JPH0584388B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、４サイクル内燃機関に係わり、特
に、非真円形状を有するピストンおよびピストン
リングを備えた４サイクル内燃機関に関するもの
である。

「従来の技術」 一般に、４サイクル内燃機関にあつては、シリ
ンダ内を往復動させられるピストンと、該ピスト
ンの外周部に取り付けられてピストンとシリンダ
との間の間隙を密封するためのピストンリングと
を備えており、前記ピストンは主に真円状に成形
され、また、ピストンリングはピストンとの間に
介装された弾発部材によつてシリンダの内壁に圧
接させられるエキスパンシヨン型のものと、ピス
トンへ装着した状態で自らの張力でシリンダの内
壁に圧接する自己張力型のものとが知られてい
る。そして、これらのピストンリングの内、後者
の自己張力型のピストンリングが密封性等の特性
上あるいはコスト面で有利であることから多く用
いられる傾向にある。

ところで、４サイクル内燃機関にあつては、出
力向上を図るために、シリンダの吸気孔および排
気孔の開口面積を大きくして吸排気の効率を高め
ることが検討されており、その具体的な一手段と
して、吸気バルブや排気バルブを複数化すること
が行なわれている。

しかしながら、前述したシリンダやピストンが
真円形状であると、ピストン径すなわちシリンダ
の面積を一定としかつバルブの径を一定とした場
合、バルブのレイアウト上の面から設置可能な数
が自ずと制約されてデツドスペースが残存し、こ
れによつて、前述した吸排気孔の開口面積の拡大
可能な範囲が制限されてしまう。また、バルブ径
を小さくしてバルブ数を増加させることにより、
前述したデツドスペースを減少させて吸排気孔の
開口面積を拡大することも検討されているが、ピ
ストンが真円形状であると、前記バルブの数によ
つてはこれらを放射状にセツトしなければならな
くなることに起因して、これらを開閉動するカム
シヤフト、ロツカーアーム等の駆動系が複雑化し
てしまうといつた改良すべき問題点が残されてい
る。

そこで従来では、前述した真円形状のピストン
およびシリンダに代えて、第１図，ロあるいは第
２図イ，ロに示すような非真円形状のピストンお
よびシリンダを用いることが提案されている。前
者は第１図イに示すような長円１に沿う外周形状
を有するピストンおよびシリンダで、また、後者
は第２図イに示すような複合円２に沿う外周形状
を有するピストンおよびシリンダであり、何れも
複数のバルブをほぼ半径方向に直線状に配設する
とともに、ピストンの外周、換言すればシリンダ
の内周を前記複数のバルブの外縁を結んで得られ
る外接円に極力接近させて、前述したデツドスペ
ースを有効に減少させるようにしたものである。
そしてこのようなピストンの非真円への形状変更
に伴い、これらのピストンに取り付けられるピス
トンリングも、自己張力型とする場合、ピストン
とシリンダとの間を密封するという本来の機能を
維持するために、その外周形状をピストンと同様
の形状変更を余儀なくされている。

「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、前述した従来の技術における次のよ
うな問題点を解決せんとするものである。

すなわち、前者にあつては、第１図に示すよう
に、長円１の円弧部１ａと直線部１ｂとの連絡部
Ａにおいて曲率ｒの変化が第１図ロに示すように
不連続になり、また、後者にあつては、第２図ロ
に示すように、複合円２の曲率r₁と曲率r₂との連
絡部Ｂにおいて長円１と同様に曲率変化が不連続
になつてしまうが、このような曲率変化が存在す
ると、特に、内面加工であるシリンダの製造が複
雑なものとなりやすいといつた問題点である。

