JP2014009620A - 内燃機関用ピストンリング - Google Patents
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Abstract
【課題】ピストンの摺動によってコンプレッションリングが回転することを確実化させる。
【解決手段】コンプレッションリング16のうち合口部20を挟んだ片側又は両側に、燃焼ガスの押圧力を円周方向の付勢力に変換するガイド部を設ける。ガイド部としては、上向き傾斜面23が挙げられる。燃焼ガスの圧力が上向き傾斜面23に直接に作用するため、コンプレッションリングの回転機能を向上できる。コンプレッションリング16が回転することでリング溝13にスラッジが溜まることを防止できるため、コンプレッションリング16を弾性力でシリンダボア1に密接した状態に保持できる。その結果、ブローバイガスの発生量を抑制して燃費向上とする貢献できる。
【選択図】図2
【解決手段】コンプレッションリング16のうち合口部20を挟んだ片側又は両側に、燃焼ガスの押圧力を円周方向の付勢力に変換するガイド部を設ける。ガイド部としては、上向き傾斜面23が挙げられる。燃焼ガスの圧力が上向き傾斜面23に直接に作用するため、コンプレッションリングの回転機能を向上できる。コンプレッションリング16が回転することでリング溝13にスラッジが溜まることを防止できるため、コンプレッションリング16を弾性力でシリンダボア1に密接した状態に保持できる。その結果、ブローバイガスの発生量を抑制して燃費向上とする貢献できる。
【選択図】図2
Description
本願発明は、内燃機関用のピストンリングに関するものである。
ピストンがシリンダボアを摺動するレシプロ式の内燃機関では、ピストンの外径はシリンダボアの内径より若干小径になっており、ピストンの外周に複数本(一般には3本)のリング溝を形成して、このリング溝にピストンリングを嵌め込むことで、ピストンとシリンダボアとの隙間を塞いでいる。なお、ピストンリングは、燃焼ガスの圧力を受けるコンプレッションリングとオイルの掻き落とし機能を有するオイルリングとに分けられるが、本願発明はコンプレッションリングを好適な対象にしている。
ピストンリング(コンプレッションリング)は帯板を曲げて製造されており、若干の隙間の合口部を設けることで、ピストンのリング溝に嵌め込んだり取り外したりすることができるようになっている。そして、ピストンに取り付けた状態では、ピストンリングは弾性力によってシリンダボアの内面に密接するように設計されている。
しかし、ピストンのリング溝とピストンリングとの間には僅かながら隙間が存在していることから、燃料やオイルの燃え滓より成るスラッジが隙間に溜まることがあり、これが進展すると、いわばスラッジが接着剤のような作用を果たしてピストンリングの動き(広がり変形)が悪くなり、その結果、シリンダボアへの密着性が低下してブローバイガスの量が増える等の問題がある。
この問題は、ピストンの摺動によってピストンリングを回転させることで解消できると考えられる。そこで、特許文献1には、ピストンリングの内角部を周方向に沿って不均一な面取り状にカットして、内周部に環状の傾斜面を形成することが記載されている。この特許文献1においてピストンリングが回転するメカニズムは詳述されていないが、内周部の面取り状傾斜面がピストンリングの一端から他端に向けて徐々に小さくなる(或いは徐々に大きくなる)ことにより、合口部から進入した燃焼ガスでピストンリングを周方向に押しやるものと推測される。
なお、特許文献2には、潤滑油が燃焼室に漏洩することの抑制を目的として、ピストンの外周にオイル溜まりとして機能する環状溝を形成すると共に、環状溝の下方の突状に切欠き部を形成し、切欠き部の端面をピストンの軸心と直交した方向から見て傾斜させることで、ピストンが下降する際の空気抵抗によってピストンリングを回転させることが記載されている。
特許文献1は、いわばピストンリングをインペラーの構造にしたものであり、ピストンリングを的確に回転させるには、燃焼ガスを旋回流の状態でリング溝に取り込む必要があるが、燃焼ガスがリング溝の内部に効率よく進入するか明確でなく、効果を予測し難いと言える。
他方、特許文献2はピストンリングを燃焼ガスで回転させるものではないため、これもピストンリングの回転機能が弱いと言える。また、特許文献2の場合、切欠き部の傾斜面を利用してピストンリングを的確に回転させるには、ピストンリングの傾斜面が空気を切るような状態で下降する必要があるが、特許文献2では環状溝の下に位置した突条に切欠き部を形成しているに過ぎず、環状溝の上に位置した突条は全周にわたって完全なループ形状になっているため、ピストンの下降に際して空気が環状溝に溜まることで傾斜面に空気の流れが作用しない状態が発生しやすくなると解され、その結果、ピストンリングの回転が不十分になる虞が高い。
本願発明はこのような現状に鑑みなされたものであり、ピストンリングの回転性能を高めることを目的とするものである。
