(57)【要約】      （修正有）【課題】フリクションロス増大を抑制しつつ、エンジンオイルの消費量を低減できる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関（１０）において、ピストン（１８）の往復動に伴うスカート部（３８）の移動範囲（Ｌs）におけるシリンダボア（２０）の最小径（Ｄcmin）の部位（４８）は、ピストン（１８）が下死点にあるときのスカート部（３８）に対向する範囲（Ｒs）内にあり、スカート部（３８）と最小径の部位との間のクリアランス（（Ｄcmin−Ｄs）／２）は、スカート部（３８）とシリンダボア（２０）の壁面との間のクリアランス（（Ｄc−Ｄs）／２）のうちの最小値である。オイルリングの張力が第１コンプレッションリングの張力よりも大きく、且つ、第１コンプレッションリングの張力が第２コンプレッションリングの張力よりも大きく設定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に沿って延在するシリンダボアを有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの一端に固定されたシリンダヘッドと、前記軸線に沿って往復動可能に前記シリンダボアに収容されたピストンと、を有し、
前記ピストンは、
第１コンプレッションリング、第２コンプレッションリング及びオイルリングが前記ピストンの頂面から離れる方向に順に装着されたランド部と、
前記シリンダボアの壁面と摺動可能なスカート部と、
を有する内燃機関において、
前記ピストンの往復動に伴う前記スカート部の移動範囲における前記シリンダボアの最小径の部位は、前記ピストンが下死点にあるときの前記スカート部に対向する軸線方向の範囲内にあり、前記ピストンが下死点にあるときにおける前記スカート部と前記最小径の部位との間の径方向のクリアランスは、前記スカート部の移動範囲における前記スカート部と前記シリンダボアの壁面との間の径方向のクリアランスのうちの最小値であり、
前記オイルリングの張力が前記第１コンプレッションリングの張力よりも大きく、且つ、前記第１コンプレッションリングの張力が前記第２コンプレッションリングの張力よりも大きく設定されている、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンがシリンダボア内にて往復動するレシプロ型の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ型の内燃機関は、周知のように、シリンダブロック、シリンダヘッド及びピストンを有している。シリンダブロックは、軸線に沿って延在する少なくとも一つのシリンダボアを有し、シリンダヘッドは、複数のボルトによってシリンダブロックの一端に固定されている。ピストンは、軸線に沿って往復動可能にシリンダボアに嵌合し、スカート部にてシリンダボアの壁面と摺動可能である。
【０００３】
シリンダボア内にてピストンを円滑に往復動させ、且つ、ブローバイガスなどを低減することによって、内燃機関の運転効率を高くするためには、ピストンが往復動する範囲全体に亘りシリンダボアの真円度が高いことが重要である。そのため、当技術分野においては、シリンダボアの真円度を高めるための種々の提案が従来なされている。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１には、複数のボルトによってシリンダヘッドがシリンダブロックの一端に固定されることによるシリンダボアの変形量の予測値を求めておき、予測値の変形が生じると真円になる形状にシリンダボアを加工する技術が記載されている。この技術によれば、シリンダボアの変形量が予測されることなくシリンダボアが加工される場合に比して、シリンダヘッドがシリンダブロックの一端に固定された後のシリンダボアの真円度を高くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１５２２１６号
【発明の概要】
【０００６】
一般に、内燃機関においては、種々の可動部材とそれらに接触する部材との間の摩擦が低減されるよう、それらの部材の間にエンジンオイルが供給されることにより、それらの部材が潤滑される。例えば、ピストンとシリンダボアの壁面との間には、クランクルームの側からオイルジェット又はクランクシャフトによる跳ね上げによってエンジンオイルが供給されることにより、ピストンとシリンダボアの壁面との間が潤滑される。
【０００７】
シリンダボアの真円度が高くても、ピストンのスカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスが小さい場合には、それらの間に存在し得るエンジンオイルの量が少ないため、スカート部及びシリンダボアの壁面の摩擦の度合が高くなり、フリクションロスが高くなる。逆に、スカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスが大きい場合には、それらの間に存在し得るエンジンオイルの量が多いため、ピストンの往復動に伴って燃焼室へ移動するエンジンオイルの量も多くなる。燃焼室へ移動したエンジンオイルは、蒸発、燃焼などにより気体になって排気ガスと共に内燃機関外へ排出されるため、燃焼室へ移動するエンジンオイルの量が多くなると、エンジンオイルの消費量が高くなる。
【０００８】
そこで、本願発明者等は、以下の内燃機関の構成を検討した。
ピストンの往復動に伴うスカート部の移動範囲におけるシリンダボアの最小径の部位は、ピストンが下死点にあるときのスカート部に対向する軸線方向の範囲内にあり、ピストンが下死点にあるときにおけるスカート部と最小径の部位との間の径方向のクリアランスは、スカート部の移動範囲におけるスカート部とシリンダボアの壁面との間の径方向のクリアランスのうちの最小値である構成（以下、「当該シリンダボア形状」と称する場合がある。）。
【０００９】
