(57)【要約】【課題】  潤滑油の過多な消耗を防止し、不完全燃焼による煤煙防止及び出力低下を防止することができるピストン装置を提供することを目的とする。【解決手段】  上記の目的を達成するため本発明は、内燃機関用のピストン装置において、圧縮リング２２と、圧縮リング２２のクランク室側に形成されたリング溝１３０に設けられるオイルスクレーパリング１００とを備え、オイルスクレーパリング１００は、その外周面に、シリンダ１０の内周面と接し、圧縮リング２２側に設けられる第１の突起部１１０とクランク室側に設けられる第２の突起部１２０とを有し、当該オイルスクレーパリング１００の外周面と内周面とを繋ぐ通穴がないように形成され、スクレーパ機能とオイルリングの機能を有することを特徴とする。【選択図】図３
2006145027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用のピストン装置において、
圧縮リングと、
上記圧縮リングのクランク室側に形成されたリング溝に設けられるオイルスクレーパリングとを備え、
上記オイルスクレーパリングは、その外周面に、シリンダの内周面と接し、上記圧縮リング側に設けられる第１の突起部とクランク室側に設けられる第２の突起部とを有し、外周面と内周面とを連通させることなく形成されていることを特徴とするピストン装置。
【請求項２】
上記第１の突起部及び上記第２の突起部はそれぞれ先細り状とされ、上記第１の突起部の上記シリンダの内周面に接する接触面の高さは１〜３ｍｍであり、上記第２の突起部の上記シリンダの内周面に接する接触面の高さは０．４〜１ｍｍであり、上記第１の突起部の半径が上記第２の突起部の半径に比べて０．５〜１ｍｍ大きいことを特徴とする請求項１記載のピストン装置。
【請求項３】
上記オイルスクレーパリングは、当該オイルスクレーパリングを拡径するように付勢するコイルスプリングを備え、上記コイルスプリングは当該オイルスクレーパリングの内周面に上記コイルスプリングの外径＋ｄの深さに設けられた溝に嵌合されることを特徴とする請求項１記載のピストン装置。
【請求項４】
上記第１の突起部及び上記第２の突起部によって掻き出されたオイルを当該ピストン装置内に送るオイルホールが、上記オイルスクレーパリングが設けられる上記リング溝の下側に設けられていることを特徴とする請求項１記載のピストン装置。
【請求項５】
上記オイルスクレーパリングは、オイルリングの機能を有することを特徴とする請求項１記載のピストン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン用内燃機関のピストン装置に関し、より詳しくは、内燃機関においてシリンダの内壁及びピストンに付着しているオイルが逆圧によって燃焼室に流出すること、ブローバイ現象、燃料の不完全燃焼による煤煙の発生を効果的に防止し、過多のオイルの消耗を防止するためのオイルリング機能とオイルスクレーパ機能とを有するオイルスクレーパリングを備えるピストン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関のピストンはシリンダ内で４行程の往復動を行い、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を段階別に経て動力を発生させる。このため、エンジンの出力を向上させるために多彩な努力が払われ、さらに、出力低下の原因を除去するための努力も同時に行われている。
【０００３】
出力低下の原因としては、エンジンオイルがシリンダの燃焼室に流れ込み、燃料と同時に燃焼されることにより発生する不完全燃焼、燃料を噴射する噴射ノズルの不良、吸入空気量が少ないことによる不完全燃焼、ピストンリングの気密保持不良等の各種の原因がある。
【０００４】
エンジンオイルが燃焼室に流れ込むと、ピストンクラウンや、ピストンの周りに、不完全燃焼による炭素塊や煤が付着する。特に、ピストンの往復動作時にクランク室から発生する内圧によってエンジンオイルや空気がシリンダの燃焼室内へ逆流したり、あるいはピストンの上向動作時に燃焼室内部へ燃料が流れ込む。
【０００５】
次に、上述のような理由について従来の図面を参照して説明する。
【０００６】
図１ａは、吸気弁Ｖ１が開き、ピストン２０が上死点から下死点に下降することによって、空気と燃料が燃焼室１０ａ内に吸入される吸入行程を示す図であり、図１ｂは、吸気弁Ｖ１が閉じ、ピストン２０が下死点から上昇することによって、燃焼室１０ａ内の空気と燃料とが高温高圧状態に圧縮される圧縮行程を示す図であり、図１ｃは、ピストン２０が上死点に到達すると、吸入行程において燃焼室１０ａ内に供給されて圧縮された高温高圧の燃料が瞬間的に爆発して燃焼する燃焼行程を示す図であり、図１ｄは、ピストンが再度上死点に移動しつつ排気弁Ｖ２が開き、燃焼室１０ａ内の燃焼ガスが排出される排気行程を示す図である。
【０００７】
