(57)【要約】【課題】  往復動型機関にて発生する圧力を利用してピストンリングに適切なリング張力を与えることができ、しかも、リング張力を得るために利用した圧力、あるいはガスの漏れに対する防止効果も高く維持できる往復動型機関のピストン装置を提供する。【解決手段】  シリンダ２内に摺動自在に挿入され、外周にはピストンリング溝８が設けられたピストン本体３と、ピストンリング溝８に配置されてシリンダ壁２ａに接触可能なセカンドリング１２とを具備するピストン装置１Ａにおいて、ピストン本体３には、ピストンリング溝８の溝底面からピストン本体３を貫くように延びてクランク室Ｃ２に開口する通路１５を設ける。通路１５の溝底面側の端部には、当該通路１５とピストンリング溝８との間を閉鎖するように膜状部材１６を設ける。【選択図】      図１
2006348890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に摺動自在に挿入され、外周にはピストンリング溝が設けられたピストン本体と、前記ピストンリング溝に配置されてシリンダ壁に接触可能なピストンリングとを具備し、前記ピストン本体には、前記ピストンリング溝の溝底面から前記ピストン本体を貫くように延びて前記ピストン本体の動作方向の一端側の室内に開口する通路が設けられ、前記通路の前記溝底面側の端部には、当該通路と前記ピストンリング溝との間を閉鎖するように膜状部材が設けられている、ことを特徴とする往復動型機関のピストン装置。
【請求項２】
前記ピストンリングの内周面に、前記膜状部材に向かって突出する内向突出部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のピストン装置。
【請求項３】
前記膜状部材の前記ピストンリングと対向する外面に、前記ピストンリングに向かって突出する外向突出部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のピストン装置。
【請求項４】
前記往復動型機関が内燃機関であり、前記動作方向の一端側の室が前記内燃機関のクランク室であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストン装置。
【請求項５】
前記ピストン本体には、前記ピストンリングとして、前記ピストン本体の軸線方向に間隔を開けて２本のコンプレッションリングが取り付けられ、前記通路は前記クランク室に近い側のコンプレッションリングが配置されるピストンリング溝の溝底面と前記クランク室とを結ぶように設けられていることを特徴とする請求項４に記載のピストン装置。
【請求項６】
前記往復動型機関が内燃機関であり、前記動作方向の一端側の室が前記内燃機関の燃焼室であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストン装置。
【請求項７】
前記ピストン本体には、前記ピストンリングとして、前記ピストン本体の軸線方向に間隔を開けて２本のコンプレッションリングが取り付けられ、前記通路は前記燃焼室に近い側のコンプレッションリングが配置されるピストンリング溝の溝底面と前記燃焼室とを結ぶように設けられていることを特徴とする請求項６に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、往復動型内燃機関等に用いられるピストン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
往復動型機関に用いられるピストン装置として、ピストンリング溝の溝底面からピストン本体を貫くように延びてシリンダ室に開口する通路をピストン本体に形成し、シリンダ室の圧力をその通路からピストンリング溝の溝底面とピストンリングの内周との間の空間に導入し、それによりリング張力、すなわちピストンリングをシリンダ壁に押し付ける力を高めるようにしたスターリングエンジン用のピストン装置が知られている（例えば特許文献１参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【特許文献１】実開昭６４−１５７５２号公報
【特許文献２】特開２００３−２９４１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、シリンダ室とピストンリング溝とをピストン本体内の通路を介して連通させた場合、シリンダ室の圧力、あるいはガスがその通路を介してピストン本体の反対側へ漏れ、あるいは抜けるおそれが高くなる。
