JP2007032446A - 内燃機関のピストンリング保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】部品数を増加させることなく、ピストンリング部分のシール性を好適に維持することができる内燃機関のピストンリング保持構造を提供する。
【解決手段】ピストンリング１４の上面１４ａにはコイルエキスパンダ１７を収容する凹部１４ｃが形成され、該凹部１４ｃには、コイルエキスパンダ１７の押圧力をリング溝１１の下側内壁面１１ａ側への押圧力とシリンダ内壁面２０ａ側への押圧力とに分散させる作用面としての斜面１４ｅが設けられる。そして、凹部１４ｃの斜面１４ｅに自身の押圧力（付勢力）を付与するように該凹部１４ｃ内にコイルエキスパンダ１７を配置し、リング溝１１内の下側内壁面１１ａにピストンリング１４の下面１４ｂを押圧させ、かつシリンダ内壁面２０ａにピストンリング１４の外周面１４ｆを押圧させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関のピストンリングのシール性を好適に維持可能なピストンリング保持構造に関するものである。

内燃機関のピストン外周には複数のピストンリングが装着されており、中でも上段に位置し燃焼室の気密保持を図ることを主たる目的としたコンプレッションリングにおいて、シール性をより向上させる保持構造を採用しているものがある。

例えば、特許文献１にて示される保持構造（文献における図１等）では、ピストン外周のリング溝内にコンプレッションリングとともにバネシールリングが収容され、該バネシールリングがコンプレッションリングの上面側に配置されている。バネシールリングはコンプレッションリングをリング溝の下側内壁面に向かって押圧し、ピストン往復動時の慣性によるコンプレッションリングの浮き上がり等を防止するようになっている。
特開２０００−３３７５０９号公報 特開２００２−１３９１５１号公報

ところで、上記文献１の保持構造では、バネシールリングによりコンプレッションリングがリング溝の下側内壁面に向かって押圧されるものの、シリンダ内壁面に対するコンプレッションリングの接触は、径方向外側に広がろうとする自身の押圧力（付勢力）のみである。従って、場合によっては、シリンダ内壁面に対するコンプレッションリングの押圧力が不足することがあり、相互間のシール性を十分に確保できない場合がある。

そこで、上記文献１の図１３にも示されているが、コンプレッションリングをリング溝の下側内壁面に向かって押圧するバネシールリングの他に、コンプレッションリングの内周面とリング溝の底壁面との間に介在され該コンプレッションリングの外周面をシリンダ内壁面に押圧するコイル状スプリングが用いられているものもある。

しかしながら、シリンダ内壁面に対するコンプレッションリングの押圧力を十分に確保できるものの、コイル状スプリングという新たな押圧部材を追加する必要があり、部品数が増加してしまう。

また、特許文献２の保持構造では、外側リング、内側リング、エキスパンダを組み合わせてなるピストンリングを装着し、外側リングの内周側傾斜面と内側リングの外周側傾斜面を互いに面接触させ、内側リングの内周面にエキスパンダを押圧接触させる構成となっている。この保持構造では、ガスシール性能及びオイルシール性能を両立し、シリンダ内壁面に対する外側リングの押圧力を十分に確保できるものの、この保持構造でも同様に、外側リングの他に内側リングやエキスパンダといった２つの押圧部材を用いる必要があり、部品数が増加してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、部品数を増加させることなく、ピストンリング部分のシール性を好適に維持することができる内燃機関のピストンリング保持構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、内燃機関に用いられるピストンの外周に設けられるリング溝内にピストンリングが装着されるとともに、前記リング溝内に環状の押圧部材を収容し、該押圧部材にて前記ピストンリングの下面を前記リング溝の下側内壁面に押圧するとともに、前記ピストンリングの外周面を内燃機関のシリンダ内壁面に押圧して保持するピストンリング保持構造において、前記ピストンリングの上面には前記押圧部材を収容する凹部が形成され、該凹部には、前記押圧部材の押圧力を前記リング溝の下側内壁面側への押圧力と前記シリンダ内壁面側への押圧力とに分散させる作用面が形成されており、前記押圧部材は、前記凹部の作用面に自身の押圧力を付与するように該凹部内に配置されることをその要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のピストンリング保持構造において、前記リング溝及び前記ピストンリングは複数設けられるものであり、その最上部の前記リング溝及び前記ピストンリングに前記押圧部材を用いたことをその要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関のピストンリング保持構造において、前記凹部の作用面は、前記ピストンリングの下面から離間するほど径方向外側に傾斜する斜面で構成されることをその要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関のピストンリング保持構造において、前記凹部は、前記ピストンリングの内側端部から連続して形成されることをその要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関のピストンリング保持構造において、前記押圧部材は、コイルバネを環状に構成してなるエキスパンダ、線材を環状に構成してなるエキスパンダ、又はバネ状とし環状に構成してなるエキスパンダであることをその要旨とする。

