JP2004011541A

JP2004011541A - Piston device

Info

Publication number: JP2004011541A
Application number: JP2002166572A
Authority: JP
Inventors: Takao Suzuki; 鈴木　孝男
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2004-01-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology to efficiently reduce oil consumption by smoothly changing the pressure of a piston ring according to temperature change. <P>SOLUTION: A piston device comprises a cylinder, a piston and a piston ring set. The piston ring set 300 comprises substantially annular slide ring members 303 and 304 sliding on an inner wall surface of the cylinder, a substantially annular tension ring member 301 inducing the pressure to press the inner wall surface of the cylinder by the slide ring member in the slide ring member, adjustment members 306 and 307 for changing the pressure by the deformation according to the temperature. The adjustment members are formed of a specified material. The thermal expansion coefficient of the specified material is larger than that of a material forming the tension ring member. Expansion of the specified material is smoothly increased according to the temperature rise. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ピストン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、シリンダとピストンとを含むピストン装置を備えている。ピストンには、複数のピストンリングが装着されている。ピストンリングは、シリンダの内側壁面にオイルの膜を形成するとともに、余分なオイルを掻き落とす機能を有している。これにより、燃焼室内へのオイルの侵入が抑制され、この結果、オイル消費量が低減される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピストン温度が比較的高い場合には、すなわち、内燃機関の回転数や負荷が比較的大きい場合には、オイル消費量が急激に増加するという問題があった。これは、ピストンリングがシリンダの内側壁面を押圧する力（押圧力）が不足するためである。
【０００４】
このため、従来では、種々の手法でピストンリングの押圧力が調整されている。例えば、実公平３−４１０７８号公報では、形状記憶合金が採用されている。具体的には、ピストンリング（オイルリング）は、油掻きリングと、その内周側に設けられたコイル状の拡張リングと、を備えており、拡張リングは、形状記憶合金で構成されている。形状記憶合金は、高温時に膨張し、低温時に収縮する特性を有している。このため、ピストン温度が高くなる場合には、押圧力が高められていた。しかしながら、この場合には、押圧力を適切に設定することが困難であった。これは、形状記憶合金は、ピストン温度の変化に対してステップ状に変形するためである。そして、押圧力が過小である場合には、オイル消費量を低減させることが困難となってしまい、逆に、押圧力が過大である場合には、シリンダとピストンリングとの間の摩擦によって内燃機関の燃費が悪化してしまう。
【０００５】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、温度変化に応じてピストンリングの押圧力を滑らかに変化させることによって、オイル消費量を効率よく低減させることのできる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の装置は、内燃機関に適用されるピストン装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されたピストンリングセットと、
を備え、
前記ピストンリングセットは、
前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、
張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させる略環状の張力リング部材と、
温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させるための調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【０００７】
ここで、特定材料は、樹脂であることが好ましい。
【０００８】
第１の装置では、ピストンリングセットは、調整部材を備えている。調整部材は、温度変化に応じて滑らかに変形する。したがって、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【０００９】
なお、このピストンリングセットは、オイルリングとして機能することができる。
【００１０】
上記の第１の装置において、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記調整部材は、前記壁部と前記摺動リング部材との間に設けられていることが好ましい。
【００１１】
上記の第１の装置において、
前記調整部材は、略環状の外形形状を有することが好ましい。
【００１２】
あるいは、上記の第１の装置において、
前記調整部材は、複数の部分調整部材を含み、
前記複数の部分調整部材は、前記壁部と前記摺動リング部材とが接触しないように、前記壁部に沿って略環状に配置されているようにしてもよい。
【００１３】
こうすれば、調整部材は、摺動リング部材の外周上の各点における押圧力をほぼ均等に変化させることができる。
【００１４】
上記の第１の装置において、
前記調整部材の半径方向の寸法は、前記ピストンリングセットの外面側に向かう程、大きく設定されていることが好ましい。
【００１５】
こうすれば、押圧力は、シリンダの内側壁面に垂直な力成分と、ピストンリングセットの内面側に向かう力成分と、を含む。このため、摺動リング部材と拡張リング部材とが離れ難くなり、この結果、オイル消費量をより低減させることが可能となる。
【００１６】
あるいは、上記の第１の装置において、
前記調整部材は、略円形の断面形状を有するようにしてもよい。
【００１７】
こうすれば、摺動リング部材は、その姿勢に関わらずシリンダの内側壁面を押圧することができ、この結果、オイル消費量をより低減させることが可能となる。
【００１８】
また、上記の第１の装置において、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記摺動リング部材の内面側には、凸部が設けられており、
前記調整部材は、前記凸部の内周側側面に接触するように、前記平坦部と前記摺動リング部材との間に設けられているようにしてもよい。
【００１９】
あるいは、上記の第１の装置において、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記リング溝には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記張力リング部材の内周側に接触するように、前記凹部に挿入されているようにしてもよい。
【００２０】
あるいは、上記の第１の装置において、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記摺動リング部材の外周面には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記凹部に挿入されているようにしてもよい。
【００２１】
このように、調整部材の配置を変更した種々のピストンリングセットを構成することができる。
【００２２】
本発明の第２の装置は、内燃機関に適用されるピストン装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されたピストンリングセットと、
を備え、
前記ピストンリングセットは、
前記シリンダの内側壁面上を摺動し、前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を発生させる張力を有する略環状の張力リング部材と、
温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させるための調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００２３】
ここで、特定材料は、樹脂であることが好ましい。
【００２４】
第２の装置では、ピストンリングセットは、調整部材を備えている。調整部材は、温度変化に応じて滑らかに変形する。したがって、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００２５】
なお、このピストンリングセットは、コンプレッションリングとして機能することができる。
【００２６】
上記の第２の装置において、
前記張力リング部材には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記凹部に挿入されているようにしてもよい。
【００２７】
上記の第２の装置において、
前記凹部は、前記調整部材が前記張力リング部材の外周面近傍に配置されるように、形成されていることが好ましい。
【００２８】
こうすれば、調整部材の変形を、押圧力の変化に効率よく変換することができる。
【００２９】
上記の第２の装置において、
前記凹部は、前記張力リング部材の外周側に向かう開口を有していてもよい。
【００３０】
上記の第２の装置において、
前記リング溝には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記張力リング部材の内周面に接触するように、前記凹部に挿入されているようにしてもよい。
【００３１】
本発明の第３の装置は、内燃機関に適用されるピストン装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されたピストンリングセットと、
を備え、
前記ピストンリングセットは、
前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、
張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させるとともに、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させるための略環状の調整リング部材と、
を備え、
前記調整リング部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記摺動リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００３２】
ここで、特定材料は、樹脂であることが好ましい。
【００３３】
第３の装置では、ピストンリングセットは、調整リング部材を備えている。調整リング部材は、温度変化に応じて滑らかに変形する。したがって、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００３４】
なお、このピストンリングセットは、オイルリングとして機能することができる。
【００３５】
上記の第３の装置において、
前記調整リング部材は、コイル状の線材であってもよい。
【００３６】
上記の第３の装置において、
前記調整リング部材は、
張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させる略環状の第１種のリング部材と、
温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる略環状の第２種のリング部材と、
を備え、
前記第２種のリング部材は、前記特定材料を用いて形成されているようにしてもよい。
【００３７】
このように、調整リング部材が２種類のリング部材を含んでいれば、押圧力を比較的自由に設定することが可能となる。
【００３８】
上記の第３の装置において、
前記第１種のリング部材は、コイル状の線材であり、
前記第２種のリング部材は、前記第１種のリング部材の内側に設けられているようにしてもよい。
【００３９】
こうすれば、２種類のリング部材が一体化されるため、ピストンへの装着等の取り扱いが容易となる。
【００４０】
上記の第３の装置において、
前記第２種のリング部材は、コイル状の線材であってもよい。
【００４１】
上記の第３の装置において、
前記第２種のリング部材は、前記第１種のリング部材の外部に設けられているようにしてもよい。
【００４２】
本発明の第４の装置は、シリンダと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、を備える内燃機関に適用され、前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されるピストンリングセットであって、
使用時に、前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、使用時に、張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させる略環状の張力リング部材と、
使用時に、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００４３】
第４の装置では、ピストンリングセットは、調整部材を備えている。したがって、第４の装置を内燃機関のピストン装置に適用すれば、第１の装置と同様に、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００４４】
本発明の第５の装置は、シリンダと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、を備える内燃機関に適用され、前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されるピストンリングセットであって、
使用時に、前記シリンダの内側壁面上を摺動し、前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を発生させる張力を有する略環状の張力リング部材と、
使用時に、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００４５】
第５の装置では、ピストンリングセットは、調整部材を備えている。したがって、第５の装置を内燃機関のピストン装置に適用すれば、第２の装置と同様に、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００４６】
本発明の第６の装置は、シリンダと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、を備える内燃機関に適用され、前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されるピストンリングセットであって、
使用時に、前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、使用時に、張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させるとともに、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる略環状の調整リング部材と、
を備え、
前記調整リング部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記摺動リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００４７】
第６の装置では、ピストンリングセットは、調整リング部材を備えている。したがって、第６の装置を内燃機関のピストン装置に適用すれば、第３の装置と同様に、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００４８】
この発明は、ピストン装置、ピストンリングセット、ピストン装置を備える内燃機関、該内燃機関を搭載した移動体などの装置等の種々の態様で実現することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．エンジンの構成：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明のピストン装置を適用したガソリンエンジン１０の概略構成を示す説明図である。なお、本実施例のエンジン１０は、車両に搭載されている。
【００５０】
エンジン１０は、シリンダブロック２０と、シリンダヘッド３０と、を備えている。シリンダブロック２０とシリンダヘッド３０との間には、燃焼室１２が形成されている。
【００５１】
シリンダブロック２０は、シリンダ２２と、クランクケース２４と、を含んでいる。略円筒形のシリンダ２２内には、上下に往復運動する略円柱形のピストン２６が設けられている。クランクケース２４内には、回転運動するクランクシャフト２８が設けられている。ピストン２６とクランクシャフト２８とは、コネクティングロッド２７を介して接続されている。この構成によって、ピストン２６の往復運動とクランクシャフト２８の回転運動との変換が行われる。
【００５２】
シリンダヘッド３０には、吸気ポート３１と排気ポート３２とが形成されている。吸気ポート３１には吸気バルブ３３が配置されており、排気ポート３２には排気バルブ３４が配置されている。空気とガソリンとを含む混合気は、吸気ポート３１を介して燃焼室１２に供給される。混合気は、各点火プラグ３６が形成する電気火花によって、燃焼する。燃焼済みの排気ガスは、排気ポート３２を介して燃焼室１２から排出される。
【００５３】
コネクティングロッド２７には、シリンダ２２およびピストン２６に向かってオイル（潤滑油）を供給するためのオイル孔が設けられている。このオイルによって、ピストン２６とシリンダ２２との間の摩擦が低減されるとともに、ピストン２６が冷却される。また、シリンダ２２の壁部には、エンジン全体を冷却するための冷却水通路２２ａが形成されている。燃焼室１２で発生する熱は、直接またはピストン２６を介してシリンダ２２に伝わる。
【００５４】
なお、図１では、図示の便宜上、１つの気筒のみが図示されているが、実際には、エンジン１０には複数の気筒が備えられている。
【００５５】
Ａ−２．ピストン装置の構成：
図２は、図１のシリンダ２２とピストン２６との界面付近を示す説明図である。図示するように、本実施例では、ピストン２６には、３つのピストンリング１００，２００，３００が装着されている。３つのピストンリングは、ピストン２６の側面に形成された３つのリング溝２６ａ，２６ｂ，２６ｃにそれぞれ挿入されている。
【００５６】
各ピストンリング１００，２００，３００は、燃焼室からクランクケースへのガス漏れを抑制する機能と、シリンダの内側壁面にオイルの膜を形成するとともに余分なオイルを掻き落とす機能と、ピストンが受ける燃焼室の熱をシリンダへ伝える機能と、を有している。第１および第２のピストンリング１００，２００は、主として、燃焼室１２からクランクケース２４へのガス漏れを防止する機能を有しており、コンプレッションリングと呼ばれている。特に、第１のピストンリング１００は、トップリングと呼ばれ、第２のピストンリング２００は、セカンドリングと呼ばれる。また、第３のピストンリング３００は、主として、シリンダ２２の内側壁面に付着した余分なオイルを掻き落とす機能を有しており、オイルリングと呼ばれている。なお、オイルリングによって掻き取られたオイルの一部は、第３のリング溝２６ｃに設けられた複数の排油孔（図示せず）を介して、ピストン２６の内側に排出される。
【００５７】
なお、上記の３つの機能は、各ピストンリング１００，２００，３００がシリンダ２２の内側壁面を押圧することによって、実現されている。具体的には、各ピストンリングは、合口すき間（図示せず）が狭められた状態で、シリンダ２２内のピストン２６に装着される。このため、各ピストンリングは、張力を有する。この張力によって、各ピストンリングは、シリンダ２２の内側壁面を押圧することができ、この結果、上記の各機能を発揮することができる。
【００５８】
Ａ−３．オイル消費：
前述のように、エンジンの回転数や負荷（トルク）が比較的大きい場合には、換言すれば、高速運転状態や高負荷運転状態では、シリンダの内側壁面に付着したオイルが燃焼室内に侵入し易くなり、オイル消費量が急激に増大する傾向にある。
【００５９】
高速・高負荷運転状態におけるオイル消費量の増大は、以下のような種々の現象に起因する。（ａ）シリンダとピストンとの相対速度が高くなり、摩擦力が低下する。（ｂ）ピストンリングを構成する複数の部材の剛性の相違により、シリンダの内側壁面とピストンリングの摺動面との接触度が低下する。（ｃ）シリンダの変形（膨張）にピストンリングが追従できない。（ｄ）ピストンの首振りによって、ピストンリングの姿勢が悪化する。（ｅ）ランド圧力と摩擦力との間のバランスが崩れて、ピストンリングがリング溝から離れる（フラッタリング）。
【００６０】
なお、上記の現象は、ピストンリングの張力が比較的小さく設定されている場合に顕著となる。したがって、ピストンリングの張力が比較的大きく設定されている場合には、オイル消費量を比較的低減させることができる。しかしながら、シリンダとピストンリングとの間の摩擦が大きくなり、燃費が悪化するという問題がある。このため、ピストンリングの張力は、通常、比較的小さく設定されている。
【００６１】
ところで、エンジンの回転数や負荷（トルク）が比較的大きい場合には、ピストン２６の温度が比較的高くなる。図３は、エンジン回転数および負荷（トルク）と、ピストン温度と、の関係を示す説明図である。なお、図３に示す５つの曲線は、５種類の温度Ｔ１〜Ｔ５（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４＞Ｔ５）における等温曲線である。図示するように、エンジン回転数が比較的大きくなると、シリンダ２２とピストン２６（より具体的には、ピストンリング）との間の摩擦に起因する熱量が大きくなるため、ピストン温度は比較的高くなる。また、負荷（トルク）が比較的大きくなると、燃焼室１２内での燃焼に起因する熱量が大きくなるため、ピストン温度は比較的高くなる。
【００６２】
本実施例では、図３に示す特徴を利用して、ピストンリングの押圧力不足を解消し、オイル消費量を低減している。
【００６３】
Ａ−４．オイルリングセット（比較例）：
図４は、比較例としてのオイルリングセット３００Ｚを模式的に示す説明図である。図示するように、オイルリングセット３００Ｚは、略環状のスペーサエキスパンダ３０１と、２つの略環状のサイドレール３０３，３０４と、を備える。なお、図４では、オイルリングセット３００Ｚは、ピストン２６に形成されたリング溝２６ｃの上面および下面から離れた状態で描かれているが、通常、いずれか一方の面に接触した状態となっている。
【００６４】
スペーサエキスパンダ（以下、単に「エキスパンダ」とも呼ぶ）３０１は、略波状の側面形状を有している。図５は、図４のスペーサエキスパンダ３０１の一部を示す説明図である。略波状のエキスパンダ３０１の山部および谷部の外周側には、中央領域に凹部３０１ｃを有する平坦部３０１ｐが形成されており、内周側には、壁部３０１ｗが形成されている。なお、エキスパンダ３０１は、例えば、プレス成形や鋳造によって作製可能である。
【００６５】
各サイドレール（以下、単に「レール」とも呼ぶ）３０３，３０４は、外周側および内周側に曲面を有しており、上側および下側に平面を有している。外周側の曲面（外周面）は、シリンダ２２の内側壁面上を摺動する摺動面を形成する。各レール３０３，３０４は、エキスパンダ３０１の上側および下側の平坦部３０１ｐにそれぞれ配置される。各レール３０３，３０４の半径方向内側への移動は、エキスパンダ３０１の壁部３０１ｗによって制限される。
【００６６】
エキスパンダ３０１は、図示しない合口すき間が狭められた状態でシリンダ２２内のピストン２６に装着されるため、張力を有する。この張力は、レール３０３，３０４の環を広げようとする。この結果、レール３０３，３０４は、シリンダ２２の内側壁面を押圧することができる。すなわち、エキスパンダ３０１の張力は、レール３０３，３０４がシリンダ２２の内側壁面を押圧する押圧力を、レール３０３，３０４に誘起させる。
【００６７】
Ａ−５．オイルリングセット（実施例）：
図６は、図２のオイルリングセット３００を模式的に示す説明図である。図示するように、オイルリングセット３００は、略環状のスペーサエキスパンダ３０１と、２つの略環状のサイドレール３０３，３０４と、２つの略環状の調整部材３０６，３０７と、を備えている。
【００６８】
エキスパンダ３０１と２つのレール３０３，３０４とは、比較例（図４，図５）と同様である。２つの調整部材３０６，３０７は、略平行四辺形の断面形状を有している。図７は、図６の第１の調整部材３０６の外形形状を示す説明図である。図示するように、第１の調整部材３０６には、ピストン２６への装着を可能とする合口すき間が設けられている。なお、第２の調整部材３０７についても同様である。各調整部材３０６，３０７は、図６に示すように、エキスパンダ３０１の壁部３０１ｗと各レール３０３，３０４との間に設けられている。
【００６９】
本実施例において、エキスパンダ３０１およびレール３０３，３０４は、熱膨張率の比較的低い材料で構成されている。この材料としては、例えば、ステンレス鋼や、炭素鋼、ばね鋼などを用いることができる。一方、調整部材３０６，３０７は、熱膨張率の比較的高い材料で構成されている。この材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＡ６６（ポリヘキサメチレンアジポアミド）などの樹脂を用いることができる。
【００７０】
