JPH0666371A - エンジンのピストンリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン始動時にのみデコンプ機能を発揮す
るようなピストンリングを提供することを目的とする。 【構成】 ピストン１のリング溝1A,1B 内に配設される
エンジンのピストンリング２において、このピストンリ
ング２が、外周部2Aを熱膨張率の低い、内周部2Bを熱膨
張率の高い異なる２種類の金属で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン（内燃機関）
の始動時にデコンプ作用を生じさせる、圧縮用のピスト
ンリング（コンプレッションリング）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、あらゆるエンジンに始動用の電動
スタータ（始動モータ）が付設され、始動時の便宜が図
られている。例えば、刈払機等の可搬式の小型エンジン
においても、極小型の電動スタータを付設するととも
に、乾電池あるいはそれに類する充電式のバッテリー等
の電源（単にバッテリーと総称する）を搭載して、電動
スタータによる始動をおこなっている。

【０００３】このような場合にも、機器全体の重量を軽
くし且つ小型化を図る必要があるため、電動スタータと
バッテリーは、出来るかぎり小型軽量のものが望まし
い。

【０００４】しかしながら、小型エンジンと言えども始
動時のエンジンの圧縮力はかなり大きいため、現在、上
記電動スタータおよびバッテリーもそこそこの重量と容
積を有する比較的大きな能力（容量）のものを用いる
か、もしくは、エンジンにデコンプバルブ機構（減圧機
構）を別途付設することによって、始動時の圧縮力の軽
減を図り、電動スタータおよびバッテリーの小型・軽量
化を図っているのが現況である。

【０００５】上記デコンプバルブ機構に関する先行技術
として、特公昭64-1488 号がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、デコンプバルブ機構を別途付設すると、電動ス
タータおよびバッテリーの重量は軽減されるが、新たに
設けられたデコンプバルブ機構の重量分だけ重量が増加
しまた容積的にも大きくなる。また、かかる場合には、
デコンプバルブ機構が機構的に複雑であるため、部品点
数，加工工数および組立工数が増加して製造原価が上昇
するとともに、メンテナンスにも手間がかかることにな
る。

【０００７】また、当然のことながら、デコンプバルブ
機構を付設しない場合には、電動スタータおよびバッテ
リーが大型化し、その分重量と容積が増加することにな
る。

【０００８】本発明は、このような状況に鑑みおこなわ
れたもので、エンジンの圧縮力を生じさせる重要な要素
の一つである圧縮用ピストンリングに着目し、エンジン
始動時にのみデコンプ機能を発揮するようなピストンリ
ングを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本第１の発明にかかるエ
ンジンのピストンリングは、ピストンのリング溝（ピス
トンリング溝）内に配設されるエンジンのピストンリン
グにおいて、上記ピストンリングを、外周部が熱膨張率
の低い、内周部が熱膨張率の高い異なる金属で構成した
ことを特徴とする。

【００１０】本第２の発明にかかるエンジンのピストン
リングは、ピストンのリング溝内に配設されるエンジン
のピストンリングにおいて、上記ピストンリングを、常
温で縮径して該ピストンリングの外周面とシリンダ内周
壁との間に隙間を形成するとともに、高温で拡径して該
ピストンリングの外周面がシリンダ内周壁に密着するよ
うな形状記憶合金で構成したことを特徴とする。

【００１１】本第３の発明にかかるエンジンのピストン
リングは、ピストンのリング溝内に配設されるエンジン
のピストンリングにおいて、上記ピストンリングを、ピ
ストンリング本体と、その下方に配装され、常温時に該
ピストンリング本体をリング溝上面もしくは下面との間
に隙間を有する遊装状態に支持し、高温時に該ピストン
リング本体をリング溝上面もしくは下面に密着状態に支
持する、押圧支持用補助ピストンリングとによって構成
したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】しかして、本第１および第２の発明にかかるエ
ンジンのピストンリングによれば、エンジン始動時に
は、温度が常温であるためピストンリング径が小さくな
り、ピストンリング外周面とシリンダ内周面の間に隙間
を生じさせる。このため、始動時、燃焼室の圧縮気体が
上記隙間からクランク室側に漏れ、エンジンの圧縮力が
低減でき、始動時にデコンプ作用が得られることにな
る。

【００１３】また、一般に、ピストンへのピストンリン
グの装着は特殊工具を用いた困難な作業となっている
が、本第１および第２の発明にかかるピストンリングで
あれば、ピストンリングを加熱しておきさえすれば、ピ
ストンリングが拡径してより簡単にピストンに装着でき
るという別の作用も奏する。

