(57)【要約】【解決手段】本発明は、少なくとも１つのシリンダと、対向して同一シリンダ内を往復するよう構成された少なくとも２つのピストンと、シリンダ壁を貫通する少なくとも１つの吸気ポートと、シリンダ壁を貫通する少なくとも１つの排気ポートと、対向するピストンの往復運動によって回転するよう構成された少なくとも１つのシャフトと、一方または両方の少なくとも１つの吸気ポートおよび少なくとも１つの排気ポートのポート動作を制御するためのシリンダ内の少なくとも１つの往復運動可能なスリーブバルブと、少なくとも１つのスリーブバルブの往復運動を制御するためのスリーブバルブ駆動機構と、ドエル機構と、を備える対向ピストンエンジンに関する。ドエル機構は、ピストン運動の各サイクル中に、少なくとも２つのピストンの少なくとも１回のドエル期間を生じさせるよう構成される。【選択図】図３
2016510853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダと、
対向して同一シリンダ内を往復運動するよう構成された少なくとも２つのピストンと、
シリンダ壁を貫通する少なくとも１つの吸気ポートと、
シリンダ壁を貫通する少なくとも１つの排気ポートと、
前記対向するピストンの往復運動によって回転するよう構成された少なくとも１つのシャフトと、
シリンダ内に位置し、前記少なくとも２つのピストンのうちの少なくとも１つを環囲する少なくとも１つの直線往復運動可能なスリーブバルブと、
少なくとも１つの吸気ポートおよび少なくとも１つの排気ポートの一方または両方のポート動作を制御するために、少なくとも１つのスリーブバルブの直線往復運動を制御するためのスリーブバルブ駆動機構と、
ドエル機構と、を備え、
前記ドエル機構は、前記少なくとも２つのピストンのそれぞれのピストン運動のサイクル中に、前記少なくとも２つのピストンの少なくとも１回のドエル期間を生じさせるよう構成されることを特徴とする対向ピストンエンジン。
【請求項２】
前記少なくとも２つのピストンは、直線的、かつ、同軸的に往復運動するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３】
前記少なくとも２つのピストンは、ピストン冠面が実質的に互いに近接するそれぞれの上死点位置と、ピストン冠面が互いに離間するそれぞれの下死点位置との間を往復運動するよう構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項４】
前記少なくとも２つのピストンは、同期して直線運動するよう構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項５】
エンジンサイクル中のポートイベントのタイミングは、前記シリンダ内の一対の対向ピストンの位置とは独立して制御できることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項６】
前記スリーブバルブ駆動機構によって制御される少なくとも１つのスリーブバルブの往復運動は、前記少なくと２つのピストンの往復運動と連動するよう構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項７】
前記スリーブバルブ駆動機構は、前記少なくとも２つのピストンの往復運動と位相をずらして前記少なくとも１つのスリーバルブを往復運動させるよう構成されることを特徴とする請求項６に記載の対向ピストンのピストンエンジン。
【請求項８】
前記ドエル機構は、ピストン運動のサイクル中の前記ピストンのそれぞれの下死点位置で前記ピストンのドエル期間を生じさせるよう構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項９】
それぞれの下死点位置での前記ピストンのドエル期間は、前記ピストンが下死点位置から離れるよう移動し始める前に、少なくとも１つの排気ポートを介して燃焼廃棄生成物の大半を掃気するのに十分であることを特徴とする請求項８に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１０】
前記ドエル機構は、前記少なくとも１つのシャフトの回転の６０度〜１４０度の間のそれぞれの下死点位置で前記ピストンのドエル期間を生じさせるよう構成されることを特徴とする請求項８または９に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１１】
前記ドエル機構は、前記少なくとも１つのシャフトの回転の約１００度のそれぞれの下死点位置で前記ピストンのドエル期間を生じさせるよう構成されることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１２】
前記ドエル機構は、往復ピストン運動のサイクル中のそれぞれの上死点位置で前記ピストンのドエル期間を生じさせるよう構成されることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１３】
それぞれの上死点位置での前記ピストンの前記期間は、ピストンがそれぞれの上死点位置を離れて動き始める前にシリンダ内で起こる実質的にすべての燃焼の熱交換が定積で行われるのに十分であることを特徴とする請求項１２に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１４】
前記ドエル機構は、それぞれの上死点位置で、前記少なくとも１つのシャフトの回転の２０度〜６０度の前記ピストンのドエル期間を生じさせるよう構成されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１５】
前記ドエル機構は、それぞれの上死点位置で、前記少なくとも１つのシャフトの回転の約４０度の前記ピストンのドエル期間を生じさせるよう構成されることを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１６】
前記ドエル機構は、カム機構であることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１７】
前記ピストンカム機構は、ピストンごとの１つ以上のピストンカムと、ピストン運動のサイクル中に、ピストンごとの１つ以上のカムのそれぞれのカム面と接触したままとなる、各ピストンに連結された１つ以上のカムフォロワと、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１８】
前記スリーブバルブ駆動機構は、カム機構であることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項１９】
前記スリーブバルブカム機構は、少なくとも１つのスリーブバルブごとの１つ以上のスリーブカムと、スリーブ運動のサイクル中に、前記少なくとも１つのスリーブごとの少なくとも１つのスリーブカムのそれぞれのカム面と接触したままとなる、前記少なくとも少なくとも１つのスリーブバルブに連結された１つ以上のフォロワと、を含むことを特徴とする請求項１８に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２０】
少なくとも２つのスリーブバルブを含み。
一方のスリーブバルブは前記少なくとも２つのピストンのそれぞれを環囲し、
前記スリーブバルブは、前記スリーブバルブ駆動機構によって、同一シリンダ内を対向して往復運動するよう構成されることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２１】
前記少なくとも２つのスリーブバルブは、前記スリーブバルブ駆動機構によって、直線的に、同軸的に、および少なくとも２のピストンと同軸的に、往復運動するよう構成されることを特徴とする請求項２０に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２２】
前記少なくとも２つのスリーブバルブは、前記スリーブバルブ駆動機構によって、前記スリーブバルブが実質的に互いに近接したそれぞれの上死点位置と前記スリーブバルブが互いに離間したそれぞれの下死点位置との間を往復運動するよう構成されることを特徴とする請求項２０または２１に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２３】
