JP2018165559A - ピストンリング及びピストン - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンリング及びピストンにおいて、摩擦抵抗を軽減してメカニカルな損失を低減すると共にガスシール機能の低下を抑制する。【解決手段】エンジンのピストン１３の外周面に設けられるピストンリングにおいて、リング形状をなす本体３２の外周面に、ピストン１３の頂部側から最大外径部３４側に向けてピストン１３の軸方向に沿う軸方向溝３３を周方向に所定間隔を空けて複数設ける。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関に用いられるピストンの外周部に装着されるピストンリング、このピストンリングが装着されるピストンに関するものである。

内燃機関において、エンジン本体に水平方向に複数のシリンダボアが並んで設けられ、各シリンダボアにピストンが上下動自在に支持されている。そして、エンジン本体とピストンにより区画される各燃焼室に対して吸気ポート及び排気ポートが設けられ、この吸気ポート及び排気ポートが吸気弁及び排気弁により開閉自在となっている。また、燃焼室や吸気ポートに対して燃料を噴射するインジェクタが装着されている。

上述したピストンは、外周部に複数のピストンリングが装着されている。複数のピストンリングとしては、ピストンの頂部側からトップリング、セカンドリング、オイルリングが用いられる。トップリングとセカンドリングは、ガスシール機能及び熱伝導機能を有し、オイルリングは、オイルコントロール機能を有している。このようなピストンリングとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２０１２−１０７７１０号公報

内燃機関のメカニカルな損失として、ピストンリングのメカニカルな損失の割合は、約２０％〜３０％あり、ピストンリングの摩擦損失が内燃機関の効率を下げてしまうという問題がある。ところが、一方で、ピストンリングは、市リンダボアの内壁面に対して摺動しながら燃焼室内のガスをシールする機能、シリンダボアの壁面に接してピストンの熱をシリンダボア側に逃がす機能、シリンダボアの内壁面に付着した潤滑油を掻き落とす機能を有しており、エンジンの信頼性を維持するためにピストンリングの摩擦抵抗を単純に定差させることは困難である。

本発明は上述した課題を解決するものであり、摩擦抵抗を軽減してメカニカルな損失を低減すると共にガスシール機能の低下を抑制するピストンリング及びピストンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のピストンリングは、内燃機関のピストンの外周面に設けられるピストンリングにおいて、リング形状をなすピストンリング本体の外周面に、前記ピストンの頂部側から最大外径部側に向けて前記ピストンの軸方向に沿う軸方向溝が、周方向に所定間隔を空けて複数設けられる、ことを特徴とするものである。

従って、ピストンリングは、燃焼室側のガス圧力が背面側に作用することで、外面がシリンダボアの内壁面に押圧されるが、燃焼室側のガス圧力が複数の軸方向溝を通して外面側にも作用することから、外面がシリンダボアの内壁面に押圧される荷重を低減することができ、ピストンリングの外面とシリンダボアの内壁面との摩擦抵抗を軽減し、メカニカルな損失を低減することができると共に、ガスシール機能の低下を抑制することができる。

本発明のピストンリングでは、前記軸方向溝は、前記ピストンの軸方向における長さ寸法が、前記ピストンの周方向における幅寸法より大きい寸法に設定されることを特徴としている。

従って、軸方向溝をピストンの軸方向に長く形成することで、燃焼室側のガス圧力を軸方向溝を通して外面側に効率良く作用させることができる。

本発明のピストンリングでは、前記軸方向溝は、前記ピストンの頂部側の端部が前記最大外径部側の端部より前記ピストンの径方向における中心側に配置されることを特徴としている。

従って、ピストンリングとシリンダボアとの間に油膜が形成されるが、軸方向溝におけるピストンの頂部側の端部がピストンの中心側まで延出されることで、燃焼室側のガス圧力を軸方向溝に適正に侵入させることができる。

