(57)【要約】【課題】複数のピストンリングをピストンに取り付けると、隣り合うピストンに挟まれたポケット部に潤滑剤が溜まり易くなる。【解決手段】シリンダ１４の内周面２０に、ポケット部３１内の潤滑剤を排出するための排出孔５０を設ける。排出孔５０は、内周面２０のうち、ポケット部３１に面する領域に設けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形状のシリンダと、
前記シリンダ内を往復移動し、前記シリンダの内周面に対して外周面がクリアランスを持つように形成された、ピストンと、
前記ピストンの外周面に取り付けられ、前記ピストンの往復移動の際に前記シリンダの内周面に摺接する、複数のピストンリングと、
前記シリンダの内周面に潤滑剤を供給する、供給手段と、
を備え、
前記内周面のうち、隣接する前記ピストンリングに挟まれたポケット部に面する領域には、前記ポケット部内の潤滑剤を排出するための排出孔が設けられていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記排出孔は、前記内周面のうち、前記ピストンが内燃機関の燃焼室に対する下死点にあるときの前記ポケット部に面する位置に設けられていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記排出孔は、前記内周面のうち、前記ピストンが内燃機関の燃焼室に対する上死点にあるときの前記ポケット部に面する位置に設けられていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記ピストンの移動方向及び前記シリンダの中心軸は、水平方向に沿っており、
前記供給手段から供給された潤滑剤の供給孔が、相対的に前記シリンダの内周面の鉛直方向上側に設けられ、
前記排出孔は、相対的に前記内周面の鉛直方向下側に設けられていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記排出孔には、吸引手段が接続されていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記内燃機関は、フリーピストン機関であり、その動力がリニア発電機によって取り出されることを特徴とする、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑機構を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロエンジンやフリーピストンエンジンなどの、往復動型の内燃機関では、燃焼室の気密保持等の目的で、ピストンにピストンリングが設けられている。ピストンリングは、ピストン外周面とシリンダ内周面との隙間（ピストンクリアランス）をシールする役割を持っている。
【０００３】
ピストンリングは、ピストンの外周面に形成されたリング溝に遊嵌（遊びのある状態で嵌め込まれること）され、リング溝内でピストンとは相対移動可能となっている。また、ピストンをシリンダ内に挿入する際には、ピストンリングを径方向内側に縮め、径方向外側に拡がるような付勢力を与えておく。この付勢力により、ピストンリングはシリンダ内面に当接する。
【０００４】
また、ピストンの往復移動に伴う、シリンダ内周面に対するピストンリングの摺動を円滑にするため、潤滑機構を備えた内燃機関が従来から知られている。例えば特許文献１では、シリンダ内周面に、エンジンオイル等の潤滑剤を噴射する噴射デバイスが設けられている。潤滑剤が噴射されることで、シリンダ内周面には潤滑剤の膜（油膜）が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１６３０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ピストンに複数本のピストンリングを取り付けた場合、隣り合うピストンリングに挟まれたポケット部内に、潤滑剤が入り込む場合がある。ポケット部からピストン内部を通って潤滑剤を排出する排出路が設けられているような場合には、ポケット部内に入り込んだ潤滑剤は速やかに排除されるが、例えば、フリーピストン機関で用いるピストンなど、その内部に排出路を持たないピストンも存在する。
【０００７】