【００１４】また、本第３の発明にかかるエンジンのピ
ストンリングによれば、エンジン始動時には、温度が常
温であるためピストンリング本体がリング溝上面もしく
は下面との間に隙間を有する遊装状態に支持されること
より、該ピストンリング本体の上下の面とリング溝の上
下の面との間、およびピストンリング本体と補助ピスト
ンリングの各内周面とリング溝底面との間にそれぞれ隙
間を生じさせる。このため、始動時、燃焼室とクランク
室が流通可能となってエンジンの圧縮力が低減でき、始
動時にデコンプ作用が得られることになる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を２サイクルエンジン
の場合を例にとって図面を参照しながら説明する。

【００１６】図１は本発明の対象である２サイクルエン
ジン用ピストンリングを装着した状態を示すピストンの
縦断面図、図２(a) は図１に示すリング溝に装着される
２サイクルエンジン用ピストンリングの構成を示す平面
図である。

【００１７】図１において、１はエンジンのシリンダ内
に昇降自在に配置されるピストンで、該ピストン１の上
部には上下に所謂トップリング２用とセカンドリング２
用の二つのリング溝1A,1B が形成されている。

【００１８】そして、上記リング溝1A,1B 内には、図２
(a) に図示するピストンリング２が装着されている。こ
のピストンリング２は、図２(a) , 図３に図示するよう
に、外周部2Aが熱膨張率の低い、内周部2Bが熱膨張率の
高い２種類の金属を溶着等によって一体的に接合して構
成されている。この溶着面 (接合面) ３を図２(a) ，図
３において、細線で表す。そして、このピストンリング
２は、寸法的には、常温（エンジン運転前の状態の温
度）時、図３(b) に図示するように、エンジンのピスト
ン１に装着された状態において、シリンダ内周壁５との
間において隙間Ｒを有するような寸法の径を有するよう
構成される。

【００１９】しかして、上記構成のピストンリング２
を、図１に図示するように、２サイクルエンジンのピス
トン１のリング溝1A,1B に装着すると、該２サイクルエ
ンジンは、エンジンが加熱されていない始動前には常温
になっているため、図３(b) に図示するように、シリン
ダ内周壁５とピストンリング２の外周壁の間に隙間Ｒを
有する。従って、エンジン始動時、燃焼室Ｆ側からクラ
ンク室Ｃ側に矢印Ｘに示すように流体が流通可能とな
る。このため、エンジン始動時、デコンプ作用が生じ、
小さな力でもってエンジンを始動できる。

【００２０】また、エンジンが運転状態になると、摩擦
熱および燃焼室の混合気の爆発的燃焼に起因して該燃焼
室を中心にその近傍の温度が一気に上昇し、この状態に
おいては、上記ピストンリング２は図３(a) に図示する
ように拡径して、ピストンリング２の外周壁がシリンダ
内周壁５に密着した、圧縮用ピストンリングとして機能
する状態となり、燃焼室において所定の圧縮状態が得ら
れ、所望の運転状態が得られることになる。

【００２１】ところで、上記実施例では、外周部に熱膨
張率の低い、内周部に熱膨張率の高い２種類の異なる金
属を接合面を溶着等して一体的に構成しているが、これ
に代えて、図２(b) に図示するように、外周部2Aと内周
部2Bの２種類の異なる金属の接合面３′を溶着等するこ
となく単に接触（係合を含む）させてピストンリング２
を構成してもよい。この場合にも、図４に図示するよう
に、上記図２(a) に図示する実施例と同じく、エンジン
始動時にデコンプ作用が得られ（図４(b) 参照）、且つ
運転状態においては燃焼室に所望の圧縮状態が得られる
（図４(a) 参照）点では差異はない。尚、図４におい
て、１はピストン、２(2A,2B) はピストンリング、５は
シリンダ、Ｒは隙間を表す。

【００２２】次に、本第２の発明の実施例を、図２(c),
図５に基づいて説明する。

【００２３】この実施例では、ピストンリング２を、エ
ンジンのピストン１に装着された状態において、常温状
態で図５(b) に図示するように、寸法的に、シリンダ内
周壁５との間において隙間Ｒを有するような寸法の径を
有し、エンジン運転状態で図５(a) に図示するように、
ピストンリング２の外周壁がシリンダ内周壁５に密着し
た状態になるような形状記憶合金で構成されている。つ
まり、常温で図５(b) に図示するようにピストンリング
２の内周面がリング溝1A,1B の底面に接触（若しくは略
接触）して該ピストンリング２の外周面がシリンダ内周
壁５との間に隙間Ｒを有するよう、縮径状態になる形状
記憶合金で構成されている。尚、本実施例では、耐久性
の向上を意図してピストンリング２の表面をクローム等
でコーテングしている。

