WO2005045222A1

WO2005045222A1 - 内燃機関およびライナー装着リング

Info

Publication number: WO2005045222A1
Application number: PCT/JP2004/015277
Authority: WO
Inventors: Kazuhiko Oogake; Masaki Yamada; Kazuki Satou
Original assignee: Kabushiki Kaisha Riken
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2005-05-19
Also published as: JPWO2005045222A1; US7438037B2; CN100497920C; US20070107689A1; KR20070015109A; TW200517579A; CN1867760A; BRPI0415406A; RU2006116581A; EP1679434A4; EP1679434A1

Abstract

　１以上のシリンダを有するシリンダブロックと、シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナと、シリンダライナ内を往復動し、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面がトップランド部を形成してなるピストンと、シリンダライナの内周側に突出する環状段差部をシリンダ内に形成し、その下面がシリンダライナの最上部と対向する状態でシリンダブロックまたはシリンダライナに設置されるライナー装着リングと、を有する内燃機関であって、ライナー装着リングは、ピストンが上死点に到達した時のトップランド部の上端位置に対応して設置され、かつライナー装着リングがシリンダライナの内周より内側方向に突出する長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。

Description

明細書

内燃機関およびライナー装着リング

技術分野

[0001] 本発明はシリンダ内に環状突起部を形成するためのライナー装着リングを有する内燃機関において、特にオイル消費の低減と、ライナー装着リングの押圧によるシリンダライナの脱落防止に関するものである。

背景技術

[0002] 内燃機関全体の摩擦損失においてピストンリングとピストンとの摩擦損失が占める比率は非常に大きいことが知られており、近年では内燃機関の低燃費化の観点からピストンリングの低摩擦ィ匕が強く要求されている。ピストンリングの低摩擦ィ匕の一手法としてはピストンリングの低張力化が挙げられるが、ピストンリングの低張力化と内燃機関のオイル消費量とは相反する関係にある。そのため、ピストンリングの低張力化と両立するオイル消費量の低減の対策が要求されて!、る。

[0003] ここでディーゼルエンジン等の内燃機関では、シリンダライナの最上部にアンチポリッシュリング (プロテクトリング、ファイアリングとも呼称される）を取り付けたものが公知である。このアンチポリッシュリングは、ピストンのトップランド部（ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面）に堆積する燃焼生成物 (カーボン)を搔き落として、カーボンとシリンダライナとの接触による偏摩耗 (カーボンポリッシュ摩耗）と燃焼室へのオイルの上がりとを防止することで、オイル消費の低減を図るものである（特許文献 1参照)。

[0004] また、特許文献 2には、オイル消費の低減に関して、ピストンの上死点におけるビストンヘッドの上方位置にリングを設け、該リングの下面にオイルを衝突させて燃焼室へのオイル飛散を防止する技術が開示されて、る。

一方、アンチポリッシュリングは主にディーゼルエンジン等の大排気量エンジンに適用されることが多い。ここで、ディーゼルエンジンでは、アンチポリッシュリングは、シリンダライナの内周面の最上部に形成した段付部に嵌め込まれ、シリンダライナはシリンダブロックのシリンダ内に上側で掛け止めされて固定される。したがって、シリンダヘッドでアンチポリッシュリングを上方力押圧して共締めしても、シリンダライナが下方に脱落することはない。

特許文献 1：特開平 11 294255号公報

特許文献 2 :特開平 8— 338301号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 特許文献 1等の公知文献には、シリンダライナ内周からのアンチポリッシュリングの突出量や、オイル消費量抑制のためのアンチポリッシュリングの形状等については考慮されていない。しかし、アンチポリッシュリングの突出量を小さくした場合には、ビストン外周とのクリアランスが大きくなり、燃焼室へのオイル上がり量が増大するのでォィル消費量抑制の効果は望めなくなる。その一方で、アンチポリッシュリングの突出量を大きくしすぎると、以下の問題が生じる。

[0006] (1)アンチポリッシュリングの突出量を大きくする場合には、その分ピストンのトップランド部分を小径にする必要がある。この場合は、ピストン下降時におけるトップランド部の小径部とシリンダライナ内周との容積 (デッドボリューム）が大きくなる。よって、ピストン下降時には、このデッドボリュームの部分で圧縮比が大きく変化し、燃焼圧の急激な降下による出力低下やハイド口カーボンの増加等の問題が発生しうる。

[0007] (2)燃焼室側の吸排気バルブは、アンチポリッシュリングにかからない形状に設定されるのが通常である。したがって、アンチポリッシュリングの突出量を大きくした場合にはバルブ径は反比例して小径ィ匕するため、吸排気効率が悪化することになる。

