JP2010229858A - Piston, piston ring, and reciprocating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピストン、ピストンリング、及び往復動装置に関する。 The present invention relates to a piston, a piston ring, and a reciprocating device.
オイルリング直上のランド及びトップリング直下のランドにくさび状の環状溝状空間を形成し、内燃機関用ピストンにおけるオイルリング溝直上のランド空間の急激な圧力変動とオイル圧変動とを防止し、ブローバイガスによるオイルの吹き下げ効果が得られるようにする技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、シリンダの内壁面に摺接するアウタリングと、ピストンのリング溝の底壁面に当接するインナリングとから成るピストンリング構造体が知られている(例えば、特許文献2参照)。 A wedge-shaped annular groove-like space is formed in the land just above the oil ring and the land just below the top ring to prevent sudden pressure fluctuations and oil pressure fluctuations in the land space just above the oil ring groove in the piston for an internal combustion engine. A technique for obtaining an oil blowing effect by gas is known (for example, see Patent Document 1). Further, a piston ring structure including an outer ring that is in sliding contact with the inner wall surface of the cylinder and an inner ring that is in contact with the bottom wall surface of the ring groove of the piston is known (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、リング溝内の潤滑液について考慮されていない。また、特許文献2に記載の技術では、ピストンリング構造体の構造が複雑であり、また燃焼室側から下方に流れるオイルについてもピストンリング構造体によってシールされてしまう課題がある。 However, the technique described in Patent Document 1 does not consider the lubricating liquid in the ring groove. In the technique described in Patent Document 2, the structure of the piston ring structure is complicated, and there is a problem that oil flowing downward from the combustion chamber side is also sealed by the piston ring structure.
本発明は、上記事実を考慮して、簡単な構造で潤滑液がリング溝から冠面側に排出されることを抑制することができるピストン、ピストンリングを得ることが目的である。また、本発明は、上記のピストン及びピストンリングの少なくとも一方を備え、潤滑液の消費量を低減することができる往復動装置を得ることが目的である。 In view of the above facts, an object of the present invention is to obtain a piston and a piston ring that can suppress the discharge of the lubricating liquid from the ring groove to the crown surface side with a simple structure. Another object of the present invention is to provide a reciprocating device that includes at least one of the above-described piston and piston ring and can reduce the consumption of the lubricating liquid.
請求項1記載の発明に係るピストンは、外周側に開口し、ピストンリングを装着するためのリング溝と、前記リング溝における冠面側部分で、潤滑液の出入り可能に開口された凹部と、が形成されている。 The piston according to the first aspect of the present invention opens to the outer peripheral side, a ring groove for mounting the piston ring, and a concave portion opened to allow the lubricating liquid to enter and exit at a crown side portion of the ring groove, Is formed.
請求項1記載のピストンでは、その往復動に伴う加速度(慣性)によってリング溝内の潤滑液には往復動方向の加速度が作用する。そして、潤滑液を冠面側に移動させる方向の加速度が作用する場合、潤滑液はピストンの凹部内に入り込み、該凹部に一時的に溜められる(保持される)。このため、本ピストンでは、潤滑液を冠面側に移動させる方向の加速度が作用する場合に、潤滑液がピストンリングとの隙間から冠面側(高圧側)に排出されることが効果的に抑制される。 In the piston according to the first aspect, the acceleration in the reciprocating direction acts on the lubricant in the ring groove by the acceleration (inertia) accompanying the reciprocating motion. When the acceleration in the direction of moving the lubricating liquid toward the crown surface acts, the lubricating liquid enters the concave portion of the piston and is temporarily stored (held) in the concave portion. For this reason, in this piston, it is effective that the lubricating liquid is discharged to the crown surface side (high pressure side) from the gap with the piston ring when the acceleration in the direction of moving the lubricant liquid to the crown surface side acts. It is suppressed.
このように、請求項1記載のピストンでは、簡単な構造で潤滑液がリング溝から冠面側に排出されることを抑制することができる。 Thus, in the piston according to the first aspect, the lubricating liquid can be prevented from being discharged from the ring groove toward the crown surface with a simple structure.
請求項2記載の発明に係るピストンは、請求項1記載のピストンにおいて、前記凹部は、前記リング溝の全長に亘る環状を成している。 A piston according to a second aspect of the present invention is the piston according to the first aspect, wherein the recess has an annular shape extending over the entire length of the ring groove.
請求項2記載のピストンでは、凹部が全周に亘る環状を成すため、断面の小さい凹部で十分な量の潤滑液を一時的に溜めることができる。また、断続的に凹部を形成する構成と比較して、凹部の加工が容易である。 In the piston according to the second aspect, since the concave portion forms an annular shape over the entire circumference, a sufficient amount of lubricating liquid can be temporarily stored in the concave portion having a small cross section. In addition, the processing of the recesses is easier than the configuration in which the recesses are intermittently formed.
