JPWO2010055611A1 - 往復動エンジン - Google Patents
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Abstract
往復動エンジン1は、ピストン2の反スラスト側13において、ピストン上体部8の第2ピストンリング溝5内にピン48または閉じ壁51が設けられ、この第2ピストンリング溝5に第2ピストンリング27がその合口部52の内に上記ピン48または閉じ壁51を収め込んだ状態で組込まれ、第2ピストンリング27は上記ピン48または閉じ壁51によって回り止めされてなる。
Description
本発明はピストンエンジンの改良に関する。
詳細には、本発明はピストンのセカンドランド(第2ランド)の外周面とシリンダの内面と第1ピストンリングと第2ピストンリングとに囲まれて作成された環状ガス室にピストンの上方の燃焼高圧ガスを導入し、この導入したガス圧により、スラスト側において、ピストンをシリンダから浮かして支持し、ピストンとシリンダとの摩擦抵抗の低減を図った往復動エンジンに関する。特に上記ガス室に導入したガス圧を必要時間漏れさせることなく保持させるようにした往復動エンジンに係る。
国際公開第WO92/02722(特許文献1)、第WO2004/07917(特許文献2)、第WO2006/118165(特許文献3)、第WO2008/047453A1(特許文献4)のいずれも、ピストンに働くスラスト力による、スラスト側におけるピストンとシリンダとのフリクションロスを低減する技術である。
これらに記載の技術は燃焼圧力を受けるピストン上面部とピストンリングを装着したランド部とからなるピストン上部体と、このピストン上部体の下側に形成されたスカート部とを備えたピストンにおいて、ピストン上部体の外周面に装着された第1ピストンリングと第2ピストンリングとの間の第2ランド部に環状ガス室をスラスト側で巾広く、反スラスト側に向って次第に巾狭にして形成し、上記シリンダの内面のスラスト側の上部位において、複数の凹所が形成され、ピストンが上死点または上死点近傍に位置するとき、上記凹所を通してピストン上方の高圧ガスを上記環状ガス室に流入させ、ガス室に流入した高圧ガスによりピストンをスラスト側から支持し、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部とがシリンダ内面に接して下降するようにした往復動エンジンである。
即ち、上記環状ガス室に導入したガス圧により、コネクチングロッドの傾きから生ずるスラスト力(側圧)に対抗してピストンをシリンダから浮かして支持し、ピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗を低減するようにした往復動エンジンである。
ところで、第1ピストンリングと共にガス室を形成する第2ピストンリングは通常のエンジンのピストンリングと同じように合口部を有する。この合口部の存在のため、上記環状ガス室に導入されたガス圧は、この合口部からクランク室へ漏れ、小容積のガス室のガス圧は急速に低下し、ガス圧によるピストンの支持(シリンダから浮かし)が十分に行われない。このため、ピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗(フリクションロス)の低減が十分に機能しないのである。
そこで本発明は、環状ガス室に導入したガス圧を漏らすことなく溜め、保持し、この保持されたガス圧によりピストンをシリンダから十分に浮かし、もってピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗を低減した往復動エンジンを提供するものである。
