JP2010222985A - Piston ring and internal combustion engine - Google Patents

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修三 三田
Tomohisa Yamada
智久 山田
Hideto Inagaki
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Norikazu Katsumi
則和 勝見
Genichi Murakami
元一 村上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston ring suppressing friction with a piston on which the piston ring is adopted under a condition where lubricating oil is used while securing sealing performances with a groove wall of the piston on which the piston ring is adopted, and to provide an internal combustion engine including the piston ring, securing required sealing performances, and reducing friction between the piston ring and a cylinder bore by improving following properties of the piston ring to a cylinder inner surface. <P>SOLUTION: The piston ring 10 is used under the condition where lubricating oil L is used, and a notch part 82 for accelerating formation of oil film between the piston ring 10 and a lower groove face 50A of the piston 30 on which the piston ring 10 is adopted is formed at an angular corner section of the inner circumference surface 10B and a lower surface 10A which are in low pressure side. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ピストンリング、及び該ピストンリングを備えた内燃機関に関する。   The present invention relates to a piston ring and an internal combustion engine provided with the piston ring.

ピストンリングの上下面に被膜を形成することで、ピストンリングのアルミ凝着の防止又は低摩擦を実現しようとする技術が知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。また、ガス圧に起因してピストンリングに作用する径方向内向きの力と外向きの力とが互いに打ち消し合うようにする技術が知られている(例えば、特許文献4参照)。   There is known a technique for preventing aluminum adhesion of the piston ring or realizing low friction by forming a coating on the upper and lower surfaces of the piston ring (see, for example, Patent Documents 1 to 3). In addition, a technique is known in which a radially inward force and an outward force acting on a piston ring due to gas pressure cancel each other (see, for example, Patent Document 4).

特開2003−307154号公報JP 2003-307154 A 特開2006−138329号公報JP 2006-138329 A 特開2006−22666号公報JP 2006-22666 A 特開2008−14214号公報JP 2008-14214 A

しかしながら、潤滑油の使用条件下で用いられる場合、ピストンリングとピストンのリング溝との間の摩擦は、これら摺動要素間の境界摩擦係数、固体摩擦係数よりも油膜の形成状態による影響が支配的となる。したがって、特許文献1〜3の従来技術に対し、潤滑油の使用条件下におけるピストンリングとピストンのリング溝との間の摩擦低減については、いまだ改善の余地がある。また、特許文献4記載の従来技術では、ピストンリングのシール性の観点から改善の余地がある。   However, when used under lubricating oil conditions, the friction between the piston ring and the piston ring groove is dominated by the influence of the oil film formation state rather than the boundary friction coefficient between these sliding elements and the solid friction coefficient. It becomes the target. Therefore, there is still room for improvement with respect to the friction reduction between the piston ring and the piston ring groove under the use conditions of the lubricating oil as compared with the conventional techniques of Patent Documents 1 to 3. Moreover, in the prior art described in Patent Document 4, there is room for improvement from the viewpoint of the sealing performance of the piston ring.

本発明は、上記事実を考慮して、適用されるピストン溝壁とのシール性を確保しつつ、潤滑油を用いた条件下で適用されるピストンとの摩擦を抑制することができるピストンリングを得ることが目的である。また、本発明は、上記ピストンリングを備え、所要のシール性を確保すると共に、シリンダ内面へのピストンリングの追従性を向上させピストンリングとシリンダボア間の摩擦を低減することができる内燃機関を得ることが目的である。   In consideration of the above facts, the present invention provides a piston ring that can suppress friction with a piston that is applied under conditions using a lubricating oil while ensuring sealing performance with the applied piston groove wall. The purpose is to obtain. In addition, the present invention provides an internal combustion engine that includes the above-described piston ring, ensures required sealing performance, and improves the followability of the piston ring to the inner surface of the cylinder to reduce the friction between the piston ring and the cylinder bore. Is the purpose.

請求項1記載の発明に係るピストンリングは、潤滑油を用いた条件下で用いられ、低圧側でかつ内周側の角部に、適用されるピストンの溝壁との間で油膜形成を促進させるための切欠部が形成されている。   The piston ring according to the first aspect of the invention is used under a condition using lubricating oil, and promotes oil film formation between the groove wall of the applied piston at the corner on the low pressure side and the inner peripheral side. A notch is formed for this purpose.

請求項1記載のピストンリングでは、低圧側すなわちピストンにおける高圧側を向く溝壁に押し付けられる側でかつ内周側の角部に、切欠部が形成されている。このため、本ピストンリングでは、径方向内向きに移動する際には切欠部すなわち微小隙間に入り込んだ潤滑油のウェッジ効果に基づく油膜圧力によって固体接触摩擦が抑制され、又は切欠部に回り込んだ高圧側からの流体圧力によって溝壁への押付力(摩擦抗力)が軽減され、該ピストンに対する径方向の摩擦が低減される。これにより、ピストンリングのシリンダボアへの追従性が向上し、ピストンリングとシリンダボア間の摩擦損失が低減される。また、切欠部はピストンリングの内周側に設けられるので、ピストンリングは、径方向中間部や外周部等の他の部分においてピストンの溝壁に押し付けられ、該ピストンの溝壁とのシール性を確保することができる。   In the piston ring according to the first aspect, a notch is formed at the corner on the low-pressure side, that is, the side that is pressed against the groove wall facing the high-pressure side of the piston and on the inner peripheral side. For this reason, in this piston ring, when moving inward in the radial direction, the solid contact friction is suppressed by the oil film pressure based on the wedge effect of the lubricating oil that has entered the notch, that is, the minute gap, or has entered the notch. The pressing force (friction drag) on the groove wall is reduced by the fluid pressure from the high pressure side, and the radial friction against the piston is reduced. Thereby, the followability of the piston ring to the cylinder bore is improved, and the friction loss between the piston ring and the cylinder bore is reduced. In addition, since the notch is provided on the inner peripheral side of the piston ring, the piston ring is pressed against the groove wall of the piston in other parts such as the radial intermediate part and the outer peripheral part, and sealability with the groove wall of the piston Can be secured.

このように、請求項1記載のピストンリングでは、適用されるピストン溝壁とのシール性を確保しつつ、潤滑油を用いた条件下で適用されるピストンとの摩擦を抑制することができる。なお、本ピストンリングは、例えば内燃機関や外燃機関、往復動圧縮機等に適用することができる。   Thus, in the piston ring according to the first aspect, it is possible to suppress the friction with the piston applied under the condition using the lubricating oil while ensuring the sealing performance with the applied piston groove wall. In addition, this piston ring is applicable to an internal combustion engine, an external combustion engine, a reciprocating compressor, etc., for example.

請求項2記載の発明に係るピストンリングは、請求項1記載のピストンリングにおいて、前記切欠部が周方向に沿って3つ以上形成されている。   A piston ring according to a second aspect of the present invention is the piston ring according to the first aspect, wherein three or more notches are formed along the circumferential direction.

請求項2記載のピストンリングでは、3つ以上の切欠部が周方向に沿って設けられているため、換言すれば、周方向に隣り合う切欠部間には該切欠部の非形成部が位置するため、高圧側からの圧力を受けた場合に上記した3つ以上の非形成部において溝壁に接触(近接)することで、姿勢が安定する。このため、ピストンリングの捩れ等に起因して周方向の各部で切欠部の寸法が変化されることが抑制され、上記の摩擦低減効果を安定的に得ることができる。   In the piston ring according to claim 2, since three or more cutout portions are provided along the circumferential direction, in other words, a non-formed portion of the cutout portion is located between the cutout portions adjacent to each other in the circumferential direction. Therefore, when the pressure from the high pressure side is received, the posture is stabilized by contacting (adjacent) the groove wall in the above-described three or more non-formed portions. For this reason, it is suppressed that the dimension of a notch part changes in each part of the circumferential direction resulting from the twist of a piston ring, etc., and said friction reduction effect can be acquired stably.

請求項3記載の発明に係るピストンリングは、請求項2記載のピストンリングにおいて、合口を成す周方向両端部の少なくとも一方に、前記切欠部の非形成部が配置されている。   A piston ring according to a third aspect of the present invention is the piston ring according to the second aspect, wherein the non-formed portion of the notch portion is arranged at at least one of both circumferential end portions forming the joint.

請求項3記載のピストンリングでは、合口に対する周方向の少なくとも一方側に切欠部の非形成部が配置されているため、高圧側からの圧力を受けた場合により良好に姿勢が安定する。このため、上記の摩擦低減効果を一層安定的に得ることが可能になる。   In the piston ring according to the third aspect, since the non-formed portion of the notch portion is arranged on at least one side in the circumferential direction with respect to the joint, the posture is more stably stabilized when receiving pressure from the high pressure side. For this reason, it becomes possible to acquire the above-mentioned friction reduction effect more stably.

請求項4記載の発明に係るピストンリングは、請求項1〜請求項3の何れか1項記載のピストンリングにおいて、前記切欠部は、リング径方向の寸法に対しリング厚み方向の寸法が小とされている。   The piston ring according to a fourth aspect of the present invention is the piston ring according to any one of the first to third aspects, wherein the notch has a smaller dimension in the ring thickness direction than a dimension in the ring radial direction. Has been.

請求項4記載のピストンリングでは、ピストンの低圧側の溝壁への投影面積に対し内周側(溝底)への投影面積が十分に小さい。このため、潤滑油の油膜圧力をピストンリング厚み方向(ピストン軸線方向の高圧側に向けて)に生じさせるような油膜の形成が促進される。   In the piston ring according to the fourth aspect, the projected area on the inner peripheral side (groove bottom) is sufficiently smaller than the projected area on the groove wall on the low pressure side of the piston. For this reason, formation of the oil film that causes the oil film pressure of the lubricating oil to be generated in the piston ring thickness direction (toward the high-pressure side in the piston axial direction) is promoted.

請求項5記載の発明に係るピストンリングは、請求項4記載のピストンリングにおいて、前記切欠部によって、勾配が1/1000〜1/10となるテーパ面が形成されている。   A piston ring according to a fifth aspect of the present invention is the piston ring according to the fourth aspect, wherein a tapered surface having a gradient of 1/1000 to 1/10 is formed by the notch.

請求項5記載のピストンリングでは、低圧側を向く径方向の寸法に対する内周側を向く厚み方向の寸法の比が1/1000〜1/10となる勾配を有するテーパ面に、潤滑油の油膜圧力が主に作用する。これにより、径方向(ピストンリング幅方向)に油膜圧力の急変部が発生することがなく、安定した油膜を形成することができる。   6. The piston ring according to claim 5, wherein the oil film of the lubricating oil is formed on the tapered surface having a gradient in which the ratio of the dimension in the thickness direction facing the inner peripheral side to the dimension in the radial direction facing the low pressure side is 1/1000 to 1/10. Pressure mainly acts. Thereby, the oil film pressure does not suddenly change in the radial direction (piston ring width direction), and a stable oil film can be formed.

