JP2009030558A - ピストンリング及び内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】ガスシールを確実に行いつつオイル掻き性能を備え、ピストンの軽量化、フリクションの低減を行なうと共に、組み付け性が向上し、かつ低コスト化を図ることができるピストンリング及び内燃機関用ピストンを提供する。
【解決手段】本実施の形態に係るピストンリング１０Ａは、シリンダボア内壁と摺動し、ガスシールを行なうガスシール環状摺動部１３と、シリンダボア内壁と摺動し、オイル掻きを行なうオイル掻き環状摺動部１４と、ガスシール環状摺動部１３とガスシール環状摺動部１３と間にガスシール・オイル掻きの両方の機能を有するガスシール・オイル掻き環状摺動部１７とからなり、リング溝１２内に設けられる基部１５にガスシール環状摺動部１３とガスシール・オイル掻き環状摺動部１７とオイル掻き環状摺動部１４とが上下一体として形成されると共に、各環状摺動部同士の間又は異なる環状摺動部同士の間に各々間隙１６を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関に適用されるピストンリング及び内燃機関用ピストンに関するものである。

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侵入を防止するためにピストンリングが取り付けられている。ピストンリングは、ピストン外周に形成されたリング溝(リンググルーブ)に装着される。一般に内燃機関のピストンでは、ガスシールを行ない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、シリンダボア内壁（以下、「シリンダ壁」という。）の余剰したオイルを掻き落とす役割を主として担うオイルリングとの２種類のピストンリングが設けられている。

内燃機関用ピストンを示す分解図を図１１に示す。図１１に示すように、ピストン１０１の上部外周には、３つのリング溝１０２〜１０４が形成されている。これらリング溝１０２〜１０４にはピストンリング１０５〜１０７がそれぞれ装着される。これらピストンリング１０５〜１０７のうち、上側の２つのリング溝１０２、１０３に装着されるピストンリング１０５、１０６は、主として燃焼室の気密保持の役割を担うガスシールとして機能する第１及び第２のコンプレッションリングとなっている。また、最下部のリング溝１０４に装着されるピストンリング１０７は、主としてシリンダ壁の余剰オイルの掻き落としの役割を担うオイルリングとなっている。

また、コンプレッションリングとして用いられるピストンリング１０５、１０６、オイル掻きリングとして用いられるピストンリング１０７は一般に円環状の平板形状とされ、ピストンリング１０５〜１０７には合口１０８が設けられている。また、ピストン１０１のピストンボス１０９にはピストンピン１１０が装着され、このピストンピン１１０にはスナップリング１１１−１、１１１−２が装着されている。ここで、ピストンリング１０５〜１０７の内周面と外周面との間の肉厚を「リング幅」といい、その上面と下面との間の肉厚を「リング厚さ」という。

このように、従来の内燃機関用ピストン１０１には、上部側のリング溝１０２、１０３にコンプレッションリングとして用いられるピストンリング１０５、１０６を設けると共に、下部のリング溝１０４にオイル掻きリングとして用いられるピストンリング１０７を設け、各々別々に内燃機関用ピストンに装着し、シール及びオイルの掻き落としを行なうようにしていた。

また、オイルリングとして用いられるピストンリング１０７として、例えばコイルエキスパンダー付きの２ピース構造のピストンリングが用いられており、油掻き性、接触圧の維持能力などに優れている。

また、ピストンの軽量化、ピストンリングのコスト削減のため、オイルリングとして用いられている従来の２ピース構造のピストンリングに代えて、１ピース構造のピストンリングが用いられている。図１２は、従来の１ピース構造のピストンリングの構成を簡略に示す概略断面図である。図１３は、図１２のピストンリングの構成を簡略に示す斜視図である。図１２、１３に示すように、従来の１ピース構造のオイルリング１２１は、外周側に上部突条１２２、下部突条１２３と、この両突条１２２、１２３の中間に中央突条１２４を設け、内周側にはピストンのリング溝部１２５と点接触する断面形状が略円弧状のピストン接触面１２６を設けている。また、下部突条１２３及び中央突条１２４のシリンダ壁１２７との接触面には、少なくとも１個以上のオイル落し部１２８ａ、１２８ｂを上下非対称位置に設け、各突条間の溝部分には、外周から内周に至る貫通孔１２９を複数個設けている（特許文献１）。

