(57)【要約】  対向ピストンエンジンのシリンダが、ボアを有するライナを備えており、ライナは、長手方向にずらされてライナのそれぞれの端部の付近に位置する吸気ポートおよび排気ポートを備えている。排気ポートと吸気ポートとの間のライナの中間部分が、ボア内に対向して配置された１対のピストンの端面が互いに近接したときに形成される燃焼室を含む。圧縮スリーブが、ライナの中間部分を取り囲んで補強する。中間部分と圧縮スリーブとの間に配置されたペグの環状の格子が、圧縮スリーブをライナに対して支持し、ライナの長手軸に平行な方向に中間部分を横切って延びる乱流の液体の流路を定める。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向ピストンエンジンのためのシリンダ（１６）であって、
ライナ（２０）を備えており、前記ライナ（２０）が、ボア（３７）と、前記ライナ（２０）のそれぞれの端部の近傍に長手方向にずらされて位置する吸気ポート（２５）および排気ポート（２９）とを備えており、
前記ライナは、前記ボア内に対向して配置された１対のピストン（３５および３６）の端面（３５ｅおよび３６ｅ）が互いに近接したときに燃焼室（４１）が形成される、前記吸気ポートと前記排気ポートとの間の中間部分（３４）を含んでおり、
前記シリンダはさらに、
前記ライナの前記中間部分を取り囲んで補強する圧縮スリーブ（４０）と、
前記中間部分と前記圧縮スリーブとの間を延び、前記ライナを前記圧縮スリーブに対して支持するとともに、前記中間部分を横切って延びる環状の乱流の液体の流路を定めるペグ（５２）の環状の格子（５０）と、
を備えていることを特徴とする対向ピストンエンジンのシリンダ。
【請求項２】
前記ライナの外面（４２）と前記圧縮スリーブとの間かつ前記吸気ポートと前記中間部分との間に位置し、前記乱流の液体の流路に流体連通した第１の環状の空間（５５）をさらに含む、請求項１に記載の対向ピストンエンジンのシリンダ。
【請求項３】
前記ライナの外面と前記圧縮スリーブとの間かつ前記排気ポートと前記中間部分との間に位置し、前記乱流の液体の流路に流体連通した第２の環状の空間（５９）をさらに含む、請求項２に記載の対向ピストンエンジンのシリンダ。
【請求項４】
前記第１の環状の空間の上方に配置されて前記第１の環状の空間に流体連通した前記圧縮スリーブ内の少なくとも１つの冷却剤入口ポート（６１）と、前記第２の環状の空間の上方に配置されて前記第２の環状の空間に流体連通した前記圧縮スリーブ内の少なくとも１つの冷却剤出口ポート（６３）と、をさらに含む請求項３に記載の対向ピストンエンジンのシリンダ。
【請求項５】
前記ペグの環状の格子は、前記ライナの前記中間部分の前記外面上に形成されている請求項１に記載の対向ピストンエンジンのシリンダ。
【請求項６】
前記ペグの環状の格子は、前記ライナの前記中間部分の前記外面から外方向に延びる複数の外部突起で構成される請求項１に記載の対向ピストンエンジンのシリンダ。
【請求項７】
前記ペグは、円柱形、円錐形、および多面体形状を含む群から選択される三次元形状を有する請求項６に記載の対向ピストンエンジンのシリンダ。
【請求項８】
前記ペグの環状の格子は、ペグの複数の組（７０、７１、７２、等）を前記ライナの前記中間部分の前記外面上に周方向に並べて備え、各組のペグは、互いに平行であるが隣の組のペグとは平行でない、請求項１に記載の対向ピストンエンジンのシリンダ。
【請求項９】
複数のシリンダを有するシリンダブロック（１２）を備えており、各々のシリンダは、請求項１〜８のいずれか一項に従って構成されている対向ピストンエンジン（１０）。
【請求項１０】
請求項９に記載の対向ピストンエンジン（１０）のシリンダの冷却の方法であって、
液体冷却剤を、前記シリンダライナの前記外面上で、前記燃焼室が形成される前記排気ポートと前記吸気ポートとの間の前記ライナの前記中間部分に向かって流すステップと、
前記液体冷却剤を、前記中間部分を取り囲む乱流発生ペグの迷路を通って流すステップと、
