JP6485149B2

JP6485149B2 - ピストン

Info

Publication number: JP6485149B2
Application number: JP2015057639A
Authority: JP
Inventors: 大木　久; 久大木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: JP2016176549A

Description

本発明は、ピストンに関する。

内燃機関のピストンには、図５（Ａ）に示したオイルリング３２（以下、２ピースオイルリング３２とも表記する）や、図５（Ｂ）に示したオイルリング３３（以下、３ピースオイルリング３３とも表記する）が使用されている。

２ピースオイルリング３２（図５（Ａ））は、すす等の異物粒子がオイルリング溝とオイルリングとの間の隙間に侵入し易い内燃機関（ディーゼルエンジン等）のピストンに使用されているものである。図５（Ａ）に示してあるように、２ピースオイルリング３２は、オイルリング本体３２ａと、オイルリング本体３２ａを外周側（シリンダ４０の内壁側）に付勢するエキスパンダ（コイルエキスパンダ）３２ｂとにより構成されている。そして、２ピースオイルリング３２が用いられたピストン３０では、サイドクリアランスを広めにすることにより、オイルリング溝３１・オイルリング３２間の隙間に侵入した異物粒子を、オイルリング３２のオイルリング溝３１内での上下動によってすり潰せるようにしている。

３ピースオイルリング３３（図５（Ｂ））は、上記隙間にすす等の異物粒子は侵入し難いが、オイル上がりが生じ易い内燃機関（燃焼室内が負圧になるポート噴射式のガソリンエンジン等）のピストンに使用されているオイルリングである。図５（Ｂ）に示してあるように、３ピースオイルリング３３は、一対のサイドレール３３ａと、それらのサイドレール３３ａの間に配置された、各サイドレール３３ａを外周側に付勢するエキスパンダ（スペーサエキスパンダ）３３ｂとにより構成されている。そして、３ピースオイルリング３３が用いられたピストン３０では、サイドクリアランスを極力狭くする（特許文献１参照）ことにより、オイルリング溝３１を経由するオイル上がりの発生を抑制している。

特開２０１２−２３３５６９号公報

上記したように、２ピースオイルリング３２が用いられたピストン３０では、オイルリング溝３１とオイルリング３２との間の隙間に侵入した異物粒子が、オイルリング３２の上下動によってすり潰される。従って、オイルリング３２がオイルリング溝３１内で動けなくなってしまう現象（以下、リングスティックと表記する）の発生を抑止することが出来る。ただし、図５（Ａ）から明らかなように、２ピースオイルリング３２の上下動中には、オイルリング溝３１を経由する、オイルが上がり得る通路が形成される。そのため、２ピースオイルリング３２を用いたのでは、オイル上がりの発生を良好に抑制することが出来ない。

一方、３ピースオイルリング３３を用いておけば、オイル上がりを比較的に良好に抑止することが出来る。ただし、３ピースオイルリング３３が用いられたピストン３０では、３ピースオイルリング３３が僅かにしか上下動できないため、オイルリング溝３１とオイルリング３３との間の隙間に侵入した異物粒子により、リングスティックが発生する虞がある。

本発明は、上記現状に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、オイル上がりの発生を抑制できると共に、リングスティックの発生を抑制できるピストンを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の、一対のサイドレール間にエキスパンダを配置したオイルリングが装着されたオイルリング溝を有するピストンは、前記オイルリングの前記一対のサイドレールの下面側のサイドレールが、上側に向かって広がった皿ばね状のツイストリングであり、排気行程時に、前記オイルリングの上面側のサイドレールと前記ツイストリングの内周側とが前記オイルリング溝に接触し、前記ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときに、前記オイルリングの上面にかかる圧力によって、前記オイルリングの下面が、当該下面と対向する前記オイルリング溝の面に押し付けられると共に、前記ツイストリングが平坦化する構成を有する。

本発明のピストンによれば、オイル上がりの発生及びリングスティックの発生の双方を抑制することが出来る。

図１は、本発明の一実施形態に係るピストンの構成及び機能の説明図である。図２は、実施形態に係るピストンが備えるオイルリングの機能の説明図である。図３は、実施形態に係るピストンの変形例の説明図である。図４は、実施形態に係るピストンの他の変形例の説明図である。図５は、既存のオイルリングの構成の説明図である。

以下、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るピストン１０について説明する。尚、図１（Ａ）は、ピストン１０をシリンダ３０に挿入した内燃機関（以下、実施形態に係る内燃機関と表記する）の、排気行程時における要部断面図である。図１（Ｂ）は、実施形態に係る内燃機関の、ピストン１０が圧縮上死点近傍に位置している場合における要部断面図であり、図１（Ｃ）は、実施形態に係る内燃機関の、膨張行程の後半における要部断面図である。また、図１（Ａ）〜（Ｃ）における上側、下側が、それぞれ、燃焼室側、クランクシャフト側であり、以下の説明では、図１（Ａ）〜（Ｃ）における上側、下側のことを、単に、上側（又は上）、下側（又は下）と表記する。

図１（Ａ）〜（Ｃ）に示してあるように、本実施形態に係るピストン１０は、オイルリング２０が装着されたオイルリング溝１２を有してる。

オイルリング２０は、基本的には、一対のサイドレール２２間に、各サイドレール２２を外周側（シリンダ３０の内壁側）に付勢するエキスパンダ２１を配置した３ピースオイルリングである。ただし、オイルリング２０には、上側のサイドレール２２として、ツイストリング２４が採用されている。

