特許 7157262 シリンダライナ用遮熱リングおよび内燃機関

(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】

(24)【登録日】2022-10-11

(45)【発行日】2022-10-19

(54)【発明の名称】シリンダライナ用遮熱リングおよび内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/18 20060101AFI20221012BHJP

   F02F 1/10 20060101ALI20221012BHJP

   F16J 10/04 20060101ALI20221012BHJP

【ＦＩ】

F02F1/18 F

F02F1/10 A

F16J10/04

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021571748

(86)(22)【出願日】2021-08-20

(86)【国際出願番号】 JP2021030523

(87)【国際公開番号】W WO2022044986

(87)【国際公開日】2022-03-03

【審査請求日】2021-12-02

【審判番号】

【審判請求日】2022-06-28

(31)【優先権主張番号】P 2020142034

(32)【優先日】2020-08-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審理対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000215785

【氏名又は名称】ＴＰＲ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591206120

【氏名又は名称】ＴＰＲ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000121

【氏名又は名称】ＩＡＴ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】畠山 公一

(72)【発明者】

【氏名】奥山 浩二

(72)【発明者】

【氏名】黒政 勇気

【合議体】

【審判長】山本 信平

【審判官】水野 治彦

【審判官】木村 麻乃

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第３６７０８８２（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／９７３４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】実開昭６２－９８７４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】西独国特許出願公開第３０３８２３５（ＤＥ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F02F1/00-1/22

F16J10/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リング状部材を有し、
前記リング状部材の周方向と直交する断面において、前記リング状部材の外周面は、前記リング状部材の軸方向と平行を成す平坦部と、前記平坦部よりも前記リング状部材の内周側に凹む溝部と、を含み、
前記溝部の断面形状が、
（１）２つの直線と、前記２つの直線の交点となる１つの角部とのみから形成されるＶ字状の第一の断面形状、
（２）前記第一の断面形状における角部近傍を丸めて曲線とした第二の断面形状、
（３）円弧状の曲線のみから形成される第三の断面形状、および、
（４）Ｕ字状の第四の断面形状、
からなる群より選択されるいずれか１種以上であり、
前記第一の断面形状および前記第二の断面形状において、前記２つの直線の成す角度が４５度～１６０度であり、
下式を満たすことを特徴とするシリンダライナ用遮熱リング。
・式（１） ０．８５≧Ｓｒ／（Ｄｒ×Ｗｒ）≧０．５
・式（３’） ０．２９≧Ｄｒ／Ｔｒ≧０．２２
〔前記式中、Ｓｒは前記リング状部材の周方向と直交する断面における前記溝部の断面積（ｍｍ ^２ ）を意味し、Ｄｒは前記溝部の最大溝深さ（ｍｍ）を意味し、Ｗｒは前記リング状部材の軸方向における前記溝部の最大開口幅（ｍｍ）を意味し、Ｔｒは前記リング状部材の径方向厚み（ｍｍ）を意味する。〕

【請求項2】

前記溝部の断面形状が、（１）前記第一の断面形状、および、（２）前記第二の断面形状からなる群より選択されるいずれか１種以上であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダライナ用遮熱リング。

【請求項3】

下式（２）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダライナ用遮熱リング。
・式（２） ０．４１≧Ｄｒ／Ｗｒ
〔前記式（２）中、Ｄｒは前記溝部の最大溝深さ（ｍｍ）を意味し、Ｗｒは前記リング状部材の軸方向における前記溝部の最大開口幅（ｍｍ）を意味する。〕

【請求項4】

下式（４）を満たすことを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載のシリンダライナ用遮熱リング。
・式（４） ０．５５≧Ｆｒ／Ｈｒ
〔前記式（４）中、Ｆｒは前記リング状部材の軸方向における前記平坦部の長さ（ｍｍ）を意味し、Ｈｒは前記リング状部材の軸方向高さ（ｍｍ）を意味する。〕

【請求項5】

カーボンスクレーパリングであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載のシリンダライナ用遮熱リング。

【請求項6】

円筒状部材を有し、前記円筒状部材の内周面が、前記円筒状部材の軸方向の一端側近傍の第一領域と、前記一端側近傍以外の第二領域とから構成され、前記第一領域における内径が、前記第二領域における内径よりも大きいシリンダライナと、
前記シリンダライナの前記第一領域に嵌合された請求項１～５のいずれか１つに記載のシリンダライナ用遮熱リングと、を少なくとも備えることを特徴とする内燃機関。

【請求項7】

前記第二領域の内径よりも、前記リング状部材の内径の方が小さいことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。

【請求項8】

ディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリンダライナ用遮熱リングおよび内燃機関に関するものである。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の熱損失の低減を目的として、シリンダライナの燃焼室側の端部近傍の内周面に、遮熱リングを設ける技術が知られている（たとえば、特許文献１、２等）。特許文献１、２に例示されるように従来の遮熱リングでは、断熱用空気層を形成するために、遮熱リングの外周面に、周方向と直交する断面における断面形状が方形状の溝部が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実公平０５－１２５２７号公報

【文献】特開２００７－３２４０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、従来の断熱空気層形成用の溝部を有する遮熱リングでは、内燃機関内での使用により溝部に起因する破損が生じることがある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溝部に起因する破損の生じにくいシリンダライナ用遮熱リングおよびこれを用いた内燃機関を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
本発明のシリンダライナ用遮熱リングは、リング状部材を有し、リング状部材の周方向と直交する断面において、リング状部材の外周面は、リング状部材の軸方向と平行を成す平坦部と、平坦部よりもリング状部材の内周側に凹む溝部と、を含み、溝部の断面形状が、（１）２つの直線と、２つの直線の交点となる１つの角部とのみから形成されるＶ字状の第一の断面形状、（２）第一の断面形状における角部近傍を丸めて曲線とした第二の断面形状、（３）円弧状の曲線のみから形成される第三の断面形状、および、（４）Ｕ字状の第四の断面形状、からなる群より選択されるいずれか１種以上であることを特徴とする。

【0007】

本発明のシリンダライナ用遮熱リングの一実施形態は、第一の断面形状および第二の断面形状において、２つの直線の成す角度が４５度～１６０度であることが好ましい。

【0008】

本発明のシリンダライナ用遮熱リングの他の実施形態は、下式（１）を満たすことが好ましい。
・式（１） ０．８５≧Ｓｒ／（Ｄｒ×Ｗｒ）≧０．５
〔式（１）中、Ｓｒはリング状部材の周方向と直交する断面における溝部の断面積（ｍｍ^２）を意味し、Ｄｒは溝部の最大溝深さ（ｍｍ）を意味し、Ｗｒはリング状部材の軸方向における溝部の最大開口幅（ｍｍ）を意味する。〕