図６（Ａ），（Ｂ）は、ピストン温度が比較的低い場合と比較的高い場合とのオイルリングセット３００をそれぞれ示している。ピストン温度が比較的低い場合（図６（Ａ））には、レール３０３，３０４は、エキスパンダ３０１の張力によって、シリンダ２２の内側壁面を押圧力Ｐａで押圧する。一方、ピストン温度が比較的高い場合（図６（Ｂ））には、調整部材３０６，３０７は膨張して、半径方向に寸法Ｄだけ大きくなっている。このため、レール３０３，３０４は、エキスパンダ３０１の張力と調整部材３０６，３０７の膨張とによって、シリンダ２２の内側壁面を押圧力Ｐａよりも大きな押圧力Ｐｂで押圧することができる。なお、調整部材３０６，３０７は、略環状の外形形状を有しているため、レール３０３，３０４の外周上の各点における押圧力をほぼ均等に変化させることができる。
【００７１】
図８は、図６のオイルリングセット３００を用いた場合のオイル消費量を示す説明図である。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、エンジン回転数と、押圧力と、単位時間あたりのオイル消費量と、の時間変化を示している。エンジン回転数（図８（Ａ））は、時刻ｔ１まで次第に大きくなり、時刻ｔ１以降ではほぼ一定に保たれている。オイルリングセット３００の押圧力（図８（Ｂ））は、エンジン回転数の増大に伴うピストン温度の上昇に従って、次第に大きくなる。具体的には、ピストン温度が次第に上昇する時刻ｔ３までは、押圧力も次第に大きくなり、ピストン温度がほぼ一定となる時刻ｔ３以降では、押圧力もほぼ一定に保たれる。そして、単位時間あたりのオイル消費量（図８（Ｃ））は、押圧力が比較的小さい時刻ｔ２までは、次第に増加するが、押圧力が比較的大きくなる時刻ｔ２以降の期間では、次第に減少する。そして、押圧力がほぼ一定となる時刻ｔ３以降では、オイル消費量も比較的小さな値でほぼ一定に保たれる。
【００７２】
このように、オイルリングセット３００が調整部材３０６，３０７を備えていれば、ピストン温度が比較的高い場合、換言すれば、エンジンの回転数や負荷（トルク）が比較的大きい場合におけるオイル消費量の増大を緩和することができる。
【００７３】
なお、本実施例では、調整部材３０６，３０７は、熱膨張率の比較的高い樹脂で構成されているが、これに代えて、アルミニウム（またはその合金）や、マンガン鋼、マグネシウム合金などを用いるようにしてもよい。さらに、熱膨張率の異なる２種類の金属が接合されたバイメタルを用いるようにしてもよい。
【００７４】
一般には、調整部材３０６，３０７に含まれる特定材料の熱膨張率は、エキスパンダ３０１を構成する材料の熱膨張率よりも大きく、特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大すればよい。特に、特定材料の熱膨張率は、約２．０×１０^−５（／Ｋ）以上であることが好ましく、約３．０×１０^−５（／Ｋ）以上であることがより好ましい。また、特定材料の熱膨張率は、約５．０×１０^−５（／Ｋ）以上であることが望ましい。バイメタルが用いられる場合には、２種類の金属のうちの少なくとも一方の熱膨張率が、エキスパンダ３０１を構成する材料の熱膨張率よりも大きく、その膨張量が、温度上昇に応じて滑らかに増大すればよい。
【００７５】
なお、シリンダとオイルリングセットとの接触面近傍の温度は、約１２０℃まで上昇する。したがって、特定材料としては、使用温度に耐え得る耐熱性を有する材料が用いられる。
【００７６】
以上説明したように、本実施例のピストン装置は、シリンダ２２と、ピストン２６と、ピストンリングセット３００と、を備えている。ピストンリングセット３００は、シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材３０３，３０４と、張力を有し、摺動リング部材がシリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、摺動リング部材に誘起させる略環状の張力リング部材３０１と、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させるための調整部材３０６，３０７と、を備えている。そして、調整部材は、特定材料を用いて形成されており、特定材料の熱膨張率は、張力リング部材を構成する材料よりも大きく、特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大する。このようなピストンリングセットを採用すれば、調整部材は、温度変化に応じて滑らかに変形するため、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることが可能となる。
【００７７】
なお、本実施例の構成を採用すれば、比較例（図４）に対して調整部材３０６，３０７を追加するだけで済むため、オイルリングセット３００を比較的容易に作製することができるという利点がある。
【００７８】
また、本実施例では、エキスパンダ３０１の張力は比較的小さく設定されているため、ピストン温度が比較的低い場合には、すなわち、エンジンの回転数や負荷が比較的小さい場合には、燃費を良好に保つことができるという利点もある。
【００７９】
さらに、本実施例では、エキスパンダ３０１の張力は比較的小さく設定されているため、エンジン始動時のシリンダ２２とピストンリングセット３００との間の摩擦を小さくすることができ、この結果、円滑な始動が可能であるという利点もある。なお、エンジン始動時の摩擦が小さいため、始動時に必要な燃料量を低減させることができ、この結果、始動時の排気ガス中の有害成分を低減させることもできる。
【００８０】
また、本実施例では、燃焼室１２内へのオイルの侵入が抑制されるため、燃焼室内のデポジットの堆積量を低減させて、デポジットによる燃焼室の容積の減少を緩和することができる。したがって、圧縮比を比較的高く維持することができ、この結果、ノッキングを抑制することができるという利点もある。
【００８１】
ところで、本実施例では、図７に示すように、合口すき間を有する略環状の調整部材３０６，３０７が用いられているが、他の調整部材を用いるようにしてもよい。例えば、調整部材３０６，３０７が弾性の高い樹脂で構成されている場合には、調整部材は合口すき間を有していなくてもよい。また、調整部材は、複数の部分調整部材を含んでいてもよい。図９は、複数の部分調整部材３０６ｐを含む調整部材３０６’を示す説明図である。図示するように、この調整部材３０６’を用いる場合には、各部分調整部材３０６ｐは、略環状に配列される。より具体的には、複数の部分調整部材３０６ｐは、エキスパンダ３０１の壁部３０１ｗとレール３０３，３０４とが接触しないように、壁部３０１ｗに沿って略環状に配置される。こうすれば、複数の部分調整部材を含む調整部材３０６’は、略環状の調整部材３０６と同様に、レール３０３，３０４の外周上の各点における押圧力をほぼ均等に変化させることができる。
【００８２】
Ａ−６．変形例：
図１０は、第１の変形例としてのオイルリングセット３００Ａを示す説明図である。なお、図１０（Ａ），（Ｂ）は図６（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の形状が変更されている。
【００８３】
すなわち、調整部材３０６Ａ，３０７Ａは、略台形状（テーパ状）の断面形状を有している。より具体的には、調整部材３０６Ａ，３０７Ａの半径方向の寸法は、オイルリングセット３００Ａの２つの底面側（外面側）に向かう程、大きく設定されている。
【００８４】
この構成を採用すれば、オイル消費量をより低減させることが可能となる。すなわち、調整部材３０６Ａ，３０７Ａが膨張する場合には、底面側に向かうほど、半径方向の寸法の変化量が大きくなる。したがって、レール３０３，３０４は、エキスパンダ３０１の外周を支点として、内側に向かう力で、シリンダ２２の内側壁面を押圧することができる。換言すれば、押圧力Ｐｂ（図１０（Ｂ））は、シリンダ２２の内側壁面に垂直な力成分と、オイルリングセット３００Ａの内面側に向かう力成分と、を含む。これにより、レール３０３，３０４の外周側がエキスパンダ３０１から離れ難くなり、この結果、オイル消費量を低減することができる。具体的には、ピストン２６が下降（上昇）する行程では、摩擦力によって、上レール３０３（下レール３０４）の外周側は上方（下方）に傾き易い。しかしながら、この構成を採用すれば、上記の傾きを抑制することができるため、オイル掻き性能の低下を抑制することが可能となる。
【００８５】
図１１は、第２の変形例としてのオイルリングセット３００Ｂを示す説明図である。図１１（Ａ），（Ｂ）は図６（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の形状が変更されている。
【００８６】
すなわち、調整部材３０６Ｂ，３０７Ｂは、略円形の断面形状を有している。なお、この変更に伴って、調整部材と接触するエキスパンダ３０１Ｂの壁部３０１Ｂｗには、略半円形の断面形状を有する凹部３０１Ｂｃが略環状に形成されている。
【００８７】
この構成を採用すれば、調整部材３０６Ｂ，３０７Ｂの姿勢を安定させることができる。また、調整部材３０６Ｂ，３０７Ｂは、略円形の断面形状を有するため、レール３０３，３０４が傾くような場合にも、レールの内周側の曲面と円滑に接触することができる。したがって、レール３０３，３０４は、その姿勢に関わらずシリンダの内側壁面を押圧することができ、この結果、オイル消費量をより低減させることが可能となる。
【００８８】
図１２は、第３の変形例としてのオイルリングセット３００Ｃを示す説明図である。図１２（Ａ），（Ｂ）は図１１（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、図１２では、レール３０３Ｃ，３０４Ｃの内周側の平面に凹部３０３Ｃｃ，３０４Ｃｃが形成されており、この凹部に、調整部材３０６Ｃ，３０７Ｃが設けられている。
【００８９】
この構成を採用すれば、図１１の構成を採用する場合と同様に、オイル消費量をより低減させることが可能となる。また、レール３０３，３０４の重量が比較的小さいため（すなわち、レールの断面係数が比較的大きいため）、シリンダ２２の変形に対するレールの追従性を向上させることができる。
【００９０】
図１３は、第４の変形例としてのオイルリングセット３００Ｄを示す説明図である。図１３（Ａ），（Ｂ）は図６（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の配置が変更されている。
【００９１】
具体的には、レール３０３Ｄ，３０４Ｄは、内側面に略環状の凸部３０３Ｄｖ，３０４Ｄｖを有している。また、調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄは、略矩形の断面形状を有している。そして、調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄは、レールに形成された凸部３０３Ｄｖ，３０４Ｄｖの内周側側面に接触するように、エキスパンダ３０１の平坦部３０１ｐとレール３０３Ｄ，３０４Ｄの内側面との間に設けられている。なお、図１３では、調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄは、平坦部３０１ｐに形成された凹部３０１ｃ内に配置されている。
【００９２】
この構成を採用すれば、比較的小さな調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄを用いて、比較的大きな押圧力Ｐｂを得ることができる。すなわち、調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄの長辺は、半径方向に設定されている。このため、ピストン温度が比較的高い場合における調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄの半径方向の変化量を比較的大きく設定することができる。
【００９３】
また、この構成を採用すれば、図１０と同様に、押圧力Ｐｂ（図１３（Ｂ））は、オイルリングセット３００Ｄの内面側に向かう力成分を含むため、オイル消費量を低減することができる。
【００９４】
図１４は、第５の変形例としてのオイルリングセット３００Ｅを示す説明図である。図１４（Ａ），（Ｂ）は図６（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の配置が変更されている。
【００９５】
具体的には、ピストン２６Ｅは、リング溝２６Ｅｃの上面および下面に略環状の凹部２６Ｅｘ１，２６Ｅｘ２を有している。調整部材３０６Ｅ，３０７Ｅは、この凹部２６Ｅｘ１，２６Ｅｘ２にそれぞれ挿入されている。ここで、凹部２６Ｅｘ１，２６Ｅｘ２は、調整部材３０６Ｅ，３０７Ｅがエキスパンダ３０１の内周面に接触するような位置に形成されている。そして、図１４（Ｂ）に示すように、調整部材３０６Ｅ，３０７Ｅが膨張する場合には、エキスパンダ３０１の環が広げられ、この結果、レール３０３，３０４の押圧力が大きくなる。
【００９６】
この構成を採用すれば、比較例（図４）に対してエキスパンダ３０１とレール３０３，３０４との双方を変更する必要がないため、オイルリングセット３００Ｅを比較的容易に作製することができる。
【００９７】
なお、図１４では、リング溝２６Ｅｃの上面および下面に凹部２６Ｅｘ１，２６Ｅｘ２が形成されているが、リング溝の底部に凹部を形成するようにしてもよい。
【００９８】
図１５は、第６の変形例としてのオイルリングセット３００Ｆを示す説明図である。図１５（Ａ），（Ｂ）は図１２（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の数が変更されている。
【００９９】
すなわち、このオイルリングセット３００Ｆでは、上レール３０３Ｆに対して２つの略環状の調整部材３０６Ｆ１，３０６Ｆ２が用いられており、下レール３０４Ｆに対して２つの略環状の３０７Ｆ１，３０７Ｆ２が用いられている。第１の調整部材３０６Ｆ１，３０７Ｆ１は、図１２と同様に、レール３０３Ｆ，３０４Ｆの内周側の曲面に形成された第１の凹部３０３Ｆｃ１，３０４Ｆｃ１に挿入されている。また、第２の調整部材３０６Ｆ２，３０７Ｆ２は、レール３０３Ｆ，３０４Ｆの外周側の曲面に形成された第２の凹部３０３Ｆｃ２，３０４Ｆｃ２に挿入されている。なお、第２の調整部材３０６Ｆ２，３０７Ｆ２は、シリンダ２２の内側壁面に接触している。
【０１００】
この構成を採用すれば、各レール３０３Ｆ，３０４Ｆは、それぞれ２つの調整部材の膨張を利用してシリンダ２２の内側壁面を押圧することができるため、押圧力Ｐｂをより高めることが可能となる。
【０１０１】
また、第２の調整部材３０６Ｆ２，３０７Ｆ２が樹脂で構成されている場合には、樹脂にオイルを浸透させることができるため、シリンダ２２とオイルリングセット３００Ｆとの間の摩擦を低減させることができる。
【０１０２】
図１０〜図１５では、オイルリングセット３００の種々の変形例について説明したが、各調整部材は、図９に示すように、複数の部分調整部材を含んでいてもよい。ただし、図１５に示すように、調整部材３０６Ｆ２，３０７Ｆ２がシリンダ２２と接触するように設けられる場合には、シリンダとオイルリングセットとの間に間隙が形成されないように、調整部材は、略環状の１つの部材のみを含むことが好ましい。
【０１０３】
Ｂ．第２実施例：
第１実施例では、オイルリングセットに調整部材が適用されているが、コンプレッションリングセットに調整部材を適用するようにしてもよい。第２実施例では、セカンドリングセット２００に調整部材を適用する場合について説明する。
【０１０４】
図１６は、図２のセカンドリングセット２００を模式的に示す説明図である。図示するように、セカンドリングセット２００は、略環状のエキスパンダ２０１と、略環状の調整部材２０６と、を備えている。
【０１０５】
エキスパンダ２０１は、略台形状の断面を有している。具体的には、エキスパンダ２０１は、外周側にテーパ面と平面（摺動面）とを有しており、内周側に平面を有している。エキスパンダ２０１の下面側には、略環状の凹部２０１ｃが形成されている。凹部２０１ｃは、比較的狭い開口を有し、内部に比較的広い空間を有している。調整部材２０６は、この凹部２０１ｃに挿入されている。
【０１０６】
なお、第１実施例と同様に、エキスパンダ２０１は、ステンレス鋼などの熱膨張率の比較的低い材料で構成されており、調整部材２０６は、樹脂などの熱膨張率の比較的高い材料（特定材料）で構成されている。
【０１０７】
エキスパンダ２０１は、図示しない合口すき間が狭められた状態でシリンダ２２内のピストン２６に装着されるため、張力を有する。この張力によって、エキスパンダ２０１はシリンダ２２の内側壁面を押圧することができる。そして、調整部材２０６の膨張によって、エキスパンダ２０１は、シリンダ２２の内側壁面をより大きな押圧力で押圧することができる。
【０１０８】
ところで、凹部２０１ｃは、図示するように、エキスパンダ２０１の摺動面近傍に形成されていることが好ましい。図１６では、エキスパンダ２０１の摺動面と凹部２０１ｃの外周面との間隔は約０．１〜０．２ｍｍに設定されている。こうすれば、調整部材２０６の膨張を、エキスパンダ２０１の押圧力の増大に効率よく変換することができる。
【０１０９】
以上説明したように、本実施例では、ピストンリングセット２００は、シリンダ２２の内側壁面上を摺動し、シリンダ２２の内側壁面を押圧する押圧力を発生させる張力を有する略環状の張力リング部材２０１と、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させるための調整部材２０６と、を備えている。そして、調整部材は、特定材料を用いて形成されており、特定材料の熱膨張率は、張力リング部材を構成する材料よりも大きく、特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大する。このようなピストンリングセットを採用すれば、調整部材は、温度変化に応じて滑らかに変形するため、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることが可能となる。また、シリンダ２２とセカンドリングセット２００との間の気密性が向上するため、燃焼室からクランクケースへのガス漏れをより効率よく抑制することが可能となる。
【０１１０】
なお、本実施例の構成を採用すれば、セカンドリングセット２００を軽量化することができるため、図１２の構成を採用する場合と同様に、シリンダ２２の変形に対するレールの追従性を向上させることができるという利点もある。また、セカンドリングセット２００は、一体化されているため、ピストン２６への装着等の取り扱いが容易となるという利点もある。
【０１１１】
Ｂ−１．変形例：
図１７は、第１の変形例としてのセカンドリングセット２００Ａを示す説明図である。図１７は図１６とほぼ同様であるが、調整部材の配置が変更されている。
【０１１２】
具体的には、ピストン２６Ａは、リング溝２６Ａｂの底部に略環状の凹部２６Ａｘを有している。調整部材２０６Ａは、この凹部２６Ａｘに挿入されている。ここで、調整部材２０６Ａと凹部２６Ａｘとは、調整部材２０６Ａがエキスパンダ２０１Ａの内周面に接触するような寸法に設定されている。なお、図１７では、凹部２６Ａｘは、エキスパンダ２０１Ａの摺動面に対応する位置に形成されている。
【０１１３】
この構成を採用すれば、図１４と同様に、エキスパンダ２０１Ａに凹部を形成する必要がないため、セカンドリングセット２００Ａを比較的容易に作製することができる。
【０１１４】
なお、図１７では、リング溝２６Ａｂの底部に凹部が形成されているが、図１４と同様に、リング溝の上面または下面に凹部を形成するようにしてもよい。
【０１１５】
図１８は、第２の変形例としてのセカンドリングセット２００Ｂを示す説明図である。図１８は図１６とほぼ同様であるが、調整部材の配置が変更されている。
【０１１６】
具体的には、エキスパンダ２０１Ｂの外周面には、略環状の凹部２０１Ｂｃが形成されている。調整部材２０６Ｂは、この凹部２０１Ｂｃに挿入されている。調整部材２０６Ｂは、ピストン温度が比較的低い場合にシリンダ２２の内側壁面に接触せず、ピストン温度が比較的高い場合にシリンダ２２の内側壁面に接触するような寸法に設定されている。すなわち、ピストン温度が比較的高い場合には、調整部材２０６Ｂは、摺動面の一部を構成する。
【０１１７】
この構成を採用すれば、シリンダの温度上昇に応じて押圧力を円滑に高めることができるため、オイル消費量をより低減させることが可能となる。
【０１１８】
また、調整部材２０６Ｂが樹脂で構成されている場合には、図１５において説明したように、シリンダ２２とセカンドリングセット２００Ｂとの間の摩擦を低減させることができる。
【０１１９】
なお、図１６，図１７では、略環状の１つの調整部材を用いる場合について説明したが、各調整部材は、図９に示すように、複数の部分調整部材を含んでいてもよい。
【０１２０】
また、図１６〜図１８では、図２のセカンドリングセット２００に調整部材を適用する場合について説明したが、図２のトップリングセット１００にも同様に適用可能である。
【０１２１】
Ｃ．第３実施例：
図１９は、第３実施例におけるオイルリングセット４００を示す説明図である。なお、このオイルリングセット４００は、図６のオイルリングセット３００に代えて用いられる。オイルリングセット４００は、略環状の油掻きリング４０２と、略環状のエキスパンダ４０５と、を備えている。
【０１２２】
油掻きリング４０２は、略Ｍ字状の断面形状を有している。油掻きリング４０２の外周側には、シリンダ２２の内側壁面に接触する２つの摺動面が形成されており、内周側には、略半円形の断面形状を有する凹部４０２ｃが形成されている。また、中央領域には、複数の排油孔４０２ｈが形成されている。
【０１２３】
図２０は、図１９のエキスパンダ４０５の一部を示す説明図である。図示するように、エキスパンダ４０５は、コイル状の線材である。エキスパンダ４０５は、図１９に示す凹部４０２ｃに設けられている。
【０１２４】
なお、油掻きリング４０２は、ステンレス鋼などの熱膨張率の比較的低い材料で構成されており、エキスパンダ４０５は、樹脂などの熱膨張率の比較的高い材料（特定材料）で構成されている。
【０１２５】
エキスパンダ４０５は、収縮した状態でシリンダ２２内のピストン２６に装着されるため、張力を有する。この張力は、油掻きリング４０２の環を広げようとする。この結果、油掻きリング４０２は、シリンダ２２の内側壁面を押圧することができる。また、エキスパンダ４０５の膨張によって、油掻きリング４０２は、シリンダ２２の内側壁面をより大きな押圧力で押圧することができる。
【０１２６】
以上説明したように、本実施例では、ピストンリングセット４００は、シリンダ２２の内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材４０２と、張力を有し、摺動リング部材がシリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、摺動リング部材に誘起させるとともに、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させるための略環状の調整リング部材４０５と、を備えている。そして、調整リング部材は、特定材料を用いて形成されており、特定材料の熱膨張率は、摺動リング部材を構成する材料よりも大きく、特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大する。このようなピストンリングセットを採用すれば、調整リング部材は、温度変化に応じて滑らかに変形するため、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることが可能となる。
【０１２７】
また、この構成を採用すれば、構造が比較的簡単であるため、オイルリングセットを容易に作製することができるとともに量産に好適である。
【０１２８】
Ｃ−１．変形例：
図２１は、第１の変形例としてのオイルリングセット４００Ａを示す説明図である。図２１は図１９とほぼ同様であるが、エキスパンダ４０５Ａの構造が変更されている。
【０１２９】
すなわち、エキスパンダ４０５Ａは、２つの部分エキスパンダ４０５Ａ１，４０５Ａ２を含んでいる。各部分エキスパンダ４０５Ａ１，４０５Ａ２は、コイル状の線材である。そして、第２の部分エキスパンダ４０５Ａ２は、第１の部分エキスパンダ４０５Ａ１の内側に設けられている。外側の第１の部分エキスパンダ４０５Ａ１は、ステンレス鋼などの熱膨張率の比較的低い材料で構成されており、内側の第２の部分エキスパンダ４０５Ａ２は、樹脂などの熱膨張率の比較的高い材料（特定材料）で構成されている。
【０１３０】
このように、図２１では、調整リング部材４０５Ａは、張力を有し、摺動リング部材４０２がシリンダ２２の内側壁面を押圧する押圧力を、摺動リング部材に誘起させる略環状の第１種のリング部材４０５Ａ１と、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させる略環状の第２種のリング部材４０５Ａ２と、を備えている。そして、第２種のリング部材４０５Ａ２は、第１種のリング部材４０５Ａ１の内側に設けられている。
【０１３１】
この構成を採用すれば、押圧力を比較的自由に設定することができる。すなわち、図１９のエキスパンダ４０５では、コイル径はリング溝２６ｃの幅（上下方向の高さ）でほぼ決定されるため、設定可能な押圧力の自由度が比較的小さい。しかしながら、図２１では、第２の部分エキスパンダ４０５Ａ２のコイル径や、２つの部分エキスパンダ４０５Ａ１，４０５Ａ２の線断面積などを任意に変更することができるため、設定可能な押圧力の自由度が比較的大きくなる。
【０１３２】
また、この構成を採用すれば、２つの部分エキスパンダが一体化されているため、ピストン２６への装着等の取り扱いが容易となるという利点もある。
【０１３３】
図２２は、第２の変形例としてのオイルリングセット４００Ｂを示す説明図である。図２２は図２１とほぼ同様であるが、エキスパンダ４０５Ｂの構造が変更されている。具体的には、内側の第２の部分エキスパンダ４０５Ｂ２は、直線状の線材に変更されている。
【０１３４】
この構成を採用しても、図２１と同様に、２つの部分エキスパンダ４０５Ｂ１，４０５Ｂ２の線断面積などを任意に変更することができるため、押圧力を比較的自由に設定することができる。
【０１３５】
図２３は、第３の変形例としてのオイルリングセット４００Ｃを示す説明図である。図２３は図２１とほぼ同じであるが、エキスパンダ４０５Ｃの構造が変更されている。
【０１３６】
すなわち、エキスパンダ４０５Ｃは、３つの部分エキスパンダ４０５Ｃ１，４０５Ｃ２，４０５Ｃ３を含んでいる。各部分エキスパンダは、コイル状の線材である。なお、中央の部分エキスパンダ４０５Ｃ１は、比較的大きなコイル径を有しており、底面側の２つの部分エキスパンダ４０５Ｃ２，４０５Ｃ３は、比較的小さなコイル径を有している。そして、油掻きリング４０２Ｃの内周側には、略半円形の断面形状を有する３つの凹部４０２Ｃｃ１〜４０２Ｃｃ３が形成されている。３つの部分エキスパンダ４０５Ｃ１〜４０５Ｃ３は、この３つの凹部４０２Ｃｃ１〜４０２Ｃｃ３にそれぞれ配置されている。
【０１３７】
中央の部分エキスパンダ４０５Ｃ１は、ステンレス鋼などの熱膨張率の比較的低い材料で構成されており、底面側の２つの部分エキスパンダ４０５Ｃ２，４０５Ｃ３は、樹脂などの熱膨張率の比較的高い材料（特定材料）で構成されている。
【０１３８】
このように、図２３では、調整リング部材４０５Ｃは、張力を有し、摺動リング部材４０２Ｃがシリンダ２２の内側壁面を押圧する押圧力を、摺動リング部材に誘起させる略環状の第１種のリング部材４０５Ｃ１と、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させる略環状の第２種のリング部材４０５Ｃ２，４０５Ｃ３と、を備えている。そして、第２種のリング部材４０５Ｃ２，４０５Ｃ３は、第１種のリング部材４０５Ｃ１の外部に独立して設けられている。
