(57)【要約】  二重終端バレル型エンジンにおいて、圧縮シリンダ（3）および燃焼シリンダ（2）は共通軸を共有しており、燃焼ピストン（20）および圧縮ピストン（21）は連結ロッド（22）によって連結されている。該エンジンの燃焼端は、一般に平坦な弁プレートを備えた弁プレートアセンブリーを含んでおり、該弁プレートには吸気通路および排気通路が貫通して形成されている。吸気フラッパ弁（8）が弁プレートの内表面に配置されていて、吸気通路を選択的に覆っている。弁プレートの外表面には排気フラッパ弁（8）が配置され、排気通路を選択的に覆っている。追加のシリンダおよびピストンを設けてもよい。圧縮プレナムが、一以上の圧縮シリンダからの排気通路と流体連通し、また当該エンジンの燃焼端の吸気システムと流体連通して設けられている。該圧縮プレナムを換気するためにウエイストゲート（14）を設けてもよい。
2005511939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃式バレル型エンジンであって：
長手方向の中心軸を有し、且つ該中心軸の周りに回転可能な出力シャフトと；
前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置され、且つ離間され、夫々が内側端および外側端を有し、それらの内側端は相互に近接する第一の燃焼シリンダおよび第一の圧縮シリンダと；
燃焼混合物を前記燃焼シリンダの中に導入するように動作可能な吸気システムと；
前記第一の燃焼シリンダ内で移動可能で、且つ前記燃焼シリンダの中の前記混合物を圧縮するように動作可能な燃焼ピストンと；
前記第一の圧縮シリンダ内で移動可能な圧縮ピストンと；
前記出力シャフト上に支持されたトラックであって、該トラックは、その一部が前記第一の燃焼シリンダおよび前記第一の圧縮シリンダの内側端の間に配置されるように前記出力シャフトから概ね放射状に延び、また該トラックは長手方向に波打った表面を有し、且つ該トラックおよび前記出力シャフトが回転するときに、最も直接には前記シリンダの内側端の間にある表面部分が前記シリンダの内側端に向っておよび該内側端から遠ざかるように波打つように前記出力シャフトと共に回転可能なトラックと；
前記燃焼ピストンに結合された第一の端部、前記圧縮ピストンに結合された第二の端部、およびそれらの間の中間部分を有する連結ロッドであって、この中間部分は前記トラックの表面と機械的に連絡していて、該トラックが回転するときに、この連結ロッドは前記第一の燃焼シリンダ内で前記燃焼ピストンを外側に付勢して前記混合物を圧縮し、次いで前記混合物が膨張するときに、前記燃焼ピストンを前記第一の燃焼シリンダ内で内側に移動させるようになっており、前記圧縮ピストンは前記連結ロッドと共に移動して、前記燃焼ピストンが外側に移動するときに前記圧縮ピストンは内側に移動し、且つ前記燃焼ピストンが内側に移動するときに前記圧縮ピストンは外側に移動するようになっている連結ロッドと；
前記圧縮シリンダに周囲の空気を与え、且つ圧縮された空気を前記圧縮シリンダから換気するための弁アセンブリーとを具備してなり；
該弁アセンブリーは、
前記圧縮ピストンに面した概ね平坦な内部表面および対向する概ね平坦な外部表面を有する、概ね平坦な弁プレートであって、該弁プレートは更に、それを貫通して形成され且つ前記圧縮シリンダと流体連通した吸気通路および排気通路を有する弁プレートと；
前記弁プレートの内部表面に配置された吸気フラッパ弁であって、該吸気フラッパ弁が前記弁プレートの内部表面に隣接し且つ前記吸気通路を覆う第一の位置を有し、また該吸気フラッパ弁が前記内部表面から遠ざかるように屈曲して、前記吸気通路の覆いを解除する第二の位置を有する吸気フラッパ弁と；
前記弁プレートの外部表面に配置された排気フラッパ弁であって、該排気フラッパ弁が前記弁プレートの外部表面に隣接し且つ前記排気通路を覆う第一の位置を有し、また該吸気フラッパ弁が前記外部表面から遠ざかるように屈曲して前記排気通路の覆いを解除する第二の位置を有する排気フラッパ弁とを具備し；
前記圧縮ピストンおよび前記第一の圧縮シリンダが協働してガスを圧縮する、内燃式バレル型エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンであって、前記圧縮シリンダからの圧縮された空気が前記圧縮プレナムの中に流入するように、前記排気通路と流体連通した圧縮プレナムを更に具備してなり、該圧縮プレナムは、前記吸気システムと流体連通していて、該吸気システムが圧縮された混合物を前記燃焼シリンダの中へ導入するように動作可能であるエンジン。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンであって、更に、前記圧縮プレナムと流体連通し、且つ前記圧縮プレナムから圧縮された空気を換気するように選択的に動作可能なウエイストゲートを具備してなるエンジン。