請求項6記載の発明に係るピストンリングは、請求項4記載のピストンリングにおいて、前記溝壁を向く面が、リング径方向の略中央部において前記溝壁に向けて最も突出した湾曲形状に形成されることで、該径方向の中央部に対する内周側に前記切欠部が形成されている。   A piston ring according to a sixth aspect of the present invention is the piston ring according to the fourth aspect, wherein a surface facing the groove wall is formed in a curved shape that protrudes most toward the groove wall at a substantially central portion in a ring radial direction. Thus, the notch is formed on the inner peripheral side with respect to the central portion in the radial direction.

請求項6記載のピストンリングでは、ピストンリングの幅方向略中央部がピストンの低圧側の溝壁に最も突出しており、該部分に対する内周側が楔状の切欠部とされる。このピストンリングは、周方向直角断面視で溝壁への接触位置を幅方向に変化させるように転がることで、リング捩れ方向の変形を許容しつつピストン溝壁とのシール性(略線接触状態)を確保することができる。   In the piston ring of the sixth aspect, the substantially central portion in the width direction of the piston ring protrudes most into the groove wall on the low pressure side of the piston, and the inner peripheral side with respect to this portion is a wedge-shaped notch. This piston ring rolls so that the contact position with the groove wall changes in the width direction in a cross-sectional view at a right angle in the circumferential direction, thereby allowing a seal with the piston groove wall (substantially linear contact state) while allowing deformation in the ring torsional direction. ) Can be secured.

請求項7記載の発明に係るピストンリングは、請求項4記載のピストンリングにおいて、前記切欠部は、前記溝壁を向く面に対し段状に凹んだ凹部として形成されている。   The piston ring according to a seventh aspect of the present invention is the piston ring according to the fourth aspect, wherein the notch is formed as a recess recessed stepwise with respect to the surface facing the groove wall.

請求項7記載のピストンリングでは、その低圧側の一般面と凹部の低圧側を向く面との段部(境界部)に主に油膜圧力が作用する。この油膜によってピストンとの摩擦を抑制することができる。   In the piston ring according to the seventh aspect, the oil film pressure mainly acts on the step portion (boundary portion) between the general surface on the low pressure side and the surface facing the low pressure side of the recess. This oil film can suppress friction with the piston.

請求項8記載の発明に係るピストンリングは、請求項1〜請求項7の何れか1項記載のピストンリングにおいて、前記切欠部におけるリング厚み方向の寸法は、1μm以上0.1mm以下とされている。   The piston ring according to an eighth aspect of the present invention is the piston ring according to any one of the first to seventh aspects, wherein a dimension in the ring thickness direction at the notch is 1 μm or more and 0.1 mm or less. Yes.

請求項8記載のピストンリングでは、油膜厚さ方向の寸法が0.1mm以下であるため、径方向内向きに移動するのに伴って潤滑油のウェッジ効果が良好に生じやすく、ピストンの溝壁の摩擦を低減し得る良好な油膜の形成が促進される。   In the piston ring according to claim 8, since the dimension in the oil film thickness direction is 0.1 mm or less, the wedge effect of the lubricating oil is likely to be favorably generated as it moves inward in the radial direction, and the groove wall of the piston The formation of a good oil film that can reduce the friction is promoted.

請求項9記載の内燃機関は、シリンダと、軸線方向に並列された複数のリング溝を有し、前記シリンダ内に軸線方向に往復動可能に設けられて該シリンダとで前記燃焼室を形成するピストンと、前記ピストンにおける最も前記燃焼室側に配置されたリング溝に装着された請求項1〜請求項8の何れか1項記載のピストンリングと、を備えている。   The internal combustion engine according to claim 9 has a cylinder and a plurality of ring grooves arranged in parallel in the axial direction, and is provided in the cylinder so as to be capable of reciprocating in the axial direction, thereby forming the combustion chamber with the cylinder. A piston, and a piston ring according to any one of claims 1 to 8, which is mounted in a ring groove arranged closest to the combustion chamber in the piston.

請求項9記載の内燃機関では、ピストンにおける最も燃焼室側すなわち高圧側に位置するリング溝に装着されたピストンリングは、他のリング溝に装着されるものと比較して、圧縮行程・膨張行程で燃焼室側から高い圧力でピストンのリング溝に押し付けられる。ここで、このリング溝には請求項1〜請求項8の何れか1項記載のピストンリングが装着されているので、該リング溝とピストンリングとの摩擦が小さい。このため、本内燃機関は、ピストンリングがシリンダ内面(形状の変動)に良好に追従して、所要のシール性が確保される。   In the internal combustion engine according to claim 9, the compression stroke / expansion stroke of the piston ring attached to the ring groove located closest to the combustion chamber side, that is, the high pressure side of the piston is compared with those attached to the other ring grooves. Thus, it is pressed against the ring groove of the piston with high pressure from the combustion chamber side. Here, since the piston ring according to any one of claims 1 to 8 is attached to the ring groove, the friction between the ring groove and the piston ring is small. For this reason, in this internal combustion engine, the piston ring follows the cylinder inner surface (shape variation) well, and the required sealing performance is ensured.

このように、請求項9記載の内燃機関では、上記ピストンリングを備え、所要のシール性を確保すると共に、シリンダ内面へのピストンリングの追従性を向上させピストンリングとシリンダボア間の摩擦を低減することができる。   Thus, in the internal combustion engine according to claim 9, the piston ring is provided to ensure the required sealing performance, improve the followability of the piston ring to the cylinder inner surface, and reduce the friction between the piston ring and the cylinder bore. be able to.

以上説明したように本発明に係るピストンリングは、適用されるピストン溝壁とのシール性を確保しつつ、潤滑油を用いた条件下で適用されるピストンとの摩擦を抑制することができるという優れた効果を有する。   As described above, the piston ring according to the present invention can suppress the friction with the piston applied under the condition using the lubricating oil while ensuring the sealing performance with the applied piston groove wall. Has an excellent effect.

また、本発明に係る内燃機関は、上記ピストンリングを備え、所要のシール性を確保すると共に、シリンダ内面へのピストンリングの追従性を向上させピストンリングとシリンダボア間の摩擦を低減することができるという優れた効果を有する。   Further, the internal combustion engine according to the present invention includes the above-described piston ring, and can ensure the required sealing performance, improve the followability of the piston ring to the cylinder inner surface, and reduce the friction between the piston ring and the cylinder bore. It has an excellent effect.

本発明の第1の実施形態に係るピストンリングを示す図であって、(A)は周方向直角断面図、(B)は底面図である。It is a figure which shows the piston ring which concerns on the 1st Embodiment of this invention, Comprising: (A) is a circumferential direction orthogonal cross-sectional view, (B) is a bottom view. 本発明の第1の実施形態に係るピストンリングの摩擦低減効果を説明するための図であって、(A)は切欠部に潤滑油が充填されている場合の断面図、(B)は切欠部に潤滑油が充填されていない場合の断面図である。It is a figure for demonstrating the friction reduction effect of the piston ring which concerns on the 1st Embodiment of this invention, Comprising: (A) is sectional drawing in case a lubricating oil is filled into a notch part, (B) is a notch It is sectional drawing in case the lubricating oil is not filled in the part. 本発明の第1の実施形態に係るピストンリングが適用されたエンジンの模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an engine to which a piston ring according to a first embodiment of the present invention is applied. 本発明の第1の実施形態に係るピストンリングを用いた場合の摩擦低減効果の実験結果を比較例と比較しつつ示す線図である。It is a diagram which shows the experimental result of the friction reduction effect at the time of using the piston ring which concerns on the 1st Embodiment of this invention, comparing with a comparative example. 本発明の第1の実施形態に係るピストンリングを用いた場合の摩擦低減効果の解析結果を比較例と比較しつつ示す線図である。It is a diagram which shows the analysis result of the friction reduction effect at the time of using the piston ring which concerns on the 1st Embodiment of this invention, comparing with a comparative example. 本発明の第1の実施形態に係るピストンリングを用いた場合の摩擦低減効果を示すための実験・解析に用いたシリンダを模式的に示す図であって、(A)は変形を考慮したシリンダの斜視図、(B)は変形を考慮しないシリンダの斜視図である。It is a figure which shows typically the cylinder used for the experiment and analysis for showing the friction reduction effect at the time of using the piston ring which concerns on the 1st Embodiment of this invention, Comprising: (A) is a cylinder which considered the deformation | transformation (B) is a perspective view of the cylinder which does not consider deformation. 本発明の第1の実施形態に係るピストンリングの切欠部の寸法設定根拠を説明するための図であって、(A)はピストンリングのモデルを示す断面図、(B)は油膜力と油膜厚さ係数、油膜幅係数との関係を示す線図である。It is a figure for demonstrating the dimension setting basis of the notch part of the piston ring which concerns on the 1st Embodiment of this invention, Comprising: (A) is sectional drawing which shows the model of a piston ring, (B) is an oil film force and an oil film It is a diagram which shows the relationship between a thickness coefficient and an oil film width coefficient. 本発明の第2の実施形態に係るピストンリングの周方向直角断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to the circumferential direction of a piston ring according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係るピストンリングの周方向直角断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to the circumferential direction of a piston ring according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係るピストンリングの底面図である。It is a bottom view of the piston ring which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係るピストンリングの底面図である。It is a bottom view of the piston ring which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係るピストンリングの底面図である。It is a bottom view of the piston ring which concerns on the 6th Embodiment of this invention.

本発明の第1の実施形態に係るピストンリング10及び内燃機関としてエンジン11について、図1〜図6に基づいて説明する。先ず、エンジン11の概略全体構成を説明し、次いで、ピストンリング10について説明することとする。   A piston ring 10 and an engine 11 as an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the general overall configuration of the engine 11 will be described, and then the piston ring 10 will be described.

(エンジンの概略全体構成)
図3には、エンジン11におけるクランクシャフト12の軸線との直交面に沿った断面図が示されている。この図に示される如く、エンジン11は、シリンダブロック14と、シリンダブロック14の下部に接合されたオイルパン16と、シリンダブロック14の上部に接合されたシリンダヘッド18と、シリンダヘッド18の上部に接合されたシリンダヘッドカバー20とを備えている。
(Schematic overall configuration of the engine)
FIG. 3 shows a cross-sectional view along a plane orthogonal to the axis of the crankshaft 12 in the engine 11. As shown in this figure, the engine 11 includes a cylinder block 14, an oil pan 16 joined to the lower part of the cylinder block 14, a cylinder head 18 joined to the upper part of the cylinder block 14, and an upper part of the cylinder head 18. The cylinder head cover 20 is joined.

