前記裏面へ誘導するように位置決めされているボアを含む、請求項４６に記載のエンジン。
【請求項４８】
複数のグループの溝は、前記溝付き表面上の前記中心部分から前記端部にまで延びており、１つのグループの溝は、前記中心部分内の前記溝付き表面上で実質的に円周方向に延びており、さらに、前記溝付き表面を被覆するスリーブと、前記スリーブ内の１つまたは複数のパイプとを含み、各パイプは対応する溝と連通しており、前記供給システムは前記１つまたは複数のパイプと接続している、請求項４７に記載のエンジン。
【請求項４９】
２つの側部搭載クランクシャフトと、少なくとも１対の対向ピストンと、各ピストンを前記２つのクランクシャフトに結合するために各ピストン外部に設けられたシングルリストピンとを含む、対向ピストンエンジン。
【請求項５０】
各ピストンは、円筒形本体と、開放端部と、クラウンを画定している閉鎖端部と、液体冷却剤の対称的な流れを前記ピストンの前記クラウンの前記裏面へ誘導するように位置決めされた流路とを含む、請求項４９に記載のエンジン。
【請求項５１】
各ピストンは、開放端部と、クラウンを画定している閉鎖端部とを設けた円筒形本体を含み、前記エンジンはさらに各ピストン用のロッドを含み、各ロッドは、対応するピストンの前記円筒形本体と同軸上にあり、前記ピストンの前記クラウンの前記裏面付近で前記ピストンに取り付けられた第１端部と、前記ピストンの前記開放端部を通って延びた第２端部とを有し、前記ピストンの用の前記シングルリストピンは前記ロッドの前記第２端部に取り付けられている、請求項４９に記載のエンジン。
【請求項５２】
各ロッドは、液体冷却剤の流れを対応するピストンの前記クラウンの前記裏面へ誘導するためのボアを設けた管状ロッドである、請求項５１に記載のエンジン。
【請求項５３】
前記ボアを液体冷却剤の供給部に接続する手段をさらに含む、請求項５２に記載のエンジン。
【請求項５４】
各ピストンはクラウンとコンプライアンスブートを含み、前記エンジンはさらに、各ピストン用のロッドを含み、各ロッドは対向する２つの端部を有し、各ピストンの前記コンプライアンスブートは前記ピストンの前記クラウンと対応するロッドの一端との間で作用し、前記ピストン用の前記シングルリストピンは前記ロッドの前記対向する端部上に搭載されている、請求項４９に記載のエンジン。
【請求項５５】
各ロッドは管状ロッドである、請求項５４に記載のエンジン。
【請求項５６】
主に冷却された圧力容器である、少なくとも１つのシリンダを含む、対向ピストンエンジン。
【請求項５７】
前記シリンダを支持するためのフレームをさらに含む、請求項５６に記載のエンジン。
【請求項５８】
前記シリンダは、
外面、中央部分、端部、および、各端部内のポート開口部を有するライナと、
前記リニア上で、前記中心部分から前記端部へと延びているスリーブと、
前記端部にかかった状態で前記リニア上に設けられ、前記スリーブへと続いているポートマニホルドと、
を含む、請求項５７に記載のエンジン。
【請求項５９】
前記シリンダはさらに、
前記ライナの前記外面上で前記中心部分から前記端部にまで延びている複数のグループの溝、および、前記中心部分にて実質的に円周にかけて延びている１つのグループの溝と、
各々が、対応する溝と液体冷却剤の源とに連通している、前記スリーブ内の１つまたは複数のパイプと、
を含む、請求項５８に記載のエンジン。
【請求項６０】
ボアを有するシリンダと、
前記ボア内で往復運動するように配置されたピストンと、
ロッドと、
前記ロッドと前記ピストンの間のカップリングであって、エンジン動作中に前記ピストンと前記ボアとの軸方向への整列を少なくとも実質的に維持するべく弾性的に変形する部材を含むカップリングと、
を備える、内燃エンジン。
【請求項６１】
前記部材はコンプライアンスブートを含む、請求項６０に記載のエンジン。
【請求項６２】
ボアを有するシリンダと、前記ボア内で往復運動するピストンと、ロッドとを含む内燃エンジンにおいて、エンジン動作中における前記ピストンと前記ボアとの軸方向への整列を少なくとも実質的に維持できるよう、前記ピストン移動中に前記ロッドとピストンの間でコンプライアンス部材を弾性的に変形させることを含む方法。
【請求項６３】
ボアを有するシリンダと、前記ボア内で往復運動するように配置された１対のピストンと、各ピストン用のロッドとを含む対向ピストン内燃エンジンにおいて、エンジン動作中における前記各ピストンと前記ボアとの軸方向への整列を少なくとも実質的に維持できるよう、前記ピストン移動中に前記ロッドと各ピストンとの間でコンプライアンス部材を弾性的に変形させることを含む方法。
【請求項６４】
前記ピストンと前記シリンダのボアとの間の機械隙間を少なくとも本質的に維持するように、前記シリンダと前記ピストンとにそれぞれ別個に液体冷却剤を供給することをさらに備える、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
ボアを有するシリンダと、
前記ボア内で往復運動するように適合された１対の対向ピストンと、
各々が、少なくとも１つのクランクシャフトに接続している、各ピストン用のロッドと、
各々が、各ピストンを各ロッドに接続する、各ピストン用のコンプライアンスブートと、
を含む、内燃エンジン。
【請求項６６】
ボアを有する少なくとも１つのシリンダと、
前記ボア内に配置されている第１および第２の対向ピストンと、
前記シリンダとピストンにそれぞれ別個に液体冷却剤を付加するシステムと、
前記システムに、前記シリンダの温度を前記ピストンの温度とは別個に維持させ、変更させる制御装置と、
を備える、対向ピストン内燃エンジン。
【請求項６７】
少なくとも１つのシリンダと、前記少なくとも１つのシリンダのボア内に配置された１対の対向ピストンとを設けた内燃エンジンの動作方法であって、
液体冷却剤を、前記少なくとも１つのシリンダと前記対向ピストンのそれぞれに別個に付加することと、
前記液体冷却剤の付加に、前記少なくとも１つのシリンダの温度と前記対向ピストンの温度を独立的に制御させることと、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃エンジンに関する。より具体的には、本発明は、シリンダおよびピストンの特定の各要求に特化した冷却を設けた２サイクル式の対向ピストンエンジンに関し、このエンジンでは、リストピンが各ピストンを関連する接続ロッドにつなぎ、コンプライアンスピストン結合が各ピストンと関連するシリンダとの間の整列を維持する。
【背景技術】
【０００２】
対向ピストンエンジンは、ヒューゴ・ジャンカース（Ｈｕｇｏ  Ｊｕｎｋｅｒｓ）によって１９世紀の終わり頃に発明された。ジャンカースのエンジンは、各ピストンの底部死点付近に吸気ポートと排気ポートを有する共通のシリンダ内の、クラウンからクラウンにかけて配置された２つのピストンを使用する。このエンジンは、シリンダの各端部に１つずつ配置された計２つのクランクシャフトを有する。同方向に回転するこれらのクランクシャフトは、接続ロッドによって、それぞれ対応するピストンにつながれている。ピストン内のリストピンはロッドをピストンにつなぐ。クランクシャフト同士は、ポートのフェージングを制御して、エンジン出力を提供するようにギアでつながれている。典型的なジャンカースのエンジンでは、スーパーチャージャが吸気クランクシャフトから駆動され、これに関連したコンプレッサを使用してシリンダの掃気を行い、エンジンが１回転する度に新鮮な空気が充填されるようにしている。任意で、ターボスーパーチャージャを使用してもよい。従来の２サイクル式および４サイクル式エンジンにかけてのジャンカースの対向ピストンエンジンの利点には、優れた掃気、部品数の減少と信頼性の増加、高い熱効率性、高いパワー密度がある。１９３６年、当時最も成功したディーゼルエンジンであるＪｕｎｋｅｒｓ  Ｊｕｍｏ航空機エンジンは、これ以降発明されたどのディーゼルエンジンでも成し得ていないパワー密度を達成することができた。Ｃ．Ｆ．テイラー（Ｃ．Ｆ．Ｔａｙｌｏｒ）（Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ−Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ  ｉｎ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ：Ｖｏｌｕｍｅ  ＩＩ  改訂版、ＭＩＴ  Ｐｒｅｓｓ、キャンブリッジ、マサチューセッツ州、１９８５年）は、「ジャンカース航空機ディーゼルエンジンは、旧式となった現在でも、実際の運転において特定のディーゼルエンジン出力の記録を保持している。」（１巻、図１３〜図１１）と記している。
【０００３】
しかし、ジャンカースの基本設計は多くの欠陥を伴っている。このエンジンは高さがあり、２つのクランクシャフトの出力を出力ドライブに結合するのに長いギアトレインを要する。各ピストンは、ピストンから延びたロッドによってクランクシャフトに接続される。ピストンとクランクシャフトの間の高い圧縮力を収容するために、非常に大型の接続ロッドを必要とする。これらの圧縮力にリストピンの振動運動とピストンの加熱が加わることで、リストピンの早期欠陥を招く。接続ロッドにより、ピストンの軸に対する角度で各ピストンに付加された圧縮力が、ピストンとシリンダボアの間に半径方向に向かう力（側力）を生じさせる。この側力によって生成された摩擦は、シリンダとピストンの間の潤滑膜によって緩和されるが、しかし、この膜は一定の温度と側壁を越えると破壊する。シリンダ／ピストンの接触面の温度は主に燃焼の熱によって決定されるため、潤滑剤の破損温度によってエンジン燃焼温度が制限され、これにより、エンジンが達成できるブレーキ平均有効圧力（ＢＭＥＰ、エンジン力の指標）が制限されることになる。一方のクランクシャフトは排気側ピストンのみに接続しており、他方のクランクシャフトは吸気側ピストンのみに接続している。Ｊｕｍｏエンジンでは、排気側ピストンによって最大７０％のトルクが得られ、また、排気側クランクシャフトにはより重いトルクの負担がかかる。トルク不均衡の燃焼、クランクシャフト同士の間の広い間隔、ギアとレインの長さにより、ギアトレイン内にねじれ共振効果（振動）が発生する。燃焼中にピストンによってクランクシャフト上に発せられた、文字通りエンジンを吹き飛ばそうとする高い反発力を抑制するには、大型のエンジンブロックが必要となる。