【請求項４】
請求項１に記載のエンジンであって、前記吸気システムが、前記燃焼シリンダの中に燃料インジェクタを含むエンジン。
【請求項５】
請求項１に記載のエンジンであって、前記燃焼ピストン、前記圧縮ピストン、および前記連結ロッドは単一の部品として形成されているエンジン。
【請求項６】
請求項１に記載のエンジンであって、前記弁プレートは更に、これを貫通して形成され且つ前記圧縮シリンダと液体連通した第二の吸気通路を含むエンジン。
【請求項７】
請求項６に記載のエンジンであって、前記第一の位置にある吸気フラッパ弁は、更に前記第二の吸気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第二の吸気通路の覆いを解除するエンジン。
【請求項８】
請求項１に記載のエンジンであって、前記弁プレートは更に、これを貫通して形成され且つ前記圧縮シリンダと流体連通した第二の排気通路を含むエンジン。
【請求項９】
請求項８に記載のエンジンであって、前記第一の位置にある排気フラッパ弁は、更に前記第二の排気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第二の通路の覆いを解除するエンジン。
【請求項１０】
内燃式バレル型エンジンであって：
長手方向の中心軸を有し、且つ該中心軸の周りに回転可能な出力シャフトと；
前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置され、且つ離間され、夫々が内側端および外側端を有し、それらの内側端は相互に近接する第一の燃焼シリンダおよび第一の圧縮シリンダと；
前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置され、且つ離間され、夫々が内側端および外側端を有し、それらの内側端は相互に近接する第二の燃焼シリンダおよび第二の圧縮シリンダと；
燃焼混合物を前記燃焼シリンダの中に導入するように動作可能な吸気システムと；
前記第一の燃焼シリンダ内で移動可能な第一の燃焼ピストン、および前記第二の燃焼シリンダ内で移動可能な第二の燃焼ピストンであって、これら燃焼ピストンは夫々の燃焼シリンダの中の前記混合物を圧縮するように動作可能な第一および第二の燃焼ピストンと；
前記第一の圧縮シリンダ内で移動可能な第一の圧縮ピストン、および前記第二の圧縮シリンダ内で移動可能な第二の圧縮ピストンと；
前記出力シャフト上に支持されたトラックであって、該トラックは、その一部が前記第一の燃焼シリンダおよび前記第一の圧縮シリンダの内側端の間に配置され、トラックの他の一部が前記第二の燃焼シリンダおよび前記第二の圧縮シリンダの内側端の間に配置されるように前記出力シャフトから概ね放射状に延び、また該トラックは長手方向に波打った表面を有し、且つ該トラックおよび前記出力シャフトが回転するときに、最も直接には前記第１および第二のシリンダの内側端の間にある表面部分が前記シリンダの内側端に向っておよび該内側端から遠ざかるように波打つように前記出力シャフトと共に回転可能なトラックと；
第一の連結ロッドおよび第二の連結ロッドであって、第一の連結ロッドは前記第一の燃焼ピストンに結合された第一の端部、前記第一の圧縮ピストンに結合された第二の端部、およびそれらの間の中間部分を有し、また第二の連結ロッドは前記第二の燃焼ピストンに結合された第一の端部、前記第二の圧縮ピストンに結合された第二の端部、およびそれらの間の中間部分を有し、前記第一および第二の連結ロッドの中間部分は前記トラックの表面と機械的に連絡していて、該トラックが回転するときに、これら連結ロッドは前記シリンダ内で前記燃焼ピストンおよび圧縮ピストンを往復運動させるようになっている連結ロッドと、
前記第一の圧縮シリンダに周囲の空気を与え、且つ圧縮された空気を前記第一の圧縮シリンダから換気するための第一の弁アセンブリーであって、該弁アセンブリーは、
前記第一の圧縮ピストンに面した概ね平坦な内部表面および対向する概ね平坦な外部表面を有する、概ね平坦な第一の弁プレートであって、該第一の弁プレートは更に、それを貫通して形成され且つ前記第一の圧縮シリンダと流体連通した吸気通路および排気通路を有する弁プレートと；
前記第一の弁プレートの内部表面に配置された第一の吸気フラッパ弁であって、該第一の吸気フラッパ弁が前記第一の弁プレートの内部表面に隣接し且つ前記吸気通路を覆う閉鎖位置を有し、また該第一の吸気フラッパ弁が前記第一の弁プレートの内部表面から遠ざかるように屈曲して、前記吸気通路の覆いを解除する開放位置を有する吸気フラッパ弁と；
