JP2004346909A - ピストンのシール構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】安定したシール状態を好適に確保することのできるピストンのシール構造を提供する。
【解決手段】このピストンのシール構造は、ディーゼルエンジンのピストン１に適用されて、ピストン１のトップリング溝Ｄ１にレクタンギュラリング（トップリングＲ１）を装着することによりシリンダＳとの摺動部におけるシールを実現する。そして、トップリング溝Ｄ１の下面（リング溝下面Ｄｆｌ）をピストン１の径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成した。
【選択図】図３
【解決手段】このピストンのシール構造は、ディーゼルエンジンのピストン１に適用されて、ピストン１のトップリング溝Ｄ１にレクタンギュラリング（トップリングＲ１）を装着することによりシリンダＳとの摺動部におけるシールを実現する。そして、トップリング溝Ｄ１の下面（リング溝下面Ｄｆｌ）をピストン１の径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成した。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにおいて燃焼室内のガスをシールするためのピストンのシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンにおいては、ピストンのリング溝に装着されたピストンリングを通じて燃焼室内のガスのシールが行われている。
【０００３】
一般に、ピストンリングとしてレクタンギュラリング（断面が矩形状のリング）を採用する場合、ピストンリングとシリンダとの摩耗の均一化を図るため、リング溝の下面（ピストンリングの下面と対向する面）は水平な状態に維持されていることが望ましいと考えられている。
【０００４】
一方で、ピストンの熱膨張時にはリング溝の下面が燃焼室から離間する方向に変形することが知られている。
こうしたことから、従来、リング溝の下面はエンジンの所定運転状態（エンジンの暖機完了後）において水平となるように形成されている。
【０００５】
即ち、図９に示すように、ピストン５の冷間時においてリング溝５１の下面（リング溝下面５２）がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室側に傾斜した状態となるようにリング溝５１が形成されている。
【０００６】
ところで、ピストンリングのシール態様については、次のようなことが知られている。
［イ］ピストンリングの下面の内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態のとき、燃焼室内のガスのくさび作用が小さくなり高いシール性能が得られる。
［ロ］ピストンリングの下面とリング溝の下面の外周とが接触した「外側シール」の状態のとき、燃焼室内のガスのくさび作用が大きくなりシール性能が低下する。
【０００７】
レクタンギュラリングを上記ピストン５に装着した場合には、図９に示されるように、レクタンギュラリング６の下面（リング下面６１）とリング溝下面５２の外周とが接触した「外側シール」の状態となる。
【０００８】
この場合、ピストン５とシリンダ７との摺動部におけるシール性能の低下が問題となるため、通常は以下の［Ａ］及び［Ｂ］の処理を通じて「内側シール」の状態が得られるようにしている。
［Ａ］レクタンギュラリングの上面の内周側に面取り加工を通じてインナベベルを設けることにより、レクタンギュラリングに所定のねじれ角度を生じさせる。
［Ｂ］インナベベルが設けられたレクタンギュラリングをリング溝に装着した際にリング下面とリング溝の下面とに所定の相対角度が形成されるように、リング溝の下面の傾斜角度及びリングのねじれ角度を調整する。
【０００９】
図１０に示すように、インナベベル６２を有するレクタンギュラリング６をピストン５へ装着することにより、レクタンギュラリング６とリング溝下面５２とが「内側シール」の状態に維持されるようになる。
【００１０】
なお、本発明にかかる先行技術文献としては、以下に示す特許文献１が挙げられる。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭５９−０４３２６０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者がエンジンの運転中における上記ピストンのリング溝及びリングの変形挙動について解析を行ったところ、次のようなことが明らかにされた。
【００１３】
ピストン５を搭載したエンジンにおいては、エンジン（ピストン５）の冷間時、図１０に示されるようにリング溝下面５２とリング下面６１とによる「内側シール」の状態が確保される。
【００１４】
しかし、エンジンの運転中、リング溝下面５２の傾斜度合い及びレクタンギュラリング６のねじれ角度がエンジンの運転状態に応じて変動することにより、図１１に示すようにリング下面６１とリング溝下面５２の外周とが接触して「外側シール」の状態となることもある。
【００１５】
即ち、ピストン５とシリンダ７との摺動部におけるシール状態は、エンジンの運転状態に応じて「内側シール」の状態（図１０）と「外側シール」の状態（図１１）とを遷移するようになる。
【００１６】
このように、上記エンジンにおいては、シール性能の高い「内側シール」とシール性能の低い「外側シール」と遷移する不安定なシール態様を通じて燃焼室内のガスのシールが行われている。
【００１７】
なお、特許文献１に記載のピストンのシール構造においては、トップリングの下面とリング溝の下面とのなす角度が５分〜２５分となるようにピストンリングを構成している。
【００１８】
しかし、上記文献においては、ピストンの熱膨張時におけるリング溝の形状やリングの変形挙動については何ら考慮されていないため、上記構成を採用したとしても適切なシール態様が得られないことも考えられる。
【００１９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定したシール状態を好適に確保することのできるピストンのシール構造を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、エンジンのピストンに適用されて、前記ピストンのリング溝にレクタンギュラリングを装着することによりシリンダとの摺動部におけるシールを実現するピストンのシール構造において、前記リング溝の下面を前記ピストンの径方向外方に向かって前記エンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成したことを要旨としている。
【００２１】
上記構成によれば、リング溝の下面がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成される。これにより、レクタンギュラリングをリング溝へ装着することでリングの下面内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態が的確に実現されるため、安定したシール性能を好適に確保することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のピストンのシール構造において、前記リング溝の下面が前記ピストンの温度状態にかかわらず前記エンジンの燃焼室とは反対側へ傾斜した状態に維持されるように前記リング溝の傾斜度合いを設定したことを要旨としている。
