(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストンリングのオイルリングへの干渉をなくすことができて、所望の側圧を生じさせてピストンリング及びピストン側面とシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることのできる往復動エンジンを提供する。【解決手段】往復動エンジン１は、ピストンリング５と、ピストンリング５との間で環状ガス室６を規定していると共に環状ガス室６でのピストン３の側面８の受圧面積がピストン３の反スラスト側９よりもスラスト側１０で大きくなるように、ピストンリング５に隣接しているピストンリング７と、環状ガス室６を燃焼室２に連通させるガス通路１５とを具備している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を規定しているピストンのトップ面に隣接している第一のピストンリングと、第一のピストンリングとの間で環状ガス室を規定していると共にこの環状ガス室でのピストンの側面の受圧面積が反スラスト側よりもスラスト側で大きくなるように、第一のピストンリングに隣接している第二のピストンリングと、シリンダの内面の円周方向に関して並んでシリンダの内面に配されていると共にスラスト側で環状ガス室を燃焼室に連通させる複数のガス通路とを具備している往復動エンジン。
【請求項２】
複数のガス通路は、シリンダの内面であってピストンが上死点又は上死点からの降下始期に環状ガス室を燃焼室に連通させる位置に配されている凹所を夫々具備している請求の範囲１に記載の往復動エンジン。
【請求項３】
複数の凹所は、環状ガス室のみを燃焼室に夫々連通させるようになっている請求の範囲２に記載の往復動エンジン。
【請求項４】
複数のガス通路は、シリンダの内面であってピストンの上死点からの降下始期に環状ガス室を燃焼室に連通させる位置に配されている請求の範囲２又は３に記載の往復動エンジン。
【請求項５】
少なくとも一つの凹所は、シリンダの内面であってピストンが上死点に位置する際に環状ガス室を燃焼室に連通させる位置に配されている請求の範囲２から４のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項６】
少なくとも一つの凹所は、往復動方向に関して他の凹所よりもシリンダヘッドから離れて配されている請求の範囲２から５のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項７】
ピストンの反スラスト側の部位から最も離反している少なくとも一つの凹所は、往復動方向に関して他の凹所よりもシリンダヘッドから離れて配されている請求の範囲２から６のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項８】
少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面の中心部は、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向並びに往復動方向に直交する方向に関してピストンの中心部に対向して配されている請求の範囲２から７のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項９】
シリンダヘッドから離れて配されている凹所のシリンダの内面に連接している連接部であってシリンダヘッド側に位置する部位は、他の凹所のシリンダ内面に連接している連接部であってシリンダヘッド側に位置する部位に往復動方向で対向する部位よりもシリンダヘッド側に配されている請求の範囲６又は７に記載の往復動エンジン。
【請求項１０】
複数の凹所の夫々に規定される空間の開口面の一部は、夫々互いに円周方向に伸びる線上に位置している請求の範囲２から９のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項１１】
ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向に関して互いに対向する一対の凹所を具備しており、シリンダヘッドから一方の凹所までの往復動方向における距離とシリンダヘッドから他方の凹所までの往復動方向における距離とは、互いに等しい請求の範囲２から１０のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項１２】
複数の凹所は、部分凹球面状面を夫々具備している請求の範囲２から１１のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項１３】
少なくとも一つの凹所のシリンダの内面に連接する連接部に対する接線と往復動方向に伸びる線との交差角は、鈍角である請求の範囲２から１２のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項１４】
少なくとも一つの凹所のシリンダの内面に連接する連接部であって往復動方向で互いに対向する両部位に対する接線は、当該両部位よりもピストンから離反した位置で互いに交わる請求の範囲２から１３のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項１５】
少なくとも一つの凹所のシリンダの内面に連接する連接部に対する接線と往復動方向に伸びる線とは、互いに直交する請求の範囲２から１２のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項１６】
少なくとも一つの凹所は、円周方向で当該凹所に隣接する凹所と異なる深さを有している請求の範囲２から１５のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項１７】
少なくとも一つの凹所は、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向並びに往復動方向に直交する方向に関して当該凹所に対して反スラスト側に位置する他の凹所よりも深い請求の範囲２から１６のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項１８】
少なくとも一つの凹所は、円周方向で当該凹所に隣接する凹所と等しい深さを有している請求の範囲２から１７のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項１９】
ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向で互いに対向する一対の凹所を具備しており、一方の凹所に規定される空間の開口面の中心部及びピストンの中心部を結ぶ線並びに軸方向に伸びる線の交差角と他方の凹所に規定される空間の開口面の中心部及びピストンの中心部を結ぶ線並びに軸方向に伸びる線の交差角とは、互いに等しい請求の範囲２から１８のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項２０】
一対の凹所は、夫々互いに同形状である請求の範囲１９に記載の往復動エンジン。
【請求項２１】
シリンダの内面に連接する複数の凹所の夫々の連接部であって往復動方向で互いに対向する両部位の間隔は、第一のピストンリングの厚みよりも大きい請求の範囲２から２０のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項２２】
シリンダの内面に連接する複数の凹所の夫々の連接部であって往復動方向で互いに対向する両部位間の距離は、環状ガス室を規定する第一のピストンリングの規定面のスラスト側の部位から環状ガス室を規定する第二のピストンリングの規定面のスラスト側の部位までの往復動方向における距離よりも短い請求の範囲２から２１のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項２３】
少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面は、他の凹所に規定される空間の開口面と異なる径を有している請求の範囲２から２２のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項２４】
少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面は、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向及び往復動方向に関して当該凹所に対して反スラスト側に位置する凹所に規定される空間の開口面よりも長い径を有している請求の範囲２から２３のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項２５】
ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向で互いに対向する一対の凹所を具備しており、一対の凹所の夫々に規定される空間の開口面の径と円周方向で当該一対の凹所に隣接する他の凹所に規定される空間の開口面の径とは、夫々互いに異なる請求の範囲２から２４のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項２６】
