JP2015086757A - Piston device for internal combustion engine - Google Patents

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友博 山崎
Tomohiro Yamazaki
友博 山崎
金子 智洋
Tomohiro Kaneko
智洋 金子
崇士 鈴木
Takashi Suzuki
崇士 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remove deposits attached on a top land part of a piston of an internal combustion engine.SOLUTION: A piston device includes a piston 12 inserted into a cylinder of the internal combustion engine in a reciprocative manner, and having a top ring groove 14 formed in a land part, and a top ring 17 fitted into the top ring groove 14 in a vertically movable manner. In an outer periphery region on the upper wall face of the top ring, a protruded part 30 is provided. The height of the protruded part 30 is set to be such a height that the upper end of the protruded part does not go beyond an upper end 20A of a top land part 20 when the top ring is moved upward in the top ring groove.

Description

本発明は、ピストンリングを備える内燃機関のピストン装置に関する。   The present invention relates to a piston device for an internal combustion engine including a piston ring.

特許文献1に、内燃機関のピストン装置が開示されている。このピストン装置には、ピストンリングに加えて、ピストンランド部に断面が略くの字の山型リングが設けられている。この山型リングによって、山型リングよりも下方(下死点に向かう方向)のピストンランド部にデポジットが付着または堆積することを防止している。   Patent Document 1 discloses a piston device for an internal combustion engine. In addition to the piston ring, this piston device is provided with a mountain-shaped ring having a substantially cross-sectional shape in the piston land portion. This mountain-shaped ring prevents deposits from adhering or accumulating on the piston land part below (in the direction toward the bottom dead center) the mountain-shaped ring.

特開2006−112360号公報JP 2006-112360 A 特開2007−040470号公報JP 2007-040470 A 特開2013−530340号公報JP 2013-530340 A

しかしながら、特許文献1に記載のピストン装置においては、山型リングよりも上方(上死点に向かう方向)のピストンランド部(すなわち、トップランド部)に付着したデポジットを除去することができず、その結果として、オイル消費の増加を惹き起こす虞がある。なぜなら、ピストンランド部に付着したデポジットが、シリンダライナ表面に存在する油膜を掻き上げるからである。   However, in the piston device described in Patent Document 1, deposits attached to the piston land portion (that is, the top land portion) above the mountain ring (in the direction toward the top dead center) cannot be removed. As a result, there is a risk of causing an increase in oil consumption. This is because deposits adhering to the piston land portion scrape up the oil film present on the cylinder liner surface.

そこで、本発明の目的は、ピストンのトップランド部に付着するデポジットを除去し、本ピストン装置が適用される内燃機関のオイル消費を低減せしめることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to remove deposits adhering to the top land portion of the piston and reduce the oil consumption of the internal combustion engine to which the piston device is applied.

本発明は、内燃機関のシリンダ内に往復動可能に挿入されるとともに、ランド部にトップリング溝が形成されたピストンと、前記トップリング溝に上下方向に移動可能に嵌装されたトップリングと、を含むピストン装置に関する。そして、前記トップリングは、前記トップリングの上壁面であってトップランド部と前記シリンダ壁面との間の空隙に露呈している領域に凸部を有し、且つ、前記凸部の高さは、前記トップリングが前記トップリング溝内において移動可能な範囲内の最上部に到達した場合であっても当該凸部の上端が前記トップランド部の上端を越えない高さに設定されている。なお、上下方向とは、シリンダ中心軸線に平行な方向である。上壁面とは、上方を向いた壁面である。上端とは、上方の端部である。   The present invention includes a piston in which a top ring groove is formed in a land portion so as to be reciprocally movable in a cylinder of an internal combustion engine, and a top ring that is fitted in the top ring groove so as to be vertically movable. , Including a piston device. And the top ring has a convex part in a region exposed on the gap between the top land part and the cylinder wall surface on the upper wall surface of the top ring, and the height of the convex part is Even when the top ring reaches the uppermost portion within the movable range in the top ring groove, the upper end of the convex portion is set to a height that does not exceed the upper end of the top land portion. Note that the vertical direction is a direction parallel to the cylinder center axis. The upper wall surface is a wall surface facing upward. The upper end is the upper end.

本発明によれば、機関運転中にトップリングがトップリング溝内で上方に移動したときに、トップランド部に付着したデポジットがトップリングの上壁面に形成された凸部によって上方に掻き出されて除去される。このため、内燃機関のオイル消費が低減される。   According to the present invention, when the top ring moves upward in the top ring groove during engine operation, the deposit adhered to the top land portion is scraped upward by the convex portion formed on the upper wall surface of the top ring. Removed. For this reason, the oil consumption of the internal combustion engine is reduced.

さらに、本発明において、凸部の高さは、トップリングがトップリング溝内において上方に移動したときに当該凸部の上端がトップランド部の上端を越えない高さに設定されている。このため、凸部が上方に移動したときに、凸部の上端が燃焼室に侵入せず、あるいはシリンダヘッドと干渉しない。   Furthermore, in the present invention, the height of the convex portion is set to a height at which the upper end of the convex portion does not exceed the upper end of the top land portion when the top ring moves upward in the top ring groove. For this reason, when the convex part moves upward, the upper end of the convex part does not enter the combustion chamber or interfere with the cylinder head.

