JP2016038091A

JP2016038091A - ファイナルピストンリング

Info

Publication number: JP2016038091A
Application number: JP2014169888A
Authority: JP
Inventors: 道博藤田; Michihiro Fujita
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2016-03-22

Abstract

【課題】
レシプロコンプレッサ−のうち、エンジンの始動用・プラスチックの射出整形機用その他多くの用途に使用される２５〜３０ｋｇ／ｃｍ^２機に於いて、ピストンリングに纏わる課題は多い。最たる課題はブロ−バイガスによる弊害と余分なオイル上がりによる弊害である。両者を防止する策は既に多く提出されてはいるが、コスト・実施の繁雑さ・効果不十分から普及していないのが現実である。
【解決手段】現在生産中の機にも、既に稼働中の機にも即刻採用が可能なファイナルピストンリングを最低コストで提供する。
ファイナルピストンリングは、端正な形状のシ−ルリングとＰＳリングで成り、ブロウバイガス弊害を完全に消滅する。その事はオイル上がりをも解決する。
【選択図】図３

Description

この発明は、給油式コンプレッサ−のブロ−バイガス弊害を完全になくし、余分なオイル上がり弊害をも防止するための、この分野でのファイナル案である。

従来、レシプロコンプレッサ−では、シリンダ−とピストンの間から漏れて来るブロ−バイガス弊害は、レシプロの宿命として諦められてきた。
ガスはクランクケ−ス内に噴霧状に放出される為、捕らえようがなく低圧機７ｋｇ／ｃｍ^２では少ないが、高圧機３０ｋｇ／ｃｍ^２では多量である。ガスは空気・水・油から成る。ガスの漏れて来る箇所は、リングの合口からが多く、次いでリング外周からである。
又、シリンダ−は真円筒とは限らず大なり小なり楕円である。楕円度は単胴型では少なくステップ型（上が低圧、段で高圧型）シリンダ−で多い。
＊エンジンでは４サイクル機では少なく２サイクル機で多い。シリンダ−の楕円がリング外周漏れの主な要因である。
＊ブロ−バイガス漏れを防止する案は、既に多く考案されているが、いずれも複雑高コストで、ピストンのリング溝の形状改訂等を伴い、現在生産中機・市場稼働中機に即刻採用は不可能である。しかもブロ−バイガス漏れを、完全でなく低減させるに止まっているのが実情である。
例１．外と内の２層リングでは、外側のシ−ルリング合口がステップ型でバックアップリングで遮蔽式であっても、シ−ルリングの上の合口からブロ−ガス圧で、内側バックアップリングが押され、下の合口からガスは漏れる。
押されないように、内側バックアップリングに剛性を持たせたら、シリンダ−の楕円変形で、外側シ−ルリングの褶動偏摩耗に対し内側バックアップリングは、摩耗がない真円保持でそこに弛む隙間が出来、ブロ−バイガス漏れは防止出来ない。
例２．上下２段リングでは、合口が交互１８０度に位置しても、ガスは上の合口及びリング上面からリング背面に回り下の合口から漏れる。
又、ピストンのリング溝とリングに於いては、リング下面はガス圧で押されて密着シ−ル、であり、リング上面には必ず隙間があって、リング背面を通って下の合口から漏れる。
例３．シ−ルリングとその合口を遮蔽するリングを、コストに構わず如何に巧妙に組み合わせても、固体の集合である限り目的を果たすことは不可能である。

これは次のような欠点があった。
１．ブロ−バイガスに含まれた水分は、クランクケ−ス内のオイルを劣化し、機内各部の摩耗を促進し、逐いにはオイルを白濁化して異常状態にする。その処置法は乳化オイルを抜き取り、クランクケ−スの底には水液が溜まってをり拭き取ってから新油に交換しかない。
２．頻繁なオイル交換には、無駄な手間・新油費・廃油処理費が掛り、不経済である。
３．ブロ−バイガスに含まれた油分は、ブリザ−フ−トから機関室・工場内に拡散し、室内を空気汚染して健康面及び製品を汚すことが良くない。
４．ブロ−バイガス量だけコンプレッサ−の性能を低下させる。
５．ピストンリングには合口があり、オイル上がり弊害と、オイル消費量過多も招く。

ここではピストン径φ１５０程度の場合の数値で説明する。
ブロ−バイガスが、クランクケ−スに漏れて来る経路は、リングの合口からが多く、次いでシリンダ−とリングの外周との微小隙間からの２ケ所である。ピストンのリング溝とリングとの隙間は、空気圧縮中上側はガスが通過するが、下側はガス圧で押されているのと油膜でシ−ルされ漏れることはない。要するにステップ型リングの下の合口からの漏れと、、リング全周からの漏れの２点をクリアすれば、ブロ−バイガスがクランクケ−スへ放出されることは無くなる。２点クリアで、ブロ−バイガス弊害は根絶されるのと、過剰なオイル上がりをも防止出来る。ブロ−バイガスを止める手段は次の通りである。
１．本案シ−ルリング［図−１］には、背面に上１ミリを残して、ＰＳリングを内臓するためのカットがある。
２．本案ＰＳリング［図−２］は厚さ１ｍｍの不銹鋼であり、シ−ルリングの高さより１ｍｍ低くして上の合口に侵入するブロ−バイガスを、ＰＳリングとピストンのリング溝との間隙に引き込む。ＰＳリングはシ−ルリングの上の合口からガスを引き込むＰ機能と、下の合口をシャットするＳ機能を併せ有している。ＰＳリングはシ−ルリングの裏面円周に追随気密する軟性を有し、下の合口にはガスを完全に遮蔽する剛性を発揮する。
３．シ−ルリングの外周からの漏れに対しては、シリンダ−内面は大なり小なり楕円であり、シ−ルリングをシリンダ−楕円に沿うようにリングの自由移動を固定化して褶動馴染ませでリングの外周漏れを防止をする。自由移動を固定化しても無害である事は、２サイクルエンジンで公知公認である。固定化の手段は公知であり各メ−カ−に一任する。
４．シ−ルリング合口のステップ位置は、従来の半々型でも可能であるが、２対１又は以上が効果的である。
５．ファイナルピストンリングの装着は１本でよく、自由移動止めもファイナルピストンリングのみでよく上の複数本は通常リングで良い。１組で充分機能を果たせる。
６．装着位置は楕円が最も少なく、油膜が最も強い最下部が望ましい。

