JP6538723B2 - 対向ピストンエンジンの空気調整システムの開放型吸排気室構造 - Google Patents

Description

［関連出願］
本出願は、本願と同一出願人が所有する、２０１３年７月１１日にＵＳ第２０１３／０１７４５４８号として公開された米国特許出願第１３／７８２，８０２号明細書、および２０１４年１月３０日にＵＳ第２０１４／００２６５６３号として公開された米国特許出願第１４／０３９，８５６号明細書の主題に関連する発明主題を含む。本出願は更に、本願と同一出願人が所有する同時的出願の「対向ピストンエンジンの空気調整構造」と題する米国特許出願第１４／２８４，０５８号明細書の主題に関連する発明主題も含む。

［技術分野］
この分野は、エンジンのシリンダへ給気を送出しかつ前記シリンダからの排気を移送する、対向ピストンエンジンの空気調整システム（空調システム、air handling system）に関連する。シリンダは、シリンダブロック内で直列に配置される。シリンダブロックは、開放型吸気室および開放型排気室を含む。シリンダの全ての吸気ポートは吸気室内に位置合わせ（位置決め）され、かつシリンダの全ての排気ポートは排気室内に位置合わせ（位置決め）されている。

２行程サイクルエンジンは、クランク軸の完全な１回転と、クランク軸へ連接されるピストンの２行程とで１つの動作サイクルを完成させる内燃機関である。これらの行程は、典型的には、圧縮および爆発行程として表される。２行程サイクルエンジンの一例は、シリンダの中心軸に沿って反対方向へ往復移動するために、シリンダボア内に２つのピストンが配置される対向ピストンエンジンである。各ピストンは、シリンダの一端に最も近くなる下心（ＢＣ）位置と、前記一端から最遠となる上心（ＴＣ）位置との間を移動する。シリンダは、シリンダ側壁において個々のＢＣピストン位置の近くに形成されるポートを有する。対向するピストンは各々、一方のポートを制御して、そのＢＣ位置への移動に伴ってポートを開放し、かつＢＣ位置からそのＴＣ位置への移動に伴ってポートを閉鎖する。一方のポートは、給気がボアに入るように機能し、もう一方のポートは、燃焼生成物がボアから出る通路を提供し、これらは各々、「吸気」ポートおよび「排気」ポートと呼ばれる（一部の記述において、吸気ポートは、「空気」ポート、または「掃気」ポートと称される）。ユニフロー掃気式対向ピストンエンジンでは、圧縮された給気は、排気ガスがその排気ポートから流れるにつれてその吸気ポートを介してシリンダに入り、よって、ガスは、シリンダを介して単一方向に−吸気ポートから排気ポートへ−流れる（これが「ユニフロー(uniflow)」）。

給気および排気生成物は、空調システム（「ガス交換」システムとも呼ばれる）を介してシリンダを流れる。燃料は、燃料送出システムからの噴射によって送出される。エンジンがサイクル（周期運動）するにつれて、制御の機械化は、エンジンの動作状態に応答して空調システムおよび燃料送出システムを作動することにより、燃焼を管理する。空調システムは、燃焼により生成される望ましくない化合物を減らすために、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを装備する場合がある。

対向ピストンエンジンでは、空調システムは、外気をエンジン内へ取り込み、かつ燃焼ガス（排気）をエンジンから移送するが、これには、ポンプ仕事が必要である。ポンプ仕事は、コンプレッサ等のガスタービン駆動ポンプによって行われてもよく、及び／又は、スーパーチャージャ等の機械駆動ポンプによって行われてもよい。例によっては、ターボチャージャのコンプレッサユニットは、２段階ポンプ構成における下流側スーパーチャージャの入力をフィードしてもよい。ポンプ配置（単段、２段またはその他）は、有効燃焼の保証にとって極めて重要な掃気プロセスを駆動し、エンジンの提示された熱効率を増加させ、かつピストン、リングおよびシリンダ等のエンジン構成要素の寿命を延ばす。また、ポンプ仕事は、排気ガス再循環システムも駆動する。

図１は、ユニフロー掃気式のターボチャージ式２行程サイクル対向ピストンエンジン１０を示す。エンジン１０は、少なくとも１つのポート（付き）シリンダ５０を有する。例えば、このエンジンは、１つのポートシリンダ、２つのポートシリンダまたは３つ以上のポートシリンダを有してもよい。各ポートシリンダ５０は、ボア５２と、シリンダ壁の個々の端部の近くに形成または機械加工される、長手方向に離隔された吸気ポート５４および排気ポート５６とを有する。吸気ポートおよび排気ポートは、各々、１つまたは複数の周方向の開口または穿孔アレイを含む。記述法によっては、各開口は、「ポート」と称されるが、このような「ポート」による１つまたは複数の周方向アレイの構造は、図１に示されているポート構造と何ら変わりはない。ピストン６０および６２は、ボア５２内に、それらの端面６１および６３を対向させて滑動可能（スライド可能）に配置される。ピストン６０は、吸気ポート５４を制御し、かつピストン６２は、排気ポート５６を制御する。図示されている例において、エンジン１０は、さらに、少なくとも１つのクランク軸を含み、好ましくは、エンジンは、２つのクランク軸７１および７２を含む。エンジンの吸気ピストン６０はクランク軸７１へ結合され、かつ排気ピストン６２はクランク軸７２へ結合される。