図1は、本発明の実施形態に係るピストン装置の部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a piston device according to an embodiment of the present invention. 図2(A)は、本発明の実施形態に係るピストン装置のトップリングの斜視図であり、図2(B)は、トップリングの側面図である。FIG. 2A is a perspective view of the top ring of the piston device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a side view of the top ring. 図3は、本発明の実施形態に係るピストン装置の部分断面拡大図である。FIG. 3 is an enlarged partial cross-sectional view of the piston device according to the embodiment of the present invention. 図4(A)は、排気行程におけるトップリングの動きを示した図であり、図4(B)は、吸気行程におけるトップリングの動きを示した図である。FIG. 4A is a view showing the movement of the top ring in the exhaust stroke, and FIG. 4B is a view showing the movement of the top ring in the intake stroke. 図5は、摩耗時のトップリングを示した図である。FIG. 5 is a view showing the top ring during wear.

<第1実施形態>
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1に、本発明のピストン装置のピストンの中心軸線を含む平面で切った部分断面図が示されている。図1において、矢印Aは、上死点に向かう方向(以下「上方」と称呼する)を示し、矢印Bは、下死点に向かう方向(以下「下方」と称呼する)を示している。なお、本発明に係るピストン装置は、内燃機関のピストン装置である。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional view taken along a plane including the central axis of the piston of the piston device of the present invention. In FIG. 1, an arrow A indicates a direction toward the top dead center (hereinafter referred to as “upward”), and an arrow B indicates a direction toward the bottom dead center (hereinafter referred to as “downward”). The piston device according to the present invention is a piston device of an internal combustion engine.

<ピストン装置の構成>
本実施形態のピストン装置は、概して、ピストン12と、トップリング17と、セカンドリング18と、オイルリング19と、を有する。
<Configuration of piston device>
The piston device of this embodiment generally includes a piston 12, a top ring 17, a second ring 18, and an oil ring 19.

<ピストンの構成>
ピストン12は、略円柱状の部材である。ピストン12のランド部(すなわち、外周部)には、トップリング溝14と、セカンドリング溝15と、オイルリング溝16とが形成されている。これら3つの溝14、15および16は、それぞれ、ピストン12の中心軸線(図示せず)を中心軸線とする円環状の溝である。トップリング溝14は、ピストン頂面13の最も近くに位置し、この溝14には、トップリング17が上下方向に移動可能に嵌装される。トップリング17は、円環状の部材である。セカンドリング溝15は、トップリング溝14の下方に位置し、この溝15には、セカンドリング18が上下方向に移動可能に嵌装される。セカンドリング18は、円環状の部材である。オイルリング溝16は、セカンドリング溝15の下方に位置し、この溝15には、オイルリング19が上下方向に移動可能に嵌装される。オイルリング19は、円環状の部材である。
<Piston configuration>
The piston 12 is a substantially cylindrical member. A top ring groove 14, a second ring groove 15, and an oil ring groove 16 are formed in the land portion (that is, the outer peripheral portion) of the piston 12. Each of these three grooves 14, 15 and 16 is an annular groove having a central axis (not shown) of the piston 12 as a central axis. The top ring groove 14 is positioned closest to the piston top surface 13, and a top ring 17 is fitted in the groove 14 so as to be movable in the vertical direction. The top ring 17 is an annular member. The second ring groove 15 is located below the top ring groove 14, and a second ring 18 is fitted into the groove 15 so as to be movable in the vertical direction. The second ring 18 is an annular member. The oil ring groove 16 is positioned below the second ring groove 15, and an oil ring 19 is fitted in the groove 15 so as to be movable in the vertical direction. The oil ring 19 is an annular member.

ピストン12は、そのランド部に、トップランド部20と、セカンドランド部21と、サードランド部22と、を有する。トップランド部20は、ピストン頂面13とトップリング溝14との間に位置する。セカンドランド部21は、トップリング溝14とセカンドリング溝15との間に位置する。サードランド部22は、セカンドリング溝15とオイルリング溝16との間に位置する。   The piston 12 has a top land portion 20, a second land portion 21, and a third land portion 22 in its land portion. The top land portion 20 is located between the piston top surface 13 and the top ring groove 14. The second land portion 21 is located between the top ring groove 14 and the second ring groove 15. The third land portion 22 is located between the second ring groove 15 and the oil ring groove 16.

ピストン12は、トップリング17、セカンドリング18、および、オイルリング19を備えた状態において、シリンダ内に往復動可能に挿入される。シリンダは、シリンダライナ10によって形成されている。したがって、シリンダライナ10の内周壁面がシリンダ壁面である。このようにピストン12がシリンダライナ10内に挿入されている場合、トップリング17と、セカンドリング18と、セカンドランド部21と、シリンダライナ10とによって、第1ガス室26が画成される。セカンドリング18と、オイルリング19と、サードランド部22と、シリンダライナ10とによって、第2ガス室27が画成される。なお、燃焼室25は、シリンダヘッド24と、シリンダライナ10と、ピストン12とによって画成される空間である。   The piston 12 is inserted into the cylinder so as to be able to reciprocate in a state where the piston 12 includes the top ring 17, the second ring 18, and the oil ring 19. The cylinder is formed by a cylinder liner 10. Therefore, the inner peripheral wall surface of the cylinder liner 10 is the cylinder wall surface. When the piston 12 is thus inserted into the cylinder liner 10, the first gas chamber 26 is defined by the top ring 17, the second ring 18, the second land portion 21, and the cylinder liner 10. A second gas chamber 27 is defined by the second ring 18, the oil ring 19, the third land portion 22, and the cylinder liner 10. The combustion chamber 25 is a space defined by the cylinder head 24, the cylinder liner 10, and the piston 12.

