特許 5917276 内燃機関用ピストン構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5917276

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】内燃機関用ピストン構造

(51)【国際特許分類】

   F16J 9/00 20060101AFI20160422BHJP

   F16J 9/06 20060101ALI20160422BHJP

   F02F 5/00 20060101ALI20160422BHJP

   F02F 3/00 20060101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   F16J9/00 A

   F16J9/06 B

   F02F5/00 C

   F02F5/00 301B

   F02F5/00 A

   F02F5/00 K

   F02F3/00 R

【請求項の数】3

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-103945(P2012-103945)

(22)【出願日】2012年4月27日

(65)【公開番号】特開2013-231481(P2013-231481A)

(43)【公開日】2013年11月14日

【審査請求日】2014年11月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390022806

【氏名又は名称】日本ピストンリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124327

【弁理士】

【氏名又は名称】吉村 勝博

(72)【発明者】

【氏名】野崎 知彦

(72)【発明者】

【氏名】高岡 伸明

(72)【発明者】

【氏名】今井 世志弘

(72)【発明者】

【氏名】白水 佐京

(72)【発明者】

【氏名】一杉 英司

【審査官】 竹村 秀康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２０５３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８１３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０８２６０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １／００− １／２４

Ｆ１６Ｊ ７／００−１０／０４

Ｆ０２Ｆ ３／００

Ｆ０２Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピストン頂部側から順に、トップリング、セカンドリング、そして３ピース型オイルリングが装着される内燃機関用ピストン構造において、
当該内燃機関用ピストンの当該トップリングが装着される溝と当該セカンドリングが装着される溝との間に形成されるセカンドランド部の外径をＡｍｍとし、
当該内燃機関用ピストンが装着されるシリンダの内径をＢｍｍとし、
当該トップリングが装着される溝の下面と当該セカンドリングが装着される溝の上面との間のピストン軸に沿った長さをＣｍｍとした場合に、
シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積である｛（Ｂ／２）^２−（Ａ／２）^２｝×π×Ｃ／Ｂが２．４〜３．７であり、
当該セカンドリングの合口隙間Ｘと当該トップリングの合口隙間Ｙとの比Ｘ／Ｙが、２．５〜４であることを特徴とする内燃機関用ピストン構造。

【請求項2】

前記３ピース型オイルリングは、上下一対のサイドレールと当該サイドレールをシリンダの内周面に押圧するスペーサエキスパンダとからなり、
当該スペーサエキスパンダは、当該サイドレールの内周縁部に当接して当該サイドレールを半径方向外周側に押圧するための耳部を備え、
当該耳部は、当該サイドレールとの接触面が当該サイドレールを半径方向外周側に押圧するためのオイルリング軸となす傾斜角１５°〜２５°の傾斜面を備えるものである請求項１に記載の内燃機関用ピストン構造。

【請求項3】

前記３ピース型オイルリングと当該３ピース型オイルリングが装着される溝とのピストン軸方向におけるサイドクリアランスが、０．０９２ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用ピストン構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本件発明は、内燃機関用ピストン構造に関し、更に詳しくは、オイル消費を増加させずに、ピストンが動作中の異音の発生を抑止する内燃機関用ピストン構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車用エンジンの高出力化、低燃費の要求から、ピストンリングにおいては、ガスシールやオイルコントロール機能の向上及び低フリクションが求められている。また、近年の自動車には、消費者に対して訴求出来る商品を提供するために、あらゆる走行条件下において静粛性が要求される。そのため、内燃機関に関しても、用いられる自動車の商品価値を低下させないために、高回転且つ高負荷の状態のみならず、低回転且つ低負荷の状態やアイドリング時においても騒音の低減が要求されている。ここで、騒音とは、過半数の人が「好ましくない音」と思う音として定義される。ちなみに、エンジン音に関して言えば、音が大きくなり車内において会話の聞き取りが困難になる場合であっても、運転手にとって有益な情報であったり心地よいＢＧＭであったりする場合もあり、必ずしも騒音とはならない。しかしながら、車室内に伝わる音が小さい場合であっても、耳障りで不快な印象を運転手に与えるとすれば、騒音となり得る。

【0003】

上述した騒音としては、内燃機関のピストンが往復運動する際に発する異音が挙げられている。内燃機関におけるピストンには、シリンダ内におけるスムーズな往復運動を実現し、また、高温な燃焼ガスをシールするためのピストンリングが装着されている。ピストンリングは、気密保持を主な機能とするコンプレッションリングと、シリンダ内壁面に付着した余分なオイルを掻き落としオイルコントロールを行うために装着されるオイルリングとからなり、通常これらを組み合わせて用いられる。通常、内燃機関用のピストンに装着されるピストンリングは、ピストン頂部側から順に、コンプレッションリング（トップリング、セカンドリング）、オイルリングが装着される。そして、オイルリングには、２ピース型オイルリングと、３ピース型オイルリングと呼ばれるものが存在する。ここで、これらオイルリングは、用いられる燃料の種類等により使い分けされており、それぞれ構成が異なるものである。２ピース型オイルリングは、コイルエキスパンダにより、一体的に構成されたオイルリング本体の上下レールの摺動面をシリンダ内面に押圧する。また、３ピース型オイルリングは、２本のサイドレールにより、独立して構成された上下レールの摺動面をスペーサエキスパンダにてシリンダ内面に押圧付勢する。

【0004】

ところで、３ピース型のオイルリングは、近年のオイルリングの薄幅化や軽量化、低フリクション化が進むにつれ、上下に配されるサイドレールの外周側がシリンダ内壁面と摺動する過程において、振動により異音を発することが知られている。この異音は、時として運転室内にまで騒音として聞こえてくる場合がある。運転手は、例え音量が小さくとも異音が聞こえることで、ストレスを感じて運転に支障が生じる恐れがある。そこで、従来より、３ピース型のオイルリングのサイドレールの振動を抑制して異音の発生を防止するために、（１）サイドレールのバレル高さの低減、（２）サイドレールの支点となるスペーサエキスパンダの突起部間の長さ寸法の変更、（３）サイドレールの内周縁部が当接する耳部傾斜面の傾斜角の変更、（４）オイルリングの張力を下限値に合わせる、（５）サイドレールの側面に表面処理を施す、等の対策がなされてきた。

