(57)【要約】【課題】ウェットライナを採用できない内燃機関においてもスクレーパリングの設置を可能とする。【解決手段】本発明の一態様によれば、ピストン６と、シリンダブロック２と、ピストンの外周面９に取り付けられたピストンリング１７，１８，１９と、シリンダブロックに形成され、ピストンを昇降可能に収容するシリンダボア２１であって、ピストンリングが摺接される内周面３１を有するシリンダボアと、シリンダボアの内周面３１かつ上端部３２に形成された段差部３３と、段差部に配置されたスクレーパリング３５とを備えたことを特徴とする内燃機関１が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンと、
シリンダブロックと、
前記ピストンの外周面に取り付けられたピストンリングと、
前記シリンダブロックに形成され、前記ピストンを昇降可能に収容するシリンダボアであって、前記ピストンリングが摺接される内周面を有するシリンダボアと、
前記シリンダボアの内周面かつ上端部に形成された段差部と、
前記段差部に配置されたスクレーパリングと、
を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
ターボ過給機をさらに備え、前記ピストンがスチールで形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
ライナーレスシリンダを形成するシリンダボアの内周面かつ上端部に、スクレーパリングを配置するための段差部を形成したことを特徴とする内燃機関。
【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、ピストンのトップランドに堆積した煤を掻き落とすためのスクレーパリングを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンのトップランドに煤が堆積するとピストン昇降時に煤がシリンダライナの内周面を研磨し、その結果オイル消費量が増大する不具合が知られている。この不具合を解消するため、シリンダライナの内周面かつ上端部に段差部を形成すると共に、当該段差部にスクレーパリングを配置し、トップランドに堆積した煤をスクレーパリングにより掻き落とすことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００５／０４５２２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スクレーパリングを配置するための段差部は、エンジン冷却水が外周面に接触されるシリンダライナ、すなわちウェット（湿式）ライナに形成されるのが一般的である。ウェットライナは比較的厚肉であり、こうした段差部を加工する加工代があるためである。
【０００５】
しかし、内燃機関の種類によってはこうしたウェットライナを採用できないものもあり、かかるエンジンにおいては段差部を設けること、ひいてはスクレーパリングを設置することが困難である。
【０００６】
そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、ウェットライナを採用できない内燃機関においてもスクレーパリングを設置することが可能な内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様によれば、
ピストンと、
シリンダブロックと、
前記ピストンの外周面に取り付けられたピストンリングと、
前記シリンダブロックに形成され、前記ピストンを昇降可能に収容するシリンダボアであって、前記ピストンリングが摺接される内周面を有するシリンダボアと、
前記シリンダボアの内周面かつ上端部に形成された段差部と、
前記段差部に配置されたスクレーパリングと、
を備えたことを特徴とする内燃機関が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記内燃機関がターボ過給機をさらに備え、前記ピストンがスチールで形成されている。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、
ライナーレスシリンダを形成するシリンダボアの内周面かつ上端部に、スクレーパリングを配置するための段差部を形成したことを特徴とする内燃機関が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ウェットライナを採用できない内燃機関においてもスクレーパリングを設置することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１に本実施形態に係る内燃機関を示す。内燃機関（エンジン）１は、多気筒のディーゼルエンジンであり、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に取り付けられたシリンダヘッド３と、シリンダブロック２およびシリンダヘッド３の間に介設されたヘッドガスケット４とを備える。シリンダブロック２には複数のシリンダ５が設けられ、各シリンダ５内にはピストン６が往復動可能に設けられている。
【００１４】
シリンダ５は、その中心線をなすシリンダ軸Ｃを有する。以下、シリンダ軸Ｃの方向を単に「軸方向」といい、シリンダ軸Ｃを基準とした半径方向および周方向を単に「半径方向」および「周方向」という。またシリンダ軸Ｃの方向における上死点側（図中上側）を「上」、下死点側（図中下側）を「下」とする。
【００１５】
