＜本発明の前提となる内燃機関の構成及び動作＞
本発明の前提となる内燃機関１の構成及び動作について、図１，図２を参照しながら説明する。
<Configuration and Operation of Internal Combustion Engine as Premise of the Present Invention>
The configuration and operation of the internal combustion engine 1, which is the premise of the present invention, will be described with reference to FIGS.
（内燃機関の概略構成）
内燃機関１は、主として、燃焼室６３、吸排気機構、燃料噴射弁２７、点火プラグ２９、ピストン３、トップリング（ピストンリング）４，セカンドリング５及びオイルリング６を備える。
(Schematic configuration of internal combustion engine)
The internal combustion engine 1 mainly includes a combustion chamber 63, an intake / exhaust mechanism, a fuel injection valve 27, a spark plug 29, a piston 3, a top ring (piston ring) 4, a second ring 5, and an oil ring 6.
燃焼室６３は、シリンダヘッド２０，シリンダブロック１０およびピストン３に囲まれた室である。シリンダヘッド２０には、燃焼室６３に新気空気を供給するための吸気ポート２３と、燃焼室６３から既燃ガスを排気ガスとして排出するための排気ポート２４とが形成されている。
The combustion chamber 63 is a chamber surrounded by the cylinder head 20, the cylinder block 10 and the piston 3. The cylinder head 20 is formed with an intake port 23 for supplying fresh air to the combustion chamber 63 and an exhaust port 24 for discharging burned gas from the combustion chamber 63 as exhaust gas.
また、吸排気機構として、吸気ポート２３の下流には、吸気バルブ２１が配備されている。一方、排気ポート２４の上流には排気バルブ２２が配備されている。クランクシャフトの回転に連動して回転する吸気用カム軸２１ｂ／排気用カム軸２２ｂに固定された吸気用カム２１ａ／排気用カム２２ａは、吸気バルブ２１／排気バルブ２２の上方に配置されており、吸気バルブ２１／排気バルブ２２を開閉させる。
An intake valve 21 is disposed downstream of the intake port 23 as an intake / exhaust mechanism. On the other hand, an exhaust valve 22 is disposed upstream of the exhaust port 24. The intake cam shaft 21b / exhaust cam shaft 22b fixed to the intake cam shaft 21b / exhaust cam shaft 22b rotating in conjunction with the rotation of the crankshaft are arranged above the intake valve 21 / exhaust valve 22. Then, the intake valve 21 / exhaust valve 22 are opened and closed.
燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３にガソリン燃料を噴射する弁である。燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３上部のシリンダヘッド２０から吸気ポート２３内部へ延びるように設けられている。燃料噴射弁２７の先端は、吸気ポート２３に突出している。
The fuel injection valve 27 is a valve that injects gasoline fuel into the intake port 23. The fuel injection valve 27 is provided so as to extend from the cylinder head 20 above the intake port 23 into the intake port 23. The tip of the fuel injection valve 27 projects into the intake port 23.
点火プラグ２９は、燃焼室６３上部略中央のシリンダヘッド２０から燃焼室６３内部へ延びるように設けられている。点火プラグ２９の先端部分２９ａは、燃焼室６３に突出している。
The spark plug 29 is provided so as to extend from the cylinder head 20 at the upper center of the combustion chamber 63 into the combustion chamber 63. A tip portion 29 a of the spark plug 29 protrudes into the combustion chamber 63.
ピストン３には、トップリング４，セカンドリング５及びオイルリング６が嵌め込まれている。トップリング４は燃焼室６３に近い側に嵌め込まれ、オイルリング６はクランク室６７に近い側に嵌め込まれる。セカンドリング５は、トップリング４とオイルリング６との間の位置に嵌め込まれる。また、シリンダブロック１０において、トップリング４，セカンドリング５及びオイルリング６が摺動する部分には、シリンダライナ１２が形成されている。シリンダライナ１２は、耐摩耗性を向上させた特殊鋳鉄で形成されている。
A top ring 4, a second ring 5 and an oil ring 6 are fitted into the piston 3. The top ring 4 is fitted on the side close to the combustion chamber 63, and the oil ring 6 is fitted on the side close to the crank chamber 67. The second ring 5 is fitted at a position between the top ring 4 and the oil ring 6. In the cylinder block 10, a cylinder liner 12 is formed in a portion where the top ring 4, the second ring 5 and the oil ring 6 slide. The cylinder liner 12 is made of special cast iron with improved wear resistance.
（内燃機関の概略動作）
内燃機関１では、吸気ポート２３に新気空気が導入されている。燃料噴射弁２７は、吸気ポート２３に導入された新気空気に、燃料を噴射する。これにより、新気混合気が生成される。そして、吸気行程において、吸気用カム２１ａにより吸気バルブ２１は開状態とされ、新気混合気は吸気ポート２３から主燃焼室６３へ導入される。
(Schematic operation of internal combustion engine)
In the internal combustion engine 1, fresh air is introduced into the intake port 23. The fuel injection valve 27 injects fuel into fresh air introduced into the intake port 23. Thereby, a fresh air mixture is generated. In the intake stroke, the intake valve 21 is opened by the intake cam 21 a, and the fresh air mixture is introduced into the main combustion chamber 63 from the intake port 23.
圧縮行程において、主としてトップリング４が燃焼室６３とクランク室６７とをシールしながらピストン３が上昇して、燃焼室６３の新気混合気が圧縮される。そして、点火プラグ２９の先端部分２９ａにより、燃焼室６３の新気混合気は所定のタイミングで点火され燃焼する。
In the compression stroke, the piston 3 rises while the top ring 4 mainly seals the combustion chamber 63 and the crank chamber 67, and the fresh air mixture in the combustion chamber 63 is compressed. The fresh air mixture in the combustion chamber 63 is ignited and burned at a predetermined timing by the tip portion 29a of the spark plug 29.
膨張行程では、主としてトップリング４により燃焼室６３とクランク室６７とがシールされながら、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン３が押し下げられる。このとき、燃焼室６３の温度が上昇しすぎると、ノッキングが発生することがある。
In the expansion stroke, while the combustion chamber 63 and the crank chamber 67 are sealed mainly by the top ring 4, the piston 3 is pushed down by the combustion pressure generated by the combustion of the fresh air mixture. At this time, if the temperature of the combustion chamber 63 rises too much, knocking may occur.
排気行程では、排気用カム２２ａにより排気バルブ２２が開状態とされ、主燃焼室６３で燃焼された既燃ガスが、排気ガスとして排気ポート２４へ排出される。このとき、既燃ガスに含まれた熱も排気ポート２４へ排出される。
In the exhaust stroke, the exhaust valve 22 is opened by the exhaust cam 22a, and the burned gas burned in the main combustion chamber 63 is discharged to the exhaust port 24 as exhaust gas. At this time, heat contained in the burned gas is also discharged to the exhaust port 24.
（ピストン及びトップリングの詳細構成）
ピストン３には、トップリング４，セカンドリング５及びオイルリング６が嵌め込まれている。トップリング４は、トップランド３ｔとセカンドランド３ｓとの間に設けられたトップリング溝に嵌め込まれている。セカンドリング５は、セカンドランド３ｓとサードランド３ｕとの間に設けられたセカンドリング溝に嵌め込まれている。オイルリング６は、サードランド３ｕとスカート３ｖとの間に設けられたオイルリング溝に嵌め込まれている。すなわち、トップリング４は、セカンドリング５及びオイルリング６よりも燃焼室６３に近い位置に配置されている。
(Detailed structure of piston and top ring)
A top ring 4, a second ring 5 and an oil ring 6 are fitted into the piston 3. The top ring 4 is fitted in a top ring groove provided between the top land 3t and the second land 3s. The second ring 5 is fitted in a second ring groove provided between the second land 3s and the third land 3u. The oil ring 6 is fitted in an oil ring groove provided between the third land 3u and the skirt 3v. That is, the top ring 4 is arranged at a position closer to the combustion chamber 63 than the second ring 5 and the oil ring 6.
トップリング４は、主として、本体部９を備える（図２参照）。このトップリング４は、図２に示すように、冠面３ａから第２距離Ｌ２ａだけクランク室６７側へ離れて位置している。トップリング４の本体部９は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面形状が略矩形状である。また、トップリング４は、シリンダ軸ＣＡ方向の上面視において一部を切り欠いた略円形状をしており、その弾性力によりシリンダライナ１２を押しつけている。すなわち、主として、第１対向面４ａとライナ面１２ａとが接することにより、燃焼室６３とクランク室６７とがシールされている。ここで、第１対向面４ａは、トップリング４においてシリンダライナ１２と対向する面である。ライナ面１２ａは、シリンダライナ１２においてトップリング４と対向する面であり、トップリング４が摺動する面である。第１対向面４ａは、ライナ面１２ａに略平行である。すなわち、第１対向面４ａは、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面で見たときに、少なくともライナ面１２ａと平行な部位（図２では頂点）を有し、その両側が緩やかに弧を描いた曲面となっている。
The top ring 4 mainly includes a main body 9 (see FIG. 2). As shown in FIG. 2, the top ring 4 is located away from the crown surface 3a toward the crank chamber 67 by a second distance L2a. The main body 9 of the top ring 4 has a substantially rectangular cross-sectional shape cut by a plane including the cylinder axis CA. The top ring 4 has a substantially circular shape with a part cut away when viewed from above in the cylinder axis CA direction, and presses the cylinder liner 12 by its elastic force. That is, the combustion chamber 63 and the crank chamber 67 are sealed mainly by contacting the first facing surface 4a and the liner surface 12a. Here, the first facing surface 4 a is a surface facing the cylinder liner 12 in the top ring 4. The liner surface 12a is a surface facing the top ring 4 in the cylinder liner 12, and is a surface on which the top ring 4 slides. The first facing surface 4a is substantially parallel to the liner surface 12a. In other words, the first facing surface 4a has at least a portion (vertex in FIG. 2) parallel to the liner surface 12a when viewed in a cross section cut by a plane including the cylinder axis CA, and both sides gently arc. The curved surface is drawn.
また、トップリング４は、ピストン３の冠面３ａからピストン３へ進入した熱をシリンダライナ１２へ逃がす。その熱は、シリンダライナ１２からシリンダブロック１０を経由してウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される。
Further, the top ring 4 releases heat that has entered the piston 3 from the crown surface 3 a of the piston 3 to the cylinder liner 12. The heat is transmitted from the cylinder liner 12 to the water jacket 11 via the cylinder block 10 and cooled.
（ピストン及びトップリングの詳細動作）
圧縮行程において、ピストン３は上昇する。このとき、図２に示すように、トップリング４の第３対向面４ｃとトップリング溝の下面３ｃとが接するようになる。ここで、第３対向面４ｃは、トップリング４においてトップリング溝の下面３ｃと対向する面である。一方、トップリング４の第２対向面４ｂとトップリング溝の上面３ｂとの間や、トップリング４の第４対向面４ｄとトップリング溝の外周面３ｄとの間には、隙間ができている。ここで、第２対向面４ｂは、トップリング４においてトップリング溝の上面３ｂと対向する面である。第４対向面４ｄは、トップリング４においてトップリング溝の外周面３ｄと対向する面である。
(Detailed operation of piston and top ring)
In the compression stroke, the piston 3 rises. At this time, as shown in FIG. 2, the third opposing surface 4c of the top ring 4 comes into contact with the lower surface 3c of the top ring groove. Here, the third facing surface 4c is a surface of the top ring 4 that faces the lower surface 3c of the top ring groove. On the other hand, there is a gap between the second facing surface 4b of the top ring 4 and the top surface 3b of the top ring groove, or between the fourth facing surface 4d of the top ring 4 and the outer peripheral surface 3d of the top ring groove. Yes. Here, the second facing surface 4 b is a surface of the top ring 4 that faces the top surface 3 b of the top ring groove. The fourth facing surface 4d is a surface facing the outer peripheral surface 3d of the top ring groove in the top ring 4.
そして、ピストン３の冠面３ａからピストン３へ進入した熱は、白抜きの矢印で示すように、トップリング溝の下面３ｃへ伝達される。トップリング溝の下面３ｃへ伝達された熱は、ピストン３と本体部９との温度差によりトップリング４の第３対向面４ｃを介して本体部９へ伝達され、トップリング４の第１対向面４ａ及びライナ面１２ａを介して本体部９からシリンダライナ１２へ伝達される。さらに、シリンダライナ１２へ伝達された熱は、シリンダブロック１０を経由してウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される。なお、白抜き矢印は、伝達された熱量の大きさを太さで表している。
Then, the heat that has entered the piston 3 from the crown surface 3a of the piston 3 is transmitted to the lower surface 3c of the top ring groove, as indicated by the white arrow. The heat transmitted to the lower surface 3 c of the top ring groove is transmitted to the main body 9 through the third facing surface 4 c of the top ring 4 due to the temperature difference between the piston 3 and the main body 9, and the first facing of the top ring 4. It is transmitted from the main body 9 to the cylinder liner 12 through the surface 4a and the liner surface 12a. Further, the heat transferred to the cylinder liner 12 is transferred to the water jacket 11 via the cylinder block 10 and cooled. In addition, the white arrow represents the magnitude | size of the transmitted heat quantity by thickness.
ここで、トップリング４が冠面３ａから第２距離Ｌ２ａだけクランク室６７側へ離れているので、冠面３ａからトップリング４へ伝達される熱は、トップリング４近傍へ伝達されるまでに伝達損失が大きくなる傾向がある。
Here, since the top ring 4 is separated from the crown surface 3a by the second distance L2a toward the crank chamber 67, the heat transferred from the crown surface 3a to the top ring 4 is transferred to the vicinity of the top ring 4. There is a tendency for transmission loss to increase.
また、隙間空間６４には、トップランド３ｔとシリンダライナ１２との隙間や、トップリング４の第２対向面４ｂとトップリング溝の上面３ｂとの隙間を経由して、燃焼室６３の圧力が導入されるようになっている。隙間空間６４は、トップリング４とピストン３とで囲まれる空間であり、トップリング４の第４対向面４ｄとピストン３の外周面３ｄとで挟まれている空間である。これにより、トップリング４がシリンダライナ１２を押しつける力が確保されている。
Further, in the gap space 64, the pressure in the combustion chamber 63 passes through the gap between the top land 3t and the cylinder liner 12 and the gap between the second facing surface 4b of the top ring 4 and the upper surface 3b of the top ring groove. It has been introduced. The gap space 64 is a space surrounded by the top ring 4 and the piston 3, and is a space sandwiched between the fourth facing surface 4 d of the top ring 4 and the outer peripheral surface 3 d of the piston 3. Thereby, the force with which the top ring 4 presses the cylinder liner 12 is ensured.
次に、膨張行程では、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン３が押し下げられる。このとき、トップリング４の第２対向面４ｂとトップリング溝の上面３ｂとの隙間に燃焼室６３の燃焼圧力が導入されて、トップリング４の第３対向面４ｃとトップリング溝の下面３ｃとが接するようになる。ここで、トップリング４の第２対向面４ｂは、燃焼室６３から導入された高温のガスにさらされることになる。
Next, in the expansion stroke, the piston 3 is pushed down by the combustion pressure generated by burning the fresh air mixture. At this time, the combustion pressure of the combustion chamber 63 is introduced into the gap between the second facing surface 4b of the top ring 4 and the top surface 3b of the top ring groove, and the third facing surface 4c of the top ring 4 and the bottom surface 3c of the top ring groove. And come to touch. Here, the second facing surface 4 b of the top ring 4 is exposed to the high-temperature gas introduced from the combustion chamber 63.
この場合、トップリング４の本体部９の温度が上昇する傾向がある。このため、ピストン３の冠面３ａからピストン３へ進入した熱は、白抜きの矢印で示すように、トップリング溝の下面３ｃへ伝達される。しかし、トップリング４の本体部９の温度が上昇しているので、ピストン３と本体部９との温度差が小さくなっているため、トップリング溝の下面３ｃへ伝達された熱は、トップリング４の第３対向面４ｃを介して本体部９へ伝達されにくく、トップリング４の第１対向面４ａ及びライナ面１２ａを介して本体部９からシリンダライナ１２へ伝達されにくい。
In this case, the temperature of the main body 9 of the top ring 4 tends to increase. For this reason, the heat that has entered the piston 3 from the crown surface 3a of the piston 3 is transmitted to the lower surface 3c of the top ring groove, as indicated by the white arrow. However, since the temperature of the main body portion 9 of the top ring 4 is rising, the temperature difference between the piston 3 and the main body portion 9 is small, so that the heat transmitted to the lower surface 3c of the top ring groove is the top ring. 4 is less likely to be transmitted to the main body portion 9 via the third opposing surface 4c, and less likely to be transmitted from the main body portion 9 to the cylinder liner 12 via the first opposing surface 4a and the liner surface 12a of the top ring 4.
その他の点は、圧縮行程と同様である。
The other points are the same as in the compression process.