【００２３】
上記構成によれば、リング溝の下面がピストンの温度状態にかかわらずエンジンの燃焼室とは反対側へ傾斜した状態に維持されるようにリング溝の傾斜度合いが設定される。これにより、ピストンの温度状態にかかわらずレクタンギュラリングの下面内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態が確保されるため、より安定したシール状態を実現することができるようになる。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のピストンのシール構造において、前記リング溝を前記ピストンのトップリング溝として形成したことを要旨としている。
【００２５】
上記構成によれば、トップリング溝の下面がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成される。これにより、シール性能が最も要求されるトップリング溝において、上記請求項１または２記載の発明の作用効果が得られるようになるため、シール性能のさらなる向上を図ることができるようになる。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載のピストンのシール構造において、前記リング溝を前記ピストンのセカンドリング溝として形成したことを要旨としている。
【００２７】
上記構成によれば、セカンドリング溝の下面がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成される。こうした構成を採用することによっても、上記請求項１または２記載の発明の作用効果に準じた作用効果が得られるようになる。
【００２８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のピストンのシール構造において、前記エンジンがディーゼルエンジンであることを要旨としている。
上記構成によれば、ディーゼルエンジンのピストンにおいて、リング溝の下面がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成される。ちなみに、ディーゼルエンジンにおいてはより高いシール性能が要求されるため、ピストンリングとしてキーストンリングが採用されることもある。しかし、キーストンリングは製造工程においてテーパ加工が必要となるため、工数及びコストの増大が問題となる。この点、当該シール構造を採用することにより、レクタンギュラリングを流用して高いシール性能を確保することが可能となるため、ピストン及びピストンリングの製造にかかる工数及びコストの増大を抑制することができるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明を具体化した実施の形態について、図１〜図８を参照して説明する。
本実施の形態のピストンは、ディーゼルエンジンに搭載されるとともに、ピストンリングとしてレクタンギュラリングが装着される。
【００３０】
図１を参照して、ピストンの構成について説明する。なお、図１は、冷間状態におけるピストンの断面構造を示している。
ピストン１には、ピストンピン穴１１よりも上方（ピストンヘッド１２側）の外周面に、以下の各リング溝が形成されている。なお、図中の一点鎖線Ｃ−Ｃはピストン１の中心線を示している。
［ａ］トップリングＲ１を装着するためのトップリング溝Ｄ１。
［ｂ］セカンドリングＲ２を装着するためのセカンドリング溝Ｄ２。
［ｃ］オイルリングＲ３を装着するためのオイルリング溝Ｄ３。
【００３１】
ピストン１を搭載したディーゼルエンジンにおいては、トップリングＲ１及びセカンドリングＲ２を通じてピストン１とシリンダとの摺動部におけるシールが実現される。
【００３２】
図２を参照して、トップリング溝Ｄ１の詳細な構成について説明する。なお、図２は、図１の破線内の拡大図を示している。
トップリング溝Ｄ１は、以下の各リング溝面により形成されている。
［ａ］トップリングＲ１における燃焼室側の面（リング上面Ｒｆｕ）と対向するリング溝上面Ｄｆｕ。
［ｂ］トップリングＲ１における燃焼室側とは反対の面（リング下面Ｒｆｌ）と対向するリング溝下面Ｄｆｌ。
［ｃ］トップリングＲ１の内周面（リング内周面Ｒｆｉ）と対向するリング溝外周面Ｄｆｉ。
【００３３】
リング溝下面Ｄｆｌは、ピストン１の径方向外方（矢印Ａｗにて示す方向）となるほどピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜した面として形成されている。換言すると、リング溝下面Ｄｆｌは、ピストン１の径方向外方に向かってエンジンの燃焼室側とは反対の方向へ傾斜する面として形成されている。
【００３４】
リング溝上面Ｄｆｕは、水平面Ａ−Ａに対して平行な面として形成されている。
リング溝外周面Ｄｆｉは、水平面Ａ−Ａに対して垂直に交差する面として形成されている。
【００３５】
ここで、リング溝下面Ｄｆｌと水平面Ａ−Ａとのなす角度を以下のように定義する。
［イ］「水平面Ａ−Ａを基準として、ピストンヘッド１２に近接する方向を正側の角度」
［ロ］「水平面Ａ−Ａを基準として、ピストンヘッド１２から離間する方向を負側の角度」
リング溝下面Ｄｆｌは、水平面Ａ−Ａに対して負側の所定角度（下面傾斜角度ＴＨｌ）を有する傾斜面となっている。この下面傾斜角度ＴＨｌは、ピストン１の温度状態にかかわらずリング溝下面Ｄｆｌが水平面Ａ−Ａに対して負側の角度を有するように設定される。
【００３６】
なお、水平面Ａ−Ａは、ピストン１の中心線Ｃ−Ｃを含む平面に対して垂直に交差する平面を示す。
次に、本実施の形態のシール構造を通じて奏せられる作用効果について説明する。
【００３７】
図３を参照して、ピストン１の冷間時における燃焼室内のガスのシール態様について説明する。
図３は、ピストン１をディーゼルエンジンのシリンダＳ内に挿入した状態において、ディーゼルエンジンが冷間状態のときのトップリング溝Ｄ１及びトップリングＲ１の断面形状を示している。
【００３８】
このとき、リング溝下面Ｄｆｌが初期の状態（変形していない状態）にあるため、リング溝下面Ｄｆｌと水平面Ａ−Ａとのなす角度は下面傾斜角度ＴＨｌとなる。
【００３９】
リング溝下面Ｄｆｌとリング下面Ｒｆｌとの間には、下面傾斜角度ＴＨｌに相当する相対角度ＴＨｒが形成される。
燃焼室内のガスのシール態様は、リング下面Ｒｆｌの内周（リング下面内周Ｒｒｉ）とリング溝下面Ｄｆｌが接触した「内側シール」の状態に維持される。
【００４０】
図４を参照して、ピストン１の熱膨張時における燃焼室内のガスのシール態様について説明する。
図４は、ピストン１をディーゼルエンジンのシリンダＳ内に挿入した状態において、ディーゼルエンジンの暖機が完了した状態のときのトップリング溝Ｄ１及びトップリングＲ１の断面構造を示している。
【００４１】
このとき、ピストン１の熱膨張によりリング溝下面Ｄｆｌがピストンヘッド１２から離間する方向に変形しているため、リング下面Ｒｆｌと水平面Ａ−Ａとのなす角度は下面傾斜角度ＴＨｌよりも大きい角度（傾斜角度ＴＨｌｘ）となる。
【００４２】
燃焼室内のガスのシール態様は、リング下面Ｒｆｌの内周（リング下面内周Ｒｒｉ）とリング溝下面Ｄｆｌが接触した「内側シール」の状態に維持される。
このように、リング溝下面Ｄｆｌをピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜した面として形成したことにより、ピストン１の温度状態にかかわらずトップリングＲ１による燃焼室内のガスのシール態様が「内側シール」の状態に維持されるようになる。