【０１３９】
この構成を採用すれば、底面側の２つの部分エキスパンダ４０５Ｃ２，４０５Ｃ３の線材料や線断面積を変更することにより、油掻きリング４０２Ｃの姿勢を比較的容易に調整することが可能となる。
【０１４０】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１４１】
上記実施例では、ピストン２６には、３つのピストンリングセットが装着されているが、より少数または多数のピストンリングセットが装着されていてもよい。一般には、ピストン装置は、ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入された少なくとも１つのピストンリングセットを備えていればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピストン装置を適用したガソリンエンジン１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１のシリンダ２２とピストン２６との界面付近を示す説明図である。
【図３】エンジン回転数および負荷（トルク）と、ピストン温度と、の関係を示す説明図である。
【図４】比較例としてのオイルリングセット３００Ｚを模式的に示す説明図である。
【図５】図４のスペーサエキスパンダ３０１の一部を示す説明図である。
【図６】図２のオイルリングセット３００を模式的に示す説明図である。
【図７】図６の第１の調整部材３０６の外形形状を示す説明図である。
【図８】図６のオイルリングセット３００を用いた場合のオイル消費量を示す説明図である。
【図９】複数の部分調整部材３０６ｐを含む調整部材３０６’を示す説明図である。
【図１０】第１の変形例としてのオイルリングセット３００Ａを示す説明図である。
【図１１】第２の変形例としてのオイルリングセット３００Ｂを示す説明図である。
【図１２】第３の変形例としてのオイルリングセット３００Ｃを示す説明図である。
【図１３】第４の変形例としてのオイルリングセット３００Ｄを示す説明図である。
【図１４】第５の変形例としてのオイルリングセット３００Ｅを示す説明図である。
【図１５】第６の変形例としてのオイルリングセット３００Ｆを示す説明図である。
【図１６】図２のセカンドリングセット２００を模式的に示す説明図である。
【図１７】第１の変形例としてのセカンドリングセット２００Ａを示す説明図である。
【図１８】第２の変形例としてのセカンドリングセット２００Ｂを示す説明図である。
【図１９】第３実施例におけるオイルリングセット４００を示す説明図である。
【図２０】図１９のエキスパンダ４０５の一部を示す説明図である。
【図２１】第１の変形例としてのオイルリングセット４００Ａを示す説明図である。
【図２２】第２の変形例としてのオイルリングセット４００Ｂを示す説明図である。
【図２３】第３の変形例としてのオイルリングセット４００Ｃを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…燃焼室
２０…シリンダブロック
２２…シリンダ
２２ａ…冷却水通路
２４…クランクケース
２６…ピストン
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…リング溝
２７…コネクティングロッド
２８…クランクシャフト
３０…シリンダヘッド
３１…吸気ポート
３２…排気ポート
３３…吸気バルブ
３４…排気バルブ
３６…点火プラグ
１００…トップリングセット（ピストンリングセット）
２００…セカンドリングセット（ピストンリングセット）
２０１…エキスパンダ（張力リング部材）
２０６…調整部材
３００…オイルリングセット（ピストンリングセット）
３０１…スペーサエキスパンダ（張力リング部材）
３０３，３０４…サイドレール（摺動リング部材）
３０６，３０７…調整部材
３０６ｐ…部分調整部材
４００…オイルリングセット（ピストンリングセット）
４０２…油掻きリング（摺動リング部材）
４０５…エキスパンダ（調整リング部材）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piston device.
[0002]
[Prior art]
The internal combustion engine includes a piston device including a cylinder and a piston. A plurality of piston rings are mounted on the piston. The piston ring has a function of forming an oil film on the inner wall surface of the cylinder and scraping off excess oil. Thereby, intrusion of oil into the combustion chamber is suppressed, and as a result, oil consumption is reduced.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the piston temperature is relatively high, that is, when the rotation speed and the load of the internal combustion engine are relatively large, there is a problem that the oil consumption increases rapidly. This is because the force (pressing force) of the piston ring pressing the inner wall surface of the cylinder is insufficient.
[0004]
For this reason, conventionally, the pressing force of the piston ring has been adjusted by various methods. For example, Japanese Utility Model Publication No. 3-41078 discloses a shape memory alloy. Specifically, the piston ring (oil ring) includes an oil scraping ring and a coil-shaped expansion ring provided on the inner peripheral side thereof, and the expansion ring is made of a shape memory alloy. . Shape memory alloys have the property of expanding at high temperatures and contracting at low temperatures. For this reason, when the piston temperature increases, the pressing force is increased. However, in this case, it has been difficult to appropriately set the pressing force. This is because the shape memory alloy deforms in a step-like manner in response to a change in piston temperature. If the pressing force is too small, it becomes difficult to reduce the oil consumption. Conversely, if the pressing force is too large, the friction between the cylinder and the piston ring causes internal combustion. The fuel economy of the engine will deteriorate.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problem in the related art, and the oil consumption can be efficiently reduced by smoothly changing the pressing force of the piston ring according to a temperature change. It aims to provide technology.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to solve at least a part of the problems described above, a first device of the present invention is a piston device applied to an internal combustion engine,
A cylinder,
A piston reciprocating in the cylinder;
A piston ring set inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston,
With
The piston ring set includes:
A substantially annular sliding ring member that slides on the inner wall surface of the cylinder,
A tension ring member that has a tension and induces a pressing force for the sliding ring member to press the inner wall surface of the cylinder on the sliding ring member;
An adjusting member for changing the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting member is formed using a specific material,
The thermal expansion coefficient of the specific material is larger than that of the material forming the tension ring member, and the expansion amount of the specific material increases smoothly as the temperature rises.
[0007]
Here, the specific material is preferably a resin.
[0008]
In the first device, the piston ring set includes an adjusting member. The adjusting member is smoothly deformed according to the temperature change. Therefore, the pressing force of the piston ring set can be smoothly changed according to the temperature change, and as a result, the oil consumption can be efficiently reduced.
[0009]
In addition, this piston ring set can function as an oil ring.
[0010]
In the above first device,
The tension ring member,
A flat portion formed on the outer peripheral side and on which the sliding ring member is arranged;
A wall portion formed on the inner peripheral side, which restricts the sliding ring member from moving inward in the radial direction;
With
It is preferable that the adjusting member is provided between the wall and the sliding ring member.
[0011]
In the above first device,
It is preferable that the adjusting member has a substantially annular outer shape.
[0012]
Alternatively, in the above first device,
The adjustment member includes a plurality of partial adjustment members,
The plurality of partial adjustment members may be arranged in a substantially annular shape along the wall so that the wall does not contact the sliding ring member.
[0013]
In this case, the adjusting member can change the pressing force at each point on the outer periphery of the sliding ring member almost uniformly.
[0014]
In the above first device,
It is preferable that the radial dimension of the adjusting member is set to be larger toward the outer surface side of the piston ring set.
[0015]
In this case, the pressing force includes a force component perpendicular to the inner wall surface of the cylinder and a force component heading toward the inner surface of the piston ring set. For this reason, it becomes difficult for the sliding ring member and the expansion ring member to separate from each other, and as a result, it is possible to further reduce oil consumption.
[0016]
Alternatively, in the above first device,
The adjusting member may have a substantially circular cross-sectional shape.
[0017]
By doing so, the sliding ring member can press the inner wall surface of the cylinder regardless of its posture, and as a result, the oil consumption can be further reduced.
[0018]
Further, in the above first device,
The tension ring member,
A flat portion formed on the outer peripheral side and on which the sliding ring member is arranged;
A wall portion formed on the inner peripheral side, which restricts the sliding ring member from moving inward in the radial direction;
With
On the inner surface side of the sliding ring member, a convex portion is provided,
The adjusting member may be provided between the flat portion and the sliding ring member so as to contact an inner peripheral side surface of the convex portion.
[0019]
Alternatively, in the above first device,
The tension ring member,
A flat portion formed on the outer peripheral side and on which the sliding ring member is arranged;
A wall portion formed on the inner peripheral side, which restricts the sliding ring member from moving inward in the radial direction;
With
A concave portion is formed in the ring groove,
The adjusting member may be inserted into the recess so as to contact an inner peripheral side of the tension ring member.
[0020]
Alternatively, in the above first device,
The tension ring member,
A flat portion formed on the outer peripheral side and on which the sliding ring member is arranged;
A wall portion formed on the inner peripheral side, which restricts the sliding ring member from moving inward in the radial direction;
With
A concave portion is formed on the outer peripheral surface of the sliding ring member,
The adjusting member may be inserted into the recess.
[0021]
Thus, various piston ring sets in which the arrangement of the adjustment members is changed can be configured.
[0022]
A second device of the present invention is a piston device applied to an internal combustion engine,
A cylinder,
A piston reciprocating in the cylinder;
A piston ring set inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston,
With
The piston ring set includes:
A substantially annular tension ring member having a tension that slides on the inner wall surface of the cylinder and generates a pressing force that presses the inner wall surface of the cylinder,
An adjusting member for changing the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting member is formed using a specific material,
The thermal expansion coefficient of the specific material is larger than that of the material forming the tension ring member, and the expansion amount of the specific material increases smoothly as the temperature rises.
[0023]
Here, the specific material is preferably a resin.
[0024]
In the second device, the piston ring set includes an adjusting member. The adjusting member is smoothly deformed according to the temperature change. Therefore, the pressing force of the piston ring set can be smoothly changed according to the temperature change, and as a result, the oil consumption can be efficiently reduced.
[0025]
Note that this piston ring set can function as a compression ring.
[0026]
In the above second device,
A recess is formed in the tension ring member,
The adjusting member may be inserted into the recess.
[0027]
In the above second device,
The recess is preferably formed such that the adjusting member is disposed near the outer peripheral surface of the tension ring member.
[0028]
In this case, the deformation of the adjusting member can be efficiently converted into a change in the pressing force.
[0029]
In the above second device,
The recess may have an opening toward an outer peripheral side of the tension ring member.
[0030]
In the above second device,
A concave portion is formed in the ring groove,
The adjusting member may be inserted into the recess so as to contact an inner peripheral surface of the tension ring member.
[0031]
A third device of the present invention is a piston device applied to an internal combustion engine,
A cylinder,
A piston reciprocating in the cylinder;
A piston ring set inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston,
With
The piston ring set includes:
A substantially annular sliding ring member that slides on the inner wall surface of the cylinder,
It has a tension, and a pressing force for pressing the inner wall surface of the cylinder by the sliding ring member is induced in the sliding ring member, and the pressing force is changed by deforming according to temperature. An annular adjustment ring member,
With
The adjusting ring member is formed using a specific material,
The coefficient of thermal expansion of the specific material is larger than that of the material forming the sliding ring member, and the amount of expansion of the specific material increases smoothly with an increase in temperature.
[0032]
Here, the specific material is preferably a resin.
[0033]