【0005】

例えば、特許文献１（特開２００１−８２６０５号）には、異音の発生原因と考えられる、３ピース型のオイルリングに備わるサイドレールが上下の軸方向に振動するスティックスリップ現象の起こらない組合せオイルリングについて開示されている。具体的には、特許文献１の組合せオイルリングは、「バレル形状の外周面を有する一対のサイドレールと、当該サイドレールをシリンダの内周面とリング溝の内側面とに押圧するスペーサエキスパンダとからなるピストンリングの組合せにおいて、前記ピストンリングの組合せが装着されるリング溝の幅Ｗと、前記サイドレールの支点となるスペーサエキスパンダの突起部間の長さＡと、前記サイドレールの厚さＢとによって表されるサイドクリアランスＸ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）が、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内であり、前記サイドレールの外周面形状は、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍである」ことを特徴としたものである（請求項１参照のこと。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１−８２６０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１に係る組合せオイルリングは、サイドレールの軸方向の動きを小さくすること、サイドレールとシリンダの内周面との摩擦力を小さくすること、また、サイドレールがシリンダの内周面に押圧される際の安定性を向上させてシリンダの内周面との摩擦力を小さくすることによって異音の発生を防止するものである。従って、特許文献１に係る組合せオイルリングを採用した場合、近年の低燃費要求（低フリクション等）に十分に応えることが出来ず、振動による異音が発生してしまうことがある。

【0008】

以上のことから、本件発明は、オイルリングのオイルシール性能を維持しつつ、ピストン動作中における異音の発生を抑止出来る内燃機関用ピストン構造の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

そこで、本件発明者等は、鋭意研究を行った結果、用いる内燃機関のピストン構造について所定の条件を満たすことで、上述した課題を解決するに到った。以下、本件発明に関して説明する。

【0010】

本件発明に係る内燃機関用ピストン構造は、ピストン頂部側から順に、トップリング、セカンドリング、そして３ピース型オイルリングが装着される内燃機関用ピストン構造において、当該内燃機関用ピストンの当該トップリングが装着される溝と当該セカンドリングが装着される溝との間に形成されるセカンドランド部の外径をＡｍｍとし、当該内燃機関用ピストンが装着されるシリンダの内径をＢｍｍとし、当該トップリングが装着される溝の下面と当該セカンドリングが装着される溝の上面との間のピストン軸に沿った長さをＣｍｍとした場合に、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積である｛（Ｂ／２）^２−（Ａ／２）^２｝×π×Ｃ／Ｂが２．４〜３．７であり、当該セカンドリングの合口隙間Ｘと当該トップリングの合口隙間Ｙとの比Ｘ／Ｙが、２．５〜４であることを特徴とする。

【0011】

また、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造において、前記３ピース型オイルリングは、上下一対のサイドレールと当該サイドレールをシリンダの内周面に押圧するスペーサエキスパンダとからなり、当該スペーサエキスパンダは、当該サイドレールの内周縁部に当接して当該サイドレールを半径方向外周側に押圧するための耳部を備え、当該耳部は、当該サイドレールとの接触面が当該サイドレールを半径方向外周側に押圧するためのオイルリング軸となす傾斜角１５°〜２５°の傾斜面を備えるものであることが好ましい。

【0012】

また、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造において、前記３ピース型オイルリングと当該３ピース型オイルリングが装着される溝とのピストン軸方向におけるサイドクリアランスが、０．０９２ｍｍ以下であることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本件発明に係る内燃機関用ピストン構造によれば、ピストンのトップリングが装着される溝とセカンドリングが装着される溝との間に形成されるセカンドランド部の外径と、ピストンが装着されるシリンダの内径と、トップリング溝の下面と当該セカンドリング溝の上面との間のピストン軸に沿った長さとを所定の値に設定することで、オイルリングのオイルシール性能を維持しつつ、ピストン動作中における異音の発生を抑止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】内燃機関用ピストン構造における異音発生現象を説明するための要部断面図である。

【図2】シリンダ内におけるピストン動作（図中矢印）中のピストンリングそれぞれの動きとブローバイガスの流れ（図中点線矢印）とを説明するために例示した図である。

【図3】本件発明に係る内燃機関用ピストン構造を説明するための要部断面図である。

【図4】本件発明に係る内燃機関用ピストン構造を例示した図である。

【図5】本件発明に係る内燃機関用ピストン構造において用いられるオイルリングのピストンへの装着状態を説明するために示したシリンダ軸を含む平面で切断した断面図である。

【図6】オシロスコープで表示した異音の波形を例示した図である。

【図7】実施例におけるシリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部空間容積とオイル消費量との関係を示すグラフである。

【図8】実施例におけるセカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比とオイル消費量との関係を示すグラフである。

【図9】実施例におけるオイルリング耳部傾斜角度とオイル消費量との関係を示すグラフである。

【図10】実施例におけるオイルリングサイドクリアランスと異音発生頻度の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本件発明に係る内燃機関用ピストン構造の好ましい実施の形態について、以下に図を用いて示しながらより詳細に説明する。

【0016】

まず、ピストン動作中における異音発生現象について説明しておく。

【0017】

図１は、内燃機関用ピストン構造における異音発生現象を説明するための要部断面図である。なお、図１（ａ）は、図１のａで示した部分の要部拡大図である。図１に示す内燃機関用ピストン構造は、ピストン頂部側から順に、トップリング２、セカンドリング３、そして３ピース型オイルリング４が装着されたものであり、ピストン７に装着されたこれらピストンリングがシリンダ８の内壁面に対して摺接した状態で往復動作（図中矢印方向）を繰り返す。３ピース型オイルリング４を用いた場合、ピストン７の往復動作中に発生する異音は、図１（ａ）に示すように、３ピース型オイルリング４がシリンダ８との摺動動作中にサイドレール６が振動を発生し、シリンダ８を振動させる事によるものである。時期としては、圧縮行程の上死点近傍から作用行程前半に発生するものである。これ以外の行程（排気行程、吸気行程）では、サイドレール６の振動は全く発生しない。スティックリップ要因のみで振動するならば排気〜吸気行程でも異音が発生するはずであるが、これらの行程では異音が発生しないため、ガス圧作用の影響が大きな要因として挙げられる。

