JP2001152964A - 内燃機関のピストンリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シール性を確保しつつ、オイルの掻き落とし能
力を好適に向上させることのできる内燃機関のピストン
リングを提供する。 【解決手段】コンプレッションリング２１０は、サポー
トリング２３２を介してコイルエキスパンダ２３１によ
りシリンダ２０方向に付勢されるアウターリング２２０
を備える。アウターリング２２０は、樹脂性の合口のな
いリング２２１を備え、該樹脂性の合口のないリング２
２１にテーパ面２２３、２２４を設けることで、オイル
の燃焼室側への掻き揚げを抑制する。更に、樹脂性の合
口のないリング２２１には収納溝２２５を設け、同収納
溝２２５に金属リング２２２を収納し、該金属リング２
２２を摺動面として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピスト
ンリングに関し、詳しくは、合口のないピストンリング
に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のピストンにおいては、そのコ
ンプレッションリングとして合口のない樹脂製のピスト
ンリングを使用することが周知である。例えば、特開平
９−２８０３７３号公報には、こうした合口のない樹脂
製のピストンリングとして、弾性リングを介してリング
状バネ部材により外方向（シリンダボア方向）に押圧さ
れるピストンリングが記載されている。更に、このピス
トンリングでは、リング状バネ部材によって、弾性リン
グがピストン軸線方向にも付勢され、リング溝と密着す
る構成となっている。

【０００３】このようなピストンリングでは、同ピスト
ンリング自体に合口がないことに加えて、上記リング状
バネ部材により、常時シリンダボア方向に押圧付勢され
るとともに、弾性リングによるリング溝との密着が維持
されることから、そのシール性も極めて良好なものとな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のピストンリングにおいては、極めて良好なシール性
を得ることができる反面、そのシール性のために、シリ
ンダボアに付着するオイルがクランクケース側に十分に
戻されずに、逆に燃焼室側に掻き揚げられてしまうな
ど、オイル消費を悪化させるという問題があった。

【０００５】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、シール性を確保しつつ、オイルの
掻き落とし能力を好適に向上させることのできる内燃機
関のピストンリングを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及び作用効果について記載する。請求項１
記載の発明は、内燃機関のシリンダボア内を往復動する
ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着され、同
リング溝内においてエキスパンダにより外方に付勢され
る樹脂性の合口のないリングを備える内燃機関のピスト
ンリングにおいて、前記合口のないリングは、その外周
縁の燃焼室側の端にテーパ面を有するとともに、その外
周面の一部には金属ピースが摺動面として設けられてな
ることをその要旨とする。

【０００７】前述のように、樹脂性の合口のないリング
はシリンダボアとの密着性が高いために、その外周縁の
燃焼室側の端が通常の直角断面となる場合には、同リン
グよりも燃焼室側に存在するオイルをクランクケースに
戻す代わりに、逆に燃焼室側に掻き揚げてしまうおそれ
がある。この点、上記構成によれば、樹脂性の合口のな
いリングの外周縁の燃焼室側の端にテーパ面を設けるこ
とで、上述したオイルの掻き揚げを抑制することができ
る。また、上記構成によれば、金属ピースを摺動面とし
て用いることで、ピストンリングとしての耐摩耗性をも
向上させることができる。また更に、この金属ピースが
摺動面となることで、上記合口のないリングとシリンダ
ボアとの間の密着性が緩和され、上記テーパ面に溜まる
オイルのクランクケース側への掻き落とし能力が助長さ
れるようにもなる。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記金属ピースは合口のあるリング状のピ
ースからなり、前記合口のないリングの摺動面には、前
記金属ピースが収納される収納溝が設けられてなること
をその要旨とする。

【０００９】上記構成によれば、金属ピースの形状をリ
ング状とし、樹脂性の合口のないリングに設けられる収
納溝に収納することとしたことで、請求項１記載の構成
を比較的簡素に実施することができる。また、金属ピー
スに合口があるためにその組付けが容易でもある。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記収納溝は断面略「コ」に字状の角溝か
らなり、前記金属ピースは、前記角溝内にあって前記シ
リンダボアと略線接触する形状を有してなることをその
要旨とする。

【００１１】上記構成によれば、金属ピースとシリンダ
ボアとの接触に係る圧力を好適に高めることができ、ひ
いては同金属ピースによるオイル掻き落とし能力をより
高めることができる。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記合口のないリングは、その外周縁の前
記収納溝によって二分されるクランクケース側の部分に
もその燃焼室側の端にテーパ面を有してなることをその
要旨とする。

