(57)【要約】【課題】内燃機関のピストン−シリンダボア間シール構造に剛固性と柔軟性の両方を確保する。【解決手段】ピストンの円筒状外周面に沿って浅い第一の溝部とその中央部に沿う深い第二の溝部とを有するリング溝を形成し、Ｔ字型横断面の主リングの脚柱部を前記第二の溝部に嵌め合わせ、Ｔ字型横断面の横桁部の両側に一対のＬ字型横断面の補助リングを添え、補助リングのＬ字型横断面の底辺部を主リングの横桁部と第一の溝部との間に挟み、Ｌ字型横断面の垂直部を第一の環状部の一縁よりシリンダボアの壁面まで延在せしめる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの円筒状外周面に沿って浅い第一の溝部とその中央部に沿う深い第二の溝部とを有するリング溝が形成され、Ｔ字型横断面を有する主リングが該Ｔ字型横断面の脚柱部に当る部分にて前記リング溝の前記第二の溝部に嵌り合いまた該Ｔ字型横断面の横桁部に当る部分にてシリンダボアの壁面に当接し、前記主リングの前記Ｔ字型横断面の横桁部に当る部分の両側に横断面がＬ字型をなす一対の補助リングが添えられ、該Ｌ字型横断面の底辺部に当る第一の環状部が前記主リングの前記Ｔ字型横断面の横桁部に当る部分と前記ピストンの前記第一の溝部との間に延在し、該Ｌ字型横断面の垂直部に当る第二の環状部が該第一の環状部の一縁より前記シリンダボアの壁面まで延在していることを特徴とするピストン−シリンダボア間シール構造を備えた内燃機関。
【請求項２】
前記補助リングは、弾性材よりよりなり、内燃機関の運転中周方向に圧縮された状態にあるように作られていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記補助リングは、ポリイミド、ポリテトロフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ＰＥＥＫ樹脂より選択された材料に、炭素繊維、Ａｌ2Ｏ3繊維、ＳｉＣ粒子、Ｓｉ3Ｎ4粒子、グラファイト粒子より選択された材料を複合させたものより作られていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記補助リングの前記シリンダボア壁面に当接する面はＮｉめっき、ＤＬＣ、ＰＶＤより選択された処理を施されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記主リングはその周方向に沿った一部にて端部を突き合わされたＣ字型リングであり、その突合せ端部は前記Ｔ字型横断面の横桁部に該当する部分の少なくとも一部にて周方向に重ね合わされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に係り、特にそのピストンとシリンダボアの間のシール構造に係る。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のピストンとシリンダボアの間のシール構造としては、これまで多くの提案がなされまた実施されてきている。それら公知のピストン−シリンダ間シール構造の一つとして、横断面形状がＴ字型のピストンリングを用いることが、下記の特許文献１および２に記載されている。またピストンリングとして、金属製リングと合成樹脂製リングとを、溝型横断面の合成樹脂製リングの溝内に長方形横断面の金属リングが嵌め込まれた形、或いはＴ字型横断面の合成樹脂製リングの脚柱部の両側に一対の長方形横断面の金属リングを沿わせる形にて組み合わせた構造の組合せリングを用いることが下記の特許文献３に記載されている。
【特許文献１】特開昭６０-４５７５５
【特許文献２】特開昭６３-９０６４９
【特許文献３】特開平８-３０３２９８
【０００３】
一方、内燃機関のピストンリングの外周摺動面に二硫化モリブデン粒子、二硫化タングステン粒子、金属錫粒子等の潤滑剤粒子を噴射して潤滑剤皮膜を形成したり、クロムめっき等の被覆を施すことが、下記の特許文献４に記載されている。
【特許文献４】特開２００３-２０１９１１
【０００４】