前記少なくとも２つのスリーブバルブは、前記スリーブバルブ駆動機構によって、互いに位相をずらして往復運動するよう構成されることを特徴とする請求項２０から２２のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２４】
前記少なくとも２つのスリーブバルブのうちの第１のスリーブバルブは、前記少なくとも１つの吸気ポートのポート動作を制御するよう構成され前記少なくとも２つのスリーブバルブのうちの第２のスリーブバルブは、前記少なくとも１つの排気ポートのポート動作を制御するよう構成されることを特徴とする請求項２０から２３のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２５】
複数の吸気ポートは、往復運動可能な前記第１のスリーブバルブの上死点位置と下死点位置の間の位置で前記シリンダ壁に設けられ、複数の排気ポートは、往復運動可能な前記第２のスリーブバルブの上死点位置と下死点位置の間の位置で前記シリンダ壁に設けられることを特徴とする請求項２４に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２６】
エンジンの使用中、前記スリーブバルブ駆動機構は、前記ピストンがそれぞれの上死点位置においてドエル機構によって保持されている間のシャフトの回転角よりも大きいシャフトの回転角の間のそれぞれの上死点位置において、前記少なくとも２つのスリーブバルブを保持するよう構成されることを特徴とする請求項２５に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２７】
前記１つ以上のピストンカムのうちの少なくとも１つは、軸方向カムであることを特徴とする請求項１７から２６のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２８】
前記１つ以上のスリーブバルブカムのうちの少なくとも１つは、軸方向カムであることを特徴とする請求項１９から２７のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項２９】
ピストンごとの前記少なくとも１つの軸方向ピストンカムは、前記少なくとも１つのシャフト上に位置していることを特徴とする請求項２７または２８に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３０】
スリーブバルブごとの前記少なくとも１つの軸方向スリーブカムは、前記少なくとも１つのシャフト上に位置していることを特徴とする請求項２８または２９に記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３１】
ピストンごとの前記少なくとも１つの軸方向ピストンカムおよびスリーブバルブごとの前記少なくとも１つの軸方向スリーブカムは、前記少なくとも１つのシャフトと一体に形成されることを特徴とする請求項２７から３０のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３２】
ピストンごとの前記少なくとも１つの軸方向ピストンカムおよびスリーブバルブごとの前記少なくとも１つの軸方向スリーブカムには、前記少なくとも１つのシャフトの１つ以上の対応するキー溝と係合するためのキー溝がつけられていることを特徴とする請求項２７から３０のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３３】
ピストンごとの前記少なくとも１つの軸方向ピストンカムおよびそれぞれのスリーブの軸方向スリーブカムは、同一のカム本体に一体に形成され、前記カム本体には前記少なくとも１つのシャフトの対応するキー溝と係合するためのキー溝がつけられていることを特徴とする請求項２７から３０のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３４】
エンジンの使用中、ピストンがそれぞれの下死点位置に実質的に到達したときに、前記第２のスリーブバルブによって、前記少なくとも１つの排気ポートが開かれるよう構成されることを特徴とする請求項２０から３３のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３５】
エンジンの使用中、前記ピストンがそれぞれの下死点位置に到達した後の前記シャフトの回転の約２０度のとき、前記第１のスリーブバルブによって、前記少なくとも１つの吸気ポートが開かれるよう構成されることを特徴とする請求項２０から３４のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３６】
エンジンの使用中、前記ピストンがそれぞれの下死点位置を離れた後の前記シャフトの回転の約３０度のとき、前記第２のスリーブバルブによって、前記少なくとも１つの排気ポートが閉じられるよう構成されることを特徴とする請求項２０から３５のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３７】
エンジンの使用中、前記ピストンがそれぞれの下死点位置を離れた後の前記シャフトの回転の約５０度のとき、前記第１のスリーブバルブによって、前記少なくとも１つの吸気ポートが閉じられるよう構成されることを特徴とする請求項２０から３のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３８】
エンジンの使用中、前記少なくとも１つの吸気ポートを介して流入する空気の圧力チャージを可能とするために、前記排気ポートが閉じた後の前記シャフトの回転の約２０度のとき、前記第１のスリーブバルブによって、前記少なくとも１つの吸気ポートが閉じられるよう構成されることを特徴とする請求項２０から３７のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの吸気ポートに通じる吸気管は、掃気用の機械式ポンプ、および給気用の排気ターボチャージャなどの別々の源からの掃気および給気の流れを可能にするよう分岐していることを特徴とする請求項１から３８のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項４０】
前記少なくと１つのシャフトは、動力取り出しのための出力シャフトであることを特徴とする請求項１から３９のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項４１】
前記エンジンは、２ストロークサイクルを動作させることを特徴とする請求項１から４０のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項４２】
前記エンジンは、圧縮着火エンジンであることを特徴とする請求項１から４１のいずれかに記載の対向ピストンエンジン。
【請求項４３】
添付の図面を参照して前記において実質的に記述された対向ピストンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向する一対のピストンが同一シリンダ内を往復するよう構成されたタイプの内燃エンジンに関する。この発明は、特に、２ストロークサイクルを動作させる内燃エンジンに適している。この発明はまた、特に、２ストローク圧縮着火エンジンに適している。
【背景技術】
【０００２】
公開された英国特許出願第ＧＢ２４７７２７２および公開された国際特許出願ＷＯ２０１１／０９２５０１は、回転シリンダブロックに形成されたシリンダ内で往復運動する連結要素によって連結された一対のピストンを有するエンジンを開示する。ピストンがシリンダ内で往復運動するとき、ピストンに接続されているフォロワは、シリンダブロックに、固定された中央カムシャフトに形成されたカムの周りを回転させる。回転シリンダブロックは、固定されたアウターケーシング内で回転し、動力取り出しのためにシャフトに連結されている。往復スリーブバルブは、空気がシリンダに流入するポートを開閉するために各ピストンに対して設けられる。シリンダブロックが回転すると、スリーブはカムによって往復運動する。
【０００３】