このシリンダブロック14の下部とオイルパン16とは、内部にクランクシャフト12が収容されるクランク室22が形成されたクランクケース24を構成している。エンジン11のクランクシャフト12には、コネクティングロッド26を介して、シリンダブロック14のシリンダ28内に該シリンダ28の軸方向に変位可能に配置されたピストン30が連結されている。   The lower part of the cylinder block 14 and the oil pan 16 constitute a crankcase 24 in which a crank chamber 22 in which the crankshaft 12 is accommodated is formed. A piston 30 disposed in the cylinder 28 of the cylinder block 14 so as to be displaceable in the axial direction of the cylinder 28 is connected to the crankshaft 12 of the engine 11 via a connecting rod 26.

このピストン30と、シリンダブロック14のシリンダ28と、シリンダヘッド18とで燃料が燃焼される燃焼室Cが形成されている。また、シリンダブロック14におけるシリンダ28の側部には、エンジン冷却水を流通させるための冷却水路14Aが形成されている。   A combustion chamber C in which fuel is combusted is formed by the piston 30, the cylinder 28 of the cylinder block 14, and the cylinder head 18. A cooling water passage 14 </ b> A for circulating engine cooling water is formed on the side of the cylinder 28 in the cylinder block 14.

シリンダブロック14のシリンダ28の内面とピストン30との間は、ピストンリング10、32、33にてシールされている。この実施形態では、ピストンリング10がコンプレッションリングのトップリング、ピストンリング32がコンプレッションリングのセカンドリング、ピストンリング33がオイルリングとされている。   The inner surface of the cylinder 28 of the cylinder block 14 and the piston 30 are sealed with piston rings 10, 32, and 33. In this embodiment, the piston ring 10 is a top ring of a compression ring, the piston ring 32 is a second ring of the compression ring, and the piston ring 33 is an oil ring.

シリンダヘッド18には、シリンダ28にガソリンと空気との混合気を導入するための吸気ポート34、シリンダ28から燃焼排ガス(排気ガス)を排出するための排気ポート36が設けられている。吸気ポート34は、シリンダ28との連通部分において吸気バルブ38にて開閉されるようになっている。吸気バルブ38は、シリンダヘッド18とシリンダヘッドカバー20とで形成するシリンダヘッド室40に突出されたバルブステム38Aを介して、動弁系42の吸気カム44にて駆動されるようになっている。   The cylinder head 18 is provided with an intake port 34 for introducing a mixture of gasoline and air into the cylinder 28 and an exhaust port 36 for discharging combustion exhaust gas (exhaust gas) from the cylinder 28. The intake port 34 is opened and closed by an intake valve 38 at a portion communicating with the cylinder 28. The intake valve 38 is driven by an intake cam 44 of a valve operating system 42 through a valve stem 38A protruding into a cylinder head chamber 40 formed by the cylinder head 18 and the cylinder head cover 20.

同様に、排気ポート36は、シリンダ28との連通部分において排気バルブ46にて開閉されるようになっている。排気バルブ46は、シリンダヘッド室40に突出されたバルブステム46Aを介して、動弁系42の排気カム48にて駆動されるようになっている。吸気カム44、排気カム48は、それぞれ図示しないタイミングスプロケット、タイミングチェーン等を介して伝達されるクランクシャフト12の駆動力にて同期して回転されるようになっている。   Similarly, the exhaust port 36 is configured to be opened and closed by an exhaust valve 46 at a portion communicating with the cylinder 28. The exhaust valve 46 is driven by an exhaust cam 48 of the valve operating system 42 via a valve stem 46A protruding into the cylinder head chamber 40. The intake cam 44 and the exhaust cam 48 are rotated in synchronization with the driving force of the crankshaft 12 transmitted via a timing sprocket, a timing chain, etc. (not shown).

そして、このエンジン11では、オイルパン16内の潤滑油Lが図示しないオイルポンプによってクランクシャフト12、ピストン30、コネクティングロッド26、動弁系42に供給されて、各摺動部分が潤滑されるようになっている。各摺動部分(被潤滑部)の潤滑に供された潤滑油は、重力等によってオイルパン16に戻されるようになっている。   In the engine 11, the lubricating oil L in the oil pan 16 is supplied to the crankshaft 12, the piston 30, the connecting rod 26, and the valve train 42 by an oil pump (not shown) so that each sliding portion is lubricated. It has become. Lubricating oil used for lubricating each sliding portion (lubricated portion) is returned to the oil pan 16 by gravity or the like.

この実施形態では、エンジン11は、シリンダブロック14に複数のシリンダ28が形成された列型エンジンとされている。   In this embodiment, the engine 11 is a row type engine in which a plurality of cylinders 28 are formed in a cylinder block 14.

(ピストンリングの構成)
図1(B)には、ピストンリング10の底面図が示されており、図1(A)には、ピストンリング10の周方向直角断面図が示されている。なお、図中に示す矢印Rはピストンリング10の幅方向に略一致するピストン30の径方向、矢印Tはピストンリング10の厚み方向をそれぞれ示している。
(Structure of piston ring)
1B shows a bottom view of the piston ring 10, and FIG. 1A shows a cross-sectional view perpendicular to the circumferential direction of the piston ring 10. As shown in FIG. In addition, the arrow R shown in the drawing indicates the radial direction of the piston 30 that substantially matches the width direction of the piston ring 10, and the arrow T indicates the thickness direction of the piston ring 10.

図1(B)に示される如く、ピストンリング10は、周方向の1箇所に合口52を有する、ピストン30の軸方向視で略C状に形成されている。合口52の形状は、適宜選択し得る。このピストンリング10は、図1(A)に示される如くピストン30に形成されたリング溝50に装着されている。   As shown in FIG. 1 (B), the piston ring 10 has an abutment 52 at one place in the circumferential direction, and is formed in a substantially C shape when viewed in the axial direction of the piston 30. The shape of the joint 52 can be selected as appropriate. The piston ring 10 is mounted in a ring groove 50 formed in the piston 30 as shown in FIG.

この状態でピストンリング10は、自らの復元力にてシリンダブロック14のシリンダ28の内面に押し付けられるようになっている。すなわち、ピストンリング10は、シリンダブロック14のシリンダ28に対するピストン30の往復動に伴って、シリンダ28への押し付け状態が維持されるようになっている。換言すれば、後述する如きシリンダ28の変形に追従可能とされている。なお、図2(A)に示される如く、シリンダ28とピストンリング10の間には、潤滑油の油膜Fslが形成されるようになっている。   In this state, the piston ring 10 is pressed against the inner surface of the cylinder 28 of the cylinder block 14 by its own restoring force. That is, the piston ring 10 is kept pressed against the cylinder 28 as the piston 30 reciprocates with respect to the cylinder 28 of the cylinder block 14. In other words, it is possible to follow the deformation of the cylinder 28 as will be described later. Note that, as shown in FIG. 2A, an oil film Fsl of lubricating oil is formed between the cylinder 28 and the piston ring 10.

そして、図1(A)及び図1(B)に示される如く、ピストンリング10におけるリング溝50への装着状態で燃焼室C側すなわち高圧側とは反対側を向く面(以下、便宜上、下面という)10Aと内周面10Bとの角隅部には、切欠部54が形成されている。すなわち、切欠部54は、リング溝50におけるピストンリング10の下面10Aと対向する(燃焼室C側を向く)下側溝壁50A、及びリング溝50におけるピストンリング10の内周面10Bと対向する(径方向外側を向く)溝底50Bの両側に向けて開口するように形成されている。   1A and 1B, the surface of the piston ring 10 facing the combustion chamber C side, that is, the side opposite to the high-pressure side when mounted on the ring groove 50 (hereinafter referred to as the lower surface for convenience). Notches 54 are formed at the corners of 10A and the inner peripheral surface 10B. That is, the notch 54 opposes the lower groove wall 50A facing the lower surface 10A of the piston ring 10 in the ring groove 50 (facing the combustion chamber C side), and the inner peripheral surface 10B of the piston ring 10 in the ring groove 50 ( It is formed so as to open toward both sides of the groove bottom 50B (facing radially outward).

より具体的には、この実施形態における切欠部54は、図1(A)に示される如く、ピストンリング10における下面10Aと内周面10Bとの角部に、下側溝壁50A及び溝底50Bを共に向くテーパ面10Cを形成している。テーパ面10Cは、切欠部54の底面として把握することも可能である。テーパ面10Cは、周方向直角断面視で、下側溝壁50Aに投影する幅W1が、溝底50Bに投影する高さHに対し十分に大(W1>>H)である設定とされている。この実施形態では、0.001mm≦H≦0.1mm、テーパ面10Cの勾配である上記幅W1に対する高さHの比(H/W1)が1/1000〜1/10の範囲内であって、略1/200とされている。   More specifically, as shown in FIG. 1 (A), the notch 54 in this embodiment has a lower groove wall 50A and a groove bottom 50B at the corners of the lower surface 10A and the inner peripheral surface 10B of the piston ring 10. The taper surface 10C which faces both is formed. The tapered surface 10 </ b> C can also be grasped as the bottom surface of the notch 54. The taper surface 10C is set so that the width W1 projected onto the lower groove wall 50A is sufficiently larger than the height H projected onto the groove bottom 50B (W1 >> H) in a cross-sectional view perpendicular to the circumferential direction. . In this embodiment, the ratio of the height H to the width W1 (H / W1) that is 0.001 mm ≦ H ≦ 0.1 mm and the gradient of the tapered surface 10C is in the range of 1/1000 to 1/10. , Approximately 1/200.

この高さHの設定について、図7(A)及び図7(B)を参照しつつ補足する。図7(A)に示される如く、ピストンリング10の下面10Aと下側溝壁50Aとの矢印T方向の間隔(油膜厚さ)をh0、h0に対する切欠部54(テーパ面10C)の上記高さHの比をK(H=K×h0)、上記幅W1と幅W2との和に対する幅W1の比をλ(W1=λ×(W1+W2)とすると、くさび形状の油膜Fplで生じる油膜圧力Pfの合力(油膜力)Pは、
P ∝ λln(1+K)/K + A/B
但し、 A = Kλ(1−λ)−2λ{(2/K)+3(1−λ)}
B = 4+2(4−3λ)K+4(1−λ)K
とされる。この合力PをK、λについてプロットすると、図7(B)の如くなる(以上、A.Cameron ”Principles of Lubrication” Longmans 1966 Chapter6−7 p.143参照)。この図7(B)から、λが1/2〜4/5の範囲でかつKが1.0〜2.0の範囲で、大きな油膜圧力Pfが得られることが解る。
The setting of the height H will be supplemented with reference to FIGS. 7A and 7B. As shown in FIG. 7A, the distance (oil film thickness) in the direction of arrow T between the lower surface 10A of the piston ring 10 and the lower groove wall 50A is h0, the height of the notch 54 (tapered surface 10C) with respect to h0. When the ratio of H is K (H = K × h0) and the ratio of the width W1 to the sum of the width W1 and the width W2 is λ (W1 = λ × (W1 + W2)), the oil film pressure Pf generated in the wedge-shaped oil film Fpl The resultant force (oil film force) P is
P λ λ 2 ln (1 + K) / K 2 + A / B
However, A = Kλ (1-λ 2 ) -2λ 2 {(2 / K) +3 (1-λ)}
B = 4 + 2 (4-3λ) K + 4 (1-λ) K 2
It is said. The resultant force P is plotted with respect to K and λ as shown in FIG. 7B (see A. Cameron “Principles of lubrication” Longman 1966 Chapter 6-7 p. 143). It can be seen from FIG. 7B that a large oil film pressure Pf is obtained when λ is in the range of 1/2 to 4/5 and K is in the range of 1.0 to 2.0.