ピストン６０およびピストン６２がそれらのＴＣ位置に存在するとき、ボア５２内で両ピストンの端面６１と端面６３との間に燃焼室が画定される。着火時期は、ピストンの端面が互いに最も近づくことから、圧縮サイクルにおける、最小の燃焼室容積が発生する時点が参照されることが多く、この時点を「最小容積」と称する。燃料は、端面６１と端面６３との間に位置決めされるシリンダ空間内へ直に噴射される。一部の例では、噴射は、最小容積において、または最小容積の近くで発生するが、他の例では、噴射は、最小容積になる前に発生してもよい。燃料は、シリンダ５０の側壁を介する個々の開口内に位置合わせされる１つまたは複数の燃料噴射器ノズルを介して噴射される。このようなノズル７０は、２つが図示されている。燃料は、吸気ポート５４を介してボア５２内へ入れられる給気と混合する。端面６１と端面６３との間で混合気が圧縮されるにつれて、圧縮空気は、燃料を点火させる温度および圧力に達する。次には、燃焼が起こる。

図１をさらに参照すると、エンジン１０は、エンジン１０への給気およびエンジン１０からの排気の移送を管理する空調システム８０を含む。ある代表的な空調システム構造は、給気サブシステムと、排気サブシステムとを含む。空調システム８０において、給気ソースは、吸気を受け入れ、かつこれを処理して加圧空気（以後、「給気」）にする。給気サブシステムは、給気をエンジンの吸気ポートへ移送する。排気サブシステムは、排気生成物を、他の排気コンポーネントへ送出するためにエンジンの排気ポートから移送する。

空調システム８０は、共通のシャフト１２３上で回転するタービン１２１およびコンプレッサ１２２を有するターボチャージャ１２０を含む場合がある。タービン１２１は、排気サブシステムと流体連通し、かつコンプレッサ１２２は、給気サブシステムと流体連通している。ターボチャージャ１２０は、エネルギーを、排気ポート５６を出て排気ポート５６から直に排気チャネル１２４へ流れ込む排気ガスから、または排気ポート５６を介して出力される排気ガスを収集する排気マニホルドアッセンブリ１２５から抽出する。その際、タービン１２１は、タービン１２１を通過して排気出口チャネル１２８に至る排気ガスによって回転される。これにより、コンプレッサ１２２が回転し、外気が圧縮されて給気が発生する。給気サブシステムは、スーパーチャージャ１１０と、吸気マニホルド１３０とを含んでもよい。給気サブシステムは、さらに、給気を受け入れかつこれを、エンジンの１つまたは複数の吸気ポートへ送出する前に冷却するための少なくとも１つの給気冷却器（以後、「冷却器」）を含んでもよい。コンプレッサ１２２により出力される給気は、給気チャネル１２６を介して冷却器１２７へと流れ、スーパーチャージャ１１０によって吸気ポートへポンピング（ポンプ送り）される。スーパーチャージャ１１０によって圧縮された給気は、吸気マニホルド１３０へ出力される。吸気ポート５４は、スーパーチャージャ１１０によりポンピングされる給気を、吸気マニホルド１３０を介して受け入れる。スーパーチャージャ１１０の出力と吸気マニホルド１３０への入力との間には、第２の冷却器１２９が設けられてもよい。

態様によっては、空調システム８０は、燃焼により生成される望ましくない放出物を、燃焼により生成される排気ガスの一部をエンジンのポートシリンダを通して再循環させることによって減らすように構成される場合がある。再循環された排気ガスは、燃焼ピーク温度を下げるために給気と混合され、これにより、望ましくない放出物の生成が減る。このプロセスは、排気再循環（ＥＧＲ）と称される。図示されているＥＧＲ構造は、掃気時にポート５６から流れる排気ガスの一部を入手し、かつこれを、シリンダ外部のＥＧＲチャネル１３１を介して給気サブシステム内の到来する吸気流へと移送する。再循環される排気ガスは、ＥＧＲチャネル１３１を介してバルブ１３８（「ＥＧＲバルブ」と称する）の制御下で流れる。

