JP4725580B2 - 往復動エンジン - Google Patents

Description

本発明は、自動車、船舶、産業用動力機械等に用いる往復動エンジンに関する。

特開平４−３４７３５２号公報

例えば特許文献１においては、ピストンのトップ面（頭部端面）に対して第一のピストンリング（トップリング）を間にして配された第二のピストンリング（セカンドリング）を、第一のピストンリングと第二のピストンリングとの間におけるピストンのガス受圧面積が反スラスト側よりもスラスト側で大きくなるように、ピストンの往復動方向に対して傾斜させていると共に、第一のピストンリングと第二のピストンリングとの間の環状ガス室に燃焼室からのガスを導入させるようになっている往復動エンジンが提案されている。斯かる往復動エンジンは、環状ガス室において反スラスト側よりもスラスト側で大きなガス圧を生じさせて、ピストンをシリンダに対してガスフロートさせるようになっている。

ところで、斯かる往復動エンジンでは、第二のピストンリングだけを傾斜させることによって、第一のピストンリングと第二のピストンリングとの間におけるピストンのガス受圧面積を反スラスト側よりもスラスト側で大きくしているために、第二のピストンリングの傾斜角度が大きくなり、第二のピストンリングが顕著に楕円形状となる結果、ピストンリングの外周面とシリンダの内周面との間の気密を確保できなくなり、第二のピストンリングがピストンに対して回転し難くなり、第二のピストンリングや当該第二のピストンリングに摺接するシリンダの内周面に傷等が生じ易くなる虞がある。また、顕著に楕円形状となったピストンリングの製作も困難である。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ピストンをシリンダに対してガスフロートさせることができる上に、第一及び第二のピストンリングの夫々の傾斜角を小さくできて、ガスフロートさせるところのフロート力を効果的に生じさせる環状ガス室を形成でき、更に、円形のピストンリングを使用でき、ピストンリングの外周面とシリンダの内周面との間の気密を確保でき、しかも、ピストンリングやシリンダの内周面に傷等を生じさせ難い往復動エンジンを提供することにある。

本発明の往復動エンジンでは、燃焼室を規定しているピストンのトップ面に隣接して配された第一のピストンリングと、ピストンのトップ面に対して第一のピストンリングを間にして配された第二のピストンリングと、第一のピストンリングと第二のピストンリングとにより画成された環状ガス室と、この環状ガス室と燃焼室とを連通させる一つ又は複数の連通路とを具備しており、第一のピストンリング及び第二のピストンリングは、反スラスト側よりもスラスト側で互いに離反するようにピストンの往復動方向に対して夫々傾斜している。

本発明の往復動エンジンによれば、特に、環状ガス室と燃焼室とを連通させる一つ又は複数の連通路を具備しており、しかも、第一のピストンリング及び第二のピストンリングは、反スラスト側よりもスラスト側で互いに離反するようにピストンの往復動方向に対して夫々傾斜しているために、環状ガス室において反スラスト側よりもスラスト側で大きなガス圧を生じさせることができて、ピストンをシリンダに対してガスフロートさせることができる上に、第一及び第二のピストンリングの夫々の傾斜角度を小さくすることができて、ガスフロートさせるところのフロート力を効果的に生じさせる環状ガス室を形成でき、第一及び第二のピストンリングに従来の円形状のピストンリングを使用でき、第一及び第二のピストンリングをピストン及びシリンダに対して容易に回転し得る状態にすることができ、ピストンリングの外周面とシリンダの内周面との間の気密を確保でき、しかも、ピストンリングやシリンダの内周面に傷等を生じさせ難くすることができる。

本発明の往復動エンジンの好ましい例では、第一のピストンリング及び第二のピストンリングは、反スラスト側で互いに近接している。

本発明の往復動エンジンの好ましい例では、連通路は、ピストンが上死点又は上死点近傍に位置する際に環状ガス室と燃焼室とを連通させるようにスラスト側に配されている。

本発明によれば、ピストンをシリンダに対してガスフロートさせることができる上に、第一及び第二のピストンリングの夫々の傾斜角を小さくできて、ガスフロートさせるところのフロート力を効果的に生じさせる環状ガス室を形成でき、更に、円形のピストンリングを使用でき、ピストンリングの外周面とシリンダの内周面との間の気密を確保でき、しかも、ピストンリングやシリンダの内周面に傷等を生じさせ難い往復動エンジンを提供し得る。

次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す例に基づいて更に詳細に説明する。尚、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。

図１から図３において、本例の往復動エンジン１は、燃焼室２を規定しているピストン３のトップ面（頭部端面）４に隣接して配された第一のピストンリングとしての環状のトップリング５と、トップ面４に対してトップリング５を間にして配された第二のピストンリングとしての環状のセカンドリング６と、トップリング５とセカンドリング６とにより画成された環状ガス室７と、環状ガス室７と燃焼室２とを連通させる複数の連通路８とを具備している。