この１ピース構造のピストンリング１２１では、内周側の断面形状が略円弧状であるため、ピストン接触面１２６がリング溝部１２５の壁面と点接触をして、自由自在に角度を変え、各突条１２２〜１２４がシリンダ壁１２７に追随するようにしている。また、オイル落し部１２８ａ、１２８ｂによって各突条１２２〜１２４で掻き集めたオイルを効率的にシリンダ下部に戻すと共に、複数個の貫通孔１２９を通してシリンダ下部に効率よく戻すようにしている。

これにより、図１１に示すような従来の２ピース構造のピストンリングの油掻き性、接触圧を維持しつつ、製造コストが安いピストンリングを製造するようにしていた。

特開平１０−２５２８９０号公報

しかしながら、１ピース構造のピストンリング１２１は、リング溝部１２５で点接触しているため、例えばピストンが上死点で傾いた時、図１４に示すようにピストンの揺動に伴いピストンリング１２１も傾き、上部突条１２２のシリンダ壁１２７への面圧が上がると共に、下部突条１２３とシリンダ壁１２７との間に隙間を生じ、シリンダ壁１２７とのオイル掻き性能が悪化する、という問題がある。

また、オイル落し部１２８ａ、１２８ｂが交互に形成されているため、各突条１２２〜１２４間の溝部分に形成される空間１３１に掻き落としたオイルが溜まる、という問題がある。

その結果、シリンダ壁１２７と各突条１２２〜１２４との間の油膜が厚くなり、オイル掻き性能が悪化し、フリクションが増加する、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、ガスシールを確実に行いつつオイル掻き性能を備え、ピストンの軽量化、フリクションの低減を行なうと共に、組み付け性が向上し、かつ低コスト化を図ることができるピストンリング及び内燃機関用ピストンを提供することを課題とする。

本発明に係るピストンリングは、内燃機関のピストンの外周面に周設されたリング溝に設けられるピストンリングであって、シリンダボア内壁と摺動し、ガスシールを行なう少なくとも一つ以上のガスシール環状摺動部と、シリンダボア内壁と摺動し、オイル掻きを行なう少なくとも一つ以上のオイル掻き環状摺動部とからなり、前記リング溝内に設けられる基部に前記ガスシール環状摺動部と前記オイル掻き環状摺動部とが上下一体として形成されると共に、前記ガスシール環状摺動部と前記オイル掻き環状摺動部同士との間に間隙を形成することを特徴とする。

本発明に係るピストンリングにおいては、ガスシールとオイル掻きの両方の機能を有する少なくとも一つ以上のガスシール・オイル掻き環状摺動部が、前記ガスシール環状摺動部と前記オイル掻き環状摺動部との間に設けられ、前記基部に一体として形成されていることを特徴とする。

本発明に係るピストンリングにおいては、前記オイル掻き環状摺動部が、掻き落としたオイルを落とすオイル戻し穴を少なくとも一つ以上有することを特徴とする。

本発明に係るピストンリングにおいては、前記ガスシール環状摺動部を構成する一つの摺動部の厚さが、０．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする。

本発明に係るピストンリングにおいては、前記オイル掻き環状摺動部を構成する摺動部全体の厚さが、全体で１．０〜３．０ｍｍであることを特徴とする。

本発明に係るピストンリングにおいては、前記ガスシール・オイル掻き環状摺動部を構成する一つの摺動部の厚さが、０．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関用ピストンは、本発明のピストンリングを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ピストンリングにガスシール環状摺動部とオイル掻き環状摺動部とを各々少なくとも一つ以上設け、基部に一体として形成することにより、一つのピストンリングでガスシール及びオイル掻きの両方の性能を備えることができる。これにより、ピストンを軽量化し、フリクションを低減すると共に、組み付け性の向上を図り、コストの低減を図ることができる。

また、前記ガスシール環状摺動部同士の間、前記オイル掻き環状摺動部同士の間、又は前記ガスシール環状摺動部と前記オイル掻き環状摺動部同士との間に間隙を形成することにより、ピストンリング全面にかかる圧力を少なくすることができるため、ピストンリングの浮き上がりを防止し、ガスシールを確実に行うことができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第一の実施の形態］
図１は、本実施の形態に係るピストンリングが装着された内燃機関用ピストンの断面構造を示す概念図である。図２は、図１中のＡ部分の内燃機関用ピストンのリング溝付近の拡大断面図である。

