(57)【要約】  モーメント相殺４ストロークエンジンを開示する。このエンジンは、第１のピストンを有する第１のシリンダと、第２のピストンを有する第２のシリンダと、前記第１のピストンに動作可能に接続する、第１のクランクシャフトと、前記第２のピストンに動作可能に接続する、第２のクランクシャフトとを具備する。第１のクランクシャフトが、第１の方向において回転しており、第２のクランクシャフトが、第１の方向とは反対である第２の方向において回転し、エンジンにかけられるモーメントを相殺し、エンジンの振動を低減する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のピストンを有する第１のシリンダと、第２のピストンを有する第２のシリンダと、前記第１のピストンに動作可能に接続する、第１のクランクシャフトと、前記第２のピストンに動作可能に接続する、第２のクランクシャフトと、シリンダ当たり少なくとも１つの吸気弁及び少なくとも１つの排気弁を具備する、ポーティングシステムと、を具備する、４ストロークエンジンであって、
前記吸気弁及び排気弁の各々は、弁座角度と、弁アンダーカット角度と、吸気口角度と、を有するエンジンにおいて、
前記少なくとも１つの吸気弁の前記弁座角度は、約４０〜５２度の間にあり、前記少なくとも１つの吸気弁の前記弁アンダーカット角度は、約３０〜４２度の間にあり、前記少なくとも１つの排気弁の前記弁座角度は、約４０〜５２度の間にあり、前記少なくとも１つの排気弁の前記弁アンダーカット角度は、約３０〜４８度の間にあり、そして前記吸気口角度は、約４５度と６５度との間にあり、
前記第１のクランクシャフトが、第１の方向において回転しており、更に前記第２のクランクシャフトが、前記第１の方向とは反対である、第２の方向において回転しており、
前記第１のシリンダと前記第２のシリンダは、車両の縦軸線に対して横方向であり、前記第１のシリンダと前記第２のシリンダは、各シリンダのコーンロッドが各シリンダの発火行程において、より直線的であることを可能にするように、前記第１のシリンダ及び前記第２のシリンダとクランクシャフトの軸線との間の交点から前方及び後方に公称距離だけ変位する、ことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記エンジンは、気筒当たり２つの吸気弁と２つの排気弁とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記第１のピストンと前記第２のピストンは、同じ平面において移動することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記第１のピストンと前記第２のピストンは、平坦なヘッドにより構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
前記第１のシリンダと前記第２のシリンダの各々のボア直径は、約３８．１ｍｍ（１．５インチ）から１７７．８ｍｍ（７インチ）の間にあることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
前記エンジンのオーバースクエア比は、１．０よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
エンジンスキッシュは、２４％よりも大きく且つ３５％未満である、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
前記エンジンの圧縮比は、少なくとも９．１対１であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
ピストン面積に対する吸気弁面積は、ピストン直径が３８．１ｍｍ（１．５インチ）と１７７．８ｍｍ（７インチ）との間にあり且つピストンストロークが３８．１ｍｍ（１．５インチ）と８８．９ｍｍ（３．５インチ）との間にある時に、約２８％と３８％との間にある、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
弁着座面の断面の少なくとも大部分は、前記弁着座面の全体形状の少なくとも大部分が円錐形であるように直線状である、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１１】
弁アンダーカット面の断面の少なくとも大部分は、前記弁アンダーカット面の全体形状の少なくとも大部分が円錐形であるように直線状である、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１２】
第１のピストンを有する第１のシリンダと、第２のピストンを有する第２のシリンダと、前記第１のピストンに動作可能に接続する、第１のクランクシャフトと、前記第２のピストンに動作可能に接続する、第２のクランクシャフトと、前記第１のシリンダと前記第２のシリンダの各々に接続する、ポーティングシステムと、を具備する、４ストロークエンジンであって、
前記ポーティングシステムは、シリンダ当たり少なくとも１つの吸気口と、シリンダ当たり少なくとも１つの排気口と、を具備しており、前記吸気口及び排気口が、各ポートの長さに沿って非対称の可変な形状を有する、エンジンにおいて、
前記第１のクランクシャフトは、第１の方向において回転し、前記第２のクランクシャフトは、前記第１の方向とは反対の第２の方向において回転する、ことを特徴とするエンジン。
【請求項１３】
前記エンジンのオーバースクエア比は、１よりも大きく、そしてエンジンスクィッシュは、２４％より大きく且つ３５％未満である、ことを特徴とする請求項１２に記載のエンジン。
【請求項１４】
平均ピストン速度は、１２８０．２ｍ（４２００フィート）／分未満である、ことを特徴とする請求項１２に記載のエンジン。
【請求項１５】
前記エンジンの圧縮比は、９．１と１３．５との間にあり、前記エンジンのオーバースクエア比は、１．０より大きい、ことを特徴とする請求項１２に記載のエンジン。
【請求項１６】
第１のピストンを有する第１のシリンダと、第２のピストンを有する第２のシリンダと、前記第１のピストンに動作可能に接続する、第１のクランクシャフトと、前記第２のピストンに動作可能に接続する、第２のクランクシャフトと、シリンダ当たり少なくとも１つの吸気口及びと少なくとも１つの排気口を具備する、シリンダヘッドと、を具備する内燃機関であって、
前記吸気口及び前記排気口の各々は、前記第１のシリンダ及び前記第２のシリンダに接続するので、流体は、前記吸気口を介して前記第１のシリンダ及び前記第２のシリンダ内に通過可能であり、流体は、前記第１のシリンダ及び前記第２のシリンダから前記排気口を介して通過可能であり、前記各吸気口は、前記吸気口を通る流体の流れを制御するように構成される、吸気弁を更に具備しており、前記各排気口は、前記排気口を通る流体の流れを制御するように構成される、排気弁を更に具備しており、前記吸気口及び前記排気口は、各ポートの長さに沿って非対称の可変な形状を有するので、前記各吸気弁の弁座角度は、約４０度と５２度との間にあり、前記各吸気弁の弁アンダーカット角度は、約３０度と４２度との間にあり、前記各排気弁の弁座角度は、約４０度と５２度の間にあり、前記各排気弁の弁アンダーカット角度は、約３０度と４８度との間にあり、そして、前記吸気弁及び排気弁の各々の吸気口角度は、約４５度と６５度との間にある、内燃機関において、
前記第１のクランクシャフトは、第１の方向において回転しており、前記第２のクランクシャフトは、第２の方向が前記第１の方向とは反対の方向であるように、第２の方向において回転する、ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１７】
前記第１のシリンダと前記第２のシリンダの各々のボアは、７６．２ｍｍ（３．０インチ）よりも大きいことを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関。
【請求項１８】
前記内燃機関の圧縮比は、９．１と１３．５との間にあり、前記内燃機関のオーバースクエア比は、１．０より大きいことを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関。
【請求項１９】
前記第１のピストンと前記第２のピストンの各々は、平らな頂部ピストンであり、各ピストンのスキッシュ領域は、前記ピストンの面積の２４％と３５％との間にある、ことを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関。
【請求項２０】
前記第１のクランクシャフトは、第１の方向において回転しており、前記第２のクランクシャフトは、前記第１の方向とは反対の第２の方向において回転する、ことを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張出願の参照による組み込み
外国又は国内の優先権主張が、本出願により出願された出願データシートにおいて特定される、任意及び全ての出願は、３７ＣＦＲ１．５７の下で参照により本明細書において組み込まれる。
