JP2019510918A - 対向ピストンエンジンのシリンダのためのバリアリング及びアセンブリ - Google Patents

Abstract

対向ピストンエンジン用のシリンダアセンブリのためのバリアリングは、燃焼室を規定するシリンダライナの容積内で、ピストンの端面の上死点位置に隣接するシリンダライナの部分に形成される溝内に嵌合する。バリアリング及び溝は、燃焼中に発生される熱がシリンダアセンブリの外壁に達することを防止することにより従来の冷却システムの必要性を減らすとともに燃焼室内に保持される熱量を増大させるバリアアセンブリの部分である。バリアアセンブリは、燃焼室内に保持される燃焼熱に起因してエンジン効率の向上を可能にするとともに、必要なエンジン冷却の減少に起因してエンジンの全体的なサイズの減少を可能にする。
【選択図】図２Ａ

Description

優先権
本出願は、２０１６年３月４日に米国特許商標庁に出願された米国特許出願第１５／０６０，９３３号に対する優先権を主張する。

関連出願
この開示は、以下の共通に所有される米国特許出願、すなわち、現時点で米国特許第８，４８５，１４７号である２０１１年７月２９日に出願された米国特許出願第１３／１３６，４０２号、現時点で米国特許第８，８５１，０２９号である２０１２年２月２日に出願された米国特許出願第１３／３８５，１２７号、現時点で米国特許第９，１２１，３６５号である２０１４年４月７日に出願された米国特許出願第１４／２５５，７５６号、２０１５年３月３１日に出願された係属中の米国特許出願第１４／６７５，３４０号、２０１５年６月５日に出願された係属中の米国特許出願第１４／７３２，４９６号の開示内容に関連する構成要素を含む。

分野
本技術分野は対向ピストンエンジンを含む。より具体的には、本技術分野は、対向ピストンエンジンにおけるシリンダアセンブリからの排熱を低減するように構成されるシリンダアセンブリのためのバリアリング（ｂａｒｒｉｅｒ ｒｉｎｇ、障壁リング）を含むバリアアセンブリ（ｂａｒｒｉｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ、障壁組立体）に関する。

背景
対向ピストンエンジンシリンダアセンブリの構成はよく理解されている。シリンダアセンブリは、シリンダブロックに形成されるシリンダトンネル内に保持されるライナ（時として「スリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）」と呼ばれる）を含む。ライナ（ｌｉｎｅｒ）は、そのそれぞれの端部付近でライナに機械加工される又は形成される、ボアと長手方向に変位される吸気ポート及び排気ポートとを含む。吸気ポート及び排気ポートのそれぞれは、開口の１つ以上の周方向の配列（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｒｒａｙ）を含み、この場合、隣り合う開口は、シリンダ壁の中実部分（「ブリッジ」とも呼ばれる）によって離間される。ライナの中間部は、吸気ポートと排気ポートとの間に存在する。対向ピストンエンジンでは、２つの対向する反対に移動するピストンが、それらの端面を互いに対向させた状態でライナのボア（ｂｏｒｅ、内腔）内に配置される。動力行程の開始時に、対向するピストンは、それらがシリンダ内で互いに最も接近するライナの中間部におけるそれぞれの上死点（ＴＤＣ）位置に達する。動力行程中、ピストンは、それらが互いに最も離れているライナの端部におけるそれぞれの下死点（ＢＤＣ）位置に近づくまで互いから離れるように移動する。圧縮行程では、ピストンが方向を逆転してＢＤＣからＴＤＣへ向けて移動する。

米国特許第８，４８５，１４７号公報 米国特許第８，８５１，０２９号公報 米国特許第９，１２１，３６５号公報 米国特許出願第１４／６７５，３４０号 米国特許出願第１４／７３２，４９６号

吸気ポートと排気ポートとの間に位置するシリンダの中間部は、ピストンがそれらのＴＤＣ位置付近にあるときにピストンの端面間に規定される燃焼室を境界付ける。この中間部は、エンジン運転中に生じる最高レベルの燃焼温度及び圧力を受ける。中間部内の燃料噴射器、弁、及び／又はセンサなどのエンジン構成要素のための開口の存在は、特に燃料噴射器開口及び弁開口により、シリンダアセンブリの強度を低下させるとともに、シリンダライナを亀裂に対して脆弱にする。