<凸部の構成>
凸部30は、トップリング17の上壁面上であって、トップリング17の外周領域に設けられている。次に、図2を参照して、凸部30の詳細について説明する。図2(A)は、トップリングの合い口17F周辺を示した斜視図であり、図2(B)は、トップリングの外側から内側に向かってトップリングを見たときのトップリングの合い口17F周辺を示した側面図である。
<Configuration of convex portion>
The convex portion 30 is provided on the upper wall surface of the top ring 17 and in the outer peripheral region of the top ring 17. Next, the detail of the convex part 30 is demonstrated with reference to FIG. FIG. 2A is a perspective view showing the periphery of the top ring abutment 17F, and FIG. 2B is a top ring abutment when the top ring is viewed from the outside to the inside of the top ring. It is the side view which showed 17F periphery.

トップリングの上壁面17Aは、トップリング17がトップリング溝14に嵌装された状態(以下「嵌装状態」と称呼する)において上方を向いた環状の壁面である。トップリングの下壁面17Bは、嵌装状態において下方を向いた環状の壁面である。トップリングの外周壁面17Cは、嵌装状態においてピストン径方向外方を向いた円筒面状の壁面である。トップリングの内周壁面17Dは、嵌装状態においてピストン径方向内方を向いた円筒面状の壁面である。トップリングの合い口17Fは、トップリング径方向に沿って且つトップリング中心軸線を含む平面に沿ってトップリング17の一部を切り取ることによって形成される切欠きである。トップリングの端面17Eは、合い口17Fを形成したときに形成される平坦な壁面であって、トップリング中心軸線を含む平面に沿って延在する壁面である。つまり、トップリングの端面17Eによって合い口17Fが画成されている。トップリングの外周領域17Gは、上壁面17Aの領域のうち、径方向外方に位置する環状の領域であって、嵌装状態においてトップランド部20とシリンダライナ10の壁面との間の空隙に露呈する領域である。   The top wall 17A of the top ring is an annular wall surface facing upward when the top ring 17 is fitted in the top ring groove 14 (hereinafter referred to as “fitted state”). The lower wall surface 17B of the top ring is an annular wall surface facing downward in the fitted state. The outer peripheral wall surface 17C of the top ring is a cylindrical wall surface facing outward in the piston radial direction in the fitted state. The inner peripheral wall surface 17D of the top ring is a cylindrical wall surface facing inward in the piston radial direction in the fitted state. The top ring abutment 17F is a notch formed by cutting a part of the top ring 17 along a plane including the top ring central axis along the radial direction of the top ring. The end surface 17E of the top ring is a flat wall surface formed when the abutment 17F is formed, and is a wall surface extending along a plane including the top ring central axis. That is, the abutment 17F is defined by the end surface 17E of the top ring. The outer peripheral region 17G of the top ring is an annular region located radially outward in the region of the upper wall surface 17A, and is a gap between the top land portion 20 and the wall surface of the cylinder liner 10 in the fitted state. This is the exposed area.

上述したように、凸部30は、トップリングの上壁面17Aの外周領域17Gに設けられている。そして、凸部30は、端面30Aと、上壁面30Bと、外周壁面30Cと、内周壁面30Dと、を有する。   As described above, the convex portion 30 is provided in the outer peripheral region 17G of the upper wall surface 17A of the top ring. And the convex part 30 has 30 A of end surfaces, the upper wall surface 30B, the outer peripheral wall surface 30C, and inner peripheral wall surface 30D.

凸部の端面30Aは、トップリングの上壁面17Aから上方に延びる平坦な壁面であって、トップリングの端面17Eと面一の壁面である。したがって、端面30Aは、トップリング中心軸線を含む平面上に延在する。端面30Aは、トップリング径方向に沿った長さLpとトップリング垂直方向(すなわち、トップリングの上壁面17Aを含む平面に対して垂直な方向)に沿った高さHpとからなる長方形の形状を有する。なお、これら長さLpおよび高さHpの詳細については、後述する。   The end surface 30A of the convex portion is a flat wall surface extending upward from the upper wall surface 17A of the top ring, and is a wall surface flush with the end surface 17E of the top ring. Therefore, the end face 30A extends on a plane including the top ring central axis. The end face 30A has a rectangular shape having a length Lp along the top ring radial direction and a height Hp along the top ring vertical direction (that is, a direction perpendicular to the plane including the top wall surface 17A of the top ring). Have Details of the length Lp and the height Hp will be described later.