(3)アンチポリッシュリングの突出量を大きくする場合には、アンチポリッシュリングの厚さも大きくする必要があるが、この場合には熱膨張に伴う寸法変形も大きくなるので、ピストンクリアランスの管理も困難となる。

[0008] また、特許文献 2の構成の場合では、ピストンの上死点よりもリングが上にあるため、燃焼室容積が大きくなり、圧縮比の変化により出力が低下する。また、シリンダ上端よりもリング溝が下側に位置するため、組立時にピストンの挿入が困難となる。さらに、リングのサイドクリアランス部にオイルおよび燃料が溜まりやすぐ上死点付近では温度上昇によりカーボンが生成する等の問題があり、実用性に問題があった。 [0009] また、アンチポリッシュリングと同様の作用を有するリングを、ガソリンエンジンに適用することも可能である。ここで、ガソリンエンジンのシリンダライナは、シリンダの上側で掛け止めされることなくシリンダ内に打ち込まれている。そのため、ガソリンエンジンの場合にお、て、シリンダライナの外径と同径のリングを上側に配置してシリンダヘッドで共締めして固定すると、リングに押圧されてシリンダライナがシリンダ力脱落するおそれがあった。

[0010] 本発明は、上記従来技術の課題を解決するためにされたものであり、その目的は、シリンダ内に環状突起部を形成するためのライナー装着リングを有する内燃機関において、燃焼室へのオイル上がり量をより抑制することを目的とする。

また、本発明のライナー装着リングの固定時におけるシリンダライナの脱落を防止することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 第 1の発明は、 1以上のシリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナと、前記シリンダライナ内を往復動し、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面がトップランド部を形成してなるピストンと、前記シリンダライナの内周側に突出する環状段差部を前記シリンダ内に形成し、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに設置されるライナー装着リングと、を有する内燃機関であって、前記ライナー装着リングは、前記ピストンが上死点に到達した時の前記トップランド部の上端位置に対応して設置され、かつ前記ライナー装着リングが前記シリンダライナの内周より内側方向に突出する長さが 0. 05mm以上 0. 5mm以下に設定されていることを特徴とする。

[0012] 第 1の発明では、ライナー装着リングの突出量が 0. 05mm以上に設定されているので、ライナー装着リングによって燃焼室へのオイル上がりが抑制される。一方、ライナー装着リングは、ピストンが上死点に到達した時のピストントップランド部の上端位置に対応して設置され、かつ、ライナー装着リングの突出量は 0. 5mm以下に設定されるので、ライナー装着リングの突出量増加に伴う弊害は最小限度に抑えられる。

[0013] 第 2の発明は、上記第 1の発明において、前記ライナー装着リングの前記下面には、前記ライナー装着リングの内周側端部に沿って環状に突起部が形成され、前記環状段差部の下側に、前記シリンダライナの内周面と前記突起部とに挟まれた溝部が形成されることを特徴とする。この構成により、ピストン上昇時に搔き上げられたオイルが上記溝部に逃げ込むので、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。

[0014] 第 3の発明は、上記第 2の発明において、前記突起部は、前記ライナー装着リングの前記下面と前記シリンダライナの内周面との交差位置を基端として、シリンダ内側方向に下方へ傾斜するテーパー形状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が 45度以上 60度以下であることを特徴とする。これにより、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。

[0015] 第 4の発明は、上記第 1の発明において、前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナにおける前記ライナー装着リングとの当接面の内径側に環状の切り欠き部が形成され、前記環状段差部の下側に、前記ライナー装着リングの前記下面と前記切り欠き部に挟まれた溝部が形成されることを特徴とする。この構成では、ピストン上昇時に搔き上げられたオイルが上記溝部に逃げ込むので、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。

[0016] 第 5の発明は、上記第 4の発明において、前記切り欠き部は、前記ライナー装着リングとの当接面から内径側に向けて下方へ傾斜するテーパー形状に形成され、前記ライナ一装着リングの前記下面と前記切り欠き部のテーパー面とがなす角度が 45度以上 60度以下であることを特徴とする。これにより、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。

第 6の発明は、上記第 1から第 5のいずれかの発明において、前記ライナー装着リングの外径は前記シリンダライナの最上部の外径より大きく設定され、前記シリンダブロックの前記シリンダ上部には、前記ライナー装着リングを掛け止めして下方への移動を拘束する掛止用段付部が形成されてなることを特徴とする。この構成により、ライナー装着リングの下方への移動が拘束される。

[0017] 第 7の発明は、上記第 6の発明において、前記シリンダライナの最上部力前記ビストンが上死点に到達した時の前記最上段のリング溝の位置より上方に配置され、かつ前記シリンダライナの最上部が前記掛止用段付部より下側に離間した位置に配置されていることを特徴とする。この構成では、シリンダライナがライナー装着リングにより押圧されることがない。

