(57)【要約】【課題】排気行程において、ピストンの反スラスト側のシリンダ内面への側圧にガス圧による押圧分を加担させないようにした往復動エンジンを提供すること。【解決手段】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、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とを備えており、ピストン２において、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１７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１８が装着される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン上部体の外周面に、上から第１ピストンリング、次に第２ピストンリングが、その第１ピストンリングと第２ピストンリングとの間隔距離をスラスト側で大きく、反スラスト側に向かって次第に小さくして組付けられたピストンがシリンダに組込まれて、ピストンのスラスト側にシリンダの内面と上記第１ピストンリングと第２ピストンリングとにより囲まれて、スラスト側で広く、反スラスト側に向かって次第に挟くなった環状ガス室が形成され、一方シリンダの内面のスラスト側の上部位に、ピストンが上死点または上死点近傍に位置したとき、ピストン上方の燃焼室と上記ピストンの環状ガス室を連通させる凹所が複数個設けられる往復動エンジンにおいて、上記第１ピストンリングには、この第１ピストンリングを納めるリング溝の上壁面に面するところの上面において、外周面から内周面に連通した凹みを備えたＵ溝が、複数個、間隔を保って設けられている往復動エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの第１ピストンリングと第２ピストンリングとの間（セカンドランド）において、これら第１及び第２ピストンリングの間をピストンスラスト側で広く、反スラスト側で狭く配置して環状ガス室を形成し、エンジン運転中の爆発・膨張行程において、その高圧ガスを上記環状ガス室に導入し、かつ保持して、ピストンをスラスト側からガス圧支持し、もってピストン側圧によるピストンとシリンダとの摩擦抵抗の減少を図った往復動エンジンに関する。特に、膨張行程から排気行程に至ったとき、、上記ピストンの環状ガス室に保持したガス圧を速やかに放出して排気行程での反スラスト側でのピストンとシリンダ内面の摩擦抵抗増加の回避をはかったものである。もちろん、本発明は４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。
【背景技術】
【０００２】
【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
【０００３】
エンジン運転中の爆発・膨張行程において、コンロッドのスラスト側への傾き運動により、ピストンに働く側圧によってスラスト側において、ピストンとシリンダとの摩擦抵抗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号公報（特許文献１から４参照）等がある。これらに記載の技術は、ピストンの第１ピストンリングと第２ピストンリングとの間、即ち、セカンドランド部にして、かつ、ピストンスラスト側に広したガス室を形成、このガス室にピストン上方の高圧ガスを流入・保持させ、このガス室に流入・保持させたガス圧によりコンロッドの傾きから生じる側圧に対抗してピストンを支持し、膨張行程でのピストンとシリンダ内面との摩擦抵抗の減少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】
【０００４】
爆発・膨張行程において、ピストンに働く側圧に対抗して支持するため、ピストンに、そのセカンドランド部に、かつスラスト側に広いガス室を形成し、このガス室にピストン上方の高圧ガスを導入・保持し、このガス圧によりピストンを支持し、ガスフロートとして膨張行程を降下するときは、スラスト側でのピストンとシリンダ内面との摩擦抵抗は減少させることはできる。
【０００５】
しかし、次に、膨張行程から排気行程において、コンロッドの傾きがスラスト側から反スラスト側に変ると、ピストンは反スラスト側のシリンダ内面に押し付けられる。このとき、ピストンのガス室にガス圧が保持されていると、このガス圧によりピストンは反スラスト側への押圧分が加担され、ピストンと反スラスト側のシリンダ内面との摩擦抵抗が増加する。
【０００６】
そこで本発明は、従来の技術の上記のような欠点を除去し、排気行程において、ピストンの反スラスト側のシリンダ内面への側圧にガス圧による押圧分を加担させないようにした往復動エンジンを提供することを図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の往復動エンジンは、ピストン上部体の外周面に、上から第１ピストンリング、次に第２ピストンリングが、その第１ピストンリングと第２ピストンリングとの間隔距離をスラスト側で大きく、反スラスト側に向かって次第に小さくして組付けられたピストンがシリンダに組込まれて、ピストンのスラスト側にシリンダの内面と上記第１ピストンリングと第２ピストンリングとにより囲まれて、スラスト側で広く、反スラスト側に向かって次第に挟くなった環状ガス室が形成され、一方シリンダの内面のスラスト側の上部位に、ピストンが上死点または上死点近傍に位置したとき、ピストン上方の燃焼室と上記ピストンの環状ガス室を連通させる凹所が複数個設けられる往復動エンジンにおいて、上記第１ピストンリングには、この第１ピストンリングを納めるリング溝の上壁面に面するところの上面において、外周面から内周面に連通した凹みを備えたＵ溝が、複数個、間隔を保って設けられている。
