JP2010164117A - ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の稼働中に、オイルリングとリング溝との間の間隙を通過して、燃焼室にオイルが流入することを抑制する。
【解決手段】
内燃機関のシリンダ２０内に配設されるピストン１０の周面には第３のリング溝１３が形成されており、この第３のリング溝１３には、その全周にわたってオイルリング本体１７とコイルエキスパンダ２１から構成されるオイルリング１６が配設されている。オイルリング本体１７には、上側レール２２及び下側レール２３が内周面側に向かって突出するように形成されている。この上側レール２２及び下側レール２３は、外周側部分よりも内周側部分が拡開されるとともに、その内周側端部が第３のリング溝１３の壁面にそれぞれ圧接される態様にて形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、外周面にオイルリングが配設される内燃機関のピストンに関する。

内燃機関のシリンダ内に配設されるピストンの外周面には、通常、ピストンリングとして３本のリングが配設されている。このうち、２本はコンプレッションリングと呼ばれ、シリンダ内周面に適切なオイル膜を形成してシリンダ内周面とピストンリングとの磨耗を少なくするために配設される。そして、１本はオイルリングとよばれ、余分なオイルをかき落として再びオイルパンに戻すために配設されている。

従来のオイルリング５０の構造について、図７を参照して説明する。オイルリング５０は、略凹形状面を有する環状の本体部５１と、この本体部５１の外周面の全周にわたって形成され、シリンダ５４の内周面に接する摺動部５２とにより構成されている。このオイルリング５０は、ピストン５６の上下運動に伴い、シリンダ５４内を上下方向に運動する。この際、摺動部５２がシリンダ５４の内周面に付着するオイルをかき落とすことにより、余分なオイルがオイルパンに戻されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１５３１９８号公報

ところでこのオイルリング５０は、シリンダ５４内を上下運動する際にリング溝５５の鉛直方向壁面に対して圧接及び離間を繰り返す。従って、オイルリング５０とリング溝５５の鉛直方向壁面との間には間隙が発生するようになる。

一方、内燃機関の稼動時には、ピストン５６の頂端面に形成される燃焼室内において機関運転に伴う負圧が発生し、この負圧がピストン５６とシリンダ５４の内周面との間の間隙を通じてリング溝５５に導入される。

このため、リング溝５５の鉛直方向下方、及びリング溝５５内に存在するオイルは、この導入される負圧によって上記オイルリング５０とリング溝５５との間の間隙を通じて図７に矢印で示すごとく上昇し、燃焼室に導入されて燃焼するようになる。このような状態が続くと、オイルパン内のオイルが減少してしまう虞がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、オイルリングと、リング溝との間の間隙を通過して、燃焼室にオイルが流入することを抑制することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関のシリンダ内に配設される略円柱状のピストンの周面の周方向に形成されるリング溝に配設される本体部と、前記本体部の内周側面に内方に向かって突出するように形成される上側レール及び下側レールからなるオイルリングを備えた内燃機関のピストンにおいて、前記上側レール及び前記下側レールは、その端部が前記リング溝の壁面にそれぞれ圧接されてなることを要旨とする。

同構成によれば、上側レールの端部とリング溝の壁面及び、下側レールの端部とリング溝の壁面とがそれぞれ圧接されるため、この圧接部分によって、燃焼室方向に向かうオイルの流れが抑制される。このため、燃焼室にて発生する負圧に起因してオイルが燃焼室へと流入することを抑制することができるようになる。

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において前記上側レール及び前記下側レールは、外周側部分よりも内周側部分が拡開されるとともに、その端部が前記リング溝の壁面にそれぞれ圧接されてなることを要旨とする。

同構成によれば、オイルがオイルリングの内周側面を通じて燃焼室内に流入することを好適に抑制することができるようになる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記上側レールと前記下側レールの間には前記本体部を前記シリンダの内周面に向かって付勢する付勢部材が配設されることを要旨とする。

同構成によれば、オイルリングが付勢部材によりシリンダ径方向外側に押圧付勢されるため、オイルリングによるオイルかき取り性能を向上させることができるようになる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３いずれか一項に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記上側レール及び前記下側レールは、全周にわたって形成された傾斜部によって外周側部分よりも内周側部分が拡開されてなることを要旨とする。

