JP4133200B2 - 往復動エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
往復動エンジンにおいて、シリンダとピストンとの間での摺動摩擦抵抗を低減するため、シリンダの内面とこの内面に対面するピストンの側面との間に、燃焼室からの燃焼ガスを導き蓄えるガス室を形成し、このガス室の燃焼ガスのガス圧により、燃焼行程においてピストンに与えられるスラスト方向に向かう側圧力に抗して、ピストンをシリンダの内面から浮かせて、ピストンの往復動でのシリンダの内面とピストンの側面との間の摺動摩擦抵抗を低減する技術が提案されている。この提案された往復動エンジンの一つの例として、燃料及び空気の混合気が燃焼する燃焼室を規定するピストン上面に隣接して配置された第一のピストンリングとこの第一のピストンリングに隣接して配置された第二のピストンリングとの間の環状空間を、スラスト側の半環状の空間と反スラスト側の半環状の空間とに区画し、ピストンが上死点近傍に位置する際に、スラスト側の半環状の空間を燃焼室に連通させるガス通路をシリンダ側壁に形成してなるものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２６１０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般の往復動エンジンでは、クランクシャフトの回動軸心がシリンダボアの中心線に対して偏心されていないため、上記提案の技術をもってしても、燃焼行程においてピストンのシリンダに対する移動抵抗の低減を十分に満足し得る程度に得ることが困難である。
【０００５】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ピストンのシリンダに対する往復動抵抗の低減を更に効果的に得ることのできる往復動エンジンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の往復動エンジンは、クランクシャフトの回動中心をシリンダボアの中心線に対してスラスト側にオフセットした往復動エンジンであって、ピストンの往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストンの側面に形成されている第一及び第二のリング溝に夫々嵌入された第一及び第二のピストンリングと、第一及び第二のピストンリング間の空間を、スラスト側の空間及び反スラスト側の空間に区画する区画手段と、スラスト側の空間を燃焼室に連通させる連通手段とを具備している。
【０００７】
本発明の第一の態様の往復動エンジンによれば、オフセットによる効果とスラスト側の空間への燃焼ガスの導入による効果とで、ピストンのシリンダに対する往復動抵抗の低減を更に効果的に得ることができる。
【０００８】
本発明の第二の態様の往復動エンジンでは、本発明の第一の態様の往復動エンジンにおいて、連通手段は、シリンダの内面に設けられた一個又は複数の連通路を具備しており、一個又は複数の連通路を介してスラスト側の空間を燃焼室に連通させるようになっている。
【０００９】
連通路は上記のように一個でも複数個でもよいが、複数の場合には、複数の連通路を介してスラスト側の空間を燃焼室に連通させることで、燃焼室内の燃焼ガスをスラスト側の空間に、より速やかに且つ十分に導入させることができる。
【００１０】
本発明の第三の態様の往復動エンジンでは、本発明の第一又は第二の態様の往復動エンジンにおいて、連通手段は、ピストンが上死点近傍に位置する際に、スラスト側の空間を燃焼室に連通させるようになっている。
【００１１】
尚、本発明の第一から第三のいずれかの態様における往復動エンジンは、４サイクルエンジン若しくは２サイクルエンジン又はディーゼルエンジンであってもよく、いずれのエンジンでも本発明による効果を好適に発揮し得る。また本発明において、連通路は、貫通孔又は溝若しくは凹所等のいずれの形態であってもよい。
【００１２】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１から図３において、本例の４サイクル往復動エンジン（４サイクルガソリンエンジン）１は、シリンダ２と、シリンダ２内を往復動するピストン３と、小端部でピストンピン４を介してピストン３に回動自在に連結しているコンロッド５と、コンロッド５の大端部２０に回動自在に連結しているクランクシャフト２１と、ピストン３の往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストン３の側周面６に形成されている一対のリング溝に夫々嵌入されたピストンリング９及び１０と、ピストンリング９及び１０間の環状の空間を、スラスト側の半環状の空間１２及び反スラスト側の半環状の空間１３に区画する区画手段１４と、空間１２を燃料及び空気の混合気が燃焼される燃焼室１５に連通させる連通手段１６とを具備している。
