JP7291083B2 - 内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、一般に内燃エンジンに関する。より具体的には、排他的ではないが、本発明はツインクランク配置を有する内燃エンジンに関する。

内燃エンジンは周知されており、車両、機器、その他の携帯用又は固定機械の主電源、補助、又はバックアップ電源として一般的に使用されている。従来の内燃エンジンは、ピストンシリンダ内に往復可能に受け入れられたピストンを含む。ピストンシリンダは、ガスと燃料をそれぞれピストンシリンダに注入したり、ピストンシリンダから排出したりするために、その一端に吸気バルブと排気バルブを有している。通常、単一のコネクティングロッドは、それぞれのピストンをクランクシャフトの回転軸からオフセットされた位置で単一のクランクシャフトに接続し、それにより、ピストンシリンダに沿ったピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。クランクシャフトは、例えば車両のドライブトレインなどの負荷に連結され、その回転運動から動力を引き出す。

ピストンとコネクティングロッド間の角度の度合いが大きくなると、それらの間に及ぼされる力により、ピストンベアリングがシリンダの壁に押し付けられることが観察されている。この「サイドスラスト」は摩擦を発生させ、エンジン効率を大幅に低下させる可能性がある。この効果は、ピストンシリンダ内でピストンに作用する圧力が最大である圧縮点火エンジンで最も顕著である。

内燃エンジンの分野では、特にエンジン効率を向上させることを目的とした多くの研究が行われている。提案されている１つのアプローチには、２つのクランクシャフトの使用、いわゆる「ツインクランク」配置が含まれる。この設計の目的は、前述のサイドスラストの欠点に対処することである。そのようなツインクランクの提案には、ピストン中心線のそれぞれの側にそれぞれ配置された一対のクランクシャフトが含まれる。一対のコネクティングロッドが設けられており、各コネクティングロッドのそれぞれはその端部の一方で、それぞれのクランクシャフトに接続され、他方の端部では共通のピストンに接続されている。

ツインクランク配置を使用すると、ピストンのサイドスラストと、結果として生じる摩擦損失を減らすことができると提案されている。例えば、米国特許第５６８２８４４号明細書は、それぞれのクランクシャフトのそれぞれの回転軸とピストンの中心線との間にオフセットを備えるオートバイ用エンジンを提案している。米国特許第２２９７８８号明細書は、エンジンのパワーストローク中にコネクティングロッドがピストンに点火された燃料チャージによって生成される力よりも大きな合計力を生成することを可能にする協働作用部品の組み合わせを備えたデュアルクランクシャフトエンジンを開示している。

これまでに提案された設計は、従来の内燃エンジンに存在するサイドスラストによる摩擦を低減する可能性があるが、そのような配置から他の有害な効果が生じ、これによりこれまで商業的な実施が妨げられたと考えられる。

米国特許第５６８２８４４号明細書 米国特許第２２９７８８号明細書

したがって、本発明の第１の非排他的な目的は、公知の設計の問題を克服する、又は少なくとも軽減するツインクランク内燃エンジンを提供することである。本発明のより一般的で非排他的な目的は、改良されたツインクランク内燃エンジンを提供することである。

したがって、本発明の第１の態様は、内燃エンジンを提供し、例えば、シリンダ、シリンダ内に往復運動可能に収容されたピストン、一対のクランクシャフト、それぞれがクランクシャフトのそれぞれに接続された、例えば、そのクランクジャーナルなどにより枢動可能に接続された第１の端部、及びピストンに接続された、例えば、ピストンコネクタなどによって枢動可能に接続された第２の端部を有する一対のコネクティングロッドを備えた圧縮点火エンジンであって、ここで、エンジンは第１の方向、例えば、クランクシャフトの方向のピストンストロークが各クランクシャフトを第１の角度で回転させ、第２の方向、例えば、第１の方向とは反対のピストンストロークが各クランクシャフトを第２の角度、例えば、第１の角度とは異なる角度で回転させるように構成される。
本開示は、以下の［１］から［２７］を含む。
［１］圧縮点火内燃エンジンであって、
シリンダと、
上記シリンダ内に往復運動可能に収容されたピストンと、
上記シリンダに対して回転可能に取り付けられた一対の逆回転クランクシャフトと、
それぞれが上記クランクシャフトのそれぞれのクランクジャーナルに接続された第１の端部、及びピストンコネクタによって上記ピストンに接続された第２の端部を有する一対のコネクティングロッドとを備え、
上記エンジンは上記クランクシャフトの方向の第１の方向のピストンストロークが各クランクシャフトを第１の角度で回転させ、上記第１の方向とは反対の第２の方向のピストンストロークが各クランクシャフトを上記第１の角度とは異なる第２の角度で回転させるように構成される
エンジン。
［２］上記第２の角度が上記第１の角度よりも２０度から４８度小さい、上記［１］に記載のエンジン。
［３］上記第２の角度が上記第１の角度よりも２６度から４２度小さい、上記［２］に記載のエンジン。
［４］上記第２の角度が上記第１の角度よりも３２度から３６度小さい、上記［３］に記載のエンジン。
［５］各クランクシャフトの回転軸と当該クランクジャーナルとの間に記述されるクランクシャフトスロー半径と、
各クランクシャフトの上記回転軸と、当該コネクティングロッドが接続されている上記ピストンコネクタとの間のオフセットによって記述される有効なクランクシャフトオフセットとを備え、
上記有効なクランクシャフトオフセットが上記クランクシャフトスロー半径の１．４倍から１．９倍の間である、
上記［２］から［４］のいずれか一項に記載のエンジン。
［６］上記有効なクランクシャフトオフセットが上記クランクシャフトスロー半径の１．６から１．７倍の間である、上記［５］に記載のエンジン。
［７］各コネクティングロッドが、上記クランクジャーナルとそれが接続されるピストンコネクタとの間に記述される有効なコネクティングロッドの長さＣを含み、上記有効なコネクティングロッドの長さが、Ｃ≧１．４１４２×（Ｅ＋Ｒ）で定義されるものであって、Ｒが上記クランクシャフトスロー半径であり、Ｅが上記有効なクランクシャフトオフセットである、上記［５］又は［６］に記載のエンジン。
［８］第１及び第２のピストンコネクタを備える上記［１］から［７］のいずれか一項に記載のエンジンであって、上記一対のクランクシャフトが第１及び第２のクランクシャフトを備え、上記一対のコネクティングロッドが第１及び第２のコネクティングロッドを備え、上記第１のコネクティングロッドが第１の端部で上記第１のクランクシャフトの上記クランクジャーナルに、及び第２の端部で上記第１のピストンコネクタに接続され、上記第２のコネクティングロッドが上記第２の端部で上記第２のクランクシャフトの上記クランクジャーナルに、及び上記第２の端部で上記第２のピストンコネクタに接続されている、エンジン。
［９］上記第１のクランクシャフト及び上記第１のピストンコネクタが両方とも上記ピストンの第１の側にあり、上記第２のクランクシャフト及び上記第２のピストンコネクタが両方とも上記ピストンの第２の側にある、上記［８］に記載のエンジン。
［１０］上記コネクティングロッドによって及ぼされる非対称の力の平衡をとることにより、上記シリンダ内での上記ピストンの揺動を阻止するように構成されたピストン安定化手段を備える、上記［９］に記載のエンジン。
［１１］上記第１のコネクティングロッドが、第２の端部に又は隣接する第１の係合手段を備え、上記第２のコネクティングロッドが、上記ピストン安定化手段を提供するために上記第１の係合手段と協働又は相互係合する第２の端部に又は隣接する第２の係合手段を備える、上記［１０］に記載のエンジン。
［１２］上記第１及び第２の係合手段がそれぞれ一組の歯を備える、上記［１１］に記載のエンジン。
［１３］上記ピストン安定化手段が、上記第１及び第２のコネクティングロッドを相互接続し、上記第１及び第２のコネクティングロッドの互いに対する回転の平衡をとるように構成された弾性付勢手段を備える、上記［１０］に記載のエンジン。
［１４］上記ピストン安定化手段が、上記第１及び第２のコネクティングロッドのそれぞれの第２の端部が枢動可能に接続されるジンバル又はナックルを備え、上記ジンバル又はナックルが、当該回転が上記ピストンの回転から少なくとも部分的に独立しているように、上記ピストンに又はピストン内に少なくとも部分的に枢動可能に取り付けられる、上記［１０］に記載のエンジン。
［１５］上記コネクティングロッドとジンバル又はナックルの間の上記接続、及び上記ピストンに対する上記ジンバル又はナックルの上記回転軸が三角形にされた配置を形成する、上記［１４］に記載のエンジン。
［１６］上記第１のクランクシャフトが上記ピストンの第１の側にあり、上記第２のクランクシャフトが上記ピストンの第２の側にあり、上記第１及び第２のピストンコネクタが同軸であり、上記ピストンの中心線と交差する、上記［８］に記載のエンジン。
［１７］クランクケース及び上記クランクケースに取り付けられたベアリングキャリアをさらに備え、上記ベアリングキャリアが上記クランクケースとは異なる材料で形成され、上記一対のクランクシャフトの一方が取り付けられるベアリングをそれぞれ受け入れる一対のレセプタクルを有する、上記［１］から［１６］のいずれか一項に記載のエンジン。
［１８］上記ベアリングキャリアが、上記ベアリングに潤滑剤を導入するために、各レセプタクルに関連付けられた潤滑剤ポートを備える、上記［１１］に記載のエンジン。
［１９］上記各クランクシャフトに連結された端部をそれぞれ有する一対の出力シャフトを備える、上記［１］から［１８］のいずれか一項に記載のエンジン。
［２０］両方のクランクシャフトに連結された出力シャフトを備える、上記［１］から［１２］のいずれか一項に記載のエンジン。
［２１］空気及び／又は燃料を上記シリンダに導入するための吸気バルブ及び上記シリンダからガスを排出するための排気バルブを備えるものであって、上記エンジンは、上記吸気バルブが、上記ピストンが上死点位置に到達する前に、１５度から２５度開き、上記ピストンが下死点位置に到達した後に４０から５０度閉じ、上記排気バルブが、上記ピストンが上記下死点位置に到達する前に４０度から５０度開き、上記ピストンが上記上死点位置に到達した後に１５度から２５度閉じるように構成された、上記［１］から［２０］のいずれか一項に記載のエンジン。
［２２］上記クランクシャフトが、互いに噛み合うギアによって一緒に連結された、上記［１］から［２１］のいずれか一項に記載のエンジン。
［２３］上記クランクシャフトが、両面タイミングベルトによって一緒に連結された、上記［１］から［２２］のいずれか一項に記載のエンジン。
［２４］上記クランクシャフトの一方と回転するように取り付けられた第１のギア、もう一方クランクシャフトと回転するように取り付けられた第２のギア、並びに上記第１及び第２のギアを一緒に接続する少なくとも１つのさらなるギアを備え、それにより当該回転を同期させる、上記［１］から［１５］のいずれか一項に記載のエンジン。
［２５］上記［１］から［２４］のいずれか一項に記載のディーゼルエンジン。
［２６］上記［１］から［２５］のいずれか一項に記載のエンジンを備える発電機。
［２７］上記［１］から［２６］のいずれか一項に記載のエンジンを備える車両。

