JP2016223583A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンとシリンダの壁面との間から燃焼室側に潤滑油が流れ込むオイル上がりを抑制する内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、シリンダと、スカート部３１及び周面に形成されたオイルリング溝１３を有してシリンダ内に燃焼室を区画するピストン１０と、オイルリング溝１３に装着されてシリンダの壁面に付着する潤滑油の余剰分を掻き落とすオイルリングと、を備える。ピストン１０は、オイルリングよりも下側の位置に溝部４０を備える。溝部４０は、燃焼圧によりシリンダの壁面に押し付けられる位相側であるスラスト側とその反対側の反スラスト側に設けられるとともに、スラスト側の溝部４０の容積、及び反スラスト側の溝部４０の容積はそれぞれ、スカート部３１とシリンダの壁面との距離をＬ、スカート部の幅をＷ、ピストン１０のストローク量をＨとしたとき、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」で表される容積以上である。【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダブロックに形成されたシリンダ内に、ピストンリング、特にオイルリングを装着したピストンを摺動可能に配置した内燃機関に関する。

周知のように、内燃機関のシリンダ内にはピストンが往復動可能に設けられており、ピストンには、ピストンリングが装着されている。そして、ピストンリングの一つであるオイルリングは、シリンダの壁面に供給された潤滑油としてのエンジンオイルの余剰分を掻き落とす機能を有している。

例えば、特許文献１には、燃焼室側に配置される第１サイドレール及びその反対側に配置される第２サイドレールと、エキスパンダとを備えるオイルリングが記載されている。第１サイドレール及び第２サイドレールは、ピストンの径方向外側へ突出し、ピストンの往復動に伴ってシリンダの壁面に摺接する。オイルリングによって掻き落とされたエンジンオイルの余剰分は、ピストンに形成されたドレーンホールを介してクランクケース側に還流される。

特開２００７−２０５３９５号公報

オイルリングの燃焼室側の面には燃焼圧などの圧力が作用し、オイルリングのクランクケース側の面には、シリンダの壁面に付着したエンジンオイルの抵抗による圧力などが作用する。ここで、例えば吸気行程において燃焼室の圧力が低下することなどによって、オイルリングを挟んでクランクケース側となる空間の圧力が燃焼室側の圧力よりも高くなると、クランクケース側に存在するエンジンオイルが圧力によって押されて、燃焼室側へと入り込み、エンジンオイルが燃焼されてオイル消費が発生してしまう。

尚、こうした課題は、１対のレール部とエキスパンダとを備えるオイルリングに限らず、他の構成のオイルリングにおいても概ね共通したものとなっている。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストンとシリンダの壁面との間から燃焼室側に潤滑油が入り込む、いわゆるオイル上がりを抑制することのできる内燃機関を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する内燃機関は、シリンダと、前記シリンダの壁面に摺接するスカート部及び周面に形成されたオイルリング溝を有して前記シリンダ内に燃焼室を区画するピストンと、前記オイルリング溝に装着されて前記シリンダの壁面に付着する潤滑油の余剰分を掻き落とすオイルリングと、を備える内燃機関において、前記ピストンのうちの前記オイルリングよりも下側の位置、及び前記シリンダの壁面のうちの下死点に到達した前記ピストンの前記オイルリングよりも下側の位置の少なくも一方に凹部を備え、前記凹部は、燃焼圧により前記シリンダの壁面に押し付けられる位相側であるスラスト側とその反対側の反スラスト側に設けられるとともに、前記スラスト側の凹部の容積、及び前記反スラスト側の凹部の容積はそれぞれ、前記スカート部と前記シリンダの壁面との距離をＬ、前記スカート部の幅をＷ、前記ピストンのストローク量をＨとしたとき、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」で表される容積以上であることを要旨とする。

シリンダの壁面とピストンとの間の空間のうち、スラスト側及び反スラスト側では、オイルリングの下側の圧力上昇が生じやすい。上記構成では、スラスト側及び反スラスト側に凹部が設けられるとともに、スラスト側に設けられる凹部の容積は、ピストンが上死点から下死点まで下降する際にスラスト側のスカート部とシリンダの壁面に存在する潤滑油の体積以上である。また、反スラスト側に設けられる凹部の容積は、ピストンが上死点から下死点まで下降する際に反スラスト側のスカート部とシリンダの壁面に存在する潤滑油の体積以上である。すなわち、凹部にはオイルリングによって掻き落とされ得る潤滑油の最大量以上の容積が確保されているので、オイルリングのうちスカート部に装着されている部分によって掻き落とされる潤滑油が凹部に溜められてもオイルリングの下側の圧力上昇を抑制することができる。また、シリンダの壁面とピストンとの間のクリアランスが小さくなることにより押し出された潤滑油が凹部に溜められた場合でも、凹部にはその押し出された潤滑油を溜めることが可能な容積が確保されているので、オイルリングの下側の圧力上昇を抑制することができる。これにより、オイルリングの下側の圧力上昇に伴うオイル上がりを抑制することができる。