【０００４】
そこで、本発明は、往復動型機関にて発生する圧力を利用してピストンリングに適切なリング張力を与えることができ、しかも、リング張力を得るために利用した圧力、あるいはガスの漏れに対する防止効果も高く維持できる往復動型機関の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】
【０００５】
本発明は、シリンダ内に摺動自在に挿入され、外周にはピストンリング溝が設けられたピストン本体と、前記ピストンリング溝に配置されてシリンダ壁に接触可能なピストンリングとを具備し、前記ピストン本体には、前記ピストンリング溝の溝底面から前記ピストン本体を貫くように延びて前記ピストン本体の動作方向の一端側の室内に開口する通路が設けられ、前記通路の前記溝底面側の端部には、当該通路と前記ピストンリング溝との間を閉鎖するように膜状部材が設けられた往復動型機関のピストン装置により、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
本発明のピストン装置によれば、ピストン本体の動作方向一端側の室内で発生する圧力を通路から膜状部材に導いて膜状部材を振動させ、それにより膜状部材とピストンリングの内周との間の空気を振動させてピストンリングにシリンダ壁へ向かう方向のリング張力を作用させることができる。あるいは、膜状部材をピストンリングの内周に接触させてピストンリングを半径方向外側に押し出すこともできる。往復動型機関に発生する圧力を利用してリング張力を得ているので、圧力が低いときにはリング張力も低下し、それに伴って、ピストンリングとシリンダ壁との間の摩擦抵抗も減少する。このため、摩擦抵抗が必要以上に上昇するおそれがなく、摩擦によるエネルギ損失、燃費悪化等の不都合も回避される。圧力を導くための通路が膜状部材によってピストンリング溝に対して閉鎖されているため、通路からピストンリング溝内に、あるいはピストンリング溝から通路へと圧力、又はガスが抜けることがない。
【０００７】
本発明の一形態においては、前記ピストンリングの内周面に、前記膜状部材に向かって突出する内向突出部が設けられてもよい（請求項２）。この形態によれば、内向突出部を設けることにより、ピストンリングと膜状部材との間に存在する空間を狭め、それにより膜状部材の振動に対するリング張力の変化の応答性を向上させることができる。あるいは、膜状部材をピストンリングの内周に対してより容易に接触させて膜状部材の振動をリング張力へと迅速かつ確実に変換することができる。
【０００８】
本発明の一形態においては、前記膜状部材の前記ピストンリングと対向する外面に、前記ピストンリングに向かって突出する外向突出部が設けられてもよい（請求項３）。この形態によれば、外向突出部を設けることにより、ピストンリングと膜状部材との間に存在する空間を狭め、それにより膜状部材の振動に対するリング張力の変化の応答性を向上させることができる。あるいは、外向突出部をピストンリングの内周に対して接触させて膜状部材の振動をリング張力へと迅速かつ確実に変換することができる。
【０００９】
本発明の一形態においては、前記往復動型機関が内燃機関であり、前記動作方向の一端側の室が前記内燃機関のクランク室であってもよい（請求項４）。この形態によれば、クランク室の内圧が通路を介して膜状部材に作用する。従って、ピストンリングの摩耗、シリンダ壁の熱膨張、あるいは内燃機関の負荷の増加に伴うシリンダ壁とピストンリングとの隙間の増大等の影響で燃焼室からクランク室へ漏れる圧力が増加したときに膜状部材が振動してリング張力が増加し、クランク室への圧力漏れが抑えられる。これにより、ブローバイガスの流量が減少し、オイル品質の劣化、オイル消費量の増加が抑制され、内燃機関の出力低下も回避される。一方、ピストンリングの摩耗が小さい場合、内燃機関が軽負荷で運転されている場合、あるいはシリンダ壁の熱膨張が小さく抑えられている場合のように、ピストンリングによるシール性能が十分に確保され、その結果としてクランク室の内圧が小さく保たれている場合には、リング張力も小さく抑えられ、ピストンリングがシリンダ壁に対して必要以上に強く押し付けられるおそれがない。このため、ピストンリングとシリンダ壁との間の摩擦抵抗の過度の上昇を抑え、ピストンリングの摩擦抵抗に起因する出力低下、燃費低下といった不都合も回避することができる。さらに、通路が膜状部材によってピストンリング溝に対して閉鎖されているので、燃焼室からシリンダ壁に沿ってピストンリング溝に回り込む圧力又はガスが通路を経てクランク室に抜けるおそれもない。
