JPH05280417A - 内燃機関のピストン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】オイルリングによる良好な油掻き性能を得るた
めに、オイルリングの姿勢を適正に保持しながらも、セ
カンドランド部とシリンダ壁面との間で形成される容積
を大きく確保できるピストン構造を提供する。 【構成】セカンドランド部７に、ピストン径方向へ陥没
する複数の切欠き部１５をセカンドランド部７の周方向
へ間隔を持って形成し、該切欠き部１５は圧縮リング溝
３及びオイルリング溝４の双方に臨んで形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関のピストン
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、オイルリングによる良好な油掻き
性能を保持することを目的とし、図８に示す如く、セカ
ンドランド部７１のオイルリング溝７２に面する部位全
周にわたって環状の切欠き部７３を形成したものが知ら
れている（実開昭６１−１２８３５７号公報等参照）。

【０００３】これは、図９を参照して、圧縮上死点付近
から膨張行程にかけて、圧縮リング７８にてシールしき
れなかった燃焼圧がシリンダ壁面７６とセカンドランド
部７１との間に形成される空間部７７に対して加わるた
め、空間部７７の容積を大きく確保することによって、
空間部７７における圧力の上昇を緩和し、燃焼圧による
オイルリング７４自体の変形を抑制しようとするもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のピストン構造にあっては、オイルリング溝７２に
臨む部位全周にわたって環状の切欠き部７３が形成され
ているために、図９に示す如く、ピストン下降時におい
て、オイルリング７４の上レール７５の姿勢はシリンダ
壁面７６に対して大きく傾いてしまい、上記の如く燃焼
圧によるオイルリング７４自体の変形を抑制できるよう
にしたにも拘らず、オイルリング７４による良好な油掻
き作用が得られなくなる可能性があり、改善の余地が残
っていた。

【０００５】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたものであり、オイルリングの姿勢を適正
に保持しながらも、セカンドランド部とシリンダ壁面と
の間で形成される容積を十分に確保できる内燃機関のピ
ストン構造を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の発明は、シリンダ内を往復するピストンの外
周面に圧縮リング溝とオイルリング溝とを形成し、圧縮
リング溝に圧縮リングを収装し、オイルリング溝にオイ
ルリングを収装する内燃機関のピストン構造において、
圧縮リング溝とオイルリング溝との間に形成される環状
のセカンドランド部に、ピストン径方向へ陥没し且つ圧
縮リング溝及びオイルリング溝の双方に臨む複数の切欠
き部をセカンドランド部の周方向へ間隔を持って形成し
た、ことを特徴とする。

【０００７】また、第２の発明は、シリンダ内を往復す
るピストンの外周面に圧縮リング溝とオイルリング溝と
を形成し、圧縮リング溝に圧縮リングを収装し、オイル
リング溝にオイルリングを収装する内燃機関のピストン
構造において、圧縮リング溝とオイルリング溝との間に
形成される環状のセカンドランド部に、オイルリング溝
に臨み、ピストン径方向へ陥没し、セカンドランド部の
周方向へ間隔を持って形成される複数の切欠き部を、セ
カンドランド部の圧縮リング溝に臨む部位を環状に残し
て形成した、ことを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成に基づき、第１の発明では、切欠き部
は圧縮リング溝及びオイルリング溝双方に臨んで形成さ
れるので、オイルリングの姿勢を正すための部位をセカ
ンドランド部に大きく残しながらも、セカンドランド部
とシリンダ壁面との間に形成される環状の空間部に必要
な容積を確保できる。従って、圧縮リングにてシールし
きれなかった燃焼圧がこの空間部に対して加わったとし
ても、空間部内における圧力上昇は十分に緩和され、燃
焼圧によるオイルリング自体の変形を防止できる。

【０００９】つまり、オイルリングの姿勢を適正に保持
しながらも燃焼圧によるオイルリング自体の変形を防止
でき、オイルリングによる油掻き性能が相乗的に改善さ
れるのである。

