JPS62251454A - 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本の圧力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
ｌＩｉ圧燃焼ガスがクランク室側に流出するいわゆるブ
ローパイを防止し、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木の圧力リングと１本のオイルリングとからなる３
本のビスｉ・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いる。

しかしながら、単純にピストンリングの数を減らしただ
けでは、特にオイルの消費ωが多くなるので、例えば、
実開昭５９−１２６１５８号公報に示されているよ３な
ピストンリング形状が提案されている。

同号報に開示されているピストンリングは、ピストンヘ
ッド側に位置するトップリングの合い口形状を、一方の
合い目端部の外周面と燃焼室側に面する側面とによった
隅部に、この側面と外周面および合い口端面とに解放さ
れ突設した凸部を有し、他方の合い目端部には前記凸部
に対する位置に、装着状態でこの凸部を収容して着座す
る凹部を設けたダブルアングル構造とすることにより、
ブローパイとオイル消費が低減できるとされているが、
この構造のピストンでは合い口形状が複雑になるととも
に、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
低減させるには不十分であった。

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Ｊ３す、エンジンの回転と負荷状
態によって変化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、これにりややｄれて追
随するような上下運動をづ“るら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〜ン
リングはリング溝の上面（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１〒擦力と慣性力との関係だ【プではな
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・高負荷時の
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トップおよび
セカンドリングとシリンダ内壁面、ピストン外周面とで
囲まれた間隙部（以下、セカンドランドと称する）に導
入することが有効であった。

これに対して、第８図はセカンドランド圧を高くした場
合に、オイル消費量がエンジンの運転状態にＪ：って、
どのように変化するかを実測したグラフである。

同図からも明らかなように、セカンドランド圧を大きく
づればする程？３速・高負荷時にはオイル消費Ｍが低下
する。

しかし、セカンドランド圧を高めると、減速時やアイド
ル時など負圧が大きくなる低速・低負荷時には、逆にオ
イル消費量が多くなることが判明した。

この発明は、このような知得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り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往復ピストンエンジンにおいて、前
記トップリングのビス１−ンヘッド側と反対側の下面と
、このトップリングが配設されたリング溝の前記反対側
の下面との少なくともいずれか一方に、前記トップリン
グと前記リング溝の下面が離間した時に前記両リングと
前記シリンダ壁面および前記ピストン外周面とで画成す
る間隙部に連通ずる溝を設＋−Ｊである。

（作　用） 上記構成の往復ピストンエンジンによれば、低速・低負
荷時の吸入・圧縮行程では、Ｉ・ツブリングがリング溝
の上面に着座するが、このときトップリングの下面（ピ
ストンヘッド側と反対側の而）若しくはリング溝の下面
に形成された溝がセカンドランドと連通し、セカンドラ
ンドの実質的な容積を増大させる。

容積が増大すればセカンドランド圧が低下し、この結果
燃焼室内の圧力とセカンドランド圧力とを近接させ、圧
力差に起因するセカンドランドから燃焼室へ移動するオ
イル吊を低減させる。

（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図から第３図は、この発明にかかる往復ピストンエ
ンジンの一実施例を示している。

第１図および第２図は、エンジンの主要部であるビス１
−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１ｏ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１０の外周には、二条のリング１ｉ１８
．２０が所定の開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とヒカンドリンク２４とが順次配設されている
。

これらのピストンリング（トップリング２２゜セカンド
リング２４）は、それぞれの外周面をシリンダライナ１
２の内周面に当接して、ピストン１０の上下動によって
活動移動する。

以上のような往復ピストンエンジンの基本的な構成は、
従来の２本のピストンリングを備えたものと実質的な相
違はないが、この発明のピストンエンジンは以下に説明
する点に顕著な特徴がある。

すなわら、この発明のエンジンでは、１−ツブリング２
２を第３図に示すように構成している。

トップリング２２の下面には、その径方向の内周縁から
外周縁まで延びる複数の第１の溝２２ａが、周方向に等
角＋１　Ｉ３ｉ隔で凹設されるとともに、第１の溝２２
ａ、２２ａ間には、これと分断された状態で複数の円弧
状の第２の溝２２ｂが凹設されている。