【００１０】
内燃機関のクランク室に対して通路を開口させる形態において、前記ピストン本体には、前記ピストンリングとして、前記ピストン本体の軸線方向に間隔を開けて２本のコンプレッションリングが取り付けられ、前記通路は前記クランク室に近い側のコンプレッションリングが配置されるピストンリング溝の溝底面と前記クランク室とを結ぶように設けられてもよい（請求項５）。この形態によれば、燃焼室側のピストンリング溝とクランク室とを結ぶように通路を設ける場合と比較して通路の位置をクランク室により接近させ、それにより、通路をクランク室に対して容易に開口させることができる。ピストン本体の肉厚が、燃焼室側のピストンリング溝の背後よりもクランク室側のピストンリング溝の背後においてより小さく設定されている場合には、燃焼室側のピストンリング溝とクランク室とを通路で結ぶ場合と比較して通路の全長が短縮され、その結果、クランク室の圧力変化に対して膜状部材が迅速に振動し、リング張力の変化の応答性が向上する。
【００１１】
本発明の一形態においては、前記往復動型機関が内燃機関であり、前記動作方向の一端側の室が前記内燃機関の燃焼室であってもよい（請求項６）。この形態によれば、燃焼室で発生する圧力が通路を介して膜状部材に作用する。従って、燃焼室の圧力が上昇するときにリング張力を増加させてピストンリングをシリンダ壁に対してより強く押し付け、クランク室への圧力漏れを抑えることができる。この結果、ブローバイガスの流量が減少し、オイル品質の劣化、オイル消費量の増加が抑制され、内燃機関の出力低下も回避される。燃焼室の圧力が小さいときはリング張力も小さく抑えられ、ピストンリングがシリンダ壁に対して必要以上に強く押し付けられるおそれがない。このため、ピストンリングとシリンダ壁との間の摩擦抵抗の過度の上昇を抑え、ピストンリングの摩擦抵抗に起因する出力低下、あるいは燃費低下といった不都合も回避することができる。さらに、通路が膜状部材によってピストンリング溝に対して閉鎖されているので、燃焼室から通路に導かれる圧力又はガスがピストンリング溝を経てクランク室に抜けるおそれもない。
【００１２】
内燃機関の燃焼室に対して通路を開口させる形態において、前記ピストン本体には、前記ピストンリングとして、前記ピストン本体の軸線方向に間隔を開けて２本のコンプレッションリングが取り付けられ、前記通路は前記燃焼室に近い側のコンプレッションリングが配置されるピストンリング溝の溝底面と前記燃焼室とを結ぶように設けられてもよい（請求項７）。この場合には、クランク室側のピストンリング溝と燃焼室とを結ぶように通路を設ける場合と比較して通路の全長が短縮され、その結果、燃焼室の圧力変化に対して膜状部材が迅速に振動し、リング張力の変化の応答性が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明の内燃機関用ピストン装置によれば、往復動型機関にて発生する圧力を通路を介して膜状部材に作用させて膜状部材を振動させることにより、リング張力を得るようにしたので、圧力上昇時にはリング張力を高めて圧力又はガスの漏れを防止し、圧力低下時にはリング張力を減少させてピストンリングとシリンダ壁との間の摩擦抵抗を減少させ、それにより摩擦抵抗が必要以上に上昇するおそれを排除し、摩擦によるエネルギ損失、燃費悪化等の不都合を回避することができる。従って、ピストンリングに対して圧力に応じた適切なリング張力を与えることができる。しかも、圧力を導くための通路が膜状部材によってピストンリング溝に対して閉鎖されているため、通路からピストンリング溝内に、あるいはピストンリング溝から通路へと圧力、又はガスが抜けることがなく、リング張力を得るために利用した圧力、あるいはガスの漏れに対する防止効果も高く維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の形態）