ピストンカムは、実質的にすべての燃焼の熱交換が定積で行われるように、ピストンのドエル期間を生じさせるよう成形される。回転ブロックの端部の吸気ポートは、ケーシング内に空気が流入できるように、ブロックの回転時に、固定されたケーシング内の吸気ポートと位置合わせされる。トランスファチャネル／通路は、回転ブロックの吸気ポートからシリンダ壁のトランスファー／掃気ポートに通じる。排気ポートは、シリンダブロックの回転時に、掃気ポートが排気ポートと位置合わせされたときに燃焼による廃棄生成物がシリンダの端部を通過するように、固定されたケーシング内に設けられる。エンジンの動作中、スリーブバルブは、シリンダ壁のトランスファー／掃気ポートを開閉するのに使用される。吸気ポートおよび排気ポートは、固定されたケーシングに対するシリンダブロックの回転によって開閉される。
【０００４】
このエンジンは、公知の他のタイプのエンジンを超える多くの利点を有している。しかしながら、本発明者は、このエンジンの効率的な動作には、以下を含む多くの課題があることを認識した。
・摩擦損失を最小にするための固定アウターハウジング内を回転する回転ブロックの効率的な潤滑
・固定アウターハウジング内を回転するときの回転ブロックの効率的な封止
・回転ブロックの吸気ポートからシリンダ壁のトランスファー／掃気ポートに通じるトランスファー通路の長さによる空気の効率的な掃気
・回転シリンダブロック内でのピストンおよびスリーブの往復運動による力の組み合わせによるエンジンの効率的なバランス
・回転シリンダブロックとアウターハウジングの間の必要な正確な機械加工公差
・ブロックを固定シャフト周りに回転させるためにシリンダの壁に接したピストンによって加えられる高い横方向荷重に対してシリンダを保護する必要性
【０００５】
従来技術のエンジンは、直線往復スリーブバルブまたは揺動回転スリーブバルブを備える対向ピストンエンジンを含む。このようなエンジンの例としては、ハルトに対する英国特許第ＧＢ１５８５３２、クラークに対する米国特許第ＵＳ５６２３８９４、およびポートマンに対する英国特許第ＧＢ４９７３００を含む。
【０００６】
従来技術のエンジンは、ピストンのドエル期間をもたらす手段を備える。このようなエンジンの例としては、クライドラーに対する英国特許第ＧＢ３７７６１４およびアルファロに対する英国特許第ＧＢ４４２１２６を含む。
【０００７】
本発明は、体積効率の向上により、より効率的な動作が可能なエンジンを提供することを目的とする。また、従来技術のエンジンに比べて例えば煤などの排出量を低減したエンジンを提供することを目的とする。また、従来のエンジンに関する他の課題に対処することを目的とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下の説明において、「横方向中心線」との用語は、シャフトの回転軸に直交し、上死点位置において各シリンダの対向ピストンのピストン冠面の間に画定される燃焼空間の中心を水平に延びる、エンジンの中心を通る線を指すために使用される。
【０００９】
以下の説明において、「内側」との用語は、エンジンの横方向中心線の近くに位置することを意味することを意図し、「外側」との用語は、エンジンの横方向中心線から遠くに位置することを意味することを意図する。
【００１０】
以下の説明において、「ドエル」との用語は、ピストンが静止している間にシャフトが回転する期間を指すために使用される。「ドエル」は、公知の内燃エンジン（コンロッドに接続された１つ以上のピストンがクランクシャフトを回転させる内燃エンジン）の往復ピストンが上死点（ＴＤＣ）位置および下死点（ＢＤＣ）位置で静止している瞬間よりも長い定常運動の期間を指すことを意図する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下を提供する。対向ピストンエンジンは、少なくとも１つのシリンダと、対向して同一シリンダ内を往復運動するよう構成された少なくとも２つのピストンと、シリンダ壁を貫通する少なくとも１つの吸気ポートと、シリンダ壁を貫通する少なくとも１つの排気ポートと、対向するピストンの往復運動によって回転するよう構成された少なくとも１つのシャフトと、シリンダ内に位置し、少なくとも２つのピストンのうちの少なくとも１つを環囲する少なくとも１つの直線往復運動可能なスリーブバルブと、少なくとも１つの吸気ポートおよび少なくとも１つの排気ポートの一方または両方のポート動作を制御するために、少なくとも１つのスリーブバルブの直線往復運動を制御するためのスリーブバルブ駆動機構と、ドエル機構と、を備え、ドエル機構は、少なくとも２つのピストンのそれぞれのピストン運動のそれぞれのサイクル中に、前記少なくとも２つのピストンの少なくとも１回のドエル期間を生じさせるよう構成されることを特徴とする対向ピストンエンジン。
【００１２】
本発明の対向ピストンエンジンは、以下のいくつかまたはすべてを含む、公知のエンジンを越えるいくつかの利点を有する。
(i)エンジン本来のバランス
(ii) 空気がシリンダに流入できるよう吸気ポートが開いているエンジンサイクルのより長い期間、シリンダを掃気できるよう排気ポートが開いているエンジンサイクルのより長い期間、およびシリンダを通じて改善した気流を導くために吸気ポートおよび排気ポートが開いているエンジンサイクルのより長い期間、に起因する体積効率の増加
(iii)定積でのシリンダ内での燃料の燃焼に利用できる時間の増加による煤生成の低減
(iv)シリンダ壁の側面荷重の低減または除去
(v)可動構成要素間のより「通常の」／標準的なエンジン耐性を提供する能力
(vi)可動構成要素間のより単純な潤滑およびシール
【００１３】
本発明のいくつかの好ましい特徴は、従属項に記載され、以下に説明する。好ましくは、少なくとも２つのピストンは、直線的、かつ、同軸的に往復運動するよう構成される。より好ましくは、少なくとも２つのピストンは、ピストン冠面が実質的に互いに近接するそれぞれの上死点位置と、ピストン冠面が互いに離間するそれぞれの下死点位置との間を往復運動するよう構成される。より好ましくは、少なくとも２つのピストンは、同期して直線運動するよう構成される。
【００１４】
好ましくは、エンジンサイクル中のポートイベントのタイミングは、シリンダ内の一対の対向ピストンの位置とは独立して制御できる。
【００１５】
好ましくは、スリーブバルブ駆動機構によって制御される少なくとも１つのスリーブバルブの往復運動は、少なくと２つのピストンの往復運動と連動するよう構成されている。より好ましくは、スリーブバルブ駆動機構は、少なくとも２つのピストンの往復運動と位相をずらして少なくとも１つのスリーバルブを往復運動させるよう構成される。
【００１６】
好ましくは、ドエル機構は、ピストン運動のサイクル中のピストンのそれぞれの下死点位置でピストンのドエル期間を生じさせるよう構成される。より好ましくは、それぞれの下死点位置でのピストンのドエル期間は、ピストンが下死点位置から離れるよう移動し始める前に、少なくとも１つの排気ポートを介して燃焼廃棄生成物の大半を掃気するのに十分であることを特徴とする請求項８に記載の対向ピストンエンジン。
【００１７】
好ましくは、ドエル機構は、それぞれの下死点位置で、少なくとも１つのシャフトの回転の６０度〜１４０度の間、より好ましくは、少なくとも１つのシャフトの回転の約１００度、のピストンのドエル期間を生じさせるよう構成される。
【００１８】
好ましくは、ドエル機構は、往復ピストン運動のサイクル中のそれぞれの上死点位置でピストンのドエル期間を生じさせるよう構成される。より好ましくは、それぞれの上死点位置でのピストンの期間は、ピストンがそれぞれの上死点位置を離れて動き始める前にシリンダ内で起こる実質的にすべての燃焼の熱交換が定積で行われるのに十分である。より好ましくは、ドエル機構は、それぞれの上死点位置で、少なくとも１つのシャフトの回転の２０度〜６０度の間、より好ましくは少なくとも１つのシャフトの回転の約４０度、のピストンのドエル期間を生じさせるよう構成される。
【００１９】
好ましくは、ドエル機構は、カム機構である。より好ましくは、ピストンカム機構は、ピストン運動のサイクル中に、各ピストンに関連する１つ以上のピストンカムのカム面と接触したままとなる、各ピストンに連結された１つ以上のカムフォロワを含む。
【００２０】
好ましくは、スリーブバルブ駆動機構は、カム機構である。より好ましくは、スリーブバルブカム機構は、スリーブ運動のサイクル中に、１つのスリーブカムのカム面と接触したままとなる、少なくとも１つのスリーブバルブに連結された１つ以上のカムフォロワ含む。
【００２１】