後者のようなピストンの場合、ポケット部内に一旦入り込んだ潤滑剤は、ピストンリングのシール性等に起因して、ポケット部から漏れ出すことが困難となる。ポケット部内に滞留する潤滑剤は、燃焼室近傍の高温環境に長時間晒されることで徐々に固化する。この固化した潤滑剤がピストンリングに付着すると、ピストンリングの膠着（リングスティック）に繋がるおそれがある。そこで、本発明は、ポケット部内に滞留する潤滑剤を速やかに排出することの可能な機構を備えた、内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関に関するものである。当該内燃機関は、中空形状のシリンダと、前記シリンダ内を往復移動し、前記シリンダの内周面に対して外周面がクリアランスを持つように形成されたピストンと、前記ピストンの外周面に取り付けられ、前記ピストンの往復移動の際に前記シリンダの内周面に摺接する複数のピストンリングと、前記シリンダの内周面に潤滑剤を供給する供給手段と、を備える。前記内周面のうち、隣接する前記ピストンリングに挟まれたポケット部に面する領域には、前記ポケット部内の潤滑剤を排出するための排出孔が設けられている。
【０００９】
また、上記発明において、前記排出孔は、前記内周面のうち、前記ピストンが内燃機関の燃焼室に対する下死点にあるときの前記ポケット部に面する位置に設けられていることが好適である。
【００１０】
また、上記発明において、前記排出孔は、前記内周面のうち、前記ピストンが内燃機関の燃焼室に対する上死点にあるときの前記ポケット部に面する位置に設けられていることが好適である。
【００１１】
また、上記発明において、前記ピストンの移動方向及び前記シリンダの中心軸は、水平方向に沿っており、前記供給手段から供給された潤滑剤の供給孔が、相対的に前記シリンダの内周面の鉛直方向上側に設けられ、前記排出孔は、相対的に前記内周面の鉛直方向下側に設けられていることが好適である。
【００１２】
また、上記発明において、前記排出孔には、吸引手段が接続されていることが好適である。
【００１３】
また、上記発明において、前記内燃機関は、フリーピストン機関であり、その動力がリニア発電機によって取り出されることが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ポケット部内に滞留する潤滑剤を速やかに排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る内燃機関を例示する側面断面図である。
【図２】図１の一部を拡大した側面断面図である。
【図３】本実施形態に係る内燃機関の別例を示す側面断面図である。
【図４】本実施形態に係る内燃機関の別例を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に、本実施形態に係る内燃機関１０を例示する。また、図２に、図１の破線円で示した部分の拡大断面図を示す。内燃機関１０は、往復同型の内燃機関であって、例えば、ピストン１２が機械的に拘束されていない、いわゆるフリーピストン機関である。
【００１７】
内燃機関１０は、シリンダ１４、ピストン１２、及びピストンリング１６を備える。ピストン１２は、シリンダ１４内を往復移動する。内燃機関１０が、フリーピストン機関であって、その動力がリニア発電機により、電力として取り出される場合、ピストン１２は、当該発電機の可動子として機能する。図２に示すように、ピストン１２は、シリンダ１４の内周面２０に対して外周面２２がクリアランスＣを持つように形成されている。
【００１８】
図１に示すように、ピストン１２は、内燃機関１０の燃焼室２４に面する燃焼室側端面２６ａと、内燃機関１０の空気室２８側に面する空気室側端面２６ｂを有する。空気室側端面２６ｂの面積は、燃焼室側端面２６ａよりも広くなるように形成されてよい。このようにすると、後述するように、空気室２８から十分な反発力を得ることが可能となる。
【００１９】
ピストン１２の外周面２２には、永久磁石２３が配置されている。永久磁石２３は、例えば、ピストン１２の大径部である空気室２８側の外周面２２に配置される。
【００２０】
また、図２に示すように、ピストン１２の外周面２２には、永久磁石２３と重複しない位置に、ピストンリング１６を取り付けるためのリング溝３０が形成されている。ピストンリング１６は燃焼室２４を気密に保つ役割を有していることから、リング溝３０はピストン１２の外周面２２のうち、燃焼室２４側に設けられる。また、複数のピストンリング１６が装着可能となるように、リング溝３０は複数設けられている。
【００２１】
リング溝３０は、ピストン１２の外周面２２の全周に亘って形成される。また、リング溝３０内でピストンリング１６が移動可能となるように、リング溝３０の溝幅は、ピストンリング１６の厚さよりも広くなるように形成されている。
【００２２】
ピストンリング１６は、シリンダ１４の内周面２０とピストン１２の外周面２２とのクリアランスＣをシールする役割を備える。ピストンリング１６は、ピストン１２の外周面２２に取り付けられ、ピストン１２の往復移動の際に、シリンダ１４の内周面２０に摺接する。
