JP2010242765A - 対向ピストン式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】環状に設置された出力シリンダを形成する円筒形シリンダを持つ円筒形外部ハウジング１２を有する内燃機関を提供する。
【解決手段】シリンダはそれぞれ、対向した吸気及び排気ピストン３８、４０を有する。吸気及び排気ピストンは、潤滑剤として従来のオイルの替わりに空気ベアリングを使用する。吸気及び排気ピストンは内燃機関の対向端に設置された回転カム４６、４８に出力を伝達する。カム追従システムがピストンに設置される。回転カムは、作用上、出力取出し軸１４に連結されている。４本バー・リンク装置１７２が、ピストン側面負荷を最小にするために、ピストンロッド５６、５８に連結されている。ジャンパ８４が、出力シリンダの端に連結され、燃焼後のシリンダを掃気するために内燃機関に吸い込まれる空気を加圧し、熱効率を向上することを目的として空気を燃焼行程時に間接的に加熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、往復動内燃機関に関し、特に、ピストン側面負荷を無くし、温度制御された出力シリンダ、対向した吸気及び排気ピストン、空気冷却され流体静力学的に空気潤滑されたピストンリングを使用し、エンジン有害排気物を減少させエンジン性能を向上させる高温シリンダ壁を組み込んだ先進バージョンのものに関する。

周知のように、往復動形式のディーゼルエンジン、ガスエンジンは、一般に、ピストンやコネクティングロッドやクランク軸を使用して、ピストン直線運動を回転運動に変換する。この変換プロセスにより、相当なピストン側面負荷が生じることは明白である。このピストン側面負荷により、ピストンスカートやシリンダや頑丈で重いエンジンケースの磨耗及び摩擦を抑制するためにオイル潤滑が必要となる。オイルの劣化や潤滑機能の喪失を防ぐため、シリンダ壁やピストン側面やピストンリングは、最高温度約３５０°Ｆ（１７７℃）以下で温度が保持される。一般的に、これらのエンジンは、冷却システムを組み込まなければならない。冷却システムにより、全熱エネルギの少なくとも２５％が、大気に離散して捨てられる。そうしなければ、このエネルギは、軸馬力になっているはずものである。

詳細は以下に述べるが、本発明に係るエンジンは、先行技術とは異なり、側面負荷を吸収することにより、空気クッションを伴いシリンダ内のピストンを浮揚させる。そうしなければ、上死点から離れた位置において、ピストンに側面負荷が掛かる。本発明に係るエンジンの特徴は、しなやかな材料から作られるエア供給チューブを使用することである。このエア供給チューブにより、ピストンリングがピストンと同心に保持され、ピストンリングのくぼみ集合体に空気が供給され、ピストンリングをシリンダと相対的に流体静力学的に押圧し、加圧された空気のポケット上でピストンとピストンリングを連続して浮揚させる。本発明に係るエンジンは、又、力を伝達しピストンへの側面負荷を減少させる４本バー・リンク装置と、カムに連結された独特なベアリングパックを使用している。本発明に係るエンジンは、又、圧縮空気を貯蔵する目的の独特なジャンパシステムを使用している。この圧縮空気は、燃焼室の燃焼物質を排出するために加圧され、燃焼に先立ち燃焼室へ予熱空気を供給する。本発明に係るエンジンは、又、シリンダ長に沿って燃焼による熱を分配し、出力シリンダ内で高作動温度を許容する、独特な出力シリンダを持っている。

本発明に係る発明者の一人は、米国特許第５５５１３８３号の発明者である。この特許で、出力シリンダと共通環状の圧縮シリンダベースから供給される加圧空気に依存する空気軸受システムの使用が開示されている。前記特許は、又、４本バー・リンク装置を採用しているが、この装置は、実際に作動するエンジンにおいて再現するには幾分複雑であり、本発明に係る独特な４本バー・リンク装置のような利益を提供しない。前記特許は、又、熱制御により燃焼室内を高温にする出力シリンダを採用しない。本発明に係るエンジンでは、出力シリンダを採用している。前記特許で提示されていない改良が、本願で開示され、特許請求がされており、個別に考慮しても他の関連技術と組合せても前記特許を超えているので特許の可能性がある。

１９９４年１２月２７日にエー・ロゥイ・ジュニア（ A.Lowi,Jr. ）に与えられた米国特許第５３７５５６７号により、冷却が不要で、２つの二重調和カムを使用した２サイクルエンジンが開示されている。この特許は、全ての側面負荷を除去するように、全負荷及び全速度における往復運動と回転運動をバランスさせることを、特許請求している。以下に詳細に述べるが、本発明に係るエンジンは、大部分のピストンエンジンのようにはピストン用潤滑剤としてオイルを必要とせず、潤滑剤として空気を使用するにも関わらず、本願は、無潤滑での作動能力に対して何ら特許請求していない。本発明に係るエンジンも又、側面負荷を減少させるために４本バー・リンク装置を利用する。更に、本発明は、ピストンにたまたま発生する軽い側面負荷をシールし吸収する独特なシールを採用している。

対向ピストンと調和型カムを使用するが、側面負荷を減少又は消去するリンク装置を組み込まない他の特許は、１９３７年４月６日にバーンズ（ E.B.Burns ）に与えられた米国特許第２０７６３３４号、１９３１年１月６日にウールソン（ L.M.Woolson ）に与えられた米国特許第２０７６３３４号である。

更に、オイルよりもむしろ潤滑用ガスを利用する数多くの特許が、先行技術において開示されている。例えば、１９８４年１月２６日にシャピロ（ Shapiro ）その他に与えられた米国特許第４４５５９７４号は、エンジン内で発生したガスを、流体静力学的にピストンを支持するために利用している。同様に、１９８７年７月２１日にクボ（ I.Kubo ）に与えられた米国特許第４６８１３２６号は、エンジンガスを、ピストンを支持するために利用している。１９７８年９月５日にディビソン・ジュニア（ Davison,Jr. ）に与えられた米国特許第４６８１３２６号は、エンジンガスを、ピストンを支持するために利用している。１９７３年１２月１１日にレンジャ（ K.W.Lenger ）に与えられた米国特許第３７７７７２２号は、摩擦減少用の空気を伴ったリング無しピストンを開示している。

本発明により、低重量出力比、低排ガス、低燃費を持つ改良型内燃機関が提供される。本発明に係るエンジンは、公知の内燃機関を超えた数多くの改良をともなうものである。

本発明は、シリンダ内で往復動をするために搭載された対向ピストンを持つ少なくとも１つのシリンダを囲繞するハウジングを持つ内燃機関を含む。対向した出力カムが出力軸上に搭載されている。それぞれの出力カムは、対向ピストンのそれぞれの１つに作用上連結されている。端部平板は、ハウジングに取付けられており、ハウジングを中心部と端部に分離している。シリンダ内で往復動をするために搭載された対向ピストンを持つ少なくとも１つのシリンダは、中心部に搭載されており、対向した出力カムのそれぞれの１つは、端部のそれぞれの１つに搭載されている。対向ピストンは、ピストンをカムに作用上、相互連結するコネクティングロッドを持つ。端部平板は、コネクティングロッドの往復動を受け入れる開口部を持つ。独特なシールは、中心部と端部の間をシールし、シリンダを端部平板に対しシールするために提供される。実施例のエンジン全体は、全てのばね定数をエンジン内の連結を偶然弱めることを避けるために受け入れ可能な定数に維持するように設計される。

本発明に係る出力シリンダは、シリンダのテーパ化を避けるために、シリンダの全長に沿って熱を分配するよう、独特に設計されたものである。出力シリンダは、予め決められた長さを持つ第１中空チューブにより形成された第１部材を持つ。第１中空チューブは、第１中空チューブ内で往復動する少なくとも１つのピストンを収納するようにされている。第１中空チューブは、燃料と空気混合物が導入され、圧縮され、着火される燃焼室を形成する。第１中空チューブは、高熱膨張係数と低熱伝導性を持つ。

第２部材は、第１部材に当接して装着される。第２部材は、高熱膨張係数と高熱伝導性を持つ。

第３部材は、第１中空チューブの燃焼室に当接して、第１中空チューブ回りに取付けられる。第３部材は、低熱膨張係数と低熱伝導性を持つ。

第１部材、第２部材、第３部材は、以下の方法により第１部材のテーパ化を減少させるよう、相互作用をする。すなわち、最初、燃焼室内に第３部材を通じて熱を溜め、燃焼室の膨張を減少させ、その後燃焼室で発生した熱を、第１部材の全長に沿って概略一定の温度を維持するために、熱を第２部材に沿うように導きながら、第１部材に沿って分配する方法である。

本発明に係るエンジンは、燃焼行程で発生した出力を１対の出力カムに伝達するベアリングパックを使用する。このベアリングパックは、ハウジングを持っており、ハウジングは、頂面と、頂面から伸びる対向脚部を持っている。脚部は、対向する内面と外面を持っている。１対の軸は、対向する内面の外へ伸び、１対のピンは、外面の外へ伸びる。軸とピンは、同軸である。