図１、２に示すように、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａは、ピストン１１の上部外周面に形成されている一つのリング溝１２に装着される。本実施の形態に係るピストンリング１０Ａは、内燃機関のピストン１１の外周面に周設されたリング溝１２に設けられるピストンリングであって、図示しないシリンダボア内壁（以下、「シリンダ壁」という。）と摺動し、ガスシールを行なう少なくとも一つ以上のガスシール環状摺動部１３と、図示しないシリンダ壁と摺動し、オイル掻きを行なう少なくとも一つ以上のオイル掻き環状摺動部１４とからなり、リング溝１２内に設けられる基部１５にガスシール環状摺動部１３とオイル掻き環状摺動部１４とが上下一体として形成されると共に、ガスシール環状摺動部１３同士の間、オイル掻き環状摺動部１４同士の間、ガスシール環状摺動部１３とオイル掻き環状摺動部１４との間に各々間隙１６を形成するものである。

本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、ガスシール環状摺動部１３が、第一のガスシール環状摺動部１３−１と、第二のガスシール環状摺動部１３−２とからなり、基部１５の上部側に設けている。尚、ガスシール環状摺動部１３は２つに限定されるものではない。ガスシール環状摺動部１３を基部１５の上部側に設けることで、ガスシールを行い燃焼室の気密保持を保つことができる。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、オイル掻き環状摺動部１４は、第一のオイル掻き環状摺動部１４−１〜第三のオイル掻き環状摺動部１４−３とからなり、基部１５の下部側に設けている。尚、オイル掻き環状摺動部１４は３つに限定されるものではない。オイル掻き環状摺動部１４を基部１５の下部側に設けることで、図示しないシリンダ壁の余剰オイルを掻き落とすことができる。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａは、ガスシールとオイル掻きの両方の機能を有する少なくとも一つ以上のガスシール・オイル掻き環状摺動部１７が、ガスシール環状摺動部１３とオイル掻き環状摺動部１４との間に設けられ、基部１５に一体として形成されている。

ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７は、第一のガスシール・オイル掻き環状摺動部１７−１、第二のガスシール・オイル掻き環状摺動部１７−２とからなる。尚、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７は２つに限定されるものではない。ガスシール環状摺動部１３とオイル掻き環状摺動部１４との間に、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７を設けることで、ガスシールを行うと共に、図示しないシリンダ壁の余剰オイルを掻き落とすことができる。

本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、ガスシール環状摺動部１３同士の間、オイル掻き環状摺動部１４同士の間、前記ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７同士の間、ガスシール環状摺動部１３とオイル掻き環状摺動部１４との間、オイル掻き環状摺動部１４とガスシール・オイル掻き環状摺動部１７との間、又はガスシール環状摺動部１３とガスシール・オイル掻き環状摺動部１７との間に各々間隙１６が形成されている。
なお、本発明において、これらの各環状摺動部同士又は異なる環状摺動部との間に形成される間隙を、所謂ラビリンスボリュームという。

本実施の形態に係るピストンリング１０Ａのように、ガスシール環状摺動部１３を構成する摺動部同士の間、オイル掻き環状摺動部１４を構成する摺動部同士の間、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７を構成する摺動部同士の間、又はこれらの異なる環状摺動部同士の間に各々間隙１６を形成することにより、ピストンリング１０Ａの全面にかかる圧力を低減することができるため、例えば気筒の膨張行程で流入する高圧のブローバイガスによってピストンリング１０Ａが浮き上がるのを抑制することができる。これにより、ガスシールを確実に行うことができ、燃焼室の気密保持を保つことができる。

また、図３は、従来のピストンリングを示す概略断面図であり、図４は、図３の拡大図である。図３、４に示すように、気筒の膨張行程で燃焼圧の作用を受けると、例えば図１１に示すような従来のピストンリング１０５はリング溝１０２の下面１０２ｂに位置している（図４中、実線）。しかし、リング溝１０２の下面１０２ｂは粗いため、リング溝１０２に流入した高圧のブローバイガスがピストンリング１０５の下面１０５ｂとリング溝１０２の下面１０２ｂとの間の隙間に入り込み、ピストンリング１０５の下方側に抜けてしまう。この際、高圧のブローバイガスによってピストンリング１０５が浮き上がり、リング溝１０２の上面１０２ａに移動してしまう場合がある（図４中、破線）。

