JP2018532951A - 対向ピストンエンジン用のコンパクトなポート付きシリンダ構造 - Google Patents

対向ピストンエンジン用のコンパクトなポート付きシリンダ構造 Download PDF

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Abstract

対向ピストンエンジン用のコンパクトな構造であって、長手方向に間隔を置いて配置された排気ポートと吸気ポートとを有するシリンダライナを含み、排気ポートはポート高さを与える内縁部と外縁部とを有し、ポート高さによって、排気ポートに関連付けられたピストンが膨張行程中に下死点に達する前に排気ポートが完全に開き、ピストンが下死点にあるときに関連付けられたピストンの端面が外端部の外側に離間する。【選択図】図3A

Description

[優先権の表示]
この国際出願は、2015年11月4日に出願された米国特許出願第14/932,002号に対する優先権を主張する。
本発明の分野は、対向ピストンエンジン用のコンパクトなポート付きシリンダ構造に関する。
内燃機関用のシリンダは、エンジンブロックを穿孔することによって、またはエンジンブロック内に形成された円筒状の空間にライナ(スリーブとも呼ばれる)を挿入することによって構成することができる。以下の説明は、ライナ構造のシリンダを想定しているが、基本的な原則は、穿孔構造またはプリント構造にも適用される。
対向ピストンエンジンのシリンダライナは、長手方向軸を備えたボアを提供する円筒形の内壁を有する。吸気ポートおよび排気ポートは、ライナ壁に形成され、ライナの中央部分のそれぞれの側部に配置される。各ポートは、ライナのそれぞれの円周に沿って環状配列で配置された複数のポート開口部を含み、隣接する開口部は「ブリッジ」または「バー」と呼ばれるライナ壁の中実部分によって分離される。(説明によっては、各開口部を「ポート」と呼ぶが、このような「ポート」の円周状配列の構成は、本明細書で説明するポート構成と同じである。)このように構成されたライナは、対向ピストンエンジン内に受けられたときに「ポート付きシリンダ」を形成する。
多くの用途でのパッケージングを考慮すると、シリンダの長さは対向ピストンエンジンの主な課題の1つである。この理由は、上死点位置(以下、「TDC」という)と下死点位置(以下、「BDC」という)との間のボア内に、対向する摺動運動のために同軸に配置された2つのピストンがあるためである。したがって、シリンダは、各ピストンの長さの少なくとも2倍を収容するのに十分な長さでなければならず、換言すれば、シリンダの長さは一般にピストンの長さの4倍以上である。したがって、エンジン外形の縮小が追求される場合に、これらの基本的な長さの制限が漸進的に減少することが望ましい。
所有者が共通する特許文献1には、対向ピストンエンジン用のコンパクトなシリンダライナ構造が記載されている。ポート付きライナを含む典型的な対向ピストン用途によれば、シリンダ内の各ピストンは、2つのポートのそれぞれ1つに関連付けられている。大部分の用途では、各ピストンは、燃焼を抑えるためにピストンクラウンの頂部に隣接する上部リングパックと、ボアから潤滑剤(エンジンオイル)を掻き取る下部スカート部に下部リングパックとを有する。一般に、ピストンは、リングパック間の長手方向の距離よりもいくらか長い。ピストンがTDCにあるとき、油制御(下部)リングパックは、ピストンが関連付けられているポートの外縁部の近くに配置される。特許文献1には、ピストンがTDCにあるときに油制御リングパックをポートの外縁部により近づけることを可能にする内径の移行パターンが記載されている。これにより、ピストンの長さを短くすることができるため、必要なシリンダ長さを減少させることにつながる。
2ストロークサイクルの対向ピストンエンジンは、4ストロークのエンジンと比較して優れた出力密度とブレーキ熱効率を提供することが知られている。しかしながら、シリンダの長さは、特にエンジン室空間が限られている輸送用途において、対向ピストン技術が幅広く受け入れられる道筋の障害となっている。したがって、シリンダの長さをさらに短縮することにより、対向ピストン技術の適用範囲が広がる。
本発明は、排気ポートが、膨張行程の間に関連付けられたピストンがBDCに達する前に完全に開くような高さである、対向ピストンエンジン用のコンパクトでポート付きのシリンダを提供する。この点に関して、関連付けられたピストンがBDCに達したときにのみポートが完全に開く従来技術の排気ポートに対して、排気ポート高さが切り詰められていると考えられる。