図１は本発明を４サイクル往復動型の内燃機関のピストン装置に適用した第１の形態を示している。ピストン装置１Ａは内燃機関のシリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン本体３を備えている。ピストン本体３の上面側は燃焼室Ｃ１に臨み、下面側はクランク室Ｃ２に臨んでいる。ピストン本体３の内部にはクランク室Ｃ２に開口する凹部３ａが形成され、その凹部３ａにコネクティングロッド４のスモールエンド４ａが挿入され、そのスモールエンド４ａはピストンピン５を介してピストン本体３と回転自在に連結されている。コネクティングロッド４のビッグエンド４ｂはクランクピン６を介して不図示のクランク軸と回転自在に連結されている。
【００１５】
ピストン本体３の少なくとも上部の外周形状は円筒形に形成され、その円筒部分には３本の環状のピストンリング溝７、８、９がピストン本体３の軸線方向に間隔を空けて設けられている。図２にも示したように、ピストンリング溝７、８、９には、ピストン装置１Ａの一部を構成するピストンリングとして、トップリング１１、セカンドリング１２、及びオイルリング１３がそれぞれ装着されている。上段のトップリング１１及び中段のセカンドリング１２は圧縮漏れを防止するためのコンプレッションリングとして設けられている。下段のオイルリング１３はシリンダ壁２ａに付着したオイル（潤滑油）を掻き落とすために設けられている。これらのリング１１〜１３は、いずれも合い口を有するＣ字型に形成されている。オイルリング１３の内周には、オイルリング１３をシリンダ壁２ａに押し付けるリング張力を付与するためのコイルばね状のエキスパンダ１４が設けられている。ピストンリング溝７、８、９のそれぞれの断面寸法は、トップリング１１、セカンドリング１２及びオイルリング１３がピストン本体３の半径方向及び軸線方向に幾らか変位できるように、これらのリングの断面寸法よりも幾ら大きく設定されている。
【００１６】
さらに、ピストン本体３には、中段のピストンリング溝８の溝底面８ａからピストン本体３を貫くように延びて凹部３ａに開口する複数の通路１５がピストン本体３の周方向に適宜の間隔を空けて設けられている。各通路１５の溝底面８ａ側の端部には、通路１５とピストンリング溝８との間を閉鎖するように膜状部材１６が設けられている。つまり、通路１５の溝底面８ａ側の端部は膜状部材１６によって完全に塞がれており、ピストンリング溝８の内部と通路１５とは連通していない。膜状部材１６はクランク室Ｃ２から通路１５を介して導入される圧力波によって振動する。このような膜状部材１６としては、ダイヤフラム膜、あるいは超音波振動膜を用いることができる。膜状部材１６の接合には、接着、溶着等の各種の接合手段を用いてよい。但し、通路１５とピストンリング溝８との間の圧力又はガスの漏れを防止するため、膜状部材１６の全周を通路１５の内周面又は溝底面８ａに気密に接合する必要がある。なお、ピストンリング溝８の溝底面８ａはセカンドリング１２の内周面１２ａ（図２参照）に対して半径方向中心側に十分に後退しており、膜状部材１６はセカンドリング１２の内周面１２ａに接しない。
【００１７】
次に、ピストン装置１Ａの作用を説明する。本形態のピストン装置１Ａが適用された往復動型内燃機関においては、トップリング１１及びセカンドリング１２のシール性能が低下してクランク室Ｃ２の内圧が過度に上昇することがある。例えば、トップリング１１及びセカンドリング１２のいずれの摩耗も小さい場合、内燃機関が軽負荷で運転されている場合、あるいは内燃機関の温度が低くてシリンダ壁２ａの熱膨張が小さく抑えられている場合のように、トップリング１１及びセカンドリング１２によるシール性能が十分に確保されている場合には、図３にＡで示したようにクランク室Ｃ２の内圧が一時的にゲージ圧＝０（つまり大気圧）よりも高い正圧域まで上昇することがあっても、平均圧力Ｐａｖは負圧域に保持される。しかしながら、トップリング１１又はセカンドリング１２の摩耗が進行した場合、内燃機関が高負荷で運転されている場合、あるいはシリンダ壁２ａの熱膨張が大きい場合のように、トップリング１１又はセカンドリング１２とシリンダ壁２ａとの間のシール性能が低下した場合には、クランク室Ｃ２への圧力の漏れが大きくなって、同図にＢで示したように平均圧力Ｐａｖが正圧域まで上昇する。また、図４に示したクランク角とピストン系の摩擦トルクとの関係の一例から理解できるように、燃焼開始直後においては燃焼室Ｃ１の圧力が急激に上昇し、これに伴ってピストン系の摩擦トルクが同図にＣで示したように短時間だけ急激に低下する。このような摩擦トルクの低下は、燃焼室Ｃ１の圧力でピストンリング１１〜１３がシリンダ壁２ａから一時的に離れることに起因する。この場合も燃焼室Ｃ１の圧力がクランク室Ｃ２に抜けてクランク室Ｃ２の内圧が大きく上昇する。このようなクランク室Ｃ２への圧力漏れが生じると、ブローバイガスの流量が増加してオイル（潤滑油）の品質が劣化し、オイル消費量が増大し、あるいは内燃機関の出力が低下する、といった不都合が生じる。
