(57)【要約】対向ピストンエンジンの２つのクランクシャフトを接続するギアトレインは、第１ピストンに連結された第１クランクシャフトと、エンジンのシリンダ内で、第１ピストンに対向して配置される第２ピストンに連結された第２のクランクシャフトと、各クランクシャフトに取り付けられるそれぞれのクランクギアと、クランクギアを接続するアイドラギアとを含む。ギアトレインは、クランクシャフトおよびアイドラギアポストへの側面荷重を最小限に抑えるように構成されている３ギアシステムを備えている。【選択図】図５Ａ
2019532217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１クランクシャフトと、第２クランクシャフトと、前記第１クランクシャフトと前記第２クランクシャフトとの間に配置される複数のシリンダとを有し、前記第１および第２クランクシャフトが、間隔を空けて平行に配置され、前記第１および第２クランクシャフトを結合するギアシステムが３つのギアからなり、
前記３つのギアの第１ギアは、前記第１クランクシャフトに接続されており、
前記３つのギアの第２ギアは、前記第２クランクシャフトに接続されており、
アイドラギアを備える前記３つのギアの第３ギアは、前記第１ギアと前記第２ギアとの間に配置され、前記第３ギアが、前記第１ギアとの第１ギア噛合部および前記第２ギアとの第２ギア噛合部を通して、前記第１ギアから前記第２ギアにトルクを伝達するように構成される、対向ピストンエンジンであって、
前記第１ギアの中心が、前記対向ピストンエンジンの前記長手方向シリンダ軸線と一直線上にあり、
前記第２ギアの中心が、前記対向ピストンエンジンの前記長手方向シリンダ軸線に沿って前記第１ギアの中心と一直線上にあり、
前記第３ギアが、前記対向ピストンエンジンの前記長手方向シリンダ軸線と一直線上になく、
前記長手方向シリンダ軸線と、前記第１ギア噛合部を通過する作用線との間の角度αが、０°以上９０°未満である、対向ピストンエンジン。
【請求項２】
前記第１クランクシャフトが吸気クランクシャフトであり、これが前記対向ピストンエンジン内の１つまたは複数の吸気ピストンに接続されており、その動きによって１つまたは複数の吸気ポートを開閉し、前記第２クランクシャフトが排気クランクシャフトであり、前記対向ピストンエンジン内の１つまたは複数の排気ピストンに接続されており、その動きによって１つまたは複数の排気ポートが開閉される、請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３】
駆動力を提供するためのトランスミッションが、前記排気クランクシャフトに動作可能に接続されている、請求項２に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項４】
補助システムが前記吸気クランクシャフトに動作可能に接続されている、請求項３に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項５】
前記補助システムが、ポンプ、過給機、および圧縮機のうちの１つまたは複数を備える、請求項４に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項７】
前記ギアトレインが、前記対向ピストンエンジン内の吸気ピストンと排気ピストンとの間の相対運動のタイミングを維持するように構成されている、請求項１から６に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項８】
第１クランクシャフトと第２クランクシャフトとを連結するためのギアシステムであって、前記第１および前記第２クランクシャフトが平行に間隔を空けて配置されており、
前記第１クランクシャフトに取り付けられている第１ギアと、
前記第２クランクシャフトに取り付けられている第２ギアと、
前記第１ギアとの第１ギア噛合部および前記第２ギアとの第２ギア噛合部を介して、前記第１ギアから前記第２ギアにトルクを伝達するように、前記第１ギアと前記第２ギアとの間で前記第１および第２ギアに隣接するアイドラギアを含む第３ギアと、
