JPS61185657A - ４サイクル内燃機関 - 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、４サイクル内燃機関に係わり、特に、非真円
形状を宵するピストンおよびピストンリングを備えた４
サイクル内燃機関に関するものである。

「従来の技術」 一般に、４サイクル内燃機関にあっては、シリンダ内を
往復動させられるピストンと、該ピストンの外周部に取
り付けられてピストンとシリンダとの間の間隙を密封す
るためのピストンリングとを備えており、前記ピストン
は主に真円状に形成され、また、ピストンリングはピス
トンとの間に介装された弾発部材によってシリンダの内
壁に圧接させられるエキスパンノヨン型のものと、ピス
トンへ装着した状態で自らの張力でシリンダの内壁に圧
接する自己張力型のものとが知られている。

そして、これらのピストンリングの内、後者の自己張力
型のピストンリングが密封性等の特性上あるいはコスト
面で有利であることから多く用いられる傾向にある。

ところで、４サイクル内燃機関にあっては、出力向上を
図るために、シリンダの吸気孔および排気孔の開口面積
を大きくして吸排気の効率を高めることか検討されてお
り、その具体的な一手段として、吸気バルブや排気バル
ブを複数化することが行なわれている。

しかしながら、前述したシリンダやピストンが真円形状
であると、ピストン径すなわちシリンダの面積を一定と
しかつバルブの径を一定とした場合、バルブのレイアウ
ト上の面から設置可能な数が自ずと制約されてデッドス
ペースが残存し、これによって、前述した吸排気孔の開
口面積の拡大可能な範囲が制限されてしまう。また、バ
ルブ径を小さくしてバルブ数を増加させることにより、
前述したデッドスペースを減少させて吸排気孔の開口面
積を拡大することも検討されているが、ピストンか真円
形状であると、前記バルブの数によってはこれらを放射
状にセットしなければならなくなることに起因して、こ
れらを開閉動するカムシャフト、ロッカーアーム等の駆
動系が複雑化してしまうといった改良すべき問題点が残
されている。

そこで従来では、前述した真円形状のピストンおよびシ
１ハンダに代えて、第１図（イ）（ロ）あるいは第２図
（イ）（ロ）に示すような非真円形状のピストンおよび
シリンダを用いることが提案されている。前者は第１図
（イ）に示すような長円ｌに沿う外周形状を有するピス
トンおよびシリンダで、また、後者は第２図（イ）に示
すような複合内２に沿う外周形状を有するピストンおよ
びシリンダであり、何れも複数のバルブをほぼ半径方向
に直線状に配設するとともに、ピストンの外周、換言す
ればシリンダの内周を前記複数のバルブの外縁を結んで
得られる外接円に極力接近させて、前述したデッドスペ
ースを有効に減少させるようにしたものである。そして
このようなピストンの非真円への形状変更に伴い、これ
らのピストンに取り付けられるピストンリングも、自己
張力型とする場合、ピストンとシリンダとの間を密封す
るという本来の機能を維持するために、その外周形状を
ピストンと同様の形状変更を余儀なくされている。

「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、前述した従来の技術における次のような問題
点を解決せんとするものである。

すなわち、前者にあっては、第１図に示すように、長円
ｌの円弧部１ａと直線部１ｂとの連絡部Ａにおいて曲率
ｒの変化が第１図（ロ）に示すように不連続になり、ま
た、後者にあっては、第２図（ロ）に示すように、複合
内２の曲率ｒ、と曲率ｒ２との連絡部Ｂにおいて長円１
と同様に曲率変化が不連続になってしまうが、このよう
な曲率変化が存在すると、特に、内面加工であるシリン
ダの製造が複雑なものとなりやすいといった問題点であ
る。

