(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向ピストンエンジン用の燃焼室構造体であって、内腔部と、長手方向に離間配置された吸気ポート及び排気ポート（１２４、１２６）を含む少なくとも１つのシリンダ（１２０）とを備え、前記シリンダには、前記内腔部（１２１）に互いに対向配置した一対のピストン（５０、６０）が設けられ、
前記ピストンは、前記シリンダの各々の上心位置近傍にある時、その噴射軸（６７）を含む対称面を基準とした左右対称の細長形状を有する燃焼室（２００）と、前記噴射軸上に位置する一対の噴射ポート（５６と６６、５６と６６）を形成する端面（５２、６２）とを有し、
前記燃焼室は、前記一対のピストンの第１のピストン（５０）の前記端面（５２）のボール部（５４）と、前記一対のピストンの第２のピストン（６０）の前記端面（６２）の概凸状部分との間に画定され、前記概凸状部分は、外方に突出する略同一の複数の稜部と、外方に突出する当該稜部の間の裂状部とを備えており、前記第１のピストンの前記端面の前記ボール部が前記概凸状部分を受けて裂状部を被覆し、
前記第２のピストンの端面を平面視したとき、それぞれの前記稜部（６９）は、前記第２のピストンの前記端面（６２）の外縁部（６３）に向かって湾曲する中心部（７２）を含み、前記中心部（７２）は前記外縁部（６３）から離反する方向に湾曲する各側方部（７４）に移行し、
前記シリンダは、前記第１と第２のピストンが前記各々の上心位置の近傍にある時、前記燃焼室の前記噴射ポート（５６と６６、５６と６６）と互いに整列配置される一対の対向燃料噴射器ポート（１２５）を含む、燃焼室構造体。
【請求項２】
略同一の前記稜部（６９）の前記中心部（７２）は、前記燃焼室が形成されると、略球形または回転楕円形の一つの燃焼室容積部（７５）を画定することを特徴とする請求項１に記載の燃焼室構造体。
【請求項３】
各端面（５２，６２）は、外縁部と、前記外縁部の内側に存する環状面と、前記環状面に形成された直径方向に対向する切欠き部（５６，６６）とを備え、前記第１と第２のピストンが前記各々の上心位置の近傍にある時、前記第１のピストン（５０）の端面の前記切欠き部（５６）は前記第２のピストン（６０）の端面の前記切欠き部（６６）と整列配置され、前記燃焼室の前記一対の噴射ポートを形成することを特徴とする請求項２に記載の燃焼室構造体。
【請求項４】
前記第１のピストン（５０）は前記排気ポート（１２４）を制御し、前記第２のピストン（６０）は前記吸気ポート（１２６）を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼室構造体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃焼室を含む対向ピストンエンジン。
【請求項６】
前記裂状部は、前記燃焼室の前記噴射軸を含む対称面を基準とする左右対称の細長形状を有し、
前記第１のピストンの前記端面の前記ボール部は、ピストンの外縁部からピストン内部へ向かって湾曲する凹状面を有することを特徴とする請求項１に記載の燃焼室構造体。
【請求項７】
請求項２から４のいずれか１項に記載の燃焼室を含む対向ピストンエンジンの運転方法であって、
前記ピストンの間で、給気渦流を前記シリンダへ導入し、
前記ピストンを圧縮ストロークで互いに向かって移動させ、
燃焼室（２００）を形成し、
前記ピストンが前記内腔部の各々の上心位置に向かって移動すると、給気渦流を、前記ピストンの端面間の前記燃焼室の部分的に球形の中心部（７５）に集結させ、
前記燃焼室の各側方部（７７）で給気にタンブル回転を発生させ、
燃料を、前記側方部を介して前記燃焼室内へ噴射する、
運転方法。
【請求項８】
前記燃焼室へ燃料を噴射することは、前記燃料を前記燃焼室の前記噴射軸に沿って噴射することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記燃焼室へ燃料を噴射することは、前記噴射軸に沿って、複数の燃料スプレー噴射を互いに対向して行うことを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、前記燃焼室が形成されると、内方へ向かう対向スキッシュ流を給気に発生させることを含むことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、前記燃焼室で給気が圧縮されることに応えて、前記燃料を点火することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