前記第一の弁プレートの外部表面に配置された第一の排気フラッパ弁であって、該第一の排気フラッパ弁が前記第一の弁プレートの外部表面に隣接し且つ前記排気通路を覆う閉鎖位置を有し、また該第一の排気フラッパ弁が前記外部表面から遠ざかるように屈曲して前記排気通路の覆いを解除する開放位置を有する排気フラッパ弁と
を具備する第一の弁アセンブリーと；
前記第二の圧縮シリンダに周囲の空気を与え、且つ圧縮された空気を前記第二の圧縮シリンダから換気するための第二の弁アセンブリーであって、該弁アセンブリーは、
前記第二の圧縮ピストンに面した概ね平坦な内部表面および対向する概ね平坦な外部表面を有する、概ね平坦な第二の弁プレートであって、該第二の弁プレートは更に、それを貫通して形成され且つ前記第二の圧縮シリンダと流体連通した吸気通路および排気通路を有する弁プレートと；
前記第二の弁プレートの内部表面に配置された第二の吸気フラッパ弁であって、該第二の吸気フラッパ弁が前記第二の弁プレートの内部表面に隣接し且つ前記吸気通路を覆う閉鎖位置を有し、また該第二の吸気フラッパ弁が前記第二の弁プレートの内部表面から遠ざかるように屈曲して、前記吸気通路の覆いを解除する開放位置を有する吸気フラッパ弁と；
前記第二の弁プレートの外部表面に配置された第二の排気フラッパ弁であって、該第二の排気フラッパ弁が前記第二の弁プレートの外部表面に隣接し且つ前記排気通路を覆う閉鎖位置を有し、また該第二の排気フラッパ弁が前記外部表面から遠ざかるように屈曲して前記排気通路の覆いを解除する開放位置を有する排気フラッパ弁と
を具備する第二の弁アセンブリーとを具備し、
前記圧縮ピストンおよび前記圧縮シリンダが協働してガスを圧縮する、内燃式バレル型エンジン。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエンジンであって、更に、前記第一および第二の圧縮シリンダからの圧縮された空気が前記圧縮プレナムの中に流入するように、前記第一の圧縮シリンダからの排気通路および前期第二の圧縮シリンダからの排気通路と流体連通した圧縮プレナムを更に具備してなり、該圧縮プレナムは前記吸気システムと流体連通していて、該吸気システムが圧縮された混合物を前記燃焼シリンダの中へ導入するように動作可能であるエンジン。
【請求項１２】
請求項１１に記載のエンジンであって、更に、前記圧縮プレナムと流体連通し、且つ前記圧縮プレナムから圧縮された空気を換気するように選択的に動作可能なウエイストゲートを具備してなるエンジン。
【請求項１３】
請求項１０に記載のエンジンであって、前記吸気システムが、前記燃焼シリンダの中に燃料インジェクタを含むエンジン。
【請求項１４】
請求項１０に記載のエンジンであって、前記第一の燃焼ピストン、前記第一の圧縮ピストン、および前記第一の連結ロッドが単一の部品として形成されており；また
前記第二の燃焼ピストン、前記第二の圧縮ピストン、および前記第二の連結ロッドが単一の部品として形成されているエンジン。
【請求項１５】
請求項１０に記載のエンジンであって、前記第一および第二の弁プレートの夫々は更に、これらを貫通して形成され且つ前記夫々の圧縮シリンダと液体連通した第二の吸気通路および第二の排気通路を含むエンジン。
【請求項１６】
請求項１５に記載のエンジンであって、前記第一の位置にある第一の吸気フラッパ弁は、更に前記第一の弁プレートにおける第二の吸気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第一の弁プレートにおける第二の吸気通路の覆いを解除し、
前記第一の位置にある第一の排気フラッパ弁は、更に前記第一の弁プレートにおける第二の排気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第一の弁プレートにおける第二の排気通路の覆いを解除し、
前記第一の位置にある第二の吸気フラッパ弁は、更に前記第二の弁プレートにおける第二の吸気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第二の弁プレートにおける第二の吸気通路の覆いを解除し、
前記第一の位置にある第二の排気フラッパ弁は、更に前記第二の弁プレートにおける第二の排気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第二の弁プレートにおける第二の排気通路の覆いを解除するエンジン。
【請求項１７】
内燃式バレル型エンジンであって：
長手方向の中心軸を有し、且つ該中心軸の周りに回転可能な出力シャフトと；
