(57)【要約】【課題】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こと。【解決手段】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、この導入した高圧燃焼ガス１２によってピストン２をスラスト側１０から支持するようになっており、上記ガス室４内に、当該ガス室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の上記隙間２０分の上下移動によってガス室４内に蓄積される異物が掃除されるようになっている往復動エンジン。【選択図】図１
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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、上記ガス室内に、当該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に蓄積される異物が掃除されるようになっている往復動エンジン。
【請求項２】
掃除部材は、内周面及び外周面に凹凸部が形成されるように複数本のワイヤが重ね合わされてなる請求項１に記載の往復動エンジン。
【請求項３】
掃除部材は、内周面及び外周面に凹凸部が形成されるように圧縮成形された金属メッシュからなる請求項１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、上記ガス室内に、当該ガス室内に沿って伸びた掃除部材がスラスト側から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に蓄積される異物が掃除され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、上記ガス室内に、当該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に蓄積される異物が掃除され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おり、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。本発明の往復動エンジンでは、掃除部材は、内周面及び外周面に凹凸部が形成されるように複数本のワイヤが重ね合わされてなっていてもよく、斯かる場合には、掃除部材の内周面及び外周面に凹凸部が形成されるために、カーボンの付着、堆積の発生をより好ましく防止し得る。また、本発明の往復動エンジンでは、掃除部材は、内周面及び外周面に凹凸部が形成されるように圧縮成形された金属メッシュからなっていてもよく、斯かる場合には、掃除部材の内周面及び外周面に凹凸部が形成されるために、カーボンの付着、堆積の発生をより好ましく防止し得る。
【０００９】
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】
【００１０】
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】
【００１１】
【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３に示す掃除部材のＩＶ−ＩＶ断面矢視説明図である。
【図５】図５は、図１に示す例に用いられる他の掃除部材の斜視説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態の他の例の往復動エンジンの縦断面説明図である。
【図７】図７は、図６に示す例のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面矢視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【実施例】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。ガス室４は縦巾９がスラスト側１０で広く、反スラスト側１１で狭くなっている。
【００１７】
これは、ガス圧を受ける面積をスラスト側１０において広くし、反スラスト側１１で小さくし、導入、保持した高圧燃焼ガス１２によってピストン２をスラスト側１０から支持（ピストン側圧に対抗して）し、反スラスト側１１からの押し返しをわずかにするためにある。
【００１８】
さて、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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が正面中央部１５において、広く、両側端１６、１６で狭く形成されている。換言すれば、トップリング５及びセカンドリング６間は、反スラスト側１１よりもスラスト側１０で上下方向において離反しており、掃除部材１３はその両側端１６よりもスラスト側１０で上下方向において拡幅されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
上記掃除部材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る。本例の掃除部材１３は、図３及び図４に示すように、複数本のステンレスワイヤ３１が上下方向において互いに重ね合わされてなる。複数本のステンレスワイヤ３１は互いに溶接されている。各ステンレスワイヤ３１は、中央部で図４に示すように断面円形であって、中央部から離れるに従って断面において徐々に一部切欠かれた円形状である。複数本のステンレスワイヤ３１が重ね合わされてなる掃除部材１３は、その内周面及び外周面に凹凸部が形成されるために、カーボンの付着、堆積の発生をより好ましく防止し得る。また、往復動エンジン１は、上述の掃除部材１３に代えて、例えば図５に示すように、ガス室４に沿って伸びるように円弧状に圧縮成形された金属メッシュからなる掃除部材３２を具備していてもよい。金属メッシュからなる掃除部材３２は、その内周面及び外周面に凹凸部が形成されるために、カーボンの付着、堆積の発生をより好ましく防止し得る。掃除部材１３及び３２は、Ｃリング状である。
【００２７】
尚、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は、ピストン頂面１８と平行に設けられており、他方セカンドリング６はスラスト側１０に向かって下り傾斜して設けられている。即ち、セカンドリング６はスラスト側１０において上記トップリング５から遠く離れ、反スラスト側に近づくにつれて接近して設けられている。
【００２８】
よって、トップリング５とセカンドリング６との間（距離）、即ちガス室４の縦巾９はスラスト側１０において幅広く、反スラスト側１１に近づくにつれて次第に幅狭になっている。
【００２９】
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が上記ガス通路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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、上記掃除部材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。
【００３３】
尚、往復動エンジン１においては、セカンドリング６がトップリング５に対して図１及び図２に示すように傾斜しているが、斯かるセカンドリング６に代えて、例えば図６に示すように、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６ａを具備していてもよく、また、トップリング５及びセカンドリング６ａ間のガス室４をスラスト側１０の半環状の空間３５及び反スラスト側１１の半環状の空間３６に区画する区画手段３７を具備していてもよい。斯かるセカンドリング６ａ及び区画手段３７を具備している往復動エンジン１では、掃除部材１３に代えて、例えば、空間３５に配されていると共に縦巾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た掃除部材３８を具備していてもよい。掃除部材３８は、掃除部材１３と同様に、複数本のステンレスワイヤ３１が往復動方向において重ね合わされてなる。
【００３４】
区画手段３７は、トップリング５及びセカンドリング６ａ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６ａ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７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６ａ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６ａ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６ａ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６ａ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６ａ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】
【００３５】
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、３２  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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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