もう一つのピストンの対向するクラウン部と共に燃焼室を形成するクラウン部を有するピストンであって、前記クラウン部（６１）は、前記ピストン（６０）の内部から外方に突出する凸状部（６４）を包囲する外縁部（６３）を有する端面（６２）と、前記凸状部（６４）に形成され、前記ピストン（６０）の直径方向に延びる細長形状の裂状部（６５）と、噴射軸（６７）に沿って整列配置されかつ前記端面（６１）に形成され、前記外縁部（６３）を介して前記裂状部（６５）の各端部内に開口する対向切欠き部（６６）とを備え、
前記裂状部（６５）は、前記ピストン（６０）の前記噴射軸（６７）と縦軸（６８）を含む対称面を基準とした左右対称の細長形状を有し、
前記左右対称形状は、前記ピストン（６０）の端面から外方に突出する略同一の稜部（６９）の間に画定され、
各稜部は、前記外縁部（６３）に向かって外方に湾曲する中心部（７２）を含み、前記中心部（７２）は前記外縁部（６３）から離反して内方に湾曲する側方部（７４）に移行し、
前記略同一の中心部の曲率が外方／内方へ変化することにより、前記裂状部（６５）の中心部に球形の容積部（７５）と、前記噴射軸（６７）に沿って互いに整列配置され、前記中心容積部（７５）の各側に位置する側方スプレー噴射クリアランスチャネル（７７）とが画定される、ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権
本国際出願は、２０１３年９月１３日に出願された米国特許出願第１４／０２６，９３１号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本技術分野は、燃焼室が、ポートシリンダの内腔部（ｂｏｒｅ、孔部）に対向配置したピストンの端面間に画定される対向ピストンエンジンを含む。詳しくは、本技術分野は、該シリンダ内に導入された給気に複雑な乱流バルク運動を促す燃焼室構造体を有する対向ピストンエンジンを含む。
【背景技術】
【０００３】
２ストロークサイクルエンジンは、動作の１周期をクランクシャフトの１回転と該クランクシャフトに接続したピストンの２ストロークで完了する内燃機関である。２ストロークサイクルエンジンの一例として、一対のピストンをシリンダの内腔部に対向配置して相対する方向へ往復移動させる、対向ピストンエンジンが挙げられる。図１を参照して、対向ピストンエンジンは、内腔部１２と、その内部に切削加工または形成した、長手方向に互いに対してずらして配置された吸気ポート１４と排気ポート１６を有する、少なくとも１つのシリンダ１０を備える。（いくつかの態様では、本出願の「シリンダ」という用語は、シリンダライナ（ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｌｉｎｅｒ）を指す場合にも用いる。）１つまたは複数の燃料噴射器１７は、上記シリンダの側面を介して開放される噴射器ポート（噴射器が配置されるポート）内に固定される。この従来技術による２つのピストン２０と２２は、その端面２０ｅと２２ｅが互いに対向した状態で、内腔部１２に配置される。便宜上、ピストン２０を、吸気ポート１４に近接していることから、「吸気」ピストンと称する。同様に、ピストン２２を、排気ポート１６に近接していることから、「排気」ピストンと称する。
【０００４】
シリンダ１０の様に、１つまたは複数のポートシリンダ（１つまたは複数の吸気および排気ポートが形成されたシリンダ）を備える対向ピストンエンジンの動作は、よく知られている。この点において、燃焼が起こることで、対向ピストンがシリンダ１０内における各ピストンの最も内側の位置である上心（ＴＣ、ｔｏｐ  ｃｅｎｔｅｒ）位置（上部中央位置）から遠ざかると、動力ストロークが開始する。ＴＣからの移動中、各ピストンは、シリンダ内の最も外側の位置である下心（ＢＣ、ｂｏｔｔｏｍ  ｃｅｎｔｅｒ）位置（下部中央位置）に接近するまで、それぞれの関連ポートを閉止状態にする。吸気ポート１４および排気ポート１６が揃って開閉するように、各ピストンを同相移動させてもよい。または、一方のピストンの位相が他方に先行してもよく、この場合、各吸気ポートおよび排気ポートは、開閉のタイミングが異なる。
