(57)【要約】  ピストン２は、燃焼圧力を受けるクラウン部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に偏心して形成されている。
2008047453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼圧力を受けるクラウン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最大径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最大径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が生じ、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ランド部にガス室を形成し、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、ピストンは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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転中、ピストンをスラスト側から反スラスト側に向かってガス圧により支持すると共に、反スラスト側において、ピストンをシリンダ壁に添い当て、ピストンに首振り、揺動、横振れ等の振れをさせないように下降させ、もって、ピストンとシリンダとのフリクションロス、ピストンとピストンリングとのフリクションロスの低減を図った往復動エンジンに関する。【０００２】
もちろん、本発明は、４サイクルガソリンエンジン、２サイクルガソリンエンジン、ディーゼルエンジンとして使用できる往復動エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ９２／０２７２２号パンフレット
【特許文献２】特開平４−３４７３５２号公報
【特許文献３】特開平５−２６１０６号公報
【特許文献４】特許第２９８８０１０号公報
【０００４】
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として、国際公開第ＷＯ９２／０２７２２号パンフレット、特開平４−３４７３５２号公報、特開平５−２６１０６号公報、特許第２９８８０１０号公報（特許文献１から４参照）等がある。これらに記載の技術は、ピストン上部体に備える圧縮用のピストンリングの間、即ち第２ランド部にガス室を形成し、機関運転の膨張行程初期において、このガス室に、ピストン上方の高圧ガスを導入させ、この導入させたガス圧により、コネクチングロッドの傾きから生じるスラスト力に対抗してピストンを支持し、ピストンとシリンダ内面とのフリクションロスの低減を図ったものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、往復動エンジンのピストン上部体の径は、スカート部の最大径部に比べ小さく、ピストン全体として台形状になっている。即ち、ピストン上部体はシリンダ内径に対して隙間（クリアランス）をもってシリンダに組込まれている。即ち、ピストンのピストン上部体は、スラスト側及び反スラスト側の両方において、シリンダ内面との間に必ず隙間が存在する。このため、従来の技術のように、圧縮用のピストンリングの間、即ち、第２ランド部にガス室を形成し、このガス室に膨張行程初期にピストン上方の高圧ガスを導入し、導入したガス圧によってピストンを支持しても、上死点でのピストンの揺動現象は変わりない。即ち、上記隙間の存在のため、機関運転中、特に上死点での反転時、モーメント荷重、スラスト力によりピストンは首振り、揺動を起す。ピストンのピストン上部体及びスカート部がシリンダに衝突する。このためピストンとシリンダ、ピストンリングとシリンダ、ピストンリングとピストンリング溝との間でフリクションロスを生じさせている。また、ピストンの振れにより、ブローバイガスの発生を起こしている。【０００６】
そこで、本発明は、機関運転中、ピストンの首振り、揺動、横揺れ等ピストンの振れを抑え、ピストンリングとシリンダ、ピストンリングとピストン溝とのフリクションロスの低減、ブローバイガス発生の低減を図ると共に、ピストン上部体の効果的な冷却、混合ガスの燃焼速度が高められる往復動エンジンの提供を図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の往復動エンジンは、燃焼圧力を受けるクラウン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最大径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最大径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が生じ、且つ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ランド部にガス室を形成し、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、ピストンは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。【０００８】