図２は、図１の空調システム８０を詳細略図で示している。この点に関連して、給気サブシステムは、吸気をコンプレッサ１２２へ提供する。コンプレッサ１２２が回転すると、圧縮された空気がコンプレッサの出口から給気チャネル１２６を介して流れ、スーパーチャージャ１１０へ入る。スーパーチャージャ１１０によりポンピングされた給気は、冷却器１２９を介して吸気マニホルド１３０へ流れ込む。加圧された給気は、吸気マニホルド１３０から、シリンダブロック１６０内に支持されるシリンダ５０の吸気ポートへ送出される。態様によっては、エンジンは、スーパーチャージャ１１０の出力をその入力へ結合する再循環チャネル１１２を含んでもよい。再循環チャネル１１２内へバルブ１３９を設けることにより、スーパーチャージャ出口下流側の給気圧力を修正すれば、シリンダへの給気の流れを変えることができるようになる。

シリンダ５０の排気ポートからの排気ガスは、排気マニホルド１２５からタービン１２１へ流れ込み、かつタービンから排気出口チャネル１２８へ流れ込む。事例によっては、排気出口チャネル１２８内に１つまたは複数の後処理デバイス（ＡＴ）１６２が設けられる。排気は、ＥＧＲバルブ１３８の制御下で、ＥＧＲチャネル１３１を介して再循環される。ＥＧＲチャネル１３１は、ＥＧＲミキサ１６３を介して給気サブシステムと流体連通している。

対向ピストンエンジンは、エンジンのガス（給気、排気）をシリンダ内に送ると共にシリンダから移送するように設計される様々な構造を含んできている。例えば、特許文献１（米国特許第1,517,634号）は、他のシリンダの管と共に１つの排気管へと合体する、各シリンダの排気エリアと連通する管を有する多管排気マニホルドを利用した、初期の対向ピストン航空機エンジンについて記載している。このマニホルドは、エンジンの片側に取り付けられるものであった。

その後、１９３０年代において、対向ピストン航空機エンジンのＪｕｍｏ２０５ファミリーが、二重クランク軸対向ピストンエンジンの基本的な空調アーキテクチャを定義した。Ｊｕｍｏエンジンは、６気筒を有する直列シリンダブロックを含んでいる。このシリンダブロックの構造は、排気ポートおよび吸気ポートのための個々の区画を含んでいた。個々のポートに役立つように構成されたマニホルドおよび導管は、シリンダブロックへ取り付けられ、またはシリンダブロック上に形成された。したがって、個々の対向する管ペアを各シリンダの環状排気エリアと連通して配置するように、エンジンには、エンジンの反対側面へボルトで締まる多管排気マニホルドが装備された。各排気マニホルドの出力管は、タービンへの２つの入口の個々の一方へ接続された。また、エンジンには、エンジンの反対側面に位置決めされる、給気をシリンダの個々の吸気エリアへ導く吸気導管も装備された。２段給圧システムは、吸気導管のための加圧給気を提供した。

この先行技術による排気マニホルドは、エンジンのサイズおよび重量が増加するというペラルティ（罰則）を引き出した。個々の管は、ことごとく、管開口とシリンダの環状排気空間とを密接に結合するための構造用支持材を必要とした。典型的には、この支持材は、フランジをシリンダブロックの側面上の対応する面積へ密封可能に締め付けるためのねじ締結具を受け入れるに足る面積を有する、各管の端におけるフランジの形式であった。各マニホルドのフランジは、シリンダの直列配置に整合するように横方向に配置される。フランジの幅は、シリンダ間の間隔を制限し、よってエンジンは、比較的重く且つ大型である必要があった。

Ｊｕｍｏ２０５エンジンの吸気構造は、空間をシリンダの入口エリアのための個々の区画に細分することによりシリンダブロック内部に形成されるマニホルドを含んでいる。各区画は、空気路からの給気を受け入れるために、シリンダブロックの反対側面を介して開放されていた。このようなマニホルド構造は、吸気ポート間の給気圧力差をもたらす可能性があり、これにより、エンジンの動作状態が変わるにつれて燃焼および掃気が変動する可能性がある。

米国特許第１５１７６３４号明細書

複数のシリンダが直列構成で配置される対向ピストンエンジンのサイズ、重量およびコストは、最小限に抑えることが望ましい。これは、シリンダブロックの内部に、全てのシリンダ排気ポートを含む単一の開放型排気室を設けることによって達成され、これにより、フランジ付き多管マニホルド構造の必要性が排除される。個々の排気ポートから放出される排気ガスを専用の管ペアによって収集しかつ移送する代わりに、全ての排気ポートにより放出される排気ガスは、シリンダブロック内の単一の排気室に収集され、ここから単一の管によって移送される。放出される排気ガスは、シリンダブロックを貫通して開口する少なくとも１つの排気出口を介して排気室を出る。効果的には、排気ガスの排気出口から排気サブシステムまでの移送に必要な管は１つのみであり、これにより、先行技術による排気マニホルドの別々の管の間のフランジ間間隔をなくせる。その結果、多管排気マニホルドの重量、複雑さおよび費用がなくなり、シリンダ間の間隔は、縮小されることが可能にあり、かつエンジンは、より小型に製造されることが可能になる。

