(57)【要約】【課題】温度変化に応じてピストンリングの押圧力を滑らかに変化させることによって、オイル消費量を効率よく低減させることのできる技術を提供する。【解決手段】ピストン装置は、シリンダと、ピストンと、ピストンリングセットと、を備える。ピストンリングセット３００は、シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材３０３，３０４と、張力を有し、摺動リング部材がシリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、摺動リング部材に誘起させる略環状の張力リング部材３０１と、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させるための調整部材３０６，３０７と、を備える。調整部材は、特定材料を用いて形成されており、特定材料の熱膨張率は、張力リング部材を構成する材料よりも大きく、特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大する。【選択図】　図６
2004011541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に適用されるピストン装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されたピストンリングセットと、
を備え、
前記ピストンリングセットは、
前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、
張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させる略環状の張力リング部材と、
温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させるための調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とするピストン装置。
【請求項２】
請求項１記載のピストン装置であって、
前記特定材料は、樹脂である、ピストン装置。
【請求項３】
請求項１記載のピストン装置であって、
前記ピストンリングセットは、オイルリングとして機能する、ピストン装置。
【請求項４】
請求項１記載のピストン装置であって、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記調整部材は、前記壁部と前記摺動リング部材との間に設けられている、ピストン装置。
【請求項５】
請求項４記載のピストン装置であって、
前記調整部材は、略環状の外形形状を有する、ピストン装置。
【請求項６】
請求項４記載のピストン装置であって、
前記調整部材は、複数の部分調整部材を含み、
前記複数の部分調整部材は、前記壁部と前記摺動リング部材とが接触しないように、前記壁部に沿って略環状に配置されている、ピストン装置。
【請求項７】
請求項４記載のピストン装置であって、
前記調整部材の半径方向の寸法は、前記ピストンリングセットの外面側に向かう程、大きく設定されている、ピストン装置。
【請求項８】
請求項４記載のピストン装置であって、
前記調整部材は、略円形の断面形状を有する、ピストン装置。
【請求項９】
請求項１記載のピストン装置であって、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記摺動リング部材の内面側には、凸部が設けられており、
前記調整部材は、前記凸部の内周側側面に接触するように、前記平坦部と前記摺動リング部材との間に設けられている、ピストン装置。
【請求項１０】
請求項１記載のピストン装置であって、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記リング溝には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記張力リング部材の内周側に接触するように、前記凹部に挿入されている、ピストン装置。
【請求項１１】
請求項１記載のピストン装置であって、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記摺動リング部材の外周面には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記凹部に挿入されている、ピストン装置。
【請求項１２】
内燃機関に適用されるピストン装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されたピストンリングセットと、
を備え、
前記ピストンリングセットは、
前記シリンダの内側壁面上を摺動し、前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を発生させる張力を有する略環状の張力リング部材と、
温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させるための調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とするピストン装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のピストン装置であって、
前記特定材料は、樹脂である、ピストン装置。
【請求項１４】
請求項１２記載のピストン装置であって、
前記ピストンリングセットは、コンプレッションリングとして機能する、ピストン装置。
【請求項１５】
請求項１２記載のピストン装置であって、
前記張力リング部材には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記凹部に挿入されている、ピストン装置。
【請求項１６】
請求項１５記載のピストン装置であって、
前記凹部は、前記調整部材が前記張力リング部材の外周面近傍に配置されるように、形成されている、ピストン装置。
【請求項１７】
請求項１５記載のピストン装置であって、
前記凹部は、前記張力リング部材の外周側に向かう開口を有する、ピストン装置。
【請求項１８】
請求項１２記載のピストン装置であって、
前記リング溝には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記張力リング部材の内周面に接触するように、前記凹部に挿入されている、ピストン装置。
【請求項１９】
内燃機関に適用されるピストン装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されたピストンリングセットと、
を備え、
前記ピストンリングセットは、
前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、
張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させるとともに、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させるための略環状の調整リング部材と、
を備え、
前記調整リング部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記摺動リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とするピストン装置。
【請求項２０】
請求項１９記載のピストン装置であって、
前記特定材料は、樹脂である、ピストン装置。
【請求項２１】
請求項１９記載のピストン装置であって、
前記ピストンリングセットは、オイルリングとして機能する、ピストン装置。
【請求項２２】
請求項１９記載のピストン装置であって、
前記調整リング部材は、コイル状の線材である、ピストン装置。
【請求項２３】
請求項１９記載のピストン装置であって、
前記調整リング部材は、
張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させる略環状の第１種のリング部材と、
温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる略環状の第２種のリング部材と、
を備え、
前記第２種のリング部材は、前記特定材料を用いて形成されている、ピストン装置。
【請求項２４】
請求項２３記載のピストン装置であって、
前記第１種のリング部材は、コイル状の線材であり、
前記第２種のリング部材は、前記第１種のリング部材の内側に設けられている、ピストン装置。
【請求項２５】