【００１８】
しかしながら、本形態のピストン装置１Ａにおいては、クランク室Ｃ２の内圧が通路１５を介して膜状部材１６に作用するため、クランク室Ｃ２の内圧上昇に伴って膜状部材１６が振動し、それに伴ってピストンリング溝８の溝底面８ａとセカンドリング１２との間の空気も振動してセカンドリング１２を内周側からシリンダ壁２ａに向かって押し出す圧力が発生する。従って、図５に示したようにクランク室Ｃ２の内圧が上昇するほどリング張力が増加してセカンドリング１２がシリンダ壁２ａに対してより強く押し付けられるようになる。これにより、クランク室Ｃ２への圧力漏れが抑えられ、それにより、ブローバイガスの流量が減少し、オイル品質の劣化、オイル消費量の増加が抑制され、内燃機関の出力低下も回避される。
【００１９】
また、通路１５が凹部３ａを介してクランク室Ｃ２と連通しているので、トップリング１１及びセカンドリング１２の摩耗が小さい場合、内燃機関が軽負荷で運転されている場合、あるいはシリンダ壁２ａの熱膨張が小さく抑えられている場合のように、トップリング１１及びセカンドリング１２によるシール性能が十分に確保され、その結果としてクランク室Ｃ２の内圧が小さく保たれている場合には、リング張力も小さく抑えられ、セカンドリング１２がシリンダ壁２ａに対して必要以上に強く押し付けられるおそれがない。このため、セカンドリング１２とシリンダ壁２ａとの間の摩擦抵抗の過度の上昇を抑え、ピストンリングの摩擦抵抗に起因する出力低下、あるいは燃費低下といった不都合も回避することができる。さらに、通路１５が膜状部材１６によってピストンリング溝８に対して閉鎖されているので、シリンダ壁２ａとトップリング１１との隙間を通過してピストンリング溝８に流入する圧力あるいはガスが通路１５を介してクランク室Ｃ２に抜けるおそれもない。
【００２０】
さらに、コンプレッションリングとして設けられる上下２本のリング１１及び１２のうち、下段のセカンドリング１２が配置されたピストンリング溝８とクランク室Ｃ２とを結ぶように通路１５を設けているので、上段のピストンリング溝７と凹部３ａとを結ぶように通路１５を設ける場合と比較して通路１５の位置をクランク室Ｃ２により接近させ、それにより、通路１５を凹部３ａに容易に開口させることができる。ピストン本体３の肉厚が、上段のピストンリング溝７の背後よりも下段のピストンリング溝８の背後においてより小さく設定されている場合には、ピストンリング溝７と凹部３ａとを通路１５で結ぶ場合と比較して通路１５の全長が短縮され、その結果、クランク室Ｃ２の圧力変化に対して膜状部材１６が迅速に振動し、リング張力の変化の応答性が向上する。
【００２１】
（第２の形態）
図６は、本発明の第２の形態に係るピストン装置１Ｂの中段のピストンリング溝８及びこれに配置されるセカンドリング１２を示す部分拡大断面図である。なお、図６において第１の形態と共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。第２の形態のピストン装置１Ｂにおいては、セカンドリング１２の内周面１２ａに半径方向中心側へ突出する内向突出部１２ｂが設けられ、それにより第１の形態に比して膜状部材１６とセカンドリング１２との半径方向の隙間が狭められている。内向突出部１２ｂの突出量は、膜状部材１６が半径方向外側に変位したときにその膜状部材１６と内向突出部１２ｂとが接するように設定してもよい。さらに、ピストンリング溝８の溝底面８ａには内向突出部１２ｂに沿って突出する段部８ｂ、８ｃが設けられ、それによりセカンドリング１２の内周と膜状部材１６との間の空間の体積が第１の形態に比して狭められている。内向突出部１２ｂ及び段部８ｂ、８ｃのそれぞれはピストン本体３の軸線の回りを一周するように設けられる。但し、内向突出部１２ｂ、段部８ｂ又は段部８ｃのうち少なくともいずれか一つがピストンリング溝８の周方向に関して複数のセクションに分割されてもよい。
【００２２】
