JP2008115825A - 内燃機関およびそれを備えた車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】ピストンのリング溝がピストンリングにより損傷を受けるのを抑制することが可能な内燃機関を提供する。
【解決手段】このエンジン11(内燃機関)は、トップリング溝12dを有するピストン12と、トップリング溝12dに取り付けられたトップリング17とを備えている。トップリング溝12dは、半径R1を有する燃焼室20a側の上部溝底角部12hと、半径R1よりも小さい半径R2を有する下部溝底角部12iとを含む。トップリング17は、トップリング溝12dの下部溝底角部12iに対応する位置に設けられた他方側面取部17gを含む。他方側面取部17gの半径R3は、上部溝底角部12hの半径R1よりも小さく、かつ、下部溝底角部12iの半径R2以上の大きさを有する。
【選択図】図4
【解決手段】このエンジン11(内燃機関)は、トップリング溝12dを有するピストン12と、トップリング溝12dに取り付けられたトップリング17とを備えている。トップリング溝12dは、半径R1を有する燃焼室20a側の上部溝底角部12hと、半径R1よりも小さい半径R2を有する下部溝底角部12iとを含む。トップリング17は、トップリング溝12dの下部溝底角部12iに対応する位置に設けられた他方側面取部17gを含む。他方側面取部17gの半径R3は、上部溝底角部12hの半径R1よりも小さく、かつ、下部溝底角部12iの半径R2以上の大きさを有する。
【選択図】図4
Description
本発明は、内燃機関およびそれを備えた車両に関し、特に、ピストンを含む内燃機関およびそれを備えた車両に関する。
従来、ピストンを含む内燃機関が知られている(たとえば、特許文献1参照)。上記特許文献1には、外周部の上方部分からトップリング溝、第2リング溝、および、第3リング溝が設けられたアルミニウム製のピストンと、トップリング溝に嵌め込まれたトップリングと、第2リング溝に嵌め込まれた第2リングと、第3リング溝に嵌め込まれた油掻きリングとを備えた内燃機関が開示されている。このピストンの第2リング溝のトップリング側溝底角部の丸み半径(第1半径)は、第2リング溝のトップリング側とは反対側の反対側溝底角部の丸み半径の2倍以上の大きさを有するように構成されている。また、第2リングは、台形の断面形状を有するとともに、トップリング側の端面と内周面との交差部に切欠部が設けられている。この第2リングのトップリング側の端面と内周面との交差部は、トップリング側溝底角部に接触しないように構成されている。また、第2リングの反対側溝底角部に対応する部分は、台形の頂点の角形状の断面形状を有するように形成されている。
しかしながら、上記特許文献1では、台形の断面形状を有する第2リングの反対側溝底角部に対応する部分は、台形の頂点の角形状であるため、ピストンが動作する際に、反対側溝底角部に対応する部分の角形状の部分が、ピストンの第2リング溝の反対側溝底角部に当接してしまう。このため、反対側溝底角部にクラックが発生する場合があるという問題点がある。すなわち、ピストンの第2リング溝が第2リングにより損傷を受ける場合があるという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、ピストンのリング溝がピストンリングにより損傷を受けるのを抑制することが可能な内燃機関を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による内燃機関は、燃焼室を有するシリンダ部と、シリンダ部の内部に配置され、シリンダ部の内周面に沿って往復運動するとともに、第1リング溝を有するピストンと、ピストンの第1リング溝に取り付けられ、シリンダ部の内周面とピストンとの間をシールする第1ピストンリングとを備え、ピストンの第1リング溝は、第1リング溝のシリンダ部の軸線と平行な方向に延びる溝底面の燃焼室側に設けられ、第1半径を有する実質的に円弧状の第1溝底角部と、第1リング溝の溝底面の燃焼室とは反対側に設けられ、第1半径よりも小さい第2半径を有する実質的に円弧状の第2溝底角部とを含み、第1ピストンリングは、第1ピストンリングの第1リング溝の第2溝底角部に対応する位置に設けられ、実質的に円弧状または平坦面状の第1面取部を含み、第1面取部の面取寸法は、第1溝底角部の第1半径よりも小さく、かつ、第2溝底角部の第2半径以上の大きさを有する。