請求項２４記載のピストン装置であって、
前記第２種のリング部材は、コイル状の線材である、ピストン装置。
【請求項２６】
請求項２３記載のピストン装置であって、
前記第２種のリング部材は、前記第１種のリング部材の外部に設けられている、ピストン装置。
【請求項２７】
シリンダと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、を備える内燃機関に適用され、前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されるピストンリングセットであって、
使用時に、前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、使用時に、張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させる略環状の張力リング部材と、
使用時に、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とするピストンリングセット。
【請求項２８】
シリンダと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、を備える内燃機関に適用され、前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されるピストンリングセットであって、
使用時に、前記シリンダの内側壁面上を摺動し、前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を発生させる張力を有する略環状の張力リング部材と、
使用時に、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とするピストンリングセット。
【請求項２９】
シリンダと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、を備える内燃機関に適用され、前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されるピストンリングセットであって、
使用時に、前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、使用時に、張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させるとともに、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる略環状の調整リング部材と、
を備え、
前記調整リング部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記摺動リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とするピストンリングセット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ピストン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、シリンダとピストンとを含むピストン装置を備えている。ピストンには、複数のピストンリングが装着されている。ピストンリングは、シリンダの内側壁面にオイルの膜を形成するとともに、余分なオイルを掻き落とす機能を有している。これにより、燃焼室内へのオイルの侵入が抑制され、この結果、オイル消費量が低減される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピストン温度が比較的高い場合には、すなわち、内燃機関の回転数や負荷が比較的大きい場合には、オイル消費量が急激に増加するという問題があった。これは、ピストンリングがシリンダの内側壁面を押圧する力（押圧力）が不足するためである。
【０００４】
このため、従来では、種々の手法でピストンリングの押圧力が調整されている。例えば、実公平３−４１０７８号公報では、形状記憶合金が採用されている。具体的には、ピストンリング（オイルリング）は、油掻きリングと、その内周側に設けられたコイル状の拡張リングと、を備えており、拡張リングは、形状記憶合金で構成されている。形状記憶合金は、高温時に膨張し、低温時に収縮する特性を有している。このため、ピストン温度が高くなる場合には、押圧力が高められていた。しかしながら、この場合には、押圧力を適切に設定することが困難であった。これは、形状記憶合金は、ピストン温度の変化に対してステップ状に変形するためである。そして、押圧力が過小である場合には、オイル消費量を低減させることが困難となってしまい、逆に、押圧力が過大である場合には、シリンダとピストンリングとの間の摩擦によって内燃機関の燃費が悪化してしまう。
【０００５】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、温度変化に応じてピストンリングの押圧力を滑らかに変化させることによって、オイル消費量を効率よく低減させることのできる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の装置は、内燃機関に適用されるピストン装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されたピストンリングセットと、
を備え、
前記ピストンリングセットは、
前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、
張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させる略環状の張力リング部材と、
温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させるための調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【０００７】
ここで、特定材料は、樹脂であることが好ましい。
【０００８】
第１の装置では、ピストンリングセットは、調整部材を備えている。調整部材は、温度変化に応じて滑らかに変形する。したがって、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【０００９】
なお、このピストンリングセットは、オイルリングとして機能することができる。
【００１０】
上記の第１の装置において、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記調整部材は、前記壁部と前記摺動リング部材との間に設けられていることが好ましい。
【００１１】
上記の第１の装置において、
前記調整部材は、略環状の外形形状を有することが好ましい。
【００１２】
あるいは、上記の第１の装置において、
前記調整部材は、複数の部分調整部材を含み、
前記複数の部分調整部材は、前記壁部と前記摺動リング部材とが接触しないように、前記壁部に沿って略環状に配置されているようにしてもよい。
【００１３】
こうすれば、調整部材は、摺動リング部材の外周上の各点における押圧力をほぼ均等に変化させることができる。
【００１４】
上記の第１の装置において、
前記調整部材の半径方向の寸法は、前記ピストンリングセットの外面側に向かう程、大きく設定されていることが好ましい。
【００１５】
こうすれば、押圧力は、シリンダの内側壁面に垂直な力成分と、ピストンリングセットの内面側に向かう力成分と、を含む。このため、摺動リング部材と拡張リング部材とが離れ難くなり、この結果、オイル消費量をより低減させることが可能となる。
【００１６】
あるいは、上記の第１の装置において、
前記調整部材は、略円形の断面形状を有するようにしてもよい。
【００１７】
こうすれば、摺動リング部材は、その姿勢に関わらずシリンダの内側壁面を押圧することができ、この結果、オイル消費量をより低減させることが可能となる。
【００１８】
また、上記の第１の装置において、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記摺動リング部材の内面側には、凸部が設けられており、
前記調整部材は、前記凸部の内周側側面に接触するように、前記平坦部と前記摺動リング部材との間に設けられているようにしてもよい。
【００１９】
あるいは、上記の第１の装置において、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記リング溝には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記張力リング部材の内周側に接触するように、前記凹部に挿入されているようにしてもよい。