＜本発明の第１実施形態に係る内燃機関の構成及び動作＞
本発明の第１実施形態に係る内燃機関１００について、図３，図４を参照しながら、本発明の前提となる上記の内燃機関１と異なる点を中心に説明する。なお、本発明の前提となる内燃機関１と同様の構成要素は、同じ部材番号で示し説明を省略する。
<Configuration and Operation of Internal Combustion Engine According to First Embodiment of the Present Invention>
The internal combustion engine 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention, with reference to FIGS. 3 and 4. In addition, the same component as the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention is indicated by the same member number, and the description is omitted.
（内燃機関の概略構成）
内燃機関１００は、トップリング４の代わりにトップリング（ピストンリング）１０４を備え、ピストン３の代わりにピストン１０３を備える。他の点は、本発明の前提となる内燃機関１と同様である。
(Schematic configuration of internal combustion engine)
The internal combustion engine 100 includes a top ring (piston ring) 104 instead of the top ring 4 and a piston 103 instead of the piston 3. Other points are the same as those of the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention.
（内燃機関の概略動作）
圧縮行程において、主としてトップリング１０４が燃焼室６３とクランク室６７とをシールしながらピストン１０３が上昇して、燃焼室６３の新気混合気が圧縮される。
(Schematic operation of internal combustion engine)
In the compression stroke, the piston 103 ascends while the top ring 104 mainly seals the combustion chamber 63 and the crank chamber 67, and the fresh air mixture in the combustion chamber 63 is compressed.
膨張行程では、主としてトップリング１０４により燃焼室６３とクランク室６７とがシールされながら、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン１０３が押し下げられる。
In the expansion stroke, the piston 103 is pushed down by the combustion pressure generated by burning the fresh air mixture while the combustion chamber 63 and the crank chamber 67 are sealed mainly by the top ring 104.
他の点は、本発明の前提となる内燃機関１と同様である。
Other points are the same as those of the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention.
（ピストン及びトップリングの詳細構成）
ピストン１０３には、トップリング４の代わりにトップリング１０４が嵌め込まれている。トップリング１０４は、セカンドランド３ｓ上部に設けられたトップリング溝に嵌め込まれている。すなわち、トップリング１０４は、セカンドリング５及びオイルリング６よりも燃焼室６３に近い位置に配置されている。
(Detailed structure of piston and top ring)
A top ring 104 is fitted in the piston 103 instead of the top ring 4. The top ring 104 is fitted in a top ring groove provided on the second land 3s. That is, the top ring 104 is arranged at a position closer to the combustion chamber 63 than the second ring 5 and the oil ring 6.
具体的には、図４に示すように、トップリング１０４は、主として、本体部１０９と入熱抑制層１０７とを備える。本体部１０９は、主として、第１部１０４ａ，第２部１０４ｂ及び第３部１０４ｃを有している。第１部１０４ａは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第２部１０４ｂは、第１部１０４ａとシリンダ軸ＣＡ方向に第１距離Ｌ１０１の間隔で離れている。また、第２部１０４ｂは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第３部１０４ｃは、第１部１０４ａの外端と第２部１０４ｂの外端とを接続しており、シリンダ軸ＣＡに平行に延びている。
Specifically, as shown in FIG. 4, the top ring 104 mainly includes a main body portion 109 and a heat input suppression layer 107. The main body 109 mainly has a first part 104a, a second part 104b, and a third part 104c. The first part 104a is along a plane perpendicular to the cylinder axis CA and has a substantially annular shape. The second part 104b is separated from the first part 104a in the cylinder axis CA direction by a first distance L101. Further, the second portion 104b is along a plane perpendicular to the cylinder axis CA and is substantially annular. The third part 104c connects the outer end of the first part 104a and the outer end of the second part 104b, and extends parallel to the cylinder axis CA.
トップリング１０４は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面視において略チャネル形状をしている。そして、トップリング溝は、トップリング１０４の略チャネル形状に対応するように形成されている。すなわち、トップリング溝の上部外周面１０３ｇがトップリング１０４の第７対向面１０４ａｇに対応し、トップリング溝の中部外周面１０３ｅがトップリング１０４の第５対向面１０４ｃｅに対応し、トップリング溝の下部外周面１０３ｄがトップリング１０４の第４対向面１０４ｂｄに対応している。ここで、第４対向面１０４ｂｄは、トップリング１０４の第２部１０４ｂにおいて下部外周面１０３ｄと対向する面である。第５対向面１０４ｃｅは、トップリング１０４の第３部１０４ｃにおいて中部外周面１０３ｅと対向する面である。第７対向面１０４ａｇは、トップリング１０４の第１部１０４ａにおいて上部外周面１０３ｇと対向する面である。また、トップリング溝の上部下面１０３ｆ，中部外周面１０３ｅ及び下部上面１０３ｂで囲まれた部分が凸部となっており、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆ，第５対向面１０４ｃｅ及び第２対向面１０４ｂｂで囲まれた部分が凹部となっており、その凸部とその凹部とが互いに嵌め込まれている。ここで、第２対向面１０４ｂｂは、トップリング１０４の第２部１０４ｂにおいてトップリング溝の下部上面１０３ｂと対向する面である。第６対向面１０４ａｆは、トップリング１０４の第１部１０４ａにおいてトップリング溝の上部下面１０３ｆと対向する面である。
The top ring 104 has a substantially channel shape in a sectional view taken along a plane including the cylinder axis CA. The top ring groove is formed so as to correspond to the substantially channel shape of the top ring 104. That is, the upper outer peripheral surface 103g of the top ring groove corresponds to the seventh opposing surface 104ag of the top ring 104, the middle outer peripheral surface 103e of the top ring groove corresponds to the fifth opposing surface 104ce of the top ring 104, and The lower outer peripheral surface 103 d corresponds to the fourth opposing surface 104 bd of the top ring 104. Here, the fourth facing surface 104bd is a surface facing the lower outer peripheral surface 103d in the second portion 104b of the top ring 104. The fifth facing surface 104ce is a surface facing the middle outer peripheral surface 103e in the third portion 104c of the top ring 104. The seventh facing surface 104ag is a surface facing the upper outer peripheral surface 103g in the first portion 104a of the top ring 104. Further, a portion surrounded by the upper lower surface 103f, the middle outer peripheral surface 103e and the lower upper surface 103b of the top ring groove is a convex portion, and the sixth opposing surface 104af, the fifth opposing surface 104ce and the second opposing surface of the top ring 104 are formed. A portion surrounded by the surface 104bb is a concave portion, and the convex portion and the concave portion are fitted into each other. Here, the second facing surface 104bb is a surface facing the lower upper surface 103b of the top ring groove in the second portion 104b of the top ring 104. The sixth facing surface 104af is a surface facing the upper lower surface 103f of the top ring groove in the first portion 104a of the top ring 104.
そして、トップリング１０４は、第１対向面１０４ｃａがライナ面１２ａに略平行である。ここで、第１対向面１０４ｃａは、トップリング１０４の第３部１０４ｃにおいてシリンダライナ１２と対向する面である。すなわち、第１対向面１０４ｃａは、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面で見たときに、少なくともライナ面１２ａと平行な部位（図４では頂点）を有し、その両側が緩やかに弧を描いた曲面となっている。これにより、トップリング１０４は、本発明の前提となる内燃機関１におけるトップリング４よりも、シリンダライナ１２との接触面積が大きくなっている。なお、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａは、シリンダライナ１２との接触面積を十分確保するために、バベル形状であることが好ましい。
The top ring 104 has a first facing surface 104ca substantially parallel to the liner surface 12a. Here, the first facing surface 104 ca is a surface facing the cylinder liner 12 in the third portion 104 c of the top ring 104. That is, the first facing surface 104ca has at least a portion (vertex in FIG. 4) parallel to the liner surface 12a when viewed in a cross section cut by a plane including the cylinder axis CA, and both sides gently arc. The curved surface is drawn. Thereby, the top ring 104 has a larger contact area with the cylinder liner 12 than the top ring 4 in the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention. Note that the first facing surface 104ca of the top ring 104 is preferably in a Babel shape in order to ensure a sufficient contact area with the cylinder liner 12.
それから、入熱抑制層１０７は、本体部１０９よりも熱伝導率が小さい層である。入熱抑制層１０７は、本体部１０９において燃焼室６３に向く面に被覆されている。すなわち、トップリング１０４は、入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接して（面して）いる。そして、入熱抑制層１０７において、燃焼室６３に接している面１０７ａはピストン１０３の冠面１０３ａ近傍に（隣接する冠面１０３ａと概ね面一となるように）位置している。
Then, the heat input suppression layer 107 is a layer having a lower thermal conductivity than the main body 109. The heat input suppression layer 107 is covered on the surface of the main body 109 facing the combustion chamber 63. That is, the top ring 104 is in contact with (facing) the combustion chamber 63 via the heat input suppression layer 107. In the heat input suppressing layer 107, the surface 107a in contact with the combustion chamber 63 is located in the vicinity of the crown surface 103a of the piston 103 (so as to be substantially flush with the adjacent crown surface 103a).
入熱抑制層１０７は、熱伝導率が小さく断熱性が高い方が好ましい。さらに、入熱抑制層１０７は、耐熱性が高い方が好ましい。このような入熱抑制層１０７は、アルマイト処理により形成されたジルコニア層である。入熱抑制層１０７の膜厚は、１０〜５０ミクロンであることが好ましいが、その膜厚に限定されるものではない。
The heat input suppression layer 107 preferably has a low thermal conductivity and a high heat insulating property. Furthermore, the heat input suppression layer 107 preferably has higher heat resistance. Such a heat input suppression layer 107 is a zirconia layer formed by alumite treatment. The film thickness of the heat input suppression layer 107 is preferably 10 to 50 microns, but is not limited to that film thickness.
トップリング１０４は、その弾性力によりシリンダライナ１２を押しつけている。すなわち、主として、第１対向面１０４ｃａとライナ面１２ａとが接することにより、燃焼室６３とクランク室６７とがシールされている。
The top ring 104 presses the cylinder liner 12 by its elastic force. That is, the combustion chamber 63 and the crank chamber 67 are sealed mainly by contacting the first facing surface 104ca and the liner surface 12a.
また、ピストン１０３の冠面１０３ａの面積は、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａの面積よりも大幅に大きい。このため、燃焼室６３の熱は、入熱抑制層１０７に直接的に取り込まれるよりも、ピストン１０３の冠面１０３ａ及びピストン１０３を介して伝達される方が、より多く本体部１０９へ伝達されることになる。
The area of the crown surface 103 a of the piston 103 is significantly larger than the area of the surface 107 a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63. For this reason, the heat transmitted from the combustion chamber 63 through the crown surface 103a of the piston 103 and the piston 103 is more transmitted to the main body 109 than directly taken into the heat input suppression layer 107. Will be.
さらに、ピストン１０３は、連通路１３１を有する。連通路１３１は、隙間空間１６４と燃焼室６３とを連通する。隙間空間１６４は、トップリング１０４とピストン１０３とで囲まれた空間であり、トップリング１０４の第５対向面１０４ｃｅとピストン１０３の中部外周面１０３ｅとで挟まれた空間である。すなわち、連通路１３１は、ピストン１０３においてトップリング１０４の第５対向面１０４ｃｅに対向する面１０３ｅ（第２開口部１３１ｂ）から冠面１０３ａ（第１開口部１３１ａ）へ貫通するように開口された穴である。これにより、燃焼室６３の圧力が連通路１３１を介して隙間空間１６４へ伝達されるようになっている。
Further, the piston 103 has a communication path 131. The communication path 131 communicates the gap space 164 and the combustion chamber 63. The gap space 164 is a space surrounded by the top ring 104 and the piston 103, and is a space sandwiched between the fifth facing surface 104ce of the top ring 104 and the middle outer peripheral surface 103e of the piston 103. That is, the communication path 131 is opened in the piston 103 so as to penetrate from the surface 103e (second opening 131b) facing the fifth facing surface 104ce of the top ring 104 to the crown surface 103a (first opening 131a). It is a hole. As a result, the pressure in the combustion chamber 63 is transmitted to the gap space 164 via the communication path 131.
なお、燃焼室６３の熱の大部分は、排気行程において、既燃ガスとともに排気ポート２４へ排出される。一方、入熱抑制層１０７により本体部１０９への移動を阻止される熱量は、既燃ガスとともに排気ポート２４へ排出される熱量に比べて少ない。すなわち、入熱抑制層１０７により燃焼室６３の熱がトップリング１０４の本体部１０９へ進入しにくくなっていても、その影響は小さい。
Note that most of the heat in the combustion chamber 63 is discharged to the exhaust port 24 together with the burned gas in the exhaust stroke. On the other hand, the amount of heat that is prevented from moving to the main body 109 by the heat input suppression layer 107 is smaller than the amount of heat discharged to the exhaust port 24 together with the burned gas. That is, even if the heat input suppression layer 107 makes it difficult for the heat of the combustion chamber 63 to enter the main body 109 of the top ring 104, the influence is small.
一方、一旦ピストン１０３へ取り込まれた熱は、主として、ピストン１０３と本体部１０９との温度差によりトップリング１０４の本体部１０９を介してシリンダライナ１２へ逃がされる。このため、ピストン１０３と本体部１０９との温度差が大きい方が好ましく、本体部１０９の温度はできるだけ低く抑えられていることが好ましい。
On the other hand, the heat once taken into the piston 103 is released to the cylinder liner 12 through the main body 109 of the top ring 104 mainly due to a temperature difference between the piston 103 and the main body 109. For this reason, it is preferable that the temperature difference between the piston 103 and the main body 109 is large, and the temperature of the main body 109 is preferably kept as low as possible.
（ピストン及びトップリングの詳細動作）
圧縮行程において、ピストン１０３は上昇する。このとき、図４に示すように、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとトップリング溝の上部下面１０３ｆとが接するようになる。一方、トップリング１０４の第７対向面１０４ａｇとトップリング溝の上部外周面１０３ｇとの間や、トップリング１０４の第５対向面１０４ｃｅとトップリング溝の中部外周面１０３ｅとの間や、トップリング１０４の第２対向面１０４ｂｂとトップリング溝の下部上面１０３ｂとの間や、トップリング１０４の第４対向面１０４ｂｄとトップリング溝の下部外周面１０３ｄとの間には、隙間ができている。
(Detailed operation of piston and top ring)
In the compression stroke, the piston 103 rises. At this time, as shown in FIG. 4, the sixth facing surface 104af of the top ring 104 comes into contact with the upper lower surface 103f of the top ring groove. On the other hand, between the seventh opposing surface 104ag of the top ring 104 and the upper outer peripheral surface 103g of the top ring groove, between the fifth opposing surface 104ce of the top ring 104 and the middle outer peripheral surface 103e of the top ring groove, There are gaps between the second opposing surface 104bb of 104 and the lower upper surface 103b of the top ring groove, and between the fourth opposing surface 104bd of the top ring 104 and the lower outer peripheral surface 103d of the top ring groove.
そして、トップリング１０４が入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接しているので、燃焼室６３の熱は、トップリング１０４の本体部１０９へ進入しにくくなっている。これにより、本体部１０９の温度上昇が抑制されており、ピストン１０３と本体部１０９との温度差が確保されている。一方、燃焼室６３の熱は、ピストン１０３の冠面１０３ａを介してピストン１０３へ容易に進入する。ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、白抜きの矢印で示すように、トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達される。トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達された熱は、ピストン１０３と本体部１０９との温度差によりトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆを介して本体部１０９へ伝達され、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａ及びライナ面１２ａを介して本体部１０９からシリンダライナ１２へ伝達される。さらに、シリンダライナ１２へ伝達された熱は、シリンダブロック１０を経由してウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される。
Since the top ring 104 is in contact with the combustion chamber 63 via the heat input suppression layer 107, the heat of the combustion chamber 63 is less likely to enter the main body 109 of the top ring 104. Thereby, the temperature rise of the main-body part 109 is suppressed and the temperature difference of the piston 103 and the main-body part 109 is ensured. On the other hand, the heat of the combustion chamber 63 easily enters the piston 103 via the crown surface 103 a of the piston 103. The heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 is transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove, as indicated by the white arrow. The heat transmitted to the upper lower surface 103 f of the top ring groove is transmitted to the main body 109 through the sixth opposing surface 104 af of the top ring 104 due to the temperature difference between the piston 103 and the main body 109, and the first ring of the top ring 104. It is transmitted from the main body 109 to the cylinder liner 12 through the facing surface 104ca and the liner surface 12a. Further, the heat transferred to the cylinder liner 12 is transferred to the water jacket 11 via the cylinder block 10 and cooled.
ここで、ピストン１０３の冠面１０３ａと上部下面１０３ｆとの距離Ｌ１０２ａは、ピストン３の冠面３ａとトップリング溝の下面３ｃとの距離Ｌ２ａ（図２参照）よりも小さい。このため、ピストン１０３において本体部１０９近傍まで伝達される熱の量は、ピストン３において本体部９近傍まで伝達される熱の量よりも多くなっている。
Here, the distance L102a between the crown surface 103a of the piston 103 and the upper lower surface 103f is smaller than the distance L2a (see FIG. 2) between the crown surface 3a of the piston 3 and the lower surface 3c of the top ring groove. For this reason, the amount of heat transmitted to the vicinity of the main body 109 in the piston 103 is larger than the amount of heat transmitted to the vicinity of the main body 9 in the piston 3.
