JP2008057671A - Piston ring - Google Patents

Piston ring Download PDF

Info

Publication number
JP2008057671A
JP2008057671A JP2006235886A JP2006235886A JP2008057671A JP 2008057671 A JP2008057671 A JP 2008057671A JP 2006235886 A JP2006235886 A JP 2006235886A JP 2006235886 A JP2006235886 A JP 2006235886A JP 2008057671 A JP2008057671 A JP 2008057671A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermal expansion
peripheral portion
expansion material
outer peripheral
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006235886A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takao Suzuki
孝男 鈴木
Nobuyuki Matsushima
伸行 松嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Piston Ring Co Ltd
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Piston Ring Co Ltd, Toyota Motor Corp filed Critical Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority to JP2006235886A priority Critical patent/JP2008057671A/en
Publication of JP2008057671A publication Critical patent/JP2008057671A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain abrasion of a sliding surface by uniformizing bearing pressure in the peripheral direction, while securing the stable gas seal function, regardless of an operation state of an internal combustion engine, in a piston ring. <P>SOLUTION: Ring grooves 44, 45 and 46 are formed on an outer peripheral surface of a piston 14. A top ring 51, a second ring 52 and an oil ring 53 are fitted to these ring grooves 44, 45 and 46. In this top ring 51, inner peripheral parts 57a and 57b are formed of a material having a thermal expansion coefficient higher than outer peripheral parts 56a and 56b in an intermediate area B in the peripheral direction except for abutment end part areas A1 and A2 having the predetermined length in the peripheral direction from abutment end surfaces 51a and 51b opposed with an abutment clearance S. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関用に用いられるピストンの外周面に形成されたリング溝に装着されるピストンリングに関するものである。   The present invention relates to a piston ring mounted in a ring groove formed on an outer peripheral surface of a piston used for an internal combustion engine.

一般的に、内燃機関において、シリンダヘッドはシリンダブロックの上部に組み付けられ、複数の締結ボルトにより締結されており、直列をなして複数のシリンダボアが設けられ、各シリンダボアにピストンが上下動自在に支持されている。そして、シリンダヘッドとシリンダブロックとピストン区画される各燃焼室に対して吸気ポート及び排気ポートが対向して形成され、この吸気ポート及び排気ポートは吸気弁及び排気弁により開閉自在となっている。また、吸気ポート(または燃焼室)に燃料を噴射するインジェクタが装着されると共に、燃焼室の混合気に着火する点火プラグが装着されている。   In general, in an internal combustion engine, a cylinder head is assembled to an upper portion of a cylinder block and fastened by a plurality of fastening bolts. A plurality of cylinder bores are provided in series, and a piston is supported on each cylinder bore so as to be movable up and down. Has been. An intake port and an exhaust port are formed to face each combustion chamber defined by the cylinder head, the cylinder block, and the piston, and the intake port and the exhaust port can be opened and closed by an intake valve and an exhaust valve. In addition, an injector that injects fuel into the intake port (or the combustion chamber) is mounted, and an ignition plug that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber is mounted.

従って、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入されると共に、インジェクタから噴射された燃料が燃焼室に吸入され、空気と燃料との混合気がピストンの上昇により圧縮され、この高圧の混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発することで駆動力を得ることができ、排気弁の開放時に、燃焼後の排ガスが排気ポートから排出される。   Therefore, when the intake valve is opened, air is sucked into the combustion chamber from the intake port, fuel injected from the injector is sucked into the combustion chamber, and the air-fuel mixture is compressed by the piston rising, The high-pressure air-fuel mixture is led to the spark plug, ignites and explodes, so that driving force can be obtained. When the exhaust valve is opened, the exhaust gas after combustion is discharged from the exhaust port.

そして、上述した内燃機関において、ピストンの外周部には複数のピストンリングが装着されている。上方側に装着されるトップリング及びセカンドリング等の圧力リングは、ガスシール機能及び熱伝導機能を有し、その下方側に装着されるオイルリングは、オイルコントロール機能を有している。即ち、ガスシール機能は、内燃機関の吸気、圧縮、膨張、排気行程における燃焼室の機密性を確保するものであり、特に、燃焼室における燃焼ガスの膨張によりピストンが圧力を受けて下降するが、このとき、燃焼ガスがシリンダボアとピストンとの隙間を通ってクランクケース内に漏れないように、ピストンリングがシリンダボアの壁面に接して機密性を確保している。また、熱伝導機能は、ピストンリングがシリンダボアの壁面に接することで、ピストンの熱をシリンダボア側に逃がし、ピストンやピストンリングの性能を確保するものである。更に、オイルコントロール機能は、潤滑油を必要最小限の量だけシリンダボアの壁面に残し、余分な潤滑油をかき落として回収するものである。   In the internal combustion engine described above, a plurality of piston rings are mounted on the outer peripheral portion of the piston. A pressure ring such as a top ring and a second ring mounted on the upper side has a gas sealing function and a heat conduction function, and an oil ring mounted on the lower side has an oil control function. That is, the gas seal function ensures the confidentiality of the combustion chamber in the intake, compression, expansion, and exhaust strokes of the internal combustion engine, and in particular, the piston lowers due to the expansion of the combustion gas in the combustion chamber. At this time, the piston ring is in contact with the wall surface of the cylinder bore to ensure confidentiality so that the combustion gas does not leak into the crankcase through the gap between the cylinder bore and the piston. Further, the heat conduction function is to ensure the performance of the piston and the piston ring by releasing the heat of the piston to the cylinder bore side when the piston ring comes into contact with the wall surface of the cylinder bore. Further, the oil control function is to leave a minimum amount of lubricating oil on the wall surface of the cylinder bore and scrape and collect excess lubricating oil.

ところで、燃焼室で燃焼後に発生する排ガス(ブローバイガス)は、有害成分であるNOx(窒素酸化物)、HC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)などを含んでおり、上述したように、ピストンリングによりこの排ガスがクランクケース内に漏洩するのを防止している。この場合、トップリング及びセカンドリングは、自身の弾性力により外周面がシリンダボアの壁面に接することで機密性を確保し、燃焼室からクランクケース内への排ガスの漏洩を阻止している。   By the way, the exhaust gas (blow-by gas) generated after combustion in the combustion chamber contains NOx (nitrogen oxide), HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide) and the like which are harmful components. The piston ring prevents this exhaust gas from leaking into the crankcase. In this case, the top ring and the second ring have their outer peripheral surface in contact with the wall surface of the cylinder bore by their own elastic force to ensure confidentiality and prevent leakage of exhaust gas from the combustion chamber into the crankcase.

ところが、内燃機関の高回転高負荷状態では、燃焼室における排ガスの圧力や温度がより一層高くなると共にシリンダボアが熱膨張するが、トップリング及びセカンドリングへの追従性が低下することで、ピストンリングの外周面とシリンダボアの壁面との機密性が低下し、燃焼室からクランクケース内への排ガスの漏洩を十分に阻止することができない。   However, when the internal combustion engine is in a high rotation and high load state, the pressure and temperature of the exhaust gas in the combustion chamber are further increased and the cylinder bore is thermally expanded, but the followability to the top ring and the second ring is reduced. The confidentiality between the outer peripheral surface of the cylinder and the wall surface of the cylinder bore is lowered, and the leakage of exhaust gas from the combustion chamber into the crankcase cannot be sufficiently prevented.

このような問題点を解決するものとして、例えば、下記特許文献1から6に記載されたものがある。特許文献1に記載されたエンジンのピストンリングは、外周部を熱膨張率の低い、内周部を熱膨張率の高い異なる金属で構成したものである。また、特許文献2に記載されたピストンリングは、シリンダの内径壁に接して設けた耐熱耐摩耗性金属からなる外側リングに対して、その内側に熱膨張率の大きい金属からなる内側金属を一体結合したものである。特許文献3に記載されたピストンリングは、厚みを合口の反対側で厚くし、その他の部分を合口の反対側の厚みより薄くしたものである。特許文献4に記載された内燃機関のピストンリングは、半径方向外方に働く面圧を、円周方向に不平衡とする不平衡力発生機構を設けたものである。特許文献5に記載された内燃機関のピストンリングは、リング本体の内周面にバックリングを結合し、このバックリングの膨張係数をリング本体の膨張係数より大きくしたものである。特許文献6に記載された組合せピストンリングは、金属リングの内側に中間樹脂リングと内周樹脂リングからなる樹脂製リングを固定し、中間樹脂リングと内周樹脂リングにおける合口の突き当たる温度を相違したものである。   For solving such problems, for example, there are those described in Patent Documents 1 to 6 below. The piston ring of the engine described in Patent Document 1 is composed of a metal whose outer peripheral portion has a low coefficient of thermal expansion and whose inner peripheral portion has a high coefficient of thermal expansion. In addition, the piston ring described in Patent Document 2 has an inner metal made of a metal having a high thermal expansion coefficient integrated with an outer ring made of a heat-resistant and wear-resistant metal provided in contact with the inner diameter wall of the cylinder. It is a combination. The piston ring described in Patent Document 3 has a thickness that is thicker on the opposite side of the joint, and the other portions are thinner than the thickness on the opposite side of the joint. The piston ring of the internal combustion engine described in Patent Document 4 is provided with an unbalanced force generating mechanism that unbalances the surface pressure acting radially outward in the circumferential direction. The piston ring of the internal combustion engine described in Patent Document 5 has a back ring coupled to the inner peripheral surface of the ring body, and the expansion coefficient of the buck ring is larger than the expansion coefficient of the ring body. In the combination piston ring described in Patent Document 6, a resin ring made of an intermediate resin ring and an inner peripheral resin ring is fixed inside the metal ring, and the temperature at which the joint abuts between the intermediate resin ring and the inner peripheral resin ring is different. Is.

特開平06−066371号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-066371 特開昭61−136060号公報Japanese Patent Laid-Open No. 61-136060 実開昭56−015437号公報Japanese Utility Model Publication No. 56-015437 実開昭62−084648号公報Japanese Utility Model Publication No. 62-084648 実開昭55−139242号公報Japanese Utility Model Publication No. 55-139242 特開2004−116648号公報JP 2004-116648 A

ところで、ピストンリングは、ピストンのリング溝に装着する際、その内径を一旦ピストンの外径以上になるように押し広げる必要があり、また、ピストンのリング溝に装着され、シリンダ内に装着された後は、シリンダ内壁に対して張力を発生することによりシリンダ内壁との密着を図るため、1箇所に合口と呼ばれる切れ目を設けている。この合口は、低温時と高温時における熱膨張差を吸収する役目を有している。そのため、ピストンリングの周方向における面圧分布、つまり、ピストンリングの外周面がシリンダボアの壁面を押圧する面圧は、周方向において、この合口端部の近傍が最も高いものとなっている。   By the way, when the piston ring is installed in the ring groove of the piston, it is necessary to push the inner diameter so as to be larger than the outer diameter of the piston. Also, the piston ring is installed in the piston ring groove and installed in the cylinder. After that, in order to achieve close contact with the cylinder inner wall by generating tension on the cylinder inner wall, a cut called a joint is provided at one place. This joint has a role of absorbing a difference in thermal expansion between a low temperature and a high temperature. Therefore, the surface pressure distribution in the circumferential direction of the piston ring, that is, the surface pressure at which the outer peripheral surface of the piston ring presses the wall surface of the cylinder bore is highest in the vicinity of the joint end in the circumferential direction.

