(57)【要約】  １以上のシリンダを有するシリンダブロックと、シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナと、シリンダライナ内を往復動し、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面がトップランド部を形成してなるピストンと、シリンダライナの内周側に突出する環状段差部をシリンダ内に形成し、その下面がシリンダライナの最上部と対向する状態でシリンダブロックまたはシリンダライナに設置されるライナー装着リングと、を有する内燃機関であって、ライナー装着リングは、ピストンが上死点に到達した時のトップランド部の上端位置に対応して設置され、かつライナー装着リングがシリンダライナの内周より内側方向に突出する長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のシリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナと、前記シリンダライナ内を往復動し、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面がトップランド部を形成してなるピストンと、前記シリンダライナの内周側に突出する環状段差部を前記シリンダ内に形成し、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに設置されるライナー装着リングと、を有する内燃機関であって、
前記ライナー装着リングは、前記ピストンが上死点に到達した時の前記トップランド部の上端位置に対応して設置され、かつ前記ライナー装着リングが前記シリンダライナの内周より内側方向に突出する長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ライナー装着リングの前記下面には、前記ライナー装着リングの内周側端部に沿って環状に突起部が形成され、前記環状段差部の下側に、前記シリンダライナの内周面と前記突起部とに挟まれた溝部が形成され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】
前記突起部は、前記ライナー装着リングの前記下面と前記シリンダライナの内周面との交差位置を基端として、シリンダ内側方向に下方へ傾斜するテーパー形状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が４５度以上６０度以下であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナにおける前記ライナー装着リングとの当接面の内径側に環状の切り欠き部が形成され、前記環状段差部の下側に、前記ライナー装着リングの前記下面と前記切り欠き部に挟まれた溝部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記切り欠き部は、前記ライナー装着リングとの当接面から内径側に向けて下方へ傾斜するテーパー形状に形成され、前記ライナー装着リングの前記下面と前記切り欠き部のテーパー面とがなす角度が４５度以上６０度以下であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記ライナー装着リングの外径は前記シリンダライナの最上部の外径より大きく設定され、前記シリンダブロックの前記シリンダ上部には、前記ライナー装着リングを掛け止めして下方への移動を拘束する掛止用段付部が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記シリンダライナの最上部が、前記ピストンが上死点に到達した時の前記最上段のリング溝の位置より上方に配置され、かつ前記シリンダライナの最上部が前記掛止用段付部より下側に離間した位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記ライナー装着リングには、リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口が形成され、前記合い口の離間方向に作用する張力によって前記ライナー装着リングが前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに固定されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記ピストンのトップランド部には、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成され、
前記ピストンのトップランド部には、前記ピストンが上死点に到達した時の前記リング側環状溝との対向位置にピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記ピストンのトップランド部から最上段のリング溝を隔てて下側に位置するセカンドランド部に、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝がさらに形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記リング側環状溝および前記ピストン側環状溝の少なくとも一方の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側から離間するテーパー形状をなすＶ字状断面であることを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１４】
上部に掛止用段付部が形成されたシリンダを１以上有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナとを備えた内燃機関に適用され、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記掛止用段付部に配置され、前記配置時におけるリング内周側端部は、前記シリンダライナの内周面よりもシリンダ内部に突出して、前記シリンダ内に環状段差部を形成するライナー装着リングであって、
前記配置時における前記シリンダライナの内周面の対応位置とリング内周側端部との長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とするライナー装着リング。
【請求項１５】
前記下面にリング内周側端部に沿った環状の突起部を備え、
前記突起部は、前記配置時におけるシリンダライナの内周面の対応位置を基端としてリング内周側に向けて下方に傾斜するテーパー形状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が４５度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１４に記載のライナー装着リング。
