JPH11182679A - 内燃エンジン - Google Patents

内燃エンジン

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JPH11182679A
JPH11182679A JP9354565A JP35456597A JPH11182679A JP H11182679 A JPH11182679 A JP H11182679A JP 9354565 A JP9354565 A JP 9354565A JP 35456597 A JP35456597 A JP 35456597A JP H11182679 A JPH11182679 A JP H11182679A
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piston
ring
ring groove
internal combustion
combustion engine
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JP9354565A
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Kazutoshi Takashima
和俊 高島
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Yamaha Marine Co Ltd
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Sanshin Kogyo KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストンリング側の対策のみで該ピストンリ
ングとリング溝との密着性を高めてピストンリングの放
熱性、ガスシール性、耐摩耗性及び耐スカッフィング性
の向上を図ることができる内燃エンジンを提供するこ
と。 【構成】 ピストン１３の外周に形成されたリング溝１
３ａ，１３ｂにピストンリング６２，６３を装着して成
る内燃エンジンにおいて、前記ピストン１３のリング溝
１３ａの下面１３ａ−１を該ピストン１３の摺動方向に
対して略直角な平面とするとともに、該リング溝１３ａ
に装着されるピストンリング（トップリング）６２の下
面６２ａを径方向内方に向かって燃焼室方向に傾斜（傾
斜角−β）するテーパ面とする。本発明によれば、ピス
トン１３が熱膨張すると該ピストン１３のリング溝１３
ａの下面１３ａ−１が所定角度αだけ倒れてトップリン
グ６２の傾斜角−βの下面６２ａに密着するため、前記
目的が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンの外周に
形成されたリング溝にピストンリングを装着して成る内
燃エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】ピストンがシリンダ内を往復動するレシ
プロ式の内燃エンジンでは、ピストンの外周に装着され
たピストンリング（特に、燃焼室に近いトップリング）
によってピストンの熱をシリンダに放熱している。この
際、ピストンのリング溝の下面とピストンリングの下面
との接触面積が大きい方が放熱性及びガスシール性の面
で有利である。
【０００３】そこで、熱負荷の高い全負荷域でのピスト
ンの熱膨張に伴うリング溝の倒れを考慮してリング溝又
はピストンリングに予め角度を付けた加工を行ってリン
グ溝とピストンリングの下面同士の密着性を高める工夫
がなされている。
【０００４】図７（ａ）はピストン１１３のリング溝１
１３ａの下面１１３ａ−１を略水平（倒れ角α≒０）に
加工し、未装着状態のピストンリング（トップリング）
１６２の下面１６２ａを傾斜角＋β（図示方向を＋とす
る）を有するテーパ面に加工する例を示し、図８（ａ）
はピストン２１３のリング溝２１３ａの下面２１３ａ−
１を予めαの傾斜角を付けて加工する例を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図７に示す
方式においては、同図（ａ）に示す冷機時においてリン
グ溝１１３ａの下面１１３ａ−１に密着していたピスト
ンリング１６２は同図（ｂ）に示すようにピストン１１
３の熱膨張によってリング溝１１３ａの下面１１３ａ−
１が角度αだけ倒れるとリング溝１１３ａへの密着性が
悪くなり、放熱性及びガスシール性が悪化するととも
に、ピストンリング１６２の摩耗が激しくなってスカッ
フィングが発生するという問題があった。