本発明にかかる内燃機関の第１実施形態について、ピストンを中心とする概略構成を示す正面図。 同実施形態におけるピストンの概略構成を示す側面図。 同実施形態におけるピストンであって、図１中３−３線における断面構造を示す断面図。 同実施形態のピストンであって、オイルリングを中心とする断面構造を示す断面図。 オイルリング下側の圧力変化を示すグラフであって、（ａ）はスラスト側、（ｂ）は反スラスト側のグラフを示す。 本発明にかかる内燃機関の第２実施形態について、ピストンを中心とする概略構成を示す正面図。 同実施形態のピストンであって、図６中７−７線における断面構造を示す断面図。 本発明にかかる内燃機関の第３実施形態について、ピストンを中心とする概略構成を示す正面図。 同実施形態のピストンであって、図８中９−９線における断面構造を示す断面図。 同実施形態のピストンであって、第３リング溝を中心とする断面構造を示す断面図。 ピストンの回転挙動を示す図であって、（ａ）は上死点付近の位置、（ｂ）は上死点から下降した位置、（ｃ）はさらに下降した位置での状態を示す。 本発明にかかる内燃機関の第４実施形態について、ピストンを中心とする概略構成を示す正面図。 （ａ）及び（ｂ）は本発明にかかる内燃機関の他の実施形態のピストンであって、オイルリングを中心とする断面構造を示す断面図。 本発明にかかる内燃機関の他の実施形態であって、ピストンの断面構造を示す断面図。 本発明にかかる内燃機関の他の実施形態であって、ピストンを中心とする断面構造を示す断面図。 オイル戻し孔を有するピストンを備えた内燃機関と、オイル戻し孔がなく凹溝を備える他の実施形態の内燃機関とのオイル入れ替わり時間比を示すグラフ。

（第１実施形態）
以下、図１〜図５を参照して内燃機関を具体化した第１実施形態を説明する。
図１に示すように、内燃機関は、シリンダ１が形成されたシリンダブロック２を備える。シリンダ１内にはピストン１０が下死点と上死点との間を往復動可能に設けられ、シリンダブロック２、図示しないシリンダヘッド及びピストン１０によって燃焼室５が区画されている。

ピストン１０には、円盤状の冠部１９が設けられている。冠部１９には、シリンダ１の壁面に摺接する１対のスカート部３１，３２が設けられている。一方のスカート部３１はピストン１０のスラスト側に設けられ、他方のスカート部３２は反スラスト側に設けられている。スラスト側とは、燃焼行程にて燃焼室から受ける燃焼圧によりピストン１０がシリンダ１の壁面に押し付けられる位相側であり、反スラスト側とは、スラスト側とは反対側（１８０°離れた位相）である。

冠部１９の周面には、燃焼室に近い順に、第１リング溝１１、第２リング溝１２、及び第３リング溝１３が形成されている。第１リング溝１１には、トップリング１４が装着されている。第２リング溝１２には、セカンドリング１５が装着されている。トップリング１４及びセカンドリング１５は、コンプレッションリングと総称され、燃焼室５で生じた燃焼ガスがピストン１０とシリンダ１の壁面との間から漏れないようにシールする機能を有している。また、第３リング溝１３には、オイルリング２０が装着されている。

図２に示すように、燃焼室側を上側、燃焼室と反対側を下側とするとき、第３リング溝１３の下側には、環状部１６が設けられている。この環状部１６には、凹部としての溝部４０が形成されている。溝部４０は、ピストン１０の径方向内側に窪んでいる。また、溝部４０は、その長手方向が、ピストン１０の周方向に沿って延びている。また、溝部４０の周方向の長さである幅は、スカート部３１の周方向の長さであるスカート幅Ｗと同じ長さになっている。この溝部４０は、反スラスト側の環状部１６にも設けられている。スラスト側の溝部４０及び反スラスト側の溝部４０は、ピストン１０の中心軸Ｘ１に対して対称に設けられている。