In a third device, the piston ring set includes an adjusting ring member. The adjustment ring member deforms smoothly in response to a change in temperature. Therefore, the pressing force of the piston ring set can be smoothly changed according to the temperature change, and as a result, the oil consumption can be efficiently reduced.
[0034]
In addition, this piston ring set can function as an oil ring.
[0035]
In the above third device,
The adjusting ring member may be a coiled wire.
[0036]
In the above third device,
The adjusting ring member includes:
A first ring member of a substantially annular shape that has tension and induces a pressing force for the sliding ring member to press the inner wall surface of the cylinder on the sliding ring member;
A substantially annular second-type ring member that changes the pressing force by deforming according to temperature;
With
The second type of ring member may be formed using the specific material.
[0037]
Thus, if the adjusting ring member includes two types of ring members, the pressing force can be set relatively freely.
[0038]
In the above third device,
The first type of ring member is a coil-shaped wire,
The second type of ring member may be provided inside the first type of ring member.
[0039]
In this case, since the two types of ring members are integrated, handling such as attachment to the piston becomes easy.
[0040]
In the above third device,
The second type of ring member may be a coiled wire.
[0041]
In the above third device,
The second type of ring member may be provided outside the first type of ring member.
[0042]
A fourth device of the present invention is applied to an internal combustion engine including a cylinder and a piston reciprocating in the cylinder, and is a piston ring set inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston. ,
A substantially annular sliding ring member that slides on the inner wall surface of the cylinder during use; and a pressing force that has tension during use and presses the sliding ring member against the inner wall surface of the cylinder. A substantially annular tension ring member to be induced in the moving ring member;
During use, an adjusting member that changes the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting member is formed using a specific material,
The thermal expansion coefficient of the specific material is larger than that of the material forming the tension ring member, and the expansion amount of the specific material increases smoothly as the temperature rises.
[0043]
In the fourth device, the piston ring set includes an adjusting member. Therefore, if the fourth device is applied to the piston device of the internal combustion engine, the pressing force of the piston ring set can be smoothly changed according to the temperature change as in the first device, and as a result, oil consumption can be reduced. The amount can be reduced efficiently.
[0044]
A fifth device of the present invention is applied to an internal combustion engine including a cylinder and a piston reciprocating in the cylinder, and is a piston ring set inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston. ,
In use, a substantially annular tension ring member having a tension that slides on the inner wall surface of the cylinder and generates a pressing force that presses the inner wall surface of the cylinder,
During use, an adjusting member that changes the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting member is formed using a specific material,
The thermal expansion coefficient of the specific material is larger than that of the material forming the tension ring member, and the expansion amount of the specific material increases smoothly as the temperature rises.
[0045]
In the fifth device, the piston ring set includes an adjusting member. Therefore, when the fifth device is applied to the piston device of the internal combustion engine, the pressing force of the piston ring set can be smoothly changed according to the temperature change, as in the second device. The amount can be reduced efficiently.
[0046]
A sixth device of the present invention is applied to an internal combustion engine including a cylinder and a piston reciprocating in the cylinder, and is a piston ring set inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston. ,
A substantially annular sliding ring member that slides on the inner wall surface of the cylinder during use; and a pressing force that has tension during use and presses the sliding ring member against the inner wall surface of the cylinder. A substantially annular adjustment ring member that induces the moving ring member and changes the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting ring member is formed using a specific material,
The coefficient of thermal expansion of the specific material is larger than that of the material forming the sliding ring member, and the amount of expansion of the specific material increases smoothly with an increase in temperature.
[0047]
In the sixth device, the piston ring set includes an adjusting ring member. Therefore, when the sixth device is applied to a piston device of an internal combustion engine, similarly to the third device, the pressing force of the piston ring set can be smoothly changed according to the temperature change, and as a result, oil consumption can be reduced. The amount can be reduced efficiently.
[0048]
The present invention can be realized in various modes such as a piston device, a piston ring set, an internal combustion engine including the piston device, and a device such as a moving body equipped with the internal combustion engine.
[0049]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A. First embodiment:
A-1. Engine configuration:
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a gasoline engine 10 to which the piston device of the present invention is applied. Note that the engine 10 of this embodiment is mounted on a vehicle.
[0050]
The engine 10 includes a cylinder block 20 and a cylinder head 30. The combustion chamber 12 is formed between the cylinder block 20 and the cylinder head 30.
[0051]
The cylinder block 20 includes a cylinder 22 and a crankcase 24. A substantially cylindrical piston 26 that reciprocates up and down is provided in the substantially cylindrical cylinder 22. Inside the crankcase 24, a rotating crankshaft 28 is provided. The piston 26 and the crankshaft 28 are connected via a connecting rod 27. With this configuration, conversion between the reciprocating motion of the piston 26 and the rotational motion of the crankshaft 28 is performed.
[0052]
An intake port 31 and an exhaust port 32 are formed in the cylinder head 30. An intake valve 33 is arranged at the intake port 31, and an exhaust valve 34 is arranged at the exhaust port 32. An air-fuel mixture including air and gasoline is supplied to the combustion chamber 12 via the intake port 31. The mixture is burned by the electric spark formed by each spark plug 36. The burned exhaust gas is discharged from the combustion chamber 12 through the exhaust port 32.
[0053]
The connecting rod 27 is provided with an oil hole for supplying oil (lubricating oil) toward the cylinder 22 and the piston 26. The oil reduces friction between the piston 26 and the cylinder 22 and cools the piston 26. A cooling water passage 22a for cooling the entire engine is formed in the wall of the cylinder 22. The heat generated in the combustion chamber 12 is transmitted to the cylinder 22 directly or via the piston 26.
[0054]
Although only one cylinder is shown in FIG. 1 for convenience of illustration, the engine 10 is actually provided with a plurality of cylinders.
[0055]
A-2. Configuration of piston device:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the vicinity of the interface between the cylinder 22 and the piston 26 in FIG. As shown, in the present embodiment, three piston rings 100, 200, and 300 are mounted on the piston 26. The three piston rings are inserted into three ring grooves 26a, 26b, 26c formed on the side surface of the piston 26, respectively.
[0056]
Each of the piston rings 100, 200, and 300 has a function of suppressing gas leakage from the combustion chamber to the crankcase, a function of forming an oil film on the inner wall surface of the cylinder and scraping off excess oil, and a function of receiving combustion of the piston. And a function of transmitting the heat of the chamber to the cylinder. The first and second piston rings 100 and 200 mainly have a function of preventing gas leakage from the combustion chamber 12 to the crankcase 24, and are called compression rings. In particular, the first piston ring 100 is called a top ring, and the second piston ring 200 is called a second ring. The third piston ring 300 mainly has a function of scraping off excess oil attached to the inner wall surface of the cylinder 22 and is called an oil ring. A part of the oil scraped off by the oil ring is discharged to the inside of the piston 26 through a plurality of oil discharge holes (not shown) provided in the third ring groove 26c.
[0057]
The above three functions are realized by the piston rings 100, 200, and 300 pressing the inner wall surface of the cylinder 22. Specifically, each piston ring is attached to the piston 26 in the cylinder 22 in a state where the gap (not shown) is narrowed. For this reason, each piston ring has tension. With this tension, each piston ring can press the inner wall surface of the cylinder 22, and as a result, each of the above functions can be exhibited.
[0058]
A-3. Oil consumption:
As described above, when the engine speed and load (torque) are relatively large, in other words, in a high-speed operation state or a high-load operation state, oil adhering to the inner wall surface of the cylinder enters the combustion chamber. Oil consumption tends to increase rapidly.
[0059]
The increase in oil consumption in a high-speed / high-load operation state is caused by various phenomena as follows. (A) The relative speed between the cylinder and the piston increases, and the frictional force decreases. (B) The degree of contact between the inner wall surface of the cylinder and the sliding surface of the piston ring is reduced due to the difference in rigidity of the plurality of members constituting the piston ring. (C) The piston ring cannot follow the deformation (expansion) of the cylinder. (D) The swing of the piston deteriorates the attitude of the piston ring. (E) The balance between land pressure and frictional force is lost, and the piston ring separates from the ring groove (fluttering).
[0060]
The above-mentioned phenomenon becomes remarkable when the tension of the piston ring is set to be relatively small. Therefore, when the tension of the piston ring is set relatively large, the oil consumption can be relatively reduced. However, there is a problem that the friction between the cylinder and the piston ring increases, and the fuel efficiency deteriorates. For this reason, the tension of the piston ring is usually set relatively small.
[0061]
Incidentally, when the engine speed or load (torque) is relatively large, the temperature of the piston 26 becomes relatively high. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the engine speed and the load (torque) and the piston temperature. Note that the five curves shown in FIG. 3 are isothermal curves at five types of temperatures T1 to T5 (T1>T2>T3>T4> T5). As shown in the figure, when the engine speed becomes relatively high, the amount of heat resulting from friction between the cylinder 22 and the piston 26 (more specifically, the piston ring) becomes large, so that the piston temperature becomes relatively high. . Further, when the load (torque) becomes relatively large, the amount of heat resulting from combustion in the combustion chamber 12 becomes large, so that the piston temperature becomes relatively high.
[0062]
In the present embodiment, utilizing the characteristics shown in FIG. 3, the insufficient pressing force of the piston ring is eliminated, and the oil consumption is reduced.
[0063]
A-4. Oil ring set (comparative example):