【0018】

図２は、シリンダ内におけるピストン動作中のピストンリングそれぞれの動きとブローバイガスの流れとを説明するために例示した図である。図２に、ブローバイガスの流れを示したのは、当該サイドレール６の振動する主な要因について、ピストン７の頂部側からのブローバイガスの影響が主に考えられるからである。以下に、図２（Ａ）から図２（Ｃ）までを順次説明していく。

【0019】

図２（Ａ）は、アイドリング状態の圧縮行程において、シリンダ筒内圧力が負圧の状態でピストン上昇時を示している。図２（Ａ）において、トップリング２は、上面側に負圧が作用しているので上面着座である。また、セカンドリング３も、若干ながら負圧が作用しており上面着座である。そして、図２（Ａ）に示す状態は、まだ負圧作用時であるため、ブローバイガスの流れは燃焼室方向（図中矢印方向）である。

【0020】

次に、図２（Ｂ）は、圧縮行程において上死点近傍でシリンダ筒内圧力（図１に示すＰ１）が正圧に移行した直後の状態を示している。シリンダ筒内圧力において正圧が作用することで、トップリング２は押し上げられて下面側へ移動するが、この際にトップリング合口のみならず上下面をブローバイガスが流れることになる。トップリング２が下面着座で正圧を迎える場合、ブローバイガスは、トップリング合口で構成される漏れ通路からの量であるが、上下面も含めた漏れ通路からは多くのガスがセカンドランドへ流れ込むことになる。これによるセカンドランド圧力（図１においてピストン７のトップリング２とセカンドリング３との間のセカンドランド部とシリンダ８との間の空間Ｐ２の圧力）の上昇によって、セカンドリング３は、下面着座へ移行する。

【0021】

次に、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）においてセカンドリング３が下面着座へ移行した直後の状態を示す。図２（Ｃ）において、トップリング２上下面からのブローバイガス流入によってセカンドランド圧力が上昇するが、トップリング２の下面着座が不十分な場合には、セカンドランド圧力がシリンダ筒内圧力に近い値まで上昇する。また、慣性力が上向きに作用しているので、トップリング２は、下面着座を確実に出来ず不安定な姿勢となり、セカンドランド圧力が急激に上昇し、セカンドリング３合口から下方へ流れるブローバイガス量が増加する。そのため、ブローバイガスがオイルリング周りまで流れ込むが、サードランド圧力（図１においてピストン７のセカンドリング３とオイルリングの間のサードランド部とシリンダ８との間の空間Ｐ３の圧力）の上昇も伴うため、サイドレール６が強く押し下げられる。サイドレール６上面を流れるブローバイガスの量及び圧力が非振動限界を超えると、サイドレール６は振動を発生する。これによって、異音が発生すると考える。

【0022】

上述の図２（ａ）〜図２（ｃ）に関する説明より、ピストン７の往復運動の際に異音が発生するのを防止するためには、ピストン７の頂部側からのブローバイガスを極力ピストン７のトップリング２とセカンドリング３との間のセカンドランドの空間のガス圧上昇を抑え、速やかに流すことが重要である。ピストン動作時における異音発生の原因は、上述したように、セカンドランド部とシリンダ８との間の空間の圧力上昇により、オイルリング４がオイルリング溝７ｃ下部へ押し下げられ、サイドレール６が振動するスペースが生じることに起因するものである。

【0023】

以上、ピストン動作中における異音発生現象について説明してきたが、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造は、所定の条件を満たすことで、オイルリングのオイルシール性能を維持しつつ、ピストン動作中における異音の発生を抑止することが出来る。

【0024】

本件発明に係る内燃機関用ピストン構造： 図３は、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造を説明するための要部断面図である。本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１は、ピストン頂部側から順に、トップリング２、セカンドリング３、そして３ピース型オイルリング４が装着される。そして、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１において、当該内燃機関用ピストン７の当該トップリングが装着される溝７ａと当該セカンドリングが装着される溝７ｂとの間に形成されるセカンドランド部の外径をＡｍｍとし、当該内燃機関用ピストン７が装着されるシリンダ８の内径をＢｍｍとし、当該トップリングが装着される溝７ａの下面と当該セカンドリングが装着される溝７ｂの上面との間のピストン軸に沿った長さをＣｍｍとした場合に、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積である｛（Ｂ／２）^２−（Ａ／２）^２｝×π×Ｃ／Ｂが２．４〜３．７の条件を満たすことを特徴とするものである。

【0025】

本件発明の条件｛（Ｂ／２）^２−（Ａ／２）^２｝×π×Ｃ／Ｂが２．４未満の場合には、当該セカンドランドの空間において、ガス圧が上昇してしまうため、異音が発生する場合がある。また、本件発明の条件｛（Ｂ／２）^２−（Ａ／２）^２｝×π×Ｃ／Ｂが３．７を超える場合には、オイルリング４のオイルシール性能を維持することが出来ず、オイル消費が増加するため好ましくない。

【0026】

また、図４は、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造を例示した図である。本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１においては、シリンダ内径１ｍｍあたりの当該セカンドランド部とシリンダ８との間の空間の容積（図３及び図４参照のこと。）を適切な範囲に設定することで、ブローバイガス量を抑制しながらも、当該セカンドランド部とシリンダ８との間の空間のガス圧上昇を抑え、速やかにブローバイガスを流すことが可能となる。

【0027】

また、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１は、セカンドリング３の合口隙間Ｘとトップリング２の合口隙間Ｙとの比Ｘ／Ｙが、２．５〜４である。

【0028】

図４（ｂ）には、図４においてｂで囲まれた箇所（トップリング２をトップリング溝７ａへ装着した状態での合口隙間Ｙ部分）の拡大図が示されている。また、図４（ｃ）には、図４においてｃで囲まれた箇所（セカンドリング３をセカンドリング溝７ｂへ装着した状態での合口隙間Ｘ部分）の拡大図が示されている。本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１は、上述の条件と併せて、セカンドリング３の合口隙間Ｘとトップリング２の合口隙間Ｙとの比Ｘ／Ｙが２．５〜４となる条件を満足することで、セカンドランド部とシリンダ８との間の空間の圧力Ｐ２（図１参照のこと。）の変化を軽減させる効果を得ることが出来る。

