(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内面およびピストン本体外面の軸方向と直交する方向の断面形状が方形に形成されると共に該方形の各４つの角部はそれぞれ小円弧に形成されたレシプロエンジンであって、
前記ピストン本体の頭部外周面に各辺に沿って環状に連続する環状溝が軸方向に複数条形成され、前記各環状溝の４つの各辺にはシリンダ内壁面の各辺から両小円弧角部にかけて密着可能な分割シール片が装着され、
該各分割シール片の両端部は４つの各小円弧角部においてそれぞれ軸方向に重ね合わせられていて該各重ね合わせ部分は対向面側をそれぞれ半分の厚みに切欠することにより両分割シール片の上下面に対し平行な段部がそれぞれ形成され、
前記分割シール片の内側には該各分割シール片のそれぞれを独立してシリンダ内周面の各辺に当接する方向に常時押圧付勢する弾性押圧部材が設けられていることを特徴とするレシプロエンジン。
【請求項２】
前記重ね合わせ部分における一方の分割シール片には両分割シール片の重ね合わせ状態を維持させるための挟持片が突出形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジン。
【請求項３】
軸方向に対向する両分割シール片相互間において、前記シリンダ内壁面で４つの各小円弧角部に沿ってそれぞれ当接すると共に軸方向に対向する両分割シール片の各重ね合わせ部分に同時に当接する角部シール部材がそれぞれ設けられ、
該各角部シール部材をシリンダの小円弧内壁面に当接する方向に常時押圧付勢する弾性押圧部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のレシプロエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内をピストンが往復運動するレシプロタイプのエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、実用化されているレシプロエンジンは、そのシリンダおよびピストンの断面形状が円形に形成されている。即ち、従来のレシプロエンジンにおけるピストンは、略円柱形のピストン本体と、該ピストン本体の頭部外周に形成された環状溝に装着される複数本（一般的には２本）のコンプレッションリングおよび１本のオイルリングからなるピストンリングと、コンロッドに連結するためのピストンピンとで構成されている。
そして、前記コンプレッションリングは、シリンダ内の混合気や爆発ガスおよび排気ガスを逃がさないようにピストン本体とシリンダ内壁面との間をシールする役目をなすもので、また、前記オイルリングは、燃焼室内に潤滑オイルが入り込まないようにシリンダ内壁面に残る余分な潤滑オイルを掻き落とす役目をなすものであって、両リングはその一ケ所に合口と呼ばれる切れ目が形成され、リング自体の弾性によってシリンダ内壁面に密着させる構造となっている。
また、コンプレッションリングを複数本設ける理由は、前記合口にはリングが熱膨張した時の逃げを作る必要があることから、シリンダ内に装着された状態で僅かな隙間が残るようになっており、このため、この隙間からの漏れ分を２段構えで防止するためである。また、合口を斜めに形成することにより、複数の隙間が並んだ場合においてもストレートな吹き抜けを防止できるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、断面円形の従来例のレシプロエンジンにあっては、以下に述べるような問題点があった。
即ち、シリンダブロックに複数のシリンダを並設する場合において、シリンダが円形であると、エンジン排気量に関係するシリンダ内容積として利用できない死角部分が多くなるため、シリンダブロックの外形が大きくなり、これにより、エンジンを小型軽量化できないという問題点がある。
また、爆発時の圧力により、ピストンが下方へ押される時にコンロッドが傾いてクランクシャフトを回すことになるが、この時、クランクシャフトには同時に車体および路面からの負荷がかかり、ピストンはクランクシャフト側からも押されるため、ピストンはシリンダ内壁面に強く押し付けられてこすられる。そして、その後ピストンがコンロッドに引っ張られることで、こんどは前記シリンダ内壁面と対向する方向のシリンダ内壁面側にピストンが動き、この方向のシリンダ内壁面に爆発圧力を背負ったピストンが強く押し付けられてこすられることになる。つまり、これがサイドスラスト（側圧）で、これにより、シリンダ内壁面およびリングに片耗りを発生させることになる。そして、従来のレシプロエンジンは、シリンダ、ピストン本体およびピストンリングが円形であり、かつ、ピストンリングは円周方向に一体のもので一カ所の切れ目により放射方向に弾性力を有するのみであるため、前記片耗りによる隙間を修正する機能はなく、従って、シリンダ内の混合気や爆発ガスおよび排気ガスを逃がさないようにピストン本体とシリンダ内壁面との間をシールするというコンプレッションリングの機能を長く持続することができないという問題点があった。