【０００６】一方、図８に示す方式においては、同図
（ａ）に示す冷機状態から例えば全負荷運転に移行して
ピストン２１３が熱膨張すると、同図（ｂ）に示すよう
にピストン２１３のリング溝２１３ａの下面２１３ａ−
１が変形して略水平（倒れ角α≒０）となるために該下
面２１３ａ−１にピストンリング２６２の下面２６２ａ
が密着して高い放熱性とガスシール性が得られる。
【０００７】ところが、図８に示す方式では、個々のピ
ストン毎のリング溝の角度管理（工程管理や検査）が大
変であり、ピストンを他機種に転用する際はリング溝の
角度変更が必要であり、リング溝の角度の違いを外観的
に見分けることは至難であった。
【０００８】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、ピストンリング側の対策のみ
で該ピストンリングとリング溝との密着性を高めてピス
トンリングの放熱性、ガスシール性、耐摩耗性及び耐ス
カッフィング性の向上とピストンの他機種への転用の容
易化を図ることができる内燃エンジンを提供することに
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、本発明は、ピストンの外周に形成されたリング溝に
ピストンリングを装着して成る内燃エンジンにおいて、
前記ピストンのリング溝の下面を該ピストンの摺動方向
に対して略直角な平面とするとともに、該リング溝に装
着されるピストンリングの下面を径方向内方に向かって
燃焼室方向に傾斜するテーパ面としたことを特徴とす
る。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記ピストンリングの下面の傾斜角を前記
ピストンのリング溝の熱膨張時の倒れ角に略等しく設定
したことを特徴とする。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記ピストンリングをトップリング
としたことを特徴とする。
【００１２】従って、本発明によれば、ピストンのリン
グ溝の下面を該ピストンの摺動方向に対して略直角な平
面とするとともに、該リング溝に装着されるピストンリ
ングの下面を径方向内方に向かって燃焼室方向に傾斜す
るテーパ面としたため、ピストンが熱膨張すると該ピス
トンのリング溝の下面が所定角度だけ倒れてピストンリ
ングのテーパ状に傾斜した下面に密着し、両者の接触面
積（伝熱面積）が拡大してピストンの放熱性が高められ
るとともに、ガスシール性が高められ、ピストンリング
の摩耗やスカッフィングの発生が効果的に防がれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
【００１４】図１は本発明に係る内燃エンジンを備える
船外機の基本構成を示す模式的構成図、図２は同船外機
の縦断面図、図３は本発明に係る内燃エンジン要部の断
面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５（ａ），
（ｂ）は冷機時とピストン熱膨張時のピストンリングの
状態を示す図３のＢ部拡大断面図である。
【００１５】図１に示す船外機１は、トップカウル２、
エキゾーストガイド３、アッパーケース４及びロアーケ
ース５で構成されるハウジングを有しており、トップカ
ウル２内には本発明に係る内燃エンジン６が収納されて
いる。尚、内燃エンジン６の上下方向に配されたクラン
ク軸７にはエキゾーストガイド３とアッパーケース４及
びロアーケース５内に縦設された不図示のドライブ軸が
連結されており、該ドライブ軸の下端は前後進切換機構
を介してプロペラ軸（共に不図示）が連結されている。
そして、プロペラ軸のロアーケース５外へ延出する後端
部にはプロペラ８が取り付けられている。
【００１６】ところで、本発明に係る前記内燃エンジン
６はＶ型６気筒の筒内噴射式２サイクルエンジンであ
り、図２に示すように、シリンダボディ９には６つの気
筒１０ａ〜１０ｆが平面視Ｖ形を成して横置き状態で上
下方向に並設されており、シリンダボディ９の端部には
シリンダヘッド１１が被着されている（図１及び図３参
照）。
【００１７】而して、図３に示すように、シリンダボデ
ィ９に形成された各気筒１０ａ〜１０ｆのシリンダ１２
にはピストン１３が摺動自在に嵌装されており、該ピス
トン１３はコンロッド１４を介して前記クランク軸７
（図１参照）に連結されている。
【００１８】又、図３に示すように、前記シリンダヘッ
ド１１の各気筒１０ａ〜１０ｆには燃焼室Ｓがそれぞれ
形成されており、シリンダヘッド１１にはその電極部が