【0009】

本発明のシリンダライナ用遮熱リングの他の実施形態は、下式（２）を満たすことが好ましい。
・式（２） ０．４１≧Ｄｒ／Ｗｒ
〔式（２）中、Ｄｒは溝部の最大溝深さ（ｍｍ）を意味し、Ｗｒはリング状部材の軸方向における溝部の最大開口幅（ｍｍ）を意味する。〕

【0010】

本発明のシリンダライナ用遮熱リングの他の実施形態は、下式（３）を満たすことが好ましい。
・式（３） ０．５７≧Ｄｒ／Ｔｒ
〔式（３）中、Ｄｒは溝部の最大溝深さ（ｍｍ）を意味し、Ｔｒはリング状部材の径方向厚み（ｍｍ）を意味する。〕

【0011】

本発明のシリンダライナ用遮熱リングの他の実施形態は、下式（４）を満たすことが好ましい。
・式（４） ０．５５≧Ｆｒ／Ｈｒ
〔式（４）中、Ｆｒはリング状部材の軸方向における平坦部の長さ（ｍｍ）を意味し、Ｈｒはリング状部材の軸方向高さ（ｍｍ）を意味する。〕

【0012】

本発明のシリンダライナ用遮熱リングの他の実施形態は、リング状部材の内径が８４ｍｍ～２４７ｍｍであり、径方向厚みＴｒが１．５ｍｍ～８．０ｍｍであり、軸方向高さＨｒが５．０ｍｍ～７０．０ｍｍであることが好ましい。

【0013】

本発明のシリンダライナ用遮熱リングの他の実施形態は、カーボンスクレーパリングであることが好ましい。

【0014】

本発明の内燃機関は、円筒状部材を有し、円筒状部材の内周面が、円筒状部材の軸方向の一端側近傍の第一領域と、一端側近傍以外の第二領域とから構成され、第一領域における内径が、第二領域における内径よりも大きいシリンダライナと、リング状部材を有し、かつ、シリンダライナの第一領域に嵌合された遮熱リングと、を少なくとも備え、リング状部材の周方向と直交する断面において、リング状部材の外周面は、リング状部材の軸方向と平行を成す平坦部と、平坦部よりもリング状部材の内周側に凹む溝部と、を含み、溝部の断面形状が、（１）２つの直線と、２つの直線の交点となる１つの角部とのみから形成されるＶ字状の第一の断面形状、（２）第一の断面形状における角部近傍を丸めて曲線とした第二の断面形状、（３）円弧状の曲線のみから形成される第三の断面形状、および、（４）Ｕ字状の第四の断面形状、からなる群より選択されるいずれか１種以上であることを特徴とする。

【0015】

本発明の内燃機関の一実施形態は、第二領域の内径よりも、リング状部材の内径の方が小さいことが好ましい。

【0016】

本発明の内燃機関の他の実施形態は、ディーゼルエンジンであることが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、溝部に起因する破損の生じにくいシリンダライナ用遮熱リングおよびこれを用いた内燃機関を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態のシリンダライナ用遮熱リングの一例および本実施形態の内燃機関の一例を示す模式断面図である。

【図2】本実施形態のシリンダライナ用遮熱リングの他の例および本実施形態の内燃機関の他の例を示す模式断面図である。

【図3】本実施形態のシリンダライナ用遮熱リングの他の例および本実施形態の内燃機関の他の例を示す模式断面図である。

【図4】本実施形態のシリンダライナ用遮熱リングの他の例および本実施形態の内燃機関の他の例を示す模式断面図である。

【図5】従来の断面方形状の溝部が設けられたシリンダライナ用遮熱リングにおける応力分布および温度分布をシミュレーションした解析結果の一例を示す図である。ここで、図５（Ａ）は、シミュレーション解析に用いた遮熱リングの断面形状を示す断面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す遮熱リングおよびシリンダライナの温度分布を示す図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す遮熱リングの応力分布を示す図である。

【図6】本実施形態のシリンダライナ用遮熱リングにおける応力分布および温度分布をシミュレーションした解析結果の一例を示す図である。ここで、図６（Ａ）は、シミュレーション解析に用いた遮熱リングの断面形状を示す断面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す遮熱リングおよびシリンダライナの温度分布を示す図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示す遮熱リングの応力分布を示す図である。

【図7】溝部が設けられていない遮熱リングにおける温度分布をシミュレーションした解析結果の一例を示す図である。ここで、図７（Ａ）は、シミュレーション解析に用いた遮熱リングの断面形状を示す断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す遮熱リングおよびシリンダライナの温度分布を示す図である。

【図8】第一の断面形状を有する溝部の一例を示す拡大断面図である。

【図9】第二の断面形状を有する溝部の一例を示す拡大断面図である。

【図10】第三の断面形状を有する溝部の一例を示す拡大断面図である。ここで、図１０（Ａ）は、溝部の断面形状が半円状の円弧である場合について示す図であり、図１０（Ｂ）は、溝部の断面形状が半円状の円弧よりもより緩く湾曲した円弧である場合について示す図である。

【図11】第四の断面形状を有する溝部の一例を示す拡大断面図である。

【図12】本実施形態のシリンダライナ用遮熱リングの他の例および本実施形態の内燃機関の他の例を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜シリンダライナ用遮熱リング＞
図１～図４は、本実施形態のシリンダライナ用遮熱リング（以下、「遮熱リング」と略す）の一例を示す模式断面図であり、遮熱リングの周方向と直交する断面の構造について示す図である。なお、図１～図４は、遮熱リングが、シリンダライナの燃焼室側の端部近傍の内周面に装着された状態について示してある。また、図１～図４およびその他の図面に示すＹ方向は、遮熱リングおよびシリンダライナの軸方向と平行な方向を意味し、Ｙ方向と直交するＸ方向は、遮熱リングおよびシリンダライナの径方向と平行な方向を意味する。

【0020】

図１～図４に示す遮熱リング１０は、リング状部材２０を有し、リング状部材２０の周方向と直交する断面（図中の紙面）において、リング状部材２０の外周面３０は、リング状部材２０の軸方向と平行を成す平坦部３２と、平坦部３２よりもリング状部材２０の内周側に凹む溝部３４と、を含む。

