JP2013072346A - Reciprocating engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、爆発膨張行程において、ピストンに作用する側圧に対抗して、ピストンを高圧燃焼ガスによって支持(ガス圧フロート)し、ピストンとシリンダとの摩擦抵抗を減少させた往復動エンジンの改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a reciprocating engine in which the piston is supported by high-pressure combustion gas (gas pressure float) against the side pressure acting on the piston in an explosion / expansion stroke, and the frictional resistance between the piston and the cylinder is reduced. .
これら(特許文献1から4)に記載の技術は、ピストンのセカンドランド部にガス室を形成し、爆発膨張行程初期に、このガス室に、シリンダ内面に設けたガス通路から、ピストン上方の高圧燃焼ガスを導入、保持させ、この導入、保持の高圧燃焼ガスによりピストンをスラスト側から支持し、ピストンとシリンダ内面との摩擦抵抗を減少する技術である。
In the techniques described in these
しかし、エンジン運転中、上記ガス室には、ピストン上方の高圧燃焼ガスの導入、保持、排出が繰り返される。すると、ガス室の表面には次第にカーボンの付着堆積が発生してくる。 However, during operation of the engine, introduction, retention, and discharge of high-pressure combustion gas above the piston are repeated in the gas chamber. Then, carbon deposits gradually accumulate on the surface of the gas chamber.
そこで、本発明は、エンジン運転が長期に渡り、上記ガス室に高圧燃焼ガスの導入、保持、排出が繰り返されても、ガス室にはカーボンの付着、堆積が発生しない往復動エンジンを提供するものである。 Therefore, the present invention provides a reciprocating engine in which carbon adhesion and accumulation do not occur in the gas chamber even when the operation of the engine is performed for a long period of time and the introduction, maintenance, and discharge of the high-pressure combustion gas are repeated in the gas chamber. Is.
本発明の往復動エンジンは、ピストンのトップリング、セカンドリング、セカンドランド及びシリンダ内面によって囲まれたスラスト側のガス室に、膨張行程の初期においてシリンダ内面のスラスト側の上部位に設けたガス通路からピストン上方の高圧燃焼ガスを導入し、この導入した高圧燃焼ガスによってピストンをスラスト側から支持する往復動エンジンにおいて、上記ピストンは、トップリング及びセカンドリング間をスラスト側と反スラスト側とのガス室に区画する区画手段を具備しており、上記スラスト側のガス室内に、当該スラスト側のガス室内に沿って伸びた掃除部材が上下方向に隙間をもって上下動自在に挿入され、ピストンの往復運動による掃除部材の上記隙間分の上下移動によってガス室内を掃除するようになっている。 The reciprocating engine of the present invention has a gas passage provided in a thrust side gas chamber surrounded by a piston top ring, a second ring, a second land, and a cylinder inner surface, at an upper portion of the cylinder inner surface at the initial stage of an expansion stroke. In the reciprocating engine in which the high-pressure combustion gas above the piston is introduced from above and the piston is supported from the thrust side by the introduced high-pressure combustion gas, the piston has a gas between the top ring and the second ring between the thrust side and the anti-thrust side. And a reciprocating motion of the piston. A cleaning member extending along the thrust gas chamber is inserted into the thrust gas chamber so as to be vertically movable with a gap in the vertical direction. The gas chamber is cleaned by moving the cleaning member up and down by the gap.
