(57)【要約】【課題】内燃機関用ピストン１において、オイルリング１０の機能低下を長期にわたって抑制または防止し、内燃機関の運転に伴うオイル消費ならびにピストン１のフリクションロスを軽減できるようにする。【解決手段】外周に軸心方向に並ぶ複数の周溝５〜７を有し、スカート側最下位置の周溝７にオイルリング１０が隙間を持つ状態で装着された内燃機関用ピストン１であって、オイルリング装着用の周溝７の直上のランド部１７に、径方向外向きに突出する異物受け部２０が設けられている。これにより、特にピストン１の上昇時に、オイルに含まれるスラッジや、有鉛ガソリンを燃料とする場合に発生する酸化鉛等の異物や燃焼によるデポジットが、異物受け部２０の上側で受け止められるので、オイルリング１０側へ到達することを抑制または防止できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に軸心方向に並ぶ複数の周溝を有し、スカート側最下位置の周溝にオイルリングが隙間を持つ状態で装着された内燃機関用ピストンであって、
前記オイルリング装着用の周溝の直上のランド部に、径方向外向きに突出する異物受け部が設けられていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記オイルリング装着用の周溝の底には、ピストン外周のオイルをピストン内側へ通してオイルパンへ落とすオイル戻し孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項３】
前記異物受け部は、前記ランド部に不動状に装着される環状部材からなる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。
【請求項４】
前記異物受け部は、前記ランド部に一体に形成される鍔からなる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。
【請求項５】
前記異物受け部の外径は、シリンダ内径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項６】
前記異物受け部は、前記ランド部に変位可能に装着される環状部材からなる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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられるピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関に用いるピストンは、その外周に３つの周溝を有し、上から１番目の周溝と２番目の周溝にそれぞれコンプレッションリングを装着し、上から３番目の周溝にオイルリングを装着している。オイルリングは、シリンダ内壁面に付着しているオイルを掻き落とすものである（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
なお、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用いるタイプのピストンもある。また、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、オイルリング装着用の周溝の溝底に設けてあるオイル戻し孔からピストン内側へ通してオイルパンへ落とすようにしたものもある。
【特許文献１】実開平５−３０４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の運転経過に伴い、オイルに含まれるスラッジや、有鉛ガソリンを燃料とする場合に発生する酸化鉛等の異物や燃焼によるデポジットが、オイルリングとその装着用の周溝との間の隙間に入り込んで堆積することがある。その場合、オイルリングが周溝内において、周方向、径方向ならびに軸心方向に動きにくくなるため、オイルリングがシリンダ内壁面に引きずられるようになって、びびり振動を発生するような、いわゆるスティックスリップ現象を引き起こすことがある。その結果、内燃機関の運転に伴うオイル消費ならびにピストンのフリクションロスの増大につながる。
【０００５】
本発明は、内燃機関用ピストンにおいて、オイルリングの機能低下を長期にわたって抑制または防止し、内燃機関の運転に伴うオイル消費ならびにピストンのフリクションロスを軽減できるように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】
本発明は、外周に軸心方向に並ぶ複数の周溝を有し、スカート側最下位置の周溝にオイルリングが隙間を持つ状態で装着された内燃機関用ピストンであって、前記オイルリング装着用の周溝の直上のランド部に、径方向外向きに突出する異物受け部が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