【００２０】
あるいは、上記の第１の装置において、
前記張力リング部材は、
外周側に形成され、前記摺動リング部材が配置される平坦部と、
内周側に形成され、前記摺動リング部材の半径方向内側への移動を制限する壁部と、
を備え、
前記摺動リング部材の外周面には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記凹部に挿入されているようにしてもよい。
【００２１】
このように、調整部材の配置を変更した種々のピストンリングセットを構成することができる。
【００２２】
本発明の第２の装置は、内燃機関に適用されるピストン装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されたピストンリングセットと、
を備え、
前記ピストンリングセットは、
前記シリンダの内側壁面上を摺動し、前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を発生させる張力を有する略環状の張力リング部材と、
温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させるための調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００２３】
ここで、特定材料は、樹脂であることが好ましい。
【００２４】
第２の装置では、ピストンリングセットは、調整部材を備えている。調整部材は、温度変化に応じて滑らかに変形する。したがって、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００２５】
なお、このピストンリングセットは、コンプレッションリングとして機能することができる。
【００２６】
上記の第２の装置において、
前記張力リング部材には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記凹部に挿入されているようにしてもよい。
【００２７】
上記の第２の装置において、
前記凹部は、前記調整部材が前記張力リング部材の外周面近傍に配置されるように、形成されていることが好ましい。
【００２８】
こうすれば、調整部材の変形を、押圧力の変化に効率よく変換することができる。
【００２９】
上記の第２の装置において、
前記凹部は、前記張力リング部材の外周側に向かう開口を有していてもよい。
【００３０】
上記の第２の装置において、
前記リング溝には、凹部が形成されており、
前記調整部材は、前記張力リング部材の内周面に接触するように、前記凹部に挿入されているようにしてもよい。
【００３１】
本発明の第３の装置は、内燃機関に適用されるピストン装置であって、
シリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されたピストンリングセットと、
を備え、
前記ピストンリングセットは、
前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、
張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させるとともに、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させるための略環状の調整リング部材と、
を備え、
前記調整リング部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記摺動リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００３２】
ここで、特定材料は、樹脂であることが好ましい。
【００３３】
第３の装置では、ピストンリングセットは、調整リング部材を備えている。調整リング部材は、温度変化に応じて滑らかに変形する。したがって、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００３４】
なお、このピストンリングセットは、オイルリングとして機能することができる。
【００３５】
上記の第３の装置において、
前記調整リング部材は、コイル状の線材であってもよい。
【００３６】
上記の第３の装置において、
前記調整リング部材は、
張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させる略環状の第１種のリング部材と、
温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる略環状の第２種のリング部材と、
を備え、
前記第２種のリング部材は、前記特定材料を用いて形成されているようにしてもよい。
【００３７】
このように、調整リング部材が２種類のリング部材を含んでいれば、押圧力を比較的自由に設定することが可能となる。
【００３８】
上記の第３の装置において、
前記第１種のリング部材は、コイル状の線材であり、
前記第２種のリング部材は、前記第１種のリング部材の内側に設けられているようにしてもよい。
【００３９】
こうすれば、２種類のリング部材が一体化されるため、ピストンへの装着等の取り扱いが容易となる。
【００４０】
上記の第３の装置において、
前記第２種のリング部材は、コイル状の線材であってもよい。
【００４１】
上記の第３の装置において、
前記第２種のリング部材は、前記第１種のリング部材の外部に設けられているようにしてもよい。
【００４２】
本発明の第４の装置は、シリンダと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、を備える内燃機関に適用され、前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されるピストンリングセットであって、
使用時に、前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、使用時に、張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させる略環状の張力リング部材と、
使用時に、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００４３】
第４の装置では、ピストンリングセットは、調整部材を備えている。したがって、第４の装置を内燃機関のピストン装置に適用すれば、第１の装置と同様に、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００４４】
本発明の第５の装置は、シリンダと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、を備える内燃機関に適用され、前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されるピストンリングセットであって、
使用時に、前記シリンダの内側壁面上を摺動し、前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を発生させる張力を有する略環状の張力リング部材と、
使用時に、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる調整部材と、
を備え、
前記調整部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記張力リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００４５】
第５の装置では、ピストンリングセットは、調整部材を備えている。したがって、第５の装置を内燃機関のピストン装置に適用すれば、第２の装置と同様に、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００４６】
本発明の第６の装置は、シリンダと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、を備える内燃機関に適用され、前記ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入されるピストンリングセットであって、