【０００４】
バード（Ｂｉｒｄ）の英国特許５５８，１１５号に記載の対向ピストンエンジンでは、逆回転するクランクシャフトが、その回転軸がシリンダと交差する平面上に位置し、シリンダボアの軸に対して直角を成す形でシリンダの横に配置されている。Ｂｉｒｄエンジンでは、側部搭載されたクランクシャフト同士の間隔がＪｕｍｏエンジンの場合よりも狭いため、ＢｉｒｄエンジンはＪｕｍｏエンジンよりも高さが低い。Ｂｉｒｄエンジンのクランクシャフト同士は、Ｊｕｍｏエンジンでは５つであるところ４つのギアを要する短いギアトレインによって接続されている。Ｂｉｒｄエンジンのピストンとクランクシャフトは、各ピストンから、シリンダの側部に対する鋭角で、シリンダの側部に沿って各クランクシャフトにまで延びたロッドによって接続している。この配列では、ロッドは主に引張力下に置かれることで、クランクシャフトにかかる反発力が除去され、さらに、主に引張力が負荷されるロッドは、主に同じ大きさの圧縮負荷下に置かれるロッドよりもロッド構造が小さくて済むため、重量を大幅に低減できる。Ｂｉｒｄが提案したエンジンでは、各ピストンを両方のクランクシャフトに接続することにより、ねじれバランスが生じる。このねじれバランスは、クランクシャフト付近において、ギアトレインの長さを短くすることによって優れたねじれ安定性を生じる。各ピストンを、１組のロッドによって一方のクランクシャフトに接続し、さらにもう１組のロッドによって他方のクランクシャフトに接続することで、ダイナミックエンジン力のバランスを取る。ピストン負荷のバランスを取ることにより、ピストンとシリンダの内部ボアとの間で働く側力が大幅に減少する。しかし、これらの改善をもってしても、従来のエンジン構造と従来の冷却を用いた場合には、Ｂｉｒｄが提案したエンジンは、その単純性およびパワー対重量比（馬力／ポンド、ｈｐ／１ｂの単位で測定される「ＰＷＲ」）における最大の可能性を活かすことができない。
【０００５】
Ｂｉｒｄエンジンは、シリンダ、シリンダ吸気マニホルド、シリンダ排気マニホルド、シリンダ冷却ジャケット、エンジンベアリングが、エンジンの主要構造要素として機能する大型で重いユニット内に鋳造されたエンジンブロックを使用する。エンジン動作中にこのエンジンブロックを介して伝達される熱および機械応力と、不均等な加熱とによって、シリンダの円筒形のひずみが生じる。燃焼中に、ピストンクラウンは非常に高い温度に晒されることで、結果として、半径方向に膨張する。Ｂｉｒｄエンジンの冷却システムは、エンジンブロック内で液体冷却剤をシリンダジャケットを介して提供するが、しかし、システムはシリンダの不均等なひずみの緩和と、ピストンクラウンの膨張の防止には適用されていない。その結果、エンジン損傷またはエンジンの早期欠陥を生じる危険を伴わずに、シリンダとピストの間に近似公差を維持することができない。無論、近似公差なしでは、ピストンリングを使用せずにエンジン動作中の吹き抜け（ピストンを超える気体の逃げ）を制限するために、シリンダとピストンの間に有効な密封を提供することは困難である。ピストンスカートに搭載されたリストピンによって接続ロッド同士が結合されている硬質のピストン構造のために、エンジン動作中にピストンが過剰に制限される。この過剰制限は、ピストンのあらゆる部分が、接続ロッドを介してピストンに結合された力の不均衡性に反応して、対応するシリンダの軸に対して往復運動することを妨げる。
【０００６】
ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２０５５３号は、側部搭載型の逆回転クランクシャフトを設けた２ストローク式対向ピストンについて説明している。このエンジンでは、作業要素（シリンダ、ピストン、リンケージ、クランクシャフトなど）が、作業要素を支持するべく相互に嵌合させた受動構造要素のフレーム上に受容されている。このフレームは、クランクシャフト同士の間の圧縮力を含む、エンジン動作の応力および力に晒される。ＪｕｎｋｅｒエンジンおよびＢｉｒｄエンジンと異なり、シリンダが、エンジンブロック内に鋳造されたり、他の受動構造要素と共に形成されていることはない。その結果、シリンダはエンジンの受動構造要素でなくなる。これにより、シリンダは、燃焼室力を除く、エンジンブロックの機械応力および熱応力から切り離され、本質的に単なる圧力容器となる。エンジンの各シリンダへの液体冷却の個別的な（ｔａｉｌｏｒｅｄ）付加により、シリンダの非対称な加熱が補正される一方で、各ピストンクラウンの内面に液体冷却剤が対称的に付加されることで、エンジン動作中にピストンクラウンの形状が維持される。２つのクランクシャフト間に１つの中間ギアを配置することで、ギアトレインの長さが短縮され、その結果、Ｂｉｒｄエンジンと比較して、クランクシャフト同士の間のねじれ共振が大幅に低減される。
【０００７】
ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２０５５３に記載のエンジンはさらに、接続ロッドによってピストンに結合した力の不均衡性に反応して、シリンダに対するピストン構造の角度調整を可能にするコンプライアンス部材を含む。これに関連して、軸方向に中心決めされた管状ロッドがピストン内に搭載され、また、接続ロッドが、ロッドに取り付けられたリストピンにつながれている。ピストンコンプライアンスは、管状ロッドの固有の柔軟性にて実現される。スカート取り付け部からリストピンを排除することで、スカートの大きさとピストン重量を削減できる。
【０００８】
ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２０５５３号に記載のエンジンのさらなる利点は、ピストン内に搭載されているピストンクラウンと軸方向に中心決めされたロッドとの間に作用するコンプライアンスブートを含むコンプライアンスピストン構造の追加の実施形態から得られる。ピストンの外部にて、軸方向に中心決めされたピストンロッド上に搭載されているシングルリストピンによって、ピストンが、これに対応する、エンジンのピストンロッドとクランクシャフトの間を走行している接続ロッドと結合されている。
【０００９】
（関連出願）
本出願は、２００５年６月１０日提出のＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２０５５３、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｔｗｏ−Ｃｙｃｌｅ，Ｏｐｐｏｓｅｄ  Ｐｉｓｔｏｎ，Ｉｎｔｅｒｎａｌ−ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ」の一部継続出願として、米国特許法第１１９条の下で優先権を請求し、さらに、２００４年６月１０日提出の米国特許出願番号１０／８６５，７０７号、「Ｔｗｏ−Ｃｙｃｌｅ，Ｏｐｐｏｓｅｄ  Ｐｉｓｔｏｎ，Ｉｎｔｅｒｎａｌ−Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ」の一部継続出願として、米国特許法第１２０条の下で優先権を請求する。上記の両方の開示の全体は参照により本願明細書に組み込まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、対向ピストンに関する前述の背景技術の有する各種問題点を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
エンジンの機械応力から隔離された側部搭載クランクシャフトとシリンダとを装備した２サイクル式の対向ピストンエンジンは、個別的なシリンダ冷却と、ピストンクラウンの対称的な冷却とを設けている。この個別的なシリンダ冷却と、ピストンの対称的な冷却とによって、シリンダの不均等な歪みとピストンクラウンの膨張が排除され、その結果、エンジン動作中におけるシリンダのボアとピストンとの間の機械隙間が維持される。各ピストン内のコンプライアンス部材は、エンジン動作中におけるピストンとシリンダボアとの間の軸方向への整列を維持するための、軸方向に中心決めされたピストンロッドのピストンに対する移動を調節する。ピストンを、ピストンとクランクシャフトの間に走行している接続ロッドに接続するために、ピストンの外部にはシングルリストピンが配置されている。
【００１２】
以降で説明する図面は（必ずしも正確な縮尺率で示されていない）、以下の詳細な説明で述べる原理および例を図示したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１Ａ〜図１Ｄは、対向ピストン内燃エンジンに使用できるシリンダ１１００を示す。シリンダ１１００は、円筒形ボア１１０３を設ける開放円筒管として形成されたシリンダライナ１１０２、排気マニホルド１１０４、吸気マニホルド１１０６、および、シリンダスリーブ１１４０の計４つの部品を有する。シリンダ１１００は、高温アルミニウム合金のようなアルミニウム製であることが好ましく、単体として鋳造するか、あるいは、マニホルド１１０４、１１０６をシリンダスリーブ１１４０に固定し、サブアセンブリをシリンダライナ１１０２の外面に固定することで組み立てることができる。シリンダライナ１１０２の縦軸ＡＣはシリンダ１１００の縦軸でもある。
【００１４】
図１Ａに最良に示すように、シリンダライナ１１０２は、シリンダライナ１１０２の排気端部１１０９付近における、円周方向に離間した一連の開口部１１０８で構成された排気ポート１１０５を有する。シリンダライナ１１０２はまた、吸気端部１１１２付近における、円周方向に離間した一連の開口部１１１０で構成された吸気ポート１１０７を有する。シリンダライナ１１０２の排気端部１１０９に向かって螺旋状に上昇する燃焼ガスの少なくとも大部分が、シリンダライナ１１０２から図１Ｃに示す排気マニホルド１１０４内へ逸らされる。吸気ポート１１０７の各開口部１１１０は傾斜した上流端部１１１０ｒを有し、この上流端部において、吸気マニホルド１１０６を通って吸気ポート１１０７内に流れる加圧空気が、排気端部１１０９へ向かって螺旋方向にボア１１０３内へ逸らされる。シリンダライナ１１０２の中心部分１１１４にて、多数のねじ切り付き開口部１１１６が円周方向に従った順序で設けられている。開口部１１１６のうち少なくとも１つが燃料インジェクタを受容し、開口部１１１６のうち別の少なくとも１つが、圧力または温度のようなエンジン動作状況を感知するセンサを受容する。図示のシリンダライナ１１０２の場合には、例えば燃料インジェクタを受容する２つの開口部１１１６と、圧力センサを受容する１つの開口部１１１６と、温度センサを受容する１つの開口部１１１６とを備えていてよい。