【請求項１６】
リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口が形成されてなることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のライナー装着リング。
【請求項１７】
内周面にはリング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載のライナー装着リング。
【請求項１８】
前記リング側環状溝の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側から離間するテーパー形状をなすＶ字状断面であることを特徴とする請求項１７に記載のライナー装着リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリンダ内に環状突起部を形成するためのライナー装着リングを有する内燃機関において、特にオイル消費の低減と、ライナー装着リングの押圧によるシリンダライナの脱落防止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関全体の摩擦損失においてピストンリングとピストンとの摩擦損失が占める比率は非常に大きいことが知られており、近年では内燃機関の低燃費化の観点からピストンリングの低摩擦化が強く要求されている。ピストンリングの低摩擦化の一手法としてはピストンリングの低張力化が挙げられるが、ピストンリングの低張力化と内燃機関のオイル消費量とは相反する関係にある。そのため、ピストンリングの低張力化と両立するオイル消費量の低減の対策が要求されている。【０００３】
ここでディーゼルエンジン等の内燃機関では、シリンダライナの最上部にアンチポリッシュリング（プロテクトリング、ファイアリングとも呼称される）を取り付けたものが公知である。このアンチポリッシュリングは、ピストンのトップランド部（ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面）に堆積する燃焼生成物（カーボン）を掻き落として、カーボンとシリンダライナとの接触による偏摩耗（カーボンポリッシュ摩耗）と燃焼室へのオイルの上がりとを防止することで、オイル消費の低減を図るものである（特許文献１参照）。【０００４】
また、特許文献２には、オイル消費の低減に関して、ピストンの上死点におけるピストンヘッドの上方位置にリングを設け、該リングの下面にオイルを衝突させて燃焼室へのオイル飛散を防止する技術が開示されている。
一方、アンチポリッシュリングは主にディーゼルエンジン等の大排気量エンジンに適用されることが多い。ここで、ディーゼルエンジンでは、アンチポリッシュリングは、シリンダライナの内周面の最上部に形成した段付部に嵌め込まれ、シリンダライナはシリンダブロックのシリンダ内に上側で掛け止めされて固定される。したがって、シリンダヘッドでアンチポリッシュリングを上方から押圧して共締めしても、シリンダライナが下方に脱落することはない。
【特許文献１】特開平１１−２９４２５５号公報
【特許文献２】特開平８−３３８３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１等の公知文献には、シリンダライナ内周からのアンチポリッシュリングの突出量や、オイル消費量抑制のためのアンチポリッシュリングの形状等については考慮されていない。しかし、アンチポリッシュリングの突出量を小さくした場合には、ピストン外周とのクリアランスが大きくなり、燃焼室へのオイル上がり量が増大するのでオイル消費量抑制の効果は望めなくなる。その一方で、アンチポリッシュリングの突出量を大きくしすぎると、以下の問題が生じる。【０００６】
（１）アンチポリッシュリングの突出量を大きくする場合には、その分ピストンのトップランド部分を小径にする必要がある。この場合は、ピストン下降時におけるトップランド部の小径部とシリンダライナ内周との容積（デッドボリューム）が大きくなる。よって、ピストン下降時には、このデッドボリュームの部分で圧縮比が大きく変化し、燃焼圧の急激な降下による出力低下やハイドロカーボンの増加等の問題が発生しうる。【０００７】
（２）燃焼室側の吸排気バルブは、アンチポリッシュリングにかからない形状に設定されるのが通常である。したがって、アンチポリッシュリングの突出量を大きくした場合にはバルブ径は反比例して小径化するため、吸排気効率が悪化することになる。
（３）アンチポリッシュリングの突出量を大きくする場合には、アンチポリッシュリングの厚さも大きくする必要があるが、この場合には熱膨張に伴う寸法変形も大きくなるので、ピストンクリアランスの管理も困難となる。【０００８】
また、特許文献２の構成の場合では、ピストンの上死点よりもリングが上にあるため、燃焼室容積が大きくなり、圧縮比の変化により出力が低下する。また、シリンダ上端よりもリング溝が下側に位置するため、組立時にピストンの挿入が困難となる。さらに、リングのサイドクリアランス部にオイルおよび燃料が溜まりやすく、上死点付近では温度上昇によりカーボンが生成する等の問題があり、実用性に問題があった。【０００９】
また、アンチポリッシュリングと同様の作用を有するリングを、ガソリンエンジンに適用することも可能である。ここで、ガソリンエンジンのシリンダライナは、シリンダの上側で掛け止めされることなくシリンダ内に打ち込まれている。そのため、ガソリンエンジンの場合において、シリンダライナの外径と同径のリングを上側に配置してシリンダヘッドで共締めして固定すると、リングに押圧されてシリンダライナがシリンダから脱落するおそれがあった。【００１０】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためにされたものであり、その目的は、シリンダ内に環状突起部を形成するためのライナー装着リングを有する内燃機関において、燃焼室へのオイル上がり量をより抑制することを目的とする。
また、本発明のライナー装着リングの固定時におけるシリンダライナの脱落を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、１以上のシリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナと、前記シリンダライナ内を往復動し、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面がトップランド部を形成してなるピストンと、前記シリンダライナの内周側に突出する環状段差部を前記シリンダ内に形成し、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに設置されるライナー装着リングと、を有する内燃機関であって、前記ライナー装着リングは、前記ピストンが上死点に到達した時の前記トップランド部の上端位置に対応して設置され、かつ前記ライナー装着リングが前記シリンダライナの内周より内側方向に突出する長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。【００１２】