スラスト側のスカート部３１とシリンダ１の壁面との距離を「Ｌ」（図３参照）、スラスト側のスカート部３１の幅を「Ｗ」（図２参照）、ピストン１０の上死点から下死点までのストローク量を「Ｈ」（図１参照）とするとき、スラスト側の溝部４０の容積は、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」以上の容積である。なお、スカート部３１，３２は同じ幅を有するので、反スラスト側の溝部４０の容積も同様に「Ｌ×Ｗ×Ｈ」以上の容積である。例えば、シリンダ１の直径８０ｍｍ、ピストン１０の直径が７９．９５ｍｍ、スカート幅が４０ｍｍ、ストローク量８０ｍｍの緒元を有する内燃機関の場合、溝部４０の容量は、「（８０．００−７９．９５）×４０×８０＝１６０ｍｍ^３」である。なお、スカート幅は、スカート部３１，３２のうちシリンダ１の壁面に接する領域の幅であればよい。例えば、スカート部３１，３２のうちシリンダ１の壁面に摺接する領域の周方向の幅がピストン１０の中心軸Ｘ１方向で変化するとき、スカート幅の最小値をスカート幅としてもよい。又は、そのうちの最大幅をスカート幅としてもよいし、その平均をスカート幅としてもよい。

溝部４０の断面形状を矩形状とし、その高さＨ１（図２参照）を２ｍｍとするとき、溝部４０の深さ（径方向に沿った長さ）は、容量の最小値「１６０ｍｍ^３」をスカート幅と溝部４０の高さとで除算した値とすればよい（１６０÷４０÷２＝２ｍｍ）。

また図２に示すように、ピストン１０には、オイル戻し孔４５が貫通形成されている。オイル戻し孔４５は、ピストン１０の中心軸Ｘ１の方向における位置である高さ位置が、第３リング溝１３の高さ位置と重なる位置に設けられている。また、オイル戻し孔４５はピストン１０の径方向に直線状に延び、第３リング溝１３とピストン１０の内側とを連通している。

図３に示すように、オイル戻し孔４５は、スラスト側及び反スラスト側に４つずつ形成されている。スラスト側において、オイル戻し孔４５の周方向における位置は、溝部４０の周方向の位置と重なっている。反スラスト側において、オイル戻し孔４５の周方向における位置は、溝部４０の周方向の位置と重なっている。

また、ピストン１０の周方向においてスラスト側のスカート部３１と反スラスト側のスカート部３２との中間位置には、ピンボス３５，３６が形成されている。このピンボス３５，３６には、ピストンピン３９の両端部を回転自在に支持するための一対のピン孔３７，３８が形成されている。

図４に示すように、スラスト側の溝部４０及び反スラスト側の溝部４０は、断面Ｖ字状に形成されている。第３リング溝１３のうち、燃焼室側の側面を溝上面１７、燃焼室と反対側の面を溝下面１８とするとき、溝下面１８の端部２５は、溝上面１７の端部２４よりも、径方向において若干内側に位置している。また、溝部４０のうち最も上側となる溝上端２６は、最も下側となる溝下端２７よりも、径方向において若干内側に位置している。この溝部４０は、オイルリング２０によって掻き落とされたエンジンオイル（以下、オイル）を溜める部位であるオイル溜めとして機能する。すなわち、ピストン１０がシリンダ１の壁面に摺接しながら下降する際、オイルリング２０よりも下側に存在するオイルは、オイルリング２０の下面、溝部４０、シリンダ１の壁面によって囲まれる空間２８に溜められる。

第３リング溝１３に装着されたオイルリング２０は、３ピース型であって、第１サイドレール２１と、第２サイドレール２２と、エキスパンダ２３とを備える。第１サイドレール２１及び第２サイドレール２２は円環状に形成されている。第１サイドレール２１は上側に配置され、第２サイドレール２２は、下側に配置される。

第１サイドレール２１と第２サイドレール２２の間には、環状のエキスパンダ２３が配置されている。エキスパンダ２３は、上側に突出する凸部と下側に突出する凹部とが周方向に交互に配置されることによって、波型に形成され、ピストン１０の往復動方向に伸縮可能である。また、エキスパンダ２３は、第１サイドレール２１の内周面を斜め上側に付勢するとともに、第２サイドレール２２の内周面を斜め下側に付勢する。これにより、オイルリング２０は、シリンダ１の壁面に付着しているオイルの余剰分を掻き落とす機能や、燃焼室側とその反対側との間のシール性能を維持する機能を有するようになっている。

次に、本実施形態の内燃機関の作用について説明する。ピストン１０がシリンダ１内を上死点から下死点に向かって下降するとき、オイルリング２０の第１サイドレール２１及び第２サイドレール２２は、シリンダ１の壁面に摺接し、シリンダ１の壁面とピストン１０との間に存在するオイルのうち余剰分を掻き落とす。また、第１サイドレール２１は慣性力により溝上面１７に押し付けられる。これにより、掻き落とされたオイルが、第２サイドレール２２及び溝下面１８の間や、オイル戻し孔４５などを介して、クランクケース側に還流される。