【0021】

図１～４に示す例では、遮熱リング１０は、シリンダライナ１０２の燃焼室側の端部近傍の内周面１３０Ａ（第一領域）に装着されている。このため、外周面３０のうち、平坦部３２は、シリンダライナ１０２の内周面１３０Ａと接触している。また、図１～図４に示す例では、２つの溝部３４と、３つの平坦部３２とが設けられており、２つの平坦部３２の間に１つの溝部３４が位置している。さらに、図１～図４に示す例では、外周面３０には、軸方向の両端側に切り欠き部（面取り部）３８も設けられている。但し、切り欠き部（面取り部）３８は省略することもできる。なお、溝部３４は、遮熱リング１０の周方向に対して連続的に設けられていることが好ましいが、非連続的に設けられていてもよい。また、溝部３４を遮熱リング１０の周方向に対して連続的に設ける場合、溝部３４が周方向と平行を成すように連続的に設けてもよく、溝部３４が周方向に対して交差することで一定の角度（たとえば、０度を超え３０度以下の角度）を成すように連続的に設けてもよい。

【0022】

ここで、図１に示す遮熱リング１０Ａ（１０）の外周面３０には、２つの直線と、２つの直線の交点となる１つの角部とのみから形成されるＶ字状の断面形状（第一の断面形状）を有する溝部３４Ａ（３４）が設けられており、図２に示す遮熱リング１０Ｂ（１０）の外周面３０には、第一の断面形状における角部近傍を丸めて曲線とした断面形状（第二の断面形状）を有する溝部３４Ｂ（３４）が設けられている。

【0023】

また、図３に示す遮熱リング１０Ｃ（１０）の外周面３０には、円弧状の曲線のみから形成される断面形状（第三の断面形状）を有する溝部３４Ｃ（３４）が設けられており、図４に示す遮熱リング１０Ｄ（１０）の外周面３０には、Ｕ字状の断面形状（第四の断面形状）を有する溝部３４Ｄ（３４）が設けられている。なお、図１～図４に示す遮熱リング１０においては、溝部３４は、リング状部材２０の軸方向に対して一定の間隔（Ｆｒ２）を設けて配置されている。しかしながら、軸方向に隣り合う２つの溝部３４の間隔（Ｆｒ２）を極力小さくして、多数の溝部３４を鋸刃状に設けてもよい。

【0024】

本実施形態の遮熱リング１０においては、外周面３０に設けられる溝部３４の断面形状が、上述した第一の断面形状、第二の断面形状、第三の断面形状および第四の断面形状からなる群より選択されるいずれか１種以上であればよい。たとえば、外周面３０に設けられる溝部３４の数が１つのみであれば、溝部３４の断面形状は、第一の断面形状、第二の断面形状、第三の断面形状および第四の断面形状からなる群より選択されるいずれか１種である。また、外周面３０に設けられる溝部３４の数が２つ以上であれば、溝部３４の断面形状は、（ａ）図１～図４に例示したように、溝部３４の断面形状は、第一の断面形状、第二の断面形状、第三の断面形状および第四の断面形状からなる群より選択されるいずれか１種のみであってもよく、（ｂ）２種類以上を組み合わせたものであってもよい。

【0025】

第一～第四の断面形状から選択されるいずれかの断面形状を有する溝部３４は、特許文献１，２に例示される従来の遮熱リングの外周面に設けられた断面方形状の溝部と比べて、遮熱リングの破損を招きにくい。以下にその理由について説明する。

【0026】

まず、内燃機関の稼働時においては遮熱リングの内周面には筒内圧が作用する。このため、遮熱リングには、遮熱リングの内周側から外周側へと向かう強い力が作用する。それゆえ、遮熱リングの外周面に断熱用空気層を形成するために溝部が設けられていると、当該溝部やその近傍で局所的な応力集中が生じやすくなることは避け難い。

【0027】

そこで、本発明者らは、従来の断面方形状の溝部が設けられた遮熱リングにおいて、溝部に起因した破損が生じやすい原因を検討すべく、遮熱リング断面の応力分布について検討した。図５は、従来の断面方形状の溝部が設けられた遮熱リングにおける応力分布および温度分布をシミュレーションした解析結果の一例を示す図である。

【0028】

ここで、図５（Ａ）は、シミュレーション解析に用いた遮熱リングの断面形状を示す断面図である。図５（Ａ）では、遮熱リング１２がシリンダライナ１０２の内周面１３０Ａに装着された状態を示している。図５（Ａ）に示す遮熱リング１２の外周面３０には、図１～図４に示す２つの溝部３４の代わりに断面方形状の２つの溝部３６が設けられており、溝部３６以外の遮熱リング１２の各部の寸法形状については後述する図６（Ａ）に示す遮熱リング１０Ｂと同様である。また、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す遮熱リング１２の応力分布を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す遮熱リング１２およびシリンダライナ１０２の温度分布を示す図である。

【0029】

なお、図５（Ａ）に示す遮熱リング１２およびシリンダライナ１０２では、主要部の寸法を以下のように設定した。なお、寸法形状に関しては、図５（Ａ）と後述する図６（Ａ）とでは、溝部３６と溝部３４Ｂとの寸法形状のみが異なり、図５（Ａ）および後述する図６（Ａ）と、後述する図７（Ａ）とでは、溝部３６，３４Ｂの有無のみが異なる。
・遮熱リング１２を構成するリング状部材の径方向厚み：２．３ｍｍ
・遮熱リング１２を構成するリング状部材の軸方向高さ：９．９ｍｍ
・リング状部材の軸方向における溝部３６の最大開口幅：３．１５ｍｍ
・溝部３６の最大溝深さ：０．５ｍｍ
・シリンダライナ１０２を構成する円筒状部材（但し、第一領域１３０Ａに対応する部分）の径方向厚み２．７ｍｍ
・シリンダライナ１０２を構成する円筒状部材（但し、第一領域１３０Ａに対応する部分）の軸方向長さ９．９ｍｍ

【0030】

図５に示すシミュレーション解析は、市販の強度及び熱解析ソフトを用いて実施した。シミュレーション解析に際しては、遮熱リング１２およびシリンダライナ１０２の材質を鋳鉄（ＦＣ２５０）と想定し、また、内燃機関における一般的な筒内圧および燃焼熱が遮熱リング１２の内周側から作用し、かつ、周囲温度は室温を想定した条件下にて実施した。ここで、図５（Ｃ）中、白～黒で示される階調表示は応力の大きさを意味し、白いほど応力が大きく、黒いほど応力が小さいことを意味する。なお、図５（Ｂ）の解説については後述する。また、図５（Ａ）および図５（Ｂ）において、遮熱リング１２の断面よりも奥側については描写を省略してある。

【0031】

図５（Ｃ）から明らかなように、断面方形状の溝部３６の２つの角部３６Ｃおよび溝部底面３６Ｂの中央部において、極めて強い応力が作用する層（図中の最も白い部分）と微弱な応力が作用する層（図中の最も黒い部分）とが直接接触して形成される界面（応力集中部）が存在することを確認した。このような応力集中部は、界面の一方側と他方側とにそれぞれ作用する応力の強さが極端に異なる。このため、応力集中部が遮熱リング１２の破壊を生じさせる原因になると推定される。