ここで、本実施形態では下面10Aと下側溝壁50Aとの間隔すなわち極小部の油膜厚さh0は未知であるが、現実的には、下面10Aと下側溝壁50Aとが接触を始めるときの平均隙間すなわち下面10A及び下側溝壁50Aの表面粗さの和である略1〜5μm程度であると推定される。また、油膜圧力にて下面10Aが下側溝壁50Aから浮上した状態でのh0は略20μm程度と推定される。したがって、切欠部54の隙間高さHは、上記の通りK=1.0〜2.0であるから、上記の接触開始時において略1〜10μm(中央値で略5μm)、油膜形成状態まで考慮すると略1〜40μmとされる。さらに、図7(B)によれば、K=5程度までは十分な油膜圧力発生効果が認められるので、この実施形態では、切欠部54の隙間高さH=1〜100μm(最適値5μm)とした。幅W1≒1mm(=1000μm)としてテーパ面10Cの勾配(H/W1)に換算すると、上記の通り1/1000〜1/10(最適値1/200)が得られる。   Here, in this embodiment, the distance between the lower surface 10A and the lower groove wall 50A, that is, the minimum oil film thickness h0 is unknown, but in reality, when the lower surface 10A and the lower groove wall 50A start to contact each other. It is estimated that the average gap, that is, the sum of the surface roughness of the lower surface 10A and the lower groove wall 50A is about 1 to 5 μm. Further, h0 in a state where the lower surface 10A is lifted from the lower groove wall 50A by the oil film pressure is estimated to be about 20 μm. Therefore, since the gap height H of the notch 54 is K = 1.0 to 2.0 as described above, it is approximately 1 to 10 μm (median value is approximately 5 μm) at the start of the contact, up to the oil film formation state. In consideration, it is about 1 to 40 μm. Further, according to FIG. 7B, since a sufficient oil film pressure generation effect is recognized up to about K = 5, in this embodiment, the gap height H of the notch 54 is 1 to 100 μm (optimum value 5 μm). It was. When the width W1≈1 mm (= 1000 μm) is converted into the slope (H / W1) of the tapered surface 10C, 1/1000 to 1/10 (optimum value 1/200) is obtained as described above.

また、ピストンリング10では、テーパ面10Cの幅W1は、下面10Aにおけるテーパ面10Cが形成されていない部分がリング溝50下側溝壁50Aと対向する(径方向にオーバラップする)ラップ幅W2が、所定幅以上確保されるように設定されている。この実施形態では、ラップ幅W2≧1mmとなる設定が採用されている。なお、ピストンリング10の全幅Wは、2〜4mmとされる。   In the piston ring 10, the width W1 of the tapered surface 10C is such that the portion of the lower surface 10A where the tapered surface 10C is not formed is opposed to the lower groove wall 50A of the ring groove 50 (overlapping in the radial direction). , And is set so as to ensure a predetermined width or more. In this embodiment, a setting that satisfies the wrap width W2 ≧ 1 mm is employed. The total width W of the piston ring 10 is 2 to 4 mm.

以上説明した切欠部54は、図1(B)に示される如く、ピストンリング10における下面10A(合口52を除く部分)の周方向の全長に亘り形成されている。   The cutout 54 described above is formed over the entire length in the circumferential direction of the lower surface 10A of the piston ring 10 (excluding the joint 52), as shown in FIG.

そして、上記した通りトップリングであるピストンリング10は、図3に示される如くピストン30における最も燃焼室C側に位置するリング溝50に、装着されている。図2(A)及び図2(B)に示される如く、ピストンリング10の下面10A(少なくともラップ幅W2の部分)とピストン30におけるリング溝50の下側溝壁50Aとの間には、潤滑油Lの油膜Fplが形成されている。なお、図2は、吸気行程での状態を模式的に示している。   As described above, the piston ring 10 that is the top ring is mounted in the ring groove 50 located closest to the combustion chamber C in the piston 30 as shown in FIG. As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), there is a lubricating oil between the lower surface 10A of the piston ring 10 (at least the portion of the wrap width W2) and the lower groove wall 50A of the ring groove 50 in the piston 30. An L oil film Fpl is formed. FIG. 2 schematically shows a state in the intake stroke.

エンジン11を構成する他のピストンリング32、33(特に、コンプレッションリングであるピストンリング32)は、ピストンリング10と同様に構成されても良いが、この実施形態では切欠部54を有しない構成とされている。ピストンリング32、33は、リング溝50よりもクランク室22側に形成されたリング溝(図示省略)にそれぞれ独立して装着されている。   The other piston rings 32 and 33 (particularly, the piston ring 32 which is a compression ring) constituting the engine 11 may be configured in the same manner as the piston ring 10, but in this embodiment, the configuration does not include the notch 54. Has been. The piston rings 32 and 33 are independently attached to ring grooves (not shown) formed closer to the crank chamber 22 than the ring groove 50.

次に、第1の実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the first embodiment will be described.

上記構成のエンジン11では、例えばシリンダ28内で吸入行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がこの順で繰り返されることで、ピストン30の往復直線運動がクランクシャフト12の回転運動に変換され、動力が発生する。また、クランクシャフト12の回転によって吸気カム44、排気カム48が回転駆動され、吸気バルブ38、排気バルブ46が駆動されて上記吸入行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が維持される。   In the engine 11 configured as described above, for example, the reciprocating linear motion of the piston 30 is converted into the rotational motion of the crankshaft 12 by repeating the suction stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke in this order. Occurs. In addition, the intake cam 44 and the exhaust cam 48 are driven to rotate by the rotation of the crankshaft 12, and the intake valve 38 and the exhaust valve 46 are driven to maintain the intake stroke, compression stroke, expansion stroke, and exhaust stroke.

このようなエンジン11の運転中には、通常、シリンダ28は、燃焼室C側において相対的に低圧であるクランク室22側よりも内径が拡大するように変形している。また、列型エンジンであるエンジン11では、シリンダブロック14の組付締結力によって、周方向の変形を生じている。そして、ピストンリング10は、上記の如く変形したシリンダ28に追従するべく、ピストン30(リング溝50)に対する軸直角方向すなわち略径方向への相対変位を生じる。   During the operation of the engine 11, the cylinder 28 is usually deformed so that its inner diameter is larger than that of the crank chamber 22 side, which is relatively low pressure on the combustion chamber C side. Further, in the engine 11 that is a row type engine, the circumferential deformation is caused by the assembly fastening force of the cylinder block 14. The piston ring 10 is displaced relative to the piston 30 (ring groove 50) in a direction perpendicular to the axis, that is, in a substantially radial direction so as to follow the cylinder 28 deformed as described above.

ところで、ピストンリングとピストン30との相対変位に伴う摩擦力が大きいと、ピストン30に対するピストンリングの相対変位、すなわち上記の通り変形されたシリンダ28内面(シリンダボア)に対するピストンリングの追従動作が拘束されやすい。特に、圧縮行程及び膨張行程において、ピストン30のリング溝50に装着されたトップリングとしてのピストンリングは、上記の通り変形したシリンダ28内面に倣ってリング溝50内で相対変位することとなるが、その上面に作用する燃焼室Cの圧力Pc(図2(A)、図2(B)参照)によって、その下面がリング溝50の下側溝壁50A側に強く押し付けられる。これにより摩擦抗力が大きくなるため、ピストンリングのシリンダ28への追従動作(径方向内向きへの相対変位)が摩擦により拘束される問題が生じやすい。   When the frictional force accompanying the relative displacement between the piston ring and the piston 30 is large, the relative displacement of the piston ring with respect to the piston 30, that is, the follow-up operation of the piston ring with respect to the inner surface of the cylinder 28 (cylinder bore) deformed as described above is restricted. Cheap. In particular, in the compression stroke and the expansion stroke, the piston ring as the top ring attached to the ring groove 50 of the piston 30 is relatively displaced in the ring groove 50 following the inner surface of the cylinder 28 deformed as described above. The lower surface is strongly pressed against the lower groove wall 50A side of the ring groove 50 by the pressure Pc of the combustion chamber C acting on the upper surface (see FIGS. 2A and 2B). As a result, the frictional drag is increased, and a problem that the follow-up operation of the piston ring to the cylinder 28 (relative displacement inward in the radial direction) is easily caused by friction.

ここで、ピストンリング10は、その下面10Aと内周面10Bとの角隅部に切欠部54が設けられているため、換言すれば、切欠部54を設けることでテーパ面10Cが形成されているため、ピストン30に対する径方向の摩擦が低減される。   Here, since the piston ring 10 is provided with the notches 54 at the corners of the lower surface 10A and the inner peripheral surface 10B, in other words, the tapered surface 10C is formed by providing the notches 54. Therefore, friction in the radial direction with respect to the piston 30 is reduced.

すなわち、図2(A)に示される如く、切欠部54に潤滑油Lが満たされた状態で、膨張行程等でピストンリング10がピストン30に対し径方向内向きに相対変位すると、流体潤滑(ウェッジ)効果によって油膜圧力Pfが発生し、該ピストンリング10が燃焼室C側に持ち上げられる(浮上する)。これにより、ピストンリング10の下面10Aとリング溝50の下側溝壁50Aとの間の固体接触摩擦が抑制されて潤滑油Lの粘性摩擦(せん断)の成分が主体的になり、すなわち摩擦係数の低減効果が得られ、ピストン30に対するピストンリング10の径方向の摩擦が低減される。   That is, as shown in FIG. 2A, when the piston ring 10 is relatively displaced radially inward with respect to the piston 30 in an expansion stroke or the like in a state where the notch 54 is filled with the lubricating oil L, fluid lubrication ( The oil film pressure Pf is generated by the wedge effect, and the piston ring 10 is lifted (floated) to the combustion chamber C side. As a result, the solid contact friction between the lower surface 10A of the piston ring 10 and the lower groove wall 50A of the ring groove 50 is suppressed, and the viscous friction (shear) component of the lubricating oil L becomes dominant, that is, the friction coefficient A reduction effect is obtained, and friction in the radial direction of the piston ring 10 with respect to the piston 30 is reduced.