【００４３】
これにより、トップリングＲ１を通じて高いシール性能が確保されるとともに、ディーゼルエンジンの全運転領域において安定したシール性能が得られるようになる。
【００４４】
ちなみに、「内側シール」の状態においては、リング内周面Ｒｆｉとリング溝下面Ｄｆｌとのなす角度ＴＨｉが大きい角度に維持されることにより燃焼室内のガスのくさび効果が小さくなるため、高いシール性能が実現される。
【００４５】
また、本実施の形態のシール構造によれば、以下に説明する作用効果が奏せられるようにもなる。
即ち、図５に示すピストン２（リング溝下面２１がピストン２の径方向外方となるほどピストンヘッド２２に近接するようにトップリング溝２３が形成されているピストン２）をエンジンに採用することにより生じる以下の［課題１］及び［課題２］を解消することができるようになる。
【００４６】
［課題１］リング溝下面２１が水平面Ａ−Ａに対して正側の所定角度（下面傾斜角度ＴＨｕ）を有する傾斜面として形成されているピストン２（図５）をエンジンに採用する場合、次のようなことが問題となる。
【００４７】
即ち、こうしたピストン２にレクタンギュラリング（トップリング）３を装着した場合には、リング下面３１とリング溝下面２１の外周（リング溝下面外周２１ｐ）とが接触した「外側シール」の状態となる（図５）。
【００４８】
ちなみに、「外側シール」の状態においては、リング下面３１とリング溝下面２１とのなす角度ＴＨｉが小さい角度に維持されることにより燃焼室内のガスのくさび効果が大きくなるため、シール性能の低下をまねくことになる。
【００４９】
そこで、ピストン２をエンジンに採用する場合には、リング下面３１の内周（リング下面内周３１ｉ）とリング溝下面２１とが接触した「内側シール」の状態を確保するため、図６に示すように、レクタンギュラリング３の内周面上部に対する面取り加工を通じてインナベベル３２を設けるようにしている。
【００５０】
これにより、レクタンギュラリング３にねじれが生じて、リング下面３１が水平面Ａ−Ａに対して所定角度（リングねじれ角度ＴＨｔ）を有する傾斜面となるため、レクタンギュラリング３をピストン２に装着した際には、図７に示すように、リング溝下面２１とリング下面３１とに相対角度ＴＨｒｘが生じて「内側シール」の状態が実現される。
【００５１】
一方で、エンジンの爆発工程においては、燃焼圧力によりレクタンギュラリング３がリング溝下面２１に押しつけられる方向にねじれることが知られている。このため、ピストン２及びレクタンギュラリング３の製造工程においては、こうしたリングのねじれを許容しつつリング溝下面２１とリング下面３１との相対角度ＴＨｒｘを維持するために、リング溝下面２１の傾斜度合い（下面傾斜角度ＴＨｕ）及びリングねじれ角度ＴＨｔの調整に多大な工数及びコストがかけられている（以上［課題１］）。
【００５２】
この点、本実施の形態においては、リング溝下面Ｄｆｌがピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜するようにトップリング溝Ｄ１を形成しているため（図２）、通常のレクタンギュラリング（インナベベルが設けられていないレクタンギュラリング）をピストン１に装着することによってもリング溝下面Ｄｆｌとリング下面Ｒｆｌとの間に相対角度ＴＨｒが形成される（「内側シール」の状態が得られる）。
【００５３】
従って、レクタンギュラリングに対する面取り加工を省略することが可能となるため、レクタンギュラリングの製造工程における工数及びコストの削減が図られるようになる。また、相対角度の確保にともなうリング溝下面の傾斜度合いの調整も不要となるため、ピストンの製造工程における工数及びコストの削減も図られるようになる。
【００５４】
［課題２］ピストン２（図７）を搭載したエンジンにおいては、次のようなことが問題となる。
即ち、エンジン（ピストン２）の冷間時はリング溝下面２１とリング下面３１とによる「内側シール」の状態（図７）が確保されるものの、エンジンの運転中、リング溝下面２１の傾斜度合い（下面傾斜角度ＴＨｕ）及びレクタンギュラリング３のねじれ度合いがエンジンの運転状態に応じて変動することに起因して、図８に示すようにリング下面３１とリング溝下面２１の外周（リング溝下面外周２１ｐ）とが接触した「外側シール」の状態となることもある。
【００５５】
ちなみに、リング溝下面２１の傾斜度合い（下面傾斜角度ＴＨｕ）は、通常、エンジンの所定運転状態（例えば暖機完了後）においてリング溝下面２１が水平面Ａ−Ａに対して平行となるように設計されているものの、実際にはエンジンの運転状態に応じて変動している。
【００５６】
こうしたことから、ピストン２を搭載したエンジンにおいては、エンジンの運転状態に応じて「内側シール」の状態（図７）と「外側シール」の状態（図８）とを遷移する不安定なシール態様を通じて燃焼室内のガスのシールが行われることになる（以上［課題２］）。
【００５７】
この点、本実施の形態のシール構造を採用した場合には、エンジンの運転状態に応じてリング溝下面Ｄｆｌの傾斜度合い及びレクタンギュラリングＲのねじれ度合いが変動したとしても「内側シール」の状態が維持されるため、「内側シール」の状態と「外側シール」の状態とを遷移する不安定なシール態様となることが好適に回避されるようになる。
【００５８】
以上詳述したように、この実施の形態にかかるピストンのシール構造によれば、以下に列記するような優れた効果が得られるようになる。
（１）本実施の形態では、リング溝下面Ｄｆｌがピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜したトップリング溝Ｄ１をピストン１に形成している。これにより、トップリングＲ１のリング下面内周Ｒｒｉとリング溝下面Ｄｆｌとが的確に「内側シール」の状態に維持されるため、安定したシール状態を好適に確保することができるようになる。
【００５９】
（２）また、通常のレクタンギュラリングをピストン１に装着することにより「内側シール」の状態が確保されるため、トップリングＲ１に対する面取り加工の省略が可能になるとともに、トップリングＲ１の製造工程における工数及びコストの削減を図ることができるようになる。
【００６０】
（３）また、リング溝下面Ｄｆｌの傾斜度合いの調整も不要となるため、ピストンの製造工程における工数及びコストの削減を図ることができるようになる。
（４）本実施の形態では、ピストン１の温度状態にかかわらずリング溝下面Ｄｆｌが水平面Ａ−Ａに対して負側の角度を有するように下面傾斜角度ＴＨｌを設定している。これにより、ピストン１の温度状態にかかわらず「内側シール」の状態が確保されるため、より安定したシール状態を実現することができるようになる。
【００６１】
（５）また、「内側シール」の状態と「外側シール」の状態とを遷移する不安定なシール態様となることを好適に回避することができるようになる。
（６）本実施の形態では、トップリング溝Ｄ１に対して上記（１）の構成を適用するようにしている。これにより、シール性能が最も要求されるトップリング溝において高いシール性能が得られるため、シール性能のさらなる向上を図ることができるようになる。
【００６２】
（７）本実施の形態では、ディーゼルエンジンのピストン１に対して上記（１）の構成を適用するようにしている。これにより、ディーゼルエンジンにおいてもレクタンギュラリングを流用して高いシール性能を確保することが可能となるため、ピストン及びピストンリングの製造にかかる工数及びコストの増大を抑制することができるようになる。
