JPH01163445A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関用ピストンに係り、詳しくは、１個
の圧力リングと１個のオイルリングの計２本のリングを
装着するための内燃機関用ピストンに関する。

〔従来の技術〕

ガソリン機関やディーゼル機関等の内燃機関に使用され
るピストンは通常、燃焼室側に位置する２個の圧力リン
グとクランクケース側に位置する１個のオイルリングの
計３本のリングが装着されている０周知のように、ピス
トンリングは、ピストンとシリンダ壁との間の気密を保
持し、燃焼室の燃焼ガスの漏れ（ブローパイ）を最小限
におさえる機能（主に圧力リングによる）と、シリンダ
壁に付着したクランクゲースからの潤滑油を適度にがき
落として、潤滑油消費量を適正に保つａ能（主にオイル
リングによる）等を有しなければならない。

ここでリングには、ピストンリング溝への装着のために
合口部が形成されているなめ、合口部間の隙間より、燃
焼ガスや潤滑油が不可避的に漏れ出る。この現象を極力
抑止するため、リングは最低でも３本必要とされていた
。

近年のエンジンの高出力、高回転化にともない、ピスト
ンの軽量、小形化の要請があるため、ピストン自体の軸
方向の長さを短くする必要がある。

ここでピストンにはリングを装着するなめに環状のリン
グ溝が複数形成してあり、リング酒周辺の機械的強度を
考慮するとリング溝間の部分（ランド部）も所定の軸方
向長さを有しなければならない、そのため、所定長さを
有したランド部も増加し、必然的にピストン全長が長く
なる。したがってピストン自体の小型、軽量化のために
はリング自体の本数を減らすことが必須条件となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしリングの本数を減らすことはリングの本来果たす
べき燃焼ガスのクランクケース方向への漏れの防止と、
潤滑油の燃焼室方向へのオイル上りによる油消費の防止
等の諸機能を低下する。

特に、スロットルを閉じたハイバキュームブースト時、
即ちエンジンブレーキをかけた場合などにおいて、吸気
マニホールドやシリンダ内が高負圧になるため、潤滑油
が燃焼室方向に吸い出される傾向となる。シリンダ内が
負圧になることによりクランクケース側の潤滑油は、ピ
ストンリング溝とリング側面との隙間を通って上方に（
燃焼室方向に）吸引されるようになる。

したがってリングの本数を減らせば、ハイバキュームブ
ースト時における潤滑油の吸引現象を阻止することが困
難となる。

特公昭６２−３６１４７号公報はピストン全長を短くし
、また潤滑油の消費を抑制する２本のみのリングを装着
したピストンを開示している。その構成を第４図に示す
、第４図において、ピストン１０１には、ピストンリン
グ溝１０２，１０３が形成され、ピストンリング溝１０
２の上方（燃焼室方向）にはトップランド１０４が形成
され、ピストンリング溝１０２と１０３の間に第２ラン
ド部１０５が形成されている。そして上方のリング溝１
０２には圧力リング１０６が、下方（クランクケース方
向）のリング溝１０３には一対のサイトレール１０７．
１０８とスペーサ１０９によって構成されるオイルリン
グ１１０が装着されている。そしてピストンリング溝１
０３の下方はピストンスカート部１１１を構成している
。

この第２ランド部１０５には、ピストン半径方向内方に
陥没する凹部１１２かピストン涌１０３に隣接して形成
されている。凹部１１２を形成することで、第２ランド
１０５の外周面とこれに対向するシリンダ内周面とで画
成される環状空隙の容量が増大する。そのためハイブー
スト時にクランクケース側からオイルリング１１０とピ
ストン清１０３との間の隙間を通過した潤滑油がこの空
隙内に到達したとき、油を許容し、油圧の低下をもたら
すことが可能となり、ひいては潤滑油の燃焼室内への流
入を減少させることとなる。

