JP2017522490A - 内燃エンジン - Google Patents

Abstract

本発明は、シリンダ内でシリンダ軸線に沿って往復直線運動するように取り付けられたピストンを備える、内燃エンジンを提供する。ピストンは、ピストンの直線運動を出力軸の回転運動に変換するように配置された動力伝達組立体によって、出力軸に連結される。ピストンは、第１のチャンバ内で移動可能な第１のヘッド、および第１のヘッドに対向し、第２のチャンバ内で移動可能な第２のヘッドを有する。動力伝達組立体は、動力伝達組立体の運動部品を潤滑する潤滑システムを有する。潤滑システムは、潤滑システムから第１のチャンバおよび第２のチャンバへ流体が流れるのを防止するために、第１のチャンバおよび第２のチャンバから密封される。【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃エンジンに関し、内燃エンジンを含む船舶用の推進ユニットに関する。

２ストロークまたは４ストロークのいずれかで動作する従来の内燃エンジンは、出力軸でピストンの直線運動を回転運動に変換するために、通常はクランク軸およびコンロッド装置を用いる。クランク軸およびコンロッドの幾何学的形状により、一般にピストンの最大加速度は、ピストンが上死点（ＴＤＣ）にあるときに発生し、ピストンの加速度は、下死点（ＢＤＣ）よりもはるかに大きい。このＴＤＣ滞留時間（ＴＤＣで、またはＴＤＣの付近で費やされる時間）の減少には、効率低下およびエンジンのアンバランスを含む、いくつかの悪影響がある。

いくつかの別のエンジン装置が知られており、これは、最大ピストン加速度を低減してＴＤＣ滞留時間を増加させるために、燃焼室を出力軸に連結する別の機構を用いる。しかしながら、これらは一般に複雑であり、製造が困難でかつ費用がかかる。

上述した問題に加えて、従来の２ストロークエンジンは、クランク軸およびコンロッド組立体の潤滑の問題も抱えている。クランク軸およびコンロッド組立体は、一般に、吸気システムの一部を形成するクランクケース内に収容される。潤滑システムは、潤滑油が連続的にクランクケースの中に補給され、燃焼シリンダの中に流入して、その後エンジンから出ることを可能にする、全損式システムとして動作する。この全損式潤滑システムは、排気ガス中に潤滑油が存在するので、環境に害を与えている。また、過給室または吸気室としてクランクケースを用いることで、エンジンの性能および効率を最大化するように吸気室の容量および形状を最適化する、エンジン設計者の能力が制限されることにもなる。

従来のクランク軸およびコンロッドの、２ストロークおよび４ストローク内燃エンジンは、一般に、より大きな熱力学的効率をもたらし、ますます厳しくなる排出基準を満たすために、その直径に対して長いピストン行程を有することが好ましい。ピストン行程が長くなると、次により大きいクランク偏心率が必要になり、これは、動くコンロッドが占める空間と組み合わさると、クランク軸の軸線に、これに応じた大きい前部領域を生成する。

クランク軸の軸線のこの前部領域は、振動バランスをもたらすための構成または機構によって、例えば、複数のシリンダをＶ字形または対向するピストン形状に偏心させたり、釣り合わせるフライホイールまたは軸を追加したりすることによって、しばしば増加する。

エンジンの最適化から始まるこの正統的な設計手法により、（船外機の場合）エンジンを水中に沈めることが基本的に困難、または魅力のないものになっており、この理由は航空機の場合は抵抗、すなわち空中の抵抗が増加するため、あるいはオートバイその他の輸送形態、および発電機、範囲拡張器、園芸用具等の他の用途の場合はかさ高性が増加するためであり、スペースの使用が重要な設計上の考慮事項であり、最適化が必要とされている。

船舶用の船外機は、特に、一般に約２０馬力を下回る出力を求めている可搬型市場は、現在、比較的安価な４ストロークエンジンを採用している。排出規制が強化されて、低出力の２ストロークエンジンの使用は減少しており（実際に、いくつかの国では、多くの２ストローク船外エンジンの販売が現在では違法である）、よりクリーンな４ストロークの開発が好ましいとされている。

本発明の第１の態様は、シリンダ内でシリンダ軸線に沿って往復直線運動するように取り付けられたピストンを備える内燃エンジンを提供し、ピストンは、ピストンの直線運動を出力軸の回転運動に変換するために配置された動力伝達組立体によって出力軸に連結され、ピストンは、第１のチャンバ内で移動可能な第１のヘッド、および第１のヘッドに対向して第２のチャンバ内で移動可能な第２のヘッドを有し、動力伝達組立体は、動力伝達組立体の運動部品を潤滑するための潤滑システムを有し、潤滑システムは、潤滑システムから第１のチャンバおよび第２のチャンバへ流体が流れるのを防止するために、第１のチャンバおよび第２のチャンバから密封される。

動力伝達組立体は、ピストンと確実に接触する直線運動軸受を含んでもよい。（従来のクランク軸およびコンロッドの代わりに）直線運動軸受を用いることによって、エンジンの前部領域を最小化することが可能になる。クランクの偏心は、ピストンの直径内に完全に収めることができる。また、直線運動軸受は、出力軸の回転に対して正弦波状ピストン運動をもたらすことが可能なため、振動バランス部品の必要性を最小化、または排除することが可能になる。この正弦波状ピストン運動により、コンロッドエンジンの余弦波状の短縮の影響を回避して、ＴＤＣ滞留時間を延長することができ、これにより動力の送達および燃焼効率の両方が向上する。

この文脈における「直線運動軸受」とは、ピストンに対して、略直線の経路に沿って移動可能な軸受である。この経路は、正確に直線である必要はなく、わずかな曲線を含んでもよい。この経路は、ピストンの直線往復運動の軸線を横切る。

動力伝達組立体は、滑り軸受または転がり軸受を含んでもよい。滑り軸受または転がり軸受は、上述したように、直線運動軸受であってもよい。

直線運動軸受は、シリンダ軸線を実質的に横切る直線軸線に沿って、ピストンに対して移動するように配置された部分を有してもよい。

直線運動軸受は、シリンダ軸線に対して実質的に傾斜した直線軸線に沿って、ピストンに対して移動するように配置された部分を有してもよい。

直線運動軸受は、非平面の軸受面を介してピストンに連結されてもよく、これによって直線運動軸受が回転可能になる。

動力伝達組立体は、出力軸がピストンの第１のヘッドと第２のヘッドとの間にあるように配置されてもよい。

内燃エンジンは、動力伝達組立体の片側で、ピストンとシリンダとの間にある第１のオイルシール、および動力伝達組立体のもう一方の側で、ピストンとシリンダとの間にある第２のオイルシールをさらに備えてもよい。

第１のチャンバが燃焼室であり、第２のチャンバが、燃焼室に吸気を供給するように配置された掃気室であってもよい。２つのヘッドを有するピストンは、燃焼シリンダに１つのヘッドを有し（「燃焼ヘッド」）、もう一方（「掃気ヘッド」）は、空気をシリンダの中に圧送するように動作して、燃焼シリンダを空にするのみならず、回転範囲を通じて一貫した移送圧力をもたらす。

第１のヘッドとシリンダとの間の第１のピストン―ボア間の隙間は、第１のオイルシールに隣接する領域から、第２のオイルシールに隣接する領域までの間に延びる、第２のピストン―ボア間の隙間よりも大きくてもよい。例えば、ピストンの「高温」端部（すなわち燃焼ヘッド）は、ピストン―ボア間の隙間が大きいことが望ましい場合がある。

内燃エンジンは、掃気室の外部に、圧送体積を有するポンプをさらに備えてもよく、ポンプは、ピストンの運動によって駆動される。

ポンプは、燃焼室に出口を有する燃料噴射システムに加圧ガスを供給するために配置されてもよい。あるいは、ポンプは、燃料噴射システムに、燃料（液体燃料または液体／気体燃料、あるいは純粋な気体燃料）、および／または燃料／空気の混合気を圧送するために配置されてもよい。

内燃エンジンは、掃気室と燃焼室との間に延びる第１の移送導管、およびポンプと燃料噴射システムとの間に延びる第２の移送導管をさらに備えてもよい。

内燃エンジンは、アンチベンチレーションプレートをさらに備えてもよく、第１の移送導管は、シリンダおよびアンチベンチレーションプレートに隣接してもよい。

第２の移送導管は、第１の移送導管よりも高圧でガスを送るように配置されてもよい。

燃料噴射システムは、シリンダに燃料噴射ポートを備えてもよい。第２の移送導管は、燃料噴射ポートに連結されてもよい。ポートは、具体的には、希薄運転が可能になるように局所的に濃い混合気を生成するために、シリンダの点火プラグに向けることができる。

噴射のタイミングは、噴射ポートの位置によって調節されてもよい。

噴射のタイミングは、噴射オリフィスの大きさによって影響を及ぼすことができ、例えば、未燃炭化水素の排出を最小限にするために、制限オリフィスによって噴射のタイミングを遅延させてもよい。

