(57)【要約】【課題】外周に設けられる周溝３ｃにオイルリング８が装着される内燃機関用のピストン３において、オイルリング８でシリンダボア４ａの内壁面から掻き落としたオイルをピストン３の内側に効率良く排出可能とする。【解決手段】ピストン３の周溝３ｃにおいてスラスト側領域１００および反スラスト側領域２００の少なくともいずれか一方に、オイルをピストン３の内側に排出させるためのオイル戻し孔３ｄが設けられている。オイルリング８においてオイル戻し孔３ｄの設置領域に対応する領域（１００，２００）に径方向に沿う油路８ｃが設けられとともに、エンジンフロント側領域３００とエンジンリア側領域４００とに径方向に沿う油路８ｃが設けられ、前記各領域の間の領域には前記油路８ｃと同様の油路が設けられていない。【選択図】図５
2014055550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に設けられる周溝にオイルリングが装着された内燃機関用のピストンであって、
前記周溝においてスラスト側領域および反スラスト側領域の少なくともいずれか一方に、オイルを前記ピストン内側に排出させるためのオイル戻し孔が設けられ、
前記オイルリングにおいて前記オイル戻し孔の設置領域に対応する領域に径方向に沿う油路が設けられるとともに、エンジンフロント側領域とエンジンリア側領域とに径方向に沿う油路が設けられ、
前記オイルリングにおいて前記各領域の間の領域には前記油路と同様の油路が設けられていない、ことを特徴とする内燃機関用のピストン。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用のピストンにおいて、
前記オイル戻し孔は、前記周溝においてスラスト側領域および反スラスト側領域の両方に設けられている、ことを特徴とする内燃機関用のピストン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関用のピストンにおいて、
前記オイルリングは、リング本体と、このリング本体の内径側に嵌め合わされて径方向外向きの張力を付与するエキスパンダとを含んで構成され、
前記油路は、前記リング本体に径方向内外に貫通するように設けられる孔とされる、ことを特徴とする内燃機関用のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周に設けられる周溝にオイルリングが装着される内燃機関用のピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関に用いるピストンの外周には、３つの周溝が設けられている。上から１番目の周溝と２番目の周溝にはそれぞれコンプレッションリングが装着されており、上から３番目の周溝にはオイルリングが装着されている。
【０００３】
オイルリングは、主としてシリンダボアの内壁面に付着しているオイルを掻き落とすために設けられている。
【０００４】
例えば特許文献１には、オイルリングでシリンダ内壁面から掻き落としたオイルの一部を、ピストンのオイルリング装着用周溝に設けてあるドレン路からピストンの内側へ排出させてオイルパンへ落とすようにしている。
【０００５】
また、例えば特許文献１，２には、オイルリングの全周の円周等間隔位置に、径方向内外に貫通する油孔が設けられている。このような構成では、オイルリングでシリンダ内壁面から掻き落としたオイルが、前記オイルリングの油孔を通って当該オイルリングとピストンの周溝との間の内径側環状隙間に流入し、この内径側環状隙間からピストンの周溝のドレン路からピストン内側へ排出させられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２７７７号公報
【特許文献２】特開２００８−２３２３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来例では、オイルリングの全周の円周等間隔位置に油孔を設けているために、前記オイルの流れが滞留しやすくなってしまうなど、ピストンの内側へのオイル排出性が悪くなっていると言える。その結果、内燃機関の運転に伴うピストンのフリクションロスならびにオイル消費の増大が懸念される。
【０００８】