【0032】

上述した知見を踏まえれば、溝部の断面形状において、（ａ）応力集中部の発生原因となる角部３６Ｃの数を減らすあるいは無くすこと、および、（ｂ）応力集中部の発生原因となる溝部底面３６Ｂの中央部を、内周方向に凸を成すアーチ状あるいはＶ字状に形成することで溝部底面３６Ｂの中央部に局所的に作用する強い応力を周囲に分散させること、が重要であると考えられる。そこで、本発明者らは、図１～図４に例示する溝部３４を有する本実施形態の遮熱リング１０を見出した。ここで、第一の断面形状を有する溝部３４Ａは、角部の数が１つであり、溝部３４Ａの底面の中央部はＶ字状となっている。また、第二～第四の断面形状を有する溝部３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄは、角部３６Ｃが存在せず、溝部３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの溝部底面の中央部は内周方向に凸を成すように湾曲した曲線から構成されるアーチ状となっている。

【0033】

図６は、本実施形態の遮熱リングにおける応力分布および温度分布をシミュレーションした解析結果の一例を示す図である。ここで、図６（Ａ）は、シミュレーション解析に用いた遮熱リングの断面形状を示す断面図であり、各部の寸法を所定の値に設定した以外は図２に示す遮熱リング１０Ｂと実質同一の断面図である。また、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示す遮熱リング１０Ｂの応力分布を示す図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す遮熱リング１０Ｂおよびシリンダライナ１０２の温度分布を示す図である。図６に示すシミュレーション解析は、遮熱リング１０Ｂの溝部３４Ｂと遮熱リング１２の溝部３６とにおける断面形状が異なる以外は、図５に示すシミュレーション解析と同条件にて実施した。すなわち、筒内圧がシリンダライナ１０２側へと伝達されるシリンダライナ１０２と遮熱リング１０Ｂ、１２との接触部（平坦部３２）の位置・数・面積は、遮熱リング１０Ｂと遮熱リング１２とでは同一となっている。また、溝部３４Ｂおよび溝部３６の最大開口幅と最大溝深さも同一である。それゆえ、図５（Ｃ）と図６（Ｃ）とにおける応力分布の違いは、実質的に遮熱リング１０Ｂの溝部３４Ｂと遮熱リング１２の溝部３６とにおける断面形状の違いに起因すると考えられる。なお、図６（Ｂ）の解説については後述する。また、図６（Ａ）および図６（Ｂ）において、遮熱リング１０Ｂの断面よりも奥側については描写を省略してある。

【0034】

なお、図６（Ａ）に示す遮熱リング１０Ｂでは、遮熱リング１０Ｂの主要部の寸法を以下のように設定した。また、シリンダライナ１０２の主要部の寸法は、図５（Ａ）と同一に設定した。なお、溝部３４Ｂの断面形状は、溝部３４Ｂの底面中央部を通りかつリング状部材２０の径方向と平行を成す直線に対して線対称を成している。
・遮熱リング１０Ｂを構成するリング状部材２０の径方向厚み：２．３ｍｍ
・遮熱リング１０Ｂを構成するリング状部材２０の軸方向高さ：９．９ｍｍ
・リング状部材２０の軸方向における溝部３４Ｂの最大開口幅：３．１５ｍｍ
・溝部３４Ｂの最大溝深さ：０．５ｍｍ
・溝部３４Ｂの底面中央近傍の曲線の曲率半径：１．０ｍｍ

【0035】

図６（Ｃ）から明らかなように、本実施形態の遮熱リング１０Ｂにおいても応力分布は存在するものの、図５（Ｃ）に示されるような顕著な応力集中部は確認されなかった。この結果は、図５に示す溝部３６よりも、図１～図４に示す溝部３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの方が、溝部に起因する破損が生じにくいことを裏付けるものである。

【0036】

なお、溝部とシリンダライナとで囲まれた空間（断熱空気層）は、熱伝導性の極めて低い気体（空気、燃焼ガスあるいはその混合ガス）で満たされるため、断熱空気層が、遮熱リングによる断熱性の発揮に大きく寄与する。この点を踏まえれば、断熱空気層の容積が大きい方が断熱性の向上にはより有利であると考えられる。しかしながら、本発明者らが、断熱空気層の容積と、遮熱リングの断熱性との関係について検討したところ、断熱空気層の容積を単純に増大させても、断熱性が大きく向上しない場合があることが判った。以下にその理由について説明する。

【0037】

図７は、溝部が設けられていない遮熱リングにおける温度分布をシミュレーションした解析結果の一例を示す図である。図７（Ａ）では、遮熱リング１４がシリンダライナ１０２の内周面１３０Ａに装着された状態を示している。図７（Ａ）に示す遮熱リング１４は、外周面３０に溝部が設けられていない点を除けば、材質や寸法形状において図５（Ａ）に示す遮熱リング１２および図６（Ａ）に示す遮熱リング１０Ｂと同一の部材である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す遮熱リング１４およびシリンダライナ１０２の温度分布を示す図である。図７に示すシミュレーション解析は、遮熱リング１４が溝部を有さない点を除けば、図５および図６に示すシミュレーション解析と同条件にて実施した。ここで、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）および図７（Ｂ）中、白～黒で示される階調表示は温度の違いを意味し、白いほど温度が高く、黒いほど温度が低いことを意味する。

【0038】

なお、図７（Ａ）に示す遮熱リング１４では、遮熱リング１４の主要部の寸法を以下のように設定した。また、シリンダライナ１０２の主要部の寸法は、図５（Ａ）と同一に設定した。
・遮熱リング１４を構成するリング状部材２０の径方向厚み：２．３ｍｍ
・遮熱リング１４を構成するリング状部材２０の軸方向高さ：９．９ｍｍ

【0039】

図７（Ｂ）から明らかなように、溝部を有さない遮熱リング１４では、燃焼室側から遮熱リング１４を経てシリンダライナ１０２へと、熱がスムーズに伝達されている。すなわち、溝部を有さない遮熱リング１４では、断熱効果は殆ど無い。

【0040】

また、図５（Ｂ）および図６（Ｂ）をさらに参照すると、遮熱リング１０Ｂ、１２では、溝部３４Ｂ、３６（断熱空気層）の存在により、遮熱リング１０Ｂ、１２自体は、遮熱リング１４と比べて高温になっている。しかしながら、これにより、シリンダライナ１０２側の温度はより低温となっている。ここで、遮熱リング１０Ｂと遮熱リング１２とを比べると、遮熱リング１２よりも遮熱リング１０Ｂの方が若干断熱性に劣るものの、遮熱リング１４を基準とした場合、遮熱リング１０Ｂと遮熱リング１２との断熱性には顕著な差が無いことが判る。

