JPH0447148A - 往復動機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジン、エアーモータ、−等の機関及び送
風孔　圧縮機等のポンプを適用例として含む往復動機械
に関するものである。

（従来の技術） この種、従来の往復動機械においては、ピストンをシリ
ンダ内に組み込むに当たり、その内壁との間に所定の隙
間、例えば往復動エンジンにあっては０．２ないし０．
３ミリ前後の隙間を設定する必要があった。

この隙間設定が狭すぎると、両者間での摩擦抵抗が増大
し、出力の低下や焼き付き等の不具合を招いてしまい、
他方、逆に広すぎると、ブローバイガス漏れやオイル上
がりが生じ、やはり出力の低下や燃費、オイル消費の増
大等の不具合を招いてしまう。特に、復音の場合には、
さらに上死点の前後で生ずるピストンスラップの増大や
、行程中に生ずるピストンの首振り現象に結び付く虞が
あった。

すなわち、この種従来の往復動機械においては、ピスト
ンとシリンダとの隙間をその具体的な態様に応じて許容
される所定内の値におさめる必要に迫られていた。

（本発明が解決しようとする課題） したがって、前記従来の往復動機械おいては、ピストン
とシリンダとの隙間を前記許容範囲内におさめる必要上
、これらの製造技術に対しても、高い加工精度が要求さ
れ　その加工精度の維持が達成されない場合は前記不具
合の発生につながり旭　また、前記隙間がある温度条件
下においては許容範囲内に設定されていたとしても、温
度による隙間の変動があるため、全ての使用温度条件に
対して完全に補償することは困難でありへ　特に運転開
始時等の低温時におけるピストンスランプ音やピストン
の首振り現象による各軸受は部に与える衝！　振動等に
は無視し得ないものがあった。

さらに、長期間の運転によりピストンあるいはシリンダ
に摩耗が生じ、隙間が大きくなった場合も、同様の問題
があった。

本発明は、この点に鑑ペ　ピストンに工夫を施すことに
より、これら従来技術の欠点を解消した往復動機械を提
供しようとするところにその目的がある。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、請求項（１）記載の発明は、
ピストンを上部ピストンと下部ピストンとから構成し、
これら上部ピストン及び下部ピストンを、それぞれクラ
ンク軸の軸芯方向に対して直角方向で、かつ、相対的に
反対方向に付勢する付勢手段を具備するという解決手段
を採用し、また請求項（２）記載の発明は、さらに、前
記上部ピストン及び下部ピストンを相対的に反対方向に
付勢する付勢手段として、これら上部ピストンと下部ピ
ストンとの接合面に対して、シリンダの軸芯方向に対す
る垂直面に対して所定の傾斜角を付与するという解決手
段を採用した。

（作用） 請求項（１）記載の発明においては、前記解決手段の採
用により、上部ピストンと下部ピストンは、前記付勢手
段によってそれらの接合面において相対的に反対方向に
付勢さね　それぞれシリンダの内壁に接触し続けるので
、従来技術のように加工精度を厳しく云々する必要はな
くなるため、製造上のコストの低減を図ることができる
ばかりでなく、運転中の使用温度の変化や長期使用によ
る摩耗に基づくピストンとシリンダ壁との隙間の変化も
前記上部ピストンと下部ピストンとの相対的な移動によ
り吸収されるので、ピストンスランプやピストンの首振
り現象等の不具合の発生も防ぐことができるとともに、
さらにピストンリングの摺動面をシリンダ壁面に対し常
に正しい状態で接触させることも確保できる。

また、請求項（２）記載の発明においては、以上の作用
に加えて、上部ピストンに対して働く作用室側の圧力に
よって前記傾斜角が付与された接合面に作用する作用力
と、下部ピストンに働くコンロッド側からの作用力によ
って同接合面に作用する作用力とに基づいて、前記傾斜
角により生じる分力によって両者をそれぞれ相対的に反
対方向に付勢するようにしたから、簡単な構成で前記付
勢手段が実現できる。

（実施例） 次に、本発明の実施例について、図面を用いて説明する
。

第１図は、本発明をエンジンに適用した場合の一実施例
を示した概念図で、図中１はシリンダ、２はピストン、
３はピストンピン、４はコンロンド、　５はクランクピ
ン、６はクランク軸を示し、前記ピストン２は上部ピス
トン２ａと下部ピストン２ｂとから構成されている。な
お、７は吸気バルブ、８は排気バルブ、９は点火栓であ
る。

第２図ないし第４図は上部ピストン２ａの一実施例を示
した斜視図及び断面図で、図中１０はピストンリング７
Ｌ　１１はテーパー状の両斜面１１ａ、　ｌｌａと底面
１１ｂとから構成さ江　摺動自在な接合部の一方の要素
を形成する溝部　１２はスカート部を示す。

