JP2011169388A

JP2011169388A - ピストンリング

Info

Publication number: JP2011169388A
Application number: JP2010033156A
Authority: JP
Inventors: Masahide Hama; 昌秀浜; Hiroshi Fujita; 裕詞藤田
Original assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】オイル掻き効果と低フリクションに優れるピストンリングを提供する。
【解決手段】ピストンリング１の外周面に、下向きに広がるテーパ部２と軸方向に平行な平坦部３を有し、テーパ部２と平坦部３が接続する部分及び平坦部３とリング下面４が接続する部分に曲面５，６を形成する。あるいは、ピストンリングの外周面に下向きに広がるテーパ部と軸方向に平行な平坦部及びアンダーカット部を有し、テーパ部と平坦部が接続する部分及び平坦部とアンダーカット部上面が接続する部分に曲面を形成する。上記において、ピストンリングの外周面のテーパ部とリング上面が接続する部分に面取りを形成するのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、オイル掻き効果と低フリクションに優れるピストンリングに関する。

オイル消費低減の目的で外周面にテーパ部、更にはテーパ部とアンダーカット部を形成したピストンリングが知られている。そしてこれらのピストンリングはオイル掻き効果を上げるため、外周面においてシリンダボアと接触する角部はシャープエッジとされるのが一般的である。また、近年、内燃機関の燃費向上に寄与するために、外周面にテーパ部やアンダーカット部を有するピストンリングにおいて低フリクション化が望まれている。

特許文献１は、外周面に下向きに広がるテーパ部とアンダーカット部を有し、テーパ部の下端に逆テーパ部を形成し、テーパ部と逆テーパ部の接続部分を円筒状にラッピング仕上げした第二圧力リングを提案し、かき落とし性能を保持しつつ、シリンダ側に縦きずを発生させないようにしている。

特開平１０−２５２８９１号公報

特許文献１のピストンリングはオイル掻き効果に優れるものの、テーパ部と逆テーパ部との円筒状接続部のオイル掻き効果による油膜の減少からフリクションが上昇する可能性がある。

本発明の目的は、オイル掻き効果と低フリクションに優れるピストンリングを提供することである。

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、外周面に下向きに広がるテーパ部と軸方向に平行な平坦部を有し、前記テーパ部と平坦部が接続する部分及び前記平坦部とリング下面が接続する部分が曲面に形成されていることを特徴とする。

本発明は次のように構成してもよい。すなわち、
外周面に下向きに広がるテーパ部と軸方向に平行な平坦部及びアンダーカット部を有し、前記テーパ部と平坦部が接続する部分及び前記平坦部とアンダーカット部上面が接続する部分が曲面に形成されていることを特徴とする。

外周面のテーパ部とリング上面が接続する部分に面取りが形成されていることが好ましい。

本発明のピストンリングの外周面形状によればオイル消費を低減でき、また、外周面の各部分の接続部分が曲面に形成されているのでフリクションの低減を図ることができる。外周面のテーパ部とリング上面が接続する部分に面取りを形成すれば、アンダーカット部によるリングの反りを相殺することができ、オイル消費を一層低減できる。

本発明の一実施形態を示すピストンリングの縦断面図である。本発明の別の実施形態を示すピストンリングの縦断面図である。本発明の更に別の実施形態を示すピストンリングの縦断面図である。比較例であるピストンリングを示す縦断面図である。摩擦試験装置の構成を示す図である。摩擦試験装置におけるシリンダ部の概要を示す縦断面図である。フリクション試験結果を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１において、ピストンリング１の外周面は、下向きに広がるテーパ部２と、その下に形成され軸方向に平行な平坦部３とから構成されている。テーパ部２と平坦部３とが接続する部分及び平坦部３とリング下面４が接続する部分は円弧曲面５，６に形成されている。

図２は本発明の別の実施形態を示している。ピストンリング１の外周面は、下向きに広がるテーパ部２と、その下に形成され軸方向に平行な平坦部３とから構成され、リング下部にアンダーカット部７を有している。テーパ部２と平坦部３とが接続する部分、及び平坦部３とアンダーカット部上面８が接続する部分は円弧曲面５，９に形成されている。

