(57)【要約】  ベルト／チェーン駆動式の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンにおけるクランクシャフトタイミングを変えるための機構は、２つ以上のテンショナによって張力が付与されるベルトまたはチェーンによって接続される２つのクランクシャフトの対応する端部にあるスプロケットを含む。テンショナの位置を変えることによって、ベルト／チェーンの２つのスパンの長さが変えられ、したがって、クランクシャフト間の位相が変えられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ポート（５４）および吸気ポート（５６）が互いに位置合わせされた状態で並置されて方向付けられる１つ以上のポート付きシリンダ（５０）と、それぞれが前記シリンダの排気端部および吸気端部のそれぞれに回転可能に取り付けられる一対のクランクシャフト（７１，７２）とを含み、一対のピストン（６０，６２）が前記各シリンダの孔（５２）内で対向してスライド動作できるように配置され、前記排気ポート（５４）を制御する前記ピストン（６０）の全てが、接続ロッドにより、前記シリンダの排気端部に取り付けられる前記クランクシャフト（７１）に結合され、前記吸気ポート（５６）を制御する前記ピストン（６２）の全てが、接続ロッドにより、前記シリンダの吸気端部に取り付けられる前記クランクシャフト（７２）に結合される、二重クランクシャフト対向ピストン型エンジン（４９）において、
２つの前記クランクシャフト（７１，７２）は、ベルトまたはチェーン（１００）によって、前記ベルトまたはチェーンの対向する長さと動作可能に係合する対向するテンションアイドラ（１０４、１０６）、（２０６）と接続され、少なくとも１つのテンションアイドラは、中心で回動されるプーリアーム（１１２）、（２１２）の両端に取り付けられる一対のプーリ（１０８、１１０）、（２０８、２１０）を含むことを特徴とする二重クランクシャフト対向ピストン型エンジン（４９）。
【請求項２】
前記テンションアイドラは、２つの前記クランクシャフトの軸を接続する直線のそれぞれの側に配置され、
第１のテンションアイドラ（１０４）が、前記ベルトまたはチェーン（１００）の第１のスパンに抗して作用するとともに、前記ベルト１００の任意の弛みを除くべく第１の方向でバネ荷重が付与され、
第２のテンションアイドラ（１０６）が前記ベルトまたはチェーン（１００）の第２のスパンに抗して作用し、
前記第２のテンションアイドラは、エンジン構造に締結されるポイント（１１４）で回動されるプーリアーム（１１２）の両端に取り付けられる一対のプーリ（１０８、１１０）から構成される請求項１に記載の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジン。
【請求項３】
前記プーリ（１０８、１１０）は、前記ベルト（１００）の前記第２のスパンの両側と転がり接触している請求項２に記載の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジン。
【請求項４】
前記テンションアイドラ（２０６、２０６）は、２つの前記クランクシャフトの軸を接続する直線のそれぞれの側に配置され、
各テンションアイドラ（２０６）が前記ベルトまたはチェーン（１００）のそれぞれのスパンに抗して作用し、
各テンションアイドラは、エンジン構造に締結されるポイント（２１４）で回動されるプーリアーム（２１２）の両端に取り付けられる一対のプーリ（２０８、２１０）から構成される請求項１に記載の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジン。
【請求項５】
各テンションアイドラ（２０６）の前記プーリ（２０８、２１０）は、前記ベルトまたはチェーン（１００）のそれぞれのスパンの両側と転がり接触している請求項４に記載の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジン。
【請求項６】
前記クランクシャフトが上側クランクシャフト（７１）および下側クランクシャフト（７２）を含み、トランスミッションへの出力が前記下側クランクシャフトに接続されるギアアイドラ（３００）から引き出される請求項１から５に記載の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジン。
【請求項７】
前記ギアアイドラ（３００）は、前記ベルトまたはチェーン（１００）が接続される端部とは反対側にある前記下側クランクシャフト（７２）の端部に接続される請求項６に記載の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジン。
【請求項８】
少なくとも１つのプーリアーム（１１２、２１２）を一方の位置から他方の位置へと所定の円弧を成して回動させ、それにより、前記ベルト（１００）の移動長さを変えることによって、請求項１から７のいずれか一項に記載の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンのポート動作のタイミングを変えるための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年４月９日に米国特許商標庁に出願された米国出願第６１／８１０，２５６号の利益および優先権を主張する。
【０００２】
主題は、ポートタイミングを変えることができる改良を伴う二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンに関する。特に、主題は、２つのクランクシャフトがベルトまたはチェーンによって結合される対向ピストン型エンジンであって、エンジンにおけるポート動作のタイミングを変えるためにタイミング制御機構がベルトまたはチェーンに抗して作用する、対向ピストン型エンジンに関する。
