JP5569496B2 - 往復動エンジン - Google Patents

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、ピストンを高温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に関する。

例えば、特許文献１では、ピストンの往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストンの側面に形成されている第一及び第二のリング溝と、第一及び第二のリング溝に夫々嵌入された第一及び第二のピストンリングと、第一及び第二のピストンリング間の空間を、スラスト側の空間及び反スラスト側の空間に区画する区画手段と、スラスト側の空間を燃焼室に連通させる連通手段とを具備しており、区画手段は、第一及び第二のピストンリング間に設けられた少なくとも一対の区画部材を具備している往復動エンジンが提案されている。

国際公開第２００４／００１２１５号

ところで、斯かる往復動エンジンでは、ピストンの往復動に伴って区画部材がシリンダの内面に対して摺動するために、区画部材に当接するシリンダの内面が局所的に摩耗する虞がある。

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、ピストンの往復動において、区画部材によるシリンダの内面の局所的な摩耗を低減することができる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は、ピストンの往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストンの側面に形成されている第一及び第二のリング溝と、第一及び第二のリング溝に夫々嵌入された第一及び第二のピストンリングと、第一及び第二のピストンリング間の空間を、スラスト側の空間及び反スラスト側の空間に区画する区画手段と、スラスト側の空間を燃焼室に連通させる連通手段とを具備しており、区画手段は、第一及び第二のピストンリング間に設けられた少なくとも一対の区画部材を具備しており、一対の区画部材の夫々は、ピストンの往復動方向における一方の端部がピストンの往復動方向における他方の端部に対してスラスト側又は反スラスト側に位置するように、ピストンの往復動方向に対して傾斜している。

本発明の往復動エンジンによれば、ピストンの往復動において、区画部材によるシリンダの内面の局所的な摩耗を低減することができる。

本発明によれば、区画部材によるシリンダの内面の局所的な摩耗を低減することができる往復動エンジンを提供し得る。

図１は、本発明の実施の形態の例の断面説明図である。 図２は、図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線断面矢視説明図である。 図３は、本発明の実施の形態の他の例の断面説明図である。 図４は、図３に示す例のＩＶ−ＩＶ線断面矢視説明図である。

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。

図１は、爆発膨張行程におけるピストン３の降下行程初期の様子を示す。本例の往復動エンジン１は、４サイクルガソリンエンジンである。

図１及び図２において、本例の往復動エンジン１は、シリンダ２と、シリンダ２内を往復動方向としてのＸ方向に往復動するピストン３と、小端部４でピストンピン４ａを介してピストン３に回動自在に連結しているコンロッド５と、Ｘ方向で互いに隣接して配されており、ピストン３の側面（側周面）６に形成されているリング溝７及び８と、リング溝７及び８に夫々嵌入されたピストンリング９及び１０と、ピストンリング９及び１０間の空間１１を、スラスト側の半環状の空間１２及び反スラスト側の半環状の空間１３に区画する区画手段１４と、スラスト側の空間１２を燃焼室１５に連通させる連通手段１６とを具備している。

シリンダ２は、その内面１７によって規定された円柱状の空間１８を有しており、空間１８には、ピストン３が方向Ｘで往復動自在となるように配されている。シリンダ２には、吸気弁及び排気弁が配設されている。

ピストン３は、本例では、その側周面６にオイルリング１９を備えている。

コンロッド５は、その大端部（図示せず）で回転自在なクランクシャフト（図示せず）に連結している。

リング溝７及び８は、夫々側周面６に沿って環状となっており、リング溝７は、燃焼室１５を規定しているピストン３の頭部端面（トップ面又は冠面）２３に隣接して配されており、リング溝８は、頭部端面２３との間でリング溝７を挟んで側周面６に配されている。

ピストンリング（トップリング又はガスリング）９は、頭部端面２３に隣接して配されている。ピストンリング９は、その合口部が区画部材４０及び４１よりも空間１２側に位置するように、リング溝７に配されている。ピストンリング９は、その外周面３４で内面１７に弾性力をもって当接している。

ピストンリング（セカンドリング又はガスリング）１０は、頭部端面２３との間でピストンリング９を挟んで側周面６に配されている。ピストンリング１０は、その合口部が区画部材４０及び４１よりも空間１３側に位置するように、リング溝８に配されている。ピストンリング１０は、その外周面３９で内面１７に弾性力をもって当接している。

区画手段１４は、ピストンリング９及び１０間に設けられた区画部材４０及び４１と、区画部材４０を内面１７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を内面１７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、ピストンリング９及び１０間に位置して側周面６に配されていると共に、内面１７に向かって凹状となっている溝部４４及び４５とを具備している。

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。

区画部材４０及び４１と、ばね４２及び４３と、溝部４４及び４５とは、ピストンピン４ａの軸方向としてのＹ方向で夫々互いに対向して配されている。

区画部材４０及び４１の夫々は、Ｘ方向においてピストンリング１０側に位置する端部８２がＸ方向においてピストンリング９側に位置する端部８１に対してスラスト側に位置するように、Ｘ方向に対して傾斜して伸びている。ばね４２及び４３並びに溝部４４及び４５の夫々は、区画部材４０及び４１の夫々の長手方向に沿ってＸ方向に対して傾斜して伸びている。

