JP2022511001A - ピストンロッド及びフリーピストンエンジン - Google Patents

Abstract

内燃機関は、エンジンブロックと、少なくとも１つの燃焼室を区画するシリンダと、シリンダ内のピストンと、を含む。ピストンは、シリンダの一端から他端まで第１ストロークで移動し、ガスの膨張圧力下でピストンが移動する間は第１ストロークの膨張ストローク部分を可能にし、膨張ストローク部分に続く第１ストロークの残りの部分では第１ストロークの弾みストローク部分を可能にするように、シリンダに対して相対的なサイズが決められている。ピストンロッドには、ピストンが第１位置にあるときに第１燃焼室とシリンダの外部の領域との間でガスを流動させ、ピストンが第２位置にあるときに第２燃焼室とシリンダの外部の領域との間でガスを流動させる通路が形成される。
【選択図】図３

Description

本開示は、内燃機関の分野に関し、より詳細には、フリーピストンを有する内燃機関の分野に関するものである。

内燃機関が知られている。ピストンエンジンの最も一般的なタイプは、２ストロークエンジンと４ストロークエンジンである。これらのタイプのエンジンは、比較的多数の部品を含み、適切に機能するために、多数の補助システム、例えば、潤滑システム、冷却システム、吸排気弁制御システムなどを必要とする。

いくつかの実施形態は、リニアレシプロエンジンに関するものであってもよい。リニアレシプロエンジンは、内燃機関を含んでもよい。内燃機関は、第１端に第１燃焼室を有し、反対側の第２端に第２燃焼室を有するシリンダと、シリンダ内に摺動可能に取り付けられたピストンと、ピストンを介して両燃焼室内に延びる通路を有するピストンロッドと、を含んでいてもよい。第１燃焼室にガスを選択的に供給するために、第１燃焼室に出入りするように構成されたピストンロッドの第１側の少なくとも１つの第１開口と、第２燃焼室にガスを選択的に供給するために、第２燃焼室に出入りするように構成されたピストンロッドの第２側の少なくとも１つの第２開口とを設けてもよい。ピストンは、第１開口が第１燃焼室の外側にあり、第２開口が第２燃焼室の内側にある第１位置と、第１開口が第１燃焼室の内側にあり、第２開口が第２燃焼室の外側にある第２位置との間で摺動可能であってもよい。

いくつかの実施形態によれば、２つの燃焼室のそれぞれに別々のタイミングでガスを供給することができるエンジンを提供してもよい。ガスは、ピストンロッドに設けた通路を流れるように常時供給されていてもよい。一方、第１開口及び第２開口のうちのいずれか一方がシリンダと連通するときにのみ、ガスがシリンダに入るようにしてもよい。第１開口は、１以上の開口を含んでいてもよく、第２開口は、１以上の開口を含んでいてもよい。ガスは、エンジンのストロークの様々な段階において、両方の燃焼室に適切に供給するために、ピストンロッドを流動してもよい。

本発明の例示的な利点及び効果は、特定の実施形態が図示及び例示によって示されている添付図面を参照した以下の説明から明らかになるであろう。本明細書に記載されている例は、本開示のいくつかの例示的な態様に過ぎない。前述の一般的な説明と以下の詳細な説明の両方は、例示的かつ説明的なものであり、本発明を制限するものではないことが理解されるはずである。

本開示の実施形態に係るフリーピストンエンジンの斜視図である。 本開示の実施形態に係る、シリンダの右側の上死点にピストンがある状態に於ける図１のエンジンの部分断面斜視図である。 本開示の実施形態に係る図１のエンジンの断面斜視図である。 本開示の実施形態に係るピストンキットの図である。 本開示の実施形態に係るピストンキットの図である。 本開示の実施形態に係るピストンキットの図である。 本開示の実施形態に係る、シリンダの右側の上死点にピストンがある状態に於ける図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、シリンダの右側からシリンダの左側へのストロークの拡張部分にピストンがある状態に於ける図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、シリンダの右側からシリンダの左側へのストロークの拡張部分の終わりにピストンがある状態に於ける図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、シリンダの左側でガスを圧縮する初期段階で、ピストンがストロークの弾み部分にある状態に於ける図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、図８に示された圧縮を超えてシリンダの左側で圧縮が続いているときの図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、シリンダの左側でピストンが上死点にある状態に於ける図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、シリンダの左側からシリンダの右側へのストロークの拡張部分にピストンがある状態に於ける図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、シリンダの左側からシリンダの右側へのストロークの拡張部分の終わりにピストンがある状態に於ける図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、シリンダの右側でガスを圧縮する初期段階にある、ストロークの弾み部分に於ける図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、図１３に示された圧縮を超えてシリンダの右側で圧縮が続いているときの図１のエンジンの断面図である。 本開示の実施形態に係る、ピストンがシリンダの左側の上死点にある状態に於けるエンジンの断面図である。

本開示は、内燃機関に関するものである。本開示は、フリーピストンエンジンの例を提供するが、その最も広い意味での本開示の態様は、フリーピストンエンジンに限定されないことに留意すべきである。むしろ、前述の原理は、他の内燃機関にも適用できるものである。

本明細書で使用されるように、特に別段の記載がない限り、「又は」という用語は、実現不可能な場合を除き、すべての可能な組み合わせを包含する。例えば、構成要素がＡ又はＢを含むと記載されている場合、特に他に記載されていないか、実現不可能でない限り、構成要素はＡ、Ｂ、又はＡ及びＢを含んでもよい。第２例として、構成要素がＡ、Ｂ、又はＣを含むと記載されている場合、特に他に記載されていないか、実現不可能でない限り、構成要素はＡ、Ｂ、又はＣ、若しくはＡ及びＢ、Ａ及びＣ、又はＢ及びＣ、若しくはＡ、Ｂ及びＣを含んでもよい。

本開示に係る内燃機関は、エンジンブロックを含んでもよい。「エンジンブロック」という用語は、「シリンダブロック」という用語と同義にも使用され、ピストンを収容する少なくとも１つのシリンダを含む統合された構造体を含んでもよい。フリーピストンエンジンブロックの場合、エンジンブロックは、単一のシリンダを含んでもよいし、複数のシリンダを含んでもよい。

本開示に係るシリンダは、エンジンブロック内の少なくとも１つの燃焼室を構成してもよい。本開示に係るいくつかの内燃機関では、燃焼室は、エンジンブロック内のシリンダの片側に配置されてもよい。本開示に係るいくつかの内燃機関では、エンジンブロック内のシリンダの両側に１つずつ２つの燃焼室を含んでもよい。

本開示の実施形態はさらに、シリンダ内にピストンを含んでもよい。フリーピストンエンジンで使用される本開示のいくつかの実施形態によれば、ピストンは、反対側の２つのヘッドを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ピストンは、シリンダ内に「摺動可能に取り付けられている」と考えてもよい。これは、ピストンが、シリンダの一方の側から他方の側へと、シリンダ内の複数の位置を摺動することができることを意味する。本開示では、ピストンの例を説明しているが、広い意味で本発明は、特定のピストンの構成又は構造に限定されるものではない。

図１は、本開示に係るフリーピストンエンジン１０の例示的な実施形態を示す。本明細書で単にエンジンと呼ばれることもあるフリーピストンエンジン１０は、内燃機関の一例である。フリーピストンエンジン１０は、エンジンブロック８を含む。少なくとも１つの燃焼室を画定するシリンダ１２が、エンジンブロック８に含まれ、中心となる長手方向の軸Ａを有し、図２に示すように、シリンダ１２に取り付けた両面ピストン５０を有していてもよい。ピストン５０は、シリンダの第１端からシリンダの反対側の第２端まで第１ストロークで移動し、シリンダの第２端からシリンダの第１端まで戻る第２ストロークで移動するように構成してもよい。図２は、図１のエンジンの部分断面斜視図を示す切断図である。図３は、ピストン５０の断面図を含む断面斜視図である。図５から図１０は、ピストン５０のシリンダの第１端から第２端への例示的な移動を示す図である。少なくとも１つのピストンロッド部は、ピストンロッドに接続されていてもよく、少なくとも１つの燃焼室内の位置からシリンダの外部の領域まで延びていてもよい。本明細書では、「ピストンロッド部」という用語は、ピストンから延びるロッド又はシャフトの任意の部分を含む。いくつかの実施形態では、ピストンロッド部は、ピストンを構成する一体構造の一部であってもよく、他の構成要素であってもよい。いくつかの実施形態では、ピストンロッド部は、ピストンの１つの面のみから延びるピストンロッドの一部分であってもよい。

一例として、図２及び図３に示すように、ピストンロッド４０は、第１ピストンロッド部４２及び第２ピストンロッド部４３を含んでもよい。第１ピストンロッド部４２は、ピストン５０の一方の面から延びていてもよい。第１ピストンロッド部４２は、少なくとも１つの燃焼室内の位置から、シリンダの外部の領域６５まで延びてもよい。同様に、第２ピストンロッド部４３は、ピストン５０の反対側の面から、シリンダ１２の外部の別の領域６７まで延びてもよい。ピストンキットは、第１ピストンロッド部４２、第２ピストンロッド部４３、及びピストン５０を含んでもよい。ピストンロッド部４２及び４３は、一体化されてもよく、それぞれがピストン５０の反対側すなわち反対面から延びる、完全に別個の構造であってもよい。例えば、ピストンキット５６は、単一材料から形成されてもよい。ピストンロッド４０は、ピストン５０と一体化されていてもよい。いくつかの実施形態では、第１ピストンロッド部４２及び第２ピストンロッド部４３は、ピストン５０から分離しているが、一体構造であってもよい。

シリンダ１２は、第１燃焼室７１及び第２燃焼室７３（図７参照）を含んでもよい。ピストン５０は、軸Ａに沿って摺動するように構成してもよく、シリンダ１２内の様々な位置に、第１燃焼室７１を空気供給源と接続する流体通路、又は第２燃焼室７３を空気供給源と接続する流体通路があってもよい。

次に、エンジン１０の側断面図を示す図５を参照する。シリンダ１２の外部の領域（例えば、領域６５及び６７）は、シリンダの外部の１以上のガスの供給源からシリンダの両端部の各燃焼室に空気などのガスを供給するように構成された空間であるシリンダの各端部の前室を含んでもよい。例えば、図５には、第１前室３０と第２前室３１が示されている。第１前室３０は、シリンダ１２の外部、すなわち第１燃焼室７１の外部にあり、第２前室３１は、シリンダ１２の外部、すなわち第２燃焼室７３の外部にある。前室は、エンジンブロック８を形成する構造体の一部に含まれてもよいし、エンジンブロック８に接続された別の構造体によって形成されてもよい。前室は、ガスを供給する吸込マニホールド（図示せず）に接続されてもよい。ピストンロッド４０の一部であってもよい通路４６は、第１前室３０から第１燃焼室７１を含むシリンダ１２にガスを供給するように構成してもよい。いくつかの実施形態では、通路４６は、第２前室３１から、第２燃焼室７３を含むシリンダ１２にガスを供給するように構成してもよい。