本発明のピストンリングでは、前記ピストンリング本体は、外周面が円弧形状をなし、前記軸方向溝は、前記最大外径部側の端部が前記最大外径部に到達しない位置に配置されることを特徴としている。

従って、ピストンリング本体の外周面が円弧形状をなすとき、軸方向溝における最大外径部側の端部を最大外径部に到達しない位置に配置することで、最大外径部をシリンダボアの内壁面に密着させることで、シール性能の低下を抑制することができる。

本発明のピストンリングでは、前記ピストンリング本体は、外周面が平坦面形状をなし、前記軸方向溝は、前記最大外径部側の端部が前記最大外径部の中途部に配置されることを特徴としている。

従って、ピストンリング本体の外周面が平坦面形状をなすとき、軸方向溝における最大外径部側の端部を前記最大外径部の中途部に配置することで、最大外径部をシリンダボアの内壁面に密着させることで、シール性能の低下を抑制することができる。

本発明のピストンリングでは、前記ピストンリング本体の外周面に、複数の前記軸方向溝における前記最大外径部側の端部同士を連通する周方向溝が周方向に沿って設けられることを特徴としている。

従って、複数の軸方向溝における最大外径部側の端部同士を連通する周方向溝を設けることで、軸方向溝に侵入する燃焼室側のガス圧力を周方向溝により均一化して外周面に適切に作用させることができる。

本発明のピストンリングでは、前記軸方向溝は、前記ピストンの軸方向に対して前記ピストンの周方向に傾斜して配置されることを特徴としている。

従って、軸方向溝を傾斜して配置することで、ピストンの往復移動時に軸方向溝により潤滑油をピストンの周方向に拡散することができ、ピストンとシリンダボアとの間の油膜を周方向で均一化することができる。

また、本発明のピストンは、内燃機関のシリンダボアに移動自在に設けられるピストンにおいて、外周面に周方向に沿って設けられるリング溝に、前記ピストンリングが装着される、ことを特徴とするものである。

従って、ピストンリングは、燃焼室側のガス圧力が背面側に作用することで、外面がシリンダボアの内壁面に押圧されるが、燃焼室側のガス圧力が複数の軸方向溝を通して外面側にも作用することから、外面がシリンダボアの内壁面に押圧される荷重を低減することができ、ピストンリングの外面とシリンダボアの内壁面との摩擦抵抗を軽減し、メカニカルな損失を低減することができると共に、ガスシール機能の低下を抑制することができる。

本発明のピストンでは、前記軸方向溝は、前記ピストンの頂部側の端部が前記シリンダボアの内壁面に形成される油膜の内方まで延出されることを特徴としている。

従って、ピストンリングとシリンダボアとの間に油膜が形成されるが、軸方向溝におけるピストンの頂部側の端部が油膜の内方まで延出されることで、燃焼室側のガス圧力を軸方向溝に適正に侵入させることができる。

本発明のピストンでは、前記軸方向溝は、前記ピストンの頂部側の端部が燃焼室側の空間部に連通し、前記最大外径部側の端部がクランク室側の空間部に連通しないことを特徴としている。

従って、ピストンリングの最大外径部をシリンダボアの内壁面に密着させることで、シール性能の低下を抑制することができる。

本発明のピストンリング及びピストンによれば、摩擦抵抗を軽減してメカニカルな損失を低減することができると共に、ガスシール機能の低下を抑制することができる。

図１は、第１実施形態のピストンが適用されるエンジンを表す概略構成図である。 図２は、第１実施形態のピストンに装着されたピストンリングの正面図である。 図３は、図２のIII−III断面図である。 図４は、第２実施形態のピストンに装着されたピストンリングの正面図である。 図５は、図４のＶ−Ｖ断面図である。 図６は、第３実施形態のピストンに装着されたピストンリングの正面図である。 図７は、第４実施形態のピストンに装着されたピストンリングの断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るピストンリング及びピストンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態のピストンが適用されるエンジンについて詳細に説明する。図１は、第１実施形態のピストンが適用されるエンジンを表す概略構成図である。