【０００２】
本特許出願は、２０１４年７月３日に「モーメント相殺４ストローク（行程）エンジン」の題名で出願された、米国仮出願第６２／０２０６９５号に対して、優先権を主張するものであり、本明細書において、当該仮出願の内容はその全てが参考文献として組み込まれている。
【０００３】
本発明は、概ね４ストローク内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００４】
４ストロークエンジンの１２０年の歴史にもかかわらず、エンジン設計への著しい進歩が、将来の自動二輪車、自動車、航空機及び／又は船舶に対して望まれる。既存のエンジンの２つの基本的ではあるが持続的な問題は、最適な燃焼及び運転者に優しい運転操作である。
【０００５】
最適な燃焼は、関連する費用及び複雑性をもたらし得る、ターボチャージャー等の追加的な装置の影響を回避しながら、動力生成量と、排出物と、爆発防止と、エンジン効率と、より良好なガス燃費と、エンジン寿命と、エンジン冷却と、の考慮を含むことが好ましい。
【０００６】
操作者に優しい運転操作は、振動と、車両の取り扱いと、エンジン信頼性と、利用可能な燃料の使用と、平均ピストン速度と、耐久性と、エンジン潤滑と、クランクシャフトトルクと、システム単純性と、最小限の重量と、の考慮を含むことが好ましい。
【０００７】
明らかに、業界は、多くの特性の性能を同時に最適化可能である、新規な４ストロークエンジンのための必要性を有する。本開示は、単一の設計において信頼性と効率性と低排出物とを同時に提供する、革新的な４ストロークエンジンを説明する。
【０００８】
更に、この設計が、２気筒と４気筒と６気筒と８気筒との構成のエンジン群に適用可能にするものであり得ることは、当業者には明らかである。更に、エンジンの意図される用途に基く、本発明の変形が可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の少なくとも１つの実施の形態の１つの形態は、振動を低減する、コンパクトな設計において改善された空気流又は通気能力を有する、エンジンを有することが望ましいであろうという認識である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
図示される実施の形態を含む、幾つかの実施の形態において、４ストロークエンジンが開示される。４ストロークエンジンは、第１のピストンを有する第１のシリンダと、第２のピストンを有する第２のシリンダと、第１のピストンに動作可能に接続する、第１のクランクシャフトと、第２のピストンに動作可能に接続する、第２のクランクシャフトと、を具備しており、第１のクランクシャフトは、第１の方向において回転しており、第２のクランクシャフトは、第２の方向において回転する。幾つかの実施の形態において、第１の方向は、第２の方向とは反対の方向である。幾つかの実施の形態において、エンジンは水冷式である。幾つかの実施の形態において、エンジンは４つの弁を有する。幾つかの実施の形態において、第１と第２のピストンは同じ平面内を移動する。幾つかの実施の形態において、第１と第２のピストンは、平坦なヘッド（頭部）により構成される。
【００１１】
幾つかの実施形態において、第１と第２のシリンダの各々のボア（口径）直径は、約３８．１ｍｍ（１．５インチ）と約１７７．８ｍｍ（７．０インチ）との間にある。幾つかの実施の形態において、エンジンのオーバースクエア比は、１．０より大きい。幾つかの実施の形態において、エンジンのオーバースクエア比は、１．７８より大きい。幾つかの実施の形態において、エンジンスキッシュは、２４％より大きく且つ３５％未満である。
【００１２】
幾つかの実施の形態において、エンジンの圧縮比は、少なくとも９．１対１である。幾つかの実施の形態において、エンジンの圧縮比は、少なくとも１３．５対１である。幾つかの実施の形態において、エンジンの平均ピストン速度は、１２８０．２ｍ（４２００フィート）／分未満である。幾つかの実施の形態において、エンジンの平均ピストン速度は、少なくとも５４８．６ｍ（１８００フィート）／分である。幾つかの実施の形態において、エンジンの平均ピストン速度は、９１４．４ｍ（３０００フィート）／分未満である。
【００１３】
幾つかの実施の形態において、シリンダは、各シリンダのコーンロッド（連接棒）が各シリンダの発火行程（ストローク）において、より直線的であることを可能にするように、シリンダとクランクシャフト軸線との間の交差点から前方及び後方に公称距離で変位する。
【００１４】
幾つかの実施形態において、エンジンは、シリンダ当たり少なくとも１つの吸気弁及び少なくとも１つの排気弁を具備する、ポーティングシステムを更に具備してもよく、吸気弁及び排気弁の各々が、弁座角度と、弁アンダーカット角度と、吸気口角度と、を有しており、少なくとも１つの吸気弁の弁座角度は、約４０〜５２度の間にあり、少なくとも１つの吸気弁の弁アンダーカット角度は、約３０〜４２度の間にあり、少なくとも１つの排気弁の弁座角度は、約４０〜５２度の間にあり、少なくとも１つの排気弁の弁アンダーカット角度は、約３０〜４８度の間にあり、そして吸気口角度は、約４５度と６５度との間にある。幾つかの実施の形態において、ピストン直径が３８．１ｍｍ（１．５インチ）と１７７．８ｍｍ（７インチ）との間にあり且つピストンストロークが３８．１ｍｍ（１．５インチ）と８８．９ｍｍ（３．５インチ）との間にある場合に、ピストン面積に対する吸気弁面積は、約２８％と３８％との間にある。
【００１５】
幾つかの実施の形態において、エンジンは、第３のシリンダと第４のシリンダとを更に具備してもよく、第１と第３のシリンダは、第１のクランクシャフトに動作可能に接続され、第２と第４のシリンダは、第２のクランクシャフトに動作可能に接続される。幾つかの実施の形態において、エンジンは、第５のシリンダと第６のシリンダとを更に具備してもよく、第１、第３及び第５のシリンダは、第１のクランクシャフトに動作可能に接続され、更に第２、第４及び第６のシリンダは、第２のクランクシャフトに動作可能に接続される。幾つかの実施の形態において、エンジンは、第７のシリンダと第８のシリンダとを更に具備してもよく、第１、第３、第５及び第７のシリンダは、第１のクランクシャフトに動作可能に接続され、更に第２、第４、第６及び第８のシリンダは、第２のクランクシャフトに動作可能に接続される。
【００１６】
幾つかの実施の形態において、エンジンは、車両の縦軸に対して垂直に取り付けられており、エンジンは、二重（デュアル）オーバーヘッドカムを更に具備する。幾つかの実施の形態において、弁着座面の大部分又は全ての断面は、弁着座面の全体形状の少なくとも大部分又は全てが、円錐形であるように、平坦であるか又は直線状である。幾つかの実施の形態において、弁アンダーカット面の断面の少なくとも大部分又は全ては、弁アンダーカット面の全体形状の少なくとも大部分又は全てが円錐形であるように、平坦であるか又は直線状である。
【００１７】
例示される実施の形態を含む、別の実施の形態において、４ストロークエンジンが開示される。 ４ストロークエンジンは、第１のピストンを有する第１のシリンダと、第２のピストンを有する第２のシリンダと、第１と第２のシリンダの各々に接続する、ポーティングシステムと、を具備しており、ポーティングシステムは、シリンダ当たり少なくとも１つの吸気口と、シリンダ当たり少なくとも１つの排気口と、を具備しており、吸気口及び排気口は、各ポート（口）の長さに沿って非対称の可変な形状を有する。幾つかの実施の形態において、エンジンのオーバースクエア比は１よりも大きい。幾つかの実施の形態において、エンジンは、第１のピストンに動作可能に接続された第１のクランクシャフトと、第２のピストンに動作可能に接続された第２のクランクシャフトとを更に具備しており、第１のクランクシャフトは、第１の方向において回転しており、第２のクランクシャフトは、第２の方向において回転する。幾つかの実施の形態において、第１と第２のピストンは、平坦なヘッドピストンである。幾つかの実施の形態において、エンジンは水冷式である。幾つかの実施の形態において、ピストン直径が３８．１ｍｍ（１．５インチ）と１７７．８ｍｍ（７インチ）との間にある場合に、シリンダボア面積に対する吸気弁面積は、約２８％と３８％との間にあり、即ち、吸気弁面積は、シリンダボア面積の２８％と３８％との間にある。幾つかの実施の形態において、弁面積に対するポート（口）面積は、４２％と６５％との間にある。幾つかの実施の形態において、弁面積に対する吸気口面積は約５３．４％である。幾つかの実施の形態において、弁面積に対する排気口面積は、約７２％と約８８％との間である。幾つかの実施の形態において、吸気口の吸気角度は、垂直からの第１の方向において約７．９度である。幾つかの実施の形態において、排気口の排気角度は、垂直からの第１の方向とは反対の第２の方向において約８．４度である。
【００１８】