図１ａ〜図１ｄに示すように、シリンダ１０の内部で往復動するピストン２０は、その外周面に複数のリング溝２２ａ、２３が形成されており、そのリング溝２２ａ、２３には圧縮リング２２とオイルリング２４が設けられている。
【０００８】
圧縮リング２２は、ピストン２０の往復動時に、シリンダ１０の内周面に対して面圧を発生させることにより燃焼室１０ａ内を密閉し圧縮圧を発生させる。オイルリング２４は、シリンダ１０の内周面に付着したエンジンオイルをクランク室側に掻き出す機能を果たす。
【０００９】
図１ａに示すように、吸入行程における燃焼室１０ａ内は、吸入弁Ｖ１が開いた状態でピストン２０が上死点から下死点に急速に下降することによって圧力が下がる状態となるが、ピストン２０の内部では圧力が急激に上昇する。これによって生じる逆に圧力がかかった空気は、図２ｃに示すように、オイル通路を通り矢印Ａに沿って移動するとともに、オイルリング２４とそのリング溝２３に付着し残っているオイルをシリンダ１０を構成するシリンダライナの内壁に沿って燃焼室１０ａ内に逆流させるようになる。
【００１０】
さらに、図２ｃに示すように、ピストン２０の吸入行程における下向動時には、ピストンリング、すなわち圧力リング２２及びオイルリング２４の内周面には背面圧がかからないため、シリンダライナの接触面との密着性が保持されず、ピストン２０内の圧力がピストンリングの背面を通して燃焼室１０ａ内に進入する現象が発生する。
【００１１】
これによって、オイルは、空気と同時に燃焼室１０ａ内に進入し、さらに、シリンダライナ壁にも多量に付着する。そして、このオイルは、図１ｂに示すように、圧縮行程時にピストン２０が上方へ上昇する際、圧縮リング２２によってシリンダライナ壁に付着しているオイルを掻き上げて、矢印Ｂで示す経路に沿って燃焼室１０ａ内に流れ込む。
【００１２】
燃焼室１０ａに流れ込んだエンジンオイルは、引火点が高いため、図１ｃに示す燃焼行程において燃焼を妨げ、結局は不完全燃焼をもたらし、図１ｄに示す排気行程において煤煙を排出する問題が発生する。
【００１３】
このような４サイクル機関の動作中、図１ｄに示す排気行程時には、排気弁Ｖ２が開いた状態でピストン２０が上死点に移動し、ピストン２０の内部２０ｂの圧力が急激に下がり、燃焼室１０ａの排気ガスが、矢印Ｄ方向に示すように、シリンダ１０の内壁とピストン２０の外壁とのすき間を通り、さらに圧縮リング２２とシリンダライナ間を通過し、さらにリング溝２３及びホール２６を通り、ピストン２０の内部２０ｂへ流れ込む。このような現象は、図１ｃに示す燃焼行程時にも、空気が矢印Ｃの経路に沿って移動し発生する。このような問題は、主としてオイルリング２４とそのリング溝２３間の空間によって、あるいはオイルリング２４の中央に形成されたオイル窓であるホール２６に沿ってオイルが排出又は吸入されることにより発生する。
【００１４】
図２ａ及び図２ｂを参照し、より具体的に説明する。
【００１５】
図２ａは、ピストンに設けられるオイルリングのいくつかの具体例を示す断面図であり、図２ｂは、一体型ピストンにオイルリングが設けられた状態を示す断面図であり、図２ｃは、図２ｂに示すオイルリングの部分を拡大した断面図である。
【００１６】
オイルリング２４は、図２ａに示すように、オイルリング２４の高さ方向におけるの中央部に、所定の直径の通穴２４ｃが設けられており、また、その外周面から突出するように設けられた一対の上部突起２４ａ及び下部突起２４ｂを備えている。オイルリング２４の上部突起２４ａ及び下部突起２４ｂは、ピストンの往復動時に、シリンダライナの内壁に付着しているオイルをクランク室側に順次して、掻き出すためのものである。すなわち、オイルリング２４は、下部突起２４ｂによってシリンダライナの内壁に付着しているオイルを掻き出し、さらに上部突起２４ａによって残余オイルを掻き出すことによって、オイルを二重に掻き出す。
【００１７】
通穴２４ｃには、図２ａ及び図２ｂに示すように、オイルリング２４の上部突起２４ａによって掻き出されたオイルが流れ込む。そして、そのオイルは、ピストン２０の内部２０ｂに連結されたホール２６を通りピストン２０の内部２０ｂに流れ込む。しかし、通穴２４ｃは、オイルリング２４の外周面と内周面とを繋ぐ貫通孔であるため、ピストン２０の内部２０ｂ及び燃焼室１０ａの圧力に応じてオイルが逆流するという問題がある。また、オイルリング２４には、図２ａに示すように、シリンダ１０とオイルリング２４との接触圧力を高めるために、その内周面からリングの内径側に突出して、オイルリング２４を外周面側へと拡径するように付勢するコイルスプリング２９が設けられたものもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、潤滑油の過多な消耗を防止し、不完全燃焼による煤煙防止及び出力低下を防止することができるピストン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関用のピストン装置は、圧縮リングと、圧縮リングのクランク室側に形成されたリング溝に設けられるオイルスクレーパリングとを備える。オイルスクレーパリングは、その外周面に、シリンダの内周面と接し、圧縮リング側に設けられる第１の突起部とクランク室側に設けられる第２の突起部とを有し、外周面と内周面とを連通させることなく、すなわち外周面と内周面とを繋ぐ通穴がないように形成されている。これにより、オイルスクレーパリングは、スクレーパ機能とオイルリングの機能を有する。