４本バー・リンク装置は、ピンに連結され、案内回転輪は、軸に連結される。案内回転輪は、第１回転輪と第２回転輪を持ち、第１回転輪は、第２回転輪よりも大きな直径をもっている。対向する複数のカムは、間隔を置いて離れた対向する軌道を持つ。第１回転輪は、一方の軌道に係合し、第２回転輪は、他方の軌道に係合する。

本発明に係るピストンは、外縁部をもつ対抗する複数の燃焼面を含み、独特に設計されている。複数の燃焼面の外縁部は、それぞれ決められた形状の表面を持つ。決められた形状の表面は、複数のピストン燃焼面の間で、燃焼室を対で形成する。これにより、燃焼時に燃焼室からの熱損失を減少させるために、燃焼面が概略閉鎖されるようになる。

本発明に係るエンジンの斜視図である。 ハウジングと出力シリンダを点線で示した本発明に係るエンジンの側面図である。 本発明に係る出力カムの斜視図である。 本発明に係るベアリング箱の部分の斜視図である。 出力カムの対向壁と係合するベアリング箱の複数の回転輪を示している、出力カムの部分断面図である。 本発明に係るベアリング箱の複数の回転輪の分解図である。 出力シリンダを仮想線で示した圧縮シリンダ基礎部の斜視図である。 出力シリンダの斜視図である。 吸気導入管を通じて吸気管に搭載された圧縮シリンダベースの斜視図である。 出力シリンダと圧縮マニホールドを端部平板へ連結する方法を説明するための断面図である。 本発明に係る低径方向荷重形円環スプリングの斜視図である。 図７Ｄのスプリングの斜視図である。 本発明に係るエンジンの作動サイクルを説明するための解説図である。 本発明に係るエンジンの作動サイクルを説明するための解説図である。 本発明に係るエンジンの作動サイクルを説明するための解説図である。 本発明に係るエンジンの作動サイクルを説明するための解説図である。 本発明に係るエンジンの作動サイクルを説明するための解説図である。 本発明に係るエンジンの作動サイクルを説明するための解説図である。 本発明に係る端部平板の斜視図である。 ピストンが上死点に位置する時の出力シリンダの断面図である。 本発明に係るピストンの分解図である。 本発明に係る流体静力学軸受を示すピストンの部分断面図である。 本発明に係るピストンリングの部分斜視図である。 ピストンロッド・シール体の部分断面図である。 ピストンロッド・シール体の部分斜視図である。 本発明に係るピストンロッド・シール体の部分断面図である。 空気供給路コネクタを示すエンジンの部分断面図である。 本発明に係るオイル噴射器を示す、本発明に係るエンジンの部分断面図である。 本発明に係る４本バー・リンク装置の側面搭載図である。 本発明に係るベアリングパックとカムの断面図である。 複数の出力シリンダの間を伸びる回転軸を持つ、２つの出力シリンダを示すエンジンの断面図である。 本発明に係る空気軸受ピストンリングの斜視図である。 本発明に係る空気軸受ピストンリングの部分拡大図である。 本発明に係る空気軸受ピストンリングの空気吸入口で切った断面図である。 本発明に係る空気軸受ピストンリングをバイパス溝で切断した断面図である。

好適な実施例として、本発明に係るエンジンは、４シリンダと８ピストンで構成されており、正反対に対向した一対のピストンは、振動がほとんど無いエンジンを提供するためにエンジン運転中は常にアンバランスを最少にもしくは消去し、あるいは平面負荷を無くするように、軸対称的に、圧縮し膨張する。一対のピストンは、出力軸一回転に対し２度「燃焼」するので、一対のピストンは、出力軸ＲＰＭ（毎分回転数）の半分で２度トルクを発生させる。本発明は、特殊パラメータを含んだ実施例で記述されているが、当業者にとり、本発明の範囲から外れること無く、多数のピストン及び付随するシリンダを含んだ他のパラメータを使用することが可能であることは容易に認識できる。単一のシリンダ内に対向する２つのピストンが、最少数のピストンとシリンダを構成するのが理解できよう。４シリンダと８個のピストンが使用可能であることも又、理解できよう。

図１は、エンジン軸Ａ回りを回転する回転軸１４を囲むモジュール式円筒状エンジン外部ケースを備え、参照番号１０で示される、本発明に係るエンジンの斜視図である。軸１４は、前端１６と後端１８から外へ伸びている。吸気管２０と排気管２２は、エンジン外部ケース１２を囲繞しており、吸気ピストンと排気ピストンにつながっている。吸気導入管２４は、吸気ピストンを吸気管２０に連結する。実施例において、排気管は、排気ピストン近くの孔に直接つながっている。以下に詳述するが、吸気管（適式なフィルタを含んでも良い）に設置された吸気孔８０は、新鮮な大気をシリンダ内へ導入する。排気管２２近くに設置された排気孔は、燃焼生成物を大気へ排出する。

燃料管（図示せず）の圧力により燃料が供給される燃料ノズル・インジェクタを通じて、燃料がシリンダに入る。燃料溜めからの燃料は、適式なインジェクタポンプにより周知の方法で加圧される。実施例において、補機は、前端１６から伸びる回転軸１４の一部により駆動されるであろう。負荷を駆動する出力は、後端から伸びる軸から引出されるであろう。これはもちろん選択肢であり、補機又は負荷用出力のいずれかは、回転軸１４のいずれの端部から引き出して良い。エンジンが駆動する負荷とは、制限は無く、乗用車、四輪駆動車、航空機、舶用推進機、その他の出力ユニット、発電機、陸上移動車両、その他の類似物である。

図２に示すように、図示のエンジンにおいて、周辺で等しく間隔を明けた４つの出力シリンダ組立体３６があり、これらは、図２で点線により示される。出力シリンダ組立体３６の構成は、以下に詳述する。出力シリンダ組立体３６は、８個のピストン、すなわち、４個の排気ピストン４０に対向する４個の吸気ピストン３８を保持する。

回転軸１４は、対向している出力カム４６と４８に連結し回転させられる（図２、図３）。実施例において、カムは、鋼とアルミニウムで作られるが、他の材料を使用することもできる。出力カム４６と４８は、同心軸上にエンジンケース内に設置される。出力カム４６と４８はそれぞれ、吸気ピストン３８と排気ピストン４０により、コネクティングロッド５８と５６のそれぞれを介して駆動される。コネクティングロッド５８と５６は、各ベアリングパック６０に作用上連結されている。図４に示すように、各ベアリングパック６０は、側壁６４と側壁６６及び脚部６５及び頂面６８を持ち、概略Ｕ字形をしたハウジング６２を含んでいる。実施例において、頂面６８と脚部６５は、１部材となっている。コネクティングロッド５８と５６は、頂面６８を通過しコネクティングロッド５８と５６内のねじナット６９内へねじ込まれるボルト６７により、各ベアリングパック６０に連結されている。実施例において、ばね定数は、予め３より大きく決められている。更に、本発明に係るエンジン１０の至る所の全ての連結において、３より大きいばね定数が望ましい。ばね定数は、次の数式から決められる。
Ｋ＝ＡＥ／Ｌ
Ａ＝各部材の断面積 Ｅ＝弾性係数 Ｌ＝各部材の長さ

例えば、ボルトとナットが、多数の材料を連結するために使用される場合、ばね定数は、次のような多数のボルトのばね定数の比により決められるであろう。

側壁６４と側壁６６はそれぞれ２つのローラーベアリング７０、７２を保持する（図５）。ベアリング７０は、出力ベアリングであり、ベアリング７２は、後退用ベアリングである。ベアリング７０、７２は、側壁６４、６６のそれぞれの内側から突き出る、共通軸としてのピン７３に装着されている。ピン１７６は、４本バー・リンク装置のバーとの連結のために側壁６４、６６のそれぞれの外側へ突き出ている。ピン１７６は、ピン７３と同軸である。このように、ベアリングパックの作動において、曲げモーメントが最少となる。

それぞれのベアリングパックは、図５と図２０に示す出力カム４６と４８に作用上装着されている。出力カム４６と４８は、ベアリング７０、７２が乗る対向する軌道７５と７７を有する。実施例において、側壁６４、６６は、脚部６５と頂部６８とボルト７９に取外しが可能なように組み付けられている。このように、ベアリング７０、７２を装着した側壁は、係合軌道７５、７７の間で、ベアリング７０、７２を組み付けられることができる。

実施例において、ベアリングは、後退予荷重スプリング８１により予め荷重が掛けられている。図示のように出力ベアリング７０は、ピン７３上に装着されており、後退ベアリングは、予荷重スプリング８１と後退キャリアを通過して、ピン７３上に装着されている。スプリング８１の溝８７により、ベアリング７２は、ピン７３とベアリング７０に関して片寄せされている。対向する軌道７５、７７の間の距離は、ベアリング７０、７２の組合せ半径よりも若干小さい（図５）。このように組立てた時、ベアリングは、若干予荷重が掛けられている。これにより、常時、接触が確保され、隙間が吸収される。加えて、スプリング８１により、軌道７５、７７に関して、ベアリング７０と７２を結合しないで、ベアリング７０と７２の間の相対的動きが可能となる。