【００２３】
ピストンリング１６は、リング溝３０に遊嵌され、リング溝３０内でピストン１２とは相対移動可能な状態となっている。また、ピストンリング１６がシリンダ１４の内周面２０に当接可能となるように、ピストンリング１６は、径方向外側への付勢力を与えられた状態でピストン１２に取り付けられる。例えば、ピストンリング１６は、合い口とも呼ばれる切り欠きを備えた略Ｃ型形状をしており、シリンダ１４にピストン１２を挿入する際、この合い口を閉じるようにして、ピストンリング１６を径方向内側に閉じた状態にする。こうすることにより、ピストンリング１６には径方向外側への付勢力（自己張力）が与えられ、この付勢力により、ピストンリング１６はシリンダ１４の内周面２０に当接することができる。
【００２４】
ピストンリング１６は複数設けられ、例えば、ファーストリング１６ａ及びセカンドリング１６ｂを備える。ファーストリング１６ａは、主として、燃焼室２４内の燃焼ガスのリークを防止する。ファーストリング１６ａは、例えば、シリンダ内周面２０と摺接する摺接面が断面円弧状に形成された、バレルフェース型のリングであってよい。セカンドリング１６ｂは、主として、ファーストリング１６ａのリーク防止機能を補助するとともに、潤滑剤の膜厚調整を行う。セカンドリング１６ｂは、例えば、燃焼室２４側から空気室２８側に向かって外径が広がる、テーパフェース型のリングであってよい。
【００２５】
ファーストリング１６ａとセカンドリング１６ｂとの間に挟まれた箇所には、ポケット部３１が形成される。後述するように、ファーストリング１６ａ及びセカンドリング１６ｂのシール性能等に起因して、ポケット部３１は、潤滑剤が溜まり易い構造となっている。
【００２６】
図１に戻り、シリンダ１４は、両端が閉じられた中空形状の部材であって、内部にピストン１２を収容する。内燃機関１０がフリーピストン機関であり、その動力をリニア発電機によって電力として取り出す場合、シリンダ１４は、当該発電機の固定子として機能する。
【００２７】
シリンダ１４は、ピストン１２を挟んでその両端に、燃焼室２４及び空気室２８を備える。燃焼室２４は、燃料と新気（空気）との混合気の燃焼を行うチャンバである。燃焼室２４は、燃料噴射弁３２、点火プラグ３４、排気弁３６、掃気孔３８を備える。
【００２８】
燃料噴射弁３２は、燃焼室２４の端面（シリンダ１４の閉端面）に取り付けられた弁体であり、燃焼室２４内に燃料を噴射する。点火プラグ３４は、混合気を燃焼（爆発）させるための点火手段である。排気弁３６は、燃焼室２４の端面に取り付けられた弁体であり、燃焼後の排ガスを燃焼室２４から排出する。掃気孔３８は、シリンダ１４の内周面２０に設けられており、ピストン１２の変位に応じて開口量が変化するように構成されている。例えば、ピストン１２が燃焼室２４に対する下死点にあるとき、掃気孔３８の開口量は最大となり、ピストン１２が燃焼室２４に対する上死点にあるとき、掃気孔３８は閉じた状態となる。
【００２９】
なお、以下では、燃焼室２４に対する下死点とは、燃焼室２４側のシリンダ内空間の容積が最大となるピストン１２の位置を指し、燃焼室２４に対する上死点とは、燃焼室２４側のシリンダ内空間の容積が最小となるピストン１２の位置を指すものとする。
【００３０】
空気室２８は、シリンダ１４とピストン１２の端面に挟まれたチャンバである。空気室２８内には空気等のガスが存在する。このガスは、混合気の燃焼により空気室２８側に移動してきたピストン１２を、燃焼室２４側に押し戻す空気バネとして機能する。空気室２８には、室内の圧力を調整する調圧弁４０が設けられていてもよい。
【００３１】
シリンダ１４の内周面２０のうち、ピストン１２の外周面２２に設けられた永久磁石２３に面する位置には、コイル４２が設けられている。ピストン１２の移動に伴い、永久磁石２３とコイル４２とが相対移動する。この相対移動の過程でコイル４２に誘導起電力が発生し、発電が行われる。
【００３２】
また、シリンダ１４の内周面２０には、ピストンリング１６と摺接する箇所に、シリンダライナ４４が設けられていてもよい。シリンダライナ４４は、ピストンリング１６を円滑に摺動させるための円筒部材であって、耐摩耗性の部材から構成されている。
【００３３】
さらに、図２に示すように、シリンダ１４の内周面２０には、潤滑剤が供給される供給孔４６が形成されている。例えば、供給孔４６は、内周面２０のうち、ピストンリング１６と摺接する箇所に設けられる。供給孔４６は、シリンダライナ４４を貫通して設けられてよい。
【００３４】
内燃機関１０がいわゆる横型のものであって、ピストン１２の移動方向及びシリンダ１４の中心軸が水平方向に沿っている場合、供給孔４６は、相対的にシリンダ１４の内周面２０の鉛直方向上側に設けられてもよい。こうすることで、潤滑剤が自由落下により内周面２０に供給される。
