(57)【要約】【課題】本発明は、ピストンとシリンダライナとの間の摩擦増大を回避することのできる簡易な構造のリングレスピストンを提供することを課題とする。【解決手段】リングレスピストン（１）は、ピストン本体（４）の側周部に、弾性によってシリンダライナ（３ａ）へ押し付けられる締り嵌め部（５）が設けられている。締り嵌め部（５）は、ピストン本体（４）の周側壁をバレル形状とすることによって薄肉であるスカート部（６）に設けられている。このようなリングレスピストン（１）は、締り嵌め部（５）を押し縮めてシリンダブロック内に収容、装着される。締り嵌め部（５）とシリンダライナとの間には油膜が形成され、この油膜に生じる油圧によって気体シール機能が発揮される。【選択図】図１
2008014404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン本体の側周部に、弾性によってシリンダライナへ押し付けられる締り嵌め部を備えたことを特徴としたリングレスピストン。
【請求項２】
請求項１記載のリングレスピストンにおいて、
前記締り嵌め部は、前記ピストン本体のスカート部に配置されたことを特徴とするリングレスピストン。
【請求項３】
請求項１記載のリングレスピストンにおいて、
前記締り嵌め部は、前記ピストン本体のスカート部に配置されると共に、当該スカート部にスリットが設けられたことを特徴とするリングレスピストン。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のリングレスピストンを備えたエンジンであって、
前記締り嵌め部と前記シリンダライナとの間に油膜が形成されることを特徴としたエンジン。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のリングレスピストンを備えたエンジンであって、
前記締り嵌め部の材料は、前記シリンダライナの材料と同一であることを特徴としたエンジン。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のリングレスピストンを備えたエンジンであって、
前記締り嵌め部は、線膨張係数が前記シリンダライナの材料の線膨張係数と対応する材料からなり、前記締り嵌め部と前記シリンダライナとの間隔を維持することを特徴としたエンジン。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか一項記載のエンジンにおいて、
燃料を潤滑油として利用することを特徴としたエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンリングの装着が不要であるリングレスピストン及びこれを備えたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なピストンは、ピストンリング溝にピストンリングを装着する構成となっている。ところが、このようなピストンは、ピストンとシリンダ内壁（シリンダライナ）との間の摩擦が高いという問題があった。ピストンとシリンダライナとの間の摩擦が高いと、燃費が悪化する等の影響が見られる。
【０００３】
このような事情に鑑み、特許文献１に、以下のようなピストンの提案がされている。すなわち、シリンダヘッドとの間に燃焼室を形成する頂面を含むピストン本体を有し、シリンダ内を往復運動するピストンにおいて、前記ピストンの往復運動方向の周りを囲むように、前記ピストン本体に対して一体的に形成され、前記シリンダの内壁に接触する環状部を有することを特徴とするピストンが提案されている。
【０００４】
特許文献１で提案されたこのようなピストンは、環状部が燃焼室側の気体シール機能と燃焼室側へのオイルシール機能を発揮する。このため、このピストンは、ピストンリングが装着されることなくエンジンに装着される。また、この環状部がピストン本体に対して一体的に形成されているので、シリンダライナとの間の摩擦を低減することができる旨、特許文献１に記載されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、燃料である軽油を潤滑油として利用する軽油潤滑式ディーゼルエンジンが開示されている。このような軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、燃料となる軽油がエンジン各部の潤滑油としても用いられ、エンジン各部を循環する。このため、潤滑専用のオイルは不要であり、オイル交換の手間も省くことができる。
【０００６】
このようなディーゼルエンジンでは燃料として一般的に軽油を用い、軽油が潤滑系に供給されて各部の潤滑に供される。このようなディーゼルエンジンにおいても、特許文献１で提案されたピストンを採用することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３１７６９５号公報
【特許文献２】実開昭６０−１９４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２記載のような軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、軽油がピストンとシリンダライナとの摺動面にも供給される。