シリンダ１２は、周辺シリンダ壁１３と、周辺シリンダ壁１３に設けた排気ポート１８とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、排気ポート１８は、単一のポートで構成してもよい。排気ポート１８は、燃焼室からの排気ガス又は他のガスを受け取り、排気後処理のためにガスをシリンダから遠ざけるように構成された排気マニホールドに接続されてもよい。上述した方法では、例えば、ピストンロッドの通路は、シリンダの外側の場所から燃焼室にガスを導入するように構成してもよい。またガスは、排気ポート１８などを介してシリンダから排出してもよい。実施形態において、シリンダ１２の外部の領域６５及び６７は、その領域がシリンダヘッド１４、１５と直接接触しているか否かに拘わらず、単にシリンダ１２とは反対側の任意の領域を指してもよい。いくつかの実施形態では、シリンダの端ではなく、シリンダと並んで配置されたマニホールドなどからガスを導入するために、他のポートを設けてもよい。このように、一般的な意味では、シリンダの外側の位置は、例えば、シリンダの端であっても、シリンダと並んでいても、両方の組み合わせであってもよい。

本開示の実施形態によれば、ピストンロッドは、少なくとも１つの燃焼室とシリンダの外部の領域との間でガスを流動させるように構成された通路を含むようにしてもよい。本明細書で使用される場合、「通路」という用語は、ガスを流動させることができる任意の構造又は空隙によって定義することができる。それは、例えば、ピストンロッド部の少なくとも一部の中に完全に又は部分的に含まれるチャネル又は導管を含んでもよい。

例えば、本開示に係るエンジンのいくつかの例示的な実施形態では、ピストンロッド内の通路は、ピストンロッド部４２及び４３を含み、ピストンロッド４０の少なくとも一部は中空としてもよい。いくつかの実施形態では、通路は、ピストン５０を完全に貫通してもよい。ピストンロッドの通路と流体連通する可能性のある１つ又はそれぞれのピストンロッド部に開口を形成することにより、流体が開口を介して通路に出入りすることを可能にしてもよい。「流体」には、空気などのガスを含んでもよい。図２に示すように、第１ピストンロッド部４２は、開口４５を含んでもよい。開口４５は、ピストン５０の第１ピストンロッド部４２の反対端に配置してもよく、開口端であってもよい。また、ピストンロッド部４３は、開口４７（図３参照）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、開口４７は閉塞されてもよい。例えば、ピストンロッド部４３は、ピストン５０の反対側のピストンロッド部４３の開口端に螺合されたプラグ４９を含んでもよい。

図４Ａは、ピストンキット５６の断面図である。ピストンキット５６は、ピストン５０などの１つのピストンと、第１ピストンロッド部４２及び第２ピストンロッド部４３などの２つのピストンロッド部を有するピストンロッド４０とを含んでもよい。ピストンキット５６は、ピストン５０を通って両方の燃焼室７１及び７３に延びる通路４６を含んでもよい。すなわち、ピストンキット５６は、ピストン５０を通って延び、さらにピストン５０の第１面を超えて延び、第１面とは反対側のピストン５０の第２面を超えて延びる通路を含んでもよい。さらに、ピストンキット５６は、プラグ４９を含んでもよい。プラグ４９は、ピストンロッド４０の一端を閉塞するように構成してもよい。例えば、図４Ａは、プラグ４９が第２ピストンロッド部４３のねじ山に螺合されて開口４７を閉塞している様子を示す。プラグ４９は、開口４７を密閉してもよい。したがって、開口４５を介してピストンロッド４０に導入された空気は、第１開口４４又は第２開口４８のいずれかを介してピストンロッド４０から強制的に排出されるようにしてもよい。第１開口４４、第２開口４８、及び開口４５は、通路４６を介して流体連通してもよい。

図４Ｂは、ピストンキット５６の別の図を示す。ピストンキット５６の構成要素は互いに固定されてもよい。ピストン５０及びピストンロッド４０は別個に形成し、ファスナによって固定してもよい。例えば、第１ピストンロッド部４２、ピストン５０、及び第２ピストンロッド部４３を互いに固定するネジ５９を設けてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、第１開口４４及び第２開口４８は、それぞれピストンロッド４０の軸方向位置に整列した一連の穴であってもよい。例えば、図４Ｂに示すように、第２ピストンロッド部４３の第２開口４８ｂは、軸Ａに垂直な平面ＸＹに位置する穴であってもよい。穴は、ガスが通路４６とピストンロッド４０の外部の領域との間を連通するように、第２ピストンロッド部４３の壁を完全に貫通して延びていてもよい。

図４Ｃは、第２ピストンロッド部４３の平面ＸＹでの断面図である。いくつかの実施形態によれば、穴は、ピストンロッド４０の半径方向に対して角度を形成してもよい。例えば、第２開口４８ｂの穴の軸は、ピストンロッド４０の半径方向と角度θを形成してもよい。穴の側壁は、ピストンロッド４０の半径方向に対して角度を形成する軸と平行な方向に延びてもよい。第２開口４８ｂの穴のうちの他の穴の軸は、ピストンロッド４０の半径方向に対して同じ角度を形成してもよいし、異なる角度を形成してもよい。いくつかの実施形態において、角度θは、４５度以下であってもよい。いくつかの実施形態では、角度θは、５から２５度の範囲内であってもよい。角度のついた側壁を有する開口は、ピストンロッド４０を通り、第２開口４８ｂを通って移動するガス流に旋回を付与又は促進するのに有用である。いくつかの実施形態では、ピストンロッド４０内に旋回羽根を組み込んでもよい。第２開口４８ｂには、円形の穴に加えて、様々な他の形状を採用してもよい。

図３を参照して例示すると、各ピストンロッド部４２、４３は、シリンダ１２の内部と、領域６５又は６７などのシリンダ１２の外部の領域との間でガスを流動させるように構成された導管の少なくとも一部を形成する空間５３、５５（例えば、ピストンロッド部４２、４３の中空化された内部）をそれぞれ含んでもよい。また、ピストン５０は、シリンダ１２の内部の領域と外部の領域との間でガスを流動させるように構成された導管の一部を形成する空間５４を含んでもよい。中空化された領域は、例えば、ピストンロッド部又はピストンの中心を貫通する穴であってもよい。空間５３、５４及び５５は、連続していてもよい。通路４６は、空間５３、５４及び５５を含んでもよい。

図５に示すように、第１燃焼室７１は、第１ヘッド１４に対向するピストン５０の側面と、シリンダ１２の第１ヘッド１４との間の領域によって画定してもよい。一方、第２燃焼室７３は、シリンダ１２の第２ヘッド１５に対向するピストン５０の反対面と、第２ヘッド１５との間の領域によって画定してもよい。同様に、図１０に示すように、第２燃焼室７３は、シリンダ１２の第２ヘッド１５に対向するピストン５０の側面と、第２ヘッド１５との間の領域によって画定してもよい。一方、第１燃焼室７１は、シリンダ１２の第１ヘッド１４に対向するピストン５０の側面と、第１ヘッド１４との間の領域によって画定してもよい。例えば、シリンダ１２のそれぞれの端の上死点位置での燃焼室をクリアランス容積として定義してもよい。同様に、シリンダの反対側の燃焼室を、シリンダ１２の残りの開放容積と定義してもよい。勿論、各燃焼室は、ピストンの両側に掃引容積を含み、ピストンがシリンダの一端から反対端まで移動する際に圧縮される可変領域である。掃引容積は、シリンダ１２内でのピストン５０の往復運動の少なくとも一部の間にピストン５０によって変位される容積として定義してもよい。シリンダの総容積は、掃引容積にクリアランス容積を加えたものであってもよい。

ピストンロッド４０は、第１側にある第１開口４４などの少なくとも１つの第１開口と、第１側の反対側の第２側にある第２開口４８などの少なくとも１つの第２開口とを含んでもよい。例示的な一実施形態では、例えば、図５に示すように、第１開口４４は、ピストンロッド４０の１以上のポートを含んでもよい。第１開口４４は、通路４６を介してシリンダ１２内にガスを供給するための吸込口として機能するように構成してもよい。図５に示す例示的な実施形態では、複数の円形の穴を含む第１開口４４が示されているが、様々な形状及び配置を使用してもよい。例えば、第１開口４４は、細長いスロット、溝、角度のついた側壁を有する開口などを含んでもよい。上述したように、図４Ｂに示す例示的な第２ピストンロッド部４３の断面図である図４Ｃは、角度のついた側壁を有する複数の穴を含む第２開口４８ｂを示す。角度の付いた側壁の場合、開口の軸は、ピストンロッド４０の半径方向に対して角度がついていてもよい。例えば、図４Ｃに示すように、第２開口４８ｂの孔の軸は、第２ピストンロッド部４３の半径方向の法線に対して０よりも大きい角度を形成してもよい。角度のついた側壁を含む開口は、シリンダ１２に入る流体の流れを旋回させるのに有用であり、流れの特性に影響を与えることができる。第１開口４４及び第２開口４８も同様に形成してもよい。

ピストンロッド４０の壁厚は、軸Ａに沿って変化させてもよい。例えば、図５に示すように、ピストンロッド４０は、第１開口４４又は第２開口４８の領域でより厚い側壁を有してもよい。ピストンロッド４０の他の部分と比較して開口の領域で厚い側壁は、開口又はその近傍の応力集中を緩和するのに有利な場合がある。さらに、厚い側壁は、実質的に重量を増加させることなく、ピストンロッド４０の疲労強度を改善することができる。

ピストンロッド４０は、ピストン５０と共に、シリンダ１２内で往復直線運動するように構成してもよい。ピストン５０は、複数の位置を通過してシリンダ１２内を摺動するように構成してもよい。ピストンロッド４０の往復運動により、第１開口４４及び第２開口４８は、流体をシリンダ１２の外部からシリンダ１２の内部に選択的に流動させてもよい。第１開口４４は、第１燃焼室７１にガスを選択的に流動させ、第１燃焼室７１に出入りするように構成されるように、ピストンロッド４０に配置してもよい。同様に、第２開口４８は、第２開口４８が第２燃焼室７３に出入りしてガスを第２燃焼室７３に選択的に流動させる構成となるように、ピストンロッド４０に配置してもよい。

本開示のいくつかの実施形態によれば、ピストンの摺動により、ガスをシリンダ１２内に導入することができる一方、ピストン５０の反対側にあるガスが混合するのを防止することができる。例えば、ピストン５０に取り囲むピストンリングにより、ピストン５０を通過する圧縮ガスの漏洩を防止するようにしてもよい。

いくつかの実施形態では、エンジンブロックの各側のシリンダヘッドは、（例えば、接続されているか、あるいは一体的に形成される）吸気マニホールド（図示せず）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、一方のシリンダヘッドのみが吸気マニホールドを含んでもよい。通路４６は、ピストン５０が第１位置にあるときに、シリンダ１２の第１端において、第１燃焼室７１と吸気マニホールドとの間でガスを流動させるように構成してもよい。さらに、通路４６は、ピストン５０が第２位置にあるとき、第２燃焼室７３と吸気マニホールドとの間でガスを流動させるように構成してもよい。したがって、例えば、図５を参照すると、領域６５からのガスは、第２開口４８がシリンダヘッド１４を連なるようにしてシリンダ１２に入ってもよい。図１０を参照すると、領域６５からのガスは、第１開口４４がシリンダヘッド１４に連なるようにしてシリンダ１２に入ってもよい。

