JP2006183654A - Setting method for total ring tension and fuel lubrication type internal combustion engine using light oil - Google Patents

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元一 村上
Akira Yamashita
晃 山下
Shunei Omori
俊英 大森
Koji Moriya
浩司 森谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a setting method for the total ring tension of a compression ring and/or an oil ring fitted to the piston of a fuel lubrication type internal combustion engine using light oil for increasing torque or fuel economy. <P>SOLUTION: The total ring tension of the compression ring and/or the oil ring fitted to the piston of the fuel lubrication type internal combustion engine using light oil is set in consideration of an increase in torque and/or fuel economy when the total ring tension is lowered. In this case, the increment of torque due to the lowering of cylinder friction loss resulting from the lowering of the total ring tension is brought into a range surpassing the decrement of torque due to the lowering of a cylinder pressure resulting from the lowering of the total ring tension. Also, the increment of fuel economy due to the lowering of the cylinder friction loss resulting from the lowering of the total ring tension is brought into a range surpassing the decrement of fuel economy due to the adhesion of fuel to a liner resulting from the lowering of the total ring tension. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関のピストンに装着するコンプレッションリング及び/又はオイルリングの合計リング張力の設定方法及び軽油等燃料潤滑式内燃機関に関する。   The present invention relates to a compression ring and / or a method for setting a total ring tension of a fuel ring internal combustion engine that uses a fuel such as light oil as a lubricating oil, and a fuel lubricated internal combustion engine such as light oil.

従来、車両に搭載する内燃機関が備えるピストン1の周囲には、図3に示すような第一コンプレッションリング2、第ニコンプレッションリング3、オイルリング4等が装着されている。これらの第一コンプレッションリング2、第ニコンプレッションリング3、オイルリング4はそれぞれ矢示5、6、7に示すよう半径方向に、すなわち、シリンダライナ側へ押しつける向きの張力が作用している。この張力が作用することにより筒内圧が保持され潤滑油(オイル)の消費量を抑制する等、これらの各リングは内燃機関にとって欠かすことができないものである。   Conventionally, a first compression ring 2, a second compression ring 3, an oil ring 4 and the like as shown in FIG. 3 are mounted around a piston 1 included in an internal combustion engine mounted on a vehicle. The first compression ring 2, the second compression ring 3, and the oil ring 4 are applied with tension in the radial direction, that is, in the direction of pressing toward the cylinder liner, as indicated by arrows 5, 6, and 7, respectively. Each of these rings is indispensable for an internal combustion engine, for example, by maintaining the in-cylinder pressure by the action of this tension and suppressing the consumption of lubricating oil (oil).

昨今、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関の提案がされている(例えば、特許文献1)が、このように軽油等の燃料を潤滑油として兼用するタイプの内燃機関のピストンにも前記のような各リングが装着されている。   Recently, a fuel-lubricated internal combustion engine that uses fuel such as light oil as a lubricating oil has been proposed (for example, Patent Document 1). Each ring as described above is also attached to the piston of the engine.

実開昭60−194112号公報Japanese Utility Model Publication No. 60-194112

図3に示したような第一コンプレッションリング2、第ニコンプレッションリング3、オイルリング4は、前記のように筒内圧の保持等のためには必要なものであり、矢示5、6、7で示したような張力の合計、すなわち、合計リング張力が大きいほど密閉性が高まり、筒内圧も保持される。高い筒内圧は高トルクを発生させることにもなり好都合である。また、従来の、燃料とは別に潤滑用のオイルを用いるタイプの一般的な内燃機関では前記各リングの合計リング張力が高いほどオイル消費量を低下することができ、また、ブローバイガスに因るオイルの劣化を防止することができ有利である。   The first compression ring 2, the second compression ring 3, and the oil ring 4 as shown in FIG. 3 are necessary for maintaining the in-cylinder pressure as described above. As the total tension shown in FIG. 1, that is, the total ring tension increases, the sealing performance increases and the in-cylinder pressure is also maintained. A high in-cylinder pressure is advantageous because it generates a high torque. Further, in a conventional internal combustion engine of a type that uses oil for lubrication separately from fuel, the higher the total ring tension of each ring, the lower the oil consumption can be, and also due to blow-by gas. This can advantageously prevent the deterioration of the oil.

しかしながら、その一方で合計リング張力を高めすぎるとピストン1とシリンダとの間の摩擦損失が増大し、これにより内燃機関のトルクを低下させ、さらに、燃費を低下させることになりかねない。   On the other hand, however, if the total ring tension is too high, the friction loss between the piston 1 and the cylinder increases, which can reduce the torque of the internal combustion engine and further reduce the fuel consumption.

また、前記特許文献1に記載されたような軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関では、その構造上、潤滑用のオイルを用いておらず、比較的短時間で燃料が消費されるので、そもそもブローバイガスによるオイルの劣化や、オイルの消費をそれほど気遣う必要がない。   Further, in a fuel-lubricated internal combustion engine using light oil or the like as a lubricating oil as described in Patent Document 1, because of its structure, no lubricating oil is used, and the fuel oil is used in a relatively short time. Since fuel is consumed, there is no need to worry about the deterioration of oil caused by blow-by gas or the consumption of oil.

そこで、本発明は、軽油等燃料潤滑式内燃機関における前記のような事情に鑑み、内燃機関のトルク向上、燃費向上を達成することのできるコンプレッションリング及び/又はオイルリングの合計リング張力の設定方法、この合計リング張力の設定方法により合計リング張力の設定を行ったコンプレッションリング及び/又はオイルリングを備えた軽油等燃料潤滑式内燃機関を提供することを課題とする。   Therefore, in view of the above-described circumstances in a fuel lubricated internal combustion engine such as light oil, the present invention provides a compression ring and / or a total ring tension setting method for an oil ring that can achieve improvement in torque and fuel consumption of the internal combustion engine. Another object of the present invention is to provide a fuel lubricated internal combustion engine such as a light oil equipped with a compression ring and / or an oil ring in which the total ring tension is set by the method of setting the total ring tension.