少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面は、他の凹所に規定される空間の開口面と等しい径を有している請求の範囲２から２５のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項２７】
燃焼室を規定する第一のピストンリングの規定面は、往復動方向に直交する面と平行となるように配されている請求の範囲１から２６のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項２８】
少なくとも一つの凹所で規定される空間の開口面の径は、当該凹所の深さよりも大きい請求の範囲２から２７のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項２９】
第二のピストンリングは、往復動方向に対して傾斜して配されている請求の範囲１から２８のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項３０】
第二のピストンリングを間にして第一のピストンリングに対向してピストンに配されているオイルリングを具備しており、オイルリングのスラスト側の部位は、往復動方向に関してピストンとコンロッドとを連結するピストンピンに対向するオイルリングの部位よりも第一のピストンリングから離れている請求の範囲１から２９のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項３１】
オイルリングのスラスト側の部位は、当該オイルリングの反スラスト側の部位よりも第一のピストンリングから離れている請求の範囲３０に記載の往復動エンジン。
【請求項３２】
第二のピストンリングを間にして第一のピストンリングに対向してピストンに配されているオイルリングを具備しており、オイルリングは、往復動方向に対して傾斜して配されている請求の範囲２９に記載の往復動エンジン。
【請求項３３】
オイルリング及び第二のピストンリングは、夫々互いに等しい角度をもって往復動方向に対して傾斜して配されている請求の範囲３２に記載の往復動エンジン。
【請求項３４】
ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンは、反スラスト側に偏心している請求の範囲１から３３のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項３５】
燃焼室を規定しているピストンのトップ面に隣接している第一のピストンリングと、第一のピストンリングとの間で環状ガス室を規定していると共にこの環状ガス室でのピストンの側面の受圧面積がピストンの一方の揺動側面部位よりもこの揺動側面部位に対向する他方の揺動側面部位の方で大きくなるように、第一のピストンリングに隣接している第二のピストンリングと、一方及び他方の揺動側面部位間の略中間よりも他方の揺動側面部位の方で第一のピストンリングから離れているオイルリングと、ピストン及びシリンダの内面のうちの少なくとも一方に形成されており、環状ガス室を燃焼室に連通させるガス通路とを具備している往復動エンジン。
【請求項３６】
第二のピストンリングは、ピストンの往復動方向に対して傾斜して配されている請求の範囲３５に記載の往復動エンジン。
【請求項３７】
オイルリングは、ピストンの往復動方向に対して傾斜して配されている請求の範囲３５又は３６に記載の往復動エンジン。
【請求項３８】
一方の揺動側面部位は、反スラスト側に位置しており、他方の揺動側面部位は、スラスト側に位置している請求の範囲３５から３７のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【請求項３９】
ガス通路は、シリンダの内面であってピストンが上死点近傍に位置する際に環状ガス室を燃焼室に連通させる位置に配された凹所からなる請求の範囲３５から３８のいずれか一つに記載の往復動エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に用いる往復動エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の往復動エンジンとしては、爆発行程（燃焼行程）で、コンロッドが傾くことにより増大するピストン側面とシリンダの内面との摺動摩擦抵抗を低減するために第一のピストンリング（トップリング）に隣接する第二のピストンリング（セカンドリング）を第一のピストンリングに対して傾斜させると共に、燃焼室と第一及び第二のピストンリング間の環状ガス室とを一つのガス通路を介して連通するようになっている往復動エンジンが特開平５−１８００６９号公報において提案されており、斯かる往復動エンジンは、環状ガス室のガス圧に基づいて生じるスラスト側におけるピストン支持（ガス圧支持）を、第二のピストンリングを傾斜させることで増大させ、ピストン側圧によるシリンダの内面とピストンリングの側面及びピストン側面との摺動摩擦抵抗を低減させるようになっている。
【０００３】
また、この種の他の往復動エンジンとしては、ピストンの往復動でのシリンダの内面とピストン側面との間の摺動摩擦抵抗を低減するため、第一のピストンリング（トップリング）に隣接する第二のピストンリング（セカンドリング）を第一のピストンリングに対して傾斜させた往復動エンジンが特開平５−５４５９号公報において提案されており、斯かる往復動エンジンは、燃焼ガスに基づいて生じるスラスト側における側圧を、第二のピストンリングを傾斜させることで増大させ、燃焼室内の燃焼ガスのピストンに対するガス圧等に基づいて増大し得るスラスト側におけるシリンダの内面とピストンリングの側面及びピストン側面との摺動摩擦抵抗を低減させるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、斯かる往復動エンジンでは、ピストン側圧に抗するガス圧を生じさせてピストンをガス圧支持すべく第二のピストンリングを傾斜させると、第一及び第二のピストンリングにより規定される環状ガス室のスラスト側における容積が反スラスト側の容積に比べて大きくなるために、燃焼室内の燃焼ガスを一つのガス通路を介して環状ガス室に必要量を速やかに導入し得ず、従って、所望の支持力を生じさせてピストンリング及びピストン側面とシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることが困難である。第二のピストンリングが大きく傾斜されている場合や往復動エンジンの高速回転により一往復動当たりの燃焼室と環状ガス室との連通時間が短くなる場合には、燃焼室内の燃焼ガスを環状ガス室に必要量を速やかに導入することは更に困難となり得る。
【０００５】
また、斯かる他の往復動エンジンでは、スラスト側で大きな側圧を生じさせるべく第二のピストンリングを大きく傾斜させると、傾斜させた第二のピストンリングがオイルリングに干渉してしまう虞があり、従って、所望の側圧を生じさせてピストンリング及びピストン側面とシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることが困難である。
【０００６】
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、爆発行程において、ピストン降下始期に、燃焼室内のガスを環状ガス室に必要量を必要な力で速やかに導入・作用させることができて、所望のガス圧支持力を生じさせてピストンリング及びピストン側面とシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることのできる往復動エンジンを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的とするところは、ピストンリングのオイルリングへの干渉をなくすことができて、所望の側圧を生じさせてピストンリング及びピストン側面とシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることのできる往復動エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様の往復動エンジンは、燃焼室を規定しているピストンのトップ面に隣接している第一のピストンリングと、第一のピストンリングとの間で環状ガス室を規定していると共にこの環状ガス室でのピストンの側面の受圧面積が反スラスト側よりもスラスト側で大きくなるように、第一のピストンリングに隣接している第二のピストンリングと、シリンダの内面の円周方向に関して並んでシリンダの内面に配されていると共にスラスト側で環状ガス室を燃焼室に連通させる複数のガス通路とを具備している。
【０００９】
第一の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、例えば、爆発行程において、ピストン降下始期に燃焼室内の燃焼ガスをシリンダの内面の円周方向に関して並んでシリンダの内面に配されている複数のガス通路を介して環状ガス室に必要量を速やかに導入、作用させることができ、このようにして得られた環状ガス室内のガス圧に基づいて所望の支持力を生じさせてピストンをシリンダの内面からガス圧支持させて、ピストンリング及びピストン側面とシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることができる。
【００１０】
