JPH1089473A - 往復動機関のピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 潤滑油の燃焼室内への流出を阻止して、潤滑
油消費率を低減するとともに、シリンダライナ摺動面
（内面）の潤滑油不足によるシリンダライナとピストン
リングとの焼付きの発生や摩耗の増大を防止する。 【解決手段】 往復動機関のピストンにおいて、上記ピ
ストンは、第１段ピストンリングの上方のトップランド
部の外周に、環状の捕油溝が設けられるとともに、同捕
油溝と上記第１段ピストンリングのリング溝とを連通す
る通孔が設けられてなる。また、第２の手段としてトッ
プランド部に電磁石によって作動し、トップランドすき
まの潤滑油をかき落とす潤滑油かき下げリングが設けら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関、往復動圧
縮機等に使用されるピストンに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】図６には、内燃機関の
ピストンとシリンダライナとの摺動部の概要が示されて
いる。図において０１はシリンダライナ、０３はピスト
ンであり、同ピストン０３はこれに外嵌された燃焼ガス
シール用の複数本のピストンリング０４をシリンダライ
ナ０１の内面（摺動面）に摺接して往復動せしめられ
る。０２はシリンダカバー、０２０は排気弁である。上
記シリンダライナ０１の内面には、ピストンリング０４
との間の焼付きや摩耗を防止するため、潤滑油が供給さ
れている。

【０００３】図７には、上記ピストン０３が上死点にあ
る際の潤滑油０６の挙動が示されている。図７におい
て、注油装置（図示せず）から供給された潤滑油は、最
上段のピストンリング０４、シリンダライナ０１および
ピストン０３とで区画形成された空間であるトップラン
ドすきま０５に蓄えられる。上記ピストン０３は往復運
動を行うため、トップランドすきま０５に存在する潤滑
油０６も次の式で示す加速度：αを受ける。

【０００４】α＝γω² 〔 cosθ＋（ cos２θ／λ）〕 ここで、θ：クランク角度 γ：クランク半径 ω：回転角速度 λ：連かん比 上記加速度：αはピストン０３の上死点においては上向
きに最大となるため、潤滑油０６は慣性力によって燃焼
室０９内へと飛散し、ピストン上面０３ａ、シリンダカ
バー０２、さらにはシリンダライナ０１のピストンリン
グ０４と摺接しない部位に付着する。このため、この潤
滑油は本来の目的であるシリンダライナ０１とピストン
リング０４の摺動部の潤滑に使用されなくなるのみなら
ず、燃焼時に発生する火炎によって蒸発してしまうこと
となる。

【０００５】これにより、潤滑油消費率が増大し、機関
の運転コスト増大の要因となり、また、摺動面の潤滑油
不足によるシリンダライナとピストンリングとの摺接部
の焼付きの発生や摩耗増大の要因となる。

【０００６】本発明の目的は、潤滑油の燃焼室内への流
出を阻止して、潤滑油消費率を低減するとともに、シリ
ンダライナ摺動面（内面）の潤滑油不足によるシリンダ
ライナとピストンリングとの焼付きの発生や摩耗の増大
を防止することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする第１の手段は、シリンダ
ライナの内面を、外周にピストンリングが嵌装されたピ
ストンが往復摺動する往復動機関において、上記ピスト
ンは、第１段ピストンリングの上方のトップランド部の
外周に、環状の捕油溝が設けられるとともに、同捕油溝
と上記第１段ピストンリングのリング溝とを連通する通
孔が設けられてなることを特徴とする往復動機関のピス
トンにある。

【０００８】上記手段によれば、トップランドすきまに
面して環状の捕油溝が形成されているので、トップラン
ドすきまに溜まった潤滑油は捕油溝内に入った後、通孔
を通って第１段ピストンリングのリング溝内に導かれ、
ピストンの往復動によって下方に落下せしめられる。こ
れによって、トップランドすきまに溜まった潤滑油が燃
焼室内に侵入して燃焼するのが阻止され、潤滑油消費率
の増大が防止される。

【０００９】また、本発明の第２の手段は、上記往復動
機関において、上記ピストンは、第１段ピストンリング
の上方のトップランド部の外周に設けられた環状の溝内
に、上記トップランド部が臨むトップランドすきま内を
ピストンの半径方向に移動し、先端面が上記シリンダラ
イナの内面に当接して上記トップランドすきま内の潤滑
油をかき落とす潤滑油かき下げリングと、同かき下げリ
ングを往復駆動せしめる電磁石と、機関のクランク軸の
回転に連動して上記電磁石の通電、遮断を行う電磁石制
御装置とを備えてなることにある。