第１のＦ１２２ａは、トップリング２２がリング溝１８
の下面に着座した時に、リング溝１８の内方に形成され
る空間部２６とセカンドランド２８とを連通させる通路
を構成している。

第２の溝２２ｂは、その四周がいずれもトップリング２
２の端縁に達しておらず、トップリング２２がリング溝
１８の下面から離間した時にセカンドランド１８と連通
ずる。

なお、図中に示した符号３０は、ピストンヘッド１４に
設けたオイル逃がし孔である。

以上の如く構成された本発明の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’ｆ−＋ｈについて
説明すると、エンジンが低速・低負荷で運転されている
場合には、トップおよびセカンドリング２２．２４は第
６図に示すような挙動をとる。

同図は、ピストンリング２２．２４の１サイクル中の挙
動と、この間の燃焼室１６とセカンドランド２８内の圧
力変化を示している。

この運転状態では、高速・高負荷時と異なり、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バルブに相当）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、リング溝１８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。

また、セカンドランド２８内の圧力も燃焼室１６はど低
下せず、燃焼室１６内よりら高い圧力状態となる。　　
　　。

このようなピストンリング２２．２４の挙動にあっては
、燃焼室１６内の負圧が大きくなる吸入行程で、第１図
に示すように、トップリング２２はリング溝１８の上面
に着座していて、廿カンドランド２８から燃焼７１６に
至るオイル上がりはカットする状態になっているものの
、トップリング２２とリング溝１８との合わせ面のわず
かなすき間を通って、セカンドランド２８側のオイルが
燃焼室１６側に吸い込まれる。

このような環条に対して、本発明のエンジンでは、トッ
プリング２２がリング溝１８の下面から離間した時に、
第２の溝２２ｂがセカンドランド２８と連通し、セカン
ドランド２８の実質的な容積を第２の満２２ｂに相当す
る分だけ増大さける。

容積を増大さぼるとセカンドランド２８内の圧力は、第
６図に１点鎖線で示ず値まで低下（負圧が増大）し、燃
焼室１６との差圧が極めて小さくなる。

従って、燃焼室１６とセカンドランド２８との差圧に起
因するセカンドランド２８から燃焼室１６に吸い込まれ
るオイルを大幅に低減させる。

第７図は高速・高負荷時のトップおよびセカンドリング
２２．２４の１サイクル中の挙動と、燃焼室１６とセカ
ンドランド２８内の圧力とを示している。なお、この第
７図の圧力のスケールは、第６図のそれより小さくなっ
ている。この運転状態では低速・低負荷時と責なり、吸
気絞弁が全開になるので、吸入・圧縮行程で燃焼室１６
とセカンドランド２８の圧力低下が殆どなく、同図に仮
想線で示した慣性力の彰費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わるが、これによっ
て直ちに上面側に移動せず、その上死点が近づくと下面
から若干離間するムのの、燃焼行程では爆発による大き
な燃焼圧を受けて下面に着座する。

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程燃焼
圧の影響が大きくないので、圧縮行程終期から燃焼行程
前半にかけては慣性力によりリング溝２０の上面に着座
する。

このように両２２．２４の挙動においては、燃焼行程の
初期には、トップリング２２は第２図に示１ように、リ
ング溝１８の下面に着座し、セカンドリング２４はリン
グ溝２０の上面にＷｆｆｌした状態になる。

この状態では、燃焼室１６とセカンドランド２８とが空
間部２６と第１のＨＡ　２２　ａとを介して連通してお
り、圧縮行程の後半と燃焼行程の前半ではそのときに生
じた圧縮圧力や燃焼圧が、セカンドランド２８に導入さ
れセカンドランド２８の圧力を上界させる。

ヒカンドランド２８圧の高圧化は、第１の満２２ａが複
数箇所に設けであるので極めて短時間に行われ、これに
よりクランク室から燃焼室１６に至るオイルの消費経路
の途中に高圧部分が介在することになるので、オイル消
費を大幅に低減させる。

