JP2010116832A - 往復動エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】環状ガス室に導入したガス圧を漏らすことなく、十分に保持し、この保持されたガス圧によりピストンをシリンダから十分に浮かし、もってピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗を低減した往復動エンジンを提供すること。
【解決手段】往復動エンジンは、ピストン２の反スラスト側１３において、ピストン上体部８の第２ピストンリング溝５内にピン４８または閉じ壁が設けられ、この第２ピストンリング溝５に第２ピストンリング２７がその合口部５２の内に上記ピンまたは閉じ壁を収め、挟み込んだ状態で組込まれ、第２ピストンリング２７は上記ピンまたは閉じ壁によって回り止めされてなる。
【選択図】図１

Description

本発明はピストンエンジンの改良に関する。

詳細には、本発明はピストンのセカンドランド（第２ランド）の外周面とシリンダの内面と第１ピストンリングと第２ピストンリングとに囲まれて作成された環状ガス室にピストンの上方の燃焼高圧ガスを導入し、この導入したガス圧により、スラスト側において、ピストンをシリンダから浮かして支持し、ピストンとシリンダとの摩擦抵抗の低減を図った往復動エンジンに関する。特に上記ガス室に導入したガス圧を必要時間漏れさせることなく保持させるようにした往復動エンジンに係る。

国際公開第ＷＯ２００８／０４７４５３Ａ１

ピストンに働くスラスト力による、スラスト側におけるピストンとシリンダとのフリクションロスを低減する技術として、国際公開第ＷＯ２００８／０４７４５３Ａ１がある。

これに記載の技術は燃焼圧力を受けるクラウン部とピストンリングを装着したランド部とからなるピストン上部体と、このピストン上部体の下側に形成されたスカート部とを備えたピストンにおいて、上記ピストン上部体がピストン中心線に対して反スラスト側に偏心して形成され、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部の最大径部の外周面と垂直線上にそろえて形成され、ピストンがシリンダに直立姿勢に収められた状態で、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部の最大径部の外周面とシリンダの内面に添い当り状態となり、かつ、スラスト側においてピストン上部体の外周面とシリンダの内面との間に隙間が生じ、ピストン上部体の外周面に装着された第１ピストンリングと第２ピストンリングとの間の第２ランド部に環状ガス室を形成し、上記シリンダの内面のスラスト側の上部位において、複数の凹所が形成され、ピストンが上死点または上死点近傍に位置するとき、上記凹所を通してピストン上方の高圧ガスを上記環状ガス室に流入させ、ガス室に流入した高圧ガスによりピストンをスラスト側から支持し、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部とがシリンダ内面に接して下降するようにした往復動エンジンである。

即ち、上記環状ガス室に導入したガス圧により、コネクチングロッドの傾きから生ずるスラスト力（側圧）に対抗してピストンをシリンダから浮かして支持し、ピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗を低減するようにした往復動エンジンである。

ところで、第１ピストンリングと共にガス室を形成する第２ピストンリングは通常のエンジンのピストンリングと同じように合口部を有する。この合口部の存在のため、上記環状ガス室に導入されたガス圧は、この合口部からクランク室へ漏れ、小容積のガス室のガス圧は急速に低下し、ガス圧によるピストンの支持（シリンダから浮かし）が十分に行われない。このため、ピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗（フリクションロス）の低減が十分に機能しないのである。

そこで本発明は、環状ガス室に導入したガス圧を漏らすことなく、十分に保持し、この保持されたガス圧によりピストンをシリンダから十分に浮かし、もってピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗を低減した往復動エンジンを提供するものである。

燃焼圧力を受けるクラウン部とピストンリングを装着したランド部とからなるピストン上部体と、このピストン上部体の下側に形成されたスカート部とを備えたピストンにおいて、上記ピストン上部体がピストン中心線に対して反スラスト側に偏心して形成され、反スラスト側において、ピストン上部体の外周面とスカート部の外周面とが垂直線上にそろえて形成され、ピストンがシリンダに直立姿勢に収められた状態で、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部の外周面とがシリンダの内面に添い当り状態となり、かつ、スラスト側においてピストン上部体の外周面とシリンダの内面との間に隙間を設け、かつ、シリンダの内面とピストン上部体の第２ランド部の外周面と第１ピストンリングと第２ピストンリングとにより囲まれた環状ガス室を形成し、上記シリンダの内面のスラスト側の上部位において、複数の凹所が形成され、ピストンが上死点または上死点近傍に位置するとき、上記凹所を通してピストン上方の高圧ガスを上環状ガス室に流入させ、ガス室に流入した高圧ガスによりピストンをスラスト側から支持し、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部とがシリンダ内面に接して下降するようにした往復動エンジンにおいて、ピストンの反スラスト側において、ピストン上体部の第２ピストンリング溝内にピンまたは閉じ壁が設けられ、この第２ピストンリング溝に第２ピストンリングがその合口部の内に上記ピンまたは閉じ壁を収め、挟み込んだ状態で組込まれ、第２ピストンリングは上記ピンまたは閉じ壁によって回り止めされてなる往復動エンジンである。

