JP2017066868A

JP2017066868A - エンジンのピストン構造

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Publication number: JP2017066868A
Application number: JP2015189133A
Authority: JP
Inventors: 洋樹尾曽; Hiroki Oso; 宮田　雄介; Yusuke Miyata; 雄介宮田; 後藤　英之; Hideyuki Goto; 英之後藤; 諭長谷川; Satoshi Hasegawa; 智也秋朝; Tomoya Akitomo; 直也櫻井; Naoya Sakurai
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-04-06

Abstract

【課題】圧力リングの耐久性を高めるとともにピストンの放熱性を高めることができる、エンジンのピストン構造を提供する。【解決手段】ピストン１と圧力リング２を備えたエンジンのピストン構造において、圧力リング２はトップリング３とセカンドリング４を備え、トップリング３は金属製リング５とされ、セカンドリング４はエラストマー製無端リング６とされている。セカンドリング４は外周にリップ部４aを備えている。ピストン１はセカンドリング溝７を備え、セカンドリング溝７は表面が断熱層７aとされ、セカンドリング溝７にセカンドリング４が内嵌されている。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのピストン構造に関し、詳しくは、圧力リングの耐久性を高めるとともにピストンの放熱性を高めることができる、エンジンのピストン構造に関する。

従来、エンジンのピストン構造として、ピストンと圧力リングを備えたものがある(例えば、特許文献１参照)。

特開平８−３０３５９０号公報(図１，図２参照)

《問題点》圧力リングの耐久性が低くなる。
特許文献１のものでは、ピストンリングが金属製リングと樹脂製リングを備え、金属製リングと樹脂製リングが同じリング溝内で重なり、樹脂製リングが燃焼室側に配置されているため、このピストンリングを圧力リングに用いると、燃焼室から漏れた直後の高温のガスが樹脂製リングに触れ、樹脂製リングが熱損傷しやすく、圧力リングの耐久性が低くなる。

《問題点》ピストンの放熱性が低下する。
このピストンリングをトップリングに用いると、高温のトップランドからシリンダへの放熱が樹脂製リングで妨げられ、ピストンの放熱性が低下する。

本発明の課題は、圧力リングの耐久性を高めるとともにピストンの放熱性を高めることができる、エンジンのピストン構造を提供することにある。

(請求項１に係る発明の発明特定事項)
図１〜図４に例示するように、ピストン(１)と圧力リング(２)を備えたエンジンのピストン構造において、
圧力リング(２)はトップリング(３)とセカンドリング(４)を備え、トップリング(３)は金属製リング(５)とされ、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされている、ことを特徴とするエンジンのピストン装置。

(請求項４に係る発明の発明特定事項)
図５〜図８に例示するように、ピストン(１)と圧力リング(２)を備えたエンジンのピストン構造において、
圧力リング(２)がエラストマー製無端リング(６)を備え、ピストン(１)が油冷リング溝(９)とオイルジェット導入孔(１０)を備え、油冷リング溝(９)はオイルジェット導入孔(１０)と連通し、エラストマー製無端リング(６)は油冷リング溝(９)に内嵌されている、ことを特徴とするエンジンのピストン装置。

(請求項１に係る発明)
請求項１に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》圧力リングの耐久性を高めることができる。
図１〜図４に例示するように、圧力リング(２)がトップリング(３)とセカンドリング(４)を備え、トップリング(３)は金属製リング(５)とされ、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされているので、燃焼室(１１)から漏れた高温のガス(１２)がエラストマー製無端リング(６)よりも先に金属製リング(５)に触れ、金属製リング(５)への放熱で温度が低下したガス(１２)がエラストマー製無端リング(６)に触れ、エラストマー製無端リング(６)の熱損傷が抑制され、圧力リング(２)の耐久性を高めることができる。

《効果》ピストンの放熱性を高めることができる。
図１〜図４に例示するように、トップリング(３)は金属製リング(５)とされているので、高温のトップランド(１３)の熱が金属製リング(５)を介してシリンダ(１４)に速やかに伝達され、ピストン(１)の放熱性を高めることができる。

《効果》ブローバイガスの発生量を低減させることができる。
図１〜図４に例示するように、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされているので、合い口が無く、セカンドリング(４)のシール性が高く、ブローバイガスの発生量を低減させることができる。