【００１５】
図２の曲線１２００は、エンジン動作中に、シリンダ１１００と同様の構造を有するシリンダの内壁上の縦トレースにかけて測定された平均熱束を示す。曲線１２００が示すように、シリンダライナはその縦軸に対して非均一的に加熱される。シリンダライナは、燃焼が発生するその中心部分において最大熱負荷を有する。同様に、シリンダライナの、排気ポートを設けた端部は、吸気ポートを設けた端部よりも大きな熱負荷を経験する。そのため、シリンダの温度の非均一性と、これによるシリンダボアの円筒形の非均一性とを最小化するには、シリンダを、エンジン動作中に非均一的方法で加熱されるその各部を収容する個別化された方法によって冷却する。すなわち、シリンダ１１００のようなシリンダを冷却するシステムは、シリンダの軸中心付近から吸気端部までの部分を冷却する能力よりも、シリンダの軸中心付近から排気端部までの部分を冷却する能力の方が優れており、また、シリンダの中心部分を冷却する能力に最も優れている。
【００１６】
図１Ａを参照すると、円周周囲における利用可能な冷却が均一でない場合には、熱束が均一であっても、シリンダ壁の温度が円周方向に向かって変化する可能性もある。さらに、非均一的な冷却は、連続した開口部１１１６のために、中心部分１１１４においても生じる。中心部分１１１４における円周方向への温度均一性、これによる円筒形の均一性を維持するために、これら開口部１１１６付近での冷却には、開口部が存在しない場合に生じるであろう冷却が含まれる。
【００１７】
これらの目的を満たすべく個別の冷却能力を提供するために、シリンダライナ１１０２の外面１１２０には多数の溝またはチャネルが設けられている。図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｄを参照すると、組み合わされた溝１１２３の第１グループ１１２２は、外面１１２０周囲で、中心部分１１１４から排気ポート１１０５に向かって螺旋状に延びており、組み合わせられた溝１１２７の第２グループ１１２６は、外面１１２０周囲で、中心部分１１１４から吸気ポート１１０７に向かって螺旋状に延びている。これら２つのグループのそれぞれの溝は中心部分１１１４またはこの付近から始まり、外面１１２０周囲の螺旋経路を追随して、穿孔された半径区間内における対応するポート１１０５、１１０７の付近にて終端している。各溝の穿孔された半径区間は、シリンダライナ１１０２の縁を介して、シリンダライナ１１０２内の縦方向に延びる穿孔された軸チャネルと連通している。図１Ａ中の参照符号１１２９で示すこのような軸チャネルの１つは、穿孔された半径区間１１３０を介して溝１１２７の端部１１２７ｅと連通し、さらに、穴１１３３を介して縁１１３１を貫通する。これにより、液体冷却剤が、中心部分１１４４の、またはこの付近の溝の開始部分から、これに対応するシリンダライナ１１０２の端部に向かう溝の螺旋形状に沿って流れ、シリンダライナのチャネルを通り、さらにシリンダライナ１１０２の縁の穴から流出できるようになる。それぞれの溝のグループ１１２２、１１２６が液体冷却剤の流れの集合体をシリンダライナ１１０２の中心部１１１４から端部へと誘導することにより、シリンダライナのそれぞれ対応する部分、さらにはシリンダ１１００自体の冷却が可能になる。各グループの溝同士の間にはピッチまたは間隔（一定または変化してよい）があり、中心部１１１４から排気端部１１０９に向かって延びたグループ１１２２の溝同士の間のピッチは、中心部１１１４から吸気端部１１１２に向かって延びたグループ１１２６の溝同士の間のピッチよりも短い。その結果、吸気ポート１１０７を含むシリンダライナ部分よりも、排気ポート１１０５を含むより広い表面範囲にかけての方がより多くの液体冷却剤がシリンダライナ部分に接触できるようになり、排気ポート１１０５を含むシリンダライナ部分の冷却能力の方が高くなる。冷却剤も最も低温化するため、冷却が最も必要な、冷却剤がシリンダライナ１１０２の中心部１１１４付近の溝に入る際に、熱交換能力も最大となる。さらに、溝は、溝内での冷却剤の局所的な流量と、さらに局所的な熱除去速度とに影響する、その長さに沿った可変断面範囲を有していてよい。そのため、組み合わせる溝の数、溝の長さ、溝のピッチ、溝の長さに沿った断面範囲、チャネル内に流れる冷却剤の流量のうちのいくつかまたは全てを変更することで、広範囲にかけてのらせん状溝の冷却能力を設定することが可能になる。
【００１８】
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｄをさらに参照すると、第３グループの溝１１３５は、シリンダライナ１１０２の中心部１１１４の外面１１２０の周囲で、各溝１１３５が中心部の２つの開口部１１１６の間に延びた状態で延びている。各溝１１３５は、シリンダライナ１１０２の円周上で弧状に延びた細長い部分１１３７と、細長い部分１１３７の対向する両端部における交差部分１１３８とを設けている。各交差部分１１３８が細長い部分１１３７を横断しているため、各溝１１３５はＩ字型を有する。図１Ａに最良に示すように、各交差部分１１３８は開口部１１１６のすぐ近くに位置決めされている。動作中に、細長い部分１１３７の中心の各溝１１３５内に導入された液体冷却剤が細長い部分１１３７を通って各交差部分１１３８へと流れ、さらに、各交差部分１１３８のそれぞれの端部におけるシリンダスリーブ１１４０の穴１１４７（図１Ｂに最良に示す）から排出される。これにより、開口部１１１６付近の、溝の各端部１１３８に、各溝１１３５内に流入した液体冷却剤が流れるための延長流路が形成される。その結果、開口部１１１６付近の、中心部１１１４の最高温部分における各溝１１３５の冷却能力が拡大する。中心部１１１４に提供される冷却能力は、中心部分の最も近い開口部１１１６までの円周方向距離によって変化する。溝１１３５内における冷却は、らせん状溝のグループ１１２２、１１２６による冷却が届かない開口部１１１６の範囲から熱を除去するための、非常に効率的かつ局所的な方法である。中心区間１１１４における熱除去の効率性は、冷却剤が端部の先端へ流れる前に、各端部１１３８の中心へと流れこれに接触する領域で生じる冷却剤の流れ停滞パターンによるものである。
【００１９】
シリンダ１１００の組み立て品の詳細は図１Ｂ〜図１Ｄに見ることができる。管状シリンダスリーブ１１４０はシリンダライナ１１０２の表面１１２０上に受容され、中心部１１１４に中心決めされ、排気および吸気マニホルド１１０４、１１０６へと延びてこれと接している。マニホルド１１０４、１１０６は、シリンダスリーブと排気および吸気マニホルド１１０４、１１０６との間の継ぎ目１１４１にて、シリンダスリーブ１１４０に溶着させることができる。このような溶着部分１１４１ｗは図１Ｄにおいて最も明瞭に見ることができる。あるいは、マニホルド１１０４、１１０６をシリンダ部分１１４０の対応する部分と共に別個に鋳造し、溶接によって両マニホルドを固定し、これをシリンダライナ１１０２に溶着してもよい。排気マニホルド１１０４、吸気マニホルド１１０６およびシリンダスリーブ１１４０が共に溝１１２３、１１２７、１１３５を被覆し、液体冷却剤の流れを溝内に封じ込める。図１Ｂに最も明瞭に見られるように、シリンダスリーブ１１４０はパイプ１１４２、１１４４、１１４５を含む。各パイプ１１４２は、中心部１１１４付近の各溝１１２３の開始部分の上に位置決めされ；各パイプ１１４４は、中心部１１１４付近における各溝１１２７の開始部分の上に位置決めされ；各パイプ１１４５は、各溝１１３５の細長い部分１１３７の中心部の上に位置決めされている。液体冷却剤は、シリンダライナ１１０２の中心部１１１４付近、または中心部１１１４において、パイプ１１４２、１１４４から溝１１２３、１１２７内に流入し、溝および穿孔されたチャネル１１２９を通って流れに合流し、シリンダライナ１１０２の端部縁１１３１に設けられた穴１１３３から排出される。液体冷却剤はパイプ１１４５を通って溝１１３５内に流入し、細長い部分１１３７を通って端部１１３８へと流れる。シリンダスリーブ１１４０全長にかけて提供された穴１１４７は、液体冷却剤を溝１１３５から流出させるために、端部１１３８の先端に位置決めされている。図１Ｃに最良に見られるように、パイプ１１４２、１１４４、１１４５は、以降で説明するように液体冷却剤供給システムに接続する液体冷却剤供給ライン１１４９上に搭載されたカップリング１１４８を受容する。３つの液体冷却剤供給回路を液体冷却剤供給システムに設けることで、３つの溝グループに液体冷却剤を供給することができる。各回路は、液体冷却剤を各溝グループに適した所望の圧力および流量で投入するために溝と連通しているパイプによって、それぞれの溝グループに接続されている。これらの図面では、シリンダライナ１１０２の外面１１２０に、溝から流出する液体冷却剤を誘導するためのラインが設けられていない。液体冷却剤はエンジン内の排液溜めによって収集することができる。このケースでは、液体冷却剤は、シリンダライナ１３０２の各端部縁１１３１における穴１１３３から放出される。液体冷却剤のいくらかは、ボア１１０３内で往復運動をしている最中に、穴１１３３から反対側のピストンにある外部スカート面（図１Ａ〜図１Ｄには示されていない）上に落下し、これにより、エンジン動作中にこれらの面が冷却および潤滑される。あるいは、以降で述べるように液体冷却剤を収集し、再循環させるために、シリンダ１１００上の溝の端部から流出する液体冷却剤を、従来の取り付け部品によって穴１１３３、１１４７に接続した液体冷却戻りライン内で誘導することができる。
【００２０】
