JP2005140103A - 内燃エンジン用ピストンリング及びこれを利用した内燃エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンリングの弾性係数を実質的に増加させずに、シリンダーボアの変形に対応してシリンダー内壁への接触性を向上させることができるピストンリング、及びこのようなピストンリングを利用する内燃エンジンを提供する。
【解決手段】内燃エンジン用ピストンリングであって、前記内燃エンジンのシリンダー内壁と接触するための外周面；外壁；及び前記外周面の内側に形成される内周面；を含み、前記内周面には複数の長細い縦溝が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃エンジン用ピストンリング及びこれを利用した内燃エンジンに係り、より詳しくは、シリンダーボアの変形がある場合におけるシリンダー内壁への密着性能が向上したピストンリングと、このようなピストンリングを採用した内燃エンジンとに関するものである。

周知のように、内燃エンジンは、空気と燃料をシリンダー内に吸入して燃焼することによって動力を発生する。シリンダー内には、燃焼時の爆発力によって往復運動するピストンが配置されるが、このようなシリンダーの密封効果及びピストンの往復運動時の潤滑のために、ピストンにはピストンリングが装着される。

しかし、シリンダーブロックに形成されたシリンダー内壁は、使用年数が長くなると、熱的な膨脹／収縮の繰り返しにより変形を生じる。このような変形は、単純に半径が変形する１次変形の他にも、複雑な変形形態が存在する。１次変形はシリンダーボアのみが膨脹／収縮することであるが、２次以上の高次変形ではシリンダー断面形態の歪曲を伴う。このような歪曲の程度は、シリンダー内壁がシリンダー中心側に向かって隆起する峰（ｃｒｅｓｔ）の個数（あるいは、これと同様に、シリンダー内壁がシリンダー外側に向かって彎曲した谷間（ｖａｌｌｅｙ）の個数）を把握して変形次数を定める。

シリンダーボア変形の次数が増加するほど、変形の屈曲が激しくなるが、ピストンリングがそのシリンダーボア内壁の屈曲の度合いほど曲がらない場合には、シリンダー内壁とピストンリング外周面との間にギャップが生じる。

このようにシリンダー内壁とピストンリング外周面との間にギャップが生じる場合には、シリンダーの燃焼ガスが前記ギャップを通じてクランクケースに漏れ出して燃料の爆発力を効果的に活用できなくなり、また、潤滑油がシリンダー内に浸透して燃焼することにより潤滑油の消耗が増加する。

図１は、このようなシリンダー内壁の峰１１０、谷間１２０、及びこれらによるピストンリング１３０とシリンダー内壁との間のギャップを示した図である。 図１に示すように、隣り合う峰１１０の中間にある谷間１２０が深い場合、ピストンリング１３０の弾性力（ｆ）だけでは、ピストンリング１３０が谷間１２０面に接触できなくなる恐れがある。

シリンダーボアの変形に対応し、ピストンリングがシリンダー内壁によく密着できるようにするためには、ピストンリングの弾性係数を増加させればよい。しかし、これはピストンの動作時の摩擦を増加させることになってシリンダー内壁の摩耗速度が増加するだけでなく、エンジンの出力も低下する。
特開平０７−０５４７０９号公報

本発明の目的は、ピストンリングの弾性係数を実質的に増加させずに、シリンダーボアの変形に対応してシリンダー内壁への接触性を向上させることができるピストンリング、及びこのようなピストンリングを利用する内燃エンジンを提供することにある。

前記目的を達成するために本発明による内燃エンジンは、
シリンダーを形成するシリンダーブロック；
前記シリンダー内で往復運動するピストン；及び
前記ピストンに装着され、前記シリンダーの内壁と接触するピストンリング；を含み、
前記ピストンリングは、後述する本発明の内燃エンジン用ピストンリングであることを特徴とする。

本発明によるピストンリングは、内燃エンジン用であって、
前記内燃エンジンのシリンダー内壁と接触するための外周面；及び
前記外周面の内側に形成される内周面；を含み、
前記内周面には複数の長細い縦溝が形成されるのが好ましい。