本発明の第二の態様の往復動エンジンでは、第一の態様の往復動エンジンにおいて、複数のガス通路は、シリンダの内面であってピストンが上死点又は上死点からの降下始期に環状ガス室を燃焼室に連通させる位置に配されている凹所を夫々具備している。
【００１１】
第二の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、例えば、爆発行程において、上死点からのピストン降下始期に、燃焼ガスを複数の凹所を介して環状ガス室に勢いよく広範囲に平均して導入作用させることができ、従って、環状ガス室内のガス圧を高めることができ、このガス圧を保持したままピストンを降下（往動）させることができて、特に爆発行程において、ピストンをピストン側圧に抗して好適にガス圧支持することができる。
【００１２】
本発明の第三の態様の往復動エンジンでは、第二の態様の往復動エンジンにおいて、複数の凹所は、環状ガス室のみを燃焼室に夫々連通させるようになっている。
【００１３】
本発明の第四の態様の往復動エンジンでは、第二又は第三の態様の往復動エンジンにおいて、複数のガス通路は、シリンダの内面であってピストンの上死点からの降下始期に環状ガス室を燃焼室に連通させる位置に配されている。
【００１４】
本発明の第五の態様の往復動エンジンでは、第二から第四のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所は、シリンダの内面であってピストンが上死点に位置する際に環状ガス室を燃焼室に連通させる位置に配されている。
【００１５】
本発明の第六の態様の往復動エンジンでは、第二から第五のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所は、往復動方向に関して他の凹所よりもシリンダヘッドから離れて配されている。
【００１６】
第四から第六のいずれかの態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、燃焼室から環状ガス室に燃焼ガスを長時間にわたって十分に導入し得る。
【００１７】
本発明の第七の態様の往復動エンジンでは、第二から第六のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、ピストンの反スラスト側の部位から最も離反している少なくとも一つの凹所は、往復動方向に関して他の凹所よりもシリンダヘッドから離れて配されている。
【００１８】
本発明の第八の態様の往復動エンジンでは、第二から第七のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面の中心部は、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向並びに往復動方向に直交する方向に関してピストンの中心部に対向して配されている。
【００１９】
第七又は第八の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、環状ガス室の反スラスト側の部位よりも容積の大きい環状ガス室のスラスト側の部位に燃焼ガスを広範に導入、作用させることができ、従って、環状ガス室内のガス圧をより速やかに高めることができる。
【００２０】
本発明の第九の態様の往復動エンジンでは、第六又は第七の態様の往復動エンジンにおいて、シリンダヘッドから離れて配されている凹所のシリンダの内面に連接している連接部であってシリンダヘッド側に位置する部位は、他の凹所のシリンダの内面に連接している連接部であってシリンダヘッド側に位置する部位に往復動方向で対向する部位よりもシリンダヘッド側に配されている。
【００２１】
本発明の第十の態様の往復動エンジンでは、第二から第九のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、複数の凹所の夫々に規定される空間の開口面の一部は、夫々互いに円周方向に伸びる線上に位置している。
【００２２】
第九又は第十の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、複数の凹所により燃焼室から環状ガス室に燃焼ガスを長時間平均して導入、作用させることができる。
【００２３】
本発明の第十一の態様の往復動エンジンは、第二から第十のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向に関して互いに対向する一対の凹所を具備しており、シリンダヘッドから一方の凹所までの往復動方向における距離とシリンダヘッドから他方の凹所までの往復動方向における距離とは、互いに等しい。
【００２４】
第十一の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、一対の凹所による燃焼室と環状ガス室との連通を同時的に開始又は終了させ得て、環状ガス室に圧縮ガスや燃焼ガスをより速やかに導入することができる。
【００２５】
本発明の第十二の態様の往復動エンジンでは、第二から第十一のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、複数の凹所は、部分凹球面状面を夫々具備している。
【００２６】
第十二の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、燃焼ガスの流入に抵抗がなく平均した良好な導入作用を得ることができる。
【００２７】
本発明の第十三の態様の往復動エンジンでは、第二から第十二のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所のシリンダの内面に連接する連接部に対する接線と往復動方向に伸びる線との交差角は、鈍角である。
【００２８】
本発明の第十四の態様の往復動エンジンでは、第二から第十三のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所のシリンダの内面に連接する連接部であって往復動方向で互いに対向する両部位に対する接線は、当該両部位よりもピストンから離反した位置で互いに交わる。
【００２９】
第十三又は第十四の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、広範囲から平均して燃焼ガスの導入、作用が行われる。
【００３０】
本発明の第十五の態様の往復動エンジンでは、第二から第十二のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所のシリンダの内面に連接する連接部に対する接線と往復動方向に伸びる線とは、互いに直交する。
【００３１】
本発明の第十六の態様の往復動エンジンでは、第二から第十五のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所は、円周方向で当該凹所に隣接する凹所と異なる深さを有している。
【００３２】
本発明の第十七の態様の往復動エンジンでは、第二から第十六のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所は、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向並びに往復動方向に直交する方向に関して当該凹所に対して反スラスト側に位置する他の凹所よりも深い。
【００３３】
本発明の第十八の態様の往復動エンジンでは、第二から第十七のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所は、円周方向で当該凹所に隣接する凹所と等しい深さを有している。
【００３４】
第十六から第十八のいずれかの態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、各凹所による燃焼室と環状ガス室との連通状態を適宜調整し得る。ここで、複数の凹所は、その曲率と深さとの関連において夫々設計されてシリンダの内面に配設されることにより各凹所による燃焼室と環状ガス室との連通状態をより好ましく調整し得る。
【００３５】
本発明の第十九の態様の往復動エンジンは、第二から第十八のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向で互いに対向する一対の凹所を具備しており、一方の凹所に規定される空間の開口面の中心部及びピストンの中心部を結ぶ線並びに軸方向に伸びる線の交差角と他方の凹所に規定される空間の開口面の中心部及びピストンの中心部を結ぶ線並びに軸方向に伸びる線の交差角とは、互いに等しい。
【００３６】
本発明の第二十の態様の往復動エンジンでは、第十九の態様の往復動エンジンにおいて、一対の凹所は、夫々互いに同形状である。
【００３７】
第十九又は第二十の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、連結軸の軸方向に関する環状ガス室の一方側及び他方側に均等に燃焼ガスを導入作用させ得る。
【００３８】
本発明の第二十一の態様の往復動エンジンでは、第二から第二十のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、シリンダの内面に連接する複数の凹所の夫々の連接部であって往復動方向で互いに対向する両部位の間隔は、第一のピストンリングの厚みよりも大きい。
【００３９】