ところで、従来のピストンにおいては、オイルリングによって掻き落とされたオイルの一部はオイル戻し孔を介してクランクケース側に還流されるものの、一時的にはオイルリングの下側の圧力が上昇する。また、ピストンにはピストンピンを中心として回転する挙動（首振り挙動）が生じることがあるが、このような挙動によってピストンとシリンダの壁面とのクリアランスが小さくなることによっても、オイルリングの下側の圧力が上昇する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、従来のピストンにおけるオイルリングの下側の圧力変化を示し、図５（ａ）はスラスト側の圧力変化、図５（ｂ）は反スラスト側の圧力変化を示す。

図５（ａ）に示すように、ピストンが下死点付近に存在するとき、スラスト側であってオイルリングの下側の圧力が著しく上昇する。なお、図５（ａ）のグラフは、機関回転数が一定であるときの圧力変化を示しているが、オイルリング２０の下側における圧力上昇は、内燃機関の回転数が増加するに伴い顕著になる。

図５（ｂ）に示すように、反スラスト側においても、ピストン１０が下死点付近に存在するとき、オイルリング２０の下側における圧力上昇が発生する。
これに対し、上述したピストン１０は、第３リング溝１３の下側に溝部４０を有している。このため、ピストン１０が下降する際、オイルリング２０によって掻き落とされたオイルが、オイルリング２０の下面、溝部４０及びシリンダ１の壁面によって区画される空間２８に溜められる。したがって、溝部４０が無いピストンに比べ、オイルリング２０の下側の圧力の上昇を抑制できる。

また、スラスト側の溝部４０は、スカート部３１とシリンダ１の壁面との間に存在するオイルの量であってピストン１０の１ストローク分のオイルの量以上の容量を有している。また、反スラスト側の溝部４０は、スカート部３２とシリンダ１の壁面との間に存在するオイルの量であってピストン１０の１ストローク分のオイルの量以上の容量を有している。すなわち、スラスト側の溝部４０は、オイルリング２０のうち周方向においてスカート部３１と重なる部分によって掻き落とされ得る最大量のオイルを溜めることが可能である。また、反スラスト側の溝部４０は、オイルリング２０のうち周方向においてスカート部３２と重なる部分によって掻き落とされうるオイルを溜めることが可能である。このようにオイルリング２０の下側の圧力上昇が抑制されるため、圧力上昇に伴うオイル上がりを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態の内燃機関によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）シリンダ１の壁面とピストン１０との間の空間のうち、スラスト側及び反スラスト側では、オイルリング２０の下側の圧力上昇が生じやすい。上記実施形態では、ピストン１０のスラスト側及び反スラスト側に溝部４０が設けられるとともに、スラスト側に設けられる溝部４０の容積は、ピストン１０が上死点から下死点まで下降する際にスラスト側のスカート部３１とシリンダ１の壁面に存在するオイルの体積以上である。また、反スラスト側に設けられる溝部４０の容積は、ピストン１０が上死点から下死点まで下降する際に反スラスト側のスカート部３２とシリンダ１の壁面に存在するオイルの体積以上である。すなわち、溝部４０にはオイルリング２０のうちスカート部３１，３２によって掻き落とされ得るオイルの最大量以上の容積が確保されているので、オイルリング２０によって掻き落とされるオイルが溝部４０に溜められてもオイルリング２０の下側の圧力上昇を抑制することができる。また、シリンダ１の壁面とピストン１０との間のクリアランスが小さくなることにより押し出されたオイルが溝部４０に溜められた場合でも、溝部４０にはその押し出された溝部４０を溜めることが可能な容積が確保されているので、オイルリング２０の下側の圧力上昇を抑制することができる。これにより、オイルリング２０の下側の圧力上昇に伴うオイル上がりを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図６及び図７を参照して、内燃機関の第２実施形態を第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態にかかる内燃機関も基本的な構成は第１実施形態と同等であり、重複する説明は割愛する。

図６に示すように、ピストン１０のスラスト側及び反スラスト側であって、第３リング溝１３の下側には、溝部４０が設けられている。スカート部３１とシリンダ１の壁面との距離を「Ｌ」、スラスト側のスカート部３１の幅を「Ｗ」、ピストン１０のストローク量を「Ｈ」とするとき、溝部４０の容積は、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」以上である。なお、図６においては、溝部４０の高さと第１リング溝１１〜第３リング溝１３の高さとの比率を便宜的に示しており、当該比率は、図６に示す比率に限定されるものではない。

図７に示すように、スラスト側の溝部４０の周方向の長さは、スラスト側のスカート部３１の幅以上の長さとなっている。溝部４０は円弧状をなし、その両端には、溝部４０とその下側とを連通する連通部４１がそれぞれ設けられている。この連通部４１は、溝部４０と、シリンダ１の壁面とピストン１０との間の空間であって溝部４０よりも下側を連通している。また、反スラスト側の溝部４０も、反スラスト側のスカート部３２の幅以上の長さを有し、その両端には連通部４１がそれぞれ設けられている。

