JP2005264978A

JP2005264978A - 圧力リング

Info

Publication number: JP2005264978A
Application number: JP2004074834A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Abe; 友昭阿部; Eiji Hitosugi; 英司一杉
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【要約】
【課題】自動車用内燃機関のピストンにピストンリングを装着した状態で潤滑油消費量を悪化させずにリング合計張力を小さくすることが可能な圧力リングを提供する。
【解決手段】圧力リングは、リング本体にエキスパンダにより張力を付与する構造とされ、リング本体の外周面がリング幅ｈ１方向のリング下面側でシリンダ壁面と接触面により接触する形状とされ、リング本体の背部にリング上面に向かって外周よりに傾斜した斜面を有し、圧力リングをピストンのリング溝に装着する際に、リング本体の背部に設けた斜面とエキスパンダを当接させ、リング本体のリング下面がリング溝下面に押し付けられ、かつリング本体の外周面に設けた接触面がシリンダ壁面に押し付けられた状態で組み込まれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、潤滑油消費量を悪化させずに低張力化が可能な圧力リングに関する。

近年、自動車用内燃機関には、燃費改善が強く求められている。これを達成する手段としてピストンに装着したピストンリングとシリンダ壁面間の摩擦損失低減が有効であり、それに伴って低張力リングが必要とされている。

１９８４年頃には、ピストンに装着されたピストンリングの張力を合計したリング合計張力をボア径で除した値（＝リング合計張力／ボア径：合計張力比ともいう）が０．６〜１．０Ｎ／ｍｍのピストンリングであったが、徐々に低張力化して、自動車用内燃機関のピストンリングとしてリング合計張力／ボア径＝０．２〜０．６Ｎ／ｍｍのものが要求されている。

一般に、自動車用エンジンのピストンには、オイルリングと圧力リングが対応するリング溝に組み込まれており、それぞれ主としてオイルリングがシリンダ壁面の潤滑油量のコントロールを行い、圧力リングが燃焼ガスの漏れ防止を行っている（特許文献１）。また、外側リングと内側リングとエキスパンダを組み合わせてなる唯一のピストンリングをリング溝に装着し、リング溝上下面をシールすることでガスシール性能とオイルコントロール性能を両立させた１本リング構成のピストン装置が提案されている（特許文献２）。
特公昭４８−１２００６号公報特開２００２−１３９１５１号公報

しかしながら、従来のピストンリングは、低張力化した場合、これらの性能が悪化する傾向にあり、特に２本もしくは３本リング構成のピストンでは、ピストンリングからのオイル上がりが影響して潤滑油消費量が増大してしまうという問題点があった。

この原因を鋭意検討したところ、２本もしくは３本リング構成のピストンには、リング溝にオイルリングが組み込まれ、その位置より燃焼室寄りのリング溝に圧力リングが組み込まれているものの、オイルリングおよび圧力リング共に低張力化されるために、ピストンの下降時にオイルリングからのオイル上がり量が増え、運転条件によりピストンの下降時には圧力リングの浮き上がりが生じやすく、圧力リングの浮き上がりに起因して圧力リングのリング下面とリング溝下面の間、及び圧力リングの外周面とシリンダ壁面との間に隙間が形成されること、また、運転条件によりピストンの上昇、下降時には圧力リングの追従性不足が生じることが潤滑油消費量の増加に大きく影響していることが判明した。

そこで、本発明の目的は、従来技術の上記問題点を解消することにあり、自動車用内燃機関のピストンにピストンリングを装着した状態で潤滑油消費量を悪化させずにリング合計張力を小さくすることが可能な圧力リングを提供することにある。

本発明は、以下の通りである。
１．内燃機関のピストンに形成されたリング溝にオイルリングを組み込むと共に、その位置より燃焼室寄りに形成されたリング溝に組み込んで用いるための圧力リングであって、
該圧力リングは、リング本体にエキスパンダにより張力を付与する構造とされ、前記リング本体の外周面がリング幅ｈ１方向のリング下面側でシリンダ壁面と接触面により接触する形状とされ、前記リング本体の背部にリング上面に向かって外周よりに傾斜した斜面を有し、前記圧力リングをピストンのリング溝に装着する際に、前記リング本体の背部に設けた斜面とエキスパンダを当接させ、前記リング本体のリング下面がリング溝下面に押し付けられ、かつ前記リング本体の外周面に設けた接触面が前記シリンダ壁面に押し付けられた状態で組み込まれることを特徴とする圧力リング。
２．前記リング本体の背部に設けた傾面とリング上面方向とのなす角が３０〜４５°、前記リング本体の外周面とシリンダ壁面との接触幅が０．１〜０．２ｍｍであることを特徴とする上記１．に記載の圧力リング。