【００１３】上記構成によれば、合口のないリングの外
周縁の上記収納溝によって二分されるクランクケース側
の部分によっても、上記収納溝に溜まるオイルの燃焼室
側への掻き揚げが抑制されるようになる。

【００１４】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれかに記載の発明において、前記エキスパンダはコ
イルエキスパンダからなり、該コイルエキスパンダと前
記合口のないリングとの間にはサポートリングが介在さ
れてなることをその要旨とする。

【００１５】上記構成によれば、樹脂性の合口のないリ
ングとエキスパンダとの間にサポートリングを介在させ
ることで、エキスパンダが樹脂性の合口のないリングを
直接付勢することによる同リングの摩耗を回避すること
ができる。更に、例えば、サポートリングを合口のある
リングとするなどすれば、エキスパンダ、サポートリン
グ、及び合口のないリングの組付けが容易となる。

【００１６】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
明において、前記サポートリングのピストン軸線方向の
幅は前記リング溝の溝幅よりも短いことをその要旨とす
る。上記構成によれば、ピストン軸線方向におけるサポ
ートリングとリング溝との間にサイドクリアランスが設
けられることとなる。このため、樹脂性の合口のないリ
ングによる過剰なシール性を緩和させることができ、ま
たこのサイドクリアランスを介してオイルをクランクケ
ースに戻すことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる内燃機関の
ピストンリングについて、その一実施形態を図１及び図
２を用いて詳細に説明する。

【００１８】図１に、本実施形態のピストンリングの配
置例を示す。図１に示すように、ピストン１０の上部外
周面にはトップリング溝１００、セカンドリング溝２０
０、及びサードリング溝３００がそれぞれ形成されてお
り、それら各リング溝に、ピストンリングとしてコンプ
レッションリング１１０，２１０及びオイルリング３１
０がそれぞれ装着されている。

【００１９】ここで、コンプレッションリング１１０，
２１０は、ピストン１０とシリンダ２０との間隙をふさ
ぎ、圧縮ガス、高圧燃料ガスが燃焼室（図示略）からク
ランクケース（図示略）へブローバイガスとして漏れる
のを抑制したり、ピストン１０が受けた熱をシリンダ２
０の壁面へ伝え、放熱作用を行う等の機能を有する。

【００２０】一方、オイルリング３１０は、シリンダ２
０の壁面の潤滑油膜形成の制御を受け持っている。すな
わち、このオイルリング３１０は、オイルをかき落とし
やすいように断面が略「コ」の字型に構成され、シリン
ダ２０の壁面からかき落としたオイルを、同オイルリン
グ３１０中央の窓等から当該リング溝（サードリング
溝）３００に形成されている排油孔３２０を介してピス
トン内部へ落とし込む。

【００２１】ところで、上記２つのコンプレッションリ
ングのうち、セカンドリング溝２００に装着されたコン
プレッションリング２１０は、樹脂性の合口のないリン
グを備えている。以下、このコンプレッションリング２
１０の構成について、図２を用いて詳細に説明する。

【００２２】図２に示すように、コンプレッションリン
グ２１０は、サポートリング２３２及び該サポートリン
グ２３２を付勢するコイルエキスパンダ２３１を備える
インナーリング２３０と、樹脂性の合口のないリング２
２１及び金属リング（金属ピース）２２２を備えるアウ
ターリング２２０とを有して構成されている。

【００２３】アウターリング２２０は、サポートリング
２３２を介して、シリンダ２０の表面方向に付勢されて
いるために、同アウターリング２２０とシリンダ２０と
の間のシール性は良好なものとなっている。

【００２４】ただし、アウターリング２２０に備えられ
る樹脂性の合口のないリング２２１の良好なシール性の
ためにいくつかの問題が生ずる。以下、これらの問題、
並びに同問題に対処するために本実施形態のコンプレッ
ションリング２１０において採用した各部の構造につい
て順次説明する。

【００２５】コンプレッションリング２１０のシール性
が良好であると、燃焼室側の圧力が非常に高いものとな
る。したがって、アウターリング２２０は、燃焼室側か
ら大きな圧力をうけることで、クランクケース側に押圧
される。このため、コンプレッションリング２１０がク
ランクケース側に捩れるように揺動して、クランクケー
ス側の摺動面である突起部２２１ｂがシリンダ２０の内
周面から浮き上がったり、シリンダ２０の内周面に対す
る圧力が低下したりする。