図１に示すように、第１実施形態のエンジン１０は、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されてエンジン本体１１が構成されている。このエンジン本体１１は、複数（図１では、１個を図示）のシリンダボア１２が設けられ、各シリンダボア１２にシリンダライナ（図示略）を介してピストン１３がそれぞれ上下移動自在に支持されている。エンジン本体１１は、図示しないが、下部にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１３がコネクティングロッド１４を介してクランクシャフトにそれぞれ連結されている。

燃焼室１５は、エンジン本体１１の下面とシリンダボア１２の内壁面とピストン１３の頂面とにより区画されて構成されている。燃焼室１５は、上方、つまり、エンジン本体１１に吸気ポート１６及び排気ポート１７が並んで形成されており、吸気ポート１６及び排気ポート１７に対して吸気弁１８及び排気弁１９の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁１８及び排気弁１９は、エンジン本体１１に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１６及び排気ポート１７を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。吸気弁１８及び排気弁１９は、図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの吸気カム及び排気カムが作用することで、吸気ポート１６及び排気ポート１７を開閉することができる。また、燃焼室１５は、上方、つまり、エンジン本体１１に燃料噴射弁２０が設けられている。燃料噴射弁２０は、燃焼室１５に高圧燃料を噴射することができる。

そのため、エンジン１０は、クランクシャフトが２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが１回転し、吸気弁１８及び排気弁１９が吸気ポート１６及び排気ポート１７を開閉することとなる。そして、エンジン本体１１は、吸気ポート１６から燃焼室１５に空気が供給されると、ピストン１３の上昇によりこの空気が圧縮され、燃料噴射弁２０により燃焼室１５に高圧燃料が噴射されると、この高圧燃料が自然着火して燃焼する。そして、発生した燃焼ガスは、排ガスとして排気ポート１７から排出される。

上述したピストン１３は、外周部に３個のピストンリング２１，２２，２３が上下方向に所定間隔を空けて装着されている。３個のピストンリング２１，２２，２３は、上方側に装着されるトップリング２１及びセカンドリング２２と、その下方側に装着されるオイルリング２３である。トップリング２１及びセカンドリング２２は、ガスシール機能及び熱伝導機能を有し、オイルリング２３は、オイルコントロール機能を有している。このガスシール機能は、エンジン１０の吸気、圧縮、膨張、排気行程における燃焼室１５の機密性を確保するものである。即ち、燃焼室１５における燃焼ガスの膨張によりピストン１３が圧力を受けて下降するが、このとき、燃焼ガスがシリンダボア１２とピストン１３との隙間を通ってクランクケース内に漏れないように、トップリング２１及びセカンドリング２２がシリンダボア１２の内壁面に接して機密性を確保する。熱伝導機能は、トップリング２１及びセカンドリング２２がシリンダボア１２の内壁面に接することで、ピストン１３の熱をシリンダボア１２側に逃がすことで、ピストン１３やトップリング２１及びセカンドリング２２の性能を確保するものである。オイルコントロール機能は、潤滑油を必要最小限の量だけシリンダボア１２の内壁面に残し、余分な潤滑油をかき落として回収するものである。

ここで、トップリング２１について詳細に説明する。図２は、第１実施形態のピストンに装着されたピストンリングの正面図、図３は、図２のIII−III断面図である。

ピストン１３は、外周面に周方向に沿ってリング溝３１が形成されている。このリング溝３１は、天井面３１ａと側面３１ｂと底面３１ｃとから構成される矩形断面形状をなしし、天井面３１ａと側面３１ｂと底面３１ｃはそれぞれ平面となっている。天井面３１ａと底面３１ｃは平行をなして対向し、天井面３１ａと底面３１ｃは、側面３１ｂと略直角をなしている。