この一の局面による内燃機関では、上記のように、第1リング溝の燃焼室側に位置する第1溝底角部の第1半径を、第1リング溝の燃焼室とは反対側に位置する第2溝底角部の第2半径よりも大きくすることによって、第1ピストンリングが第1底面角部に接触した場合に第1底面角部に加わる応力集中の度合いを、第1ピストンリングが第2底面角部に接触した場合に第2底面角部に加わる応力集中の度合いよりも緩和することができるので、第1リング溝の第1溝底角部に第1ピストンリングが接触した場合に第1底面角部に加わる最大応力を、第1リング溝の第2溝底角部に第1ピストンリングが接触した場合に第2底面角部に加わる最大応力よりも小さくすることができる。これにより、第2溝底角部と比べて、第1溝底角部にクラックが発生するのを抑制することができる。また、第1ピストンリングの第2溝底角部に対応する部分に設けられた第1面取部の面取寸法を、第1リング溝の第2溝底角部の第2半径以上の大きさを有するように構成することによって、第1ピストンリングの第1面取部が、第1リング溝の第2溝底角部に当接するのを抑制することができるので、第1リング溝の第2溝底角部にクラックが発生するのを抑制することができる。これらにより、ピストンの第1リング溝がピストンリングにより損傷を受けるのを抑制することができる。
上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、第1面取部の面取寸法は、円弧状に面取りした部分の円弧の半径、または、面取りした部分に対応する辺の長さである。このように構成すれば、第1ピストンリングの第2溝底角部に対応する部分に設けられた第1面取部が、第1リング溝の第2溝底角部に当接するのを、容易に、抑制することができるので、第1リング溝の第2溝底角部にクラックが発生するのを、容易に、抑制することができる。
上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、第1ピストンリングは、第1ピストンリングの第1リング溝の第1溝底角部に対応する位置に設けられる平坦面状の第2面取部をさらに含み、第2面取部の面取寸法は、第1面取部の面取寸法よりも大きい。このように構成すれば、第1ピストンリングを、第1ピストンリングの外周面に向かうに従って面取寸法の大きい第2面取部が形成された燃焼室側に反るように形成することができるので、第1ピストンリングに、上反角を付与することができる。
上記第1ピストンリングに平坦面状の第2面取部が設けられている内燃機関おいて、好ましくは、燃焼室側から見た第1ピストンリングの第2面取部の投影面積は、燃焼室側から見た第1ピストンリングの第1面取部の投影面積よりも大きい。このように構成すれば、燃焼室でガソリン(燃料)および空気の混合気が燃焼された時の燃焼ガスが第1リング溝に浸入した際に、燃焼ガスのガス圧により第1ピストンリングの第2面取部が燃焼室と反対側に押される力を、燃焼ガスのガス圧により第1ピストンリングの第1面取部が燃焼室側に押される力よりも大きくすることができるので、第1ピストンリングの燃焼室と反対側の面を、第1リング溝の燃焼室とは反対側の内面に押し付けることができる。これにより、燃焼ガスが、第1リング溝を通過して燃焼室と反対側に移動するのを抑制することができる。
上記第1ピストンリングに平坦面状の第2面取部が設けられている内燃機関おいて、好ましくは、第1ピストンリングの第2面取部を燃焼室側から見た面取寸法は、第1ピストンリングの第2面取部を第1ピストンリングの内周面側から見た面取寸法よりも大きい。このように構成すれば、第1ピストンリングの燃焼室側の面の外周面に向かう方向に、大きな面取寸法を有した第2面取部を形成することができるので、第1ピストンリングの第2面取部が形成される際に第2面取部の表面近傍に発生する第1ピストンリングが反る方向の応力をより大きくすることができる。これにより、第1ピストンリングに、より大きな上反角を付与することができる。
上記第1ピストンリングに平坦面状の第2面取部が設けられている内燃機関おいて、好ましくは、第2面取部は、第1ピストンリングの厚み方向の中心位置よりも燃焼室側に形成され、第1面取部は、第1ピストンリングの厚み方向の中心位置よりも燃焼室と反対側に形成されている。このように構成すれば、第1ピストンリングの厚み方向の中心位置よりも燃焼室側に、面取寸法の大きい第2面取部による第1ピストンリングが反る方向の応力が加わるので、容易に、燃焼室側に反る方向の所定の上反角を付与することができる。
上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、第1ピストンリングの燃焼室側の一方面、および、燃焼室と反対側の他方面は、第1ピストンリングの外周面に向かうに従って燃焼室側に反るように形成されている。このように構成すれば、燃焼室においてガソリンおよび空気の混合気が燃焼された時の燃焼ガスが第1リング溝に浸入した際に、第1ピストンリングの第1リング溝の燃焼室とは反対側の内面に接する部分の面圧を高くすることができるので、第1リング溝の燃焼室とは反対側の内面を第1ピストンリングにより、より確実にシールすることができる。これにより、燃焼ガスが燃焼室と反対側に移動するのを抑制することができる。
この場合において、好ましくは、第1ピストンリングの外周面は、シリンダ部の内周面に当接するとともに、実質的に円弧状の断面形状を有する。このように構成すれば、第1ピストンリングが、第1ピストンリングの外周面に向かうに従って燃焼室側に反る状態、および、反らない状態の両方の状態において、第1ピストンリングの実質的に円弧状の外周面をシリンダ部の内周面に容易に当接させることができる。