（作用）
請求項１に記載の発明によれば、ピストンの外周に設けられるリング溝内にピストンリングが装着されるとともに、該リング溝内には、その下側内壁面にピストンリングの下面を押圧し、かつシリンダ内壁面にピストンリングの外周面を押圧して保持する環状の押圧部材が収容される。このピストンリングの上面には押圧部材を収容する凹部が形成され、該凹部には、押圧部材の押圧力をリング溝の下側内壁面側への押圧力とシリンダ内壁面側への押圧力とに分散させる作用面が設けられる。そして、凹部の作用面に自身の押圧力を付与するように該凹部内に押圧部材を配置することで、上記したピストンリングの保持がなされる。これにより、１つの押圧部材にて部品数を増加させることなく、ピストンリングとリング溝の下側内壁面との間のシール性と、シリンダ内壁面との間のシール性とを十分確保できる。また、このような凹部をピストンリング側に設けることで、リング溝の溝幅の拡大や溝形状を複雑とすることも防止される。

請求項２に記載の発明によれば、複数設けられるうちの最上部のリング溝及びピストンリングに押圧部材が用いられる。つまり、最上部のピストンリングは燃焼室の気密保持を図るためのものであるため、この押圧部材により、燃焼室の気密保持が十分に図られるようになる。また、ピストン１つに対して１つの押圧部材の使用で済むため、部品数が増加しない。

請求項３に記載の発明によれば、凹部の作用面はピストンリングの下面から離間するほど径方向外側に傾斜する斜面で構成される。そのため、凹部の形状が複雑化することが抑えられ、ピストンリングの加工が煩雑となることが抑えられる。

請求項４に記載の発明によれば、凹部はピストンリングの内側端部から連続して形成される。そのため、凹部の形状が複雑化することが抑えられ、ピストンリングの加工が煩雑となることが抑えられる。

請求項５に記載の発明によれば、押圧部材は、コイルバネを環状に構成してなるエキスパンダ、線材を環状に構成してなるエキスパンダ、又は板材をバネ状とし環状に構成してなるエキスパンダよりなる。つまり、押圧部材の形状が単純な形状であるため、該押圧部材の形成が容易である。

従って、本発明によれば、部品数を増加させることなく、ピストンリング部分のシール性を好適に維持することができる内燃機関のピストンリング保持構造を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、内燃機関に用いられるピストン１０を示している。ピストン１０は下方が中空の略円柱状をなしており、該ピストン１０の上部外周には３つのリング溝１１〜１３が形成されている。各リング溝１１〜１３は断面が略矩形状をなしている。各リング溝１１〜１３には、それぞれピストンリング１４〜１６が装着される。

各ピストンリング１４〜１６のうち、上部の２つのリング溝１１，１２に装着されるピストンリング１４，１５は、主として燃焼室の気密保持の役割を担う第１及び第２コンプレッションリングとなっている。これらピストンリング１４，１５は、周方向の１箇所に合口を有する円環平板形状をなしている。また最下部のリング溝１３に装着されるピストンリング１６は、主として内燃機関のシリンダ内壁面の余剰オイルを掻き落とす役割を担うオイルリングとなっている。ピストンリング１６は、断面が略Ｉ型形状で周方向の１箇所に合口を有する円環状をなしており、その内側には、該リング１６を径方向外側に付勢するコイルエキスパンダが装備されている。

図２に示すように、最上部のリング溝１１内には、ピストンリング１４とともに押圧部材としてのコイルエキスパンダ１７が収容されている。コイルエキスパンダ１７は、図３のようなコイルバネを環状に構成したものである。

ここで、ピストンリング１４の形状について述べると、上面１４ａには内側端部から径方向中央まで凹部１４ｃが形成されている。凹部１４ｃは、ピストンリング１４の下面１４ｂと平行となるように内側端部から平坦状をなす凹底面１４ｄと、該底面１４ｄから上方に向かうほど径方向外側に傾斜する斜面１４ｅとを有している。この凹部１４ｃにはコイルエキスパンダ１７が収容される。つまり、コイルエキスパンダ１７を収容する収容凹部をピストンリング１４側に凹部１４ｃとして設けて、リング溝１１の溝幅の拡大や溝形状を複雑とすることが防止されている。

