JP2011169421A

JP2011169421A - ピストンリング

Info

Publication number: JP2011169421A
Application number: JP2010034956A
Authority: JP
Inventors: Akira Iijima; 章飯島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】耐久信頼性を確保しつつ摺動抵抗を低減できるピストンリングを提供する。
【解決手段】環状に形成されると共に周方向の一部を切り欠いて形成されたピストンリング本体１７と、ピストンリング本体１７の外周に設けられシリンダボア３の内周面１９に摺接する摺動部１８とを備えたピストンリング１５において、摺動部１８の軸方向の長さをピストンリング本体１７の軸方向の長さより短く形成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のピストンに用いられるピストンリングに関するものである。

内燃機関においては、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すようなピストンリング（トップリング）３０が用いられる。

ピストンリング３０は、ピストン（図示せず）の外周部に組み付けられ、ピストンとシリンダボア（図示せず）の内周面との間をシールするガスシールの機能を持っている。

特開平９−２０３４６３号広報

ところで、ピストンリング３０はピストンがピストン運動することによりシリンダボアの内周面に摺動する。また、ピストンリング３０の摺動抵抗は、リング張力（ピストンリングが径方向外方に広がろうとする力）、筒内圧（ピストンリングの内周面に作用するガス圧）、ピストンリング及びシリンダボアの内周面の表面荒さによる摩擦係数μ及びピストンリングの軸方向の長さＢ寸によって決まる。

このため、ピストンリング３０の摺動抵抗を減らし、燃費を良くするにはＢ寸を狭めるだけ狭めたいが、高過給ディーゼルエンジンの場合はＢ寸をある程度以上狭めると、折損の虞がある。

ピストンリング３０はピストンのピストンリング溝の中を、慣性力／筒内圧の交番荷重により、上下に移動する。高過給ディーゼルエンジンの場合は筒内圧が高いため、ピストンリング３０が下方向に移動し、ピストンリング溝と衝突する際の衝撃荷重が大きい。そのため、Ｂ寸を狭めると折損の虞がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、耐久信頼性を確保しつつ摺動抵抗を低減できるピストンリングを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、環状に形成されると共に周方向の一部を切り欠いて形成されたピストンリング本体と、該ピストンリング本体の外周に設けられシリンダボアの内周面に摺接する摺動部とを備えたピストンリングにおいて、上記摺動部の軸方向の長さを上記ピストンリング本体の軸方向の長さより短く形成したものである。

上記摺動部が上記ピストンリング本体の軸方向の中間部に設けられるとよい。

また、上記摺動部が上記ピストンリング本体に軸方向に離間して複数設けられ、上記摺動部間には圧力室を形成するための切欠部が形成されるものとしてもよい。

本発明によれば、耐久信頼性を確保しつつ摺動抵抗を低減できる。

図１は第一の実施形態に係るピストンリングの断面図である。図２は第二の実施形態に係るピストンリングの断面図である。図３は内燃機関の要部断面図である。図４（ａ）は従来のピストンリングの平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

本発明に係る第一の実施の形態について述べる。

図３に示すように、内燃機関１は、過給ディーゼル機関からなり、シリンダブロック２と、シリンダブロック２に形成されたシリンダボア３内に摺動可能に収容されたピストン４と、シリンダボア３の一端側のシリンダブロック２にヘッドガスケット５を介して設けられたシリンダヘッド６とを備える。

シリンダボア３はシリンダブロック２に上下に延びる断面円形のシリンダ穴を形成すると共にシリンダ穴の内面に図示しないシリンダライナを設けてなる。シリンダヘッド６とピストン４との間のシリンダボア３（シリンダボア３の上端側）には、燃焼室７が形成されている。

ピストン４は、上下に延びると共に上端がピストンヘッド８により閉塞された円筒状に形成されており、下部にピストンスカート９を有する。ピストンヘッド８の上面には、燃焼室７の一部をなすキャビティ１０が下方に窪ませて形成される。ピストン４の内部には、ピストン４を冷却するためのクーリングチャネル１１が形成されている。クーリングチャネル１１は、キャビティ１０の径方向外方にリング状の空間を形成してなる。クーリングチャネル１１には、潤滑オイルなどが供給されて流通するようになっている。ピストン４は、ピストンピン１２を介してコンロッド１３に回動可能に連結されており、コンロッド１３は図示しないクランクシャフトに回転自在に連結されている。

また、ピストン４の外周面には、複数のピストンリング溝１４が上下方向に所定の間隔を隔てて形成され、それぞれのピストンリング溝１４にはピストンリング１５が揺動可能に設けられている。