上述の当該シリンダボア形状によれば、ピストンが下死点及びその近傍にあるときに、クランク室からスカート部とシリンダボアの壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を低減し、ピストンの圧縮ストロークにおいてスカート部の径方向外側の表面に付着して移動するエンジンオイルの量を低減することができる。よって、ピストンの往復動によりスカート部とシリンダボアの壁面との間を経て燃焼室へ移動するエンジンオイルの量（以下「オイル上がり量」と称する場合がある。）を低減し、これによりエンジンオイルの消費量を低減することができる。
【００１０】
更に、スカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスは、ピストンの圧縮ストロークにおいて、上記最小値よりも大きくなり、ピストンの膨張ストロークにおいても、上記最小値よりも大きい値に維持される。従って、ピストンが下死点及びその近傍以外のストローク域にあるときにおけるスカート部とシリンダボアの壁面との間の摩擦が高くなることを回避することができる。
【００１１】
しかしながら、上述の当該シリンダボア形状を有する内燃機関において、ピストンの頂面から離れる方向に順にピストンのランド部に装着された第１コンプレッションリング、第２コンプレッションリング及びオイルリングの各ピストンリングの張力については、何ら検討がなされていない。即ち、これらの各ピストンリングは、シリンダボアの壁面方向に向かう張力をもっており、各ピストンリングの張力の大きさをどのように設定するかについては、何ら検討がなされていない。
【００１２】
ピストンリングは、主要な機能として、オイルコントロール機能、及び、燃焼室の気密性を確保する機能を有する。これらの機能を確保するためにピストンリングの張力を適切な大きさに設定する。ピストンリングの張力が大きいほど、燃焼室の気密性を高めることができ、且つ、エンジンオイルの消費量を低減できる。一方で、ピストンリングの張力が大きすぎると、フリクションロスが高くなってしまう。
【００１３】
そして、従来のオイルリング、第１コンプレッションリング及び第２コンプレッションリングは、それぞれ以下の機能を担うように構成されることが好ましく、各ピストンリングに対して、その機能分の張力を設定している。
オイルリング：オイルコントロール機能
第１コンプレッションリング：燃焼室の気密性を確保する機能、及び、必要に応じて補助的なオイルコントロール機能
第２コンプレッションリング：補助的なオイルコントロール機能、及び、ランド圧力の調圧機能
なお、ランド圧力の調圧機能とは、次の機能のことである。
セカンドランド部の圧力及びサードランド部の圧力（即ち、第２コンプレッションリング及びオイルリングの間のシリンダボア壁面及びピストン壁面の間の空間の圧力）を各ランド容積とリングにより調整する機能。
【００１４】
ピストンリングに必要な機能を確保した上で、フリクションロスをより低減するためには、第１コンプレッションリング及び第２コンプレッションリングに対して、補助的な機能分の張力を設定不要にして、低張力化することが好ましい。即ち、各ピストンリングに対して、下記の各ピストンリングの機能分のみの張力を設定して、低張力化することが好ましい。
オイルリング：オイルコントロール機能
第１コンプレッションリング：燃焼室の気密性を確保する機能
第２コンプレッションリング：ランド圧力の調圧機能
【００１５】
しかしながら、従来のシリンダボア形状（例えば、スカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスが大きいシリンダボア形状）を有する内燃機関では、オイル上がり量が多いため、少なくとも第２コンプレッションリングに上述の補助的なオイルコントロール機能を持たせないと、ピストンリングのオイルコントロール機能が十分である可能性が低くなってしまう。
【００１６】
これに対して、上述の当該シリンダボア形状を有する内燃機関では、オイル上がり量を低減でき、以て、ピストンリングに必要とされるオイルコントロール量を減らすことができる。このため、オイルリングの張力をより小さくすることができ、且つ、第１コンプレッションリング及び第２コンプレッションリングに、補助的なオイルコントロール機能を持たせる必要をほとんどなくすことができる。即ち、オイルリングの張力をより小さくすることができ、且つ、第１コンプレッションリング及び第２コンプレッションリングに対して、補助的なオイルコントロール機能分の張力をほとんど設定不要にすることができる。さらに、第１コンプレッションリングのみで燃焼室の気密性を確保すれば、第２コンプレッションリングに対しては、その機能のほぼ全ての機能としてランド圧力の調圧機能を持たせるようにすればよい。
【００１７】
そして、このようにすることによりピストリングを低張力化して、以て、フリクショションロスをより低減するためには、上述の当該シリンダボア形状を有する内燃機関において、各ピストンリングに設定する張力の大きさの関係を規定する必要がある。
【００１８】
本発明は上述した課題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、ピストンのスカート部とシリンダボアの壁面との間の摩擦の度合が高くなることを回避しつつ、エンジンオイルの消費量を低減することができ、且つ、フリクションロスをより低減できるよう改良された内燃機関を提供することである。
【００１９】
本発明は、軸線（２２）に沿って延在するシリンダボア（２０）を有するシリンダブロック（１２）と、前記シリンダブロック（１２）の一端（１２Ｔ）に固定されたシリンダヘッド（１４）と、前記軸線に沿って往復動可能に前記シリンダボア（２０）に収容されたピストン（１８）と、を有し、前記ピストンは、第１コンプレッションリング（４１）、第２コンプレッションリング（４３）及びオイルリング（４５）が前記ピストン（１８）の頂面から離れる方向に順に装着されたランド部（３６）と、前記シリンダボア（２０）の壁面と摺動可能なスカート部（３８）と、を有する内燃機関において、前記ピストン（１８）の往復動に伴う前記スカート部（３８）の移動範囲（Ｌｓ）における前記シリンダボア（２０）の最小径（Ｄcmin）の部位（４８）は、前記ピストンが下死点にあるときの前記スカート部に対向する軸線方向の範囲（Ｒｓ）内にあり、前記ピストン（１８）が下死点にあるときにおける前記スカート部（３８）と前記最小径の部位（４８）との間の径方向のクリアランス（（Ｄcmin−Ｄs）／２）は、前記スカート部の移動範囲（Ｌｓ）における前記スカート部と前記シリンダボアの壁面との間の径方向のクリアランス（（Ｄc−Ｄs）／２）のうちの最小値であり、前記オイルリング（４５）の張力が前記第１コンプレッションリング（４１）の張力よりも大きく、且つ、前記第１コンプレッションリング（４１）の張力が前記第２コンプレッションリング（４３）の張力よりも大きく設定されている、内燃機関である。