本発明に係る圧力リングによれば、自動車用内燃機関のピストンにピストンリングを装着した状態で潤滑油消費量を悪化させずにリング合計張力を小さくすることができる。

本発明の実施の形態に係る圧力リングについて図１〜３を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る圧力リング１を説明する要部断面図であり、図２は、圧力リング１を装着した２本リング構成のピストンの要部縦断面図である。ここで、図３には圧力リング１のリング本体１Ａの形状を定義した説明図を示した。

本発明の実施の形態に係る圧力リング１は、図１、２に示すように、リング本体１Ａと該リング本体１Ａに張力を付与するコイルエキスパンダ１Ｂを有し、リング本体１Ａの外周面がリング幅方向のリング下面側でシリンダ壁面と接触面により接触する形状とされ、リング本体１Ａの背部にリング上面に向かって外周よりに傾斜した斜面６を有している。

この場合、圧力リング１のリング本体１Ａの外周面は、リング幅方向のリング下面側でシリンダ壁面と接触面により接触する形状とし、上面側はテーパー形状とされ、圧力リング１をピストン３のリング溝５に装着する際に、リング本体１Ａの背部に形成した斜面６とエキスパンダ１Ｂを当接させ、リング本体１Ａのリング下面１Ａ１がリング溝５下面５１に押し付けられ、かつリング本体１Ａの外周面がリング幅ｈ１方向のリング下面側、すなわち接触面７でシリンダ壁面４に押し付けられた状態で組み込まれる。

圧力リング１のリング本体１Ａの材質は、鋼または鋳鉄あるいはＴｉなどの軽金属とすることが望ましく、またリング本体１Ａの外周面である摺動面には、例えばＣｒめっき処理、ガス窒化処理、ＰＶＤ（Physical vapor deposition）、ＤＬＣ（diamond-like carbon）などにより表面処理を施すのが望ましい。

また、図３において、リング本体１Ａの背部に設けた斜面６がリング上面方向となす角度αが３０〜４５°、リング本体１Ａの外周面とシリンダ壁面４との接触幅Ｃが０．１〜０．２ｍｍとするのが好ましく、リング本体１Ａの外周面がリング上面方向となすテーパー角度βは５０分〜３度とするのがより好ましい。

上記コイルエキスパンダ１Ｂとしては、コイル状に巻いた硬鋼線材、ピアノ線材、バネ用線材等を用いることができ、図２に示した２本リング構成のピストン３の場合、ピストンリングを装着した状態でリング合計張力／ボア径を、例えばガソリンエンジンでは０．３Ｎ／ｍｍ以下、ディーゼルエンジンでは０．４Ｎ／ｍｍ以下の低張力とする。

図２に示した２本リング構成のピストン３の場合、リング合計張力は、リング溝１５に組み込んだオイルリング２の張力と、その位置より燃焼室寄りに形成されたリング溝５に組み込んだ圧力リング１の張力との合計値である。

圧力リング１のリング幅ｈ1は０．７〜１．２ｍｍ、オイルリング２のリング幅ｈ1は１．０〜１．５ｍｍとすることができる。

上述した本発明の実施の形態に係る圧力リング１の作用について説明する。

本発明の実施の形態に係る圧力リング１は、リング本体１Ａの背部に形成した斜面６とエキスパンダ１Ｂを当接させ、リング本体１Ａのリング下面１Ａ１がリング溝５下面に押し付けられ、かつリング本体１Ａの外周面がリング幅ｈ１方向のリング下面側、すなわち接触面７でシリンダ壁面４に押し付けられた状態でリング溝５に組み込まれている。

