JP2006348890A - Piston device for reciprocating engine - Google Patents
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Abstract
【課題】 往復動型機関にて発生する圧力を利用してピストンリングに適切なリング張力を与えることができ、しかも、リング張力を得るために利用した圧力、あるいはガスの漏れに対する防止効果も高く維持できる往復動型機関のピストン装置を提供する。
【解決手段】 シリンダ2内に摺動自在に挿入され、外周にはピストンリング溝8が設けられたピストン本体3と、ピストンリング溝8に配置されてシリンダ壁2aに接触可能なセカンドリング12とを具備するピストン装置1Aにおいて、ピストン本体3には、ピストンリング溝8の溝底面からピストン本体3を貫くように延びてクランク室C2に開口する通路15を設ける。通路15の溝底面側の端部には、当該通路15とピストンリング溝8との間を閉鎖するように膜状部材16を設ける。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an appropriate ring tension to a piston ring by using a pressure generated in a reciprocating engine, and also has a high effect of preventing the pressure used for obtaining the ring tension or gas leakage. A piston device for a reciprocating engine that can be maintained is provided.
SOLUTION: A piston main body 3 slidably inserted into a cylinder 2 and provided with a piston ring groove 8 on an outer periphery thereof, and a second ring 12 disposed in the piston ring groove 8 and capable of contacting a cylinder wall 2a, 1A, the piston body 3 is provided with a passage 15 extending from the bottom surface of the piston ring groove 8 so as to penetrate the piston body 3 and opening into the crank chamber C2. A film-like member 16 is provided at the end of the passage 15 on the groove bottom side so as to close the space between the passage 15 and the piston ring groove 8.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、往復動型内燃機関等に用いられるピストン装置に関する。 The present invention relates to a piston device used for a reciprocating internal combustion engine or the like.
往復動型機関に用いられるピストン装置として、ピストンリング溝の溝底面からピストン本体を貫くように延びてシリンダ室に開口する通路をピストン本体に形成し、シリンダ室の圧力をその通路からピストンリング溝の溝底面とピストンリングの内周との間の空間に導入し、それによりリング張力、すなわちピストンリングをシリンダ壁に押し付ける力を高めるようにしたスターリングエンジン用のピストン装置が知られている(例えば特許文献1参照)。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
しかしながら、シリンダ室とピストンリング溝とをピストン本体内の通路を介して連通させた場合、シリンダ室の圧力、あるいはガスがその通路を介してピストン本体の反対側へ漏れ、あるいは抜けるおそれが高くなる。 However, when the cylinder chamber and the piston ring groove are communicated with each other via a passage in the piston body, there is a high possibility that the pressure in the cylinder chamber or gas leaks or escapes to the opposite side of the piston body through the passage. .
そこで、本発明は、往復動型機関にて発生する圧力を利用してピストンリングに適切なリング張力を与えることができ、しかも、リング張力を得るために利用した圧力、あるいはガスの漏れに対する防止効果も高く維持できる往復動型機関のピストン装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can apply an appropriate ring tension to the piston ring by using the pressure generated in the reciprocating engine, and also prevents the pressure used for obtaining the ring tension or the gas leakage. An object of the present invention is to provide a piston device for a reciprocating engine that can maintain a high effect.
本発明は、シリンダ内に摺動自在に挿入され、外周にはピストンリング溝が設けられたピストン本体と、前記ピストンリング溝に配置されてシリンダ壁に接触可能なピストンリングとを具備し、前記ピストン本体には、前記ピストンリング溝の溝底面から前記ピストン本体を貫くように延びて前記ピストン本体の動作方向の一端側の室内に開口する通路が設けられ、前記通路の前記溝底面側の端部には、当該通路と前記ピストンリング溝との間を閉鎖するように膜状部材が設けられた往復動型機関のピストン装置により、上述した課題を解決する(請求項1)。 The present invention comprises a piston body that is slidably inserted into a cylinder and provided with a piston ring groove on the outer periphery thereof, and a piston ring that is disposed in the piston ring groove and can contact a cylinder wall, The piston body is provided with a passage that extends from the groove bottom surface of the piston ring groove so as to penetrate the piston body and opens into a chamber on one end side in the operation direction of the piston body, and the end of the passage on the groove bottom surface side is provided. The above-described problem is solved by a piston device of a reciprocating engine in which a film-like member is provided in the section so as to close a space between the passage and the piston ring groove (Claim 1).