【００２０】
本発明によれば、軸線（２２）に沿って延在する少なくとも一つのシリンダボア（２０）を有するシリンダブロック（１２）と、複数のボルト（２４）によってシリンダブロックの一端（１２Ｔ）に固定されたシリンダヘッド（１４）と、軸線に沿って往復動可能にシリンダボアに収容されたピストン（１８）と、を有し、ピストンはシリンダボアの壁面と摺動可能なスカート部（３８）を有する内燃機関（１０）が提供される。
【００２１】
ピストン（１８）の往復動に伴うスカート部（３８）の移動範囲（Ｌs）におけるシリンダボア（２０）の最小径（Ｄcmin）の部位（４８）は、ピストンが下死点にあるときのスカート部（３８）に対向する軸線方向の範囲（Ｒs）内にあり、ピストン（１８）が下死点にあるときにおけるスカート部（３８）と最小径の部位（４８）との間の径方向のクリアランス（（Ｄcmin−Ｄs）／２）は、スカート部（３８）の移動範囲（Ｌs）におけるスカート部（３８）とシリンダボア（２０）の壁面との間の径方向のクリアランス（（Ｄc−Ｄs）／２）のうちの最小値である。
【００２２】
上記の構成によれば、ピストンの往復動に伴うスカート部の移動範囲におけるシリンダボアの最小径の部位は、ピストンが下死点にあるときにスカート部に対向する。更に、ピストンが下死点にあるときにおけるスカート部と最小径の部位との間のクリアランスは、スカート部の移動範囲におけるスカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスのうち最も小さい。
【００２３】
従って、ピストンが下死点及びその近傍にあるときに、クランク室からスカート部とシリンダボアの壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を低減し、ピストンの圧縮ストロークにおいてスカート部の径方向外側の表面に付着して移動するエンジンオイルの量を低減することができる。よって、ピストンの往復動によりスカート部とシリンダボアの壁面との間を経て燃焼室へ移動するエンジンオイルの量を低減し、これによりエンジンオイルの消費量を低減することができる。
【００２４】
更に、本発明によれば、オイルリング（４５）の張力が前記第１コンプレッションリング（４１）の張力よりも大きく、且つ、前記第１コンプレッションリング（４１）の張力が前記第２コンプレッションリング（４３）の張力よりも大きく設定されている。
【００２５】
上記の構成によれば、オイルリングの張力をより小さくでき、且つ、第１コンプレッションリング及び第２コンプレッションリングに対して補助的な機能分の張力を設定することがほとんど不要になり、以て、ピストンリングをより低張力化することができる。その結果、フリクションロスをより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明による内燃機関の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示されたピストンを軸線に垂直な方向に見た正面図である。図２（ｂ）は図１（ａ）に示されたピストンをクランクシャフトの側から軸線に沿って見た底面図である。
【図３】図３はピストンリングの構成を示す正面図である。
【図４】図４は本発明による内燃機関の第１実施形態を示す拡大部分縦断面図である。
【図５】図５は第１実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。
【図６】図６はシリンダボアの直径が軸線に沿う上部、中央部及び下部によって異なる種々の内燃機関を示す説明図である。
【図７】図７は本発明による内燃機関の第３実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。
【図８】図８は本発明による内燃機関の第４実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。
【図９】図９は本発明による内燃機関の第５実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。
【図１０】図１０は本発明による内燃機関の第６実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関について図面を参照しながら説明する。実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。なお、以下に説明する実施形態などは本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態などに限定されない。
【００２８】
＜第１実施形態＞
（構成）
図１において、本発明の第１実施形態に係る内燃機関（以下、「第１内燃機関」と呼称される場合がある。）が符号１０にて全体的に示されている。第１内燃機関１０は、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１４、クランクキャップ１６及びピストン１８を有している。シリンダブロック１２は、図１の紙面に垂直な方向に配列された気筒数のシリンダボア２０を有し、各シリンダボア２０は軸線２２に沿って延在している。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１４には、冷却水通路が設けられているが、冷却水通路の図示は省略されている。シリンダヘッド１４は、図１で見てシリンダボア２０の両側にて図１の紙面に垂直な方向に隔置された複数の位置において、ボルト２４によってシリンダブロック１２の一端１２Ｔに固定されている。これ以降の説明において、各部材の図１などで見て上側の一端を「上端」と指称し、図１などで見て下側の他端を「下端」と指称する。更に、図１などで見て上方及び上側をそれぞれ単に「上方」及び「上側」と記載し、図１などで見て下方及び下側をそれぞれ単に「下方」及び「下側」と記載する。