[0018] 第 8の発明は、上記第 1から第 7のいずれかの発明において、前記ライナー装着リングには、リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口が形成され、前記合い口の離間方向に作用する張力によって前記ライナー装着リングが前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに固定されることを特徴とする。

第 9の発明は、上記第 1から第 8のいずれかの発明において、前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする。この構成では、ピストン上昇時に搔き上げられたオイルがリング側環状溝に逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりが抑制される。

[0019] 第 10の発明は、上記第 1から第 9のいずれかの発明において、前記ピストンのトツブランド部には、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする。この構成では、ピストン上昇時に搔き上げられたオイルがピストン側環状溝に逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりが抑制される。

第 11の発明は、上記第 1から第 8のいずれかの発明において、前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成され、前記ピストンのトップランド部には、前記ピストンが上死点に到達した時の前記リング側環状溝との対向位置にピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする。この構成では、リング側環状溝およびピストン側環状溝にオイルが逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりが抑制される。特に、ピストンが上死点付近に到達すると、リング側環状溝およびピストン側環状溝とが対向するため、燃焼室に向かうガス流れをクランク室側に変化させるトラッピング効果が大きくなる。

[0020] 第 12の発明は、上記第 1から第 11のいずれかの発明において、前記ピストンのトツブランド部力も最上段のリング溝を隔てて下側に位置するセカンドランド部に、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝がさらに形成されてなることを特徴とする。この構成により、ピストン上昇時に搔き上げられたオイルがピストン側環状溝に逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりが抑制される。

[0021] 第 13の発明は、上記第 9から第 12のいずれかの発明において、前記リング側環状溝および前記ピストン側環状溝の少なくとも一方の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側力も離間するテーパ一形状をなす V字状断面であることを特徴とする。この構成では、上記の環状溝にォィルが逃げやすくなり、燃焼室に向力うガス流れをクランク室側に変化させるトラッピング効果が大きくなるので、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。なお、この第

13の発明でのピストン側環状溝は、ピストンのトップランド部に形成されているものと、セカンドランド部に形成されて、るものの、ずれをも含む。

[0022] 第 14の発明は、上部に掛止用段付部が形成されたシリンダを 1以上有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナとを備えた内燃機関に適用され、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記掛止用段付部に配置され、前記配置時におけるリング内周側端部は、前記シリンダライナの内周面よりもシリンダ内部に突出して、前記シリンダ内に環状段差部を形成するライナ一装着リングであって、前記配置時における前記シリンダライナの内周面の対応位置とリング内周側端部との長さが 0. 05mm以上 0. 5mm以下に設定されていることを特徴とする。

[0023] 第 15の発明は、上記第 14の発明において、前記下面にリング内周側端部に沿つた環状の突起部を備え、前記突起部は、前記配置時におけるシリンダライナの内周面の対応位置を基端としてリング内周側に向けて下方に傾斜するテーパー形状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が 45 度以上 60度以下であることを特徴とする。

[0024] 第 16の発明は、上記第 14または第 15の発明において、リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口が形成されてなることを特徴とする。

第 17の発明は、上記第 14から第 16のいずれかの発明において、内周面にはリング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする。

第 18の発明は、上記第 17の発明において、前記リング側環状溝の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側から離間するテーパー形状をなす V字状断面であることを特徴とする。

発明の効果 [0025] 本発明では、ライナー装着リングによって燃焼室へのオイル上がりが抑制され、特にライナー装着リングによる環状段差部の下側に溝部を形成した場合とリング側環状溝とピストン側環状溝を対向させた場合には、その効果が一層顕著となる。

また、本発明では、ライナー装着リングが掛止用段付部で拘束されてシリンダライナを押圧しな、ので、シリンダヘッドでライナー装着リングを共締めしてもシリンダライナが脱落することはない。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]第 1実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図

[図 2]図 1の部分拡大図

[図 3]ライナー装着リングの突出量とオイル消費量との関係について、実験結果を示す図

[図 4]ライナー装着リングの下面の溝部の角度とオイル消費量との関係について、実験結果を示す図

[図 5]ライナー装着リングの合ヽ口部を示す平面図

[図 6]第 2実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図

[図 7]図 6の部分拡大図

[図 8]第 3実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図

[図 9]第 4実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図

[図 10]第 4実施形態の内燃機関のオイル消費量に関する実験結果を示す図

[図 11]第 4実施形態の変形例に係る内燃機関の構成を示す図

[図 12]第 4実施形態の変形例に係る内燃機関の構成を示す図

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。

(第 1実施形態の構成）

図 1、図 2は、第 1実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図である。第 1実施形態の内燃機関の全体構造を簡単に説明すると、シリンダブロック 1に形成されたシリンダ内には円筒形状のシリンダライナ 2が嵌入されている。このシリンダライナ 2の内側には、シリンダライナ 2の軸方向に往復動するピストン 3が配置される。ピストン 3はコンロッド 4によってクランク軸（図示を省略する）と連結されており、ピストン 3の往復動はクランク軸の回転運動に変換される。また、シリンダブロック 1の上側には、シリンダヘッド 5がスタッドボルト（図示を省略する）で固定されており、シリンダライナ 2、ビストン 3およびシリンダヘッド 5で囲まれた閉空間が燃焼室 6を構成している。