かかる課題を解決するための、本発明の合計リング張力の設定方法は、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関のピストンに装着するコンプレッションリング及び/又はオイルリングの合計リング張力の設定方法であって、前記合計リング張力を、当該合計リング張力を低下させた際のトルク向上及び/又は燃費向上を加味して設定したことを特徴とする。すなわち、合計リング張力の低下と密接な関係を有するトルク向上と燃費向上を考慮して設定する。ここで、トルク向上と燃費向上の双方を加味することが望ましいが、トルク向上、又は、燃費向上のいずれかのみを加味してもよい。
なお、合計リング張力とは、ピストンに装着するコンプレッションリングやオイルリングといった各リングが自らをシリンダのライナ側に押しつけるように作用する半径方向の力の合計のことである。また、合計リング張力を低下させるとは、リング毎の張力を低下させてその合計の値を低下させることのみならず、リングの本数を減らすことによって合計の値を低下させる場合も含まれる。従って、場合によっては、ピストンに装着されるリングが一本となることも考えられる。
In order to solve such a problem, the total ring tension setting method of the present invention is the sum of compression rings and / or oil rings attached to pistons of a fuel oil-type internal combustion engine such as light oil that also uses fuel such as light oil as a lubricating oil. The ring tension setting method is characterized in that the total ring tension is set in consideration of torque improvement and / or fuel efficiency improvement when the total ring tension is reduced. That is, it is set in consideration of torque improvement and fuel efficiency improvement that are closely related to a decrease in total ring tension. Here, it is desirable to consider both the torque improvement and the fuel efficiency improvement, but only the torque improvement or the fuel efficiency improvement may be considered.
The total ring tension is a total of radial forces acting so that each ring such as a compression ring or an oil ring attached to the piston presses itself against the liner side of the cylinder. In addition, reducing the total ring tension includes not only reducing the total value by reducing the tension of each ring, but also reducing the total value by reducing the number of rings. Therefore, depending on the case, it is conceivable that a single ring is attached to the piston.

このような合計リング張力の設定方法において、前記合計リング張力を、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴うトルク向上幅が、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内圧低下に伴うトルク低下幅を上回る範囲内で設定することができる。これは、トルク向上を加味する場合の合計リング張力の設定方法である。すなわち、合計リング張力を低下させると筒内摩擦損失低下に伴うトルク向上がみられる反面、筒内圧低下に伴うトルク低下がみられることになるが、このような事象を勘案してもなおトルクの向上がみられる範囲内で合計リング張力を低下させる趣旨である。   In such a method of setting the total ring tension, the total ring tension is reduced by the torque improvement width due to the reduction in in-cylinder friction loss caused by reducing the total ring tension. It can be set within a range that exceeds the torque drop width associated with the drop in the in-cylinder pressure caused by the. This is a method for setting the total ring tension in consideration of torque improvement. In other words, when the total ring tension is reduced, the torque is improved due to the reduction in in-cylinder friction loss, but the torque is reduced due to the decrease in in-cylinder pressure. The purpose is to reduce the total ring tension within a range where improvement is observed.

また、上記のような合計リング張力の設定方法では、前記合計リング張力を、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴う燃費向上幅が、前記合計リング張力を低下させたことに起因する燃料のライナ付着に伴う燃費低下幅を上回る範囲で設定することができる。これは、燃費向上を加味する場合の設定方法である。すなわち、合計リング張力を低下させると筒内摩擦損失低下に伴う燃費向上がみられる反面、従来の燃料とは別に潤滑用のオイルを用いるタイプの一般的な内燃機関におけるオイル消費に相当する燃料のライナ付着に伴う燃費悪化すなわち燃費低下がみられることになるが、このような事象を勘案してもなお燃費の向上がみられる範囲内で合計リング張力を低下させる趣旨である。   Further, in the method of setting the total ring tension as described above, the fuel efficiency improvement width due to the reduction in in-cylinder friction loss caused by reducing the total ring tension reduces the total ring tension. It can be set in a range that exceeds the range of fuel consumption reduction due to the liner adhering to the fuel resulting from this. This is a setting method in the case of taking fuel efficiency improvement into consideration. In other words, when the total ring tension is reduced, fuel efficiency is improved due to a reduction in in-cylinder friction loss, but fuel equivalent to oil consumption in a general internal combustion engine of a type using lubricating oil in addition to conventional fuel is observed. Although the fuel consumption deteriorates due to the adhesion of the liner, that is, the fuel consumption decreases, the total ring tension is reduced within a range in which the fuel efficiency is still improved even when such an event is taken into consideration.