使用時に、前記シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材と、使用時に、張力を有し、前記摺動リング部材が前記シリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、前記摺動リング部材に誘起させるとともに、温度に応じて変形することによって前記押圧力を変化させる略環状の調整リング部材と、
を備え、
前記調整リング部材は、特定材料を用いて形成されており、
前記特定材料の熱膨張率は、前記摺動リング部材を構成する材料よりも大きく、前記特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大することを特徴とする。
【００４７】
第６の装置では、ピストンリングセットは、調整リング部材を備えている。したがって、第６の装置を内燃機関のピストン装置に適用すれば、第３の装置と同様に、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることができる。
【００４８】
この発明は、ピストン装置、ピストンリングセット、ピストン装置を備える内燃機関、該内燃機関を搭載した移動体などの装置等の種々の態様で実現することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．エンジンの構成：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明のピストン装置を適用したガソリンエンジン１０の概略構成を示す説明図である。なお、本実施例のエンジン１０は、車両に搭載されている。
【００５０】
エンジン１０は、シリンダブロック２０と、シリンダヘッド３０と、を備えている。シリンダブロック２０とシリンダヘッド３０との間には、燃焼室１２が形成されている。
【００５１】
シリンダブロック２０は、シリンダ２２と、クランクケース２４と、を含んでいる。略円筒形のシリンダ２２内には、上下に往復運動する略円柱形のピストン２６が設けられている。クランクケース２４内には、回転運動するクランクシャフト２８が設けられている。ピストン２６とクランクシャフト２８とは、コネクティングロッド２７を介して接続されている。この構成によって、ピストン２６の往復運動とクランクシャフト２８の回転運動との変換が行われる。
【００５２】
シリンダヘッド３０には、吸気ポート３１と排気ポート３２とが形成されている。吸気ポート３１には吸気バルブ３３が配置されており、排気ポート３２には排気バルブ３４が配置されている。空気とガソリンとを含む混合気は、吸気ポート３１を介して燃焼室１２に供給される。混合気は、各点火プラグ３６が形成する電気火花によって、燃焼する。燃焼済みの排気ガスは、排気ポート３２を介して燃焼室１２から排出される。
【００５３】
コネクティングロッド２７には、シリンダ２２およびピストン２６に向かってオイル（潤滑油）を供給するためのオイル孔が設けられている。このオイルによって、ピストン２６とシリンダ２２との間の摩擦が低減されるとともに、ピストン２６が冷却される。また、シリンダ２２の壁部には、エンジン全体を冷却するための冷却水通路２２ａが形成されている。燃焼室１２で発生する熱は、直接またはピストン２６を介してシリンダ２２に伝わる。
【００５４】
なお、図１では、図示の便宜上、１つの気筒のみが図示されているが、実際には、エンジン１０には複数の気筒が備えられている。
【００５５】
Ａ−２．ピストン装置の構成：
図２は、図１のシリンダ２２とピストン２６との界面付近を示す説明図である。図示するように、本実施例では、ピストン２６には、３つのピストンリング１００，２００，３００が装着されている。３つのピストンリングは、ピストン２６の側面に形成された３つのリング溝２６ａ，２６ｂ，２６ｃにそれぞれ挿入されている。
【００５６】
各ピストンリング１００，２００，３００は、燃焼室からクランクケースへのガス漏れを抑制する機能と、シリンダの内側壁面にオイルの膜を形成するとともに余分なオイルを掻き落とす機能と、ピストンが受ける燃焼室の熱をシリンダへ伝える機能と、を有している。第１および第２のピストンリング１００，２００は、主として、燃焼室１２からクランクケース２４へのガス漏れを防止する機能を有しており、コンプレッションリングと呼ばれている。特に、第１のピストンリング１００は、トップリングと呼ばれ、第２のピストンリング２００は、セカンドリングと呼ばれる。また、第３のピストンリング３００は、主として、シリンダ２２の内側壁面に付着した余分なオイルを掻き落とす機能を有しており、オイルリングと呼ばれている。なお、オイルリングによって掻き取られたオイルの一部は、第３のリング溝２６ｃに設けられた複数の排油孔（図示せず）を介して、ピストン２６の内側に排出される。
【００５７】
なお、上記の３つの機能は、各ピストンリング１００，２００，３００がシリンダ２２の内側壁面を押圧することによって、実現されている。具体的には、各ピストンリングは、合口すき間（図示せず）が狭められた状態で、シリンダ２２内のピストン２６に装着される。このため、各ピストンリングは、張力を有する。この張力によって、各ピストンリングは、シリンダ２２の内側壁面を押圧することができ、この結果、上記の各機能を発揮することができる。
【００５８】
Ａ−３．オイル消費：
前述のように、エンジンの回転数や負荷（トルク）が比較的大きい場合には、換言すれば、高速運転状態や高負荷運転状態では、シリンダの内側壁面に付着したオイルが燃焼室内に侵入し易くなり、オイル消費量が急激に増大する傾向にある。
【００５９】
高速・高負荷運転状態におけるオイル消費量の増大は、以下のような種々の現象に起因する。（ａ）シリンダとピストンとの相対速度が高くなり、摩擦力が低下する。（ｂ）ピストンリングを構成する複数の部材の剛性の相違により、シリンダの内側壁面とピストンリングの摺動面との接触度が低下する。（ｃ）シリンダの変形（膨張）にピストンリングが追従できない。（ｄ）ピストンの首振りによって、ピストンリングの姿勢が悪化する。（ｅ）ランド圧力と摩擦力との間のバランスが崩れて、ピストンリングがリング溝から離れる（フラッタリング）。
【００６０】
なお、上記の現象は、ピストンリングの張力が比較的小さく設定されている場合に顕著となる。したがって、ピストンリングの張力が比較的大きく設定されている場合には、オイル消費量を比較的低減させることができる。しかしながら、シリンダとピストンリングとの間の摩擦が大きくなり、燃費が悪化するという問題がある。このため、ピストンリングの張力は、通常、比較的小さく設定されている。
【００６１】
ところで、エンジンの回転数や負荷（トルク）が比較的大きい場合には、ピストン２６の温度が比較的高くなる。図３は、エンジン回転数および負荷（トルク）と、ピストン温度と、の関係を示す説明図である。なお、図３に示す５つの曲線は、５種類の温度Ｔ１〜Ｔ５（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４＞Ｔ５）における等温曲線である。図示するように、エンジン回転数が比較的大きくなると、シリンダ２２とピストン２６（より具体的には、ピストンリング）との間の摩擦に起因する熱量が大きくなるため、ピストン温度は比較的高くなる。また、負荷（トルク）が比較的大きくなると、燃焼室１２内での燃焼に起因する熱量が大きくなるため、ピストン温度は比較的高くなる。
【００６２】
本実施例では、図３に示す特徴を利用して、ピストンリングの押圧力不足を解消し、オイル消費量を低減している。
【００６３】
Ａ−４．オイルリングセット（比較例）：
図４は、比較例としてのオイルリングセット３００Ｚを模式的に示す説明図である。図示するように、オイルリングセット３００Ｚは、略環状のスペーサエキスパンダ３０１と、２つの略環状のサイドレール３０３，３０４と、を備える。なお、図４では、オイルリングセット３００Ｚは、ピストン２６に形成されたリング溝２６ｃの上面および下面から離れた状態で描かれているが、通常、いずれか一方の面に接触した状態となっている。
【００６４】
スペーサエキスパンダ（以下、単に「エキスパンダ」とも呼ぶ）３０１は、略波状の側面形状を有している。図５は、図４のスペーサエキスパンダ３０１の一部を示す説明図である。略波状のエキスパンダ３０１の山部および谷部の外周側には、中央領域に凹部３０１ｃを有する平坦部３０１ｐが形成されており、内周側には、壁部３０１ｗが形成されている。なお、エキスパンダ３０１は、例えば、プレス成形や鋳造によって作製可能である。
【００６５】