ポンプは、往復ピストンを含んでもよい。

ポンプは、容量比を大きくできる、一方向の入口弁、および一方向の出口弁を備えてもよく、これにより、全てのエンジン速度で変位される、量の直線性が最大になる。

ポンプのピストンストロークは、クランク軸のスローによって決定されてもよく、したがって、その直径は、全開スロットルでの理論混合比燃焼のための、特定の量の液体燃料を送達する大きさにされてもよい。

あらゆるエンジン負荷で理論混合比を維持するために、このポンプは、より低い動力要件のために絞られている間に、主掃気ポンプの容積効率の低下に従って、このようなポンプの容積効率を低下させるために、独立した絞り弁によって絞られてもよい。

第１のチャンバが第１の燃焼室であり、第２のチャンバが第２の燃焼室であってもよく、エンジンは、第１および第２の燃焼室に交互に吸気を供給するために配置された外部過給機をさらに備える。

第１のヘッドとシリンダとの間の第１のピストン―ボア間の隙間は、第１のオイルシールに隣接する領域から、第２のオイルシールに隣接する領域までの間に延びる、第２のピストン―ボア間の隙間よりも大きくてもよい。

第２のヘッドとシリンダとの間の第３のピストン―ボア間の隙間は、第２のピストン―ボア間の隙間よりも大きくてもよい。

内燃エンジンは、複数のピストンを備えてもよい。

ピストンのうちの２つ以上が、共通のシリンダ内で往復直線運動するように取り付けられてもよい。

隣接するピストンの対が、対向して配置されて共通の燃焼室を共有してもよい。対向するピストン配置により、熱効率が向上し、従来のものとは異なり、動力の送達を２つの出力軸に分割することが可能になるので、エンジンの前部領域が大幅に小さくなる。また、対向するピストン配置により、自然な振動バランスがもたらされる。

隣接するピストンの掃気ヘッドは、必要に応じて共通のチャンバを共有し、弁を簡素化して数を減らすために、対向する掃気ピストン構成で動作してもよい。

各ピストンは、各動力伝達組立体に連結されてもよい。

動力伝達組立体は、隣接するピストンの対を位相をずらして動作させるように配置される。

複数の動力伝達組立体が、共通の出力軸に連結されてもよい。

各ピストンは、動力伝達組立体のそれぞれを介して、各出力軸に連結されてもよい。

出力軸が、１つ以上の駆動軸を回転駆動させるように配置されてもよく、１つ以上の駆動軸は、シリンダ軸線と略平行な駆動軸線の周囲で回転可能である。

重要なことは、前部領域を著しく大きくすることなく動力を増加させるために、本発明は、全てが同一の軸線上にあるピストンを有する、複数のシリンダを提供することができる。これは、単一のクランク軸を意味し、それぞれが１つのプロペラ軸に結合している（ただし、複数のプロペラを用いることも可能である）。

１つの駆動軸が、複数の出力軸によって駆動されるように配置され、エンジンは、複数の出力軸の回転位置を同期させる機械的連結をさらに有する。

内燃エンジンは、適宜２サイクルエンジンであってもよい。

内燃エンジンは、気相燃料を動力としてもよい。必ずしも必要ではないが、好ましくは本発明は、そのエネルギー源として、ＬＰＧその他の気相燃料を用いる。これは、保持されたオイルによるクランク潤滑設計を有する２ストロークエンジンでは特に有益であり、これは、軸受を潤滑しない燃料を許容でき、いかなる形態の全損式潤滑システムも必要としない。

本発明の別の態様は、第１の態様による内燃エンジンを備える、船舶用の推進ユニットを提供する。従来の設計と比較して、エンジンの出力密度が著しく向上したことにより、推進ユニットが、約５０〜７５％ほどに大幅に軽くなる。さらに、このかなりの部分が水中に沈められてもよく、つまり、その重量が浮力によって部分的に相殺されることにより、トランサムに作用する重力、または船舶への推進ユニットの取り付けによる負荷をさらに低減する。例えば、６ＨＰの船外機の重量は、既存の代替品が２５Ｋｇを上回るのに対して、約６Ｋｇにすることができる。このような軽量化により、取り付けから、船の性能に対するバラスト効果の低減、船が受ける有効動力の増加、コンパクトな収納および可搬性に至るまで、船外機の一般的な使用性に大きな影響を及ぼす。

推進ユニットは、エンジンによって回転駆動されるように配置されたプロペラをさらに備える。プロペラは、保護されずに水と接触していてもよく、あるいはその周囲に保護部材を有してもよい。あるいは、プロペラは、ホバークラフトまたは航空機を推進するのに使用されるときは、空気と接触していてもよい。あるいは、推進ユニットは、プロペラの代わりに、インペラをさらに備えてもよい。インペラは、オープン、側板有り、または部分的に側板があってもよい。

エンジンのシリンダ軸線は、プロペラの回転軸線と略平行に配向されてもよい。あるいは、エンジンのシリンダ軸線は、プロペラまたはインペラの回転軸線に略垂直に配向されてもよい。

エンジンは、船舶が運転される水面の下に沈んだ排気出口を有してもよい。

推進ユニットは、エンジンの上方にステアリング「ポスト」をさらに備えてもよい。このポストは、例えば、管その他適切な形状の鋳物であってもよい。推進ユニットは、船外エンジンのように船の後部トランサムに取り付けられてもよく、または前方への推進力ではなく、スラストの位置決めをもたらすために、船の船殻に沿った凹所に収容されるか、もしくは船の周囲の他の箇所で使用されてもよい。推進力の制限として、ステアリングポストと出力軸との間に滑節をさらに備えてもよい。

ステアリングポストは、呼吸用シュノーケル、燃料供給ライン、プルスタータ、エンジン制御用電子機器、付属物等のうちの１つ以上を備えてもよい。

推進ユニットの内燃エンジンは、少なくとも部分的に、船舶が運転される水面の下に沈んで動作するように適合される。

推進ユニットの内燃エンジンは、囲んでいる水によってエンジンの直冷をもたらすように配置されたケーシングをさらに備えてもよい。これにより、冷却水を送るための送水ポンプ、エンジンから熱を移動させるウォータージャケット、冷却水用の流れキャビティ、長い駆動軸、振動バランス部品、および減速駆動装置を潤滑するための別のオイルサンプの、費用、重量、および複雑性を排除する。また、これによってフラッシング処理が容易になるため、エンジンを冬にかけて保管する前の、防寒装備や点検が容易になる。固定されたシャフト寸法がないので、あらゆる船のトランサムの大きさに適し、または調節可能な１つの船外機を作製することが可能である。

添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態がここで説明される。

船舶用の船外機を示す。 船外機の内燃エンジンおよび減速駆動装置の詳細な断面図を示す。 動力伝達組立体を有するエンジンのピストンを示す。 別の動力伝達組立体を有するエンジンのピストンを示す。 滑り直線運動軸受を備える、図３のピストンおよび動力伝達組立体の別の図を示す。 滑り直線運動軸受を備える、図３のピストンおよび動力伝達組立体の別の図を示す。 滑り直線運動軸受を備える、図３のピストンおよび動力伝達組立体の別の図を示す。 滑り直線運動軸受を備える、図３のピストンおよび動力伝達組立体の別の図を示す。 滑り直線運動軸受を備える、図３のピストンおよび動力伝達組立体の別の図を示す。 転がり直線運動軸受を含む、図４のピストンおよび動力伝達組立体の別の図を示す。 転がり直線運動軸受を含む、図４のピストンおよび動力伝達組立体のさらに別の図を示す。 位相をずらした対向するピストンのサイクルを示す。 位相をずらした対向するピストンのサイクルを示す。 位相をずらした対向するピストンのサイクルを示す。 位相をずらした対向するピストンのサイクルを示す。 位相をずらした対向するピストンのサイクルを示す。 位相をずらした対向するピストンのサイクルを示す。 位相をずらした対向するピストンのサイクルを示す。 エンジンに用いられる、エアアシスト燃料噴射ポンプを示す。 エンジンに用いられる、半直接燃料噴射ポンプを示す。 エンジンに用いられる、回転ディスクタイミング弁を示す。 エンジンに用いられる、回転ディスクタイミング弁を示す別の図である。 船外機用途に用いる、ピストン配列を示す。 船外機用途に用いる、別のピストン配列を示す。 ピストンの長さに沿って選択された、異なるピストン―ボア間の隙間を示す。 ボアがピストン軸線に対してある角度で傾けられている、ピストンの別の変形例を示す。 ボアがピストン軸線に対してある角度で傾けられている、ピストンの別の変形例を示す。 両末端型ピストン、第１および第２の燃焼室、および外部過給機を有する、別のエンジンのサイクルを示す。 両末端型ピストン、第１および第２の燃焼室、および外部過給機を有する、別のエンジンのサイクルを示す。 両末端型ピストン、第１および第２の燃焼室、および外部過給機を有する、別のエンジンのサイクルを示す。 両末端型ピストン、第１および第２の燃焼室、および外部過給機を有する、別のエンジンのサイクルを示す。 両末端型ピストン、第１および第２の燃焼室、および外部過給機を有する、別のエンジンのサイクルを示す。 両末端型ピストン、第１および第２の燃焼室、および外部過給機を有する、別のエンジンのサイクルを示す。 両末端型ピストン、第１および第２の燃焼室、および外部過給機を有する、別のエンジンのサイクルを示す。 両末端型ピストン、第１および第２の燃焼室、および外部過給機を有する、別のエンジンのサイクルを示す。 船舶用の別の船外機の側面図を示す。 図２２ａの船外機の斜視図を示す。

