JPS62251457A - 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
高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
本の圧力リングと１木のオイルリングとからなる３本の
ピスト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Ｊ３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１１？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、ブローバイとオイルの消費量が悪化するので、
例えば、実開昭５９−１２６１５８号公報に示されてい
るよう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ビス１−シリンダは、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目端面とに解放
され突設した凸部を有し、他方の合い口端部には前記凸
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、ビス１
−ンの上下運動に対するピストンリングの挙動が何等考
膣されておらず、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
を低減さゼ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おり、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、ビスｌ−シ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、これよりやや遅れて
追随するような上下運動をするものと考えられていた。

つまり、ピストンが上界する際にはビス１〜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ピストン
リングはリング溝の上面（ピストンヘッド側の而）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、甲純に摩擦力と慣性力との関係だけではなくな
るとともに、これらの圧力がエンジンの運転状態によっ
て変化するのでがなり？Ｉ′１１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
入することがイｊ効であった。

これに対して、第７図はセカンドランド圧を高くした場
合に、オイル消費陽がエンジンの運転状態によって、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ぎく
すればする程高速・＾負部時にはオイル消費ｍが低下す
る。

一方、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
ル消費化が多くなることも判明した。

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ｆＩ費を低減できる往復ビス１〜ンリングンを提供
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す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；・ツブリングの合い口部であって、前記トップリン
グが前記リング溝のピストンヘッド側の面に着座した時
の燃焼室側の開口面積を、前記トップリングが前記ピス
トンヘッド側と反対側の面に着座した時の前記両リング
と前記シリンダ内壁面および前記ピストン外周面とで画
成する周隙部側の開口面積より６小さくした合い口部を
備えている。

（作用） 上記構成の往復ピストンエンジンによれば、高速・高負
荷時の燃焼行程では、トップリングがすフグ溝の下面（
ピストンヘッド側と反対側の面）に着座するが、このと
きにトップリングの合い口部は、セカンドランド側の開
口面積が大きくなっているので、燃焼圧を迅速に導入で
きる。

一方、低速・低負荷時の吸入・圧縮行程では、トップリ
ングがリング溝の上面（ピストンヘッド側の而）に着座
するが、このときトップリングの合い口部は、燃焼室側
の開口面積が小さくなっているので、クランク室から燃
焼室へ向かうオイルがａ１１１限される。

（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ピスト
ン１０とシリンダライナ１２どの位［ｆ３１１係を示し
た要部断面図であって、ピストン１０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、その下りにはクランク室が
設Ｇ）である。

また、ビス１〜ン１０の外周には、二条のリング溝１８
．２０が所定の間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とセカンドリング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
Ｍ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らのと実質的な相
違はないが、この発明のピストンエンジンは以下に説明
する点に類纂な特′ｅｌＢある。

すなわち、この発明のエンジンでは、トップリング２２
の合い口部２２ａを第３図に示すように構成している。

トップリング２２の合い口部２２ａは、燃焼室１６側の
間口面積と、トップ、セカンドリング２２．２４とシリ
ンダライナ１２の内壁面とピストン１０の外周面とで四
周を画成した環状のセカンドランド２６側の開口面積と
が異なっており、燃焼室１６側がセカンドランド２６側
よりも小さくなっている。

具体的には、この実施例では合い口部２２ａの下端角部
を下方に向けて拡開するような面取加工を施し、合い口
部２２ａの上方の間隙Ｃ１が下方の間隙Ｃ２よりら狭く
なるようにしている。

なお、図中に示した符号２８は、ピストン１０に設置″
Ｊ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の挙動について説明す
ると、エンジンが高速・高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４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＋＃イクル中の
挙動と、この間の燃焼室１６とセカンドランド２６内の
圧力変化を示している。

この運転状態では、吸入負圧が小さいので低速・低負荷
特異なり、吸入、圧縮行程で燃焼Ｗ１６とセカンドラン
ド２６の圧力低下が殆どないので、同図に仮想線で示し
た慣性りの影響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ｅｌ！ず、その、上死点が近づくと
下面から若干離開するものの、燃焼行程でｔよ爆発によ
る大きな燃焼圧を受りで再び下面に着座する。

燃焼圧の影響は、排気行程の終期まで続き、その襖は慣
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はと燃
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。

このような両リング２２．２４の慣動においては、燃焼
行程の初期には、１〜ツブリング２２は第１図（ａ）に
示すように、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の上面に着座した状態になる。