例示される実施の形態を含む、別の実施の形態において、４ストロークエンジンが開示される。４ストロークエンジンは、少なくとも一対のシリンダと、少なくとも一対のシリンダの内の１つのシリンダに動作可能に接続された第１のクランクシャフトと、少なくとも一対のシリンダのもう一方のシリンダに動作可能に接続された第２のクランクシャフトと、を具備しており、第１のクランクシャフトは、第１の方向において回転するように構成されており、第２のクランクシャフトは、第１の方向とは反対である、第２の方向において回転するように構成されており、更にエンジンは、シリンダ当たり２つの吸気弁と２つの排気弁とを具備する、ポーティングシステムとを具備する。幾つかの実施の形態において、平均ピストン速度は、１２８０．２ｍ（４２００フィート）／分未満である。幾つかの実施の形態において、エンジンの圧縮比は９．１と１３．５との間にある。幾つかの実施の形態において、エンジンのオーバースクエア比は、１．０より大きい。幾つかの実施の形態において、エンジンのオーバースクエア比は、１．７８である。
【００１９】
幾つかの実施の形態において、エンジンは自動二輪車に動力を供給するように構成される。幾つかの実施の形態において、エンジンは、自動車に動力を供給するように構成される。幾つかの実施の形態において、エンジンは、ヘリコプター又は別の航空機に動力を供給するように構成される。幾つかの実施の形態において、エンジンは、船舶に動力を供給するように構成される。
【００２０】
例示された実施の形態を含む、別の実施の形態において、４ストローク燃焼機関用の空気吸気システムが開示される。空気吸気システムは、エンジンのシリンダ当たり少なくとも１つの吸気弁と、シリンダへの入口における絞り（スロットル）弁とを具備しており、絞り弁は、電子エンジン管理システムから信号を受信することによりシリンダへの空気流量を制御するように構成され、電子エンジン管理システムは、絞り弁の第１の位置が、エンジンの動作の高燃費モードに対応していて且つ絞り弁の第２の位置が、エンジンの動作の高出力モードに対応するように、信号を絞り弁に送信するように構成される。
【００２１】
例示された実施の形態を含む、別の実施の形態において、内燃機関が開示される。内燃機関は、第１のピストンを有する第１のシリンダと、第２のピストンを有する第２のシリンダと、第１のピストンに動作可能に接続する、第１のクランクシャフトと、第２のピストンに動作可能に接続する、第２のクランクシャフトと、シリンダ当たり少なくとも１つの吸気口及びと少なくとも１つの排気口を具備する、シリンダヘッドと、を具備しており、吸気口及び排気口の各々は、シリンダに接続するので、流体は、吸気口を介してシリンダ内に通過可能であり、流体は、シリンダから排気口を介して通過可能であり、各吸気口は、吸気口を通る流体の流れを制御するように構成される、吸気弁を更に具備しており、各排気口は、排気口を通る流体の流れを制御するように構成される、排気弁を更に具備しており、吸気口及び排気口は、各ポート（口）の長さに沿って非対称の可変な形状を有するので、各吸気弁の弁座角度は、約４０度と５２度との間にあり、各吸気弁の弁アンダーカット角度は、約３０度と４２度との間にあり、各排気弁の弁座角度は、約４０度と５２度の間にあり、各排気弁の弁アンダーカット角度は、約３０度と４８度との間にあり、そして、吸気弁及び排気弁の各々の吸気口角度は、約４５度と６５度との間にあり、第１のクランクシャフトは、第１の方向において回転しており、第２のクランクシャフトは、第２の方向が第１の方向とは反対の方向であるように、第２の方向において回転する。幾つかの実施の形態において、第１と第２のシリンダの各々のボアは、７６．２ｍｍ（３．０インチ）よりも大きい。幾つかの実施の形態では、エンジンのオーバースクエア比は、１．０より大きい。幾つかの実施の形態では、第１と第２のピストンの各々は、平坦な上部ピストンであり、各ピストンのスキッシュ面積は、ピストンの面積の２４％と３５％との間にある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】図１Ａは、モーメント相殺エンジンの等角図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、エンジンの複数の軸線を指示する、モーメント相殺エンジンの等角図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、モーメント相殺エンジンの正面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、モーメント相殺エンジンの右側面図である。
【図２】図２は、ピストンの中心を通る、モーメント相殺エンジンの断面図である。
【図３】図３は、右側を通るモーメント相殺エンジンの断面図である。
【図４】図４は、左側を通るモーメント相殺エンジンの断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、モーメント相殺エンジンサンプ（溜め）の等角図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、モーメント相殺エンジンサンプの第２の等角図である。
【図６】図６は、モーメント相殺エンジン弁トレイン（列）配置の断面図である。
【図７】図７は、吸気弁及びシリンダヘッドの詳細断面図である。
【図８】図８は、オットーサイクル図である。
【図９】図９は、モーメント相殺４ストロークエンジン用のクランクシャフトの等角図である。
【図１０】図１０は、ＭＣ４Ｓエンジン用の入口ポートの幾つかの構成に関する吸気流量対弁リフトである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、直線先細り吸気ポーティングシステムである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、改善された先細りポーティングシステムである。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、最適化された先細りポーティングシステムである。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、図１１Ｃの最適化された先細りポーティングシステムの部分図である。
【図１２】図１２は、様々なＲＰＭ及び圧縮比におけるブレーキ平均有効圧力を示す。
【図１３】図１３は、圧縮比の範囲にわたるＭＣ４Ｓエンジンに関するピークＢＭＥＰを示す。
【図１４】図１４は、様々な弁リフト位置に対する流量比（吸入／排気）への影響を示す。
【図１５】図１５は、様々な吸気／排気流量比に対するピーク馬力への影響を示す。
【図１６】図１６は、図１１Ｄに示される、吸気弁の拡大図である。
【図１７】図１７は、図１１Ｄに示される、排気弁の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の詳細な説明は、本発明の所定の特定の実施の形態を対象とする。しかしながら、本発明は、特許請求の範囲により定義され且つカバーされるような多数の異なる方法で具体化されてもよい。
【００２４】
以下の説明において、エンジンの多くの形態は、従来のエンジン設計を超える利点を提供する。重要又は重大である特定の形態に対する参照は、各及び全ての参照された形態が、従来技術を超える利点を提供することを、本発明の全ての実施の形態において必要とすることを意味するものではない。
【００２５】
図示される実施の形態において、水冷式モーメント相殺４ストロークエンジン（ＭＣ４Ｓ）は、アルミニウム合金のクランクケースとシリンダとヘッド（頭部）鋳物とを備える、ツイン（双子）の垂直シリンダを有する。ツインシリンダのクランクシャフト（軸）は、自動二輪車等の車両の縦軸に対して横方向に、及び好適には垂直に向けられることが好ましい。好適な実施の形態において、シリンダは、クランクシャフトの軸線とのそれらの通常の交差点から前方及び後方に公称距離で変位されて、コーンロッド（連接棒）が発火行程においてより直進することを可能にする。一つの実施の形態において、サンプ（油溜め）は、一体型の鋳造アルミニウム合金である。シリンダボア（口径）は、ライナーレス（無し）であり、耐摩耗性のためのNikasil（電着式親油性ニッケルマトリックス（基盤）炭化ケイ素の商品名）被覆を有することが好ましい。幾つかの実施の形態において、ヘッドは、７本の貫通ボルトにより、クランクケース及びサンプに取り付けられる。ヘッド密封部は、好ましくは、コメティックガスケット（Cometic Gasket）社により提供されるもの等の、多層鋼の注文設計された、ガスケットにより実現されることが好ましい。
【００２６】