ツイストリング２４は、図１（Ａ）に示してあるように、排気行程時に、その上面の一部（環状部分）がオイルリング溝１２の上面と接触する皿ばね状の部材である。さらに、ツイストリング２４は、図１（Ｂ）に示してあるように、ピストン１０が圧縮上死点近傍に位置しているときにその上面にかかる圧力（燃焼室内の燃焼ガス圧）により平坦化する部材となっている。

尚、図１（Ｂ）には、ほぼ完全に平坦化したツイストリング２４を示してあるが、ツイストリング２４は、ピストン１０が圧縮上死点近傍に位置しているときにその上面にかかる圧力により、平坦形状（半径方向の傾斜がない形状）に近づくものであれば良い。また、上記のような条件（仕様）を満たすツイストリング２４は、環状の部材の一部を切り欠くことで傾かせたり、異なる材料からなる外径側の部材と内径側の部材とを組み合わせることによって、製造することが出来る。

本実施形態に係るピストン１０のオイルリング溝１２には、上記構成のオイルリング２０が装着されている。そして、オイルリング２０には、ピストン１０の移動方向とは逆方向の慣性力が働くため、膨張行程の後半におけるオイルリング２０の状態は、図１（Ｃ）に示したようなものとなる。また、吸気行程におけるオイルリング２０の状態は、ツイストリング２４のばね力（皿ばね形状に戻ろうとする力）が慣性力よりも強ければ、図１（Ａ）に示したような状態となり、ツイストリング２４のばね力が慣性力よりも弱ければ、図１（Ｂ）に示したような状態となる。

図１（Ａ）〜（Ｃ）に示してある状態は、いずれも、オイルリング溝１２を経由してオイルが上がる通路（以下、オイル上がり通路と表記する）がオイルリング２０（ツイストリング２４及び／又は下側のサイドレール２２）によって遮断されている状態である。そして、ピストン１０の上下動中には、オイルリング２０によってオイル上がり通路が遮断されていない状態となる場合もあるが、ツイストリング２４が存在しているため、当該状態は短時間で解消される（図１（Ａ）参照）。従って、上記構成を有するピストン１０を用いておけば、オイル上がりの発生を良好に抑制することが出来る。

また、オイルリング２０は、オイルリング溝１２内を上下動することが出来る。そのため、図２に模式的に示したように、ピストン１０では、オイルリング溝１２とオイルリング２０との間の隙間に侵入した異物粒子が、オイルリング２０の上下動によってすり潰される。従って、ピストン１０を用いておけば、リングスティックの発生も抑制できることになる。

《変形形態》
上記したピストン１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、図３（Ａ）に示してあるように、オイルリング２０の上側（燃焼室側）のサイドレール２２を、下側（クランクシャフト側）に向かって広がった皿ばね状のツイストリング２４にしておいても良い。また、図３（Ｂ）に示してあるように、上側のサイドレール２２を通常のサイドレール（ツイストリング２４ではないサイドレール）とし、下側のサイドレール２２を、下側に向かって広がった皿ばね状のツイストリング２４にしておいても良い。当然、図３（Ｃ）に示してあるように、下側のサイドレール２２を、上側に向かって広がった皿ばね状のツイストリング２４にしておいても良い。

オイルリング２０の一対のサイドレール２２の双方を、ツイストリング２４としておいても良い。この場合、図４（Ａ）に示してあるように、上側、下側のサイドレール２２を、それぞれ、上側、下側に向かって広がった皿ばね状のツイストリング２４にしておいても良く、図４（Ｂ）に示してあるように、上側、下側のサイドレール２２を、それぞれ、下側、上側に向かって広がった皿ばね状のツイストリング２４にしておいても良い。また、図４（Ｃ）に示してあるように、上側、下側のサイドレール２２の双方を、上側に向かって広がった皿ばね状のツイストリング２４にしておいても良く、図４（Ｄ）に示してあるように、上側、下側のサイドレール２２の双方を、下側に向かって広がった皿ばね状のツイストリング２４にしておいても良い。

ピストン１０を図３及び図４に示してあるように変形する際にも、上記したピストン１
０と同様に、排気行程時に、ツイストリング２４の上面（又は下面）の一部が対向するオイルリング溝１２の面と接触するようにしておくことが好ましい。ただし、ツイストリング２４・オイルリング溝１２間の間隙のオイルの通過抵抗が、既存の３ピースオイルリング（図５（Ｂ）参照）のそれよりも小さければ、既存の３ピースオイルリングよりもオイル上がりが発生し難くなる。従って、排気行程時にツイストリング２４の上面（又は下面）の一部が対向するオイルリング溝１２の面と接触するようにしておくのではなく、排気行程時にツイストリング２４の上面（又は下面）と対向するオイルリング溝１２の面との間が極めて狭くなるようにしておいても良い。

１０ピストン
１２オイルリング溝
２４ツイストリング
２０オイルリング
２１エキスパンダ
２２サイドレール
３０シリンダ

Claims

一対のサイドレール間にエキスパンダを配置したオイルリングが装着されたオイルリング溝を有するピストンであって、
前記オイルリングの前記一対のサイドレールの下面側のサイドレールが、上側に向かって広がった皿ばね状のツイストリングであり、
排気行程時に、前記オイルリングの上面側のサイドレールと前記ツイストリングの内周側とが前記オイルリング溝に接触し、
前記ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときに、前記オイルリングの上面にかかる圧力によって、前記オイルリングの下面が、当該下面と対向する前記オイルリング溝の面に押し付けられると共に、前記ツイストリングが平坦化する
ことを特徴とするピストン。