特許 6194808 ピストンおよび内燃機関

(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】6194808

(24)【登録日】2017年8月25日

(45)【発行日】2017年9月13日

(54)【発明の名称】ピストンおよび内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F16J 1/00 20060101AFI20170904BHJP

   F16J 9/00 20060101ALI20170904BHJP

   F16J 9/08 20060101ALI20170904BHJP

   F02F 5/00 20060101ALI20170904BHJP

   F02F 3/00 20060101ALI20170904BHJP

【ＦＩ】

   F16J1/00

   F16J9/00 A

   F16J9/08

   F02F5/00 H

   F02F5/00 301Z

   F02F3/00 B

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-19557(P2014-19557)

(22)【出願日】2014年2月4日

(65)【公開番号】特開2015-145717(P2015-145717A)

(43)【公開日】2015年8月13日

【審査請求日】2016年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】廣岡 哲夫

【審査官】 山田 康孝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１５６１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３４８８９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １／００

Ｆ１６Ｊ ９／００

Ｆ１６Ｊ ９／０８

Ｆ０２Ｆ ５／００

Ｆ０２Ｆ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状の外周面を備えるピストンであって、
前記外周面には、周方向に延びるリング溝が形成されており、
前記ピストンの内部には、中空空間が形成されており、前記中空空間内の気圧は周期的に増減を繰り返し、
前記リング溝と前記中空空間とに亘って配置された可動部材をさらに備え、
前記可動部材は、前記中空空間内の気圧が増加するとき前記リング溝へ向かう方向に移動し、
前記可動部材を前記中空空間へ向かう方向に付勢する付勢部材をさらに備える、ピストン。

【請求項2】

前記可動部材は、前記中空空間へ向かう方向に移動して、前記リング溝と前記中空空間との連通を遮断する、請求項１に記載のピストン。

【請求項3】

前記可動部材は、前記リング溝内に配置された溝側端部と、前記溝側端部に向けて広がるテーパ面とを有する、請求項２に記載のピストン。

【請求項4】

前記可動部材は、前記中空空間内の気圧の変動を受けて前記中空空間の内壁面を摺動する受圧部を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のピストン。

【請求項5】

前記受圧部は、その周縁に、弾性変形可能な弾性部を有する、請求項４に記載のピストン。

【請求項6】

前記リング溝内には、ピストンリングが装着されており、
前記可動部材は、前記中空空間内の気圧が増加するとき、前記ピストンリングの内周面を径方向外側へ向けて押圧する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のピストン。

【請求項7】

前記ピストンリングは、セカンドリングである、請求項６に記載のピストン。

【請求項8】

シリンダと、
前記シリンダ内を往復運動する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のピストンと、
前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、
前記クランクシャフトを収容するクランクケースとを備え、
前記ピストンの内部に形成された前記中空空間は、前記クランクケースの内部空間と連通している、内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ピストンおよび内燃機関に関し、特に、外周面にピストンリングを装着するためのリング溝が形成されたピストンと、そのピストンを備える内燃機関とに関する。

【背景技術】

【0002】

従来のピストンに関し、特開２００８−１４２１４号公報（特許文献１）には、燃焼室圧力およびクランクケース圧力によりピストンリングの内周面と外周面とに作用する力を打ち消し合わせ、ピストンリングの張力を所定の値に保つ構成が開示されている。特開２００４−３３９９７６号公報（特許文献２）には、ピストンの内部のオイル通路に供給されるオイルの圧力に基づいて、ピストンリングの張力を調整する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−１４２１４号公報

【特許文献2】特開２００４−３３９９７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献２に記載の装置では、ピストンの内部からピストンの外周に向かってピストンリングを押圧する手段が油圧システムであるため、油圧を制御する弁と油圧経路とが必要になり、複雑な構造となる問題があった。

【0005】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、簡単な構造でピストンリングの張力を調整できるピストンを提供することである。また本発明の他の目的は、上記のピストンを備えている内燃機関を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るピストンは、円筒状の外周面を備えるピストンである。ピストンの外周面には、周方向に延びるリング溝が形成されている。ピストンの内部には、中空空間が形成されている。中空空間内の気圧は、周期的に増減を繰り返す。ピストンは、リング溝と中空空間とに亘って配置された可動部材をさらに備えている。可動部材は、中空空間内の気圧が増加するときリング溝へ向かう方向に移動する。