しかし、凹部を形成することにより、オイルリング上側
レールとピストンで形成される通路が大きくなり、ハイ
ブースト時には、クランクケース内より燃焼室方向へガ
スとともに潤滑油を消失してしまう。本発明は上述した
従来の内燃機関用ピストンが有する欠点を克服するとと
もに、リング２本のみの装着であっても十分な気密保持
と潤滑油調整を可能とする内燃機関用ピストンを提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明はエンジン燃焼室側の
トップランドと、該トップランドに隣接して圧力リング
を装着するための第１環状リング溝と、オイルリングを
装着するための第２環状リング渭と、該第１第２環状リ
ング溝間で規定された第２ランドを有してシリンダ内を
往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、オイルリン
グと隣接する側の第２ランドの縁部と、シリンダ内周面
間の隙間距師が、第２ランドの他部とシリンダ内周面間
の隙間距離よりも等しいか短く、圧力リングと隣接する
側のトップランドの縁部とシリンダ内周面間の隙間距離
がトップランドの他部とシリンダ内周面間の隙間距離よ
りも短いことを特徴とするものである。

〔作用〕

負荷域運転の場合にはオイルリングに赦も近接する第２
ランド部分のシリンダに対する空隙距離を最小としなの
で、圧力リングを不可避的に漏れ出たガスは、第２ラン
ドのランドとシリンダで形成される空間の圧力を高め、
オイルリングを下方におし下げて、オイルリング近傍に
滞留していた潤滑油はオイルリング上面とリング溝間の
空隙を通過してクランクケース側に吹き飛ばされる。こ
のことにより潤滑油の燃焼室方向への流入が防止できる
。

またエンジンブレーキ運転の場合ではオイルリングに最
も近接した第２ランド部分のシリンダに対する空隙距離
が最小となっているため、潤滑油の圧力リング方向への
漏洩が阻止される。

更に、圧力リングに鮫も近接するト・ノブランド部分の
シリンダに対する空隙距離を最小としたので、第２ラン
ドに上ったオイルを上方（燃焼室）に上げることを防ぐ
、また負荷域運転とエンジンブレーキ運転が混在するモ
ード運転では、前述の効果に加えて空隙に侵入した燃焼
ガスの圧力が高まり、圧力リングの下面がリング溝と確
実に面接触することになり、圧力リングとリング溝との
隙間によるガス通路を遮断できる。加えるに、潤滑油の
燃焼室への流入が、この最小空隙距離部においても阻止
できるので、第２ランドの最小空隙距離部とあいまって
、潤滑油の漏洩防止機能が強化される。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について説明する。第１図において
、シリンダ１３内を往復運動するピストン１には、環状
のビス１〜ンリング第１消２、第２消３が外周に形成さ
れ、溝２．３に圧力リング６とオイルリング１０がそれ
ぞれ装着される。第１リング消２の上部には、燃焼室に
対向するトップランド４が形成され、リング溝２と３の
間には第２ランド５が形成される。また、第２溝の下方
にはクランクケースに対向するピストンスカート１１が
形成される。そして、ピストン１内に、第２消３とクラ
ンクケースとを連通させる通路１４が形成されている。

以上の一般的構成は第４図に示した従来の内燃機関用ピ
ストンと同様であるが、本発明は、トップランド４及び
第２ランド５の形状を特に以下のように形成している。

即ち、本発明では、トップランドの下縁部４ａとそれに
対向するシリンダ内周面との半径方向の隙間距離Ｃ２と
、シリンダ内周の直径Ｄｏの関係をＣ２く０．００３Ｄ
ｏになるように形成し、また第２ランド５の下縁部５ａ
とそれに対向するシリンダ内周面との半径方向の隙間距
離Ｃとシリンダ内周直径り。の関係をＣ＜Ｏ，’００４
５Ｄｏになるように形成する。