本発明のピストン装置によれば、ピストン本体の動作方向一端側の室内で発生する圧力を通路から膜状部材に導いて膜状部材を振動させ、それにより膜状部材とピストンリングの内周との間の空気を振動させてピストンリングにシリンダ壁へ向かう方向のリング張力を作用させることができる。あるいは、膜状部材をピストンリングの内周に接触させてピストンリングを半径方向外側に押し出すこともできる。往復動型機関に発生する圧力を利用してリング張力を得ているので、圧力が低いときにはリング張力も低下し、それに伴って、ピストンリングとシリンダ壁との間の摩擦抵抗も減少する。このため、摩擦抵抗が必要以上に上昇するおそれがなく、摩擦によるエネルギ損失、燃費悪化等の不都合も回避される。圧力を導くための通路が膜状部材によってピストンリング溝に対して閉鎖されているため、通路からピストンリング溝内に、あるいはピストンリング溝から通路へと圧力、又はガスが抜けることがない。 According to the piston device of the present invention, the pressure generated in the chamber at one end in the operation direction of the piston body is guided from the passage to the membrane member to vibrate the membrane member, and thereby the membrane member and the inner periphery of the piston ring The ring tension in the direction toward the cylinder wall can be applied to the piston ring by vibrating the air between them. Alternatively, the membrane member can be brought into contact with the inner periphery of the piston ring to push the piston ring radially outward. Since the ring tension is obtained by utilizing the pressure generated in the reciprocating engine, the ring tension is also lowered when the pressure is low, and accordingly, the frictional resistance between the piston ring and the cylinder wall is also reduced. For this reason, there is no possibility that the frictional resistance increases more than necessary, and inconveniences such as energy loss due to friction and deterioration in fuel consumption are avoided. Since the passage for guiding the pressure is closed with respect to the piston ring groove by the membrane member, pressure or gas does not escape from the passage into the piston ring groove or from the piston ring groove to the passage.
本発明の一形態においては、前記ピストンリングの内周面に、前記膜状部材に向かって突出する内向突出部が設けられてもよい(請求項2)。この形態によれば、内向突出部を設けることにより、ピストンリングと膜状部材との間に存在する空間を狭め、それにより膜状部材の振動に対するリング張力の変化の応答性を向上させることができる。あるいは、膜状部材をピストンリングの内周に対してより容易に接触させて膜状部材の振動をリング張力へと迅速かつ確実に変換することができる。 In one form of this invention, the inward protrusion part which protrudes toward the said film-like member may be provided in the internal peripheral surface of the said piston ring (Claim 2). According to this embodiment, by providing the inward protruding portion, the space existing between the piston ring and the membrane member can be narrowed, thereby improving the response of the change in the ring tension to the vibration of the membrane member. it can. Alternatively, the membrane member can be more easily brought into contact with the inner circumference of the piston ring to quickly and reliably convert the vibration of the membrane member into the ring tension.
本発明の一形態においては、前記膜状部材の前記ピストンリングと対向する外面に、前記ピストンリングに向かって突出する外向突出部が設けられてもよい(請求項3)。この形態によれば、外向突出部を設けることにより、ピストンリングと膜状部材との間に存在する空間を狭め、それにより膜状部材の振動に対するリング張力の変化の応答性を向上させることができる。あるいは、外向突出部をピストンリングの内周に対して接触させて膜状部材の振動をリング張力へと迅速かつ確実に変換することができる。 In one form of this invention, the outward protrusion part which protrudes toward the said piston ring may be provided in the outer surface facing the said piston ring of the said film-like member (Claim 3). According to this embodiment, by providing the outward projecting portion, the space existing between the piston ring and the membrane member can be narrowed, thereby improving the response of the change in the ring tension to the vibration of the membrane member. it can. Alternatively, the outward projection can be brought into contact with the inner periphery of the piston ring to quickly and reliably convert the vibration of the membrane member into the ring tension.