トップリング２１は、本体（ピストンリング本体）３２に対して外面２１ａと上面２１ｂと背面２１ｃと下面２１ｄとから構成される矩形断面形状をなし、外面２１ａは、円弧形状面をなし、上面２１ｂと背面２１ｃと下面２１ｄは、平面となっている。なお、このトップリング２１は、リング形状をなすものの、シリンダボア１２の内壁面に対して張力を発生して密着を確保するため、１箇所に合口（図示略）と呼ばれる切れ目が設けられている。この合口は、低温時と高温時における熱膨張差を吸収するために、合口隙間が設けられている。

トップリング２１は、ピストン１３のリング溝３１に装着されている。このとき、トップリング２１とピストン１３のリング溝３１は、上面２１ｂが天井面３１ａに対向し、背面２１ｃが側面３１ｂに対向し、下面２１ｄが底面３１ｃに対向している。そして、トップリング２１は、外面２１ａが油膜Ｆを介してシリンダボア１２の内壁面に対向している。

第１実施形態のトップリング２１にて、本体３２は、外面２１ａにピストン１３の頂部側から最大外径部３４側に向けてピストン１３の軸方向に沿う軸方向溝３３が周方向に所定間隔を空けて複数設けられている。この軸方向溝３３は、ピストン１３の軸方向に平行に設けられ、ピストン１３の軸方向における長さ寸法が、ピストン１３の周方向における幅寸法より大きい寸法に設定されている。

この場合、トップリング２１は、本体３２の外面２１ａが円弧形状面をなし、背面２１ｃが平面をなすことから、上下方向における中間位置、つまり、円弧形状面をなす外面２１ａの頂点の位置が最大外径部３４となっている。そして、軸方向溝３３は、ピストン１３の頂部側の端部３３ａが平面である上面２１ｂに到達した位置に配置され、最大外径部３４側の端部３３ｂがこの最大外径部３４に到達しない手前の位置に配置されている、また、軸方向溝３３は、ピストン１３の頂部側の端部３３ａが最大外径部３４側の端部３３ｂよりピストン１３の径方向における中心側（図３の左側）に配置されている。

そして、軸方向溝３３は、ピストン１３の頂部側の端部３３ａがシリンダボア１２の内壁面に形成される油膜Ｆより内方まで延出され、最大外径部３４側の端部３３ｂがこの油膜Ｆ内に位置している。また、軸方向溝３３は、ピストン１３の頂部側の端部が燃焼室１５側の空間部に連通し、最大外径部３４側の端部がクランク室側の空間部に連通していない。

そのため、トップリング２１は、燃焼室１５側の燃焼ガスの圧力が背面２１ｃ側に作用することで、外面２１ａがシリンダボア１２の内壁面側に押圧される。また、トップリング２１は、外面２１ａに複数の軸方向溝３３が設けられていることから、燃焼室１５側の燃焼ガスの圧力がこの複数の軸方向溝３３を通して外面２１ａ側にも作用する。このとき、トップリング２１は、背面２１ｃの面積に対して軸方向溝３３の面積が極めて小さいことから、外面２１ａが油膜Ｆを介してシリンダボア１２の内壁面に押圧されるものの、軸方向溝３３によりその押圧力（荷重）が低減される。

即ち、トップリング２１の外面２１ａとシリンダボア１２の内壁面との間の圧力は、燃焼室１５側に軸方向溝３３が設けられた領域Ｌ１で圧力Ｐ１と高く、クランク室側の軸方向溝３３が設けられていない領域Ｌ２で圧力Ｐ２と低く、領域Ｌ１と領域Ｌ２間の領域Ｌ３で変動するものとなっている。そのため、トップリング２１は、最大外径部３４の位置でシリンダボア１２の内壁面と密着することでシール性能が確保され、軸方向溝３３の位置でシリンダボア１２の内壁面への押圧力が低減されて摩擦抵抗が低減される。

