JP2008115825A - 内燃機関およびそれを備えた車両 - Google Patents

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

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。

実公平４−４７４０３号公報

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。

課題を解決するための手段および発明の効果

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。

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１に示した一実施形態による自動二輪車に設けられたエンジンを示した側面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車に設けられたエンジンのピストン周辺を示した断面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車に設けられたエンジンのトップリング周辺の構造を示した断面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車に設けられたエンジンのトップリング周辺の構造を詳細に示した断面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車に設けられたエンジンのトップリングを示した平面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車に設けられたエンジンのトップリングを示した側面図である。 図６の２００−２００線に沿った断面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車に設けられたエンジンのトップリングを示した底面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車に設けられたエンジンのピストンリング周辺の構造を示した断面図である。 図１に示した一実施形態による自動二輪車に設けられたエンジンのトップリング周辺の構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態の変形例によるエンジンのトップリングを示した断面図である。

符号の説明

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

Claims (9)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。

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