JP2008038979A - Wire for piston ring - Google Patents

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雅人 山下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wire for a piston ring which prevents uneven abrasion from being generated in an outer circumferential edge part of a ring groove with the maximum load acting via a piston ring in an expansion stroke of an internal combustion engine. <P>SOLUTION: In this wire for the piston ring as a raw material for the piston ring 4 attached to the ring groove 6 in an outer circumference of a piston 5, a portion abutting on an outer circumferential edge angled part of the ring groove 6 of the wire is cut out to be formed into a substantially trapezoidal cross-sectional shape 2. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ピストン外周のリング溝に装着されるピストンリングの素材としてのピストンリング用ワイヤに関し、特に内燃機関のピストンリングに好適なピストンリング用ワイヤに関する。   The present invention relates to a piston ring wire as a material for a piston ring mounted in a ring groove on the outer periphery of a piston, and more particularly to a piston ring wire suitable for a piston ring of an internal combustion engine.

通常、内燃機関のピストンには、燃焼室の気密保持やオイルの燃焼室への浸入を防止するために、ピストン外周にリング溝を形成し、このリング溝にピストンリングを装着する構成が採用されている。   Normally, a piston of an internal combustion engine has a configuration in which a ring groove is formed on the outer periphery of the piston and a piston ring is attached to the ring groove in order to keep the combustion chamber airtight and prevent oil from entering the combustion chamber. ing.

一般に、上記のピストンリングとして、上記気密保持の役割を主として担うコンプレッションリングと、シリンダ壁面の余剰オイルを剥き落とすオイルリングとが用いられている。   In general, as the above-described piston ring, a compression ring that mainly plays the role of maintaining airtightness and an oil ring that peels off excess oil on the cylinder wall surface are used.

ピストンリング、特にコンプレッションリングには、内燃機関の膨脹行程時にその上面に高い燃焼圧力が作用する。このときのピストンリングの上面には、燃焼圧による荷重がそのほぼ全面に均等に分布して作用する。そしてこの燃焼圧力によりピストンリングはリング溝の下側の面、すなわちリング溝のクランクケ−ス側の面に押しつけられる。   A high combustion pressure acts on the upper surface of the piston ring, particularly the compression ring, during the expansion stroke of the internal combustion engine. At this time, the load due to the combustion pressure acts on the upper surface of the piston ring evenly distributed over almost the entire surface. The combustion ring presses the piston ring against the lower surface of the ring groove, that is, the surface of the ring groove on the crankcase side.

ところがピストンリングは、その外周部分がリング溝から突出された状態でピストンに装着されていることから、上記の押しつけ時にリング溝の下側の面がピストンリングから受ける面圧(圧力)は、図2(b)に矢fで示すようになり、その圧力曲線はリング溝の開口部(外周縁部)に向かうにしたがって高くなるというほぼ二次曲線aのようなものとなる。このように、リング溝にはピストンリングを介して不均等な面圧を受けており、その結果リング溝は開口部(外周縁部)付近で溝幅が広がるように偏磨耗するような現象が発生する。このリング溝の偏磨耗は、ピストンリングにがたつきを生じさせ、気密性の低下やピストンリングの装着不具合などを招く。   However, since the piston ring is mounted on the piston with its outer peripheral portion protruding from the ring groove, the surface pressure (pressure) that the lower surface of the ring groove receives from the piston ring during the above pressing is shown in the figure. 2 (b) is indicated by an arrow f, and the pressure curve thereof is almost like a quadratic curve a that becomes higher toward the opening (outer peripheral edge) of the ring groove. In this way, the ring groove is subjected to uneven surface pressure via the piston ring, and as a result, the ring groove is subject to uneven wear so that the groove width increases in the vicinity of the opening (outer peripheral edge). appear. This uneven wear of the ring groove causes rattling of the piston ring, leading to a decrease in airtightness and a mounting failure of the piston ring.

このような不具合に対処したものとして、特許文献1に記載のようなピストンリングが従来提案されている。   As a countermeasure against such a problem, a piston ring as described in Patent Document 1 has been proposed.