【００２９】
クランクキャップ１６は、図１には示されていない複数のボルトによってシリンダブロック１２のクランクケース部１２Ｃの下端１２Ｂに固定されている。クランクケース部１２Ｃ及びクランクキャップ１６は、互いに共働して軸線２２に垂直な回転軸線２６の周りに回転可能にクランクシャフト２８を支持すると共に、クランク室３０を形成している。ピストン１８は、軸線２２に沿って往復動可能にシリンダボア２０に嵌合し、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１４と共働して燃焼室２１を形成している。周知のように、ピストン１８の往復動は、図１には示されていないピストンピン及びコネクティングロッドによりクランクシャフト２８へ伝達され、これらの部材の共働によりクランクシャフト２８の回転運動に変換される。
【００３０】
クランクキャップ１６の下方部は、エンジンオイル３２を貯留するオイルパン３４を形成している。エンジンオイル３２は、クランクシャフト２８による跳ね上げ又は図１には示されていない強制潤滑装置により、矢印Ａにて単純化して示されているように、クランク室３０からシリンダボア２０の下端部及びピストン１８の内側へオイルジェットとして供給される。シリンダボア２０の下端部へ供給されたエンジンオイル３２は、シリンダブロック１２とピストン１８との間に介在することにより、それらの部材を潤滑する。なお、エンジンオイル３２は、強制潤滑装置により、カムシャフト、吸気弁及び排気弁などの他の運動部品にも循環供給されることにより、それらを潤滑する。
【００３１】
シリンダブロック１２とピストン１８との間を潤滑するエンジンオイル３２の一部は、ピストン１８の往復動に伴って燃焼室２１へ移動する。燃焼室２１へ移動したエンジンオイル３２は、蒸発及び燃焼により気体になって排気ガスと共に第１内燃機関１０の外へ排出される。よって、シリンダブロック１２とピストン１８との間を潤滑するエンジンオイル３２の消費量を低減するためには、クランク室３０から供給されてシリンダブロック１２とピストン１８との間に介在するエンジンオイル３２の量が過剰にならないようにすることが有効である。
【００３２】
図２（ａ）及び（ｂ）に示されているように、ピストン１８は、軸線２２に沿って延在する円柱部３６（「ランド部」とも称する。）と、円柱部３６と一体をなす二つのスカート部３８とを有している。スカート部３８は、軸線２２に沿って下方から見て、ピストンピン（図示省略）の軸線５４の両側にて軸線２２に対し径方向に隔置されているが、少なくとも円柱部３６の近傍において、軸線２２の周りに全周にわたり延在していてもよい。
【００３３】
円柱部３６は、図３に示した第１コンプレッションリング４１、第２コンプレッションリング４３及びオイルリング４５をそれぞれ受け入れる３つのリング溝４０、４２及び４４を有している。３つのリング溝４０、４２及び４４は、この順でピストン１８の頂面から下方に向かって配置されている。
【００３４】
リング溝４０には、第１コンプレッションリング４１が装着され、リング溝４２には、第２コンプレッションリング４３が装着され、リング溝４４には、オイルリング４５が装着されている。リング溝４０、４２及び４４にそれぞれ装着された第１コンプレッションリング４１、第２コンプレッションリング４３及びオイルリング４５は、この順でピストン１８の頂面から下方に向かって配置されている。
【００３５】
第１コンプレッションリング４１、第２コンプレッションリング４３及びオイルリング４５は、シリンダボア２０の壁面に向かう張力をもっている。第１内燃機関１０では、第１コンプレッションリング４１の張力、第２コンプレッションリング４３の張力及びオイルリング４５の張力の大きさは、所定の関係を有する。具体的に述べると、第１内燃機関では、オイルリング４５の張力が第１コンプレッションリング４１の張力よりも大きく、且つ、第１コンプレッションリング４１の張力が第２コンプレッションリング４３の張力よりも大きく設定されている。即ち、第１内燃機関では、第１コンプレッションリング４１の張力、第２コンプレッションリング４３の張力及びオイルリング４５の張力の大きさは、「オイルリング４５の張力＞第１コンプレッションリング４１の張力＞第２コンプレッションリング４３の張力」の関係を有する。
【００３６】
スカート部３８は、軸線２２を中心とする円弧板状をなして軸線２２に沿って延在している。スカート部３８は円柱部３６よりも大きい外径を有し、シリンダボア２０の壁面と摺動するスカート部３８の外面の主要部４６（クロスハッチングが施された領域）は減摩処理されている。
【００３７】
第１内燃機関１０におけるシリンダボア２０は、軸線２２を通る径方向の断面で見て図４及び図５に示された形態をなしている。
【００３８】
なお、図４及び図５において、一点鎖線及び二点鎖線は、それぞれ下死点及び上死点にあるときのピストン１８の位置を概略的に示しており、一点鎖線及び二点鎖線のハッチングはスカート部３８の範囲を概略的に示している。矢印Ｌptはピストン１８の往復動に伴うその上端の移動範囲を示し、矢印Ｌsはピストン１８の往復動に伴うスカート部３８の移動範囲を示している。
【００３９】
更に、シリンダヘッド１４がボルト２４によってシリンダブロック１２の一端１２Ｔに固定された図示の状況において、シリンダボア２０は、その上端２０Ｔから下端２０Ｂまでの何れの箇所においても軸線２２を中心とする実質的に真円の断面形状を有している。図４及び図５においては、シリンダボア２０の各部位における直径の大小関係が明確になるよう、直径の相違が誇張して図示されている。これらのことは、後述の図６以下の図においても同様である。
【００４０】
