JP2018521265A - フリーピストンエンジン - Google Patents

Abstract

内燃エンジンは、エンジンブロックと、燃焼室を形成するシリンダと、シリンダ内のピストンとを備える。ピストンは、シリンダの一端部からシリンダの他端部までの第１ストロークを移動するように構成されたピストンであって、ガス膨張圧力下でピストンが移動する第１ストロークの膨張ストローク部分と、膨張ストローク部分に続く第１ストロークの残りの第１ストロークの運動ストローク部分の移動を可能にするようにシリンダに対して寸法決めされている。ピストンにはピストンロッド部が接続され、ピストンロッド部は、燃焼室内の位置からシリンダの外側の領域まで延びている。ピストンロッド部には凹部が設けられ、凹部は、ピストンが運動ストローク部分にあるとき、燃焼室とシリンダの外側の領域との間でガスを連続的に伝達する通路を形成する。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、「フリーピストンエンジン」との名称で２０１５年６月１５日に出願された
米国仮出願第６２／１９２，５７５号に対する優先権を主張するものであり、その全体の内容が参照により本明細書に援用される。

本開示は、内燃エンジンの分野に関し、より詳しくは、フリーピストンを有する内燃エンジンの分野に関する。

内燃エンジンがよく知られている。最も一般的なタイプのピストンエンジンは、２ストロークエンジンと４ストロークエンジンである。これらのタイプのエンジンは、比較的多くの部品を含み、適切に機能するために、潤滑システム、冷却システム、吸気及び排気バルブ制御システムなどの多くの補助システムを必要とする。

いくつかの実施形態は、内燃エンジンを備えている。内燃エンジンは、エンジンブロックと、エンジンブロック内において少なくとも１つの燃焼室を形成するシリンダと、シリンダ内のピストンとを備えている。ピストンは、両面ピストンであってもよく、シリンダの一端部からシリンダの他端部までの第１ストロークを移動するように構成され、ガス膨張圧力下でピストンが移動する第１ストロークの膨張ストローク部分と、膨張ストローク部分に続く第１ストロークの残りの第１ストロークの運動ストローク部分の移動を可能にするようにシリンダに対して寸法決めされている。ピストンには、少なくとも１つのピストンロッド部が接続され、少なくとも１つのピストンロッド部は、少なくとも１つの燃焼室内の位置からシリンダの外側の領域まで延びている。ピストンロッド部には、少なくとも１つの凹部が設けられ、少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つの燃焼室とシリンダの外側の領域との間でガスを伝達する通路を形成する。少なくとも１つの凹部は、ピストンが第１ストロークの膨張ストローク部分に続く第１ストロークの運動ストローク部分にあるとき、少なくとも１つの燃焼室とシリンダの外側の領域との間でガスを連続的に伝達するように構成されている。

いくつかの実施形態において、ピストンロッドに関連する通路又は凹部は、少なくとも１つの燃焼室とシリンダの外側の領域との間でガスを伝達するように構成されてもよい。

少なくとも１つの凹部は、ピストンが第１ストロークの膨張ストローク部分に続く第１ストロークの運動ストローク部分にあるとき、少なくとも１つの燃焼室とシリンダの外側の領域との間にガスを連続的に伝達するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態において、ピストンの第１燃焼室側の第１ストロークの膨張ストローク部分の全体が、第２燃焼室とシリンダの第２端部の吸気マニホールドとの間のガスの流れと実質的に一致する。

いくつかの実施形態において、ピストンの第１燃焼室側の第１ストロークの運動ストローク部分の全体が、第２燃焼室のガスの圧縮と実質的に一致する。

いくつかの実施形態において、ピストンは、更に、シリンダの第２端部からシリンダの第１端部までの第２ストロークを移動するように構成され、ガス膨張圧力下でピストンが移動する第２ストロークの膨張ストローク部分と、膨張ストローク部分に続く第２ストロークの残りの第２ストロークの運動ストローク部分の移動を可能にするようにシリンダに対して寸法決めされている。

いくつかの実施形態において、シリンダ及び両面ピストンは、ピストンが第１ストローク中に移動する総距離が、ピストンが第１ストロークの膨張ストローク部分の間に移動する距離よりも実質的に大きくなるように寸法決めされている。

シリンダの周側壁には、少なくとも１つのポートが配置され、少なくとも１つのポートは、ピストンが少なくとも１つのポートの第２燃焼室側にあるときに第１燃焼室とシリンダの外側との間でガスを伝達するように構成されるとともに、ピストンが少なくとも１つのポートの第１燃焼室側にあるときに第２燃焼室とシリンダの外側との間でガスを伝達するように構成されてもよい。

ピストンの両側のピストンロッド部の通路は、両面ピストンの両面を横切る経路を通じてシリンダとシリンダの外側の位置との間でガスが交換されるのを阻害するように構成されてもよい。

両面ピストンは、ピストンの一方の面からピストンの他方の面までの軸方向の長さを有し、当該長さは、第１シリンダヘッド及び第２シリンダヘッドの少なくとも一方から排気ポートまでの距離の１／２以下であってもよい。

いくつかの実施形態において、両面ピストンの長さ、シリンダの長さ、排気出口の位置、及び、各第１及び第２ピストンロッド部の溝アクセス開口部の位置は、ピストンが第１燃焼室内で燃焼段階にあるときに、排気出口が第１燃焼室と連通することをピストンが阻止し、第１ピストンロッド部の溝アクセス開口部が第１燃焼室の外側にあり、排気出口が第２燃焼室と流体連通し、第２溝アクセス開口部が第２燃焼室内にあるように設けられている。

本開示の他の態様は、様々なピストンリングの構造を有する。例えば、連続的でギャップの無いピストンリングが、加熱時にピストンの軸方向に変形するように構成されてもよい。

他の態様において、ピストンリングは、ピストンリングの形状が溝の形状と異なり且つピストンリングが溝を実質的に充填しないように、溝内を蛇行する形状を有してもよい。また、ピストンリングは、熱に晒されたときに蛇行形状が変化し、ピストンリングが溝の縁部の間でピストンの軸方向に膨張することが可能な材料で構成されてもよい。蛇行は、波の形状であってもよい。波のピークは、溝の対向する縁部に向かって交互に伸びる。

ピストンリングは、熱に晒されたとき、半径方向ではなく、ピストンの軸方向に膨張しやすいように構成されてもよい。

上述した説明は、本開示のいくつかの例示的な実施形態を一般的に説明するものである。上述した一般的な説明及び以下の詳細な説明は、例示的及び説明的なものにすぎず、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではないことは理解すべきである。
本開示に係るフリーピストンエンジンの斜視図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、シリンダの左側の上死点にピストンがある状態を示す図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、エンジンの右側のガスを圧縮する初期段階において、ピストンがストロークの運動部分にある状態を示す図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、図３に示される圧縮を超えてシリンダの右側に圧縮が継続された状態を示す図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、図４に示される圧縮を超えてシリンダの右側に圧縮が前進された段階を示す図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、図５に示される圧縮を超えてシリンダの右側に圧縮が更に前進された段階を示す図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、ピストンがシリンダの右側の上死点にある状態を示す図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、エンジンの左側のガスを圧縮する初期段階において、ピストンがストロークの運動部分にある状態を示す図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、図８に示される圧縮を超えてシリンダの左側に圧縮が継続された状態を示す図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、図９に示される圧縮を超えてシリンダの左側に圧縮が前進された段階を示す図である。 図１のエンジンの部分断面図であって、図１０に示される圧縮を超えてシリンダの左側に圧縮が更に前進された段階を示す図である。 図２と同様に、シリンダの左側の上死点のピストン位置を示す図である。 図１及び図２のエンジンと共に使用されるピストン組立体の斜視図である。 図１３のピストン組立体のピストン中央ディスクの斜視図である。 図１３のピストン組立体の左側ピストンディスクの斜視図である。 図１３のピストン組立体の右側ピストンディスクの斜視図である。 図１３のピストン組立体に使用可能なピストンリングの斜視図である。 図１７のピストンリングの側面図である。 図１７のピストンリングの平面図である。 図１７のピストンリングを備える図１３のピストン組立体の斜視図である。 図２のピストンロッドに組み付けられた図２０のピストン組立体及びピストンリングの側面図である。 図２のピストンロッドに組み付けられた図２０のピストン組立体及びピストンリングとは異なる吸気通路を備える例を示す斜視図である。 図１のエンジンを部分的に断面で示す斜視図である。

本開示は、内燃エンジンに関する。本開示はフリーピストンエンジンの例を提供するが、本開示の態様が最も広い意味でフリーピストンエンジンに限定されないことに留意すべきである。むしろ、前述の原理は、他の内燃エンジンにも同様に適用することができると考えられる。

本開示に係る内燃エンジンは、エンジンブロックを備えてもよい。用語「エンジンブロック」は、用語「シリンダブロック」と同義に用いられ、ピストンを収容する少なくとも１つのシリンダを備える一体構造を有してもよい。フリーピストンエンジンブロックの場合、エンジンブロックは、単一のシリンダを含んでもよいし、複数のシリンダを含んでもよい。

本開示によれば、シリンダは、エンジンブロック内に少なくとも１つの燃焼室を形成してもよい。本開示に係るいくつかの内燃エンジンにおいて、燃焼室は、エンジンブロック内のシリンダの片側に配置されてもよい。本開示に係る他の内燃エンジンにおいて、内燃エンジンは、エンジンブロック内のシリンダの各側部に２つの燃焼室を含んでもよい。

本開示の実施形態は、シリンダ内にピストンを更に備えてもよい。フリーピストンエンジンに使用される本発明のいくつかの実施形態によれば、ピストンは、その両側に２つのヘッドを含んでもよい。本発明のいくつかの実施形態において、ピストンは、シリンダ内に「摺動可能に装着」されていると考えてもよい。このことは、ピストンがシリンダを通じてシリンダの一方から他方へ摺動するという事実を指す。本開示はピストンの例を記載しているが、本発明はその最も広い意味で特定のピストンの構成又は構造に限定されない。