好ましくは、エンジンは、少なくとも２つのスリーブバルブを含み一方のスリーブバルブは少なくとも２つのピストンのそれぞれを環囲し、スリーブバルブは、スリーブバルブ駆動機構によって、同一シリンダ内を対向して往復運動するよう構成される。
【００２２】
好ましくは、少なくとも２つのスリーブバルブは、スリーブバルブ駆動機構によって、直線的に、同軸的に、および少なくとも２のピストンと同軸的に、往復運動するよう構成される。より好ましくは、少なくとも２つのスリーブバルブは、スリーブバルブ駆動機構によって、スリーブバルブが実質的に互いに近接したそれぞれの上死点位置とスリーブバルブが互いに離間したそれぞれの下死点位置との間を往復運動するよう構成される。より好ましくは、少なくとも２つのスリーブバルブは、スリーブバルブ駆動機構によって、互いに位相をずらして往復運動するよう構成される。より好ましくは、少なくとも２つのスリーブバルブのうちの一方は少なくとも１つの吸気ポートのポート動作を制御するよう構成され、少なくとも２つのスリーブバルブのうちの他方は少なくとも１つの排気ポートのポート動作を制御するよう構成される。
【００２３】
好ましくは、複数の吸気ポートは、往復運動可能な対向するスリーブバルブのペアの一方の上死点位置と下死点位置の間の位置でシリンダ壁に設けられ、複数の排気ポートは、往復運動可能な対向するスリーブバルブのペアの他方の上死点位置と下死点位置の間の位置でシリンダ壁に設けられる。スリーブの周囲に複数のポートを設けることにより、吸気ポートおよび排気ポートの有効面積が増加する。
【００２４】
好ましくは、複数の吸気ポートの合計ポート面積は、ピストン冠面の一方の表面積と同じまたはそれより大きい。好ましくは、複数の排気ポートの合計ポート面積もまた、ピストン冠面の一方の表面積と同じまたはそれより大きい。吸気ポートの合計面積および排気ポートの合計面積は、したがって、ポートの開閉がピストンによって制御される公知の他のエンジンにおける吸気ポートの合計面積および排気ポートの合計面積よりもかなり大きい。排気ポートを開閉するのにスリーブバルブを使用すると、排気ポートが開く前にピストンがすぐに膨張行程の底に移動するのが可能となる。これにより、排気ポートを開閉するのにピストンが使用される公知のエンジンに比べて、膨張ストロークの有効長が著しく増加する。吸気ポートを開閉するのにスリーブバルブを使用すると、吸気ポート動作をピストン位置とは独立して制御でき、かつ、吸気ポートを開閉するのにピストンを使用する公知のエンジンより吸気ポート動作をより正確に制御できる。
【００２５】
好ましくは、エンジンの使用中、スリーブバルブ駆動機構は、ピストンがそれぞれの上死点位置においてドエル機構によって保持されている間のシャフトの回転角よりも大きいシャフトの回転角の間のそれぞれの上死点位置において、少なくとも２つのスリーブバルブを保持するよう構成される。
【００２６】
好ましくは、１つ以上のピストンカムのうちの少なくとも１つは、軸方向カムである。好ましくは、１つ以上のスリーブバルブカムのうちの少なくとも１つもまた、軸方向カムである。好ましくは、ピストンごとの少なくとも１つの軸方向ピストンカムは、少なくとも１つのシャフト上に位置している。
【００２７】
好ましくは、スリーブバルブごとの少なくとも１つの軸方向スリーブカムは、少なくとも１つのシャフト上に位置している。ピストンごとの少なくとも１つの軸方向ピストンカムおよびスリーブバルブごとの少なくとも１つの軸方向スリーブカムは、少なくとも１つのシャフトと一体に形成される。あるいは、ピストンごとの少なくとも１つの軸方向ピストンカムおよびスリーブバルブごとの少なくとも１つの軸方向スリーブカムには、少なくとも１つのシャフトの１つ以上の対応するキー溝と係合するためのキー溝がつけられている。あるいは、ピストンごとの少なくとも１つの軸方向ピストンカムおよびそれぞれのスリーブの軸方向スリーブカムは、同一のカム本体に一体に形成され、カム本体には少なくとも１つのシャフトの対応するキー溝と係合するためのキー溝がつけられている。
【００２８】
好ましくは、エンジンの使用中、ピストンがそれぞれの下死点位置に実質的に到達したときに、少なくとも１つのスリーブバルブによって、少なくとも１つの排気ポートが開かれるよう構成される。
【００２９】
好ましくは、エンジンの使用中、ピストンがそれぞれの下死点位置に到達した後のシャフトの回転が約２０度のとき、少なくとも１つのスリーブバルブによって、少なくとも１つの吸気ポートが開かれるよう構成される。
【００３０】
好ましくは、エンジンの使用中、ピストンがそれぞれの下死点位置を離れた後のシャフトの回転が約３０度のとき、少なくとも１つのスリーブバルブによって、少なくとも１つの排気ポートが閉じられるよう構成される。
【００３１】
好ましくは、エンジンの使用中、ピストンがそれぞれの下死点位置を離れた後のシャフトの回転が約５０度のとき、少なくとも１つのスリーブバルブによって、少なくとも１つの吸気ポートが閉じられるよう構成される。
【００３２】
好ましくは、エンジンの使用中、少なくとも１つの吸気ポートを介して流入する空気の圧力チャージを可能とするために、排気ポートが閉じた後の前記シャフトの回転が約２０度のとき、少なくともスリーブバルブによって、少なくとも１つの吸気ポートが閉じられるよう構成される。
【００３３】
少なくとも１つの吸気ポートに通じる吸気管は、掃気用の機械式ポンプ、および給気用の排気ターボチャージャなどの別々の源からの掃気および給気の流れを可能にするよう分岐していてもよい。
【００３４】
好ましくは、少なくと１つのシャフトは、動力取り出しのための出力シャフトである。
【００３５】
本発明は、以下を含む多種多様な用途で使用するのに適しているが、これらに限定されない。
・陸上発電機
・自動車用途、例えば車またはオートバイ、大型トラック、トラック、鉄道機関車、土木機器
・船舶用途、例えばボートのための船外機または搭載エンジン
・航空用途、例えば、有人の軽飛行機、無人航空機
【００３６】
本発明は、２ストロークで、圧縮着火で、内燃のエンジンに特に適しているが、これに限定されない。このエンジンはまたは、他のタイプのエンジンのうち、２ストロークで、スパークまたはプラズマ着火で、内燃、のエンジン適している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明の実施例を、単なる例示として、添付図面を参照して説明する。
【図１】本発明を具現化する対向ピストンエンジンの斜視図である。
【図２】端部キャップまたはプレートが取り外された、端部から見た図１のエンジンの斜視図である。
【図３】２つがスリーブによって環囲された３つの完全なピストンと、１つの断面のピストンとを示す、図１のエンジンを切り欠いたバージョンの斜視図である。
【図４】ピストン組立体が取り外された図１のエンジンの断面の斜視図である。
【図５】ピストン組立体を完備している図1のエンジンの断面の斜視図である。
【図６】シャフトの長手方向の中心線を通る垂直面における図１のエンジンの断面の斜視図である。
【図７】図６の垂直面に平行な垂直面における図１のエンジンの断面の斜視図である。
【図８】対向ピストンが上死点位置にあるときの図７の断面の側面図である。
【図９】対向ピストンが下死点位置にあるときの図７の断面の側面図である。
【図１０ａ】図１のエンジンのシャフト、ピストン、およびスリーブの組立体の側面図である。
【図１０ｂ】図１のエンジンのシャフト、ピストン、およびスリーブの組立体の斜視図である。
【図１０ｃ】図１０ｂの状態からシャフトが約１８０°回転した、図１のエンジンのシャフト、ピストン、およびスリーブの組立体の斜視図である。
【図１１ａ】スリーブバルブが取り外された図１のエンジンのシャフトおよびピストンの組立体の側面図である。
【図１１ｂ】スリーブバルブが取り外された図１のエンジンのシャフトおよびピストンの組立体の斜視図である。
【図１１ｃ】図１１ｂの状態からシャフトが約１８０°回転したスリーブバルブが取り外された図１のエンジンのシャフトおよびピストンの組立体の斜視図である。
【図１２ａ】図１のエンジンのシャフト組立体を異なる角度から見た一連の斜視図である。
【図１２ｂ】図１のエンジンのシャフト組立体を異なる角度から見た一連の斜視図である。
【図１２ｃ】図１のエンジンのシャフト組立体を異なる角度から見た一連の斜視図である。
【図１３ａ】図１のエンジンのピストンの斜視図である。
【図１３ｂ】図１のエンジンのピストンの斜視図である。