を有するギアトレインを前記ギアシステムが備え、
前記第１ギアの中心が、前記第１クランクシャフトの軸線および前記第２クランクシャフトの軸線に直交する長手方向軸線と一直線上にあり、
前記第２ギアの中心が、前記長手方向軸線に沿って前記第１ギアの中心と一直線上にあり、
前記第３ギアは前記長手方向軸線と一直線上になく、
前記長手方向軸線と、前記第１ギア噛合部を通過する作用線との間の角度αが、０°以上９０°未満である、ギアシステム。
【請求項９】
ｓ前記平行な離間関係が、前記第１クランクシャフトが前記第２クランクシャフトの上方に配置され、前記第２クランクシャフトがトランスミッションに連結されている実質的に垂直方向の関係である、請求項８に記載のギアシステム。
【請求項１０】
ポンプ、過給機、および圧縮機のうちの１つまたは複数を備える補助システムが、前記第１クランクシャフトに動作可能に接続されている、請求項８に記載のギアシステム。
【請求項１１】
前記ギアトレインが、前記第１クランクシャフトと前記第２クランクシャフトとの間の相対運動のタイミングを維持するように構成されている、請求項８から１０のいずれか１項に記載のギアシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、２０１２年２月２３日に出願された「デュアルクランクシャフト、対向ピストンエンジン構造」と題される米国特許出願第１３／３８５５３９号（代理人整理番号ＡＣＨＰ３００１ＵＳ）、現在での米国特許出願公開第２０１２／０２８５４２２号の主題に関連する。
【０００２】
［連邦政府による資金提供を受けた研究の記載］
本発明は、エネルギー高等研究計画局（ＡＲＰＡ−Ｅ）によって付与されたアワード番号：ＤＥ−ＡＲ００００６５７の政府支援の下でなされたものである。政府は本発明において一定の権利を有する。
【０００３】
本発明の分野は、従来のギアシステムと比較すると摩擦が低減された対向ピストン内燃機関におけるクランクシャフトを接続するためのギアトレインに関する。より具体的には、本発明は、クランクシャフトを連結するために３ギアシステムを使用するギアトレインに関し、また排気クランクシャフトから直接動力を取り出すものを含み得る。
【背景技術】
【０００４】
各シリンダに単一のピストンを備えた従来の「Ｖ型」および直列内燃機関と比較すると、対向ピストンエンジンは、熱力学および燃焼における基本的な構造上の利点を有し、それによりエンジン性能が改善される。いくつかの対向ピストンエンジンでは、ピストンの運動が燃焼サイクル中の吸気ポートおよび排気ポートの開閉を決定する。ポート開閉の間の所望のタイミングを維持するために、その接続部がタイミングベルトであるかギアトレインであるかにかかわらず、対向ピストン間に接続部が必要とされる。
【０００５】
現在のいくつかの対向ピストンエンジンは、例えばピストン運動の排気側のクランクリードを維持するために、ポートの開閉のタイミングを制御するためにギアトレインを使用する。多くの場合、そのようなギアトレインは、トレイン内に５つ以上のギアを有することがある。ギアトレイン内の各ギア間の相互作用、つまり噛合に関連して、一定量の摩擦がある。さらに、各噛合はギアシステムのコンプライアンスに寄与し、それは各噛合のラッシュの増大に寄与することが可能であり、それはしかしエンジンノイズを増大させ、そしてギアトレインに沿ってトルクまたは動力伝達の損失に相関する。
【０００６】
対向ピストンエンジンにおけるギアシステム構成の変更は、摩擦の減少、システム剛性の増加、およびギアシステムを介したトルクのより良好な伝達を含む利点をもたらし得る。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に記載のいくつかの実施形態で提供される、第１クランクシャフトに接続される第１ギアと、第２クランクシャフトに接続される第２ギアと、第１ギアと第２ギアとの間に配置されるアイドラギアとを含む、対向ピストンエンジンで使用するギアトレイン。ギアトレインにおいて、アイドラギアは、第１ギア噛合部と第２ギア噛合部とを介して、第１ギアから第２ギアにトルクを伝達するように構成される。