第１の発明では、ライナー装着リングの突出量が０．０５ｍｍ以上に設定されているので、ライナー装着リングによって燃焼室へのオイル上がりが抑制される。一方、ライナー装着リングは、ピストンが上死点に到達した時のピストントップランド部の上端位置に対応して設置され、かつ、ライナー装着リングの突出量は０．５ｍｍ以下に設定されるので、ライナー装着リングの突出量増加に伴う弊害は最小限度に抑えられる。【００１３】
第２の発明は、上記第１の発明において、前記ライナー装着リングの前記下面には、前記ライナー装着リングの内周側端部に沿って環状に突起部が形成され、前記環状段差部の下側に、前記シリンダライナの内周面と前記突起部とに挟まれた溝部が形成されることを特徴とする。この構成により、ピストン上昇時に掻き上げられたオイルが上記溝部に逃げ込むので、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。【００１４】
第３の発明は、上記第２の発明において、前記突起部は、前記ライナー装着リングの前記下面と前記シリンダライナの内周面との交差位置を基端として、シリンダ内側方向に下方へ傾斜するテーパー形状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が４５度以上６０度以下であることを特徴とする。これにより、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。【００１５】
第４の発明は、上記第１の発明において、前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナにおける前記ライナー装着リングとの当接面の内径側に環状の切り欠き部が形成され、前記環状段差部の下側に、前記ライナー装着リングの前記下面と前記切り欠き部に挟まれた溝部が形成されることを特徴とする。この構成では、ピストン上昇時に掻き上げられたオイルが上記溝部に逃げ込むので、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。【００１６】
第５の発明は、上記第４の発明において、前記切り欠き部は、前記ライナー装着リングとの当接面から内径側に向けて下方へ傾斜するテーパー形状に形成され、前記ライナー装着リングの前記下面と前記切り欠き部のテーパー面とがなす角度が４５度以上６０度以下であることを特徴とする。これにより、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。
第６の発明は、上記第１から第５のいずれかの発明において、前記ライナー装着リングの外径は前記シリンダライナの最上部の外径より大きく設定され、前記シリンダブロックの前記シリンダ上部には、前記ライナー装着リングを掛け止めして下方への移動を拘束する掛止用段付部が形成されてなることを特徴とする。この構成により、ライナー装着リングの下方への移動が拘束される。【００１７】
第７の発明は、上記第６の発明において、前記シリンダライナの最上部が、前記ピストンが上死点に到達した時の前記最上段のリング溝の位置より上方に配置され、かつ前記シリンダライナの最上部が前記掛止用段付部より下側に離間した位置に配置されていることを特徴とする。この構成では、シリンダライナがライナー装着リングにより押圧されることがない。【００１８】
第８の発明は、上記第１から第７のいずれかの発明において、前記ライナー装着リングには、リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口が形成され、前記合い口の離間方向に作用する張力によって前記ライナー装着リングが前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに固定されることを特徴とする。
第９の発明は、上記第１から第８のいずれかの発明において、前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする。この構成では、ピストン上昇時に掻き上げられたオイルがリング側環状溝に逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりが抑制される。【００１９】
第１０の発明は、上記第１から第９のいずれかの発明において、前記ピストンのトップランド部には、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする。この構成では、ピストン上昇時に掻き上げられたオイルがピストン側環状溝に逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりが抑制される。
第１１の発明は、上記第１から第８のいずれかの発明において、前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成され、前記ピストンのトップランド部には、前記ピストンが上死点に到達した時の前記リング側環状溝との対向位置にピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする。この構成では、リング側環状溝およびピストン側環状溝にオイルが逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりが抑制される。特に、ピストンが上死点付近に到達すると、リング側環状溝およびピストン側環状溝とが対向するため、燃焼室に向かうガス流れをクランク室側に変化させるトラッピング効果が大きくなる。【００２０】
第１２の発明は、上記第１から第１１のいずれかの発明において、前記ピストンのトップランド部から最上段のリング溝を隔てて下側に位置するセカンドランド部に、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝がさらに形成されてなることを特徴とする。この構成により、ピストン上昇時に掻き上げられたオイルがピストン側環状溝に逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりが抑制される。【００２１】
