JP7058889B2 - 内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、概して、自動車に用いられる内燃エンジンに関し、特に、自動車に用いられる低エミッション内燃エンジンに関する。

内燃エンジンは、何世紀も前に最初に導入されて以来、市場において絶え間なく変わる要求に適応するために常に開発され且つ変更されてきている。最近の傾向として、環境面及び持続可能な未来に関する要求が一段と強まっており、その結果として、低エミッションエンジンが望まれている。しかし、現時点では、これは、燃料消費の低減によってのみ可能である。燃料消費の低下を意図して導入されてきた概念のいくつかの例として、スプリットサイクルプロセス、可変弁タイミング、及び可変圧縮比が挙げられる。

スプリットサイクルプロセスは、圧縮及び／又は膨張を２段階又は数段階で行うものである。理論的に、この概念は、効率の向上をもたらすが、検証テストの結果、機械的及び熱的損失が増大し、その複雑さに対する不十分な見返り、追加的な重量、及び製造コストの増大をもたらすことが分かっている。

出力を制御するために吸気スロットル弁を用いる一定圧縮比のスパーク点火エンジンでは、圧縮ストロークの終端において充填率の低下によって圧力低下が生じる。従って、充填率が減少すると、効率因子が低減する。安定した効率因子を維持し、これによって、その全体の効率を高めるために、圧縮比は、充填率に準じて調整されねばならない。可変圧縮エンジンは、上死点（ＴＤＣ）に位置するピストンの上方の容積を変化させることを可能にする。自動車への用途では、これは、負荷要求及び駆動要求に応じて動的に行う必要がある。何故なら、負荷が高いほど、より効率的にするために圧縮比を低下させる必要があるからである。又はその逆である。しかし、この概念は、複雑且つ重量のある機構を必要とし、製造コストを増大させる。また、この概念は、振動に関する課題にも取り組まねばならないことになる。先行技術の例が、特許文献１に開示されている。

（日産によって用いられる）可変弁リフト又は（ＢＭＷ、フォード、フェラリー、及びランボルギーニによって用いられる）可変カムシャフト制御としても知られる可変弁タイミングは、エンジンの作動中に吸気弁又は排気弁の開弁時間（弁リフト量及び／又は開弁期間）を調整することを可能にする。可変弁タイミングは、内部排気ガス循環、トルクの増大、及び良好な燃費の利得をもたらすが、製造費が高い。

有益な特徴を有する他の概念は、スコッチヨーク原理である。これらの有効な特徴のいくつかは、部品が正確な正弦波往復を行うこと、振動をなくすのに十分な動的質量バランスを取り得ること、及び単純な複動式ピストン配置を選択し得ることである。スコッチヨーク機構は、特許文献２に示されるように、ピストンポンプ、弁アクチュエータ、縫製機、及びエンジンに広く用いられている。

欧州特許出願公開第１１７０４８２号明細書 米国特許出願公開第２０１２／２７２７５８号明細書

本発明の目的は、低エミッション化を達成するために周知の欠点を解消する前述の概念を含む内燃エンジンを提供することにある。

上記の目的は、独立請求項に記載のエンジンによって、十分に又は部分的に達成される。好ましい実施形態が、従属請求項に記載されている。

第１の態様によれば、本発明は、クランクシャフトを備える２つの実質的に鏡面対称のエンジン側を有するボクサーエンジンであって、クランクシャフトに接続された少なくとも２つの主スコッチヨークアセンブリであって、各々が各エンジン側の１つの主シリンダ内に配置された１つの主ピストンを有する、少なくとも２つの主スコッチヨークアセンブリと、クランクシャフトに接続された少なくとも１つの補助スコッチヨークアセンブリであって、各エンジン側の１対の補助シリンダ内に配置された１対の補助ピストンを有する、少なくとも１つの補助スコッチヨークアセンブリと、を備え、主スコッチヨークアセンブリは、クランクシャフトに対して同期して配置され、補助スコッチヨークアセンブリは、クランクシャフトに対して１８０°位相がずれて配置され、各補助ピストンが、各補助シリンダ内に外側空間及び内側空間を画定し、内側空間は、対向するエンジン側の方を向いており、各補助シリンダ対の内側空間は、互いに流体連通して圧縮チャンバを形成し、圧縮チャンバは、第１及び第２の逆止弁を備え、補助シリンダ対は、第１の逆止弁を通る外気を吸引し且つ圧縮し、該空気を第２の逆止弁を通して対向するエンジン側の主シリンダ内に送り出すように構成されており、各補助シリンダ対の外側空間は、互いに流体連通し、同一エンジン側の主シリンダから加圧された排気ガスを受け入れるようになっている、
ボクサーエンジンに関する。

このようなエンジンの利点は、２つのスプリットサイクルプロセス、すなわち、圧縮プロセス及び膨張プロセスを行うことが可能になる点にある。膨張プロセスの場合、完全な膨張ストロークの後に主シリンダ内の残留圧力を排出するのではなく、全ての主シリンダ内の残留圧力を対応する補助シリンダ対の外側空間に移送することによって、残留圧力をクランクシャフト及び／又は圧縮プロセスへの更なる動力供給に利用し、これによって、エンジンの効率因子を増大させ、低エミッション化に貢献することが可能になる。圧縮プロセスの場合、大気圧の空気によって充填された主シリンダによって圧縮ストロークを開始するのではなく、圧縮された空気によって充填された主シリンダによって圧縮ストロークを開始することによって、燃料消費及び排気を低減させることが可能になる。