【０００５】
例えば、排気ピストンが吸気ピストンに先行すると想定する場合、位相オフセットにより、各ピストンはそのＢＣ位置周辺を順次移動する。ここで、排気ピストン２２がそのＢＣ位置を通過して排気ポート１６が開放される一方、吸気ポート１４は閉止状態におかれ、これにより、燃焼ガスが排気ポート１６の外部へ流出し始める。両ピストンが互いから離反し続けると、吸気ピストン２０はＢＣを通過して吸気ポート１４を開放する一方、排気ポート１６は開放状態が続く。ピストンの方向が逆転すると、排気ポートがまず閉止し、吸気ポートがこれに続く。
【０００６】
ピストンの方向が逆転し、ＢＣ位置からＴＣ位置へ移動すると、圧縮ストロークが開始する。両ピストンが各々のＢＣ位置から遠ざかる際の移動は、各ポートの開口部が重なり合って掃気を促すように、段階動作となる。掃気中、加圧給気は開放された吸気ポート１４を介してシリンダ１０内へ送り込まれ、開放された排気ポート１６を介して、排気ガスをシリンダの外部へ押し出す。一般に、外部からの給気は、吸気ポート１４の傾斜開口部を通過するため、旋回させられて渦流となる。図１を参照して、この旋回運動（または、単に「旋回」）は、概して、シリンダの縦軸周りを循環し、シリンダ１０の内腔部を長手方向に通過移動する、給気のらせん運動である。図２を参照して、ピストン２０、２２がＴＣに向かって移動し続けると、各ポートは閉じられ、シリンダ内に残存する給気渦流は、端面２０ｅと２２ｅの間で圧縮される。各ピストンがシリンダ内腔部のそれぞれのＴＣ位置に近づくと、燃料４０を、各ピストンの端面２０ｅ、２２ｅの間で、圧縮給気３０内へ噴射する。噴射が続くと、空気と燃料の混合渦流は、端面２０ｅと２２ｅ間に画定される（ｄｅｆｉｎｅ）燃焼室３２内で、次第に圧縮される。混合物が点火温度に達すると、燃料が燃焼室内で点火し、各ピストンをそれぞれのＢＣ位置に向かって離反駆動することで、別の動力ストロークが開始される。
【０００７】
対向ピストンエンジンの吸気ポートの開口部とシリンダの配置構成によって、渦流状給気の強力なバルク流体運動を発生させるための、極めて効果的なプラットフォームが提供され、排気ガスの除去（掃気）と、空気に対する燃料の運動（空気と燃料との混合）の両方を推し進める。しかし、その大半を旋回が占める給気の運動は、燃焼中に悪影響をもたらすことがある。例えば、ピストンの平坦な端面間に画定される円筒状燃焼室での燃焼中、旋回によって火炎がシリンダ内腔部へ押し込まれ、（比較的）低温のシリンダ壁に対する熱損失が生じる。旋回の速度ベクトルがシリンダ壁近傍で上昇すると、高速の高温ガスがシリンダ壁に熱を伝達し、エンジンの熱効率を低下させるという、熱損失における最悪の事態が起こる。また、ピストンの端面周辺では比較的高い熱負荷を受けるため、潤滑油が高いエンジン温度で分解すると、オイルコークスの固体残留物が形成され、ピストンとシリンダの境界に残存する。
【０００８】
したがって、旋回運動がもたらす利点を維持しながら、燃焼開始にともなう悪影響を軽減することが望ましい。同時に、燃料／空気混合物の均質化を図り、より完全かつ均一な点火を達成するために、給気運動に継続して乱流を発生させることが望ましい。
【０００９】
各ピストンの対向端面を、燃焼室におけるバルク乱気流をさらに助長する形状とすることで、上記の各利点が、２ストローク対向ピストンエンジンで達成される。この点に関して、対向ピストンの中には、燃焼室構造体に、燃焼室の外周からシリンダ軸に向かって、シリンダの径方向にスキッシュ流を促すボール部を設けるものがある。いくつかの態様では、各ピストン端面の外縁部における高圧領域が、給気を、少なくとも１つのピストン端面に形成した一つのボール部によって生成される低圧領域に流動させると、スキッシュ流を内方へ向かわせることができる。例えば、特許文献１は、両ピストンが互いに近接すると、洋ナシ形状の燃焼室を形成する、凹部が頭部に形成された一対の対向ピストンを記載している。燃焼室のより大寸の端部はほぼ閉塞されている。小寸の端部は開放され、シリンダ壁の噴射バルブによって、燃料を燃焼室内へ噴射可能とされている。
