(57)【要約】【課題】シリンダ内の負圧によるオイルの吸引をより効果的に抑制することのできる内燃機関のピストンを提供する。【解決手段】側周にオイルリング１８の装着される内燃機関のピストン１０において、オイルリング１８の燃焼室側におけるピストン１０の側周に装着された樹脂製のオイルシールリング１９と、ピストン１０の側周を周回するように形成されてオイルシールリング１９の燃焼室側の面が密接されるシール面２０と、を設けるようにした。そしてこれにより、シリンダ内が負圧となるピストン１０の下降時に、オイルシールリング１９がピストン１０の燃焼室側に移動してシール面２０に密着されることで、シリンダ内の負圧により吸引されるオイルの流れを阻止するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側周にオイルリングの装着される内燃機関のピストンにおいて、
前記オイルリングの燃焼室側における前記ピストンの側周に装着されたオイルシールリングと、
前記ピストンの側周を周回するように形成されて前記オイルシールリングの燃焼室側の面が密接されるシール面と、
を備える
ことを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
前記オイルシールリングは、樹脂により形成されてなる
請求項１に記載の内燃機関のピストン。
【請求項３】
前記オイルシールリングの燃焼室側に、前記ピストンの外周側に向うほど燃焼室側に向うように傾斜した傾斜面を形成するとともに、
前記シール面を、前記オイルシールリングの傾斜面と同様に傾斜した面とした
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のピストン。
【請求項４】
前記シール面は、前記オイルリングの装着されるリング溝の燃焼室側の側面に設けられてなる
請求項３に記載の内燃機関のピストン。
【請求項５】
前記オイルリングは、レールと、そのレールを前記ピストンの外周側に付勢するエキスパンダとの２つのパーツからなる２ピースのオイルリングとされてなる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関のピストン。
【請求項６】
前記オイルシールリングの断面積は、前記オイルリングの断面積よりも小さくされてなる
請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関のピストン。
【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に関し、特にオイル消費量の低減のためのオイルシール構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように内燃機関のピストンには、その側周に形成されたリング溝にピストンリングが装着され、シリンダ内壁とピストンとの気密保持や、燃焼によるピストンの受熱のシリンダへの伝達、シリンダ内壁の油膜形成等の機能を担っている。通常、内燃機関のピストンには、こうしたピストンリングとして、ピストンの燃焼室側に装着される２本のコンプレッションリング（トップリング、セカンドリング）と、ピストンのクランクケース側に装着される１本のオイルリングとが取り付けられるようになっている。このうち、コンプレッションリングは、ピストンとシリンダ内壁との間のすき間を無くし、燃焼室からクランクケース側へと圧縮ガスが抜けることを防ぐために設けられ、オイルリングは、シリンダ内壁面に付着した余分なオイルをかき落とし、適度な油膜を形成してピストンの焼きつきを防止するために設けられる。なおピストンのオイルリングとしては、上下２つのレールと、それらのレール間に挿入されるスペーサとの３つのパーツからなる３ピースのオイルリングと、レールとそのレールをピストン外周側、すなわちシリンダ内壁に向って付勢するエキスパンダとの２つのパーツからなる２ピースのオイルリングとが一般に使用されている。
【０００３】
ところで、ピストンの下降時には、内燃機関のシリンダ内の圧力が大気圧を大きく下回ることがある。こうしたシリンダ内の負圧（大気圧との差圧）は、車両減速中のエンジンブレーキ時に特に大きくなり、こうしたエンジンブレーキ時のシリンダ内の負圧は、近年における車両の減速性能の向上により、大きくなる傾向にある。また、こうしたシリンダ内の負圧は、吸気系の部品の精度や、デポジットの噛み込みの影響などにより、設計時の想定よりも大きくなることがある。そしてシリンダ内の負圧発生時には、シリンダ壁面に付着したオイルがその負圧により、クランクケース側から燃焼室内に吸引される、いわゆるオイル上りが発生する。こうして燃焼室内に吸引されたオイルは、燃焼室内で燃焼されてしまうため、オイル上りが発生するとオイル消費量が増大してしまうようになる。またこうしたオイル上りによっては、オイルの燃焼により発生するデポジット、いわゆるオイルデポジットが増大してしまうようにもなる。