このため、２本リング構成のピストン３の場合で、リング合計張力／ボア径を所望値、例えば、ガソリンエンジンでは０．３Ｎ／ｍｍ以下、ディーゼルエンジンでは０．４Ｎ／ｍｍ以下と低張力化されても、ピストン３の下降時に圧力リング１が浮き上がり難い。

従って、自動車用内燃機関の運転時、圧力リング１の外周面をシリンダ壁面４に確実に接触させ、かつ圧力リング１のリング下面１Ａ１をリング溝５下面に確実に密着させて、ガスシール性を確保することができる。また、その時、リング本体１Ａがリング溝上面に接触しないため、燃焼室側からのガス圧を受け、一層、圧力リング１のリング下面１Ａ１をリング溝５下面に確実に密着させることができ、ガスシール性を確保することができる。

しかも、ピストン３の下降時に圧力リング１のリング下面１Ａ１をリング溝５下面に確実に密着させておくことができるから、オイル通路を小さくでき、圧力リング１からのオイル上がり量を抑制することができる。

またさらに、本発明の実施の形態に係る圧力リング１は、リング厚みａ1／ボア径を０．０２３〜０．０３０の範囲とすることによって、ピストン３の上昇、下降時にシリンダ壁面４に対する追従性能を向上させ、圧力リング１からのオイル上がり量を抑制するようにした。リング厚みａ1／ボア径を０．０２３〜０．０３０の範囲とする理由は、リング厚みａ1が過小となり、リング厚みａ1／ボア径が下限を下回ると、組み付け性が悪化する。一方、リング厚みａ1が過大となり、リング厚みａ1／ボア径が上限値を上回った場合には、シリンダ壁面４に対する追従性能が悪化するため、圧力リング１からのオイル上がり量が増えてしまう。

なお、ピストンリングの追従性能は、式（１）で定義される追従性係数Ｐｋが高いほど優れる。

Ｐk＝３×Ｆｔ×（Ｄ−ａ1 ）²／（Ｅ・ｈ1 ・ａ1³×Ｋ）・・・・・（１）
但し、Ｆｔ：張力（Ｎ）、Ｅ：ヤング率（Ｎ／ｍｍ²）、Ｄ：ボア径（ｍｍ）、Ｋ：形状係数である。

従来の圧力リングは追従性係数Ｐkが０．０２程度であるが、リング厚みａ1／ボア径を、０．０２３〜０．０３０の範囲とした本発明の実施の形態に係る圧力リング１は、追従性係数Ｐkを０．１〜０．２と高くすることができる。

また、本発明の実施の形態に係る圧力リング１は、リング本体１Ａの外周面がテーパー状の摺動面とされているので、リング合計張力／ボア径を小さくした場合でも、接触面７での面圧を高くすることができ、ガスシール性の確保および圧力リング１によるオイル掻き作用の向上に役立っている。

すなわち、２本リング構成のピストン３の場合、ピストン下降時に、低張力化したオイルリング２からのオイル上がり量が増えるものの、(i)圧力リング１によるオイル掻き作用の向上、(ii)圧力リング１の浮き上がり防止および(iii)圧力リング１のシリンダ壁面４に対する追従性能の向上により、従来の３本リング構成のピストンより潤滑油消費量を悪化させずに、リング溝１５に組み込んだオイルリング２の張力と、その位置より燃焼室寄りに形成されたリング溝５に組み込んだ圧力リング１の張力との合計値であるリング合計張力／ボア径を従来の３本リング構成のピストンの場合より小さくすることができた。

この結果、合計張力／ボア径をガソリンエンジンでは０．３Ｎ／ｍｍ以下、ディーゼルエンジンでは０．４Ｎ／ｍｍ以下とした２本リング構成のピストン３を有する自動車用エンジンでは、高速・高負荷〜中速・低負荷までの潤滑油消費量を従来の３本リング構成のピストンと同等にすることが可能である。

ここで、リング本体１Ａの背部に設けた斜面６がリング上面方向となす角度αが３０〜４５°、リング本体１Ａの外周面とシリンダ壁面４との接触幅Ｃが０．１〜０．２ｍｍであることが好ましい理由、およびリング本体１Ａの外周面がリング上面方向となすテーパー角度βは、５０^，〜３°とするのがより好ましい理由を説明する。

