説明

往復動エンジン

【課題】エンジン運転が長期に渡り、上記ガス室に高温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、トップリング5とセカンドリング6とピストン2のセカンドランド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に設けたガス通路穴23からピストン2上方の高温高圧燃焼ガス12を導入し、高温高圧燃焼ガス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、ガス室4内に、ピストン2の形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成された半割リング13がスラスト側10からセカンドランド7に被せた状態で上下動自在に挿入され、半割リング13はガス室4に導入された高温高圧燃焼ガス12にさらされるようになっている。

【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、ピストンを高温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】
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穴から、ピストン上方の高温高圧燃焼ガスを導入、保持させ、この導入した高温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
【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、ピストン上方の高温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。また、ガス室は容積が小さい割にガス圧を囲む表面積が大きいため高温高圧燃焼ガスは、ガス室に導入されると温度が下がり、ガス圧が下がる。
【0005】
そこで、本発明は、エンジン運転が長期に渡り、上記ガス室に高温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り、ガス室に導入された高温高圧燃焼ガスの温度低下延いてははガス圧の低下を抑制し、高圧ガスによりピストンを支持(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】
本発明は、トップリングとセカンドリングとピストンのセカンドランドとシリンダ内面とにより囲まれて形成されたガス室に、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穴からピストン上方の高温高圧燃焼ガスを導入し、この導入した高温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ようにした往復動エンジンであって、上記ガス室内に、ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成された半割リングがスラスト側からセカンドランドに被せた状態で上下動自在に挿入され、かつ上記半割リングはガス室に導入された高温高圧燃焼ガスにさらされるようになっている往復動エンジンである。
【0007】
上記半割リングは、ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した(熱伝導性の悪い)金属板から形成されているが、これに代えて、ピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有すると共に当該ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成されていても、また、ピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有した金属板から形成されていてもよい。
【0008】
上記半割リングは、例えばステンレス板、ステンレス鋼板等から形成されてよい。
【0009】
上記半割リングは、ピストンの往復運動によって、ガス室を形成するセカンドランドの表面を上下に掃くように上下運動するようになっていてもよい。
【0010】
上記半割リングは、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って、上記隙間分上下運動し、ガス室を常に掃除するようになっていてもよい。
【0011】
本発明の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の動きを意味する。
【発明の効果】
【0012】
本発明の往復動エンジンでは、半割リングは、ガス室に導入された高温高圧燃焼ガスにさらされて高熱状態となる。そして、当該半割リングが、ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板により形成されているため、又はピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有すると共に当該ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成されているため、以後、ガス室に導入された高温高圧燃焼ガスはこの高熱状態の半割リングに接し、その表面にさらされるためガス室内での温度低下が抑制され、従って、高圧ガスを保ち、ピストンをスラスト側から十分に支持(ガス圧フロート)を続け、ピストンとシリンダ内面との摩擦抵抗を十分に減少させ、更に、ガス室に導入された高温高圧燃焼ガスは高熱状態となっている半割リングにさらされて高温を保ち得る結果、ガス室内でのカーボンの付着、堆積の発生を更に好ましく防ぎ得る。
【0013】
本発明の往復動エンジンでは、半割リングがピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有した金属板から半割リングが形成されているため、ガス室に導入された高温高圧燃焼ガスにさらされても、半割リングの劣化を防ぎうる。
【0014】
本発明の往復動エンジンでは、ガス室が高温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、ガス室は半割リングが常に上下動を続け、掃除行為を行うようになっていると、ガス室はカーボンの付着、堆積が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】図1は、本発明の一実施例往復動エンジンの断面説明図である。
【図2】図2は、図1において半割リングを断面で示した同一断面説明図である。
【図3】図3は、図1及び図2において示す半割リングの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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】
【0017】
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。
【0018】
図1及び図2に示めす爆発膨張行程初期にある本実施例の往復動エンジン12において、2はピストン、3はシリンダ、そして、4はガス室である。ガス室4は、ピストン2に装着されたトップリング5及びセカンドリング6と、ピストン2のセカンドランド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は上下方向巾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。
【0019】
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、保持した高温高圧燃焼ガス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。
【0020】
ガス室4には、円弧形状の半割リング13がスラスト側10からセカンドランド7に被せた状態で挿入されている。
【0021】
半割リング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。
【0022】
半割リング13は、図3に示すように、セカンドランド7の円周面に合わせた円弧形状に形成されている。
【0023】
半割リング13は、正面、側面をガス室4の形状に合わせ、上下方向巾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。
【0024】
半割リング13は、上下方向巾14が全体として、ガス室4の上下方向巾9より短くしてある。これは、この半割リング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、半割リング13はガス室4内で上下動する。
【0025】
図1及び図2に示すように、半割リング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。
【0026】
半割リング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。
【0027】
また、もちろん、半割リング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。
【0028】
また、半割リング13は、高温燃焼ガスにさらされて耐え得る耐熱性を有すると共に、熱伝導率の低い(熱伝導性の悪い)金属板より形成されている。例えば、ステンレス板、ステンレス鋼板等から形成されている。このため、上記半割リング13は、高温の燃焼ガスにさらされると熱せられるが熱移動が小さいため高熱状態となっている。尚、熱伝導率の低いことは、断熱性が高いともいえる。
【0029】
図1及び図2に示されるように、本例の往復動エンジン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。
【0030】
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の上下方向巾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。
【0031】
また、シリンダ内面8のスラスト側10の上部位22には、複数のガス通路穴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がガス通路穴23上を通過するとき、このガス通路穴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のガス室4とが連通し、燃焼室25の高温高圧燃焼ガス12がガス室4に導入され保持される。
【0032】
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穴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、高温高圧燃焼ガス12がガス室4に導入、保持される。
【0033】
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、ガス室4に導入、保持された高温高圧燃焼ガス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。
【0034】
本実施例の往復動エンジン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、高温高圧燃焼ガス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内は半割リング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は繰り返して高温高圧燃焼ガス12の導入、保持を受けるが、半割リング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。
【0035】
また、上記半割リング13は、ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板により形成されているため、ガス室4内に導入された高温高圧燃焼ガス12にさらされて高熱状態となっている。以後、ガス室4に導入された高温高圧燃焼ガス12はこの高熱状態の半割リング13に接し、その表面にさらされるためガス室4内での温度低下が抑制され、従って、高圧を保ち、ピストン2をスラスト側から十分に支持(ガス圧フロート)を続け、ピストン2とシリンダ3内面との摩擦抵抗を十分に減少させる。
【0036】
更に、本発明においては、ガス室4に導入された高温高圧燃焼ガス12は高熱状態となっている半割リングにさらされて高温を保ち得る結果、ガス室4内でのカーボンの付着、堆積の発生を更に好ましく防ぎうる。
【符号の説明】
【0037】
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 上下方向巾
10 スラスト側
11 反スラスト側