各サイドレール（以下、単に「レール」とも呼ぶ）３０３，３０４は、外周側および内周側に曲面を有しており、上側および下側に平面を有している。外周側の曲面（外周面）は、シリンダ２２の内側壁面上を摺動する摺動面を形成する。各レール３０３，３０４は、エキスパンダ３０１の上側および下側の平坦部３０１ｐにそれぞれ配置される。各レール３０３，３０４の半径方向内側への移動は、エキスパンダ３０１の壁部３０１ｗによって制限される。
【００６６】
エキスパンダ３０１は、図示しない合口すき間が狭められた状態でシリンダ２２内のピストン２６に装着されるため、張力を有する。この張力は、レール３０３，３０４の環を広げようとする。この結果、レール３０３，３０４は、シリンダ２２の内側壁面を押圧することができる。すなわち、エキスパンダ３０１の張力は、レール３０３，３０４がシリンダ２２の内側壁面を押圧する押圧力を、レール３０３，３０４に誘起させる。
【００６７】
Ａ−５．オイルリングセット（実施例）：
図６は、図２のオイルリングセット３００を模式的に示す説明図である。図示するように、オイルリングセット３００は、略環状のスペーサエキスパンダ３０１と、２つの略環状のサイドレール３０３，３０４と、２つの略環状の調整部材３０６，３０７と、を備えている。
【００６８】
エキスパンダ３０１と２つのレール３０３，３０４とは、比較例（図４，図５）と同様である。２つの調整部材３０６，３０７は、略平行四辺形の断面形状を有している。図７は、図６の第１の調整部材３０６の外形形状を示す説明図である。図示するように、第１の調整部材３０６には、ピストン２６への装着を可能とする合口すき間が設けられている。なお、第２の調整部材３０７についても同様である。各調整部材３０６，３０７は、図６に示すように、エキスパンダ３０１の壁部３０１ｗと各レール３０３，３０４との間に設けられている。
【００６９】
本実施例において、エキスパンダ３０１およびレール３０３，３０４は、熱膨張率の比較的低い材料で構成されている。この材料としては、例えば、ステンレス鋼や、炭素鋼、ばね鋼などを用いることができる。一方、調整部材３０６，３０７は、熱膨張率の比較的高い材料で構成されている。この材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＡ６６（ポリヘキサメチレンアジポアミド）などの樹脂を用いることができる。
【００７０】
図６（Ａ），（Ｂ）は、ピストン温度が比較的低い場合と比較的高い場合とのオイルリングセット３００をそれぞれ示している。ピストン温度が比較的低い場合（図６（Ａ））には、レール３０３，３０４は、エキスパンダ３０１の張力によって、シリンダ２２の内側壁面を押圧力Ｐａで押圧する。一方、ピストン温度が比較的高い場合（図６（Ｂ））には、調整部材３０６，３０７は膨張して、半径方向に寸法Ｄだけ大きくなっている。このため、レール３０３，３０４は、エキスパンダ３０１の張力と調整部材３０６，３０７の膨張とによって、シリンダ２２の内側壁面を押圧力Ｐａよりも大きな押圧力Ｐｂで押圧することができる。なお、調整部材３０６，３０７は、略環状の外形形状を有しているため、レール３０３，３０４の外周上の各点における押圧力をほぼ均等に変化させることができる。
【００７１】
図８は、図６のオイルリングセット３００を用いた場合のオイル消費量を示す説明図である。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、エンジン回転数と、押圧力と、単位時間あたりのオイル消費量と、の時間変化を示している。エンジン回転数（図８（Ａ））は、時刻ｔ１まで次第に大きくなり、時刻ｔ１以降ではほぼ一定に保たれている。オイルリングセット３００の押圧力（図８（Ｂ））は、エンジン回転数の増大に伴うピストン温度の上昇に従って、次第に大きくなる。具体的には、ピストン温度が次第に上昇する時刻ｔ３までは、押圧力も次第に大きくなり、ピストン温度がほぼ一定となる時刻ｔ３以降では、押圧力もほぼ一定に保たれる。そして、単位時間あたりのオイル消費量（図８（Ｃ））は、押圧力が比較的小さい時刻ｔ２までは、次第に増加するが、押圧力が比較的大きくなる時刻ｔ２以降の期間では、次第に減少する。そして、押圧力がほぼ一定となる時刻ｔ３以降では、オイル消費量も比較的小さな値でほぼ一定に保たれる。
【００７２】
このように、オイルリングセット３００が調整部材３０６，３０７を備えていれば、ピストン温度が比較的高い場合、換言すれば、エンジンの回転数や負荷（トルク）が比較的大きい場合におけるオイル消費量の増大を緩和することができる。
【００７３】
なお、本実施例では、調整部材３０６，３０７は、熱膨張率の比較的高い樹脂で構成されているが、これに代えて、アルミニウム（またはその合金）や、マンガン鋼、マグネシウム合金などを用いるようにしてもよい。さらに、熱膨張率の異なる２種類の金属が接合されたバイメタルを用いるようにしてもよい。
【００７４】
一般には、調整部材３０６，３０７に含まれる特定材料の熱膨張率は、エキスパンダ３０１を構成する材料の熱膨張率よりも大きく、特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大すればよい。特に、特定材料の熱膨張率は、約２．０×１０−５（／Ｋ）以上であることが好ましく、約３．０×１０−５（／Ｋ）以上であることがより好ましい。また、特定材料の熱膨張率は、約５．０×１０−５（／Ｋ）以上であることが望ましい。バイメタルが用いられる場合には、２種類の金属のうちの少なくとも一方の熱膨張率が、エキスパンダ３０１を構成する材料の熱膨張率よりも大きく、その膨張量が、温度上昇に応じて滑らかに増大すればよい。
【００７５】
なお、シリンダとオイルリングセットとの接触面近傍の温度は、約１２０℃まで上昇する。したがって、特定材料としては、使用温度に耐え得る耐熱性を有する材料が用いられる。
【００７６】
以上説明したように、本実施例のピストン装置は、シリンダ２２と、ピストン２６と、ピストンリングセット３００と、を備えている。ピストンリングセット３００は、シリンダの内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材３０３，３０４と、張力を有し、摺動リング部材がシリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、摺動リング部材に誘起させる略環状の張力リング部材３０１と、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させるための調整部材３０６，３０７と、を備えている。そして、調整部材は、特定材料を用いて形成されており、特定材料の熱膨張率は、張力リング部材を構成する材料よりも大きく、特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大する。このようなピストンリングセットを採用すれば、調整部材は、温度変化に応じて滑らかに変形するため、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることが可能となる。
【００７７】
なお、本実施例の構成を採用すれば、比較例（図４）に対して調整部材３０６，３０７を追加するだけで済むため、オイルリングセット３００を比較的容易に作製することができるという利点がある。
【００７８】
また、本実施例では、エキスパンダ３０１の張力は比較的小さく設定されているため、ピストン温度が比較的低い場合には、すなわち、エンジンの回転数や負荷が比較的小さい場合には、燃費を良好に保つことができるという利点もある。
【００７９】
さらに、本実施例では、エキスパンダ３０１の張力は比較的小さく設定されているため、エンジン始動時のシリンダ２２とピストンリングセット３００との間の摩擦を小さくすることができ、この結果、円滑な始動が可能であるという利点もある。なお、エンジン始動時の摩擦が小さいため、始動時に必要な燃料量を低減させることができ、この結果、始動時の排気ガス中の有害成分を低減させることもできる。
【００８０】
また、本実施例では、燃焼室１２内へのオイルの侵入が抑制されるため、燃焼室内のデポジットの堆積量を低減させて、デポジットによる燃焼室の容積の減少を緩和することができる。したがって、圧縮比を比較的高く維持することができ、この結果、ノッキングを抑制することができるという利点もある。
【００８１】
