(57)【要約】【課題】トップリングの変形とガスシール機能低下を防止することができる。【解決手段】この発明は、ピストン本体１０と、トップリング３と、セカンドリング４と、を備える。ピストン本体１０の外周面１００のトップリング溝よりも上側には、１本の環状溝が形成されている。１本の環状溝には、リング形状部材２が装着されている。リング形状部材外周面が、ボア壁面６１に圧接している。環状溝下側面には、複数の溝が形成されている。溝は、リング形状部材下側面とトップリング上側面とに挟まれたピストン本体１０の外周面１００とボア壁面６１との間に形成される第２空隙に連通する。この結果、この発明は、トップリング３の変形とガスシール機能低下を防止することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、
前記ピストン本体の外周面には、複数本の前記圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、１本の環状溝が形成されていて、
１本の前記環状溝には、リング形状部材が装着されていて、
前記リング形状部材の外周面は、前記シリンダボアの壁面に圧接していて、
前記環状溝の上面側および下側面に、または前記下側面のみに、前記ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう複数個の溝が形成されていて、
前記下面側の溝は、前記リング形状部材の下側面と前記トップリングの上側面とに挟まれた前記ピストン本体の外周面と前記シリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通する、
ことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、
前記ピストン本体の外周面には、複数本の前記圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、１本の環状溝が形成されていて、
１本の前記環状溝には、リング形状部材が装着されていて、
前記リング形状部材の外周面は、前記シリンダボアの壁面に圧接していて、
前記リング形状部材の上側面および下側面に、または前記下側面のみに、シリンダ軸線方向に向かい貫通する複数個の溝が形成されていて、
前記下面側の溝は、前記リング形状部材の下側面と前記トップリングの上側面とに挟まれた前記ピストン本体の外周面と前記シリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通する、
ことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項３】
前記環状溝の前記上面側および前記下側面に、または前記下側面のみに、形成される前記溝の前記シリンダの軸線側の端部の位置は、前記リング形状部材の内周面の位置に対して、同じかもしくは前記シリンダの軸線側にある、
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４】
前記環状溝の溝底径は、前記トップリング溝の溝底径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１または３に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項５】
前記環状溝の前記溝を除く溝幅は、前記トップリング溝の溝幅に対して、同等もしくは小さい、
ことを特徴とする請求項１、３または４に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項６】
前記環状溝の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、溝底面が前記シリンダの軸線側に円弧状に突出していて、上側面および下側面が平行もしくはほぼ平行な断面形状である、
ことを特徴とする請求項１、３、４または５に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項７】
前記リング形状部材の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、内周面が前記シリンダの軸線側に円弧状に突出している断面形状である、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項８】
前記リング形状部材の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、外周面が前記シリンダの軸線に対して反対側に円弧状に突出している断面形状である、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項９】
前記リング形状部材の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、外周面側の端部が前記環状溝の上側面に向かって広がるテーパ形状をなす、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項１０】
前記リング形状部材は、１本の前記環状溝に複数本前記シリンダの軸線方向に装着されている、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項１１】
前記トップリングの前記シリンダの軸線方向の断面形状は、前記トップリングの上側面のうち内周面側を切除した、前記トップリングの幅の中心線に対して非対称な断面形状である、
ことを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項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、内燃機関用ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、通常のピストンリング構成に加え、エンジン燃焼により発生する腐蝕性物質がトップリング付近に侵入しないようにし、シリンダボアやピストンリングの摩耗を防止することを目的として、ピストンのトップランド部に、シリンダボア径よりも小なる外径で縦断面形状が板状のガスコントロールリングを装着することを言及している。
【０００３】
特許文献２は、４本のピストンリングが組み込まれたピストンをシリンダライナに挿入した状態において、各段のピストンリンク間の空隙容積が最上段のリングランド部で最も大きく、下段になる程順に小さくなるような溝を各段のリングランド部を設けることにより、リングを長時間使用し摩耗した場合でも上死点後、早い時期にリングの溝下面からの持ち上がりが防止でき、早期のブローバイガスが阻止されることについてピストンリングランド圧の図示を用いて言及している。これにより、ピストンリングに付着したオイルの燃焼によるデポジットが減少し、リングスティックやリング折損等のトラブルの発生が抑止でき、長時間ピストンの無開放運転が可能になるとしている。
【０００４】
特許文献３によれば、ピストンリング等の機関部品は、プレイグニッションの標準的な発生回数に対して十分耐え得るように設計されているが、粗悪燃料の使用やデポジットの堆積量の増加などにより、設計時の想定よりもプレイグニッションの発生頻度の高い状態が継続されると、ピストンリングの変形が早期に進行し、その結果、ブローバイガスやオイル消費量が増大するという課題があるとして、ピストンリングの破損を抑止することが可能な内燃機関の制御装置について言及している。
【０００５】
特許文献４によれば、エンジンのピストンのトップランドに、ピストン頂部側からトップリング溝側に向かって外周面がテーパ状に縮径された逆反り部を設け、逆反り部により、ピストンの外周面とシリンダ内壁面との間に生成される燃料及び潤滑油の混合液滴の燃焼室内への飛散を制限するとともに、逆反り部の外表面を、混合液滴の成長を抑制可能な撥油性を有する表面特性とすることにより、燃料と潤滑油の混合液滴に起因する低速高負荷時の異常燃焼を抑制することが可能になることを言及している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公平０１−０４３４８８号公報
【特許文献２】登録実用新案第２５２８６３２号公報
【特許文献３】特許第５７０８５４３号公報
【特許文献４】特許第５９７３０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
最近の内燃機関は、エンジンの軽量化による燃費向上のため、摺動部品の軽量化が進む中、高い圧縮比による筒内圧の上昇、高回転化による高出力化または過給ダウンサイジングなどによりエンジン燃焼ガスが温度、圧力共に高くなり、ピストン温度の上昇さらに従来の２本の圧縮ピストンリングを採用しているピストンリング構成においてもトップリング温度が上昇し、トップリングの変形が発生する場合がある。
【０００８】
特許文献３によると、内燃機関に発生する異常燃焼の一態様として、プレイグニッション（過早点火）があり、プレイグニッションは、燃焼サイクルにおける圧縮行程中に、点火プラグの正常な点火時期より前に燃焼室内の過熱した部位から混合気が自己着火してしまう現象であることが開示されている。そして、プレイグニッションが発生すると、混合気が圧縮されながら燃焼するため、燃焼室内の圧力および温度が異常に高くなり、粗悪燃料の使用やデポジットの堆積量の増加などにより、設計時の想定よりもプレイグニッションの発生頻度の高い状態が継続されると、ピストンリングの変形が早期に進行し、その結果、ブローバイガスやオイル消費量が増大するという課題があるとしている。