図１Ａ及びＢは、ＭＣ４Ｓエンジンの等角図を示す。クランクケースと、シリンダと、ヘッド鋳物と、サンプ１０６と、ヘッドボルトとが示される。更に、クランクシャフト１０２、１０４は、ピストンロッド１０８、１１０を介してピストンに接続する。歯車システム１５０は、クランクシャフト１０２，１０４を車両の変速機（トランスミッション）に接続する。図１Ｂは、車両の縦軸線２００に対するエンジン１００の配向を示す。エンジン１００は、シリンダ及び、伸張部により、シリンダ内のピストンに接続されたピストンロッド１０８、１１０が縦軸線２００に則するように、配向されることが望ましい。シリンダボア軸線２０４、即ちシリンダ内のピストンの移動方向において向けられたシリンダの垂直寸法を規定する軸線は、車両の縦軸線２００に直交することが望ましい。クランクシャフト１０２、１０４は、矢印２０６、２０８により示されるように、反対方向において回転する（一方のクランクシャフト１０２が反時計回りに回転し、もう一方のクランクシャフト１０４が時計回りに回転する）ことが望ましい。逆回転するクランクシャフト１０２、１０４は、更に詳細に以下で説明されるように、エンジン１００のバランスを改善することが好ましい。図１Ｃ〜図１Ｄは、エンジン１００の別の図を示す。図１Ｃは、エンジン１００の正面図を示す。図１Ｄは、図２〜４に示される横断面を示す、エンジン１００の右側面図を示す。
【００２７】
図２は、ＭＣ４Ｓエンジン１００の中心を通る横断面を示しており、ピストン１２０、１２２と；ピストンロッド１０８，１１０と；シリンダ１３０，１３２と；クランクシャフト１０２，１０４と；クランクシャフト（軸）歯車と、を可視にする。図３は、オイルポンプと、タイミングチェーンと、カムシャフト３０２と、排気と、変速機とを示す、エンジンの右側を通るＭＣ４Ｓエンジン１００の横断面図を示す。図４は、クランクシャフト１０２、１０４の端部と、取り付けられたクランクシャフト歯車及び軸受４１０と、を示すエンジンの左側のＭＣ４Ｓエンジンの横断面図を示す。図５Ａ及びＢは、ＭＣ４Ｓエンジン１００のためのオイルサンプ１０６の等角図を示す。 
【００２８】
モーメント相殺４ストロークエンジンの形態
ＭＣ４Ｓエンジンアセンブリ（組立体）は、好適には３８．１ｍｍ（１．５インチ）と１２７ｍｍ（５．０インチ）の比較的短いストロークを有する、大ボア直径（幾つかの実施の形態において、３８．１ｍｍ（１．５インチ）と１７７．８ｍｍ（７．０インチ）の範囲）の平らな頂部ピストンを使用する。好適な一実施の形態の構成は、７１．１ｍｍ（２．８インチ）のストローク（行程）を有する、１２７ｍｍ（５．０インチ）のボア直径を含む。具体的には、ＭＣ４Ｓエンジンは、「オーバースクエア」と呼ばれる、ストローク長さに比べてより大きなボア直径を有するように設計されることが好ましい。一実施の形態において、ＭＣ４Ｓは、１．７８の比の「オーバースクエア」である。当業者は、別の実施の形態において、ＭＣ４Ｓが、１．１〜４．５の範囲の「オーバースクエア」比の範囲により構築可能であろうことを理解するであろう。
【００２９】
ＭＣ４Ｓエンジンは、ピストンがそのストロークの上死点に近づく際に、中心に向かう空気の内方移動である、特定量の「スキッシュ（ぐしゃと潰すこと）」により設計されることが好ましい。この設計形態の目的は、燃焼中に、可能な限り最大の空気の量を燃料に接触させることである。幾つかの実施の形態において、平らな頂部ピストン構成に関して、スキッシュ面積は、ピストンの面積の２４％〜３５％の範囲であり得る。好適な実施の形態において、スキッシュ面積は、ピストン面積の約３１．５％又は２８％〜３３％の間にある。スキッシュ面積のこの範囲は、燃焼室内の爆発の問題を防止することを大いに支援する。これは、好適な実施の形態の最適な構成における複数の設計形態の繊細な相互関係の別の例であり、具体的には、エンジンへの空気の供給と組み合わされたピストンストロークである。
【００３０】
好適な実施の形態において、エンジンは、１２８０．２ｍ（４２００フィート）／分未満の平均ピストン速度を有する。多数の専売のレース（競争）エンジンからの経験的な観察は、エンジンの信頼性は一般的に、１８００〜５２００の平均ピストン速度の場合に最高であることを示している。更に、経験的な観察によれば、平均ピストン速度が５４８．６〜５７９．１ｍ（１８００〜１９００フィート）の、例えばヘリコプター等の、航空機用のピストンエンジンは一般的に、高い信頼性を有しており、１５８５．０ｍ（５２００フィート）／分を超えるエンジンは、早期に短縮された動作寿命を生じ易くてもよいことが示されてきた。
【００３１】
図６は、ＭＣ４Ｓエンジン１００の弁トレイン（列）配置図を示す。デュアル（二重の）カムシャフト６０２、６０４と、吸気弁６２０と、排気弁６２２と、カムフォロワ６０６、６０８と、吸気口６３０とが、断面において示される。各シリンダが、単一の点火プラグを有することが好ましい。カムシャフト６０２、６０４は、前方のクランクシャフトの右端部からチェーン駆動されることが好ましい。カムフォロア６０６、６０８は、鍛造用炭素鋼により製作されることが好ましい。カムシャフト６０２、６０４は、シリンダに大量の空気を提供するように、ポーティング（出入り口）構成と関連して特別に設計される。カムシャフト６０２、６０４は一般的には、ビレット（鋼片）又は鍛鋼により製作される。カム６０２、６０４は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）により制御される、可変な弁タイミング（時間調整）を備えることが望ましい。
【００３２】
大直径シリンダ及び比較的短いストローク（オーバースクエア構成）の使用は、改善されたポーティングシステムとの組み合わせにおいて、複数の利点をもたらす。これらの利点は、比較的低い平均ピストン速度と、関連するより高い信頼性と、減少された製造費用と共に、長いエンジン寿命と高出力とを含む。
【００３３】
モーメント相殺４ストロークエンジンのポーティング
ＭＣ４Ｓエンジンのポーティングは、燃焼室内への空気の改善された供給の結果として、重要なエンジン性能の向上をもたらすことが好ましい、吸気及び排気弁構成と、吸気口（ポート）とを含む形態を有する。実験は、本明細書に示される空気の動きと燃料分布との慎重な適合が、エンジン性能に劇的な影響を及ぼし得ることを示している。
【００３４】
幾つかの実施の形態において、二重式先細り（テーパ）吸気口は、図６に示すように、弁蒸気の空気容積を埋め合わせることを補助するように、ポート（口）の長辺側に湾曲した移行部を有することが好ましい。更に、ポートの短辺側において、ポート移行部の半径は、弁座に合致するように僅かに拡張することが好ましい。これらの「ピジョントウポート」（収束するポート）は、余分な希薄混合気の燃焼を促進し、燃焼を著しく改善する。
【００３５】
弁６２０、６２２は、チタン及びセラミックスと同様に様々な耐熱鋼を含む、様々な材料から製造されてもよい。ヘッド（頭部）において、弁座は、ベリリウム銅、青銅（ブロンズ）、鋼又はセラミックスを含む、様々な材料により製作可能である。
【００３６】
図７は、ヘッドに近接する吸気弁の横断面を示す。弁直径７０２は、弁の移動軸線に垂直な横断面に沿って弁座を画定する、表面の半径方向最外縁部の直径である。弁座幅７０４は、弁座面の半径方向最外縁部から弁座面の半径方向最内縁部まで延びる、表面の長さである。
【００３７】
実験及び分析は、吸気弁角度及び排気弁角度の小さな変化が、エンジン性能に重要な影響を及ぼし得ることを示している。例示されたような好適な実施の形態が、高速度（０．５〜０．９５マッハ）で供給される、空気の容積（立方フィート／分）における１５％の増加をもたらし得ることを、弁構成の２００以上の変形は示している。比較において、通常吸引型エンジンは、０．４マッハ未満の吸気速度及び関連するより少ない空気量を有する。
【００３８】
例示されたエンジンの別の重要な設計上の形態は、吸気弁面積（平方インチ）のボア面積（平方インチ）に対する関係である。この関係は、ボア寸法の物理的な制約により、チャンバ（室）内への空気のより大きな供給を提供することにより、エンジンの「呼吸」に影響を及ぼし得る。例えば、図示の平らなヘッドピストンエンジン用の二重吸気弁及び二重排気弁に関して、２つの吸気弁の結合された面積の範囲は、３８．１ｍｍ（１．５インチ）と１７７．８ｍｍ（７インチ）の範囲のピストン及び３８．１ｍｍ（１．５インチ）と８８．９ｍｍ（３．５インチ）のエンジンストロークのためのボアの２８〜３８％であることが好ましい。
【００３９】
排気弁面積（平方インチ）のボア直径に対する同様の関係は、３８．１ｍｍ（１．５インチ）と１７７．８ｍｍ（７インチ）のボア及び１．５〜５のエンジンストロークに関して１４〜２０％の好適な範囲を有する。
【００４０】
別の重要な設計上の形態は、弁面積に対するポート面積の関係である。ＭＣ４Ｓエンジンに関して、弁面積に対する吸気口面積は、弁面積の４２〜６５％の範囲を有しており、好適な実施の形態では５３．４％である。
【００４１】
例示のエンジン１００の別の重要な設計上の形態は、吸気口角度及び出口ポート角度である。吸気口角度は、垂直から約７．９度左であることが好ましく、そして排気口角度は、約１６．６度の包括角度に関して垂直の約８．４度右であることが好ましい。
【００４２】
ＭＣ４Ｓエンジン１００はまた、オットーサイクルの動作包絡領域を拡張させる。ピストン内に供給される、増大された空気質量により、全体的なエンジン作業能力は増加する。図８において以下に示す、オットーサイクルの図を参照されたい。
【００４３】