前記液体冷却剤を、前記中間部分から前記排気ポートに向かって流すステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記液体冷却剤は、前記吸気ポートと前記中間部分との間の前記ライナの前記外面を取り囲む環状の空間（５５）から前記中間部分に向かって流される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体冷却剤は、前記中間部分から前記中間部分と前記排気ポートとの間の前記ライナの前記外面を取り囲む環状の空間（５９）へと流れる、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、本出願と所有者が共通である「対向ピストンエンジンのシリンダの衝突冷却（Ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ  ｏｆ  Ｏｐｐｏｓｅｄ−Ｐｉｓｔｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｓ）」についての２０１１年７月２９日に出願された米国特許出願第１３／１３６，４０２号（２０１３年１月３１日に米国特許出願公開第２０１３／００２５５４８号Ａ１明細書として公開され、今や２０１３年７月１６日に発行された米国特許第８，４８５，１４７号である）、本出願と所有者が共通である「対向ピストンエンジンのシリンダの衝突冷却（Ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ  ｏｆ  Ｏｐｐｏｓｅｄ−Ｐｉｓｔｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｓ）」についての２０１３年７月１５日に出願された米国特許出願第１３／９４２，５１５号（２０１３年１１月１４日に米国特許出願公開第２０１３／０２９８８５３号Ａ１明細書として公開されている）、および本出願と所有者が共通である「対向ピストンエンジンのシリンダのライナ部品（Ｌｉｎｅｒ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｆｏｒ  ａ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｐｐｏｓｅｄ−Ｐｉｓｔｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｓ）」についての２０１４年４月１７日に出願された米国特許出願第１４／２５５，７５６号の主題に関係する主題を含む。
【０００２】
本分野は、対向ピストンエンジンのシリンダの構造に関する。より具体的には、本分野は、そのようなエンジンのシリンダライナ（ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｌｉｎｅｒ）の強化および冷却に関する。
【背景技術】
【０００３】
対向ピストンエンジンのシリンダは、シリンダブロックに形成されたシリンダトンネル内に保持されるライナ（「スリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）」と呼ばれることもある）で構成される。ライナは、ボア（ｂｏｒｅ）と、長手方向にずらして配置された吸気ポートおよび排気ポートとを備え、吸気ポートおよび排気ポートは、ライナのそれぞれの端部の付近においてライナに機械加工または形成されている。吸気ポートおよび排気ポートの各々は、隣り合う開口部がシリンダ壁の中実部分（ｓｏｌｉｄ  ｐｏｒｔｉｏｎ、「ブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）」とも呼ばれる）によって隔てられている開口部の１つ以上の周状の配列を含む。いくつかの説明においては、各々の開口部を「ポート（ｐｏｒｔ）」と呼ぶが、そのような「ポート」の周状の配列の構成は、本明細書において論じられるポートの構成と何ら変わらない。
【０００４】