また、トップリング１０４がトップリング４（図２参照）よりもシリンダライナ１２との接触面積が大きくなっているので、トップリング１０４からウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される熱の量は、トップリング４からウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される熱の量よりも多くなっている。すなわち、本体部１０９の温度上昇が抑制されており、本体部１０９の方が本体部９よりもウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される熱の量が多い結果、本体部１０９とピストン１０３との温度差は、本体部９とピストン３との温度差よりも大きくなっている。このため、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆを介して本体部１０９へ伝達される熱の量は、トップリング４の第３対向面４ｃを介して本体部９へ伝達される熱の量よりも多くなっている。
Further, since the top ring 104 has a larger contact area with the cylinder liner 12 than the top ring 4 (see FIG. 2), the amount of heat transmitted from the top ring 104 to the water jacket 11 and cooled is The amount of heat transferred from the top ring 4 to the water jacket 11 and cooled is increased. That is, the temperature rise of the main body portion 109 is suppressed, and the main body portion 109 is transmitted to the water jacket 11 more than the main body portion 9 to be cooled. As a result, the main body portion 109 and the piston 103 Is larger than the temperature difference between the main body 9 and the piston 3. For this reason, the amount of heat transferred to the main body 109 through the sixth facing surface 104af of the top ring 104 is greater than the amount of heat transferred to the main body 9 through the third facing surface 4c of the top ring 4. Has also increased.
さらに、隙間空間１６４には、連通路１３１を経由して、燃焼室６３の圧力が導入されるようになっている。これにより、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が増えたとしても、トップリング１０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されている。すなわち、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が大きくなっており、トップリング１０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されているので、トップリング１０４のシール性は向上している。
Further, the pressure of the combustion chamber 63 is introduced into the gap space 164 via the communication path 131. As a result, even if the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 increases, a sufficient force is secured for the top ring 104 to press the cylinder liner 12. That is, the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 is large, and a sufficient force for the top ring 104 to press the cylinder liner 12 is secured, so that the sealing performance of the top ring 104 is improved. Yes.
次に、膨張行程において、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン１０３が押し下げられる。このとき、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａに対して燃焼圧力がかかるので、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとトップリング溝の上部下面１０３ｆとが接するようになる。ここで、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａは、燃焼室６３から導入された高温の燃焼ガス（火炎）にさらされることになる。
Next, in the expansion stroke, the piston 103 is pushed down by the combustion pressure generated by burning the fresh air mixture. At this time, since the combustion pressure is applied to the surface 107a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63, the sixth facing surface 104af of the top ring 104 and the upper lower surface 103f of the top ring groove come into contact. Here, the surface 107 a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63 is exposed to high-temperature combustion gas (flame) introduced from the combustion chamber 63.
この場合でも、圧縮行程と同様に、トップリング１０４が入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接しているので、燃焼室６３の熱は、トップリング１０４の本体部１０９へ進入しにくくなっている。これにより、本体部１０９の温度上昇が抑制されており、ピストン１０３と本体部１０９との温度差が確保されている。一方、燃焼室６３の熱は、ピストン１０３の冠面１０３ａを介してピストン１０３へ容易に進入する。ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、白抜きの矢印で示すように、トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達される。トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達された熱は、ピストン１０３と本体部１０９との温度差によりトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆを介して本体部１０９の第１部１０４ａへ伝達され、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａ及びライナ面１２ａを介して本体部１０９の第３部１０４ｃからシリンダライナ１２へ伝達される。さらに、シリンダライナ１２へ伝達された熱は、シリンダブロック１０を経由してウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される。
Even in this case, since the top ring 104 is in contact with the combustion chamber 63 via the heat input suppression layer 107 as in the compression stroke, the heat of the combustion chamber 63 is less likely to enter the main body 109 of the top ring 104. ing. Thereby, the temperature rise of the main-body part 109 is suppressed and the temperature difference of the piston 103 and the main-body part 109 is ensured. On the other hand, the heat of the combustion chamber 63 easily enters the piston 103 via the crown surface 103 a of the piston 103. The heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 is transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove, as indicated by the white arrow. The heat transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove is transmitted to the first part 104a of the main body 109 via the sixth facing surface 104af of the top ring 104 due to the temperature difference between the piston 103 and the main body 109, and the top It is transmitted from the third portion 104c of the main body 109 to the cylinder liner 12 via the first facing surface 104ca and the liner surface 12a of the ring 104. Further, the heat transferred to the cylinder liner 12 is transferred to the water jacket 11 via the cylinder block 10 and cooled.
このように、トップリング１０４に伝達された熱は、第１部１０４ａと第３部１０４ｃとを経由してシリンダライナ１２へ伝達される。このため、特に第１部１０４ａの温度上昇を抑える必要がある。それに対して、トップリング１０４の第１部１０４ａにおいて燃焼室６３に向く面には、入熱抑制層１０７が被覆されている。このため、燃焼室６３から本体部１０９の第１部１０４ａへ直接的に熱が進入することは抑制される。そして、本体部１０９の第１部１０４ａの温度上昇が抑制されるので、ピストン１０３と本体部１０９の第１部１０４ａとの温度差は確保される。したがって、トップリング１０４において、入熱抑制層１０７の存在により、第１部１０４ａの温度上昇は効果的に抑えられている。
Thus, the heat transferred to the top ring 104 is transferred to the cylinder liner 12 via the first portion 104a and the third portion 104c. For this reason, it is necessary to suppress the temperature rise of the first part 104a. On the other hand, the surface facing the combustion chamber 63 in the first portion 104a of the top ring 104 is covered with a heat input suppression layer 107. For this reason, the direct entry of heat from the combustion chamber 63 to the first portion 104a of the main body 109 is suppressed. And since the temperature rise of the 1st part 104a of the main-body part 109 is suppressed, the temperature difference of the piston 103 and the 1st part 104a of the main-body part 109 is ensured. Therefore, in the top ring 104, the temperature rise of the first portion 104a is effectively suppressed due to the presence of the heat input suppression layer 107.
その他の点は、圧縮行程と同様である。
The other points are the same as in the compression process.
（内燃機関に関する特徴）
（１）
ここでは、トップリング１０４が燃焼室６３に接する面１０７ａは、燃焼室６３の熱を受ける傾向がある。特に、膨張行程において、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する（面する）面１０７ａは、高温の燃焼ガス（火炎）にさらされることになる。
(Characteristics related to internal combustion engine)
(1)
Here, the surface 107 a where the top ring 104 contacts the combustion chamber 63 tends to receive the heat of the combustion chamber 63. In particular, in the expansion stroke, the surface 107a where the heat input suppression layer 107 is in contact with (facing) the combustion chamber 63 is exposed to high-temperature combustion gas (flame).
この場合でも、トップリング１０４の入熱抑制層１０７は、本体部１０９よりも熱伝導率が小さい層である。また、入熱抑制層１０７は、本体部１０９において燃焼室６３に向く面に被覆されている。すなわち、トップリング１０４は、入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接している。これにより、燃焼室６３から本体部１０９へ直接的に熱が進入することは抑制される。このため、本体部１０９の温度上昇が抑制されるので、ピストン１０３と本体部１０９との温度差は確保される。
Even in this case, the heat input suppression layer 107 of the top ring 104 is a layer having a lower thermal conductivity than the main body 109. Further, the heat input suppression layer 107 is covered on the surface of the main body 109 facing the combustion chamber 63. That is, the top ring 104 is in contact with the combustion chamber 63 through the heat input suppression layer 107. As a result, the direct entry of heat from the combustion chamber 63 to the main body 109 is suppressed. For this reason, since the temperature rise of the main-body part 109 is suppressed, the temperature difference of the piston 103 and the main-body part 109 is ensured.
一方、ピストン１０３と本体部１０９との温度差が確保されるため、燃焼室６３からピストン１０３の冠面１０３ａ経由でピストン１０３に進入した熱は、本体部１０９へ容易に進入する。そして、本体部１０９は、その熱をシリンダライナ１２へ逃がす。
On the other hand, since a temperature difference between the piston 103 and the main body 109 is ensured, heat that has entered the piston 103 from the combustion chamber 63 via the crown surface 103 a of the piston 103 easily enters the main body 109. Then, the main body 109 releases the heat to the cylinder liner 12.
このように、燃焼室６３の熱はピストン１０３経由でシリンダライナ１２へと効率的に逃がされている。この結果、燃焼室６３の温度が下がるので、燃焼室６３におけるノッキングの発生は抑制される。
Thus, the heat in the combustion chamber 63 is efficiently released to the cylinder liner 12 via the piston 103. As a result, since the temperature of the combustion chamber 63 is lowered, the occurrence of knocking in the combustion chamber 63 is suppressed.
（２）
ここでは、本体部１０４は、第１部１０４ａと第２部１０４ｂと第３部１０４ｃとを有している。第１部１０４ａは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第２部１０４ｂは、第１部１０４ａとシリンダ軸ＣＡ方向に第１距離Ｌ１０１の間隔で離れている。また、第２部１０４ｂは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第３部１０４ｃは、第１部１０４ａの外端と第２部１０４ｂの外端とを接続しており、シリンダ軸ＣＡに平行に延びている。すなわち、トップリング１０４は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面視において略チャネル形状をしている。これにより、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａと、シリンダライナ１２のライナ面１２ａとが安定して接触している。また、第３部１０４ｃは、第１対向面１０４ｃａが、ライナ面１２ａに略平行である。これにより、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａと、シリンダライナ１２のライナ面１２ａとが接触する面積が広く取られている。
(2)
Here, the main body 104 has a first part 104a, a second part 104b, and a third part 104c. The first part 104a is along a plane perpendicular to the cylinder axis CA and has a substantially annular shape. The second part 104b is separated from the first part 104a in the cylinder axis CA direction by a first distance L101. Further, the second portion 104b is along a plane perpendicular to the cylinder axis CA and is substantially annular. The third part 104c connects the outer end of the first part 104a and the outer end of the second part 104b, and extends parallel to the cylinder axis CA. That is, the top ring 104 has a substantially channel shape in a sectional view taken along a plane including the cylinder axis CA. Thereby, the 1st opposing surface 104ca of the top ring 104 and the liner surface 12a of the cylinder liner 12 are contacting stably. The third portion 104c has a first facing surface 104ca that is substantially parallel to the liner surface 12a. Thereby, the area which the 1st opposing surface 104ca of the top ring 104 and the liner surface 12a of the cylinder liner 12 contact is taken widely.
このように、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が増やされているため、燃焼室６３の熱は本体部１０９からシリンダライナ１２へと効率的に逃がされる。
Thus, since the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 is increased, the heat in the combustion chamber 63 is efficiently released from the main body 109 to the cylinder liner 12.
（３）
ここでは、トップリング１０４の入熱抑制層１０７の熱伝導率は、ピストン１０３の冠面１０３ａの熱伝導率よりも小さい。これにより、燃焼室６３の熱は、トップリング１０４の本体部１０９へ進入しにくくなっている。これにより、本体部１０９の温度上昇が抑制されており、ピストン１０３と本体部１０９との温度差が確保されている。一方、燃焼室６３の熱は、ピストン１０３の冠面１０３ａを介してピストン１０３へ容易に進入する。ピストン１０３へ進入した熱は、ピストン１０３と本体部１０９との温度差によりトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆを介して本体部１０９へ伝達され、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａ及びライナ面１２ａを介して本体部１０９からシリンダライナ１２へ伝達される。
(3)
Here, the thermal conductivity of the heat input suppression layer 107 of the top ring 104 is smaller than the thermal conductivity of the crown surface 103 a of the piston 103. Thereby, the heat of the combustion chamber 63 is difficult to enter the main body 109 of the top ring 104. Thereby, the temperature rise of the main-body part 109 is suppressed and the temperature difference of the piston 103 and the main-body part 109 is ensured. On the other hand, the heat of the combustion chamber 63 easily enters the piston 103 via the crown surface 103 a of the piston 103. The heat that has entered the piston 103 is transmitted to the main body 109 through the sixth opposing surface 104af of the top ring 104 due to a temperature difference between the piston 103 and the main body 109, and the first opposing surface 104ca and the liner surface of the top ring 104. It is transmitted from the main body 109 to the cylinder liner 12 via 12a.
ここで、ピストン１０３の冠面１０３ａの面積は、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａの面積よりも大幅に大きい。このため、燃焼室６３の熱は、入熱抑制層１０７に直接的に取り込まれるよりも、ピストン１０３の冠面１０３ａ及びピストン１０３に取り込まれる方が、より多く取り込まれることになる。
Here, the area of the crown surface 103 a of the piston 103 is significantly larger than the area of the surface 107 a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63. For this reason, the heat of the combustion chamber 63 is taken in more when it is taken into the crown surface 103 a of the piston 103 and the piston 103 than directly taken into the heat input suppression layer 107.
このように、燃焼室６３の熱がより多く取り込まれて本体部１０９へ伝達されるので、より多くの熱がシリンダライナ１２へ逃がされる。
Thus, more heat from the combustion chamber 63 is taken in and transmitted to the main body 109, so that more heat is released to the cylinder liner 12.
（４）
ここでは、トップリング１０４の入熱抑制層１０７において、燃焼室６３に接している面１０７ａはピストン１０３の冠面１０３ａ近傍に位置している。また、トップリング１０４は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面視において略チャネル形状をしている。このため、ピストン１０３の冠面１０３ａと上部下面１０３ｆとの距離Ｌ１０２ａは、ピストン３の冠面３ａとトップリング溝の下面３ｃとの距離Ｌ２ａ（図２参照）よりも小さくなっている。
(4)
Here, in the heat input suppression layer 107 of the top ring 104, the surface 107 a in contact with the combustion chamber 63 is located in the vicinity of the crown surface 103 a of the piston 103. The top ring 104 has a substantially channel shape in a cross-sectional view taken along a plane including the cylinder axis CA. Therefore, a distance L102a between the crown surface 103a of the piston 103 and the upper lower surface 103f is smaller than a distance L2a (see FIG. 2) between the crown surface 3a of the piston 3 and the lower surface 3c of the top ring groove.
ここで、ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達され、ピストン１０３と本体部１０９との温度差により、トップリング溝の上部下面１０３ｆとトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとを介して本体部１０９へ伝達されることになる。
Here, the heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 is transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove, and due to the temperature difference between the piston 103 and the main body 109, the upper lower surface 103f of the top ring groove and the top surface. It is transmitted to the main body 109 through the sixth facing surface 104af of the ring 104.
すなわち、燃焼室６３の熱が本体部１０９へ伝達される距離が短くなっている。このため、燃焼室６３の熱がトップリング１０４に伝達されるまでに発生する伝達損失の量は抑えられる。
That is, the distance by which the heat of the combustion chamber 63 is transmitted to the main body 109 is shortened. For this reason, the amount of transmission loss that occurs before the heat in the combustion chamber 63 is transmitted to the top ring 104 is suppressed.
（５）
ここでは、圧縮行程又は膨張行程において、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとトップリング溝の上部下面１０３ｆとが接している。このため、ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、ピストン１０３と本体部１０９との温度差により、トップリング溝の上部下面１０３ｆとトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとを介して本体部１０９の第１部１０４ａへ伝達されることになる。すなわち、ピストン１０３と本体部１０９の第１部１０４ａとの温度差を確保する必要があるので、トップリング１０４において、特に第１部１０４ａの温度上昇を抑える必要がある。
(5)
Here, in the compression stroke or the expansion stroke, the sixth facing surface 104af of the top ring 104 and the upper lower surface 103f of the top ring groove are in contact with each other. For this reason, the heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 passes through the upper lower surface 103f of the top ring groove and the sixth opposing surface 104af of the top ring 104 due to a temperature difference between the piston 103 and the main body 109. Thus, it is transmitted to the first part 104a of the main body 109. That is, since it is necessary to ensure a temperature difference between the piston 103 and the first portion 104a of the main body 109, it is necessary to suppress the temperature rise of the first portion 104a particularly in the top ring 104.
この場合でも、トップリング１０４の第１部１０４ａにおいて燃焼室６３に向く面には、入熱抑制層１０７が被覆されている。このため、燃焼室６３から本体部１０９の第１部１０４ａへ直接的に熱が進入することは抑制される。そして、本体部１０９の第１部１０４ａの温度上昇が抑制されるので、ピストン１０３と本体部１０９の第１部１０４ａとの温度差は確保される。したがって、トップリング１０４において、入熱抑制層１０７の存在により、第１部１０４ａの温度上昇は効果的に抑えられている。
Even in this case, the surface facing the combustion chamber 63 in the first portion 104 a of the top ring 104 is covered with the heat input suppression layer 107. For this reason, the direct entry of heat from the combustion chamber 63 to the first portion 104a of the main body 109 is suppressed. And since the temperature rise of the 1st part 104a of the main-body part 109 is suppressed, the temperature difference of the piston 103 and the 1st part 104a of the main-body part 109 is ensured. Therefore, in the top ring 104, the temperature rise of the first portion 104a is effectively suppressed due to the presence of the heat input suppression layer 107.
