(57)【要約】【課題】  内燃機関のピストンの唯一のリング溝に装着して、ガスシール性能およびオイルコントロール性能を両立できるピストンリングおよびピストン装置を提供する。【解決手段】  リング溝に装着した状態で、シリンダ壁面と対向する外周面がテーパフェース形状に形成された外リングと、該外リングの上面および背面に密着している内リングと、該内リングの背面側に形成された斜面に接触するように設置されたエキスパンダを備えたピストンリングおよびそれを唯一のリング溝に装着したピストン装置。【選択図】        図１
2005036752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンの唯一のリング溝に装着して用いるピストンリングであって、リング溝に装着した状態で、
シリンダ壁面と対向する外周面がテーパフェース形状に形成された外リングと、該外リングの上面および背面に密着している内リングと、該内リングの背面側に形成された斜面に接触するように設置されたエキスパンダを備え、
前記外リングの合口構造が、一方の合口端部に形成された凹部に、他方の合口端部に形成された前記凹部に収容できる凸部が挿入され、合口端部同士が上下に位置する構造とされ、
前記外リングと前記内リングとが、互いに合口の部位が異なるように配置されて回り止め手段で回り止めされていることを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
前記外リングの断面形状を略正方形とし、前記外リングのテーパフェース面のテーパ角度を５０分〜１度５０分とし、かつ前記外リングの当たり幅を初期において０．２ｍｍ以下としてなることを特徴とする請求項１に記載のピストンリング。
【請求項３】
内燃機関のピストンの唯一のリング溝が矩形とされ、請求項１または２に記載のピストンリングを前記リング溝に装着し、シリンダに組み込んだことを特徴とするピストン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンの唯一のリング溝に装着して用いるピストンリングおよびピストン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の４サイクルエンジンのピストンには、図５および図６の要部縦断面図に例示するようなピストン100 、200 が通常使用されている。
【０００３】
ピストン100 は、図５に示すように３箇所にリング溝１０１を有し、上から順に図示しない第１圧力リング、第２圧力リング、およびオイルリングが装着され、シリンダに組み込んで３本リング構成のピストン装置を構成する。一方、ピストン200 は、図６に示すように２箇所にリング溝２０１を有し、上から順に図示しない圧力リング、およびオイルリングが装着され、シリンダに組み込んで２本リング構成のピストン装置を構成する。
【０００４】
ピストン装置のピストンリングには、(i）燃焼ガスの漏れを防止するガスシール性能、(ii)ピストンからシリンダへの熱伝達性能、(iii）ピストンとシリンダ壁面間の潤滑油量をコントロールするオイルコントロール性能等が高いことが要求され、上記２本または３本リング構成ピストン装置においては、上記第１圧力リング及びオイルリングにより(i）と(iii）の役割をそれぞれ分担している。なお、第２圧延リングは、(i）と(iii）の補助的役割をしている。
【０００５】
なお、図５、６で符号１０２および２０２はランドであり、107 、207 は、ピストン外周部からピストン内部に貫通するオイル逃し孔である。
【０００６】
ここで、２本リング構成ピストン装置は、３本リング構成ピストン装置に比較して、ピストンリングが１本少ないために、ピストンリングの摺動抵抗による摩擦損失を減少できる可能性があり、しかも３本リング構成ピストン装置に比べて、リング溝を１つとリング溝間のランドを一つ少なくすることができる結果として、ピストン頂面とスカート部８との間隔を短縮でき、ピストン頭部質量を軽くできる。
【０００７】
このため、内燃機関のピストン装置においては、１本リング構成ピストン装置が指向されている。
【０００８】
