WO2010055611A1 - 往復動エンジン - Google Patents

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WO2010055611A1
WO2010055611A1 PCT/JP2009/005398 JP2009005398W WO2010055611A1 WO 2010055611 A1 WO2010055611 A1 WO 2010055611A1 JP 2009005398 W JP2009005398 W JP 2009005398W WO 2010055611 A1 WO2010055611 A1 WO 2010055611A1
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piston
piston ring
thrust side
upper body
cylinder
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PCT/JP2009/005398
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English (en)
French (fr)
Inventor
坂東茂
Original Assignee
坂東機工株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/09—Pistons; Trunk pistons; Plungers with means for guiding fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • F16J10/04—Running faces; Liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/22—Rings for preventing wear of grooves or like seatings

Definitions

  • the present invention relates to an improvement of a piston engine.
  • the present invention relates to the combustion above the piston in the annular gas chamber formed by the outer periphery of the second land (second land) of the piston, the inner surface of the cylinder, the first piston ring and the second piston ring.
  • the present invention relates to a reciprocating engine in which high-pressure gas is introduced and a piston is floated and supported from a cylinder on the thrust side by the introduced gas pressure to reduce frictional resistance between the piston and the cylinder.
  • the present invention relates to a reciprocating engine in which the gas pressure introduced into the gas chamber is maintained without leaking for a necessary time.
  • Patent Document 1 International Publication Nos. WO92 / 02722 (Patent Document 1), WO2004 / 07917 (Patent Document 2), WO2006 / 118165 (Patent Document 3), and WO2008 / 047453A1 (Patent Document 4) are thrust forces acting on the piston. This is a technique for reducing the friction loss between the piston and the cylinder on the thrust side.
  • the technology described in these documents is a piston having a piston upper body composed of an upper surface of a piston that receives combustion pressure and a land portion to which a piston ring is attached, and a skirt formed on the lower side of the piston upper body.
  • An annular gas chamber is formed in the second land portion between the first piston ring and the second piston ring mounted on the outer peripheral surface of the upper body so as to be wide on the thrust side and gradually narrow toward the anti-thrust side.
  • the 2nd piston ring which forms a gas chamber with the 1st piston ring has an abutment part like a piston ring of a usual engine. Due to the presence of the joint portion, the gas pressure introduced into the annular gas chamber leaks from the joint portion to the crank chamber, the gas pressure of the small volume gas chamber rapidly decreases, and the piston pressure is supported by the gas pressure ( Floating from the cylinder) is not performed sufficiently. For this reason, the reduction of the sliding frictional resistance (friction loss) between the piston and the cylinder does not function sufficiently.
  • the present invention stores and holds the gas pressure introduced into the annular gas chamber without leaking, and the piston is sufficiently lifted from the cylinder by the held gas pressure, thereby reducing the sliding friction resistance between the piston and the cylinder.
  • a dynamic engine is provided.
  • An inner surface of a cylinder and an upper piston body in a piston comprising a piston upper body composed of a piston upper surface that receives combustion pressure and a land portion to which a piston ring is attached, and a skirt formed below the piston upper body.
  • An annular gas chamber surrounded by the outer peripheral surface of the second land portion, the first piston ring and the second piston ring is formed to be wide on the thrust side and gradually narrow toward the anti-thrust side.
  • the piston is located near the top dead center during engine operation, particularly from the end of the compression stroke to the initial stage of the combustion expansion stroke, and the first piston ring (top ring)
  • the first piston ring top ring
  • the high-pressure gas in the combustion chamber above the piston is introduced into the annular gas chamber of the piston through the recess.
  • the second piston ring (second ring) forming the annular gas chamber is always located on the side opposite to the thrust side, and the outer peripheral surface of the piston upper body and the inner surface of the cylinder. Are confined in a range where they contact each other, and the joint portion houses a pin or a closed wall in the inner space, and this pin or the closed wall acts as a gas leakage resistor of the joint portion.
  • the high-pressure gas introduced into the annular gas chamber is prevented from leaking gas from the second piston ring joint, the gas pressure of the introduced high-pressure gas in the annular gas chamber is sufficiently maintained, and the blow-by to the crank chamber is prevented. Is blocked.
  • the gas pressure introduced into the annular gas chamber is sufficiently retained without leaking, and the piston is sufficiently floated from the cylinder by the retained gas pressure, thereby reducing the sliding friction resistance between the piston and the cylinder.