燃焼室Ｓに臨む点火プラグ１５と燃料噴射口が燃焼室Ｓ
に開口するインジェクタ１６が各気筒１０ａ〜１０ｆ毎
にそれぞれ螺着されている。
【００１９】一方、図１に示すように、シリンダボディ
９の側端部にはクランクケース１７が取り付けられてお
り、このクランクケース１７内のクランク室には吸気マ
ニホールドの吸気管１８が接続されており、この吸気管
１８のクランク室への接続部には逆流防止用のリード弁
１９が設けられ、このリード弁１９の上流側には吸気料
を制御するためのスロットル弁２０が配設されている。
そして、吸気管１８内のスロットル弁２０の下流側には
オイルポンプ２１によって潤滑用のオイルが噴射され
る。
【００２０】ところで、図３及び図４に示すように、シ
リンダボディ９にはクランク室と各気筒１０ａ〜１０ｆ
のシリンダ１２内とを連通させる掃気通路２２，２３，
２４と排気通路２５が各気筒１０ａ〜１０ｆについてそ
れぞれ形成されており、掃気通路２２，２３，２４は掃
気ポート２２ａ，２３ａ，２４ａとしてシリンダ１２内
に開口しており、排気通路２５は排気ポート２５ａとし
てシリンダ１２内に開口している。
【００２１】上記各排気通路２５は、図２に示すよう
に、左右の各バンク毎に集合されて排気通路２６ａ，２
６ｂを形成しており、これらの排気通路２６ａ，２６ｂ
は前記エキゾーストガイド３に形成された排気通路２７
ａ，２７ｂを介して前記アッパーケース４内に収納され
た排気管２８ａ，２８ｂにそれぞれ接続されている。
【００２２】上記排気管２８ａ，２８ｂは同じくアッパ
ーケース４内に収納されたマフラー２９内の隔壁３０に
よって左右に区画された膨張室２９ａ，２９ｂにそれぞ
れ開口している。そして、マフラー２９は前記ロアーケ
ース５に形成された排気通路３１に接続されている。
【００２３】次に、燃料供給系を図１に基づいて説明す
る。
【００２４】図１に示す主燃料タンク３２内の燃料は、
第１の低圧燃料ポンプ３３によってフィルタ３４を経て
第２の低圧燃料ポンプ３５に送られる。この第２の低圧
燃料ポンプ３５は内燃エンジン６のクランク室のパルス
圧によって駆動されるダイヤフラム式ポンプであって、
これは燃料を気液分離装置であるベーパーセパレータタ
ンク３６に送る。
【００２５】上記ベーパーセパレータタンク３６内には
電動モータによって駆動される燃料予圧ポンプ３７が配
設されており、燃料はこの燃料予圧ポンプ３７によって
加圧されて予圧配管３８を通って高圧燃料ポンプ３９に
送られる。ここで、高圧燃料ポンプ３９の吐出側は各気
筒１０ａ〜１０ｆに沿って縦方向に配設された燃料供給
レール４０に接続されるとともに、燃料戻し配管４１を
介してベーパーセパレータタンク３６に接続されてい
る。尚、燃料戻し配管４１の途中には高圧調整弁４２及
び燃料冷却器４３が設けられている。又、予圧配管３８
とベーパーセパレータタンク３６との間には予圧調整弁
４４が設けられている。
【００２６】而して、ベーパーセパレータタンク３６内
の燃料は燃料予圧ポンプ３７によって例えば３〜１０ｋ
ｇ／ｃｍ2 程度に予圧され、予圧された燃料は高圧燃料
ポンプ３９によって５０〜１００ｋｇ／ｃｍ2 程度に加
圧されて燃料供給レール４０から各インンジェクタ１６
に供給され、各インジェクタ１６によって適当なタイミ
ングで各気筒１０ａ〜１０ｆのシリンダ１２内に直接噴
射される。尚、噴射されないで余った余剰燃料は高圧調
整弁４２及び燃料冷却器４３を通過して燃料戻し配管４
１からベーパーセパレータタンク３６に戻される。
【００２７】而して、前記点火プラグ１５、インジェク
タ１６、オイルポンプ２１及び燃料予圧ポンプ３７はエ
ンジン制御装置（ＥＣＵ）４５によって制御されるが、
エンジン制御装置４５にはエンジン６の運転状態や船外
機１或は船体の状態を示す各種センサからの検出信号が
入力される。
【００２８】即ち、エンジン制御装置４５には、クラン
ク軸７の回転数を検出する回転センサ４６、特定気筒を
判別する気筒判別センサ４７、吸気管１８内の温度を検
出する吸気温センサ４８、シリンダボディ９の温度を検
出するエンジン温度センサ４９、各気筒１０ａ〜１０ｆ
の背圧を検出する背圧センサ５０、スロットル弁２０の
開度を検出するスロットル開度センサ５１、冷却水の温
度を検出する冷却水温度センサ５２、内燃エンジン６の
振動を検出するエンジン振動センサ５３、エンジン６の
マウント高さを検出するエンジンマウント高さ検出セン
サ５４、船外機１のニュートラル状態を検出するニュー
トラルセンサ５５、船外機１の上下回動位置を検出する
トリム角検出センサ５６、船速を検出する船速センサ５