【背景技術】
【０００３】
対向ピストン型エンジンでは、一対のピストンが少なくとも１つのポート付きシリンダの孔内で対向してスライド動作できるように配置される。各シリンダは排気ポートおよび吸気ポートを有し、また、シリンダは、排気ポートおよび吸気ポートが互いに位置合わせされた状態で並置されて方向付けられる。各ポートは、シリンダのそれぞれの端部付近でシリンダ壁に周方向に配置される１つ以上の開口配列または一連の開口から構成される。エンジンは、シリンダのそれぞれの排気端部および吸気端部に回転可能に取り付けられる２つのクランクシャフトを含み、各ピストンが２つのクランクシャフトのうちの対応する１つに結合される。ベルト（またはチェーン）駆動式の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンでは、２つのクランクシャフトがベルトまたはチェーンによって接続される。ピストンの往復動がポートの動作を制御する。これに関して、各ポートは、それがエンジン動作の各サイクル中にそれぞれのピストンによって所定の回数開閉される所定の位置に位置される。排気ポート動作を制御するピストンが「排気ピストン」と称され、また、吸気ポート動作を制御するピストンが「吸気ピストン」と呼ばれる。
【０００４】
一般に、対向ピストン型エンジンでは、動力行程の後部の間にわたる排ガスのパージおよび除去を促進させるために、排気ピストンが吸気ピストンに対して位相合わせされる。
【０００５】
ピストン位相は、通常、吸気ピストン接続ロッドのそれが接続されるクランクシャフト（「吸気クランクシャフト」）上での位置よりも進んで排気ピストン接続ロッドをそれが接続されるクランクシャフト（「排気クランクシャフト」）上に幾らかの進角で位置させることによって固定される。そのような形態では、ピストンが燃焼後に上死点（ＴＣ）位置から離れるように移動するにつれて、両方のポート（吸気ポートおよび排気ポート）がそれらのそれぞれのピストンによって閉じられる。ピストンが下死点（ＢＣ）位置に近づくにつれて、排ガスパージを始めるために排気ポートが最初に開かれ、その後、シリンダチャンバ内へ入る加圧空気が残存する排ガスの除去を行なうことができるように、予め設定された幾らかの時間後に、吸気ポートが開放する。ピストンが方向を逆にすると、排気ポートが最初に閉じ、それにより、吸気ポートも閉じて圧縮サイクルが始まるまで、依然として開放している吸気ポートを通じて加圧空気がシリンダチャンバ内へ入ることができる。
【０００６】
対向ピストン型エンジンにおいては、エンジン動作中に起こる速度および負荷の変化に対してポート開閉時間を動的に適合させるようにピストン位相変化に依存することによってポート位相を制御できることが望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
この望ましい目的は、２つのクランクシャフトを２つ以上のテンショナにより接続するベルトまたはチェーンに張力を付与することによってベルト（またはチェーン）駆動式の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンにおいて達成される。テンショナの位置を変えることにより、ベルト／チェーンの２つのスパンの長さが変えられ、したがって、クランクシャフト間の位相が変えられる。クランクシャフト間の位相を変えることにより、ピストン間位相が変化し、それにより、ポート位相が変わる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンの概略図である。
【０００９】
【図２】図２Ａ〜２Ｃは、可変のクランクシャフト位相を示す、２つのアイドラが係合するベルトまたはチェーンにより２つのクランクシャフトが接続されるベルト／チェーン駆動式の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンの連結型クランクシャフトシステムの概略図である。
【００１０】
【図３】図３Ａ〜３Ｃは、可変のクランクシャフト位相を示す、４つのアイドラが係合するベルトまたはチェーンにより２つのクランクシャフトが接続されるベルト／チェーン駆動式の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンの連結型クランクシャフトシステムの概略図である。
【００１１】
【図４】図２Ａ〜２Ｃのマルチアイドラ形態における出力シャフト組み込みを示すベルト／チェーン駆動式の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンのための連結型クランクシャフトシステムの概略図である。
【００１２】
【図５】図３Ａ、３Ｂ、３Ｃのマルチアイドラ形態における出力シャフト組み込みを示すベルト／チェーン駆動式の二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンのための連結型クランクシャフトシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、少なくとも１つのポート付きシリンダ５０を有する二重クランクシャフト対向ピストン型エンジン４９を示す。例えば、エンジンは、１つのポート付きシリンダ、２つのポート付きシリンダ、３つのポート付きシリンダ、または、４つ以上のポート付きシリンダを有してもよい。各シリンダ５０は、孔５２と、該孔のそれぞれの端部に形成され或いは機械加工された排気および吸気ポート５４、５６とを有する。排気および吸気ポート５４、５６はそれぞれ開口の１つ以上の周方向配列を含み、該配列中の隣り合う開口が中実ブリッジによって分離される。一部の説明では、各開口が「ポート」と称されるが、そのような「ポート」の周方向配列の構成は、図１に示されるポート構成と全く変わらない。孔５２内には、排気および吸気ピストン６０、６２が、それらの端面６１、６３を互いに対向させた状態でスライド可能に配置される。排気ピストン６０がクランクシャフト７１に結合され、吸気ピストンがクランクシャフト７２に結合される。図は、エンジン４９を略垂直方向で示すが、これは単なる例示目的にすぎず、他の態様では、エンジンを図示の垂直方向以外の方向で配置することができる。