たとえば、１本リング構成ピストン装置が特開平6-147005号公報に開示されている（特許文献１）。
【０００９】
特開平6-147005号公報に記載の１本リング構成ピストン装置は、図７に示すように、ピストン３００の頭部に唯一のリング溝３０１を形成し、リング溝３０１にサイドレール３０２、３０３を有するピストンリングを装着してシリンダ内に組み込んだものである。図７中、符号３０４、３０５は、それぞれトップランド、セカンドランドであり、符号３０６はオイル溜まり溝、符号３０７は、オイル逃し孔である。
【特許文献１】特開平6-147005号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特開平6-147005号公報に記載のピストン装置に装着されている３ピースのピストンリングは、合口からのガス漏れが多いうえに、ピストン上下方向の２ヶ所でシリンダ壁面３２０と接触する構成であり、リング張力を３本リング構成ピストン装置でのオイルリング張力と同程度にすると、３本リング構成ピストン装置より潤滑油の消費量が増大してしまい、ガスシール性能およびオイルコントロール性能を両立できないという問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、従来技術の上記問題点を解消することにあり、内燃機関のピストンの唯一のリング溝に装着して、ガスシール性能およびオイルコントロール性能を両立できるピストンリングおよびピストン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下の通りである。
１．  内燃機関のピストンの唯一のリング溝に装着して用いるピストンリングであって、リング溝に装着した状態で、シリンダ壁面と対向する外周面がテーパフェース形状に形成された外リングと、該外リングの上面および背面に密着している内リングと、該内リングの背面側に形成された斜面に接触するように設置されたエキスパンダを備え、前記外リングの合口構造が、一方の合口端部に形成された凹部に、他方の合口端部に形成された前記凹部に収容できる凸部が挿入され、合口端部同士が上下に位置する構造とされ、前記外リングと前記内リングとが、互いに合口の部位が異なるように配置されて回り止めされていることを特徴とするピストンリング。
２．  前記外リングの断面形状を略正方形とし、前記外リングのテーパフェース面のテーパ角度を５０分〜１度５０分とし、かつ前記外リングの当たり幅を初期において０．２ｍｍ以下としてなることを特徴とする上記１．に記載のピストンリング。
３．  内燃機関のピストンの唯一のリング溝が矩形とされ、上記１．または２記載のピストンリングを前記リング溝に装着し、シリンダに組み込んだことを特徴とするピストン装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガスシール性能およびオイルコントロール性能の両方を満足させることができ、燃費を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るピストンリングを内燃機関のピストン装置に適用した場合について、図１〜図３を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図１、２は、第１実施の形態に係るピストンリングを用いた１本リング構成ピストン装置の要部断面図であり、図３は、唯一のリング溝１に装着した第１実施の形態に係るピストンリングの外リング２および内リング３の合口形状と合口の部位を示す斜視図である。されている。
【００１６】
本発明に係るピストンリングは、図１および図２に示すように、シリンダ壁面２０と外周面が接触するように配置された外リング２と、該外リング２の上面および背面に密着している内リング３と、内リング３の背面側に形成された斜面に接触するように設置されたエキスパンダ４を備えている。エキスパンダ４としては、図示したようなコイルエキスパンダを用いてもよいし、あるいはプレートエキスパンダを用いることもできる。
【００１７】
図２で、ａ1 は、外リング２のリング厚み（ａ1 寸法ともいう）を示し、ｈ1 は、外リング２のリング幅を示す。またｈ2 は、外リング２に形成した当たり幅を示す。