本出願人は、ツインクランクエンジンが特定のエンジン構成の効率を改善するために使用できる上向きと下向きのストローク間の非対称関係を提供することを観察してきた。より具体的には、従来の内燃エンジンと比較した場合、クランクシャフトの回転軸とピストンの中心線との間のオフセットを慎重に選択することにより、作用の出力を最適化できる。上向きと下向きのストローク中のクランクシャフトの回転の非対称性は、インダクション／パワーストロークのクランクシャフトの角変位が圧縮／排気ストロークの角変位とは異なるようにエンジンサイクルに伝達される。

このような非対称性は、圧縮点火エンジンで特に有益であると考えられている。実施形態では、エンジンは、ディーゼル又はバイオディーゼル燃料、さらにはジェット燃料、航空タービン燃料、又は他の適切な燃料を使用して動力供給されるように動作可能又は構成され得る。エンジンは、ディーゼル又はバイオディーゼルエンジンを備えてもよい。

しかしながら、内燃エンジンは火花点火エンジンを含むことも想定される。エンジンは、ペトロール、ガソリン、又はオートガス（ＬＰＧ）、メタノール、エタノール、バイオエタノール、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、水素又はニトロメタンなどの他の適切な燃料を使用して検出されるように操作可能又は構成され得る。エンジンは、ペトロール又はガソリンエンジンを含んでもよい。

実施形態では、内燃エンジンは、ガス膨張エンジン、例えば蒸気エンジンを含むことができる。

本明細書で使用される場合、「オフセット」という用語は、シリンダとその中で往復運動するピストンの中心軸に垂直な方向の距離を指す。例えば、エンジンは、クランクシャフトオフセットを備えてもよく、これは、当該又は各クランクシャフトの回転軸と、シリンダ及び／又はピストンの中心軸又は投影された中心線との間のオフセットによって記述されてもよい。このオフセットは、中心軸又は投影された中心線に垂直な方向の距離に対応する。

同様に、エンジンは、ピストン接続オフセットを備えてもよく、これは、当該又は各ピストン接続と、シリンダ及び／又はピストンの中心軸又は投影された中心線との間のオフセットによって記述されてもよい。このオフセットも、中心軸又は投影された中心線に垂直な方向の距離に対応する。

さらに、エンジンは、クランクシャフトオフセットとピストン接続オフセットとの差に対応し得る有効なクランクシャフトオフセットを備えてもよい。したがって、有効なクランクシャフトオフセットの代替定義は、当該又は各クランクシャフトの回転軸と、そのコネクティングロッド（つまり、それに接続されたコネクティングロッド）が接続されるピストンコネクタとの間のオフセットによって記述されることである。

クランクシャフトは、例えば、シリンダに対して回転可能に取り付けられ、好ましくは反対方向に回転するか、又は逆回転し得る。クランクシャフトは、逆回転クランクシャフトを備えてもよい。クランクシャフトは、第１の方向のストロークの最初の部分の間及び／又は第２の方向のストロークの最後の部分の間に、それらとコネクティングロッドとの間の接続が収束するように回転し得る。クランクシャフトは、第１の方向のストロークの最後の部分の間及び／又は第２の方向のストロークの最初の部分の間に、それらとコネクティングロッドとの間の接続が分岐するように回転し得る。

第２の角度は、第１の角度よりも１８度から５０度小さくてもよく、例えば、第１の角度よりも２０度から４８度、２４度から４４度、又は２６度から４２度小さい。好ましくは、第２の角度は第１の角度よりも２８度から４０度、例えば３０度から３８度小さい。より好ましくは、第２の角度は、第１の角度よりも３２度から３６度小さく、例えば、３３度から３５度の間、又は第１の角度より約３４度小さい。

ピストンは、上死点位置と下死点位置の間で移動可能であってもよい。ピストンの上死点及び下死点位置は、ピストンの上死点及び下死点位置を含んでもよい。上死点位置は、ピストンが最上位置にある位置、又はピストンがクランクシャフトから最も遠い位置にある位置に対応してもよい。下死点位置は、ピストンが最下位置にある位置、又はピストンがクランクシャフトから最も近い位置にある位置に対応してもよい。

第１の方向は、ダウンストロークを含むか、又はピストンの上死点から離れる動きに対応してもよい。第２の方向は、アップストロークを含むか、又はピストンの下死点から離れる動きに対応してもよい。第１の方向のストロークの最初の部分は上死点からの動きを含むことができ、及び／又は第２の方向のストロークの最初の部分は下死点からの動きを含むことができる。第１の方向のストロークの最後の部分は下死点への動きを含むことができ、及び／又は第２の方向のストロークの最後の部分は下死点への動きを含むことができる。

第１の角度は、上死点位置から下死点位置までのピストンの移動に対応するクランクシャフトの角回転でもよい。第２の角度は、下死点位置から上死点位置までのピストンの移動に対応するクランクシャフトの角回転でもよい。

少なくとも１つのクランクシャフトは、最上部、上部、ホーム、ゼロ度、ゼロ、又はクランクシャフトの上死点位置を含むことができる、第１の位置を含むことができる。少なくとも１つのクランクシャフトは、最下部、下部、１８０度、又はクランクシャフトの下死点位置を含むことができる、第２の位置を含むことができる。第１の位置は、クランクシャフトとコネクティングロッドとの間の接続が最上部、ホーム、ゼロ度又はゼロ位置にあるときのクランクシャフトの位置又は向きを含むか、又はそれに対応し得る。第２の位置は、クランクシャフトとコネクティングロッドとの間の接続が最下部又は１８０度にあるときのクランクシャフトの位置又は向きを含むか、又はそれに対応し得る。