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing an oil ring set 300Z as a comparative example. As shown in the drawing, the oil ring set 300Z includes a substantially annular spacer expander 301 and two substantially annular side rails 303 and 304. In FIG. 4, the oil ring set 300 </ b> Z is drawn away from the upper surface and the lower surface of the ring groove 26 c formed in the piston 26, but usually comes into contact with one of the surfaces. I have.
[0064]
The spacer expander (hereinafter simply referred to as “expander”) 301 has a substantially wavy side surface shape. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a part of the spacer expander 301 of FIG. A flat portion 301p having a concave portion 301c in a central region is formed on the outer peripheral side of the peaks and valleys of the substantially wavy expander 301, and a wall portion 301w is formed on the inner peripheral side. The expander 301 can be manufactured by, for example, press molding or casting.
[0065]
Each of the side rails (hereinafter, also simply referred to as “rails”) 303 and 304 has curved surfaces on the outer peripheral side and the inner peripheral side, and has flat surfaces on the upper and lower sides. The curved surface (outer peripheral surface) on the outer peripheral side forms a sliding surface that slides on the inner wall surface of the cylinder 22. Each of the rails 303 and 304 is disposed on the upper and lower flat portions 301p of the expander 301, respectively. The radial inward movement of each of the rails 303 and 304 is restricted by the wall 301 w of the expander 301.
[0066]
The expander 301 has a tension because it is mounted on the piston 26 in the cylinder 22 in a state where the gap (not shown) is narrowed. This tension tends to widen the rings of rails 303 and 304. As a result, the rails 303 and 304 can press the inner wall surface of the cylinder 22. That is, the tension of the expander 301 causes the rails 303 and 304 to generate a pressing force for the rails 303 and 304 to press the inner wall surface of the cylinder 22.
[0067]
A-5. Oil ring set (Example):
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the oil ring set 300 of FIG. As illustrated, the oil ring set 300 includes a substantially annular spacer expander 301, two substantially annular side rails 303 and 304, and two substantially annular adjusting members 306 and 307.
[0068]
The expander 301 and the two rails 303 and 304 are the same as in the comparative example (FIGS. 4 and 5). The two adjusting members 306 and 307 have a substantially parallelogram cross-sectional shape. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the outer shape of the first adjustment member 306 in FIG. As shown in the drawing, the first adjusting member 306 is provided with an abutment gap that allows the first adjusting member 306 to be attached to the piston 26. The same applies to the second adjustment member 307. As shown in FIG. 6, each of the adjustment members 306 and 307 is provided between the wall 301w of the expander 301 and each of the rails 303 and 304.
[0069]
In this embodiment, the expander 301 and the rails 303 and 304 are made of a material having a relatively low coefficient of thermal expansion. As this material, for example, stainless steel, carbon steel, spring steel, or the like can be used. On the other hand, the adjusting members 306 and 307 are made of a material having a relatively high coefficient of thermal expansion. As this material, for example, a resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene) or PA66 (polyhexamethylene adipamide) can be used.
[0070]
FIGS. 6A and 6B show the oil ring sets 300 when the piston temperature is relatively low and when the piston temperature is relatively high, respectively. When the piston temperature is relatively low (FIG. 6A), the rails 303 and 304 press the inner wall surface of the cylinder 22 with the pressing force Pa by the tension of the expander 301. On the other hand, when the piston temperature is relatively high (FIG. 6 (B)), the adjusting members 306 and 307 expand and increase by the dimension D in the radial direction. For this reason, the rails 303 and 304 can press the inner wall surface of the cylinder 22 with the pressing force Pb larger than the pressing force Pa by the tension of the expander 301 and the expansion of the adjustment members 306 and 307. Since the adjusting members 306 and 307 have a substantially annular outer shape, the pressing force at each point on the outer periphery of the rails 303 and 304 can be changed substantially uniformly.
[0071]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing oil consumption when the oil ring set 300 of FIG. 6 is used. FIGS. 8A to 8C show time changes of the engine speed, the pressing force, and the oil consumption per unit time, respectively. The engine speed (FIG. 8A) gradually increases until time t1, and is kept substantially constant after time t1. The pressing force of the oil ring set 300 (FIG. 8B) gradually increases as the piston temperature increases with an increase in the engine speed. Specifically, the pressing force gradually increases until time t3 when the piston temperature gradually increases, and after time t3 when the piston temperature becomes substantially constant, the pressing force is maintained substantially constant. The oil consumption per unit time (FIG. 8C) gradually increases until time t2 when the pressing force is relatively small, but gradually decreases during the period after time t2 when the pressing force is relatively large. I do. Then, after time t3 when the pressing force becomes substantially constant, the oil consumption is also kept substantially constant at a relatively small value.
[0072]
As described above, when the oil ring set 300 includes the adjusting members 306 and 307, the oil consumption when the piston temperature is relatively high, in other words, when the engine speed and load (torque) are relatively large. Can be reduced.
[0073]
In this embodiment, the adjusting members 306 and 307 are made of a resin having a relatively high coefficient of thermal expansion. Instead of this, aluminum (or an alloy thereof), manganese steel, a magnesium alloy, or the like is used. You may do so. Further, a bimetal in which two kinds of metals having different coefficients of thermal expansion are joined may be used.
[0074]
Generally, the coefficient of thermal expansion of the specific material included in the adjustment members 306 and 307 is larger than the coefficient of thermal expansion of the material forming the expander 301, and the amount of expansion of the specific material increases smoothly as the temperature rises. Just fine. In particular, the specific material has a coefficient of thermal expansion of about 2.0 × 10 ^-5 (/ K) or more, about 3.0 × 10 ^-5 (/ K) or more is more preferable. The coefficient of thermal expansion of the specific material is about 5.0 × 10 ^-5 (/ K) or more is desirable. When a bimetal is used, the coefficient of thermal expansion of at least one of the two metals is larger than the coefficient of thermal expansion of the material forming the expander 301, and the amount of expansion is smoothly increased according to the temperature rise. What is necessary is just to increase.
[0075]
The temperature near the contact surface between the cylinder and the oil ring set rises to about 120 ° C. Therefore, a material having heat resistance that can withstand the use temperature is used as the specific material.
[0076]
As described above, the piston device of the present embodiment includes the cylinder 22, the piston 26, and the piston ring set 300. The piston ring set 300 has a substantially annular sliding ring members 303 and 304 that slide on the inner wall surface of the cylinder, and a pressing force with which the sliding ring member presses the inner wall surface of the cylinder. A tension ring member 301 having a substantially annular shape to be induced in the ring member, and adjusting members 306 and 307 for changing the pressing force by deforming according to the temperature are provided. The adjusting member is formed using a specific material, the coefficient of thermal expansion of the specific material is larger than that of the material forming the tension ring member, and the amount of expansion of the specific material increases smoothly as the temperature rises. I do. If such a piston ring set is adopted, the adjusting member deforms smoothly in response to a temperature change, so that the pressing force of the piston ring set can be smoothly changed in accordance with the temperature change. It is possible to efficiently reduce the consumption.
[0077]
If the configuration of the present embodiment is adopted, it is only necessary to add the adjusting members 306 and 307 to the comparative example (FIG. 4), so that the oil ring set 300 can be manufactured relatively easily. There is.
[0078]
Further, in the present embodiment, since the tension of the expander 301 is set to be relatively small, when the piston temperature is relatively low, that is, when the engine speed and load are relatively small, the fuel consumption is reduced. There is also an advantage that it can be kept good.
[0079]
Further, in this embodiment, since the tension of the expander 301 is set to be relatively small, the friction between the cylinder 22 and the piston ring set 300 at the time of starting the engine can be reduced, and as a result, the smoothness can be obtained. There is also the advantage that starting is possible. Since the friction at the start of the engine is small, the amount of fuel required at the start can be reduced, and as a result, the harmful components in the exhaust gas at the start can be reduced.
[0080]
Further, in the present embodiment, since the intrusion of oil into the combustion chamber 12 is suppressed, the amount of deposits deposited in the combustion chamber can be reduced, and the decrease in the volume of the combustion chamber due to the deposit can be reduced. Therefore, the compression ratio can be maintained relatively high, and as a result, there is an advantage that knocking can be suppressed.
[0081]
By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the substantially annular adjusting members 306 and 307 having an abutment gap are used, but other adjusting members may be used. For example, when the adjustment members 306 and 307 are made of a highly elastic resin, the adjustment members do not have to have a gap. Further, the adjusting member may include a plurality of partial adjusting members. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an adjustment member 306 ′ including a plurality of partial adjustment members 306p. As shown, when this adjusting member 306 'is used, each partial adjusting member 306p is arranged in a substantially annular shape. More specifically, the plurality of partial adjustment members 306p are arranged in a substantially annular shape along the wall 301w such that the wall 301w of the expander 301 does not contact the rails 303 and 304. In this way, the adjustment member 306 ′ including the plurality of partial adjustment members can change the pressing force at each point on the outer circumference of the rails 303 and 304 almost uniformly, similarly to the substantially annular adjustment member 306.
[0082]
A-6. Modification:
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300A as a first modification. FIGS. 10A and 10B are almost the same as FIGS. 6A and 6B, but the shape of the adjusting member is changed.
[0083]
That is, the adjusting members 306A and 307A have a substantially trapezoidal (tapered) cross-sectional shape. More specifically, the radial dimension of the adjustment members 306A and 307A is set larger toward the two bottom surfaces (outer surfaces) of the oil ring set 300A.
[0084]