（６）
ここでは、連通路１３１は、隙間空間１６４と燃焼室６３とを連通する。具体的には、連通路１３１は、ピストン１０３においてトップリング１０４の第５対向面１０４ｃｅに対向する面１０３ｅ（第２開口部１３１ｂ）から冠面１０３ａ（第１開口部１３１ａ）へ貫通するように開口された穴である。これにより、燃焼室６３の圧力が連通路１３１を介して隙間空間１６４へ伝達されるようになっている。このため、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が増えたとしても、トップリング１０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されている。
(6)
Here, the communication path 131 communicates the gap space 164 and the combustion chamber 63. Specifically, the communication path 131 penetrates from the surface 103e (second opening 131b) facing the fifth facing surface 104ce of the top ring 104 to the crown surface 103a (first opening 131a) in the piston 103. It is an open hole. As a result, the pressure in the combustion chamber 63 is transmitted to the gap space 164 via the communication path 131. For this reason, even if the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 increases, a sufficient force is secured for the top ring 104 to press the cylinder liner 12.
このように、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が大きくなっており、トップリング１０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されているので、トップリング１０４のシール性は向上している。
As described above, the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 is increased, and a sufficient force for the top ring 104 to press the cylinder liner 12 is secured, so that the sealing performance of the top ring 104 is improved. is doing.
また、隙間空間１６４と燃焼室６３とを連通する連通路がトップリング１０４に形成された場合に、連通路を形成するためにトップリング１０４の形成工数を大幅に増加させる必要があり、コストが増加する傾向にある。
In addition, when the communication path that connects the gap space 164 and the combustion chamber 63 is formed in the top ring 104, it is necessary to significantly increase the number of steps for forming the top ring 104 in order to form the communication path. It tends to increase.
それに対して、本発明では、隙間空間１６４と燃焼室６３とを連通する連通路１３１がピストン１０３に形成されている。このため、連通路１３１を形成するためにトップリング１０４の形成工数を大幅に増加させる必要がなく、コストが抑えられている。
On the other hand, in the present invention, the communication passage 131 that connects the gap space 164 and the combustion chamber 63 is formed in the piston 103. For this reason, it is not necessary to significantly increase the man-hours for forming the top ring 104 in order to form the communication path 131, and the cost is suppressed.
（第１実施形態の変形例）
トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａは、ライナ面１２ａと完全に平行な形状であっても良いし、シリンダライナ１２との接触面積を十分確保することができる形状であればどのような形状であっても良い。
(Modification of the first embodiment)
The first opposing surface 104ca of the top ring 104 may have a shape that is completely parallel to the liner surface 12a, or any shape that can ensure a sufficient contact area with the cylinder liner 12. There may be.
入熱抑制層１０７は、ジルコニア−イットリア層であっても良いし、熱伝導率が小さく耐熱性が高い材質であればどのような材質で形成された層であっても良い。
The heat input suppression layer 107 may be a zirconia-yttria layer, or may be a layer formed of any material as long as the material has low thermal conductivity and high heat resistance.
連通路１３１の流路方向に垂直な断面形状は、円や楕円などのように丸い形状であってもよいし、四角形などのように角張った形状であってもよい。
The cross-sectional shape perpendicular to the flow path direction of the communication path 131 may be a round shape such as a circle or an ellipse, or may be an angular shape such as a quadrangle.
＜本発明の第２実施形態に係る内燃機関の構成及び動作＞
本発明の第２実施形態に係る内燃機関２００について、図５を参照しながら、本発明の前提となる上記の内燃機関１と異なる点を中心に説明する。なお、本発明の前提となる内燃機関１と同様の構成要素は、同じ部材番号で示し説明を省略する。
<Configuration and Operation of Internal Combustion Engine According to Second Embodiment of the Present Invention>
The internal combustion engine 200 according to the second embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention, with reference to FIG. In addition, the same component as the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention is indicated by the same member number, and the description is omitted.
（内燃機関の概略構成）
内燃機関２００は、トップリング４の代わりにトップリング（ピストンリング）２０４を備え、ピストン３の代わりにピストン１０３を備える。他の点は、本発明の前提となる内燃機関１と同様である。
(Schematic configuration of internal combustion engine)
The internal combustion engine 200 includes a top ring (piston ring) 204 instead of the top ring 4 and a piston 103 instead of the piston 3. Other points are the same as those of the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention.
（内燃機関の概略動作）
圧縮行程において、主としてトップリング２０４が燃焼室６３とクランク室６７とをシールしながらピストン１０３が上昇して、燃焼室６３の新気混合気が圧縮される。
(Schematic operation of internal combustion engine)
In the compression stroke, the piston 103 ascends while the top ring 204 mainly seals the combustion chamber 63 and the crank chamber 67, and the fresh air mixture in the combustion chamber 63 is compressed.
膨張行程では、主としてトップリング２０４により燃焼室６３とクランク室６７とがシールされながら、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン１０３が押し下げられる。
In the expansion stroke, the piston 103 is pushed down by the combustion pressure generated by burning the fresh air mixture while the combustion chamber 63 and the crank chamber 67 are sealed mainly by the top ring 204.
他の点は、本発明の前提となる内燃機関１と同様である。
Other points are the same as those of the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention.
（ピストン及びトップリングの詳細構成）
ピストン１０３には、トップリング４の代わりにトップリング２０４が嵌め込まれている。トップリング２０４は、セカンドランド３ｓ上部に設けられたトップリング溝に嵌め込まれている。すなわち、トップリング２０４は、セカンドリング５及びオイルリング６よりも燃焼室６３に近い位置に配置されている。
(Detailed structure of piston and top ring)
A top ring 204 is fitted into the piston 103 instead of the top ring 4. The top ring 204 is fitted in a top ring groove provided in the upper part of the second land 3s. That is, the top ring 204 is arranged at a position closer to the combustion chamber 63 than the second ring 5 and the oil ring 6.
具体的には、図５に示すように、トップリング２０４は、主として、本体部２０９と入熱抑制層１０７とを備える。本体部２０９は、主として、第１部２０４ａ，第２部２０４ｂ及び第３部２０４ｃを有している。第１部２０４ａは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第２部２０４ｂは、第１部２０４ａとシリンダ軸ＣＡ方向に第１距離Ｌ１０１の間隔で離れている。また、第２部２０４ｂは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第３部２０４ｃは、第１部２０４ａの外端と第２部２０４ｂの外端とを接続しており、シリンダ軸ＣＡに平行に延びている。
Specifically, as shown in FIG. 5, the top ring 204 mainly includes a main body portion 209 and a heat input suppression layer 107. The main body 209 mainly includes a first part 204a, a second part 204b, and a third part 204c. The first portion 204a is along a surface perpendicular to the cylinder axis CA and is substantially annular. The second part 204b is separated from the first part 204a in the cylinder axis CA direction by a first distance L101. Further, the second portion 204b is along a surface perpendicular to the cylinder axis CA and is substantially annular. The third portion 204c connects the outer end of the first portion 204a and the outer end of the second portion 204b, and extends parallel to the cylinder axis CA.
トップリング２０４は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面視において略チャネル形状をしている。そして、トップリング溝は、トップリング２０４の略チャネル形状に対応するように形成されている。すなわち、トップリング溝の上部外周面１０３ｇがトップリング２０４の第７対向面２０４ａｇに対応し、トップリング溝の中部外周面１０３ｅがトップリング２０４の第５対向面２０４ｃｅに対応し、トップリング溝の下部外周面１０３ｄがトップリング２０４の第４対向面２０４ｂｄに対応している。ここで、第４対向面２０４ｂｄは、トップリング２０４の第２部２０４ｂにおいて下部外周面１０３ｄと対向する面である。第５対向面２０４ｃｅは、トップリング２０４の第３部２０４ｃにおいて中部外周面１０３ｅと対向する面である。第７対向面２０４ａｇは、トップリング２０４の第１部２０４ａにおいて上部外周面１０３ｇと対向する面である。また、トップリング溝の上部下面１０３ｆ，中部外周面１０３ｅ及び下部上面１０３ｂで囲まれた部分が凸部となっており、トップリング２０４の第６対向面２０４ａｆ，第５対向面２０４ｃｅ及び第２対向面２０４ｂｂで囲まれた部分が凹部となっており、その凸部とその凹部とが互いに嵌め込まれている。ここで、第２対向面２０４ｂｂは、トップリング２０４の第２部２０４ｂにおいてトップリング溝の下部上面１０３ｂと対向する面である。第６対向面２０４ａｆは、トップリング２０４の第１部２０４ａにおいてトップリング溝の上部下面１０３ｆと対向する面である。
The top ring 204 has a substantially channel shape in a sectional view taken along a plane including the cylinder axis CA. The top ring groove is formed so as to correspond to the substantially channel shape of the top ring 204. That is, the upper outer peripheral surface 103g of the top ring groove corresponds to the seventh opposing surface 204ag of the top ring 204, the middle outer peripheral surface 103e of the top ring groove corresponds to the fifth opposing surface 204ce of the top ring 204, and The lower outer peripheral surface 103 d corresponds to the fourth facing surface 204 bd of the top ring 204. Here, the fourth facing surface 204bd is a surface facing the lower outer peripheral surface 103d in the second portion 204b of the top ring 204. The fifth facing surface 204ce is a surface facing the middle outer peripheral surface 103e in the third portion 204c of the top ring 204. The seventh facing surface 204ag is a surface facing the upper outer peripheral surface 103g in the first portion 204a of the top ring 204. Further, a portion surrounded by the upper lower surface 103f, the middle outer peripheral surface 103e, and the lower upper surface 103b of the top ring groove is a convex portion, and the sixth facing surface 204af, the fifth facing surface 204ce, and the second facing surface of the top ring 204 are formed. A portion surrounded by the surface 204bb is a concave portion, and the convex portion and the concave portion are fitted into each other. Here, the second facing surface 204bb is a surface facing the lower upper surface 103b of the top ring groove in the second portion 204b of the top ring 204. The sixth facing surface 204af is a surface facing the upper lower surface 103f of the top ring groove in the first portion 204a of the top ring 204.
そして、トップリング２０４は、第１対向面２０４ｃａがライナ面１２ａに略平行である。ここで、第１対向面２０４ｃａは、トップリング２０４の第３部２０４ｃにおいてシリンダライナ１２と対向する面である。すなわち、第１対向面２０４ｃａは、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面で見たときに、少なくともライナ面１２ａと平行な部位（図５では頂点）を有し、その両側が緩やかに弧を描いた曲面となっている。これにより、トップリング２０４は、本発明の前提となる内燃機関１におけるトップリング４よりも、シリンダライナ１２との接触面積が大きくなっている。なお、トップリング２０４の第１対向面２０４ｃａは、シリンダライナ１２との接触面積を十分確保するために、バベル形状であることが好ましい。
In the top ring 204, the first facing surface 204ca is substantially parallel to the liner surface 12a. Here, the first facing surface 204 ca is a surface facing the cylinder liner 12 in the third portion 204 c of the top ring 204. That is, the first facing surface 204ca has at least a portion (vertex in FIG. 5) parallel to the liner surface 12a when viewed in a cross section cut by a surface including the cylinder axis CA, and both sides gently arc. The curved surface is drawn. Thereby, the top ring 204 has a larger contact area with the cylinder liner 12 than the top ring 4 in the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention. Note that the first facing surface 204ca of the top ring 204 is preferably in a Babel shape in order to ensure a sufficient contact area with the cylinder liner 12.
それから、トップリング２０４は、主として、本体部２０９と入熱抑制層１０７と補助入熱抑制層２０８とを備える。入熱抑制層１０７は、本体部２０９よりも熱伝導率が小さい層である。入熱抑制層１０７は、本体部２０９において燃焼室６３に向く面に被覆されている。すなわち、トップリング２０４は、入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接して（面して）いる。そして、入熱抑制層１０７において、燃焼室６３に接している面１０７ａはピストン１０３の冠面１０３ａ近傍に（隣接する冠面１０３ａと概ね面一となるように）位置している。また、補助入熱抑制層２０８は、本体部２０９よりも熱伝導率が小さい層である。補助入熱抑制層２０８は、本体部２０９において隙間空間２６４に向く面に被覆されている。ここで、隙間空間２６４は、トップリング２０４とピストン１０３とで囲まれた空間であり、トップリング２０４の第５対向面２０４ｃｅとピストン１０３の中部外周面１０３ｅとで挟まれた空間である。
Then, the top ring 204 mainly includes a main body portion 209, a heat input suppression layer 107, and an auxiliary heat input suppression layer 208. The heat input suppression layer 107 is a layer having a lower thermal conductivity than the main body portion 209. The heat input suppression layer 107 is covered on the surface of the main body 209 facing the combustion chamber 63. That is, the top ring 204 is in contact with (facing) the combustion chamber 63 through the heat input suppression layer 107. In the heat input suppressing layer 107, the surface 107a in contact with the combustion chamber 63 is located in the vicinity of the crown surface 103a of the piston 103 (so as to be substantially flush with the adjacent crown surface 103a). The auxiliary heat input suppression layer 208 is a layer having a lower thermal conductivity than the main body portion 209. The auxiliary heat input suppression layer 208 is coated on the surface of the main body 209 that faces the gap space 264. Here, the clearance space 264 is a space surrounded by the top ring 204 and the piston 103, and is a space sandwiched between the fifth facing surface 204ce of the top ring 204 and the middle outer peripheral surface 103e of the piston 103.
入熱抑制層１０７は、熱伝導率が小さく断熱性が高い方が好ましい。さらに、入熱抑制層１０７は、耐熱性が高い方が好ましい。このような入熱抑制層１０７は、アルマイト処理により形成されたジルコニア層である。入熱抑制層１０７の膜厚は、１０〜５０ミクロンであることが好ましい。
The heat input suppression layer 107 preferably has a low thermal conductivity and a high heat insulating property. Furthermore, the heat input suppression layer 107 preferably has higher heat resistance. Such a heat input suppression layer 107 is a zirconia layer formed by alumite treatment. The film thickness of the heat input suppression layer 107 is preferably 10 to 50 microns.
トップリング２０４は、その弾性力によりシリンダライナ１２を押しつけている。すなわち、主として、第１対向面２０４ｃａとライナ面１２ａとが接することにより、燃焼室６３とクランク室６７とがシールされている。
The top ring 204 presses the cylinder liner 12 by its elastic force. That is, the combustion chamber 63 and the crank chamber 67 are sealed mainly by contacting the first facing surface 204ca and the liner surface 12a.
また、ピストン１０３の冠面１０３ａの面積は、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａの面積よりも大幅に大きい。このため、燃焼室６３の熱は、入熱抑制層１０７に直接的に取り込まれるよりも、ピストン１０３の冠面１０３ａ及びピストン１０３を介して伝達される方が、より多く本体部２０９へ伝達されることになる。
The area of the crown surface 103 a of the piston 103 is significantly larger than the area of the surface 107 a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63. For this reason, more heat is transmitted to the main body portion 209 when it is transmitted through the crown surface 103a of the piston 103 and the piston 103 than directly taken into the heat input suppression layer 107. Will be.
さらに、ピストン１０３は、連通路１３１を有する。連通路１３１は、隙間空間２６４と燃焼室６３とを連通する。隙間空間２６４は、トップリング２０４の第５対向面２０４ｃｅが向いている空間である。すなわち、連通路１３１は、ピストン１０３においてトップリング２０４の第５対向面２０４ｃｅに対向する面１０３ｅ（第２開口部１３１ｂ）から冠面１０３ａ（第１開口部１３１ａ）へ貫通するように開口された穴である。これにより、燃焼室６３の圧力が連通路１３１を介して隙間空間２６４へ伝達されるようになっている。
Further, the piston 103 has a communication path 131. The communication path 131 communicates the gap space 264 and the combustion chamber 63. The gap space 264 is a space in which the fifth facing surface 204ce of the top ring 204 faces. That is, the communication path 131 is opened in the piston 103 so as to penetrate from the surface 103e (second opening 131b) facing the fifth facing surface 204ce of the top ring 204 to the crown surface 103a (first opening 131a). It is a hole. As a result, the pressure in the combustion chamber 63 is transmitted to the gap space 264 via the communication path 131.
なお、燃焼室６３の熱の大部分は、排気行程において、既燃ガスとともに排気ポート２４へ排出される。一方、入熱抑制層１０７により本体部２０９への移動を阻止される熱量は、既燃ガスとともに排気ポート２４へ排出される熱量に比べて少ない。すなわち、入熱抑制層１０７により燃焼室６３の熱がトップリング２０４の本体部２０９へ進入しにくくなっていても、その影響は小さい。
Note that most of the heat in the combustion chamber 63 is discharged to the exhaust port 24 together with the burned gas in the exhaust stroke. On the other hand, the amount of heat that is prevented from moving to the main body 209 by the heat input suppression layer 107 is smaller than the amount of heat discharged to the exhaust port 24 together with the burned gas. That is, even if the heat input suppression layer 107 makes it difficult for the heat of the combustion chamber 63 to enter the main body 209 of the top ring 204, the influence is small.
