JP2009264349A - 組合せオイルリング - Google Patents

Abstract

【課題】外周側上下にシリンダ壁と摺動するレールを上下一体構造で持つオイルリングを有する組合せオイルリングにおいて、オイル消費を低減する。
【解決手段】外周側上下にシリンダ１０壁と摺動するレールを上下一体構造で持つオイルリング２と、オイルリング２の内周側に配置されオイルリング２を半径方向外方に押圧するコイルエキスパンダ３とを有する組合せオイルリング１において、前記オイルリング２の上側にオイルリング軸方向に捻れの無いサイドレール４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に使用する組合せオイルリングに関し、特にオイル消費を低減する組合せオイルリングに関する。

内燃機関のピストンにはガスシール機能を主に行うコンプレッションリングと、シリンダボア壁の油膜厚のコントロールを主に行うオイルコントロールリングとが装着されている。このオイルコントロールリングには上下レールが独立しているスペーサエキスパンダ付き鋼製組合せオイルリングと、上下レールが一体構造のコイルエキスパンダ付き鋼製組合せオイルリングが主に使用されている。どちらの組合せオイルリングもエキスパンダによりレール部をシリンダボア内壁に押し付け、その面圧によりボア内壁に付着しているオイルを掻き落とすことでシリンダ壁の油膜厚のコントロールを行っている。

上下レールが一体構造の組合せオイルリングの場合、上下レールの合口位置は円周方向で同一位置又は近傍となるため、合い口を通じたオイル上がりが生じる。すなわち、下レールの合口隙間を通過したオイルミストや下レールの合口部で掻き残したシリンダ壁のオイルが、上レールの合口隙間を通過して燃焼室に入りやすい。特にエンジンブレーキが働く減速時は燃焼室が負圧になる為、上下レールの合口が揃っている場合はオイル上がりの現象が顕著になる。また、上下レールが一体構造の組合せオイルリングは、ピストンのリング溝の上面側のシール性が劣るため、リング溝上面とオイルリング上面との隙間を通じたオイル上がりが生じる。特にエンジンブレーキが働く減速時は燃焼室が負圧になる為、オイル上がりの現象が顕著になる。

特許文献１では、リング溝上面とオイルリング上面に当接する皿ばねをオイルリングの上側に配置した組合せオイルリングが記載され、ポンプ作用によるオイル上がりを防止する技術が提案されている。特許文献２では、スペーサエキスパンダの上下にサイドレールが配置された組合せオイルリングが記載され、スペーサエキスパンダの下面を平坦とし、下側のサイドレールをほとんど半径方向の力を作用しないように構成することにより、薄幅、低張力で高負荷時のオイル上がりを防止する技術が提案されている。特許文献３では、支持リングの上下にサイドレールが配置され、支持リングの内周側にコイルエキスパンダが配置された組合せオイルリングが記載され、シリンダ内周面及びリング溝上下面への高い張力と、シリンダ内周面に対する高い追従性を得る技術が提案されている。
特開昭５０−９４３１１号公報 特開平４−８８２６１号公報 特開平５−２３１５４０号公報

特許文献１の技術は、皿ばねがオイルリングを拘束し、オイルリングの動きを阻害するため、オイル消費が悪化する要因になる場合がある。特許文献２及び特許文献３の技術は、外周側上下にシリンダ壁と摺動するレールを上下一体構造で持つオイルリングを有していない。また、上側のサイドレールはリング溝上面に押し付けられるため、カーボンスラッジの堆積等により、上側サイドレールのシリンダ内周面への追従性の低下、サイドレール押圧部とサイドレールとの接触部の摩耗等により、オイルコントロール機能自体が阻害される要因になる場合がある。

本発明の目的は、外周側上下にシリンダ壁と摺動するレールを上下一体構造で持つオイルリングを有する組合せオイルリングにおいて、オイル消費を低減することにある。

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、外周側上下にシリンダ壁と摺動するレールを上下一体構造で持つオイルリングと、オイルリングの内周側に配置されオイルリングを半径方向外方に押圧するコイルエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、前記オイルリングの上側にオイルリング軸方向に捻れの無いサイドレールを有することを特徴とする。