【００６３】
なお、上記実施の形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施の形態では、ピストン１に対して、リング溝下面Ｄｆｌがピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜したトップリング溝Ｄ１を形成する構成としたが、例えば次のように変更することも可能である。即ち、ピストン１に対して、リング溝下面がピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜したセカンドリング溝を形成することもできる。
【００６４】
・また、リング溝下面がピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜したトップリング溝及びセカンドリング溝をピストン１に形成することもできる。
【００６５】
・上記実施の形態では、リング溝上面Ｄｆｕが水平面Ａ−Ａに対して平行な面となるようにトップリング溝Ｄ１を形成したが、リング溝上面Ｄｆｕの構成は上記実施の形態にて例示した構成に限られず適宜変更可能である。
【００６６】
・上記実施の形態では、リング溝外周面Ｄｆｉが水平面Ａ−Ａに対して垂直に交差する面となるようにトップリング溝Ｄ１を形成したが、リング溝外周面Ｄｆｉの構成は上記実施の形態にて例示した構成に限られず適宜変更可能である。
【００６７】
・上記実施の形態では、ディーゼルエンジンのピストン１に対して本発明を適用する構成としたが、本発明の適用対象はディーゼルエンジンのピストンに限られない。要するに、レクタンギュラリングがピストンリングとして装着されるピストンであれば、いずれのピストンに対しても本発明の適用は可能であり、こうした構成を採用した場合にも上記実施の形態の作用効果に準じた作用効果が得られるようになる。
【００６８】
以上の事項も含めて、最後に、この発明にかかるピストンのシール構造は次のような技術思想を含むものであることを付記しておく。
（１）エンジンのピストンに適用されて、前記ピストンのリング溝にレクタンギュラリングを装着することによりシリンダとの摺動部におけるシールを実現するピストンのシール構造において、前記リング溝の下面を前記ピストンの径方向外方となるほど同ピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成したことを特徴とするピストンのシール構造。
【００６９】
上記構成によれば、リング溝の下面がピストンの径方向外方となるほどピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成される。これにより、レクタンギュラリングをリング溝へ装着することでリングの下面内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態が的確に実現されるため、安定したシール性能を好適に確保することができるようになる。
【００７０】
（２）前記（１）記載のピストンのシール構造において、前記リング溝の下面が前記ピストンの温度状態にかかわらず前記ピストンのヘッドから離間する方向へ傾斜した状態に維持されるように前記リング溝の傾斜度合いを設定したことを特徴とするピストンのシール構造。
【００７１】
上記構成によれば、リング溝の下面がピストンの温度状態にかかわらずピストンのヘッドから離間する方向へ傾斜した状態に維持されるようにリング溝の傾斜度合いが設定される。これにより、ピストンの温度状態にかかわらずレクタンギュラリングの下面内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態が確保されるため、より安定したシール状態を実現することができるようになる。
【００７２】
（３）前記（１）または（２）記載のピストンのシール構造において、前記リング溝を前記ピストンのトップリング溝として形成したことを特徴とするピストンのシール構造。
【００７３】
上記構成によれば、トップリング溝の下面がピストンの径方向外方となるほどピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成される。これにより、シール性能が最も要求されるトップリング溝において、上記（１）または（２）記載の発明の作用効果が得られるようになるため、シール性能のさらなる向上を図ることができるようになる。
【００７４】
（４）前記（１）または（２）記載のピストンのシール構造において、前記リング溝を前記ピストンのセカンドリング溝として形成したことを特徴とするピストンのシール構造。
【００７５】
上記構成によれば、セカンドリング溝の下面がピストンの径方向外方となるほどピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成される。こうした構成を採用することによっても、上記（１）または（２）記載の発明の作用効果に準じた作用効果が得られるようになる。
【００７６】
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載のピストンのシール構造において、前記エンジンがディーゼルエンジンであることを特徴とするピストンのシール構造。
【００７７】
上記構成によれば、ディーゼルエンジンのピストンにおいて、リング溝の下面がピストンの径方向外方となるほどピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成される。これにより、レクタンギュラリングを流用して高いシール性能を確保することが可能となるため、ディーゼルエンジンのピストン及びピストンリングの製造にかかる工数及びコストの増大を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるピストンのシール構造を具体化した実施の形態について、ピストンの断面構造を示す図。
【図２】同実施の形態のピストンについて、トップリング溝及びトップリングの断面構造を示す図。
【図３】同実施の形態のピストンについて、ピストンの冷間時におけるトップリング溝及びトップリングの断面構造を示す図。
【図４】同実施の形態のピストンについて、ピストンの熱膨張時におけるトップリング溝及びトップリングの断面構造を示す図。
【図５】ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【図６】ピストンリングの断面構造を示す図。
【図７】ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【図８】ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【図９】従来のピストンのシール構造について、ピストンリング溝の断面構造を示す図。
【図１０】従来のピストンのシール構造について、ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【図１１】従来のピストンのシール構造について、ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【符号の説明】