図１Ｃおよび図１Ｄに見られるように、排気および吸気マニホルド１１０４、１１０６は、それぞれ、排出および流入部分１１０５、１１０７と連通するそれぞれの内部環状渦巻き１１５０、１１５２を設けている。乱流混合を制御しながら、内部を流れる気体の渦巻き動作を誘発するために、それぞれの渦巻き１１５０、１１５２はスクロール形状であることが好ましい。加圧空気を渦巻かせることにより、掃気が促進され、燃焼効率が高まる。ダクト１１５３、１１５４は、排気マニホルド１１０４と吸気マニホルド１１０６を、以降で示すように排気を放出し、反対側にあるピストンエンジンにチャージエアを提供するためのシステムに接続する。
【００２１】
図１Ｂ〜図１Ｄに見られるように、シリンダスリーブ１１４０は１つまたは複数の開口部１１５６を含み、これら開口部の各々は、これに対応するシリンダライナ１１０２内のねじ切り付き開口部１１１６と整列している。各々のノズル端部にねじ切りが施された１つまたは複数の燃料インジェクタ１１５８が、開口部１１１６内にねじ切りを施すことによってシリンダ１１００上に取り付けられている。以降で示すように、各燃料インジェクタ１１５８は符号１１５９の部分にて高圧燃料ライン１１６０に結合しており、システムから燃料を供給される。
【００２２】
ボア１１０３内の、シリンダライナ１１０２の各端部付近には、Ｏリングを載置するための環状溝が提供されている。図１Ａおよび図１Ｂ中の流入端部１１２を介して、このようなＯリング１１６３の１つを見ることができ、また、図１Ｄでは両方のＯリングを見ることができる。Ｏリング１１６３は、ボア１１０３内で動作する対向するピストン（これらの図には示されていない）のスカート部の外面に接触し、ここから余分な潤滑剤を払拭するために提供されている。Ｏリングは弾性フルオロエラストマ材料で作成されることが好ましい。
【００２３】
図１Ｃおよび図１Ｄを参照すると、シリンダ１１００のシリンダスリーブ１１４０の外面には、取り付けブラケット１１６４が取り付けられており、このシリンダスリーブ１１４０は、シリンダ１１００を対向ピストンエンジン内に組み立てると、フレーム（これらの図には示されていない）内に受容される。取り付けブラケット１１６４は、調整可能な引き締めクランプ１１６５によってシリンダスリーブ１１４０の外面に搭載された状態で示されているが、これは限定を意味したものではない。取り付けブラケット１１６４はシリンダスリーブ１１４０に溶着するか、または、別個に、シリンダスリーブ１１４０の各部分と共に鋳造して、これらを互いに固定し、シリンダライナ１１０２に溶着することができる。
【００２４】
図３Ａ〜図３Ｅは、対向ピストン内燃エンジンにおいて使用できるピストン１３００を図示している。ピストン１３００にはリングを使用しないことが好ましいが、しかし、必要な場合には、ピストン１３００上へのピストンリングの使用を排除することを意図するものではない。図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、ピストン１３００は、一端にピストンクラウン１３０８を設けた円筒形区間１３０２を含む。円筒形区間１３０２は、クラウン１３０８の反対側に開放端部１３０９を設けている。円筒形区間１３０２の、クラウン１３０８から開放端部１３０９まで延びている部分は、ピストンスカート１３１０を形成している。円筒形区間１３０２の縦軸ＡＰは、ピストン１３００の縦軸でもある。管状ロッドであることが好ましい図３Ｃに示すピストンロッド１３３０は、ピストン１３００に取り付けられている。ピストンロッド１３３０は、シャフト１３３２、中心ボア１３３２、円盤型端部区間１３３４、ねじ切り付き端部区間１３３５を含む。ピストンロッド１３３０は円筒形断面形状を有することが明白である。これは、他の断面形状を使用する場合にピストンロッドの構造を限定することを意図したものではない。
【００２５】
図３Ｂに示したピストン１３００（スカート１３１０は排除してある）の図を参照すると、クラウン１３０８はクラウン部品１３０８ａの上に形成されている。クラウン部品１３０８ａには、クラウン部品１３０８ａの補助であるクラウン裏張り部品１３０８ｂがネジ１３２１によって接合されている。クラウン部品１３０８ａと１３０８ｂが共にリブ１３２２を形成している。このリブ１３２２は負荷受け要素として機能し、リブ同士の間に、後に述べるピストン冷却のための冷却剤流路１３２９を画定する。リブ１３２２と流路１３２９は、縦軸Ａｐ周囲で、円周方向に向かって均等に離間していることが好ましい。リブ、すなわち流路は、縦軸Ａｐの周囲で回転対称となることが好ましい。リブ１３２２は、クラウン１３０８の裏面周囲で、ピストンスカート１３１０の内面に向かって放射状に延び、また、ピストン１３００内で、クラウンの裏面から開放端部１３０９に向かって縦方向に延びていることが好ましい。リブ１３２２は、エンジン動作中にクラウン１３０８上で生じた軸方向への負荷をピストン１３００の他の要素へ伝達する。リブ１３２２の精密な形状、大きさ、個数は、例えば、エンジン設計および動作仕様に従って異なる。クラウン部品１３０８ａ、１３０８ｂは単体のクラウンユニットを構成し、この際、スカート１３１０が円筒形ユニットとして形成され、クラウンユニットに接合した状態にあることが好ましい。クラウンユニットとスカートは、機械工作された部品を組み立てて形成するか、もしくは、高温アルミニウム、鋼鉄合金、鉄を鋳造および／または機械工作し、これらをろう付け、溶接、ねじ切りによって接合して作成することができる。この例では、図３Ｂに最良に見られるように、スカート１３１０は符号１３２５にてクラウン１３０８にネジ留めされている。
【００２６】
さらに図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、ピストン１３００の外部に設けられたシングルリストピン１３４２が、停止部１３４３および穿孔ねじ切りナット１３４４とによって、スペーサ１３４５と１３４６の間の、ピストンロッド１３３０のねじ切り端部区間１３３５上に保持されている。クラウン１３０８とリストピン１３４２の回転軸との間の間隔の精密性を高めたい場合には、スペーサ１３４５と停止部１３４３の間に機械工作したシム１３４９を提供することができる。
【００２７】
ピストンがシリンダのボア内で往復運動する再に、ピストン１３００とシリンダの間の軸方向への整列を回復および／または維持する目的で、エンジン動作中にピストン１３００を何らかの形で弾性変形させるように支持する構造を可能にすることによって、恩典が実現される。このような変形は「コンプライアンス」と呼ばれる。コンプライアンスは、ピストンロッド１３３０に作用するオフ軸力への反応を弾性的に変形させることで、ピストンロッド１３３０の円盤型端部１３３４とクラウン１３０８の間の移動を制限できるコンプライアンスブート１３３６内に、ピストンロッド１３３０の円盤型の端部区間１３３４を保持することによって提供される。
【００２８】
図３Ｄはピストン１３００の展開図であり、ピストンの要素とその組み立て順序のさらなる詳細を示す。図３Ｄに示すように、クラウン裏張り部品１３０８ｂは、クラウン１３０８の後ろの、縦軸Ａｐ上で中心決めされるボア１３２８を設けた中心環を含む。クラウン裏張り部品１３０８ｂは、各リブ１３２２を貫通して延びる２本のネジ１３２１によって、クラウン部品１３０８ａに固定されている。ピストンロッド１３３０の円盤型端部区間１３３４は、例えばフルオロエラストマ材料のような弾性材料で構成されたコンプライアンスブート１３３６内に保持される。さらに、このコンプライアンスブート１３３６自体がコンプライアンスコンテナ１３３７内に保持される。コンプライアンスコンテナ１３３７は、第１部品１３３７ａと第２部品１３３７ｂによって組み立てられた円筒形の囲壁である。第１部品１３３７ａと第２部品１３３７ｂはねじ切り付きネジ１３４１によって接合されている。コンプライアンスブート１３３６は、１つの成型部品から成るか、あるいは、成型した下部品を組み立てたものであってよい。２枚の平坦なフルオロエラストマディスク１３３８、１３３９と、フルオロエラストマリング１３４０を使用して、ピストンロッド１３３０の円盤型端部区間１３３４の周囲にコンプライアンスブート１３３６を組み立てることが好ましいが、これに限定されるものではない。ディスク１３３８は第１部品１３３７ａと円盤型端部区間１３３４の間に位置決めされており；リング１３４０は円盤型端部区間１３３４の外辺部周囲に受容されており；ディスク１３３９は円盤型端部区間１３３４と第２部品１３３７ｂの間に位置決めされている。ディスク１３３８は中心開口部１３３８ｏと、４つの通し穴１３３８ｔを有する。開口部１３３８ｏと通し穴１３３８ｔに、薄い金属（好ましくは真鍮）裏張りリングで裏張りすることができる。ディスク１３３９は中心開口部１３３９ｏと４つの通し穴１３３９ｔを有する。開口部１３３９ｏは、ディスク１３３９がピストンロッド１３３０のシャフト１３３２の上に受容されるよう、停止部１３４３が十分に通れる大きさに設けられている。開口部１３３９ｏと通し穴１３３９ｔに、薄い金属（好ましくは真鍮）裏張りリングで裏張りすることができる。通し穴１３３８ｔ、１３３９ｔの裏張りリングは図示されておらず、開口部１３３８ｏ、１３３９ｏの裏張りリング１３３８ｏｂ、１３３９ｏｂは図３Ｅに見ることができる。図３Ｄおよび図３Ｅをさらに参照すると、コンプライアンスコンテナの第１部品１３３７ａは縁付きの中心開口部１３３７ａｏを有し、第２部品１３３７ｂは縁付きの中心開口部１３３７ｂｏを有する。開口部１３３７ｂｏは、第２部品１３３７ｂがピストンロッド１３３０のシャフト１３３１上に受容されるようにするために、停止部１３４３が十分に通れる大きさに設けられている。コンプライアンスコンテナ１３３７は、ブート内に保持されているピストンロッドの円盤型端部区間１３３４によってコンプライアンスブート１３３６を包囲し、保持する。コンプライアンスコンテナ１３３７内の、ディスク１３３８と部品１３３７ａの間には、中心開口部１３４８ｏと通し穴１３４８ｔを設けた金属ディスク１３４８が配置されている。コンプライアンスコンテナ１３３７を組み立てる前に、ねじ切り付きネジ１３３３によって、第１部品１３３７ａをクラウン裏張り部品１３０８ｂの底部に固定する。上記ねじ切り付きネジ１３３３は、第１部品１３３７ａの通し穴１３３７ａｉを通って延び、クラウン裏張り部品１３０８ｂに設けた対応するねじ切り付き穴（図示せず）内に保持されている。次に、通し穴１３３７ｂｔ、１３３９ｔ、１３３４ｔ、１３３８ｔ、１３４８ｔを通って延び、ねじ切り付き通し穴１３３７ａｔ内に保持されている細長いねじ切り付きネジ１３４１を提供することにより、コンプライアンスコンテナ１３３７をコンプライアンスブート１３３６の周囲において組み立てる。