【0029】

なお、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１において、セカンドリング３の合口隙間Ｘとトップリング２の合口隙間Ｙとの比Ｘ／Ｙが、２．５未満の場合には、ガスが当該セカンドランド部とシリンダ８との間の空間にガスが溜まりやすくなり、圧力が高い状態となる。また、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１において、セカンドリング３の合口隙間Ｘとトップリング２の合口隙間Ｙとの比Ｘ／Ｙが、４を超える場合には、オイルシール性能が維持出来ず、オイル消費が増加するため好ましくない。

【0030】

図５は、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造において用いられるオイルリングのピストンへの装着状態を説明するために示したシリンダ軸を含む平面で切断した断面図である。本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１において、用いる３ピース型オイルリング４は、上下一対のサイドレール６，６と当該サイドレール６，６をシリンダ８の内周面８ａに押圧するスペーサエキスパンダ５とからなるものである。また、当該スペーサエキスパンダ５は、当該サイドレール６，６の内周縁部に当接して当該サイドレール６，６を半径方向外周側に押圧するための耳部５ｂを備える。そして、当該耳部５ｂは、当該サイドレール６，６との接触面が当該サイドレールを半径方向外周側に押圧するためのオイルリング軸（図５にはオイルリング軸と平行な軸Ｏを示す）となす傾斜角Ｇが１５°〜２５°の傾斜面を備えることで、サイドレール保持性を向上させ、オイルリング摺動時においてサイドレールの振動によって起こり得る異音を抑制することが出来る。

【0031】

なお、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１において、スペーサエキスパンダ５の耳部５ｂにおける、当該サイドレールとの接触面が当該サイドレールを半径方向外周側に押圧するためのオイルリング軸となす傾斜角Ｇが１５°未満の場合には、オイルリング溝７ｃの半径方向の壁面に対するサイドレール６，６の側圧力が十分確保出来ず、オイルリング４のオイルシール性能を低下させてしまう。また、スペーサエキスパンダ５の耳部５ｂにおける、当該サイドレールとの接触面が当該サイドレールを半径方向外周側に押圧するためのオイルリング軸となす傾斜角Ｇが２５°を超える場合には、オイルコントロール性能が悪化し、オイル消費が増加してしまう。

【0032】

ちなみに、本件発明の３ピース型オイルリング４は、内燃機関用ピストン構造１の異音の発生を抑止する策として、サイドレール６がスペーサエキスパンダ５の突起部分５ａと耳部５ｂの傾斜面とで安定して支持され、サイドレール２とシリンダの内周面５との摩擦力を小さくすることが出来る。

【0033】

また、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１において、図５に示す如く、３ピース型オイルリング５と当該３ピース型オイルリング５が装着される溝７ｃとのピストン軸方向におけるサイドクリアランスＥが、０．０９２ｍｍ以下であることが好ましい。

【0034】

ここで、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１のオイルリング４と当該オイルリング４を装着する溝７ｃとのオイルリング軸方向におけるサイドクリアランスＥ（＝Ｗ−Ｄ−２Ｆ）は、サイドレール６がリング溝４内で上下に動くことができる許容量を表している（図５参照のこと。）。従って、このサイドクリアランスＥを０．０９２ｍｍ以下に設定することで、オイルリング４のピストンリング溝７ａ内における移動範囲を小さくして、サイドレール６の振動を抑制することが可能となる。その結果、ピストン７の往復運動の際に異音が発生するのを防止することが出来るようになる。

【0035】

なお、サイドクリアランスＥが０．０９２ｍｍを超えると、サイドレール６の軸方向の動きが大きくなり過ぎて、当該サイドレール６の振動を抑制することが出来ず、ピストン７動作中の異音の発生を十分に抑制することが出来なくなる。

【0036】

ちなみに、本件発明の３ピース型オイルリング４は、サイドレール６におけるシリンダ内壁面との摺動面がバレル形状であることで、オイルコントロール性を向上させると共に、オイル消費量の増加を抑制することが出来るようになる。なお、ここで言うバレル形状とは、曲面形状を言い、その曲率に関して限定されるものではない。

【0037】

また、図３に示すように、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１で用いるトップリング２は、外周面形状がバレルフェイス形状であることで、低張力でありながらシリンダ内壁面に対する追従性を向上させることが出来るため好ましい。また、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１で用いるセカンドリング３は、外周面形状がリング軸方向断面における略矩形形状の下面と外周面とで形成される角部を切り欠いてステップ状としたアンダーカット形状にすることで、吸気行程時のピストンの動きにより当該セカンドリング３の外周側が上方に捻れる作用が働き、オイル掻き落とし機能の向上を図ることができる。また、本件発明のセカンドリング３をアンダーカット形状にすることで、シリンダ内壁面に接触する面積を小さくし、燃焼行程時のピストンの動きにより当該セカンドリング３のシリンダ内壁面に対する面圧を高め、オイル上がりを効果的に抑制することが出来る。

【0038】

以上説明してきたように、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造１によれば、オイル消費を増加させずにピストンの動作中の異音の発生を抑止することが出来る。なお、以下にその根拠を実施例により示すが、本件発明はこれに限定されるものではない。

【実施例1】

【0039】

実施例１では、排気量が１５００ｃｃ（シリンダ径７３ｍｍ）のエンジンの実機試験を行い、内燃機関用ピストン構造において、本件発明に規定する条件を満たした場合に異音が発生するか否かについての確認を以下に示す方法により行った。具体的には、本件発明に規定する、（１）シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積、（２）セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比、（３）オイルリング耳部傾斜角度、（４）オイルリングのサイドクリアランス、の４つの条件について確認した。なお、エンジンの運転条件は、アイドリング運転状態とした。そして、実施例１では、ピストンに装着するピストンリングの組合せを、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングとした。

【0040】

そして、このときのピストンは、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が２．４ｍｍ^３／ｍｍとなるものを用いた。

【0041】

また、トップリングは、シリンダ内壁面との摺動面がバレル形状であり、ＪＩＳ規格で表されるＳＷＯＳＣ−Ｖ材からなり、軸方向幅が１．００ｍｍ、径方向幅が２．３５ｍｍで、張力が３．２０（Ｎ）のものに、ＰＶＤ処理を外周に施したものを用いた。そして、トップリングは、ピストンリング溝へ装着した状態における合口隙間が０．２０ｍｍのものを用いた。