【００１０】一方、第２の発明では、第１の発明同様に
燃焼圧によるオイルリング自体の変形を防止しながら
も、オイルリングの姿勢を正すことが可能であることは
無論であるが、圧縮リングの合い口間隙からセカンドラ
ンド部とシリンダ壁面との間に形成される環状の空間部
へ流入する燃焼ガスの大半は圧縮リング溝に臨んで環状
に残されたセカンドランド部に常時衝突しするので、燃
焼ガスが直接にオイルリング上面へ吹き抜けることを緩
和でき、オイルリング自体の局所的な変形を併せて防止
できる。しかも、切欠き部と切欠き部との間に残された
オイルリングの姿勢を正すための部位は、圧縮リング溝
に臨んで環状に残された部位に対して言わばリブとして
作用し、その強度向上を補完できる。

【００１１】

【実施例】以下、第１の発明に係る第１実施例を図１〜
図３に基づいて説明する。

【００１２】まず、図１を参照して、ピストン１の外周
面２には圧縮リング溝３及びオイルリング溝４が夫々１
つ形成されている。これらは夫々が間隔を持って刻設さ
れ、ピストン頂面５と圧縮リング溝３との間にトップラ
ンド部６が、圧縮リング溝３とオイルリング溝４との間
にセカンドランド部７が夫々形成される。

【００１３】図２、図３を参照して、図１に示したピス
トン１はボア径φＤ1 のシリンダ８内を往復可能に収納
され、圧縮リング溝３に圧縮リング９がオイルリング溝
４にオイルリング１０が夫々収装される。

【００１４】オイルリング１０はエキスパンダ１１及び
上下レール１２、１３の３ピースから構成され、上下レ
ール１２、１３はエキスパンダ１１の上下面に位置して
シリンダ８壁面に付着した潤滑油を掻き落とす。

【００１５】オイルリング溝４の背面には、オイルリン
グ１０が掻き出した潤滑油をピストン裏面へ逃がす複数
の油逃がし孔１４がシリンダ軸線に対して略直角に穿設
されている。

【００１６】基準径φＤ2 で形成されるセカンドランド
部７の外周面７ａには、ピストン１の径方向へ陥没する
複数の切欠き部１５がその周方向へ間隔を持って形成さ
れ、各切欠き部１５の両端部１６は圧縮リング溝３及び
オイルリング溝４の双方に臨む。

【００１７】切欠き部１５の断面形状（Ａ−Ａ断面）
は、図３の如く、曲率Ｒ・切り込み量Ｃで円筒状に、８
個が等間隔に形成され、ピストン成形時に鋳型により一
時期に形成されるか、ピストン１の外周面を加工する
際、機械加工により形成される。

【００１８】しかして、シリンダ８壁面とセカンドラン
ド部７との間に形成される環状の空間部１７に必要とす
る容積Ｖを確保できると共に、互いに隣合う切欠き部１
５の間にはオイルリング１０の姿勢をシリンダ８壁面に
対し直角に保持し得る支持部１８が残されるのである。

【００１９】なお、切欠き部１５の個数、切欠き量Ｃ、
曲率Ｒの設定は、燃焼圧によるオイルリング１０自体の
変形を抑制できるに十分な容積Ｖを確保すること、オイ
ルリング１０の姿勢を適正に保持するための支持部１８
を十分確保すること、双方の条件を満足できるように適
宜に決められる。

【００２０】このような構成に基づき、次に作用を説明
する。

【００２１】セカンドランド部７に切欠き部１５を形成
することにより環状の空間部１７に必要な容積Ｖを確保
でき、しかも、セカンドランド部７にはオイルリング４
の姿勢をシリンダ８壁面に対して直角に保持し得る支持
部１８が確保される。つまり、切欠き部１５は圧縮リン
グ溝３及びオイルリング溝４双方に臨んで形成されるの
で、オイルリング１０の姿勢を正すための支持部１８を
大きく残しながらも、セカンドランド部７とシリンダ８
壁面との間に形成される空間部１７の容積Ｖを十分に確
保できるのである。