またピストンリングがその周方向に沿った一部にて端部を突き合わされたＣ字型リングであるとき、その突合せ端部をその少なくとも一部にて周方向に重ね合わせることが、下記の特許文献５に記載されている。
【特許文献５】特開平６-２８１００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関のピストン−シリンダボア間シール構造には、燃料の爆燃により燃焼室に生ずる高い流体圧に抗してこれを確実に堰き止めるための高い剛固性と、互いに摺動するピストンとシリンダボアの接触部に気密を保つためのかなりの柔軟性とが要求される。本発明は、内燃機関のピストン−シリンダボア間シール構造に要求されるこれらの相矛盾する剛固性と柔軟性の両方をより高度に確保することのできるピストン−シリンダボア間シール構造を備えた内燃機関を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、ピストンの円筒状外周面に沿って浅い第一の溝部とその中央部に沿う深い第二の溝部とを有するリング溝が形成され、Ｔ字型横断面を有する主リングが該Ｔ字型横断面の脚柱部に当る部分にて前記リング溝の前記第二の溝部に嵌り合いまた該Ｔ字型横断面の横桁部に当る部分にてシリンダボアの壁面に当接し、前記主リングの前記Ｔ字型横断面の横桁部に当る部分の両側に横断面がＬ字型をなす一対の補助リングが添えられ、該Ｌ字型横断面の底辺部に当る第一の環状部が前記主リングの前記Ｔ字型横断面の横桁部に当る部分と前記ピストンの前記第一の溝部との間に延在し、該Ｌ字型横断面の垂直部に当る第二の環状部が該第一の環状部の一縁より前記シリンダボアの壁面まで延在していることを特徴とするピストン−シリンダボア間シール構造を備えた内燃機関を提案するものである。
【０００７】
上記の如き内燃機関に於いて、前記補助リングは、弾性材よりよりなり、内燃機関の運転中周方向に圧縮された状態にあるように作られていてよい。また前記補助リングは、ポリイミド、ポリテトロフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ＰＥＥＫ樹脂より選択された材料に、炭素繊維、Ａｌ2Ｏ3繊維、ＳｉＣ粒子、Ｓｉ3Ｎ4粒子、グラファイト粒子より選択された材料を複合させたものより作られていてよい。また前記補助リングの前記シリンダボア壁面に当接する面はＮｉめっき、ＤＬＣ、ＣＶＤより選択された処理を施されていてよい。
【０００８】
また前記主リングはその周方向に沿った一部にて端部を突き合わされたＣ字型リングとされ、その突合せ端部は前記Ｔ字型横断面の横桁部に該当する部分の少なくとも一部にて周方向に重ね合わされていてよい。
【発明の効果】
【０００９】
上記の如く、内燃機関のピストンとシリンダボアの間のシール構造として、ピストンの円筒状外周面に沿って浅い第一の溝部とその中央部に沿う深い第二の溝部とを有するリング溝が形成され、Ｔ字型横断面を有する主リングが該Ｔ字型横断面の脚柱部に当る部分にて前記リング溝の前記第二の溝部に嵌り合いまた該Ｔ字型横断面の横桁部に当る部分にてシリンダボアの壁面に当接し、前記主リングの前記Ｔ字型横断面の横桁部に当る部分の両側に横断面がＬ字型をなす一対の補助リングが添えられ、該Ｌ字型横断面の底辺部に当る第一の環状部が前記主リングの前記Ｔ字型横断面の横桁部に当る部分と前記ピストンの前記第一の溝部との間に延在し、該Ｌ字型横断面の垂直部に当る第二の環状部が該第一の環状部の一縁より前記シリンダボアの壁面まで延在している構造が用いられれば、内燃機関のピストン−シリンダボア間シール構造に要求される剛固性を前記主リングの材料の選択により任意の所望の程度まで満足させると同時に、その剛固性に干渉することなく、同シール構造に要求される柔軟性を前記補助リングの材料の選択により任意の所望の程度まで満足させることができる。
【００１０】
この場合、前記補助リングが、特に弾性材と称される材料により作られ、内燃機関の運転中周方向に圧縮された状態にあるよう作られれば、Ｔ字型横断面を有する前記主リングの剛固性による高圧の燃焼ガスに対するシールとしての耐性をそのまま生かしつつ、該シール構造の燃焼室側空間に対する気密性を高めると共に、ピストンの下死点への移動に際してはシリンダボア壁面に沿うシールの摺動接触に弾力性を与え、良好な油掻き取り作用をもたらすことができる。