そして、上述した特許文献1のエンジンのピストンリングのように、外周部を熱膨張率の低い金属とし、内周部を熱膨張率の高い金属とすると、高温時には、外周部に対して内周部が大きく膨張することから、ピストンリング全体の面圧が高くなると共に、合口端部での面圧が局部的により高くなる。すると、ピストンが上下動するとき、ピストンリングの合口端部とシリンダボアの壁面との摺動抵抗が局所的に高くなり、ピストンリングの合口端部やシリンダボアの壁面が局所的に摩耗してしまい、潤滑油の消費量が増加したり、燃焼室からクランクケース内へ漏洩する排ガス量が増加したりして、燃費悪化、出力低下、潤滑油の劣化、騒音の増大などを招いてしまうという問題がある。   And if the outer peripheral part is made of a metal having a low coefficient of thermal expansion and the inner peripheral part is made of a metal having a high coefficient of thermal expansion, like the piston ring of the engine of Patent Document 1 described above, the inner circumference is made to the outer peripheral part at high temperatures Since the portion expands greatly, the surface pressure of the entire piston ring increases, and the surface pressure at the abutment end portion increases locally. Then, when the piston moves up and down, the sliding resistance between the joint end of the piston ring and the wall surface of the cylinder bore is locally increased, and the joint end of the piston ring and the wall surface of the cylinder bore are locally worn. There is a problem that the consumption of lubricating oil increases or the amount of exhaust gas that leaks from the combustion chamber into the crankcase increases, resulting in worse fuel consumption, lower output, degraded lubricating oil, increased noise, etc. is there.

また、上述した特許文献2から6のように、ピストンリングを内側と外側で異なる材料により構成しても、上述したように、低温時と高温時とで、ストンリング全体の面圧に対して合口端部での面圧が高くなり、局所的な摩耗に伴って潤滑油の消費量が増加したり、排ガス漏洩量が増加したりしてしまう。   Further, as described above, even if the piston ring is made of different materials on the inner side and the outer side as in Patent Documents 2 to 6 described above, as described above, the surface pressure of the entire stone ring is low and low. The surface pressure at the end of the abutment increases, and the amount of lubricating oil consumed increases or the amount of exhaust gas leakage increases with local wear.

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、内燃機関の運転状態に拘らず安定したガスシール機能を確保すると共に合口部付近における面圧を低減して周方向における面圧の均一化を図ることで摺動面の摩耗を抑制可能としたピストンリングを提供することを目的とする。   The present invention is for solving such a problem, and ensures a stable gas seal function regardless of the operating state of the internal combustion engine and reduces the surface pressure in the vicinity of the joint portion to reduce the surface pressure in the circumferential direction. An object of the present invention is to provide a piston ring that can suppress wear of a sliding surface by making the thickness uniform.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のピストンリングは、内燃機関用ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着される略円形状をなし、シリンダに対して摺動する外周面と前記ピストンに対向する内周面と上面と下面とからなり、前記略円形状を半径方向に分断する一つの合口部を備えるピストンリングにおいて、前記合口端面から周方向に沿って所定長さを有する合口端部領域を除く周方向における中間領域で、内周部が外周部より熱膨張率の高い材料により形成されたことを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the piston ring of the present invention has a substantially circular shape that is fitted in a ring groove formed on the outer peripheral surface of a piston for an internal combustion engine, and slides relative to the cylinder. A piston ring having an outer peripheral surface, an inner peripheral surface facing the piston, an upper surface, and a lower surface, and including a single abutment portion that divides the substantially circular shape in the radial direction, and is predetermined along the circumferential direction from the abutment end surface In the intermediate region in the circumferential direction excluding the abutting end region having a length, the inner peripheral portion is formed of a material having a higher thermal expansion coefficient than the outer peripheral portion.

本発明のピストンリングでは、前記中間領域は、外周部が低熱膨張材料により形成され、内周部が高熱膨張材料により形成されたことを特徴としている。   In the piston ring of the present invention, the intermediate region is characterized in that an outer peripheral portion is formed of a low thermal expansion material and an inner peripheral portion is formed of a high thermal expansion material.

本発明のピストンリングでは、前記合口端部領域は、外周部が高熱膨張材料により形成され、内周部が低熱膨張材料により形成されたことを特徴としている。   In the piston ring of the present invention, the abutment end region is characterized in that an outer peripheral portion is formed of a high thermal expansion material and an inner peripheral portion is formed of a low thermal expansion material.

本発明のピストンリングでは、前記合口端部領域は、外周部が低熱膨張材料により形成され、内周部が高熱膨張材料により形成されると共に、前記合口端面に向かって、前記外周部の低熱膨張材料の厚さが直線的あるいは曲線的に増加する一方、前記内周部の高熱膨張材料の厚さが減少することを特徴としている。   In the piston ring of the present invention, the abutment end region has an outer peripheral portion formed of a low thermal expansion material, an inner peripheral portion formed of a high thermal expansion material, and a low thermal expansion of the outer peripheral portion toward the abutment end surface. While the thickness of the material increases linearly or curvedly, the thickness of the high thermal expansion material in the inner peripheral portion decreases.

本発明のピストンリングでは、前記合口端部領域は、外周部が前記中間領域における外周部の低熱膨張材料と同じ低熱膨張材料により形成され、内周部が該低熱膨張材料より熱膨張率が高くて前記中間領域における内周部の高熱膨張材料より熱膨張率の低い中熱膨張材料により形成されたことを特徴としている。   In the piston ring of the present invention, the joint end region is formed of the same low thermal expansion material as the outer peripheral portion of the outer peripheral portion in the intermediate region, and the inner peripheral portion has a higher thermal expansion coefficient than the low thermal expansion material. The intermediate region is formed of a medium thermal expansion material having a lower coefficient of thermal expansion than that of the high thermal expansion material in the inner peripheral portion.

本発明のピストンリングでは、前記中間領域は、外周部の低熱膨張材料の厚さと内周部の高熱膨張材料の厚さが同じに形成され、前記中間領域における前記合口部と径方向に対向する合口対向領域は、内周部の高熱膨張材料の厚さが外周部の低熱膨張材料の厚さより薄く形成されたことを特徴としている。   In the piston ring of the present invention, the intermediate region is formed such that the thickness of the low thermal expansion material in the outer peripheral portion is the same as the thickness of the high thermal expansion material in the inner peripheral portion, and is opposed to the joint portion in the intermediate region in the radial direction. The abutment facing region is characterized in that the thickness of the high thermal expansion material in the inner peripheral portion is formed thinner than the thickness of the low thermal expansion material in the outer peripheral portion.

本発明のピストンリングによれば、内燃機関用ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着される略円形状をなし、シリンダに対して摺動する外周面とピストンに対向する内周面と上面と下面とからなり、略円形状を半径方向に分断する一つの合口部を設けて構成し、合口端面から周方向に沿って所定長さを有する合口端部領域を除く周方向における中間領域で、内周部を外周部より熱膨張率の高い材料により形成したので、高温時、中間領域では、外周部に比べて内周部が大きく膨張することから、この中間領域における張力が高くなるが、合口端部領域では、外周部と内周部との膨張差がなくこの合口端部領域における張力は変化せず、周方向における面圧の均一化を図ることができ、ピストンの上下動時に、ピストンリングの合口端部とシリンダボアの壁面との摺動抵抗が局所的に高くなることはなく、ピストンリングの合口端部やシリンダボアの壁面などの摺動面の摩耗を抑制することができ、内燃機関の運転状態に拘らず安定したガスシール機能を確保することができる。   According to the piston ring of the present invention, the piston ring for the internal combustion engine has a substantially circular shape that is attached to the ring groove formed on the outer peripheral surface of the internal combustion engine, and the outer peripheral surface that slides with respect to the cylinder and the inner peripheral surface that faces the piston. An intermediate region in the circumferential direction, excluding the abutment end region having a predetermined length along the circumferential direction from the abutment end surface, comprising an abutment portion that is composed of an upper surface and a lower surface and divides a substantially circular shape in the radial direction. Since the inner peripheral portion is made of a material having a higher thermal expansion coefficient than the outer peripheral portion, the inner peripheral portion expands more than the outer peripheral portion in the intermediate region at a high temperature, so that the tension in the intermediate region becomes higher. However, in the abutment end region, there is no difference in expansion between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion, the tension in the abutment end portion region does not change, the surface pressure in the circumferential direction can be made uniform, and the piston can move up and down. Sometimes the abutting end of the piston ring The sliding resistance between the cylinder bore and the wall surface of the cylinder bore is not locally increased, and wear of sliding surfaces such as the joint end portion of the piston ring and the wall surface of the cylinder bore can be suppressed. Therefore, a stable gas sealing function can be secured.

以下に、本発明に係るピストンリングの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the piston ring according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.

図1は、本発明の実施例1に係るピストンリングとしてのトップリングを表す平面図、図2は、実施例1のトップリングの装着状態を表す図1のII−II断面図、図3は、実施例1のトップリングの装着状態を表す図1のIII−III断面図、図4は、実施例1のトップリングにおける面圧分布を表す概略図、図5は、一般的なエンジンの縦断面図、図6は、ピストンリングが装着されたピストンの要部断面図である。   FIG. 1 is a plan view showing a top ring as a piston ring according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 1 showing the mounting state of the top ring of the first embodiment, FIG. 4 is a schematic diagram showing the surface pressure distribution in the top ring of the first embodiment, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the piston to which the piston ring is attached.

実施例1の内燃機関は、多気筒エンジンであり、図5に示すように、シリンダヘッド11はシリンダブロック12上に組み付けられ、複数の図示しない締結ボルトにより締結されている。シリンダブロック12には複数のシリンダボア13が形成され、各シリンダボア13にピストン14が摺動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック12の下部に図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン14はコネクティングロッド15を介してこのクランクシャフトに連結されている。   The internal combustion engine of the first embodiment is a multi-cylinder engine. As shown in FIG. 5, the cylinder head 11 is assembled on a cylinder block 12 and fastened by a plurality of fastening bolts (not shown). A plurality of cylinder bores 13 are formed in the cylinder block 12, and a piston 14 is slidably fitted to each cylinder bore 13. A crankshaft (not shown) is rotatably supported at the lower part of the cylinder block 12, and each piston 14 is connected to the crankshaft via a connecting rod 15.