前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置され、且つ離間され、夫々が内側端および外側端を有し、それらの内側端は相互に近接する第一の燃焼シリンダおよび第一の圧縮シリンダと；
燃焼混合物を前記燃焼シリンダの中に導入するように動作可能な吸気システムと；
前記第一の燃焼シリンダ内で移動可能で、且つ前記燃焼シリンダの中の前記混合物を圧縮するように動作可能な燃焼ピストンと；
前記第一の圧縮シリンダ内で移動可能な圧縮ピストンと；
前記出力シャフト上に支持されたトラックであって、該トラックは、その一部が前記第一の燃焼シリンダおよび前記第一の圧縮シリンダの内側端の間に配置されるように前記出力シャフトから概ね放射状に延び、また該トラックは長手方向に波打った表面を有し、且つ該トラックおよび前記出力シャフトが回転するときに、最も直接には前記シリンダの内側端の間にある表面部分が前記シリンダの内側端に向っておよび該内側端から遠ざかるように波打つように前記出力シャフトと共に回転可能なトラックと；
前記燃焼ピストンに結合された第一の端部、前記圧縮ピストンに結合された第二の端部、およびそれらの間の中間部分を有する連結ロッドであって、この中間部分は前記トラックの表面と機械的に連絡していて、該トラックが回転するときに、この連結ロッドは前記第一の燃焼シリンダ内で前記燃焼ピストンを外側に付勢して前記混合物を圧縮し、次いで前記混合物が膨張するときに、前記燃焼ピストンを前記第一の燃焼シリンダ内で内側に移動させるようになっており、前記圧縮ピストンは前記連結ロッドと共に移動して、前記燃焼ピストンが外側に移動するときに前記圧縮ピストンは内側に移動し、且つ前記燃焼ピストンが内側に移動するときに前記圧縮ピストンは外側に移動するようになっている連結ロッドと；
前記圧縮シリンダに周囲の空気を与え、且つ圧縮された空気を前記圧縮シリンダから前記吸気システムへと換気するための弁アセンブリーとを具備してなるエンジン。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は一般には内燃機関に関し、より詳細には、一体型エアコンプレッサを備えたバレル型内燃機関に関する。
【０００２】
［発明の背景］
バレル型エンジンの構成は、従来、高動力密度パッケージの可能性を保有していた。これは多くの応用、特に自動車、トラックマーケット、並びに航空機のような可動電源を必要とする応用において望ましいものである。バレルエンジンは、典型的には一群の動力シリンダおよびピストンを含んでおり、これらは、それらの軸が相互に且つ動力出力シャフトに対して平行になるように配向されている。動力は往復ピストンからローラインターフェースを介してカムプレートへと伝達される。該カムプレートの公称面（nominal plane）はピストン軸に対して直交し、且つ出力シャフトに結合されている。通常は二重終端バレルエンジンと称される一つの変形例は、典型的には二重終端ピストン構成を使用し、また各末端に動力シリンダを有するピストンを利用する。バレルエンジン概念のもう一つの構成は、単一終端バレルエンジンとして通常知られており、ピストンの一端にのみ動力シリンダを使用するものである。
【０００３】
何れの場合にも著しく困難な問題は、カム表面の圧力角度により生じるピストンに対する側面荷重（side load）に反作用を及ぼす能力である。この側面荷重は、カムおよびピストン界面の両側で反作用を及ぼされなければならず、直接的に、クロスヘッド装置またはピストンスカートの使用を必要とするかもしれない。二重終端ピストン構成は、それ自身が、本来的にピストン側面荷重の改善された反作用に役立つという、この領域における利点を有する。
【０００４】
［発明の概要］
本発明は、一体型エアコンプレッサを備えた改善されたバレル型エンジンを提供する。このエンジンは、二重終端設計を利用した基本的には単一終端式のバレル型エンジンであり、エンジンの一端は燃焼のために使用されるのに対して、他端は空気を圧縮するために使用され且つ過給機として作用する。これらの二つの端部は、好ましくは、圧縮端からの圧縮された空気が燃焼端のための吸気システムに供給されるように相互に連結されるが、ガス圧縮のような他の目的のために圧縮端を使用することも可能である。一つの実施形態において、内燃式バレル型エンジンは、長手方向の中心軸を備えた出力シャフトを含んでおり、該シャフトは前記中心軸の回りに回転可能である。第一の燃焼シリンダおよび第一の圧縮シリンダは離間されており、また前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置されている。