１．ブロウバイガスゼロで、ブロウ量だけコンプレッサ−の性能向上効果がある。
２．オイル乳化ゼロで、コンプレッサ−機内各部の摩耗を減少して耐久性を増し、廃油処理費・新オイル費・後処理等の維持コスト減で、経済的効果がある。
機関室・工場内の環境衛生改善効果がある。
３．ステップ型シ−ルリングの下側の合口がシャットによりオイル上がりを防止する。オイル消費量の減、カ−ボン禍の減、ひいては吐出エア−の清浄（油分減少）にも寄与する。
４．エンジンに本案リングを、採用するなら２と３の効果が得られる。
５．手段は、元のピストンリングの形状内であるため、ピストンリング溝の改造等不要で生産中機にも、既に出荷済み稼働中機にも、即刻組み込みが可能である。

上は、シ−ルリングにＰＳリングを組み込み、シリンダ−内に装着した時の、平面図である。中は、シ−ルリングの断面図である。下左は、シ−ルリング単体フリ−の、正面図である。下右は、相当時間稼働してシ−ルリングが摩耗した状態の、正面図である。上は、ＰＳリングの装着時平面図である。中は、ＰＳリングの断面図である。下左は、ＰＳリング単体フリ−の、合口正面図である。下右は、ファイナルピストンリングとして、シリンダ−内に装着された時のＰＳリングの合口正面図である。シ−ルリングが摩耗進行し合口が更に大になっても、ＰＳリングは追随して行きシ−ル効果に影響はない。ブロ−バイガスをシャットアウトする図解説明である。上は、従来型ではどれも同量のブロ−バイガスが、漏れる図解である。アングルカットが狭く漏れが少ない様に見えるが、水平視すると４ミリである。ブロ−量は、＊合口ｍｍ×クリアランスｍｍ^２×ｋｇ／ｃｍ^２で決まる。中は、ファイナルピストンリングがブロ−を止める図解である。中左は、相当時間稼働して、上合口からガスを引き込み、下の合口でシャットされる様子の図解である。中右は、全周も、シ−ルリング合口も、ガスがシャットされる図解である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
１．ファイナルピストンリングの断面は、現行リング断面と同寸で生産中機にも既に稼働中機にも即刻切換が可能である。
２．本案シ−ルリングの合口は、ステップ型でなければならない。ステップの位置は、半々より２対１又はそれ以上の割合が望ましい。
３．シ−ルリングの裏面に、深さ１ｍｍの抉りカットがあるが、ＰＳリングとの接触面は気密保持のために精密を要する。シ−ルリングカットの上下高さと、ＰＳリングの上下高さの関係は特に留意が必要で、リングメ−カ−がＰＳリングとシ−ルリングを組で納入時ＰＳリングが僅かに（０．０４〜０．０７ｍｍ程度）シ−ルリング下面から突出してをり、押されてから面一になる様でなければならない。＊公差嵌合でなく、現合又は一体仕上げを要す。
４．シ−ルリング・ＰＳリング共にシンプルな形状で、精度維持は容易である。
５．シ−ルリングの合口とＰＳリングの合口は交互ほぼ１８０°に組み込む。
上からのブロ−バイガス圧は、シ−ルリングの１ミリ抉りとＰＳリングのプル機能で確実にリング裏面に引き込まれて円周に対して柔軟に働く気密力になる。
シ−ルリングの下の合口は、ＰＳリングの厚さ１ミリの剛性と全周の支えで急所である下の合口を確実にシャットする。
６．多くの課題解決を、極く単純な手段により最低コストで提供するものである。
７．問題点を端的に解明・解決する点から、ファイナルピストンリングと命名する所以である。
＊本案中の「ゼロ」「完全」等の文言は、数値的に絶対ゼロの意味はでなくコンプレッサ−にとっては無害の意味である。極く微量漏れはレシプロの宿命でありブロ−バイガス中の空気は元来無害、油はケ−スオイルに還元され、乳化原因の水分は圧縮熱で蒸発して消滅する自浄効果があり、結果としてブロ−バイガス弊害はゼロになる。

１．ファイナルピストンリング最単純にして要を得た案である事からファイナルとしたものであり、シ−ルリングにＰＳリングを組み込み１体化したリングである。
２．シ−ルリング複数リングで成る場合、外周シ−ルを担当するリングを差すものである。
３．ＰＳリング１本のリングでｐｕｌｌ機能とｓｈｕｔ機能を併せ持つ機微からの名称である。

Claims

ステップ位置が２対１の割合のシ−ルリングの裏面に上１ミリを残して抉りカットを設けたシ−ルリングと、抉りカットに内臓できるようにシ−ルリング高さより１ミリ低くしたＰＳリングを組み込んだ、「ファイナルピストンリング」