[0028] ピストン 3の外周部には複数のリング溝が形成され、各リング溝で上下に区切られたピストン 3の外周面はランドと呼称されている。これらのリング溝には、ピストンリング 7 ( コンプレツシヨンリング、オイルリング）が嵌め込まれている。また、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面（トップランド部 8)の上端部およびピストンヘッドはピストン 3の下側よりも若干小径となるように加工され、後述のライナー装着リング 9の内径部と干渉しな、ようになって、る。

[0029] 第 1実施形態の内燃機関では、シリンダブロック 1におけるシリンダの上端部は、シリンダと同心円をなすように切り欠かれて掛止用段付部 10を形成し、この掛止用段付部 10にライナー装着リング 9が配置される。このライナー装着リング 9の配置される位置は、ピストン 3が上死点に到達した時のトップランド部 8の上端位置に対応している。また、第 1実施形態では、シリンダライナ 2の最上部は掛止用段付部 10の高さに位置しており、ライナー装着リング 9の下面とシリンダライナ 2の最上部とが対向して接触する状態となっている。

[0030] また、ライナー装着リング 9の外径は、シリンダライナ 2の最上部の外径以上に設定されている。したがって、ライナー装着リング 9をシリンダヘッド 5で共締めする場合、ライナ一装着リング 9は掛止用段付部 10によって下方への移動が拘束されるので、ライナー装着リング 9がシリンダライナ 2を押し出して脱落させることはない。

その一方で、ライナー装着リング 9の内径はシリンダライナ 2の最上部の内径より小さく設定されている。したがって、ライナー装着リング 9の内周側は、シリンダライナ 2の内周面よりもシリンダ内側に突出した状態となり、この突出部分がシリンダ内に環状段差部を形成する。

[0031] ここで、ライナー装着リング 9がシリンダライナ 2の内周より内側方向に突出する長さ

(突出量）は、 0. 05mm以上 0. 5mm以下の範囲に設定されている。ライナー装着リング 9の突出量を 0. 05mm以上としたのは、突出量が 0. 05mm未満の場合には燃焼室 6へのオイル上がりによるオイル消費量が急激に増加するからである。一方、突出量を 0. 5mm以下としたのは、これより突出量が大きくなる場合には、デッドボリュームの増加による圧縮比変化や、吸排気ノレブの小径ィ匕による吸排気効率の悪ィ匕や、ピストンクリアランス管理の困難性などの弊害が大きくなるからである。突出量が 0 . 05mm以上 0. 5mm以下の範囲であれば、実用上十分なオイル上がりの抑制効果が期待できる。突出量は 0. 1mm以上 0. 4mm以下であるのがより好ましい。

[0032] 図 3は、ライナー装着リングの突出量とオイル消費量との関係について、実験結果を示す図である。実験には水冷四気筒、 1. 8Lガソリンエンジンを用い、アルミ製のシリンダブロックに掛止用段付部を加工した後、铸鉄製のライナー装着リングを該掛止用段付部に中間ばめで配置して、 1時間当たりのオイル消費量を測定した。ライナー装着リングの突出量については、 0. 03mm, 0. 05mm, 0. lmm、 0. 3mm、 0. 5 mmの 5種類を測定した。この実験において、ライナー装着リングの下面に突起部は形成していない。なお、その他の条件は表 1に示す。

[0033] [表 1]

[0034] 図 3に示すように、ライナー装着リングの突出量が 0. 03mmの場合には、時間当たりのオイル消費量は 35g以上であるのに対し、 0. 05mm以上 0. 5mm以下の範囲では、約 15gから 25g以下に低減する。なお、突出量をより大きくすればオイル消費量はさらに低減すると想定できる力その反面、デッドボリュームの増加等の影響も大きくなるので、突出量の実用上の上限は 0. 5mm以下となる。