シリンダライナを通じた熱損失は、対向ピストンエンジンの運転サイクルの全体にわたってエンジン性能を低下させる要因である。燃焼は、ピストンが互いに近接して燃焼室を形成するときにピストン端面間で圧縮される空気中に燃料が噴射される際に生じる。ライナを通じた燃焼熱の損失は、動力行程でピストンを離間駆動させるために利用できるエネルギーの量を減少させる。この熱損失を制限することにより、燃料効率が向上され、冷却材に対する排熱が低減されるとともに、より高い排気温度が実現され得る。冷却システムの小型化とポンプ損失の低減は、シリンダアセンブリを通じた熱損失を制限するという利点のほんの一部である。したがって、シリンダアセンブリ内に可能な限り多くの燃焼熱を保持することが望ましい。

本開示に係る対向ピストン型シリンダアセンブリ構造は、熱封じ込めの目的を満たし、それにより、対向ピストンエンジンが従来技術の対向ピストンエンジンよりも高い熱保持で動作できるようにする。

対向ピストンエンジンシリンダアセンブリにおける最も高い熱集中は、燃焼が行なわれるピストンの上死点（ＴＤＣ）位置間のシリンダライナの環状部分において生じる。ライナ内への全熱流束のほぼ半分がこの環状部分で生じる。したがって、高い耐熱性をもたらすようにシリンダライナ内へ挿入するためのバリアリングの構成は、環状ライナ部分を通る熱流束を減少させる。

幾つかの実施では、本明細書中において、バリアリングと、燃焼室付近のシリンダライナの部分に隣接する溝と、バリアリングと溝の後壁との間の空間又は隙間（ｇａｐ）とを含むバリアアセンブリが提供される。燃焼室は、第１及び第２のピストンがシリンダアセンブリ内のそれらの上死点位置付近にあるときに第１のピストンの第１の端面と第２のピストンの第２の端面とによって部分的に規定される。関連する態様では、本明細書中において、バリアアセンブリで用いるバリアリングが提供される。バリアリングは、容積をその内側で規定する壁を有する端部が開放したチューブを含む。チューブは、壁の開口の第１及び第２のセットを含み、この場合、開口の第１のセットは、エンジンのハードウェア（ｅｎｇｉｎｅ ｈａｒｄｗａｒｅ、エンジンの機材）と燃焼室との間の連通を可能にし、また、開口の第２のセットは、バリアリングによって分離される２つの容積間の圧力平衡を可能にする。バリアリング及びバリアアセンブリを形成して使用する方法も本明細書で提供される。

図１Ａは、ライナ内に受けられるピストン及び圧縮スリーブを有する対向ピストンエンジンからのシリンダアセンブリの一部の断面図を示す。 図１Ｂは、図１Ａのシリンダアセンブリの外側部分を示す。

図２Ａは、設置されたバリアリングが破線で示されるシリンダライナの一部の三次元図である。

図２Ｂは、この明細書に係る１つ以上のシリンダアセンブリを有する対向ピストンエンジンの概略図である。

図３は、シリンダボア内への設置前のバリアリングの三次元図である。

図４Ａは、ＴＤＣにある対向するピストン及びバリアアセンブリを有するエンジンブロック及びシリンダアセンブリの一部の断面図である。

図４Ｂは、図４Ａのシリンダアセンブリ及びピストンの部分分解図である。

図４Ｃは、図４Ｂに示されるシリンダアセンブリ及びバリアアセンブリの変形例である。

図５Ａは、シリンダボア内に設置前の平らに広げたリングを伴う、バリアリングの典型的な構成である。 図５Ｂは、シリンダボア内に設置前の平らに広げたリングを伴う、バリアリングの典型的な構成である。 図５Ｃは、シリンダボア内に設置前の平らに広げたリングを伴う、バリアリングの典型的な構成である。