請求項3記載の発明に係るピストンは、請求項1又は請求項2記載のピストンにおいて、前記凹部は、前記リング溝の溝底部で開口し、該開口部から前記冠面側に延びる断面形状を有する。 A piston according to a third aspect of the present invention is the piston according to the first or second aspect, wherein the concave portion has a cross-sectional shape that opens at a groove bottom of the ring groove and extends from the opening toward the crown surface. Have.
請求項3記載のピストンでは、リング溝における潤滑液がピストン往復動方向に移動されやすい溝底部で、冠面側に延びる方向が深さ方向とされた凹部が開口しているため、ピストン往復動方向の加速度によって潤滑液が凹部に対し進退しやすい。 In the piston according to claim 3, since the groove bottom portion in which the lubricating liquid in the ring groove is easily moved in the piston reciprocating direction and the recess extending in the depth direction toward the crown surface side is opened, The lubricating liquid tends to advance and retreat with respect to the concave portion due to the acceleration in the direction.
請求項4記載の発明に係るピストンは、請求項1〜請求項3の何れか1項記載のピストンにおいて、前記凹部は、前記リング溝の溝底部に対し前記冠面側とは反対側を向いて開口している。 The piston according to a fourth aspect of the present invention is the piston according to any one of the first to third aspects, wherein the concave portion faces the opposite side of the crown surface with respect to the groove bottom of the ring groove. Open.
請求項4記載のピストンでは、凹部が冠面側の溝壁において冠面側とは反対側(反冠面側)を向いて開口しているため、深さ方向がピストン往復動方向(加速度方向)に略一致され、ピストン往復動方向の加速度によって潤滑液が凹部に対し一層進退しやすい。 In the piston according to claim 4, since the concave portion opens in the groove wall on the crown surface side toward the side opposite to the crown surface side (the anti-coron surface side), the depth direction is the piston reciprocating direction (acceleration direction). ), And the lubricating liquid is more likely to advance and retreat with respect to the recess due to acceleration in the reciprocating direction of the piston.
請求項5記載の発明に係るピストンは、請求項1〜請求項3の何れか1項記載のピストンにおいて、前記凹部は、前記リング溝の溝底で外周側を向いて開口すると共に、該開口部から前記冠面側でかつ径方向の内向きに斜めに延びる断面形状を有する。 The piston according to a fifth aspect of the present invention is the piston according to any one of the first to third aspects, wherein the concave portion opens toward the outer peripheral side at the groove bottom of the ring groove, and the opening And a cross-sectional shape extending obliquely inward in the radial direction on the crown surface side from the portion.
請求項5記載のピストンでは、凹部が溝底において外周側を向いて開口しており、この凹部が冠面側及び内径側に斜めに延びる方向に深い構成とされることで、ピストン往復動方向の加速度によって潤滑液が凹部に対し進退する。 In the piston according to claim 5, the concave portion opens toward the outer peripheral side at the groove bottom, and the concave portion has a deep configuration extending obliquely toward the crown surface side and the inner diameter side. The lubricant advances and retreats with respect to the concave portion due to the acceleration.
請求項6記載の発明に係るピストンリングは、請求項5記載のピストンに装着されるピストンリングであって、前記凹部に対向するように内周面で開口されると共に前記冠面側でかつ径方向の外向きに斜めに延びる凹部を備えている。 A piston ring according to a sixth aspect of the present invention is a piston ring mounted on the piston according to the fifth aspect, wherein the piston ring is opened on the inner peripheral surface so as to face the concave portion, and is on the crown surface side and has a diameter. A recess extending obliquely outward in the direction is provided.
請求項6記載のピストンリングでは、ピストンの往復動に伴う加速度(慣性)によってその凹部に対し潤滑液が進退する。このため、例えば請求項5記載のピストンの凹部による潤滑液の保持能力が劣る場合でも、該ピストンの凹部とで十分な量の潤滑液を一時的に溜めることが可能となる。 In the piston ring according to the sixth aspect, the lubricating liquid advances and retreats with respect to the concave portion by the acceleration (inertia) accompanying the reciprocating motion of the piston. For this reason, for example, even when the holding capacity of the lubricating liquid by the concave portion of the piston according to claim 5 is inferior, a sufficient amount of lubricating liquid can be temporarily stored with the concave portion of the piston.
このように、請求項6記載のピストンリングでは、簡単な構造で潤滑液がリング溝から冠面側に排出されることを抑制することができる。 Thus, in the piston ring according to the sixth aspect, the lubricating liquid can be prevented from being discharged from the ring groove toward the crown surface with a simple structure.