【図１４】上死点位置でのピストンのドエル期間中のエンジンサイクルのある時点での図１のエンジンを通る断面図である。
【図１５】吸気ポートが完全に吸気スリーブバルブに覆われ、排気ポートが部分的に排気スリーブに覆われていない状態である下死点位置でのピストンのドエル期間中のエンジンサイクルのある時点での図１のエンジンを通る断面図である。
【図１６】ピストンが下死点位置に到達し、排気スリーブが下死点位置またはその近くにあり排気ポートが排気スリーブに覆われておらず、かつ、吸気ポートが吸気スリーブバルブに部分的に覆われていない状態、すなわちエンジンがブローダウン期間にある状態の、エンジンサイクルのある時点での図１のエンジンを通る断面図である。
【図１７】ピストンが下死点位置におけるドエル期間にあり、排気ポートが完全に排気スリーブバルブに覆われ、かつ、吸気スリーブバルブが下死点位置またはその近くにあり吸気ポートが部分的に吸気スリーブバルブに覆われていない状態、すなわちエンジンが過給期間にある状態の、エンジンサイクルのある時点での図１のエンジンを通る断面図である。
【図１８】排気ポートが完全に排気スリーブバルブに覆われ、かつ、吸気ポートが吸気スリーブバルブに部分的に覆われていない状態のピストンの圧縮行程中のエンジンサイクルのある時点での図１のエンジンを通る断面図である。
【図１９】図１のエンジンのサイクルの間のシャフトの回転角に対するピストン、排気スリーブバルブおよび吸気スリーブバルブの位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１から図３を参照すると、エンジン１は、固定シリンダブロック２を備える。固定シリンダブロック２は、公知のの冷却フィン３を備えていてもよい。シリンダブロックは、公知の固定手段を用いてフレームまたは車両のシャーシ（不図示）に取り付け可能である。シリンダブロックは、エンジンの組み立ておよび分解を可能にする公知の固定手段でブロックに取り付けられる、一対の取り外し可能な端部キャップまたはプレート４，５を備える。シリンダブロックは、代わりに、公知のの固定手段で取り付け可能な２つの半部分に形成されてもよい。
【００３９】
図３から図９を参照すると、シリンダブロックは、細長く、水平に延びる２つのシリンダ６、７を定める。一対の対向ピストン８，９および１０，１１は、シリンダ６，７のそれぞれの中を、対向ピストンのピストン冠面が互いに実質的に隣接しているそれぞれの上死点（ＴＤＣ）位置（図８）と、対向ピストンのピストン冠面が互いに離間しているそれぞれの下死点（ＢＤＣ）位置（図９）との間を、直線的、かつ、同軸的に往復運動するよう配置される。対向しているピストン対の各ピストンは、同期して反対方向に往復運動するよう配置される。１つ以上の噴射器は、対向する２つのピストンのピストン冠面の間の隙間において、シリンダに燃料を噴射するために、ポート１２内に配置可能である。ピストン冠面は、好ましくは、燃焼スペースを設けるために、凹形のくぼみ、または、ボウル状のくぼみを有する。ピストンはまた、燃焼チャンバ内で乱気流を促進するために、スキッシュバンド（squish band）を有していてもよい。
【００４０】
シャフト１３は、２つのシリンダの間のエンジンの中心を貫通して延びる。シャフトの回転軸は、ピストンの往復運動の軸から離間しており、かつ、往復運動の軸と平行である。シャフトは、一連のベアリング１４，１５，１６，１７によってシリンダブロック内で回転支持される。シャフトの端部１８，１９には、ギヤまたはベルトドライブシステム（不図示）に接続するためのキー溝がつけられる。以下でより詳細に説明するように、エンジンは、シリンダ内の燃料／空気混合物の燃焼に起因する各シリンダ内のピストンの対向ペアの往復直線運動がシャフトの回転を引き起こすよう構成される。
【００４１】
エンジンは、ピストンの往復直線運動をシャフトの回転運動に変換するためのカム機構を含む。図１０ａから図１２ｃに詳細に示されるように、カム機構は、シャフトにはめ込まれた、一対の離間した軸方向カム２０，２１を含む。カムは、シリンダにほぼ横方向で隣接して配置され、各カムは、シャフトの両側で、隣接した一対のピストンの間に配置される。
【００４２】
軸方向カムは、シャフトと一体に形成されてもよい。あるいは、カムは、対応するシャフトのキー溝と係合するためのキー溝が付けられたカム本体を備えてもよい。カムは、カム面を画定する。カム面は、図示のように、カムの本体から突出して内側カム面および外側カム面を画定する単一の突出フランジ２２によって形成されてもよい。あるいは、カム面は、内側カム面および外側カム面を画定する、間隔を空けて平行する一対のフランジ、またはカムの本体の溝によって形成されてもよい。
【００４３】
図１３ａおよび図１３ｂでより詳細に説明するように、ピストン８，９，１０，１１はそれぞれ、横断ピンまたはシャフト２４によってピストンに連結された延在部またはピストンロッド２３を備える。ピストンロッドは、フランジの両サイドの内側カム面および外側カム面に作用するよう配置された一対のフォロワまたはローラー２５，２６を備える。
各シリンダに隣接する、シャフト１３の両サイドで隣接する一対のピストン８，１０および９，１１の一対の離間したフォロワは、カムの正反対の側で、同じ軸方向カム２０，２１のカム表面に作用する。したがって、両ピストンは、同じカムを回転するよう構成される。
【００４４】
各ピストンロッドは、ピストンロッドの外端から突出するピン２７を備えていてもよい。ピン２７は、シリンダブロックの端部キャップ内の円筒形状のスロットまたは有底穴２８を適切に滑るよう構成される。これにより、ピストンを安定させ、ピストンが往復運動中にシリンダ内で揺動するのを防止できる可能性がある。端部キャップ内の穴および／またはピンは、摩擦低減材で裏打ちされ、または被覆されたものであってもよい。
【００４５】
シリンダの各端部に隣接する軸方向カムは、ピストンの往復運動を定義または制御するために、製造時に成形される。例えば、軸方向カムは、一方のシリンダの対向ピストンが他方のシリンダの対向ピストンと位相をずらして往復運動するよう成形されてもよい。また例えば、軸方向カムは、各シリンダにおいて、対向ピストンが互いに位相をずらして往復運動するよう成形されてもよい。
【００４６】
軸方向カムは、ピストン運動の各サイクル中に各ピストンのドエル（dwell）期間を少なくとも１回生じさせるよう成形される。具体的には、カムは、ピストンの下死点位置でピストンのドエル期間を生じさせるよう成形される。シャフト回転機構はまた、ピストンの上死点位置で各ピストンのドエル期間を生じさせるよう構成されてもよい。ピストンのドエル期間は、軸方向カムの輪郭によって決定される。例えば、カムは、特定のアプリケーションのための適切なドエル期間を定義するために、および／または所望のエンジン動作特性を実現するために、および／または特定の環境で動作させるべくエンジンを最適化するために、および／または特定のタイプおよび／または質の燃料を使用するために、設計されてもよい。軸方向カムが、対応するシャフトのキー溝に係合するキー溝を備える場合、エンジンは、異なるドエル期間を定義する異なるカム輪郭を有する異なる軸方向カムを含むよう初期製造後に変更されてもよい。
【００４７】
好ましい実施の形態では、軸方向カムは、ピストンが圧縮行程において上死点位置の方へ進み始める前の、少なくとも１つの排気ポートを介して、燃焼による廃棄生成物の大半または実質的にすべての掃気（scavenging）が起こっている間に、ピストンがそれぞれの下死点位置でドエル期間となるよう成形される。好ましくは、ピストンカム２０，２１は、上死点で、シャフトの回転の６０度〜１４０度の間のピストンのドエル期間を生じさせるよう成形される。より好ましくは、カムは、上死点で、シャフトの回転の約１００度のピストンのドエル期間を生じさせるよう成形される。
【００４８】
好ましい実施の形態では、軸方向カムは、ピストンがその膨張行程のそれぞれの下死点位置から離れるよう移動を開始する前の、実質的にすべての燃焼の熱交換がシリンダ内で定積で行われている間に、それぞれの上死点位置においてピストンがドエルするよう成形される。好ましくは、カムは、下死点で、シャフトの回転の２０度〜６０度の間のピストンのドエル期間を生じさせるよう成形される。より好ましくは、カムは、上死点で、シャフトの回転の約４０度のピストンのドエル期間を生じさせるよう成形される。
【００４９】