また、図１及び図２は、本開示に係るフリーピストンエンジン１０の例示的な実施形態を示している。本明細書では単にエンジンともいうフリーピストンエンジン１０は、エンジンブロック８を含む内燃エンジンの一例である。エンジンブロックには、少なくとも１つの燃焼室を形成するシリンダ１２が含まれる。シリンダ１２は、中央の長手方向軸Ａと、シリンダ１２内に往復可能に取り付けられた両面ピストン５０とを有している。両面ピストン５０は、シリンダの第１端部からシリンダの反対側の第２端部までの第１ストローク、及び、シリンダの第２端部からシリンダの第１端部までの第２ストロークを移動するように構成されている。図７−１２は、シリンダの第１端部からシリンダの第２端部までのピストン５０の移動例を示している。少なくとも１つのピストンロッド部が、ピストンロッドに接続され、少なくとも１つの燃焼室内の位置からシリンダの外側の領域まで延在している。本明細書において、ピストンロッド部は、ピストンから延びるロッド又はシャフトの任意の部分を含む。いくつかの実施形態において、ピストンロッド部は、ピストンを完全に通過する一体構造の一部であってもよい。他の実施形態において、ピストンロッド部は、ピストンの一面のみから延びるピストンロッドの一部であってもよい。

一例として、図３において、ピストンロッド部４２は、ピストン５０の一面に接続され、少なくとも１つの燃焼室内の位置からシリンダの外側の領域４５まで延びている。同様に、第２ピストンロッド部４３は、両面ピストン５０の対向面からシリンダ１２の外側の別の領域４７まで延在している。ピストンロッド部４２及び４３は、互いに一体であってもよいし、ピストン５０の反対側からそれぞれ延びる完全に別個の構造であってもよい。

シリンダの外側の領域（例えば、領域４５及び４７）は、シリンダの外部の１以上のガス源から、シリンダの両端部のそれぞれの燃焼室に燃焼ガスを供給するように構成されたシリンダの各端部にある吸気マニホールドを備えてもよいし、燃焼室からの燃焼ガスを受け取り、排気ガスの後処理のために燃焼ガスをシリンダから遠ざけるように構成された排気ホールドを備えてもよい。このようにして、例えば、ピストンロッド部の通路は、シリンダの外部の位置から燃焼ガスを燃焼室内に導入するように構成されている。一実施形態において、シリンダの外側の領域４５及び４７は、その領域がシリンダヘッドに直接接触しているか否かに関わらず、単に、シリンダ１２に対してシリンダヘッド１４，１５の反対側の任意の領域を指す。また、シリンダの端部ではなく、シリンダに沿って配置されたマニホールド又は他のガス源からガスを導入するようにポートを設けることも考えられる。従って、一般的な意味では、シリンダの外側の位置は、シリンダの端部、シリンダの側部のいずれか又は両方であってもよい。

本発明の実施形態によれば、各ピストンロッド部は、少なくとも１つの燃焼室とシリンダの外側の領域との間でガスを伝達するように構成された通路を形成する少なくとも１つの凹部を有している。本明細書で使用される場合、「凹部」は、ガスを伝達することができる任意の構造又は空隙によって形成されてもよい。それは、例えば、ピストンロッド部の少なくとも一部を完全に又は部分的に含む溝（channel）又は導管（conduit）を含んでもよい。あるいは、凹部は、ピストンロッド部の少なくとも一部に１以上の露出した溝（groove）又は他の切欠きを含んでもよい。

例えば、本開示に係るエンジンのいくつかの例示的な実施形態において、ピストンロッド部の通路を形成する１以上の凹部は、ピストンロッド部４２及び４３を少なくとも部分的に中空にしてもよい。いくつかの変形例において、通路は、ピストンロッド部の外周に沿って形成された１つ又は複数の溝(groove）を含んでもよい。更なる変形例は、ピストンロッド部の異なる外径部分を含んでもよい。そのような小径の領域は、ガスが流れる１以上のギャップを提供することができる。あるいは、通路を形成する１以上の凹部は、ピストンロッド部の内部に延びる溝（channel）を含んでもよい。更に別の代替案において、凹部は、ピストンロッド部のいくつかの領域を中空にし、他の領域を（例えば、外部溝、スロットなどを通じて）部分的に中空にしてもよい。少なくとも１つのポートが、各ピストンロッド部に形成され、ピストンロッド部の通路と流体連通して、ガスがポートを通じて通路に出入りするようにしてもよい。

一例として図２２を参照すると、各ピストンロッド部４２及び４３は、それぞれ、燃焼室４９及び５１（図５及び図１０参照）とシリンダ１２の外側の領域４５及び４７との間でガスを伝達するように構成された通路又は溝を形成する（例えば、ピストンロッド部４２及び４３の内部をくり抜いた）凹部５３，５５を備えてもよい。くり抜かれた領域は、例えば、ピストンロッド部のコアを通る穴であってもよい。

図５に示されるように、ピストン５０の一面とシリンダ１２の第１ヘッド１４との間の領域４９に第１燃焼室を形成してもよい。同様に、図１０に示されるように、ピストン５０の反対側の面とシリンダ１２の反対側のヘッド１５との間に第２燃焼室５１を形成してもよい。もちろん、各燃焼室は、ピストンの両側に掃引空間を基本的に含む可変領域であり、ピストンがシリンダの一端部からシリンダの他端部に移動するときに圧縮される可変領域であることは理解されるべきである。

図２２に示される通路又は凹部５３及び５５は、例示的なものに過ぎない。例えば、図示されているように、凹部は、ポート４４を通過し、ピストン５０に達する前に終結する。多数の他の構成が、本開示の範囲内において考えられる。例えば、凹部５３及び５５は、更にピストンに向ってピストンに達するまで延びてもよいし、ピストンの一面を横切ってもよい。好ましい実施形態において、通路５３及び５５は、互いに流体連通していない。

図に示される１つの例示的な実施形態において、２つの溝、すなわちピストン５０に最も近い内側の溝４６及び内側の溝４６の遠位にある外側の溝４８で構成された１以上のポート４４が、凹部５３及び５５を通じてシリンダ内にガスを運ぶための入口として機能するように構成されている。吸気ポートの２つの溝の代わりに、吸気ポート４４の１つの溝のみが用いられてもよいし、ピストンロッド部４２に沿って間隔を空けて配置された吸気ポート４４の２以上の溝が用いられてもよい。更に、吸気ポートは、凹部５３及び５５によって形成されたピストンロッドの溝からガスを運ぶのに十分な開口部がある限り、必ずしも溝で構成される必要はない。

本発明のいくつかの実施形態によれば、ピストンロッド部の第１通路及び第２通路は、シリンダとシリンダの外側の位置との間のピストンの第１面及び第２面を横切る経路を通じてガスが交換されるのを妨げるように構成されている。例えば、両面ピストン５０の対向面から延びる一対のピストンロッド部４２，４３は、一体的に構成されてもよいし、両面ピストンを介して互いに間接的に接続されてもよい。しかしながら、ピストンロッドの間には、相互接続流路を設けられない。そのような構造では、両面ピストン５０の第１面及び第２面と交差するシリンダとシリンダの外側の位置との間でガスの流れが生じない。従って、各ピストンロッド部の凹部及び／又は通路は、互いに分離され、異なるピストンロッド部を通じて延びている。

エンジンブロックの各側部のシリンダヘッドが吸気マニホールドを備える（例えば、接続されるか又は一体的に構成される）場合、第１ピストンロッド部の通路は、シリンダの第１端部において第１燃焼室と吸気マニホールドとの間でガスを伝達するように構成されてもよい。また、第２ピストンロッド部の通路は、シリンダの第２端部において第２燃焼室と吸気マニホールドとの間でガスを伝達するように構成されてもよい。従って、例えば、図１０に示されるように、吸気マニホールド２６の燃焼ガス吸気室３２からのガスは、ポート４６及び４８がシリンダヘッド１４を橋渡しするとき、燃焼室に入ることができる。

本発明の実施形態に係るシリンダは、両端部が閉塞されている。例えば、エンジン１０のシリンダ１２は、その両端部が複数のボルト１６によってシリンダ１２に接続されているシリンダヘッド１４及び１５によって閉塞されている。本明細書で使用される場合、用語「閉塞」は、完全な閉塞を必要としない。例えば、シリンダヘッドは、ピストンロッド部４２，４３が通過する開口部を有してもよいが、本開示の意味においては、シリンダヘッドは依然として「閉塞」とみなされる。

シリンダ１２の周縁部には、冷却フィン２４が設けられている。エンジン１０の他の構成は、シリンダの壁の内部に形成された水通路、又は水冷のためにシリンダの壁の少なくとも一部を被覆する水通路などのシリンダの冷却を補助する他の外部又は内部の機構を備えてもよい。また、シリンダの流体冷却を容易にするためにシリンダの周壁の外側に沿って配置された、他の構造の冷却フィン又は他の導電性及び／又は対流性の熱伝達向上機構を備えてもよい。

また、本発明の例示的な実施形態によれば、第１端部と第２端部との間のシリンダの周壁は、少なくとも１つの排気ポートを有してもよい。一例として、シリンダ１２は、シリンダの第１端部と第２端部との間のシリンダ１２の周壁に少なくとも１つの排気ポートを有する。図２−図１２に示す例示的な実施形態において、分散配置された複数の排気ポート１８が、シリンダの両端部間のシリンダ１２のほぼ中間でシリンダの周囲に間隔を空けて配置されてもよい。排気ポート１８は、シリンダからガスを排気する機能を達成するのに適切なサイズ、形状、及び分布であればよい。１以上の排気ポートは、例えば、図に示されるように、シリンダの周壁の軸方向の中央領域に配置されてもよい。図示された例示的な実施形態では、排気ポート１８がシリンダの両端部間の中間に対称的に配置されているが、別の実施形態では、排気ポートが、シリンダヘッド１４の間の真ん中の点以外の位置で、シリンダの周壁と交差する１以上の半径方向の平面に配置されてもよい。

本発明のいくつかの例示的な実施形態によれば、少なくとも１つのポートは、ピストンが少なくとも１つのポートの第２燃焼室側にあるとき、第１燃焼室とシリンダの外側との間でガスを伝達するように構成されてもよい。また、少なくとも１つのポートは、ピストンが少なくとも１つのポートの第１燃焼室側にあるとき、第２燃焼室とシリンダの外側との間でガスを伝達するように構成されてもよい。このことは、一例として、図５に示されるように、ピストン５０が、ポート１８の右側に位置し、燃焼室からピストン５０の左側までポート１８を通じてガスの搬送が可能なときに起こり得る。ポート１８は、ガスが燃焼室の「外側」の位置に流れることを可能にする。その外側の位置は、図に示されるようにシリンダの側方にあってもよいし、エンジンに関連する導管（図示せず）がガスを他の位置に送ってもよい。