圧力リング１のリング本体１Ａの背部に設けた斜面６がリング上面方向となす角度αが３０〜４５°であると、エキスパンダの張力の配分割合が妥当となり、またリング溝５の形状が適切となるからである。

リング本体１Ａの外周面とシリンダ壁面４との接触幅Ｃが０．１〜０．２ｍｍであることが好ましい理由は、ガソリンエンジンでは０．３Ｎ／ｍｍ以下、ディーゼルエンジンでは０．４Ｎ／ｍｍ以下の低張力としたとき、接触幅Ｃが０．１ｍｍ未満では、面圧が過大となりスカッフ（焼き付き）の危険性があり、接触幅Ｃが０．２ｍｍ超えでは、面圧が低下し、オイル掻き機能が劣ってくる場合があるからである。

また、フェース面のテーパー角度βを５０^，未満とした場合、(i)ピストンの熱変形によるリング溝傾き、(ii)ピストンスラップ、(iii)リングの軸方向挙動の際のわずかなねじれ等によって、テーパーフェース面全面がシリンダ壁面４に当たる場合があり、不安定となる。圧力リング１の油掻き効果を安定化させるため、圧力リング１の外周面のテーパー角度βは５０^，以上とするのがより好ましい。

一方、圧力リング１の外周面のテーパー角度βを３°超えとした場合は、シリンダ壁面４とテーパーフェイス面との合口部における隙間が大きくなり、そこを通って燃焼室へ上がって行く潤滑油の量が増えるので、圧力リング１の外周面のテーパー角度βは３°以下とするのがより好ましい。

また、圧力リング１のリング幅ｈ1が過小となると、ピストンリングを精度良く製造するのが困難となり、反対に圧力リング１のリング幅ｈ1が過大となると、圧力リング１を装着するリング溝５の溝幅、すなわちリング溝５下面からリング溝５上面までの間隔が広くなり、ピストン３の重量が増すことに繋がる。このような理由を含めて、圧力リング１のリング幅ｈ1は、０．７ｍｍ〜１．２ｍｍとすることができる。同様な理由により、オイルリング２のリング幅ｈ1は１．０〜１．５ｍｍとすることができる。

ところで、本発明の実施の形態に圧力リング１は、図４に示すような外周面を有するリング本体１Ａ’、１Ａ’’とすることもできる。図４（Ａ）は、断面で見てシリンダ壁面４と対向する摺動面がハーフバレル形状のリング本体１Ａ’を示し、図４（Ｂ）は、断面で見てシリンダ壁面４と対向する摺動面の最も突出している位置がリング下面寄りにある偏芯バレル形状のリング本体１Ａ’’を示している。リング本体１Ａ’、１Ａ’’はどちらの場合も、外周面がリング幅方向のリング下面側でシリンダ壁面４と接触面７により接触する形状とされている。

また、本発明の実施の形態に圧力リング１のエキスパンダとしては、図５（Ａ）に示すようなプレートエキスパンダ１Ｃを用いることもできる。図５（Ａ）は、倒立Ｌ形のプレートエキスパンダ１Ｃを用いた圧力リング１の装着状態を示し、図５（Ｂ）、（Ｃ）は、プレートエキスパンダ１Ｃの成形過程を示す説明図である。

倒立Ｌ形のプレートエキスパンダ１Ｃは、例えば、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、薄鋼帯の両側１１から同形の深いスリット１２を等間隔に多数切り込み、同図Ｘ−Ｘ線に沿ってＬ形に屈曲し、その上片を傾斜面１３とし、底辺を水平面１４とし、その後、環状に成形したものであり、図５（Ａ）に示すようにリング溝５に倒立させた状態で水平面１４がリング溝５上面に当接し、かつ傾斜面１３がリング本体１Ａの斜面６と当接するように構成されている。プレートエキスパンダ１Ｃの材料としては、ばね用鋼材を用いることができる。

また、本発明の実施の形態に用いるピストン３としては、図６〜図８に示すような圧力リング１を組み込むリング溝５’を設けることもできる。図６（Ａ）（Ｂ）は、溝幅が溝口側より溝底側でリング上面方向に急に広くなる階段状のリング溝形状とされ、図７は、溝幅が溝口から溝底に向かってリング上面方向に徐々に広くなる斜面状のリング溝形状とされ、図８は、溝底側のリング上面方向に円弧状の空間が形成された円弧付きリング溝形状とされている。