第１ギアの中心は、対向ピストンエンジンの長手方向のシリンダ軸線と一直線上にあり、第２ギアの中心も対向ピストンエンジンの長手方向のシリンダ軸線と一直線上にあるが、アイドラギアは対向ピストンエンジンの長手方向のシリンダ軸線と一直線上にはない。長手方向シリンダ軸線と第１ギア噛合部を通る作用線との間の角度αは、０°以上９０°未満である。いくつかの実施態様では、ギアトレインは実質的に、第１クランクシャフトに接続された第１ギアと、第２クランクシャフトに接続された第２ギアと、第１ギアと第２ギアとの間に配置されたアイドラギアとからなり、ギアシステム内に他のギアは存在しない。
【０００８】
以下の特徴は、本明細書に記載のギアトレインにおいて任意の適切な方法で組み合わせることができる。第１クランクシャフトは吸気クランクシャフトとすることができ、吸気クランクシャフトは、その動きが１つまたは複数の吸気ポートを開閉する対向ピストンエンジン内の１つまたは複数の吸気ピストンと接続され、第２クランクシャフトは排気クランクシャフトとすることができ、排気クランクシャフトは、その動きが１つまたは複数の排気ポートを開閉する対向ピストンエンジン内の１つまたは複数の排気ピストンに接続されている。いくつかのそのような実施形態では、駆動力を提供するためのトランスミッションは、第２ギアまたは第２クランクシャフトのいずれかに動作可能に接続され得る。さらに、いくつかのギアトレインでは、補助システムが第１クランクシャフトに動作可能に接続されてもよく、補助システムは第１クランクシャフトから動力を得るように構成されてもよい。補助システムは、圧縮機、過給機、ポンプ、またはそれらの任意の組み合わせなどの装置を含むことができる。ギアトレインは、対向ピストンエンジンにおける吸気ピストンと排気ピストンとの間の相対運動のタイミングを維持するように構成されることができる。
【０００９】
さらなる関連例において、デュアルクランクシャフト・対向ピストンエンジンは、少なくとも１つのシリンダを含み、各シリンダは、長手方向に分離された排気ポートおよび吸気ポートと、シリンダボア内で互いに対向して配置された一対のピストンとを有し、このピストンの対は、吸気ポートを横切ってシリンダボア内を移動するように構成された吸気ピストンと、排気ポートを横切ってシリンダボア内を移動するように構成された排気ピストンとを含み、対向ピストンエンジンは、吸気クランクシャフトと、排気クランクシャフトと、吸気クランクシャフトと排気クランクシャフトとを接続する３ギアシステムとを含む。吸気クランクシャフトは、各シリンダの吸気ピストンに動作可能に接続され、排気クランクシャフトは、各シリンダの排気ピストンに動作可能に接続される。３ギアシステムは、吸気クランクシャフトに接続された第１ギアと、排気クランクシャフトに接続された第２ギアと、第１ギアと第２ギアとの間に位置するアイドラギアとを含み、アイドラギアは、第１ギア噛合部および第２ギア噛合部を介して第１ギアから第２ギアにトルクを伝達するように構成されている。対向ピストンエンジンでは、第１ギアの中心は対向ピストンエンジンの長手方向シリンダ軸線と一直線上にあり、第２ギアの中心は、対向ピストンエンジンの長手方向シリンダ軸線と一直線上にあり、アイドラギアは、対向ピストンエンジンの長手方向シリンダ軸と一直線上にはない。また、対向ピストン型内燃機関において、長手方向シリンダ軸線と第１ギア噛合部を通る作用線とのなす角αは、０°以上９０°未満である。
【００１０】
以下の特徴は、第１および第２クランクシャフトを有する対向ピストンエンジンにおいて任意の適切な方法で組み合わせることができる。第１クランクシャフトは吸気クランクシャフトであることができ、吸気クランクシャフトの動きが１つまたは複数の吸気ポートを開閉するように、吸気クランクシャフトが対向ピストンエンジン内の１つまたは複数の吸気ピストンに接続され得る。第２クランクシャフトは排気クランクシャフトであることができ、排気クランクシャフトの動きが１つまたは複数の排気ポートを開閉するように、排気クランクシャフトが対向ピストンエンジン内の１つまたは複数の排気ピストンに接続される。いくつかの態様では、駆動力を提供するためのトランスミッションが、第２ギアまたは第２クランクシャフトのいずれかに動作可能に接続され得る。さらに、いくつかのさらなる態様では、エンジンの補助システムは第１クランクシャフトに動作可能に接続され、補助システムは第１クランクシャフトから動力を得るように構成されてもよい。補助システムは、圧縮機、過給機、ポンプ、またはそれらの任意の組み合わせなどの装置を含むことができる。ギアトレインは、対向ピストンエンジンにおける吸気ピストンと排気ピストンとの間の相対運動のタイミングを維持するように構成されることができる。