これに対し、図５に示すように、ピストンリング１０Ａはシリンダ壁１８と接触し、高圧のブローバイガスはリング溝１２の内部側に流入するが、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａは、ガスシール環状摺動部１３とオイル掻き環状摺動部１４との間に各々間隙１６が形成されているため、ピストンリング１０Ａの全面にかかる圧力を低減することができる。

このため、気筒の膨張行程で燃焼圧の作用を受けて高圧のブローバイガスがリング溝１２の内部側に入り込んでも高圧のブローバイガスによってピストンリング１０Ａが浮き上がるのを防止することができ、ピストンリング１０Ａの下面１５ｂをリング溝１２の下面１２ｂに接触させておくことができる。これにより、ガスシールを確実に行ないガス漏れを防ぎ、燃焼室の気密保持を保つことができる。

また、燃焼圧変化に伴う本実施の形態に係るピストンリング１０Ａを備えたピストンの従来品と比較したガスシール性能について説明する。
図６は、クランク角度の変化に伴う燃焼圧変化とピストンリングの移動の様子を示す図である。例えば、図６中の上側図面に示すように気筒の吸入工程で燃焼圧曲線の燃焼圧が低い時間Ｔ₁の時には、図６中の下側図面に示すようにピストンリングはリング溝上面に位置している。そして、気筒の膨張行程で燃焼圧曲線の燃焼圧が上昇して燃焼圧の作用を受けると、図６中の下側図面に示すようにピストンリングはリング溝下面に移動する。そして、クランク角度が大きくなり燃焼圧曲線の燃焼圧が下降し、時間Ｔ₂経過後では、図６中の下側図面に示すようにピストンリングはピストンのリング溝下面からリング溝上面に再度接触する。

図４に示すような従来のピストンリングでは、図６の下側図面に示すように、クランク角度が大きくなり燃焼圧曲線の燃焼圧が下降して時間Ｔ₂になると、上述のように高圧のブローバイガスがピストンリング１０５の下面１０５ｂとリング溝１０２の下面１０２ｂとの間の隙間に入り込み、ピストンリングが浮き上がり、リング溝１０２の上面１０２ａに移動してしまう。

これに対し、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａは、図２、５に示すような各環状摺動部同士又は異なる環状摺動部の間に各々間隙１６が形成されているため、ピストンリング１０Ａの全面にかかる圧力を低減させることができ、高圧のブローバイガスによってピストンリング１０Ａが浮き上がってリング溝１２の上面１２ａに移動するのを防ぐことができる。このため、実施の形態に係るピストンリング１０Ａ（図６中、太線）は、図６の下側図面に示すように、燃焼圧曲線の燃焼圧が下降して時間Ｔ₃で、リング溝１２の上面１２ａに移動する。

よって、図４に示すような従来のピストンリング（図６中、破線）の方が、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａ（図６中、太線）よりも早くピストンのリング溝下面からリング溝上面に浮き上がってしまうのが確認できる。

従って、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａ（図６中、太線）の方が従来のピストンリング（図６中、破線）よりも長くピストンのリング溝の下面に位置することができるため、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａを備えたピストンは従来のピストンよりも長時間ガスシールを行なうことができ、ガスシール性能を向上させることができる。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａの従来品と比較したガス漏れに対する信頼性について説明する。
従来のピストン１０１では、ピストンリング１０５〜１０７を複数設けているため、ピストンリング１０５〜１０７でガス漏れが複数箇所で起こる場合がある。これに対し、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、ピストン１１にリング溝を一つだけ設けるようにしているため、ガス漏れが起こりうる箇所は１箇所のみである。よって、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａは、従来品よりもガス漏れが起こる箇所を減らすことができ、ガスシール性能を向上させることができる。