出力シリンダ内の燃焼により、吸気ピストン３８と排気ピストン４０が互いに離れるように押圧される時、ベアリング７０は、出力カム４６と４８を軸Ａ回りに回転させるように、出力カム４６と４８の軌道７７に対して力を伝達し、軌道７７上を回転する（図１及び図２）。ベアリング７２は、軌道７５、７７とベアリングが接触を維持するように遊び車（ idlers ）として作動する。そしてベアリング７２は、又、それぞれのピストン組立体の慣性力ベクトルが、出力カムによりピストン組立体に加えられる加速力より大きい時（そしてベクトル方向がピストン頂面へ向かう時）、出力カムを軸Ａ回りに回転させるのを補助する。正反対のことが、他の特別な状況で起きる可能性があることは明らかである。ベアリング７０は、ピストン３８とピストン４０の出力行程時に、カム４６と４８を駆動する。小形ローラーベアリングあるいは後退ベアリング７２は、それぞれ吸気ピストン３８と排気ピストン４０を駆動させ、吸気ピストン３８と排気ピストン４０を下死点へ引張るカム４６と４８の軌道７５を転がる。その時、吸気ピストン３８と排気ピストン４０は、軌道７７を転がる複数の大形ローラーベアリング７０により、一緒に押される（すなわちピストン頂面に向かう加速力ベクトルが反対方向の慣性力ベクトルより大きい時）。ある状況の下で、複数の大形ローラーベアリング７０は、吸気ピストン３８と排気ピストン４０を全行程に位置付ける十分なエネルギを持つ。他の状況において、小形ローラーベアリング７２は、吸気ピストン３８と排気ピストン４０を下死点に位置付けるのを補助しなければならない。ベアリングの外形輪がカム表面で水上滑走（ hydroplane ）して、接触痕跡を最小にし、ベアリングが半径の合致した軌道を動く時、接触痕跡内の個々の部分の速度差を最小にし、クッション性を備え、金属接触を避けるように、カム４６と４８の軌道７７は、大形ベアリング７０より若干大きい半径に作られている。

ベアリングパックは、４本バー・リンク装置１７２により作用上、支持されている（図２）。装置１７２は、平板１７０上の装着バー１７４とベアリング１７８の間に連結され（図２）、ピン１７６（図４）に装着された４本のバーを持っている。ベアリング１７８は、ピン７３とベアリング７０と７２と、同軸である（図５）。このようにピストン３８と４０には、曲げモーメントは存在しない。４本バー・リンク装置１７２により、ピストン３８と４０の直線運動が、カムを駆動するピストンによりピストン３８と４０を通じてシリンダ壁９８へ伝達される反作用力が引起されること無く、カム４６と４８の回転運動へ変換される。

４本バー・リンク装置１７２を、更に図１９と図２０で説明する。本発明に係る４本バー・リンク装置１７２は、ピストン３８と４０を案内し、カム４６と４８の側面負荷を、リンク装着点１８０とリンク装着点１８２へ反作用力として掛ける。中央結合リンク又はベアリング１７８は、回転中心を持っているので、カム４６と４８の側面負荷が、ピストン３８と４０とピストンリング１３０に移されることは無い。複数のリンク１８４の間には、ピストン３８と４０とピストンリング１３０に要求直線運動を与えるような、幾何学的に正確な関係がある。その関係は、４本バー・リンク装置１７２の部材の長さと装着点１８０と１８２の位置の組合せである。

例えば、ある１つのエンジンのデザインにおいて、ピストン３８と４０は、２インチ（５０.８ｍｍ）の行程を持っている。公差及び設計範囲から外れる可能性も考慮して、それぞれの行程終端に０．１インチ（２.５４ｍｍ）が付加される。部材長は、２．２インチ（５５.９ｍｍ）の行程に関して選択される。エンジンのリンクは、次の寸法となる。
結合リンク１７８の行程： ２．２インチ（５５.９ｍｍ）
装着点１８０： Ｘ＝１．７７２６， Ｙ＝０．８８０
装着点１８２： Ｘ＝−１．７７２６， Ｙ＝−０．８８０
リンク１８４の長さ： １．９９インチ（５０.５ｍｍ）
結合リンク１７８の長さ： １．７７インチ（４５.０ｍｍ）

エンジン行程を大きくしたり小さくしたりする際には、これらの部材の比率は維持されねばならない。それぞれの部材長は、行程の変化に合わせて比例して変化させる。行程が２倍になる時は、全ての寸法は、２倍にしなければならない。部材の応力を減少させるために、全てのリンクは２倍のせん断力が掛かる。

エンジンの作動サイクルを、図８Ａから図８Ｆに、詳細に表わす。図８Ａは上死点を、図８Ｂは出力行程を、図８Ｃは排気行程を、図８Ｄ、Ｅは圧縮用空気の充填と出力シリンダ内の掃気を、図８Ｆは、圧縮行程を示す。

図８Ａに示すように、吸気ピストン３８と排気ピストン４０は、上死点に位置し、圧縮行程の最後及び出力行程中であり、正確な圧縮比にするために互いに近接して位置している。前述より明らかなように、出力シリンダの圧縮室２９内の空気（吸気ピストンと排気ピストンの間の容積）は、十分に圧縮され、燃料ノズルインジェクタを通じて燃料が適時に導入され、複数のピストンを分離させる爆発を起させる。この作動点において、吸入チェックバルブ８５の上流側と下流側の空気は、基本的に同一圧力であるか、あるいは上流側圧力は中間吸気通路８６と８８及び吸気伝達管もしくはジャンパ８４よりまだ若干大きいので、吸入チェックバルブ８５は、開いている。ピストン３８と４０の下部で接する容積を持つ室（吸気通路８６と８８及びジャンパ８４を含む）をシールするために、Ｏリングシール８３が使用される。このシールは又、シリンダ３６と平板１７０の間の熱落差を調節する。吸気ピストン３８と排気ピストン４０の背後は、吸気通路８６と８８及び吸気ジャンパ８４を介して吸気孔８０と連結しているので、吸気ピストン３８と排気ピストン４０の背圧は同一である。

図２１の実施例に示すように、シリンダ３６は、低ばね定数のＯリングシール８３により円周上で支持されており、端部平板上でエンジンに、特徴をもって取付けられている。この特徴とは、コネクティングロッド５６、５８と端部平板１７０の棒シール穴１９０との同心性を保つことである。シリンダの軸方向位置は、加工された部材の公差を補償するシム２５１により調整することができる。吸気側及び排気側端部平板１７０は、同一であり、スプリング２５０が排気側端部平板１７０に設置されているのと同じ位置で吸気側の隙間を充填するようにシム２５１が使用される。

シリンダ３６は、他端の排気側端部平板１７０に反作用力を掛けるスプリング２５０により、吸気側端部平板１７０に組み付けられている。スプリング２５０（現在は波形スプリング）は、出力シリンダ内壁９８上でのピストンリング１３０又はピストンスカートにたまたま摩擦が生じた場合、これに打ち勝つための十分なスプリング力を有する。

図８Ｂに示すように、２つのピストンとも、下死点に向かって移動中であるので、チェックバルブ８５は、ガスが吸気孔８０に向かって流れることができないように、そして吸気ピストン３８と排気ピストン４０の背圧が増加しないように閉じられる。出力シリンダ組立体３６の圧縮室２９内のピストン３８とピストン４０の間の燃焼生成物による圧力は、減少する。排気孔９０は、このサイクル作動点において閉じられたままとなっている。

図８Ｃに示すように、２つのピストンは、なお互いに離れながら下死点に向かって移動しており、排気孔９０は開いており、吸気通路８６は、圧縮室２９とつながらないよう遮蔽されており、空気が吸気孔８０に向かって流れることができないように、チェックバルブ８５により閉鎖されている。その結果、吸気圧はピストン下部で上昇し続ける。排気ガスは、圧縮室から排出している。このサイクル作動点において、出力シリンダ組立体３６の圧縮室２９内の流体圧はその最低値へすみやかに減少する。

図８Ｄに示すように、下死点において、排気孔９０は、完全に開き、吸気通路８６と８８は、圧縮室と完全につながっている。これにより吸気ジャンパ８４内に留まっている空気が出力シリンダを満たすことができることにより、出力シリンダ組立体３６の圧縮室２９が掃気される。出力シリンダ組立体３６の充填に先立って、ジャンパ８４内に留まっている空気は、燃焼プロセス時に燃焼生成物との間接的熱交換により予熱され、結果的にエンジン効率が増加する。なぜなら、このことによりピストン頂部が、高出力を可能にし、シリンダの熱テーパ化を減少させる高温で運転されるからである。しかしこの予熱の割合は管理されなければならない。過大な予熱は、総合エンジン効率を悪化させる。