[0035] また、第 1実施形態のライナー装着リング 9の下面には、ライナー装着リング 9の内周側端部に沿って環状に突起部 11が形成されている。この突起部 11は、シリンダライナ 2の内周面の対応位置を基端として、シリンダ内側方向に下方へ傾斜するテーパー形状に形成される。そして、ライナー装着リング 9を掛止用段付部 10に配置した状態において、ライナー装着リング 9による環状段差部の下側には、シリンダライナ 2 の内周面とライナー装着リング 9の突起部 11とに挟まれた溝部が下向きに形成される。なお、この環状段差部の下側の溝部は断面形状が三角形状に形成され、突起部 1 1のテーパー面とシリンダライナの内周面とがなす角度 (溝部の角度）が 45度以上 60 度以下の範囲で設定されて!ヽる。

[0036] 図 4は、ライナー装着リングの下面の溝部の角度とオイル消費量との関係について、実験結果を示す図である。実験は、上記のライナー装着リングの突出量の実験装置において、 0. 3mmの突出量のライナー装着リングに角度の異なる突起部を形成したものを用意して、それぞれの 1時間当たりのオイル消費量を測定した。溝部の角度については、 45° 、 60° の場合と、 90° の場合 (突起部がない場合）と、 120° の場合 (ライナー装着リングの下面が上向きのテーパー面をなす場合)との 4種類を測定した。

[0037] 図 4に示すように、ライナー装着リングの下面に突起部を形成して、 60° 以下の角度の溝部を設けた場合には、突起部がない場合のオイル消費量 (約 20gZh)と比較して、オイル消費量はほぼ半減する（約 lOgZh)ので好ましい。なお、リング下面が上向きのテーパー面をなす場合にはオイル消費量は増加する (約 30gZh)。

ここで、溝部の角度を 45° よりも小さく設定する場合には、溝部の容積が少なくなつてオイルの循環が悪ィ匕し、溝部にカーボンが溜まりやすくなる可能性がある。したがって、この場合には時間とともに効果が薄れると考えられるので、溝部の角度は 45 ° 以上に設定するのが好適である。

[0038] なお、第 1実施形態において、図 5に示すように、ライナー装着リング 9のリング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口 14を形成してもよい。この場合、図 5で破線で示すように、合い口 14の離間方向に作用するリングの張力によって、ライナー装着リング 9が掛止用段付部 10の外周に押し当てられて固定されるので、組み付け作業および分解作業は容易となる。

[0039] また、特に限定するものではないが、ライナー装着リング 9は、シリンダブロック 1 (またはシリンダライナ 2)の材質よりも熱膨張率の大き!/、材質で形成するのが好適である。この場合には、運転時のライナー装着リング 9は熱膨張によって掛止用段付部 10 に強固に固定されるので、ライナー装着リング 9のがたつきによるフレツチング摩耗が防止できる。一方、常温時には、ライナー装着リング 9の外径と掛止用段付部 10の内径との間に比較的大きな隙間ができるので、組み付け作業および分解作業が容易となる。具体的には、 FCライナーとアルミニウム製のライナー装着リングとの組み合わせの場合は、リングの熱膨張率がシリンダー材の 2倍程度となるので好ましい。勿論、上記組み合わせはあくまで一例であって、この組み合わせに限定する趣旨ではな、

[0040] (第 1実施形態の作用）

第 1実施形態の内燃機関は上記のように構成され、以下その作用を説明する。まず、運転時における第 1実施形態の内燃機関では、シリンダライナ 2と、ピストン 3 のトップランド部 8と、最上段のピストンリング 7とで囲まれた空間にオイルが溜め込まれる。このオイル溜まりの空間の位置はピストン 3の往復動に伴って上下動し、ピストン 3が上死点に到達した時にオイルに作用する上向きの慣性力は最大となる。

[0041] 第 1実施形態では、ピストン上死点でのトップランド部 8の上端位置に対応して、ライナー装着リング 9がシリンダライナ 2の内周側に突出して配置されている。したがって、ピストンリング 7に搔き上げられたオイルは、このライナー装着リング 9による環状段差部の下面に衝突して燃焼室 6への上昇が遮られるので、燃焼室 6へのオイル飛散が抑制される。

[0042] 特に第 1実施形態では、環状段差部の下面の突起部 11によって断面三角形状の溝部が下向きに形成されている。したがって、ピストンリング 7に搔き上げられたオイルはテーパー状の突起部 11に遮られるので溝内部に溜まりやすくなり、燃焼室 6側へ上がるオイル量がより減少する。なお、溝内部のオイルは重力によって下方に戻る。また、第 1実施形態の内燃機関では、ライナー装着リング 9の下面とシリンダライナ 2 の最上部が接触しているが、ライナー装着リング 9は掛止用段付部 10によって下方への移動が拘束されている。したがって、組立時にライナー装着リング 9をシリンダへッド 5で共締めする場合、ライナー装着リング 9がシリンダライナ 2を押し出して脱落させることはない。

