JPS62251455A - 往復ピストンエンジン - 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） この発明は、往復ピストンエンジンに関し、特にトップ
およびセカンドの２本の圧ツノリングを備えた往復ピス
トンエンジンに関する。

（従来の技術） 周知のように、エンジンのピストンには燃焼室側からの
高圧燃焼ガスがクランク室側に流出するいわゆるブロー
バイを防止し、かつ、オイルがクランク室側から燃焼室
側に侵入して消費されることを防止するために通常、２
本の圧力リングと１本のオイルリングとからなる３本の
ピストンリングが配設されている。

これに対して、近時、エンジンの抵抗低減および軽量化
（ピストンの小型化）を達成するために、２本の圧力リ
ングのみで構成したエンジンが提供されており、例えば
その−例が実開昭５９−６５９５８＠公報に開示されて
いる。

１ｉｉ１号報に内示されているピストンリングは、一般
的に使用されている矩形断面のトップおよびセカンドリ
ングで構成しているが、これらの両リングとシリンダの
内壁面とピストンの外周面とで囲まれた空間部（以下セ
カンドランドと称する）の上面の、トップリングと当接
する部位にピストン裏面に通ずる貫通孔を設けることに
より、オイル消費が低減するとされている。

しかしながら、このようなピストン構造には、以下に説
明する問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） すなわち、上記公報に開示されたピストンでは、ピスト
ンの上下運動に対するピストンリングの挙動が何等考慮
されておらず、エンジンの運転状態によって変化するピ
ストンリングの挙動を考えると、実際にはオイル消費を
低減させることができなかった。

本発明者らの実験によると、ピストンの上下運動に対す
るピストンリングの挙動は、一般的に考えられていた状
態とはかなり相違しており、エンジンの回転と負荷状態
によって変化し、第３図。

第４図に示すごとき挙動をすることが判明した。

ピストンリングの挙動は、一般にはシリンダ内壁面との
摩擦力とピストンリングに加わる慣性力とに支配され、
ピストンの上下運動に対して、これよりやや遅れて追随
するような上下運動をするものと考えられていた。

つまり、ピストンが上昇する際にはピストンリングは、
リング溝の下面（ピストンヘッド側と反対側の面）に着
座するとともに、ピストンが下降する際にはビスＩ・シ
リンダはリング溝の上面（ピストンヘッド側の面）に着
座することになる。

しかしながら、ピストンリングにはピストンの吸入行程
で負圧が作用するとともに、燃焼行程で燃焼圧が作用す
るので、単純にＦＪ擦力と慣性力とのＩＩＩ係だけでは
なくなるとともに、これらの圧力がエンジンの運転状態
によって変化するのでかなり複雑な挙動となる。

ところで、エンジンの運転状態では、高速・＾負？０ｉ
ｒＩ！ｆのオイル消費が最も大きいことが知られており
、この運転状態でその対策を施せば極めて大きな効果が
期待できる。

オイル消費の低減対策としては、本発明者らの知得によ
ると、以上の如きピストンリングの挙動に対して、特に
、燃焼行程で生じる高い燃焼圧を積極的にセカンドラン
ドに導入することが有効であることが判明した。

しかしながら、上記公報に示された構造では、例えば、
燃焼室とセカンドランドとを連通ずる通路を設けて、燃
焼圧をセカンドランドに導入したとしても、その圧力は
貫通孔からクランク室に放出されて、効果が全くな（な
る。

この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、エンジンの運転状態
によって変化するピストンリングの挙動に対して十分に
オイル消費を低減できる往復ピストンエンジンを提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、ピストンヘッ
ド側よりシリンダ内壁を摺動するトップリングおよびセ
カンドリングをピストンに形成されたそれぞれのリング
溝に順次配設させたｔｔ復ピストンエンジンにおいて、
前記セカンドリングの周方向端部を相互に重なり合う一
対の凹凸形状とし、かつ、前記凸部をピストンヘッド側
と前記シリンダ内壁側の隅部に位置さゼるとともに、前
記セカンドリングの横断面において、前記凹凸部の接合
端を前記ビスｉ・ンヘッド側の壁面の前記リング溝に当
接する部位と前記シリンダ内壁側の壁面の高さの中途部
に位置させた。

（作用） 上記構成の往復ピストンエンジンによれば、燃焼圧をセ
カンドランドに導入するときには、セカンドリングがリ
ング溝の上面に着座していて、しかも、セカンドリング
の合い口部の両端を、凸部がピストンヘッド側に位置す
る凹凸形状とし、かつ、これらの凹凸部の接合端をセカ
ンドリングの横断面においてピストンヘッド側の壁面の
リング溝に当接する部位とシリンダ内壁側の壁面の高さ
くリングの高さ）の中途部に位置させであるので、高め
られたセカンドランド圧がクランク室側にほとんど逃げ
ない。