【００１０】上記手段によれば、電磁石制御装置によっ
て電磁石を作動させる（通電の遮断）と、クランク軸の
回転に連動して潤滑油かき下げリングがトップランドす
きま内に突出せしめられて、ピストンの往復動による慣
性力により上方の燃焼室側へ飛散しようとする潤滑油を
ピストンの下降運動との共働によって下方にかき落す。
これにより、トップランドすきまに溜った潤滑油は強制
的に、かつクランク軸の回転に連動して確実に下方にか
き落とされることとなり燃焼室内への潤滑油の侵入が完
全に阻止される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図１〜図５を参照して本発明
の実施形態を詳細に説明する。図１には本発明の実施の
第１形態に係るピストンとシリンダライナとの摺動部の
要部断面図、図２にはピストン上部の側面展開図（図１
のＡ−Ａ視図）が夫々示されている。

【００１２】図１〜図２において、１はシリンダライ
ナ、２はシリンダカバー、３はピストン、４はピストン
リングであり、上記ピストン３は、ピストンリング４の
外周面がシリンダライナ１の摺動面（内面）１ａと摺接
しながら往復動せしめられる。９は燃焼室である。

【００１３】７は上記ピストン３のトップランド部３ａ
の外周に円周方向に沿って刻設された環状の捕油溝であ
る。上記捕油溝７は、通常、ピストンリング４が嵌合さ
れるリング溝９よりも幅、及び深さともに小さく形成さ
れるとともに（同等またはそれ以上の幅及び深さでもよ
い）、第１段ピストンリング４に比較的近接した位置に
設けられ、同捕油溝７の下面とリング溝９の上側面奥部
との間には円周方向等間隔に複数個（好ましくは６〜８
個）の通孔８が穿設されている。また上記捕油溝７は、
図２に示されるように、円周方向において上下にジグザ
グに形成されているが、直帯状としてもよい。

【００１４】上記のように構成されたピストンを搭載し
たエンジンの運転時において、ピストン３の往復動時に
ピストンリング４によってかき上げられた潤滑油６は、
図１に示されるように、ピストンのトップランド３ａと
シリンダライナ１の内面１ａとの隙間、即ちトップラン
ドすきま５に溜まる。

【００１５】この潤滑油６に作用する慣性力は、ピスト
ン上死点時に最大となり、上記潤滑油６は飛散油として
燃焼室９へと飛散しようとする。しかしながら、上記ト
ップランドすきま５に面して捕油溝７が形成されている
ので、トップランドすきま５内の上記潤滑油６は燃焼室
９へは上がらず、上記捕油溝７に入った後複数の通孔８
を通って第１段ピストンリング４のリング溝９へと流れ
る。同リング溝９に溜まった潤滑油は、ピストン３の往
復動によって下方に落下せしめられる。これにより燃焼
室９への潤滑油の侵入が阻止される。

【００１６】図３〜図５には本発明の実施の第２形態に
係るピストンが示されている。図３はピストンとシリン
ダライナとの摺動部近傍及び接続部材の一部断面図、図
４は上記摺動部の拡大断面図、図５はピストン側部の展
開図（図４のＢ−Ｂ視図）である。

【００１７】図３〜図５において、１１はピストン３の
トップランド３ａの外周に刻設された環状の溝であり、
同溝１１内には潤滑油かき下げリング１０が、溝１１の
深さ方向（ピストンの半径方向）に出没自在に嵌合され
ている。

【００１８】上記かき下げリング１０は、図５に示され
るように、上記溝１１内に円周方向に複数個並べて配置
され、各リング１０の中央部に形成された支軸部１０ａ
がピストン３の内部に穿設された嵌合孔３１内に嵌合さ
れることにより、ピストン３に支持されている。１２は
上記支軸１０ａの外周に嵌装されたガスシール用のＯリ
ングである。

【００１９】上記ピストン３の、少なくとも上記潤滑油
かき下げリング１０の背部近傍を含む内部には、同ピス
トンの軸方向に上記かき下げリング１０と同数個の収納
孔１５が形成されている。そしてこの収納孔１５内に
は、上記かき下げリング１０の延長線上に電磁石１３が
設けられている。

【００２０】上記電磁石１３は、図４に示されるよう
に、上記収納溝１５の奥側の内壁面１５ａに高温接着剤
にて固定されるとともに、他面はスプリング２０を介し
て上記潤滑油かき下げリング１０に連結されている。１
４は上記電磁石１３への通電用のケーブルであり、上記
ピストン内部の収納孔１５を通し、ピストン棒１９を経
て外部に設置された電磁石制御装置１６に接続されてい
る。１７は同制御装置１６に接続されるパルス発生器で
ある。