【0042】

また、セカンドリングは、シリンダ内壁面との摺動面がテーパー形状で且つ軸方向断面における略矩形形状の下面と外周面とで形成される角部を切り欠いてステップ状としたテーパーアンダーカット形状で、ＪＩＳ規格で表されるＳＷＲＨ６２Ｂ材からなり、軸方向幅が１．００ｍｍ、径方向幅が２．３０ｍｍで、張力が２．２０（Ｎ）のものに、亜鉛系リン酸塩被覆を外周に施したものを用いた。また、セカンドリングは、ピストンリング溝へ装着した状態における合口隙間が０．５０ｍｍのものを用い、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が２．５となるものを用いた。

【0043】

また、オイルリングは、上下一対のサイドレールと当該サイドレールをシリンダの内周面に押圧するスペーサエキスパンダからなる３ピース型オイルリングであり、サイドレールがＪＩＳ規格で表されるＳＫ６材からなり、軸方向幅が０．３５ｍｍ、径方向幅が１．７５ｍｍでＰＶＤ処理を外周に施し、スペーサエキスパンダがＪＩＳ規格で表されるＳＵＳ３０４材からなり、サイドレールとスペーサエキスパンダとを組み合わせた際の軸方向幅が２．００ｍｍ、径方向幅が２．２５ｍｍであるものを用いた。また、当該オイルリングは、耳部傾斜角度（オイルリング軸となす傾斜角）が１５°であり、サイドクリアランスが０．０９２ｍｍとなるものを用いた。

【0044】

異音発生確認試験： 本確認試験では、異音の確認を測定器を用いて行う前に、まずは直接耳にて異音の確認を行った。これは、異音は、測定器を用いるよりも耳で直接聴いた方が、その音の大小を明確に確認することが出来るためである。その後、直接耳で聴いて異音を確認出来る最小の音量を基準とし、耳で聴いた結果を定量的に確認するために測定器による測定を行った。この測定器による測定では、再確認できるよう、マイクロホンを用いて録音した音による音量判断と、個人差による評価誤差を減らすため、オシロスコープでの音の波形による視角評価とを行った。このような評価方法を採用することで、分析誤差をなくして高い信頼性での異音確認を行うことが可能となる。また、異音測定を行うにあたって、シリンダに取り付けられるフィラーキャップの上部２．５ｃｍにてマイクロホンを固定設置して測定を行った。

【0045】

ここで、マイクロホンを、アンプを介してデータレコーダの入力端子に接続した。そして、当該データレコーダの出力端子には、フィルタ（ｎｆ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒ ３６１１）を介してオシロスコープに接続した。そして、保存された音をオシロスコープに表示した。そして、異音の測定は、エンジンヘッドカバーにおける騒音レベルをマイクロホンで拾い、データレコーダに記録し、解析した。

【0046】

図６は、オシロスコープで表示した異音の波形を例示した図である。図６に示す波形振幅の大きい範囲が異音の生じた範囲であり、それ以外の範囲が異音の生じない範囲となる。図６における異音の波形にて、異音の有無を確認した。

【0047】

上述した方法に基づき、実施例１について異音発生の確認を行った結果を以下の表１に示す。表１には、ピストン、セカンドリング及びオイルリングの仕様条件と、異音発生の有無との関係について、当該仕様条件が異なる試料同士を対比可能なように示してある。そして表１より、実施例１は、異音測定を計４回行った結果、全く異音の確認をすることが出来なかった。

【実施例2】

【0048】

実施例２は、実施例１と同じエンジンを用いて、実施例１と同じ駆動条件でエンジンを駆動させて異音の確認を行った。そして、実施例１と同様に、ピストンリングは、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングを組み合わせたものを使用した。ピストン及びトップリングは、実施例１で使用したものと同じである。なお、実施例２で用いる内燃機関用ピストン構造は、具体的には以下に示す仕様のものである。

【0049】

実施例２は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が２．４ｍｍ^３／ｍｍ、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が４．０、オイルリングの耳部傾斜角度が２５°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０９１ｍｍとなるものを用いた。そして表１より、実施例２は、異音測定を計４回行った結果、全く異音の確認をすることが出来なかった。

【実施例3】

【0050】

実施例３は、実施例１と同じエンジンを用いて、実施例１と同じ駆動条件でエンジンを駆動させて異音の確認を行った。そして、実施例１と同様に、ピストンリングは、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングを組み合わせたものを使用した。トップリング及びセカンドリングは、実施例１で使用したものと同じである。なお、実施例３で用いる内燃機関用ピストン構造は、具体的には以下に示す仕様のものである。

【0051】

実施例３は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が３．７ｍｍ^３／ｍｍ、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が２．５、オイルリングの耳部傾斜角度が１５°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０８８ｍｍとなるものを用いた。そして表１より、実施例３は、異音測定を計４回行った結果、全く異音の確認をすることが出来なかった。

【実施例4】

【0052】

実施例４は、実施例１と同じエンジンを用いて、実施例１と同じ駆動条件でエンジンを駆動させて異音の確認を行った。そして、実施例１と同様に、ピストンリングは、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングを組み合わせたものを使用した。ピストンは、実施例３で使用したものと同じであり、また、トップリング及びセカンドリングは、実施例２で使用したものと同じである。なお、実施例４で用いる内燃機関用ピストン構造は、具体的には以下に示す仕様のものである。

【0053】

実施例４は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が３．７ｍｍ^３／ｍｍ、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が４．０、オイルリングの耳部傾斜角度が２５°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０９０ｍｍとなるものを用いた。そして表１より、実施例４は、異音測定を計４回行った結果、全く異音の確認をすることが出来なかった。

【実施例5】

【0054】

実施例５は、実施例１と同じエンジンを用いて、実施例１と同じ駆動条件でエンジンを駆動させて異音の確認を行った。そして、実施例１と同様に、ピストンリングは、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングを組み合わせたものを使用した。トップリングは、実施例１で使用したものと同じである。なお、実施例５で用いる内燃機関用ピストン構造は、具体的には以下に示す仕様のものである。

【0055】

実施例５は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が３．０ｍｍ^３／ｍｍ、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が３．０、オイルリングの耳部傾斜角度が２０°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０７７ｍｍとなるものを用いた。そして表１より、実施例５は、異音測定を計４回行った結果、全く異音の確認をすることが出来なかった。