この場合、ピストンの特に上昇時に、オイルリングがシリンダ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。しかし、このとき、オイルリングの上側に異物受け部があるので、シリンダの内壁面に付置しているオイルがオイルリングよりも先に異物受け部によってある程度掻き落とされ、そのため、オイルリングで掻き落とすオイルの量が少なくなるうえ、オイルに含まれるスラッジや有鉛ガソリンを燃料とする場合に発生する酸化鉛等の異物や燃焼によるデポジットが、異物受け部の上側で受け止められる。これにより、前記異物が、オイルリング側へ到達することを抑制できるようになるので、前記異物が、オイルリングとその装着用の周溝との間の隙間に入り込んで堆積することを抑制または防止できるようになる。
【０００８】
そのため、オイルリングの周溝内における周方向、径方向ならびに軸心方向の動きが長期にわたって円滑になるので、従来例において発生していたオイルリングのスティックス
リップ現象の発生を抑制または防止できるようになる。
【０００９】
好ましくは、前記オイルリング装着用の周溝の底には、ピストン外周のオイルをピストン内側へ通してオイルパンへ落とすオイル戻し孔が設けられたものとすることができる。
【００１０】
この場合、前記スラッジや酸化鉛等の異物や燃焼によるデポジットを含むオイルが、オイルリングとその装着用の周溝との間に入り込んでも、このオイルがピストンのオイル戻し孔を経てピストン内側へ速やかに排出されるので、オイルに含まれる異物がオイルリング装着用の周溝内に残存することが抑制または防止される。
【００１１】
好ましくは、前記異物受け部は、前記ランド部に不動状に装着される環状部材からなるものとすることができる。好ましくは、前記異物受け部は、前記ランド部に一体に形成される鍔からなるものとすることができる。なお、上記環状部材や鍔は、周方向に連続しているものの他、周方向の一部が途切れているようなものも含む。これらの場合、前記異物受け部の外径を、シリンダ内径よりも小さく設定するのが好ましい。
【００１２】
このような構成では、異物受け部の外径を高精度に管理することが可能になるので、シリンダの内壁面に異物受け部を干渉させにくくでき、フリクションロスを軽減するうえで有利となる。
【００１３】
好ましくは、前記異物受け部は、前記ランド部に変位可能に装着される環状部材からなるものとすることができる。
【００１４】
この場合、ピストンをシリンダ内に組み込むとき等、ピストンに対して環状部材からなる異物受け部を変位させることが可能になるから、組み込み作業が比較的容易に行えるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、オイルリングの機能低下を長期にわたって抑制または防止することができるので、内燃機関の運転に伴うオイル消費ならびにピストンのフリクションロスを軽減できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良の実施形態を図１から図５に示して説明する。図１において、符号１はピストン、２はシリンダ、３はピストンピン、４はコネクティングロッドを示している。
【００１７】
ピストン１は、その外周に軸心方向（ピストン往復方向）に並ぶ３つの周溝５，６，７を有し、ピストン１の頭部側から１番目の第１周溝５と２番目の第２周溝６にそれぞれコンプレッションリング８，９が隙間を持つ状態で装着され、ピストン１の頭部側から３番目言い換えればピストン１のスカート側から１番目の第３周溝７にオイルリング１０が隙間を持つ状態で装着された構成になっている。
【００１８】
コンプレッションリング８，９は、円周一ヶ所を分離したＣ形平板状部材からなる。
【００１９】
オイルリング１０は、図３に示すように、それぞれ円周一ヶ所を分離したＣ形平板状のアッパーリング１１およびロアーリング１２の間に、円周一ヶ所を分離したＣ形波板状のセンターリング１３を介装して組み立てた３ピース構造になっている。
【００２０】
このオイルリング１０は、センターリング１３の波状部分とアッパーリング１１および
ロアーリング１２との間で周方向に多数の空間が存在するので、この空間を通じて径方向内外にオイルが流通できるようになっている。
【００２１】
なお、センターリング１３は、いわゆるエキスパンダと呼ばれるものである。このセンターリング１３において、複数の上向き湾曲部それぞれの内周側には、アッパーリング１１の縮径時の動きを規制する耳部１３ａが上向きに突出するよう設けられており、また、複数の下向き湾曲部それぞれの内周側には、ロアーリング１２の縮径時の動きを規制する耳部１３ｂが下向きに突出するように設けられている。
【００２２】
これら２つのコンプレッションリング８，９および単一のオイルリング１０は、一旦弾性的に拡径された状態でピストン１の各周溝５，６，７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５，６，７内に収まる。ただし、この状態では、各リング８〜１０が各周溝５〜７から突出した状態になっている。具体的に、ピストン１において頭部と第１周溝５との間の外周面をファーストランド部１５と言い、第１周溝５と第２周溝６との間の外周面をセカンドランド部１６と言い、第２周溝６と第３周溝７との間の外周面をサードランド部１７と言う。上記の状態では、２つのコンプレッションリング８，９および１つのオイルリング１０が各ランド部１５〜１７よりも突出した状態になっている。これらの各リング８〜１０を装着したピストン１をシリンダ２内に挿入するときには、各リング８〜１０を弾性的に縮径させるようにする。そのため、ピストン１をシリンダ２内に挿入した状態では、各リング８〜１０がシリンダ２の内壁面に押し付けられる。