第４図はこの発明の他の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。

同図に示す実施例では、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２６を介して燃焼室
１６とセカンドランド２８とを連通ずる通路を、トップ
リング２２′の表央を斜交するようにして貫通する貫通
孔２２Ｇで構成するとともに、トップリング２２′の下
面には、リングの幅方向のほぼ中心位置に環状の溝部２
２ｄが設番ノである。

貫通孔２２ｃはトップリング２２′の周方向に等角ａ間
隔で複数段けられるとともに、溝部２２ｄはトップリン
グ２２′がリング溝１８の下面から離間した時に、セカ
ンドランド２８と連通ずるようにその両端はリングの合
い口部まで達していない。

以上のように構成されたトップリング２２′によっても
貫通孔２２ｃと溝部２２ｄとで上記実施例とｌｎｌじ作
用効果が得られる。

第５図はこの発明のさらに別の実施例を示しており、こ
の実施例ではトップリング２２″がピストン１０′のリ
ング溝１８′の下面から離間した時にセカンドランド？
８と連通ずる溝部２２ｅをリング溝１８′の下面に凹設
している。

この場合、トップリング２２″がリング溝１８の下面に
着座した時に、セカンドランド２８ど空間部２６とを連
通ずる通路は、リング溝１８′の下面に溝部２２ｅと離
間した位置に設ければよく、さらには、トップリングｉ
ＪＩ　２２　”に第４図に示す貞通孔２２ｃを設けても
勿論よい。

以上のような構成によっても上記実施例と同じ作用効果
が得られる。

なお、上記実施例では低速・低負荷時のオイル消費の低
減だＧＪでなく高速・高角荷時の低減作用も得られる構
成を例示したが、本発明ではトップリング（２２）がリ
ング１（１８）の下面から離間した時に、セカンドラン
ド２８と連通ずる第２の満２２ｂないしは溝部２２ｄ、
２２ｅのいずれかがあれば目的は達成できる。

また、これらの溝２２ｂ、２２ｄ、２２ｅは、トップリ
ング（２２）の下面がリングＷ４　（１８）の下面と離
間した時に、セカンドランド２８と連通ずる構造であれ
ば、トップリング（２２）の下面とリング溝（１８）の
下面の双方に設けてら勿論よい。

（発明の効果） 以上、実施例で詳細に説明したように、この発明に係る
往復ビス１−ンエンジンによれば、低速・低０荷時の吸
入行程におけるセカンドランド圧を下げることにより、
燃焼室とセカンドランドとの差圧を減少させ、燃焼室へ
のオイルあがりを低減できる。

また、溝部分を設けることによりその分だけ慣性質量を
小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明のエンジンの第１実施例を示
しており、第１図および第２図は同エンジンの異なった
行程をそれぞれ示す要部断面図、第３図は同エンジンの
トップリングの側面図と下面図、第４図はこの発明の伯
の実施例を示す要部断面図とトップリングの下面図、第
５図はさらに別の実施例を示す要部断面図、第６図はエ
ンジンの低速・低負荷時のリング挙動と圧力状態の説明
図、第７図はエンジンの高速・高負荷時のリング挙動と
圧力状態の説明図、第８図はセカンドランド圧とオイル
消費の関係を示すグラフである。 １０．１０′・・・ピストン　１２・・・シリンダライ
ナ１４・・・ビスミーンヘッド　　１６・・・燃焼室１
８．１８”、２０・・・リング溝 ２２．２１．２２”・・・トップリング２２ｂ・・・第
２の溝　　　　２２ｄ、２２ｅ・・・溝部２４・・・セ
カンドリング　　２６・・・空間部２８・・・廿カント
ランド 特許出願人　　　　　　マ　ツ　ダ　株式会社代　理　
人　　　　　　弁理士　−色　健　軸間　　　　　　　
　弁理士　松　本　！１１〔刊第８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、該トップリングのピストンヘッド側と反対
   側の面と該トップリングが配設されたリング溝の該反対
   側の面との少なくともいずれか一方に、該トップリング
   とリング溝の該面が離間した時に該両リングと該シリン
   ダ内壁面および該ピストン外周面とで画成する間隙部と
   連通する溝を有することを特徴とする往復ピストンエン
   ジン。