請求項7記載の発明に係るピストンリングは、ピストンのリング溝に対向するように内周面で開口されると共に、前記ピストンの冠面側でかつ径方向の外向きに斜めに延びる凹部を備えている。 A piston ring according to a seventh aspect of the present invention is provided with a recess that is opened on the inner peripheral surface so as to face the ring groove of the piston and that extends obliquely outward in the radial direction on the crown surface side of the piston. ing.
請求項7記載のピストンリングでは、ピストンの往復動に伴う加速度(慣性)によって該ピストンのリング溝内の潤滑液に対して冠面側への加速度が作用する場合、その凹部内に潤滑液が入り込む。すなわち、本ピストンリングでは、潤滑液を冠面側に移動させる方向の加速度が作用する場合に、その凹部に潤滑液が一時的に溜められ(保持され)、潤滑液がピストンにおける冠面側(高圧側)に排出されることが効果的に抑制される。 In the piston ring according to claim 7, when the acceleration toward the crown surface acts on the lubricating liquid in the ring groove of the piston due to the acceleration (inertia) accompanying the reciprocating motion of the piston, the lubricating liquid is placed in the recess. Get in. That is, in this piston ring, when an acceleration in the direction of moving the lubricating liquid toward the crown surface acts, the lubricating liquid is temporarily stored (held) in the concave portion, and the lubricating liquid is stored on the crown surface side of the piston ( Emission to the high pressure side is effectively suppressed.
このように、請求項7記載のピストンリングでは、簡単な構造で潤滑液がリング溝から冠面側に排出されることを抑制することができる。 Thus, in the piston ring according to the seventh aspect, the lubricating liquid can be prevented from being discharged from the ring groove toward the crown surface with a simple structure.
請求項8記載の発明に係る往復動装置は、シリンダと、前記シリンダ内に往復動可能に設けられた請求項1〜請求項5の何れか1項記載のピストンと、前記ピストンのリング溝に装着され、前記シリンダとピストンとの間を潤滑状態でシールするピストンリングと、を備えている。 The reciprocating device according to the invention described in claim 8 is provided in a cylinder, in the piston according to any one of claims 1 to 5 provided in the cylinder so as to be capable of reciprocating, and in the ring groove of the piston. And a piston ring that seals between the cylinder and the piston in a lubricated state.
請求項8記載の往復動可能では、シリンダ内周面とピストン外周面との間がピストンリングによって潤滑状態でシールされる。シリンダに対するピストンの往復動によって潤滑液にピストン冠面側に向かう加速度が作用した場合であって、ピストンリングが潤滑液の動きに追従しない場合は、リング溝における冠面側の溝壁とピストンリングとの間に隙間が形成される。ここで、本往復動装置では、ピストンに凹部が形成されているので、ピストン冠面側に向かう加速度が作用した潤滑液は凹部内に一時的に保持され、リング溝における冠面側の溝壁とピストンリングと隙間から冠面側に排出されることが効果的に抑制される。 In the reciprocating motion according to the eighth aspect, the space between the cylinder inner peripheral surface and the piston outer peripheral surface is sealed in a lubricated state by the piston ring. When acceleration toward the piston crown surface is applied to the lubricant due to the reciprocating motion of the piston with respect to the cylinder, and the piston ring does not follow the movement of the lubricant, the groove wall on the crown surface side in the ring groove and the piston ring A gap is formed between the two. Here, in this reciprocating device, since the concave portion is formed in the piston, the lubricating liquid on which the acceleration toward the piston crown surface side is temporarily held in the concave portion, and the groove wall on the crown surface side in the ring groove And the piston ring and the gap are effectively prevented from being discharged from the gap.
このように、請求項8記載の往復動装置では、上記のピストンを備え、潤滑液の消費量を低減することができる。本発明における往復動装置としては、例えば内燃機関や外燃機関、往復動圧縮機等を例示することができる。 Thus, in the reciprocating device according to the eighth aspect, the piston is provided, and the consumption amount of the lubricating liquid can be reduced. Examples of the reciprocating device in the present invention include an internal combustion engine, an external combustion engine, and a reciprocating compressor.
請求項9記載の発明に係る往復動装置は、シリンダと、前記シリンダ内に往復動可能に設けられた請求項5記載のピストンと、前記ピストンのリング溝に装着され、前記シリンダとピストンとの間を潤滑状態でシールする請求項6又は請求項7記載のピストンリングと、を備えている。 A reciprocating device according to a ninth aspect of the present invention is a cylinder, a piston according to the fifth aspect of the present invention provided in a reciprocable manner in the cylinder, and a ring groove of the piston. The piston ring according to claim 6 or 7, wherein the gap is sealed in a lubricated state.
