(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンであって、
近位端と遠位端とを備える少なくとも１つのシリンダであって、それぞれのシリンダは、前記シリンダ内で反対方向を向きかつ前記シリンダの中心の両側に配設される、第１のピストンと第２のピストンとを含み、それぞれのシリンダは、内部容量を画定する壁を備え、
それぞれのシリンダは、前記シリンダの近位半分上に少なくとも１つの吸入ポートを備え、前記シリンダの遠位半分上に少なくとも１つの排出ポートを備え、それぞれのポートは、前記シリンダ壁内に開口部として配置され、
前記第１および第２のピストンの前記ピストンヘッドの表面は、前記シリンダ壁と組み合わせて燃料の点火および燃焼のための燃焼チャンバを作り出す、シリンダと、
少なくとも２つのクランクシャフトであって、第１のクランクシャフトは、前記シリンダの前記近位端で前記第１のピストンに接続され、第２のクランクシャフトは、前記シリンダの前記遠位端で前記第２のピストンに接続され、前記第１のピストンの前記第２のピストンと比較した遅延が一方のクランクシャフトの他方のクランクシャフトと比較した角度のオフセットによって生じ、前記角度は前記シリンダの長軸に対して平行な線からの偏向角によって定められ且つ事前に所望の度数に設定される、少なくとも２つのクランクシャフトと、
前記燃焼チャンバ内の燃料の点火を引き起こすための少なくとも１つの装置であって、前記第１のピストンの前記シリンダ内の移動の上死点またはその近傍に、前記シリンダ壁上に前記シリンダ壁を通って配置され、前記クランクシャフトのそれぞれは、燃料点火イベントごとに自軸周りの単一回転を完了する、装置と、
を備え、
前記内燃エンジンは、前記第１および第２のピストンの前記シリンダを通って前後する単一サイクリング、ならびに前記第１および第２のクランクシャフトのそれぞれの中心周りの単一回転ごとに、以下の５つの行程、
すべての排出および吸入ポートが閉鎖された状態で、前記燃焼チャンバ内の燃料を点火し、燃やす行程と、
前記第２のピストンの前記シリンダの下方かつ前記点火点から離れる方向への移動によって開放される、前記少なくとも１つの排出ポートを通して、前記燃焼チャンバから排気ガスを排出する行程と、
前記第１のピストンの前記シリンダの下方かつ前記点火点から離れる方向への移動によって開放される、前記少なくとも１つの吸入ポートを通して導入される空気を使用して、空気の正圧により、前記少なくとも１つの排出ポートを通して、前記燃焼チャンバから排気ガスを一掃する行程と、
前記第２のピストンの前記シリンダに沿って前記点火点に向かう移動によって前記排出ポートが閉鎖された後、前記開放している吸入ポートを通して、空気または空気および燃料を正圧により前記燃焼チャンバに押し込むことによって、前記燃焼チャンバ内に空気または空気および燃料の過圧を作り出す行程と、
前記第１のピストンの前記シリンダに沿って前記点火点に向かう移動によって前記吸入ポートが閉鎖された後、前記燃焼チャンバ内の前記空気または空気および燃料の混合気を圧縮する行程と
を完了する５行程エンジンであり、
前記内燃エンジンは、空気の前記正圧ならびに／または空気および燃料の前記過圧を提供するための過給器をさらに備え、
前記ピストンのそれぞれは、２組のリングを備え、前記ピストンのスカートに位置する第２の組のリングはオイルリングを有し、リングの前記組のそれぞれは、少なくとも１つの圧縮リングを備え、前記２組のリングは、ピストンがその上死点にあるときに、前記２組のリングが、前記シリンダ壁と共に、前記吸入または排出ポートを包含するチャンバを画定し、したがって、前記ポートを前記燃焼チャンバから封止および分離するように、前記ピストン上に配置される、内燃エンジン。
【請求項２】
前記第１のピストンの前記シリンダに沿う前後の移動は、前記吸入ポートを開閉させ、前記第２のピストンの前記シリンダに沿う前後の移動は、前記排出ポートを開閉させる、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記第１のピストンおよび前記第２のピストンは、前記第１のピストンが、前記第２のピストンと比較して、前記シリンダを通る前後の移動において遅延されるように、前記シリンダ内に配置される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記遅延は、前記シリンダの長軸に対して平行な線からの偏向角によって定義され、前記遅延は、１５°〜２５°である、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記遅延は、１８°である、請求項４に記載のエンジン。
【請求項６】
それぞれの燃料点火イベントで、前記ピストンのそれぞれは、前記シリンダを通って前後する単一の完全サイクルを行い、前記２つのピストンの単一の完全サイクルは、燃料点火、膨張、排出、および新しい燃料の吸入の単一の完全サイクルをもたらす、請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
それぞれの燃料点火イベントは、
前記第２のピストンによる前記排出ポートの開放、
前記第１のピストンによる前記吸入ポートの開放、
前記第２のピストンによる前記排出ポートの閉鎖、および
前記第１のピストンによる前記吸入ポートの閉鎖
を順次引き起こす、請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
前記第２のピストンによる前記排出ポートの開放は、排気ガスが前記燃焼チャンバを流出できるようにし、
前記第１のピストンによる前記吸入ポートの開放は、空気または他の流体を前記燃焼チャンバに吸入できるようにし、
前記第２のピストンによる前記排出ポートの閉鎖は、前記吸入ポートから流体を継続して吸入することによって、前記燃焼チャンバを過給できるようにし、
前記第１のピストンによる前記吸入ポートの閉鎖は、前記燃焼チャンバを封止し、前記燃焼チャンバ内の流体を圧縮できるようにする、請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
前記吸入ポートが開放されたままである間に、前記排出ポートを閉鎖することによって、前記燃焼チャンバを空気または空気／燃料混合気で過給できるようにする、請求項８に記載のエンジン。
【請求項１０】
水平構成および単ブロック構造を有する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１１】
吸入もしくは排出弁、シリンダ蓋および接合部、またはカムシャフトを備えない、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１２】
前記２つのクランクシャフトは、ギア列または少なくとも１つの接続棒を介して互いに物理的に接続される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１３】
それぞれが弾性的であり、前記エンジンの温度が変化する際に、膨張および収縮できるようにする、２つの接続棒を備える、請求項１２に記載のエンジン。
【請求項１４】
容量を調整することができる、前記燃焼チャンバと流体接続する、少なくとも１つの補助燃焼チャンバをさらに備える、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１５】
それぞれのシリンダに、少なくとも１つの吸入チャンバとダクトとの組み合わせを備え、それぞれの組み合わせは、少なくとも１つの吸入ポートと流体接続し、それぞれの組み合わせは、前記吸入ポートを通して前記シリンダに導入される流体に乱流を引き起こすように構成される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１６】
それぞれのシリンダに、少なくとも１つの排出チャンバとダクトとの組み合わせを備え、それぞれの組み合わせは、少なくとも１つの排出ポートと流体接続し、それぞれの組み合わせは、前記シリンダに入る、または前記排出ポートを通して前記シリンダから引き出される流体に乱流を引き起こすように構成される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１７】
前記エンジンは、クランクシャフトの１回転につき、前記エンジンが有するシリンダの数と同一の数の燃料点火イベントを引き起こす、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１８】
請求項１に記載のエンジンを備える、原動機付き乗り物であって、前記乗り物は、自動車、ボート、または飛行機である、原動機付き乗り物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンの分野に関する。より具体的には、本発明は、燃料効率の改善および動力生成の改善を可能にする、改善された設計を有する、ガソリンエンジンならびにディーゼルエンジンの両方として使用するのに適した、５サイクル内燃エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００７年１１月８日に出願された、米国仮特許出願第６１／００２，３８０号、および２００８年７月２１日に出願された、米国仮特許出願第６１／０８２，３７８号の出願日の利益に依存し、それを主張し、該両方の開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【０００３】
［関連技術の説明］
内燃エンジンは、当該技術分野において既知である。例えば、対面稼動するピストン配設または組を有する種々のエンジンは、当該技術分野において既知であるが、これらのエンジンのいずれも、完全なサイクルエンジンを得るために、その動作を最適化するように管理しない。
【０００４】
例えば、米国特許第５，１３３，３０６号に記載されるエンジンは、互いに面する２つのピストンを備える。しかしながら、補助燃焼チャンバまたはプレチャンバもまた、エンジンは、弁および点火プラグが収容されるその上部分上に含む。さらに、該特許に記載されるエンジン本体は、単ブロックエンジン本体ではない。加えて、該エンジンは、爆発パルスを受信する２つのクランクシャフトが、互いには接続されないが、第３のクランクシャフトを通じて接続されるように、３つのクランクシャフトを有する。該特許に開示されるエンジンは、クランクシャフトの２回転毎に爆発を引き起こし、弁はカムシャフト手段のみによって作動される。
【０００５】
米国特許第５，６３２，２５５号では、シリンダ蓋を備え、かつ垂直配設を有するエンジンが記載されている。エンジンは、単一クランクシャフトと、１つのシリンダにつき１つのピストンと、スリーブよりわずかに小さな直径を有し、堅いロッドによって移動される、多孔質体再生器と、を有する。エンジンは、冷めている状態の動作および温まっている状態の動作が等しい、２段階サイクルで稼動する。
【０００６】
米国特許第４，５２０，７６５号に記載されるモータは、以下の特徴、すなわち、ポートを有するスリーブと、無限回転によって力を伝送するボールによって移動されるピストンと、点火が、特に、空気／燃料混合気の圧縮によって達成される温度によって生成され、それぞれのエンジンの回転において、シリンダ当たり爆発を起こすように管理するが、ピストン行程が非常に低減されるため、稼動時間は短いことと、それぞれのピストンの燃焼チャンバを分離する可変開口ポートであって、結果として、それぞれのシリンダ内に、２つの対向ピストンが存在するが、分割されたチャンバを有する、可変開口ポートと、を備える。
【０００７】
米国特許第５，３７５，５６７号は、ポートおよび管状設計を有し、クランクシャフトがなく、無限型らせん状上でのロールの移動の結果として移動されるピストンを有する、２段階エンジンに関する。エンジンは、空気冷却を使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