説明されたＭＣ４Ｓポーティングシステムの利点の別の例は、エンジンからの出力の増加において現れる。図８は、本明細書に開示される、改善されたポーティングを有する及び有さない、エンジンのためのオットーサイクルを示す。具体的には、ＭＣ４Ｓポーティングシステムを備えない、ＭＣ４Ｓエンジンを使用すると、エンジンは一般的に、約１０５．１ＫＷ（１４１ｈｐ）の最大値を生成する。しかし、ＭＣ４Ｓのポーティングシステムにより、図８において斜線領域で示すように、同じエンジンは、約１９５．４ＫＷ（２６２ｈｐ）、又は動力における８５％の増加を生成する。この劇的な違いは、空気をボア内に深く且つ効率的に供給することと、効率的な燃焼プロセス（工程）を生成することとの結果である。
【００４４】
また、吸気システムは、その入口において絞り弁を備えてもよい。エンジン管理電子機器は、絞り（スロットル）弁を複数の位置に選択可能に制御してもよい。可変カムタイミング及び絞り弁を介した「スロットルバイワイヤ」を制御する、エンジン管理により、エンジンは、良好な燃費及び適切な出力を提供してもよい、「高燃費」モード、及びより大きなエンジン出力を提供する、「スポーティ（軽快な）モード」において動作してもよい。
【００４５】
形態（ポート形状及び角度、弁形状−座形状、ピストン面積に対する弁面積）の上記の組み合わせは、より良好な燃焼効率とより大きな出力とより高いエンジントルクとの関連する利点を有する、エンジンへの空気の最適な供給を提供するように相互に関連しており、そのことが、スキッシュと圧縮比とピストンストロークとピストン寸法とに対する制御との組み合わせにおいて、複数のパラメータに対して最適化されたエンジンをもたらすことが好ましいことは、当業者であれば理解可能である。例えば、最小の圧縮率は、爆発の可能性を減少させる。別の例において、ポートを通るより効率的な流れは、弁に要求されるより小さなリフト（上昇）をもたらし、そのことは、弁に要求される、より小さなばね荷重を結果的にもたらし、そのことは、カムシャフトにおけるより少ない摩耗を結果的にもたらす。更に別の例において、より低い圧縮比と空気流れのより良好な供給との組み合わせにより、より少ないＮＯｘ及びＣＯｘ排出物で燃焼する、従来の燃料の使用が可能になる。
【００４６】
上述のポーティングシステムがエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）と組み合わされる場合に、燃焼のための空気の追加的な利用可能性により、結果としてＮＯ及びＣＯガスが著しく低下する。
【００４７】
クランクシャフトの形態
ＭＣ４Ｓエンジンのためのクランクシャフトの設計は、幾つかの比類のない形態を有する。図９は、ＭＣ４Ｓエンジンのクランクシャフト９００の１つの等角図を示す。
【００４８】
２つのピストンのための２つのクランクシャフトは、自動二輪車等の車両の縦軸に垂直に取り付けられ、更に反対方向において回転するように設計されることが好ましい。ＭＣ４Ｓエンジンが動作している時に、クランクシャフトにより生成された回転モーメントは、お互いに打ち消し合う（モーメント相殺）ことが好ましく、そのことは、車両の軸線に平行なクランクシャフトによる共通の問題を防止しており、即ち、一方の方向における回転における困難性及び努力は、ジャイロスコープ効果により、もう一方の方向においてに比べてより大きくなる。
【００４９】
本明細書に図示される、４ストロークＭＣ４Ｓエンジンにおいて、２つのクランクシャフトは、各クランクシャフト上の歯車を噛み合わせることにより同期され、それによりお互いに対してピストンのタイミングを決定することが好ましい。
【００５０】
ＭＣ４Ｓエンジンにおいて反対方向に回転する、２つのクランクシャフトの別の重要な利点は、水平方向の不均衡を相殺した結果として、車両に与えられる横方向動きが減少することである。任意の４ストロークサイクルの間に、垂直及び水平の両方の力が、コーンロッドの回転によりボア上に作用し、更にクランクシャフトに伝達される。多くの従来のエンジンにおいて、この不均衡は、回転するバランス（均衡）の取れたクランクシャフトを有さない、エンジンを備えた自動二輪車における前進及び後退の揺動運動として現れる。しかしながら、ＭＣ４Ｓにおいて、この運動は、自動車内で相殺され、低振動エンジンを再度結果的にもたらすことが好ましい。
【００５１】
モーメント相殺クランクシャフトの別の利点は、単純さである。具体的には、単一のクランクシャフトを備える、幾つかの４ストロークエンジンにおいて、回転バランスシャフトが、振動を低減するように組み込まれるので、従って費用及び複雑さを追加し、問題を防止することはなく、問題を単に改良するだけである。提示されたＭＣ４Ｓエンジンは、この複雑さを回避することが望ましい。
【００５２】
減少されたエンジン振動の別の重要な利点は、改善された軸受寿命と、振動ダンパの使用の防止による向上された単純性と、自動車及び車両における応力の軽減とである。
【００５３】
図１Ｂに示すように、クランクシャフトは、カムシャフトを駆動するように、チェーン駆動システム１５０の一部として歯車及びチェーンを使用する。クランクシャフトの円滑な動作の結果として、カムシャフトは、より少ない振動を受けることが好ましく、接続された構成要素の長動作寿命をもたらすことが望ましい。
【００５４】
ＭＣ４Ｓエンジンのためのクランクシャフト９００の別の重要な形態は、２気筒（シリンダ）エンジンのためのその非常に短い長さである。２つのシリンダ（気筒）のクランクシャフト設計は、単一のクランクシャフトと同等の長さであるため、比較的短い長さは、アセンブリの剛性（従って、曲げに対する抵抗力）を付加する。最新の球軸受と組み合わせて設置される場合に、結果は、最小の、曲げ誘発性振動及びより長い軸受寿命がもたらされることが望ましい。
【００５５】
クランクシャフト９００は、様々な材料により製作可能であるが、しかし一般的には、クランクシャフト９００は、高強度合金鋼により製造されるが； しかし、チタン合金を含み、別の材料が使用されてもよい。幾つかの実施の形態において、様々な被覆及び硬化プロセス（処理方法）が、摩耗特性を向上させるように、窒化鋼を含むクランクシャフトに適用されてもよい。
【００５６】
軸受荷重は、潤滑機構が開発された、回転サイクル中における多数の位置において計算された。再度、低減された振動により、流体軸受けが周期的に崩壊しないので、軸受寿命は、改善されることが望まれる。
【００５７】
更に、ＭＣ４Ｓエンジンのモーメント相殺クランクシャフトの滑らかな動きは望ましくは、弁トレイン上の振動加速度の重ね合わせの防止を支援し、それにより再度動作寿命を増加させる。
【００５８】
幾つかの実施の形態において、クランクシャフトは、別のエンジン要素を効率的に駆動することを容易にする、ヘビーデューティ（高荷重に耐える）スプライン及び歯車を特徴とする。前方のクランクシャフト１０２（図１Ｂ）の右端部は、オイルポンプを駆動するように且つチェーンを介してカムシャフトを駆動するように使用される。左側後部クランクシャフト１０４は、歯車を駆動し、その後アイドラ（遊動）歯車を介して変速機に、そして最終的には動力トレイン（列）に、そして、左前方クランクシャフト１０２は、交流発電機を駆動する。
【００５９】
ＭＣ４Ｓエンジンのためのクランクシャフトの設計及び配向は、関連するより高い信頼性及びより低い運転費用並びにコンパクトなエンジン配置と共に、複数の場所におけるエンジン振動の低減及び車両の旋回の容易性という利点をもたらすことが望ましい。
【００６０】
モーメント相殺４ストロークエンジンの信頼性形態
上述したように、形態の組み合わせは、エンジンの信頼性を高めるようにＭＣ４Ｓエンジンに組み込まれることが好ましい。例えば、短いピストンストロークと動作エンジン速度（ｒｐｍ）との組み合わせを介して平均ピストン速度を制限することは、より長いエンジン寿命をもたらすことが好ましい。モーメント相殺クランクシャフトの組み込みは、低振動と、潜在的な弁及びカムシャフトの過度の振動及び誘発性の磨耗の減少と、より低い吸気及び排気弁の応力と、より低い弁ばね荷重と、より長いカム寿命と、車両の構造的形態の延長された寿命と、の利点を生成することが好ましい。
【００６１】
再度、クランクシャフト構成により、燃焼中において曲がりに耐える、短くほぼ剛性の荷重構造は、クランクシャフト軸受の動作寿命を延長することが好ましい。
【００６２】
短ストロークを有する大直径ピストンの使用は、追加のピストンの複雑性なしで（同じ出力量に対して）適切な出力をもたらすことが好ましく、従って、複雑性及び問題の可能性を実質的に低減することが望ましい。
【００６３】
短ストロークの大直径ピストンと、従来の燃料の使用と共に説明された高効率ポーティングシステムとの使用は、同じ出力に対してより低い圧縮比を可能にすると共に、爆発の回避及び従ってより高い信頼性を可能にすることが望ましい。
【００６４】
再度、比類のないポーティングシステムとピストン寸法との組み合わせは、システムの過剰な負荷なしで大きな出力を容易に生成し、それによりエンジン寿命を延長することが好ましい。更に、ポーティングシステムは、より多量の空気供給及び究極的なより大きな出力を可能にすることが望ましい。