この発明の第2の局面による車両は、上記のいずれかの構成に記載の内燃機関を備える。このように構成すれば、ピストンの第1リング溝がピストンリングにより損傷を受けるのを抑制することが可能な内燃機関を備えた車両を得ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態による自動二輪車の全体構造を示した側面図である。図2〜図11は、図1に示した一実施形態による自動二輪車のエンジンの構造を詳細に説明するための図である。なお、本実施形態では、本発明の車両の一例として、自動二輪車について説明する。図中、矢印FWDは、自動二輪車の走行方向の前方を示している。まず、図1〜図11を参照して、本実施形態による自動二輪車の構造について説明する。
本発明の一実施形態による自動二輪車1では、図1に示すように、ヘッドパイプ2の後方に、前後方向に延びるメインフレーム3が配置されている。これらのヘッドパイプ2およびメインフレーム3によって、車体フレームが構成されている。
また、ヘッドパイプ2の上部には、ハンドル4が回動可能に取り付けられている。また、ヘッドパイプ2の下方には、上下方向の衝撃を吸収するためのサスペンションを有する一対のフロントフォーク5が配置されている。この一対のフロントフォーク5の下端には、前輪6が回転可能に取り付けられている。また、前輪6の上方には、前輪6の上方を覆うフロントフェンダ7が配置されている。
また、メインフレーム3の後方の上部には、シート8が配置されている。また、メインフレーム3の後端部(下部)には、ピボット軸3aが設けられている。このピボット軸3aには、リヤアーム9の前端部が上下に揺動可能に支持されている。このリヤアーム9の後端部には、後輪10が回転可能に取り付けられている。
また、メインフレーム3の下方には、エンジン11が配置されている。このエンジン11は、図2および図3に示すように、鋳造法により形成されたアルミニウム製のピストン12と、シリンダ(気筒)13と、シリンダヘッド14と、クランクケース15(図2参照)と、コンロッド16と、ばね鋼製のトップリング17と、セカンドリング18と、オイルリング19とを含んでいる。なお、エンジン11は、本発明の「内燃機関」の一例であり、トップリング17は、本発明の「第1ピストンリング」の一例である。また、シリンダ13およびシリンダヘッド14により、シリンダ部20が構成されている。
また、ピストン12は、図3に示すように、シリンダ部20のシリンダ13の内部に配置されるとともに、シリンダ部20の燃焼室20aに面するように構成されている。また、ピストン12は、シリンダ13(シリンダ部20)の内周面13aに沿って燃焼室20a側方向(矢印A方向)および燃焼室20aと反対側方向(矢印B方向)に往復運動するように構成されている。このピストン12の燃焼室20a側(矢印A方向側)の面には、頂面部12aが設けられている。また、頂面部12aの後述する吸気バルブ21aおよび排気バルブ21bが移動する部分に対応する部分には、逃げ部12bが設けられている。この逃げ部12bは、矢印C方向および矢印D方向にそれぞれ移動する吸気バルブ21aおよび排気バルブ21bに接触しないように形成されている。
ここで、本実施形態では、図4および図5に示すように、ピストン12の外周部12cの燃焼室20a側(矢印A方向側)には、所定の深さを有するトップリング溝12dが設けられている。なお、トップリング溝12dは、本発明の「第1リング溝」の一例である。このトップリング溝12dは、図5に示すように、ほぼ矩形型の断面形状を有しており、燃焼室20a側(矢印A方向側)の一方内面12eと、燃焼室20aとは反対側(矢印B方向側)の他方内面12fと、シリンダ13の軸中心100(図3参照)と平行な方向に延びる溝底面12gとを含んでいる。なお、軸中心100は、本発明の「シリンダ部の軸線」の一例である。また、トップリング溝12dの燃焼室20a側に設けられた一方内面12eと溝底面12gとを接続する部分には、所定の半径R1(約0.25mm〜約0.35mm)を有する実質的に円弧状の上部溝底角部12hが形成されている。なお、上部溝底角部12hは、本発明の「第1溝底角部」の一例であり、半径R1は、本発明の「第1半径」の一例である。また、トップリング溝12dの燃焼室20aとは反対側に設けられた他方内面12fと溝底面12gとを接続する部分には、所定の半径R2(約0.1mm〜約0.15mm)を有する実質的に円弧状の下部溝底角部12iが形成されている。なお、下部溝底角部12iは、本発明の「第2溝底角部」の一例であり、半径R2は、本発明の「第2半径」の一例である。