【比較例】

【0056】

［比較例１］
比較例１は、実施例との対比用として用いる。比較例１では、実施例１と同じエンジンを用いて、実施例１と同じ駆動条件でエンジンを駆動させて異音の確認を行った。そして、実施例１と同様に、ピストンリングは、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングを組み合わせたものを使用した。トップリング、セカンドリング及びオイルリングは、実施例１で使用したものと同じである。なお、比較例１で用いる内燃機関用ピストン構造は、具体的には以下に示す仕様のものである。

【0057】

比較例１は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が２．３ｍｍ^３／ｍｍ、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が２．５、オイルリングの耳部傾斜角度が１５°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０９２ｍｍとなるものを用いた。そして表１より、比較例１は、１回以上の異音の確認をすることが出来た。

【0058】

［比較例２］
比較例２は、実施例との対比用として用いる。比較例２では、実施例１と同じエンジンを用いて、実施例１と同じ駆動条件でエンジンを駆動させて異音の確認を行った。そして、実施例１と同様に、ピストンリングは、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングを組み合わせたものを使用した。トップリング及びセカンドリングは、実施例２で使用したものと同じである。なお、比較例２で用いる内燃機関用ピストン構造は、具体的には以下に示す仕様のものである。

【0059】

比較例２は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が２．３ｍｍ^３／ｍｍ、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が４．０、オイルリングの耳部傾斜角度が２５°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０８５ｍｍとなるものを用いた。そして表１より、比較例２は、１回以上の異音の確認をすることが出来た。

【0060】

［比較例３］
比較例３は、実施例との対比用として用いる。比較例３では、実施例１と同じエンジンを用いて、実施例１と同じ駆動条件でエンジンを駆動させて異音の確認を行った。そして、実施例１と同様に、ピストンリングは、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングを組み合わせたものを使用した。トップリングは、実施例１で使用したものと同じである。なお、比較例３で用いる内燃機関用ピストン構造は、具体的には以下に示す仕様のものである。

【0061】

比較例３は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が２．３ｍｍ^３／ｍｍ、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が２．４、オイルリングの耳部傾斜角度が１５°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０８７ｍｍとなるものを用いた。そして表１より、比較例３は、１回以上の異音の確認をすることが出来た。

【0062】

［比較例４］
比較例４は、実施例との対比用として用いる。比較例４では、実施例１と同じエンジンを用いて、実施例１と同じ駆動条件でエンジンを駆動させて異音の確認を行った。そして、実施例１と同様に、ピストンリングは、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングを組み合わせたものを使用した。トップリング及びオイルリングは、実施例２で使用したものと同じである。なお、比較例４で用いる内燃機関用ピストン構造は、具体的には以下に示す仕様のものである。

【0063】

比較例４は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が２．３ｍｍ^３／ｍｍ、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が４．１、オイルリングの耳部傾斜角度が２５°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０９１ｍｍとなるものを用いた。そして表１より、比較例４は、１回以上の異音の確認をすることが出来た。

【0064】

［比較例５］
比較例５は、実施例との対比用として用いる。比較例５では、実施例１と同じエンジンを用いて、実施例１と同じ駆動条件でエンジンを駆動させて異音の確認を行った。そして、実施例１と同様に、ピストンリングは、トップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングを組み合わせたものを使用した。トップリングは、実施例１で使用したものと同じである。なお、比較例５で用いる内燃機関用ピストン構造は、具体的には以下に示す仕様のものである。

【0065】

比較例５は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積（ｍｍ^３）が２．３ｍｍ^３／ｍｍ、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比が４．１、オイルリングの耳部傾斜角度が３０°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０９０ｍｍとなるものを用いた。そして表１より、比較例５は、１回以上の異音の確認をすることが出来た。

【0066】

［実施例と比較例との対比］
以下に、内燃機関用ピストン構造におけるピストンのセカンドランド部の外径とセカンドリング及びオイルリングの形状とがピストン動作中における異音の発生にどのような影響を及ぼすのかについて、表１に示す内容を基に実施例と比較例とを対比しつつ検討していく。

【0067】

【表1】

【0068】

表１に示す結果より、本件発明に規定する、（１）シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積、（２）セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比、（３）オイルリング耳部傾斜角度、（４）オイルリングのサイドクリアランス、の４つの条件全てを満たす実施例（実施例１〜実施例５）に関しては、いずれも異音の確認をすることが出来なかった。ちなみに、実施例１及び実施例２は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が本件発明の条件の下限値に設定されている。また、実施例３及び実施例４は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が本件発明の条件の上限値に設定されている。

【0069】

これに対し、比較例（比較例１〜比較例５）に関しては、全てに１回以上の異音の確認をすることが出来た。ここで、比較例１〜比較例５は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が本件発明の条件の下限値（２．４ｍｍ^３／ｍｍ）から外れたものである。なお、本確認試験において、本件発明の上限値（３．７ｍｍ^３／ｍｍ）から外れたものに関しては、異音に関していえば発生しないことが経験則上明らかであるため、確認を行わなかった。そして、比較例１、比較例２に関しては、本件発明の条件である、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比、オイルリング耳部傾斜角度、オイルリングのサイドクリアランスの３つを満たしている。特に、比較例１に関しては、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積以外の条件が実施例１と同じである。以上の結果から、少なくともシリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が、本件発明の条件範囲（２．４ｍｍ^３／ｍｍ〜３．７ｍｍ^３／ｍｍ）であれば、異音発生の抑制の観点からみて好ましいことが証明された。

【0070】

以上の結果をふまえ、本件発明に規定する、（１）シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積、（２）セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比、（３）オイルリング耳部傾斜角度、（４）オイルリングのサイドクリアランス、の４つの条件に関して、オイル消費量との関係も考慮に入れて、内燃機関用ピストン構造の条件としてより好ましいものである根拠を以下の試験結果を元に示す。なお、異音発生の確認を行うにあたっては、実施例１に示す方法及び評価基準を採用した。

【0071】

［セカンドランド部空間容積に関する検証試験］
ここでは、実施例１と同様に排気量が１５００ｃｃ（シリンダ径７３ｍｍ）のエンジンの実機試験を行い、内燃機関用ピストン構造において、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が、異音の発生及びオイル消費量にどのような影響を与えるかについて検証試験を行った。なお、本検証試験を行うに際し、エンジンの運転条件は、全負荷（ＷＯＴ）で回転数６０００回転で８時間行った。そして、本検証試験では、ピストンに装着するピストンリングの組合せを、実施例１と同様にトップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングとし、全ての試料（試料１〜試料６）について、トップリング合口隙間が０．２ｍｍ、セカンドリング合口隙間が０．６ｍｍ、オイルリングの耳部傾斜角が２０°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０９０ｍｍとなる条件のものを用いた。そして、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積のみ、それぞれ異なる条件となるものを用いた。