【００１４】
シリンダ５０のピストン６０、６２がそれらのＴＣ位置またはその近傍にあるときには、燃焼室が孔５２内のピストンの端面６１、６３間に画定される。シリンダ５０の側壁を貫通する開口内に位置される少なくとも１つの燃料注入ノズル１００を通じて燃料が燃焼室内へ直接に注入される。
【００１５】
図２Ａ〜図２Ｃおよび図３Ａ〜図３Ｃは、クランクシャフト７１、７２を結合するベルト（またはチェーン）１００を備える例えば図１に示されるエンジンなどの二重クランクシャフト対向ピストン型エンジンを示す。ベルト１００には、クランクシャフトの軸を接続する直線のそれぞれの側に配置される離間するテンションアイドラが係合する。クランクシャフト７１，７２間の位相は、ベルト１００の張力を変えるべくテンションアイドラの動作を制御することによって変えられる。テンショナの位置を変えることによって、ベルトの２つのスパンの長さが変えられ、したがって、クランクシャフト間の位相が変えられる。クランクシャフト間の位相を変えることにより、ピストン間位相が変化し、それにより、対向ピストン型エンジン４９のポート位相が変わる。
【００１６】
図２Ａ〜図２Ｃにおいて分かるように、テンションアイドラ１０４が、ベルト１００の第１のスパンに抗して作用するとともに、ベルト１００の任意の弛みを除くべく矢印により示される一方向でバネ荷重が付与される。第２のテンションアイドラ１０６は、ベルト１００の第２のスパンに抗して作用する。第２のテンションアイドラ１０６は、エンジン構造に締結されるポイント１１４で回動されるプーリアーム１１２の両端に取り付けられる一対のプーリ１０８、１１０から構成される。プーリは、ベルト１００の第２のスパンの両側と転がり接触している。プーリアーム１１２は、一方の位置から他方の位置へと所定の円弧を成して回動するためにアクチュエータによって制御される。プーリアーム１１２が回動されるにつれて、プーリ１０８、１１０が時計回り／反時計回りの両方向に揺動し、それにより、ベルト１００の移動長さが変化する。移動長さの変化は、クランクシャフトタイミングライン７３、７４の位置の変化により示されるように、クランクシャフト間の位相を変化させる。
【００１７】
図３Ａ〜図３Ｃにおいて分かるように、２つのテンションアイドラ２０６がベルト１００のそれぞれのスパンに抗して作用する。テンションアイドラ２０６のそれぞれは、エンジン構造に締結されるポイント２１４で回動されるプーリアーム２１２の両端に取り付けられる一対のプーリ２０８、２１０から構成される。プーリは、ベルト１００のそれぞれのスパンの両側と転がり接触している。プーリアーム２１２のそれぞれは、一方の位置から他方の位置へと所定の円弧を成して回動するようにアクチュエータによって制御される。プーリアーム２１２が回動されるにつれて、プーリ２０８、２１０が時計回り／反時計回りの両方向に揺動し、それにより、ベルト１００の移動長さが変化する。移動長さの変化は、クランクシャフト間の位相を変化させる。
【００１８】
図３Ａ〜図３Ｃに示されるレイアウトを用いると、ベルトテンションアイドラ２０６は単にベルト伸長を補償して張力を維持するだけで済む。より短いテンションアイドラ動作範囲は、この構成要素の設計を容易にする。ベルト張力は、図２Ａ〜図２Ｃの実施形態の場合のようにエンジンブロックとベルト１００との間ではなく、ベルト１００の一方側と他方側との間で及ぼされる。
【００１９】
図２Ａ〜図２Ｃのベルト／チェーン駆動式の二重クランクシャフト実施形態のための出力シャフト組み込みが図４に示され、また、図３Ａ〜図３Ｃのベルト／チェーン駆動式の二重クランクシャフト実施形態のための出力シャフト組み込みが図５に示される。これらの図はいずれも、クランクシャフト７１がクランクシャフト７２よりも上側に配置されることを前提とし、したがって、これらの図の解釈上、クランクシャフト７２が「下側」クランクシャフトと称される。各実施形態に関して、ベルトドライブは、エンジンがクランクシャフトに接続される場所とは反対の端部に位置され、それにより、必要に応じて容易なベルト交換が可能となる。幾つかの態様において、エンジン出力が下側クランクシャフト７２に接続された場合には、エンジンの高さが高くなりすぎて、エンジンをうまくパッケージングできない。しかしながら、図４および図５により、出力は、下側クランクシャフト７２に接続されるギアアイドラ３００から引き出され、それにより、エンジンは、適切な高さで着座でき、エンジンよりも上側の車両構成要素を排除できる。
【００２０】
トランスミッションの手前のこの最後のギアセットを操作して、エンジンのクランクシャフトに対する出力シャフト速度を調整することにより、車両との更なる組み込み柔軟性を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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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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