１…ピストン、１１…ピストンピン穴、１２…ピストンヘッド、Ｄ１…トップリング溝、Ｄ２…セカンドリング溝、Ｄ３…オイルリング溝、Ｒ１…トップリング、Ｒ２…セカンドリング、Ｒ３…オイルリング、Ｒｆｕ…リング上面、Ｒｆｌ…リング下面、Ｒｆｉ…リング内周面、Ｒｒｉ…リング下面内周、Ｄｆｕ…リング溝上面、Ｄｆｌ…リング溝下面、Ｄｆｉ…リング溝外周面、Ｓ…シリンダ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにおいて燃焼室内のガスをシールするためのピストンのシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンにおいては、ピストンのリング溝に装着されたピストンリングを通じて燃焼室内のガスのシールが行われている。
【０００３】
一般に、ピストンリングとしてレクタンギュラリング（断面が矩形状のリング）を採用する場合、ピストンリングとシリンダとの摩耗の均一化を図るため、リング溝の下面（ピストンリングの下面と対向する面）は水平な状態に維持されていることが望ましいと考えられている。
【０００４】
一方で、ピストンの熱膨張時にはリング溝の下面が燃焼室から離間する方向に変形することが知られている。
こうしたことから、従来、リング溝の下面はエンジンの所定運転状態（エンジンの暖機完了後）において水平となるように形成されている。
【０００５】
即ち、図９に示すように、ピストン５の冷間時においてリング溝５１の下面（リング溝下面５２）がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室側に傾斜した状態となるようにリング溝５１が形成されている。
【０００６】
ところで、ピストンリングのシール態様については、次のようなことが知られている。
［イ］ピストンリングの下面の内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態のとき、燃焼室内のガスのくさび作用が小さくなり高いシール性能が得られる。
［ロ］ピストンリングの下面とリング溝の下面の外周とが接触した「外側シール」の状態のとき、燃焼室内のガスのくさび作用が大きくなりシール性能が低下する。
【０００７】
レクタンギュラリングを上記ピストン５に装着した場合には、図９に示されるように、レクタンギュラリング６の下面（リング下面６１）とリング溝下面５２の外周とが接触した「外側シール」の状態となる。
【０００８】
この場合、ピストン５とシリンダ７との摺動部におけるシール性能の低下が問題となるため、通常は以下の［Ａ］及び［Ｂ］の処理を通じて「内側シール」の状態が得られるようにしている。
［Ａ］レクタンギュラリングの上面の内周側に面取り加工を通じてインナベベルを設けることにより、レクタンギュラリングに所定のねじれ角度を生じさせる。
［Ｂ］インナベベルが設けられたレクタンギュラリングをリング溝に装着した際にリング下面とリング溝の下面とに所定の相対角度が形成されるように、リング溝の下面の傾斜角度及びリングのねじれ角度を調整する。
【０００９】
図１０に示すように、インナベベル６２を有するレクタンギュラリング６をピストン５へ装着することにより、レクタンギュラリング６とリング溝下面５２とが「内側シール」の状態に維持されるようになる。
【００１０】
なお、本発明にかかる先行技術文献としては、以下に示す特許文献１が挙げられる。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭５９−０４３２６０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者がエンジンの運転中における上記ピストンのリング溝及びリングの変形挙動について解析を行ったところ、次のようなことが明らかにされた。
【００１３】
ピストン５を搭載したエンジンにおいては、エンジン（ピストン５）の冷間時、図１０に示されるようにリング溝下面５２とリング下面６１とによる「内側シール」の状態が確保される。
【００１４】
しかし、エンジンの運転中、リング溝下面５２の傾斜度合い及びレクタンギュラリング６のねじれ角度がエンジンの運転状態に応じて変動することにより、図１１に示すようにリング下面６１とリング溝下面５２の外周とが接触して「外側シール」の状態となることもある。
【００１５】
即ち、ピストン５とシリンダ７との摺動部におけるシール状態は、エンジンの運転状態に応じて「内側シール」の状態（図１０）と「外側シール」の状態（図１１）とを遷移するようになる。
【００１６】
このように、上記エンジンにおいては、シール性能の高い「内側シール」とシール性能の低い「外側シール」と遷移する不安定なシール態様を通じて燃焼室内のガスのシールが行われている。
【００１７】
なお、特許文献１に記載のピストンのシール構造においては、トップリングの下面とリング溝の下面とのなす角度が５分〜２５分となるようにピストンリングを構成している。
【００１８】
しかし、上記文献においては、ピストンの熱膨張時におけるリング溝の形状やリングの変形挙動については何ら考慮されていないため、上記構成を採用したとしても適切なシール態様が得られないことも考えられる。
【００１９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定したシール状態を好適に確保することのできるピストンのシール構造を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、エンジンのピストンに適用されて、前記ピストンのリング溝にレクタンギュラリングを装着することによりシリンダとの摺動部におけるシールを実現するピストンのシール構造において、前記リング溝の下面を前記ピストンの径方向外方に向かって前記エンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成したことを要旨としている。
【００２１】
上記構成によれば、リング溝の下面がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成される。これにより、レクタンギュラリングをリング溝へ装着することでリングの下面内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態が的確に実現されるため、安定したシール性能を好適に確保することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のピストンのシール構造において、前記リング溝の下面が前記ピストンの温度状態にかかわらず前記エンジンの燃焼室とは反対側へ傾斜した状態に維持されるように前記リング溝の傾斜度合いを設定したことを要旨としている。
【００２３】
上記構成によれば、リング溝の下面がピストンの温度状態にかかわらずエンジンの燃焼室とは反対側へ傾斜した状態に維持されるようにリング溝の傾斜度合いが設定される。これにより、ピストンの温度状態にかかわらずレクタンギュラリングの下面内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態が確保されるため、より安定したシール状態を実現することができるようになる。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のピストンのシール構造において、前記リング溝を前記ピストンのトップリング溝として形成したことを要旨としている。
【００２５】
上記構成によれば、トップリング溝の下面がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成される。これにより、シール性能が最も要求されるトップリング溝において、上記請求項１または２記載の発明の作用効果が得られるようになるため、シール性能のさらなる向上を図ることができるようになる。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載のピストンのシール構造において、前記リング溝を前記ピストンのセカンドリング溝として形成したことを要旨としている。