また、このような合計リング張力の設定方法において、前記合計リング張力を、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴うトルク向上幅が、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内圧低下に伴うトルク低下幅を上回る範囲内において、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴う燃費向上幅から前記合計リング張力を低下させたことに起因する燃料のライナ付着に伴う燃費低下幅を減算した値が最も大きくなる点に設定することができる。これは、トルクと燃費の向上が認められる範囲内で燃費の向上を重視した設定方法である。従って、トルクの向上を重視する場合は、トルクと燃費の向上が認められる範囲内で、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴うトルク向上幅から前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内圧低下に伴うトルク低下を減算した値が最も大きくなる点に設定することもできる。   Further, in such a method for setting the total ring tension, the total ring tension is reduced by a torque improvement width due to a reduction in in-cylinder friction loss caused by reducing the total ring tension. The total ring tension was reduced from the fuel efficiency improvement range due to the reduction in in-cylinder friction loss due to the reduction in the total ring tension within the range exceeding the torque reduction range due to the reduction in in-cylinder pressure due to It can be set to the point where the value obtained by subtracting the reduction in fuel consumption due to the adhesion of the fuel to the liner is the largest. This is a setting method that places emphasis on improving fuel efficiency within a range where improvements in torque and fuel efficiency are recognized. Therefore, when emphasizing the improvement in torque, the total ring tension is calculated based on the torque improvement width associated with the reduction in in-cylinder friction loss resulting from the reduction in the total ring tension within the range in which the improvement in torque and fuel consumption is recognized. It can also be set to a point where the value obtained by subtracting the torque drop due to the drop in the in-cylinder pressure due to the drop in the value becomes the largest.

前記のように、コンプレッションリングやオイルリングといったピストンリングは、筒内圧の保持等のためには必要なものである。このようなピストンリングは様々な形式のものが考案されているが、例えば、筒内で圧縮されたガスの漏れを軽減できるピストンリングの提案もされている。このようなピストンリングには、例えば、ピストン外周面に形成されるリング溝に挿入される合成樹脂リングと、自己張力を有し前記合成樹脂リングを内側から外側に押圧するエキスパンダリングとから成るピストンリングであって、前記合成樹脂リングと、前記エキスパンダリングの間に、前記リング溝のピストン上下方向の幅以上の上下幅を有する弾性リングを介装した構成のものがある。このようなピストンリングはブローバイガスのクランクケース側への流出を防止することができる。(以下、本明細書において、このようなピストンリングを「ゼロブローバイガスリング」と称する)。本発明の合計リング張力の設定方法は、コンプレッションリングやオイルリングにゼロブローバイガスリングを用いた場合にも適用することができる。   As described above, a piston ring such as a compression ring or an oil ring is necessary for maintaining in-cylinder pressure. Various types of piston rings have been devised. For example, piston rings that can reduce leakage of gas compressed in a cylinder have been proposed. Such a piston ring includes, for example, a synthetic resin ring that is inserted into a ring groove formed on the outer peripheral surface of the piston, and an expander ring that has self-tension and presses the synthetic resin ring from the inside to the outside. There is a piston ring having a configuration in which an elastic ring having a vertical width equal to or larger than a width of the ring groove in the vertical direction of the piston is interposed between the synthetic resin ring and the expander ring. Such a piston ring can prevent blow-by gas from flowing out to the crankcase side. (Hereinafter, such a piston ring is referred to as a “zero blow-by gas ring” in this specification). The total ring tension setting method of the present invention can also be applied to the case where a zero blow-by gas ring is used for a compression ring or an oil ring.

本発明の軽油等燃料潤滑式内燃機関は、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関であって、前記のような合計リング張力の設定方法により合計張力が設定されたコンプレッションリング及び/又はオイルリングを備えたことを特徴とする。このような構成とすれば、軽油等燃料潤滑式内燃機関のトルク向上、燃費向上を図ることができる。   A fuel-lubricated internal combustion engine of light oil or the like of the present invention is a fuel-lubricated internal combustion engine that uses fuel such as light oil as a lubricating oil, and the total tension is set by the method of setting the total ring tension as described above. A compression ring and / or an oil ring are provided. With such a configuration, it is possible to improve the torque and fuel consumption of a fuel-lubricated internal combustion engine such as light oil.

また、本発明の他の軽油等燃料潤滑式内燃機関は、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関でにおいて、ピスントンに装着するコンプレッションリング及び/又はオイルリングを、ピストン外周面に形成されるリング溝に挿入される合成樹脂リングと、自己張力を有し前記合成樹脂リングを内側から外側に押圧するエキスパンダリングとから成るピストンリングであって、前記合成樹脂リングと、前記エキスパンダリングの間に、前記リング溝のピストン上下方向の幅以上の上下幅を有する弾性リングを介装したピストンリングとしたことを特徴とする。すなわち、軽油等燃料潤滑式内燃機関に前記ゼロブローバイピストンリングを組み込んだものである。   Further, another fuel-lubricated internal combustion engine of light oil or the like according to the present invention is a fuel-lubricated internal combustion engine that uses fuel such as light oil as a lubricating oil, and a compression ring and / or an oil ring attached to Piston are provided as pistons. A piston ring comprising a synthetic resin ring inserted into a ring groove formed on an outer peripheral surface, and an expander ring having self-tension and pressing the synthetic resin ring from the inside to the outside, wherein the synthetic resin ring A piston ring having an elastic ring having a vertical width greater than or equal to the width of the ring groove in the vertical direction of the piston is provided between the expander rings. That is, the zero blow-by piston ring is incorporated into a fuel-lubricated internal combustion engine such as light oil.

ゼロブローバイガスリングは、ブローバイガスのクランクケース側への流出を防止することができるため、ブローバイガスを処理するためのPCVシステムを省略することができる。また、軽油等燃料潤滑式内燃機関は、前記のように比較的短時間で燃料が消費され、ブローバイガスによるオイル(燃料)の劣化にはそれ程気を使わなくてもよいが、ゼロブローバイガスリングを用いれば、ブローバイガスによる燃料の劣化の懸念をさらに低減することができる。   Since the zero blow-by gas ring can prevent the blow-by gas from flowing out to the crankcase side, the PCV system for processing the blow-by gas can be omitted. In addition, fuel-lubricated internal combustion engines such as light oil consume fuel in a relatively short period of time as described above, and it is not necessary to use much care for deterioration of oil (fuel) due to blow-by gas. If this is used, it is possible to further reduce the concern of fuel deterioration due to blow-by gas.

