JP2007032734A - 内燃機関のピストンリング保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス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バネリング１７が収容され、このバネリング１７をピストンリング１４に対して径方向に線接触させる。これにより、バネリング１７の押圧力が径方向に分散されてピストンリング１４に付与され、該ピストンリング１４がリング溝１１内で傾くのが防止される。
【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

ところで、上記文献１の保持構造では、バネシールリングは皿バネ状をなしており、径方向外側に向かうほど下方（コンプレッションリング側）に傾斜するように配置されている。つまり、バネシールリングはコンプレッションリング上面の径方向外側部分に接触し、リング断面においてはコンプレッションリング上面の径方向外側部分に一点で接触する。

そのため、リング断面において、バネシールリングの押圧力はコンプレッションリングの径方向外側部分の一点に作用することになるので、そのコンプレッションリングの径方向外側部分はリング溝の下側内壁面に押圧されるが、径方向内側部分が上記慣性等によりリング溝の下側内壁面から浮き上がる。

このようにコンプレッションリングの径方向内側部分が浮き上がった状態では、コンプレッションリングの下面とリング溝の下側内壁面とがリング断面において点接触となって相互間の接触面積が小さくなるため、リング溝とコンプレッションリングとの間のシール性が低下し、燃焼室から燃焼ガスが漏れ出すことがあった。

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、ガス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を前記リング溝の下側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、前記押圧部材は、前記ピストンリングに対して径方向に複数点で点接触又は径方向に線接触若しくは面接触す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、前記押圧部材は、前記リング溝に対して径方向に複数点で点接触又は径方向に線接触若しくは面接触す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、前記リング溝の上側内壁面には、前記押圧部材を収容する収容凹部が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、環状の平板を周方向又は径方向に複数の波状に加工されてな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を押圧して保持する環状の押圧部材が収容される。この押圧部材は、ピストンリングに対して径方向に複数点で点接触又は径方向に線接触若しくは面接触する。従って、このような接触を図ることにより、押圧部材の押圧力が径方向に分散されてピストンリングに付与されるので、該ピストンリングがリング溝内で傾き難く、ピストンリングとリング溝の下側内壁面との面接触が維持される。これにより、このピストンリングとリング溝間のシール性が好適に維持され、ピストンのガスシール性が好適に維持される。

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、押圧部材は、リング溝に対して径方向に複数点で点接触又は径方向に線接触若しくは面接触する。つまり、押圧部材自身もリング溝に対して傾き難くなるため、ピストンリングのリング溝内での傾きがより確実に生じ難くなり、ピストンリングとリング溝の下側内壁面との面接触をより好適に維持することが可能となる。これにより、このピストンリングとリング溝間のシール性がより好適に維持され、ピストンのガスシール性がより好適に維持される。

請求項４に記載の発明によれば、リング溝の上側内壁面には収容凹部が形成され、該収容凹部内に押圧部材が収容される。これにより、リング溝の開口の拡大を防止でき、またリング溝からの押圧部材の飛び出しが防止される。

請求項５に記載の発明によれば、押圧部材は、環状の平板を周方向又は径方向に複数の波状に加工されて形成される。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、ピストンリングとリング溝間のシール性を好適に維持することができ、燃焼ガスの漏れを防止できるガスシール性に優れた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バネリング１７が収容されている。ここで、リング溝１１の形状について述べると、下側内壁面１１ａはピストンリングの径方向に延びる平面形状をなしている。これに対し、上側内壁面１１ｂには、ピストン１０の外周から若干内側において上部に略矩形状に凹設される収容凹部１１ｃが形成されている。この収容凹部１１ｃにはバネリング１７が収容される。因みに、収容凹部１１ｃをピストン１０の外周から内側に形成（リング溝１１の溝底部側に形成）したことで、リング溝１１の溝底部側の溝幅よりも溝開口側の溝幅の方が狭くなっている。

バネリング１７は、周方向の１箇所に合口を有する円環状をなすとともに、平板を周方向に複数の同一形状の波状に加工し（図３参照）、厚さ方向に弾性力が生じるように形成されている。また、バネリング１７は、その径方向幅がピストンリング１４の径方向幅の略半分程度に設定され、ピストンリング１４の径方向中央から内側端部までの範囲で当接するようになっている。

また、バネリング１７における波形状の頂部１７ａ及び底部１７ｂは径方向に直線状となっており、互いに平行となっている。そして、バネリング１７は、底部１７ｂがピストンリング１４の上面１４ａと当接し、頂部１７ａが収容凹部１１ｃ内の上壁面である溝上部内周側凹面（以下、単に凹面という）１１ｄと当接して、ピストンリング１４の上面１４ａを押圧する。バネリング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に押圧されて保持される。