一方、一旦ピストン１０３へ取り込まれた熱は、主として、ピストン１０３と本体部２０９との温度差によりトップリング２０４の本体部２０９を介してシリンダライナ１２へ逃がされる。このため、ピストン１０３と本体部２０９との温度差が大きい方が好ましく、本体部２０９の温度はできるだけ低く抑えられていることが好ましい。
On the other hand, the heat once taken into the piston 103 is released to the cylinder liner 12 through the main body 209 of the top ring 204 mainly due to a temperature difference between the piston 103 and the main body 209. For this reason, the one where the temperature difference of piston 103 and the main-body part 209 is large is preferable, and it is preferable that the temperature of the main-body part 209 is suppressed as low as possible.
（ピストン及びトップリングの詳細動作）
圧縮行程において、ピストン１０３は上昇する。このとき、図５に示すように、トップリング２０４の第６対向面２０４ａｆとトップリング溝の上部下面１０３ｆとが接するようになる。一方、トップリング２０４の第７対向面２０４ａｇとトップリング溝の上部外周面１０３ｇとの間や、トップリング２０４の第５対向面２０４ｃｅとトップリング溝の中部外周面１０３ｅとの間や、トップリング２０４の第２対向面２０４ｂｂとトップリング溝の下部上面１０３ｂとの間や、トップリング２０４の第４対向面２０４ｂｄとトップリング溝の下部外周面１０３ｄとの間には、隙間ができている。
(Detailed operation of piston and top ring)
In the compression stroke, the piston 103 rises. At this time, as shown in FIG. 5, the sixth facing surface 204af of the top ring 204 comes into contact with the upper lower surface 103f of the top ring groove. On the other hand, between the seventh opposing surface 204ag of the top ring 204 and the upper outer peripheral surface 103g of the top ring groove, between the fifth opposing surface 204ce of the top ring 204 and the middle outer peripheral surface 103e of the top ring groove, A gap is formed between the second opposing surface 204bb of 204 and the lower upper surface 103b of the top ring groove, or between the fourth opposing surface 204bd of the top ring 204 and the lower outer peripheral surface 103d of the top ring groove.
そして、トップリング２０４が入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接しているので、燃焼室６３の熱は、トップリング２０４の本体部２０９へ進入しにくくなっている。これにより、本体部２０９の温度上昇が抑制されており、ピストン１０３と本体部２０９との温度差が確保されている。一方、燃焼室６３の熱は、ピストン１０３の冠面１０３ａを介してピストン１０３へ容易に進入する。ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、白抜きの矢印で示すように、トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達される。トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達された熱は、ピストン１０３と本体部２０９との温度差によりトップリング２０４の第６対向面２０４ａｆを介して本体部２０９へ伝達され、トップリング２０４の第１対向面２０４ｃａ及びライナ面１２ａを介して本体部２０９からシリンダライナ１２へ伝達される。さらに、シリンダライナ１２へ伝達された熱は、シリンダブロック１０を経由してウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される。
Since the top ring 204 is in contact with the combustion chamber 63 via the heat input suppression layer 107, the heat of the combustion chamber 63 is difficult to enter the main body portion 209 of the top ring 204. Thereby, the temperature rise of the main-body part 209 is suppressed and the temperature difference of the piston 103 and the main-body part 209 is ensured. On the other hand, the heat of the combustion chamber 63 easily enters the piston 103 via the crown surface 103 a of the piston 103. The heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 is transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove, as indicated by the white arrow. The heat transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove is transmitted to the main body 209 via the sixth facing surface 204af of the top ring 204 due to the temperature difference between the piston 103 and the main body 209, and the first It is transmitted from the main body portion 209 to the cylinder liner 12 through the facing surface 204ca and the liner surface 12a. Further, the heat transferred to the cylinder liner 12 is transferred to the water jacket 11 via the cylinder block 10 and cooled.
ここで、ピストン１０３の冠面１０３ａと上部下面１０３ｆとの距離Ｌ１０２ａは、ピストン３の冠面３ａとトップリング溝の下面３ｃとの距離Ｌ２ａ（図２参照）よりも小さい。このため、ピストン１０３において本体部２０９近傍まで伝達される熱の量は、ピストン３において本体部９近傍まで伝達される熱の量よりも多くなっている。
Here, the distance L102a between the crown surface 103a of the piston 103 and the upper lower surface 103f is smaller than the distance L2a (see FIG. 2) between the crown surface 3a of the piston 3 and the lower surface 3c of the top ring groove. For this reason, the amount of heat transferred to the vicinity of the main body 209 in the piston 103 is larger than the amount of heat transferred to the vicinity of the main body 9 in the piston 3.
また、トップリング２０４がトップリング４（図２参照）よりもシリンダライナ１２との接触面積が大きくなっているので、トップリング２０４からウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される熱の量は、トップリング４からウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される熱の量よりも多くなっている。すなわち、本体部２０９の温度上昇が抑制されており、本体部２０９の方が本体部９よりもウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される熱の量が多い結果、本体部２０９とピストン１０３との温度差は、本体部９とピストン３との温度差よりも大きくなっている。このため、トップリング２０４の第６対向面２０４ａｆを介して本体部２０９へ伝達される熱の量は、トップリング４の第３対向面４ｃを介して本体部９へ伝達される熱の量よりも多くなっている。
Further, since the contact area of the top ring 204 with the cylinder liner 12 is larger than that of the top ring 4 (see FIG. 2), the amount of heat transmitted from the top ring 204 to the water jacket 11 and cooled is The amount of heat transferred from the top ring 4 to the water jacket 11 and cooled is increased. That is, the temperature rise of the main body portion 209 is suppressed, and the main body portion 209 has a larger amount of heat that is transmitted to the water jacket 11 and cooled than the main body portion 9. Is larger than the temperature difference between the main body 9 and the piston 3. For this reason, the amount of heat transferred to the main body portion 209 via the sixth facing surface 204af of the top ring 204 is greater than the amount of heat transferred to the main body portion 9 via the third facing surface 4c of the top ring 4. Has also increased.
さらに、隙間空間２６４には、連通路１３１を経由して、燃焼室６３の圧力が導入されるようになっている。これにより、トップリング２０４とシリンダライナ１２との接触面積が増えたとしても、トップリング２０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されている。すなわち、トップリング２０４とシリンダライナ１２との接触面積が大きくなっており、トップリング２０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されているので、トップリング２０４のシール性は向上している。
Further, the pressure of the combustion chamber 63 is introduced into the gap space 264 via the communication path 131. As a result, even if the contact area between the top ring 204 and the cylinder liner 12 increases, a sufficient force is secured for the top ring 204 to press the cylinder liner 12. That is, the contact area between the top ring 204 and the cylinder liner 12 is large, and a sufficient force for the top ring 204 to press the cylinder liner 12 is secured, so that the sealing performance of the top ring 204 is improved. Yes.
また、隙間空間２６４に向く面に補助入熱抑制層２０８が設けられているので、隙間空間２６４に燃焼室６３の圧力が導入された際に燃焼室６３の熱の一部が隙間空間２６４に導入されたとしても、本体部２０９の温度上昇は抑制される。
In addition, since the auxiliary heat input suppression layer 208 is provided on the surface facing the gap space 264, a part of the heat of the combustion chamber 63 is transferred to the gap space 264 when the pressure of the combustion chamber 63 is introduced into the gap space 264. Even if introduced, the temperature rise of the main body 209 is suppressed.
次に、膨張行程において、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン１０３が押し下げられる。このとき、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａに対して燃焼圧力がかかるので、トップリング２０４の第６対向面２０４ａｆとトップリング溝の上部下面１０３ｆとが接するようになる。ここで、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａは、燃焼室６３から導入された高温の燃焼ガス（火炎）にさらされることになる。
Next, in the expansion stroke, the piston 103 is pushed down by the combustion pressure generated by burning the fresh air mixture. At this time, since the combustion pressure is applied to the surface 107a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63, the sixth facing surface 204af of the top ring 204 comes into contact with the upper lower surface 103f of the top ring groove. Here, the surface 107 a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63 is exposed to high-temperature combustion gas (flame) introduced from the combustion chamber 63.
この場合でも、圧縮行程と同様に、トップリング２０４が入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接しているので、燃焼室６３の熱は、トップリング２０４の本体部２０９へ進入しにくくなっている。これにより、本体部２０９の温度上昇が抑制されており、ピストン１０３と本体部２０９との温度差が確保されている。一方、燃焼室６３の熱は、ピストン１０３の冠面１０３ａを介してピストン１０３へ容易に進入する。ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、白抜きの矢印で示すように、トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達される。トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達された熱は、ピストン１０３と本体部２０９との温度差によりトップリング２０４の第６対向面２０４ａｆを介して本体部２０９の第１部２０４ａへ伝達され、トップリング２０４の第１対向面２０４ｃａ及びライナ面１２ａを介して本体部２０９の第３部２０４ｃからシリンダライナ１２へ伝達される。さらに、シリンダライナ１２へ伝達された熱は、シリンダブロック１０を経由してウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される。
Even in this case, since the top ring 204 is in contact with the combustion chamber 63 via the heat input suppression layer 107 as in the compression stroke, the heat of the combustion chamber 63 is less likely to enter the main body portion 209 of the top ring 204. ing. Thereby, the temperature rise of the main-body part 209 is suppressed and the temperature difference of the piston 103 and the main-body part 209 is ensured. On the other hand, the heat of the combustion chamber 63 easily enters the piston 103 via the crown surface 103 a of the piston 103. The heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 is transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove, as indicated by the white arrow. The heat transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove is transmitted to the first part 204a of the main body part 209 via the sixth facing surface 204af of the top ring 204 due to the temperature difference between the piston 103 and the main body part 209, It is transmitted from the third portion 204c of the main body 209 to the cylinder liner 12 via the first opposing surface 204ca of the ring 204 and the liner surface 12a. Further, the heat transferred to the cylinder liner 12 is transferred to the water jacket 11 via the cylinder block 10 and cooled.
このように、トップリング２０４に伝達された熱は、第１部２０４ａと第３部２０４ｃとを経由してシリンダライナ１２へ伝達される。このため、特に第１部２０４ａの温度上昇を抑える必要がある。それに対して、トップリング２０４の第１部２０４ａにおいて燃焼室６３に向く面には、入熱抑制層１０７が被覆されている。このため、燃焼室６３から本体部２０９の第１部２０４ａへ直接的に熱が進入することは抑制される。そして、本体部２０９の第１部２０４ａの温度上昇が抑制されるので、ピストン１０３と本体部２０９の第１部２０４ａとの温度差は確保される。したがって、トップリング２０４において、入熱抑制層１０７の存在により、第１部２０４ａの温度上昇は効果的に抑えられている。
Thus, the heat transferred to the top ring 204 is transferred to the cylinder liner 12 via the first portion 204a and the third portion 204c. For this reason, it is necessary to suppress the temperature rise of the first part 204a. On the other hand, the surface facing the combustion chamber 63 in the first portion 204a of the top ring 204 is covered with the heat input suppression layer 107. For this reason, the direct entry of heat from the combustion chamber 63 to the first portion 204a of the main body portion 209 is suppressed. And since the temperature rise of the 1st part 204a of the main-body part 209 is suppressed, the temperature difference of the piston 103 and the 1st part 204a of the main-body part 209 is ensured. Therefore, in the top ring 204, the temperature rise of the first portion 204a is effectively suppressed due to the presence of the heat input suppression layer 107.
その他の点は、圧縮行程と同様である。
The other points are the same as in the compression process.
（内燃機関に関する特徴）
（１）
ここでは、トップリング１０４が燃焼室６３に接する面１０７ａは、燃焼室６３の熱を受ける傾向がある。特に、膨張行程において、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する（面する）面１０７ａは、高温の燃焼ガス（火炎）にさらされることになる。
(Characteristics related to internal combustion engine)
(1)
Here, the surface 107 a where the top ring 104 contacts the combustion chamber 63 tends to receive the heat of the combustion chamber 63. In particular, in the expansion stroke, the surface 107a where the heat input suppression layer 107 is in contact with (facing) the combustion chamber 63 is exposed to high-temperature combustion gas (flame).
この場合でも、トップリング２０４の入熱抑制層１０７は、本体部２０９よりも熱伝導率が小さい層である。また、入熱抑制層１０７は、本体部２０９において燃焼室６３に向く面に被覆されている。すなわち、トップリング２０４は、入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接している。これにより、燃焼室６３から本体部２０９へ直接的に熱が進入することは抑制される。このため、本体部２０９の温度上昇が抑制されるので、ピストン１０３と本体部２０９との温度差は確保される。
Even in this case, the heat input suppression layer 107 of the top ring 204 is a layer having a lower thermal conductivity than the main body portion 209. Further, the heat input suppression layer 107 is covered on the surface of the main body 209 facing the combustion chamber 63. That is, the top ring 204 is in contact with the combustion chamber 63 through the heat input suppression layer 107. As a result, the direct entry of heat from the combustion chamber 63 to the main body 209 is suppressed. For this reason, since the temperature rise of the main-body part 209 is suppressed, the temperature difference of the piston 103 and the main-body part 209 is ensured.
一方、ピストン１０３と本体部２０９との温度差が確保されるため、燃焼室６３からピストン１０３の冠面１０３ａ経由でピストン１０３に進入した熱は、本体部２０９へ容易に進入する。そして、本体部２０９は、その熱をシリンダライナ１２へ逃がす。
On the other hand, since the temperature difference between the piston 103 and the main body 209 is ensured, the heat that has entered the piston 103 from the combustion chamber 63 via the crown surface 103 a of the piston 103 easily enters the main body 209. The main body 209 releases the heat to the cylinder liner 12.
このように、燃焼室６３の熱はピストン１０３経由でシリンダライナ１２へと効率的に逃がされている。この結果、燃焼室６３の温度が下がるので、燃焼室６３におけるノッキングの発生は抑制される。
Thus, the heat in the combustion chamber 63 is efficiently released to the cylinder liner 12 via the piston 103. As a result, since the temperature of the combustion chamber 63 is lowered, the occurrence of knocking in the combustion chamber 63 is suppressed.
（２）
ここでは、本体部２０４は、第１部２０４ａと第２部２０４ｂと第３部２０４ｃとを有している。第１部２０４ａは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第２部２０４ｂは、第１部２０４ａとシリンダ軸ＣＡ方向に第１距離Ｌ１０１の間隔で離れている。また、第２部２０４ｂは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第３部２０４ｃは、第１部２０４ａの外端と第２部２０４ｂの外端とを接続しており、シリンダ軸ＣＡに平行に延びている。すなわち、トップリング２０４は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面視において略チャネル形状をしている。これにより、トップリング２０４の第１対向面２０４ｃａと、シリンダライナ１２のライナ面１２ａとが安定して接触している。また、第３部２０４ｃは、第１対向面２０４ｃａが、ライナ面１２ａに略平行である。これにより、トップリング２０４の第１対向面２０４ｃａと、シリンダライナ１２のライナ面１２ａとが接触する面積が広く取られている。
(2)
Here, the main body 204 has a first part 204a, a second part 204b, and a third part 204c. The first portion 204a is along a surface perpendicular to the cylinder axis CA and is substantially annular. The second part 204b is separated from the first part 204a in the cylinder axis CA direction by a first distance L101. Further, the second portion 204b is along a surface perpendicular to the cylinder axis CA and is substantially annular. The third portion 204c connects the outer end of the first portion 204a and the outer end of the second portion 204b, and extends parallel to the cylinder axis CA. That is, the top ring 204 has a substantially channel shape in a sectional view taken along a plane including the cylinder axis CA. Thereby, the 1st opposing surface 204ca of the top ring 204 and the liner surface 12a of the cylinder liner 12 are contacting stably. In the third portion 204c, the first facing surface 204ca is substantially parallel to the liner surface 12a. Thereby, the area which the 1st opposing surface 204ca of the top ring 204 and the liner surface 12a of the cylinder liner 12 contact is taken widely.
このように、トップリング２０４とシリンダライナ１２との接触面積が増やされているため、燃焼室６３の熱は本体部２０９からシリンダライナ１２へと効率的に逃がされる。
Thus, since the contact area between the top ring 204 and the cylinder liner 12 is increased, the heat in the combustion chamber 63 is efficiently released from the main body 209 to the cylinder liner 12.
