JP2009228685A - 板バネ付きピストンリング及びピストンとピストンリングの組合せ - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン温度の低減を図り、板バネの張力の熱減退を低減し、板バネ付きピストンリングの耐久性向上を図る。
【解決手段】熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の板バネ４がピストンリング５の内周面５ａ及びピストン１のリング溝３の底面３ａに当接して、ピストンリング５をシリンダ２の内周面２ａに押圧する。ピストン１のリング溝３底における上下の角部曲率半径をＲａ、板バネ４内周における上下の角部曲率半径をＲｂ、ピストン１のリング溝３底の軸方向直線部長さをＬａ、板バネ４内周の軸方向直線部長さをＬｂとしたとき、Ｒａ≧ＲｂかつＬａ≧Ｌｂである。また、ピストンリング５の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、ピストンリング５及び板バネ４の少なくとも一方の材質がクロム銅又はベリリウム銅、ピストンリング５及び板バネ４の少なくとも一方に銅めっき又は銀めっきが被覆されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、板バネ付きピストンリング、及びそれを装着するピストンとの組合せに関する。

従来より、２サイクルのモータサイクル用エンジンには板バネ付きピストンリングが使用され、多角形に成形された板バネがピストンリングの内周面とピストンのリング溝底面に当接して、ピストンリングをシリンダ内周面に押圧する。この板バネはピストンのリング溝底面とピストンリングの内周面に接することで、ピストンの姿勢を安定させ、ピストンスラップによる打音防止に効果がある。また、ピストンリングのシリンダ内周面への追従性を向上させる。

特許文献１では、板バネを上下方向に波形とすることで、板バネの側面すきまを小さくし、板バネとリング溝側面の衝突による摩耗を低減し、板バネのばね作用の低下や折損の防止を図っている。特許文献２では、板バネがリング溝の底面と上下面とのコーナー部に形成されている曲面部と接するようにすることで、板バネの上下方向のバタツキを抑制し、板バネとリング溝側面の摩耗の低減を図っている。
特公平６−９７０６８号公報 特開２００４−５２９６１号公報

エンジンの高性能化により、ピストン温度が高温になり、板バネの張力が減退し、板バネ付きピストンリングの耐久性が低下する。また、ピストンの温度上昇により、ノッキングやピストンリング側面とピストン材の凝着等の不具合が発生する場合がある。しかしながら、従来の特許文献１及び２では、ピストンリング背面の板バネは、ピストンの熱をエキスパンダ及びピストンリングを介して、シリンダに逃がす役目を積極的に果たす構造にはなっていない。

本発明の目的は、ピストン温度の低減を図り、板バネの張力の熱減退を低減し、板バネ付きピストンリングの耐久性向上を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は次の解決手段を採る。すなわち、
本発明は、板バネがピストンリングの内周面及びピストンのリング溝底面に当接して、ピストンリングをシリンダ内周面に押圧する板バネ付きピストンリングにおいて、板バネの熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。

ピストンリングの熱伝導率も１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。また、ピストンリング及び板バネの少なくとも一方の材質がクロム銅又はベリリウム銅であることが好ましい。熱伝導率は、バネ鋼（ＳＷＯＳＣ−Ｖ）の４６Ｗ／ｍ・Ｋに対して、クロム銅は２９０Ｗ／ｍ・Ｋ、ベリリウム銅（Ｎｉ含有）は２１０Ｗ／ｍ・Ｋ、ベリリウム銅（Ｃｏ含有）は１００Ｗ／ｍ・Ｋである。また、ピストンリング及び板バネの少なくとも一方に銅めっき又は銀めっきが被覆されていることが好ましい。

また、ピストンのリング溝底における上下の角部曲率半径をＲａ、板バネ内周における上下の角部曲率半径をＲｂ、ピストンのリング溝底の軸方向直線部長さをＬａ、板バネ内周の軸方向直線部長さをＬｂとしたとき、Ｒａ≧ＲｂかつＬａ≧Ｌｂであるピストンとピストンリングの組合せが好ましい。

請求項１により、ピストン温度の低減を図れ、ノッキングやピストンリング側面とピストン材の凝着等を防止することができる。また、ピストンの温度低下により、板バネの張力減退率が低下し、耐久性が向上する。
請求項２、請求項３、請求項４により、ピストン温度を更に低下することができる。
請求項５により、板バネ付きピストンリングがピストンのリング溝に組み付けられたとき、板バネ内周部がピストンのリング溝底に接触するので、ピストンから板バネを介してピストンリングへの伝熱流路を確保できる。その結果、ピストン温度を低減できる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。