この場合、図２のピストンリング１４の断面において、バネリング１７の底部１７ｂはピストンリング１４の上面１４ａと線接触し、頂部１７ａは収容凹部１１ｃの凹面１１ｄと線接触する。これにより、同断面において、バネリング１７の押圧力が径方向に分散されてピストンリング１４に付与されるので、ピストンリング１４がリング溝１１の下側内壁面１１ａに対して傾き難く、ピストンリング１４の下面１４ｂとリング溝１１の下側内壁面１１ａとの面接触が維持される。しかも、バネリング１７自身も収容凹部１１ｃの凹面１１ｄに対して傾き難くなるため、よりその効果は高い。その結果、ピストンリング１４とリング溝１１間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バネリング１７が収容され、このバネリング１７を、ピストンリング１４に対して径方向に線接触させている。従って、このような接触を図ることにより、バネリング１７の押圧力が径方向に分散されてピストンリング１４に付与されるので、該ピストンリング１４がリング溝１１内で傾き難く、ピストンリング１４の下面１４ｂとリング溝１１の下側内壁面１１ａとの面接触が維持される。これにより、このピストンリング１４とリング溝１１間のガスシール性を好適に維持することができる。

（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にバネリング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、このバネリング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つのバネリング１７の使用で済むため、部品数が増加しない。

（３）バネリング１７は、リング溝１１における収容凹部１１ｃの凹面１１ｄに対して径方向に線接触するようにしている。つまり、バネリング１７自身もリング溝１１に対して傾き難くなるため、ピストンリング１４のリング溝１１内での傾きがより確実に生じ難くなり、ピストンリング１４の下面１４ｂとリング溝１１の下側内壁面１１ａとの面接触をより好適に維持することができる。これにより、このピストンリング１４とリング溝１１間のガスシール性をより好適に維持することができる。

（４）リング溝１１の上側内壁面１１ｂには収容凹部１１ｃが形成され、該収容凹部１１ｃ内にバネリング１７を収容させている。これにより、リング溝１１の開口の拡大を防止することができ、またリング溝１１からのバネリング１７の飛び出しを防止することができる。

（５）バネリング１７は、環状の平板を周方向に複数の波状に加工されて形成されている。つまり、バネリング１７の形状が単純な形状であるため、該バネリング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、押圧部材であるバネリング１７をピストンリング１４の上面１４ａに対して径方向に線接触させているが、押圧部材の形状を変更する等をして、ピストンリング１４を押圧する構造を変更してよい。

例えば、図４及び図５に示すように、押圧部材としてのバネリング１８が径方向に複数の同一形状の波状に加工されてなる。このバネリング１８における波形状の頂部１８ａは３つ、底部１８ｂは４つ設けられ、径方向において各頂部１８ａを結ぶ直線と底部１８ｂを結ぶ直線が互いに平行となっている。バネリング１８は、底部１８ｂがピストンリング１４の上面１４ａと当接し、頂部１８ａが収容凹部１１ｃの凹面１１ｄと当接して、ピストンリング１４の上面１４ａを押圧する。

このようにバネリング１８をピストンリング１４の上面１４ａに対して径方向に２以上の複数点で点接触させ、収容凹部１１ｃの凹面１１ｄに対しても径方向に２以上の複数点で点接触させても、上記実施の形態と同様にピストンリング１４がリング溝１１内で傾き難く、バネリング１７自身もリング溝１１に対して傾き難くなる。そのため、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、バネリング１８の形状が単純で、形成が容易である。

また、図６に示すように、押圧部材としてのバネリング１９が径方向に１つの波状に加工されてなり、波形状の頂部１９ａは１つ、底部１９ｂは２つ設けられる。バネリング１９は、底部１９ｂがピストンリング１４の上面１４ａと当接し、頂部１９ａが収容凹部１１ｃの凹面１１ｄと当接して、ピストンリング１４の上面１４ａを押圧する。

このようにバネリング１９をピストンリング１４の上面１４ａに対してのみ径方向に２点の複数点で点接触させても、上記実施の形態と同様にピストンリング１４がリング溝１１内で傾き難くなるため、同様の効果を得ることができる。また、バネリング１９の形状が単純で、形成が容易である。

更に、上記のバネリング１７〜１９のようにピストンリング１４に対して径方向に線接触や複数点で点接触させているが、押圧部材をピストンリング１４に対して面接触させても同様の効果を得ることができる。また、押圧部材を収容凹部１１ｃ内の凹面１１ｄ、即ちリング溝１１に対して面接触させても同様である。

上記実施の形態では、バネリング１７をリング溝１１内の収容凹部１１ｃ内に収容したが、特に必要なければ収容凹部１１ｃを省略してリング溝１１を断面矩形状とし、リング溝１１を簡単な形状としてもよい。

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バネリング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。 別例におけるバネリング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。

符号の説明

１０…ピストン、１１…リング溝、１１ａ…下側内壁面、１１ｂ…上側内壁面、１１ｃ…収容凹部、１１ｄ…溝上部内周側凹面、１４…ピストンリング、１７〜１９…押圧部材としてのバネリング。

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を前記リング溝の下側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、
   前記押圧部材は、前記ピストンリングに対して径方向に複数点で点接触又は径方向に線接触若しくは面接触す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、
   前記押圧部材は、前記リング溝に対して径方向に複数点で点接触又は径方向に線接触若しくは面接触す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、
   前記リング溝の上側内壁面には、前記押圧部材を収容する収容凹部が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、環状の平板を周方向又は径方向に複数の波状に加工されてな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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