しかしながら、その一方で、ゼロブローバイガスリングを用いると、ブローバイガスによるオイル(燃料)掻き下げ効果、すなわち、燃焼室側へ入り込んだ潤滑剤としての燃料がクランクケース側へ掻き落とされ難くなり、オイル消費量が増大することが懸念される。オイル消費量があまりにも多いと車両の運行やメンテナンス上、問題である。このため、燃料とは別に潤滑用のオイルを用いるタイプの一般的な内燃機関へのゼロブローバイガスリングの採用は消極的であった。   On the other hand, however, when the zero blow-by gas ring is used, the oil (fuel) scraping effect by the blow-by gas, that is, the fuel as the lubricant that has entered the combustion chamber side is less likely to be scraped off to the crank case side. There is a concern that consumption will increase. Too much oil consumption is a problem for vehicle operation and maintenance. For this reason, the adoption of a zero blow-by gas ring in a general internal combustion engine of a type that uses oil for lubrication separately from fuel has been reluctant.

ところが、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関では、その構造上、オイルの消費をそれほど気遣う必要がない。これは、軽油等の燃料が燃料であると共に潤滑油である場合に、潤滑油としての燃料の消費が多少増加したとしても、燃料として燃焼に供される燃料の消費量と比較すれば微量であるといえ、多少の燃費低下とはなるものの、車両の運行やメンテナンス上、それ程問題となることはない。   However, in a fuel-lubricated internal combustion engine that uses fuel such as light oil as a lubricating oil, it is not necessary to worry about oil consumption because of its structure. This is because when fuel such as light oil is a fuel and a lubricating oil, even if the consumption of the fuel as a lubricating oil slightly increases, it is a small amount compared to the consumption of the fuel used for combustion as a fuel. Although there is a slight reduction in fuel consumption, there is no such problem in terms of vehicle operation and maintenance.

本発明によれば、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関のピストンに装着するコンプレッションリング及び/又はオイルリングの合計リング張力を、当該合計リング張力を低下させた際のトルク向上及び/又は燃費向上を加味して設定するようにしたので、軽油等燃料潤滑式内燃機関のトルク向上、燃費向上を達成することができる。   According to the present invention, when the total ring tension of the compression ring and / or the oil ring attached to the piston of the fuel lubricated internal combustion engine such as light oil that also uses fuel such as light oil as the lubricating oil is reduced. Therefore, the torque and fuel efficiency of a fuel-lubricated internal combustion engine such as light oil can be achieved.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、軽油を燃料と潤滑油と兼用する内燃機関(ディーゼルエンジン)のピストンに装着するコンプレッションリングやオイルリングといった各リングの合計リング張力の設定方法を説明するグラフであるが、X軸には合計リング張力、Y軸にはトルクの変動、燃費向上率をとっている。図中、g点、i点は、従来の潤滑用としてエンジンオイルを用いたエンジンオイル潤滑エンジンの各値を示すものである。すなわち、図1は、従来のエンジンオイル潤滑エンジンにおける各値を基準点(Y=0)としてトルクの変動、燃費向上率を表している。   FIG. 1 is a graph illustrating a method for setting the total ring tension of each ring such as a compression ring or an oil ring that is attached to a piston of an internal combustion engine (diesel engine) that uses both light oil and fuel and lubricating oil. Shows the total ring tension, torque fluctuation on the Y axis, and fuel efficiency improvement rate. In the figure, points g and i indicate values of an engine oil lubricated engine using engine oil for conventional lubrication. That is, FIG. 1 shows torque fluctuations and fuel efficiency improvement rates with each value in a conventional engine oil lubricated engine as a reference point (Y = 0).

まず、トルクの変動について説明する。図中、a1点は、潤滑用のエンジンオイルを燃料と兼用する軽油に変更したことに起因して摩擦が低下し、トルクがg点からh分だけ向上した点を示している。すなわち、軽油はエンジンオイルと比較して粘度が低いことから、その分摩擦が低下し、トルクが向上している。   First, torque fluctuation will be described. In the figure, point a1 indicates that the friction is reduced due to the fact that the lubricating engine oil is changed to light oil that is also used as fuel, and the torque is improved from the point g by h. That is, since the viscosity of light oil is lower than that of engine oil, friction is reduced and torque is improved accordingly.

a1点を出発点とする摩擦低下によるトルク向上を示す線分aは、合計リング張力を低下させるのに伴って、すなわち、図中、左方へ移動するに伴って上昇する。   The line segment a indicating the torque improvement due to the friction reduction starting from the point a1 increases as the total ring tension decreases, that is, as it moves to the left in the figure.

一方、合計リング張力を低下させるとブローバイガスが生じやすくなり、ブローバイガスが増加するとこれに伴って筒内圧が低下し、ひいては、曲線bで示すようにトルクは低下する。   On the other hand, when the total ring tension is lowered, blow-by gas is likely to be generated. When the blow-by gas is increased, the in-cylinder pressure is lowered, and as a result, the torque is lowered as shown by the curve b.