一方、このような形状のピストンに取り付けら
れるピストンリングを自己張力型とした場合、そ
の形状が前記各ピストンと同様に曲率変化に不連
続な部分を有するものとなるが、ピストンリング
がこのような形状であると、シリンダに対するピ
ストンのたおれ等によりピストンリングに大きな
荷重がかかつた場合に、前述した曲率変化が不連
続な部分、すなわち、連続部Ａ，Ｂに応力が集中
してしまうといつた問題点を生じ、また、前者の
ピストンに取り付けられるピストンリングにあつ
ては、直線部１ｂにおけるシリンダとの接触圧を
他の部分のそれと同じくするために、自由形状す
なわちピストンに取り付けていない状態におい
て、前述した直線部１ｂに位置させられる部分を
内方に湾曲させた形状とする必要性が生じるが、
これによつて形状が複雑化するとともに、加工性
の点から精度を維持することがむつかしくなると
いつた問題点をも有している。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、前述した従来技術における諸問題点
を有効に解決し得る４サイクル内燃機関を提供せ
んとするもので、該４サイクル内燃機関は、特
に、シリンダ内に往復動可能に嵌装されるピスト
ンの外周を、曲率変化が連続した基円を基準曲線
とし、該基準曲線からその法線方向に一定の距離
を隔てた点を結んで得られる曲線に沿つた形状と
し、該ピストンに取り付けられるピストンリング
を、ピストンに取り付けられた状態においてピス
トンの外周形状に沿い、かつ、自由形状において
外方に向かう法線が相互に交わらないような湾曲
形状としたことを特徴とする。

「作用」 本発明は前述した構成とすることにより、バル
ブを多数配置した際のデツドスペースを最小限度
に止どめつつ、シリンダやピストンおよびピスト
ンリングの形状を滑らかな曲線変化を有する曲線
として、連続加工および高精度の加工を可能にす
るとともに、応力の集中箇所を除去して性能向上
を可能にするものである。

「実施例」 以下、本発明の好適な一実施例について、第３
図〜第７図に基づき詳細に説明する。

第３図および第４図は本実施例に係わる４サイ
クル内燃機関の要部の縦断面図であり、図におい
て符号３はシリンダヘツド、４はシリンダブロツ
ク、５はシリンダブロツク４のシリンダ孔４ａ内
に摺動自在に嵌装されたピストン、６は気化器、
７はシリンダヘツド３下面とシリンダ孔４ａおよ
びピストン５の上面によつて形成される燃焼室、
８は前記帰化器６にコンチユウブ９を介して連通
されかつ燃焼室７に開口する吸気通路、１０は前
記燃焼室７に開口しかつ図示しない排気管に連通
する排気通路１０であり、吸気通路８および排気
通路１０には、それぞれの開口８ａ，１０ａを開
閉する吸気バルブ１１、排気バルブ１２が配設さ
れている。そして前記ピストン５の外周には、該
ピストン５とシリンダ孔４ａとの間を密封するピ
ストンリング１３がピストン５の摺動方向に間隔
をおいて３個設けられ、その１つがオイルリング
となされている。

前記ピストン５の外周形状は、第５図イに示す
ように、曲率変化が連続する非真円（ここでは正
規楕円とされている）を基準曲線Ｘとし、その基
準曲線Ｘ上の各点から法線方向に一定距離r₃だけ
隔てた点を結ぶことにより形成される曲線１４
（ここでは、この曲線１４を正規楕円包絡円と定
義する）により描かれる。また、シリンダ孔４ａ
の横断面内周形状も勿論ピストン５の外周形状よ
りも若干大きい正規楕円包絡円によつて描かれ
る。

前記吸気通路８および排気通路１０は、前記燃
焼室７近傍において２つに分岐され、それぞれに
連通した開口８ａ，１０ａは、第６図に示すよう
に、燃焼室７の長軸ｌの両側に対向状態に４個づ
つ設けられている。

前記ピストンリング１３は、前記ピストン５に
取り付けた状態において、第７図に実線で示すよ
うに、ピストン５の外周形状よりも若干大きな正
規楕円包絡円によつて描かれる外周形状を有し、
かつ、自由形状において第７図に鎖線で示すよう
に、各点における外方へ向かう法線１５が相互に
交わらないような湾曲形状に形成されている。

一方、前記ピストン５には、第４図に示すよう
に、その長軸方向に沿つてピストンピン１６が取
り付けられており、１組のコンロツド１７，１７
を介して図示しないクランクシヤフトに連結され
ている。また、前記シリンダヘツド３には、燃焼
室７の長軸方向に沿つて間隔をおきかつ該燃焼室
７内に露出するように２つの点火プラグ１８，１
８が設けられている。