【００２４】しかして、この本第２の発明の実施例にか
かるピストンリング２も、上述した実施例と同じく、エ
ンジン始動時、図５(b) に図示するように、燃焼室Ｆ側
からクランク室Ｃ側に矢印Ｘに示すように流体が流通可
能となってデコンプ作用を生じるとともに、運転時には
図５(a) に図示するように、上記ピストンリング２が拡
径して、シリンダ５内周壁とピストン１外周壁の間を有
効にシールして燃焼室に所望の圧縮状態が得られる。

【００２５】次に、本第３の発明の実施例を、図６，図
７に基づいて説明する。

【００２６】この実施例では、ピストンリング２をピス
トンリング本体２′と押圧支持用の補助ピストンリング
2Cから構成したもので、ピストンリング本体２′の高さ
は、ピストン１のリング溝1A,1B の溝幅（図６，図７に
おいてリング溝の上面1aと下面1b間の寸法）に対して、
低く構成され、このピストンリング本体２′の下方、つ
まりピストンリング本体２′とリング溝1A,1B の下面1b
との間には、補助ピストンリング2Cが配装されている。
また、上記ピストンリング本体２′の外周面は、シリン
ダ５の内周壁に密接した状態で接触するよう構成され、
補助ピストンリング2Cの外周面は、シリンダ５の内周壁
との間に若干の隙間を有するよう構成されている。

【００２７】そして、上記補助ピストンリング2Cの上下
の面は、常温において、図６に図示するように、ピスト
ンリング本体２′がリング溝1A,1B 内でリング溝1A,1B
の上面1aおよび下面1bとの間に隙間を有する遊装（浮き
上がった状態で配装）状態で支持される程度に、上下方
向に波打つ状態に変形するよう構成されている。そし
て、この実施例では、エンジンが運転状態（高温）にな
ると、図７に図示するように、補助ピストンリング2Cの
上下の面がフラットな状態、つまりピストンリング本体
２′およびリング溝1A,1B の下面1bに対して、平行な面
になるよう構成されている。

【００２８】従って、エンジンの温度が常温になってい
るエンジン始動時には、図６に図示するように、ピスト
ンリング本体２′がリング溝1A,1B 内でリング溝1A,1B
の上面1aおよび下面1bとの間に隙間を有する遊装状態で
支持され、該ピストンリング本体２′の上下の面とリン
グ溝1A,1B の上下の面との間およびピストンリング本体
２′の内周面とリング溝1A,1B 底面との間に隙間ｒを生
じ、エンジンの燃焼室Ｆとクランク室Ｃ側とは、矢印Ｘ
に示すように流通可能になる。つまり、ピストン１のリ
ング溝1A,1B の上面1aとピストンリング本体２′の上面
との間、リング溝1A,1B の底面とピストンリング本体
２′および補助ピストンリング2Cのそれぞれの内周面と
の間、波打った状態になっている上記補助ピストンリン
グ2Cによってピストンリング本体２′とリング溝1A,1B
の下面1bとの間に、それぞれ形成される隙間ｒを通っ
て、エンジンの燃焼室とクランク室側とは流体が流通可
能となる。このため、エンジン始動時、デコンプ作用が
生じ、小さな力でもってエンジンを始動できる。

【００２９】また、エンジンが運転状態になると、摩擦
熱および燃焼室での燃焼により温度が一気に上昇し、補
助ピストンリング2C上下の面が図７に図示するようにフ
ラットになって、ピストンリング本体２′が補助ピスト
ンリング2Cを介してピストン１のリング溝1A,1B の下面
1bに密着した状態で支持されるため、燃焼室において所
定の圧縮状態が得られ、所定の運転状態が得られること
になる。

【００３０】ところで、上記本第３の発明の実施例の場
合、補助ピストンリング2Cの上下の面が高温においてフ
ラットになってリング溝１の下面1bと密着するよう構成
されているが、これに代えて、高温において補助ピスト
ンリングの波打ち状態がより大きくなって、ピストンリ
ング本体２′がリング溝の上面と密着するよう構成して
も同じ効果が得られることは言うまでもない。

【００３１】尚、上述のように、上記補助ピストンリン
グ2Cが、常温において波打った状態となり、且つ高温に
おいてフラットな状態若しくはより大きく波打った状態
になるよう構成には、上記第１あるいは第２の発明の実
施例のように、２種類の熱膨張率の異なる金属を接合さ
せることによって構成してもよく、あるいは形状記憶合
金を用いて構成してもよい。