【００２１】かかる第２形態のピストンによる運転時に
おいて、ピストンリング４によってかきあげられた潤滑
油６は、シリンダライナ１とピストン３との間のトップ
ランドすきま５に溜り、ピストン３の上部へとかき上げ
られる。かかるかき上げによってトップランドすきま５
に溜まった潤滑油６を、上記潤滑油かき下げリング１０
により、ピストン３が下死点の方向に移動するときにか
き下げ作動させ、潤滑油を下死点方向へと導く。

【００２２】最上段のピストンリング４、シリンダライ
ナ１及びピストン３とで形成された空間であるトップラ
ンドすきま５に蓄えられた潤滑油６に作用する慣性力
は、ピストン３の上死点時に最大となり飛散油として燃
焼室へと飛散しようとするが、ピストン３の上部に設け
られた潤滑油かき下げリング１０を、電磁石１３を通電
して引き込み、スプリング２０の弾力で押し出すことを
繰り返すことにより、潤滑油６を下死点方向へとかき下
げる。これによって、本来無駄油となる潤滑油の再使用
が可能となり、エンジン運転費用の軽減につながる。

【００２３】電磁石制御装置１６には、クランク軸（図
示せず）に連結されたパルス発生器１７からのクランク
回転数パルスが入力され、同電磁石制御装置１６は、機
関の回転パルスと同期させて、上記電磁石１３の通電、
遮断を行う。

【００２４】従って、例えば各回転（各サイクル）毎
の、主としてピストン３の上昇行程時に電磁石１３を通
電して上記かき下げリング６を溝１１内に引き込み、主
としてピストン３の下降行程時に電磁石１３を遮断して
スプリング２０の力により上記かき下げリング６をトッ
プランドすきま５内に突出せしめて、同トップランドす
きま５に溜まった潤滑油を下方へかき落とす。これによ
り、トップランドすきま５内の潤滑油の燃焼室９への侵
入が阻止される。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
請求項１の発明によれば、ピストンのトップランド部に
設けられた捕油溝に潤滑油が溜められ、この潤滑油は通
孔を介してピストンの第１段ピストンリングのリング溝
に導かれた後、下方に落下せしめられる。

【００２６】また請求項２の発明によれば、ピストンの
往復動の慣性力により上方に飛散しようとする潤滑油
を、ピストンのトップランド部外周に設けられた潤滑油
かき下げリングを電磁石によって作動させることによ
り、エンジンの回転数と同期させてストローク方向に落
下させることができる。

【００２７】以上により、ピストンリングによってかき
上げられ、主としてトップランド部に溜まった潤滑油を
燃焼室内に飛散させることなく、下方に落下させて回収
することができ、潤滑油消費量の低減及びピストンリン
グとシリンダライナ内面との焼付きの発生が摩耗の増大
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係るピストンの要部
断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視展開図。

【図３】本発明の実施の第２形態に係るピストン及び電
磁石駆動部の構成図。

【図４】上記第２形態におけるピストンの要部断面図。

【図５】図４のＢ−Ｂ矢視展開図。

【図６】従来のピストンとシリンダライナとの摺動部の
構造図。

【図７】従来のピストンにおける、トップランドすきま
の潤滑油の挙動説明図。

【符号の説明】

１ シリンダライナ ３ ピストン ３ａ トップランド ４ ピストンリング ５ トップランドすきま ６ 潤滑油 ７ 捕油溝 ８ 通孔 ９ リング溝 １０ 潤滑油かき下げリング １１ 溝 １３ 電磁石 １５ 収納孔 １６ 電磁石制御装置 １７ パルス発生器 １９ ピストン棒 ２０ スプリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダライナの内面を、外周にピスト
   ンリングが嵌装されたピストンが往復摺動する往復動機
   関において、上記ピストンは、第１段ピストンリングの
   上方のトップランド部の外周に、環状の捕油溝が設けら
   れるとともに、同捕油溝と上記第１段ピストンリングの
   リング溝とを連通する通孔が設けられてなることを特徴
   とする往復動機関のピストン。
2. 【請求項２】 シリンダライナの内面を、外周にピスト
   ンリングが嵌装されたピストンが往復摺動する往復動機
   関において、上記ピストンは、第１段ピストンリングの
   上方のトップランド部の外周に設けられた環状の溝内
   に、上記トップランド部が臨むトップランドすきま内を
   ピストンの半径方向に移動し、先端面が上記シリンダラ
   イナの内面に当接して上記トップランドすきま内の潤滑
   油をかき落とす潤滑油かき下げリングと、同かき下げリ
   ングを往復駆動せしめる電磁石と、機関のクランク軸の
   回転に連動して上記電磁石の通電、遮断を行う電磁石制
   御装置とを備えてなることを特徴とする往復動機関のピ
   ストン。