JP6389865B2 - 内燃機関用ピストン - Google Patents
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Description
ことを特徴とする
図2(B)、図3(B)を除く図1〜図9は、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施形態1を示す。以下、この実施形態1に係る内燃機関用ピストンの構成について説明する。図中、符号1は、この実施形態1に係る内燃機関用ピストンである。
図1、図2(A)、図3(A)に示すように、内燃機関用ピストン1は、ピストン本体10と、リング形状部材2と、複数本の圧縮リング(この例では、トップリング3およびセカンドリング4)と、オイルリング5と、を備える。内燃機関用ピストン1は、シリンダブロック6に設けられた円筒形状(ほぼ円筒形状を含む)のシリンダボア60内を往復運動する。このとき、リング形状部材2、トップリング3、セカンドリング4およびオイルリング5は、シリンダボア60の壁面61(以下、単に「ボア壁面61」と称する)に圧接している状態でボア壁面61を摺動する。なお、リング形状部材2のボア壁面61に圧接する力は、トップリング3またはセカンドリング4のボア壁面61に圧接する力よりも小さい。
図1、図2(A)、図3(A)に示すように、ピストン本体10は、外径がシリンダボア60の内径より小さい円筒形状(ほぼ円筒形状を含む)をなしている。すなわち、ピストン本体10は、上側端部が閉塞され、かつ、下側端部が開口された内部中空部を有する中空形状をなす。ピストン本体10の上側端部(ランド部)の外周面100には、環状溝12、トップリング溝13、セカンドリング溝14およびオイルリング溝15が、それぞれ1本ずつ、上側から下側に順次設けられている。環状溝12、トップリング溝13、セカンドリング溝14およびオイルリング溝15には、リング形状部材2、トップリング3、セカンドリング4およびオイルリング5が、それぞれ、上側から下側に順次装着されている。ピストン本体10の下側端部には、コンロッド16の上側端部がピストンピン17によって連結されている。コンロッド16の下側端部は、クランクシャフト(不図示)に連結されている。
図2(A)、図3、図4に示すように、リング形状部材2の軸線O方向の断面形状は、内周面(以下、リング形状部材内周面と称する)20が軸線O側に円弧状(曲線状)に突出していて、外周面(以下、リング形状部材外周面と称する)23が軸線Oに対して反対側に円弧状(曲線状)に突出していて、上側面(以下、リング形状部材上側面と称する)21および下側面(以下、リング形状部材下側面と称する)22が相互に平行もしくはほぼ平行な、かつ、軸線Oに対して垂直もしくはほぼ垂直な、断面形状である。すなわち、リング形状部材2の軸線O方向の断面形状は、リング形状部材内周面20およびリング形状部材外周面23が円弧状かつリング形状部材内周面20およびリング形状部材外周面23以外が矩形の断面形状である。リング形状部材外周面23は、いわゆるバレル面をなしていて、ボア壁面61に圧接していて、かつ、圧接している状態でボア壁面61を摺動する。
図2(A)、図3(A)、図6に示すように、トップリング3の軸線O方向の断面形状は、トップリング3の上側面(以下、トップリング上側面と称する)31のうち内周面(以下、トップリング内周面と称する)30側を切除した、トップリング3の軸線O方向の幅の中心線(図6中の一点鎖線を参照)に対して非対称な断面形状である。すなわち、トップリング3は、軸線O方向の断面形状が矩形において、前記トップリング上側面31のうちトップリング内周面30側を切除したものである。図2(A)、図3(A)、図6(A)に示す断面形状が面取り形状であり、図6(B)に示す断面形状が段付き形状であり、図6(C)に示す断面形状がテーパ形状である。トップリング3は、一般のトップリングと同様に、外周面(以下、トップリング外周面と称する)がボア壁面61に圧接している状態でボア壁面61を摺動する。
図2(A)、図3(A)に示すように、セカンドリング4は、一般のセカンドリングを使用する。セカンドリング4の外周面(以下、セカンドリング外周面と称する)は、ボア壁面61に圧接している状態でボア壁面61を摺動する。セカンドリング4の軸線O方向の幅は、セカンドリング溝14の軸線O方向の幅よりも小さく、隙間(サイドクリアランス)を有している。セカンドリング4の内周面(以下、セカンドリング内周面と称する)とセカンドリング溝底面140との間には、隙間(バッククリアランス)を有している。セカンドリング4には、合い口すきまが形成されている。
図2(A)、図3(A)に示すように、オイルリング5は、一般のスリーピース(上側レール、下側レール、スペーサ)のオイルリングを使用する。オイルリング5の外周面(以下、オイルリング外周面と称する)は、ボア壁面61に圧接している状態でボア壁面61を摺動する。オイルリング5の下側面(以下、オイルリング下側面と称する)52は、オイルリング溝下側面152に当接している。オイルリング5の上側面(以下、オイルリング上側面と称する)51とオイルリング溝上側面151との間には、ピストン外周面の位置で隙間(サイドクリアランス)を有している。オイルリング5の内周面(以下、オイルリング内周面と称する)とオイルリング溝底面150との間には、隙間(バッククリアランス)を有している。オイルリング5には、上側レール、下側レールのそれぞれに合い口すきまが形成されている。
図2(A)、図3(A)に示すように、ピストン本体10の外周面100とボア壁面61との間には、空隙(クレビス)C1、C2、C3、C4、C5が形成されている。すなわち、ピストン本体10の頂面11の外周側からリング形状部材上側面21までの間においては、第1空隙C1が形成されている。第1空隙C1は、エンジン燃焼室63と連通している。また、リング形状部材下側面22とトップリング上側面31とに挟まれた間においては、第2空隙C2が形成されている。さらに、トップリング下側面32とセカンドリング上側面41とに挟まれた間においては、第3空隙C3が形成されている。さらにまた、セカンドリング下側面42とオイルリング上側面51とに挟まれた間においては、第4空隙C4が形成されている。さらにまた、オイルリング下側面52からピストン本体10の下側の面までの間においては、第5空隙C5が形成されている。第5空隙C5は、シリンダボア60を介してクランク室と連通している。