往復動エンジン１は、２サイクル又は４サイクルガソリンエンジンであってもよく、また、ディーゼルエンジンであってもよい。

シリンダ２１内をＸ方向に往復動するピストン３のトップ面４に連接した円周面２２には、トップリング５及びセカンドリング６が夫々嵌着されたピストンリング溝が設けられている。また、円周面２２には、トップリング５に対してセカンドリング６を間にして配されたオイルリング２３が嵌着されたオイルリング溝も設けられている。トップ面４は、Ｘ方向に直交する面に対して平行である。ピストン３は、ピストンピン２５を介してコンロッド２４の一端に連結されている。コンロッド２４の他端には、クランクシャフト２６が連結されている。

シリンダ２１の内周面３１は、ピストン３が配されているシリンダボア（空間）３２を画成している。シリンダ２１のヘッド部３３には、点火プラグ３４、吸気弁３５及び排気弁（図示せず）が設けられている。

トップリング５のスラスト側９の部位４１は、トップリング５の反スラスト側１０の部位４２よりもＸ方向においてトップ面４に接近して配されている。部位４１は、部位４２よりもＸ方向においてセカンドリング６から離反している。トップリング５の外周面４３は、シリンダ２１の内周面３１に滑動自在に接している。トップリング５は、シリンダ２１及びピストン３と協働して燃焼室２を画成していると共に、シリンダ２１、ピストン３及びセカンドリング６と協働して環状ガス室７を画成している。斯かるトップリング５は、反スラスト側１０よりもスラスト側９でセカンドリング６から離反するようにピストン３の往復動するＸ方向に対して傾斜している。トップリング５は、Ｘ方向に直交する面に対しても傾斜しており、斯かる傾斜角度は、好ましくは１度から３度であり、より好ましくは２度から３度であり、更により好ましくは２．３度前後である。トップリング５は、ピストン３の円周方向である図２に示すＣ方向に関してピストン３に対して回転し得て且つ径方向に移動自在となる状態となるように、若干の隙間をもってピストン３のピストンリング溝（トップリング溝）に嵌着されている。

セカンドリング６のスラスト側９の部位５１は、セカンドリング６の反スラスト側１０の部位５２よりもＸ方向においてトップ面４から離反して配されている。部位５１は、部位５２よりもＸ方向においてトップリング５から離反して配されている。部位４１から部位５１までのＸ方向における距離は、部位４２から部位５２までのＸ方向における距離よりも長い。セカンドリング６の外周面５３は、シリンダ２１の内周面３１に滑動自在に接している。セカンドリング６は、シリンダ２１、ピストン３及びトップリング５と協働して環状ガス室７を画成している。斯かるセカンドリング６は、反スラスト側１０よりもスラスト側９でトップリング５から離反するようにピストン３が往復動するＸ方向に対して傾斜している。セカンドリング６は、Ｘ方向に直交する面に対してもトップリング５とは逆向きに傾斜しており、斯かる傾斜角度は、好ましくは１度から３度であり、より好ましくは２度から３度であり、更により好ましくは２．３度前後である。セカンドリング６は、例えば図１に示すように、トップリング５の傾斜とは逆向きに傾斜している。セカンドリング６は、Ｃ方向に関してピストン３に対して回転し得て且つ径方向に移動自在となる状態となるように、若干の隙間をもってピストン３のピストンリング溝（セカンドリング溝）に嵌着されている。Ｘ方向に直交する面に対するトップリング５及びセカンドリング６の夫々の傾斜角度は、互いに同角度であってもよい。トップリング５とセカンドリング６とは、対称であってもよい。

トップリング５とセカンドリング６とは、Ｘ方向において反スラスト側１０よりもスラスト側９で互いに離反しており、スラスト側９よりも反スラスト側１０で互いに近接している。トップリング５とセカンドリング６との間における円周面２２のガス受圧面積は、反スラスト側１０よりもスラスト側９で大きくなっており、反スラスト側１０からスラスト側９に向かうに従って漸増している。

図２及び図３に示すように、本例では三つの連通路８は、ピストン３が上死点又は上死点近傍に位置する際に環状ガス室７と燃焼室２とを連通させるようにスラスト側９に夫々配されている。連通路８は、シリンダ２１の内周面３１に設けられた凹所６１を夫々具備している。