図８Ｂと図８Ｃにおいて、ピストン３８とピストン４０の背後に留まる空気は、吸気ピストン３８により圧縮室２９から遮断される。吸気ジャンパ８４は、ピストン３８とピストン４０の背後の容積とのみつながっている。この空気は、ピストンがまだ出力行程にある間は、完全に留まっている。このため、出力行程により更に空気が圧縮される。図８Ｂ、８Ｃ、８Ｄに示すように、出力行程の残りの期間中、ピストンは、行程終端に近づくので、吸気ピストンと排気ピストンの動きにより、非常な高圧の残留圧縮空気が生成される。

図８Ｅと図８Ｆに、ピストンがカム４６と４８により出力行程への移行点である上死点（図８Ａ）に向かって駆動される圧縮サイクルを示す。吸気ピストン３８と排気ピストン４０が、互いに対向して移動し、吸気通路８６、８８及び排気孔９０を通過する時、出力シリンダの圧縮室２９内に留まる空気が、上死点における最高値に到達するまで圧力を上昇させるよう、圧縮される。一旦、ピストンが吸気通路８６、８８を通過すると、吸気ピストン３８と排気ピストン４０の後端は、吸気圧力に対して開いたままとなる。そしてチェックバルブ８５の背圧が、大気圧と等しくピストン３８とピストン４０の下部圧力より大きいので、これらのチェックバルブは、開いたままとなりピストン３８とピストン４０の後端は、大気を引き入れる。

出力カム４６と４８の形状を変えることにより、エンジンの特性を変更することができることは、当業者が容易に理解することである。例えば、出力カム４６と４８の平面の長さを調節することにより、加速、速度、排ガス、出力、その他の特性を変えることができる。

エンジン１０では、本エンジンと同容量の吸排気孔を開閉するポペット弁のような弁装置を必要とせず、吸気ピストンと排気ピストンという手段により開いたり閉じたりするということが、以上から認識できるはずである。

図７に示すように、圧縮シリンダ組立体ベースは、部分的にシリンダ３６で囲まれて、概略９５で示され、締結ボルト９３とナット９１を通じて吸気管８９に装着される圧縮シリンダマニホールドベース９２を含む。締結ボルト９３は、吸気ジャンパ８４を通過して伸びる。出力シリンダ組立体３６は、マニホールド開口部９４内に搭載される。出力シリンダ組立体３６は、図７Ａに示され、以下で詳細に述べる。実施例において、吸気チェックバルブ８５（図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ）は、吸気管８９の吸気孔８０に装着されるリード弁である。締結ボルト９３とナット９１により、出力シリンダ組立体３６と圧縮シリンダ組立体ベース９５は、単一組立体に連結される。これらの組立体はそれぞれ複数の平板１７０の間に搭載される（図９）。平板１７０は、外部ケース１２にボルト留めされる。

図７Ｃで、出力シリンダ組立体３６をマニホールド８９と９２内に据え付ける好適な方法について説明する。マニホールド８９と９２の開口部９４は、Ｏリング１１０収納用の溝１０６、１０８を持つ。径方向に小さいばね力を持つ環状スプリング１１２、１１４が、マニホールド８９、９２と出力シリンダ組立体３６の間に設置されている。スプリング１１２は、真直スプリングが好ましく、スプリング１１４は、Ｖ形スプリングが好ましい。スプリング１１４は、図７Ｄに詳細が示される。スプリング１１４は、環状外側スリーブ１１７に一端でろう付けされた環状内側スリーブ１１５から作られるのが好ましい。スプリング１１２、１１４はいずれも、低熱伝導材質で作られるのが好ましい。図７Ｃで、スプリング１１２、１１４は、シリンダ組立体３６に、より詳しくは第２チューブ１０２にピン１１６によりピン留めされている。ピン１１６は、シリンダ組立体３６の、より詳しくは第２チューブ１０２の孔に、プレスにより挿入されるのが好ましい。スプリング１１２に関して、孔はピン１１６の収納用にマニホールドに備えられる。Ｏリング１１０とともにスプリング１１２、１１４を使用することにより、適切なシールが確保され、結合部材間のばね定数のバランスも確保される。シールを完全にするために、Ｏリング１１０が更に平板１７０とシリンダ組立体３６の間に装着される。シムがこの図に示されている。

図７Ｂに、吸気導管２４から吸気管８９へ通じる入口管２０の相互連結を図示する。

図７Ａ、図１０で、出力シリンダ組立体３６を説明する。出力シリンダ組立体３６は、いずれも熱伝達を遮断したり容易にしたりし、特にシリンダ全長に沿って安定した平均温度でシリンダを維持するために、３つの異なった材料から構成されている。出力シリンダ組立体３６のゆがみを防止するため、出力シリンダの温度を可能な限り一定に維持することは、重要である。シリンダ温度が維持されない場合には、典型的な標準型内燃機関においては、シリンダ３６の直径は変化し、磨耗、ピストンガスの漏れ、効率の悪化の問題が生じ、本発明に係るエンジンにおいては、以下で詳述するが空気ベアリングの問題が生じる。典型的な内燃機関においては、シリンダは、熱い領域で膨張し、円錐化やテーパ化を引起す。シリンダ全長に沿ってシリンダ温度を狭い範囲内で維持することにより、明らかな円錐化やテーパ化は無くなる。

シリンダ３６の温度は、典型的な内燃機関のシリンダ温度より高くなる。これは、いくつかの理由により、本エンジンに関しては問題を生じない。シリンダ３６は、潤滑剤としてのオイルを含まず、空気が使用され、熱容量、熱伝導性が低い。そして、ピストン側面負荷やオイルせん断による摩擦熱は、本エンジンに関しては問題とならない。それゆえ、より高い温度を受け入れることができる。鍵となるのは、燃焼により生じた熱をシリンダ全長に沿って概略一定方法で配分することである。

熱配分は、シリンダ３６において３つの別材料を使用することにより達成される。第１の材料は、鋼であり、Ａ２８６が好ましい。実施例では、鋼スリーブ１００が使用される。図７Ａに示すように、入口８６は、スリーブ１００に形成される。この材料は、高アルファ（高熱膨張係数）と低伝導性を持つ。スリーブ１００の周囲に第２の材料の銅で作られたスリーブ１０２が装着される。スリーブ１０２は、スリーブの必要性は無く、細い板状その他のものでも良い。スリーブ１０２は、２つの部分に分けられ、燃焼室で２つの部分の間に隙間を設けて、燃焼室に当接して装着される。銅は、高アルファと高伝導性を持つ。第３の材料は、燃焼室まわりに装着され、部分的にスリーブ１０２を囲んでいるステンレス鋼スリーブ１０４である。このスリーブ１０４は、低アルファと低伝導性を持つ。

この構成により、燃焼室内で発生した熱は、スリーブ１０４により顕著に遮断される。スリーブ１０４内に吸収される熱の大部分は、銅スリーブ１０２へ導かれる。高伝導性を持つ銅スリーブ１０２は、低伝導性スリーブ１０４から伝達される熱と燃焼領域と最も離れているスリーブ１００の冷たい端部の間の温度を素早く平滑化する。従って、この構成により、熱応力によるシリンダのテーパ化は最小となる。ステンレス鋼スリーブ１０４に関して、その高アルファにより燃焼室におけるテーパ化を除去できず、低伝導性による耐熱性があるならば、厚さ等を減少させる。このように、シリンダ３６に沿って異なった熱特性領域の間でテーパ化は減少され除去され、平衡化される。そして、有効な仕事を供給する出力行程の初期段階で燃焼室内に熱が保持される。スリーブ間の金属接触を様々な温度と熱勾配において保持するために、相対的なアルファは重要である。本実施例において、金属接触は、主として真鍮ろう付けによる熱接合により、結果的に達成される。他の機械的な接合あるいはハンダ付け等により同一の結果が得られることは、当業者にとり周知である。

図１１及び図１３により、ピストン組立体１２０を説明する。本実施例において、ピストン組立体１２０は、ピストン頂面１２２、リングパック頂部１２４、リングパック底部１２６、ピストンベース１２８及びピストンリング１３０を含む。ピストン組立体１２０を構成する様々な部材が、ピストンベース１２８から伸びる突起１３４を通過してピストン頂面１２２から伸びる突起１３２内へ挿入されるボルト（図示せず）により互いに締結される。突起１３２は、リングパック頂部１２４と底部１２６上の穴１３６を通過して伸びている。突起１３２と１３４とボルトにより、ばね定数が、もう一度、調整される。

ピストン頂部１２２は、シリンダ壁９８に対する熱輻射効果を減ずるために特別な構造となっている。図１２に示すように、排気ピストン４０の面４２と吸気ピストン３８の面４４は、外周で重なり合う表面１４２と１４４を持っている。

これらの重なり合う表面１４２と１４４が、シリンダ壁を、燃焼時に発生する輻射熱から遮蔽し、輻射熱を燃焼室内に閉じ込める。重なり合う表面は異なる形状を持つことができる。例えば、突起部１４２は、吸気ピストン３８上に位置することができ、突起部１４４は、排気ピストン４０上に位置することができる。