【０００９】
特許文献４によれば、従来、過給ダウンサイジングガソリンエンジンでは、低速高負荷（高過給）運転時に、正規の点火タイミングの前の過早着火による異常燃焼である低速プレイグニッション（Ｌｏｗ  Ｓｐｅｅｄ  Ｐｒｅ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ：ＬＳＰＩ）が突発的に発生する場合があり、このＬＳＰＩが発生すると、通常の燃焼による筒内圧力に対して、高い圧力振動を伴うスーパーノックを誘発し、エンジンに大きな損傷を与える虞があるとも言われている。
【００１０】
早期着火の発生原因は、点火プラグでのスパークが起こる以前に、燃焼室内に付着したデポジット（燃料やエンジン潤滑油の不完全燃焼生成物）がホットスポット（点火源）となって混合気に着火されるといわれている。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、トップリングの変形とガスシール機能低下を防止することができる内燃機関用ピストンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の内燃機関用ピストンは、ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、ピストン本体の外周面には、複数本の圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、１本の環状溝が形成されていて、１本の環状溝には、リング形状部材が装着されていて、リング形状部材の外周面が、シリンダボアの壁面に圧接していて、環状溝の上面側および下側面に、または下側面のみに、ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう複数個の溝が形成されていて、下面側の溝が、リング形状部材の下側面とトップリングの上側面とに挟まれたピストン本体の外周面とシリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通する、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の内燃機関用ピストンは、ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、ピストン本体の外周面には、複数本の圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、１本の環状溝が形成されていて、１本の環状溝には、リング形状部材が装着されていて、リング形状部材の外周面が、シリンダボアの壁面に圧接していて、リング形状部材の上側面および下側面に、または下側面のみに、シリンダ軸線方向に向かい貫通する複数個の溝が形成されていて、下面側の溝が、リング形状部材の下側面とトップリングの上側面とに挟まれたピストン本体の外周面とシリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の内燃機関用ピストンは、環状溝の上面側および下側面に形成される溝のシリンダの軸線側の端部の位置が、リング形状部材の内周面の位置に対して、同じかもしくはシリンダの軸線側にある、ことが好ましい。
【００１５】
本発明の内燃機関用ピストンは、環状溝の溝底径が、トップリング溝の溝底径よりも大きい、ことが好ましい。
【００１６】
本発明の内燃機関用ピストンは、環状溝の溝を除く溝幅が、トップリング溝の溝幅に対して、同等もしくは小さい、ことが好ましい。
【００１７】
本発明の内燃機関用ピストンは、環状溝のシリンダの軸線方向の断面形状が、溝底面がシリンダの軸線側に円弧状（曲線状）に突出していて、上側面および下側面が平行もしくはほぼ平行な断面形状である、ことが好ましい。
【００１８】
本発明の内燃機関用ピストンは、リング形状部材のシリンダの軸線方向の断面形状が、内周面がシリンダの軸線側に円弧状（曲線状）に突出している断面形状である、ことが好ましい。
【００１９】
本発明の内燃機関用ピストンは、リング形状部材のシリンダの軸線方向の断面形状が、外周面がシリンダの軸線に対して反対側に円弧状（曲線状）に突出している断面形状である、ことが好ましい。
【００２０】
本発明の内燃機関用ピストンは、リング形状部材のシリンダの軸線方向の断面形状が、外周面側の端部が環状溝の上側面に向かって広がるテーパ形状をなす、ことが好ましい。
【００２１】
本発明の内燃機関用ピストンは、リング形状部材が、１本の環状溝に複数本シリンダの軸線方向に装着されている、ことが好ましい。
【００２２】
本発明の内燃機関用ピストンは、トップリングのシリンダの軸線方向の断面形状が、トップリングの上側面のうち内周面側を切除した、トップリングの幅の中心線に対して非対称な断面形状である、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、トップリングの変形とガスシール機能低下を防止することができる内燃機関用ピストンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態１に係る内燃機関のピストンまわりの縦断面図である。
【図２】内燃機関用ピストンおよびシリンダの一部縦断面図であって、（Ａ）は図１の内燃機関用ピストンを示す一部縦断面図であり、（Ｂ）は環状溝がない従来の内燃機関用ピストンを示す一部縦断面図である。
【図３】ガスの流れを示す説明図であって、（Ａ）は図２（Ａ）の内燃機関用ピストンの場合の説明図であり、（Ｂ）は環状溝に溝が設けられていない場合の説明図である。
【図４】図２（Ａ）の要部を示す一部拡大縦断面図である。
【図５】図２（Ａ）のピストン本体の環状溝下側面を示す説明図であって、（Ａ）は横断面図（図４におけるＶ−Ｖ線断面図）であり、（Ｂ１）および（Ｂ２）は溝のシリンダの軸線方向から見た平面形状の変形例を示す一部拡大横断面図であり、（Ｃ１）および（Ｃ２）は溝のシリンダの軸線に向かう方向から見た正面形状を示す一部拡大正面図（図５（Ａ）におけるＣ矢視図）である。尚、図４におけるＶ−Ｖ線の矢印を反対にしたときのピストン本体の環状溝上側面も同様である。
【図６】図１のトップリングを示す一部拡大縦断面であって、（Ａ）は上側面と内周面との角部が面取りされた形状を示し、（Ｂ）は上側面と内周面との角部が段付きの形状を示し、（Ｃ）は上側面がテーパ形状を示す。
【図７】図３（Ａ）の内燃機関用ピストンの場合の説明図であって、（Ａ）はトップリングの持ち上がり現象が発生しない状態を示す説明図であり、（Ｂ）はランド圧変化を示す説明図である。
【図８】図３（Ｂ）の内燃機関用ピストンの場合の説明図であって、（Ａ）はトップリングの持ち上がり現象が発生する状態を示す説明図であり、（Ｂ）はランド圧変化を示す説明図である。
【図９】環状溝に溝が形成され、リング形状部材が２枚の場合を示す一部縦断面図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係る内燃機関用ピストンのリング形状部材を示し、（Ａ）は下側面から見た底面図であり、上側面から見た上面図も同様である。（Ｂ）は一部拡大縦断面図（図１０（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図）である。
【図１１】環状溝に溝が形成されず、リング形状部材が２枚の場合を示す一部縦断面図であって、（Ａ）は上下２枚のリング形状部材に溝を有している状態を示す一部縦断面図であり、（Ｂ）は下のリング形状部材に溝を有している状態を示す一部縦断面図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る内燃機関用ピストンのリング形状部材を示す一部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施形態（実施例）の３例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。すなわち、以下の実施形態は、本発明の幾つかの実施形態のうちの３例である。
【００２６】
この明細書および別紙の特許請求の範囲において、エンジン燃焼室６３側を「上側」と称し、エンジン燃焼室６３に対して反対側のクランク室（不図示）側を「下側」と称する。図２（Ａ）、図３（Ａ）、（Ｂ）においては、図面を簡潔にするために、ハッチングを省略する。図５においては、リング形状部材２およびシリンダブロック６の図示は、省略されている。図７（Ａ）、（Ｂ）、図８（Ａ）、（Ｂ）の説明図のグラフの横軸は、クランク角および４サイクル行程を示し、クランク角の０°は、圧縮行程上死点を示す。図７（Ａ）、図８（Ａ）の説明図のグラフの縦軸は、トップリング３、３Ａの持ち上がり状態を示し、Ｍは、トップリング３の下側面３２がトップリング溝１３の下側面１３２に当接している状態を示し、Ｕは、トップリング３Ａの上側面３１がトップリング溝１３の上側面１３１に当接している状態を示す。図７（Ｂ）、図８（Ｂ）の説明図のグラフの縦軸は、ランド圧（ＭＰａ）を示す。
【００２７】
（実施形態１の構成の説明）