(請求項２に係る発明)
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》ブローバイガスの発生量を低減させることができる。
図１〜図４に例示するように、セカンドリング(４)は外周にリップ部(４ａ)を備えているので、リップ部(４ａ)がシリンダ(１４)に密着し、セカンドリング(４)のシール性が高く、ブローバイガスの発生量を低減させることができる。

《効果》エンジンの馬力ロスを低減させることができる。
図１〜図４に例示するように、セカンドリング(４)は外周にリップ部(４ａ)を備えているので、シリンダ(１４)に対するセカンドリング(４)の摺動抵抗が小さく、エンジンの馬力ロスを低減させることができる。

(請求項３に係る発明)
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》圧力リングの耐久性を高めることができる。
図２，図４に例示するように、ピストン(１)はセカンドリング溝(７)を備え、セカンドリング溝(７)は表面が断熱層(７a)とされ、セカンドリング溝(７)にセカンドリング(４)が内嵌されているので、断熱層(７a)の断熱作用でピストン(１)の熱がエラストマー製無端リング(６)に伝わりにくく、エラストマー製無端リング(６)の熱損傷が抑制され、圧力リング(２)の耐久性を高めることができる。

(請求項４に係る発明)
請求項４に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》圧力リングの耐久性を高めることができる。
図５〜図８に例示するように、圧力リング(２)がエラストマー製無端リング(６)を備え、ピストン(１)が油冷リング溝(９)とオイルジェット導入孔(１０)を備え、油冷リング溝(９)はオイルジェット導入孔(１０)と連通し、エラストマー製無端リング(６)は油冷リング溝(９)に内嵌されているので、燃焼室(１１)から漏れた高温のガス(１２)がエラストマー製無端リング(６)に接触しても、エラストマー製無端リング(６)は油冷リング溝(９)に導入されたオイルジェットのオイル(１５)で冷却され、エラストマー製無端リング(６)の熱損傷が抑制され、圧力リング(２)の耐久性を高めることができる。

《効果》ピストンの放熱性を高めることができる。
図５〜図８に例示するように、ピストン(１)が油冷リング溝(９)とオイルジェット導入孔(１０)を備え、油冷リング溝(９)はオイルジェット導入孔(１０)と連通しているので、ピストン(１)の熱がオイルジェット導入孔(１０)や油冷リング溝(９)を通過するオイル(１５)に速やかに伝達され、ピストン(１)の放熱性を高めることができる。

(請求項５に係る発明)
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》圧力リングの耐久性を高めることができる。
図５，図６に例示するように、圧力リング(２)はトップリング(３)を備え、ピストン(１)はトップリング溝(７)を備え、トップリング(３)はエラストマー製無端リング(６)とされ、トップリング溝(２６)は油冷リング溝(９)とされているので、燃焼室(１１)から漏れた直後の高温のガス(１２)がエラストマー製無端リング(６)とされているトップリング(３)に接触しても、エラストマー製無端リング(６)は油冷リング溝(９)に導入されたオイルジェットのオイル(１５)で冷却され、エラストマー製無端リング(６)の熱損傷が抑制され、圧力リング(２)の耐久性を高めることができる。

(請求項６に係る発明)
請求項６に係る発明は、請求項４に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》圧力リングの耐久性を高めることができる。
図７，図８に例示するように、トップリング(３)は金属製リング(５)とされ、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされているので、燃焼室(１１)から漏れた高温のガス(１２)がエラストマー製無端リング(６)よりも先に金属製リング(５)に触れ、金属製リング(５)への放熱で温度が低下した1ガス(１２)がエラストマー製無端リング(６)に触れ、エラストマー製無端リング(６)の熱損傷が抑制され、圧力リング(２)の耐久性を高めることができる。

《効果》ピストンの放熱性を高めることができ1る。
図７，図８に例示するように、トップリング(３)は金属製リング(５)とされているので、高温のトップランド(１３)からシリンダ(１４)への放熱が金属製リング(５)で速やかに行われ、ピストン(１)の放熱性を高めることができる。

《効果》ブローバイガスの発生量を低減させることができる。
図７，図８に例示するように、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされているので、合い口が無く、セカンドリング(４)のシール性が高く、ブローバイガスの発生量を低減させることができる。