ライナのボアは中央部分を有し、そこで対向するピストンがそれぞれの上死点位置に達して燃焼チャンバを形成する。ボアの中央部分は、吸気および排気ポートからライナのそれぞれの開放端部まで延出するそれぞれの端部に移行する。それぞれのピストンの下死点位置は各端部にある。端部はまた、ポートのブリッジおよび開口部と、ポートからライナの最も近い開放端部までの残りのライナ部分とを含む。
各ポートは、ライナの長手方向に離間した内縁部と外縁部とを有し、内縁部はボアの長手方向軸に直交する噴射器面に最も近く、外縁部は噴射器面から最も遠くなっている。ポートの外縁部は、BDCにあるときに関連付けられたピストンの頂部から噴射器面の方向に、ライナから内向きに離間した位置でボア内に配置される。その結果、関連付けられたピストンの油制御リングパックと上部リングパックとをより近くに配置することができるため、ピストンの長さが短縮され、したがってシリンダの長さを短縮することができる。
それぞれの下死点(「BDC」)位置の近くに対向するピストンがある対向ピストンエンジンのシリンダの部分断面概略図であり、「従来技術」と適宜称されている。 それぞれの上死点(「TDC」)位置の近くに対向するピストンがある対向ピストンエンジンのシリンダの側断面部分概略図であり、「従来技術」と適宜称されている。
図1Aおよび図1Bのシリンダライナの排気端部を示す拡大断面図であり、関連付けられたピストンが下死点(BDC)位置にあり、「従来技術」と適宜称されている。 図1Aおよび図1Bのシリンダライナの排気端部を示す拡大断面図であり、関連付けられたピストンが上死点(TDC)位置にあり、「従来技術」と適宜称されている。
本発明に従って構成されたシリンダライナの排気端部を示す拡大断面図であり、関連付けられたピストンがBDCに達する前に排気ポートが完全に開いている。 本発明に従って構成されたシリンダライナの排気端部を示す拡大断面図であり、関連付けられたピストンがBDCにある。 本発明に従って構成されたシリンダライナの排気端部を示す拡大断面図であり、関連付けられたピストンがTDCにある。
エンジン動作の1つの完全なサイクル中に開いている排気ポートの総面積に対する排気クランクの回転角度の時間プロットを示すグラフであり、「従来技術」と適宜称されている。
エンジン動作の1つの完全なサイクル中に開いている本発明に従って構成された排気ポートの総面積に対する排気クランクの回転角度の時間プロットを示すグラフである。
図1Aおよび図1Bは、ライナ11によって表される1つ以上のポート付きシリンダを含む対向ピストンエンジン10の断面図を示す。これらの図は、垂直に配置されたシリンダを示しているが、これに限定されるものではない。実際、用途によっては、垂直方向と水平方向の向きが異なる場合がある。ライナ11は、長手方向軸Aを備えたボア12を提供する円筒形の内壁を有する。排気ポート14および吸気ポート16は、ライナ壁に形成され、ライナ中央部分17のそれぞれの側部に配置されている。排気ポート14および吸気ポート16は、ライナ11のそれぞれの開放排気端部18および開放吸気端部19の近くに配置されている。ピストン20、22は、ボア内に対向して配置され、エンジンの動作中、ピストンはボア12内で反対方向に移動し、TDCとBDCとの間を往復する。ピストンの各々は、2つのクランクシャフトのそれぞれ1つにピストンを連結する連結ロッド23を具備している。ピストン20、22は排気ポート14と吸気ポート16にそれぞれ関連付けられ、ボア12内のピストンの動きがポートを開閉する。図1Aにおいて、ピストン20、22は、ボア12内のそれぞれのBDC位置またはその近くに位置している。この図では、ポート14とポート16の両方が完全に開いている、すなわち、ピストン20、22によって塞がれていない。図1Bは、それぞれのTDC位置またはその近くに位置するピストンを示す。2ストロークサイクル動作では、ピストン20、22は、圧縮行程中にBDCからTDCまでボア12内を摺動し、膨張行程中にTDCからBDCに戻る。