ピストン６は、ピストン頂面７と、ピストン頂面７に凹設されたキャビティ８と、ピストン外周面９と、ピストン外周面９に貫通形成されたピストンピン穴１０とを有する。ピストンピン穴１０の中心を符号Ｘで示す。周知のように、ピストンピン穴１０にはピストンピン（図示せず）が嵌合され、ピストンピンはコンロッド（図示せず）の小端部にも嵌合され、コンロッドの大端部の大端穴がクランクシャフト（図示せず）のクランクピンに嵌合されることにより、ピストン６がクランクシャフトに動力伝達可能に連結される。
【００１６】
ピストン外周面９には複数のランドとリング溝が設けられる。図示例では、上方から順に、トップリング溝１１、セカンドリング溝１２およびサードリング溝１３が設けられる。そしてトップリング溝１１の上方のピストン外周面９、すなわちピストン外周面９のうちトップリング溝１１の上端縁からピストン頂面７までの部分が、トップランド１４となっている。同様に、トップリング溝１１とセカンドリング溝１２の間のピストン外周面９はセカンドランド１５となっており、セカンドリング溝１２とサードリング溝１３の間のピストン外周面９はサードランド１６となっている。
【００１７】
トップリング溝１１、セカンドリング溝１２およびサードリング溝１３にはそれぞれピストンリングであるトップリング１７、セカンドリング１８およびサードリング１９が嵌合挿入されて取り付けられる。なお最も下側のサードリング１９はオイルリングであり、サードリング溝１３はオイルリング溝をなす。
【００１８】
シリンダ５に関し、シリンダブロック２には、シリンダ軸Ｃを中心としたシリンダボア２１が形成されている。シリンダボア２１はピストン６を昇降可能にかつ同軸に収容する。そしてシリンダボア２１は、内周面３１を有し、この内周面３１にピストンリング１７，１８，１９が摺接される。すなわちシリンダボア２１は、ピストンリング１７，１８，１９を装着したピストン６が直接的に嵌め入れられるライナーレスシリンダ５を形成している。
【００１９】
シリンダブロック２は、隣接する気筒のシリンダボア２１間に形成された気筒間隔壁２４を有する。図示例において、この気筒間隔壁２４にはウォータジャケット２３が中子を用いて画成されているが、それが画成されていなくてもよい。ウォータジャケット２３の代わりにドリル穴や溝を設け、これらに冷却水を流通させてもよい。いすれにしても気筒間隔壁２４は、エンジン全長（エンジンのクランク軸方向の長さ、図の左右方向の長さ）をできるだけ短縮するため、エンジン長手方向における比較的小さい厚さ（最小厚さ）ｔしか有しない。例えばｔは３０ｍｍ程度である。
【００２０】
シリンダボア２１の内周面３１かつ上端部３２には段差部３３が形成されている。そして段差部３３には、半径方向の隙間３４を隔ててスクレーパリング（もしくはカーボンスクレーパリング）３５が配置されている。
【００２１】
段差部３３は、シリンダボア２１の内周面３１かつ上端部３２に半径方向外側に向かって凹設されると共に、シリンダ軸Ｃに平行かつ同軸の段差部内周面３６と、シリンダ軸Ｃに垂直な段差部底面３７とから画成される。そして段差部３３の形成箇所において気筒間隔壁２４は薄肉化されている。段差部内周面３６と同じかやや半径方向外側の位置に、ヘッドガスケット４の内周端が位置される。
【００２２】
スクレーパリング３５は、概してシリンダ軸Ｃ周りに１周する断面矩形のリング状の部材である。スクレーパリング３５は、シリンダ軸Ｃと同軸に配置され、段差部底面３７上に着座される。スクレーパリング３５はシリンダボア２１の内周面３１より半径方向内側に突出されている。スクレーパリング３５は段差部３３に対し相対移動可能であり、つまり所定の遊びを持って段差部３３に嵌合されている。スクレーパリング３５とシリンダヘッド３の間には軸方向の隙間３８が設けられ、スクレーパリング３５はエンジン運転時のピストン６の昇降動作に伴って若干上下動し得るようになっている。
【００２３】
スクレーパリング３５は、ピストン６が図１に示す如く上死点に位置されているとき、ピストン６のトップランド１４を半径方向外側から囲繞するように配置される。そしてスクレーパリング３５がシリンダボア内周面３１より半径方向内側に突出されるのに対応して、ピストン６のトップランド１４の上端部にはトップランド段差部４１が形成され、あるいは凹設される。トップランド段差部４１は、シリンダ軸Ｃ（ピストン軸）に平行かつ同軸のトップランド段差部外周面４２と、シリンダ軸Ｃ（ピストン軸）に垂直なトップランド段差部底面４３とから画成される。トップランド段差部外周面４２は、スクレーパリング３５の内径Ｄ１より僅かに小さい外径Ｄ２を有する（図では誇張して描かれている）。トップランド段差部底面４３は、ピストン６が上死点に位置されているとき、スクレーパリング３５の下端面３９より若干下方に位置するよう配置されている。
【００２４】
なお図１に示すように、ピストン６が上死点に位置されているとき、スクレーパリング３５の上端面４０はピストン頂面７より若干上方に位置される。
【００２５】
エンジン１は、図示しないターボ過給機も備え、排気エネルギを利用して吸気を過給し得るようになっている。
【００２６】
シリンダブロック２およびピストン６（特にピストン６）は、ターボエンジンの比較的高い熱負荷に耐えられるよう、耐熱性の高いスチールで形成される。スクレーパリング３５は、シリンダブロック２およびピストン６（特にピストン６）と同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