凸部の上壁面30Bは、端面30Aの上端30Eからトップリングの上壁面17Aまで延在する平坦な壁面である。したがって、上壁面30Bは、トップリングの上壁面17Aに対して傾斜した平面である。トップリング径方向に沿った上壁面30Bの幅は、端面30Aの長さLpと等しい。   The upper wall surface 30B of the convex portion is a flat wall surface extending from the upper end 30E of the end surface 30A to the upper wall surface 17A of the top ring. Therefore, the upper wall surface 30B is a plane inclined with respect to the upper wall surface 17A of the top ring. The width of the upper wall surface 30B along the top ring radial direction is equal to the length Lp of the end surface 30A.

凸部の外周壁面30Cは、トップリング中心軸線を中心とする円筒面上に延在する部分円筒面状の壁面であって、トップリングの上壁面17Aと凸部の端面30Aと凸部の上壁面30Bとの間に延在する壁面である。したがって、外周壁面30Cは、トップリングの外周壁面17Cと面一の壁面であり、トップリングの上壁面17Aから上方に延びる壁面である。   The outer peripheral wall surface 30C of the convex portion is a partially cylindrical wall surface extending on the cylindrical surface centering on the center axis of the top ring, and the upper wall surface 17A of the top ring, the end surface 30A of the convex portion, and the upper surface of the convex portion It is a wall surface extended between the wall surfaces 30B. Therefore, the outer peripheral wall surface 30C is a wall surface flush with the outer peripheral wall surface 17C of the top ring, and is a wall surface extending upward from the upper wall surface 17A of the top ring.

凸部の内周壁面30Dは、トップリング中心軸線を中心とする円筒面上に延在する部分円筒面状の壁面であって、トップリングの上壁面17Aと凸部の端面30Aと凸部の上壁面30Bとの間に延在する壁面である。したがって、内周壁面30Dは、トップリングの上壁面17Aから上方に延びる壁面である。   The inner peripheral wall surface 30D of the convex portion is a partially cylindrical wall surface extending on the cylindrical surface centering on the top ring central axis, and the upper wall surface 17A of the top ring, the end surface 30A of the convex portion, and the convex portion The wall surface extends between the upper wall surface 30B. Therefore, the inner peripheral wall surface 30D is a wall surface extending upward from the upper wall surface 17A of the top ring.

<凸部の寸法要件>
凸部の寸法要件について、図3を参照して説明する。なお、以下の説明において、トップリング17の厚みTtとは、トップリング中心軸線に沿ったトップリングの厚みである。トップリング溝14の幅Wtとは、トップリング溝の上壁面14Aと下壁面14Bとの間の距離である。トップランド部20の高さHtとは、トップリング溝の上壁面14Aとトップランド部の上端20A(ピストン頂面13)との間の距離(すなわち、上下方向におけるトップランド部20の長さ)である。
<Dimensional requirements for protrusions>
The dimensional requirements for the convex portions will be described with reference to FIG. In the following description, the thickness Tt of the top ring 17 is the thickness of the top ring along the top ring central axis. The width Wt of the top ring groove 14 is a distance between the upper wall surface 14A and the lower wall surface 14B of the top ring groove. The height Ht of the top land portion 20 is the distance between the upper wall surface 14A of the top ring groove and the upper end 20A (piston top surface 13) of the top land portion (that is, the length of the top land portion 20 in the vertical direction). It is.

凸部30の長さLpは、機関運転中(すなわち、ピストン装置が内燃機関に適用された場合において、当該内燃機関の運転中)、ピストン12の温度が最も高くなったときのピストンクリアランスの距離Dc(すなわち、ピストン12のトップランド部20とシリンダライナ10の内周壁面との間の距離)よりも短い長さに設定されている(Lp<Dc)。   The length Lp of the convex portion 30 is the distance of the piston clearance when the temperature of the piston 12 becomes the highest during engine operation (that is, when the piston device is applied to the internal combustion engine, during operation of the internal combustion engine). The length is set to be shorter than Dc (that is, the distance between the top land portion 20 of the piston 12 and the inner peripheral wall surface of the cylinder liner 10) (Lp <Dc).

凸部30の高さHpは、当該高さHpとトップリング17の厚みTtとの合計Hp+Ttがトップリング溝14の幅Wtよりも大きくなる高さに設定されている(Hp+Tt>Wt)。凸部30の高さHpは、トップランド部20の高さHt以下の高さに設定されている(Hp≦Ht)。なお、トップリング17の厚みTtは、トップリング溝14の幅よりも短い長さに設定されている(Tt<Wt)。   The height Hp of the convex portion 30 is set such that the total Hp + Tt of the height Hp and the thickness Tt of the top ring 17 is larger than the width Wt of the top ring groove 14 (Hp + Tt> Wt). The height Hp of the convex portion 30 is set to a height equal to or lower than the height Ht of the top land portion 20 (Hp ≦ Ht). The thickness Tt of the top ring 17 is set to a length shorter than the width of the top ring groove 14 (Tt <Wt).

したがって、トップリングの下壁面17Bがトップリング溝の下壁面14Bに当接しているときに、凸部30の少なくとも上方部分がトップランド部20とシリンダライナ10の内周壁面との間に位置し、トップリングの上壁面17Aがトップリング溝の上壁面14Aに当接しているときに、凸部30の全体がトップランド部20とシリンダライナ10の内周壁面との間に位置する。   Therefore, when the lower wall surface 17B of the top ring is in contact with the lower wall surface 14B of the top ring groove, at least the upper part of the convex portion 30 is located between the top land portion 20 and the inner peripheral wall surface of the cylinder liner 10. When the top wall 17A of the top ring is in contact with the top wall 14A of the top ring groove, the entire convex portion 30 is located between the top land portion 20 and the inner peripheral wall surface of the cylinder liner 10.