７、船体の姿勢を検出する姿勢センサ５８、大気圧を検
出する大気圧センサ５９、混合気の空燃比を検出する空
燃比センサ６０及び燃料圧を検出する圧力センサ６１か
らの検出信号がそれぞれ入力される。
【００２９】ところで、図５に詳細に示すように、ピス
トン１３の外周には２つのリング溝１３ａ，１３ｂが全
周に亘って２段に形成されており、燃焼室Ｓ側（図５の
上側）のリング溝１３ａにはトップリング６２が装着さ
れ、他方のリング溝１３ｂにはセカンドリング６３が装
着されている。
【００３０】而して、図５（ａ）に示すように、上記ト
ップリング６２が装着される一方（燃焼室Ｓ側）のリン
グ溝１３ａの下面１３ａ−１はピストン１３の摺動方向
（図５の上下方向）に対して略直角な平面（倒れ角α≒
０）に加工されており、このリング溝１３ａに装着され
るトップリング６２の下面６２ａは径方向内方に向かっ
て燃焼室Ｓ方向（図５の上方）に傾斜するよう傾斜角−
βのテーパ面に加工されている。
【００３１】次に、本実施の形態に係る筒内噴射式２サ
イクルエンジン６の作用を説明する。
【００３２】筒内噴射式２サイクルエンジン６が始動さ
れ、各気筒１０ａ〜１０ｆにおいてピストン１３がシリ
ンダ１２内を下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）に
向かって摺動する圧縮行程においては、クランク室内に
発生する負圧に引かれて空気（新気）が吸気管１８内に
吸引され、この空気はスロットル弁２０を通過した後、
オイルポンプ２１によって吸気管１８内に噴射されるオ
イルと共にリード弁１９を通過してクランク室内に流入
する。そして、クランク室内に流入した空気とオイルは
その後の膨張行程において上死点から下死点に向かって
摺動するピストン１３によって一次圧縮される。
【００３３】上述のようにピストン１３が下死点に向か
って摺動して先ず排気ポート２５ａが開き始めると、燃
焼室Ｓでの混合気の燃焼によって発生した高温・高圧の
排気ガスが排気ポート２５ａから排気通路２５へと排出
される排気ブローダウンが開始され、その後、掃気ポー
ト２２ａ〜２４ａが開くと、前のサイクルで一次圧縮さ
れたクランク室内の空気が図４に矢印にて示すようにオ
イルと共に掃気通路２２〜２４を通って掃気ポート２２
ａ〜２４ａからシリンダ１２内に流入し、シリンダ１２
内の排気ガスを排気ポート２５ａから排気通路２５へと
押し出す掃気作用を行う。
【００３４】そして、ピストン１３が下死点を過ぎて上
死点側に向かって摺動する圧縮行程に移行すると、ピス
トン１３によって掃気ポート２２ａ〜２４ａが閉じら
れ、続いて排気ポート２５ａが閉じられると、シリンダ
１２内の空気は圧縮され、この空気にインジェクタ１６
から適当なタイミングで適量の燃料が噴射されて所要の
空燃比の混合気が形成される。そして、この混合気はピ
ストン１３によって更に圧縮され、ピストン１３が上死
点近傍に達した時点或は上死点を過ぎた直後の適当なタ
イミングで点火プラグ１５によって着火されて燃焼せし
められる。
【００３５】而して、燃焼室Ｓでの混合気の燃焼によっ
て発生した高温・高圧の排気ガスは前述のように排気行
程において排気ポート２５ａを通って排気通路２５へと
排出される。
【００３６】以後、上記と同様の作用が繰り返されて当
該２サイクルエンジン６が連続して運転される。
【００３７】以上において、本実施の形態に係る筒内噴
射式２サイクルエンジン６においては、ピストン１３の
一方のリング溝１３ａの下面１３ａ−１をピストン１３
の摺動方向（図５の上下方向）に対して略直角な平面
（倒れ角α≒０）に加工するとともに、このリング溝１
３ａに装着されるトップリング６２の下面６２ａを径方
向内方に向かって燃焼室Ｓ方向（図５の上方）に傾斜す
るよう傾斜角−βのテーパ面に加工したため、図５
（ａ）に示す冷機時にはトップリング６２の下面６２ａ
はピストン１３のリング溝１３ａの下面１３ａ−１に対
して角度−βだけ傾斜してリング溝１３ａの下面１３ａ
−１に密着していない。
【００３８】然るに、エンジン６の高負荷運転において
ピストン１３が熱膨張すると、図５（ｂ）に示すように
ピストン１３のリング溝１３ａの下面１３ａ−１が角度
αだけ倒れてトップリング６２のテーパ状に傾斜した下
面６２ａに密着する。ここで、トップリング６２の下面
６２ａの傾斜角−βをリング溝１３ａの下面１３ａ−１
の熱膨張時の倒れ角αに略等しく（−β≒α）設定して
おけば、トップリング６２の下面６２ａとリング溝１３
ａの下面１３ａ−１とがより完全に密着し、両者の接触