このような事情に鑑み、本発明は、外周に設けられる周溝にオイルリングが装着される内燃機関用のピストンにおいて、前記オイルリングでシリンダボアの内壁面から掻き落としたオイルをピストンの内側に効率良く排出可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、外周に設けられる周溝にオイルリングが装着された内燃機関用のピストンであって、前記周溝においてスラスト側領域および反スラスト側領域の少なくともいずれか一方に、オイルを前記ピストン内側に排出させるためのオイル戻し孔が設けられ、前記オイルリングにおいて前記オイル戻し孔の設置領域に対応する領域に径方向に沿う油路が設けられるとともに、エンジンフロント側領域とエンジンリア側領域とに径方向に沿う油路が設けられ、前記オイルリングにおいて前記各領域の間の領域には前記油路と同様の油路が設けられていない、ことを特徴としている。
【００１０】
一般に、ピストンがシリンダボア内を上昇する際には、オイルリングが周溝内において下がり、シリンダボアの内壁面に付着しているオイルを掻き落とすことになる。一方、ピストンがシリンダボア内を下降する際には、オイルリングが周溝内において上がり、シリンダボアの内壁面に付着しているオイルを掻き落とす。
【００１１】
いずれにしても、オイルリングによって掻き落としたオイルの大半が、オイルリングと前記周溝との対向隙間（内径側環状隙間）に流入されることになる。
【００１２】
これらのオイルは、周溝に設けてあるオイル戻し孔を経てピストンの内側に排出されることによって、オイルパンへ落とされるようになる。このオイルパンに集められるオイルは、例えば再度、シリンダボアの内壁面やピストンの内側などに噴射されるようになる。
【００１３】
詳しく説明すると、前記内径側環状隙間に流入したオイルは、オイルリングにおいてエンジンフロント側領域およびエンジンリア側領域に設置してある油路を径方向外向きに通過して、オイルリングとシリンダボアの内壁面との対向隙間（外径側環状隙間）に流入する他、スラスト側領域または反スラスト側領域の少なくともいずれか一方に設置してあるオイル戻し孔を径方向内向きに通過してピストンの内側に排出されるようになる。
【００１４】
ところで、前記外径側環状隙間に流入したオイルは、当該外径側環状隙間を周方向一方および他方に分流するようになって、オイルリングにおいてスラスト側領域または反スラスト側領域の少なくともいずれか一方に設置してある油路を径方向内向きに通過して前記内径側環状隙間に流入するが、このオイルは速やかに前記油路の近傍に存在するオイル戻し孔を径方向内向きに通過してピストンの内側に排出させられるようになる。
【００１５】
このように、本発明の構成を採用すれば、ピストンの周溝内でオイルが従来例のように滞留しにくくなって、円滑に流れるようになる。つまり、ピストンの周溝内に集められたオイルがピストンの内側に効率良く排出させられるようになるので、内燃機関の運転に伴うピストンのフリクションロスならびにオイル消費を軽減することが可能になる。
【００１６】
好ましくは、前記オイル戻し孔は、前記周溝においてスラスト側領域および反スラスト側領域の両方に設けられる、構成とすることができる。
【００１７】
この場合、外径側環状隙間内のオイルが、スラスト側領域および反スラスト側領域の２方位領域に対応して設けられる油路を径方向内向きに通過して前記内径側環状隙間に流入させられるようになる。これにより、前記外径側環状隙間から前記内径側環状隙間へのオイル通過量が多くなるので、ピストンの内側へのオイル排出量が多くなる。
【００１８】
好ましくは、前記オイルリングは、リング本体と、このリング本体の内径側に嵌め合わされて径方向外向きの張力を付与するエキスパンダとを含んで構成され、前記油路は、前記リング本体に径方向内外に貫通するように設けられる孔とされる、構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、オイルリングでシリンダボアの内壁面から掻き落としたオイルをピストンの内側に効率良く排出させることが可能になる。これにより、内燃機関の運転に伴うピストンのフリクションロスならびにオイル消費を軽減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るピストンの一実施形態の適用対象となるエンジンのピストン支持構造の概略構成を示す図である。