各コネクティングロッドの第１の端部は、それぞれのクランクシャフトのクランクジャーナルに接続されてもよい。エンジンは、クランクシャフトスロー半径を含むことができ、これは、例えば、当該又は各クランクシャフトの回転軸とそのクランクジャーナル又はコネクティングロッドとの接続の間の距離によって、間に含め又は記述され得る。

エンジンは、有効なクランクシャフトオフセットがクランクシャフトスロー半径の１．４倍から１．９倍になるように構成できる。エンジンは、クランクシャフトオフセットが、クランクシャフトスロー半径とピストン接続オフセットの合計の１．４倍から１．９倍になるように構成できる。代替として、これらの比率のいずれかは、１．５から１．８まで又は１．６から１．７まで又は約１．６５であってもよい。

好ましくは、クランクシャフトとピストンとの間のあらゆる力のサイドスラスト構成要素は、その中心線又は垂直構成要素以下である。これは、例えば、ピストンとシリンダの中心線に対するコネクティングロッドの向きが４５°を超えないようにすることで実現できる。

エンジンは、コネクティングロッドとピストンとの間の接続又はその軸から、コネクティングロッドとクランクシャフトとの間の接続又はその軸に延びる直線の長さで記述される有効なコネクティングロッドの長さを含むことができる。

実施形態では、有効なコネクティングロッドの長さは、Ｃ≧１．４１４２×（Ｅ＋Ｒ）で定義され、ここで、Ｃは有効なコネクティングロッドの長さ、Ｒはクランクシャフトスロー半径、及びＥは有効なクランクシャフトオフセットである。実施形態では、Ｃ≧１．５×（Ｅ＋Ｒ）又はＣ≧１．６×（Ｅ＋Ｒ）でさえある。

例えば、Ｃ＝１．４１４２×（Ｅ＋Ｒ）である実施形態では、第１の角度と第２の角度との差は、以下の式により定義される。

ここで、
Ｒは、クランクシャフトスロー半径であり、
Ｃは、各クランクジャーナルと、コネクティングロッドを介して接続されているピストンコネクタとの間の距離であり、
Ｅは有効なクランクシャフトオフセットである。

エンジンは、第１及び第２のピストンコネクタを備えてもよい。一対のクランクシャフトは、第１及び第２のクランクシャフトを備えてもよく、及び／又は一対のコネクティングロッドは、第１及び第２のコネクティングロッドを備えてもよい。第１のコネクティングロッドは、その第１の端部で第１のクランクシャフトに、例えば、そのクランクジャーナルに、及び／又はその第２の端部でピストンに、例えば、第１のピストンコネクタに接続されてもよい。第２のコネクティングロッドは、その第２の端部で第２のクランクシャフトに、例えば、そのクランクジャーナル、及び／又はその第２の端部でピストンに、例えば、第２のピストンコネクタに接続されてもよい。

第１のクランクシャフトは、ピストンの第１の側にあり得、及び／又は第２のクランクシャフトは、ピストンの第２の側にあり得る。いくつかの実施形態では、第１のピストンコネクタはピストンの第１の側にあり、第２のピストンコネクタはピストンの第２の側にある。他の実施形態では、第１及び第２のピストンコネクタは同軸であり、及び／又はピストンの中心線と交差する。いくつかの実施形態では、コネクティングロッドの１つは、二股状の端部、例えば二股状の小型端部及び／又は一対の対向するリング又はブッシングを含む。他のコネクティングロッドは、端部、例えば、小型端部及び／又はリング又はブッシングを備えてもよく、それは、二股状の端部で、例えば、二股状の端部の対向するリング又はブッシングの間で受けられる又は受容可能である。コネクティングロッドは、例えば、第１及び第２のピストンコネクタが同軸であり、及び／又はピストンの中心線と交差するように、フォークとブレードの配置を含むか、又は形成してもよい。

エンジンは、クランクケースに取り付けられた、及び／又はクランクケースとは異なる材料で構成され、又は形成され得る、クランクケース及び／又はベアリングキャリアを備えてもよい。ベアリングキャリアは、ベアリング、例えば、それぞれのベアリングを受け入れ得るための、１つ又はそれ以上の、例えば、一対のレセプタクルを有することができる。実施形態では、ベアリングキャリアは、クランクシャフトの１つが取り付けられたベアリングをそれぞれ受け入れる一対のレセプタクルを有する。

エンジン又はベアリングキャリアは、潤滑剤ポートを備えてもよく、これは、レセプタクルの一方又は両方に関連付けられ得、例えば、１つのベアリング又は複数のベアリングに潤滑剤を導入するためである。実施形態では、エンジン又はベアリングキャリアは、ベアリング、例えば、各ベアリングに潤滑剤を導入するために、各レセプタクルに関連付けられた潤滑剤ポートを備える。

エンジンは、少なくとも１つ又はそれぞれが、クランクシャフトの１つ又はそれぞれに接続又は連結された端部を有する、一対の出力シャフトを備えてもよい。代替として、エンジンは、両方のクランクシャフトに接続された出力シャフトを備えてもよい。

エンジンは、例えば、空気及び／又は燃料をシリンダに導入するための吸気バルブを備えてもよい。エンジンは、例えば、シリンダからガスを排出するための排気バルブを備えてもよい。エンジンは、ピストンが当該又は上死点位置に達する前に、吸気バルブが１５度から２５度の間、例えば１８度から２２度の間、例えば約２０度、開くように構成されてもよい。エンジンは、ピストンが当該又は下死点位置に達した後に、吸気バルブが４０度から５０度の間、例えば約４５度、閉じるように構成されてもよい。エンジンは、ピストンが当該又は下死点位置に達する前に、排気バルブが４０度から５０度の間、例えば約４５度、開くように構成されてもよい。エンジンは、ピストンが当該又は上死点位置に達した後に、排気バルブが１５度から２５度の間、例えば約２０度、閉じるように構成されてもよい。

上述の吸気及び排気バルブの開閉位置は、代替として、クランクシャフトの最上部、上部、ホーム、ゼロ度、ゼロ又はクランクシャフトの上死点位置、及び／又はクランクシャフトの最下部、下部、１８０度又はクランクシャフトの下死点位置に関して表されてもよい。そのような位置は、ピストンがその上死点位置及び下死点位置にあるときのクランクシャフト位置に依存することを理解していただきたい。

いくつかの実施形態では、クランクシャフトは、１つ又はそれ以上、例えば、２つ以上又はそれ以上の噛み合いギアにより一緒に連結される。エンジンは第１のギアを備えてもよく、それは、クランクシャフトの１つ、例えば、第１のクランクシャフトと回転するように連結、固定、又は取り付けられてもよい。エンジンは第２のギアを備えてもよく、それは、クランクシャフトの別のもの、例えば、第２のクランクシャフトと回転するように連結、固定、又は取り付けられてもよい。エンジンは、第１及び第２のギアを一緒に接続する１つ又はそれ以上のさらなるギアを備えてもよい。ギア、例えば噛み合いギア又は第１、第２及びさらなるギアは、クランクシャフトの回転を同期させるために動作可能又は構成され得る。

エンジンは、クランクシャフト安定化又は同期手段を備えてもよい。いくつかの実施形態では、クランクシャフトは、タイミングベルト、例えば両面タイミングベルトにより一緒に連結される。クランクシャフトの同期手段は、第１及び第２のクランクシャフトの各々の互いに対する運動又は回転を同期するように構成又は配置されてもよい。

エンジンは第１のギアを備えてもよく、それは、クランクシャフトの１つ、例えば、第１のクランクシャフトと回転するように連結、固定、又は取り付けられてもよい。エンジンは第２のギアを備えてもよく、これは、クランクシャフトの別のもの、例えば、第２のクランクシャフトと回転するように連結、固定、又は取り付けられてもよい。エンジンは、少なくとも１つのテンションプーリを備えてもよく、これは、それに連結又は固定されるか、あるいはそれとともに回転するように取り付けられたテンションギアを備えてもよい。

