(57)【要約】  往復動エンジン１は、ピストン２のトップリング５、セカンドリング６、セカンドランド７及びシリンダ内面８によって囲まれたガス室４に、膨張行程の初期においてシリンダ内面８のスラスト側１０の上部位２２に設けたガス通路２３からピストン上方の高圧燃焼ガス１２を導入し、ピストン２をスラスト側１０から支持するようになっており、ピストン２は、トップリング５及びセカンドリング６間を区画する区画手段３７を具備しており、ガス室４内に、ガス室４内に沿って伸びた掃除部材１３が上下方向に隙間２０をもって上下動自在に挿入され、ピストン２の往復運動による掃除部材１３の隙間２０分の上下移動によってガス室４内を掃除するようになっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンのトップリング、セカンドリング、セカンドランド及びシリンダ内面によって囲まれたスラスト側のガス室に、膨張行程の初期においてシリンダ内面のスラスト側の上部位に設けたガス通路からピストン上方の高圧燃焼ガスを導入し、この導入した高圧燃焼ガスによってピストンをスラスト側から支持する往復動エンジンにおいて、上記ピストンは、トップリング及びセカンドリング間をスラスト側と反スラスト側とのガス室に区画する区画手段を具備しており、上記スラスト側のガス室内に、当該スラスト側のガス室内に沿って伸びた掃除部材が上下方向に隙間をもって上下動自在に挿入され、ピストンの往復運動による掃除部材の上記隙間分の上下移動によってガス室内を掃除するようにした往復動エンジン。
【請求項２】
トップリングとセカンドリングとは、ピストン頂面に対して円周方向において平行に伸びている請求項１に記載の往復動エンジン。
【請求項３】
掃除部材は、ピストン頂面に対して円周方向において平行に伸びている上縁と下縁とを有している請求項１又は２に記載の往復動エンジン。
【請求項４】
掃除部材は、ピストンの往復運動によって、ガス室を形成するセカンドランドの表面を上下に掃くように上下運動するようになっている請求項１から３のいずれか一項に記載の往復動エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、爆発膨張行程において、ピストンに作用する側圧に対抗して、ピストンを高圧燃焼ガスによって支持（ガス圧フロート）し、ピストンとシリンダとの摩擦抵抗を減少させた往復動エンジンの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
これら（特許文献１から４）に記載の技術は、ピストンのセカンドランド部にガス室を形成し、爆発膨張行程初期に、このガス室に、シリンダ内面に設けたガス通路から、ピストン上方の高圧燃焼ガスを導入、保持させ、この導入、保持の高圧燃焼ガスによりピストンをスラスト側から支持し、ピストンとシリンダ内面との摩擦抵抗を減少する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第９２／０２７２２号
【特許文献２】国際公開第２００４／０７９１７７号
【特許文献３】欧州特許出願公開第１８７８９０１号明細書
【特許文献４】国際公開第２００８／０４７４５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、エンジン運転中、上記ガス室には、ピストン上方の高圧燃焼ガスの導入、保持、排出が繰り返される。すると、ガス室の表面には次第にカーボンの付着堆積が発生してくる。【０００５】
そこで、本発明は、エンジン運転が長期に渡り、上記ガス室に高圧燃焼ガスの導入、保持、排出が繰り返されても、ガス室にはカーボンの付着、堆積が発生しない往復動エンジンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の往復動エンジンは、ピストンのトップリング、セカンドリング、セカンドランド及びシリンダ内面によって囲まれたスラスト側のガス室に、膨張行程の初期においてシリンダ内面のスラスト側の上部位に設けたガス通路からピストン上方の高圧燃焼ガスを導入し、この導入した高圧燃焼ガスによってピストンをスラスト側から支持する往復動エンジンにおいて、上記ピストンは、トップリング及びセカンドリング間をスラスト側と反スラスト側とのガス室に区画する区画手段を具備しており、上記スラスト側のガス室内に、当該スラスト側のガス室内に沿って伸びた掃除部材が上下方向に隙間をもって上下動自在に挿入され、ピストンの往復運動による掃除部材の上記隙間分の上下移動によってガス室内を掃除するようになっている。【０００７】
本発明の往復動エンジンによれば、ピストンのトップリング、セカンドリング、セカンドランド及びシリンダ内面によって囲まれたスラスト側のガス室に、膨張行程の初期においてシリンダ内面のスラスト側の上部位に設けたガス通路からピストン上方の高圧燃焼ガスを導入し、この導入した高圧燃焼ガスによってピストンをスラスト側から支持する往復動エンジンにおいて、上記ピストンは、トップリング及びセカンドリング間をスラスト側と反スラスト側とのガス室に区画する区画手段を具備しており、上記スラスト側のガス室内に、当該スラスト側のガス室内に沿って伸びた掃除部材が上下方向に隙間をもって上下動自在に挿入され、ピストンの往復運動による掃除部材の上記隙間分の上下移動によってガス室内を掃除するようになっているために、エンジン運転が長期に渡り、上記ガス室に高圧燃焼ガスの導入、保持、排出が繰り返されても、ガス室にはカーボンの付着、堆積が発生し難い。【０００８】