面積（伝熱面積）が拡大してピストン１３の熱がトップ
リング６２を介してシリンダ１２側に効率良く伝えられ
る。この結果、ピストン１３の放熱性が高められ（ピス
トン頂部の温度が従来に対して約５℃程度低下した）る
とともに、ガスシール性が高められ、トップリング６２
の摩耗やスカッフィングの発生が効果的に防がれる。
【００３９】又、トップリング６２の下面６２ａとリン
グ溝１３ａの下面１３ａ−１とが密着して両者の接触面
積が拡大した結果、リング溝１３ａの下面１３ａ−１の
面圧が低く抑えられ、該下面１３ａ−１の摩耗も小さく
抑えられる。
【００４０】ここで、図６（ａ），（ｂ）に本発明と従
来におけるピストンのリング溝下面の摩耗状態を拡大し
て示すが、本発明によればリング溝下面の摩耗が効果的
に抑えられることが分かる。
【００４１】又、本実施の形態においては、トップリン
グ６２のその下面６２ａを傾斜角−βのテーパ面に加工
することによって前記効果が得られるため、ピストン１
３の他機種への転用はトップリング６２側の対策のみで
容易に可能となる。
【００４２】尚、以上は特に船外機に搭載された筒内噴
射式２サイクルエンジンに本発明を適用した例について
述べたが、本発明は４サイクルエンジン、ディーゼルエ
ンジン等、他の任意の内燃エンジンに対しても同様に適
用することもができることは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、ピストンの外周に形成されたリング溝にピスト
ンリングを装着して成る内燃エンジンにおいて、前記ピ
ストンのリング溝の下面を該ピストンの摺動方向に対し
て略直角な平面とするとともに、該リング溝に装着され
るピストンリングの下面を径方向内方に向かって燃焼室
方向に傾斜するテーパ面としたため、ピストンリング側
の対策のみで該ピストンリングとリング溝との密着性を
高めてピストンリングの放熱性、ガスシール性、耐摩耗
性及び耐スカッフィング性の向上とピストンの他機種へ
の転用の容易化を図ることができるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃エンジンを備える船外機の基
本構成を示す模式的構成図である。
【図２】本発明に係る内燃エンジンを備える船外機の縦
断面図である。
【図３】本発明に係る内燃エンジン要部の断面図であ
る。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明に係る内燃エンジンの冷機時とピストン
熱膨張時のピストンリングの状態を示す図３のＢ部拡大
断面図である。
【図６】本発明に係る内燃エンジンのピストンのリング
溝下面の摩耗状態を従来との比較において示す拡大断面
図である。
【図７】従来の内燃エンジンの冷機時とピストン熱膨張
時のピストンリングの状態を示す部分断面図である。
【図８】従来の内燃エンジンの冷機時とピストン熱膨張
時のピストンリングの状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
６ 筒内噴射式２サイクルエンジン（内燃エン
ジン） １２ シリンダ １３ ピストン １３ａ リング溝 １３ａ−１ リング溝の下面 ６２ トップリング（ピストンリング） ６２ａ トップリングの下面（ピストンリングの下
面） Ｓ 燃焼室
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｊ 9/00 Ｆ１６Ｊ 9/00 Ａ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストンの外周に形成されたリング溝に
    ピストンリングを装着して成る内燃エンジンにおいて、 前記ピストンのリング溝の下面を該ピストンの摺動方向
    に対して略直角な平面とするとともに、該リング溝に装
    着されるピストンリングの下面を径方向内方に向かって
    燃焼室方向に傾斜するテーパ面としたことを特徴とする
    内燃エンジン。
  2. 【請求項２】 前記ピストンリングの下面の傾斜角を前
    記ピストンのリング溝の熱膨張時の倒れ角に略等しく設
    定したことを特徴とする請求項１記載の内燃エンジン。
  3. 【請求項３】 前記ピストンリングはトップリングであ
    ることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃エンジ
    ン。
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