吸気マニホールド２６は、シリンダ１２の両端部に設けられたシリンダヘッド１４，１５のそれぞれに接続されていてもよいし、一体的に構成されてもよい。吸気マニホールド２６は、長手方向軸Ａと軸方向に配置されたピストンロッド開口部２８と、図に示されるように、吸気マニホールドの末端部、又は吸気マニホールドの外周部に沿った任意の位置に配置された１以上の吸気開口部３０とを有してもよい。吸気マニホールド２６の１以上の吸気開口部３０は、吸気ガスを、長手方向軸Ａを横切って吸気マニホールド内に向けるように構成されてもよい。吸気マニホールド２６の内部空間は、吸気室３２を形成してもよい。図１−図１２及び図２３に示される例示的な実施形態の吸気マニホールドは、筒状の構造を有するように図示されているが、他の実施形態は、他の形状又は断面を備える１以上の吸気マニホールドを備えてもよいし、シリンダ１２の各端部に形成された１以上の内部通路として、吸気マニホールドが少なくとも部分的にシリンダヘッド１４，１５内に組み込まれてもよい。

各シリンダヘッド１４，１５は、シリンダ１２の各端部の各シリンダヘッドの燃焼室と対向する関係があるシリンダ１２の各端部において各シリンダヘッドのファイアデッキの炎面の中又は当該炎面に連続して形成された環状又はトロイダル状の凹部３６内に開口する１以上のインジェクタ３４を更に備えてもよい。トロイダル状の凹部３６は、インジェクタ３４によって噴射された燃焼ガスに旋回流を与えて、燃焼室内のガスのより完全な燃焼を促進することができる。シリンダヘッド１４，１５は、１以上の点火プラグ３８を収容及び装着するための１以上のキャビティと、シリンダ１２の両端部で支持され、各シリンダヘッド１４，１５を通過するピストンロッド部４２，４３を（専用シールによって）整列し、支持し、ガイドし、且つシールするためのブッシュ４０とを備えてもよい。このことは、ピストンロッド部が両面ピストンの面から燃焼室を通じてどのように延在するかの一例である。ピストンロッドがシリンダの端部に延びることを可能にする開口部の特定の詳細にかかわらず、シリンダの少なくとも一端部まで延びるピストンロッドは、本開示の意味において、燃焼室を通じて延びるという。

本発明の実施形態に係る両面ピストンは、シリンダの第１端部からシリンダの反対側の第２端部への第１ストロークで移動するとともに、シリンダの後部の第２端部から第１端部への第２ストロークで移動するように構成されてもよい。この移動の長さは、例として図２−図７に図示されている。図２は、第１ストロークの終わりを示し、図７は第２ストロークの終わりを示し、図３−図６は、例示的な中間位置を示している。

本開示の様々な例示的な実施形態によれば、ピストンは、ガス膨張圧力下でピストンが移動する各ストロークの膨張ストローク部分（expansion stroke portion）と、当該膨張ストローク部分に続く膨張ストロークの残りの部分の各ストロークの運動ストローク部分（momentum stroke portion）とを可能にするように、シリンダに対して寸法決めされている。ピストンの第１ストローク及び第２ストロークのそれぞれの膨張ストローク部分は、燃焼の膨張圧力下でピストンが直接動くときの移動部分である。例えば、１ストロークの膨張ストローク部分は、シリンダの各端部における上死点（ＴＤＣ）位置から、燃焼ガスが点火される燃焼室とシリンダの外側の領域との間で燃焼ガスが交換されるポイントまでの部分である。

各ストローク中のピストンのＴＤＣ位置において、両面ピストンのそれぞれの対向面とシリンダヘッド１４，１５によって閉塞されるシリンダのそれぞれの端部との間には、隙間空間が残る。ピストンがＴＤＣに達する前に燃焼室に導入された燃焼ガスは、ピストン面とシリンダヘッドのファイアデッキとの間のピストンの側部の残りの隙間空間内で圧縮される。通常、燃料／空気混合物を含む圧縮ガスは、スパークによって、又は燃焼ガスの圧縮から少なくとも部分的に生じる自己着火によって点火され得る。各ストロークの膨張ストローク部分は、各燃焼室の燃焼による化学エネルギがピストンの機械的動力に変換されるので、圧縮された燃焼ガスの点火後に生じる。ピストンの一方の側部の各ストロークの膨張ストローク部分と同時に、ピストンの反対側の燃焼室とシリンダの反対側の吸気マニホールド及びシリンダの中央周辺部に配置された排気マニホールド２０との間で膨張ストローク部分のほぼ全体にわたってガスが発生し得る。

図２に示されるように、シリンダの左端部から右端部までのストロークの膨張ストローク部分の開始時において、ピストンの右側の燃焼室とシリンダの右側の吸気マニホールド２６との間、及び、排気ポート１８を通じてピストンの右側の燃焼室と排気マニホールド２０との間にガスが発生し得る。ピストンの右側の燃焼室と排気マニホールドとの間のガスの伝達は、排気弁として作用し且つ右側の燃焼室と排気マニホールドとの間の連通を遮断するピストンの右側面が、中央に位置する排気ポート１８を通過するまで継続される。また、ピストン５０が排気ポート１８を一様に閉塞する前に、ピストンの右側面に最も近い吸気ポート４４が、右側の燃焼室の外側に移動し、右側のピストンロッド部４２を通じて右側の吸気マニホールド２６と右側の燃焼室との間のガスの伝達が止められる。

いくつかの実施形態によれば、両面ピストンの長さ、シリンダの長さ、排気出口の位置、及び、各第１及び第２ピストンロッド部の溝アクセス開口部の位置は、ピストンが第１燃焼室内で燃焼段階にあるときに、排気出口が第１燃焼室と連通することをピストンが阻止し、第１ピストンロッド部の溝アクセス開口部が第１燃焼室の外側にあり、排気出口が第２燃焼室と流体連通し、第２溝アクセス開口部が第２燃焼室内にあるように設けられてもよい。このことは、様々な他の構造によって達成されてもよい。一例として、図を参照すると、両面ピストン５０の長さ、シリンダ１２の長さ、排気出口１８の位置、及び、各ピストン５０の両面から延在する第１及び第２ピストンロッド部４２，４３の吸気ポート４４の位置は、ピストンがピストンの一方の側の第１燃焼室内で燃焼段階にあるとき、排気出口が第１燃焼室と連通することをピストンが阻止するように配置されている。ピストンの一方の側に最も近い吸気ポート４４は、第１燃焼室の外側にあり、ピストンの一方の側の吸気マニホールドと第１燃焼室との間のガスの伝達を妨げる。

同時に、排気出口はピストンの反対側の第２燃焼室と流体連通し、第２ピストンロッド部４３の吸気ポート４４は、第２燃焼室内に位置する。同様に、ピストンがピストンの反対側の第２燃焼室の別の燃焼段階にあるとき、排気出口が第２燃焼室と連通することをピストンが阻止する。ピストンの第２側部の最も近い吸気ポート４４は、第２燃焼室の外側にあり、ピストンの第２側部の吸気マニホールドと第２燃焼室との間のガスの連通を妨げる。同時に、排気出口は、ピストンの第１側部の第１燃焼室と流体連通し、第１ピストンロッド部４２の吸気ポート４４は、第１燃焼室内に位置する。

膨張ストローク部分に続いて、ピストンは、残りのストロークの間、運動ストローク部分で動き続ける。各ストロークの運動ストローク部分は、膨張ストローク部分に続く残りのストロークの部分を含む。本開示の実施形態によれば、ピストンの第２燃焼室側の第２ストロークのほぼ全ての運動ストローク部分は、第１燃焼室におけるガスの圧縮と一致する。すなわち、一方の燃焼室のストロークの膨張ストローク部分に続く運動ストローク部分は、他方の燃焼室のガスを圧縮するために使用される。このことは、一方の燃焼室における膨張の終点が他方の燃焼室におけるＴＤＣ位置と一致しないエンジン構造によって可能となる。むしろ、エンジンの設計は、ストロークの膨張ストローク部分に続くピストンの更なる移動を可能にする。いくつかの実施形態において、ストロークの運動ストローク部分の間の更なるピストンの移動は、少なくともピストンの幅であってもよい。他の実施形態において、それはピストンの幅の倍数であってもよい。更に他の実施形態において、それは少なくともピストンの半分の幅であってもよい。

各ストロークの運動ストローク部分の間、燃焼ガスが点火された燃焼室とシリンダの外部との間でガスが交換される。ガスの交換は、ピストンに接続され且つ少なくとも１つの燃焼室内の位置からシリンダの外側の領域まで延びるピストンロッド部の通路を通じて行われてもよい。また、一例として、図２−図７には、図２のピストンの左端位置から図７の右端位置までの第１ストロークにおける、ピストン５０及びピストンロッド部４２の位置が示されている。図７−図１２は、図７のピストンの右端位置から図１２の左端位置までの第２ストロークにおける、ピストン５０及びピストンロッド部４２の位置が示されている。シリンダ１２内のピストンの左端位置及び右端位置は、燃焼ガスが圧縮され、燃焼段階の開始時にガスの点火が行われるストロークの上死点（ＴＤＣ）という。ピストンが図２の左端位置にあり、ピストンの左側面とシリンダの左端部のシリンダヘッド１５との間の隙間空間で圧縮された燃焼ガスに対して点火が行われるとき、ピストンは、図２−図７に見られるように、シリンダの左端部から右端部までのストロークのＴＤＣにある。同様に、ピストンが図７の右端位置にあり、ピストンの右側面とシリンダの右端部のシリンダヘッド１４との間の隙間空間で圧縮された燃焼ガスに対して点火が行われるとき、ピストンは、図７−図１２に見られるように、シリンダの右端部から左端部までのストロークに対してＴＤＣにある。

図３は、ピストンが、ＴＤＣから、シリンダの左端部からシリンダの右端部までのストロークを移動し、ピストンが中央に位置する排気ポート１８をちょうど通過した位置におけるピストンを示している。このとき、ピストンの左側の第１燃焼室は、中央に位置する排気ポート１８と流体連通し、燃焼による排気ガスが燃焼室を出始める。それにより、ストロークの膨張ストローク部分が終了し、膨張ストロークの終了後に残っている慣性の結果として、ピストンが、運動ストローク部分においてシリンダの右端部に向かって移動し続ける。