各ピストンは、クラウン20c、22cおよびスカート20s、22sを有する。クラウンは、上部ランド20l、22lと、円形周縁部20p、22pとを有し、上部ランドは、クラウンの端面20e、22eと合致する。上部ランドの下方には、圧縮リングパック20r、22rを受けるための一連の周方向リング溝がピストン側壁に設けられている。圧縮リングパックは、少なくとも2つのピストンリングを含み、いくつかの例では、最上部のピストンリング(上部ランドに最も近いリング)は、燃焼チャンバを密封する圧縮リングである。ピストンスカート下部の一連の周方向溝は、油制御リングパック20o、22oを受ける。油制御リングパックは、少なくとも2つのピストンリングを含み、いくつかの例では、最上部のリング(上部リングパックに最も近いリング)は、開放端部とポートとの間に一定の厚さの油を維持するオイルスクレーパリングである。シリンダライナ11の排気ポート14および吸気ポート16も同様に構成されている。これに関して、各ポートは、シリンダ11のそれぞれの円周に沿って少なくとも1つの開口部28e、28iの環状配列を含む。便宜上、ポート開口部は同一の形状で示されているが、排気ポート開口部は吸気ポート開口部とは異なる形状であり、より大きい場合が多い。
対向ピストンエンジン10の2ストロークサイクル動作は、図1Bに示すように、ピストン端面20e、22eが燃焼時にTDC付近のシリンダライナ11の中央部分にあると仮定する。燃焼が起こると、ピストン20、22は、膨張行程の間に、中央部分の反対側のそれぞれの排気および吸気端部セクションのBDC位置に向かって外側に駆動される。
場合によっては、ピストンは互いに位相がずれることがある。例えば、排気ピストン20が連結されたクランクシャフト1(「排気クランク」)は、吸気ピストン22が連結されたクランクシャフト2(「吸気クランク」)を導き、それによって排気ピストン20が吸気ピストン22を導き、この場合、排気ポート14は吸気ポート16の前に開かれる(および閉じられる)。排気ピストン20がBDCに向かって移動しながら排気ポート14を横切ると、燃焼ガスが排気ポートから排気され始める。次に、吸気ピストン22がBDCに向かって吸気ポート16を横切ると、吸気ポート16が開き始める。加圧された新鮮な空気(「充填空気」)がシリンダボア12に入り、残っている燃焼ガスを排気ポート14から掃気し始める。ピストン20、22がそれぞれのBDC位置を通過し、圧縮行程でTDCに戻り始めると、排気ピストン20によって排気ポート14が閉じられ吸気ピストン22によって吸気ポート16が閉じられるまで、充填空気はボア内に流れ続ける。この時点で、排気ピストン20および吸気ピストン22がTDCに向かって摺動し続けると、ポート14、16の閉鎖によってシリンダボア12に閉じ込められた充填空気はますます圧縮され、その温度が上昇する。2つのピストンの端面20e、22eが図1Bのように隣接しているときに、燃料が1つ以上の噴射器25を介して加熱された圧縮空気内に注入され、空気/燃料混合物が点火し、膨張行程を開始する。
ここで図2Aおよび図2Bを参照すると、ピストン20は、ライナ11に対する従来技術の「ベースライン」関係で示されている。これに関して、長手方向軸Aに直交する噴射器面Pは、噴射器中心線が位置する軸線Aに沿った位置を表す。環状配列の開口部28eの第1の縁部は、内縁部30に排気ポート14を与え、開口部28eの第2の縁部は、外縁部32に排気ポート14を与え、ポート開口部28eが内縁部と外縁部との間に含まれるようになる。図に示すように、内縁部30は、外縁部32よりも噴射器面Pに近い。内縁部30および外縁部32は、それらの間に長手方向の分離(距離)を与え、これをポート高さHとして示す。リングパック20rの内縁部と油制御パック20oの外縁部は、それらの間に長手方向の分離(距離)を与え、これをリング分離距離Sとして示す。
図2Aに最もよく見られるように、ピストン20がBDCにあるとき、周縁部20pは排気ポート14の外縁部32に隣接している。これに関して、外縁部32はBDCに位置していると言える。この時点で、油制御パック20oは、開放排気端部18に隣接して、(リングがその溝内に保持されるために必然的に)ボア内に完全に収容される。したがって、排気ポート14は、ピストン20がBDCに達したときにのみ完全に開く。
図2Bに最もよく見られるように、ピストン20がTDCにあるとき、周縁部20pは噴射器面の近くにある。この時点で、油制御パック20oの内縁部は、ピストン20がポートを覆っているときに排気ポート14とクランクケースとの間の密封を維持するために必然的に、端部32のアウトボード側で排気ポート14の外縁部32から短い距離dだけ離れている。