【００２６】この問題への対処法として、コイルエキス
パンダ２３１によるアウターリング２２０の押圧中心
を、アウターリング２２０がシリンダ２０の内周面から
受ける反力中心よりもクランクケース側にずらすこと
で、燃焼室側からの圧力に対向する力を生じさせること
が考えられる。そこで、本実施形態においては、樹脂性
の合口のないリング２２１のクランクケース側に、アン
ダーカット２２１ｃを形成することにしている。以下、
このアンダーカット２２１ｃの機能について詳細に説明
する。

【００２７】図２に示されるように、インナーリング２
３０とアウターリング２２０とは、ピストン１０の軸方
向において同じ幅に形成されているため、コイルエキス
パンダ２３１によるアウターリング２２０の押圧中心
は、アウターリング２２０のピストン１０軸方向の幅の
中心Ｆとなる。この中心Ｆは、アンダーカット２２１ｃ
を設けたために、シリンダ２０表面がアウターリング２
２０を押圧する反力中心Ｇに対して、クランクケース側
に距離ｄだけずれている。このために、アウターリング
２２０には、燃焼室側からの圧力に対向する力が生ずる
ようになる。

【００２８】また、上述したアウターリング２２０のシ
ール性の良好さ故の燃焼室内の過剰な圧力上昇や、オイ
ルをクランクケース側に戻せず、逆に燃焼室側に掻き揚
げてしまうという問題もある。これを回避するために、
本実施形態においては、ピストン軸方向におけるインナ
ーリング２３０の幅ｄ１とリング溝２００の溝幅ｄ２と
に差をもたせ、サイドクリアランスｃを設けている。

【００２９】このサイドクリアランスｃを介して、微量
なガスが燃焼室側からクランクケース側に流出するのみ
ならず、オイルの燃焼室側からクランクケース側への流
出も生ずる。

【００３０】更に、樹脂性の合口のないリング２２１の
シール性が良好な故に、オイルが同リング２２１によっ
て、掻き揚げられるという問題を回避するために、本実
施形態においては、突起部２２１ａ及び突起部２２１ｂ
の燃焼室側にテーパ面２２３、２２４を設けている。

【００３１】こうした構造により、ピストン１０の摺動
に際しては、これらテーパ面２２３、２２４の働きによ
り、シリンダ２０に付着しているオイルの燃焼室側への
掻き揚げが抑制され、同オイルに突起部２２１ａ、２２
１ｂが乗り上げるようになる。更に、樹脂性の合口のな
いリング２２１には、上記金属リング２２２を収納する
収納溝２２５が形成されているために、突起部２２１ａ
が乗り上げたオイルは、一旦、収納溝２２５、金属リン
グ２２２及びシリンダ２０の表面により形成される空間
内に流入する。したがって、収納溝２２５を形成しなか
った場合と比べて、オイルがクランクケース側へ流出す
る際に受ける抵抗を軽減することができる。また、金属
リング２２２自身によっても、アウターリング２２０と
シリンダ２０との密着性は緩和され、上記テーパ面２２
３、２２４に溜まるオイルのクランクケース側への掻き
落とし能力が助長されるようになる。また、各突起部２
２１ａ、２２１ｂのクランクケース側にはテーパ面を設
けずに、シリンダ２０（シリンダボア）と直角な形状と
しているために、クランクケース側に存在するオイルが
燃焼室側に逆流することを規制することができる。

【００３２】また、上記金属リング２２２は、断面が略
円形状であるために、金属リング２２２とシリンダ２０
との接触面積は、小さなものとなっている（略線接
触）。したがって、金属リング２２２がシリンダ２０の
表面に及ぼす圧力は、突起部２２１ａ又は突起部２２１
ｂがシリンダ２０の表面に及ぼす圧力よりも大きなもの
となる。したがって、この金属リング２２２は、収納溝
２２５に流入してきたオイルを好適にクランクケース側
に掻き落とすことができる。換言すれば、この金属リン
グ２２２は、図１のオイルリング３１０のサイドレール
３１１、３１３と同様の働きをする。

【００３３】更に、この金属リング２２２は、アウター
リング２２０の耐摩耗性を向上させる働きをも有する。
上述した理由により、樹脂性の合口のないリング２２１
には、テーパ面２２３、２２４やアンダーカット２２１
ｃ、更には、溝を設けることが望ましい。しかしなが
ら、これらを設けた場合、樹脂性の合口のないリングと
シリンダ２０の表面との接触面積は縮小する。このた
め、樹脂性の合口のないリング２２１とシリンダ２０の
表面との接触部における両者が互いに及ぼしあう圧力は
高まることとなる。この圧力の高まりは、樹脂性の合口
のないリング２２１の摩耗を促進する。したがって、同
樹脂性の合口のないリング２２１にテーパ面２２３、２
２４やアンダーカット２２１ｃ、溝等を設けた場合の摩
耗対策は、それら各機構を設けなかった場合と比べてよ
り深刻なものとなる。この点、上記金属リング２２２を
この摩耗対策として用いることで、アウターリング２２
０としての耐摩耗性を大幅に向上させることができるよ
うになる。