図１は、船舶用の船外機１００を示す。船外機１００は、（使用中に）意図される水位Ｗの上にある、本体／ステアリングポスト１０１、ならびに通常は水位Ｗよりも下にある、沈められた内燃エンジンおよび減速駆動装置１０２を備える。オープンプロペラ１０３は、内燃エンジンおよび減速駆動装置１０２によって回転駆動されるように連結される。示されている特定の実施形態では、船外機１００は「可搬型」であり、船舶に対して船外機を頻繁に取り外し、保管、再装備等する必要のある、船外機市場の区分を対象としている。一般に、可搬型船外機市場では、現在、最大約２０馬力の出力の需要がある。しかしながら、本発明の原理は、可搬型であってもそうでなくてもよく、かつ最大数百馬力の出力があってもよい、異なる市場区分の様々な船外機に適用され得ることが理解されよう。さらに、エンジンの比出力を増加させることによって、「可搬型」市場が、現在入手可能なものよりもはるかに高い出力定格に拡大され得る。

具体的に図示されている実施形態に戻ると、最大約２０馬力を出す船外機は、小型船や小舟等の船舶に特に適している。しかしながら、本発明は、様々な船舶への適応性を有する。船外機１００は、船舶の後部トランサムに取り付けるように構成される。

アンチベンチレーションプレート１０４は、プロペラ１０３が上方から空気を吸い込むのを防止する。本体／ステアリングポスト１０１は、エンジンに外気を供給する呼吸用シュノーケル、ガソリン、ブタン、液体プロパンガス、またはディーゼル等のガス燃料または液体燃料を供給する燃料供給ライン、プルスタータ、制御用電子機器、付属物等を収容する。本体／ステアリングポスト１０１は、船舶のステアリングシステムに取り付けるように構成される。これは、例えば船舶に取り付けられた操舵輪に連結された機械式ステアリング連動装置、または手動で操舵するための単純な舵柄取付具であってもよい。

図２は、内燃エンジンおよび減速駆動装置１０２の詳細な断面図を示す。内燃エンジン１０５は、第１のピストン１３０および第２のピストン１４０を備える。第１のピストン１３０および第２のピストン１４０は、エンジンケーシング１０７内に円筒形のボアとして形成された共通のシリンダ１０６内で、往復直線運動するように取り付けられる。エンジンケーシング１０７は、ボルト締め、またはその他の方法で互いに固定された２つの半体（図２では、うち１つのみが見えている）で形成される。一体成形のシリンダスリーブが、エンジンケーシング内に装着される。第１のピストン１３０および第２のピストン１４０は、シリンダ軸線に沿って動くように取り付けられ、該シリンダ軸線は、シリンダ１０６の幾何学的中心に沿って配置され、かつシリンダの長さに沿って延びる。あるいは、エンジンケーシングは、一体成形で形成されてもよい（すなわちシリンダスリーブがなく、その代わりに、クランク軸とピストンとの組み立ておよび分解を可能にするために、取り外し可能なクランク軸軸受支持体が用いられてもよい）。

第１のピストン１３０および第２のピストン１４０は、各動力伝達組立体１１０、１１１によって、各出力軸１０８、１０９に連結される。動力伝達組立体１１０、１１１は、各ピストン１３０、１４０の直線運動を、各出力軸１０８、１０９の回転運動に変換するために配置される。第１のピストン１３０、第１の出力軸１０８、および第１の動力伝達組立体１１０は、第２のピストン１４０、第２の出力軸１０９、および第２の動力伝達組立体１１１と略同一であるが、以下でより詳細に述べるように、これらのピストンは対向して配置される。

第１のピストン１３０は、ピストンの一端に第１のヘッド１３１を有し、第１のヘッドに対向する側のピストンの一端に第２のヘッド１３２を有する。同様に、第２のピストンは、第１のヘッド１４１、および第１のヘッドに対向して第２のヘッド１４２を有する。この文脈において、「対向する」とは、各ピストンの第１のヘッドと第２のヘッドとが、シリンダ軸線に沿って、もう一方から離れて面することを意味する。ピストンの第１のヘッド１３１、１４１は、共通の燃焼室１１２を共有し、共有した燃焼室内で動くように配置される。第２のヘッド１３２、１４２のそれぞれは、各掃気室１１３、１１４内で動く。

燃焼室１１２は、掃気室に入口を有するとともに、燃焼室に出口を有する各移送ポートによって、各掃気室１１３、１１４に結合される。燃焼室は、排気ダクトに接続された排気ポートも有する。掃気室１１３、１１４はそれぞれ、一方弁を有する吸気ダクトに結合された、吸気ポートを有する。

図２に具体的に図示された実施形態では、内燃エンジンは、火花点火２ストロークエンジンであり、燃焼室１１２は、点火プラグ１１５が中に延びる開口部を有する。第１の出力軸１０８および第２の出力軸１０９は、連結駆動軸１１６に連結される。プロペラ１１３は、駆動軸１１６の回転トルクがプロペラ１０３に伝わるように、駆動軸１１６の一端に装着される。出力軸１０８、１０９は、各かさ歯車装置１１７、１１８によって、駆動軸１１６にトルクを伝達するために配置される。図示されている実施形態において、かさ歯車装置１１７、１１８は、減速比を発生させる。しかしながら、所望の通りに（１より大きい、１に等しい、または１未満の）任意の歯車比が達成され得ることが理解されよう。駆動軸１１６は、シリンダ軸線Ｃと略平行な回転軸線Ｄを有する。出力軸１０８、１０９は、シリンダ軸線Ｃおよび駆動軸線Ｄに略垂直な回転軸線を有する。駆動軸１１６は、ケーシング１０７内で軸受１１９に取り付けられる。船外機１００は、進行方向に特に小さい前部領域を有し、これにより理想的に、使用中に水位線Ｗよりも下に沈めるのに適するようになる。

この小さい前部領域は、いくつかの設計特性によって達成される。第１に、動力伝達組立体１１０、１１１は、各動力伝達組立体チャンバ内で、各ピストン１３０、１４０の直径内に完全に収容されている。第２に、エンジンの対向するピストン配置により、動力の送達が（従来の単一の駆動軸ではなく）２つの出力軸１０８、１０９に分割されて、（１つの大きいかさ歯車ではなく）２つの小さいかさ歯車を駆動させる。第３に、ピストン１３０、１４０は、（離間した軸線を有する複数のシリンダではなく）同一のシリンダ軸線に沿って往復運動するように配置される。第４に、シリンダ軸線Ｃおよび駆動軸の軸線Ｄは、進行の前後方向に延びるように配置される。

これらの組み合わせにより、特に小さい前部領域がもたらされ、内燃エンジンおよび減速駆動装置１０２を完全に水位線Ｗの下に沈めることが実用的になる。このようにエンジンおよび減速駆動装置を水中に沈めることによって、いくつかの利点がもたらされる。ユニットが水中に沈められることで、エンジンケーシング１０７を介した熱の移動によって、内燃エンジンの直接水冷がもたらされる。また、ユニットが水中に沈められることで、エンジンおよび減速駆動装置からの騒音の抑制をもたらす。さらに、エンジンおよび減速駆動装置１０２の直接水冷によって、冷却水用の内部キャビティを組み込んだ、従来の送水ポンプおよび複雑なシリンダの鋳込成形が必要なくなるため、製造および保守の費用が著しく削減される。

エンジンを水中に沈めること、およびエンジンを駆動軸（プロペラ軸）に隣接して配置することによって、駆動軸が上方の表面エンジンから、水中に沈められたプロペラ軸まで下がっている従来の船外機と比較して、著しい軽量化を達成することができる。さらに、図２に示されている高出力密度２ストロークエンジンは、従来の船外機設計に一般的に見られる、同等の出力の４ストロークエンジンよりもずっと軽い。この図式的な軽量化により、船外機１００の取り付け、取り外し、運搬、および保管が容易になる。さらに、２ストロークエンジンは、４ストロークエンジンと比較して、低い回転（「ホールショット（ｈｏｌｅ ｓｈｏｔ）」）でより高いトルクを生成する。約２０〜４５馬力までの出力を有する船外機の場合、船外機１００をリュックサックまたは類似のキャリーバッグで運ぶことも可能である。軽量の船外機１００は、例えば、台車を用いたり、マリーナに一時保管したりする必要なく、車で容易に持ち帰ることができる。船外機１００はまた、船舶に搭載して格納するのが容易である。