エンジンは、第１のテンションプーリを備えてもよく、これは、クランクシャフトの上方に、例えば、クランクシャフトの回転軸と交差する平面の第１の側に位置してもよい。エンジンは、第２のテンションプーリを備えてもよく、これは、クランクシャフトの下方に、例えば、クランクシャフトの回転軸と交差する平面の第２の側に位置してもよい。第１のテンションプーリは、それに連結又は固定されるか、あるいはそれとともに回転するように取り付けられた第１のテンションギアを備えてもよい。第２のテンションプーリは、それに連結又は固定されるか、あるいはそれとともに回転するように取り付けられた第２のテンションギアを備えてもよい。タイミングベルトは、少なくとも部分的に第１及び第２のギアのそれぞれの周りを、並びに少なくとも部分的に、当該又は各テンションギア、例えば、第１及び第２のテンションギアのそれぞれの周りを通過してもよい。タイミングベルトは、クランクシャフトの回転を同期させるように構成されてもよい。

エンジンは、カムシャフト安定化又は同期手段を備えてもよい。カムシャフト安定化又は同期手段は、タイミングベルトを備えてもよく、又はタイミングベルトによって提供されてもよい。エンジンは、カムシャフト駆動プーリを備えてもよく、これは、それとともに回転するように連結又は固定又は取り付けられたギアを備えてもよい。タイミングベルトは、例えば、カムシャフトと第１及び第２のクランクシャフトの回転を同期させるために、少なくとも部分的にカムシャフト駆動プーリ又はギアの周りを通過してもよい。

タイミングベルトの第１の側は、第１のギアと係合又は噛み合ってもよく、タイミングベルトの第２の側は、第２のギアと係合又は噛み合ってもよい。代替として、両面タイミングベルトの第１の側が第２のギアと係合してもよく、タイミングベルトの第２の側が第１のギアと係合してもよい。

エンジンは、アセンブリを備え得る、ピストン安定化又は同期手段を備えてもよい。ピストン安定化又は同期手段は、シリンダ内でのピストンの揺れを防ぐように構成又は配置することができる。ピストン安定化又は同期手段は、コネクティングロッドによって及ぼされる非対称の力を軽減、平衡化、又は収容するように構成又は配置されてもよい。ピストン安定化又は同期手段は、ピストン及び／又は互いに対する第１及び第２のコネクティング部材のそれぞれの動き又は回転を同期するように構成又は配置されてもよい。ピストン安定化又は同期手段は、使用中に、第１又は第２のコネクティングロッドの第２の端部の互いに対する動きが制限されるように配置されてもよい。

第１のコネクティングロッドは、例えばその第２の端部又はその近傍に第１の係合手段を備えてもよく、及び／又は第２のコネクティングロッドは、例えばその第２の端部又はその近傍に第２の係合手段を備えてもよい。第１及び第２の係合手段は、ピストン安定化又は同期手段を提供するために協働又は相互係合してもよい。

いくつかの実施形態では、ピストン安定化又は同期手段は、協働する歯又はギアの歯を備える。例えば、第１及び第２の係合手段はそれぞれ、一組の歯を備えてもよい。一組の歯は、噛み合うように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、ピストン安定化又は同期手段は、第１及び第２のコネクティングロッドを相互接続する付勢手段又は付勢器、例えば弾性付勢手段又は付勢器を備える。付勢手段又は付勢器は、ねじりばねを備えてもよい。

第１のコネクティングロッドは、第１の保持ピン又はペグ（以後、ピン）を備えてもよく、第２のコネクティングロッドは、第２の保持ピン又はペグ（以後、ピン）を備えてもよい。使用中、弾性付勢手段は、第１と第２の保持ピンとの間でテンションを保持することができる。

いくつかの実施形態では、ピストン安定化又は同期手段は、ジンバル又はナックル、例えばジンバル又はナックル部材又はハウジングを備えてもよい。第１及び第２のコネクティングロッドの少なくとも１つ又はそれぞれの第２の端部は、ジンバル又はナックルに、例えば枢動可能又は回転可能に接続又は取り付けられるなど、接続又は取り付けられてもよい。ジンバル又はナックルは、ピストンに、又はその上に、又は少なくとも部分的にピストンに枢動可能又は回転可能に取り付けられるなど、取り付けられてもよい。ジンバル又はナックルは、ピストン内の少なくとも部分的に、例えばそのキャビティに受け入れられてもよい。ジンバル又はナックルは、使用中、その回転が少なくとも部分的にピストンの回転に依存しないように構成されてもよい。

コネクティングロッドとジンバル又はナックルの間の接続、例えば、その回転軸、及びピストンに対するジンバル又はナックルの回転軸は、三角形にされてもよく、又は三角形にされた配置を形成してもよい。代替として、コネクティングロッドとジンバル又はナックルの間の接続、例えば、その回転軸、及びピストンに対するジンバル又はナックルの回転軸は、三角形にされてもよく、又は同じ平面にあってもよい。

ジンバル又はナックルは、ピストンと協働して、シリンダ内でのピストンの揺れを防ぎ得る。ジンバル又はナックルは、ピストンと協働して、コネクティングロッドによって及ぼされる非対称の力を軽減、平衡化、又は収容し得る。ジンバル又はナックルはピストンと協働して、コネクティングロッドによって及ぼされる非対称の力がピストンに伝達されるのを防ぎ得る。

本発明の別の態様は、クランクケース及びクランクケースに取り付けられたベアリングキャリアを備える内燃エンジンを提供し、ベアリングキャリアは、クランクケースとは異なる材料で形成され、回転シャフト又は回転シャフトが取り付けられているベアリングを受け入れるための１つ又はそれ以上のレセプタクルを有している。

回転シャフトは、エンジンのクランクシャフトを備えてもよい。エンジンは２つのクランクシャフトを備えてもよい。エンジンは、それぞれが第１の端部をクランクシャフトのそれぞれ１つに接続された一対のコネクティングロッド、例えば、そのクランクジャーナルと、例えば、ピストンコネクタによってエンジンのピストンに接続された第２の端部とを備えてもよい。エンジンは、第１の方向、例えば、クランクシャフトに向うピストンストロークが各クランクシャフトを第１の角度だけ回転させる及び／又は第２の方向、例えば、第１の方向とは反対のピストンストロークが各クランクシャフトを、例えば、第１の角度とは異なる、第２の角度だけ回転させるように構成されてもよい。

本発明の別の態様は、ピストン、ピストン内に少なくとも部分的に枢動可能に受け入れられるジンバル又はナックル、及びコネクティングロッドによって及ぼされる非対称力を軽減するためにナックル部材に枢動可能に取り付けられた一対のコネクティングロッドを備えるピストン安定化アセンブリを提供する。

本発明の別の態様は、上述のエンジンを備える発電機を提供する。

本発明の別の態様は、上述のエンジンを備える車両を提供する。車両は、陸上車両、例えば自動車、水上車両、例えばボート又は船、あるいは航空乗物、例えば飛行機、飛行船又はツェッペリンを含み得る。

誤解を避けるために、本明細書に記載されている特徴のいずれも、本発明の任意の態様に等しく適用される。本出願の範囲内で、前述の段落、特許請求の範囲、並びに／あるいは以下の説明及び図面、特にその個々の特徴に提示される様々な態様、実施形態、例、及び代替物は単独で、又は任意の組み合わせで利用され得ることが明確に意図されている。すなわち、すべての実施形態及び／又は任意の実施形態の特徴は、そのような特徴が適合しない場合を除き、任意の方法及び／又は組み合わせで組み合わせることができる。誤解を避けるために、用語「ｍａｙ」、「ａｎｄ／ｏｒ」、「ｅ．ｇ．」、「ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ」、及び本明細書で使用される類似の用語は、そのように説明された特徴が存在する必要がない非限定的なものとして解釈されるべきである。実際、これらが明示的に請求されているかどうかにかかわらず、本発明の範囲から逸脱することなく、任意選択の特徴の任意の組み合わせが明示的に想定される。本出願人は、最初に提出された請求項を変更する権利、又はそれに応じて新しい請求項を提出する権利を留保し、これには、最初に提出された任意の請求項を修正し、その方法で最初に主張されていないが他の任意の請求項の任意の特徴に従属する、及び／又は組み込む権利が含まれる。