【００３４】以上説明したように、本実施形態によれば
以下の効果が得られるようになる。 （１）樹脂性の合口のないリング２２１の突起部２２１
ａ、２２１ｂにテーパ面２２３、２２４を設けたこと
で、各突起部２２１ａ、２２１ｂの燃焼室側に存在する
オイルを燃焼室側に掻き揚げることを抑制することがで
きる。

【００３５】（２）各突起部２２１ａ、２２１ｂのクラ
ンクケース側の形状をシリンダ２０（シリンダボア）と
直角な形状としたことで、各突起部２２１ａ、２２１ｂ
のクランクケース側に存在するオイルが燃焼室側に逆流
することを規制することができる。

【００３６】（３）収納溝２２５を設けたことで、オイ
ルがクランクケース側に流出する際に受ける抵抗を軽減
することができる。また、この収納溝２２５に収納され
る金属リング２２２自身によっても、アウターリング２
２０とシリンダ２０との間の密着性が緩和され、上記テ
ーパ面２２３、２２４に溜まるオイルのクランクケース
側への掻き落とし能力が助長される。更に、金属リング
２２２がシリンダ２０（シリンダボア）と略線接触され
ることで、その接触面積が突起部２２１ａ，２２１ｂよ
りも好適に高められ、同金属リング２２２によるオイル
掻き落とし能力が高く維持される。

【００３７】（４）アウターリング２２０に金属リング
２２２を設けたことにより、テーパ面２２３、２２４や
アンダーカット２２１ｃを設けたことで深刻となる同ア
ウターリング２２０の摩耗を好適に抑制することができ
る。

【００３８】（５）アンダーカット２２１ｃを設けたこ
とで、コイルエキスパンダ２３１がアウターリング２２
０に及ぼす押圧中心Ｆを、シリンダ２０がアウターリン
グ２２０に及ぼす反力中心Ｇに対して、クランクケース
側にずらすことができる。したがって、燃焼室側からア
ウターリング２２０に及ぼされる圧力に対向する力を生
じさせることができる。

【００３９】（６）ピストン１０の軸方向に対するサポ
ートリング２３２の長さｄ１を、リング溝の長さｄ２よ
りも小さく設定することで、サイドクリアランスを設け
ることができる。このサイドクリアランスにより、燃焼
室側の過剰な圧力上昇を緩和することができる。更に、
このクリアランスを介してオイルをクランクケース側に
戻すことができる。

【００４０】なお、上記実施形態にかかる内燃機関のピ
ストンリングは、以下のように変更して実施してもよ
い。 ・上記実施形態においては、金属リング２２２の形状
を、その断面が略円形状になるようにしたが、図３のよ
うな形状としても良い。この金属リング２２２’におい
ては、収納溝２２５との接触面積が増大するため、収納
溝２２５の摩耗対策として有効である。

【００４１】・金属リング２２２は、また、図４のよう
な形状にしてもよい。この場合には、上記（３）の効果
を軽減することにはなるが、樹脂性の合口のないリング
２２１とシリンダ２０との密着性よりは、金属リング２
２２”とシリンダ２０との密着性の方が劣るために、オ
イルがクランクケース側に流出する際に受ける抵抗を軽
減することができる。また、この構成によれば、金属が
熱伝導性に優れていることから、ピストン１０の受けた
熱をシリンダ２０側へ放熱させる効果を向上させること
ができる。

【００４２】・上記実施形態では、金属リングとしてリ
ング状に形成したピースを採用したが、これがリング状
である必要はない。要は、樹脂性の合口のないリング２
２１の一部に金属ピースが摺動面として設けられている
構成であればよい。この場合、収納溝は複数設けた構造
としてもよい。

【００４３】・突起部２２１ａ、２２１ｂは必ずしも２
つである必要はない。同様な形状を３つ以上形成するこ
とで、オイルの掻き揚げの低減、及びオイルの掻き落と
しの向上を図ってもよい。