【0007】

上記ピストンにおいて好ましくは、可動部材を中空空間へ向かう方向に付勢する付勢部材を備えている。

【0008】

上記ピストンにおいて好ましくは、可動部材は、中空空間へ向かう方向に移動して、リング溝と中空空間との連通を遮断する。

【0009】

上記ピストンにおいて好ましくは、可動部材は、リング溝内に配置された溝側端部と、溝側端部に向けて広がるテーパ面とを有している。

【0010】

上記ピストンにおいて好ましくは、可動部材は、中空空間内の気圧の変動を受けて中空空間の内壁面を摺動する受圧部を有している。

【0011】

上記ピストンにおいて好ましくは、受圧部は、その周縁に、弾性変形可能な弾性部を有している。

【0012】

上記ピストンにおいて好ましくは、リング溝内には、ピストンリングが装着されている。可動部材は、中空空間内の気圧が増加するとき、ピストンリングの内周面を径方向外側へ向けて押圧する。ピストンリングは、セカンドリングであってもよい。

【0013】

本発明に係る内燃機関は、シリンダと、シリンダ内を往復運動する、上記のいずれかの局面のピストンと、ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、クランクシャフトを収容するクランクケースとを備えている。ピストンの内部に形成された中空空間は、クランクケースの内部空間と連通している。

【発明の効果】

【0014】

本発明のピストンによると、簡単な構造でピストンリングの張力を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】ピストンが下死点の位置にあるときの内燃機関の模式図である。

【図2】ピストンが上死点の位置にあるときの内燃機関の模式図である。

【図3】ピストンおよびピストンリングの断面図である。

【図4】ピストンリングの斜視図である。

【図5】ピストン内部に配置された可動部材の断面図である。

【図6】可動部材がリング溝側へ移動した状態を示す断面図である。

【図7】クランクケース内の気圧の脈動を示すグラフである。

【図8】ピストンが上死点付近の位置にあるときの、シリンダとピストンリングとの相対位置を示す断面図である。

【図9】ピストンが下死点付近で下方へ移動するときの、シリンダとピストンリングとの相対位置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

【0017】

図１は、ピストン１０が下死点の位置にあるときの内燃機関１の模式図である。本実施の形態における内燃機関は、たとえばディーゼルエンジンであって、クランクケース２およびシリンダ３を一体化したシリンダブロックを備えている。シリンダ３は、円筒状の内周面４を有している。シリンダ３は、その内部に形成されたシリンダボア内に、ピストン１０を収容している。内周面４は、シリンダボアの内壁面の一部を形成している。

【0018】

ピストン１０は、シリンダ３の内部を、円筒状のシリンダ３の軸方向（図１中の上下方向）に往復移動可能に設けられている。ピストン１０は、アルミニウムまたは鉄系材料などの、金属材料により形成されている。

【0019】

ピストン１０の上側には、３つのピストンリングが設けられている。ピストンリングは、トップリング１１、セカンドリング１２、およびオイルリング１３を含んで構成されている。ピストンリングは、ピストン１０とシリンダ３の内周面４との隙間をシールしてガスの漏れを防止するとともに、シリンダ３の内周面に付着しているオイルの余剰分をクランクケース２側へ掻き落とす機能を有している。トップリング１１は、主にガスの漏れを防止するためのものであり、オイルリング１３は、主にオイルを掻き落とすためのものである。セカンドリング１２は、トップリング１１のガスシール機能を補助するとともに、オイルリング１３のオイル掻き落とし機能を補助するために、設けられている。

【0020】

クランクケース２内には、ピストン１０の往復運動を回転運動に変換する、クランクシャフト２０が収容されている。クランクシャフト２０とピストン１０とは、コネクティングロッド２２を介して、接続されている。クランクシャフト２０とコネクティングロッド２２とは、クランクピン２３により連結されている。ピストン１０とコネクティングロッド２２とは、ピストンピン２４により連結されている。クランクシャフト２０には、カウンタウェイト２１が取り付けられている。カウンタウェイト２１は、ピストン１０およびコネクティングロッド２２の運動により生じる慣性力を軽減するために、設けられている。