これらのシリンダは、夫々が内側端および外側端を有しており、それらの内側端は相互に近接している。吸気システムは、燃焼化合物を燃焼シリンダの中に導入するように働くことができる。燃焼ピストンは、第一の燃焼シリンダ内で移動可能であり、燃焼室内で該混合物を圧縮するように動作する。圧縮ピストンが、前記第一の燃焼シリンダ内で移動可能である。トラックは出力シャフト上に支持され、且つそこから概ね放射状に伸びていて、該トラックのピストンが前記第一の燃焼シリンダと前記第一の圧縮シリンダとの間に配置されるようになっている。このトラックは長手方向に波打った表面を有し、且つ出力シャフトと共に回転可能であり、当該表面の一部は、トラックおよび出力シャフトが回転するに伴って、シリンダの内側端の間で最も直接的に、シリンダの内側端に向っておよび該内側端から波打つようになっている。連結ロッドは、前記燃焼ピストンに結合された一端と、前記圧縮ピストンに結合された他端とを有している。該連結ロッドの中間部は前記トラックの表面と機械的に連絡されており、トラックが回転すると、該連結ロッドが燃焼ピストンを第一の燃焼シリンダ内で外側に動かして混合物を圧縮し、次いで該混合物が膨張するときに燃焼ピストンを内側へと動かすようになっている。圧縮ピストンは連結ロッドと共に移動して、燃焼ピストンが外側に動くときに圧縮ピストンは内側に移動し、また燃焼ピストンが内側に動くときには圧縮ピストンが外側に動くようになっている。周囲の空気を圧縮シリンダに与え、また圧縮された空気を圧縮シリンダから排気するために、弁アセンブリーが設けられている。この弁アセンブリーは概ね平坦な弁プレートを有しており、該プレートは、圧縮ピストンに面した概ね平坦な内表面および対向する概ね平坦な外表面を有する。弁プレートは更に、これを貫通して形成された、圧縮シリンダと流体連通する吸気通路および排気通路を有している。吸気フラッパ弁は、弁プレートの内表面に配置されており、また該吸気フラッパ弁が前記弁プレートの内表面に隣接し且つ吸気通路を覆う第一の位置を有している。この吸気フラッパ弁は第二の位置を有しており、この位置では、該吸気フラッパ弁の一部が前記内表面から離れるように屈曲して、前記吸気通路の覆いを解除する。排気フラッパ弁は、前記弁プレートの外表面に配置され、また該排気フラッパ弁が前記弁プレートの外表面に隣接して前記通路を覆う第一の位置を有している。また、排気フラッパ弁は第二の位置を有しており、この位置では該排気フラッパ弁の一部が前記外表面から離間するように屈曲して、排気通路の覆いを解除する。前記圧縮ピストンおよび第一の前記圧縮シリンダは、ガスを圧縮するように協働する。
【０００５】
更なる実施形態では、前記排気通路と流体連通した圧縮プレナムが設けられ、前記圧縮シリンダからの圧縮空気が、該圧縮プレナムの中に流入するようになっている。また、この圧縮プレナムは吸気システムと液体流通しており、該吸気システムが圧縮された燃焼混合物を燃焼シリンダの中に導入するように動作できるようになっている。ウエイストゲート（wastegate）は、圧縮プレナムと流体連通して設けてもよく、圧縮空気を圧縮プレナムから換気するように選択的に動作可能である。他の実施形態では、圧縮シリンダの中へ、または圧縮シリンダからのガス流を増大するように、前記弁プレートは、これを貫通して形成された第二および／または第三の、または更に多くの吸気および／または排気通路を含んでいてもよい。追加の通路を設けるときは、同じ吸気および排気フラッパ弁がこれら通路を覆い、且つ覆いを解除するように動作可能にすればよい。更にもう一つの実施形態では、第一および第二の燃焼および圧縮ピストン、並びに第一および第二の連結ロッドと共に、第一および第二の圧縮シリンダおよび燃焼シリンダが設けられる。この多重シリンダの実施形態において、圧縮プレナムは、第一および第二の圧縮シリンダの夫々からの排気通路と流体連通して設ければよい。次いで、この圧縮プレナムは、燃焼シリンダのための吸気システムと流体連通される。ここでも、圧縮プレナムの換気のためにウエイストゲートを設けてもよい。
【０００６】
［発明を実施するための最良の形態］
内燃機関に関する種々の発明が、同時係属出願第09/150,315号、および同第10/021,192号に開示されており、これら両出願における内容の全体を、本明細書の一部として本願に援用する。バレル型エンジンの基本設計は、これらの開示を参照することによって最も良く理解することができる。本開示では、バレルエンジン設計の一部のみを議論する。当業者は、これら部分が如何にして機能的エンジンの残りの部分と相互作用するかを理解するであろう。
【０００７】