【0041】

一方、遮熱リング１０Ｂに設けられた溝部３４Ｂと遮熱リング１２に設けられた溝部３６とでは、最大開口幅、最大溝深さおよび溝部の数において同一であり、両者の差は、溝部の断面形状およびこれに起因する断面積（断熱空気層の容積）のみである。そして溝部３４Ｂの断面積（断熱空気層の容積）は、溝部３６の断面積（断熱空気層の容積）の約１／２である。すなわち、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）および図７（Ｂ）に示すシミュレーション解析結果からは、必ずしも断熱空気層の容積に単純に比例して断熱性が向上するとは言えない場合もあることが判る。また、これらの結果からは、断熱性は、断熱空気層の容積よりも溝部３４Ｂ、３６の最大開口幅、言い換えれば、遮熱リング１０Ｂ、１２からシリンダライナ１０２側への熱伝導の経路となる平坦部３２の断面長さに実質的に大きく依存していると考えられる。

【0042】

ここで、断面方形状の溝部３６と、第一～第四の断面形状を有する溝部３４Ａ，３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄとが同一の最大開口幅および最大溝深さを有する場合、溝部３６よりも溝部３４Ａ，３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの方が断面積（断熱空気層の容積）はより小さく、また、断面積が小さくなった分だけ遮熱リング１０を構成する材質部分（実肉部）が増えることになる。

【0043】

これらのことからは、第一～第四の断面形状を有する溝部３４Ａ，３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄは、同一の最大開口幅および最大溝深さを有する断面方形状の溝部３６を基準とした場合、（ａ）溝部３６と概ね同程度の断熱効果を発揮しつつも、（ｂ）溝部３６に対して溝部の断面形状の違いに由来する遮熱リング１０の強度向上効果に加えて、（ｃ）溝部３６に対して実肉部の増大による遮熱リング１０の強度向上効果も有すると考えられる。

【0044】

次に、本実施形態の遮熱リング１０のより好適な形態について説明する。

【0045】

図８は、第一の断面形状を有する溝部３４Ａの一例を示す拡大断面図であり、図９は、第二の断面形状を有する溝部３４Ｂの一例を示す拡大断面図である。溝部３４Ａの断面形状は、２つの直線４０Ａ，４０Ｂと、これら２つの直線４０Ａ、４０Ｂの交点となる１つの角部４２とのみから形成されるＶ字状の断面形状であり、溝部３４Ｂは、溝部３４Ａの断面形状における角部４２近傍を丸めて曲線４４とした断面形状である。

【0046】

ここで、２つの直線４０Ａ、４０Ｂの成す角度θ１は、２つの直線４０Ａ、４０Ｂの成す形状がＶ字状である限りは特に制限されないが、４５度～１６０度であることが好ましく、９０度～１６０度であることがより好ましく、１２０度～１５０度であることがさらに好ましく、１３５度～１４５度が特に好ましい。角度θ１が４５度未満において遮熱リング１０Ａ、１０Ｂの断熱性を十分に確保するためには、（ａ）リング状部材２０の単位軸方向高さ当たりの外周面３０に設ける溝部３４Ａ、３４Ｂの数を増やすか、あるいは、（ｂ）溝部３４Ａ、３４Ｂの最大溝深さＤｒおよび最大開口幅Ｗｒをより大きくする必要がある。しかし、（ａ）前者の場合、遮熱リング１０Ａ、１０Ｂの製造に際して、溝部３４Ａ、３４Ｂの加工がより煩雑になる。また、（ｂ）後者の場合、実肉部が大幅に減少するため、遮熱リング１０Ａ、１０Ｂの強度が低下し易くなる場合がある。また、角度θ１が１６０度を超える場合は、最大開口幅Ｗｒに対して相対的に断熱空気層の厚みが極端に薄くなるため、遮熱リング１０Ａ、１０Ｂの断熱性が低下し易くなる場合がある。

【0047】

一方、直線４０Ａと平坦部３２とが成す角度θ２Ａ、および、直線４０Ｂと平坦部３２とが成す角度θ２Ｂは、所望の角度θ１が得られる限り特に制限されないが、通常、角度θ２Ａと角度θ２Ｂとは同一であることが好ましい。なお、図８および図９に示す例では、角度θ２Ａと角度θ２Ｂとは同一に設定されている。また、（ｉ）角度θ２Ａおよび角度θ２Ｂは、各々、９０度～１７０度であることが好ましく、１００度～１７０度であることがより好ましく、１２０度～１７０度であることがさらに好ましく、（ｉｉ）角度θ２Ａおよび角度θ２Ｂの和（θ２Ａ＋θ２Ｂ）は、２２５度～３４０度であることが好ましく、２４０度～３２０度であることがより好ましい。さらに、（ｉｉｉ）角度θ２Ａと角度θ２Ｂとの絶対差｜θ２Ａ－θ２Ｂ｜は、０度～４５度が好ましく、０度～３０度がより好ましく、０度～１５度がさらに好ましく、０度が最も好ましい。

【0048】

なお、（ａ）角度θ２Ａ（あるいは角度θ２Ｂ）が９０度以上１００度未満であり、かつ、（ｂ）｜θ２Ａ－θ２Ｂ｜が３０度を超える場合、溝部３４Ａ、３４Ｂの断面形状の非対称性が大きくなる上に、直線４０Ａ（あるいは直線４０Ｂ）は、径方向と平行または略平行を成すことになる。このような断面形状を有する溝部３４Ａ、３４Ｂでは、溝部３４Ａ、３４Ｂを切削加工などにより形成する際の加工が困難になる場合がある。それゆえ、溝部３４Ａ、３４Ｂの加工をより容易とする観点からは、上記条件（ｉ）～（ｉｉｉ）を満たす範囲内であっても、上記条件（ａ）および（ｂ）を満たす範囲以外で、角度θ２Ａおよび角度θ２Ｂを適宜選択することがより好適である。しかしながら、加工性に優れた加工手段が利用できる場合やその他のメリットが存在する場合など、必要であれば、勿論、条件（ａ）および（ｂ）を満たす溝部３４Ａ、３４Ｂを設けてもよい。