図６は、シリンダアセンブリで用いる典型的なバリアリングを示す。

図１Ａ及び図１Ｂは、対向ピストンエンジンで用いる典型的なシリンダアセンブリを示す。シリンダアセンブリ１６は、ライナ２０と、吸気ポート２５と、排気ポート２９と、ライナの外面４２と、圧縮スリーブ４０と、ボア３７とを含む。２つのピストン３５，３６がボア３７内に配置される。ピストン３５，３６は端面３５ｅ，３６ｅをそれぞれ有し、これらの端面３５ｅ，３６ｅは、ピストン３５，３６がそれらのそれぞれの上死点（ＴＤＣ）位置又はその付近にあるときに燃焼室４１を部分的に規定する。また、燃焼室４１は、シリンダの中間部３４でシリンダライナ２０によって部分的に規定される。中間部３４は、吸気ポート２５と排気ポート２９との間に位置付けられる（ｌｏｃａｔｅ）。中間部３４には、燃焼室４１の周囲に、燃料噴射構成要素４５及び他のエンジン構成要素が嵌まり込むことができる開口４６が位置付けられる。この典型的なシリンダアセンブリは、関連する米国特許出願第１４／６７５，３４０号に詳しく記載される。

圧縮スリーブ４０は、それ自体とライナの外面４２との間に略円筒状の空間を規定するように形成され、この空間を通じて液体冷却液が吸気ポート付近から排気ポートへ向けて軸方向に流れることができる。中間部３４は、米国特許出願第１４／６７５，３４０号に更に詳しく記載されるように圧縮スリーブ４０によって補強され、また、冷却流体が圧縮スリーブ４０内で略環状空間５５，５９内を循環される。これらの略環状空間５５，５９内で循環する冷却流体は、熱が冷却流体からラジエータなどの周囲環境へと放散できるようにする図１Ａ及び図１Ｂに示されない対向ピストンエンジンの他の構成要素へと流れる。

図２Ａは、バリアリング２００が設置されたシリンダライナ２０の一部の三次元図である。バリアリング２００は破線で示される。バリアリング２００は、中間部３４に位置付けられ、それにより、噴射構成要素のための１つ以上の開口４６を含む中間部の部分及び燃焼室を取り囲む中間部の部分と重なり合う。図２Ｂは、３つのシリンダアセンブリ１０１を有する対向ピストンエンジン１００を示し、この場合、各シリンダは、シリンダブロック１０５内のシリンダトンネル１０３と、該シリンダトンネル内に取り付けられたこの明細書に係るシリンダライナ１０７（図１Ａ〜図１Ｃの参照番号２０）とを備える。勿論、シリンダの数を限定しようとするものではない。実際に、エンジン１００は、３つよりも少ない又は多いシリンダを有してもよい。各シリンダアセンブリ１０１は、該シリンダアセンブリ１０１の中間部に設置されるバリアリング２００を有する。バリアリング２００は図２Ａの場合のように破線で示される。

本明細書中で論じられるバリアリング２００は、シリンダアセンブリのボア内へ挿入される又はボア内に位置付けられるとともに燃焼室からバリアリングに入射する熱が対向ピストンエンジンの他の部分を通過するのを防止するバリアアセンブリ（例えば、熱バリアアセンブリ）の一部である。バリアリングはシリンダアセンブリの壁と比較して薄くてもよく、また、リングには多くの開口、穿孔又は穴が存在し得る。バリアリングの材料、バリアリング形状、バリアリングの開口、及び、バリアリングと絶縁体又は空隙との組み合わせは、熱がエンジン内の他の容積へ逃げないようにするバリアアセンブリの能力に影響を及ぼす。

図３は、シリンダボア内への設置前の典型的なバリアリング２００（例えば、熱遮蔽リング）の三次元図である。バリアリング２００は、折り曲げ縁部２１０と、噴射／燃焼ハードウェアと燃焼室との間を連通させるための開口２２０と、内側空間とバリアリング２００の外側のシリンダ環境との間の圧力平衡を可能にするための開口２１５とを有する薄肉のチューブ又はリングである。バリアリング２００は、シリンダライナの内側の周方向溝内に取り付けられる。溝は、燃焼室に位置付けられる又は燃焼室に隣接する。バリアリング２００は、溝内への挿入時に折り曲げ縁部２１０によってバリアリング２００の内面がシリンダライナの内壁と略同一平面内に位置し得るように形成される。バリアリング２００及び周方向溝は、リングと溝の後壁との間の隙間と共に、バリアアセンブリの一部である。