【０００４】
なお、シリンダおよびピストン本体の断面形状で、円形以外の断面形状のものとしては、例えば、特開昭５９−１８１２４６号公報に記載の「角形ピストンエンジン」や、実公昭５９−９０６９号公報に記載の「異径シリンダ用ピストンのリング装置」、等が提案されている。
前者は、シリンダおよびピストン本体の断面形状を角形にしたもので、このように角形にすることにより、シリンダブロックに複数のシリンダを並設する場合において、エンジン排気量に関係するシリンダ内容積として利用できない死角部分がほとんどなくなるため、シリンダブロックの外形を最小限に小さくできるという利点がある。
しかしながら、この従来例では、コンプレッションリングとしてローラベアリング状のローラリングを４辺に複数本づつ嵌入した構造となっているが、直角に隣接する両ローラリングの突き合わせ部には、ローラリングが熱膨張した時の逃げを作るために隙間を形成する必要があり、しかも、この隙間がシリンダの軸方向に全て並んだ状態となるため、ストレートな吹き抜け路が形成されてしまうという問題点がある。
さらに、各ローラリングにはシリンダ内壁面方向へ常時押圧付勢する手段を有していないため、ローラリング同士の接触による摩耗が生じることで、コンプレッションリングとしての機能を果たせなくなるという問題点がある。
【０００５】
また、後者は、シリンダおよびピストン本体の断面形状を、一方の対向面は平行で、もう一方の対向面が半円状の略楕円状に形成にしたもので、このように略楕円状角形にすることにより、シリンダブロックに複数のシリンダを並設する場合において、エンジン排気量に関係するシリンダ内容積として利用できない死角部分を真円に比べて少なくできるため、シリンダブロックの外形を小さくできるという利点がある。
しかしながら、この従来例では、コンプレッションリングとして、前記両各平行部と両各半円部の４つの分割片で構成するようにしたものであるため、前者の場合と同様に各分割片相互の突き合わせ部には、ローラリングが熱膨張した時の逃げを作るために隙間を形成する必要があり、しかも、この隙間がシリンダの軸方向に全て並んだ状態となることから、ストレートな吹き抜け路が形成されてしまうため、この隙間を閉塞するために４つのシール部材が必要不可欠なものとなる。
さらに、各分割片は、波状スプリングによりシリンダ内壁面方向へ常時押圧付勢されるようになっているが、特に両各半円部の分割片自体には弾性力を有していないため、サイドスラスト（側圧）により両各平行部との両接合端部側に生じる片耗りによって生じた隙間を修正する機能はなく、従って、シリンダ内の混合気や爆発ガスおよび排気ガスを逃がさないようにピストン本体とシリンダ内壁面との間をシールするというコンプレッションリングの機能を長く持続することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、エンジン排気量に関係するシリンダ内容積として利用できない死角部分をなくすことでシリンダブロックの外形を最小限に小さくでき、これにより、エンジンの小型軽量化を可能とすると共に、シリンダ内の混合気や爆発ガスおよび排気ガスを逃がさないようにピストン本体とシリンダ内壁面との間をシールするというコンプレッションリングの機能を長く持続させることができるレシプロエンジンを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的達成のために本発明請求項１記載のレシプロエンジンでは、シリンダ内面およびピストン本体外面の軸方向と直交する方向の断面形状が方形に形成されると共に該方形の各４つの角部はそれぞれ小円弧に形成されたレシプロエンジンであって、前記ピストン本体の頭部外周面に各辺に沿って環状に連続する環状溝が軸方向に複数条形成され、前記各環状溝の４つの各辺にはシリンダ内壁面の各辺から両小円弧角部にかけて密着可能な分割シール片が装着され、該各分割シール片の両端部は４つの各小円弧角部においてそれぞれ軸方向に重ね合わせられていて該各重ね合わせ部分は対向面側をそれぞれ半分の厚みに切欠することにより両分割シール片の上下面に対し平行な段部がそれぞれ形成され、前記分割シール片の内側には該各分割シール片のそれぞれを独立してシリンダ内周面の各辺に当接する方向に常時押圧付勢する弾性押圧部材が設けられている構成とした。
【０００８】
請求項２記載のレシプロエンジンでは、請求項１に記載のレシプロエンジンにおいて、前記重ね合わせ部分における一方の分割シール片には両分割シール片の重ね合わせ状態を維持させるための挟持片が突出形成されている構成とした。
【０００９】