本願発明は、ピストンの外周に形成した環状溝に嵌め込まれてシリンダボアの内周面に密接するピストンリングにおいて、少なくとも前記ピストンとシリンダボアとの間の環状隙間に位置する箇所に、燃焼ガスの圧力によって自身を前記ピストンの軸心回りに回転させるガイド部を、前記環状隙間を介して燃焼室の側に露出するように形成している。
本願発明において、ガイド部は例えば合口部を挟んだ一方の端部のみに形成することも可能であるし、ピストンリングの外周のうち合口部とは異なる部位に1つ又は飛び飛びで複数個形成することも可能である。ガイド部は、ピストンの軸線に対して傾斜したガイド面を有する構成とするのが好ましい。また、本願発明は、少なくとも第1コンプレッションリングに適用したら足りる。
本願発明では、ピストンリングのガイド部に燃焼ガスの圧力が直接に作用するため、ガイド部が僅かの面積であってもピストンリングを的確に回転させることができる。このため、ピストンリングに若干の加工を施すだけで的確に回転させ得る。これにより、スラッジの溜まりを防止してシリンダボアに対するピストンリングの密着性を向上させることができ、その結果、燃費の向上やブローバイガスの抑制に貢献できる。
(1).内燃機関の要部
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1に示す内燃機関の要部を説明する。内燃機関の基本構成は従来と同じであり、シリンダボア2を有するシリンダブロック1と、シリンダボア2を覆うようにしてシリンダブロック1に重ね固定されたシリンダヘッド3と、シリンダボア2に摺動自在に嵌め込まれたピストン4とを有している。
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1に示す内燃機関の要部を説明する。内燃機関の基本構成は従来と同じであり、シリンダボア2を有するシリンダブロック1と、シリンダボア2を覆うようにしてシリンダブロック1に重ね固定されたシリンダヘッド3と、シリンダボア2に摺動自在に嵌め込まれたピストン4とを有している。
ピストン4には、ピストンピン5を介してコンロッド6の上端が相対動自在に連結されており、コンロッド6の下端は、ピストンピン5と平行に延びるクランク軸(図示せず)が相対動自在に連結されている。クランク軸の軸心は、当該クランク軸の軸方向から見てシリンダボア2の軸心7に対して若干の寸法ずらしており、このため、クランク軸は一定方向に回転する。
シリンダヘッド3は台錘状(屋根型)の燃焼室(凹所)を有しており、燃焼室の上底面には点火プラグ8が露出している。また、シリンダヘッド3のうちクランク軸の軸心を挟んだ両側に、吸気バルブ9で開閉される吸気通路10と、排気バルブ11で開閉される排気通路12とが一対ずつ形成されている。
ピストン4の外周のうち頂面寄りの部位には3本のリング溝13,14,15が形成されている。上段のリング溝13には第1コンプレッションリング16が嵌まり、中段のリング溝14には第2コンプレッションリング17が嵌まり、下段のリング溝15にはオイルリング18が嵌まっている。オイルリング18はコンプレッションリング16,17より厚くなっている。
(2).第1実施形態
本願発明は第1コンプレッションリング16と第2コンプレッションリング17とに適用しており、図2で第1実施形態の第1コンプレッションリング16を例示している。すなわち、第1実施形態の第1コンプレッションリング16は、合口部20を挟んだ両端部21,22のうちの一端部21に、シリンダヘッド3の方に露出した上向き傾斜面23と、クランク室の方に露出した下向き傾斜面24とを形成している。上向き傾斜面23はガイド部の一例である。
本願発明は第1コンプレッションリング16と第2コンプレッションリング17とに適用しており、図2で第1実施形態の第1コンプレッションリング16を例示している。すなわち、第1実施形態の第1コンプレッションリング16は、合口部20を挟んだ両端部21,22のうちの一端部21に、シリンダヘッド3の方に露出した上向き傾斜面23と、クランク室の方に露出した下向き傾斜面24とを形成している。上向き傾斜面23はガイド部の一例である。
上向き傾斜面23は、第1コンプレッションリング16の端面と上面との連設角部をカットした状態になっており、ピストン4の軸心と直交した方向から見て、合口部20に近づくに従って低くなるように傾斜している。上向き傾斜面23は、周方向の寸法が高さ方向の寸法よりも遙かに大きくなっている(従って、燃焼ガスの受圧面積が大きい。)。
他方、下向き傾斜面24は、第1コンプレッションリング16の端面と下面との連設角部をカットした形態になっており、ピストン4の軸心と直交した方向から見て、合口部20に近づくに従って高くなるように傾斜している。下向き傾斜面24は、周方向の寸法及び高さ方向の寸法とも、上向き傾斜面23のそれより小さくなっている。