本発明の一形態においては、前記往復動型機関が内燃機関であり、前記動作方向の一端側の室が前記内燃機関のクランク室であってもよい(請求項4)。この形態によれば、クランク室の内圧が通路を介して膜状部材に作用する。従って、ピストンリングの摩耗、シリンダ壁の熱膨張、あるいは内燃機関の負荷の増加に伴うシリンダ壁とピストンリングとの隙間の増大等の影響で燃焼室からクランク室へ漏れる圧力が増加したときに膜状部材が振動してリング張力が増加し、クランク室への圧力漏れが抑えられる。これにより、ブローバイガスの流量が減少し、オイル品質の劣化、オイル消費量の増加が抑制され、内燃機関の出力低下も回避される。一方、ピストンリングの摩耗が小さい場合、内燃機関が軽負荷で運転されている場合、あるいはシリンダ壁の熱膨張が小さく抑えられている場合のように、ピストンリングによるシール性能が十分に確保され、その結果としてクランク室の内圧が小さく保たれている場合には、リング張力も小さく抑えられ、ピストンリングがシリンダ壁に対して必要以上に強く押し付けられるおそれがない。このため、ピストンリングとシリンダ壁との間の摩擦抵抗の過度の上昇を抑え、ピストンリングの摩擦抵抗に起因する出力低下、燃費低下といった不都合も回避することができる。さらに、通路が膜状部材によってピストンリング溝に対して閉鎖されているので、燃焼室からシリンダ壁に沿ってピストンリング溝に回り込む圧力又はガスが通路を経てクランク室に抜けるおそれもない。 In one form of the present invention, the reciprocating engine may be an internal combustion engine, and the chamber on one end side in the operation direction may be a crank chamber of the internal combustion engine. According to this embodiment, the internal pressure of the crank chamber acts on the membrane member through the passage. Therefore, when the pressure leaked from the combustion chamber to the crank chamber increases due to the wear of the piston ring, thermal expansion of the cylinder wall, or an increase in the clearance between the cylinder wall and the piston ring due to an increase in the load of the internal combustion engine, etc. The ring-shaped member vibrates and the ring tension increases, and the pressure leakage to the crank chamber is suppressed. As a result, the flow rate of blow-by gas is reduced, deterioration of oil quality and increase in oil consumption are suppressed, and reduction in output of the internal combustion engine is also avoided. On the other hand, when the wear of the piston ring is small, when the internal combustion engine is operated at a light load, or when the thermal expansion of the cylinder wall is kept small, the sealing performance by the piston ring is sufficiently secured, As a result, when the internal pressure of the crank chamber is kept small, the ring tension is also kept small, and there is no possibility that the piston ring is pressed against the cylinder wall more strongly than necessary. For this reason, an excessive increase in the frictional resistance between the piston ring and the cylinder wall can be suppressed, and inconveniences such as a reduction in output and fuel consumption due to the frictional resistance of the piston ring can be avoided. Further, since the passage is closed with respect to the piston ring groove by the film-like member, there is no possibility that pressure or gas flowing from the combustion chamber to the piston ring groove along the cylinder wall will escape to the crank chamber through the passage.
内燃機関のクランク室に対して通路を開口させる形態において、前記ピストン本体には、前記ピストンリングとして、前記ピストン本体の軸線方向に間隔を開けて2本のコンプレッションリングが取り付けられ、前記通路は前記クランク室に近い側のコンプレッションリングが配置されるピストンリング溝の溝底面と前記クランク室とを結ぶように設けられてもよい(請求項5)。この形態によれば、燃焼室側のピストンリング溝とクランク室とを結ぶように通路を設ける場合と比較して通路の位置をクランク室により接近させ、それにより、通路をクランク室に対して容易に開口させることができる。ピストン本体の肉厚が、燃焼室側のピストンリング溝の背後よりもクランク室側のピストンリング溝の背後においてより小さく設定されている場合には、燃焼室側のピストンリング溝とクランク室とを通路で結ぶ場合と比較して通路の全長が短縮され、その結果、クランク室の圧力変化に対して膜状部材が迅速に振動し、リング張力の変化の応答性が向上する。 In a mode in which a passage is opened with respect to a crank chamber of an internal combustion engine, two compression rings are attached to the piston body as the piston ring at intervals in the axial direction of the piston body, and the passage is The piston chamber may be provided so as to connect the bottom surface of the piston ring groove in which the compression ring on the side close to the crank chamber is disposed to the crank chamber. According to this embodiment, the position of the passage is made closer to the crank chamber as compared with the case where the passage is provided so as to connect the piston ring groove on the combustion chamber side and the crank chamber, thereby making the passage easier to the crank chamber. Can be opened. When the piston body wall thickness is set smaller behind the piston ring groove on the crank chamber side than behind the piston ring groove on the combustion chamber side, the piston ring groove and crank chamber on the combustion chamber side The overall length of the passage is shortened as compared with the case where the passages are connected, and as a result, the membrane member rapidly vibrates with respect to the pressure change in the crank chamber, and the response of the change in the ring tension is improved.