図３及び図４に示されるように、両面ピストン５０と、ピストンの左側の第１ピストンロッド部４３と、中央に位置する排気ポート１８とは、ピストンがシリンダの左端部からシリンダの右端部に向けて移動するとき、ピストンの左側面に最も近い吸気ポート４４がピストンの左側の第１燃焼室に入る前に、両面ピストンが中央に位置する排気ポート１８を通過するように構成されている。図４に示されるように、左側のピストンロッド部４３の吸気ポート４４がピストンの左側の燃焼室に入るときまでの間に、ピストン５０が中央に位置する排気ポート１８の右側に完全に移動し、燃焼室と吸気ポート４４との間のガスの流れを可能にする。この様々な構成要素の相対的な寸法及び間隔は、新鮮な予圧空気又は他の燃焼ガスがピストンの左側のピストンロッド部４３を通じて第１燃焼室に導入される前に、第１燃焼室内で生成された排気ガスが中央に位置する排気口１８から出ていくことを可能にする。様々な他の実施形態において、両面ピストンの両面に対するピストンロッド部４２，４３の吸気ポートの正確な配置は、ピストンの面が中央に位置する排気ポートの近端部を通過した直後に、ピストンの各面に最も近い吸気ポートがピストンの同じ側の燃焼室に入り、それにより、新鮮な予圧空気又は他の圧縮ガスが導入される前に排気ガスが燃焼室から出ていくことを可能にするように変更されてもよい（例えば、図４及び図９参照）。

図４に示されるように、シリンダの左端部からシリンダの右端部までのストロークの運動ストローク部分の間において、ピストンが中央に位置する排気ポート１８を通過した直後に、ピストンの左側面に最も近いピストンロッド部４３の吸気ポート４４のエッジが左側の燃焼室に入り始める。このとき、予圧ガスがピストンロッド部４３及び吸気ポート４４を通じて左側の燃焼室内に導入され、ピストンの左側で掃気段階が生じ得る。ピストンがシリンダの左端部から右端部までの第１ストロークの運動ストローク部分にあるとき、吸気ポート４４は、ガスを左側の燃焼室とシリンダの外側の領域との間で連続的に伝達するように構成されてもよい。図に示される例示的な実施形態においては、新鮮な予圧空気が、シリンダヘッドの反対側に配置された吸気マニホールド２６、又はシリンダの左端部のシリンダヘッドと一体的に構成された吸気マニホールド２６から、左側の燃焼室に導入されてもよい。同時に、排気ガスは、入ってくる予圧空気又は他のガスによって左側の燃焼室から掃気され、中央に位置する排気ポート１８から押し出されてもよい。

本発明のいくつかの態様は、シリンダと、ピストンがシリンダの第１端部から第２端部まで移動するときに、ピストンの第１側部の第１ストロークの膨張ストローク部分がピストンの第２側部の掃気段階及びガスブースト段階の少なくとも一方と一致するように寸法決めされた両面ピストンとを備える。第２ストロークに関しても同様の一致が生じてもよい。非限定的な例として図を参照すると、ピストンがシリンダの右端部に向かって移動し続けるとき、図５及び図６に示されるように、ガスは、左側の燃焼室とシリンダの外側の領域との間で連続的に伝達される。吸気マニホールド２６から燃焼室に導入される予圧空気又は他のガスの連続的な流れは、シリンダの冷却及び燃焼室からの排気ガスの掃気を補助し、左側の燃焼室内のガス圧力を上昇させる。図１１及び図１２には、第２ストロークに関して同様の一致が示されている。いくつかの実施形態において、掃気を伴う一方の側の圧縮と他方の側のガスブーストとは、正確に一致してもよい。他の実施形態において、それらは実質的に重複してもよい。

本発明のいくつかの態様は、シリンダと、ピストンがシリンダの第１端部から第２端部に移動するときに、ピストンの第１側部の第１ストロークの運動ストローク部分がピストンの第２側部の第２燃焼室の圧縮段階と一致するように寸法決めされた両面ピストンとを備える。非限定的な例として、シリンダの左端部からシリンダの右端部までの第１ストロークの運動ストローク部分と同時に、ピストンがシリンダの右端部に向かって中央に位置する排気ポート１８を通過した後、ピストンの右側のガスがピストンの右側の圧縮段階中に圧縮される。図７に示されるように、ピストンが右方にあるとき、ピストンの右側の燃焼ガスは、右側の燃焼室の残りの隙間空間で圧縮され、第２ストロークを開始するように点火が発生する。

非限定的な例として図２−図１２に最もよく示されるように、シリンダ１２及び両面ピストン５０は、シリンダの左端部からシリンダの右端部までの第１ストロークの間に、或いは、シリンダの右端部からシリンダの左端部までの第２ストロークの間において、ピストンが移動する総距離が、いずれかのストロークの膨張ストローク部分の間においてピストン５０が移動する距離よりも実質的に大きくなるように寸法決めされている。いくつかの例示的な実施形態において、シリンダ及び両面ピストンは、シリンダの一端部からシリンダの他端部までの各ストロークの間にピストンが移動する総距離が、少なくとも一方の面から他方の面までのピストンの長さ分だけ、ストロークの膨張ストローク部分の間にピストンが移動する距離よりも大きくなるように寸法決めされてもよい。他の例示的な実施形態において、シリンダ及び両面ピストンは、各ストロークでピストンが移動する総距離が、少なくともピストンの長さ分だけ、ピストンの一方の側でのガスの圧縮中にピストンによって移動された距離よりも大きくなるように寸法決めされてもよい。図に示される例示的な実施形態において、ピストン５０の一方の面から他方の面までの長さは、シリンダヘッド１４の少なくとも１つから中央に位置する排気ポート１８までの距離の１／２未満である。ピストンとシリンダとの構造及び相対的寸法は、各燃焼がシリンダの両端部で発生した後、排気ガスを掃気するとともにシリンダを冷却するために新鮮な予圧空気又は他のガスがシリンダ内に導入される間、各方向におけるピストンの全ストロークのかなり大きな長さを許容する。

図７に示されるように、シリンダの右端部から左端部までのストロークの膨張ストローク部分の開始時において、ピストンの左側の燃焼室とシリンダの左側の吸気マニホールド２６との間、及び、排気ポート１８を通じてピストンの左側の燃焼室と排気マニホールド２０との間にガスが発生し得る。ピストンの左側の燃焼室と排気マニホールドとの間のガスの伝達は、排気弁として作用し且つ左側の燃焼室と排気マニホールドとの間の連通を遮断するピストンの左側面が、中央に位置する排気ポート１８を通過するまで継続される。また、ピストン５０が排気ポート１８を一様に閉塞する前に、ピストンの左側面に最も近い吸気ポート４４が、左側の燃焼室の外側に移動し、左側のピストンロッド部４３を通じて左側の吸気マニホールド２６と左側の燃焼室との間のガスの伝達が止められる。

両面ピストン５０の長さ、シリンダ１２の長さ、排気出口１８の位置、及び、両面ピストン５０から延在する各第１及び第２ピストンロッド部４２，４３の吸気ポート４４の位置は、ピストンがピストンの右側の第２燃焼室の燃焼段階にあるときに、排気出口と第２燃焼室とが連通することをピストンが阻止するように配置されてもよい。ピストンの右側の最も近い吸気ポート４４は、第２燃焼室の外側に留まり、それにより、ピストンの右側の吸気マニホールドと第２燃焼室との間のガスの伝達が妨げられる。同時に、排気出口は、ピストンの左側の第１燃焼室と流体連通し、左側のピストンロッド部４３の吸気ポート４４は、第１燃焼室内に位置する。

各ストロークの運動ストローク部分は、膨張ストローク部分に続く残りのストロークの部分を含む。各ストロークの運動ストローク部分の間、燃焼ガスが点火された燃焼室とシリンダの外部との間でガスが交換される。ガスの交換は、ピストンに接続され且つ少なくとも１つの燃焼室内の位置からシリンダの外側の領域まで延びるピストンロッド部の通路、及び、シリンダの周壁に形成された排気ポートを通じて発生する。図７−１２には、図７のピストンの右端位置から図１２のピストンの左端位置までの第２ストロークにおける、ピストン５０及びピストンロッド部４２の位置が示されている。上述したように、シリンダ１２内のピストンの左端位置及び右端位置は、燃焼ガスが圧縮され、燃焼段階の開始時にガスの点火が行われているストロークの上死点（ＴＤＣ）という。ピストンが図７の右端位置にあり、ピストンの右側面とシリンダの右端部のシリンダヘッド１４との間の隙間空間で圧縮された燃焼ガスに対して点火が行われるとき、ピストンは、図７−図１２に見られるように、シリンダの右端部から左端部までのストロークに対してＴＤＣにある。

図８は、ピストンが、ＴＤＣから、シリンダの右端部からシリンダの左端部までのストロークを移動し、ピストンが中央に位置する排気ポート１８をちょうど通過した位置におけるピストンを示している。このとき、ピストンの右側の第２燃焼室は、中央に位置する排気ポート１８と流体連通し、第２ストロークの膨張ストローク部分の間に発生する燃焼による排気ガスが燃焼室を出始める。それにより、第２ストロークの膨張ストローク部分が終了し、膨張ストロークの終了後に残っている慣性の結果として、ピストンが、運動ストローク部分においてシリンダの左端部に向かって移動し続ける。

図８及び図９に示されるように、両面ピストン５０と、ピストンの右側の第２ピストンロッド部４２と、中央に位置する排気ポート１８とは、ピストンがシリンダの右端部からシリンダの左端部に向けて移動するとき、ピストンの右側面に最も近い吸気ポート４４がピストンの右側の第２燃焼室に入る前に、両面ピストン５０が中央に位置する排気ポート１８を通過するように構成されている。図９に示されるように、右側のピストンロッド部４２の吸気ポート４４がピストンの右側の第２燃焼室に入るときまでの間に、ピストン５０が中央に位置する排気ポート１８の左側に完全に移動し、第２燃焼室と吸気ポート４４との間のガスの流れを可能にする。この様々な構成要素の相対的な寸法及び間隔は、新鮮な予圧空気又は他の燃焼ガスがピストンの右側のピストンロッド部４２を介して第２燃焼室内に導入される前に、第２燃焼室で発生した排気ガスが中央に位置する排気ポート１８から出ていくことを可能にする。様々な他の実施形態において、両面ピストンの両面に対するピストンロッド部４２，４３の吸気ポートの正確な配置は、ピストンの面が中央に位置する排気ポートの近端部を通過した直後に、ピストンの各面に最も近い吸気ポートがピストンの同じ側の燃焼室に入り、それにより、新鮮な予圧空気又は他の燃焼ガスが導入される前に排気ガスが燃焼室から出ていくことを可能にするように変更されてもよい。