複数のシリンダが直列構成で配置される対向ピストンエンジンにおける燃焼および掃気の向上は、シリンダブロックの内部に、全てのシリンダ吸気ポートを含む単一の開放型吸気室を設けることによって達成される。給気を個々の吸気区画へ移送する代わりに、シリンダブロック内の単一の開放型吸気室は、給気を全ての吸気ポートへ略均一な圧力で提供し、これにより、略均一な燃焼および掃気を保証する。よって、エンジンは、より効率的、よりクリーンな運転状態となり、かつエンジン用に設計された動作状態（動作条件）の範囲全体にわたり制御がより容易になる。

先行技術によるユニフロー掃気式２行程サイクル対向ピストンエンジンを示す略図であり、「先行技術」と記されている。 図１の対向ピストンエンジンの先行技術による空調システムの詳細を示す略図であり、「先行技術」と記されている。 車両内の装備品用に構成された２行程サイクル対向ピストンエンジンの片側に沿った斜視図である。 図３Ａのエンジンの反対側に沿った斜視図である。 図３Ａに示すエンジンのシリンダブロックの立面図であり、図３Ａで見える同じ側面を示している。 図３Ａに示すエンジンのシリンダブロックの立面図であり、図３Ｂで見える同じ側面を示している。 吸気室および排気室を示すためにエレメントが取り外されている、図４Ａのシリンダブロックの側面図である。 吸気室の詳細を示すための、図４Ｃの５Ａ−５Ａ線に沿った立面断面図である。 排気室の詳細を示すための、図４Ｃの５Ｂ−５Ｂ線に沿った立面断面図である。 対向ピストンエンジンの空調システムのための吸気／排気サブシステムの一実施形態を示す。 図６Ａの吸気／排気サブシステムを介するガス流を示す略図である。 図５Ａおよび図５Ｂに従う開放型吸排気室を含む吸気／排気サブシステムの第２の実施形態を示す略図である。 図５Ａおよび図５Ｂに従う開放型吸排気室を含む吸気／排気サブシステムの第３の実施形態を示す略図である。 図５Ｂの排気室の代替的なマニホルド配置を示す部分略図である。 本明細書に従う吸排気室の代替構造を示す略図である。 本明細書に従う排気室の代替構造を示す略図である。

本明細書は、単一平面が全てのエンジン気筒の長手軸を含むように複数のシリンダが一列に位置合わせされたシリンダブロックを有するところの、２行程サイクルの、デュアル（二重）クランク軸の対向ピストンエンジンに関する。シリンダの横方向の位置合わせは、エンジン分野の標準的名称に沿って「直列」構成と称する。さらに、直列配置は、「真っ直ぐ」であって、長手軸を含む平面が略垂直である可能性もあれば、「傾斜」していて、長手軸を含む平面が傾斜している可能性もある。したがって、以下の説明は、直列構成に限って行なうが、真っ直ぐかつ傾斜した変形例にも当てはまる。また、エンジンを、長手軸を含む平面を略水平に配置するようにして位置合わせすることも可能であって、この場合、直列配置は、「水平」になる。

図３Ａおよび図３Ｂは、エンジンのシリンダ（これらの図では見えない）を備えるシリンダブロック２０２を有する２行程サイクル対向ピストンエンジン２００を示し、これらのシリンダは、エンジン２００の長手方向Ｌに配向されて真っ直ぐな直列構成に配置される。エンジンは、車両、機関車、海洋船舶、静止電源、等々といった応用例において占有するスペースが最小限になるように、コンパクトに構成される。エンジン２００には、ターボチャージャ２１０、スーパーチャージャ２１４、シリンダブロック２０２内に形成または機械加工される吸排気室（これらの図では見えない）、並びに様々な管、マニホルドおよび導管を含む空気調整システム（空調システム）が取り付けられる。吸排気室を除いて、これらのエレメント（要素）は、従来手段を用いてシリンダブロック上に支持されてもよい。吸気室および排気室は、シリンダブロック内部に細長（長尺）なオープンギャラリまたはオープンチェストとして形成される。ターボチャージャ２１０は、排気駆動タービン２１１と、コンプレッサ２１３とを備える。好ましくは、スーパーチャージャ２１４は、例えばクランク軸によって機械的に駆動されるが、この限りではない。コンプレッサ２１３の出力は、導管２１７を介してスーパーチャージャ２１４の取入れ口と流体連通している。態様によっては、給気冷却器２１５は、コンプレッサ２１３とスーパーチャージャ２１４との間の空気流路内に置かれてもよい。本明細書において必須ではないが、スーパーチャージャ２１４の出力は、再循環チャネル（これらの図には示されていない）を介してその入力へ再循環されてもよい。スーパーチャージャ２１４の出力は、マニホルド２２０を介して吸気室と流体連通していて、マニホルド２２０の各分岐２２１は、カバー２２３によって吸気室の個々の細長い開口へ結合される。タービン２１１の取入れ口は、マニホルド２３０を介して排気室と流体連通していて、マニホルド２３０の各分岐２３１は、カバー２３３によって排気室の個々の細長い開口へ結合される。これらの図には示されていないが、エンジン２００は、ＥＧＲ用に、排気室とスーパーチャージャ２１４との間にバルブ制御式導管を装備してもよい。