第1コンプレッションリング16(他のリングも)は大部分がリング溝13に嵌まっており、シリンダボア2とピストン4との間の環状隙間25に露出しているのは外周部のみであるが、上向き傾斜面23及び下向き傾斜面24は第1コンプレッションリング16の横幅全体に形成している。なお、図2(B)に示すように、リング溝13の内周と第1コンプレッションリング16の内周との間には、若干の寸法Eの間隔が空いている。
以上の構成において、爆発工程では、環状隙間25に入り込んだ燃焼ガスが上向き傾斜面23に上から衝突する。すると、上向き傾斜面23のガイド作用により、燃焼ガスによる下向き押圧力F1の何割かが水平方向の押圧力である水平分力F2に変換され、これにより、第1コンプレッションリング16はピストン4の軸心回りの回転作用を受ける。
この場合、燃焼ガスの圧力が上向き傾斜面23に直接に作用することと、図(B)(C)に白抜き矢印で示すように、燃焼ガスが合口部20から下向きに吹き抜ける現象が生じて上向き傾斜面23に強い流れ抵抗が作用することとにより、第1コンプレッションリング16の回転が確実ならしめられる。なお、第1コンプレッションリング16の合口部20から下方に抜けた燃焼ガスは第2コンプレッションリング17に衝突し、第2コンプレッションリング17に下向きの押圧力を作用させる。従って、第2コンプレッションリング17に上向き傾斜面23を形成しておくことで、第2コンプレッションリング17も回転作用を受ける。
第2コンプレッションリング17の合口部の箇所でも燃焼ガスが下方に吹き抜ける現象が生じるが、圧力は著しく低下しているため、クランク室に吹き抜けるガスの量はごく僅かであり(オイルリング18によってもガスの抜けは防止される。)、両コンプレッションリング16,17がシリンダボア2に密着することによるシール効果の方が勝っているため、全体としてみるとブローハイガスの量を抑制できる。
さて、4サイクル内燃機関では、ピストン4は爆発行程と吸気行程で下降動するが、吸気行程ではシリンダボアは負圧又は略大気圧であるため、ピストン4の下降によって各リング16,17,18には上向きの抵抗が作用する。このため、実施形態のようにコンプレッションリング16,17に下向き傾斜面24を形成しておくと、ピストン4が下降するに際しての空気抵抗がコンプレッションリング16,17を回転させるように作用する。従って、本実施形態では、コンプレッションリング16,17の回転をより確実化できる利点がある。
なお、圧縮行程ではシリンダボアの内部は正圧状態になっているため、コンプレッションリング16,17は圧縮行程においても回転作用を受ける。この点も本実施形態の利点の1つである。
(3).他の実施形態
次に、図3以下の他の実施形態を説明する。図3に示すのは第1実施形態の変形例であり、このうち(A)に示す第2実施形態では、主ガイド面23を上向き凹状に形成し、(B)に示す第3実施形態では、主ガイド面23を上向き凸状に湾曲させている。
次に、図3以下の他の実施形態を説明する。図3に示すのは第1実施形態の変形例であり、このうち(A)に示す第2実施形態では、主ガイド面23を上向き凹状に形成し、(B)に示す第3実施形態では、主ガイド面23を上向き凸状に湾曲させている。
図3のうち(C)に示す第4実施形態では、合口部20を挟んだ一端部21に上向きの主ガイド面23を形成して、合口部20を挟んだ他端部22に下向きの副ガイド面24を形成している。図3のうち(D)で示す第5実施形態は第4実施形態の変形例であり、両端部21,22をその端面が略同じ位置になるように近付けている。従って、この実施形態では合口部20は傾斜姿勢になっている。第4実施形態及び第5実施形態では、上向き傾斜面23による回転方向と下向き傾斜面24による回転方向とが逆方向になるため、コンプレッションリング16,17の回転角度を小さくできる。
図4(A)に示す第6実施形態では、コンプレッションリング16,17の一端部のみに上向き傾斜面23を形成するにおいて、主として環状隙間25に露出した部位のみに上向き傾斜面23を形成して、上向き傾斜面23は、リング溝13に嵌まっている部分には形成していない(上向き傾斜面23のごく一部はリング溝13に入り込んでいるが。)。この実施形態では、加工面積が少ないため、上向き傾斜面23を形成したことによる強度低下の問題は生じない。第1実施形態のように下向き傾斜面24を設ける場合、これを環状隙間24に露出した箇所のみに形成することも可能である。
上記の各実施形態では、ガイド部として傾斜面23を合口部20の箇所に設けた場合であったが、図5に示す第7実施形態では、合口部でない部位(一端部と他端部との間の部位)に、ピストン4の軸線に対して傾斜した傾斜溝27を形成している。その作用は第1実施形態と同じである。傾斜溝27は環状隙間25の箇所のみに形成している。従って、強度低下の問題はない。