本発明の一形態においては、前記往復動型機関が内燃機関であり、前記動作方向の一端側の室が前記内燃機関の燃焼室であってもよい(請求項6)。この形態によれば、燃焼室で発生する圧力が通路を介して膜状部材に作用する。従って、燃焼室の圧力が上昇するときにリング張力を増加させてピストンリングをシリンダ壁に対してより強く押し付け、クランク室への圧力漏れを抑えることができる。この結果、ブローバイガスの流量が減少し、オイル品質の劣化、オイル消費量の増加が抑制され、内燃機関の出力低下も回避される。燃焼室の圧力が小さいときはリング張力も小さく抑えられ、ピストンリングがシリンダ壁に対して必要以上に強く押し付けられるおそれがない。このため、ピストンリングとシリンダ壁との間の摩擦抵抗の過度の上昇を抑え、ピストンリングの摩擦抵抗に起因する出力低下、あるいは燃費低下といった不都合も回避することができる。さらに、通路が膜状部材によってピストンリング溝に対して閉鎖されているので、燃焼室から通路に導かれる圧力又はガスがピストンリング溝を経てクランク室に抜けるおそれもない。 In one form of the present invention, the reciprocating engine may be an internal combustion engine, and the chamber on one end side in the operation direction may be a combustion chamber of the internal combustion engine. According to this form, the pressure generated in the combustion chamber acts on the membrane member via the passage. Therefore, when the pressure in the combustion chamber rises, the ring tension can be increased to press the piston ring more strongly against the cylinder wall, and pressure leakage into the crank chamber can be suppressed. As a result, the flow rate of blow-by gas decreases, deterioration of oil quality and increase in oil consumption are suppressed, and a decrease in output of the internal combustion engine is also avoided. When the pressure in the combustion chamber is low, the ring tension is also kept small, and there is no possibility that the piston ring will be pressed more strongly than necessary against the cylinder wall. For this reason, an excessive increase in the frictional resistance between the piston ring and the cylinder wall can be suppressed, and inconveniences such as a decrease in output or a decrease in fuel consumption due to the frictional resistance of the piston ring can be avoided. Furthermore, since the passage is closed with respect to the piston ring groove by the membrane member, there is no possibility that the pressure or gas guided from the combustion chamber to the passage passes through the piston ring groove to the crank chamber.
内燃機関の燃焼室に対して通路を開口させる形態において、前記ピストン本体には、前記ピストンリングとして、前記ピストン本体の軸線方向に間隔を開けて2本のコンプレッションリングが取り付けられ、前記通路は前記燃焼室に近い側のコンプレッションリングが配置されるピストンリング溝の溝底面と前記燃焼室とを結ぶように設けられてもよい(請求項7)。この場合には、クランク室側のピストンリング溝と燃焼室とを結ぶように通路を設ける場合と比較して通路の全長が短縮され、その結果、燃焼室の圧力変化に対して膜状部材が迅速に振動し、リング張力の変化の応答性が向上する。 In a mode in which a passage is opened to a combustion chamber of an internal combustion engine, two compression rings are attached to the piston body as the piston ring at an interval in the axial direction of the piston body. A compression ring on the side close to the combustion chamber may be provided so as to connect the bottom surface of the piston ring groove and the combustion chamber. In this case, the overall length of the passage is shortened as compared with the case where the passage is provided so as to connect the piston ring groove on the crank chamber side and the combustion chamber. It vibrates quickly and the response of changes in ring tension is improved.
以上に説明したように、本発明の内燃機関用ピストン装置によれば、往復動型機関にて発生する圧力を通路を介して膜状部材に作用させて膜状部材を振動させることにより、リング張力を得るようにしたので、圧力上昇時にはリング張力を高めて圧力又はガスの漏れを防止し、圧力低下時にはリング張力を減少させてピストンリングとシリンダ壁との間の摩擦抵抗を減少させ、それにより摩擦抵抗が必要以上に上昇するおそれを排除し、摩擦によるエネルギ損失、燃費悪化等の不都合を回避することができる。従って、ピストンリングに対して圧力に応じた適切なリング張力を与えることができる。しかも、圧力を導くための通路が膜状部材によってピストンリング溝に対して閉鎖されているため、通路からピストンリング溝内に、あるいはピストンリング溝から通路へと圧力、又はガスが抜けることがなく、リング張力を得るために利用した圧力、あるいはガスの漏れに対する防止効果も高く維持できる。 As explained above, according to the piston device for an internal combustion engine of the present invention, the ring member is vibrated by causing the pressure generated in the reciprocating engine to act on the film member via the passage. Since the tension is obtained, the ring tension is increased to prevent pressure or gas leakage when the pressure rises, and the ring tension is reduced to reduce the frictional resistance between the piston ring and the cylinder wall when the pressure is lowered. This eliminates the possibility that the frictional resistance increases more than necessary, and avoids inconveniences such as energy loss due to friction and deterioration of fuel consumption. Accordingly, an appropriate ring tension corresponding to the pressure can be applied to the piston ring. Moreover, since the passage for guiding the pressure is closed with respect to the piston ring groove by the membrane member, pressure or gas does not escape from the passage into the piston ring groove or from the piston ring groove to the passage. Further, the pressure used for obtaining the ring tension, or the effect of preventing gas leakage can be kept high.