ところで、本実施例では、図７に示すように、合口すき間を有する略環状の調整部材３０６，３０７が用いられているが、他の調整部材を用いるようにしてもよい。例えば、調整部材３０６，３０７が弾性の高い樹脂で構成されている場合には、調整部材は合口すき間を有していなくてもよい。また、調整部材は、複数の部分調整部材を含んでいてもよい。図９は、複数の部分調整部材３０６ｐを含む調整部材３０６’を示す説明図である。図示するように、この調整部材３０６’を用いる場合には、各部分調整部材３０６ｐは、略環状に配列される。より具体的には、複数の部分調整部材３０６ｐは、エキスパンダ３０１の壁部３０１ｗとレール３０３，３０４とが接触しないように、壁部３０１ｗに沿って略環状に配置される。こうすれば、複数の部分調整部材を含む調整部材３０６’は、略環状の調整部材３０６と同様に、レール３０３，３０４の外周上の各点における押圧力をほぼ均等に変化させることができる。
【００８２】
Ａ−６．変形例：
図１０は、第１の変形例としてのオイルリングセット３００Ａを示す説明図である。なお、図１０（Ａ），（Ｂ）は図６（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の形状が変更されている。
【００８３】
すなわち、調整部材３０６Ａ，３０７Ａは、略台形状（テーパ状）の断面形状を有している。より具体的には、調整部材３０６Ａ，３０７Ａの半径方向の寸法は、オイルリングセット３００Ａの２つの底面側（外面側）に向かう程、大きく設定されている。
【００８４】
この構成を採用すれば、オイル消費量をより低減させることが可能となる。すなわち、調整部材３０６Ａ，３０７Ａが膨張する場合には、底面側に向かうほど、半径方向の寸法の変化量が大きくなる。したがって、レール３０３，３０４は、エキスパンダ３０１の外周を支点として、内側に向かう力で、シリンダ２２の内側壁面を押圧することができる。換言すれば、押圧力Ｐｂ（図１０（Ｂ））は、シリンダ２２の内側壁面に垂直な力成分と、オイルリングセット３００Ａの内面側に向かう力成分と、を含む。これにより、レール３０３，３０４の外周側がエキスパンダ３０１から離れ難くなり、この結果、オイル消費量を低減することができる。具体的には、ピストン２６が下降（上昇）する行程では、摩擦力によって、上レール３０３（下レール３０４）の外周側は上方（下方）に傾き易い。しかしながら、この構成を採用すれば、上記の傾きを抑制することができるため、オイル掻き性能の低下を抑制することが可能となる。
【００８５】
図１１は、第２の変形例としてのオイルリングセット３００Ｂを示す説明図である。図１１（Ａ），（Ｂ）は図６（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の形状が変更されている。
【００８６】
すなわち、調整部材３０６Ｂ，３０７Ｂは、略円形の断面形状を有している。なお、この変更に伴って、調整部材と接触するエキスパンダ３０１Ｂの壁部３０１Ｂｗには、略半円形の断面形状を有する凹部３０１Ｂｃが略環状に形成されている。
【００８７】
この構成を採用すれば、調整部材３０６Ｂ，３０７Ｂの姿勢を安定させることができる。また、調整部材３０６Ｂ，３０７Ｂは、略円形の断面形状を有するため、レール３０３，３０４が傾くような場合にも、レールの内周側の曲面と円滑に接触することができる。したがって、レール３０３，３０４は、その姿勢に関わらずシリンダの内側壁面を押圧することができ、この結果、オイル消費量をより低減させることが可能となる。
【００８８】
図１２は、第３の変形例としてのオイルリングセット３００Ｃを示す説明図である。図１２（Ａ），（Ｂ）は図１１（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、図１２では、レール３０３Ｃ，３０４Ｃの内周側の平面に凹部３０３Ｃｃ，３０４Ｃｃが形成されており、この凹部に、調整部材３０６Ｃ，３０７Ｃが設けられている。
【００８９】
この構成を採用すれば、図１１の構成を採用する場合と同様に、オイル消費量をより低減させることが可能となる。また、レール３０３，３０４の重量が比較的小さいため（すなわち、レールの断面係数が比較的大きいため）、シリンダ２２の変形に対するレールの追従性を向上させることができる。
【００９０】
図１３は、第４の変形例としてのオイルリングセット３００Ｄを示す説明図である。図１３（Ａ），（Ｂ）は図６（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の配置が変更されている。
【００９１】
具体的には、レール３０３Ｄ，３０４Ｄは、内側面に略環状の凸部３０３Ｄｖ，３０４Ｄｖを有している。また、調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄは、略矩形の断面形状を有している。そして、調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄは、レールに形成された凸部３０３Ｄｖ，３０４Ｄｖの内周側側面に接触するように、エキスパンダ３０１の平坦部３０１ｐとレール３０３Ｄ，３０４Ｄの内側面との間に設けられている。なお、図１３では、調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄは、平坦部３０１ｐに形成された凹部３０１ｃ内に配置されている。
【００９２】
この構成を採用すれば、比較的小さな調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄを用いて、比較的大きな押圧力Ｐｂを得ることができる。すなわち、調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄの長辺は、半径方向に設定されている。このため、ピストン温度が比較的高い場合における調整部材３０６Ｄ，３０７Ｄの半径方向の変化量を比較的大きく設定することができる。
【００９３】
また、この構成を採用すれば、図１０と同様に、押圧力Ｐｂ（図１３（Ｂ））は、オイルリングセット３００Ｄの内面側に向かう力成分を含むため、オイル消費量を低減することができる。
【００９４】
図１４は、第５の変形例としてのオイルリングセット３００Ｅを示す説明図である。図１４（Ａ），（Ｂ）は図６（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の配置が変更されている。
【００９５】
具体的には、ピストン２６Ｅは、リング溝２６Ｅｃの上面および下面に略環状の凹部２６Ｅｘ１，２６Ｅｘ２を有している。調整部材３０６Ｅ，３０７Ｅは、この凹部２６Ｅｘ１，２６Ｅｘ２にそれぞれ挿入されている。ここで、凹部２６Ｅｘ１，２６Ｅｘ２は、調整部材３０６Ｅ，３０７Ｅがエキスパンダ３０１の内周面に接触するような位置に形成されている。そして、図１４（Ｂ）に示すように、調整部材３０６Ｅ，３０７Ｅが膨張する場合には、エキスパンダ３０１の環が広げられ、この結果、レール３０３，３０４の押圧力が大きくなる。
【００９６】
この構成を採用すれば、比較例（図４）に対してエキスパンダ３０１とレール３０３，３０４との双方を変更する必要がないため、オイルリングセット３００Ｅを比較的容易に作製することができる。
【００９７】
なお、図１４では、リング溝２６Ｅｃの上面および下面に凹部２６Ｅｘ１，２６Ｅｘ２が形成されているが、リング溝の底部に凹部を形成するようにしてもよい。
【００９８】
図１５は、第６の変形例としてのオイルリングセット３００Ｆを示す説明図である。図１５（Ａ），（Ｂ）は図１２（Ａ），（Ｂ）とほぼ同様であるが、調整部材の数が変更されている。
【００９９】
すなわち、このオイルリングセット３００Ｆでは、上レール３０３Ｆに対して２つの略環状の調整部材３０６Ｆ１，３０６Ｆ２が用いられており、下レール３０４Ｆに対して２つの略環状の３０７Ｆ１，３０７Ｆ２が用いられている。第１の調整部材３０６Ｆ１，３０７Ｆ１は、図１２と同様に、レール３０３Ｆ，３０４Ｆの内周側の曲面に形成された第１の凹部３０３Ｆｃ１，３０４Ｆｃ１に挿入されている。また、第２の調整部材３０６Ｆ２，３０７Ｆ２は、レール３０３Ｆ，３０４Ｆの外周側の曲面に形成された第２の凹部３０３Ｆｃ２，３０４Ｆｃ２に挿入されている。なお、第２の調整部材３０６Ｆ２，３０７Ｆ２は、シリンダ２２の内側壁面に接触している。
【０１００】
この構成を採用すれば、各レール３０３Ｆ，３０４Ｆは、それぞれ２つの調整部材の膨張を利用してシリンダ２２の内側壁面を押圧することができるため、押圧力Ｐｂをより高めることが可能となる。
【０１０１】
また、第２の調整部材３０６Ｆ２，３０７Ｆ２が樹脂で構成されている場合には、樹脂にオイルを浸透させることができるため、シリンダ２２とオイルリングセット３００Ｆとの間の摩擦を低減させることができる。
【０１０２】