燃焼圧力を受けるピストン上面部とピストンリングを装着したランド部とからなるピストン上部体と、このピストン上部体の下側に形成されたスカート部とを備えたピストンにおいて、シリンダの内面とピストン上部体の第2ランド部の外周面と第1ピストンリングと第2ピストンリングとにより囲まれた環状ガス室をスラスト側で巾広く、反スラスト側に向って次第に巾狭にして形成し、上記シリンダの内面のスラスト側の上部位において、複数の凹所が形成され、ピストンが上死点または上死点近傍に位置するとき、上記凹所を通してピストン上方の高圧ガスを上環状ガス室に流入させ、ガス室に流入した高圧ガスによりピストンをスラスト側から支持し、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部とがシリンダ内面に接して下降するようにした往復動エンジンにおいて、ピストンの反スラスト側において、ピストン上体部の第2ピストンリング溝内にピンまたは閉じ壁が設けられ、この第2ピストンリング溝に第2ピストンリングがその合口部の内に上記ピンまたは閉じ壁を収めた状態で組込まれ、第2ピストンリングは上記ピンまたは閉じ壁によって回り止めされてなる往復動エンジンである。
上記のようになる本発明の往復動エンジンによれば、エンジン運転時、特に圧縮行程の終期から燃焼膨張行程の初期、ピストンが上死点近傍にあって、第1ピストンリング(トップリング)がシリンダの凹所(ガス通路穴)を通過するとき、ピストンの上方の燃焼室の高圧ガスが上記凹所を通って、ピストンの環状ガス室内に導入される。
ところで、上記環状ガス室は、この環状ガス室を形成する第2ピストンリング(セカンドリング)は、その合口部が、常に、反スラスト側に位置し、ピストン上体部の外周面とシリンダの内面とが接し合う範囲に閉じ込められており、かつ、その合口部はその内空間にピンまたは閉じ壁を収め、このピンまたは閉じ壁が合口部のガス漏れの抵抗体として作用する。
このため、上記環状ガス室に導入された高圧ガスは、第2ピストンリング合口部からのガス漏れが防止され、環状ガス室内の導入高圧ガスのガス圧は十分に保持され、クランク室へのブロバイは阻止される。
よって、爆発燃焼膨張行程でピストンにスラスト力(側圧)が作用するも、上記環状ガス室内にガス圧を保持された高圧ガスにより、スラスト側において、ピストンは、シリンダの内面から浮かされ続けて、その燃焼膨張行程を下降する。
このため、ピストンとシリンダ内面との摩擦抵抗は著しく低減され、省燃効果が十分に発揮される。
本発明によれば、環状ガス室に導入したガス圧を漏らすことなく、十分に保持し、この保持されたガス圧によりピストンをシリンダから十分に浮かし、もってピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗を低減した往復動エンジンを提供し得る。
以下、本発明の実施形態を図面に示した実施例について説明する。
第1図から第6図には、本発明の往復動エンジンの第1の実施例が示してあり、第9図から第12図には、本発明の往復動エンジンの第2実施例が示してある。
第5図及び第8図には、1実施例の往復動エンジン1のピストン2が示してある。上記ピストン2は、燃焼圧力を受けるピストン上面部3とピストンリング溝4,5,6を有するランド部7とからなるピストン上部体8と、このピストン上部体8の下側に形成したスカート部9とピストンピン10を支持するピンボス部11とを備える。なお、上記ランド部7は上記ピストン上部体8の外周面16をも指す。以下、ランド部7をピストン上部体8の外周面16と称す。さて、上記ピストン2において、12はスラスト側を示し、13は反スラスト側を示す。
ピストン2は、上記ピストン上部体8がピストン2の中心線14に対して反スラスト側13に偏心eして形成されている。15は上記ピストン上部体8の中心線を示す。第5図に示すように、ピストン2は直立姿勢で、反スラスト側13において、上記ピストン上部体8の外周面16とスカート部9の外周面17とが垂直線18上にそろえて、形成されている。
一方、スラスト側12において、ピストン上部体8の外周面19は、スカート部9の外周面20を通る垂直線21から内側に位置し、隙間22がある。
ピストン2は上記の如く形状であるため、第1図から第3図に示すように、シリンダ23に組込まれ、直立姿勢にあるとき、反スラスト側13において、ピストン上部体8の外周面16とスカート部9の外周面17とが共に、シリンダ23の内面24に添い当り接している。他方、スラスト側12においては、ピストン上部体8の外周面19とシリンダ23の内面24との間には隙間(クリアランス)25が存在する。
