(57)【要約】【課題】機関運転中、ピストンの首振り、揺動、横揺れ等ピストンの振れを抑え、ピストンとシリンダ、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、ブローバイガスの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すること。【解決手段】往復動エンジン１は、燃焼・膨張ガス圧力を受ける上面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を支持するピストンボス部１１とを備えたピストン２を具備しており、ピストン上部体８は、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。【選択図】図１
2009127455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼・膨張ガス圧力を受けるピストンの上面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部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最大径部の外周面とが垂直線上にそろえて形成され、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最大径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形成され、ピストン上部体の外周面に配置された第１ピストンリングは、ピストン上面からの距離が反スラスト側からスラスト側に向かって次第に長くなるように、傾斜して配置され、トップランドがスラスト側で広く、反スラスト側に向かって次第に狭く形成されており、上死点、また上死点近傍において、ピストンの上方高圧ガスを、反スラスト側のトップランドに回り込ませにくくすると共に、スラスト側のトップランドに主に作用させて、ピストンをスラスト側から支持し、かつ、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がシリンダ内面に接して爆発、膨張行程を下降するようにした往復動エンジン。
【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、コンロッドの傾きによりピストンに働くスラスト力（側圧）に対抗して、ピストン上方の高圧ガスによりピストンをスラスト側から反スラスト側に向かって支持することにより、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の低減を図った往復動エンジンに関する。
【０００２】
本発明は、ピストンを、そのピストン上体部の外周面におけるトップランドにおいて、ガス圧によりピストンを支持するようにした往復動エンジンに関する。
【０００３】
更に、本発明は、ピストンの上面に近いトップリングを傾斜して設け、トップランドをスラスト側で広く、反スラスト側で狭くしたピストンを組込んだ往復動エンジンの改良に係る。
【０００４】
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である。
【背景技術】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ９２／０２７２２号パンフレット
【０００６】
この特許文献１に記載の技術においては、ピストンのトップリングが、傾斜して設けられている。そして、このトップリングは、ピストンの上面からの距離が、反スラスト側で短く、スラスト側で長く、反スラスト側からスラスト側に向って次第に長くなるように配置されている。従って、ピストン上面とトップリングとの間の外周面、つまり、トップランドはスラスト側で広く、反スラスト側で狭くなっている。
【０００７】
上記の構成になるピストンを組込んだ従来の往復動エンジンは、爆発、膨張行程で、ピストン上方の爆発・膨張の高圧ガスをトップランドのスラスト側に主に作用させ、ピストンに働くスラスト力（側圧）に対抗してピストンをスラスト側から反スラスト側に向かって、支持し、スラスト側でのピストンとシリンダとの摺動摩擦抵抗の低減を図ったものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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において、シリンダ内面との間に必ず隙間が存在する。
【０００９】
このため、従来の技術のように、トップリング上方のトップランドをスラスト側で広く、反スラスト側で狭くし、高圧ガスを、主にトップランドのスラスト側に作用させることによりピストンを支持しても、上死点でのピストンの揺動現象は変わりない。即ち、上記隙間の存在のため、機関運転中、特に、上死点での反転時、モーメント荷重、スラスト力によりピストンは首振り、揺動を起す。ピストンのピストン上部体及びスカート部がシリンダに衝突する。このためピストンとシリンダ、ピストンリングとシリンダ、ピストンリングとピストンリング溝との間でフリクションロスを生じさせている。また、ピストンの振れにより、ブローバイガスの発生を起こしている。
【００１０】
そこで、本発明は、機関運転中、ピストンの首振り、揺動、横揺れ等ピストンの振れを抑え、ピストンとシリンダ、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、ブローバイガスの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の提供を図ったものである。
【００１１】