このように第１実施形態のピストンリングにあっては、エンジン１０のピストン１３の外周面に設けられるピストンリングにおいて、リング形状をなす本体３２の外周面に、ピストン１３の頂部側から最大外径部３４側に向けてピストン１３の軸方向に沿う軸方向溝３３を周方向に所定間隔を空けて複数設けている。

従って、トップリング２１は、燃焼室１５側のガス圧力が背面２１ｃ側に作用することで、外面２１ａがシリンダボア１２の内壁面に押圧されるが、燃焼室１５側のガス圧力が複数の軸方向溝３３を通して外面２１ａ側にも作用することから、外面２１ａがシリンダボア１２の内壁面に押圧される荷重を低減することができる。その結果、トップリング２１の外面とシリンダボア１２の内壁面との摩擦抵抗を軽減し、メカニカルな損失を低減することができると共に、ガスシール機能の低下を抑制することができる。

第１実施形態のピストンリングでは、軸方向溝３３におけるピストン１３の軸方向における長さ寸法をピストン１３の周方向における幅寸法より大きい寸法に設定している。従って、軸方向溝３３をピストン１３の軸方向に長く形成することで、燃焼室１５側のガス圧力を軸方向溝３３を通して外面２１ａ側に効率良く作用させることができる。

第１実施形態のピストンリングでは、軸方向溝３３におけるピストン１３の頂部側の端部３３ａを最大外径部３４側の端部３３ｂよりピストン１３の径方向における中心側に配置している。従って、トップリング２１とシリンダボア１２との間に油膜Ｆが形成されるが、軸方向溝３３におけるピストン３の頂部側の端部３３ａがピストン１３の中心側まで延出されることで、燃焼室１５側のガス圧力を軸方向溝３３に適正に侵入させることができる。

第１実施形態のピストンリングでは、本体３２の外面２１ａを円弧形状とし、軸方向溝３３における最大外径部３４側の端部３３ｂを最大外径部３４に到達しない位置に配置している。従って、本体３２の外面２１ａが円弧形状をなすとき、軸方向溝３３における最大外径部３４側の端部３３ｂを最大外径部３４に到達しない位置に配置することで、最大外径部３４をシリンダボア１２の内壁面に密着させることで、シール性能の低下を抑制することができる。

また、第１実施形態のピストンにあっては、エンジン本体１１のシリンダボア１２に移動自在に設けられるピストン１３において、外周面に周方向に沿って設けられるリング溝３１に、複数の軸方向溝３３が設けられたトップリング２１を装着している。

従って、トップリング２１は、燃焼室１５側のガス圧力が背面２１ｃ側に作用することで、外面２１ａがシリンダボア１２の内壁面に押圧されるが、燃焼室１５側のガス圧力が複数の軸方向溝３３を通して外面２１ａ側にも作用することから、外面２１ａがシリンダボア１２の内壁面に押圧される荷重を低減することができる。その結果、トップリング２１の外面とシリンダボア１２の内壁面との摩擦抵抗を軽減し、メカニカルな損失を低減することができると共に、ガスシール機能の低下を抑制することができる。

第１実施形態のピストンでは、軸方向溝３３におけるピストン１３の頂部側の端部３３ａをシリンダボア１２の内壁面に形成される油膜Ｆの内方まで延出している。従って、トップリング２１とシリンダボア１２との間に油膜Ｆが形成されるが、軸方向溝３３におけるピストン１３の頂部側の端部３３ａが油膜Ｆの内方まで延出されることで、燃焼室１５側のガス圧力を軸方向溝３３に適正に侵入させることができる。