前記長細い縦溝は、前記ピストンリングの内周面に垂直方向に形成されるのが好ましい。

前記長細い縦溝の切り込み深さは、ピストンの半径方向に沿って測定する場合に、ピストンリングの半径方向幅の４０％乃至６０％であるのが好ましい。

前記長細い縦溝は、前記内周面の上端から下端まで延びているのが好ましい。

前記内周面の長細い縦溝を除いた周長は、２π（Ｒ−ｂ２）−Ｇ１以上であるのが好ましい。（ここで、Ｒはシリンダー内壁の半径を、ｂ２はピストンリングの幅を、Ｇ１はピストンリングギャップを各々示す。）

本発明の実施例によれば、自由状態ではピストンリングが低い弾性力を有するのでピストンに容易に装着することができ、ピストンリングが装着されたピストンはシリンダー内に容易に挿入できる。

ピストンリングがシリンダー内に挿入された後には、ピストンリングの全体幅による弾性力によりシリンダー内壁に密着する。

シリンダー内壁に高い次数の変形が生じた場合でも、本発明の実施例によるピストンリングはこのようなシリンダー内壁への密着性を向上させる。

以下、本発明の実施例を添付した図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明の実施例による内燃エンジンの構成図である。

図２に示すように、本発明の実施例による内燃エンジンは、シリンダー２０５を形成するシリンダーブロック２１０；シリンダー２０５内で往復運動するピストン２３０；及びピストン２３０に装着され、シリンダー２０５の内壁２１５と接触するピストンリング２００；を含む。

ピストンリング２００は、ピストン２３０の外壁に彫り込まれたピストンリング用円周溝２３５に装着される。ピストンリング２００を装着したピストン２３０がシリンダー２０５内に挿入された後には、ピストンリング２００には設定されたピストンリングギャップ（Ｇ１）が形成される。

シリンダー内の燃料の爆発力はピストン２３０に伝達され、この力はピストンピン２４０とコネクティングロッド２４５を通じてクランク軸（図示せず）に伝達されて、回転力に転換される。

図３は、本発明の実施例によるピストンリング２００を示した斜視図であって、シリンダー２０５に挿入される前の自由状態を示した図である。

図３に示すように、本発明の実施例によるピストンリング２００は、ピストン２３０に装着されてシリンダー内壁２１５と接触するためのものであって、シリンダー内壁２１５と接触するための外周面３１０、及び外周面３１０の内側に形成される内周面３５０を含む。

内周面３５０には、複数の長細い縦溝３６０がピストンリング２００の半径方向（つまり、前記ピストンリングの内周面に垂直方向）に設定深さ（ｂ０）で形成される。長細い縦溝３６０は内周面３５０の上端３５１から下端３５２まで延びている。

シリンダー２０５内に挿入されない状態では、ピストンリング２００は自己弾性力によりリングが開いて、ピストンリングギャップ（Ｇ２）がシリンダー２０５内に挿入された状態のピストンリングギャップ（Ｇ１）より大きくなる。

また、ピストンリング２００には複数の長細い縦溝３６０が形成されるため、シリンダー２０５に挿入される前の状態でピストンリング２００の有効幅は、ピストンリング２００の全体幅（ｂ２）の中で長細い縦溝３６０が形成されていない幅（ｂ１）に等しくなる。

しかし、ピストンリングの弾性力はその有効幅の３乗に比例するため、自由状態ではピストンリング２００が弱い弾性力を示すようになる。したがって、ピストンリング２００をピストン２３０に容易に装着することができ、また、ピストンリング２００が装着されたピストン２３０はシリンダー２０５に容易に挿入できる。

そして、長細い縦溝３６０の切り込み深さ（ｂ０）は、ピストンリング２００を使用するエンジンの要求仕様によって適切な寸法に決められる。ただし、本発明の実施例では、長細い縦溝３６０の切り込み深さ（ｂ０）はピストンリング２００の幅（ｂ２）の半分に決めるのが好ましい。したがって、自由状態でピストンリング２００には、長細い縦溝３６０がない状態に比べて１／８の弾性力が形成される。

本発明の実施例で、ピストンリング２００の内周面３５０の周長から長細い縦溝３６０を除いた長さは、２π（Ｒ−ｂ２）−Ｇ１以上の値に設定される。ここで、Ｒはシリンダー内壁の半径を、ｂ２はピストンリングの全体幅を、そしてＧ１はピストンリングギャップ（使用状態）を各々示す。より具体的には、本発明の実施例の場合、ピストンリング２００の内周面３５０の周長から長細い縦溝３６０を除いた長さは、２π（Ｒ−ｂ２）−Ｇ１の値に設定される。