一方、このような形状のピストンに取り付けられるピス
トンリングを自己張力型とした場合、その形状が前記各
ピストンと同様に曲率変化に不連続な部分を有するもの
となるが、ピストンリングがこのような形状であると、
シリンダに対するピストンのたおれ等によりピストンリ
ングに大きな荷重がかかった場合に、前述した曲率変化
が不連続な部分、すなわち、連絡部Ａ、Ｂに応力が集中
してしまうといった問題点を生じ、また、前者のピスト
ンに取り付けられるピストンリングにあっては、直線部
１ｂにおけるシリンダとの接触圧を他の部分のそれと同
じくするために、自由形状すなわちピストンに取り付け
ていない状態において、前述した直線部１ｂに位置させ
られる部分を内方に湾曲させた形状とする必要性が生じ
るが、これによって形状が複雑化するとともに、加工性
の点から精度を維持することがむつかしくなるといった
問題点をも有している。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、前述した従来技術における諸問題点を有効に
解決し得る４サイクル内燃機関を提供せんとするもので
、該４サイクル内燃機関は、特に、シリンダ内に往復動
可能に嵌装されるピストンの外周を、曲率変化が連続し
た基円を基準曲線とし、該基準曲線からその法線方向に
一定の距離を隔てた点を結んで得られる曲線に沿った形
状とし、該ピストンに取り付けられるピストンリングを
、ピストンに取り付けられた状態においてピストンの外
周形状に沿い、かつ、自由形状において外方に向かう法
線が相互に交わらないような湾曲形状としたことを特徴
とする。

「作用　」 本発明は面性した構成とすることにより、バルブを多数
配置した際のデッドスペースを最小限度に止どめつつ、
シリンダやピストンおよびピストンリングの形状を滑ら
かな曲率変化を有する曲線として、連続加工および高精
度の加工を可能にするとともに、応力の集中箇所を除去
して性能向上を可能にするものである。

「実施例」 以下、本発明の好適な一実施例について、第３図〜第７
図に基づき詳細に説明する。

第３図および第４図は本実施例に係わる４サイクル内燃
機関の要部の縦断面図であり、図において符号３はシリ
ンダヘッド、４はシリンダブロック、５はシリンダブロ
ック４のシリンダ孔４ａ内に摺動自在に嵌装されたピス
トン、６は気化器、７はシリンダヘッド３下面とシリン
ダ孔４ａおよびピストン５の上面によって形成される燃
焼室、８は前記気化器６にコンチュウブ９を介して連通
されかつ燃肇室７に開口する吸気通路、１０は前記燃焼
室７に開口しかつ図示しない排気管に連通ずる排気通路
１０であり、吸気通路８および排気通路１０には、それ
ぞれの開口８ａ、ｌＯａを開閉する吸気バルブ１１、排
気バルブ１２が配設されている。そして前記ピストン５
の外周には、該ピストン５とシリンダ孔４ａとの間を密
封するピストンリング１３がピストン５の摺動方向に間
隔をおいて３個設けられ、その１つがオイルリングとな
されている。

前記ピストン５の外周形状は、第５図（イ）にボすよう
に、曲率変化が連続する非真円（ここでは正規楕円とさ
れている）を基準曲線Ｘとし、その基準曲線Ｘ上の各点
から法線方向に一定距離ｒ３だけ隔てた点を結ぶことに
より形成される曲線１４（ここでは、この曲線１４を正
規楕円包絡円と定義する　）により描かれる。また、シ
リンダ孔４ａの横断面内周形状も勿論ピストン５の外周
形状よりも若干大きい正規楕円包絡円によって描かれる
。

前記吸気通路８および排気通路１０は、前記燃焼室７近
傍において２つに分岐され、それぞれに連通したＤ８０
８ａ、ｌＯａは、第６図に示すように、燃焼室７の長軸
ρの両側に対向状態に４個づつ設けられている。

前記ビストノリング１３は、前記ピストン５に取り付け
た状態において、第７図に実線で示すように、ピストン
５の外周形状よりも若干大きな正規楕円包絡円によって
描かれる外周形状を有し、かつ、自由形状において第７
図に鎖線で示すように、各点におけろ外方へ向かう法線
１５が相互に交わらないような湾曲形状に形成されてい
る。

一方、前記ピストン５には、第４図に示すように、その
長袖方向に沿ってピストンピン１６が取り付け−）れて
おり、１組のコンロッド１７．１７を介して図示しない
クランクノヤフトに連結されている。