【００２３】
そして、２つのコンプレッションリング８，９および１つのオイルリング１０のアッパーリング１１およびロアーリング１２の分離端は、テーパ形状に形成されており、一方分離端のテーパ面と他方分離端のテーパ面とが軸心方向で向かい合わせとなるように配置されている。そのため、ピストン１をシリンダ２内に挿入した状態では、各リング８，９，１１，１２において、それぞれの一方分離端のテーパ面と他方分離端のテーパ面とが周方向でオーバーラップするようになっている。このように、各リング８，９，１１，１２がＣ形であるものの、その途切れ部分から流体を流通させにくくしているので、燃焼室内の圧力維持とオイル掻き落としが良好になる。
【００２４】
さらに、オイルリング１０を装着する第３周溝７の底には、ピストン１の内外に貫通するオイル戻し孔１４が円周等間隔に複数個設けられている。このオイル戻し孔１４は、円形孔とされるが、例えば楕円形孔、矩形孔等、適宜の形状とすることができる。また、オイル戻し孔１４の数や大きさは、例えばピストン１の強度等を考慮して適宜設定される。
【００２５】
次に、本発明に係る特徴構成について詳細に説明する。
【００２６】
ピストン１のサードランド部１７には、第４周溝１８が設けられており、この第４周溝１８には、径方向外向きに突出する異物受け部として環状部材２０が装着されている。
【００２７】
この環状部材２０は、円周一ヶ所を分離したＣ形の平板からなり、オイルに含まれるスラッジや有鉛ガソリンを燃料とする場合に発生する酸化鉛等の異物や燃焼によるデポジットがオイルリング１０装着用の第３周溝７へ入ることを抑制または防止するものである。この環状部材２０の分離端は、テーパ形状に形成されており、一方分離端のテーパ面と他方分離端のテーパ面とが軸心方向で向かい合わせとなるように配置されている。そのため、環状部材２０を第４周溝１８に装着した状態では、環状部材２０における一方分離端のテーパ面と他方分離端のテーパ面とが周方向でオーバーラップするようになる。これにより、環状部材２０がＣ形であるものの、その途切れ部分から異物を流通させにくくできる。
【００２８】
環状部材２０は、金属、樹脂等で形成される。金属としては、例えばピストン１と同じ材料（アルミニウム合金、鋳鉄等）、あるいは適宜の鋼板が挙げられる。また、樹脂としては、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が挙げられるが、ポリアミド樹脂等を好適に用いることができる。
【００２９】
この環状部材２０は、ピストン１の第４周溝１８に対し、圧入により不動状に装着されている。このように、環状部材２０をピストン１の第４周溝１８に固定する場合には、固定した状態における環状部材２０の外径寸法がシリンダ内径よりも適宜小さく設定される。但し、上記コンプレッションリング８，９およびオイルリング１０と同様に適宜の隙間を持つ状態で組み入れることによって径方向や軸心方向に変位可能に装着してもよい。
【００３０】
次に、図４および図５を参照して、内燃機関の運転に伴いピストン１が往復動作するときのオイルリング１０ならびに環状部材２０の作用を説明する。
【００３１】
ピストン１がシリンダ２内を上昇する際には、オイルリング１０が第３周溝７内において下がり、シリンダ２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。しかし、このとき、オイルリング１０の上側に環状部材２０があるので、シリンダ２の内壁面に付置しているオイルがオイルリング１０よりも先に環状部材２０によってある程度掻き落とされるので、オイルリング１０で掻き落とすオイルの量が少なくなるうえ、オイルに含まれるスラッジや有鉛ガソリンを燃料とする場合に発生する酸化鉛等の異物や燃焼によるデポジットが、環状部材２０の上側に受け止められる。しかも、オイルリング１０で掻き落としたオイルは、オイルリング１０のアッパーリング１１とその装着用の第３周溝７の上側壁面との間からオイル戻し孔１４へ速やかに導かれて、ピストン１の内側からオイルパン（図示省略）へ落とされる。
【００３２】
一方、ピストン１がシリンダ２内を下降する際には、オイルリング１０がその装着用の第３周溝７内において上がり、シリンダ２内壁面に付着しているオイルを掻き落とすが、この掻き落とされたオイルは、オイルリング７のロアーリング１２とその装着用の第３周溝７の下側壁面との間からオイル戻し孔１４へ速やかに導かれ、ピストン１の内側からオイルパンへ落とされる。
【００３３】
このような特にピストン１の上昇動作時において、オイルに含まれる前記スラッジや酸化鉛等の異物や燃焼によるデポジットは、環状部材２０の上側に受け止められてオイルリング１０側へ到達しにくくなるとともに、オイル戻し孔１４から速やかに排出されるので、オイルリング１０の装着用の第３周溝７内に残存しにくくなる。これにより、前記異物が、オイルリング１０とその装着用の第３周溝７との間の隙間に入り込んで堆積することを抑制または防止できるようになる。
【００３４】