図２（Ｂ）、図３（Ｂ）を除く図１〜図９は、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施形態１を示す。以下、この実施形態１に係る内燃機関用ピストンの構成について説明する。図中、符号１は、この実施形態１に係る内燃機関用ピストンである。
【００２８】
（内燃機関用ピストン１の説明）
図１、図２（Ａ）、図３（Ａ）に示すように、内燃機関用ピストン１は、ピストン本体１０と、リング形状部材２と、複数本の圧縮リング（この例では、トップリング３およびセカンドリング４）と、オイルリング５と、を備える。内燃機関用ピストン１は、シリンダブロック６に設けられた円筒形状（ほぼ円筒形状を含む）のシリンダボア６０内を往復運動する。このとき、リング形状部材２、トップリング３、セカンドリング４およびオイルリング５は、シリンダボア６０の壁面６１（以下、単に「ボア壁面６１」と称する）に圧接している状態でボア壁面６１を摺動する。なお、リング形状部材２のボア壁面６１に圧接する力は、トップリング３またはセカンドリング４のボア壁面６１に圧接する力よりも小さい。
【００２９】
シリンダブロック６の上側には、シリンダヘッド６２が配置されている。シリンダヘッド６２、ボア壁面６１およびピストン本体１０の頂面（上側の面）１１で囲まれた領域内には、エンジン燃焼室６３が形成されている。エンジン燃焼室６３においては、点火プラグ（不図示）が着火すると、空気と燃料との混合気が燃焼して、エンジン燃焼ガスＧ（以下、単に「ガスＧ」と称する）が発生する。このガスＧにより内燃機関用ピストン１は、シリンダボア６０内をシリンダの軸線Ｏ（以下、単に「軸線Ｏ」と称する）方向に往復運動する。軸線Ｏは、円筒形状のシリンダボア６０の中心線と一致する。
【００３０】
（ピストン本体１０の説明）
図１、図２（Ａ）、図３（Ａ）に示すように、ピストン本体１０は、外径がシリンダボア６０の内径より小さい円筒形状（ほぼ円筒形状を含む）をなしている。すなわち、ピストン本体１０は、上側端部が閉塞され、かつ、下側端部が開口された内部中空部を有する中空形状をなす。ピストン本体１０の上側端部（ランド部）の外周面１００には、環状溝１２、トップリング溝１３、セカンドリング溝１４およびオイルリング溝１５が、それぞれ１本ずつ、上側から下側に順次設けられている。環状溝１２、トップリング溝１３、セカンドリング溝１４およびオイルリング溝１５には、リング形状部材２、トップリング３、セカンドリング４およびオイルリング５が、それぞれ、上側から下側に順次装着されている。ピストン本体１０の下側端部には、コンロッド１６の上側端部がピストンピン１７によって連結されている。コンロッド１６の下側端部は、クランクシャフト（不図示）に連結されている。
【００３１】
環状溝１２、トップリング溝１３、セカンドリング溝１４およびオイルリング溝１５は、それぞれ、軸線Ｏ（シリンダボア６０の中心線）とほぼ一致するピストン本体１０の中心線を中心とする円環状をなす。環状溝１２の軸線Ｏ方向の断面形状は、溝底面（以下、環状溝底面と称する）１２０が軸線Ｏ側に円弧状（曲線状）に突出していて、上側面（以下、環状溝上側面と称する）１２１および下側面（以下、環状溝下側面と称する）１２２が相互に平行もしくはほぼ平行な、かつ、軸線Ｏに対して垂直もしくはほぼ垂直な、断面形状である。すなわち、環状溝１２の軸線Ｏ方向の断面形状は、環状溝底面１２０（溝底部）が円弧状かつ環状溝底面１２０（溝底部）以外が矩形の断面形状である。なお、図２、図３に示すように、ピストン本体１０の外周面１００と環状溝上側面１２１、環状溝下側面１２２との角部分が面取りされていないが、図４に示すように、面取りしても良い。
【００３２】
トップリング溝１３、セカンドリング溝１４、オイルリング溝１５の軸線Ｏ方向の断面形状は、それぞれ、溝底面（以下、トップリング溝底面、セカンドリング溝底面、オイルリング溝底面と称する）１３０、１４０、１５０が軸線Ｏと平行もしくはほぼ平行であって、上側面（以下、トップリング溝上側面、セカンドリング溝上側面、オイルリング溝上側面と称する）１３１、１４１、１５１および下側面（以下、トップリング溝下側面、セカンドリング溝下側面、オイルリング溝下側面と称する）１３２、１４２、１５２が相互に平行もしくはほぼ平行な、かつ、軸線Ｏに対して垂直もしくはほぼ垂直な、断面形状すなわち矩形の断面形状である。オイルリング溝底面１５０とピストン本体１０の内部中空部の壁面との間には、ピストンのスラスト方向にスリット状またはドリル穴形状のオイル戻し穴１５３が複数個形成されている。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、環状溝１２の溝底径Ｄ１は、トップリング溝１３の溝底径Ｄ２よりも大きい。環状溝１２の溝７、８を除いた溝幅Ｈ１は、トップリング溝１３の溝幅Ｈ２に対して、同等もしくは小さい。
【００３４】
（リング形状部材２の説明）
図２（Ａ）、図３、図４に示すように、リング形状部材２の軸線Ｏ方向の断面形状は、内周面（以下、リング形状部材内周面と称する）２０が軸線Ｏ側に円弧状（曲線状）に突出していて、外周面（以下、リング形状部材外周面と称する）２３が軸線Ｏに対して反対側に円弧状（曲線状）に突出していて、上側面（以下、リング形状部材上側面と称する）２１および下側面（以下、リング形状部材下側面と称する）２２が相互に平行もしくはほぼ平行な、かつ、軸線Ｏに対して垂直もしくはほぼ垂直な、断面形状である。すなわち、リング形状部材２の軸線Ｏ方向の断面形状は、リング形状部材内周面２０およびリング形状部材外周面２３が円弧状かつリング形状部材内周面２０およびリング形状部材外周面２３以外が矩形の断面形状である。リング形状部材外周面２３は、いわゆるバレル面をなしていて、ボア壁面６１に圧接していて、かつ、圧接している状態でボア壁面６１を摺動する。
【００３５】
リング形状部材２の軸線Ｏ方向の幅は、環状溝１２の軸線Ｏ方向の幅よりも小さく、トップリング３、セカンドリング４およびオイルリング５と同様に、隙間（サイドクリアランスＳＣ）を有している。また、リング形状部材内周面２０の内径は、環状溝底面１２０の内径よりも大きく、トップリング３、セカンドリング４およびオイルリング５と同様に、隙間（バッククリアランスＢＣ）を有している。さらに、リング形状部材２には、トップリング３、セカンドリング４およびオイルリング５と同様に、合い口すきま（図１０中の相互に対向する２個の合い口端面２４の間のすきま）が形成されている。
【００３６】
（トップリング３の説明）
図２（Ａ）、図３（Ａ）、図６に示すように、トップリング３の軸線Ｏ方向の断面形状は、トップリング３の上側面（以下、トップリング上側面と称する）３１のうち内周面（以下、トップリング内周面と称する）３０側を切除した、トップリング３の軸線Ｏ方向の幅の中心線（図６中の一点鎖線を参照）に対して非対称な断面形状である。すなわち、トップリング３は、軸線Ｏ方向の断面形状が矩形において、前記トップリング上側面３１のうちトップリング内周面３０側を切除したものである。図２（Ａ）、図３（Ａ）、図６（Ａ）に示す断面形状が面取り形状であり、図６（Ｂ）に示す断面形状が段付き形状であり、図６（Ｃ）に示す断面形状がテーパ形状である。トップリング３は、一般のトップリングと同様に、外周面（以下、トップリング外周面と称する）がボア壁面６１に圧接している状態でボア壁面６１を摺動する。
【００３７】
トップリング３の軸線Ｏ方向の幅は、トップリング溝１３の軸線Ｏ方向の幅よりも小さく、隙間(サイドクリアランス)を有している。トップリング内周面３０とトップリング溝底面１３０との間には、隙間（バッククリアランス）を有している。トップリング３には、合い口すきまが形成されている。
【００３８】
（セカンドリング４の説明）
図２（Ａ）、図３（Ａ）に示すように、セカンドリング４は、一般のセカンドリングを使用する。セカンドリング４の外周面（以下、セカンドリング外周面と称する）は、ボア壁面６１に圧接している状態でボア壁面６１を摺動する。セカンドリング４の軸線Ｏ方向の幅は、セカンドリング溝１４の軸線Ｏ方向の幅よりも小さく、隙間（サイドクリアランス）を有している。セカンドリング４の内周面（以下、セカンドリング内周面と称する）とセカンドリング溝底面１４０との間には、隙間（バッククリアランス）を有している。セカンドリング４には、合い口すきまが形成されている。
【００３９】
（オイルリング５の説明）
図２（Ａ）、図３（Ａ）に示すように、オイルリング５は、一般のスリーピース（上側レール、下側レール、スペーサ）のオイルリングを使用する。オイルリング５の外周面（以下、オイルリング外周面と称する）は、ボア壁面６１に圧接している状態でボア壁面６１を摺動する。オイルリング５の下側面（以下、オイルリング下側面と称する）５２は、オイルリング溝下側面１５２に当接している。オイルリング５の上側面（以下、オイルリング上側面と称する）５１とオイルリング溝上側面１５１との間には、ピストン外周面の位置で隙間（サイドクリアランス）を有している。オイルリング５の内周面（以下、オイルリング内周面と称する）とオイルリング溝底面１５０との間には、隙間（バッククリアランス）を有している。オイルリング５には、上側レール、下側レールのそれぞれに合い口すきまが形成されている。
【００４０】
（空隙Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５の説明）
