(57)【要約】【課題】ランド空間内のオイル量を低減する。【解決手段】ピストン１００は、オイルリングと、オイルリングに近接するセカンドリング（コンプレッションリング）との間にサードランド部（ランド部）１２８が形成される本体部１０２と、本体部１０２に形成され、一端がサードランド部１２８に開口する導入口１３２に接続され、他端が本体部１０２の冠面１００ａとは反対側の底面に開口する排出口１３６に接続される連通路１３０と、連通路１３０内に配される逆止弁１３８と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイルリングと、前記オイルリングに近接するコンプレッションリングとの間にランド部が形成される本体部と、
前記本体部に形成され、一端が前記ランド部に開口する導入口に接続され、他端が前記本体部の冠面とは反対側の底面に開口する排出口に接続される連通路と、
前記連通路内に配される逆止弁と、
を備えるピストン。
【請求項２】
前記連通路内に貯油室が形成される
請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記貯油室は、前記本体部の中心軸を含む中心部に形成される
請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
ピストンピンが挿通されるボス部を備え、
前記排出口は、前記ピストンピンを指向するように形成される
請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、トップリングとオイルリングとを備えるピストンについて開示がある。特許文献１のピストンは、トップリングとオイルリングの間のランド部に、階段状の環状溝を形成している。階段状の環状溝は、エンジンオイル（以下、単にオイルともいう）を貯留することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１４８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、トップリングとオイルリングの間に形成されるランド空間内にオイルが貯留されると、オイルの不完全燃焼によりデポジットと呼ばれる堆積物が生成される場合がある。ランド空間内にデポジットが生成されると、トップリングおよびオイルリングが固着するおそれがある。したがって、ランド空間内のオイル量を低減する必要があった。
【０００５】
本発明は、ランド空間内のオイル量を低減することが可能なピストンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のピストンは、オイルリングと、オイルリングに近接するコンプレッションリングとの間にランド部が形成される本体部と、本体部に形成され、一端がランド部に開口する導入口に接続され、他端が本体部の冠面とは反対側の底面に開口する排出口に接続される連通路と、連通路内に配される逆止弁と、を備える。
【０００７】
連通路内に貯油室が形成されてもよい。
【０００８】
貯油室は、本体部の中心軸を含む中心部に形成されてもよい。
【０００９】
ピストンピンが挿通されるボス部を備え、排出口は、ピストンピンを指向するように形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ランド空間内のオイル量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンジンの構成を示す概略図である。
【図２】ピストンの構成を示す概略図である。
【図３】ピストンの構成を示す概略断面図である。
【図４】図３の破線部分を抽出した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１３】
図１は、エンジン１の構成を示す概略図である。エンジン１は、例えば、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程が繰り返し行われる４ストロークエンジンである。本実施形態において、エンジン１は、水平対向エンジンである。しかし、これに限定されず、エンジン１は、直列エンジンであっても、Ｖ型エンジンであってもよい。なお、以下では、車両の進行方向を前方向、車両の後退方向を後方向、車両の進行方向に対して右側を右方向、車両の進行方向に対して左側を左方向、鉛直上方向を上方向、鉛直下方向を下方向として説明する。また、エンジン１は、クランクシャフト３を境にして図１の左右で同様に構成されているが、一方のみ（ここでは、左側）を説明し、他方の説明を省略する。
