JP4310055B2 - 内燃機関のピストンリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ピストンのリング溝に，シリンダボアの内壁に摺動可能に密接するピストンリングを該シリンダボアの軸線方向の所定の間隙を存して装着した，内燃機関のピストンリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リング溝とピストンリングとの前記間隙は，ピストンリングの熱膨張時でも，ピストンリングがリング溝で膠着せずに，シリンダボアの内壁に密接して良好なガスシール機能を確保する上で重要な役割を果たす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，内燃機関の低温状態での始動時や低速運転時には，上記間隙が排ガス中のＨＣ濃度を増加させる一因となっていることが本発明者によって究明された。それは次のような理由による。
【０００４】
図６に示すように，従来のピストンリング装置では，ピストン３の上部リング溝１０に装着されたピストンリング１３（圧縮リング）は，該リング溝１０及びピストンリング１３間の、シリンダボアの軸線方向の間隙ｇの範囲で常に移動可能であるため，ピストン３の上昇時には（図６（Ａ）参照），ピストンリング１３は，それの慣性力と，該リング１３及びシリンダ内壁間の摩擦抵抗とによりリング溝１０の下面に押しつけられて，上部に前記間隙ｇが発生し，ピストン３の下降時には（図６（Ｂ）参照），ピストンリング１３は上記慣性力及び摩擦抵抗によりリング溝１０の上面に押しつけられ，その下方に前記間隙ｇが移る。
【０００５】
ところで，内燃機関の低温時，シリンダ内壁に付着した未燃燃料ｆは，排気行程でのピストン上昇時，ピストンリング１３の上部に発生した間隙ｇに引き込まれ，次いでピストン３の上昇速度が急減速する上死点直前に，ピストンリング１３の上昇慣性力が該リング１３とシリンダ内壁との摩擦抵抗に打ち勝って該リング１３がピストン３に対して相対的に上昇するとき，前記間隙ｇ内から前記未燃燃料ｆ押し出す。そして，この未燃燃料ｆが排ガスと共に排気ポートへ排出され，排ガス中のＨＣ濃度を増加させるのである。
【０００６】
本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，内燃機関の低温時，特にピストンの運動速度が遅い，内燃機関の始動時や低速運転時に，リング溝とピストンリングとの、シリンダボアの軸線方向の間隙に起因する排気ガス中のＨＣ濃度の増加を抑え得るようにした，内燃機関のピストンリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明は，ピストンのリング溝に，シリンダボアの内壁に摺動可能に密接するピストンリングを該シリンダボアの軸線方向の所定の間隙を存して装着した，内燃機関のピストンリング装置において，リング溝に，ピストンの低速運動域でリング溝でのピストンリングの前記軸線方向の移動を規制し，ピストンの高速運動域では前記規制が無効にされるリング規制手段を設けたことを第１の特徴とする。
【０００８】
本発明において、「シリンダボアの軸線方向」とは、シリンダボアの軸線に沿う方向をいう。尚，前記リング溝及びピストンは，後述する本発明の実施例中の上部リング溝１０及び第１圧縮リング１３に対応する。
【０００９】
この第１の特徴によれば，ピストンの低速運動域では，ピストンリングは，リング規制手段によりリング溝での前記軸線方向の移動を規制されるので，内燃機関の低温，低速運転域において，シリンダボア内壁に付着した未燃燃料がピストンの昇降に伴いリング溝に出入りすることがなくなり，したがって排気行程でも，その未燃燃料を外部に放出させないので，排ガス中のＨＣ濃度が増加するのを抑えることができる。
【００１０】
またピストンの高速運動域では，リング規制手段による規制が無効となるから，ピストンリングは，リング内で自由に上下動して膠着を防ぎ，本来のガスシール機能を発揮することができる。
【００１１】
また本発明は，第１の特徴に加えて，リング溝及びピストンリングの前記軸線方向で対向する対向面間に楔状に挿入され，その挿入方向に張りを持つ規制リングでリング規制手段を構成し，ピストンの低速運動域では規制リングの楔作用によりピストンリングのリング溝での前記軸線方向の移動を規制し，ピストンの高速運動域ではピストンの下降に伴うピストンリングの浮き上がり力により規制リングの楔作用が無効にされることを第２の特徴とする。