図４Ａは、前述のように、対向するピストン３５，３６がＴＤＣに位置して燃焼室４１を形成するとともにバリアリング２００が溝２２５内に設置された状態のシリンダアセンブリ１６及びエンジンブロックの一部の断面図である。バリアリング２００は、一方のピストン端面３６ｅから他方のピストン端面３５ｅまでのシリンダの中心軸に沿って測定された燃焼室４１のほぼ高さである幅を有する。図４Ｂは、溝２２５及びバリアリング２００を含むバリアアセンブリを更に詳しく示す図４Ａのシリンダスリーブ及びピストンの部分分解図である。溝２２５の隙間２３０と燃焼室４１との間の圧力を等しくするためのバリアリングの開口２１５も図４Ｂに示される。隙間２３０は、熱の流れが燃焼室４１から離れないようにするのに役立つ。図４Ｂにおいて、バリアリング２００は、溝２２５内に据えられて、溝の側面２２６と同一平面上に示されており、バリアリング２００の折り曲げ縁部２１０は、溝の側面２２６に対して上方にある。バリアリングの主要部である開口２１５を含むバリアリング壁は、バリアリングの折り曲げ縁部２１０によって溝２２５の後壁２２７から離間される。バリアリング２００は、エンジンが暖機運転されてバリアリング２００が拡張された後に図４Ｂに示される形態を有してもよい。エンジンが冷やされると、溝の側面２２６とバリアリングの折り曲げ縁部２１０との間の界面２４０に１０ミクロン（μｍ）以上１００ミクロン（μｍ）以下のクリアランス（ｃｌｅａｒａｎｃｅ、間隔）が存在し得る。幾つかの実施において、溝の側面２２６とバリアリングの縁部２１０との間の低温エンジンにおけるクリアランスは、１０ミクロン未満であってもよく、或いは代わりに、クリアランスは１００ミクロン以上であってもよい。これに代えて又は加えて、溝の側面２２６又はその周りの材料は、十分に柔軟であってもよく、或いは、シリンダアセンブリ１６の軸方向でのバリアリング２００の任意の拡張を受け入れるように構成されてもよい。

殆どのエンジンでは、熱膨張を可能にするために、ピストンとシリンダライナの内壁との間の周方向クリアランス空間が設けられる。長時間の動作の後、ピストンの上端部（ｔｏｐ ｌａｎｄ）において、炭素がこのクリアランス空間内に蓄積し、その結果、摩擦やリング摩耗の増大がもたらされる可能性があり、最悪の場合にはリングジャッキングが生じ得る。ポートが位置付けられる場所では炭素除去が起こらないことが好ましい。ポート付近の炭素屑は、ボアに入る給気を汚染し、或いは、燃焼後にシリンダアセンブリから出るガス流中へと入り込み、それにより、エンジンの性能を低下させる可能性がある。

図４Ａに示される形態において、バリアリング２００は、ピストン３５，３６と接触してシリンダボアとピストン３５，３６の側面との間の隙間４５０を埋めるように示される。ピストンがシリンダ内でＴＤＣに近づく及び／又はＴＤＣから離れるにつれて、バリアリング２００は、溝２２５を越えて突出することによってピストン３５，３６の側壁と接触して該側壁を擦ることができる。この接触及び擦りは、流入空気を擦られた炭素により汚染する又は排気物質の増大する可能性を回避しつつ、ピストン３５，３６の側壁上での炭素蓄積を排除することができる。

或いは、幾つかの実施では、エンジンが冷えているときに、バリアリング２００が溝の側面２２６と同一平面内にあってもよい。エンジンが暖機運転すると、バリアリング２００は、シリンダライナから離れるように燃焼室内へと撓むことができる。バリアリングの撓み部分は、ピストンがシリンダを通じてＴＤＣへ向けて又はＴＤＣから離れるように移動するにつれて、ピストン３５，３６の側壁を擦り得る。そのような実施では、前述したようなエンジンが冷えているときのバリアリング縁部と溝側壁との間の界面２４０におけるクリアランスが存在してもしなくてもよい。