【0021】

図２は、ピストン１０が上死点の位置にあるときの内燃機関１の模式図である。シリンダブロックの内部空間のうち、ピストン１０よりもクランクケース２側の空間の容積は、ピストン１０の往復運動に伴って変化する。図１に示す、ピストン１０が下死点の位置にあるとき、ピストン１０よりもクランクケース２側の空間の容積は最も小さくなっている。ピストン１０が下死点から上死点へ向けて上昇するに従って当該空間の容積が増加し、図２に示すピストン１０が上死点の位置にあるとき最大になっている。

【0022】

ピストン１０の往復運動に伴って、ピストン１０よりもクランクケース２側の空間の内部の気圧が変化している。図１に示すピストン１０が下死点の位置にあるとき、クランクケース２の内圧は最大になっている。図２に示すピストン１０が上死点の位置にあるとき、クランクケース２の内圧は最小になっている。ピストン１０がシリンダ３内で往復運動を繰り返すことにより、クランクケース２内の圧力も変化を繰り返す。クランクケース２の内圧は、ピストン１０の往復運動に従って、脈動している。

【0023】

図３は、ピストン１０およびピストンリングの断面図である。図１および図２に示すピストン１０は、ピストン１０の頂面を構成するピストンクラウン３１と、円筒状の外周面３２とを有している。図３ではピストンクラウン３１は平坦な形状に図示されているが、ピストンクラウン３１の中心部が一部窪んで燃焼室が形成されていてもよい。

【0024】

ピストン１０の外周面３２には、ピストンクラウン３１に近い側から順に、３つのリング溝３３，３４，３５が形成されている。リング溝３３，３４，３５は、それぞれ、円筒状の外周面３２の周方向に延びている。リング溝３３内には、トップリング１１が装着されている。リング溝３４内には、セカンドリング１２が装着されている。リング溝３５内には、オイルリング１３が装着されている。

【0025】

ピストン１０の内部には、中空空間３６が形成されている。ピストン１０の内部に形成された中空空間３６は、図１，２に示すクランクケース２の内部空間と連通している。上述した通り、クランクケース２の内部空間の気圧は、ピストン１０の往復運動に伴って変動する。そのため、ピストン１０の内部の中空空間３６内の気圧もまた、ピストン１０の往復運動に伴って、周期的に増減を繰り返すことになる。

【0026】

中空空間３６の一部に、筒状空間３７が形成されている。筒状空間３７は、セカンドリング１２が装着されているリング溝３４に対して径方向内側に、配置されている。ピストン１０はさらに、可動部材５０を備えている。可動部材５０は、リング溝３４と、中空空間３６の一部を構成する筒状空間３７とに亘って、配置されている。

【0027】

図４は、ピストンリングの一例の、セカンドリング１２の斜視図である。セカンドリング１２には、図４に示すように、円形の一部が切れた合口隙間１２ａが形成されている。セカンドリング１２は、Ｃ字形状の外形を有している。セカンドリング１２には、径方向外側へ向かう張力が作用している。セカンドリング１２には、図１，２に示すシリンダ３の内周面４に押し付けられる向きの張力が作用している。この張力の作用によって、セカンドリング１２は、シリンダ３の内周面４に密着している。セカンドリング１２は、最適な張力で径方向外側へ広がる特性を有するように、その形状が規定されている。

【0028】

図５は、ピストン１０の内部に配置された可動部材５０の断面図である。図５には、図１，２を参照して説明したセカンドリング１２の装着されたリング溝３４、および、図３を参照して説明した筒状空間３７が図示されている。可動部材５０は、リング溝３４と筒状空間３７とに亘って配置されている。可動部材５０は、リング溝３４側に設けられた押圧部５１と、筒状空間３７内に配置された受圧部６１と、押圧部５１および受圧部６１を連結するシャフト部５６とを有している。