ここで、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して単なる例として説明する。

ピストンが上死点位置に示されている、本発明の一実施形態による内燃エンジンの概略図を示す。 ピストンが下死点位置に示されている、図１と同様の概略図を示す。 上死点位置に示されたピストンと上死点位置で示されているピストンとを重ね合わせた図１及び図２と同様の概略図を示す。 コネクティングロッドとピストン中心線との間の最大角度に対応する中間位置にピストンが示されている、図１から図３と同様の概略図を示す。 図１から図４のエンジンのベアリングキャリアの斜視図を示す。 本発明の一実施形態によるエンジンで使用するためのピストン安定化機構の概略図を示す。 本発明の一実施形態によるエンジンで使用するための代替のピストン安定化機構の概略図を示す。 本発明の一実施形態によるエンジンで使用するためのさらなる代替のピストン安定化機構の断面図を示す。 図８のピストン安定化機構の概略図を示す。 本発明の一実施形態によるカムシャフト同期手段の概略図を示す。

ここで図１から図４を参照すると、内燃エンジン１が示されており、この実施形態では圧縮点火エンジンである。エンジン１は、ピストンシリンダ２及び通常の方法でシリンダ２内に往復運動可能に収容されたピストン３を含む。当業者が理解するように、本発明の内燃エンジン１は、本明細書では明示的に説明されない従来の内燃エンジンと同様の動作原理に従う。

本発明によれば、エンジン１は、ピストン３及びシリンダ２のそれぞれの側にそれぞれ第１のクランクシャフト４及び第２のクランクシャフト５を含む。より具体的には、第１のクランクシャフト４はピストン３の第１の側にあり、第２のクランクシャフト５はピストン３の第２の側にある。エンジン１はまた、クランクシャフト４、５のそれぞれのクランクジャーナル４１、５１に接続された第１の端部６１、７１及びピストン３に接続された第２の端部６２、７２をそれぞれ有する第１のコネクティングロッド６及び第２のコネクティングロッド７を含む。エンジン１の配置は、第１のクランクシャフト４に関連付けられたアセンブリの形状が、第２のクランクシャフト５に関連付けられたアセンブリによって効果的にミラーリングされるように対称的である。

この実施形態のシリンダ２は、シリンダヘッド２１、側壁２２、及びピストン３を受け入れるための開口端２３を有する実質的に円筒形のキャビティを定義する。ピストン３は、シリンダヘッド２１に対向する上面３１を有し、シリンダヘッド２１、側壁２２、及びピストン３の上面３１は燃焼室２４を形成する。燃焼室２４の容積は、ピストンシリンダ２に沿ったピストン３の位置によって変化する。ピストン３及びシリンダ２の共通中心線は、ピストン３の往復軸に対応するピストン中心線Ｘを定義するために投影される。

ピストン３も実質的に円筒形であり、ピストン中心線Ｘ又は往復軸に対してほぼ垂直に配置された一対のピストンピン３４、３５を受ける一対のピン受容アパーチャ３２、３３を有する。各ピン受容アパーチャ３２、３３は、ピストン中心線Ｘの各側から等距離であり、それぞれの側に配置されている。より詳細には、第１のピン受容アパーチャ３２は、ピストン３の第１の側にあり、第１のピストンピン３４を受容し、一方、第２のピン受容アパーチャ３３は、ピストン３の第２の側にあり、第２のピストンピン３５を受容する。ピストン接続オフセットＰは、各ピン受容アパーチャ３４、３５の中心軸とピストン中心線Ｘの間のオフセットによって記述される。

一対のクランクシャフト４、５のそれぞれは、メインベアリング４２、５２を含み、エンジン１の作動中に各クランクジャーナル４１、５１が移動する経路は、円形経路４４、５４によって示されている。円形経路４４、５４の半径は、クランクスロー半径Ｒに対応する。クランクシャフト４、５は、噛み合うギア（図示せず）によって互いに連結され、クランクシャフト４、５は負荷が不均一に分散されるのを回避するように同期を保つ。本実施形態のエンジン１は、矢印４３、５３で示されるように、クランクシャフト４、５が逆回転するように構成されている。

上述のように、クランクシャフト４、５は、ピストン中心線Ｘのそれぞれの側に等距離で配置されている。クランクシャフトオフセットＡは、各メインベアリング４２、５２の中心軸、又は各クランクシャフト４、５回転軸と、ピストン中心線Ｘ間の距離で記述される。有効なクランクシャフトオフセットＥは、各ピストンピン３４、３５の中心軸と各メインベアリング４２、５２の中心軸の間のオフセットによって記述される。有効なオフセットＥは、クランクシャフトオフセットＡとピストンピンオフセットＰの差としても記述され得る。

いくつかの実施形態において、エンジン１からの動力送達は、各クランクシャフト４、５からの出力を一対の出力シャフト（図示せず）のそれぞれに接続又は連結することにより送達される。他の実施形態では、一対のクランクシャフト４、５は、共通出力（図示せず）に接続し、次に単一の出力シャフト（図示せず）に接続される。

第１のコネクティングロッド６は、第１の端部６１で、第１のクランクシャフト４のクランクジャーナル４１に、第２の端部６２で、第１のピストンピン３４に回転可能に連結されている。第２のコネクティングロッド７は、第１の端部７１で、第２のクランクシャフト５のクランクジャーナル５１に、第２の端部７２で、第２のピストンピン３５に回転可能に連結されている。したがって、各コネクティングロッド６、７は、ピストン中心線Ｘのそれぞれの側にあり、エンジン１の作動中にそれらの長さに沿ったいかなる点でも互いに交差しないようにしている。各コネクティングロッド６、７は、それぞれのクランクジャーナル４１、５１の回転軸とそれぞれのピストンピン３４、３５の中心軸との間の距離によって記述される長さＣを有する。

本出願人は、ピストンピンオフセットＰが、ピストン中心線Ｘとそれに最も近い位置にあるクランクジャーナル４１、５１との間の距離よりも小さいことが、エンジン１の効率的な作動にとって重要であることに気付いた。これにより、力が加えられたピストン３が三角構造で確実に支持される。

クランクシャフト４、５のそれぞれは、クランクシャフトの上死点位置及びクランクシャフトの下死点位置を有する。クランクシャフトの上死点位置は、そのクランクジャーナル４１、５１が最上位置又はホーム位置にあるときのクランクシャフト４、５の位置に対応する。クランクシャフトの下死点位置は、そのクランクジャーナル４１、５１が最下位置又は１８０度の位置にあるときのクランクシャフト４、５の位置に対応する。

図１に示されるように、ピストンの上死点位置は、クランクジャーナル４１、５１がクランクシャフトの上死点位置を超える角度αにあるときに生じる。図２に示されるように、ピストンの下死点位置は、クランクジャーナル４１、５１がクランクシャフトの下死点位置を超える角度βにあるときに生じる。

図３は、図１の構成に図２の構成を重ね合わせた内燃エンジン１を示している。示されているように、ピストンがピストンの上死点からピストンの下死点まで移動するのに必要なクランクシャフト４、５の角回転は、ピストンがピストンの下死点からピストンの上死点まで移動するのに必要なクランクシャフト４、５の角回転よりも大きい。したがって、非対称度δは、このクランクシャフト回転の差（β－α）によって記述される。

上述したように、本発明は、非対称度δがエンジン１の効率を改善する機会を与えるという認識に基づいている。上述の構成では非対称度δは、有効なクランクシャフトオフセットＥを変更することによって制御することができる。本発明では、同じピストン３に接続されたそれぞれのコネクティングロッド６、７をそれぞれ有する２つのクランクシャフト４、５を含むことにより、非対称度δがエンジン１に与えられることが可能になり、同時に、普通ならば単一のクランクシャフト配置から生じるサイドスラストの有害な影響に対処する。

エンジン１の非対称度δを大きくすると、ピストンが上死点から下死点まで移動するために必要なクランクシャフト４、５の角変位が増加する。対照的に、エンジン１の非対称度δを大きくすると、ピストンが下死点から上死点まで移動するために必要なクランクシャフト４、５の角変位が減少する。当業者は、エンジン１の非対称度δにより、下死点から上死点へアップストロークと比較して、上死点から下死点へのピストン３のダウンストローク中のクランクシャフト４、５の回転範囲の間に２δの差が生じることを理解するであろう。