ピストン上部体8のピストンリング溝4及び5には、圧縮用のピストンリングが装着される。即ち、ピストン上面部3に一番近いところの第1ピストンリング溝4には第1ピストンリング26が装着され、次に近い第2ピストンリング溝5には、第2ピストンリング27が装着される。なお、第1ピストンリングはトップリング、第2ピストンリングはセカンドリングのことである。そして、一番下の第3ピストンリング溝6にはオイルかきリング28が装着されている。
第1ピストンリング26が装着される第1ピストンリング溝4と第2ピストンリング27が装着される第2ピストンリング溝5とは、ピストン2の軸線29に直交する面に対して傾斜して形成されている。そして、上記第1ピストンリング溝4と第2ピストンリング溝5とは、互いに相手に対して、反対側へ傾斜して設けられ、反スラスト側13からスラスト側12に向かって、次第に離反するように設けられている。
従って、第1ピストンリング溝4と第2ピストンリング溝5との間に囲まれた第2ランド部30はスラスト側12では巾広く、反スラスト側13で巾狭になっている。オイルかきリング28を装着する第3ピストンリング溝6はピストン軸線29に直交する面に平行である。
第1図及び第2図に示すように、ピストン2がシリンダ23に組み込まれた状態でピストン2には、ピストン上部体8の第2ランド部30の外周面とシリンダ23の内面24と第1ピストンリング26及び第2ピストンリング27とにより囲まれた環状ガス室31が形成されている。
第2ランド部30は上述したように、スラスト側12で巾広く、反スラスト側13に向かって次第に巾狭になっているので、上記環状ガス室31もまたスラスト側12で巾広く、反スラスト側13に向かって次第に巾狭になっている。
そして、上記環状ガス室31に本往復動エンジン1が圧縮行程の終期から燃焼膨張行程の初期において、ピストン2の上方の高圧ガス38を導入し、保持させる。
さて、第2図から第6図に示すように、上記環状ガス室31を形成するところの第2ピストンリング27が組込まれた第2ピストンリング溝5には、反スラスト側13においてピン48が設けられている。
第2図、第4図及び第5図に示すように、上記ピン48は第2ピストンリング溝5内にあって、その溝間49を塞ぐような構造で、溝底50に植込み固定されている。また、第7図及び第8図に示すように、上記ピン48に代えて、第2ピストンリング溝5の溝間49を閉じる閉じ壁51を形成してもよい。
上記ピン48、また閉じ壁51は、その高さがピストン上部体8の外周面16から少しばかり低く形成し、後述の如くピストン上部体8の外周面16がシリンダ23の内面24に接して上下に摺動するとき、ピン48、閉じ壁51の頭部がシリンダ23、内面24に接しなく、擦らないように収められている。
そして、第2ピストンリング27は、その合口部52が、上記ピン48、また閉じ壁51を両側から挟む構造で第2ピストンリング溝5に組込まれている。即ち、合口部52はその内にピン48、また閉じ壁51を収めている。
そして、このピン48、また閉じ壁51が合口部52におけるガス漏れ通路のガス漏れの抵抗体となる。
また、当然に第2ピストンリング27は、上記ピン48、また閉じ壁51によって回り止めされている。
このため、エンジン運動中、第2ピストンリング27は円周方向に回らず、常にその合口部52は、反スラスト側13において、ピストン2とシリンダ23の内面24と接触し合う位置に閉じ込められるようになっている。
ところで、第1図から第4図には、第1、第2及び第3のピストンリング溝4、5及び6のそれぞれに第1ピストンリング26、第2ピストンリング27及びオイルリング28が装着されたピストン2がシリンダ23内に組込まれ、動作中の本往復動エンジン1が示されている。
ピストン2は反スラスト側13においてピストン上部体8の外周面16とスカート部9の外周面17とがシリンダ23の内面24に接した状態の直立姿勢である。
シリンダ23には、スラスト側12の内面24において、その上部位33のところに凹所34が複数個(3〜4個)、円周方向35に沿って、並べて設けられている。なお、凹所34、34、34はシリンダ内面24から深く、くぼみ状に形成してある。これら凹所34、34、34は後述するが、ガス圧の通路の役目をする。これら凹所34、34、34の位置はピストン2が上死点近傍の位置にあるとき、ピストン2の第1のピストンリング26がこれら凹所34、34、34の上を通過中であるよう定めてある。