図2Aおよび図2Bに最もよく示されているように、リング分離距離Sはピストン20の長さに強く影響し、したがってライナ11の長さに影響していることが明らかである。Sを短縮する1つの方法は、エンジン動作の各サイクルに油制御リングパック20oによって掃引される距離を短縮することである。しかし、ストロークの長さや圧縮比を維持したままエンジンの高さを低くしようとすると、排気ポート高さHが変わらないライナ構造でSを減少させることは困難である。さらに、ピストンストロークおよび圧縮比を維持するために、排気ポート14の内縁部30は、図2Aおよび図2Bのベースライン位置にとどまらなければならない。本発明によれば、排気ポート14の外縁部32をTDCに向かってインボードに移動させることによって、油リングパック20oのストロークもインボードに位置決めできることにより、望ましい短縮が達成される。そこから、一連の部品、すなわちピストン、ライナ、ロッド、クランク‐噴射器面距離、および最終的にはエンジン全体を短くすることができる。
ここで、ピストンストロークおよび圧縮比を変更することなくポート高さHを減少させることによって図2Aおよび図2Bのシリンダライナの構造を改変すると仮定する。これに関して、本発明の範囲を限定しようとするものではないが、排気ポートの高さを減少させる例により、新規のシリンダ構造を例示する。排気ポート高さの減少は、図3A〜図3Cのポート開口部28eを、図2Aおよび図2Bよりも小さい高さ寸法で形成することによって達成され、排気ポート14の内縁部30は、図2Aの噴射器面からの距離と同じである。この場合、ポート高さの減少は、外縁部32を噴射器面Pの方向にインボードに再配置することによって達成され、これにより内縁部30と外縁部32との間の長手方向距離を短くし、排気ポートの減少した高さH´をもたらす。シリンダライナのこの構造は、ピストン20の相応のコンパクトな構造を可能にし、油リングパック20oが圧縮リングパック20cの方向における長手方向に再配置され、減少したリング分離距離S´をもたらす利点がある。したがって、排気ポートの高さ寸法を減少させることにより、ピストン20とシリンダライナ11の両方を短くすることができ、図2Aおよび図2Bに示す従来技術と比較してシリンダ構造をコンパクトにすることができる。
本発明によるコンパクトなシリンダライナ構造は、エンジンの動作中、ピストンがTDCとBDCとの間を移動する間の、シリンダとピストンとの間の位置関係を参照することによってさらに理解することができる。これに関して、図3Aを参照すると、膨張行程の間に、ピストン20がそのBDC位置に達する前に、ピストンの周縁部20pが外縁部32に達して排気ポート14が完全に開く。次に、第1のピストンがBDCに達すると、ピストン20の周縁部20pは、開放排気端部18の方向に、排気ポートのアウトボードに離間する。
図3Cに示すように、ピストン20がTDCにあるとき、得られるポート高さH´は、排気ポート14がピストン20の圧縮(上部)リングパック20cと油制御(下部)リングパック20oとの間にあり、油制御リングパック20oは、図2Bの排気ポート14の外縁部32からの距離dと同じだけ離れるようになる。
ライナの長さの減少は、図2Aおよび図3Bに見られるが、ここでHからH´への短縮は、SからS´への短縮を可能にし、ライナの排気端部LESの長さをLES´へ短くすることを可能にする。これは、対向ピストンエンジンの高さの相応の減少を可能にし、それにより、本発明のコンパクトなポート付きシリンダ構造を十分に利用する。
本発明によるコンパクトなシリンダ構造は、排気ポートの高さの減少によって例示されているが、これは、同様の方法で吸気ポートの高さを減少させることによって、または開示した排気ポートと吸気ポートの高さの両方を減少させることによって、同じ目標を達成することを除外するものではない。
図4は、図2Aおよび図2Bのベースラインのポート形状に関する。この図は、排気クランクの回転角(「クランク角」)に対する、エンジン動作の1つの完全なサイクル中に開いている排気ポートの総面積(曲線100)、およびエンジン動作の同じサイクル中に開いている吸気ポートの総面積(曲線102)の時間プロットである。エンジンがユニフロー掃気モードで運転されるときに起こるように排気クランクが吸気クランクを導く代表的な場合を示すために、排気クランク角(「CA」)を参照する。曲線100によれば、排気ピストン20のTDC位置からそのBDC位置への移動は、0°〜180°のエンジンクランクシャフト回転を含む膨張行程を示し、膨張行程に続く排気ピストンのBDC位置からそのTDC位置への移動は、180°〜360°のエンジンクランクシャフト回転を含む圧縮行程を示す。膨張行程の間、最初に排気ポートが開放され、加圧された排気ガスが排気ポートを通って排気される。これにより、ブローダウンイベント101が発生する。図4を参照して理解され得るように、排気ポート領域は、例示したベースライン構成の動作サイクルの間、連続的に開閉し、BDC(CA=180°)で全開が生じる。しかしながら、図3A〜図3Cの高さの低い排気ポートに関する図5については、曲線100´は、排気ポートが約135°のクランク角で完全に開き、約225°のクランク角まで完全に開いたままになっていることを示す。もちろん、排気ポートが完全に開く範囲は、他の設計目標を達成するために必要であるように変更することができるが、主として排気ポート高さHによって影響される。