【００２２】従って、圧縮上死点から膨張行程にかけ
て、圧縮リング３にてシールしきれなかった燃焼圧が空
間部１７に加わっても、空間部１７内における圧力上昇
は十分に緩和され、オイルリング１０の姿勢をシリンダ
８壁面に対して直角に保持しながらも、燃焼圧によるオ
イルリング１０自体の変形を防止できる。これにより、
オイルリング１０による良好なる油掻き性能が得られ、
潤滑油消費量の低減が可能となるのである。

【００２３】特に、本実施例の如く、圧縮リング９を１
本しか持たない２本リングピストンにあっては、圧縮リ
ング９が１本足りない分だけ空間部１７に対して大きな
燃焼圧が加わるために、空間部１７の容積を必要なだけ
十分に確保することが重要である。

【００２４】ここで、圧縮上死点から膨張行程にかけて
空間部１７内に加わる圧力状態を説明するため、図４に
はセカンドランド部７に作用する圧力分布を代表して示
したが、切欠き部１５を形成した部位における圧力は容
積を拡大したことによって十分低くなっており、空間部
１７における平均圧力は一点鎖線で示すようになる。つ
まり、空間部１７全体としての圧力は、空間部１７の容
積増大にともなって低く抑えられ、燃焼圧によるオイル
リング１０自体の変形を十分に緩和できることが理解で
きる。

【００２５】なお、本実施例においては、エキスパンダ
１１及び上下レール１２、１３の３ピースから構成され
るオイルリング１０を有するピストン構造について説明
したが、これに限定されるものではなく、いわゆる薄型
単片オイルリングを有するピストン構造に適用すること
も可能である。

【００２６】次に、第１の発明に係る第２実施例を図５
に基づいて説明する。

【００２７】図５は図１のＡ−Ａ断面図に相当する図で
あるが、本実施例における切欠き部３１は、その底面３
２をセカンドランド部３３を形成する基準径φＤ2 と同
一中心に持つ径φＤ3 で形成し、その両端部３４をφＤ
3 の半径方向へ切り立って形成したものである。

【００２８】しかして、シリンダ３５壁面とセカンドラ
ンド部３３との間に形成される環状の空間部３６に必要
とする容積Ｖを確保できると共に、互いに隣合う切欠き
部３１の間にはオイルリングの姿勢をシリンダ３５壁面
に対して直角に保持し得る支持部３７が残される。他の
構成は第１実施例に準じ、その説明を省略する。

【００２９】このような構成に基づき、オイルリングの
姿勢をシリンダ３５壁面に対して直角に保持し得る支持
部３７部位をセカンドランド部３３に十分確保しながら
も、シリンダ３５壁面とセカンドランド部３３との間に
形成される環状の空間部３６に、より大きな容積Ｖを確
保できる。

【００３０】しかして、オイルリングの姿勢を適正に保
つことはもちろん、燃焼圧によるオイルリング自体の変
形を効果的に抑制でき、オイルリングによる油掻き性能
を十分に引き出すことが可能となるのである。

【００３１】次に、第２の発明に係る第３実施例を説明
する。

【００３２】本実施例は、セカンドランド部の外周面
に、圧縮リング溝に面する部位を環状に残しながら、オ
イルリング溝に面する部位に複数の切欠き部をその周方
向へ間隔を持って形成したものである。

【００３３】すなわち、図６、図７を参照して、ボア径
φＤ1 のシリンダ５８内を移動可能に収納されるピスト
ン５１の外周面５２には、圧縮リング溝５３及びオイル
リング溝５４が夫々１つ形成されている。これらは夫々
が間隔を持って刻設され、ピストン頂面５５と圧縮リン
グ溝５３との間にトップランド部５６が、圧縮リング溝
５３とオイルリング溝５４との間にセカンドランド部５
７が夫々形成されている。