【００１４】
図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック５と、クランクケース７と、シリンダヘッド９とを備える。シリンダブロック５には、シリンダボア１１が形成されている。シリンダボア１１には、ピストン１００が摺動自在に収容される。本実施形態では、シリンダブロック５には、シリンダボア１１が複数形成されている。ただし、これに限定されず、シリンダブロック５には、シリンダボア１１が単数形成されていてもよい。
【００１５】
クランクケース７は、シリンダブロック５と一体的に形成される。クランクケース７は、クランク室１３を形成する。クランク室１３には、クランクシャフト３が回転自在に支持される。コネクティングロッド１５は、一端（大径端）がクランクシャフト３と係合し、他端（小径端）がピストン１００と係合する。コネクティングロッド１５は、クランクシャフト３に回転自在に支持される。
【００１６】
シリンダヘッド９は、シリンダブロック５のクランクケース７側とは反対側に接続される。エンジン１の内部には、燃焼室１７が形成される。燃焼室１７は、シリンダヘッド９と、シリンダブロック５のシリンダボア１１と、ピストン１００の冠面１００ａとによって囲まれた空間により形成される。
【００１７】
シリンダヘッド９には、吸気ポート１９および排気ポート２１が形成される。吸気ポート１９および排気ポート２１は、燃焼室１７と連通する。また、シリンダヘッド９には、吸気ポート１９を燃焼室１７に対して開閉する吸気バルブ２３が配置されている。吸気バルブ２３は、先端（傘）が吸気ポート１９と燃焼室１７との間に位置するように配置されている。吸気バルブ２３は、末端が吸気用カムシャフト２５に取り付けられたカム２５ａと当接している。吸気バルブ２３は、吸気用カムシャフト２５の回転に伴って、吸気ポート１９を燃焼室１７に対して開閉する。
【００１８】
また、シリンダヘッド９には、排気ポート２１を燃焼室１７に対して開閉する排気バルブ２７が配置されている。排気バルブ２７は、先端（傘）が排気ポート２１と燃焼室１７との間に位置するように配置されている。排気バルブ２７は、末端が排気用カムシャフト２９に取り付けられたカム２９ａと当接している。排気バルブ２７は、排気用カムシャフト２９の回転に伴って、排気ポート２１を燃焼室１７に対して開閉する。
【００１９】
また、シリンダヘッド９には、先端が燃焼室１７内に位置するように不図示のインジェクタおよび点火プラグが設けられている。インジェクタは、燃焼室１７に燃料を噴射する。点火プラグは、吸気ポート１９を介して燃焼室１７に流入した空気と、インジェクタから噴射された燃料との混合気を所定のタイミングで点火して燃焼させる。かかる燃焼により、ピストン１００がシリンダボア１１内で往復運動を行う。そして、クランクシャフト３は、ピストン１００の往復運動により、コネクティングロッド１５を通じて回転運動を行う。
【００２０】
図２は、ピストン１００の構成を示す概略図である。図２に示すように、ピストン１００は、本体部１０２と、ボス部１０４と、ピストンピン１０６と、スカート部１０８とを備える。本体部１０２は、円柱状に形成される。本体部１０２の冠面１００ａは、燃焼室１７（図１参照）に臨む。本体部１０２の側面１００ｂは、シリンダボア１１（図１参照）の内周面に臨む。なお、本体部１０２は、冠面１００ａに突起部または窪み部（キャビティ）が形成されてもよい。
【００２１】
ボス部１０４は、本体部１０２の冠面１００ａとは反対側の底面に設けられる。ボス部１０４は、本体部１０２の底面に２つ設けられる。２つのボス部１０４は、本体部１０２の中心軸から径方向に離隔し、互いに対向して配される。ボス部１０４には、ピストンピン孔１１０が形成される。ピストンピン孔１１０には、ピストンピン１０６が挿通される。これにより、ピストンピン１０６は、ボス部１０４に支持される。
【００２２】