本発明の往復動エンジンでは、トップリング及びセカンドリング間は、反スラスト側よりもスラスト側で上下方向において離反していても、また、掃除部材はその両端よりもスラスト側で上下方向において拡幅されていてもよい。このような往復動エンジンによれば、掃除部材の上下方向及び円周方向の運動をより好適に行わせ得る。【０００９】
上記掃除部材は、ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した（熱伝導性の悪い）金属板から形成いてもよく、また、ピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有すると共に当該ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成されていても、更に、ピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有した金属板から形成されていてもよい。【００１０】
上記掃除部材は、例えば、ステンレス板、ステンレス鋼板等の金属板から形成されていてもよい。【００１１】
トップリングとセカンドリングとは、ピストン頂面に対して円周方向において平行に伸びていてもよい。【００１２】
掃除部材は、ピストン頂面に対して円周方向において平行に伸びている上縁と下縁とを有していてもよい。【００１３】
上記掃除部材は、ピストンの往復運動によって、ガス室を形成するセカンドランドの表面を上下に掃くように上下運動するようになっていてもよい。【００１４】
尚、本発明往復動エンジンにおいて、上記「上下方向」及び「上下動」はピストンの往復運動方向に沿った方向であり、動きである。
【発明の効果】
【００１５】
上記ガス室が高圧燃焼ガスの導入、保持、排出の繰り返しにさらされていても、ガス室内は掃除部材が常に上下動を続け、掃除行為を行っているため、ガス室内はカーボンの付着、堆積が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の例の往復動エンジンの縦断面説明図である。
【図２】図２は、図１において掃除部材を断面で示した縦断面説明図である。
【図３】図３は、上記図１及び図２において示す掃除部材の斜視説明図である。
【図４】図４は、図１に示す例のＩＶ−ＩＶ線断面矢視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されないのである。
【実施例】
【００１８】
図１及び図２は、爆発膨張行程におけるピストン２の降下工程初期の様子を示す。【００１９】
図１及び図２には、爆発膨張行程初期にある本実施例の往復動エンジン１が示されている。【００２０】
２はピストン、３はシリンダである。そして、４はガス室である。【００２１】
ガス室４は、ピストン２のトップリング５とセカンドリング６と、セカンドランド７とシリンダ内面８とにより囲まれて形成されている。【００２２】
上記ガス室４には、当該ガス室４内に沿って伸びた円弧状の掃除部材１３がスラスト側１０から上記セカンドランド７に被せた状態で挿入されている。【００２３】
かつ、上記掃除部材１３はガス室４内において、上下方向（ピストン２の往復動方向）に隙間１７をもって上下動自在に挿入されている。【００２４】
以下、図３に示すように、上記掃除部材１３は、上記セカンドランド７の円周面に合わせて円弧形状に形成されている。また、掃除部材は、ピストン頂面１８に対して円周方向において平行に伸びている上縁２８と下縁２９とを有している。【００２５】
また、掃除部材１３は、正面、側面をガス室４の形状に合わせ、縦巾１４が円周方向において全体として均等となるように形成されている。【００２６】
さらに掃除部材１３は、上記縦巾１４が全体として、ガス室４の縦巾９より短くしてある。これは、この掃除部材１３がガス室４に挿入された状態で、上下方向に隙間１７を作るためである。この隙間１７の距離分、掃除部材１３はガス室４内で上下動する。【００２７】
図１及び図２に示すように、掃除部材１３はその正面中央部１５をスラスト側１０に合わせてガス室４に挿入されている。【００２８】
特に、掃除部材１３はエンジン運転中、ピストン２の往復運動によって、ガス室４を形成するセカンドランド７の表面を上下に掃くように上下動する。【００２９】
また、もちろん、掃除部材１３の厚みｔは、シリンダ内面８とセカンドランド７の表面１９との隙間２０内において、エンジン運転中、自由に上下（ピストン２の往復動方向に沿って）移動できる厚さである。【００３０】
掃除部材１３は、ステンレス、バネ鋼等耐熱性金属板により形成されていてもよいが、好ましくは、ピストン２の形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した（熱伝導性の悪い）金属板から形成いてもよく、また、ピストン２の形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有すると共にピストン２の形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成されていても、更に、ピストン２の形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有した金属板から形成されていてもよい。掃除部材１３は、その内周面及び外周面で、カーボンの付着、堆積の発生を好ましく防止し得る。掃除部材１３は、Ｃリング状である。【００３１】
本実施例往復動エンジン１のピストン２について、ガス室４を形成するところのトップリング５及びセカンドリング６は、ピストン頂面１８に対してピストン２の円周方向において平行に伸びている。【００３２】