第１３の発明は、上記第９から第１２のいずれかの発明において、前記リング側環状溝および前記ピストン側環状溝の少なくとも一方の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側から離間するテーパー形状をなすＶ字状断面であることを特徴とする。この構成では、上記の環状溝にオイルが逃げやすくなり、燃焼室に向かうガス流れをクランク室側に変化させるトラッピング効果が大きくなるので、燃焼室へのオイル上がりがより抑制される。なお、この第１３の発明でのピストン側環状溝は、ピストンのトップランド部に形成されているものと、セカンドランド部に形成されているもののいずれをも含む。【００２２】
第１４の発明は、上部に掛止用段付部が形成されたシリンダを１以上有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナとを備えた内燃機関に適用され、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記掛止用段付部に配置され、前記配置時におけるリング内周側端部は、前記シリンダライナの内周面よりもシリンダ内部に突出して、前記シリンダ内に環状段差部を形成するライナー装着リングであって、前記配置時における前記シリンダライナの内周面の対応位置とリング内周側端部との長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。【００２３】
第１５の発明は、上記第１４の発明において、前記下面にリング内周側端部に沿った環状の突起部を備え、前記突起部は、前記配置時におけるシリンダライナの内周面の対応位置を基端としてリング内周側に向けて下方に傾斜するテーパー形状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が４５度以上６０度以下であることを特徴とする。【００２４】
第１６の発明は、上記第１４または第１５の発明において、リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口が形成されてなることを特徴とする。
第１７の発明は、上記第１４から第１６のいずれかの発明において、内周面にはリング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする。
第１８の発明は、上記第１７の発明において、前記リング側環状溝の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側から離間するテーパー形状をなすＶ字状断面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、ライナー装着リングによって燃焼室へのオイル上がりが抑制され、特にライナー装着リングによる環状段差部の下側に溝部を形成した場合とリング側環状溝とピストン側環状溝を対向させた場合には、その効果が一層顕著となる。
また、本発明では、ライナー装着リングが掛止用段付部で拘束されてシリンダライナを押圧しないので、シリンダヘッドでライナー装着リングを共締めしてもシリンダライナが脱落することはない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図
【図２】図１の部分拡大図
【図３】ライナー装着リングの突出量とオイル消費量との関係について、実験結果を示す図
【図４】ライナー装着リングの下面の溝部の角度とオイル消費量との関係について、実験結果を示す図
【図５】ライナー装着リングの合い口部を示す平面図
【図６】第２実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図
【図７】図６の部分拡大図
【図８】第３実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図
【図９】第４実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図
【図１０】第４実施形態の内燃機関のオイル消費量に関する実験結果を示す図
【図１１】第４実施形態の変形例に係る内燃機関の構成を示す図
【図１２】第４実施形態の変形例に係る内燃機関の構成を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１実施形態の構成）
図１、図２は、第１実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図である。第１実施形態の内燃機関の全体構造を簡単に説明すると、シリンダブロック１に形成されたシリンダ内には円筒形状のシリンダライナ２が嵌入されている。このシリンダライナ２の内側には、シリンダライナ２の軸方向に往復動するピストン３が配置される。ピストン３はコンロッド４によってクランク軸（図示を省略する）と連結されており、ピストン３の往復動はクランク軸の回転運動に変換される。また、シリンダブロック１の上側には、シリンダヘッド５がスタッドボルト（図示を省略する）で固定されており、シリンダライナ２、ピストン３およびシリンダヘッド５で囲まれた閉空間が燃焼室６を構成している。【００２８】
ピストン３の外周部には複数のリング溝が形成され、各リング溝で上下に区切られたピストン３の外周面はランドと呼称されている。これらのリング溝には、ピストンリング７（コンプレッションリング、オイルリング）が嵌め込まれている。また、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面（トップランド部８）の上端部およびピストンヘッドはピストン３の下側よりも若干小径となるように加工され、後述のライナー装着リング９の内径部と干渉しないようになっている。【００２９】
第１実施形態の内燃機関では、シリンダブロック１におけるシリンダの上端部は、シリンダと同心円をなすように切り欠かれて掛止用段付部１０を形成し、この掛止用段付部１０にライナー装着リング９が配置される。このライナー装着リング９の配置される位置は、ピストン３が上死点に到達した時のトップランド部８の上端位置に対応している。また、第１実施形態では、シリンダライナ２の最上部は掛止用段付部１０の高さに位置しており、ライナー装着リング９の下面とシリンダライナ２の最上部とが対向して接触する状態となっている。【００３０】
また、ライナー装着リング９の外径は、シリンダライナ２の最上部の外径以上に設定されている。したがって、ライナー装着リング９をシリンダヘッド５で共締めする場合、ライナー装着リング９は掛止用段付部１０によって下方への移動が拘束されるので、ライナー装着リング９がシリンダライナ２を押し出して脱落させることはない。