本開示の実施形態に係るシリンダは、両端が閉塞されていてもよい。例えば、エンジン１０のシリンダ１２は、複数のファスナによってシリンダ１２に接続されるシリンダヘッド１４及び１５によって、その両端が閉塞されていてもよい。なお、本明細書では、「閉塞される」という用語は、完全に閉塞されていることを必要としない。例えば、シリンダヘッドには、ピストンロッド４０が通過する開口が設けられていても、本開示の意味では、シリンダヘッドは「閉塞される」とみなされる。

いくつかの実施形態では、シリンダ１２の周辺部分に冷却フィン（図示せず）を設けてもよい。エンジン１０の代替構成は、シリンダ壁の内部に形成された水通路、又は水冷のためにシリンダ壁の少なくとも一部を被覆するなど、シリンダの冷却を補助する他の外部又は内部の特徴を含んでもよく、シリンダの流体冷却を促進するためにシリンダ周壁の外側に沿って配置された冷却フィン又は他の伝導性又は対流性の熱伝達を促進する特徴の他の構成を含んでもよい。エンジンブロック８は、シリンダ１２の周辺側壁に冷却水を循環させるために使用される流体通路２１を含んでもよい。流体通路２１は、流体ポート５（図１参照）と連通してもよい。エンジンブロック８は、シリンダヘッド１４及び１５に冷却水を循環させるために使用される流体通路２２をさらに含んでもよい。流体通路２２は、流体ポート６と連通してもよい。流体通路２２内の冷却水の温度は、流体通路２１の温度より高くてもよい。

本開示の例示的な実施形態によれば、シリンダ１２の周壁１３は、シリンダ１２の両端間に少なくとも１つの排気ポートを含んでもよい。例示に過ぎないが、シリンダ１２は、第１シリンダヘッド１４と第２シリンダヘッド１５との間のシリンダ１２の周側壁に排気ポート１８を含んでいてもよく、第１及び第２シリンダヘッド１４、１５は、シリンダの端に配置される。図５から図１４に示す例示的な実施形態では、複数の分散した排気ポート１８を、シリンダの両端間のシリンダ１２の中間点又はそのほぼ近傍で、シリンダ１２の周方向に間隔を置いて配置してもよい。排気ポート１８は、シリンダからガスを排気する機能を発揮するように、任意の適切なサイズ、形状、及び分布としてもよい。排気ポートの１以上は、例えば、図示するように、シリンダ周壁の軸方向中央領域に配置してもよい。図示する例示的な実施形態では、排気ポート１８がシリンダ１２の両端の中間に位置するように対称的な構成とされているが、代替的な実施形態では、シリンダヘッド１４と１５の間の正確な中間点以外の位置でシリンダ周壁と交差する１以上の半径方向の面に排気ポートを配置してもよい。

本開示のいくつかの例示的な実施形態によれば、１以上の排気ポート１８は、ピストン５０が第２燃焼室側にあるとき、第１燃焼室とシリンダの外部との間でガスを流動させるように構成してもよく、ピストンが１以上の排気ポート１８の第１燃焼室側にあるときに、第２燃焼室とシリンダの外部との間でガスを流動させるように構成してもよい。例示に過ぎないが、これは、図８に示すように、ピストン５０が１以上の排気ポート１８の左側に位置し、ピストン５０の右側の燃焼室から１以上の排気ポート１８を介してガスを流動させることを可能にする場合に起こる。１以上の排気ポート１８は、燃焼室の「外側」の場所へのガスの流れを可能にする。その外側の場所は、図示されるようにシリンダの側面であってもよいし、エンジンに関連する導管１９がガスを他の場所に供給してもよい。いくつかの実施形態では、導管１９は、排気マニホールド（図示せず）に接続されてもよい。

図５を参照すると、吸込マニホールドは、空気などのガスを流動させるための前室を含んでもよく、シリンダ１２の反対端で各シリンダヘッド１４、１５に接続されるか、又は一体的に形成されてもよい。例えば、第１前室３０は、シリンダ１２の一方側の第１端に形成してもよく、第２前室３１は、シリンダ１２の反対側の第２端に形成してもよい。前室３０及び３１のそれぞれは、軸Ａの方向に沿って配置した開口２８などのピストンロッド開口や、側面開口３３などの開口を含んでもよい。側面開口３３は、図示されるように、吸込マニホールドの遠位端に配置してもよいし、吸込マニホールドの外周に沿った任意の位置に配置してもよい。図５に示すように、側面開口３３はシールしてもよい。さらに、第１前室３０及び第２前室３１はそれぞれ、ブッシュ４１を含んでもよい。ブッシュ４１は、第１及び第２ピストンロッド部４２、４３が各開口２８に摺動して出入りすることを可能にしながら、第１及び第２ピストンロッド部４２、４３の端を整列させ、支持し、案内し、（例えば、専用のシールによって）密封するために設けてもよい。いくつかの実施形態では、側面開口３３は、吸入空気が入るように開口していてもよい。

いくつかの実施形態では、吸入空気がエンジン１０に流入することを可能にするために、吸入室３２を設けてもよい。例えば、図５に示すように、吸入室３２は、第１前室３０に隣接して配置してもよい。通路４６は、吸入室３２からシリンダ１２にガスを供給するように構成してもよい。ガスは、図５に示すように、ピストン５０の第１位置において、吸込室３２から第２燃焼室７３に供給してもよく、図１０に示すように、ピストン５０の第２位置において、吸込室３２から第１燃焼室７１に供給してもよい。吸込室３２は、吸込開口２９を含んでもよい。吸込開口２９は、空気などの吸込ガスを軸Ａに沿った方向で吸込マニホールドに導くように構成してもよく、吸込開口２９は、第１ピストンロッド部４２の開口４５をガスがほぼ通路４６に導かれるように構成してもよい。図５に示す例示的な実施形態の吸込マニホールドは、ほぼ円筒形の構成を有するものとして図示されているが、代替的な実施形態では、他の形状の輪郭又は断面を有する１以上の吸込マニホールドを提供してもよく、あるいは、吸込マニホールドを、シリンダ１２の各端での各シリンダヘッドの内部に形成される１以上の内部通路として、シリンダヘッド１４、１５内に少なくとも一部を組み込んでもよい。吸込開口２９は、他の構成でも、軸Ａに沿って吸込室３２に接続されるほぼ円筒形の部材を含んでもよい。

エンジン１０の一端から吸込室３２を介して空気を供給することにより、多くの利点を提供するようにしてもよい。例えば、空気は、軸Ａにほぼ平行な方向でエンジン１０に流入するように方向付けしてもよく、それはエンジン１０の長手方向であってもよい。ピストンロッド４０は、ほぼ軸Ａに沿って延びるように配置された開口４５及び通路４６を含んでもよい。これにより、空気は、より少ない乱流でピストンロッド４０を流動し、圧力損失が低減される。さらに、淀みの領域が最小化される可能性がある。側面開口３３を介して空気を流入させるのと比較して、例えば、吸込室３２を設けることにより、流れ特性が改善される。

空気は、第１前室３０及び第２前室３１のうちのいずれかを介してエンジン１０に導入してもよい。空気は、（シリンダ１２の外部の）領域６５又は領域６７から、第１燃焼室７１又は第２燃焼室７３を含むシリンダ１２の内部に流れるように構成してもよい。空気は、第１前室３０及び第２前室３１のうちのいずれかを介して、吸込室３２からエンジン１０に導入してもよい。例えば、ピストン５０が第１位置にあるとき、空気は、吸込開口２９を通過させた後、図５に示すように、領域６５、通路４６及び第２燃焼室７３へと流動させることができる。また、ピストン５０が第２位置にあるとき、空気は吸込開口２９を通過させた後、領域６５、第１燃焼室７１、通路４６及び領域６７へと流動させることができる。

エンジン１０は、シリンダ１２の一方の側に第１隔離領域を含み、シリンダ１２の他方の側に第２隔離領域を含んでもよい。第１隔離領域は領域６５を含んでもよく、第２隔離領域は領域６７を含んでもよい。第１及び第２隔離領域は、交互にシリンダへ充填する間、非活性なピストンロッド部を隔離するように構成してもよい。例えば、ピストン５０が第１位置にあるとき、空気は、図５に示すように、吸込開口２９から通路４６を通って第２燃焼室７３に流動させてもよい。図５に示す位置では、吸込開口２９からの空気は、領域６７へと流動しない場合がある。したがって、領域６７は、ピストンロッド４０の一部を隔離してもよい。ピストンロッド４０の非活性部分とは、ガスが燃焼室に到達するために流動しない部分を指してもよい。

空気は、単一の空気供給源を介してエンジン１０に供給してもよい。空気供給源は、ピストン５０が第１位置にあるとき、第１燃焼室７１と空気供給源との間でガスが流動するように、ピストンロッド４０の通路４６に流路接続されてもよい。さらに、通路４６は、ピストン５０が第２位置にあるときに、第２燃焼室７３と空気供給源との間でガスが流動するように構成してもよい。空気は、吸込開口２９以外の開口によってエンジン１０に導入してもよい。例えば、空気は、１以上の側面開口３３を介して導入してもよい。他の開口（吸込開口２９など）が閉塞される間、第１前室３０の側面開口３３から空気を導入してもよい。このようにして、第１前室３０からシリンダ１２にガスを供給してもよい。また、他の開口が閉塞される間、第２前室３１の側面開口３３から空気を導入してもよい。側面開口３３は、空気が軸Ａにほぼ垂直な方向からエンジン１０内に流入するように構成してもよい。側面開口３３は、ガスを第１開口４４又は第２開口４８を介してほぼ通路４６に導くように構成してもよい。例えば、吸込開口２９又は側面開口３３を介してエンジン１０に空気を導入するように開口を構成することで、パッケージの制約を考慮した設計の柔軟性が得られる場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、吸込開口２９を介して空気を導入するとき、エンジン１０は、細長い空間にパッケージしてもよい。他の実施形態では、側面開口３３から空気を導入する場合、エンジン１０は、短くてコンパクトな空間にパッケージしてもよい。

いくつかの実施形態では、第１前室３０及び第２前室３１の両方を、エンジン１０に空気を供給するように構成してもよい。例えば、第１前室３０に設けた側面開口３３と、第２前室３１に設けた側面開口３３との両方を開放してもよい。また、単一の空気供給源は、第１前室３０と第２前室３１の両方に空気を供給してもよい。

各シリンダヘッド１４、１５は、シリンダ１２の各端の燃焼室で反対側の位置関係にあるシリンダ１２の各端の各シリンダヘッドのファイアデッキの火炎面に形成されるか、あるいは火炎面と連続する環状すなわちドーナツ状の凹部３６に開口する噴射器３４（図１参照）をさらに含んでもよい。凹部３６をドーナツ状とし、燃焼室内のガスのより完全な燃焼を促進するために、噴射器３４によって噴射された燃料ガスを旋回流としてもよい。また、各シリンダヘッド１４、１５は、スパークプラグ３８を収容して取り付けるための空洞を含んでもよい。また、各シリンダヘッド１４、１５は、シリンダ１２の反対端に、各シリンダヘッド１４、１５に支持されて通過する各ピストンロッド部４２、４３を整列させ、支持し、案内し、（例えば、専用のシールによって）シールするためのブッシュ４１を収容して取り付けるための空洞を含んでもよい。これは、ピストンロッド部が、両面ピストンの両面から燃焼室に延びる場合の一例である。ピストンロッドがシリンダの両端で延びることができる任意の開口の特定の詳細に拘わらず、シリンダの少なくとも端まで延びるピストンロッドは、本開示の意味において燃焼室を通って延びると言われる。