また、コイルエキスパンダ１７は、凹部１４ｃの凹底面１４ｄとリング溝１１の上側内壁面１１ｂとに略当接し、ピストンリング１４の凹部１４ｃの斜面１４ｅにて内径方向に若干縮められた状態で該凹部１４ｃ内に収容されている。従って、コイルエキスパンダ１７の押圧力（付勢力）が斜面１４ｅに作用し、コイルエキスパンダ１７から押圧力を受けるピストンリング１４は、その下面１４ｂがリング溝１１の下側内壁面１１ａに押圧されると同時に、その外周面１４ｆがシリンダ２０におけるシリンダ内壁面２０ａに押圧されて保持される。これにより、ピストンリング１４とリング溝１１の下側内壁面１１ａとの間のシール性と、シリンダ内壁面２０ａとの間のシール性とを十分確保でき、その結果、ピストンリング１４部分のシール性を好適に維持でき、燃焼室の気密保持が十分に図られるようになっている。

次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）ピストン１０の最上部のリング溝１１内には、その下側内壁面１１ａにピストンリング１４を押圧して保持するコイルエキスパンダ１７が収容され、このコイルエキスパンダ１７は、リング溝１１内の下側内壁面１１ａにピストンリング１４の下面１４ｂを押圧し、かつシリンダ内壁面２０ａにピストンリング１４の外周面１４ｆを押圧する。このピストンリング１４の上面１４ａにはコイルエキスパンダ１７を収容する凹部１４ｃが形成され、該凹部１４ｃには、コイルエキスパンダ１７の押圧力をリング溝１１の下側内壁面１１ａ側への押圧力とシリンダ内壁面２０ａ側への押圧力とに分散させる作用面としての斜面１４ｅが設けられている。そして、凹部１４ｃの斜面１４ｅに自身の押圧力（付勢力）を付与するように該凹部１４ｃ内にコイルエキスパンダ１７を配置することで、上記したピストンリング１４の保持がなされる。これにより、１つのコイルエキスパンダ１７にて部品数を増加させることなく、ピストンリング１４とリング溝１１の下側内壁面１１ａとの間のシール性と、シリンダ内壁面２０ａとの間のシール性とを十分確保することができる。また、このような凹部１４ｃをピストンリング１４側に設けることで、リング溝１１の溝幅の拡大や溝形状を複雑とすることも防止することができる。

（２）複数設けられるうちの最上部のリング溝１１及びピストンリング１４にコイルエキスパンダ１７が用いられている。つまり、最上部のピストンリング１４は燃焼室の気密保持を図るためのものであるため、このコイルエキスパンダ１７により、燃焼室の気密保持を十分に図ることができる。また、ピストン１０が１つに対して１つのコイルエキスパンダ１７の使用で済むため、部品数が増加しない。

（３）凹部１４ｃの斜面１４ｅは凹底面１４ｄから上方に向かうほど（ピストンリング１４の下面１４ｂから離間するほど）径方向外側に傾斜するように構成されている。そのため、凹部１４ｃの形状が複雑化することが抑えられ、ピストンリング１４の加工が煩雑となることを抑えることができる。

（４）凹部１４ｃはピストンリング１４の内側端部から連続して形成されている。そのため、このことによっても凹部１４ｃの形状が複雑化することが抑えられるため、ピストンリング１４の加工が煩雑となることを抑えることができる。

（５）コイルエキスパンダ１７は、コイルバネを環状にして構成されている。つまり、コイルエキスパンダ１７の形状が単純な形状であるため、該コイルエキスパンダ１７の形成が容易である。

尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
上記実施の形態では、押圧部材であるコイルエキスパンダ１７をピストンリング１４の凹部１４ｃの斜面１４ｅに当接させて、該コイルエキスパンダ１７の押圧力をリング溝１１の下側内壁面１１ａ側への押圧力とシリンダ内壁面２０ａ側への押圧力とに分散させたが、これらの構成を適宜変更してもよい。