【００４４】・テーパ面２２４についてはこれを必ずし
も設ける必要はない。これにより樹脂性の合口のないリ
ング２２１とシリンダ２０との接触面積を増大させるこ
とができる。

【００４５】・上記実施形態においては、シリンダ２０
がアウターリング２２０を付勢する反力の中心Ｇ（図
２）を金属リング２２２とシリンダ２０の接点にくるよ
うな設定としたが、必ずしもこのような設定とする必要
はない。換言すれば、ピストン１０の軸方向における収
納溝２２５の配置位置、同収納溝２２５の幅、突起部２
２１ａ幅、突起部２２１ｂの幅を任意としても、上記
（１）〜（４）及び上記（６）の効果を得ることはでき
る。

【００４６】・アンダーカット２２１ｃは、必ずしも設
けなくてもよい。これにより樹脂性の合口のないリング
２２１とシリンダ２０との接触面積を増大させることが
できる。そして、この場合であっても、上記（１）〜
（４）、及び上記（６）の効果を得ることはできる。

【００４７】・ピストン１０の軸方向に対するサポート
リング２３２の長さｄ１を、リング溝の長さｄ２よりも
小さく設定することで生ずるサイドクリアランスは、必
ずしも設けなくてもよい。この場合であっても、上記
（１）〜（５）の効果を得ることはできる。

【００４８】・サポートリング２３２についてはこれを
用いないことも可能である。これにより、部品点数の削
減ができ、ひいてはコストの削減を図ることができる。
・また、エキスパンダもコイルエキスパンダである必要
はない。要は、樹脂性の合口のないリング２２１をその
外方（シリンダボア側）に付勢可能な構造を有するもの
であればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる内燃機関のピストンリングにつ
いてそのピストン上での配置を示す断面図。

【図２】同実施形態のピストンリングの具体構造を拡大
して示す断面図。

【図３】同実施形態のピストンリングの変形例を示す断
面図。

【図４】同実施形態のピストンリングの他の変形例を示
す断面図。

【符号の説明】

１０…ピストン、２０…シリンダ、１００…トップリン
グ溝、１１０…コンプレッションリング、２００…セカ
ンドリング溝、２１０…コンプレッションリング、２２
０…アウターリング、２２１…樹脂性の合口のないリン
グ、２２１ａ、２２１ｂ…突起部、２２１ｃ…アンダー
カット、２２２…金属リング、２２３、２２４…テーパ
面、２２５…収納溝、２３０…インナーリング、２３１
…コイルエキスパンダ、２３２…サポートリング、３０
０…サードリング溝、３１０…オイルリング、３１１…
サイドレール、３１３…サイドレール、３２０…排油
孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 道生 東京都中央区八重洲１丁目９番９号 帝国 ピストンリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3J044 AA02 AA14 AA20 BA01 BA06 BC06 CB02 CB06 CB13 CB30 CB40 DA09

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関のシリンダボア内を往復動するピ
   ストンの外周面に形成されたリング溝に装着され、同リ
   ング溝内においてエキスパンダにより外方に付勢される
   樹脂性の合口のないリングを備える内燃機関のピストン
   リングにおいて、 前記合口のないリングは、その外周縁の燃焼室側の端に
   テーパ面を有するとともに、その外周面の一部には金属
   ピースが摺動面として設けられてなることを特徴とする
   内燃機関のピストンリング。
2. 【請求項２】請求項１記載の内燃機関のピストンリング
   において、 前記金属ピースは合口のあるリング状のピースからな
   り、 前記合口のないリングの摺動面には、前記金属ピースが
   収納される収納溝が設けられてなることを特徴とする内
   燃機関のピストンリング。
3. 【請求項３】前記収納溝は断面略「コ」に字状の角溝か
   らなり、前記金属ピースは、前記角溝内にあって前記シ
   リンダボアと略線接触する形状を有してなる請求項２記
   載の内燃機関のピストンリング。
4. 【請求項４】請求項３記載の内燃機関のピストンリング
   において、 前記合口のないリングは、その外周縁の前記収納溝によ
   って二分されるクランクケース側の部分にもその燃焼室
   側の端にテーパ面を有してなる内燃機関のピストンリン
   グ。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機
   関のピストンリングにおいて、 前記エキスパンダはコイルエキスパンダからなり、該コ
   イルエキスパンダと前記合口のないリングとの間にはサ
   ポートリングが介在されてなることを特徴とする内燃機
   関のピストンリング。
6. 【請求項６】前記サポートリングのピストン軸線方向の
   幅は前記リング溝の溝幅よりも短い請求項５記載の内燃
   機関のピストンリング。