これらのリング溝５’は、溝口側より溝底側の溝幅をリング上面方向に広げたものであり、溝口から溝底までの溝幅を同じとしたリング溝５に比べて、圧力リング１を装着した状態でリング本体１Ａとコイルエキスパンダ１Ｂとの接触点Ｐの位置をリング本体１Ａの斜面６上でよりリング上面方向とすることができ、これにより、コイルエキスパンダ１Ｂの張力により効果的にリング本体１Ａのリング下面がリング溝５下面に押え付けられ、ガスシール性能をより向上させ、かつ潤滑油消費量をより抑制することが可能である。

上述したのと同様な効果は、図９に示すような背部に斜面６と段部８を設けたリング本体１Ａ’’’により発揮させることができる。リング本体１Ａ’’’は、圧力リング１を装着した状態で、リング本体１Ａ’’’とコイルエキスパンダ１Ｂとの接触点Ｐの位置をリング本体１Ａの斜面６上でよりリング本体１Ａの外周面寄りにしている。このことにより、側力適正化の作用により、接触点Ｐの位置をリング本体１Ａの斜面６上でよりリング上面方向となるようにリング溝５’を設けた場合（図６〜図８参照）と同様、
ガスシール性能をより向上させ、かつ潤滑油消費量をより抑制することが可能である。なお、図６〜図９においては、コイルエキスパンダ１Ｂを用いているが、プレートエキスパンダ１Ｃを用いることもできる。

また、本発明の実施の形態に係る圧力リング１のリング本体１Ａに設ける合口は、リング本体１Ａを製造しやすくするため、ストレート合口とすることができる。圧力リング１を図２に示す２本構成のピストン３に装着するに際しては、リング本体１Ａの合口の位置がオイルリング２の合口の位置とピストンの上下方向に重ならないようにリング溝５に組み込むのが、潤滑油消費量をより抑制できるので好ましい。

オイルリング２としては、本発明の範囲内で適宜なものを使用することができるが、コイルエキスパンダを有し、リング上面側とリング下面側の両方でオイル掻きを行う断面略Ｉ字形のリング本体とコイルエキスパンダからなる２ピースオイルリング（図２参照）を使用するのが好適である。２ピースオイルリングのリング本体には、リング上面側のオイル掻き部とリング下面側のオイル掻き部の間に外周面からかき落としたオイルを背面に逃がす貫通孔が設けてある。このオイルリング２の貫通孔は、リング上面側のオイル掻き部とリング下面側のオイル掻き部の間に溜まった潤滑油をオイルリング背部へ流す役割を有する。図示していないが、２本のサイドレールとスペーサエキスパンダを備えた３ピースオイルリングでも同様の効果が得られる。

また、図２に示す２本構成のピストン３には、オイル逃し孔１６が設けてあり、オイルリング２によりオイル掻きされた潤滑油は、ピストンのオイル逃し孔１６を経てオイルパンに戻され、循環使用される。

図２に示す２本リング構成のピストン３を備えた、排気量２．０リットルの自動車用ガソリンエンジンを用い、各種条件で運転して、潤滑油消費量、燃費、およびブローバイガス量を調査した。

ピストン３のボア径は８６ｍｍとし、圧力リング１のリング厚みａ1を２．１ｍｍ、リング幅ｈ1 を１．２ｍｍとし、リング本体１Ａの背部に設けた斜面６がリング上面方向となす角度αを４０°、リング本体１Ａの外周面がリング上面方向となすテーパー角度βを１°３０’とした。この圧力リング１のリング厚みａ1／ボア径は０．０２３〜０．０３０の範囲内である。また、圧力リング１に張力を付与するエキスパンダとしては、コイルエキスパンダ１Ｂを用い、圧力リング１の張力とオイルリング２の張力と合わせたリング合計張力／ボア径を０．２４Ｎ／ｍｍとし、発明例の圧力リング１とした。