本発明によるポート高さを、シリンダの長さを短縮する目的で2ストローク対向ピストンエンジンの設計に組み込むと、他の設計上のトレードオフも可能である。例えば、所与の排気量の2ストローク対向ピストンエンジンが、吸気および排気ピストンの等しいストローク長さを有する場合、エンジン性能が損なわれる前にポートをどれくらい短縮できるかには限界がある。この限界において、吸気ポートの短縮に対して、排気ポートの短縮がほぼいつもかなり大きい。200mmの組み合わせストローク(100mmの吸気と100mmの排気)を有するエンジンの特定のケースでは、排気ポートの短縮が10mm〜14mmの単位であり、吸気ポートの短縮が2mm〜3mmの単位であることが分かった。したがって、可能性のある総短縮量は12mm〜17mmである。同じ200mmの組み合わせストロークにおいて、吸気ストロークを80mmまで短縮すると、排気ストロークは120mmまで増える。同じ比率を仮定すると、シリンダの排気端部は12mm〜16.8mm短縮され、吸気端部は1.6mm〜2.4mm短縮され得る。この例における可能性のある総短縮量は、13.6mm〜19.2mmであり得る。したがって、等しくないストロークが適用される場合には、所与の排気量の2ストローク対向ピストンエンジンが短くなる可能性はさらに高まる。
ポート付きシリンダおよびピストン構造の原理は、現在の好ましい実施形態を参照して説明されているが、記載された原理の精神から逸脱することなく様々な変更を行うことができることを理解されたい。したがって、これらの原理に基づく特許保護は、以下の特許請求の範囲によってのみ制限される。
米国特許第8,935,998号

Claims (9)

  1. 2ストローク対向ピストンのピストンとシリンダの組合せ体であって、
    長手方向軸(A)を有するボア(12)を提供するシリンダ(11)であって、前記シリンダが、前記シリンダの中央部分(17)のそれぞれの側部に長手方向軸に沿って配置された離間した排気ポート(14)と吸気ポート(16)とを含み、前記排気ポートが前記長手方向軸に直交する環状形状を有し、内縁部(30)と外縁部(32)とを含み、前記内縁部と前記外縁部がその間にポート高さ(H)を与える、シリンダ(11)と、
    前記ボア内に対向して位置する第1のピストン(20)および第2のピストン(22)であって、前記第1のピストン(20)が前記排気ポートを開閉するために配置され、前記第2のピストン(22)が前記吸気ポートを開閉するために配置され、前記第1のピストンおよび前記第2のピストンは、周縁部(20、22)と、上部リングパック(20、22)と、下部リングパック(20、22)とを含み、前記上部リングパックおよび前記下部リングパックはその間に分離距離Sを与え、前記第1のピストンおよび前記第2のピストンの各々は前記ボア内の上死点(TDC)位置と下死点(BDC)位置との間を往復運動可能である、第1のピストン(20)および第2のピストン(22)と、を備え、
    排気ポート高さ(H´)は、前記第1のピストン(20)がその前記TDC位置に達するときに、前記排気ポート(14)が前記上部リングパック(20)と前記下部リングパック(20)との間にあり、前記下部リングパックが前記排気ポートの前記外縁部(32)の近傍にあるようになっており、
    前記第1のピストンがBDC位置に達する前に前記排気ポートが完全に開くことを特徴とする、ピストンとシリンダの組合せ体。
  2. 前記第1のピストンが前記BDC位置に達するときに、前記第1のピストン(20)の前記周縁部(20)が前記排気ポートの前記外縁部(32)のアウトボードに離間する、請求項1に記載のピストンとシリンダの組合せ体。
  3. 請求項2に記載のピストンとシリンダの組合せ体であって、
    前記第1のピストンの前記TDC位置から前記BDC位置への移動は、0°〜180°のエンジンクランクシャフト回転を含む膨張行程を与え、前記膨張行程に続く前記第1のピストンの前記BDC位置から前記TDC位置への移動は、180°〜360°の前記エンジンクランクシャフト回転を含む圧縮行程を与え、