内燃エンジンのための多くの設計が存在する一方、当該技術分野において、より優れた燃料効率、より多くの動力、または両方を提供する、改善されたエンジンの必要性が依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、当該技術分野における必要性に対処する、内燃エンジンを提供する。より具体的には、本発明は、それぞれのシリンダ／ピストンの組み合わせが、クランクシャフトの１回転ごとに全サイクルを完了することを特徴とする、内燃エンジンに関する。つまり、クランクシャフトの単一回転において、シリンダ／ピストンの組み合わせは、シリンダからの排気の一掃または掃出、空気／燃料混合気の吸入、圧縮、爆発、および排出を完了する。また、本発明の内燃エンジンは、可変圧縮率を有する、５行程熱力学サイクル（すなわち、５つの明確に定義された段階）を有する、少なくとも１つのクランクシャフト内で回転エネルギーを発生させるように相互作用する対向ピストン対を有する単ブロックシリンダ（すなわち、単一ユニットとして製作されるシリンダブロックおよびヘッド）を有する、排気ガスの過給吸気および一掃を可能にするシリンダを有する、またはこれらの２つ以上の組み合わせとして特徴付けることができる。一般に、該エンジンの実施形態の対向ピストン対は、それらのそれぞれの上死点（ｔｏｐ  ｄｅａｄ  ｃｅｎｔｅｒｓ）（本明細書において、また、上死点（ｔｏｐ  ｄｅａｄ  ｐｏｉｎｔｓ）または上死点（ｕｐｐｅｒ  ｄｅａｄ  ｃｅｎｔｅｒｓ）とも称される）に同時に到達し、これは、チャンバ内での単一爆発が、両方のピストンを反対方向に同時に駆動することを可能にする。これは、同一の間隔で、１回転ごとにエンジンが有するシリンダの数と同一の数の爆発を生成する。
【００１０】
本発明は、実施形態では、単チャンバ内に、両方のピストンが同一の燃焼チャンバを共有する対向ピストン対を有する、水平に配設される多シリンダ単ブロック型エンジンとして特徴付けることができる、内燃エンジンを提供する。エンジンは、クランクシャフトの回転当たり、内燃エンジンに必要とされる段階のすべてを実施することができる。つまり、エンジンは、クランクシャフトの回転ごとに、シリンダ当たり同一の間隔で爆発を起こすことができる。好ましい実施形態では、点火プラグは、吸気ピストンと称される、ピストンのうちの１つの上死点位置内に直接置かれ、それぞれのシリンダは、シリンダ当たり１つまたは２つの点火プラグを備える。実施形態では、１つ以上の点火プラグが取り外され、必要に応じて、例えば異なる燃料に対して、エンジンの圧縮率を調整または修正できるようにする、空洞チャンバに接続するためのポートとして点火プラグポートが使用されてもよい。
【００１１】
本発明のエンジンは、サイクル当たり２行程以上で作動するエンジンにおいて典型的である、それぞれ吸入および排出ポートを開閉するための吸気（吸入）弁および排出弁を含まない。むしろ、２行程エンジンと同様に、本エンジンは、その中に配置される吸入（吸気）ポートおよび排出ポートを有するシリンダ壁を備え、ピストンの移動を使用して、ポートを露出させてポートを開放し、ポートを被覆してポートを閉鎖する。このように、本エンジンのピストンは、２重機能、すなわち燃料の爆発エネルギーのエンジンの機械的運動への変換、ならびに燃料のエンジンシリンダーへの移動および排気のエンジンシリンダから外への移動のための弁機能を提供する。さらに、本エンジンの設計は、４行程エンジンにおいて典型的に必要とされる、シリンダ蓋およびその接続材料の必要性を排除する。
【００１２】
２つのピストンが実質的に同時に反対方向に移動する構成を有する本エンジンは、それぞれがエンジンの反対側にある、２つのクランクシャフトを備える。クランクシャフトは、ギア（典型的に互いに係合する３つのギア）を介して、または、好ましい実施形態では、エンジンが比較的低い温度から比較的高い温度で動くように利益を提供することができる、わずかな屈曲を可能にするように接合される、１つ以上の接続棒を介して連結される。
【００１３】
上述のとおり、本発明のエンジンの一般的な特徴は、シリンダが、クランクシャフトの１回転につき、燃料吸入および排気放出の全サイクルを完了するということである。したがって、エンジンは、概して、２行程エンジンと類似するが、しかしながら、大きくかつ根本的な違いがある。簡潔に述べると、２行程エンジンでは、燃料の爆発の結果としてのピストンの下方移動は、クランクケース内に正圧を作り出し、これは、クランクケース内の燃料／オイル混合物を燃焼チャンバに追い込む。また、ピストンの下方移動は、連続して、排出ポートを開放し（露出することによって）、吸入ポートを開放し（露出することによって）、吸入ポートを閉鎖し、排出ポートを閉鎖する。したがって、燃料の１回の爆発は、クランクシャフトの１回転、ならびに燃料の吸入、圧縮、爆発、および排出の１回の完全サイクルと関連付けられる。エンジンは、機能を２つの部分、すなわち、爆発／排出および吸入／圧縮に分けることができるため、２サイクルエンジンと称される。
【００１４】
２行程エンジンのように、本エンジンのシリンダは、クランクシャフトの１回転ごとに、吸入／爆発／排出の全サイクルを完了する。しかしながら、２サイクルエンジンとは異なり、本発明のピストンは、クランクケース内に、燃料／オイル混合物を燃焼チャンバに押し出すために使用される正圧を作り出さない。むしろ、本エンジンのピストンは、燃焼チャンバおよびクランクケースの両方から吸入ポートを封止する、吸入ポートを包含する、封止されたチャンバを作り出す。したがって、燃料の爆発から発生する動力が、燃料を燃焼チャンバに追い込むために使用されない（損失されない）ため、本発明は、設計および効率の大幅な改善を提供する。さらに、本エンジンは、シリンダ壁上に配置される吸入および排出ポートの両方を開閉するために、単一ピストンを使用しない。むしろ、本エンジンは、一方のピストン（本明細書において、「吸気」ピストンと称される場合がある）が、シリンダを通る前後の移動によって、１つ以上の吸入（または「吸気」）ポートを、それぞれ露出および被覆することによって開閉し、一方、もう一方のピストン（本明細書において、「排出」ピストンと称される場合がある）が、シリンダを通る前後の移動によって、１つ以上の排出ポートを、それぞれ露出および被覆することによって開閉する、双対ピストン構成を備える。本設計は、燃料の吸入および排出を正確に制御する能力を提供する。さらに、これは、燃料の燃焼に備えて、シリンダを過給または加圧する能力を提供する。加えて、従来の２行程エンジンとは異なり、排出ポートは、吸入ポートより燃料点火点に近くない。むしろ、２組のポートは、燃料点火点から等しい距離にあり、排出ピストンに対する吸気ピストンの移動間の遅延が、排出および吸入ポートの連続する開閉を可能にする。
【００１５】
したがって、本エンジンの設計は、４行程弁付エンジンと比較した際の設計の簡潔さ（例えば、吸入および排出弁、ロッカーアーム、カムシャフト等を必要としない）、部品数（したがって、機械的故障の可能性）の削減、クランクシャフトの１回転ごとの全サイクルの完了、およびピストンの２重機能等、２行程エンジンの多くの利点を提供する。同様に、本発明の設計は、吸入および排出の正確な制御、ならびにクランクケースの過圧による効率損失の回避等、４行程エンジンの利点の多くを提供する。どちらか一方の種類のエンジンから得られるさらなる利点、または両方の種類のエンジンにわたる利点が記載される、または以下の記載から明らかとなる。
【００１６】
例示的な実施形態では、本発明は、「５行程」エンジンに関して記載される。しかしながら、エンジンは、１サイクルにつき、より少ない、またはより多い行程を使用して設計および作動され得ることを理解されたい。例えば、エンジンは、空気等の流体を使用して、シリンダチャンバから排気を「一掃」または「掃出」できるように、詳細に記載される。このステップまたは「行程」は、省略することができ、その結果、４行程エンジンがもたらされる。同様に、追加の特徴を提供するために、所望により、追加ステップまたは行程を追加してもよい。したがって、本エンジンの一般的な特徴は、異なる設計および構成のエンジンを提供するのに十分であり、これらのすべては本発明によって考慮されることを認識されたい。
【００１７】
したがって、本発明は、それぞれのシリンダが２つのピストンを含む、少なくとも１つのシリンダを備える、内燃エンジンを提供する。２つのピストンは、シリンダに沿って反対方向に移動し、２つのピストンが上死点またはその実質的に近傍にある際に、組み合わさって、燃料を燃やす、爆発させる、点火する等のための燃焼チャンバを形成するように、シリンダ内に配置される。燃料の単一の点火は、２つのピストンを、シリンダに沿って反対方向に、それぞれがシリンダの中心からの最大距離に到達するまで駆動し、その時点で、それぞれのピストンは、再び燃料を爆発させるための燃焼チャンバを形成するために戻り始める。
【００１８】
前述のとおり、それぞれのシリンダ内の２つのピストンは、対向するように配置される。例示的な実施形態では、シリンダは、直線状であり、２つのピストンは互いに完全に正反対向きである。屈曲を有するシリンダ（例えば、わずかな屈曲または実質的に「Ｖ字」形状を有する）が同様に想定され、同様に、特定の特徴および利点を提供することができる。エンジン当たりのシリンダの数は、特に制限されていない。したがって、シリンダの数は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２以上であってもよい。この場合も同様に、典型的な内燃エンジンとは異なり、本エンジンは、１つのシリンダにつき２つのピストンを有し、したがって、２シリンダエンジンは、４つのピストンを有し、３シリンダエンジンは、６つのピストンを有する等となることに留意されたい。
【００１９】
エンジンのそれぞれのシリンダは、流体、特に空気または空気／燃料混合気等のガスを吸入するための１つ以上の穴またはポートを備える。ポートは、シリンダ壁の面に沿って配置され、流体にシリンダへの流入口を提供する。単一吸入ポート（また、本明細書において、「吸気」ポートとも称される）で十分であるが、複数の吸入ポートがシリンダ壁に沿って配置されることが好ましい。複数のポートが提供される場合、それらは、好ましくは、シリンダに導入される流体が、チャンバ全体で分散および混合するような関係となるように配置される。好ましくは、吸入ポートは、すべて、シリンダの円周に沿って並んで配列される、すなわち、シリンダ壁に沿って、シリンダの長さ方向に沿った中心から同一の距離に配置される。このようにして、吸入ピストンのシリンダに沿う前後の移動は、すべての吸入ポートを同時に開閉する。
【００２０】
エンジンのそれぞれのシリンダは、シリンダ内の流体を排出するための１つ以上の穴またはポートもまた備える。吸入ポートと同様に、排出ポートは、シリンダ壁に沿って、シリンダの長さ方向に沿った中心から同一の距離に配置される。好ましい実施形態では、排出ポートは、シリンダの中心から、吸入ポートと同一の距離で、シリンダ壁上に配置される。吸入および排出ポートは、吸気ピストンが吸入ポートを順次被覆および露出し、一方、排出ピストンが排出ポートを順次被覆および露出するように、シリンダの中心点の反対側上に配置されるように留意することが重要である。さらに、吸入および排出ポートは、ピストンがその下死点にある時に、ポートが完全に開放されるように、シリンダ壁に沿って、ピストンヘッドの上面が吸入または排出ポートの最も遠い縁部と整合する位置に配置されることが望ましい。このようにして、ポートは、ピストンの移動によって完全に開放され、本質的に無駄な運動である、ピストンのポートを開閉するように機能する点を越える、さらなる過剰な移動は回避される。
【００２１】