本発明の第二十二の態様の往復動エンジンでは、第二から第二十一のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、シリンダの内面に連接する複数の凹所の夫々の連接部であって往復動方向で互いに対向する両部位間の距離は、環状ガス室を規定する第一のピストンリングの規定面のスラスト側の部位から環状ガス室を規定する第二のピストンリングの規定面のスラスト側の部位までの往復動方向における距離よりも短い。
【００４０】
本発明の第二十三の態様の往復動エンジンでは、第二から第二十二のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面は、他の凹所に規定される空間の開口面と異なる径を有している。
【００４１】
本発明の第二十四の態様の往復動エンジンでは、第二から第二十三のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面は、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向及び往復動方向に関して当該凹所に対して反スラスト側に位置する凹所に規定される空間の開口面よりも長い径を有している。
【００４２】
本発明の第二十五の態様の往復動エンジンは、第二から第二十四のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向で互いに対向する一対の凹所を具備しており、一対の凹所の夫々に規定される空間の開口面の径と円周方向で当該一対の凹所に隣接する他の凹所に規定される空間の開口面の径とは、夫々互いに異なる。
【００４３】
本発明の第二十六の態様の往復動エンジンでは、第二から第二十五のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面は、他の凹所に規定される空間の開口面と等しい径を有している。
【００４４】
第二十三から第二十六のいずれかの態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、各凹所による燃焼室と環状ガス室との連通状態及び連通の開始若しくは終了の順序を適宜調整し得る。
【００４５】
本発明の第二十七の態様の往復動エンジンでは、第一から第二十六のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、燃焼室を規定する第一のピストンリングの規定面は、往復動方向に直交する面と平行となるように配されている。
【００４６】
本発明の第二十八の態様の往復動エンジンでは、第二から第二十七のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面の径は、当該凹所の深さよりも大きい。
【００４７】
本発明の第二十九の態様の往復動エンジンでは、第一から第二十八のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、第二のピストンリングは、往復動方向に対して傾斜して配されている。
【００４８】
本発明の第三十の態様の往復動エンジンは、第一から第二十九のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、第二のピストンリングを間にして第一のピストンリングに対向してピストンに配されているオイルリングを具備しており、オイルリングのスラスト側の部位は、往復動方向に関してピストンとコンロッドとを連結するピストンピンに対向するオイルリングの部位よりも第一のピストンリングから離れている。
【００４９】
第三十の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、オイルリングをピストン及びコンロッドを連結している連結軸に干渉させないで第一のピストンリングから離れさせて配置することができて、第二のピストンリングを、オイルリングに干渉させることなく、特にスラスト側で第一のピストンリングから離れさせて配置することができる。ここで、当該往復動エンジンでは、オイルリングと共に第二のピストンリングを往復動方向に対して大きく傾斜させた場合でも、ピストンをガスフロートさせるのに十分な量の燃焼ガスを燃焼室から上述のような複数のガス通路を介して環状ガス室に満遍なく速やかに導入作用させることができる。
【００５０】
本発明の第三十一の態様の往復動エンジンでは、第三十の態様の往復動エンジンにおいて、オイルリングのスラスト側の部位は、当該オイルリングの反スラスト側の部位よりも第一のピストンリングから離れている。
【００５１】
本発明の第三十二の態様の往復動エンジンでは、第二十九の態様の往復動エンジンにおいて、第二のピストンリングを間にして第一のピストンリングに対向してピストンに配されているオイルリングを具備しており、オイルリングは、往復動方向に対して傾斜して配されている。
【００５２】
本発明の第三十三の態様の往復動エンジンでは、第三十二の態様の往復動エンジンにおいて、オイルリング及び第二のピストンリングは、夫々互いに等しい角度をもって往復動方向に対して傾斜して配されている。
【００５３】
本発明の第三十四の態様の往復動エンジンでは、第一から第三十三のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンは、反スラスト側に偏心している。
【００５４】
本発明の第三十五の態様の往復動エンジンは、燃焼室を規定しているピストンのトップ面に隣接している第一のピストンリングと、第一のピストンリングとの間で環状ガス室を規定していると共にこの環状ガス室でのピストンの側面の受圧面積がピストンの一方の揺動側面部位よりもこの揺動側面部位に対向する他方の揺動側面部位の方で大きくなるように、第一のピストンリングに隣接している第二のピストンリングと、一方及び他方の揺動側面部位間の略中間よりも他方の揺動側面部位の方で第一のピストンリングから離れているオイルリングと、ピストン及びシリンダの内面のうちの少なくとも一方に形成されており、環状ガス室を燃焼室に連通させるガス通路とを具備している。
【００５５】
第三十五の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、オイルリングをピストン及びコンロッドを連結している連結軸に干渉させないで第一のピストンリングから離れさせて配置することができて、第二のピストンリングを、オイルリングに干渉させることなく、特に他方の揺動側面部位側で第一のピストンリングから離れさせて配置することができ、而して、所望の側圧を生じさせてピストンをシリンダの内面から浮上（ガスフロート）させて、ピストンリングとシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることができる。
【００５６】
本発明の第三十六の態様の往復動エンジンでは、第三十五の態様の往復動エンジンにおいて、第二のピストンリングは、ピストンの往復動方向に対して傾斜して配されている。
【００５７】
本発明の第三十七の態様の往復動エンジンでは、第三十五又は第三十六の態様の往復動エンジンにおいて、オイルリングは、ピストンの往復動方向に対して傾斜して配されている。
【００５８】
本発明の第三十八の態様の往復動エンジンでは、第三十五から第三十七のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、一方の揺動側面部位は、反スラスト側に位置しており、他方の揺動側面部位は、スラスト側に位置している。
【００５９】
第三十八の態様の往復動エンジンによれば、上述の構成を具備しているために、燃焼行程で大きく生じ得るスラスト側におけるピストンリングとシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることができて、ピストンをスムーズに往復動させ得る。
【００６０】
本発明の第三十九の態様の往復動エンジンでは、第三十五から第三十八のいずれかの態様の往復動エンジンにおいて、少なくとも一のガス通路は、シリンダの内面であってピストンが上死点近傍に位置する際に環状ガス室を燃焼室に連通させる位置に配された凹所からなる。
【００６１】
尚、上述のような態様の往復動エンジンは、４サイクルガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであってもよく、いずれのエンジンでも本発明による効果を好適に発揮し得る。
【発明の効果】
【００６２】
本発明によれば、爆発行程において、ピストン降下始期に、燃焼室内のガスを環状ガス室に必要量を必要な力で速やかに導入・作用させることができて、所望のガス圧支持力を生じさせてピストンリング及びピストン側面とシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることのできる往復動エンジンを提供し得る。
【００６３】
また、本発明によれば、ピストンリングのオイルリングへの干渉をなくすことができて、所望の側圧を生じさせてピストンリング及びピストン側面とシリンダとの摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることのできる往復動エンジンを提供し得る。
【００６４】
次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。尚、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の例の縦断面説明図である。