本開示の実施形態に合致する両面ピストンは、第１ストロークでシリンダの第１端からシリンダの反対側の第２端まで移動し、第２ストロークでシリンダの第２端から第１端に戻るように構成してもよい。この移動長は、例えば図５から図１４に示されており、図５は第１ストロークの開始を表し、図１０は第１ストロークの終了を表す。これは第２ストロークの開始でもあり得る。図６から図９は例示的な中間位置を表す。図１０は、第２ストロークの開始を表してもよく、図１４は、第２ストロークの終了を表してもよい。図１０から図１２は、いくつかの例示的な中間位置を表す。

ピストン５０は、シリンダ１２全体の複数の位置の間で摺動可能であってもよい。例えば、ピストン５０は、第１位置と第２位置の間を摺動可能であってもよい。第１位置は、第１開口４４がシリンダ１２の外側にあり、第２開口４８がシリンダ１２の内側にある位置であってもよい。第１位置では、第２開口４８は、シリンダ１２の第２燃焼室の内部にあってもよい。第２位置は、第１開口４４がシリンダ１２の内側にあり、第２開口４８がシリンダ１２の外側にある位置であってもよい。第２位置では、第１開口４４がシリンダ１２の第１燃焼室の内側にあってもよい。第１位置は、エンジンの第１ストロークの開始に対応していてもよく、第２位置は、第１ストロークの終了に対応していてもよい。

本開示の様々な例示的な実施形態によれば、ピストンは、ガス膨張圧力下で移動する各ストロークの膨張ストローク部分と、膨張ストローク部分に続くストロークの残りの部分の各ストロークの弾みストローク部分とを可能にするために、シリンダに合わせて形成してもよい。ピストンの第１及び第２各ストロークの膨張ストローク部分は、ピストンが燃焼膨張圧の下で直接移動するときの移動部分である。例えば、ストロークの膨張部分は、シリンダの各端に於けるピストンの燃焼位置から、燃焼ガス（空気及び燃料を含む）の点火が発生したばかりの燃焼室とシリンダの外部の領域との間で排気ガスが交換される点までの部分として定義してもよい。いくつかの実施形態では、膨張ストローク部分の終了は、ピストンが排気ポートを露出させ始める位置と一致していてもよい。

各ストローク中のピストンの燃焼位置では、シリンダヘッド１４、１５によって閉鎖されるように、ピストンの各反対面とシリンダの各端との間にクリアランス容積が残されていてもよい。ピストンが燃焼位置に到達する前に燃焼室に導入された燃焼ガスは、ピストンの面とシリンダヘッドのファイアデッキとの間のピストン側に残ったクリアランス容積に圧縮されてもよい。クリアランス容積内の圧縮ガスは、ガス圧によってピストン５０が各シリンダヘッド１４、１５の１つに接触するのを妨げるような小さな容積に圧縮されてもよい。いくつかの実施形態では、圧縮ガスは燃料／空気混合物を含んでもよく、火花、又は少なくとも一部が燃焼ガスの圧縮に起因する自己点火のいずれかによって点火されてもよい。

燃焼位置は、シリンダ１２での燃焼現象の開始に対応する軸Ａに沿った点であってもよい。また、燃焼位置は、燃焼室内のガスの所定の圧縮比に到達した点であってもよい。例えば、燃焼位置は、燃焼室の圧縮比が１０：１に到達した点であってもよい。スパークプラグ３８を作動させることにより、燃焼位置で燃焼を開始してもよい。燃焼位置は、ピストン５０が方向転換する点であってもよい。また燃焼位置は、ピストン５０のゼロ速度位置であってもよい。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、燃焼が開始された瞬間にピストン５０がゼロ速度まで減速するように構成してもよい。燃焼位置は、上述の第１位置に対応してもよいし、エンジン１０の第１ストロークの開始に対応してもよい。いくつかの実施形態では、燃焼位置は固定位置であってもよい。しかしながら、燃焼位置は、例えば、スパークプラグ３８が作動したとき、又は自動点火が発生するように構成されたときに決定される可変位置であってもよい。

各ストロークの膨張ストローク部分は、圧縮された燃焼ガスの点火後に、各燃焼室での燃焼による化学エネルギーがピストンの運動エネルギー（例えば、機械的な仕事）に変換されて発生するものである。ピストンの一方側の各ストロークの膨張ストローク部分と同時に、ピストンの反対側の燃焼室とシリンダの反対端にある吸気マニホールドとの間の膨張ストローク部分の少なくとも一部に、排気ポートを介してガスの流れが発生することがある。

いくつかの実施形態において、有用な仕事は、例えば、ピストンロッド４０の一端を出力部に機械的に結合することによりエンジン１０から引き出してもよい。第２ピストンロッド部４３は、ピストン５０の反対端が往復直線運動を有用な仕事に変換するように構成された装置に接続されてもよい。例えば、リニアアクチュエータが、開口４７で第２ピストンロッド部４３に結合されてもよい（例えば、図５参照）。プラグ４９は、直線運動を仕事に変換するように構成されたアクチュエータと一体であってもよい。そのようなアクチュエータは、例えば、発電機を含んでもよい。

図５に戻って、ピストン５０がシリンダ１２の右端から左端に移動するストロークのうちの膨張ストローク部分の初期に、ピストン５０は第１位置にあってもよい。この第１位置から、ピストン５０の左側の燃焼室と、シリンダ１２の右側であってもよい吸込室３２との間でガスを流動させてもよい。また第１位置から、ピストン５０の左側の燃焼室と、１以上の排気ポート１８を介してシリンダ１２の外部につながる導管１９との間で、ガスを流動させてもよい。ピストン５０の左側の燃焼室と導管１９との間のガスの連通は、ピストン５０の左面が１以上の排気ポート１８を越えて移動し、排気弁として機能し、左側の燃焼室と１以上の排気ポート１８との間の連通を遮断するまで継続させてもよい。さらに、ピストン５０が１以上の排気ポート１８を閉鎖する前に、ピストンの左面に最も近い第２開口４８が左の燃焼室の外側に移動することにより、ピストンロッド４０の通路４６を介した吸込室３２と左燃焼室との間のガスの連通が遮断されてもよい。このように、ピストンロッド４０は、シリンダ１２の燃焼室でのガスの吸気段階が排気段階の前に終了するように構成されてもよい。ピストン５０の近位面から第２開口４８の近位端までの長さは、第２開口４８とシリンダ１２の内部との間の流体連通が、排気ポート１８とシリンダ１２の内部との間の流体連通の前に停止するように設定されてもよい。例えば、ピストン５０の左面から第２開口４８の右端までの長さは、膨張段階でのピストンの移動長よりも大きくなるように設定してもよい。ピストン５０の左面から第２開口４８の右端までの長さは、膨張段階におけるピストン移動長よりも、少なくともピストン５０の長さの４分の１以上大きくてもよい。長さは、例えば、後述するように、通路４６内の圧力上昇を抑制するように設定してもよい。

図６に示すように、ピストン５０は、より離れた位置に移動してもよい。図６に示す位置では、第２開口４８はもはやシリンダ１２の内部にはなく、ピストンロッド４０の通路４６と第２開口４８を介したシリンダ１２の内部との間の流体連通は停止している。

いくつかの実施形態によれば、ピストン５０（軸方向Ａ）の長さ、シリンダ１２の長さ、排気ポート１８の位置、及び第１及び第２ピストンロッド部４２、４３での第１及び第２開口４４、４８の位置は、ピストン５０が第１燃焼室で燃焼段階にあるとき、以下のように配置してもよい。ピストン５０は、排気ポート１８が第１燃焼室と連通するのを遮断し、第１ピストンロッド部４２の第１開口４４が第１燃焼室の外側にあり、同時に排気ポート１８が第２燃焼室と流体連通し、第２ピストンロッド部４３の第２開口４８が第２燃焼室内にあるように配置してもよい。これは、様々な代替構造によって達成される。図のみを参照して例示すると、ピストン５０の長さ、シリンダ１２の長さ、排気ポート１８の位置、及びピストン５０の反対面から延びる各第１及び第２ピストンロッド部４２、４３の開口４４、４８の位置は、ピストン５０が一方側の第１燃焼室で燃焼段階にあるとき、排気ポート１８を第１燃焼室との連通から遮断するように配置してもよい。ピストン５０の一方側の第１開口４４は、第１燃焼室の外側に残り、ピストン５０の一方側の吸込室３２と第１燃焼室との間のガスの連通を阻止する。

同時に、排気ポート１８は、ピストン５０の反対側の第２燃焼室と流体連通している。第２ピストンロッド部４３の第２開口４８は、第２燃焼室内に位置していてもよい。同様に、ピストン５０が反対側の第２燃焼室内の別の燃焼段階にあるとき、ピストン５０は、排気ポート１８が第２燃焼室と流体連通するのを遮断する。ピストン５０の第２側の第２開口４８は、第２燃焼室の外側に残り、ピストン５０の第２側の吸込室３２と第２燃焼室との間のガスの連通を阻止する。同時に、排気ポート１８は、ピストン５０の第１側の第１燃焼室と流体連通する。第１ピストンロッド部４２の第１開口４４は、第１燃焼室内に位置してもよい。

いくつかの実施形態によれば、ピストン５０の長さ、シリンダ１２の長さ、排気ポート１８の位置、及び第１及び第２ピストンロッド部４２、４３の第１及び第２開口４４、４８の位置は、ピストン５０が第１ストロークを移動し続けているときに、第１開口４４がシリンダ１２に入る前に、（排気段階の開始と同時に）燃焼段階が終了するように配置してもよい。図７は、ピストン５０の右側の燃焼が終了し、排気段階が開始される位置を図示する。ピストン５０の右側で燃焼が終了して排気が開始される正確な位置は、ピストン５０の右面が排気ポート１８の右端に到達する位置に対応していてもよい。この位置では、第１開口４４はシリンダ１２の外側にある。

膨張ストローク部分（燃焼段階とも呼ばれる）に続いて、ピストン５０は、ストロークの残りの部分のための弾みストローク部分で動き続けてもよい。各ストロークの弾みストローク部分は、膨張ストローク部分に続くストロークの残りの部分を含む。本開示の実施形態によれば、ピストン５０の第２燃焼室側の第２ストロークの弾みストローク部分のほぼ全部が、第１燃焼室内のガスの圧縮と一致している。すなわち、一方の燃焼室でのストロークの膨張部分に続く弾みを、他方の燃焼室でのガスの圧縮に使用してもよい。これにより、一方の燃焼室での膨張の終わりが、反対の燃焼室での燃焼位置とは異なる位置に一致するエンジン構造によって可能になるかもしれない。このようなエンジン設計は、ストロークの膨張部分に続く、さらなるピストン移動を可能にするかもしれない。いくつかの実施形態では、ストロークの弾み部分の間のさらなるピストン移動は、少なくともピストンの幅であってもよい。ピストンの「幅」は、軸Ａの方向におけるピストンの長さと同義であってもよい。いくつかの実施形態では、さらなるピストン移動は、ピストンの幅の複数倍であってもよい。他の実施形態では、さらなるピストン移動量は、ピストンの幅の何分の１、例えば、ピストンの幅の少なくとも半分であってもよい。さらに他の実施形態では、さらなる移動は、ピストンの幅の少なくとも４分の１であってもよい。排気ポート１８の少なくとも１つを超えるピストン５０のさらなる移動は、ピストンオーバーシュートと呼ばれることがある。