（３）
ここでは、トップリング２０４の入熱抑制層１０７の熱伝導率は、ピストン１０３の冠面１０３ａの熱伝導率よりも小さい。これにより、燃焼室６３の熱は、トップリング２０４の本体部２０９へ進入しにくくなっている。これにより、本体部２０９の温度上昇が抑制されており、ピストン１０３と本体部２０９との温度差が確保されている。一方、燃焼室６３の熱は、ピストン１０３の冠面１０３ａを介してピストン１０３へ容易に進入する。ピストン１０３へ進入した熱は、ピストン１０３と本体部２０９との温度差によりトップリング２０４の第６対向面２０４ａｆを介して本体部２０９へ伝達され、トップリング２０４の第１対向面２０４ｃａ及びライナ面１２ａを介して本体部２０９からシリンダライナ１２へ伝達される。
(3)
Here, the thermal conductivity of the heat input suppression layer 107 of the top ring 204 is smaller than the thermal conductivity of the crown surface 103 a of the piston 103. Thereby, the heat of the combustion chamber 63 is difficult to enter the main body 209 of the top ring 204. Thereby, the temperature rise of the main-body part 209 is suppressed and the temperature difference of the piston 103 and the main-body part 209 is ensured. On the other hand, the heat of the combustion chamber 63 easily enters the piston 103 via the crown surface 103 a of the piston 103. The heat that has entered the piston 103 is transmitted to the main body 209 via the sixth opposing surface 204af of the top ring 204 due to a temperature difference between the piston 103 and the main body 209, and the first opposing surface 204ca and the liner surface of the top ring 204. It is transmitted from the main body 209 to the cylinder liner 12 via 12a.
ここで、ピストン１０３の冠面１０３ａの面積は、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａの面積よりも大幅に大きい。このため、燃焼室６３の熱は、入熱抑制層１０７に直接的に取り込まれるよりも、ピストン１０３の冠面１０３ａ及びピストン１０３に取り込まれる方が、より多く取り込まれることになる。
Here, the area of the crown surface 103 a of the piston 103 is significantly larger than the area of the surface 107 a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63. For this reason, the heat of the combustion chamber 63 is taken in more when it is taken into the crown surface 103 a of the piston 103 and the piston 103 than directly taken into the heat input suppression layer 107.
このように、燃焼室６３の熱がより多く取り込まれて本体部２０９へ伝達されるので、より多くの熱がシリンダライナ１２へ逃がされる。
Thus, more heat from the combustion chamber 63 is taken in and transmitted to the main body 209, so that more heat is released to the cylinder liner 12.
（４）
ここでは、トップリング１０４の入熱抑制層１０７において、燃焼室６３に接している面１０７ａはピストン１０３の冠面１０３ａ近傍に位置している。また、トップリング１０４は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面視において略チャネル形状をしている。このため、ピストン１０３の冠面１０３ａと上部下面１０３ｆとの距離Ｌ１０２ａは、ピストン３の冠面３ａとトップリング溝の下面３ｃとの距離Ｌ２ａ（図２参照）よりも小さくなっている。
(4)
Here, in the heat input suppression layer 107 of the top ring 104, the surface 107 a in contact with the combustion chamber 63 is located in the vicinity of the crown surface 103 a of the piston 103. The top ring 104 has a substantially channel shape in a cross-sectional view taken along a plane including the cylinder axis CA. Therefore, a distance L102a between the crown surface 103a of the piston 103 and the upper lower surface 103f is smaller than a distance L2a (see FIG. 2) between the crown surface 3a of the piston 3 and the lower surface 3c of the top ring groove.
ここで、ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達され、ピストン１０３と本体部２０９との温度差により、トップリング溝の上部下面１０３ｆとトップリング２０４の第６対向面２０４ａｆとを介して本体部２０９へ伝達されることになる。
Here, the heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 is transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove, and due to the temperature difference between the piston 103 and the main body 209, the upper lower surface 103f of the top ring groove and the top It is transmitted to the main body portion 209 through the sixth facing surface 204af of the ring 204.
すなわち、燃焼室６３の熱が本体部２０９へ伝達される距離が短くなっている。このため、燃焼室６３の熱がトップリング２０４に伝達されるまでに発生する伝達損失の量は抑えられる。
That is, the distance by which the heat of the combustion chamber 63 is transmitted to the main body 209 is shortened. For this reason, the amount of transmission loss that occurs before the heat in the combustion chamber 63 is transmitted to the top ring 204 is suppressed.
（５）
ここでは、圧縮行程又は膨張行程において、トップリング２０４の第６対向面２０４ａｆとトップリング溝の上部下面１０３ｆとが接している。このため、ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、ピストン１０３と本体部２０９との温度差により、トップリング溝の上部下面１０３ｆとトップリング２０４の第６対向面２０４ａｆとを介して本体部２０９の第１部２０４ａへ伝達されることになる。すなわち、ピストン１０３と本体部２０９の第１部２０４ａとの温度差を確保する必要があるので、トップリング２０４において、特に第１部２０４ａの温度上昇を抑える必要がある。
(5)
Here, in the compression stroke or the expansion stroke, the sixth facing surface 204af of the top ring 204 and the upper lower surface 103f of the top ring groove are in contact with each other. For this reason, the heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 passes through the upper lower surface 103f of the top ring groove and the sixth opposing surface 204af of the top ring 204 due to a temperature difference between the piston 103 and the main body portion 209. Thus, it is transmitted to the first part 204a of the main body part 209. That is, since it is necessary to ensure a temperature difference between the piston 103 and the first part 204a of the main body part 209, in the top ring 204, it is particularly necessary to suppress the temperature rise of the first part 204a.
この場合でも、トップリング２０４の第１部２０４ａにおいて燃焼室６３に向く面には、入熱抑制層１０７が被覆されている。このため、燃焼室６３から本体部２０９の第１部２０４ａへ直接的に熱が進入することは抑制される。そして、本体部２０９の第１部２０４ａの温度上昇が抑制されるので、ピストン１０３と本体部２０９の第１部２０４ａとの温度差は確保される。したがって、トップリング２０４において、入熱抑制層１０７の存在により、第１部２０４ａの温度上昇は効果的に抑えられている。
Even in this case, the surface facing the combustion chamber 63 in the first portion 204 a of the top ring 204 is covered with the heat input suppression layer 107. For this reason, the direct entry of heat from the combustion chamber 63 to the first portion 204a of the main body portion 209 is suppressed. And since the temperature rise of the 1st part 204a of the main-body part 209 is suppressed, the temperature difference of the piston 103 and the 1st part 204a of the main-body part 209 is ensured. Therefore, in the top ring 204, the temperature rise of the first portion 204a is effectively suppressed due to the presence of the heat input suppression layer 107.
（６）
ここでは、連通路１３１は、隙間空間２６４と燃焼室６３とを連通する。具体的には、連通路１３１は、ピストン１０３においてトップリング２０４の第５対向面２０４ｃｅに対向する面１０３ｅ（第２開口部１３１ｂ）から冠面１０３ａ（第１開口部１３１ａ）へ貫通するように開口された穴である。これにより、燃焼室６３の圧力が連通路１３１を介して隙間空間２６４へ伝達されるようになっている。このため、トップリング２０４とシリンダライナ１２との接触面積が増えたとしても、トップリング２０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されている。
(6)
Here, the communication path 131 communicates the gap space 264 and the combustion chamber 63. Specifically, the communication passage 131 penetrates the crown 103a (first opening 131a) from the surface 103e (second opening 131b) facing the fifth facing surface 204ce of the top ring 204 in the piston 103. It is an open hole. As a result, the pressure in the combustion chamber 63 is transmitted to the gap space 264 via the communication path 131. For this reason, even if the contact area between the top ring 204 and the cylinder liner 12 increases, a sufficient force is secured for the top ring 204 to press the cylinder liner 12.
このように、トップリング２０４とシリンダライナ１２との接触面積が大きくなっており、トップリング２０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されているので、トップリング２０４のシール性は向上している。
As described above, the contact area between the top ring 204 and the cylinder liner 12 is large, and a sufficient force for the top ring 204 to press the cylinder liner 12 is secured, so that the sealing performance of the top ring 204 is improved. is doing.
また、隙間空間２６４と燃焼室６３とを連通する連通路がトップリング２０４に形成された場合に、連通路を形成するためにトップリング２０４の形成工数を大幅に増加させる必要があり、コストが増加する傾向にある。
In addition, when the communication path that connects the gap space 264 and the combustion chamber 63 is formed in the top ring 204, it is necessary to significantly increase the number of steps for forming the top ring 204 in order to form the communication path. It tends to increase.
それに対して、本発明では、隙間空間２６４と燃焼室６３とを連通する連通路１３１がピストン１０３に形成されている。このため、連通路１３１を形成するためにトップリング２０４の形成工数を大幅に増加させる必要がなく、コストが抑えられている。
On the other hand, in the present invention, the piston 103 is formed with a communication passage 131 that allows the gap space 264 and the combustion chamber 63 to communicate with each other. For this reason, it is not necessary to significantly increase the man-hours for forming the top ring 204 in order to form the communication path 131, and the cost is suppressed.
（７）
ここでは、補助入熱抑制層２０８は、隙間空間２６４に向く面に設けられている。このため、隙間空間２６４に燃焼室６３の圧力が導入された際に燃焼室６３の熱の一部が隙間空間２６４に導入されたとしても、本体部２０９の温度上昇は抑制される。
(7)
Here, the auxiliary heat input suppression layer 208 is provided on the surface facing the gap space 264. For this reason, even if a part of the heat of the combustion chamber 63 is introduced into the gap space 264 when the pressure of the combustion chamber 63 is introduced into the gap space 264, the temperature rise of the main body 209 is suppressed.
（第２実施形態の変形例）
トップリング２０４の第１対向面２０４ｃａは、ライナ面１２ａと完全に平行な形状であっても良いし、シリンダライナ１２との接触面積を十分確保することができる形状であればどのような形状であっても良い。
(Modification of the second embodiment)
The first facing surface 204ca of the top ring 204 may have a shape that is completely parallel to the liner surface 12a, or any shape as long as the contact area with the cylinder liner 12 can be sufficiently secured. There may be.
入熱抑制層１０７は、ジルコニア−イットリア層であっても良いし、熱伝導率が小さく耐熱性が高い材質であればどのような材質で形成された層であっても良い。
The heat input suppression layer 107 may be a zirconia-yttria layer, or may be a layer formed of any material as long as the material has low thermal conductivity and high heat resistance.
連通路１３１の流路方向に垂直な断面形状は、円や楕円などのように丸い形状であってもよいし、四角形などのように角張った形状であってもよい。
The cross-sectional shape perpendicular to the flow path direction of the communication path 131 may be a round shape such as a circle or an ellipse, or may be an angular shape such as a quadrangle.
＜本発明の第３実施形態に係る内燃機関の構成及び動作＞
本発明の第３実施形態に係る内燃機関３００について、図６を参照しながら、本発明の前提となる上記の内燃機関１と異なる点を中心に説明する。なお、本発明の前提となる内燃機関１と同様の構成要素は、同じ部材番号で示し説明を省略する。
<Configuration and Operation of Internal Combustion Engine According to Third Embodiment of the Present Invention>
An internal combustion engine 300 according to a third embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention, with reference to FIG. In addition, the same component as the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention is indicated by the same member number, and the description is omitted.
（内燃機関の概略構成）
内燃機関３００は、トップリング４の代わりにトップリング（ピストンリング）１０４を備え、ピストン３の代わりにピストン３０３を備える。他の点は、本発明の前提となる内燃機関１と同様である。
(Schematic configuration of internal combustion engine)
The internal combustion engine 300 includes a top ring (piston ring) 104 instead of the top ring 4 and a piston 303 instead of the piston 3. Other points are the same as those of the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention.
（内燃機関の概略動作）
圧縮行程において、主としてトップリング１０４が燃焼室６３とクランク室６７とをシールしながらピストン３０３が上昇して、燃焼室６３の新気混合気が圧縮される。
(Schematic operation of internal combustion engine)
In the compression stroke, the piston 303 ascends while the top ring 104 mainly seals the combustion chamber 63 and the crank chamber 67, and the fresh air mixture in the combustion chamber 63 is compressed.
膨張行程では、主としてトップリング１０４により燃焼室６３とクランク室６７とがシールされながら、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン３０３が押し下げられる。
In the expansion stroke, the piston 303 is pushed down by the combustion pressure generated by the combustion of the fresh air mixture while the combustion chamber 63 and the crank chamber 67 are sealed mainly by the top ring 104.
他の点は、本発明の前提となる内燃機関１と同様である。
Other points are the same as those of the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention.
（ピストン及びトップリングの詳細構成）
ピストン３０３には、トップリング４の代わりにトップリング１０４が嵌め込まれている。トップリング１０４は、セカンドランド３ｓ上部に設けられたトップリング溝に嵌め込まれている。すなわち、トップリング１０４は、セカンドリング５及びオイルリング６よりも燃焼室６３に近い位置に配置されている。
(Detailed configuration of piston and top ring)
A top ring 104 is fitted into the piston 303 instead of the top ring 4. The top ring 104 is fitted in a top ring groove provided on the second land 3s. That is, the top ring 104 is arranged at a position closer to the combustion chamber 63 than the second ring 5 and the oil ring 6.
具体的には、図６に示すように、トップリング１０４は、主として、本体部１０９と入熱抑制層１０７とを備える。本体部１０９は、主として、第１部１０４ａ，第２部１０４ｂ及び第３部１０４ｃを有している。第１部１０４ａは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第２部１０４ｂは、第１部１０４ａとシリンダ軸ＣＡ方向に第１距離Ｌ１０１の間隔で離れている。また、第２部１０４ｂは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第３部１０４ｃは、第１部１０４ａの外端と第２部１０４ｂの外端とを接続しており、シリンダ軸ＣＡに平行に延びている。
Specifically, as shown in FIG. 6, the top ring 104 mainly includes a main body 109 and a heat input suppression layer 107. The main body 109 mainly has a first part 104a, a second part 104b, and a third part 104c. The first part 104a is along a plane perpendicular to the cylinder axis CA and has a substantially annular shape. The second part 104b is separated from the first part 104a in the cylinder axis CA direction by a first distance L101. Further, the second portion 104b is along a plane perpendicular to the cylinder axis CA and is substantially annular. The third part 104c connects the outer end of the first part 104a and the outer end of the second part 104b, and extends parallel to the cylinder axis CA.
トップリング１０４は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面視において略チャネル形状をしている。そして、トップリング溝は、トップリング１０４の略チャネル形状に対応するように形成されている。すなわち、トップリング溝の上部外周面３０３ｇがトップリング１０４の第７対向面１０４ａｇに対応し、トップリング溝の中部外周面３０３ｅがトップリング１０４の第５対向面１０４ｃｅに対応し、トップリング溝の下部外周面３０３ｄがトップリング１０４の第４対向面１０４ｂｄに対応している。ここで、第４対向面１０４ｂｄは、トップリング１０４の第２部１０４ｂにおいて下部外周面３０３ｄと対向する面である。第５対向面１０４ｃｅは、トップリング１０４の第３部１０４ｃにおいて中部外周面３０３ｅと対向する面である。第７対向面１０４ａｇは、トップリング１０４の第１部１０４ａにおいて上部外周面３０３ｇと対向する面である。また、トップリング溝の上部下面３０３ｆ，中部外周面３０３ｅ及び下部上面３０３ｂで囲まれた部分が凸部となっており、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆ，第５対向面１０４ｃｅ及び第２対向面１０４ｂｂで囲まれた部分が凹部となっており、その凸部とその凹部とが互いに嵌め込まれている。ここで、第２対向面１０４ｂｂは、トップリング１０４の第２部１０４ｂにおいてトップリング溝の下部上面３０３ｂと対向する面である。第６対向面１０４ａｆは、トップリング１０４の第１部１０４ａにおいてトップリング溝の上部下面３０３ｆと対向する面である。
The top ring 104 has a substantially channel shape in a sectional view taken along a plane including the cylinder axis CA. The top ring groove is formed so as to correspond to the substantially channel shape of the top ring 104. That is, the upper outer peripheral surface 303g of the top ring groove corresponds to the seventh opposing surface 104ag of the top ring 104, the middle outer peripheral surface 303e of the top ring groove corresponds to the fifth opposing surface 104ce of the top ring 104, and The lower outer peripheral surface 303 d corresponds to the fourth facing surface 104 bd of the top ring 104. Here, the fourth facing surface 104bd is a surface facing the lower outer peripheral surface 303d in the second portion 104b of the top ring 104. The fifth facing surface 104ce is a surface facing the middle outer peripheral surface 303e in the third portion 104c of the top ring 104. The seventh facing surface 104ag is a surface facing the upper outer peripheral surface 303g in the first portion 104a of the top ring 104. Further, a portion surrounded by the upper lower surface 303f, the middle outer peripheral surface 303e, and the lower upper surface 303b of the top ring groove is a convex portion, and the sixth facing surface 104af, the fifth facing surface 104ce, and the second facing surface of the top ring 104 are formed. A portion surrounded by the surface 104bb is a concave portion, and the convex portion and the concave portion are fitted into each other. Here, the second facing surface 104bb is a surface facing the lower upper surface 303b of the top ring groove in the second portion 104b of the top ring 104. The sixth facing surface 104af is a surface facing the upper lower surface 303f of the top ring groove in the first portion 104a of the top ring 104.