【００２８】
エンジン運転時、燃料やオイルの燃焼に伴って発生する煤がピストン６のトップランド１４、特にトップランド段差部外周面４２に付着し、もしくは堆積するが、この煤はスクレーパリング３５によって掻き落とされる。具体的には、トップランド段差部外周面４２に堆積した煤が、ピストン６の上昇時に、シリンダボア内周面３１より半径方向内側に突出したスクレーパリング３５の下端面３９の内周端縁部５０によって掻き落とされる。これにより、ピストン昇降時にトップランド１４に堆積した煤がシリンダボア内周面３１を研磨し、オイル消費量を増大させるという不具合を解消できる。
【００２９】
ところで本実施形態は、シリンダボア２１の内周面３１かつ上端部３２に段差部３３を形成した点、および当該段差部３３にスクレーパリング３５を配置した点に特徴がある。以下この特徴について、本発明の着想に至った経緯と共に説明する。
【００３０】
近年、排気エミッションの要請を満足しつつ燃費を向上するため、エンジンは小型化され、エンジン排気量は減少する傾向にある。その一方で、通常サイズのエンジンと同等の出力性能を維持するため、ターボ過給等により、エンジンの排気量当たりの出力は増加する傾向にある。所謂ダウンサイジングターボエンジンがその典型例である。このようにエンジンが高出力化されると、最大筒内圧が増大し、熱負荷も増大する。すると燃焼室構成部品としても、耐熱性に優れ、より高温まで耐えられるものを使用する必要がある。その一例としてスチール製ピストンの採用がある。スチール製ピストンはアルミ製ピストンに比べて耐熱性が高い。しかしその一方で、スチール製ピストンはアルミ製ピストンに比べて熱伝導率が低いため、ピストン温度は高温化する。こうなると、ピストンのトップランドに煤が堆積したとき、これをそのまま放置すると、堆積した煤がやがて焼き固まって炭化し、ピストン昇降時にシリンダ内周面を研磨する。よってこうした煤堆積を予め抑制すべく、スクレーパリングが設けられる。
【００３１】
スクレーパリングを設けるには、これを配置する段差部が必要である。段差部は一般的に、エンジン冷却水が外周面に接触されるシリンダライナ、すなわちウェット（湿式）ライナに設けられる。ウェットライナは比較的厚肉であり、こうした段差部を加工する加工代があるためである。
【００３２】
しかし、一般的にウェットライナは小型エンジンには採用できない。その理由は、ウェットライナ自体が厚肉であること、およびシリンダブロックの気筒間隔壁内にウォータジェケットを設ける必要があることから、ウェットライナを設けると隣接気筒間の隔壁の全厚（エンジン長手方向の全厚、シリンダライナの厚さを含む）が厚くなり、エンジン全長を短縮するのに著しく不利だからである。
【００３３】
一方、エンジン冷却水が外周面に接触されないシリンダライナ、すなわちドライ（乾式）ライナは小型エンジンに採用可能である。その理由は、ドライライナがウェットライナに比べ薄肉（２ｍｍ程度）であること、およびシリンダブロックの気筒間隔壁内にウォータジェケットを設ける必要がないことから、ドライライナを設けても隣接気筒間の隔壁の全厚を薄くできるからである。
【００３４】
しかし、ドライライナは薄肉であるため、段差部を加工する加工代を実質的に確保できない。例えばスクレーパリングの半径方向厚さは２ｍｍ程度であるため、スクレーパリングを着座させるのに十分な段差部底面の半径方向寸法を確保できるほど、ドライライナは厚肉ではない。よって小型エンジンにスクレーパリングを設けようとした場合、ドライライナも採用が困難である。
【００３５】
そこで本実施形態では、シリンダライナのないライナーレスシリンダ、すなわちシリンダブロック２のシリンダボア２１に、直接、段差部３３を設けている。こうすれば、シリンダライナがないため、隣接気筒間の隔壁の全厚を薄くでき、小型エンジンに採用可能となる。そして段差部３３にスクレーパリング３５を設置可能となり、小型エンジンにおいてもスクレーパリング３５を設置することが可能となる。要するに本実施形態によれば、ウェットライナを採用できない内燃機関、典型的には小型エンジンにおいても、スクレーパリングを設置することが可能となる。
【００３６】
なお本実施形態では、シリンダブロック２の気筒間隔壁２４内にウォータジャケット２３を有するが、前述したようにウォータジャケット２３を省略してもよい。隣接気筒間の隔壁の全厚（すなわち気筒間隔壁２４の厚さｔ）を薄くするのに有利だからである。
【００３７】
以上の説明で分かるように、本実施形態は、排気量当たりの出力が高い小型エンジン、典型的にはターボ過給機を備えたエンジンに好適であり、また耐熱性の高いスチール製ピストンを採用したエンジンに好適である。
【００３８】
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他の実施形態も可能である。例えば内燃機関はディーゼルエンジンに限らずガソリンエンジン等であってもよい。
【００３９】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  内燃機関
２  シリンダブロック
５  シリンダ
６  ピストン
９  ピストン外周面
１７  トップリング
１８  セカンドリング
１９  サードリング
２１  シリンダボア
３１  内周面
３２  上端部
３３  段差部
３５  スクレーパリング
【図１】
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