【0049】

また、曲線４４の曲率半径は特に限定されないが、０．２ｍｍ～４．０ｍｍが好ましく、０．５ｍｍ～１．５ｍｍがより好ましく、０．８ｍｍ～１．５ｍｍが特に好ましい。

【0050】

図１０は、第三の断面形状を有する溝部３４Ｃの例を示す拡大断面図である。ここで、図１０（Ａ）は、溝部３４Ｃの断面形状が半円状の円弧５０Ａ（５０）である場合（２×最大溝深さＤｒ＝最大開口幅Ｗｒである場合）について示した例であり、図１０（Ｂ）は、溝部３４Ｃの断面形状が半円状の円弧５０Ａよりもより緩く湾曲した円弧５０Ｂ（５０）である場合（２×最大溝深さＤｒ＜最大開口幅Ｗｒである場合）について示した例である。

【0051】

図１１は、第四の断面形状（断面Ｕ字状）を有する溝部３４Ｄの例を示す拡大断面図である。断面Ｕ字状の溝部３４Ｄは、図１０に例示したような円弧５０と、円弧５０の両端から遮熱リング１０Ｄの外周側方向に延びる２つの直線５２とを組み合わせた断面形状を有することになる。

【0052】

図１～図４および図８～図１１に例示した溝部３４および溝部３４を有する遮熱リング１０においては、下式（１）～（４）の少なくとも１つを満たすことが好ましく、いずれか２つを同時に満たすことがより好ましく、いずれか３つを同時に満たすことがさらに好ましく、４つ全てを同時に満たすことが特に好ましい。

【0053】

・式（１） ０．８５≧Ｓｒ／（Ｄｒ×Ｗｒ）≧０．５
・式（２） ０．４１≧Ｄｒ／Ｗｒ
・式（３） ０．５７≧Ｄｒ／Ｔｒ
・式（４） ０．５５≧Ｆｒ／Ｈｒ

【0054】

ここで、式（１）～式（４）における各数値パラメーターの意味は以下のとうりである。
Ｄｒ：溝部３４の最大溝深さ（ｍｍ）
Ｗｒ：リング状部材２０の軸方向における溝部３４の最大開口幅（ｍｍ）
Ｓｒ：リング状部材２０の周方向と直交する断面における溝部３４の断面積（ｍｍ^２）
Ｔｒ：リング状部材２０の径方向厚み（ｍｍ）
Ｆｒ：リング状部材２０の軸方向における平坦部３２の長さ（ｍｍ）
Ｈｒ：リング状部材２０の軸方向高さ（ｍｍ）

【0055】

なお、平坦部３２の長さＦｒは、個々の平坦部３２の長さＦｒ１～Ｆｒｎの合計長さを意味する。たとえば、図１～図４に示す遮熱リング１０では、リング状部材２０の軸方向の燃焼室側に位置する平坦部３２と、中央部に位置する平坦部３２と、クランク室側に位置する平坦部３２の合計３つの平坦部３２が存在する。したがって、これら３つの平坦部３２の長さＦｒ１、Ｆｒ２、Ｆｒ３の合計値を、平坦部３２の長さＦｒとする。

【0056】

ここで、式（１）に示すＳｒ／（Ｄｒ×Ｗｒ）について、値が１である場合は、断面形状が方形状の溝部３６であることを意味し、値が０．５である場合は、断面形状がＶ字状の溝部３４Ａであることを意味し、値が０．５から１へと増加するに従い、溝部の断面形状は、Ｖ字状（第一の断面形状）から、Ｖ字状の角部を丸めて曲線とした第二の断面形状、円弧状（第三の断面形状）、Ｕ字状（第四の断面形状）、方形状、に順次変化する。式（１）を満たす場合、断面形状が方形状の溝部３６を有する遮熱リング１２と比べて、略同等程度の断熱性を維持しつつも強度が向上した遮熱リング１０を得ることがより容易となる。なお、強度をより改善する観点からは、Ｓｒ／（Ｄｒ×Ｗｒ）は、０．５０～０．８４がより好ましく、０．５３～０．７０がさらに好ましく、０．５４～０．６８が特に好ましい。

【0057】

また、式（２）に示すＤｒ／Ｗｒは、溝部３４のアスペクト比を意味するパラメーターであり、式（３）に示すＤｒ／Ｔｒは、遮熱リング１０に対する溝部３４の深さ比率を意味するパラメーターである。式（２）を満たす場合、断面形状が方形状の溝部３６を有する遮熱リング１２と比べて、略同等程度の断熱性を維持しつつも強度が向上した遮熱リング１０を得ることがより容易となる。そして、式（３）を満たす場合も同様である。
Ｄｒ／Ｗｒの下限値は特に限定されないが実用上は、０．１０以上であることが好ましく、Ｄｒ／Ｔｒの下限値も特に限定されないが実用上は、０．１５以上であることが好ましい。なお、Ｄｒ／Ｗｒは、断熱性と強度とをバランスよく両立させる観点から、０．１６～０．４１がより好ましく、０．１６～０．２１がさらに好ましい。また、Ｄｒ／Ｔｒについても、断熱性と強度とをバランスよく両立させる観点から、０．２２～０．５７がより好ましく、０．２２～０．２９がさらに好ましい。

【0058】

さらに、式（４）に示すＦｒ／Ｈｒは、遮熱リング１０の軸方向高さＨｒに対する平坦部３２の長さＦｒの比率を意味する。なお、軸方向高さＨｒに対する切り欠き部（面取り部）３８の割合は、相対的に非常に小さいことを考慮すると、Ｆｒ／Ｈｒは、ΣＷｒ／Ｈｒ（軸方向高さＨｒに対する最大開口幅Ｗｒの総和の比率）の逆関数とも言える。式（４）を満たす場合、断面形状が方形状の溝部３６を有する遮熱リング１２と比べて、略同等程度の断熱性を維持しつつも強度が大きく向上した遮熱リング１０を得ることがより容易となる。Ｆｒ／Ｈｒの下限値は特に限定されないが実用上は、０．１０以上であることが好ましい。また、Ｆｒ／Ｈｒは、強度よりも断熱性をより改善したい場合、０．１８以上０．３７未満であることがより好ましく、断熱性よりも強度をより改善したい場合、０．３７～０．５５であることがより好ましい。

【0059】

また、本実施形態の遮熱リング１０においては、遮熱リング１０の強度が低下するのを抑制する観点から下式（５）を満たすことも好適である。
・式（５） Ｔｒ－Ｄｒ≧１．０ｍｍ

【0060】

本実施形態の遮熱リング１０を構成するリング状部材２０の材質としては特に限定されないが、たとえば、鉄、鉄合金（ＳＵＨ等の耐熱鋼、ＳＵＳ等のステンレス鋼、鋳鉄（特にシリンダライナ１０２と同一材質の鋳鉄）など）、ニッケル合金（インコネルなど）が挙げられる。