その一方で、ライナー装着リング９の内径はシリンダライナ２の最上部の内径より小さく設定されている。したがって、ライナー装着リング９の内周側は、シリンダライナ２の内周面よりもシリンダ内側に突出した状態となり、この突出部分がシリンダ内に環状段差部を形成する。【００３１】
ここで、ライナー装着リング９がシリンダライナ２の内周より内側方向に突出する長さ（突出量）は、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲に設定されている。ライナー装着リング９の突出量を０．０５ｍｍ以上としたのは、突出量が０．０５ｍｍ未満の場合には燃焼室６へのオイル上がりによるオイル消費量が急激に増加するからである。一方、突出量を０．５ｍｍ以下としたのは、これより突出量が大きくなる場合には、デッドボリュームの増加による圧縮比変化や、吸排気バルブの小径化による吸排気効率の悪化や、ピストンクリアランス管理の困難性などの弊害が大きくなるからである。突出量が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であれば、実用上十分なオイル上がりの抑制効果が期待できる。突出量は０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であるのがより好ましい。【００３２】
図３は、ライナー装着リングの突出量とオイル消費量との関係について、実験結果を示す図である。実験には水冷四気筒、１．８Ｌガソリンエンジンを用い、アルミ製のシリンダブロックに掛止用段付部を加工した後、鋳鉄製のライナー装着リングを該掛止用段付部に中間ばめで配置して、１時間当たりのオイル消費量を測定した。ライナー装着リングの突出量については、０．０３ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍの５種類を測定した。この実験において、ライナー装着リングの下面に突起部は形成していない。なお、その他の条件は表１に示す。【００３３】
【表１】
2005045222.tif 000003
【００３４】
図３に示すように、ライナー装着リングの突出量が０．０３ｍｍの場合には、時間当たりのオイル消費量は３５ｇ以上であるのに対し、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲では、約１５ｇから２５ｇ以下に低減する。なお、突出量をより大きくすればオイル消費量はさらに低減すると想定できるが、その反面、デッドボリュームの増加等の影響も大きくなるので、突出量の実用上の上限は０．５ｍｍ以下となる。【００３５】
また、第１実施形態のライナー装着リング９の下面には、ライナー装着リング９の内周側端部に沿って環状に突起部１１が形成されている。この突起部１１は、シリンダライナ２の内周面の対応位置を基端として、シリンダ内側方向に下方へ傾斜するテーパー形状に形成される。そして、ライナー装着リング９を掛止用段付部１０に配置した状態において、ライナー装着リング９による環状段差部の下側には、シリンダライナ２の内周面とライナー装着リング９の突起部１１とに挟まれた溝部が下向きに形成される。なお、この環状段差部の下側の溝部は断面形状が三角形状に形成され、突起部１１のテーパー面とシリンダライナの内周面とがなす角度（溝部の角度）が４５度以上６０度以下の範囲で設定されている。【００３６】
図４は、ライナー装着リングの下面の溝部の角度とオイル消費量との関係について、実験結果を示す図である。実験は、上記のライナー装着リングの突出量の実験装置において、０．３ｍｍの突出量のライナー装着リングに角度の異なる突起部を形成したものを用意して、それぞれの１時間当たりのオイル消費量を測定した。溝部の角度については、４５°、６０°の場合と、９０°の場合（突起部がない場合）と、１２０°の場合（ライナー装着リングの下面が上向きのテーパー面をなす場合）との４種類を測定した。【００３７】
図４に示すように、ライナー装着リングの下面に突起部を形成して、６０°以下の角度の溝部を設けた場合には、突起部がない場合のオイル消費量（約２０ｇ／ｈ）と比較して、オイル消費量はほぼ半減する（約１０ｇ／ｈ）ので好ましい。なお、リング下面が上向きのテーパー面をなす場合にはオイル消費量は増加する（約３０ｇ／ｈ）。
ここで、溝部の角度を４５°よりも小さく設定する場合には、溝部の容積が少なくなってオイルの循環が悪化し、溝部にカーボンが溜まりやすくなる可能性がある。したがって、この場合には時間とともに効果が薄れると考えられるので、溝部の角度は４５°以上に設定するのが好適である。【００３８】
なお、第１実施形態において、図５に示すように、ライナー装着リング９のリング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口１４を形成してもよい。この場合、図５で破線で示すように、合い口１４の離間方向に作用するリングの張力によって、ライナー装着リング９が掛止用段付部１０の外周に押し当てられて固定されるので、組み付け作業および分解作業は容易となる。【００３９】
また、特に限定するものではないが、ライナー装着リング９は、シリンダブロック１（またはシリンダライナ２）の材質よりも熱膨張率の大きい材質で形成するのが好適である。この場合には、運転時のライナー装着リング９は熱膨張によって掛止用段付部１０に強固に固定されるので、ライナー装着リング９のがたつきによるフレッチング摩耗が防止できる。一方、常温時には、ライナー装着リング９の外径と掛止用段付部１０の内径との間に比較的大きな隙間ができるので、組み付け作業および分解作業が容易となる。具体的には、ＦＣライナーとアルミニウム製のライナー装着リングとの組み合わせの場合は、リングの熱膨張率がシリンダー材の２倍程度となるので好ましい。勿論、上記組み合わせはあくまで一例であって、この組み合わせに限定する趣旨ではない。【００４０】
（第１実施形態の作用）
第１実施形態の内燃機関は上記のように構成され、以下その作用を説明する。
まず、運転時における第１実施形態の内燃機関では、シリンダライナ２と、ピストン３のトップランド部８と、最上段のピストンリング７とで囲まれた空間にオイルが溜め込まれる。このオイル溜まりの空間の位置はピストン３の往復動に伴って上下動し、ピストン３が上死点に到達した時にオイルに作用する上向きの慣性力は最大となる。【００４１】
第１実施形態では、ピストン上死点でのトップランド部８の上端位置に対応して、ライナー装着リング９がシリンダライナ２の内周側に突出して配置されている。したがって、ピストンリング７に掻き上げられたオイルは、このライナー装着リング９による環状段差部の下面に衝突して燃焼室６への上昇が遮られるので、燃焼室６へのオイル飛散が抑制される。【００４２】