【００１１】
さらなる例では、対向ピストンエンジンで使用するためのギアトレインは、第１クランクシャフトギアと、第２クランクシャフトギアと、第１アイドラギアと、第２アイドラギアと、駆動トランスミッションとを含む。第１クランクシャフトギアは第１クランクシャフトに接続され、第２クランクシャフトギアは第２クランクシャフトに接続されている。第１アイドラギアは、第１クランクシャフトギアと第２アイドラギアとの間に配置され、第１アイドラギアは、第１ギア噛合部および第２ギア噛合部を介して第１クランクシャフトギアから第２アイドラギアにトルクを伝達するように構成される。駆動トランスミッションは、第１クランクシャフトまたは第２クランクシャフトのいずれかに動作可能に接続されている。このようなギアトレインでは、第１クランクシャフトギアの中心は、対向ピストンエンジンの長手方向シリンダ軸線と一直線上にあり、第２クランクシャフトギアの中心は、対向ピストンエンジンの長手方向シリンダ軸線と一直線上にある。さらに、ギアトレインにおいて、第１および第２のアイドラギアは、対向ピストンエンジンの長手方向シリンダ軸線と一直線上にはなく、第１ギア噛合部は、第１クランクシャフトギアと第１アイドラギアとの間にあり、第２ギア噛合部は、第１アイドラギアと第２アイドラギアとの間にあり、長手方向シリンダ軸線と第２ギア噛合部を通る作用線との間の角度αは、０°以上９０°未満である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】対向ピストンエンジンにおけるシリンダ、ピストン、およびギアトレインの公知の配置を示す図であり、適切に「先行技術」と記載されている。
【図２】対向ピストンエンジンにおけるシリンダ、ピストン、およびギアトレインの既知の配置を示す図であり、適切に「先行技術」と記載されている。
【図３】対向ピストンエンジンにおけるシリンダ、ピストン、およびギアトレインの既知の配置を示す図であり、適切に「先行技術」と記載されている。
【００１３】
【図４】対向ピストン燃焼機関と共に使用するための独自の３ギアトレインの図である。
【００１４】
【図５Ａ】図４のギアトレインを組み込んだ対向ピストンエンジンにおける独自の３ギアシステムの斜視図である。
【図５Ｂ】図４のギアトレインを組み込んだ対向ピストンエンジンにおける独自の３ギアシステムの図５Ａと反対の視点からの斜視図である。
【００１５】
【図６Ａ】対向ピストン燃焼機関に設置されたときの、図４および図５に係る３ギアシステムの力の関係を示す概略図である。
【図６Ｂ】対向ピストン燃焼機関に設置されたときの、図４および図５に係る３ギアシステムの力の関係を示す概略図である。
【００１６】
【図７Ａ】図４および図５の３ギアシステムの第１のギアレイアウトの実施形態を示す概略図である。
【００１７】
【図７Ｂ】図４および図５の３ギアシステムの第２のギアレイアウトの実施形態を示す概略図である。
【００１８】
【図８】対向ピストン内燃機関における４ギアシステムのギアレイアウトの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
トルクを伝達するために、ならびにピストン運動間のタイミングを維持するために使用可能である対向ピストンエンジン用のギアトレインについて以下に説明する。このようなギアトレインを使用する方法およびそのようなギアトレインを有するエンジンについてもまた、対向ピストンエンジンのためのギアトレインを設計および製造するための技術として記載されている。
【００２０】