このピストンリングを図3により、説明する。
図3において、符号11はピストン20に形成された圧縮リング装着用のリング溝を示しており、このリング溝11に、ピストンリング14が装着される。
このピストンリング14は、熱膨脹率の異なる材質で形成された上層17と下層18とを積層した二層構造(上層17の熱膨脹率は下層18の熱膨脹率よりも小さい)からなり、両層の熱膨脹率の差異によって機関負荷の増大に伴う温度上昇に応じて、図示のように断面湾曲状に熱変形することで、装着されたリング溝との接触状態を機関負荷に相関して自律的に調整できる構成となっている。符号21はシリンダ−を示す。
特開2005−351460号公報
This piston ring will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, reference numeral 11 denotes a ring groove for mounting the compression ring formed in the piston 20, and the piston ring 14 is mounted in the ring groove 11.
The piston ring 14 has a two-layer structure in which an upper layer 17 and a lower layer 18 formed of materials having different thermal expansion rates are laminated (the thermal expansion rate of the upper layer 17 is smaller than the thermal expansion rate of the lower layer 18). Due to the difference in rate, the state of contact with the mounted ring groove is autonomously adjusted in relation to the engine load by thermally deforming into a curved section as shown in the figure according to the temperature rise accompanying the increase in engine load It can be configured. Reference numeral 21 denotes a cylinder.
JP-A-2005-351460

上述の従来のピストンリングは、熱膨脹率の異なる材質で形成された上層と下層とを積層した二層構造であるため、製造コストが高価となる。またこのピストンリングは、機関負荷に相関して、湾曲状に変形する熱変形と復元とを繰り返すものであるから、耐久性に乏しい、などの課題がある。特に、自動車用の内燃機関では、高出力の要求される加速運転とアイドリング運転とが繰り返されるため、ピストンリングの湾曲状熱変形と復元との繰り返えしが非常にしばしば行われることとなり、耐久性に課題が残る。
本発明は、従来のピストンリングにおける上述の課題を解決しようとするものである。
Since the above-described conventional piston ring has a two-layer structure in which an upper layer and a lower layer formed of materials having different thermal expansion rates are laminated, the manufacturing cost becomes expensive. In addition, this piston ring is subject to repeated thermal deformation and restoration that are deformed into a curved shape in correlation with the engine load, and thus has a problem of poor durability. In particular, in an internal combustion engine for automobiles, acceleration operation and idling operation that require a high output are repeated, and therefore, repeated repeated thermal deformation and restoration of the piston ring are performed, Issues remain in durability.
The present invention seeks to solve the above-described problems in conventional piston rings.

本発明は、ピストンリングの断面形状を、内燃機関の膨脹行程時に、ピストンリングの下側の面がリング溝の開口部(外周縁部)付近に当接することのない形状に形成することにより、内燃機関の膨脹行程時にピストンリングを介してリング溝の開口部(外周縁部)に最大荷重が作用して、リング溝の開口部(外周縁部)付近が偏磨耗するのを防止するようにした点を特徴とする。   By forming the cross-sectional shape of the piston ring into a shape in which the lower surface of the piston ring does not contact the vicinity of the opening (outer peripheral edge) of the ring groove during the expansion stroke of the internal combustion engine, The maximum load is applied to the opening (outer peripheral edge) of the ring groove via the piston ring during the expansion stroke of the internal combustion engine, so that the vicinity of the opening (outer peripheral edge) of the ring groove is prevented from being unevenly worn. It is characterized by the points.

具体的には、本発明は、ピストン外周のリング溝に装着されるピストンリングの素材としてのピストンリング用ワイヤであって、同ワイヤの上記リング溝の外周縁部に当接する部分が略台形の断面形状に形成されていることを特徴とする。   Specifically, the present invention is a piston ring wire as a material of a piston ring mounted in a ring groove on the outer periphery of the piston, and a portion of the wire that contacts the outer peripheral edge of the ring groove is substantially trapezoidal. It is formed in a cross-sectional shape.

上記の通り、本発明は、ピストンリングの断面形状を、内燃機関の膨脹行程時に、ピストンリングの下側の面がリング溝の開口部(外周縁部)付近に当接することのない形状に形成したため、内燃機関の膨脹行程時に、ピストンリングの下側の面がリング溝の開口部の外周縁部付近に当接することを防止でき、リング溝の開口部外周縁部付近の偏磨耗を防止するが可能となる。   As described above, the present invention forms the cross-sectional shape of the piston ring so that the lower surface of the piston ring does not contact the vicinity of the opening (outer peripheral edge) of the ring groove during the expansion stroke of the internal combustion engine. As a result, during the expansion stroke of the internal combustion engine, the lower surface of the piston ring can be prevented from coming into contact with the vicinity of the outer peripheral edge of the opening of the ring groove, and uneven wear near the outer peripheral edge of the opening of the ring groove can be prevented. Is possible.