特に第１実施形態では、環状段差部の下面の突起部１１によって断面三角形状の溝部が下向きに形成されている。したがって、ピストンリング７に掻き上げられたオイルはテーパー状の突起部１１に遮られるので溝内部に溜まりやすくなり、燃焼室６側へ上がるオイル量がより減少する。なお、溝内部のオイルは重力によって下方に戻る。
また、第１実施形態の内燃機関では、ライナー装着リング９の下面とシリンダライナ２の最上部が接触しているが、ライナー装着リング９は掛止用段付部１０によって下方への移動が拘束されている。したがって、組立時にライナー装着リング９をシリンダヘッド５で共締めする場合、ライナー装着リング９がシリンダライナ２を押し出して脱落させることはない。【００４３】
（第２実施形態の構成、作用）
図６、図７は、第２実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図である。なお、以下の実施形態では、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態との相違点のみ説明する。
第２実施形態は、ライナー装着リング９に突起部を設ける代わりに、シリンダライナ２側に加工を施して溝部を形成した例である。第２実施形態では、シリンダライナ２の最上部の内径部分を、シリンダライナ２の最上部（ライナー装着リング９との当接面）から内径側に向けて下方へ傾斜するテーパー形状に切り欠いて環状の切り欠き部１２が形成されている。【００４４】
そして、内燃機関を組み立てた状態において、この切り欠き部１２のテーパー面とライナー装着リング９の下面との間で、断面形状が三角形状の溝部が形成される。なお、ライナー装着リング９の下面と切り欠き部１２のテーパー面とがなす角度（溝部の角度）は、４５度以上６０度以下の範囲で設定されるのが好ましい。
第２実施形態の作用を説明すると、ピストンリング７に掻き上げられたオイルは、ライナー装着リング９による環状段差部の下面に衝突して燃焼室への上昇が遮られる。そして、オイルの一部は溝内部に溜まって逃げるので、燃焼室側へ上がるオイル量が減少する。なお、溝に溜まったオイルは切り欠き部１２のテーパー面に案内されて下方に戻る。したがって、第２実施形態の構成によっても、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。【００４５】
（第３実施形態の構成、作用）
図８は、第３実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図である。第３実施形態は、ライナー装着リング９の下面と、シリンダライナ２の最上部とが離間している構成である。すなわち、ライナー装着リング９の下面はシリンダブロック１の掛止用段付部１０とのみ接触し、シリンダライナ２の最上部は、シリンダライナ２の内周面の位置まで突出したシリンダブロック１の突出部１３を隔てて下方に配置される。なお、第３実施形態のシリンダライナ２は、その最上部がピストンの上死点における最上段のリング溝の位置より上方に配置される。【００４６】
第３実施形態の作用を説明すると、組立時においてライナー装着リング９をシリンダヘッド５で共締めする場合、ライナー装着リング９とシリンダライナ２とが突出部１３を隔てて離間しているので、シリンダライナの押し出しによる脱落はない。
（第４実施形態の構成、作用）
図９は、第４実施形態の内燃機関のシリンダ部分の縦断面図である。【００４７】
第４実施形態では、ライナー装着リング９の内周面にはリング周方向に沿ってリング側環状溝１５が形成される。また、ピストン３のトップランド部８には、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝１６が形成される。トップランド部８におけるピストン側環状溝１６の位置は、ピストン３が上死点に到達した時にリング側環状溝１５と対向する位置に設定されている。また、リング側環状溝１５およびピストン側環状溝１６の縦断面形状は、環状溝の上面側が水平またはリング内周から溝底側へ上方に傾き、環状溝の下面側が下方にいくに従って溝底側から離間して広がるテーパー形状をなすＶ字状断面に形成されている。ここで、リング環状溝１５及びピストン側環状溝１６の下面の傾きは、後述のオイル上がり抑制効果およびトラッピング効果をより大きくする観点から、ピストン軸に対して１５〜４５°であるのが好ましい。【００４８】
この第４実施形態では、ピストン上昇時には掻き上げられたオイルがリング側環状溝１５およびピストン側環状溝１６に逃げ込むので、燃焼室へのオイル上がりが抑制される。しかも、リング側環状溝１５およびピストン側環状溝１６はいずれもＶ字状断面であって、ピストン３の上死点到達時に対向するように配置されている。したがって、ピストン３が上死点付近に到達すると、燃焼室に向かう上向きのガス流れをクランク室側の下向きのガス流れに変化させるトラッピング効果が大きくなるため、燃焼室へのオイル上がりはより抑制されることとなる。なお、溝内部に逃げて溜まったオイルは、環状溝のテーパー面に案内されて下方に戻ることとなる。【００４９】
なお、図９（ｂ）に示すように、ピストン３の上死点到達時に対向するようにリング側環状溝１５およびピストン側環状溝１６を形成し、かつライナー装着リング９の下面に突起部１１を形成してもよい。この場合には、リング側環状溝１５およびピストン側環状溝１６と、シリンダライナ２の内周面とライナー装着リング９の突起部１１とに挟まれた溝部との相乗効果によって、オイル消費量を著しく低減させることができる。そのため、ピストンリングの低張力化やコンプレッションリングを１本削減することも可能となると考えられる。【００５０】
図１０は、第４実施形態の内燃機関のオイル消費量に関する実験結果を示す図である。実験は、上記第１実施形態の実験装置において、本発明に係るピストンおよびライナー装着リングの組み合わせを３種類用意し、回転数が５０００ｒｐｍ，５５００ｒｐｍ，６０００ｒｐｍの条件下で１時間当たりのオイル消費量をそれぞれ測定した。そして、比較例としてライナー装着リングが未装着の場合のオイル消費量を測定し、本発明に係る測定結果と比較した。【００５１】
実験は、（１）突起を下面に形成したライナー装着リングを装着し、リング環状溝１５およびピストン側環状溝１６を形成しない場合［第１実施形態］と、（２）ピストンおよびライナー装着リングにそれぞれＶ字状断面の環状溝１５，１６を形成した場合［図９（ａ）参照］と、（３）上記の（１）および（２）を組み合わせた場合［図９（ｂ）参照］との３種類について行った。なお、ライナー装着リングの突出量はいずれも０．３ｍｍであり、（１）および（３）での溝部の角度（突起部１１のテーパー面とシリンダライナの内周面とがなす角度）は５０°に設定されている。また、（２）及び（３）ではピストン側およびリング側の環状溝１５，１６の上面は水平、下面の傾きはピストン軸に対して３０°とし、ピストン表面から半径方向の溝の深さを１ｍｍ（最深部）、高さ（ピストン軸方向の幅）を１．５ｍｍとした。【００５２】