同構成によれば、上側レール及び下側レールに形成された傾斜部により、導入される負圧に起因するオイルの燃焼室への流入を好適に抑制することができるようになる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４いずれか一項に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記上側レール及び下側レールと前記リング溝との接触面から、前記本体部までの長さはそれぞれ等しくなるよう形成されてなることを要旨とする。

同構成によれば、ピストンの上昇時及び下降時のいずれにおいても、上側レールもしくは下側レールの内縁部がリング溝に圧接されるようになる。このため、ピストンの上昇時及び下降時のいずれにおいてもオイルの燃焼室への導入を抑制することができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５いずれか一項に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記上側レール及び下側レールの端部は、曲面形状にて形成されてなることを要旨とする。

オイルリングとシリンダ溝との圧接部を形成する上側レール及び下側レールの端部は、ピストンの上下運動に伴いリング溝と接触するため磨耗しやすい。その点、同構成によれば、この圧接部の耐久性の向上を図ることができるようになる。

実施形態に係るオイルリングが適用された内燃機関のピストン及びシリンダを示す正面図。 同ピストン及びシリンダにおいて、ピストンの中心軸を含む縦断面図。 実施形態にかかるオイルリングを拡大して示す縦断面図。 オイルリングのピストン上昇時の状態を示すピストンの中心軸を含む縦断面図。 実施形態にかかるオイルリングを拡大して示す縦断面図。 実施形態にかかるオイルリングを拡大して示す縦断面図。 従来のオイルリングのピストン下降時における状態を示すピストン中心軸を含む断面図。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
以下、図１〜４を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示されるように、シリンダ２０は円筒状に形成されており、ピストン１０はこのシリンダ２０内を上下方向に往復運動する。そして、シリンダ２０の内周面とピストン１０の頂端面によって形成される燃焼室２６には、機関運転に伴い周期的に負圧が発生する。

ピストン１０は、その下側の部分にスカート部を有する略円柱状をなしており、上側の外周面には第１〜第３の３つのリング溝１１〜１３が形成されている。これらはピストン１０の中心軸を含む縦断面において略矩形状に形成されている。

第１〜第３の３つのリング溝１１〜１３のうち上部の２つの第１及び第２のリング溝１１，１２には、第１及び第２のコンプレッションリング１４，１５がそれぞれ装着されている。これら第１及び第２のコンプレッションリング１４，１５は、主として燃焼室２６の気密保持の役割を担うものである。

そして、最下部の第３のリング溝１３には、オイルリング１６が装着されている。このオイルリング１６は、主としてシリンダ２０の内周面に付着した余剰オイルを掻き落とす役割を担うものである。このオイルリング１６は、円環状の本体部を形成するオイルリング本体１７と、該オイルリング本体１７の内周側に配設されてコイルばねを環状に繋いだ形状の付勢部材としてのコイルエキスパンダ２１とを備えている。

次に、このオイルリング１６の構造について、図３に基づいてより詳細に説明する。図３に示されるように、オイルリング本体１７はピストン１０の中心軸を含む縦断面が略「エ」字状となるように形成されている。つまり、オイルリング本体１７には、シリンダ２０の内周面と対向する外周面において、その中央にオイル受容溝１８が形成されるとともに、内周面において、その中央に内周溝１９が形成されている。そして、オイルリング本体１７には、その径方向内側に突出して上側レール２２及び下側レール２３が、その厚みが略同じ厚みになるように且つ上下方向に対称となるように形成されている。

コイルエキスパンダ２１の断面は円形状であり、この断面の直径はオイルリング本体１７の内周溝１９の外周側の幅（図３における上下方向の長さ）と略同じであるとともに、内周溝１９の深さ（図３における水平方向の長さ）よりも短い。そして、このコイルエキスパンダ２１は、上側レール２２と下側レール２３との間、すなわち内周溝１９に嵌合されるように配設されている。そして、オイルリング本体１７は、このコイルエキスパンダ２１によりシリンダ２０の内周面に向けて付勢され、シリンダ２０の内周面に押し付けられている。このため、オイルリング本体１７はピストン１０とともに往復運動する際にシリンダ２０の内周面から余分なオイルを掻き落とすことができる。そして、このようなオイルリング１６により、シリンダ２０の壁面のオイル膜が調整される。