【００２９】
コンプライアンスブート１３３６の変形は、コンプライアンスコンテナ１３３７、ディスク１３４８、ディスク内の裏張りリング１３３８、１３３９によって収容される。裏張りリングを合わせた通し穴１３３８ｔ、１３３９ｔの直径は、その内部にコンプライアンスブート１３３６が弾性的に変形するための空間を提供するために、ネジ１３４１の直径よりも若干大きく設けられている。コンプライアンスブート１３３６は、軸Ａｐ上の旋回点Ｐに対するピストンロッド１３３０の旋回移動を許容することが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３０】
再び図３Ｄを参照すると、リストピン１３４２には隙間穴１３４７を有するため、リストピンがピストンロッド１３３０のねじ切り付き端部１３３５上に受容され、ピストン１３００の外部にくる形でピストンロッドに搭載される。クラウン部品１３０８ａ、１３０８ｂ、コンプライアンスブート１３３６、コンプライアンスコンテナ１３３７を組み立てると、シム１３４９（使用する場合のみ）およびスペーサ１３４５が、ピストンロッド１３３０のねじ切り付き端部１３３５上に、停止部１３４３に対抗して受容され、この後に、リストピン１３４２、スペーサ１３４６、ねじ切り付きナット１３４４が続く。図３Ｄには示されていないが、リストピンをねじ切り付き端部１３３５に搭載する前に、３つの接続ロッドのうち１つがリストピン１３４２上に受容される。この配列は図４Ｂを参照して理解することができ、中心に搭載された接続ロッド１４４７ａが、リストピン１３４２上に滑動可能に受容されている。上記中心に搭載された接続ロッド１４４７ａは、整列した開口部を具備する側方に離間した２本の係合アームを有する、フォーク状の端部１４４７ａｗを設けている。フォーク状端部１４４７ａｗは、隙間穴１３４７、ねじ切り付き端部１３３５、ねじ切り付きナット１３４４がフォーク状端部１４４７ａｗの係合アーム同士の間で中心決めされる形で、リストピン１３４２上に位置決めされる。
【００３１】
図３Ｅを参照すると、エンジン動作中に熱によって誘発された歪みを緩和するために、ピストン１３００を冷却することが望ましい。ピストンの歪みは熱膨張、圧縮圧力、燃焼圧力、内部力、吹き抜け圧力によって生じる。熱歪みの最も大きな危険はクラウン１３０８にて、特に角１３１２の付近またはこの角において発生する。冷却を行わないと、エンジン動作中にピストン１３００のこの部分が膨れ出て、ピストン１３００がマッシュルーム型またはチューリップ型になってしまい、制御しなければピストンとシリンダボアの間が接触してしまう危険が高くなる。この歪みは、１つまたは複数の液体冷却剤の流れをクラウンの裏面１３１６に付与することで、クラウンを冷却すると同時に、最大加熱を発生させる熱インピーダンスを最小限化するために、断面ｘ−ｘ（図３Ｅを参照）を可能な限り薄く維持することによって排除、または少なくとも大幅に低減することができる。この歪みはほぼ均等であるため、このような冷却を、クラウン１３０８内またはこの付近における実質的に対称的な熱歪みに対して個別的に付与することができる。
【００３２】
再び図３Ｂおよび図３Ｅを参照すると、クラウン１３０８の裏面１３１６への液体冷却剤の付与を理解することができる。クラウン部品１３０８ｂ内のボア１３２８は、半径方向に分布した流路１３２９へ移行する。各流路１３２９は、１対のリブ１３２２の間に位置決めされており、また、ボア１３２８からクラウン１３０８の裏面１３１６に沿った勾配で移行できるよう、軸方向に傾斜している。各流路１３２９は、クラウン１３０８の縁１３１２に向かって延びている。クラウン１３０８の縁１３１２付近において、各流路１３２９が、ピストン１３００の開放端部に向かうために急な逆湾曲部１３２９’へと移行している。ピストンロッド１３３０のボア１３２８は、流路１３２９によって液体冷却剤の流れをクラウン１３０８へ送達するためのチャネルを構成している。ピストンロッド１３３０のボア１３３２は開口部１３３７ａｏを通ってコンプライアンスコンテナ１３３７内に連通し、クラウン裏張り部品１３０８ｂ内のボア１３２８は流路１３２９と連通している。ボアを通って、ピストンロッド１３３０のねじ切り付き端部上に受容されたねじ切り付きナット１３４４内に導入された液体冷却剤Ｃの流れＳ１が、ボア１３３２、１３２８を通って、ピストン１３００の軸に沿った第１方向へ流れる。この流れＳ１はクラウンの中心と整列している裏面１３１６と衝突して、流路１３２９を通過しながら、縁１３１２に向かってクラウン１３０８の裏面１３１６に沿って傾斜した軸方向に流れている流れＳ２内に扇型に広がる。クラウンの縁１３１２付近で、液体冷却剤Ｃはクラウンから出て、スカート１３１０に沿って、開放端部１３０９へと流れる。冷却剤Ｃの粘性および速度と、流路１３２９の数および寸法を変更することで、流路１３２９内の、および裏面１３１６に沿った局所的な冷却剤の流れに乱流を生じさせ得る。公知のように、乱流によって、冷却剤が熱を裏面１３１６および流路１３２９の側部から運び去る能力が拡大する。冷却剤Ｃの流量は、高い割合でクラウン１３０８から熱を除去するレベルにまで増加する。したがって、流路１３２９の冷却能力は、流路の数、流路の寸法、流路の軸方位、ピストン１３００内に流入する冷却剤Ｃの速度および流量を変更することにより、広範囲にかけて設定できる。冷却剤Ｃがピストン１３００の開放端部１３０９から流出して、シリンダ１１００から流出する液体冷却材と共に、排液溜めによって収集されることが好ましい。
【００３３】
したがって、クラウン１３０８の裏面１３１６に向かう液体冷却剤の流れの回転対称的な送達によって、エンジン動作中にクラウンを均等に冷却することができ、また、エンジン動作中における、クラウン、およびスカートのクラウンと直ぐ隣り合った部分の膨張を排除あるいは実質的に低減することができる。そのため、ピストン１３００の形状は高ＢＭＥＰにおいても実質的に維持される。熱歪みを制御するためにこのような流れを利用する例証的なピストン設計によれば、直径３．１５インチ（８．０ｃｍ）のピストンの下方円筒形部分に対するクラウンの膨張の差を０．００１インチ（０．０２５ｍｍ）の未満に維持することができる。クラウン１３０８を効率的に冷却することで、ピストンスカート１３１０を介して熱を伝達することの重要性が低くなる。その結果、スカート１３１０を、効率的な冷却を行わない場合に必要となる厚さよりも薄く作成することが可能となるため、ピストンをその分だけ小型化できる。
【００３４】
次に、図４Ａに示す２サイクル式の対向ピストン内燃エンジンについて説明する。この説明は、図示および例証のみの目的で、圧縮点火エンジンについて考慮する。これは火花点火エンジンであってもよい。説明するこのエンジンは、個別の冷却部を設けた少なくとも１つのシリンダで構成されており、このシリンダに、図１Ａ〜図１Ｄに示したシリンダ１１００に関連して説明した方法で液体冷却剤の流れを付加することにより、円筒形状的に不均等な熱分布が排除または実質的に低減される。このエンジンのシリンダは１対の対向ピストンを有し、各々のピストン内では、１つまたは複数の液体冷却剤の流れを、図３Ａ〜図３Ｅに示すピストン１３００に関連して説明した方法で付与することにより、熱誘発された半径方向への歪みを排除または実質的に低減することができる。シリンダとピストンは液体冷却剤の付与によって別個に冷却されるが、ピストンの対称的な冷却によるシリンダの個別的な冷却は、エンジン動作中におけるこれら要素の冷却と、これら要素の間の機械的隙間の維持とに依存するため、ピストンリングの必要性を排除することができる。
【００３５】
図４Ａに示すように、エンジン１４００は少なくとも１つのシリンダ１１００を含み、このシリンダ１１００の内部には、相互に対し、またシリンダ１１００の中心に対して近離移動する対向ピストン１３００Ａ、１３００Ｂが配置されている。シリンダの縦軸Ａｃは、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂの縦軸Ａｐと同一直線上にある。ピストン１３００Ａ、１３００Ｂは、第１および第２の側部搭載型の逆回転クランクシャフト１４３０、１４３２に結合しており、さらに、これらのクランクシャフトは共通の出力部（同図には示されていない）に結合している。ピストン１３００Ａ、１３００Ｂのそれぞれには、シングルリストピン１３４２がピストンロッド１３３０によって取り付けられている。各リストピン１３４２は、複数の接続ロッド１４４７の端部を、対応するピストン１３００Ａ、１３００Ｂに接続する。図４Ａの斜視図では、各ピストンにつき接続ロッド１４４７が２つしか示されていないが、１つまたは複数の追加の接続ロッドが隠されている点が理解されるべきである。
【００３６】
図４Ａでは、２つの側部搭載型のクランクシャフト１４３０、１４３２には平行な軸が配置されており、これらの軸は相互に平行であり、また、シリンダ１１００の縦中心部あるいはその付近を横断し、シリンダの縦軸Ａｃに対して垂直である共通の平面上に在る。これらのクランクシャフトは相互に対して反対方向に回転する。接続ロッド１４４７はクランクシャフト１４３０、１４３２上のクランクスローに接続している。図面では（In plan）、各接続ロッド１４４７は、クランクシャフトからリストピンに向かって延びる細長い直線断面を有する。直線区間の端部において、各接続ロッド１４４７がリストピン１３４２のうちの１本に向かって湾曲している。接続ロッド１４４７のこの湾曲した形状により、エンジンの全体幅が縮小される一方で、エンジン動作中に接続ロッドとピストンの端部との間に隙間が提供される。
【００３７】