このようなエンジンの他の利点は、往復動スコッチヨークアセンブリの直線運動によって、エンジン内の振動低下に貢献することである。また、このスコッチヨークによって、ピストンの芯振れのない安定した移動が可能になる。

本発明の一実施形態によれば、補助ピストンは、周方向に配置された圧力トラップ溝を備えている。ピストンが芯振れのない安定した移動を行うので、ピストンリングを圧力トラップ溝に取り換えることによって、補助ピストンと補助シリンダライナーとの間の摩擦が著しく低減する。この摩擦低減によって、機械的損失が改良される。

第２の態様によれば、本発明は、各主スコッチヨークアセンブリが、各エンジン側に多角形断面を有する主ピストンロッドを備え、各主ピストンロッドは、第１の端において対応する主ピストンに対する旋回式連結部を有し、第２の端において対応する主ヨークから突出するスタッドに対するネジ山付き接続部を有し、長手方向に摺動可能なウォーム歯車に抱持されている、ボクサーエンジンに関する。

この機構によって、主シリンダにおける圧縮比の確実且つ正確な調整が達成され、同時に簡単な設計を有するこの機構によって、重量及び製造コストに関する改良がもたらされる。

本発明の一実施形態によれば、ウォーム制御シャフトが同一エンジン側のウォーム歯車に係合し、該ウォーム制御シャフトは、流体圧又は電気アクチュエータによって調整されるようになっている。これによって、２つの主シリンダの圧縮比が１つの制御シャフトによって同時に操作されるので、圧縮比調整の精度が向上し、流体圧又は電気アクチュエータを組み込むことによって、その精度が更に向上する。

第３の態様によれば、本発明は、ボクサーエンジンがクランクシャフトとカムシャフトとを接続する２つの接続シャフトを備え、カムシャフトは、主シリンダの吸気弁及び吐出弁と補助シリンダの排気弁とを作動させるようになっており、各接続シャフトは、第１の端部分において第１の接続シャフトベベル歯車の第１の突出するスピンドルの第１の雄螺旋スプラインに係合する第１の雌螺旋スプラインを備え、第１の接続シャフトベベル歯車は、カムシャフトに接続されたカムシャフトベベル歯車に係合されており、接続シャフトは、第２の端部分において第２の接続シャフトベベル歯車の第２の突出するスピンドルの第２の雄螺旋スプラインに係合する第２の雌螺旋スプラインを備え、第２の接続シャフトベベル歯車は、クランクシャフトに接続されたクランクシャフトベベル歯車に係合されており、接続シャフトは、第１及び第２の突出するスピンドルに沿った接続シャフトのいくらかの長手方向運動を可能にする長さを有し、第１の雄螺旋スプライン及び第２の雄螺旋スプラインは、互いに逆のネジ山を有し、第１の雌螺旋スプライン及び第２の雌螺旋スプラインは、互いに逆のネジ山を有する、ボクサーエンジンに関する。

この機構によって、弁タイミングの確実且つ正確な調整が達成され、同時に簡単な設計を有するこの機構によって、重量及び製造コストに関する改良がもたらされる。

本発明の一実施形態によれば、接続シャフトは、流体圧又は電気アクチュエータによって、同時に長手方向に調整されるようになっている。これによって、精度が高められる。

本発明の他の実施形態によれば、ボクサーエンジンは、中央領域にダブルカムを有するカムシャフトを備えている。ダブルカムによって、１つのカムシャフトが同一のエンジン側の補助シリンダ対及び２つの主シリンダの両方を操作することが可能になる（表１参照）。

スプリットサイクル膨張プロセスを容易にするために、同一エンジン側において主シリンダと補助シリンダ対の外側空間とは、好ましくは、弁シートプレートによって接続されているとよい。

スプリットサイクル圧縮プロセスを容易にするために、圧縮チャンバ及び主シリンダは、好ましくは、少なくとも１つの接続通路によって接続されているとよい。接続通路を空冷することによって、主シリンダに供給される給気が更に圧縮され、これによって、燃料消費の低減及び低エミッション化が達成される。

少なくとも１つの補助ヨークアセンブリの重量と少なくとも２つの主ヨークアセンブリの重量との均衡を取ることによって、エンジンの振動を低減させ、これによって、エンジンの寿命及び性能を高めることができる。

往復運動する補助ピストンロッドの周りを封止するシリンダ底プレートによって、圧縮チャンバが実質的に気密になり、これによって、スプリットサイクル圧縮プロセスが可能になる。

以下、本発明を添付の図面に示される例示的な実施形態を参照して説明する。

組み立てられたエンジンの等角図である。 エンジンの細部を示す図である。 エンジンの細部を示す図である。 スコッチヨークを示す図である。 スコッチヨークを示す図である。 エンジンの垂直断面図である。 エンジンの細部を示す図である。 エンジンの細部を示す図である。 エンジンの部分的水平断面図である。 部分的に分解されたエンジンの等角図である。