(第1の形態)
図1は本発明を4サイクル往復動型の内燃機関のピストン装置に適用した第1の形態を示している。ピストン装置1Aは内燃機関のシリンダ2内に摺動自在に挿入されるピストン本体3を備えている。ピストン本体3の上面側は燃焼室C1に臨み、下面側はクランク室C2に臨んでいる。ピストン本体3の内部にはクランク室C2に開口する凹部3aが形成され、その凹部3aにコネクティングロッド4のスモールエンド4aが挿入され、そのスモールエンド4aはピストンピン5を介してピストン本体3と回転自在に連結されている。コネクティングロッド4のビッグエンド4bはクランクピン6を介して不図示のクランク軸と回転自在に連結されている。
(First form)
FIG. 1 shows a first embodiment in which the present invention is applied to a piston device of a four-cycle reciprocating internal combustion engine. The
ピストン本体3の少なくとも上部の外周形状は円筒形に形成され、その円筒部分には3本の環状のピストンリング溝7、8、9がピストン本体3の軸線方向に間隔を空けて設けられている。図2にも示したように、ピストンリング溝7、8、9には、ピストン装置1Aの一部を構成するピストンリングとして、トップリング11、セカンドリング12、及びオイルリング13がそれぞれ装着されている。上段のトップリング11及び中段のセカンドリング12は圧縮漏れを防止するためのコンプレッションリングとして設けられている。下段のオイルリング13はシリンダ壁2aに付着したオイル(潤滑油)を掻き落とすために設けられている。これらのリング11〜13は、いずれも合い口を有するC字型に形成されている。オイルリング13の内周には、オイルリング13をシリンダ壁2aに押し付けるリング張力を付与するためのコイルばね状のエキスパンダ14が設けられている。ピストンリング溝7、8、9のそれぞれの断面寸法は、トップリング11、セカンドリング12及びオイルリング13がピストン本体3の半径方向及び軸線方向に幾らか変位できるように、これらのリングの断面寸法よりも幾ら大きく設定されている。
The outer peripheral shape of at least the upper part of the piston
さらに、ピストン本体3には、中段のピストンリング溝8の溝底面8aからピストン本体3を貫くように延びて凹部3aに開口する複数の通路15がピストン本体3の周方向に適宜の間隔を空けて設けられている。各通路15の溝底面8a側の端部には、通路15とピストンリング溝8との間を閉鎖するように膜状部材16が設けられている。つまり、通路15の溝底面8a側の端部は膜状部材16によって完全に塞がれており、ピストンリング溝8の内部と通路15とは連通していない。膜状部材16はクランク室C2から通路15を介して導入される圧力波によって振動する。このような膜状部材16としては、ダイヤフラム膜、あるいは超音波振動膜を用いることができる。膜状部材16の接合には、接着、溶着等の各種の接合手段を用いてよい。但し、通路15とピストンリング溝8との間の圧力又はガスの漏れを防止するため、膜状部材16の全周を通路15の内周面又は溝底面8aに気密に接合する必要がある。なお、ピストンリング溝8の溝底面8aはセカンドリング12の内周面12a(図2参照)に対して半径方向中心側に十分に後退しており、膜状部材16はセカンドリング12の内周面12aに接しない。
Further, the
次に、ピストン装置1Aの作用を説明する。本形態のピストン装置1Aが適用された往復動型内燃機関においては、トップリング11及びセカンドリング12のシール性能が低下してクランク室C2の内圧が過度に上昇することがある。例えば、トップリング11及びセカンドリング12のいずれの摩耗も小さい場合、内燃機関が軽負荷で運転されている場合、あるいは内燃機関の温度が低くてシリンダ壁2aの熱膨張が小さく抑えられている場合のように、トップリング11及びセカンドリング12によるシール性能が十分に確保されている場合には、図3にAで示したようにクランク室C2の内圧が一時的にゲージ圧=0(つまり大気圧)よりも高い正圧域まで上昇することがあっても、平均圧力Pavは負圧域に保持される。しかしながら、トップリング11又はセカンドリング12の摩耗が進行した場合、内燃機関が高負荷で運転されている場合、あるいはシリンダ壁2aの熱膨張が大きい場合のように、トップリング11又はセカンドリング12とシリンダ壁2aとの間のシール性能が低下した場合には、クランク室C2への圧力の漏れが大きくなって、同図にBで示したように平均圧力Pavが正圧域まで上昇する。また、図4に示したクランク角とピストン系の摩擦トルクとの関係の一例から理解できるように、燃焼開始直後においては燃焼室C1の圧力が急激に上昇し、これに伴ってピストン系の摩擦トルクが同図にCで示したように短時間だけ急激に低下する。このような摩擦トルクの低下は、燃焼室C1の圧力でピストンリング11〜13がシリンダ壁2aから一時的に離れることに起因する。この場合も燃焼室C1の圧力がクランク室C2に抜けてクランク室C2の内圧が大きく上昇する。このようなクランク室C2への圧力漏れが生じると、ブローバイガスの流量が増加してオイル(潤滑油)の品質が劣化し、オイル消費量が増大し、あるいは内燃機関の出力が低下する、といった不都合が生じる。
Next, the operation of the