【００１８】
また、本発明に係るピストンリングは、外リング２の外周面が断面で見てテーパフェース形とされ、ピストン１０に形成した唯一のリング溝１に装着された状態で、図３に示すように外リング２と内リング３とが、互いに合口の部位が異なるように配置されて、図示しない適宜な回り止め手段により回り止めされている。回り止め手段としては、係止ピンを用いるのが好適である。
【００１９】
図１、２において、符号５、８はランドであり、８はトップランド、５はセカンドランドである。オイル溜め溝６は、セカンドランド５とスカート部９と間に形成されている。オイル逃し孔７は、ピストン外周部からピストン内部に貫通する貫通孔であり、φはオイル逃し孔の直径である。
【００２０】
なお、第１実施の形態に係るピストンリングに用いた外リング２の合口は、図３に示すようにステップ形状とされている。
【００２１】
ステップ形状の合口構造は、一方の合口端部に形成された凹部に、他方の合口端部に形成された凸部が挿入され、合口端部同志が上下に位置する構造とされ、合口隙間が上下方向にストレートではないので、シリンダ壁面におけるオイル掻き残しおよび、高ブースト時のオイル吸い上げが発生し難い。
【００２２】
外リング２および内リング３の合口形状は、リング溝１に内、外リング３、２を装着した状態で、合口が重ならないように設計する。即ち、外リング２には、合口隙間Ｓ1 、Ｓ2 が存在し、内リンク３には、合口隙間Ｓ3 が存在する。なお、外リング２には、外リング２の上下の合口に繋がるステップ長さＬの平行部隙間がある。
【００２３】
第１実施の形態に係るピストンリングは、上述した構成とされ、ピストン１０の唯一のリング溝１に装着され、下記性能を有する。
【００２４】
(i）燃焼ガスの漏れを防止するガスシール性能
ガスシール性能は、基本的に、「ピストンリングに形成されている合口隙間×ピストンとシリンダ壁面の隙間＝ガス漏れ通路」であり、この式の意味するところは、第１圧力リングのガス漏れ通路によって、ほぼブローバイ量は決定されることであるが、第１実施の形態に係るピストンリングは、この通路を遮断する構造であるため、３本リング構成ピストン装置の第１圧力リングより格段にガスシール性能が向上する。
【００２５】
なお、ピストン装置の運転中に生じる可能性のあるガス漏れ通路としては、ピストンリングの下面とリング溝１の壁面との間、シリンダ壁面２０とピストンリングの当たり面との間、およびピストンリングの合口隙間があるところ、第１実施の形態に係るピストンリングは、いずれのガス漏れ通路も効果的に遮蔽できる。
【００２６】
(ii)ピストンからシリンダへの熱伝達性能
本発明では、ピストンリングの下面とリング溝１の壁面とが常時接触した状態とし、ピストンの熱をリング溝１の壁面からピストンリングの下面へ伝達して、ピストンからシリンダへの熱伝達性能を確保した。
【００２７】
(iii）ピストンとシリンダ壁面間の潤滑油量をコントロールするオイルコントロール性能
（ａ）シリンダ壁面でのオイル掻き；
第１実施の形態に係るピストンリングは、後述するうように、３本リング構成ピストン装置におけるオイルリングと同等の面圧にすることができ、シリンダ壁面に対する追従性も３本リング構成ピストン装置におけるオイルリングと同等とすることができる。
【００２８】
（ｂ）上下面のオイルシール；
唯一のリング溝１より上方へ移動したオイルは、二度とリング溝１より下方側に戻れないので、第１実施の形態に係るピストンリングでは、ピストン装置の運転中、常時、ピストンリングの下面とリング溝１の壁面とが接触した状態とし、イルがリング溝１の底部空間内に移動するのを防止できる。
【００２９】
（ｃ）リング合口部のオイルシール；
第１実施の形態に係るピストンリングでは、外リング２の合口構造をステップ形状としたことにより、その合口をストレート形状とした場合に生じる、掻き残しオイル及び高ブースト時の負圧によるオイル吸い上げを防止できる。
【００３０】