開示される図面を参照すると、ボクサー式内燃エンジンが示されている。図１は、組み立てられたエンジンの等角図を示している。エンジンは、対称面Ｐによって画定された２つのエンジン側Ｒ，Ｌに分割されている。２つのエンジン側Ｒ，Ｌは、実質的に互いに鏡面対称である。本発明のエンジンは、単一エンジン側設計として用いられてもよい。しかし、単一エンジン側設計は、第１の段階における圧縮給気を行うためのアキュムレータを必要とし、この時に生じる脈動によって、圧縮給気の効率が低くなる。従って、２つのエンジン側設計が好ましい。

［スコッチヨーク機構］
エンジン内において、シリンダ内のピストン７，８の直線運動は、スコッチヨークアセンブリ１１０，１２０によって、クランクシャフト１の回転運動に変換される。図４及び図５に詳細に示されるように、エンジンは、２種類のスコッチヨークアセンブリ１１０，１２０、すなわち、主スコッチヨークアセンブリ１１０及び補助ヨークアセンブリ１２０を有している。図２は、中央の補助スコッチヨークアセンブリ１２０及び２つの外側の主スコッチヨークアセンブリ１１０の配置を示している。

主スコッチヨークアセンブリ１１０は、主ヨーク２と、２つのクランクシャフト半割軸受６と、２つのスタッド２５と、２つの主ピストンロッド５と、２つの主ピストン７とを備えている。主ピストン７は、図４の細部ｃに示される旋回式連結部２８を有する主ピストンロッド５に接続されている。主ピストン７は、旋回式連結部２８に嵌合される長孔を有し、これによって、主ピストンロッド５に横から組み込まれる。この種の連結具は、主ピストンロッド５が主ピストン７に対して自在に回転することを可能にする。主ピストンロッド５は、第１の端に旋回式連結部２８を有し、第２の端に雌ネジ山２７を有している。主ピストンロッド５は、多角形断面を有している。スタッド２５が、主ピストンロッド５を主ヨーク２に接続している。スタッド２５は、溶接結合又はネジ結合によって主ヨーク２に取付け可能である。代替的に、主ヨーク２及びスタッド２５は、同一片から機械加工されてもよい。主ヨーク２は、実質的に矩形状であり、上面及び下面を完全に又は部分的に覆う摺動面２３を有している。２つの主ピストンロッド５は、主ヨーク５の２つの側面の中心領域に配置され、同一の長さを有している。主ヨークは、２つのクランクシャフト半割軸受６が装着される矩形開口を有している。これらのクランクシャフト半割軸受６は、クランクシャフト１を把持する。組み立てられた２つのクランクシャフト半割軸受６は、開口の長手方向において摺動するように構成されている。

補助スコッチヨークアセンブリ１２０は、補助ヨーク３と、２つのクランクシャフト半割軸受６と、２つの補助ピストンロッド４と、４つの補助ピストン８とを備えている。補助ピストン８は、ネジ接続具及び／又はボルト接続具によって補助ピストンロッド４に接続されている。補助ピストンロッド４は、ボルト接続具によって補助ヨーク３に接続されている。補助ヨーク３は、実質的に矩形状であり、主ヨーク２の１つの開口と等しい開口を有している。補助スコッチヨークアセンブリ１２０においても、主スコッチヨークアセンブリ１１０と同様、２つの同一のクランクシャフト半割軸受６が用いられている。各補助ピストンロッド４は、その両端の各々に接続された１つの補助ピストン８を有している。２つの補助ピストンロッド４は、補助ヨーク３の上下面に接続されている。２つの補助ピストンロッド４は、補助ヨーク３の両側から等距離にわたって突出している。２つの補助ピストンロッド４は、同一の長さを有している。これは、第２のエンジン側Ｒ，Ｌの２つの補助ピストン８が下死点（ＢＤＣ）に達した時、それと同時に、第１のエンジン側Ｒ，Ｌの２つの補助ピストン８が上死点（ＴＤＣ）に達すること、又はその逆であることを意味している。補助ピストン８は、ピストンリングに代わって圧力トラップ溝７２を備えている。

補助スコッチヨークアセンブリ１２０の重量は、２つの主スコッチヨークアセンブリ１１０の合計重量と釣り合いが取れるようになっている。これは、代表的に、材料選択によって、具体的には、所望の機械的性質を有しながら密度が異なる材料、例えば、鋼及びアルミニウムを選択することによって、達成される。

図３は、図２に示されるものと同一の３つのスコッチヨークアセンブリ１１０，１２０を示している。スコッチヨークアセンブリ１１０，１２０は、後側クランクシャフト軸受プレート５９に取り付けられた上側案内プレート５０及び下側案内プレート５１のそれぞれの案内溝７７内に配置されている。

［可変圧縮比］
図３は、可変圧縮を可能にする機構を示している。主ピストン7の上死点（ＴＤＣ）を変更することによって、全速度範囲及び全負荷範囲にわたって比較的一定の圧縮圧力を達成することができる。すなわち、主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ内における給気充填の程度に関わらず、エンジン圧縮端の圧力をその所定値に維持することができる。本発明の可変圧縮機構は、ウォーム歯車１３，１４及びウォーム歯車制御シャフト１１，１２を利用して主ピストン7の上死点（ＴＤＣ）を調整するようになっている。