【００１４】
シリンダ２は、その内面１７によって規定されたシリンダボア（空間）１８を有しており、シリンダボア１８には、ピストン３が往復動自在となるように配されている。シリンダ２には、吸気弁２ａ及び排気弁２ｂが設けられている。
【００１５】
ピストン３は、本例では、その側周面６にオイルリング１９を備えている。
【００１６】
クランクシャフト２１は、その回動中心Ｃがシリンダボア１８の中心線Ｄに対してスラスト側にオフセットされている。回動中心Ｃは、本例では、図２に示すように、ピストン３が上死点を通過する前であって当該上死点近傍に位置している間に燃焼室１５内の混合気に対する点火が行われる際には、ピストンピン４に対するコンロッド５の回動中心Ｅとコンロッド５のクランクシャフト２１に対する回動中心Ｆとを結ぶ線が中心線Ｄに対して反スラスト側に傾斜するように、且つ、図３に示すようにピストン３が上死点を通過した後であって当該上死点近傍に位置している間に燃焼室１５内のガス圧力が最大に高まった際には、回動中心Ｅと回動中心Ｆとを結ぶ線が中心線Ｄの伸びる方向と同一の方向に伸びるように、中心線Ｄに対してスラスト側に偏心している。回動中心Ｃの中心線Ｄに対するオフセット幅は、好ましくは、１１ｍｍから１３ｍｍの範囲で、より好ましくは、１２ｍｍから１２．５ｍｍの範囲であるが、これに限定されない。
【００１７】
ピストンリング（トップリング又はガスリング）９は、ピストン３の頭部端面２３に隣接して配されている。ピストンリング９は、好ましくは、その合口部が区画部材４０よりも空間１２側に位置するように配される。ピストンリング９は、その外周面で内面１７に弾性力をもって当接している。
【００１８】
ピストンリング（セカンドリング又はガスリング）１０は、頭部端面２３との間でピストンリング９を挟んで側周面６に配されている。ピストンリング１０は、好ましくは、その合口部が区画部材４０よりも空間１３側に位置するように配される。ピストンリング１０は、その外周面で内面１７に弾性力をもって当接している。
【００１９】
区画手段１４は、ピストンリング９及び１０間に設けられていると共に、ピストンピン４の軸方向で互いに対向して配されている一対の区画部材４０を具備している。
【００２０】
連通手段１６は、シリンダ２のスラスト側における内面１７に設けられた連通路７０を具備しており、連通路７０は、ピストン３が上死点近傍に位置した際に、空間１２を燃焼室１５に連通させるように配されている。連通路７０は、本例では、シリンダ２の内面１７に形成された凹面７１で規定されている。
【００２１】
連通手段１６によれば、ピストン３が上死点近傍に位置した際に、連通路７０により空間１２を燃焼室１５に連通させるようになっているため、燃焼室１５内の燃焼ガスを導入させることができ、従って、燃焼行程においてピストン３に与えられるスラスト方向に向かう側圧力Ａに抗する反スラスト方向に向かう抗側圧力Ｂを、ピストン３に与えることができ、而して、当該ピストン３をガスフロートさせることができる。
【００２２】
以下、本例の往復動エンジン１の動作について説明すると、圧縮行程の終了後に開始される燃料及び空気の混合気の燃焼行程において、図２に示すようにピストン３が当該ピストン３の上死点通過前であって上死点近傍に位置している間に燃焼室１５内の混合気に点火し、連通路７０によりスラスト側の空間１２を燃焼室１５に連通させてスラスト側の空間１２に燃焼ガスを導入し、図３に示すようにピストン３が当該ピストン３の上死点通過後であって上死点近傍に位置している間に燃焼ガスのガス圧が最大に高まり、高まったガス圧の圧力をピストン３が受けることで下死点に向かって加速する。
【００２３】