【００１１】
ポリイミド、ポリテトロフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ＰＥＥＫ樹脂は、いずれも耐摩耗性があり且つ上記の如き作用をなす補助リングに適度の弾力性を与える材料であり、またこれらに炭素繊維、Ａｌ2Ｏ3繊維、ＳｉＣ粒子、Ｓｉ3Ｎ4粒子、グラファイト粒子から選択された材料が複合されることにより、補助リングの耐久性を更に高めることができる。
【００１２】
また補助リングのシリンダボア壁面に当接する面にＮｉめっき、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ＰＶＤ（物理蒸着）等の処理が施されれば、補助リングのシリンダボア壁面に当接する面の耐摩耗性を高め、補助リングの耐久性を更に高めることができる。
【００１３】
上記の如く主リングのＴ字型横断面の横桁部に当る部分の両側に横断面がＬ字型をなす一対の補助リングが添えられ、Ｔ字型横断面の主リングがそのＴ字型横断面の横桁部にて一対のＬ字型横断面の補助リングにより囲まれた構造に於いて、主リングがその周方向に沿った一部にて端部を突き合わされたＣ字型リングであり、その突合せ端部がＴ字型横断面の横桁部に該当する部分の少なくとも一部にて周方向に重ね合わされていれば、Ｃ字型の主リングの突合せ端部は一対の補助リングによりより密に接合した状態に保持され、Ｃ字型主リングの突合せ接合部に於ける気密性は一層高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付の図１は、本発明によるピストン−シリンダボア間シール構造を備えた内燃機関のピストンとシリンダの一部とその間に組み込まれたピストン−シリンダボア間シール構造の要部を一つの実施の形態ついて示す概略部分断面図である。内燃機関に於けるピストンとシリンダの一般的構造およびそのどこにピストン−シリンダボア間シール構造が必要とされるかは周知であるので、図示のピストン−シリンダボア間シール構造の要部の周りの周知のピストンとシリンダの一般的構造の図示を伴う説明は、明細書および図面の冗長化を避けるため省略する。
【００１５】
図１に於いて、１０がシリンダボア１２を呈するシリンダの部分であり、１４がシリンダボア１２内にて該シリンダボア１２の壁面に沿って図にて上下方向に往復動するピストンの円筒状外周面１６に近い部分である。この部分に図示の如きＴ字型横断面を有する主リング１８とＬ字型横断面を有する補助リング２０、２２とを含むピストン−シリンダボア間シール構造が設けられている。ピストン１４には、この部分にその円筒状外周面１６に沿って、浅い第一の溝部２４とその中央部に沿う深い第二の溝部２６とを有するリング溝が形成されている。
【００１６】
主リング１８は上記の通りＴ字型の横断面を有し、その脚柱部２８に当る部分にてリング溝の前記第二の溝部２６に嵌り合い、また該Ｔ字型横断面の横桁部３０に当る部分にてシリンダボア１２の壁面に当接している。主リング１８は従来一般のピストンリングと同様にそれに適した組成のばね鋼等により作られていてよく、またその環形状の一部にて端面どうしが単純に突き合わされたＣ字型のリングであってよいが、或はまた、後述の図２および図３に示す如く突合せ端部がＴ字型横断面の横桁部に該当する部分の少なくとも一部にて周方向に重ね合わされたＣ字型リングであってもよい。いずれにしても主リング１８は従来一般のピストンリングと同程度の剛弾性を有し、従来一般のピストンリングと同様にそれ自身の剛弾性的原形保持力により燃焼室に生じた高い流体圧が作用しても、それを確実に堰き止めるに十分な剛固性を呈するようになっている。
【００１７】