各ストロークの弾みストローク部分では、燃焼ガスが着火したばかりの燃焼室と、シリンダ１２の外部の領域との間でガス交換してもよい。ガス交換は、シリンダ１２の周壁１３に形成された排気ポートを介して行ってもよい。ガス交換は、ピストンに接続され、少なくとも１つの燃焼室内の位置からシリンダの外部の領域まで延びるピストンロッド部の通路を介して、シリンダ１２内に空気を導入することにより補助してもよい。図５から図１０を参照して一例を挙げると、図５のようにシリンダ１２内のピストン５０の右端の位置から、図１０のようにシリンダ１２内のピストン５０の左端の位置までの第１ストロークの間でのピストン５０及びピストンロッド部４２、４３の位置を示す。図１０から図１４は、図１０のようにシリンダ１２内のピストン５０の左端の位置から、図１４のようにシリンダ１２内のピストン５０の右端の位置までの第２ストロークの間でのピストン５０及びピストンロッド部４２、４３の位置を示す。シリンダ１２内のピストン５０の左端の位置及び右端の位置は、燃焼ガスが圧縮され、燃焼段階開始時にガスが点火されたストロークの燃焼位置と呼ばれることがある。図５のようにピストン５０が右端の位置にあり、シリンダ１２の右端でピストン５０の右面とシリンダヘッド１４との間のクリアランス容積に圧縮された燃焼ガスが着火するとき、ピストン５０は、図５から図１０に見られるように、シリンダ１２の右端から左端までのストロークのための燃焼位置にある。同様に、ピストン５０が図１０の左端の位置にあり、ピストン５０の左面とシリンダ１２の左端のシリンダヘッド１５との間のクリアランス容積に圧縮された燃焼ガスが着火するとき、ピストン５０は、図１０から図１４に見られるように、シリンダ１２の左端から右端までのストロークのための燃焼位置にある。

図５は、ピストンキット５６が、シリンダ１２の右端からシリンダ１２の左端へのストロークとして定義される第１ストロークの開始点にある位置を示す。第１ピストンロッド部４２、ピストン５０、及び第２ピストンロッド部４３を含むピストンキット５６の構成要素は、ピストンキット５６が一単位で移動するように一体的に接合されてもよい。図５に示す位置では、ピストン５０の右側の第１燃焼室７１で燃焼段階が開始されてもよい。一方、ピストン５０の反対側では、ピストンロッド４０の通路４６を含む流路を介してシリンダ１２内にガスが導入されてもよい。例えば、ガスは、吸込開口２９を介して吸込室３２に導入されてもよい。ガスは、空気であってもよい。ガスは、周囲の大気圧に対して加圧されていてもよい。第１ピストンロッド部４２は開口４５を含む。したがって、吸込室３２からのガスは、ピストンロッド４０の通路４６と流体連通している。さらに、第２ピストンロッド部４３の開口４７が、プラグ４９によって閉塞されることにより（又は、第２前室３１が例えば気密的に封止されることにより）、ガスは第２開口４８を介してシリンダ１２内に押し込まれる。この位置では、ピストン５０の左側にあるシリンダ１２は、ガスで充填され始める。排気ポート１８が開放していているので、一部のガスが漏出する可能性がある。

燃焼が始まると、ピストン５０は左に移動する。図６に示すように、ピストン５０は、シリンダ１２の右端からシリンダ１２の左端へのストロークのために、燃焼位置から移動し続ける。図６は、第２ピストンロッド部４３の第２開口４８がシリンダヘッド１５に到達する位置を示す。これに伴い、シリンダ１２へのガスの導入が停止する。

図７は、ピストン５０の右側の第１燃焼室７１での燃焼段階が終了し、ピストン５０の左側の第２燃焼室７３での圧縮段階が開始される位置を示す。燃焼段階は、ピストン５０が右側の排気ポート１８を露出し始めるときに終了してもよい。同時に、ピストン５０の右側の排気段階が始まってもよい。このように、第１燃焼室７１が開放されると、排気段階を開始してもよい。また、ピストン５０が左側の排気ポート１８を完全に覆ったときに、圧縮段階を開始してもよい。このように、圧縮段階は、第２燃焼室７３が密閉状態になったときに開始してもよい。ピストン５０の幅は、排気ポート１８の幅と等しくてもよい。いくつかの実施形態では、ピストン５０の右側での燃焼は、ピストン５０の左側で始まる圧縮とほぼ同時に終了してもよいが、本開示はそれには限定されない。いくつかの実施形態では、ピストン５０の反対側での燃焼段階及び圧縮段階を異なる時間に開始できるようにしてもよい。例えば、ピストン５０の幅は、排気ポート１８の幅よりも大きくてもよい。したがって、ピストン５０の反対側の燃焼段階中に、圧縮が開始されてもよい。同様に、ピストン５０の幅は、排気ポート１８の幅よりも小さくてもよい。したがって、ピストン５０の反対側での圧縮段階が始まる前に、燃焼段階が終了してもよい。

ピストン５０が左に移動し続けると、図８に示すように、ピストン５０が中央に位置する排気ポート１８を丁度通過した位置に到達する。この時点で、排気ポート１８は、ピストン５０の右側に完全に露出する。このため、ピストン５０の右側の第１燃焼室７１が排気ポート１８と流体連通し、燃焼による排気ガスが燃焼室から排出される。したがって、ストロークの膨張ストローク部分が終了し、ピストンは、膨張ストローク部分の終了後に残る慣性の結果として、弾みストローク部分でシリンダ１２の左端に向かって移動し続ける。

図８及び図９に示すように、ピストン５０、ピストン５０の右側の第１ピストンロッド部４２、及び排気ポート１８は、第１ピストンロッド部４２の第１開口４４がピストン５０の右側の第１燃焼室７１に入る前、ピストン５０がシリンダ１２の右端からシリンダ１２の左端に向かって移動する際に排気ポート１８の全体を通過するように構成してもよい。図９に示すように、右のピストンロッド部４２の第１開口４４がピストン５０の右側の第１燃焼室７１に入り始めて、第１燃焼室７１と第１開口４４との間のガスの流動を許容するまでに、ピストン５０は排気ポート１８の左側に完全に移動する。様々な構成要素のこのような相対的なサイズ及び間隔は、新鮮な予備圧縮空気又は他のガスがピストン５０の右側の第１ピストンロッド部４２を介して第１燃焼室７１に導入される前に、第１燃焼室７１で生成された排気ガスが排気ポート１８から排出され始めることを可能にする。様々な代替的な実施形態において、ピストン５０の反対面に対するピストンロッド部４２、４３を介した開口の正確な配置は、ピストンの各面に最も近い吸込ポートが、ピストンの面が排気ポートの近傍を通過した直後に、ピストンと同じ側の各燃焼室に入るように変化させてもよい。これにより、新鮮な予備圧縮空気又は他のガスが導入される前に、排気ガスが各燃焼室から短時間で排出を開始することが可能となる（例えば、図９及び図１４参照）。

図９に示すように、シリンダ１２の右端から左端へのストロークの弾みストローク部分でピストン５０が排気ポート１８を通過した直後に、ピストン５０の右面に最も近い第１ピストンロッド部４２の第１開口４４の縁が、ピストン５０の右側の第１燃焼室７１に入り始める。この時点で、新鮮な空気などのガスが第１ピストンロッド部４２の第１開口４４を介して第１燃焼室７１に導入された結果、ピストン５０の右側で掃気段階が発生するかもしれない。掃気とは、燃焼生成物を含む排気ガスをシリンダ１２から押し出して、次のサイクルのために新鮮な空気を取り込むプロセスを指してもよい。次のサイクルが、ほぼ清浄な空気ではなく排気ガスの混合物で始まらないように、ある程度の掃気が望まれる場合がある。第１開口４４は、ピストン５０がシリンダ１２の右端から左端への第１ストロークの弾みストローク部分にあるときに、ガスの流れが第１燃焼室７１とシリンダ１２の外部の領域との間で連続的に連通するように構成してもよい。図１０に示す例示的な実施形態では、新鮮な予備圧縮空気が、シリンダ１２の右端のシリンダヘッド１４の反対側に位置するか、あるいはシリンダヘッド１４と一体的に位置する吸込室３２から第１燃焼室７１に導入されてもよい。同時に、排気ガスは、流入する予備圧縮空気又は他のガスによって第１燃焼室７１から排気ポート１８を介して強制的に排出されてもよい。

本開示のいくつかの態様は、ピストン５０がシリンダ１２の第１端から第２端に移動する際、ピストン５０の第１側の第１ストロークの膨張ストローク部分が、ピストン５０の第２側の掃気段階及びガス昇圧段階のうちの少なくとも１つと一致するように、シリンダ１２及びピストン５０がサイズ調整されることを含んでもよい。第２ストロークについて、同様な一致が起こるようにしてもよい。図を参照して非限定的な例を挙げると、図９及び図１０に示すように、ピストン５０がシリンダの左端に向かって移動し続けると、第１燃焼室７１とシリンダ１２の外部の領域との間でガスが連続的に流動してもよい。吸込室３２から第１燃焼室７１に導入された予備圧縮空気又は他のガスの連続的な流れは、シリンダ１２の冷却を支援するとともに、第１燃焼室７１からの排気ガスを掃気し、第１燃焼室７１内のガス圧を高めることができる。同様な一致が、図１３及び図１４の第２ストロークについて示されている。いくつかの実施形態では、シリンダ１２の一方側での圧縮と、シリンダ１２の他方側での掃気及びガス昇圧とが正確に一致してもよい。他の実施形態では、シリンダ１２の一方側での圧縮が、シリンダ１２の他方側での掃気及びガス昇圧と部分的に一致していてもよい。

本開示のいくつかの態様は、ピストン５０がシリンダ１２の第１端から第２端に向かって移動するときのピストン５０の第１側の第１ストロークの弾みストローク部分が、ピストン５０の第２側の燃焼室内の圧縮段階と一致するように、シリンダ１２及びピストン５０がサイズ調整されることを含むことができる。非限定的な例として、シリンダ１２の右端からシリンダ１２の左端への第１ストロークの弾みストローク部分と同時に、ピストン５０が排気ポート１８を越えてシリンダ１２の左端に向かって移動した後、ピストン５０の左側の圧縮段階で、ピストン５０の左側のガスが圧縮される。図１０に示すように、ピストン５０が左に行ききったときには、ピストン５０の左側の燃焼ガスは、第２燃焼室７３の残りのクリアランス容積に圧縮され、第２ストロークを開始するために点火が行われる可能性がある。