第５図は下部ピストン２ｂの一実施例を示した斜視図で
、１３は前記溝部１１に摺動自在に嵌合される下部ピス
トン２ｂの上面に形成された突部で、斜面１３ａと上面
１３ｂとを有する。１４は突部１３と同様に前記溝部１
１に慴動自在に嵌合される調整用突部で、斜面１４ａと
上面１４ｂとを有する。この突部１３と調整用突部１４
とで前記摺動自在な接合部の他方の要素を形成する。な
お、調整用突部１４は下部ピストン２ｂとは別体に形成
さね　その下部ピストン２ｂの上面に位置調整可能に固
定されている。図中１５及び１６は透孔　１７はスカー
ト部である。

なお、以上の説明においては、前記溝部１１と突部１３
及び調整用突部１４よりなる摺動自在な接合部は、−列
のものを例示したが、これに限らず、複数列に形成した
ものでもよいのはもちろんである。

第６図及び第７図は上部ピストン２ａと下部ピストン２
ｂの組立説明図及び組立部分図で、これら両ピストンは
、下部ピストン２ｂの突部１３の上面１３ｂ及び調整用
突部１４の上面１４ｂを上部ピストン２ａの溝部１１の
底面１１ｂに、また下部ピストン２ｂの突部１３の斜面
１３ａ及び調整用突部１４の斜面１４ａを上部ピストン
２ａの溝部１１の両斜面１１ａ、ｌｌａにそれぞれ接触
させた状態で嵌合することにより、摺動自在に接合され
ている。その組立においては、先ず下部ピストン２ｂの
調整用突部１４をその締め付は用ボルト１８を緩めて突
部１３側に寄せておいて上部ピストン２ａの溝部１１内
へ挿入した後、前記調整用突部１４を突部１３の反対方
向に移動させて、前記のごとく斜面１３ａ及び斜面１４
ａを上部ピストン２ａの溝部１１の両斜面１１ａ、ｌｌ
ａに慴動自在に接触させた状態でボルト１８を締め付け
て調整用突部１４を固定する。なお、１９は前記組立時
に片方に寄せるための遊び用の隙間、２０はピストンピ
ン３の嵌入用の軸受能　２１は潤滑油を前記接合面に供
給するための透孔で、この透孔２１は調整用突部１４側
にも設けである。

なお、前記上部ピストン２ａを各種合金の鍛造製とした
り、アルミ合金母材を酸化アルミ、酸化ケイ素、ステン
レス等の繊維で強化した繊維強化金属製とし、下部ピス
トン２ｂをアルミ鋳造製とすれば、上部ピストン２ａは
燃焼時の高熱や高圧に対処できるとともに、下部ピスト
ン２ｂは安価に製造できる。さらに、上部ピストン２ａ
のピストンリング溝１０間のランド肌　各ピストンのス
カート龍　　両ピストンの接合部における接触面等に個
体潤滑材等をコーチイブしておけば、摩擦抵抗を低減す
ることができる。また、具体的な傾斜角θや各部の隙間
量は、その適用する態様に応じて各適用条件を勘案して
適宜設計する。

次に、本実施例の作動の仕方について説明すると、先ず
吸入行程においては、作用室（燃焼室）が負圧になるた
め、傾斜角θによって上部ピストン２ａは第１図中右方
向に、下部ピストン２ｂは同左方向に付勢される。また
、圧縮行程、爆発行程及び排気行程においては、前記作
用室が正圧になるため、前記吸入行程の場合とは逆に、
上部ピストン２ａは左方向、下部ピストン２ｂは右方向
に付勢される。すなわち、上部ピストン２ａ及び下部ピ
ストン２ｂに対する付勢力向は、吸入行程から圧縮行程
に入る際及び排気行程から吸入行程に入る際にのみ反転
することになる。したがって、前記ピストンスラップや
ピストンの首振り現象の最も発生しやすい圧縮行程から
爆発行程に入る際には両ピストンに対する付勢力向は変
化せず、それが最も発生しにくい排気行程から吸入行程
に入る際及び吸入行程から圧縮行程に入る際に反転する
ので、これらの不具合の発生は殆ど防ぐことができる。

なお、本実施例においては傾斜角θをクランク軸６の回
転方向に対して遅れ側にとったが、進み側にとった場合
も付勢力向が逆になるだけで、その付勢力向の反転する
タイミングについては同様である。また、傾斜角θを爆
発行程中の最大圧力時におけるコンロッド４と前記接合
面との間の角度が直角となるように設定すると、その瞬
間における前記接合面での滑りを抑えることができる。

また、以上の説明においては、四サイクルエンジンに適
用した場合を中心に説明してきたが、ニサイクルエンジ
ンに適用し得ることは当然で、この場合は、掃気孔、排
気孔及び吸気孔がシリンダ壁に配設される開停止、特に
、上部ピストン２ａと下部ピストン２ｂとの継ぎ目にで
きる隙間を、前記掃気孔及び排気孔を行程中に同時に通
過したり、あるいは行程中、前記吸気孔に連通したりす
ることのないように配置したり、排気孔側の上部ピスト
ン２ａのスーカート部の幅を該排気孔の設置幅より大き
くとる等、気密性を考慮して各配置関係及び各スカート
部の形状等を選定すべきである。