上記の好適なドエル期間は、効率のよいエンジンの動作を実現し、関連要因の広範囲でバランスを取るよう選択される。他のドエル期間はまた、エンジンに適していてもよく、以下のいずれかまたはすべてによって決定されてもよい。
・特定のアプリケーション（例えば、最大出力電力や燃料効率は重要）
・特定の環境（例えば、外気温度が特に高いか低いか）
・特定のタイプおよび／または質の燃料の可用性
・他の関連要因
【００５０】
図３から図１０ｃを参照すると、各シリンダは、一対の対向スリーブバルブ２９，３０および３１，２１をさらに備える。ひとつのスリーブバルブは、それぞれシリンダ内で対向ピストンのそれぞれを囲む。各シリンダ内のスリーブバルブは、互いに同軸上に、かつ、対向ピストンの往復運動の軸と同軸上に対向して配置され、往復運動するよう構成される。スリーブバルブは、スリーブバルブが互いに実質的に近接した上死点位置と、スリーブバルブが互いに離間した下死点位置との間を往復動可能である。上死点位置では、スリーブは、ピストンよりも互いに近接して配置されてもよい。上死点位置では、スリーブは、好ましくは、密封された燃焼チャンバを形成するよう互いに当接する。スリーブは、シリンダ壁からシリンダ内に突出する肩部３３に当接してもよい。スリーブは、平ら、角のある、または異形な内側端部を備えていてもよい。後述するように、スリーブバルブは、エンジンのポート動作（porting）を制御するのに使用され、吸気ポートおよび排気ポートがシリンダ内のピストンの位置とは独立して制御されるのを可能にする。
【００５１】
スリーブバルブ駆動機構は、シリンダ内でスリーブを往復運動させるために設けられる。スリーブ駆動機構は、シリンダ間に位置する軸方向カム３４，３５のさらなるペアを含む。軸方向カムは、エンジンの横方向中心線の両側に設けられている。軸方向カムは、シャフトの両側で横方向でスリーブ対に隣接する。スリーブカムは、軸方向ピストンカム２０，２１の間において、シャフトにはめ込まれる。ピストンカムに関して上述したように、スリーブカムは、シャフトと一体に形成されてもよい。また、スリーブカムには、修理、変更および／または交換のために取り外しできるようシャフトの対応するキー溝と係合するためのキー溝がつけられてもよい。
【００５２】
図１０ａから図１０ｃおよび図１３、図１３ｂに詳細に示すように、各スリーブバルブは、ほぼその外側端部のスリーブバルブの表面から横方向に突出するピン３６を備える。軸方向スリーブカムは、スリーブバルブピンを受けるカム軌道３７を定める。カム軌道は、一対の離間した平行するフランジ３８，３９によって形成されても、カムの本体の表面の溝によって形成されてもよい。カムは、内側カム面および外側カム面を定める。軸方向スリーブカムは、シャフトの両側で横方向に近接する一対のスリーブバルブのそれぞれのスリーブピンが、各軸方向カムによって定められる反対側の同一のカム軌道と係合するように配置される。スリーブバルブピンは、シャフトが回転するとき、軸方向カム表面に常時接触したままとなる。
【００５３】
スリーブバルブはまた、ほぼ外側端部の近傍で、軸方向スリーブカムと係合するピンとは反対側に、さらなるピン４０を備えてもよい。このさらなるピンは、スリーブの往復運動中に、シリンダブロック内において溝またはチャネル４１に沿って滑る。これにより、スリーブバルブを安定させ、スリーブバルブがシリンダ内で揺動するのを防止できる。溝またはチャネルは、摩擦低減材が裏打ちされ、または被覆されてもよい。
【００５４】
軸方向ピストンカム２０，２１に関連して上述したように、軸方向スリーブカム３４，３５は、スリーブバルブの往復運動を定義または制御するために、製造時に成形される。例えば、それらは、一方のシリンダの対向スリーブバルブが他方のシリンダの対向スリーブバルブと位相をずらして往復運動するよう成形されてもよい。また例えば、軸方向カムは、各シリンダにおいて、対向スリーブバルブが互いに位相をずらして往復運動するよう成形されてもよい。
【００５５】
スリーブ駆動機構は、ピストンの移動からしばらくしてから、それぞれのスリーブをそれぞれのピストンと同じ方向に往復運動させるよう構成される。これは、次の一方または両方によって達成できる。
・軸方向スリーブカムの形
・軸方向ピストンカムと位相が異なるように、軸方向スリーブカムがピストンカムよりシャフトの周りにより遠くに配置されること
【００５６】
図４に示すように、吸気ポートおよび排気ポートはシリンダ壁に設けられる。具体的には、各シリンダにおいて、１つ以上の吸気ポート４２が、対向するピストンの一方の上死点位置と下死点位置との間のシリンダ壁に設けられ、１つ以上の排気ポート４３が、対向するピストンの他方の上死点位置と下死点位置の間のシリンダ壁に設けられている。好ましくは、複数の吸気ポート４２および／または排気ポート４３は、各シリンダに設けられる。ポートは、シリンダの周囲に等間隔に、ピストンの往復運動の軸を横切る同一平面上に配置される。ポートは、ブリッジ部４４を隔ててシリンダの周囲に互いに間隔を置いて配置されている。
【００５７】
したがって、各シリンダにおいて、吸気ポートと排気ポートは、シリンダの長さ方向に沿って互いに離間し、エンジンを横切る中心線の反対側に配置される。その結果、吸気ポートによるポートが対向するスリーブバルブのペアの一方のスリーブバルブによって制御され、排気ポートのポートが対向するスリーブバルブのペアの他方のスリーブバルブによって制御される。複数の吸気ポートの合計のポート面積は、１つのピストン冠面の面積とほぼ同じであり、複数の排気ポートの合計のポート面積は、１つのピストン冠面の面積とほぼ同じである。
【００５８】
図１９に示され、より詳細に後述されるように、ある例の形態では、エンジンは、体積効率の改善に特に焦点を当てて設計される。軸方向スリーブカムのカム輪郭は、吸気スリーブおよび排気スリーブが、運動サイクル中に継続的にシリンダに沿って動くが、シャフトの回転の周期の間に、各スリーブバルブストロークの比較的小さな割合だけ動くように成形される。シャフトの回転の周期は、(i)ピストンの圧縮行程、(ii)上死点でのピストンのドエル期間、(iii)ピストンの膨張行程を含む。あるいは、軸方向スリーブカムのカム輪郭は、吸気スリーブと排気スリーブのいずれかまたは両方が、より長い周期またはより短い、エンジンサイクル中の減速された直線運動の期間、またはドエル期間に供されるように成形されてもよい。
【００５９】
軸方向スリーブカムのそれぞれのカム輪郭は、以下のいずれか１つまたは組み合わせを満たすよう成形されてもよい。
(i)各シリンダにおいて、吸気スリーブおよび排気スリーブの一方または両方が、エンジンサイクル中のドエルに近づく連続運動の期間に供される。
(ii)各シリンダにおいて、吸気スリーブは、シャフトの回転の約１５０度〜約２５０度の間、好ましくはシャフトの回転の約１９５度、の期間で各方向に（すなわち図１９の吸気スリーブ曲線の上死点位置の両側に）そのスリーブバルブのストロークの約２０パーセント動く。
(iii)各シリンダにおいて、吸気スリーブは、シャフトの回転の約８０度〜約１５０度の間、好ましくはシャフトの回転の約１１５度、の期間でドエルに近づく。これは、図１９の吸気スリーブ曲線の実質的に平らな部分によって示される。吸気スリーブ曲線は、スリーブの上死点位置にわたって伸びる。例えば吸気スリーブは、各方向に（すなわち吸気スリーブバルブ曲線の上死点位置の両側に）スリーブバルブのストロークの約５パーセントから１０パーセントだけ移動する。
(iv)各シリンダにおいて、排気スリーブは、シャフトの回転の約１５０度〜約２５０度の間、好ましくはシャフトの回転の約１９５度、の期間で各方向に（すなわち、図１９の排気スリーブ曲線の上死点位置の両側に）、そのスリーブバルブストロークの約２０パーセント動く。
(v)各シリンダにおいて、排気スリーブは、シャフトの回転の約８０度〜約１５０度の間、好ましくはシャフトの回転の約１１０度、の期間でドエルに近づく。これは、図１９の排気スリーブ曲線の実質的に平らな部分によって示される。排気スリーブ曲線は、スリーブの上死点位置にわたって延びる。例えば排気スリーブは、各方向に（すなわち排気スリーブバルブ曲線の上死点位置の両側に）スリーブバルブのストロークの約５パーセントから１０パーセントだけ移動する。
(vi)各シリンダにおいて、吸気スリーブおよび排気スリーブのそれぞれのストロークの大部分は、それぞれの下死点位置におけるピストンのドエル期間の間に移動する。
