JP2005188750A - ピストンのコイルエキスパンダ付きオイルリング用リング溝 - Google Patents

Abstract

【課題】
リング溝からのオイル上がり量を抑制することができる２ピースオイルリング用リング溝を提供し、エンジンのオイル消費量を低減する。
【解決手段】
ピストン（２０）の軸方向に直交する上下面（１３、１４）と、その上下面を連結する底面（１２）と、その底面に開口（１９）を有するオイル逃がし穴（１８）とを備えたリング溝（１１）において、リング溝（１１）にオイルリング（２）を外周端がシリンダ（７）の内周面に接するように内装したとき、底面（１２）を、上下端（１５、１６）がオイルリング本体（５）の上下面内端よりも所定距離、好ましくはシリンダの内径の１／１００〜１／３００だけ内方に寄った半径方向位置にあり、本体の背面から張り出したコイルエキスパンダ（６）から、所定距離、好ましくは、シリンダ（７）の内径の１／１００〜１／３００離れてそれを囲む母線（１７）を有する凹面に形成した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ピストンのコイルエキスパンダ付きオイルリング用リング溝に関する。

従来のリング溝は、図１に示すように、横断面が角張った矩形であるか、又は、実開昭４７−３８２０４号に提案された内方の角を丸めた矩形であった。底面２と上下面３、４からなる矩形のリング溝１には本体５とコイルエキスパンダ６を組み合わせた２ピースオイルリングが内装され、リング溝１の軸方向幅は本体５の軸方向幅よりもわずかに、例えば０．０４〜０．０６ｍｍ大きく設定されていた。

リング溝１の底面２は、ピストン２０が実動熱膨時に首振り運動をしても、コイルエキスパンダ６の内端が接触しないようにしなければならない。このため、底面２は、本体５の外周端がシリンダ７に接するとき、コイルエキスパンダ２の内端よりも所定の距離、例えばシリンダ７の内径の１／２００程度内方に寄った位置にくるように設定されていた。

リング溝１のオイルをホイルパンへ逃がすオイル逃がし穴８の開口９は底面２の軸方向中心よりも下方又はリング溝１の下面４に設定されていた。
２ピースオイルリングのコイルエキスパンダ２は本体５の背面から半分近く内方へ張り出すから、リング溝１内におけるオイルリング背面の空隙は比較的大きく、特に、オイルリングのシリンダへの追従性を向上するために本体を薄幅化したとき、この空隙は一層大きくなっていた。
実開昭４７−３８２０４号

リング溝内のオイルリングは、図２に示すように、実動時にシリンダとの摩擦力、ピストンの運動による慣性力、燃焼によるガス圧力が作用する。排気工程において、慣性力が上向きに作用しても、ある期間摩擦力によりオイルリング１０はリング溝１の下面側にあり、図３（ａ）に示すように、オイルリング１０の上面に隙間が生じる。このとき、オイルリング背面溝内空隙のオイルが上面の隙間に入り込む。 次に、慣性力が摩擦力を超え、オイルリング１０がオイルリング溝１の上面側に移動すると、上面の隙間に入り込んだオイルは、図３（ｂ）に示すように、ピストンの外周へ押し出され、さらに、図３（ｃ）に示すように、オイルは慣性力によりリング溝１から上昇し、燃焼室方向に移動して燃焼消失する。したがって、リング溝内のオイルリング背面空隙が大きいと、そこに存在するオイル量も、リング溝からのオイル上がり量も多くなり、当然、オイル消費量も増大する。

ブローバイガスはオイルリング背面空隙のオイルをオイル逃がし穴へ吹き下げるが、空隙が大きい上に、オイル逃がし穴の開口がコイルエキスパンダよりも下にあるため、ブローバイガスの吹き下げ作用は抑制され、空隙の上面側にオイルが残る。
本発明は、リング溝のオイルリング背面空隙によるオイル消費の増大を防止することを課題とするものであり、その目的はオイル消費量を低減することが可能な２ピースオイルリング用リング溝を提供することにある。

前記課題を達成するため、本発明が採用する手段は、２ピースオイルリングの本体軸方向幅よりもわずかに大きな軸方向幅を有するリング溝に、本体の外周端がシリンダの内周面に接するように内装したとき、リング溝の上下面の内端を本体上下面内端よりも所定距離、例えばシリンダ内径の１／２００程度内方の位置に設定し、その上下面内端を上下端とする底面を横断面においてコイルエキスパンダを所定距離、例えばシリンダ内径の１／２００程度離れて囲む母線からなる凹面に形成したことにある。