以上のように描かれた線分aと曲線bを重ね合わせると、合計トルク変化を示す曲線cが描かれる。このようにして描かれた曲線cが従来のエンジンオイル潤滑エンジンのトルクよりも上回る合計リング張力の範囲、すなわち、トルク向上領域を範囲Aと規定する。すなわち、この範囲Aが、本実施例の内燃機関において、合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴うトルク向上幅が、合計リング張力を低下させたことに起因する筒内圧低下に伴うトルク低下幅を上回る範囲ということになる。   When the line segment a and the curve b drawn as described above are superimposed, a curve c indicating the total torque change is drawn. A range of the total ring tension in which the curve c drawn in this way exceeds the torque of the conventional engine oil lubricated engine, that is, a torque improvement region is defined as a range A. That is, in the internal combustion engine of the present embodiment, this range A is the cylinder resulting from the reduction in the total ring tension due to the reduction in the in-cylinder friction loss resulting from the reduction in the in-cylinder friction loss. This is a range that exceeds the width of torque reduction accompanying the decrease in internal pressure.

次に、燃費向上率について説明する。図中、d1点は、潤滑用のエンジンオイルを燃料と兼用する軽油に変更したことに起因して摩擦が低下し、燃費がi点からj分だけ向上した点を示している。すなわち、軽油はエンジンオイルと比較して粘度が低いことからその分、摩擦が低下され、燃費が向上している。   Next, the fuel efficiency improvement rate will be described. In the figure, the point d1 indicates that the friction is reduced due to the change of the engine oil for lubrication to light oil that also serves as the fuel, and the fuel efficiency is improved by j from the point i. That is, since the viscosity of light oil is lower than that of engine oil, friction is reduced correspondingly and fuel efficiency is improved.

d1点を出発点とする摩擦低下による燃費向上を示す線分dは、合計リング張力を低下させるのに伴って、すなわち、図中、左方へ移動するに伴って上昇する。   A line segment d indicating an improvement in fuel consumption due to a decrease in friction starting from the point d1 increases as the total ring tension decreases, that is, as it moves to the left in the figure.

一方、合計リング張力を低下させると、潤滑用のエンジンオイルから変更した軽油がシリンダのライナやピストンのトップランド部に付着し、蒸発や飛散を起こして排気中へ消費されることにより、曲線eで示すように燃費は低下する。なお、図中、e1点は、燃費がi点からk分だけ低下した点を示しているが、これは、潤滑用のエンジンオイルを、エンジンオイルよりも揮発性の高い軽油に変更したことに起因するものである。   On the other hand, when the total ring tension is lowered, the light oil changed from the engine oil for lubrication adheres to the cylinder liner and the top land portion of the piston, evaporates and scatters, and is consumed in the exhaust gas. As shown in FIG. In the figure, point e1 indicates that the fuel consumption has decreased by k minutes from point i. This is because the engine oil for lubrication was changed to light oil with higher volatility than engine oil. It is due.

以上のように描かれた線分dと曲線eを重ね合わせると、合計燃費向上率を示す曲線fが描かれる。このようにして描かれた曲線fのなかで、最も高い地点が燃費最適点Bである。すなわち、この燃費最適点Bが、本実施例の内燃機関において、合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴う燃費向上幅から合計リング張力を低下させたことに起因する燃料のライナ付着に伴う燃費低下幅を減算した値が最も大きくなる点ということになる。   When the line segment d and the curve e drawn as described above are superimposed, a curve f indicating the total fuel efficiency improvement rate is drawn. Among the curves f drawn in this way, the highest point is the fuel efficiency optimum point B. That is, this fuel efficiency optimum point B is due to the reduction in the total ring tension from the fuel efficiency improvement width accompanying the reduction in the in-cylinder friction loss due to the reduction in the total ring tension in the internal combustion engine of the present embodiment. This is the point where the value obtained by subtracting the fuel consumption reduction width accompanying the fuel liner adhesion is the largest.

以上のように求めた燃費最適点Bは、トルクの変動から求めた範囲A内に納まっているので、合計リング張力の値を燃費最適点Bに対応する値とする。実際には、合計リング張力がこの値となるように各リングの張力を小さくしたり、リングの本数を減したりする措置をとる。以上のようなプロセスで合計リング張力を設定すれば、トルクの向上、燃費の向上を達成することができる。   Since the fuel efficiency optimum point B obtained as described above is within the range A obtained from the fluctuation of torque, the value of the total ring tension is set to a value corresponding to the fuel efficiency optimum point B. Actually, measures are taken to reduce the tension of each ring or reduce the number of rings so that the total ring tension becomes this value. If the total ring tension is set by the above process, torque and fuel efficiency can be improved.

なお、エンジンオイル潤滑エンジンと比較して軽油を潤滑用と兼用したことによる上昇分hやjを考慮することなくトルク向上範囲(範囲A)や、燃費最適点Bを求めるようにしてもよい。   It should be noted that the torque improvement range (range A) and the fuel efficiency optimum point B may be obtained without taking into account the increments h and j due to the combined use of light oil for lubrication as compared with an engine oil lubricated engine.

次に、本発明の軽油等燃料潤滑式内燃機関について説明する。軽油等燃料潤滑式内燃機関の燃料タンクや配管等の構成は、軽油等の燃料を潤滑油として兼用する構成となっていればどのような構成であってもよい。本発明の軽油等燃料潤滑式内燃機関の特徴となる構成は、ピスントンに装着するコンプレッションリングやオイルリングといったピストンリングをゼロブローバイガスリングとした点である。以下、このゼロブローバイガスリングの構成につき、図2を参照しつつ説明する。   Next, a fuel-lubricated internal combustion engine such as light oil according to the present invention will be described. The configuration of the fuel tank, piping, and the like of the fuel-lubricated internal combustion engine such as light oil may be any configuration as long as fuel such as light oil is also used as the lubricating oil. A feature of the fuel-lubricated internal combustion engine of the present invention is that a piston ring such as a compression ring or an oil ring attached to Piston is a zero blow-by gas ring. Hereinafter, the configuration of the zero blow-by gas ring will be described with reference to FIG.