[0043] (第 2実施形態の構成、作用）

図 6、図 7は、第 2実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図である。なお、以下の実施形態では、第 1実施形態と同様の構成には同一符号を付して説明を省略し、第 1実施形態との相違点のみ説明する。

第 2実施形態は、ライナー装着リング 9に突起部を設ける代わりに、シリンダライナ 2 側に加工を施して溝部を形成した例である。第 2実施形態では、シリンダライナ 2の最上部の内径部分を、シリンダライナ 2の最上部（ライナー装着リング 9との当接面)から内径側に向けて下方へ傾斜するテーパー形状に切り欠、て環状の切り欠き部 12が形成されている。

[0044] そして、内燃機関を^ &み立てた状態において、この切り欠き部 12のテーパー面とライナ一装着リング 9の下面との間で、断面形状が三角形状の溝部が形成される。なお、ライナー装着リング 9の下面と切り欠き部 12のテーパー面とがなす角度 (溝部の角度）は、 45度以上 60度以下の範囲で設定されるのが好ましい。

第 2実施形態の作用を説明すると、ピストンリング 7に搔き上げられたオイルは、ライナー装着リング 9による環状段差部の下面に衝突して燃焼室への上昇が遮られる。そして、オイルの一部は溝内部に溜まって逃げるので、燃焼室側へ上がるオイル量が減少する。なお、溝に溜まったオイルは切り欠き部 12のテーパー面に案内されて下方に戻る。したがって、第 2実施形態の構成によっても、第 1実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

[0045] (第 3実施形態の構成、作用）

図 8は、第 3実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図である。第 3実施形態は、ライナー装着リング 9の下面と、シリンダライナ 2の最上部とが離間している構成である。すなわち、ライナー装着リング 9の下面はシリンダブロック 1の掛止用段付部 10 とのみ接触し、シリンダライナ 2の最上部は、シリンダライナ 2の内周面の位置まで突出したシリンダブロック 1の突出部 13を隔てて下方に配置される。なお、第 3実施形態のシリンダライナ 2は、その最上部がピストンの上死点における最上段のリング溝の位置より上方に配置される。

[0046] 第 3実施形態の作用を説明すると、組立時においてライナー装着リング 9をシリンダヘッド 5で共締めする場合、ライナー装着リング 9とシリンダライナ 2とが突出部 13を隔てて離間して、るので、シリンダライナの押し出しによる脱落はな!/、。

(第 4実施形態の構成、作用）図 9は、第 4実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図である。

[0047] 第 4実施形態では、ライナー装着リング 9の内周面にはリング周方向に沿ってリング側環状溝 15が形成される。また、ピストン 3のトップランド部 8には、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝 16が形成される。トップランド部 8におけるピストン側環状溝 1 6の位置は、ピストン 3が上死点に到達した時にリング側環状溝 15と対向する位置に設定されている。また、リング側環状溝 15およびピストン側環状溝 16の縦断面形状は、環状溝の上面側が水平またはリング内周から溝底側へ上方に傾き、環状溝の下面側が下方にいくに従って溝底側力離間して広がるテーパー形状をなす V字状断面に形成されている。ここで、リング環状溝 15及びピストン側環状溝 16の下面の傾きは、後述のオイル上がり抑制効果およびトラッピング効果をより大きくする観点から、ピストン軸に対して 15— 45° であるのが好ましい。

[0048] この第 4実施形態では、ピストン上昇時には搔き上げられたオイルカ^ング側環状溝 15およびピストン側環状溝 16に逃げ込むので、燃焼室へのオイル上がりが抑制される。しかも、リング側環状溝 15およびピストン側環状溝 16はいずれも V字状断面であって、ピストン 3の上死点到達時に対向するように配置されている。したがって、ビストン 3が上死点付近に到達すると、燃焼室に向力う上向きのガス流れをクランク室側の下向きのガス流れに変化させるトラッピング効果が大きくなるため、燃焼室へのオイル上がりはより抑制されることとなる。なお、溝内部に逃げて溜まったオイルは、環状溝のテーパー面に案内されて下方に戻ることとなる。

[0049] なお、図 9 (b)に示すように、ピストン 3の上死点到達時に対向するようにリング側環状溝 15およびピストン側環状溝 16を形成し、かつライナー装着リング 9の下面に突起部 11を形成してもよい。この場合には、リング側環状溝 15およびピストン側環状溝 16と、シリンダライナ 2の内周面とライナー装着リング 9の突起部 11とに挟まれた溝部との相乗効果によって、オイル消費量を著しく低減させることができる。そのため、ピストンリングの低張力化やコンプレツシヨンリングを 1本削減することも可能となると考えられる。