さらに、ポンプの場合や機関におけるエンジンブレーキ
の場合のように、機械的エネルギーが与えられて流体的
エネルギーを出力する場合においても、上部ピストン２
ａ及び下部ピストン２ｂの付勢方向関係は作用室の圧力
関係で決まり、同様の作動を行うことになる。

次に、第８図ないし第１１図に基づいて、上部ピストン
２ａ及び下部ピストン２ｂの相対的に移動自在な接合手
段に関する他の実施例について説明すると、前述した実
施例においては溝部１１を上部ピストン２ａ側に設けて
いたのに対し、本実施例においては、第８図における下
部ピストン２ｂ部分を９０度回転させて示した第１１図
の断面図が示すように、溝部１１を下部ピストン２ｂ側
に設けた点で異なる。図中２２は、第９図又は第１０図
の斜視図で示した形状を有する嵌合用突部で、両ピスト
ンとは別体に形成さ江　その両側に斜面２２ａ、２２ａ
を有している。なお、２３及び２４はその固定用のボル
トである。この実施例における上部ピストン２ａ及び下
部ピストン２ｂの組立て方は、先ず嵌合突部２１を溝部
１１に嵌合した後、そのままの状態で固定用ボルト２３
及び２４を用いて上部ピストン２ａに締め付けて固定す
ることで完了する。

なお、以上の各実施例においては、上部ピストン２ａと
下部ピストン２ｂの接合面は平面状のものとして説明し
たが、これに限らず、球面状のものでもよい。

また、以上の各実施例においては、前記付勢手段として
、上部ピストン２ａと下部ピストン２ｂとの接合面に傾
斜角θを付与した場合について説明したが、付勢手段と
してはこれに限らず、上部ピストン２ａと下部ピストン
２ｂとの間にスプリングを介在させたり、磁力を作用せ
たり、あるいは油圧室を介して油圧で付勢するようにし
てもよく、さらにこれらの付勢手段に前記接合面に傾斜
角θを付与した手段を組み合わせてもよい。

（本発明の効果） 本発明は、前記の構成を採用した結果　次の効果を得る
ことができる。

すなわち、請求項（１）記載の発明によれば、上部ピス
トン及び下部ピストンは、それら両者間に働く付勢力に
より、それぞれ反対方向に付勢さね　シリンダ壁に押し
付けられることにより気密性が保たれるため、焼き付き
、ブローバイガス、オイル上がり等による不具合が防止
できるばかりでなく、製造上における高度の加工精度も
緩和できるので、コストダウンを図ることができるとと
もに、上部ピストン及び下部ピストンに作用する付勢力
の方向が反転するタイミングも、ピストンスラップやピ
ストンの首振り現象の最も発生しにくい作用室内の圧力
が低い間に行われるから、これらによる不具合の発生も
防止することができるという多大な効果を得ることがで
きる。

また、請求項（２）記載の発明によれば、以上の効果に
加え、上部ピストン及び下部ピストンを相対的に反対方
向に付勢する付勢手段として、これら上部ピストンと下
部ピストンとの接合面に対して、シリンダの軸芯方向に
対する垂直面に対して所定の傾斜角を付与するという構
成を採用したから、簡単な構成で、しかも他に付属する
部品点数の少ない付勢手段を実現できるという効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体を示す概念図、第２図は
同実施例における上部ピストンの斜視図、第３図は上部
ピストンのｘ−ｘ’線による断面図、第４図は上部ピス
トンのＹ−Ｙ’線による断面図、第５図は下部ピストン
の斜視図、第６図は組立説明図、第７図は組立部分図、
第８図は本発明の他の実施例の組立説明図、第９図及び
第１０図は嵌合用突部の斜視図、第１１図は前記値の実
施例における下部ピストンの断面図である。 １・・・・シリンダ　　　２・・・・ピストン２ａ・・
・・上部ピストン ２ｂ・・・・下部ピストン θ ・・・・コンロッド　　６・・・・クランク軸・・・・
溝部　　　　１３・・・・突部・・・・調整用突部 ・・・・ピストンピンの軸受部 ・・・・潤滑油供給用の透孔 ・・・・接合面の傾斜角 特許出願人　　井　上　冨　士　夫

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストンを上部ピストンと下部ピストンとから構
   成し、これら上部ピストン及び下部ピストンを、それぞ
   れクランク軸の軸芯方向に対して直角方向で、かつ、相
   対的に反対方向に付勢する付勢手段を具備したことを特
   徴とする往復動機械。
2. （２）上部ピストン及び下部ピストンを相対的に反対方
   向に付勢する付勢手段として、これら上部ピストンと下
   部ピストンとの接合面に対して、シリンダの軸芯方向に
   対する垂直面に対して所定の傾斜角を付与したことを特
   徴とする請求項（１）記載の往復動機械。