【図２】図１のピストンを断面にして示す図である。
【図３】図２のオイルリングの分解斜視図である。
【図４】図３のオイルリングのリング本体の半分を破断して示す平面図である。
【図５】図２の（５）−（５）線断面の矢視図である。
【図６】図２のオイルリングの一部を拡大した図であり、ピストンの上昇時におけるオイルの流れを説明するための図である。
【図７】図２のオイルリングの一部を拡大した図であり、ピストンの下降時におけるオイルの流れを説明するための図である。
【図８】エンジンのオイル循環性を調べたグラフである。
【図９】オイルリングの他実施形態を示す分解斜視図である。
【図１０】図９のオイルリングを組み合わせた状態を示す斜視図である。
【図１１】図１０のオイルリングの一部を拡大した図である。
【図１２】図９のオイルリングの半分を破断して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１から図８に本発明の一実施形態を示している。図示していないエンジンのクランクシャフト１には、コネクティングロッド（以下、単にコンロッドと言う）２を介してピストン３が支持されている。ピストン３は、シリンダブロック４のシリンダボア４ａ内にスライド可能に収納されている。
【００２３】
クランクシャフト１は、シリンダブロック４に回転自在に支持されるクランクジャーナル１ａと、コンロッド２の大端部２ａが回転自在に支持されるクランクピン１ｂとを備えている。コンロッド２の小端部２ｂは、ピストンピン５を介してピストン３に連結されている。
【００２４】
ピストン３の外周には、３つの周溝３ａ，３ｂ，３ｃが中心軸線方向（ピストン３の往復ストローク方向）に所定間隔おきに並んで設けられている。
【００２５】
ピストン３の冠面側から１番目の第１周溝３ａと２番目の第２周溝３ｂには、それぞれトップリング、セカンドリングと呼ばれるコンプレッションリング６，７が軸方向ならびに径方向にそれぞれ隙間を持つ状態で装着されている。
【００２６】
ピストン３の冠面側から３番目、言い換えればピストン３のスカート側から１番目の第３周溝３ｃには、サードリングと呼ばれるオイルリング８が軸方向ならびに径方向にそれぞれ隙間を持つ状態で装着されている。
【００２７】
コンプレッションリング６，７は、ピストン３とシリンダボア４ａとの対向隙間を密封して、図示していない燃焼室内の圧縮ガスおよび燃焼ガスが図示していないクランクケースへ漏れることを抑制または防止するために設けられている。このコンプレッションリング６，７は、円周１ヶ所を分離した平面視ほぼＣ字形の平板状部材などとされる。
【００２８】
オイルリング８は、シリンダボア４ａの内壁面に付着しているオイルを掻き落とすために設けられている。このオイルリング８は、図３に示すように、リング本体８ａと、エキスパンダ８ｂとを組み合わせた２ピース構造になっている。
【００２９】
リング本体８ａは、円周１ヶ所を分離した平面視ほぼＣ字形の部材からなり、その断面形状がほぼコ字形とされていてその開放側が外径側に位置するように設けられている。エキスパンダ８ｂは、リング本体８ａの内径側に嵌め合わされて径方向外向きの張力を付与するもので、円筒形コイルをリング形状にした部材からなる。
【００３０】
これら２つのコンプレッションリング６，７および１つのオイルリング８は、一旦弾性的に拡径された状態でピストン３の各周溝３ａ，３ｂ，３ｃ内に組み入れられるが、その弾性復元力によって縮径するので各周溝３ａ〜３ｃ内に収まる。この状態では、各リング６〜８の外周部分が各周溝３ａ〜３ｃからはみ出した状態になる。
【００３１】
これらの各リング６〜８を装着したピストン３をシリンダボア４ａ内に挿入するときには、各リング６〜８を弾性的に縮径させることにより各周溝３ａ〜３ｃ内にはみ出さない状態で収めるようにする。そのため、ピストン３をシリンダボア４ａ内に挿入した状態では、各リング６〜８がその弾性復元力でもってシリンダボア４ａの内壁面に押し付けられた状態になる。
【００３２】
ところで、ピストン３の第３周溝３ｃにおいてスラスト側領域１００と反スラスト側領域２００とには、複数のオイル戻し孔３ｄが設けられている。