また、本実施形態では、図4に示すように、上部溝底角部12hは、ピストン12の頂面部12aの逃げ部12bの近傍に設けられており、上部溝底角部12hは、上部溝底角部12hと逃げ部12bとの間にクラックが発生するのを抑制する機能を有する。具体的には、上部溝底角部12hは、半径R1を下部溝底角部12iの半径R2よりも大きくなるように形成されているので、下部溝底角部12iと比べて、上部溝底角部12hに発生する最大応力を小さくすることが可能となる。これにより、上部溝底角部12hと逃げ部12bとの間にクラックが発生するのを抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、図4および図5に示すように、トップリング溝12dとシリンダ13の内周面13aとの間には、トップリング17が取り付けられている。具体的には、図6および図7に示すように、トップリング17は、C形の形状を有しており、トップリング溝12d(図4参照)に係合されたトップリング17のC形の隙間部分17aを圧縮させながらピストン12(図3参照および図4参照)と共にシリンダ13(図3参照および図4参照)の内周面13aに嵌め込まれている。すなわち、後述するトップリング17の外周面17bは、シリンダ13の内周面13aを付勢するように構成されており、トップリング17は、シリンダ13(シリンダ部20)の内周面13aとピストン12の外周部12cとの間をシールするように構成されている。
また、本実施形態では、図5に示すように、トップリング17は、シリンダ13の内周面13aを付勢しながら当接する実質的に円弧状の断面形状を有する外周面17bと、トップリング17の燃焼室20a側(矢印A方向側)の一方面17cと、トップリング17の燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)の他方面17dと、トップリング溝12dの溝底面12gに対応する部分に形成された内周面17eとを含んでいる。
また、本実施形態では、トップリング17の一方面17cと内周面17eとが交差する部分には、所定の面取寸法D1(約0.4mm)(図8参照)およびD2(約0.7mm)(図8参照)を有する平坦面状の一方側面取部17fが形成されている。また、トップリング17の他方面17dと内周面17eとが交差する部分には、半径R3(約0.15mm〜約0.2mm)(図8参照)を有する円弧状の他方側面取部17gが形成されている。すなわち、本実施形態では、図5に示すように、他方側面取部17gの半径R3(約0.15mm〜約0.2mm)は、他方側面取部17gに対応する位置に設けられている下部溝底角部12iの半径R2(約0.1mm〜約0.15mm)以上の大きさを有するように形成されている。また、図6および図9に示すように、トップリング17の一方側面取部17fの燃焼室20a側(矢印A方向側)から見た所定の面取寸法D2(約0.7mm)は、他方側面取部17gの燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)から見た半径(面取寸法)R3(約0.15mm〜約0.2mm)よりも大きくなるように形成されている。これにより、トップリング17の一方側面取部17fが形成される際に一方側面取部17fの表面近傍に発生する残留圧縮応力よりも、他方側面取部17gが形成される際に他方側面取部17gの表面近傍に発生する残留圧縮応力のほうが小さくなるので、トップリング17に、確実に上反角を付与することが可能となる。また、一方側面取部17fは、トップリング溝12dの上部溝底角部12hに対応する位置に設けられるとともに、他方側面取部17gは、トップリング溝12dの下部溝底角部12iに対応する位置に設けられている。
また、本実施形態では、一方側面取部17fは、図4および図5に示すように、トップリング17の厚み方向(矢印A方向および矢印B方向)の中心位置110(図8参照)よりも燃焼室20a側(矢印A方向側)に形成されている。また、他方側面取部17gは、トップリング17の厚み方向(矢印A方向および矢印B方向)の中心位置110(図8参照)よりも燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)に形成されている。なお、一方側面取部17fは、本発明の「第2面取部」の一例であり、他方側面取部17gは、本発明の「第1面取部」の一例である。また、面取寸法D1(図8参照)は、一方側面取部17fをシリンダ13の軸中心100(図3参照)側から見た場合の寸法を表しており、この面取寸法D1(図8参照)は、本発明の「面取りした部分に対応する辺の長さ」および「第2面取部を第1ピストンリングの内周面側から見た面取寸法」の一例である。また、面取寸法D2(図8参照)は、一方側面取部17fを燃焼室20a側(矢印A方向)から見た場合の寸法を表しており、この面取寸法D2(図8参照)は、本発明の「面取りした部分に対応する辺の長さ」および「第2面取部の燃焼室側から見た面取寸法」の一例である。また、他方側面取部17gの半径R3は、円弧状に面取りした部分の円弧の半径を表しており、この半径R3は、本発明の「第1面取部の面取寸法」の一例である。