第１実施形態のピストンでは、軸方向溝３３におけるピストン１３の頂部側の端部３３ａを燃焼室１５側の空間部に連通し、最大外径部３４側の端部３３ｂをクランク室側の空間部に連通しない。従って、トップリング２１の最大外径部３４をシリンダボア１２の内壁面に密着させることで、シール性能の低下を抑制することができる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態のピストンに装着されたピストンリングの正面図、図５は、図４のＶ−Ｖ断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図４及び図５に示すように、トップリング２１Ａにて、本体３２は、外面２１ａと上面２１ｂと背面２１ｃと下面２１ｄとから構成される矩形断面形状をなし、外面２１ａは、円弧形状面をなし、上面２１ｂと背面２１ｃと下面２１ｄは、平面となっている。トップリング２１Ａは、ピストン１３のリング溝３１に装着されている。第２実施形態のトップリング２１Ａは、本体３２の外面２１ａにピストン１３の頂部側から最大外径部３４側に向けてピストン１３の軸方向に沿う軸方向溝３３が周方向に所定間隔を空けて複数設けられている。

また、トップリング２１Ａは、本体３２の外周面に、複数の軸方向溝３３における最大外径部３４側の端部同士を連通する周方向溝３５が周方向に沿って設けられている。この周方向溝３５は、複数の軸方向溝３３を連通するものであるが、複数の軸方向溝３３を複数のブロック単位に区分けし、ブロック単位に区分けされた複数の軸方向溝３３同士をそれぞれ複数の周方向溝３５により連通してもよい。また、周方向溝３５は、複数の軸方向溝３３における最大外径部３４側の端部同士を連通するものとしたが、複数の軸方向溝３３の長手方向の中間位置などを連通してもよい。

そのため、トップリング２１Ａは、燃焼室１５側の燃焼ガスの圧力が背面２１ｃ側に作用することで、外面２１ａがシリンダボア１２の内壁面側に押圧される。また、トップリング２１Ａは、外面２１ａに複数の軸方向溝３３及び周方向溝３５が設けられていることから、燃焼室１５側の燃焼ガスの圧力がこの複数の軸方向溝３３及び周方向溝３５を通して外面２１ａ側にも作用する。このとき、トップリング２１Ａは、背面２１ｃの面積に対して軸方向溝３３の面積が極めて小さいことから、外面２１ａが油膜Ｆを介してシリンダボア１２の内壁面に押圧されるものの、軸方向溝３３及び周方向溝３５によりその押圧力（荷重）が低減される。また、複数の軸方向溝３３が周方向溝３５により連通されていることから、複数の軸方向溝３３に侵入した燃焼ガスがトップリング２１Ａの外面２１ａに作用する圧力が周方向で均一化される。

このように第２実施形態のピストンリングにあっては、本体３２の外周面にピストン１３の頂部側から最大外径部３４側に向けてピストン１３の軸方向に沿う軸方向溝３３を周方向に所定間隔を空けて複数設けると共に、複数の軸方向溝３３における最大外径部３４側の端部同士を連通する周方向溝３５を周方向に沿って設けている。

従って、複数の軸方向溝３３における最大外径部３４側の端部同士を連通する周方向溝３５を設けることで、各軸方向溝３３に侵入する燃焼室１５側の燃焼ガスの圧力を周方向溝３５により均一化して外周面に適切に作用させることができる。

［第３実施形態］
図６は、第３実施形態のピストンに装着されたピストンリングの正面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態において、図６に示すように、トップリング２１Ｂにて、本体３２は、外面２１ａと上面２１ｂと背面２１ｃ（図３参照）と下面２１ｄとから構成される矩形断面形状をなし、外面２１ａは、円弧形状面をなし、上面２１ｂと背面２１ｃと下面２１ｄは、平面となっている。トップリング２１Ｂは、ピストン１３のリング溝３１に装着されている。第３実施形態のトップリング２１Ｂは、本体３２の外面２１ａにピストン１３の頂部側から最大外径部３４側に向けてピストン１３の軸方向に沿う軸方向溝３６，３７が周方向に所定間隔を空けて複数設けられている。この軸方向溝３６，３７は、ピストン１３の軸方向に対してピストン１３の周方向に向けて傾斜して配置されている。例えば、軸方向溝３６，３７は、ピストン１３の軸方向に対して２０度から５０度の範囲で傾斜することが好ましい。そして、軸方向溝３６，３７は、ピストン１３の頂部側の端部で連通すると共に、最大外径部３４側の端部で連通している。なお、軸方向溝３６，３７の一端部だけを連通したり、軸方向溝３６，３７の両端部を連通しなかったりしてもよい。