図４Ｃは、バリアリング２００及び溝２２５における代わりの形態を示す。図４Ｃに示されるバリアリング２００は折り曲げ縁部を欠いており、また、バリアリング２００及び溝２２５の後壁２２７がスペーサ２２８によって分離される。スペーサ２２８は、溝側壁２２６及び後壁２２７から突出する一対の張出部として示される。このスペーサ２２８は、図４Ｂに示されるバリアリングの折り曲げ縁部２１０に取って代わる。エンジンが冷えているときのバリアリング２００と溝側壁２２６との間のこれら２つの間の界面２４０におけるクリアランスは、図４Ｂに示される形態に関して論じられたクリアランスの特性を有することができる。折り曲げ縁部２１０を有するバリアリング２００は、その溝２２５がスペーサ２２８を含むライナと共に使用され得るが、そうすることによって、バリアリング２００がシリンダの容積内へと極端に突出してピストンの上端部を擦るだけでなく実際にピストンの動きを妨げ得る形態がもたらされる場合がある。

いずれにせよ、スペーサ２２８が図４Ｃの場合のように張出部として又はバリアリングの折り曲げ縁部２１０として又は他の何らかの形態で存在するかどうかにかかわらず、バリアリング２００は、溝２２５の後壁２２７から約０．５ｍｍ〜約３ｍｍの範囲の距離だけ離間される。幾つかの実施において、バリアリングを溝の後壁から離間させる隙間は、約１．０ｍｍ〜約１．５ｍｍを含めて、約０．７５ｍｍ〜約２ｍｍなど、約０．５ｍｍ〜約２．５ｍｍであってもよい。

バリアリング２００は、燃焼室で経験される温度及び圧力に対する繰り返しの暴露に耐えることができるとともに熱を急速に放散することができる任意の適した材料から形成され得る。幾つかの実施において、バリアリングを形成するために使用される材料は、シリンダライナ又はボアを形成するために使用される材料とは異なる。バリアリングに適した材料としては、インコネル（登録商標）などの高温ニッケル−クロム系合金、ステライト（登録商標）合金６などのコバルト−クロム合金、ステンレス鋼などが挙げられる。バリアリング２００の厚さは、バリアリングを製造するために使用される材料及びバリアリングに形成される開口のパターンと共に、エンジンが作動している状態でバリアリング２００がシリンダアセンブリ内部の温度及び圧力に晒されるときの機械的故障に耐えるのに十分なロバスト性を有するように選択される。
バリアリングの厚さは、約１．０ｍｍ〜約２．０ｍｍを含めて、約１．０ｍｍ〜約２．５ｍｍなど、約０．５ｍｍ〜約３．０ｍｍの範囲であってもよい。

前述したように、バリアリングの開口は、エンジン構成要素が燃焼室の内部と接触できるようにする、及び／又は、バリアリングによって分離されるシリンダ内の容積間の圧力の平衡を可能にする。バリアリングは、ピストンがそれらのＴＤＣ位置付近にあるときに燃焼室が形成されるシリンダライナのボアの溝に嵌まり込むように寸法決めされる。バリアリング及び溝は共に、バリアリングと溝の後壁との間の空間を含めて、燃焼室から周囲のシリンダアセンブリ及びエンジンへの熱損失を防止するバリアアセンブリを形成する。

エンジン構成要素が燃焼室に達することができるようにするバリアリングの開口２２０は、燃料噴射ノズル、圧縮解放エンジン遮断弁、及び、センサがシリンダから燃焼室内へと突出する場所に位置付けられ得る（例えば、図２の４６）。これらの開口は、以下で更に説明されるように、エンジン構成要素（例えば、ノズル及びセンサ）がちょうど貫通できるように寸法決めされ、大きすぎる開口は望ましくない。このとき、バリアリングは、最も大きい開口の直径よりも約２ｍｍ〜２０ｍｍ幅広い（高い、ｈｉｇｈｅｒ）。幾つかの実施において、バリアリングは、最も大きい開口の直径よりも約２．０ｍｍ〜４．０ｍｍ幅広い（ｗｉｄｅｒ）、最も大きい開口の直径よりも５．０ｍｍ〜約２０．０ｍｍ幅広い、バリアリング壁における最も大きい開口の直径よりも約６．０ｍｍ〜約１９．０ｍｍ、約７．０ｍｍ〜約１８．０ｍｍ、及び、約８．０ｍｍ〜約１６．０ｍｍ幅広い高さを含めて、バリアリング壁における最も大きい開口の直径よりも約４．０ｍｍ〜約２０．０ｍｍ幅広い高さを有する。