図２（Ａ）、図３（Ａ）に示すように、ピストン本体１０の外周面１００とボア壁面６１との間には、空隙（クレビス）Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５が形成されている。すなわち、ピストン本体１０の頂面１１の外周側からリング形状部材上側面２１までの間においては、第１空隙Ｃ１が形成されている。第１空隙Ｃ１は、エンジン燃焼室６３と連通している。また、リング形状部材下側面２２とトップリング上側面３１とに挟まれた間においては、第２空隙Ｃ２が形成されている。さらに、トップリング下側面３２とセカンドリング上側面４１とに挟まれた間においては、第３空隙Ｃ３が形成されている。さらにまた、セカンドリング下側面４２とオイルリング上側面５１とに挟まれた間においては、第４空隙Ｃ４が形成されている。さらにまた、オイルリング下側面５２からピストン本体１０の下側の面までの間においては、第５空隙Ｃ５が形成されている。第５空隙Ｃ５は、シリンダボア６０を介してクランク室と連通している。
【００４１】
（溝７、８の説明）
図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４、図５、図９に示すように、環状溝上側面１２１および環状溝下側面１２２には、ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう溝がそれぞれ複数個、この例では、環状溝上側面の溝８が８個、環状溝下側面の溝７が８個、形成されている。溝７，８は、個数および相対的位置について適宜に設定されるが、それぞれ４個以上が好ましく、製作上、溝７と溝８は軸線Ｏ方向に同一位置で、環状溝１２を挟んで対称形状になることが好ましい。溝７は、第２空隙Ｃ２に連通する。溝７、８の軸線Ｏ側の端部の位置は、リング形状部材内周面２０の位置に対して、軸線Ｏ側にある。すなわち、軸線Ｏから溝７、８の軸線Ｏ側の端部までの距離（半径）ｄ１は、軸線Ｏからリング形状部材内周面２０までの距離（半径）ｄ２よりも小さい。なお、溝７、８の軸線Ｏ側の端部の位置は、リング形状部材内周面２０の位置に対して、同じであっても良い。また、軸線Ｏから溝７、８の軸線Ｏ側の端部までの距離（半径）ｄ１は、相互に異なっても良いが、軸線Ｏからリング形状部材内周面２０までの距離（半径）ｄ２に対しては、同じか小さい。
【００４２】
それぞれ８個の溝７、８は、ピストン本体１０の径方向に外周面１００に向かって、ピストン本体１０の周方向に等間隔もしくはほぼ等間隔に形成されているが、これに限らない。また、溝７、８のピストン本体１０の周方向の幅また深さは、適宜に設定される。
【００４３】
溝７、８のシリンダの軸線方向から見た平面形状は、矩形状（図５（Ａ）参照）、外周面１００に向かって拡開した台形状（図５（Ｂ１）参照）、溝７、８の幅の中心線（図５（Ａ）、（Ｂ１）、（Ｂ２）中の一点鎖線を参照）が直線（図５（Ａ）、図５（Ｂ１）参照）ではなく曲線であり、かつ、外周面１００に向かって拡開した形状（図５（Ｂ２）参照）などであって良い。また、溝７、８のシリンダの軸線に向かう方向から見た正面形状は、矩形状（図５（Ｃ１）参照）、円弧形状（図５（Ｃ２）参照）などであって良い。
【００４４】
（実施形態１の作用の説明）
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。
【００４５】
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、図７（Ａ）、（Ｂ）中の横軸に示すように、４サイクル行程を行う。すなわち、クランク角が−３６０°から−１８０°までの間においては、吸気行程が行われる。クランク角が−１８０°から０°までの間においては、圧縮行程が行われる。クランク角が０°であって、内燃機関用ピストン１が圧縮上死点に達した時点においては、点火プラグが着火して、空気と燃料との混合気がエンジン燃焼室６３内において燃焼して、ガスＧが発生する。クランク角が０°から＋１８０°までの間においては、膨張行程が行われる。クランク角が＋１８０°から＋３６０°までの間においては、排気行程が行われる。
【００４６】
図３（Ａ）中の実線矢印に示すように、エンジン燃焼室６３内において発生したガスＧは、エンジン燃焼室６３内から第１空隙Ｃ１内に流入する。第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１は、エンジン燃焼室６３内の圧力（筒内圧力）Ｐ１である。
【００４７】
第１空隙Ｃ１内のガスＧは、リング形状部材２の合い口すきまを直接通り抜け、また、リング形状部材上側面２１と環状溝上側面１２１との間の隙間および環状溝上側面１２１の溝８から流入し、リング形状部材内周面２０と環状溝底面１２０との間のバッククリアランスＢＣを通り、リング形状部材下側面２２と環状溝下側面１２２との間の隙間および環状溝下側面１２２の溝７を経由する流路から、ブローバイガス（漏れガス）として、第２空隙Ｃ２内に流入する。第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２は、第１空隙Ｃ１内から第２空隙Ｃ２内に漏れたガスＧにより発生する圧力である。
【００４８】
第２空隙Ｃ２内のガスＧは、トップリング３の合い口すきまを直接通り抜け、また、トップリング上側面３１とトップリング溝上側面１３１との間の隙間から流入し、トップリング内周面とトップリング溝底面１３０との間のバッククリアランスを通り、トップリング下側面３２とトップリング溝下側面１３２との間の隙間または合い口すきまを経由する流路から、ブローバイガス（漏れガス）として、第３空隙Ｃ３内に流入する。
第３空隙Ｃ３内の圧力（ランド圧）Ｐ３は、第２空隙Ｃ２内から第３空隙Ｃ３内に漏れたガスＧにより発生する圧力である。
【００４９】
第３空隙Ｃ３内のガスＧは、セカンドリング４の合い口すきまを直接通り抜け、また、セカンドリング上側面４１とセカンドリング溝上側面１４１との間の隙間から流入し、セカンドリング内周面とセカンドリング溝底面１４０との間のバッククリアランスを通り、
セカンドリング下側面４２とセカンドリング溝下側面１４２との間の隙間または合い口すきまを経由する流路から、ブローバイガス（漏れガス）として、第４空隙Ｃ４内に流入する。第４空隙Ｃ４内の圧力（ランド圧）Ｐ４は、第３空隙Ｃ３内から第４空隙Ｃ４内に漏れたガスＧにより発生する圧力である。
【００５０】
第４空隙Ｃ４内のガスＧは、オイルリング５の上側レールの合い口すきまを通過し、ほとんどがオイルリング溝底面１５０に形成されているオイル戻し穴１５３を通って、ブローバイガス（漏れガス）としてクランク室（不図示）内に流入する。
【００５１】
（実施形態１の効果の説明）
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。
【００５２】
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、ピストン本体１０にリング形状部材２を、トップリング３よりも上側（トップリング３に対してエンジン燃焼室６３側）に装着したものである。この結果、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、リング形状部材２により、トップリング３がエンジン燃焼室６３内からの高温・高圧のガスＧまたはプレイグニッションによる火炎Ｆ（図２（Ｂ）を参照）に直接晒されることが無い。これにより、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、トップリング３の変形ひいてはトップリング３のガスシール機能低下を防止することができる。
【００５３】
ここで、ピストン本体１０Ａにリング形状部材２が装着されていない従来の内燃機関用ピストンについて、図２（Ｂ）を参照して説明する。図２（Ｂ）中、図２（Ａ）と同符号は、同一のものを示す。ピストン本体１０Ａの頂面１１とトップリング３Ａの上側面３１とに挟まれたピストン本体１０Ａの外周面１００とボア壁面６１との間の空隙（クレビス）Ｃ内の高温・高圧のガスＧは、トップリング上側面３１とトップリング溝上側面１３１との間に流入して、トップリング３Ａは、高温・高圧のガスＧに直接晒されることとなる。このため、トップリング３Ａは、変形を生じ、これにより、トップリング３Ａとトップリング溝下側面１３２およびボア壁面６１との間のガスシール機能が損なわれ、ブローバイガスが多量に発生する結果となる。また、過給ダウンサイジングガソリンエンジンにおいて、空隙Ｃ内にプレイグニッションが発生すれば、トップリング３Ａの変形が早期に進行することとなる。
【００５４】
これに対して、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、リング形状部材２により、トップリング３が高温・高圧のガスＧまたは火炎Ｆに直接晒されることが無いので、トップリング３の変形とガスシール機能低下を防止することができる。
【００５５】
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、図３（Ａ）に示すように、ピストン本体１０の環状溝１２にリング形状部材２を装着し、かつ、環状溝上側面１２１および環状溝下側面１２２に溝７、８を形成したものである。この結果、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、内燃機関用ピストン１の位置が圧縮上死点直前の高圧のガスＧの一部が溝７、８を通って第２空隙Ｃ２内に流入して、第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２を上昇させる（図７（Ｂ）を参照）。これにより、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、圧縮行程後半から膨張行程前半までの間において、トップリング３の持ち上がり現象が発生しない（図７（Ａ）中Ｍを参照）ので、トップリング３は、ガスシール機能を果たすことができ、ブローバイガス量の増加を回避することができる。トップリング３の持ち上がり現象とは、トップリング下側面３２がトップリング溝下側面１３２から離れて持ち上がることをいう。