図2(A)、図3(A)、図4、図5、図9に示すように、環状溝上側面121および環状溝下側面122には、ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう溝がそれぞれ複数個、この例では、環状溝上側面の溝8が8個、環状溝下側面の溝7が8個、形成されている。溝7,8は、個数および相対的位置について適宜に設定されるが、それぞれ4個以上が好ましく、製作上、溝7と溝8は軸線O方向に同一位置で、環状溝12を挟んで対称形状になることが好ましい。溝7は、第2空隙C2に連通する。溝7、8の軸線O側の端部の位置は、リング形状部材内周面20の位置に対して、軸線O側にある。すなわち、軸線Oから溝7、8の軸線O側の端部までの距離(半径)d1は、軸線Oからリング形状部材内周面20までの距離(半径)d2よりも小さい。なお、溝7、8の軸線O側の端部の位置は、リング形状部材内周面20の位置に対して、同じであっても良い。また、軸線Oから溝7、8の軸線O側の端部までの距離(半径)d1は、相互に異なっても良いが、軸線Oからリング形状部材内周面20までの距離(半径)d2に対しては、同じか小さい。
この実施形態1に係る内燃機関用ピストン1は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。
第3空隙C3内の圧力(ランド圧)P3は、第2空隙C2内から第3空隙C3内に漏れたガスGにより発生する圧力である。
セカンドリング下側面42とセカンドリング溝下側面142との間の隙間または合い口すきまを経由する流路から、ブローバイガス(漏れガス)として、第4空隙C4内に流入する。第4空隙C4内の圧力(ランド圧)P4は、第3空隙C3内から第4空隙C4内に漏れたガスGにより発生する圧力である。
この実施形態1に係る内燃機関用ピストン1は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。
図9は、リング形状部材2の変形例、すなわち、リング形状部材2U、2Dが2枚の場合を示す一部縦断面図である。図9は、2枚のリング形状部材2U、2Dの断面形状が同一の場合を示す。
図10(A)、(B)、図11(A)、(B)は、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施形態2を示す。以下、この実施形態2に係る内燃機関用ピストンについて説明する。図中、図1〜図9と同符号は、同一のものを示す。
図11(A)は、本発明に係る内燃機関用ピストン1の他の実施形態を示す。図11(A)は、前記の図9と同様に、リング形状部材2U、2Dの変形例、すなわち、リング形状部材2AU、2ADが2枚の場合を示す一部縦断面図である。この2枚のリング形状部材2AU、2ADは同一物であり、上側のリング形状部材2AUの溝80は、環状溝上側面121に対向し、下側のリング形状部材2ADの溝70は、環状溝下側面122に対向して装着する。ここで、上側のリング形状部材2AUの溝80は、ガスGが流入する通路を形成し、下側のリング形状部材2ADの溝70はガスGが流出する通路を形成している。
図11(B)は、リング形状部材2AU、2ADの変形例、すなわち、リング形状部材2U、2ADが2枚の場合を示す一部縦断面図である。リング形状部材2Uは、図9のリング形状部材2Uと同等であり、リング形状部材2ADは、図11(A)のリング形状部材2ADと同等である。リング形状部材2ADの下側面の溝70がガスGを流出する通路を形成している。
図12は、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施形態3を示す。以下、この実施形態3に係る内燃機関用ピストンについて説明する。図中、図1〜図11と同符号は、同一のものを示す。
なお、前記の実施形態1、2においては、1本の環状溝12に1本のリング形状部材2を装着し、前記の変形例においては、1本の環状溝12に2本のリング形状部材2U、2D(図9)、また、2AU、2AD(図11A)を装着するものである。しかしながら、この発明において、ピストンの破壊・損傷を引き起こさない範囲で、1本の環状溝12に3本以上のリング形状部材を装着しても良い。
10、10A、10B ピストン本体
100 外周面
11 頂面
12 環状溝
120 溝底面(環状溝底面)
121 上側面(環状溝上側面)
122 下側面(環状溝下側面)
13 トップリング溝
130 溝底面(トップリング溝底面)
131 上側面(トップリング溝上側面)
132 下側面(トップリング溝下側面)
14 セカンドリング溝
140 溝底面(セカンドリング溝底面)
141 上側面(セカンドリング溝上側面)
142 下側面(セカンドリング溝下側面)
15 オイルリング溝
150 溝底面(オイルリング溝底面)
151 上側面(オイルリング溝上側面)
152 下側面(オイルリング溝下側面)
153 オイル戻し穴
16 コンロッド
17 ピストンピン
2、2A、2B、2U、2D、2AD リング形状部材
20 内周面(リング形状部材内周面)
21 上側面(リング形状部材上側面)
22 下側面(リング形状部材下側面)
23 外周面(リング形状部材外周面)
3、3A トップリング(圧縮リング)
30 内周面(トップリング内周面)
31 上側面(トップリング上側面)
32 下側面(トップリング下側面)
4 セカンドプリング(圧縮リング)
41 上側面(セカンドリング上側面)
42 下側面(セカンドリング下側底面)
5 オイルリング
51 上側面(オイルリング上側面)