このように、ピストン2が上死点近傍にあって、第1ピストンリング26が凹所34、34、34の上を通過中のときに、これら凹所34、34、34のそれぞれの凹み空間36、36、36と第1ピストンリング26の外周面との間が通路となり、ピストン2の上方の燃焼室37とピストン2の環状ガス室31とが連通し合い、ピストン2上方の高圧ガス38が上記環状ガス室31に矢印41で示すように流入するようになっている。
また、上記凹所34、34、34は、ピストン2が上死点に位置したとき、第2ピストンリング27に繋がらないようにも設けられている。これは、燃焼室37の高圧ガス38がピストン2から下のクランク室へ吹き抜きさせないようにするためである。
さて、エンジン運転時、特に圧縮行程終期から爆発膨張行程の初期、燃焼室37内の圧縮ガス、爆発燃焼ガスの高圧ガス38がピストン2の上面に作用すると、スラスト側12においては、ピストン上部体8の外周面19とシリンダ23の内面24との間には隙間25が存するので、高圧ガス38はこの隙間25に進入して上記外周面19(トップランドを含めて)に作用すると共に、第1ピストンリング26がシリンダ23の凹所34、34、34を通過するとき、上記高圧ガス38は凹所空間36、36、36を通って、環状ガス室31に導入され、この環状ガス室31に導入された高圧ガス39によって、ピストン2はシリンダ23の内面24から浮かされて支持される。
一方、反スラスト側13においては、ピストン上部体8の外周面16とスカート部9の外周面17がシリンダ内面に接した状態にあるため、ピストン2上方の高圧ガス38はピストン2の反スラスト側に進入できない。つまり、反スラスト側の上記外周面17に高圧ガス38が作用されにくく、ピストン2をスラスト側12に押し返す力が非常に弱い。
従って、環状ガス室31に導入された上記高圧ガス39によって、スラスト側12からピストン2をシリンダの内面24から浮かして支持する支持力の減殺を起こさない。
加えて、環状ガス室31は、この環状ガス室31を形成する第2ピストンリング27の合口部52が、常に、反スラスト側13に位置し、ピストン上部体8の外周面16とシリンダ23の内面23とが接し合う位置に閉じ込められており、かつ、その合口部52はその内にピン48または閉じ壁51を収め、このピン48、また閉じ壁51が合口部52のガス漏れの抵抗体として作用する。
このため、上記環状ガス室31に導入された高圧ガス39は第2ピストンリング27の合口部52からのガス漏れが防止され、環状ガス室31内の導入高圧ガス39のガス圧は十分に保持される。
爆発燃焼膨張行程でピストン2にはスラスト力(側圧)が作用するも、上記環状ガス室31内にガス圧を保持された高圧ガスにより、ピストン2はスラスト側12において、シリンダ23の内面24から浮かされ続けて、燃焼膨張行程を下降する。
このため、ピストン2とシリンダ23の内面24との摩擦抵抗は著しく低減され、省燃効果が十分に発揮される。
図9から図12において、本実施例2においても、ピストン2は、燃焼圧力を受けるピストン上面部3とピストンリング溝4,5,6を有するランド部7とからなるピストン上部体8と、このピストン上部体8の下側に形成したスカート部9とピストンピン10を支持するピンボス部11とを備える。また、ピストン2において、12はスラスト側を示し、13は反スラスト側を示す。
ピストン上部体8のピストンリング溝4及び5には、圧縮用のピストンリングが組み込まれる。
即ち、ピストン上面3に一番近いところの第1ピストンリング溝4には第1ピストンリング26が組み込まれ、次に近い第2ピストンリング溝5には、第2ピストンリング27が組み込まれている。もちろん、第1ピストンリング26は、トップリング、第2ピストンリング27はセカンドリングのことである。そして、もちろん、第3ピストンリング溝6にはオイルかきリング28が組み込まれている。