エンジン１０の燃焼を更に調節するために、燃料噴射用凹部１６４がピストン頂部に備えられる。凹部１６４は、完全燃焼のため、燃料を通路に沿うよう導き、燃料液滴が燃焼前に固体表面に接触しないようにするため、その幅よりも長さが長くなっている。

図１１及び図１２により、本発明に係るピストンリング１３０は、流体静力学的浮上用ポケット２４４を持つ分割形ピストンリングが、好ましい。加圧された空気が、分割されたそれぞれのリングに形成され環状にスペースを持つポケット２４４に、小径で柔構造のチューブ１４８を介して流入する。柔構造のチューブ１４８は、一定のばね定数の曲線になるように概略Ｕ字形をしている。柔構造のチューブ１４８は、ピストンベース１２８からパイプで供給された加圧空気を溜める中央空気管１５０に差し込まれている。加圧空気は、コネクティングロッド５６と５８から管１５０の穴内へ流入する（図１３）。保持壁１５４は、シール１５８を通過する柔構造チューブ１４８の自由端を、順番に保持する。それからリング１３０内へ差し込まれる。図１１、図１２、図１３に示すが、保持壁１５４は、チューブ１４８を保持するための複数の溝１５６とシール１５８を持っている。溝１５６は、チューブ１４８の横方向の動きを可能にする。シール１５８は、平面１６０と相対的長手部１６２を持っている。長手部１６２は、チューブ１４８を保持し溝１５６に適合させ、平面１６０は、壁１５４に係合する。長手部１６２は、チューブ１４８に対して溝１５６内で孔を効果的にシールする。平面１６０は、溝１５６において孔をシールする。このシール方法の組合せにより、ピストン３８とピストン４０の凹部からの燃焼ガスがシールできる。

チューブ１４８から供給される空気は、ピストン３８とピストン４０をシリンダ壁から浮上させるため、リング１３０の浮上用ポケット２４４に流入する。ポケット２４４は、流入した空気がシリンダと相対的にピストンリングを押圧し更にピストンの浮上位置を決めるように、等しい空間を持ちピストンリング周上で最適に位置するように配置される。チューブ１４８はそれぞれ、概略Ｕ字形に曲げられており、一端がピストンに係止され他端がピストンリングに係止されているので、チューブ内の圧力とチューブ壁の応力により、流体静力学的浮上力とともに出力シリンダ壁と相対的にピストンとピストンリングを一定の間隔を空けて浮上させる力が発生する。チューブ１４８は、すぐ上で述べたように、ピストンリングを適切に取付けるために十分なばね定数を持つように良好な適合特性を示す、適式で柔軟性がある弾性材料（金属あるいは合成材料）から作られる。

前述したように、流体静力学的ベアリング用の空気は、ピストンリングを潤滑し冷却し、少量ではあるが燃焼用空気を追加する。加えて、流体静力学的ベアリングは、ピストンとピストンリングを浮上させ、側面負荷と摩擦を最小にする。側面負荷は、４本バー・リンク装置を使用することにより更に除去される。流体静力学的ベアリングによる（ピストンとピストンリングの）中心位置への保持作動により、リングとシリンダの間の吹き抜け（ブローバイ）も又、最少となる。

空気ベアリングピストンリング１３０は、低質量の空気流デバイスであるが、より重要なことは、作動には１００psig（ゲージ圧689500Ｐa）から２００psig（ゲージ圧1379000Ｐa）しか必要ないことである。これらの低い作動圧によりいくつかの利益が生じる。１つは、付随出力の損失が非常に小さいことである（すなわち空気供給に必要な出力は、５０馬力シリンダに対して０.６から３.２馬力である）。第２に、１００から２００psigに加圧された大気は、空気に加えられた熱が小さいことである。それゆえ、空気の温度は、それ程は増加しない。結果的にピストンリング１３０用冷却剤としての加圧空気の価値は高まる。同様に、このことにより、リング１３０の材料許容限に到達せずに、高出力レベルで駆動できる。

低い作動圧が、サポートポケット２４４を囲むプレス溝２４２により達成される。溝２４２は、ピストン３８とピストン４０の低圧側（すなわち燃焼側と反対側）と通じている。溝２４２は、円周溝２４６とバイパス溝２４８を備える。溝２４８は、おおむね低圧であり、それゆえ空気ベアリング効果が発揮される。この供給作動圧における浮上リフト量を最大にするため、ポケット２４４の流入可能領域は周上で最大にされる。

非常に高い圧力が空気ベアリングピストンリング１３０上で生じる動的燃焼プロセス時に、この新しく構成され最適化されたＡＢＰＲ（空気ベアリングピストンリング）により、非常に複雑な仕様組合せが効果的に管理されている。例えば、５０馬力シリンダで運転されるＡＢＰＲにより、設計者が望むのなら、０psigではシリンダ間隙が０.０００９インチ（０.０２３ｍｍ）であって、供給圧１００psigから２００psigでは燃焼時に上死点においてシリンダ間隙０.０００１インチ（０.００２５ｍｍ）又は０.０００００インチのリングを備えることができる。しかし、０.０００００インチの間隙においては、結局は上死点に非常に近い領域で起きる磨耗を最少にするため、特別な注意を払わなければならない。磨耗は燃焼により発生し、流体静力学的リフト力は、シリンダからリングを浮上させるため、かなり大きくなければならない。

燃焼時の浮上力は、大きくしなければならない。なぜなら空気供給管２０４の荷重とリング１３０の背後の正味燃焼圧力が反対側にあるからである。リング１３０の前面の燃焼圧力は、影響の大きい効果的な領域が背後の燃焼圧力領域よりも小さいから、さほど重要ではない。この前面領域は、図２２において面Ａで表される。この正味燃焼圧力はＡＢＰＲを放射状に外側へ押し、リングとシリンダの間隙を減少させる。又、高圧燃焼ガス漏れ（ブローバイ）は、溝２４２により素早く短絡化され、燃焼ガス内へ逆流するのを妨げる。この短絡により、ＡＢＰＲにおいて供給空気の冷却効果を維持し、燃焼ガスの燃焼生成物による汚れを防止し、力を平衡状態にするＡＢＰＲ浮上システムが高頻度に応答できるようにする。

この磨耗はいくつかの理由で最少になる。すなわち、ピストン側面負荷や着座（０インチの間隙）が、非常に低いピストン速度では無いこと及び磨耗は摩擦力と速度変化の関数だからである。

空気ベアリングピストンリング１３０は、オイルよりもむしろ空気で潤滑される。ピストンリング１３０の目的は、燃焼圧力の漏れを最少にすることであり、これは、リング１３０とシリンダ壁９８の間の非常に小さい径方向の隙間を必要とする。リング１３０とシリンダ壁９８の間の隙間は、小さくかつ負荷を浮上させるために十分に大きい。ピストンリング１３０の独特の特徴は、自己等量作用である。例えば、過大な空気が、リフトポケットあるいはサポートポケット２４４の端から漏れているなら、隙間が減少して、空気流量率を空気供給率に等しくなるように減少する。逆に、リフトポケット２４４の端からの空気漏れが過少の時は、空気圧は増加し、正確な空気流を得るために負荷を浮上させる。空気ベアリングピストンリング１３０の機能的間隙は小さく、燃焼圧力許容限を与える正確な範囲内にあることが判明した。この間隙は、オイルがピストンリングをシリンダ壁から分離している時の典型的な径方向間隙と同一である。そしてより重要なことは、間隙はピストンの周囲で偏りがないことである。正常なオイル使用のピストンにおいては、ピストン側面負荷によりブローバイを増加させる偏心が増加する。従って、小さく偏心の無い、空気が充填された間隙は、オイル潤滑ピストンとピストンリング組立体のオイルが充満した間隙と、機能上同等である。

関数の変数の最適組合せは、最高のシールと、事実上磨耗無しの最小摩擦接触を与えるために存在する。ピストンリング１３０の機能を制御する主な変数は、次の通りである。
１．第２空気供給圧とピストンリングポケット溜り圧との圧力差 ΔＰ_S
２．空気流量率 Ｑ_S
３．空気ポケット面積 Ａ_N
４．空気ポケットの周囲長 Ｐ_L
５．ピストンリングのばね定数 ｋ_R
６．オフセット曲げ寸法による供給管体のばね定数 ｋ_t
７．ピストン溝とピストンリングのシール面との間の摩擦係数 ｆ_G
８．空気供給管内側の空気流量面積Ａ_t
９．ピストンリングポケットまわりの低圧溜り溝のサイズと深さ Ａ_S
１０．ピストンリングとシリンダの径方向の間隙 Ｒ_C
１１．燃焼圧最大値 Ｐ_C
１２．未決定の空気流量 Ｑ_S
１３．燃焼圧にさらされたリング内側面積 Ａ_CI
１４．燃焼圧にさらされたリング外側面積 Ａ_CO
間隙Ｒ_C＝ｆ（ΔＰ_S，Ｑ_S，Ａ_N，ｋ_R，ｋ_t，ｆ_G，Ａ_t，Ａ_S，Ｐ_C，μ，Ａ_CI，Ａ_CO）