(請求項７に係る発明)
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項３または請求項６のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》圧力リングの耐久性を高めることができる。
図３，図４，図８に例示するように、ピストン(１)はセカンドランド(８)とグリス層(８a)を備え、グリス層(８a)はセカンドランド(８)の表面に形成されているので、トップリング(３)から漏れたガス(１２)がグリス層(８ａ)で遮られ、エラストマー製無端リング(６)に接触し難く、エラストマー製無端リング(６)の熱損傷が抑制され、圧力リング(２)の耐久性を高めることができる。

《効果》ブローバイガスの発生量を低減させることができる。
図３，図４，図８に例示するように、ピストン(１)はセカンドランド(８)とグリス層(８a)を備え、グリス層(８a)はセカンドランド(８)の表面に形成されているので、トップリング(３)から漏れたガス(１２)がグリス層(８ａ)で遮られ、ブローバイガスの発生量を低減させることができる。

本発明の第１実施形態に係るエンジンのピストン装置を説明する図で、図１(Ａ)は模式断面図、図１(Ｂ)は要部断面図である。本発明の第２実施形態に係るエンジンのピストン装置の図１(Ｂ)相当図である。本発明の第３実施形態に係るエンジンのピストン装置の図１(Ｂ)相当図である。本発明の第４実施形態に係るエンジンのピストン装置の図１(Ｂ)相当図である。図５(Ａ)は本発明の第５実施形態に係るエンジンのピストン装置の図１(Ｂ)相当図、図５(Ｂ)は図５(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図である。図６(Ａ)は本発明の第６実施形態に係るエンジンのピストン装置の図１(Ｂ)相当図、図６(Ｂ)は図６(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の第７実施形態に係るエンジンのピストン装置の図５(Ａ)相当図である。本発明の第８実施形態に係るエンジンのピストン装置の図５(Ａ)相当図である。

図１〜図８は本発明の第１〜第８実施形態に係るエンジンのピストン装置を説明する図であり、各実施形態では、立形ディーゼルエンジンのピストン装置について説明する。

まず、図１(Ａ)(Ｂ)に示す第１実施形態について説明する。
図１(Ａ)に示すように、第１実施形態のピストン装置は、ピストン(１)と圧力リング(２)とオイルリング(１６)とコンロッド(１７)を備えている。ピストン(１)はコンロッド(１７)を介してクランク軸(１８)に連結され、ピストン(１)はシリンダ(１４)に内嵌され、シリンダ(１４)の上部にはシリンダヘッド(２０)が組み付けられている。シリンダ(１４)内でピストン(１)とシリンダヘッド(２０)の間に燃焼室(１１)が形成されている。シリンダヘッド(２０)には吸気ポート(２１)と排気ポート(２２)が設けられ、吸気ポート(２１)には吸気弁(２１ａ)が配置され、排気ポート(２２)には排気弁(２２ａ)が配置され、燃焼室(１１)に燃料噴射弁(２３)が臨んでいる。

ピストン(１)の概要は、次の通りである。
図１(Ｂ)に示すように、ピストン(１)はピストンヘッド(２４)とピストン周壁(２５)を備え、ピストン周壁(２５)は、燃焼室(１１)側から順に、トップランド(１３)とトップリング溝(２６)とセカンドランド(８)とセカンドリング溝(７)とサードランド(２７)とオイルリング溝(２８)とスカート部(２９)を備えている。ピストン(１)にはアルミ合金が用いられている。

圧力リングの概要は、次の通りである。
図１(Ｂ)に示すように、圧力リング(２)はトップリング(３)とセカンドリング(４)を備え、トップリング(３)は金属製リング(５)とされ、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされている。セカンドリング(４)は断面矩形状で、外周にリップ部(４a)を備えている。

図１(Ｂ)に示すように、トップリング(３)はトップリング溝(２６)に内嵌されている。トップリング(３)にはバネ鋼が用いられ、トップリング(３)は合い口(図示せず)を備えている。
セカンドリング(４)はセカンドリング溝(７)に内嵌されている。セカンドリング(４)には、パーフロロエラストマーが用いられ、セカンドリング(４)は合い口を備えていない。パーフロロエラストマーは主鎖部と枝分かれ部と架橋部を備え、主鎖部はテトラフルオロエチレン、枝分かれ部はパーフロロメチルビニルエーテルからなる耐熱性素材である。