エンジンのそれぞれのシリンダは、燃焼チャンバ内の燃料の燃焼を促進する、可能にする、引き起こす、点火プラグまたは他の装置（例えば、ディーゼルエンジンのグロープラグ）のための１つ以上の開口部も有する。開口部は、燃焼チャンバを作り出すシリンダの壁に沿う、任意の点に配置され得る。典型的に、１つまたは２つの開口部が提供される。好ましくは、２つ以上の開口部が提供される場合、開口部は、可能な限り等間隔に近い間隔が達成されるように、シリンダ壁の周囲に分散される。例えば、２つの開口部が提供される場合、それらは、好ましくは、シリンダ壁に沿って、開口部がエンジンの上部および底部と整合する（例えば、１８０°離れている）位置に置かれる。３つの開口部が提供される場合、エンジンの全体形状（例えば、実質的に平らである）のため、１２０°の分離が不可能な場合がある。したがって、それぞれの開口部間の角度分離が異なることがあるように、１つの開口部が、エンジンの一方の側に配置されてもよく、２つの開口部が、エンジンのもう一方の側に配置されてもよいが、実現可能な限り１２０°に近いことが好ましい。４つの開口部が提供される場合、それらは、例えば、等しい、またはほぼ等しい角度距離で分離され、エンジンを側面から見る際に、「Ｘ字」形状が形成され得る。当然のことながら、所望により、開口部間の角度分離は、特定の目的に適合するように変更されてもよい。以下により詳細に記載されるように、１つ以上の開口部は、燃料の燃焼を促進する、可能にする、または引き起こす装置以外の要素を含むために使用され得る。上述から明らかとなるように、したがって、エンジンは、燃料の燃焼を引き起こす等のための１つ以上の装置（例えば、点火プラグ）を備える。
【００２２】
上述のとおり、エンジンは、単一プロセスで形成される、シリンダヘッドおよびシリンダブロックの両方を有する、単ブロック構造のものにすることができる。したがって、これらの実施形態では、エンジンは、ブロックおよびヘッドの接続、またはいかなるコネクタ、ガスケット、もしくは他の要素も必要としない。さらに、エンジンは、典型的な４行程内燃エンジンに見られるような吸入弁および排出弁を含まないため、エンジンは、吸入および排出に弁を使用する内燃エンジンに典型的に見られるカムシャフト、ロッカーアーム、および他の要素を必要としない。エンジンの構成の簡潔さは、内燃エンジンに標準的な金属（例えば、鉄、アルミニウム）を使用し、標準的な鋳造技術（例えば、鋳型を使用するダイキャスティング）を使用して、容易に構造できるようにする。
【００２３】
該エンジンのピストンは、２重機能ピストンである。これらは、燃料の燃焼エネルギーを、クランクシャフトを回転させる機械的エネルギーに変換する働きをする。また、これらは、吸入および排出ポートを開閉する働きをし、したがって、流体がシリンダへ、またはシリンダから移動できるようにする。本発明のピストンの重要な特徴は、閉鎖位置にある際に、吸入および排出ポートを封止する能力である。これは、ピストンスカート内に第２の組のリングを含むことによって達成され、これは、スカート内のリング溝を介してスカート上に配置される。一般に、本発明に係るピストンは２組のリングを備え、これらは、ピストンがシリンダ内に配置される際に、互いからの距離が、吸入ポートまたは排出ポートを完全かつ十分に囲むのに十分となるようにピストン上に配置される。したがって、例えば、吸入ポートの長さが０．５ｃｍである場合、ピストン上の２組のリングは、０．６ｃｍ離れていてよい。さらに、２組のリングは、ピストンがシリンダを通る移動距離に関連する位置で、ピストン上に配置される。より具体的には、種々の実施形態におけるポートの具体的な寸法に関わらず、ポートの適切な閉鎖および封止を作り出すために、ピストンのＵＤＣからピストンが作用するポートの最も遠い縁部（ＵＤＣに対して）までの距離は、ＵＤＣからピストンのスカート上の圧縮リングまでの距離未満でなければならない。同様に、ピストンのＵＤＣからポートの最も近い縁部までの距離は、ＵＤＣからピストンのヘッド上の圧縮リングまでの距離より大きくなければならない。存在するリングの総数は、特に制限されていないが、ピストン上のリングのそれぞれの組は、ピストンスカート表面上の溝に、少なくとも１つの圧縮リング組を備える。このようにして、ピストンとシリンダ壁との間に、密封を作ることができ、ピストンがポートを被覆している間、流体の流入または脱出からシリンダチャンバを効果的に封止する。
【００２４】
別の言い方をすれば、この種類のポートシステムのピストンリングの封止の問題は、ヘッドおよびスカートにリングを有するピストンを使用することによって解決される。ピストンリングの早期摩耗は、１つ以上のリングを使用することによって回避することができる。さらに、吸入および排出に複数のポート、例えば、それぞれ４つ以上のポートを使用することによって、ピストンリングのシリンダ壁上の分離された接触点の数が増加し（より少ない、より大きなポートと比較して）、これは、支持点およびリングのスリーブまたはシリンダ壁との接触表面のより良好な分散を達成する。また、リングと併せて多重ポート設計を使用することによっても、角度を有する配設を用いて、入口および出口ガスの流れを方向付け、したがって、燃焼チャンバ性能を最適化する乱流を発生させることが可能となる。一般的に、角度を有する配設は、らせん状の配設として概念的に説明することができ、これは、流体（例えば、空気、空気／燃料）が、旋回パターンで、または大乱流が作り出されるように燃焼チャンバに入るようにし、これは、空気を混合する能力、より具体的には、空気中の酸素を燃料と混合する能力を改善する。この混合の改善は、特に、より早い爆発前線を生成することによって、燃料を燃やす効率を増加する。この１つの結果は、点火時期の進みを、現在市販のエンジンに使用されているものより大幅に低い程度まで低減する能力である。例えば、燃料および酸素の高度の混合、ならびに燃焼チャンバの過圧により、スパークと燃料の点火との間の時間が減少され、点火時期の進みを、１０°以下と低くまで低減することを可能にする。
【００２５】
１つのシリンダにつき２つのピストンのそれぞれは、接続ロッドを介してクランクシャフトに接続される。一方のピストンのクランクシャフトへの接続は、もう一方のピストン、およびそのクランクシャフトへのその接続に対してオフセットされる。オフセットは、いずれかの適した量であってよく、一般に、約１０°〜約２６°である。例えば、オフセットまたは遅延は、約１０°〜約２５°、約１２°〜約２６°、約１５°〜約１５°、または約１８°〜約２０°であってもよい。実施形態では、オフセットまたは遅延は、約１８°である。当然のことながら、これらの範囲に包含されるそれぞれの具体的な値を使用することができ、当業者は、これらの範囲が、それぞれの値を独立して本明細書に具体的に列挙する必要はなく、特定される範囲内のそれぞれおよびすべての具体的な値を開示することを直ちに理解するであろう。一方のクランクシャフトの角度を、もう一方と比較してオフセットすることによって、シリンダ内の２つのピストンは、実質的に調和して移動することができ（すなわち、両方が、中心から離れる方向に移動し、次いで両方が、中心に向かって移動する）、したがって、燃料の単一爆発を使用して、両方のピストンを外に向かって、すなわち中心から離れる方向に駆動することができる。しかしながら、オフセットは、結果として、一方のピストンが、もう一方のピストンの移動にわずかに後れを取るような移動をもたらす。このように、一般的に排出ピストンである、先導するピストンは、後れを取るピストンがポートを開閉する直前に、ポートに到達してポートを開放し、次いでポートに到達してポートを閉鎖する。このように、細かく制御された、ポートの連続する開閉を達成することができる。先導ピストンが排出ピストンである場合、燃焼、排出ポートの開放、吸入ポートの開放、排出ポートの閉鎖、吸入ポートの閉鎖、および圧縮の順序となる。このように、クランクシャフトの単一回転は、単一燃料点火イベント、ならびに燃料吸入および排出の完全サイクルに関連付けられる。ポートのシリンダ壁に沿う配置は、以下のパラメータ、ポートに作用するピストンがシリンダに沿って移動する総距離（すなわち、そのＵＤＣからそのＬＤＣ）、および一方のピストン／クランクシャフトのもう一方からのオフセットまたは遅延角度、を用いて決定されることが理解される。オフセットの角度に関して、一般的に、排気ガスを燃焼チャンバから完全に一掃することができ、燃料の圧縮および点火の前に、燃焼チャンバが過給されるように、ポートを十分に開閉できるようにするために、排出ピストンと吸気ピストンとの間のより短いオフセットまたは遅延は、ポートの先端の縁部を、吸気ピストンのＵＤＣにより近く定置することを必要とする。さらに、クランクシャフトの回転およびシリンダ内でのピストンの移動の遅延に、約１２°〜約２６°以外の角度を使用することができるが、エンジン性能を最大にするために、これらの範囲内の角度を使用することが好ましい。例えば、角度を上昇させると、先導ピストンは、燃料点火イベントが起こる際に、ＵＤＣからより遠くなる。約２６°のオフセットを越える点では、先導ピストンが点火点から遠すぎて、最適量のエネルギーを吸収できないた��、シリンダの動力出力の損失が存在するほどに距離が大きくなりすぎる。
【００２６】
明白であるように、本エンジンは、２つのクランクシャフトを備える。エンジンの他の要素と同様に、クランクシャフトは、標準的なプロセスおよび材料を使用して製造することができる。同様に、それぞれのクランクシャフトは、典型的な方法で、滑剤（例えば、モータオイル）等を備えるクランクケース内に収容される。２つのクランクシャフトは、それらのそれぞれの回転エネルギーを、エンジンが配置される乗り物に運動を提供するために使用することができる、単一出力に組み合わせるための手段を含むべきであることに留意されたい。
【００２７】
実施形態では、クランクシャフトを接続するための手段は、ギアである。例えば、それぞれのクランクシャフトに直接接続されるギアは、第３の中間ギアを介して物理的に接続することができる。他の実施形態では、クランクシャフトを接続するための手段は、接続ピンであり、これは、一方の端部をクランクシャフトのうちの１つに、およびもう一方の端部をもう一方のクランクシャフトに結合し、したがって、２つのクランクシャフトを連結する。実施形態では、接続ピンは、異なるエンジン動作温度下で必要とされる、異なる形状に適合するように、わずかに屈曲することができる。より具体的には、エンジンの本実施形態によると、長さ方向に沿う点にヒンジまたはヒンジのような機構を備える接続ピンが提供される。機構は、エンジンの温度の変化に伴い、ピンが、２つのクランクシャフト間に一定の接続を継続して作り出すことを可能にする。つまり、エンジンが熱くなると、金属部分は膨張する。したがって、２つのクランクシャフト間の距離および接続ピンの固有寸法は、エンジンの温度が変化するにつれて変化する。この変化を考慮するために、ピンとクランクシャフトとの間の接続点は、ある程度の遊びを含む（すなわち、堅い接続ではない）、または機構は、堅い接続を維持する一方、関連部分の膨張および収縮を可能にするように提供されなければならない。本発明は、接続ピンにかかる機構を提供する。ヒンジのような機構は、接続ピンが、必要に応じて、制御される点でわずかに屈曲するが、屈曲が必要とされない際に、次いで真っ直ぐに戻ることができるようにする。このようにして、エンジン性能を犠牲にすることなく、かつ接合点での過度の摩耗なく、ピン／クランクシャフト接合点で堅い接続を作ることができるようにする。
【００２８】
上述のとおり、実施形態では、本発明のエンジンは、点火プラグ等を受容することができる、２つ以上の開口部を備える。特定の実施形態では、開口部の１つ以上は、燃焼チャンバの寸法を変化させる、装置の接続として使用される。より具体的には、ガソリンエンジンでは、２つの点火プラグを提供する代わりに、点火プラグのうちの１つは、本質的にデッドスペースチャンバである装置で置換されてもよい。デッドスペースチャンバは、燃焼チャンバの寸法を増加するように効果的に作用し、一方、同時に、燃料の燃焼プロセスに直接関与しない（すなわち、デッドスペースチャンバ内の燃料の燃焼は起こらない、または本質的に起こらない）。チャンバの寸法の増加は、シリンダの圧縮率を変化させ、異なる燃料が使用される際、またはエンジンの異なる性能が望まれる際に有利である可能性がある。好ましい実施形態では、デッドスペースチャンバは、異なる目的のために、チャンバの総容量を細かく調節できるように、調整可能である。調節は、当該技術分野において既知の手段（例えば、チャンバ内のプラットフォームを移動させて、チャンバ内のガス容量を増加または減少させるために、セットねじを調節する）によって、手動で、または電子的に実施することができる。
【００２９】