前記オイルリング及びサイドレールの合い口が円周方向にずらして配置されていることが好ましい。

前記オイルリング及びサイドレールの合い口の少なくとも一方を半径方向斜め合い口とすることが好ましい。また、オイルリング及びサイドレールの合い口を半径方向斜め合い口とし、互いに逆方向に斜め合い口とすることも好ましい。

前記サイドレールの半径方向厚さが前記オイルリングの半径方向厚さよりも大きいことが好ましい。

前記サイドレールはシリンダ壁に対する半径方向の押圧力を僅かに有していることが好ましい。

本発明は上記構成により、オイルリングの合い口をサイドレールで塞ぐことができるので、合い口からのオイルの漏れを低減でき、オイル消費を低減できる。また、サイドレールはオイルリングに比べて質量が小さく、コイルエキスパンダに比べてシリンダボア面に張り出す力も小さくできるため、特に燃焼室が負圧となるエンジンブレーキ時のピストン下降時、サイドレールは慣性力と負圧により持ち上がり、容易にリング溝の上面に押し付けられる。その結果、サイドレールがピストン外周面とシリンダボア面との隙間を塞ぐため、燃焼室に吸い上げられるオイルの量を低減でき、オイル消費を低減できる。なお、サイドレールはオイルリング軸方向の捻れを持たないことにより、オイルリングの動きを阻害することがない。また、サイドレールは、リング溝上面にコイルエキスパンダにより押し付けられることはないため、カーボンスラッジ等の堆積がリング溝上面に生じても、組合せオイルリングのオイルコントロール機能が阻害されることもない。

オイルリング及びサイドレールの合い口は円周方向にずらして配置することにより、オイル消費低減に効果がある。合い口位置は互いに１８０°ずらした状態で配置することが好ましく、サイドレールに回り止めを追加してもよい。

オイルリング及びサイドレールの合い口は少なくとも一方を半径方向斜め合い口とすることにより、合い口のオイル通路を小さくできるため、オイル消費低減に効果がある。特に、オイルリング及びサイドレールの合い口を半径方向斜め合い口とし、互いに逆方向に斜め合い口とすることがオイル消費低減に一層の効果がある。すなわち、運転中にオイルリングやサイドレールが回転し、互いの合い口が一致した場合でも、合い口のオイル通路を小さくでき、オイル消費の低減に効果がある。

サイドレールの半径方向厚さをオイルリングの半径方向厚さよりも大きくすることにより、サイドレールがオイルリングの合い口を完全に塞ぐことができるため、オイル消費の低減に効果がある。

サイドレールはシリンダ壁に対する半径方向の押圧力を僅かに有することにより、外周のシール性が向上する。また、サイドレールの単独回転を防止でき、オイルリングとの合い口の一致を防止できる。サイドレールの拡張力を僅かとするには、サイドレールの自由状態の合い口隙間をＬ１、サイドレールの組付け時の合い口隙間をＬ２としたとき、０＜Ｌ１−Ｌ２≦３ｍｍとすればよい。サイドレールの拡張力を僅かとすることで摩擦の増加が僅かとなる。なお、サイドレールはシリンダ壁に対する半径方向の押圧力を持たないようにしてもよい。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２に基づいて説明する。

組合せオイルリング１はオイルリング２、コイルエキスパンダ３、及びサイドレール４とからなり、ピストン５のリング溝６に装着されている。

オイルリング２は、半径方向斜め合口２ａを有している断面略Ｉ字形の鋼製リングであり、円周方向に延びる上下一対のレール７，８と、円周方向に延び前記一対のレール７，８を連結する薄肉の真っ直ぐなウェブ９とからなっている。上下のレール７，８の外周面はそれぞれシリンダ１０の内周面１１と接触する摺動面１２を構成する。上下のレール７，８とウェブ９とで外周溝１３が形成され、下レール８でシリンダ１０の内周面１１から掻き取られたオイルはそのままオイルパンに落とされ、上レール７で掻き取られたオイルは外周溝１３から、ウェブ９に円周方向に間隔をおいて形成されている複数個の窓孔１４を通ってオイルリング２の内周側に移動し、ピストン５に形成されている図示外のオイル通路を通ってオイルパンに落とされる。