52 下側面(オイルリング下側面)
6 シリンダブロック
60 シリンダボア
61 ボア壁面(シリンダボアの壁面)
62 シリンダヘッド
63 エンジン燃焼室
7 溝(環状溝下側面溝)
70 溝(リング形状部材下側面溝)
8 溝(環状溝上側面溝)
80 溝(リング形状部材上側面溝)
BC バッククリアランス
C1 第1空隙
C2 第2空隙
C3 第3空隙
C4 第4空隙
C5 第5空隙
D1 環状溝の溝底径
D2 トップリング溝の溝底径
d1 軸線から溝の軸線側の端部までの距離(半径)
d2 軸線からリング形状部材内周面までの距離(半径)
F 火炎
G ガス(エンジン燃焼ガス)
H1 環状溝の溝幅
H2 トップリング溝の溝幅
O 軸線(シリンダの軸線)
P1 ランド圧(第1空隙のランド圧)
P2 ランド圧(第2空隙のランド圧)
P3 ランド圧(第3空隙のランド圧)
SC サイドクリアランス
U トップリング上側面がトップリング溝上側面に当接している状態
M トップリング下側面がトップリング溝下側面に当接している状態
Claims (7)
- ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、
前記ピストン本体の外周面には、複数本の前記圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、1本の環状溝が形成されていて、
1本の前記環状溝には、1本のリング形状部材が装着されていて、
前記リング形状部材の外周面は、前記シリンダボアの壁面に圧接していて、
前記リング形状部材の少なくとも下側面にはシリンダ軸線方向に向かい貫通する複数個の溝が形成されていて、
前記環状溝の上側面および下側面に、または前記下側面のみに、前記ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう複数個の溝が形成されていて、
前記ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう溝のシリンダの軸線側の端部の位置は、前記リング形状部材の内周面の位置に対して、同じかもしくは前記シリンダの軸線側にあって、
前記環状溝の下側面の溝は、前記リング形状部材の下側面と前記トップリングの上側面とに挟まれた前記ピストン本体の外周面と前記シリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通する、
ことを特徴とする内燃機関用ピストン。 - ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、
前記ピストン本体の外周面には、複数本の前記圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、1本の環状溝が形成されていて、
1本の前記環状溝には、複数本のリング形状部材が装着されていて、
前記複数本のリング形状部材のすべての外周面は、前記シリンダボアの壁面に圧接していて、
前記複数本のリング形状部材の少なくとも前記環状溝の下側面に対向する前記リング形状部材の下側面にはシリンダ軸線方向に向かい貫通する複数個の溝が形成されていて、
前記環状溝の上側面および下側面に、または前記下側面のみに、前記ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう複数個の溝が形成されていて、前記ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう溝のシリンダの軸線側の端部の位置は、前記リング形状部材の内周面の位置に対して、同じかもしくは前記シリンダの軸線側にあって、
前記環状溝の下側面の溝は、前記リング形状部材の下側面と前記トップリングの上側面とに挟まれた前記ピストン本体の外周面と前記シリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通する、
ことを特徴とする内燃機関用ピストン。 - 前記環状溝の溝底径は、前記トップリング溝の溝底径よりも大きく、前記環状溝の前記上側面または前記下側面の溝を除く溝幅は、前記トップリング溝の溝幅に対して、同等もしくは小さい、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関用ピストン。 - 前記環状溝の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、溝底面が前記シリンダの軸線側に円弧状に突出していて、上側面および下側面が平行もしくはほぼ平行な断面形状である、
ことを特徴とする請求項1〜3に記載の内燃機関用ピストン。 - 前記リング形状部材の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、内周面が前記シリンダの軸線側に円弧状に突出している断面形状であり、外周面が前記シリンダの軸線に対して反対側に円弧状に突出している断面形状である、
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関用ピストン。 - 前記リング形状部材の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、外周面側の端部が前記環状溝の上側面に向かって広がるテーパ形状をなす、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関用ピストン。 - 前記トップリングの前記シリンダの軸線方向の断面形状は、前記トップリングの上側面のうち内周面側を切除した、前記トップリングの幅の中心線に対して非対称な断面形状である、
ことを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の内燃機関用ピストン。
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