【0029】

押圧部５１は、リング溝３４内に配置された溝側端部５３を有している。溝側端部５３は、可動部材５０の、径方向外側（図５中の左側）の端面を形成している。溝側端部５３は、セカンドリング１２の内周面１２ｓに対向している。溝側端部５３は、セカンドリング１２を径方向外側へ向けて押圧する、押圧面としての機能を有している。受圧部６１は、筒状空間３７内に配置された空間側端部６３を含んでいる。空間側端部６３は、可動部材５０の、径方向内側（図５中の右側）の端面を形成している。空間側端部６３は、可動部材５０の、セカンドリング１２から離れる側の端部である。空間側端部６３は、中空空間３６内の気圧を受ける受圧面としての機能を有している。

【0030】

押圧部５１は、溝側端部５３に近づくにつれて外形が増大している。押圧部５１は、溝側端部５３に向けて広がる形状の、テーパ面５４を有している。テーパ面５４は、錐体の錐面形状に形成されている。溝側端部５３は、当該錐体の底面の一部を形成している。テーパ面５４は、たとえば円錐面形状を有している。また押圧部５１には、溝側端部５３の一部が窪んだ凹部５２が形成されている。

【0031】

ピストン１０には、リング溝３４の内周面が径方向内側（図５中の右側）に窪んだ形状の凹部が形成されている。この凹部の内壁面は、リング溝３４から離れるにつれて窄まる形状の、テーパ面３８として形成されている。テーパ面３８は、可動部材５０のテーパ面５４に対応する形状に形成されている。テーパ面３８は、テーパ面５４と同様の錐体の水面形状に形成されている。図５に示す状態では、可動部材５０のテーパ面５４は、ピストン１０のテーパ面３８に面接触している。これにより、可動部材５０とピストン１０とは隙間なく密着しており、可動部材５０はピストン１０に気密に接触している。このとき、リング溝３４と筒状空間３７とは非連通の状態である。

【0032】

ピストン１０には、テーパ面３８の頂部からさらに径方向内側に延びる空間が形成されており、可動部材５０のシャフト部５６は、当該空間内に収容されている。シャフト部５６は、ピストン１０の径方向に延在する棒状の形状を有している。シャフト部５６の、径方向外側（図５中の左側）の端部に、押圧部５１が接続されている。シャフト部５６の、径方向内側（図５中の右側）の端部に、受圧部６１が接続されている。

【0033】

受圧部６１は、平板状の形状を有している。当該平板の一方の主表面が、空間側端部６３を形成している。当該平板の他方の主表面は、対向面６２を形成している。受圧部６１は、円板状の外形を有していてもよい。ピストン１０の内部には、図５中に示す端面３７ａおよび内周面３７ｂが設けられており、端面３７ａおよび内周面３７ｂは筒状空間３７を規定している。端面３７ａおよび内周面３７ｂは、ピストン１０の内部の中空空間３６の内壁面の一部を構成している。

【0034】

端面３７ａは、筒状空間３７の端面を構成している。受圧部６１の対向面６２は、端面３７ａに対向している。対向面６２と端面３７ａとが平行になるように、受圧部６１は筒状空間３７内に配置されている。内周面３７ｂは、筒状空間３７の内周面を構成している。

【0035】

受圧部６１には、ネジ穴６５が形成されている。ネジ穴６５の内周面には、めねじ形状が形成されている。ネジ穴６５は、対向面６２から空間側端部６３に向かって、平板の厚み方向に沿って形成されている。ネジ穴６５は、受圧部６１を厚み方向に貫通していてもよい。シャフト部５６の受圧部６１側の端部には、ネジ形状部５５が形成されている。ネジ形状部５５の外周面には、おねじ形状が形成されている。ネジ形状部５５がネジ穴６５内にねじ込まれることで、シャフト部５６と受圧部６１とが結合されている。

【0036】

平板状の受圧部６１の周縁には、弾性部６６が設けられている。弾性部６６は、Ｏリング形状などの、受圧部６１の周縁の全体を取り囲む形状を有している。弾性部６６は、ゴム材料などの、弾性変形可能な材料により形成されている。弾性部６６は、筒状空間３７の内周面３７ｂと接触している。弾性部６６は、筒状空間３７の内周面３７ｂから応力を受けて、僅かに弾性変形した状態で、筒状空間３７内に配置されている。これにより弾性部６６は、筒状空間３７の内周面３７ｂに対し、気密に接触している。