請求項9記載の往復動可能では、シリンダ内周面とピストン外周面との間がピストンリングによって潤滑状態でシールされる。シリンダに対するピストンの往復動によって潤滑液にピストン冠面側に向かう加速度が作用した場合であって、ピストンリングが潤滑液の動きに追従しない場合は、リング溝における冠面側の溝壁とピストンリングとの間に隙間が形成される。ここで、本往復動装置では、ピストンのリング溝、ピストンリングの内周面のそれぞれに凹部が形成されているので、ピストン冠面側に向かう加速度が作用した潤滑液はこれらの凹部内に一時的に保持され、リング溝における冠面側の溝壁とピストンリングと隙間から冠面側に排出されることが効果的に抑制される。 In the reciprocating motion according to the ninth aspect, the space between the cylinder inner peripheral surface and the piston outer peripheral surface is sealed in a lubricated state by the piston ring. When acceleration toward the piston crown surface is applied to the lubricant due to the reciprocating motion of the piston with respect to the cylinder, and the piston ring does not follow the movement of the lubricant, the groove wall on the crown surface side in the ring groove and the piston ring A gap is formed between the two. Here, in this reciprocating device, since the recess is formed in each of the ring groove of the piston and the inner peripheral surface of the piston ring, the lubricating liquid acted by the acceleration toward the piston crown side temporarily enters into these recesses. And is effectively prevented from being discharged to the crown surface side through the gap between the groove surface and the piston ring on the crown surface side in the ring groove.
このように、請求項9記載の往復動装置では、上記のピストン及びピストンリングを備え、潤滑液の消費量を低減することができる。本発明における往復動装置としては、例えば内燃機関や外燃機関、往復動圧縮機等を例示することができる。 Thus, in the reciprocating device according to the ninth aspect, the piston and the piston ring are provided, and the consumption amount of the lubricating liquid can be reduced. Examples of the reciprocating device in the present invention include an internal combustion engine, an external combustion engine, and a reciprocating compressor.
以上説明したように本発明に係るピストン及びピストンリングは、それぞれ簡単な構造で潤滑液がリング溝から冠面側に排出されることを抑制することができるという優れた効果を有する。 As described above, the piston and the piston ring according to the present invention have an excellent effect that the lubricating liquid can be suppressed from being discharged from the ring groove to the crown surface side with a simple structure.
また、本発明に係る往復動装置は、上記のピストン及びピストンリングの少なくとも一方を備え、潤滑液の消費量を低減することができるという優れた効果を有する。 In addition, the reciprocating device according to the present invention includes at least one of the piston and the piston ring, and has an excellent effect that the consumption amount of the lubricating liquid can be reduced.
本発明の第1の実施形態に係るピストン10及び往復動装置としての内燃機関であるエンジン11について、図1〜図5に基づいて説明する。先ず、エンジン11の概略全体構成を説明し、次いで、ピストン10について説明することとする。
An engine 11 which is an internal combustion engine as a
(エンジンの概略全体構成)
図3には、エンジン11におけるクランクシャフト12の軸線との直交面に沿った断面図が示されている。この図に示される如く、エンジン11は、シリンダブロック14と、シリンダブロック14の下部に接合されたオイルパン16と、シリンダブロック14の上部に接合されたシリンダヘッド18と、シリンダヘッド18の上部に接合されたシリンダヘッドカバー20とを備えている。
(Schematic overall configuration of the engine)
FIG. 3 shows a cross-sectional view along a plane orthogonal to the axis of the