【００１０】
近年開示された対向ピストンは、その多くが、給気のバルク運動にタンブル回転を起こすよう構成されている。例えば、本出願人による特許文献２は、対向ピストンの近接端面における凸状湾曲稜部の間に、楕円体形状の燃焼室を形成することを記載している。各湾曲稜部は同一形状であるが、互いに対して１８０°反転している。各端面は渦流とスキッシュ流と作用し合い、シリンダの内腔部表面近傍において、燃焼室の各狭小端部でタンブル回転を発生させる。渦流は燃焼室の幅広の中心部で持続される。本出願人による特許文献３は、相互反転した稜部構成を改良したものを記載しており、ここでは、燃焼室の中心部は、ほぼ楕円体形状の燃焼室と比較して、より大きな旋回が持続される球形であることを特徴とする。本出願人によるＰＣＴ出願である特許文献４は、互いに補完し合う異なる形状の端面を有する対向ピストンの間に形成される、楕円体形状の燃焼室を記載している。この構造では、凹状のボール部を一端面に形成する。対向する端面は凸状突起を有しており、この突起には、両側が先細形状（ｔａｐｅｒｅｄ）とされた直径方向の裂状部（ｃｌｅｆｔ）が、連続湾曲状の略同一稜部（頂部、ｒｉｄｇｅ）の間に形成されている。両端面が近接すると、凸状突起は凹状ボール部内に受け止められ、燃焼室は、主に上記裂状部で画定される。隣接スキッシュ領域は、凸状／凹状の端面部を対向させることで、燃焼室のどちらか一方側に形成される。
【００１１】
上述した出願に記載のピストンには、大きな熱的課題がある。両対向ピストンは大きく湾曲した端面を有しており、この場合、熱負荷が湾曲稜部に大きくかかることになる。吸気ピストンは、掃気の間、その端面上部を給気が通過することで、ある程度の熱軽減が可能となっている。しかし、この構造では、排気ピストンを十分に冷却するように設計された熱容量をもつピストン冷却構造体が必要になる。これらの課題は、本出願人によるＰＣＴ出願である特許文献４に開示の燃焼室構造体によって、多少解決されており、この燃焼室では、凹状ボール部を有するピストンをシリンダの排気側に配置し、裂状部を画定する略同一稜部を有するピストンを吸気側に配置している。凹状ボール部には突状稜部がないため、流出した排気ガスに曝されても冷却しやすい。また、流入給気の冷却効果は、掃気の間、略同一稜部に及ぶ。しかし、稜部が連続湾曲している構成によって、燃焼室の形状が渦流持続効果を欠くものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第１，５２３，４５３号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１３／０６６，５８９号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１３／８４３，６８６号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１２／１５８７５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、給気に複雑な乱流バルク運動を発生させる対向ピストンエンジン用燃焼室を提供し、燃焼室の中心部の渦流を持続させ、燃焼室構造体の熱的構成を合理化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、ボール部／略同一稜部の構造を利用したピストン構造体によって達成される。このピストン構造体では、燃焼熱の大部分を保持する略球形（または回転楕円形）の中心容積部と、噴射軸に沿って互いに整列配置され、中心容積部の各側に位置する側方スプレー噴射クリアランスチャネル（ｃｌｅａｒａｎｃｅ  ｃｈａｎｎｅｌ）の間に、燃焼室容積部が配される。ボール部構造体は、一対の対向ピストンの内、一方のピストンの端面上に設けられ、略同一の稜部構造体は、該対の他方のピストンの端面上に設けられる。好ましくは、ボール部構造体は、一対の対向ピストンの内、一方の排気ピストンの端面上に設けられ、略同一の稜部構造体は、該対の他方の吸気ピストンの端面上に設けられる。
【００１５】