以下、トップリングを第１ピストンリングと称す。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の往復動エンジンは、燃焼・膨張ガス圧力を受けるピストンの上面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部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最大径部の外周面とが垂直線上にそろえて形成され、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最大径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形成され、ピストン上部体の外周面に装置された第１ピストンリングは、ピストン上面からの距離が反スラスト側からスラスト側に向かって次第に長くなるように、傾斜して配置され、トップランドがスラスト側で広く、反スラスト側に向かって次第に狭く形成されており、上死点、また上死点近傍において、ピストンの上方高圧ガスを反スラスト側のトップランドに回り込ませにくくすると共に、スラスト側のトップランドに主に作用させて、ピストンをスラスト側から支持し、かつ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がシリンダ内面に接して爆発、膨張行程を降下するようにしたものである。
【００１３】
上記の構成によれば、シリンダに組込まれたピストンは、直立姿勢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最大径部の外周面とが、共にシリンダの内面に添い当り接している。他方、スラスト側においては、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形成されている。しかも、ピストン上部体のトップランドは、スラスト側で広く、反スラスト側に向って次第に狭くなり、反スラスト側において、ピストン上部体の外周面はシリンダの内面に接した状態となっている。
【００１４】
このため、ピストンが圧縮行程終期から爆発膨張行程初期、即ち上死点また上死点近傍に位置するとき、ピストンの上方の高圧ガスが、ピストンのスラスト側において、トップランドに広い面積で作用し、反スラスト側のトップランドにはその作用が非常に小さい。
【００１５】
よって、ピストンはスラスト側から主に押され、反スラスト側からの押し返しが生ぜず、ピストンはスラスト側からガス圧によって支持された状態が形成される。
【００１６】
燃焼・膨張行程を降下するピストンには、コンロッドのスラスト側の傾きにより、スラスト側に向って側圧（スラスト力）が働くが、上記ガス圧による支持によって対抗し、ピストンとシリンダの内面とフリクションが低減される。
【００１７】
さらに、ピストンはスラスト側からの上記ガス圧の支持により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接し状態を形成し、直立姿勢を保つため、ピストンは横振れ、揺動、シリンダとの衝突が抑えられる。このため、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、ピストンの振動によるブローバイガスの吹き抜け防止が得られる。
【００１８】
更に、ピストンは、高温高圧のガス圧を受ける上面を有するピストン上部体が、反スラスト側において、シリンダに接しているため、従来のピストンリングのみのシリンダとの接触に比べ、シリンダとの接触面積が広く増加し、ピストンからシリンダへの熱の流れが大きく、ピストン上面の冷却が効果的に行われる。
【００１９】
これ故、異常燃焼が防止でき、またエンジン全体の熱上昇が低く吸収効率が良好に確保できる。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
第１図から第３図には、本発明の往復動エンジンの実施例が示してある。第４図には、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。
【００２３】
さて、ピストン２は、燃焼・膨張ガス圧力を受けるピストンの頂面、つまりピストン２の上面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を支持するピストンボス部１１とを備える。
【００２４】
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。
【００２５】
上記ピストンリング溝４、５、６は、ピストン２の上面３に近い順に、第１ピストンリング溝４、第２ピストンリング溝５、オイルリング溝６である。
【００２６】
第１ピストンリング溝４には第１ピストンリング２６が入れられ、第２ピストンリング溝５には第２ピストンリング２７が入れられ、オイルリング溝６にはオイルリング２８が入れられる。
【００２７】
もちろん、第１ピストンリング２６はトップリング、第２ピストンリング２７はセカンドリングである。
【００２８】
上記ピストン上部体８の外周面１６において、ピストン２の上面３と第１ピストンリング４との間は、もちろんトップランド３０であり、第１ピストンリング溝４と第２ピストンリング溝５との間がセカンドランドである。
【００２９】
第１図から第４図において、１２はスラスト側を示し、１３は反スラスト側を示す。特に、第４図に示すように、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。
【００３０】
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の最大径部の外周面１７とが垂直線１８上にそろえられて、形成されている。
【００３１】
一方、スラスト側１２において、ピストン上部体８の外周面１６は、スカート部１７の最大径部の外周面２０を通る垂直線２１から内側に位置し、隙間１９がある。
【００３２】
ピストン２は、上記の如く形状であるため、第１図に示すように、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の最大径部の外周面１７とが同時に、共にシリンダ２３の内面２４に添い当り接している。
【００３３】
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１６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。