With this configuration, it is possible to further reduce the oil consumption. That is, when the adjusting members 306A and 307A expand, the amount of change in the radial dimension increases toward the bottom surface. Therefore, the rails 303 and 304 can press the inner wall surface of the cylinder 22 with an inward force with the outer periphery of the expander 301 as a fulcrum. In other words, the pressing force Pb (FIG. 10B) includes a force component perpendicular to the inner wall surface of the cylinder 22 and a force component heading toward the inner surface of the oil ring set 300A. This makes it difficult for the outer peripheral sides of the rails 303 and 304 to separate from the expander 301, and as a result, the oil consumption can be reduced. Specifically, in the stroke in which the piston 26 descends (rises), the outer peripheral side of the upper rail 303 (lower rail 304) is easily inclined upward (downward) due to frictional force. However, if this configuration is employed, the above-described inclination can be suppressed, so that a decrease in oil scraping performance can be suppressed.
[0085]
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300B as a second modification. FIGS. 11A and 11B are almost the same as FIGS. 6A and 6B, but the shape of the adjustment member is changed.
[0086]
That is, the adjusting members 306B and 307B have a substantially circular cross-sectional shape. With this change, a concave portion 301Bc having a substantially semicircular cross-sectional shape is formed in a substantially annular shape in the wall portion 301Bw of the expander 301B that comes into contact with the adjustment member.
[0087]
With this configuration, the posture of the adjustment members 306B and 307B can be stabilized. In addition, since the adjusting members 306B and 307B have a substantially circular cross-sectional shape, even when the rails 303 and 304 are inclined, they can smoothly contact the curved surface on the inner peripheral side of the rails. Therefore, the rails 303 and 304 can press the inner wall surface of the cylinder irrespective of the posture, and as a result, the oil consumption can be further reduced.
[0088]
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300C as a third modification. FIGS. 12A and 12B are almost the same as FIGS. 11A and 11B, but in FIG. 12, concave portions 303Cc and 304Cc are formed in the inner circumferential plane of the rails 303C and 304C. The adjustment members 306C and 307C are provided in the recess.
[0089]
If this configuration is adopted, the oil consumption can be further reduced, as in the case where the configuration in FIG. 11 is employed. Further, since the weights of the rails 303 and 304 are relatively small (that is, the rails have a relatively large section modulus), the ability of the rails to follow the deformation of the cylinder 22 can be improved.
[0090]
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300D as a fourth modification. FIGS. 13A and 13B are almost the same as FIGS. 6A and 6B, but the arrangement of the adjustment members is changed.
[0091]
Specifically, the rails 303D and 304D have substantially annular convex portions 303Dv and 304Dv on the inner surface. The adjustment members 306D and 307D have a substantially rectangular cross-sectional shape. The adjusting members 306D and 307D are provided between the flat portion 301p of the expander 301 and the inner surfaces of the rails 303D and 304D so as to contact the inner peripheral side surfaces of the convex portions 303Dv and 304Dv formed on the rail. Have been. In FIG. 13, the adjusting members 306D and 307D are arranged in a concave portion 301c formed in the flat portion 301p.
[0092]
With this configuration, a relatively large pressing force Pb can be obtained using the relatively small adjusting members 306D and 307D. That is, the long sides of the adjustment members 306D and 307D are set in the radial direction. Therefore, the amount of change in the radial direction of the adjustment members 306D and 307D when the piston temperature is relatively high can be set relatively large.
[0093]
Further, if this configuration is adopted, as in FIG. 10, the pressing force Pb (FIG. 13B) includes a force component directed toward the inner surface side of the oil ring set 300D, so that the oil consumption can be reduced. it can.
[0094]
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300E as a fifth modification. FIGS. 14A and 14B are almost the same as FIGS. 6A and 6B, but the arrangement of the adjustment members is changed.
[0095]
Specifically, the piston 26E has substantially annular concave portions 26Ex1 and 26Ex2 on the upper surface and the lower surface of the ring groove 26Ec. The adjusting members 306E and 307E are inserted into the concave portions 26Ex1 and 26Ex2, respectively. Here, the concave portions 26Ex1 and 26Ex2 are formed at positions where the adjustment members 306E and 307E come into contact with the inner peripheral surface of the expander 301. Then, as shown in FIG. 14B, when the adjustment members 306E and 307E expand, the ring of the expander 301 is expanded, and as a result, the pressing force of the rails 303 and 304 increases.
[0096]
With this configuration, it is not necessary to change both the expander 301 and the rails 303 and 304 as compared with the comparative example (FIG. 4), so that the oil ring set 300E can be manufactured relatively easily.
[0097]
In FIG. 14, the concave portions 26Ex1 and 26Ex2 are formed on the upper surface and the lower surface of the ring groove 26Ec, but the concave portions may be formed on the bottom of the ring groove.
[0098]
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300F as a sixth modification. FIGS. 15A and 15B are almost the same as FIGS. 12A and 12B, but the number of adjustment members is changed.
[0099]
That is, in the oil ring set 300F, two substantially annular adjusting members 306F1 and 306F2 are used for the upper rail 303F, and two substantially annular adjusting members 307F1 and 307F2 are used for the lower rail 304F. . The first adjustment members 306F1 and 307F1 are inserted into first concave portions 303Fc1 and 304Fc1 formed on the curved surfaces on the inner peripheral side of the rails 303F and 304F, similarly to FIG. The second adjusting members 306F2 and 307F2 are inserted into second concave portions 303Fc2 and 304Fc2 formed on the curved surfaces on the outer peripheral side of the rails 303F and 304F. The second adjustment members 306F2 and 307F2 are in contact with the inner wall surface of the cylinder 22.
[0100]
If this configuration is adopted, each of the rails 303F and 304F can press the inner wall surface of the cylinder 22 by using the expansion of the two adjustment members, so that the pressing force Pb can be further increased.
[0101]
When the second adjustment members 306F2 and 307F2 are made of resin, oil can be made to permeate the resin, so that friction between the cylinder 22 and the oil ring set 300F can be reduced. .
[0102]
10 to 15, various modifications of the oil ring set 300 have been described, but each adjustment member may include a plurality of partial adjustment members as shown in FIG. However, as shown in FIG. 15, when the adjustment members 306F2 and 307F2 are provided so as to be in contact with the cylinder 22, the adjustment members are substantially annular so that no gap is formed between the cylinder and the oil ring set. It is preferable to include only one member.
[0103]
B. Second embodiment:
Although the adjusting member is applied to the oil ring set in the first embodiment, the adjusting member may be applied to the compression ring set. In the second embodiment, a case where an adjustment member is applied to the second ring set 200 will be described.
[0104]
FIG. 16 is an explanatory diagram schematically showing the second ring set 200 of FIG. As shown in the drawing, the second ring set 200 includes a substantially annular expander 201 and a substantially annular adjusting member 206.
[0105]
The expander 201 has a substantially trapezoidal cross section. Specifically, the expander 201 has a tapered surface and a flat surface (sliding surface) on the outer peripheral side, and has a flat surface on the inner peripheral side. On the lower surface side of the expander 201, a substantially annular concave portion 201c is formed. The recess 201c has a relatively narrow opening, and has a relatively wide space inside. The adjustment member 206 is inserted into the recess 201c.
[0106]
As in the first embodiment, the expander 201 is made of a material having a relatively low coefficient of thermal expansion such as stainless steel, and the adjusting member 206 is made of a material having a relatively high coefficient of thermal expansion (such as resin). (Specified material).
[0107]
The expander 201 has a tension because it is mounted on the piston 26 in the cylinder 22 in a state where the gap (not shown) is narrowed. With this tension, the expander 201 can press the inner wall surface of the cylinder 22. Then, due to the expansion of the adjustment member 206, the expander 201 can press the inner wall surface of the cylinder 22 with a larger pressing force.
[0108]
Incidentally, it is preferable that the concave portion 201c is formed near the sliding surface of the expander 201 as shown in the figure. In FIG. 16, the distance between the sliding surface of the expander 201 and the outer peripheral surface of the concave portion 201c is set to about 0.1 to 0.2 mm. In this way, the expansion of the adjustment member 206 can be efficiently converted into an increase in the pressing force of the expander 201.
[0109]
As described above, in the present embodiment, the piston ring set 200 slides on the inner wall surface of the cylinder 22 and has a substantially annular tension ring member having a tension that generates a pressing force that presses the inner wall surface of the cylinder 22. 201 and an adjusting member 206 for changing the pressing force by deforming according to the temperature. The adjusting member is formed using a specific material, the coefficient of thermal expansion of the specific material is larger than that of the material forming the tension ring member, and the amount of expansion of the specific material increases smoothly as the temperature rises. I do. If such a piston ring set is adopted, the adjusting member deforms smoothly in response to a temperature change, so that the pressing force of the piston ring set can be smoothly changed in accordance with the temperature change. It is possible to efficiently reduce the consumption. Further, since the airtightness between the cylinder 22 and the second ring set 200 is improved, it is possible to more efficiently suppress gas leakage from the combustion chamber to the crankcase.
[0110]
In addition, since the second ring set 200 can be reduced in weight by employing the configuration of the present embodiment, it is possible to improve the followability of the rail to the deformation of the cylinder 22 as in the case of employing the configuration of FIG. There is also an advantage that can be. In addition, since the second ring set 200 is integrated, there is an advantage that handling such as mounting to the piston 26 becomes easy.
[0111]
B-1. Modification:
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a second ring set 200A as a first modification. FIG. 17 is substantially the same as FIG. 16 except that the arrangement of the adjustment members is changed.
[0112]
Specifically, the piston 26A has a substantially annular concave portion 26Ax at the bottom of the ring groove 26Ab. The adjustment member 206A is inserted into the recess 26Ax. Here, the adjustment member 206A and the concave portion 26Ax are set to dimensions such that the adjustment member 206A contacts the inner peripheral surface of the expander 201A. In FIG. 17, the concave portion 26Ax is formed at a position corresponding to the sliding surface of the expander 201A.
[0113]
If this configuration is adopted, it is not necessary to form a concave portion in the expander 201A, as in FIG. 14, so that the second ring set 200A can be manufactured relatively easily.
[0114]
In FIG. 17, a concave portion is formed at the bottom of the ring groove 26Ab, but a concave portion may be formed on the upper surface or the lower surface of the ring groove as in FIG.
[0115]