第1ピストンリング26が組み込まれている第1ピストンリング溝4は、ピストン上面3Aに平行に形成されている。第2ピストンリング27が組み込まれている第2ピストンリング溝5は、スラスト側12に向って下り傾斜して形成されている。即ち、第2ピストンリング溝5は、第1ピストンリング溝4及びピストン上面3Aに対して、その間の距離Dがスラスト側12において巾広く、反スラスト側13に向って次第に巾狭に形成されている。
従って、第2ピストンリング27は、ピストン上面3Aに平行した第1ピストンリング24に対して、その間の距離D1(第2ランド30)は、スラスト側12において巾広く、反スラスト側13に向って次第に巾狭になっている。
図9に示すように、ピストン2がシリンダ23に組み込まれた状態でピストン2には、ピストン上部体8の第2ランド部30の外周面とシリンダ23の内面24と第1ピストンリング26及び第2ピストンリング27とにより囲まれた環状ガス室31が形成されている。
第2ランド部30は上述したように、スラスト側12で巾広く、反スラスト側13に向って次第に巾狭になっているので、上記環状ガス室31もまたスラスト側12で巾広く、反スラスト側13に向かって次第に巾狭になっている。
そして、上記環状ガス室31に本往復動エンジン1が燃焼膨張行程の初期において、ピストン2の上方の高圧ガス38を導入し、導入したその高圧ガス39を保持させる。
また、図9から図11に示すように、上記環状ガス室31を形成するところの第2ピストンリング27が組み込まれた第2ピストンリング溝5には、反スラスト側13においてピン48が設けられている。
上記ピン48は第2ピストンリング溝5内にあって、その溝間49を塞ぐような構造で、溝底50に植込み固定されている。また、図12に示すように、上記ピン48に変えて、第2ピストンリング溝5の溝間49を閉じる閉じ壁51を形成してもよい。
そして、第2ピストンリング27は、その合口部52が、上記ピン48、また閉じ壁51を両側から挟む構造で第2ピストンリング溝5に組込まれている。即ち、合口部52はその内にピン48、また閉じ壁51を収めている。
そして、このピン48、また閉じ壁51が合口部52におけるガス漏れ通路のガス漏れの抵抗帯となる。
また、当然に第2ピストンリング27は、上記ピン48、また閉じ壁51によって回り止めされている。
このため、エンジン運動中、第2ピストンリング27は円周方向に回らず、常にその合口部52は、反スラスト側13の位置に閉じこめられるようになっている。
シリンダ23には、スラスト側12の内面24において、その上部位33のところに凹所34が複数個(3〜4個)、円周方向35に沿って、並べて設けられている、なお、凹所34、34、34はシリンダ内面24から深く、くぼみ状に形成してある。これら凹所34、34、34は後述するが、ガス圧の通路の役目をする。これら凹所34、34、34の位置はピストン2が上死点近傍の位置にあるとき、ピストン2の第1のピストンリング26がこれら凹所34、34、34の上を通過中であるよう定めてある。
このように、ピストン2が上死点近傍にあって、第1ピストンリング26が凹所34、34、34の上を通過なあのときに、これら凹所34、34、34のそれぞれの凹み空間36、36、36と第1ピストンリング26の外周面との間が通路となり、ピストン2の上方の燃焼室37とピストン2の環状ガス室31とが連通し合い、ピストン2上方の高圧ガス38が上記環状ガス室31に矢印41で示すように流入するようになっている。
エンジン運転時、特に爆発膨張行程の初期、第1ピストンリング26がシリンダ23の凹所34、34、34を通過するとき、燃焼室37内の高圧ガス38が凹所空間36、36、36を通って、環状ガス室31に導入される。この環状ガス室31は受圧面積が反スラスト側13に比べスラスト側12において、はるかに大きく、かつ上記高圧ガス38は、スラスト側12より導入されるため、ピストン2は、スラスト側12において、ガス圧によりシリンダ23の内面24から浮かされて支持され、膨張行程を降下する。
環状ガス室31は、この環状ガス室31を形成する第2ピストンリング27の合口部52が、常に、反スラスト側13の位置に閉じ込められており、かつ、その合口部52はその内にピン48または閉じ壁51を収め、このピン48、また閉じ壁51が合口部52のガス漏れの抵抗体として作用する。