バリアリングの開口に関しては、バリアリングの両側の空間同士の間の圧力の平衡を可能にするようになっている様々な想定し得る形態がある（例えば、図３における２１５）。これらの開口は、バリアリングによって囲まれる燃焼室内の空間と、バリアリングと溝内のシリンダライナとの間の隙間との間でガスが移動できるようにする。これは圧力の平衡を可能にし、それにより、高い機械的応力に起因するバリアリングの過度の変形が防止される。より大きな開口はバリアリングの全体にわたる圧力の急速な平衡を可能にするが、大きすぎる開口は、望ましい熱遮蔽特性をもたらさない。大きすぎる開口は、シリンダライナ及びシリンダアセンブリの残りの部分を通じて熱が逃げることができるようにし、一方、小さすぎる開口は、リングの全体にわたって圧力の不均衡をもたらし、ひいては、バリアリングに機械的な応力をもたらすとともに、バリアリングの変形をもたらす。

バリアリングの全ての開口のサイズ及び形状は、バリアリング全体にわたる許容圧力差を維持しつつ最大の熱損失減少を達成するように最適化される。圧力平衡をもたらす開口は、円形、楕円形、三角形、長方形、正方形、スリット状など任意の形状を有することができる。バリアリングにおける応力集中を排除するために隅肉を使用することができる。圧力平衡をもたらす開口の配置は、バリアリング全体にわたって熱損失減少及び圧力平衡を最大にするように変化可能である。圧力平衡をもたらす開口のグループ化は、開口の密度を変えるために使用され得る。幾つかの実施において、選択される開口位置は、バリアリングの中心又は正中線に沿って圧力平衡をもたらす開口がないリングをもたらし得る。或いは、選択される開口位置は、開口が専らリングの正中線に沿うバリアリング、又は、開口がリングの正中線に沿う又はリングの正中線から外れるバリアリングをもたらし得る。また、開口の位置は、特定の角度ピッチ（例えば、リングに沿う開口の頻度）を目標とすることができる。圧力平衡をもたらす開口の角度ピッチを３０°〜４５°にすることができる。圧力平衡をもたらす開口は、無作為に位置付けられ得る又は一定のパターンを有することができる。これらの開口は全て同様のサイズ及び形状を有することができ、或いは、バリアリングが故障を引き起こし得るリングの機械的応力を最小限に抑えつつシリンダの熱損失減少を最大にする限りにおいて、圧力平衡をもたらす開口のサイズ及び形状は変化可能である。

一般に、バリアリングの全表面積は１％〜５％の開口を有して構成され得る。幾つかの実施において、バリアリングは、開口が１％未満の表面積を有することができる。幾つかの実施において、開口は、バリアリングの表面積の５％以上を成すことができる。

図５Ａ〜図５Ｃは、シリンダボア内の設置前の平らにひろげたリングを伴う、典型的なバリアリングの形態を示す。図５Ａは、折り曲げ縁部２１０と、噴射ノズル及び他の構成要素のための開口２２０と、圧力平衡をもたらす開口２１５とを有するバリアリング２００である。図５Ａに示されるバリアリングにおいて、圧力平衡をもたらす開口２１５は、円形であるとともに、これらのタイプの開口がリングの正中線２６０ａに沿って位置付けられないようにグループ分けされる。図５Ｂは、折り曲げ縁部２１０ｂと、噴射ノズル及び他の構成要素のための開口２２０ｂと、スリット状の圧力平衡をもたらす開口２１５ｂとを有するバリアリング２００ｂを示す。スリット状の開口２１５ｂは、リングの正中線２６０ｂの両側で対を成して均等に離間される。図５Ｃは、折り曲げ縁部２１０ｃと、エンジン構成要素のための開口２２０ｃと、円形の圧力平衡をもたらす開口２１５ｃとを有するバリアリング２００ｃを示す。スリット状の開口２１５ｂと同様に、円形の開口２１５ｃは、バリアリングの正中線２６０ｃに沿って任意の開口２１５ｃを配置することを避けるパターンで位置付けされる。開口２１５ｃは、対の開口と単一の開口とが交互を成してグループ分けされている。前述したように、図５Ａ〜図５Ｃに示されるバリアリング形態はリングの正中線に沿って開口を有さないが、幾つかの実施では、バリアリングが正中線に沿って開口を含むことができる。