請求項３記載のレシプロエンジンでは、請求項１または２に記載のレシプロエンジンにおいて、軸方向に対向する両分割シール片相互間において、前記シリンダ内壁面で４つの各小円弧角部に沿ってそれぞれ当接すると共に軸方向に対向する両分割シール片の各重ね合わせ部分に同時に当接する角部シール部材がそれぞれ設けられ、該各角部シール部材をシリンダの小円弧内壁面に当接する方向に常時押圧付勢する弾性押圧部材が設けられている構成とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明の実施の形態のレシプロエンジンの構成を図面に基づいて説明する。なお、図１は本発明の実施の形態のレシプロエンジンのピストン部分を示す一部切欠斜視図、図２は同要部の横断平面図、図３は図２の III−III 線における拡大断面図、図４、５は分割シール片を示す斜視図、図６は弾性押圧部材を示す斜視図、図７、８は角部シール部材を示す斜視図であり、これらの図において、１はシリンダ、２はピストン本体、３、４はコンプレッションリングＡを構成する分割シール片、５は弾性押圧部材、６、７はオイルリングＢを構成する分割片、８、９は角部シール部材、１０はピストンピンを示す。
【００１１】
前記シリンダ１の内面と、ピストン本体２の外面は、その軸方向と直交する方向の断面形状がピストンピン１０の長手方向に長い長方形に形成されると共に、該長方形の各４つの角部はそれぞれ小円弧Ｒに形成されている。
また、前記ピストン本体２の頭部外周面には、各４つの辺に沿って環状に連続する環状溝１１、１１が軸方向に近接して２条形成され、その下部にもう１条の環状溝１２が形成されている。なお、前記２条の環状溝１１、１１はコンプレッションリングＡを装着するための溝であり、１条の環状溝１２はオイルリングＢを装着するための溝である。
【００１２】
前記コンプレッションリングＡは、シリンダ１内の混合気や爆発ガスおよび排気ガスを逃がさないようにピストン本体２とシリンダ１内壁面との間をシールする役目をなすもので、図４、５にそれぞれ示すように、２種類の分割シール片３、４からなり、図２に示すように、各分割シール片３、４をそれぞれ同一種類同士を対向する状態で２個づつ組み合わせることにより環状（長方形状）のコンプレッションリングＡを形成するようになっている。各分割シール片３、３、４、４は、板状でその長手方向外側端面にシリンダ１内壁面の各辺から両小円弧Ｒの角部にかけて密着可能なシール面ｓを持ち、前記各環状溝１１を構成する４辺の各溝内にそれぞれ軸方向および径方向に僅かな隙間を残した状態で装着されている。
【００１３】
そして、長方形に組み合わされた各分割シール片３、４、３、４の両端部同士は４つの各小円弧Ｒの角部においてそれぞれ長辺側の分割シール片４、４が上になる状態で軸方向に重ね合わせられていて、該各重ね合わせ部分は、対向面側をそれぞれ半分の厚みに切欠することにより両分割シール片３、４の上下面に対し平行な段部１３、１４がそれぞれ形成されている。また、前記重ね合わせ部分における短辺側の分割シール片３、３の上面で両端切欠面側には、両分割シール片３、４、３、４の重ね合わせ状態を維持させるための挟持片１５、１５が突出形成されている。なお、前記両各重ね合わせ部分には、周方向にそれぞれ若干のずれを許容するための隙間が形成されている。
【００１４】
前記弾性押圧部材５は、各分割シール片３、３、４、４のそれぞれを独立してシリンダ１内周面の各辺にシール面ｓを当接させる方向に常時押圧付勢する役目をなすものであり、図２に組み付け状態、図６に単体をそれぞれ示すように、略く字状に形成されると共に、その両端部に係止軸部５１、５１が形成された構造となっている。そして、この弾性押圧部材５をその弾力性に抗して折り曲げた状態で前記各係止軸部５１、５１を分割シール片３、４の内側に切欠形成された軸支部３１、４１にそれぞれ係止させ、両分割シール片３、４に跨がる状態で各角部に組み付けることにより、各弾性押圧部材５の反発力によって各分割シール片３、４、３、４が独立してシリンダ１内周面の各辺にそれぞれのシール面ｓを当接させる方向に常時押圧付勢されるようになっている。
なお、長辺側の分割シール片４、４の中央部内面とピストン本体２との間には、図２に示すように、コイルスプリングよりなる弾性押圧部材５０、５０が介装されている。
【００１５】
前記オイルリングＢは、燃焼室内に潤滑オイルが入り込まないようにシリンダ内壁面に残る余分な潤滑オイルを掻き落とす役目をなすものであるが、基本的には前述のコンプレッションリングＡを構成する分割シール片３、４、３、４とほぼ同様の組み合わせ構造の分割片６、７、６、７で構成されると共に、前記弾性押圧部材５、５０を用いている点で同様であるためその説明を省略する。
【００１６】
前記角部シール部材８、９は、小円弧Ｒの各角部のシール性を高めると共に、コンプレッションリングＡ、ＡおよびオイルリングＢを補強する役目をなすものであり、図７、８に示すように、外面の上下両側縁部に各角部の小円弧Ｒ面に沿った小円弧状シール面８１、８１、９１、９１を有する円弧状に形成されると共に、両コンプレッションリングＡ、Ａの対向面およびコンプレッションリングＡとオイルリングＢとの対向面で、両分割シール片３、４の各重ね合わせ部分または両分割片６、７に同時に当接するようにそれぞれの高さが設定されている。