図４及び図５に示されているように、シリンダボア２０は、スカート部３８の移動範囲Ｌsにおける最小径の部位４８を有している。スカート部３８の移動範囲Ｌs内にて最小径の部位４８よりも上側、即ちシリンダブロック１２の上端１２Ｔの側におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、最小径の部位４８の直径である最小径Ｄcminよりも大きい。シリンダボア２０の直径Ｄcの最大値と最小径Ｄcminとの実際の差は、具体的に述べると、０．０１５〜０．２mm程度である。
【００４１】
特に、第１内燃機関１０においては、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の下端３８Ｂは、シリンダボア２０の下端２０Ｂよりも僅かに上方に位置する。最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の下端３８Ｂに対向する軸線方向位置に設けられている。よって、最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の上端３８Ｔから下端３８Ｂまでの領域に対向する範囲Ｒs内に位置している。スカート部３８の外径Ｄsは、図４及び図５に示されているように、上端３８Ｔから下端３８Ｂまで実質的に一定である。
【００４２】
よって、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、スカート部３８の下端３８Ｂにおいて最も小さく、（Ｄcmin―Ｄs）／２である。下端３８Ｂに対向する位置からシリンダボア２０の下端２０Ｂまでの領域の直径Ｄcは、最小径Ｄcminの一定値である。
【００４３】
図４及び図５の断面で見て、シリンダボア２０の壁面は、最小径の部位４８に隣接し且つ最小径の部位４８よりも上側の領域において、曲面２０を有している。すなわち、当該領域において、最小径の部位４８と最小径の部位よりも上端１２Ｔの側にて最小径よりも大きい直径を有する部位とを結ぶ円錐面よりも軸線２２の側へ凸状の曲面２０Ｃをなしている。よって、軸線２２に対する曲面２０Ｃの傾斜角は、最小径の部位４８に近いほど、即ち下方ほど小さい。
【００４４】
更に、第１内燃機関１０においては、ピストン１８が上死点にあるときのスカート部３８に対向する領域におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、シリンダブロック１２の上端１２Ｔに近いほど小さい。ピストン１８が上死点にあるときのスカート部３８の上端３８Ｔよりも上側の領域におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、一定であり、該領域はシリンダボア２０の上端小径部５０を形成している。上端小径部５０の直径Ｄcは、最小径の部位４８の直径Ｄcmin以上であることが好ましい。なお、上述のシリンダボア２０の上端１２Ｔに近い領域の形態は、後述の他の実施形態においても同様である。
【００４５】
次に、図６に示されているように、シリンダボア２０の直径Ｄcが軸線２２に沿う上部、中央部及び下部によって異なる種々の内燃機関１０a〜１０iについて、実験的に確認された利害得失を説明する。なお、図６及び後述の表１において、「大」は、ピストン１８とシリンダボア２０の壁面との間の摩擦が低減されるよう、大きく設定された直径を示している。「小」は、シリンダボア２０の壁面との間の摩擦が過剰にならない範囲にてできるだけ小さく設定された直径を示し、「中」は、「大」と「小」との中間の直径を示している。
【００４６】
内燃機関１０a〜１０iの上部、中央部及び下部におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、図６及び下記の表１の通りである。なお、表１における利害得失の評価項目の「ＢＢＧ／ＮＶ」は、ブローバイガス及び振動騒音を示し、ブローバイガスの量が少なく振動騒音が低いほど性能がよい。「摩擦」は、ピストン１８とシリンダボア２０の壁面との間の摩擦を示しており、摩擦の度合が低いほど性能がよい。「オイル」は、エンジンオイルの消費量を示しており、消費量が少ないほど性能がよい。「総合」は、以上の評価項目の性能に基づく総合的な評価を示している。更に、「◎」及び「○」は、それぞれ評価が「非常に良い」及び「良い」を意味し、「△」及び「×」は、それぞれ評価が「普通」及び「悪い」を意味する。何れの内燃機関も下部における直径Ｄcは「小」であるので、「オイル」の評価は「○」である。
【００４７】
【表１】
2017223191.tif 000003
【００４８】
内燃機関１０aにおいては、上部及び中央部における直径Ｄcが「大」である。「摩擦」の性能は○であるが、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能が悪い。総合評価は○である。内燃機関１０bにおいては、上部及び中央部における直径Ｄcがそれぞれ「大」及び「中」である。「摩擦」の性能が△であり、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能が悪い。よって、総合評価は△である。
【００４９】
内燃機関１０cにおいては、上部における直径Ｄcが「大」であり、中央部における直径Ｄcが「小」である。「ブローバイガス及び振動騒音」の性能及び「摩擦」の性能の何れも悪い。よって、総合評価は△である。内燃機関１０dにおいては、上部における直径Ｄcが「中」であり、中央部における直径Ｄcが「大」である。「ブローバイガス及び振動騒音」の性能及び「摩擦」の性能の何れも△である。よって、総合評価は○である。
【００５０】
内燃機関１０eにおいては、上部及び中央部における直径Ｄcが「中」であり、内燃機関１０fにおいては、上部における直径Ｄcが「中」であり、中央部における直径Ｄcが「小」である。これらの内燃機関１０e及び１０fにおいては、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能は△であるが、「摩擦」の性能が悪い。よって、総合評価は△である。
【００５１】
内燃機関１０hにおいては、上部における直径Ｄcが「小」であり、中央部における直径Ｄcが「中」であり、内燃機関１０iにおいては、上部及び中央部における直径Ｄcが「小」である。これらの内燃機関１０h及び１０iにおいては、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能は良いが、「摩擦」の性能が悪い。よって、総合評価は○である。
