(57)【要約】【課題】カーボンスティックを防止できると共にブローバイガス量を低減できるピストンのシール構造を提供する。【解決手段】  ピストン４のトップリング溝１６を径方向外方に向かうにつれて拡幅するくさび状に形成し、トップリング溝１６にキーストンリング１８を揺動可能に設けたピストン４のシール構造において、キーストンリング１８の内周側かつピストンスカート９側の面２２に、トップリング溝１６のピストンスカート９側の面２５に当接する曲面部２３を形成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンのトップリング溝を径方向外方に向かうにつれて拡幅するくさび状に形成し、該トップリング溝にキーストンリングを揺動可能に設けたピストンのシール構造において、上記キーストンリングの内周側かつピストンスカート側の面に、上記トップリング溝のピストンスカート側の面に当接する曲面部を形成したことを特徴とするピストンのシール構造。
【請求項２】
上記曲面部は、上記キーストンリングの外周側かつピストンスカート側の面と滑らかに接続された請求項１記載のピストンのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に係り、特にピストンのシール構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に過給ディーゼル機関のトップリングには図３に示すキーストンリング３０が用いられている。
【０００３】
一般に過給ディーゼル機関ではピストンのトップリング溝の温度が高く、通常のプレーンタイプ（長方形断面）のトップリング（プレーンリング）では、トップリング、トップリング溝間に充満したオイルが高温のためにカーボン化（固体化）してしまい、その結果リングスティック（リング膠着）を起こしてしまう。
【０００４】
そこで、リングスティックを防止するためにトップリングにキーストンリング３０が用いられる。
【０００５】
図４に示すように、キーストンリング用のピストン４には、くさび形状のトップリング溝１６が形成されており、キーストンリング３０、トップリング溝１６ともにくさび形状となっている。そのため、ピストン４の首振り運動（ピストンピン周りの回転運動）に伴うキーストンリング３０とトップリング溝１６の相対運動により、キーストンリング３０とトップリング溝１６間の隙間が変化し、それによりカーボン化（固体化）したオイルを細かく砕くことになる。そのため、リングスティック（リング膠着）を起こさない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２０３４６３号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、トップリングにおいては、燃焼の際、筒内圧（燃焼圧）により、図５に示すように、トップリング３１はトップリング溝１６の下側に張り付く、しかし、トップリング３１にキーストンリング３０を用いる際には、キーストンリング３０とトップリング溝１６は線接触でシール幅が狭いため、下に抜ける燃焼ガス（ブローバイガス）の量が、プレーンタイプのピストンリングよりも多い。これを改良するため、図６に示すように、上面のみを傾斜させたハーフキーストンリング３２もあるが、カーボン化（固体化）したオイルを砕く能力が劣り、リング溝温度を下げなければならなくなる。これは出力低下に直結する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、カーボンスティックを防止できると共にブローバイガス量を低減できるピストンのシール構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、ピストンのトップリング溝を径方向外方に向かうにつれて拡幅するくさび状に形成し、該トップリング溝にキーストンリングを揺動可能に設けたピストンのシール構造において、上記キーストンリングの内周側かつピストンスカート側の面に、上記トップリング溝のピストンスカート側の面に当接する曲面部を形成したものである。
【００１０】
上記曲面部は、上記キーストンリングの外周側かつピストンスカート側の面と滑らかに接続されるとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、カーボンスティックを防止できると共にブローバイガス量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るキーストンリングの断面図である。
【図２】図２は内燃機関の要部断面図である。
【図３】図３（ａ）は従来のキーストンリングの平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４（ａ）は燃焼行程におけるキーストンリングの動作を示す説明図であり、図４（ｂ）は吸気行程におけるキーストンリングの動作を示す説明図である。
【図５】図５はブローバイガスの流れを示す説明図である。
【図６】図６はハーフキーストンリングの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図２に示すように、内燃機関１は、過給ディーゼル機関からなり、シリンダブロック２と、シリンダブロック２に形成されたシリンダボア３内に摺動可能に収容されたピストン４と、シリンダボア３の一端側のシリンダブロック２にヘッドガスケット５を介して設けられたシリンダヘッド６とを備える。