本例の往復動エンジン１によれば、クランクシャフト２１の回動中心Ｃがシリンダボア１８の中心線Ｄに対してスラスト側にオフセットされており、これにより本例においては、ピストン３が当該ピストン３の上死点通過後であって上死点近傍に位置している間に燃焼ガスのガス圧が最大に高まった際には、回動中心Ｅ及びＦを結ぶ線が中心線Ｄの伸びる方向と略同一の方向に伸びるので、燃焼室１５内のガス圧に基づいてピストン３に与えられるスラスト方向の側圧力Ａを大幅に減少させると共に、側圧力Ａに抗して、空間１２に十分に導入した燃焼ガスのガス圧によりピストン３に反スラスト側に向かう抗側圧力Ｂを与えて、当該ピストン３を好適にガスフロートさせることができる結果、本例の往復動エンジン１は、上述のようにして、燃焼行程時に、側圧力Ａに基づいて生じるピストンリング９及び１０とシリンダ２の内面１７との間のスラスト側における摺動摩擦抵抗を大幅に低減することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、シリンダに対するピストンの往復動抵抗の低減を更に効果的に得ることのできる往復動エンジンを提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例の正面説明図である。
【図２】図１に示す例の動作説明図である。
【図３】図１に示す例の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 往復動エンジン
２ シリンダ
３ ピストン
４ ピストンピン
５ コンロッド
６ 側周面
９、１０ ピストンリング
１２、１３ 空間
１４ 区画手段
１５ 燃焼室
１６ 連通手段
１８ シリンダボア
２０ 大端部
２１ クランクシャフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
往復動エンジンにおいて、シリンダとピストンとの間での摺動摩擦抵抗を低減するため、シリンダの内面とこの内面に対面するピストンの側面との間に、燃焼室からの燃焼ガスを導き蓄えるガス室を形成し、このガス室の燃焼ガスのガス圧により、燃焼行程においてピストンに与えられるスラスト方向に向かう側圧力に抗して、ピストンをシリンダの内面から浮かせて、ピストンの往復動でのシリンダの内面とピストンの側面との間の摺動摩擦抵抗を低減する技術が提案されている。この提案された往復動エンジンの一つの例として、燃料及び空気の混合気が燃焼する燃焼室を規定するピストン上面に隣接して配置された第一のピストンリングとこの第一のピストンリングに隣接して配置された第二のピストンリングとの間の環状空間を、スラスト側の半環状の空間と反スラスト側の半環状の空間とに区画し、ピストンが上死点近傍に位置する際に、スラスト側の半環状の空間を燃焼室に連通させるガス通路をシリンダ側壁に形成してなるものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２６１０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般の往復動エンジンでは、クランクシャフトの回動軸心がシリンダボアの中心線に対して偏心されていないため、上記提案の技術をもってしても、燃焼行程においてピストンのシリンダに対する移動抵抗の低減を十分に満足し得る程度に得ることが困難である。
【０００５】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ピストンのシリンダに対する往復動抵抗の低減を更に効果的に得ることのできる往復動エンジンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の往復動エンジンは、クランクシャフトの回動中心をシリンダボアの中心線に対してスラスト側にオフセットした往復動エンジンであって、ピストンの往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストンの側面に形成されている第一及び第二のリング溝に夫々嵌入された第一及び第二のピストンリングと、第一及び第二のピストンリング間の空間を、スラスト側の空間及び反スラスト側の空間に区画する区画手段と、スラスト側の空間を燃焼室に連通させる連通手段とを具備している。
【０００７】
本発明の第一の態様の往復動エンジンによれば、オフセットによる効果とスラスト側の空間への燃焼ガスの導入による効果とで、ピストンのシリンダに対する往復動抵抗の低減を更に効果的に得ることができる。
【０００８】
本発明の第二の態様の往復動エンジンでは、本発明の第一の態様の往復動エンジンにおいて、連通手段は、シリンダの内面に設けられた一個又は複数の連通路を具備しており、一個又は複数の連通路を介してスラスト側の空間を燃焼室に連通させるようになっている。
【０００９】
連通路は上記のように一個でも複数個でもよいが、複数の場合には、複数の連通路を介してスラスト側の空間を燃焼室に連通させることで、燃焼室内の燃焼ガスをスラスト側の空間に、より速やかに且つ十分に導入させることができる。