図４Ａおよび図４Ｂは、吸気室の吸気口に対する吸気マニホルドの分岐２２１、および排気室の排気出口に対する排気マニホルドの分岐２３１を示すために幾つかのコンポーネントを取り除いた、シリンダブロック２０２の外に面する反対側面（対向側面）を立面図で示している。図４Ｃは、吸気室２４０および排気室２４５が見えるようにエレメントを取り除いた、シリンダブロック２０２の片側を示す。吸気室２４０および排気室２４５は共に、シリンダブロック２０２の両反対側面（二つの対向側面）を貫通して開口している。これらの図から分かるように、シリンダブロック２０２は、複数のシリンダを含む。３つのシリンダ２５０は、例示として示されている。本明細書において、「シリンダ」は、シリンダブロック２０２内に形成されるシリンダトンネル内に保持されるライナ（「スリーブ」と呼ばれることもある）で構成される。各ライナは、シリンダ排気ポート２５６を含む環状排気部分から長手方向に分離される、シリンダ吸気ポート２５４を含む環状吸気部分を有する。各ライナのボア内には、２つの逆移動するピストン（不図示）が配置される。シリンダ２５０は、シリンダブロック２０２内に、吸気ポート２５４および排気ポート２５６をシリンダブロック２０２の別個のレベルに位置合わせして、直列に配置される。好ましくは、排気ポート２５６は、吸気ポート２５４より下位に配置される。

図４Ｃおよび図５Ａを参照すると、吸気室２４０の構造は、全てのシリンダ吸気ポート２５４を含む容積を有する、シリンダブロック２０２内部の細長（長尺）なオープンチェストまたはオープンギャラリの構造である。言い替えれば、エンジンの吸気ポートはことごとく、全ての吸気ポートにより共有される吸気室２４０内の共通の容積内に位置合わせされ、かつ前記共通の容積から給気を受け入れる。好ましくは、吸気室２４０は、少なくとも、これが、各々が単一シリンダのみの環状吸気エリアを含む個々のチャンバまたはサブチャンバに区分化されないという意味では、分割されていない。図５Ａの通り、吸気室２４０は、シリンダブロック２０２の第１の側面を介して開口する第１の細長（長尺）な吸気口２４１と、シリンダブロック２０２の第１の側面とは反対側の第２の側面を介して開口する第２の細長（長尺）な吸気口２４１とを含む。好ましくは、これらの細長い吸気口２４１は、相互に位置合わせされる。吸気室２４０内の支柱２６２は、吸気室２４０の床と天井との間の構造用支持材となる。好ましくは、柱２６２は、シリンダ２５０から離れて吸気口２４１に当接して、または吸気口２４１の内部へと位置合わせされる。吸気口を覆う、シリンダブロック２０２の外側にある成形チェスト２２３（図４Ａおよび図４Ｂ）は、ブロックの反対（相対向する）の両側に形成されても、反対の両側に付着されてもよい。これらのチェスト２２３の少なくとも一方は、エンジンの給気サブシステムからの給気を吸気室２４０内へ移送するための管または導管と流体連通している。

図４Ｃおよび図５Ｂに関して言えば、排気室２４５の構造は、全てのシリンダ排気ポート２５６を含む容積を有する、シリンダブロック内部の細長（長尺）なオープンチェストの構造である。言い替えれば、エンジンの排気ポートはことごとく、全ての排気ポートにより共有される排気室２４５内の共通の容積内に位置合わせされ、かつ前記共通の容積へと排気ガスを放出する。好ましくは、排気室２４５は、少なくとも、これが、各々が単一シリンダのみの環状排気エリアを含む個々のチャンバまたはサブチャンバに区分化されないという意味では、分割されていない。排気室は、シリンダブロック２０２の第１の側面を貫通する細長（長尺）な排気出口２４６と、シリンダブロック２０２の第１の側面とは反対側の第２の側面を貫通する細長（長尺）な排気出口２４６とを含む。排気室２４５内の支柱２６８は、排気室２４５の床と天井との間の構造用支持材となる。好ましくは、柱２６８は、シリンダから離れ、排気室開口２４６に当接して位置合わせされる。エンジンの作動中にシリンダブロック２０２が担う機械的負荷に鑑みて、吸気室の柱２６２は、排気室の柱２６８と位置を合わせることが望ましい場合がある。態様によっては、エンジン作動中の排気室２４５の構造体における有害な温度効果を減じるために、柱２６８内に軸方向の冷却材通路２６９を設けることが望ましい場合がある。排気出口を覆う、シリンダブロック２０２の外側にある成形チェスト２３３（図４Ａおよび図４Ｂ）は、ブロックの反対の両側に形成されても、これに付着されてもよい。これらのチェスト２３３の少なくとも一方は、エンジンの排気室からの排気ガスを排気サブシステム内へ移送するための管または導管と流体連通している。