しかしながら、本形態のピストン装置1Aにおいては、クランク室C2の内圧が通路15を介して膜状部材16に作用するため、クランク室C2の内圧上昇に伴って膜状部材16が振動し、それに伴ってピストンリング溝8の溝底面8aとセカンドリング12との間の空気も振動してセカンドリング12を内周側からシリンダ壁2aに向かって押し出す圧力が発生する。従って、図5に示したようにクランク室C2の内圧が上昇するほどリング張力が増加してセカンドリング12がシリンダ壁2aに対してより強く押し付けられるようになる。これにより、クランク室C2への圧力漏れが抑えられ、それにより、ブローバイガスの流量が減少し、オイル品質の劣化、オイル消費量の増加が抑制され、内燃機関の出力低下も回避される。
However, in the
また、通路15が凹部3aを介してクランク室C2と連通しているので、トップリング11及びセカンドリング12の摩耗が小さい場合、内燃機関が軽負荷で運転されている場合、あるいはシリンダ壁2aの熱膨張が小さく抑えられている場合のように、トップリング11及びセカンドリング12によるシール性能が十分に確保され、その結果としてクランク室C2の内圧が小さく保たれている場合には、リング張力も小さく抑えられ、セカンドリング12がシリンダ壁2aに対して必要以上に強く押し付けられるおそれがない。このため、セカンドリング12とシリンダ壁2aとの間の摩擦抵抗の過度の上昇を抑え、ピストンリングの摩擦抵抗に起因する出力低下、あるいは燃費低下といった不都合も回避することができる。さらに、通路15が膜状部材16によってピストンリング溝8に対して閉鎖されているので、シリンダ壁2aとトップリング11との隙間を通過してピストンリング溝8に流入する圧力あるいはガスが通路15を介してクランク室C2に抜けるおそれもない。
Further, since the
さらに、コンプレッションリングとして設けられる上下2本のリング11及び12のうち、下段のセカンドリング12が配置されたピストンリング溝8とクランク室C2とを結ぶように通路15を設けているので、上段のピストンリング溝7と凹部3aとを結ぶように通路15を設ける場合と比較して通路15の位置をクランク室C2により接近させ、それにより、通路15を凹部3aに容易に開口させることができる。ピストン本体3の肉厚が、上段のピストンリング溝7の背後よりも下段のピストンリング溝8の背後においてより小さく設定されている場合には、ピストンリング溝7と凹部3aとを通路15で結ぶ場合と比較して通路15の全長が短縮され、その結果、クランク室C2の圧力変化に対して膜状部材16が迅速に振動し、リング張力の変化の応答性が向上する。
Furthermore, since the
(第2の形態)
図6は、本発明の第2の形態に係るピストン装置1Bの中段のピストンリング溝8及びこれに配置されるセカンドリング12を示す部分拡大断面図である。なお、図6において第1の形態と共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。第2の形態のピストン装置1Bにおいては、セカンドリング12の内周面12aに半径方向中心側へ突出する内向突出部12bが設けられ、それにより第1の形態に比して膜状部材16とセカンドリング12との半径方向の隙間が狭められている。内向突出部12bの突出量は、膜状部材16が半径方向外側に変位したときにその膜状部材16と内向突出部12bとが接するように設定してもよい。さらに、ピストンリング溝8の溝底面8aには内向突出部12bに沿って突出する段部8b、8cが設けられ、それによりセカンドリング12の内周と膜状部材16との間の空間の体積が第1の形態に比して狭められている。内向突出部12b及び段部8b、8cのそれぞれはピストン本体3の軸線の回りを一周するように設けられる。但し、内向突出部12b、段部8b又は段部8cのうち少なくともいずれか一つがピストンリング溝8の周方向に関して複数のセクションに分割されてもよい。
(Second form)
FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view showing the
以上の構成によれば、膜状部材16とセカンドリング12との間の空間が狭められることにより、膜状部材16の振動がリング張力へと迅速に変換され、それによりクランク室C2の圧力変化に対するリング張力の変化の応答性が向上する。膜状部材16と内向突出部12bとを接触可能とした場合には、膜状部材16の半径方向外側への変位に伴って内向突出部12bが膜状部材16と接して半径方向外側へ押し出される。これにより、クランク室C2の圧力上昇をリング張力へと確実かつ迅速に変換することができる。
According to the above configuration, the space between the
(第3の形態)
図7は本発明の第3の形態に係るピストン装置1Cの中段のピストンリング溝8及びこれに配置されるセカンドリング12を示す部分拡大断面図である。なお、図7において、第1の形態又は第2の形態と共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。第3の形態のピストン装置1Cにおいては、膜状部材16の外面にセカンドリング12に向かって突出する外向突出部17が設けられている。外向突出部17は膜状部材16とは別部品として構成されて膜状部材16に接合されてもよいし、膜状部材16に対して一体的に形成されてもよい。外向突出部17は膜状部材16と一体に振動するように設けられている。外向突出部17の突出量は、膜状部材16の半径方向外側への変位に伴って外向突出部17がセカンドリング12に接するように設定してもよい。外向突出部17はピストン本体3の軸線の回りを一周するように設けられてもよい。ピストンリング溝8の周方向に間隔を空けて複数の外向突出部17が設けられてもよい。