また、本実施形態では、図6および図9に示すように、燃焼室20a(図4参照)側(矢印A方向側)から見たトップリング17の一方側面取部17fの投影面積S1(図6の斜線部)は、燃焼室20aの反対側(矢印B方向側)から見たトップリング17の他方側面取部17gの投影面積S2(図9の斜線部)よりも大きくなるように構成されている。これにより、図10および図11に示すように、燃焼室20aでガソリンおよび空気の混合気が燃焼された時の燃焼ガスがトップリング溝12dに浸入した際に、燃焼ガスのガス圧によりトップリング17の一方側面取部17fが燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)に押される力を、燃焼ガスのガス圧によりトップリング17の他方側面取部17gが燃焼室20a側(矢印A方向側)に押される力よりも大きくすることが可能となるので、トップリング17の燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)の他方面17dを、トップリング溝12dの燃焼室20a側と反対側(矢印B方向側)の他方内面12fに押し付けることが可能となる。これにより、燃焼ガスが、トップリング溝12dを通過して燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)に移動するのを抑制することが可能となる。また、トップリング溝12dの他方内面12fは、下部溝底角部12iからピストン12の外周部12cに向かって矢印A方向側に傾斜するように形成されている。具体的には、他方内面12fの傾斜角は、下部溝底角部12iから外周部12cに向かう方向に約50mm進む毎に約1mm分矢印A方向側に傾く角度になるように形成されている。これにより、燃焼室20aでガソリンが燃焼された時の燃焼ガスがトップリング溝12dに浸入し、トップリング17の他方面17dがトップリング溝12dの他方内面12fに押し付けられた場合(図10および図11の状態)に、他方内面12fがピストン12の外周部12cに向かって矢印B方向側に変形するのを抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、図5および図7に示すように、トップリング17の一方面17c(図5参照)および他方面17dは、外周面17bに向かうに従って燃焼室20a(図3参照)側(矢印A方向側)に所定の角度α(図8参照)だけ反るように形成されている。すなわち、トップリング17には、上反角αが設けられている。なお、トップリング17の上反角は、トップリング17の一方側面取部17fが形成される際に、一方側面取部17fの表面近傍に発生する残留圧縮応力により付与されている。このように、トップリング17に上反角αが設けられていることにより、トップリング17の他方側面取部17gをトップリング溝12dの他方内面12fに線接触させて、他方側面取部17gの他方内面12fに対する面圧を大きくした状態で他方側面取部17gと他方内面12fとの間をシールすることが可能となる。これにより、燃焼室20aにおいてガソリンおよび空気の混合気が燃焼された際に発生された燃焼ガスがトップリング溝12dに浸入し、トップリング17の一方面17cにガス圧が付与された場合に、燃焼ガスが、他方側面取部17gと他方内面12fとの間を通過してトップリング17の他方面17dとトップリング溝12dの他方内面12fとの間に浸入するのを抑制することが可能となる。すなわち、トップリング17の上反角αは、燃焼室20aにおいて発生される燃焼ガスに対して、トップリング17のシール性を向上させる機能を有する。
また、図4に示すように、トップリング溝12dの燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)には、セカンドリング溝12jが設けられている。このセカンドリング溝12jとシリンダ13の内周面13aとの間には、セカンドリング18が取り付けられている。また、セカンドリング18は、トップリング17と同様に、その外周面18aがシリンダ13の内周面13aの方向(外方向)に付勢するように嵌め込まれている。このセカンドリング18の外周面18aの下側(矢印B方向側)の部分には、鋭角の断面形状を有する爪部18bが設けられており、シリンダ13の内周面13aに付着した余分な油を燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)に掻き落とす機能を有する。
また、セカンドリング溝12jの燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)には、オイルリング溝12kが設けられている。このオイルリング溝12kとシリンダ13の内周面13aとの間には、オイルリング19が取り付けられている。また、オイルリング19は、トップリング17およびセカンドリング18と同様に、その外周面19aがシリンダ13の内周面13aの方向に付勢するように嵌め込まれている。また、オイルリング19は、セカンドリング18に掻き落とされた内周面13aに付着した油などを取り込むとともに後述するオイル通路12mに移動させる機能を有する。また、オイルリング溝12kには、オイルリング溝12kおよびその近傍部分からピストン12の内面部12l(図3参照)に向かって、複数のオイル通路12mが形成されている。このオイル通路12mは、オイルリング19が取り込んだ油をピストン12の内面部12lに通過させる機能を有する。