【００５２】
以上の内燃機関とは異なり、本発明に従って構成された内燃機関１０gにおいては、上部における直径Ｄcが「小」であり、中央部における直径Ｄcが「大」である。この内燃機関１０gにおいては、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能は良く、「摩擦」の性能は△である。よって、総合評価は◎であり、内燃機関１０gは上記何れの内燃機関よりも優れた性能を有している。
【００５３】
前述のように、第１内燃機関１０は、内燃機関１０gの基本構造に属する構造を有している。よって、第１内燃機関１０によれば、ブローバイガス及び振動騒音の良好な性能を確保すると共に、ピストン１８とシリンダボア２０の壁面との間の摩擦が過大になることを防止しつつ、エンジンオイル３２の消費量を低減することができる。なお、この基本的な作用効果は、後述の第２乃至第６実施形態においても得られる。
【００５４】
特に、第１内燃機関１０によれば、シリンダボア２０の最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の下端３８Ｂに対向し、最小径の部位４８よりも上方の領域は、最小径の部位４８の直径Ｄcminよりも大きい直径Ｄcを有している。よって、最小径の部位４８が下端３８Ｂよりも上方までの範囲に及ぶ構造（例えば後述の第３実施形態）に比して、ピストン１８が下死点近傍にあるときのシリンダボア２０とスカート部３８との間の摩擦を低減することができる。
【００５５】
更に、最小径の部位４８がスカート部３８の下端３８Ｂよりも上方の領域に対向し、最小径の部位４８よりも下方の領域が最小径Ｄcminよりも大きい直径Ｄcを有している構造（例えば後述の第３実施形態）に比して、ピストン１８が下死点及びその近傍にあるときに下端３８Ｂ及びその近傍とシリンダボア２０の壁面との間に存在するエンジンオイルの量を低減することができる。
【００５６】
更に、第１内燃機関１０では、オイルリング４５の張力が第１コンプレッションリング４１の張力よりも大きく、且つ、第１コンプレッションリング４１の張力が第２コンプレッションリング４３の張力よりも大きく設定されている。これにより、オイルリング４５の張力をより小さくでき、且つ、第１コンプレッションリング４１及び第２コンプレッションリング４３に対して補助的な機能分の張力を設定することがほとんど不要になり、以て、ピストンリングをより低張力化することができる。その結果、フリクションロスをより低減することができる。
【００５７】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る内燃機関（以下、「第２内燃機関」と称呼される場合がある。）について説明する。
この第２内燃機関は、以下の点のみにおいて第１内燃機関と相違している。
・第１コンプレッションリングの張力、第２コンプレッションリングの張力及びオイルリングの張力の大きさの関係に代えて、第１コンプレッションリングの摺動部面圧、第２コンプレッションリングの摺動部面圧及びオイルリングの摺動部面圧の大きさの関係を規定した点
以下、この相違点を中心として説明する。
なお、「第１コンプレッションリング４１の摺動部面圧」とは、「第１コンプレッションリング４１の張力」÷「第１コンプレッションリング４１の摺動幅の面積」で求められる面圧である（第２コンプレッションリング４３の摺動部面圧及びオイルリング４５の摺動部面圧についても同様。）。第１コンプレッションリング４１の摺動幅とは、シリンダボア２０の壁面と摺動する第１コンプレッションリング４１の摺動幅のことをいう（第２コンプレッションリング４３の摺動幅及びオイルリング４５の摺動幅についても同様。）。
【００５８】
第２内燃機関では、第１コンプレッションリング４１の摺動部面圧、第２コンプレッションリング４３の摺動部面圧及びオイルリング４５の摺動部面圧の大きさは、「オイルリング４５の摺動部面圧＞第１コンプレッションリング４１の摺動部面圧＞第２コンプレッションリング４３の摺動部面圧」の関係を有する。
【００５９】
よって、第２コンプレッションリング４３は、その機能のほぼ全てがランド圧力の調圧機能を担うことになるので、第２コンプレッションリング４３の摺動部面圧を必要最小限の大きさにすることができ、以て、第２コンプレッションリング４３の摺動部面圧を極小化することができる。その結果、フリクションロスをより低減することができる。なお、その他の作用効果は、第１実施形態と同様である。
【００６０】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る内燃機関（以下、「第３内燃機関」と称呼される場合がある。）について説明する。この第３内燃機関は、シリンダボアの形状が異なる点のみにおいて第１内燃機関と相違している。
以下、この相違点を中心として説明する。
【００６１】
第３内燃機関が図７に示されている。第３内燃機関においては、シリンダボア２０の最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の上端３８Ｔと下端３８Ｂとの中間に対向する位置からシリンダボア２０の下端２０Ｂまでの範囲である。シリンダボア２０の壁面は、最小径の部位の範囲において、一定の直径Ｄminを有し且つ軸線２２に沿って延在する円筒領域を形成している。よって、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、最小径の部位４８の上記範囲において最も小さく、（Ｄcmin―Ｄs）／２である。
【００６２】
シリンダボア２０の曲面２０Ｃの軸線２２に沿う方向の長さは、第１内燃機関における同長さよりも小さい。第３内燃機関の他の点は、上述の第１内燃機関と同様に構成されている。
【００６３】