図１０に示すように、（２）の場合のオイル消費量は（１）の場合のオイル消費量とほぼ同等であって、比較例に対して５０％〜９０％程度オイル消費量が低減する。したがって、ピストンおよびライナー装着リングにそれぞれＶ字状断面の環状溝１５，１６を形成する構成によっても、上記第１実施形態とほぼ同様の効果を享受できることがわかる。
また、（３）のように上記（１）と（２）とを組み合わせた場合には、比較例に対して９０％以上オイル消費量が低減し、（１）または（２）のそれぞれの場合に対して更に約７０％オイル消費量が低減する。したがって、ピストンおよびライナー装着リングにそれぞれＶ字状断面の環状溝１５，１６を形成し、ライナー装着リングの下面に溝部を形成した場合には非常に大きなオイル消費量の抑制効果を享受できることがわかる。さらに、図１０の比較例では回転数の増加に伴いオイル消費量が著しく増大するが、（１）から（３）のいずれでも回転数が増加してもオイル消費量はほぼ一定である。そのため、本発明のいずれの場合でも特に高回転数の場合にオイル消費量の抑制効果が顕著となることがわかる。【００５３】
（第４実施形態の変形例）
図１１、図１２は第４実施形態の変形例に係る内燃機関の構成を示す図である。図１１（ａ）は、ライナー装着リング９の内周面にＶ字状断面のリング側環状溝１５を形成し、ピストン３には環状溝を形成しない構成を示す図である。図１１（ｂ）は、ピストン３のトップランド部８にＶ字状断面のピストン側環状溝１６を形成し、ライナー装着リング９には環状溝を形成しない構成を示す図である。また、図１２は、ピストン３のトップランド部８とライナー装着リング９とにＶ字状断面の環状溝１５，１６を形成するとともに、ピストン３のセカンドランド部にもＶ字状断面のピストン側環状溝１６ａを形成した構成を示す図である。ここで、セカンドランド部のピストン側環状溝１６ａの下面の傾きは、トップランド部の場合と同様にピストン軸に対して１５〜４５°であるのが好ましい。上記のいずれの構成によっても、ピストン上昇時にオイルが溝内に逃げ込むことで燃焼室へのオイル上がりをより抑制することができる。【００５４】
（実施形態の補足事項）
以上、本発明を上記の実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１実施形態または第２実施形態において、溝部の断面形状を矩形断面または半円形断面に設定してもよく、あるいは突起部または切り欠き部のテーパー面が曲線をなすようにしてもよい。【００５５】
また、第４実施形態のリング側環状溝、ピストン側環状溝の断面形状は上記のＶ字状断面に限定されることなく、半円状断面、矩形状断面、倒Ｕ字状断面などの形状であってもよい（いずれも図示を省略する）。但し、より優れたトラッピング効果を得るためにはＶ字状断面とするのが好ましい。
さらに、第４実施形態のピストン側環状溝の位置は、ピストンの上死点においてリング側環状溝と対向する位置に限定されることなく、例えば、ピストンの上死点においてピストン側環状溝がライナー装着リングよりも下側に位置している構成でもよい。【００５６】
さらにまた、第１実施形態から第３実施形態においても、ピストンのセカンドランド部にピストン側環状溝を設けて燃焼室へのオイル上がりがより抑制されるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
ライナー装着リングを有する内燃機関において、燃焼室へのオイル飛散によるオイル消費量を抑制するのに好適である。
【図１】
2005045222.tif 000004
【図２】
2005045222.tif 000005
【図３】
2005045222.tif 000006
【図４】
2005045222.tif 000007
【図５】
2005045222.tif 000008
【図６】
2005045222.tif 000009
【図７】
2005045222.tif 000010
【図８】
2005045222.tif 000011
【図９】
2005045222.tif 000012
【図１０】
2005045222.tif 000013
【図１１】
2005045222.tif 000014
【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年3月16日(2005.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】１以上のシリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナと、前記シリンダライナ内を往復動し、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面がトップランド部を形成してなるピストンと、前記シリンダライナの内周側に突出する環状段差部を前記シリンダ内に形成し、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに設置されるライナー装着リングと、を有する内燃機関であって、
前記ライナー装着リングは前記ピストンが上死点に到達した時の前記トップランド部の上端位置に対応して設置され、前記ライナー装着リングの前記下面には前記シリンダライナの内周面との交差位置を基端としてシリンダ内側方向に下方へ傾斜するテーパー形状の突起部が前記ライナー装着リングの内周側端部に沿って環状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が４５度以上６０度以下であり、かつ前記ライナー装着リングが前記シリンダライナの内周より内側方向に突出する長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】１以上のシリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナと、前記シリンダライナ内を往復動し、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面がトップランド部を形成してなるピストンと、前記シリンダライナの内周側に突出する環状段差部を前記シリンダ内に形成し、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに設置されるライナー装着リングと、を有する内燃機関であって、