図２は、端部が図５Ａ〜図５Ｃに示されるように互いに接着された連続リングとしてバリアリング２００を示すが、端部は実際にはシールも接着もされなくてよい。これにより、シリンダライナ内へのバリアリング２００の設置を容易にすることができるとともに、シリンダアセンブリ内の温度変化に伴ってリングの寸法を変えることができる。バリアリング２００は、図５Ａ〜図５Ｃに示されるように、開口及び折り曲げ縁部が材料に機械加工される又は成形される材料のストリップとして製造され得る。その後、材料のストリップは、特定の曲率半径に適合するように加工され得る。曲率半径が溝の曲率半径に等しくてもよく或いは僅かに更に大きくてもよく、それにより、バリアリング２００が溝２２５内に配置される際に、バリアリング２００が溝の縁部に押し当たって所定位置に固定される。或いは、折り曲げ縁部を伴うことなくバリアリング２００を製造することができ、また、バリアリングは、リングが十分に厚いため、それに加工された曲率半径を保つことができる。折り曲げ縁部を有さないバリアリングは、バリアリングの縁部を支持して縁部を溝の後壁から離れるように保つ溝のリップ又は段部（すなわち、図４Ｃにおける張出部２２８）などのスペーサを使用することによって、リングとシリンダライナとの間で、溝の隙間を維持することができる。

これに加えて又は代えて、バリアリングと共にライナを使用する対向ピストンエンジンのためのシリンダアセンブリは、それぞれがそれらの端面にバリア層を有する複数のピストンと共に使用され得る。そのようなピストンの端面にあるバリア層は、性能を低下させることなく燃焼室内がより高い温度に達することができるようにする。本明細書中に記載される熱損失防止バリア層及びシリンダアセンブリを有するピストンのそのような組み合わせは、従来の熱管理システムの削減、より良いエンジン効率、及び／又は、放出レベルの低減を可能にする。

対向ピストンエンジンにおける燃焼事象中、第１のピストン及び第２のピストンは、シリンダライナの長軸に沿う方向で、環状シリンダライナのボアを通って、下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）へ向けてシリンダアセンブリ内を移動する。第１及び第２のピストンが軸方向に移動して、両方のピストンがそれらの上死点位置の近傍にあるときには、それらのピストンは最終的にそれらの端面間に燃焼室を形成する。ピストンの端面間でシリンダアセンブリ内にある空気は、ピストンが互いの方へと移動して燃焼室を形成する際に熱くなる。燃料が燃焼室に噴射されて、燃料が加熱された空気と混合する。燃焼が第１及び第２のピストンの端面間で行なわれ、それにより、熱が解放されて、圧力が生成される。圧力は第１及び第２のピストンを押し離す。本明細書中に記載されるバリアリングと燃焼室の周囲で環状シリンダライナのボアの内側（例えば、第１及び第２のピストンのためのボア内のＴＤＣ位置間）に位置付けされるシリンダライナの溝とを含むバリアアセンブリは、燃焼熱の一部がシリンダアセンブリの外側に到達することを防止する。

本明細書中に記載されるようなバリアリングと共にライナを使用する対向ピストンエンジンのためのシリンダアセンブリは、シリンダ壁を通じて失われる熱を放散するために従来の熱管理システムと共に使用され得る。前述したように、バリアリングを有するシリンダライナを使用することにより、従来の冷却システムは、シリンダアセンブリからの多くの熱を燃焼室の周囲に放散する必要がない場合もある。この結果として、冷却システムのサイズを小さくすることができ、それにより、全体的によりコンパクトで効率的なエンジンが得られる。