主ピストンロッド５の断面に対応する多角形の中心開口を有するウォーム歯車１３，１４は、主ピストンロッド５に配置されている。ウォーム歯車１３，１４は、主ピストンロッド５を回転させるように構成され、その一方、ピストンロッド５は、それらの長手方向においてウォーム歯車１３，１４に対して自在に摺動可能である。ウォーム歯車１３，１４が回転すると、主ピストンロッド５は、スタッド２５のネジ山に沿って移動する。スタッド２５が主ヨーク２に対して静止しているので、主ピストンロッド５の移動は、主ヨーク２に対する主ピストンロッド５の距離を変化させる。これによって、主ピストン7と対応する主ヨーク２とに間の距離が変化する。主ヨーク２と主ピストン7との間の距離が変化すると、この主ピストン７の上死点（ＴＤＣ）が等しい比率で変化する。

ウォーム制御シャフト１１，１２は、各エンジン側Ｒ，Ｌに配置され、シリンダ底プレート５２によって適所に保持されている。各ウォーム制御シャフト１１，１２は、同一のエンジン側Ｒ，Ｌの各ウォーム歯車１３，１４、ここでは、２つのウォーム歯車１３，１４に係合するウォーム歯車を有している。両エンジン側Ｒ，Ｌのウォーム歯車１３，１４及びウォーム制御シャフト１１，１２のそれぞれの回転方向は、好ましくは、互いに逆である。例えば、左エンジン側Ｌのウォーム歯車１４は、左巻きの螺旋歯車であり、右エンジン側Ｒのウォーム歯車１３は、右巻きの螺旋歯車である。これによって、両エンジン側Ｒ，Ｌの主ピストン７の上死点（ＴＤＣ）は、ウォーム制御シャフト１１，１２を同一方向に回転させた時、それに応じて変化する。例えば、両ウォーム制御シャフト１１，１２を時計方向に回転させることによって、全てのピストンの上死点（ＴＤＣ）が低下する。ウォーム制御シャフト１１，１２は、流体圧又は電気アクチュエータによって駆動されるとよい。ウォーム歯車伝達部の減速比は、高い方が好ましい。高減速比の利点の１つは、主ピストン7の上死点（ＴＤＣ）の微調整が可能になることである。高減速比の他の利点は、セルフロック現象としても知られる出力側（例えば、ウォーム歯車１３，１４）が入力側（例えば、ウォーム制御シャフト１１，１２）を駆動する可能性をなくすことにある。

［スプリットサイクルプロセス］
本発明における周知のスプリットサイクルプロセスを用いる方法は、２段階圧縮及び２段階膨張を含む点において独創的である。２段階圧縮及び２段階膨張は、主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶと補助シリンダＶ，ＶＩＩ；Ｖ１，ＶＩＩＩとの間で分割して行われる。図面に開示される実施形態では、エンジンは、４つの主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ及び４つの補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩを有している。代替的実施形態では、シリンダを直列又は並列に追加することによって、シリンダの数を倍にすることも可能である。

図６は、エンジンの垂直断面図を示している。この図は、（構成部品が全て揃っている）右エンジン側Ｒと、（弁構成、ピストン、及び補助シリンダライナー６７を残して静止部品の殆どが隠されている）左エンジン側Ｌを示している。この断面図は、補助ヨーク３及び4つの補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩの中心に沿って切断されている。

各補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩ内において、補助ピストン８は、外側空間及び内側空間を画定している。補助ヨーク３に近い内側空間が圧縮に用いられ、外側空間が膨張に用いられる。補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩの外側空間と内側空間との間の圧力差は、出力全開時において略６バールまで上昇する。補助ピストン８は、補助ピストン８の浸食を生じることなく外側空間から内側空間へのいくらかの高温ガスの漏洩を可能にする機械的及び熱的特性を有する材料（好ましくは、鋼）から作製されている。これによって、補助ピストン８は、ピストンリングに代わって多数の圧力トラップ溝７２を備えることができる。補助ピストン８と補助シリンダライナー６７との間のクリアランスは、極めて小さい。ピストン８の中心への補助ピストンロッド４の取付けが安定しているので、ピストン８は、確実に心出しされている。補助ピストン８と補助シリンダライナー６７との間に入り込む流体の流れは、圧力トラップ溝７２内に捕捉される。また、補助ピストン8の一方の側から他方の側へのいくらかの流体の移動も許容される。この設計によって、補助シリンダ８内の機械的な摩擦損失が排除されるので、補助ピストン８と補助シリンダライナー６７との間を潤滑する必要がない。

同一エンジン側Ｒ，Ｌの２つの補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩは、１対の互いに逆向きの逆止弁６９，７０を備えている。流体は、第１の補助シリンダV，VII；ＶＩ，ＶＩＩＩに配置された第１の逆止弁６９を通って内側空間内に流入することができる。真空が内側空間内に生じるので、第１の逆止弁６９が開き、流体が流入する。第１の逆止弁６９は、内側空間への入口であり、流体が内側空間から漏れるのを阻止する。第２の補助シリンダＶ，ＶＩＩ；Ｖ１，Ｖ１１１に配置された第２の逆止弁７０を通して、流体は、内側空間から漏出する。圧力が内側空間内に生じるので、第２の逆止弁７０が開き、流体の漏出が可能になる。第２の逆止弁７０は、内側空間からの出口であり、流体が内側空間に流入するのを阻止する。第１及び第２の補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩ間の流体連通は、（図７に示される）相互連結孔１０５又はケーシング等によってもたらされる。逆止弁６９，７０は、各補助シリンダＶ，ＶＩＩ；Ｖ１，Ｖ１１１のヨーク３に近い側の端である底に配置されている。逆止弁６９，７０の中心には、往復動する補助ピストンロッド４の方を向く密封界面を有する開口が設けられている。逆止弁６９，７０は、例えば、補助シリンダＶ，ＶＩＩ；Ｖ１，Ｖ１１１の底を封止するディスクを備えている。これらのディスクは、適切な予荷重によって所望の方向にバネ付勢されている。