また、シリンダヘッド14は、図2に示すように、シリンダ13の一方の開口を塞ぐように配置されている。また、シリンダヘッド14には、吸気ポート14aおよび排気ポート14bが形成されている。吸気ポート14aは、ガソリンおよび空気の混合気をシリンダ部20の燃焼室20aに供給するために設けられている。また、排気ポート14bは、燃焼後の残留ガスをシリンダ部20の燃焼室20aから排出するために設けられている。また、吸気ポート14aおよび排気ポート14bには、それぞれ、吸気バルブ21aおよび排気バルブ21bが配置されている。また、排気ポート14bの開口には、排気管22(図1参照)が取り付けられているとともに、その排気管22には、マフラー23(図1参照)が接続されている。また、クランクケース15は、シリンダ13の下部を覆うように配置されている。このクランクケース15の内部には、図示しないクランク軸が配置されており、その図示しないクランク軸には、コンロッド16の一方端部が接続されている。また、コンロッド16の他方端部16aは、ピストン12に回動可能に連結されている。具体的には、ピストンピン24がコンロッド16の他方端部16aに設けられている穴部16bと、ピストン12のピストンボス12nとを貫通するように挿入されている。
次に、図4、図5、図10および図11を参照して、燃焼室20aにおいてガソリンおよび空気の混合気が燃焼した際のピストン12のトップリング溝12dとシリンダ13の内周面13aとの間に取り付けられているトップリング17の動作について説明する。
まず、図4および図5に示すように、シリンダ部20のピストン12の頂面部12a側(矢印A方向側)に設けられている燃焼室20aにおいて圧縮されたガソリンおよび空気の混合気が燃焼される。そして、混合気が燃焼された際に発生される燃焼ガスは、ピストン12の頂面部12aを矢印B方向に押し下げる。この際、燃焼ガスは、ピストン12の外周部12cとシリンダ13の内周面13aとの間に浸入し、矢印B方向側に移動される。そして、燃焼ガスは、トップリング17の外周面17bとピストン12の外周部12cとの間がシールされているため、トップリング溝12dの一方内面12eとトップリング17の一方面17cとの間に移動される。
その後、トップリング17の一方面17cは、燃焼ガスのガス圧によって矢印B方向に力が付与される。この際、トップリング17には、上反角αが付与されているため、他方側面取部17gの他方内面12fに対する面圧を大きくすることが可能となる。これにより、他方側面取部17gと他方内面12fとの間を強くシールすることが可能となる。
そして、図10および図11に示すように、燃焼ガスにより一方面17cが押圧されるので、トップリング17の上反角αが解消され、トップリング17の他方面17dによりトップリング溝12dの他方内面12fが押圧される。この時、トップリング17の内周面17eは、トップリング17の外周面17bがシリンダ13の内周面13aに対して移動する際の振動、および、燃焼ガスによる熱膨張などにより、トップリング溝12dの溝底部12gに接触する場合がある。この場合に、トップリング17の他方側面取部17gの半径R3(約0.15mm〜約0.2mm)は、トップリング溝12dの下部溝底角部12iの半径R2(約0.1mm〜約0.15mm)以上の大きさになるように形成されているため、他方側面取部17gが、下部溝底角部12iに直接的に当接するのを抑制される。また、トップリング17の外周面17bは、実質的に円弧状の断面形状を有するように形成されているため、上反角αが解消されて水平に近い状態になった場合にも、トップリング17の外周面17bとピストン12の外周部12cとの間がシールされている。
本実施形態では、上記のように、トップリング溝12dの燃焼室20a側(矢印A方向側)に位置する上部溝底角部12hの半径R1(約0.25mm〜約0.35mm)を、トップリング溝12dの燃焼室20aとは反対側に位置する下部溝底角部12iの半径R2(約0.1mm〜約0.15mm)よりも大きくすることによって、トップリング17が上部溝底角部12hに接触した場合に上部溝底角部12hに加わる応力集中の度合いを、トップリング17が下部溝底角部12iに接触した場合に下部溝底角部12iに加わる応力集中の度合いよりも緩和することができるので、トップリング溝12dの上部溝底角部12hにトップリング17が接触した場合に上部底面角部12hに加わる最大応力を、トップリング溝12dの下部溝底角部12iにトップリング17が接触した場合に下部底面角部12iに加わる最大応力よりも小さくすることができる。これにより、下部溝底角部12iと比べて、上部溝底角部12hにクラックが発生するのを抑制することができる。