【０００４】
従来、こうしたオイル上りを抑制するためのピストンのオイルシール構造の改良に関する技術として、特許文献１に記載のものが知られている。同文献に記載の技術では、セカンドリングの合口をダブルトラップ構造とすることで、その合口を通じた燃焼室側へのオイルの吸引を抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２４１３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした従来の技術によれば、セカンドリングの合口を通じたオイルの吸引は、確かに抑制されるようになる。しかしながら、それだけでは、セカンドリングの合口以外の部分を通じた燃焼室内へのオイルの吸引は抑制できないため、オイル上りの抑制が不十分となってしまうことがある。
【０００６】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、シリンダ内の負圧によるオイルの吸引をより効果的に抑制することのできる内燃機関のピストンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、側周にオイルリングの装着される内燃機関のピストンにおいて、前記オイルリングの燃焼室側における前記ピストンの側周に装着された樹脂製のオイルシールリングと、前記ピストンの側周を周回するように形成されて前記オイルシールリングの燃焼室側の面が密接されるシール面と、備えることをその要旨としている。
【０００８】
上記構成は、オイルリングの燃焼室側におけるピストンの側周に、シリンダ内負圧時のオイル上りを防止するための専用のオイルシールリングが、オイルリングとは別に設けられたものとなっている。係る構成では、シリンダ内が負圧となるピストン下降時には、オイルシールリングがピストンの燃焼室側に移動して、ピストンの側周に形成されたシール面に密着されるようになる。そしてそうしたオイルシールリングのシール面への密着によってシールがなされ、負圧によるクランクケース側から燃焼室側へのオイルの吸引が、すなわちオイル上りが抑制されるようになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記オイルシールリングは、樹脂により形成されてなることをその要旨としている。
上記構成では、オイルシールリングが樹脂により形成されるようになる。このようにオイルシールリングが樹脂により形成されており、軽量であるため、シリンダ内負圧時に容易に燃焼室側に移動して、シール面に密接されるようになっている。またシール面への押圧に応じてオイルシールリングの表面が弾性変形して、シール面への密着度が高まるようになっている。そのため、シリンダ内負圧時のオイル上りに対して、高いシール性を発揮することができる。ちなみに、こうしてオイルシールリングを樹脂製とすることができるのは、オイル上りの抑制のため、専用のものとして、オイルシールリングをオイルリングとは完全に別体のものとして設けたためである。
【００１０】
なお、こうしたオイルシールリングを形成するための樹脂としては、例えば四フッ化エチレン樹脂を採用することができる。このように四フッ化エチレン樹脂を使用する場合には、オイルシールリングを、耐久性、耐熱性、シール性、低摩擦性などに優れたものとすることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記オイルシールリングの燃焼室側に、前記ピストンの外周側に向うほど燃焼室側に向うように傾斜した傾斜面を形成するとともに、前記シール面を、前記オイルシールリングの傾斜面と同様に傾斜した面としたことをその要旨としている。
【００１２】
上記構成では、シール面が上記のような傾斜面とされているため、シール面とシリンダ内壁面とにより楔が形成されるようになる。そしてシリンダ内の負圧発生時には、その燃焼室側に傾斜面の形成されたオイルシールリングがその楔の先端に向って押圧されるため、オイルシールリングとシール面とが強く密着されるようになり、高いシール性が発揮されるようになる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記シール面は、前記オイルリングの装着されるリング溝の燃焼室側の側面に設けられてなることをその要旨としている。
【００１４】