この設計によって、同一エンジン側Ｒ，Ｌの補助シリンダ対Ｖ，ＶＩＩ；Ｖ１，Ｖ１１１の組み合わされた内側空間が実質的に封止され、これによって、２つの補助ピストン8による内側空間内への外気の吸引が可能になると共に、これらの補助ピストン8による該外気の圧縮が可能になる。内側空間内への外気の流れは、スロットル６３によって調整される。第２の逆止弁７０を通って補助シリンダＶ，ＶＩＩ；Ｖ１，Ｖ１１１の内部空間から流出する圧縮空気／燃料混合気は、接続通路６２を通って反対のエンジン側Ｒ，Ｌの主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶの入口マニフォールド内に導かれる。圧縮空気／燃料混合気から成る給気は、吸気弁３１が開いた第１の主シリンダ１，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ内に流入する。この時、第２の主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶの吸気弁３１は、閉じている。スロットルの全開時、主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶへの充填率は、２００％まで上昇する。このように給気された主シリンダ１，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶは、その下死点（ＢＤＣ）にある。いったん給気が主シリンダ１，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ内に流入されたなら、吸気弁３１が閉じられ、主ピストン７は、この主シリンダ１，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ内において該給気を更に圧縮し、これによって、２段階圧縮が達成される。前記入口マニホールドに連続的に送達される給気は、次いで、第２の主シリンダ１，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ内に流入する。この時、第２の主シリンダ１，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶの吸気弁３１が開き、第１の主シリンダ１，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶの吸気弁３１が閉じられる。

主スコッチヨーク１１０は、クランクシャフト１に対して同期して配置され、補助スコッチヨーク１２０は、クランクシャフト１に対して１８０°位相がずれて配置されている。これは、エンジン側Ｒ，Ｌの主ピストン７が上死点（ＴＤＣ）にある時、同一エンジン側Ｒ，Ｌの補助ピストン８が下死点（ＢＤＣ）にあることを意味している。表１は、全サイクル中における全てのシリンダ１，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ、Ｖ，ＶＩＩ；Ｖ１，ＶＩＩＩにおいて行われるステップを示している。

図７は、エンジンの上部の９０°断面を示している。この図は、シリンダ底プレート５２、シリンダブロック８１、弁シートプレート５４、金属ガスケット５５、及び上部弁ブロック５６を示している。この断面は、主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ及び補助シリンダＶ，ＶＩＩ；Ｖ１，ＶＩＩＩの両方の中心を通って切断されている。ピストン７，８及びピストンロッド４，５は、いずれも省略されている。

２段階圧縮の第２の段階が主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ内において完了した後、給気がスパークプラグ４７によって点火される。これによって、通常の内燃エンジンにおけるのと同じように、主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ内において膨張が生じる。この膨張が主ピストン７をその下死点（ＢＤＣ）まで駆動させた時、主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ内の排気ガスにいくらかの圧力が残留している。この残留圧力は、第２の膨張段階を行うために、補助シリンダＶ，ＶＩＩ；Ｖ１，ＶＩＩＩに送達され、これによって、２段階膨張が行われる。この膨張は、同一エンジン側Ｒ，Ｌの補助シリンダ対Ｖ，ＶＩＩ；Ｖ１，ＶＩＩＩの組み合わされた外側空間において生じ、これによって、補助ピストン８をそれらの上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）に駆動する。

シリンダブロック８１と上部弁ブロック５６との間に、弁シートプレート５４が配置されている。この弁シートプレート５４によって、同一エンジン側Ｒ，Ｌの主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶから補助シリンダＶ，ＶＩＩ；Ｖ１，ＶＩＩＩへの流体移送が可能になる。図８ａ，８ｂは、弁シートプレート５４の両側を示している。弁シートプレート５４は、各エンジン側Ｒ，Ｌに設けられている。各弁シートプレート５４は、２つの主シリンダ及び２つの補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩの界面を成している。主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶに対して、弁シートプレート５４は、吸気弁シート１０１、吐出弁シート１０２、及びスパークプラグ１０４をもたらしている。補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩに対して、弁シートプレート５４は、流体移送通路１００ａ及び排気弁シート１０３をもたらしている。流体移送通路１００ａは、同一のエンジン側Ｒ，Ｌの両方の補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩ及び両方の主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶを互いに接続している。流体移送通路１００ａは、弁シートプレート５４の裏面に切り込まれて金属ガスケット５５によって封止された溝である。移送通路１００ａと主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶとの連通は、吐出弁３２によって制御され、移送通路１００ａと補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩとの間の連通は、移送入口（１００ｂ）によって常時開いている。