排気室２４５のオープンチェスト構造は、近接したシリンダ間の間隔を許容し得るが、隣接するシリンダスリーブ間の低減された距離は、１つのシリンダから放出される排気ガスが、隣接するシリンダのピストンおよびスリーブに、特にはスリーブの排気部分間の狭い間隙に与える熱衝撃を増大させる可能性がある。したがって、事例によっては、シリンダから放出される排気ガスが、隣接するシリンダスカートに与える熱衝撃を低減することが望ましい場合がある。この熱衝撃を低減する１つの方法は、排気室２４５内の隣接するシリンダ排気部分間に、成形された排気デフレクタ（排気偏向器）２４７を設けることである。各デフレクタは、排気室２４５の床と天井との間に延びる柱として形成されてもよい。排気デフレクタ２４７は、隣接するシリンダ２５０間に、シリンダの排気エリアに近接して位置合わせされる。排気デフレクタ２４７の形状は、一方の排気室開口に面する縁（エッジ）を形成する角度で出合う１対の表面２４７ａおよび２４７ｂを含む。例えば、排気デフレクタの断面形状は、菱形状であってもよい。表面２４７ａおよび表面２４７ｂは、１つの排気ポートから放出される排気ガスを隣接するシリンダから離れて偏向させるように角度付けされている。図５Ｂは、排気デフレクタ２４７が隣接するシリンダに接触していることを示唆しているが、これは、必須の限定事項ではない。態様によっては、デフレクタは、シリンダに接触しないようなサイズであってもよく、よって、ガスは、シリンダとデフレクタとの間を流れることができる。あるいは（または追加的に）、排気ポート開口は、隣接するライナおよび／または排気室の壁などのような近隣構造体の方向よりも、排気室開口の方向でより多くの排気が流れるように、サイズおよび／またはシリンダライナの環状排気部分の周りの間隔が変わってもよい。

本明細書によれば、図３Ａおよび図３Ｂに示されたシステムのような、対向ピストンエンジンの空調システムは、図５Ａおよび図５Ｂに示されているもの等の開放型吸排気室構造を装備した吸気／排気サブシステムを含む。

吸気／排気サブシステムの第１の実施形態は、図３Ａ、図５Ａおよび図６Ａに示されていて、吸気マニホルド２２０は、シリンダブロック２０２の第１の側面に沿って吸気室２４０の第１の吸気口２４１と流体連通して配置される分岐２２１ａおよびカバー２２３ａを含む第１の部分と、シリンダブロック２０２の第２の側面に沿って第２の吸気口２４１と流体連通して配置される分岐２２１ｂおよびカバー２２３ｂを含む第２の部分と、を含む。第１および第２のマニホルド部分は、シリンダブロック２０２の第１の端２０３を超えて延び、第１の端２０３を過ぎて管２２４に合体する。これにより、２２１ａ、２２１ｂおよび２０３に縁取られた開口２６０が画定される。開口２６０は、エンジンの配置に必要であり得る様々なエンジンパーツを収容するための空間を提供する。管２２４は、吸気室が通ってスーパーチャージャ出口と流体連通して置かれる入口２２５を含む。
図３Ａ、図５Ｂおよび図６Ａを参照すると、排気マニホルド２３０は、シリンダブロック２０２の第１の側面に沿って第１の排気出口２４６と流体連通して配置される分岐２３１ａおよびカバー２３３ａを含む第１の部分と、シリンダブロック２０２の第２の側面に沿って第２の排気出口２４６と流体連通して配置される分岐２３１ｂおよびカバー２３３ｂを含む第２の部分と、を含む。第１および第２のマニホルド部分は、シリンダブロック２０２の第２の端２０４を超えて延び、第２の端２０４を過ぎて管２３４に合体する。これにより、２３１ａ、２３１ｂおよび２０４に縁取られた開口２６５が画定される。開口２６５は、エンジンの配置に必要であり得る様々なエンジンパーツを収容するための空間を提供する。管２３４は、排気室が通ってタービン吸気と流体連通して置かれる出口２７０を含む。管２３４は、さらに、ＥＧＲチャネルに給気する出口２７２を含んでもよい。