<本実施形態の効果1>
本実施形態のピストン装置によれば、以下の効果が得られる。すなわち、図4(A)に示されているように、機関運転中の排気行程において、ピストン12は、上方(矢印Aの方向)にシリンダライナ10内を移動する。このとき、燃焼ガスが燃焼室25から排気ポート(図示せず)に排出されるものの、燃焼室25の容積が急激に減少するので、筒内圧(すなわち、燃焼室25内の圧力)P1は、セカンドランド圧(すなわち、第1ガス室26の圧力)P2よりも高くなる(P1>P2)。したがって、トップリング17は、トップリング溝14の下壁面14Bに押し付けられる。
<Effect 1 of this embodiment>
According to the piston device of the present embodiment, the following effects can be obtained. That is, as shown in FIG. 4A, in the exhaust stroke during engine operation, the piston 12 moves in the cylinder liner 10 upward (in the direction of arrow A). At this time, although the combustion gas is discharged from the combustion chamber 25 to the exhaust port (not shown), the volume of the combustion chamber 25 rapidly decreases, so the in-cylinder pressure (that is, the pressure in the combustion chamber 25) P1 is It becomes higher than the second land pressure (that is, the pressure of the first gas chamber 26) P2 (P1> P2). Accordingly, the top ring 17 is pressed against the lower wall surface 14 </ b> B of the top ring groove 14.

一方、図4(B)に示されているように、排気行程に続く吸気行程においては、ピストン12は、下方(矢印Bの方向)にシリンダライナ10内を移動する。このとき、吸気ポート(図示せず)を介して燃焼室25内に空気が吸入されるものの、燃焼室25の容積が急激に増大するので、筒内圧P1は、セカンドランド圧P2よりも低くなる(P1<P2)。したがって、トップリング17は、トップリング溝14の上壁面14Aに押し付けられる。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the intake stroke following the exhaust stroke, the piston 12 moves in the cylinder liner 10 downward (in the direction of arrow B). At this time, although air is sucked into the combustion chamber 25 through an intake port (not shown), the volume of the combustion chamber 25 increases rapidly, so the in-cylinder pressure P1 becomes lower than the second land pressure P2. (P1 <P2). Accordingly, the top ring 17 is pressed against the upper wall surface 14 </ b> A of the top ring groove 14.

つまり、機関行程が排気行程から吸気行程に移行するとき、トップリング17がトップリング溝14内で上方に移動する。このとき、凸部30がトップランド部20上に付着しているデポジット45の少なくとも一部45Aを上方(矢印Aの方向)に掻き出し、この掻き出されたデポジット45Aは、燃焼室25内に放出される。すなわち、トップランド部20に付着したデポジットが凸部30によって除去される。その結果、トップランド部20に付着したデポジットがシリンダライナ10上の油膜を掻き上げることがない。したがって、本実施形態によれば、内燃機関のオイル消費を低減することができるという効果が得られる。   That is, when the engine stroke is shifted from the exhaust stroke to the intake stroke, the top ring 17 moves upward in the top ring groove 14. At this time, at least a part 45 </ b> A of the deposit 45 with the convex portion 30 adhering to the top land portion 20 is scraped upward (in the direction of arrow A), and the scraped deposit 45 </ b> A is discharged into the combustion chamber 25. Is done. That is, the deposit attached to the top land portion 20 is removed by the convex portion 30. As a result, the deposit attached to the top land portion 20 does not scrape the oil film on the cylinder liner 10. Therefore, according to this embodiment, the effect that the oil consumption of an internal combustion engine can be reduced is acquired.

なお、本実施形態においては、トップリング17に設けられた凸部30によってデポジットが除去されるので、ピストン装置の部品点数が増えることもピストンの剛性を低下させることもない。   In the present embodiment, the deposit is removed by the convex portion 30 provided on the top ring 17, so that the number of parts of the piston device does not increase and the rigidity of the piston does not decrease.

さらに、本実施形態において、凸部30は、トップリングの上壁面17Aの1箇所にのみ設けられている。すなわち、凸部30は、トップリングの上壁面17Aの全周のうち、その一部にのみ設けられている。しかしながら、凸部30は、トップランド部20の全周に亘り、デポジットを除去することができる。   Furthermore, in this embodiment, the convex part 30 is provided only in one place of the upper wall surface 17A of the top ring. That is, the convex part 30 is provided only in a part of the entire circumference of the upper wall surface 17A of the top ring. However, the convex part 30 can remove deposits over the entire circumference of the top land part 20.