前記ライナー装着リングは、前記ピストンが上死点に到達した時の前記トップランド部の上端位置に対応して設置され、かつ前記ライナー装着リングが前記シリンダライナの内周より内側方向に突出する長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定され、前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナにおける前記ライナー装着リングとの当接面の内径側に環状の切り欠き部が形成され、前記環状段差部の下側に、前記ライナー装着リングの前記下面と前記切り欠き部に挟まれた溝部が形成されることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】前記切り欠き部は、前記ライナー装着リングとの当接面から内径側に向けて下方へ傾斜するテーパー形状に形成され、前記ライナー装着リングの前記下面と前記切り欠き部のテーパー面とがなす角度が４５度以上６０度以下であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】１以上のシリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナと、前記シリンダライナ内を往復動し、ピストンヘッドと最上段のリング溝とに挟まれた外周面がトップランド部を形成してなるピストンと、前記シリンダライナの内周側に突出する環状段差部を前記シリンダ内に形成し、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに設置されるライナー装着リングと、を有する内燃機関であって、
前記ライナー装着リングは、前記ピストンが上死点に到達した時の前記トップランド部の上端位置に対応して設置され、かつ前記ライナー装着リングが前記シリンダライナの内周より内側方向に突出する長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定され、前記ライナー装着リングの内周面には、リング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】前記ピストンのトップランド部には、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】前記ピストンのトップランド部には、前記ピストンが上死点に到達した時の前記リング側環状溝との対向位置にピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関。
【請求項８】前記ピストンのトップランド部から最上段のリング溝を隔てて下側に位置するセカンドランド部に、ピストン周方向に沿ってピストン側環状溝が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項９】前記リング側環状溝および前記ピストン側環状溝の少なくとも一方の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側から離間するテーパー形状をなすＶ字状断面であることを特徴とする請求項４から請求項１０のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１０】前記ライナー装着リングの外径は前記シリンダライナの最上部の外径より大きく設定され、前記シリンダブロックの前記シリンダ上部には、前記ライナー装着リングを掛け止めして下方への移動を拘束する掛止用段付部が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１１】前記シリンダライナの最上部が、前記ピストンが上死点に到達した時の前記最上段のリング溝の位置より上方に配置され、かつ前記シリンダライナの最上部が前記掛止用段付部より下側に離間した位置に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】前記ライナー装着リングには、リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口が形成され、前記合い口の離間方向に作用する張力によって前記ライナー装着リングが前記シリンダブロックまたは前記シリンダライナに固定されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１３】上部に掛止用段付部が形成されたシリンダを１以上有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナとを備えた内燃機関に適用され、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記掛止用段付部に配置され、前記配置時におけるリング内周側端部は、前記シリンダライナの内周面よりもシリンダ内部に突出して、前記シリンダ内に環状段差部を形成するライナー装着リングであって、
前記下面には、前記配置時におけるシリンダライナの内周面の対応位置を基端としてリング内周側に向けて下方に傾斜するテーパー形状の突起部がリング内周側端部に沿って環状に形成され、前記突起部のテーパー面と前記シリンダライナの内周面とがなす角度が４５度以上６０度以下であり、かつ前記配置時における前記シリンダライナの内周面の対応位置とリング内周側端部との長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とするライナー装着リング。
【請求項１４】上部に掛止用段付部が形成されたシリンダを１以上有するシリンダブロックと、前記シリンダ内に配置される円筒形状のシリンダライナとを備えた内燃機関に適用され、その下面が前記シリンダライナの最上部と対向する状態で前記掛止用段付部に配置され、前記配置時におけるリング内周側端部は、前記シリンダライナの内周面よりもシリンダ内部に突出して、前記シリンダ内に環状段差部を形成するライナー装着リングであって、
前記配置時における前記シリンダライナの内周面の対応位置とリング内周側端部との長さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定され、前記内周面にはリング周方向に沿ってリング側環状溝が形成されてなることを特徴とするライナー装着リング。
【請求項１５】前記リング側環状溝の縦断面形状は、上面側が水平または溝底側へ上方に傾き、下面側が下方にいくに従って溝底側から離間するテーパー形状をなすＶ字状断面であることを特徴とする請求項１４に記載のライナー装着リング。
【請求項１６】リング周方向の一箇所に所定間隔をおいて相互に対向する合い口が形成されてなることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載のライナー装着リング。
【請求項１７】（削除）
【請求項１８】（削除）
【国際調査報告】
2005045222.tif 000016
2005045222.tif 000017