(B)に一点鎖線鎖線で示すように、傾斜溝27に底面28を形成することも可能である。この場合は、ガスの吹き抜けを回避できる利点がある。ガイド部として底面28を有する傾斜溝27を採用すると、ガスの吹き抜けがないため、傾斜溝27を適当な間隔で多数形成することが可能になる。なお、第7実施形態と第1〜第6実施形態とを組み合わせることも可能である。
図6に示す第8実施形態では、第1コンプレッションリング16の上面に、ガイド部としての案内溝30を、周方向に飛び飛びで複数個形成している(図では1つしか表示していない。)。案内溝30は、ピストン4の軸心方向から見て、当該案内溝30とピストン4の軸心とを通る放射線9に対して傾斜している。すなわち、ピストン4の軸心方向から見て非放射姿勢になっている。このため、ピストン4は、羽根車と同様の原理により、燃焼ガスの圧力で回転し得る。
案内溝30は、(A)(B)に表示するようにピストン4の内周面まで達するように切り開き形成してもよいし、(D)に表示するように、ピストン4の内周まで達しない状態に形成してもよい。また、(A)(B)ではく字形に屈曲した形態になっているが、直線状の形態や円弧状の形態も採用可能である。
本願発明は、内燃機関のピストンリング(コンプレッションリング)に具体化できる。従って、産業上利用できる。
1 シリンダボア
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
13,14,15 リング溝
16 第1コンプレッションリング
17 第2コンプレッションリング
18 オイルリング
20 合口部
21 コンプレッションリングの一端部
22 コンプレッションリングの他端部
23 ガイド部の一例としての上向き傾斜面
24 下向き傾斜面
25 環状隙間
27 ガイド部の一例としての傾斜溝
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
13,14,15 リング溝
16 第1コンプレッションリング
17 第2コンプレッションリング
18 オイルリング
20 合口部
21 コンプレッションリングの一端部
22 コンプレッションリングの他端部
23 ガイド部の一例としての上向き傾斜面
24 下向き傾斜面
25 環状隙間
27 ガイド部の一例としての傾斜溝
Claims (1)
- ピストンの外周に形成した環状溝に嵌め込まれてシリンダボアの内周面に密接するピストンリングであって、
少なくとも前記ピストンとシリンダボアとの間の環状隙間に位置する箇所に、燃焼ガスの圧力によって自身を前記ピストンの軸心回りに回転させるガイド部を、前記環状隙間を介して燃焼室の側に露出するように形成している、
内燃機関用ピストンリング。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012146565A JP2014009620A (ja) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | 内燃機関用ピストンリング |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012146565A JP2014009620A (ja) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | 内燃機関用ピストンリング |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014009620A true JP2014009620A (ja) | 2014-01-20 |
Family
ID=50106537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2012146565A Pending JP2014009620A (ja) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | 内燃機関用ピストンリング |
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JP (1) | JP2014009620A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017122415A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | マツダ株式会社 | エンジンおよびピストンリング |
-
2012
- 2012-06-29 JP JP2012146565A patent/JP2014009620A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017122415A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | マツダ株式会社 | エンジンおよびピストンリング |
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