(Third form)
FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing the
以上の構成によれば、セカンドリング12の内周側と膜状部材16との間に残される空間の体積が外向突出部17によって狭められることにより、第2の形態と同様に膜状部材16の振動がリング張力へと迅速に変換され、それによりクランク室C2の圧力変化に対するリング張力の変化の応答性が向上する。外向突出部17とセカンドリング12とを接触可能とした場合には、膜状部材16の半径方向外側への変位に伴って外向突出部17がセカンドリング12を半径方向外側へ押し出す。これにより、クランク室C2の圧力上昇をリング張力へと確実かつ迅速に変換することができる。なお、図7の形態において、セカンドリング12の内向突出部12bを省略してもよい。あるいは、溝底面8aに図6と同様の段部8b、8cを設けてもよい。
According to the above configuration, the volume of the space left between the inner peripheral side of the
(第4の形態)
図8は本発明の第4の形態に係るピストン装置1Dの上段及び中段のピストンリング溝7、8、並びにこれらに配置されるトップリング11及びセカンドリング12を示す部分拡大断面図である。なお、図8において、第1の形態と共通する部分には同一符号を付して説明を省略する。第4の形態のピストン装置1Dにおいては、中段のピストンリング溝8に対応する通路及び膜状部材が省略され、これらに代えて、上段のピストンリング溝7の溝底面7aからピストン本体3を貫くように延びて燃焼室C1に開口する複数の通路18がピストン本体3の周方向に適宜の間隔を空けて設けられている。但し、図8では単一の通路18のみを示している。
(4th form)
FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view showing the upper and middle
各通路18の溝底面7a側の端部には、通路18とピストンリング溝7との間を閉鎖するように膜状部材16が設けられている。つまり、通路18の溝底面7a側の端部は膜状部材16によって完全に塞がれており、ピストンリング溝7の内部と通路18とは連通していない。膜状部材16は燃焼室C1から通路18を介して導入される圧力波によって振動する。膜状部材16の材質及び接合方法は第1の形態と同様でよい。ピストンリング溝7の溝底面7aはトップリング11の内周面11aに対して半径方向中心側に十分に後退しており、膜状部材16はトップリング11の内周面11aに接しない。但し、第2の形態と同様にトップリング11の内周面に内向突出部を設けてもよいし、溝底面7aに段部を設けてもよい。第3の形態と同様に膜状部材16の外側に外向突出部を設けてもよい。
A
以上の構成によれば、燃焼室C1で発生する圧力波が通路18を介して膜状部材16に作用することによって膜状部材16が振動し、それに伴って膜状部材16とトップリング11との間の空気も振動してトップリング11を内周側からシリンダ壁2aに向かって押し出す圧力が発生する。これにより、燃焼室C1の圧力が上昇するときにリング張力を増加させてトップリング11をシリンダ壁2aに対してより強く押し付け、クランク室C2への圧力漏れを抑えることができる。この結果、ブローバイガスの流量が減少し、オイル品質の劣化、オイル消費量の増加が抑制され、内燃機関の出力低下も回避される。
According to the above configuration, the pressure wave generated in the combustion chamber C1 acts on the film-shaped
燃焼室C1の圧力が小さいときはリング張力も小さく抑えられ、トップリング11がシリンダ壁2aに対して必要以上に強く押し付けられるおそれがない。このため、トップリング11とシリンダ壁2aとの間の摩擦抵抗の過度の上昇を抑え、ピストンリングの摩擦抵抗に起因する出力低下、あるいは燃費低下といった不都合も回避することができる。さらに、通路18が膜状部材16によってピストンリング溝7に対して閉鎖されているので、燃焼室C1から通路18に導かれる圧力又はガスがピストンリング溝7を経てクランク室C2に抜けるおそれもない。
When the pressure in the combustion chamber C1 is small, the ring tension is also kept small, and there is no possibility that the
さらに、コンプレッションリングとして設けられる上下2本のリング11及び12のうち、上段のトップリング11が配置されたピストンリング溝7と燃焼室C1とを結ぶように通路18を設けているので、下段のピストンリング溝8と燃焼室C1とを結ぶように通路18を設ける場合と比較して通路18の全長が短縮され、その結果、燃焼室C1の圧力変化に対して膜状部材16が迅速に振動し、リング張力の変化の応答性が向上する。また、図4の燃焼室内圧力に対し、リアルタイムで張力を変化させることができるので、ガスシールが確実に行える。
Further, since the
