JP2017110607A

JP2017110607A - 往復動エンジン

Info

Publication number: JP2017110607A
Application number: JP2015246793A
Authority: JP
Inventors: 坂東　茂; Shigeru Bando; 茂坂東
Original assignee: Bando Kiko Co Ltd
Current assignee: Bando Kiko Co Ltd
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22

Abstract

【課題】スラスト側及び反スラスト側におけるピストンとシリンダとの衝突、衝撃、摩擦抵抗の減少を図っ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１において、セカンドランド１０が幅広く形成してあるピストン２には、ガス漏れを防止するピストンリング４、５、６、７及びオイルリング８が備えられており、セカンドランド１０をスラスト側域１１と反スラスト側域１２とに区画する区画リング手段１３、１３が配設されている。【選択図】図１

Description

本発明は、クロスヘッドをもたない往復動エンジンのピストンスラップによるピストンとシリンダ内面と衝突、衝撃、ピストンとシリンダ内面との摩擦抵抗の減少を図った往復動エンジンに関する。

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圧通路穴から、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。

国際公開第９２／００２７２２号国際公開第２００４／０７９１７７号欧州特許出願公開第１８７８９０１号国際公開第２００８／０４７４５３号

しかし、往復動エンジンでは、コンロッドが傾いてピストンを支えるので、スラスト力（側圧）でピストンはシリンダの一方の壁に押し付けられるが、コンロッドの傾きは左右に変化し、かつピストン上下に作用する力の大きさ及び方向も変化し、ピストン隙間も必要である。その結果、ピストンはシリンダ壁の両面に衝突、押圧をくり返す。

ピストンをスラスト側から高圧燃焼ガス圧により支持しても、圧縮行程において、反スラスト側に向かったスラスト力（側圧）に対してピストンの支持はなく、ピストンのシリンダ壁への押圧は避けられず、押圧による摩擦抵抗は減少され得ない。

そこで、本発明は、ピストンに作用し、左右に変化するスラスト力（側圧）それぞれに対抗して、ピストンをスラスト側においては爆発燃焼ガス圧により、反スラスト側においては圧縮空気圧によって支持し、而して、スラスト側及び反スラスト側におけるピストンとシリンダとの衝突、衝撃、摩擦抵抗の減少を図った往復動エンジンを提供するにある。

本発明の往復動エンジンは、ピストンのスラスト側にガス圧室を、反スラスト側に圧縮空気室を設け、一方、シリンダのスラスト側の内面の上部位において、ガス圧通路穴、同じくシリンダの反スラスト側の内面の上部位には、圧縮空気通路穴を設け、膨張行程のピストン降下において、上死点傍位置で上記ガス圧通路穴を介して、ピストンの上記ガス圧室に燃焼室の燃焼ガス圧をバイパス導入し、上記ガス圧室のこのバイパスガス圧により、ピストンをスラスト力に対抗してスラスト側から支持し、圧縮行程のピストン上昇中においては、圧縮空気通路穴を介して、ピストン上方の圧縮中空気を圧縮空気室にバイパス導入し、圧縮空気室のこのバイパス圧縮空気圧により、ピストンをスラスト力に対抗して反スラスト側から支持するようにしてなる。

本発明の往復動エンジンは、ピストンの左右、即ちスラスト側にはガス圧室を、反スラスト側には圧縮空気室を備え、膨張行程においては、燃焼室の燃焼高圧ガス圧をガス圧室に導入して、ピストンをスラスト側内面に衝突、押圧させようとするスラスト力に対抗して、そのピストンをガス圧で衝突、押圧を緩和させ、また、浮かせ、圧縮行程においては、ピストン上方の圧縮中空気を圧縮空気室に導入して、ピストンをシリンダの反スラスト側内面に押圧させようとするスラスト力に対抗して、そのピストンを圧縮空気圧で支持して押圧を減少させる。

即ち、ピストンは、左右において、ガス圧または圧縮空気圧を介してシリンダ壁から支持されるため、シリンダ壁の両面でのピストンとシリンダとの衝突、押圧が緩和され、摺動抵抗も減少する。