【００２７】
上記構成によれば、セカンドリング溝の下面がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成される。こうした構成を採用することによっても、上記請求項１または２記載の発明の作用効果に準じた作用効果が得られるようになる。
【００２８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のピストンのシール構造において、前記エンジンがディーゼルエンジンであることを要旨としている。
上記構成によれば、ディーゼルエンジンのピストンにおいて、リング溝の下面がピストンの径方向外方に向かってエンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成される。ちなみに、ディーゼルエンジンにおいてはより高いシール性能が要求されるため、ピストンリングとしてキーストンリングが採用されることもある。しかし、キーストンリングは製造工程においてテーパ加工が必要となるため、工数及びコストの増大が問題となる。この点、当該シール構造を採用することにより、レクタンギュラリングを流用して高いシール性能を確保することが可能となるため、ピストン及びピストンリングの製造にかかる工数及びコストの増大を抑制することができるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明を具体化した実施の形態について、図１〜図８を参照して説明する。
本実施の形態のピストンは、ディーゼルエンジンに搭載されるとともに、ピストンリングとしてレクタンギュラリングが装着される。
【００３０】
図１を参照して、ピストンの構成について説明する。なお、図１は、冷間状態におけるピストンの断面構造を示している。
ピストン１には、ピストンピン穴１１よりも上方（ピストンヘッド１２側）の外周面に、以下の各リング溝が形成されている。なお、図中の一点鎖線Ｃ−Ｃはピストン１の中心線を示している。
［ａ］トップリングＲ１を装着するためのトップリング溝Ｄ１。
［ｂ］セカンドリングＲ２を装着するためのセカンドリング溝Ｄ２。
［ｃ］オイルリングＲ３を装着するためのオイルリング溝Ｄ３。
【００３１】
ピストン１を搭載したディーゼルエンジンにおいては、トップリングＲ１及びセカンドリングＲ２を通じてピストン１とシリンダとの摺動部におけるシールが実現される。
【００３２】
図２を参照して、トップリング溝Ｄ１の詳細な構成について説明する。なお、図２は、図１の破線内の拡大図を示している。
トップリング溝Ｄ１は、以下の各リング溝面により形成されている。
［ａ］トップリングＲ１における燃焼室側の面（リング上面Ｒｆｕ）と対向するリング溝上面Ｄｆｕ。
［ｂ］トップリングＲ１における燃焼室側とは反対の面（リング下面Ｒｆｌ）と対向するリング溝下面Ｄｆｌ。
［ｃ］トップリングＲ１の内周面（リング内周面Ｒｆｉ）と対向するリング溝外周面Ｄｆｉ。
【００３３】
リング溝下面Ｄｆｌは、ピストン１の径方向外方（矢印Ａｗにて示す方向）となるほどピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜した面として形成されている。換言すると、リング溝下面Ｄｆｌは、ピストン１の径方向外方に向かってエンジンの燃焼室側とは反対の方向へ傾斜する面として形成されている。
【００３４】
リング溝上面Ｄｆｕは、水平面Ａ−Ａに対して平行な面として形成されている。
リング溝外周面Ｄｆｉは、水平面Ａ−Ａに対して垂直に交差する面として形成されている。
【００３５】
ここで、リング溝下面Ｄｆｌと水平面Ａ−Ａとのなす角度を以下のように定義する。
［イ］「水平面Ａ−Ａを基準として、ピストンヘッド１２に近接する方向を正側の角度」
［ロ］「水平面Ａ−Ａを基準として、ピストンヘッド１２から離間する方向を負側の角度」
リング溝下面Ｄｆｌは、水平面Ａ−Ａに対して負側の所定角度（下面傾斜角度ＴＨｌ）を有する傾斜面となっている。この下面傾斜角度ＴＨｌは、ピストン１の温度状態にかかわらずリング溝下面Ｄｆｌが水平面Ａ−Ａに対して負側の角度を有するように設定される。
【００３６】
なお、水平面Ａ−Ａは、ピストン１の中心線Ｃ−Ｃを含む平面に対して垂直に交差する平面を示す。
次に、本実施の形態のシール構造を通じて奏せられる作用効果について説明する。
【００３７】
図３を参照して、ピストン１の冷間時における燃焼室内のガスのシール態様について説明する。
図３は、ピストン１をディーゼルエンジンのシリンダＳ内に挿入した状態において、ディーゼルエンジンが冷間状態のときのトップリング溝Ｄ１及びトップリングＲ１の断面形状を示している。
【００３８】
このとき、リング溝下面Ｄｆｌが初期の状態（変形していない状態）にあるため、リング溝下面Ｄｆｌと水平面Ａ−Ａとのなす角度は下面傾斜角度ＴＨｌとなる。
【００３９】
リング溝下面Ｄｆｌとリング下面Ｒｆｌとの間には、下面傾斜角度ＴＨｌに相当する相対角度ＴＨｒが形成される。
燃焼室内のガスのシール態様は、リング下面Ｒｆｌの内周（リング下面内周Ｒｒｉ）とリング溝下面Ｄｆｌが接触した「内側シール」の状態に維持される。
【００４０】
図４を参照して、ピストン１の熱膨張時における燃焼室内のガスのシール態様について説明する。
図４は、ピストン１をディーゼルエンジンのシリンダＳ内に挿入した状態において、ディーゼルエンジンの暖機が完了した状態のときのトップリング溝Ｄ１及びトップリングＲ１の断面構造を示している。
【００４１】
このとき、ピストン１の熱膨張によりリング溝下面Ｄｆｌがピストンヘッド１２から離間する方向に変形しているため、リング下面Ｒｆｌと水平面Ａ−Ａとのなす角度は下面傾斜角度ＴＨｌよりも大きい角度（傾斜角度ＴＨｌｘ）となる。
【００４２】
燃焼室内のガスのシール態様は、リング下面Ｒｆｌの内周（リング下面内周Ｒｒｉ）とリング溝下面Ｄｆｌが接触した「内側シール」の状態に維持される。
このように、リング溝下面Ｄｆｌをピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜した面として形成したことにより、ピストン１の温度状態にかかわらずトップリングＲ１による燃焼室内のガスのシール態様が「内側シール」の状態に維持されるようになる。
【００４３】
これにより、トップリングＲ１を通じて高いシール性能が確保されるとともに、ディーゼルエンジンの全運転領域において安定したシール性能が得られるようになる。
【００４４】
ちなみに、「内側シール」の状態においては、リング内周面Ｒｆｉとリング溝下面Ｄｆｌとのなす角度ＴＨｉが大きい角度に維持されることにより燃焼室内のガスのくさび効果が小さくなるため、高いシール性能が実現される。
【００４５】
また、本実施の形態のシール構造によれば、以下に説明する作用効果が奏せられるようにもなる。
即ち、図５に示すピストン２（リング溝下面２１がピストン２の径方向外方となるほどピストンヘッド２２に近接するようにトップリング溝２３が形成されているピストン２）をエンジンに採用することにより生じる以下の［課題１］及び［課題２］を解消することができるようになる。
【００４６】
［課題１］リング溝下面２１が水平面Ａ−Ａに対して正側の所定角度（下面傾斜角度ＴＨｕ）を有する傾斜面として形成されているピストン２（図５）をエンジンに採用する場合、次のようなことが問題となる。