上記の構成によれば、ピストン上部体が反スラスト側に偏心し、ピストン上部体の外周面とスカート部の最大径部の外周面とが垂直線上にそろえて形成してあるため、シリンダ内に組み込まれているピストンは、直立姿勢で、反スラスト側において、上記ピストン上部体の外周面とスカート部の最大径部の外周面とが、シリンダ内面に添い当り接した状態となっている。【０００９】
上記の状態にあるピストンが上死点において、上面に圧縮ガス、膨張ガスが作用すると、ガス圧は、ピストン上部体のスラスト側の外周面に作用するが、反スラスト側の外周面、即ち反スラスト側のトップランドに回り込めない。ピストンはスラスト側から支持された状態となる。【００１０】
この様な状態にあるピストンに揺動させるモーメント荷重が作用しても、ピストンは直立姿勢を保ったまま、反スラスト側において、シリンダの内面に接している。上死点または上死点近傍において上記状態にあるとき、ピストンの上方の膨張ガスがシリンダの内面のスラスト側の上部位に設けられた凹所からピストンのガス室に流入する。この時ピストンにはコネクチングロッドのスラスト側への傾きによりスラスト力側圧作用しスラスト側に横振れを起こそうとするが、上記環状ガス室に流入し保持したガスによって、スラスト側より支持されピストンは直立姿勢を保ったまま、かつ反スラスト側がシリンダの内面に接したまま振れを抑えらて下降する。【００１１】
即ち、ピストンは、スラスト側からガス圧による弾性的支持、押圧により反スラスト側に添い当っている。このため、ピストンは横振れ、揺動、シリンダとの衝突が抑えられる。従って、ピストンとシリンダ、また特に側圧の働くスラスト側におけるピストンとシリンダ、ピストンリングとピストン及び、ピストンリングとシリンダ内面とのフリクションロスが大きく低減される。またピストンの振動が抑えられるためブローバイガスの吹き抜けが防止される。【００１２】
更に、ピストンは、高温高圧のガス圧を受けるクラウン部を有するピストン上部体が、反スラスト側において、シリンダに接しているため、従来のピストンリングのみのシリンダとの接触に比べ、シリンダとの接触面積が広く増加し、ピストンからシリンダへの熱の流れが大きく、ピストン上面の冷却が効果的に行われる。これ故、異常燃焼が防止でき、またエンジン全体の熱上昇が低く吸収効率が良好に確保できる。【００１３】
また、膨張行程初期、ピストンが上死点または上死点近傍に位置し、ピストンの第１ピストンリングが複数の凹所を通過するとき、ピストン上方の燃焼中のガス圧がピストンの環状ガス室に急激に流入するため、ピストン上方の燃焼中のガスに流動が生じ当該ガスが乱され、燃焼速度が速くなり、燃焼時間が短縮される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、機関運転中、ピストンの首振り、揺動等ピストンの横振れを抑え、ピストンリングとシリンダ、ピストンリングとピストン溝とのフリクションロスの低減、ブローバイガス発生の低減を図ると共に、ピストン上部体の効果的な冷却、混合ガスの燃焼速度が高められる往復動エンジンを提供し得る。【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態の例の縦断面説明図、
図２は、図１に示す例の動作説明図、
図３は、図１に示す例の動作説明図、
図４は、図１に示す例の横断面説明図、
図５は、図１に示す例のピストンの説明図、
図６は、図５に示す例のピストンの平面図、
図７は、本発明の実施の形態の他の例のピストン説明図、
図８は、図７に示す例の縦断面説明図、
図９は、図８に示す他の例の一部拡大説明図、
図１０は、本発明の実施の形態の更に他の例の縦断面説明図、
図１１は、図１０に示す更に他の例の動作説明図、
図１２は、図１０に示す更に他の例の横断面説明図、
図１３は、図１０に示す更に他の例の主にピストンの説明図、そして、
図１４は、図１３に示すピストンの平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１図から第９図には、本発明の往復動エンジンの第１実施例が示してあり、第１０から第１４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。【００１８】