図１０〜図１５では、オイルリングセット３００の種々の変形例について説明したが、各調整部材は、図９に示すように、複数の部分調整部材を含んでいてもよい。ただし、図１５に示すように、調整部材３０６Ｆ２，３０７Ｆ２がシリンダ２２と接触するように設けられる場合には、シリンダとオイルリングセットとの間に間隙が形成されないように、調整部材は、略環状の１つの部材のみを含むことが好ましい。
【０１０３】
Ｂ．第２実施例：
第１実施例では、オイルリングセットに調整部材が適用されているが、コンプレッションリングセットに調整部材を適用するようにしてもよい。第２実施例では、セカンドリングセット２００に調整部材を適用する場合について説明する。
【０１０４】
図１６は、図２のセカンドリングセット２００を模式的に示す説明図である。図示するように、セカンドリングセット２００は、略環状のエキスパンダ２０１と、略環状の調整部材２０６と、を備えている。
【０１０５】
エキスパンダ２０１は、略台形状の断面を有している。具体的には、エキスパンダ２０１は、外周側にテーパ面と平面（摺動面）とを有しており、内周側に平面を有している。エキスパンダ２０１の下面側には、略環状の凹部２０１ｃが形成されている。凹部２０１ｃは、比較的狭い開口を有し、内部に比較的広い空間を有している。調整部材２０６は、この凹部２０１ｃに挿入されている。
【０１０６】
なお、第１実施例と同様に、エキスパンダ２０１は、ステンレス鋼などの熱膨張率の比較的低い材料で構成されており、調整部材２０６は、樹脂などの熱膨張率の比較的高い材料（特定材料）で構成されている。
【０１０７】
エキスパンダ２０１は、図示しない合口すき間が狭められた状態でシリンダ２２内のピストン２６に装着されるため、張力を有する。この張力によって、エキスパンダ２０１はシリンダ２２の内側壁面を押圧することができる。そして、調整部材２０６の膨張によって、エキスパンダ２０１は、シリンダ２２の内側壁面をより大きな押圧力で押圧することができる。
【０１０８】
ところで、凹部２０１ｃは、図示するように、エキスパンダ２０１の摺動面近傍に形成されていることが好ましい。図１６では、エキスパンダ２０１の摺動面と凹部２０１ｃの外周面との間隔は約０．１〜０．２ｍｍに設定されている。こうすれば、調整部材２０６の膨張を、エキスパンダ２０１の押圧力の増大に効率よく変換することができる。
【０１０９】
以上説明したように、本実施例では、ピストンリングセット２００は、シリンダ２２の内側壁面上を摺動し、シリンダ２２の内側壁面を押圧する押圧力を発生させる張力を有する略環状の張力リング部材２０１と、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させるための調整部材２０６と、を備えている。そして、調整部材は、特定材料を用いて形成されており、特定材料の熱膨張率は、張力リング部材を構成する材料よりも大きく、特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大する。このようなピストンリングセットを採用すれば、調整部材は、温度変化に応じて滑らかに変形するため、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることが可能となる。また、シリンダ２２とセカンドリングセット２００との間の気密性が向上するため、燃焼室からクランクケースへのガス漏れをより効率よく抑制することが可能となる。
【０１１０】
なお、本実施例の構成を採用すれば、セカンドリングセット２００を軽量化することができるため、図１２の構成を採用する場合と同様に、シリンダ２２の変形に対するレールの追従性を向上させることができるという利点もある。また、セカンドリングセット２００は、一体化されているため、ピストン２６への装着等の取り扱いが容易となるという利点もある。
【０１１１】
Ｂ−１．変形例：
図１７は、第１の変形例としてのセカンドリングセット２００Ａを示す説明図である。図１７は図１６とほぼ同様であるが、調整部材の配置が変更されている。
【０１１２】
具体的には、ピストン２６Ａは、リング溝２６Ａｂの底部に略環状の凹部２６Ａｘを有している。調整部材２０６Ａは、この凹部２６Ａｘに挿入されている。ここで、調整部材２０６Ａと凹部２６Ａｘとは、調整部材２０６Ａがエキスパンダ２０１Ａの内周面に接触するような寸法に設定されている。なお、図１７では、凹部２６Ａｘは、エキスパンダ２０１Ａの摺動面に対応する位置に形成されている。
【０１１３】
この構成を採用すれば、図１４と同様に、エキスパンダ２０１Ａに凹部を形成する必要がないため、セカンドリングセット２００Ａを比較的容易に作製することができる。
【０１１４】
なお、図１７では、リング溝２６Ａｂの底部に凹部が形成されているが、図１４と同様に、リング溝の上面または下面に凹部を形成するようにしてもよい。
【０１１５】
図１８は、第２の変形例としてのセカンドリングセット２００Ｂを示す説明図である。図１８は図１６とほぼ同様であるが、調整部材の配置が変更されている。
【０１１６】
具体的には、エキスパンダ２０１Ｂの外周面には、略環状の凹部２０１Ｂｃが形成されている。調整部材２０６Ｂは、この凹部２０１Ｂｃに挿入されている。調整部材２０６Ｂは、ピストン温度が比較的低い場合にシリンダ２２の内側壁面に接触せず、ピストン温度が比較的高い場合にシリンダ２２の内側壁面に接触するような寸法に設定されている。すなわち、ピストン温度が比較的高い場合には、調整部材２０６Ｂは、摺動面の一部を構成する。
【０１１７】
この構成を採用すれば、シリンダの温度上昇に応じて押圧力を円滑に高めることができるため、オイル消費量をより低減させることが可能となる。
【０１１８】
また、調整部材２０６Ｂが樹脂で構成されている場合には、図１５において説明したように、シリンダ２２とセカンドリングセット２００Ｂとの間の摩擦を低減させることができる。
【０１１９】
なお、図１６，図１７では、略環状の１つの調整部材を用いる場合について説明したが、各調整部材は、図９に示すように、複数の部分調整部材を含んでいてもよい。
【０１２０】
また、図１６〜図１８では、図２のセカンドリングセット２００に調整部材を適用する場合について説明したが、図２のトップリングセット１００にも同様に適用可能である。
【０１２１】
Ｃ．第３実施例：
図１９は、第３実施例におけるオイルリングセット４００を示す説明図である。なお、このオイルリングセット４００は、図６のオイルリングセット３００に代えて用いられる。オイルリングセット４００は、略環状の油掻きリング４０２と、略環状のエキスパンダ４０５と、を備えている。
【０１２２】
油掻きリング４０２は、略Ｍ字状の断面形状を有している。油掻きリング４０２の外周側には、シリンダ２２の内側壁面に接触する２つの摺動面が形成されており、内周側には、略半円形の断面形状を有する凹部４０２ｃが形成されている。また、中央領域には、複数の排油孔４０２ｈが形成されている。
【０１２３】
図２０は、図１９のエキスパンダ４０５の一部を示す説明図である。図示するように、エキスパンダ４０５は、コイル状の線材である。エキスパンダ４０５は、図１９に示す凹部４０２ｃに設けられている。
【０１２４】
なお、油掻きリング４０２は、ステンレス鋼などの熱膨張率の比較的低い材料で構成されており、エキスパンダ４０５は、樹脂などの熱膨張率の比較的高い材料（特定材料）で構成されている。
【０１２５】
エキスパンダ４０５は、収縮した状態でシリンダ２２内のピストン２６に装着されるため、張力を有する。この張力は、油掻きリング４０２の環を広げようとする。この結果、油掻きリング４０２は、シリンダ２２の内側壁面を押圧することができる。また、エキスパンダ４０５の膨張によって、油掻きリング４０２は、シリンダ２２の内側壁面をより大きな押圧力で押圧することができる。
【０１２６】
以上説明したように、本実施例では、ピストンリングセット４００は、シリンダ２２の内側壁面上を摺動する略環状の摺動リング部材４０２と、張力を有し、摺動リング部材がシリンダの内側壁面を押圧する押圧力を、摺動リング部材に誘起させるとともに、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させるための略環状の調整リング部材４０５と、を備えている。そして、調整リング部材は、特定材料を用いて形成されており、特定材料の熱膨張率は、摺動リング部材を構成する材料よりも大きく、特定材料の膨張量は、温度上昇に応じて滑らかに増大する。このようなピストンリングセットを採用すれば、調整リング部材は、温度変化に応じて滑らかに変形するため、温度変化に応じてピストンリングセットの押圧力を滑らかに変化させることができ、この結果、オイル消費量を効率よく低減させることが可能となる。
【０１２７】