一方、一対の補助リング２０と２２は、上に例として挙げたポリイミド、ポリテトロフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ＰＥＥＫ樹脂より選択された材料に、炭素繊維、Ａｌ2Ｏ3繊維、ＳｉＣ粒子、Ｓｉ3Ｎ4粒子、グラファイト粒子より選択された材料を複合させたような材料より作られており、かなりの弾性と柔軟性を呈し、主リング１８より図にて上方にある燃焼室側の補助リング２０は、燃焼室からくる高圧の燃焼ガスに対しては、剛固性の高い主リング１８により確実に支えられつつシールとしての気密性を高め、また主リング１８より図にて下方にあるクランク室側の補助リング２２は、ピストンの下死点への移動に際してシリンダボア１２の壁面に沿うシール摺動接触に弾力性を与え、良好な油掻き取り作用をもたらす。
【００１８】
図示の如く補助リング２０および２２は、それぞれ主リング１８のＴ字型横断面の横桁部３０に当る部分とピストンの円筒状外周面１６に沿って設けられた浅い第一の溝部２４の間に延在する第一の環状部３２、３４をＬ字型の底辺部とし、その一縁よりシリンダボアの壁面まで延在する第二の環状部３６,３８をＬ字型の垂直部とするＬ字型横断面を有しており、第一の環状部３２、３４にて主リング１８の横桁部３０により第一の溝部２４内に確実に保持されると共に、燃焼室からの高圧の燃焼ガスに対しては第二の環状部３６が主リングの横桁部３０の上端面により支持されて柔軟な気密性をもって対応し、またピストンの下死点への移動に際しては第二の環状部３８が主リングの横桁部３０の下端面により支持されて柔軟な油掻き手段をなしてシリンダボア壁面上の油を掻き取る。
【００１９】
図２および図３は、主リングがその周方向に沿った一部にて端部を突き合わされたＣ字型リングであり、その突合せ端部がＴ字型横断面の横桁部に該当する部分の一部にて周方向に重ね合わされている実施の形態の一例を示す概略部分断面図と概略部分斜視図である。図２および図３に於いて、図１に示す部分に対応する部分は図１に於けると同じ符号により示されている。この場合、Ｃ字型の主リング１８の突合せ端部は、Ｔ字型横断面の横桁部３０に該当する部分にて斜面４０と４２の接合により周方向に重ね合わされるよう、横桁部３０の約半分に当る部分が一方の端部にては周方向に突き出され、他方の端部にては周方向に切り込まれている。
【００２０】
主リング１８のＴ字型横断面の横桁部３０に当る部分には、その両側にＬ字型横断面の一対の補助リング２０,２２が添えられ、主リング１８はそのＴ字型横断面の横桁部３０にてこれら一対のＬ字型横断面の補助リングにより囲まれているので、主リング１８はその周方向の突合わせ端部にて互いによく整合した状態に保持されている。そこでそのようによく整合した状態に保持された突合せ端部が、一部にて周方向に重ね合わされていれば、Ｃ字型主リングの突合せ端部は一対の補助リング２０,２２により密に接合した状態に保持され、Ｃ字型主リング１８の突合せ接合部に於ける気密性は一層高められる。
【００２１】
以上に於いては本発明を一つ実施の形態とその一部の変更形態について詳細に説明したが、これらの実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるピストン−シリンダボア間シール構造を備えた内燃機関のピストンとシリンダの一部とその間に組み込まれたピストン−シリンダボア間シール構造の要部を一つの実施の形態ついて示す概略部分断面図。
【図２】図１に示す実施の形態に於いて、主リングがその周方向に沿った一部にて端部を突き合わされたＣ字型リングとされ、その突合せ端部がＴ字型横断面の横桁部に該当する部分の一部にて周方向に重ね合わされている一例を示す概略部分断面図。
【図３】図２に示す実施の形態に於ける主リングの突合せ端の概略部分斜視図。
【符号の説明】
【００２３】
１０…シリンダ、１２…シリンダボア、１４…ピストン、１６…ピストンの円筒状外周面、１８…主リング、２０，２２…補助リング、２４…第一の溝部、２６…第二の溝部、２８…Ｔ字型横断面の脚柱部、３０…Ｔ字型横断面の横桁部、３２，３４…補助リングの第一の環状部、３６，３８…補助リングの第二の環状部、４０，４２…斜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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