【0061】

また、本実施形態の遮熱リング１０を構成するリング状部材２０の外観寸法は特に限定されないが、一般的には、内径が８４ｍｍ～２４７ｍｍであることが好ましく、１０７ｍｍ～２３４ｍｍであることがより好ましく、１１１ｍｍ～１４７ｍｍであることがさらに好ましく、径方向厚みＴｒが１．５ｍｍ～８ｍｍであることが好ましく、１．５ｍｍ～３．０ｍｍであることがより好ましく、軸方向高さＨｒが５．０ｍｍ～７０．０ｍｍであることが好ましく、６．５ｍｍ～１８．０ｍｍであることがより好ましい。また、第一～第四の断面形状に共通する寸法である最大開口幅Ｗｒおよび最大溝深さＤｒについては、特に限定されるものではないが、たとえば最大開口幅Ｗｒは１．０ｍｍ～４０ｍｍ程度とすることが好ましく、最大溝深さＤｒは０．２ｍｍ～４．０ｍｍ程度とすることが好ましい。

【0062】

リング状部材２０の周方向と直交する断面において外周面３０に設けられる溝部３４の数は特に制限されずリング状部材２０の軸方向高さ全域当たり１個以上であれば任意の個数を選択できる。しかしながら、溝部３４の数は、リング状部材２０の軸方向高さ１０ｍｍ当たり２個～５個がより好ましく、２個～３個がさらに好ましく、２個が特に好ましい。溝部３４の数がリング状部材２０の軸方向高さ全域当たり１個の場合においてさらに式（４）を満たそうとしたときは、リング状部材２０の軸方向において、１個の溝部３４の両側に位置する２つの狭い平坦部３２に応力が集中し易くなる。すなわち、遮熱リング１０の強度確保の観点で、リング状部材２０の軸方向に適度に応力を分散させることが困難になり易い。また、溝部３４の数がリング状部材２０の軸方向高さ１０ｍｍ当たり６個以上の場合、リング状部材２０の軸方向において隣り合う２つの溝部３４の間に位置する平坦部３２の幅（軸方向長さ）は狭くなる。このため、溝部３４を切削加工で形成する際に、平坦部３２の破損が生じ易くなる。

【0063】

なお、本実施形態の遮熱リング１０は、内燃機関の熱損失の低減を目的として利用される部材であるが、この目的に加えて、ピストンのトップランドに付着したカーボンの掻き落としを目的とした部材（カーボンスクレーパリング）としても用いてもよい。遮熱リング１０をカーボンスクレーパリングとしても用いる場合、遮熱リング１０を構成するリング状部材２０の内径は、遮熱リング１０を装着するシリンダライナ１０２の内径（遮熱リング１０が装着される部位よりもクランク室側の部位における内径）よりも若干小さめに設定される。一方、本実施形態の遮熱リング１０を、カーボンスクレーパリングとして用いない場合は、遮熱リング１０を構成するリング状部材２０の内径は、遮熱リング１０を装着するシリンダライナ１０２の内径（遮熱リング１０が装着される部位よりもクランク室側の部位における内径）と略同等、あるいは、これよりも大きくてもよい。

【0064】

また、本実施形態の遮熱リング１０を構成するリング状部材２０の表面に対しては、必要に応じて各種の表面処理を施したり、各種の皮膜を成膜してもよい。たとえば、リング状部材２０の表面に溶射処理により形成された溶射膜や、パルホス処理により形成されたリン酸マンガン皮膜などを形成することができる。これらの皮膜は、皮膜の形成方法にも依存するが、リング状部材２０の表面の一部分（外周面３０、内周面６０など）に選択的に形成したり、リング状部材２０の表面全体を覆うように形成することができる。なお、溶射膜やリン酸マンガン皮膜は、一般的に断熱性にも優れることから、遮熱リング１０の断熱性を向上させる観点ではリング状部材２０の少なくとも外周面３０に形成されていることが好ましい。

【0065】

本実施形態の遮熱リング１０は、遮熱リング１０を装着可能なシリンダライナを備えた内燃機関であれば、如何様なタイプの内燃機関においても利用できる。このような内燃機関としては、代表的にはガソリンエンジン、ディーゼルエンジンが挙げられる。なお、燃焼室においてカーボンが発生し易いディーゼルエンジンにおいて本実施形態の遮熱リング１０を用いる場合、本実施形態の遮熱リング１０は、カーボンスクレーパリングとしても用いられることが好ましい。

【0066】

＜内燃機関＞
本実施形態の内燃機関は、シリンダライナと本実施形態の遮熱リング１０とを少なくとも備える。図１～図４は、本実施形態の内燃機関２００Ａ（２００）の一例を示す模式断面図である。図１～図４に示す内燃機関２００Ａは、シリンダライナ１０２と、本実施形態の遮熱リング１０とを少なくとも備えている。シリンダライナ１０２は、円筒状部材１２０を有し、円筒状部材１２０の内周面１３０が、円筒状部材１２０の軸方向の一端側（燃焼室側）近傍の第一領域１３０Ａと、一端側近傍以外の第二領域１３０Ｂとから構成される。また、第一領域１３０Ａにおける内径は、第二領域１３０Ｂにおける内径よりも大きくなるように設定されている。そして、遮熱リング１０は、シリンダライナ１０２の内周面１３０が外周側へと部分的に凹んだ部分、すなわち、シリンダライナ１０２の第一領域１３０Ａに嵌合されている。

【0067】

図１２は、本実施形態の内燃機関の他の例を示す模式断面図であり、カーボンスクレーパリングとしても機能する本実施形態の遮熱リング１０を備えた内燃機関２００の一例について示す図である。図１２に示す内燃機関２００Ｄ（２００）は、図１～図４に例示したものと同様のシリンダライナ１０２と、このシリンダライナ１０２の第一領域１３０Ａに嵌合された本実施形態の遮熱リング１０Ｅ（１０）とを少なくとも備えている。ここで、図１２に示す遮熱リング１０Ｅは、その内径が図２に示す遮熱リング１０Ｂの内径よりも小さい点を除けば図２に示す遮熱リング１０Ｂと同一の寸法形状を有する部材である。図１２に示す内燃機関２００Ｄでは、シリンダライナ１０２を構成する円筒状部材１２０の第二領域１３０Ｂにおける内径よりも、遮熱リング１０Ｅを構成するリング状部材２０の内径の方が小さくなっている。このため、シリンダライナ１０２の第二領域１３０Ｂに対して、リング状部材２０の内周面６０は、シリンダライナ１０２の中心軸側により突出するように位置する。それゆえ、ピストン３００のトップランド３１０の外周面にカーボン４００が付着した場合、カーボン４００は、シリンダライナ１０２内においてピストン３００が上死点に向かって移動する際に、遮熱リング１０Ｅにより掻き落される。なお、遮熱リング１０Ｅを構成するリング状部材２０の内径は、ピストン３００のトップランド３１０の外径よりも大きくなるように設定される。