図１は、爆発膨張行程にある本往復動エンジンの縦断面説明図である。図２は、圧縮行程にある本往復動エンジンの縦断面説明図である。図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図４は、ピストンピンの方向における本往復動エンジンの縦断面説明図である。図５は、半割リングの斜面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す例に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、これら例に何等限定されないのである。

本実施例は、２サイクルディゼルエンジンについて往復動エンジン１が示されている。

図１には、爆発膨張行程にある本往復動エンジン１が示されている。

図２には、圧縮行程にある本往復動エンジン１が示されている。

２はピストン、３はシリンダである。もちろん、ピストン２には、ガス漏れを防止する複数個（３〜５個）のピストンリング４、５、６、７及びオイルリング８を備える。

上記ピストン２は、トップリング４とセカンドリング５との間隔を広くして配置してある。つまり、セカンドランド１０が幅広く形成してある。

このセカンドランド１０には、このセカンドランド１０をスラスト側域１１と反スラスト側域１２とに区画する区画リング手段１３、１３が配設されている。

つまり、トップリング４とセカンドリング５の間に区画リング手段１３が設けられている。

区画リング手段１３は区画リング２１が、トップリング４、セカンドリング５と同じようにバネ弾性をもってシリンダ内面１７に接するように設けられている。

また、区画リング手段１３は、ピストン軸線１４に沿って設けられ、上端１５、下端１５がトップリリング４、セカンドリング５に接近して設けられている。

上記ピストン２は、シリンダ３内で、エンジンスラスト側１６において、トップリング４と、セカンドリング５と、区画リング手段１３と、セカンドランド１０のスラスト側域１１と、シリンダ内面１７とに囲まれて半環状のガス圧室１８を形成し、一方、反スラスト側１９において、トップリング４と、セカンドリング５と、区画リング手段１３と、セカンドランド１０の反スラスト側域１２と、シリンダ内面１７とにより囲まれて半環状の圧縮空気室２０を形成している。

上記ガス圧室１８と圧縮空気室２０は、上記区画リング手段１３、１３により互いに相手に対して密閉している。

シリンダ２のスラスト側１６のシリンダ内面１７の上部位３５には、複複数のガス圧通路穴２２、２２、２２、２２が円周方向に沿って配設されている。

爆発膨張行程でのピストン２の降下行程における上死点近傍位置において、ピストン２のトップリング４が上記ガス圧通路穴２２、２２、２２、２２上を通過中のとき、これらガス圧通路穴２２、２２、２２、２２のそれぞれの凹み２３、２３を介して、ピストン２の上方の燃焼室９とピストン２のガス圧室１８とが連通し、燃焼室９の燃焼高圧ガス２４の一部がガス圧室１８にバイパス流入すると同時に、ピストン２をスラスト側１６から反スラスト側１９に向って押圧すると共に、上記バイパス高圧ガス２６を保持して爆発膨張行程を降下する。

このとき、ピストン２は、コンロッド４２のスラスト側１６への傾きによるスラスト力（側圧）２５によってシリンダ２のスラスト側１６のシリンダ内面１７に押し付けられようとするが、ガス圧室１８に導入のバイパス高圧ガス２６によってピストン２をスラスト力２５に対抗してスラスト側１６から支持して行程を降下する。

また、ガス圧室１８には、円弧形状の半割リング４４がスラスト側１６からセカンドランド１０に被せた状態で挿入されている。

かつ、半割リング４４はガス圧室１８内において、上下方向（ピストン２の往復動方向）に隙間４５をもって上下動自在に挿入されている。

半割リング４４は、セカンドランド１０の円周面に合わせた円弧形状に形成されている。

さらに半割リング４４は、縦巾４６が全体としてガス圧室１８の縦巾より短くしてある。これは、この半割リング４４がガス圧室１８に挿入された状態で上下方向に隙間４５を作るためである。この隙間４５の距離分、半割リング４４はガス圧室１８内で上下動する。

特に、半割リング４４は、エンジン運転中、ピストン２の往復運動によって上下動し、セカンドランド１０を掃除すると共に、上記トップリング４、セカンドリング５に衝突して、叩き、リング溝３９、４３内に進入のカーボンを叩き出す。