また、この構成を採用すれば、構造が比較的簡単であるため、オイルリングセットを容易に作製することができるとともに量産に好適である。
【０１２８】
Ｃ−１．変形例：
図２１は、第１の変形例としてのオイルリングセット４００Ａを示す説明図である。図２１は図１９とほぼ同様であるが、エキスパンダ４０５Ａの構造が変更されている。
【０１２９】
すなわち、エキスパンダ４０５Ａは、２つの部分エキスパンダ４０５Ａ１，４０５Ａ２を含んでいる。各部分エキスパンダ４０５Ａ１，４０５Ａ２は、コイル状の線材である。そして、第２の部分エキスパンダ４０５Ａ２は、第１の部分エキスパンダ４０５Ａ１の内側に設けられている。外側の第１の部分エキスパンダ４０５Ａ１は、ステンレス鋼などの熱膨張率の比較的低い材料で構成されており、内側の第２の部分エキスパンダ４０５Ａ２は、樹脂などの熱膨張率の比較的高い材料（特定材料）で構成されている。
【０１３０】
このように、図２１では、調整リング部材４０５Ａは、張力を有し、摺動リング部材４０２がシリンダ２２の内側壁面を押圧する押圧力を、摺動リング部材に誘起させる略環状の第１種のリング部材４０５Ａ１と、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させる略環状の第２種のリング部材４０５Ａ２と、を備えている。そして、第２種のリング部材４０５Ａ２は、第１種のリング部材４０５Ａ１の内側に設けられている。
【０１３１】
この構成を採用すれば、押圧力を比較的自由に設定することができる。すなわち、図１９のエキスパンダ４０５では、コイル径はリング溝２６ｃの幅（上下方向の高さ）でほぼ決定されるため、設定可能な押圧力の自由度が比較的小さい。しかしながら、図２１では、第２の部分エキスパンダ４０５Ａ２のコイル径や、２つの部分エキスパンダ４０５Ａ１，４０５Ａ２の線断面積などを任意に変更することができるため、設定可能な押圧力の自由度が比較的大きくなる。
【０１３２】
また、この構成を採用すれば、２つの部分エキスパンダが一体化されているため、ピストン２６への装着等の取り扱いが容易となるという利点もある。
【０１３３】
図２２は、第２の変形例としてのオイルリングセット４００Ｂを示す説明図である。図２２は図２１とほぼ同様であるが、エキスパンダ４０５Ｂの構造が変更されている。具体的には、内側の第２の部分エキスパンダ４０５Ｂ２は、直線状の線材に変更されている。
【０１３４】
この構成を採用しても、図２１と同様に、２つの部分エキスパンダ４０５Ｂ１，４０５Ｂ２の線断面積などを任意に変更することができるため、押圧力を比較的自由に設定することができる。
【０１３５】
図２３は、第３の変形例としてのオイルリングセット４００Ｃを示す説明図である。図２３は図２１とほぼ同じであるが、エキスパンダ４０５Ｃの構造が変更されている。
【０１３６】
すなわち、エキスパンダ４０５Ｃは、３つの部分エキスパンダ４０５Ｃ１，４０５Ｃ２，４０５Ｃ３を含んでいる。各部分エキスパンダは、コイル状の線材である。なお、中央の部分エキスパンダ４０５Ｃ１は、比較的大きなコイル径を有しており、底面側の２つの部分エキスパンダ４０５Ｃ２，４０５Ｃ３は、比較的小さなコイル径を有している。そして、油掻きリング４０２Ｃの内周側には、略半円形の断面形状を有する３つの凹部４０２Ｃｃ１〜４０２Ｃｃ３が形成されている。３つの部分エキスパンダ４０５Ｃ１〜４０５Ｃ３は、この３つの凹部４０２Ｃｃ１〜４０２Ｃｃ３にそれぞれ配置されている。
【０１３７】
中央の部分エキスパンダ４０５Ｃ１は、ステンレス鋼などの熱膨張率の比較的低い材料で構成されており、底面側の２つの部分エキスパンダ４０５Ｃ２，４０５Ｃ３は、樹脂などの熱膨張率の比較的高い材料（特定材料）で構成されている。
【０１３８】
このように、図２３では、調整リング部材４０５Ｃは、張力を有し、摺動リング部材４０２Ｃがシリンダ２２の内側壁面を押圧する押圧力を、摺動リング部材に誘起させる略環状の第１種のリング部材４０５Ｃ１と、温度に応じて変形することによって押圧力を変化させる略環状の第２種のリング部材４０５Ｃ２，４０５Ｃ３と、を備えている。そして、第２種のリング部材４０５Ｃ２，４０５Ｃ３は、第１種のリング部材４０５Ｃ１の外部に独立して設けられている。
【０１３９】
この構成を採用すれば、底面側の２つの部分エキスパンダ４０５Ｃ２，４０５Ｃ３の線材料や線断面積を変更することにより、油掻きリング４０２Ｃの姿勢を比較的容易に調整することが可能となる。
【０１４０】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１４１】
上記実施例では、ピストン２６には、３つのピストンリングセットが装着されているが、より少数または多数のピストンリングセットが装着されていてもよい。一般には、ピストン装置は、ピストンの側面に形成されたリング溝に挿入された少なくとも１つのピストンリングセットを備えていればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピストン装置を適用したガソリンエンジン１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１のシリンダ２２とピストン２６との界面付近を示す説明図である。
【図３】エンジン回転数および負荷（トルク）と、ピストン温度と、の関係を示す説明図である。
【図４】比較例としてのオイルリングセット３００Ｚを模式的に示す説明図である。
【図５】図４のスペーサエキスパンダ３０１の一部を示す説明図である。
【図６】図２のオイルリングセット３００を模式的に示す説明図である。
【図７】図６の第１の調整部材３０６の外形形状を示す説明図である。
【図８】図６のオイルリングセット３００を用いた場合のオイル消費量を示す説明図である。
【図９】複数の部分調整部材３０６ｐを含む調整部材３０６’を示す説明図である。
【図１０】第１の変形例としてのオイルリングセット３００Ａを示す説明図である。
【図１１】第２の変形例としてのオイルリングセット３００Ｂを示す説明図である。
【図１２】第３の変形例としてのオイルリングセット３００Ｃを示す説明図である。
【図１３】第４の変形例としてのオイルリングセット３００Ｄを示す説明図である。
【図１４】第５の変形例としてのオイルリングセット３００Ｅを示す説明図である。
【図１５】第６の変形例としてのオイルリングセット３００Ｆを示す説明図である。
【図１６】図２のセカンドリングセット２００を模式的に示す説明図である。
【図１７】第１の変形例としてのセカンドリングセット２００Ａを示す説明図である。
【図１８】第２の変形例としてのセカンドリングセット２００Ｂを示す説明図である。
【図１９】第３実施例におけるオイルリングセット４００を示す説明図である。
【図２０】図１９のエキスパンダ４０５の一部を示す説明図である。
【図２１】第１の変形例としてのオイルリングセット４００Ａを示す説明図である。
【図２２】第２の変形例としてのオイルリングセット４００Ｂを示す説明図である。
【図２３】第３の変形例としてのオイルリングセット４００Ｃを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…燃焼室
２０…シリンダブロック
２２…シリンダ
２２ａ…冷却水通路
２４…クランクケース
２６…ピストン
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…リング溝
２７…コネクティングロッド
２８…クランクシャフト
３０…シリンダヘッド
３１…吸気ポート
３２…排気ポート
３３…吸気バルブ
３４…排気バルブ
３６…点火プラグ
１００…トップリングセット（ピストンリングセット）
２００…セカンドリングセット（ピストンリングセット）
２０１…エキスパンダ（張力リング部材）
２０６…調整部材
３００…オイルリングセット（ピストンリングセット）
３０１…スペーサエキスパンダ（張力リング部材）
３０３，３０４…サイドレール（摺動リング部材）
３０６，３０７…調整部材
３０６ｐ…部分調整部材
４００…オイルリングセット（ピストンリングセット）
４０２…油掻きリング（摺動リング部材）
４０５…エキスパンダ（調整リング部材）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2004011541.tif 000021
【図２０】
2004011541.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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