すなわち、ピストン12の外周壁面とシリンダライナ10の内周壁面との間には、ピストンクリアランスがある。このため、ピストン12は、その往復動中に首振り運動を行う。したがって、ピストン12の中心軸線が、シリンダライナ10の中心軸線に対して傾く状態が発生する。このとき、トップリング17は、シリンダライナ10から周方向の力を受ける。このため、トップリング17は、ピストン12の周方向に回転する。したがって、凸部30がトップリング17の1箇所にのみ設けられていても、凸部30は、トップランド部20の全周に渡り、デポジットを除去することができる。   That is, there is a piston clearance between the outer peripheral wall surface of the piston 12 and the inner peripheral wall surface of the cylinder liner 10. For this reason, the piston 12 performs a swing motion during the reciprocating motion. Therefore, a state occurs in which the central axis of the piston 12 is inclined with respect to the central axis of the cylinder liner 10. At this time, the top ring 17 receives a circumferential force from the cylinder liner 10. For this reason, the top ring 17 rotates in the circumferential direction of the piston 12. Therefore, even if the convex part 30 is provided only in one place of the top ring 17, the convex part 30 can remove a deposit over the perimeter of the top land part 20. FIG.

<本実施形態の効果2>
さらに、本実施形態において、凸部30の高さHpは、トップランド部20の高さHt以下の高さに設定されている(Hp≦Ht)。このため、トップリングの上壁面17Aがトップリング溝の上壁面14Aに当接している場合であっても、凸部の上端30Eがトップランド部の上端20A(すなわち、ピストン頂面13)を越えて燃焼室25内に突出することがない。このため、凸部30が上方に移動したときに、凸部の上端30Eが燃焼室25に侵入することもシリンダヘッド24と干渉することもない。
<Effect 2 of this embodiment>
Furthermore, in the present embodiment, the height Hp of the convex portion 30 is set to a height equal to or lower than the height Ht of the top land portion 20 (Hp ≦ Ht). For this reason, even when the upper wall surface 17A of the top ring is in contact with the upper wall surface 14A of the top ring groove, the upper end 30E of the convex portion exceeds the upper end 20A of the top land portion (that is, the piston top surface 13). Thus, it does not protrude into the combustion chamber 25. For this reason, when the convex part 30 moves upward, the upper end 30E of the convex part does not enter the combustion chamber 25 nor interfere with the cylinder head 24.

<本実施形態の効果3>
さらに、本実施形態において、凸部30の高さHpは、当該高さHpとトップリング17の厚みTtとの合計Hp+Ttがトップリング溝14の幅Wtよりも大きくなる高さに設定されている(Hp+Tt>Wt)。このため、トップリング17がトップリング溝の下壁面14Bに当接しているときに、トップリング17が径方向内方に移動した場合であっても、凸部30がトップリング溝14内に入り込んでしまうこと(いわゆるスティック現象)がない。
<Effect 3 of this embodiment>
Furthermore, in the present embodiment, the height Hp of the convex portion 30 is set to a height at which the total Hp + Tt of the height Hp and the thickness Tt of the top ring 17 is larger than the width Wt of the top ring groove 14. (Hp + Tt> Wt). For this reason, even when the top ring 17 moves radially inward when the top ring 17 is in contact with the lower wall surface 14 </ b> B of the top ring groove, the convex portion 30 enters the top ring groove 14. No so-called stick phenomenon.

<本実施形態の効果4>
加えて、機関運転中、ピストン12の温度は、シリンダライナ10の温度よりも高くなるので、ピストン12の熱膨張は、シリンダライナ10の熱膨張よりも大きい。したがって、機関運転中のピストンクリアランスの距離Dcは、機関停止中のピストンクリアランスの距離Dcよりも短い。たとえば、ピストン12がアルミニウム合金から作製されており、シリンダライナ10が鋳鉄から作製されている場合、ピストン12の熱膨張は、シリンダライナ10の熱膨張よりもさらに大きくなる。このため、機関運転中のピストンクリアランスの距離Dcは、機関停止中のピストンクリアランスの距離Dcよりもさらに短くなる。ここで、凸部30の長さLpが機関停止中のピストンクリアランスの距離Dcよりも短い長さに設定されていたとしても、その長さLpが機関運転中、ピストン12の温度が最も高くなったときのピストンクリアランスの距離Dc以上の長さであると、機関運転中、凸部30がピストン12とシリンダライナ10とによって挟まれてしまい、トップリング17がトップリング溝14内で移動することができなくなってしまう。
<Effect 4 of this embodiment>
In addition, since the temperature of the piston 12 is higher than the temperature of the cylinder liner 10 during engine operation, the thermal expansion of the piston 12 is larger than the thermal expansion of the cylinder liner 10. Therefore, the piston clearance distance Dc during engine operation is shorter than the piston clearance distance Dc during engine stop. For example, when the piston 12 is made of an aluminum alloy and the cylinder liner 10 is made of cast iron, the thermal expansion of the piston 12 is even greater than the thermal expansion of the cylinder liner 10. For this reason, the distance Dc of the piston clearance during engine operation is further shorter than the distance Dc of the piston clearance during engine stop. Here, even if the length Lp of the convex portion 30 is set to be shorter than the distance Dc of the piston clearance when the engine is stopped, the temperature of the piston 12 becomes the highest during the engine operation. If the piston clearance is equal to or longer than the distance Dc of the piston clearance, the projecting portion 30 is sandwiched between the piston 12 and the cylinder liner 10 during engine operation, and the top ring 17 moves in the top ring groove 14. Will not be able to.

