JPH0114744Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、内燃機関のピストンで、特にピス
トンリング部の改良に関する。

往復動型内燃機関のピストンリング部のフリク
シヨンロス、とくに爆発上死点付近でのメタルコ
ンタクトを防いで摺動摩擦を低減することを目的
として、本出願人により第１図〜第４図に示すよ
うな装置が提案されている（実願昭55−1793号）。

図において、１はピストン、２はシリンダ壁、
３と４はそれぞれ第１、第２のピストンリング部
である。

第２のピストンリング部４は主としてオイルの
潤滑供給を調整するオイルリングの役割があるの
に対し、第１のピストンリング部３は燃焼ガスの
気密維持とオイル供給との役割を兼ねる。

そして、第１（燃焼室側）のピストンリング部
３は、リング溝５にピストンの軸方向に重ね合せ
て装着される２枚のピストンリング６，７と、こ
れらリング６，７の背面（内周）に接触するバツ
クアツプリング８とから構成される。

ピストンリング６，７のシリンダ壁２との接触
面はテーパ面６Ａ，７Ａが形成され、このテーパ
面６Ａ，７Ａはリング６，７の互いの接触側面か
ら遠ざかるにつれて外径が縮小するような傾きを
もつ。

この結果、第１図のようにピストン１の上昇過
程では、上方のリング６がテーパ面６Ａにかかる
油圧で内側に引つ込むのに対し、下方のリング７
はこれと逆テーパのためシリンダ壁２に接触して
壁面の付着オイルを適正な厚みを残してかき上
げ、２つのリング６，７とバツクアツプリング８
との間に形成された空間ロにオイルを溜め込む。

このようにして溜め込まれたオイルは、圧縮上
死点付近で点火（着火）し、筒内ガス圧力がいつ
きに上昇すると、第２図のように、ピストンリン
グ６の矢印で示すような下方への移動により、シ
リンダ壁２に向つて押し出される。

したがつてこのようにピストン速度が低くなる
上死点付近でもピストン摺動面に十分なオイルを
供給することができ、メタルコンタクトに近い境
界潤滑を起こすことなく、摩擦損失の少ない流体
潤滑を確保するのである。

吸入工程などのピストン下降時には、上昇行程
とは逆に下方のピストンリング７が引つ込み上方
のピストンリング６により、シリンダ壁２に付着
する余剰オイルをかき落すので、上昇行程と同じ
く適正油膜の形成が行える。

このようにして、常に良好な潤滑性能を確保
し、ピストンリング部のフリクシヨンロスを低減
して、エンジン出力や燃費の向上をはかつている
のである。（なお、ピストンリング６，７にテー
パ面６Ａ，７Ａを形成するかわりに緩やかな円弧
面を設けても同様の効果が得られる。） しかしながらこの場合、次に述べる理由により
膨脹行程でピストンリング６，７が踊つて不必要
にオイルが消費される傾向がみられた。

第３図のように、膨脹行程の初期には、ピスト
ンリング６，７は共にピストン１のリング溝５の
下側５Ａに気筒内高ガス圧P1によつて押しつけ
られているが、短時間後にまず上方のリング６が
リング溝５の上側５Ｂに移動する。

ここで燃焼室側の高圧のP1からクランク室側
のほぼ大気圧P3になるまでのピストンリング部
分におけるガスの圧力下降過程を考えると、圧力
P1の部分（燃焼室イ）からピストンリング６と
７の間の圧力P2の部分（空間ロ）までのガス通
路はリング６，７が下側に押し付けられている間
はリング６の合い口全て（Ｌ）であるのに比べ、
圧力P2〜P3の部分（空間ロから燃焼室イと反対
側の空間ハ）までのガス通路は、リング７の下面
がリング溝５に接触している関係で合い口の内ピ
ストンランド１Ａとシリンダ壁２との僅かな隙間
分（△Ｌ）しかないことになり、そのためにリン
グ６，７間の圧力P2に対しては、P3の影響より
もP1の影響が大きくなり、P2は瞬間的にほぼP1
と等しくなる。ピストン１が下がり出す膨脹行程
初期には、ピストンリング６，７は慣性でリング
溝５の上側５Ｂに押しつけられようとし、シリン
ダ壁２との摩擦力も同方向に作用するため、この
ようにP2≒P1となると結局リング６には下向き
の作用力が加わらず、リング６はリング溝上側５
Ｂに移動する。

このようにしてピストンリング６がリング溝５
の上側５Ｂに押しつけられると、こんどは圧力
P1の部分からP2の部分への通路が縮小してP2が
P3の影響で徐々に減少するため、リング７に作
用する上向きの作用力（慣性力及び摩擦力）が下
向きの作用力（P2−P3のガス圧）を上まわり、
リング７も上側５Ｂに押しつけられる（第４図）。
このようにして膨脹行程中すなわちピストン１が
下降中に、両ピストン６，７が上側へ移動する
と、リング７によつて掻かれたオイルはリング７
とリング溝５の下側５Ａとの間からバツクアツプ
リング８とリング溝底部５Ｃとの間に入つてゆ
く。