【００１７】
そして、前記角部シール部材８、９の内側中心部には、該角部シール部材８、９とピストン本体２との間に介装されるコイルスプリングよりなる弾性押圧部材１６の一端を装着係止する係止片８２、９２が突出形成されていて、弾性押圧部材１６により、各角部シール部材８、９をシリンダ１内角部に形成された各小円弧Ｒの内壁面に当接する方向に常時押圧付勢されている。
なお、図において１７は、ピストン本体２のぶれを抑制するために突出形成した安定片を示す。
【００１８】
次に、この発明の実施の形態のレシプロエンジンの作用・効果を説明する。
即ち、この発明の実施の形態のレシプロエンジンは、上述のように構成されるため、シリンダ１における両長辺側の内壁面と長辺側の両分割シール片４、４の全シール面ｓ、および、短辺側の両分割シール片３、３における長手方向端面部分のシール面ｓがサイドスラスト（側圧）を受け、この部分が集中的に摩耗することで片耗り状態を発生させ、両長辺側のシリンダ１内壁面と両分割シール片４、４との間に隙間を発生させることになるが、各弾性押圧部材５の反発力によって各分割シール片３、４、３、４が独立してシリンダ１内周面の各辺にそれぞれのシール面ｓを当接させる方向に常時押圧付勢されているため、片耗りによる隙間を常に修正することができるようになる。
【００１９】
また、前記片耗りによる隙間修正作用により各分割シール片３、４、３、４の位置がシリンダ１の内壁面方向にそれぞれ移動して広がっても、各分割シール片３、４、３、４の両端が両段部１３、１４において重ね合わされているため、両分割シール片３、４の接続部分においても軸方向に洩れを発生させるような隙間を発生させることもなく、従って、シリンダ１内の混合気や爆発ガスおよび排気ガスを逃がさないようにピストン本体２とシリンダ１内壁面との間をシールするというコンプレッションリングＡの機能を維持させることができるようになる。なお、同様に、オイルリングＢの機能を維持させることができるようになる。
【００２０】
さらに、上述のように、各分割シール片３、４、３、４の両端が両段部１３、１４において重ね合わされることで、片耗りによる隙間の修正範囲を広くとることが可能となるため、コンプレッションリングＡの機能を長期間に渡って維持させることができるようになる。なお、同様に、オイルリングＢの機能も長期間に渡って維持させることができるようになる。
また、挟持片１５により、両分割シール片３、４の重ね合わせ状態を維持させることができるため、重ね合わせ部分における洩れを防止することができると共に、各分割シール片３、４、３、４の一体化により強度および耐久性を高めることができるようになる。
また、角部シール部材８、９により、各小円弧Ｒの角部のシール性が高められると共に、コンプレッションリングＡ、ＡおよびオイルリングＢが各角部で軸方向に補強されるため、各リングＡ、Ａ、Ｂの耐久性を高めることができるようになる。
【００２１】
以上説明して来たように、この発明の実施の形態のレシプロエンジンでは、エンジン排気量に関係するシリンダ１内容積として利用できない死角部分をなくすことでシリンダブロックの外形を最小限に小さくでき、これにより、エンジンの小型軽量化が可能になると共に、シリンダ１内の混合気や爆発ガスおよび排気ガスを逃がさないようにピストン本体２とシリンダ１内壁面との間をシールするというコンプレッションリングＡの機能を長く持続させることができるようになり、従って、レシプロエンジンの出力を維持しつつ耐久性を高めることができるようになるという効果が得られる。
【００２２】
以上、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明してきたが、具体的な構成はこれらの発明の実施の形態に限られるものではない。
例えば、発明の実施の形態では、略く字状の弾性押圧部材をピストン本体には当接しない状態に設けたが、中央部をピストン本体の角部に当接させ、この角部を支点として弾性力を発生させるようにしてもよい。
また、発明の実施の形態では、弾性押圧部材を各分割シール片の内面側に設けたが、上面側に設けるようにしてもよい。
また、発明の実施の形態では、弾性押圧部材を隣接する両分割シール片相互間に介装させたが、ピストン本体との間に介装させるようにしてもよい。
【００２３】
また、発明の実施の形態では、両各分割シール片における両端重ね合わせ部に形成される段部を同一面側に形成したが、一方は反対面側に形成するようにしてもよい。