【図２】図２は、図７に示す例のＩＩ−ＩＩ線断面矢視説明図である。
【図３】図３は、図７に示す例のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面矢視説明図である。
【図４】図４は、図１に示す例の主に凹所の縦断面拡大説明図である。
【図５】図５は、図１に示す例の動作説明図である。
【図６】図６は、図１に示す例の動作説明図である。
【図７】図７は、図１に示す例の動作説明図である。
【図８】図８の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図１に示す例の一部拡大動作説明図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態の他の例の説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態の他の例の説明図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態の他の例の説明図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態の他の例の縦断面説明図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態の更に他の例の縦断面説明図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す更に他の例の一部の平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
図１から図８において、本例の往復動エンジンとしての４サイクルガソリンエンジン１は、燃焼室２を規定しているピストン３のトップ面（頭部端面）４に隣接しているピストンリング（トップリング）５と、ピストンリング５との間で環状ガス室６を規定していると共に環状ガス室６でのピストン３の側面８の受圧面積がピストン３の反スラスト側９よりもスラスト側１０で大きくなるように、ピストンリング５に隣接しているピストンリング７と、シリンダ１３の内面１４の円周方向Ｘに関して並んでシリンダ１３の内面１４に配されていると共にスラスト側１０で環状ガス室６を燃焼室２に連通させる複数のガス通路１５と、ピストン３の往復動方向Ｙでピストンリング７を間にしてピストンリング５に対向して配されているオイルリング１６とを具備している。
【００６７】
ピストン３のトップ面４に連接している側面８には、ピストンリング５及び７並びにオイルリング１６の夫々に対応して配置されたリング溝が形成されており、各リング溝にはピストンリング５及び７並びにオイルリング１６が夫々嵌着されている。トップ面４は、往復動方向Ｙに直交する面と平行となるようにピストン３に形成されている。側面８は、往復動方向Ｙと平行となるようにピストン３に形成されている。
【００６８】
ピストン３にピストンピン２１を介して回転自在に連結されている小端部２２ａ及びクランクシャフトが回転自在に連結されている大端部を有しているコンロッド２２は、本例では、図１及び図７に示すようにピストン３が方向Ｙ１に向かって往動される際に大端部が小端部２２ａよりも反スラスト側９に配されるようになっている。
【００６９】
シリンダ１３は、内面１４によって規定されたシリンダボア（空間）２５を有しており、シリンダボア２５には、ピストン３が往復動方向Ｙで往復動自在となるように配されている。シリンダヘッド１３ａには、点火プラグ２６、吸気弁２７及び排気弁２８が設けられている。内面１４は、往復動方向Ｙと平行となるようにシリンダ１３に形成されている。
【００７０】
ピストンリング５は、通常は、燃焼室２を規定しているピストン３のトップ面４と平行となるように、ピストン３のリング溝に嵌着されている。ピストンリング５は、燃焼室２を規定する環状規定面５ａと、環状ガス室６を規定する環状規定面５ｂと、環状規定面５ａ及び５ｂに連接していると共にシリンダ１３の内面１４に摺動する摺動側面５ｃとを具備している。環状規定面５ａ及び５ｂは、往復動方向Ｙに直交する面と平行となるように配されている。摺動側面５ｃは、往復動方向Ｙと平行となるようにピストンリング５に形成されている。ピストンリング５は、本例では、燃焼室２と環状ガス室６とを画成することができるように肉薄に形成されている。
【００７１】
ピストンリング７は、反スラスト側９からスラスト側１０に向かうに従ってピストンリング５から漸次離れるように、往復動方向Ｙに対して傾斜してピストン３のリング溝に嵌着されている。ピストンリング７は、ピストンリング５側に配されていると共に環状ガス室６を規定している環状規定面７ａと、オイルリング１６側に配されていると共に環状規定面７ａに対向する環状面７ｂと、シリンダ１３の内面１４に摺動する摺動側面７ｃとを具備している。環状規定面７ａ及び環状面７ｂは、その反スラスト側９の部位よりもスラスト側１０の部位で環状規定面５ｂから離反するように往復動方向Ｙに対して傾斜している。環状規定面５ｂのスラスト側１０の部位から環状規定面７ａのスラスト側１０の部位までの往復動方向Ｙにおける距離は、環状規定面５ｂの反スラスト側９の部位から環状規定面７ａの反スラスト側９の部位までの往復動方向Ｙにおける距離よりも長い。
【００７２】
環状ガス室６は、ピストン３の側面８、シリンダ１３の内面１４並びにピストンリング５及び７によって規定されてなる。ここで、環状ガス室６の容積は、ピストンリング７が上述のように傾斜して配されているために、スラスト側１０で大きくなっている一方、反スラスト側９で小さくなっている。
【００７３】
オイルリング１６は、本例では、ピストンリング（トップリング）５と平行となるようにピストン３のリング溝に装着されている。オイルリング１６は、環状面７ｂに対向するピストンリング７側の環状面１６ａと、往復動方向Ｙで環状面１６ａに対向するピストンピン２１側の環状面１６ｂと、環状面１６ａ及び１６ｂに連接していると共に内面１４に摺動する摺動側面１６ｃとを具備している。環状面１６ａ及び１６ｂは、本例では、往復動方向Ｙに直交する面と平行となるように配されている。摺動側面１６ｃは、往復動方向Ｙと平行となるようにオイルリング１６に形成されている。
【００７４】
ガス通路１５は、本例では、シリンダ１３の内面１４に三つ設けられている。三つのガス通路１５の夫々は、シリンダ１３の内面１４であってピストン３が上死点近傍に位置する際に環状ガス室６を燃焼室２に連通させる位置に配されている凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃを具備している。凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは、本例では、爆発行程（燃焼行程）において、往復動方向Ｙに関してピストン３がクランク角度で略６度から略３７度に相当する位置に存在する場合に環状ガス室６のみを燃焼室２に夫々同時的に連通させるように、側面８に対面する内面１４に夫々形成されている。
【００７５】
凹所１７ａ及び１７ｃは、円周方向Ｘで凹所１７ｂを間にしていると共に、ピストンピン２１の軸方向Ａで互いに対向している。凹所１７ａ及び１７ｂの円周方向Ｘにおける間隔と凹所１７ｂ及び１７ｃの円周方向Ｘにおける間隔とは、互いに略々等しい。凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは、本例では、夫々互いに略々同形状である。シリンダヘッド１３ａから凹所１７ａまでの往復動方向Ｙにおける距離、シリンダヘッド１３ａから凹所１７ｂまでの往復動方向Ｙにおける距離及びシリンダヘッド１３ａから凹所１７ｃまでの往復動方向Ｙにおける距離は、本例では、夫々互いに略々等しい。
【００７６】
凹所１７ｂに規定される空間３０ｂの円形の開口面３１ｂの中心部Ｃ２は、本例では、図３に示すように、軸方向Ａ及び往復動方向Ｙに直交する方向Ｚに関してピストン３の中心部Ｏに対向して配されている。凹所１７ｂは、凹所１７ａ及び１７ｃよりも反スラスト側９から離れている。
【００７７】
凹所１７ａに規定される空間３０ａの開口面３１ａの中心部Ｃ１及びピストン３の中心部Ｏを結ぶ線３２並びに軸方向Ａに伸びる線８０の交差角３５と、凹所１７ｃに規定される空間３０ｃの開口面３１ｃの中心部Ｃ３及びピストン３の中心部Ｏを結ぶ線３６並びに線８０の交差角３７とは、互いに略々等しい。
【００７８】
凹所１７ａは、本例では、シリンダ１３の内面１４に連接している連接部４０ａを有する部分凹球面状面４１ａを具備している。部分凹球面状面４１ａは、円形の開口面３１ａを有する空間３０ａを規定している。凹所１７ｂは、本例では、シリンダ１３の内面１４に連接している連接部４０ｂを有する部分凹球面状面４１ｂを具備している。部分凹球面状面４１ｂは、円形の開口面３１ｂを有する空間３０ｂを規定している。凹所１７ｃは、本例では、シリンダ１３の内面１４に連接している連接部４０ｃを有する部分凹球面状面４１ｃを具備している。部分凹球面状面４１ｃは、円形の開口面３１ｃを有する空間３０ｃを規定している。尚、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは、部分凹球面状面４１ａ、４１ｂ及び４１ｃに代えて、角を有した面を夫々具備していてもよい。また、連接部４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの夫々には、糸面取りが施されていてもよい。