このシリンダブロック14の下部とオイルパン16とは、内部にクランクシャフト12が収容されるクランク室22が形成されたクランクケース24を構成している。エンジン11のクランクシャフト12には、コネクティングロッド26を介して、シリンダブロック14のシリンダ28内に該シリンダ28の軸方向に変位可能に配置されたピストン10が連結されている。
The lower part of the
このピストン10と、シリンダブロック14のシリンダ28と、シリンダヘッド18とで燃料が燃焼される燃焼室Cが形成されている。また、シリンダブロック14におけるシリンダ28の側部には、エンジン冷却水を流通させるための冷却水路14Aが形成されている。
The
シリンダブロック14のシリンダ28の内面とピストン10との間は、ピストンリング30、32、33にてシールされている。この実施形態では、ピストンリング30がコンプレッションリングのトップリング、ピストンリング32がコンプレッションリングのセカンドリング、ピストンリング33がオイルコントロールリング(オイルリングともいう)とされている。
The inner surface of the cylinder 28 of the
シリンダヘッド18には、シリンダ28にガソリンと空気との混合気を導入するための吸気ポート34、シリンダ28から燃焼排ガス(排気ガス)を排出するための排気ポート36が設けられている。吸気ポート34は、シリンダ28との連通部分において吸気バルブ38にて開閉されるようになっている。吸気バルブ38は、シリンダヘッド18とシリンダヘッドカバー20とで形成するシリンダヘッド室40に突出されたバルブステム38Aを介して、動弁系42の吸気カム44にて駆動されるようになっている。
The
同様に、排気ポート36は、シリンダ28との連通部分において排気バルブ46にて開閉されるようになっている。排気バルブ46は、シリンダヘッド室40に突出されたバルブステム46Aを介して、動弁系42の排気カム48にて駆動されるようになっている。吸気カム44、排気カム48は、それぞれ図示しないタイミングスプロケット、タイミングチェーン等を介して伝達されるクランクシャフト12の駆動力にて同期して回転されるようになっている。
Similarly, the
そして、このエンジン11では、オイルパン16内の潤滑液としての潤滑油Lが図示しないオイルポンプによってクランクシャフト12、ピストン10、コネクティングロッド26、動弁系42に供給されて、各摺動部分が潤滑されるようになっている。各摺動部分(被潤滑部)の潤滑に供された潤滑油は、重力等によってオイルパン16に戻されるようになっている。
In this engine 11, the lubricating oil L as the lubricating liquid in the
この実施形態では、エンジン11は、シリンダブロック14に複数のシリンダ28が形成された列型エンジンとされている。
In this embodiment, the engine 11 is a row type engine in which a plurality of cylinders 28 are formed in a
(ピストンの構成)
図1には、ピストン10に要部が模式的な断面図にて示されている。この図に示される如く、ピストン10は、冠面10Aを底とする略有底円筒状を成しており、円筒部10Bには、3つのリング溝50が全周に亘る環状に形成されている。最も冠面10A側に配置されたリング溝50は、上記の通りコンプレッションリングのトップリングであるピストンリング30が装着されるようになっている。冠面10Aから最も離間して配置されたリング溝50は、オイルリングであるピストンリング33が装着されるようになっている。そして、これらの中間に配置されたリング溝50は、コンプレッションリングのセカンドリングであるピストンリング32が装着されるようになっている。
(Piston configuration)
In FIG. 1, the main part of the
そして、ピストン10には、各リング溝50に連通する凹部としての液溜り溝である油溜り溝52が形成されている。油溜り溝52は、対応するリング溝50の溝底50A側における溝幅方向中央部よりも冠面10A側で開口しており、該開口部から冠面10A側に延びる(冠面10A側を溝底とする)断面形状を有する。このような油溜り溝52としては、図2(A)〜図2(E)に例示する如き形状を採用することができる。以下、これらについて補足する。
The
図2(A)に示す油溜り溝52Aは、リング溝50の溝底50Aと冠面10A側の溝壁50Bとの角隅部近傍に形成され、溝壁50Bに対向する溝壁50Cを向けて開口されている。すなわち、油溜り溝52Aは、周方向直角断面視において溝壁50Bにおいて溝壁50Cに向けて開口され、この開口部からピストン10の軸線方向に略沿って冠面10A側に延びている(軸線方向が深さ方向に略一致されている)。油溜り溝52Aの溝底は丸められている。
The
図2(B)に示す油溜り溝52Bは、溝底が平坦であることを除き、上記した油溜り溝52Aと同様に構成されている。図2(C)に示す油溜り溝52Cは、配置や開口方向、深さ方向について上記した油溜り溝52A、52Bと共通し、周方向直角断面視で溝底に向けて溝幅が狭くなる楔形(三角形状)を成す点でこれらとは異なる。油溜り溝52Cは、内周側の溝壁が溝底50Aに沿う円筒面とされ、外周側の溝壁が円錐面とされている。
The
図2(D)に示す油溜り溝52Dは、主に溝底50Aにおいて外周側(径方向外側)を向いて開口しており、該開口部から冠面10A側でかつ径方向内側に向けて斜めに延びている(該斜め方向に深い構成とされている)。この例では、油溜り溝52Dの溝底は、溝壁50Bよりも冠面10A側に位置している。油溜り溝52Dの溝底は、油溜り溝52A〜52Cの如き各種形状を採用することができる。また、この例では、油溜り溝52Dは、一部溝壁50Bにも跨って開口しているが、溝底50A(における冠面10A側の部分を含む部分)のみで開口するようにしても良い。さらに、この例では、溝底50Aにおける反冠面10A側の一部は、図2(A)〜図2(C)の例と同様の円筒面として残されている。
The
図2(E)に示す油溜り溝52Eは、溝深さ方向が上記した油溜り溝52Dの溝深さ方向に略一致し、溝底50A(における冠面10A側の部分を含む部分)のみで開口すると共に、ピストン10の軸線方向における溝底の位置が溝壁50Bと同等程度とされている点で油溜り溝52Dとは異なる。また、この例では、溝底50Aにおける反冠面10A側の一部は、図2(A)〜図2(D)の例と同様の円筒面として残されている。
In the