  • a reciprocating engine can be provided.
  • FIG. 1 is an explanatory view of a longitudinal section of a first example of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged vertical cross-sectional view showing a main part of the example shown in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of the example shown in FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory view taken along line BB in the example shown in FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory view of the piston of the example shown in FIG.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along the line CC of the example piston shown in FIG.
  • FIG. 7 is a side view of a piston in which the structure of the main part is changed.
  • FIG. 8 is a DD arrow view of the example piston shown in FIG. FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory view of a longitudinal section of a second example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an explanatory view taken along line EE of the example shown in FIG.
  • FIG. 11 is an explanatory view of the piston of the example shown in FIG.
  • FIG. 12 is a side view of the piston of the example shown in FIG. 9 in which the structure of the main part is changed.
  • FIGS. 1 to 6 show a first embodiment of the reciprocating engine of the present invention
  • FIGS. 9 to 12 show a second embodiment of the reciprocating engine of the present invention. It is.
  • the piston 2 includes a piston upper body 8 including a piston upper surface portion 3 that receives combustion pressure and a land portion 7 having piston ring grooves 4, 5, and 6, and a skirt portion 9 formed below the piston upper body 8. And a pin boss portion 11 that supports the piston pin 10.
  • the land portion 7 also refers to the outer peripheral surface 16 of the piston upper body 8.
  • the land portion 7 is referred to as the outer peripheral surface 16 of the piston upper body 8.
  • 12 indicates the thrust side
  • 13 indicates the anti-thrust side.
  • the piston 2 is formed such that the piston upper body 8 is decentered e on the anti-thrust side 13 with respect to the center line 14 of the piston 2.
  • Reference numeral 15 denotes a center line of the piston upper body 8. As shown in FIG. 5, the piston 2 is in an upright posture, and the outer peripheral surface 16 of the piston upper body 8 and the outer peripheral surface 17 of the skirt portion 9 are formed on the vertical line 18 on the anti-thrust side 13. ing.
  • the outer peripheral surface 19 of the piston upper body 8 is located on the inner side from the vertical line 21 passing through the outer peripheral surface 20 of the skirt portion 9, and there is a gap 22.
  • a piston ring for compression is mounted in the piston ring grooves 4 and 5 of the piston upper body 8. That is, the first piston ring groove 4 is attached to the first piston ring groove 4 closest to the piston upper surface portion 3, and the second piston ring 27 is attached to the second piston ring groove 5 closest to the next. .
  • the first piston ring is a top ring, and the second piston ring is a second ring.
  • An oil scraper ring 28 is mounted in the lowermost third piston ring groove 6.
  • the first piston ring groove 4 to which the first piston ring 26 is attached and the second piston ring groove 5 to which the second piston ring 27 is attached are formed to be inclined with respect to a plane perpendicular to the axis 29 of the piston 2.
  • the first piston ring groove 4 and the second piston ring groove 5 are provided so as to be inclined toward the opposite side with respect to each other, and gradually move away from the anti-thrust side 13 toward the thrust side 12. Is provided.
  • the second land portion 30 surrounded by the first piston ring groove 4 and the second piston ring groove 5 is wide on the thrust side 12 and narrow on the anti-thrust side 13.
  • the third piston ring groove 6 in which the oil scraper ring 28 is mounted is parallel to a plane perpendicular to the piston axis 29.
  • the piston 2 in the state where the piston 2 is incorporated in the cylinder 23, the piston 2 includes an outer peripheral surface of the second land portion 30 of the piston upper body 8, an inner surface 24 of the cylinder 23, and the first surface.
  • the annular gas chamber 31 is also wide on the thrust side 12 and is anti-thrust. It gradually becomes narrower toward the side 13.
  • the reciprocating engine 1 introduces and holds the high-pressure gas 38 above the piston 2 in the annular gas chamber 31 from the end of the compression stroke to the initial stage of the combustion expansion stroke.
  • the second piston ring groove 5 in which the second piston ring 27 forming the annular gas chamber 31 is incorporated has a pin 48 on the anti-thrust side 13. Is provided.
  • the pin 48 is in the second piston ring groove 5 so as to close the space 49 between the pins, and is fixed to the groove bottom 50. Yes. Further, as shown in FIGS. 7 and 8, instead of the pin 48, a closed wall 51 that closes the groove 49 of the second piston ring groove 5 may be formed.