【００７９】
部分凹球面状面４１ａ、４１ｂ及び４１ｃは、本例では、夫々互いに等しい曲率及び往復動方向Ｙに直交する方向における深さを有している。円形の開口面３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは、本例では、夫々互いに等しい径を有している。
【００８０】
凹所１７ｂは、本例では、図４に示すように、連接部４０ｂに対する接線４２と往復動方向Ｙに伸びる線４３との交差角４４が鈍角となるように、内面１４に設けられている。往復動方向Ｙで互いに対向する連接部４０ｂの部位４５及び４６に対する接線４２は、本例では、往復動方向Ｙに直交する方向で当該部位４５及び４６よりもピストン３から離反した位置に存する交点Ｐで互いに交わっている。往復動方向Ｙにおける部位４５及び４６間の距離Ｌ１は、環状規定面５ａから環状規定面５ｂまでの往復動方向Ｙにおける距離Ｌ２よりも長く、換言すれば、当該部位４５及び４６の間隔は、ピストンリング５の厚みよりも大きい。距離Ｌ１は、図８の（ｂ）に示すように、環状規定面５ｂのスラスト側１０の部位から環状規定面７ａのスラスト側１０の部位までの往復動方向Ｙにおける距離Ｌ３よりも短い。凹所１７ｂに規定される空間３０ｂの開口面３１ｂの径は、当該凹所１７ｂの往復動方向Ｙに直交する方向における深さよりも大きい。尚、本例では、連接部４０ａ及び４０ｃについても連接部４０ｂと同様に構成されているので、これらについての詳細な説明を省略する。
【００８１】
本例の往復動エンジン１の動作について説明すると、圧縮行程において、図５及び図８の（ａ）に示すように、ピストン３が上死点近傍に位置すると共に上死点に到達する前にピストンリング５の環状規定面５ｂが凹所１７ｂのシリンダヘッド１３ａ側の部位４５に対向するピストンピン２１側の部位４６よりもシリンダヘッド１３ａ側に位置した際に、燃焼室２が環状ガス室６に凹所１７ｂを介して連通し、燃焼室２から環状ガス室６に低圧の圧縮ガスが入り始める。ここで、燃焼室２は、ピストンリング５がトップ面４と平行となるように配されているために、空間３０ｂを介する環状ガス室６の連通と同時的に円周方向Ｘで凹所１７ｂに対して並んで配されている凹所１７ａ及び１７ｃに規定される空間３０ａ及び３０ｃをも介して環状ガス室６に連通される結果、スラスト側１０の複数の部位から低圧の圧縮ガスが環状ガス室６内に入る。
【００８２】
次に、図１、図６及び図８の（ｃ）に示す爆発行程（燃焼行程）において、ピストン３の降下始期、即ち、ピストン３が上死点近傍を降下する時に、燃焼室２内の燃焼ガス５１を凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃを介して環状ガス室６に導入し、導入した燃焼ガス５１のガス圧により環状ガス室６内のガス圧を高め、当該ガス圧に基づいてガス圧支持されるピストン３が下死点に向かって降下する。ここで、環状ガス室６内で保持されているガス圧によってガス圧支持されながら往動するピストン３から、往復動方向Ｙに対して傾斜しているコンロッド２２に方向Ｙ１に向かう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１０に向かう側圧力Ｂ１が与えられるが、当該側圧力Ｂ１に抗して、環状ガス室６内に十分に供給されたガス圧によりピストン３に反スラスト側９に向かう支持力Ｂ２を与えて、当該ピストン３をガス圧支持させる。尚、ピストン３が図６に示すように上死点に位置する場合には、本例では、特に図８の（ｂ）に示すように、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃを介する燃焼室２と環状ガス室６との連通は止めるが、連通させてもよい。
【００８３】
以上のように構成された往復動エンジン１では、燃焼時には凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃを介して燃焼室２と環状ガス室６とが連通される位置にピストン３がもたらされているため、燃焼行程で燃焼室２で燃焼して発生したガス圧は、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃを介して環状ガス室６に満遍なく速やかに導入される。この導入されたガス圧に基づき環状ガス室６の偏倚した圧力を受けてピストン３は、その往復動では内面１４、特に内面１４のスラスト側１０の部位でガス圧支持される。ガス圧により支持されたピストン３は、極めて低い摺動摩擦抵抗をもって往復動する。また、斯かる往復動において、ピストン３はピストンピン２１を中心として軸方向Ａに直交する面内で揺動（首振り）されようとするが、当該揺動は、上述の環状ガス室６のガス圧によって阻止される。ピストン３は、極めて低い摺動摩擦抵抗をもって往復動し得ることとなり、往復動エンジン１の燃費の改善等を図り得る。
【００８４】
本例の往復動エンジン１によれば、燃焼室２を規定しているピストン３のトップ面４に隣接しているピストンリング５と、ピストンリング５との間で環状ガス室６を規定していると共に環状ガス室６でのピストン３の側面８の受圧面積が反スラスト側９よりもスラスト側１０で大きくなるように、ピストンリング５に隣接しているピストンリング７と、シリンダ１３の内面１４の円周方向Ｘに関して並んで内面１４に配されていると共にスラスト側１０で環状ガス室６を燃焼室２に連通させる複数のガス通路１５とを具備しているために、燃焼室２内の燃焼ガス５１を複数のガス通路１５を介して環状ガス室６に満遍なく速やかに導入作用させることができ、このようにして導入作用させた環状ガス室６内の燃焼ガス５１に基づいて所望の支持力を生じさせてピストン３を内面１４からガス圧支持させて、ピストンリング５の摺動側面５ｃ及びピストン３の側面８とシリンダ１３の内面１４との摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることができ、複数のガス通路１５が、内面１４であって上死点近傍でピストン３を降下させる際に環状ガス室６を燃焼室２に連通させる位置に配されている凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃを夫々具備しているために、上死点近傍で燃焼ガス５１を凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃを介して環状ガス室６に勢いよく導入作用させることができ、更に、環状ガス室６内のガス圧を高めることができ、このガス圧を保持したままピストン３を降下（往動）させることができて、特に爆発行程において、ピストン３をピストン側圧に抗して好適にガス圧支持することができ、凹所１７ｂに規定される空間３０ｂの開口面３１ｂの中心部Ｃ２が方向Ｚに関してピストン３の中心部Ｏに対向して配されているために、環状ガス室６の反スラスト側９の部位よりも容積の大きい環状ガス室６のスラスト側１０の部位から先行して圧縮ガスを導入することができ、従って、環状ガス室６内に燃焼ガス５１をより満遍なく速やかに導入作用させることができ、シリンダヘッド１３ａから凹所１７ａまでの往復動方向Ｙにおける距離とシリンダヘッド１３ａから凹所１７ｃまでの距離とが互いに等しいために、一対の凹所１７ａ及び１７ｃによる燃焼室２と環状ガス室６との連通を同時的に且つ広範囲に開始又は終了させ得て、環状ガス室６に燃焼ガス５１をより速やかに且つ広範囲に導入作用させることができ、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃが部分凹球面状面４１ａ、４１ｂ及び４１ｃを夫々具備しているために、燃焼ガス５１の流入に抵抗がなく平均した良好な導入作用を得ることができ、凹所１７ｂの内面１４に連接する部分凹球面状面４１ｂの連接部４０ｂに対する接線４２と往復動方向Ｙに伸びる線４３との交差角４４が鈍角であり、また、連接部４０ｂであって往復動方向Ｙで互いに対向する部位４５及び４６に対する接線４２が往復動方向Ｙに直交する方向で部位４５及び４６よりもピストン３から離反した位置で互いに交わっており、更に、凹所１７ａ及び１７ｃについても凹所１７ｂと同様に構成されているために、燃焼ガス５１を広範囲に導入し得、凹所１７ｂが、円周方向Ｘで当該凹所１７ｂに隣接する凹所１７ａ及び１７ｃと夫々互いに等しい曲率を有しており、また、凹所１７ｂが、円周方向Ｘで当該凹所１７ｂに隣接する凹所１７ａ及び１７ｃと等しい深さを有しているために、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃが曲率及び深さとの関連において夫々設計されて内面１４に配設されることで各凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃにより燃焼室２と環状ガス室６とを夫々同様に連通させ得、凹所１７ａに規定される空間３０ａの開口面３１ａの中心部Ｃ１及びピストン３の中心部Ｏを結ぶ線３２並びに軸方向Ａに伸びる線８０の交差角３５と凹所１７ｃに規定される空間３０ｃの開口面３１ｃの中心部Ｃ３及びピストン３の中心部Ｏを結ぶ線３６並びに線８０の交差角３７とが互いに等しく、更に、凹所１７ａ及び１７ｃは、夫々互いに同形状であるために、軸方向Ａに関する環状ガス室６の一方側及び他方側に均等に燃焼ガス５１を導入し得、凹所１７ｂに規定される空間３０ｂの開口面３１ｂは、他の凹所１７ａ及び１７ｃに規定される空間３０ａ及び３０ｃの開口面３１ａ及び３１ｃと略々等しい径を有しているために、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃにより燃焼室２と環状ガス室６とを同様な状態で連通させ得ると共に当該連通を同時的に開始又は終了させ得、環状規定面５ａが往復動方向Ｙに直交する面と平行となるように配されており、また、環状規定面５ｂが往復動方向Ｙに直交する面と平行となるように配されているために、円周方向Ｘで互いに並んで配されている凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃによる燃焼室２及び環状ガス室６の連通を同時的に開始又は終了し得る。