以下、図面に示す実施形態により具体的に説明する。
図1(a)は本発明の第一実施形態にかかるピストンリング用ワイヤの側断面図、(b)は図1(a)のワイヤの変形例にかかるピストンリング用ワイヤの側断面図、図2(a)は図1(b)に示すワイヤにより製造されたピストンリングを内燃機関のピストンに装着した状態を示す模試図、図2(b)は図2(a)のA矢部の拡大図である。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to embodiments shown in the drawings.
1A is a side sectional view of the piston ring wire according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a side sectional view of the piston ring wire according to a modification of the wire of FIG. 2 (a) is a schematic diagram showing a state in which the piston ring manufactured by the wire shown in FIG. 1 (b) is mounted on the piston of the internal combustion engine, and FIG. 2 (b) is an enlarged view of the arrow A part in FIG. 2 (a). It is.

図1(a)において、符号1はピストンリング用ワイヤを示しており、このワイヤ1は、主体部は通常のピストンリング用ワイヤとほぼ同じ断面形状に形成されているが、外周側部分〔図における左側部分で、ワイヤ1がピストンリングに形成されてピストン3のリング溝4(図2(a)参照)に装着された時にリング溝4の開口部(外周縁部)側に対向する部分〕が、その下側の面(ピストンのクランクシャフト側の面)のコ−ナ−部をほぼ台形形状2に形成されている。台形形状2の傾斜角度としては、一例として20°が適当である。   In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a piston ring wire. The main portion of the wire 1 is formed in substantially the same cross-sectional shape as a normal piston ring wire. In the left side portion of Fig. 2, the portion facing the opening (outer peripheral edge) side of the ring groove 4 when the wire 1 is formed on the piston ring and mounted in the ring groove 4 (see Fig. 2 (a)) of the piston 3 However, the corner portion of the lower surface (the surface on the crankshaft side of the piston) is formed in a substantially trapezoidal shape 2. As an example, the inclination angle of the trapezoidal shape 2 is 20 °.

図1(b)に示す例では、下側の面のコ−ナ−部のほか上側の面のコ−ナ−部もほぼ同じ形状の台形形状3に形成されている。   In the example shown in FIG. 1B, the corner portion on the upper surface as well as the corner portion on the lower surface are formed in a trapezoidal shape 3 having substantially the same shape.

図1(a)や図1(b)に示したワイヤにより形成されたピストンリング4は、図2(a)に示す通り、ピストン5のリング溝6に装着されて使用される。図2(a)は図1(b)に示したワイヤをピストン5のリング溝6に装着した例である。符号7はシリンダ−を示す。   The piston ring 4 formed of the wire shown in FIGS. 1A and 1B is used by being attached to the ring groove 6 of the piston 5 as shown in FIG. FIG. 2A shows an example in which the wire shown in FIG. 1B is mounted in the ring groove 6 of the piston 5. Reference numeral 7 denotes a cylinder.

内燃機関の膨脹行程時にはピストン5の上面に高い燃焼圧力が作用する。この高い燃焼圧力はピストンリング4の上面にも作用するから、ピストンリング4は、燃焼圧力により図2(a)に示すように、リング溝6の下側の面、すなわちリング溝のクランクケ−ス側の面に押しつけられる。   A high combustion pressure acts on the upper surface of the piston 5 during the expansion stroke of the internal combustion engine. Since this high combustion pressure also acts on the upper surface of the piston ring 4, as shown in FIG. 2 (a), the piston ring 4 has a lower surface of the ring groove 6, that is, a crankcase of the ring groove. Pressed against the side surface.

ピストンリング4は、図2(a)に示す通り、その外周部分がリング溝6から突出された状態でピストン5に装着されているので、ピストンリング1のリング溝6から突出した部分は、リング溝6の外側の下側角部B(リング溝6の開口部外周縁部)を支点とした「片持ち梁」状態にある。
したがって、ピストンリング4に上記の高い燃焼圧力が作用すると、従来のピストンリングの場合、図2(b)の矢fに示すように、リング溝6の下側角部Bに最大の負荷が作用し、これがこの下側角部Bに偏磨耗を発生させる原因となっている。
しかし、この実施形態では、図2(a)、(b)に示す通り、ピストンリング4の下側角部Bに対向する部分、すなわちピストンリング4の外周縁部の下側の面のコ−ナ−部をほぼ台形形状2に形成してあるので、内燃機関の膨脹行程時に、ピストンリング4の下側の面がリング溝6の下側角部Bに当接することがない。
As shown in FIG. 2 (a), the piston ring 4 is mounted on the piston 5 with its outer peripheral portion protruding from the ring groove 6, so that the portion protruding from the ring groove 6 of the piston ring 1 is It is in a “cantilever” state with the lower corner B (outer peripheral edge of the opening of the ring groove 6) as a fulcrum.
Therefore, when the high combustion pressure acts on the piston ring 4, in the case of the conventional piston ring, the maximum load acts on the lower corner B of the ring groove 6 as shown by the arrow f in FIG. However, this is a cause of uneven wear in the lower corner B.
However, in this embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, a portion facing the lower corner B of the piston ring 4, that is, a lower surface of the outer peripheral edge of the piston ring 4. Since the knurled portion has a substantially trapezoidal shape 2, the lower surface of the piston ring 4 does not come into contact with the lower corner B of the ring groove 6 during the expansion stroke of the internal combustion engine.