第５図及び第６図には、第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、燃焼圧力を受けるクラウン部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。【００１９】
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の最大径部の外周面１７とが垂直線１８上にそろえて、形成されている。【００２０】
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１７の最大径部の外周面２０を通る垂直線２１から内側に位置し、隙間２２がある。【００２１】
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の最大径部の外周面１７とが同時に、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。【００２２】
ピストン上部体８のピストンリング溝４には、圧縮用のピストンリングが装着される。即ち、クラウン部３に一番近いところのピストンリング溝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、一番下のリング溝６にはオイルかきリング２８が装着されている。【００２３】
第１ピストンリング２６が装着されるピストンリング溝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、上記ピストンリング溝４とピストンリング溝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。【００２４】
従って、ピストンリング溝４とピストンリング溝５との間に囲まれた第２ランド部３０はスラスト側１２では広く、反スラスト側１３で狭くなっている。オイルかきリング２８を装着するリング溝６はピストン軸線２９に直交する面に平行である。【００２５】
さて、第１図から第４図には、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及びオイルかきリング２８が装着されたピストン２がシリンダ２３内に組込まれ、直立姿勢で機関運転中の状態が示されている。【００２６】
ピストン２には、第１ピストンリング２６、第２ピストンリング２７との間に形成された第２ランド部３０とシリンダ２３の内面２４とにより囲まれて環状ガス室３１が形成されている。この環状ガス室３１はスラスト側１２では広く、反スラスト側１３に向かって次第に狭くなっている。これは、環状ガス室３１に流入させた高圧ガスによりピストン２をスラスト側１２から広く強く押し、反スラスト側１３へのガスの回り込みを少なくして押返しを小さくするためのものである。【００２７】
次に、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が上死点または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に定めてある。このように、ピストン２が上死点又は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上方の高圧ガス圧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から下に吹き抜きさないようにするためである。さて、機関運転時、特に、ピストン２が上死点または上死点近傍に位置するとき、圧縮行程終期から膨張行程初期において、第１ピストンリング２６が凹所３４、３４、３４上を通過するとき、ピストン２の上方の燃焼室３７の高圧ガス３８が、凹所３４、３４、３４を通ってピストン２の環状ガス室３１に流入する。これと同時に、ピストン２はピストン上部体８において環状ガス室３１内の流入高圧ガス３９によって支持され、スラスト側１２から反スラスト側１３に向って押される状態となる。ピストン２は、上記のような作用するガス圧３９を環状ガス室３１内で保持して、ピストン上部体８の反スラスト側１３の外周面１６とスカート部９の最大径部の外周面１７がシリンダ２３の内面２４に接した状態で膨張行程において下降する。【００２８】
上記のようになる本第１実施例往復動エンジン１によれば、ピストン２は、ピストン上部体８が反スラスト側１３に偏心ｅされて設け、ピストン上部体８の外周面１６とスカート部９の最大径部の外周面１７とが垂直線１８上にそろえて形成されているため、シリンダ２３内に組み込まれているピストン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がシリンダ２３の内面に添い当り接している。【００２９】