【００５６】
ここで、図３（Ａ）に示す内燃機関用ピストン１に対して、環状溝１２に溝７、８が形成されていないピストン本体１０Ｂと、図２（Ｂ）に示す従来のトップリング３Ａと、を用いた内燃機関用ピストンの場合について、図３（Ｂ）を参照して説明する。図３（Ｂ）中、図３（Ａ）と同符号は、同一のものを示す。
【００５７】
リング形状部材２は、第１空隙Ｃ１内の高圧のガスＧが第２空隙Ｃ２内に流入するのを妨げるように作用するので、第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２が上昇しないことになる（図８（Ｂ）を参照）。この結果、圧縮行程後半において、トップリング上側面３１に作用する第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２とトップリング下側面３２に作用する第３空隙Ｃ３内の圧力（ランド圧）Ｐ３との圧力差（Ｐ２−Ｐ３＞０）により発生するトップリング３Ａの軸線Ｏ方向の外力（Ｆ１）およびトップリング３Ａの外周面とボア壁面６１との摩擦力（Ｆ２）の合力（Ｆ１＋Ｆ２）に対して、トップリング３Ａの軸線Ｏ方向の慣性力（ＦＩ）が合力（Ｆ１＋Ｆ２）よりも大きい力（ＦＩ＞Ｆ１＋Ｆ２）で作用すると、トップリング３Ａの持ち上がり現象が発生する（図８（Ａ）中のＵを参照）。そして、膨張行程前半において、トップリング下側面３２は、第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２により、トップリング溝下側面１３２に再び当接する。このトップリング３Ａが持ち上がる時およびトップリング下側面３２がトップリング溝下側面１３２に再び当接する時、第２空隙Ｃ２内の高圧のガスＧが第３空隙Ｃ３内に流出し、ブローバイガス量を増加する誘因になる。
【００５８】
図８（Ａ）、（Ｂ）は、図３（Ｂ）に示す内燃機関用ピストンの場合の説明図である。図８（Ａ）は、トップリング３Ａの持ち上がり現象が発生する場合を示す説明図である。図８（Ｂ）は、第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１、第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２および第３空隙Ｃ３内の圧力（ランド圧）Ｐ３の変化を示す説明図である。
【００５９】
図８（Ａ）中の「Ｕ」は、図８（Ｂ）のランド圧変化（エンジン高負荷時）において、圧縮行程後半から膨張行程前半に及んでトップリング３Ａが持ち上がり、トップリング上側面３１がトップリング溝上側面１３１に当接している状態を示す。図８（Ｂ）は、圧縮行程後半において、トップリング上側面３１側の第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２が、第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１に比較して低く、第３空隙Ｃ３内の圧力（ランド圧）Ｐ３より僅かに高いことを示す。図８（Ｂ）に示す圧力差Ｐ２−Ｐ３の水準では、図８（Ａ）中のＵに示すように、トップリング３Ａの持ち上がり現象が発生することとなる。
【００６０】
この結果、圧縮行程後半において、トップリング３Ａがトップリング溝下側面１３２から離れてトップリング溝上側面１３１に移動している間に、および、膨張行程前半において、トップリング３Ａがトップリング溝上側面１３１から離れてトップリング溝下側面１３２に移動している間に、第２空隙Ｃ２内の高圧のガスＧがトップリング３Ａとトップリング溝上側面１３１、トップリング溝下側面１３２との間の隙間から第３空隙Ｃ３内に流出して、ブローバイガスが増加することとなる。なお、排気行程後半から吸気行程前半までの間において、トップリング上側面３１は、トップリング溝上側面１３１に当接しているが、この間においては、空隙（クレビス）Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５内の圧力（ランド圧）が全て低いため、ブローバイガスの発生が極めて少ない。
【００６１】
これに対して、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、図３（Ａ）に示すように、環状溝上側面１２１および環状溝下側面１２２に溝７、８を形成したものであるから、ピストン本体１０にリング形状部材２が装着されていても、圧縮行程後半において、第１空隙Ｃ１内の高圧のガスＧの一部が溝８、７を通って第２空隙Ｃ２内に流入し、第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２が上昇することとなる（図７（Ｂ）を参照）。これにより、圧縮行程後半において、トップリング上側面３１に作用する第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２とトップリング３の下側面３２に作用する第３空隙Ｃ３内の圧力（ランド圧）Ｐ３との圧力差（Ｐ２−Ｐ３＞０）により発生するトップリング３の軸線Ｏ方向の外力（Ｆ１）およびトップリング外周面とボア壁面６１との摩擦力（Ｆ２）の合力（Ｆ１＋Ｆ２）に対して、トップリング３の軸線Ｏ方向の慣性力（ＦＩ）が作用しても、合力（Ｆ１＋Ｆ２）が慣性力（ＦＩ）よりも大きい（ＦＩ＜Ｆ１＋Ｆ２）関係を満足する第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２であれば、トップリング３の持ち上がり現象が発生しない（図７（Ａ）中Ｍを参照）。そして、圧縮行程後半から膨張行程前半に亘り、トップリング３は、ガスシール機能を果たすことができ、ブローバイガス量の増加を回避することができる。
【００６２】
図７（Ａ）、（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す内燃機関用ピストン１の場合の説明図である。図７（Ａ）は、トップリング３の持ち上がり現象が発生しない場合を示す説明図である。図７（Ｂ）は、第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１、第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２および第３空隙Ｃ３内の圧力（ランド圧）Ｐ３の変化を示す説明図である。
【００６３】
図７（Ａ）中の「Ｍ」は、図７（Ｂ）のランド圧変化（エンジン高負荷時）において、図８（Ａ）中の「Ｕ」に示すような圧縮行程後半のトップリング３Ａの持ち上がり現象が発生していないこと（すなわち、トップリング下側面３２がトップリング溝下側面１３２に当接している状態）を示す。図７（Ｂ）は、圧縮行程後半から膨張行程前半までの間において、トップリング上側面３１側の第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２が、第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１の変化にわずかに遅れて第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１に近い圧力となり、圧縮行程後半において、圧力差Ｐ２−Ｐ３が、図８（Ｂ）に示す圧力差Ｐ２−Ｐ３に比較して大きいことを示す。従って、トップリング３の持ち上がり現象が発生せず、高圧のブローバイガスの増加を防止することができる。
【００６４】
ここで、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１の変形例として、圧縮行程後半から膨張行程前半までの間において、トップリング上側面３１側の第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２が、第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１の変化にわずかに遅れて第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１に近い圧力となり、圧縮行程後半において、圧力差Ｐ２−Ｐ３が、図８（Ｂ）に示す圧力差Ｐ２−Ｐ３に比較して大きく、トップリング３の持ち上がり現象が発生せず、高圧のブローバイガスの増加を防止することができれば、環状溝下側面１２２にのみ溝７を形成したものであってもよい。
【００６５】
この実施形態１または実施形態１の変形例に係る内燃機関用ピストン１は、図４に示すように、環状溝１２の上面側および下側面に形成される溝７、８または７の軸線Ｏ側の端部の位置が、リング形状部材内周面２０の位置に対して、軸線Ｏ側にあるので、高圧のガスＧが環状溝１２内に流入し、また、第２空隙Ｃ２内に流出し易くなる。この結果、この実施形態１または実施形態１の変形例に係る内燃機関用ピストン１は、第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２を第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１に近い圧力とすることができ、トップリング３の持ち上がり現象の発生を確実に防止することができ、ひいては、高圧のブローバイガスの増加を確実に防止することができる。