【0037】

受圧部６１は、筒状空間３７を径方向内側（図５中の右側）の空間と径方向外側（図５中の左側）の空間とに仕切っている。弾性部６６は、当該２つの空間を非連通の状態にしており、当該２つの空間の相互間の空気の流れを妨げている。

【0038】

筒状空間３７の端面３７ａと、受圧部６１の対向面６２との間には、バネ６８が配置されている。バネ６８は、シャフト部５６の外周に配置されており、シャフト部５６によって支持されている。バネ６８は、コイルばねであってもよい。バネ６８の一端は筒状空間３７の端面３７ａに接触しており、バネ６８の他端は受圧部６１の対向面６２に接触している。可動部材５０の、ピストン１０の径方向（図５中の左右方向）への移動に従って、バネ６８は、その長さを変化させる。

【0039】

図５に示す、押圧部５１のテーパ面５４がピストン１０側のテーパ面３８に面接触している状態で、バネ６８は、自然長に対して縮んだ状態である。そのため、バネ６８は、自然長に戻ろうとする弾性力を、受圧部６１に対して作用している。受圧部６１に作用するバネ６８の弾性力の向きは、ピストン１０の径方向の内向きである。バネ６８の弾性力を受けて、可動部材５０には、リング溝３４から筒状空間３７へ向かう方向の力が作用する。バネ６８は、可動部材５０を中空空間３６へ向かう方向に付勢する付勢部材としての機能を有している。

【0040】

図５に示す可動部材５０は、受圧部６１を構成している板状の部材と、押圧部５１およびシャフト部５６が一体化された部材と、を含んでいる。リング溝３４と中空空間３６とを連通する経路内に、押圧部５１およびシャフト部５６が一体化された部材をリング溝３４側から挿通し、シャフト部５６の端部を中空空間３６内に露出させる。その後、このシャフト部５６の端部にバネ６８を取り付け、さらに受圧部６１を固定する。このようにして、ピストン１０の内部に、可動部材５０が取り付けられる。

【0041】

図６は、可動部材５０がリング溝３４側へ移動した状態を示す断面図である。上述した可動部材５０の受圧部６１の空間側端部６３には、中空空間３６内の気圧が作用する。受圧部６１は、中空空間３６内の気圧の変動を受けて、筒状空間３７の内周面３７ｂに対して摺動する。

【0042】

中空空間３６内の気圧が増加するとき、筒状空間３７内の気圧もまた増加する。この増加した気圧により、図６中の白抜き矢印Ｐで示す圧力が、受圧部６１の空間側端部６３に作用する。この圧力を受けて、可動部材５０は、リング溝３４へ向かう方向に移動する。可動部材５０が移動すると、押圧部５１の溝側端部５３が、セカンドリング１２の内周面１２ｓに接触する。可動部材５０にさらに圧力が作用すると、可動部材５０からセカンドリング１２に対して、セカンドリング１２を径方向外側（図６中の左側）へ押圧する、図６中に矢印Ｆで示す力が作用する。可動部材５０は、セカンドリング１２の内周面１２ｓを、径方向外側へ向けて押圧する。

【0043】

中空空間３６内の気圧が減少するとき、筒状空間３７内の気圧もまた減少する。この気圧の減少により、図６中の白抜き矢印Ｐで示す圧力が受圧部６１に作用しなくなる。このとき、上述したバネ６８の弾性力によって、可動部材５０は、筒状空間３７へ向かう方向に移動する。可動部材５０が移動すると、押圧部５１の溝側端部５３がセカンドリング１２の内周面１２ｓから離れ、可動部材５０とセカンドリング１２とは非接触となる。これにより、可動部材５０がセカンドリング１２に作用する力が除かれる。

【0044】

さらに、可動部材５０の筒状空間３７へ向かう移動によって、押圧部５１のテーパ面５４がピストン１０のテーパ面３８に面接触した、図５に示す状態になる。テーパ面５４とテーパ面３８とが気密に接触することにより、リング溝３４と中空空間３６とが非連通となる。可動部材５０は、中空空間３６へ向かう方向に移動して、リング溝３４と中空空間３６との連通を遮断する。