上記構成では、シール面が、オイルリング装着用のリング溝の一部として一体に形成されるようになる。そのため、オイルリング装着用のリング溝とは別途にシール面を設けた場合に比して、オイルシールリングの装着スペースの確保が容易となり、またピストン側周へのシール面の形成も容易に行うことができるようになる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記オイルリングは、レールと、そのレールを前記ピストンの外周側に付勢するエキスパンダとの２つのパーツからなる２ピースのオイルリングとされてなることをその要旨としている。
【００１６】
上記のような２ピースのオイルリングでは、装着されるリング溝との間に隙間ができてしまうため、シリンダ内負圧時のオイル上りが生じ易くなっている。そのため、本発明に係る内燃機関のピストンは、そうした２ピースオイルリングを採用するピストンへの適用が好適である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関のピストンにおいて、前記オイルシールリングの断面積は、前記オイルリングの断面積よりも小さくされてなることをその要旨としている。
【００１８】
上記のようなオイルシールリングは、その機能がオイル上りの抑制のみに特化されたものであるため、オイルリングほどその断面積を大きくする必要はないものとなっている。そしてオイルシールリングの断面積を小さくすれば、その分軽量となり、シリンダ内負圧時にシール面の設けられた燃焼室側により容易に移動可能となって、より高いシール性が発揮されるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の内燃機関のピストンを具体化した一実施の形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る内燃機関のピストンのピストンリング装着部分の断面構造を示している。同図に示すように、ピストン１０の側周には、３つのリング溝、すなわち第１リング溝１１、第２リング溝１２及び第３リング溝１３が形成されている。これら３つのリング溝のうち、最も燃焼室側に形成された第１リング溝１１には、シリンダ内壁とピストンとの気密を保持するためのコンプレッションリングとして機能するトップリング１４が装着されている。また第１リング溝１１のクランクケース側に形成された第２リング溝１２には、同じくコンプレッションリングとして機能するセカンドリング１５が装着されている。そして最もクランクケース側に形成された第３リング溝１３には、オイルリング１８が装着されている。
【００２０】
こうした第３リング溝１３に装着されるオイルリング１８は、円環形状のレール１６と、そのレール１６をピストン外周側に、すなわちシリンダ内壁面に向けて付勢するエキスパンダ１７との２つのパーツによって形成されている。そしてオイルリング１８は、シリンダ壁面に付着した余分なオイルをかき落とし、適度な油膜を形成してピストンの焼きつきを防止する役割を担っている。
【００２１】
図２は、図１に示される破線円ＩＩの部分、すなわちオイルリング１８の装着された第３リング溝１３の周辺部分の断面構造を拡大して示したものである。同図に示すように、ピストン１０の側周には、オイルリング１８の燃焼室側に、同オイルリング１８に隣接してオイルシールリング１９が装着されている。このオイルシールリング１９は、四フッ化エチレン（Ｐｏｌｙ  Ｔｅｔｒａ  Ｆｌｏｕｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＴＦＥ）樹脂により円環形状に形成されている。そしてこのオイルシールリング１９の燃焼室側には、ピストン１０の外周側に向うほど燃焼室側に向うように傾斜した傾斜面１９ａが形成されている。なお同図に示されるように、オイルシールリング１９はその断面積が、オイルリング１８の断面積、より厳密にはそのレール１６の断面積よりも十分小さくなるように形成されている。
【００２２】
一方、オイルリング１８の装着される第３リング溝１３の燃焼室側の側面には、その最外周部分に、上記のようなオイルシールリング１９の傾斜面１９ａと同じ傾斜角にて傾斜したシール面２０が形成されている。ピストン１０の側周を周回するように形成されたこのシール面２０には、後述するようにシリンダ内負圧時に、上記オイルシールリング１９の傾斜面１９ａが密接されるようになっている。
【００２３】
図３は、シリンダ内負圧時のオイルシールリング１９の状態を示している。シリンダ内が負圧となるピストン１０の下降時には、樹脂製であり軽量のオイルシールリング１９は、同図に示すように燃焼室側に移動して、ピストン１０のシール面２０に押し付けられる。このとき、シール面２０とシリンダ２１の内壁面とによっては、同図に太線で示すような楔が形成され、オイルシールリング１９はその楔の先端に向って押圧されることになる。そのため、オイルシールリング１９の傾斜面１９ａは、シール面２０に強く密着されるようになる。