トップランド４のシリンダ内周面に対する隙間距離は、
０２部分が最小値となり、また第２ランド５のシリンダ
内周面に対する隙間距離は、Ｃ４部分が最小値となる。

更に本発明において、圧力リング６の下面と、オイルリ
ング１０の上面と、シリンダ−３内周面と第２ランド５
外周面とで画成された環状空隙容量は所定容量に設定さ
れている。この空隙容量は、第２ランドとシリンダ内周
面の空隙距離のみならず、シリンダ内径や、第２ランド
５の軸方向長さにも依存するが、内径１００關以下のシ
リンダを対象とした場合には、空隙容量は３００−以下
、好ましくは２６〇−以下に設定されている。第２ラン
ド部の軸方向長さｈはｈ＜０．０５Ｄｏの範囲内に設定
される。

トップランド上縁部４ｂとシリンダ内周面との半径方向
隙間距離Ｃ１に関しては、特に制限はない、しかし、ト
ップランド上縁部４ｂは燃焼室の熱に直面しているため
、その熱膨張を加味し、Ｃ＞Ｃ２をなすような、テーバ
状ランド４や段つき状ランド、バレル状ランドなどとす
るのが好ましい。

第２ランドの上縁部５ｂとシリンダ内周面との半径方向
隙間距１ｌｉｌＣ３に関しては、Ｃ３≧０４とする。＝
＆た、Ｃ４およびｈを適宜選択して該容量が３００−を
越えないように設計する必要がある。

環状空隙容量を３００−以下に設定したのは、環状空隙
容量内の漏れガス圧力を、１〜２　ｋｇ　／　ａｄとす
るためである。オイルリング１０を構成する上側のサイ
ドレールアは一定の受圧面積を有し、上述した圧力がこ
の受圧面に作用しオイルリング１０を有効にクランクケ
ース側に付勢する。その結果、潤滑油の流路Ａがオイル
リング上面とリング涌３間に提供できる。そして、潤滑
油は、ブローバイガスにより積極的にこの流路Ａ及び通
路１４を通ってクランクケースに導かれる。

第２図は、この環状空隙容量と、潤滑油消費量との関係
を示すグラフである。エンジンの運転条件としては、高
速高負荷運転であって内径１００關以下のシリンダを使
用した。・図から明らかなように、環状空隙容量が３０
０−を越えると、急激に潤滑油の消費量が増加した。ま
た環状空隙容量が２６０　ｍｌ以下の場合に消費量の減
少がみられた。

第３図は、第１、第２ランド部下縁とシリンダ内周との
半径方向空隙距離Ｃ２，Ｃ４と、潤滑油消費量との関係
を示すグラフである。

エンジンの運転条件としては、エンジンブレーキ運転と
し、潤滑油の燃焼室方向への吸引を助長させている状態
を形成した。

この図から明らかなように、トップランド下縁部の半径
方向隙間距離Ｃ２が０．００３Ｄｏを越えると、急激に
潤滑油の消費量が増加した。

また第２ランド下縁部の半径方向隙間距離Ｃ４が、０．
００４５Ｄｏを越えると、急激に潤滑油の消費量が増加
した。

本発明においては第２ランド５の断面形状は、Ｃ３≧０
４を満たすものであればよい。

また環状空隙の容量を極端に減らずような場合、換言す
れば、第２ランド部の外径をシリンダ内径に近似する程
度に設定した場合には、第２ランド５の外周面とシリン
ダ内周面の直接摺動接触によるランド５の熱膨張を避け
るために第２ランド外周に、固体潤滑剤例えば四弗化エ
チレン樹脂膜やポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、エポ
キシ樹脂、フェノール樹脂などを施してもよい、また、
この樹脂に二硫化モリブデンやカーボン等の潤滑剤を添
加することは一層望ましいことである。