【００６５】
モーメント相殺クランクシャフト及びその結果もたらされる円滑な運転により、歯車の寿命が、延長されることが望ましい。
【００６６】
生成された動力と組み合わされたエンジンのコンパクトな配置により、エンジンの局部的な加熱領域は、液体冷却システムにより容易に制御され、再度信頼性を高めることが望ましい。
【００６７】
ボアにおける被覆の使用は、ピストンの下面を冷却するためのオイルの使用が、熱を減少させ更にエンジン寿命を延長することが望まれるので、冷却システムへのより良好な熱伝達を可能にすることが望ましい。
【００６８】
モーメント相殺４ストロークエンジンに対する性能向上の変更
ＭＣ４Ｓエンジン１００の別の重要な進歩は、性能パラメータを向上可能である、容易性である。弁加速率及びｒｐｍ（更に従って平均ピストン速度）を増大させることにより、より大きな出力さえもが利用可能となることが望ましい。例えば、ＭＣ４Ｓポーティングシステムの無しで且つ１２８０．２ｍ（４２００フィート）／分未満の平均ピストン速度を有する、本明細書において例示されるような、ＭＣ４Ｓエンジンについて、出力は、約１４０．９ＫＷ（１８９ｈｐ）である。ＭＣ４Ｓポーティングシステム及び１２８０．２ｍ（４２００フィート）／分の平均ピストン速度を有する、本明細書において例示されるような、ＭＣ４Ｓエンジンについて、出力は、約１９５．４ＫＷ（２６２ｈｐ）である。ＭＣ４Ｓポーティングシステムの使用は、エンジン出力を３８％増加させることが望まれる。ＭＣ４Ｓポーティングシステム及び１２８０．２ｍ（４２００フィート）／分を超える平均ピストン速度を有する、ＭＣ４Ｓエンジンについて、出力は、驚異的な２２５．９ＫＷ（３０３ｈｐ）であることが望ましい。ＭＣ４Ｓポーティングシステム及びより高いピストン速度の使用は、６０％を超えるの出力増加をもたらすことが望まれる。これは、列挙された幾つかの設計形態の相互関係の定量化された例を提供する。
【００６９】
モーメント相殺４ストロークエンジンの変形例
モーメント相殺４ストロークエンジンは、本発明の範囲内に含まれる、複数の変形を有する。具体的には、ＭＣ４Ｓエンジンは、２気筒（ツイン（双子））、４気筒（４つ）、６気筒及び８気筒の構成が可能である。
利点
・改善された空気吸入：大幅に改善された空気流量は、エンジンが、より完全な燃焼と、より高いエンジン効率と、より大きな出力と、より低い排出物と、を有することを可能にする。
・モーメント相殺クランクシャフト：クランクシャフトからの回転モーメントを低減することにより、車両（自動二輪車）のより容易な旋回及びより少ない振動を可能にする。
・オフセットシリンダ：シリンダのオフセット（偏倚）は、コーンロッドが、発火行程中に、より直進することを可能にする。これの結果としては、ピストンスカート（覆い）におけるより少ない側方力と共に、より速い加速度をもたらす。
・モーメント相殺クランクシャフト：エンジンの振動を低減し、それにより磨耗を減少させ、全体的なエンジン及び車両の寿命を延長する。
・空気吸入を改善する：より大きい空気流量は、広範囲の圧縮比を可能にし、圧縮比が減少すると、エンジンの耐久性が向上し、更に爆発の確率が減少する。
【００７０】
ＭＣ４Ｓエンジンからの予期せぬ結果
ＭＣ４Ｓエンジンの好適な性能基準は、以下のものである：（１）ピストン爆発の危険性を軽減した、市販の燃料を使用する、スポーティなエンジン出力；（２）ターボチャージャーの必要性なしで豊富な空気吸入量；（３）スポーティな出力及びトルクを犠牲にすることのない、長エンジン耐久寿命；（４）良好な燃費。
【００７１】
これらの目的を達成する１つの方法は、エンジンのための空気吸排気システムの設計にある。多数の実験及びシミュレーション（模擬試験）が、性能を向上させるように、これらの特性及び特性の組み合わせを分離する目的のために、ＭＣ４Ｓエンジンに実施された。
【００７２】
幾つかの吸気−排気システム及びエンジンパラメータが、性能目標を評価するために使用された。これら（エンジンパラメータ）は、シリンダ内におけるブレーキ平均有効圧力（ＢＭＥＰ）を含む。ＢＭＥＰは、往復動式エンジンの動作に関連する量であり、仕事及び出力のためのエンジンの能力の価値のある尺度である。例えば、自然吸気エンジンは、８６１．８〜１０３４．２ｋＰａ（１２５〜１５０ ｌｂｓ／ｉｎ2）のＢＭＥＰを有する。それは、ストローク中の「平均」ピストン圧力として考えることができる。
【００７３】
別のパラメータは、立方フィート／分で測定された、シリンダ内への空気流量（ＣＦＭ）である。このパラメータは、燃焼のためにシリンダ内への利用可能な空気量の指標を提供する。これは、弁のリフト（上昇）の動的なプロセスであるので、空気流量は、弁のリフト変位量に関連し得る。
【００７４】
エンジンの特徴付けにおいて使用される、別のパラメータは、その圧縮比（ＣＲ）である。ＣＲは、その最大容量から最小容量までの燃焼室の容積の比であり、即ち、ピストンがその最低位置（下死点）にある時のシリンダの容積に対する、ピストンがその最高位置（上死点）にある時のシリンダの容積である。
【００７５】
大規模な実験の結果として、空気吸気システムにとって重要な別の特性が、発見された。具体的には、吸気短辺半径は、空気−燃料の混合において重要であることが判明した。また、吸気弁の背面半径もまた、重要であることが分かった。
【００７６】
以下は、ＭＣ４Ｓエンジン用に生成された、広範なデータの幾つかを提示しており、達成された設計目標が、既存の知識により予想されるよりも非常に大きかったことを実証する、幾つかの予期されない結果を検討する。上述の予期されない結果を生成する、パラメータ範囲が検討される。
【００７７】
ＭＣ４Ｓエンジンのシリンダ内圧力（ＢＭＥＰ）に対する入口ポート先細りの影響及び意義
ＭＣ４Ｓエンジンの吸気システムに関して、シリンダへの流れの量を調べる、幾つかの設計の変形形態が作成された。図１０は、様々な量の弁リフトに関して、「直線」吸気口と、「改善された先細り（テーパ）」ポートと、「最適化された」先細りとの−これらの吸気口変形形態の内の３つを示しており、各ポート構成の性能の比較を可能にする。
【００７８】
図１０は、幾つかの予想外の結果を明らかにする。第１に、これらの曲線の下の領域は、燃焼のための有用な空気の量の指標である。従って、「改善された先細り」ポートと「最適化された先細り」ポートとの両方が、燃焼のために利用可能なより多くの空気の量、及び従ってピストンのストローク当りのより多くの作業量を提供しており、その際、「最適化された先細り」ポートは、最大の空気の量、及び従ってこれらの構成の内の、ストローク当りのより多くの作業量を提供する。「最適化された先細り」構成における弁リフト（空気容積）対流量のラインの下の著しくより大きな面積は、予想外である。「最適化された先細り」構成は、ベースラインの「直線先細り」構成又は「改善された先細り」構成、又は評価された別の構成の内の数百のいずれよりも一貫して大きな空気容積を提供する。
【００７９】
これらの予期されない結果を生じさせるポーティングシステムの物理的な相違を説明するために、図１１Ａ、１１Ｂ及び１１Ｃは含まれる。図１１Ａにおいて、既存の吸気システムの寸法は、直径１２７ｍｍ（５インチ）のシリンダ構成に対して示される。この構成は、図１０に示される弁リフトデータに対する「直線先細り」ポート流れを生成した。同様に、図１１Ｂは、１２７ｍｍ（５インチ）のシリンダボアについて図１０に示す「改善された先細り」データを生成する、「改善された先細り」構成の物理的寸法を示す。図１１Ｃは、再度１２７ｍｍ（５インチ）の直径のシリンダについて、図１０に示された「最適化された先細り」データを生成する、「最適化された先細り」構成の物理的寸法を示す。図１１Ｃが、本発明の一実施の形態であること、及びより大きい又はより小さいシリンダ容量を有するエンジンについて、実際の寸法は、比例的に変化するであろうことは、当業者には明らかであり；しかしながら、形態と性能との間の重要な関係は、シリンダボア直径の範囲により影響される。
【００８０】
第１の検討において、図１１Ａ、１１Ｂ、及び１１Ｃの構成は、同様に見えるが、しかし詳細な調査は、設計における相違から有益な結果への洞察を提供する。第１に、様々な設計形態の幾つかの関係が、それらの効果において相互結合されるので、従って、予期されない結果を測定可能にするものは、形態の組み合わせであることが強調されなければならない。
【００８１】
本発明の形態を更に説明するために、設計の内の幾つかの重要な関係が、「直線先細り」又は「改善された先細り」構成と比較した場合に、「最適化された先細り」のポーティングから開始して検討される。これらの発明の幾つかの重要な形態は、文字（Ａ−Ｎ）により箇条書きされる。（ここで再度、２つの吸気口及び２つの排気口が、シリンダ（気筒）当たりに設けられることが望ましいことが強調される）。
【００８２】