本発明のエンジンは、典型的に、１つのシリンダにつき、複数の吸入ポートおよび排出ポートを備える。それぞれの種類のポートは、流体の移動のために、互いに、かつ単一導管に接続することができる。例えば、吸入ポートは、吸入ポートを互いに、かつ燃料、空気、または混合気をシリンダに導入するための源に連結する、概して円状または概してらせん状の導管を介して接続することができる。これらの導管は、より小さな導管を、流体、例えば、空気の源に連結する、より大きな導管に組み合わせられてもよい。実施形態では、より大きな導管は、過給器を、より小さな導管のそれぞれに、したがって吸入ポートに流体接続する、概して「Ｕ字」形状のチューブである。過給器が稼動している際、Ｕ字形状のチューブは、ポートを通して、加圧空気または空気／燃料混合気を吸入燃焼チャンバに提供するためのプレナムとして作用する。
【００３０】
同様に、流出ポートは、流体の移動のために、互いに、および単一導管に接続することができる。例えば、排出ポートは、排出ポートを互いに、かつエンジンから排気ガスを吐出するための手段（例えば、排出システム）に連結する、概して円状または概してらせん状の導管を介して接続することができる。吸入および排出ポートの形状ならびに数は、好ましくは、流体のシリンダへ、またはシリンダからの移動を改善するために、それぞれの導管の形状と併せて設計される。例えば、吸入ポートおよび導管は、燃焼チャンバ内の空気および／または燃料のより優れた混合を提供するように設計され得る。同様に、排出ポートおよび導管は、燃焼チャンバからの流体（例えば、排気）の迅速かつ実質的な除去を提供し、熱を放散するように設計され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を図示し、記載される説明と共に、本発明の特定の原理を説明する役割をする。
【図１】本発明の実施形態に係る、シリンダの断面図を示す。パネルＡは、燃料噴射装置を備える吸入導管を含む、構成部品を有するシリンダを示す。パネルＢは、点火プラグ開口部内に配置される燃料噴射装置を含む、構成部品を有するシリンダを示す。
【図２】パネルＡ〜パネルＩは、全サイクル中のピストンの位置を連続して示す、本発明の実施形態に係る、シリンダの断面図を示す。
【図３】パネル（Ａ）は、本発明のガソリンまたは代替燃料型のエンジンにおける、ピストンの斜視図を示す。パネル（Ｂ）は、その平面側面図を示す。
【図４】パネル（Ａ）は、ディーゼルまたは代替燃料エンジンにおける、ピストンの斜視図を示す。パネル（Ｂ）は、その上面図を示す。
【図５】それらの回転方向を示す矢印を有する３つの結束ギアの列の手段によって連結される、２つのクランクシャフトの斜視図を示す。
【図６】クランクシャフト部分と非対称に連接される連結ピンの好ましい一実施形態を示し、それらは、結合され、それぞれのピンに対して９０°での角度を有する配設を示す。
【図７】パネルＡは、図６の連接される連結ピンの好ましい一実施形態の平面図を示す。パネル（Ｂ）は、連接される連結ピンの側面図を示す。パネル（Ｃ）は、斜視図を示す。
【図８】吸入導管の一実施形態を示す。パネル（Ａ）は、側面図を示し、パネル（Ｂ）は、正面図を示し、パネル（Ｃ）は、斜視図を示す。
【図９】排出導管の一実施形態を示す。パネル（Ａ）は、側面図を示し、パネル（Ｂ）は、正面図を示し、パネル（Ｃ）は、斜視図を示す。
【図１０】パネル（Ａ）〜パネル（Ｅ）は、エンジンの、５行程エンジンとして作動する際の一実施形態の動作を示し、それぞれのサイクルでのピストンの位置を示す。
【図１１】本発明に係る、エンジンの一実施形態の４シリンダ型のためのクランクシャフトを示し、パネル（Ａ）は、クランクシャフトの斜視図であり、パネル（Ｂ）は、クランクシャフトの正面図であり、パネル（Ｃ）は、クランクシャフトの上面図である。
【図１２】４つのシリンダを有するエンジン型のクランクシャフトの角度位置の構想を示す。
【図１３】６つのシリンダを有するエンジン型のクランクシャフトの角度位置の構想を示す。
【図１４】８つのシリンダを有するエンジン型のクランクシャフトの角度位置の構想を示す。
【図１５】点火プラグのうちの１つの代わりに補助圧縮チャンバを有する、本エンジンの一実施形態のシリンダの断面を示す。
【図１６】パネル（Ａ）は、図１５の補助圧縮チャンバの斜視図を示す。パネル（Ｂ）は、チャンバの側面図を示す。パネル（Ｃ）は、側面平面図に示される、線ＸＸに沿うチャンバの断面を示す。
【図１７】パネル（Ａ）〜パネル（Ｃ）は、本エンジンの一実施形態に係る、ブロックのスケーリングされた切断図を示し、らせん形状の吸入および排出導管を示す。
【図１８】パネル（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の一実施形態に係る、単ブロックエンジンの種々の図を、クランクケースカバー（ドライオイルパン）およびオイルパンと共に示す。
【図１９】１，９５０ｃｍ３（ｃｃ）の排気量を有する、一例示的な４シリンダエンジンの、エンジン速度（ｒｐｍ）の関数としての動力（ＰＳ）の線グラフプロットを示す。
【図２０】１，９５０ｃｍ３（ｃｃ）の排気量を有する、一例示的な４シリンダエンジンの、エンジン速度（ｒｐｍ）の関数としてのトルク（Ｎｍ）の線グラフプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
ここで、種々の例示的な実施形態および本発明の特徴が詳細に参照され、その実施例は、添付の図面に図示される。以下の発明を実施するための形態は、本発明の特定の特徴のより完全な理解を読者に与えるために提供され、本発明のいずれかの態様における制限と見なされるべきではない。
【００３３】
本発明の内燃エンジンは、市販されるエンジンと比較して、燃料効率、動力発生、適応能力の改善、および他の有益な改善を提供する、多数の特徴ならびに特徴の組み合わせを有する。１つの注目すべき特徴には、燃料の燃焼からの爆発エネルギーを機械的エネルギーに変換するためのピストン、ならびに燃料および排気の吸入および排出ポートをそれぞれ開閉するための弁の両方として作用する、２重作用ピストンが挙げられる。ポートを開閉するためにピストンを使用するが、ピストンは、吸入ポートを封止せず、むしろ単に流体の流入を、燃焼チャンバの代わりにクランクケースに向けるだけである、既知の２行程エンジンとは異なり、本発明のピストンは、吸入流体を含むための独立したチャンバを作り出す。別の注目すべき特徴は、それぞれが別個のクランクシャフトに接続される、２つの正反対に対向するピストンを備える、少なくとも１つの単一シリンダを含む設計であって、２つの対向ピストンのうちの一方のそのクランクシャフトとの接続は、もう一方のピストンのそのクランクシャフトとの接続に対してオフセットされる、設計である。本発明のさらに別の注目すべき特徴は、クランクシャフトの１回転ごと（シリンダ当たりの）に対して、１回の完全サイクルを可能にし、クランクシャフトの１回転につき、それが有するシリンダと同じ数の爆発を生成することができる、エンジン設計である。さらに、この場合も、本発明は、シリンダ壁および２つの対向ピストンによって作り出される燃焼チャンバを過給もしくは過圧するため、燃焼チャンバから残留排気ガスを一掃するため、またはその両方のための、過給器の使用を提供する。本発明によって提供される特徴のさらなる非限定的な実施例は、所望により、燃料の燃焼のために異なる圧縮率を提供するように調整することができる、可変圧縮チャンバである。本発明の特徴の他の非限定的な実施例には、燃料の燃焼チャンバへの流入が、燃料の完全な混合およびより優れた燃焼に有利になるように配置される、入口ポートおよび導管、排気ガスを効率的に除去し、燃焼チャンバからの熱を冷却システムに伝達するように配置される、流出ポートおよび導管、ならびにギア、スプロケット等を使用することなく、対のクランクシャフトエンジンの２つのクランクシャフトを接続および安定化するための手段等が挙げられる。
【００３４】
一般に、本発明のエンジンは、１対１の比率で、クランクシャフトの単一回転を燃焼／排出の単一完全サイクルに関連付ける。標準的な２サイクルエンジンのように、本エンジンでは、点火プラグは、クランクシャフトの回転毎に１回発火する。これは、クランクシャフトの１回の回転が、燃料の吸入および圧縮に使用され、クランクシャフトの第２の回転が、使用済み燃料の排出に使用される、４サイクルエンジンと比較して、改善された動力生成を提供する。しかしながら、２サイクルエンジンとは異なり、本発明のエンジンは、後続の動力行程のために燃料を取り込むために、移動するピストンの動力を使用しない。本エンジンによると、それぞれのクランクシャフトの回転において、ピストン行程の５０％の間、すなわち上死点（ＵＤＣ）から下位死点（ＰＭＩ）まで、有効作業が実施され、このようにして、従来のエンジンと比較して、実施される有用な作業が２倍になる。
【００３５】
それに対し、現在の４行程エンジンでは、吸入（４行程のうちの行程１）中、浪費されるエネルギーが存在する。同様に、圧縮行程（４行程のうちの行程２）中および排出行程（４行程のうちの行程３）中、エネルギーが浪費される。したがって、有効作業は、爆発および膨張行程（４行程のうちの行程４）中にのみ生じる。このエネルギー生成比は、ピストンが運動中の時間のわずか２５％である。
【００３６】
同様に、現在の２行程エンジンでは、有効作業は、排出ポートが完全に露出されるまでのみ実施される。該点を越えると、エネルギーは、吸入ポートを通して圧縮／燃焼チャンバに燃料を再装填するために使用される圧力をクランクケース内に発生させるために、ピストンの運動によって浪費される。
【００３７】
本発明に係るエンジンは、ブロックのそれぞれの側に１つが配設され、好ましくは１つ以上の接続ピンの手段によって機械的に連結される、２つのクランクシャフトを備える。好ましい実施形態では、ガスのシリンダへの吸気およびシリンダからの放出は、過給器等の容量圧縮器によって支援され、吸入および排出のための弁機能は、２重機能ピストン弁として作用する１つ以上のピストンによって実施される。加えて、過給器は、リングの燃焼チャンバ側とリングのクランクケース側との間のリング上の圧力差を低減することによってピストンリングを冷却する、追加機能を提供し得る。
【００３８】
好ましい実施形態では、クランクシャフトは、クランクシャフトとピストンとの間に相対位置の位相変位またはオフセットが存在し、それぞれのシリンダ内で、エンジンの一方の側のピストンが、シリンダに沿って、エンジンのもう一方の側の嵌合するピストンにわずかに先行して移動するように、ピストンに接続される。このようにして、ピストン、および特にピストン対は、吸入および排出ポートを連続して開閉するための弁として作用することができ、さらに、シリンダ内の圧力および／または燃料の過装填もしくは過給を可能にする。
【００３９】
上述のとおり、本発明のピストンは、それらが吸気および排出ポートの開閉をそれら自体で制御するため、ピストンおよび弁の両方としての２重機能を有して作用する。ピストンは、この２重機能を達成するために、ヘッド内に圧縮リングを１つ、およびスカート内に別の圧縮リングを１つのように、追加の圧縮リングを有する。実施形態では、また、ピストンは、ブラインドボルトも備える。
【００４０】
一般的に、および好ましい実施形態では、本発明に係るエンジンは、それぞれのシリンダ内の吸気ピストンのＵＤＣと等距離に置かれる、吸気および排出ポートを備える。
【００４１】
エンジンは、特に、燃料噴射スキームで使用するのに非常に好適である。燃料噴射が間接的である実施形態では、従来の噴射装置は、好ましくは、シリンダへの空気入口に隣接する吸気ダクトまたは導管内に置くことができる。あるいは、燃料噴射が直接噴射である場合、従来の噴射装置は、好ましくは、シリンダ壁を通して、例えば、燃焼チャンバを画定するシリンダ壁に沿う点に配置することができる。かかる一実施形態では、噴射装置は、点火プラグ等を置換することができる。
【００４２】
エンジンが、２つ以上の異なる燃料を燃やすために使用される実施形態では、エンジンは、点火プラグの代わりとして、噴射される燃料の特定の必要性に適切な圧縮を達成するために、所望により、内部容量を変化させることができる、補助チャンバを備えることができる。
【００４３】