２つのピストンが、対向ピストンエンジンのシリンダボア内に対向して配置される。ピストンは、ボア内でそれぞれの上死点（ＴＣ）位置および下死点（ＢＣ）位置の間を互いに反対方向に往復運動する。吸気ポートと排気ポートとの間に位置するシリンダの中間部分が、ピストンがＴＣ位置を通過するときにピストンの端面の間に定められる燃焼室を境界付ける。この中間部分は、エンジンの運転中に生じる最高レベルの燃焼温度および圧力を引き受け、中間部分における燃料インジェクタ、バルブ、および／またはセンサなどの装置のための開口部の存在ゆえに、中間部分の強度が低下し、とくには燃料およびバルブの開口部を通って亀裂が生じやすくなる。
【０００５】
上記の関連の米国出願によるやり方は、ライナの中間部分を包囲して補強する圧縮スリーブによって、シリンダの強化および冷却を行っている。圧縮スリーブは、ライナの周囲に半径方向に配置された冷却剤ジェット（ｃｏｏｌａｎｔ  ｊｅｔ）から構成される衝突冷却構造を含む。冷却剤ジェットは、圧縮スリーブ（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｓｌｅｅｖｅ）を貫通する複数の孔を穿孔することによって形成される。孔は、冷却が最も望まれる地点においてライナにぶつかるように、液体冷却剤を加速させる。次いで、冷却剤は、シリンダの２つの端部に向かって中間部分から遠ざかるようにライナに切削された機械加工によるチャネルを通って流れる。この構造は、ライナの中間部分の温度の制御において有効である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、衝突構造（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）は、冷却において有効であるが、課題も生じさせる。例えば、液体冷却剤をライナの中間部分へともたらす冷却剤の経路（ｃｏｏｌａｎｔ  ｐａｔｈ）は、各々が中間部分からライナのそれぞれの端部に向かって延びる複数の細長いチャネルを備えている２つの別々の反対向きの冷却剤戻りブランチ（ｃｏｏｌａｎｔ  ｒｅｔｕｒｎ  ｂｒａｎｃｈ）へと、即座に分割される。冷却剤戻りブランチは、ライナを過ぎた或る地点において合流するため、冷却剤の経路が複雑になり、典型的にはシリンダブロック内のコアが複雑化する。
【０００７】
衝突構造のもう１つの欠点は、とくには冷却剤ジェット、燃料インジェクタ、バルブ、および場合によってはセンサのための場所を見つけなければならないライナの中間部分において、シリンダの周囲のエンジン空間が貴重になる点にある。加えて、圧縮スリーブゆえに、中間部分は、中間部分が、典型的にはシリンダの最大直径を有し、隣接するシリンダ間のエンジン空間の競合につながる。競合は、冷却剤のコア形状および／またはジェットからジェットへの冷却剤の流れの釣り合いを損なう可能性がある。
【０００８】
さらに、衝突冷却構造は、複雑で製造コストが高い。ジェットを生成するために、圧縮スリーブを貫いて孔が穿孔され、冷却剤戻りチャネルを定めるライナ表面のランドおよび溝を形成するために、シリンダライナが機械加工される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
対向ピストンエンジンのシリンダが、ボアを有するライナを備えており、ライナは、長手方向にずらされて（ｄｉｓｐｌａｃｅ）ライナのそれぞれの端部の付近に位置する吸気ポートおよび排気ポートを備えている。排気ポートと吸気ポートとの間のライナの中間部分が、ボア内に対向して配置された１対のピストンの端面が互いに近接したときに形成される燃焼室を含む。圧縮スリーブが、ライナの中間部分を取り囲んで補強する。中間部分と圧縮スリーブとの間に配置されたペグ（ｐｅｇ、くぎ、くい）の環状の格子（ａｎｎｕｌａｒ  ｇｒｉｄ）が、ライナを圧縮スリーブに対して支持し、ライナの長手軸と平行な方向に中間部分を横切って延びる乱流の液体の流路を定める。
【発明の効果】
【００１０】