図９に示されるように、シリンダの右端部からシリンダの左端部までのストロークの運動ストローク部分の間において、ピストンが中央に位置する排気ポート１８を通過した直後に、ピストンの右側面に最も近いピストンロッド部４２の吸気ポート４４のエッジが第２燃焼室に入り始める。このとき、予圧ガスがピストンロッド部４２及び吸気ポート４４を通じて第２燃焼室に導入され、ピストンの右側で掃気段階が生じ得る。ピストンがシリンダの右端部から左端部までの第２ストロークの運動ストローク部分にあるとき、吸気ポート４４は、ガスを第２燃焼室とシリンダの外側の領域との間で連続的に伝達するように構成されてもよい。図に示される例示的な実施形態においては、新鮮な予圧空気が、シリンダヘッドの反対側に配置された吸気マニホールド２６、又はシリンダの右端部のシリンダヘッドと一体的に構成された吸気マニホールド２６から第２燃焼室に導入されてもよい。同時に、排気ガスは、入ってくる予圧空気又は他のガスによってピストン５０の右側の第２燃焼室から掃気され、中央に位置する排気ポート１８から押し出されてもよい。

ピストンがシリンダの左端部に向かって移動し続けるとき、図１０及び図１１に示されるように、ガスは、第２燃焼室とシリンダの外側の領域との間で連続的に伝達される。吸気マニホールド２６から第２燃焼室に導入される予圧空気又は他のガスの連続的な流れは、シリンダの冷却及び第２燃焼室からの排気ガスの掃気を補助し、第２燃焼室内のガス圧力を上昇させる。シリンダの右端部からシリンダの左端部までの第２ストロークの運動ストローク部分と同時に、ピストンがシリンダの左端部に向かって中央に位置する排気ポート１８を通過した後、ピストンの左側のガスがピストンの左側の圧縮段階中に圧縮される。図２に示されるように、ピストンが左方にあるとき、ピストンの左側の燃焼ガスは、左側の燃焼室の残りの隙間空間で圧縮され、シリンダの左端部からシリンダの右端部までの別のストロークを開始するように点火が発生する。

本発明のいくつかの実施形態によれば、エンジンの他の特定の構造にかかわらず、シリンダ及び両面ピストンは、ピストンが第１ストロークの間に移動する総距離が、ピストンが第１ストロークの膨張ストローク部分の間に移動する距離よりも実質的に大きくなるように寸法決めされている。図７−図１２に示されるように、ピストンが移動する総距離は、図７に示すエンジン１０の右側のＴＤＣから、図１２に示すエンジン１０の左側のＴＤＣまで測定される。この移動した総距離は、図７−図１２に示されるように、ピストンが少なくとも１つの排気ポート１８を通過するときに発生するストロークの膨張ストローク部分よりも実質的に大きい。本発明の他の実施形態において、膨張ストローク部分の終わりは、機械弁の開放、又は他の膨張の停止態様などの他の事項によって目印を付けられてもよいと考えられる。膨張ストローク部分がどのように終わるかにかかわらず、このような実施形態は、移動の総距離が膨張ストローク部分のみよりも実質的に大きい限り、本開示の範囲内にあると考えられる。非限定的な例として、総距離は、ストロークの膨張部分とストロークの非膨張部分との差が、ピストンの幅の倍数、ピストンの幅、ピストンの幅の４分の３よりも大きい、ピストンの幅の半分よりも大きい、ピストンの幅の４分の１よりも大きい、のいずれかである場合よりも実質的に大きくてもよい。従って、例えば、両面ピストンは、ピストンの一方の面からピストンの他方の面までの軸方向の長さを有し、当該長さは、第１シリンダヘッド及び第２シリンダヘッドの少なくとも１つから排気ポートまでの距離の１／２以下である。

いくつかの例示的な実施形態において、シリンダ及び両面ピストンは、シリンダの一端部からシリンダの他端部までの各ストロークの間にピストンが移動する総距離が、ピストンの一方の面から他方の面までの長さ分だけ、ストロークの膨張ストロークの間にピストンが移動する距離よりも大きくなるように寸法決めされている。他の例示的な実施形態において、シリンダ及び両面ピストンは、各ストロークでピストンが移動する総距離が、少なくともピストンの長さ分だけ、ピストンの一方の側でのガスの圧縮中にピストンが移動する距離よりも大きくなるように寸法決めされてもよい。図に示される例示的な実施形態において、ピストン５０の一方の面から他方の面までの長さは、シリンダヘッド１４の少なくとも１つから中央に位置する排気ポート１８までの距離の１／２未満である。ピストンとシリンダとの構造及び相対的寸法は、各燃焼がシリンダの両端部で発生した後、排気ガスを掃気するとともにシリンダを冷却するために新鮮な予圧空気又は他のガスがシリンダ内に導入される間、各方向におけるピストンの全ストロークのかなり大きな長さを許容する。

本発明のいくつかの実施形態によれば、内燃エンジンは、別個の部品の組立体で構成されたピストンを備え、当該ピストンは、第１外径を有する一対のピストン端部ディスクを備え、中央ディスクは、一対のピストン端部ディスク間の熱的ギャップを生じさせるように構成されている。一例として、図１３−図２２に示されるように、本開示に係るエンジンの様々な実施形態は、両面ピストン５０を備えている。ピストン５０は、第１直径を有する円筒形の第１ピストン部５６と、第１直径を有する円筒形の第２ピストン部５４と、第１直径よりも小さい第２直径を有する円筒形の第３ピストン部５２とを備えている。円筒形の第３ピストン部５２は、第１ピストン部５６と第２ピストン部５４との間に位置し、第１ピストン部５６は、組立前において、第１ピストン部５６が第２ピストン部５２から分離されるように構成されている。

いくつかの実施形態によれば、中央ディスクの硬度は、端部ディスクの硬度とは異なる。更に或いは代替的に、ピストンの中央ディスクは、一対のピストン端部ディスクの１つと一体に形成されてもよい。

また、実施形態は、ピストン部を囲む連続的でギャップの無いピストンリングを備え、ピストンリングは、加熱時にピストンの軸方向に変形するように構成されている。本発明の実施形態に適合する様々な形状のピストンリングを採用することができる。このような形状は、対称又は非対称のいずれかである波形パターン又は他の蛇行構造を有してもよい。図２０のみに例として示されるように、連続的でギャップの無いピストンリング６４が第３ピストン部５２を囲み、ピストンリング６４は、加熱時にピストン５０の軸方向に変形するように構成されている。第３ピストン部５２は、第１ピストン部５６と第２ピストン部５４との間にスロットを形成する。第１ピストン部５６と第２ピストン部５４との間に形成されたスロットは、ピストンリングによっては完全に充填されず、ピストンリングからの熱の移動を容易にしてその寿命を増加させる熱的ギャップを形成し得る。組立前のいくつかの実施形態において、第３ピストン部５２は第１ピストン部５６と一体であってもよく、第２ピストン部５４は第３ピストン部５２と一体でなくてもよい。

図１３に示されるように、ピストン５０の外周壁の溝は、上述したように、第１、第２、及び第３のピストン部の組立体によって形成されてもよいし、例えば、三次元の付加的な製造プロセスを用いて、加工又は製造されてもよい。前記溝は、第１縁部と、第１縁部から離れた第２縁部とを有してもよい。ピストンリング６４（図１７−図２０）は、溝内に設置され、ピストンリングの形状が溝の形状と異なり且つピストンリングが溝を実質的に充填しないように、溝内を蛇行する形状を有する。また、ピストンリング６４は、熱に晒されたときに蛇行形状が変化し、ピストンリングが溝の縁部の間でピストンの軸方向に膨張することが可能な材料で構成されてもよい。図１７、図１９、及び図２０に最もよく示されるように、ピストンリング６４の蛇行は、波の形状であってもよい。波のピークは、溝の対向する縁部に向かって交互に伸びる。ピストンリング６４は、熱に晒されたときに、半径方向ではなく、ピストンの軸方向に膨張しやすいように構成されてもよい。

図１７−図２０に示されるように、ピストンリング６４は、波状の軸方向の断面を有するとともに円形の半径方向の断面を有してもよい。ピストンリング６４は、軸方向に対向する面に複数の千鳥状の平坦な当接面部６８を有してもよい。平坦な当接面部６８は、溝の対向する縁部上に交互に位置するように構成されてもよい。ピストン５０の溝の第１縁部と第２縁部との隙間は、シリンダ１２の内周壁に常に全面的に当接したまま、略均一な外径７０を有するピストンリングの円形の半径方向の断面を維持しつつ、ピストンリング６４の軸方向の膨張及び収縮を許容する。

図１９から明らかなように、ピストンリング６４の平面図において、ピストンリング６４は、シリンダ壁６６にしっかりと嵌合するように円形である。１つの例示的な実施形態において、ピストンリング６４の各側は、ピストンリング６４を、隣接するピストン部、すなわち第１ピストン部５６及び第２ピストン部５４に当接させるために、周囲に均等に分布した６つの平坦な当接面部６８を備えている。ピストンリング６４の一方の側の当接面部６８は、各当接面部６８のピストンリング６４の他方の側の２つの隣接する当接面部６８から等距離にあるように、ピストンリング６４の他方の側の当接面部６８に対して角度を変えて配置されている。

ピストンリング６４の側面図である図１８に示されるように、ピストンリング６４の両側の２つの隣接する当接面部６８の間には、湾曲したリング壁６９が形成されてもよい。

使用される構造及び材料に依存して、いくつかの実施形態において、ピストンリング６４の上述した構造は、いくつかの利点を有する。ピストンリング６４は、従来のピストンリングとは対照的に、周方向に連続しているので、ピストンリングの一方の側から他方の側への圧縮ガスの漏れによるエンジンの動作中の圧縮損失を実質的に排除する。圧縮損失の低減の結果、当該技術分野でよく知られているように、２つ又は３つのピストンリングではなく、単一のピストンリング６４を使用することができる（本開示に適合する複数のリングが本開示に適合する単一のピストンに使用されてもよい）。ピストンリングの数の低減は、各ピストンリングとシリンダ壁６６との間の摺動接触によって引き起こされる摩擦損失の大幅な減少をもたらすことができる。摩擦損失の減少は、エンジン１０の効率の改善をもたらすことができる。ピストンリング６４の両側の当接面部６８は、ピストンリング６４が長手方向軸Ａに実質的に垂直に方向付けられた状態を維持することを保証することもでき、その結果、リング周囲面７０がシリンダ壁６６に対して平行に連続的に接触することができる。本開示の様々な例示的な実施形態に係るピストンリング６４は動作中に加熱されて膨張する傾向にあるので、リング周囲面７０は、シリンダの壁６６と完全に接触したままであり、実質的に一定の圧力をその上に及ぼすことができる。ピストンリング６４の膨張及び収縮は、湾曲したリング壁６９の湾曲及び軸方向の膨張の増加をもたらし、それにより、ピストンリング６４の半径方向の一定の輪郭を乱すことなく膨張を吸収する。