図１１Ａ及び１１Ｂに対する比較における図１１Ｃ及び１１Ｄの検討は、この実施の形態のこれらの形態及び様々なパラメータの適用可能性の範囲を示す。吸気口のための１つの重要なパラメータは、内側半径（パラメータＡ、Ｂ）である。これらの「内側半径」は、流れ境界層がポートの形状の輪郭に効果的に追従することを可能にして、それにより空気を効果的に供給することを可能にするように特別に形作られる。流れが内側の輪郭に追従しない場合に、結果として導管内の圧力が上昇させられ、更にシリンダ内への流れ容積の減少を結果的にもたらすことが観察される。これらの関係は、約３８．１ｍｍ（１．５インチ）から１７７．８ｍｍ（７インチ）のボアシリンダ直径に適用可能である。更に、ボア直径は、排気弁直径に直接関係する、吸気弁直径に直接関係しており、これらのパラメータは、この吸気システムの別の幾何学形状関係に影響を及ぼす。
【００８３】
図示された実施の形態を含む、幾つかの実施の形態において、シリンダへの入口及び出口における吸気及び排気弁の形状は、２つの重要な先細り（テーパ）角度、即ち、弁座角度及び弁アンダーカット角度、を有する。弁が弁ステムの移動ライン（通常は、弁ステムの軸線）を含む、断面において見られる時に、図１１Ｄにおいてのように、吸気弁座角度（Ｆ）は、吸気弁がシリンダヘッドポート（「吸気弁が着座する面」）に着座するか又は合致する、弁ステムから最遠位の面と弁の移動軸線Ｚに垂直な平面との間の角度である。同様に、弁が断面で見られた場合に、吸気弁アンダーカット角度（Ｅ）は、吸気弁着座面に隣接していて且つそこ（吸気弁着座面）から半径方向内側に配置される、弁の表面（「吸気弁アンダーカット面」）と、弁の移動軸線Ｚに垂直な平面との間の角度である。吸気弁着座面を画定する、平面又は平坦な面が存在しない範囲までにおいて、Ｆは、吸気弁着座面に沿った点の平均吸気弁座角度である。同様に、吸気弁アンダーカット面を画定する、平面又は平坦な面が存在しない範囲までにおいて、Ｅは、吸気弁着座面に直接隣接していて且つそこ（吸気弁着座面）から半径方向内側に配置される、吸気弁の２．５４ｍｍ（０．１０インチ）のアンダーカット面長さに関する平均吸気弁アンダーカット角度である。吸気弁座角度及び吸気弁アンダーカット角度は、燃焼室及びシリンダ内への空気流、及び従って燃焼に劇的に影響する。別個のポートが、各吸気弁及び排気弁のために設けられることが望ましい。弁座角度及び弁アンダーカット角度が示されており、上部レリーフ（逃げ角）及び座角度が、ヘッド上に位置する。吸気弁に関して、弁座角度（Ｆ）は、約４０〜５２度の範囲を有しており、好適な実施の形態においては、約５０度であるか又は４８度と５２度との間にあり、更に弁アンダーカット角度（Ｅ）範囲は、約３０〜４２度であって、好適な実施の形態においては約４０度であるか又は３８度と４２度との間にある。約４０〜５２度の範囲を有していて、好適な実施の形態においては約５０度であるか又は４８度と５２度との間にある、座角度がヘッドに位置する。排気弁に関して、弁座角度Ｒは、約４０〜５２度の間にあることが好ましく、好適な実施に形態において約４５度であり、更に弁アンダーカット角度Ｓは、３０〜４８度の間にあることが好ましく、好適な実施の形態において約３５度である。ヘッドを通る空気流全体にとってやはり重要なことは、吸気口角度Ｑの形状であり、吸気口角度Ｑの形状は、シリンダにより画定された、軸線に垂直な平面から測定される場合に、約５０度であるか又は４５度と６５度との間にあることが望ましく、そして図示された実施の形態において、約４８度と５２度との間にある。
【００８４】
図１１Ｃ及び１１Ｄにおいて規定された、幾つかの特徴的パラメータのための範囲は、以下の範囲内であることが好ましい。
【００８５】
３８．１ｍｍ（１．５インチ）＜Ｐ＜１７７．８ｍｍ（７インチ）  （シリンダボア直径範囲（インチ））
【００８６】
１３．９７ｍｍ（０．５５インチ）＜Ｍ＜６５．０ｍｍ（２．５６インチ）（吸気弁直径範囲（インチ））
【００８７】
排気口は、吸気システムの全体的な性能に同時に且つ同様に重要であるである。シリンダ内への大量の空気にもかかわらず、燃焼されたガスの排出の不足は、より低下した全体的な性能をもたらすので、吸気口構成及び排気口構成は、相互に関連する。
【００８８】
１１．２ｍｍ（０．４４インチ）＜Ｎ＜５２．３ｍｍ（２．０６インチ）（排気弁直径範囲（インチ））
【００８９】
１０．２ｍｍ（０．４インチ）＜Ａ＜３８．１ｍｍ（１．５インチ）（第１の吸気口の内側半径範囲（インチ））
【００９０】
実験は、第２の内側ポート半径に移行する第１の吸気口内側半径が、ポートに琉入する時に分離しない、流れを得ることに対して重要であることを示している。
【００９１】
３．３０ｍｍ（０．１３インチ）＜Ｂ＜１７．８ｍｍ（０．７インチ）（第２の吸気口半径範囲（インチ））
【００９２】
１０．２ｍｍ（０．４インチ）＜Ｇ＜４７．０ｍｍ（１．８５インチ）（最小吸気口直径範囲（インチ））
【００９３】
１６．３ｍｍ（０．６４インチ）＜Ｈ＜７７．５ｍｍ（３．０５インチ）（最大吸気口直径範囲（インチ））
【００９４】
別の重要なパラメータは、吸気口の先細り（テーパ）である。図１１Ｃ及び１１Ｄに見られるように、先細りの使用は、「ノズルの様な」効果を生じ、シリンダ内への（吸引を介して）流れを加速する。
【００９５】
１１．４ｍｍ（０．４５インチ）＜Ｃ＜５３．３ｍｍ（２．１インチ）（吸気ボウル（窪み）半径範囲（インチ））
【００９６】
パラメータ（Ｃ）、即ち吸気部の外側半径は、シリンダへの入口の直前のポートにおける、より大きな容積を可能にする、「ボウル（窪み）」を形成しており、それにより、その表面からポートの湾曲する中心線までの速度勾配を生成しており、速度勾配は、内側の半径による速度勾配と相互作用し、更に特には、流量を増大させる、より大きな弁リフトレベルにおいて相互作用する。
【００９７】
１０．２ｍｍ（０．４インチ）＜Ｌ＜４９．０ｍｍ（１．９３インチ）（排気口直径範囲（インチ））
【００９８】
更に、排気口は、もし適切な形状及び寸法でない場合には、流れを「絞り」得るので、従って、このパラメータのための適切な範囲が、特定される。
【００９９】
３．０５ｍｍ（０．１２インチ）＜Ｉ＜１４．２ｍｍ（０．５６インチ）（排気口の第１の内側半径（インチ））
【０１００】
５．０８ｍｍ（０．２インチ）＜Ｊ＜２４．９ｍｍ（０．９８インチ）（排気口の第２の内側半径（インチ））
【０１０１】
１６．０ｍｍ（０．６３インチ）＜Ｋ＜８１．８ｍｍ（３．２２インチ）（排気口の外側半径（インチ））
【０１０２】
再度、「最適化された先細り」と「直線先細り」と「改善された先細り」との間の微妙な相違は、吸気弁を画定する、角度Ｅ及びＦである。実験は、弁の角度を小さくすることは、摩擦損失を減少し更に再度流量を改善する傾向があることを示している。これらは、以下の範囲により示される。
【０１０３】
４５度＜Ｆ＜５３度；しかし好適な実施の形態において、Ｆ＝５０度であることが好ましい。
【０１０４】
３５度＜Ｅ＜４３度；しかし好適な実施の形態において、Ｅ＝４０度であることが好ましい。
【０１０５】
別の重要なパラメータは、排気弁直径（Ｎ）に対する吸気弁（単数又は複数）直径（Ｍ）の関係である。この関係は、シリンダの吸気弁及び排気弁の投影面積がシリンダの直径よりも小さく更に各シリンダの４つの弁の間において空間が存在することを可能にするという好みを反映している。これは、以下の関係において示される。
１．５＜２Ｍ＋２Ｎ＜７
４５度＜Ｑ＜５５度    吸気口角度
３０度＜Ｓ＜４０度    排気弁アンダーカット角度
４０度＜Ｒ＜５０度    排気弁座角度
【０１０６】
吸気口角度（Ｑ）は、吸気口角度（Ｑ）が吸気口内への流れを容易にし且つエンジン配置に都合がよいので重要である。
【０１０７】
実験は、排気弁アンダーカット角度（Ｓ）及び排気弁座角度（Ｒ）が、燃焼シリンダボアからの流れの流出を容易にするように組み合わされており、更にそれによりエンジン性能全体を阻害するであろう、流れの「窒息」を防止することを示している。図１１Ｃ及び図１１Ｄに示すように、弁を断面で見ると、排気弁座角度（Ｒ）は、排気弁が着座するか又はシリンダヘッドポートと出合う、弁ステム（棒）から最も遠位の面（「排気弁着座面」）と、排気弁の移動軸線Ｚ’に垂直な平面との間の角度である。同様に、弁を断面で見ると、吸気弁アンダーカット角度（Ｓ）は、排気弁着座面に隣接していて且つそこから半径方向内側に位置する弁の表面（「排気弁アンダーカット面」）と、排気弁の移動軸線Ｚ’に垂直な平面との間の角度である。排気弁着座面を画定する、平面又は平坦面が存在しない範囲までにおいて、Ｒは、吸気弁着座面に沿った点の平均排気弁座角度である。同様に、排気弁アンダーカット面を画定する、平面又は平坦面が存在しない範囲までにおいて、Ｓは、吸気弁着座面に直接隣接していて且つそこ（吸気弁着座面）から半径方向内側に配置される、吸気弁の２．５４ｍｍ（０．１０インチ）のアンダーカット表面長さに対する平均吸気弁アンダーカット角度である。
【０１０８】
吸気口半径Ａ及びＢ、ならびに吸気ボウル半径Ｃは、最適な燃料／空気の混合及び改善された燃焼を提供するように、シリンダ内の燃焼室（チャンバ）の中央に空気を引き込むことを支援することにより実質的な利点を提供することに留意されたい。更に、排気口半径Ｉ、Ｊ及びＫはまた、シリンダからの流れの流出を容易にすること、及びエンジン性能全体を阻害するであろう、排気流の「窒息」を防止することにおいて重要な利点を提供する。