【０００８】
上記の構成によれば、膨張行程において、ピストンが上死点または上死点近傍にあるとき、ピストンの上方の燃焼ガスがシリンダ内面の上部位に設けた複数の凹所からピストンの環状ガス室に憤流入する。このとき、ピストンにはコンロッドのスラスト側への傾きによりスラスト側に側圧が作用してシリンダ内面に押付けられようとするが、ピストンには環状ガス室に流入し、保持された高圧ガスによって、直ちにスラスト側から支持され、ガスフロートされる。そして、このガスフロート状態で、膨張行程においてピストンが降下する。このため、ピストンとシリンダ内面との摩擦抵抗が低減される。
【０００９】
次に、膨張行程の終盤から排気行程にかけて、ピストンの上方の燃焼・膨張ガスのガス圧が急激に低下し、このガス圧がピストンの環状ガス室内に保持される高圧ガスのガス圧に対比して低下したとき、第１ピストンリングは環状ガス室に保持されるガス圧により、第１ピストンリングの下面が持上げられ、リング溝の下壁面から離れる。すると、環状ガス室内の高圧ガスは、リング溝の下壁面と第１ピストンリング下面との間を通って、リング溝の底部に至り、このリング溝の底部から第１ピストンリングの上面に設けたＵ溝を通ってピストンの上方に放出される。このため、環状ガス室には、ガス圧が無くなり、ピストンはガス圧によってスラスト側から反スラスト側へ押圧されなくなる。このため、排気行程でのコンロッドの反スラスト側への傾きによるピストンの反スラスト側のシリンダ内面への側圧作用に、ピストンの環状ガス室内のガス圧による押圧の加担が生じない。従って、排気行程でのピストンと反スラスト側のシリンダ内面との摩擦抵抗の増加が回避され、本発明の往復動エンジンは低摩擦抵抗で運転され得る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、爆発膨張行程でのスラスト側における側圧によるピストンとスラスト側のシリンダ内面との摩擦抵抗の低減が得られると共に、排気行程での反スラスト側における側圧の増加が回避され、低摩擦運転する往復動エンジンが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
第１図から第５図は本発明の往復動エンジンの実施例が示してある。第６図、第７図には、本実施例の往復動エンジン１のピストン２に組込むところの第１ピストンリング１７が示してある。
【００１３】
もちろん、ピストン２は、燃焼ガス圧力を受けるクラウン部３とピストンリング溝４、５、６及びランド部７を有するピストン上部体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１４をも指す。もちろん、上記ランド部７は、第１ピストンリング１７の上部の外周面を指すトップランド部１５と第１ピストンリング１７と第２ピストンリング１８との間の外周面を指すセカンドランド部１６である。
【００１４】
ピストン２において、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１７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１８が装着される。なお、第一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１９が装着されている。
【００１５】
さて、ピストンリング溝４の上壁面２５に面する第１ピストンリング１７の上面２０には、例えば第６図、第７図に示されるガス通路用のＵ溝２１が、間隔を保って、複数個設けてある。これらＵ溝２１は、リング巾部２２を半径方向に横切って設けられ、かつ、リング外周面２３からリング内周面２４に通じている。
【００１６】
第２図に示されるように、ピストンリング溝４に組込まれた第１ピストンリング１７は、ピストンリング溝４内において、Ｕ溝２１が形成された上面２０はもちろん、ピストンリング溝４の上壁面２５に面している。
【００１７】
そして、この第１ピストンリング１７が、後述されるが、下からのガス圧、また慣性力によって持上がり、ピストンリング溝４の上壁面２５に上面２０が押し付け接せられても、上記Ｕ溝２１、２１、２１の部分において、上壁面２５との間にピストン２０外周とピストンリング溝４の底部２６とを連通する吹抜け空間２７が形成されるようにしてある。
【００１８】
また、ピストン２において、第１ピストンリング１７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１８が装着されるピストンリング溝５とは、ピストン２の軸線に直交する面に対して傾斜して形成されている。
【００１９】
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、互いに相手に対して、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に向って、次第に離反するように設けられている。
【００２０】
従って、ピストンリング溝４とピストンリング溝５との間に囲まれたセカンドランド部１６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。
【００２１】
そして、第１図、第３図、第４図に示されるように、ピストン２をシリンダ２９に組込まれた状態において、第１ピストンリング１７と第２ピストンリング１８との間のセカンドランド部１６と、シリンダ２９の内面３０とにより囲まれ、上記セカンドランド部１６は、環状ガス室３１に形成されている。
【００２２】
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に向って次第に狭くなっている。これは、後述されるが、膨張行程において、第１図に示すように、環状ガス室３１に流入させ、保持させた高圧ガス３６により、ピストン２をスラスト側１２から反スラスト側１３に向って広く強く押し、反対に反スラスト側１３への高圧ガス３６の回り込みを少なくして押返しを小さくするためである。