但し、上述した第１実施の形態に係るピストンリングにおいては、ピストンリングのボア径等により、外リング２と内リング３の寸法および材質を適切とし、適切な張力を持つエキスパンダ４を選定することによって、内リング３を介して、外リング２の外周面とシリンダ壁面２０との当たり面に適切な荷重を付与すると共に外リング２の下面とリング溝の壁面との接触面、および内リング３の下面とリング溝の壁面との接触面に適切な荷重を付与する。
【００３１】
ここで、ピストン１０のボア径を８６ｍｍとした場合の第１実施の形態に係るピストンリングの作用について具体的に説明する。
【００３２】
その際に、外リング２の断面形状は、略正方形とし、外リング２のリング厚みａ1 を１．５ｍｍ、外リング２のリング幅ｈ1 を１．５ｍｍとした。また、外リング２の合口のステップ長さＬは、リング溝１にピストンリングを装着した状態で２．５〜４．０ｍｍ、平行部隙間は０．０２ｍｍ程度とした。平行部隙間は、合口隙間Ｓ1 、Ｓ2 寸法よりはるかに小さく、リング溝１にピストンリングを装着した状態で合口隙間Ｓ1 、Ｓ2 ＝０．１５〜０．２０ｍｍに対して約１／１０である。平行部隙間は、外リング２のリング幅ｈ1 方向の隙間で定義される。
【００３３】
また、外リング２に内リング３を装着したピストンリングのリング厚みを３．７ｍｍ、ピストンリングのリング幅を２．３ｍｍとした。内リング３の背面側には、斜面に接触させて外径が１．５ｍｍのコイルエキスパンダを設置し、ピストンリングの張力を３本リング構成ピストン装置におけるオイルリングと同等にし。組合わせ後のピストンリングの断面は、略台形状である。
【００３４】
なお、外リング２の断面形状を略正方形とすると、リング溝１の形状を適正な矩形状にでき、また、エキスパンダの張力を効果的に配分できるので好ましい。また、内リング３の背面側に形成する斜面と、内リング３の下面とのなす傾斜角度は、３０〜４５°とするのが、内リング３を介して外リング２にエキスパンダの張力を効果的に配分でき、また、リング溝１の形状を適正にできるので好ましい。
【００３５】
一方、ピストン１０には、オイル逃し孔７として、直径が２ｍｍの貫通孔を周方向に１２個設けた。その際にオイル逃し孔７の一端側の開口部がセカンドランド５とオイル溜め溝６に跨るように穿孔した。オイル溜め溝６の体積は、５００ｍｍ3 とした。
【００３６】
内リンク３の合口隙間Ｓ3 は、適宜な値、例えば、０．４〜０．６ｍｍに設定される。
【００３７】
(i）ガスシール性能について
第１実施の形態に係るピストンリングでは、図３に示すように外リング２の合口がステップ形状とされ、リング溝１に装着した状態で外リング２と内リング３とが互いに合口の部位が異なる周方向位置となるようにして配置されて回り止めされ、内リング３は、外リング２の上面および背面に密着している。
【００３８】
従って、外リング２の上面および背面に密着している内リング３により、外リング２の上の合口隙間Ｓ2 を上面側および背面側から塞ぐと共に、外リング２の下の合口隙間Ｓ1 と、上下の合口に繋がるステップ長さがＬの平行部隙間とを背面側から塞いで、外リング３の合口隙間のガス漏れ通路を遮蔽している。
【００３９】
この結果、ピストン装置の運転時に、外リング２の合口隙間を通って、セカンドランド５とシリンダ壁面２０の間に洩れるブローバイガス量を大幅（約１／３〜１／４）に低減できる。
【００４０】
その際、外リング２と内リング３とが回り止め手段により回り止めされているので、ピストン装置の運転中に、外リング２の合口の周方向位置と内リング３の合口の周方向位置とが一致してしまうことがなく、安定してガスシール性能を発揮できる。
【００４１】
また、本発明の第１実施の形態に係るピストンリングでは、外リング２と内リング３の寸法および材質を適切とし、適切な張力を持つエキスパンダ４とすることによって、ピストンリング下面とリング溝壁面との間の接触面圧を適切としているために、ピストン装置の運転中、ピストンリング下面とリング溝壁面とが常時、密着して、ピストンリング下面に生じる可能性のあるガス漏れ通路を効果的に遮蔽している。
【００４２】
故に、第１実施の形態に係るピストンリングを用いたピストン装置では、第１圧力リングの合口をストレート形状とした３本リング構成ピストン装置に比べて、ブローバイガス量を１／３〜１／４と大幅に低減することができる。