【００６６】
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、図３（Ａ）に示すように、環状溝１２の溝底径Ｄ１をトップリング溝１３の溝底径Ｄ２よりも大きくし、高温のエンジン燃焼温度を受熱するピストン頂面１１中心部から環状溝１２の溝底位置までの距離を大きくすることにより、ピストン頂面１１部の熱負荷を軽減する。環状溝１２の溝底位置までの距離が小さいと、環状溝のピストン頂面１１側にかかる筒内圧による荷重により環状溝の変形が大きくなり、また、溝底面１２０上側からピストンに亀裂が発生しやくなり不適である。
【００６７】
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、図３（Ａ）に示すように、環状溝１２の溝幅Ｈ１がトップリング溝１３の溝幅Ｈ２に対して、同等もしくは小さい。環状溝１２の溝幅Ｈ１が大きい場合としては、環状溝上側面１２１とピストン頂面１１とで挟まれる幅を薄くする場合と、環状溝下側面１２２とトップリング上側面１３１とで挟まれる幅を薄くする場合である。前者は、エンジン燃焼室６３の高い筒内圧をピストン頂面が受けることにより、環状溝上側の変形を増大する。後者は、リング形状部材がエンジン燃焼室６３の高い筒内圧をリング形状部材が受けることにより、環状溝下側の変形を増大する。従って、環状溝１２の溝幅Ｈ１およびピストン頂面１１から位置は、適宜設定される。
【００６８】
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、図３（Ａ）、図４に示すように、環状溝１２の軸線Ｏ方向の断面形状において溝底面１２０（溝底部）が円弧状かつ溝底面１２０（溝底部）以外が矩形の断面形状である。溝底面１２０（溝底部）を円弧状にすることは、矩形状の場合に比べ、高温のエンジン燃焼温度を受熱するピストンの熱応力に対して、応力集中を避けることができ、破壊強度を損なわない形状である。
【００６９】
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、図３（Ａ）に示すように、リング形状部材２の軸線Ｏ方向の断面形状が、内周面２０が軸線Ｏ側に円弧状に突出している断面形状である。この結果、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、リング形状部材２の内周面２０にガスＧ圧が背圧として作用する方向が、ボア壁面６１方向（ボア壁面６１に対して垂直方向もしくはほぼ垂直方向）以外にも分散するため、リング形状部材外周面２３がボア壁面６１を圧接する力を軽減することができる。従って、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、リング形状部材外周面２３がボア壁面６１に圧接している状態でボア壁面６１を摺動する時のリング形状部材外周面２３とボア壁面６１との間の摩擦力を小さくすることができ、リング形状部材２の耐摩耗性、耐スカッフ性を向上させることができる。リング形状部材２は、ピストン１０のエンジン燃焼室６３側に配設されており、潤滑性に乏しい摺動をするため、外周ガスシール機能が維持できる圧接する力があればよく、ボア壁面６１との間の摩擦力を極力小さくすることが好適である。なお、リング形状部材外周面２３のボア壁面６１に圧接する力は、トップリング外周面またはセカンドリング外周面のボア壁面６１に圧接する力よりも小さい。
【００７０】
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、図３（Ａ）に示すように、リング形状部材２の軸線Ｏ方向の断面形状が、外周面２３が軸線Ｏに対して反対側に円弧状に突出している断面形状である。この結果、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、リング形状部材２のいわゆるバレル面の外周面２３がボア壁面６１に圧接している状態でボア壁面６１を摺動する時の外周面２３とボア壁面６１との間の摩擦力を小さくすることができ、リング形状部材２の耐摩耗性、耐スカッフ性を向上させることができる。
【００７１】
この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、図６に示すように、トップリング３の軸線Ｏ方向の断面形状が、トップリング上側面３１のうちトップリング内周面３０側を切除した、トップリング３の軸線Ｏ方向の幅の中心線（図６中の一点鎖線を参照）に対して非対称な断面形状である。この結果、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、シリンダボア６０内に挿入した時に、トップリング溝１３内において、トップリング下側面３２のトップリング外周面側がエンジン燃焼室６３側に浮き上がり、一方、トップリング下側面３２のトップリング内周面３０側がトップリング溝下側面１３２に当接するように、トップリング３がねじれる。このように、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、トップリング３がねじれてトップリング下側面３２のトップリング内周面３０側がトップリング溝下側面１３２に当接することにより、トップリング上側面３１側の第２空隙Ｃ２内の高圧（ランド圧Ｐ２）のガスＧがトップリング下側面３２側の第３空隙Ｃ３内に流出することを阻止するガスシール機能を有する。従って、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、トップリング下側面３２に作用する圧力（第３空隙Ｃ３内のランド圧Ｐ３）の上昇を抑制し、トップリング３の持ち上がり現象を抑制することができる。
【００７２】
さらに、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、トップリング上側面３１のうちトップリング内周面３０側を切除したので、トップリング３の軸線Ｏ方向の幅を薄くすること、あるいは、トップリング３の縦断面積を小さくすること等により、トップリング３に作用する慣性力を小さくすることができる。この結果、この実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、トップリング３のエンジン圧縮行程後半の持ち上がり現象を抑制することができる。
【００７３】
（リング形状部材２の変形例の説明）
図９は、リング形状部材２の変形例、すなわち、リング形状部材２Ｕ、２Ｄが２枚の場合を示す一部縦断面図である。図９は、２枚のリング形状部材２Ｕ、２Ｄの断面形状が同一の場合を示す。
【００７４】
２枚のリング形状部材２Ｕ、２Ｄをピストン本体１０の環状溝１２に上下に装着する時、２枚のリング形状部材２Ｕ、２Ｄの合い口（図１０中の合い口端面２４を参照）がピストン本体１０もしくはシリンダボア６０の径方向に対向する位置になるよう装着することが好ましい。このように装着することにより、２枚のリング形状部材２Ｕ、２Ｄの合い口が重なる機会を少なくし、エンジン燃焼室６３内からのプレイグニッションによる火炎Ｆ（図２（Ｂ）が直接合い口を通過することを回避することができる。また、リング形状部材２Ｕ、２Ｄを含む内燃機関用ピストン１をシリンダボア６０内に挿入した時、下側のリング形状部材２Ｄは、トップリング３またはセカンドリング４より弱い力でボア壁面６１に圧接する。一方、上側のリング形状部材２Ｕは、シリンダボア６０内に挿入した時、ボア壁面６１に圧接していなくても良く、自由状態でシリンダボアの内径に等しい外径であればよい。
【００７５】
２枚のリング形状部材２Ｕ、２Ｄは、以上の構成からなるので、１枚のリング形状部材の場合に対して、エンジン燃焼室６３内からのはプレイグニッションによる火炎Ｆ（図２（Ｂ）が直接合い口を通過することを回避することができる。また、エンジン燃焼室６３内からの高温・高圧のガスＧまたはプレイグニッションによる火炎Ｆ（図２（Ｂ）に直接晒される上側のリング形状部材２Ｕが存在するため、下側のリング形状部材２Ｄが直接的な熱影響をうけないことから、下側のリング形状部材２Ｄのシール機能を持続可能にする。尚、上側のリング形状部材２Ｕの熱変形を軽減するため、幅を厚くし、部材の剛性を増すようにしてもよい。
【００７６】
（実施形態２の説明）
図１０（Ａ）、（Ｂ）、図１１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施形態２を示す。以下、この実施形態２に係る内燃機関用ピストンについて説明する。図中、図１〜図９と同符号は、同一のものを示す。
【００７７】