次に、上側レール２２及び下側レール２３の構造についてより詳細に説明する。上側レール２２のピストン１０における内周側の端部すなわち上側レール２２の内縁部から、オイルリング本体１７までの長さ（Ｌ１）と、下側レール２３のピストン１０における内周側の端部すなわち下側レール２３の内縁部から、オイルリング本体１７までの長さ（Ｌ２）は等しくなるよう形成されている。そして、これら上側レール２２及び下側レール２３は、その外周側（本体部）から内縁部に向けて拡開するよう傾斜した形状（傾斜部）を有している。また、上側レール２２、下側レール２３の内縁部は、コイルエキスパンダ２１
の内周側部分よりもピストン１０の中心軸側の位置まで延びており、第３のリング溝１３の上部及び下部にそれぞれ圧接されている。このため、オイルリング本体１７を構成する一部分は必然的に第３のリング溝１３に圧接されることとなる。

なお、図１に示されるように、この上側レール２２及び下側レール２３は、第３のリング溝１３の全周にわたって形成されている。
これら上側レール２２及び下側レール２３は、オイルリング本体１７と比較して弾性変形しやすいように形成されている。即ち、オイルリング本体１７の厚さＴ１よりも、上側レール２２及び下側レール２３の厚さＴ２の方が薄くなるよう形成されている。また、上側レール２２及び下側レール２３は、オイルリング本体１７よりも軟質の樹脂材料により成形されている。

次に、ピストン１０の往復運動時におけるオイルリング本体１７の状態について、図４に基づいて説明する。ピストン１０の上昇時には、オイルリング本体１７は、ピストン１０と一体的に上昇し、オイルリング本体１７とシリンダ２０の内周面との間に摩擦力が発生する。そのため、図４に示されるように、ピストンの上昇時においては、オイルリング本体１７は、オイル受容溝１８を形成する外周側部分が第３のリング溝１３の下面に接するように傾いた状態となる。このような場合であっても、本実施の形態におけるオイルリング本体１７は、上側レール２２の先端部が第３のリング溝１３に圧接されるようになる。そのため、ピストン１０の頂端面に形成される燃焼室２６において発生する負圧が第３のリング溝１３に導入された場合であっても、図４に矢印で示すごとく、燃焼室２６に向かうオイルの流れはせき止められるようになる。その結果、シリンダ２０内周面に付着しているオイルや、第３のリング溝１３内のオイルが燃焼室２６に導入されることが抑制されるようになる。また、上述のごとく上側レール２２及び下側レール２３は、オイルリング本体１７よりも薄くなるように形成されるとともに、オイルリング本体１７よりも軟質の樹脂材料により成形されているため、このように第３のリング溝１３内にて上下運動するときであっても、上側レール２２と第３のリング溝１３との圧接部分に局部的に過大な応力が作用することを抑制することができるようになる。

一方、ピストンの下降時には、オイルリング本体１７の外周側部分が第３のリング溝１３の上面に接するように傾いた状態となる（図示せず）。このときも同様に、下側レール２３の先端部が第３のリング溝１３の下面に圧接することにより、燃焼室２６に向かうオイルの流れはせき止められる。上側レール２２の内縁部とオイルリング本体１７までの長さＬ１と、下側レール２３の内縁部とオイルリング本体までの長さＬ２とが等しいため、このようにピストンの上昇時及び下降時のいずれにおいても、オイルが燃焼室２６に導入されることを抑制することができる。

また、本実施形態においては、上側レール２２及び下側レール２３が第３のリング溝１３に圧接する先端部分は、曲面形状となるように形成されている。そのため、第３のリング溝１３とこの圧接部分との離間及び圧接が繰り返されることによって、この圧接面が磨耗することは抑制される。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する作用効果を奏することができる。
（１）上側レール２２と第３のリング溝１３の壁面との圧接部分及び、下側レール２３と第３のリング溝１３の壁面との圧接部分によって、燃焼室２６方向に向かうオイルの流れが抑制される。そのため、内燃機関の稼働中にオイルリング本体１７と第３のリング溝１３の壁面との間の間隙を通じて、燃焼室にて生じる負圧に起因するオイルの燃焼室への流入を抑制することができるようになる。

（２）オイルリング本体１７がコイルエキスパンダ２１によりシリンダ径方向外側に押
圧付勢されるため、オイルリング本体１７によるオイルかき取り性能を向上させることができるようになる。

（３）上側レール２２及び下側レール２３に形成されたテーパ部により、負圧によるオイルの燃焼室２６への流入を好適に抑制することができるようになる。
（４）ピストン１０の上昇時及び下降時のいずれにおいても、上側レール２２及び下側レール２３の内周側端部が第３のリング溝１３に圧接することにより、負圧によるオイルの燃焼室２６への流入を抑制することができるようになる。