また、従来のピストン１０１は、図７中の左側図面に示すように、トップランド１１２とセカンドランド１１３との間のリング溝１０２にガスシール用として第一のコンプレッションリングであるピストンリング１０５を装着している。そして、セカンドランド１１３とサードランド１１４との間のリング溝１０３にガスシール用として第二のコンプレッションリングであるピストンリング１０６を装着している。そして、サードランド１１４とフォースランド１１５との間のリング溝１０４にオイル掻き用としてオイルリングであるピストンリング１０７を装着している。

一方、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａを備えたピストン１１は、図７中、右側図面に示すように、ピストン１１のリング溝１２にガスシール及びオイル掻きの両方の機能を兼ね備えたピストンリング１０Ａを一つのみ装着するようにしている。

よって、ピストンに用いるピストンリングとして、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａを用いれば、従来のピストンリング１０５〜１０７を用いる場合に比べ、図７中左側図面に示すようなピストンリングのリング厚さの差Ｈの分だけ省略することができる。このため、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａを用いたピストン１１の幅は従来品よりも低くすることができ、ピストン１１を軽量化することができる。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａを用いれば、ピストン１１を軽量化することで、図８に示すようにエンジン回転数を大きくするのに伴って、図１１に示すような従来のピストン１０１よりもフリクションを低減することができるため、出力性能を大幅に向上することができる。

また、特に慣性力が大きい高速域においてフリクションの低減効果を著しく大きくすることができる。例えば、最大回転数６０００ｒｐｍとして、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａを装着したピストン１１が図１１に示すような従来のピストン１０１よりも約１／３程度軽量化したとすると、例えば約３％程度の出力性能を向上させることができる。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、ガスシール環状摺動部１３、オイル掻き環状摺動部１４、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７を構成する各々の環状摺動部の数を増減させることで、オイル消費、ガスシールのバランスを容易に調整することができる。

例えば、図９に示すように間隙１６が小さいと、ピストンを持上げるランド圧力が高くなり、間隙１６が大きい場合に比べてピストンリング１０Ａがリング溝１２の上面１２ａに早く移動しまうため、ブローバイガスが増加し、オイル消費量が増大する。

一方、間隙１６を大きくなるに従い、間隙１６が小さい場合に比べてピストンリング１０Ａをリング溝１２の下面１２ｂに長く維持することができるため、ブローバイガスを低減し、オイル消費量を低減することができる。

よって、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａのガスシール環状摺動部１３、オイル掻き環状摺動部１４、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７を構成する各々の摺動部の数を変え、間隙１６の大きさを調製することで、オイル消費、ガスシールのバランスを容易に調整することができる。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａを用いれば、従来品のように複数のピストンリングをピストンに設ける必要はなく一つのみで足りるため、ピストンの加工、ピストンリングのピストンへの組付けを容易に行なうことができる。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、ガスシール環状摺動部１３とオイル掻き環状摺動部１４との間に、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７を基部１５と一体として設けるようにしているが、ガスシール環状摺動部１３とオイル掻き環状摺動部１４とにより、ガスシール及びオイル掻きが十分である場合にはガスシール・オイル掻き環状摺動部１７を設けなくてもよい。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、ガスシール環状摺動部１３を構成する第一のガスシール環状摺動部１３−１の摺動部の厚さｄ₁は、例えば０．５〜２．０ｍｍであるのが好ましい。尚、ガスシール環状摺動部１３を構成する他の摺動部である第二のガスシール環状摺動部１３−２の摺動部の厚さも第一のガスシール環状摺動部１３−１の摺動部の厚さｄ₁と同様である。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、オイル掻き環状摺動部１４を構成する第一のオイル掻き環状摺動部１４−１〜第三のオイル掻き環状摺動部１４−３の全体での摺動部の厚さｄ₂は、例えば１．０〜３．０ｍｍであるのが好ましい。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７を構成する第一のガスシール・オイル掻き環状摺動部１７−１の摺動部の厚さｄ₃は、例えば０．５〜２．０ｍｍであるのが好ましい。尚、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７を構成する他の摺動部である第二のガスシール・オイル掻き環状摺動部１７−２の摺動部の厚さも第一のガスシール・オイル掻き環状摺動部１７−１の摺動部の厚さｄ₃と同様である。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、リング溝１２の上面１２ａと基部１５の上面１２ａと対向する面１５ａとの間隔ｔ₁と、リング溝１２の下面１２ｂと基部１５の下面１２ｂと対向する面１５ｂとの間隔ｔ₂とを合わせた間隔は、気密性、組み付け性を考慮して、例えば０．３〜０．５ｍｍであるのが好ましい。