一方、図2(B)に示される如く、切欠部54に潤滑油Lが満たされない場合は、テーパ面10Cには、圧縮行程や膨張行程での燃焼室Cの圧力Pcが回り込んで作用する。このため、テーパ面10Cを軸線方向に投影した面積分だけ、上面10Dに作用する燃焼室Cの圧力Pcに基づいてピストンリング10にかかる下側溝壁50Aへの押付力が相殺され、すなわち摩擦抗力の低減効果が得られ、ピストン30に対するピストンリング10の径方向の摩擦が低減される。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the lubricating oil L is not filled in the notch portion 54, the pressure Pc of the combustion chamber C in the compression stroke or the expansion stroke acts around the tapered surface 10C. . For this reason, the pressing force to the lower groove wall 50A applied to the piston ring 10 is canceled based on the pressure Pc of the combustion chamber C acting on the upper surface 10D by the area projected from the taper surface 10C in the axial direction, that is, the frictional drag. This reduces the friction of the piston ring 10 against the piston 30 in the radial direction.

以上により、ピストンリング10は、潤滑油Lを用いた条件下で、適用されるピストン30との径方向の相対変に伴う摩擦が低減されるので、シリンダ28の内面に対する追従性が良好である。特に、ピストンリング10では、切欠部54が全長に亘り連続的に形成されているので、シリンダ28の周方向の各部において摩擦低減効果が得られる。一方、ピストンリング10の下面10Aにおけるテーパ面10Cの非形成部分は、下側溝壁50Aとのラップ幅W2が所定幅以上確保されているため、ピストンリング10の下面10Aとピストン30の下側溝壁50Aとの間のガスシール性も確保される。   As described above, the piston ring 10 has good followability with respect to the inner surface of the cylinder 28 because friction due to relative change in the radial direction with the applied piston 30 is reduced under the condition using the lubricating oil L. . In particular, in the piston ring 10, the notch portion 54 is continuously formed over the entire length, so that a friction reducing effect can be obtained at each portion in the circumferential direction of the cylinder 28. On the other hand, the non-formed portion of the tapered surface 10C on the lower surface 10A of the piston ring 10 has a wrap width W2 with respect to the lower groove wall 50A of a predetermined width or more, so that the lower groove wall of the piston ring 10 and the lower groove wall of the piston 30 are secured. Gas sealing performance between 50A is also ensured.

そして、上記したピストンリング10が適用されたエンジン11では、ピストンリング10のシリンダ28に対する追従性確保により、該シリンダ28とピストン30との間で所要のシール性を確保することができると共に、下面10Aと内周面10Bとの角隅部に切欠部54を設けた構成において、上記の通り下面10Aと下側溝壁50Aとの間のガスシール性も確保される。すなわち、エンジン11は、ピストンリング10を適用することで、所要のシール性を得ることができる。   In the engine 11 to which the above-described piston ring 10 is applied, the required sealing performance between the cylinder 28 and the piston 30 can be ensured by ensuring the followability of the piston ring 10 with respect to the cylinder 28, and the bottom surface. In the configuration in which the cutouts 54 are provided at the corners of 10A and the inner peripheral surface 10B, the gas sealing property between the lower surface 10A and the lower groove wall 50A is also ensured as described above. That is, the engine 11 can obtain a required sealing performance by applying the piston ring 10.

また、ピストンリング10では、下面10Aと内周面10Bとの角隅部に切欠部54を形成するといった簡単な機械加工によって、上記の通り摩擦低減効果を実現することができる。   Further, in the piston ring 10, the friction reducing effect can be realized as described above by simple machining such as forming the notch portions 54 at the corners of the lower surface 10A and the inner peripheral surface 10B.

次に、ピストンリング10の摩擦低減効果について、図4に示す実験結果及び図5に示す解析結果を参照しつつ補足する。実験は、急速圧縮膨張装置を用いて、クランク角度とピストンリング10−シリンダ28間の瞬時摩擦トルクとの関係を測定したものであり、解析は、ピストンリング挙動−潤滑連成解析CAEによって、クランク角度とピストンリング10−シリンダ28間の瞬時摩擦トルクとの関係を解析したものである。   Next, the friction reduction effect of the piston ring 10 will be supplemented with reference to the experimental results shown in FIG. 4 and the analysis results shown in FIG. The experiment measured the relationship between the crank angle and the instantaneous friction torque between the piston ring 10 and the cylinder 28 using a rapid compression / expansion device. The analysis was performed by the piston ring behavior-lubricated coupled analysis CAE. The relationship between the angle and the instantaneous friction torque between the piston ring 10 and the cylinder 28 is analyzed.

図6(A)は、上記の実験及び解析で用いた、燃焼室C側でクランク室22側よりも内径が拡大された変形シリンダ28(相当モデル)を示す。このシリンダ28は、最小径部と最大径部との半径差ΔRが略50μmとされている。図6(B)は、比較のために用いた、全長に亘り内径が一定とされた真円シリンダ28(相当モデル)を示す。   FIG. 6A shows a deformed cylinder 28 (corresponding model) having an inner diameter enlarged on the combustion chamber C side than on the crank chamber 22 side, which was used in the above experiments and analyses. The cylinder 28 has a radius difference ΔR between the minimum diameter portion and the maximum diameter portion of approximately 50 μm. FIG. 6B shows a perfect circular cylinder 28 (equivalent model) used for comparison with a constant inner diameter over the entire length.

図4に示される如く、変形シリンダ28を用いた場合、真円シリンダ28を用いた場合とも、比較例に係る通常のピストンリング(切欠部54を有しないものに相当)をトップリングに用いた構成と比較して、ピストンリング10(に相当するものとして、潤滑条件の設定等により比較例に対し摩擦係数を小さくしたもの)をトップリングに用いた構成では、膨張行程において瞬時摩擦トルクが著しく低減されることがわかる。なお、圧縮行程では、変形シリンダ28では有意差はみられないものの、真円シリンダ28では、ピストンリング10を用いることで瞬時摩擦トルクが低減されることがわかる。   As shown in FIG. 4, when the deformation cylinder 28 is used and when the perfect circle cylinder 28 is used, a normal piston ring (corresponding to one having no notch portion 54) according to the comparative example is used for the top ring. Compared to the configuration, the piston ring 10 (corresponding to the configuration in which the friction coefficient is reduced compared to the comparative example by setting the lubrication conditions, etc.) is used for the top ring, the instantaneous friction torque is significantly increased in the expansion stroke. It can be seen that it is reduced. In the compression stroke, although no significant difference is observed in the deformation cylinder 28, it is understood that the instantaneous friction torque is reduced by using the piston ring 10 in the perfect circle cylinder 28.

また、図5に示される如く、変形シリンダ28を用いた場合、真円シリンダ28を用いた場合とも、比較例に係る通常のピストンリング(切欠部54を有しないものに相当)をトップリングに用いた構成と比較して、ピストンリング10(に相当するものとして比較例に対し摩擦係数を小さく設定したもの)をトップリングに用いた構成では、膨張行程において瞬時摩擦トルクが著しく低減されることがわかる。この点では、本解析結果は、実験結果に良く一致するということができる。なお、本解析では、真円シリンダの場合には、通常のピストンリング(切欠部54を有しないものに相当)とピストンリング10とで有意差はみられなかった。   Further, as shown in FIG. 5, when the deforming cylinder 28 is used or when the perfect circular cylinder 28 is used, the normal piston ring (corresponding to the one not having the notch portion 54) according to the comparative example is used as the top ring. Compared to the configuration used, the configuration using the piston ring 10 (corresponding to the comparative example with a smaller friction coefficient compared to the comparative example) for the top ring significantly reduces the instantaneous friction torque in the expansion stroke. I understand. In this respect, it can be said that this analysis result agrees well with the experimental result. In this analysis, in the case of a perfect cylinder, no significant difference was found between the normal piston ring (corresponding to the one not having the notch 54) and the piston ring 10.

以上により、ピストンリングのピストン30に対する径方向の摩擦を低減することで、すなわちピストンリングとして切欠部54を有するピストンリング10を採用することで、潤滑油Lを用いた環境下で、ピストンリング10とピストン30との摩擦が効果的に抑制され、その結果、シリンダ28への追従性が向上して、ピストンリング10とシリンダ28との摩擦損失が低減されることが実験、数値解析の両者によって確かめられた。   As described above, by reducing the friction in the radial direction of the piston ring with respect to the piston 30, that is, by adopting the piston ring 10 having the notch portion 54 as the piston ring, the piston ring 10 can be obtained in an environment using the lubricating oil L. The friction between the piston 30 and the piston 30 is effectively suppressed. As a result, the followability to the cylinder 28 is improved, and the friction loss between the piston ring 10 and the cylinder 28 is reduced by both experiments and numerical analysis. It was confirmed.

すなわち、本実施形態では、ピストンリング10の下面とリング溝50との摩擦が低減されるので、ピストンリング10のシリンダ28への追従性が向上し、シール性の確保に加えて、ピストンリング10とシリンダ28との摩擦も低減することができる。特に、図6(A)に示される上方に開いた変形ボアにおいては、膨張行程でピストンリングはリング溝の中で押し縮められる方向に変形しようとするが、ここでピストンリング下面とリング溝との摩擦が大きいと、上記の変形が拘束されてピストンリングとシリンダとのアタリが強くなり、該ピストンリングとシリンダとの摩擦が大きくなる。これに対して、本発明煮の実施形態に係るエンジン11では、ピストンリング10の下面とリング溝50との摩擦が低減されるので、ピストンリング10がリング溝50内に押し縮められる方向の変形に対する拘束が弱くなり、ピストンリング10とシリンダ28とのアタリ強さが適正レベルに下がる。この結果、本エンジン11では、膨張行程でのピストンリング10とシリンダ28との摩擦が低減される。   That is, in this embodiment, since the friction between the lower surface of the piston ring 10 and the ring groove 50 is reduced, the followability of the piston ring 10 to the cylinder 28 is improved, and in addition to ensuring the sealing performance, the piston ring 10 The friction between the cylinder 28 and the cylinder 28 can also be reduced. In particular, in the upper deformation bore shown in FIG. 6 (A), the piston ring tends to deform in the direction of being compressed in the ring groove during the expansion stroke. Here, the piston ring lower surface, the ring groove, When the friction is large, the above deformation is restrained, the attrition between the piston ring and the cylinder becomes strong, and the friction between the piston ring and the cylinder becomes large. On the other hand, in the engine 11 according to the embodiment of the present invention, since the friction between the lower surface of the piston ring 10 and the ring groove 50 is reduced, the deformation in the direction in which the piston ring 10 is compressed in the ring groove 50. , And the attack strength between the piston ring 10 and the cylinder 28 is lowered to an appropriate level. As a result, in the engine 11, friction between the piston ring 10 and the cylinder 28 during the expansion stroke is reduced.