図４Ｂは、エンジン１４００内のピストン１３００の端部の斜視図であるが、ここでは、接続ロッド１４４７の細部を図示する目的でクランクシャフトを排除している。図４Ａおよび図４Ｂに見られるように、各ピストン１３００Ａ、１３００Ｂは、そのシングルリストピン１３４２に搭載された３つの接続ロッドを設けている。上述したように、中心に搭載された接続ロッド１４４７ａはフォーク型のリストピン端部１４４７ａｗを設けており、このフォーク型のリストピン端部は２本の側方に離間した係合アームを設けている。係合アームは、針ベアリング１４３６によって、リストピン１３４２に取り付けられる複数の整列した開口部（図示せず）を有する。中心に搭載された接続ロッド１４４７ａは、ローラベアリング１４３８をクランクシャフトに取り付けるための開口部を具備したクランクシャフト端部１４４７ａｃを有する。側方に搭載された第２接続ロッド１４４７ｂは、第１接続ロッド１４４７ａの外の、リストピン１３４２の各端部とフォーク型リストピン端部１４４７ａｗの１本のアームとの間で、リストピン１３４２に取り付けられている。各第２接続ロッド１４４７ｂは、針ベアリング１４３６によって、リストピン１３４２に取り付けられるための開口部を有するリストピン端部１４４７ｂｗを有する。各第２接続ロッド１４４７ｂは、ローラベアリング１４３８によって、クランクシャフトに取り付けられるための開口部を具備したクランクシャフト端部１４４７ｂｃを有する。
【００３８】
図４Ａおよび図４Ｂに示す接続ロッド１４４７、リストピン１３４２、クランクシャフト１４３０、１４３２の間の幾何学的配列関係によって、接続ロッド１４４７が、高速エンジン速度でのピストンの惰性力が原因で制限されたレベルの圧縮応力が生じた状態で、シリンダ１１００内でのピストン１３００Ａ、１３００Ｂの運動時に主に引張応力下に置かれる状態が維持される。この幾何学的配列により、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂとシリンダ１１００のボアとの間の側力が排除されるか、少なくとも実質的に低減される。
【００３９】
図４Ａは、シリンダ１１００とピストン１３００Ａ、１３００Ｂの追加の詳細および特徴を示している。シリンダ１１００内では、排出ポート１１０５が、燃焼流の生成物をシリンダ１１００から放出するための排気マニホルド１１０４によって覆われている。例えばＢＭＥＰ＝１５０ｐｓｉといったエンジン１４００のハイパワー動作中に、排気マニホルド１１０４とダクト１１５３の平均外部温度が、ディーゼル燃料をコークス化させるのに十分な高温である３７５℃に達するか、またはこれを超える。マニホルド１１０４、ダクト１１５３の平均温度は、後続の掃気流によって、高い初期排気温度から低下する。それでも、排気マニホルド１１０４とダクト１１５３の外面は、高温塗料のような絶縁コーティングで被覆されている。この目的のために、シリコンベースの組成が有用である。このような組成の１つに、Ａｒｅｍｃｏ社よりＣｏｒｒ−Ｐａｉｎｔ  ＣＰ４０４０の商標名で販売されている、熱伝導性（Ｋ）が１Ｗ／メートル−°Ｋ未満の、酸化金属で充填された塗料が挙げられる。これ以外の適した組成には、Ｅａｇｅｒ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ，  Ｉｎｃ．より販売のシルセル球形マイクロバルーン、または、Ｐｏｔｔｅｒｓ  Ｅｕｒｏｐｅ社より販売のガラスのマイクロスフィアを、Ａｒｅｍｃｏ社よりＡｒｅｍｃｏ  ８０８０の商標名で販売されているシリコンベースの結合剤系と混合して配合されたコーティングがあり；この組成は、０．３６Ｗ／メートル−°Ｋ未満の熱伝導性（Ｋ）を有するコーティングを提供する。あるいは、またはこれに加えて、排気マニホルド１１０４とダクト１１５３の内面をセラミック材料でコーティングしてもよい。また、排気マニホルド１１０４とダクト１１５３の外面に液体冷却剤を付加することが望ましい場合があるが、しかし、これはターボチャージャで使用できない排ガスからエネルギーを除去する。
【００４０】
図４Ａを参照すると、シリンダ１１００はまた、シリンダ１１００に入る加圧空気が通るための、吸気マニホルド１１０６で覆われた吸気ポート１１０７を有する。ピストン１３００Ａ、１３００Ｂは、これらポートに関連した場所のために、それぞれ「排気」ピストン、「吸気」ピストンと呼ばれ、また、シリンダ１１００の端部も同様の名称がついている。
【００４１】
底部死点位置を横切る際のピストン１３００Ａ、１３００Ｂ間の位相差をもって結合されているピストンの長さとシリンダの長さとの関係により、ポート動作が調節され、ピストンイベントと共に正確に順序付けされる。底部死点位置同士の間のこの位相相殺は、排気ピストン１３００Ａがその底部死点位置付近にて移動する際に排気ポート１１０５を開放し、次に、吸気ピストン１３００Ｂがその底部死点位置にて移動する際に吸気ポート１１０７を開放し、その後、排気ピストンがその底部死点位置から離れた後に排気ポートを閉鎖し、続いて、吸気ピストン１３００Ｂがその底部死点位置から離れた後に吸気ポート１１０７を閉鎖する順序を生じさせる。
【００４２】
図４Ａを参照すると、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂの開放端部の外に２つの冷却剤容器１４６０Ａ、１４６０Ｂが提供されている。各容器は、ピストンロッド１３３０のねじ切り端部１３３５上に取り付けられたねじ切り付きナット１３４４内に受容された細長いノズル１４６１を設けている。関連するピストン１３００Ａまたは１３００Ｂを冷却するための液体冷却剤が、容器１４６０Ａまたは１４６０Ｂからねじ切り付きナット１３４４を介し、ノズル１４６１によって供給される。液体冷却剤は、このようにして、対応するピストンロッド１３３０のボア１３３２内に一定の圧力で供給される。圧力によって液体冷却剤がピストンロッド１３３０から、１つまたは複数の一定の流れにて強制排出され、この流れが流路１３２９を通りクラウン１３０８の裏面上へ向かう。
【００４３】
本明細書による対向ピストンエンジンは作業要素（シリンダ、ピストン、リンケージ、クランクシャフトなど）を設けており、これらの作業要素は、これらを支持するために共に取り付けられた受動構造要素のフレームの形態で構造ユニット上に受容されている。このフレームは応力およびエンジン動作力、例えばクランクシャフト間の圧縮力に耐え、シリンダはブロック状に鋳造されず、別の受動構造要素で形成されることもない。各シリンダはエンジンフレームに支持され、そのためエンジンブロックの機械応力および熱応力から解放される。そのため、シリンダ１１００は、本質的には冷却された圧力容器のみから成る。このエンジン構造は、上述の方法によるシリンダ１１００、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂの冷却を伴って、シリンダの不均等な円筒形歪みと、ピストンクラウンの膨張を排除し、シリンダ／ピストンのつながりを非常に密着したものにする。有利なことに、個別的な冷却によって、ピストンリングを用いないエンジン設計のオプションがこの特徴にもたらされる。
【００４４】
図５Ａ〜図５Ｅは、図１Ａ〜図１Ｄおよび図３Ａ〜図３Ｃのシリンダおよびピストン構造に基づく側部搭載型クランクシャフトを設けた、対向ピストンエンジン１４００の段階的に完成する組み立て品を示した側部斜視図である。エンジン１４００は２つのシリンダを有するが、この個数は単に例証のためのものである。実際には、１つ、２つ、３つ、またはそれ以上のシリンダを有する任意の大きさのエンジンであってよいとされる。図５Ａ中において、エンジン１４００は、その中に対向ピストン１３００Ａ、１３００Ｂが配置されている図１Ａ〜図１Ｄに図示の構造を有する２つのシリンダ１１００を含む。図５Ａでは、対向ピストンのリストピン１３４２を見ることができる。接続ロッド１４４７がリストピン１３４２に結合し、さらにクランクシャフト１４３０、１４３２に結合している。排気ダクト１１５３は、エンジン板１５１０の対応する開口部内に受容されており、吸気ダクトはエンジン板１５２０の対応する開口部内に受容されている。少なくとも１つの燃料インジェクタ１１５８は燃料をシリンダ１１００内に噴出する。パイプ１１４２、１１４４、１１４５が、シリンダ１１００の外面上に設けられた対応する溝グループ内へ液体冷却剤を誘導する。
【００４５】
図５Ｂおよび図５Ｃは、シリンダ、ピストン、容器を使用していないエンジン１４００を示す。このエンジン１４００は、端部板１５２２、１５２４、端部板１５２２、１５２４の間に位置決めされている中間板１５２６によって構成されたフレームを設けている。板１５２４、１５２６には、シリンダをフレームに取り付けるための通し穴１５２８が設けられている。板１５２２、１５２４、１５２６は、クランクシャフト１４３０を回転可能に支持するベアリング１５３０’と、クランクシャフト１４３２を回転可能に支持するベアリング１５３２’を設けている。端部板１５２２、１５２４と、中間板１５２６は、１つの側部を、エンジン板１５１０と、これを相補する相補エンジン板１５１１とを含む多数のエンジン板によって、また、第２側部を、エンジン板１５２０と、これを相補する相補エンジン板１５２１とによって共に固定されている。フレームの片側のエンジン板１５２０と１５１１の間に１つの容器１４６０（図４Ａに示す）が取り付けられており、フレームのもう片側の、エンジン板１５１０と１５２１の間に別の１つの容器が取り付けられている。
【００４６】
図５Ｂおよび図５Ｃの説明を続けると、ギアボックス１５７０内には出力ギアトレインが収容されており、この出力ギアトレインを介して、クランクシャフト１５３０、１５３２の対向する回転動作が出力駆動シャフトに結合される。クランクシャフト１４３０、１４３２の端部はギアボックス１５７０内に延びている。クランクシャフト１４３０の端部には歯付き外リムを具備したギアホイール１５７２が固定され、クランクシャフト１４３２の端部には歯付き外リムを具備したギアホイール１５７３が固定されている。出力ギアホイール１５７５は、歯付き内部円周１５７７と歯付き外部円周１５７８を具備した環１５７６を有する。これらの図に見られるように、ギアホイール１５７２の外リムは１箇所にてギアホイール１５７５の内部円周１５７７と係合し、ギアホイール１５７３の外リムは、１箇所から直径方向反対側に位置している別の１箇所にて、ギアホイール１５７５の外部円周１５７８と係合している。内部ギア１５７２と内部円周１５７７の間のギア比率は、ＭＯＤ４の歯を設けた内部ギアおよび内部円周の場合で３３／６５、ＭＯＤ５の歯を設けた外部ギアおよび外部円周の場合で３３／６５である。このギア配列により、クランクシャフト１４３０、１４３２の対向回転が、奇数のギア（この場合には３）を設け、ギア比率が非整数であり、中間にベルト、チェーン、その他のトルク伝達要素を設けていない出力ギアホイール１５７５の連続回転に変換される。その結果、Ｂｉｒｄ社のエンジンのものよりも短い単純な出力ギアトレインが得られる。このギアトレインでは、クランクシャフトがシングルギア（ギアホイール１５７５）によって共通結合しているため、Ｂｉｒｄ社のエンジンよりも、クランクシャフト間のねじれ共振を大きく低減できる。