いったん第１の主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ内における第１の膨張行程が完了したなら、その吐出弁３２が開かれる。この時、該主シリンダの主ピストン７は、その下死点（ＢＤＣ）にあり、同一エンジン側Ｒ，Ｌの２つの補助ピストン８は、それらの上死点（ＴＤＣ）にある。排気ガスは、移送通路１００ａを介して主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶから補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩに送られる。補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩの外側空間内において、第２の膨張段階が生じる。第２の膨張段階は、２つの補助ピストン８がそれらの下死点（ＢＤＣ）に達した時に完了する。この時、主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶの吐出弁３２が閉じ、補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩの排気弁３３が開けられる。排気ガスは、補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩの排気弁３３を通って排気マニホールド６５内に漏出する。排気マニホールド６５の第１の部分は、上部弁ブロック５６内に含まれている。２つの補助ピストン８がそれらの上死点（ＴＤＣ）に再び達すると、全ての排気が補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩから排出され、排気弁３３が閉じられる。次いで、補助シリンダＶ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩは、同一エンジン側Ｒ，Ｌの第２の主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶから新しく加圧された排気ガスを受け入れる。この第２の膨張段階は、第１の圧縮段階を助長し、クランクシャフト１に動力供給する。

シリンダ底プレート５２は、主ピストンロッド５及び補助ピストンロッド４が貫通する開口を有している。主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶの界面を成すシリンダ底プレート５２の領域において、空気の通路のための追加的な開口が設けられている。

［可変弁タイミング］
図９及び図１０は、本発明の可変弁タイミングを可能にする機構を示している。クランクシャフト１の回転運動は、相互接続された歯車１６，１７ａ，１７ｂ，４１及び接続シャフト４４，４５によって、２つのカムシャフト３０に伝達される。接続シャフト４４，４５を長手方向に調整することによって、クランクシャフト１の回転に対する対応するカムシャフト３０の回転が変更される。すなわち、弁の開閉のタイミングが、対応するピストンの移動に対して変更される。

図９は、全ての構成部品を含む右エンジン側Ｒの水平断面図及び殆どの静止部品が省略された左エンジン側Ｌの上面図を示している。断面図は、主シリンダＩ，ＩＩＩの中心及び接続シャフト４４の中心に沿って切断されている。

図１０は、殆どの静止部品が省略された右エンジン側Ｒ及び構成部品の実質的に全てを含む左エンジン側Ｌを有するエンジンの等角図を示している。

クランクシャフト１とカムシャフト３０との間の歯車比は、２：１である。すなわち、クランクシャフト１が２回転すると、カムシャフト３０が１回転する。カムシャフト１の２回転中に、主シリンダＩ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶは、全サイクル（４ストローク）を行う。クランクシャフト１が一回転すると、補助シリンダＶ，ＶＩＩ；Ｖ１，ＶＩＩＩが全サイクルを行う。同一のエンジン側Ｒ，Ｌの吸気弁３１、吐出弁３２、及び排気弁３３が同一のカムシャフト３０によって操作されるので、排気弁３３を駆動する１８０°ダブルカム７４は、カムシャフト３０の中央部に配置されている。

クランクシャフト１の第１の端にフライホイール６１が配置され、クランクシャフト１の第２の端にクランクシャフトベベル歯車１６が配置されている。クランクシャフト１の第２の端の方向と同じ方向に配向されたカムシャフト３０の一端に、カムシャフトベベル歯車４１が配置されている。クランクシャフトベベル歯車１６に係合する（９０°配置された）第１の接続シャフトベベル歯車１７ｂは、カムシャフトベベル歯車４１に係合する（９０°配置された）第２の接続シャフトベベル歯車１７ａと一直線に並んでいる。接続シャフトベベル歯車１７ａ，１７ｂは、各々、中心部が突出した比較的短いスピンドル４２ａ，４２ｂを有している。スピンドル４２ａ，４２ｂは、それぞれ、雄型螺旋スプライン２０ａ，２０ｂを有している。第１のスピンドル４２ａは、左巻き雄型螺旋スプライン２０ａを有し、第２のスピンドル４２ｂは、右巻き雄型螺旋スプライン２０ｂを有し、又はその逆である。これらのスピンドル４２ａ，４２ｂは、同心で互いに向き合って配置されている。接続シャフト４４，４５が、同一エンジン側Ｒ，Ｌの２つの接続シャフトベベル歯車１７ａ，１７ｂを互いに接続している。接続シャフト４４，４５は、スピンドル４２ａ，４２ｂの雄型螺旋スプライン２０ａ，２０ｂに対応する雌型螺旋スプライン２２ａ，２２ｂを有している。接続シャフト４４，４５の第１の端が右巻き雌型螺旋スプライン２２ａを有する場合、接続シャフト４４，４５の第２の端は、左巻き雌型螺旋スプライン２２ｂを有し、又はその逆である。接続シャフト４４，４５の長さは、２つの接続シャフトベベル１７ａ，１７ｂ間の距離よりも短い。接続シャフト４４，４５の長さは、両スピンドル４２ａ，４２ｂと常時係合されるのに十分長いが、その長手方向にいくらかの遊びを可能にするのに十分短くなっている。