本発明は、全体の動力密度を改善するために、単一終端式バレル型エンジンの燃焼プロセス用のブースト空気を形成する方法を提供する。これは、エアコンプレッサのピストンヘッドが動力ピストンヘッドの反対側に含められて、従来のバレル型エンジンの二重終端ピストンと同様の外観を与えるように、ピストンアセンブリーを延長することによって行われる。この構成の概略が図１に示されている。
【０００８】
図１を参照すると、往復ピストンアセンブリー１は、二つの同軸シリンダ、即ち、動力シリンダ2および圧縮シリンダ3のボアの中に組立てられる。該ピストンアセンブリーは、動力シリンダ2の中の燃焼ピストン20、およびエアコンプレッサシリンダ3の中の圧縮ピストン21を含んでいる。これらのピストンは、連結ロッド22によって、該連結ロッド22の反対端に結合されたピストンと相互に連結されている。ピストン20および21、並びに連結ロッド22は、単一部品として形成されてもよく、または複数部品として形成されてもよい。ピストンアセンブリー1は、ローラ5を介して、回転トラックまたはカム4に連結されている。即ち、連結ロッド22の中間点は、ローラ5を介してトラックまたはカム4に結合される。トラックまたはカム4は出力シャフト10に連結されており、トラックまたはカム4および出力シャフト10が、出力シャフトの軸の回りに一緒に回転するようになっている。トラックまたはカム4は波打った上部表面および／または下部表面を有しており、トラックまたはカム4が回転するときに、これら上部表面および／または下部表面はシリンダ2および3に向って、またはこれらシリンダから移動するようになっている。当業者に明らかなように、シリンダ2および3の間のトラックの一部は、それが一方のシリンダの方に向って波打つときに、他方のシリンダから遠ざかるように波打つであろう。トラックが回転するときに、ピストン20および21は、それらのシリンダ2および3の中で、それぞれ上方および下方に動かされる。結局、動力シリンダ2における燃焼によって、トラックは回転駆動される。
【０００９】
図示のように、動力シリンダ2の末端は、取込まれた空気または混合物を、燃焼シリンダ2中のピストン20とヘッドの間に形成された燃焼チャンバ23へと供給するための、従来のポペット式弁を備えたヘッドによって閉鎖されている。「吸気システム」は、吸気流を制御するための一以上の吸気弁、並びに一以上の燃料インジェクタを含んでいてもよい。燃焼混合物がチャンバ23に導入される前に混合されようと、または該混合物がチャンバの中で形成されようと、如何なる構成においても、この吸気システムは燃焼混合物を燃焼チャンバに導入するように動作する。また、一以上の従来のポッペト式弁が、燃焼生成物を燃焼チャンバ23から排出するために設けられる。燃焼室への吸気および燃焼室からの排出の流れを制御するために、他の種類の弁を設けてもよく、それには二ストローク式ポートおよびロータリー弁が含まれるが、これらに限定されない。
【００１０】
当該エンジンの燃焼端は、２ストロークまたは４ストロークのスパーク点火、ジーゼルまたはHCCI燃焼ストラテジーのために使用してもよい。加えて、当該エンジンは、複数の燃焼シリンダおよび圧縮シリンダからなっていてもよい。一つの好ましい実施形態において、この燃焼端は、４ストロークのスパーク点火式燃焼ストラテジーを提供し、エンジンの圧縮機能の過給効果によって動力密度および効率が増大する。当該エンジンの他方の端部には、ピストン末端と、圧縮チャンバのための「ヘッド」として働く弁プレート6との間の圧縮シリンダ3の中に、圧縮チャンバ24が形成されている。当業者に明らかなように、トラックまたはカム4が波打つときに、ピストン21および22は、それらのシリンダ内で上方および下方に向けて移動し、チャンバ23および24は膨張および収縮する。
【００１１】
弁プレート6は、空気圧縮シリンダ3のための空気またはガスの、吸気7および排気8のためのリード／フラッパ式弁を有している。図２は、弁プレートの外側を、図１の「左」側から見た端面図を示している。図示のように、フラッパ弁8は、弁プレート6を貫通して圧縮チャンバ24と連通した三つの排気通路25を覆っている。このフラッパ弁8は、好ましくは、それが通路25を覆ってシールする位置へと付勢されている。当業者に明らかなように、排気フラッパ弁8は弁プレート66の「外側」にあり、排気フラッパ弁8が圧縮ピストン21の反対側の表面に当接して位置する。図３は、リード弁アセンブリー6の断面図を示しており、排気リード弁は8で示され、吸気リード弁は7で示されている。図示のように、吸気フラッパ弁7は、弁プレート6を貫通した三つの吸気通路26（図２に最も良く示されている）を覆っている。ここでも、吸気フラッパ弁7は、それが吸気通路26を覆ってシールする位地へと付勢される。