従来の船外機に匹敵する出力を有しながら、重量および大きさが大幅に削減されることに加えて、船外機１００はさらなる利点ももたらす。例えば、上の表面エンジンから、水中に沈められたプロペラ軸へ延びる固定された駆動軸がないため、船外機の高さは、取り付け高さを考慮することなく調節することができる。さらに、直接水冷であるため、水冷マニホールドをフラッシングして洗浄する必要がないので、年末の点検を容易かつ安全にすることができる。さらに、水中に沈められたエンジンおよび減速駆動装置の前部領域が小さいことにより、著しい舵効果がもたらされる。図１で最もよく見ることができるように、水位線Ｗの下にある、船外機１００の沈んでいる部分は、前部領域が特に小さく、側面領域が比較的大きい、流線形を有する。この側面領域は、低速で船舶を操舵する能力を向上させる、舵効果の増大をもたらす。

図３および図４は、２つの別の動力伝達組立体１１０ａ、１００ｂを有するピストン１３０を示す（ピストン１４０用の動力伝達組立体も同一である）。

動力伝達組立体について説明する前に、図３を参照して、ピストン１３０の主な特徴が説明される。シリンダボア内で移動可能な、ピストン１３０の第１のヘッド（または燃焼ヘッド）１３１は、燃焼室１１２の移動可能な境界を形成する、作用面１３４を有する。燃焼ヘッド１３１は、作用面１３４から離れて延びる、延伸したピストンスカートを有する。第１のオイルシール１３５は、作用面１３４から十分に離してピストンスカートに取り付けられ、ピストン１３０の往復運動中に、吸気ポートおよび排気ポートを通過することはない。燃焼ヘッド１３１は、円筒形の外面に形成された溝に嵌合した、ガスシールリング１３６を有し、これは、燃焼ヘッド１３１とシリンダボアとの間にガスを通さない密封をもたらす。

ピストン１３０は、また、第２のヘッド（または掃気ヘッド）１３２を有し、これは、シリンダボア内で移動可能であり、掃気室１１３の移動可能な境界を形成する、作用面１３７を有する。掃気ヘッド１３２は、円筒形の外面に形成された溝に嵌合した、ガスシールリング１３８および第２のオイルシールリング１３９を有し、これは、掃気ヘッドとシリンダボアとの間に、ガスを通さず、かつオイルを通さない密封をもたらす。

ピストン１３０は、ピストンの往復運動の方向に延びるピストン軸線に垂直な軸線に沿って延びる、円形の貫通ボア１５０、およびボア１５０の軸線に略垂直な方向に延びる貫通スロット１５１をさらに有する。掃気ヘッド１３２は、共にボア１５０およびスロット１５１を画定している４つの連結部品１５２によって、燃焼ヘッド１３１に結合される。

これらの動力伝達組立体１１０ａ、１１０ｂは両方とも、ピストンと確実に接触する直線運動軸受を備え、直線運動軸受は、シリンダ軸線Ｃを実質的に横切る直線軸線に沿って、ピストンに対して移動するように配置された部分を有する。図３の配置では、直線運動軸受は、滑り軸受であり、図４の配置では、直線運動軸受は、転がり軸受である。

滑り軸受を含む動力伝達組立体１１０ａは、図５〜図９により詳細に示されている。滑り軸受１６０は、ボア１５０内で受けられ、ピストン１３０のボア１５０に係合する、部分的に円筒形の第１および第２の軸受面１６１を有する。滑り軸受１６０は、その厚さを貫通して延びるとともに、出力軸１０８の軸線と平行な軸線を有する、ボア１６３を含む。

図６および図７に最もよく示されているように、出力軸１０８は、主軸部１０８ａ、および偏心部１６２を有する。主軸部１０８ａは、ケーシング１０７の軸受（図示せず）に回転可能に取り付けられ、ピストン１３０のスロット１５１を通過する。偏心部１６２は、出力軸の回転軸線の方向で見るときは、円形に見える。偏心部１６２は、滑り軸受１６０のボア１６３に回転可能に取り付けられる。

ピストン１３０は、上死点位置（ＴＤＣ）と、下死点位置（ＢＤＣ）との間で往復運動しているときに、ケーシング１０７に対して移動可能である。ＴＤＣおよびＢＤＣとは、動作サイクル中のピストンの特定の位置のことを言い、エンジンの向きに関係なく用いられる。ピストン１３０がＴＤＣにあるとき、燃焼ヘッド１３１の作用面１３４が、ピストン１４０の作用面に最も近い位置にあり、その結果、燃焼室１１２の容積が最小になり、掃気室１１３の容積は最大になる。ピストン１３０がＢＤＣにあるときは、燃焼ヘッド１３１の作用面１３４が、ピストン１４０の作用面から最も遠い位置にあり、その結果、燃焼室１１２の容積が最大になり、掃気室１１３の容積は最小になる。

ピストン１３０が、ＴＤＣとＢＤＣとの間を往復運動の軸線に沿って移動するとき、滑り軸受１６０の部分的に円筒形の軸受面１６１が、ピストン１３０のボア１５０と摺動接触したままとなり、滑り軸受１６０は、ピストン軸線の方向へ、ピストンと共に移動する。偏心部１６２はさらに、往復運動においてシリンダ軸線を実質的に横切る移動経路に沿って、滑り軸受１６０をピストンに対して移動させる。滑り軸受１６０は通常、図７に示すように、出力軸１０８の中心線の周囲で円形の経路１６９をたどり、回転する偏心部１６２の中心点と共に移動する。滑り軸受１６０およびピストン１３０は、出力軸１０８の回転角度に対して、ピストン軸線の方向に単振動をたどる。

直線から回転への動力伝達機構（ピストン１３０のボア１５０、滑り軸受１６０、および出力軸１０８を含む）は、ガスシールリング１３６、１３８、およびオイルシールリング１３５、１３９によって、エンジンの吸気系から略密封され、かつ燃焼室１１２および掃気室１１１、１１３から略密封され、その結果、動力伝達機構は、ピストンの動力伝達組立体室内で自己完結する。

エンジンは、動力伝達機構を潤滑する、潤滑システムを有する。潤滑システムの一部は、出力軸１０８の中心線に沿って取られた、図９の断面図で示されている。潤滑システムは、主軸部１０８ａを通過する、オイル供給ライン１７０を備え、これは、偏心部１６２を通って径方向外向きに延びる、オイル補給ライン１７１に結合される。オイル補給ラインは、偏心部１６２の外側径方向表面に出口を有し、偏心部と滑り軸受１６０のボア１５０との間の境界面を潤滑するために、ここを通ってオイルが供給される。滑り軸受１６０は、ボア面１６３と、部分的に円筒形の軸受面１６１のうちの少なくとも１つとの間に延びる、少なくとも１つの送油ポート１７２を有し、軸受面１６１とピストン１３０のボア１５０との間の境界面を潤滑するために、ここを通ってオイルが供給される。図８に示すように、送油ポート１７２は、溝４５ａまたは４５ｂに出口を有する。この潤滑システムはドライサンプであり、サンプタンク１２０（図１を参照）を備える。潤滑システムは、壁に取り付けられたオイル噴出口（図示せず）をさらに有してもよく、これは、動力伝達機構に向かってオイルを噴霧する。

ＢＤＣから開始して、エンジンは以下の通りに動作する。

ａ）ピストンがＢＤＣからＴＤＣまで移動するとき、掃気ヘッド１３７の作用面１３２は、掃気室１１３の端部から離れるように移動し、これによって、掃気室の容積が増加する。掃気室１１３の容積が増加することにより、圧力が減少し、一方弁が開いて、吸気が吸気ダクトから掃気室の中に引き込まれる。吸気は吸入空気と燃料とを含み、燃料は、掃気室１１３の上流にある、気化器またはスロットルボディ、ならびに燃料噴射器（図１２に示す）によって吸入空気と混合されて、燃料／空気の混合気を形成する。ピストンがＢＤＣから離れた直後に、燃焼ヘッド１３１の円筒形の外面が移送ポートの出口を覆い、ガスが移送ポートを通って、掃気室１１３から燃焼室１１２の中に移動するのを略防止する。

ｂ）ピストンがＴＤＣに達して、ＢＤＣに向かって動き始めると、掃気ヘッド１３７の作用面１３２は、掃気室１１３の端部に向かって移動し、これによって掃気室の容積が減少し、吸気を圧縮する。一方弁が閉じて、掃気室１１３から吸気ダクトに戻る吸気の流れを略防止する。

ｃ）ピストン１３０がＢＤＣに達する直前に、燃焼ヘッド１３１のピストンスカートが、移送ポートの出口および排気ポートの覆いを外す。燃焼室１１２と掃気室１１３との間の圧力差により、吸気は移送ポートを通って、掃気室１１３から燃焼室の中に流れる。ピストンはその後ＢＤＣに達し、ＴＤＣに向かって戻り始める。