しかしながら、本実施形態において、凸部30の長さLpは、機関運転中、ピストン12の温度が最も高くなったときのピストンクリアランスの距離Dcよりも短い長さに設定されている。したがって、機関運転中、トップリング17がトップリング溝14内で確実に移動することができる。   However, in the present embodiment, the length Lp of the convex portion 30 is set to be shorter than the distance Dc of the piston clearance when the temperature of the piston 12 becomes the highest during engine operation. Therefore, the top ring 17 can reliably move in the top ring groove 14 during engine operation.

<本実施形態の追加の構成1>
ところで、トップリング17は、ピストン12の往復動によって、トップリング溝の下壁面14Bと衝突を繰り返す。このため、トップリング17を構成する材料によっては、図5に示されているように、下壁面14Bと衝突するトップリング17の部分(以下「下方部分」と称呼する)が摩耗し、トップリングの初期の下壁面17Bが参照符号17B’で示されている位置まで後退することがある。このように、トップリング17の下方部分が摩耗すると、トップリング17がトップリング溝14内で下方に移動したときに、上記スティック現象が生じる虞がある。
<Additional configuration 1 of this embodiment>
By the way, the top ring 17 repeatedly collides with the lower wall surface 14 </ b> B of the top ring groove by the reciprocating motion of the piston 12. Therefore, depending on the material constituting the top ring 17, as shown in FIG. 5, a portion of the top ring 17 that collides with the lower wall surface 14 </ b> B (hereinafter referred to as a “lower part”) is worn, and the top ring The initial lower wall surface 17B may be retracted to the position indicated by reference numeral 17B ′. Thus, if the lower portion of the top ring 17 is worn, the stick phenomenon may occur when the top ring 17 moves downward in the top ring groove 14.

そこで、上述した実施形態において、トップリング17の下方部分が摩耗したとしても、上記スティック現象を回避するために、凸部30の高さHpとトップリング17の厚みTtとの合計Hp+Ttからトップリング17の下方部分の最大摩耗幅Wal(すなわち、トップリング中心軸線に沿って測ったトップリングの初期の下壁面17Bから摩耗後の下壁面17B’までの距離)を差し引いた値がトップリング溝14の幅Wtよりも大きくなるように、凸部30の高さHpを設定するようにしてもよい(Hp+Tt−Wal>Wt)。なお、最大摩耗幅とは、本ピストン装置が適用される製品の耐用寿命から想定される摩耗幅である。   Therefore, in the above-described embodiment, even if the lower portion of the top ring 17 is worn, the top ring is calculated from the sum Hp + Tt of the height Hp of the convex portion 30 and the thickness Tt of the top ring 17 in order to avoid the stick phenomenon. The value obtained by subtracting the maximum wear width Wal of the lower portion 17 (that is, the distance from the initial lower wall surface 17B of the top ring to the lower wall surface 17B ′ after wear) measured along the center axis of the top ring is the top ring groove 14 The height Hp of the convex portion 30 may be set so as to be larger than the width Wt (Hp + Tt−Wal> Wt). The maximum wear width is a wear width assumed from the service life of a product to which the piston device is applied.

<本実施形態の追加の構成2>
同様に、トップリング17は、ピストン12の往復動によって、トップリング溝の上壁面14Aと衝突を繰り返す。このため、トップリング17を構成する材料によっては、図5に示されているように、上壁面14Aと衝突するトップリング17の部分(以下「上方部分」と称呼する)が摩耗し、トップリングの初期の上壁面17Aが参照符号17A’で示されている位置まで後退することがある。このように、トップリング17の上方部分が摩耗すると、トップリング17がトップリング溝14内で上方に移動したときに、凸部の上端30Eがトップランド部の上端20Aを越えて突出してしまう虞がある。
<Additional configuration 2 of this embodiment>
Similarly, the top ring 17 repeatedly collides with the upper wall surface 14 </ b> A of the top ring groove by the reciprocating motion of the piston 12. For this reason, depending on the material constituting the top ring 17, as shown in FIG. 5, the portion of the top ring 17 that collides with the upper wall surface 14A (hereinafter referred to as the “upper portion”) wears out. The initial upper wall surface 17A may be retracted to the position indicated by reference numeral 17A ′. Thus, if the upper part of the top ring 17 is worn, when the top ring 17 moves upward in the top ring groove 14, the upper end 30E of the convex portion may protrude beyond the upper end 20A of the top land portion. There is.

そこで、上述した実施形態において、トップリング17の上方部分が摩耗したとしても、凸部30の上端30Eがトップランド部の上端20Aを越えて突出しないようにするために、トップランド部20の高さHtからトップリング17の上方部分の最大摩耗幅Wau(すなわち、トップリング中心軸線に沿って測ったトップリングの初期の上壁面17Aから摩耗後の上壁面17A’までの距離)を差し引いた値以下の値に凸部30の高さHpを設定するようにしてもよい(Hp+Wau≦Ht)。   Therefore, in the above-described embodiment, even if the upper portion of the top ring 17 is worn, the top land portion 20 is not high so that the upper end 30E of the convex portion 30 does not protrude beyond the upper end 20A of the top land portion. A value obtained by subtracting the maximum wear width Wau of the upper portion of the top ring 17 from the height Ht (that is, the distance from the initial upper wall surface 17A of the top ring measured along the central axis of the top ring to the upper wall surface 17A ′ after wear) You may make it set the height Hp of the convex part 30 to the following values (Hp + Wau <= Ht).