一方、ピストンリング６，７が互いに密着した
状態でリング溝５の上側５Ｂに押しつけられた時
点で上面の圧力P1はまだ十分に高く、これに対
し下面の圧力P3は略大気圧のため、リング６，
７はガス圧の差圧により共にリング溝５の下側５
Ａに向けて再び移動する。この時リング７の下面
やバツクアツプリング８の内側に溜められたオイ
ルはリング６とリング溝５の上側５Ｂとの間を通
つて上方へと移動し、燃焼室に入り蒸発燃焼して
しまう。尚、このピストンリング構造に関連し
て、同一出願人が提出した特願昭56−184746があ
る。

以上述べたリング６，７の挙動については、
P3の圧力が略大気圧近くと仮定した場合である
が、実際には第１図に示すように第２のピストン
リング部４のオイルリングもガスの流れを防止す
るためP3の圧力は膨脹行程中には大気圧より高
圧となる。その結果P2の圧力は更に高圧となる
ためリング６，７が踊りやすくなる。

また、圧力リング部を第１と第２のピストンリ
ング部３，４間に増設した場合にも、更に各圧力
リングの踊りがはげしくなることは自明である。

このようにして従来は、ピストンリング６，７
間の圧力P2がその上面の高圧P1と膨脹行程中に
ほぼ等しくなるような構造となつていたため、ピ
ストンリング６，７が踊つてしまいオイル消費が
増大するという問題点があつた。

この考案は、このような従来の問題点を解消す
ることを目的としている。

上記目的を達成するためにこの考案では、シリ
ンダの内面を摺接して往復運動するピストンに少
なくとも二本のリング溝を設け、そのうち燃焼室
側のリング溝に二枚のピストンリングを重ねて装
着し、かつこれら両リング内周に接触するバツク
アツプリングを介装した内燃機関のピストンにお
いて、前記二枚のピストンリングのうち、燃焼室
側のピストンリングはその合口が密着するよう
に、またクランク室側のピストンリングは合口隙
間を有するようにそれぞれ形成する一方、前記二
枚のピストンリングを嵌装したリング溝とその下
方のリング溝の間のランド部の外周空間と、ピス
トンの内側空間とを通路で連通した。

このような構成においては、二枚の積層したピ
ストンリングのうち燃焼室側のものの合口が密着
しているのに対して、もう一方のクランク室側の
ものは合口隙間が空いている。これにより、膨脹
行程ではリング間の圧力P2がピストンリング上
面の圧力P1と同等以上になることはなく、むし
ろリング下面側のランド部外周空間の圧力P3と
略同等になる。そして、このランド部外周空間の
圧力P3は、当該空間が通路を介してピストン内
側の空間つまりクランク室に連通していることか
ら、ほぼ大気圧となる。従つて、膨張行程の間、
二枚のピストンリングはその上下面間に燃焼室側
圧力と略大気圧との差圧が作用して、終始リング
溝の底部に押圧されることになり、これにより有
害な踊り現象が確実に抑制される。

以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明
する。

第５図において、１はピストン、２はシリンダ
壁、３と４はそれぞれ第１、第２ピストンリング
部であり、第１ピストンリング部３はリング溝５
にピストン１の軸方向に重ね合せて装着される２
枚のピストンリング６，７と、これらリング６，
７の背面（内周）に接触するバツクアツプリング
８とから構成されることは第１図ないし第４図と
同様である。

そして、この実施例では第６図に示すように、
上側のピストンリング６の合い口をいわゆる段付
き合い口１０に形成し、下側のリング７は直角合
い口１１とする。

段付き合い口１０はピストンリング６の一端を
下段が突出する段部１２Ａ、他端を上段が突出す
る段部１２Ｂに形成し、両段部１２Ａと１２Ｂを
互いに面接触させたものである。

また、第７図のように、段部１２Ａと１２Ｂの
先端にそれぞれ突起１３Ａ，１３Ｂを形成して、
鍵型の段付き合い口１４を形成するようにしても
よい。

なお、下側のピストンリング７は直角合い口１
１に限らず傾斜面合い口にするなど、要するに合
い口が密着しないものであればよい。

更に、第１と第２のピストンリング部３，４間
のピストン１のリングランド部１Ａには全周に亘
つて若干浅い溝１５が形成され、この溝１５から
ピストン１の内壁１Ｂまで達する通路１６がピス
トン１の内部を貫通して形成される。