オイルリング(１６)はオイルリング溝(２８)に内嵌されている。オイルリング(１６)は金属製リング(５)で、合い口(図示せず)を備えている。オイルリング(１６)はオイル導入孔(１６ａ)を備え、オイルリング溝(２８)はオイル導出孔(２８ａ)を備え、オイル導入孔(１６ａ)とオイル導出孔(２８ａ)は相互に連通され、シリンダ(１４)からオイルリング(１６)で掻き取ったオイル(１５)は、オイル導入孔(１６ａ)とオイル導出孔(２８ａ)を介してピストン(１)内からクランクケース(３０)側に戻る。

次に、図２に示す第２実施形態について説明する。
図２に示すように、第２実施形態のものでは、セカンドリング溝(７)は表面が断熱層(７a)とされている。
他の構造は、第１実施形態と同じであり、図２中、第１実施形態と同じ要素には、図１(Ａ)と同じ符号を付しておく。
断熱層(７ａ)には、ピストン(１)よりも熱伝導性が低い素材が用いられている。このような素材としては、酸化アルミ、鋳鉄、バネ鋼等がある。

次に、図３に示す第３実施形態について説明する。
図３に示すように、第３実施形態のものでは、ピストン(１)はグリス層(８a)を備え、グリス層(８a)はセカンドランド(８)の表面に形成されている。
他の構造は、第１実施形態と同じであり、図３中、第１実施形態と同じ要素には、図１と同じ符号を付しておく。

次に、図４に示す第４実施形態について説明する。
図４に示すように、第４実施形態のものでは、セカンドリング溝(７)は表面が断熱層(７a)とされ、ピストン(１)はグリス層(８a)を備え、グリス層(８a)はセカンドランド(８)の表面に形成されている。
他の構造は、第１実施形態と同じであり、図４中、第１実施形態と同じ要素には、図１(Ａ)と同じ符号を付しておく。

次に、図５に示す第５実施形態について説明する。
図５(Ａ)に示すように、ピストン装置は、ピストン(１)と圧力リング(２)を備え、圧力リング(２)がエラストマー製無端リング(６)を備え、ピストン(１)が油冷リング溝(９)とオイルジェット導入孔(１０)を備え、油冷リング溝(９)はオイルジェット導入孔(１０)と連通し、エラストマー製無端リング(６)は油冷リング溝(９)に内嵌されている。
図５(Ａ)に示すように、圧力リング(２)はトップリング(３)を備え、ピストン(１)はトップリング溝(７)を備え、トップリング(３)はエラストマー製無端リング(６)とされ、トップリング溝(２６)は油冷リング溝(９)とされている。

図５(Ａ)に示すように、トップリング(３)は断面楕円形状で、外周にリップ部(３ａ)を備えている。
図５(Ａ)に示すように、圧力リング(２)はセカンドリング(４)を備え、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされている。
セカンドリング(４)は断面矩形状で、外周にリップ部(４a)を備えている。

図５(Ａ)(Ｂ)に示すように、油冷リング溝(９)は底面にオイル通過溝(９ａ)を備え、オイル通過溝(９ａ)はピストン(１)の径方向に向けられている。
図５(Ａ)に示すように、オイルジェット導入孔(１０)は、ピストン(１)に設けられ、ピストン(１)の径方向に向けられ、入口(１０ａ)はピストン(１)内で開口され、出口(１０ｂ)はオイル通過溝(９ａ)の入口(９ｂ)と連通している。

図５(Ａ)(Ｂ)に示すように、ピストン装置はオイルジェット導出孔(３１)を備え、オイルジェット導出孔(３１)はコンロッド孔(３２)と環状中継溝(３３)とオイルジェットノズル(３４)を備え、コンロッド孔(３２)はコンロッド(１７)に設けられ、環状中継溝(３３)はピストンピン(３５)の周面に設けられ、オイルジェットノズル(３１)はコンロッド(１７)の小端部(１７ａ)から突出された突起(１７ｂ)に設けられ、ピストン(１)内でオイルジェット導入孔(１０)の入口(１０ａ)と対向し、コンロッド孔(３２)は図１(Ｂ)に示すクランク軸(１８)のオイル通路(図示せず)と連通され、クランク軸(１８)のオイル通路のオイル(１５)がコンロッド孔(３２)と環状中継溝(３３)とオイルジェットノズル(３４)を介してオイルジェット導入孔(１０)に噴射され、油冷リング溝(９)に導入され、油冷リング溝(９)に嵌められたエラストマー製無端リング(６)がオイル(１５)で冷却される。
他の構成は、第１実施形態と同一であり、図５(Ａ)(Ｂ)中、第１実施形態と同一の要素には、図１(Ａ)(Ｂ)と同一の符号を付しておく。