図１は、第１クランクシャフト１２および第２クランクシャフト１４として示される２つのクランクシャフトを有する部分的に構成されたデュアルクランクシャフト・対向ピストン内燃機関１０を含む公知の構成を示す。端部パネル１６は、クランクシャフトを接続するギアトレインを支持する。サイドパネル１８は、１つまたは複数のシリンダの排気ポートおよび吸気ポートと連通する排気チャネル２０および吸気チャネル２２を含む。主軸受キャップ２４およびボルト２６が、クランクシャフトを定位置に固定する。図２および図３を参照すると、エンジンは１つまたは複数のポート付きシリンダ３０を含む。例えば、エンジンは１つ、２つ、３つ、またはそれ以上のシリンダを含むことができる。各シリンダ３０は、長手方向軸線ＡＬと、排気ポート３２および吸気ポート３３とを有する。シリンダ３０は、排気口と吸気口とが互いに整列するように並置されかつ配向されている。クランクシャフト１２および１４は、間隔を置いて配置され、平行な回転軸ＡＲを有する。図示される例では、クランクシャフトはシリンダ３０のそれぞれの排気端および吸気端に回転可能に取り付けられている。そのような場合には（これに限定されるわけではないが）、クランクシャフトはそれぞれ排気クランクシャフト１２および吸気クランクシャフト１４として示されてもよい。シリンダ３０は、それらの長手方向軸線ＡＬが平行であり、概してシリンダ３０と交差し、かつクランクシャフト１２および１４の平行軸線ＡＲを含む平面内に含まれる直列配列で配置される。一対のピストン４２、４３は、各シリンダ３０のボア内でピストンの対向するスライド移動のために配置されている。排気ポート３２を制御する全てのピストン４２は、コネクティングロッド５２によって排気クランクシャフト１２のそれぞれのクランクに連結されており、吸気ポート３３を制御する全てのピストン４３は、コネクティングロッド５３により吸気クランクシャフト１４のそれぞれのクランクに連結されている。クランクシャフト１２および１４は、ギア６０〜６４を含む従来技術のギアシステム５５によって接続されている。いくつかの態様では、排気クランクシャフト１２の各クランクは、吸気クランクシャフト１４の対応するクランクに対して所定の角度θだけ先行することができ、この所定量の差はクランクリードとして知られている。必ずしもそうとは限らないが、好ましくは、駆動力は排気クランクシャフト１２から取られ、吸気クランクシャフト１４は、ポンプ、過給機、および圧縮機などの運転補助装置に連結される。
【００２１】
図２および図３のクランクシャフト１２および１４を接続するギアシステム５５は、排気クランクシャフト１２が吸気クランクシャフトをリードする量を維持する（例えば、クランクリードを維持する）だけでなく、一方のクランクシャフトから他方のクランクシャフトにエネルギーを伝達する。駆動力が排気クランクシャフト１２から取られる場合、吸気クランクシャフト１４における補助装置を作動させるために使用されない動力はギアシステム５５を介して排気クランクシャフト１２に伝達される。力、トルク、または運動は、１方のクランクシャフトから他方のクランクシャフトへギアシステム５５を介して変化／伝達されるため、ギアシステム５５は「ギアトレイン」とも呼ばれ得る。
【００２２】
図２および図３に示すギアトレイン５５には５つの歯車６０〜６４がある。ギアトレイン５５は４つのギア間噛合部、すなわち相互作用点を有し、それらの各々はギアトレインのコンプライアンス、ならびにギアトレインによって発生するノイズに寄与する。所定のクランクリード設定点からのクランクシャフトのずれは、ギアシステムにおけるコンプライアンスとして知られている。コンプライアンスおよびノイズは、ギアトレインを介したトルクの伝達における損失と相関する。
【００２３】
摩擦が減少し、剛性が増加し、トルク伝達が改善されたギアトレインの好ましい実施形態：図４は、ギアトレイン５５と比較すると、摩擦が減少し、剛性が増加し、トルク伝達が改善される独自のギアトレイン４５５を示す。図５Ａおよび図５Ｂは、対向ピストンエンジンにギアトレイン４５５をどのように装備できるかを示している。
【００２４】