シリンダブロック12の各シリンダボア13に対応してその上方に燃焼室16が直列するように形成されている。この燃焼室16は、シリンダボア13の内壁面と、シリンダヘッド11の下面と、ピストン14の頂面により囲繞されており、天井部(シリンダヘッド11の下面)の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この各燃焼室16の上方、つまり、シリンダヘッド11の下面に吸気ポート17と、排気ポート18が対向して開口している。   Corresponding to each cylinder bore 13 of the cylinder block 12, a combustion chamber 16 is formed in series above it. The combustion chamber 16 is surrounded by the inner wall surface of the cylinder bore 13, the lower surface of the cylinder head 11, and the top surface of the piston 14, and is inclined so that the central portion of the ceiling portion (lower surface of the cylinder head 11) is higher. It has a pent roof shape. An intake port 17 and an exhaust port 18 are opened above each combustion chamber 16, that is, on the lower surface of the cylinder head 11.

そして、この吸気ポート17及び排気ポート18に対して吸気弁19及び排気弁20がそれぞれ位置している。この吸気弁19及び排気弁20は、シリンダヘッド11に固定された各ステムガイド21,22により軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、各バルブスプリング23,24により上方、つまり、吸気ポート17及び排気ポート18を閉止する方向に付勢支持されている。また、吸気弁19及び排気弁20は、上端部にローラロッカアーム25,26の一端部が連結され、このローラロッカアーム25,26の他端部はシリンダヘッド11に固定されたラッシュアジャスタ27,28に連結されており、吸気カムシャフト29の吸気カム30及び排気カムシャフト31の排気カム32が各ローラロッカアーム25,26に接触している。   An intake valve 19 and an exhaust valve 20 are positioned with respect to the intake port 17 and the exhaust port 18, respectively. The intake valve 19 and the exhaust valve 20 are supported by the stem guides 21 and 22 fixed to the cylinder head 11 so as to be movable in the axial direction. 17 and the exhaust port 18 are supported in a biasing direction. Further, the intake valve 19 and the exhaust valve 20 are connected to upper end portions of one end of roller rocker arms 25 and 26, and the other end portions of the roller rocker arms 25 and 26 are connected to lash adjusters 27 and 28 fixed to the cylinder head 11. The intake camshaft 29 has an intake cam 30 and the exhaust camshaft 31 has an exhaust cam 32 in contact with the roller rocker arms 25 and 26.

従って、エンジンに同期して吸気カムシャフト29及び排気カムシャフト31が回転すると、吸気カム30及び排気カム32がローラロッカアーム25,26を作動させ、各吸気弁19及び排気弁20が所定のタイミングで上下動することで、吸気ポート17及び排気ポート18を開閉し、吸気ポート17と燃焼室16、燃焼室16と排気ポート18とをそれぞれ連通することができる。   Therefore, when the intake camshaft 29 and the exhaust camshaft 31 rotate in synchronization with the engine, the intake cam 30 and the exhaust cam 32 actuate the roller rocker arms 25 and 26, and the intake valves 19 and the exhaust valves 20 are moved at a predetermined timing. By moving up and down, the intake port 17 and the exhaust port 18 can be opened and closed, and the intake port 17 and the combustion chamber 16 and the combustion chamber 16 and the exhaust port 18 can communicate with each other.

燃焼室16の側部、つまり、吸気ポート17側のシリンダヘッド11の下面には、この燃焼室16に直接燃料を噴射するインジェクタ33が装着されている。また、燃焼室16の天井部中央、つまり、吸気ポート17と排気ポート18の間のシリンダヘッド11の下面には、点火プラグ34が装着されている。そして、車両には、電子制御ユニット(ECU)が搭載されており、このECUは、インジェクタ33の燃料噴射量や噴射時期、点火プラグ34による点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、スロットル開度(アクセル開度)、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。   An injector 33 that directly injects fuel into the combustion chamber 16 is mounted on the side of the combustion chamber 16, that is, on the lower surface of the cylinder head 11 on the intake port 17 side. An ignition plug 34 is attached to the center of the ceiling of the combustion chamber 16, that is, the lower surface of the cylinder head 11 between the intake port 17 and the exhaust port 18. The vehicle is equipped with an electronic control unit (ECU), which can control the fuel injection amount and injection timing of the injector 33, the ignition timing by the spark plug 34, and the like. A fuel injection amount, an injection timing, an ignition timing, and the like are determined based on an engine operation state such as an air amount, a throttle opening (accelerator opening), and an engine speed.

また、上述したピストン14は、図5及び図6に示すように、ピストン本体41の外周面42に3つのピストンリング51,52,53が装着されて構成されている。そして、このピストン本体41は、シリンダボア13の内径より若干小さい外径を有する円柱形状をなし、外周面42がシリンダボア13の内壁面と所定のクリアランスを有している。また、ピストン本体41は、上部に燃焼室16を区画形成する頂面43を有している。   Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the piston 14 described above is configured by mounting three piston rings 51, 52, 53 on the outer peripheral surface 42 of the piston main body 41. The piston body 41 has a cylindrical shape having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the cylinder bore 13, and the outer peripheral surface 42 has a predetermined clearance from the inner wall surface of the cylinder bore 13. The piston main body 41 has a top surface 43 that defines the combustion chamber 16 at the top.

また、ピストン本体41は、外周面に周方向に沿って所定深さを有する3つのリング溝44,45,46が上下方向に対して所定間隔で形成されている。そして、各リング溝44,45,46に、ピストンリングとしてのトップリング51、セカンドリング52、オイルリング53を装着しており、外周面42は、トップランド42a、セカンドランド42b、サードランド42cとして区画されている。   The piston main body 41 has three ring grooves 44, 45, and 46 having a predetermined depth along the circumferential direction on the outer peripheral surface, and are formed at predetermined intervals in the vertical direction. Each ring groove 44, 45, 46 is provided with a top ring 51, a second ring 52, and an oil ring 53 as piston rings, and the outer peripheral surface 42 is a top land 42a, a second land 42b, and a third land 42c. It is partitioned.

この場合、ピストン本体41の頂面43側に位置するトップリング51及びセカンドリング52は、ガスシール機能及び熱伝導機能を有している。即ち、トップリング51及びセカンドリング52は、エンジンの吸気、圧縮、膨張、排気行程における燃焼室16の機密性を確保することができるものであり、特に、燃焼室16における燃焼ガスの膨張によりピストン14が圧力を受けて下降するが、トップリング51及びセカンドリング52が張力をもってシリンダボア13の壁面に接することで、排ガスがピストン14とシリンダボア13との隙間を通ってクランクケース内に漏れないように機能している。また、トップリング51及びセカンドリング52は、外周面がシリンダボア13の壁面に接することで、ピストン14の熱をシリンダボア13側に逃がし、ピストン14やトップリング51及びセカンドリング52の性能を確保することができる。   In this case, the top ring 51 and the second ring 52 located on the top surface 43 side of the piston main body 41 have a gas sealing function and a heat conduction function. That is, the top ring 51 and the second ring 52 can secure the confidentiality of the combustion chamber 16 in the intake, compression, expansion, and exhaust strokes of the engine, and in particular, the piston is caused by the expansion of the combustion gas in the combustion chamber 16. 14 descends under pressure, but the top ring 51 and the second ring 52 come into contact with the wall surface of the cylinder bore 13 with tension so that the exhaust gas does not leak into the crankcase through the gap between the piston 14 and the cylinder bore 13. It is functioning. Further, the top ring 51 and the second ring 52 have their outer peripheral surfaces in contact with the wall surface of the cylinder bore 13 so that the heat of the piston 14 is released to the cylinder bore 13 side and the performance of the piston 14, the top ring 51 and the second ring 52 is ensured. Can do.

また、セカンドリング52とその下方側に装着されるオイルリング53は、外周面がシリンダボア13の壁面に接することで、ピストン14の下降時にシリンダボア13の壁面に付着している潤滑油をかき落とし、必要最小限の量の潤滑油をシリンダボア13の壁面に残し、余分な潤滑油を回収することができる。   Further, the second ring 52 and the oil ring 53 mounted on the lower side of the second ring 52 have an outer peripheral surface in contact with the wall surface of the cylinder bore 13, so that the lubricating oil adhering to the wall surface of the cylinder bore 13 is scraped off when the piston 14 is lowered. A minimum amount of lubricating oil can be left on the wall surface of the cylinder bore 13 to recover excess lubricating oil.

ところで、内燃機関の高回転高負荷状態では、燃焼室16における燃焼ガスの圧力や温度がより一層高くなると共にシリンダボア13が熱膨張する一方、トップリング51やセカンドリング52は、シリンダボア13への追従性が低下することで張力が低下し、燃焼室16からクランクケース内への排ガスの漏洩を十分に阻止することができない。   By the way, in the high rotation high load state of the internal combustion engine, the pressure and temperature of the combustion gas in the combustion chamber 16 are further increased and the cylinder bore 13 is thermally expanded, while the top ring 51 and the second ring 52 follow the cylinder bore 13. As a result, the tension is lowered and the leakage of exhaust gas from the combustion chamber 16 into the crankcase cannot be sufficiently prevented.

また、トップリング51及びセカンドリング52は、ピストン14のリング溝44,45に装着する際、その内径を一旦ピストン14の外径以上になるように押し広げる必要があり、また、ピストン14のリング溝44,45に装着され、シリンダ内に装着された後は、シリンダボア13の内壁に対して張力を発生することによりシリンダ内壁との密着を図るため、1箇所に合口と呼ばれる切れ目を設けている。この合口において、低温時と高温時における熱膨張差を吸収するために、合口隙間が設けられている。そのため、このトップリング51及びセカンドリング52をピストン14のリング溝44,45に装着した状態では、周方向における面圧分布、つまり、外周面がシリンダボア13の壁面を押圧する面圧は、周方向で合口端部の近傍が最も高いものとなる。すると、ピストン14が上下動するとき、トップリング51及びセカンドリング52の外周面とシリンダボア13の壁面との摺動抵抗が局所的に高くなり、これらの摺動面が摩耗してしまい、種々の問題を招いてしまう。   Further, when the top ring 51 and the second ring 52 are mounted in the ring grooves 44 and 45 of the piston 14, it is necessary to expand the inner diameter of the piston 14 so that the inner diameter is once larger than the outer diameter of the piston 14. After being installed in the grooves 44 and 45 and installed in the cylinder, a tension is generated on the inner wall of the cylinder bore 13 so as to be in close contact with the inner wall of the cylinder. . In this joint, a joint gap is provided in order to absorb the difference in thermal expansion between the low temperature and the high temperature. Therefore, when the top ring 51 and the second ring 52 are mounted in the ring grooves 44 and 45 of the piston 14, the surface pressure distribution in the circumferential direction, that is, the surface pressure at which the outer peripheral surface presses the wall surface of the cylinder bore 13 is Thus, the vicinity of the abutment end is the highest. Then, when the piston 14 moves up and down, the sliding resistance between the outer peripheral surfaces of the top ring 51 and the second ring 52 and the wall surface of the cylinder bore 13 is locally increased, and these sliding surfaces are worn, It will cause problems.