また、発明の実施の形態では、シリンダの内面とピストン本体の外面形状を長方形状に形成したが、正方形であってもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明請求項１記載のレシプロエンジンでは、シリンダ内面およびピストン本体外面の軸方向と直交する方向の断面形状が方形に形成されると共に該方形の各４つの角部はそれぞれ小円弧に形成されたレシプロエンジンであって、前記ピストン本体の頭部外周面に各辺に沿って環状に連続する環状溝が軸方向に複数条形成され、前記各環状溝の４つの各辺にはシリンダ内壁面の各辺から両小円弧角部にかけて密着可能な分割シール片が装着され、該各分割シール片の両端部は４つの各小円弧角部においてそれぞれ軸方向に重ね合わせられていて該各重ね合わせ部分は対向面側をそれぞれ半分の厚みに切欠することにより両分割シール片の上下面に対し平行な段部がそれぞれ形成され、前記分割シール片の内側には該各分割シール片のそれぞれを独立してシリンダ内周面の各辺に当接する方向に常時押圧付勢する弾性押圧部材が設けられている構成としたことで、エンジン排気量に関係するシリンダ内容積として利用できない死角部分をなくすことでシリンダブロックの外形を最小限に小さくでき、これにより、エンジンの小型軽量化が可能になると共に、シリンダ内の混合気や爆発ガスおよび排気ガスを逃がさないようにピストン本体とシリンダ内壁面との間をシールするというコンプレッションリングとしての機能を長く持続させることができるようになり、従って、レシプロエンジンの出力を維持しつつ耐久性を高めることができるようになるという効果が得られる。
【００２５】
請求項２記載のレシプロエンジンでは、請求項１に記載のレシプロエンジンにおいて、前記重ね合わせ部分における一方の分割シール片には両分割シール片の重ね合わせ状態を維持させるための挟持片が突出形成されている構成としたことで、各分割シール片の重ね合わせ状態を維持させることができるため、重ね合わせ部分における洩れを防止することができると共に、各分割シール片一体化により強度および耐久性を高めることができるようになる。
【００２６】
請求項３記載のレシプロエンジンでは、請求項１または２に記載のレシプロエンジンにおいて、軸方向に対向する両分割シール片相互間において、前記シリンダ内壁面で４つの各小円弧角部に沿ってそれぞれ当接すると共に軸方向に対向する両分割シール片の各重ね合わせ部分に同時に当接する角部シール部材がそれぞれ設けられ、該各角部シール部材をシリンダの小円弧内壁面に当接する方向に常時押圧付勢する弾性押圧部材が設けられている構成としたことで、各小円弧の角部のシール性が高められると共に、各重ね合わせ部分が軸方向に補強されるため、各分割シール片の耐久性を高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のレシプロエンジンのピストン部分を示す一部切欠斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態のレシプロエンジンの要部の横断平面図である。
【図３】図２の III−III 線における拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態のレシプロエンジンにおける短辺側分割シール片を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態のレシプロエンジンにおける長辺側分割シール片を示す裏面側斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態のレシプロエンジンにおける弾性押圧部材を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態のレシプロエンジンにおける角部シール部材を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態のレシプロエンジンにおける角部シール部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ａ  コンプレッションリング
Ｂ  オイルリング
Ｒ  小円弧
ｓ  シール面
１  シリンダ
２  ピストン本体
３  短辺側分割シール片（コンプレッション）
４  長辺側分割シール片（コンプレッション）
５  弾性押圧部材
６  分割辺（オイルリング）
７  分割辺（オイルリング）
８  角部シール部材
９  角部シール部材
１０  ピストンピン
１１  環状溝
１２  環状溝
１３  段部
１４  段部
１５  挟持片
１６  弾性押圧部材
１７  安定片
３１  軸支部
４１  軸支部
５０  弾性押圧部材
５１  係止軸部
８１  小円弧状シール面
８２  係止片
９１  小円弧状シール面
９２  係止片
【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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