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a second ring set 200B as a second modification. FIG. 18 is substantially the same as FIG. 16, but the arrangement of the adjustment members is changed.
[0116]
Specifically, a substantially annular concave portion 201Bc is formed on the outer peripheral surface of the expander 201B. The adjustment member 206B is inserted into the recess 201Bc. The adjustment member 206B is set to have such a size that it does not contact the inner wall surface of the cylinder 22 when the piston temperature is relatively low, and contacts the inner wall surface of the cylinder 22 when the piston temperature is relatively high. That is, when the piston temperature is relatively high, adjustment member 206B forms a part of the sliding surface.
[0117]
By employing this configuration, the pressing force can be smoothly increased in accordance with the rise in the temperature of the cylinder, so that the oil consumption can be further reduced.
[0118]
When the adjustment member 206B is made of resin, the friction between the cylinder 22 and the second ring set 200B can be reduced as described with reference to FIG.
[0119]
Although FIGS. 16 and 17 illustrate the case where one substantially annular adjustment member is used, each adjustment member may include a plurality of partial adjustment members as shown in FIG.
[0120]
16 to 18, the case where the adjusting member is applied to the second ring set 200 of FIG. 2 has been described, but the present invention is similarly applicable to the top ring set 100 of FIG. 2.
[0121]
C. Third embodiment:
FIG. 19 is an explanatory diagram illustrating an oil ring set 400 according to the third embodiment. The oil ring set 400 is used instead of the oil ring set 300 in FIG. The oil ring set 400 includes a substantially annular oil scraping ring 402 and a substantially annular expander 405.
[0122]
Oil scraper ring 402 has a substantially M-shaped cross-sectional shape. Two sliding surfaces that contact the inner wall surface of the cylinder 22 are formed on the outer peripheral side of the oil scraping ring 402, and a concave portion 402c having a substantially semicircular cross-sectional shape is formed on the inner peripheral side. . A plurality of oil drain holes 402h are formed in the central area.
[0123]
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a part of the expander 405 in FIG. As illustrated, the expander 405 is a coil-shaped wire. The expander 405 is provided in the recess 402c shown in FIG.
[0124]
The oil scraping ring 402 is made of a material having a relatively low coefficient of thermal expansion such as stainless steel, and the expander 405 is made of a material having a relatively high coefficient of thermal expansion (specific material) such as resin. I have.
[0125]
The expander 405 has tension because it is mounted on the piston 26 in the cylinder 22 in a contracted state. This tension tends to expand the ring of the oil scraper ring 402. As a result, the oil scraping ring 402 can press the inner wall surface of the cylinder 22. Further, the oil scraper ring 402 can press the inner wall surface of the cylinder 22 with a larger pressing force by the expansion of the expander 405.
[0126]
As described above, in the present embodiment, the piston ring set 400 includes the substantially annular sliding ring member 402 that slides on the inner wall surface of the cylinder 22 and the tension, and the sliding ring member A substantially annular adjusting ring member 405 for inducing a pressing force for pressing the wall surface to the sliding ring member and changing the pressing force by deforming according to the temperature is provided. The adjusting ring member is formed using a specific material, the coefficient of thermal expansion of the specific material is larger than that of the material forming the sliding ring member, and the amount of expansion of the specific material is smooth in accordance with the temperature rise. To increase. If such a piston ring set is adopted, the adjusting ring member is smoothly deformed in accordance with a temperature change, so that the pressing force of the piston ring set can be smoothly changed in accordance with the temperature change, and as a result, It is possible to efficiently reduce oil consumption.
[0127]
In addition, if this configuration is adopted, the structure is relatively simple, so that an oil ring set can be easily manufactured and is suitable for mass production.
[0128]
C-1. Modification:
FIG. 21 is an explanatory diagram showing an oil ring set 400A as a first modification. FIG. 21 is substantially the same as FIG. 19, except that the structure of the expander 405A is changed.
[0129]
That is, expander 405A includes two partial expanders 405A1 and 405A2. Each of the partial expanders 405A1 and 405A2 is a coil-shaped wire. The second partial expander 405A2 is provided inside the first partial expander 405A1. The outer first partial expander 405A1 is made of a material having a relatively low coefficient of thermal expansion such as stainless steel, and the inner second partial expander 405A2 is formed of a material having a relatively high coefficient of thermal expansion such as resin. It is composed of a material (specific material).
[0130]
As described above, in FIG. 21, the adjusting ring member 405A has a tension, and the sliding ring member 402 induces a pressing force for pressing the inner wall surface of the cylinder 22 on the sliding ring member. And a substantially annular second type of ring member 405A2 that changes the pressing force by deforming according to the temperature. The second type ring member 405A2 is provided inside the first type ring member 405A1.
[0131]
With this configuration, the pressing force can be set relatively freely. That is, in the expander 405 of FIG. 19, the coil diameter is substantially determined by the width (the height in the vertical direction) of the ring groove 26c, so that the degree of freedom of the set pressing force is relatively small. However, in FIG. 21, since the coil diameter of the second partial expander 405A2 and the line cross-sectional areas of the two partial expanders 405A1 and 405A2 can be arbitrarily changed, the degree of freedom of the set pressing force is reduced. Relatively large.
[0132]
Further, if this configuration is adopted, since the two partial expanders are integrated, there is an advantage that handling such as attachment to the piston 26 becomes easy.
[0133]
FIG. 22 is an explanatory diagram showing an oil ring set 400B as a second modification. FIG. 22 is substantially the same as FIG. 21 except that the structure of the expander 405B is changed. Specifically, the inner second partial expander 405B2 is changed to a linear wire.
[0134]
Even if this configuration is adopted, the line sectional area and the like of the two partial expanders 405B1 and 405B2 can be arbitrarily changed, as in FIG. 21, so that the pressing force can be set relatively freely.
[0135]
FIG. 23 is an explanatory diagram showing an oil ring set 400C as a third modification. FIG. 23 is almost the same as FIG. 21 except that the structure of the expander 405C is changed.
[0136]
That is, the expander 405C includes three partial expanders 405C1, 405C2, and 405C3. Each partial expander is a coiled wire. The central partial expander 405C1 has a relatively large coil diameter, and the two bottom partial expanders 405C2 and 405C3 have a relatively small coil diameter. On the inner peripheral side of the oil scraping ring 402C, three concave portions 402Cc1 to 402Cc3 having a substantially semicircular cross-sectional shape are formed. The three partial expanders 405C1 to 405C3 are arranged in the three concave portions 402Cc1 to 402Cc3, respectively.
[0137]
The central partial expander 405C1 is made of a material having a relatively low coefficient of thermal expansion such as stainless steel, and the two partial expanders 405C2 and 405C3 on the bottom side are made of a material having a relatively high coefficient of thermal expansion such as resin. (Specific material).
[0138]
As described above, in FIG. 23, the adjusting ring member 405C has a tension, and the sliding ring member 402C induces a pressing force for pressing the inner wall surface of the cylinder 22 on the sliding ring member. And a substantially annular second type of ring members 405C2 and 405C3 that change the pressing force by deforming according to the temperature. The second type ring members 405C2 and 405C3 are independently provided outside the first type ring member 405C1.
[0139]
If this configuration is adopted, the posture of the oil scraping ring 402C can be adjusted relatively easily by changing the wire material and the line cross-sectional area of the two partial expanders 405C2 and 405C3 on the bottom side.
[0140]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0141]
In the above embodiment, three piston ring sets are mounted on the piston 26, but a smaller or larger number of piston ring sets may be mounted. Generally, the piston device only needs to include at least one piston ring set inserted in a ring groove formed on a side surface of the piston.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a gasoline engine 10 to which a piston device of the present invention is applied.
FIG. 2 is an explanatory view showing the vicinity of an interface between a cylinder 22 and a piston 26 in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between an engine speed and a load (torque) and a piston temperature.
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing an oil ring set 300Z as a comparative example.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a part of the spacer expander 301 of FIG.
FIG. 6 is an explanatory view schematically showing the oil ring set 300 of FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an outer shape of a first adjustment member 306 in FIG. 6;
FIG. 8 is an explanatory diagram showing oil consumption when the oil ring set 300 of FIG. 6 is used.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an adjustment member 306 ′ including a plurality of partial adjustment members 306p.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300A as a first modified example.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300B as a second modification.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300C as a third modification.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300D as a fourth modification.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300E as a fifth modification.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an oil ring set 300F as a sixth modification.
FIG. 16 is an explanatory view schematically showing the second ring set 200 of FIG.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a second ring set 200A as a first modification.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a second ring set 200B as a second modification.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing an oil ring set 400 according to a third embodiment.
20 is an explanatory diagram showing a part of the expander 405 in FIG.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing an oil ring set 400A as a first modification.
FIG. 22 is an explanatory diagram showing an oil ring set 400B as a second modification.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing an oil ring set 400C as a third modification.
[Explanation of symbols]
10 ... Engine
12 ... Combustion chamber
20 ... Cylinder block
22 ... cylinder
22a ... cooling water passage
24 ... Crankcase
26 ... Piston
26a, 26b, 26c ... ring groove
27… Connecting rod
28 ... Crankshaft
30 ... Cylinder head
31 ... intake port
32 ... Exhaust port
33 ... intake valve
34 ... Exhaust valve
36 ... Spark plug
100 ... Top ring set (piston ring set)
200: Second ring set (piston ring set)
201 ... Expander (tension ring member)
206 ... adjusting member
300 ... oil ring set (piston ring set)
301: Spacer expander (tension ring member)
303, 304 ... side rail (sliding ring member)
306, 307: Adjusting member
306p: Partial adjustment member
400 ... oil ring set (piston ring set)
402 ... oil scraping ring (sliding ring member)
405 ... Expander (adjustment ring member)