そこで、本実施例では、図1乃至図3に示すように、トップリング51にて、合口隙間Sをもって対向する合口端面から周方向に沿って所定長さを有する各合口端部領域A1,A2を除く周方向における中間領域Bで、内周部を外周部より熱膨張率の高い材料により形成している。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, each abutment end region A <b> 1, A <b> 2 having a predetermined length along the circumferential direction from the abutment end surface facing the abutment gap S at the top ring 51. In the intermediate region B in the circumferential direction excluding the outer peripheral portion, the inner peripheral portion is formed of a material having a higher coefficient of thermal expansion than the outer peripheral portion.

具体的に説明すると、トップリング51は、合口隙間Sをもって対向する合口端面51a,51bから周方向に沿って所定長さを有する2つの合口端部領域A1,A2が設けられると共に、この各合口端部領域A1,A2を除く周方向に沿って所定の長さを有する中間領域Bが設けられている。この中間領域Bにて、外周部54が低熱膨張材料により形成され、内周部55が高熱膨張材料により形成されている。また、各合口端部領域A1,A2にて、外周部56a,56bが高熱膨張材料により形成され、内周部57a,57bが低熱膨張材料により形成されている。   Specifically, the top ring 51 is provided with two joint end regions A1 and A2 having a predetermined length along the circumferential direction from the joint end faces 51a and 51b facing each other with the joint gap S. An intermediate region B having a predetermined length is provided along the circumferential direction excluding the end regions A1 and A2. In the intermediate region B, the outer peripheral portion 54 is formed of a low thermal expansion material, and the inner peripheral portion 55 is formed of a high thermal expansion material. Moreover, in each joint end part area | region A1, A2, outer peripheral part 56a, 56b is formed with the high thermal expansion material, and inner peripheral part 57a, 57b is formed with the low thermal expansion material.

この場合、高熱膨張材料は、例えば、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)合金により構成され、低熱膨張材料は、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)合金により構成されている。そして、中間領域Bにおける外周部54と内周部55、合口端部領域A1,A2における外周部56a,56bと内周部57a,57bとは、それぞれ溶着や圧着、または接着剤をもって貼り合わされている。また、中間領域Bにおける外周部54及び内周部55と、合口端部領域A1,A2における外周部56a,56b及び内周部57a,57bとは、溶着や圧着、または接着剤、ろう付け、機械的接合等をもって貼り合わされている。   In this case, the high thermal expansion material is made of, for example, manganese (Mn), nickel (Ni), or copper (Cu) alloy, and the low thermal expansion material is made of iron (Fe) or nickel (Ni) alloy. The outer peripheral portion 54 and the inner peripheral portion 55 in the intermediate region B, and the outer peripheral portions 56a and 56b and the inner peripheral portions 57a and 57b in the joint end region A1 and A2 are bonded together with welding, pressure bonding, or adhesive, respectively. Yes. Further, the outer peripheral portion 54 and the inner peripheral portion 55 in the intermediate region B, and the outer peripheral portions 56a and 56b and the inner peripheral portions 57a and 57b in the joint end portion regions A1 and A2 are welded or crimped, or adhesive, brazing, Bonded together with mechanical bonding.

そのため、低温状態では、単に外周部を低熱膨張材料により形成して内周部を高熱膨張材料により形成した従来例のピストンリングと、中間領域Bにおける外周部54を低熱膨張材料により形成して内周部55を高熱膨張材料により形成すると共に、合口端部領域A1,A2における外周部56a,56bを高熱膨張材料により形成して内周部57a,57bを低熱膨張材料により形成した実施例1のトップリング51は、合口隙間Sをもって対向する合口端部における張力(シリンダボアから受ける面圧、以下、単に面圧と称する。)が、その他の部分における張力(面圧)よりも局所的に大きくなっている。   Therefore, in a low temperature state, the piston ring of the conventional example in which the outer peripheral portion is simply formed of the low thermal expansion material and the inner peripheral portion is formed of the high thermal expansion material, and the outer peripheral portion 54 in the intermediate region B is formed of the low thermal expansion material. In the first embodiment, the peripheral portion 55 is formed of a high thermal expansion material, the outer peripheral portions 56a and 56b in the joint end regions A1 and A2 are formed of a high thermal expansion material, and the inner peripheral portions 57a and 57b are formed of a low thermal expansion material. In the top ring 51, the tension (surface pressure received from the cylinder bore, hereinafter simply referred to as surface pressure) at the abutting end portion facing with the abutting gap S is locally larger than the tension (surface pressure) in other portions. ing.

ところが、内燃機関の運転状態では、ピストンリングが燃焼ガスにより加熱され、合口端部が高温化された燃焼ガスに曝された高温状態となるため、この高温状態では、従来のピストンリングは、図4に点線で示すように、外周部に比べて内周部が大きく膨張することから、合口隙間Sをもって対向する合口端部における張力(面圧)が、その他の部分における張力(面圧)よりも一層大きくなる。一方、実施例1のトップリング51は、図4に一点鎖線で示すように、中間領域Bでは外周部54に比べて内周部55が大きく膨張するが、合口端部領域A1,A2では反対に内周部57a,57bに比べて外周部56a,56bが大きく膨張することから、この合口端部領域A1,A2の張力(面圧)が抑制されることとなり、合口端部領域A1,A2及び中間領域Bを含む全ての領域における張力(面圧)が周方向で均一化される。   However, in the operating state of the internal combustion engine, the piston ring is heated by the combustion gas, and the end of the abutment is in a high temperature state exposed to the high temperature combustion gas. As indicated by the dotted line in FIG. 4, the inner peripheral portion expands larger than the outer peripheral portion, so that the tension (surface pressure) at the end of the joint facing the joint gap S is greater than the tension (surface pressure) at the other portion. Will become even larger. On the other hand, in the top ring 51 of the first embodiment, as shown by a one-dot chain line in FIG. 4, the inner peripheral portion 55 expands larger than the outer peripheral portion 54 in the intermediate region B, but it is opposite in the joint end region A1, A2. Since the outer peripheral portions 56a and 56b expand greatly compared to the inner peripheral portions 57a and 57b, the tension (surface pressure) of the joint end regions A1 and A2 is suppressed, and the joint end regions A1 and A2 are suppressed. In addition, the tension (surface pressure) in all regions including the intermediate region B is made uniform in the circumferential direction.

ここで、本実施例のピストンリングを有する内燃機関における作用を説明する。   Here, the operation of the internal combustion engine having the piston ring of this embodiment will be described.

図5に示すように、エンジンの運転時には、ピストン14が上昇し燃焼室16の混合気が圧縮され、高圧の混合気に点火することで膨張して爆発するが、爆発後の燃焼ガス、つまり、排ガスには、有害成分であるNOx、HC、COが含まれている。そのため、ピストン14の上下動時に、このピストン14の外周面に装着されたトップリング51及びセカンドリング52がシリンダボア13の内壁面に摺接することで、燃焼室16の排ガスがピストン14とシリンダボア13との隙間を通ってクランクケースに漏洩することを防止することができる。   As shown in FIG. 5, when the engine is operated, the piston 14 rises and the air-fuel mixture in the combustion chamber 16 is compressed, and the high-pressure air-fuel mixture is ignited to expand and explode. The exhaust gas contains NOx, HC, and CO, which are harmful components. Therefore, when the piston 14 moves up and down, the top ring 51 and the second ring 52 mounted on the outer peripheral surface of the piston 14 are in sliding contact with the inner wall surface of the cylinder bore 13, so that the exhaust gas in the combustion chamber 16 is separated from the piston 14 and the cylinder bore 13. It is possible to prevent leakage into the crankcase through the gap.

そして、本実施例では、トップリング51は、中間領域Bの外周部54が低熱膨張材料により形成され、内周部55が高熱膨張材料により形成される一方、合口端部領域A1,A2の外周部56a,56bが高熱膨張材料により形成され、内周部57a,57bが低熱膨張材料により形成されている。そのため、このトップリング51が高温状態になると、中間領域Bでは、外周部54に比べて内周部55が大きく膨張することから、この中間領域Bにおける張力が高くなるが、合口端部領域A1,A2では反対に、内周部57a,57bに比べて外周部56a,56bが大きく膨張することから、この合口端部領域A1,A2における張力は高くならない。   In the present embodiment, the top ring 51 has the outer peripheral portion 54 of the intermediate region B formed of a low thermal expansion material and the inner peripheral portion 55 formed of a high thermal expansion material, while the outer periphery of the joint end region A1, A2 is formed. The portions 56a and 56b are formed of a high thermal expansion material, and the inner peripheral portions 57a and 57b are formed of a low thermal expansion material. Therefore, when the top ring 51 is in a high temperature state, in the intermediate region B, the inner peripheral portion 55 expands more than the outer peripheral portion 54, so that the tension in the intermediate region B increases, but the abutment end region A1. , A2 on the contrary, the outer peripheral portions 56a, 56b expand larger than the inner peripheral portions 57a, 57b, so that the tension in the joint end regions A1, A2 does not increase.

そのため、トップリング51は、周方向における面圧が均一化されることとなり、ピストン14の上下動時に、トップリング51の合口端部とシリンダボア13の壁面との摺動抵抗が局所的に高くなることはなく、燃焼室16の排ガスがピストン14とシリンダボア13との隙間を通ってクランクケースに漏洩することが確実に防止される。その結果、燃焼室16から合口隙間Sを通ってクランクケースへ漏洩する排ガス量が低減されることから、図示しないオイルパンに貯留されている潤滑油の劣化が抑制される。   Therefore, the surface pressure of the top ring 51 in the circumferential direction is made uniform, and the sliding resistance between the joint end of the top ring 51 and the wall surface of the cylinder bore 13 is locally increased when the piston 14 moves up and down. This prevents the exhaust gas in the combustion chamber 16 from leaking into the crankcase through the gap between the piston 14 and the cylinder bore 13. As a result, the amount of exhaust gas leaking from the combustion chamber 16 through the joint gap S to the crankcase is reduced, so that deterioration of lubricating oil stored in an oil pan (not shown) is suppressed.