【００３４】
また、ピストン２は、少なくとも上記第１ピストンリング溝４が、ピストン２の軸線２９に直交する面に対して傾斜して設けられている。
【００３５】
さらに、その第１ピストンリング溝４の傾斜は、ピストン２の上面３からの距離Ａが反スラスト側１３からスラスト側１２に向かうに従って、次第に長くなるように設けられている。
【００３６】
このため、ピストン２の上面３と第１ピストンリング溝４との間の、トップランド３０は、反スラスト側１３で狭く、スラスト側１２で広く、反スラスト側１３からスラスト側１２に向って次第に広くなっている。
【００３７】
なお、本実施例において、第２ピストンリング溝５は、上記第１ピストンリング溝４に平行に設けられている。
【００３８】
さて、第１図、第２図には、上記のようになるピストン２に、第１ピストンリング２６、第２ピストンリング２７、オイルリング２８が装着されて、シリンダ２３内に組込まれ、機関運転中の状態が示されている。
【００３９】
シリンダ２３に組込まれたピストン２は、直立姿勢で反スラスト側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の最大径部の外周面１７とが、共にシリンダ２３の内面２４に添い当り接している。
【００４０】
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１６とシリンダ２３の内面２４との間に隙間２５が形成されている。
【００４１】
しかも、ピストン上部体８のトップランド３０は、スラスト側１２で広く、反スラスト側１３に向って次第に狭くなり、反スラスト側１３において、ピストン上部体８の外周面１６はシリンダ２３の内面２４に接した状態となっている。
【００４２】
このため、ピストン２が圧縮行程終期から爆発、膨張行程初期、即ち上死点また上死点近傍に位置するとき、シリンダ２３の内面２４と、ピストン２のトップランド３０との間の空間３１はスラスト側１２で大きく、ピストン２の上方の燃焼室３２の燃焼・膨張ガス圧３３に十分に通じており、かつガス圧を受けるトップランド３０は広い。
【００４３】
他方、反スラスト側１３においては、上記空間３１が閉じられた状態にあり、このため、反スラスト側１３においては、ピストン２のトップランド３０には、上記の燃焼・膨張ガス圧３３は回り込めない。
【００４４】
従って、燃焼・膨張ガス圧３３はピストン２のスラスト側１２においてトップランド３０に広い面積で作用し、他方、反スラスト側１３においては、トップランド３０への作用は非常に小さい。
【００４５】
よって、ピストン２は、スラスト側１２から反スラスト側１３に向って主に押され、反スラスト側１３からの押し返し力は非常に小さく、ピストン２はスラスト側１２において、トップランド３０がガス圧支持（ガスフロート）され、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の最大径部の外周面１７がシリンダ２３の内面２４に添い接した状態となり、直立姿勢で、以降、燃焼膨張行程を下降する。
【００４６】
なお、上死点また上死点近傍の位置にあるピストン２を上から見れば、第３図に示すように、反スラスト側１３においてピストン上部体８の外周面１６は円弧状にシリンダ２３の内面２４に接しており、スラスト側１２において、外周面１６とシリンダ２３の内面２４との間に円弧状の隙間２５が存在する。
【００４７】
上記の状態にあるピストン２の上面３に圧縮ガス圧、燃焼・膨張ガス圧３３が作用すると、このガス圧３３はスラスト側１２のトップランド３０に主に作用するが、反スラスト側１３のトップランド３０に回り込めない状態がよく判る。
【００４８】
上記のようになる本実施例の往復動エンジン１によれば、燃焼・膨張行程中において、コンロッド２２のスラスト側１２への傾きによりピストン２をスラスト側１２のシリンダ２３の内面２４に押付けようとする側圧（スラスト力）Ｆが、ピストン２に働いても、このピストン２はスラスト側１２で、ピストン上部体８においてガス圧により支持されて下降するため、ピストン２とシリンダ２３の内面２４とのフリクションロスが低減される。また、ピストン２はスラスト側１２からガス圧により反スラスト側１３に押され、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がシリンダ２３の内面２４の添い当り接して、直立姿勢を保つ。このため、ピストン２は横振れ、揺動、シリンダと衝突が抑えられる。よって、ピストン２とピストンリング４、５とのフリクションロスの低減、ピストン２の振動によるブローバイガスの吹き抜け防止が得られる。
【００４９】
更に、ピストン２は、高温高圧のガス圧を受ける上面３を有するピストン上部体８が、反スラスト側１３において、シリンダ２３の内面２４に接しているため、従来のピストンリングのみのシリンダとの接触に比べ、シリンダ２３の内面２４の接触面積が広く増加し、ピストン２からシリンダ２３への熱の流れが大きく、ピストン２の上面３の冷却が効果的に行われる。
【００５０】
これ故、異常燃焼が防止でき、またエンジン全体の熱上昇が低く吸収効率が良好に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【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】第１図に示す例の動作説明図である。
【図３】第１図に示す例の横断面説明図である。
【図４】第１図に示す例のピストンの説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  往復動エンジン
２  ピストン
８  ピストン上部体
９  スカート部
２３  シリンダ
２６  第１ピストンリング
２７  第２ピストンリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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