また、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａでは、リング溝１２の底面１２ｃと基部１５の底面１５ｃとの間隔Ｔは、例えば０．５〜１ｍｍであるのが好ましい。

このように、本実施の形態に係るピストンリング１０Ａによれば、ピストンリング１０Ａにガスシール環状摺動部１３、オイル掻き環状摺動部１４及びガスシール・オイル掻き環状摺動部１７を各々少なくとも一つ以上基部１５に設け、基部１５に一体として形成することで、ガスシール及びオイル掻きの両方の性能を備えることができる。これにより、ピストンを軽量化し、フリクションを低減すると共に、組付け性の向上を図り、コストの低減を図ることができる。

また、ガスシール環状摺動部１３同士の間、オイル掻き環状摺動部１４同士の間、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７同士の間、又はこれらの異なる環状摺動部同士との間に各々間隙を形成することにより、ピストンリング全面にかかる圧力を少なくすることができるため、ピストンリングの浮き上がりを防止し、ガスシールを確実に行うことができる。

［第二の実施の形態］
本発明の第二の実施の形態に係るピストンリングについて、図１０を参照して説明する。
図１０は、本発明の第二の実施の形態に係るピストンリングの構成を示す概略断面図である。
本実施の形態に係るピストンリングは、第一の実施の形態に係るピストンリングの構成と同様であるため、図１、２に示す第一の実施の形態１に係るピストンリングの構成と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
図１０に示すように、本実施の形態に係るピストンリング１０Ｂは、第一のオイル掻き環状摺動部１４−１、第二のオイル掻き環状摺動部１４−２に、ガスシール環状摺動部１３、オイル掻き環状摺動部１４、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７の何れか又は全部で掻き落としたオイルを落とすオイル戻し穴２１−１、２１−２を有するものである。

オイル戻し穴２１−１、２１−２を第一のオイル掻き環状摺動部１４−１、第二のオイル掻き環状摺動部１４−２に設けることにより、ガスシール環状摺動部１３、オイル掻き環状摺動部１４、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７の何れか又は全部で掻き落としたオイルをオイル戻し穴２１−１、２１−２に落として、例えばクランクケース内に戻すことができるため、オイル消費を低減することができる。

また、オイル掻き環状摺動部１４の剛性を制御することで、リング張力を低下することができるため、フリクションを低減し、燃費を向上させることができる。

なお、ピストンリングのシリンダ壁に対する追従性は下式（１）に示す追従性係数Ｐ_Kにて評価することができる。
Ｐ_K＝（Ｆ_t・Ｄ）／（Ｅ・Ｉ）・・・（１）
Ｆ_tはリング張力、Ｄはシリンダ内径、Ｅは基部の縦弾性係数、Ｉは基部の断面係数である。

リング張力Ｆ_tはオイル掻き環状摺動部１４の弾性が小さいほど小さくなるため、オイル掻き環状摺動部１４のリング張力Ｆ_tが小さくなることにより、ピストンリング１０Ａの追従性係数Ｐ_Kは全体として低下し、ピストンリング１０Ｂのシリンダ壁１９に対するフリクションを低減し燃費が向上することができる。

従って、第一のオイル掻き環状摺動部１４−１、第二のオイル掻き環状摺動部１４−２、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７の周囲にはオイルが滞留せず、ガスシール環状摺動部１３、オイル掻き環状摺動部１４、ガスシール・オイル掻き環状摺動部１７によるオイルの掻き残しに起因するオイル消費量の増加、あるいはフリクションの増加を抑えることができる。

このように、本実施の形態に係るピストンリング１０Ｂによれば、オイル掻き環状摺動部１４にオイル戻し穴２１を少なくとも一つ以上設け、掻き落としたオイルを例えばクランクケース内に戻すことで、オイル消費を低減することができると共に、オイル掻き環状摺動部１４の剛性を制御することで、フリクションを低減し、燃費の向上を図ることができる。