  • the pin 48 and the closing wall 51 are formed so that the height thereof is slightly lower than the outer peripheral surface 16 of the piston upper body 8, and the outer peripheral surface 16 of the piston upper body 8 is in contact with the inner surface 24 of the cylinder 23 as described later. , The pin 48 and the head of the closing wall 51 are not in contact with the cylinder 23 and the inner surface 24 and are stored so as not to rub.
  • the second piston ring 27 is incorporated in the second piston ring groove 5 so that the joint portion 52 sandwiches the pin 48 and the closing wall 51 from both sides. That is, the abutment portion 52 accommodates the pin 48 and the closed wall 51 therein.
  • the pin 48 and the closed wall 51 serve as a gas leakage resistor in the gas leakage passage at the joint 52.
  • the second piston ring 27 is prevented from rotating by the pin 48 and the closing wall 51.
  • the second piston ring 27 does not rotate in the circumferential direction during the engine motion, and the abutment portion 52 is always confined in a position where the piston 2 and the inner surface 24 of the cylinder 23 come into contact with each other on the anti-thrust side 13. It has become.
  • the first piston ring 26, the second piston ring 27, and the oil ring 28 are mounted in the first, second, and third piston ring grooves 4, 5, and 6, respectively.
  • the reciprocating engine 1 in operation is shown with the piston 2 installed in a cylinder 23.
  • the piston 2 has an upright posture in a state where the outer peripheral surface 16 of the piston upper body 8 and the outer peripheral surface 17 of the skirt portion 9 are in contact with the inner surface 24 of the cylinder 23 on the anti-thrust side 13.
  • the cylinder 23 is provided with a plurality of (three to four) recesses 34 in line along the circumferential direction 35 at the upper portion 33 on the inner surface 24 of the thrust side 12.
  • the recesses 34, 34, 34 are deep from the cylinder inner surface 24 and are formed in a hollow shape. Although these recesses 34, 34, and 34 will be described later, they serve as gas pressure passages. The positions of these recesses 34, 34, 34 are such that the first piston ring 26 of the piston 2 is passing over the recesses 34, 34, 34 when the piston 2 is in the vicinity of the top dead center. It has been established.
  • the recesses 34, 34, 34 are also provided so as not to be connected to the second piston ring 27 when the piston 2 is located at the top dead center. This is to prevent the high pressure gas 38 in the combustion chamber 37 from being blown out from the piston 2 to the lower crank chamber.
  • the piston upper body is formed on the thrust side 12. Since there is a gap 25 between the outer peripheral surface 19 of the cylinder 8 and the inner surface 24 of the cylinder 23, the high-pressure gas 38 enters the gap 25 and acts on the outer peripheral surface 19 (including the top land).
  • the one piston ring 26 passes through the recesses 34, 34, 34 of the cylinder 23, the high pressure gas 38 is introduced into the annular gas chamber 31 through the recess spaces 36, 36, 36.
  • the piston 2 is supported by being floated from the inner surface 24 of the cylinder 23 by the high pressure gas 39 introduced into the cylinder 23.
  • the high-pressure gas 38 above the piston 2 is on the anti-thrust side of the piston 2. Cannot enter. That is, the high pressure gas 38 is not easily applied to the outer peripheral surface 17 on the anti-thrust side, and the force to push the piston 2 back to the thrust side 12 is very weak.
  • the high-pressure gas 39 introduced into the annular gas chamber 31 does not cause a reduction in the supporting force that lifts and supports the piston 2 from the inner surface 24 of the cylinder from the thrust side 12.
  • the abutment portion 52 of the second piston ring 27 that forms the annular gas chamber 31 is always located on the anti-thrust side 13, and the outer peripheral surface 16 of the piston upper body 8 and the cylinder 23.
  • the abutment portion 52 is confined in a position where the inner surface 23 comes into contact with the inner surface 23, and the pin 48 or the closing wall 51 is accommodated in the abutment portion 52. Acts as
  • the high pressure gas 39 introduced into the annular gas chamber 31 is prevented from leaking gas from the joint portion 52 of the second piston ring 27, and the gas pressure of the introduced high pressure gas 39 in the annular gas chamber 31 is sufficiently maintained. Is done.
  • the piston 2 includes a piston upper body 8 including a piston upper surface portion 3 that receives combustion pressure and a land portion 7 having piston ring grooves 4, 5, and 6.
  • a skirt portion 9 formed on the lower side of the piston upper body 8 and a pin boss portion 11 for supporting the piston pin 10 are provided.
  • 12 indicates the thrust side
  • 13 indicates the anti-thrust side.
  • a piston ring for compression is incorporated in the piston ring grooves 4 and 5 of the piston upper body 8.
  • a first piston ring 26 is incorporated in the first piston ring groove 4 closest to the piston upper surface 3, and a second piston ring 27 is incorporated in the second piston ring groove 5 closest to the next.
  • the first piston ring 26 is a top ring
  • the second piston ring 27 is a second ring.