ピストンピン１０６には、コネクティングロッド１５（図１参照）の一端（小径端）が係合される。コネクティングロッド１５の一端は、ピストンピン１０６と回転自在に係合する。コネクティングロッド１５の一端は、２つのボス部１０４の間に配される。
【００２３】
スカート部１０８は、本体部１０２の冠面１００ａとは反対側の底面に設けられる。スカート部１０８は、本体部１０２の底面に２つ設けられる。２つのスカート部１０８は、本体部１０２の中心軸から径方向に離隔し、互いに対向して配される。２つのスカート部１０８は、２つのボス部１０４が対向する方向と略直交する方向に配される。つまり、２つのスカート部１０８が対向する方向は、２つのボス部１０４が対向する方向と略直交する。２つのスカート部１０８の外周面は、本体部１０２の側面１００ｂの一部と近似した形状に形成される。２つのスカート部１０８の外周面は、本体部１０２の側面１００ｂの一部と連続する。２つのスカート部１０８は、ピストン１００の姿勢を適切に維持する。
【００２４】
本体部１０２の側面１００ｂには、トップリング溝１１２と、セカンドリング溝１１４と、オイルリング溝１１６が形成される。トップリング溝１１２、セカンドリング溝１１４、および、オイルリング溝１１６は、本体部１０２の周方向に延在する環状の溝である。トップリング溝１１２は、セカンドリング溝１１４およびオイルリング溝１１６よりも冠面１００ａに近接する位置に形成される。オイルリング溝１１６は、トップリング溝１１２およびセカンドリング溝１１４よりも冠面１００ａから離隔する位置に形成される。セカンドリング溝１１４は、トップリング溝１１２とオイルリング溝１１６との間の位置に形成される。
【００２５】
また、本体部１０２の側面１００ｂには、トップランド部１２４と、セカンドランド部１２６と、サードランド部（ランド部）１２８が形成される。トップランド部１２４、セカンドランド部１２６、および、サードランド部１２８は、円柱状に形成される。トップランド部１２４は、本体部１０２の冠面１００ａとトップリング溝１１２との間に形成される。トップランド部１２４の外周面は、冠面１００ａと連続する。セカンドランド部１２６は、トップリング溝１１２とセカンドリング溝１１４との間に形成される。サードランド部１２８は、セカンドリング溝１１４とオイルリング溝１１６との間に形成される。
【００２６】
トップリング溝１１２には、トップリング（コンプレッションリング）１１８（図１参照）が装着される。セカンドリング溝１１４には、セカンドリング（コンプレッションリング）１２０（図１参照）が装着される。オイルリング溝１１６には、オイルリング１２２（図１参照）が装着される。ここで、トップランド部１２４は、冠面１００ａと、冠面１００ａに最も近接するコンプレッションリング（トップリング１１８）との間に設けられる。セカンドランド部１２６は、近接する２つのコンプレッションリング（トップリング１１８およびセカンドリング１２０）の間に設けられる。サードランド部１２８は、オイルリング１２２と、オイルリング１２２に近接するコンプレッションリング（セカンドリング１２０）との間に設けられる。つまり、サードランド部１２８は、オイルリング１２２と、複数のコンプレッションリングのうち最もオイルリング１２２に近接するコンプレッションリングとの間に設けられる。
【００２７】
トップリング１１８、セカンドリング１２０、および、オイルリング１２２は、円環状に形成される。トップリング１１８、セカンドリング１２０、および、オイルリング１２２の一部は、本体部１０２の側面１００ｂから径方向外側に突出している。トップリング１１８、セカンドリング１２０、および、オイルリング１２２の外周面は、シリンダボア１１（図１参照）の内周面と当接する。トップリング１１８およびセカンドリング１２０は、本体部１０２の側面１００ｂとシリンダボア１１の内周面との隙間を小さくし、燃焼室１７の気密性を高める。トップリング１１８およびセカンドリング１２０は、燃焼室１７からクランク室１３への燃焼ガスの漏れを低減する。
【００２８】
オイルリング１２２は、本体部１０２の側面１００ｂとシリンダボア１１の内周面との摩擦を低減するため、シリンダボア１１の内周面に一様なオイル（潤滑油）の油膜を形成する。また、オイルリング１２２は、ピストン１００が上死点から下死点（図２中右方向）に移動する際に、シリンダボア１１の内周面の余分なオイルを掻き落として燃焼室１７へのオイルの侵入（いわゆるオイル上がり）を低減する。