また、トップリング17の下部溝底角部12iに対応する部分に設けられた他方側面取部17gの半径R3(約0.15mm〜約0.2mm)を、トップリング溝12dの下部溝底角部12iの半径R2(約0.1mm〜約0.15mm)以上の大きさを有するように構成することによって、トップリング17の他方側面取部17gが、トップリング溝12dの下部溝底角部12iに当接するのを抑制することができるので、トップリング溝12dの下部溝底角部12iにクラックが発生するのを抑制することができる。これらにより、ピストン11のトップリング溝12dがトップリング17により損傷を受けるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、トップリング17の燃焼室20a側(矢印A方向)の一方面17c、および、燃焼室20aと反対側(矢印B方向)の他方面17dを、トップリング17の外周面17bに向かうに従って燃焼室20a側(矢印A方向側)に反るように形成することによって、燃焼室20aにおいてガソリンおよび空気の混合気が燃焼された時の燃焼ガスがトップリング溝12dに浸入した際に、トップリング17の燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)の他方面17dの内周面側部分および他方側面取部17gの面圧を高くすることができるので、トップリング溝12dの燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)の他方内面12fをトップリング17により、より確実にシールすることができる。これにより、燃焼ガスが燃焼室20aと反対側(矢印B方向側)に移動するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、トップリング17の外周面17bを、シリンダ部20のシリンダ13の内周面13aに当接するとともに、実質的に円弧状の断面形状を有するように形成することによって、トップリング17が、トップリング17の外周面17bに向かうに従って燃焼室20a側(矢印A方向側)に反る状態、および、反らない状態の両方の状態において、トップリング17の実質的に円弧状の外周面17bをシリンダ13の内周面13aに容易に当接させることができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、内燃機関を備えた車両の一例として自動二輪車を示したが、本発明はこれに限らず、内燃機関を備えた車両であれば、自動車、三輪車、ATV(All Terrain Vehicle;不整地走行車両)などの他の車両にも適用可能である。
また、上記実施形態では、トップリング17の他方面17dと内周面17eとが交差する部分に、円弧状に面取りされた他方側面取部17gを設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、図12に示した実施形態の変形例のように、トップリング67の他方面67dと内周面67eとが交差する部分に、平坦面状に面取りされた他方側面取部67gを設けるようにしてもよい。この場合、他方側面取部67gを、所定の面取寸法D13(約0.2mm)を有するように形成してもよい。なお、他方側面取部67gは、本発明の「第1面取部」の一例であり、面取寸法D13は、本発明の「第1面取部の面取寸法」の一例である。
また、上記実施形態では、所定の半径を有する円弧状の上部溝底角部および所定の半径を有する下部溝底角部をトップリング溝に設けるようにしたが、本発明はこれに限らず、上部溝底角部および下部溝底角部をセカンドリング溝に設けるようにしてもよいし、オイルリング溝に設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、トップリングの燃焼室側の溝底角部に対応する部分に平坦面状の一方側面取部を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、トップリングの燃焼室側の溝底角部に対応する部分に円弧状の一方側面取部を設けるようにしてもよい。
1 自動二輪車(車両)
11 エンジン(内燃機関)
12 ピストン
12d トップリング溝(第1リング溝)
12g 溝底面
12h 上部溝底角部(第1溝底角部)
12i 下部溝底角部(第2溝底角部)
13a 内周面
17 トップリング(第1ピストンリング)
17b 外周面
17e、67e 内周面
17f 一方側面取部(第2面取部)
17g、67g 他方側面取部(第1面取部)
20 シリンダ部
20a 燃焼室
100 軸中心
110 中心位置
11 エンジン(内燃機関)
12 ピストン
12d トップリング溝(第1リング溝)
12g 溝底面
12h 上部溝底角部(第1溝底角部)
12i 下部溝底角部(第2溝底角部)
13a 内周面
17 トップリング(第1ピストンリング)
17b 外周面
17e、67e 内周面
17f 一方側面取部(第2面取部)
17g、67g 他方側面取部(第1面取部)
20 シリンダ部
20a 燃焼室
100 軸中心
110 中心位置
Claims (9)