但し、オイルリング２のリング厚みａ1 は１．７ｍｍ、リング幅ｈ1は１．５ｍｍとした。オイルリング２としては、断面略Ｉ字形のリング本体とコイルエキスパンダからなる２ピースオイルリングを使用した。オイル逃がし孔１６については、ピストンスカート側のスラスト側に６つ反スラスト側に６つ計１２個設けた。

また、上記発明例に対して、リング合計張力／ボア径を０．４０Ｎ／ｍｍとした第１、第２圧力リングを装着した従来の３本リング構成のピストンを用いた場合、およびリング合計張力／ボア径を０．３０Ｎ／ｍｍとした従来の圧力リングを装着した２本リング構成のピストンを用いた場合について、発明例と同じ運転条件により、潤滑油消費量、燃費、およびブローバイガス量を調査した。

従来の３本リング構成のピストンは、第１圧力リングおよび第２圧力リングは、リング厚みａ1をそれぞれ、２．７ｍｍ（リング厚みａ1／ボア径＝０．０３１）、３．３ｍｍ（リング厚みａ1／ボア径＝０．０３８）、リング幅ｈ1を両方共、１．２ｍｍとした。第１圧力リングは、その外周面がリング幅方向中央部でシリンダ壁面と接触するバレルフェース面とされ、その背部にリング下面に対して垂直面を設け、それ自体によりリング張力を発生させるリング構造とした。

第２圧力リングは、その外周面がテーパー面とされ、その背部に斜面を形成し、コイルエキスパンダによりリング張力を発生させるリング構造とした。第１、第２圧力リングは、その合口形状をストレートとした。

オイルリングとしては、リング厚みａ1 を２．０ｍｍ、リング幅ｈ1を２．０ｍｍとした、２ピースタイプのものを使用した。

従来の２本リング構成のピストンは、圧力リングとしては、リング厚みａ1 を２．１ｍｍ（リング厚みａ1／ボア径＝０．０３１）、リング幅ｈ1を１．２ｍｍとし、摺動面はテーパー形状、リング本体の内周に、上面インターナルベベルを形成し、合い口形状はステップ状特殊合口のものを用いた。オイルリングとしては、リング厚みａ1 を２．５ｍｍ、リング幅ｈ1を２．０ｍｍとした、２ピースタイプのものを使用した。なお、圧力リングは、その合口を特殊合口（ストレート合口よりも潤滑油消費量及びブローバイガス量の低減が可能といわれているが、合口形状が複雑で強度上の問題がある）とした。

図１０にエンジンの運転条件Ａ：エンジン全開（回転数：６０００ｒｐｍ、全負荷）、運転条件Ｂ：定速走行（実機に相当するある一定の速度で運転を行うもの）、および運転条件Ｃ：加減速パターンとした条件での潤滑油消費量を比較して示した。

この結果から、リング合計張力／ボア径を０．２４Ｎ／ｍｍとした発明例の２本リング構成のピストンでは、エンジン全開（回転数：６０００ｒｐｍ、全負荷）での潤滑油消費量を、リング合計張力／ボア径を０．４０Ｎ／ｍｍとした従来の３本リング構成のピストンまたはリング合計張力／ボア径を０．３０Ｎ／ｍｍとした従来の２本リング構成のピストンと同程度にすることができていることがわかる。

また、リング合計張力／ボア径を０．３０Ｎ／ｍｍとした従来の２本リング構成のピストンでは、運転条件Ｂ（定速走行）での潤滑油消費量が従来の３本リング構成のピストンに比べて極端に悪化しているが、発明例の圧力リング１を用いた２本リング構成のピストンではリング合計張力／ボア径を０．２４Ｎ／ｍｍと低張力化しても、従来の３本リング構成のピストンに比べて潤滑油消費量が同等であることがわかる。

また、リング合計張力／ボア径を０．２４Ｎ／ｍｍとした発明例の圧力リング１を用いた場合、運転条件Ｃ（加減速パターン）での潤滑油消費量は、従来の３本リング構成のピストン、従来の２本リング構成のピストンと差がない。

一方、ブローバイガス量は、それぞれの運転条件Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、従来の３本リング構成のピストンを１とすると、従来の２本リング構成のピストン＝１〜１．１、発明例の圧力リング１を用いた２本リング構成のピストン＝０．８〜０．９であり、ガスシール性能は同等である。