このため、上記環状ガス室31に導入された高圧ガス39は第2ピストンリング27の合口部52からのガス漏れが防止され、環状ガス室31内の導入の高圧ガス39のガス圧は十分に保持される。
爆発燃焼膨張行程でピストン2にはスラスト力(側圧)が作用するも、上記環状ガス室31内にガス圧を保持された高圧ガスにより、ピストン2はスラスト側12において、シリンダ23の内面24から浮かされ続けて、燃焼膨張行程を下降する。
このため、ピストン2とシリンダ23の内面24との摩擦抵抗は著しく低減され、省燃効果が十分に発揮される。
1 往復動エンジン
2 ピストン
3 ピストン上面部
4、5、6 ピストンリング溝
7 ランド部
8 ピストン上部体
9 スカート部
10 ピストンピン
11 ピンボス部
12 スラスト側
13 反スラスト側
2 ピストン
3 ピストン上面部
4、5、6 ピストンリング溝
7 ランド部
8 ピストン上部体
9 スカート部
10 ピストンピン
11 ピンボス部
12 スラスト側
13 反スラスト側
Claims (2)
- 燃焼圧力を受けるピストン上面部とピストンリングを装着したランド部とからなるピストン上部体と、このピストン上部体の下側に形成されたスカート部とを備えたピストンにおいて、シリンダの内面とピストン上部体の第2ランド部の外周面と第1ピストンリングと第2ピストンリングとにより囲まれた環状ガス室をスラスト側で巾広く、反スラスト側に向って次第に巾狭にして形成し、上記シリンダの内面のスラスト側の上部位において、複数の凹所が形成され、ピストンが上死点または上死点近傍に位置するとき、上記凹所を通してピストン上方の高圧ガスを上環状ガス室に流入させ、ガス室に流入した高圧ガスによりピストンをスラスト側から支持し、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部とがシリンダ内面に接して下降するようにした往復動エンジンにおいて、ピストンの反スラスト側において、ピストン上体部の第2ピストンリング溝内にピンまたは閉じ壁が設けられ、この第2ピストンリング溝に第2ピストンリングがその合口部の内に上記ピンまたは閉じ壁を収め込んだ状態で組込まれ、第2ピストンリングは上記ピンまたは閉じ壁によって回り止めされてなる往復動エンジン。
- 燃焼圧力を受けるピストン上面部とピストンリングを装着したランド部とからなるピストン上部体と、このピストン上部体の下側に形成されたスカート部とを備えたピストンにおいて、上記ピストン上部体がピストン中心線に対して反スラスト側に偏心して形成され、反スラスト側において、ピストン上部体の外周面とスカート部の外周面とが垂直線上にそろえて形成され、ピストンがシリンダに直立姿勢に収められた状態で、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部の外周面とがシリンダの内面に添い当り状態となり、かつ、スラスト側においてピストン上部体の外周面とシリンダの内面との間に隙間を設け、かつ、シリンダの内面とピストン上部体の第2ランド部の外周面と第1ピストンリングと第2ピストンリングとにより囲まれた環状ガス室をスラスト側で巾広く、反スラスト側に向って次第に巾狭にして形成し、上記シリンダの内面のスラスト側の上部位において、複数の凹所が形成され、ピストンが上死点または上死点近傍に位置するとき、上記凹所を通してピストン上方の高圧ガスを上環状ガス室に流入させ、ガス室に流入した高圧ガスによりピストンをスラスト側から支持し、反スラスト側においてピストン上部体の外周面とスカート部とがシリンダ内面に接して下降するようにした往復動エンジンにおいて、ピストンの反スラスト側において、ピストン上体部の第2ピストンリング溝内にピンまたは閉じ壁が設けられ、この第2ピストンリング溝に第2ピストンリングがその合口部の内に上記ピンまたは閉じ壁を収め込んだ状態で組込まれ、第2ピストンリングは上記ピンまたは閉じ壁によって回り止めされてなる往復動エンジン。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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