本発明の往復動エンジンによれば、ピストンのトップリング、セカンドリング、セカンドランド及びシリンダ内面によって囲まれたスラスト側のガス室に、膨張行程の初期においてシリンダ内面のスラスト側の上部位に設けたガス通路からピストン上方の高圧燃焼ガスを導入し、この導入した高圧燃焼ガスによってピストンをスラスト側から支持する往復動エンジンにおいて、上記ピストンは、トップリング及びセカンドリング間をスラスト側と反スラスト側とのガス室に区画する区画手段を具備しており、上記スラスト側のガス室内に、当該スラスト側のガス室内に沿って伸びた掃除部材が上下方向に隙間をもって上下動自在に挿入され、ピストンの往復運動による掃除部材の上記隙間分の上下移動によってガス室内を掃除するようになっているために、エンジン運転が長期に渡り、上記ガス室に高圧燃焼ガスの導入、保持、排出が繰り返されても、ガス室にはカーボンの付着、堆積が発生し難い。 According to the reciprocating engine of the present invention, the gas chamber on the thrust side surrounded by the piston top ring, the second ring, the second land, and the cylinder inner surface is provided in the upper part of the cylinder inner surface on the thrust side in the initial stage of the expansion stroke. In a reciprocating engine in which a high-pressure combustion gas above the piston is introduced from a gas passage and the piston is supported from the thrust side by the introduced high-pressure combustion gas, the piston has a thrust side and an anti-thrust side between the top ring and the second ring. And a cleaning member extending along the thrust-side gas chamber is inserted into the thrust-side gas chamber so as to be vertically movable with a gap in the vertical direction. The gas chamber is cleaned by moving the cleaning member up and down by the reciprocal movement of the gap. To have, engine operation for a long term, the introduction of high-pressure combustion gas to the gas chamber, holding, be repeated emissions, deposition of carbon into the gas chamber, the deposition is less likely to occur.
本発明の往復動エンジンでは、トップリング及びセカンドリング間は、反スラスト側よりもスラスト側で上下方向において離反していても、また、掃除部材はその両端よりもスラスト側で上下方向において拡幅されていてもよい。このような往復動エンジンによれば、掃除部材の上下方向及び円周方向の運動をより好適に行わせ得る。 In the reciprocating engine of the present invention, the top ring and the second ring are separated in the vertical direction on the thrust side rather than the anti-thrust side, and the cleaning member is widened in the vertical direction on the thrust side rather than both ends. It may be. According to such a reciprocating engine, the cleaning member can be more suitably moved in the vertical direction and the circumferential direction.
上記掃除部材は、ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した(熱伝導性の悪い)金属板から形成いてもよく、また、ピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有すると共に当該ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成されていても、更に、ピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有した金属板から形成されていてもよい。 The cleaning member may be formed of a metal plate having a thermal conductivity lower than that of the piston forming material (poor thermal conductivity), and has a heat resistance higher than the heat resistance of the piston forming material. And a metal plate having a heat resistance higher than the heat resistance of the piston forming material, even if it is formed from a metal plate having a heat conductivity lower than that of the piston forming material. It may be formed from.
上記掃除部材は、例えば、ステンレス板、ステンレス鋼板等の金属板から形成されていてもよい。 The said cleaning member may be formed from metal plates, such as a stainless plate and a stainless steel plate, for example.
トップリングとセカンドリングとは、ピストン頂面に対して円周方向において平行に伸びていてもよい。 The top ring and the second ring may extend parallel to the piston top surface in the circumferential direction.
掃除部材は、ピストン頂面に対して円周方向において平行に伸びている上縁と下縁とを有していてもよい。 The cleaning member may have an upper edge and a lower edge extending parallel to the piston top surface in the circumferential direction.
上記掃除部材は、ピストンの往復運動によって、ガス室を形成するセカンドランドの表面を上下に掃くように上下運動するようになっていてもよい。 The cleaning member may move up and down so as to sweep up and down the surface of the second land forming the gas chamber by reciprocating movement of the piston.
尚、本発明往復動エンジンにおいて、上記「上下方向」及び「上下動」はピストンの往復運動方向に沿った方向であり、動きである。 In the reciprocating engine of the present invention, the “up and down direction” and the “up and down movement” are directions along the reciprocating direction of the piston and are movements.
上記ガス室が高圧燃焼ガスの導入、保持、排出の繰り返しにさらされていても、ガス室内は掃除部材が常に上下動を続け、掃除行為を行っているため、ガス室内はカーボンの付着、堆積が発生しない。 Even if the gas chamber is exposed to repeated introduction, maintenance, and discharge of high-pressure combustion gas, the cleaning member keeps moving up and down in the gas chamber to perform cleaning action. Does not occur.
