JP2014095425A

JP2014095425A - ピストンリング

Info

Publication number: JP2014095425A
Application number: JP2012247233A
Authority: JP
Inventors: Akira Iijima; 章飯島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2014-05-22
Also published as: WO2014073430A1

Abstract

【課題】ディンプル付きピストンリングにおいて、ピストンの上死点及び下死点付近でも、外周面に必要な油膜厚さを確保し、摩擦係数の増大を抑制する。
【解決手段】外周面１２の形状がバレルフェース形状とされるピストンリング本体１１と、ピストンリング本体１１の外周面１２に形成される多数のディンプル１３とを有するピストンリング１０において、ピストンリング１０の使用開始初期に被摺動面２０と摺接する初期摺接範囲１４外のディンプル１３の面積率が、初期摺接範囲１４内のディンプル１３の面積率よりも小さくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のピストンに装着されるピストンリングに係り、特に、摺動面に多数のディンプルが施されたピストンリングに関する。

内燃機関（エンジン）において、ピストンリング（ファーストリング）のフリクションを低減するために、ピストンリングの摺動面（外周面）に多数のディンプルを施す（設ける）ことが知られている。摺動面に多数のディンプルが施されたピストンリング（ディンプル付きピストンリング）は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００４−６０８７３号公報

しかしながら、ピストンリングの摺動面にディンプルを設けた場合に、ピストンの上死点及び下死点付近ではピストンリングの摩擦係数が大きくなることも知られている（図３参照）。ピストンの上死点及び下死点付近ではピストンリングの摺動速度が遅いので、ピストンリングのフリクションは増加しないが、摩耗が増加する虞がある。

ピストンの上死点及び下死点付近ではピストンリングの摺動速度が遅いため、潤滑油による油膜はピストンリングの張力による押し付け力により発生する。しかしながら、ピストンリングの摺動面にディンプルがあると、ピストンリングの張力による押し付け力により、ピストンリングの摺動面における平滑部（ディンプルの無い部分）から実際に油圧が発生する範囲外のディンプルへと潤滑油が逃げる（図２参照）。そのため、ピストンの上死点及び下死点付近では、ピストンリングの摺動面において油膜厚さが薄くなり、ピストンリングの摩耗係数が大きくなる。

一方、ピストンのストローク中央付近では、ピストンリングの摺動速度が速いため、潤滑油はピストンリングの上下（進行方向側）から摺動面に充分に供給され、且つディンプルで動圧が生じる。そのため、ピストンのストローク中央付近では、ピストンリングの摺動面において油膜厚さが厚くなり、ピストンリングの摩擦係数が低くなる。

そこで、本発明の目的は、ディンプル付きピストンリングにおいて、ピストンの上死点及び下死点付近でも、外周面に必要な油膜厚さを確保し、摩擦係数の増大を抑制することにある。

上述の目的を達成するために、本発明に係るピストンリングは、外周面の形状がバレルフェース形状とされるピストンリング本体と、前記ピストンリング本体の外周面に形成される多数のディンプルとを有するピストンリングにおいて、前記ピストンリングの使用開始初期に被摺動面と摺接する初期摺接範囲外の前記ディンプルの面積率が、前記初期摺接範囲内の前記ディンプルの面積率よりも小さくなっているものである。

前記初期摺接範囲内の前記ディンプルの面積率を４０〜５０％とし、前記初期摺接範囲外の前記ディンプルの面積率を０〜３０％としても良い。

前記初期摺接範囲は、前記ピストンリング本体の外周面におけるバレルフェース形状の頂点を含む範囲であり、且つ、前記ピストンリング本体の幅方向に対して前記ピストンリング本体のリング幅の３分の１倍の幅の範囲とされても良い。

本発明によれば、ディンプル付きピストンリングにおいて、ピストンの上死点及び下死点付近でも、外周面に必要な油膜厚さを確保し、摩擦係数の増大を抑制することができるという優れた効果を奏する。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るピストンリングの平面図であり、（ｂ）はピストンリングの側面図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。ピストンの上死点及び下死点付近における油膜厚さ減少の説明図である。ピストンリングの軸受特性数と摩耗係数との関係を示すストライベック線図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に本実施形態に係るピストンリング１０を示す。

本実施形態に係るピストンリング（ディンプル付きピストンリング）１０は、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等）のピストンに装着されるものである。また、本実施形態に係るピストンリング１０は、ピストンに設けられる複数のピストンリング溝のうち最上段に位置するファーストリング溝（トップリング溝）に取り付けられるファーストリング（トップリング）である。

図１に示すように、本実施形態に係るピストンリング１０は、ピストンリング本体１１と、ピストンリング本体１１の外周面（外周摺動面）１２に規則的に設けられる多数の微小なディンプル１３とを有する（図１（ｂ）参照）。ピストンリング本体１１の外周面１２の形状は、摺動による摩耗等を考慮して、バレルフェース形状（Ｒ形状）とされている（図１（ｃ）参照）。