そして、トップリング１０４は、第１対向面１０４ｃａがライナ面１２ａに略平行である。ここで、第１対向面１０４ｃａは、トップリング１０４の第３部１０４ｃにおいてシリンダライナ１２と対向する面である。すなわち、第１対向面１０４ｃａは、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面で見たときに、少なくともライナ面１２ａと平行な部位（図６では頂点）を有し、その両側が緩やかに弧を描いた曲面となっている。これにより、トップリング１０４は、本発明の前提となる内燃機関１におけるトップリング４よりも、シリンダライナ１２との接触面積が大きくなっている。なお、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａは、シリンダライナ１２との接触面積を十分確保するために、バベル形状であることが好ましい。
The top ring 104 has a first facing surface 104ca substantially parallel to the liner surface 12a. Here, the first facing surface 104 ca is a surface facing the cylinder liner 12 in the third portion 104 c of the top ring 104. That is, the first facing surface 104ca has at least a portion (vertex in FIG. 6) parallel to the liner surface 12a when viewed in a section cut by a plane including the cylinder axis CA, and both sides of the first facing surface 104ca gently arc. The curved surface is drawn. Thereby, the top ring 104 has a larger contact area with the cylinder liner 12 than the top ring 4 in the internal combustion engine 1 which is the premise of the present invention. Note that the first facing surface 104ca of the top ring 104 is preferably in a Babel shape in order to ensure a sufficient contact area with the cylinder liner 12.
それから、入熱抑制層１０７は、本体部１０９よりも熱伝導率が小さい層である。入熱抑制層１０７は、本体部１０９において燃焼室６３に向く面に被覆されている。すなわち、トップリング１０４は、入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接して（面して）いる。そして、入熱抑制層１０７において、燃焼室６３に接している面１０７ａはピストン３０３の冠面３０３ａ近傍に（隣接する冠面１０３ａと概ね面一となるように）位置している。
Then, the heat input suppression layer 107 is a layer having a lower thermal conductivity than the main body 109. The heat input suppression layer 107 is covered on the surface of the main body 109 facing the combustion chamber 63. That is, the top ring 104 is in contact with (facing) the combustion chamber 63 via the heat input suppression layer 107. In the heat input suppression layer 107, the surface 107a in contact with the combustion chamber 63 is located in the vicinity of the crown surface 303a of the piston 303 (so as to be substantially flush with the adjacent crown surface 103a).
入熱抑制層１０７は、熱伝導率が小さく断熱性が高い方が好ましい。さらに、入熱抑制層１０７は、耐熱性が高い方が好ましい。このような入熱抑制層１０７は、アルマイト処理により形成されたジルコニア層である。入熱抑制層１０７の膜厚は、１０〜５０ミクロンであることが好ましい。
The heat input suppression layer 107 preferably has a low thermal conductivity and a high heat insulating property. Furthermore, the heat input suppression layer 107 preferably has higher heat resistance. Such a heat input suppression layer 107 is a zirconia layer formed by alumite treatment. The film thickness of the heat input suppression layer 107 is preferably 10 to 50 microns.
トップリング１０４は、その弾性力によりシリンダライナ１２を押しつけている。すなわち、主として、第１対向面１０４ｃａとライナ面１２ａとが接することにより、燃焼室６３とクランク室６７とがシールされている。
The top ring 104 presses the cylinder liner 12 by its elastic force. That is, the combustion chamber 63 and the crank chamber 67 are sealed mainly by contacting the first facing surface 104ca and the liner surface 12a.
また、ピストン３０３の冠面３０３ａの面積は、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａの面積よりも大幅に大きい。このため、燃焼室６３の熱は、入熱抑制層１０７に直接的に取り込まれるよりも、ピストン３０３の冠面３０３ａ及びピストン３０３を介して伝達される方が、より多く本体部１０９へ伝達されることになる。
The area of the crown surface 303 a of the piston 303 is significantly larger than the area of the surface 107 a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63. Therefore, more heat is transmitted to the main body 109 through the crown surface 303a of the piston 303 and the piston 303 than when the heat in the combustion chamber 63 is directly taken into the heat input suppression layer 107. Will be.
さらに、ピストン３０３は、連通路３３１を有する。連通路３３１は、隙間空間１６４と燃焼室６３とを連通する。ここで、隙間空間１６４は、トップリング１０４とピストン３０３とで囲まれた空間であり、トップリング１０４の第５対向面１０４ｃｅとピストン３０３の中部外周面３０３ｅとで挟まれた空間である。すなわち、連通路３３１は、図面上において、上部下面３０３ｆを上から下へ延びるように設けられ、上部外周面３０３ｇを右から左へ延びるように設けられている。また、連通路３３１において、流路に垂直な断面形状は、Ｖ字状である。これにより、燃焼室６３の圧力が連通路３３１を介して隙間空間１６４へ伝達されるようになっている。
Further, the piston 303 has a communication path 331. The communication path 331 communicates the gap space 164 and the combustion chamber 63. Here, the gap space 164 is a space surrounded by the top ring 104 and the piston 303, and is a space sandwiched between the fifth facing surface 104ce of the top ring 104 and the middle outer peripheral surface 303e of the piston 303. That is, in the drawing, the communication path 331 is provided so that the upper lower surface 303f extends from the top to the bottom, and the upper outer peripheral surface 303g is provided so as to extend from the right to the left. Moreover, in the communication path 331, the cross-sectional shape perpendicular | vertical to a flow path is V shape. As a result, the pressure in the combustion chamber 63 is transmitted to the gap space 164 via the communication path 331.
なお、燃焼室６３の熱の大部分は、排気行程において、既燃ガスとともに排気ポート２４へ排出される。一方、入熱抑制層１０７により本体部１０９への移動を阻止される熱量は、既燃ガスとともに排気ポート２４へ排出される熱量に比べて少ない。すなわち、入熱抑制層１０７により燃焼室６３の熱がトップリング１０４の本体部１０９へ進入しにくくなっていても、その影響は小さい。
Note that most of the heat in the combustion chamber 63 is discharged to the exhaust port 24 together with the burned gas in the exhaust stroke. On the other hand, the amount of heat that is prevented from moving to the main body 109 by the heat input suppression layer 107 is smaller than the amount of heat discharged to the exhaust port 24 together with the burned gas. That is, even if the heat input suppression layer 107 makes it difficult for the heat of the combustion chamber 63 to enter the main body 109 of the top ring 104, the influence is small.
一方、一旦ピストン３０３へ取り込まれた熱は、主として、ピストン３０３と本体部１０９との温度差によりトップリング１０４の本体部１０９を介してシリンダライナ１２へ逃がされる。このため、ピストン３０３と本体部１０９との温度差が大きい方が好ましく、本体部１０９の温度はできるだけ低く抑えられていることが好ましい。
On the other hand, the heat once taken into the piston 303 is released to the cylinder liner 12 through the main body 109 of the top ring 104 mainly due to a temperature difference between the piston 303 and the main body 109. For this reason, it is preferable that the temperature difference between the piston 303 and the main body 109 is large, and the temperature of the main body 109 is preferably kept as low as possible.
（ピストン及びトップリングの詳細動作）
圧縮行程において、ピストン３０３は上昇する。このとき、図６に示すように、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとトップリング溝の上部下面３０３ｆとが接するようになる。一方、トップリング１０４の第７対向面１０４ａｇとトップリング溝の上部外周面３０３ｇとの間や、トップリング１０４の第５対向面１０４ｃｅとトップリング溝の中部外周面３０３ｅとの間や、トップリング１０４の第２対向面１０４ｂｂとトップリング溝の下部上面３０３ｂとの間や、トップリング１０４の第４対向面１０４ｂｄとトップリング溝の下部外周面３０３ｄとの間には、隙間ができている。
(Detailed operation of piston and top ring)
In the compression stroke, the piston 303 rises. At this time, as shown in FIG. 6, the sixth facing surface 104af of the top ring 104 comes into contact with the upper lower surface 303f of the top ring groove. On the other hand, between the seventh opposing surface 104ag of the top ring 104 and the upper outer peripheral surface 303g of the top ring groove, between the fifth opposing surface 104ce of the top ring 104 and the middle outer peripheral surface 303e of the top ring groove, There are gaps between the second opposing surface 104bb of 104 and the lower upper surface 303b of the top ring groove, and between the fourth opposing surface 104bd of the top ring 104 and the lower outer peripheral surface 303d of the top ring groove.
そして、トップリング１０４が入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接しているので、燃焼室６３の熱は、トップリング１０４の本体部１０９へ進入しにくくなっている。これにより、本体部１０９の温度上昇が抑制されており、ピストン３０３と本体部１０９との温度差が確保されている。一方、燃焼室６３の熱は、ピストン３０３の冠面３０３ａを介してピストン３０３へ容易に進入する。ピストン３０３の冠面３０３ａからピストン３０３へ進入した熱は、白抜きの矢印で示すように、トップリング溝の上部下面３０３ｆへ伝達される。トップリング溝の上部下面３０３ｆへ伝達された熱は、ピストン３０３と本体部１０９との温度差によりトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆを介して本体部１０９へ伝達され、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａ及びライナ面１２ａを介して本体部１０９からシリンダライナ１２へ伝達される。さらに、シリンダライナ１２へ伝達された熱は、シリンダブロック１０を経由してウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される。
Since the top ring 104 is in contact with the combustion chamber 63 via the heat input suppression layer 107, the heat of the combustion chamber 63 is less likely to enter the main body 109 of the top ring 104. Thereby, the temperature rise of the main-body part 109 is suppressed and the temperature difference of the piston 303 and the main-body part 109 is ensured. On the other hand, the heat of the combustion chamber 63 easily enters the piston 303 via the crown surface 303a of the piston 303. The heat that has entered the piston 303 from the crown surface 303a of the piston 303 is transmitted to the upper lower surface 303f of the top ring groove, as indicated by the white arrow. The heat transmitted to the upper lower surface 303f of the top ring groove is transmitted to the main body 109 through the sixth facing surface 104af of the top ring 104 due to the temperature difference between the piston 303 and the main body 109, and the first ring It is transmitted from the main body 109 to the cylinder liner 12 through the facing surface 104ca and the liner surface 12a. Further, the heat transferred to the cylinder liner 12 is transferred to the water jacket 11 via the cylinder block 10 and cooled.
ここで、ピストン３０３の冠面３０３ａと上部下面３０３ｆとの距離Ｌ１０２ａは、ピストン３の冠面３ａとトップリング溝の下面３ｃとの距離Ｌ２ａ（図２参照）よりも小さい。このため、ピストン３０３において本体部１０９近傍まで伝達される熱の量は、ピストン３において本体部９近傍まで伝達される熱の量よりも多くなっている。
Here, the distance L102a between the crown surface 303a of the piston 303 and the upper lower surface 303f is smaller than the distance L2a (see FIG. 2) between the crown surface 3a of the piston 3 and the lower surface 3c of the top ring groove. For this reason, the amount of heat transferred to the vicinity of the main body 109 in the piston 303 is larger than the amount of heat transferred to the vicinity of the main body 9 in the piston 3.
また、トップリング１０４がトップリング４（図２参照）よりもシリンダライナ１２との接触面積が大きくなっているので、トップリング１０４からウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される熱の量は、トップリング４からウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される熱の量よりも多くなっている。すなわち、本体部１０９の温度上昇が抑制されており、本体部１０９の方が本体部９よりもウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される熱の量が多い結果、本体部１０９とピストン３０３との温度差は、本体部９とピストン３との温度差よりも大きくなっている。このため、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆを介して本体部１０９へ伝達される熱の量は、トップリング４の第３対向面４ｃを介して本体部９へ伝達される熱の量よりも多くなっている。
Further, since the top ring 104 has a larger contact area with the cylinder liner 12 than the top ring 4 (see FIG. 2), the amount of heat transmitted from the top ring 104 to the water jacket 11 and cooled is The amount of heat transferred from the top ring 4 to the water jacket 11 and cooled is increased. That is, the temperature rise of the main body 109 is suppressed, and the main body 109 is transmitted to the water jacket 11 and cooled more than the main body 9, and as a result, the main body 109 and the piston 303 Is larger than the temperature difference between the main body 9 and the piston 3. For this reason, the amount of heat transferred to the main body 109 through the sixth facing surface 104af of the top ring 104 is greater than the amount of heat transferred to the main body 9 through the third facing surface 4c of the top ring 4. Has also increased.
さらに、隙間空間１６４には、連通路３３１を経由して、燃焼室６３の圧力が導入されるようになっている。これにより、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が増えたとしても、トップリング１０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されている。すなわち、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が大きくなっており、トップリング１０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されているので、トップリング１０４のシール性は向上している。
Further, the pressure of the combustion chamber 63 is introduced into the gap space 164 via the communication path 331. As a result, even if the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 increases, a sufficient force is secured for the top ring 104 to press the cylinder liner 12. That is, the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 is large, and a sufficient force for the top ring 104 to press the cylinder liner 12 is secured, so that the sealing performance of the top ring 104 is improved. Yes.
次に、膨張行程において、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン３０３が押し下げられる。このとき、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａに対して燃焼圧力がかかるので、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとトップリング溝の上部下面１０３ｆとが接するようになる。ここで、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａは、燃焼室６３に導入された高温の燃焼ガス（火炎）にさらされることになる。
Next, in the expansion stroke, the piston 303 is pushed down by the combustion pressure generated by burning the new air-fuel mixture. At this time, since the combustion pressure is applied to the surface 107a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63, the sixth facing surface 104af of the top ring 104 and the upper lower surface 103f of the top ring groove come into contact. Here, the surface 107 a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63 is exposed to high-temperature combustion gas (flame) introduced into the combustion chamber 63.
この場合でも、圧縮行程と同様に、トップリング１０４が入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接しているので、燃焼室６３の熱は、トップリング１０４の本体部１０９へ進入しにくくなっている。これにより、本体部１０９の温度上昇が抑制されており、ピストン３０３と本体部１０９との温度差が確保されている。一方、燃焼室６３の熱は、ピストン３０３の冠面３０３ａを介してピストン３０３へ容易に進入する。ピストン３０３の冠面３０３ａからピストン３０３へ進入した熱は、白抜きの矢印で示すように、トップリング溝の上部下面３０３ｆへ伝達される。トップリング溝の上部下面３０３ｆへ伝達された熱は、ピストン３０３と本体部１０９との温度差によりトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆを介して本体部１０９の第１部１０４ａへ伝達され、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａ及びライナ面１２ａを介して本体部１０９の第３部１０４ｃからシリンダライナ１２へ伝達される。さらに、シリンダライナ１２へ伝達された熱は、シリンダブロック１０を経由してウォータージャケット１１へと伝達されて冷却される。
Even in this case, since the top ring 104 is in contact with the combustion chamber 63 via the heat input suppression layer 107 as in the compression stroke, the heat of the combustion chamber 63 is less likely to enter the main body 109 of the top ring 104. ing. Thereby, the temperature rise of the main-body part 109 is suppressed and the temperature difference of the piston 303 and the main-body part 109 is ensured. On the other hand, the heat of the combustion chamber 63 easily enters the piston 303 via the crown surface 303a of the piston 303. The heat that has entered the piston 303 from the crown surface 303a of the piston 303 is transmitted to the upper lower surface 303f of the top ring groove, as indicated by the white arrow. The heat transmitted to the upper lower surface 303f of the top ring groove is transmitted to the first part 104a of the main body 109 via the sixth opposing surface 104af of the top ring 104 due to the temperature difference between the piston 303 and the main body 109, and the top It is transmitted from the third portion 104c of the main body 109 to the cylinder liner 12 via the first facing surface 104ca and the liner surface 12a of the ring 104. Further, the heat transferred to the cylinder liner 12 is transferred to the water jacket 11 via the cylinder block 10 and cooled.
このように、トップリング１０４に伝達された熱は、第１部１０４ａと第３部１０４ｃとを経由してシリンダライナ１２へ伝達される。このため、特に第１部１０４ａの温度上昇を抑える必要がある。それに対して、トップリング１０４の第１部１０４ａにおいて燃焼室６３に向く面には、入熱抑制層１０７が被覆されている。このため、燃焼室６３から本体部１０９の第１部１０４ａへ直接的に熱が進入することは抑制される。そして、本体部１０９の第１部１０４ａの温度上昇が抑制されるので、ピストン１０３と本体部１０９の第１部１０４ａとの温度差は確保される。したがって、トップリング１０４において、入熱抑制層１０７の存在により、第１部１０４ａの温度上昇は効果的に抑えられている。
Thus, the heat transferred to the top ring 104 is transferred to the cylinder liner 12 via the first portion 104a and the third portion 104c. For this reason, it is necessary to suppress the temperature rise of the first part 104a. On the other hand, the surface facing the combustion chamber 63 in the first portion 104a of the top ring 104 is covered with a heat input suppression layer 107. For this reason, the direct entry of heat from the combustion chamber 63 to the first portion 104a of the main body 109 is suppressed. And since the temperature rise of the 1st part 104a of the main-body part 109 is suppressed, the temperature difference of the piston 103 and the 1st part 104a of the main-body part 109 is ensured. Therefore, in the top ring 104, the temperature rise of the first portion 104a is effectively suppressed due to the presence of the heat input suppression layer 107.