ｄ）ピストン１３０がＢＤＣに達した直後に、燃焼ヘッド１３１のピストンスカートが、移送ポートの出口および排気ポートを覆う。ピストンがＢＤＣからＴＤＣまで移動するとき、燃焼ヘッド１３１の作用面１３４は、燃焼室１１２のピストン１４０に向かって移動し、これによって吸気を圧縮する。

ｅ）ピストンがＴＤＣに近づくとき、点火プラグ１１５が火花を生成し、吸気の燃料／空気の混合気に点火する。吸気はその後、燃焼室内で燃焼し、結果として圧力が増加する。燃焼によって増加した圧力が、燃焼ヘッド１３１の作用面１３４に燃焼力を与え、出力ストロークでピストンをＢＤＣの方へ戻す。燃焼力は、燃焼ヘッド１３１から裏面を通り、上部軸受面１６１を通ってシャトル軸受１６０に、そして偏心部１６２に伝わって、出力軸１０８にトルクを印加し、その結果、ピストン１３０の往復運動は、出力軸の回転運動に変換される。

ｆ）ピストンがＢＤＣに近づくとき、燃焼ヘッド１３１のピストンスカートが、移送ポートの出口および排気ポートの覆いを外す。燃焼ガスまたは排気ガスは、燃焼室１１２から引き出されて、排気ポートを通って排気ダクトに入る。出力ストローク中に掃気室１１３で圧縮された新たな吸気は、その後、移送ポートを通って、燃焼室１１２の中に引き込まれ、排気ガスと置き換わる。

ピストン１４０は、同様に動作する。

図４に戻って、転がり軸受を含む別の動力伝達組立体について、ここで説明する。ピストン１３０は、図３を参照して上述したものと同一の基本構造を有し、同一の参照符号は、同一の部品を示すのに用いられている。

転がり軸受２６０を含む動力伝達組立体１１０ｂは、ボア１５０内で受けられるとともに、ピストン１３０のボア１５０に係合する、部分的に球形の外側軸受面２６１を含む。

図１０および図１１に最もよく示されているように、ボア１５０は、転がり軸受２６０の、部分的に球形の外側軸受面２６１と確実に接触する、部分的に球形の軸受軌道２６５を有する。転がり軸受２６０は、その厚さを貫通して延びるとともに、出力軸１０８の回転軸線と平行で、かつ離間された回転軸線を有する、ボア２６３を有する。出力軸１０８は、主軸部１０８ａ、および偏心クランクピン２６２を有する。主軸部１０８ａは、ケーシング１０７の軸受（図示せず）に回転可能に取り付けられ、ピストン１３０のスロット１５１を通過する。

ピストン１３０は、上死点位置（ＴＤＣ）と、下死点位置（ＢＤＣ）との間で往復運動しているときに、ケーシング１０７に対して移動可能である。ピストン１３０が、ＴＤＣとＢＤＣとの間で、その往復運動に沿って移動するとき、転がり軸受１６０の部分的に球形の軸受面２６１が、ピストン１３０のボア１５０の部分的に球形の軸受軌道２６５と転がり接触したままとなり、転がり軸受２６０は、ピストンボア１５０と転がり接触しながら、クランクピン２６２の軸線の周囲で回転する（これは、ピストンの往復軸線を横切る）。クランクピン２６２は、したがって、往復運動のシリンダ軸線を実質的に横切る移動経路に沿って、転がり軸受２６０をピストンに対して移動させる。転がり軸受２６０は通常、出力軸１０８の中心線の周囲で円形の経路をたどり、クランクピン２６２の中心点と共に移動する。転がり軸受２６０およびピストン１３０は、出力軸１０８の回転角度に対して、ピストン軸線の方向に単振動をたどる。

直線から回転への動力伝達機構１１０ｂは、直線から回転への動力伝達機構１１０ａについて上述したのと同一の方法で、エンジンの吸気系から略密封され、かつガスシールリング１３６、１３８、およびオイルシールリング１３５、１３９によって、燃焼室１１２および掃気室１１１、１１３から略密封される。使用されている直線から回転への動力伝達機構の種類にかかわらず、エンジンの動作も同じである。

上述の直線から回転への動力伝達機構は、標準的な２ストロークエンジンのクランク軸およびコンロッドの配列よりも、小型で堅牢かつ軽量な、直線から回転への運動連結器を提供する。これにより、エンジンの強度の増強、ならびに大きさおよび重量の低減が可能になり、その結果、出力密度および信頼性が最大化される。ピストン１３０をケーシング１０７に対して単振動で動かすことにより、従来のクランク軸およびコンロッド駆動のエンジンと比較して、エンジンのＴＤＣ滞留時間を増加させ、ＴＤＣピストン加速度を減少させることが可能になる。ＴＤＣ滞留時間を増加させることによって、燃焼効率が増加し、例えば、燃焼室内でより完全な燃料の燃焼が行われることが可能になり、その結果、燃費が低減され、未燃炭化水素の排出が削減される。また、点火進角を削減することができ、エンジンをより高いエンジン速度で運転することが可能になり、これにより、ギヤなしで速度範囲を大幅に広げることが可能になる。

ＴＤＣピストン加速度を低減することによって、エンジンにとってはＴＤＣにおけるピストン加速度のスパイクが抑えられ、したがって、部品の負荷が低減される。したがって、設計要件が低減され、その結果、エンジンの重量を最小限にすることができる。これにより、このエンジンは、船外機市場、およびその他の重量の影響を受ける用途に特に適するようになる。部品負荷を低減することにより、摩耗率も低減され、かつ部品の早期故障の可能性を減少させるので、エンジンの信頼性がより高まり、保守の必要性や修繕費用が削減される。

出力軸の回転に対して、ピストン１３０を単振動（ＳＨＭ）で運動させることによって、ＴＤＣおよびＢＤＣにおけるピストン加速度の相違もなくなり、その結果、ＴＤＣおよびＢＤＣにおけるバランス要件が同じになる。さらに、ピストン１３０および１４０を対向させて配置することによって、エンジンの略完璧なバランスが達成される。対向するピストン配置により、熱効率も向上する。

しかしながら、このＳＨＭ運動のエンジンバランスへの効果は、他方の加速度を打ち消すための対向するピストンがない、非対向ピストン構成において主に評価され得る。例えば、エンジンの２つの出力軸は、（回転する釣合錘を介して相殺できる）比較的小さいエンジンの不均衡を誘発するのみで、望ましくは位相をずらして駆動されてもよい。これは、おそらく燃料直噴システムが必要でない程度に、短絡を最小限に抑えるようにタイミング差を最適化できるので、排気ポートを早期に開く機会および閉じる機会の両方を与えて、エンジン効率を補助する。

図１２ａ〜図１２ｇは、各出力軸１０８、１０９に沿って見た、内燃エンジン１０５の拡大した断面図を示す。対向する構成で配置された、第１のピストン１３０および第２のピストン１４０の動作は、ＴＤＣ（図１２ａ）からＢＤＣ（図１２ｅ）まで見ることができ、その後ＴＤＣに戻る。第１のピストン１３０は、吸気動力伝達組立体を収容し、第２のピストン１４０は、排気動力伝達組立体を収容する。対向するピストン１３０、１４０は、以下で説明するように、位相をずらして作動される。

吸気ポート１３０ａは、エンジンケーシング１０７に設けられ、シリンダ１０６の燃焼室１１２の右側と連通する。排気ポート１４０ａは、エンジンケーシング１０７に設けられ、シリンダ１０６の左側と連通する。

図１２ａに示すように、第１のピストン１３０の動力伝達組立体の転がり軸受２６０は、偏心クランクピン２６２が、シリンダ軸線Ｃに対して―２０度になるように配置され、その一方で、第２のピストン１４０の動力伝達組立体の転がり軸受２６０は、偏心クランクピン２６２が、シリンダ軸線Ｃに対して０度になるように配置される。第１のピストン１３０の作用面１３４は、第２のピストン１４０の作用面１４４に最も近い位置にあり、その結果、燃焼室１１２の容積は、ＴＤＣ位置において最小になる。

４５度回転させた後に、第１のピストン１３０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して２５度になり、その一方で、第２のピストン１４０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して４５度になる（図１２ｂを参照）。

さらに４５度回転させた後に、第１のピストン１３０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して７０度になり、その一方で、第２のピストン１４０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して９０度になる（図１２ｃを参照）。

さらに４５度回転させた後に、第１のピストン１３０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して１１５度になり、その一方で、第２のピストン１４０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して１３５度になる（図１２ｄを参照）。排気ポート１４０ａは、引き出された第２のピストン１４０によって燃焼室１１２に露出され、その一方で、吸気ポート１３０ａは、まだ第１のピストン１３０で覆われている。