次に、本実施形態の内燃機関の作用について説明する。ピストン１０が上死点から下死点に向かって下降する際、オイルリング２０がシリンダ１の壁面に摺接することにより、シリンダ１の壁面とピストン１０との間に存在するオイルのうち余剰分が掻き落とされる。この際、掻き落とされたオイルの少なくとも一部は、オイルリング２０の下面、溝部４０及びシリンダ１の壁面によって区画される空間２８（図４参照）に一時的に溜められる。

図７に示すように、空間２８に一時的に溜められたオイルの一部は、溝部４０に沿ってフロント側の連通部４１に向かう方向１０１に流れ、その他のオイルは、リア側の連通部４１に向かう方向１０２に流れる。そして、フロント側の連通部４１に流れ込んだオイルは、図７の矢印で示すように、シリンダ１の壁面とピストン１０との間の空間であって溝部４０よりも下側に排出され、クランクケース側に還流される。また、リア側の連通部４１に流れ込んだオイルも、溝部４０よりも下側の空間に排出され、クランクケース側に還流される。このように、両端に連通部４１を有する溝部４０が設けられたピストン１０においては、オイルリング２０の下側の圧力上昇を抑制するとともに、シリンダ１の壁面とピストン１０との間に存在するオイルの余剰分をクランクケース側へ排出しやすくすることができる。これにより、溝部４０内にオイルが滞留しにくくなるため、オイルリング２０の下側における圧力抑制効果を高めることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記（１）の効果が得られるとともに、さらに以下の効果が得られるようになる。
（２）溝部４０の両端には、溝部４０と溝部４０の下側とを連通する連通部４１がそれぞれ設けられている。このため、オイルリング２０の下面、溝部４０及びシリンダ１の壁面によって区画される空間２８に一時的に溜められたオイルを、クランクケース側に排出しやすくすることができる。このため、オイルリング２０の下側の圧力上昇を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に図８〜図１１を参照して、内燃機関の第３実施形態を第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態にかかる内燃機関も、その基本的な構成は第１実施形態と同等であり、重複する説明は割愛する。

図８に示すように、ピストン１０のうち、フロント側であって第３リング溝１３の下側には第１連通溝４２が設けられている。第１連通溝４２は径方向内側へ窪んでおり、第３リング溝１３と、シリンダ１の壁面及びピストン１０の間の空間のうち第３リング溝１３よりも下側とを連通している。また、ピストン１０のリア側にも、第３リング溝１３の下側に第１連通溝４２が設けられている。

図９に示すように、第３リング溝１３の溝下面１８には、一対の第２連通溝４３が形成されている。一方の第２連通溝４３は、スラスト側に配置され、フロント側の第１連通溝４２とリア側の第１連通溝４２とを接続するように延びている。また、他方の第２連通溝４３は、反スラスト側に配置され、フロント側の第１連通溝４２とリア側の第１連通溝４２とを接続するように延びている。これらの第２連通溝４３は、ピストン１０の下側に向かって窪んでいる。スラスト側の第２連通溝４３の容積は、スラスト側のスカート部３１とシリンダ１の壁面との距離を「Ｌ」、スカート部３１の幅を「Ｗ」、ピストン１０のストローク量を「Ｈ」とするとき、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」以上である。また、反スラスト側の第２連通溝４３の容積は、反スラスト側のスカート部３２とシリンダ１の壁面との距離を「Ｌ」、スカート部３１の幅を「Ｗ」、ピストン１０のストローク量を「Ｈ」とするとき、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」以上である。なお、本実施形態のピストン１０は、第１実施形態のオイル戻し孔４５を有していない。

図１０に示すように、第２連通溝４３は断面において矩形状をなしている。但し、第２連通溝４３は、断面において円弧状、断面においてＶ字状であってもよい。
次に、本実施形態の内燃機関の作用について説明する。まず、内燃機関におけるシリンダ１の壁面とピストン１０との間に介在するオイルの圧力の変動について説明する。

図１１は、ピストン１０が上死点付近から下降する際に、ピストン１０がピストンピンを中心として回転する首振り挙動が生じている状態を示す図であって、便宜上、ピストン１０を模式的に示している。

図１１（ａ）は、燃焼行程においてピストン１０が上死点に到達した直後の状態を示す。ピストン１０には、その下側のオイルジェット部１００により、オイルが噴射される。オイルジェット部１００は、シリンダブロック、又はコンロッドなどに設けられている。また、ピストンピン３９とクランクシャフトとを接続しているコンロッドは、クランクシャフトとの接続部分が回転することにより、この接続部分周辺のオイルをピストン１０の下方から掻き上げる。コンロッドとクランクシャフトとの接続部分の回転面はスラスト側と反スラスト側に広がる面であることから、掻き上げによるオイルの飛散量は、スラスト側及び反スラスト側に偏る。これらの理由により、フロント側及びリア側へのオイル供給量は少なくなる。