上に掲げた変数は全て、要求が異なる場合には調整することができる。それぞれの要求に関して、磨耗あるいは漏れを最少にするための最適の組合せがある。例えば、研磨作用を持つ燃料が要求条件であれば、これらの変数は、ブローバイが少し増加するが、全行程を通じて空気膜上でリングを浮かせるように調整することができる。最高の効率と最少のブローバイのために、リングのシール面は、上死点での燃焼初期において高圧にさらされる時には、シリンダに接触することとなる。接触領域における磨耗を最少にするため、少し磨耗の不利益があるが、シリンダは、上死点での短い（ピストンの）移動区間で適当なコーティングをし、残りの行程区間でリングを浮かせることもできる。シリンダに押圧接触するリングの強度や接触する行程長は、調整可能である。例えば、第２空気圧ΔＰ_Sを単独で増加させることにより、リング接触圧が高い行程長を減少させ、接触圧を少し減少させる。

図１４、図１５、図１６に、ピストンロッドシールパック１８８を示す。シールパック１８８は、平板１７０の開口部１９０に対して、ピストンロッドもしくはコネクティングロッド５６と５８をシールする。コネクティングロッド５６と５８は、開口部１９０に装着されたシールパック１８８内を往復動する。

シールパック１８８は、開口部１９０に対してロッド５６と５８をシールするために、そして平板１７０に対してロッド５６と５８の若干の横方向動きを許容するために、取付けられている。シールパック１８８は、外部ケース１９２と２つの内部ケース１９４、１９６を持つ。複数のケースは、スナップリング１９８で保持されている。単一のハウジングを使用することもできるが、製作を容易にするため、３つの分離したケースが使用されている。ハイグレードの複数のシールを１体化して組付け使用すると、シールの弾性限度を超えてシールをゆがめ、シール効果と耐久性を減少させる可能性がある。（製造設備やアプリケーションによっては、シールまわりにモールドすることができるエンジニアリング樹脂を使用することも可能である。）ケースは、コネクティングロッドをシールするシール１９９を含む。Ｏリング２０２は、平板１７０とケース１９２の間に装着される。第２のＯリング２００は、これらの部材のそれぞれに部分的に形成された溝に収容される。Ｏリング２００を溝に収容することにより、より良いシールやシールされている部材が動くことが可能となり、ロッドの揺動時にはＯリングが実際には純粋せん断状態となるので、ロッド５６と５８の揺動に抵抗する高い保持力を備えることとなる。

図１７に、加圧空気をリング１３０へ供給するための空気供給管２０４を示す。空気供給管２０４は、ベアリングパック６０に連結されている。ベアリングパック６０は、空気をロッド５６と５８へ導く内部経路を有している。ロッド５６と５８は、空気を管１５０へ送るための経路２０６を持っている。管２０４は、ベアリングパック管２１０をケース管２１２へ連結するためのコネクタ２０８を有する。外部ケース管２１２は、ケース１２へ連結され、加圧空気供給源へ連結される。標準コネクタ２１１は、管２１２をケース１２へ連結するために使用される。コネクタ２０８は、Ｏリング溝２１６を持った長い部材を有している。長い穴を持つ長い管は、漏れを最少にするので、長い部材により、シールが容易になる。Ｏリングの使用により、漏れが更に減少する。結果として、コネクタ２０８は、漏れをシールすると同時に、管２１０が管２１２に対して移動あるいは往復動し、結果的にベアリングパック６０内で動くことを許容する。

図１８に、カム４６、４８と出力回転軸１４との連結状態を示す。実施例において、カムおよび軸上のギヤ歯２２２を通じて、２２０において連結がなされる。更に、オイル噴射器２３０が、図１８に示されている。オイル噴射器２３０は、カム４６、４８の一部であることが好ましい。オイル噴射器２３０は、回転軸１４に沿って伸びている。オイル噴射器２３０は、ベアリングパック６０を潤滑するためオイル噴射可能な複数の孔を持つ中空管であることが、最も好ましい。孔はベアリングパック６０に面している。オイルは、供給管２３２を通過してオイル噴射器２３０へ供給される。

図２１に、本発明に係る軸シールチューブ２３４を示す。軸シールチューブ２３４は、回転軸１４と同心であり、回転軸１４を収容している。軸シールチューブ２３４は、複数の端部平板１７０の間に連結されている。軸シールチューブ２３４は、両端にフランジ２３６を持つ円筒体である。チューブ２３４により、静止している端部平板から回転軸１４までのシールの必要性が無くなる。又、チューブ２３４により、端部平板１７０が支持され、剛性が加わる。端部平板１７０は、中央ケース２３８とベアリングケース２４０により、外径上で支持されている。中央ケース２３８とベアリングケース２４０は、外部ケース組立体１２を形成している。端部平板１７０は、軸シールチューブ２３４により内径上で支持されている。ピストン３８とピストン４０からの負荷は、端部平板１７０へ伝達される。内径と外径で支持された端部平板１７０により、リンク装着点１８０と１８２のゆがみは最小となる。リンク装着点１８０と１８２のゆがみを最小にすることは、ピストン３８とピストン４０に装着されたベアリングパック６０の一定直線運動を維持するために重要である。

本発明について、実施例に基づいて説明したが、本発明の思想と範囲から離れること無く、当業者により様々な変形例が考えられることが認識されなければならない。

Claims (52)