【００３４】圧縮リング溝５３には圧縮リング５９が収
装され、オイルリング溝５４にはオイルリング６０が収
装される。オイルリング６０はエキスパンダ６１及び上
下レール６２、６３の３ピースから構成され、上下レー
ル６２、６３はエキスパンダ６１の上下面に位置してシ
リンダ５８壁面に付着した潤滑油を掻き落とす。

【００３５】オイルリング溝５４の背面には、オイルリ
ング６０が掻き出した潤滑油をピストン裏面へ逃がす複
数の油逃がし孔６４がシリンダ軸線に対して略直角に穿
設されている。

【００３６】基準径φＤ2 で形成されるセカンドランド
部５７の外周面５７ａには、圧縮リング溝５３に臨む部
位６５を環状に残しながら、オイルリング溝５４に臨み
且つピストン５１の径方向へ陥没する複数の切欠き部６
６がその周方向へ間隔を持って形成される。

【００３７】つまり、オイルリング溝５４のみに臨む切
欠き部６６が切欠き高さＴで形成され、その断面形状
（Ａ−Ａ断面）は、第１実施例と同様で、図２に示す如
く、曲率Ｒ、切り込み量Ｃで円筒状に形成されると共
に、８個が等間隔に形成され、こうした切欠き部６６は
ピストン成形時に鋳型により一時期に形成されるか、ピ
ストン５１の外周面を加工する際、機械加工により形成
される。

【００３８】しかして、シリンダ５８壁面とセカンドラ
ンド部５７との間に形成される環状の空間部６７に必要
とする容積Ｖを確保できると共に、互いに隣合う切欠き
部６６の間にはオイルリング６０の姿勢をシリンダ５８
壁面に対し直角に保持し得る支持部６８が大きく残され
るのである。

【００３９】なお、切欠き部６６の個数、切欠き量Ｃ、
曲率Ｒ、切欠き高さＴの設定は、燃焼圧によるオイルリ
ング６０自体の変形を抑制できるに十分な容積Ｖを確保
すること、オイルリング６０の姿勢を正すための部位を
セカンドランド部５７に十分確保すること、環状に残さ
れた部位６５の強度を十分に確保すること、などの条件
を満足できるように適宜に決められる。

【００４０】このような構成に基づき、上記実施例同
様、燃焼圧によるオイルリング６０自体の変形を防止し
ながらも、オイルリング６０の姿勢を正すことが可能と
なることは無論であるが、切欠き部６５は圧縮リング溝
５９に臨む部位６５を環状に残して形成されるので、圧
縮リング５９の合い口間隙から空間部６７に吹き抜ける
燃焼ガスの大半は、切り欠かれることなく残されたセカ
ンドランド部５７（部位６５）に常時衝突することにな
り、空間部６７に流入する燃焼ガスの総量も規制され
る。従って、圧縮リング５９の合い口間隙から空間部６
７へ流入する燃焼ガスがオイルリング６０上面へ直接に
吹き抜けることは緩和され、オイルリング６０自体の局
所的な変形を併せて防止でき、オイルリング６０による
良好なる油掻き性能が確実に得られる。

【００４１】しかも、切欠き部６６と切欠き部６６との
間に残された支持部６８は、圧縮リング溝５９に臨んで
環状に残された部位６５に対して言わばリブとして作用
し得るので部位６５のに強度向上を補完し、また、シリ
ンダ５８壁面とセカンドランド部５７との間に形成され
る環状の空間部６７に必要とする容積Ｖを確保しながら
も部位６５の肉厚を比較的大きくすることができ、併せ
て強度上の信頼性が向上する。