ペグ構造（ｐｅｇ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）は、液体冷却剤がライナの中間部分の外面上でただ１つの長手方向に流れることを可能にする。この方向は、好ましくは、必ずしもではないが、吸気ポートから排気ポートへの方向である。結果として、冷却剤の導入を、燃料インジェクタ、バルブ、および／またはセンサなどの装置のための開口部から遠ざけることができる。冷却剤のネットワークの複雑さが軽減され、コストおよび時間のかかる機械加工が排除される。同時に、機械的な補強および効果的な冷却が、シリンダのうちの燃焼の熱が最も強い部分において提供される。ペグの格子は、製造が容易であり、対向ピストンエンジン用のとくに効果的なシリンダ冷却構造である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】対向ピストンエンジンにおける本開示によるシリンダの配置を示している。
【００１２】
【図２Ａ】本開示によるシリンダ構造の縦断面図であり、対向するピストンがライナ内に受け入れられている。
【図２Ｂ】ピストンなしの図２Ａのシリンダ構造の縦断面図である。
【００１３】
【図３】図２Ａおよび図２Ｂのシリンダ構造の構成要素を示す分解図である。
【００１４】
【図４】図２Ａおよび図２Ｂのシリンダ構造の側面図であり、冷却剤格子領域を示すために圧縮スリーブの一部分が切除されている。
【００１５】
【図５】図２Ａおよび図２Ｂのシリンダ構造のさらなる構造的詳細を示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面は、ボアを有するライナを備えている対向ピストンエンジンのシリンダ構造を示しており、ライナは、長手方向にずらされてライナのそれぞれの端部の付近に配置された吸気ポートおよび排気ポートを備えている。図１は、３つの同一の構造のシリンダ１４、１５、および１６を有するシリンダブロック１２を備えている対向ピストンエンジン１０を示している。シリンダブロック１２の一部は、シリンダライナ２０を支持するブロック内に形成されたシリンダトンネル１８を含むシリンダ１６の構造を図示するために、取り除かれている。エンジン１０は、２つのクランクシャフト２２および２３を含む。シリンダライナ２０は、第１のライナ端部２７の付近に位置する吸気ポート２５と、第２のライナ端部３１の付近に位置する排気ポート２９と、吸気ポートと排気ポートとの間に位置する中間部分３４とを含む。図２Ａのように、１対のピストン３５および３６が、端面３５ｅおよび３６ｅを対向させてライナのボア３７内に配置されている。図１および図３のように、圧縮スリーブ４０が、ライナ２０を覆って受け入れられる。燃料インジェクタ４５が、燃焼室への燃料の直接噴射のために、シリンダの側壁を貫く開口部４６に支持されている。
【００１７】
図２Ａ、図２Ｂ、図３、および図４は、吸気ポート２５から中間部分３４まで延びるライナ２０の一部分をぴったりと囲んで補強する圧縮スリーブ４０を有するライナ２０を含むシリンダ１６の構造の詳細を示している。図２Ａに見られるように、中間部分３４は、ボア内に対向して配置された１対のピストン３５および３６の端面３５ｅおよび３６ｅが互いに近接したときに形成される燃焼室４１を含む。圧縮スリーブ４０は、液体冷却剤を吸気ポートの付近から排気ポートに向かって軸方向に流すことができるおおむね円筒形の空間を自身とライナの外面４２との間に定めるように形成される。中間部分３４の強度は、中間部分３４と圧縮スリーブ４０との間を延びるペグ５２の環状の格子５０によって補強される。格子５０は、燃焼の高い圧力および温度にさらされる中間部分３４をぴったりと取り囲んでいる。ペグ５２は、ライナの中間部分３４を圧縮スリーブ４０に対して支持する。さらに、格子５０は、中間部分３４を横切って延びる環状の乱流の液体の流路を画定する。
【００１８】
おおむね環状の空間５５が、ライナの外面４２と圧縮スリーブ４０との間に形成される。この空間は、吸気ポート２５に面するライナの中間部分３４の側方に当接し、格子５０によって定められる乱流の液体の流路に流体連通している。もう１つのおおむね環状の空間５９が、ライナの外面４２と圧縮スリーブ４０との間に形成される。この空間は、排気ポート２９に面するライナの中間部分３４の側方に当接し、格子５０によって定められる乱流の液体の流路に流体連通している。圧縮スリーブ４０に形成された１つ以上の冷却剤入口ポート６１が、環状の空間５５の上方に位置して環状の空間５５に流体連通し、圧縮スリーブに形成された１つ以上の冷却剤出口ポート６３が、環状の空間５９の上方に位置して環状の空間５９に流体連通する。