したがって、ピストンリング２００がシリンダー２０５内に挿入された場合は、ピストンリング２００の半径が減少するとともに、長細い縦溝３６０による内周面３５０の間隔が殆ど消滅する。

したがって、シリンダー２０５内にピストン２３０が挿入された場合の正常状態は、ピストンリング２００の内周面３５０が切れ目無く連結されたような状態であり、ピストンリング２００の有効幅は全体幅（ｂ２）となる。したがって、シリンダー内壁２１５には全体幅（ｂ２）による弾性力が作用し、密着状態を維持する。

図４は、本発明の実施例によるピストンリング２００を使用するエンジンのシリンダーボア変形時におけるピストンリング２００の変形を示した図である。

シリンダー内壁２１５に複雑な屈曲が形成された場合、図４に示すように、シリンダー内壁２１５の屈曲の峰領域４１０では長細い縦溝３６０の隙間が開き、弾性係数が低く形成される。したがって、シリンダー内壁２１５の峰４１５に沿ってピストンリング２００が容易に曲がるようになる。したがって、シリンダー内壁２１５の谷間領域４２０でもピストンリング２００はシリンダー内壁２１５の谷間４２５に密着するようになる。

以上で本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その技術範囲において、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば容易に変更し得るであろう。

シリンダー内壁の屈曲と、これにより発生するピストンリングとシリンダー内壁との間のギャップを示した図である。 本発明の実施例による内燃エンジンの構成図である。 本発明の実施例によるピストンリングを示した斜視図であって、シリンダーに挿入される前の自由状態を示した図である。 本発明の実施例によるピストンリングを用いるエンジンのシリンダーボア変形時のピストンリングの変形を示した図である。

符号の説明

２００ ピストンリング
２０５ シリンダー
２１０ シリンダーブロック
２１５ シリンダー内壁
２３０ ピストン
２３５ 円周溝
２４０ ピストンピン
２４５ コネクティングロッド
３１０ 外周面
３５０ 内周面
３５１ 内周面の上端
３５２ 内周面の下端
３６０ 長細い縦溝
４１０ 峰領域
４１５ 峰
４２０ 谷間領域
４２５ 谷間

Claims (7)

1. 内燃エンジン用ピストンリングであって、
   前記内燃エンジンのシリンダー内壁と接触するための外周面；及び
   前記外周面の内側に形成される内周面；を含み、
   前記内周面には複数の長細い縦溝が形成されていることを特徴とする内燃エンジン用ピストンリング。
2. 前記長細い縦溝は、前記ピストンリングの内周面に垂直方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン用ピストンリング。
3. 前記長細い縦溝の切り込み深さは、ピストンリングの半径方向幅（ｂ２）の４０％乃至６０％であることを特徴とする、請求項２に記載の内燃エンジン用ピストンリング。
4. 前記内周面の長細い縦溝を除いた周長は、２π（Ｒ−ｂ２）−Ｇ１以上であることを特徴とする、請求項３に記載の内燃エンジン用ピストンリング。
   （ここで、Ｒはシリンダー内壁の半径を、ｂ２はピストンリングの幅を、Ｇ１はピストンリングギャップを各々示す。）
5. 前記長細い縦溝は、前記内周面の上端から下端まで延びていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃エンジン用ピストンリング。
6. 前記内周面の長細い縦溝を除いた周長は、２π（Ｒ−ｂ２）−Ｇ１以上であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃エンジン用ピストンリング。
   （ここで、Ｒはシリンダー内壁の半径を、ｂ２はピストンリングの幅を、Ｇ１はピストンリングギャップを各々示す。）
7. シリンダーを形成するシリンダーブロック；
   前記シリンダー内で往復運動するピストン；及び
   前記ピストンに装着され、前記シリンダーの内壁と接触するピストンリング；を含み、
   前記ピストンリングは、請求項１乃至６のうちのいずれかに記載のピストンリングであることを特徴とする内燃エンジン。
   

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