(57)【要約】【課題】ピストンとシリンダ内面とのフリクションロスの減少を図った往復動エンジンを提供すること。【解決手段】往復動エンジン１は、環状ガス室３１を形成する上記第２ピストンリング２７は反スラスト側１３からスラスト側１２に向かって下り傾斜して設けられ、上記環状ガス室３１は反スラスト側１３からスラスト側１２に向かって次第に幅広く形成され、上記シリンダ２３の内面２４のスラスト側１２の上部位３３において、シリンダ２３の軸心４４に沿った方向４５に対してよりもシリンダ２３の円周方向４６に長く形成した凹所３４が形成され、ピストン２が上死点近傍に位置するとき、凹所３４の凹み空間３６を介してピストン２上方の燃焼室３７とピストン２に形成の上記環状ガス室３１が連通するようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガス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外周面とが直線上に形成され、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ランド部に環状ガス室を形成が形成され、この環状ガス室を形成する上記第２ピストンリングは反スラスト側からスラスト側に向かって下り傾斜して設けられ、上記環状ガス室は反スラスト側からスラスト側に向かって次第に幅広く形成され、上記シリンダの内面のスラスト側の上部位において、シリンダの軸心に沿った方向に対してよりもシリンダの円周方向に長く形成した凹所が形成され、ピストンが上死点近傍に位置するとき、凹所の凹み空間を介してピストン上方の燃焼室とピストンに形成の上記環状ガス室が連通するようにした往復動エンジン。
【請求項２】
凹所は、シリンダの軸心に沿った方向に対してよりもシリンダの円周方向に長く形成され、かつ中央部において上向きまたは下向きに折れ曲がり、その両側部が円周方向に向かって上り傾斜にまたは下り傾斜に形成され全体としてＶ字状またはへ字状に形成され、凹み空間が全体として一つに繋がったようにされた請求項１に項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、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】
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、国際公開第２００８／０４７４５３号公報（特許文献１から５参照）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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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
【特許文献５】国際公開第２００８／０４７４５３  Ａ１
【発明の概要】
【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共に、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スラスト側に広く形成し、スラスト側において、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の支持を図っても、ピストン反スラスト側に高圧ガスが回り込み、押し返しを受けて、ピストンに十分なガス圧支持の効果が得れない。またピストン振れ等を起こす。
【０００６】
ピストンとシリンダとのフリクションロスの低減が十分得られない。尚、国際公開第２００８／０４７４５３号は、上記のような欠陥は除去できるが、ピストン上方の燃焼高圧ガスをピストンに形成のガス室に導入するガス通路に形状等の工夫がなく、高圧ガスの流入が効果的に行われない。
【０００７】
そこで本発明は、上記の従来の技術の欠陥を除去し、ピストン上方の燃焼高圧ガスをピストンに形成のガス室に効果的に流入させ、十分に導入させたガス圧をもって、ピストン側圧に対抗して、ピストンをシリンダ内面から十分に浮かせた（又は支持）状態で降下させ、もってピストンとシリンダ内面と等のフリクションロスの減少を図った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】
【０００８】
本発明の往復動エンジンは、燃焼ガス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外周面とが直線上に形成され、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ランド部に環状ガス室が形成され、この環状ガス室を形成する上記第２ピストンリングは反スラスト側からスラスト側に向かって下り傾斜して設けられ、上記環状ガス室は反スラスト側からスラスト側に向かって次第に幅広く形成され、上記シリンダの内面のスラスト側の上部位において、シリンダの軸心に沿った方向に対してよりもシリンダの円周方向に長く形成した凹所が形成され、ピストンが上死点近傍に位置するとき、凹所の凹み空間を介してピストン上方の燃焼室とピストンに形成の上記環状ガス室が連通するようにしたものである。また、本発明の往復動エンジンは、上記凹所がシリンダの軸心に沿った方向に対してよりもシリンダの円周方向に長く形成され、かつ中央部において上向きまたは下向きに折れ曲がり、その両側部が円周方向に向かって上り傾斜にまたは下り傾斜に形成され全体としてＶ字状またはへ字状に形成され凹み空間が全体として一つに繋がったようにしたものである。
【０００９】
上記の構成によれば、ピストンが上死点近傍にあって、かつ第１ピストンリングがガス通路の凹所を通過中において、ピストン上方の燃焼ガス圧がピストン上面に作用するとき、ガス圧は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内面との隙間及びシリンダの内面に形成の凹所を介して燃焼ガスがピストンの環状ガス室に流入する。このとき上記凹所は、シリンダの円周方向に長く、また、中央部で上向きまたは下向きに折れ曲がり、その両側部がシリンダ円周方向に向かって、上り傾斜にまたは下り傾斜して形成され、かつ凹み空間が全体として一つに繋がって形成されているため、この凹所部でも第１ピストンリングはシリンダ内面に接し、支持されながらも、ガス通路つまり凹み空間が広く確保され、流れ易くなる。よって、ピストン上方の燃焼ガスは良好にピストンの環状ガス室に導入されて、この導入ガス圧によりピストンはスラスト側から反スラスト側に向かって押され、シリンダ内面が十分に浮かされた状態となる。
【００１０】
他方、ピストンは、反スラスト側において、シリンダ内面に接しているため、燃焼ガス圧はピストンの反スラスト側外周面へ回り込めない。このためピストンは反スラスト側からスラスト側への押し返しが生じず、スラスト側でのガス圧によるピストンへのガス圧支持、つまりピストンのフロート（浮かし）を減衰させない状態で爆発行程を降下する。
上記の状態から、ピストンにピストン側圧及びピストンピンとピストンの摩擦抵抗によるモーメント力がスラスト側へ向かって作用しても、これに対抗してピストンは、ガス圧支持されて降下する。
【００１１】