本発明は内燃機関に限らず、ピストンリングを使用する限りにおいて各種の往復動型機関に適用することができる。例えば、外燃機関、コンプレッサ、ピストンポンプ等のピストンリングに対して本発明を適用してもよい。

以上のように、この発明に係るピストンリングは、ガスシール用及びオイル掻き用の環状摺動部を基部に一体として形成し、ガスシール及びオイル掻きの両方の性能を備えると共に、各環状摺動部同士又は異なる環状摺動部同士との間に間隙を形成することで、ガスシールを確実に行うことができる。これにより、ピストンを軽量化し、フリクションを低減すると共に、組み付け性を向上し、コストを低減することができるため、内燃機関用ピストンとして好適に使用することができる。

本発明の第一の実施の形態に係るピストンリングが装着された内燃機関用ピストンの断面構造を示す概念図である。 図１中のＡ部分の内燃機関用ピストンのリング溝付近の拡大断面図である。 従来のピストンリングを示す概略断面図である。 図３を詳細に示した拡大図である。 本発明の第一の実施の形態に係るピストンリングを簡略に示す図である。 クランク角度の変化に伴う燃焼圧変化とピストンリングの移動の様子を示す図である。 従来のピストンリングと本発明のピストンリングとの厚さを比較した図である。 エンジン回転数とフリクションとの関係を示す図である。 ラビリンスボリュームとブローバイガスとの関係を示す図である。 本発明の第二の実施の形態に係るピストンリングの断面構造を示す概念図である。 内燃機関用ピストンを示す分解図である。 従来のピストンリングの構成を簡略に示す概略断面図である。 図１２のピストンリングの構成を簡略に示す斜視図である。 従来のピストンが傾いた時の状態を示す図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ ピストンリング
１１ ピストン
１２ リング溝
１２ａ 上面
１２ｂ 下面
１３、１３−１、１３−２ ガスシール環状摺動部
１４、１４−１〜１４−３ オイル掻き環状摺動部
１５ 基部
１６ 間隙（ラビリンスボリューム）
１７、１７−１、１７−２ ガスシール・オイル掻き環状摺動部
１８ シリンダ壁
２１−１、２１−２ オイル戻し穴
ｄ₁ ガスシール環状摺動部を構成する一つの摺動部の厚さ
ｄ₂ オイル掻き環状摺動部を構成する摺動部全体の厚さ
ｄ₃ ガスシール・オイル掻き環状摺動部を構成する一つの摺動部の厚さ

Claims (7)

1. 内燃機関のピストンの外周面に周設されたリング溝に設けられるピストンリングであって、
   シリンダボア内壁と摺動し、ガスシールを行なう少なくとも一つ以上のガスシール環状摺動部と、
   シリンダボア内壁と摺動し、オイル掻きを行なう少なくとも一つ以上のオイル掻き環状摺動部とからなり、
   前記リング溝内に設けられる基部に前記ガスシール環状摺動部と前記オイル掻き環状摺動部とが上下一体として形成されると共に、
   前記ガスシール環状摺動部と前記オイル掻き環状摺動部同士との間に間隙を形成することを特徴とするピストンリング。
2. 請求項１において、
   ガスシールとオイル掻きの両方の機能を有する少なくとも一つ以上のガスシール・オイル掻き環状摺動部が、前記ガスシール環状摺動部と前記オイル掻き環状摺動部との間に設けられ、前記基部に一体として形成されていることを特徴とするピストンリング。
3. 請求項１又は２において、
   前記オイル掻き環状摺動部が、掻き落としたオイルを落とすオイル戻し穴を少なくとも一つ以上有することを特徴とするピストンリング。
4. 請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
   前記ガスシール環状摺動部を構成する一つの摺動部の厚さが、０．５〜２．０ｍｍであることを特徴とするピストンリング。
5. 請求項１乃至４の何れか一つにおいて、
   前記オイル掻き環状摺動部を構成する摺動部全体の厚さが、全体で１．０〜３．０ｍｍであることを特徴とするピストンリング。
6. 請求項２乃至５の何れか一つにおいて、
   前記ガスシール・オイル掻き環状摺動部を構成する一つの摺動部の厚さが、０．５〜２．０ｍｍであることを特徴とするピストンリング。
7. 請求項１乃至６の何れか一つのピストンリングを備えていることを特徴とする内燃機関用ピストン。

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