【００４７】
図５Ｂおよび図５Ｃに見られるように、軸板１５８１がねじ切り付きネジによって環１５７６に取り付けられており、カバー１５８２がねじ切り付きネジによって、ギアボックス１５７０の上にて端部板１５２２に留められている。軸板１５８１は中心軸１５８６を有する。カバー１５８２は軸１５８６を受容する出力ベアリング１５８５を含むため、フレームが回転する出力ギア１５７５を支持することができる。軸１５８６はエンジン１４００の出力駆動部を構成する。軸１５８６は中間トランスミッションに結合するか、または、１つまたは複数のシャフト、ギア、ベルト、チェーン、カム、その他の適切なトルク伝達要素あるいはシステム（図示せず）によって駆動構成要素に直接結合することができる。
【００４８】
図５Ｄは、２つのシリンダ１１００を設けたエンジン１４００を示しており、このシリンダは、ねじ切り付きネジおよび／またはボルト１５２７を板１５２４、１５２６の穴１５２８に通し、取り付けブラケットのねじ切り付き穴内にねじ込むことで、端部および中間板１５２４、１５２６に取り付けられている。このねじ切り付きネジ１５２７により、シリンダまたはピストンを検査、修理、交換するためにシリンダをエンジン１４００から容易に除去できるようになる。図５Ｅは組み立てたエンジン１４００を示しており、この場合、ねじ切り付きネジによって、容器１４６０Ａ、１４６０Ｂが端部板１５２２、１５２４の間に取り付けられている。エンジン板１５２０、１５２１、１５１０、１５１１、容器１４６０Ａ、１４６０Ｂ、カバー板１５８０が、ねじ切り付きネジおよび／またはボルトによってフレームの端部板１５２２、１５２４と中間板１５２６に取り付けられている。
【００４９】
エンジン１４００のフレーム部分は、高温アルミニウム合金（例えば５４５４アルミニウム）を、エンジンの組み立ておよび動作の必要性に応じて鋳造および／または機械工作して作成されていることが好ましい。エンジン燃料および掃気システムは下記に示す通りであり得る。エンジン１４００に使用される液体冷却剤と燃料は、ピストンおよび他のエンジン要素の潤滑剤としても機能するディーゼル燃料であることが好ましい。また、エンジン動作は、必要に応じて、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）によって関連するセンサおよびアクチュエータによって使用することで制御されることが好ましい。
【００５０】
エンジン１４００への補助エンジン装置の取り付けは、図５Ｅを参照することで理解できる。例えば、ターボチャージャ１５９０をエンジン板１５１０に取り付けることで、１つまたは複数の排気ダクトへの結合を容易にし、また、スーパーチャージャ１５９１をエンジン板１５２０に取り付けることで、吸気ダクトへの結合を容易にしている。燃料噴射ポンプ１５９３は、タイミングベルトによって、クランクシャフトのうちの１つの端部から駆動される。エンジン１４００の裏側には冷却剤ポンプ、潤滑剤ポンプ、掃気ポンプ（図示せず）が取り付けられており、クランクシャフトのうちの１つの端部によって駆動される。冷却剤ポンプは、シリンダスリーブ１１４０内のパイプ、さらに容器１４６０Ａ、１４６０Ｂに液体冷却剤を提供する。排液溜めポンプ１５９４が底部板１５８０に取り付けられている。これらの図面には示されていないが、裏板１５２４を貫通したクランクシャフトの延長部分を、振動減衰器およびエンジンアクセサリに採用することも可能である。
【００５１】
図６Ａに、第２実施形態で使用できる液体冷却剤供給システム１６００による液体冷却剤の送達の制御を概略図にて示す。この供給システム１６００は、プログラム可能なエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１６０１を含む。ＥＣＵ１６０１は、シリンダライナ１１０２の開口部１１１６のうちの１つにねじ込まれたセンサ１６１０により、シリンダ１１００の温度を感知する。ＥＣＵ１６０１はさらに、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂ内に搭載されたセンサ１６１１Ａ、１６１１Ｂによって、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂのクラウンの温度も感知する。これ以外のセンサ（全ては図示していない）が、様々なエンジン動作状況を表す入力をＥＣＵ１６０１に提供してもよい。供給システム１６００では、掃気ポンプ１５９４が、シリンダ１１００、ピストン１３００Ａおよび１３００Ｂから排出された冷却剤を回収し、これを空気分離器１６３０、フィルタ１６３１を介して（乾式）排液溜め１６３２へ汲み上げる。
【００５２】
図６Ａに示すように、シリンダ冷却剤回路ポンプ１６３４Ａは、排液溜め１６３２に収集した冷却剤を熱交換器１６３５Ａとバイパス弁１６３６Ａを介して、マニホルド１６３８Ａ内に汲み上げる。ＥＣＵ１６０１と、マニホルド１６３８Ａ内の圧力センサ１６３９Ａとによるバイパス弁１６３６Ａの制御によって、シリンダ１１００の溝に提供される液体冷却剤が、選択された圧力でマニホルド１６３８Ａ内に維持される。液体冷却剤は、マニホルド１６３８Ａから比例弁１６４２、１６４４、１６４５を通り、パイプ１１４２、１１４４、１１４５それぞれを介してシリンダ１１００の外面の溝内へと流れる。全ての弁１６３６Ａ、１６４２、１６４４、１６４５はＥＣＵ１６０１によって制御される。
【００５３】
図６Ａに示すように、ピストン冷却回路ポンプ１６３４Ｂは、排液溜め１６３２に収集された冷却剤を熱交換器１６３５Ｂおよびバイパス弁１６３６Ｂを介してマニホルド１６３８Ｂ内に汲み上げる。ピストン１３００Ａ、１３００Ｂ内のピストンロッド１３３０に提供される液体冷却剤は、ＥＣＵ１６０１と、マニホルド１６３６Ｂ内の圧力センサ１６３９Ｂとによるバイパス弁１６３６Ｂの制御によって、選択された圧力でマニホルド１６３８Ｂ内に維持される。液体冷却剤は、マニホルド１６３８Ｂから比例弁１６６０Ａ、１６６０Ｂを通り、容器１４６０Ａ、１４６０Ｂ内へ流れ、さらにこれらの容器から、ピストンロッド１３３０のボア１３３２を通り、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂ内のクラウンの裏面上へと流れる。全ての弁１６３６Ｂ、１６６０Ａ、１６６０Ｂは、ＥＣＵ１６０１によって制御される。
【００５４】
図６Ａに示すＥＣＵ１６０１は、シリンダおよびピストン温度の事前較正された値と、これ以外の、エンジン動作状況を表すセンサデータとを、様々なエンジン動作負荷について冷却剤圧力および流量にマッピングすることによってプログラムされる。ＥＣＵ１６０１は、エンジン動作状況と、シリンダおよびピストンの温度とを感知し、現在のエンジン負荷を決定し、シリンダ１１００、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂの３つの回路にアクセスし、これらに必要な圧力および流量を計算する。次に、ＥＣＵ１６０１は、現在のエンジン動作点において必要な冷却剤をシリンダ１１００の冷却剤回路に提供するべく、弁１６３６Ａ、１６４２、１６４４、１６４５を制御する。この制御は、開ループまたは閉ループ上で行われる。例えば、フルエンジンパワーにて、冷却剤のようなディーゼル燃料を使用することで、パイプ１１４２、１１４４に提供する圧力および流量を１ガロン／分毎に１バール未満にし、パイプ１１４５に提供する圧力および流量を４ガロン／分毎に１バール未満にすることができる。さらにこれと同時に、現在のエンジン動作点にてクラウン１３０８の熱分布を制御するために、必要に応じて冷却剤をピストン１３００Ａ、１３００Ｂの冷却回路に提供するよう、ＥＣＵ１６０１が弁１６３６Ｂ、１６６０Ａ、１６６０Ｂを設定する。例えば、フルエンジンパワーにて、ディーゼル燃料を冷却剤として使用することにより、容器１４６０Ａ、１４６０Ｂに提供される圧力および流量を、各ピストンにつき１５ガロン／分毎に３バール未満にすることができる。
【００５５】
図６Ｂの概略図に、別の液体冷却剤供給システム１６５０による液体冷却剤の送達の制御を示す。このシステム１６５０は、第１冷却剤（例えば水）をシリンダ１１００に提供し、第１冷却剤とは異なる第２冷却剤（例えば、潤滑剤またはディーゼル燃料）をピストン１３００Ａ、１３００Ｂに提供する。供給システム１６５０は、シリンダ１１００およびピストン１３００Ａ、１３００Ｂ内に、プログラム可能なエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１６０１と、センサ１６１０、１６１１Ａ、１６１１Ｂとを含む。供給システム１６５０は、シリンダスリーブ１１４０の穴１１４７と、シリンダ１１００の両端における穴１１３３とに従来の方法で接続している複数の液体冷却剤戻りライン１６６１を利用する。この液体冷却剤戻りライン１６６１は、第１液体冷却剤をシリンダ１１００から容器１６６３へ戻すための戻りマニホルド１６６２内に収束している。
【００５６】
図６Ｂに示すように、シリンダ冷却剤回路ポンプ１６６４は、容器１６６３内に収集された第１液体冷却剤を、熱交換器１６６５とバイパス弁１６６６を介してマニホルド１６６７内へ汲み上げる。ＥＣＵ１６０１によるバイパス弁１６６６と、マニホルド１６６７内の圧力センサ１６６９との制御によって、シリンダ１１００の溝に提供される第１液体冷却剤が、選択された圧力でマニホルド１６６７内に維持される。第１液体冷却剤は、マニホルド１６６７から比例弁１６７２、１６７４、１６７５を通り、パイプ１１４２、１１４４、１１４５をそれぞれ介してシリンダ１１００の外面の溝へと流れる。全ての弁１６６６、１６７２、１６７４、１６７５はＥＣＵ１６０１によって回収される。
【００５７】