図2(a)は内燃機関のピストンリングに適用した実施例の断面図であって、図2(a)において11はピストンであって、12はピストン11に形成されたリング溝である。13は合成樹脂リングであって、例えば、四フッ化エチレンで作られており、周方向に切れ目を有しておらず、また、それ自身、張力は非常に小さい。14は弾性リングであって例えば耐熱性のゴムで作られている。15はエキスパンダリングであって、例えば、鋼のような金属で作られていて自己張力を有し弾性リング14を介して合成樹脂リング13をピストン11の半径方向外側に向けて押圧し、合成樹脂リング13はオイル(図示しない)を介してシリンダライナ16に接している。   2A is a sectional view of an embodiment applied to a piston ring of an internal combustion engine. In FIG. 2A, 11 is a piston, and 12 is a ring groove formed in the piston 11. FIG. Reference numeral 13 denotes a synthetic resin ring which is made of, for example, tetrafluoroethylene, has no cut in the circumferential direction, and itself has a very low tension. An elastic ring 14 is made of, for example, heat resistant rubber. Reference numeral 15 denotes an expander ring, which is made of a metal such as steel and has a self-tension and presses the synthetic resin ring 13 toward the outside in the radial direction of the piston 11 via the elastic ring 14. The resin ring 13 is in contact with the cylinder liner 16 via oil (not shown).

合成樹脂リング13のピストン上下方向の幅D3はリング溝12への装着性等を考慮し、リング溝12のピストン上下方向の幅D1よりも小さく、合成樹脂リング13とリング溝12の上面と下面との間にはそれぞれ隙間C1、C2がある。弾性リング14の自由状態におけるピストン上下方向の幅はリング溝2のピストン上下方向の幅D1よりも大きいので、これをリング溝12に装着したときにはリング溝12の上面と下面との間には隙間が存在しない。また、弾性リング14はエキスパンダリング15によって合成樹脂リング13に押しつけられているので弾性リング14の背面と合成樹脂リング13の間には隙間が存在しない。   The width D3 of the synthetic resin ring 13 in the vertical direction of the piston is smaller than the width D1 of the ring groove 12 in the vertical direction of the piston in consideration of the mounting property to the ring groove 12, and the upper and lower surfaces of the synthetic resin ring 13 and the ring groove 12 There are gaps C1 and C2 respectively. Since the piston vertical direction width in the free state of the elastic ring 14 is larger than the piston vertical direction width D1 of the ring groove 2, there is a gap between the upper surface and the lower surface of the ring groove 12 when the ring is attached to the ring groove 12. Does not exist. Further, since the elastic ring 14 is pressed against the synthetic resin ring 13 by the expander ring 15, there is no gap between the back surface of the elastic ring 14 and the synthetic resin ring 13.

したがって、この実施例では、ブローバイガスは、燃焼室(図示しない)から、ピストン11とシリンダライナ16の間の隙間17を通り、さらに合成樹脂リング13とリング溝12の上面と間の隙間C1に達するが、そこから先へは進むことができず、クランクース(図示しない)に通じる合成樹脂リング13とリング溝12の下面との間の隙間C2に達することができないのでブローバイガスが合成樹脂リング13の背面をまわってクランクースに洩れることが防止される。なお、合成樹脂リング13とシリンダライナ16との間もシールされているので、そこからブローバイガスが洩れることはない。   Therefore, in this embodiment, blow-by gas passes from the combustion chamber (not shown) through the gap 17 between the piston 11 and the cylinder liner 16 and further into the gap C1 between the synthetic resin ring 13 and the upper surface of the ring groove 12. However, the blow-by gas cannot reach the gap C2 between the synthetic resin ring 13 leading to the crankseose (not shown) and the lower surface of the ring groove 12, so that the blow-by gas does not reach the synthetic resin ring 13 It is prevented that it leaks around the back of the crankcase. Since the space between the synthetic resin ring 13 and the cylinder liner 16 is also sealed, the blow-by gas does not leak from there.

図2(b)は本発明の他の実施例の構造を示す断面図である。この実施例においては、弾性リングは14aで示されているように、中空のパイプ状を成しており、エキスパンダリング15はその内部に内包されている。また、自由状態における断面の直径は、リング溝12のピストン上下方向の幅D1よりも大きいので、図2(a)で示した実施例と同様に、弾性リング14aをリング溝12に装着したときにはリング溝12の上面と下面との間には隙間が存在しない。この実施例においては、ブローバイガスは、燃焼室から、ピストン11とシリンダライナ16の間の隙間17を通り、さらに合成樹脂リング13とリング溝12の上面と間の隙間C1を通り、合成樹脂リング13の背面と弾性リング14aの間の上側の空間8に達するが、上述したように、弾性リング14aと合成樹脂リング13の間には隙間が存在しないので、空間8から図中下方に向かって合成樹脂リング13の背面と弾性リング14aの間の下側の空間9へ抜けることができない。また、弾性リング14aとリング溝12の上面との間にも隙間が存在しないので、前記空間8から弾性リング4aの背面をまわって前記空間9へ抜けることがない。したがって、ブローバイガスがクランクケースに洩れることが防止される。   FIG. 2B is a sectional view showing the structure of another embodiment of the present invention. In this embodiment, the elastic ring has a hollow pipe shape as indicated by 14a, and the expander ring 15 is included in the inside thereof. In addition, since the diameter of the cross section in the free state is larger than the width D1 of the ring groove 12 in the vertical direction of the piston, when the elastic ring 14a is attached to the ring groove 12 as in the embodiment shown in FIG. There is no gap between the upper surface and the lower surface of the ring groove 12. In this embodiment, the blow-by gas passes from the combustion chamber through the gap 17 between the piston 11 and the cylinder liner 16, and further through the gap C1 between the synthetic resin ring 13 and the upper surface of the ring groove 12, and the synthetic resin ring. 13 reaches the upper space 8 between the back surface of the elastic ring 14 and the elastic ring 14a. However, as described above, there is no gap between the elastic ring 14a and the synthetic resin ring 13, so that the space 8 moves downward in the figure. It cannot escape to the lower space 9 between the back surface of the synthetic resin ring 13 and the elastic ring 14a. In addition, since there is no gap between the elastic ring 14a and the upper surface of the ring groove 12, the space 8 does not pass through the back surface of the elastic ring 4a to the space 9. Therefore, the blow-by gas is prevented from leaking into the crankcase.