【００２４】
こうしてオイルシールリング１９がシール面２０に密着されると、シリンダ内の負圧によってクランクケース側から燃焼室側へと吸引されたオイルの流れが阻止されるようになる。すなわち、オイルシールリング１９によって、シリンダ内負圧時のオイル上りに対するシール性が発揮されるようになる。
【００２５】
図４は、シリンダ内正圧時のオイルシールリング１９の状態を示している。シリンダ内が正圧となるピストン１０の上昇時には、オイルシールリング１９は、オイルリング１８と当接されるまでクランクケース側に移動する。そのため、このときのオイルシールリング１９とシール面２０との間には、隙間が形成されるようになり、その隙間を通ってシリンダ２１の内壁面からかき落とされたオイルが、第３リング溝１３の内部に、そしてひいては、その第３リング溝１３の最内周より形成された穴を通ってオイルパンへと排出されるようになる。
【００２６】
以上説明した本実施の形態の内燃機関のピストンによれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、オイルリング１８の燃焼室側におけるピストン１０の側周に装着された樹脂製のオイルシールリング１９と、ピストン１０の側周を周回するように形成されてオイルシールリング１９の燃焼室側の面が密接されるシール面２０と、備えるようにしている。こうした本実施の形態では、シリンダ内が負圧となるピストン１０の下降時には、オイルシールリング１９がピストン１０の燃焼室側に移動して、ピストン１０の側周に形成されたシール面２０に密着されるようになる。そしてそうしたオイルシールリング１９のシール面２０への密着によってシールがなされ、負圧によるクランクケース側から燃焼室側へのオイルの吸引が、すなわちオイル上りが抑制されるようになる。
【００２７】
（２）本実施の形態では、オイルシールリング１９が樹脂により形成されており、軽量であるため、シリンダ内負圧時に容易に燃焼室側に移動して、シール面２０に密接されるようになっている。またシール面２０への押圧に応じてオイルシールリング１９の表面が弾性変形して、シール面２０への密着度が高まるようにもなっている。そのため、シリンダ内負圧時のオイル上りに対して、高いシール性を発揮することができる。なお、オイルシールリング１９を樹脂製とすることができるのは、オイルシールリング１９をオイル上りの抑制のための専用のリングとしてオイルリング１８とは別途に設けたためである。そしてオイルシールリング１９は、樹脂製とされているがために、オイル上りに対する高いシール性を発揮することのできるものとなっている。
【００２８】
（３）本実施の形態では、オイルシールリング１９を四フッ化エチレン樹脂により形成するようにしている。そのため、他の樹脂を採用した場合に比してオイルシールリング１９を、耐久性、耐熱性、シール性及び低摩擦性に優れたものとすることができる。
【００２９】
（４）本実施の形態では、オイルシールリング１９の燃焼室側に、ピストン１０の外周側に向うほど燃焼室側に向うように傾斜した傾斜面１９ａを形成するとともに、シール面２０を、そうしたオイルシールリング１９の傾斜面１９ａと同様に傾斜した面としている。こうした構成では、シール面２０が上記のような傾斜面とされているため、シール面２０とシリンダ２１の内壁面とにより楔が形成されるようになる。そしてシリンダ内の負圧発生時には、その燃焼室側に傾斜面１９ａの形成されたオイルシールリング１９がその楔の先端に向って押圧されるため、オイルシールリング１９とシール面２０とが強く密着されるようになり、高いシール性が発揮されるようになる。
【００３０】
（５）本実施の形態では、オイルシールリング１９の密接されるシール面２０を、オイルリング１８の装着される第３リング溝１３の燃焼室側の側面に設けるようにしている。そのため、オイルリング１８の装着用の第３リング溝１３とは別途にシール面２０を設けた場合に比して、オイルシールリング１９の装着スペースの確保が容易となり、またピストン１０の側周へのシール面２０の形成も容易に行うことができるようになる。
【００３１】
（６）本実施の形態では、レール１６と、そのレール１６をピストン１０の外周側に付勢するエキスパンダ１７との２つのパーツからなる２ピースのオイルリング１８を採用するピストン１０に本発明を適用したものとなっている。上記のような２ピースのオイルリング１８では、それが装着される第３リング溝１３との間に隙間ができてしまうため、シリンダ内負圧時のオイル上りが生じ易くなっている。本実施の形態では、そのような、本来であれば、シリンダ内負圧時のオイル上りの生じ易いピストン１０でのオイル上りを好適に抑制することができるため、より顕著な効果を奏することができる。