【００３５】
供給孔４６は、潤滑剤を供給する供給手段４８（図１参照）に接続されている。供給手段４８は、例えば、潤滑剤であるエンジンオイルを圧送するオイルポンプであってよい。
【００３６】
また、シリンダ１４の内周面２０のうち、ポケット部３１に面する領域には、ポケット部３１内の潤滑剤を排出するための排出孔５０が設けられている。排出孔５０は、例えば、シリンダライナ４４を貫通して設けられる。
【００３７】
ファーストリング１６ａ及びセカンドリング１６ｂに挟まれたポケット部３１内に、潤滑剤５２が入り込むと、ファーストリング１６ａ及びセカンドリング１６ｂのシール性能等に起因して、ポケット部３１から潤滑剤５２が漏れ出しにくくなる。そこで、本実施形態では、ポケット部３１の潤滑剤を取り去るための排出孔５０を、シリンダ１４の内周面２０に設けている。
【００３８】
排出孔５０は、ピストン１２の速度が遅くなったときにポケット部３１から潤滑剤を取り去れるような位置に設けられていることが好適である。具体的には、排出孔５０は、内周面２０のうち、ピストン１２が燃焼室２４に対する下死点及び上死点の少なくとも一方にあるときの、ポケット部３１に面する位置に設けられていてよい。
【００３９】
ここで、図３に示すように、ピストン１２が、燃焼室２４に対する上死点にあるときの、ポケット部３１に面する位置に、排出孔５０が設けられていた場合、ピストン１２が燃焼室２４に対する下死点から上死点に向かう圧縮過程で、排出孔５０からシリンダ１４内の空気が漏れ出す可能性がある。この点から、排出孔５０は、内周面２０のうち、ピストン１２が燃焼室２４に対する下死点にあるときの、ポケット部３１に面する位置に設けられていることが好適である。なお、同様の理由で、供給孔４６は、ピストン１２が燃焼室２４に対する下死点にあるときの、ピストン１２の外周面２２と面する位置に設けられていることが好適である。
【００４０】
また、内燃機関１０がいわゆる横型のものであって、ピストン１２の移動方向及びシリンダ１４の中心軸が水平方向に沿っている場合、排出孔５０は、相対的にシリンダ１４の内周面２０の鉛直方向下側に設けられてもよい。こうすることで、ポケット部３１内の潤滑剤が自由落下により排出孔５０に滴下される。また、ポケット部３１内の潤滑剤の除去を速やかに行うために、排出孔５０には、負圧源等の吸引手段が設けられていてもよい。
【００４１】
なお、図４に示すように、空気室２８の気密性を保つために、空気室２８側にもピストンリング１６ｃ，１６ｄを設ける場合がある。この場合において、コイル４２との摺接を考慮して、ピストンリング１６ｃ，１６ｄは、コイル４２よりも柔らかい、樹脂等の材料から形成される。
【００４２】
シリンダ１４の内周面２０に対する、ピストンリング１６ｃ，１６ｄの摺動を円滑にするために、シリンダ１４の内周面２０に潤滑剤を供給する場合、ピストンリング１６ｃ，１６ｄに挟まれたポケット部５４には、潤滑剤が滞留するおそれがある。このような場合には、ポケット部５４内の潤滑剤を排出する排出孔５６を、シリンダ１４の内周面２０に設けてもよい。
【００４３】
このとき、空気室２８の圧縮過程でシリンダ１４内の空気が潤滑剤の排出孔５６から漏れ出さないように、排出孔５６は、内周面２０のうち、ピストン１２が空気室２８に対する下死点にあるときの、ポケット部５４に面する位置に設けられていることが好適である。なお、空気室２８に対する下死点とは、空気室２８側のシリンダ内空間の容積が最大となるピストン１２の位置を指すものとする。同様の理由で、潤滑剤を供給する供給孔５８は、内周面２０のうち、空気室２８に対する下死点にピストン１２があるときに、ピストン１２の外周面２２と面する位置に設けられていることが好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  内燃機関、１２  ピストン、１４  シリンダ、１６  ピストンリング、１６ａ  ファーストリング、１６ｂ  セカンドリング、２０  シリンダ内周面、２２  ピストン外周面、２３  永久磁石、２４  燃焼室、２６ａ  燃焼室側端面、２６ｂ  空気室側端面、２８  空気室、３０  リング溝、３１，５４  ポケット部、３２  燃料噴射弁、３４  点火プラグ、３６  排気弁、３８  掃気孔、４０  調圧弁、４２  コイル、４４  シリンダライナ、４６，５８  供給孔、４８  供給手段、５０，５６  排出孔、５２  潤滑剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014118901.tif 000006