図４を参照すると、ギアトレイン５５とは異なり、ギアトレイン４５５は、３つのギア、すなわち第１ギア４６０と、第２ギア４６４と、２つのギア４６０および４６４と連続して連結するアイドラギア４６５とを有する。したがって、このギアトレインでは、図２および図３に示した従来技術のギアトレイン５５の４つの噛合部とは対照的に、ギア噛合部は２つのみであり、そのためより剛性が高く、ノイズが低減される可能性があり、トルクをより効率的に伝達することが可能になる。図５Ａおよび図５Ｂに示す図では、対向ピストンエンジンは、図１〜図３のエンジンと同じ排気および吸気構成を有する。しかしながら、これらの配置は、図１〜図３に示されたものとは逆になっている。これに関して、クランクシャフト１２および１４は、間隔を置いて平行な関係で配置されており、実質的に垂直であり、かつ排気クランクシャフト１２およびピストン４２が、吸気クランクシャフト１４およびピストン４３の下方に配置されている。この垂直方向の配置は、（共同所有の米国特許出願公開第２０１４／０３３２３０６号に示されるように）ドライブトレインが運転者および乗員の真下に配置されている車輪付き車両におけるエンジンの取り付けに便利であるが、本明細書に開示される原理を限定することを意味しない。図５Ａおよび図５Ｂによると、第１ギア４６０はクランクシャフト１４に取り付けられ、第２ギア４６４はクランクシャフト１２に取り付けられ、その間でアイドラギア４６５はポスト（図示せず）上で回転するように取り付けられる。
【００２５】
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、デュアルクランクシャフト・対向ピストンエンジンを自動車のドライブトレインに結合するための構成では、ギアトレイン４５５はクランクシャフト１２と１４とを接続するように構成され、駆動トランスミッション５７０は、フレックスプレート５７１によってクランクシャフトに結合されている。フレックスプレート５７１は、ギア４６４に最も近い排気クランクシャフト１４の端部にボルトで固定されることが好ましく、ギア４６４はフレックスプレート５７１と排気クランクシャフト１４のクランクとの間に配置される。駆動トランスミッション５７０をクランクシャフトに連結することは、潜在的にエンジンの効率を向上させる。これは、駆動トランスミッション５７０が１方のクランクシャフトに直接接続されている場合、他方のクランクシャフトからのトルクのみがギアトレインを介して伝達されるためである。駆動トランスミッション（例えば、駆動力取出装置）がアイドラギアに接続されているギアトレインでは、両方のクランクシャフトからのトルクがギアトレインを介してトランスミッションに伝達される。ギアトレインを介して伝達されるトルク量の減少は、駆動トランスミッション５７０が排気クランクシャフト１２に接続されている図４、５Ａ、および５Ｂに示されるギアトレイン４５５内のギアが、図２および図３に示される、トランスミッションがアイドラギアまたはアイドラギアポストでギアトレインに接続している従来技術のギアトレイン５５のギアよりも薄くてもよいことを意味する。
【００２６】
いくつかの実装形態では、駆動トランスミッションへの接続の位置をギアトレインの中央にあるアイドラギアから排気クランクシャフトまたは排気クランクシャフトギアに変更すると、ギアトレインを介して伝達されるトルクが約５０％減少する可能性がある。
【００２７】
図５Ａを参照すると、クランクシャフト１２および１４とギアトレイン４５５との相対位置は、軸線６００に対して定義されている。例えば、軸線６００は、ギアトレイン４５５に最も近い一対の対向するピストンを収容するシリンダ（図示せず）の長手方向軸線であり得る。クランクシャフト１２および１４の回転軸６０６および６０７は、間隔を空けて平行な関係にあり、各クランクシャフト軸６０６、６０７が長手方向軸線６００と直交するように配置されている。好ましくは、離間した平行関係は垂直方向であり、クランクシャフト１２はクランクシャフト１４の下方に位置している。
【００２８】