前記の実施形態１に係る内燃機関用ピストン１は、ピストン本体１０に形成された環状溝に溝を形成したものである。これに対して、この実施形態２に係る内燃機関用ピストンは、ピストン本体１０に形成された環状溝に溝の形成がなく、１本の環状溝１２に装着されたリング形状部材２Ａであって、リング形状部材上側面２１およびリング形状部材下側面２２に、シリンダ軸線方向に向かい貫通する溝がそれぞれ複数個、この例では、リング形状部材上側面２１の溝８０が７個、リング形状部材下側面２２の溝７０が７個、形成されている。溝７０，８０は、個数および相対的位置について適宜に設定されるが、それぞれ４個以上が好ましい。溝７０は、第２空隙Ｃ２に連通する。７個の溝７０、８０は、合い口端面２４間を含めて、リング形状部材２Ａの周方向に等間隔もしくはほぼ等間隔に形成されているが、これに限らない。また、溝７０、８０のリング形状部材２Ａの周方向の幅（溝幅）また深さは、適宜に設定される。
【００７８】
この実施形態２に係る内燃機関用ピストンのリング形状部材２Ａにおける溝７０、８０は、前記の実施形態１に係る内燃機関用ピストン１の環状溝の溝と同様に、シリンダの軸線方向から見た平面形状が矩形状、台形状、溝７０、８０の幅の中心線が曲線で外周面２３に向かって拡開した形状などであって良いし、また、溝７０、８０のシリンダの軸線に向かう方向から見た正面形状が矩形状、円弧形状などであって良い。
【００７９】
この実施形態に係る内燃機関用ピストンは、以上のごとき構成からなるので、前記の実施形態１に係る内燃機関用ピストン１の作用効果と同様もしくはほぼ同様の作用効果を達成することができる。
【００８０】
ここで、この実施形態２に係る内燃機関用ピストン１の変形例として、圧縮行程後半から膨張行程前半までの間において、トップリング上側面３１側の第２空隙Ｃ２内の圧力（ランド圧）Ｐ２が、第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１の変化にわずかに遅れて第１空隙Ｃ１内の圧力（ランド圧）Ｐ１に近い圧力となり、圧縮行程後半において、圧力差Ｐ２−Ｐ３が、図８（Ｂ）に示す圧力差Ｐ２−Ｐ３に比較して大きく、トップリング３の持ち上がり現象が発生せず、高圧のブローバイガスの増加を防止することができれば、リング形状部材下側面２２にのみ溝７０を形成したものであってもよい。
【００８１】
（リング形状部材２Ｕ、２Ｄの変形例の説明）
図１１（Ａ）は、本発明に係る内燃機関用ピストン１の他の実施形態を示す。図１１（Ａ）は、前記の図９と同様に、リング形状部材２Ｕ、２Ｄの変形例、すなわち、リング形状部材２ＡＵ、２ＡＤが２枚の場合を示す一部縦断面図である。この２枚のリング形状部材２ＡＵ、２ＡＤは同一物であり、上側のリング形状部材２ＡＵの溝８０は、環状溝上側面１２１に対向し、下側のリング形状部材２ＡＤの溝７０は、環状溝下側面１２２に対向して装着する。ここで、上側のリング形状部材２ＡＵの溝８０は、ガスＧが流入する通路を形成し、下側のリング形状部材２ＡＤの溝７０はガスＧが流出する通路を形成している。
【００８２】
図１１（Ａ）に示す２枚のリング形状部材２ＡＵ、２ＡＤは、以上の構成からなるので、前記の図９に示すピストン本体１０と２枚のリング形状部材２Ｕ、２Ｄとの組合せと同様もしくはほぼ同様の作用効果を達成することができる。
【００８３】
（リング形状部材２ＡＵ、２ＡＤの変形例の説明）
図１１（Ｂ）は、リング形状部材２ＡＵ、２ＡＤの変形例、すなわち、リング形状部材２Ｕ、２ＡＤが２枚の場合を示す一部縦断面図である。リング形状部材２Ｕは、図９のリング形状部材２Ｕと同等であり、リング形状部材２ＡＤは、図１１（Ａ）のリング形状部材２ＡＤと同等である。リング形状部材２ＡＤの下側面の溝７０がガスＧを流出する通路を形成している。
【００８４】
（実施形態３の説明）
図１２は、本発明に係る内燃機関用ピストンの実施形態３を示す。以下、この実施形態３に係る内燃機関用ピストンについて説明する。図中、図１〜図１１と同符号は、同一のものを示す。
【００８５】
この実施形態３に係る内燃機関用ピストンは、リング形状部材外周面２３側の端部２５が、環状溝上側面１２１に向かって拡開するテーパ形状をなすものである。このように、この実施形態３に係る内燃機関用ピストンは、リング形状部材外周面２３の端部２５の縦断面形状がエンジン燃焼室６３側に向かって拡開するテーパ形状とすることにより、エンジン燃焼室６３側の第１空隙Ｃ１内からリング形状部材外周面２３に流入する高圧のガスＧが、リング形状部材２をボア壁面６１から遠ざける方向の圧力として作用するので、リング形状部材外周面２３の摩耗を軽減することができる。この結果、この実施形態３に係る内燃機関用ピストンは、リング形状部材２の耐摩耗性、耐スカッフ性を向上させることができる。図１２には、環状溝１２が環状溝下側面１２２のみに溝７がある場合を示す。
【００８６】
（実施形態１、２、３、変形例以外の例の説明）
なお、前記の実施形態１、２においては、１本の環状溝１２に１本のリング形状部材２を装着し、前記の変形例においては、１本の環状溝１２に２本のリング形状部材２Ｕ、２Ｄ（図９）、また、２ＡＵ、２ＡＤ（図１１Ｂ）を装着するものである。しかしながら、この発明において、ピストンの破壊・損傷を引き起こさない範囲で、１本の環状溝１２に３本以上のリング形状部材を装着しても良い。
【００８７】
また、前記の実施形態１の変形例において、環状溝下側面１２２のみに溝７を設け、前記の実施形態２の変形例において、リング形状部材下側面２２にのみ溝７０を設けるものである。しかしながら、この発明において、シリンダ軸線を中心とする円周方向にリング形状部材２（平ら）、２Ａ（両面溝）、２Ｂ（外周テーパ）、２Ｕ（平ら）、２Ｄ（平ら）、２ＡＵ（上溝）、２ＡＤ（下溝）が摺動する際、環状溝下側面１２２の溝７とリング形状部材下側面２２の溝７０とが干渉しない範囲で、環状溝下側面１２２に溝７を設け、かつ、リング形状部材下側面２２に溝７０を設けるものであっても良い。これによりガスＧを流出する通路を拡大することができる。
【００８８】
また、前記の実施形態１の変形例において、環状溝上側面１２１に溝７を設け、前記の実施形態２の変形例において、リング形状部材上側面２１に溝７０を設けるものである。この発明において、シリンダ軸線を中心とする円周方向にリング形状部材２Ａ（両面溝）、２Ｂ（外周テーパ）、２ＡＵ（上溝）が摺動する際、環状溝上側面１２１の溝８とリング形状部材上側面２１の溝８０とが干渉しない範囲で、環状溝上側面１２１に溝８を設け、かつ、リング形状部材上側面２１に溝８０を設けるものであっても良い。これによりガスＧを流入する通路を拡大することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１  内燃機関用ピストン
１０、１０Ａ、１０Ｂ  ピストン本体
１００  外周面
１１  頂面
１２  環状溝
１２０  溝底面（環状溝底面）
１２１  上側面（環状溝上側面）
１２２  下側面（環状溝下側面）
１３  トップリング溝
１３０  溝底面（トップリング溝底面）
１３１  上側面（トップリング溝上側面）
１３２  下側面（トップリング溝下側面）
１４  セカンドリング溝
１４０  溝底面（セカンドリング溝底面）
１４１  上側面（セカンドリング溝上側面）
１４２  下側面（セカンドリング溝下側面）
１５  オイルリング溝
１５０  溝底面（オイルリング溝底面）
１５１  上側面（オイルリング溝上側面）
１５２  下側面（オイルリング溝下側面）
１５３  オイル戻し穴
１６  コンロッド
１７  ピストンピン
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｕ、２Ｄ、２ＡＤ  リング形状部材
２０  内周面（リング形状部材内周面）
２１  上側面（リング形状部材上側面）
２２  下側面（リング形状部材下側面）
２３  外周面（リング形状部材外周面）
３、３Ａ  トップリング（圧縮リング）
３０  内周面（トップリング内周面）
３１  上側面（トップリング上側面）
３２  下側面（トップリング下側面）
４  セカンドプリング（圧縮リング）
４１  上側面（セカンドリング上側面）
４２  下側面（セカンドリング下側底面）
５  オイルリング
５１  上側面（オイルリング上側面）
５２  下側面（オイルリング下側面）
６  シリンダブロック
６０  シリンダボア
６１  ボア壁面（シリンダボアの壁面）
６２  シリンダヘッド
６３  エンジン燃焼室
７  溝（環状溝下側面溝）
７０  溝（リング形状部材下側面溝）
８  溝（環状溝上側面溝）
８０  溝（リング形状部材上側面溝）
ＢＣ  バッククリアランス
Ｃ１  第１空隙
Ｃ２  第２空隙
Ｃ３  第３空隙
Ｃ４  第４空隙
Ｃ５  第５空隙
Ｄ１  環状溝の溝底径
Ｄ２  トップリング溝の溝底径
ｄ１  軸線から溝の軸線側の端部までの距離（半径）
ｄ２  軸線からリング形状部材内周面までの距離（半径）
Ｆ  火炎
Ｇ  ガス（エンジン燃焼ガス）
Ｈ１  環状溝の溝幅
Ｈ２  トップリング溝の溝幅
Ｏ  軸線（シリンダの軸線）
Ｐ１  ランド圧（第１空隙のランド圧）
Ｐ２  ランド圧（第２空隙のランド圧）
Ｐ３  ランド圧（第３空隙のランド圧）
ＳＣ  サイドクリアランス
Ｕ  トップリング上側面がトップリング溝上側面に当接している状態
Ｍ  トップリング下側面がトップリング溝下側面に当接している状態
【図１】
2018105258.tif 000003
【図２】
2018105258.tif 000004
【図３】
2018105258.tif 000005
【図４】
2018105258.tif 000006
【図５】
2018105258.tif 000007
【図６】
2018105258.tif 000008
【図７】
2018105258.tif 000009
【図８】
2018105258.tif 000010