上記のように、図2(b)に示した実施例においてもブローバイガスが合成樹脂リング13の背面をまわってクランクケースに洩れることが防止される。また、弾性リング14aとエキスパンダリング15が一体化されているのでピストン11への装着が容易である。   As described above, even in the embodiment shown in FIG. 2B, the blow-by gas is prevented from leaking around the back surface of the synthetic resin ring 13 and leaking into the crankcase. Moreover, since the elastic ring 14a and the expander ring 15 are integrated, the mounting to the piston 11 is easy.

図2(c)は本発明のさらに他の実施例の構造を示す断面図である。この実施例においては、エキスパンダリング15は14bで示されている弾性リングの中に埋め込まれている。この実施例の作用および効果は図2(b)に示した実施例と同じであるので省略する。   FIG. 2C is a cross-sectional view showing the structure of still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the expander ring 15 is embedded in an elastic ring indicated by 14b. Since the operation and effects of this embodiment are the same as those of the embodiment shown in FIG.

上記各実施例によればエキスパンダリング15、または弾性リング14aや14bと、リング溝12の底壁hとの間に空間が形成されているため、ピストンリングはピストン11に対し半径方向の移動が容易となる。そのため、ピストン11のシリンダライナ16に対する径方向の動きに対してピストンリングの動きは自由となる。また、合成樹脂リング13とエキスパンダリング15の間に弾性リングがあることにより、ピストン11が首振り運動をして合成樹脂リング13をピストン半径方向に瞬間的に押しつぶそうとする力が作用した時に、その力が弾性リングによって吸収されることにより緩和され、合成樹脂リング13の耐久性が向上する。さらに、長期使用により合成樹脂リング13のシリンダライナ16との摺動面が磨耗し、エキスパンダリング15が伸びて張力が低下するが、同時に、弾性リングがゴムであれば、潤滑油により弾性リングが膨潤して厚みを増すため、その張力の低下を補うことができ、ピストンリング全体としての張力の低下を防止することができる。   According to each of the above embodiments, since the space is formed between the expander ring 15 or the elastic rings 14 a and 14 b and the bottom wall h of the ring groove 12, the piston ring moves in the radial direction with respect to the piston 11. Becomes easy. Therefore, the piston ring is free to move with respect to the radial movement of the piston 11 relative to the cylinder liner 16. Further, since there is an elastic ring between the synthetic resin ring 13 and the expander ring 15, the piston 11 swings and a force is applied to instantaneously crush the synthetic resin ring 13 in the piston radial direction. When this occurs, the force is absorbed by the elastic ring, and the durability of the synthetic resin ring 13 is improved. Furthermore, the sliding surface of the synthetic resin ring 13 with the cylinder liner 16 is worn out by long-term use, and the expander ring 15 is stretched and the tension is lowered. At the same time, if the elastic ring is rubber, the elastic ring is made by lubricating oil. Since this swells and increases the thickness, it is possible to compensate for the decrease in the tension and to prevent the decrease in the tension of the entire piston ring.

以上、説明したようなピストンリングの合計張力を設定する際は、実施例1で説明した方法を用いることができる。本実施例のピストンリングを用いることにより、ブローバイガスによる燃料の劣化を軽減し、前記のようなプロセスで合計リング張力を設定すれば、トルクの向上、燃費の向上を達成することができる。   As described above, when setting the total tension of the piston ring as described above, the method described in the first embodiment can be used. By using the piston ring of the present embodiment, fuel deterioration due to blow-by gas can be reduced, and if the total ring tension is set by the above-described process, it is possible to improve torque and improve fuel efficiency.

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。   The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to them. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.

本発明の実施例における各リングの合計リング張力の設定方法を説明するグラフである。It is a graph explaining the setting method of the total ring tension | tensile_strength of each ring in the Example of this invention. (a)〜(c)は、ゼロブローバイガスリングを用いたそれぞれ異なる構造を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows each different structure using a zero blow-by gas ring. ピストンに装着される各リング及び各張力の作用方向を説明する図である。It is a figure explaining each ring with which a piston is mounted | worn, and the action direction of each tension | tensile_strength.