【００１９】
図３および図５のように、格子のペグ５２（ｇｒｉｄ  ｐｅｇ）を、中間部分のうちのインジェクタノズル、バルブ、などがボス４６（ｂｏｓｓ、突起）によって設置および支持される領域をぴったりと囲んで補強するための充分な密度で設けることができる。好都合なことに、格子のペグ５２の間のすき間の迷路が、各々のボス４６の外面全体およびボスに直接隣接するライナの外面領域への液体冷却剤のアクセスをもたらす。
【００２０】
対向ピストンエンジン１０の動作時に、シリンダ１６は、圧縮スリーブ４０とライナの外面４２との間に定められた空間に液体冷却剤（例えば、水性の混合物）を導入することによって冷却される。冷却剤は、環状の空間５５に流体連通したシリンダブロック１２内の冷却剤チャネルを通って送られる。送られた冷却剤は、冷却剤入口ポート６１を介して環状の空間５５に進入し、外面４２上をライナ２０の中間部分３４に向かって流れる。ポンプの圧力により、液体冷却剤が格子５０を通って流れ、ここでペグ５２は、中間部分３４を取り囲んで中間部分を横切る冷却剤の乱流を生成する乱流発生部（ｔｕｒｂｕｌａｔｏｒ）の環状の迷路として機能する。乱流は、中間部分３４を流れる液体冷却剤への熱伝達効率を向上させる。格子５０を通って流れる冷却剤の圧力により、液体冷却剤は中間部分３４から排気ポート２９に向かって環状の空間５９へと流れる。冷却剤は、環状空間５９からシリンダブロック１２に形成された戻りチャネルへと流れ、戻りチャネルを通って流れる。いくつかの場合には、冷却剤を、環状の空間５９から排気ポートのブリッジ上を通過し、排気ポートのブリッジの上方を通過し、あるいは排気ポートのブリッジを貫くチャネル７０によって案内することができる。
【００２１】
図５に最もよく示されているように、中間部分３４をぴったりと囲むペグの環状の格子は、中間部分３４の外面４２上でライナ２０と一体に形成された複数のペグを含む。外面４２から外側へと延びるペグ５２は、図５においては円柱形として示されている三次元形状を有する。しかしながら、図示した形状は、限定を意味するものではなく、円柱形、円錐形、および多面体形状、および／またはこれらの任意の均等物を含む群から選択されてよい。ペグ５２を、ライナ２０の円筒形の形状に対して放射状に形成することができる。しかしながら、ライナ２０から外方向へと引き離すことができるコアを使用する鋳造プロセスによってペグを形成することが、より容易であるかもしれない。この場合、ライナの中間部分３４を、一連の隣接する弓形部分に分割することができる。各部分において、ペグは互いに平行に形成される。したがって、図５に見られるように、ペグ５２の環状の格子５０は、ペグの複数の組７０、７１、７２、などを中間部分３４の外面４２において周方向に並べて備え、各組（例えば、７０）のペグ５２は、その組の中では互いに平行であるが、隣の組（例えば、７１および７２）のペグとは平行でない。いずれにせよ、最終的な製造工程において、ペグ５２の端面を、スリーブの内面にぴったりと収まるように機械加工することができる。
【００２２】
ライナおよび圧縮スリーブは、鋳鉄（ライナ）および硬化鋼（圧縮スリーブ）などの互いに矛盾のない金属材料から作られ、次いで摩擦を伴う嵌まり合い、圧縮スリーブのライナへの収縮、または金属対金属の結合、あるいは任意の他の適切な手段によって接合される。
【００２３】
対向ピストンエンジンのシリンダライナ構造の実施形態を、本明細書において図示および説明してきたが、このような実施形態が、単なる例示として提供されていることは、明らかであろう。本明細書において説明した原理を具現化するが、本明細書において説明した原理を変更しない変形、変更、追加、および置換が、当業者にとって明らかであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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