さらに４５度回転させた後に、第１のピストン１３０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して１６０度になり、その一方で、第２のピストン１４０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して１８０度になる（図１２ｅを参照）。第１のピストン１３０の作用面１３４は、第２のピストン１４０の作用面１４４から最も遠い位置にあり、その結果、ＢＤＣ位置において、燃焼室１１２の容積が最大になる。排気ポート１４０ａおよび吸気ポート１３０ａは両方とも、燃焼室１１２に露出される。

さらに４５度回転させた後に、第１のピストン１３０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して２０５度になり、その一方で、第２のピストン１４０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して２２５度になる（図１２ｆを参照）。排気ポート１４０ａは、前進する第２のピストン１４０で覆われ、その一方で、吸気ポート１３０ａは、まだ燃焼室１１２に露出している。

さらに４５度回転させた後に、第１のピストン１３０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して２５０度になり、その一方で、第２のピストン１４０の偏心クランクピン２６２は、シリンダ軸線Ｃに対して２７０度になる（図１２ｇを参照）。排気ポート１４０ａおよび吸気ポート１３０ａは両方とも、第２のピストン１４０および第１のピストン１３０の各々で覆われる。

したがって、排気ポート１４０ａの開閉は、対称的な排気および吸気のタイミングから外れるために、位相をずらしてクランクピン２６２を移動させることによって、吸気ポート１３０ａの開閉に先駆けて進められ、これにより、従来の２ストロークに関連する、短絡の削減に役立てることができる。

従来のクランク軸およびコンロッドの機構によって引き起こされるピストンのスラスト負荷は、滑り軸受の配置の幾何学的形状によって、おおよそ半分になる。

ピストンの側面負荷を削減または排除することによって、本発明は、エンジンの摩擦損失を削減し、その結果、効率が向上し、ピストンおよびシリンダ側壁の摩耗率が低下し、その結果、信頼性が向上して保守費用が最小限になる。

吸気系から分離した、動力伝達機構の潤滑により、エンジンは、従来の２ストロークエンジンで作動されるような全損式潤滑システムを必要としない。本エンジンは、したがって、気相燃料を含む様々な燃料を用いて運転することができ、これらは潤滑軸受ではない。したがって、オイルがエンジンから排気ガスと共に流出しないので、エンジンからの排出は、従来の２ストロークエンジンよりもはるかに低い。これにより、排出が多いために従来の２ストロークエンジンが敬遠される近年の傾向の中で、船外機用途に非常に良い相乗効果がもたらされる。

部分的に円筒形の滑り軸受面１６１、または部分的に球形の転がり軸受面２６１により、直線運動軸受が、ピストンボア１５０内のピストン軸線を横切る軸線の周囲で、少なくとも部分的に回転することが可能になる。これにより、動力伝達組立体のいずれかの部品にわずかなずれがある場合に、直線運動軸受が、ピストンとの良好な接触を維持することが可能になる。動力伝達組立体は、したがって、ずれに対する耐性がある。

別の実施形態では、滑り軸受は、１つ以上の部分的に球形の軸受面を有してもよく、これにより、ピストンに対する滑り軸受の往復運動の方向と平行な軸線と、ピストン軸線に垂直かつピストンに対する滑り軸受の移動の方向に垂直な軸線との両方の周囲で回転することが可能になる。これにより、部品のずれおよび摩耗に対する耐性と、さらにＴＤＣ滞留時間の増加とを併せた利点がもたらされる。

図１３ａは、上述したエンジンの任意の変形例に用いられる、エアアシスト燃料噴射ポンプを示す。図１３は、図４、図１０、および図１１を参照して上述したものと同一の転がり軸受を含む、直線から回転への動力伝達機構３１０を介して、出力軸３０８に連結されたピストン３３０を示す。同様に、滑り軸受の変形例が使用されてもよく、その他の任意適切な直線運動軸受の動力伝達機構が使用されてもよい。エンジンは、掃気室３１１の中に開いている吸気口３０１、燃焼室３１２から開いている排気出口３０２、および掃気室３１１と燃焼室３１２との間に延びる移送導管３０３を有する。

ピストンの「低温の」第２のヘッド３３１は、ポンプ４００に機械的に連結される。ポンプ４００は、シリンダ４０２内で往復運動するように配置されたピストン４０１を含む。シリンダは、吸気ポート４０３、および高圧移送導管４０５に連結された、圧縮空気排気ポート４０４を有する。高圧移送導管４０５のもう一方の端部は、燃料入口４０７を有するエアアシスト燃料直噴装置４０６に開いている。

上述したエンジンの任意の変形例で用いるための、燃料噴射ポンプの別の実施形態が、図１３ｂに示されている。同一の参照符号は、同一の部品を示すのに用いられる。図１３ｂでは、高圧移送導管４０５のもう一方の端部は、短絡を最小限にし、かつ燃料／空気の混合を最大化するために、具体的には点火プラグ４０９に向けられている燃料噴射ポート４０８を介して排気する。燃料噴射ポート４０８は、未燃炭化水素の短絡による排出を最小限にするために、制限オリフィスによって効果的に遅延されてもよい。

燃料噴射ポート４０８は、燃料の完全な混合を促進するために、空気と燃料との両方を補給されてもよい。これは、希薄燃焼能力を生成するために用いられてもよく、これにより燃料／空気の混合気の局所的に濃い部分を燃焼室３１２に向けることができ、低出力が求められる状況において、吸気を絞る必要性を低減する。

ピストン３３０が、シリンダ内を往復運動で移動するとき、エアアシスト燃料直噴装置４０６に空気を高圧で供給するために、ポンプ４００が駆動される。当業者には知られているように、直噴により、ピストンが上昇して排気ポートを閉じた後にのみ、燃料が噴射されることが可能になり、未燃炭化水素の排出の大部分を排除する。これは、未燃炭化水素が排出される可能性がある、従来の２ストロークエンジンに起こりがちな短絡の問題の解決に役立つ。移送導管４０５内の空気圧は、通常は移送導管３０３内の空気圧よりも高いが、必ずしもそうである必要はない。

別の実施形態では、半直接噴射をもたらすために、ポンプ４００が駆動されてガス燃料を高圧で噴射ポート４０８に供給し、噴射ポート４０８は、燃料の短絡を最小限にするように、意図的に配置されかつ向けられる。噴射ポート４０８の直径は、噴射ポートの開放時間の後半に噴射が起きるように、流れを制限するような大きさにされてもよく、これにより燃料の短絡が最小限になる。噴射されるガスの容量は、容積式ポンプ４００の掃引容積によって決定されてもよく、ポンプ４００の吸気口の絞り弁の位置によって調節されてもよい。

出力軸から空気圧縮機を駆動させるのではなく、ピストン３３０の第２のヘッド３３１を用いて、小口径ポンプ４００を直接駆動させることによって、エンジンの前部領域を小さく留め、例えば船外機用の、流線形のエンジン用途に特に適するようになる。

ガス燃料を理論混合比で送達するように、ポンプピストン４０１の直径の大きさを定めることによって、電子燃料噴射システムおよび従来の気化器を使用しなくてもよくなる。

シリンダ内で噴射ポート４０８を排気ポート３０２よりも低く配置することによって、シリンダ圧を部分的に、または完全に排出することができ、これはつまり、噴射ポートが高い燃焼圧にさらされておらず、機械的制御弁も電子的制御弁も必要としないことを意味する。

図１３ａおよび図１３ｂは、それぞれ単一のピストンを示しているが、エアアシスト燃料噴射ポンプ、または半直接燃料噴射ポンプが図２の対向するピストン配列に、用いられてもよいことが理解されよう。

別の配列では、ポンプは、ピストンの第２のヘッドに機械的に連結されてもよく、直噴噴射器以外の用途用に、圧縮空気その他のガスの供給をもたらすために用いられてもよい。

図１４および図１５は、上述のエンジンで使用するための回転ディスクタイミング弁を示す。上述したように、従来の２ストロークエンジンには、対称的な排気開／閉タイミングの制限によって短絡の問題があり、未燃炭化水素が漏れる可能性がある。上述のエンジンの小型化によって、排気ポート５０１が出力軸１０８に非常に近くなり、最適な時間で排気ポートを閉じるために、回転ディスク排気タイミング弁５０２を用いることが現実的になる。排気弁を開くタイミングを最適化することによって、高価な部品や、多数の部品を有する複雑な組立体を必要とすることなく、排出削減を達成することができる。また、排気ガス中の粒子状物質が削減されているため、ディスク弁は、ガス燃料を使用することで、摩耗が最小限になる利点が得られる。したがって、回転ディスク排気タイミング弁は、上述したエンジンの様々な態様に、著しい相乗効果をもたらす。