【００４７】
即ち、こうしたピストン２にレクタンギュラリング（トップリング）３を装着した場合には、リング下面３１とリング溝下面２１の外周（リング溝下面外周２１ｐ）とが接触した「外側シール」の状態となる（図５）。
【００４８】
ちなみに、「外側シール」の状態においては、リング下面３１とリング溝下面２１とのなす角度ＴＨｉが小さい角度に維持されることにより燃焼室内のガスのくさび効果が大きくなるため、シール性能の低下をまねくことになる。
【００４９】
そこで、ピストン２をエンジンに採用する場合には、リング下面３１の内周（リング下面内周３１ｉ）とリング溝下面２１とが接触した「内側シール」の状態を確保するため、図６に示すように、レクタンギュラリング３の内周面上部に対する面取り加工を通じてインナベベル３２を設けるようにしている。
【００５０】
これにより、レクタンギュラリング３にねじれが生じて、リング下面３１が水平面Ａ−Ａに対して所定角度（リングねじれ角度ＴＨｔ）を有する傾斜面となるため、レクタンギュラリング３をピストン２に装着した際には、図７に示すように、リング溝下面２１とリング下面３１とに相対角度ＴＨｒｘが生じて「内側シール」の状態が実現される。
【００５１】
一方で、エンジンの爆発工程においては、燃焼圧力によりレクタンギュラリング３がリング溝下面２１に押しつけられる方向にねじれることが知られている。このため、ピストン２及びレクタンギュラリング３の製造工程においては、こうしたリングのねじれを許容しつつリング溝下面２１とリング下面３１との相対角度ＴＨｒｘを維持するために、リング溝下面２１の傾斜度合い（下面傾斜角度ＴＨｕ）及びリングねじれ角度ＴＨｔの調整に多大な工数及びコストがかけられている（以上［課題１］）。
【００５２】
この点、本実施の形態においては、リング溝下面Ｄｆｌがピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜するようにトップリング溝Ｄ１を形成しているため（図２）、通常のレクタンギュラリング（インナベベルが設けられていないレクタンギュラリング）をピストン１に装着することによってもリング溝下面Ｄｆｌとリング下面Ｒｆｌとの間に相対角度ＴＨｒが形成される（「内側シール」の状態が得られる）。
【００５３】
従って、レクタンギュラリングに対する面取り加工を省略することが可能となるため、レクタンギュラリングの製造工程における工数及びコストの削減が図られるようになる。また、相対角度の確保にともなうリング溝下面の傾斜度合いの調整も不要となるため、ピストンの製造工程における工数及びコストの削減も図られるようになる。
【００５４】
［課題２］ピストン２（図７）を搭載したエンジンにおいては、次のようなことが問題となる。
即ち、エンジン（ピストン２）の冷間時はリング溝下面２１とリング下面３１とによる「内側シール」の状態（図７）が確保されるものの、エンジンの運転中、リング溝下面２１の傾斜度合い（下面傾斜角度ＴＨｕ）及びレクタンギュラリング３のねじれ度合いがエンジンの運転状態に応じて変動することに起因して、図８に示すようにリング下面３１とリング溝下面２１の外周（リング溝下面外周２１ｐ）とが接触した「外側シール」の状態となることもある。
【００５５】
ちなみに、リング溝下面２１の傾斜度合い（下面傾斜角度ＴＨｕ）は、通常、エンジンの所定運転状態（例えば暖機完了後）においてリング溝下面２１が水平面Ａ−Ａに対して平行となるように設計されているものの、実際にはエンジンの運転状態に応じて変動している。
【００５６】
こうしたことから、ピストン２を搭載したエンジンにおいては、エンジンの運転状態に応じて「内側シール」の状態（図７）と「外側シール」の状態（図８）とを遷移する不安定なシール態様を通じて燃焼室内のガスのシールが行われることになる（以上［課題２］）。
【００５７】
この点、本実施の形態のシール構造を採用した場合には、エンジンの運転状態に応じてリング溝下面Ｄｆｌの傾斜度合い及びレクタンギュラリングＲのねじれ度合いが変動したとしても「内側シール」の状態が維持されるため、「内側シール」の状態と「外側シール」の状態とを遷移する不安定なシール態様となることが好適に回避されるようになる。
【００５８】
以上詳述したように、この実施の形態にかかるピストンのシール構造によれば、以下に列記するような優れた効果が得られるようになる。
（１）本実施の形態では、リング溝下面Ｄｆｌがピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜したトップリング溝Ｄ１をピストン１に形成している。これにより、トップリングＲ１のリング下面内周Ｒｒｉとリング溝下面Ｄｆｌとが的確に「内側シール」の状態に維持されるため、安定したシール状態を好適に確保することができるようになる。
【００５９】
（２）また、通常のレクタンギュラリングをピストン１に装着することにより「内側シール」の状態が確保されるため、トップリングＲ１に対する面取り加工の省略が可能になるとともに、トップリングＲ１の製造工程における工数及びコストの削減を図ることができるようになる。
【００６０】
（３）また、リング溝下面Ｄｆｌの傾斜度合いの調整も不要となるため、ピストンの製造工程における工数及びコストの削減を図ることができるようになる。
（４）本実施の形態では、ピストン１の温度状態にかかわらずリング溝下面Ｄｆｌが水平面Ａ−Ａに対して負側の角度を有するように下面傾斜角度ＴＨｌを設定している。これにより、ピストン１の温度状態にかかわらず「内側シール」の状態が確保されるため、より安定したシール状態を実現することができるようになる。
【００６１】
（５）また、「内側シール」の状態と「外側シール」の状態とを遷移する不安定なシール態様となることを好適に回避することができるようになる。
（６）本実施の形態では、トップリング溝Ｄ１に対して上記（１）の構成を適用するようにしている。これにより、シール性能が最も要求されるトップリング溝において高いシール性能が得られるため、シール性能のさらなる向上を図ることができるようになる。
【００６２】
（７）本実施の形態では、ディーゼルエンジンのピストン１に対して上記（１）の構成を適用するようにしている。これにより、ディーゼルエンジンにおいてもレクタンギュラリングを流用して高いシール性能を確保することが可能となるため、ピストン及びピストンリングの製造にかかる工数及びコストの増大を抑制することができるようになる。
【００６３】
なお、上記実施の形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施の形態では、ピストン１に対して、リング溝下面Ｄｆｌがピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜したトップリング溝Ｄ１を形成する構成としたが、例えば次のように変更することも可能である。即ち、ピストン１に対して、リング溝下面がピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜したセカンドリング溝を形成することもできる。
【００６４】
・また、リング溝下面がピストン１の径方向外方にかけてピストンヘッド１２から離間する方向へ傾斜したトップリング溝及びセカンドリング溝をピストン１に形成することもできる。
【００６５】
・上記実施の形態では、リング溝上面Ｄｆｕが水平面Ａ−Ａに対して平行な面となるようにトップリング溝Ｄ１を形成したが、リング溝上面Ｄｆｕの構成は上記実施の形態にて例示した構成に限られず適宜変更可能である。
【００６６】