図1では、油溜り溝52として油溜り溝52Aが図示されているが、上記した油溜り溝52A〜52Eを適宜適用し得る。また、3つのリング溝50の一部に他とは異なる油溜り溝52を適用しても良く、リング溝50毎に異なる油溜り溝52を適用しても良い。
In FIG. 1, the
ピストン10の各リング溝50は、それぞれの溝幅(軸線方向に沿った開口幅)が、装着されるピストンリング30、32、33の厚みに対し若干大とされている。これにより、リング溝50の溝壁50B又は溝壁50Cとピストンリング30、32、33との摺動摩擦が低減され、該ピストンリング30、32、33のシリンダ28内面(ボア)への追従性が確保されている。一方、ピストンリング30、32、33は、リング溝50内でピストン10に対し軸線方向への相対変位が許容される。
Each
なお、ピストン10では、その円筒部10Bにおけるリング溝50に対し冠面10A側の外周面がランド部10Cとされる。例えば、ピストンリング30が装着されるリング溝50に対し冠面10A側のランド部10Cはトップランド、ピストンリング32が装着されるリング溝50とピストンリング30が装着されるリング溝50との間のランド部10Cはセカンドランド、ピストンリング33が装着されるリング溝50とピストンリング32が装着されるリング溝50との間のランド部10Cはサードランド等と称される。
In the
次に、第1の実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
上記構成のピストン10を備えたエンジン11では、例えばシリンダ28内で吸入行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がこの順で繰り返されることで、ピストン10の往復直線運動がクランクシャフト12の回転運動に変換され、動力が発生する。また、クランクシャフト12の回転によって吸気カム44、排気カム48が回転駆動され、吸気バルブ38、排気バルブ46が駆動されて上記吸入行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が維持される。
In the engine 11 including the
この際、ピストン10の対応するリング溝50に装着されたピストンリング30、32、33は、潤滑油Lによる潤滑条件下でシリンダ28内面と摺動しつつ、該ピストン10とシリンダ28内面との間をシールする。
At this time, the piston rings 30, 32, 33 mounted in the
このようなエンジン11の運転中には、ピストン10には図5(A)に示される如く加速度が作用する。このピストン10のリング溝50内の潤滑油Lは、ピストン10に作用する加速度(慣性力)が上向きである(図5(A)では加速度が+側に0を超える)場合に、上向きの慣性力が作用し、該慣性力によってリング溝50における冠面10A側の溝壁50B側に移動する。一方、ピストンリング30、32、34は、ピストン10に作用する加速度の他に、シリンダ28との摩擦力、周囲気体の圧力差等の影響を受け、図5(B)〜図5(D)に示される如く上下位置が変化する。なお、図5(B)〜図5(D)におけるリング位置上は、ピストンリング30、32、33が溝壁50B(冠面10A)側に偏倚している状態、リング位置下は、ピストンリング30、32、33が溝壁50C(反冠面10A)側に偏倚している状態を示している。
During the operation of the engine 11, acceleration acts on the
この図5(A)〜図5(D)から、潤滑油Lが50内で冠面10A側に慣性力を受ける際に、ピストンリング30、32、33が溝壁50C側に偏倚しているタイミングが(存在することがわかる(図5(B)〜図5(D)で想像線にて囲む範囲を参照)。
From FIG. 5 (A) to FIG. 5 (D), when the lubricating oil L receives the inertial force on the crown surface 10A side in 50, the piston rings 30, 32, 33 are biased toward the
ここで、ピストン10では、リング溝50に連通する油溜り溝52が設けられているので、冠面10A側への慣性力を受けた潤滑油Lは、油溜り溝52に入り込んで該油溜り溝52内に一時的に溜められる(保持又は捕集される)。これにより、ピストン10が適用されたエンジン11では、潤滑油Lが燃焼室C側に移動することが抑制される。
Here, since the
例えば、図4(B)に示される如く、油溜り溝52を有しない比較例に係るピストン100では、潤滑油Lが50内で冠面10A側に慣性力を受ける一方、ピストンリング30、32、33が溝壁50C側に偏倚するタイミングにおいて、潤滑油Lは、溝壁50Bとピストンリング30、32、33の隙Gを通じてリング溝50から抜け出す。このようにリング溝50から抜け出た潤滑油Lは、反冠面10A側がピストンリング30、32、33にてシールされていることから、抜け出たリング溝50に対し冠面10A側に位置するランド部10C(図1参照)へと抜けてしまう。
For example, as shown in FIG. 4B, in the
これに対して、ピストン10では、図4(A)に示される如く、リング溝50内で冠面10Aに向かう慣性力を受けた潤滑油Lの少なくとも一部は、油溜り溝52内で一時的に保持される。このため、潤滑油Lが溝壁50Bとピストンリング30、32、33の隙Gを通じてリング溝50から抜け出すことが防止又は効果的に抑制される。
On the other hand, in the
したがって、ピストン10では、リング溝50内の潤滑油Lが冠面10Aに向かう慣性力を受け、かつ溝壁50Bとピストンリング30、32、33の隙Gが形成される(ピストンリング30、32、33が潤滑油Lの径方向外向側への押し出しをシールし得ない)タイミングが生じても、該タイミングに潤滑油Lがリング溝50からランド部10C側に抜け出ることが防止又は効果的に抑制される。
Therefore, in the
しかも、ピストン10では、単にリング溝50に連通する油溜り溝52を形成する簡単な構造で、ランド部10Cへの潤滑油Lの抜けを防止又は抑制する上記の効果を得ることができる。このように、第1の実施形態に係るピストン10では、簡単な構造で潤滑油Lがリング溝50から冠面10A側のランド部10Cに排出されることを抑制することができる。
Moreover, in the