[0050] 図 10は、第 4実施形態の内燃機関のオイル消費量に関する実験結果を示す図である。実験は、上記第 1実施形態の実験装置において、本発明に係るピストンおよびライナー装着リングの組み合わせを 3種類用意し、回転数が 5000rpm, 5500rpm, 6000rpmの条件下で 1時間当たりのオイル消費量をそれぞれ測定した。そして、比較例としてライナー装着リングが未装着の場合のオイル消費量を測定し、本発明に係る測定結果と比較した。

[0051] 実験は、（1)突起を下面に形成したライナー装着リングを装着し、リング環状溝 15 およびピストン側環状溝 16を形成しな、場合 [第 1実施形態]と、 (2)ピストンおよびライナ一装着リングにそれぞれ V字状断面の環状溝 15, 16を形成した場合 [図 9 (a)参照]と、 (3)上記の（1)および（2)を組み合わせた場合 [図 9 (b)参照]との 3種類について行った。なお、ライナー装着リングの突出量はいずれも 0. 3mmであり、（1)および（3)での溝部の角度 (突起部 11のテーパー面とシリンダライナの内周面とがなす角度）は 50° に設定されている。また、（2)及び（3)ではピストン側およびリング側の環状溝 15, 16の上面は水平、下面の傾きはピストン軸に対して 30° とし、ピストン表面から半径方向の溝の深さを lmm (最深部）、高さ（ピストン軸方向の幅）を 1. 5mm とした。

[0052] 図 10に示すように、（2)の場合のオイル消費量は（1)の場合のオイル消費量とほぼ同等であって、比較例に対して 50%— 90%程度オイル消費量が低減する。したがつて、ピストンおよびライナー装着リングにそれぞれ V字状断面の環状溝 15, 16を形成する構成によっても、上記第 1実施形態とほぼ同様の効果を享受できることがわかるまた、（3)のように上記（1)と（2)とを組み合わせた場合には、比較例に対して 90% 以上オイル消費量が低減し、 (1)または（2)のそれぞれの場合に対して更に約 70% オイル消費量が低減する。したがって、ピストンおよびライナー装着リングにそれぞれ V字状断面の環状溝 15, 16を形成し、ライナー装着リングの下面に溝部を形成した場合には非常に大きなオイル消費量の抑制効果を享受できることがわかる。さらに、図 10の比較例では回転数の増加に伴いオイル消費量が著しく増大するが、（1)から (3)のいずれでも回転数が増加してもオイル消費量はほぼ一定である。そのため、本発明のいずれの場合でも特に高回転数の場合にオイル消費量の抑制効果が顕著となることがわ力る。 [0053] (第 4実施形態の変形例）

図 11、図 12は第 4実施形態の変形例に係る内燃機関の構成を示す図である。図 1 1 (a)は、ライナー装着リング 9の内周面に V字状断面のリング側環状溝 15を形成し、ピストン 3には環状溝を形成しない構成を示す図である。図 11 (b)は、ピストン 3のトツブランド部 8に V字状断面のピストン側環状溝 16を形成し、ライナー装着リング 9には環状溝を形成しない構成を示す図である。また、図 12は、ピストン 3のトップランド部 8 とライナー装着リング 9とに V字状断面の環状溝 15, 16を形成するとともに、ピストン 3 のセカンドランド部にも V字状断面のピストン側環状溝 16aを形成した構成を示す図である。ここで、セカンドランド部のピストン側環状溝 16aの下面の傾きは、トップランド部の場合と同様にピストン軸に対して 15— 45° であるのが好ましい。上記のいずれの構成によっても、ピストン上昇時にオイルが溝内に逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりをより抑制することができる。

[0054] (実施形態の補足事項）

以上、本発明を上記の実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第 1実施形態または第 2実施形態において、溝部の断面形状を矩形断面または半円形断面に設定してもよぐあるいは突起部または切り欠き部のテーパー面が曲線をなすようにしてもょ、。

[0055] また、第 4実施形態のリング側環状溝、ピストン側環状溝の断面形状は上記の V字状断面に限定されることなぐ半円状断面、矩形状断面、倒 U字状断面などの形状であってもよい (いずれも図示を省略する）。但し、より優れたトラッピング効果を得るためには V字状断面とするのが好ましい。

さらに、第 4実施形態のピストン側環状溝の位置は、ピストンの上死点においてリング側環状溝と対向する位置に限定されることなぐ例えば、ピストンの上死点においてピストン側環状溝がライナー装着リングよりも下側に位置している構成でもよい。

[0056] さらにまた、第 1実施形態から第 3実施形態においても、ピストンのセカンドランド部にピストン側環状溝を設けて燃焼室へのオイル上がりがより抑制されるようにしてもよい。