更に第２リング清に装着されるオイルリング１０は１対
のサイドレールア、８とスペーサ９により構成されるが
、このスペーサーはリングの半径方向に波形を呈する構
成のものが特に有効である。スペーサ９が弾性変形して
、リング涌３に装着された場合でも、スペーサ全体の軸
方向うねりを呈さないために、有効な油掻き作用と、リ
ングｆａ１１３とのサイドレールア、８との密着が図れ
るからである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の内燃機関用ピストンによれば、
エンジンブレーキ域の潤滑油の燃焼室方向への漏洩が、
各リング通過直後の最小空隙部によって有効に阻止でき
るとともに、負荷域運転では燃焼室からの漏洩燃焼ガス
は環状空隙内において有効に圧力が発生し、漏洩潤滑油
をクランクケース方向にブローバイガスにより流すこと
ができる・・、換言すれば、従来と同量の漏洩ガスが第
２ランド周囲の環状空隙部に流入してきたとき、本発明
の該環状空隙部の容量がきわめて小さいために、流入ガ
ス圧は高くなり、これにより有効に漏洩潤滑油をクラン
クケース方向に吹き飛ばすことが可能となる。したがっ
て、本発明の内燃機関用ピストンは負荷域ハイバキュー
ムブースト時、モード運転時のすべての運転状態の潤滑
油の圧力リング方向への漏洩に対して特に有効な漏洩阻
止機能をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関用ピストンを示す断面図、第
２図は第２ランド周囲の環状空隙容量と潤滑油消費量の
関係を示すグラフ、第３図はリングに接する各ランドの
下縁部におけるシリンダ内周面との隙間距離と潤滑油消
費量の関係を示すグラフ、第４図は従来の２本リングを
装着するための内燃機関用ピストンを示す断面図である
。 １・・・ピストン、２・・・第１環状リング溝、３・・
・第２環状リング渭、４・・・トップランド、５・・・
第２ランド、６・・・圧力リング、１０・・・オイルリ
ング。 出願人代理人　　石　　川　　泰　　男第１図 第２ランド周囲環状空隙容量（−） 第　　２　　図 隙　　間　　距　　離 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジン燃焼室側のトップランドと、該トップラン
   ドに隣接して圧力リングを装着するための第１環状リン
   グ溝と、オイルリングを装着するための第２環状リング
   溝と、該第１第２環状リング溝間で規定された第２ラン
   ドを有してシリンダ内を往復運動する内燃機関用ピスト
   ンにおいて、オイルリングと隣接する側の第２ランドの
   縁部とシリンダ内周面間の隙間距離が、第２ランドの他
   部とシリンダ内周面間の隙間距離よりも等しいか短く、
   圧力リングと隣接する側のトップランドの縁部とシリン
   ダ内周面間の隙間距離が、トップランドの他部とシリン
   ダ内周面間の隙間距離よりも短いことを特徴とする内燃
   機関用ピストン。 ２、前記シリン内径をＤ＿０、前記第２ランドの縁部と
   前記シリンダ間の距離をＣ＿４としときＣ＿４＜０．０
   ０４５Ｄ＿０を満たし、かつ、第２ランドの軸方向長さ
   ｈはｈ＜０．０５Ｄ＿０を満たし、かつ、前記圧力リン
   グと前記オイルリングと前記シリンダ内周面と前記第２
   ランド外周面で画成される環状空隙容量がシリンダ内径
   を１００ｍｍ以下としたとき３００ｍｍ＾２以下である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
   用ピストン。 ３、前記トップランドの縁部と前記シリンダ間の隙間距
   離をＣ＿２とし、前記シリンダ内径をＤ＿０としたとき
   Ｃ＿２＜０．００３Ｄ＿０であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の内燃機関用ピストン。 ４、前記第２ランドの圧力リング近傍の縁部と前記シリ
   ンダとの隙間距離をＣ＿３としたとき、Ｃ＿４≦Ｃ＿３
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の内
   燃機関用ピストン。 ５、前記トップランドの燃焼室側縁部と前記シリンダの
   隙間距離をＣ＿１とするとき、Ｃ＿２＜Ｃ＿１であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の内燃機関用
   ピストン。