    排気ポート高さによって、前記クランクシャフト回転の約130°〜約225°の範囲で前記排気ポートが完全に開いたままになる、ピストンとシリンダの組合せ体。
  4. 前記排気ポートは、前記シリンダの第1の対応する円周に沿って環状配列に配置された複数のポート開口部を含む、請求項2に記載のピストンとシリンダの組合せ体。
  5. 前記吸気ポートは、前記シリンダの第2の対応する円周に沿って環状配列に配置された複数のポート開口部を含む、請求項4に記載のピストンとシリンダの組合せ体。
  6. 請求項5に記載のピストンとシリンダの組合せ体であって、
    第1のピストンの前記TDC位置から前記BDC位置への移動は、0°〜180°の第1のエンジンクランクシャフト回転を含む膨張行程を与え、前記膨張行程に続く前記第1のピストンの前記BDC位置から前記TDC位置への移動は、180°〜360°の前記第1のエンジンクランクシャフト回転を含む圧縮行程を与え、
    排気ポート高さによって、前記第1のクランクシャフト回転の約135°〜約225°の範囲で前記排気ポートが完全に開いたままになる、ピストンとシリンダの組合せ体。
  7. 上部および下部リングパックが少なくとも2つのピストンリングを各々含む、請求項6に記載のピストンとシリンダの組み合わせ。
  8. 上部リングパックが少なくとも圧縮リングを備え、下部リングパックが少なくともオイルスクレーパリングを備える、請求項6に記載のピストンとシリンダの組合せ体。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の1つ以上のピストンとシリンダの組み合わせを備える2ストローク対向ピストンエンジン。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018174850A1 (en) * 2017-03-20 2018-09-27 Volvo Truck Corporation Opposed piston engine with offset inlet and exhaust crankshafts
US10989136B2 (en) * 2018-11-13 2021-04-27 Achates Power, Inc. Parent bore cylinder block of an opposed-piston engine
CN110529246A (zh) * 2019-01-11 2019-12-03 李正宇 串列双缸二冲程发动机
US11415075B2 (en) 2019-07-08 2022-08-16 Cummins Inc. Port shapes for enhanced engine breathing

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1808664A (en) 1930-03-19 1931-06-02 Koschka Frank Internal combustion engine
US2170020A (en) 1936-09-30 1939-08-22 Messerschmitt Boelkow Blohm Internal combustion engine
US2393085A (en) 1944-08-25 1946-01-15 William L Wuehr Internal-combustion engine
US2624328A (en) 1949-10-21 1953-01-06 Standard Motor Co Ltd Internal-combustion engine
US2925073A (en) 1956-12-17 1960-02-16 Ford Motor Co Free piston engine
ES286046A1 (es) 1962-03-16 1963-08-16 Ag Brown Boveri & Cie Procedimiento para adaptar el valor paso-tiempo del escape anticipado de la fase de barrido y, eventualmente, del escape retardado de un motor de combustión de dos tiempos
US3866581A (en) 1973-09-10 1975-02-18 William B Herbert Opposed piston engine