【００２９】
図３は、ピストン１００の構成を示す概略断面図である。図３に示すように、本体部１０２の内部には、連通路１３０が形成される。連通路１３０は、一端がサードランド部１２８の外周面に開口する導入口１３２と接続され、他端が本体部１０２の冠面１００ａとは反対側の底面に開口する排出口１３６と接続される。また、連通路１３０は、貯油室１３４を有する。
【００３０】
ここで、オイルリング１２２（図１参照）は、ピストン１００が上死点から下死点（図３中右方向）に移動する際に、シリンダボア１１（図１参照）の内周面の余分なオイルを掻き落としきれない場合がある。掻き落としきれない余分なオイルは、オイルリング１２２を通過してサードランド部１２８側に侵入する。サードランド部１２８側に侵入したオイルは、セカンドリング１２０、オイルリング１２２、サードランド部１２８、および、シリンダボア１１により囲驍されたランド空間（以下、サードランド空間という）内に貯留される。例えば、エンジン１（図１参照）は、燃焼行程において、ピストン１００が上死点から下死点に移動する。このとき、シリンダボア１１の内周面のオイルの一部は、サードランド空間内に貯留される場合がある。
【００３１】
また、オイルリング１２２は、ピストン１００が下死点から上死点（図１中左方向）に移動する際に、シリンダボア１１の内周面のオイルの一部を掻き落とす。このとき、サードランド空間内にオイルが貯留される場合がある。例えば、エンジン１は、圧縮行程において、ピストン１００が下死点から上死点に移動する。このとき、シリンダボア１１の内周面のオイルの一部は、サードランド空間内に貯留される場合がある。
【００３２】
サードランド空間内に貯留されたオイルは、不完全燃焼によりデポジットと呼ばれる堆積物が生成される場合がある。サードランド空間内にデポジットが生成されると、セカンドリング１２０およびオイルリング１２２が固着するおそれがある。
【００３３】
そこで、図３に示すように、本実施形態のピストン１００は、サードランド部１２８に開口する導入口１３２と接続された連通路１３０を備えている。燃焼行程あるいは圧縮行程において、燃焼室１７（図１参照）内の圧力（燃焼圧力、圧縮圧力）は、クランク室１３（図１参照）内の圧力より大きくなる。このとき、サードランド空間内に貯留されたオイルは、燃焼室１７内の圧力により押圧され、導入口１３２を介して連通路１３０に導入される。
【００３４】
このように、連通路１３０は、サードランド空間内に貯留されたオイルを内部に導入することができる。そのため、連通路１３０は、サードランド空間内に貯留されるオイル量を低減することができる。サードランド空間内に貯留されるオイル量が低減されることで、サードランド空間内に生成されるデポジット量が低減され、セカンドリング１２０およびオイルリング１２２が固着する確率を低下させることができる。なお、本実施形態では、連通路１３０は、鉛直上方向（図３中上方向）に沿って延在している。そのため、サードランド空間内に貯留されたオイルは、重力により、連通路１３０内に導入されやすくなっている。
【００３５】
連通路１３０に導入されたオイルは、貯油室１３４に貯留される。貯油室１３４は、本体部１０２の中心軸Ｃを含む中心部に形成される。また、貯油室１３４は、本体部１０２の中心軸Ｃ方向において、サードランド部１２８よりも冠面１００ａに近接する側に形成される。連通路１３０は、オイルを冠面１００ａの裏側に近接する方向へ移動させつつ、本体部１０２の中心軸Ｃを含む中心部に向かって移動させる。連通路１３０を移動したオイルは、貯油室１３４へ流入する。貯油室１３４は、流入したオイルを貯留する。貯油室１３４は、本体部１０２の中心軸Ｃを含む中心部にオイルを貯留することができる。
【００３６】
特に、燃焼行程において、本体部１０２は、燃焼室１７に接する冠面１００ａの温度が高くなりやすい。また、本体部１０２は、トップリング１１８、セカンドリング１２０、および、オイルリング１２２を介してシリンダボア１１と接している。そのため、本体部１０２は、径方向外側ほど冷却されやすい。換言すれば、本体部１０２は、径方向内側ほど冷却され難い。したがって、本体部１０２は、燃焼行程において、冠面１００ａの中心軸Ｃを含む中心部が最も温度が高くなりやすい。貯油室１３４は、本体部１０２の中心軸Ｃを含む中心部に貯留したオイルにより、冠面１００ａの中心部を冷却することができる。