上記のようになる本発明の往復動エンジンによれば、エンジン運転時、特に圧縮行程の終期から燃焼膨張行程の初期、ピストンが上死点近傍にあって、第１ピストンリング（トップリング）がシリンダの凹所（ガス通路穴）を通過するとき、ピストンの上方の燃焼室の高圧ガスが上記凹所を通って、ピストンの環状ガス室内に導入される。

ところで、上記環状ガス室は、この環状ガス室を形成する第２ピストンリング（セカンドリング）は、その合口部が、常に、反スラスト側に位置し、ピストン上体部の外周面とシリンダの内面とが接し合う範囲に閉じ込められており、かつ、その合口部はその内空間にピンまたは閉じ壁を収め、このピンまたは閉じ壁が合口部のガス漏れの抵抗体として作用する。

このため、上記環状ガス室に導入された高圧ガスは、第２ピストンリング合口部からのガス漏れが防止され、環状ガス室内の導入高圧ガスのガス圧は十分に保持され、クランク室へのブロバイは阻止される。

よって、爆発燃焼膨張行程でピストンにスラスト力（側圧）が作用するも、上記環状ガス室内にガス圧を保持された高圧ガスにより、スラスト側において、ピストンは、シリンダの内面から浮かされ続けて、その燃焼膨張行程を下降する。

このため、ピストンとシリンダ内面との摩擦抵抗は著しく低減され、省燃効果が十分に発揮される。

本発明によれば、環状ガス室に導入したガス圧を漏らすことなく、十分に保持し、この保持されたガス圧によりピストンをシリンダから十分に浮かし、もってピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗を低減した往復動エンジンを提供し得る。

以下、本発明の実施形態を図面に示した実施例について説明する。

第１図から第６図には、本発明の往復動エンジンの実施例が示してある。

第５図及び第８図には、１実施例の往復動エンジン１のピストン２が示してある。上記ピストン２は、燃焼圧力を受けるクラウン部３とピストンリング溝４，５，６を有するランド部７とからなるピストン上部体８と、このピストン上部体８の下側に形成したスカート部９とピストンピン１０を支持するピンボス部１１とを備える。なお、上記ランド部７は上記ピストン上部体８の外周面１６をも指す。以下、ランド部７をピストン上部体８の外周面１６と称す。さて、上記ピストン２において、１２はスラスト側を示し、１３は反スラスト側を示す。

ピストン２は、上記ピストン上部体８がピストン２の中心線１４に対して反スラスト側１３に偏心ｅして形成されている。１５は上記ピストン上部体８の中心線を示す。第５図に示すように、ピストン２は直立姿勢で、反スラスト側１３において、上記ピストン上部体８の外周面１６とスカート部９の外周面１７とが垂直線１８上にそろえて、形成されている。

一方、スラスト側１２において、ピストン上部体８の外周面１９は、スカート部９の外周面２０を通る垂直線２１から内側に位置し、隙間２２がある。

ピストン２は上記の如く形状であるため、第１図から第３図に示すように、シリンダ２３に組込まれ、直立姿勢にあるとき、反スラスト側１３において、ピストン上部体８の外周面１６とスカート部９の外周面１７とが共に、シリンダ２３の内面２４に添い当り接している。他方、スラスト側１２においては、ピストン上部体８の外周面１９とシリンダ２３の内面２４との間には隙間（クリアランス）２５が存在する。

ピストン上部体８のピストンリング溝４には、圧縮用のピストンリングが装着される。即ち、クラウン部３に一番近いところの第１ピストンリング溝４には第１ピストンリング２６が装着され、次に近い第２ピストンリング溝５には、第２ピストンリング２７が装着される。なお、第１ピストンリングはトップリング、第２ピストンリングはセカンドリングのことである。そして、一番下の第３ピストンリング溝６にはオイルかきリング２８が装着されている。

第１ピストンリング２６が装着される第１ピストンリング溝４と第２ピストンリング２７が装着される第２ピストンリング溝５とは、ピストン２の軸線２９に直交する面に対して傾斜して形成されている。そして、上記第１ピストンリング溝４と第２ピストンリング溝５とは、互いに相手に対して、反対側へ傾斜して設けられ、反スラスト側１３からスラスト側１２に向かって、次第に離反するように設けられている。