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、第4の形態に示した通路18及び膜状部材16と、第1〜第3の形態に示した通路15及び膜状部材16とを組み合わせてもよい。第1〜第3の形態において、通路15をピストン本体3の下端面に開口させてもよい。第4の形態において、通路18はピストンリング溝7よりも上方においてピストン本体3の上面又は外周面に開口していればよい。オイルリング13に対応するピストンリング溝9に対して通路15及び膜状部材16を設けることにより、オイルリング13のリング張力をクランク室C2の圧力に応じて増減させてもよい。
This invention is not limited to the form mentioned above, It can implement with a various form. For example, you may combine the channel |
本発明は内燃機関のピストン装置に限らず、ピストンリングを使用する限りにおいて各種の往復動型機関に適用することができる。例えば、外燃機関、コンプレッサ、ピストンポンプ等のピストン装置に対して本発明を適用してもよい。これらの場合において、ピストン本体に設けられる通路は、ピストン本体の動作方向一端側に設けられるシリンダ室、作動室、圧力室といった各種の室に開口させることができる。 The present invention is not limited to the piston device of an internal combustion engine, but can be applied to various reciprocating engines as long as a piston ring is used. For example, you may apply this invention with respect to piston apparatuses, such as an external combustion engine, a compressor, and a piston pump. In these cases, the passage provided in the piston body can be opened in various chambers such as a cylinder chamber, a working chamber, and a pressure chamber provided on one end side in the operation direction of the piston body.
1A、1B、1C、1D ピストン装置
2 シリンダ
2a シリンダ壁
3 ピストン本体
7、8、9 ピストンリング溝
7a、8a 溝底面
8b、8c 段部
11 トップリング
12 セカンドリング
12b 内向突出部
13 オイルリング
15 通路
16 膜状部材
17 外向突出部
18 通路
C1 燃焼室
C2 クランク室
1A, 1B, 1C,
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005178065A JP2006348890A (en) | 2005-06-17 | 2005-06-17 | Piston device for reciprocating engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005178065A JP2006348890A (en) | 2005-06-17 | 2005-06-17 | Piston device for reciprocating engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006348890A true JP2006348890A (en) | 2006-12-28 |
Family
ID=37644989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005178065A Pending JP2006348890A (en) | 2005-06-17 | 2005-06-17 | Piston device for reciprocating engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006348890A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010085206A1 (en) * | 2009-01-26 | 2010-07-29 | Heed Consulting Ab | Sealing sleeve |
| JP2015145717A (en) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | 株式会社豊田自動織機 | Piston and internal combustion engine |
| WO2021199980A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | いすゞ自動車株式会社 | Abnormality cause identification device and abnormality cause identification method |
-
2005
- 2005-06-17 JP JP2005178065A patent/JP2006348890A/en active Pending
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