このように、この実施形態のワイヤ1により形成されたピストンリング4は、その断面形状を、内燃機関の膨脹行程時に、ピストンリング4の下側の面がリング溝6の開口部の下側角部B(外周縁部)やその付近に当接することのない形状に形成したことにより、内燃機関の膨脹行程時にピストンリング4介してリング溝6の開口部の下側角部B(外周縁部)やその付近に最大荷重が作用して、リング溝6の当該部分が偏磨耗するのを防止することができる。また、この実施形態のワイヤ1により形成されたピストンリング4は、特許文献1に示されている従来のピストンリングに較べ、簡単な構造であるため、材料コストや製作コストの面で有利である。   Thus, the piston ring 4 formed by the wire 1 of this embodiment has a cross-sectional shape in which the lower surface of the piston ring 4 is the lower corner of the opening of the ring groove 6 during the expansion stroke of the internal combustion engine. By forming the portion B (outer peripheral edge) or a shape that does not contact the vicinity thereof, the lower corner B (outer peripheral edge) of the opening of the ring groove 6 through the piston ring 4 during the expansion stroke of the internal combustion engine ) And the vicinity thereof, it is possible to prevent the portion of the ring groove 6 from being unevenly worn. Moreover, since the piston ring 4 formed by the wire 1 of this embodiment has a simple structure as compared with the conventional piston ring shown in Patent Document 1, it is advantageous in terms of material cost and manufacturing cost. .

なお、図1(b)の実施形態では、ワイヤ1の上側の面のコ−ナ−部も、下側の面とほぼ同じ形状の台形形状3に形成され、ワイヤ1の断面は対称形状に形成されている。このことにより、ピストンリングの軽量化を図ることが可能となる。
また、各実施形態において、台形形状(部)2、3の長さLは、装着されるピストンの径により決定される。
In the embodiment of FIG. 1B, the corner portion of the upper surface of the wire 1 is also formed in a trapezoidal shape 3 having substantially the same shape as the lower surface, and the cross section of the wire 1 is symmetrical. Is formed. This makes it possible to reduce the weight of the piston ring.
In each embodiment, the length L of the trapezoidal shapes (parts) 2 and 3 is determined by the diameter of the piston to be mounted.

(a)本発明の第一実施形態にかかるピストンリング用ワイヤの側断面図である。 (b)図1(a)のワイヤの変形例にかかるピストンリング用ワイヤの側断面図である。(A) It is a sectional side view of the wire for piston rings concerning 1st embodiment of this invention. (B) It is a sectional side view of the wire for piston rings concerning the modification of the wire of Fig.1 (a). (a)図1(b)に示すワイヤにより製造されたピストンリングを内燃機関のピストンに装着した状態を示す模試図である。(b)は図2(a)のA矢部の拡大図である。(A) It is a schematic diagram which shows the state which mounted | wore the piston of the internal combustion engine with the piston ring manufactured with the wire shown in FIG.1 (b). (B) is an enlarged view of arrow A part of Fig.2 (a). 従来のピストンリングの側断面図である。It is a sectional side view of the conventional piston ring.

符号の説明Explanation of symbols

1:ピストンリング用ワイヤ
2、3:台形形状(部)
4:ピストンリング
5:ピストン
6:リング溝
7:シリンダ−
1: Piston ring wire 2, 3: Trapezoidal shape (part)
4: Piston ring 5: Piston 6: Ring groove 7: Cylinder

Claims (1)

ピストン外周のリング溝に装着されるピストンリングの素材としてのピストンリング用ワイヤであって、同ワイヤの上記リング溝の外周縁部に当接する部分が、略台形の断面形状に形成されていることを特徴とするピストンリング用ワイヤ。   A piston ring wire as a material of a piston ring to be mounted in a ring groove on the outer periphery of the piston, and a portion of the wire that contacts the outer peripheral edge of the ring groove is formed in a substantially trapezoidal cross-sectional shape. Piston ring wire characterized by
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