この状態で燃焼圧をセカンドランド２６内に導入するに
は、燃焼圧の流入出口、すなわち、合い［１部２２ａの
セカンドランド２６側の開口面積が俳要となるｔｉ、こ
の発明のエンジンでは、同図（ｂ）に斜線で示すように
、実τ１的な開口面積が８１であって、下方に拡１７１
シた形状となっていて通路抵抗が小さいので、多くの＾
圧ガスが流れ、これによりセカンドランド２６圧を短時
間に高めることかできる。

これにより、クランク室から燃焼室１６に至るオイル消
費経路の途中に高圧化されたセカンドランド２６が介在
することになるので、特に、オイル消費の低減化に効果
のある高速・高負荷時のオイル消費を大幅に低下できる
。

第５図は、低速・低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２６内の圧力とを示している。

この運転状態では、Ｂ速・高負荷時と異り吸気絞弁（ガ
ソリンエンジンのスロットルバルブおよびデーＣ−セル
エンジンの吸気シｔＩツタ−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の圧りを受（）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０
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２６内の圧力ら燃焼室１６はど低
下せず、燃焼室１６内よりも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内の圧力が低下する吸入・圧縮行程では、
第２図（ａ＞に示すように、トップおよびセカンドリン
グ２２．２４はともにリング溝１８．２０の上面に着座
した状態になる。

この状態でのセカンドランド２６から燃焼’ｉ！１６へ
のオイルの移動に対しては、移動方向の出口に位置する
トップリング２２の合い口部２２ａの実質的な開口面積
Ｓ２が、第２図（ｂ）に斜線で示すように、縮径された
形状となっていて、通路抵抗が大きくなっている。

このため、燃焼室１６が負正になってオイルを吸上げる
際の、オイルの通路を抑υ１し、低速・低負荷時におい
てもオイルの消費はを低減できる。

なお、以上の如き作用効果が得られるトップリング２２
の合い口部２２ａの形状は、上記実施例で示したものだ
けでなく、例えば第６図に示寸ように、段部２２ｃを設
けたもの（第６図（ａ））、あるいはリング２２の合い
０部２２ａの両端を斜めに切欠したもの（第６図（ｂ）
）などであってもよい。

（発明の効果） 以上、実施例でｒｊ［ｌに説明したように、この発明に
係る往復ピストンエンジンによれば、負荷や燃焼サイク
ル中の圧力関係によって複雑な挙動を示すピストンリン
グに対して、セカンドランドの圧力が燃焼室のそれより
も高くなる低速・低負荷時にトップリングの挙動を利用
して、セカンドランドと燃焼室間の実質的な連通面積を
小さくすることで、この運転状態でのオイル消費を低減
し、且つ、高速・高負荷時にはセカンドランド圧を迅速
に＾めることで、この運転状態でのＡ−（ル消費ｍも低
減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の二［ンジンの一実施例を示
しており、第１図（ａ）は同エンジンの高速・高負荷時
の要部断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のトップリ
ングの合い口部の説明図、第２図（ａ）は同エンジンの
低速・低負荷時の要部断面図、第２図（ｂ）は同図（ａ
）のトップリングの合い口部の説明図、第３図は同エン
ジンのトップリングの合い口部の斜視図である。 第４図はエンジンの高速・高負荷時のリング挙動と、燃
焼室圧とセカンドランド圧とを示す説明図、第５図ｔよ
エンジンの低速・低負荷時のリング挙動と、燃焼室圧と
セカンドランド圧とを示す説明図である。 第６図は本発明の他の実施例を示すトップリング合い口
部の斜視図である。 第７図はオイル消費とセカンドランド圧との関係を示す
グラフである。 １０・・・ピストン　　　　１２・・・シリンダライナ
１４・・・ピストンヘッド　１６・・・燃焼室１８．２
０・・・リング満　２２・・・トップリング２２ａ・・
・合い口部　　　２４・・・セカンドリング２６・・・
セカンドランド 第３図 第７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、該トップリングの合い口部であって、該ト
   ップリングが該リング溝のピストンヘッド側の面に着座
   した時の燃焼室側の開口面積を、該トップリングが該ピ
   ストンヘッド側と反対側の面に着座した時の該両リング
   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
   る間隙部側の開口面積よりも小さくした合い口部を備え
   てなることを特徴とする往復ピストンエンジン。