図５から図１４に非限定的な例として最もよく見られるように、シリンダ１２及びピストン５０は、シリンダ１２の右端から左端への第１ストローク中、又はシリンダ１２の左端から右端への第２ストローク中にピストン５０が移動する総距離が、いずれかのストロークの膨張ストローク部分中にピストン５０が移動する距離よりも実質的に大きくなるようなサイズであってもよい。いくつかの例示的な実施形態では、シリンダ１２及びピストン５０は、シリンダ１２の一方端から反対端までの各ストローク中にピストン５０が移動する総距離が、少なくとも一方面から反対面までのピストン５０の長さによってストロークの膨張ストローク部分でピストン５０が移動する距離を超えるようなサイズであってもよい。他の例示的な実施形態では、シリンダ１２及びピストン５０は、各ストロークでピストン５０が移動する総距離が、ピストン５０の一方面でのガスの圧縮中にピストン５０が移動する距離を、少なくともピストン５０の長さ分だけ超えるようなサイズであってもよい。図に示す例示的な実施形態における一方面から反対面までのピストン５０の長さは、シリンダヘッド１４、１５の少なくとも１つから中央に位置する排気ポート１８までの距離の１／２以下であってもよい。このような構成及びピストンとシリンダの相対的なサイズにより、シリンダの反対端で各燃焼が発生した後に、排気ガスを掃気してシリンダを冷却する目的で、新鮮な予備圧縮空気又は他のガスをシリンダに導入する各方向でのピストンのための全ストローク長さを大幅に大きくすることができる場合がある。

図１０に示すように、シリンダ１２の左端から右端へのストロークの膨張ストローク部分の開始時には、ピストン５０の右側の第１燃焼室７１とシリンダ１２の右側の吸込室３２との間、及びピストン５０の右側の第１燃焼室７１と排気ポート１８との間でガスが流動してもよい。第１燃焼室７１と排気ポート１８との間のガスの流動は、ピストン５０の右面が排気ポート１８を越えて移動し、排気弁として機能し、第１燃焼室７１と排気ポート１８との間の連通を遮断するまで継続させてもよい。さらに、ピストン５０が排気ポート１８を閉鎖する前に、第１ピストンロッド部４２の第１開口４４が第１燃焼室７１の外側に移動し、ピストンロッド４０を介した吸入室３２と第１燃焼室７１との間のガスの連通を遮断してもよい。

ピストン５０の長さ、シリンダ１２の長さ、排気ポート１８の位置、及びピストン５０の反対面から延びる第１及び第２ピストンロッド部４２、４３の各開口４４、４８の位置は、ピストン５０の左側の第２燃焼室７３でピストン５０が燃焼段階にあるとき、ピストン５０が排気ポート１８と第２燃焼室７３の連通を遮断するように配置してもよい。一方、ピストン５０の左側の第２開口４８は、第２燃焼室７３の外側に残り、吸込室３２と第２燃焼室７３との間のガスの連通が妨げられる。同時に、排気ポート１８は、ピストン５０の右側の第１燃焼室７１と流体連通しており、第１ピストンロッド部４２の第１開口４４は、第１燃焼室７１内に位置している。

各ストロークの弾みストローク部分は、膨張ストローク部分に続くストロークの残りの部分を包含してもよい。各ストロークの弾みストローク部分では、燃焼ガスの着火が発生したばかりの燃焼室と、シリンダの外部の領域との間でガスが交換されてもよい。ガスの交換は、シリンダの周壁に形成された排気ポートを介して行われることがある。図１０から図１４は、図１０のピストンの左端の位置から図１４のピストンの右端の位置までの第２ストローク中のピストン５０及びピストンロッド部４２、４３の位置を示す。上述のように、シリンダ１２内のピストン５０の左端及び右端の位置は、各ストロークの燃焼位置と呼ぶことがある。この位置では、燃焼ガスが圧縮され、燃焼段階の始まりでガスが点火している可能性がある。ピストン５０が図１０のように左端の位置にあり、シリンダ１２の左端でピストン５０の左面とシリンダヘッド１５との間のクリアランス容積に圧縮された燃焼ガスが点火しているとき、ピストン５０は、図１０から図１４で見て、シリンダ１２の左端から右端までのストロークの燃焼位置にある。

第２ストロークで燃焼が始まると、ピストン５０は右に移動する。図１１に示すように、ピストン５０は、シリンダ１２の左端から右端までのストロークのために燃焼位置から移動し続ける。図１１は、第１ピストンロッド部４２の第１開口４４がシリンダヘッド１４に到達した位置を示す。これに伴い、シリンダ１２へのガスの導入が停止する。

図１２は、ピストン５０の左側の第２燃焼室７３における燃焼段階が終了し、ピストン５０の右側の第１燃焼室７１での圧縮段階が開始される位置を示す。燃焼段階は、ピストン５０が左側の排気ポートを露出させ始めるときに終了してもよい。同時に、ピストン５０の左側の排気段階が始まってもよい。したがって、第２燃焼室７３が開放状態になると、排気段階が開始されてもよい。また、ピストン５０が右側の排気ポート１８を完全に覆ったときに、圧縮段階が開始されてもよい。したがって、第１燃焼室７１が密閉状態になったときに、圧縮段階が開始されてもよい。ピストン５０の幅と排気ポート１８の幅との比に応じて、ピストン５０の左側での燃焼段階の終了とピストン５０の右側での圧縮の開始とのタイミングを調整してもよい。

ピストンが右に移動し続けると、ピストン５０は、図１３に示すように、中央に位置する排気ポート１８を通過する位置に到達することがある。この時点で、排気ポート１８は、ピストン５０の左側に完全に露出する。このように、ピストン５０の左側の第２燃焼室７３が排気ポート１８と流体連通し、第２ストロークの膨張ストローク部分の間にピストン５０の左側で発生した燃焼からの排気ガスが第２燃焼室７３から排出されてもよい。したがって、第２ストロークの膨張ストローク部分が終了し、ピストンは、膨張ストローク部分の終了後に残った慣性の結果として、弾みストローク部分でシリンダ１２の右端に向かって移動し続ける。

図１３に示すように、ピストン５０、ピストン５０の左側の第２ピストンロッド部４３、及び排気ポート１８は、ピストンがシリンダ１２の左端から右端に向かって移動する際、第２ピストンロッド部４３の第２開口４８がピストン５０の左側の第２燃焼室７３に入る前に、ピストン５０が排気ポート１８の全てを通過するように構成してもよい。図１３に示すように、ピストン５０は、左側のピストンロッド部４２の第２開口４８がピストン５０の左側の第２燃焼室７３に入り始めて、第２燃焼室７３と第２開口４８との間のガスの流れを可能にするときまでに、排気ポート１８の右側に完全に移動している。様々な構成要素の相対的なサイズ及び間隔は、新鮮な予備圧縮空気又は他のガスがピストン５０の左側の第２ピストンロッド部４３を介して第２燃焼室７３に導入される前に、第２燃焼室７３で生成された排気ガスが排気ポート１８から排出され始めることを可能にする。様々な代替的な実施形態において、ピストン５０の反対面に対するピストンロッド部４２、４３を介した開口の正確な配置は、ピストンの面が排気ポートの近辺を通過した直後に、ピストンの各面に最も近い吸込ポートがピストンの同じ側の各燃焼室に入るように変化させてもよい。これにより、新鮮な予備圧縮空気又は他のガスが導入される前に、排気ガスが各燃焼室から排出され始めるようにすることができる。

図１３に示すように、シリンダ１２の左端から右端へのストロークの弾みストローク部分でピストン５０が排気ポート１８を通過した直後に、ピストン５０の左面に最も近い第２ピストンロッド部４３の第２開口４８の縁が第２燃焼室７３に入り始める。このとき、新鮮な空気などのガスが第２ピストンロッド部４３の第２開口４８を介して第２燃焼室７３に導入されることで、ピストン５０の左側に掃気段階が発生することがある。第２開口４８は、ピストン５０がシリンダ１２の左端から右端への第２ストロークの弾みストローク部分にあるときに、ガスが第２燃焼室７３とシリンダ１２の外部の領域との間で連続的に流動し得るように構成してもよい。図１４に示す例示的な実施形態では、新鮮な予備圧縮空気が、吸込室３２から第２燃焼室７３に導入してもよい。同時に排気ガスは、流入した予備圧縮空気又は他のガスによって第２燃焼室７３から排気ポート１８を介して強制的に排出してもよい。

図１３及び図１４に示すように、ピストンがシリンダの右端に向かって移動し続けると、ガスが第２燃焼室７３とシリンダの外部の領域との間で連続的に流動する。吸込室３２から第２燃焼室７３に導入される予備圧縮空気又は他のガスの連続的な流れにより、シリンダ１２の冷却だけでなく、第２燃焼室７３からの排気ガスの掃気、及び第２燃焼室７３内のガスの昇圧が支援される。シリンダの左端から右端への第２ストロークの弾みストローク部分と同時に、ピストン５０が排気ポート１８を越えてシリンダ１２の右端に向かって移動した後、ピストン５０の右側の圧縮段階で、ピストン５０の右側のガスが圧縮される。図１４に示すように、ピストンが右に移動しきったとき、ピストンの右側の燃焼ガスは、第１燃焼室７１の残りのクリアランス容積に圧縮され、点火が行われ、シリンダの右端から左端への別のストロークが開始される。以後、このようにしてさらにストロークを続けることができる。

本開示のいくつかの実施形態によれば、エンジン内の他の特定の構造に拘わらず、シリンダ及び両面ピストンは、第１ストローク中にピストンが移動する総距離が、第１ストロークの膨張ストローク部分中にピストンが移動する距離よりも実質的に大きくなるようなサイズであってもよい。図５から図１０を参照して例示すると、ピストンの総移動距離は、例えば図５に図示されるようなシリンダ１２の右側の燃焼位置から、例えば図１０に図示されるようなシリンダ１２の左側の燃焼位置までで測定されてもよい。この総移動距離は、図５から図１０の進行において、ピストン５０が排気ポート１８の少なくとも１つに到達したときに発生するストロークの膨張部分よりも実質的に大きい。いくつかの実施形態では、膨張ストロークの終了は、機械的なバルブの開放、又は何らかの他の方法での膨張の停止など、他の事象によって示してもよい。膨張ストローク部分の終了方法に拘わらず、そのような膨張部分のみの移動よりも総移動距離が実質的に大きい限り、本開示の範囲内であると考えられる。非限定的な例として、ストロークの拡張部分とストロークの非拡張部分との間の差が、ピストンの幅の複数倍、ピストンの幅、ピストンの幅の４分の３以上、ピストンの幅の半分以上、又はピストンの幅の４分の１以上のいずれかである場合、総移動距離は実質的に大きいと考えられる。したがって、例えば、両面ピストンは、一方面から反対面までの軸方向の長さが、第１シリンダヘッド及び第２シリンダヘッドの少なくとも一方から排気ポートまでの距離の１／２以下であってもよい。