そのため、トップリング２１Ｂは、燃焼室１５側の燃焼ガスの圧力が背面２１ｃ側に作用することで、外面２１ａがシリンダボア１２の内壁面側に押圧される。また、トップリング２１Ｂは、外面２１ａに複数の軸方向溝３６，３７が設けられていることから、燃焼室１５側の燃焼ガスの圧力がこの複数の軸方向溝３６，３７を通して外面２１ａ側にも作用する。このとき、トップリング２１Ｂは、背面２１ｃの面積に対して軸方向溝３６，３７の面積が極めて小さいことから、外面２１ａが油膜Ｆを介してシリンダボア１２の内壁面に押圧されるものの、軸方向溝３６，３７によりその押圧力（荷重）が低減される。また、複数の軸方向溝３６，３７により連通されていることから、複数の軸方向溝３６，３７に侵入した燃焼ガスがトップリング２１Ｂの外面２１ａに作用する圧力が周方向で均一化される。

このように第３実施形態のピストンリングにあっては、本体３２の外周面にピストン１３の頂部側から最大外径部３４側に向けてピストン１３の軸方向に沿う軸方向溝３６，３７を周方向に所定間隔を空けて複数設け、この複数の軸方向溝３６，３７をピストン１３の軸方向に対して周方向に傾斜して配置している。

従って、軸方向溝３６，３７を傾斜して配置することで、ピストン１３の往復移動時に軸方向溝３６，３７により潤滑油をピストン１３の周方向に拡散することができ、ピストン１３とシリンダボア１２との間の油膜Ｆを周方向で均一化することができる。

［第４実施形態］
図７は、第４実施形態のピストンに装着されたピストンリングの断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態において、図７に示すように、トップリング４１にて、本体４２は、外面４１ａと上面４１ｂと背面４１ｃと下面４１ｄとから構成される矩形断面形状をなし、外面４１ａと上面４１ｂと背面４１ｃと下面４１ｄは、平面となっており、外面４１ａと上面４１ｂ及び下面４１ｄとの間に湾曲部４１ｅ，４１ｆが設けられている。トップリング４１は、ピストン１３のリング溝３１に装着されている。第４実施形態のトップリング４１は、本体４２の外面４１ａにピストン１３の頂部側から最大外径部３４側に向けてピストン１３の軸方向に沿う軸方向溝４３が周方向に所定間隔を空けて複数設けられている。

トップリング４１は、本体４２の外面４１ａが平坦面形状であることから、外面４１ａの領域Ｌ４の範囲が最大外径部である。軸方向溝４３は、ピストン１３の頂部側の端部が上面４１ｂまで延出し、最大外径部側の端部が最大外径部である外面４１ａの領域Ｌ４の中途部まで延出されている。この場合、軸方向溝４３の最大外径部側の端部は、トップリング４１の上下方向の中間位置を下方に超えて設けることが好ましいが、中間位置の上方位置までとしてもよい。

なお、上述の説明では、軸方向溝４３を第１実施形態の軸方向溝３３とほぼ同様の形状としたが、第２実施形態の周方向溝３５を設けてもよいし、第３実施形態の軸方向溝３６，３７を設けてもよい。

そのため、トップリング４１は、燃焼室１５側の燃焼ガスの圧力が背面４１ｃ側に作用することで、外面４１ａがシリンダボア１２の内壁面側に押圧される。また、トップリング４１は、外面４１ａに複数の軸方向溝４３が設けられていることから、燃焼室１５側の燃焼ガスの圧力がこの複数の軸方向溝４３を通して外面４１ａ側にも作用する。このとき、トップリング４１は、背面４１ｃの面積に対して軸方向溝３３の面積が極めて小さいことから、外面４１ａが油膜Ｆを介してシリンダボア１２の内壁面に押圧されるものの、軸方向溝４３によりその押圧力（荷重）が低減される。