例えば、図４及び図５に示すように、コイルバネを環状としたコイルエキスパンダ１７に替えて、線材を環状としたエキスパンダ１８を用いてもよい。このエキスパンダ１８は、凹部１４ｃの凹底面１４ｄとリング溝１１の上側内壁面１１ｂとに当接し、ピストンリング１４の凹部１４ｃの斜面１４ｅにて内径方向に若干縮められた状態で該凹部１４ｃ内に収容される。このようにしても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、図６に示すように、凹部１４ｃの斜面１４ｅを垂直面１４ｇに替えて、上記コイルエキスパンダ１７を凹部１４ｃの凹底面１４ｄとリング溝１１の上側内壁面１１ｂとの間で弾性変形させて該底面１４ｄに押圧させるとともに、垂直面１４ｇに対しても押圧させるようにしてもよい。このようにしても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、上記実施の形態においても、上記コイルエキスパンダ１７を凹部１４ｃの凹底面１４ｄとリング溝１１の上側内壁面１１ｂとの間で弾性変形させてもよい。

また、図７及び図８に示すように、コイルバネを環状としたコイルエキスパンダ１７に替えて、例えば板材を幅方向に蛇行させつつ一側を下方内側に斜めに屈曲させて環状とし、バネ性を持たせたエキスパンダ１９を用いてもよい。このエキスパンダ１９は、ピストンリング１４の凹部１４ｃの斜面１４ｅに面接触する当接部１９ａと、リング溝１１の上側内壁面１１ｂに面接触する当接部１９ｂとを有し、自身のバネ性にて斜面１４ｅを押圧させてもよい。このようにしても上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

上記実施の形態では、最上部のリング溝１１に装着されるピストンリング１４に適用したが、その他のリング溝に装着されるピストンリング、即ちリング溝１２，１３に装着されるピストンリング１５，１６に適用してもよい。

本実施の形態におけるピストンの部分断面図である。 本実施の形態におけるピストンの要部拡大断面図である。 本実施の形態におけるコイルエキスパンダの一部を示す斜視図である。 別例におけるピストンの要部拡大断面図である。 別例におけるエキスパンダの一部を示す斜視図である。 別例におけるピストンの要部拡大断面図である。 別例におけるピストンの要部拡大断面図である。 別例におけるエキスパンダの一部を示す斜視図である。

符号の説明

１０…ピストン、１１…リング溝、１１ａ…下側内壁面、１４…ピストンリング、１４ｂ…下面、１４ｃ…凹部、１４ｄ…作用面としての凹底面、１４ｅ…作用面としての斜面、１４ｇ…作用面としての垂直面、１４ｆ…外周面、１７…押圧部材としてのコイルエキスパンダ、１８…押圧部材としてのエキスパンダ、１９…押圧部材としてのエキスパンダ、２０ａ…シリンダ内壁面。

Claims (5)

1. 内燃機関に用いられるピストンの外周に設けられるリング溝内にピストンリングが装着されるとともに、前記リング溝内に環状の押圧部材を収容し、該押圧部材にて前記ピストンリングの下面を前記リング溝の下側内壁面に押圧するとともに、前記ピストンリングの外周面を内燃機関のシリンダ内壁面に押圧して保持するピストンリング保持構造において、
   前記ピストンリングの上面には前記押圧部材を収容する凹部が形成され、該凹部には、前記押圧部材の押圧力を前記リング溝の下側内壁面側への押圧力と前記シリンダ内壁面側への押圧力とに分散させる作用面が形成されており、
   前記押圧部材は、前記凹部の作用面に自身の押圧力を付与するように該凹部内に配置されることを特徴とする内燃機関のピストンリング保持構造。
2. 請求項１に記載の内燃機関のピストンリング保持構造において、
   前記リング溝及び前記ピストンリングは複数設けられるものであり、その最上部の前記リング溝及び前記ピストンリングに前記押圧部材を用いたことを特徴とする内燃機関のピストンリング保持構造。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関のピストンリング保持構造において、
   前記凹部の作用面は、前記ピストンリングの下面から離間するほど径方向外側に傾斜する斜面で構成されることを特徴とする内燃機関のピストンリング保持構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関のピストンリング保持構造において、
   前記凹部は、前記ピストンリングの内側端部から連続して形成されることを特徴とする内燃機関のピストンリング保持構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関のピストンリング保持構造において、
   前記押圧部材は、コイルバネを環状に構成してなるエキスパンダ、線材を環状に構成してなるエキスパンダ、又は板材をバネ状とし環状に構成してなるエキスパンダであることを特徴とする内燃機関のピストンリング保持構造。

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