ピストン上面から見れば、第４図に示すように反スラスト側１３においてピストン上部体８の外周面１６、特にトップランド４３がシリンダ２３の内面２４に円弧状に内接している。【００３０】
一方、スラスト側３２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との間に円弧状隙間２５が存在する。【００３１】
上記の状態にあるピストン２の上面に圧縮ガス、膨張ガス３８が作用すると、ガス圧は、ピストン上部体８のスラスト側１２の外周面におけるトップランド４６に作用するが、反スラスト側１３の外周面１６、即ち反スラスト側１３のトップランド４６に回り込めない。ピストン２はスラスト側１２から支持された状態となる。【００３２】
従って、ピストン２が上死点または上死点近傍の位置に達し、ピストン２に揺動させるモーメント荷重が作用しても、ピストン２は直立姿勢を保ったまま、反スラスト側１３において、シリンダ２３の内面に接している。上死点または上死点近傍において上記状態にあるとき、ピストン２の上方の膨張ガス３８がシリンダ２３の内面２４のスラスト側３２の上部位３３に設けられた凹所３４、３４、３４からピストン２の環状ガス室３１に流入する。この時ピストン２にはコネクチングロッド４７のスラスト側３２への傾きによりスラスト力（側圧）４２が作用しスラスト側３２への横振れを起こそうとするが、上記環状ガス室３１に流入し保持した高圧ガス３９によって、スラスト側３２より支持されピストン２は反スラスト側１３がシリンダ２３の内面２４に接して降下する。【００３３】
即ち、圧縮行程から膨張行程に至り、コネクチングロッド４４の傾きの反転、モーメント荷重の反転にもかかわらずピストン２は、横揺れを抑えられて下降する。即ち、ピストン２は側圧の働くスラスト側３２において、環状ガス室３１に流入し保持した高圧ガス３９によりピストン上部体８が弾性的に支持され、反スラスト側４５のシリンダ２３の内面２４に添い当てられた状態で「振れ」を起こすことなく降下する。このため、ピストン２は横振れ、揺動が抑えられ、シリンダ２３の内面２４との衝突が抑えられる。【００３４】
この結果、ピストン２とシリンダ２３の内面２４とフリクションロス、第１ピストンリング２６とピストン２とのフリクションロス、及び第１ピストンリング２６とシリンダ２３の内面２４とのフリクションロスが大きく低減される。また、ピストン２の振動が抑えられるためブローバイガスの吹き抜けが防止される。【００３５】
またもちろん膨張行程において、スラスト力４２の働くスラスト側１２において、ピストン２は環状ガス室３１の高圧ガス３９により支持され、ピストン２とシリンダ２３の内面２４とのフリクションロスも低減される。特に、スラスト側１２においてピストン２はピストン上部体８が環状ガス室３１の高圧ガス３９により支持されるため、ピストン２とシリンダ２３の内面２４との接触面積が小さく、結果、オイルの引きづり抵抗がちいさくなる。【００３６】
更に、ピストン２は高温高圧のガス圧を受けるクラウン部３を有するピストン上部体８が反スラスト側１３において、シリンダ２３の内面２４に接しているために、従来のピストンリングのみの接触に比べ、シリンダ２３の内面２４との接触面積が広く、ピストン２からシリンダ２３への熱の取り出しが大きく、ピストン２の上面の冷却が効果的に行われる。これ故、異常燃焼の防止ができ、またエンジン全体の熱上昇が低く、吸入効果が良好に確保できる。また機関運転の膨張行程初期、ピストン２が上死点または上死点近傍に位置し、ピストン２の第１ピストンリング２６がシリンダ２３に設けた複数の凹所３４、３４、３４を通過するとき、ピストン２の上方のガス圧３８がピストン２の環状ガス室３１に急激流入するため、燃焼室３７の燃焼中ガスに流動が生じ、当該ガスが乱され燃焼速度が高められる。【００３７】
第７図、第８図及び第９図には、ピストン２の第２ピストンリングが、２枚の薄いピストンリング４３、４３の重ね合わせ構造からなる往復動エンジン１において、第１図に示すように、ピストン２のピストンリング溝５に挿入した１枚のピストンリング２７の代わりに、第７図、第８図及び第９図に示すように、２枚の薄いピストンリング４３、４３を挿入したものである。【００３８】
この往復動エンジン１によると、ピストンリング溝５に２枚のピストンリング４３、４３が重ね合わせて挿入してあるため、夫々もピストンリング４３及び４３の間にオイルが侵入、介在し、このため、シリンダ２３の内面２４のと間における油膜の形成がよくガス圧シールがより確実となり、かつピストンリング４３、４３とシリンダ内面２４とは常に良好な流体潤滑が確保される。【００３９】
ピストンリング溝５がピストン２の軸線２９に対して傾斜して形成されているも、夫々のピストンリング４３及び４３は独立して動き、それぞれがシリンダ２３の内面２４に対して接触している。【００４０】