【００３２】
（７）本実施の形態では、オイルシールリング１９の断面積が、オイルリング１８の断面積、より厳密にはそのレール１６の断面積よりも小さくされている。ここでのオイルシールリング１９は、その機能がオイル上りの抑制のみに特化されたものであるため、オイルリング１８ほどその断面積を大きくする必要はないものとなっている。そこで、オイルシールリング１９の断面積を小さくすれば、その分軽量となり、シリンダ内負圧時にシール面２０の設けられた燃焼室側により容易に移動可能となって、より高いシール性が発揮されるようになる。
【００３３】
なお上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、オイルシールリング１９の断面積をオイルリング１８の断面積よりも小さくするようにしていたが、オイル上りを抑制する上で必要であれば、オイルシールリング１９の断面積をオイルリング１８の断面積と同等、或いはそれ以上に大きくするようにしても良い。
【００３４】
・上記実施の形態では、２ピースのオイルリング１８を採用するピストン１０に本発明を適用した場合を説明したが、オイル上りの抑制の必要があれば、３ピースのオイルリングを採用するピストン、或いはそれら以外の構造のオイルリングを採用するピストンにも、本発明は適用することができる。
【００３５】
・上記実施の形態では、オイルシールリング１９の密接されるシール面２０を、オイルリング１８の装着される第３リング溝１３の燃焼室側の側面に設けるようにしていたが、シール面２０を第３リング溝１３とは別に設けるようにしても良い。この場合には、オイルシールリング１９を装着する専用のリング溝をピストン側周に形成することになる。もっとも、燃焼ガスの熱の影響を考えると、そうした場合にもオイルシールリング１９は、コンプレッションリングよりもクランクケース側、且つオイルリング１８よりも燃焼室側に装着することが望ましい。
【００３６】
・オイルシールリング１９の燃焼室側に、ピストン１０の外周側に向うほど燃焼室側に向うように傾斜した傾斜面１９ａを形成するとともに、シール面２０を、そうしたオイルシールリング１９の傾斜面１９ａと同様に傾斜した面としていた。もっとも、十分なシール性を確保することができるのであれば、シール面２０及びそれに密接されるオイルシールリング１９の燃焼室側の面を、ピストン１０の中心軸に直交するフラットな面としても良い。またこれらの面を、ピストン１０の外周側に向うほどクランクケース側に向うように傾斜した面とすることも可能である。
【００３７】
・上記実施の形態では、四フッ化エチレン樹脂によりオイルシールリング１９を形成するようにしていたが、十分な耐久性等を確保可能であれば、それ以外の樹脂によりオイルシールリング１９を形成するようにしても良い。また例えば金属のような樹脂以外の材料でオイルシールリング１９を形成するようにすることも可能である。
【００３８】
・上記実施の形態では、ピストンリングとして、２つのコンプレッションリング（トップリング１４、セカンドリング１５）と１つのオイルリング１８とを備えるピストン１０に本発明を適用した場合を説明したが、少なくとも１つのオイルリングが設けられたものであれば、それ以外のピストンリングの組み合せを備えるピストンにも本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る内燃機関のピストンの一実施形態についてその側部断面構造を部分的に示す断面図。
【図２】同実施形態の内燃機関のピストンについてそのオイルシールリング及びその近傍の断面構造を拡大して示す断面図。
【図３】同実施形態の内燃機関のピストンについてシリンダ内負圧時のオイルシールリングの状態を示す断面図。
【図４】同実施形態の内燃機関のピストンについてシリンダ内正圧時のオイルシールリングの状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１０…ピストン、１１…第１リング溝、１２…第２リング溝、１３…第３リング溝（オイルリングの装着されるリング溝）、１４…トップリング（コンプレッションリング）、１５…セカンドリング（コンプレションリング）、１６…レール、１７…エキスパンダ、１８…オイルリング、１９…オイルシールリング、２０…シール面、２１…シリンダ。
【図１】
2009114912.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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