【0045】

可動部材５０は、図４に示す略円形状のセカンドリング１２の内周面１２ｓの複数個所を押圧できるように、複数個設けられる。複数個の可動部材５０は、各々の間隔が互いに等しくなるように、均等に配置されるのが望ましい。たとえば、可動部材５０を４つ設ける構成とする場合には、隣接する可動部材５０のシャフト部５６の延びる方向が９０°の角度を形成するように、可動部材５０を配置してもよい。

【0046】

図７は、図１，２に示すクランクケース２内の、気圧の脈動を示すグラフである。図７の横軸は、ピストン１０の行程を示しており、ＴＤＣは上死点の位置、ＢＤＣは下死点の位置をそれぞれ示している。図７の縦軸は、クランクケース２内の内圧（単位：ｋＰａ）を示している。図７には、異なる２機種の内燃機関１について、ピストン１０の上死点から下死点までの往復運動によって発生するクランクケース２の内圧の脈動が、実線および点線を用いて図示されている。

【0047】

図７を参照して、ピストン１０が上死点付近にあるとき、クランクケース２の内圧は相対的に小さい。ピストン１０が下死点付近にあるとき、クランクケース２の内圧は相対的に大きい。ピストン１０が往復運動を繰り返すことにより、クランクケース２の内圧も、増加と減少とを繰り返している。

【0048】

ピストン１０が上死点付近にあるとき、クランクケース２内の気圧が相対的に小さいため、可動部材５０の受圧部６１を径方向外側に押圧する圧力よりも、バネ６８が受圧部６１を径方向内側に押圧する弾性力の方が大きい。そのため、可動部材５０は中空空間３６（筒状空間３７）に向かう方向に移動して、図５に示す、セカンドリング１２と可動部材５０とは非接触であり、かつ、テーパ面５４がテーパ面３８と気密に接触する状態になる。

【0049】

ピストン１０が下死点付近にあるとき、クランクケース２内の気圧が相対的に大きいため、バネ６８が可動部材５０の受圧部６１を径方向内側に押圧する弾性力よりも、受圧部６１を径方向外側に押圧する圧力の方が大きい。そのため、可動部材５０はリング溝３４に向かう方向に移動して、図６に示す、セカンドリング１２の内周面１２ｓを可動部材５０が径方向外側へ向けて押圧する力が発生し、かつ、テーパ面５４とテーパ面３８とは非接触である状態になる。

【0050】

図８は、ピストン１０が上死点付近の位置にあるときの、シリンダとピストンリングとの相対位置を示す断面図である。上述した通り、ピストン１０が上死点付近にあるときには、可動部材５０がセカンドリング１２に作用する力は発生しない。そのため、セカンドリング１２には、セカンドリング１２自身の形状によって規定される、径方向外向きの張力が作用する。

【0051】

このとき、セカンドリング１２の張力が過大となることが防止されるので、上死点付近でのピストン１０の移動に対する摩擦抵抗が増大することを回避できる。したがって、ピストン１０の往復運動のために必要な動力を低減できるので、内燃機関１の効率を向上することができる。また、ピストン１０が上死点へ向かって上昇するときに、シリンダ３の内周面４に付着したオイル９０がセカンドリング１２で掻き上げられて燃焼室に到達することを抑制できる。したがって、燃焼室に到達したオイルが無駄に排気されることを回避でき、オイル９０の消費量を低減することができる。

【0052】

図９は、ピストンが下死点付近で下方へ移動するときの、シリンダとピストンリングとの相対位置を示す断面図である。上述した通り、ピストン１０が下死点付近にあるときには、セカンドリング１２に対し、可動部材５０がセカンドリング１２を径方向外側へ押圧する力が作用する。そのため、セカンドリング１２に対して作用する径方向外向きの力が増大し、セカンドリング１２は、シリンダ３の内周面４に対して、より大きな力で押し付けられる。

【0053】

これにより、図９中の矢印Ｄで示すように、ピストン１０が下死点へ向かって下降するとき、シリンダ３の内周面４に付着したオイル９０がセカンドリング１２によって掻き落とされる。オイル９０を掻き落とすときのセカンドリング１２の張力を上げ、シリンダ３の内周面４に残存するオイル９０の量を少なくすることで、オイル９０が燃焼室へ到達することをより確実に防止でき、オイル９０の消費量を効果的に低減することができる。セカンドリング１２に作用する張力は、クランクケース２内の気圧の増減に従って可変とされる構成であるので、従来のような油圧システムは必要なく、簡単な構造でセカンドリング１２の張力を調整することができる。