２つの接続シャフト４４，４５の軸方向における同時運動を行うために、２つの接続シャフト４４，４５は、長手方向に相互接続されている。接続シャフト４４，４５の調整は、流体圧又は電気リニアアクチュエータによって操作されるとよい。

Ｉ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ 主シリンダ（右エンジン側；左エンジン側）
Ｖ，ＶＩＩ；Ｖ１，ＶＩＩＩ 補助シリンダ（右エンジン側；左エンジン側）
Ｐ 面
Ｌ 左エンジン側
Ｒ 右エンジン側
１ クランクシャフト
２ 主ヨーク
３ 補助ヨーク
４ 補助ピストンロッド
５ 主ピストンロッド
６ クランク半割軸受
７ 主ピストン
８ 補助ピストン
９ 前側クランクシャフト軸受
１０ 後側クランクシャフト軸受
１１ ウォーム制御シャフト（右エンジン側）
１２ ウォーム制御シャフト（左エンジン側）
１３ ウォーム歯車（右エンジン側）
１４ ウォーム歯車（左エンジン側）
１５ 潤滑油ポンプ
１６ ベベル歯車（クランクシャフト）
１７ａ 第１のベベル歯車（接続シャフト）
１７ｂ 第２のベベル歯車（接続シャフト）
１８ 接続シャフト軸受
２０ａ （２０ｂと向き合う）雄型螺旋スプライン
２０ｂ （２０ａと向き合う）雄型螺旋スプライン
２２ａ （２２ｂと向き合う）雌側螺旋スプライン
２２ｂ （２２ａと向き合う）雌側螺旋スプライン
２３ 摺動面
２５ スタッド
２７ 雌ネジ山（主ピストンロッド）
２８ 旋回式連結部
３０ カムシャフト
３１ 吸気弁
３２ 吐出弁
３３ 排気弁
３４ 弁バネ
３５ バネワッシャ－
３６ 排気弁間隙調整ネジ
３７ 主弁間隙調整ネジ
３８ 主弁カムヨーク
４０ 主弁ヨークガイドピン
４１ ベベル歯車（カムシャフト）
４２ａ（１７ａの）スピンドル
４２ｂ（１７ｂの）スピンドル
４４ 接続シャフト（右エンジン側）
４５ 接続シャフト（左エンジン側）
４６ カム歯車ハウジング
４７ スパークプラグ
４８ 右カムシャフトハウジング
４９ 左カムシャフトハウジング
５０ 上側案内プレート
５１ 下側案内プレート
５２ シリンダ底プレート
５３ シリンダブロック
５４ 弁シートプレート
５５ 金属ガスケット
５６ 上部弁ブロック
５９ クランクシャフト軸受プレート
６０ 潤滑油溜め
６１ フライホイール
６２ 接続通路
６３ スロットル
６５ 排気マニホールド
６６ 燃料噴射ノズル
６７ 補助シリンダライナー
６８ 主シリンダライナー
６９ 逆止弁（入口）
７０ 逆止弁（出口）
７１ａ（逆止弁用）バネ
７１ｂ（入口逆止弁用）ディスク
７１ｃ（出口逆止弁用）ディスク
７２ 圧力トラップ溝
７４ ダブルカム
７７ 案内溝
８１ シリンダブロック
１００ａ 流体移送通路
１００ｂ 移送入口（補助シリンダ）
１０１ 吸気弁シート（主シリンダ）
１０２ 吐出弁シート（主シリンダ）
１０３ 排気弁シート（補助シリンダ）
１０４ スパークプラグシート
１０５ 孔
１１０ 主スコッチヨークアセンブリ
１１１ 冷却水ジャケット
１２０ 補助スコッチヨークアセンブリ

Claims (12)