【００４３】
なお、シリンダ壁面２０に対するピストンリングの追従性能は、外リング２と内リング３の寸法および材質を適切とし、適切な張力を持つエキスパンダ４を選定することによって、３本リング構成ピストン装置の第１圧力リングと同等にすることができる。
【００４４】
ここで、３本リング構成ピストン装置１００では、図８に示す矢印ようにしてガスが第１圧力リング１１０の合口隙間を通過して漏れる。符号１２０はシリンダ壁面を示す。
【００４５】
(ii)ピストンからシリンダへの熱伝達性能
外リング２と内リング３の寸法および材質を適切とし、適切な張力を持つエキスパンダ４を選定することによって、十分な熱伝達性能を維持できるところ、第１実施の形態に係るピストンリングを装着したピストン装置は、３本リング構成ピストン装置に比べると、ピストンリングが唯一であるから、ピストン装置の運転条件によっては若干低い場合がある。このような場合には、ピストン裏面に対してオイルをオイルジェットとして与える等のピストン冷却を十分に行えば問題が生じない。
【００４６】
(iii）ピストンとシリンダ壁面間の潤滑油量をコントロールするオイルコントロール性能
（ａ）シリンダ壁面のオイル掻き；
第１実施の形態に係るピストンリングにおいては、外リング２の外周面が断面で見てテーパフェース形とされ、テーパフェース面のテーパ角度を５０分〜１度５０分とし、かつシリンダ壁面２０に対する外リング２の当たり幅を初期において０．２ｍｍ以下するのが好ましい。
【００４７】
この理由は、テーパフェース面のテーパ角度を５０分未満とした場合、1)ピストンの熱変形によるリング溝傾き2)ピストンスラップ3)リングの軸方向挙動の際のわずかなねじれ等によって、テーパーフェース面全面がシリンダ壁面２０に当たる。その為、上側エッジ部で潤滑油を掻き上げ、潤滑油消費量を増大させる。一方、テーパー角度が１度５０分超えとした場合は、シリンダ壁面２０とテーパーフェイス面との隙間が大きくなり、ステップ合口部におけるシリンダ壁面でのオイル掻き残しが生じてしまう。
【００４８】
よって、外リング２のテーパフェース面のテーパ角度を５０分〜１度５０分とすることにより、ピストン下降行程でシリンダ壁面２０上のオイルを外リング２のテーパフェース面の先端部分で掻き落とすことにより、シリンダ壁面２０に残す油膜を十分薄くすることができ、一方、ピストン上降行程では、テーパフェイス面により油膜を薄く且つ掻き上げも少なくすることができる。
【００４９】
ここで、第１実施の形態に係るピストンリングにおいては、テーパフェース面の下方に形成する、外リング２の当たり幅を初期において０．２ｍｍ以下するのが好ましい。この理由は、リング全体の張力、すなわち、組合せ後のピストンリングの張力Ｆｔ＝１９．６Ｎとした場合に、ボア径を８６ｍｍとしたシリンダ壁面２０と、外リング２の当たり幅との間の接触面圧Ｐを２ＭＰａ以上とすることができるからである。この外リング２の当たり幅における接触面圧Ｐを２ＭＰａ以上とすることによって、基本的なシリンダ壁面のオイル掻き能力を３本リング構成ピストン装置におけるテーパフェース形状のオイルリングと同等とすることができる。また、第１実施の形態に係るピストンリングにおいては、外リング２の当たり幅との間の接触面圧Ｐを２ＭＰａ以上とすることができるから、上下にサイドレールを有する３ピースオイルリングの場合より、シリンダ壁面のオイル掻き能力が高い。
【００５０】
ところで、シリンダ壁面に対するピストンリングの追従性能は、３・Ｆｔ・（Ｄ−ａ1 ）2 ／（Ｅ・ｈ1 ・ａ13）、但しＦｔ＝張力（Ｎ）、Ｅ＝ヤング率（Ｎ／ｍｍ2 ）、Ｄ＝ボア径（ｍｍ）で定義される係数Ｐｋが高いほど優れる。
【００５１】
例えば、図７に示したような構成の上下にサイドレール３０２、３０３を有する３ピースオイルリングの場合には、Ｆｔ＝１９．６Ｎ、リング幅ｈ1 ＝０．４  ｍｍ、リング厚みａ1 ＝２．０ｍｍで、サイドレールの追従性係数Ｐｋ＝０．３１５となる。
【００５２】