このリング溝は、従来のリング溝と軸方向及び半径方向の幅は同一であるが、オイルリングの背面の空隙は従来のものよりも大幅に小さくなるから、空隙に残って本体上面の隙間に流出するオイルは少なくなる。
オイル逃がし穴の開口を底面の中央に設けると、空隙に残るオイルをブローバイガスの吹き下げ作用を利用してオイルパンに戻すことができる。しかし、吹き下げ作用を利用しにくいときは、従来のように、オイル逃がし穴の開口をリング溝の下面と同じレベル又はそれよりも低くして、オイルリングが掻き落としたオイルを迅速にオイルパンに戻す。

図面に示す第１実施例に基づいて説明する。
図４に示すように、２ピースオイルリング１０は、その外周端がシリンダ７の内周面に接するようにピストンのリング溝１１に内装する。リング溝１１の軸方向に垂直な上面１３と下面１４の間隔は、従来のものと同じであり、内装した２ピースオイルリング１０の本体５の軸方向よりも０．０４〜０．０６ｍｍ大きい。

横断面において、上下面１３、１４の内端１５、１６は、半径方向位置において、本体５の上下面の内端よりもシリンダ７の内径の１／２００程度内方にある。リング溝１１の底面１２は、半径がコイルエキスパンダ６の半径よりもシリンダ７の内径の１／２００程度大きく、中心が軸方向位置においてリング溝１１の軸方向中心と、半径方向位置においてコイルエキスパンダ６の中心とそれぞれ同一であり、両端の半径方向位置がリング溝の上下面内端１５、１６と同一である円弧と、その円弧の両端と上下面内端１５、１６とをそれぞれ結ぶ２つの直線とからなる母線１７により形成される丸底状凹面である。

上の圧力リングを抜けるブローバイガスの吹き下げ作用を利用できるときは、リング溝１１のオイル逃がし穴１８は底面１２に開口し、その開口１９の中心は、軸方向位置において、リング溝１１の軸方向中心と一致するのが最良であるが、従来公知のものと同様に、開口中心は底面の軸方向中心よりも下方又はリング溝の下面に設置してもよい。このオイルリング溝１１の開口１９より上のオイルリング背面の空隙は、横断面において、従来の矩形横断面リング溝のものよりも図においてクロスハッチングした部分だけ減少する。

第１実施例のリング溝１１は、図３（ｄ）に示すように、オイルリング１０の背面空隙は小さいから排気行程時に空隙に存在するオイルは、図３（ａ）に示す従来例のものに比べると少量であり、したがって、図３（ｅ）及び（ｆ）に示すように、オイルリング１０の上面側への移動によりリング溝から外周へ押し出されるオイルの量も、リング溝１１から上がるオイルの量も図３（ｂ）及び（ｃ）に示す従来のものよりも少ない。

オイルリングの背面空隙に残存するオイルはブローバイガスによりオイル逃がし穴に吹き下げられるが、高速回転時には１サイクル当りのブローバイガス流量は減少し、それに対し慣性力が増加するため、オイルリングの背面空隙に残存するオイル量も増大する。しかし、本発明のオイルリング背面空隙は従来よりも小さいから、オイルリング背面空隙に残るオイル量も、リング溝からのオイル上がり量も少ないから、オイル消費量は従来よりも低減する。

次に、図５に示す第２実施例について説明する。第２実施例の平底状底面１２を形成する母線２１は、横断面において上下端が開口１９の上下端と合致し、半径方向位置がコイルエキスパンダ６の内端よりもシリンダ７の内形の１／２００程度だけ内方に寄る軸方向の直線と、その直線の上下端と上下面１３、１４の内端１５、１６を結ぶ２つの直線とからなる。

第２実施例の母線２７は第１実施例のものより全体として少し内方に寄るから、オイルリング１０の背面の上方空隙は、第１実施例のものよりも少し大きいが、それでも従来の矩形横断面リング溝のものに比べると、図においてクロスハッチングした部分だけ減少するから、面積は大幅に小さくなる。したがって、第２実施例もオイル消費量を低減することができる。これ以外は第１実施例と同じである。