本開示の様々な例示的な実施形態に係るエンジン１０は、燃焼のために新鮮な空気を連続的に供給しながら、エンジンからの高温の排気ガスのほぼ連続的な掃気を容易に行うことができる。ほぼ連続的に導入された新鮮な予圧空気は、シリンダ内の温度を低下させ、エンジン効率及びエンジン寿命を増加させることができる。

本開示の上述した部分を促進にするために、構成要素の様々な組合せがここに記載される。本発明の態様が最も広い意味において以前に開示された特定の組み合わせに限定されないことは理解すべきである。むしろ、本開示に適合し且つ図にのみ一例として示される本発明の実施形態は、以下の１以上の構成要素を、単独、又は、以下とは別の１以上の構成要素との組み合わせ、又は従来開示された特徴との組み合わせを備えてもよい：
・内燃エンジン。
・エンジンブロック内において少なくとも１つの燃焼室を形成するシリンダ。
・シリンダ内において、シリンダの一端部からシリンダの他端部までの第１ストロークを移動するように構成されたピストンであって、ガス膨張圧力下でピストンが移動する第１ストロークの膨張ストローク部分と、膨張ストローク部分に続く第１ストロークの残りの第１ストロークの運動ストローク部分の移動を可能にするようにシリンダに対して寸法決めされたピストン。
・ピストンに接続され、少なくとも１つの燃焼室内の位置からシリンダの外側の領域まで延びる少なくとも１つのピストンロッド部。
・ピストンロッド部に設けられ、少なくとも１つの燃焼室とシリンダの外側の領域との間でガスを伝達する通路を形成する少なくとも１つの凹部。
・少なくとも１つの凹部は、ピストンが第１ストロークの膨張ストローク部分に続く第１ストロークの運動ストローク部分にあるとき、少なくとも１つの燃焼室とシリンダの外側の領域との間でガスを連続的に伝達するように構成されている。
・通路を形成する少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つのピストンロッド部を少なくとも部分的に中空にする。
・通路は、少なくとも１つのピストンロッド部の溝を含む。
・通路は、シリンダの外側の位置から燃焼ガスを少なくとも１つの燃焼室内に導入するように構成されている。
・ピストンは両面ピストンであり、少なくとも１つのピストンロッド部は一対のピストンロッド部を備え、各ピストンロッド部は両面ピストンの対向面から延びている。
・少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つのピストンロッド部の内部に延びる溝を含む。
・一対のピストンロッド部は、一体的に構成されている。
・一対のピストンロッド部は、両面ピストンを介して間接的に接続されている。
・少なくとも１つの凹部は、それぞれが異なるピストンロッド部を通じて延びる少なくとも２つの凹部を備える。
・少なくとも１つのピストンロッド部内で通路と流体連通する少なくとも１つのポートを更に備える。
・少なくとも１つのポートは、複数の細長いスロットを備える。
・少なくとも１つのポートは、ピストンロッド内の複数の穴を備える。
・通路は、ピストンロッド部の外周面に形成された複数の溝を含む。
・ピストンロッド部の少なくとも１つの凹部は、直径が小さくされたロッド部分を有する。
・少なくとも１つの燃焼室は、ピストンの第１端部とシリンダの第１端部との間に形成された第１燃焼室と、ピストンの第２端部とシリンダの第２端部との間に形成された第２燃焼室とを備える。
・シリンダは、両端部がシリンダヘッドによって閉塞されている。
・少なくとも１つのピストンロッド部は、ピストンの第１端部からシリンダの第１端部のシリンダヘッドを通過するように延びる第１ピストンロッド部と、ピストンの第２端部からシリンダの第２端部のシリンダヘッドを通過するように延びる第２ピストンロッド部とを備える。
・シリンダの各端部のシリンダヘッドは、吸気マニホールドを有し、第１ピストンロッド部の通路は、シリンダの第１端部において第１燃焼室と吸気マニホールドとの間でガスを伝達するように構成され、第２ピストンロッド部の通路は、シリンダの第２端部において第２燃焼室と吸気マニホールドとの間でガスを伝達するように構成されている。
・シリンダの第１端部と第２端部との間の周壁は、少なくとも１つの排気ポートを備える。
・少なくとも１つの排気ポートは、シリンダの周囲に間隔を空けて配置された複数の排気ポートを備え、複数の排気ポートは、排気マニホールドと流体連通している。
・ピストンの第１燃焼室側の第１ストロークの膨張ストローク部分の全体が、第２燃焼室とシリンダの第２端部の吸気マニホールドとの間のガスの流れと実質的に一致する。
・ピストンの第１燃焼室側の第１ストロークの運動ストローク部分の全体が、第２燃焼室内のガスの圧縮と実質的に一致する。
・ピストンは、更に、シリンダの第２端部からシリンダの第１端部までの第２ストロークを移動するように構成され、ガス膨張圧力下でピストンが移動する第２ストロークの膨張ストローク部分と、膨張ストローク部分に続く第２ストロークの残りの第２ストロークの運動ストローク部分の移動を可能にするようにシリンダに対して寸法決めされている。
・通路を形成する少なくとも１つの凹部は、少なくとも１つのピストンロッド部を少なくとも部分的に中空にする。
・ピストンの第２燃焼室側の第２ストロークの膨張ストローク部分の全体が、第１燃焼室とシリンダの第１端部の吸気マニホールドとの間のガスの流れと実質的に一致する。
・ピストンの第２燃焼室側の第２ストロークの運動ストローク部分の全体が、第１燃焼室内のガスの圧縮と実質的に一致する。
・シリンダ内に摺動可能に装着され、シリンダの第１端部からシリンダの第２端部までの第１ストロークを移動する両面ピストンであって、両面ピストン及びシリンダは、第１ストロークが、第１燃焼室内の燃焼による化学エネルギをピストンの機械的動力に変換する膨張ストローク部分と、ピストンがシリンダの第２端部に移動し続け、第１燃焼室とシリンダの外側の位置との間でガスを交換する運動ストローク部分とを含むように構成されている。
・シリンダ及び両面ピストンは、ピストンが第１ストロークの間に移動する総距離が、ピストンが第１ストロークの膨張ストローク部分の間に移動する距離よりも実質的に大きくなるように寸法決めされている。
・シリンダ及び両面ピストンは、ピストンが第１ストロークの間に移動する総距離が、少なくともピストンの一方の面から他方の面までの長さ分だけ、ピストンが第１ストロークの膨張ストローク部分の間に移動する距離よりも大きくなるように寸法決めされている。
・シリンダ及び両面ピストンは、ピストンがシリンダの第１端部からシリンダの第２端部まで移動するときに、ピストンの第１側部の第１ストロークの膨張ストローク部分がピストンの第２側部の掃気段階及びガスブースト段階の少なくとも一方と一致するように寸法決めされている。
・シリンダ及び両面ピストンは、ピストンがシリンダの第１端部からシリンダの第２端部まで移動するときに、ピストンの第１側部の第１ストロークの運動ストローク部分がピストンの第２側部の第２燃焼室の圧縮段階と一致するように寸法決めされている。
・両面ピストンは、シリンダの第２端部からシリンダの第１端部までの第２ストロークを移動するように構成され、シリンダ及び両面ピストンは、第２ストロークが、第２燃焼室内の燃焼による化学エネルギをピストンの機械的動力に変換する膨張ストローク部分と、ピストンがシリンダの第１端部に移動し続け、第２燃焼室とシリンダの外側の位置との間でガスを交換する運動ストローク部分とを含むように構成されている。
・シリンダ及び両面ピストンは、ピストンが第２ストロークの間に移動する総距離が、ピストンが第２ストロークの膨張ストローク部分の間に移動する距離よりも実質的に大きくなるように寸法決めされている。
・シリンダ及び両面ピストンは、ピストンが第２ストロークの間に移動する総距離が、少なくともピストンの一方の面から他方の面までの長さ分だけ、ピストンが第２ストロークの膨張ストローク部分の間に移動する距離よりも大きくなるように寸法決めされている。
・ピストンがシリンダの第２端部からシリンダの第１端部まで移動するときに、ピストンの第２側部の第２ストロークの膨張ストローク部分がピストンの第２側部の掃気段階及びガスブースト段階の少なくとも一方と一致する。
・ピストンがシリンダの第２端部からシリンダの第１端部まで移動するときに、ピストンの第２側部の第２ストロークの運動ストローク部分がピストンの第１側部の第１燃焼室の圧縮段階と一致する。
・両面ピストンの第１面に接続され、第１燃焼室内に位置からシリンダの外側の第１位置まで延びている第１ピストンロッド。
・両面ピストンの第２面に接続され、第２燃焼室内に位置からシリンダの外側の第２位置まで延びている第２ピストンロッド。
・第１ピストンロッド部に設けられ、第１燃焼室とシリンダの外側の第１位置との間でガスを伝達するように構成された通路を形成する少なくとも１つの凹部。
・第２ピストンロッド部に設けられ、第２燃焼室とシリンダの外側の第２位置との間でガスを伝達するように構成された通路を形成する少なくとも１つの凹部。
・シリンダの周側壁に設けられた少なくとも１つのポートであって、ピストンが少なくとも１つのポートの第２燃焼室側にあるとき、第１燃焼室とシリンダの外側との間でガスを伝達するように構成され、ピストンが少なくとも１つのポートの第１燃焼室側にあるとき、第２燃焼室とシリンダの外側との間でガスを伝達するように構成された少なくとも１つのポート。
・第１及び第２ピストンロッド部の通路は、それぞれ第１及び第２燃焼室にガスを吸気するように構成され、シリンダの周側壁の少なくとも１つのポートは、第１及び第２燃焼室からガスを排気するように構成されている。
・第１ストローク及び第２ストロークのそれぞれは、第１燃焼室及び第２燃焼室の一方の燃焼による化学エネルギをピストンの機械的動力に変換する膨張ストロークと、ピストンがシリンダの各端部に向けて移動し続け、第１燃焼室と第２燃焼室の一方とシリンダの外側の位置との間でガスを交換する運動ストローク部分とを含むように構成されている。
・シリンダ及びピストンは、第１ストローク及び前記第２ストロークのそれぞれにおいてピストンが移動する総距離が、少なくともピストンの長さ分だけ、ピストンの一方の側のガスの圧縮中にピストンによって移動される距離よりも大きくなるように寸法決めされている。
・シリンダ及びピストンは、ピストンがシリンダの第１端部からシリンダの第２端部まで移動するときに、ピストンの第１側部の第１ストロークの膨張ストローク部分がピストンの第２側部の掃気段階及びガスブースト段階の少なくとも一方と一致するように寸法決めされている。
・シリンダ及びピストンは、ピストンがシリンダの第１端部からシリンダの第２端部まで移動するときに、ピストンの第１側部の第１ストロークの運動ストローク部分がピストンの第２側部の第２燃焼室のガスの圧縮段階と一致するように寸法決めされている。
・シリンダの周側壁に設けられた少なくとも１つのポートであって、ピストンが少なくとも１つのポートの第２燃焼室側にあるとき、第１燃焼室とシリンダの外側との間でガスを伝達するように構成され、ピストンが少なくとも１つのポートの第１燃焼室側にあるとき、第２燃焼室とシリンダの外側との間でガスを伝達するように構成された少なくとも１つのポート。
・第１及び第２ピストンロッド部の通路は、それぞれ第１及び第２燃焼室にガスを吸気するように構成され、シリンダの周側壁の少なくとも１つのポートは、第１及び第２燃焼室からガスを排気するように構成されている。