本実施形態に係るピストンリング１０では、ピストンリング１０の使用開始初期に被摺動面（シリンダボア）２０と摺接して実際に油圧が発生する範囲（以下、初期摺接範囲という）１４外のディンプル１３の面積率が、初期摺接範囲１４内のディンプル１３の面積率よりも小さくなっている。「ディンプルの面積率」とは、ピストンリング本体１１の外周面１２の面積に占めるディンプル１３の面積の割合をいう。本実施形態に係るピストンリング１０では、初期摺接範囲１４は、ピストンリング本体１１の外周面１２におけるバレルフェース形状の頂点１５を中央に含む範囲であり、且つ、ピストンリング本体１１の幅方向に対してピストンリング本体１１のリング幅ｈｔの３分の１倍の幅の範囲とされる（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）。

初期摺接範囲１４内のディンプル１３の面積率は４０〜５０％とし、初期摺接範囲１４外のディンプル１３の面積率は０〜３０％とする。本実施形態に係るピストンリング１０では、初期摺接範囲１４内においては、ディンプル１３の面積率を５０％とし、ピストンリング１０の摺動時に初期摺接範囲１４内のディンプル１３で動圧が充分に発生するようにする。また、内燃機関の運転時間が増えると共にピストンリング１０が摩耗していき、被摺動面２０と摺接して実際に油圧が発生する範囲が増えるので、初期摺接範囲１４外においては、１０〜３０％の面積率でディンプル１３を設けておく。

ディンプル１３の面積率は、ディンプル１３の大きさや形状等を初期摺接範囲１４の内外で変更することで調整しても良く、ディンプル１３の数量を初期摺接範囲１４の内外で変更することで調整しても良い。本実施形態に係るピストンリング１０では、ディンプル１３を直径０．１ｍｍの丸形とし、ディンプル１３の数量を初期摺接範囲１４の内外で変更することでディンプル１３の面積率を調整している（図１（ｂ）参照）。即ち、初期摺接範囲１４外における単位面積当たりのディンプル１３の数量が、初期摺接範囲１４内における単位面積当たりのディンプル１３の数量よりも少なくなっている。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態に係るピストンリング１０では、初期摺接範囲１４外のディンプル１３の面積率を初期摺接範囲１４内のディンプル１３の面積率よりも小さくしている。このようにディンプル１３を構成することにより、ピストンの上死点及び下死点付近においても、初期摺接範囲１４外のディンプル１３への潤滑油の逃げが減り、ピストンリング本体１１の外周面１２に必要な油膜厚さを確保することができる。よって、ピストンの上死点及び下死点付近でも、ピストンリング本体１１の外周面１２への潤滑油の供給を潤沢にし、ピストンリング１０の摩擦係数が大きくなることを抑制することができ、ひいては摩耗が増える虞を低減することができる。

また、本実施形態に係るピストンリング１０では、初期摺接範囲１４外はディンプル１３の面積率を０％とするのではなく、１０〜３０％の面積率でディンプル１３を設けておくようにしている。このようにディンプル１３を構成することにより、内燃機関の運転時間が増えると共にピストンリング１０が摩耗していき、被摺動面２０と摺接して実際に油圧が発生する範囲が増えた際に、ピストンリング１０のフリクションが過大になることを抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上述の実施形態では、ピストンリングはファーストリングであるとしたが、これには限定はされず、本発明はファ−ストリング以外のセカンドリングやオイルリングに適用することも可能である。なお、ファーストリングはセカンドリングやオイルリングと比較して外周面が大きいので、本発明はファーストリングに好適に適用される。

１０ピストンリング
１１ピストンリング本体
１２ピストンリング本体の外周面（外周摺動面）
１３ディンプル
１４初期摺接範囲
１５バレルフェース形状の頂点
２０被摺動面（シリンダボア）

Claims

外周面の形状がバレルフェース形状とされるピストンリング本体と、前記ピストンリング本体の外周面に形成される多数のディンプルとを有するピストンリングにおいて、前記ピストンリングの使用開始初期に被摺動面と摺接する初期摺接範囲外の前記ディンプルの面積率が、前記初期摺接範囲内の前記ディンプルの面積率よりも小さくなっていることを特徴とするピストンリング。
前記初期摺接範囲内の前記ディンプルの面積率を４０〜５０％とし、前記初期摺接範囲外の前記ディンプルの面積率を０〜３０％とした請求項１に記載のピストンリング。
前記初期摺接範囲は、前記ピストンリング本体の外周面におけるバレルフェース形状の頂点を含む範囲であり、且つ、前記ピストンリング本体の幅方向に対して前記ピストンリング本体のリング幅の３分の１倍の幅の範囲とされる請求項１又は２に記載のピストンリング。