また、シリンダ内面８のスラスト側１０の上部位２２には、複数のガス通路２３が設けられている。ピストン２の降下行程において、ピストン２のトップリング５がガス通路２３上を通過するとき、このガス通路２３の凹み２４を介して、ピストン２上方の燃焼室２５とピストン２の上記ガス室４とが連通し、燃焼室２５の高圧燃焼ガス１２がガス室４に導入され保持される。【００３３】
即ち、爆発膨張行程の初期において、ピストン２のトップリング５がシリンダ内面８の上部位のガス通路２３を通過するとき、ピストン２の上方の燃焼室２５とピストン２のガス室４とが通じ合い、高圧燃焼ガス１２がガス室４に導入、保持される。【００３４】
このとき、ピストン２は側圧の作用を受けスラスト側１０にシリンダ内面８に押し付けられようとするが、上記ガス室４に導入、保持された上記高圧燃焼ガス１２によってスラスト側１０から支持（ピストン２に作用する側圧に対抗して）された状態で降下行程を降下する。【００３５】
往復動エンジン１においては、トップリング５に対して平行に配設されたセカンドリング６を具備していてもよく、また、ピストン２は、トップリング５及びセカンドリング６間をスラスト側１０の半環状のガス室としての空間３５と反スラスト側１１の半環状のガス室としての空間３６とに区画する区画手段３７を具備していてもよい。【００３６】
上記の如くなる本実施例往復動エンジン１によれば、エンジン運転中、即ち、ピストン２が往復運動中、ピストン２のガス室４には、高圧燃焼ガス１２の導入（流入）、保持、排出が繰り返し行われていると共に、このガス室４内は掃除部材１３が上下動を続け、そのガス室４内の掃除行為を常に行っている。このため、ガス室４は繰り返して高圧燃焼ガス１２の導入、保持を受けるが、掃除部材１３の掃除行為によって、ガス室４内、特に、セカンドランド７の表面１９等にカーボンの付着、堆積の発生が防止される。【００３７】
区画手段３７は、トップリング５及びセカンドリング６間に設けられた区画部材４０及び４１と、区画部材４０をシリンダ内面８に向かって弾性的に付勢する付勢部材としてのばね４２と、区画部材４１をシリンダ内面８に向かって弾性的に付勢する付勢部材としてのばね４３と、トップリング５及びセカンドリング６間に位置して側周面６ｂに配されていると共に、シリンダ内面８に向かって凹状となっている溝部４４及び４５と、図４に示すリング溝８ａを規定する底面５４と底面５４に対向するセカンドリング６の内周面５５との間に生じる隙間を介して空間３５及び３６が互いに連通するのを阻止するように、リング溝８ａに配された阻止部材５６及び５７と、リング溝８ａに配されていると共に、阻止部材５６及び５７をセカンドリング６の内周面５５に向かって夫々弾性的に押圧する押圧部材としてのコイルばね５８及び５９と、底面５４に配されており、セカンドリング６の内周面５５に向かって凹状となっている凹状部（穴部）６０及び６１とを具備している。阻止部材５６及び５７の夫々は、本例では、円柱状のピンからなっている。区画部材４０は、溝部４４によって規定される空間に配されており、区画部材４１は、溝部４５によって規定される空間に配されている。阻止部材５６及びコイルばね５８は、凹状部６０によって規定される空間に配されており、阻止部材５７及びコイルばね５９は、凹状部６１によって規定される空間に配されている。区画部材４０及び４１と、ばね４２及び４３と、溝部４４及び４５と、阻止部材５６及び５７と、コイルばね５８及び５９と、凹状部６０及び６１とは、ピストンピン４ａの軸方向で夫々互いに対向して配されている。区画部材４０と阻止部材５６とは、往復動方向で互いに一直線上に並んで配されており、区画部材４１と阻止部材５７とは、往復動方向で互いに一直線上に並んで配されている。以上の区画手段３７によれば、阻止部材５６及び５７の夫々をリング溝８ａに配し、且つ、これらをコイルばね５８及び５９によって夫々弾性的に押圧することで、往復動エンジン１の各作動行程において、空間３５及び３６がリング溝８ａを介して連通することを阻止すると共に、区画部材４０及び４１をトップリング５及びセカンドリング６間に夫々配し、且つ、これらをばね４２及び４３によって夫々弾性的に押圧することで、往復動エンジン１の各作動行程において、空間３５及び３６が互いに連通することを阻止することができ、更に、例えば、ピストン３がガス圧及び慣性力によりピストンピン４ａの軸方向に直交する面内で回転運動した場合にあっても、阻止部材５６及び５７と、セカンドリング６との間に隙間が生じることをなくすことができると共に、区画部材４０及び４１とシリンダ内面８との間に隙間が生じることをなくすことができるため、スラスト側１０の空間３５に導入された燃焼ガスのガス圧を維持することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  往復動エンジン
２  ピストン
３  シリンダ
４  ガス室
５  トップリング
６  セカンドリング
７  セカンドランド
８  シリンダ内面
９  ガス室の縦巾
１０  スラスト側
１１  反スラスト側
１２  高圧燃焼ガス
１３  掃除部材
１４  掃除部材の縦巾
１５  正面中央部
１６  両側端
１７  上下隙間
１８  ピストン頂面
１９  セカンドランドの表面
２０  隙間
２２  上部位
２３  ガス通路
２４  凹み
２５  燃焼室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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