JPH09203463A - ピストンリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 ピストン２のトップリング溝４とトップリ
ング３とのサイドクリアランスｈを大きくした場合で
も、トップリング３の合い口部７から１８０度の位置に
おける応力集中を防ぎ、トップリング３の合い口部７で
の異位相によるばたつきを防止できるピストンリングを
提供する。 【解決手段】 ピストン２のトップリング３の内側に複
数の溝部６，６ａを設け、それらの溝部６，６ａの深さ
をトップリング３の合い口部７に近いほど深く形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
のシールのために使用されるピストンのトップリングと
して嵌装されるピストンリングの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃焼室に使用される図５に示
すようなシリンダライナー１内を上下に往復動するピス
トン２の周面に設けたリング溝内には、通常コンプレッ
ションリングと称されるトップリング３と、オイルリン
グなどの複数のリングが多段に嵌入されている。

【０００３】特に、トップリング３は燃焼室からの圧力
と高熱を受け、潤滑油や燃焼ガスによって発生するカー
ボンが付着するなど極めて厳しい状況に曝される。すな
わち、燃焼圧力によってトップリング溝４とトップリン
グ３との隙間にカーボンが入り込み、付着堆積して最終
的にはトップリング３がピストン２に固着して破損する
などの原因となる。

【０００４】近年、内燃機関の高出力化や排ガス対応の
ため、トップリング溝４の上端からピストン２の上端ま
でのピストン２の外周の図５のＤ／Ｖで示すスペース、
即ち空気は入りこんでも燃焼には使用されないスペース
であるデッドボリュームを小さくするために、トップラ
ンドＨの寸法を小さくする傾向があることから、このト
ップリング３及びトップリング溝４にとってますます厳
しい状況になってきている。

【０００５】この対策として、ピストン２の上面を冷や
すためにオイルジェットを取り入れてトップリング溝４
周辺を冷却するオイル通路であるクーリングチャンネル
５をピストン２の周面に沿って配置したり、または、く
さび状断面のキーストンリングを採用してそのくさび形
状の押圧力を利用してカーボンを砕いて外に出すように
したり、さらにはトップリング溝４とトップリング３と
のクリアランスであるサイドクリアランスｈを大きくし
てカーボンが多少堆積してもすぐに固着などを起こさな
いようにすることが考えられている。

【０００６】しかしながら、クーリングチャンネル５や
キーストンリングの採用にはコストがかさむことにな
る。また、サイドクリアランスｈを大きくすることはコ
スト的には好ましいが、このサイドクリアランスｈを大
きくすると下記の問題点が発生する。すなわち、サイド
クリアランスｈを大きくすると、燃焼の圧力変動とリン
グの慣性力（ピストンの高速摺動）によりトップリング
３にばたつき（フラッタリング）が発生し、トップリン
グ３の合い口部から１８０度の位置（合い口部の直径方
向の反対側の部分）を中心にねじれることにより、そこ
に応力が集中し、この付近において疲労折損するという
問題が発生している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、内燃機関の
ピストンのトップリング溝とトップリングとのサイドク
リアランスを大きくした場合でも、トップリングの合い
口部から１８０度の位置における応力集中を防ぎ、ま
た、トップリングの合い口部での異位相による、ばたつ
きを防止してトップリングの応力集中を防ぐことができ
るピストンリングを提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係るピストンリングは、内燃機関のピストン
周面に嵌合したトップリングの内側面に沿って複数の溝
部を設け、これらの溝部の深さをそのトップリングの合
い口部に近いほど深く形成して構成している。そしてこ
の溝部は合い口部の直径方向の反対側を除いて設けて、
応力が集中し易い部分を避けて設けるのが好ましい。

【０００９】また、本発明の別の形式のピストンリング
は、内燃機関のピストンの周面に嵌合したトップリング
の厚さをそのトップリングの合い口部から遠ざかるにし
たがって薄く形成している。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の各実
施形態におけるピストンリングを説明する。まず、図１
の平面図及びその要部拡大の斜視図である図２に示す一
実施形態のピストンリングは、図５に示す従来例と同様
の内燃機関のピストン２のトップリング溝４に嵌装され
るトップリング３を対象としている。

【００１１】そしてこの実施形態においては、そのトッ
プリング３の内側に、複数、例えば２個の溝部６，６
と、２個の溝部６ａ，６ａからなる合計４個の溝部をピ
ストンの軸線に沿って設けている。しかも、これら凹状
の溝部６，６ａの深さをトップリングの合い口部７に近
いほど深く形成している。すなわち、図１に合い口部７
に近い溝部６の深さＡと、合い口部７より遠い溝部６ａ
の深さＢとでは、Ａ＞Ｂになるように形成している。こ
の深さＡとＢは合い口部７を開いた場合に、この合い口
部７と直径方向の反対側に最大の曲げモーメントが発生
するが、この曲げモーメントの大きい部分の溝部６ａ
と、モーメントの小さい部分の溝部６の断面積を曲げモ
ーメントに合わせた寸法に形成するのが良いが、実際の
トップリング３においてはエンジンの作動状況とに関係
があるので実験データを考慮して修正しながら決定する
ことになる。