これに対して、第１実施の形態に係るピストンリングの場合には、外リング２のリング幅ｈ1 ＝１．５ｍｍ、リング厚みａ1 ＝１．５ｍｍで、外リング２の追従性係数Ｐｋ＝０．２７９となる。この組のピストンリングのリング幅は２．３ｍｍ、リング厚みは３．７ｍｍである。また、外リング２のリング幅ｈ1 ＝１．２ｍｍ、リング厚みａ1 ＝１．２ｍｍで、外リング２の追従性係数Ｐｋ＝０．５２３となる。この組のピストンリングのリング幅は１．８ｍｍ、リング厚みは３        ．２ｍｍである。
【００５３】
このことから、外リング２の寸法；ｈ1 およびａ1 を適切とすることによって、第１実施の形態に係るピストンリングに用いる外リング２の追従性係数Ｐｋを上下にサイドレールを有する３ピースオイルリングと同等に設定できることがわかる。
【００５４】
（ｂ）上下面のオイルシール；
第１実施の形態に係るピストンリングを装着したピストン装置では、外リング２の合口がステップ形状とされ、内リング３が外リング２の上面および背面に密着しており、そのうえ、内リング３の背面側に形成された斜面に接触するように設置されたエキスパンダ４を備えているので、ピストン装置の運転中、ピストンリングの下面とリング溝１の壁面とが常時接触した状態とすることができ、この結果、オイルがリング溝１の底部空間内に移動するのを防止することができる。
【００５５】
よって、ピストン装置の運転中、外リング２の合口部分からのオイル上がりを除いて、ピストンリングの下面より上側にオイルが移動することを防止できる。        
【００５６】
（ｃ）リング合口部のオイルシール；
第１実施の形態に係るピストンリングでは、外リング２の合口をステップ形状としたことにより、ピストン装置の運転中に、オイルの掻き残しが生じることなく、また、高ブースト時の負圧によるオイル吸い上げも防止できる。この結果、第１実施の形態に係るピストンリングを装着したピストン装置では、唯一のピストンリングによりオイルを適正にコントロールすることができ、図７に示した従来の上下にサイドレールを有するピストンリングを装着したピストン装置に比べてオイルの消費量を低減できる。
【００５７】
次いで、第２実施の形態に係るピストンリングについて図４を用いて説明する。
【００５８】
図４には、それぞれ第２、第３実施の形態に係るピストンリングに用いた外リング２１の要部を示した。
【００５９】
正組のＷｒａｐ−ｊｏｉｎｔ形状合口を持つ外リング２１は、図４（ａ）、（および下面２１Ｂ側に寄った下方隅部に形成された凹部２１Ｄに他方の合口端部から突出する凸部２１Ｅが挿入されて着座してなるダブルアングル構造をなしている。但し、図４（ａ）は、リング溝に装着する前の状態を示し、図４（ｂ）はリング溝に装着した状態を示す。
【００６０】
第２実施の形態に係るピストンリングは、外リング２１に合口が正組Ｗｒａｐ−ｊｏｉｎｔ形状としたリングを用いた以外は、第１実施の形態に係るピストンリングと構造が同じで、作用も同じである。従って、オイルコントロール性能、ピストンからシリンダへの熱伝導性能、ガスシール性能が第１実施の形態に係るピストンリングと同等となる。
【００６１】
なお、本発明に用いる外リングとしては、その材質を鋼または鋳鉄とすることが望ましく、また外リングのテーパフェース面および当たり面には、適宜、Ｃｒめっき処理、ガス窒化処理、ＰＶＤ、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）などにより、耐摩耗性に優れた表面処理を施すのが望ましい。また、本発明に用いる内リングとしては、その材質をＭｇ合金あるいはＡｌ合金等の非鉄系の軽金属とするのが望ましく、内リングの下面には、例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）などによりリング溝との凝着を防止できる凝着防止表面処理を施すのが望ましい。
【００６２】
本発明に用いるコイルエキスパンダとしては、材料を硬鋼線材、ピアノ線材、バネ用線材等を用いることができ、プレートエキスパンダの材料としては、ばね用鋼材を用いることができる。
【００６３】
本発明に用いるピストンには、オイル溜め溝６がセカンドランド５とスカート部９と間に形成され、オイル逃し孔７の一端側の開口部がオイル溜め溝６およびセカンドランド５に跨って形成されているので、ピストン下降行程でピストンリング直下のオイル溜まり量を極力するなくすることができ、ＬＯＣと称される、潤滑油消費量の悪化を抑制できるので好ましい。