このように実施例1のピストンリングにあっては、ピストン14の外周面に図6に示すリング溝44,45,46を形成し、このリング溝44,45,46にトップリング51、セカンドリング52、オイルリング53を装着し、このトップリング51にて、合口隙間Sをもって対向する合口端面51a,51bから周方向に沿って所定長さを有する合口端部領域A1,A2を除く周方向における中間領域Bで、内周部57a,57bを外周部56a,56bより熱膨張率の高い材料により形成している。   As described above, in the piston ring of the first embodiment, the ring grooves 44, 45 and 46 shown in FIG. 6 are formed on the outer peripheral surface of the piston 14, and the top ring 51 and the second ring are formed in the ring grooves 44, 45 and 46, respectively. 52, an oil ring 53 is mounted, and in this top ring 51 in the circumferential direction excluding the joint end regions A1 and A2 having a predetermined length along the circumferential direction from the joint end faces 51a and 51b facing each other with the joint gap S. In the intermediate region B, the inner peripheral portions 57a and 57b are formed of a material having a higher thermal expansion coefficient than the outer peripheral portions 56a and 56b.

従って、高温時、中間領域Bでは、外周部54に比べて内周部55が大きく膨張することから、この中間領域Bにおける張力は高くなるが、合口端部領域A1,A2では、内周部57a,57bに比べて外周部56a,56bが大きく膨張することから、この合口端部領域A1,A2における張力は高くならず、周方向における面圧の均一化を図ることができ、ピストン14の上下動時に、トップリング51の端部とシリンダボア13の壁面との摺動抵抗が局所的に高くなることはなく、トップリング51の合口端部やシリンダボア13の壁面などの摺動面の摩耗を抑制することができる。   Therefore, at the high temperature, in the intermediate region B, the inner peripheral portion 55 expands more than the outer peripheral portion 54, so that the tension in the intermediate region B is increased, but in the joint end region A1, A2, the inner peripheral portion Since the outer peripheral portions 56a and 56b expand greatly compared to 57a and 57b, the tension at the joint end regions A1 and A2 is not increased, and the surface pressure in the circumferential direction can be made uniform, and the piston 14 During the vertical movement, the sliding resistance between the end of the top ring 51 and the wall surface of the cylinder bore 13 does not increase locally, and wear of the sliding surface such as the joint end of the top ring 51 and the wall surface of the cylinder bore 13 does not occur. Can be suppressed.

また、実施例1では、トップリング51は、中間領域Bで、温度上昇に応じて、外周部54に対して内周部55が大きく膨張することから、低温時に比べて高温時の方が張力が高くなるため、エンジンの高負荷領域でも、燃焼室16から合口隙間Sを通ってクランクケースへ漏洩する排ガス量を確実に低減することができ、エンジンの運転状態に拘らず安定したガスシール機能を確保することができる。   Further, in the first embodiment, the top ring 51 is in the intermediate region B, and the inner peripheral portion 55 expands greatly with respect to the outer peripheral portion 54 as the temperature rises. As a result, the amount of exhaust gas leaking from the combustion chamber 16 through the joint gap S to the crankcase can be reliably reduced even in a high engine load region, and a stable gas sealing function can be achieved regardless of the operating state of the engine. Can be secured.

図7は、本発明の実施例2に係るピストンリングとしてのトップリングを表す要部平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 7 is a plan view of an essential part showing a top ring as a piston ring according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施例2では、図7に示すように、トップリング61は、外周部62が低熱膨張材料により形成され、内周部63が高熱膨張材料により形成され、合口隙間S側の合口端面61a,61bに向かって、外周部62の低熱膨張材料の厚さが増加する一方、内周部63の高熱膨張材料の厚さが減少するようにしている。   In the second embodiment, as shown in FIG. 7, the top ring 61 has an outer peripheral portion 62 formed of a low thermal expansion material, an inner peripheral portion 63 formed of a high thermal expansion material, and the joint end surfaces 61a and 61b on the joint gap S side. The thickness of the low thermal expansion material in the outer peripheral portion 62 increases while the thickness of the high thermal expansion material in the inner peripheral portion 63 decreases.

即ち、トップリング61は、外周部62が低熱膨張材料により形成され、内周部63が高熱膨張材料により形成されている。また、トップリング61は、合口隙間Sをもって対向する合口端面61a,61bから周方向に沿って所定長さを有する2つの合口端部領域A1,A2が設定されると共に、この合口端部領域A1,A2を除く周方向に沿って所定の長さを有する中間領域Bが設定されている。そして、この中間領域Bでは、低熱膨張材料で形成された外周部62の厚さD1と、高熱膨張材料で形成された内周部63の厚さD2が同じ厚さ設定されている。一方、合口端部領域A1,A2では、低熱膨張材料で形成された外周部62の厚さD1が合口端面61a,61bに向かって増加する一方、高熱膨張材料で形成された内周部63の厚さD2が合口端面61a,61bに向かって減少しており、合口端面61a,61bにおける内周部63の厚さD2がほぼ0となるようにしている。なお、合口端部領域A1,A2にて、外周部62の厚さD1は、合口端面61a,61bに向かって直線的あるいは曲線的に増加するように変化する一方、内周部63の厚さD2が合口端面61a,61bに向かって直線的あるいは曲線的に減少するように変化するように形成することが望ましい。   That is, as for the top ring 61, the outer peripheral part 62 is formed with the low thermal expansion material, and the inner peripheral part 63 is formed with the high thermal expansion material. The top ring 61 has two abutment end regions A1 and A2 having a predetermined length along the circumferential direction from the abutment end surfaces 61a and 61b facing each other with the abutment gap S, and the abutment end region A1. , A2 having a predetermined length along the circumferential direction except A2. In the intermediate region B, the thickness D1 of the outer peripheral portion 62 formed of the low thermal expansion material and the thickness D2 of the inner peripheral portion 63 formed of the high thermal expansion material are set to the same thickness. On the other hand, in the joint end regions A1 and A2, the thickness D1 of the outer peripheral portion 62 formed of the low thermal expansion material increases toward the joint end surfaces 61a and 61b, while the inner peripheral portion 63 formed of the high thermal expansion material. The thickness D2 decreases toward the joint end surfaces 61a and 61b, and the thickness D2 of the inner peripheral portion 63 at the joint end surfaces 61a and 61b is set to be substantially zero. In the abutment end regions A1 and A2, the thickness D1 of the outer peripheral portion 62 changes linearly or curvedly toward the abutment end surfaces 61a and 61b, while the thickness of the inner peripheral portion 63 is increased. It is desirable to form so that D2 changes so as to decrease linearly or curvedly toward the joint end surfaces 61a and 61b.

そのため、本実施例のトップリング61は、低温状態では、合口隙間Sをもって対向する合口部の端部における張力(面圧)が、その他の部分における張力(面圧)よりも局所的に大きくなっているが、高温状態では、外周部62に比べて内周部63が大きく膨張するが、合口端部領域A1,A2では、高熱膨張材料で形成された内周部63の厚さD2が合口端面61a,61bに向かって減少しているため、膨張量が合口端面61a,61bに向かって減少することとなり、中間領域Bの面圧に比べてこの合口端部領域A1,A2の面圧が低減されることとなり、合口端部領域A1,A2及び中間領域Bを含む全ての領域における面圧が周方向で均一化される。   For this reason, in the top ring 61 of the present embodiment, in a low temperature state, the tension (surface pressure) at the end of the abutment portion facing with the abutment gap S is locally greater than the tension (surface pressure) at the other portion. However, in the high temperature state, the inner peripheral portion 63 expands more than the outer peripheral portion 62, but in the joint end regions A1 and A2, the thickness D2 of the inner peripheral portion 63 formed of a high thermal expansion material is the joint. Since the amount of expansion decreases toward the end surfaces 61a and 61b, the amount of expansion decreases toward the joint end surfaces 61a and 61b, and the surface pressure of the joint end regions A1 and A2 is smaller than the surface pressure of the intermediate region B. As a result, the surface pressure in all the regions including the joint end regions A1 and A2 and the intermediate region B is made uniform in the circumferential direction.

従って、ピストンの上下動時に、トップリング61の合口端部とシリンダボアの壁面との摺動抵抗が局所的に高くなることはなく、燃焼室の排ガスがピストンとシリンダボアとの隙間を通ってクランクケースへ漏洩することが確実に防止される。その結果、燃焼室から合口隙間Sを通ってクランクケースの漏洩する排ガス量が低減されることから、オイルパンに貯留されている潤滑油の劣化が抑制される。   Therefore, when the piston moves up and down, the sliding resistance between the joint end of the top ring 61 and the wall surface of the cylinder bore does not increase locally, and the exhaust gas in the combustion chamber passes through the gap between the piston and the cylinder bore, and the crankcase. It is reliably prevented from leaking into As a result, the amount of exhaust gas leaking from the crankcase through the joint gap S from the combustion chamber is reduced, so that deterioration of the lubricating oil stored in the oil pan is suppressed.

このように実施例2のピストンリングにあっては、トップリング61にて、外周部62を低熱膨張材料により形成し、内周部63を高熱膨張材料により形成し、合口隙間S側の合口端面61a,61bに向かって、外周部62の低熱膨張材料の厚さを増加する一方、内周部63の高熱膨張材料の厚さを減少するようにしている。なお、外周部62の低熱膨張材料の厚さの増加する変化量は、合口端部領域A1,A2内から合口端面61a,61bに向かうにつれて曲線状または直線状に形成することが好ましい。   As described above, in the piston ring of the second embodiment, the outer peripheral portion 62 is formed of the low thermal expansion material and the inner peripheral portion 63 is formed of the high thermal expansion material in the top ring 61, and the joint end surface on the joint gap S side. While increasing the thickness of the low thermal expansion material of the outer peripheral portion 62 toward the 61a and 61b, the thickness of the high thermal expansion material of the inner peripheral portion 63 is decreased. In addition, it is preferable to form the variation | change_quantity which the thickness of the low thermal expansion material of the outer peripheral part 62 increases in the shape of a curve or a straight line as it goes to the joint end surface 61a, 61b from inside the joint end part area | region A1, A2.

従って、高温時、中間領域Bでは、外周部62に比べて内周部63が大きく膨張することから、この中間領域Bにおける張力は高くなるが、合口端部領域A1,A2では、内周部63の厚さが合口端面61a,61bに向かって減少していることから、内周部63の膨張量が合口端面61a,61bに向かって減少することとなり、合口端部領域A1,A2における面圧は高くならず、周方向における面圧の均一化を図ることができ、ピストンの上下動時に、トップリング61の端部とシリンダボアの内壁面との摺動抵抗が局所的に高くなることはなく、トップリング61の合口端部やシリンダボアの壁面などの摺動面の摩耗を抑制することができる。   Therefore, at the high temperature, in the intermediate region B, the inner peripheral portion 63 expands more than the outer peripheral portion 62, so that the tension in the intermediate region B is increased, but in the joint end region A1, A2, the inner peripheral portion Since the thickness of 63 decreases toward the joint end surfaces 61a and 61b, the amount of expansion of the inner peripheral portion 63 decreases toward the joint end surfaces 61a and 61b, and the surfaces in the joint end regions A1 and A2 The pressure does not increase, the surface pressure in the circumferential direction can be made uniform, and the sliding resistance between the end of the top ring 61 and the inner wall surface of the cylinder bore locally increases when the piston moves up and down. In addition, wear of sliding surfaces such as the joint end of the top ring 61 and the wall surface of the cylinder bore can be suppressed.