・第１通路及び第２通路は、第１面及び第２面と交差する経路を通じてシリンダとシリンダの外側の位置との間でガスが交換されるのを妨げるように構成されている。
・第１通路及び第２通路は、第１及び第２ピストンロッド部を少なくとも部分的に中空にする。
・第１及び第２通路の少なくとも１つが、第１及び第２ピストンロッド部の溝を含む。
・第１及び第２通路は、シリンダの外側の位置から燃焼ガスを第１及び第２の燃焼室にそれぞれ導入するように構成されている。
・第１及び第２通路は、第１及び第２ピストンロッド部の内部に延びる細長い溝を含む。
・第１及び第２ピストンロッド部は、一体的に構成されている。
・第１及び第２ピストンロッド部は、両面ピストンを介して互いに間接的に接続されている。
・第１通路と流体連通する第１ピストンロッド部の少なくとも１つのポートと、第２通路と流体連通する第２ピストンロッド部の少なくとも１つのポートとを更に備える。
・第１及び第２ピストンロッド部の少なくとも１つのポートは、複数の細長いスロットを備える。
・第１及び第２ピストンロッド部の少なくとも１つのポートは、ピストンロッド部に複数の穴を備える。
・第１及び第２ピストンロッド部の第１及び第２通路の少なくとも一方は、ピストンロッド部の外周面に形成された複数の溝を備える。
・第１及び第２ピストンロッド部の第１及び第２凹部の少なくとも１つは、直径が小さくされたピストンロッドセクションを含む。
・第１ピストンロッド部の第１通路及び第２ピストンロッド部の第２通路は、それぞれ第１及び第２燃焼室内にガスを吸気するように構成されている。
・両面ピストンの第１面から第１燃焼室及び第１シリンダヘッドを通じて延びる第１ピストンロッド部。
・第１燃焼室及びシリンダの外側の第１位置との間にガスを伝達する第１通路を形成する第１ピストンロッド部の第１凹部。
・ピストンの第２面から第２燃焼室及び第２シリンダヘッドを通じて延びる第２ピストンロッド部。
・第２燃焼室及びシリンダの外側の第２位置との間にガスを伝達する第２通路を形成する第２ピストンロッド部の第２凹部。
・シリンダの外側の少なくとも１つの領域と、第１燃焼室及び第２燃焼室の少なくとも一方との間でガスを交互に伝達する、シリンダの周壁の少なくとも１つのポート。
・両面ピストンと、第１ピストンロッド部と、少なくとも１つのポートとは、ピストンが第１位置から第２位置に向かって移動するとき、第１凹部の開口部が第１燃焼室に入って第１燃焼室と第１ピストンロッド部の第１凹部との間でガスが流れる前に、両面ピストンが少なくとも１つのポートを通過するように構成されている。
・両面ピストンと、第１ピストンロッド部と、少なくとも１つのポートとは、ピストンが第２位置から第１位置に向かって移動するとき、第２凹部の開口部が第２燃焼室に入って第２燃焼室と第２ピストンロッド部の第２凹部との間でガスが流れる前に、両面ピストンが少なくとも１つのポートを通過するように構成されている。
・第１ピストンロッド部の第１凹部及び第２ピストンロッド部の第２凹部は、ガスの吸気のための吸気口として構成され、周壁の少なくとも１つのポートは、ガスの排気のための排気口として構成され、更に、第１ピストンロッド部に少なくとも１つの付加的な凹部と、第２ピストンロッド部に少なくとも１つの付加的な凹部とを備える。
・両面ピストンと、第１ピストンロッド部と、シリンダ周壁の少なくとも１つのポートとは、両面ピストンが第１シリンダヘッドと周壁の少なくとも１つのポートとの間に位置するとき、第１凹部の開口部がシリンダの外側にあり、両面ピストンが第１燃焼室と少なくとも１つのポートとの間のガスの流れを遮断するように構成され、両面ピストンと、第２ピストンロッド部と、シリンダ周壁の少なくとも１つのポートとは、両面ピストンが第２シリンダヘッドと周壁の少なくとも１つのポートとの間に位置するとき、第２凹部の開口部がシリンダの外側にあり、両面ピストンが第２燃焼室と周壁の少なくとも１つのポートとの間のガスの流れを遮断するように構成されている。
・第１ピストンロッド部及び第２ピストンロッド部の凹部は、第１ピストンロッド部及び第２ピストンロッド部のそれぞれのコアを通る穴を含む。
・第１ピストンロッド部及び第２ピストンロッド部の凹部の開口部は、それぞれのピストンロッド部の外壁に曲線状のポートを含む。
・第１ピストンロッド部及び第２のピストンロッド部の凹部の開口部は、それぞれのピストンロッド部の外壁に細長いスロットを含む。
・第１及び第２ピストンロッド部の凹部は、直径が小さくされた領域によって形成される。
・少なくとも１つのポートは、シリンダ周壁の軸方向の中央領域に配置された排気ポートを備える。
・第１燃焼室及び第２燃焼室の一方でのガスの圧縮及び燃焼中において、ピストンは、燃焼室の一方からの排気ガスの流れを妨げる一方で、燃焼室の他方からの排気ガスの流れを許容する排気弁として作用する。
・第１シリンダヘッドと第２シリンダヘッドとの間のシリンダの略中央領域においてシリンダ周壁に配置された排気ポート。
・シリンダ周壁以外の位置にある少なくとも１つの燃焼ガス入口であって、当該燃焼ガス入口と排気ポートとは、吸気口を通じて導入された燃焼ガスが周壁の排気ポートを通じてシリンダから排気されるように協働するよう構成されている。
・両面ピストンは、ピストンの一方の面からピストンの他方の面までの軸方向の長さを有し、当該長さが、第１シリンダヘッド及び第２シリンダヘッドの少なくとも一方から排気ポートまでの距離の１／２以下である。
・両面ピストンの第１面から第１燃焼室及び第１シリンダヘッドを通じて延びる第１ピストンロッド部を更に備え、少なくとも１つの燃焼ガス入口が第１ピストンロッド部に配置されている。
・両面ピストンの第２面から第２燃焼室及び第２シリンダヘッドを通じて延びる第２ピストンロッド部を更に備え、少なくとも１つの燃焼ガス入口が第２ピストンロッド部に配置されている。
・少なくとも１つの燃焼ガス入口は、第１シリンダヘッドに隣接して配置された第１吸気マニホールドと流体連通する第１通路と、第２シリンダヘッドに隣接して配置された第２吸気マニホールドと流体連通する第２通路とを備える。
・第１燃焼室の第１端部を通じてシリンダの外側の位置から第１燃焼室内の位置までガスの吸気入口として機能するように構成された第１ピストンロッド部の第１細長溝。
・第２燃焼室の第２端部を通じてシリンダの外側の位置から第２燃焼室内の位置までガスの吸気入口として機能するように構成された第２ピストンロッド部の第２細長溝。
・両面ピストンの長さ、シリンダの長さ、排気出口の位置、及び、各第１及び第２ピストンロッド部の溝アクセス開口部の位置は、ピストンが第１燃焼室内で燃焼段階にあるときに、排気出口が第１燃焼室と連通することをピストンが阻止し、第１ピストンロッド部の溝アクセス開口部が第１燃焼室の外側にあり、排気出口が第２燃焼室と流体連通し、第２溝アクセス開口部が第２燃焼室内にあるように設けられている。
・第１ピストンロッド部の溝アクセス開口部とピストンの第１面との間の間隔及び排気出口の位置は、第１ピストンロッド部の溝アクセス開口部が第１燃焼室内に位置するとともに、ピストンが排気出口の第２燃焼室側の位置にあるときに、第１燃焼室からの燃焼ガスの掃気が排気出口を通じて生じるように構成されている。
・第１ピストンロッド部の溝アクセス開口部とピストンの第１面との間の間隔及び排気出口の位置は、第１燃焼室におけるガスブーストが第１燃焼室からの燃焼ガスの掃気に続き、予圧空気が第１ピストンロッド部の溝アクセス開口部を通じて第１燃焼室に導入されるように構成されている。
・第２ピストンロッド部の溝アクセス開口部とピストンの第２面との間の間隔及び排気出口の位置は、ピストンが第２燃焼室の第２端部に向かって排気出口を通過した位置にあるとともに、第２ピストンロッド部が第２燃焼室の外側にあるときに、第２燃焼室内でガスの圧縮が生じるように構成されている。
・第２ピストンロッド部の溝アクセス開口部とピストンの第２面との間の間隔及び排気出口の位置は、第２ピストンロッド部の開口部が第２燃焼室内にあり、ピストンが第１燃焼室の第１端部に向かって排気出口を通過した位置にあるときに、第２燃焼室からの燃焼ガスの掃気が生じるように構成されている。
・第２ピストンロッド部の溝アクセス開口部とピストンの第２面との間の間隔及び排気出口の位置は、第２燃焼室におけるガスブーストが第２燃焼室からの燃焼ガスの掃気に続き、予圧空気が第２ピストンロッド部の溝アクセス開口部を通じて第２燃焼室に導入されるように構成されている。
・第１ピストンロッド部の溝アクセス開口部とピストンの第１面との間の間隔及び排気出口の位置は、ピストンが第１燃焼室の第１端部に向かって排気出口を通過した位置にあるとともに、第１ピストンロッドの溝アクセス開口部が第１燃焼室の外側にあるときに、第１燃焼室内出ガスの圧縮が生じるように構成されている。
・エンジンの圧縮比は、第１ピストンロッド部の溝アクセス開口部と両面ピストンの第１面との間の最も近い間隔、及び、第２ピストンロッド部の溝アクセス開口部と両面ピストンの第２面との間の最も近い間隔の少なくとも１つの関数である。
・内燃エンジン用のピストンであって、第１直径を有する円筒形の第１ピストン部と、第１直径を有する円筒形の第２ピストン部と、第１ピストン部と第２ピストン部との間に配置され、第１直径よりも小さい第２直径を有する円筒形の第３ピストン部とを備え、第１ピストン部は、組立前において、第２ピストン部から分離されるように構成されているピストン。第３ピストン部を囲む連続的でギャップの無いピストンリングであって、加熱時にピストンリングがピストンの軸方向に変形し、第３ピストン部が第１ピストン部と第２ピストン部との間のスロットを形成するピストンリング。
・組立前において、第３ピストン部は第１ピストン部と一体であり、第２ピストン部は第３ピストン部と一体ではない。
・第１縁部と、第１縁部から間隔を空けて配置された第２縁部とを有するピストンの外周壁の溝。
・溝内に設けられたピストンリングであって、ピストンリングの形状が溝の形状と異なり且つピストンリングが溝を実質的に充填しないように、溝内を蛇行する形状を有し、熱に晒されたときに蛇行形状が変化し、ピストンリングが溝の縁部の間でピストンの軸方向に膨張することが可能な材料で構成されている。
・ピストンリングの蛇行は、波の形状である。
・波のピークは、溝の対向する縁部に向かって交互に伸び、ピストンリングは、熱に晒されたときに、半径方向ではなく、ピストンの軸方向に膨張しやすいように構成されている。
・ピストンリングは、波状の軸方向の断面を有するとともに、円形の半径方向の断面を有する。
・ピストンリングは、軸方向に対向する面に複数の千鳥状の平坦な当接面部を有している。
・平坦な当接面部は、溝の対向する縁部上に交互に位置するように構成されている。
・溝の第１縁部と第２縁部との隙間は、略均一な外径を有するピストンリングの円形の半径方向の断面を維持しつつ、ピストンリングの軸方向の膨張及び収縮を許容する。
・ピストンリングは、軸方向に対向する面に波状の軸方向の断面を有するように形成され、平坦な当接面部は、溝の第１縁部と第２縁部とに交互に位置するように構成され、平坦な当接面部の間のピストンリングの部分は、溝の縁部から間隔を空けて配置されている。
・第１外径を有する一対のピストン端部ディスクと、第１外径よりも小さい第２外径を有するピストン中央ディスクとを含む別個の部品の組立体で構成されたピストンであって、中央ディスクが一対のピストン端部ディスクの熱的ギャップを生じさせるように構成されたピストン。
・さらに、ピストン端部ディスクとは異なる硬度を有するピストン中央ディスクを有する。
・ピストン中央ディスクは、一対のピストン端部ディスクの１つと一体的に構成されている。