吸気フラッパ弁は、それらが圧縮ピストンに面するように弁プレート6の「内側」に位置しており、圧縮チャンバ24の「内側」にあるとみなすことができる。吸気フラッパ弁7および排気フラッパ弁8の夫々は一方向弁として作用し、吸気フラッパ弁はチャンバ24の中への一方通行の流れを可能にし、または排気フラッパ弁8はチャンバ24からの一方通行の流れを可能にする。図示のように、弁プレートは、好ましくは平坦または実質的に平坦なプレートであり、これは圧縮チャンバの容積を最小化し、また弁アセンブリーの製造を単純化する。しかし、幾つかの適用のために、弁プレートはドーム形状、傾斜形状、または他の形状であってもよい。また、フラッパ弁は、好ましくはその閉じた位置において弁プレートに平行であるが、傾斜していてもよく、または図示した以外の異なる配置であってもよい。
【００１２】
当業者に明らかなように、図１に示したエンジンの部分は、複数の動力シリンダおよび圧縮シリンダを与えるように、出力シャフト10の回りに同心的に重複される。図１および図２を参照すると、出力シャフト10に関して同心的な円形の外部プレナム9は、好ましくは、全ての空気圧縮チャンバからブーストされた空気の出力を、排気リード弁8によって調節しながら連結する。周囲の取込み空気のための同様の同心円プレナム11は、好ましくは、（図２に示した）排気プレナムと一体に設けられる。空気は、エンジンの吸気および濾過システムからこの吸気プレナムへと送られる。
【００１３】
図１〜図３を参照すると、往復ピストンアセンブリー1が移動して空気圧縮チャンバ24内の空気容積を増大させ、該チャンバ内の低下した圧力が吸気リード弁7を開くように作用して、吸気プレナムから空気を受入れる。即ち、チャンバ24内の容積が膨張するときに減圧が形成され、エンジンの外側の相対的な圧力（典型的には周囲圧力）が作用して、吸気フラッパ弁7を閉じた位置に保持するフラッパ弁の付勢力に打ち克って、これを通路26から遠くへと押し去る。この時点において、空気は通路26を通って圧縮チャンバ24の中に流入することができる。排気リード弁8の付勢力は、排気プレナム中の比較的高いブースト空気圧と共に、このプロセスの際に排気通路25をシールする。圧縮チャンバ24内の容積が減少するようにピストンアセンブリー1が移動するに伴って、該チャンバ内の増大した圧力は、吸気リード弁7がその閉じた位置へと復帰するのを可能にする。ブースト空気プレナム9内の圧力よりも充分に高い点までシリンダ3内の圧力が増大すると、排気リード弁の付勢力が克服されて該弁が開かれ、該チャンバ内の圧縮された空気はプレナム9へと噴出される。この開放周期の際に排気弁8の構造的支持を提供するために、弁「支持体（backer）」12を含めてもよい。図３に示すように、排気支持体12、吸気および排気リード弁7および8、並びに弁プレートは、好ましくは、全てリベットまたはボルトナットのような単一のファスナー13によって組立てられてもよい。
【００１４】
圧縮空気またはブースト空気は、空気圧縮シリンダの排気プレナム9から、動力シリンダの吸気プレナム30へと送給される。或いは、個々の圧縮チャンバからの圧縮空気は、共通のプレナムではなく、個々の燃焼チャンバの中に送給されてもよい。燃焼チャンバへの吸気についても同じことが言える。図１に概略的に示すように、ブースト空気圧力は、好ましくは、大気中に換気するように動作するウエイストゲート（wastegate）機構14によって制御される。スロットル15が、好ましくはウエイストゲート14の下流に設けられる。望ましい制御ストラテジーに応じて、コンプレッサ入口（図示せず）の前にもう一つのスロットルを含めてもよい。コンプレッサ入口の前のスロットル、または吸気プレナム11への空気流の制御は、エンジンの圧縮段階を効果的にオフし、またはそれを抑制することができるであろう。これは、圧縮を効果的にオンまたはオフすることを可能にする。或いはウエイストゲートを使用してもよい。更にもう一つの良好な代替法として、コンプレッサ機能を使用不能にする機能を使用してもよい。その一つの例は、ピストンが空気を圧縮するために有効でなくなるように、吸気または排気フラッパ弁を押し開き、それをこの位置に保持するための開放装置である。通常は弁アンローダと称されるこの不能化装置は、フラッパ弁を開または閉に維持するロッドもしくはフィンガからなることができ、またはメリター（Meritor；登録商標）コンプレッサに使用されるタイプの摺動リーフからなることができる。このエンジンにおけるような往復動コンプレッサにおける共通のプラクティスは、該コンプレッサの吸入弁または吸気弁をアンロードすることであるが、更にアンロードされたポンプロスを最小にするために、吸気弁の代りに、または吸気弁と共に、排気弁をアンロードすることが有益かもしれない。