いくつかの実施形態では、シリンダ及びピストンは、シリンダの一方端から反対端までの各ストローク中に移動する総距離が、ストロークの膨張ストローク部分中にピストンが移動する距離を、少なくとも一方面から反対面までのピストンの長さだけ超えるような大きさであってもよい。他の例示的な実施形態では、シリンダ及びピストンは、各ストロークでピストンが移動する総距離が、ピストンの一方面でガスが圧縮される間にピストンが移動する距離を、少なくともピストンの長さだけ超えるようなサイズであってもよい。図に示す例示的な実施形態における一方面から反対面までのピストン５０の長さは、シリンダヘッド１４、１５の少なくとも１つから排気ポート１８までの距離の１／２以下であってもよい。ピストン及びシリンダの構成及び相対的なサイズは、シリンダの反対端で各燃焼が発生した後に、排気ガスを掃気してシリンダを冷却する目的で新鮮な予備圧縮空気又は他のガスをシリンダに導入することができる間、各方向でのピストンの全ストローク長を著しく大きくできる場合がある。

いくつかの実施形態では、シリンダ及びピストンは、膨張段階終了後のピストンのオーバーシュートの量が、圧縮容積の長さよりも実質的に大きくなるように構成してもよい。圧縮容積は、上述したように、シリンダ１２のクリアランス容積に対応していてもよい。例えば、ピストン５０及びシリンダ１２は、ピストン５０が弾みストローク部分で移動する長さが、燃焼位置においてピストン５０の一方側と最も近いシリンダヘッド１４、１５との間のクリアランス容積の長さよりも実質的に大きくなるようなサイズであればよい。いくつかの実施形態では、オーバーシュート量は、ピストン５０の長さの４分の１以上である。このようにオーバーシュート量を、例えば、ピストン５０の長さの少なくとも４分の１となるように設定することは、シリンダ１２内で掃気が行われるのに十分な時間を確保するのに有用である。

本開示のいくつかの実施形態によれば、内燃機関は、一対のピストンロッド部と、ディスクを有するピストンとを含む、別部品の組立品で形成されるピストンキットを備えるようにしてもよい。例えば図４Ｂに示すように、本開示に係るエンジンの様々な実施形態は、ピストン５０などの両面ピストンと、第１ピストンロッド部４２及び第２ピストンロッド部４３などの１以上のピストンロッドとを含んでもよい。ピストンロッド部は、ピストンの中心から延びていてもよい。例えば、第１ピストンロッド部４２及び第２ピストンロッド部４３のそれぞれは、ピストン５０の半径方向中心から延びていてもよい。このように、ピストン５０、第１ピストンロッド部４２、及び第２ピストンロッド部４３は、同軸であってもよい。ピストン５０が軸Ａに沿って直線的に移動し、機械的負荷がアクチュエータに接続される第２ピストンロッド部４３を介して伝達されるので、負荷は同じ軸Ａに沿って伝達されてもよい。さらに、ピストン５０に作用する側方力、すなわち軸Ａに垂直な方向に作用する力はない。クランクシャフトに接続され、側方力を経験するピストンを備えた従来のエンジンと比較して、ピストン５０は、主な移動方向とは異なる方向に作用する側方力を回避することができる。ピストン５０は、側方力を経験しないため、応力が小さくなり、蓄積熱が抑制されることにより、冷却の必要がなくなるかもしれない。いくつかの実施形態では、ピストン５０は、側方力が作用しないピストンとみなしてもよい。さらに、ピストンキット５６は、軸Ａを中心としたほぼ回転対称であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ピストンキット５６は中央面に対して対称であってもよい。中央面は、ピストン５０の軸心で、軸Ａに垂直な面であってもよい。

エンジン１０には、単一の空気供給源を設けてもよい。単一の空気供給源は、吸込室に接続してもよい。例えば、図５から図１４に示すような実施形態では、吸込室３２は、空気供給源に接続される吸込開口２９を含む。空気供給源は、エンジン１０に設けられる唯一の空気供給源であってもよい。吸込室３２は、エンジン１０の左側にも設けてもよい。例えば、図５から図１４に示されたエンジン１０の構成が反映されてもよい。空気は、大気圧よりも高い圧力で吸込室３２に供給してもよい。このようにして空気を供給すると、コンパクトなデザインを実現できる場合がある。さらに、このような設計は、別々の空気供給源を必要とする設計よりも複雑でないかもしれない。

単一の空気供給源を設ける場合、吸込室３２は、新鮮な空気が第１燃焼室７１及び第２燃焼室７３の両方に流入可能な構成としてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、第１前室３０及び第２前室３１は、隔離領域として構成してもよい。隔離領域は、代替シリンダへの充填中に、非活性なピストンロッド部を隔離するように構成されたシリンダ１２の外部の領域であってもよい。例えば、第１前室３０を、シリンダ１２の一方側で第１隔離領域として機能させ、第２前室３１を、シリンダ１２の反対側で第２隔離領域として機能させてもよい。

いくつかの実施形態では、複数の空気供給源を設けてもよい。例えば、吸込室３２を設けるのではなく、エンジン１０が２つの空気供給源を含み、各空気供給源が第１前室３０又は第２前室３１の一方に空気を供給するように構成されてもよい。エンジン１０は、各側面開口３３を介して、第１前室３０と連通する第１空気供給源と、第２前室３１と連通する第２空気供給源とを含んでもよい。２つの空気供給源は、側面開口３３の上流側で接続してもよい。１つの空気供給源を分岐させて複数の空気供給源を形成してもよい。本実施形態では、第１ピストンロッド部４２及び第２ピストンロッド部４３の一方又は双方が、閉塞端を含んでもよい。その場合、第１ピストンロッド部４２及び第２ピストンロッド部４３に追加の開口を設けてもよい。例えば、第１開口４４から離間している第１ピストンロッド部４２に、さらなる一連の開口を設けてもよい。さらなる一連の開口は、第１開口がシリンダ１２内にあるとき、第１前室３０からガスが流動するように構成してもよい。また、第１開口４４がシリンダ１２内にあるとき、さらなる一連の第１開口は、シリンダ１２の外部にあるように構成してもよい。さらなる一連の開口の構造は、第１開口４４の構造と同様であってもよい。このような一連の開口は、第２ピストンロッド部４３にも同様に設けてもよい。

ピストンキット５６内のガスは、異なる方向に流動してもよい。いくつかの実施形態では、ピストン組立品内の通路は、ピストンの第１側から第２側に向かう第１方向にガスを流動させ、ピストンの第２側から第１側に向かう第２方向にガスを流動させるように構成してもよい。例えば、通路４６をピストンロッド４０に設けてもよい。通路４６は、ピストン５０の一方側の領域６７から第２開口４８を介してシリンダ１２の内部に向かう第１方向へのガスの流れを許容するように構成されている。ピストン５０は、第２開口４８を介してシリンダ１２にガスを供給する際、第１位置、例えばシリンダ１２の右側の燃焼位置にあってもよい。また、通路４６は、ピストン５０の反対側の領域６５から第１開口４４を介してシリンダ１２の内部に向かう第２方向へのガスの流れを許容するように構成されてもよい。ピストン５０は、第１開口４４を介してシリンダ１２にガスを供給する時点では、第２位置、例えばシリンダ１２の左側の燃焼位置にあってもよい。

いくつかの実施形態では、ピストンキット５６内のガスの流れは、同じ方向であってもよい。例えば、吸込室３２が設けられている場合、ガスは、吸込開口２９から通路４６及び第２開口４８を介してシリンダ１２内に流入してもよい（図５参照）。ピストン５０の別の位置では、ガスは、吸込開口２９から通路４６及び第１開口４４を介してシリンダ１２内に流入してもよい（図１０参照）。

図１５は、チャンバ３９を含むエンジン１０の一実施形態を示す。図１５の実施形態は、チャンバ３９によって閉塞してもよいことを除いて、図５の実施形態と同様であってもよい。第２ピストンロッド部４３は、プラグ４９なしで設けてもよい。チャンバ３９は、第２前室３１に取り付けるか、あるいは第２前室３１と一体化した構造であってもよい。チャンバ３９は、気密性の高い方法で密封してもよい。図１５に示すように、ピストン５０が第２位置にあるとき、吸込開口２９から空気が導入されてもよい。エンジン１０の左側が閉塞されているので、ピストンロッド４０に導入された空気は、通路４６を通って領域６７に移動しても、エンジン１０の外側領域には逃げない。代わりに、空気は、第１開口４４を介してシリンダ１２に押し込まれる。このように、エンジン１０は、図５に示したものと同様の方法で機能する。

ピストンロッドは、ピストン組立品が、開口が遮断された位置と、開口の少なくとも１つが開放された位置との間で摺動可能となるように構成してもよい。ピストン５０の全移動範囲のうちのいくつかの位置では、第１開口４４又は第２開口４８のいずれもシリンダ１２と流体連通していない位置があってもよい。例えば、図６、図７、図８、図９、図１１、図１２、図１３は、第１開口４４及び第２開口４８がまだシリンダ１２に入っていない例を示す。圧力増強期間は、例えば、図６の位置と図９の位置との間に発生する可能性がある。図６に示すような第１圧力蓄積位置では、吸込開口２９から導入されたガスが通路４６と流体連通してもよいが、エンジン１０から出られないことがある。したがって、領域６５、領域６７、及び通路４６の内部など、吸込室３２と流体連通する領域で圧力がかかり始める可能性がある。図９に示すような第２圧力上昇位置に到達すると、吸込室３２と流体連通する領域の内圧が所定のレベルまで上昇することがある。その後、第１開口４４がシリンダ１２の内部に露出すると、圧力が解放され、高圧空気がシリンダ１２の内部に供給されるかもしれない。高圧空気がシリンダ１２内に供給されることで、エンジン１０が出力する仕事量が増加する可能性がある。例えば、シリンダ１２内に導入された高圧空気は、図９の実施形態に示すように、ピストン５０をシリンダ１２の左側に向けてさらに前進させる役割を果たしてもよい。

本開示の例示的な実施形態に係るエンジンは、さらなる利点をもたらすことができる。例えば、エンジンは、燃焼用の新鮮な空気を連続的に供給しながら、シリンダからの高温の排気ガスのほぼ連続的な掃気を容易にすることができる。ほぼ連続的に導入される新鮮な予備圧縮空気は、シリンダ内の温度を低下させ、エンジンの効率及びエンジンの耐用年数を向上させることができる。

本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、開示された例示的な実施形態に様々な変更及び修正を加えることができる。例えば、エンジン１０で生成された燃焼ガスは、ターボチャージャーの駆動に使用してもよい。また、シリンダに導入される圧縮空気は、シリンダの反対端から延びて往復運動するピストンロッド部によって駆動される外部のコンプレッサによって加圧されてもよい。また、シリンダ内に導入されたガスを半径方向に誘導しないように、吸込ポートの角度と出口ポートの角度を変えて、シリンダ内に導入されたガスに旋回効果を付与するなどのバリエーションも考えられる。

本開示の前記部分を簡略化するために、要素の様々な組み合わせを一緒に説明する。最も広い意味での本開示の態様は、先に説明した特定の組み合わせに限定されないことを理解されたい。むしろ、本開示に合致し、図に例示されているような本発明の実施形態は、以下に列挙された特徴のうちの１以上を、単独で、又は先に説明した特徴と組み合わせて含むことができる。