US4480597A (en) * 1979-04-20 1984-11-06 Toyota Jidosha Kobyo Kabushiki Kaisha Two-stroke cycle gasoline engine
US5213067A (en) 1991-12-19 1993-05-25 Kramer Louis E Internal combustion engine
DE4335515C2 (de) 1993-10-19 1996-07-04 Otto C Pulch Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, Kraftstoff-Direkteinspritzung in den Zylinder und Schichtladung
JP3824832B2 (ja) 2000-02-10 2006-09-20 本田技研工業株式会社 内燃機関のシリンダヘッド
AU2003222032A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-29 Advanced Propulsion Technologies, Inc. Internal combustion engine
US6953010B1 (en) 2004-05-25 2005-10-11 Ford Global Technologies, Llc Opposed piston opposed cylinder free piston engine
US7438038B2 (en) 2006-04-24 2008-10-21 Federal-Mogul Worldwide, Inc. Cylinder liner and methods construction thereof and improving engine performance therewith
WO2009061873A2 (en) 2007-11-08 2009-05-14 Two Heads Llc Monoblock valveless opposing piston internal combustion engine
US20100024759A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Dobransky Gary E Two-stroke engine
US8413632B2 (en) 2009-06-04 2013-04-09 Darrel Sand Zero ridge cylinder bore
AU2011212150B2 (en) * 2010-02-03 2016-12-01 Hotchkiss Super Deltic Ltd. Two-stage engine exhaust system
US9482153B2 (en) 2011-01-26 2016-11-01 Achates Power, Inc. Oil retention in the bore/piston interfaces of ported cylinders in opposed-piston engines
US8485147B2 (en) * 2011-07-29 2013-07-16 Achates Power, Inc. Impingement cooling of cylinders in opposed-piston engines
US8851029B2 (en) 2012-02-02 2014-10-07 Achates Power, Inc. Opposed-piston cylinder bore constructions with solid lubrication in the top ring reversal zones
US9068498B2 (en) 2013-02-01 2015-06-30 Achates Power, Inc. Reduction of ring clipping in two-stroke cycle engines
US8935998B1 (en) 2013-09-16 2015-01-20 Achates Power, Inc. Compac, ported cylinder construction for an opposed-piston engine

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