JP2006322390A - ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガス及びオイル消費の低減に効果のあるピストンを提供する。
【解決手段】ピストン２の外周に複数のピストンリング溝３，４，５を有するピストンにおいて、隣接する二つの圧力リング溝３，４の間のセカンドランド１０に周方向に間隔をおいて複数の凹部１１を形成する。各凹部１１は隔壁で互いに周方向に隔てられており、凹部１１と二つの圧力リング溝３，４との間にはランド部が残されて存在している。凹部は、圧力リング溝４とオイルリング溝５との間のサードランド１２に形成するのも好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブローバイガス及びオイル消費の低減に効果のある内燃機関及びコンプレッサー用のピストンに関する。

内燃機関及びコンプレッサー用ピストンは、ピストンリング溝間のランドが周方向に凹凸のない均一な面を有したものが一般的に使用されている。そしてオイル消費の改善を図るためにピストンリング溝間のランドを改善する提案がなされている。

特許文献１では、圧力リング溝と圧力リング溝の間のピストンランドや、圧力リング溝とオイルリング溝の間のピストンランドに断面が楔形の切り欠きを全周に亘って連続的に設け、ピストンリング、ランド、及びシリンダボアで囲まれた空間の保油容積を確保して、油圧を下げることで、負荷時及び低負荷時のオイル消費の悪化を防止している。また、切り欠きで保油容積を確保しているため、圧力リング直下のランドの外径寸法を小さくする必要がなく、ブローバイガスの増加防止も期待できる。

特許文献２では、圧力リング溝とオイルリング溝の間のピストンランドにピストン径方向へ陥没し且つ圧力リング溝及びオイルリング溝の双方又はオイルリング溝に連通した複数の切り欠き部を周方向へ間隔を持って形成することで、オイルリングの姿勢を適性に保持しながら、ピストンリング、ランド、及びシリンダボアで囲まれた空間の保油容積を確保して、オイルリングによる良好な油掻き性能を得ている。

特許文献３では、二つの圧力リングとこれら両リング間のピストンランドとシリンダ内面とで形成される環状空間に、空間部を円周方向に区画密閉するように、少なくともシリンダ内面とはシリンダ軸方向に線接触する突起部を円周方向に複数有する補助リングを装着し、ランド部を移動するガス及びオイルを遮断して、ブローバイガス及びオイル消費の低減を図っている。
特許第３１２０９１８号公報 特開平５−２８０４１７公報 実公昭６３−１４０４２号公報

ピストンリング溝間のランドが周方向に凹凸のない均一な面を有したピストン構造では、負圧時のオイルの上方への移動は隣接する上下のピストンリングの合口と合口までの距離が直線的であるため、燃焼室側へのオイルの吸い上げが早く行われ、オイル消費が増大し易い。一方、ピストンリング、ランド、及びシリンダボアで囲まれた空間の保油容積を確保して、油圧を下げるためには、ランド外径を小さくしなければならず、ガス通路面積増によるブローバイガスが増加する。また、ランド外径を小さくすることで、ピストンリングの姿勢が悪化し、オイル消費増加やブローバイガスの悪化の要因となる。

特許文献１では、ピストンリング、ランド、及びシリンダボアで囲まれた空間は周方向では均一であるため、圧力も周方向で一定となり、ラビリンス効果は期待できないので、充分な効果は得られない。

特許文献２では、切り欠き部がピストンリング溝に連通しているため、特に圧力リング側は切り欠き部とリング合口部が重なると、ガス通路面積が大きくなり、ブローバイガスが増大してしまう。また、オイルリング側は切り欠き部とリング合口部が重なると、オイル通路面積が大きくなり、負圧時のオイル上がりが増大して、オイル消費が悪化する。

特許文献３では、補助リングの突起間の空間部は、上下のピストンリング溝に連通し、また、補助リングを嵌めるためにランド径は通常よりも小さくしなければならず、特に上下の圧力リングの合口位置が同一の空間部に重なると大量のブローバイガスが下方へ流れる。また、同様に、減速時には大量のオイルが上方へ移動する。更に、ピストンと補助リングとシリンダ内周が相互に接触し、特に補助リングとシリンダ内周は線接触のため、ピストンの首振り運動により、シリンダ内周に傷を発生する恐れが高い。

本発明が解決しようとする課題は、ブローバイガス及びオイル消費の低減に効果のあるピストンを提供することである。

上記課題を解決するために本発明は次の解決手段を採る。すなわち、
本発明は、ピストン外周に複数のピストンリング溝を有するピストンにおいて、隣接するピストンリング溝の間のランドに、周方向に間隔をおいて複数の凹部が形成され、前記凹部とピストンリング溝との間にはランド部が存在することを特徴とする。