図１において、１はピストン、２はシリンダで、ピストン１の外周に形成されているリング溝３に板バネ４付きピストンリング５が装着されている。

ピストンリング５は矩形断面リングであり、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料、例えばクロム銅から形成されている。板バネ４は、図１及び図２に示されているように、矩形断面の帯板を多角形状に成形した板バネで、ピストンリング５の内周側に配置し、ピストンリング５を背面から押圧してピストンリング５の外周面をシリンダ内周面２ａに押接させる。板バネ４は熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料、例えばクロム銅から形成されている。板バネ４の矩形断面の４つの角部は円弧面に形成されている。

ピストン１のリング溝３底における上下の角部曲率半径（リング溝３の底面３ａと上下面３ｂ，３ｃとのコーナー部に形成されている曲面部の曲率半径）をＲａ、板バネ４内周における上下の角部曲率半径（板バネ４の内周面４ａと上下面４ｂ，４ｃとのコーナー部に形成されている曲面部の曲率半径）をＲｂ、ピストン１のリング溝３底の軸方向直線部長さをＬａ、板バネ４内周の軸方向直線部長さをＬｂとしたとき、Ｒａ≧ＲｂかつＬａ≧Ｌｂである。

したがって、板バネ４付きピストンリング５がピストン１のリング溝３に装着された状態で、板バネ４は、板バネ４を形成する多角形の各片の略中央部分における軸方向直線部がリング溝３の底面３ａに接触し、板バネ４を形成する多角形の各頂点における軸方向直線部がピストンリング５の内周面５ａを押接して、ピストンリング５をシリンダ内周面２ａに押圧する。

したがって、本実施形態においては、板バネ４とピストンリング５の熱伝導率が高く、しかも板バネ４の軸方向直線部がピストン１のリング３溝底に接触するので、ピストン１→板バネ４→ピストンリング５→シリンダ２への熱伝達が優れ、ピストン１温度を低減できる。その結果、ノッキングやピストンリング５側面とピストン１材の凝着等を防止することができるとともに、板バネ４の張力減退率が低下し、耐久性が向上する。

以下、板バネの張力減退率を測定した結果を説明する。
２．０Ｌガソリンエンジンにおいて、６０００ｒｐｍ×全負荷、水温９５℃、１００時間運転後の板バネの張力減退率を測定した。
（実施例）ピストンリング材質：クロム銅 板バネ：クロム銅
Ｒａ−Ｒｂ＝０．２５ｍｍ Ｌａ−Ｌｂ＝０．２５ｍｍ
（比較例）ピストンリング材質：ＳＷＯＳＣ−Ｖ 板バネ：ＳＷＯＳＣ−Ｖ
Ｒａ−Ｒｂ＝０．２５ｍｍ Ｌａ−Ｌｂ＝０．２５ｍｍ

結果は、張力減退率を、比較例を１としたとき、実施例は０．８３であり、板バネの張力減退率は１７％改善した。

図３は本発明の別の実施形態を示し、上記図１とは、板バネ４の断面形状が異なるもので、他の構成は同一である。図３に示す板バネ４の断面形状は、上記図１とは、外周側の上下の角部が円弧面ではなく、直角に形成されている点で相違している。

本発明の一実施形態を示す縦断面図である。 図１の板バネ付きピストンリングの平断面図である。 本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ピストン
２ シリンダ
２ａ シリンダ内周面
３ リング溝
３ａ リング溝底面
３ｂ リング溝上面
３ｃ リング溝下面
４ 板バネ
４ａ 板バネ内周面
４ｂ 板バネ上面
４ｃ 板バネ下面
５ ピストンリング
５ａ ピストンリング内周面
Ｒａ ピストンのリング溝底における上下の角部曲率半径
Ｒｂ 板バネ内周における上下の角部曲率半径
Ｌａ ピストンのリング溝底の軸方向直線部長さ
Ｌｂ 板バネ内周の軸方向直線部長さ

Claims (5)

1. 板バネがピストンリングの内周面及びピストンのリング溝底面に当接して、ピストンリングをシリンダ内周面に押圧する板バネ付きピストンリングにおいて、板バネの熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする板バネ付きピストンリング。
2. ピストンリングの熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１記載の板バネ付きピストンリング。
3. ピストンリング及び板バネの少なくとも一方の材質がクロム銅又はベリリウム銅であることを特徴とする請求項１又は２記載の板バネ付きピストンリング。
4. ピストンリング及び板バネの少なくとも一方に銅めっき又は銀めっきが被覆されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の板バネ付きピストンリング。
5. ピストンのリング溝底における上下の角部曲率半径をＲａ、板バネ内周における上下の角部曲率半径をＲｂ、ピストンのリング溝底の軸方向直線部長さをＬａ、板バネ内周の軸方向直線部長さをＬｂとしたとき、Ｒａ≧ＲｂかつＬａ≧Ｌｂであることを特徴とするピストンと請求項１〜４のいずれかに記載のピストンリングの組合せ。

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