また、オイルリング２０は、シリンダ１の壁面とピストン１０との間に存在するオイル１０３の余剰分を掻き落としている。燃焼行程においてピストン１０が上死点に到達した直後では、ピストン１０の首振り挙動によるスラスト側の圧力は、首振り挙動が無い場合に比べ僅かに圧力が上昇している状態である。

図１１（ｂ）は、ピストン１０が図１１（ａ）の状態から下降した状態を示す。このとき、燃焼室側からの圧力によって、ピストン１０は、シリンダ１の壁面のスラスト側に押し付けられている。これにより、ピストン１０のスラスト側のオイル１０３の圧力は図１１（ａ）の状態における圧力に比べ上昇している。

図１１（ｃ）は、ピストン１０が図１１（ｂ）の状態からさらに下降した状態を示し、反スラスト側に傾いている。ピストン１０は、シリンダ１の壁面のスラスト側から急速に離れつつあり、スラスト側の圧力は下降している。一方、反スラスト側のオイル１０３の圧力は、反スラスト側でのピストン１０とシリンダ１の壁面との接近により上昇しており、スラスト側とは逆の圧力変動を生じる。

図１０に示すように、スラスト側の圧力上昇が生じたとき（図１１（ｂ）参照）、スラスト側であってシリンダ１の壁面とピストン１０との間に存在するオイルのうち余剰分は、第２連通溝４３内をリア側に向かう方向１１０と、フロント側に向かう方向１１１に沿って流れる。第１連通溝４２に流れ込んだオイルは、シリンダ１の壁面とピストン１０との間の空間であって第１連通溝４２よりも下側に排出される。

また、反スラスト側の圧力が生じたとき（図１１（ｃ）参照）、反スラスト側であってシリンダ１の壁面とピストン１０との間に存在するオイルの余剰分は、第２連通溝４３内をリア側に向かう方向１１０と、フロント側に向かう方向１１１に沿って流れる。第１連通溝４２に流れこんだオイルは、シリンダ１の壁面とピストン１０との間の空間であって第１連通溝４２よりも下側に排出される。

このようなオイルの流れにより、オイルは、フロント側及びリア側にも供給され、ピストン１０の周方向全体に亘って循環する。
ところで、ピストン１０のうちスラスト側及び反スラスト側にオイル戻し孔がそれぞれ形成されていると、スラスト側の圧力が上昇したときは、スラスト側のオイル戻し孔を介して、ピストン１０の内側にオイルが流れ込む。また、反スラスト側の圧力が上昇したときは、反スラスト側のオイル戻し孔を介して、ピストン１０の内側にオイルが流れ込む。このため、スラスト側の圧力上昇、及び反スラスト側の圧力上昇が生じても、フロント側及びリア側までオイルが供給されず、フロント側及びリア側ではオイルが滞留してしまう。また、ピストン１０にオイル戻し孔が形成されている場合には、オイルジェット部１００から噴射されたオイルがオイル戻し孔からピストン１０とシリンダ１の壁面との間に流れ込む逆流が生じることがある。

上述したピストン１０には、オイル戻し孔が形成されていないため、スラスト側の圧力が上昇したときには、スラスト側の第２連通溝４３を介してフロント側及びリア側までオイルが流れる。反スラスト側の圧力が上昇したときには、反スラスト側の第２連通溝４３を介してフロント側及びリア側までオイルが流れる。このため、ピストン１０の周方向におけるオイルの循環性を高めることができる。また、オイル戻し孔を介したオイルの逆流が防がれるので、逆流に伴うオイル上がりを防ぐことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記（１）の効果が得られるとともに、さらに以下の効果が得られるようになる。
（３）第３リング溝１３の溝下面１８のうち、スラスト側及び反スラスト側には第２連通溝４３が形成され、これらの第２連通溝４３は、フロント側の第１連通溝４２及びリア側の第１連通溝４２に連通している。このため、スラスト側の圧力が上昇したとき及び反スラスト側の圧力が上昇したときには、第２連通溝４３及び第１連通溝４２を介してフロント側及びリア側までオイルを供給することができるため、ピストン１０の周方向におけるオイルの循環性を高めることができる。

（第４実施形態）
次に図１２を参照して、内燃機関の第４実施形態を、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態にかかる内燃機関も、その基本的な構成は第１実施形態と同等であり、重複する説明は割愛する。