- 燃焼室を有するシリンダ部と、
前記シリンダ部の内部に配置され、前記シリンダ部の内周面に沿って往復運動するとともに、第1リング溝を有するピストンと、
前記ピストンの第1リング溝に取り付けられ、前記シリンダ部の内周面と前記ピストンとの間をシールする第1ピストンリングとを備え、
前記ピストンの第1リング溝は、
前記第1リング溝の前記シリンダ部の軸線と平行な方向に延びる溝底面の前記燃焼室側に設けられ、第1半径を有する実質的に円弧状の第1溝底角部と、
前記第1リング溝の溝底面の前記燃焼室とは反対側に設けられ、前記第1半径よりも小さい第2半径を有する実質的に円弧状の第2溝底角部とを含み、
前記第1ピストンリングは、前記第1ピストンリングの前記第1リング溝の第2溝底角部に対応する位置に設けられ、実質的に円弧状または平坦面状の第1面取部を含み、
前記第1面取部の面取寸法は、前記第1溝底角部の第1半径よりも小さく、かつ、前記第2溝底角部の第2半径以上の大きさを有する、内燃機関。 - 前記第1面取部の面取寸法は、円弧状に面取りした部分の円弧の半径、または、面取りした部分に対応する辺の長さである、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記第1ピストンリングは、前記第1ピストンリングの前記第1リング溝の第1溝底角部に対応する位置に設けられる平坦面状の第2面取部をさらに含み、
前記第2面取部の面取寸法は、前記第1面取部の面取寸法よりも大きい、請求項1に記載の内燃機関。 - 前記燃焼室側から見た前記第1ピストンリングの第2面取部の投影面積は、前記燃焼室側から見た前記第1ピストンリングの第1面取部の投影面積よりも大きい、請求項3に記載の内燃機関。
- 前記第1ピストンリングの第2面取部を前記燃焼室側から見た面取寸法は、前記第1ピストンリングの第2面取部を前記第1ピストンリングの内周面側から見た面取寸法よりも大きい、請求項3に記載の内燃機関。
- 前記第2面取部は、前記第1ピストンリングの厚み方向の中心位置よりも前記燃焼室側に形成され、
前記第1面取部は、前記第1ピストンリングの厚み方向の中心位置よりも前記燃焼室と反対側に形成されている、請求項3に記載の内燃機関。 - 前記第1ピストンリングの前記燃焼室側の一方面、および、前記燃焼室と反対側の他方面は、前記第1ピストンリングの外周面に向かうに従って前記燃焼室側に反るように形成されている、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記第1ピストンリングの外周面は、前記シリンダ部の内周面に当接するとともに、実質的に円弧状の断面形状を有する、請求項7に記載の内燃機関。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の内燃機関を備える、車両。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006302198A JP2008115825A (ja) | 2006-11-08 | 2006-11-08 | 内燃機関およびそれを備えた車両 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006302198A JP2008115825A (ja) | 2006-11-08 | 2006-11-08 | 内燃機関およびそれを備えた車両 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008115825A true JP2008115825A (ja) | 2008-05-22 |
Family
ID=39501962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006302198A Pending JP2008115825A (ja) | 2006-11-08 | 2006-11-08 | 内燃機関およびそれを備えた車両 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2008115825A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012204770A1 (de) * | 2012-03-26 | 2013-09-26 | Mahle International Gmbh | Kolben |
DE102020200153A1 (de) * | 2020-01-08 | 2021-07-08 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur Bearbeitung einer Ringnut |
-
2006
- 2006-11-08 JP JP2006302198A patent/JP2008115825A/ja active Pending
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