図３は本発明の更に別の実施形態を示している。ピストンリング１の外周面は、下向きに広がるテーパ部２と、その下に形成され軸方向に平行な平坦部３とから構成され、リング上面１０とテーパ部２が接続する部分に面取り部１１を有するとともに、リング下部にアンダーカット部７を有している。テーパ部２と平坦部３とが接続する部分、及び平坦部３とアンダーカット部上面８が接続する部分は円弧曲面５，９に形成されている。

図４は比較例としてのピストンリングを示している。ピストンリング１の外周面は、下向きに広がるテーパ部２と、その下に形成され軸方向に平行な平坦部３とから構成され、リング上面１０とテーパ部２が接続する部分に面取り部１１を有するとともに、リング下部にアンダーカット部７を有している。テーパ部２と平坦部３とが接続する部分、及び平坦部３とアンダーカット部上面８が接続する部分はシャープエッジ１２，１３とされている。

以下に、図３と図４に示すセカンドリングについて、各回転数でフリクションを測定した試験結果について説明する。

摩擦試験装置の概要は次の通りである。図５に示されているように、１４は装置本体、１５はモータ、１６は装置本体１４とモータ１５との間に接続されているトルクメータである。装置本体１４は、モータ１５で回転されるクランクシャフトが配置するクランクケースを備え、クランクケースの上面にシリンダ部１７（図６参照）が固定されている。シリンダ部１７にはシリンダライナ１８が内部に挿入されており、シリンダライナ１８はピエゾ（水晶）式ロードワッシャ１９とスペーサ２０とを介してシリンダ部１７にボルト２１で固定されている。なお、図示していないが、シリンダライナ１８はシリンダ部１７に設けられた揺れ止め機構によって軸方向にのみ可動とされている。シリンダライナ１８の内部にはピストンが挿入されており、ピストンのリング溝にトップリング、セカンドリング、オイルリングが装着され、シリンダライナ１８の内周と摺動するようになっている。ピストンはピストンロッドに連結されており、クランク機構によってシリンダライナ１８内を往復動するように構成されている。ピストンの上方は大気に開放されている。したがって、ピストンリングとシリンダライナ１８間に発生する摩擦力がシリンダライナ１８を介してロードワッシャ１９にかかるので、摩擦力を測定できる。

油水温は８０℃で、油温はオイルタンク、水温はライナ出口で１℃の範囲内で制御し、運転は２０００ｒ／ｍｉｎから始め、トルクメータ出力とシリンダ壁温が安定した後、フリクションの計測を開始する。その後、回転数を落として計測を行なう。

図７は、図３と図４に示すセカンドリングについて、各回転数でフリクションを比較したグラフであり、縦軸のフリクション低減率は、図４に示すセカンドリングについてのフリクションを基準として、図３に示すセカンドリングのフリクションの低減率を求めたものである。

図７に示されているように、各回転数において、図４に示す比較例のセカンドリングに対して図３に示す本発明のセカンドリングは、フリクションが１０％前後低減していることがわかる。これは、テーパ部２と平坦部３とが接続する部分、及び平坦部３とアンダーカット部上面８が接続する部分が円弧曲面５，９に形成されていることにより、油膜の導入及び油の乗りが良くなり、フリクションが低減されているものである。

なお、図３に示す本発明のセカンドリングと、図４に示す比較例のセカンドリングにおいて、オイル消費量は同じ水準であった。

１・・ピストンリング、２・・テーパ部、３・・平坦部、４・・リング下面、５，６・・円弧曲面、７・・アンダーカット部、８・・アンダーカット部上面、９・・円弧曲面、１０・・リング上面、１１・・面取り部、１２，１３・・シャープエッジ。

Claims

外周面に下向きに広がるテーパ部と軸方向に平行な平坦部を有し、前記テーパ部と平坦部が接続する部分及び前記平坦部とリング下面が接続する部分が曲面に形成されていることを特徴とするピストンリング。
外周面に下向きに広がるテーパ部と軸方向に平行な平坦部及びアンダーカット部を有し、前記テーパ部と平坦部が接続する部分及び前記平坦部とアンダーカット部上面が接続する部分が曲面に形成されていることを特徴とするピストンリング。
外周面のテーパ部とリング上面が接続する部分に面取りが形成されていることを特徴とする請求項２記載のピストンリング。