また、実施例2では、トップリング61は、中間領域Bで、温度上昇に応じて、外周部62に対して内周部63が大きく膨張することから、低温時に比べて高温時の方が張力が高くなるため、エンジンの高負荷領域でも、燃焼室から合口隙間Sを通ってクランクケースへ漏洩する排ガス量を確実に低減することができ、エンジンの運転状態に拘らず安定したガスシール機能を確保することができる。   Further, in the second embodiment, the top ring 61 has an intermediate region B in which the inner peripheral part 63 expands greatly with respect to the outer peripheral part 62 as the temperature rises. As a result, the amount of exhaust gas leaking from the combustion chamber through the joint gap S to the crankcase can be reliably reduced even in a high engine load range, and a stable gas sealing function can be achieved regardless of the operating state of the engine. Can be secured.

図8は、本発明の実施例3に係るピストンリングとしてのトップリングを表す平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 8 is a plan view illustrating a top ring as a piston ring according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施例3では、図8に示すように、トップリング71は、外周部72が低熱膨張材料により形成され、内周部73が高熱膨張材料により形成され、合口隙間S側の合口端面71a,71bに向かって、外周部72の低熱膨張材料の厚さが増加する一方、内周部73の高熱膨張材料の厚さが減少すると共に、合口隙間Sと径方向に対向する周方向における中央部で、内周部73の厚さが外周部72の厚さより薄く形成されている。   In Example 3, as shown in FIG. 8, the top ring 71 has an outer peripheral portion 72 formed of a low thermal expansion material, an inner peripheral portion 73 formed of a high thermal expansion material, and the joint end surfaces 71a and 71b on the joint gap S side. While the thickness of the low thermal expansion material of the outer peripheral portion 72 increases toward the upper side, the thickness of the high thermal expansion material of the inner peripheral portion 73 decreases, and at the central portion in the circumferential direction facing the joint gap S in the radial direction. The inner peripheral portion 73 is formed thinner than the outer peripheral portion 72.

即ち、トップリング71は、外周部72が低熱膨張材料により形成され、内周部73が高熱膨張材料により形成されている。また、トップリング71は、合口隙間Sをもって対向する合口端面71a,71bから周方向に沿って所定長さを有する2つの合口端部領域A1,A2が設定されると共に、この合口端部領域A1,A2を除く周方向に沿って所定の長さを有する中間領域Bが設定され、この中間領域Bにおける合口隙間Sと径方向に対向する位置に周方向に沿って所定長さを有する合口対向領域Cが設定されている。そして、この合口対向領域Cを除く中間領域Bでは、低熱膨張材料で形成された外周部72の厚さD1と、高熱膨張材料で形成された内周部73の厚さD2が同じ厚さ設定されている。一方、合口端部領域A1,A2では、低熱膨張材料で形成された外周部72の厚さD1が合口端面71a,71bに向かって増加する一方、高熱膨張材料で形成された内周部73の厚さD2が合口端面71a,71bに向かって減少しており、合口端面71a,71bにおける内周部73の厚さD2がほぼ0となるようにしている。更に、合口対向領域Cにて、高熱膨張材料で形成された内周部73の厚さD2が、低熱膨張材料で形成された外周部72の厚さD1より薄く設定されている。   That is, as for the top ring 71, the outer peripheral part 72 is formed with the low thermal expansion material, and the inner peripheral part 73 is formed with the high thermal expansion material. The top ring 71 has two abutment end regions A1 and A2 having a predetermined length along the circumferential direction from the abutment end surfaces 71a and 71b facing each other with the abutment gap S, and the abutment end region A1. , A2 has an intermediate region B having a predetermined length along the circumferential direction except for A2, and is opposed to the joint gap S having a predetermined length along the circumferential direction at a position facing the joint gap S in the intermediate region B in the radial direction. Area C is set. In the intermediate region B excluding the joint facing region C, the thickness D1 of the outer peripheral portion 72 formed of the low thermal expansion material and the thickness D2 of the inner peripheral portion 73 formed of the high thermal expansion material are set to the same thickness. Has been. On the other hand, in the joint end regions A1 and A2, the thickness D1 of the outer peripheral portion 72 formed of the low thermal expansion material increases toward the joint end surfaces 71a and 71b, while the inner peripheral portion 73 formed of the high thermal expansion material. The thickness D2 decreases toward the abutting end surfaces 71a and 71b, and the thickness D2 of the inner peripheral portion 73 at the abutting end surfaces 71a and 71b is substantially zero. Further, in the abutting facing region C, the thickness D2 of the inner peripheral portion 73 formed of the high thermal expansion material is set to be thinner than the thickness D1 of the outer peripheral portion 72 formed of the low thermal expansion material.

そのため、低温状態では、本実施例のトップリング71は、合口隙間Sをもって対向する合口端部における張力(面圧)が、その他の部分における張力(面圧)よりも局所的に大きくなると共に、合口隙間Sと対向する合口対向部における張力(面圧)が、その他の部分における張力(面圧)よりも若干大きくなっている。ところが、高温状態では、トップリング71は、外周部72に比べて内周部73が大きく膨張するが、合口端部領域A1,A2では、高熱膨張材料で形成された内周部73の厚さD2が端面71a,71bに向かって減少しているため、膨張量が合口端面71a,71bに向かって減少することとなり、中間領域Bの面圧に比べて、合口端部領域A1,A2の面圧が低減されることとなる。また、合口対向領域Cでは、高熱膨張材料で形成された内周部73の厚さD2が低熱膨張材料で形成された外周部72の厚さD1より薄くなっているため、膨張量が減少することとなり、中間領域Bの面圧に比べて、合口対向領域Cの面圧が若干低減されることとなる。その結果、合口端部領域A1,A2と合口対向領域Cにおける面圧が低下し、合口端部領域A1,A2と合口対向領域Cの負荷を減らすことができる。   Therefore, in the low temperature state, in the top ring 71 of the present embodiment, the tension (surface pressure) at the joint end facing the joint gap S is locally greater than the tension (surface pressure) at the other part, The tension (surface pressure) at the joint facing portion facing the joint gap S is slightly larger than the tension (surface pressure) at the other portion. However, in the high temperature state, in the top ring 71, the inner peripheral portion 73 expands more than the outer peripheral portion 72. However, in the joint end regions A1 and A2, the thickness of the inner peripheral portion 73 formed of a high thermal expansion material. Since D2 decreases toward the end surfaces 71a and 71b, the amount of expansion decreases toward the abutment end surfaces 71a and 71b, and the surface of the abutment end region A1 and A2 as compared to the surface pressure of the intermediate region B. The pressure will be reduced. Further, in the abutment facing region C, the thickness D2 of the inner peripheral portion 73 formed of the high thermal expansion material is thinner than the thickness D1 of the outer peripheral portion 72 formed of the low thermal expansion material, so that the expansion amount decreases. As a result, the surface pressure of the joint facing region C is slightly reduced compared to the surface pressure of the intermediate region B. As a result, the surface pressure in the abutment end region A1, A2 and the abutment facing region C is reduced, and the load on the abutment end region A1, A2 and the abutment facing region C can be reduced.

従って、ピストンの上下動時に、トップリング71の合口端部とシリンダボアの内壁面との摺動抵抗が局所的に高くなることはなく、燃焼室の排ガスがピストンとシリンダボアとの隙間を通ってクランクケースに漏洩することが確実に防止される。その結果、燃焼室から合口隙間Sを通ってクランクケースへ漏洩する排ガス量が低減されることから、オイルパンに貯留されている潤滑油の劣化が抑制される。   Therefore, when the piston moves up and down, the sliding resistance between the joint end portion of the top ring 71 and the inner wall surface of the cylinder bore does not increase locally, and the exhaust gas in the combustion chamber passes through the gap between the piston and the cylinder bore and is cranked. Leakage into the case is reliably prevented. As a result, the amount of exhaust gas leaking from the combustion chamber through the joint gap S to the crankcase is reduced, so that deterioration of the lubricating oil stored in the oil pan is suppressed.

このように実施例3のピストンリングにあっては、トップリング71にて、外周部72を低熱膨張材料により形成し、内周部73を高熱膨張材料により形成し、合口隙間S側の合口端面71a,71bに向かって、外周部72の低熱膨張材料の厚さを増加する一方、内周部73の高熱膨張材料の厚さを減少すると共に、合口隙間Sと径方向に対向する周方向における中央部で、内周部73の厚さを外周部72の厚さより薄く形成するようにしている。   Thus, in the piston ring of Example 3, the outer peripheral portion 72 is formed of a low thermal expansion material and the inner peripheral portion 73 is formed of a high thermal expansion material in the top ring 71, and the joint end surface on the joint gap S side. While increasing the thickness of the low thermal expansion material of the outer peripheral part 72 toward 71a, 71b, while reducing the thickness of the high thermal expansion material of the inner peripheral part 73, it is the circumferential direction opposite to the joint gap S in the radial direction. At the center portion, the inner peripheral portion 73 is formed thinner than the outer peripheral portion 72.

従って、高温時、中間領域Bでは、外周部72に比べて内周部73が大きく膨張することから、この中間領域Bにおける張力は高くなるが、合口端部領域A1,A2では、内周部73の厚さが合口端面71a,71bに向かって減少していることから、内周部63の膨張量が合口端面61a,61bに向かって減少し、合口端部領域A1,A2における張力は高くならず、また、合口対向領域Cでは、内周部73の厚さが外周部72の厚さより薄くなっていることから、内周部73の膨張量が中間領域Bに比べて若干減少し、合口対向領域Cにおける張力はそれほど高くならず、合口端部領域A1,A2と合口対向領域Cにおける高温時の張力を下げ、トップリング71の負荷を低減することができ、ピストンの上下動時に、トップリング71の合口端部とシリンダボアの内壁面との摺動抵抗が局所的に高くなることはなく、トップリング71の合口端部やシリンダボアの壁面などの摺動面の摩耗を抑制することができる。   Therefore, at the high temperature, in the intermediate region B, the inner peripheral portion 73 expands more than the outer peripheral portion 72, so that the tension in the intermediate region B is increased, but in the joint end region A1, A2, the inner peripheral portion Since the thickness of 73 decreases toward the joint end surfaces 71a and 71b, the expansion amount of the inner peripheral portion 63 decreases toward the joint end surfaces 61a and 61b, and the tension at the joint end regions A1 and A2 is high. In addition, in the abutment facing area C, since the thickness of the inner peripheral portion 73 is thinner than the thickness of the outer peripheral portion 72, the amount of expansion of the inner peripheral portion 73 is slightly reduced compared to the intermediate region B, The tension in the abutment facing area C is not so high, the tension at the high temperature in the abutment end area A1, A2 and the abutment facing area C can be reduced, and the load on the top ring 71 can be reduced. Top ring 7 The sliding resistance between the inner wall surface of the abutment end and the cylinder bore is not be higher locally, it is possible to suppress the wear of the sliding surfaces, such as walls of abutment end and the cylinder bore of the top ring 71.