４ストロークサイクルでは、この非対称度δは、圧縮及び排気ストロークと比較して、延長されるインダクション及びパワーストロークをもたらす。いずれかの特定の理論に束縛されることを望まないが、インダクションストロークを延長すると容積充填が改善され、パワーストロークを延長すると有用な作用としてより多くのエネルギーをピストン３に伝達することができる。また、圧縮及び排気のストロークを短くすると、ピストン３及びバルブ（図示せず）を通過する漏れが減少すると考えられる。

エンジン１に非対称度δを与えると、その効率が最適化されるが、これまで認識又は理解されていなかった設計パラメータ間の相互作用を要する。本出願人は、エンジン１の非対称度δが９度と２５度の間である場合、エンジン１の性能の前述の改善が特に有利であることを観察した。ディーゼルエンジンにおいて、エンジン１の非対称度δは、より好ましくは１４度と２０度の間、最も好ましくは１６度と１８度の間、例えば約１７度である。１７度の非対称性により、対称エンジン構成と比較して、インダクション及び出力ストロークが約１０％増加すると推定される。これにより、クランクシャフト４、５の所定の回転速度に対して、ピストン３のダウンストロークがそのアップストロークより２０％長くなる。

ここで図４を参照すると、それぞれのコネクティングロッド６、７とピストン中心線Ｘの間のコネクティングロッド角度φが記述されている。コネクティングロッド角度φが４５°を超える場合、ピストン中心線Ｘに垂直に作用するピストン３への力の構成要素は、ピストン中心線Ｘに沿って作用する力の構成要素よりも大きくなる。これは、ピストン３とピストンシリンダ側壁２２との間のサイドスラスト力の増加により、エンジン効率に有害な影響を及ぼすので、φ≦４５°であることは重要である。

φ≦４５°の場合のコネクティングロッドの長さＣ、クランクスロー半径Ｒ、及び有効なクランクシャフトオフセットＥの関係は、次のように定義できることがわかっている。

Ｃ≧１．４１４２（Ｅ＋Ｒ） （１）
さらに、φ≦４５°の場合、非対称度δは次の式を使用して計算できる。

当業者は、上記の例から、非対称度δは、同様の原理を使用して任意の所定のエンジン形状に対して計算され得ることを理解するであろう。

本出願人はまた、クランクスロー半径Ｒと有効なクランクシャフトオフセットＥとの間の関係は、次の式によって有利に定義できることを突き止めた。

Ｅ＝Ｆ×Ｒ （３）
ここで、有効オフセット係数Ｆは１．６５である。しかしながら、好ましくは、有効クランクシャフトオフセット係数Ｆは、１．４と１．９の間、より好ましくは１．５と１．８の間、最も好ましくは１．６と１．７の間である。

一例では、クランクスロー半径Ｒは３８ｍｍである。したがって、式３から、有効なクランクシャフトオフセットＥは６２．７ｍｍである。式１を使用するには、少なくとも１４２．４１ｍｍの有効なコネクティングロッドの長さＣが必要である。有効なコネクティングロッドの長さＣが１４２．４１ｍｍの場合、式２を使用すると、非対称度δが１６．５６°になる。

前述の例に対するいくつかの変形が想定されることは、当業者によって理解されるであろう。例えば、以下では、本発明による例示的なエンジン１の設計パラメータを提供する。

使用中及びパワーストローク中に、燃焼室２４内のガスの膨張からの入力の力がピストン３に作用する。この力は、ピストン３の上面３１に作用し、ダウンストロークを駆動する。力は、ピストン３からピストンピン３４、３５を介してコネクティングロッド６、７に伝達され、そこからクランクジャーナル４１、５１及びクランクシャフト４、５に伝達される。力の伝達により、クランクシャフト４、５は、それぞれのメインベアリング４２、５２の周りで実質的に対称的かつ反対方向に回転する。

クランクシャフト４、５が回転すると、クランクジャーナル４１、５１は円４４、５４で定義される経路をたどる。ピストン３上の各コネクティングロッド６、７による反力は、それらの対称性及び噛み合うギア（図示せず）のために平衡がとられている。ピストン３は、ピストンシリンダ２に沿って上死点から下死点まで移動し、クランクシャフト４、５は、１８０°＋δに対応する第１の角度で回転する。上記の特定の実施形態では、第１の角度は１９６．５６°である。

排気ストローク中、クランクシャフト４、５の運動量がピストン３を下死点から上死点に駆動する。この動きは、１８０°－δに対応する第２の角度のクランクシャフトの回転に対応する。したがって、上記の特定の実施形態では、第１の角度は１６３．４４°である。

ここで図５を参照すると、図１から図４のエンジン１のクランクケース（図示せず）に取り付けられたベアリングキャリア８が示されている。ベアリングキャリア８は、本体９及び一対のベアリングキャップ１０（そのうちの一方のみが示されている）を有する。ベアリングキャリア８は、クランクケース（図示せず）とは異なる材料で形成されている。この実施形態では、クランクシャフト４、５はスチールから形成され、クランクケース（図示せず）はアルミニウム合金から形成され、ベアリングキャリア８はスチールから形成される。ベアリングキャリア８は、クランクケースのアルミニウム合金とスチールクランクシャフト４、５との間の異なる熱膨張の影響を緩和するように設計されている。

本体９は直方体であり、一対の離間した半円形の切り欠き部９１を有する。各半円形の切り欠き部９１は、クランクシャフト４、５の１つが回転可能に取り付けられたそれぞれのベアリング４２、５２を受け入れるようなサイズ及び寸法にされている。本体９はまた、それぞれが切り欠き部９１の１つと連通する一対の潤滑剤ポート９２を含む。本体９は、半円形の切り欠き部９１の両側に位置する一対のねじ付きベアリングキャップ取り付け穴９３、ベアリングキャリア８をエンジン１のクランクケース（図示せず）に固定するための外側取り付け穴９４、及びドエルピン穴９５をさらに含む。ドエルピン穴９５は、ドエルピンを受け入れてクランクケース（図示せず）に対して本体９を位置決めするように構成され、外側取り付け穴９４は断面が楕円形であり、ベアリングキャリア８とクランクケース（図示せず）との間の熱膨張差を吸収するベアリングキャリア８の動きを可能にする。

ベアリングキャップ１０は半円形であり、本体９の半円形の切り欠き部９１と協働して、それらの間にベアリング４２、５２を捕捉するように構成される。各ベアリングキャップ１０はまた、その両側から垂直に突出する一対の取り付けフランジ１１を含む。各取り付けフランジ１１は、ベアリングキャップ１０を本体９に取り付けることを可能にするためにベアリングキャップ取り付け穴９３に螺合するねじ又はボルト（図示せず）を受け入れるために貫通するアパーチャ１２を有する。

使用中、クランクシャフト４、５のメインベアリング４２、５２は、ベアリングキャップ１０と半円形の切り欠き部９１との間に捕捉される。各潤滑剤ポート９２は、潤滑剤供給部（図示せず）とメインベアリング４２、５２との間の流体接続を形成して、潤滑剤がそれに注油されることを可能にする。

この実施形態では、本体９の下面は高度に研磨されており、潤滑剤ポート９２は、クランクケースのメイン油路のポートと位置合わせされている。その結果、ベアリングキャリア８とクランクケース（図示せず）との間の熱膨張差に吸収するためのベアリングキャリア８の動きにより、少量の漏れが生じ、これが対向面を潤滑する。しかしながら、クランクケース（図示せず）のメイン油路のポートと位置合わせされた潤滑剤ポート９２との間の接続が、例えば、クランクケース（図示せず）又は本体９の下面のいずれかの溝で受け入れられるＯリングによって、密閉され得るということも想定される。そのような実施形態では、本体９とクランクケース（図示せず）の対向面の間にガスケット（図示せず）を設けることができる。

ここで図６を参照すると、前述のエンジン１と同様の配置が示されており、そこでは、前の図と同様の特徴は同様の参照符号で図示されており、さらに説明はしない。この配置は、コネクティングロッド６、７によって及ぼされる非対称力の平衡をとることにより、シリンダ２内のピストン３の揺動を阻止するピストン安定化機構１００が提供される点で、前の図のものとは異なる。