【００３３】
このオイル戻し孔３ｄは、ピストン３の第３周溝３ｃに径方向内外に貫通するように設けられる孔とされており、オイルをピストン３の内側に排出させるために設けられている。
【００３４】
なお、オイル戻し孔３ｄの断面形状は、例えば円形、小判形孔、楕円形孔、矩形孔等、適宜の形状とすることが可能であり、また、オイル戻し孔３ｄの数や大きさも適宜設定することが可能である。
【００３５】
ちなみに、エンジン燃焼に伴いピストン３がクランクシャフト１側へ押されてコンロッド２が図１に示すような最大に傾いたときに、ピストン３のスカート３ｅの円周方向所定領域（図１の左側領域）がシリンダボア４ａに図１中の矢印で示す方向に押圧されることが知られている。一般に、前記押圧される側が「スラスト側」と言われ、反対側が「反スラスト側」と言われている。
【００３６】
コンロッド２が最大に傾くときとは、コンロッド２の長手方向に沿う直線Ｘと、クランクシャフト１のクランクジャーナル１ａの中心とクランクピン１ｂの中心とを通る直線Ｙとが直交するときのことである。
【００３７】
前記スラスト側領域１００および反スラスト側領域２００は、図５に示すように、例えばピストン３の中心からスラスト方向および反スラスト方向に延びる直線１０（またはピストン３のストローク方向に沿う中心軸線およびクランクシャフト１の回転中心軸線に沿う直線１１にそれぞれ直交する直線）を中心として、左右方向それぞれに所定角度θずつ開くように設定されている。
【００３８】
そして、オイルリング８のリング本体８ａの軸方向に沿う円筒形状の内底壁部には、径方向内外にオイルを流通可能とするための油路８ｃが設けられている。
【００３９】
この油路８ｃは、例えば径方向内外に貫通するように設けられる孔とされており、オイルリング８の内径側から外径側または外径側から内径側へのオイルの移動を許容するために設けられている。
【００４０】
なお、油路８ｃの断面形状は、例えば円形、小判形孔、楕円形孔、矩形孔等、適宜の形状とすることが可能であり、また、油路８ｃの数や大きさも適宜設定することが可能である。
【００４１】
次に、図４および図５を参照して、前記したオイル戻し孔３ｄの設置場所および油路８ｃの設置場所について詳細に説明する。
【００４２】
まず、オイル戻し孔３ｄは、ピストン３の第３周溝３ｃにおいてスラスト側領域１００と反スラスト側領域２００とに、複数個（例えば４個）ずつ円周方向等間隔に設置されている。
【００４３】
また、油路８ｃは、オイルリング８においてオイル戻し孔３ｄの設置領域つまりスラスト側領域１００と反スラスト側領域２００とに対応する領域に、複数個（例えば６個）ずつ円周方向等間隔に設置されている。さらに、油路８ｃは、エンジンフロント側領域３００とエンジンリア側領域４００とに、複数個（例えば６個）ずつ円周方向等間隔に設置されている。
【００４４】
そして、前記４方位の各領域１００，２００，３００，４００の間の領域には、前記した油路８ｃと同様の油路が意図的に設けられていない。
【００４５】
前記エンジンフロント側領域３００とエンジンリア側領域４００は、例えばピストン３の中心からエンジンフロント側およびエンジンリア側に延びる直線（またはクランクシャフト１の回転中心軸線に沿う直線１１）を中心として、左右方向それぞれに所定角度θずつ開くように設定されている。
【００４６】
なお、一般に、エンジンリア側とは、クランクシャフト１においてフライホイール（図示省略）が取り付けられる側のことであり、クランクシャフト１において前記エンジンリア側の反対側がエンジンフロント側とされる。
【００４７】
また、オイルリング８がピストン３の第３周溝３ｃ内で円周方向にずれ動くことを防止するために、ピストン３に位置決めピン９が装着されている。この位置決めピン９は、オイルリング８のリング本体８ａの円周方向１ヶ所の分離部分に配置される。つまり、オイルリング８のリング本体８ａの円周方向両端が位置決めピン９に当接するようになっている。
【００４８】
次に、図５から図７を参照して、内燃機関の運転に伴いピストン３が往復動作するときのオイルリング８の作用を説明する。
【００４９】
例えばピストン３がシリンダボア４ａ内を上昇する際には、図６に示すように、オイルリング８が第３周溝３ｃ内において下がり、シリンダボア４ａの内壁面に付着しているオイルを掻き落とすことになる。