【００１０】
本発明の第三の態様の往復動エンジンでは、本発明の第一又は第二の態様の往復動エンジンにおいて、連通手段は、ピストンが上死点近傍に位置する際に、スラスト側の空間を燃焼室に連通させるようになっている。
【００１１】
尚、本発明の第一から第三のいずれかの態様における往復動エンジンは、４サイクルエンジン若しくは２サイクルエンジン又はディーゼルエンジンであってもよく、いずれのエンジンでも本発明による効果を好適に発揮し得る。また本発明において、連通路は、貫通孔又は溝若しくは凹所等のいずれの形態であってもよい。
【００１２】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１から図３において、本例の４サイクル往復動エンジン（４サイクルガソリンエンジン）１は、シリンダ２と、シリンダ２内を往復動するピストン３と、小端部でピストンピン４を介してピストン３に回動自在に連結しているコンロッド５と、コンロッド５の大端部２０に回動自在に連結しているクランクシャフト２１と、ピストン３の往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストン３の側周面６に形成されている一対のリング溝に夫々嵌入されたピストンリング９及び１０と、ピストンリング９及び１０間の環状の空間を、スラスト側の半環状の空間１２及び反スラスト側の半環状の空間１３に区画する区画手段１４と、空間１２を燃料及び空気の混合気が燃焼される燃焼室１５に連通させる連通手段１６とを具備している。
【００１４】
シリンダ２は、その内面１７によって規定されたシリンダボア（空間）１８を有しており、シリンダボア１８には、ピストン３が往復動自在となるように配されている。シリンダ２には、吸気弁２ａ及び排気弁２ｂが設けられている。
【００１５】
ピストン３は、本例では、その側周面６にオイルリング１９を備えている。
【００１６】
クランクシャフト２１は、その回動中心Ｃがシリンダボア１８の中心線Ｄに対してスラスト側にオフセットされている。回動中心Ｃは、本例では、図２に示すように、ピストン３が上死点を通過する前であって当該上死点近傍に位置している間に燃焼室１５内の混合気に対する点火が行われる際には、ピストンピン４に対するコンロッド５の回動中心Ｅとコンロッド５のクランクシャフト２１に対する回動中心Ｆとを結ぶ線が中心線Ｄに対して反スラスト側に傾斜するように、且つ、図３に示すようにピストン３が上死点を通過した後であって当該上死点近傍に位置している間に燃焼室１５内のガス圧力が最大に高まった際には、回動中心Ｅと回動中心Ｆとを結ぶ線が中心線Ｄの伸びる方向と同一の方向に伸びるように、中心線Ｄに対してスラスト側に偏心している。回動中心Ｃの中心線Ｄに対するオフセット幅は、好ましくは、１１ｍｍから１３ｍｍの範囲で、より好ましくは、１２ｍｍから１２．５ｍｍの範囲であるが、これに限定されない。
【００１７】
ピストンリング（トップリング又はガスリング）９は、ピストン３の頭部端面２３に隣接して配されている。ピストンリング９は、好ましくは、その合口部が区画部材４０よりも空間１２側に位置するように配される。ピストンリング９は、その外周面で内面１７に弾性力をもって当接している。
【００１８】
ピストンリング（セカンドリング又はガスリング）１０は、頭部端面２３との間でピストンリング９を挟んで側周面６に配されている。ピストンリング１０は、好ましくは、その合口部が区画部材４０よりも空間１３側に位置するように配される。ピストンリング１０は、その外周面で内面１７に弾性力をもって当接している。
【００１９】
区画手段１４は、ピストンリング９及び１０間に設けられていると共に、ピストンピン４の軸方向で互いに対向して配されている一対の区画部材４０を具備している。
【００２０】
連通手段１６は、シリンダ２のスラスト側における内面１７に設けられた連通路７０を具備しており、連通路７０は、ピストン３が上死点近傍に位置した際に、空間１２を燃焼室１５に連通させるように配されている。連通路７０は、本例では、シリンダ２の内面１７に形成された凹面７１で規定されている。
【００２１】
連通手段１６によれば、ピストン３が上死点近傍に位置した際に、連通路７０により空間１２を燃焼室１５に連通させるようになっているため、燃焼室１５内の燃焼ガスを導入させることができ、従って、燃焼行程においてピストン３に与えられるスラスト方向に向かう側圧力Ａに抗する反スラスト方向に向かう抗側圧力Ｂを、ピストン３に与えることができ、而して、当該ピストン３をガスフロートさせることができる。