【0072】

上述した方法に基づき、セカンドランド部空間容積に関する検証試験を行った結果を以下の表２に示す。表２には、本検証試験で用いたピストン、セカンドリング及びオイルリングの仕様条件と、異音発生の有無及びオイル消費量との関係について示した。なお、表中、本件発明に規定する条件を外れる数値に関しては、二重線により囲んである。そして、本件発明の条件を満たす試料２〜試料５のそれぞれを実施例６〜実施例９とし、本件発明の条件を満たさない試料１、試料６のそれぞれを比較例６、比較例７とした。表２に示す、オイル消費量比は、本発明試料のオイル消費量の平均値を１とした比率として数値化したものである。

【0073】

【表2】

【0074】

図７は、表２に示す結果を示す結果を、セカンドランド部空間容積とオイル消費量の関係についてグラフにより示したものである。図７に示すグラフは、試料１〜試料６について異音発生頻度毎に分類（異音無しを「○」、計４回中２回異音の確認出来たものを「◆」）して示している。また、図中において点線により囲んである領域は、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が、本件発明の条件を満たす領域として示してある。すなわち、実施例６〜実施例９の結果を示すプロットがこの領域内に位置し、比較例６及び比較例７の結果を示すプロットがこの領域外に位置している。

【0075】

図７より、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が、本件発明の条件の下限値「２．４ｍｍ^３／ｍｍ」より外れると異音が発生し、本件発明の条件の上限値「３．７ｍｍ^３／ｍｍ」より外れるとオイル消費量が増加する傾向がみられた。以上の結果より、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が、本件発明の条件「２．４ｍｍ^３／ｍｍ〜３．７ｍｍ^３／ｍｍ」を満たすことにより、異音の発生を抑制し、且つオイル消費量の増加を招かないことが証明出来た。

【0076】

［セカンドリングの合口隙間とトップリングの合口隙間との比に関する検証試験］
ここでは、実施例１と同様に排気量が１５００ｃｃ（シリンダ径７３ｍｍ）のエンジンの実機試験を行い、内燃機関用ピストン構造において、セカンドリングの合口隙間とトップリングの合口隙間との比が、異音の発生及びオイル消費量にどのような影響を与えるかについて検証試験を行った。なお、本検証試験を行うに際し、エンジンの運転条件は、全負荷（ＷＯＴ）でアイドリング運転から回転数５０００回転のパターン運転にて８時間行った。そして、本検証試験では、ピストンに装着するピストンリングの組合せを、実施例１と同様にトップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングとし、全ての試料（試料７〜試料１３）について、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が２．５ｍｍ^３／ｍｍ、トップリング合口隙間が０．２ｍｍ、オイルリングの耳部傾斜角が２０°、オイルリングのサイドクリアランスが０．０９０ｍｍとなる条件のものを用いた。そして、セカンドリングの合口隙間とトップリングの合口隙間との比のみを、それぞれ異なる条件となるものを用いた。

【0077】

上述した方法に基づき、セカンドリングの合口隙間とトップリングの合口隙間との比に関する検証試験を行った結果を以下の表３に示す。表３には、本検証試験で用いたピストン、セカンドリング及びオイルリングの仕様条件と、異音発生の有無及びオイル消費量との関係について示した。なお、表中、本件発明に規定する条件を外れる数値に関しては、二重線により囲んである。そして、本件発明の条件を満たす試料９〜試料１２のそれぞれを実施例１０〜実施例１３とし、本件発明の条件を満たさない試料７、試料８、試料１３のそれぞれを比較例８〜比較例１０とした。表３に示す、オイル消費量比は、本発明試料のオイル消費量の平均値を１とした比率として数値化したものである。

【0078】

【表3】

【0079】

図８は、表３に示す結果を、セカンドリングの合口隙間とトップリングの合口隙間との比とオイル消費量の関係についてグラフにより示したものである。図８に示すグラフは、試料７〜試料１３について異音発生頻度毎に分類（異音無しを「○」、計４回中２回異音の確認出来たものを「◆」、計４回中３回異音の確認出来たものを「■」）して示している。また、図中において点線により囲んである領域は、セカンドリングの合口隙間とトップリングの合口隙間との比が、本件発明の条件を満たす領域として示してある。すなわち、実施例１０〜実施例１３の結果を示すプロットがこの領域内に位置し、比較例８〜比較例１０の結果を示すプロットがこの領域外に位置している。

【0080】

図８より、セカンドリングの合口隙間とトップリングの合口隙間との比が、本件発明の条件の下限値「２．５」より外れると異音が発生し、本件発明の条件の上限値「４．０」より外れるとオイル消費量が増加する傾向がみられた。以上の結果より、セカンドリングの合口隙間とトップリングの合口隙間との比が、本件発明の条件「２．５〜４．０」を満たすことにより、異音の発生を抑制し、且つオイル消費量の増加を招かないことが証明出来た。

【0081】

［オイルリングの耳部傾斜角度に関する検証試験］
ここでは、実施例１と同様に排気量が１５００ｃｃ（シリンダ径７３ｍｍ）のエンジンの実機試験を行い、内燃機関用ピストン構造において、オイルリングの耳部傾斜角度が、異音の発生及びオイル消費量にどのような影響を与えるかについて検証試験を行った。なお、本検証試験を行うに際し、エンジンの運転条件は、全負荷（ＷＯＴ）で回転数６０００回転で８時間行った。そして、本検証試験では、ピストンに装着するピストンリングの組合せを、実施例１と同様にトップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングとし、全ての試料（試料１４〜試料１８）について、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が２．５ｍｍ^３／ｍｍ、トップリング合口隙間が０．２ｍｍ、セカンドリング合口隙間が０．６ｍｍ、オイルリングのサイドクリアランスが０．０９０ｍｍとなる条件のものを用いた。そして、オイルリングの耳部傾斜角度のみを、それぞれ異なる条件となるものを用いた。