クランクシャフト間の同期化された連結を実施するために、クランクシャフト間の角度位相変位を維持する、不変の回転方向を保つように、それらの間で統合される３つのギアの列、またはそれらの間で６０分数の約９０°まで位相変位される接続ピンの対を利用することが好ましい。
【００４４】
ガソリン型の本エンジンの実施形態の点火プラグは、吸気ピストンのＵＤＣ位置内に直接置かれる。プラグは、燃焼チャンバ内のいかなる位置にも置かれ得るが、それらを、吸気ピストンのＵＤＣ位置内に置くことが好ましい。
【００４５】
間接噴射が使用される実施形態では、電子命令ユニット（ＥＣＵ）は、燃焼チャンバの掃出／一掃、および燃料の燃焼チャンバへの導入の２つの異なるステップを受け入れるように較正される。つまり、過給器は、エンジンが稼動している間、空気の正圧を吸入ポートに供給する。しかしながら、一掃ステップ中は、燃料が燃焼チャンバに導入されるべきではなく、むしろ、空気のみが導入されるべきである。したがって、ＥＣＵは、いったん排出ポートが閉鎖されると、チャンバ内に残存する空気内にのみ燃焼チャンバへの燃料噴射を引き起こすように較正されなければならない。
【００４６】
次に、図面を参照して、エンジン、それらの構成部品、およびそれらの作用モードを説明する。例示的なエンジンによると、非限定的な任意選択の特徴には、異なる燃料を使用可能にする、その圧縮比を変化させることができる可能性による、結果として生じる燃料節約による効率、単純性、構成部品および行われる動作の最適化、より長い耐用年数、同等の動力でのより少ない重量、より少ない振動、より低い振動、より低い重心、個々により少ない労力を必要とするより少ない部品が挙げられる。
【００４７】
図１は、本内燃エンジン（１）の一実施形態に係る、シリンダの断面を示す。図は、互いに面するヘッドを有する、互いに反対の２つのピストン（２、２’）を含む、単一シリンダ（３）を示し、シリンダは、シリンダブロック内かつ単ブロック構造（４）のヘッドに配置され、したがって、これには、シリンダ蓋、ヘッド／ブロック接合部、ならびに吸入および排出弁がない。動作中、燃料の燃焼および機械的エネルギーの発生は、クランクシャフト１回転につき、５行程サイクルで実施される。サイクルにおいて、２つの対向ピストンのそれらの上死点位置（ＵＤＣ）からそれらの下死点位置（ＬＤＣ）への移動中、シリンダは、総膨張を実施し、排出のプロセスを開始する。ピストンのＬＤＣからそれらのＵＤＣへの移動中、シリンダは、排出行程を完了し、燃焼チャンバの支援された総チャンバ一掃を実施し、吸気／圧縮チャンバの再充填および過装填を完了し、最後に圧縮行程を完了する。また、サイクルは、ピストンのＵＤＣからＬＤＣへの移動中のシリンダ内のポートの状態を参照して定義することができ、最初に、吸入および排出ポートの両方が閉鎖された状態で、点火／爆発および膨張相が存在し、次に、排出ポートが開放され、吸入ポートが閉鎖された状態で、排出相が存在し、次に、排出および吸入ポートの両方が開放された状態で、一掃相が存在し、次に、排出ポートが閉鎖され、吸入ポートが開放された状態で、燃料の吸入および過給相が存在し、最後に、吸入および排出ポートの両方が閉鎖された状態で、圧縮相が存在する。
【００４８】
図１（Ａ）に示されるエンジン（１）は、まさに吸気ピストン（２）のＵＤＣ位置に設置される点火プラグ（６、６’）と、シリンダ（５）から排気ガスを押し出すため、シリンダ（５）を一掃するため、ならびに燃料／空気を圧縮／燃焼チャンバ（８）に導入および過給するために使用される正圧を作り出して、空気および燃料等の流体をシリンダ（５）に押し込むための容量圧縮器（７）または過給器と、ピストン接続ロッド（１０、１０’）に連結され、適切な機械的手段（図示せず）によって互いに同期化される、２つのクランクシャフト（９、９’）であって、クランクシャフト配設は、クランクシャフトの１回転につき、シリンダ（５）内で１回の爆発を実施することを可能にする、２つのクランクシャフト（９、９’）と、を含む。クランクシャフトは、ピストンがクランクシャフトに向かって移動する、爆発および膨張段階によって表される、ピストン行程時間の５０％の間に、積極的に回転される。シリンダ当たり２つのピストンを、単一爆発を用いて駆動できるようにするため、吸入および排出ポートを連続して開閉できるようにするため、ならびにシリンダを過装填できるようにするために、クランクシャフトは、互いから、６０分数で約１５°から６０分数で約２５°まで、例えば１８°離間して取り付けられる。好ましくは、クランクシャフト（９、９’）は、シリンダ（５）内を過装填できるように、互いから、６０分数で約１７°から６０分数で約２１°まで離間して取り付けられる。より好ましくは、クランクシャフト（９、９’）は、シリンダ（５）内を過装填できるようにするために、６０分数で約１８°から６０分数で約２０°まで離間して取り付けられる。
【００４９】
ピストン行程の確定される領域で、ピストン（２、２’）は、吸気チャンバ（１２）および排出チャンバ（１３）と連通する、吸気ポート（２３）ならびに排出ポート（２５）（図示せず）を開閉するコントローラである。ポート（２３、２５）の密封は、オイルリング（２６）に加えて、それぞれのピストン（２、２’）上の予備圧縮リング（１４、１５）によって達成され、圧縮リングのうちの少なくとも１つは、ピストンヘッドにあり、圧縮リングのうちの少なくとも別の１つは、スカート上にある。吸気ポート（２３）および排出（２５）ポートは、シリンダ（５）内かつそれらのピストン（２、２’）のそれぞれの上死点から等距離に置かれる。
【００５０】
好ましくは、エンジン（１）は、排出ポート（１３）に隣接する排出ダクト（１８）内に取り付けられる閉口部として、排気ガス逆流防止フラップ（１７）を含む。
【００５１】
エンジン（１）が間接燃料噴射システムを備える、図１（Ａ）に示されるように、従来の噴射装置（１９）は、吸入ポート（１２）に隣接する吸入ダクト（２０）内に置かれる。エンジン（１）が直接燃料噴射システムを備える、図１（Ｂ）に示されるように、従来の噴射装置（２１）は、点火プラグ（図１（Ａ）の６’）の代わりとして、シリンダ（５）内に置かれる。
【００５２】
本エンジンの実施形態の１つの特徴は、水平構造のであることである。つまり、シリンダは、エンジンが地面上の車等の静止している車両内に定置される際、シリンダが水平な状態にあるように配設される。その水平構造のため、エンジンが取り付けられる車両の重心は、通常の垂直配設エンジンより、比較的地面に近い位置にある。同様に、その水平配設および単ブロック構造は、排水プラグ（３３）を有する独自のオイル蓄溜としてのそれらのそれぞれの下位パンまたはオイルパン（３２）と共に側上に置かれる、２つのドライオイルパン（３１、３１’）の配設をもたらす（図１８も参照）。当然のことながら、他の実施形態では、エンジンは、地平面または車両の水平面に対して、任意の角度で、車両内に定置することができる。
【００５３】
一般に、本エンジンは、本明細書に具体的に言及されていない、または詳細に記載されていない、当該技術分野において既知の特徴および要素を含むことができることを理解されたい。当業者は、かかる特徴および要素を十分に認識し、必要以上または過度の実験を行うことなく、それらを本発明の設計内に含んでもよい。事実、ここに言及され、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に要素（２８）として示される、１つのかかる特徴は、エンジンを通る冷却流体（例えば、含水冷却液または空気）の移動のための導管、陥凹部等である。
【００５４】
図２のパネル（Ａ）〜パネル（Ｉ）は、シリンダが、完全サイクル（すなわち、シリンダ内の１回の燃料点火イベントおよびクランクシャフトの１回転）を通して移動する際の、ピストン（２、２’）のシリンダ（５）に沿う移動を順に示す。図２に示される要素は、図１のものと同一であり、したがって、明確化のために、図２において、特定の要素のみラベルが付けられる、または具体的に示される。例えば、流体のシリンダを通る流れは、吸入ポートを通って入り、排出ポートを通って出る流体の移動を示す、矢印を使用して示される。
【００５５】
図２（Ａ）は、排出ピストン（２’）がＵＤＣにある時の一例示的なエンジンを示す。クランクシャフト（９’）は、その長さに沿って、シリンダ（５）に対して平行であることが確認できる。また、吸入または吸気ピストン（２）は、遅れており、依然としてＵＤＣにないことが確認できる。クランクシャフト（９）は、長さ方向に沿ったシリンダ（５）に対して平行ではなく、長さ方向に沿ったシリンダに対する平行から１８°である。
【００５６】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示される瞬間の直後の同一のシリンダ（５）を示す。示されるように、ピストン（２’）は、ここでは、そのＵＤＣを通り過ぎており、クランクシャフト（９’）に向かって移動している。ピストン（２）は、そのＵＤＣに向かって進み続ける。クランクシャフト（９）は、ここでは、シリンダ（５）との平行から９°前である一方、クランクシャフト（９’）は、ここでは、シリンダ（５）との平行を９°越えている。
【００５７】
図２（Ｃ）は、ピストン（２）がそのＵＤＣに到達した、次の瞬間を示す。この時点で、クランクシャフト（９）は、シリンダ（５）に対して平行位置にあり、一方、クランクシャフト（９’）は、シリンダ（５）との平行を１８°越えた位置にあることが確認できる。これは、燃焼チャンバ（８）内の燃料の点火が起こり、ピストン（２、２’）を、それぞれ、クランクシャフト（９、９’）に向かって反対方向に駆動する時点である。
【００５８】
図２（Ｄ）に示されるように、次の瞬間、ピストン（２、２’）は、それらの外向きの移動を継続し、ピストン（２）は、ピストン（２’）から遅れている。燃料の点火からの力は、ピストン（２、２’）を継続して外向きに駆動し、クランクシャフト（９、９’）の回転を駆動する。
【００５９】
次の瞬間、図２（Ｅ）に示されるように、排出ピストン（２’）は、排出ポート（２５）を露出し始める点に到達する。ピストン（２）は、依然として、吸入ポート（２３）を開放するのに十分遠くまではシリンダ（５）に沿って移動していないことに留意されたい。この時点で、図２（Ｃ）に示される爆発からの排気ガスは、燃焼チャンバ（８）に流出し始めることができる。
【００６０】
次の図２（Ｆ）は、ピストン（２’）がそのＬＤＣに到達しており、ピストン（２）がそのＬＤＣに接近している、次の瞬間を示す。見られるように、ここでは、排出ポート（２５）は、完全に開放しており、吸入ポート（２３）は、ほぼ完全に開放している。この時点で、チャンバ（８）内の前回の燃料の燃焼からの残留排気ガスを流し出す、または一掃するために、チャンバ（８）に空気が噴射される。この掃出または一掃ステップには、プレナムを介して吸入ポート（２３）に接続される、過給器等の押し出し空気を供給するための手段を使用することができる。チャンバ（８）の一掃は、両方のポート（２５、２３）が開放している間中実施される必要はないことに留意されたい。むしろ、任意の適した時間を使用することができる。
【００６１】
図２（Ｇ）は、本発明の本実施形態に係る、サイクルの次のステップを示す。この図では、ピストン（２’）は、シリンダ（５）の中心に向かって戻り始めており、一方ピストン（２）は、ここでは、ＬＤＣにあることが確認できる。ピストン（２’）は、排出ポート（２５）を閉鎖し始め、一方、ピストン（２）は、吸入ポート（２３）を大きく開放されたままにする。チャンバ（８）の掃出は、この瞬間中に継続されてもよい。
【００６２】
図２（Ｈ）は、ピストン（２’）がシリンダ（５）の中心に向かって十分遠くまで移動し、排出ポート（２５）を完全に閉鎖した、次の瞬間のエンジンを示す。ピストン（２）は、戻り始めており、吸入ポート（２３）を閉鎖するプロセス中である。この時点で、燃料（例えば、燃料／空気混合気）は、吸入ポート（２３）を通してチャンバ（８）に導入される。別の実施形態（図示せず）では、空気は、吸入ポート（２３）を通して導入され、一方、燃料または燃料／空気混合気は、直接燃料噴射装置を介してチャンバ（８）に直接噴射される。好ましい実施形態では、空気または燃料／空気混合気をチャンバ（８）に導入するために、過給器が使用され、結果として、チャンバ（８）の過給または過圧がもたらされる。この過給は、燃料の点火に続く、改善された燃料の燃焼を可能にする。