【００１４】
シリンダボア３は上下に延びて形成されており、断面円形に形成されている。シリンダヘッド６とピストン４との間のシリンダボア３（シリンダボア３の上端側）には、燃焼室７が形成されている。シリンダボア３の下端には図示しないクランク室が接続されている。
【００１５】
ピストン４は、上下に延びると共に上端がピストンヘッド８により閉塞された円筒状に形成されており、下部にピストンスカート９を有する。ピストンヘッド８の上面には、燃焼室７の一部をなすキャビティ１０が下方に窪ませて形成される。ピストン４の内部には、ピストン４を冷却するためのクーリングチャネル１１が形成されている。クーリングチャネル１１は、キャビティ１０の径方向外方にリング状の空間を形成してなる。クーリングチャネル１１には、潤滑オイルなどが供給されて流通するようになっている。ピストン４は、ピストンピン１２を介してコンロッド１３に回動可能に連結されており、コンロッド１３は図示しないクランクシャフトに回転自在に連結されている。
【００１６】
また、ピストン４の外周面（摺動面）には、複数のピストンリング溝１４が上下方向に所定の間隔を隔てて形成され、それぞれのピストンリング溝１４にはピストンリング１５が揺動可能に設けられている。
【００１７】
図１に示すように、複数のピストンリング溝１４のうち最上段に位置するトップリング溝１６は、溝底１７から径方向外方に向かうにつれて拡幅する断面くさび状に形成されている。トップリング溝１６が形成される部分のピストン４は、ニレジストからなる。トップリング溝１６に設けられるピストンリング１５は、トップリング溝１６より一回り小さいくさび状に形成されたキーストンリング１８からなる。キーストンリング１８は、内周面１９と上面（燃焼室７側の面）２０との間、上面２０と外周面２１との間及び外周面２１と下面（ピストンスカート９側の面）２２との間にそれぞれ面取り２４を有する。また、キーストンリング１８の内周側の下面２２には、トップリング溝１６の下側面２５に当接される曲面部２３が形成されている。曲面部２３は、下方に凸となる曲面状に形成されており、キーストンリング１８の外周側の平面状の下面２２と滑らかに接続されている。曲面部２３は半径１．５ｍｍに形成されており、キーストンリングは、ステンレスからなる。これにより、トップリング溝１４との接触はエッジでの当たりではなく、曲面部２３との当たりとなる。弾性変形を考慮した接触の計算（ヘルツの接触応力）によると、シール幅は約３０倍となる（倍率は曲面の径による）。よってブローバイガスを減らすことができる。
【００１８】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００１９】
ピストン４がシリンダボア３内で往復動するとき、ピストン４はピストンピン１２を中心として微少な首振り運動をし、キーストンリング１８はトップリング溝１６内で揺動する。これにより、キーストンリング１８とトップリング溝１６間の隙間が変化し、トップリング溝１６内でカーボン化したオイルが細かく砕かれる。このため、リングスティックが発生することはない。
【００２０】
また、燃焼行程で筒内圧が上昇すると、キーストンリング１８がトップリング溝１６の下側面２５に押圧される。このとき、キーストンリング１８の曲面部２３がトップリング溝１６の下側面２５に押圧されることとなる。曲面部２３は半径１．５ｍｍに形成されているため、曲面部２３が弾性変形することによって曲面部２３とトップリング溝１６の下側面２５とが十分なシール面積で当接され、曲面部２３とトップリング溝１６の下側面２５との間からクランク室側に漏れ出る燃焼ガス（ブローバイガス）の量を十分少なく抑えることができる。
【００２１】
このように、キーストンリング１８の内周側の下面２２に、トップリング溝１６の下側面２５（ピストンスカート９側の面）に当接する曲面部２３を形成したため、カーボンスティックを防止できると共にブローバイガス量を低減できる。
【００２２】
また、曲面部２３は、キーストンリング１８の外周側の下面２２と滑らかに接続されるものとしたため、トップリング溝１６の下側面２５にキーストンリング１８の曲面部２３を確実に当接させることができる。
【００２３】
なお、曲面部２３の半径は１．５ｍｍとしたが、これに限るものではない。曲面部２３の半径は０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであればよい。トップリングがトップリング溝１６にエッジで接触する場合と比較してシール幅を１０〜５０倍にすることができる。
【００２４】
また、トップリング溝１６が形成される部分のピストン４は、アルミであってもよく、キーストンリングは、鋳鉄であってもよい。
【符号の説明】
【００２５】
４  ピストン
９  ピストンスカート
１６  トップリング溝
１８  キーストンリング
２２  下面（キーストンリングのピストンスカート側の面）
２３  曲面部
２５  下側面（トップリング溝のピストンスカート側の面）
【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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