また、実施例3では、トップリング71は、中間領域Bで、温度上昇に応じて、外周部72に対して内周部73が大きく膨張することから、低温時に比べて高温時の方が張力が高くなるため、エンジンの高負荷領域でも、燃焼室から合口隙間Sを通ってクランクケースへ漏洩する排ガス量を確実に低減することができ、エンジンの運転状態に拘らず安定したガスシール機能を確保することができる。   In the third embodiment, the top ring 71 has an intermediate region B in which the inner peripheral portion 73 expands greatly with respect to the outer peripheral portion 72 as the temperature rises. As a result, the amount of exhaust gas leaking from the combustion chamber through the joint gap S to the crankcase can be reliably reduced even in a high engine load range, and a stable gas sealing function can be achieved regardless of the operating state of the engine. Can be secured.

図9は、本発明の実施例4に係るピストンリングとしてのトップリングを表す要部平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 9 is a plan view of a principal part showing a top ring as a piston ring according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施例4では、図9に示すように、トップリング81は、外周部82が低熱膨張材料により形成され、内周部83が高熱膨張材料により形成されると共に、合口隙間Sをもって対向する合口端面81a,81bから周方向に沿って所定長さを有する合口端部領域A1,A2で、内周部84a,84bが外周部82の低熱膨張材料より熱膨張率が高く内周部83高熱膨張材料より熱膨張率の低い中熱膨張材料により形成されている。   In the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, the top ring 81 has an abutment end face whose outer peripheral portion 82 is formed of a low thermal expansion material and whose inner peripheral portion 83 is formed of a high thermal expansion material, and which is opposed with an abutment gap S. In the joint end regions A1 and A2 having a predetermined length along the circumferential direction from 81a and 81b, the inner peripheral portions 84a and 84b have a higher coefficient of thermal expansion than the low thermal expansion material of the outer peripheral portion 82, and the inner peripheral portion 83 has a high thermal expansion material. It is formed of a medium thermal expansion material having a lower coefficient of thermal expansion.

即ち、トップリング81は、外周部82が低熱膨張材料により形成され、内周部83が高熱膨張材料により形成されている。また、トップリング81は、合口隙間Sをもって対向する合口端面81a,81bから周方向に沿って所定長さを有する2つの合口端部領域A1,A2が設定されると共に、この合口端部領域A1,A2を除く周方向に沿って所定の長さを有する中間領域Bが設定されている。そして、高熱膨張材料により形成された内周部83は、この中間領域Bだけに設けられ、合口端部領域A1,A2における内周部84a,84bは、外周部82の低熱膨張材料より熱膨張率が高く、且つ、内周部83の高熱膨張材料より熱膨張率の低い中熱膨張材料により形成されている。   In other words, the top ring 81 has an outer peripheral portion 82 formed of a low thermal expansion material and an inner peripheral portion 83 formed of a high thermal expansion material. The top ring 81 has two abutment end regions A1 and A2 having a predetermined length along the circumferential direction from the abutment end surfaces 81a and 81b facing each other with the abutment gap S, and the abutment end region A1. , A2 having a predetermined length along the circumferential direction except A2. The inner peripheral portion 83 formed of the high thermal expansion material is provided only in the intermediate region B, and the inner peripheral portions 84a and 84b in the joint end region A1 and A2 are more thermally expanded than the low thermal expansion material of the outer peripheral portion 82. The medium thermal expansion material has a high rate and a lower thermal expansion coefficient than the high thermal expansion material of the inner peripheral portion 83.

そのため、本実施例のトップリング81は、低温状態では、合口隙間Sをもって対向する合口端部における張力(面圧)が、その他の部分における張力(面圧)よりも局所的に大きくなっているが、高温状態では、外周部82に比べて内周部83が大きく膨張するが、合口端部領域A1,A2では、中熱膨張材料により形成された内周部84a,84bが、高熱膨張材料により形成された内周部83より膨張しないため、中間領域Bの張力(面圧)に比べて合口端部領域A1,A2の張力(面圧)が低減されることとなり、合口端部領域A1,A2及び中間領域Bを含む全ての領域における張力(面圧)が周方向で均一化される。   For this reason, in the top ring 81 of the present embodiment, in a low temperature state, the tension (surface pressure) at the joint end facing the joint gap S is locally greater than the tension (surface pressure) at other portions. However, in the high temperature state, the inner peripheral portion 83 expands more than the outer peripheral portion 82, but in the joint end regions A1 and A2, the inner peripheral portions 84a and 84b formed of the medium thermal expansion material are high thermal expansion materials. Therefore, the tension (surface pressure) of the abutment end regions A1 and A2 is reduced compared to the tension (surface pressure) of the intermediate region B, and the abutment end region A1. , A2 and intermediate region B, the tension (surface pressure) in all regions is made uniform in the circumferential direction.

従って、ピストンの上下動時に、トップリング81の合口端部とシリンダボアの壁面との摺動抵抗が局所的に高くなることはなく、燃焼室の排ガスがピストンとシリンダボアとの隙間を通ってクランクケースへ漏洩することが確実に防止される。その結果、燃焼室から合口隙間Sを通ってクランクケースへ漏洩する排ガス量が低減されることから、オイルパンに貯留されている潤滑油の劣化が抑制される。   Therefore, when the piston moves up and down, the sliding resistance between the joint end of the top ring 81 and the wall surface of the cylinder bore does not increase locally, and the exhaust gas in the combustion chamber passes through the gap between the piston and the cylinder bore, and the crankcase. It is reliably prevented from leaking into As a result, the amount of exhaust gas leaking from the combustion chamber through the joint gap S to the crankcase is reduced, so that deterioration of the lubricating oil stored in the oil pan is suppressed.

このように実施例4のピストンリングにあっては、トップリング81にて、外周部82を低熱膨張材料により形成し、内周部83を高熱膨張材料により形成すると共に、合口隙間Sをもって対向する合口端面81a,81bから周方向に沿って所定長さを有する合口端部領域A1,A2で、内周部84a,84bを外周部82より熱膨張率が高くて内周部83より熱膨張率の低い中熱膨張材料により形成している。   As described above, in the piston ring of the fourth embodiment, the outer peripheral portion 82 is formed of the low thermal expansion material and the inner peripheral portion 83 is formed of the high thermal expansion material at the top ring 81 and is opposed with the joint gap S. In the joint end regions A1 and A2 having a predetermined length along the circumferential direction from the joint end surfaces 81a and 81b, the inner peripheral portions 84a and 84b are higher in thermal expansion coefficient than the outer peripheral portion 82 and more than the inner peripheral portion 83. It is formed of a medium thermal expansion material having a low level.

従って、高温時、中間領域Bでは、外周部82に比べて内周部83が大きく膨張することから、この中間領域Bにおける張力は高くなるが、合口端部領域A1,A2では、内周部84a,84bが外周部82より熱膨張率が高くて内周部83より熱膨張率の低い中熱膨張材料により形成されていることから、内周部84a,84bの膨張量が減少することとなり、合口端部領域A1,A2における面圧はそれほど高くならず、周方向における面圧の均一化を図ることができ、ピストンの上下動時に、トップリング81の合口端部とシリンダボアの内壁面との摺動抵抗が局所的に高くなることはなく、トップリング81の合口端部やシリンダボアの内壁面などの摺動面の摩耗を抑制することができる。   Therefore, at the high temperature, in the intermediate region B, the inner peripheral portion 83 expands more than the outer peripheral portion 82, so that the tension in the intermediate region B is increased, but in the joint end region A1, A2, the inner peripheral portion Since 84a and 84b are formed of a medium thermal expansion material having a higher thermal expansion coefficient than that of the outer peripheral part 82 and lower than that of the inner peripheral part 83, the expansion amount of the inner peripheral parts 84a and 84b is reduced. The surface pressure in the joint end regions A1 and A2 is not so high, and the surface pressure in the circumferential direction can be made uniform. When the piston moves up and down, the joint end portion of the top ring 81 and the inner wall surface of the cylinder bore The sliding resistance does not increase locally, and wear of sliding surfaces such as the joint end of the top ring 81 and the inner wall surface of the cylinder bore can be suppressed.

また、実施例4では、トップリング81は、中間領域Bで、温度上昇に応じて、外周部82に対して内周部83が大きく膨張することから、低温時に比べて高温時の方が張力が高くなるため、エンジンの高負荷領域でも、燃焼室から合口隙間Sを通ってクランクケースへ漏洩する排ガス量を確実に低減することができ、エンジンの運転状態に拘らず安定したガスシール機能を確保することができる。   In the fourth embodiment, the top ring 81 has an intermediate region B in which the inner peripheral portion 83 greatly expands with respect to the outer peripheral portion 82 as the temperature rises. As a result, the amount of exhaust gas leaking from the combustion chamber through the joint gap S to the crankcase can be reliably reduced even in a high engine load range, and a stable gas sealing function can be achieved regardless of the operating state of the engine. Can be secured.

なお、上述した各実施例において、合口端部領域A1,A2、中間領域B、合口対向領域Cの長さは、トップリング51,61,71,81の径や厚さ、材料、またはエンジン形態に応じて適宜設定すればよく、結果として、使用する温度領域で周方向における面圧が均一となればよいものである。   In each of the above-described embodiments, the lengths of the abutment end regions A1, A2, the intermediate region B, and the abutment facing region C are the diameters and thicknesses of the top rings 51, 61, 71, 81, the material, or the engine configuration. As a result, the surface pressure in the circumferential direction should be uniform in the temperature range to be used.

また、上述した各実施例では、本発明のピストンリングをトップリング51,61,71,81に適用したが、セカンドリングに適用してもよい。   Moreover, in each Example mentioned above, although the piston ring of this invention was applied to the top rings 51, 61, 71, 81, you may apply to a second ring.

そして、上述した各実施例では、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射式の内燃機関として説明したが、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射式内燃機関に適用しても前述と同様の作用効果を奏することができる。   In each of the above-described embodiments, a cylinder injection type internal combustion engine that injects fuel directly into the combustion chamber has been described. However, the present invention can be applied to a port injection type internal combustion engine that injects fuel into an intake port. An effect can be produced.