このため、２重のガスシール部４４、４４が形成されることになりガスシールがより確実となる。【００４１】
更に、夫々のピストンリング４３、４３の合口４５、４５を互いに相手に対してずらせることにより両合口間にラビリンス効果が発生することとなり、合口４５、４５からのプロパンガスの発生を止めることとなる。【００４２】
従って、第８図に示すような往復動エンジン１によると、ピストン２の環状ガス室３１に流入した高圧ガス３９がより確実に保持される。機関運動時の膨張行程で、ピストン２がスラスト側１２において大きなスラスト力４２を受けるも、環状ガス室３１に流入、保持した高圧ガス３９により、ピストン２のピストン上部体８はシリンダ２３の内面２４からガスフロートされた状態（浮かせられた状態）となって下降する。【００４３】
このため、スラスト力４２の作用するスラスト側１２においても、フリクションロスがより低減される。【００４４】
反スラスト側１３において、ピストン上部体８の外周面１６及びスカート部９の最大径部の外周面１７がシリンダ２３の内面２４に接して移動するようにしたピストン２は、第２ピストンリング４３、４３が２枚の重ね合わせとなって高圧ガス３９が確実に保持されるためこの高圧ガス３９によりピストン２は反スラスト側１３に弾性をもって押され、反スラスト側１３の内面２４に沿って下降する。ピストン２は揺れを抑えられて、静かで、ソフトに下降する。【００４５】
第２実施例の往復動エンジン４８は第１０図から第１４図に、そのうち特に、第１３図及び第１４図に本実施例往復動エンジン４８のピストン４９が示してある。【００４６】
上記ピストン４９は、燃焼圧力を受けるクラウン部５０とピストンリング溝５１、５２、５３を有するランド部５４とからなるピストン上部体５５とこのピストン上部体５５の下側に形成したスカート部５６とピストンピン５７を支持するピンボス部５８を備える。【００４７】
７９はスラスト側を示し、８０は反スラスト側を示す。【００４８】
さて、ピストン４９は、上記ピストン上部体５５が、ピストン４９の中心線６１に対して反スラスト側８０に偏心して設けられている。なお、６２はピストン上部体５５の中心線を示す。ピストン４９は、直立姿勢で反スラスト側８０において、上記ピストン上部体５５の外周面６３とスカート部５６の最大径部の外周面６４とが垂直線６５上にそろえて形成してある。【００４９】
一方、ピストン４９はスラスト側７９において、ピストン上部体５５の外周面６６は、スカート部５６の最大径部の外周面６７を通る垂直線６８から内側に位置し、隙間６９がある。ピストン４９は上記の如くの形状であるため、第１０図に示すように、シリンダ７０内に組込まれ、直立姿勢にあるとき、反スラスト側８０において、ピストン上部体５５の外周面６３とスカート部５６の最大径部の外周面６４とが、共にシリンダの内面７１に添い当り接している。【００５０】
一方、スラスト側７９においては、ピストン上部体５５の外周面６６とシリンダ７０の内面７１とには隙間７２が存在する。【００５１】
ピストン上部体５５のピストンリング溝５１、５２には圧縮用のピストンリングを装着する。クラウン部５０に一番近いピストンリング溝５１には第１ピストンリング７３が装着され、次に近いピストンリング溝５２には第２ピストンリング７４が装着される。もちろん、第１ピストンリング７３はコンプレッション用のトップリング、第２ピストンリング７４はコンプレッション用のセカンドリングである。そして、一番下のリング溝５３にはオイルかきリング７５が装着されている。上記ピストン４９において、第１ピストンリング７３が装着されたところのピストンリング溝５１と第２ピストンリング７４が装着されるピストンリング溝５２は、共に、ピストン４９の軸線７６に直交する面に平行に形成されている。上記ピストンリング溝５１とピストンリング溝５２との間には、必要な間隔の第２ランド部７７を有し、この第２ランド部７７により後述する環状ガス室７８が形成される。【００５２】
第１０図には、ピストンリング溝５１、５２、５３のそれぞれに、第１ピストンリング７３、第２ピストンリング７４、オイルかきリング７５が装着されたピストン４９がシリンダ７０に組込まれ、直立姿勢で機関運転中の状態が示されている。【００５３】
ピストン４９には、第１ピストンリング７３と第２ピストンリング７４との間に形成された第２ランド部７７とシリンダ７０の内面７１とにとり囲まれて、環状ガス室７８が形成されている。この環状ガス室７８はスラスト側７９から反スラスト側８０にかけて平行した形状である。【００５４】
次に、シリンダ７０のスラスト側７９の内面７１において、シリンダ７０の上部位８１のところに、内面７１より深くくぼんで形成された凹所８２、８２、８２が複数個（３〜４個）、円周方向８３に沿って並べて設けられている。これら凹所８２、８２、８２の位置はピストン４９が上死点または上死点近傍の位置に達したとき、ピストン４９の第１ピストンリング７３がこれら凹所８２、８２、８２の上を通過中になるように定められている。【００５５】