【００２３】
一方、シリンダ２９の内面３０には、スラスト側１２において、上部位３２のところには、複数個（３〜４個）の凹所３３、３３、３３が、円周方向に沿って並べて設けられている。
【００２４】
凹所３３、３３、３３の各々は、シリンダ内面３０から内方にくぼみ状（凹み状）に形成されている。これら凹所３３、３３、３３は、後述するが、高圧ガスの通路の役目をする。
【００２５】
これら凹所３３、３３、３３の上下方向における位置は、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ピストンリング１７がこれら凹所３３、３３、３３の上を通過中であるように定めてある。
【００２６】
このように、ピストン２が上死点又は上死点近傍にあって、第１ピストンリング１７が凹所３３、３３、３３の上を通過中のときに、これら凹所３３、３３、３３のそれぞれの凹み空間３４、３４、３４と第１ピストンリング１７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３５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３６のガス圧が上記環状ガス室３１に矢印３７で示すように流入するようになっている。
【００２７】
また、上記凹所３３、３３、３３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１８に繋がらないようにも設けられている。これは、燃焼室３５の高圧ガス３６が、環状ガス室３１を経てピストン２下方に吹き抜けないようにするためである。
【００２８】
さて、上記の構成になる本実施例の往復動エンジンにおいて、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、圧縮行程終期から爆発・膨張行程初期において、第１ピストンリング１７が凹所３３、３３、３３上を通過するとき、ピストン２の上方の燃焼室３５の高圧ガス３６が、凹所３３、３３、３３を通ってピストン２の環状ガス室３１に噴流入する。これと同時に、ピストン２は環状ガス室３１の流入高圧ガス３６によってスラスト側１２から支持され、ガスフロートされた状態となる。
【００２９】
さらに、ピストン２は、上記のような作用をする高圧ガス３６を環状ガス室３１内に保持した状態で、第３図に示すように、膨張行程を下降する。このため、膨張行程においてコンロッド４１のスラスト側１２への傾きによってピストン２に作用するスラスト側の側圧力Ｆに抗して、環状ガス３１に保持された高圧ガス３６がピストン２を支持し、ガスフロートさせて、ピストン２とシリンダ２９の内面３０との摩擦抵抗を低減させる。
【００３０】
次に、膨張行程の終盤から排気行程にかけて、コンロッドは反スラスト側１３の方へ傾き、ピストン２はシリンダ２９の反スラスト側の内面３０に押圧される。このとき、ピストン２の上記環状ガス室３１内に高圧ガス３６を保持していれば、ピストン２にはこの高圧ガス３６によるスラスト側１２から反スラスト側１３への押圧力ＦＡが更に加わり、摩擦抵抗が増加する。
【００３１】
そこで、本発明の往復動エンジン１においては、膨張行程の終盤から排気行程において、環状ガス室３１に保持された高圧ガス３６がピストン２の上方に放出されるようになっている。即ち、膨張行程の終盤から排気行程において、ピストン２の上方の膨張ガス３６の圧力は急激に低下する。
【００３２】
そして、ピストン２の上方の膨張ガス圧がピストン２の環状ガス室３１内に保持の高圧ガス３６の圧力に対比して低下したとき、第１ピストンリング１７はその環状ガス室３１のガス圧によって持上げられ、第１ピストンリング１７の下面は、ピストンリング溝４の下壁面４０から離れる。このとき、環状ガス室３１内の高圧ガス３６は、上記ピストンリング溝４の下壁面４０と第１ピストンリング１７の下面３９との間を通って、リング溝４の底部に至り、このリング溝４の底部から第１ピストンリング１７の上面２０のＵ溝、２１、２１、２１・・・を通り抜け、ピストン２の上方に放出される。環状ガス室３１にはガス圧がなくなり、ピストン２はスラスト側１２から、反スラスト側１３に向って押されなくなる。このため、排気行程でのコンロッドの反スラスト側１３への傾きにかかわらずピストン２の反スラスト側のシリンダ内面３０への側圧作用にガス圧の加担関与がない。従って、排気行程でのピストン２と反スラスト側１３のシリンダ内面３０との間の摩擦抵抗の増大が全くなくなるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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Ａ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】図１に示す例の動作説明図である。
【図４】図１に示す例の動作説明図である。
【図５】図１に示す例のＢ−Ｂ線から見たピストン上面の一部切欠の横断面説明図である。
【図６】図１に示す例の第１ピストンリングの平面図である。
【図７】図１に示す例の第１ピストンリングの側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  往復動エンジン
１７  第１ピストンリング
１８  第２ピストンリング
２１  Ｕ溝
３３  凹所
【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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