燃焼室の略球形の中心容積部は、燃焼室が対向ピストンの端面間に形成されると、給気のバルク運動における渦流の大半を持続させる。ピストンが最小離間距離に近づくと、この持続された渦流は、概ね球形（または回転楕円形）のバルク気流場を生成するよう、タンブル回転流と共同して作用する。
【００１６】
好ましい構造体のいくつかの態様では、一対の対向ピストンは、互いを補完する対向端面を有する。両ピストンが近接すると、一端面に形成した概凹状のボール部（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ  ｃｏｎｃａｖｅ  ｂｏｗｌ）は、他方の対向端面の概凸状（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ  ｃｏｎｖｅｘ  ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）の突起を受け入れる。凸状突起に形成した幅広の中心部を有する細長形状の裂状部（ｃｌｅｆｔ）は、端面の直径方向に延びている。この裂状部は、断面視で対称面に対して対称形状であり、平面視では、概球形の中心から狭小端部へ両方向に先細形状となっている。各ピストンがＴＣまたはその近傍にある時、裂状部は概凹状ボール部に隣接する位置にあり、これにより、略球形（または回転楕円形）の中心容積部と、噴射軸に沿って互いに整列配置され、中心空間の各側に位置する側方湾曲スプレー噴射クリアランスチャネルを有する、細長かつ先細形状の燃焼室が画定される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術の対向ピストンが各下死点近傍にある、対向ピストンエンジンのシリンダの一部断面の概略側方図であり、「従来技術」と表示されている。
【図２】従来技術の対向ピストンが各上死点近傍にあり、各ピストンの平坦端面によって燃焼室が画定された図１に示すシリンダの一部断面の概略側方図であり、「従来技術」と表示されている。
【００１８】
【図３Ａ】好ましい燃焼室構造体を画定する一対のピストンの等尺図である。
【図３Ａ】好ましい燃焼室構造体を画定する一対のピストンの等尺図である。
【００１９】
【図４Ａ】図３Ａのピストンの端面図であり、各々の端面の詳細を示す。
【図４Ｂ】図３Ｂのピストンの端面図であり、各々の端面の詳細を示す。
【００２０】
【図５Ａ】図３Ａのピストンの断面の側方図である。
【図５Ｂ】図３Ｂのピストンの断面の側方図である。
【００２１】
【図６Ａ】図３Ａによる一対のピストンを備える対向ピストンエンジンの、圧縮ストローク中の運転順序（動作シークエンス）を示す断面の側方図である。
【図６Ｂ】図３Ｂによる一対のピストンを備える対向ピストンエンジンの、圧縮ストローク中の運転順序（動作シークエンス）を示す断面の側方図である。
【００２２】
【図７】図３Ａ、４Ａ、５Ａのピストンの端面図であり、突出形成した略同一の稜部を有する端面と、該稜部により形成された燃焼室の燃料噴射パターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に説明する構造体では、対向ピストンエンジンは少なくとも１つのシリンダを備え、該シリンダは、内腔部と、その側壁に形成または切削加工され、長手方向に離間配置した排気ポートと吸気ポートを含む。一対のピストンはシリンダの内腔部内に対向配置される。燃焼室は、各ピストンがそれぞれのＴＣ位置を通過すると、ピストンの対向端面の間に画定される。周方向域には、上記各端面の外縁部が含まれる。燃焼室構造は、内腔部内に、各ピストンの対向端面により画定されるキャビティ（空洞）または空間を含む。平面視では、燃焼室は、中心部が幅広とされた溝状の細長形状を有する。燃焼室の細長形状は、シリンダの直径方向に延びている。燃焼室は、直径方向に対向する開口部を有し、該開口部を介して燃料が噴射される。
【００２４】
内燃機関の運転中に各ピストンがＴＣに近づくと、１つまたは複数のスキッシュ区域が、圧縮空気流（「スキッシュ流（ｓｑｕｉｓｈ  ｆｌｏｗｓ）」と称する）を燃焼室内へ向かわせる。この工程を、「スキッシュ発生（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｓｑｕｉｓｈ）」と称する。
【００２５】
以下に説明する構造体では、各ピストンがＴＣに向かって移動すると、シリンダ内の給気渦流と各ピストン端面の相互作用により、燃焼室内にバルク流体運動が発生する。このバルク流体運動には、旋回、スキッシュ、タンブル回転の要素が含まれる。
【００２６】
以下の説明では、「燃料」は、対向ピストンエンジンに使用可能なものであれば、いずれの燃料であってもよい。上記燃料は、比較的均質な組成物であってもよく、または、調合物であってもよい。例えば、該燃料は、圧縮点火により点火可能であれば、気体燃料、液体燃料、または、これら以外のいずれの燃料であってもよい。本明細書では、対向ピストンがＴＣ位置またはその近傍に位置すると、燃焼室内の圧縮ガスに燃料を噴射することが考えられる。いくつかの態様では、噴射を、これよりも早く、圧縮ストロークで行ってもよい。上記ガスは周辺空気であることが好ましいが、排気ガスまたは他の希釈剤等、他の成分を含んでもよい。いずれの場合であっても、上記ガスを「給気」と称する。
【００２７】
図３Ａと３Ｂは、略球形（または回転楕円形）の中心容積部と、噴射軸に沿って互いに整列配置され、中心空間の各側に位置する側方スプレー噴射クリアランスチャネルを有する燃焼室を画定するための補完型ピストン端面を有する、一対のピストン５０と６０を示す。図４Ａと４Ｂは各端面の平面図であり、図５Ａと５Ｂは各端面の断面立面図である。ピストン５０は、外縁部５３を含む端面５２を有するクラウン部５１を備える。外縁部５３は、該外縁部５３からピストン５０内部へ向かって湾曲する凹状面５５を有するボール部５４を包囲している。端面５２に形成した対向切欠き部５６は、外縁部５３を介してボール部５４内に開口している。他方のピストン６０は、外縁部６３を含む端面６２を有するクラウン部６１を備える。外縁部６３は、ピストン６０内部から外方に突出する凸状部６４を包囲している。ピストン６０の直径方向に延びる細長形状の裂状部６５が、凸状部６４に形成されている。噴射軸６７に沿って整列配置され、端面６１に形成された対向切欠き部６６は、外縁部６３を介して裂状部６５の各端部内に開口している。以下に説明するように、凹状ボール部５４は凸状部６４を受けて細長形状の裂状部６５を被覆することで、燃焼室を画定する。
【００２８】
図４Ｂと５Ｂからよく分かるように、裂状部６５は、ピストン６０の噴射軸６７と縦軸６８を含む対称面を基準とした左右対称の細長形状を有する。該左右対称形状は、ピストン６０の端面から外方に突出する略同一の稜部６９の間に画定される。図４Ｂに示すように、端面６２の平面視では、各稜部は、外方（外縁部６３に向かう方向）に湾曲し、内方（外縁部６３から離反する方向）に湾曲する側方部７４に移行する中心部７２を含む。略同一の各中心部の曲率が外方／内方へ変化することによって、裂状部６５の中心部に略球形（または回転楕円形）の容積部７５が画定され、また、噴射軸６７に沿って互いに整列配置され、中心容積部７５の各側に位置する側方スプレー噴射クリアランスチャネル７７が画定される。
【００２９】
上述した端面構造により、ピストンの熱負荷を柔軟に管理することができる。好ましくは、ピストン５０は、シリンダの排気側に配置される。排気ピストンは、エンジンの運転（動作）サイクル中、高温の排気ガスに長時間曝露されることから、温度が上昇しやすい。凹状ボール部５４は、ピストン６０の大きく湾曲した端面よりも熱伝達の表面積が小さいため、端面５２を介した熱流速は、端面６２を介した場合よりも低下する。図５Ａからよく分かるように、ピストン５０は、環状ギャラリー５７と、冷却液を循環させる中心ギャラリー５８を備える、内部冷却構造を有する。好ましくは、ピストン６０をシリンダの吸気側に配置する。この吸気側は、ピストン６０がＢＣを通過して吸気ポートが開放されると、概凸状形状、裂状部、突状面、および端面６２のより大きな表面積が、流入給気流による冷却効果を受ける側である。突状面６４は、冷却が難しく、その熱負荷が最も大きくなる傾向にある。そのため、図５Ｂに示すように、ピストン６０に、環状ギャラリー８７と、冷却液を循環させる中心ギャラリー８８を備える内部冷却構造を設けている。図４Ｂを参照して、裂状部６５の球形中心部７５が大きくなることで、燃焼室の中心部はその幅寸法が大きくなり、これにより、火炎とピストン６０の壁部の間の相互作用を最小限に抑え、熱伝達を最小限に留める。内方に湾曲する稜部７４によって、スプレー噴射クリアランスチャネル７７の角度が小さくなるため、燃焼容積部を増大させることなく、上記中心部７５を拡大可能である。