このように、第1の実施形態に係るピストンリング10では、適用されたピストン30のリング溝50とのシール性及びピストン30とシリンダ28との間のシール性を確保しつつ、潤滑油Lを用いた条件下でピストン30との摩擦を抑制することができる。また、本エンジン11では、ピストンリング10を備えることで、所要のシール性を確保すると共に、シリンダ28内面へのピストンリング10の追従性を向上させ該ピストンリング10とシリンダボア28間の摩擦を低減することができる。   Thus, in the piston ring 10 according to the first embodiment, the lubricating oil L is supplied while ensuring the sealing performance with the ring groove 50 of the applied piston 30 and the sealing performance between the piston 30 and the cylinder 28. Friction with the piston 30 can be suppressed under the conditions used. In addition, the engine 11 includes the piston ring 10 to ensure the required sealing performance and improve the followability of the piston ring 10 to the inner surface of the cylinder 28 to reduce friction between the piston ring 10 and the cylinder bore 28. can do.

また、ピストンリング10では、切欠部54がなだらかなテーパ面10Cを形成する(切欠部54の底面がテーパ面10Cである)ため、径方向に油膜圧力Pfの急変部が発生することがなく、安定した油膜を形成することができる。   Further, in the piston ring 10, since the notch 54 forms a gently tapered surface 10C (the bottom surface of the notch 54 is the tapered surface 10C), there is no sudden change in the oil film pressure Pf in the radial direction. A stable oil film can be formed.

次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第1の実施形態と基本的に同一の部品・部分には、上記第1の実施形態と同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。   Next, another embodiment of the present invention will be described. Note that components / portions that are basically the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof may be omitted, and illustration may be omitted.

(第2の実施形態)
図8には、第2の実施形態に係るピストンリング60が図1(A)に対応する周方向直角断面図にて示されている。この図に示される如く、ピストンリング60におけるリング溝50の下側溝壁50Aと対向する下面60Aは、該下側溝壁50Aに向けて凸となる湾曲面(バレル形状)とされている。この実施形態では、ピストンリング60の下面60Aは、幅方向の略中央部が最も下側溝壁50A側に突出された頂部60Bとされている。頂部60Bは、下面60Aにおける下側溝壁50Aと径方向にオーバラップする範囲に位置する設定(配置)とされている。
(Second Embodiment)
FIG. 8 shows a piston ring 60 according to the second embodiment in a circumferential cross-sectional view corresponding to FIG. 1 (A). As shown in this figure, the lower surface 60A of the piston ring 60 facing the lower groove wall 50A of the ring groove 50 is a curved surface (barrel shape) that protrudes toward the lower groove wall 50A. In this embodiment, the lower surface 60 </ b> A of the piston ring 60 is a top portion 60 </ b> B whose substantially central portion in the width direction protrudes most toward the lower groove wall 50 </ b> A. The top portion 60B is set (arranged) located in a range that overlaps the lower groove wall 50A on the lower surface 60A in the radial direction.

ピストンリング60は、ピストン30の下側溝壁50Aに対し略線接触(線状の細幅部分が下側溝壁50Aに対する最接近部位とされる)ことで、該下側溝壁50Aとの間のシール性を確保するようになっている。そして、このピストンリング60は、例えばシリンダ28に対するピストン30の往復動に伴い捩れても、周方向の各部において下側溝壁50Aに対する幅方向の接触(最接近)部位が周方向の一部で他の一部と異なるように断面視で転がることで、全体として(略全周に亘り)下側溝壁50Aに対する線接触状態が維持されるようになっている。   The piston ring 60 has a substantially linear contact with the lower groove wall 50A of the piston 30 (the linear narrow width portion is the closest part to the lower groove wall 50A), so that the seal between the piston ring 60 and the lower groove wall 50A is obtained. It is designed to ensure sex. For example, even if the piston ring 60 is twisted with the reciprocating motion of the piston 30 with respect to the cylinder 28, the width direction contact (closest approach) portion to the lower groove wall 50 </ b> A at each portion in the circumferential direction is partially different in the circumferential direction. By rolling in a cross-sectional view so as to be different from a part of the above, the line contact state with respect to the lower groove wall 50A as a whole (almost the entire circumference) is maintained.

以上説明したピストンリング60では、下面60Aの頂部60Bよりも内周側に位置する空間、より正確には下側溝壁50Aに対する線接触(最接近)部位よりも内周側に位置する空間が切欠部62とされている。したがって、ピストンリング60では、下面60Aにおける頂部60Bに対し内周面60C側に位置する部分、より正確には下側溝壁50Aに対する線接触(最接近)部位に対し内周面60C側に位置する部分が、油膜圧力Pf又は燃焼室Cの圧力Pcを受ける受圧面60D(テーパ面10Cに相当する面)とされている。   In the piston ring 60 described above, a space located on the inner peripheral side with respect to the top portion 60B of the lower surface 60A, more precisely, a space located on the inner peripheral side with respect to the line contact (closest approach) portion to the lower groove wall 50A is notched. Part 62 is provided. Accordingly, in the piston ring 60, the portion of the lower surface 60A located on the inner peripheral surface 60C side with respect to the top portion 60B, more precisely, the portion on the inner peripheral surface 60C side with respect to the line contact (closest) portion to the lower groove wall 50A. The portion is a pressure receiving surface 60D (surface corresponding to the tapered surface 10C) that receives the oil film pressure Pf or the pressure Pc of the combustion chamber C.

この実施形態では、受圧面60Dは、周方向直角断面視で、下側溝壁50Aに投影する幅W3が、溝底50Bに投影する高さHに対し十分に大(W3>>H)である設定とされている。この実施形態では、0.001mm≦H≦0.1mmとされている。また、ピストンリング60では、受圧面60Dの幅W3は、上記高さHとの比(H/W3)が1/1000〜1/10の範囲内であって、略1/200とされている。なお、ピストンリング60の全幅Wは、2〜4mmとされる。   In this embodiment, the pressure receiving surface 60D has a width W3 projected onto the lower groove wall 50A sufficiently larger than the height H projected onto the groove bottom 50B (W3 >> H) in the circumferential cross-sectional view. It is set. In this embodiment, 0.001 mm ≦ H ≦ 0.1 mm. Further, in the piston ring 60, the width W3 of the pressure receiving surface 60D has a ratio (H / W3) to the height H in the range of 1/1000 to 1/10, and is approximately 1/200. . The total width W of the piston ring 60 is 2 to 4 mm.

以上説明した切欠部62は、ピストンリング60における下面60A(合口52を除く部分)の周方向の全長に亘り形成されている。ピストンリング60における他の構成は、図示しない部分を含め、ピストンリング10の対応する構成と同じである。   The notch 62 described above is formed over the entire circumferential length of the lower surface 60 </ b> A (portion excluding the joint 52) of the piston ring 60. The other structure in the piston ring 60 is the same as the corresponding structure of the piston ring 10 including a portion not shown.

そして、第2の実施形態に係るピストンリング60おいても、切欠部62に潤滑油Lが満たされている場合には受圧面60Dが油膜圧力Pfを受けることによる摩擦係数低減効果が得られ、切欠部62に潤滑油Lが満たされていない場合には受圧面60Dが燃焼室Cの圧力Pcを受けることによる摩擦係数低減効果が得られる。したがって、ピストンリング60、該ピストンリング60を備えた本エンジン11によっても、基本的に第1の実施形態に係るピストンリング10、本エンジン11と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。   And also in the piston ring 60 according to the second embodiment, when the lubricating oil L is filled in the notch 62, the friction coefficient reduction effect is obtained by the pressure receiving surface 60D receiving the oil film pressure Pf, When the notch 62 is not filled with the lubricating oil L, an effect of reducing the friction coefficient is obtained by the pressure receiving surface 60D receiving the pressure Pc of the combustion chamber C. Therefore, even with the piston ring 60 and the engine 11 including the piston ring 60, the same effect can be obtained basically by the same operation as the piston ring 10 and the engine 11 according to the first embodiment.

また、ピストンリング60では、略全周に亘る線接触状態でリング溝50の下側溝壁50Aとの間をシールする構成であるため、面接触状態でシールする構成と比較して、ピストンリング60が捩れた場合などでも該リング溝50の下側溝壁50Aとの間のシール性が確保されやすい。さらに、ピストンリング60では、切欠部62がなだらかな湾曲面である受圧面60Dを形成する(切欠部62の底面が受圧面60Dである)ため、径方向に油膜圧力Pfの急変部が発生することがなく、安定した油膜を形成することができる。   Further, since the piston ring 60 is configured to seal between the lower groove wall 50A of the ring groove 50 in a line contact state over substantially the entire circumference, the piston ring 60 is compared with a configuration sealed in a surface contact state. Even when the ring is twisted or the like, the sealing performance between the ring groove 50 and the lower groove wall 50A is easily secured. Further, in the piston ring 60, since the notch 62 forms a gently curved pressure receiving surface 60D (the bottom surface of the notch 62 is the pressure receiving surface 60D), a sudden change portion of the oil film pressure Pf is generated in the radial direction. And a stable oil film can be formed.

(第3の実施形態)
図9には、第3の実施形態に係るピストンリング70が図1(A)に対応する周方向直角断面図にて示されている。この図に示される如く、ピストンリング70におけるリング溝50の下側溝壁50Aと対向する下面70Aと溝底50Bと対向する内周面70Bとの角隅部には、切欠部72が形成されている。
(Third embodiment)
FIG. 9 shows a piston ring 70 according to the third embodiment in a circumferential cross-sectional view corresponding to FIG. 1 (A). As shown in this figure, a notch 72 is formed at the corner of the piston ring 70 between the lower surface 70A facing the lower groove wall 50A of the ring groove 50 and the inner peripheral surface 70B facing the groove bottom 50B. Yes.

すなわち、切欠部72は、リング溝50におけるピストンリング70の下面70Aと対向する(燃焼室C側を向く)下側溝壁50A、及びリング溝50におけるピストンリング70の内周面70Bと対向する(径方向外側を向く)溝底50Bの両側に向けて開口するように形成されている。   That is, the notch 72 faces the lower groove wall 50A facing the lower surface 70A of the piston ring 70 in the ring groove 50 (facing the combustion chamber C side) and the inner peripheral surface 70B of the piston ring 70 in the ring groove 50 ( It is formed so as to open toward both sides of the groove bottom 50B (facing radially outward).