<本発明の適用範囲>
なお、凸部の形状は、上述した形状に限定されず、少なくとも、実施形態の説明において述べた凸部の寸法条件(追加の構成において述べた凸部の寸法条件を除く)を満たす形状であって、デポジットを上方に掻き出して除去することができる形状であれば如何なる形状であってもよい。
<Scope of application of the present invention>
The shape of the convex portion is not limited to the shape described above, and is at least a shape satisfying the dimensional condition of the convex portion described in the description of the embodiment (excluding the dimensional condition of the convex portion described in the additional configuration). Any shape may be used as long as the deposit can be scraped upward and removed.

上述した実施形態において、凸部は、トップリングの上壁面の外周領域であって、トップリングの合い口に隣接して設けられているが、トップリングの上壁面の外周領域に設けられていれば、トップリングの合い口に隣接して設けられる必要はない。   In the above-described embodiment, the convex portion is the outer peripheral region of the upper wall surface of the top ring and is provided adjacent to the joint of the top ring, but may be provided in the outer peripheral region of the upper wall surface of the top ring. For example, it is not necessary to be provided adjacent to the joint of the top ring.

上述した実施形態において、凸部は、トップリングの上壁面の外周領域に1箇所にのみ設けられているが、凸部は、トップリングの上壁面の外周領域の全周に設けられてもよいし、トップリングの上壁面の外周領域の複数箇所に設けられてもよい。   In the embodiment described above, the convex portion is provided at only one location on the outer peripheral region of the upper wall surface of the top ring, but the convex portion may be provided on the entire outer periphery region of the upper wall surface of the top ring. However, it may be provided at a plurality of locations in the outer peripheral region of the upper wall surface of the top ring.

<実施形態の総括>
以上説明した実施形態の内燃機関のピストン装置は、広く捉えれば、内燃機関のシリンダ(シリンダライナ10によって形成されるシリンダ)内に往復動可能に挿入されるとともに、ランド部にトップリング溝14が形成されたピストン12と、前記トップリング溝14に上下方向に移動可能に嵌装されたトップリング17と、を含むピストン装置において、前記トップリング17は、前記トップリングの上壁面17Aであってトップランド部20と前記シリンダライナ10の壁面との間の空隙に露呈している領域に凸部30を有し、且つ、前記凸部30の高さHpは、前記トップリング17が前記トップリング溝14内において移動可能な範囲内の最上部に到達した場合であっても当該凸部30の上端30Eが前記トップランド部の上端20A(ピストン頂面13)を越えない高さに設定されている、ピストン装置であると言える。
<Summary of Embodiment>
The piston device of the internal combustion engine according to the embodiment described above can be broadly understood. The piston device is reciprocally inserted into a cylinder (cylinder formed by the cylinder liner 10) of the internal combustion engine, and the top ring groove 14 is formed in the land portion. In the piston device including the formed piston 12 and the top ring 17 fitted in the top ring groove 14 so as to be movable in the vertical direction, the top ring 17 is an upper wall surface 17A of the top ring. A convex portion 30 is provided in a region exposed to the gap between the top land portion 20 and the wall surface of the cylinder liner 10, and the height Hp of the convex portion 30 is determined by the top ring 17 being the top ring. Even when the uppermost portion within the movable range in the groove 14 is reached, the upper end 30E of the convex portion 30 is the upper end 2 of the topland portion. Is set at a height not exceeding A (piston top face 13), said to be a piston device.

10…シリンダライナ、12…ピストン、14…トップリング溝、17…トップリング、18…セカンドリング、20…トップランド部、21…セカンドランド部、30…凸部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cylinder liner, 12 ... Piston, 14 ... Top ring groove, 17 ... Top ring, 18 ... Second ring, 20 ... Top land part, 21 ... Second land part, 30 ... Convex part

Claims (1)

内燃機関のシリンダ内に往復動可能に挿入されるとともに、ランド部にトップリング溝が形成されたピストンと、
前記トップリング溝に上下方向に移動可能に嵌装されたトップリングと、
を含むピストン装置において、
前記トップリングは、前記トップリングの上壁面であってトップランド部と前記シリンダ壁面との間の空隙に露呈している領域に凸部を有し、且つ、前記凸部の高さは、前記トップリングが前記トップリング溝内において移動可能な範囲内の最上部に到達した場合であっても当該凸部の上端が前記トップランド部の上端を越えない高さに設定されている、
ピストン装置。
A piston that is reciprocally inserted into a cylinder of the internal combustion engine and has a top ring groove formed in a land portion;
A top ring fitted in the top ring groove so as to be movable in the vertical direction;
In a piston device comprising:
The top ring has a convex portion in an upper wall surface of the top ring and exposed in a gap between the top land portion and the cylinder wall surface, and the height of the convex portion is Even when the top ring reaches the uppermost portion within the movable range in the top ring groove, the upper end of the convex portion is set to a height that does not exceed the upper end of the top land portion.
Piston device.
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