【特許請求の範囲】
【請求項1】
トップリングとセカンドリングとピストンのセカンドランドとシリンダ内面とにより囲まれて形成されたガス室に、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穴からピストン上方の高温高圧燃焼ガスを導入し、この導入した高温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ようにした往復動エンジンであって、上記ガス室内に、ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成された半割リングがスラスト側からセカンドランドに被せた状態で上下動自在に挿入され、かつ上記半割リングはガス室に導入された高温高圧燃焼ガスにさらされるようになっている往復動エンジン。
【請求項2】
トップリングとセカンドリングとピストンのセカンドランドとシリンダ内面とにより囲まれて形成されたガス室に、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穴からピストン上方の高温高圧燃焼ガスを導入し、この導入した高温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ようにした往復動エンジンであって、上記ガス室内に、ピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有すると共に当該ピストンの形成材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有した金属板から形成された半割リングがスラスト側からセカンドランドに被せた状態で上下動自在に挿入され、かつ上記半割リングはガス室に導入された高温高圧燃焼ガスにさらされるようになっている往復動エンジン。
【請求項3】
トップリングとセカンドリングとピストンのセカンドランドとシリンダ内面とにより囲まれて形成されたガス室に、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穴からピストン上方の高温高圧燃焼ガスを導入し、この導入した高温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ようにした往復動エンジンであって、上記ガス室内に、ピストンの形成材料の耐熱性よりも高い耐熱性を有した金属板から形成された半割リングがスラスト側からセカンドランドに被せた状態で上下動自在に挿入され、かつ上記半割リングはガス室に導入された高温高圧燃焼ガスにさらされるようになっている往復動エンジン。
【請求項4】
上記半割リングは、ステンレス板からなる請求項1から3のいずれか一項に記載の往復動エンジン。
【請求項5】
上記半割リングは、ピストンの往復運動によって、ガス室を形成するセカンドランドの表面を上下に掃くように上下運動するようになっている請求項1から4のいずれか一項に記載の往復動エンジン。
【請求項6】
上記半割リングは、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って、上記隙間分上下運動し、ガス室内が常に掃除されるようになっている請求項1から5のいずれか一項に記載の往復動エンジン。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2013−2442(P2013−2442A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−185353(P2011−185353)
【出願日】平成23年8月26日(2011.8.26)
【出願人】(000174220)坂東機工株式会社 (51)
【Fターム(参考)】