図１６および図１７は、船外機用途に用いる別のピストン配列を示し、エンジン設計の優れた拡張性を示している。図１６から、１つのプロペラ軸８０２を駆動させる多数（この事例では６つ）のピストン８０１ａ〜ｆが、図１および図２のエンジンと比較してエンジンの前部領域を増加させることなく、直列に配置されているのを見ることができる。各ピストン８０１ａ〜ｆは、各動力伝達組立体を介して、各出力軸８０３ａ〜ｆに連結される。出力軸８０３ａ〜ｆは、上述したように、かさ歯車を介して、プロペラ軸８０２にトルクを伝達する。ピストンは、隣接するピストンの第１のヘッド同士が向かい合うように、かつ隣接するピストンの第２のヘッド同士が向かい合うように、対向して配置される。これにより、ピストンが１つおきに燃焼室を共有するようになる。前述したように、１つの共通のプロペラ軸によって、各ピストン８０１ａ〜ｆのタイミングのための機械的同期がもたらされ、優れたエンジンバランス、およびエンジンの振動の最小化が保証される。

図１７は、複数のピストンが共通の出力軸に連結されている、代替案を示す。ピストン９０１ａおよび９０１ｂは、出力軸９０３ａを駆動させるように配置され、それに対してピストン９０１ｃおよびピストン９０１ｄは、出力軸９０３ｂを駆動させるように配置される。ピストン９０１ａおよび９０１ｃは、対向して配置され、共通の燃焼室を共有する。ピストン９０１ｃおよび９０１ｄは、掃気室が向かい合うように（ただし共有しないように）対向して配置される。出力軸９０３ａおよび９０３ｂは、（例えば、図示されていないかさ歯車を介して）共通のプロペラ軸にさらに連結される。

図１８は、ピストンの長さに沿って選択され得る、異なるピストン―ボア間の隙間を示すように、上述のエンジンのピストン１３０を詳細に示す。従来のピストンは、一般的な小型化および往復質量の削減によって得られる利点のために、年月を経てよりディスク状に近くなっている。しかしながら、このことにより、ピストンの安定性に課題が生まれ、かつ一般にピストン―ボア間の隙間を密にすることが求められている。一方、両末端型ピストンは自然に安定しており、所望される場合は隙間を大きくすることが可能である。

図１８に示すように、第１のヘッド１３１の領域にあるピストンの「高温」ヘッドは、ピストン―ボア間の隙間が大きい。両末端型のピストンは、高温の頂部の裏側にあるピストンの細長い安定部によって、この領域の過剰な隙間に対して、より耐性がある。第１のオイルリングシール１３５と第２のオイルリングシール１３９との間に略延びている領域は、ピストン―ボア間の隙間が密である。両末端型のピストンは、必然的に、このぴったりと合った嵌合径を伸長するので、ピストンの揺動が最小化される。

これのさらなる利点は、従来の２ストロークエンジンでは、ピストンが排気ポート等の大きいポートに向かって押し込まれるのを避けるように、シリンダポートを配置しなければならないシリンダポートの領域に、いかなるスラスト負荷も存在しないことである。オイルリングシール１３５とオイルリングシール１３９との間に延びている領域は、あらゆるスラスト負荷に耐え、これはつまり、シリンダポートの位置について妥協しなくてもよく、シリンダボアの途切れのない部分を使用できることによって、ピストンの摩耗が最小化されることを意味する。

図１９および図２０は、ボア１５０ａがピストン軸線に対して、略９０度未満のある角度シータで傾けられている、ピストン１３０ａの別の変形例を示す。この方法では、直線運動滑り軸受（図示せず）は、シリンダ軸線に対して実質的に傾斜した直線軸線に沿って、ピストンに対して往復運動で動くように配置される。

上述の実施形態では、エンジンは、燃焼室内で移動可能な第１のヘッドと、掃気室内で移動可能な第２のヘッドとを有する両末端型のピストンを用いた、２ストロークで動作している。別の実施形態では、両末端型ピストンは、第１の燃焼室内で移動可能な第１のヘッド、および第２の燃焼室内で移動可能な第２のヘッドを有してもよく、第１および第２の燃焼室に交互に吸気を供給するために配置された外部過給機を有する。図２１ａ〜図２１ｈは、エンジン１０００の１サイクルを示す。

ピストン１００１は、第１のヘッド１００２と、第１の燃焼室１００５および第２の燃焼室１００６を画定するシリンダ１００４内で移動可能な、第２のヘッド１００３とを備える。上述した転がり軸受等の、直線運動軸受の動力伝達組立体は、直線のピストン運動を、出力軸１００７の回転運動に変換する。燃焼室１００４、１００５は、過給機１０１０に連結されたそれぞれの吸気口１００８、１００９、およびそれぞれの排気口１０１１、１０１２を有する。

図２１ａのＴＤＣから開始して、第１の点火プラグ１０１３が、第１の燃焼室１００５の給気に点火する一方で、第２の燃焼室１００６に新たな給気が補給される。図２１ｂの第１の出力ストロークで、第１の燃焼室１００５の給気が燃焼してピストン１００１を下方に動かし、図２１ｃに示すように、ピストンが吸気口１００９を閉ざすまで、第２の燃焼室１００６へ動かす。ピストン１００１は引き続き下方へ動いて、第２の燃焼室１００６の給気を圧縮する一方で、第１の排気口１０１１が、図２１ｄに示すように、燃焼ガスを第１の燃焼室から排出するように開く。図２１ｅに示すＢＤＣでは、第２の点火プラグ１０１４が、第２の燃焼室１００６の給気に点火する一方で、第１の燃焼室１００５に新たな給気が補給される。図２１ｆの第２の出力ストロークで、第２の燃焼室１００６の給気が燃焼してピストン１００１を上方に動かし、図２１ｇに示すように、ピストンが吸気口１００８を閉ざすまで、第１の燃焼室１００６へ動かす。ピストン１００１は引き続き上方へ動いて、第１の燃焼室１００５の給気を圧縮する一方で、第２の排気口１０１２が、図２１ｈに示すように、燃焼ガスを第２の燃焼室から排出するように開く。このサイクルが繰り返される。

ピストン１００１は、第１のヘッドとシリンダとの間に、第１のピストン―ボア間の隙間を有してもよく、これは、第１のオイルシールに隣接する領域から、第２のオイルシールに隣接する領域までの間に延びる、第２のピストン―ボア間の隙間よりも大きい。第２のヘッドとシリンダとの間の第３のピストン―ボア間の隙間は、第２のピストン―ボア間の隙間よりも大きくてもよい。

エンジン１０００は、任意の組み合わせで、上述した本発明の他の態様と共に使用されてもよい。特に、直線運動軸受の動力伝達組立体は、転がり軸受ではなく、図５〜図９に対して上述した滑り軸受を使用してもよい。

エンジン１０００は、例えば、船舶用の推進ユニットに使用されてもよい。小動力密度エンジン１０００は、多量の冷却水を供給するために水中に沈められるが、これは、クランク軸が回転する毎に高温の燃焼ガスを２回受ける、両末端型ピストンの冷却要件を満たすのに役立つ。外部過給機は、水位線Ｗの上方に位置しており、過給機まで垂直に延びる、１つ以上のクランク軸によって駆動されてもよい。

図２２ａおよび図２２ｂは、船舶用の代替的な船外機１１００を示す。船外機１１００は、船舶（図示せず）の後部トランサムから延びる、（使用中に）意図される水位Ｗの下にある、本体／ステアリングポスト１１０１、ならびに通常は水位Ｗよりも下にある、沈められた内燃エンジンおよび減速駆動装置１１０２を備える。オープンプロペラ１１０３は、内燃エンジンおよび減速駆動装置１１０２によって回転駆動されるように、細長い駆動軸１１０４で連結される。船外機１１００は、水中に沈められた内燃エンジンおよび減速駆動装置１１０２を有するステアリングポスト１１０１の端部と、駆動軸１１０４との間に、滑節１１０５をさらに備える。バッシュガード１１０６の形状の遮蔽物が、滑節１１０５とプロペラ１１０３との間に配置される。上述したように、内燃エンジン１１０２は、図２の内燃エンジン１０２と比較して９０度に配向され、その結果、そのシリンダ軸線Ｃは、プロペラの回転軸線に垂直に配向される。

したがって、ピストンは、船舶の進行方向と略平行な平面で往復運動する代わりに、進行方向に略垂直に往復運動する。平歯車減速ギヤが、上述した実施形態にあるようなかさ歯車の代わりに用いられる。

トランサムから離れて延びる、細長い駆動軸１１０４を有する船外機１１１０の配置は、浅瀬を航行しているときに、操舵手が障害物を予測することができ、かつ駆動軸１１０４が滑節１１０５で枢動できることにより、ステアリングポスト１１０１を進行方向に引くことで、プロペラ１１０３が水から持ち上がるか、または障害物が除去されることを意味する。バッシュガード１１０６を設けることにより、このような障害物に気付かなかった場合に、バッシュガード１１０６が水中を通過する際に生成した揚力によって、内燃エンジンが保護され、細長い駆動軸１１０４およびプロペラ１１０３が、水位Ｗの方へ向かうように促される。