1. クランクシャフト（１）を備える２つの実質的に鏡面対称のエンジン側（Ｌ，Ｒ）を有するボクサーエンジンであって、
   前記クランクシャフト（１）に接続された少なくとも２つの主スコッチヨークアセンブリ（１１０）であって、各々が各エンジン側（Ｒ；Ｌ）の１つの主シリンダ（Ｉ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ）内に配置された１つの主ピストン（７）を有する、少なくとも２つの主スコッチヨークアセンブリ（１１０）と、
   前記クランクシャフト（１）に接続された少なくとも１つの補助スコッチヨークアセンブリ（１２０）であって、各エンジン側（Ｒ；Ｌ）の１対の補助シリンダ（Ｖ，ＶＩＩ；Ｖ１，Ｖ１１１）内に配置された１対の補助ピストン（８）を有する、少なくとも１つの補助スコッチヨークアセンブリ（１２０）と、
   を備え、
   前記主スコッチヨークアセンブリ（１１０）は、前記クランクシャフト（１）に対して同期して配置され、前記補助スコッチヨークアセンブリ（１２０）は、前記クランクシャフト（１）に対して１８０°位相がずれて配置され、
   各補助ピストン（７）が、各補助シリンダ（Ｖ，ＶＩＩ；Ｖ１，ＶＩＩＩ）内に外側空間及び内側空間を画定し、前記内側空間は、対向するエンジン側（Ｒ；Ｌ）の方を向いており、
   各補助シリンダ（Ｖ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩ）対の前記内側空間は、互いに流体連通して圧縮チャンバを形成し、前記圧縮チャンバは、第１及び第２の逆止弁（６９，７０）を備え、前記補助シリンダ（Ｖ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩ）対は、前記第１の逆止弁（６９）を通る外気を吸引し且つ圧縮し、前記空気を前記第２の逆止弁（７０）を通して前記対向するエンジン側（Ｒ；Ｌ）の主シリンダ（Ｉ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ）内に送り出すように構成されており、
   各補助シリンダ（Ｖ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩ）対の前記外側空間は、互いに流体連通し、同一エンジン側（Ｒ；Ｌ）の主シリンダ（Ｉ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ）から加圧された排気ガスを受け入れるようになっている、
   ボクサーエンジン。
2. 前記補助ピストン（８）は、周方向に配置された圧力トラップ溝（７２）を備えている、請求項１に記載のボクサーエンジン。
3. 各主スコッチヨークアセンブリ（１１０）は、多角形断面を有する主ピストンロッド（５）を備え、各主ピストンロッド（５）は、
   第１の端において対応する主ピストン（７）に対する旋回式連結部を有し、
   第２の端において対応する主ヨーク（２）から突出するスタッド（２６）に対するネジ山付き接続部を有し、
   長手方向に摺動可能なウォーム歯車（１３，１４）に抱持されている、
   請求項１または２に記載のボクサーエンジン。
4. 前記ウォーム歯車（１３，１４）に係合するウォーム制御シャフト（１１；１２）を更に備え、前記ウォーム制御シャフト（１１；１２）は、流体圧又は電気アクチュエータによって調整されるようになっている、請求項３に記載のボクサーエンジン。
5. 前記ボクサーエンジンは、前記クランクシャフト（１）とカムシャフト（３０）とを接続する２つの接続シャフト（４４；４５）を備え、前記カムシャフト（３０）は、前記主シリンダ（Ｉ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ）の吸気弁（３１）及び吐出弁（３２）と前記補助シリンダ（Ｖ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩ）の排気弁（３３）とを作動させるようになっており、
   各接続シャフト（４４；４５）は、第１の端部分において第１の接続シャフトベベル歯車（１７ａ）の第１の突出するスピンドル（４２ａ）の第１の雄螺旋スプライン（２０ａ）に係合する第１の雌螺旋スプライン（２２ａ）を備え、前記第１の接続シャフトベベル歯車（１７ａ）は、前記カムシャフト（３０）に接続されたカムシャフトベベル歯車（４１）に係合されており、
   前記接続シャフト（４４；４５）は、第２の端部分において第２の接続シャフトベベル歯車（１７ｂ）の第２の突出するスピンドル（４２ｂ）の第２の雄螺旋スプライン（２０ｂ）に係合する第２の雌螺旋スプライン（２２ｂ）を備え、前記第２の接続シャフトベベル歯車（１７ｂ）は、前記クランクシャフト（１）に接続されたクランクシャフトベベル歯車（１６）に係合されており、
   前記接続シャフト（４４，４５）は、前記第１及び第２の突出するスピンドル（４２ａ，４２ｂ）に沿った前記接続シャフト（４４，４５）のいくらかの長手方向運動を可能にする長さを有し、
   前記第１の雄螺旋スプライン（２０ａ）及び前記第２の雄螺旋スプライン（２０ｂ）は、互いに逆のネジ山を有し、前記第１の雌螺旋スプライン（２２ａ）及び前記第２の雌螺旋スプライン（２２ｂ）は、互いに逆のネジ山を有している、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のボクサーエンジン。
6. 前記２つの接続シャフト（４４；４５）は、流体圧又は電気アクチュエータによって、同時に長手方向に調整されるようになっている、請求項５に記載のボクサーエンジン。
7. 各主シリンダ（Ｉ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ）のための２つのカム及び各補助シリンダ（Ｖ，ＶＩＩ；ＶＩ，ＶＩＩＩ）のためのダブルカム（７４）を有するカムシャフト（３０）を備えている、請求項１から６のいずれか一項に記載のボクサーエンジン。
8. 各エンジン側（Ｒ，Ｌ）において上部弁ブロック（５６）とシリンダブロック（８１）との間に配置された弁シートプレート（５４）は、
   ２つの主シリンダ吸気弁シート（１０１）と、
   ２つの主シリンダ吐出弁シート（１０２）と、
   ２つの補助シリンダ移送入口（１００ｂ）と、
   ２つの補助シリンダ排気弁シート（１０３）と、
   両方の主シリンダ吐出弁シート（１０２）及び両方の補助シリンダ移送入口（１００ｂ）に流体連通する流体移送通路（１００ａ）と、
   を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のボクサーエンジン。
9. 前記圧縮チャンバ及び前記主シリンダ（Ｉ，ＩＩＩ；ＩＩ，ＩＶ）は、少なくとも１つの接続通路（６２）によって接続されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のボクサーエンジン。
10. 前記少なくとも１つの接続通路（６２）は、空冷されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のボクサーエンジン。
11. 前記少なくとも１つの補助ヨークアセンブリ（１２０）の重量は、少なくとも２つの主ヨークアセンブリ（１１０）の重量と均衡が取れている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のボクサーエンジン。
12. シリンダ底プレート（５２）は、往復運動する補助ピストンロッド（４）の周りを封止している、請求項１から１１のいずれか一項に記載のボクサーエンジン。
    

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