このように、ピストン４９が上死点又は上死点近傍にあって、第１ピストンリング７３が凹所８２、８２、８２の上を通過中のとき、これら凹所８２、８２、８２の凹み空間８４と第１ピストンリング７３の外周面との間が通路となり、ピストン４９の上方の燃焼室８５とピストン４９の環状ガス室７８とが連通し合い、ピストン４９上方の高圧ガス８６が上記環状ガス室７８に流入するようになっている。【００５６】
また、上記凹所８２、８２、８２はピストン４９が上死点に位置したとき、第２ピストンリング７４に繋がらないようにも設けられている。これは、燃焼室８５の高圧ガス８６がピストン４９下へ吹き抜けさせないためである。【００５７】
さて、機関運動時、特に、ピストン４９が上死点または上死点近傍に位置するとき、圧縮行程終期から膨張行程初期において、第１ピストンリング７３が凹所８２、８２、８２上を通過するとき、ピストン４９の上方の燃焼室８５の燃焼膨張中の高圧ガス８６が、凹所８２、８２、８２を通ってピストン４９の環状ガス室７８に流入する。これと同時に、ピストン４９はピストン上部体５５において環状ガス室７８内に流入した高圧ガス８７によって支持され、スラスト側７９から反スラスト側８０に向かって押される状態となる。ピストン４９は上記のような作用する高圧ガス８７を環状ガス室７８内で保持し、ピストン上部体５５の反スラスト側８０の外周面６３、スカート部５６の最大径部の外周面６４がシリンダ７０の内面７１に接した状態で膨張行程において降下する。【００５８】
上記のようになる本第２実施例往復動エンジン４８によれば、ピストン４９は反スラスト側８０においてピストン上部体５５の外周面６３とスカート部５６の最大径部の外周面６４とが垂直線６５上にそろえて形成されているため、シリンダ内に組み込まれているピストン４９は直立状態で反スラスト側８０においてピストン上部体５５の外周面６３及びスカート部５６の最大径部の外周面６４はシリンダ７０の内面７１に接している。これを、ピストン上面から見れば、第１２図に示すように反スラスト側８０においてピストン上部体５５の外周面６３、特にトップランド８８がシリンダ７０の内面７１に円弧状に内接している。【００５９】
一方、スラスト側７９においては、ピストン上部体５５の外周面６６とシリンダ７０の内面７１との間に円弧状隙間７２が存在する。【００６０】
上記の状態にあるピストン４９の上面に圧縮ガス、膨張ガス８６が作用すると、ガス圧は、ピストン上部体５５のスラスト側７９の外周面６６におけるトップランド８８に作用するが、反スラスト側８０の外周面６３、即ち反スラスト側８０のトップランド８８に回り込めない。ピストン４９はスラスト側７９から支持された状態となる。【００６１】
従って、ピストン４９が上死点または上死点近傍の位置に達し、ピストン４９に揺動させるモーメント荷重が作用しても、ピストン４９は直立姿勢を保ったまま、反スラスト側８０において、シリンダ７０の内面に接している。上死点または上死点近傍において上記状態にあるとき、ピストン４９の上方の膨張高圧ガス８６がシリンダ７０の内面７１のスラスト側７９の上部位８１に設けられた凹所８２、８２、８２からピストン４９の環状ガス室７８に流入する。この時ピストン４９にはコネクチングロッド８９のスラスト側７９への傾きによりスラスト力（側圧）９０が作用しスラスト側７９への横振れを起こそうとするが、上記環状ガス室７８に流入し保持した高圧ガス８７によって、スラスト側７９より支持されピストン４９は直立姿勢を保ったまま、かつ反スラスト側８０がシリンダ７０の内面７１に接して揺れを抑えて下降する。【００６２】
即ち、圧縮行程から膨張行程に至り、コネクチングロッド８９の傾きの反転、モーメント荷重の反転にもかかわらずピストン４９は揺れを抑えられて下降する。即ち、ピストン４９は側圧の働くスラスト側４９において、環状ガス室７８に流入し保持した高圧ガス８７によりピストン上部体５５部が弾性的に支持され、反スラスト側９０のシリンダ７０の内面７１に添い当てられた状態で「振れ」を起こすことなく降下する。このため、ピストン４９は横振れ、揺動が抑えられ、シリンダ７０の内面７１との衝突が抑えられる。【００６３】
この結果、ピストン４９とシリンダ７０の内面７１とフリクションロス、第１ピストンリング５９とピストン４９とのフリクションロス、及び第１ピストンリング５９とシリンダ７０の内面７１とのフリクションロスが大きく低減される。また、ピストン４９の振動が抑えられるためブローバイガスの吹き抜けが防止される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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