このため、ピストンとシリンダ内面とのフリクションロス等の低下が十分に得られるものである。
【００１２】
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】
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の例の縦断面説明図である。
【図２】図１に示す例の動作説明図である。
【図３】シリンダの内面の説明図である。
【図４】図３に示す例の動作説明図である。
【図５】シリンダ内面の凹所の形状を変えた例の動作説明図である。
【図６】図１に示す例のピストンの側面図である。
【図７】第１ピストンリングの配置を変化させたピストンの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【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。
【実施例】
【００１６】
第１図から第９図には、本発明の往復動エンジンの１実施例が示してある。
【００１７】
図６及び図７には、本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。
【００１８】
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。図６及び図７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とが直線１８上にそろえて、形成されている。
【００１９】
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の外周面２０を通る直線２１から内側に位置し、隙間２２がある。
【００２０】
ピストン２は、上記の如く形状であるため、図１及び図２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。
【００２１】
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。
【００２２】
さて、ピストン２は、図６に示すように、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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、ピストン２は、図７に示すように、ピストンリング溝４は、ピストン上面、つまり、クラウン部３と平行に形成し、ピストンリング溝５を、スラスト側１２に向かって次第に下り傾斜に形成して、ピストンリング溝４とピストンリング５とは反スラスト側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てもよい。図７に示すピストン２もまた、第１ピストンリング溝４と第２ピストンリング溝との間に囲まれた第２ランド部３０はスラスト側１２で広く、反スラスト側１３で狭くなっている。
【００２５】
さて、図１及び図２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に流入させたガス圧３９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に凹所３４が設けられている。なお、凹所３４はシリンダ内面２４からくぼみ状に形成してある。凹所３４は、後述するがガス圧の通路の役目をする。凹所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が凹所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が上死点近傍にあって、第１ピストンリング２６が凹所３４の上を通過中のときに、凹所３４の凹み空間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】
ところで、シリンダ２３の内面２４の凹所３４は、図３、図４、図５に示すように、シリンダ２３の軸心４４に沿った方向４５に対してよりも、シリンダ２３の円周方向４６に長く形成されている。凹所３４の形状は、図３、図４に示すように、正面から見て、その中央部４２で上向きに折れ曲がり、その両側部４３、４３が上に向かって上り傾斜して形成され、全体としてＶ字状に形成されたもの。また図５に示すように中央部４２で下向きに折れ曲がり、その両側部４３、４３が下に向かって下り傾斜して形成され全体としてヘ字状に形成されたものでもよい。
【００２９】
もちろん、凹所３４はその中央部４２から両側部４３、４３は凹み空間３６で１つに繋がっている。
【００３０】
上記のようになる凹所３４を第１ピストンリング２６（トップリング）が通過中にあるとき、凹所３４は図４、図５に示すように円周方向に長く、つまり横に長いにかかわらず、上記ピストンリング２６はシリンダ２３の内面２４に接して支持されながら、１個の凹所３４でもって、ガス通路、つまり凹み空間３６が長く、かつ流れ易く確保される。このため、ピストン上面の爆発燃焼ガス圧は良好にピストン２の環状ガス室３１に導入される。
【００３１】
環状ガス室３１に導入されたこのガス圧により、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より浮かされた状態となり、爆発行程を降下する。従って、ピストン２とシリンダの内面２４とのフリクションロスの低下が十分に得られる。尚、また、他方に、反スラスト側１３において、ピストン２はシリンダ２３の内面２４に接しているため、ピストン２の反スラスト側１３の外周面への燃焼ガスの回り込み侵入が阻止され、ピストン２のスラスト側１２へ向かってのガス圧による押し返しが生じない。従ってスラスト側１２からのピストン２へのガス圧支持、つまりピストン２をシリンダ内面２４からの浮かし作用を減衰させない状態でピストン２は爆発行程を降下する。
【００３２】
よって、ピストン２とシリンダ内面２４との摩擦抵抗が減少させられる。
【符号の説明】
【００３３】
１  往復動エンジン
２  ピストン
３  クラウン部
４  第１ピストンリング溝
５  第２ピストンリング溝
６  第２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
１４  ピストンの中心線
１５  ピストン上部体の中心線
１６  ピストン上部体１５の外周面
１７  スカート部の外周面
１８  直線
１９  スラスト側ピストン上部体の外周面
２０  スラスト側スカート部の外周面
２１  スラスト側直線
２２  隙間
２３  シリンダ
２４  内面
２５  隙間（クリアランス）
２６  第１ピストンリング
２７  第２ピストンリング
２８  オイルかきリング
２９  ピストンの軸線
３０  第２ランド部
３１  環状ガス室
３３  上部位
３４  凹所
３５  円周方向
３６  凹み空間
３７  燃焼室
３８  高圧ガス
３９  ガス圧
４１  矢印
４２  中央部
４３  両側部
４４  シリンダの軸心
４５  軸４４に沿った方向
４６  円周方向
【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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