JP2004339976A - ピストンリング張力調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のシリンダ内を往復動するピストンの外周に設けられるオイルリングの張力を当該機関の運転状態に応じて適切に調整することができる簡易な構成の装置を提供する。
【解決手段】ピストンリング張力調整装置１０は、ピストン３の内部から外周（シリンダ４の内壁）に向かってオイルリング５ｃを押し、さらにその押力（オイルリング５ｃの張力）の大きさをエンジン１００の運転状態に応じて調整する機能を有する。ピストンリング張力調整装置１０は、ピストン３の内部に形成される環状オイル通路１１、環状オイル通路１１に供給されるオイルの圧力に基づいてピストン３の内部からピストン３の外周に向かってオイルリング５ｃを押す押力付与機構２０、オイルポンプから圧送されるオイルを噴出させ環状オイル通路１１に導入する噴出機構３０等を主な構成要素として含む。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダとシリンダ内を往復するピストンの外周との間隙に設けられるピストンリングの張力を可変調整する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、内燃機関（以下、エンジンという）のシリンダと、シリンダ内を往復するピストンの外周との間隙には、複数のピストンリングが設けられる。ピストンリングは、ピストンの外周に形成される周溝に装着される。
【０００３】
例えば、ピストンリングの一種であるオイルリングは、シリンダ及びピストン間に存在する潤滑オイルをかき落とす役割を担う。
【０００４】
オイルリングがシリンダ及びピストン間に存在する潤滑オイルをかき落とす効率は、オイルリングがシリンダの内周面を押す力（ピストンリングの張力）の大きさによって決定づけられる場合が多い。
【０００５】
ここで、エンジンの良好な運転状態を保持するためには、エンジンの回転数が高くなるほど多量の潤滑オイルをシリンダ及びピストン間に供給する必要がある。そして、シリンダ及びピストン間に供給される潤滑オイルの量が大きくなるほど、より効率的に潤滑オイルをかき落とす能力がオイルリングに求められる。
【０００６】
例えば特許文献１には、クランクシャフト及びコンロッド内に形成されたオイル通路を通じて作動オイルをピストン内に導き、この作動オイルの圧力によってオイルリングの張力を調整する技術が記載されている。また、特許文献２には、ピストンリングを磁性体によって形成するとともに、通電によって電磁力を発生するステータコイルをシリンダ内壁に埋め込み、ステータコイルに対する通電制御を行うことにより、ピストンリングの張力を調整する技術が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１２３３５７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２００７５２号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載された技術では、作動オイル（オイル圧）を伝達する経路が長すぎて、エンジンの運転状態に対応するピストンの張力を得る上で、十分な応答性を確保することが困難である。また、特許文献２に記載された技術によれば、十分な応答性を確保することはできるが、複雑なハードウエア構造及びソフトウエア構造が必要になるため、適用対象となる装置の製造コストが高騰する。
【０００８】
本発明は、このような実情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、エンジンのシリンダ内を往復動するピストンの外周に設けられるオイルリングの張力を当該機関の運転状態に応じて適切に調整することができる簡易な構成の装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
（１）内燃機関のシリンダ内を往復動するピストンの外周溝に装着されるピストンリングの張力を調整する装置であって、前記ピストンの内部に形成されるオイル通路と、該オイル通路に供給されるオイルの圧力に基づいて、前記ピストンの内部から前記ピストンの外周に向かって前記ピストンリングを押す押力付与手段と、圧送されるオイルを噴出させ前記オイル通路に導入する噴出機構と、を備えることを要旨とする。