上記通路１６は、ピストン１の全周に亘つてほ
ぼ等間隔で複数設けられる。

従つて、上記通路１６によつて第１及び第２ピ
ストンリング部３，４間の空間ハ（つまり、第１
ピストンリング部３における燃焼室イと反対側の
空間）がピストン１の内部空間ニと連通され、こ
の内部空間ニは図示しないクランク室と通じてい
るため結局、上記空間ハ内の圧力P3（つまり、第
１ピストンリング部３下面の圧力）は略大気圧と
なるのである。

その他の構成について第１図ないし第４図と同
一部分には同一符号を付して次に作用を説明す
る。

燃焼室イ側からピストンリング６と７の間の空
間ロに至るガス通路は、上述したようにリング６
の段付き合い口１０で上下面の連通が遮断され、
かつリング６，７の内周がバツクアツプリング８
でシールされ、外周がシリンダ壁２に接してシー
ルされていることから理論上完全に塞がれている
ことになる。

これに対して、ピストンリング６と７の間の空
間ロから燃焼室イと反対側の空間ハに至るガス通
路は、従来と同じようにリング７の直角合い口１
１によつて連通している。

このような通路面積の差からと、上述した空間
ハが通路１６によつてピストン１の内部空間ニと
通じ、たとえブローバイガスがあつても空間ハの
圧力P3が常に大気圧近くに保たれることから、
膨脹行程においてはピストンリング６，７間の圧
力P2は燃焼室イ側の高圧P1と同一にはならず、
クランク室側の大気圧P3とほぼ等しくなる。

このため、慣性力と摩擦力が両リング６，７を
上方に移動させるように作用してもリング６及び
７に下向きに作用する燃焼ガスの大きな前後差圧
（前後差圧：P1−P2またはP1−P3，P2≒P3≒大
気圧）により、リング６，７は踊ることなく常に
リング溝５の下側５Ａに押しつけられている。

この結果、ピストンリング７がシリンダ壁２か
ら掻き落したオイルがリング７の下面とリング溝
５との間に入り込むことがほとんどなく、リング
６，７の内側から上面を通り燃焼室イ側へと抜け
出るオイルが非常に少なくなる。

次に、第８図はこの考案の他の実施例を示すも
のである。

この実施例は、第１及び第２ピストンリング部
３，４間にもう一つの圧力リング１７が存在する
ピストン１にこの考案を適用した例である。

このように圧力リング１７が存在すると、圧力
リング１７がガスをシールするため上述したリン
グ６，７下面の圧力P3は上記圧力リング１７が
無い場合より更に上昇し、リング６，７の踊りは
一層はげしくなる。

そこで、第８図のようにリング６，７の合い口
を先の実施例と同様に形成すると共に、第１のピ
ストンリング部３と圧力リング１７間の空間ハを
通路１６でピストン１の内部空間ニと連通させて
やれば上述した圧力P3が大気圧近くまで下がる
ので、リング６，７の踊りが少なくなりオイル消
費は低減される。

この場合、上記圧力リング１７はガス圧力をシ
ールする作用はなくなり、むしろオイルを掻き落
とす作用をもち一種のオイルリングとなる。この
ために、この圧力リング１７をオイルを掻き落と
すのに向いた形状とすると更にオイル消費対策と
しては良好となる。

以上説明したようにこの考案によれば、リング
溝に二つのピストンリングを装着し、そのピスト
ンリングの内周にバツクアツプリングを介装した
ピストンにおいて、燃焼室からリング間の空間に
至るガス通路を可及的に遮断できるようにすると
共に、そのリング下面の圧力を膨脹行程において
常に大気圧近くに保つようにしたので、膨脹行程
中のピストンリングの踊り現象を防止してオイル
消費量やブローバイガス量の増加を抑制できると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の断面図、第２図〜第４図はそ
の作動状態を示す部分拡大断面図である。第５図
はこの考案の実施例の断面図、第６図はその要部
拡大正面図である。第７図及び第８図はこの考案
の他の実施例の各々の要部拡大正面及び断面図で
ある。 ２……シリンダ壁、１……ピストン、イ……燃
焼室、５……リング溝、６，７……ピストンリン
グ、８……バツクアツプリング、ロ……リング間
の空間、ハ……燃焼室と反対側の空間、１０……
段付き合い口、１１……直角合い口、ニ……ピス
トンの内部空間、１６……通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シリンダの内面を摺接して往復運動するピスト
   ンに少なくとも二本のリング溝を設け、そのうち
   燃焼室側のリング溝に二枚のピストンリングを重
   ねて装着し、かつこれら両リング内周に接触する
   バツクアツプリングを介装した内燃機関のピスト
   ンにおいて、前記二枚のピストンリングのうち、
   燃焼室側のピストンリングはその合口が密着する
   ように、またクランク室側のピストンリングは合
   口隙間を有するようにそれぞれ形成する一方、前
   記二枚のピストンリングを嵌装したリング溝とそ
   の下方のリング溝の間のランド部の外周空間と、
   ピストンの内側空間とを通路で連通したことを特
   徴とする内燃機関のピストン。