上下のレール７，８とウェブ９とで内周溝１５が形成され、この溝１５内にコイルエキスパンダ３が装着されている。コイルエキスパンダ３は線材をコイル状に巻いたものをリング状としたものであり、オイルリング２を半径方向外方に押圧付勢し、オイルリング２の外周摺動面１２をシリンダ内周面１１に押接させる。

サイドレール４はオイルリング２の上側に配置されている。サイドレール４はオイルリング２の軸方向に捻れの無い環状の薄い鋼板で、半径方向斜め合い口４ａを有している。サイドレール４の合い口４ａは、オイルリング２の合い口２ａとは互いに逆方向の斜め合い口で円周方向に１８０°ずらして配置されている。サイドレール４はオイルリング２の半径方向厚さよりも大きい半径方向厚さを有している。サイドレール４の軸方向幅はピストンリング機能を低下させない範囲でできるだけ薄くすることが望ましい。サイドレール４はシリンダ内周面１１に対する半径方向の押圧力を僅かに有している。サイドレール４の外周形状はバレルフェース形に形成されている。ただし、外周形状は矩形やテーパ形状等でもよい。

したがって、上記構成の組合せオイルリング１によれば、オイルリング２の合い口２ａをサイドレール４で完全に塞ぐことができるので、合い口２ａからのオイルの漏れを低減でき、オイル消費を低減できる。燃焼室が負圧となるエンジンブレーキ時のピストン５下降時、サイドレール４は慣性力と負圧により持ち上がり、容易にリング溝６の上面６ａに押し付けられる。その結果、サイドレール４がピストン外周面５ａとシリンダ内周面１１との隙間を塞ぐため、燃焼室に吸い上げられるオイルの量を低減でき、オイル消費を低減できる。

次に、オイル消費試験を行った結果を説明する。φ８６ｍｍの直列４気筒のガソリンエンジンで、エンジンブレーキを想定した過渡運転を行い、オイル消費量を比較した（図３参照）。比較例１（図４参照）は従来のコイルエキスパンダ付き組合せオイルリング１Ａ、比較例２（図５参照）はサイドレール４Ａを下側に追加した組合せオイルリング１Ａである。実施例及び比較例２では、オイルリングの軸方向幅の１／３幅のサイドレールが使用された。本発明の組合せオイルリングは従来の比較例１の組合せオイルリングに対して、単位時間当りのオイル消費量が約３０％改善された。また、比較例２は比較例１に対して改善が僅かであった。

本発明の一実施形態を示し、組合せオイルリングを装着したピストンがシリンダに挿入されている状態を示す縦断面図である。 オイルリングとサイドレールを示す平面図である。 オイル消費試験の結果を示すグラフである。 比較例１の組合せオイルリングを装着したピストンがシリンダに挿入されている状態を示す縦断面図である。 比較例２の組合せオイルリングを装着したピストンがシリンダに挿入されている状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 組合せオイルリング
２ オイルリング
２ａ 合い口
３ コイルエキスパンダ
４ サイドレール
４ａ 合い口
５ ピストン
５ａ ピストン外周面
６ リング溝
６ａ リング溝上面
７ 上レール
８ 下レール
９ ウェブ
１０ シリンダ
１１ シリンダ内周面
１２ 外周摺動面
１３ 外周溝
１４ 窓孔
１５ 内周溝

Claims (6)

1. 外周側上下にシリンダ壁と摺動するレールを上下一体構造で持つオイルリングと、オイルリングの内周側に配置されオイルリングを半径方向外方に押圧するコイルエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、前記オイルリングの上側にオイルリング軸方向に捻れの無いサイドレールを有することを特徴とする組合せオイルリング。
2. 前記オイルリング及びサイドレールの合い口が円周方向にずらして配置されていることを特徴とする請求項１記載の組合せオイルリング。
3. 前記オイルリング及びサイドレールの合い口の少なくとも一方が半径方向斜め合い口であることを特徴とする請求項１又は２記載の組合せオイルリング。
4. 前記オイルリング及びサイドレールの合い口が半径方向斜め合い口で、互いに逆方向に斜め合い口であることを特徴とする請求項１又は２記載の組合せオイルリング。
5. 前記サイドレールの半径方向厚さが前記オイルリングの半径方向厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の組合せオイルリング。
6. 前記サイドレールはシリンダ壁に対する半径方向の押圧力を僅かに有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の組合せオイルリング。

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