  • an oil scraping ring 28 is incorporated in the third piston ring groove 6.
  • the first piston ring groove 4 in which the first piston ring 26 is incorporated is formed in parallel to the piston upper surface 3A.
  • the second piston ring groove 5 in which the second piston ring 27 is incorporated is formed to be inclined downward toward the thrust side 12. That is, the second piston ring groove 5 is formed so that the distance D between the first piston ring groove 4 and the piston upper surface 3A is wider on the thrust side 12 and gradually narrower toward the anti-thrust side 13. Yes.
  • the distance D1 (second land 30) between the second piston ring 27 and the first piston ring 24 parallel to the piston upper surface 3A is wider on the thrust side 12 and toward the anti-thrust side 13. It is becoming narrower.
  • the piston 2 in the state where the piston 2 is incorporated in the cylinder 23, the piston 2 includes the outer peripheral surface of the second land portion 30 of the piston upper body 8, the inner surface 24 of the cylinder 23, the first piston ring 26, and the first piston ring 26.
  • An annular gas chamber 31 surrounded by the two piston rings 27 is formed.
  • the annular gas chamber 31 is also wide on the thrust side 12 and is anti-thrust. It gradually becomes narrower toward the side 13.
  • the reciprocating engine 1 introduces the high-pressure gas 38 above the piston 2 into the annular gas chamber 31 and holds the introduced high-pressure gas 39 in the initial stage of the combustion expansion stroke.
  • a pin 48 is provided on the anti-thrust side 13 in the second piston ring groove 5 in which the second piston ring 27 that forms the annular gas chamber 31 is incorporated. ing.
  • the pin 48 is in the second piston ring groove 5 and is embedded and fixed to the groove bottom 50 so as to close the space 49 between the pins. Further, as shown in FIG. 12, instead of the pin 48, a closing wall 51 that closes the groove 49 of the second piston ring groove 5 may be formed.
  • the second piston ring 27 is incorporated in the second piston ring groove 5 so that the joint portion 52 sandwiches the pin 48 and the closing wall 51 from both sides. That is, the abutment portion 52 accommodates the pin 48 and the closed wall 51 therein.
  • the pin 48 and the closed wall 51 serve as a gas leakage resistance zone in the gas leakage passage at the joint portion 52.
  • the second piston ring 27 is prevented from rotating by the pin 48 and the closing wall 51.
  • the second piston ring 27 does not rotate in the circumferential direction, and the joint portion 52 is always confined to the position on the anti-thrust side 13.
  • the cylinder 23 is provided with a plurality of recesses 34 (3 to 4) at the upper portion 33 on the inner surface 24 of the thrust side 12, arranged side by side along the circumferential direction 35.
  • the locations 34, 34, 34 are deep from the cylinder inner surface 24 and are formed in a hollow shape. Although these recesses 34, 34, and 34 will be described later, they serve as gas pressure passages.
  • the positions of these recesses 34, 34, 34 are such that the first piston ring 26 of the piston 2 is passing over the recesses 34, 34, 34 when the piston 2 is in the vicinity of the top dead center. It has been established.
  • the high-pressure gas 38 in the combustion chamber 37 passes through the recess spaces 36, 36, 36. Then, the gas is introduced into the annular gas chamber 31.
  • the annular gas chamber 31 has a much larger pressure receiving area on the thrust side 12 than the anti-thrust side 13, and the high pressure gas 38 is introduced from the thrust side 12. It is lifted and supported by the pressure from the inner surface 24 of the cylinder 23, and the expansion stroke is lowered.
  • the joint portion 52 of the second piston ring 27 forming the annular gas chamber 31 is always confined at the position on the anti-thrust side 13, and the joint portion 52 is pinned therein. 48 or the closed wall 51 is accommodated, and the pin 48 and the closed wall 51 act as a gas leakage resistor of the joint portion 52.
  • the high pressure gas 39 introduced into the annular gas chamber 31 is prevented from leaking gas from the joint portion 52 of the second piston ring 27, and the gas pressure of the introduced high pressure gas 39 in the annular gas chamber 31 is sufficiently high. Retained.

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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

往復動エンジン
　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。
国際公開第ＷＯ９２／０２７２２ 国際公開第ＷＯ２００４／０７９１７ 国際公開第ＷＯ２００６／１１８１６５ 国際公開第ＷＯ２００８／０４７４５３Ａ１
　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。
図１は本発明の実施の形態の第１実施例の縦断面説明図である。 図２は第１図に示す例の要部を切欠して示した拡大縦断面図である。 図３は第１図に示す例のＡ－Ａ線断面説明図である。 図４は第１図に示す例のＢ－Ｂ線矢視説明図である。 図５は第１図に示す例のピストンの説明図である。 図６は第５図に示す例のピストンのＣ－Ｃ線断面説明図である。 図７は要部の構造を変えたピストンの側面図である。 図８は第７図に示す例のピストンのＤ－Ｄ線矢視図である。 図９は本発明の実施の形態の第２実施例の縦断面説明図である。 図１０は図９に示す例のＥ－Ｅ線矢視説明図である。 図１１は図９に示す例のピストンの説明図である。 図１２は要部の構造を変えた図９に示す例のピストンの側面図である。
　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

Claims (2)

  1. 　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。
  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、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。
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