(vii)各シリンダにおいて、吸気スリーブおよび排気スリーブのそれぞれは、上死点位置においてピストンがドエルする間のシャフトの回転の期間と少なくとも同じ長さかその期間を含むシャフトの回転の期間に燃焼チャンバを形成するように、それぞれの上死点位置で実質的に互いに近接したままとなる。
(viii)各シリンダにおいて、吸気スリーブおよび排気スリーブのそれぞれは、上死点位置においてピストンがドエルする間のシャフトの回転の期間よりも長いシャフトの回転の期間に燃焼チャンバを形成するように、それぞれの上死点位置で互いに近接したままとなる。
【００６０】
軸方向ピストンカムおよび軸方向スリーブカムの外側端部は、軽量化のためにくりぬかれてもよい（図６）。好ましくは、さらなる軽量化のために、ピストンロッドには、穴またはスロット４５（図１３ａおよび１３ｂ）が設けられてもよい。
【００６１】
シリンダブロックは、例えば、アルミニウム合金や鋳鉄から形成されてもよい。ピストンは、例えば、高いけい素、低膨張のピストン合金から形成されてもよい。スリーブは、例えば、焼き入れされ、かつ、研磨された鋼鉄、コーティングされたアルミニウム合金、または硬質のめっきされた銅から形成されてもよい。シャフトは、例えば、高張力鋼から形成されてもよい。軸方向ピストンカムおよびスリーブカムは、例えば、硬化鋼またはチルド鋳鉄から形成されてもよい。
【００６２】
エンジンは、圧縮空気だけによって掃気されてもよい。そして、排気ポートが排気スリーブバルブによって閉じられた後に燃料が噴射される。これは、排気ターボ圧縮機単独で、または別個の掃気ポンプとの組み合わせによって実現されてもよい。
【００６３】
分割または分岐した吸気管（不図示）が設けられてもよい。それによって、排気ポートを介したシリンダからの燃焼による廃棄生成物を掃気するための空気があるソースから供給されてもよい。また、次の燃焼イベントのための新鮮な空気が別のソースから提供されてもよい。例えば、加圧した掃気するための空気は、加圧貯蔵リザーバか供給されても、電気的に、または機械的に駆動されるポンプまたは圧縮機から直接に供給されてもよい。加圧された空気は、シリンダーへの空気の流量を増加させるために、加圧貯蔵リザーバによる排気駆動ターボチャージャーまたは同様の装置によって供給されてもよい。排気圧駆動コンプレッサを利用して圧縮を提供することによって、余剰の排気エネルギーを有効な仕事に変換することができ、チャージ圧縮の仕事の全てをピストンが行う必要がなくなり、エンジン効率が改善される。
【００６４】
１つ以上の燃料噴射器は、ポートを通じて燃焼空間に燃料を噴射するために、各シリンダの周りに配置される。燃料噴射イベントの時間は、正確に制御され、エンジン回転数とエンジンの負荷などの要因に依存して変化する。これは、電子制御コモンレール燃料システムを用いて行うことができる。燃料噴射は、例えば、特許取得済みの「Orbital」噴射システムによって実現される。
【００６５】
燃焼行程を制御するために、燃料、水、メタノール、またはディーゼルのうちの１つ以上をエンジンサイクルの適切なポイントで噴射することは有益である。また、ピストンの膨張行程中に燃料が燃焼し続けるように、上死点位置におけるピストンのドエル期間の間または直後に追加燃料を噴射することは有益である。
【００６６】
ＨＣＣＩまたは「Smartplugs」（プラズマ噴射装置）を用いて着火を行ってもよい。これらは両方とも、非常に希薄な混合気の燃焼を可能にする。
【００６７】
油だめ（不図示）は、潤滑油を保持するために設けられる。油は、エンジンの様々な回転部品を潤滑するために、シリンダブロック内のオイル通路とシャフト内の適切なドリル穴を介してポンプによって循環される。エンジンブロック内のオイル供給穴からの圧力注油によって、スリーブが潤滑される。エンジンブロックは、ライナー外壁に加工された細かい溝と結合する。
【００６８】
ピストンは、スリーブとの間を封止するためのピストンリング４６を備える（図１３ｂ）。各往復スリーブは、その比較的薄い壁厚に特有の柔軟性によって、圧縮に対して封止されている。
【００６９】
エンジンは、空冷されてもよい。あるいは、冷却液ポンプによって冷却剤が循環する内部通路がシリンダ内に設けられてもよい。
【００７０】
エンジンは、図示されない他の公知の部品やシステムを備えていてもよい。例えば、以下のいずれかまたはすべてを備えていてもよい。
・スタータモータとフライホイール組立体
・油だめ及び油循環システム
・高圧燃料システム
・吸気およびフィルタリングシステム
・シリンダに空気を導くための誘導マニホールド
・気筒から燃焼による廃棄生成物を除去するための排気マニホールド
・燃焼による排気生成物を大気へ放出するための、消音器を有する排気管
・ターボチャージャーやスーパーチャージャーのためのドライブ
・火花着火エンジンに関するエンジンの場合における着火装置
【００７１】
図を参照して上述されたエンジンの運転において、燃料がスリーブバルブ２９，３０および対向するピストン冠面によって画定される燃焼空間に、第１のシリンダ６内の噴射器から噴射される。シリンダ内での燃料の燃焼は、ピストンの上死点で、かつ、シャフトの回転の約４０度のピストンのドエル期間の間に起こる。これにより、燃焼チャンバーの燃料／空気混合気を通しての火炎伝播が、上死点で、ピストンのドエル期間の間に起こる。すべてまたは実質的にすべての燃焼の熱交換が、上死点で定積で生じることが、これによる効果である。
【００７２】
ピストンの上死点でのドエル期間の終わりで、第１のシリンダ６のピストン８，９は、それぞれの下死点位置に向かって、その膨張行程にしたがって外側に移動し始める。第１のシリンダに沿ったピストンの移動は、軸方向ピストンカムの回転運動を引き起こすために、関連するピストンロッド２３およびロッドが軸方向ピストンカムのカム面に係合するピストンのフォロワ２５，２６の運動を引き起こす。軸方向ピストンカムの回転運動は、シャフト１３を回転させ始め、第２のシリンダ７内の対向ピストン１０，１１に往復運動を付与する。これにより、対向ピストン１０，１１は、上死点位置に向かってその圧縮行程にしたがって第１のシリンダ内のピストンと反対方向に移動する。
【００７３】
シャフトの回転はまた、軸方向スリーブバルブカム３４，３５の回転運動を生じさせる。軸方向スリーブバルブカムの回転運動は、フォロワとして機能するスリーブバルブの内側の端のピンを介して、スリーブバルブ２９，３０に直線運動を付与する。スリーブの直線運動は、以下でさらに説明するように、吸気ポートおよび排気ポートのポート動作を制御する。
【００７４】
第１のシリンダ６内のピストン８，９は、上死点位置からのピストンが移動を開始した後のシャフトの回転の約１１０度である膨張行程の終わりに下死点位置に到達すると、ピストンは、ドエル機構の軸方向カムによって、下死点位置において、シャフトの回転の約１００度のさらなるドエル期間に供される。第２のシリンダ７内のピストン１０，１１もまた、圧縮行程の終わりに上死点位置に到達する。第２のシリンダのピストンの下死点におけるドエル期間中に、燃焼による廃棄生成物は、排気スリーブによって開かれた排気ポート４３を介して、シリンダから掃気される。
【００７５】
下死点におけるピストンのドエル期間の終わりに、第１のシリンダ６内のピストン８，９は、膨張行程中の第２のシリンダ内のピストンによって駆動される軸方向カムによる圧縮行程の間に、上死点位置に向けて前進させられる。吸気ポート４２および排気ポート４３のポーティング動作は、シャフトの回転によって引き起こされるスリーブバルブの動作によって再び制御される。空気は、吸気ポート４２を介してシリンダに流入する。そして、圧縮行程を開始した後のシャフトの回転の約１１０度のとき、ピストンが軸方向ピストンカムによって上死点位置に進められると、空気は対向ピストンの冠面の間で圧縮される。
【００７６】
図１４から１９は、エンジンのポート動作に関するスリーブバルブの往復運動の効果を示す。図１４の位置では、第１のシリンダ６内のピストン８，９は両方とも、ドエル期間の中間点の上死点位置にある。スリーブ２９，３０は、上死点位置または上死点位置の極めて近くにある。スリーブ２９，３０は、燃焼チャンバーを画定するように、互いに、またはシリンダ壁内の肩部に当接する。シリンダ壁内の吸気ポート４２および排気ポート４３は、吸気スリーブ２９および排気粋リーブ３０によって両方とも閉じたままである。この位置では、空気は、シリンダに流入できず、燃焼生成物はシリンダから流出できず、したがって燃料／空気混合気の燃焼は定積で生じる。