1. 内燃機関のための燃焼用シリンダであって、
   その内部を往復動する少なくとも１つのピストンを収納するように適合されており、燃料と空気混合物が導入され、圧縮され、着火される燃焼室を形成しており、高熱膨張係数と低熱伝導性を持つ、予め決められた長さを持つ第１中空チューブにより形成された第１部材と、
   前記第１部材に当接して装着され、高熱膨張係数と高熱伝導性を持つ第２部材と、
   前記第１中空チューブの燃焼室に当接して前記第１中空チューブ回りに取付けられ、低熱膨張係数と低熱伝導性を持つ第３部材とを備え、
   前記第１部材、前記第２部材、前記第３部材は、最初、前記燃焼室内に前記第３部材を通じて熱を溜め、前記燃焼室の膨張を減少させ、その後前記燃焼室で発生した熱を、前記第１部材の全長に沿って概略一定の温度を維持するために、熱を前記第２部材に沿うように導きながら、前記第１部材に沿って分配して、前記第１部材の予め決められた長さに沿ったテーパ化を減少させるよう相互作用をすることを特徴とする、内燃機関のための燃焼用シリンダ。
2. 請求項１に記載の燃焼用シリンダであって、
   前記第２部材は、前記燃焼室に当接した位置まで伸びていることを特徴とする、燃焼用シリンダ。
3. 請求項１に記載の燃焼用シリンダであって、
   前記第２部材は、前記第１中空チューブと同軸である第２中空チューブにより形成されていることを特徴とする、燃焼用シリンダ。
4. 請求項１に記載の燃焼用シリンダであって、
   前記第２部材は、銅から作られていることを特徴とする、燃焼用シリンダ。
5. 請求項１に記載の燃焼用シリンダであって、
   前記第３部材は、ステンレス鋼から作られていることを特徴とする、燃焼用シリンダ。
6. 請求項１に記載の燃焼用シリンダであって、
   前記第１部材は、２つの対向するピストンを収納するに適した予め決められた長さを持ち、２つの端部と中央部を持ち、
   前記燃焼室は前記第１部材の概略中央部に位置し、
   前記第２部材は、前記燃焼室で開いており、前記第１部材に沿って前記第１部材の端部へ伸びていることを特徴とする、燃焼用シリンダ。
7. 請求項６に記載の燃焼用シリンダであって、
   前記第２部材は、前記燃焼室の当接地点から前記第１部材のそれぞれの端部へ伸びる、少なくとも２つの分離した部材を含んでいることを特徴とする、燃焼用シリンダ。
8. 請求項６に記載の燃焼用シリンダであって、
   前記第３部材は、前記燃焼室において前記第１部材を囲繞していることを特徴とする、燃焼用シリンダ。
9. 内燃機関であって、
   対向する端部と、少なくとも１つの吸入孔と、第１と第２の中間孔と、前記吸入孔と前記中間孔を相互連結するジャンパとを有する、少なくとも１対の燃焼用シリンダと、
   前記１対の燃焼用シリンダそれぞれの内部に往復動可能に搭載された１対の対向ピストンであって、前記１対の対向ピストンは、１つの排気ピストンと１つの吸気ピストンで形成され、前記１つの排気ピストンと前記１つの吸気ピストンは、対向する燃焼面を持ち、前記複数のピストンは、上死点と下死点の間を往復動し、前記複数の燃焼面の間で燃焼室を形成している１対の対向ピストンと、
   前記吸気ピストンが下死点にある時、前記吸気ピストンに当接している前記吸入孔と、
   前記排気ピストンの上死点と前記排気ピストンの下死点の間に位置する前記排気孔と、
   前記吸入孔と前記燃焼室の間に位置する前記第１中間孔と、
   前記排気ピストンの下死点で前記排気ピストンに当接して位置する前記第２中間孔とを備えることを特徴とする、内燃機関。
10. 請求項９に記載の内燃機関であって、
    前記吸気孔へ流入する吸気を制御するバルブを更に含むことを特徴とする、内燃機関。
11. 請求項９に記載の内燃機関であって、
    下死点へ向かう前記吸気ピストン及び前記排気ピストンの移動により、前記ジャンパに圧縮空気を充填することを特徴とする、内燃機関。
12. 請求項１１に記載の内燃機関であって、
    下死点へ向かう前記吸気ピストン及び前記排気ピストンの移動により、前記第１又は第２中間孔の少なくとも１つを開き、そして前記排気孔を開き前記圧縮空気により前記燃焼室を掃気して前記燃焼室を空気で充填することを特徴とする、内燃機関。
13. 請求項１２に記載の内燃機関であって、
    前記吸気孔が閉じることを特徴とする、内燃機関。
14. 請求項９に記載の内燃機関であって、
    前記吸気ピストン及び前記排気ピストンの下死点から上死点への移動により、前記燃焼用シリンダ内において、前記吸気ピストン及び前記排気ピストンの前記後ろ側付近に空間を作り、空気を前記ジャンパの中へ引込み、前記中間孔を通じて前記空間へ空気を引込むことを特徴とする、内燃機関。
15. 請求項１４に記載の内燃機関であって、
    前記吸気ピストン及び前記排気ピストンが、下死点から上死点へ移動している時、前記吸気孔が開くことを特徴とする、内燃機関。
16. 請求項１４に記載の内燃機関であって、
    前記吸気ピストン及び前記排気ピストンの上死点から下死点への移動により、前記空間を減少させ、前記ジャンパ内の空気を圧縮することを特徴とする、内燃機関。
17. 請求項１６に記載の内燃機関であって、
    前記吸気ピストン及び前記排気ピストンが、上死点から下死点へ移動する時、前記吸気孔が閉じることを特徴とする、内燃機関。
18. 請求項９に記載の内燃機関であって、
    更に、前記燃焼室内へ燃料を噴射するための燃料インジェクタを含んでいることを特徴とする、内燃機関。
19. 請求項９に記載の内燃機関であって、
    更に、前記第１中間孔と作用上連結されている吸気マニホールドと、前記第２中間孔と作用上連結されている圧縮マニホールドベースと、前記吸気マニホールドと前記圧縮マニホールドベースを作用上連結している前記ジャンパとを含んでいることを特徴とする、内燃機関。
20. 請求項１９に記載の内燃機関であって、
    前記吸気マニホールドと前記圧縮マニホールドベースはそれぞれ、前記燃焼用シリンダの前記端部を受け入れる大きさの環状穴を持つハウジングにより形成され、
    前記ジャンパは、前記吸気マニホールドと前記圧縮マニホールドベースの間を前記燃焼用シリンダに対し概略平行に伸び、
    前記吸気マニホールドは吸気のための少なくとも１つの穴を有していることを特徴とする、内燃機関。
21. 請求項１９に記載の内燃機関であって、
    前記吸気マニホールドと前記圧縮マニホールドベースと前記ジャンパは、一対の締結ロッドで連結され、
    締結ロッドはそれぞれ前記ジャンパと前記マニホールドの１つを通過して伸びていることを特徴とする、内燃機関。
22. 請求項２０に記載の内燃機関であって、
    前記バルブは、前記少なくとも１つの穴に装着されていることを特徴とする、内燃機関。
23. 請求項２０に記載の内燃機関であって、
    更に、前記環状穴と前記燃焼用シリンダの前記端部との間に装着されたシールを含んでいることを特徴とする、内燃機関。
24. 請求項２３に記載の内燃機関であって、
    前記シールは、対向端部を持つ第１リングと対向端部を持つ第２リングとを有するＶ形スプリングを備え、前記第２リングは、前記端部の間で角度を付けられており、前記第１リングの前記端部の１つは前記第２リングの前記端部の１つに連結されていることを特徴とする、内燃機関。
25. 請求項２２に記載の内燃機関であって、
    前記シールは、それぞれが対向端部を持つ環状真直スプリングとＶ形環状スプリングを有する、径方向に小さいばね力を持つ環状スプリングを備え、前記環状真直スプリングと前記Ｖ形環状スプリングのそれぞれの前記端部の１つは、前記マニホールド又は前記燃焼用シリンダのいずれかに取付けられていることを特徴とする、内燃機関。
26. 請求項２５に記載の内燃機関であって、
    前記シールは、対向端部を持つ第１リングと対向端部を持つ第２リングとを有するＶ形スプリングを備え、前記第２リングは、前記端部の間で角度を付けられており、前記第１リングの前記端部の１つは前記第２リングの前記端部の１つに連結されていることを特徴とする、内燃機関。
27. 請求項２５に記載の内燃機関であって、
    更に、前記環状真直スプリングと前記Ｖ形環状スプリングと前記燃焼用シリンダの間に装着されたＯリングを含んでいることを特徴とする、内燃機関。
28. 少なくとも２つの燃焼用シリンダを有し、それぞれの前記燃焼用シリンダ内に２つの対向ピストンを持つ内燃機関であって、
    前記ピストンはそれぞれ前記ピストンから伸びベアリングパックと連結されるピストンロッドを持ち、
    前記ベアリングパックは、
    頂面と、前記頂面から伸びる対向脚部を持つハウジングを持っており、
    前記脚部は、対向する内面と外面を持ち、
    １対の軸は、前記対向する内面の外へ伸び、１対のピンは、前記外面の外へ伸び、前記軸と前記ピンは、同軸であり
    ４本バー・リンク装置が、前記ピンに連結され、案内回転輪は、前記軸に連結されて、第１回転輪と第２回転輪を持ち、前記第１回転輪は、前記第２回転輪よりも大きな直径をもっており、
    対向する複数のカムは、間隔を置いて離れた対向する軌道を持ち、前記第１回転輪は、一方の軌道に係合し、前記第２回転輪は、他方の軌道に係合することを特徴とする、内燃機関。
29. 請求項２８に記載の内燃機関であって、
    前記第１回転輪と前記第２回転輪は、前記対向する軌道に係合するために、互いに片寄せしていることを特徴とする、内燃機関。
30. 請求項２９に記載の内燃機関であって、
    更に、複数の溝が形成されたスリーブを含んでおり、前記スリーブは、前記第１回転輪に当接する前記軸上に装着されており、
    前記第２回転輪は、前記第２回転輪が前記第１回転輪に関して片寄せされるように前記スリーブに装着されていることを特徴とする、内燃機関。
31. それぞれが対向する端部を持つ少なくとも２つの燃焼用シリンダを有し、それぞれの前記燃焼用シリンダ内に２つの対向ピストンを持つ内燃機関であって、
    前記ピストンはそれぞれ前記ピストンから伸びベアリングパックと連結されるピストンロッドを持ち、対向するカムは、作用上前記ベアリングパックと連結され、４本バー・リンク装置が、１対の装着用平板に連結され、前記ベアリングパックは、前記４本バー・リンク装置に連結され、
    前記装着用平板は、少なくとも２つの前記燃焼用シリンダの前記対向する端部に当接して装着され、前記ピストンロッドを受け入れる開口部を持ち、前記ピストンロッドは、前記開口部内を往復動し、前記開口部はシールを含み、