以上のように、本発明に係るピストンリングは、周方向における面圧の均一化を図ることで摺動面の摩耗を抑制可能とするものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。   As described above, the piston ring according to the present invention can suppress wear of the sliding surface by achieving uniform surface pressure in the circumferential direction, and is suitable for use in any type of internal combustion engine. It is.

本発明の実施例1に係るピストンリングとしてのトップリングを表す平面図である。It is a top view showing the top ring as a piston ring which concerns on Example 1 of this invention. 実施例1のトップリングの装着状態を表す図1のII−II断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 実施例1のトップリングの装着状態を表す図1のIII−III断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 実施例1のトップリングにおける面圧分布を表す概略図である。3 is a schematic diagram illustrating a surface pressure distribution in the top ring of Example 1. FIG. 一般的なエンジンの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a general engine. ピストンリングが装着されたピストンの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the piston with which the piston ring was mounted | worn. 本発明の実施例2に係るピストンリングとしてのトップリングを表す要部平面図である。It is a principal part top view showing the top ring as a piston ring which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係るピストンリングとしてのトップリングを表す平面図である。It is a top view showing the top ring as a piston ring which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係るピストンリングとしてのトップリングを表す要部平面図である。It is a principal part top view showing the top ring as a piston ring which concerns on Example 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 シリンダヘッド
12 シリンダブロック
13 シリンダボア
14 ピストン
16 燃焼室
17 吸気ポート
18 排気ポート
33 インジェクタ
34 点火プラグ
41 ピストン本体
42 外周面
43 頂面
44,45,46 リング溝
51,61,71,81 トップリング(ピストンリング)
51a,51b,61a,61b,71a,71b,81a,81b 合口端面
52 セカンドリング(ピストンリング)
53 オイルリング(ピストンリング)
54,56a,56b,62,72,82 外周部
55,57a,57b,63,73,83,84a,84b 内周部
A1,A2 合口端部領域
B 中間領域
C 合口対向領域
S 合口隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Cylinder head 12 Cylinder block 13 Cylinder bore 14 Piston 16 Combustion chamber 17 Intake port 18 Exhaust port 33 Injector 34 Spark plug 41 Piston main body 42 Outer peripheral surface 43 Top surface 44, 45, 46 Ring groove 51, 61, 71, 81 Top ring ( piston ring)
51a, 51b, 61a, 61b, 71a, 71b, 81a, 81b Abutment end face 52 Second ring (piston ring)
53 Oil ring (piston ring)
54, 56a, 56b, 62, 72, 82 Outer peripheral part 55, 57a, 57b, 63, 73, 83, 84a, 84b Inner peripheral part A1, A2 Abutment end area B Middle area C Abutment area S Abutment gap

Claims (6)

内燃機関用ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着される略円形状をなし、シリンダに対して摺動する外周面と前記ピストンに対向する内周面と上面と下面とからなり、前記略円形状を半径方向に分断する一つの合口部を備えるピストンリングにおいて、前記合口端面から周方向に沿って所定長さを有する合口端部領域を除く周方向における中間領域で、内周部が外周部より熱膨張率の高い材料により形成されたことを特徴とするピストンリング。   A substantially circular shape is attached to a ring groove formed on an outer peripheral surface of a piston for an internal combustion engine, and includes an outer peripheral surface that slides on a cylinder, an inner peripheral surface that faces the piston, an upper surface, and a lower surface, In the piston ring including one abutment portion that divides the substantially circular shape in the radial direction, the inner circumference portion is an intermediate region in the circumferential direction excluding the abutment end portion region having a predetermined length along the circumferential direction from the abutment end surface. A piston ring formed of a material having a higher coefficient of thermal expansion than the outer periphery. 前記中間領域は、外周部が低熱膨張材料により形成され、内周部が高熱膨張材料により形成されたことを特徴とする請求項1に記載のピストンリング。   2. The piston ring according to claim 1, wherein the intermediate region has an outer peripheral portion formed of a low thermal expansion material and an inner peripheral portion formed of a high thermal expansion material. 前記合口端部領域は、外周部が高熱膨張材料により形成され、内周部が低熱膨張材料により形成されたことを特徴とする請求項2に記載のピストンリング。   The piston ring according to claim 2, wherein the abutment end region has an outer peripheral portion formed of a high thermal expansion material and an inner peripheral portion formed of a low thermal expansion material. 前記合口端部領域は、外周部が低熱膨張材料により形成され、内周部が高熱膨張材料により形成されると共に、前記合口端面に向かって、前記外周部の低熱膨張材料の厚さが直線的あるいは曲線的に増加する一方、前記内周部の高熱膨張材料の厚さが減少することを特徴とする請求項2に記載のピストンリング。   In the abutment end region, the outer peripheral portion is formed of a low thermal expansion material, the inner peripheral portion is formed of a high thermal expansion material, and the thickness of the low thermal expansion material of the outer peripheral portion is linear toward the abutment end surface. 3. The piston ring according to claim 2, wherein the thickness of the high thermal expansion material in the inner peripheral portion decreases while increasing in a curve. 前記合口端部領域は、外周部が前記中間領域における外周部の低熱膨張材料と同じ低熱膨張材料により形成され、内周部が該低熱膨張材料より熱膨張率が高くて前記中間領域における内周部の高熱膨張材料より熱膨張率の低い中熱膨張材料により形成されたことを特徴とする請求項2に記載のピストンリング。   The abutment end region has an outer peripheral portion formed of the same low thermal expansion material as the low thermal expansion material of the outer peripheral portion in the intermediate region, and the inner peripheral portion has a higher coefficient of thermal expansion than the low thermal expansion material and has an inner peripheral portion in the intermediate region. The piston ring according to claim 2, wherein the piston ring is formed of a medium thermal expansion material having a lower coefficient of thermal expansion than that of the high thermal expansion material. 前記中間領域は、外周部の低熱膨張材料の厚さと内周部の高熱膨張材料の厚さが同じに形成され、前記中間領域における前記合口部と径方向に対向する合口対向領域は、内周部の高熱膨張材料の厚さが外周部の低熱膨張材料の厚さより薄く形成されたことを特徴とする請求項2から5のいずれか一つに記載のピストンリング。   The intermediate region is formed such that the thickness of the low thermal expansion material at the outer peripheral portion and the thickness of the high thermal expansion material at the inner peripheral portion are the same, and the joint opposing region that is radially opposed to the joint portion in the intermediate region is the inner peripheral portion. The piston ring according to any one of claims 2 to 5, wherein a thickness of the high thermal expansion material of the portion is formed to be thinner than a thickness of the low thermal expansion material of the outer peripheral portion.
JP2006235886A 2006-08-31 2006-08-31 Piston ring Pending JP2008057671A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006235886A JP2008057671A (en) 2006-08-31 2006-08-31 Piston ring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006235886A JP2008057671A (en) 2006-08-31 2006-08-31 Piston ring

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008057671A true JP2008057671A (en) 2008-03-13

Family

ID=39240668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006235886A Pending JP2008057671A (en) 2006-08-31 2006-08-31 Piston ring

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008057671A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010038868A1 (en) * 2010-08-04 2012-02-09 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Piston ring for use in piston engine in motor car, has inner surface on which inner coating is provided, where thermal expansion coefficient of material of inner coating differs from that of material of ring
DE102011076453A1 (en) 2011-05-25 2012-11-29 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Piston ring with composite coating
CN105452736A (en) * 2013-08-01 2016-03-30 马勒金属立夫有限公司 Piston ring and method for manufacturing same
CN109268166A (en) * 2018-08-23 2019-01-25 浙江吉利控股集团有限公司 A kind of piston ring
CN110118132A (en) * 2019-06-03 2019-08-13 天津大学 Combined sealing piston ring, piston assembly, internal combustion engine and encapsulating method

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010038868A1 (en) * 2010-08-04 2012-02-09 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Piston ring for use in piston engine in motor car, has inner surface on which inner coating is provided, where thermal expansion coefficient of material of inner coating differs from that of material of ring
DE102010038868B4 (en) * 2010-08-04 2015-03-12 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Piston ring with inner coating
DE102011076453A1 (en) 2011-05-25 2012-11-29 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Piston ring with composite coating
DE102011076453B4 (en) * 2011-05-25 2013-08-01 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Piston ring with composite coating
CN105452736A (en) * 2013-08-01 2016-03-30 马勒金属立夫有限公司 Piston ring and method for manufacturing same
CN105452736B (en) * 2013-08-01 2018-02-23 马勒金属立夫有限公司 Piston ring and the method for manufacturing piston ring
US9995393B2 (en) 2013-08-01 2018-06-12 Mahle Metal Leve S/A Piston ring and method for manufacturing same
CN109268166A (en) * 2018-08-23 2019-01-25 浙江吉利控股集团有限公司 A kind of piston ring
CN109268166B (en) * 2018-08-23 2020-06-23 贵州吉利发动机有限公司 Piston ring
CN110118132A (en) * 2019-06-03 2019-08-13 天津大学 Combined sealing piston ring, piston assembly, internal combustion engine and encapsulating method
CN110118132B (en) * 2019-06-03 2024-02-09 天津大学 Sealing combined piston ring, piston assembly, internal combustion engine and sealing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113785107B (en) Dual crown valve seat insert with seating surface formed of hardfacing material
CN112955633B (en) Valve seat insert for an engine having a dual crowned seating surface shaped to limit valve recess
US7650869B2 (en) Rotary valves and valve seal assemblies
EP2573355B1 (en) Pre-combustion chamber tip
JP2008057671A (en) Piston ring
JP5234706B2 (en) Roller bearing, camshaft support structure and internal combustion engine
EP1749980B1 (en) Gasket for a valve of an internal combustion engine
CN100538055C (en) Has the piston that asymmetric pin-and-hole groove is arranged
JP6389865B2 (en) Piston for internal combustion engine
JP2007224787A (en) Exhaust acceleration system for engine
JP4724080B2 (en) Combination oil ring
JPH0347404B2 (en)
JP2008031873A (en) Piston ring
JP2007309138A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
EP2065573B1 (en) Gasket for a valve of an internal combustion engine
JP4093120B2 (en) Engine valve gear
US10480364B2 (en) Valve shield for an internal combustion engine
EP3339692B1 (en) Piston
JPH08303298A (en) Combination ring and seal structure provided with the ring
JP4216944B2 (en) Combustion chamber structure of internal combustion engine
JP4209980B2 (en) Thermal expansion absorption device for piston of internal combustion engine
JP5234704B2 (en) Roller bearing, camshaft support structure and internal combustion engine
JP2006009824A (en) Oil seal
JP2006291806A (en) Valve device and internal combustion engine
JP2023150380A (en) piston ring