このため、ピストン10が適用されたエンジン11では、ランド部10Cに抜け出た潤滑油Lが燃焼室Cに至り、該燃焼室Cにて消費(燃焼)されてしまうことが防止又は効果的に抑制される。
For this reason, in the engine 11 to which the
特に、ピストン10では、油溜り溝52が全周に亘る環状を成すため、断面の小さい油溜り溝52で十分な量の潤滑油Lを一時的に溜めることができる。また、ピストン10では、例えば周方向に断続的に油溜り溝52を形成する構成と比較して、該油溜り溝52の加工が容易である。
In particular, in the
さらに、ピストン10では、油溜り溝52の溝底が開口部に対し冠面10A側に位置するため、換言すれば、開口部から冠面10A側に向かう方向が油溜り溝52の深さ方向であるため、軸線方向に作用する慣性力によって潤滑油Lが油溜り溝52に対し進退しやすい。特に、図2(A)〜図2(C)に示される如く溝壁50Cを向いて開口すると共に軸線方向に沿って延びる(軸線方向が深さ方向とされる)油溜り溝52を有するピストン10では、潤滑油Lが油溜り溝52に対し一層進退しやすい。
Furthermore, in the
また、ピストン10では、リング溝50の溝底50Aの全部(油溜り溝52A〜52Cを採用した場合)又は反冠面10A側の一部(油溜り溝52D、52Eを採用した場合)が、油溜り溝52を設けない場合と同様の円筒面とされているため、ピストンリング30、32、34の組付け性が確保される。すなわち、ピストン10では、油溜り溝52を形成することによってリング溝50が全体として深くされる(縮径される)ことがないので、ピストンリング30、32、34の組付け性を犠牲にすることなく、ランド部10Cへの潤滑油Lの排出を抑制することができる。
Further, in the
一方、ピストン10では、潤滑油Lに反冠面10A側への慣性力が作用した場合には、潤滑油Lは油溜り溝52から抜け出し、ピストンリング30、32、33とリング溝50、シリンダ28との潤滑に供され、又はオイルパン16に戻される。
On the other hand, in the
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態について図6、図7に基づいて説明する。なお、上記第1の実施形態と基本的に同一の部品・部分には、上記第1の実施形態と同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。図6には、第2の実施形態に係るピストンリング60、62がピストン10に装着されて構成されたエンジン64が図1に対応する要部拡大断面図にて示されている。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that components / portions that are basically the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof is omitted, and illustration may be omitted. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part corresponding to FIG. 1, showing an
この図に示される如く、エンジン64を構成するピストン10は、コンプレッションリングであるトップリングとしてのピストンリング60、セカンドリングとしてピストンリング62が装着されるリング溝50には油溜り溝52Eが形成されている。そして、このエンジン64を構成するピストンリング60、62は、溝底50Aに対向する内周面60A、62Aに凹部としての液溜り溝である液溜り溝66が形成されている。
As shown in this figure, the
液溜り溝66は、内周面60A、62Aにおける厚み方向の略中央部で開口され、該開口部から冠面10A側及び径方向外側に向けて斜めに延びている(この奈奈へ方向が深さ方向とされている)。この実施形態では、液溜り溝66は、ピストンリング60、62がリング溝50に装着された状態で、該リング溝50の溝底50Aで開口する油溜り溝52の少なくとも一部と対向する要に配置される構成である。
The
また、ピストンリング60、62の内周面60A、62Aは、少なくとも反冠面10A側の一部が円筒面となる(液溜り溝66が設けられない)範囲とされている。この液溜り溝66は、ピストンリング60、62における図示しない合口(周方向端部)を除く略全周に亘って形成されている。
Further, the inner peripheral surfaces 60A, 62A of the piston rings 60, 62 are in a range where at least a part of the anti-crown surface 10A side is a cylindrical surface (the
また、エンジン64では、液溜り溝66を形成し得ないオイルリングであるピストンリング33が装着されるリング溝50については、油溜り溝52A〜52Dの何れか(図6の例では油溜り溝52D)が形成されている。エンジン64の他の構成は、基本的にエンジン11の対応する構成と同じである。
Further, in the
したがって、第2の実施形態に係るエンジン64によっても、基本的に第1の実施形態に係るエンジン11と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、油溜り溝52Eは、油溜り溝52A〜52Dと比較して潤滑油Lの捕集能力(一時的な保持可能量)が低いが、液溜り溝66を有するピストンリング60、62を組み合わせることで、全体として十分な捕集能力を得ることができる。すなわち、エンジン64では、リング溝50に油溜り溝52A〜52Dの何れかが形成されたエンジン11と同等の潤滑油Lのランド部10Cへの排出抑制効果、及びこれに基づく潤滑油Lの消費量低減効果を得ることができる。
Therefore, the
油溜り溝52E、66への潤滑油Lの捕集について補足すると、図7に示される如く、慣性力によって冠面10A側に向かう潤滑油Lは、ぬれ性によって油溜り溝52E、66のみぞ壁面に沿って該油溜り溝52E、66内に入り込む(導入される)。
Supplementing the collection of the lubricating oil L in the