例１

図６は、対向ピストンエンジンのシリンダライナのための典型的なバリアリング６００を示す。バリアリング６００はシリンダライナの溝内に嵌合する。バリアリングが形成されるシリンダライナは９８．２５ｃｍの内径を有する。バリアリング６００は、バリアリングの中心線に沿って形成される直径が２．５ｍｍで且つ角度ピッチが４５°の圧力平衡をもたらす開口６１５を有する。また、バリアリング６００は、折り曲げ縁部６１０を有するとともに、バリアリング６００により取り囲まれる燃焼室内へとノズルが燃料を噴射できるようにする開口６２０を有する。

この開示に係る対向ピストンエンジンの耐久性及び耐熱性の目的のうちの１つ以上を達成するこれら及び他のバリアリングの実施形態が与えられる特許保護の範囲は、最終的に許可される任意の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (8)

1. 対向ピストンエンジンのシリンダアセンブリ（１６）において、
   前記シリンダアセンブリのボア内の溝（２２５）であって、第１のピストン及び第２のピストンが前記対向ピストンエンジンの前記シリンダアセンブリ内のそれらの上死点位置付近にあるときに前記第１のピストンの第１の端面と前記第２のピストンの第２の端面とによって部分的に規定される燃焼室の周囲に位置付けられ、対向する側壁（２２６）と後壁（２２７）とを備える、溝（２２５）と、
   前記溝の両側で長手方向に変位される吸気ポート及び排気ポートと、
   前記溝内に位置されるバリアリング（２００，６００）であって、その内側に容積を規定する壁を有する端部が開放したチューブと、前記溝の前記側壁（２２６）と接触するように構成される壁縁部（２１０）と、エンジンハードウェアと前記燃焼室との間を連通させるための前記壁の開口（２２０）の第１のセットと、前記チューブの内側の容積と前記チューブの外側の容積との間で前記チューブの全体にわたって圧力平衡を可能にするように構成される前記壁の開口（２１５）の第２のセットとを備える、バリアリング（２００，６００）と、
   前記バリアリングの前記壁を前記溝の前記後壁（２２７）と接触させないように維持するべく構成されるスペーサ（２２８）と、
   を備えるシリンダアセンブリ（１６）。
2. 前記チューブは、前記開口の第１のセットのうちの最も大きい開口の直径よりも約２ｍｍ〜約２０ｍｍ大きい高さを有する請求項１に記載のシリンダ。
3. 前記スペーサは、前記溝の前記側壁及び後壁から突出する一対の張出部を備える請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
4. 前記スペーサが前記バリアリング上に折り曲げ壁縁部（２１０）を備える請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
5. 前記開口の第２のセットが３０°〜４５°の角度ピッチを有する請求項１に記載のシリンダアセンブリ。
6. 前記開口の第２のセットは、円形、楕円形、三角形、長方形、及び／又は、正方形の開口を備える請求項１から５のいずれか１項に記載のシリンダアセンブリ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のシリンダアセンブリを含む対向ピストンエンジンを作動させる方法において、
   前記シリンダアセンブリのボア内に対向して配置される一対のピストンを移動させることであって、前記一対の対向するピストンのうちの第１のピストンの動きは、第１の下死点（ＢＤＣ）位置と第１の上死点（ＴＤＣ）位置との間で前記シリンダライナの軸方向であり、前記一対の対向するピストンのうちの第２のピストンの動きは、第２の下死点（ＢＤＣ）位置と第２の上死点（ＴＤＣ）位置との間で前記シリンダの軸方向である、移動させることと、
   エンジンの圧縮行程中に前記第１及び第２のピストンが前記第１及び第２のＴＤＣ位置付近にあるときに前記第１及び第２のピストンの端面間で空気と燃料との混合物を燃焼させることと、
   前記第１のＴＤＣ位置と前記第２のＴＤＣ位置との間でボア内に埋め込まれるバリアリングによって燃焼からの熱損失を防止することと、
   前記バリアリングの全体にわたって圧力を均一にすることと、
   を備える方法。
8. 前記バリアリングが前記ボアの溝内に埋め込まれ、前記バリアリングの縁部と前記溝の側壁との間には、前記エンジンが冷えているときに１０ミクロン〜１００ミクロンのクリアランスが存在する請求項７に記載の方法。

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