【0068】

なお、図１～図４に例示した内燃機関２００Ａでは、遮熱リング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを構成するリング状部材２０の内周面６０と、シリンダライナ１０２の第二領域１３０Ｂとは面一を成している。すなわち、第二領域１３０Ｂの内径とリング状部材２０の内径とは同一である。このため、内燃機関２００Ａでは、遮熱リング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、カーボンスクレーパリングとしての機能は有さない。

【0069】

本実施形態の内燃機関２００は、如何様なタイプの内燃機関でもよいが、代表的にはガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンであることが好ましい。

【0070】

なお、シリンダライナ１０２を構成する円筒状部材１２０の内周面１３０に対しては、必要に応じて各種の表面処理を施したり、各種の皮膜を成膜してもよい。たとえば、円筒状部材１２０の内周面１３０に溶射処理により形成された溶射膜や、パルホス処理により形成されたリン酸マンガン皮膜などを形成することができる。これらの皮膜は、皮膜の形成方法にも依存するが、円筒状部材１２０の内周面１３０の一部分（第一領域１３０Ａ、第二領域１３０Ｂなど）に選択的に形成したり、内周面１３０全体を覆うように形成することができる。なお、溶射膜やリン酸マンガン皮膜は、一般的に断熱性にも優れることから、遮熱リング１０が装着された部位近傍の断熱性を向上させる観点では少なくとも第一領域１３０Ａに形成されていることが好ましい。

【実施例】

【0071】

以下に本発明を実施例により具体的に説明する。但し、本発明は以下に示す実施例にのみ限定されるものでは無い。

【0072】

実施例１～９および比較例１の遮熱リングについて、式（１）～式（４）に示すパラメーター：Ｓｒ／（Ｄｒ×Ｗｒ）、Ｄｒ／Ｗｒ、Ｄｒ／Ｔｒ、Ｆｒ／Ｈｒに対する、遮熱リングの内周面温度および溝部径方向最大変位量の変動傾向についてシミュレーション解析を実施した。結果を表１～表３に示す。なお、いずれの実施例および比較例においても、遮熱リングの外観寸法、溝部の数および材質は全て同一としてある。また、表中に示す遮熱リングの各部の寸法の単位は全てｍｍである。さらに、２つの溝部は、遮熱リングの軸方向に対して図１等に例示されるように等間隔に設けた。なお、内周面温度は、値が大きい程、遮熱リングの断熱性が優れていることを意味する評価項目であり、溝部径方向最大変位量は、値が小さい程、遮熱リング内で生じている応力が小さく、遮熱リングの疲労破壊が生じにくいことを意味する評価項目である。

【0073】

なお、表１～表３に示すシミュレーション解析は、市販の強度及び熱解析ソフトを用いて実施した。シミュレーション解析に際しては、遮熱リングおよびこれと組み合わせて用いたシリンダライナの材質を鋳鉄（ＦＣ２５０）と想定し、また、内燃機関における一般的な筒内圧および燃焼熱が遮熱リングの内周側から作用し、かつ、周囲温度は室温を想定した条件下にて実施した。

【0074】

ここで、表１は、溝部の最大開口幅Ｗｒおよび最大溝深さＤｒが同一である場合において、Ｓｒ／（Ｄｒ×Ｗｒ）に対する内周面温度および溝部径方向最大変位量を評価した結果について示している。なお、溝部の最大開口幅Ｗｒおよび最大溝深さＤｒが同一である場合において、Ｓｒ／（Ｄｒ×Ｗｒ）の値を変えることは溝部の形状を変えることと同義でもあり、断面形状を定量的パラメーターとして定義したものとも言える。よって、表１は、溝部の断面形状に対する内周面温度および溝部径方向最大変位量を評価した結果と言うこともできる。

【0075】

表２は、溝部の断面形状および最大開口幅Ｗｒが同一である場合において、最大溝深さＤｒに対する内周面温度および溝部径方向最大変位量を評価した結果について示している。但し、最大溝深さＤｒの断熱性および機械的強度への影響は、最大溝深さＤｒの絶対値では無く、遮熱リング全体に占める最大溝深さＤｒの相対的割合により強く影響されると考えられる。このため、表２では、遮熱リングの主要な軸方向寸法である最大開口幅Ｗｒ、および、遮熱リングの主要な径方向寸法である径方向厚みＴｒを基準値とした際の最大溝深さＤｒの比率、すなわち、Ｄｒ／Ｗｒ（溝部のアスペクト比）、Ｄｒ／Ｔｒ（遮熱リングに対する溝部の深さ比率）に対する内周面温度および溝部径方向最大変位量を評価した結果について示した。

【0076】

表３は、平坦部長さＦｒ（あるいは、平坦部長さＦｒの実質的に逆関数と言える最大開口幅Ｗｒ）に対する内周面温度および溝部径方向最大変位量を評価した結果について示している。但し、平坦部長さＦｒの断熱性および機械的強度への影響は、平坦部長さＦｒの絶対値では無く、遮熱リング全体に占める平坦部長さＦｒの相対的割合により強く影響されると考えられる。このため、表３では、遮熱リングの主要な軸方向寸法である軸方向高さＨｒを基準値とした際の平坦部長さＦｒの比率、すなわち、Ｆｒ／Ｈｒに対する内周面温度および溝部径方向最大変位量を評価した結果について示した。Ｆｒ／Ｈｒは、軸方向における平坦部の占有比率と言える。

【0077】

【表1】

【0078】

【表2】

【0079】

【表3】

【符号の説明】

【0080】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ ：遮熱リング
１２ ：遮熱リング
１４ ：遮熱リング
２０ ：リング状部材
３０ ：外周面
３２ ：平坦部
３４、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ ：溝部
３６ ：溝部
３６Ｂ ：溝部底面
３６Ｃ ：角部
３８ ：切り欠き部（面取り部）
４０Ａ、４０Ｂ ：直線
４２ ：角部
４４ ：曲線
５０、５０Ａ、５０Ｂ ：円弧
５２ ：直線
６０ ：内周面
１０２ ：シリンダライナ
１２０ ：円筒状部材
１３０ ：内周面
１３０Ａ ：第一領域（燃焼室側の端部近傍の内周面）
１３０Ｂ ：第二領域
２００、２００Ａ、２００Ｄ ：内燃機関
３００ ：ピストン
３１０ ：トップランド
４００ ：カーボン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】