【０１０９】
更に、先細り量に対する先細りした吸気口長さＯは、実質的な利点を提供する。吸気空気が、先細りした吸気口を通り流れる際に、吸気口が狭まるにつれて、流れの速度は増大する。吸気口半径Ａ及びＢと吸気ボウル半径Ｃと組み合わせにおいて、先細りした吸気口長さＯは、燃焼室内の空気／燃料の混合及び燃焼を補助する。
【０１１０】
再度、幾つかのパラメータの組み合わせは、予期されない結果を実現することが強調されるべきである。１つ以上のこれらのパラメータを使用ことは、結果を改善するが、しかしこれらのパラメータの組み合わせが、予期されない結果を生じることは、当業者には明らかである。
【０１１１】
より大きな出力の利用可能性はまた、燃焼中においてピストン／シリンダ内のより大きな熱をもたらす。空気のより大きな熱流入量は、適切な冷却方法により、相殺されなければならないため、従って、自動二輪車用のためのＭＣ４Ｓエンジンの空冷は不十分である傾向にあり、水冷が好ましい。
【０１１２】
特定量の弁リフトに対する、より大きい空気流量が、より短い弁リフトの選択を可能にすることを認識することも重要である。弁のリフトをより短くすると、時間が短縮され、更に弁へのより少ない影響は、より向上したエンジン耐久性をもたらす。
【０１１３】
ＭＣ４Ｓエンジンは、より大きな出力の利点を提供するために、二重の別個の吸気口を利用することにもまた留意すべきである。しかし、二重の吸気口は、大きな空間を必要とする。制約されたこの空間を収容するために、オーバースクエア大ボア（口径）の短ストロークエンジン構造の使用が好ましい。オーバースクエアエンジンに対するＭＣ４Ｓの特性パラメータは、上記で検討されている。
【０１１４】
更に、二重の吸気口の使用は、より良好な空気−燃料混合を生成する、シリンダ内の所望の位置において、空気流の軌道が合流することを可能にする。改善された空気−燃料混合は、重要な設計対象であって且つガソリンスタンドにおいて見られる、商用燃料等のより低い品質の燃料の使用を可能にする。
【０１１５】
吸気ポーティングシステムはまた、ポートの寸法により、より大きな出力を生成する。吸気口の寸法によって、好適な実施の形態は、従来のポーティングシステムよりも大きな空間を占めており、従って、ピストンは、車両の軸線に整列して最も良好に設置される。この構成において、ピストンは、非常に均一で且つ滑らかな状態において（例えば、高い振動レベルが悪名高い、Ｖツインと比較すると）発火する。エンジンの均一で且つ滑らかな挙動を更に高めるために、単一クランクよりむしろ逆回転クランクシャフトが使用される。従って、開示されたポーティングシステムによる、より大きな出力の実現は、ポーティングシステムの利点を失わないように、逆回転クランクシャフトの好適な使用に直接繋がる。
【０１１６】
ＭＣ４Ｓエンジンにおけるブレーキ平均有効圧力に対する圧縮比の変化の影響及び意義
様々な圧縮比が、シミュレーション（模擬試験）を介して、ＭＣ４Ｓエンジンについて調査された。別個の取り組みにおいて、このシミュレーション方法は、予測値の１％以内であることが示されており、従って、通常は、予測される物理的結果の表示である。図１２は、上記に示した「最適化された先細り」ポーティングシステムに関するこれらの調査を示す。
【０１１７】
図１２は、圧縮比９．０から１０．５までの範囲について「最適化された先細り」ポーティングシステムを有する、ＭＣ４Ｓエンジンのためのピーク（最高点）ＢＭＥＰを調査する。図１２において観察されるように、ピークＢＭＥＰは、約８０００ｒｐｍで生じる。図１３において、固定ＲＰＭにおけるピークＢＭＥＰは、様々な圧縮比に対してプロット（点記入）される。重要なのは、ＭＣ４Ｓシステムに関するピークＢＭＥＰは、ほとんどの通常の吸気式エンジンよりも１００％を超えて大きいことが留意されるべきである。この予期されない結果は、改善された空気供給からもたらされる、非常に強力なエンジンを示す。
【０１１８】
図１３の調査は、開示されたエンジン設計の予期されない結果を更に明らかにする。最も自然に吸気する吸気システムにおいて、ＢＭＥＰは、圧縮比の増大に伴って大幅に増大する。しかし、上記のようなＭＣ４Ｓエンジンの吸気システムにより、増大する圧縮比の効果は、横ばいになる。この横ばいは、実用的な圧縮比の範囲にわたって、ＣＲの大幅な増加が、既に有意に高いＢＭＥＰの有意な増大を生成しないことを示す。結果として、エンジンは、より低いＣＲにおいて動作可能であり、依然として有為な出力を生成する。より低い圧縮比が、ピストンとピストンロッドと軸受とにおけるより低い負荷をもたらすことは周知である。上記の図に示されるように、ＭＣ４Ｓエンジンは、高出力を生成し、自然に吸気する吸気システムを備える、別のエンジンよりも低い圧縮比において長時間の耐久性を同時に有する。
【０１１９】
更に、より高いＣＲは、爆発の傾向を増大する。開示されたようなＭＣ４Ｓエンジンは、ＭＣ４Ｓエンジンがより低い圧縮比において高出力を生成可能であるので、出力の大幅な損失なしで爆発の傾向を効果的に低減することが好ましい。具体的には、より低い圧縮比に因る出力の損失が、大部分の別の自然吸気式エンジンに関して、一般的に４％より大きい一方で、ＭＣ４Ｓエンジンの出力の損失は、ＭＣ４Ｓのポーティングシステムにより、２％未満、即ち、５０％のより少ない出力損失である。
【０１２０】
現時点において経験的に確認されていないが、ＭＣ４Ｓエンジンの予期されない利点は、エンジンのより大きな「呼吸」が圧縮比よりも重要であり、そのことは、従来のシステムとは反対である。
【０１２１】
出力に対する吸／排気流の影響及びその意義
シミュレーションはまた、エンジン馬力を最大化するために、上記で検討された固定式吸気口構成と比較して、排気口寸法における変動の影響を決定するように実行された。
【０１２２】
図１４は、３つのポーティングシステム構成についての様々な弁リフト位置における吸気流量／排気流量の変動を示す。ケース３は、過度に抑制的な排気の一例である、図１１Ａに示される「直線先細り」構成からのデータを示す。ケース２は、「改善された先細り」ポート構成からのデータを示しており、排気の中間的な例である。ケース１は、「最適化された先細り」ポーティングシステムからのデータを示しており、特定された吸気に対する十分に発達した排気流の例である。
【０１２３】
図１４に示すように、ケース１及び２（「最適化された先細り」ポーティングシステム及び「改善された先細り」ポーティングシステム）は、ケース３（「直線先細り」ポーティングシステム）よりも、所定の弁リフト位置における、より高い吸気／排気流量比を生成する。これは、ＭＣ４Ｓエンジンの向上された「通気性」の表示である。
【０１２４】
図１５の調査は、馬力に対する吸気／排気流量の範囲の影響を示す。吸気／排気流量の範囲は、吸気弁及び排気弁の両方の１２．７ｍｍ（０．５インチ）のリフト（上昇）の間の最大から最小までの流量として規定される。ケース１及びケース２（「最適化された先細り」ポーティングシステム及び「改善された先細り」ポーティングシステム、それぞれ）が、ケース３（「直線先細り」ポーティングシステム）よりも大幅に大きな出力を生成することが、図１５から分かる。
【０１２５】
図１５は、幾つかの予期されない結果を示す。第１に、ケース１及びケース２（「最適化された先細り」ポーティングシステム及び「改善された先細り」ポーティングシステムそれぞれ）は、非常に類似したピーク馬力を生成する。予想される結果は、排気流に対する吸気流のパーセントの各範囲が、概略均等に離間するであろうことであろう。
【０１２６】
これは、以下の洞察に導き、即ち、吸気／排気流に関するＭＣ４Ｓエンジンの好適な実施の形態は、好適には８６〜９８％の流量の範囲内にあるべきであり、７８〜８８％の範囲は、別のものであるがしかし、あまり好ましいとはいえない範囲であり、更に７８％未満の流量は、減少した馬力により、このエンジンには適切であるとは見なされない。
【０１２７】
上に例示した形態は、重要であるか又は重大でさえもあると説明されてもよいがしかし、重大な利点は、特定の形態を検討することなしで、実現可能ではないことは示唆されていない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2017531134.tif 000016
【図１１Ａ】
2017531134.tif 000017
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
2017531134.tif 000022
【図１４】
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【図１５】
2017531134.tif 000024
【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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