【００１０】
同構成によれば、当該機関の運転状態に応じたピストンリングの張力調整を、簡易な構成を用いて正確に行える。
【００１１】
（２）なお、前記内燃機関の回転と機械的に連動して前記噴出機構にオイルを圧送するポンプを備えるのが好ましい。
【００１２】
同構成によれば、ピストンリングの張力調整を、当該機関のエンジン回転数に応じて正確に行える。
【００１３】
（３）また、前記ピストンの内部に形成されるオイル通路は、前記ピストンの周方向に沿って形成される環状オイル通路であるのが好ましい。
【００１４】
同構成によれば、例えばピストンの冷却用に設けられる既存のオイル通路を流用してピストンリングの張力を調整するためのオイル圧を供給することができる。従って、製造工程を一層簡易にし、製造コストを一層低減することことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について説明する。
【００１６】
〔ピストンリング張力調整装置の構造〕
図１は、本実施の形態のピストンリング張力調整装置について、その主要構造を示す概略図である。
【００１７】
同図１において、内燃機関（以下、単にエンジンという）１００は、燃焼室１内において燃料及び空気の混合気を燃焼させる。このとき発生する燃焼エネルギーにより、コンロッド２の一端に連結されたピストン３をシリンダ４内で往復動させ、コンロッド２の他端に連結されたクランクシャフト（図示略）を回転させる。
【００１８】
ピストン３の外周には、３つの周溝が形成されている。各周溝３ａ，３ｂ，３ｃには、ピストンリング５ａ，５ｂ，５ｃが装着されている。ピストン３の頭頂２ｄ（燃焼室１）に最も近いピストンリング（第１コンプレッションリング）４ａは、主に、燃焼室１からクランクケース（クランクシャフトの収容空間）７に漏出するブローバイガスの量を抑制する機能を有する。クランクケース７に最も近いピストンリング（オイルリング）５ｃは、主に、ピストン３及びシリンダ４の間隙（摺動部位）に供給されるオイル（潤滑オイル）をかき落とす機能を有する。第１コンプレッションリング５ａ及びオイルリング５ｃの中間に配置される第２コンプレッションリング５ｂは、両リング５ａ，５ｃの機能（ブローバイガス量の抑制及びオイルのかき落とし）を併せ持つ。
【００１９】
本実施の形態のピストンリング張力調整装置１０は、ピストン３の内部から外周（シリンダ４の内壁）に向かってオイルリング５ｃを押し、さらにその押力（オイルリング５ｃの張力）の大きさをエンジン１００の運転状態に応じて調整する機能を有する。ピストンリング張力調整装置１０は、ピストン３の内部に形成される環状オイル通路１１、環状オイル通路１１に供給されるオイルの圧力に基づいてピストン３の内部からピストン３の外周に向かってオイルリング５ｃを押す押力付与機構２０、オイルポンプ（図示略）から圧送されるオイルを噴出させ環状オイル通路１１に導入する噴出機構３０等を主な構成要素として含む。なお、環状オイル通路１１に供給されるオイルは、押力付与機構２０を機能させる他、ピストン３を冷却する役割を有する。
【００２０】
噴出機構３０は、蓄圧オイル通路３１、噴出管３２、チェック弁３３等を備える。蓄圧オイル通路３１は、エンジン１００のシリンダブロック６内に形成され、オイルポンプから圧送されるオイルを移送する。噴出管３２は、クランクケース７内に配置され、シリンダ４内のピストン３に臨むオイルの噴出口３２ａを有する。チェック弁３３は、蓄圧オイル通路３１及び噴出管３２間の連通部位Ｃに設けられ、蓄圧オイル通路３１内のオイル圧が所定値を上回った場合にのみ開弁する。なお、蓄圧オイル通路３１には、周知のリリーフ弁（図示略）が設けられている。リリーフ弁は、蓄圧オイル通路３１内のオイル圧が予め設定される上限値（リリーフ圧）を上回ると開弁し同通路３１内のオイルを外部に逃がす。リリーフ弁の機能により、同通路３１内のオイル圧がリリーフ圧を大幅に上回ることはない。
【００２１】