符号の説明Explanation of symbols

1 ピストン
2 第一コンプレッションリング
3 第ニコンプレッションリング
4 オイルリング
11 ピストン
12 リング溝
13 合成樹脂リング
14、14a、14b 弾性リング
15 エキスパンダリング
16 シリンダライナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston 2 1st compression ring 3 2nd compression ring 4 Oil ring 11 Piston 12 Ring groove 13 Synthetic resin rings 14, 14a, 14b Elastic ring 15 Expander ring 16 Cylinder liner

Claims (7)

軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関のピストンに装着するコンプレッションリング及び/又はオイルリングの合計リング張力の設定方法であって、
前記合計リング張力を、当該合計リング張力を低下させた際のトルク向上及び/又は燃費向上を加味して設定したことを特徴とする合計リング張力の設定方法。
A method of setting a total ring tension of a compression ring and / or an oil ring attached to a piston of a fuel lubricated internal combustion engine such as a light oil that also uses a fuel such as light oil as a lubricating oil,
The total ring tension is set in consideration of torque improvement and / or fuel consumption improvement when the total ring tension is lowered.
請求項1記載の合計リング張力の設定方法において、
前記合計リング張力を、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴うトルク向上幅が、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内圧低下に伴うトルク低下幅を上回る範囲内で設定したことを特徴とする合計リング張力の設定方法。
In the setting method of the total ring tension | tensile_strength of Claim 1,
The total ring tension is reduced by an increase in torque due to a decrease in in-cylinder friction loss due to a decrease in the total ring tension, and a decrease in torque due to a decrease in an in-cylinder pressure due to a decrease in the total ring tension. A method for setting the total ring tension, characterized in that the total ring tension is set within a range exceeding.
請求項1又は2記載の合計リング張力の設定方法において、
前記合計リング張力を、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴う燃費向上幅が、前記合計リング張力を低下させたことに起因する燃料のライナ付着に伴う燃費低下幅を上回る範囲としたことを特徴とする合計リング張力の設定方法。
The method for setting the total ring tension according to claim 1 or 2,
The total ring tension is reduced in fuel efficiency due to the reduction of the total ring tension, and the fuel efficiency improvement accompanying reduction in in-cylinder friction loss due to the reduction in total ring tension is caused by the reduction in the total ring tension. A method for setting the total ring tension, characterized in that the range exceeds the width.
請求項1乃至3のいずれか一項記載の合計リング張力の設定方法において、
前記合計リング張力を、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴うトルク向上幅が、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内圧低下に伴うトルク低下幅を上回る範囲内において、前記合計リング張力を低下させたことに起因する筒内摩擦損失低下に伴う燃費向上幅から前記合計リング張力を低下させたことに起因する燃料のライナ付着に伴う燃費低下幅を減算した値が最も大きくなる点としたことを特徴とする合計リング張力の設定方法。
In the setting method of the total ring tension according to any one of claims 1 to 3,
The total ring tension is reduced by an increase in torque due to a decrease in in-cylinder friction loss due to a decrease in the total ring tension, and a decrease in torque due to a decrease in an in-cylinder pressure due to a decrease in the total ring tension. In the range exceeding the above, the reduction in fuel consumption accompanying the liner adhesion of the fuel resulting from the reduction in the total ring tension from the improvement in fuel consumption resulting from the reduction in the in-cylinder friction loss resulting from the reduction in the total ring tension. A method for setting the total ring tension, characterized in that the value obtained by subtracting is the largest point.
請求項1乃至4のいずれか一項記載の合計リング張力の設定方法において、
前記コンプレッションリング及び/又はオイルリングを、ピストン外周面に形成されるリング溝に挿入される合成樹脂リングと、自己張力を有し前記合成樹脂リングを内側から外側に押圧するエキスパンダリングとから成るピストンリングであって、
前記合成樹脂リングと、前記エキスパンダリングの間に、前記リング溝のピストン上下方向の幅以上の上下幅を有する弾性リングを介装したピストンリングとしたことを特徴とする合計リング張力の設定方法。
In the setting method of the total ring tension according to any one of claims 1 to 4,
The compression ring and / or the oil ring is composed of a synthetic resin ring inserted into a ring groove formed on the outer peripheral surface of the piston, and an expander ring having self-tension and pressing the synthetic resin ring from the inside to the outside. A piston ring,
A total ring tension setting method characterized in that an elastic ring having a vertical width greater than or equal to the vertical width of the piston in the ring groove is interposed between the synthetic resin ring and the expander ring. .
軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関であって、
請求項1乃至5のいずれか一項記載の合計リング張力の設定方法により合計張力が設定されたコンプレッションリング及び/又はオイルリングを備えたことを特徴とする軽油等燃料潤滑式内燃機関。
A fuel-lubricated internal combustion engine that uses fuel such as light oil as a lubricating oil,
A fuel-lubricated internal combustion engine such as diesel oil, comprising a compression ring and / or an oil ring in which the total tension is set by the total ring tension setting method according to any one of claims 1 to 5.
軽油等の燃料を潤滑油として兼用する軽油等燃料潤滑式内燃機関でにおいて、
ピスントンに装着するコンプレッションリング及び/又はオイルリングを、
ピストン外周面に形成されるリング溝に挿入される合成樹脂リングと、自己張力を有し前記合成樹脂リングを内側から外側に押圧するエキスパンダリングとから成るピストンリングであって、
前記合成樹脂リングと、前記エキスパンダリングの間に、前記リング溝のピストン上下方向の幅以上の上下幅を有する弾性リングを介装したピストンリングとしたことを特徴とする軽油等燃料潤滑式内燃機関。
In a fuel-lubricated internal combustion engine such as light oil that uses fuel such as light oil as a lubricating oil,
Compression ring and / or oil ring attached to Pistonton
A piston ring comprising a synthetic resin ring inserted into a ring groove formed on the outer peripheral surface of the piston, and an expander ring having self-tension and pressing the synthetic resin ring from the inside to the outside,
A fuel-lubricated internal combustion engine such as light oil, characterized in that an elastic ring having an upper and lower width equal to or greater than the width of the piston in the vertical direction of the ring groove is interposed between the synthetic resin ring and the expander ring organ.
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