凹所６１は、本例では、爆発行程においてＸ方向に関してピストン３がクランク角度で略０〜５度から２０〜３０度に相当する位置に存在する場合に、環状ガス室７を燃焼室２に夫々互いに同時的に連通させるように、図３に示すようにシリンダ２１の内周面３１に夫々配されている。なお、以上の連通させるクランク角度は、ピストン径及びストロークによって決定される。三つの凹所６１は、Ｃ方向において夫々互いに等間隔をもって配されている。ピストンピン２５の伸びる方向に関して一方側に位置する凹所６１と他方側に位置する凹所６１とは、ピストンピン２５の伸びる方向において互いに対向しており、前記両凹所６１間に位置する凹所６１は、トップリング５の部位４１を介して燃焼室２を環状ガス室７に連通させるように配されている。

尚、一方側の凹所６１及び他方側の凹所６１は、当該両凹所６１間に位置する凹所６１による燃焼室２と環状ガス室７との連通前又は当該連通後に、燃焼室２を環状ガス室７に互いに同時的に連通させるようにＸ方向に関して配置されていてもよい。また、一方側の凹所６１及び他方側の凹所６１間に位置する凹所６１は省かれてもよい。更にまた、ピストンピン２５の伸びる方向においてトップリング５の部位４１よりも一方側及び他方側には、本例では凹所６１が一つずつ配されているだけであるが、例えば、一方側に二つ以上の凹所６１を配し且つ他方側に前記一方側の凹所６１と同数の凹所６１を配してもよい。

尚、往復動エンジン１は、本例では複数の連通路８を具備しているが、例えば一つの連通路８だけを具備していてもよい。

以下、本例の往復動エンジン１の動作について詳細に説明する。

図１に示す爆発行程において、ピストン３がＸ方向においてクランクシャフト２６側に向かって往動を開始する際に、燃焼室２内の燃焼ガスを連通路８を介して環状ガス室７に導入し、導入した燃焼ガスのガス圧により環状ガス室７内のガス圧を高める。往動されるピストン３には、トップ面４とトップリング５との間でピストン３が受圧するガス圧、クランクシャフト２６のＲ方向の回転、コンロッド２４の傾斜等との関係でスラスト側９に向かう側圧力Ａが与えられるが、斯かる側圧力Ａに抗して、反スラスト側１０よりもスラスト側９で大きく生じる環状ガス室７内のガス圧に基づく反スラスト側１０に向かう側圧力Ｂも与えられる。このように側圧力Ａ及びＢが与えられるピストン３は、シリンダ２１に対してガスフロートされる。

本例の往復動エンジン１によれば、燃焼室２を規定しているピストン３のトップ面４に隣接して配されたトップリング５と、ピストン３のトップ面４に対してトップリング５を間にして配されたセカンドリング６と、トップリング５とセカンドリング６とにより画成された環状ガス室７と、環状ガス室７と燃焼室２とを連通させる一つ又は複数の連通路８とを具備しており、トップリング５及びセカンドリング６は、反スラスト側１０よりもスラスト側９で互いに離反するようにピストン３の往復動方向であるＸ方向に対して夫々傾斜しているために、環状ガス室７において反スラスト側１０よりもスラスト側９で大きなガス圧を生じさせることができて、ピストン３をシリンダ２１に対してガスフロートさせることができる上に、トップリング５及びセカンドリング６の夫々の傾斜角度を小さくすることができる。このためトップリング５及びセカンドリング６の傾斜角度を小さく保って、ガスフロートさせるところのフロート力を効果的に生じさせる環状ガス室７を形成でき、更に、円形のトップリング５及びセカンドリング６を使用でき、トップリング５及びセカンドリング６がシリンダ２１の内周面３１に対して回転し得る状態となり、トップリング５の外周面４３及びセカンドリング６の外周面５３とシリンダ２１の内周面３１との間の気密を確保でき、しかも、トップリング５及びセカンドリング６やシリンダ２１の内周面３１に傷等を生じさせ難い。

本発明の実施の形態の例の断面説明図である。 図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線断面矢視説明図である。 図１に示す例の主に連通路の説明図である。

符号の説明

１ 往復動エンジン
２ 燃焼室
３ ピストン
４ トップ面
５ トップリング
６ セカンドリング
７ 環状ガス室
８ 連通路

Claims (3)

1. 燃焼室を規定しているピストンのトップ面に隣接して配された第一のピストンリングと、ピストンのトップ面に対して第一のピストンリングを間にして配された第二のピストンリングと、第一のピストンリングと第二のピストンリングとにより画成された環状ガス室と、この環状ガス室と燃焼室とを連通させる一つ又は複数の連通路とを具備しており、第一のピストンリング及び第二のピストンリングは、反スラスト側よりもスラスト側で互いに離反するようにピストンの往復動方向に対して夫々傾斜している往復動エンジン。
2. 第一のピストンリング及び第二のピストンリングは、反スラスト側で互いに近接している請求項１に記載の往復動エンジン。
3. 連通路は、ピストンが上死点又は上死点近傍に位置する際に環状ガス室と燃焼室とを連通させるようにスラスト側に配されている請求項１又は２に記載の往復動エンジン。

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