【００８５】
尚、本例の往復動エンジン１は、図９に示すように、例えば凹所１７ｂに代えて、ピストン３の反スラスト側９の部位から最も離反していると共に往復動方向Ｙに関して他の凹所１７ａ及び１７ｃよりもシリンダヘッド１３ａから離れて配されている凹所５２を具備していてもよく、斯かる凹所５２により凹所１７ａ及び１７ｃに先行して環状ガス室６の反スラスト側９の部位に対して容積の大きい環状ガス室６のスラスト側１０の部位からガスを導入することができ、従って、環状ガス室６内に燃焼ガス５１をより満遍なく速やかに導入することができる。尚、凹所５２は、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃの少なくとも一つに代えて又は凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃに加えて、シリンダ１３の内面１４に配されてもよく、斯かる凹所５２の配設により凹所１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び５２の夫々が燃焼室２と環状ガス室６とを連通させる順序を適宜調整し得る。ここで、図９に示すように、往復動方向Ｙでシリンダヘッド１３ａから離れて配されている凹所５２の内面１４に連接している連接部４０ｄであってシリンダヘッド１３ａ側に位置する部位４５は、連接部４０ａ及び４０ｃであってシリンダヘッド１３ａ側に位置する部位４５に往復動方向Ｙで対向する部位４６よりもシリンダヘッド１３ａ側に配されてもよく、凹所１７ａ、１７ｃ及び５２の夫々に規定される空間３０ａ、３０ｃ及び３０ｄの開口面３１ａ、３１ｃ及び３１ｄの一部は、夫々互いに円周方向Ｘに伸びる線５３上に位置してもよく、また、例えば、凹所１７ａ及び１７ｃの開口面３１ａ及び３１ｃの中心部Ｃ１及びＣ３は、連接部４０ｄの部位４５を通る円周方向Ｘに伸びる線５４上に位置してもよく、このように凹所１７ａ、１７ｃ及び５２が配されている場合には、これらの凹所１７ａ、１７ｃ及び５２により燃焼室２から環状ガス室６に燃焼ガス５１を断続させることなく連続的に導入することができる。
【００８６】
また、本例の往復動エンジン１は、三つのガス通路１５に代えて、シリンダ１３の内面１４に配された二つのガス通路１５を具備していてもよく、また、図１０及び図１１に示すように、三つ以上のガス通路（四つ又は五つのガス通路等）１５を具備していてもよく、このようにして、往復動エンジン１の種々の態様に応じて環状ガス室６に燃焼ガス５１を満遍なく、広範囲に且つ速やかに導入することができるように、ガス通路１５の個数を適宜設定することができる。ここで、例えば、図１０に示すように、四つのガス通路１５を具備している場合には、凹所５６に規定される空間３０ｅの開口面３１ｅの中心部Ｃ４及びピストン３の中心部Ｏを結ぶ線６０並びに線８０の交差角６４と、軸方向Ａで凹所５６に対向する凹所５９に規定される空間３０ｈの開口面３１ｈの中心部Ｃ７及び中心部Ｏを結ぶ線６３並びに線８０の交差角６７とが互いに等しい角度となっている一方、円周方向Ｘで凹所５６に隣接している凹所５７に規定される空間３０ｆの開口面３１ｆの中心部Ｃ５及び中心部Ｏを結ぶ線６１並びに線８０の交差角６５と、軸方向Ａで凹所５７に対向すると共に円周方向Ｘで凹所５９に隣接している凹所５８に規定される空間３０ｇの開口面３１ｇの中心部Ｃ６及び中心部Ｏを結ぶ線６２並びに線８０の交差角６６とが夫々互いに等しい角度となっているのが好ましく、斯かる場合には、軸方向Ａに関する環状ガス室６の一方側及び他方側に均等に燃焼ガス５１を導入、作用し得る。
【００８７】
更に、本例の往復動エンジン１は、図１１に示すように、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃに代えて、往復動方向Ｙに直交する方向における深さが夫々互いに異なる凹所５６、５７、５８及び５９並びに方向Ｚでピストン３の中心部Ｏに対向する凹所７０を具備してもよく、好ましくは、最もスラスト側１０に位置する凹所７０は、方向Ｚに関して当該凹所７０に対して反スラスト側９に位置する凹所５６、５７、５８及び５９よりも深くなるように構成され、凹所５７及び５８は、凹所５６及び５９よりも深くなるように構成される。また、夫々互いに曲率の異なる凹所５６、５７、５８、５９及び７０を具備してもよく、好ましくは、最もスラスト側１０に位置する凹所７０は、方向Ｚに関して当該凹所７０に対して反スラスト側９に位置する凹所５６、５７、５８及び５９よりも小さい曲率を有しており、凹所５７及び５８は、凹所５６及び５９よりも小さい曲率を有している。更に、凹所５６、５７、５８、５９及び７０に夫々規定される空間３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈ及び３０ｉの開口面３１ｅ、３１ｇ、３１ｆ、３１ｈ及び３１ｉの半径又は直径は、夫々互いに異なっていてもよく、好ましくは、最もスラスト側１０に位置する凹所７０における開口面３１ｉは、方向Ｚに関して当該凹所７０に対して反スラスト側９に位置する凹所５６、５７、５８及び５９における開口面３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ及び３１ｈよりも長い半径又は直径を有しており、凹所５７及び５８における開口面３１ｆ及び３１ｇは凹所５６及び５９における開口面３１ｅ及び３１ｈよりも長い半径又は直径を有している。上記のような深さ、曲率及び径（半径、直径を含む）を夫々有する凹所５６、５７、５８、５９及び７０を構成することにより、燃焼室２と環状ガス室６との連通状態及び連通の開始若しくは終了の順序を適宜調整し得、特に上記の曲率と深さとの関連において夫々設計されてシリンダ１３の内面１４に配設されることにより各凹所５６、５７、５８、５９及び７０による燃焼室２と環状ガス室６との連通状態をより好ましく調整し得る。
【００８８】
更にまた、本例の往復動エンジン１は、図１２に示すように、オイルリング１６に代えて、ピストンリング７を間にしてピストンリング５に対向してピストン３に配されていると共に、スラスト側１０の部位７１が往復動方向Ｙに関してピストン３及びコンロッド２２を連結するピストンピン２１に対向する部位７２及び反スラスト側９の部位７３よりもピストンリング５から離れるように、往復動方向Ｙに対して傾斜しているオイルリング７５を具備していてもよく、斯かる場合には、ピストンリング７は、オイルリング７５の傾斜角と等しい角度をもって往復動方向Ｙに対して傾斜していてもよい。オイルリング７５を具備する往復動エンジン１によれば、オイルリング７５をピストンピン２１に干渉させないでピストンリング５から離れさせて配置することができて、ピストンリング７を、オイルリング７５に干渉させることなく、特にスラスト側１０でピストンリング５から離れさせて配置することができる。ここで、当該往復動エンジン１では、オイルリング７５と共にピストンリング７を往復動方向Ｙに対して大きく傾斜させた場合でも、ピストン３をガス圧支持させるのに十分な量の燃焼ガス５１を燃焼室２から上述のような複数のガス通路１５を介して環状ガス室６に満遍なく速やかに導入作用してガス圧を高める。
【００８９】
加えて、本例の往復動エンジン１は、ピストンピン２１に代えて、反スラスト側９に偏心しているピストンピンを具備していてもよい。
【００９０】
尚、複数のガス通路１５は、本例では、ピストン３が図６に示すように上死点に位置する場合に、燃焼室２と環状ガス室６との連通が一旦解除されるように上死点近傍に配された凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃを夫々具備しているが、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃの少なくとも一つに代えて又はこれらに加えて、ピストン３が上死点に位置する場合においても、燃焼室２及び環状ガス室６を連通させるように配された凹所を具備していてもよい。また、複数のガス通路１５は、凹所１７ａ、１７ｂ及び１７ｃの少なくとも一つに代えて又はこれらに加えて、シリンダ１３の内面１４に連接する連接部４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの夫々に対する接線４２と往復動方向Ｙに伸びる線４３とが直交するように、シリンダ１３の内面１４に設けられた凹所を夫々具備していてもよい。
【００９１】