コネクティングロッド６、７のそれぞれは、それぞれのピストンピン３４、３５を囲むそれぞれのベアリング６３、７３（簡略化のためにベアリング面として示されている）を有する。ベアリング６３、７３は、それぞれのベアリングシェル６４、７４に囲まれている。本実施形態では、ピストン安定化機構１００は、ベアリングシェル６４、７４のそれぞれの外面に形成され、そこから突出する一組の歯１６５、１７５（簡略化のために一部のみを示す）という形態をとる。歯１６５、１７５は、ピストン３が往復運動する際に、一対のコネクティングロッド６、７のそれぞれの第２の端部６２、７２が互いに対して回転するときに噛み合うように構成される。

噛み合い歯１６５、１７５は、ピストン３が往復運動する際に、一対のコネクティングロッド６、７が互いに対して動くことができる程度を制限する。これは、使用中、エンジンのパワーストローク中に特に該当する。燃焼室（図示せず）内のガスの膨張によりピストン３に作用する不均衡な力は、それぞれのピストンピン３４、３５を介してコネクティングロッド６、７に伝達される。噛み合い歯１６５、１７５は、平衡のとれたピストン３を維持し、シリンダ（図示せず）内でピストン３が揺動する可能性を低減するのに役立つ。

ここで図７を参照すると、図６の機構１００と同様のピストン安定化機構２００が示されており、同様の特徴は同様の参照符号で図示されており、さらに説明はしない。本実施形態では、第１のコネクティングロッド６は、その第２の端部６２から間隔を空けた位置でそこから突出するピン２６６を有し、第２のコネクティングロッド７は、その第２の端部７２から間隔を空けた位置でそこから突出するピン２７６を有する。

この実施形態のピストン安定化機構２００は、この実施形態のばね２８０の形態の弾性付勢手段の形態をとる。ばね２８０は、第１のコネクティングロッド６のピン２６６の周りに掛けられた第１の端部２８１、第２のコネクティングロッド７のピン２７６の周りに掛けられた第２の端部２８２、並びに第１のピストンピン３４及び第２のピストンピン３５のそれぞれの周りの一対の中央巻線を有する。ばね２８０は、各コネクティングロッド６、７にねじり力を及ぼして、それらを引き離す。

使用中及び燃焼室内のガスの膨張又はその他の手段によってピストン３に不均衡な力が作用した場合、ばね２８０はピストン３の平衡をとるのを助け、シリンダ（図示せず）内のピストン３の揺動を緩和する。

図７では、ピストンピン３４、３５の周りに巻き付けられたばね２８０を示しているが、これがそうである必要はないことを理解されるであろう。代わりに、ばね２８０は、ベアリングシェル６４、７４、あるいはベアリングシェル６４、７４又はコネクティングロッド６、７の第２の端部６２、７２の特定の保持リップ又は構造の周りに巻き付けられてもよい。さらに、ばね２８０は、任意の適切な弾性付勢手段で置き換えられ得ることが理解されるであろう。

ここで図８及び図９を参照すると、図６の機構１００と同様のピストン安定化機構３００が示されており、同様の特徴は同様の参照符号で図示されており、さらに説明はしない。この実施形態によるピストン安定化機構３００は、ピストン３０３のキャビティ３３６内に受け入れられるジンバル又はナックルハウジング３１０を含む。ハウジング３１０は、それぞれのコネクティングロッド６、７及びピストンピン３４、３５の第２の端部６２、７２を取り囲み、部分的に封入する。

ハウジング３１０は、それぞれのコネクティングロッド６、７の第２の端部６２、７２を受け入れるためのスロット３１１、及びスロット３１１に直交し交差する一対の離間した第２の穴３１２ａ、３１２ｂを有する。穴３１２ａ、３１２ｂは、コネクティングロッド６、７の第２の端部６２、７２が第１のスロット３１１内に受け入れられると、それぞれのピストンピン３４、３５を受け入れるように配置される。

ハウジング３１０は、ピストンピン３４、３５及びベアリング６３、７３が潤滑されることを可能にするために、その上面を介して第１及び第２のスロット３１１、３１２ａ、３１２ｂと流体連通する一対の離間潤滑剤ポート３１３を有する。ピストン３０３は、キャビティ３３６を定義する内面から突出するローディングリップ３３７を含む。ローディングリップ３３７は、ハウジング３１０がキャビティ３３６に入ることができる範囲を制限するように構成される。

ピストン安定化機構３００は、ハウジング３１０の両側に配置された一対のスタブ軸３１５を含む。この実施形態のピストン３０３は、その側壁を通って延び、キャビティ３３６と連通する一対のスタブ軸アパーチャ３３８を有する。スタブ軸３１５は、スタブ軸アパーチャ３３８を通して挿入され、そこに焼き嵌めされる。

ピストン安定化機構３００はまた、スタブ軸アパーチャ３８とスタブ軸３１５との間に配置された、各スタブ軸３１５に１つの、１対のベアリング３１６を含む。スタブ軸３１５は、ピストン３０３内にピストン安定化機構３００を保持し、それが共通軸の周りでピストン３０３に対して回転することを可能にする。スタブ軸３１５はまた、エネルギーをピストン３０３からコネクティングロッド６、７に伝達する。

使用中、コネクティングロッド６、７の端部６２、７２がピストン安定化機構３００内に配置され、アセンブリ全体がピストン３０３内に配置されると、コネクティングロッド６、７間の不均衡は、ピストン安定化機構３００を介してピストン３０３に力を伝える。ハウジング３１０は、スタブ軸３１５の周りでピストン３０３に対して自由に回転するので、不平衡な力は、ピストン安定化機構３００をピストン３０３に対して回転させ、したがって、ピストン３０３は平衡を保つ。

ここで図１０を参照すると、本発明の一実施形態によるクランクシャフト同期機構４００が示されており、図１～図９のものと同様の参照符号は同様の特徴を示している。クランクシャフト同期機構４００は、タイミングベルト４０１の第１の側４１１と第２の側４２１の両方に歯４１１ａ、４２１ａを有する両面タイミングベルト４０１を有する。

第１及び第２のクランクシャフト４、５は、前述の実施形態と同様に、それぞれのメインベアリング４２、５２を有する。第１のクランクシャフト４は、ともに回転するように取り付けられた第１のギア４０２を有し、これは、タイミングベルト４０１の第１の側４１１のギア歯４１１ａと協働し、本実施形態では時計回り方向４１２に回転するように構成される。第２のクランクシャフト５は、ともに回転するように取り付けられた第２のギア４０３を有し、これは、タイミングベルト４０１の第２の側４２１のギア歯４２１ａと協働し、本実施形態では反時計回り方向４１３に回転するように構成される。したがって、第１のクランクシャフト４、５及びそれぞれのギア４０２、４０３は、逆回転するように構成される。

同期機構４００は、第１及び第２のクランクシャフト４、５の回転軸と交差する平面の下側に、下方に位置する回転中心を有する第１のテンションプーリ４０４を含む。第１のテンションプーリ４０４は、タイミングベルト４０１の第２の側４２１の歯４２１ａと相互係合するように構成された第１のテンションギア４２４を形成するギア付き外面を有し、反時計回り方向４１４に回転するように構成される。

同期機構４００はまた、第１及び第２のクランクシャフト４、５の回転軸と第１のテンションプーリ４０４の回転軸と交差する平面の上側に位置するそれぞれの回転中心を有する第２及び第３のテンションプーリ４０５、４０６を含む。この実施形態では、第２のテンションプーリ４０５は、タイミングベルト４０１の第２の側４２１の歯４２１ａと相互係合するように構成された第２のテンションギア４２５を形成するギア付き外面を有し、反時計回り方向４１５に回転するように構成される。第３のテンションプーリ４０６は、タイミングベルト４０１の第１の側４１１の歯４１１ａと相互係合するように構成された第３のテンションギア４２６を形成するギア付き外面を有し、時計回り方向４１６に回転するように構成される。

同期機構４００はまた、同じくクランクシャフト４、５の上方に位置する、回転中心を有するカムシャフト駆動プーリ４０７を含む。カムシャフト駆動プーリ４０７は、タイミングベルト４０１の第２の側４２１の歯４２１ａと相互係合するように構成されたカムシャフトギア４２７を形成するギア付き外面を有し、反時計回り方向４１７に回転するように構成される。

使用中、タイミングベルト４０１は、第１及び第２のギア４０２、４０３とカムシャフトギア４２７の両方との係合により、クランクシャフト４、５の互いの間、及びさらにクランクシャフト４、５とカムシャフト駆動プーリ４０７の間の同期を維持する。