その他の点は、圧縮行程と同様である。
The other points are the same as in the compression process.
（内燃機関に関する特徴）
（１）
ここでは、トップリング１０４が燃焼室６３に接する面１０７ａは、燃焼室６３の熱を受ける傾向がある。特に、膨張行程において、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する（面する）面１０７ａは、高温の燃焼ガス（火炎）にさらされることになる。
(Characteristics related to internal combustion engine)
(1)
Here, the surface 107 a where the top ring 104 contacts the combustion chamber 63 tends to receive the heat of the combustion chamber 63. In particular, in the expansion stroke, the surface 107a where the heat input suppression layer 107 is in contact with (facing) the combustion chamber 63 is exposed to high-temperature combustion gas (flame).
この場合でも、トップリング１０４の入熱抑制層１０７は、本体部１０９よりも熱伝導率が小さい層である。また、入熱抑制層１０７は、本体部１０９において燃焼室６３に向く面に被覆されている。すなわち、トップリング１０４は、入熱抑制層１０７を介して燃焼室６３に接している。これにより、燃焼室６３から本体部１０９へ直接的に熱が進入することは抑制される。このため、本体部１０９の温度上昇が抑制されるので、ピストン３０３と本体部１０９との温度差は確保される。
Even in this case, the heat input suppression layer 107 of the top ring 104 is a layer having a lower thermal conductivity than the main body 109. Further, the heat input suppression layer 107 is covered on the surface of the main body 109 facing the combustion chamber 63. That is, the top ring 104 is in contact with the combustion chamber 63 through the heat input suppression layer 107. As a result, the direct entry of heat from the combustion chamber 63 to the main body 109 is suppressed. For this reason, since the temperature rise of the main-body part 109 is suppressed, the temperature difference of the piston 303 and the main-body part 109 is ensured.
一方、ピストン３０３と本体部１０９との温度差が確保されるため、燃焼室６３からピストン３０３の冠面３０３ａ経由でピストン３０３に進入した熱は、本体部１０９へ容易に進入する。そして、本体部１０９は、その熱をシリンダライナ１２へ逃がす。
On the other hand, since a temperature difference between the piston 303 and the main body 109 is ensured, heat that has entered the piston 303 from the combustion chamber 63 via the crown surface 303 a of the piston 303 easily enters the main body 109. Then, the main body 109 releases the heat to the cylinder liner 12.
このように、燃焼室６３の熱はピストン３０３経由でシリンダライナ１２へと効率的に逃がされている。この結果、燃焼室６３の温度が下がるので、燃焼室６３におけるノッキングの発生は抑制される。
Thus, the heat in the combustion chamber 63 is efficiently released to the cylinder liner 12 via the piston 303. As a result, since the temperature of the combustion chamber 63 is lowered, the occurrence of knocking in the combustion chamber 63 is suppressed.
（２）
ここでは、本体部１０４は、第１部１０４ａと第２部１０４ｂと第３部１０４ｃとを有している。第１部１０４ａは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第２部１０４ｂは、第１部１０４ａとシリンダ軸ＣＡ方向に第１距離Ｌ１０１の間隔で離れている。また、第２部１０４ｂは、シリンダ軸ＣＡに垂直な面に沿っており、略環状である。第３部１０４ｃは、第１部１０４ａの外端と第２部１０４ｂの外端とを接続しており、シリンダ軸ＣＡに平行に延びている。すなわち、トップリング１０４は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面視において略チャネル形状をしている。これにより、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａと、シリンダライナ１２のライナ面１２ａとが安定して接触している。また、第３部１０４ｃは、第１対向面１０４ｃａが、ライナ面１２ａに略平行である。これにより、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａと、シリンダライナ１２のライナ面１２ａとが接触する面積が広く取られている。
(2)
Here, the main body 104 has a first part 104a, a second part 104b, and a third part 104c. The first part 104a is along a plane perpendicular to the cylinder axis CA and has a substantially annular shape. The second part 104b is separated from the first part 104a in the cylinder axis CA direction by a first distance L101. Further, the second portion 104b is along a plane perpendicular to the cylinder axis CA and is substantially annular. The third part 104c connects the outer end of the first part 104a and the outer end of the second part 104b, and extends parallel to the cylinder axis CA. That is, the top ring 104 has a substantially channel shape in a sectional view taken along a plane including the cylinder axis CA. Thereby, the 1st opposing surface 104ca of the top ring 104 and the liner surface 12a of the cylinder liner 12 are contacting stably. The third portion 104c has a first facing surface 104ca that is substantially parallel to the liner surface 12a. Thereby, the area which the 1st opposing surface 104ca of the top ring 104 and the liner surface 12a of the cylinder liner 12 contact is taken widely.
このように、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が増やされているため、燃焼室６３の熱は本体部１０９からシリンダライナ１２へと効率的に逃がされる。
Thus, since the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 is increased, the heat in the combustion chamber 63 is efficiently released from the main body 109 to the cylinder liner 12.
（３）
ここでは、トップリング１０４の入熱抑制層１０７の熱伝導率は、ピストン３０３の冠面３０３ａの熱伝導率よりも小さい。これにより、燃焼室６３の熱は、トップリング１０４の本体部１０９へ進入しにくくなっている。これにより、本体部１０９の温度上昇が抑制されており、ピストン３０３と本体部１０９との温度差が確保されている。一方、燃焼室６３の熱は、ピストン３０３の冠面３０３ａを介してピストン３０３へ容易に進入する。ピストン３０３へ進入した熱は、ピストン３０３と本体部１０９との温度差によりトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆを介して本体部１０９へ伝達され、トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａ及びライナ面１２ａを介して本体部１０９からシリンダライナ１２へ伝達される。
(3)
Here, the thermal conductivity of the heat input suppression layer 107 of the top ring 104 is smaller than the thermal conductivity of the crown surface 303 a of the piston 303. Thereby, the heat of the combustion chamber 63 is difficult to enter the main body 109 of the top ring 104. Thereby, the temperature rise of the main-body part 109 is suppressed and the temperature difference of the piston 303 and the main-body part 109 is ensured. On the other hand, the heat of the combustion chamber 63 easily enters the piston 303 via the crown surface 303a of the piston 303. The heat that has entered the piston 303 is transmitted to the main body 109 via the sixth opposing surface 104af of the top ring 104 due to a temperature difference between the piston 303 and the main body 109, and the first opposing surface 104ca and the liner surface of the top ring 104. It is transmitted from the main body 109 to the cylinder liner 12 via 12a.
ここで、ピストン３０３の冠面３０３ａの面積は、入熱抑制層１０７が燃焼室６３に接する面１０７ａの面積よりも大幅に大きい。このため、燃焼室６３の熱は、入熱抑制層１０７に直接的に取り込まれるよりも、ピストン３０３の冠面３０３ａ及びピストン３０３に取り込まれる方が、より多く取り込まれることになる。
Here, the area of the crown surface 303 a of the piston 303 is significantly larger than the area of the surface 107 a where the heat input suppression layer 107 is in contact with the combustion chamber 63. For this reason, more heat is taken into the combustion chamber 63 than is taken into the heat input suppression layer 107 directly into the crown surface 303a of the piston 303 and the piston 303.
このように、燃焼室６３の熱がより多く取り込まれて本体部１０９へ伝達されるので、より多くの熱がシリンダライナ１２へ逃がされる。
Thus, more heat from the combustion chamber 63 is taken in and transmitted to the main body 109, so that more heat is released to the cylinder liner 12.
（４）
ここでは、トップリング１０４の入熱抑制層１０７において、燃焼室６３に接している面１０７ａはピストン１０３の冠面１０３ａ近傍に位置している。また、トップリング１０４は、シリンダ軸ＣＡを含む面で切った断面視において略チャネル形状をしている。このため、ピストン１０３の冠面１０３ａと上部下面１０３ｆとの距離Ｌ１０２ａは、ピストン３の冠面３ａとトップリング溝の下面３ｃとの距離Ｌ２ａ（図２参照）よりも小さくなっている。
(4)
Here, in the heat input suppression layer 107 of the top ring 104, the surface 107 a in contact with the combustion chamber 63 is located in the vicinity of the crown surface 103 a of the piston 103. The top ring 104 has a substantially channel shape in a cross-sectional view taken along a plane including the cylinder axis CA. For this reason, a distance L102a between the crown surface 103a of the piston 103 and the upper lower surface 103f is smaller than a distance L2a (see FIG. 2) between the crown surface 3a of the piston 3 and the lower surface 3c of the top ring groove.
ここで、ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、トップリング溝の上部下面１０３ｆへ伝達され、ピストン１０３と本体部１０９との温度差により、トップリング溝の上部下面１０３ｆとトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとを介して本体部１０９へ伝達されることになる。
Here, the heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 is transmitted to the upper lower surface 103f of the top ring groove, and due to the temperature difference between the piston 103 and the main body 109, the upper lower surface 103f of the top ring groove and the top surface. It is transmitted to the main body 109 through the sixth facing surface 104af of the ring 104.
すなわち、燃焼室６３の熱が本体部１０９へ伝達される距離が短くなっている。このため、燃焼室６３の熱がトップリング１０４に伝達されるまでに発生する伝達損失の量は抑えられる。
That is, the distance by which the heat of the combustion chamber 63 is transmitted to the main body 109 is shortened. For this reason, the amount of transmission loss that occurs before the heat in the combustion chamber 63 is transmitted to the top ring 104 is suppressed.
（５）
ここでは、圧縮行程又は膨張行程において、トップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとトップリング溝の上部下面１０３ｆとが接している。このため、ピストン１０３の冠面１０３ａからピストン１０３へ進入した熱は、ピストン１０３と本体部１０９との温度差により、トップリング溝の上部下面１０３ｆとトップリング１０４の第６対向面１０４ａｆとを介して本体部１０９の第１部１０４ａへ伝達されることになる。すなわち、ピストン１０３と本体部１０９の第１部１０４ａとの温度差を確保する必要があるので、トップリング１０４において、特に第１部１０４ａの温度上昇を抑える必要がある。
(5)
Here, in the compression stroke or the expansion stroke, the sixth facing surface 104af of the top ring 104 and the upper lower surface 103f of the top ring groove are in contact with each other. For this reason, the heat that has entered the piston 103 from the crown surface 103a of the piston 103 passes through the upper lower surface 103f of the top ring groove and the sixth opposing surface 104af of the top ring 104 due to a temperature difference between the piston 103 and the main body 109. Thus, it is transmitted to the first part 104a of the main body 109. That is, since it is necessary to ensure a temperature difference between the piston 103 and the first portion 104a of the main body 109, it is necessary to suppress the temperature rise of the first portion 104a particularly in the top ring 104.
この場合でも、トップリング１０４の第１部１０４ａにおいて燃焼室６３に向く面には、入熱抑制層１０７が被覆されている。このため、燃焼室６３から本体部１０９の第１部１０４ａへ直接的に熱が進入することは抑制される。そして、本体部１０９の第１部１０４ａの温度上昇が抑制されるので、ピストン１０３と本体部１０９の第１部１０４ａとの温度差は確保される。したがって、トップリング１０４において、入熱抑制層１０７の存在により、第１部１０４ａの温度上昇は効果的に抑えられている。
Even in this case, the surface facing the combustion chamber 63 in the first portion 104 a of the top ring 104 is covered with the heat input suppression layer 107. For this reason, the direct entry of heat from the combustion chamber 63 to the first portion 104a of the main body 109 is suppressed. And since the temperature rise of the 1st part 104a of the main-body part 109 is suppressed, the temperature difference of the piston 103 and the 1st part 104a of the main-body part 109 is ensured. Therefore, in the top ring 104, the temperature rise of the first portion 104a is effectively suppressed due to the presence of the heat input suppression layer 107.
（６）
ここでは、連通路３３１は、隙間空間１６４と燃焼室６３とを連通する。具体的には、連通路３３１は、トップリング１０４に接触する面であって燃焼室６３に近い方の面３０３ｆと上部外周面３０３ｇとに形成された溝である。これにより、燃焼室６３の圧力が連通路３３１を介して隙間空間１６４へ伝達されるようになっている。このため、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が増えたとしても、トップリング１０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されている。
(6)
Here, the communication path 331 communicates the gap space 164 and the combustion chamber 63. Specifically, the communication path 331 is a groove formed on a surface 303 f that is in contact with the top ring 104 and is closer to the combustion chamber 63 and an upper outer peripheral surface 303 g. As a result, the pressure in the combustion chamber 63 is transmitted to the gap space 164 via the communication path 331. For this reason, even if the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 increases, a sufficient force is secured for the top ring 104 to press the cylinder liner 12.
このように、トップリング１０４とシリンダライナ１２との接触面積が大きくなっており、トップリング１０４がシリンダライナ１２を押しつけるのに十分な力が確保されているので、トップリング１０４のシール性は向上している。
As described above, the contact area between the top ring 104 and the cylinder liner 12 is increased, and a sufficient force for the top ring 104 to press the cylinder liner 12 is secured, so that the sealing performance of the top ring 104 is improved. is doing.
また、隙間空間１６４と燃焼室６３とを連通する連通路がトップリング１０４に形成された場合に、連通路を形成するためにトップリング１０４の形成工数を大幅に増加させる必要があり、コストが増加する傾向にある。
In addition, when the communication path that connects the gap space 164 and the combustion chamber 63 is formed in the top ring 104, it is necessary to significantly increase the number of steps for forming the top ring 104 in order to form the communication path. It tends to increase.
それに対して、本発明では、隙間空間１６４と燃焼室６３とを連通する連通路３３１がピストン３０３に形成されている。このため、連通路３３１を形成するためにトップリング１０４の形成工数を大幅に増加させる必要がなく、コストが抑えられている。
On the other hand, in the present invention, the communication path 331 that connects the gap space 164 and the combustion chamber 63 is formed in the piston 303. For this reason, it is not necessary to significantly increase the man-hours for forming the top ring 104 in order to form the communication path 331, and the cost is suppressed.
（第３実施形態の変形例）
トップリング１０４の第１対向面１０４ｃａは、ライナ面１２ａと完全に平行な形状であっても良いし、シリンダライナ１２との接触面積を十分確保することができる形状であればどのような形状であっても良い。
(Modification of the third embodiment)
The first opposing surface 104ca of the top ring 104 may have a shape that is completely parallel to the liner surface 12a, or any shape that can ensure a sufficient contact area with the cylinder liner 12. There may be.
入熱抑制層１０７は、ジルコニア−イットリア層であっても良いし、熱伝導率が小さく耐熱性が高い材質であればどのような材質で形成された層であっても良い。
The heat input suppression layer 107 may be a zirconia-yttria layer, or may be a layer formed of any material as long as the material has low thermal conductivity and high heat resistance.
連通路３３１の流路方向に垂直な断面形状は、円や楕円などのように丸い形状の溝であってもよいし、四角形などのように角張った形状の溝であってもよいし、隙間空間１６４と燃焼室６３とを連通するように形成されていればどのような形状の溝であっても良い。
The cross-sectional shape perpendicular to the flow path direction of the communication passage 331 may be a round groove such as a circle or an ellipse, or may be a square groove such as a quadrangle, or a gap. As long as the space 164 and the combustion chamber 63 are formed so as to communicate with each other, the groove may have any shape.
また、連通路３３１は、トップリング溝の上部下面３０３ｆのみに形成されていてもよい。この場合でも、トップリング１０４の第７対向面１０４ａｇとトップリング溝の上部外周面３０３ｇとの間に隙間ができており、隙間空間１６４と燃焼室６３とが連通するので、燃焼室６３の圧力が隙間空間１６４に導入される。
Further, the communication path 331 may be formed only on the upper lower surface 303f of the top ring groove. Even in this case, a gap is formed between the seventh facing surface 104ag of the top ring 104 and the upper outer peripheral surface 303g of the top ring groove, and the gap space 164 and the combustion chamber 63 communicate with each other. Is introduced into the gap space 164.
＜その他＞
本発明の説明を行うために、選択された第１実施形態〜第３実施形態のみが取り上げられているが、特許請求の範囲において定義される発明の要旨を逸脱しない範囲で、本明細書内で様々な変化および修正が実施され得ることは、この開示により、当業者であれば容易に分かることである。
<Others>
In order to describe the present invention, only the selected first to third embodiments are taken up, but within the scope of the present specification without departing from the gist of the invention defined in the claims. It will be readily apparent to those skilled in the art from this disclosure that various changes and modifications can be made.
さらに、本発明に準ずる実施形態に関する上述の説明は、説明のためのみを目的としており、特許請求の範囲およびそれに相当するものにおいて定義される発明の限定を目的としていない。従って、本発明の範囲は開示された実施形態に限定されない。
Furthermore, the above description of the embodiments according to the invention is for the purpose of illustration only and is not intended to limit the invention as defined in the appended claims and equivalents thereof. Accordingly, the scope of the invention is not limited to the disclosed embodiments.