しかも、環状部材２０の上側に受け止められた異物が、コンプレッションリング８，９側に動くことがあるが、この異物がコンプレッションリング８，９と第１周溝１５、第２周溝１６との間の隙間内に入り込んだときには、ピストン１の往復動作に伴い、コンプレッションリング８，９が第１周溝１５、第２周溝１６内でピストン１の軸心方向に動くことによって、前記異物を叩き潰すことになるので、コンプレッションリング８，９と第１周溝１５、第２周溝１６との間の隙間に堆積することが防止される。
【００３５】
以上説明した実施形態によれば、オイルリング１０の第３周溝７内における周方向、径方向ならびに軸心方向への動きが長期にわたって円滑に行えるようになる等、オイルリング１０の機能を長期にわたって安定的に発揮させることができる。そのため、従来例において発生していたオイルリング１０のスティックスリップ現象の発生を抑制または防止で
きるようになる。したがって、内燃機関のオイル消費ならびにフリクションロスを軽減できるようになり、内燃機関の寿命ならびに信頼性向上に貢献できるようになる。
【００３６】
以下、本発明の他の実施形態を説明する。
【００３７】
（１）上記ピストン１と別体の環状部材２０を異物受け部とする場合、軟質な素材で形成することにより、シリンダ２の内壁面に接触させるようにすることも可能である。
【００３８】
（２）オイルリング１０の構成は特に限定されない。例えば図６および図７に示すような２ピース構造のオイルリング３０を用いることができる。このオイルリング３０は、断面コ字形でかつ円周一ヶ所を分離したＣ形部材３１と、このＣ形部材３１の内周に取り付けられてＣ形部材３１を拡径させるよう張力を与えるコイルエキスパンダ３２とを組み合わせた構成になっている。Ｃ形部材３１の内底部には、径方向内外に貫通する通孔３３が円周等間隔に複数個設けられている。
【００３９】
このオイルリング３０を用いる場合には、ピストン１の往復動作に伴い、シリンダ２の内壁面から掻き落としたオイルは、オイルリング３０の通孔３３および第３周溝７のオイル戻し孔１４からピストン１の内側に導かれて、オイルパンへと落とされる。そして、上記同様に、環状部材２０によって、オイルに含まれるスラッジや有鉛ガソリンを燃料とする場合に発生する酸化鉛等の異物や燃焼によるデポジットがオイルリング３０とその装着用の第３周溝７との間の隙間に入り込んで堆積することを抑制または防止できるので、オイルリング３０の機能を長期にわたって安定して発揮させることができる。
【００４０】
（３）図８を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。この実施形態では、ピストン１のサードランド部１７に、径方向外向きに突出する異物受け部として鍔２１を一体に設けたものとしている。この鍔２１は、周方向に途切れていない形状であり、その外径がシリンダ２の内径よりも小さく設定されることによってシリンダ２の内壁面に対し非接触とされている。しかし、その非接触の隙間については、ラビリンスシールと呼ばれる非接触密封部を形成するように、所定寸法に設定するのが好ましい。この場合も、上記同様、鍔２１によって、オイルに含まれるスラッジや有鉛ガソリンを燃料とする場合に発生する酸化鉛等の異物や燃焼によるデポジットがオイルリング１０とその装着用の第３周溝７との間の隙間に入り込んで堆積することを抑制または防止でき、オイルリング１０の機能を長期にわたって安定して発揮させることができる。
【００４１】
なお、万一、前記異物が、鍔２１とシリンダ２の内壁面との間の隙間を通過したとしても、この隙間がオイルリング１０のセンターリング１３の波状部分とアッパーリング１１およびロアーリング１２との間の空間やピストン１のオイル戻し孔１４よりも小さいので、前記異物は、前記駆動回転体やオイル戻し孔１４を経てピストン１の内側に速やかに排出されるようになる。そのため、前記異物がオイルリング１０とその装着用の第３周溝７との間の隙間に入り込んで堆積することを抑制または防止できる。
【００４２】
（４）図示していないが、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用いるタイプのピストンにも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るピストンの一実施形態を示す要部の断面図である。
【図２】図１のオイルリングを分解した斜視図である。
【図３】図１の環状部材を示す斜視図である。
【図４】図１のピストンの上昇時におけるオイルリングを拡大して示す断面図である。
【図５】図１のピストンの下降時におけるオイルリングを拡大して示す断面図である。
【図６】本発明に係るピストンの他の実施形態で、図１に対応する図である。
【図７】図６のオイルリングの斜視図である。
【図８】本発明に係るピストンのさらに他の実施形態で、図１に対応する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    ピストン
２    シリンダ
５    第１周溝
６    第２周溝
７    第３周溝
８    コンプレッションリング
９    コンプレッションリング
１０    オイルリング
１７    サードランド部
１８    第４周溝
２０    環状部材（異物受け部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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