【００３７】
連通路１３０は、貯油室１３４内のオイルを排出口１３６に導くガイド部１３０ａを備える。図３では、ガイド部１３０ａの中心軸Ｌを二点鎖線で示している。排出口１３６は、ガイド部１３０ａにより貯油室１３４の鉛直下方向（図３中下方向）の端部に接続される。排出口１３６は、燃焼室１７内の圧力がクランク室１３内の圧力より大きいとき、燃焼室１７内の圧力によって貯油室１３４に貯留されたオイルを排出させる。ここで、図３中二点鎖線で示すように、排出口１３６は、ピストンピン１０６を指向するように形成される。つまり、排出口１３６と貯油室１３４とを接続するガイド部１３０ａは、中心軸Ｌの延長線上にピストンピン１０６が位置するように形成される。したがって、排出口１３６から排出されたオイルは、ピストンピン１０６に到達する。排出口１３６は、オイルを排出することで、ピストンピン１０６を潤滑することができる。
【００３８】
図４は、図３の破線部分を抽出した図である。図４に示すように、連通路１３０は、小径部１３０ｂと、拡径部１３０ｃとを備える。小径部１３０ｂは、導入口１３２の開口径と同じ径を有し、一定の内径を有する。拡径部１３０ｃは、小径部１３０ｂより大きい内径を有する。また、連通路１３０内には、逆止弁１３８が設けられている。逆止弁１３８は、拡径部１３０ｃ内に設けられる。
【００３９】
逆止弁１３８は、球部材１４０と、移動規制部材１４２とを含んで構成される。球部材１４０は、球形状に形成される。球部材１４０の直径（外径）は、小径部１３０ｂの内径より大きく、拡径部１３０ｃの内径よりも小さい。移動規制部材１４２は、球部材１４０に対し、小径部１３０ｂから離隔する側に設けられる。移動規制部材１４２は、拡径部１３０ｃの径方向に互いに離隔して複数（本実施形態では、３つ）配される。複数の移動規制部材１４２の間隔は、球部材１４０の直径より小さい。したがって、球部材１４０は、複数の移動規制部材１４２の間を通過することができない。このように、移動規制部材１４２は、球部材１４０の小径部１３０ｂから離隔する側への移動を規制する。球部材１４０は、小径部１３０ｂと移動規制部材１４２との間の空間でのみ移動可能である。
【００４０】
球部材１４０は、燃焼行程あるいは圧縮行程において、サードランド空間内から連通路１３０内にオイルが流入すると、小径部１３０ｂから離隔する方向（図４中下方向）に移動する。球部材１４０は、小径部１３０ｂから離隔する方向に移動すると、移動規制部材１４２に当接する。球部材１４０は、移動規制部材１４２と当接すると、小径部１３０ｂから離隔する方向への移動が規制される。このとき、複数の移動規制部材１４２の間には、隙間が形成される。オイルは、複数の移動規制部材１４２の隙間を通って、複数の移動規制部材１４２よりも小径部１３０ｂから離隔する方向に移動する。このように、逆止弁１３８は、サードランド空間内から貯油室１３４内に向かってオイルを流通させることができる。
【００４１】
一方、燃焼室１７（図１参照）内の圧力は、例えば吸気行程において、クランク室１３（図１参照）内の圧力より小さくなる場合がある。燃焼室１７内の圧力がクランク室１３内の圧力より小さくなると、貯油室１３４内に貯留されたオイルは、連通路１３０内をサードランド空間側に向かって逆流する。このとき、球部材１４０は、小径部１３０ｂに近接する方向（図４中上方向）に移動する。球部材１４０は、小径部１３０ｂに近接する方向に移動すると、小径部１３０ｂと当接する。球部材１４０は、小径部１３０ｂと当接すると、小径部１３０ｂを閉塞する。球部材１４０が小径部１３０ｂを閉塞することで、貯油室１３４に貯留されたオイルは、小径部１３０ｂ内を通過することができなくなる。このように、逆止弁１３８は、貯油室１３４内からサードランド空間内に向かうオイルの流通を規制する。
【００４２】