上記凹部は、圧力リング溝と圧力リング溝との間のランド、圧力リング溝とオイルリング溝との間のランド、あるいは圧力リング溝と圧力リング溝との間のランド及び圧力リング溝とオイルリング溝との間のランドに形成される。

本発明のピストンは、隣接するピストンリング溝の間のランドに形成された複数の凹部が、隔壁で互いに周方向に隔てられているため、周方向のラビリンス効果を有する。その結果、オイルがピストンリングの合口を通じて燃焼室側に移動する際、ピストンランド部で周方向へのオイル移動を遅らせるため、オイル消費を減少させる効果がある。また、ピストンリング、ランド、及びシリンダボアで囲まれた空間の容積を充分確保でき、油圧を下げることができるため、燃焼室側へのオイル上がりを減少でき、オイル消費の増加を防止できる。また、前記空間の容積を充分確保でき、ガス圧を下げる効果があるため、ピストンリングの挙動の安定を図れ、ブローバイガスを低減でき、また燃焼室側へのオイル上がりを減少できてオイル消費の増加を防止できる。また、ランド外径は小さくする必要がないため、ブローバイガスの増加もない。

また、上記凹部が、３本リング構成の場合の圧力リング溝と圧力リング溝との間のランドや、２本リング構成の場合の圧力リング溝とオイルリング溝との間のランドに形成されていると、周方向のラビリンス効果により、負荷変動の影響を緩和し、パターン運転時のオイル消費の減少に効果がある。

以下、本発明の好ましい一実施形態を図面に基いて説明する。

図１〜図３において、１はシリンダ、２はシリンダ１内に挿入されているピストンである。ピストン２の外周には、燃焼室側から順に、二つの圧力リング溝３，４と、一つのオイルリング溝５とが形成されている。６はオイルリング溝５に形成されているオイル戻し孔である。二つの圧力リング溝３，４にはそれぞれ圧力リングであるトップリング７及びセカンドリング８が装着され、オイルリング溝５にはコイルエキスパンダ付きの２ピース組合せオイルリング９が装着されている。

ピストン２において、二つの圧力リング溝３，４で挟まれたセカンドランド１０には、複数の凹部１１が周方向に等間隔をおいて形成されている。各凹部１１は隔壁で互いに周方向に隔てられており、更に、凹部１１と二つの圧力リング溝３，４との間にはランド部が残されて存在している。凹部１１の周方向長さ、軸方向幅、径方向深さ、及び数は、機関の性能、ピストンランドの強度を考慮して適宜選定される。また、凹部１１はピストン２の裏面へは貫通しないようにされる。凹部１１の製造方法は特に限定されないが、ドリル、エンドミル、フライス等による座ぐり加工や鋳ばなしで製造することができる。

したがって、本発明のピストン２は、セカンドランド１０に複数の凹部１１を有し、各凹部１１が隔壁で互いに周方向に隔てられているため、周方向のラビリンス効果を有する。その結果、オイルがセカンドリング８の合口からセカンドランド１０を通ってトップリング７の合口へ移動する際、セカンドランド１０で周方向のオイル移動を遅らせるため、オイル消費を減少させる効果がある。また、トップリング７、セカンドリング８、セカンドランド１０、及びシリンダ１内周で囲まれた空間の容積を充分確保でき、油圧を下げることができるため、燃焼室側へのオイル上がりを減少でき、オイル消費の増加を防止できる。また、前記空間の容積を充分確保でき、ガス圧を下げる効果があるため、トップリング７の挙動の安定を図れ、ブローバイガスを低減でき、また燃焼室側へのオイル上がりを減少できてオイル消費の増加を防止できる。また、セカンドランド１０の外径は小さくする必要がないため、ブローバイガスの増加もない。また、二つの圧力リング溝３，４の間のセカンドランド１０に前記凹部１１が形成されていると、周方向のラビリンス効果により、負荷変動の影響が緩和され、パターン運転時のオイル消費の減少に効果がある。

図４〜図６は、本発明の別の実施形態を示す。本実施形態が上記実施形態と相違する点は、凹部の形成箇所であり、他の構成は上記実施形態と同じである。

本実施形態では、ピストン２において、オイルリング溝５とその直ぐ上の圧力リング溝４とで挟まれたサードランド１２に、複数の凹部１３が周方向に等間隔をおいて形成されている。各凹部１３は隔壁で互いに周方向に隔てられており、更に、凹部１３とその直ぐ上の圧力リング溝４との間及び凹部１３とオイルリング溝５との間にはランド部が残されて存在している。凹部１３の周方向長さ、軸方向幅、径方向深さ、及び数は、機関の性能、ピストンランドの強度を考慮して適宜選定される。また、凹部１３はピストン２の裏面へは貫通しないようにされる。凹部１３の製造方法は特に限定されないが、ドリル、エンドミル、フライス等による座ぐり加工や鋳ばなしで製造することができる。