図２は、押力付与機構２０の近傍を示す拡大図である。押力付与機構２０は、リング支持部材２１ｃ、ロッド２２ｃ、コイルバネ２４ｃ、受圧板２３ｃ、スプリングハウジング２５ｃ等を備える。ロッド２２ｃは、周溝３ｃの底部から環状オイル通路１１に亘りピストン３内に貫通形成される孔８ｃ内において往復動可能に支持される。ロッド２２の一端（周溝３ｃに突出する部分の先端）にはリング支持部材２１ｃが固定される。リング支持部材２１ｃは、周溝３ｃの底部においてオイルリング５ｃを支持する。ロッド２２ｃの他端（環状オイル通路１１に突出する部分の先端）には受圧板２３ｃが固定される。また、ロッド２２ｃのうち環状オイル通路１１に突出する部分の外周にはコイルバネ２４ｃが取り付けられ、ピストン３の外周から環状オイル通路１１に向かって受圧板２３ｃを付勢する。環状オイル通路１１の内壁には、ロッド２２ｃの一部（環状オイル通路１１に突出する部分）、受圧板２３ｃ及びコイルバネ２４ｃを収容するようにシリンダ４が取り付けられる。環状オイル通路１１内のオイル圧が高くなると、ハウジング２５ｃの開口端から受圧板２３ｃにオイル圧が作用し、コイルバネ２４ｃの付勢力にうち勝ってピストン３の内部からシリンダ内壁６ａに向かってロッド２２を押す。これにより、オイルリング５ｃがシリンダ内壁６ａに向かって押しつけられる（オイルリング５ｃの張力が高くなる）。
【００２２】
なお、押力付与機構２０は、１つでも機能するが、ピストン３の周溝に沿って複数設けられるのが好ましい。
【００２３】
環状オイル通路１１には、オイルの導入通路１１ａと排出口（図示略）とが設けられている。噴出管３２から噴出するオイルが導入通路１１ａから環状オイル通路１１に導入されるように、導入通路１１ａ及び噴出管３２の噴出口３２ａの配置は設定されている。
【００２４】
〔ピストンリング張力調整装置の機能〕
次に、このような構成を有するピストンリング張力調整装置１０の機能について説明する。本実施の形態のピストンリング張力調整装置１０では、エンジン１００の回転速度（エンジン回転数）ＮＥに応じてオイルポンプのポンプ機能の大きさ（蓄圧オイル通路３１内のオイル圧）が変化する。この蓄圧オイル通路３１内のオイル圧が変化することにより、噴出管３２の噴出口３２ａから噴出するオイルの流量、ひいては環状オイル通路１１内のオイル圧が変化する。そして、環状オイル通路１１内のオイル圧に応じて押力付与機構２０がオイルリング５ｃをシリンダ内壁６ａに押しつける。すなわち、エンジン回転数ＮＥに応じてオイルリング５ｃの張力が高められる。
【００２５】
図３には、エンジン回転数ＮＥとオイルリング５ｃの張力との関係を示す。同図３において実線で示すように、エンジン回転数ＮＥが所定値ＮＥ１以下である場合、蓄圧オイル通路３１内のオイル圧が低いためにチェック弁３３が開かず、噴出管３２から環状オイル通路１１にオイルが供給されないため、オイルリング５ｃの張力は極めて低い数値となる（押力付与機構２０の作用に基づく張力の増大分は、「０」となる）。エンジン回転数ＮＥが所定値を上回ると噴出管３２から環状オイル通路１１にオイルが供給され、エンジン回転数ＮＥの上昇に伴い環状オイル通路１１内のオイル圧も上昇する。そして、環状オイル通路１１内のオイル圧の上昇に伴いオイルリング５ｃの張力が高くなる。
【００２６】
なお、従来技術において説明したように、エンジン回転数ＮＥが高くなるほどオイルリング５ｃに求められる能力（ピストン３及びシリンダ４間の潤滑オイルをかき落とす能力）は大きくなる。このため、同図３中において一点鎖線で示すように、オイルリング５ｃの張力を可変とする機能を持たない従来のエンジンでは、オイルリング５ｃの張力を、エンジン回転数ＮＥの最大値ＮＥＭＡＸに対応する値に（強めに）設定しておく必要がある。一方、オイルリング５ｃの張力が高くなるほど、オイルリング５ｃ及びシリンダ４間の摩擦も増大する。このため、オイルリング５ｃの張力を強めに設定すると、エンジン回転数ＮＥが低い条件下でエンジンの運転に伴う機械損失が増大することになっていた。
【００２７】
この点、本実施の形態によれば、オイルポンプから圧送されるオイルの圧力を利用することにより、オイルリング５ｃの張力調整をエンジン回転数ＮＥに応じて正確に行うことができる。
【００２８】
また、オイルの圧力をオイルリング５ｃの張力に変換するために簡易な構成（押力付与機構２０）を用いているため、製造工程も煩雑にならない。
【００２９】
また、押力付与機構２０を作動させるためのオイル圧を伝達するオイル通路が短く、その構造も複雑でない。このため、エンジン回転数ＮＥの変化に対するオイルリング５ｃの張力変化の応答性も高い。
【００３０】
とくに、本実施の形態においては、ピストンリング張力調整装置１０の一部として、本来ピストン３を冷却するためにピストン３内に形成される環状オイル通路１１と、環状オイル通路１１に冷却用オイルを供給するためのオイル通路構造を流用している。この点においても、製造工程が煩雑とならず、製造コストも安価になる。