【００６３】
図２（Ｉ）は、ピストン（２）が、吸入ポート（２３）が閉鎖されるまでシリンダ（５）の中心に向かって移動した、次の瞬間を示す。チャンバ（８）内の空気および燃料の混合気は、ここでは、ピストン（２、２’）の反対方向の移動によって圧縮され、燃料の効率的な点火を可能にする。
【００６４】
上述されるプロセスは、エンジンが動作中の間、同様に継続して継続されることが理解される。さらに、上述の説明は、単一のシリンダに注目したが、エンジン当たり複数のシリンダが提供され、それぞれが同様に機能し、それぞれの点火イベントのタイミングが互い違いまたは交互であり、したがって、エンジン全体に継続して動力出力を提供し得ることを理解されたい。
【００６５】
図１および図２から明らかであるべきであるように、エンジン（１）の構成部品としての弁を除去するため、およびシリンダ（５）の過装填を実施するために、クランクシャフト（９’）の、クランクシャフト（９）に対する、ある程度の６０分数度の遅延が作られなければならない。クランクシャフト（９’）の角度を、クランクシャフト（９）の角度より事前設定度数だけ進めて設定することによって、クランクシャフト（９）の遅延度により、吸気ピストン（２）が依然としてその上死点位置に向かうその上方行程を行っているときに、排出ピストン（２’）のそれぞれのシリンダ（５）内での移動が、最初に排出ピストン（２’）をそれぞれの上死点位置に到達させる、システムが提供される。排出ピストン（２’）がその下方行程を開始する際、吸気ピストン（２）は、そのＵＤＣまでそれに同行し、それがＵＤＣに到達するときに最大圧縮が到達され、その時点で燃料が点火され、したがって、同時に、両方のピストン（２、２’）をそれらのそれぞれの下方行程に駆動する。爆発の前に、排出ピストン（２’）が既にその下方行程を開始しているという事実を考慮し、排出ピストン（２’）は、吸気ピストン（２）が吸入ポート（２３）に到達する前に、排出ポート（２５）に到達し、したがって、ガスをチャンバ（８）から放出させる。
【００６６】
ピストン（９’）が移動する最も遠い点は、ピストン（９’）のヘッドの表面が、排出ポート（２５）の遠縁部と整合される、または実質的に整合されるように設定される。下方行程の終了と同時に、排出ポート（２５）の遠端部に到達すると、吸気ピストン（２）が吸気ポート（２３）の通過を開始するのと同時に、排出ポート（２５）の閉鎖が開始され、したがって、圧力空気入口を生成し、上述の残留爆発ガスの一掃をもたらす。その後、常にそのクランクシャフト（９）の遅延の結果として、吸気ポート（２３）が依然として開放している間に、排出ポート（２５）は閉鎖され、これは、その上方行程において吸気ピストン（２）が対応するポート（２３）を閉鎖するまで、エンジンがシリンダ（５）内に過装填を作り出せるようにし、その結果、排出ピストンがそのＵＤＣに到達して上述のプロセスを開始するまで、両ピストン（２、２’）間で全圧縮期間が開始する。
【００６７】
エンジン内の弁を排除する技術的解決法は、吸気および排出ポートを封止することによってコントローラとしての機能を果たし、ポートとシリンダとの間の流体の移動を遮断する、または実質的に遮断することを可能にする、ピストンを使用する。本質的に、リングは、ポートが中に置かれるチャンバを形成する。図３（ガソリンエンジンピストンに関する）および図４（ディーゼルエンジンピストンに関する）に示されるように、ピストンは、少なくとも２つの圧縮リング（１４、１５）を備え、一方（１４）は、従来のオイルリング（２６）の下のピストンヘッド上に置かれ、もう一方（１５）は、スカート上に置かれる。これらは、それぞれのピストンがそれらの下死点にある際に、吸入ポート（２３）および排出ポート（２５）を囲む、円筒形チャンバを形成する。
【００６８】
次に、図５を参照すると、適した機械的結合手段（１１’）によって作製される両方のクランクシャフト（９、９’）の間隔により、同一の距離移動する両方のピストン（２、２’）が明らかとなる。図５に示される実施形態では、２つのクランクシャフトを連結するために、３つの結束ギア（１１’ａ、１１’ｂ、１１’ｃ）を使用することができる。図６に示される別の例示的な実施形態では、２つのクランクシャフト（９、９’）を接続および安定化するために、少なくとも２つの剛性または弾性結合ピン（１１ａ、１１ｂ）を使用することができる。好ましくは、結合手段は、結束ギア列を備え、結束ギア列は、それぞれのクランクシャフトの端部にギア（１１’ａ、１１’ｂ）と、他の２つのギア（１１’ａ、１１’ｂ）をそれらの間で結束するギア（１１’ｃ）と、を備える。しかしながら、２つの結合ピン（１１ａ、１１ｂ）が使用される場合、該２つは、不変の回転方向を維持し、効率的なペーシング、および一方のクランクシャフト（９）からもう一方のクランクシャフト（９’）への動力伝達を作り出すために、６０分数で約９０°位相がずれた状態で配置される。
【００６９】
上述のとおり、結合手段は、１つ以上の結合ピンまたはロッド（１１ａ、１１ｂ）を備えることができる。これらの結合ピンまたはロッドは、必要に応じて、ロッドが屈曲できるように、ヒンジまたはヒンジのような構造（１１”）を備えることができる。ロッドの屈折は、効果的にロッドが長さを変化できるようにする。長さを変化する能力は、エンジンが熱くなり、金属部品が膨張する際、クランクシャフト（９、９’）が離れる、または近づくように（わずかのみではあるが）移動できるようにする。かかるヒンジなしでは、結合ピンとクランクシャフトとの間の結合点は、かかる膨張および収縮を可能にするために、遊びを必要とし得る。かかる遊びは、部品の過度の摩耗、および故障の可能性の増加をもたらし得る。
【００７０】
本発明のエンジンは、吸入および排出導管に一体化して接続され、続いて吸入および排出ダクトに一体化して接続される、吸入および排出ポートを備える。本質的に、ダクトは、本明細書において、吸入および排出チャンバと称される、複数のより小さな通路を統合する、比較的大きな通路である。チャンバは、シリンダ壁との接合点で終端する、少なくとも１つの壁（典型的に円形）を備える。したがって、チャンバ壁とシリンダ壁との接合点は、ポートを画定する。上述のとおり、本発明のエンジンは、好ましくは、ダイキャスティングによって鍛造される、単ブロック型エンジンである。したがって、ダクトとチャンバとの間の違いは、排出システムおよび吸入システムの機能ならびに相対位置であり、したがって、相対寸法にも関係するが、物理的手段によって他の部品に接続される、明確に異なる部品ではない。
【００７１】
図８は、本エンジンの吸入チャンバおよびダクトの一実施形態を示す。本実施形態では、吸入ポート（２３）は、吸入チャンバ（１２、１２’）の末端と、実質的に円形状または実質的にらせん形状に構成される、吸入ダクト（２０、２０’）と、を備える。吸入ポート（２３）を画定する、吸入チャンバ（１２、１２’）から末端への突起または接続（２２、２２’）は、吸入チャンバ（１２、１２’）に対して、任意の角度で配置することができることに留意されたい。つまり、それらは、任意の適した角度での流体のシリンダへの導入を提供するために、吸入チャンバ（１２、１２’）の長軸に対して垂直および／または平行な任意の角度、あるいは角度の任意の倍数で配置されてもよい。例えば、角度は、流入燃料の乱流を最大にして分散を最大にし、燃料を燃やすのを改善するように選択されてもよい。吸入システムの実質的に、または正確に円形の形状は、複数の吸入ポート（２３）を使用すること、およびこれらのポートを吸入ピストン（２）のＵＤＣからの単一距離に配列することを可能にするために好ましい。
【００７２】
図８に示される吸入システムと同様に、図９は、エンジンのための一例示的な排出システムを示す。本実施形態では、複数の排出ポート（２５）は、排出チャンバ（１３、１３’）、および実質的に円形状もしくは実質的にらせん形状に構成される排出ダクト（１８）からの突起または接続（８４）によって画定される。突起または接続（８４）は、排出チャンバ（１３、１３’）に対して、いずれかの角度で配置することができることに留意されたい。つまり、それらは、改善された排気ガスのシリンダからの移動、改善されたシリンダから離れる熱伝導等の種々の利点を提供するために、排出チャンバ（１３、１３’）の長軸に対して垂直および／もしくは平行な任意の角度、または角度の任意の倍数で配置されてもよい。排出システムの実質的な、または正確な円形状は、複数の排出ポート（２５）を使用すること、およびこれらのポートを排出ピストン（２’）のＵＤＣから同一距離で配列することを可能にするために好ましい。
【００７３】
エンジン（１）は、それぞれのクランクシャフト（９、９’）の１回転につき、それが有するシリンダ（５）の数と同一の数の爆発を起こすことができる。したがって、実施形態では、本発明のエンジンは、単チャンバまたは単一シリンダ（８）内で対向する、複数の円柱状（５）水平ピストン対（２、２’）を有する、単ブロック型（４）のエンジン（１）である。エンジンは、従来の熱力学サイクルの典型的な行程、つまり、吸気（吸入）、圧縮、爆発、および排出のすべてを実施することができ、これらの行程は、クランクシャフトのそれぞれの回転ごとに達成することができる。１回転ごとに完全サイクルを達成するために、行程の時間の配分は５つの相、行程、または明確に定義された時間の新しい熱力学サイクルにそれを一致させるように調整され、これらはそれぞれの下死点位置（ＬＤＣ）からそれぞれの上死点位置（ＰＭＳ）への多数のピストンのそれぞれの単一移動よって特定され、その間に、以下が実施される。すなわち、（ｉ）吸気および排出の両方のポートが開放された状態での、前回の爆発の残留ガスの圧縮／燃焼支援による一掃、ならびにチャンバの充填（図１０（Ａ）参照）、（ｉｉ）吸気ポートのみが開放された状態での、過装填状態での吸気（図１０（Ｂ）参照）、（ｉｉｉ）両ポートが閉鎖された状態での完全圧縮（図１０（Ｃ）参照）、それぞれのＵＤＣからそれぞれのＰＭＩまで実施される、（ｉｖ）膨張を伴う爆発（図１０（Ｄ）参照）、ならびに（ｖ）排出ポートのみが開放された状態での排出（図１０（Ｅ）参照）である。
【００７４】
図１１は、本エンジンに係る、クランクシャフトの一実施形態を示す。クランクシャフトは、特にエンジン内のシリンダの数に関して構成されることが好ましい。つまり、クランクシャフトのピストンとの接続は、シリンダの発火順序がクランクシャフトの接続角度に対応するように配設されることが好ましい。別の言い方をすれば、シリンダおよびクランクシャフトの接続は、好ましくは、式：
３６０°／（シリンダの数）＝爆発間の間隔に等しい度数
にしたがう、爆発間の期間の均等配分の原理に従って設計される。エンジンは、クランクシャフトの１回転につき、シリンダ１つにつき一回の爆発を起こすため、かかる設計が可能であり、このように、爆発間の間隔は、３６０°に基づくことができる。
【００７５】
図９に示されるように、４シリンダエンジンでは、好ましくは、９０°でのクランクシャフトピン（２７）の配設を用いて、この原理が達成され、したがって、９０°毎の爆発を可能にする。具体的に、４シリンダエンジンでは、３６０°のそれぞれの回転をシリンダの数（この具体的な例では４つ）で除算することによって、結果として、９０°が求められ、これは、爆発間の間隔の度数を決定することが既知である。この概念は、図１２にさらに記載される。この同一の原理を６つのシリンダを有するエンジンの一実施形態に適用すると、３６０°／６＝６０°であると言うことができる。結果として、例えば、従来の点火の順序１−５−３−６−２−４を用いると、１番のシリンダ内で爆発が起こり、５番のシリンダの吸気ピストンは、６０°でそのＵＤＣに到達し、同様に、そのシリンダ内でその時点で爆発が起こり、等々が、６０°の間隔で起こる。この想定は、図１３の図に示される。さらに、８つのシリンダを有するエンジンの一実施形態では、３６０°／８＝４５°が使用される。結果として、１番のシリンダ内で爆発が起こり、点火順序１−５−４−２−６−３−７−８により、５番のシリンダの吸気ピストンは、４５°でそのＵＤＣに到達し、同様に、そのシリンダ内でその時点で爆発が起こり、等々が連続して４５°の間隔で起こる。一方、順序が１−３−７−２−６−５−４−８である場合、１番のシリンダ内での爆発の後、３番のシリンダ内の吸気ピストンは、４５°でそのＵＤＣに到達し、そのシリンダ内でその時点で爆発が起こり、等々が４５°の間隔で起こる。この想定は、図１４に示される。