−Ｖた、前記シリンダヘラｌ’　３には、燃焼室７の長
袖方向に沿って間隔をおきかつ該燃焼室７内に露出する
ように２つの点火プラグ１８．１８が設けられている。

しかしてこのように構成された本実施例の４サイクル内
燃機関は、シリンダ孔４ａの内周形状およびピストン５
の外周形状を曲率変化が連続する基準曲線Ｘの包絡円に
沿う曲線１４としたから、これらが第５図（ロ）に示す
ように、曲率変化の連続した形状となり、これによって
、シリンダ孔４ａおよびピストン５の加工に際して加工
用治具の円滑な移動を可能にし、加工性を向上させると
ともに高精度の加工を可能にする。特に、前記基準曲線
Ｘを正規楕円としたから、前記加工冶具の移動をＮＣ装
置によって容易に制御することができ、この結果、虫産
性をも向上させることができる。

また、ピストンリング１３を前記ピストン５に取り付け
た状態において前記基準曲線Ｘに沿う湾曲形状としたか
ら、その曲率変化を円滑にして応力の集中箇所を除去す
ることができる。かつ、該ピストンリング１３の自由形
状を各点における外方へ向かう法線１５が相互に交わら
ないような湾曲形状としたから、その加工性が著しく向
上しかつシリンダ孔４ａどの接触圧を容易に設定するこ
とができ、前記効果と相まって耐久性能を向上させるこ
とができる。

さらに、吸気バルブ１１や排気バルブ１２をそれぞれ直
線状に複数配設した場合にあっても、第６図に示すよう
に、特に、最外部に位置する吸気通路８の開口８ａの縁
部形状や排気通路１０の開口１０ａの縁部形状と燃焼室
７の周縁部形状とを極力近付けることができ、これによ
って、燃焼室７上部のデッドスペースを減少させて、バ
ルブ配置を容易にするとともに吸排気効率を高めること
ができる。

なお、前記実施例において基準曲線Ｘを正規楕円とした
が、これに代えて、第８図（イ）に示すように、カテナ
リー曲線Ｙを基準曲線としてもよい。

このような場合においても、第８図（ロ）に示すように
、その包絡円の曲率変化を連続したものとすることがで
きる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる４サイクル内燃機
関によれば、シリンダ内に往復動可能に嵌装されるピス
トンの外周を、曲率変化が連続した基円を基準曲線とし
、該基準曲線からその法線方向に一定の距離を隔てた点
を結んで得られる曲線に沿った形状とし、該ピストンに
取り付けられるピストンリングを、ピストンに取り付け
られた状態においてピストンの外周形状に沿い、かつ、
自由形状において外方に向かう法線が相互に交わらない
ような湾曲形状としたから、シリンダやピストンの形状
を非真円形状とした場合にあっても、これらの加工を容
易にする上ともに、高精度の加工を実施することができ
る。また、シリンダやピストンの非真円形状化に伴うピ
ストンリングの形状変更に際しても、該ピストンリング
の曲率変化を円滑にして応力集中箇所を除去するととも
に、シリンダとの接触圧の設定を容易にする等の優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来の非真円形状のシリ
ンダやピストンの曲率変化を示す概略図、第３図〜第７
図は本発明の一実施例を示すもので、第３図は要部の縦
断面図、第４図は第３図の■−■線に沿う矢視断面図、
第５図は一実施例のシリンダおよびピストンの曲率変化
を示す概略図、第６図は吸気通路および排気通路の開口
の設置状態を示す概略図、第７図はピストンリングの概
略を示す平面図、第８図は本発明の他の実施例を示す第
５図と同様の図である。 ３・・・シリンダヘッド、４・・・シリンダブロック、
４ａ・・・シリンダ孔、５・・・ピストン、７・・・燃
焼室、８・・・吸気通路、８ａ・・・開口、１０・・・
排気通路、１０ａ　・・・開口、１１・・・吸気バルブ
、１２・・・排気バルブ、１３・・・ピストンリング、
Ｉ４・・・曲線（正規楕円包絡円）、Ｘ（Ｙ）・・・基
準曲線。 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダ内で往復動させられるピストンと、該ピストン
   の外周部に取り付けられてピストンとシリンダとの間を
   密封するピストンリングとを備えた４サイクル内燃機関
   であつて、前記ピストンは、その外周が、曲率変化が連
   続した基円を基準曲線とし、該基準曲線からその法線方
   向に一定の距離を隔てた点を結んで得られる曲線に沿つ
   た形状を有し、前記ピストンリングは、前記ピストンに
   取り付けられた状態において該ピストンの外周形状に沿
   い、かつ、自由形状において外方に向かう法線が相互に
   交わらないような湾曲形状を有することを特徴とする４
   サイクル内燃機関。