産業上の利用可能性ライナー装着リングを有する内燃機関において、燃焼室へのオイル飛散によるオイル消費量を抑制するのに好適である。

Claims

請求の範囲

[1] 1以上のシリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナと、前記シリンダライナ内を往復動し、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面がトップランド部を形成してなるピストンと、前記シリンダライナの内周側に突出する環状段差部を前記シリンダ内に形成し、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに設置されるライナー装着リングと、を有する内燃機関であって、

前記ライナー装着リングは、前記ピストンが上死点に到達した時の前記トップランド部の上端位置に対応して設置され、かつ前記ライナー装着リングが前記シリンダライナの内周より内側方向に突出する長さが 0. 05mm以上 0. 5mm以下に設定されていることを特徴とする内燃機関。

[2] 前記ライナー装着リングの前記下面には、前記ライナー装着リングの内周側端部に沿って環状に突起部が形成され、前記環状段差部の下側に、前記シリンダライナの内周面と前記突起部とに挟まれた溝部が形成されることを特徴とする請求項 1に記載の内燃機関。

[3] 前記突起部は、前記ライナー装着リングの前記下面と前記シリンダライナの内周面との交差位置を基端として、シリンダ内側方向に下方へ傾斜するテーパー形状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が 45 度以上 60度以下であることを特徴とする請求項 2に記載の内燃機関。

[4] 前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナにおける前記ライナー装着リングとの当接面の内径側に環状の切り欠き部が形成され、前記環状段差部の下側に、前記ライナ一装着リングの前記下面と前記切り欠き部に挟まれた溝部が形成されることを特徴とする請求項 1に記載の内燃機関。

[5] 前記切り欠き部は、前記ライナー装着リングとの当接面力内径側に向けて下方へ傾斜するテーパー形状に形成され、前記ライナー装着リングの前記下面と前記切り欠き部のテーパー面とがなす角度が 45度以上 60度以下であることを特徴とする請求項 4に記載の内燃機関。

[6] 前記ライナー装着リングの外径は前記シリンダライナの最上部の外径より大きく設定され、前記シリンダブロックの前記シリンダ上部には、前記ライナー装着リングを掛け止めして下方への移動を拘束する掛止用段付部が形成されてなることを特徴とする請求項 1から請求項 5のいずれか 1項に記載の内燃機関。

[7] 前記シリンダライナの最上部力前記ピストンが上死点に到達した時の前記最上段のリング溝の位置より上方に配置され、かつ前記シリンダライナの最上部が前記掛止用段付部より下側に離間した位置に配置されていることを特徴とする請求項 6に記載の内燃機関。

[8] 前記ライナー装着リングには、リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合、口が形成され、前記合、口の離間方向に作用する張力によって前記ライナー装着リングが前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに固定されることを特徴とする請求項 1から請求項 7のいずれか 1項に記載の内燃機関。

[9] 前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項 1から請求項 8のいずれ力 1項に記載の内燃機関。

[10] 前記ピストンのトップランド部には、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項 1から請求項 9のいずれ力 1項に記載の内燃機関

[11] 前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成され、

前記ピストンのトップランド部には、前記ピストンが上死点に到達した時の前記リング側環状溝との対向位置にピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項 1から請求項 8のいずれか 1項に記載の内燃機関。

[12] 前記ピストンのトップランド部力も最上段のリング溝を隔てて下側に位置するセカンドランド部に、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝がさらに形成されてなることを特徴とする請求項 1から請求項 11のいずれか 1項に記載の内燃機関。

[13] 前記リング側環状溝および前記ピストン側環状溝の少なくとも一方の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側から離間するテーパー形状をなす V字状断面であることを特徴とする請求項 9から請求項 12のいずれか 1項に記載の内燃機関。

[14] 上部に掛止用段付部が形成されたシリンダを 1以上有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナとを備えた内燃機関に適用され、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記掛止用段付部に配置され、前記配置時におけるリング内周側端部は、前記シリンダライナの内周面よりもシリンダ内部に突出して、前記シリンダ内に環状段差部を形成するライナー装着リングであって、

前記配置時における前記シリンダライナの内周面の対応位置とリング内周側端部との長さが 0. 05mm以上 0. 5mm以下に設定されていることを特徴とするライナー装着リング。

[15] 前記下面にリング内周側端部に沿った環状の突起部を備え、

前記突起部は、前記配置時におけるシリンダライナの内周面の対応位置を基端としてリング内周側に向けて下方に傾斜するテーパー形状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が 45度以上 60度以下であることを特徴とする請求項 14に記載のライナー装着リング。

[16] リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口が形成されてなることを特徴とする請求項 14または請求項 15に記載のライナー装着リング。

[17] 内周面にはリング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項 14から請求項 16のいずれか 1項に記載のライナー装着リング。

[18] 前記リング側環状溝の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側力離間するテーパー形状をなす V字状断面であることを特徴とする請求項 17に記載のライナー装着リング。