従って、セカンドランド圧を大きくしてオイル消費の大
幅な低減を図ることができる。

（実施例） 以下、この発明の好適な実施例について、添付図面を参
照にして詳細に説明する。

第１図はこの発明にかかる往復ピストンエンジンの第１
実施例を示してる。

第１図（ａ）は、エンジンの主要部であるピストン１０
とシリンダライナ１２との位置関係を示した要部断面図
であって、ピストン１０の上方にはピストンヘッド１４
とシリンダライナ１２とで囲まれた燃焼室１６が設けら
れるとともに、その下方にはクランク室が設けである。

また、ピストン１“０の外周には、二条のリング溝１８
．２０が所定の間隔を置いて凹設され、それぞれのリン
グ溝１８．２０には、ピストンヘッド１４側よりトップ
リング２２とセカンドリング２４とが順次配設されてい
る。

これらのピストンリング（トップおよびセカンドリング
２２．２４）は、それぞれの外１１ｉ１端面をシリンダ
ライナ１２の内周面に当接して、ピストン１０の上下動
によって摺動移動する。

そして、トップリング２２には、これがリング溝１８の
下面に着座したときに、リング溝１８の内方に形成され
る空間部２６に一端が開口し、他端がトップおよびセカ
ンドリング２２．２４．！ニジリンダライナ１２の内壁
面とピストン１０の外周面とで四周を画成した環状のセ
カンドランド２８に開口する通路３０が設けである。

この通路３０は、トップリング２２下面の周方向に所定
の間隔を８いて切欠された凹部で構成されており、後述
するように高速・高負荷時に燃焼室１６からセカンドラ
ンド２８に燃焼室側の高い圧力を導入するために設けで
あるが、同じ構造のものをピストン１０側（リング溝１
８の下面）に設けても良いし、他の形状、例えばトップ
リング２２を斜めに貫通する透孔を穿設して、トップリ
ング２２がリング溝１８の下面に着座した時に空間部２
６とセカンドランド２８とを連通ずる通路としても良い
。

一方、セカンドリング２４の合い口部２４ａは、第１図
（ｂ）示すような構造になっている。

合い口部２４ａの一端には他端側に延びる凸部２４ｂが
突設されるとともに、他端には凸部２４ｂと重なり合う
斜めに切欠された凹部２４Ｃが設けである。

これらの一対の凹凸部２４ｂ、２４ｃは、凸部２４ｂが
ピストンヘッド１４側の外周隅部に位置しているととも
に、セカンドリング２４の横断面において、凹凸部２４
ｂ、２４ｃの接合端が、ピストンヘッド１４側の壁面２
４ｄ（上面）の幅方向の中途部（リング溝２０の上面と
当接する部位）と、セカンドリング２４の外周面２４ｅ
の中途部、゛　すなわち高さ方向の中途部とに位置して
いる。

なお、図中に示した符＠３２は、ピストン１０に設けた
メイル逃がし孔である。

以上の如く構成された本発明の往復ピストンエンジンの
作動について以下に説明する。

まず、ピストンリング２２．２４の挙動は、高速・高負
荷時には第３図に示すようにそれぞれのリング溝１８．
２０内で移動する。

同図は、エンジンが高速・高負何で運転されているとき
のトップリング２２とセカンドリング２４の吸入から排
気までの１サイクル中の挙動を図示している。

この運転状態では、吸入負圧が小さいので低速・低負荷
時と異なり、吸入、圧縮行程で燃焼室１６とセカンドラ
ンド２８の圧力低下がほとんどないので同図に仮想線で
示した慣性力の影響を強く受けることになる。

このため、トップリング２２は同図に実線で示すように
、吸入行程の約２／３までは、リング溝１８の上面に着
座しているが、その後徐々に下面側に移動し、下死点で
は下面に着座する。

圧縮行程の途中で、慣性力の方向が変るがこれによって
は直らに上面側に移動せず、その上死点が近づくと下面
から若干ｗｉ閂し、燃焼行程では、爆発による大きな燃
焼圧を受けて再び下面に着座する。

燃焼圧の影響は、排気行程の終期まで続き、その後は慣
性力によってリング溝１８の上面側に移動する。

一方、セカンドリング２４は、トップリング２２はど燃
焼圧の影響を大きく受けず、同図に破線で示すように、
圧縮行程の終期から燃焼行程１１４半にかけては、慣性
力によりリング２０の上面に着座する。

以上の如きピストンリング２２．２４の挙動においては
、燃焼行程の初期には、トップおよびセカンドランド２
２．２４は、第１図（ａ）に示すように、トップリング
２２がリング溝１８の下面に着座し、セカンドリング２
４がリング溝２０の上面に着座した状態になる。

この林態では、燃焼室１６とセカンドランド２８が通路
３０を介して連通しているので、燃焼室１６の高い圧力
はセカンドランド２８に導入されその圧力を′Ｂめる。

このとき、セカンドリング２４の合い口部２４ａの凹凸
部２４ｂ、２４ｃの接合端は、一方がリング溝２０の上
面に当接し、他方がシリンダライナ１２の内周壁に当接
しているので、セカンドランド２８内の圧力低下を防止
できる。