【００１２】以上のごとき溝部６を形成することによ
り、図５の従来例で説明したように、トップリング３の
ピストン２への固着の対策としてサイドクリアランスｈ
を大にした場合に問題とされた合い口部７の異位相のば
たつきによる応力集中や、サイドクリアランスｈを大に
したことによるトップリング３のねじれによる応力集中
を、これら凹状の溝部６，６ａでトップリング３の長手
方向に分散して吸収することができる。

【００１３】また、これら溝部６の合い口部７の深さを
合い口部７に近いほど深く形成して変化させることによ
り、トップリング３にかかる応力値を、応力の低いとこ
ろをより深くすることで一定化させることができる。す
なわち、図１のトップリング３ではリングの幅及び高さ
を増すことなしにリングの折損防止が可能になる。

【００１４】次に、図３のピストン２の要部側面図と、
図４のトップリングの全体斜視図は本発明の第２の実施
の形態のピストンリングを示しており、これも図５の従
来例と同様なピストン２のトップリング溝４に嵌装され
るトップリング３を対象としている。この実施の形態に
おけるピストン２のトップリング３の厚さを、合い口部
７の厚さＣに対して、合い口部７から１８０度位置の厚
さＤを、Ｃ＞Ｄになるようにしている。即ち、厚さＣ，
Ｄを合い口部７から遠ざかるにしたがって薄く形成して
いる。

【００１５】なお、図３に示すトップリング３の合い口
部７におけるトップリング溝４との矢印Ｅで示すクリア
ランスの設定は、トップリング３がトップリング溝４に
固着しない程度とすべきであり、トップリング３は図３
の矢印Ｔで示すように上下両面テーパでもよいが片面テ
ーパにして厚さＣ，Ｄを変化させることもできる。この
実施の形態のトップリング３においては、合い口部７で
サイドクリアランスｈを可能な限り小さくしながら、合
い口部７から離れるにしたがってトップリング３の厚さ
を薄くしてサイドクリアランスｈを広くとり、カーボン
がトップリング溝４とトップリング３との間に侵入した
場合の固着を防止しながら、合い口部７での異位相ばた
つきを防止でき、応力集中を防ぐことができる。

【００１６】

【発明の効果】請求項１の発明から、ピストンリングを
特にトップリング３に適用した場合、合い口部７から１
８０度の位置における応力集中を防ぐことができる。そ
して複数の溝部６，６ａの深さを合い口部７に近いほど
深くするようにすることで、剛性のバランスに優れ、か
つ軽量化されたピストンリング３を提供できる。

【００１７】請求項３の発明から、合い口部７ではサイ
ドクリアランスを可能な限り小さくし、合い口部７から
離れるにしたがってリング３の厚みを薄くなるように設
定することで、固着を防止しながら合い口部７での異位
相ばたつきが防止され、応力集中を防ぐことができる。
その結果、トップリング３の疲労折損を低減することが
でき、その内燃機関の信頼性を高めることができる。

【００１８】以上の発明から、ピストン２のトップリン
グ３及びトップリング溝４付近の高熱下でのカーボン堆
積による固着発生の防止対策としてサイドクリアランス
を大きくしても、大きな問題が発生しないピストンリン
グを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるトップリン
グの平面図である。

【図２】図１のトップリングに形成した溝部を示す斜視
図である。

【図３】本発明の第２の実施形態におけるトップリング
を嵌着したピストンの要部側面図である。

【図４】図３のトップリングの斜視図である。

【図５】従来のピストン上部の要部側断面図である。

【符号の説明】

２ ピストン ３ トップリン
グ ６，６ａ 溝部 ７ 合い口部 Ａ 深さ Ｂ 深さ Ｃ 厚さ Ｄ 厚さ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のピストン周面に嵌合したトッ
   プリングの内側面に沿って複数の溝部を設け、これらの
   溝部の深さをそのトップリングの合い口部に近いほど深
   く形成したピストンリング。
2. 【請求項２】 溝部を合い口部の直径方向の反対側を除
   いて設けた請求項１記載のピストンリング。
3. 【請求項３】 内燃機関のピストンの周面に嵌合したト
   ップリングの厚さをそのトップリングの合い口部から遠
   ざかるにしたがって薄く形成したピストンリング。