以下、本発明の実施形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。 Embodiments of the present invention will be described below based on examples shown in the drawings. The present invention is not limited to these examples.
図1及び図2は、爆発膨張行程におけるピストン2の降下工程初期の様子を示す。
1 and 2 show an initial state of the lowering process of the
図1及び図2には、爆発膨張行程初期にある本実施例の往復動エンジン1が示されている。
1 and 2 show the
2はピストン、3はシリンダである。そして、4はガス室である。
2 is a piston, 3 is a cylinder.
ガス室4は、ピストン2のトップリング5とセカンドリング6と、セカンドランド7とシリンダ内面8とにより囲まれて形成されている。
The
上記ガス室4には、当該ガス室4内に沿って伸びた円弧状の掃除部材13がスラスト側10から上記セカンドランド7に被せた状態で挿入されている。
An
かつ、上記掃除部材13はガス室4内において、上下方向(ピストン2の往復動方向)に隙間17をもって上下動自在に挿入されている。
The
以下、図3に示すように、上記掃除部材13は、上記セカンドランド7の円周面に合わせて円弧形状に形成されている。また、掃除部材は、ピストン頂面18に対して円周方向において平行に伸びている上縁28と下縁29とを有している。
Hereinafter, as shown in FIG. 3, the
また、掃除部材13は、正面、側面をガス室4の形状に合わせ、縦巾14が円周方向において全体として均等となるように形成されている。
Further, the
さらに掃除部材13は、上記縦巾14が全体として、ガス室4の縦巾9より短くしてある。これは、この掃除部材13がガス室4に挿入された状態で、上下方向に隙間17を作るためである。この隙間17の距離分、掃除部材13はガス室4内で上下動する。
Further, the
図1及び図2に示すように、掃除部材13はその正面中央部15をスラスト側10に合わせてガス室4に挿入されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
特に、掃除部材13はエンジン運転中、ピストン2の往復運動によって、ガス室4を形成するセカンドランド7の表面を上下に掃くように上下動する。
In particular, the
また、もちろん、掃除部材13の厚みtは、シリンダ内面8とセカンドランド7の表面19との隙間20内において、エンジン運転中、自由に上下(ピストン2の往復動方向に沿って)移動できる厚さである。
Of course, the thickness t of the
掃除部材13は、ステンレス、バネ鋼等耐熱性金属板により形成されていてもよいが、好ましくは、ピストン2の形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した(熱伝導性の悪い)金属板から形成いてもよく、また、ピストン2の形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有すると共にピストン2の形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成されていても、更に、ピストン2の形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有した金属板から形成されていてもよい。掃除部材13は、その内周面及び外周面で、カーボンの付着、堆積の発生を好ましく防止し得る。掃除部材13は、Cリング状である。
The
本実施例往復動エンジン1のピストン2について、ガス室4を形成するところのトップリング5及びセカンドリング6は、ピストン頂面18に対してピストン2の円周方向において平行に伸びている。
With respect to the
また、シリンダ内面8のスラスト側10の上部位22には、複数のガス通路23が設けられている。ピストン2の降下行程において、ピストン2のトップリング5がガス通路23上を通過するとき、このガス通路23の凹み24を介して、ピストン2上方の燃焼室25とピストン2の上記ガス室4とが連通し、燃焼室25の高圧燃焼ガス12がガス室4に導入され保持される。
A plurality of gas passages 23 are provided in the upper portion 22 of the
即ち、爆発膨張行程の初期において、ピストン2のトップリング5がシリンダ内面8の上部位のガス通路23を通過するとき、ピストン2の上方の燃焼室25とピストン2のガス室4とが通じ合い、高圧燃焼ガス12がガス室4に導入、保持される。