したがって、本発明のピストン２は、前記実施形態と同様の効果を発揮し、オイル消費及びブローバイガスの低減に効果がある。

図７〜図９は、本発明の更に別の実施形態を示す。本実施形態が前記実施形態と相違する点は、凹部の形成箇所であり、他の構成は前記実施形態と同じである。

本実施形態では、ピストン２において、二つの圧力リング溝３，４の間のセカンドランド１０、及びオイルリング溝５とその直ぐ上の圧力リング溝４との間のサードランド１２に、それぞれ複数の凹部１１，１３が周方向に等間隔をおいて形成されている。各凹部１１，１３は隔壁で互いに周方向に隔てられており、更に、凹部１１と二つの圧力リング溝３，４との間、並びに凹部１３とその直ぐ上の圧力リング溝４との間及び凹部１３とオイルリング溝５との間にはそれぞれランド部が残されて存在している。凹部１１，１３の周方向長さ、軸方向幅、径方向深さ、及び数は、機関の性能、ピストンランドの強度を考慮して適宜選定される。また、凹部１１，１３はピストン２の裏面へは貫通しないようにされる。凹部１１，１３の製造方法は特に限定されないが、ドリル、エンドミル、フライス等による座ぐり加工や鋳ばなしで製造することができる。

したがって、本発明のピストン２は、前記二つの実施形態の効果を発揮し、オイル消費及びブローバイガスの低減に効果がある。

なお、前記凹部１１，１３は前述した通り、周方向長さ、軸方向幅、径方向深さ、及び数を、機関の性能、ピストンランドの強度を考慮して適宜選定すればよく、前記実施形態で示したものに限定されるものではない。凹部の他の例を図１１〜図１８に示す。

前記実施形態の凹部１１，１３は、正面から見て軸方向幅が一定で、周方向に細長く、両端が円弧状をなし、深さが一定の凹部である。これに対して、図１１及び図１２に示す凹部１１は、周方向の両端を直線状にしたものである。図１３及び図１４に示す凹部１１は、図１１及び図１２に示した凹部よりも周方向長さを短くしたものである。図１５及び図１６に示す凹部１１は、図１３及び図１４に示したものとは凹部底面を異にし、底面を周方向に円弧状としたものである。図１７及び図１８に示す凹部１１は、正面から見て円形で、深さは一定の凹部である。

本発明のピストンの一実施形態を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 ピストンリングを備える図１のピストンを装着したシリンダの要部縦断面図である。 本発明のピストンの別の実施形態を示す正面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 ピストンリングを備える図４のピストンを装着したシリンダの要部縦断面図である。 本発明のピストンの更に別の実施形態を示す正面図である。 図７のＡ−Ａ線断面図である。 図７のＢ−Ｂ線断面図である。 ピストンリングを備える図７のピストンを装着したシリンダの要部縦断面図である。 本発明のピストンの更に別の実施形態を示す正面図である。 図１１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明のピストンの更に別の実施形態を示す正面図である。 図１３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明のピストンの更に別の実施形態を示す正面図である。 図１５のＡ−Ａ線断面図である。 本発明のピストンの更に別の実施形態を示す正面図である。 図１７のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１・・シリンダ、２・・ピストン、３，４・・圧力リング溝、５・・オイルリング溝、６・・オイル戻し孔、７，８・・圧力リング、９・・オイルリング、１０・・セカンドランド、１１，１３・・凹部、１２・・サードランド。

Claims (4)

1. ピストン外周に複数のピストンリング溝を有するピストンにおいて、隣接するピストンリング溝の間のランドに、周方向に間隔をおいて複数の凹部が形成され、前記凹部とピストンリング溝との間にはランド部が存在することを特徴とするピストン。
2. 前記凹部が、圧力リング溝と圧力リング溝との間のランドに形成されていることを特徴とする請求項１記載のピストン。
3. 前記凹部が、圧力リング溝とオイルリング溝との間のランドに形成されていることを特徴とする請求項１記載のピストン。
4. 前記凹部が、圧力リング溝と圧力リング溝との間のランド及び圧力リング溝とオイルリング溝との間のランドに形成されていることを特徴とする請求項１記載のピストン。

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