第３実施形態によれば、最小径の部位４８が一定の直径にて軸線２２に沿って延在していない場合に比して、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランスが最小値（Ｄcmin―Ｄs）／２に維持されるピストン１８のストローク範囲を大きくすることができる。よって、第１実施形態の場合に比して、ピストン１８が下死点にあるときだけでなく、下死点の近傍にあるときにも、クランク室３０から最小径の部位４８を越えてスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を効果的に低減することができる。なお、この作用効果は、後述の第４及び第５実施形態においても得られる。
【００６４】
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る内燃機関（以下、「第４内燃機関」と称呼される場合がある。）について説明する。この第４内燃機関は、シリンダボアの形状及びスカート部の形状が異なる点のみにおいて第１内燃機関と相違している。
以下、この相違点を中心として説明する。
【００６５】
図８に示された第４内燃機関においては、ピストン１８のスカート部３８はバレル形をなしており、スカート部３８の最大径の部位５２は図８には示されていないピストンピンの軸線５４よりも下端３８Ｂの側に位置している。最大径の部位５２の直径Ｄsmaxは、シリンダボア２０の最小径の部位４８の直径Ｄcminよりも小さい。最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の最大径の部位５２及びその上下の領域に対向する領域である。最小径の部位４８の上端４８Ｔは、スカート部３８の上端３８Ｔと最大径の部位５２との間の軸線方向位置に位置し、最小径の部位４８の下端４８Ｂは、スカート部３８の下端３８Ｂと最大径の部位５２との間の軸線方向位置に位置している。
【００６６】
最小径の部位４８の直径Ｄcはその上端４８Ｔから下端４８Ｂまで最小径Ｄminの一定値である。よって、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、最大径の部位５２において最も小さく、（Ｄcmin―Ｄsmax）／２である。図示の実施形態においては、下端４８Ｂよりも下方のシリンダボア２０の直径Ｄcは、下端２０Ｂへ向かうにつれて大きくなっている。第４内燃機関の他の点は、上述の第１内燃機関と同様に構成されている。
【００６７】
第４実施形態によれば、ピストン１８のスカート部３８がバレル形をなしている内燃機関において、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２を、最大径の部位５２において最小値（Ｄcmin―Ｄsmax）／２にすることができる。よって、ピストン１８が下死点にあるときに、クランク室３０の側から最大径の部位５２を越えて上方へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。
【００６８】
＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態に係る内燃機関（以下、「第５内燃機関」と称呼される場合がある。）について説明する。この第５内燃機関は、シリンダボアの形状及びスカート部の形状が異なる点のみにおいて第３内燃機関と相違している。
以下、この相違点を中心として説明する。
【００６９】
図９に示された第５内燃機関においては、ピストン１８のスカート部３８の直径Ｄsは、上端３８Ｔの近傍の畝部３８Ｍにおいて最も大きく、畝部３８Ｍはピストン１８の軸線２２の周りに円弧状に延在している。畝部３８Ｍの最大直径はＤsmaxであり、畝部３８Ｍよりも下端３０Ｂの側の領域の直径Ｄsは実質的に一定である。
【００７０】
シリンダボア２０の最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の畝部３８Ｍと下端３８Ｂとの中間に対向する位置からシリンダボア２０の下端２０Ｂまでの範囲である。よって、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、最小径の部位４８に対応する上記範囲において最も小さく、（Ｄcmin―Ｄs）／２である。
【００７１】
図示の実施形態においては、畝部３８Ｍと曲面２０Ｃとの間隔が最小のクリアランス（Ｄcmin―Ｄs）／２と実質的に同一になるよう、曲面２０Ｃは畝部３８Ｍの下側の斜面の少なくとも一部と平行に延在している。第５内燃機関の他の点は、上述の第３内燃機関と同様に構成されている。
【００７２】
第５実施形態によれば、ピストン１８のスカート部３８が上端３８Ｔの近傍に畝部３８Ｍを有する内燃機関において、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２を、畝部３８Ｍよりも下方において最小値（Ｄcmin―Ｄsmax）／２にすることができる。よって、ピストン１８が下死点にあるときに、クランク室３０の側からクリアランスが最小値（Ｄcmin―Ｄsmax）／２の領域を越えて上方へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。
【００７３】
＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態に係る内燃機関（以下、「第６内燃機関」と称呼される場合がある。）について説明する。この第６内燃機関は、ピストン１８が下死点にあるときに、スカート部３８の下端部がシリンダボア２０から下方へ突出する点のみにおいて第１内燃機関と相違している。
以下、この相違点を中心として説明する。
【００７４】
図１０に示された第６内燃機関においては、ピストン１８が下死点にあるときには、第１内燃機関と同様の円柱形をなすスカート部３８の下端３８Ｂは、シリンダボア２０の下端２０Ｂよりも下方に位置し、スカート部３８の下端部はシリンダボア２０から下方へ突出する。よって、ピストン１８が下死点にあるときには、スカート部３８は、その上端３８Ｔからシリンダボア２０の下端２０Ｂに対応する位置までの範囲Ｒsにおいて、シリンダボア２０の壁面に対向し、範囲Ｒsよりも下方において、クランク室３０に露出する。
【００７５】