【００３０】
図３Ａと３Ｂに示す構造の対向ピストンを備える対向ピストンエンジンの動作を理解するために、図６Ａと６Ｂを参照する。このエンジンは１つまたは複数のポートシリンダを備える。各シリンダ１２０は、内腔部１２１と、長手方向に離間配置した吸気ポート１２４と排気ポート１２６を含む。図６Ａでは、２つのピストン５０と６０は、ポートシリンダ１２０の内腔部１２１内の各ＢＣ位置近傍に示されている。図４Ｂは、内腔部１２１のＴＣ位置近傍のピストン５０と６０を示す。ピストン５０と６０は内腔部に回転配向され、端面５２と６２は互いを補完し合うよう整列配置される。すなわち、端面５２の各切欠き部５６は、端面６２の各切欠き部６６と並ぶよう配置され、各切欠き部対５６、６６は、シリンダ１２０の側壁を介して開放される噴射器ポート１２５と並ぶよう位置付けられる。排気生成物が排気ポート１２６を介してシリンダ外部へ流出すると、吸気ポート１２４を介して、給気がシリンダ１２０に進入する。掃気と空気／燃料混合を目的として、該給気は、吸気ポートを通過する際、旋回渦流化させられる。図６Ａを参照して、ピストン５０と６０が、圧縮ストロークでＢＣから遠ざかると、吸気ポートと排気ポートは閉じられ、給気渦流１３０は、端面５２と６２の間で次第に圧縮される。図６Ｂを参照して、ピストン５０と６０がＴＣ位置に近づくと、燃焼室２００が、端面５２と６２の間に画定される。燃焼室２００は、凹状面５５の中心部と細長形状の裂状部６５の間に画定されたキャビティを有する。
【００３１】
図６Ｂを参照して、ピストン５０と６０がＴＣ位置に近づくと、圧縮給気流のスキッシュ流１３５が、凹状および凸状表面部５５、６４の間に画定された湾曲形状の対向スキッシュ領域を介して、各端面の外縁部から燃焼室２００内へ流入する。同時に、シリンダ１２０の縦軸により近い圧縮空気は、旋回渦流化が続く。渦流とスキッシュ流の相互作用により、燃焼室２００の各端部でタンブル回転が発生する。各タンブル回転成分には、噴射器軸周りの循環運動が含まれる。すなわち、タンブル回転は、概して噴射軸と同一線状にあるシリンダ１２０の直径周りを循環する。
【００３２】
図６Ｂと図７を参照して、ピストン５０と６０が各ＴＣ位置を通過すると、近接する凹状と凸状の端面によって、噴射器軸を基準とした左右対称の細長形状である燃焼室のキャビティと、噴射器軸上に位置する一対の噴射ポートが形成される。各端面の対向切欠き部対５６、６６（図６Ａを参照）によって、燃焼室２００の対向位置で該燃焼室内に開口する噴射ポートが画定される。
【００３３】
図６Ａ、６Ｂおよび図７を参照して、燃料１２３は、対向する噴射器１２７によって、シリンダ１２０内の噴射ポート１２５を介して燃焼室２００内へと噴射される。燃料１２３は、側方スプレー噴射クリアランスチャネル７７を通過して中心部７５内へと向かい、ここで、給気渦流１３０の略球形の気流場１４０と衝突して混ざり合う。タンブル回転流は、親出願やその原出願に記載したように、渦流とスキッシュ流の相互作用によってもたらされる。タンブル回転流１４５は噴射器軸６７周りを循環し、燃焼室２００内で渦流１３０と共同して作用することで、球形の気流場１４０を形成する。噴射が続くと、空気と燃料の混合渦流は、燃焼室内で次第に圧縮される。混合物が点火温度に達すると、燃料が燃焼室内で点火する。
【００３４】
以上、ピストンと燃焼室構造体の原則を好ましい実施形態を参照して説明したが、上述した原則の趣旨を逸脱することなく、多種多様な変更を行うことができることを理解されたい。したがって、上述の各原則に付与される特許保護は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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７】
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