また燃費については、いずれの運転条件においてもリング合計張力に対応しており、燃費が最も良好なのが、リング合計張力／ボア径を０．２４Ｎ／ｍｍとした発明例の圧力リング１を用いた２本リング構成のピストンであり、２番目がリング合計張力／ボア径を０．３０Ｎ／ｍｍとした従来の２本リング構成のピストンであり、燃費が最も多いのがリング合計張力／ボア径を０．４０Ｎ／ｍｍとした従来の３本リング構成のピストンであった。

以上の説明では、本発明に係る圧力リング１を２本リング構成のピストン３に適用したとして説明したが、本発明に係る圧力リング１は、図１１に示すように３本リング構成のピストン３０に装着することもできる。その際、圧力リング１を、オイルリング２を組み込むリング溝１５より燃焼室寄りに形成されたリング溝５に組み込んで第２圧力リングとして用いることができる。

図１１中、符号１０は、第１圧力リングを示す。この第１圧力リング１０は、その外周面がリング幅方向中央部でシリンダ壁面４０と接触するバレルフェース面とされ、その背部にリング下面に対して垂直面を設け、それ自体によりリング張力を発生させるリング構造とされている。例えば、第１圧力リング１０と第２圧力リング１のリング幅を共に１．２ｍｍ、オイルリング２のリング幅を２．０ｍｍとすることができる。

本発明の実施の形態に係る圧力リングを説明する要部断面図である。本発明の実施の形態に係る圧力リングを装着したピストンの要部縦断面図である。図１、２に例示した実施の形態に係る圧力リングのリング本体の形状を定義した説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は圧力リングの他のリング本体形状を説明する断面図である。（Ａ）はプレートエキスパンダを用いた圧力リングの装着状態を示す要部断面図、（Ｂ）、（Ｃ）は、プレートエキスパンダの成形過程を示す説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施の形態に係る圧力リングを組み込む他のリング溝を示す要部断面図である。本発明の実施の形態に係る圧力リングを組み込むその他のリング溝を示す要部断面図である。本発明の実施の形態に係る圧力リングを組み込むその他のリング溝を示す要部断面図である。圧力リングのその他のリング本体形状を説明する断面図である。発明例の圧力リングの効果を示すグラフである。本発明の実施の形態に係る圧力リングを装着した他のピストンの要部縦断面図である。

符号の説明

１、１０圧力リング
１Ａ、１Ａ’、１Ａ’’、１Ａ’’’ リング本体
１Ａ１リング下面
１Ｂエキスパンダ（コイルエキスパンダ）
２オイルリング
３、３０ピストン
４、４０シリンダ壁面
５、５’、１５リング溝
５１リング溝下面
６斜面
７接触面
ａ1 リング厚み（ａ1 寸法）
ｈ1 リング幅
α リング本体の背部に設けた斜面がリング上面方向となす角度
β リング本体の外周面がリング上面方向となすテーパー角度
Ｃリング本体の外周面とシリンダ壁面との接触幅
８リング本体１Ａ’’’の背部に設けた段部
１Ｃエキスパンダ（プレートエキスパンダ）
１１薄鋼帯の両側
１２スリット
１３傾斜面
１４水平面
１６オイル逃がし孔

Claims

内燃機関のピストンに形成されたリング溝にオイルリングを組み込むと共に、その位置より燃焼室寄りに形成されたリング溝に組み込んで用いるための圧力リングであって、
該圧力リングは、リング本体にエキスパンダにより張力を付与する構造とされ、前記リング本体の外周面がリング幅方向ｈ１のリング下面側でシリンダ壁面と接触面により接触する形状とされ、前記リング本体の背部にリング上面に向かって外周よりに傾斜した斜面を有し、前記圧力リングをピストンのリング溝に装着する際に、前記リング本体の背部に設けた斜面とエキスパンダを当接させ、前記リング本体のリング下面がリング溝下面に押し付けられ、かつ前記リング本体の外周面に設けた接触面が前記シリンダ壁面に押し付けられた状態で組み込まれることを特徴とする圧力リング。
前記リング本体の背部に設けた傾面とリング上面方向とのなす角が３０〜４５°、前記リング本体の外周面とシリンダ壁面との接触幅が０．１〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の圧力リング。