上述したエンジンは、船舶用の船外機での使用に対して説明されているが、上述したエンジンは、様々な用途への幅広い適応性を有することが理解されよう。例えば、可搬型発電機／範囲拡張器、オートバイ／自動車、手工具、可搬型屋外用機器／工具、航空宇宙等に、高出力密度の軽量エンジンが用いられてもよい。前部領域が小さいエンジンは、例えば小型航空機に特に適している場合がある。

１つ以上の好ましい実施形態を参照して、本発明が上述されたが、添付の特許請求の範囲で定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更または修正がなされ得ることが理解されよう。

Claims (48)

1. シリンダ内でシリンダ軸線に沿って往復直線運動するように取り付けられたピストンを備える内燃エンジンであって、
   前記ピストンが、前記ピストンの直線運動を出力軸の回転運動に変換するために配置された動力伝達組立体によって前記出力軸に連結され、前記ピストンが、前記ピストンの一端にあって第１のチャンバ内で移動可能な第１のヘッド、および前記ピストンの対向する端部にあって第２のチャンバ内で移動可能な第２のヘッドを有し、前記動力伝達組立体が、前記動力伝達組立体の運動部品を潤滑するための潤滑システムを有し、前記潤滑システムが、前記潤滑システムから前記第１のチャンバおよび前記第２のチャンバへ流体が流れるのを防止するために、前記第１のチャンバおよび前記第２のチャンバから密封されている、内燃エンジン。
2. 前記動力伝達組立体が、前記ピストンと確実に接触する直線運動軸受を含む、請求項１に記載の内燃エンジン。
3. 前記直線運動軸受が、滑り軸受または転がり軸受である、請求項２に記載の内燃エンジン。
4. 前記直線運動軸受が、前記シリンダ軸線を実質的に横切る直線軸線に沿って、前記ピストンに対して移動するように配置された部分を有する、請求項３に記載の内燃エンジン。
5. 前記直線運動軸受が、前記シリンダ軸線に対して実質的に傾斜した直線軸線に沿って、前記ピストンに対して移動するように配置された部分を有する、請求項３に記載の内燃エンジン。
6. 前記直線運動軸受が、非平面の軸受面を介して前記ピストンに連結されることによって、前記直線運動軸受が回転可能になる、請求項２〜５のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
7. 前記動力伝達組立体が、前記出力軸が前記ピストンの前記第１のヘッドと前記第２のヘッドとの間にあるように配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
8. 前記動力伝達組立体の片側で、前記ピストンと前記シリンダとの間にある第１のオイルシール、および前記動力伝達組立体のもう一方の側で、前記ピストンと前記シリンダとの間にある第２のオイルシールをさらに備える、請求項７に記載の内燃エンジン。
9. 前記第１のチャンバが燃焼室であり、前記第２のチャンバが、前記燃焼室に吸気を供給するように配置された掃気室である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
10. 前記第１のヘッドと前記シリンダとの間の第１のピストン―ボア間の隙間が、前記第１のオイルシールに隣接する領域から、前記第２のオイルシールに隣接する領域までの間に延びる第２のピストン―ボア間の隙間よりも大きい、請求項８および９に記載の内燃エンジン。
11. 前記掃気室と前記燃焼室との間に延びる第１の移送導管をさらに備える、請求項９または１０に記載の内燃エンジン。
12. 前記ピストンの運動によって駆動されるポンプをさらに備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
13. 前記第１のチャンバが燃焼室であり、前記ポンプが、前記燃焼室に出口を有する燃料噴射システムに加圧ガスを供給するために配置されている、請求項１２に記載の内燃エンジン。
14. 前記ポンプと前記燃料噴射システムとの間に延びる第２の移送導管をさらに備える、請求項１３に記載の内燃エンジン。
15. 前記第２の移送導管が、燃料噴射ポートに燃料を供給するために配置されている、請求項１３に記載の内燃エンジン。
16. 前記燃料噴射ポートが、前記第２の移送導管によって供給されるガスを制限する大きさにされ得る、請求項１５に記載の内燃エンジン。
17. 前記第２の移送導管が、前記第１の移送導管よりも高圧でガスを送るように配置されている、請求項１１に従属する場合の請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
18. 前記ポンプが、往復ピストンを備える、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
19. 前記往復ピストンが、理論燃焼比のための特定の量の燃料を送る大きさの直径を有する、請求項１８に記載の内燃エンジン。
20. 前記第１のチャンバが第１の燃焼室であり、
    前記第２のチャンバが第２の燃焼室であり、前記第１および前記第２の燃焼室に交互に吸気を供給するために配置された外部過給機をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
21. 前記第１のチャンバが、２ストロークで動作する第１の燃焼室であり、
    前記第２のチャンバが、４ストロークで動作する第２の燃焼室であり、前記第１の燃焼室に吸気を供給するために配置された外部過給機をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
22. 前記第１のチャンバが、２ストロークで動作する第１の燃焼室であり、
    前記第２のチャンバが、４ストロークで動作する第２の燃焼室であり、前記第１の燃焼室に供給、または前記第１の燃焼室と前記第２の燃焼室との両方に供給するかのいずれかで、吸気を供給するためのターボ過給機をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
23. 前記第１のヘッドと前記シリンダとの間の第１のピストン―ボア間の隙間が、前記第１のオイルシールに隣接する領域から、前記第２のオイルシールに隣接する領域までの間に延びる第２のピストン―ボア間の隙間よりも大きい、請求項８および２０に記載の内燃エンジン。
24. 前記第２のヘッドと前記シリンダとの間の第３のピストン―ボア間の隙間が、前記第２のピストン―ボア間の隙間よりも大きい、請求項２３に記載の内燃エンジン。
25. 複数の前記ピストンを備える、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
26. 前記ピストンの２つ以上が、共通のシリンダ内で往復直線運動するように取り付けられている、請求項２５に記載の内燃エンジン。
27. 互いに隣接する前記ピストンの対が、対向して配置されて共通の燃焼室を共有する、請求項２６に記載の内燃エンジン。
28. 前記ピストンの各々が、それぞれの動力伝達組立体に連結されている、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
29. 前記動力伝達組立体が、互いに隣接する前記ピストンの対を位相をずらして動作させるように構成されている、請求項２８に記載の内燃エンジン。
30. 複数の前記動力伝達組立体が、共通の出力軸に連結されている、請求項２８または２９に記載の内燃エンジン。
31. 前記ピストンの各々が、前記動力伝達組立体のそれぞれの１つによって、各出力軸に連結されている、請求項２８または２９に記載の内燃エンジン。
32. 前記出力軸が、１つ以上の駆動軸を回転駆動させるように構成され、前記１つ以上の駆動軸が、前記シリンダ軸線と略平行な駆動軸線の周囲で回転可能である、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
33. １つの駆動軸が、複数の出力軸によって駆動されるように構成され、前記複数の出力軸の回転位置を同期させる機械的連結をさらに有する、請求項３２に記載の内燃エンジン。
34. ２サイクルエンジンである、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
35. 気相燃料を動力とする、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の内燃エンジン。
36. 請求項１〜３５のいずれか一項に記載の内燃エンジンを備える、船舶用の推進ユニット。
37. 前記内燃エンジンによって回転駆動されるように配置された、プロペラおよびインペラのうちの１つをさらに備える、請求項３６に記載の推進ユニット。
38. 前記シリンダ軸線が、前記プロペラまたは前記インペラの回転軸線と略平行に配向される、請求項３７に記載の推進ユニット。
39. 前記シリンダ軸線が、前記プロペラまたは前記インペラの回転軸線に略垂直に配向される、請求項３７に記載の推進ユニット。
40. 前記内燃エンジンが、前記船舶が運転される水体の表面の下に沈んだ排気出口を有する、請求項３６〜３９のいずれか一項に記載の推進ユニット。
41. 前記エンジンの上方にステアリングポストをさらに備える、請求項３６または４０に記載の推進ユニット。
42. 前記ステアリングポストが、呼吸用シュノーケル、燃料供給ライン、プルスタータ、およびエンジン制御用電子機器のうちの１つ以上を備える、請求項４１に記載の推進ユニット。
43. 前記ステアリングポストと前記出力軸との間に滑節をさらに備える、請求項３３に従属する場合の請求項４１または４２に記載の推進ユニット。
44. 前記滑節と、前記プロペラまたは前記インペラとの間に配置された遮蔽物をさらに備える、請求項４３に記載の推進ユニット。
45. 前記内燃エンジンが、少なくとも部分的に、前記船舶が運転される水体の表面の下に沈んで動作するように構成されている、請求項３６〜４４のいずれか一項に記載の推進ユニット。
46. 前記内燃エンジンが、前記囲んでいる水体によって前記エンジンの直冷をもたらすように配置されたケーシングをさらに備える、請求項４５に記載の推進ユニット。
47. 前記内燃エンジンが、前記囲んでいる水体に伝達される熱を調節するために、断熱塗料で被覆される、請求項４５に記載の推進ユニット。
48. 前記内燃エンジンが、水の局所的に温かい部分を保持するために、前記ケーシングを囲むカウリングをさらに備える、請求項４５に記載の推進ユニット。

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