【００３１】
しかも、エンジン回転数ＮＥに応じてその循環効率（流量）が高まるピストン３の冷却用オイルの圧力を、オイルリング５ｃの張力調整に用いることにより、エンジン回転数ＮＥに対応する適切な張力調整が行われる。
【００３２】
さらに、オイルリング５ｃの張力を調整するアクチュエータ（押力付与機構２０に相当）を駆動するために緻密な通電制御が必要になることもない。
【００３３】
またとくに、いわゆるアイドルストップを実施する内燃機関や、モータ及び内燃機関の協働によって車両等の駆動力を得るハイブリッドエンジンのように、内燃機関の始動及び停止を頻繁に繰り返すエンジンシステムでは、モータによる内燃機関の再始動を頻繁に行う。このようなエンジンシステムに本実施の形態のオイルリング張力調整装置１０を採用すれば、内燃機関の始動時（エンジン回転数が低い条件下）におけるオイルリングの張力（シリンダ内壁に対するオイルリングの静摩擦係数及び動摩擦係数）を極めて小さな値に設定することができる。この結果、内燃機関の燃費効率を向上することができる。また、内燃機関の始動に用いられるモータを小型化することも可能になる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施の形態について、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、第２の実施の形態の構成部材のうち、第１の実施の形態のものと同等の構造及び機能を有するものは、同一の符号を用い、ここでの重複する説明は省略する。
図４は、本実施の形態のピストンリング張力調整装置の一部である押力付与機構近傍を示す拡大図である。同図４に示すように、本実施の形態のピストンリング張力調整装置は、リング支持部材２１ｂ、ロッド２２ｂ、受圧板２３ｂ、コイルバネ２４ｂ、スプリングハウジング２５ｂ等からなる押力付与機構（第１の実施の形態にかかる押力付与機構２０と略同一の構造を有するもの）を、第２コンプレッションリング５ｂの張力を調整するための手段として備える。オイルリング５ｃは、環状の支持部材２２ｃ′に支持された状態で周溝３ｃ内に収容される。
本実施の形態においては、この押力付与機構が、環状オイル通路１１内のオイル圧に応じてオイルリング５ｃをシリンダ内壁６ａに押しつける。すなわち、エンジン回転数ＮＥに応じて第２コンプレッションリング５ｂの張力が高められる。
（第３の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第３の実施の形態について、第１、第２の実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、第３の実施の形態の構成部材のうち、第１、第２の実施の形態のものと同等の構造及び機能を有するものは、同一の符号を用い、ここでの重複する説明は省略する。
【００３５】
第３の実施の形態のピストンリング張力調整装置は、エンジンの運転状態に応じ、第２コンプレッションリング及びオイルリング双方の張力を調整する機能を有する。
【００３６】
図５は、本実施の形態のピストンリング張力調整装置の一部である押力付与機構近傍を示す拡大図である。同図５に示すように、本実施の形態のピストンリング張力調整装置は、２つの押力付与機構を備える。第１の押力付与機構は、リング支持部材２１ｂ、ロッド２２ｂ、受圧板２３ｂ、コイルバネ２４ｂ、スプリングハウジング２５ｂ等からなり、第２コンプレッションリング５ｂの張力を調整する。第２の押力付与機構は、リング支持部材２１ｃ、ロッド２２ｃ、受圧板２３ｃ、コイルバネ２４ｃ、スプリングハウジング２５ｃ等からなり、オイルリング５ｂの張力を調整する。噴出管３２（図１参照）から供給されるオイルは、導入通路１１ａを通じて環状オイル通路１１内に導入され、双方の押力付与機構の受圧板２３ｂ，２３ｃに作用する。この結果、第１の押力付与機構が第２コンプレッションリング５ｂを、第２の押力付与機構がオイルリング５ｃを、シリンダ内壁６ａに押しつける。すなわち、環状オイル通路１１内のオイル圧（エンジン回転数ＮＥ）に応じ、第２コンプレッションリング５ｂ及びオイルリング５ｃ双方の張力が高められる。
【００３７】