本実施形態によれば、連通路１３０は、逆止弁１３８を備えることにより、貯油室１３４内からサードランド空間内に向かってオイルが逆流することを抑制できる。オイルの逆流を抑制することで、連通路１３０は、サードランド空間内に貯留されるオイル量が増加することを抑制できる。その結果、連通路１３０は、サードランド空間内のオイル量を低減することができる。サードランド空間内のオイル量を低減することで、サードランド空間内に生成されるデポジット量が低減され、セカンドリング１２０およびオイルリング１２２が固着するのを低減することができる。
【００４３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４４】
上記実施形態では、ピストン１００にトップリング溝１１２、セカンドリング溝１１４、および、オイルリング溝１１６が形成される例について説明した。また、ピストン１００にトップリング１１８、セカンドリング１２０、および、オイルリング１２２が装着される例について説明した。しかし、これに限定されず、ピストン１００には、セカンドリング溝１１４が形成されていなくてもよい。つまり、ピストン１００には、トップリング溝１１２およびオイルリング溝１１６のみが形成されていてもよい。その場合、ピストン１００には、トップリング１１８、および、オイルリング１２２のみが装着される。
【００４５】
また、上記実施形態では、連通路１３０が本体部１０２の中心軸Ｃからサードランド部１２８の外周面まで鉛直上方向（図３中上方向）に沿って延在する例について説明した。しかし、これに限定されず、連通路１３０は、ピストン１００の径方向に沿って延在していればよく、鉛直上方向以外の方向に延在してもよい。例えば、連通路１３０は、本体部１０２の中心軸Ｃからサードランド部１２８の外周面まで鉛直下方向（図３中下方向）に沿って延在してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、本体部１０２に導入口１３２が単数設けられる例について説明した。しかし、これに限定されず、導入口１３２は、本体部１０２に複数設けられてもよい。同様に、貯油室１３４および排出口１３６は、本体部１０２に複数設けられてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、貯油室１３４が本体部１０２の中心軸Ｃを含む中心部に形成される例について説明した。しかし、貯油室１３４が本体部１０２の中心軸Ｃを含む中心部に形成される構成は、必須ではない。例えば、貯油室１３４は、本体部１０２の中心軸Ｃを含む中心部の外周側に形成されてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、排出口１３６がピストンピン１０６を指向するように配される例について説明した。しかし、排出口１３６がピストンピン１０６を指向するように配される構成は、必須ではない。例えば、排出口１３６はピストンピン１０６を指向するように配されなくても良い。つまり、ガイド部１３０ａの中心軸Ｌの延長線上には、ピストンピン１０６が配されなくてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、連通路１３０が導入口１３２、貯油室１３４、および、排出口１３６を備える構成について説明した。しかし、これに限定されず、連通路１３０は、貯油室１３４を備えずに、導入口１３２および排出口１３６のみを備える構成であってもよい。その場合、連通路１３０のうち逆止弁１３８より下流側（排出口１３６側）の部分が貯油室として機能する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、ピストンに利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００  ピストン
１０２  本体部
１０４  ボス部
１０６  ピストンピン
１２０  セカンドリング（コンプレッションリング）
１２２  オイルリング
１２８  サードランド部（ランド部）
１３０  連通路
１３２  導入口
１３４  貯油室
１３６  排出口
１３８  逆止弁
【図１】
2020029795.tif 000003
【図２】
2020029795.tif 000004
【図３】
2020029795.tif 000005
【図４】
2020029795.tif 000006