【００３２】

【発明の効果】本第１〜第３の各発明にかかるエンジン
のピストンリングによれば、エンジン始動時には、ピス
トンリングがシリンダ内周とピストン外周の間に隙間を
形成してデコンプ作用を生じさせ、一方エンジン運転時
には、ピストンリングがシリンダ内周とピストン外周と
の間をシールして円滑な運転状態を可能にする。

【００３３】従って、エンジンの始動に大きな力が必要
でなくなり、能力の小さな小型の電動スタータと容量の
小さいバッテリーで始動することができる。

【００３４】しかも、本各発明では単にピストンリング
のみでデコンプ作用を生じさせているため、従来のデコ
ンプバルブ機構に比べて、より小型・軽量化を図ること
ができることより、機器全体の軽量・小型化を妨げるこ
とはない。

【００３５】また、機構が簡単でありことより、部品点
数，組立工数が増加しないことより、極めて安価に実施
することができ、しかもメンテナンスも容易になる。

【００３６】しかも、ピストンリング以外、従来のもの
が使用できるため、既存のエンジンにも簡単にデコンプ
機能を付加することができる。

【００３７】さらに、本第１および第２の発明によれ
ば、一般のエンジンの組立において手間のかかる作業と
なっている、ピストンへのピストンリングの装着を、ピ
ストンリングを加熱しておきさえすれば、極めて容易に
ピストンに装着することができるため、エンジンの組立
の合理化にも寄与するという別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ピストンリングを装着した状態での２サイク
ルエンジン用ピストンの縦断面図である。

【図２】 (a) は本第１の発明の実施例にかかる２サイ
クルエンジン用ピストンリングの構成を示す平面図、
(b) は本第１の発明の別の実施例にかかる２サイクルエ
ンジン用ピストンリングの構成を示す平面図、(c) は本
第２の発明の実施例にかかる２サイクルエンジン用ピス
トンリングの構成を示す平面図である。

【図３】 図２(a) に示すピストンリングをピストンに
装着した状態でのシリンダ内周壁とピストン外周壁部分
の部分拡大図で、(a) はエンジン運転時のシリンダ内周
壁とピストン外周壁部分の状態を示した図、(b) は常温
時のシリンダ内周壁とピストン外周壁部分の状態を示し
た図である。

【図４】 図２(b) に示すピストンリングをピストンに
装着した状態でのシリンダ内周壁とピストン外周壁部分
の部分拡大図で、(a) はエンジン運転時のシリンダ内周
壁とピストン外周壁部分の状態を示した図、(b) は常温
時のシリンダ内周壁とピストン外周壁部分の状態を示し
た図である。

【図５】 図２(c) に示すピストンリングをピストンに
装着した状態でのシリンダ内周壁とピストン外周壁部分
の部分拡大図で、(a) はエンジン運転時のシリンダ内周
壁とピストン外周壁部分の状態を示した図、(b) は常温
時のシリンダ内周壁とピストン外周壁部分の状態を示し
た図である。

【図６】 (a) は本第３の発明の実施例にかかるピスト
ンリングの構成を示す常温時でのシリンダ内周壁とピス
トン外周壁部分の状態を示す部分拡大縦断面図、(b) は
同じく側面図である。

【図７】 (a) は図６に示すピストンリングを装着した
ピストンのエンジン運転状態でのシリンダ内周壁とピス
トン外周壁部分の状態を示す部分拡大縦断面図、(b) は
同じく側面図である。

【符号の説明】

１…ピストン 1A,1B …リング溝 ２…ピストンリング ２′…ピストンリング本体 2C…補助ピストンリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンのリング溝内に配設されるエン
   ジンのピストンリングにおいて、 上記ピストンリングを、外周部が熱膨張率の低い、内周
   部が熱膨張率の高い異なる金属で構成したことを特徴と
   するエンジンのピストンリング。
2. 【請求項２】 ピストンのリング溝内に配設されるエン
   ジンのピストンリングにおいて、 上記ピストンリングを、常温で縮径して該ピストンリン
   グの外周面とシリンダ内周壁との間に隙間を形成すると
   ともに、高温で拡径して該ピストンリングの外周面がシ
   リンダ内周壁に密着するような形状記憶合金で構成した
   ことを特徴とするエンジンのピストンリング。
3. 【請求項３】 ピストンのリング溝内に配設されるエン
   ジンのピストンリングにおいて、 上記ピストンリングを、ピストンリング本体と、その下
   方に配装され、常温時に該ピストンリング本体をリング
   溝上面もしくは下面との間に隙間を有する遊装状態に支
   持し、高温時に該ピストンリング本体をリング溝上面も
   しくは下面に密着状態に支持する、押圧支持用補助ピス
   トンリングとによって構成したことを特徴とするエンジ
   ンのピストンリング。