なお、受圧板２３ｂ，２３ｃの面積、コイルバネ２４ｂ，２４ｃの付勢力、通路１１ａの形状等を変更することにより、エンジン回転数ＮＥに対応する第２コンプレッションリング５ｂの張力変化の特性、及びエンジン回転数ＮＥに対応するオイルリングの張力変化の特性を、個別に変更することができる。このように、第３の実施の形態によれば、基本的には単一のオイル圧の伝達経路（オイルポンプからピストンの導入通路１１ａに至る経路）を利用し、複数のピストンリング（本実施の形態では第２コンプレッションリング５ｂ及びオイルリング５ｃ）の張力調整を併せて行うことができる。
【００３８】
ちなみに、上記各実施の形態の他、上記各実施の形態にかかる押力付与機構と同等のものを第１コンプレッションリング５ａの張力を調整するための手段として備える構成や、周溝３ａ，３ｂ，３ｃの全ての底部に支持板を設け、各支持板にオイル圧を直接作用させて各ピストンリング５ａ，５ｂ，５ｃの張力を調整する構成等、種々の装置構成を採用して本発明を具体化できる。
【００３９】
また、上記各実施の形態では、エンジン１００の回転と機械的に連動するオイルポンプを用いて押力付与機構にオイル圧を供給することにした。これに対し、例えば電動式オイルポンプ等を用いることにより、押力付与機構に供給されるオイル圧を自在に制御する装置構成を採用することもできる。この場合、エンジン回転数ＮＥに限らず、エンジン１００の運転状態を反映する他のパラメータ（例えば、エンジン１００の負荷、トルク、出力等）に応じ、押力付与機構に供給されるオイル圧を調整できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、製造工程の煩雑化や製造コストの高騰を招くことなく、エンジンの運転状態に対応し、適切なピストンリングの張力調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるピストンリング張力調整装置の主要構造を示す概略構成図。
【図２】同実施の形態のピストンリング張力調整装置の一部（押力付与機構近傍）を拡大した図。
【図３】同実施の形態のピストンリング張力調整装置を用いた場合にみられるエンジン回転数とオイルリングの張力との関係を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態のピストンリング張力調整装置の一部（押力付与機構近傍）を拡大した図。
【図５】本発明の第３の実施の形態のピストンリング張力調整装置の一部（押力付与機構近傍）を拡大した図。
【符号の説明】
１ 燃焼室
２ コンロッド
２ｄ 頭頂
３ ピストン
３ａ，３ｂ，３ｃ 周溝
４ シリンダ
５ａ 第１コンプレッションリング（ピストンリング）
５ｂ 第２コンプレッションリング（ピストンリング）
５ｃ オイルリング（ピストンリング）
６ シリンダブロック
６ａ シリンダ内壁
７ クランクケース
８ｃ 孔
１０ ピストンリング張力調整装置
１１ 環状オイル通路
１１ａ 導入通路
１１ｂ 通路
２０ 押力付与機構（押力付与手段）
２１ｂ，２１ｃ 支持板
２２ｂ，２２ｃ ロッド
２３ｂ，２３ｃ 受圧板
２４ｂ，２４ｃ コイルバネ
２５ｂ，２５ｃ ハウジング
３０ 噴出機構
３１ 蓄圧オイル通路
３２ 噴出管
３２ａ 噴出口
３３ チェック弁
１００ エンジン
Ｃ 連通部位

Claims (3)

1. 内燃機関のシリンダ内を往復動するピストンの外周溝に装着されるピストンリングの張力を調整する装置であって、
   前記ピストンの内部に形成されるオイル通路と、
   該オイル通路に供給されるオイルの圧力に基づいて、前記ピストンの内部から前記ピストンの外周に向かって前記ピストンリングを押す押力付与手段と、
   圧送されるオイルを噴出させ前記オイル通路に導入する噴出機構と、
   を備えることを特徴とするピストンリング張力調整装置。
2. 前記内燃機関の回転と機械的に連動して前記噴出機構にオイルを圧送するポンプを備える
   ことを特徴とする請求項１記載のピストンリング張力調整装置。
3. 前記ピストンの内部に形成されるオイル通路は、前記ピストンの周方向に沿って形成される環状オイル通路である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のピストンリング張力調整装置。

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