【００７６】
次に、特に図１５および図１６を見ると、エンジンの１つ以上のシリンダの圧縮率を変化させるための機構が提供される。より具体的には、図１５は、本発明の一実施形態に係る、エンジンの断面を示す。図に示されるように、１つの点火プラグ（例えば、図１（Ａ）の６’）は、補助チャンバ（１６）によって置換される。図１６に示されるように、補助チャンバ（１６）は、それをエンジン内の開口部に挿入するためのねじ山または他の典型的な手段を有し得る。また、図１６（Ｃ）に具体的に示されるように、補助チャンバ（１６）は、チャンバ（１６）の近位端（エンジンと接続する）からチャンバ（１６）内のブラインドチャンバ（１６１）に通じる、開放通路（１６０）を備えてもよい。ブラインドチャンバ（１６１）によって画定される容量は、プラットフォーム（１６２）の上下の移動によって変化させることができる。プラットフォーム（１６２）は、ロッド（１６３）を用いる作動によって移動され、ブラインドチャンバ（１６１）内のいずれかの位置に設定され得る。ロッド（１６３）は、ロッド（１６３）の表面上のねじ山、および補助チャンバ（１６）の内側表面上の嵌合するねじ山を介して等、既知の手段によって、プラットフォーム（１６２）を、ブラインドチャンバ（１６１）内で前後に移動させ得る。プラットフォーム（１６２）の移動および設定は、既知の原理にしたがう、電子的または手動手段によって達成することができる。
【００７７】
実際には、補助チャンバ（１６）は、燃焼チャンバ（８）の容量を増加するチャンバとして機能する。ブラインドチャンバ（１６１）内の容量は、燃焼チャンバ（８）の総容量を細かく調節するために調整することができ、したがって、シリンダの直径、ピストン接続ロッドの長さ、またはエンジンのいずれかの他の要素を変更する必要なく、シリンダの圧縮率を変える。
【００７８】
上述のとおり、本エンジンは、複数の異なる種類の燃料を燃やすことができるように、および単一の特定のエンジンで使用される燃料の種類を変更できるように設計される。主要部分では、この変形は、補助チャンバを使用して、燃焼チャンバの寸法（または容量）を変化させることによる、圧縮率の変化によって可能となる。圧縮率は、主要燃焼／圧縮チャンバ（８）の中心に置かれる補助チャンバ（１６）を用いて、固定または自動形態で変化され得るため、エンジンが、低オクタン価の燃料、アルコール類、ガソホール等の場合の約６：１から、中オクタン価または高オクタン価の可燃物での約１１：１までの関係で含まれる、異なる燃料を用いて稼動でき、直接噴射では約１７：１〜最大約２５：１の圧縮率により、軽油およびまたは植物油を用いて稼動できる。当然のことながら、燃料の種類が変更される場合、ピストンを変更する（例えば、ガソリンエンジン用に設計されたピストンを、ディーゼルエンジン用に設計されたピストンで置換する）ことも有利または必要であり得る。同様に、燃料伝達を完了するために、点火プラグをグロープラグで置換する、燃料供給機構を置換する（例えば、ガソリンエンジンの間接燃料噴射装置を、ディーゼルエンジンの直接燃料噴射装置で置換する）等、エンジンの他の要素を変更することも有利または必要であり得る。
【００７９】
燃料としてディーゼルオイルを用いるエンジンの一実施形態の場合、ピストン（２、２’）は、ディーゼルオイル噴射装置（２１）（例えば、図１（Ｂ）参照）の噴霧効果を最適化するために、好ましくは、それらのヘッド上に彫り込み（３０）を有する（例えば、図４参照）。ディーゼル型のエンジンは、プレチャンバがないため、直接噴射原理を用いて稼動する。事実、燃料噴射は、ピストンヘッドの上方に直接行われる。燃料としてディーゼルオイルが使用される、好ましいエンジンの実施形態によると、最大圧縮段階において、空気酸素と組み合わせたディーゼルオイルの噴射は、両ピストン間の圧縮により、爆発を引き起こす。
【００８０】
冷えたエンジンを用いる最初の噴射は、タイマーによって操作される、電熱器またはグロープラグによって熱的に支援される。エンジンの噴射および回転速度は、直接噴射、または圧縮行程が実施されている間に、少量の事前噴射を受容する場合がある、従来の「コモンレール」システムのディーゼルオイルポンプ圧でディーゼルオイルを受容する、噴射装置の繰り返し速度によって操作される。
【００８１】
いったん爆発が起こると、ピストン（２、２’）は、ガソリンエンジンで上述されるものと同様に移動し、したがって、毎回ピストンがそれらの最大圧縮点に到達し、燃料が点火され、爆発が起こるシステムが達成され、ピストン行程の５０％中に仕事を産出する効率的なエンジンを得るという目的が実現される。
【００８２】
次に、図１７および図１８を見ると、本発明の一例示的なエンジンの種々の図が示される。これらの図は、小型で水平な単ブロックエンジン（４）を提供するための、種々の要素の例示的な位置を示す。図１７を見ると、吸入ポート（２３、２３’）および排出ポート（２５、２５’）、ならびにそれらのそれぞれの吸入ダクト（２０、２０’）および排出ダクト（１８）の配置を見ることができる。吸入ポート（２３、２３’）は、過加圧空気（または空気／燃料混合気）が、実質的に、または厳密に同一の圧力および容量でそれぞれの吸入ポート（２３、２３’）に供給されるように、一方の端部上で封止され、もう一方の端部で過給器に接続される、「Ｕ字」形状のチューブ（図示せず）によって、共通に流体接続するように統合されることに留意されたい。同様に、排出ポート（２５、２５’）は、車両の排出システムに物理的に接続するのに適したダクトまたは多岐管によって、共通に流体接続するように統合されることを理解されたい。
【００８３】
図１８は、一例示的な単ブロックエンジン（４）の外側を示し、吸入ダクト（２０）、排出ダクト（１８）、側ドライオイルパン（３１、３１’）、および少なくとも１つの排油プラグ（３３）を有する、唯一のオイル蓄溜としての下位パン（オイルパン）（３２）の相対配置を示す。
【００８４】
記載される稼動条件化で、ピストンのアイドル行程がより少なく、現在市販されているエンジンより摩耗が少なく、結果として、エンジンのより長い持続期間が得られることに留意されたい。さらに、実際、通常、より大きな摩耗が問題となる可動部品の作業／応力は、１つのシリンダにつき、２つのピストン、２つのロッド、および２つのクランクシャフトの間で分散される。したがって、新しいエンジンの最適な稼動条件がより長い時間保たれるという結果により、エンジンの耐用年数が大幅に増加する。
【００８５】
さらに、本発明のエンジンが、シリンダ蓋を有しないという事実を考慮し、接合部の加熱、および結果としてエンジン全体の再加熱、ならびに効率損失またはその稼動能力の破壊を引き起こす、ブロックに対するその支持表面の変形等、それによって引き起こされる問題が排除される。同様に、タイミングベルトが不要であり、この場合も同様に、可動部品および修理の必要性を低減する。
【００８６】
また、単ブロック構造のため、蓋をエンジンブロックに対して圧縮および保持するためのねじまたは埋め込みボルトも不要である。エンジンは、従来の吸入および排出弁、ならびにそれらの関連機械部品を使用しないため、動力損失を引き起こす従来のカムシャフト、および摩耗のために交換期間を有する同期ベルトも不要である。
【００８７】
また、カムシャフト、リフタ、および／またはタペットを潤滑するためのオイルバスを有するシリンダ蓋がなく、弁封止の老化の結果、非効果的な封止によって、数回の使用後にオイルを消費するという、これらのエンジンの問題が排除されることに留意されたい。加えて、本発明のエンジンは、容易に維持および修理され得る。例えば、リングおよび金属ロッド等、激しく摩耗されやすい部品は、側オイルパン（３１、３１’）の両方と、およびクランクシャフト（９、９’）のうちの１つとを取り外すだけで交換され得る。
【００８８】
種々の実施形態では、本エンジンは、現在入手可能な商用のエンジンに対する、数多くの利点を提供する。例えば、原動機付き車両に使用可能な「典型的な」商用エンジンでは、ピストンのそれぞれの上死点で爆発が起こる際、振動が生じる。それぞれの爆発ごとに、クランクシャフトは２回転し、さらなる振動をもたらす。対照的に、本エンジンでは、シリンダ内の単一爆発が、それぞれ２つのクランクシャフトの回転を含む２つのピストンを駆動する。したがって、機械的エネルギーを作り出すために必要とされる爆発の数が減少し、したがって、本エンジンは、「従来の」エンジンより大幅に振動が少ない。さらに、本エンジンでは、それぞれのクランクシャフトは、「従来の」エンジンと比較して、生成される機械的エネルギー単位当たり、約２倍遅く回転し、したがって、クランクシャフトのバランスの不完全さによって引き起こされるもの等の振動をさらに低減する。加えて、４行程サイクルを使用する従来の４シリンダエンジンでは、爆発は、クランクシャフトの回転の１８０°毎に引き起こされ、一方、本発明のエンジンでは、爆発は、クランクシャフトの回転の９０°毎に引き起こされる。このクランクシャフトの回転度数の低減は、シリンダ当たり生成される応力を低減し、エンジンが、滑らかであると同時に、より大きなトルクを有して動作することを可能にする。別の見方をすれば、本エンジンは、クランクシャフトのより少ない回転数で、同一のトルクを有し、これは、エンジンのより長い持続期間、ピストン、クランクシャフト、およびベッドフレーム軸受等の可動部品のより長い耐用年数、ならびにボルト、リング、および金属ロッド等の特定の非可動部品のより長い寿命をもたらす。
【００８９】
本エンジンは、内燃エンジンが必要とされる、いかなる要求にも適用可能である。したがって、これは、原動機付き車両（例えば、車、トラック、バス）、水上乗り物（例えば、ボート、船、潜水艦）、および飛行体（例えば、飛行機、ヘリコプター）で使用することができる。これは、同様に、適応性があり、したがって、ガソリン、添加物（例えば、エタノール）を含むガソリン、エタノール、メタノール、メタン（天然ガス）、プロパン、生物燃料（例えば、バイオディーゼル）、およびディーゼルオイルが挙げられるが、これらに限定される必要はない、任意の数の燃料を燃やすように設計され得る。
【００９０】
本エンジンは、従来の内燃エンジンより良好な稼動効率を提供する。事実、同等のピストン寸法、形状、および長さで、本エンジンは、クランクシャフトの回転当たり、より長い時間の有効仕事を提供するため、より多くの動力を提供する。同様に、作業行程が、従来の４行程エンジンの約２５％ではなく、ピストンの移動の約５０％に相当するため、摩耗されるもの、および静止しているものの両方を含む部品の量を減らすことによって、燃料の消費の有効な減少が達成される。また、本エンジンは、より良好な重量／動力比を示し、維持および修理がより簡単であり、結果として、より低い運転費用がもたらされる。例えば、本エンジンの稼動中、従来のエンジンと比較して、熱エネルギーの機械的エネルギーへの変換における損失が低減される。特に、従来のエンジンは、通常、シリンダ蓋および蓋接合部でエネルギーを損失し、損失は、カムシャフト、リフタ、およびタペットの摩擦によって引き起こされる。さらに、ピストンが、吸入行程、圧縮行程、および排出行程中にエネルギーを使用するため、ピストンの非生産的な運動においてエネルギーが損失される。要約すれば、従来のエンジンは、約２５％の有効仕事を達成し、一方、本エンジンは、約５０％の有効仕事を達成する。
【００９１】
例えば、図１９に示されるように、本エンジンの一実施形態は、幅広い動力曲線を示すことができ、通勤運転（例えば、２，０００〜３，５００ｒｐｍ）中の典型的なエンジン速度での急速な動力増加、および約４，０００ｒｐｍ〜約９，０００ｒｐｍでの持続した最大動力を達成する。図に示されるグラフは、１９５０ｃｍ３の排気量を有する、４シリンダエンジンを参照する。グラフは、約６，０００ｒｐｍでの最大動力出力、および約６，０００ｒｐｍを超える最大回転数を有する本エンジンが、低エンジン速度で相当量の動力を出力し、低エンジン速度から６，０００ｒｐｍに向かって、動力が持続的に増加することを示す。３０００〜６０００ｒｐｍの典型的な稼動範囲は、１６５〜２５０ＰＳを発生し、１リットルの排気量当たり、１２５ＰＳの最終変換をもたらす。当然のことながら、いかなるエンジンとも同様に、最大動力出力点（この場合、６，０００〜７，０００ｒｐｍ）を超えた後、動力は低下する。