しかしながら、軽油は一般的なエンジンオイルよりも粘度が低く、蒸発し易い特性を有する。特にエンジンの高負荷時のように燃焼室が高温となる状態では、軽油の粘度低下が著しい。このため、ピストンとシリンダライナとの間の面圧が高いと当該箇所の摩擦増大が懸念される。このような特性を有する軽油潤滑式ディーゼルエンジンに特許文献１で提案されたピストンを採用すれば、当該ピストンとシリンダライナとの間の摩擦低減が期待される。
【０００９】
ところで、特許文献２記載のような軽油潤滑式ディーゼルエンジンにおけるシリンダライナとピストンとの摺動部では、燃焼ガスの吹き抜けを防止する気体シール機能が確保されていれば、高いオイルシール機能は要求されない。これは、潤滑油が燃料と共通であることから、多少のオイル上がりは問題とならないからである。このような要求に対し、特許文献１で提案されたピストンは、気体シール機能とオイルシール機能とを備えたものであるが、その反面、複雑な構造となっている。複雑な構造はムービングパーツであるピストンの重量増ともなり、この点でも改良の余地があった。
【００１０】
そこで、本発明は、ピストンとシリンダライナとの間の摩擦増大を回避することのできる簡易な構造のリングレスピストンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するための、本発明のリングレスピストンは、ピストン本体の側周部に、弾性によってシリンダライナへ押し付けられる締り嵌め部を備えたことを特徴としている（請求項１）。締り嵌め部をその弾性によってシリンダライナ側へ押し付け、気体シール機能を確保しようとするものである。また、締り嵌め部の弾性によりピストンとシリンダライナとの間の間隔が適切に調整され、当該箇所の摩擦増大を回避することができる。締り嵌め部の弾性は、エンジンの冷間時、暖機完了後、高温時等、どのような状況であっても適切な気体シール機能を発揮することができるように設定する。
【００１２】
このようなリングレスピストンでは、前記締り嵌め部は、前記ピストン本体のスカート部に配置されていることが望ましい（請求項２）。これは、ピストン本体のスカート部では所望の弾性を得易いからである。また、スカート部にスリットが設けられた構成とすることで（請求項３）、さらに容易に弾性を得ることができる。すなわち、スカート部にスリットを設けて、スカート部を分割することによりスカート部を弾性変形させ易くすることができる。
【００１３】
以上のようなリングレスピストンは、締り嵌め部の直径がエンジンのシリンダ内径よりも大きくされており、締り嵌め部を押し縮めるようにしてシリンダ内に装着される。締り嵌め部とシリンダライナとの間に潤滑油が供給されると、当該箇所にはいわゆるクサビ効果による油圧が発生する。すなわち、締り嵌め部は、その弾性によってシリンダライナへ押し付けられているから、締り嵌め部とシリンダライナとの間に存在する潤滑油は油圧を生じる。この油圧により気体のシール機能が発揮される。
【００１４】
このように本発明のエンジンでは、リングレスピストンの締り嵌め部とシリンダライナとの間に存在する潤滑油の油圧によって気体シール機能を実現しようとするものであるから、締り嵌め部の直径とシリンダライナの内径との関係が重要となる。そこで、本発明のエンジンでは、前記締り嵌め部の材料は、前記シリンダライナの材料と同一である構成とすることができる（請求項５）。同一の材料であれば、両者の線膨張係数も同一であるから、エンジンの温度変化によらず締り嵌め部とシリンダライナとの前記関係を常に適切に維持することができる。
【００１５】
また、両者の材料は、全く同一の場合に限定されるものではない。すなわち、前記締り嵌め部は、線膨張係数が前記シリンダライナの材料の線膨張係数と対応する材料からなり、前記締り嵌め部と前記シリンダライナとの間隔を維持する構成となっていればよい（請求項６）。
【００１６】
このようなエンジンは、燃料を潤滑油として利用する構成とすることができる（請求項７）。本発明のリングレスピストンは、燃料と潤滑油が別個に準備された一般的なエンジンにも採用することができる。ただし、いわゆるオイル上がりやオイル下がりが問題とならない燃料を潤滑油として利用する形式のエンジンに用いれば、このような形式のエンジンが有するピストンとシリンダライナとの間の摩擦増大という問題を解決することができ、有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、弾性によってシリンダライナへ押し付けられる締り嵌め部を備えたリングレスピストンとしたので、ピストンとシリンダライナとの間の摩擦増大を回避しつつ、適切な気体シール機能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明のリングレスピストン１を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図２は、リングレスピストン１をエンジン２のシリンダブロック３内に装着した際のリングレスピストン１とシリンダライナ３ａとの関係を示した説明図である。エンジン２は、潤滑油として燃料である軽油を利用する形式のディーゼルエンジンである。
【００２０】