しかしてこのように構成された本実施例の４サ
イクル内燃機関は、シリンダ孔４ａの内周形状お
よびピストン５の外周形状を曲率変化が連続する
基準曲線Ｘの包絡円に曲線１４としたから、これ
らが第５図ロに示すように、曲率変化の連続した
形状となり、これによつて、シリンダ孔４ａおよ
びピストン５の加工に際して加工用治具の円滑な
移動を可能にし、加工性を向上させるとともに高
精度の加工を可能にする。特に、前記基準曲線Ｘ
を正規楕円としたから、前記加工治具の移動を
NC装置によつて容易に制御することができ、こ
の結果、量産性をも向上させることができる。

また、ピストンリング１３を前記ピストン５に
取り付けた状態において前記基準曲線Ｘに沿う湾
曲形状としたから、その曲率変化を円滑にして応
力の集中箇所を除去することができる。かつ、該
ピストンリング１３の自由形状を各点における外
方へ向かう法線１５が相互に交わらないような湾
曲形状としたから、その加工性が著しく向上しか
つシリンダ孔４ａとの接触圧を容易に設定するこ
とができ、前記効果と相まつて耐久性能を向上さ
せることができる。

さらに、吸気バルブ１１や排気バルブ１２をそ
れぞれ直線状に複数配設した場合にあつても、第
６図に示すように、特に、最外部に位置する吸気
通路８の開口８ａの縁部形状や排気通路１０の開
口１０ａの縁部形状と燃焼室７の周縁部形状とを
極力近付けることができ、これによつて、燃焼室
７上部のデツドスペースを減少させて、バルブ配
置を容易にするとともに吸排気効率を高めること
ができる。

なお、前記実施例において基準曲線Ｘを正規楕
円としたが、これに代えて、第８図イに示すよう
に、カテナリー曲線Ｙを基準曲線としてもよい。
このような場合においても、第８図ロに示すよう
に、その包絡円の曲率変化を連続したものとする
ことができる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる４サイク
ル内燃機関によれば、シリンダ内に往復動可能に
嵌装されるピストンの外周を、曲率変化が連続し
た基円を基準曲線とし、該基準曲線からその法線
方向に一定の距離を隔てた点を結んで得られる曲
線に沿つた形状とし、該ピストンに取り付けられ
るピストンリングを、ピストンに取り付けられた
状態においてピストンの外周形状に沿い、かつ、
自由形状において外方に向かう法線が相互に交わ
らないような湾曲形状としたから、シリンダやピ
ストンの形状を非真円形状とした場合にあつて
も、これらの加工を容易にするとともに、高精度
の加工を実施することができる。また、シリンダ
やピストンの非真円形状化に伴うピストンリング
の形状変更に際しても、該ピストンリングの曲率
変化を円滑にして応力集中箇所を除去するととも
に、シリンダとの接触圧の設定を容易にする等の
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来の非真円形
状のシリンダやピストンの曲率変化を示す概略
図、第３図〜第７図は本発明の一実施例を示すも
ので、第３図は要部の縦断面図、第４図は第３図
の−線に沿う矢視断面図、第５図は一実施例
のシリンダおよびピストンの曲率変化を示す概略
図、第６図は吸気通路および排気通路の開口の設
置状態を示す概略図、第７図はピストンリングの
概略を示す平面図、第８図は本発明の他の実施例
を示す第５図と同様の図である。 ３……シリンダヘツド、４……シリンダブロツ
ク、４ａ……シリンダ孔、５……ピストン、７…
…燃焼室、８……吸気通路、８ａ……開口、１０
……排気通路、１０ａ……開口、１１……吸気バ
ルブ、１２……排気バルブ、１３……ピストンリ
ング、１４……曲線（正規楕円包絡円）、Ｘ，Ｙ
……基準曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダ内で往復動させられるピストンと、
   該ピストンの外周部に取り付けられてピストンと
   シリンダとの間を密封するピストンリングとを備
   えた４サイクル内燃機関であつて、前記ピストン
   は、その外周が、曲率変化が連続した基円を基準
   曲線とし、該基準曲線からその法線方向に一定の
   距離を隔てた点を結んで得られる曲線に沿つた形
   状を有し、前記ピストンリングは、前記ピストン
   に取り付けられた状態において該ピストンの外周
   形状に沿い、かつ、自由形状において外方に向か
   う法線が相互に交わらないような湾曲形状を有す
   ることを特徴とする４サイクル内燃機関。