【００５０】
一方、ピストン３がシリンダボア４ａ内を下降する際には、図７に示すように、オイルリング８が第３周溝３ｃ内において上がり、シリンダボア４ａの内壁面に付着しているオイルを掻き落とすことになる。
【００５１】
いずれにしても、オイルリング８によって掻き落としたオイルの大半が、図６および図７の矢印で示すように、オイルリング８のリング本体８ａと第３周溝３ｃとの対向隙間（内径側環状隙間２０）に流入されることになる。なお、オイルの一部が、リング本体８ａの内部つまりリング本体８ａとシリンダボア４ａの内壁面との対向隙間（外径側環状隙間３０）に流入されることもある。
【００５２】
これらのオイルは、第３周溝３ｃに設けてあるオイル戻し孔３ｄを経てピストン３の内側に排出されることによって、オイルパンへ落とされるようになる。このオイルパンに集められるオイルは、再度、シリンダボア４ａの内壁面やピストン３の内側に噴射されるようになる。
【００５３】
詳しく説明すると、オイルリング８によって掻き落とされて内径側環状隙間２０に流入したオイルは、図５に示すように、主としてリング本体８ａにおいてエンジンフロント側領域３００およびエンジンリア側領域４００に設置してある油路８ｃを径方向外向きに通過して外径側環状隙間３０に流入する他、スラスト側領域１００および反スラスト側領域２００に設置してあるピストン３の第３周溝３ｃのオイル戻し孔３ｄを径方向内向きに通過してピストン３の内側に排出されるようになる。
【００５４】
そして、前記外径側環状隙間３０に流入したオイルは、当該隙間３０を周方向一方および他方に分流するようになって、リング本体８ａにおいてスラスト側領域１００および反スラスト側領域２００に設置してある油路８ｃを径方向内向きに通過して内径側環状隙間２０に流入するが、このオイルは速やかに油路８ｃの近傍に存在するオイル戻し孔３ｄを径方向内向きに通過してピストン３の内側に排出させられるようになる。
【００５５】
このように、ピストン３の第３周溝３ｃ内でオイルが従来例のように滞留しにくくなって、円滑に流れるようになる。
【００５６】
ここで、図８のグラフを参照して、ピストン３の第３周溝３ｃ内のオイル循環性を調べているので、説明する。
【００５７】
なお、調査対象としては、本実施形態と、従来例（図示していないが、オイルリングの全周の円周等間隔位置に油路を設けた構成）と、参考例（図示していないが、オイルリングに油路を全く設けていない構成）とを例に挙げている。
【００５８】
また、オイルリング８のリング本体８ａとピストン３の第３周溝３ｃの溝底との間の内径側環状隙間２０の寸法については、例えば約２ｍｍとし、使用したオイルについては、例えば４０℃での動粘度が３２ｍｍ2／ｓｅｃになる性状を有するものとしている。
【００５９】
そして、ピストン３の往復運動に伴い、ピストン３の第３周溝３ｃ内のオイルが、図示していないオイルパンに落とされてから、シリンダボア４ａの内壁面に噴射され、オイルリング８により掻き落とされて第３周溝３ｃに流入するようになる。ここでは、ピストン３が１往復する間に、第３周溝３ｃ内のオイルが入れ替わる割合（％）を、オイル循環性として定義している。
【００６０】
図８に示されているように、オイル循環性は、参考例の場合に約３％、従来例の場合に約４．２％、本実施形態の場合に約１０％となっている。つまり、本実施形態では従来例および参考例に比べてオイル循環性が２倍以上も向上する結果になっている。
【００６１】
この結果から、本実施形態の構成を採用すれば、第３周溝３ｃ内のオイルをピストン３の内側に効率良く排出させることが可能になり、オイル循環性が高められることが判る。
【００６２】
以上説明したように本発明を適用した実施形態では、オイルリング８でシリンダボア４ａの内壁面から掻き落としたオイルをピストン３の内側に効率良く排出させることが可能になる。
【００６３】
これにより、ピストン３の第３周溝３ｃ内のオイル循環性を高めることが可能になるので、内燃機関の運転に伴うピストン３のフリクションロスならびにオイル消費を軽減すること可能になるなど、内燃機関の寿命ならびに信頼性の向上に貢献できる。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。