【００１２】
この第２の特徴によれば，規制リングという単一の部材をもってリング規制手段を簡単に構成することができ，リング規制手段の追加によるピストンリング装置のコスト増を少なく抑えることができる。
【００１３】
さらに本発明は，第２の特徴に加えて，ピストンリング及び規制リングの相対向面に，規制リングの楔作用を促す斜面を形成したことを第３の特徴とする。
【００１４】
この第３の特徴によれば，規制リングの楔作用によるピストンリングの前記軸線方向の移動規制を的確に行うことができる。
【００１５】
さらにまた本発明は，第３の特徴に加えて，環状の平板に，リング溝の内面に接する複数の平坦部と，ピストンリングの斜面に接する斜面を有する複数の傾斜部とを周方向交互に配列するように形成して，規制リングを構成したことを第４の特徴とする。
【００１６】
この第４の特徴によれば，第３の特徴に加えて，環状に平板を素材として，軽量で高剛性の規制リングを安価に提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を，添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて以下に説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１実施例に係るピストンリング装置を備えた内燃機関に縦断面図，図２は内燃機関の低速運転域での本発明ピストンリング装置の作用説明図，図３は内燃機関の高速運転域での本発明ピストンリング装置の作用説明図，図４は第１圧縮リング及び規制リングの斜視図，図５は本発明の第２実施例を示す，図４との対応図である。
【００１９】
先ず，図１〜図４に示す本発明の第１実施例の説明より始める。
【００２０】
図１において，内燃機関Ｅのシリンダブロック１のシリンダボア２にピストン３が摺動可能に嵌装される。シリンダブロック１の上端面に接合されるシリンダヘッド４には，シリンダボア２の上端に連なる燃焼室５と，この燃焼室５に開口する吸気及び排気ポート６，７とが形成されると共に，これらポート６，７の燃焼室５側開口端を開閉する吸気及び排気弁８，９が装着される。
【００２１】
ピストン３の外周面には，燃焼室５側から上部リング溝１０，中間リング溝１１及び下部リング溝１２が形成されており，上部リング溝１０には第１圧縮リング１３，中間リング溝１１には第２圧縮リング１４，下部リング溝１２にはオイルリング１５がそれぞれ装着され，各リング１３〜１５は，従来普通のようにそれ自体の張りによってシリンダボア２の内壁に摺動可能に密接し得るように，一つの合口（図示せず）を有する。各リング溝１０〜１２と各リング１３〜１５との間には，従来普通のように，シリンダボア２の軸線方向（即ち該軸線に沿う方向）の所定の間隙ｇが設けられる。
【００２２】
図１及び図４に示すように，第１圧縮リング１３の上面には，その半径方向中間部から半径方向内方に向けて下る斜面１３ａが形成され，この斜面１３ａと上部リング溝１０の上面との間に規制リング２０（規制手段）が楔状に挿入される。規制リング２０の下面２０ａは，前記斜面１３ａに対応して半径方向内方に向かって下る斜面に形成される。規制リング２０の上面は，第１圧縮リング１３の上面と同様に，上部リング溝１０の上面と平行な平坦面に形成される。この規制リング２０にも，一つの合口（図示せず）が設けられると共に，半径方向外向きの張りが付与され，その張りによって規制リング２０は，第１圧縮リング１３の斜面１３ａと上部リング溝１０の上面との間に割り込むようになっている。規制リング２０の張り大きさ及び斜面１３ａ，２０ａの角度は，ピストン３の低速運動域では規制リング２０が第１圧縮リング１３を上部リング溝１０の下面に押しつける楔機能を発揮し，ピストン３の高速運動域ではピストン３の下降に伴う第１圧縮リング１３の浮き上がり力Ｆａにより規制リング２０の楔作用が無効とされるように設定される。
【００２３】