特許請求の範囲に記載された本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、開示された例示的な実施形態に対して様々な変更及び修正が行われてもよい。例えば、エンジン１０によって生成される燃焼ガスは、ターボチャージャを駆動するために使用されてもよい。 シリンダ内に導入された圧縮空気は、シリンダの両端部から延びる往復ピストンロッド部によって駆動される外部圧縮機によって加圧されてもよい。他の変形例は、ガスがシリンダの内外に放射状に向かわないように、吸気ポート及び排気ポートの角度を変えることによって、シリンダ内に導入されるガスに旋回効果を与えることを含んでもよい。

Claims (25)

1. エンジンブロックと、
   前記エンジンブロック内において少なくとも１つの燃焼室を形成するシリンダと、
   前記シリンダ内において、前記シリンダの一端部から前記シリンダの他端部までの第１ストロークを移動するように構成されたピストンであって、ガス膨張圧力下で前記ピストンが移動する前記第１ストロークの膨張ストローク部分と、前記膨張ストローク部分に続く前記第１ストロークの残りの前記第１ストロークの運動ストローク部分の移動を可能にするように前記シリンダに対して寸法決めされたピストンと、
   前記ピストンに接続され、前記少なくとも１つの燃焼室内の位置から前記シリンダの外側の領域まで延びる少なくとも１つのピストンロッド部と、
   前記ピストンロッド部に設けられ、前記少なくとも１つの燃焼室と前記シリンダの外側の領域との間でガスを伝達する通路を形成する少なくとも１つの凹部と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの凹部は、前記ピストンが前記第１ストロークの前記膨張ストローク部分に続く前記第１ストロークの運動ストローク部分にあるとき、前記少なくとも１つの燃焼室と前記シリンダの外側の領域との間でガスを連続的に伝達するように構成されている、内燃エンジン。
2. 前記通路を形成する前記少なくとも１つの凹部は、前記少なくとも１つのピストンロッド部を少なくとも部分的に中空にする、請求項１に記載の内燃エンジン。
3. 前記通路は、前記少なくとも１つのピストンロッド部の溝を含む、請求項１に記載の内燃エンジン。
4. 前記通路は、前記シリンダの外側の位置から燃焼ガスを前記少なくとも１つの燃焼室内に導入するように構成されている、請求項１に記載の内燃エンジン。
5. 前記ピストンは両面ピストンであり、前記少なくとも１つのピストンロッド部は一対のピストンロッド部を備え、各ピストンロッド部は前記両面ピストンの対向面から延びている、請求項１に記載の内燃エンジン。
6. 前記少なくとも１つの凹部は、前記少なくとも１つのピストンロッド部の内部に延びる溝を含む、請求項１に記載の内燃エンジン。
7. 前記一対のピストンロッド部は、一体的に構成されている、請求項５に記載の内燃エンジン。
8. 前記一対のピストンロッド部は、前記両面ピストンを介して間接的に接続されている、請求項７に記載の内燃エンジン。
9. 前記少なくとも１つの凹部は、それぞれが異なるピストンロッド部を通じて延びる少なくとも２つの凹部を備える、請求項１に記載の内燃エンジン。
10. 前記少なくとも１つのピストンロッド部内で前記通路と流体連通する少なくとも１つのポートを更に備える、請求項１に記載の内燃エンジン。
11. 前記少なくとも１つのポートは、複数の細長いスロットを備える、請求項１０に記載の内燃エンジン。
12. 前記少なくとも１つのポートは、前記ピストンロッド部に複数の穴を備える、請求項１０に記載の内燃エンジン。
13. 前記通路は、前記ピストンロッド部の外周面に形成された複数の溝を含む、請求項１０に記載の内燃エンジン。
14. 前記ピストンロッド部の前記少なくとも１つの凹部は、直径が小さくされたロッドセクションを有する、請求項１０に記載の内燃エンジン。
15. 前記少なくとも１つの燃焼室は、前記ピストンの第１端部と前記シリンダの第１端部との間に形成された第１燃焼室と、前記ピストンの第２端部と前記シリンダの第２端部との間に形成された第２燃焼室とを備える、請求項１に記載の内燃エンジン。
16. 前記シリンダは、両端部がシリンダヘッドによって閉塞されている、請求項１５に記載の内燃エンジン。
17. 前記少なくとも１つのピストンロッド部は、前記ピストンの第１端部から前記シリンダの第１端部の前記シリンダヘッドを通過するように延びる第１ピストンロッド部と、前記ピストンの第２端部から前記シリンダの第２端部の前記シリンダヘッドを通過するように延びる第２ピストンロッド部とを備える、請求項１６に記載の内燃エンジン。
18. 前記シリンダの各端部の前記シリンダヘッドは、吸気マニホールドを有し、
    前記第１ピストンロッド部の通路は、前記シリンダの第１端部において前記第１燃焼室と前記吸気マニホールドとの間でガスを伝達するように構成され、
    前記第２ピストンロッド部の通路は、前記シリンダの第２端部において前記第２燃焼室と前記吸気マニホールドとの間でガスを伝達するように構成されている、請求項１７に記載の内燃エンジン。
19. 前記シリンダの第１端部と第２端部との間の周壁は、少なくとも１つの排気ポートを備える、請求項１８に記載の内燃エンジン。
20. 前記少なくとも１つの排気ポートは、前記シリンダの周囲に間隔を空けて配置された複数の排気ポートを備え、
    前記複数の排気ポートは、排気マニホールドと流体連通している、
    請求項１９に記載の内燃エンジン。
21. 前記ピストンの前記第１燃焼室側の前記第１ストロークの膨張ストローク部分の全体が、前記第２燃焼室と前記シリンダの第２端部の前記吸気マニホールドとの間のガスの流れと実質的に一致する、請求項１８に記載の内燃エンジン。
22. 前記ピストンの前記第１燃焼室側の前記第１ストロークの前記運動ストローク部分の全体が、前記第２燃焼室内のガスの圧縮と実質的に一致する、請求項１８に記載の内燃エンジン。
23. 前記ピストンは、更に、前記シリンダの第２端部から前記シリンダの第１端部までの第２ストロークを移動するように構成され、ガス膨張圧力下でピストンが移動する前記第２ストロークの膨張ストローク部分と、前記膨張ストローク部分に続く前記第２ストロークの残りの前記第２ストロークの運動ストローク部分の移動を可能にするように前記シリンダに対して寸法決めされている、請求項１８に記載の内燃エンジン。
24. 前記ピストンの前記第２燃焼室側の前記第２ストロークの膨張ストローク部分の全体が、前記第１燃焼室と前記シリンダの第１端部の前記吸気マニホールドとの間のガスの流れと実質的に一致する、請求項２３に記載の内燃エンジン。
25. 前記ピストンの前記第２燃焼室側の前記第２ストロークの運動ストローク部分の全体が、前記第１燃焼室内のガスの圧縮と実質的に一致する、請求項２３に記載の内燃エンジン。

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