【0082】

上述した方法に基づき、オイルリングの耳部傾斜角度に関する検証試験を行った結果を以下の表４に示す。表４には、本検証試験で用いたピストン、セカンドリング及びオイルリングの仕様条件と、異音発生の有無及びオイル消費量との関係について示した。なお、表中、本件発明に規定する条件を外れる数値に関しては、二重線により囲んである。そして、本件発明の条件を満たす試料１５〜試料１７のそれぞれを実施例１４〜実施例１６とし、本件発明の条件を満たさない試料１４、試料１８のそれぞれを比較例１１、比較例１２とした。表４に示す、オイル消費量比は、本発明試料のオイル消費量の平均値を１とした比率として数値化したものである。

【0083】

【表4】

【0084】

図９は、表４に示す結果を示す結果を、オイルリングの耳部傾斜角度とオイル消費量の関係についてグラフにより示したものである。図９に示すグラフは、試料１４〜試料１８について異音発生頻度毎に分類（異音無しを「○」、計４回中３回異音の確認出来たものを「■」）して示している。また、図中において点線により囲んである領域は、オイルリングの耳部傾斜角度が、本件発明の条件を満たす領域として示してある。すなわち、実施例１４〜実施例１６の結果を示すプロットがこの領域内に位置し、比較例１１及び比較例１２の結果を示すプロットがこの領域外に位置している。

【0085】

図９より、オイルリングの耳部傾斜角度が、本件発明の条件の下限値「１５°」より外れると異音が発生すると共にオイル消費量も増加し、本件発明の条件の上限値「２５°」より外れるとオイル消費量が増加する傾向がみられた。以上の結果より、オイルリングの耳部傾斜角度が、本件発明の条件「１５°〜２５°」を満たすことにより、異音の発生を抑制し、且つオイル消費量の増加を招かないことが証明出来た。

【0086】

［オイルリングのサイドクリアランスに関する検証試験］
ここでは、実施例１と同様に排気量が１５００ｃｃ（シリンダ径７３ｍｍ）のエンジンの実機試験を行い、内燃機関用ピストン構造において、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が、異音の発生にどのような影響を与えるかについて検証試験を行った。なお、本検証試験を行うに際し、エンジンの運転条件は、アイドリング運転状態とした。そして、本検証試験では、ピストンに装着するピストンリングの組合せを、実施例１と同様にトップリング、セカンドリング、３ピース型オイルリングとし、全ての試料（試料１９〜試料２５）について、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積が２．５ｍｍ^３／ｍｍ、トップリング合口隙間が０．２ｍｍ、セカンドリング合口隙間が０．６ｍｍ、オイルリングの耳部傾斜角が２０°となる条件のものを用いた。そして、オイルリングのサイドクリアランスのみを、それぞれ異なる条件となるものを用いた。ちなみに、本検証試験では、オイルリングのサイドクリアランスとオイル消費量との関係について検証を行っていないが、これは当該サイドクリアランスが大きくなると、オイル消費が増加することが経験則上明らかになっているためである。

【0087】

上述した方法に基づき、オイルリングのサイドクリアランスに関する検証試験を行った結果を以下の表５に示す。表５には、本検証試験で用いたピストン、セカンドリング及びオイルリングの仕様条件と、異音発生の頻度との関係について示した。なお、表中、本件発明に規定する条件を外れる数値に関しては、二重線により囲んである。そして、本件発明の条件を満たす試料１９〜試料２２のそれぞれを実施例１７〜実施例２０とし、本件発明の条件を満たさない試料２３〜試料２５のそれぞれを比較例１３〜比較例１５とした。

【0088】

【表5】

【0089】

図１０は、表５に示す結果を示す結果を、オイルリングのサイドクリアランスと異音発生の頻度の関係についてグラフにより示したものである。図１０に示すグラフは、試料１９〜試料２５について異音発生頻度毎に分類（異音無しを「○」、計４回中１回異音の確認出来たものを「△」、計４回中３回異音の確認出来たものを「■」）して示している。また、図中において点線により囲んである領域は、オイルリングのサイドクリアランスが、本件発明の条件を満たす領域として示してある。すなわち、実施例１７〜実施例２０の結果を示すプロットが、この領域内に位置し、比較例１３〜比較例１５の結果を示すプロットがこの領域外に位置している。

【0090】

図１０より、オイルリングのサイドクリアランスが、本件発明の条件値「０．０９２以下」より外れると異音が発生する傾向がみられた。以上の結果より、オイルリングのサイドクリアランスが、本件発明の条件「０．０９２以下」を満たすことにより、異音発生の頻度を抑制することが証明出来た。

【0091】

以上説明したように、シリンダ内径１ｍｍあたりのセカンドランド部とシリンダとの間の空間の容積について、本件発明の条件を満足することで、異音の発生を確実に防止し、且つオイル消費量の増加を招かないことが分かった。また、セカンドリング合口隙間とトップリング合口隙間との比、オイルリングの耳部傾斜角度、また、オイルリングのサイドクリアランスについて、本件発明の条件を満足すると、異音の発生を抑制し、且つオイル消費量を低減させる上でより好ましいことが分かった。以上のことから、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造によれば、オイルリングのオイルシール性能を維持しつつ、高い静粛性を実現することが出来る。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本件発明に係る内燃機関用ピストン構造は、オイルリングのオイルシール性能を維持しつつ、ピストンの往復動作に伴う異音の発生を抑止することが出来る。従って、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造によれば、低回転且つ低負荷の状態やアイドリング時における異音の発生が抑止され、とりわけ静粛性の求められる自動車に用いたとしても商品性を低下させることがない。また、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造を採用することで、運転手は、運転中に不快な思いをすることがなく、判断ミスによる事故等を未然に防ぐことが可能となる。従って、本件発明に係る内燃機関用ピストン構造は、自動車以外の内燃機関であっても、好適に用いることが出来る。

【符号の説明】

【0093】

１ 内燃機関用ピストン構造
２ トップリング
３ セカンドリング
４ ３ピース型オイルリング
５ スペーサエキスパンダ
５ｂ 耳部
６ サイドレール
７ ピストン
７ａ トップリング溝
７ｂ セカンドリング溝
７ｃ オイルリング溝
８ シリンダ
Ａ セカンドランド部の外径
Ｂ シリンダの内径
Ｃ トップリング溝下面とセカンドリング溝上面との間のピストン軸に沿った長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】