図１３及び図１４において、本例の往復動エンジンとしての他の４サイクルガソリンエンジン１Ｋは、燃焼室２を規定しているピストン３のトップ面４に隣接しているピストンリング（トップリング）５と、ピストンリング５との間で環状ガス室６を規定していると共に環状ガス室６でのピストン３の側面８の受圧面積がピストン３の反スラスト側に位置する揺動側面部位９Ｋよりも揺動側面部位９Ｋに対向するスラスト側に位置する揺動側面部位１０Ｋの方で大きくなるように、ピストンリング５に隣接しているピストンリング（セカンドリング）７と、揺動側面部位９Ｋ及び１０Ｋ間の略中間よりも揺動側面部位１０Ｋの方でピストンリング５から離れているオイルリング１６と、シリンダ１３の内面１４であってピストン３が上死点近傍に位置する際に環状ガス室６を燃焼室２に連通させる位置に配されたガス通路としての凹所１５Ｋとを具備している。
【００９２】
ピストン３の側面８には、ピストンリング５及び７並びにオイルリング１６の夫々に対応して配置されたリング溝が形成されており、各リング溝にはピストンリング５及び７並びにオイルリング１６が夫々嵌着されている。
【００９３】
コンロッド２２は、その小端部で連結軸（ピストンピン）２１を介してピストン３に回動自在に連結されている。コンロッド２２の大端部には、クランクシャフトが回動自在に連結されている。
【００９４】
シリンダ１３は、その内面によって規定されたシリンダボア（空間）２５を有しており、シリンダボア２５には、ピストン３が往復動方向Ｙで往復動自在となるように配されている。シリンダ１３には、点火プラグ２６、吸気弁及び排気弁２７Ｋが設けられている。
【００９５】
ピストンリング５は、燃焼室２を規定しているピストン３のトップ面（頭部端面）４と実質的に平行となるように、ピストン３のリング溝に嵌着されている。
【００９６】
ピストンリング７は、揺動側面部位９Ｋから揺動側面部位１０Ｋに向うに従ってピストン３から漸次離れるように、往復動方向Ｙ及びピストンリング５に対して傾斜してピストン３のリング溝に嵌着されている。揺動側面部位１０Ｋ側におけるピストンリング５からピストンリング７までの距離は、揺動側面部位９Ｋ側におけるピストンリング５からピストンリング７までの距離よりも長い。
【００９７】
ピストンリング５及び７の夫々の両端突合せ部は、当該両端突合せ部を介してガスが漏出しないように密に当接又は嵌合されている。
【００９８】
環状ガス室６は、ピストン３の側面８、シリンダ１３の内面１４並びにピストンリング５及び７によって規定されてなる。
【００９９】
オイルリング１６の揺動側面部位９Ｋ及び１０Ｋ間の略中間における部位３１Ｋは、往復動方向Ｙで連結軸２１に接触しない範囲でピストンリング５から離れて配置されている。オイルリング１６の揺動側面部位１０Ｋ側における部位３２Ｋは、往復動方向Ｙで部位３１Ｋよりもピストンリング５から離れて配置されている。
【０１００】
凹所１５Ｋは、ピストン３が上死点の位置とクランク角度で略１５度に相当する位置とに存在する場合に、環状ガス室６を燃焼室２に連通させるように、揺動側面部位１０Ｋ側における側面８に対面する内面１４に形成されている。
【０１０１】
本例の往復動エンジン１Ｋの動作について説明すると、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において、ピストン３が当該ピストン３の上死点近傍に位置している間に点火プラグ２６による点火を行い、燃焼室２内の燃焼ガスを凹所１５Ｋを介して環状ガス室６に導入し、図１に示すように、ピストン３が当該ピストン３の上死点通過後であって上死点近傍に位置している間に最大に高まった燃焼ガスのガス圧をピストン３が受けることで下死点に向かって加速する。ここで、往動するピストン３から、往復動方向Ｙに対して傾斜しているコンロッド２２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Ｅ１が与えられるが、当該側圧力Ｅ１に抗して、環状ガス室６内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Ｅ２を与えて、当該ピストン３をガスフロートさせる。
【０１０２】
以上のように構成された往復動エンジン１Ｋでは、燃焼時には凹所１５Ｋを介して燃焼室２と環状ガス室６とが連通される位置にピストン３がもたらされているため、燃焼行程で燃焼室２で燃焼して発生したガス圧は、凹所１５Ｋを介して環状ガス室６に速やかに導入される。この導入されたガス圧に基づき環状ガス室６の偏倚した側圧を受けてピストン３は、その往復動では内面１４、特に揺動側面部位１０Ｋ側の内面１４に対して浮上（ガスフロート）する。ガス圧に基づいて浮上されたピストン３は、極めて低い摺動摩擦抵抗をもって往復動する。また、斯かる往復動において、ピストン３は連結軸２１を中心としてＤ方向に揺動（首振り）されようとするが、当該揺動は、上述の環状ガス室６の偏倚した側圧によって阻止される。ピストン３は、揺動側面部位９Ｋ及び１０Ｋ側における側面８がシリンダ１３の内面１４に当接することなく、極めて低い摺動摩擦抵抗をもって往復動し得ることとなり、往復動エンジン１Ｋの燃費の改善等を図り得る。
【０１０３】
本例の往復動エンジン１Ｋによれば、揺動側面部位９Ｋ及び１０Ｋ間の略中間よりも揺動側面部位１０Ｋの方でピストンリング５から離れているオイルリング１６を具備しているために、オイルリング１６を、連結軸２１の上方に位置する当該オイルリング１６の部位３１Ｋが連結軸２１に干渉しない範囲でピストンリング５から離れるように且つスラスト側における当該オイルリング１６の部位３２Ｋが部位３１Ｋよりもピストンリング５から離れるように、配置することができ、従って、ピストンリング７を、上記受圧面積が揺動側面部位９Ｋ側よりも揺動側面部位１０Ｋ側の方でより大きくなるように、オイルリング１６に干渉させることなく往復動方向Ｙに対して大きく傾斜させることができ、而して、所望の側圧を生じさせてピストン３をシリンダ１３の内面１４から浮上（ガスフロート）させて、ピストンリング５及び７とシリンダ１３との摺動摩擦抵抗を大幅に低減させることができる。
【０１０４】
尚、上述の各実施例では、往復動エンジンを４サイクルガソリンエンジン１及び１Ｋとして実施したものであるが、本発明はこれらに限定されず、例えばディーゼルエンジンとして実施されても上記同様の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  往復動エンジン
２  燃焼室
３  ピストン
４  トップ面
５、７  ピストンリング
６  環状ガス室
８  側面
９  反スラスト側
１０  スラスト側
１３  シリンダ
１４  内面
１５  ガス通路
１６、７５  オイルリング
【図１】
2010144736.tif 000003
【図２】
2010144736.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010144736.tif 000006
【図５】
2010144736.tif 000007
【図６】
2010144736.tif 000008
【図７】
2010144736.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010144736.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月13日(2010.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を規定しているピストンのトップ面に隣接している第一のピストンリングと、第一のピストンリングとの間で環状ガス室を規定していると共にこの環状ガス室でのピストンの側面の受圧面積が反スラスト側よりもスラスト側で大きくなるように、第一のピストンリングに隣接していると共に往復動方向に対して傾斜して配されている第二のピストンリングと、シリンダの内面の円周方向に関して並んでシリンダの内面に配されていると共にスラスト側で環状ガス室を燃焼室に連通させる複数のガス通路とを具備している往復動エンジン。
【請求項２】
複数のガス通路は、シリンダの内面であってピストンが上死点又は上死点からの降下始期に環状ガス室を燃焼室に連通させる位置に配されている凹所を夫々具備している請求項１に記載の往復動エンジン。
【請求項３】
少なくとも一つの凹所に規定される空間の開口面は、他の凹所に規定される空間の開口面と異なる径を有している請求項２に記載の往復動エンジン。
【請求項４】
燃焼室を規定する第一のピストンリングの規定面は、往復動方向に直交する面と平行となるように配されている請求項１又は２に記載の往復動エンジン。
【請求項５】
少なくとも一つの凹所で規定される空間の開口面の径は、当該凹所の深さよりも大きい請求項２に記載の往復動エンジン。
【請求項６】
複数のガス通路は、シリンダ円周方向において、スラスト側中心を挟んで対称に配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載の往復動エンジン。
【請求項７】
ピストンとコンロッドとを連結するピストンピンの軸方向に関して互いに対向する一対の凹所を具備しており、シリンダヘッドから一方の凹所までの往復動方向における距離とシリンダヘッドから他方の凹所までの往復動方向における距離とは、互いに等しい請求項２から６のいずれか一項に記載の往復動エンジン。
【請求項８】
凹所で規定される空間の開口面の径は、第一のピストンリングの厚みより大きい請求項２から７のいずれか一項に記載の往復動エンジン。