一方、シリンダ２の反スラスト側１９のシリンダ内面１７の上部位２７には、円周方向に並んだ複複数の圧縮空気通路穴２８、２８、２８、２８が設けてある。

エンジンの圧縮行程のピストン２の上昇行程中において、ピストン２のトップリング４が上記圧縮空気通路穴２８、２８、２８、２８上を通過中に、これら圧縮空気通路穴２８、２８、２８、２８のそれぞれの凹み部４１、４１、４１を介してピストン２の上方の圧縮中空気２９と圧縮空気室２０とが連通し、圧縮中空気２９の一部を圧縮空気室２０にバイパス導入し、導入された圧縮空気室２０の圧縮空気圧３０によって、ピストン２の反スラスト側１９へのスラスト力（側圧）３１に対抗してピストン２を反スラスト側１９から支持する。

尚、上記圧縮空気通路穴２８、２８、２８、２８の上端位置３２は、ピストン２が上死点に近づいて、燃焼室９内の圧縮空気への燃料噴射による爆発燃焼以前に、トップリング４が上記上端位置３２から上位に離れるように位置させてある。

また、上記圧縮空気通路穴２８、２８、２８、２８の下端位置３３は、ピストン２が上死点に達するとき、上記セカンドリング５の外周面より下方位置より出ないように形成されている。

尚、上記各圧縮空気通路穴２８、２８、２８、２８はシリンダ２の上下方向に沿った長穴に形成されている。

図４には前記区画リング手段１３が示されている。

区画リング手段１３は、内方からバネ弾性力を受けて頂面４０がシリンダ内面１７に接触される区画リング２１と、この区画リング２１の内側に収められ区画リング２１をシリンダ内面１７にバネ弾性押圧させるバネ３７と、区画リング２１及びバネ３７を収めた溝３８を備える。

溝３８は、セカンドランド１０のスラスト側域１１と反スラスト側域１２の境目においてピストン軸線１４に沿って竪に設けられている。

溝３８は、Ｕ字形状で上記トップリング４のリング溝３９とセカンドリング５のリング溝４３とを繋げて設けられている。

溝３８に収められた区画リング２１は、上端１５がトップリング４の内面に接近し、下端１５がセカンドリング５の内面に接近して配設され、ピストン２の上下動によって上端、下端のそれぞれがトップリング４またはセカンドリング５に接するようになっている。

もちろん、ピストン２の上下動において、区画リング２１の頂面４０は、バネ弾性を受けてシリンダ内面１７に接触してガス圧室１８と圧縮空気室２０との間を密閉区画してピストン２との上下動と一体となってシリンダ内面１７を上下摺動する。

１往復動エンジン
２ピストン
３シリンダ
４トップリング
５セカンドリング
６、７ピストンリング
８オイルリング
９燃焼室
１０セカンドランド
１１スラスト側域
１２反スラスト側域
１３区画リング手段
１４ピストン軸線
１５上端、下端
１６スラスト側
１７シリンダ内面
１８ガス圧室
１９反スラスト側
２０圧縮空気室
２１区画リング
２２ガス圧通路穴
２３凹み
２４燃焼高圧ガス
２５スラスト力
２６バイパス高圧ガス
２７上部位
２８圧縮空気通路穴
２９圧縮中空気
３０圧縮空気圧
３１スラスト力
３２上端位置
３３下端位置
３５上部位
３７バネ
３８溝
３９リング溝
４０頂面
４１凹み部
４２コンロッド
４３リング溝
４４半割リング
４５隙間
４６縦巾

Claims

ピストンのスラスト側にガス圧室を、反スラスト側に圧縮空気室を設け、一方、シリンダのスラスト側の内面の上部位において、ガス圧通路穴、同じくシリンダの反スラスト側の内面の上部位には、圧縮空気通路穴を設け、膨張行程のピストン降下において、上死点傍位置で上記ガス圧通路穴を介して、ピストンの上記ガス圧室に燃焼室の燃焼ガス圧をバイパス導入し、上記ガス圧室のこのバイパスガス圧により、ピストンをスラスト力に対抗してスラスト側から支持し、圧縮行程のピストン上昇中においては、圧縮空気通路穴を介して、ピストン上方の圧縮中空気を圧縮空気室にバイパス導入し、圧縮空気室のこのバイパス圧縮空気圧により、ピストンをスラスト力に対抗して、反スラスト側から支持するようにした往復動エンジン。