以上の構成によれば、膜状部材１６とセカンドリング１２との間の空間が狭められることにより、膜状部材１６の振動がリング張力へと迅速に変換され、それによりクランク室Ｃ２の圧力変化に対するリング張力の変化の応答性が向上する。膜状部材１６と内向突出部１２ｂとを接触可能とした場合には、膜状部材１６の半径方向外側への変位に伴って内向突出部１２ｂが膜状部材１６と接して半径方向外側へ押し出される。これにより、クランク室Ｃ２の圧力上昇をリング張力へと確実かつ迅速に変換することができる。
【００２３】
（第３の形態）
図７は本発明の第３の形態に係るピストン装置１Ｃの中段のピストンリング溝８及びこれに配置されるセカンドリング１２を示す部分拡大断面図である。なお、図７において、第１の形態又は第２の形態と共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。第３の形態のピストン装置１Ｃにおいては、膜状部材１６の外面にセカンドリング１２に向かって突出する外向突出部１７が設けられている。外向突出部１７は膜状部材１６とは別部品として構成されて膜状部材１６に接合されてもよいし、膜状部材１６に対して一体的に形成されてもよい。外向突出部１７は膜状部材１６と一体に振動するように設けられている。外向突出部１７の突出量は、膜状部材１６の半径方向外側への変位に伴って外向突出部１７がセカンドリング１２に接するように設定してもよい。外向突出部１７はピストン本体３の軸線の回りを一周するように設けられてもよい。ピストンリング溝８の周方向に間隔を空けて複数の外向突出部１７が設けられてもよい。
【００２４】
以上の構成によれば、セカンドリング１２の内周側と膜状部材１６との間に残される空間の体積が外向突出部１７によって狭められることにより、第２の形態と同様に膜状部材１６の振動がリング張力へと迅速に変換され、それによりクランク室Ｃ２の圧力変化に対するリング張力の変化の応答性が向上する。外向突出部１７とセカンドリング１２とを接触可能とした場合には、膜状部材１６の半径方向外側への変位に伴って外向突出部１７がセカンドリング１２を半径方向外側へ押し出す。これにより、クランク室Ｃ２の圧力上昇をリング張力へと確実かつ迅速に変換することができる。なお、図７の形態において、セカンドリング１２の内向突出部１２ｂを省略してもよい。あるいは、溝底面８ａに図６と同様の段部８ｂ、８ｃを設けてもよい。
【００２５】
（第４の形態）
図８は本発明の第４の形態に係るピストン装置１Ｄの上段及び中段のピストンリング溝７、８、並びにこれらに配置されるトップリング１１及びセカンドリング１２を示す部分拡大断面図である。なお、図８において、第１の形態と共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。第４の形態のピストン装置１Ｄにおいては、中段のピストンリング溝８に対応する通路及び膜状部材が省略され、これらに代えて、上段のピストンリング溝７の溝底面７ａからピストン本体３を貫くように延びて燃焼室Ｃ１に開口する複数の通路１８がピストン本体３の周方向に適宜の間隔を空けて設けられている。但し、図８では単一の通路１８のみを示している。
【００２６】
各通路１８の溝底面７ａ側の端部には、通路１８とピストンリング溝７との間を閉鎖するように膜状部材１６が設けられている。つまり、通路１８の溝底面７ａ側の端部は膜状部材１６によって完全に塞がれており、ピストンリング溝７の内部と通路１８とは連通していない。膜状部材１６は燃焼室Ｃ１から通路１８を介して導入される圧力波によって振動する。膜状部材１６の材質及び接合方法は第１の形態と同様でよい。ピストンリング溝７の溝底面７ａはトップリング１１の内周面１１ａに対して半径方向中心側に十分に後退しており、膜状部材１６はトップリング１１の内周面１１ａに接しない。但し、第２の形態と同様にトップリング１１の内周面に内向突出部を設けてもよいし、溝底面７ａに段部を設けてもよい。第３の形態と同様に膜状部材１６の外側に外向突出部を設けてもよい。
【００２７】
以上の構成によれば、燃焼室Ｃ１で発生する圧力波が通路１８を介して膜状部材１６に作用することによって膜状部材１６が振動し、それに伴って膜状部材１６とトップリング１１との間の空気も振動してトップリング１１を内周側からシリンダ壁２ａに向かって押し出す圧力が発生する。これにより、燃焼室Ｃ１の圧力が上昇するときにリング張力を増加させてトップリング１１をシリンダ壁２ａに対してより強く押し付け、クランク室Ｃ２への圧力漏れを抑えることができる。この結果、ブローバイガスの流量が減少し、オイル品質の劣化、オイル消費量の増加が抑制され、内燃機関の出力低下も回避される。