より具体的には、この実施形態における切欠部72は、ピストンリング70における下面70Aと内周面70Bとの角部に、下側溝壁50Aを向く下向き面70Cを形成している。下向き面70Cは、周方向直角断面視で、下側溝壁50Aに投影する幅W4が、溝底50Bに投影する高さHに対し十分に大(W4>>H)である設定とされている。この実施形態では、0.001mm≦H≦0.1mm、下向き面70Cの勾配である上記幅W4に対する高さHの比(H/W4)が1/1000〜1/10の範囲内であって、略1/200とされている。   More specifically, the notch 72 in this embodiment forms a downward surface 70C facing the lower groove wall 50A at the corner between the lower surface 70A and the inner peripheral surface 70B of the piston ring 70. The downward surface 70C is set so that the width W4 projected onto the lower groove wall 50A is sufficiently larger than the height H projected onto the groove bottom 50B (W4 >> H) in a cross-sectional view perpendicular to the circumferential direction. . In this embodiment, the ratio of the height H to the width W4 (H / W4) that is 0.001 mm ≦ H ≦ 0.1 mm and the gradient of the downward surface 70C is in the range of 1/1000 to 1/10. , Approximately 1/200.

また、ピストンリング70では、下向き面70Cの幅W4は、下面70Aにおける下向き面70Cが形成されていない部分がリング溝50下側溝壁50Aと対向する(径方向にオーバラップする)ラップ幅W5が、所定幅以上確保されるように設定されている。この実施形態では、ラップ幅W5≧1mmとなる設定が採用されている。なお、ピストンリング70の全幅Wは、2〜4mmとされる。   Further, in the piston ring 70, the width W4 of the downward surface 70C is such that the portion of the lower surface 70A where the downward surface 70C is not formed is opposed to the lower groove wall 50A of the ring groove 50 (overlapping in the radial direction). , And is set so as to ensure a predetermined width or more. In this embodiment, a setting that satisfies the wrap width W5 ≧ 1 mm is employed. The total width W of the piston ring 70 is 2 to 4 mm.

以上説明した切欠部72は、図1(B)に示される如く、ピストンリング70における下面70A(合口52を除く部分)の周方向の全長に亘り形成されている。ピストンリング70における他の構成は、図示しない部分を含め、ピストンリング10の対応する構成と同じである。   The cutout 72 described above is formed over the entire length in the circumferential direction of the lower surface 70A (portion excluding the joint 52) of the piston ring 70, as shown in FIG. Other configurations of the piston ring 70 are the same as the corresponding configurations of the piston ring 10 including portions not shown.

そして、第3の実施形態に係るピストンリング70おいても、切欠部72に潤滑油Lが満たされている場合には下向き面70Cが油膜圧力Pfを受けることによる摩擦係数低減効果が得られ、切欠部62に潤滑油Lが満たされていない場合には下向き面70Cが燃焼室Cの圧力Pcを受けることによる摩擦係数低減効果が得られる。したがって、ピストンリング70、該ピストンリング70を備えた本エンジン11によっても、切欠部54がなだらかなテーパ面10Cを形成することによる作用効果を除いて、基本的に第1の実施形態に係るピストンリング10、本エンジン11と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。80   And even in the piston ring 70 according to the third embodiment, when the notch 72 is filled with the lubricating oil L, the friction coefficient reduction effect is obtained by the downward surface 70C receiving the oil film pressure Pf, When the lubricating oil L is not filled in the notch 62, the friction coefficient reduction effect is obtained by the downward surface 70C receiving the pressure Pc of the combustion chamber C. Therefore, the piston ring 70 and the engine 11 equipped with the piston ring 70 also basically have the piston according to the first embodiment except for the operational effect of the notched portion 54 forming the gently tapered surface 10C. The same effect can be obtained by the same operation as the ring 10 and the engine 11. 80

(第4の実施形態)
図10には、第4の実施形態に係るピストンリング80が図1(B)に対応する底面図にて示されている。この図に示される如く、ピストンリング80は、ピストンリング10の略全長に亘って形成された切欠部54に代えて、ピストンリング80の周方向に長手とされると共に該周方向に離間して配置された4つの切欠部82を有する点で、第1の実施形態に係るピストンリング10とは異なる。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 shows a piston ring 80 according to the fourth embodiment in a bottom view corresponding to FIG. As shown in this figure, the piston ring 80 is elongated in the circumferential direction of the piston ring 80 and spaced apart from the circumferential direction of the piston ring 80 in place of the notch 54 formed over the substantially entire length of the piston ring 10. The piston ring 10 is different from the piston ring 10 according to the first embodiment in that it has four notches 82 arranged.

このピストンリング80の下面80Aにおける周方向に隣り合う切欠部82間の非加工部(切欠部82の非形成部)を、座部84ということとする。なお、合口52にて周方向に分離された2つの切欠部82は、周長の和が他の2つの切欠部82の周長と略等しく設定されており、これらを1つの切欠部82と捉えることも可能である。これにより、ピストンリング80では、3つの座部84は、周方向に略等間隔に(略120°間隔で)配置されている。   The non-processed part (the non-formed part of the notch part 82) between the notch parts 82 adjacent in the circumferential direction on the lower surface 80A of the piston ring 80 is referred to as a seat part 84. The two cutouts 82 separated in the circumferential direction at the joint 52 are set so that the sum of the circumferences is substantially equal to the circumference of the other two cutouts 82. It is also possible to capture. Thereby, in the piston ring 80, the three seat parts 84 are arrange | positioned in the circumferential direction at substantially equal intervals (at intervals of about 120 degrees).

また、ピストンリング80では、座部84の周長は、切欠部82の周長に対し十分に短く設定されている。座部84の周長は、各座部84においてリング溝50の下側溝壁50Aに着座(当接)することで、ピストンリング80の姿勢が安定する範囲の下限側の値として設定されている。この実施形態における切欠部82の断面形状は、第1の実施形態に係る切欠部54の断面形状と同様とされている。すなわち、ピストンリング80は、下面80Aと内周面80Bとの角部に、切欠部82の底面として把握することのできるテーパ面80Cを有する。ピストンリング80における他の構成は、図示しない部分を含め、ピストンリング10の対応する構成と同じである。   In the piston ring 80, the circumferential length of the seat portion 84 is set to be sufficiently shorter than the circumferential length of the notch portion 82. The circumferential length of the seat portion 84 is set as a lower limit value within a range in which the posture of the piston ring 80 is stabilized by seating (contacting) the lower groove wall 50A of the ring groove 50 in each seat portion 84. . The cross-sectional shape of the notch portion 82 in this embodiment is the same as the cross-sectional shape of the notch portion 54 according to the first embodiment. That is, the piston ring 80 has a tapered surface 80 </ b> C that can be grasped as a bottom surface of the notch 82 at the corner between the lower surface 80 </ b> A and the inner peripheral surface 80 </ b> B. Other configurations of the piston ring 80 are the same as the corresponding configurations of the piston ring 10 including a portion not shown.

したがって、第4の実施形態に係るピストンリング80によっても、基本的に第1の実施形態に係るピストンリング10と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、ピストンリング70を備えたエンジン11によっても、基本的に第1の実施形態に係るエンジン11と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。   Therefore, the piston ring 80 according to the fourth embodiment can basically obtain the same effect by the same operation as the piston ring 10 according to the first embodiment. Further, the engine 11 including the piston ring 70 can basically obtain the same effect by the same operation as that of the engine 11 according to the first embodiment.

また、本ピストンリング80では、3つ以上の座部84が周方向に略等間隔で配置されているため、燃焼室C側の圧力Pcを受けた場合に、先ず3つの座部84においてリング溝50下側溝壁50Aに接触(油膜を挟んで近接)することで、姿勢が安定される。このため、ピストンリング80は、その捩れ等に起因してテーパ面80Cの寸法(油膜圧力Pfや圧力Pcの受圧面積等)が周方向の各部で変化される(異ならされる)ことが抑制され、上記の摩擦低減効果を安定的に得ることができる。   Further, in the present piston ring 80, since three or more seats 84 are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction, when the pressure Pc on the combustion chamber C side is received, first the ring in the three seats 84 is provided. The posture is stabilized by contacting the lower groove wall 50A of the groove 50 (adjacent to the oil film). For this reason, the piston ring 80 is restrained from changing (differentiating) the dimensions of the tapered surface 80C (such as the oil film pressure Pf and the pressure receiving area of the pressure Pc) due to its torsion and the like in each part in the circumferential direction. The above-described friction reduction effect can be stably obtained.

(第5の実施形態)
図11には、第5の実施形態に係るピストンリング90が図1(B)、図10に対応する底面図にて示されている。この図に示される如く、ピストンリング90は、座部84が合口52に対し周方向に隣接して配置されている点で、第4の実施形態に係るピストンリング10とは異なる。
(Fifth embodiment)
FIG. 11 shows a piston ring 90 according to the fifth embodiment in a bottom view corresponding to FIGS. 1 (B) and 10. As shown in this figure, the piston ring 90 is different from the piston ring 10 according to the fourth embodiment in that the seat portion 84 is disposed adjacent to the joint 52 in the circumferential direction.

具体的には、ピストンリング90では、周長が同等である3つの切欠部82が周方向に離間して配置されており、このうち2つの切欠部82間に合口52が位置している。そして、ピストンリング90では、合口52に対する周方向の両側に、それぞれ切欠部82の非形成部すなわち座部84が設けられている。   Specifically, in the piston ring 90, three cutout portions 82 having the same peripheral length are arranged apart from each other in the circumferential direction, and the abutment 52 is located between the two cutout portions 82. And in the piston ring 90, the non-formation part of the notch part 82, ie, the seat part 84, is provided in the both sides of the circumferential direction with respect to the joint 52, respectively.

合口52を周方向に挟む一対の座部84を1つの座部84と捉えると、ピストンリング90では、計3つの座部84が周方向に略等間隔で配置されているものとして把握することができる。また、周方向に不等間隔で4つの座部84が配置されているものと捉えても良い。ピストンリング90における他の構成は、図示しない部分を含め、ピストンリング80の対応する構成と同じである(ピストンリング80の下面80A、内周面80B、テーパ面80Cに相当する下面90A、内周面90B、テーパ面90Cを有する)。   When the pair of seats 84 sandwiching the joint 52 in the circumferential direction is regarded as one seat 84, the piston ring 90 grasps that a total of three seats 84 are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction. Can do. Further, it may be considered that four seats 84 are arranged at unequal intervals in the circumferential direction. Other configurations of the piston ring 90 are the same as the corresponding configurations of the piston ring 80, including a portion not shown (the lower surface 80A, the inner peripheral surface 80B, the lower surface 90A corresponding to the tapered surface 80C, the inner periphery Surface 90B and tapered surface 90C).