図１２は、下死点に到達したときのピストン１０を示している。シリンダブロック２には、下死点に到達したピストン１０のオイルリング２０よりも下側であって、スラスト側のスカート部３１と接する位置に凹溝４７を備えている。また、シリンダブロック２は、下死点に到達したピストン１０のオイルリング２０よりも下側であって、反スラスト側のスカート部３２と接する位置に凹溝４７を備えている。凹溝４７は、その長手方向がシリンダ１の中心軸と平行である細長状の溝である。なお、凹溝４７は、その長手方向がシリンダ１の周方向に沿って湾曲する細長状の溝であってもよい。

スラスト側の凹溝４７の容積は、スラスト側のスカート部３１とシリンダ１の壁面との距離を「Ｌ」、スラスト側のスカート部３１の幅を「Ｗ」、ピストン１０のストローク量を「Ｈ」とするとき、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」以上である。同様に、反スラスト側の凹溝４７の容積は、反スラスト側のスカート部３２とシリンダ１の壁面との距離を「Ｌ」、反スラスト側のスカート部３２の幅を「Ｗ」、ピストン１０のストローク量を「Ｈ」とするとき、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」以上である。

次に、本実施形態の内燃機関の作用について説明する。第１実施形態で説明したように、ピストン１０が下死点付近に存在するときに、オイルリング２０の下側の圧力上昇が最も高められる傾向にある。

これに対し、下死点に到達したピストン１０のスカート部３１，３２と接する位置に凹溝４７を設けることによって、ピストン１０の下降に伴い掻き落とされたオイルが凹溝４７に流れるようになる。このため、下死点付近におけるオイルリング２０の下側の圧力上昇を抑制することができる。また、ピストン１０のピストンピン３９を中心とした回転によってピストン１０とシリンダ１の壁面とが接近した場合でも、それらの間に介在するオイルが凹溝４７に逃れるため、下死点付近でのオイルリング２０の下側の圧力上昇を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（４）シリンダ１の壁面とピストン１０との間の空間のうち、スラスト側及び反スラスト側では、オイルリング２０の下側の圧力上昇が生じやすい。上記実施形態では、シリンダブロック２には、シリンダ１の壁面のスラスト側及び反スラスト側に凹溝４７が設けられる。また、スラスト側に設けられる凹溝４７の容積は、ピストン１０が上死点から下死点まで下降する際にスラスト側のスカート部３１とシリンダ１の壁面に存在するオイルの体積以上である。また、反スラスト側に設けられる凹溝４７の容積は、ピストン１０が上死点から下死点まで下降する際に反スラスト側のスカート部３２とシリンダ１の壁面に存在するオイルの体積以上である。すなわち、凹溝４７にはオイルリング２０によって掻き落とされ得るオイルの最大量以上の容積が確保されているので、オイルリング２０のうちスカート部３１，３２に装着されている部分によって掻き落とされるオイルが凹溝４７に溜められてもオイルリング２０の下側の圧力上昇を抑制することができる。また、シリンダ１の壁面とピストン１０との間のクリアランスが小さくなることにより押し出されたオイルが凹溝４７に溜められた場合でも、凹溝４７にはその押し出されたオイルを溜めることが可能な容積が確保されているので、オイルリング２０の下側の圧力上昇を抑制することができる。これにより、オイルリング２０の下側の圧力上昇に伴うオイル上がりを抑制することができる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
・第１実施形態では、溝部４０を、第３リング溝１３とスカート部３１，３２との間の環状部１６に設けたが、第３リング溝１３に近い位置であれば、スカート部３１，３２に形成してもよい。

・第４実施形態は、シリンダブロック２に１対の凹溝４７を設けたが、凹溝４７は、スカート部３１，３２と接する範囲であれば、周方向の角度を変更したり、その数を変更してもよい。例えば、凹溝４７をシリンダ１の壁部のスラスト側に１対、反スラスト側に１対形成してもよい。

・図１３（ａ）に示すように、第３リング溝１３の下側に設けられた溝部４０は、断面において円弧状の溝であってもよい。また、図１３（ｂ）に示すように、第３リング溝１３の下側に設けられた溝部４０は、断面において矩形状をなす溝であってもよい。

・図１４に示すように、スラスト側において第３リング溝１３の下側に設けられた溝部４０は、スラスト側からフロント側、スラスト側からリア側に向かうにつれて、その奥行Ｄが小さくなる形状であってもよい。反スラスト側の溝部４０も、同様にスラスト側からフロント側、スラスト側からリア側にかけてその奥行Ｄが小さくなる形状であってもよい。

・図１５に示すように、ピストン１０のフロント側及びリア側に凹溝４９を設けてもよい。すなわち、図１５に示すピストン１０は、第３実施形態の第２連通溝４３を省略した構成である。