カムシャフト駆動プーリ４０７は反時計回り方向に回転するが、これはそうである必要はない。その代わりに、カムシャフト駆動プーリ４０７は、第１のギア４０２の時計回りの回転及び第２のギア４０３の反時計回りの回転を維持しながら、時計回りの方向に回転してもよい。そのような場合、当業者ならば、これは、タイミングベルト４０１の第１の側４１１の歯４１１ａが第２のギア４０３と係合し、タイミングベルト４０１の第２の側４２１の歯４２１ａがカムシャフトギア４２７と第１のギア４０２の両方に係合するようにクランクシャフト同期機構４００を再構成することにより達成できることを理解するであろう。テンションプーリ４０４、４０５、及び４０６も、そのような再構成に対応するように再構成する必要があるだろう。

また、クランクシャフト４、５とカムシャフト駆動プーリ４０７の両方を同期させるように構成されたクランクシャフト同期機構を有する代わりに、クランクシャフト同期機構がクランクシャフト４、５の回転のみを同期させてもよいことも理解されるであろう。そのような場合、回転中心が第１及び第２のクランクシャフト４、５の回転軸と交差する平面の一方側にある１つ又はそれ以上のテンションプーリ、並びに回転中心が第１及び第２のクランクシャフト４、５の回転軸と交差する平面のもう一方側にある１つ又はそれ以上のさらなるテンションプーリがあり得る。代替として、当業者には理解されるように、タイミングベルト４０１は１つ又はそれ以上の周辺装置（図示せず）を駆動することもできる。

本発明の範囲から逸脱することなく、いくつかの変形形態が想定されることは、当業者には理解されるであろう。例えば、ピストンシリンダ２及びピストン３の断面形状は、楕円形又は複雑な多角形などの任意の適切な形状であってもよい。また、前述の特徴及び／又は添付の図面に示されるものの任意の数の組み合わせが、従来技術に対して明らかな利点を提供し、したがって、本明細書に記載される本発明の範囲内であることも当業者には理解されるであろう。

Claims (21)

1. 圧縮点火内燃エンジンであって、
   シリンダと、
   前記シリンダ内に往復運動可能に収容されたピストンと、
   前記シリンダに対して回転可能に取り付けられた一対の逆回転クランクシャフトと、
   第１および第２のコネクティングロッドを備え、それぞれが前記クランクシャフトのそれぞれのクランクジャーナルに接続された第１の端部、及びピストンコネクタによって前記ピストンに接続された第２の端部を有する一対のコネクティングロッドとを備え、
   前記コネクティングロッドによって及ぼされる非対称の力の平衡をとることにより、前記シリンダ内での前記ピストンの揺動を阻止するように構成されたピストン安定化手段を備え、
   前記ピストン安定化手段が、前記第１及び第２のコネクティングロッドのそれぞれの第２の端部が枢動可能に接続されるナックルハウジングを備え、前記ナックルハウジングが、前記ナックルハウジングの回転が前記ピストンの回転から少なくとも部分的に独立しているように、前記ピストンに枢動可能に取り付けられ、かつ少なくとも部分的に前記ピストン内にあり、
   前記コネクティングロッドとナックルハウジングとの間の前記接続、及び前記ピストンに対する前記ナックルハウジングの回転軸が三角形にされた配置を形成し、
   前記エンジンは前記クランクシャフトの方向の第１の方向のピストンストロークが各クランクシャフトを第１の角度で回転させ、前記第１の方向とは反対の第２の方向のピストンストロークが各クランクシャフトを前記第１の角度とは異なる第２の角度で回転させるように構成される
   エンジン。
2. 前記ナックルハウジングが、前記ピストンのキャビティ内に受け入れられ、それぞれのコネクティングロッドおよびピストンコネクタの前記第２の端部を取り囲んで部分的に封入する、請求項１に記載のエンジン。
3. 前記第２の角度が前記第１の角度よりも２０度から４８度小さい、請求項１に記載のエンジン。
4. 前記第２の角度が前記第１の角度よりも２６度から４２度小さい、請求項３に記載のエンジン。
5. 前記第２の角度が前記第１の角度よりも３２度から３６度小さい、請求項４に記載のエンジン。
6. 各クランクシャフトの回転軸と当該クランクジャーナルとの間に記述されるクランクシャフトスロー半径と、
   各クランクシャフトの前記回転軸と、当該コネクティングロッドが接続されている前記ピストンコネクタとの間のオフセットによって記述される有効なクランクシャフトオフセットとを備え、
   前記有効なクランクシャフトオフセットが前記クランクシャフトスロー半径の１．４倍から１．９倍の間である、
   請求項３から５のいずれか一項に記載のエンジン。
7. 前記有効なクランクシャフトオフセットが前記クランクシャフトスロー半径の１．６から１．７倍の間である、請求項６に記載のエンジン。
8. 各コネクティングロッドが、前記クランクジャーナルとそれが接続されるピストンコネクタとの間に記述される有効なコネクティングロッドの長さＣを含み、前記有効なコネクティングロッドの長さが、Ｃ≧１．４１４２×（Ｅ＋Ｒ）で定義されるものであって、Ｒが前記クランクシャフトスロー半径であり、Ｅが前記有効なクランクシャフトオフセットである、請求項６又は７に記載のエンジン。
9. 第１及び第２のピストンコネクタを備える請求項１から８のいずれか一項に記載のエンジンであって、前記一対のクランクシャフトが第１及び第２のクランクシャフトを備え、前記一対のコネクティングロッドが第１及び第２のコネクティングロッドを備え、前記第１のコネクティングロッドが第１の端部で前記第１のクランクシャフトの前記クランクジャーナルに、及び第２の端部で前記第１のピストンコネクタに接続され、前記第２のコネクティングロッドが前記第２の端部で前記第２のクランクシャフトの前記クランクジャーナルに、及び前記第２の端部で前記第２のピストンコネクタに接続されている、エンジン。
10. 前記第１のクランクシャフト及び前記第１のピストンコネクタが両方とも前記ピストンの第１の側にあり、前記第２のクランクシャフト及び前記第２のピストンコネクタが両方とも前記ピストンの第２の側にある、請求項９に記載のエンジン。
    
11. クランクケース及び前記クランクケースに取り付けられたベアリングキャリアをさらに備え、前記ベアリングキャリアが前記クランクケースとは異なる材料で形成され、前記一対のクランクシャフトの一方が取り付けられるベアリングをそれぞれ受け入れる一対のレセプタクルを有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のエンジン。
12. 前記ベアリングキャリアが、前記ベアリングに潤滑剤を導入するために、各レセプタクルに関連付けられた潤滑剤ポートを備える、請求項１１に記載のエンジン。
13. 前記各クランクシャフトに連結された端部をそれぞれ有する一対の出力シャフトを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエンジン。
14. 両方のクランクシャフトに連結された出力シャフトを備える、請求項１に記載のエンジン。
15. 空気及び／又は燃料を前記シリンダに導入するための吸気バルブ及び前記シリンダからガスを排出するための排気バルブを備えるものであって、前記エンジンは、前記吸気バルブが、前記ピストンが上死点位置に到達する前に、１５度から２５度開き、前記ピストンが下死点位置に到達した後に４０から５０度閉じ、前記排気バルブが、前記ピストンが前記下死点位置に到達する前に４０度から５０度開き、前記ピストンが前記上死点位置に到達した後に１５度から２５度閉じるように構成された、請求項１から１４のいずれか一項に記載のエンジン。
16. 前記クランクシャフトが、互いに噛み合うギアによって一緒に連結された、請求項１から１５のいずれか一項に記載のエンジン。
17. 前記クランクシャフトが、両面タイミングベルトによって一緒に連結された、請求項１から１６のいずれか一項に記載のエンジン。
18. 前記クランクシャフトの一方と回転するように取り付けられた第１のギア、もう一方クランクシャフトと回転するように取り付けられた第２のギア、並びに前記第１及び第２のギアを一緒に接続する少なくとも１つのさらなるギアを備え、それにより当該回転を同期させる、請求項１に記載のエンジン。
19. 請求項１から１８のいずれか一項に記載のディーゼルエンジン。
20. 請求項１から１９のいずれか一項に記載のエンジンを備える発電機。
21. 請求項１から２０のいずれか一項に記載のエンジンを備える車両。
    
    

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