【００２０】
第１の突起部及び第２の突起部はそれぞれ先細り状とされ、第１の突起部のシリンダの内周面に接する接触面の高さは１〜３ｍｍであり、第２の突起部のシリンダの内周面に接する接触面の高さは０．４〜１ｍｍであり、第１の突起部の半径が第２の突起部の半径に比べて０．５〜１ｍｍ大きくなるようにしてもよい。
【００２１】
オイルスクレーパリングは、当該オイルスクレーパリングを拡径するように付勢するコイルスプリングを備え、コイルスプリングは当該オイルスクレーパリングの内周面にコイルスプリングの外径＋ｄの深さに設けられた溝に嵌合されるようにしてもよい。
【００２２】
第１の突起部及び第２の突起部によって掻き出されたオイルを当該ピストン装置内に送るオイルホールが、オイルスクレーパリングが設けられるリング溝の下側に設けられているようにしてもよい。
【００２３】
オイルスクレーパリングは、オイルリングの機能を有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るピストン装置は、シリンダの内周面と接触する第１の突起部及び第２の突起部を有するオイルスクレーパリングを備えているため、第２の突起部がシリンダの内周面に付着したオイルを最初に掻き出し、次に第１の突起部が残りのオイルを掻き出す。また、従来のピストン装置に設けられるオイルリングには一般的にオイル窓があり、このオイル窓を通してピストンの内部からシリンダの内部へと圧力が逆にかかり、オイルが逆流するが、本発明のオイルスクレーパリングには、このオイル窓がないため、ピストンが下向動する際、オイルが逆流せず、燃焼室へのオイルの流れ込みを防止でき、不完全燃焼による煤煙を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係るピストン装置の最良の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、先に説明したピストン装置と同様の構成には同様の符号を付し、その説明を省略する。
【００２６】
図３は、本発明に係るピストン装置に設けられたオイルスクレーパリングの構造を示す要部拡大断面図であり、図４は、このピストン装置のオイルスクレーパリングを詳細に示す断面図である。
【００２７】
図３に示すように、内燃機関用のピストン２０は、ピストンクラウンの外周面に圧縮リング２２が設けられ、圧縮リング２２の下側に形成されたリング溝１３０にオイルスクレーパリング１００が設けられる。
【００２８】
図３及び図４に示すように、オイルスクレーパリング１００は、その外周面に、第１の突起部１１０及び第２の突起部１２０が形成され、これら第１の突起部１１０及び第２の突起部１２０は、シリンダ１０の内周面に接触するようになされ、第１の突起部１１０と第２の突起部１２０によってそれらの間に形成される溝は、クランク室方向である下向きに傾斜している。
【００２９】
また、このオイルスクレーパリング１００は、外周面と内周面とを連通させることなく形成されており、すなわち従来のオイルリングの外周面と内周面とを繋ぐ通穴が設けられていない。このように、オイルスクレーパリング１００は、第１の突起部１１０と第２の突起部１２０の間の外周面に、オイルスクレーパリング１００の外周面と内周面とを繋ぐ通穴がないため、オイルの逆流を防止することができる。
【００３０】
第１の突起部１１０及び第２の突起部１２０は、より効果的にオイルを掻き出せるようにそれぞれ先細り状とされ、すなわちテーパ状に形成されている。第１の突起部１１０は、シリンダ１０の内周面に接する接触面の高さａが１〜３ｍｍであり、第２の突起部１２０のシリンダ１０の内周面と接する接触面の高さｂが０．４〜１ｍｍに形成されている。オイルスクレーパリング１００が取り付けられるピストン２０は、オイルスクレーパリング１００が設けられるリング溝１３０の下側に多数のオイルホール１５０が、クランク室に向かって斜めに設けられており、オイルスクレーパリング１００により掻き出されるオイルが、このオイルホール１５０を介してクランク室に回収される。オイルスクレーパリング１００とオイルホール１５０は、掻き出されたオイルをオイルホール１５０を介してクランク室に戻すというオイルリングの機能を有する。
【００３１】