Claims

A piston device applied to an internal combustion engine,
A cylinder,
A piston reciprocating in the cylinder;
A piston ring set inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston,
With
The piston ring set includes:
A substantially annular sliding ring member that slides on the inner wall surface of the cylinder,
A tension ring member that has a tension and induces a pressing force for the sliding ring member to press the inner wall surface of the cylinder on the sliding ring member;
An adjusting member for changing the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting member is formed using a specific material,
The piston device according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the specific material is larger than a material forming the tension ring member, and an expansion amount of the specific material smoothly increases according to a temperature rise.

The piston device according to claim 1,
The piston device, wherein the specific material is a resin.

The piston device according to claim 1,
The piston device, wherein the piston ring set functions as an oil ring.

The piston device according to claim 1,
The tension ring member,
A flat portion formed on the outer peripheral side and on which the sliding ring member is arranged;
A wall portion formed on the inner peripheral side, which restricts the sliding ring member from moving inward in the radial direction;
With
The piston device, wherein the adjusting member is provided between the wall and the sliding ring member.

The piston device according to claim 4, wherein
The piston device, wherein the adjusting member has a substantially annular outer shape.

The piston device according to claim 4, wherein
The adjustment member includes a plurality of partial adjustment members,
The piston device, wherein the plurality of partial adjustment members are arranged in a substantially annular shape along the wall so that the wall does not contact the sliding ring member.

The piston device according to claim 4, wherein
The piston device, wherein a radial dimension of the adjusting member is set to be larger toward an outer surface side of the piston ring set.

The piston device according to claim 4, wherein
The piston device, wherein the adjusting member has a substantially circular cross-sectional shape.

The piston device according to claim 1,
The tension ring member,
A flat portion formed on the outer peripheral side and on which the sliding ring member is arranged;
A wall portion formed on the inner peripheral side, which restricts the sliding ring member from moving inward in the radial direction;
With
On the inner surface side of the sliding ring member, a convex portion is provided,
The piston device, wherein the adjusting member is provided between the flat portion and the sliding ring member so as to contact an inner peripheral side surface of the convex portion.

The piston device according to claim 1,
The tension ring member,
A flat portion formed on the outer peripheral side and on which the sliding ring member is arranged;
A wall portion formed on the inner peripheral side, which restricts the sliding ring member from moving inward in the radial direction;
With
A concave portion is formed in the ring groove,
The piston device, wherein the adjusting member is inserted into the recess so as to contact an inner peripheral side of the tension ring member.

The piston device according to claim 1,
The tension ring member,
A flat portion formed on the outer peripheral side and on which the sliding ring member is arranged;
A wall portion formed on the inner peripheral side, which restricts the sliding ring member from moving inward in the radial direction;
With
A concave portion is formed on the outer peripheral surface of the sliding ring member,
The piston device, wherein the adjustment member is inserted into the recess.

A piston device applied to an internal combustion engine,
A cylinder,
A piston reciprocating in the cylinder;
A piston ring set inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston,
With
The piston ring set includes:
A substantially annular tension ring member having a tension that slides on the inner wall surface of the cylinder and generates a pressing force that presses the inner wall surface of the cylinder,
An adjusting member for changing the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting member is formed using a specific material,
The piston device according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the specific material is larger than a material forming the tension ring member, and an expansion amount of the specific material smoothly increases according to a temperature rise.

The piston device according to claim 12,
The piston device, wherein the specific material is a resin.

The piston device according to claim 12,
The piston device, wherein the piston ring set functions as a compression ring.

The piston device according to claim 12,
A recess is formed in the tension ring member,
The piston device, wherein the adjustment member is inserted into the recess.

The piston device according to claim 15, wherein
The piston device, wherein the recess is formed such that the adjustment member is disposed near an outer peripheral surface of the tension ring member.

The piston device according to claim 15, wherein
The piston device, wherein the recess has an opening toward an outer peripheral side of the tension ring member.

The piston device according to claim 12,
A concave portion is formed in the ring groove,
The piston device, wherein the adjusting member is inserted into the concave portion so as to contact an inner peripheral surface of the tension ring member.

A piston device applied to an internal combustion engine,
A cylinder,
A piston reciprocating in the cylinder;
A piston ring set inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston,
With
The piston ring set includes:
A substantially annular sliding ring member that slides on the inner wall surface of the cylinder,
It has a tension, and a pressing force for pressing the inner wall surface of the cylinder by the sliding ring member is induced in the sliding ring member, and the pressing force is changed by deforming according to temperature. An annular adjustment ring member,
With
The adjusting ring member is formed using a specific material,
A piston device, wherein a thermal expansion coefficient of the specific material is larger than a material forming the sliding ring member, and an expansion amount of the specific material smoothly increases in accordance with a temperature rise.

The piston device according to claim 19,
The piston device, wherein the specific material is a resin.

The piston device according to claim 19,
The piston device, wherein the piston ring set functions as an oil ring.

The piston device according to claim 19,
The piston device, wherein the adjustment ring member is a coil-shaped wire.

The piston device according to claim 19,
The adjusting ring member includes:
A first ring member of a substantially annular shape that has tension and induces a pressing force for the sliding ring member to press the inner wall surface of the cylinder on the sliding ring member;
A substantially annular second-type ring member that changes the pressing force by deforming according to temperature;
With
The piston device, wherein the second type ring member is formed using the specific material.

The piston device according to claim 23,
The first type of ring member is a coil-shaped wire,
The piston device, wherein the second type ring member is provided inside the first type ring member.

The piston device according to claim 24,
The piston device, wherein the second type of ring member is a coiled wire.

The piston device according to claim 23,
The piston device, wherein the second type ring member is provided outside the first type ring member.

A piston ring set applied to an internal combustion engine including a cylinder and a piston that reciprocates in the cylinder, and is inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston,
A substantially annular sliding ring member that slides on the inner wall surface of the cylinder during use; and a pressing force that has tension during use and presses the sliding ring member against the inner wall surface of the cylinder. A substantially annular tension ring member to be induced in the moving ring member;
During use, an adjusting member that changes the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting member is formed using a specific material,
A piston ring set, wherein a thermal expansion coefficient of the specific material is larger than a material forming the tension ring member, and an expansion amount of the specific material increases smoothly with an increase in temperature.

A piston ring set applied to an internal combustion engine including a cylinder and a piston that reciprocates in the cylinder, and is inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston,
In use, a substantially annular tension ring member having a tension that slides on the inner wall surface of the cylinder and generates a pressing force that presses the inner wall surface of the cylinder,
During use, an adjusting member that changes the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting member is formed using a specific material,
A piston ring set, wherein a thermal expansion coefficient of the specific material is larger than a material forming the tension ring member, and an expansion amount of the specific material increases smoothly with an increase in temperature.

A piston ring set applied to an internal combustion engine including a cylinder and a piston that reciprocates in the cylinder, and is inserted into a ring groove formed on a side surface of the piston,
A substantially annular sliding ring member that slides on the inner wall surface of the cylinder during use; and a pressing force that has tension during use and presses the sliding ring member against the inner wall surface of the cylinder. A substantially annular adjustment ring member that induces the moving ring member and changes the pressing force by deforming according to the temperature,
With
The adjusting ring member is formed using a specific material,
A piston ring set, wherein a thermal expansion coefficient of the specific material is larger than a material forming the sliding ring member, and an expansion amount of the specific material increases smoothly in accordance with a temperature rise.