これにより、クランク空から燃焼室１６に至るオイル消
費経路の途中に高圧化されたセカンドランド２８が介在
Ｍることになるので、特に、オイル消費の低減化に効果
のある高速・高負荷時のオイル消費を大幅に低下できる
。

第２図は、この発明の第２実施例を示しており、以下に
その特徴点についてのみ説明する。

この実施例では、上記第１実施例で説明した一対の凹凸
部２４ｂ、２４ｃで構成した合い口部２４ａを、その接
合端がセカンドリング２４′のピストンヘッド１４側の
壁面２４（１だけでなくその反対側の壁面（下面）２４
ｒのリング溝２０の下面と当接する中途部とリング２４
′の外周面２４ｅの中途部に位置するように設けである
。なお、このセカンドリング２４−は、想像線で示すよ
うに２分割く２本）で正・逆の組付けにより構成しても
よい。

このように構成された往復ピストンエンジンにおいても
、エンジンの高速・高負荷運転時には、トップおよびセ
カンドリング２２．２４′は第２図（ａ）に示す位置に
あって、第１実施例と同様にセカンドランド２８の圧力
を高めてオイル消費を低減できるとともに、低速・低負
荷時にも以下に説明する作用が得られる。

第４図は、低速・低負荷時のトップおよびセカンドリン
グ２２．２４′（２４）の１サイクル中の挙動を示して
いる。

この運転状態では、高速・高負荷時と異り吸気絞弁（ガ
ソリンエンジンのスロットルバルブおよびディーゼルエ
ンジンの吸気シャッターパルプに相当）が閉じているた
め、燃焼室１６内には、吸入、圧縮行程でかなり大きな
負圧が生じ、トップリング２２は、吸入行程のほぼ全期
間でリング溝１８の上面に着座しているが、圧縮行程の
終期で急速に下面側に移動し、リング１ｇ１８の下面に
接近する。

燃焼行程では、燃焼室１６の圧力を受けて下面に着座し
ているが、排気行程の終期でリング８１１１８の上面側
に移動づる。

一方、セカンドリング２４−　（２４）は、トップリン
グ２２はど負圧の影響を受けないので、圧縮行程でトッ
プリング２２よりも早く下面側に移動する。

このようなピストンリング２２．２４”　（２４）の挙
動にあっては、燃焼室１６の圧力が最大となる燃焼行程
では、その全行程中トップリング２２はリング溝１８の
下面に着座し、セカンドリング２４−　（２４）はリン
グＷ４２０下面側に着座する。

このため、燃焼ガスは通路３０を通ってセカンドランド
２８内に流入するが、セカンドリング２４′の下面２４
ｆ側に設けである凹凸部２４ｂ。

２４ｃの接合端が、一方がリング溝２０の下面に当接し
、かつ、他方がシリンダライナ１２の内壁面に当接して
いるので、セカンドランド２８を殆ど閉塞した状態とな
り、ガスのクランク室側への流入を阻止する。

従って、低速・低負荷時のブローバイガスωを大幅に低
減できる。

（発明の効果） 以上実施例で詳細に説明したように、この発明にかかる
往復ピストンエンジンによれば、ピストンリングのオイ
ル消費が悪化する高速・高負荷時のリング挙動を配虞し
たセカンドリングの合い口形状となっているので、セカ
ンドランドの圧力アップによるオイル消費の低減が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す要部断面図とセカ
ンドリングの合い口部の斜視図、第２図は同第２実施例
を示す要部断面図、第３図は高速・高負荷時のピストン
リングの挙動を示す説明図、第４図は低速・低負荷時の
ピストンリングの挙動を示す説明図である。 １０・・・ピストン　　　　　１２・・・シリンダライ
ナ１４・・・ピストンヘッド　　１６・・・燃焼室１８
．２０・・・・・・リング満　２２・・・トップリング
２４．２４＝・・・セカンドリング ２４ａ・・・合い口部　　　　２４ｂ・・・凸　部２４
ｃ・・・凹　部　　　　　２４ｄ・・・壁　面（上面）
２４ｅ・・・外周面　　　　　２４ｆ・・・下　面２８
・・・セカンドランド 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンヘッド側よりシリンダ内壁を摺動するトップリ
   ングおよびセカンドリングを該ピストンに形成されたそ
   れぞれのリング溝に順次配設させた往復ピストンエンジ
   ンにおいて、該セカンドリングの周方向端部を相互に重
   なり合う一対の凹凸形状とし、かつ、該凸部をピストン
   ヘッド側と該シリンダ内壁側の隅部に位置させるととも
   に、該セカンドリングの横断面において、該凹凸部の接
   合端を該ピストンヘッド側の壁面の該リング溝に当接す
   る部位と該シリンダ内壁側の壁面の高さの中途部に位置
   させたことを特徴とする往復ピストンエンジン。