【0054】

本実施の形態のピストン１０は、可動部材５０を用いたピストンリングの張力増加の有無が、ピストン１０が上死点と下死点との中間の特定の位置に到達したときに切り換わるように、最適に設計される。たとえば、上死点と下死点との距離を二等分した中心位置にピストンが到達したときに、可動部材５０のピストンリングへの接触と非接触とが切り換わるように、設定されてもよい。下死点の近傍でピストンリングの張力を大きくし、下死点へ向かって下降するときに十分にオイルを掻き落とし、掻き残す油膜を少なくできれば、その後上昇に転じたときのオイルの掻き上げを抑制できると考えられる。上死点の近傍ではピストンリングの張力が小さくなるので、オイルの掻き上げ作用も小さくなり、燃焼室へのオイルの到達をより確実に抑制することができる。

【0055】

上述した説明と一部重複する部分もあるが、本実施の形態の特徴的な構成を以下、列挙する。本実施の形態のピストン１０は、図３に示すように、円筒状の外周面３２を備えており、外周面３２には、周方向に延びるリング溝３４が形成されている。ピストン１０の内部には、中空空間３６が形成されている。図７に示すように、中空空間３６内の気圧は、ピストン１０の往復運動に従って、周期的に増減を繰り返す。図３，５に示すように、ピストン１０は、リング溝３４と中空空間３６の一部の筒状空間３７とに亘って配置された、可動部材５０をさらに備えている。

【0056】

中空空間３６内の気圧が増加するとき、図６に示すように、可動部材５０はリング溝３４へ向かう方向に移動する。可動部材５０がセカンドリング１２に接触して応力を作用することにより、セカンドリング１２に作用する張力が増大している。中空空間３６内の気圧が減少するとき、図５に示すように、可動部材５０は中空空間３６へ向かう方向に移動する。可動部材５０がセカンドリング１２に対し非接触となることにより、セカンドリング１２に作用する張力が減少している。ピストン１０の内部の中空空間３６の内圧の脈動を利用してセカンドリング１２に作用する張力を変化させる構成であるので、従来のような複雑な油圧経路は不要であり、簡単な構造でセカンドリング１２の張力を調整することができる。

【0057】

セカンドリング１２は、その形状を調整することで、セカンドリング１２自身が径方向外側へ広がろうとする張力を任意に設定できる。本実施の形態によれば、可動部材５０を用いてセカンドリング１２に作用する張力を増大できるので、セカンドリング１２自身の形状調整によってセカンドリング１２に作用する張力を、小さく設定できる。これにより、上死点の近傍において可動部材５０から力を受けない状態での、シリンダ３の内周面４に対するセカンドリング１２の摩擦抵抗をより低減できるので、ピストン１０の往復運動に必要な動力を効果的に低減することができる。

【0058】

リング溝３４内には、燃料に含まれていたカーボンの未燃分などの不純物が流入する場合がある。不純物がリング溝３４内に堆積して固着すると、セカンドリング１２がリング溝３４に対して固定されてしまい、所望のガスリーク性能およびオイル掻き落とし性能を発揮できない場合がある。本実施の形態の構成によると、セカンドリング１２が可動部材５０によって押圧される状態と、押圧されない状態とが、交互に繰り返し形成される。これにより、セカンドリング１２が径方向に微小に振動する。この振動によって、リング溝３４内に不純物が堆積することを抑制でき、リング溝３４内への不純物の固着を抑制することができる。

【0059】

また図５，６に示すように、ピストン１０は、可動部材５０を中空空間３６へ向かう方向に付勢する、付勢部材としてのバネ６８を備えている。中空空間３６内の気圧が減少して、可動部材５０に作用する気圧がバネ６８の弾性力を下回ると、バネ６８による弾性力のために、可動部材５０は中空空間３６へ向かう方向に移動する。したがって、中空空間３６内の気圧の変化に従って、可動部材５０を確実に移動させることができ、セカンドリング１２と可動部材５０との接触と非接触とを確実に切り換えて、セカンドリング１２に作用する張力を調整することができる。