【００９２】
また、本エンジンの独自の設計は、より優れたトルク特性も提供する。図２０に見られるように、本発明のエンジンは、超低エンジン速度で、高トルクを達成し、通勤運転の典型的なエンジン速度で、最大トルクを提供することができる。図１９に示される動力曲線のように、トルク曲線は、実質的に、平均的な運転手の典型的な運転条件に相当する、幅広い最大トルク生成を示す。トルク曲線によると、約２，５００ｒｐｍ未満で、エンジン速度の増加と共にトルクが急速に増加し、一方、３，０００〜６，０００ｒｐｍで、曲線が降下する、弾性的なエンジン挙動が見られる。実際には、これは、通常の運転速度で、急速かつ効率的にトルクが供給され、一方、高レベルのトルクが一般的に要求されない、より高いエンジン速度で、トルクは減少することを意味する。さらに、曲線の弾性は、トルクが必要とされる際、エンジンが、再びギアを入れる（すなわち、エンジン速度を上げるために、変速器を低速ギアに入れ替える）ことを必要とせずに、トルクを供給することを示す。したがって、例えば、車両が斜面に遭遇する際、需要の増加により、エンジン速度が必然的に低下する（エンジンに追加燃料が供給されないと仮定する）につれて、トルクが増加し、したがって、より多くの動力を車輪に提供し、速度を維持するために低速ギアに入れ替える必要性を低減する。
【００９３】
上述の開示を考慮し、本発明は、（１）近位端と、遠位端とを備える、少なくとも１つのシリンダであって、それぞれのシリンダは、シリンダ内の反対方向、かつシリンダの中心の反対側上に配設される、第１のピストンと、第２のピストンとを含み、それぞれのシリンダは、内部容量を画定する壁を備え、それぞれのシリンダは、シリンダの近位半分上に少なくとも１つの吸入ポートと、シリンダの遠位半分上に少なくとも１つの排出ポートとを備え、それぞれのポートは、シリンダ壁内に開口部として配置され、第１および第２のピストンのピストンヘッドの表面は、シリンダ壁と組み合わせて、燃料の点火および燃焼のための燃焼チャンバを作り出す、シリンダと、（２）少なくとも２つのクランクシャフトであって、第１のクランクシャフトは、シリンダの近位端で第１のピストンに接続され、第２のクランクシャフトは、シリンダの遠位端で第２のピストンに接続される、少なくとも２つのクランクシャフトと、（３）燃焼チャンバ内の燃料の点火を引き起こすための、少なくとも１つの装置であって、第１のピストンのシリンダ内での移動の上死点またはその近傍に、シリンダ壁上にそれを通って配置され、クランクシャフトのそれぞれは、１回の燃料点火イベントにつき、自軸周りの単一回転を完了する、装置と、を備える、内燃エンジンを提供する。該エンジンでは、第１のピストンのシリンダに沿う前後の移動は、吸入ポートを開閉させ、第２のピストンのシリンダに沿う前後の移動は、排出ポートを開閉させる。ポートを適切に開閉できるようにするために、第１のピストンおよび第２のピストンは、第１のピストンが、第２のピストンと比較して、シリンダを通る前後の移動において遅延されるように、シリンダ内に配置される。遅延は、シリンダの長軸に対して平行な線からの偏向角によって定義することができ、遅延は、１５°〜２５°、例えば、１８°等である。動作中、それぞれの燃料点火イベントごとに、ピストンのそれぞれは、シリンダを通って前後する単一完全サイクルを行い、２つのピストンの単一完全サイクルは、燃料点火、膨張、排出、および新しい燃料の吸入の単一完全サイクルをもたらす。それぞれの燃料点火イベントは、連続して、第２のピストンによる排出ポートの開放、第１のピストンによる吸入ポートの開放、第２のピストンによる排出ポートの閉鎖、および第１のピストンによる吸入ポートの閉鎖を引き起こす。第２のピストンによる排出ポートの開放は、排気ガスが燃焼チャンバを流出できるようにし、第１のピストンによる吸入ポートの開放は、空気または他の流体を燃焼チャンバに吸入できるようにし、第２のピストンによる排出ポートの閉鎖は、吸入ポートから流体を継続して吸入することによって、燃焼チャンバを過給できるようにし、第１のピストンによる吸入ポートの閉鎖は、燃焼チャンバを封止し、燃焼チャンバ内の流体を圧縮できるようにする。吸入ポートが開放されたままである間に、排出ポートを閉鎖することによって、燃焼チャンバを空気または空気／燃料混合気で過給できるようにする。エンジンは、第１および第２のピストンがシリンダを通って前後し、第１および第２のクランクシャシャフトがそれぞれの中心周りに単一回転する単一サイクリング当たり、以下の５つの行程を完了する５行程エンジンとして説明される。すなわち、すべての排出および吸入ポートが閉鎖された状態で、燃焼チャンバ内の燃料を点火、及び燃焼する行程、第２のピストンのシリンダの下方かつ点火点から離れる方向への移動によって開放される、少なくとも１つの排出ポートを通して、燃焼チャンバから排気ガスを排出する行程、第１のピストンのシリンダの下方かつ点火点から離れる方向への移動によって開放される、少なくとも１つの吸入ポートを通して導入される空気を使用して、空気の正圧により、少なくとも１つの排出ポートを通して、燃焼チャンバから排気ガスを一掃する行程、第２のピストンのシリンダに沿って点火点に向かう移動によって排出ポートが閉鎖された後、正圧により、開放された状態の吸入ポートを通して、空気および燃料を燃焼チャンバに押し込むことによって、燃焼チャンバ内に空気および燃料の過圧を作り出す行程、および第１のピストンのシリンダに沿って点火点に向かう移動によって吸入ポートが閉鎖された後、燃焼チャンバ内の空気および燃料の混合気を圧縮する行程である。エンジンは、空気の正圧ならびに／または空気および燃料の過圧を提供するための過給器を含むことができる。エンジンでは、２つのクランクシャフトは、ギア列、または少なくとも１つの接続棒、例えば、それぞれが弾性であり、エンジンの温度が変化する際に、膨張および収縮できるようにする、２つの接続棒等、を介して、互いに物理的に接続することができる。エンジンによると、ピストンのそれぞれは、２組のリングを備え、リングの組のそれぞれは、少なくとも１つの圧縮リングを備え、２組のリングは、ピストンがその上死点にある際に、シリンダ壁と共に、吸入または排出ポートを包含するチャンバを画定し、したがって、ポートを燃焼チャンバから封止および分離するように、ピストン上に配置される。特定の実施形態では、エンジンは、容量を調整することができる、燃焼チャンバと流体接続する、少なくとも１つの補助燃焼チャンバを含む。同様に、エンジンは、それぞれのシリンダに、少なくとも１つの吸入チャンバとダクトとの組み合わせを含むことができ、それぞれの組み合わせは、少なくとも１つの吸入ポートと流体接続し、それぞれの組み合わせは、吸入ポートを通してシリンダに導入される流体に乱流を引き起こすように構成される。さらに、エンジンは、それぞれのシリンダに、少なくとも１つの排出チャンバとダクトとの組み合わせを含むことができ、それぞれの組み合わせは、少なくとも１つの排出ポートと流体接続し、それぞれの組み合わせは、シリンダに入る、または排出ポートを通してシリンダから引き出される流体に乱流を引き起こすように構成される。エンジンは、クランクシャフトの１回転につき、エンジンが有するシリンダの数と同一の数の燃料点火イベントを引き起こす。当然のことながら、エンジンは、自動車、ボート、または飛行機等の乗り物等、内燃エンジンを使用することができる、いかなる目的にも使用され得る。
【００９４】
本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明の実施において（および本装置の構造において）、種々の修正および変形を行うことができることが、当業者に明らかとなるであろう。他の本発明の実施形態は、本明細書を熟慮し、本発明を実施することによって、当業者に明らかとなるであろう。本明細書および実施例は、例示的なものにすぎないと見なされることが意図され、本発明の真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲に示される。
【図１（Ａ）】
0005690591.tif 000002
【図１（Ｂ）】
0005690591.tif 000003
【図２（Ａ）】
0005690591.tif 000004
【図２（Ｂ）】
0005690591.tif 000005
【図２（Ｃ）】
0005690591.tif 000006
【図２（Ｄ）】
0005690591.tif 000007
【図２（Ｅ）】
0005690591.tif 000008
【図２（Ｆ）】
0005690591.tif 000009
【図２（Ｇ）】
0005690591.tif 000010
【図２（Ｈ）】
0005690591.tif 000011
【図２（Ｉ）】
0005690591.tif 000012
【図３（Ａ）】
0005690591.tif 000013
【図３（Ｂ）】
0005690591.tif 000014
【図４（Ａ）】
0005690591.tif 000015
【図４（Ｂ）】
0005690591.tif 000016
【図５】
0005690591.tif 000017
【図６】
0005690591.tif 000018
【図７（Ａ）】
0005690591.tif 000019
【図７（Ｂ）】
0005690591.tif 000020
【図７（Ｃ）】
0005690591.tif 000021
【図８（Ａ）】
0005690591.tif 000022
【図８（Ｂ）】
0005690591.tif 000023
【図８（Ｃ）】
0005690591.tif 000024
【図９（Ａ）】
0005690591.tif 000025
【図９（Ｂ）】
0005690591.tif 000026
【図９（Ｃ）】
0005690591.tif 000027
【図１０（１）】
0005690591.tif 000028
【図１０（２）】
0005690591.tif 000029
【図１０（３）】
0005690591.tif 000030
【図１０（４）】
0005690591.tif 000031
【図１０（５）】
0005690591.tif 000032
【図１１（Ａ）】
0005690591.tif 000033
【図１１（Ｂ）】
0005690591.tif 000034
【図１１（Ｃ）】
0005690591.tif 000035
【図１２】
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【図１３】
0005690591.tif 000037
【図１４】
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【図１５】
0005690591.tif 000039
【図１６】
0005690591.tif 000040
【図１７（Ａ）】
0005690591.tif 000041
【図１７（Ｂ）】
0005690591.tif 000042
【図１７（Ｃ）】
0005690591.tif 000043
【図１８（Ａ）】
0005690591.tif 000044
【図１８（Ｂ）】
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【図１８（Ｃ）】
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【図１８（Ｄ）】
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【図１９】
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【図２０】
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