図６Ａおよび図６Ｂの通り、第１の実施形態の吸気／排気サブシステムは、幾つかの要素に起因して、広範なエンジン動作状態に渡り、シリンダ２５０との間に均衡の取れた質量流量を提供する。第１に、給気は、エンジンの一方の端２０３から構造体の吸気部分へ入り、かつ排気は、一方の端２０４における排気部分から放出される。さらに、シリンダを通る流路２８０、２８１、２８２は、同じ長さであり、よって、略等しい空気流抵抗を受ける。

図７は、第２の実施形態の吸気／排気サブシステムを示し、吸気マニホルド２２０の分岐２２１と、対向する吸気口２４１（図５Ａ）との間に給気冷却器２１６が結合されている。さらに、コンプレッサ２１３の出力とスーパーチャージャ２１４の取入れ口との間のロケーション（位置）２１５には、図３Ａおよび図３Ｂに見出される給気冷却器２１５等の別の給気冷却器が置かれてもよい。

図８に示されている第３の実施形態の吸気／排気サブシステムは、排気室２４５用のマニホルドを含まない。代わりに、排気室２４５の片側における１つの排気開口２４６（図５Ｂ）から１つまたは複数の排気出口が提供される。１つの排気出口２７５は、タービン２１１を駆動するために設けられる。エンジンにＥＧＲが装備されれば、ＥＧＲループを駆動するために、第１の排気出口から分離している第２の排気出口２７７が設けられてもよい。あるいは、図９に示されているように、排気室２４５は、一方の排気開口２４６を介してタービンを駆動するための排気出力２８０と、反対側の排気開口２４６を介してＥＧＲループを駆動するための第２の排気出力２８２とを伴って構成されてもよい。

直列対向ピストンエンジン室構造は、他にも可能である。これらの代替例は、シリンダブロック内部の細長（長尺）なオープンギャラリまたはチェストとして形成されてもよいが、入口開口および排気開口は、シリンダブロックの一端または両端を介する。したがって、図１０Ａの通り、対向ピストンエンジンは、直列気筒３５０を有するシリンダブロック３０２と、開放型吸気室３４０とを含む。開放型吸気室は、シリンダブロックの一方の端３０３に形成される１つの吸気口３４１を有する。事例によっては、吸気室３４０内の吸気口３４１とシリンダ吸気ポート３５４との間に空気流デフレクタポスト（空気流偏向支柱）３８０が位置決めされ、かつ吸気口から吸気室へ流れ込む空気を吸気室の反対側（対向する両側面側）へと偏向するように位置合わせされてもよい。図１０Ｂの通り、この同じシリンダブロック３０２は、開放型排気室３４５を含む。開放型排気室は、シリンダブロックの第１の端３０３に対向する第２の端３０４に形成される１つの排気出口３４６を有する。例によっては、排気室３４５は、成形された排気デフレクタ３４７を含んでもよい。好ましくは、各デフレクタは、排気室３４５の床と天井との間に延びる柱として形成される。排気デフレクタ３４７は、隣接するシリンダ３５０間に、シリンダの排気エリアに近接して位置合わせされる。排気デフレクタ３４７の形状は、シリンダブロック３０２の片側に面する縁（エッジ）を形成する角度で出合う１対の表面３４７ａおよび３４７ｂを含む。例えば、排気デフレクタの断面形状は、菱形状であってもよい。表面３４７ａおよび表面３４７ｂは、１つの排気ポートから放出される排気ガスを隣接するシリンダから離れて偏向させるように角度付けされている。

かくして、開放型吸排気室のこの新たな配置構造は、対向ピストンエンジンのより軽量化・より小型化をもたらし、シリンダを介する質量流量を向上させ、（更には）空調システムを介する質量流量とエンジン小型性との間のトレードオフをサポートする。本明細書に開示された詳細に関しては、発明を逸脱することなく、またはその優位点を犠牲にすることなく様々な変更が行われてもよい。

２０２ シリンダブロック
２０３ シリンダブロックの第１の端
２０４ シリンダブロックの第２の端
２２０ 吸気マニホルド
２３０ 排気マニホルド
２４０ 吸気室
２４１ 吸気口
２４５ 排気室
２４６ 排気出口
２４７ 排気デフレクタ（排気偏向器）
２５０ シリンダ
２５４ シリンダ吸気ポート
２５６ シリンダ排気ポート
２７５ 排気出口（タービン２１１に対応）
２７７ 排気出口（ＥＧＲに対応）
３４７ 排気デフレクタ（排気偏向器）
３８０ 空気流デフレクタポスト（空気流偏向支柱）

Claims (16)