従って、第１ピストンリング溝４と第２ピストンリング溝５との間に囲まれた第２ランド部３０はスラスト側１２では巾広く、反スラスト側１３で巾狭になっている。オイルかきリング２８を装着する第３ピストンリング溝６はピストン軸線２９に直交する面に平行である。

第１図及び第２図に示すように、ピストン２がシリンダ２３に組み込まれた状態でピストン２には、ピストン上部体８の第２ランド部３０の外周面とシリンダ２３の内面２４と第１ピストンリング２６及び第２ピストンリング２７とにより囲まれた環状ガス室３１が形成されている。

第２ランド部３０は上述したように、スラスト側１２で巾広く、反スラスト側１３に向かって次第に巾狭になっているので、上記環状ガス室３１もまたスラスト側１２で巾広く、反スラスト側１３に向かって次第に巾狭になっている。

そして、上記環状ガス室３１に本往復動エンジン１が圧縮行程の終期から燃焼膨張行程の初期において、ピストン２の上方の高圧ガス３８を導入し、保持させる。

さて、第２図から第６図に示すように、上記環状ガス室３１を形成するところの第２ピストンリング２７が組込まれた第２ピストンリング溝５には、反スラスト側１３においてピン４８が設けられている。

第２図、第４図及び第５図に示すように、上記ピン４８は第２ピストンリング溝５内にあって、その溝間４９を塞ぐような構造で、溝底５０に植込み固定されている。また、第７図及び第８図に示すように、上記ピン４８に代えて、第２ピストンリング溝５の溝間４９を閉じる閉じ壁５１を形成してもよい。

上記ピン４８、また閉じ壁５１は、その高さがピストン上部体８の外周面１６から少しばかり低く形成し、後述の如くピストン上部体８の外周面１６がシリンダ２３の内面２４に接して上下に摺動するとき、ピン４８、閉じ壁５１の頭部がシリンダ２３、内面２４に接しなく、擦らないように収められている。

そして、第２ピストンリング２７は、その合口部５２が、上記ピン４８、また閉じ壁５１を両側から挟む構造で第２ピストンリング溝５に組込まれている。即ち、合口部５２はその内にピン４８、また閉じ壁５１を収めている。

そして、このピン４８、また閉じ壁５１が合口部５２におけるガス漏れ通路のガス漏れの抵抗体となる。

また、当然に第２ピストンリング２７は、上記ピン４８、また閉じ壁５１によって回り止めされている。

このため、エンジン運動中、第２ピストンリング２７は円周方向に回らず、常にその合口部５２は、反スラスト側１３において、ピストン２とシリンダ２３の内面２４と接触し合う位置に閉じ込められるようになっている。

ところで、第１図から第４図には、第１、第２及び第３のピストンリング溝４、５及び６のそれぞれに第１ピストンリング２６、第２ピストンリング２７及びオイルリング２８が装着されたピストン２がシリンダ２３内に組込まれ、動作中の本往復動エンジン１が示されている。

ピストン２は反スラスト側１３においてピストン上部体８の外周面１６とスカート部９の外周面１７とがシリンダ２３の内面２４に接した状態の直立姿勢である。

シリンダ２３には、スラスト側１２の内面２４において、その上部位３３のところに凹所３４が複数個（３〜４個）、円周方向３５に沿って、並べて設けられている。なお、凹所３４、３４、３４はシリンダ内面２４から深く、くぼみ状に形成してある。これら凹所３４、３４、３４は後述するが、ガス圧の通路の役目をする。これら凹所３４、３４、３４の位置はピストン２が上死点近傍の位置にあるとき、ピストン２の第１のピストンリング２６がこれら凹所３４、３４、３４の上を通過中であるよう定めてある。

このように、ピストン２が上死点近傍にあって、第１ピストンリング２６が凹所３４、３４、３４の上を通過中のときに、これら凹所３４、３４、３４のそれぞれの凹み空間３６、３６、３６と第１ピストンリング２６の外周面との間が通路となり、ピストン２の上方の燃焼室３７とピストン２の環状ガス室３１とが連通し合い、ピストン２上方の高圧ガス３８が上記環状ガス室３１に矢印４１で示すように流入するようになっている。

また、上記凹所３４、３４、３４は、ピストン２が上死点に位置したとき、第２ピストンリング２７に繋がらないようにも設けられている。これは、燃焼室３７の高圧ガス３８がピストン２から下のクランク室へ吹き抜きさせないようにするためである。