複数のピストンリング溝１４のうち最上段に位置するトップリング溝１６に設けられるピストンリング１５は、くさび状に形成されたキーストンリングからなり、図１に示すように、環状に形成されると共に周方向の一部を切り欠いて形成されたピストンリング本体１７と、ピストンリング本体１７の外周に設けられシリンダボア３の内周面１９に摺接する摺動部１８とを備える。ピストンリング本体１７は、弾性を有する金属にてシリンダボア３より大径に形成されており、弾性的に縮径した状態でシリンダボア３内にピストン４と共に収容されるようになっている。また、ピストンリング本体１７は、トップリング溝１６と衝突する際の衝撃荷重に十分耐えるように軸方向の長さを決定されており、折損等しない十分な強度に形成されている。摺動部１８は、ピストンリング本体１７の外周に耐摩耗性に優れたクロム等の金属を周方向に沿って環状にメッキしたメッキ層もしくはＰＶＤ層、ＤＬＣ層等からなり、軸方向の長さをピストンリング本体１７の軸方向の長さより短く、かつ、十分なシール面積を確保できる程度の長さに形成されている。また、摺動部１８はピストンリング本体１７の軸方向の中間部に設けられており、ピストンリング１５の外周の軸方向の両端部がシリンダボア３の内周面１９から常に離間されるようになっている。

次の本実施の形態の作用を述べる。

ピストン４がシリンダボア３内で往復動すると、ピストンリング１５の摺動部１８がシリンダボア３の内周面１９に摩擦される。このとき、摺動部１８は軸方向の長さをピストンリング本体１７の軸方向の長さより短く形成されているため、摺動部１８は軸方向の長さがピストンリング本体１７の軸方向の長さと略同じであった従来のピストンリングよりも摺動抵抗が小さく、内燃機関１のエネルギーロスが小さく抑えられ、燃費が向上する。

また、ピストンリング１５に慣性力／筒内圧の交番荷重が作用すると、ピストンリング１５はトップリング溝１６の中を上下に移動するが、ピストンリング本体１７は軸方向の長さを十分な長さに形成されているため、トップリング溝１６と衝突する際の衝撃荷重がピストンリング１５に作用してもピストンリング１５が折損等する虞はない。

このように、摺動部１８の軸方向の長さをピストンリング本体１７の軸方向の長さより短く形成したため、ピストンリング１５の耐久信頼性を確保しつつ（耐折損性）、摺動抵抗を下げることができ、内燃機関１の燃費を良くすることができる。しかも、摺動部１８の寸法を変更するのみであるため、安価に作ることができる。

つぎに、上述の摺動部１８に変更を加えた第二の実施の形態について述べる。上述と同様の構成については説明を省略し、同符号を付す。

図２に示すように、ピストンリング２０の摺動部２１は、ピストンリング本体１７の外周に耐摩耗性に優れたクロム等の金属を周方向に沿って環状にメッキしたメッキ層もしくはＰＶＤ層、ＤＬＣ層等からなる。摺動部２１は、ピストンリング本体１７に軸方向に離間して複数設けられており、摺動部２１間には圧力室を形成するための切欠部２２が形成されている。これにより、摺動部２１の軸方向の長さがピストンリング本体１７の軸方向の長さより短くなると共に、切欠部２２がラビリンスパッキンとして機能するようになっている。

このように、摺動部２１がピストンリング本体１７に軸方向に離間して複数設けられ、摺動部２１間には圧力室（ボリューム部分）を形成するための切欠部２２が形成されるものとしたため、ピストンリング２０の耐久信頼性を確保しつつ、摺動抵抗を下げることができ、内燃機関１の燃費を良くすることができると共に、ピストンリング２０の外周にラビリンスパッキンを形成でき、ピストンリング２０のガスシール性も向上できる。

なお、ピストンリング１５、２０はフルキーストンリング（上下面がテーパーのリング）からなるものとしたがこれに限るものではない。ピストンリング１５、２０はハーフキーストンリング（上面のみテーパーのリング）であってもよく、矩形リング（上下面が平行の矩形）であってもよい。

また、摺動部１８、２１は、メッキ層からなるものとしたが、ピストンリング本体１７に径方向外方に突出するリング状の凸部を形成してなるものであってもよい。

また、シリンダボア３はシリンダライナを有するものとしたが、これに限るものではない、シリンダブロック２にシリンダ穴を形成したものであってもよい。

３シリンダボア
１５ピストンリング
１７ピストンリング本体
１８摺動部
１９内周面
２０ピストンリング
２１摺動部
２２切欠部

Claims

環状に形成されると共に周方向の一部を切り欠いて形成されたピストンリング本体と、該ピストンリング本体の外周に設けられシリンダボアの内周面に摺接する摺動部とを備えたピストンリングにおいて、上記摺動部の軸方向の長さを上記ピストンリング本体の軸方向の長さより短く形成したことを特徴とするピストンリング。
上記摺動部が上記ピストンリング本体の軸方向の中間部に設けられた請求項１記載のピストンリング。
上記摺動部が上記ピストンリング本体に軸方向に離間して複数設けられ、上記摺動部間には圧力室を形成するための切欠部が形成された請求項１記載のピストンリング。