連通手段１６は、スラスト側のシリンダ２の内面１７に設けられた連通通路７０を具備しており、連通通路７０は、ピストン３が上死点近傍に位置した際に、空間１２を連通通路７０を介して燃焼室１５に連通させるように配されている。連通通路７０は、本例では、シリンダ２の内面１７に形成された凹部７１に規定されている。

以下、本例の往復動エンジン１の動作について説明する。

圧縮行程の終了後に開始される燃料及び空気の混合気の燃焼行程では、ピストン３が上死点を通過した後であって当該上死点近傍に位置している間に、燃焼ガス９９のガス圧が高まり、高まったガス圧の圧力をピストン３が受けることで下死点に向かって加速すると共に、複数の連通通路７０によりスラスト側の空間１２を燃焼室１５に連通させてスラスト側の空間１２に燃焼ガス９９を導入する。ここで、ピストン３から、Ｘ方向に対して傾斜しているコンロッド５に往動力が与えられることによってピストン３にスラスト側に向かう側圧力が与えられるが、当該側圧力に抗して、空間１２に導入した燃焼ガス９９のガス圧によりピストン３に反スラスト側に向かう抗側圧力を与えて、当該ピストン３をガスフロートさせる。このようにして、燃焼行程時に生じるピストンリング９及び１０とシリンダ２の内面１７との間のスラスト側における摺動摩擦抵抗を低減する。尚、燃焼行程では、ピストン３は、下死点近傍まで往動する。燃焼行程の終了後に開始される燃焼ガス９９の排気行程においても、図８に示すように、上述の燃焼行程で、空間１２に導入された燃焼ガス９９のガス圧に基づく前記抗側圧力が維持され、ピストン３がガスフロートされていることにより、当該ピストン３のＹ方向に直交する面内における揺動を抑えている。

往復動エンジン１の連通手段１６は、例えば図３に示すように、連通通路７０を複数具備していてもよく、斯かる複数の連通通路７０は、ピストン３が上死点近傍に位置した際に、空間１２を連通通路７０を介して燃焼室１５に連通させるように配される。

往復動エンジン１の区画手段１４は、例えば図４に示すように、リング溝８を規定する底面５４と底面５４に対向するピストンリング１０の内周面５５との間に生じる隙間を介して空間１２及び１３が互いに連通するのを阻止するように、リング溝８に配された阻止部材５６及び５７と、リング溝８に配されていると共に、阻止部材５６及び５７をピストンリング１０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、ピストンリング１０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とを更に具備していてもよい。

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。

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。

阻止部材５６及びコイルばね５８は、Ｘ方向において区画部材４０の端部８２に隣接して配されており、阻止部材５７及びコイルばね５９は、Ｘ方向において区画部材４１の端部８２に隣接して配されている。

斯かる阻止部材５６及び５７等を更に具備した区画手段１４によれば、阻止部材５６及び５７の夫々をリング溝８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１２及び１３がリング溝８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をピストンリング９及び１０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１２及び１３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Ｙ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、ピストンリング１０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２の内面１７との間に隙間が生じることをなくすことができるため、スラスト側の空間１２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。

本例の往復動エンジン１によれば、Ｘ方向で互いに隣接して配されており、ピストン３の側周面６に形成されているリング溝７及び８と、リング溝７及び８に夫々嵌入されたピストンリング９及び１０と、ピストンリング９及び１０間の空間１１を、スラスト側の空間１２及び反スラスト側の空間１３に区画する区画手段１４と、スラスト側の空間１２を燃焼室１５に連通させる連通手段１６とを具備しており、区画手段１４は、ピストンリング９及び１０間に設けられた少なくとも一対の区画部材４０及び４１を具備しており、区画部材４０及び４１の夫々は、Ｘ方向における一方の端部８２がＸ方向における他方の端部８１に対してスラスト側に位置するように、Ｘ方向に対して傾斜しているために、区画部材４０及び４１との摺動におけるシリンダ２の内面１７の局所的な摩耗を低減することができる。

上記では、区画部材４０及び４１の夫々の端部８２が端部８１に対してスラスト側に位置するようにして区画部材４０及び４１をＸ方向に対して傾斜させたが、これに対して端部８２が端部８１に対して反スラスト側に位置するようにして区画部材４０及び４１をＸ方向に対して傾斜させてもよく、更には、区画部材４０と区画部材４１とを反対方向に傾斜させてもよい。

１ 往復動エンジン
３ ピストン
７、８ リング溝
９、１０ ピストンリング
１１、１２、１３ 空間
１４ 区画手段
１５ 燃焼室
１６ 連通手段
４０、４１ 区画部材
８１、８２ 端部

Claims (1)

1. ピストンの往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストンの側面に形成されている第一及び第二のリング溝と、第一及び第二のリング溝に夫々嵌入された第一及び第二のピストンリングと、第一及び第二のピストンリング間の空間を、スラスト側の空間及び反スラスト側の空間に区画する区画手段と、スラスト側の空間を燃焼室に連通させる連通手段とを具備しており、区画手段は、第一及び第二のピストンリング間に設けられた少なくとも一対の区画部材を具備しており、一対の区画部材の夫々は、ピストンの往復動方向における一方の端部がピストンの往復動方向における他方の端部に対してスラスト側又は反スラスト側に位置するように、ピストンの往復動方向に対して傾斜している往復動エンジン。

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