図６Ａは、ギアシステム４５５の例示的な構成を示しており、ここでは、吸気クランクシャフトギア４６０、排気クランクシャフトギア４６４、およびアイドラギア４６５の相対位置は、長手方向シリンダ軸線６００に対して定義されている。吸気クランクシャフトギア４６０については、図６Ａは、ギアの中心４６０ｃ、ギアの回転方向４６０ｇ、ギアのピッチ円４６０ｐ、およびギアの基礎円４６０ｂも示す。同様に、アイドラギアおよび排気クランクギア歯車の回転方向、それぞれ４６５ｇおよび４６４ｇ、ならびにギアの中心４６５ｃおよび４６４ｃ、ピッチ円４６５ｐおよび４６４ｐ、ならびに基礎円４６５ｂおよび４６４ｂがそれぞれ示されている。各噛合部、または２つの隣接するギア間の相互作用点について、作用線が示されている。吸気クランクシャフトギア４６０とアイドラギア４６５との間の噛合部は、作用線６０１によって示されている。この作用線６０１は、基礎円４６０ｂおよび４６５ｂ上に端点を有し、ピッチ円４６０ｐおよび４６５ｐが接触する点と交差する。アイドラギア４６５と排気クランクシャフトギア４６４との間の作用線６０２も示されている。作用線６０２は、ピッチ円４６５ｐおよび４６４ｐが接触する点を横切る。
【００２９】
図６Ｂは、ギアトレインの３ギアシステム４５５に作用する力を示す。この３ギアシステム４５５では、クランク間中心距離は５６４．７ｍｍであると想定されている。図６Ａにそれらの回転方向およびシリンダ軸線６００と共に示されるギア４６０、４６４、および４６５に加えて、図６Ｂでは作用線６０１および６０２、ギアに作用する力Ｆの方向６０１´および６０２´を示すベクトル、ならびにベクトル６０１´および６０２´とシリンダ軸線６００との間の角度αも示されている。
【００３０】
力Ｆがシリンダ軸線６００に沿って作用するとき、αは０°に等しい。ギアシステム４５５（すなわち、ギアトレイン）に作用する力によってクランクシャフトにかかる側面荷重は、各ギアに作用する力Ｆと力の方向とシリンダ軸線との間の角度αの正弦の積として計算することができる。すなわち、
クランクの側面荷重＝Ｆ・ｓｉｎα（式１）
【００３１】
側面荷重は、所定のギアトレイン設計の各クランクシャフトについて計算されることが可能である。アイドラギアに取り付けられたポスト（すなわち、アイドラポスト）にかかる荷重も、クランクシャフトにかかる力および各力に対する角度αに基づいて計算することができる。対向ピストンエンジン用のギアトレインを設計するときには、αを操作するために３つのギアの適切な位置を選択することによって、吸気および排気クランクシャフト、ならびにアイドラポストに対する側面荷重を最小にすることができる。さらに、角度αの大きさを最小にすることは、主軸受キャップおよびボルト（図１の２４および２６）が適切な方向に負荷されて、作動中に主軸受キャップおよびボルトにかかる力によるエンジンの早期故障を防止することを確実にする要因である。
【００３２】
図７Ａは、対向ピストンエンジン用のギアトレインの３ギアシステム４５６の構成を示す。このシステム４５６には、その回転方向４６０ｇおよびギア中心４６０ｃが示されている吸気クランクシャフトギア４６０と、吸気クランクシャフトギア４６０とアイドラギア４６５との間の相互作用の位置を示すシリンダ軸線６００と作用線６０１との間の角度αがある。図７Ａはまた、排気ギア４６４とアイドラギア４６５との間の作用線６０２と共に、ギア中心４６４ｃおよび回転方向４６４ｇを有する排気クランクシャフトギア４６４を示す。ギアシステム４５６において、吸気クランクシャフトギアの中心４６０ｃと排気クランクシャフトギアの中心４６４ｃは、シリンダ軸線６００と一直線上にある。アイドラギア４６５の中心４６５は、シリンダ軸線６００と一直線上にはなく、代わりに、アイドラギア４６５の中心４６５ｃは、角度αが大きくなるように、シリンダ軸線６００からずらされている。各ギアの中心（例えば、４６０ｃ、４６４ｃ、４６５ｃ）は、各ギアの回転軸の領域およびほぼその周りにある領域である。いくつかの実施態様では、ギアはそれらの中心でポストまたはシャフトに取り付けられる。吸気クランクシャフトギア４６０は、その中心４６０ｃで吸気クランクシャフトに取り付けられおり、排気クランクシャフトギア４６４は、その中心４６４ｃで排気クランクシャフトに取り付けられており、アイドラギア４６５はその中心４６５ｃでポストに取り付けられている。式１から分かるように、αが大きいということは、所与のギアについてクランクにかかる側面荷重が大きいことを意味する。αが大きい例には、４５°より大きい値、５０°より大きい値、６０°より大きい値、７０°より大きい値、および約９０°が含まれる。