次に，図２及び図３により，この第１実施例の作用について説明する。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように，ピストン３の運動速度が低いときには，上部リング溝１０において，規制リング２０は，それ自体の張りによる楔機能をもって第１圧縮リング１３の斜面１３ａと上部リング溝１０の上面との間に割り込んで，第１圧縮リング１３を上部リング溝１０の下面に押しつける。特に，図２（Ｂ）に示すように，ピストン３の下降時でも，第１圧縮リング１３の慣性力，並びに該リング１３及びシリンダボア２内壁間の摩擦抵抗に起因する浮き上がり力Ｆａが比較的小さいため，規制リング２０の楔作用による第１圧縮リング１３の押し下げ力Ｆｂが上記浮き上がり力Ｆａに打ち勝って，第１圧縮リング１３を上部リング溝１０の下面に押し続けることになる。このことは，ピストン３の上昇速度が急減速する上死点直前に第１圧縮リング１３が上昇慣性力でピストン３に対する相対的に上昇するのを規制リング２０が阻止し得ることを意味する。
【００２５】
その結果，第１圧縮リング１３は，それと上部リング溝１０の上面との間に、シリンダボア２の軸線方向の間隙ｇが存在するにも拘わらず，上部リング溝１０内での前記軸線方向の移動が拘束される。したがって内燃機関Ｅの低温，低速運転域において，シリンダボア２の内壁に付着した未燃燃料ｆがピストン３の上昇（図２（Ａ））に伴い上記間隙ｇに導入されても，ピストン３の上死点直前から次のピストン３の下降時（図２（Ｂ））にかけても第１圧縮リング１３は，上部リング溝１０の下面から動かないから，上記間隙ｇに未燃燃料ｆを保持し続け，排気行程でも外部に放出させない。かくして，内燃機関Ｅの低温，低速運転域で，排ガス中のＨＣ濃度が増加するのを抑えることができる。
【００２６】
次にピストン３の運動速度が所定値以上になると，図３（Ｂ）に示すように，ピストン３の下降時には，特に第１圧縮リング１３の慣性力の増加により，該ピストン３の浮き上がり力Ｆａが，規制リング２０の楔作用による第１圧縮リング１３の押し下げ力Ｆｂに打ち勝って，規制リング２０を半径方向内方へ押し返し，その楔作用を無効にする。その結果，第１圧縮リング１３は上部リング溝１０の上面に当接するまで移動し，前記軸線方向の間隙ｇは第１圧縮リング１３の下方に移る。したがって，第１圧縮リング１３は，図３（Ａ）及び（Ｂ）のように，ピストン３の昇降に伴い上部リング溝１０内を前記軸線方向の間隙ｇの範囲において上下動することになり，上方から混合気，下方から潤滑油を上部リング溝１０内に適度に導入して第１圧縮リング１３の冷却及び潤滑を図り，該リング１３の上部リング溝１０内での膠着を防ぎ，該リング１３本来のガスシール機能を発揮させることができる。
【００２７】
尚，内燃機関Ｅが高温状態になれば，高温のシリンダボア２内壁に接した燃料は直ちに気化して良好に燃焼し得るので，第１圧縮リング１３が上記のように上部リング溝１０を自由に上下動するようになっても，排ガス中のＨＣ濃度が増加することはない。
【００２８】
次に，図５に示す本発明の第２実施例について説明する。この第２実施例では，規制リング２０が環状の平板２５から構成される。即ち，規制リング２０は，環状の平板２５に，上部リング溝１０の上面に接する複数の平坦部２６，２６…と，第１圧縮リング１３の斜面１３ａに接する斜面２０ａを有する複数の傾斜部２７，２７…とを周方向交互に配列するように形成して構成される。その他の構成は前実施例と同様であるので，図５中，前実施例との対応部分には同一の参照符号を付して，その説明を省略する。
【００２９】
この第２実施例によれば，板厚が一定の平板２５にプレス加工を施すことにより規制リング２０を製作することができ，しかも各平坦部２６及び傾斜部２７間の屈曲部が補強リブ効果を発揮して，規制リング２０の面剛性を効果的に高める。したがって軽量で高剛性の規制リング２０を安価に提供することができる。
【００３０】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，第１圧縮リング１０及び規制リング２０の全体を上下反転させて，第１圧縮リング１３の、前記軸線方向の移動を下方から規制することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１の特徴によれば，ピストンのリング溝に，シリンダボアの内壁に摺動可能に密接するピストンリングを該シリンダボアの軸線方向の所定の間隙を存して装着した，内燃機関のピストンリング装置において，リング溝に，ピストンの低速運動域でリング溝でのピストンリングの前記軸線方向の移動を規制し，ピストンの高速運動域では前記規制が無効にされるリング規制手段を設けたので，内燃機関の低温，低速運転域では，シリンダボア内壁に付着した未燃燃料がピストンの昇降に伴いリング溝に出入りすることがなくなり，したがって排気行程でも，その未燃燃料を外部に放出させないので，排ガス中のＨＣ濃度が増加するのを抑えることができる。しかも内燃機関の高速運動域では，リング規制手段による規制が無効となるから，ピストンリングは，リング内で自由に上下動して膠着を防ぎ，本来のガスシール機能を発揮することができる。