（５）上側レール２２及び下側レール２３と第３のリング溝１３との圧接面は、ピストン１０の上下運動に伴い第３のリング溝１３と接触するため磨耗しやすい。その点、本実施の形態によれば、上側レール２２及び下側レール２３と、第３のリング溝１３との圧接面を曲面形状としているため、同部分の耐久性の向上を図ることができるようになる。

なお、以上説明した実施形態は次のようにその形態を適宜変更した態様にて実施することができる。
・上記実施の形態では、オイルリング本体１７を第３のリング溝１３の全周にわたって形成するようにしたが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、一部に合口を形成するようにしてもよい。同構成によっても、上述の作用効果に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・図５に示されるように上側レール２２の内縁部からオイルリング本体１７までの長さ（Ｌ３）を、下側レール２３の内縁部からオイルリング本体１７までの長さ（Ｌ４）よりも長くなるようにしてもよい。ピストン１０とシリンダ２０の内周面との間を通じて燃焼室２６に導入されるオイルの量は、燃焼室２６内の負圧が最も高くなる期間、すなわち吸気行程時に最も多くなる。同構成によれば、この期間におけるオイルの流れを好適に抑制することができるようになる。本実施の形態においても、上述の作用効果に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・上記実施の形態では、上側レール２２及び下側レールと第３のリング溝１３との接触面を曲面形状とするようにしたが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、図６に示されるように、四角形とするようにしてもよい。本実施の形態においても、上記（１）〜（４）に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・上記実施の形態では、上側レール２２と下側レール２３を内周面ほど拡開するテーパ状になるように形成したが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、ピストン１０の静止状態においてピストン１０の中心軸に対して平行（図３において直角）となるようにしてもよい。本実施の形態においても、上記（１）、（２）、（４）、（５）に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・上記実施の形態においては、コイルエキスパンダ２１を配設するようにしたが、本実施の形態はこれに限られず、コイルエキスパンダ２１を省略してもよい。本実施の形態においても、上側レール２２及び下側レール２３の内縁部が第３のリング溝１３に圧接されるようになるため、上記（１）、（３）、（４）、（５）に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・上記実施の形態においては、上側レール２２及び下側レール２３は、各々１つずつ形成するようにしているが、本実施の形態はこれに限られず、複数形成するようにしてもよい。本実施の形態においても、上述の作用効果に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・上記実施の形態においては、上側レール２２及び下側レール２３をオイルリング本体１７の内周側に位置するように形成したが、本実施の形態はこれに限られず、外周側に形成するようにしてもよい。本実施の形態においても上述の作用効果に準じた作用効果を奏することができるようになる。

１０…ピストン、１１…第１のリング溝、１２…第２のリング溝、１３…第３のリング溝、１４…第１のコンプレッションリング、１５…第２のコンプレッションリング、１６…オイルリング、１７…オイルリング本体、１８…オイル受容溝、１９…内周溝、２０…シリンダ、２１…コイルエキスパンダ、２２…上側レール、２３…下側レール、２６…燃焼室。

Claims (6)

1. 内燃機関のシリンダ内に配設される略円柱状のピストンの周面の周方向に形成されるリング溝に配設される本体部と、前記本体部の内周側面に内方に向かって突出するように形成される上側レール及び下側レールからなるオイルリングを備えた内燃機関のピストンにおいて、
   前記上側レール及び前記下側レールは、その端部が前記リング溝の壁面にそれぞれ圧接されてなる
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。
2. 請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて
   前記上側レール及び前記下側レールは、外周側部分よりも内周側部分が拡開されるとともに、その端部が前記リング溝の壁面にそれぞれ圧接されてなる
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記上側レールと前記下側レールの間には前記本体部を前記シリンダの内周面に向かって付勢する付勢部材が配設される
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。
4. 請求項１〜３いずれか一項に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記上側レール及び前記下側レールは、全周にわたって形成された傾斜部によって外周側部分よりも内周側部分が拡開されてなる
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。
5. 請求項１〜４いずれか一項に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記上側レール及び下側レールと前記リング溝との接触面から、前記本体部までの長さはそれぞれ等しくなるよう形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。
6. 請求項１〜５いずれか一項に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記上側レール及び下側レールの端部は、曲面形状にて形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。

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