That is, when the
このとき、ピストン2は側圧の作用を受けスラスト側10にシリンダ内面8に押し付けられようとするが、上記ガス室4に導入、保持された上記高圧燃焼ガス12によってスラスト側10から支持(ピストン2に作用する側圧に対抗して)された状態で降下行程を降下する。
At this time, the
往復動エンジン1においては、トップリング5に対して平行に配設されたセカンドリング6を具備していてもよく、また、ピストン2は、トップリング5及びセカンドリング6間をスラスト側10の半環状のガス室としての空間35と反スラスト側11の半環状のガス室としての空間36とに区画する区画手段37を具備していてもよい。
The
上記の如くなる本実施例往復動エンジン1によれば、エンジン運転中、即ち、ピストン2が往復運動中、ピストン2のガス室4には、高圧燃焼ガス12の導入(流入)、保持、排出が繰り返し行われていると共に、このガス室4内は掃除部材13が上下動を続け、そのガス室4内の掃除行為を常に行っている。このため、ガス室4は繰り返して高圧燃焼ガス12の導入、保持を受けるが、掃除部材13の掃除行為によって、ガス室4内、特に、セカンドランド7の表面19等にカーボンの付着、堆積の発生が防止される。
According to the
区画手段37は、トップリング5及びセカンドリング6間に設けられた区画部材40及び41と、区画部材40をシリンダ内面8に向かって弾性的に付勢する付勢部材としてのばね42と、区画部材41をシリンダ内面8に向かって弾性的に付勢する付勢部材としてのばね43と、トップリング5及びセカンドリング6間に位置して側周面6bに配されていると共に、シリンダ内面8に向かって凹状となっている溝部44及び45と、図4に示すリング溝8aを規定する底面54と底面54に対向するセカンドリング6の内周面55との間に生じる隙間を介して空間35及び36が互いに連通するのを阻止するように、リング溝8aに配された阻止部材56及び57と、リング溝8aに配されていると共に、阻止部材56及び57をセカンドリング6の内周面55に向かって夫々弾性的に押圧する押圧部材としてのコイルばね58及び59と、底面54に配されており、セカンドリング6の内周面55に向かって凹状となっている凹状部(穴部)60及び61とを具備している。阻止部材56及び57の夫々は、本例では、円柱状のピンからなっている。区画部材40は、溝部44によって規定される空間に配されており、区画部材41は、溝部45によって規定される空間に配されている。阻止部材56及びコイルばね58は、凹状部60によって規定される空間に配されており、阻止部材57及びコイルばね59は、凹状部61によって規定される空間に配されている。区画部材40及び41と、ばね42及び43と、溝部44及び45と、阻止部材56及び57と、コイルばね58及び59と、凹状部60及び61とは、ピストンピン4aの軸方向で夫々互いに対向して配されている。区画部材40と阻止部材56とは、往復動方向で互いに一直線上に並んで配されており、区画部材41と阻止部材57とは、往復動方向で互いに一直線上に並んで配されている。以上の区画手段37によれば、阻止部材56及び57の夫々をリング溝8aに配し、且つ、これらをコイルばね58及び59によって夫々弾性的に押圧することで、往復動エンジン1の各作動行程において、空間35及び36がリング溝8aを介して連通することを阻止すると共に、区画部材40及び41をトップリング5及びセカンドリング6間に夫々配し、且つ、これらをばね42及び43によって夫々弾性的に押圧することで、往復動エンジン1の各作動行程において、空間35及び36が互いに連通することを阻止することができ、更に、例えば、ピストン3がガス圧及び慣性力によりピストンピン4aの軸方向に直交する面内で回転運動した場合にあっても、阻止部材56及び57と、セカンドリング6との間に隙間が生じることをなくすことができると共に、区画部材40及び41とシリンダ内面8との間に隙間が生じることをなくすことができるため、スラスト側10の空間35に導入された燃焼ガスのガス圧を維持することができる。
The partition means 37 includes
1 往復動エンジン
2 ピストン
3 シリンダ
4 ガス室
5 トップリング
6 セカンドリング
7 セカンドランド
8 シリンダ内面
9 ガス室の縦巾
10 スラスト側
11 反スラスト側
12 高圧燃焼ガス
13 掃除部材
14 掃除部材の縦巾
15 正面中央部
16 両側端
17 上下隙間
18 ピストン頂面
19 セカンドランドの表面
20 隙間
22 上部位
23 ガス通路
24 凹み
25 燃焼室
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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