【００４２】なお、切欠き部６６の断面形状を、図５に
示す如く第２実施例に準じて形成することも可能であ
り、この場合、シリンダ５８壁面とセカンドランド部５
７との間に形成される環状の空間部に、より大きな容積
Ｖを確保することが可能となるので、オイルリング６０
の姿勢を適正に保つことはもちろん、燃焼圧によるオイ
ルリング６０自体の変形をより効果的に抑制でき、オイ
ルリング６０による油掻き性能を十分に引き出すことが
できる。

【００４３】また、形成される切欠き部６６はどれも同
一の切欠き高さＴとしたが、これに限定するものではな
く、切欠き部夫々に応じて切欠き高さが不均一であって
もよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、第１の発明に
よれば、オイルリングの姿勢を適正に保持する部位をセ
カンドランド部に大きく残しながらも、セカンドランド
部とシリンダ壁面との間に形成される空間部の容積を大
きく確保できるので、燃焼圧によるオイルリング自体の
変形を防止しながらも、オイルリングの姿勢を適正に保
持することが可能となり、オイルリングによる油掻き性
能が相乗的に改善されて、潤滑油消費量を低減すること
ができる。

【００４５】一方、第２の発明によれば、第１の発明同
様に、燃焼圧によるオイルリング自体の変形を防止しな
がらも、オイルリングの姿勢を適正に保つことが可能と
なることは無論であるが、本発明による切欠き部は圧縮
リング溝に臨む部位を環状に残して形成されるために、
圧縮リングの合い口間隙から前記空間部へ流入する燃焼
ガスが直接にオイルリング上面へ吹き抜けることを緩和
でき、オイルリング自体の局所的な変形を併せて防止で
きる。従って、オイルリングによる良好なる油掻き性能
が確実に得られ、潤滑油消費量の低減が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係る第１実施例を示す図

【図２】図１の部分拡大断面図（Ｂ−Ｂ断面）

【図３】図１のＡ−Ａ断面図

【図４】空間部における圧力分布を示す図

【図５】第１の発明に係る第２実施例を示す図

【図６】第２の発明に係る第３実施例を示す図

【図７】図６の部分拡大断面図（Ｂ−Ｂ断面）

【図８】従来のピストン構造を示す図

【図９】従来のピストン構造におけるオイルリングの挙
動を示す図

【符号の説明】

１ ピストン ３ 圧縮リング溝 ４ オイルリング溝 ７ セカンドランド部 ８ シリンダ ９ 圧縮リング １０ オイルリング １５ 切欠き部 ５１ ピストン ５３ 圧縮リング溝 ５４ オイルリング溝 ５７ セカンドランド部 ５８ シリンダ ５９ 圧縮リング ６０ オイルリング ６６ 切欠き部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ内を往復するピストンの外周面に
   圧縮リング溝とオイルリング溝とを形成し、圧縮リング
   溝に圧縮リングを収装し、オイルリング溝にオイルリン
   グを収装する内燃機関のピストン構造において、 圧縮リング溝とオイルリング溝との間に形成される環状
   のセカンドランド部に、ピストン径方向へ陥没し且つ圧
   縮リング溝及びオイルリング溝の双方に臨む複数の切欠
   き部をセカンドランド部の周方向へ間隔を持って形成し
   た、ことを特徴とする内燃機関のピストン構造。
2. 【請求項２】シリンダ内を往復するピストンの外周面に
   圧縮リング溝とオイルリング溝とを形成し、圧縮リング
   溝に圧縮リングを収装し、オイルリング溝にオイルリン
   グを収装する内燃機関のピストン構造において、 圧縮リング溝とオイルリング溝との間に形成される環状
   のセカンドランド部に、オイルリング溝に臨み、ピスト
   ン径方向へ陥没し、セカンドランド部の周方向へ間隔を
   持って形成される複数の切欠き部を、セカンドランド部
   の圧縮リング溝に臨む部位を環状に残して形成した、こ
   とを特徴とする内燃機関のピストン構造。