図示していないが、本発明のリング溝は、底面を第１実施例の底面よりは内方に寄るが、第２実施例の底面よりは外方に寄るように形成してもよい。例えば、底面を第１実施例の円弧と、その円弧に対してリング溝上下面内端から延長した２つの接線からなる母線により形成される丸底状凹面とすることも可能である。
図６は、図１に示す従来例のリング溝、図４及び図５に示す第１及び第２実施例のリング溝を持つピストンを３．１リットル水冷直列４気筒ディーゼルエンジンに取付けて実施した、オイル消費量測定テストの結果を示すグラフである。このグラフは、本発明のリング溝によりエンジンのオイル消費量が低減することを示すものであり、オイル消費量を従来例よりも第１実施例は３５％程度、第２実施例は１５％程度低減する。

先に述べたように、オイル逃がし穴の開口をリング溝の下面よりも低くすることも可能である。図７に示す第３実施例及び図８に示す第４実施例のリング溝１１の底面１２は、第１実施例及び第２実施例のものとそれぞれ略同じであるが、オイル逃がし穴１８の開口１９は底面１２の中央ではなく、リング溝１１の下面１４と交差する低い位置にある。

本発明のリング溝は、従来の底面が横断面が角張った矩形又は内方の上下の隅に丸みを付けた矩形の底辺であったものとは異なり、底面がオイルリング本体の背面から張り出すコイルエキスパンダを囲む凹面であるから、従来のものよりもオイルリング背面空隙が大幅に縮小して、そこに存在するオイルを減少すると共に、その底面にオイル逃がし穴を開口してオイルリング背面空隙のオイルが容易に吹き下げられるようにしたから、リング溝からのオイル上がり量が減少してエンジンのオイル消費量が低減するという優れた効果を奏する。

従来例のリング溝の拡大横断面図、 オイルリングの実動時の軸方向挙動、摩擦力、慣性力を示すグラフ、 リング溝内オイルの挙動を示す略図、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来例を、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は実施例をそれぞれ示す。 第１実施例の拡大断面図、 第２実施例の拡大断面図、 従来例、第１及び第２実施例のオイル消費量測定結果を示すグラフ、 第３実施例の拡大断面図、 第４実施例の拡大断面図、

符号の説明

１：リング溝
２：底面
３：上面
４：下面
５：本体
６：コイルエキスパンダ
７：シリンダ
８：オイル逃がし穴
９：開口
１０：オイルリング
１１：リング溝
１２：底面
１３：上面
１４：下面
１５、１６：内端
１７：母線
１８：オイル逃がし穴
１９：開口
２０：ピストン
２１：母線

Claims (3)

1. ピストン（２０）の軸方向に直交する上下面（１３、１４）と、前記上下面を連結する底面（１２）と、前記底面に開口（１９）を有するオイル逃がし穴（１８）とを備えたリング溝（１１）において、前記リング溝にオイルリング（２）を外周端がシリンダ（７）の内周面に接するように内装したとき、前記上下面の内端（１５、１６）は前記オイルリング本体（５）の上下面内端よりも所定距離、好ましくは前記シリンダの内径の１／１００〜１／３００だけ内方に寄った半径方向位置にあり、前記底面（１２）は、前記内端（１５、１６）を上下端とし、前記本体の背面から張り出したコイルエキスパンダ（６）を囲む母線（１７、２１）から形成された凹面であり、前記母線は、中心が軸方向位置において前記リング溝の軸方向中心に、半径方向位置において前記コイルエキスパンダの中心にそれぞれ等しい位置にあり、半径が前記コイルエキスパンダの外半径よりも所定距離、好ましくは前記シリンダの内径の１／１００〜１／３００だけ大きい円弧と、前記円弧に前記内端から引いた２つの接線とからなることを特徴としてなるピストンのコイルエキスパンダ付きオイルリング用リング溝。
2. 前記開口（１９）は、前記底面（１２）の略中央に開口することを特徴としてなる請求項１に記載のピストンのコイルエキスパンダ付きオイルリング用リング溝。
3. 前記開口（１９）は、前記下面（１４）と交差することを特徴としてなる請求項１に記載のピストンのコイルエキスパンダ付きオイルリング用リング溝。

Images