例えば、リニアレシプロエンジンが提供されてもよい。このエンジンは、その第１端に第１燃焼室を有し、反対側の第２端に第２燃焼室を有するシリンダと、第１燃焼室の端に配置された第１シリンダヘッドと、第２燃焼室の端に配置された第２シリンダヘッドと、シリンダ内に摺動可能に取り付けられたピストンと、前記第１燃焼室及び前記第２燃焼室を貫通して延びる少なくとも１つのピストンロッド部を含むピストンロッドと、を含んでもよく、前記少なくとも１つのピストンロッド部は、前記ピストンの第１側に位置する少なくとも１つの第１ポートと、前記ピストンの第１側とは反対側の第２側に位置する少なくとも１つの第２ポートとを有する。また、以下の要素を設けてもよい。
前記少なくとも１つのピストンロッド部は、ガスを流動させるように構成されたピストンを通って延びる通路を含み、
前記ピストンロッドは、前記少なくとも１つの第１ポート及び前記少なくとも１つの第２ポートを遮断して前記通路内の圧力上昇を可能にする第１位置に摺動可能であり、
前記ピストンロッドは、前記少なくとも１つの第２ポートが開いて前記第２燃焼室に圧縮空気を放出する第２位置に摺動可能であり、
前記ピストンロッドは、前記少なくとも１つの第１ポートが前記第１燃焼室に圧縮空気を放出するために開口する第３位置に摺動可能である。

さらに、例えば、第１端に第１燃焼室を有し、反対側の第２端に第２燃焼室を有するシリンダと、第１端に近接して第１燃焼室の外部に位置する前室と、シリンダ内に摺動可能に取り付けたピストンと、前記ピストンから前記第１燃焼室を通って前記前室に延び、吸込ポート及びその中にある少なくとも１つの第１側壁開口を有する中空管部分を含む第１ピストンロッド部と、前記ピストンから前記第２燃焼室を通って延び、中空部及びその中にある少なくとも１つの第２側壁開口を有する第２ピストンロッド部と、を備えるリニアレシプロエンジンが提供されてもよい。また、以下の要素を設けてもよい。
前記第１ピストンロッド部が、前記第２ピストンロッド部に流路接続され、
前記少なくとも１つの第１側壁開口及び前記少なくとも１つの第２側壁開口が、第１ストローク部において、前記少なくとも１つの吸込ポートが前記前室に位置し、前記前室から前記第１燃焼室に空気を供給するように配置され、
第２ストローク中、少なくとも１つの吸込ポートが前室に位置し、前室から第２燃焼室に空気を供給し、
前記エンジンは、前記単一の空気吸込に接続されたフレッシュエアポンプをさらに含み、
前記エンジンは、前記前室に圧縮空気を供給するポンプをさらに含み、
前記エンジンは２つの燃焼室を含み、
前記単一空気導吸込と前記ピストンロッドが、前記両燃焼室に新鮮な空気を流入させるように構成されている。

さらに、例えば、第１端に第１燃焼室を有し、対向する第２端に第２燃焼室を有するシリンダと、第１端に近接して第１燃焼室の外部に位置する第１前室と、第２端に近接して第２燃焼室の外部に位置する第２前室と、シリンダ内に摺動可能に取り付けられたピストンと、ピストンから第１燃焼室を通って第１前室に延び、細長の第１通路部及び少なくとも１つの第１ポートを有する第１ピストンロッド部と、ピストンから第２燃焼室を通って第２前室に延び、細長の第２通路部及び少なくとも１つの第２ポートを有する第２ピストンロッド部と、を備えるリニアレシプロエンジンが提供されてもよい。また、以下の要素を設けてもよい。
前記第１通路部が前記第２通路部に接続され、
少なくとも１つの第１ポートが第１前室に配置されているとき、少なくとも１つの第２ポートが第２燃焼室に配置されることにより、第１前室と第２燃焼室との間での流動を可能とし、
前記少なくとも１つの第２ポートが前記第２前室に配置されているとき、前記少なくとも１つの第１ポートが前記第１燃焼室に配置されることにより、前記第２前室と前記第１燃焼室との間での流動を可能とする。

さらに例えば、第１端に第１燃焼室を有し、反対側の第２端に第２燃焼室を有するシリンダと、燃焼室の外部にある前室と、シリンダ内に摺動可能に取り付けられたピストンと、ピストンから燃焼室を通って前室内に延びるピストンロッドと、を含む内燃機関が提供されてもよい。また、以下の要素を設けてもよい。
前記ピストンロッドは、
前記ピストンに延びる貫通した開口と、少なくとも１つのポートと、
前記前室に加圧空気を供給するための前記前室内のポートであって、前記ピストンの燃焼ストローク中に、加圧空気が前記ピストンロッドを通って移動し、前記ピストンを冷却することを可能にするためのポートと、
を含む。

さらに例えば、第１燃焼室をその第１端に有し、第２燃焼室を反対側の第２端に有し、１以上のサイドポートを有するシリンダと、第１燃焼室の端に位置する第１シリンダヘッドと、第２燃焼室の端に位置する第２シリンダヘッドと、シリンダ内に摺動可能に取り付けられた両面ピストンと、ピストンから第１燃焼室を通って第１加圧可能な前室へと延び、細長の第１通路部及び少なくとも１つの第１ポートを有する第１ピストンロッド部と、ピストンから第２燃焼室を通って加圧可能な第２前室へと延び、細長の第２通路部及び少なくとも１つの第２ポートに流れ接続されている第２ピストンロッド部と、を含むリニアレシプロエンジンが提供されてもよい。また、以下の要素を設けてもよい。
前記少なくとも１つの第１ポート及び前記少なくとも１つの第２ポートが、前記両面ピストンが前記燃焼室内の中心位置に位置し、前記第１前室及び前記第２前室が加圧されているときに、前記第１ピストンロッド部及び前記第２ピストンロッド部に静止空気流状態が存在するように、それぞれ配置されている。

Claims (20)

1. 第１端に第１燃焼室を有し、反対側の第２端に第２燃焼室を有するシリンダと、
   前記シリンダ内に摺動可能に取り付けられたピストンと、
   前記ピストンを介して前記第１及び第２燃焼室に延びる通路を有するピストンロッドと、
   第１燃焼室にガスを選択的に供給するために、第１燃焼室に出入りするように構成され、ピストンロッドの第１側に設けられる少なくとも１つの第１開口と、
   前記ピストンロッドの第２側に設けられ、ガスを第２燃焼室に選択的に供給するために、第２燃焼室に出入りするように構成されている少なくとも１つの第２開口と、
   を備え、
   前記ピストンは、前記第１開口が前記第１燃焼室の外側にあり、前記第２開口が前記第２燃焼室の内側にある第１位置と、前記第１開口が前記第１燃焼室の内側にあり、前記第２開口が前記第２燃焼室の外側にある第２位置との間で摺動可能である、リニアレシプロエンジン。
2. 前記通路は、前記ピストンの第１側から前記少なくとも１つの第２開口を介して前記ピストンの反対側の第２燃焼室に向かう第１方向にガスを流動させ、前記ピストンの第２側から前記少なくとも１つの第１開口を介して前記ピストンの第１側の第１燃焼室に前記第１方向とは反対の第２方向にガスを流動させるように構成されている、請求項１に記載のエンジン。
3. 前記通路は、前記第１位置において、前記ピストンの第１側から前記通路、及び前記少なくとも１つの第２開口を通って、前記ピストンの反対側の第２燃焼室に向かう第１方向にガスを流動させ、前記第２位置において、前記通路、及び前記少なくとも１つの第１開口を通って、前記第１燃焼室に向かう第１方向にガスを流動させるように構成されている、請求項１に記載のエンジン。
4. 前記第１燃焼室の外側の第１前室と、
   前記第２燃焼室の外側の第２前室と、
   を備え、
   前記通路は、前記第１前室から前記第２燃焼室にガスを供給し、前記第２前室から前記第１燃焼室にガスを供給するように構成されている、請求項１に記載のエンジン。
5. 前記第１燃焼室の外側の第１前室と、
   前記第２燃焼室の外側の第２前室と、
   前記第１前室に隣接する吸込室と、
   を備え、
   前記通路は、前記第１位置で前記吸込室から前記第２燃焼室にガスを供給し、前記第２位置で前記吸込室から前記第１燃焼室にガスを供給するように構成されている、請求項１に記載のエンジン。
6. 前記シリンダは、周辺シリンダ壁と、前記周辺シリンダ壁に設けた少なくとも１つのポートと、を有する請求項１に記載のエンジン。
7. 前記ピストンロッドは、第１ピストンロッド部と第２ピストンロッド部とを含む、請求項１に記載のエンジン。
8. 前記ピストンロッドの少なくとも１つのピストンロッド部は、前記第１前室から前記シリンダを通って前記第２前室まで延びている、請求項４に記載のエンジン。
9. 前記少なくとも１つの第１開口及び前記少なくとも１つの第２開口は、前記ピストンロッドの径方向と角度を成す軸をそれぞれ有する穴を含む、請求項１に記載のエンジン。
10. 前記ピストンは、前記少なくとも１つの第１開口及び前記少なくとも１つの第２開口の両方を塞いで前記通路内を昇圧可能とする第３位置まで摺動可能であり、
    前記第１位置又は前記第２位置において、前記昇圧が前記シリンダ内に放出される、請求項１に記載のエンジン。
11. 前記少なくとも１つの第１開口は、前記ピストンロッドの側壁を貫通して延びる複数の穴を含む、請求項１に記載のエンジン。
12. 前記ピストンロッドの一端を塞ぐように構成されたプラグをさらに備える、請求項１に記載のエンジン。
13. 前記通路は、前記ピストンロッドの少なくとも一部を中空にする、請求項１に記載のエンジン。
14. 前記ピストンは、両面ピストンであり、前記ピストンロッドは、一対のピストンロッド部を含み、各ピストンロッド部は、前記両面ピストンの反対面から延びている、請求項１に記載のエンジン。
15. 前記ピストンと前記ピストンロッドが一体的に形成されている、請求項１に記載のエンジン。
16. 前記ピストンと前記ピストンロッドは別々に形成され、
    前記ピストンと前記ピストンロッドは、ファスナによって固定される、請求項１に記載のエンジン。
17. 吸込室をさらに備え、
    前記ピストンロッドは開口端を含み、
    前記通路は、前記開口端及び前記少なくとも１つの第１開口を介して前記吸込室から前記第１燃焼室にガスを供給し、前記開口端及び前記少なくとも１つの第２開口を介して前記吸込室から前記第２燃焼室にガスを供給するように構成されている、請求項１に記載のエンジン。
18. 前記第１燃焼室は、前記ピストンの第１端と前記シリンダの第１端との間に画定され、前記第２燃焼室は、前記ピストンの第２端と前記シリンダの第２端との間に区画される、請求項１に記載のエンジン。
19. 単一の空気吸込口をさらに備え、
    前記単一の空気吸込口と前記ピストンロッドは共用され、前記第１燃焼室と第２燃焼室の両方に設けられている、請求項１に記載のエンジン。
20. 前記シリンダの一方側の第１隔離領域と、シリンダの反対側の第２隔離領域と、をさらに含み、前記第１及び第２隔離領域は、交互にシリンダへ充填する間、非活性となるピストンロッド部品を隔離するように構成されている、請求項１９に記載のエンジン。

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