【００１５】
本発明は、単一終端バレル型エンジン設計を凌駕する多くの利点を提供する。ブースト空気は、増設ターボチャージャーまたは過給機のような、より伝統的な手段によるよりも、更にコンパクトなパッケージの燃焼プロセスに利用可能である。ブースト空気は、精密な高速タービン機構ではなく、往復ピストンおよびリード弁を含む立証された技術の使用によって形成される。小さなピストン慣性力は、ブースト空気の圧縮によって打消される。これは、ピストンローラに対する接触力の幾らかの減少をもたらす。ブースト空気の利用可能性は、２ストロークおよび４ストロークエンジンサイクルの両方を含めるように、バレル型エンジンの融通性を増大させる。ブーストがなければ、バレル型エンジンは、吸気プロセスの際に新鮮な空気の充填をシリンダに提供する小さな能力しか持たない。このことは、ボアとマニホルド（またはクランクケース）との間の圧力差が制限される、２ストロークサイクルにおいて特に重要である。典型的には、ブーストされない２ストロークエンジンは、この理由で掃気されるクランクケースである。クランクケースの掃気は、バレル型エンジン構成については実際的でない。本発明は、バレル型エンジンにブーストを加え、且つ２ストロークマシンとしての可能性を加えるための比較的単純な方法を提供する。ブースト空気は、動力密度を高めるために、２ストロークサイクルおよび４ストロークサイクルの両方で使用することができる。この特徴は、高い動力定格を達成するため、またはボアおよびストロークを低減するために利用することができる。バレル型エンジンについてボアおよびストロークを低減することは、ピストン速度を減少し且つ加速をもたらす上で、また往復質量を低減する上で非常に有益であろう。高い慣性力が存在するときの、往復運動する部品およびカムローラインターフェースに加わる内部応力のために、これらのテーマは両方とも重要である。ブーストを生じさせる本発明の方法は、単一終端式バレル型エンジン構成に比較して独特である。動力シリンダは当該エンジンの一方の端部にのみ配置されるから、空気圧縮のために「ボトム」側を利用する可能性が存在する。更に、この構成は、二重終端式バレル型エンジンに使用されるもの、またはより伝統的な摺動クランク機構に使用され得るものよりも、より単純でかつ複雑さが少ない種々の圧縮比率の機構を採用する能力を保持している。エアコンプレッサとして「ボトム」の単一終端式ピストンを使用することは、下部クロスヘッドの目的および圧縮ピストンの目的を兼ね備えている。「二重終端式」の傾斜ピストンと同じ方法で、本発明は、ピストンの側面荷重に対抗し、且つブースト空気の形態の使用可能な仕事を発生する完全な方法を提供する。ブースト空気が利用可能であることは、そうでない場合に可能なよりも、より高く且つより多くの動力を達成することを可能にする。これは、より高いサービスシーリング（実用上昇限度）が望まれる航空機については特に重要である。
【００１６】
上記で述べたように、本発明によるエンジンは、動力出力シャフトの回りに配置された複数のシリンダで構成すると共に、動力シリンダは全て当該エンジンの一方の端部に配置することができる。或いは、動力シリンダが端部と端部で交互に交替するように、交互のシリンダを端部と端部で反転させてもよい。また、二つのシリンダを一つの方向にし、次いで二つのシリンダを他の方向にする等、または何れか他の構成のシリンダのような、他の配置もまた可能であろう。当業者に明らかなように、配置を変化させることによって、振動特性および／または動力特性が変更される可能性がある。また、燃焼シリンダおよび圧縮シリンダは直径が同じように示されているが、それらは僅かに、もしくは実質的に異なった直径であってもよい。例えば、燃焼シリンダよりも顕著に大きい圧縮シリンダは、高ブースト適用のために望ましいかもしれない。本発明は、他の適用においても有益であることができる。
当業者に明らかなように、ここで説明した発明は、本発明の範囲または教示を逸脱することなく、種々の方法で変更することができる。本発明の範囲を決定するのは特許請求の範囲であり、その全ての均等物が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明によるバレル型エンジンのための一体式エアコンプレッサ設計を示す概略全体図である。
【図２】図２は、弁設計を示す圧縮シリンダの端面図である。
【図３】図３は、本は杖見と共に使用するためのリード／フラッパ弁の一実施例を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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