【００２２】
以下、本例の往復動エンジン１の動作について説明すると、圧縮行程の終了後に開始される燃料及び空気の混合気の燃焼行程において、図２に示すようにピストン３が当該ピストン３の上死点通過前であって上死点近傍に位置している間に燃焼室１５内の混合気に点火し、連通路７０によりスラスト側の空間１２を燃焼室１５に連通させてスラスト側の空間１２に燃焼ガスを導入し、図３に示すようにピストン３が当該ピストン３の上死点通過後であって上死点近傍に位置している間に燃焼ガスのガス圧が最大に高まり、高まったガス圧の圧力をピストン３が受けることで下死点に向かって加速する。
【００２３】
本例の往復動エンジン１によれば、クランクシャフト２１の回動中心Ｃがシリンダボア１８の中心線Ｄに対してスラスト側にオフセットされており、これにより本例においては、ピストン３が当該ピストン３の上死点通過後であって上死点近傍に位置している間に燃焼ガスのガス圧が最大に高まった際には、回動中心Ｅ及びＦを結ぶ線が中心線Ｄの伸びる方向と略同一の方向に伸びるので、燃焼室１５内のガス圧に基づいてピストン３に与えられるスラスト方向の側圧力Ａを大幅に減少させると共に、側圧力Ａに抗して、空間１２に十分に導入した燃焼ガスのガス圧によりピストン３に反スラスト側に向かう抗側圧力Ｂを与えて、当該ピストン３を好適にガスフロートさせることができる結果、本例の往復動エンジン１は、上述のようにして、燃焼行程時に、側圧力Ａに基づいて生じるピストンリング９及び１０とシリンダ２の内面１７との間のスラスト側における摺動摩擦抵抗を大幅に低減することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、シリンダに対するピストンの往復動抵抗の低減を更に効果的に得ることのできる往復動エンジンを提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例の正面説明図である。
【図２】図１に示す例の動作説明図である。
【図３】図１に示す例の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 往復動エンジン
２ シリンダ
３ ピストン
４ ピストンピン
５ コンロッド
６ 側周面
９、１０ ピストンリング
１２、１３ 空間
１４ 区画手段
１５ 燃焼室
１６ 連通手段
１８ シリンダボア
２０ 大端部
２１ クランクシャフト
Claims (3)
- クランクシャフトの回動中心をシリンダボアの中心線に対してスラスト側にオフセットした往復動エンジンであって、ピストンの往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストンの側面に形成されている第一及び第二のリング溝に夫々嵌入された第一及び第二のピストンリングと、第一及び第二のピストンリング間の空間を燃焼室に連通させる連通手段とを具備しており、クランクシャフトの回動中心は、ピストンが上死点を通過する前であって当該上死点近傍に位置している間に燃焼室内の混合気に対する点火が行われる際には、ピストンピンに対するコンロッドの回動中心とコンロッドのクランクシャフトに対する回動中心とを結ぶ線がシリンダボアの中心線に対して反スラスト側に傾斜するように、且つ、ピストンが上死点を通過した後であって当該上死点近傍に位置している間に燃焼室内のガス圧力が最大に高まった際には、ピストンピンに対する回動中心とコンロッドのクランクシャフトに対する回動中心とを結ぶ線がシリンダボアの中心線の伸びる方向と同一の方向に伸びるように、当該中心線に対してスラスト側に偏心している往復動エンジン。
- 連通手段は、シリンダの内面に設けられた一個又は複数の連通路を具備しており、一個又は複数の連通路を介してスラスト側の空間を燃焼室に連通させるようになっている請求項１に記載の往復動エンジン。
- 連通手段は、ピストンが上死点近傍に位置する際に、スラスト側の空間を燃焼室に連通させるようになっている請求項１又は２に記載の往復動エンジン。
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2002
- 2002-10-11 JP JP2002299689A patent/JP4133200B2/ja not_active Expired - Fee Related
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