次に、図６(Ａ)(Ｂ)に示す第６実施形態について説明する。
図６(Ａ)に示すように、ピストン(１)はセカンドリング溝(７)を備え、セカンドリング溝(７)は表面が断熱層(７a)とされ、セカンドリング溝(７)にセカンドリング(４)が内嵌されている。
他の構造は、第５実施形態と同一であり、図６(Ａ)(Ｂ)中、第５実施形態と同一の要素には、図５(Ａ)(Ｂ)と同一の符号を付しておく。

次に、図７に示す第７実施形態について説明する。
図７に示すように、圧力リング(２)はトップリング(３)とセカンドリング(４)を備え、ピストン(１)はセカンドリング溝(７)を備え、トップリング(３)は金属製リング(５)とされ、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされ、セカンドリング溝(７)は油冷リング溝(９)とされている。
他の構造は、第５実施形態と同一であり、図７中、第５実施形態と同一の要素には、図７と同一の符号を付しておく。

次に、図８に示す第８実施形態について説明する。
図８に示すように、第８実施形態のものでは、ピストン(１)はグリス層(８a)を備え、グリス層(８a)はセカンドランド(８)の表面に形成されている。
他の構造は、第７実施形態と同じであり、図８中、第７実施形態と同じ要素には、図７と同じ符号を付しておく。

(１) ピストン
(２) 圧力リング
(３) トップリング
(４) セカンドリング
(４a) リップ部
(５) 金属製リング
(６) エラストマー製無端リング
(７) セカンドリング溝
(７ａ) 断熱層
(８) セカンドランド
(８a) グリス層
(９) 油冷リング溝
(１０) オイルジェット導入孔
(２６) トップリング溝

Claims

ピストン(１)と圧力リング(２)を備えたエンジンのピストン構造において、
圧力リング(２)はトップリング(３)とセカンドリング(４)を備え、トップリング(３)は金属製リング(５)とされ、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされている、ことを特徴とするエンジンのピストン装置。
請求項１に記載されたエンジンのピストン構造において、
セカンドリング(４)は外周にリップ部(４a)を備えている、ことを特徴とするエンジンのピストン装置。
請求項１または請求項２に記載されたエンジンのピストン構造において、
ピストン(１)はセカンドリング溝(７)を備え、セカンドリング溝(７)は表面が断熱層(７a)とされ、セカンドリング溝(７)にセカンドリング(４)が内嵌されている、ことを特徴とするエンジンのピストン装置。
ピストン(１)と圧力リング(２)を備えたエンジンのピストン構造において、
圧力リング(２)がエラストマー製無端リング(６)を備え、ピストン(１)が油冷リング溝(９)とオイルジェット導入孔(１０)を備え、油冷リング溝(９)はオイルジェット導入孔(１０)と連通し、エラストマー製無端リング(６)は油冷リング溝(９)に内嵌されている、ことを特徴とするエンジンのピストン装置。
請求項４に記載されたエンジンのピストン構造において、
図５，図６に例示するように、圧力リング(２)はトップリング(３)を備え、ピストン(１)はトップリング溝(７)を備え、トップリング(３)はエラストマー製無端リング(６)とされ、トップリング溝(２６)は油冷リング溝(９)とされている、ことを特徴とするエンジンのピストン装置。
請求項４に記載されたエンジンのピストン構造において、
圧力リング(２)はトップリング(３)とセカンドリング(４)を備え、ピストン(１)はセカンドリング溝(７)を備え、トップリング(３)は金属製リング(５)とされ、セカンドリング(４)はエラストマー製無端リング(６)とされ、セカンドリング溝(７)は油冷リング溝(９)とされている、ことを特徴とするエンジンのピストン装置。
請求項１から請求項３または請求項６のいずれかに記載されたエンジンのピストン構造において、
ピストン(１)はセカンドランド(８)とグリス層(８a)を備え、グリス層(８a)はセカンドランド(８)の表面に形成されている、ことを特徴とするエンジンのピストン装置。