シリンダボア２０の直径Ｄcは、少なくとも下死点にあるときのピストン１８に対向する領域においては、シリンダボア２０の下端２０Ｂへ近づくにつれて小さくなっている。よって、最小径の部位４８はシリンダボア２０の下端２０Ｂであり、最小径はＤcminである。更に、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、下端２０Ｂにおいて最も小さく、（Ｄcmin―Ｄs）／２である。第６内燃機関の他の点は、上述の第１内燃機関と同様に構成されている。
【００７６】
第６内燃機関の構造は、ピストン１８が下死点にあるときに、スカート部３８の下端部がシリンダボア２０から下方へ突出する点を除き、上述の第１内燃機関の構造と同一である。よって、第６内燃機関によれば、ピストン１８が下死点にあるときに、スカート部３８の下端部がシリンダボア２０から下方へ突出する内燃機関において、上述の第１内燃機関の場合と同様の作用効果が得られる。
【００７７】
更に、シリンダボア２０の下端２０Ｂは、最小径の部位４８を形成し、この下端においてスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランスが最小値（Ｄcmin―Ｄs）／２になる。よって、ピストン１８が下死点から上死点へ向けて移動する際に、スカート部３８のクランク室３０に露出した部分の径方向外側の表面に付着しているエンジンオイルを下端２０Ｂによって掻き落とすことができる。
【００７８】
なお、上述の各実施形態によれば、シリンダボア２０の壁面は、軸線２２を通る断面で見て、最小径の部位４８に隣接し且つ最小径の部位４８よりも上端１２Ｔの側の領域において軸線２２に向けて凸状の曲面２０Ｃをなしている。よって、シリンダボア２０の壁面が、円錐状又は軸線２２から離れる方向へ凹状の曲面をなしている場合（例えば図５の破線）に比して、最小径の部位４８よりも上側におけるスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランスを小さくすることができる。従って、最小径の部位４８に隣接し且つ最小径の部位よりも上側の領域においてスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間に存在するエンジンオイルの量を低減することができる。
【００７９】
更に、シリンダボア２０の壁面が円錐状又は軸線から離れる方向へ凹状の曲面をなしている場合に比して、ピストン１８が下死点を離れて上死点へ向けて移動する際のスカート部３８の下端３８Ｂとシリンダボア２０の壁面との間のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２を小さくすることができる。よって、ピストン１８が下死点を離れて上死点へ向けて移動する際に、クランク室３０の側からスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。
【００８０】
また、上述の各実施形態によれば、ピストン１８が上死点にあるときのスカート部３８に対向する領域におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、シリンダブロック１２の上端１２Ｔに近いほど小さい。よって、ピストン１８が上死点に近づくにつれてコンプレッションリングとシリンダボア２０の壁面との間の間隔が小さくなり、ガスが流通する経路が狭くなる。よって、ピストン１８が上死点及びその近傍にある状況におけるブローバイガスを低減することができる。また、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間に存在するエンジンオイルがブローバイガスによってクランク室の側へ移動されることに起因してスカート部とシリンダボアの壁面の摩擦が増大する虞を低減することができる。
【００８１】
更に、上述の第３及び第５実施形態によれば、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２が最小値（Ｄcmin―Ｄs）／２である領域は、ただ単に軸線２２に沿って延在しているだけでなく、シリンダボア２０の下端２０Ｂにまで及んでいる。よって、第４実施形態のように下端２０Ｂにおけるクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２が最小値よりも大きい場合に比して、ピストン１８が下死点にあるときにスカート部３８の径方向外側の表面に付着するエンジンオイルの量を低減することができる。従って、ピストン１８の圧縮ストロークにおいて、スカート部３８の表面に付着して上方へ移動するエンジンオイルの量を効果的に低減することができる。
【００８２】
更に、上述の第３乃至第５実施形態によれば、一定の直径Ｄminを有し且つ軸線２２に沿って延在する円筒領域の軸線方向の範囲は、スカート部３８がシリンダボア２０の壁面に対向する範囲Ｒsよりも小さい。よって、一定の直径Ｄminを有し且つ軸線２２に沿って延在する円筒領域の軸線方向の範囲が、範囲Ｒsと同一又はそれよりも大きい場合に比して、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の摩擦を低減し、摩擦ロスを低減することができる。
【００８３】
＜変形例＞
本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
【００８４】
例えば、各実施形態において、内燃機関は、ガソリン機関及びディーゼル機関の何れであってもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０…内燃機関、１２…シリンダブロック、１４…シリンダヘッド、１８…ピストン、２０…シリンダボア、２２…軸線、２４…ボルト、２８…クランクシャフト、３２…エンジンオイル、３８…スカート部、４１…第１コンプレッションリング、４３…第２コンプレッションリング、４５…オイルリング、４８…最小径の部位
【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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