【００３２】
また本発明の第２の特徴によれば，第１の特徴に加えて，リング溝及びピストンリングの、前記軸線方向で対向する対向面間に楔状に挿入され，その挿入方向に張りを持つ規制リングでリング規制手段を構成し，ピストンの低速運動域では規制リングの楔作用によりピストンリングのリング溝での前記軸線方向の移動を規制し，ピストンの高速運動域ではピストンの下降に伴うピストンリングの浮き上がり力により規制リングの楔作用が無効にされるので，規制リングという単一の部材をもってリング規制手段を簡単に構成することができ，リング規制手段の追加によるピストンリング装置のコスト増を少なく抑えることができる。
【００３３】
さらに本発明の第３の特徴によれば，第２の特徴に加えて，ピストンリング及び規制リングの相対向面に，規制リングの楔作用を促す斜面を形成したので，規制リングの楔作用によるピストンリングの前記軸線方向の移動規制を的確に行うことができる。
【００３４】
さらにまた本発明の第４の特徴によれば，第３の特徴に加えて，環状に平板に，リング溝の内面に接する複数の平坦部と，ピストンリングの斜面に接する斜面を有する複数の傾斜部とを周方向交互に配列するように形成して，規制リングを構成したので，環状に平板を素材として，軽量で高剛性の規制リングを安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係るピストンリング装置を備えた内燃機関に縦断面図。
【図２】 内燃機関の低速運転域での本発明ピストンリング装置の作用説明図。
【図３】 内燃機関の高速運転域での本発明ピストンリング装置の作用説明図。
【図４】 第１圧縮リング及び規制リングの斜視図。
【図５】 本発明の第２実施例を示す，図４との対応図。
【図６】 従来の内燃機関のピストンリング装置の構成及び作用を示す縦断面図。
【符号の説明】
Ｅ・・・・・内燃機関
２・・・・・シリンダボア
３・・・・・ピストン
１０・・・・リング溝（上部リング溝）
１３・・・・ピストンリング（第１圧縮リング溝）
１３ａ・・・斜面
２０・・・・規制リング
２０ａ・・・斜面
２５・・・・平板
２６・・・・平坦部
２７・・・・傾斜部

Claims (4)

1. ピストン（３）のリング溝（１０）に，シリンダボア（２）の内壁に摺動可能に密接するピストンリング（１３）を該シリンダボア（２）の軸線方向の所定の間隙（ｇ）を存して装着した，内燃機関のピストンリング装置において，
   リング溝（１０）に，ピストン（３）の低速運動域でリング溝（１０）でのピストンリング（１３）の前記軸線方向の移動を規制し，ピストン（３）の高速運動域では前記規制が無効にされるリング規制手段（２０）を設けたことを特徴とする，内燃機関のピストンリング装置。
2. 請求項１記載の内燃機関のピストンリング装置において，
   リング溝（１０）及びピストンリング（１３）の前記軸線方向で対向する対向面間に楔状に挿入され，その挿入方向に張りを持つ規制リング（２０）でリング規制手段を構成し，ピストン（３）の低速運動域では規制リング（２０）の楔作用によりピストンリング（１３）のリング溝（１０）での前記軸線方向の移動を規制し，ピストン（３）の高速運動域ではピストン（３）の下降に伴うピストンリング（１３）の浮き上がり力（Ｆａ）により規制リング（２０）の楔作用が無効にされることを特徴とする，内燃機関のピストンリング装置。
3. 請求項２記載の内燃機関のピストンリング装置において，
   ピストンリング（１３）及び規制リング（２０）の相対向面に，規制リング（２０）の楔作用を促す斜面（１３ａ，２０ａ）を形成したことを特徴とする，内燃機関のピストンリング装置。
4. 請求項３記載の内燃機関のピストンリング装置において，
   環状の平板（２５）に，リング溝（１０）の内面に接する複数の平坦部（２６）と，ピストンリング（１３）の斜面（１３ａ）に接する斜面（２０ａ）を有する複数の傾斜部（２７）とを周方向交互に配列するように形成して，規制リング（２０）を構成したことを特徴とする，内燃機関用ピストンリング装置。

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