【００７７】
シャフトの回転の４０度のピストンのドエル期間の後、ピストンは、それぞれの下死点位置に向かって膨張行程にしたがって始動する。軸方向ピストンカムおよび軸方向スリーブカムの輪郭と、シャフトにはめ込まれたそれらの相対位置は、その膨張行程にしたがってピストンの動きと対応する吸気スリーブおよび排気スリーブの動きとの間にタイムラグが存在するようになっている。図１９に示されるように、ピストンとスリーブの動作のタイミングは、ピストンが実質的に下死点に到達したときに排気スリーブが排気ポートを開き始め、ピストンが下死点に到達した直後のシャフトの回転の約１３０度の下死点ピストンドエル期間の前半に、排気ポート４３が完全に排気スリーブ３０に覆われなくなるように、排気スリーブが急速に加速する。吸気スリーブが移動するタイミングは、吸気スリーブ２９が排気スリーブ３０よりゆっくりで、ピストン８，９が下死点位置に向かって動くときと同様の比率で加速するようになっている。吸気スリーブは、実質的に、圧縮行程においてピストンが下死点位置から離れるよう動き始めるときに、下死点位置に到達する
【００７８】
図１５の位置では、一方のシリンダのピストンが両方とも下死点位置にあり、かつ、下死点位置のドエル期間の中間点またはその近くにある。排気スリーブは、排気ポートが部分的に開き、燃焼生成物をエンジンから掃気できるように、上死点位置から下死点位置に向かって移動している。軸方向スリーブカムは、吸気スリーブバルブの移動が排気スリーブバルブの移動とは位相が異なり、排気スリーブと吸気スリーブの移動の間にタイムラグが生じるように構成される。吸気スリーブは、上死点位置から下死点位置に向かって移動し始めている。ただし、吸気スリーブは、シリンダーに沿って、排気スリーブほど遠くには移動していない。吸気スリーブの内側の端は、吸気ポートの内側の端をまだ通過していない。したがって吸気ポートは完全に閉じている。
【００７９】
図１６の位置では、一方のシリンダのピストンは、下死点位置のピストンのドエル期間中にある。排気スリーブは下死点位置に到達し、これにより排気ポートが開き、燃焼生成物はエンジンから掃気できる。排気スリーブが排気バルブを開き始めた後のシャフトの回転の約２０度のとき、シリンダに空気が流入できるように、吸気スリーブは部分的に吸気ポートを開く。圧力下でシリンダに流入する空気は、排気ポートを介して廃棄生成物を押し出すことによって、掃気処理をアシストする。
【００８０】
図１７の位置では、第１のシリンダのピストンは、圧縮行程にしたがってそれぞれの下死点位置に向かってまさに始動しようとしている。吸気スリーブは、下死点位置にあり、吸気ポートを覆うために上死点位置に向かってまさに始動しようとしている。排気スリーブは、排気ポートを覆うために、図１６の下死点位置から上死点位置に向けて移動している。シリンダに流入する空気は、シリンダからの廃棄生成物の掃気をアシストし続ける。
【００８１】
図１８の位置では、第１のシリンダ内のピストンは、圧縮行程にしたがって上死点位置に向かって移動し続ける。ピストンが上死点を離れた後のシャフトの回転の約３０度のとき、排気スリーブは完全に排気ポートを閉じる。吸気スリーブは吸気ポートを閉じ始めるが、吸気ポートはまだ部分的に開いている。したがって、圧縮された空気はまだシリンダ内に流入しているが、排気ポートは閉じているので、圧縮された空気はもはやシリンダに残る燃焼生成物を置換しない。シリンダに入っている圧縮された空気は、ピストンが上死点位置に向かって移動するとき、対向ピストンの冠面の間で圧縮される。排気スリーブが排気ポートを閉じた後のシャフトの回転の約２０度のとき、吸気ポートは吸気スリーブによって完全に閉じられる
【００８２】
ピストンが上死点に向かって進むとき、吸気スリーブ２９および排気スリーブ３０は、それぞれのピストンを通り過ぎて加速する。その結果、ピストンが図１４に示される上死点に到達する直前に、スリーブは、燃焼チャンバを画定し、封止するよう上死点位置に到達する。
【００８３】
前述および特に図１９を参照して理解されるように、排気スリーブバルブおよび吸気スリーブバルブの往復運動の大半は下死点位置におけるピストンのドエル期間中に生じ、吸気スリーブバルブおよび排気スリーブバルブの直線往復運動の比較的小さい割合だけが、圧縮行程のピストン運動の後半、上死点でのピストンドエル期間、および膨張行程のピストン運動の前半で構成されるシャフトの回転の期間中に覆われる。
【００８４】
吸気スリーブバルブおよび排気スリーブバルブを駆動するカムの軸方向カム輪郭は、吸気スリーブおよび／または排気スリーブがドエルしているまたは吸気スリーブおよび／または排気スリーブが減速した直線運動の期間に供される、すなわちほぼドエルしている間のシャフトが回転する期間と、上死点位置と下死点位置の間を移動しているスリーブのピーク加速度と、をバランスしうる。
【００８５】
ピストンが下死点に到達するときまたはその直前に、排気スリーブバルブが排気ポートを開くようにすることによって、排気ポートが開かれて、燃焼生成部がシリンダから排出され始める前に、ピストンは完全な膨張行程を経る。これは、膨張行程においてピストンによって排気ポートが早期に開かれる公知のエンジンの効率を向上させる。
【００８６】
下死点ピストンドエル期間の後のピストンの圧縮行程中に、排気スリーブが完全に排気ポートを覆うようにすることによって、下死点におけるピストンドエル期間中ずっと排気ポートは開いたままとなる。これにより、ピストンのドエルのない公知のエンジンよりも、燃焼生成物の掃気のための時間をより長く提供する。
【００８７】
吸気スリーブが排気ポートを開き始める前のシャフトの回転の約２０度のときに排気スリーブが排気ポートを開き始めるようにすることによって、エンジンサイクルの期間は、シリンダ圧を掃気空気圧未満に下げるためのブローダウンを提供される。
【００８８】
下死点でのピストンドエル期間の初期に吸気スリーブバルブが吸気ポートを開く時間と、ピストンの圧縮行程中に吸気スリーブが完全に吸気ポートを覆う時間と、を調整することによって、吸気ポートは、エンジンサイクルのかなりの割合の間、開いたままとなる。これは、吸気ポートが閉じる前にシリンダが完全に給気するための時間を与える。
【００８９】
排気スリーブが完全に排気ポートを覆った後、シャフトの回転のが約２０度のとき、吸気スリーブが吸気ポート完全に覆う時間を調整することにより、エンジンは、シリンダに入る空気のある期間のチャージ圧縮または過給を可能にする。
【００９０】
軸方向スリーブカムは、シャフトの回転角の約１４０度の間、排気ポートが少なくとも部分的に開いたままとなり、シャフトの回転の約１４０度の間、吸気ポートが少なくとも部分的に開いたままとなるよう成形される。このように、吸気ポートおよび排気ポートは、エンジンのサイクルの相当な部分の間、少なくとも部分的に開いたままとなる。
【００９１】
軸方向スリーブカムはまた、シャフトの回転の約１２０度の重複期間で排気ポートおよび吸気ポートの両方が少なくとも部分的に開くよう形成される。このように、エンジンのサイクルの相当な部分がにわたって、シリンダへの空気の流入は、シリンダの掃気をアシストし、エンジンを通る空気の流れを向上させる。
【００９２】
前述の説明におけるすべての数値は、単なる例示であり、特許請求の範囲を限定するものではない。前述の説明におけるシャフトの回転の例示の値は、主に最適な体積効率のために設計された発明のひとつの特定の形態に関する。当業者は、シャフトの回転の代替値が、例えば最大出力密度、特定のタイプまたはグレードの燃料を使用した動作などの１つ以上の他の重要な要素を考慮して設計された修正されたバージョンのエンジンに適切であることを容易に理解するであろう。
【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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【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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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