【００６４】
但し、オイル逃し孔７は、セカンドランド５に対して垂直孔で内側に抜ける場合には、垂直孔とすることができる。
【００６５】
本発明に用いるピストン１０におけるトップランド８の上下方向幅は、クレビスボリューム低減のため低くするのがよく、シリンダ容量によって異なるが、４サイクルガソリンエンジンでは2.5 〜5.0mm とすることができる。本発明に用いるピストン１０におけるトップランドの形状は、特に限定されない。
【実施例１】
【００６６】
上述した１本リング構成ピストン装置を、各種条件で運転し、燃費、潤滑油の消費量およびブローバイガス量を調査した。
【００６７】
なお、ピストン１０のボア径を８６ｍｍ、ピストン１０の頂面からスカート部９上端までの高さを１３ｍｍとし、ピストンリングとしては、外リング２のリング厚みａ1 を１．５ｍｍ、外リング２のリング幅ｈ1 を１．５とし、外リング２に内リング３を組み合わせた組合わせ後リング厚みを３．７ｍｍ、同組合わせ後リング幅を２．３ｍｍとした。エキスパンダ４としては、外径が１．５ｍｍのコイルエキスパンダを用い、ピストンリングの張力を３本リング構成ピストン装置におけるオイルリングと同じとした。
【００６８】
内リング３の背面側の斜面、内リング３の下面とのなす傾斜角度は４０°とした。
【００６９】
オイル逃し孔７は、直径が２ｍｍの貫通孔とし、周方向に１２個設けた。その際にオイル逃し孔７の一端側の開口部がセカンドランド５とオイル溜め溝６に跨るように穿孔した。オイル溜め溝６の体積は、５００ｍｍ3 とした。また、セカンドランド５の外周面とシリンダ壁面21との間隔は、０．１〜０．２ｍｍである。
【００７０】
従来例としては、ボア径が８６ｍｍ、ピストン頂面からスカート部上端までの高さが１７ｍｍの３本リング構成ピストン装置を用い各リング溝に対応ピストンリングを所定の張力で装着し、その他の条件は発明例と同様とし、燃費、潤滑油の消費量およびブローバイガス量を調査した。
【００７１】
この結果、発明例ではガスシール性能は向上し、３本リング構成ピストン装置に比して、１／３〜１／４にブローバイ量を低減でき、潤滑油消費量は３本リング構成ピストン装置と同等の性能を得ることができた。
【００７２】
また、発明例ではピストン頭部の質量を減少できたので、３本リング構成ピストン装置に比し燃費を２〜３％低減できた。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施の形態に係るピストンリングを用いた１本リング構成ピストン装置の要部断面図である。
【図２】図１のピストン装置に装着したピストンリングの要部縦断面図である。
【図３】図１のピストン装置に装着したピストンリングの合口の位置を示す斜視図である。
【図４】第２実施の形態に係るピストンリングに用いた外リングの、正組Ｗｒａｐ−ｊｏｉｎｔ形状合口を示す斜視図である。
【図５】従来のピストンの要部縦断面図である。
【図６】従来の他のピストンの要部縦断面図である。
【図７】従来のその他のピストンの要部縦断面図である。
【図８】従来の圧力リンクの問題点を説明する要部縦断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  リング溝  
２、２１  外リング
３  内リング
４  エキスパンダ（コイルエキスパンダ）
５、８  ランド
６  オイル溜め溝
７  オイル逃し孔
９  スカート部
１０、１００、２００、３００  ピストン
２０  シリンダ壁面
ａ1   外リング２のリング厚み（ａ1 寸法）
ｈ1   外リング２のリング幅
ｈ2   当たり幅
Ｌ    外リング２のステップ長さ
Ｓ1   外リング２の下部の合口隙間
Ｓ2   外リング２の上部の合口隙間
Ｓ3   内リンク３の合口隙間
φ    オイル逃し孔の直径
【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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