【００６５】
（１）上記実施形態では、ピストン３に２つのコンプレッションリング６，７と１つのオイルリング８とを装着した例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものでなく、図示していないが、ピストン３に１つのコンプレッションリングと１つのオイルリングとを装着する構成にも本発明を適用することが可能である。
【００６６】
（２）上記実施形態では、２ピース構造のオイルリング８を用いる例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば図９から図１２に示すような３ピース構造のオイルリング８０を用いることが可能である。
【００６７】
このオイルリング８０は、図９に示すように、上レール８１と下レール８２との間にスペーサエキスパンダ８３を介装した３ピース構造になっている。
【００６８】
上レール８１および下レール８２は、それぞれ円周１ヶ所を分離した平面視ほぼＣ字形の平板状部材とされている。スペーサエキスパンダ８３は、円周１ヶ所を分離した平面視ほぼＣ字形の波板状部材とされている。
【００６９】
このオイルリング８０では、図１０から図１２に示すように、スペーサエキスパンダ８３の波状部分と上レール８１および下レール８２との間で周方向に多数の空間８４が作られることになる。この空間８４は、径方向内外に開放されており、オイルを径方向内外に流通可能とするための油路（上記実施形態の油路８ｃに相当）となる。
【００７０】
そして、図１２に示すように、スペーサエキスパンダ８３において円周方向の４つの領域（スラスト側領域１００、反スラスト側領域２００、エンジンフロント側領域３００、エンジンリア側領域４００）の間の各領域に存在する空間８４を埋めるように充填部材８５が付着されている。
【００７１】
これにより、スペーサエキスパンダ８３において前記４つの領域１００，２００，３００，４００の間の各領域には、前記した空間８４が無くされることになって、スペーサエキスパンダ８３において円周方向の前記４つの領域１００，２００，３００，４００には、前記した空間８４が残存されるようになっている。
【００７２】
なお、充填部材８５は、スペーサエキスパンダ８３を鉄系金属とする場合だと、同種の金属あるいは適宜の合成樹脂（例えばエンジニアリングプラスチックのうち耐熱性に優れたもの）などとすることができる。
【００７３】
このようなオイルリング８０の場合も、上記実施形態とほぼ同様の作用、効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、外周に設けられる周溝にオイルリングが装着された内燃機関用のピストンに好適に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１      クランクシャフト
２      コンロッド
３      ピストン
３ａ    第１周溝
３ｂ    第２周溝
３ｃ    第３周溝
３ｄ    オイル戻し孔
４ａ    シリンダボア
６，７      コンプレッションリング
８      オイルリング
８ａ    リング本体
８ｂ    エキスパンダ
８ｃ    油路
２０      内径側環状隙間
３０      外径側環状隙間
１００      スラスト側領域
２００      反スラスト側領域
３００      エンジンフロント側領域
４００      エンジンリア側領域
【図１】
2014055550.tif 000003
【図２】
2014055550.tif 000004
【図３】
2014055550.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014055550.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014055550.tif 000009
【図８】
2014055550.tif 000010
【図９】
2014055550.tif 000011
【図１０】
2014055550.tif 000012
【図１１】
2014055550.tif 000013
【図１２】
2014055550.tif 000014