【0060】

また図５に示すように、可動部材５０は、中空空間３６へ向かう方向に移動して、リング溝３４と中空空間３６との連通を遮断する。可動部材５０がセカンドリング１２に接触しない状態で、リング溝３４と中空空間３６とを非連通にすることで、リング溝３４および中空空間３６を経由してブローバイガスがクランクケース２側へ漏れ出すことを抑制できる。ガスリーク防止性能を確保することにより、ブローバイガスがオイル性能を低下させるなどの不具合を、確実に抑制することができる。

【0061】

なお、図６に示す、可動部材５０がリング溝３４へ向かう方向に移動した状態で、リング溝３４と中空空間３６とは、互いに連通されている。しかしながら、この状態においては、ピストン１０の内部の中空空間３６の圧力が高いので、リング溝３４から中空空間３６へ向かうガスの流れを抑制できる。したがって、ガスリーク防止性能を確保することができる。

【0062】

また図５に示すように、可動部材５０は、リング溝３４内に配置された溝側端部５３と、溝側端部５３に向けて広がるテーパ面５４とを有している。このようにすれば、可動部材５０が中空空間３６へ向かう方向に移動すると、ピストン１０の表面の一部にテーパ面５４が面接触する構成にでき、リング溝３４と中空空間３６との連通をより確実に遮断することができる。

【0063】

また図６に示すように、可動部材５０は、受圧部６１を有している。受圧部６１は、中空空間３６内の気圧の変動を受けて、中空空間３６の内壁面である内周面３７ｂを摺動する。受圧部６１が中空空間３６内の気圧の変動を受けて移動することにより、中空空間３６内の気圧の増減を利用して、簡単な構造でセカンドリング１２に作用する張力を調整することができる。

【0064】

また図６に示すように、受圧部６１は、その周縁に、弾性変形可能な弾性部６６を有している。このようにすれば、受圧部６１と内周面３７ｂとの間の気密性を向上できるので、リング溝３４および中空空間３６を経由してブローバイガスがクランクケース２側へ漏れ出すことを、より確実に抑制することができる。

【0065】

また図３，６に示すように、リング溝３４内には、セカンドリング１２が装着されている。可動部材５０は、中空空間３６内の気圧が増加するとき、セカンドリング１２の内周面１２ｓを径方向外側へ向けて押圧する。このようにすれば、中空空間３６内の気圧の増加時に、可動部材５０がセカンドリング１２を押圧してセカンドリング１２の張力を増加することができる。複数のピストンリングのうち、張力を調整する対象をセカンドリング１２にすることで、中空空間３６内の気圧の増減を用いたピストンリングの張力の調整がより容易になる。

【0066】

本実施の形態の内燃機関１は、図１，２に示すように、シリンダ３と、シリンダ３内を往復運動する上記のいずれかの局面のピストン１０と、ピストン１０の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト２０と、クランクシャフト２０を収容するクランクケース２とを備えている。ピストン１０の内部に形成された中空空間３６は、クランクケース２の内部空間と連通している。図７に示すように、クランクケース２の内圧は、ピストン１０の往復運動に従って、周期的に増減を繰り返す。中空空間３６の内圧は、クランクケース２の内圧に従って、周期的に変動する。したがって、クランクケース２の内圧の脈動を利用してセカンドリング１２に作用する張力を変化させることができ、簡単な構造でセカンドリング１２の張力を調整することができる。

【0067】

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0068】

１ 内燃機関、２ クランクケース、３ シリンダ、４，１２ｓ，３７ｂ 内周面、１０ ピストン、１１ トップリング、１２ セカンドリング、１２ａ 合口隙間、１３ オイルリング、３２ 外周面、３３，３４，３５ リング溝、３６ 中空空間、３７ 筒状空間、３７ａ 端面、３８，５４ テーパ面、５０ 可動部材、５１ 押圧部、５２ 凹部、５３ 溝側端部、５５ ネジ形状部、５６ シャフト部、６１ 受圧部、６２ 対向面、６３ 空間側端部、６５ ネジ穴、６６ 弾性部、６８ バネ、９０ オイル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】