さて、エンジン運転時、特に圧縮行程終期から爆発膨張行程の初期、燃焼室３７内の圧縮ガス、爆発燃焼ガスの高圧ガス３８がピストン２の上面に作用すると、スラスト側１２においては、ピストン上部体８の外周面１９とシリンダ２３の内面２４との間には隙間２５が存するので、高圧ガス３８はこの隙間２５に進入して上記外周面１９（トップランドを含めて）に作用すると共に、第１ピストンリング２６がシリンダ２３の凹所３４、３４、３４を通過するとき、上記高圧ガス３８は凹所空間３６、３６、３６を通って、環状ガス室３１に導入され、この環状ガス室３１に導入された高圧ガス３９によって、ピストン２はシリンダ２３の内面２４から浮かされて支持される。

一方、反スラスト側１３においては、ピストン上部体８の外周面１６とスカート部９の外周面１７がシリンダ内面に接した状態にあるため、ピストン２上方の高圧ガス３８はピストン２の反スラスト側に進入できない。つまり、反スラスト側の上記外周面１７に高圧ガス３８が作用されにくく、ピストン２をスラスト側１２に押し返す力が非常に弱い。

従って、環状ガス室３１に導入された上記高圧ガス３９によって、スラスト側１２からピストン２をシリンダの内面２４から浮かして支持する支持力の減殺を起こさない。

加えて、環状ガス室３１は、この環状ガス室３１を形成する第２ピストンリング２７の合口部５２が、常に、反スラスト側１３に位置し、ピストン上部体８の外周面１６とシリンダ２３の内面２３とが接し合う位置に閉じ込められており、かつ、その合口部５２はその内にピン４８または閉じ壁５１を収め、このピン４８、また閉じ壁５１が合口部５２のガス漏れ流れの抵抗体として作用する。

このため、上記環状ガス室３１に導入された高圧ガス３９は第２ピストンリング２７の合口部５２からのガス漏れが防止され、環状ガス室３１内の導入高圧ガス３９のガス圧は十分に保持される。

爆発燃焼膨張行程でピストン２にはスラスト力（側圧）が作用するも、上記環状ガス室３１内にガス圧を保持された高圧ガスにより、ピストン２はスラスト側１２において、シリンダ２３の内面２４から浮かされ続けて、燃焼膨張行程を下降する。

このため、ピストン２とシリンダ２３の内面２４との摩擦抵抗は著しく低減され、省燃効果が十分に発揮される。

本発明の実施の形態の例の縦断面説明図である。 第１図に示す例の要部を切欠して示した拡大縦断面図である。 第１図に示す例のＡ−Ａ線断面説明図である。 第１図に示す例のＢ−Ｂ線矢視説明図である。 第１図に示す例のピストンの説明図である。 第５図に示す例のピストンのＣ−Ｃ線断面説明図である。 要部の構造を変えたピストンの側面図である。 第７図に示す例のピストンのＤ−Ｄ線矢視図である。

符号の説明

１ 往復動エンジン
２ ピストン
３ クラウン部
４、５、６ ピストンリング溝
７ ランド部
８ ピストン上部体
９ スカート部
１０ ピストンピン
１１ ピンボス部
１２ スラスト側
１３ 反スラスト側

Claims (2)

1. 燃焼圧力を受けるクラウン部とピストンリングを装着したランド部とからなるピストン上部体と、このピストン上部体の下側に形成されたスカート部とを備えたピストンにおいて、上記ピストン上部体がピストン中心線に対して反スラスト側に偏心して形成され、反スラスト側において、ピストン上部体の外周面とスカート部の外周面とが垂直線上にそろえて形成され、ピストンがシリンダに直立姿勢に収められた状態で、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部の外周面とがシリンダの内面に添い当り状態となり、かつ、スラスト側においてピストン上部体の外周面とシリンダの内面との間に隙間を設け、かつ、シリンダの内面とピストン上部体の第２ランド部の外周面と第１ピストンリングと第２ピストンリングとにより囲まれた環状ガス室を形成し、上記シリンダの内面のスラスト側の上部位において、複数の凹所が形成され、ピストンが上死点または上死点近傍に位置するとき、上記凹所を通してピストン上方の高圧ガスを上環状ガス室に流入させ、ガス室に流入した高圧ガスによりピストンをスラスト側から支持し、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部とがシリンダ内面に接して下降するようにした往復動エンジンにおいて、ピストンの反スラスト側において、ピストン上体部の第２ピストンリング溝内にピンまたは閉じ壁が設けられ、この第２ピストンリング溝に第２ピストンリングがその合口部の内に上記ピンまたは閉じ壁を収め、挟み込んだ状態で組込まれ、第２ピストンリングは上記ピンまたは閉じ壁によって回り止めされてなる往復動エンジン。
2. 環状ガス室はピストンのスラスト側で巾広く、反スラスト側に向かって次第に巾狭に形成されている請求項第1項に記載の往復動エンジン。

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