・上記実施の形態では、リング溝外周面Ｄｆｉが水平面Ａ−Ａに対して垂直に交差する面となるようにトップリング溝Ｄ１を形成したが、リング溝外周面Ｄｆｉの構成は上記実施の形態にて例示した構成に限られず適宜変更可能である。
【００６７】
・上記実施の形態では、ディーゼルエンジンのピストン１に対して本発明を適用する構成としたが、本発明の適用対象はディーゼルエンジンのピストンに限られない。要するに、レクタンギュラリングがピストンリングとして装着されるピストンであれば、いずれのピストンに対しても本発明の適用は可能であり、こうした構成を採用した場合にも上記実施の形態の作用効果に準じた作用効果が得られるようになる。
【００６８】
以上の事項も含めて、最後に、この発明にかかるピストンのシール構造は次のような技術思想を含むものであることを付記しておく。
（１）エンジンのピストンに適用されて、前記ピストンのリング溝にレクタンギュラリングを装着することによりシリンダとの摺動部におけるシールを実現するピストンのシール構造において、前記リング溝の下面を前記ピストンの径方向外方となるほど同ピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成したことを特徴とするピストンのシール構造。
【００６９】
上記構成によれば、リング溝の下面がピストンの径方向外方となるほどピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成される。これにより、レクタンギュラリングをリング溝へ装着することでリングの下面内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態が的確に実現されるため、安定したシール性能を好適に確保することができるようになる。
【００７０】
（２）前記（１）記載のピストンのシール構造において、前記リング溝の下面が前記ピストンの温度状態にかかわらず前記ピストンのヘッドから離間する方向へ傾斜した状態に維持されるように前記リング溝の傾斜度合いを設定したことを特徴とするピストンのシール構造。
【００７１】
上記構成によれば、リング溝の下面がピストンの温度状態にかかわらずピストンのヘッドから離間する方向へ傾斜した状態に維持されるようにリング溝の傾斜度合いが設定される。これにより、ピストンの温度状態にかかわらずレクタンギュラリングの下面内周とリング溝の下面とが接触した「内側シール」の状態が確保されるため、より安定したシール状態を実現することができるようになる。
【００７２】
（３）前記（１）または（２）記載のピストンのシール構造において、前記リング溝を前記ピストンのトップリング溝として形成したことを特徴とするピストンのシール構造。
【００７３】
上記構成によれば、トップリング溝の下面がピストンの径方向外方となるほどピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成される。これにより、シール性能が最も要求されるトップリング溝において、上記（１）または（２）記載の発明の作用効果が得られるようになるため、シール性能のさらなる向上を図ることができるようになる。
【００７４】
（４）前記（１）または（２）記載のピストンのシール構造において、前記リング溝を前記ピストンのセカンドリング溝として形成したことを特徴とするピストンのシール構造。
【００７５】
上記構成によれば、セカンドリング溝の下面がピストンの径方向外方となるほどピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成される。こうした構成を採用することによっても、上記（１）または（２）記載の発明の作用効果に準じた作用効果が得られるようになる。
【００７６】
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載のピストンのシール構造において、前記エンジンがディーゼルエンジンであることを特徴とするピストンのシール構造。
【００７７】
上記構成によれば、ディーゼルエンジンのピストンにおいて、リング溝の下面がピストンの径方向外方となるほどピストンのヘッドから離間する方向に傾斜した面として形成される。これにより、レクタンギュラリングを流用して高いシール性能を確保することが可能となるため、ディーゼルエンジンのピストン及びピストンリングの製造にかかる工数及びコストの増大を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるピストンのシール構造を具体化した実施の形態について、ピストンの断面構造を示す図。
【図２】同実施の形態のピストンについて、トップリング溝及びトップリングの断面構造を示す図。
【図３】同実施の形態のピストンについて、ピストンの冷間時におけるトップリング溝及びトップリングの断面構造を示す図。
【図４】同実施の形態のピストンについて、ピストンの熱膨張時におけるトップリング溝及びトップリングの断面構造を示す図。
【図５】ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【図６】ピストンリングの断面構造を示す図。
【図７】ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【図８】ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【図９】従来のピストンのシール構造について、ピストンリング溝の断面構造を示す図。
【図１０】従来のピストンのシール構造について、ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【図１１】従来のピストンのシール構造について、ピストンリング溝及びピストンリングの断面構造を示す図。
【符号の説明】
１…ピストン、１１…ピストンピン穴、１２…ピストンヘッド、Ｄ１…トップリング溝、Ｄ２…セカンドリング溝、Ｄ３…オイルリング溝、Ｒ１…トップリング、Ｒ２…セカンドリング、Ｒ３…オイルリング、Ｒｆｕ…リング上面、Ｒｆｌ…リング下面、Ｒｆｉ…リング内周面、Ｒｒｉ…リング下面内周、Ｄｆｕ…リング溝上面、Ｄｆｌ…リング溝下面、Ｄｆｉ…リング溝外周面、Ｓ…シリンダ。
Claims (5)
- エンジンのピストンに適用されて、前記ピストンのリング溝にレクタンギュラリングを装着することによりシリンダとの摺動部におけるシールを実現するピストンのシール構造において、
前記リング溝の下面を前記ピストンの径方向外方に向かって前記エンジンの燃焼室とは反対側に傾斜する面として形成した
ことを特徴とするピストンのシール構造。 - 請求項１記載のピストンのシール構造において、
前記リング溝の下面が前記ピストンの温度状態にかかわらず前記エンジンの燃焼室とは反対側へ傾斜した状態に維持されるように前記リング溝の傾斜度合いを設定した
ことを特徴とするピストンのシール構造。 - 請求項１または２記載のピストンのシール構造において、
前記リング溝を前記ピストンのトップリング溝として形成した
ことを特徴とするピストンのシール構造。 - 請求項１または２記載のピストンのシール構造において、
前記リング溝を前記ピストンのセカンドリング溝として形成した
ことを特徴とするピストンのシール構造。 - 請求項１〜４のいずれかに記載のピストンのシール構造において、
前記エンジンがディーゼルエンジンである
ことを特徴とするピストンのシール構造。
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