1. 一列に位置合わせされた複数のシリンダであって、各シリンダが排気ポートから長手方向に分離配置された吸気ポートを含んでなる複数のシリンダを伴うシリンダブロックを有する対向ピストンエンジン用の空気調整システムにおいて、
   当該空気調整システムは、
   前記シリンダブロックを貫通して開口する少なくとも１つの吸気口を含んでなる、前記シリンダブロック内の開放型の吸気室と、
   前記吸気室の床と天井との間の支持材となる前記吸気室内における第１の支柱と、を備えており、
   前記シリンダの吸気ポートの全てが、給気を内部に受け入れるために前記吸気室内に含まれており、
   当該空気調整システムは更に、
   前記シリンダブロックを貫通して開口する少なくとも１つの排気出口を含んでなる、前記シリンダブロック内の開放型の排気室と、
   前記排気室の床と天井との間の支持材となる前記排気室内における第２の支柱と、を備えており、
   前記シリンダの排気ポートの全てが、排気を前記排気室内へ放出するために前記排気室内に含まれている、ことを特徴とする空気調整システム。
2. 吸気口と流体連通している空気流マニホルドを更に含む、請求項１に記載の空気調整システム。
3. 第１の吸気口は、前記シリンダブロックの第１の側面を貫通して開口し、且つ、第２の吸気口は、前記シリンダブロックの前記第１の側面に対向する第２の側面を貫通して開口しており、
   前記空気流マニホルドは、前記シリンダブロックの前記第１の側面に前記第１の吸気口と流体連通して配置された第１の部分と、前記シリンダブロックの前記第２の側面に前記第２の吸気口と流体連通して配置された第２の部分とを含む、請求項２に記載の空気調整システム。
4. 前記空気流マニホルドの前記第１および第２の部分は、前記シリンダブロックの一端を超えて延び、かつ前記一端を過ぎると１つの導管に接合する、請求項３に記載の空気調整システム。
5. １つまたは複数の前記吸気口は、前記シリンダブロックの一端を介して開口する吸気口を含む、請求項１に記載の空気調整システム。
6. 前記吸気室内において前記吸気口と前記シリンダ吸気ポートとの間に設けられ、且つ前記吸気口から前記吸気室へ流れ込む空気を前記吸気室の対向する両側面に向けて偏向させるように位置決めされた空気流デフレクタを更に含む、請求項５に記載の空気調整システム。
7. １つまたは複数の排気出口と流体連通している排気流マニホルドを更に含む、請求項１に記載の空気調整システム。
8. 第１の排気出口は、前記シリンダブロックの第１の側面を貫通して開口し、且つ、第２の排気出口は、前記シリンダブロックの前記第１の側面に対向する第２の側面を貫通して開口しており、
   前記排気流マニホルドは、前記シリンダブロックの前記第１の側面に前記第１の排気出口と流体連通して配置された第１の部分と、前記シリンダブロックの前記第２の側面に前記第２の排気出口と流体連通して配置された第２の部分とを含み、
   前記排気流マニホルドの前記第１および第２の部分は、前記シリンダブロックの第１の端を超えて延び、かつ前記第１の端を過ぎると１つの導管に接合する、請求項７に記載の空気調整システム。
9. 前記シリンダブロック上で吸気口と流体連通している空気流マニホルドを更に含む、請求項８に記載の空気調整システム。
10. 第１の吸気口は、前記シリンダブロックの前記第１の側面を貫通して開口し、且つ、第２の吸気口は、前記シリンダブロックの前記第２の側面を貫通して開口しており、
    前記空気流マニホルドは、前記シリンダブロックの前記第１の側面に前記第１の吸気口と流体連通して配置された第１の部分と、前記シリンダブロックの前記第２の側面に前記第２の吸気口と流体連通して配置された第２の部分とを含む、請求項９に記載の空気調整システム。
11. 前記空気流マニホルドの前記第１および第２の部分は、前記シリンダブロックの前記第１の端とは反対側の第２の端を超えて延び、かつ前記第２の端を過ぎると１つの導管に接合する、請求項１０に記載の空気調整システム。
12. １つまたは複数の前記排気出口は、前記シリンダブロックの一端を介して開口する排気出口を含む、請求項１に記載の空気調整システム。
13. 前記少なくとも１つの排気出口は、タービンの入力側と流体連通している第１の排気出口と、ＥＧＲの入力側と流体連通している第２の排気出口とを含む、請求項１に記載の空気調整システム。
14. 前記第１および第２の排気出口は、前記排気室の対向する両側面および前記排気室の対向する両端のうちの何れかに位置決めされている、請求項１３に記載の空気調整システム。
15. 前記第１および第２の排気出口は、前記排気室の一側面および前記排気室の一端の何れかに位置合わせされる、請求項１３に記載の空気調整システム。
16. 前記排気室において隣接するシリンダ排気ポート間に設けられ、且つ、１つのシリンダの排気ポートから前記排気室内へ放出される排気を、隣接するシリンダの排気ポートから離れて偏向させるように角度設定された表面を含んでなる少なくとも１つの排気デフレクタを更に備える、請求項１に記載の空気調整システム。

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