【００２８】
燃焼室Ｃ１の圧力が小さいときはリング張力も小さく抑えられ、トップリング１１がシリンダ壁２ａに対して必要以上に強く押し付けられるおそれがない。このため、トップリング１１とシリンダ壁２ａとの間の摩擦抵抗の過度の上昇を抑え、ピストンリングの摩擦抵抗に起因する出力低下、あるいは燃費低下といった不都合も回避することができる。さらに、通路１８が膜状部材１６によってピストンリング溝７に対して閉鎖されているので、燃焼室Ｃ１から通路１８に導かれる圧力又はガスがピストンリング溝７を経てクランク室Ｃ２に抜けるおそれもない。
【００２９】
さらに、コンプレッションリングとして設けられる上下２本のリング１１及び１２のうち、上段のトップリング１１が配置されたピストンリング溝７と燃焼室Ｃ１とを結ぶように通路１８を設けているので、下段のピストンリング溝８と燃焼室Ｃ１とを結ぶように通路１８を設ける場合と比較して通路１８の全長が短縮され、その結果、燃焼室Ｃ１の圧力変化に対して膜状部材１６が迅速に振動し、リング張力の変化の応答性が向上する。また、図４の燃焼室内圧力に対し、リアルタイムで張力を変化させることができるので、ガスシールが確実に行える。
【００３０】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、第４の形態に示した通路１８及び膜状部材１６と、第１〜第３の形態に示した通路１５及び膜状部材１６とを組み合わせてもよい。第１〜第３の形態において、通路１５をピストン本体３の下端面に開口させてもよい。第４の形態において、通路１８はピストンリング溝７よりも上方においてピストン本体３の上面又は外周面に開口していればよい。オイルリング１３に対応するピストンリング溝９に対して通路１５及び膜状部材１６を設けることにより、オイルリング１３のリング張力をクランク室Ｃ２の圧力に応じて増減させてもよい。
【００３１】
本発明は内燃機関のピストン装置に限らず、ピストンリングを使用する限りにおいて各種の往復動型機関に適用することができる。例えば、外燃機関、コンプレッサ、ピストンポンプ等のピストン装置に対して本発明を適用してもよい。これらの場合において、ピストン本体に設けられる通路は、ピストン本体の動作方向一端側に設けられるシリンダ室、作動室、圧力室といった各種の室に開口させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の形態に係るピストン装置の全体構成を示す断面図。
【図２】第１の形態に係るピストン装置のピストンリング溝、並びにこれらに配置されるピストンリングを示す部分拡大断面図。
【図３】クランク室の内圧の時間的変化の一例を示す図。
【図４】クランク角とピストン系の摩擦トルクとの関係の一例を示す図。
【図５】クランク室の内圧とリング張力との関係の一例を示す図。
【図６】本発明の第２の形態に係るピストン装置の中段のピストンリング溝及びこれに配置されるセカンドリングを示す部分拡大断面図。
【図７】本発明の第３の形態に係るピストン装置の中段のピストンリング溝及びこれに配置されるセカンドリングを示す部分拡大断面図。
【図８】本発明の第４の形態に係るピストン装置の上段及び中段のピストンリング溝、並びにこれらに配置されるトップリング及びセカンドリングを示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
【００３３】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  ピストン装置
２  シリンダ
２ａ  シリンダ壁
３  ピストン本体
７、８、９  ピストンリング溝
７ａ、８ａ  溝底面
８ｂ、８ｃ  段部
１１  トップリング
１２  セカンドリング
１２ｂ  内向突出部
１３  オイルリング
１５  通路
１６  膜状部材
１７  外向突出部
１８  通路
Ｃ１  燃焼室
Ｃ２  クランク室
【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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