なお、上記した第2の実施形態では、液溜り溝66を有するピストンリング60、62が、油溜り溝52Eを有するピストン10と組み合わされた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ピストンリング60、62が油溜り溝52A〜52Dの何れかを有するピストン10と組み合わされた構成としても良く、ピストンリング60、62が油溜り溝52を有しないピストンと組み合わされた構成としても良い。すなわち、第2の実施形態に係るピストンリング60、62は、ピストン側の油溜り溝52に頼ることなく独立して潤滑油Lの捕集効果(ランド部10Cへの潤滑油Lの排出抑制効果)を奏し得る。
In the second embodiment described above, the piston rings 60 and 62 having the
また、上記した各実施形態では、各リング溝50に油溜り溝52が形成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、3つのピストンリング30の一部にのみ油溜り溝52が形成された構成としても良い。したがって例えば、相対的に油量の多いピストンリング33用のリング溝50、及びピストンリング32又はピストンリング62用のリング溝50にのみ油溜り溝52を形成し、トップリングであるピストンリング30又はピストンリング60用のリング溝50には油溜り溝52を形成しない構成とすることができる。
Further, in each of the above-described embodiments, an example in which the
さらに、上記した各実施形態では、油溜り溝52、66が周方向に連続的に形成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、油溜り溝52、66が周方向に断続的に形成された構成としても良い。
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the example in which the
さらに、上記した各実施形態では、ピストン10が内燃機関であるエンジン11に適用され、またピストン10及びピストンリング60、62が内燃機関であるエンジン64に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、外燃機関や往復動(レシプロ)圧縮機等にピストン10、ピストンリング60、62の少なくとも1つを適用しても良い。
Further, in each of the above-described embodiments, the
10 ピストン
10A 冠面
11 エンジン(往復動装置)
30・32・33 ピストンリング
50 リング溝
50A 溝底
50B 溝壁
50C 溝壁
52、52A〜52E 油溜り溝(凹部)
60・62 ピストンリング
64 エンジン(往復動装置)
66 油溜り溝(凹部)
10 piston 10A crown 11 engine (reciprocating device)
30, 32, 33
60/62
66 Oil sump groove (concave)
Claims (9)
前記リング溝における冠面側部分で、潤滑液の出入り可能に開口された凹部と、
が形成されているピストン。 A ring groove that opens to the outer peripheral side for mounting the piston ring;
In the crown surface side portion in the ring groove, a recess that is opened so that the lubricant can enter and exit,
The piston is formed.
前記シリンダ内に往復動可能に設けられた請求項1〜請求項5の何れか1項記載のピストンと、
前記ピストンのリング溝に装着され、前記シリンダとピストンとの間を潤滑状態でシールするピストンリングと、
を備えた往復動装置。 A cylinder,
The piston according to any one of claims 1 to 5, provided in the cylinder so as to be capable of reciprocating,
A piston ring mounted in a ring groove of the piston and sealingly seals between the cylinder and the piston;
A reciprocating device comprising:
前記シリンダ内に往復動可能に設けられた請求項5記載のピストンと、
前記ピストンのリング溝に装着され、前記シリンダとピストンとの間を潤滑状態でシールする請求項6又は請求項7記載のピストンリングと、
を備えた往復動装置。 A cylinder,
The piston according to claim 5, which is provided in the cylinder so as to be reciprocally movable;
The piston ring according to claim 6 or 7, wherein the piston ring is mounted in a ring groove of the piston and seals between the cylinder and the piston in a lubricated state.
A reciprocating device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009076764A JP2010229858A (en) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | Piston, piston ring, and reciprocating device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115306578A (en) * | 2022-08-17 | 2022-11-08 | 马勒汽车技术(中国)有限公司 | Elliptical ring groove piston and engine |
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2009
- 2009-03-26 JP JP2009076764A patent/JP2010229858A/en active Pending
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