したがって、第5の実施形態に係るピストンリング90によっても、基本的に第4の実施形態に係るピストンリング80と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、ピストンリング90を備えたエンジン11によっても、基本的に第4の実施形態に係るエンジン11と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。   Therefore, the piston ring 90 according to the fifth embodiment can basically obtain the same effect by the same operation as the piston ring 80 according to the fourth embodiment. Further, the engine 11 including the piston ring 90 can basically obtain the same effect by the same operation as that of the engine 11 according to the fourth embodiment.

また、ピストンリング90では、合口52に隣接して座部84が配置されているため、換言すれば、ピストンリング90における比較的バタつきが生じやすい部分に近接して座部84が配置されているため、燃焼室C側の圧力Pcを受けた場合に、姿勢が一層安定される。特に、合口52の周方向両側に隣接して84が配置されているピストンリング90は、燃焼室C側の圧力Pcを受けた場合に、姿勢がより一層安定される。これらにより、ピストンリング90は、その捩れ等に起因してテーパ面90Cの寸法が周方向の各部で変化されることが抑制され、上記の摩擦低減効果を一層安定的に得ることができる。   Moreover, in the piston ring 90, since the seat part 84 is arrange | positioned adjacent to the abutment 52, in other words, the seat part 84 is arrange | positioned in the vicinity of the part which the piston ring 90 tends to produce comparatively fluttering. Therefore, the posture is further stabilized when the pressure Pc on the combustion chamber C side is received. In particular, the posture of the piston ring 90 in which 84 is disposed adjacent to both sides in the circumferential direction of the joint 52 is further stabilized when receiving the pressure Pc on the combustion chamber C side. As a result, the piston ring 90 is restrained from changing the dimension of the tapered surface 90C at each portion in the circumferential direction due to its twist or the like, and the above-described friction reduction effect can be obtained more stably.

(第6の実施形態)
図12には、第6の実施形態に係るピストンリング100が図1(B)に対応する底面図にて示されている。この図に示される如く、ピストンリング100は、座部84が合口52に対し周方向に隣接して配置されている点で、第5の実施形態に係る90と共通するが、計6つの座部84が設けられている点で、計3つ(上記の通り4つと捉えることも可能)の座部84が設けられたピストンリング90とは異なる。
(Sixth embodiment)
FIG. 12 shows a piston ring 100 according to the sixth embodiment in a bottom view corresponding to FIG. As shown in this figure, the piston ring 100 is common to 90 according to the fifth embodiment in that the seat portion 84 is disposed adjacent to the joint 52 in the circumferential direction. The piston ring 90 is different from the piston ring 90 provided with a total of three seat portions 84 (which can be regarded as four as described above) in that the portion 84 is provided.

具体的には、ピストンリング100では、周方向に短い間隔で隣り合う一対の座部84が、該周方向に略等間隔と成るように三対(計6つ)設けられている。三対のうち一対の座部84は、ピストンリング90と同様に合口52を周方向に挟むように配置されている。この対を除く二対の座部84間には、周長が短い切欠部82が形成されている。ピストンリング100における他の構成は、図示しない部分を含め、ピストンリング80、90の対応する構成と同じである(ピストンリング80の下面80A、内周面80B、テーパ面80Cに相当する下面100A、内周面100B、テーパ面100Cを有する)。   Specifically, in the piston ring 100, a pair of seats 84 adjacent to each other at short intervals in the circumferential direction are provided in three pairs (total of six) so as to be substantially equally spaced in the circumferential direction. Like the piston ring 90, the pair of seats 84 among the three pairs are arranged so as to sandwich the joint 52 in the circumferential direction. A notch 82 having a short circumference is formed between the two pairs of seats 84 excluding this pair. The other configurations of the piston ring 100 are the same as the corresponding configurations of the piston rings 80 and 90, including portions not shown (the lower surface 100A corresponding to the lower surface 80A, the inner peripheral surface 80B, and the tapered surface 80C of the piston ring 80, An inner peripheral surface 100B and a tapered surface 100C).

したがって、第6の実施形態に係るピストンリング100によっても、基本的に第4、第5の実施形態に係るピストンリング80、90と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、ピストンリング100を備えたエンジン11によっても、基本的に第1の実施形態に係るエンジン11と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。   Therefore, even with the piston ring 100 according to the sixth embodiment, basically the same effect can be obtained by the same operation as the piston rings 80 and 90 according to the fourth and fifth embodiments. Further, the engine 11 including the piston ring 100 can basically obtain the same effect by the same operation as the engine 11 according to the first embodiment.

また、ピストンリング100では、周方向に離間して対を成す座部84が計三対設けられているため、例えばピストンリング90と比較して、各座部84の周長の総和を減じながら、同等の姿勢(着座)安定性を得ることが可能である。   In addition, since the piston ring 100 is provided with a total of three pairs of seat portions 84 which are separated in the circumferential direction to form a pair, for example, while reducing the total circumferential length of each seat portion 84 as compared with the piston ring 90, for example. It is possible to obtain equivalent posture (sitting) stability.

なお、上記した第4〜第6の実施形態では、周方向に隣り合う切欠部82間に座部84が設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、第3の実施形態における切欠部72間に座部84が設けられた構成としても良い。   In the fourth to sixth embodiments described above, the example in which the seat portion 84 is provided between the notches 82 adjacent to each other in the circumferential direction is shown. However, the present invention is not limited to this, and for example, the third portion The seat 84 may be provided between the notches 72 in the embodiment.

また、上記した第5〜第6の実施形態では、合口52に対する周方向の両側に隣接して座部84が配置された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、合口52の周方向一方側にのみ座部84を隣接配置した構成としても良い。   In the fifth to sixth embodiments described above, the example in which the seat portions 84 are disposed adjacent to both sides in the circumferential direction with respect to the joint 52 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and for example, the joint The seat portion 84 may be adjacently arranged only on one circumferential side of the 52.

さらに、上記した第4〜第6の実施形態では、周方向に離間して3つ(三対)の座部84が配置された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、周方向に離間して4つ以上の座部84が等間隔または不等間隔で設けられた構成としても良い。   Furthermore, in the above-described fourth to sixth embodiments, an example in which three (three pairs) seats 84 are arranged apart from each other in the circumferential direction has been shown, but the present invention is not limited to this, for example, Alternatively, a configuration may be adopted in which four or more seat portions 84 are provided at regular intervals or at irregular intervals apart from each other in the circumferential direction.

またさらに、上記した各実施形態では、ピストンリング10、60、70が内燃機関であるエンジン11に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、外燃機関や往復動(レシプロ)圧縮機等にピストンリング10、60、70、80、90、100を適用しても良い。   Furthermore, in each of the above-described embodiments, an example in which the piston rings 10, 60, and 70 are applied to the engine 11 that is an internal combustion engine has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, an external combustion engine or a reciprocating engine. The piston rings 10, 60, 70, 80, 90, 100 may be applied to a dynamic (reciprocating) compressor or the like.

10 ピストンリング
10C テーパ面
11 エンジン(内燃機関)
30 ピストン
50 リング溝
50A 下側溝壁
54 切欠部
60・70・80・90・100 ピストンリング
62・72・82 切欠部
84 座部(切欠部の非形成部位)
10 piston ring 10C taper surface 11 engine (internal combustion engine)
30 Piston 50 Ring groove 50A Lower groove wall 54 Notch 60/70/80/90/100 Piston ring 62/72/82 Notch 84 Seat (not-formed part of notch)

Claims (9)

潤滑油を用いた条件下で用いられ、低圧側でかつ内周側の角部に、適用されるピストンの溝壁との間で油膜形成を促進させるための切欠部が形成されているピストンリング。   Piston ring which is used under conditions using lubricating oil and has a notch for promoting oil film formation between the groove wall of the applied piston at the corner on the low pressure side and on the inner peripheral side . 前記切欠部が周方向に沿って3つ以上形成されている請求項1記載のピストンリング。   The piston ring according to claim 1, wherein three or more notches are formed along a circumferential direction. 合口を成す周方向両端部の少なくとも一方に、前記切欠部の非形成部が配置されている請求項2記載のピストンリング。   The piston ring according to claim 2, wherein a non-formed portion of the notch portion is disposed at at least one of both circumferential end portions forming a joint. 前記切欠部は、リング径方向の寸法に対しリング厚み方向の寸法が小とされている請求項1〜請求項3の何れか1項記載のピストンリング。   The piston ring according to any one of claims 1 to 3, wherein the notch has a dimension in the ring thickness direction smaller than a dimension in the ring radial direction. 前記切欠部によって、勾配が1/1000〜1/10となるテーパ面が形成されている請求項4記載のピストンリング。   The piston ring according to claim 4, wherein a tapered surface having a gradient of 1/1000 to 1/10 is formed by the notch. 前記溝壁を向く面が、リング径方向の略中央部において前記溝壁に向けて最も突出した湾曲形状に形成されることで、該径方向の中央部に対する内周側に前記切欠部が形成されている請求項4記載のピストンリング。   The surface facing the groove wall is formed in a curved shape that protrudes most toward the groove wall in a substantially central portion in the ring radial direction, so that the cutout portion is formed on the inner peripheral side with respect to the central portion in the radial direction. The piston ring according to claim 4. 前記切欠部は、前記溝壁を向く面に対し段状に凹んだ凹部として形成されている請求項4記載のピストンリング。   The piston ring according to claim 4, wherein the notch is formed as a recess recessed stepwise with respect to the surface facing the groove wall. 前記切欠部におけるリング厚み方向の寸法は、1μm以上0.1mm以下とされている請求項1〜請求項7の何れか1項記載のピストンリング。   The piston ring according to any one of claims 1 to 7, wherein a dimension of the cutout portion in a ring thickness direction is 1 µm or more and 0.1 mm or less. シリンダと、
軸線方向に並列された複数のリング溝を有し、前記シリンダ内に軸線方向に往復動可能に設けられて該シリンダとで前記燃焼室を形成するピストンと、
前記ピストンにおける最も前記燃焼室側に配置されたリング溝に装着された請求項1〜請求項8の何れか1項記載のピストンリングと、
を備えた内燃機関。
A cylinder,
A piston having a plurality of ring grooves arranged in parallel in the axial direction, provided in the cylinder so as to be capable of reciprocating in the axial direction, and forming the combustion chamber with the cylinder;
The piston ring according to any one of claims 1 to 8, wherein the piston ring is mounted in a ring groove arranged closest to the combustion chamber in the piston.
Internal combustion engine equipped with.
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