図６Ｂに示す供給システム１６５０は、供給システム１６００の複数のピストン冷却剤回路を含む。これらの回路は、図６Ａに関連して上述した、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂを冷却するための第２液体冷却剤を送達するための、掃気ポンプ１５９４から容器１４６０Ａ、１４６０Ｂを通る順序における要素によって構成されている。システム１６００と同様に、第２液体冷却剤はピストン１３００Ａ、１３００Ｂ内へ流れ、掃気ポンプ１５９４によって回収される。
【００５８】
図６Ｂに示すＥＣＵ１６０１は、シリンダおよびピストン温度の事前較正された値と、これ以外の、エンジン動作状況を表すセンサデータとを、様々なエンジン動作負荷について第１および第２冷却剤圧力および流量にマッピングするように、また、第１および第２液体冷却剤の供給をこれらの圧力および流量にてシリンダ１１００、ピストン１３００Ａおよび１３００Ｂにそれぞれ制御するようにプログラムされ、供給システム１６５０を供給システム１６００によって動作する。
【００５９】
図６Ａおよび図６Ｂの液体冷却剤供給システムが、エンジン動作状況に反応して、シリンダ１１００に付加された液体冷却剤の流量と圧力を、ピストン１３００Ａ、１３００Ｂに付加された液体冷却剤の流量および圧力とは別個に変更することにより、シリンダ１１００の冷却をピストン１３００Ａ、１３００Ｂの冷却とは別に制御できることが明白なはずである。したがって、液体冷却剤供給システムは、シリンダ１１００をピストン１３００Ａ、１３００Ｂと同一または異なる温度に維持することができ、さらに、エンジン動作状況の変化に反応して、これらの温度を独立的に変更することができる。シリンダ１１００およびピストン１３００Ａ、１３００Ｂの温度を独立的に制御できることにより、液体冷却剤システムは、エンジン動作状況の変更時に、シリンダ１１００のボア１１０３とピストン１３００Ａ、１３００Ｂの外径との間の機械的隙間および間隔を所望の範囲内に維持することができる。
【００６０】
ここで説明した、ディーゼル燃料を対向ピストンエンジンの燃料インジェクタに提供する燃料システムの実施形態を、優先権ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２０５５３（「優先権出願」）を図示した図９Ａ〜図９Ｃに示す。上述した通りのこの優先権出願は参照により、本願明細書に組み込まれる。引用文献の一部に説明されているように、シリンダおよび／またはピストンを冷却するために提供される液体冷却剤は、対向ピストンエンジンに電力供給するためにも提供されるディーゼル燃料であってよい。
【００６１】
図７に、対向ピストンエンジン１４００にチャージエアを提供し、同エンジン１４００から排気を放出するためのシステムを示す。このシステムは、１つまたは複数のシリンダ１１００に対応するものと考えられる。システム１７００では、吸気マニホルドライン１７３４と排気マニホルドライン１７３２は、１つまたは複数のシリンダ１１００の吸気ポート１１０７と排気ポート１１０５にそれぞれ接続している。これらのマニホルドラインは、エンジン囲壁の外部に搭載されていることが好ましい。図７に概略的に図示されたエンジンは、ターボスーパーチャージドエンジンまたはスーパーチャージドエンジンである。そのため、マニホルドラインはターボスーパーチャージャ１７３６に接続している。詳細には、排気マニホルドライン１７３２内を移動する排気が排気ライン１７３８の途中のタービン１７４０を駆動することによって、コンプレッサ１７４２が機械的に駆動される。コンプレッサ１７４２は、吸気ライン１７３７に空気を引き込み、この引き込んだ空気を、吸気マニホルドライン１７３４へ誘導する前に、中間冷却器１７３９によって加圧する。スーパーチャージャ１７４６または同等の装置を中間冷却器１７３９とコンプレッサ１７４２の間に接続して、これを機械的に駆動することによって、エンジンを開始するための掃気を提供することができる。
【００６２】
本願明細書中で説明した対向ピストンエンジンの使用および用途は、実際にはこの数倍存在する。これは、２サイクル式ディーゼルエンジンを含む２サイクル式エンジンを使用したあらゆる用途に考慮できる。本エンジンは、電力供給される様々な車両、工具、装置、またはその他回転力の送達を要する装置内に設置するか、あるいはこれらに搭載することができる。これに関しては、例えば図８Ａ〜図８Ｆを参照できる。図８Ａでは、この２サイクル式対向ピストンエンジン１４００が、車輪付き車両または軌道走行車両を含む地上車両に設置されている。このような地上車両には、自動車、オートバイ、スクータ、トラック、タンク、武装した軍用車両、スノーモービル、さらに全ての同等物および類似した物体がある。図８Ｂでは、このエンジンは、ボート、ホバークラフト、潜水艦、個人用船舶、さらに全ての同等物および類似した車両などの船の内部に設置されている。図８Ｃでは、このエンジンが、固定翼または回転翼航空機内に設置されている。図８Ｄでは、このエンジンは、芝刈り機、縁刈り機、トリマー、リーフブロワー、スノーブロワー、チェーンソー、さらに全ての同等物および類似した装置のような給電される道具の内部に設置されている。図８Ｅでは、このエンジンは電力生成装置内に設置されている。さらに、図８Ｆでは、このエンジンはポンプ装置内に設置されている。
【００６３】
特定の図面および例を参照しながら本発明を説明したが、当方のエンジンの原理の精神から逸脱しない限り、様々な改良を加えられることが理解されるべきである。したがって、本発明は添付の請求項によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１Ａ】対向ピストン内燃エンジンに使用されるシリンダの構造を示す。
【図１Ｂ】対向ピストン内燃エンジンに使用されるシリンダの構造を示す。
【図１Ｃ】対向ピストン内燃エンジンに使用されるシリンダの構造を示す。
【図１Ｄ】対向ピストン内燃エンジンに使用されるシリンダの構造を示す。
【図２】対向ピストンエンジンの動作中に、軸方向に測定した時間平均シリンダ熱束を示す曲線である。
【図３Ａ】ピストンと、リストピンを取り付けたピストンロッドとを示す側部斜視図である。
【図３Ｂ】スカートを排除し、ピストンロッドおよびリストピンが取り付けられたピストンの側部斜視図である。
【図３Ｃ】ピストンに取り付けられるピストンロッドの側部斜視図である。
【図３Ｄ】スカートを排除し、ピストンロッドとこれに関連するリストピンとが取り付けられたピストンの展開組み立て図である。
【図３Ｅ】スカートを部分的にカットした状態にある、ピストンの上方部分の拡大側部断面図である。
【図４Ａ】主に引張力がかかった接続ロッドによって、ピストンが頂部死点で２つのクランクシャフトに接続している状態のシリンダを示す、対向ピストンエンジンの側面図であり、この図面は、ピストン冷却構造を示すためにカットされている。
【図４Ｂ】図４Ａのエンジン中のピストン端部と接続ロッドの斜視図であり、この図面ではクランクシャフトを除去している。
【図５Ａ】組み立ての詳細を様々な組み立て段階にて示した、対向ピストンエンジンの複数シリンダ実装の斜視図である。
【図５Ｂ】組み立ての詳細を様々な組み立て段階にて示した、対向ピストンエンジンの複数シリンダ実装の斜視図である。
【図５Ｃ】組み立ての詳細を様々な組み立て段階にて示した、対向ピストンエンジンの複数シリンダ実装の斜視図である。
【図５Ｄ】組み立ての詳細を様々な組み立て段階にて示した、対向ピストンエンジンの複数シリンダ実装の斜視図である。
【図５Ｅ】組み立ての詳細を様々な組み立て段階にて示した、対向ピストンエンジンの複数シリンダ実装の斜視図である。
【図６Ａ】対向ピストンエンジンのシリンダおよび対向ピストンへの液体冷却剤の付加を制御するために使用できる供給システムの概略図である。
【図６Ｂ】対向ピストンエンジンのシリンダおよび対向ピストンへの液体冷却剤の付加を制御するために使用できる供給システムの概略図である。
【図７】対向ピストンエンジン内における吸気および排気の流れを示す概略図である。
【図８Ａ】対向ピストンエンジンの用途を示す。
【図８Ｂ】対向ピストンエンジンの用途を示す。
【図８Ｃ】対向ピストンエンジンの用途を示す。
【図８Ｄ】対向ピストンエンジンの用途を示す。
【図８Ｅ】対向ピストンエンジンの用途を示す。
【図８Ｆ】対向ピストンエンジンの用途を示す。
【図１Ａ】
2009530531.tif 000003
【図１Ｂ】
2009530531.tif 000004
【図１Ｃ】
2009530531.tif 000005
【図１Ｄ】
2009530531.tif 000006
【図２】
2009530531.tif 000007
【図３Ａ】
2009530531.tif 000008
【図３Ｂ】
2009530531.tif 000009
【図３Ｃ】
2009530531.tif 000010
【図３Ｄ】
2009530531.tif 000011
【図３Ｅ】
2009530531.tif 000012
【図３Ｆ】
2009530531.tif 000013
【図４Ａ】
2009530531.tif 000014
【図４Ｂ】
2009530531.tif 000015
【図５Ａ】
2009530531.tif 000016
【図５Ｂ】
2009530531.tif 000017
【図５Ｃ】
2009530531.tif 000018
【図５Ｄ】
2009530531.tif 000019
【図５Ｅ】
2009530531.tif 000020
【図６Ａ】
2009530531.tif 000021
【図６Ｂ】
2009530531.tif 000022
【図７】
2009530531.tif 000023
【図８Ａ】
2009530531.tif 000024
【図８Ｂ】
2009530531.tif 000025
【図８Ｃ】
2009530531.tif 000026
【図８Ｄ】
2009530531.tif 000027
【図８Ｅ】
2009530531.tif 000028
【図８Ｆ】
2009530531.tif 000029
【国際調査報告】
2009530531.tif 000030
2009530531.tif 000031
2009530531.tif 000032
2009530531.tif 000033
2009530531.tif 000034