また、オイルスクレーパリング１００は、図４に示すように、その内周面の略中央部に亘って溝１４０が形成され、その溝１４０にコイルスプリング１６０が嵌合される。溝１４０は、その深さがコイルスプリング１６０の外径よりも長さｄだけ長く形成されている。コイルスプリング１６０は、オイルスクレーパリング１００を外周方向に拡径するように付勢する。
【００３２】
オイルスクレーパリング１００の第１の突起部１１０は、シリンダ１０の内周面と接する接触面の高さａが１ｍｍ以下であると、第１の突起部１１０が容易に摩耗するために、耐久性に劣り、３ｍｍ以上であると、シリンダ１０の内周面との接触面が多くなり、シリンダ１０の内周面に付着したオイルを掻き出すというオイルスクレーパリング１００の機能を最大限に発揮できない。
【００３３】
したがって、第１の突起部１１０は、シリンダ１０の内周面と接する接触面の高さａが１〜３ｍｍであることが適切であり、２ｍｍが最適である。また、オイルスクレーパリング１００の第２の突起部１２０は、上述と同様の理由によりシリンダ１０の内周面と接する接触面の高さｂが０．４〜１ｍｍであることが好ましい。
【００３４】
さらに、第１の突起部１１０の外周における半径は、第２の突起部１２０の外周における半径より、長さｃだけ長くするのが好ましい。具体的に、長さｃは、０．５〜１ｍｍであることが好ましい。このように、第１の突起部１１０を第２の突起部１２０よりも大径とし、さらに、第２の突起部１２０の接触面を第１の突起部１１０より小さくすることにより、第２の突起部１２０による掻き出しと、第１の突起部１１０による掻き出しとの２段階の掻き出しを実現することができ、オイルを効果的に掻き出すことができる。
【００３５】
さらに、オイルスクレーパリング１００は、外周面と内周面とを繋ぐ通穴を不要とし、オイルを掻き出す機能及びオイルを回収する機能を有する。そのため、別途オイルリングを設ける必要がない。
【００３６】
以上のような構成を有するピストン装置は、ピストン２０がシリンダ１０の内壁に接して下向動する際、ピストン２０の外周面に設けられたオイルスクレーパリング１００の第２の突起部１２０がシリンダ１０の内壁に付着しているオイルを掻き出し、掻き集められたオイルは、ピストン２０のリング溝１３０の下側に設けられたオイルホール１５０を介して排出され、このオイルホール１５０は、クランク室に向かって斜めに設けられるので、ピストン２０の内圧によってオイルがオイルホール１５０を逆流することがない。
【００３７】
さらに、上側の第１の突起部１１０は、第２の突起部１２０が下向動しオイルを掻き出した後、さらにシリンダ１０の内壁に残留するオイルを掻き出す。
【００３８】
オイルスクレーパリング１００の第１の突起部１１０と第２の突起部１２０の間には、その外周面と内周面とを繋ぐ通穴がないため、オイルの逆流を防止でき、従来使用されていたオイルリングに比べて、効果的にシリンダ１０の内壁に付着しているオイルを掻き出して、オイルホール１５０を介して排出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１ａ】従来の内燃機関のピストン装置における吸入行程を示す要部断面図である。
【図１ｂ】従来の内燃機関のピストン装置における圧縮行程を示す要部断面図である。
【図１ｃ】従来の内燃機関のピストン装置における燃焼行程を示す要部断面図である。
【図１ｄ】従来の内燃機関のピストン装置における排気行程を示す要部断面図である。
【図２ａ】従来のオイルリングのいくつかの具体例を示す断面図である。
【図２ｂ】一体型ピストンにオイルリングが設けられた状態を示す縦断面図、オイルリングの要部拡大図、及び、Ａ−Ａ線における横断面図である。
【図２ｃ】図２ｂに示すオイルリングの部分を拡大した断面図である。
【図３】本発明に係るオイルスクレーパリングが設けられたピストン装置の構成を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明に係るピストン装置のオイルスクレーパリングを詳細に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  シリンダ、２０  ピストン、２２  圧縮リング、１００  オイルスクレーパリング、１１０  第１の突起部、１２０  第２の突起部、１３０  リング溝、１６０  コイルスプリング
【図１ａ】
2006145027.tif 000003
【図１ｂ】
2006145027.tif 000004
【図１ｃ】
2006145027.tif 000005
【図１ｄ】
2006145027.tif 000006
【図２ａ】
2006145027.tif 000007
【図２ｂ】
2006145027.tif 000008
【図２ｃ】
2006145027.tif 000009
【図３】
2006145027.tif 000010
【図４】
2006145027.tif 000011