図１６に、オイル戻し孔を有するピストンを有する内燃機関と、オイル戻し孔のないピストンを有する内燃機関とのオイルの入れ替わり時間の比を示す。グラフ１２１は、スラスト側及び反スラスト側にオイル戻し孔４５を有するピストンを備えた内燃機関のオイル入れ替わり時間を示す。グラフ１２２は、全周にオイル戻し孔４５を有するピストンを備えた内燃機関のオイル入れ替わり時間を示す。グラフ１２３は、凹溝４９を備え、オイル戻し孔のない内燃機関のオイル入れ替わり時間を示す。ここで、スラスト側及び反スラスト側にオイル戻し孔４５を有する内燃機関のオイル入れ替わり時間を基準とし、比率「１．０」とする。このとき、全周にオイル戻し孔４５を有する内燃機関のオイル入れ替わり時間は「０．６５」であり、基準となるオイル入れ替わり時間に対して３５％減少した。また、凹溝４９を有する内燃機関のオイル入れ替わり時間は、「０．３」であり、基準となるオイル入れ替わり時間に対して７０％減少した。

・第１実施形態の溝部４０、及び第２実施形態の溝部４０、及び第３実施形態の第２連通溝４３は、その下側の面が、スラスト側からフロント側、及びスラスト側からリア側に向かうにつれ、下側に位置するように傾斜していてもよい。このようにすると、スラスト側からフロント側、スラスト側からリア側に向かうオイルの排出性を高めることができる。また、反スラスト側からフロント側、反スラスト側からリア側に向かうオイルの排出性を高めることができる。

・内燃機関は、第１実施形態〜第４実施形態及び他の実施形態の構成を複数組み合わせたものであってもよい。例えば、ピストン１０は、第１実施形態の溝部４０と、第３実施形態の第１連通溝４２及び第２連通溝４３を備えていてもよい。この場合、スラスト側における溝部４０の容積と第２連通溝４３の容積との和が、スカート部３１とシリンダ１の壁面との距離を「Ｌ」、スラスト側のスカート部３１の幅を「Ｗ」、ピストン１０のストローク量を「Ｈ」とするとき、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」以上である。また、ピストン１０は、第２実施形態の溝部４０及び連通部４１と、第３実施形態の第１連通溝４２及び第２連通溝４３を備えていてもよい。さらに、内燃機関は、第１実施形態の溝部４０を備えたピストン１０と、第４実施形態の凹溝４７とを備えていてもよい。又は、内燃機関は、第２実施形態の溝部４０及び連通部４１を備えたピストン１０と、第４実施形態の凹溝４７とを備えていてもよい。又は、内燃機関は、第３実施形態の第１連通溝４２及び第２連通溝４３を備えたピストン１０と、第４実施形態の凹溝４７とを備えていてもよい。

１…シリンダ、２…シリンダブロック、５…燃焼室、１０…ピストン、１１…第１リング溝、１２…第２リング溝、１３…第３リング溝、１４…トップリング、１５…セカンドリング、１６…環状部、１７…溝上面、１８…溝下面、１９…冠部、２０…オイルリング、２１…第１サイドレール、２２…第２サイドレール、２３…エキスパンダ、２４，２５…端部、２６…溝上端、２７…溝下端、２８…空間、３１，３２…スカート部、３５，３６…ピンボス、３７，３８…ピン孔、３９…ピストンピン、４０…溝部、４１…連通部、４２…第１連通溝、４３…第２連通溝、４５…オイル戻し孔、４７…凹溝、４９…凹溝、１００…オイルジェット部、Ｄ…奥行、Ｗ…スカート幅、Ｘ１…中心軸。

Claims (1)

1. シリンダと、前記シリンダの壁面に摺接するスカート部及び周面に形成されたオイルリング溝を有して前記シリンダ内に燃焼室を区画するピストンと、前記オイルリング溝に装着されて前記シリンダの壁面に付着する潤滑油の余剰分を掻き落とすオイルリングと、を備える内燃機関において、
   前記ピストンのうちの前記オイルリングよりも下側の位置、及び前記シリンダの壁面のうちの下死点に到達した前記ピストンの前記オイルリングよりも下側の位置の少なくも一方に凹部を備え、
   前記凹部は、燃焼圧により前記シリンダの壁面に押し付けられる位相側であるスラスト側とその反対側の反スラスト側に設けられるとともに、前記スラスト側の凹部の容積、及び前記反スラスト側の凹部の容積はそれぞれ、前記スカート部と前記シリンダの壁面との距離をＬ、前記スカート部の幅をＷ、前記ピストンのストローク量をＨとしたとき、「Ｌ×Ｗ×Ｈ」で表される容積以上である
   ことを特徴とする内燃機関。