このように第４実施形態のピストンリングにあっては、本体４２の外面４１ａを平坦面形状とし、軸方向溝４３における最大外径部側の端部を最大外径部の中途部に配置している。

従って、本体４２の外面４１ａが平坦面形状をなすとき、軸方向溝４３における最大外径部側の端部を最大外径部の中途部に配置することで、最大外径部をシリンダボア１２の内壁面に密着させることで、シール性能の低下を抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、各軸方向溝３３，３６，３７，４３を直線形状としたが、曲線形状としてもよい。また、各軸方向溝３３，３６，３７，４３の幅を同じにしたが、長手方向でその幅を変化させてもよい。

また、上述した実施形態では、本発明のピストンリングをトップリング２１に適用したが、セカンドリング２２に適用してもよい。

また、上述した実施形態では、エンジン１０を４ストロークのディーゼルエンジンとして説明したが、このエンジンに限定されるものではなく、例えば、ガソリンエンジンや天然ガスエンジン、または、２ストロークのエンジンなどを含むレシプロエンジン（往復動機関）の全てに適用することができる。

１０ エンジン
１１ エンジン本体
１２ シリンダボア
１３ ピストン
１５ 燃焼室
２１，２１Ａ，２１Ｂ，４１ トップリング（ピストンリング）
２１ａ，４１ａ 外面
２２ セカンドリング（ピストンリング）
２３ オイルリング（ピストンリング）
３１ リング溝
３２，４２ 本体（ピストンリング本体）
３３，３６，３７，４３ 軸方向溝
３４ 最大外径部
３５ 周方向溝
Ｆ 油膜

Claims (10)

1. 内燃機関のピストンの外周面に設けられるピストンリングにおいて、
   リング形状をなすピストンリング本体の外周面に、前記ピストンの頂部側から最大外径部側に向けて前記ピストンの軸方向に沿う軸方向溝が、周方向に所定間隔を空けて複数設けられる、
   ことを特徴とするピストンリング。
2. 前記軸方向溝は、前記ピストンの軸方向における長さ寸法が、前記ピストンの周方向における幅寸法より大きい寸法に設定されることを特徴とする請求項１に記載のピストンリング。
3. 前記軸方向溝は、前記ピストンの頂部側の端部が前記最大外径部側の端部より前記ピストンの径方向における中心側に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のピストンリング。
4. 前記ピストンリング本体は、外周面が円弧形状をなし、前記軸方向溝は、前記最大外径部側の端部が前記最大外径部に到達しない位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のピストンリング。
5. 前記ピストンリング本体は、外周面が平坦面形状をなし、前記軸方向溝は、前記最大外径部側の端部が前記最大外径部の中途部に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のピストンリング。
6. 前記ピストンリング本体の外周面に、複数の前記軸方向溝における前記最大外径部側の端部同士を連通する周方向溝が周方向に沿って設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のピストンリング。
7. 前記軸方向溝は、前記ピストンの軸方向に対して前記ピストンの周方向に傾斜して配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のピストンリング。
8. 内燃機関のシリンダボアに移動自在に設けられるピストンにおいて、
   外周面に周方向に沿って設けられるリング溝に、請求項１から請求項７のいずれか一項のピストンリングが装着される、
   ことを特徴とするピストン。
9. 前記軸方向溝は、前記ピストンの頂部側の端部が前記シリンダボアの内壁面に形成される油膜の内方まで延出されることを特徴とする請求項８に記載のピストン。
10. 前記軸方向溝は、前記ピストンの頂部側の端部が燃焼室側の空間部に連通し、前記最大外径部側の端部がクランク室側の空間部に連通しないことを特徴とする請求項８または請求項９に記載のピストン。

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