【００３３】
図７Ｂは、吸気クランクシャフトギア４６０と、アイドラギア４６５と、排気クランクシャフトギア４６４とを含む同じ構成要素を有するが、配置が異なる３ギアシステム４５５の構成を示す。吸気クランクシャフトギア４６０および排気クランクシャフトギア４６４は、シリンダ軸線に沿って中心合わせされる一方で、アイドラギア４６５は、その中心４６５ｃがシリンダ軸線に沿っておらず、両方のクランクシャフトギアのαが図７Ａのものよりも小さくなるように配置される。αが小さい例には、０°から９０°までの範囲の値、３５°から４５°までの値、０°から４５°までの値、おおよそ０°を含む、４０°以下、３５°以下、３０°以下などの４５°以下の値が含まれる。角度αは、エンジンパッケージングの制約を満たすように選択することができる。駆動トランスミッションのための取り付け点は、ギアシステムの摩擦を最小にするためにギアシステムを最適化しながら、エンジンパッケージングの制約に適応するように選択することもできる。
【００３４】
図８は、対向ピストンエンジンと共に使用するためのギアトレイン４５７の別の構成を示す。ギアトレイン４５７は、４つのギア、すなわち、吸気クランクシャフト４６０に接続されたギアと、排気クランクシャフト４６４に接続されたギアと、第１アイドラギア４６６と、第２アイドラギア４６７とを有する。各ギアに関して、その中心４６０ｃ、４６４ｃ、４６６ｃ、４６７ｃおよび回転方向４６０ｇ、４６４ｇ、４６６ｇ、４６７ｇが示されている。図８に示すギアトレイン４５７は、４つのギアおよび３つのギア噛合部を有し、吸気クランクシャフトおよび排気クランクシャフトに取り付けられたギアが異なる方向に回転する点で、図４〜７Ｂに示すギアトレイン４５７と異なっている。図８に示される各ギアの噛合部に対して、作用線６０３、６０４、６０５が示される。吸気クランクシャフト４６０上のギアと第１アイドラギア４６６との間の作用線６０３は、線６０３に沿ってシリンダ軸線６００から第１の角度α´離れて作用する力を示す。同様に、第１アイドラギア４６６と第２アイドラギア４６７との間の作用線６０４は、線６０４に沿ってシリンダ軸線６００から第２の角度α´´離れた方向に作用する力を示し、線６０５は第２アイドラギア４６７と排気クランクシャフトに取り付けられたギア４６４との間で、シリンダ軸線６００からα´´´離れて作用する力を示す。
【００３５】
図８に見られるように、クランクシャフト４６０、４６４に取り付けられたギアの中心４６０ｃ、４６４ｃは、シリンダ軸線６００に沿って一直線上にある。アイドラギア４６６、４６７は、α´およびα´´´の方向が反対で、大きさが等しくなるように配置することができ、それによって、対応する作用線６０３、６０５に沿って作用する力は、互いに効果的に相殺され、２つのアイドラギア４６６、４６７の間の作用線６０４に沿って作用する力のみが、アイドラギアおよびそれらのポストに力を及ぼす。いくつかの実装形態では、α´´は、アイドラギアポストにかかる合力を最小にするように選択されることができ、これにより、力がゼロに近づくかまたは実質的にゼロになり、したがって、ギアトレイン内の摩擦が減少する。図８に示されるギアトレインは、クランクシャフト４６０、４６４に取り付けられたギアのうちの１つと駆動伝達装置の接続、ならびに５６４．７ｍｍのクランク間距離を想定している。
【００３６】
当業者であれば、本明細書に記載の特定の実施形態は単に例示的なものであり、特許請求の範囲から逸脱することなく様々な変更が可能であり、それらに対してなされ得ることを理解するであろう。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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