    前記ピストンは、外縁部をもつ対抗する複数の燃焼面を含み、複数の燃焼面の外縁部は、それぞれ決められた形状の表面を持ち、前記決められた形状の表面は、複数のピストン燃焼面の間で、燃焼室を対で形成し、
    燃焼時に前記燃焼室からの熱損失を減少させるために、前記燃焼面が概略閉鎖されることを特徴とする、内燃機関。
32. 請求項３１に記載の内燃機関であって、
    前記決められた形状の表面は、前記燃焼面のそれぞれの凹部と環状突起部により形成され、
    １つの前記燃焼面の前記環状突起部は、他の前記燃焼面の前記凹部内に収納されることを特徴とする、内燃機関。
33. 請求項３２に記載の内燃機関であって、
    前記複数のピストンは、前記燃焼室を形成するために、接近させられ、
    前記凹部と前記環状突起部は係合しないで近接させられることを特徴とする、内燃機関。
34. 請求項３２に記載の内燃機関であって、
    前記ピストンは、前記燃焼面を持つピストン頂部とリングパックとピストンベースとピストンリングとを含んでおり、前記ピストン頂部は、前記ピストンベースと連結されており、前記リングパックを前記ピストン頂部と前記ピストン底部の間で挟んでいることを特徴とする、内燃機関。
35. 請求項３４に記載の内燃機関であって、
    前記ピストン頂部は突起部を含み、前記ピストン底部は穴を含み、前記突起部は前記穴を通過して伸び、ボルトが前記突起部の中へ取付けられ、前記ピストン頂部と前記ピストン底部を共に締めることを特徴とする、内燃機関。
36. 請求項３４に記載の内燃機関であって、
    前記リングパックは、流体静力学的浮上用ポケットを持つ分割形ピストンリングを含んでいることを特徴とする、内燃機関。
37. 少なくとも１つのシリンダ内で往復動をするために搭載された対向ピストンを持つ前記少なくとも１つのシリンダを囲繞するハウジングを持つ内燃機関であって、
    対向した出力カムが出力軸上に搭載され、前記出力カムはそれぞれ、前記対向ピストンのそれぞれの１つに作用上連結されており、
    前記ハウジングは、対向する端部を持つ中央部と、２つの端部平板と、２つの端部とを備え、
    前記端部平板の１つは前記中央部の前記対向する端部の１つにそれぞれ連結されており、前記２つの端部の１つは、前記２つの端部平板の１つにそれぞれ連結されており、
    前記対向ピストンを持つ前記少なくとも１つのシリンダは、前記中央部に搭載されており、
    前記対向した出力カムの１つが前記端部の１つに搭載されており、
    軸シールチューブが、前記中央部で複数の前記端部平板の間に搭載されており、
    出力軸が、前記対向した出力カムとの作用上の連結のために前記軸シールチューブを通過して前記端部の中へ伸びていることを特徴とする、内燃機関。
38. 請求項３７に記載の内燃機関であって、
    前記軸シールチューブは、フランジを持つ対向する端部を有し、前記フランジは前記端部平板に連結され、前記端部平板はそれぞれ前記フランジがシールされる穴を持っていることを特徴とする、内燃機関。
39. 請求項３８に記載の内燃機関であって、
    更に、前記端部平板と前記フランジの間に装着されたＯリングを含んでいることを特徴とする、内燃機関。
40. 少なくとも１つのシリンダ内で往復動をするために搭載された対向ピストンを持つ前記少なくとも１つのシリンダを囲繞するハウジングを持つ内燃機関であって、
    対向した出力カムが出力軸上に搭載され、前記出力カムはそれぞれ、前記対向ピストンのそれぞれの１つに作用上連結されており、
    端部平板が、前記ハウジングに取付けられて、前記ハウジングを中央部と端部に分割しており、
    前記少なくとも１つのシリンダ内で往復動をするために搭載された前記対向ピストンを持つ前記少なくとも１つのシリンダは、中央部に搭載され、
    前記対向した出力カムの１つが、前記端部の１つに搭載されており、
    前記対向ピストンは、前記ピストンと前記カムに作用上連結されているコネクティングロッドを有し、
    前記端部平板は、前記コネクティングロッドの往復動を受け入れる開口部を有し、
    シールパックは、前記コネクティングロッドが前記開口部内で往復動する時、前記端部を前記中央部からシールするために、前記端部平板内の前記開口部に装着されており、前記シールパックは更に、前記コネクティングロッドに対しシールをするシールを含んだハウジングと、前記端部平板と前記ハウジングの間に装着されたＯリングとを有しており、
    Ｏリングは、前記ハウジングと前記端部平板のそれぞれに部分的に形成された溝に収容されており、
    前記溝に収容された前記Ｏリングにより、良好なシールが可能となり、前記コネクティングロッドが前記端部平板との間でわずかに動くことが可能となり、前記コネクティングロッドの揺動に対して高い保持力が与えられることを特徴とする、内燃機関。
41. 請求項４０に記載の内燃機関であって、
    前記ハウジングは、複数のケーシングと第２のＯリングと第２の収納用溝で形成され、
    前記第２のＯリングは前記複数のケーシングの間に装着され、前記ケーシング内の前記溝に収容されていることを特徴とする、内燃機関。
42. 少なくとも１つのシリンダ内で往復動をするために搭載された対向ピストンを持つ前記少なくとも１つのシリンダを囲繞するハウジングを持つ内燃機関であって、
    前記ピストンは、高圧側と低圧側を有し、
    対向した出力カムが出力軸上に搭載され、前記出力カムはそれぞれ、前記対向ピストンのそれぞれの１つに作用上連結されており、
    端部平板が、前記ハウジングに取付けられて、前記ハウジングを中央部と端部に分割しており、
    前記少なくとも１つのシリンダ内で往復動をするために搭載された前記対向ピストンを持つ前記少なくとも１つのシリンダは、中央部に搭載され、
    前記対向した出力カムの１つが、前記端部の１つに搭載されており、
    前記対向ピストンは、前記ピストンと前記カムに作用上連結されているコネクティングロッドを有し、
    前記端部平板は、前記コネクティングロッドの往復動を受け入れる開口部を有し、
    前記端部は、潤滑剤を前記端部に保持し前記中央部へ潤滑剤が入ることができないように、前記中央部からシールされており、
    前記内燃機関は空気ベアリングを含み、前記空気ベアリングは、前記ピストンの前記低圧側と通じた溝により囲まれたサポートポケットを備え、
    前記溝は環状溝とバイパス溝で形成され、加圧された空気が前記サポートポケットに供給され、前記バイパス溝の空気圧は、前記サポートポケットの空気圧より概略低いことを特徴とする、内燃機関。
43. 請求項４２に記載の内燃機関であって、
    更に、前記空気ベアリングへ加圧空気を供給するために、前記ピストンへ連結されている供給チューブを含んでいることを特徴とする、内燃機関。
44. 請求項４３に記載の内燃機関であって、
    前記供給チューブは、前記ピストンへ連結されている第１チューブと前記ハウジングへ連結されている第２チューブを含み、
    更に、前記第１と第２チューブが互いに往復動でき、互いにシールし合うことができるように、前記第１チューブを前記第２チューブへ連結するコネクタを含み、
    前記コネクタは、対向端を持つ長い部材と前記対向端を通過する中央穴と前記中央穴にあるＯリング溝と前記Ｏリング溝に装着されたＯリングを有し、
    前記第１と第２チューブは、前記中央穴で往復動できるよう前記長い部材に挿入されて、前記長い部材は、前記第１と第２チューブの一端を前記第１と第２チューブの他端と連結することを特徴とする、内燃機関。
45. 少なくとも１つの出力シリンダ内で往復動をするために搭載された対向ピストンと対向する端部を持つ前記少なくとも１つの出力シリンダを持つ内燃機関であって、
    対向した出力カムが出力軸上に搭載され、前記出力カムはそれぞれ、前記対向ピストンのそれぞれの１つに作用上連結されており、
    前記出力シリンダは、前記出力シリンダの前記端部を受け入れる大きさの環状穴を持つハウジングにより形成された吸気マニホールドと、当該ハウジングにより形成された圧縮マニホールドベースと、前記吸気マニホールドと前記圧縮マニホールドベースの間を前記出力シリンダに対し概略平行に伸びる１対のジャンパとを備え、
    前記吸気マニホールドは吸気のための少なくとも１つの穴を有していることを特徴とする、内燃機関。
46. 請求項４５に記載の内燃機関であって、
    前記吸気マニホールドと前記圧縮マニホールドベースと前記ジャンパは、一対の締結ロッドで連結され、
    締結ロッドはそれぞれ前記ジャンパと前記マニホールドの１つを通過して伸びていることを特徴とする、内燃機関。
47. 請求項４６に記載の内燃機関であって、
    前記開口穴の少なくとも１つに装着されているバルブを更に含むことを特徴とする、内燃機関。
48. 請求項４６に記載の内燃機関であって、
    前記環状穴と前記出力シリンダの前記端部の間に装着されたシールを更に含むことを特徴とする、内燃機関。
49. 請求項４８に記載の内燃機関であって、
    前記シールは、対向端部を持つ第１リングと対向端部を持つ第２リングとを有するＶ形スプリングを備え、前記第２リングは、前記端部の間で角度を付けられており、前記第１リングの前記端部の１つは前記第２リングの前記端部の１つに連結されていることを特徴とする、内燃機関。
50. 請求項４８に記載の内燃機関であって、
    前記シールは、それぞれが対向端部を持つ環状真直スプリングとＶ形環状スプリングを有する、径方向に小さいばね力を持つ環状スプリングを備え、前記環状真直スプリングと前記Ｖ形環状スプリングのそれぞれの前記端部の１つは、前記マニホールド又は前記出力シリンダのいずれかに取付けられていることを特徴とする、内燃機関。
51. 請求項４８に記載の内燃機関であって、
    前記シールは、対向端部を持つ第１リングと対向端部を持つ第２リングとを有するＶ形スプリングを備え、前記第２リングは、前記端部の間で角度を付けられており、前記第１リングの前記端部の１つは前記第２リングの前記端部の１つに連結されていることを特徴とする、内燃機関。
52. 請求項５１に記載の内燃機関であって、
    更に、前記環状真直スプリングと前記Ｖ形環状スプリングと前記出力シリンダの間に装着されたＯリングを含んでいることを特徴とする、内燃機関。

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