【図９】
2018105258.tif 000011
【図１０】
2018105258.tif 000012
【図１１】
2018105258.tif 000013
【図１２】
2018105258.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月5日(2018.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、
前記ピストン本体の外周面には、複数本の前記圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、１本の環状溝が形成されていて、
１本の前記環状溝には、１本のリング形状部材が装着されていて、
前記リング形状部材の外周面は、前記シリンダボアの壁面に圧接していて、
前記リング形状部材の少なくとも下側面にはシリンダ軸線方向に向かい貫通する複数個の溝が形成されていて、
前記環状溝の上側面および下側面に、または前記下側面のみに、前記ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう複数個の溝が形成されていて、
前記ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう溝のシリンダの軸線側の端部の位置は、前記リング形状部材の内周面の位置に対して、同じかもしくは前記シリンダの軸線側にあって、
前記環状溝の下側面の溝は、前記リング形状部材の下側面と前記トップリングの上側面とに挟まれた前記ピストン本体の外周面と前記シリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通する、
ことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、
前記ピストン本体の外周面には、複数本の前記圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、１本の環状溝が形成されていて、
１本の前記環状溝には、複数本のリング形状部材が装着されていて、
前記複数本のリング形状部材のすべての外周面は、前記シリンダボアの壁面に圧接していて、
前記複数本のリング形状部材の少なくとも前記環状溝の下側面に対向する前記リング形状部材の下側面にはシリンダ軸線方向に向かい貫通する複数個の溝が形成されていて、
前記環状溝の上側面および下側面に、または前記下側面のみに、前記ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう複数個の溝が形成されていて、前記ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう溝のシリンダの軸線側の端部の位置は、前記リング形状部材の内周面の位置に対して、同じかもしくは前記シリンダの軸線側にあって、
前記環状溝の下側面の溝は、前記リング形状部材の下側面と前記トップリングの上側面とに挟まれた前記ピストン本体の外周面と前記シリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通する、
ことを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項３】
前記環状溝の溝底径は、前記トップリング溝の溝底径よりも大きく、前記環状溝の前記上側面または前記下側面の溝を除く溝幅は、前記トップリング溝の溝幅に対して、同等もしくは小さい、
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】
前記環状溝の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、溝底面が前記シリンダの軸線側に円弧状に突出していて、上側面および下側面が平行もしくはほぼ平行な断面形状である、
ことを特徴とする請求項１〜３に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項５】
前記リング形状部材の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、内周面が前記シリンダの軸線側に円弧状に突出している断面形状であり、外周面が前記シリンダの軸線に対して反対側に円弧状に突出している断面形状である、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項６】
前記リング形状部材の前記シリンダの軸線方向の断面形状は、外周面側の端部が前記環状溝の上側面に向かって広がるテーパ形状をなす、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項７】
前記トップリングの前記シリンダの軸線方向の断面形状は、前記トップリングの上側面のうち内周面側を切除した、前記トップリングの幅の中心線に対して非対称な断面形状である、
ことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の内燃機関用ピストン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の内燃機関用ピストンは、ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、ピストン本体の外周面には、複数本の圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、１本の環状溝が形成されていて、１本の環状溝には、１本のリング形状部材が装着されていて、リング形状部材の外周面は、シリンダボアの壁面に圧接していて、リング形状部材の少なくとも下側面にはシリンダ軸線方向に向かい貫通する複数個の溝が形成されていて、環状溝の上側面および下側面に、または下側面のみに、ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう複数個の溝が形成されていて、ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう溝のシリンダの軸線側の端部の位置は、リング形状部材の内周面の位置に対して、同じかもしくは前記シリンダの軸線側にあって、環状溝の下側面の溝は、リング形状部材の下側面とトップリングの上側面とに挟まれたピストン本体の外周面とシリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の内燃機関用ピストンは、ピストン本体と、複数本の圧縮リングと、を備え、シリンダボア内をシリンダの軸線方向に往復運動する内燃機関用ピストンにおいて、ピストン本体の外周面には、複数本の前記圧縮リングのうちのトップリングが装着されているトップリング溝よりも上側に、１本の環状溝が形成されていて、１本の環状溝には、複数本のリング形状部材が装着されていて、複数本のリング形状部材のすべての外周面は、シリンダボアの壁面に圧接していて、複数本のリング形状部材の少なくとも前記環状溝の下側面に対向するリング形状部材の下側面にはシリンダ軸線方向に向かい貫通する複数個の溝が形成されていて、環状溝の上側面および下側面に、または下側面のみに、ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう複数個の溝が形成されていて、ピストン本体の外周面からシリンダ軸線方向に向かう溝のシリンダの軸線側の端部の位置は、リング形状部材の内周面の位置に対して、同じかもしくはシリンダの軸線側にあって、環状溝の下側面の溝は、リング形状部材の下側面と前記トップリングの上側面とに挟まれたピストン本体の外周面とシリンダボアの壁面との間に形成される空隙に連通することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の内燃機関用ピストンは、前記環状溝の溝底径は、前記トップリング溝の溝底径よりも大きく、前記環状溝の前記上側面または前記下側面の溝を除く溝幅は、前記トップリング溝の溝幅に対して、同等もしくは小さい、ことが好ましい。
ことを特徴とする
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
（実施形態１、２、３、変形例以外の例の説明）
なお、前記の実施形態１、２においては、１本の環状溝１２に１本のリング形状部材２を装着し、前記の変形例においては、１本の環状溝１２に２本のリング形状部材２Ｕ、２Ｄ（図９）、また、２ＡＵ、２ＡＤ（図１１Ａ）を装着するものである。しかしながら、この発明において、ピストンの破壊・損傷を引き起こさない範囲で、１本の環状溝１２に３本以上のリング形状部材を装着しても良い。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
また、前記の実施形態１の変形例において、環状溝上側面１２１に溝８を設け、前記の実施形態２の変形例において、リング形状部材上側面２１に溝８０を設けるものである。この発明において、シリンダ軸線を中心とする円周方向にリング形状部材２Ａ（両面溝）、２Ｂ（外周テーパ）、２ＡＵ（上溝）が摺動する際、環状溝上側面１２１の溝８とリング形状部材上側面２１の溝８０とが干渉しない範囲で、環状溝上側面１２１に溝８を設け、かつ、リング形状部材上側面２１に溝８０を設けるものであっても良い。これによりガスＧを流入する通路を拡大することができる。