リングレスピストン１は、ピストン本体４の側周部に、弾性によってシリンダライナ３ａへ押し付けられる締り嵌め部５が設けられている。締り嵌め部５は、より具体的には、ピストン本体４の周側壁をバレル形状とすることによって薄肉であるスカート部６に設けられている。ただし、図１（ｂ）におけるピストン本体４のバレル形状は、説明の都合上、誇張して描いている。ここで、締り嵌め部５をスカート部６に設けるのは、スカート部６は図１（ｂ）から明らかなようにピストン本体４の下端側に位置し、さらに、薄肉であることから弾性を得易いからである。
【００２１】
ピストン本体４のスカート部６には、全周に亘って等間隔にスリット７が設けられている。スリット７を設けるのはスカート部６にさらなる弾性を付与し、締り嵌め部５が配置されたスカート部６を変形し易くするためである。また、スリット７をスカート部６の全周に亘って等間隔に設けたのは、スカート部６の全周に亘って均等に弾性を付与し、変形させるためである。
【００２２】
このようなリングレスピストン１は、シリンダライナ３ａと同質の鋳鉄により形成されている。また、図２に誇張して示したように、締り嵌め部５の直径は、シリンダライナ３ａの内周径よりも大きい。従って、リングレスピストン１は、破線で示した状態の締り嵌め部５を実線で示した状態に押し縮め、当該箇所において締り嵌めとなるようにシリンダブロック３内に収容し、装着される。締り嵌め部５は、弾性を有していることから、シリンダライナ３ａとの位置関係を調整することができる。
【００２３】
以上説明したようにシリンダブロック３内に装着されたリングレスピストン１の締り嵌め部５とシリンダライナ３ａとの間には、潤滑油としての軽油が供給される。図３は、エンジン２が稼働時しているときの締り嵌め部５周辺の圧力状態を示した説明図である。エンジン２の稼働時、リングレスピストン１の燃焼室側の圧力はＰ１となっており、クランクケース側の圧力はＰ２となっている。また、シリンダライナ３ａには潤滑油８による油膜が形成されている。ここで、締り嵌め部５とシリンダライナ３ａとは締り嵌めとなっており、両者間の油膜は、いわゆるクサビ効果により油圧Ｐｏを生じている。この油圧Ｐｏは、圧力Ｐ１、Ｐ２よりも高い値となる。このため、燃焼室側とクランクケース側との間の気体の流通が制限される。すなわち、気体シール機能が発揮される。
【００２４】
以上説明したように、気体シール機能が発揮されることにより、エンジン２のコンプレッションが確保される。また、シリンダライナ３ａの周辺での気体の流通が制限されることにより、シリンダライナ３ａに付着している潤滑油が掻き落とされることもなく、潤滑油不足による摩擦増大のおそれが軽減される。
【００２５】
また、エンジン２が高温となると、リングレスピストン１及びシリンダライナ３ａが共に熱膨張する。ここで、リングレスピストン１とシリンダライナ３ａは、双方鋳鉄で成形されている。従って、締り嵌め部５は、線膨張係数がシリンダライナ３ａの材料の線膨張係数と対応する材料からなっているから、締り嵌め部５とシリンダライナ３ａとの間隔は、どのような温度状態となってもほぼ一定の範囲に維持される。この結果、締り嵌め部５のシリンダライナ３ａに対する押し付け力が過剰に増大することを回避することができる。
仮に、リングレスピストン１の熱膨張がシリンダライナ３ａの熱膨張よりも大きいとすると、リングレスピストン１のシリンダライナ３ａへの押し付け力が増大し、ひいては当該箇所の摩擦増大に繋がるが、本実施例ではこのような事態を回避することができる。また、常に所望の気体シール機能を発揮させることができる。
【００２６】
以上、説明したように、本発明のリングレスピストン１によれば、簡易な構造であるにもかかわらず、適切な気体シール機能を発揮することができ、ピストンとシリンダライナとの間の摩擦増大を回避、抑制することができる。また、リングレスピストン１は簡易な構造であるから、軽量化も容易である。
【００２７】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。また、燃料を潤滑油として利用する形式のディーゼルエンジンには、種々の配管形式が考えられ、付属する構成要素も様々なものが考えられるが、燃料を潤滑油として利用している形式のエンジンであれば、どのようなエンジンに対しても本発明のピストンを採用することができる。
【００２８】
また、本発明のリングレスピストン１は、燃料とは別個の潤滑油を準備する一般的なエンジンにも採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のリングレスピストンを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】リングレスピストンをエンジンのシリンダブロック内に装着した際のリングレスピストンとシリンダライナとの関係を示した説明図である。
【図３】エンジンが稼働時しているときの締り嵌め部周辺の圧力状態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  リングレスピストン
２  エンジン
３  シリンダブロック
３ａ  シリンダライナ
４  ピストン本体
５  締り嵌め部
６  スカート部
７  スリット
８  潤滑油
【図１】
2008014404.tif 000003
【図２】
2008014404.tif 000004
【図３】
2008014404.tif 000005