JP2017020553A - 内燃機関用のピストンリング - Google Patents

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Abstract

【課題】欠けを生じさせることなく面取り部を縮小することを可能とし、これにより合口部におけるブローバイガスの流通通路を十分に小さくして、合口部を通したブローバイガスを効果的に抑制することができる内燃機関用のピストンリングを提供することである。
【解決手段】合口部２を備えた内燃機関用のピストンリング１を、合口部２の少なくとも一方の合口端面２ａとピストンリング１の外周面１ａとに連接する面取り部３を有し、面取り部３が湾曲形状を有している構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車等のエンジン（内燃機関）のピストンに装着して使用される内燃機関用のピストンリングに関し、特に、燃焼室に近いトップリング（コンプレッションリング）として用いられるものに関する。
自動車のエンジンに用いられるピストンリングは、ピストンの外周面に設けられたリング溝に装着され、その外周面においてシリンダボアの内周面に摺接するとともに、その一側面がリング溝の側面に当接することで、燃焼室側からクランク室側へ向けた燃焼ガスの漏出つまりブローバイガスを防止する。ブローバイガスを抑制することにより、潤滑油の汚れによるスラッジの発生を防止することができるとともに、それに伴うオイルリングの固着やエンジンの性能低下を防止することができる。
ピストンリングは、リング溝への装着の都合上、合口部を備えた割りリング形状に形成されることから、合口部を通したブローバイガスの抑制をも考慮する必要がある。合口部を通したブローバイガスを抑制するためには、燃焼ガスが通過することによる熱膨張変化によっても合口端面同士の突き当たりが生じない範囲で、合口部を極力小さな合口間隔に設定することが重要である。
また、合口部を備えたピストンリングでは、例えば特許文献１に示すように、合口部の互いに対向する一対の合口端面の外周エッジに面取りが施されるのが一般的である。この場合、当該面取り量が合口部におけるブローバイガスの流通面積に大きく影響することから、面取り量を極力小さくすることでブローバイガスの発生を抑制するようにしている。
特開２００６−１７２８７号公報
将来、自動車のエンジンは、燃焼効率、燃費向上のため、ダウンサイジングされた直噴過給エンジンへとシフトしていくことが予想されるが、直噴過給エンジンでは各気筒内の燃焼圧が高くなるので、ピストンリングの合口部を通したブローバイガスのさらなる抑制が求められる。このような合口部を通したブローバイガスの抑制するためには、上記のように、合口端面の外周エッジに施す面取り量を縮小してブローバイガスの流通通路を小さくすることが効果的である。
しかしながら、従来のピストンリングでは、合口端面の外周エッジを平坦な形状で面取りするようにしているので、面取り量を小さくすると、ピストンへの組付け時等において面取り部に欠けが生じる虞があり、合口部におけるブローバイガスの流通通路を十分に小さくすることができないという問題点があった。
本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、欠けを生じさせることなく面取り部を縮小することを可能とし、これにより合口部におけるブローバイガスの流通通路を十分に小さくして、合口部を通したブローバイガスを効果的に抑制することができる内燃機関用のピストンリングを提供することにある。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、合口部を備えた内燃機関用のピストンリングであって、前記合口部の少なくとも一方の合口端面と前記ピストンリングの外周面とに連接する面取り部を有し、前記面取り部が湾曲形状を有していることを特徴とする。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記面取り部が、少なくとも２つの円弧状面を有しているのが好ましい。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記面取り部と前記ピストンリングの外周面との交差部分において、前記面取り部の接線方向が前記ピストンリングの外周面の接線方向に対して鋭角に傾斜する構成とすることができる。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記面取り部の、前記ピストンリングの円周方向に沿う円周方向幅（Ｌ１）が前記ピストンリングの半径方向に沿う半径方向幅（Ｌ２）よりも大きい構成とすることができる。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記面取り部の、前記ピストンリングの円周方向に沿う円周方向幅（Ｌ１）と前記ピストンリングの半径方向に沿う半径方向幅（Ｌ２）との比（Ｌ１／Ｌ２）が、０．６〜２．０であるのが好ましい。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、前記第３円弧状面の半径（Ｒ３）と前記第１円弧状面の半径（Ｒ１）との比（Ｒ３／Ｒ１）が、０．０５０〜０．５であるのが好ましい。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、前記第２円弧状面の半径（Ｒ２）と前記第１円弧状面の半径（Ｒ１）との比（Ｒ２／Ｒ１）が、０．１〜０．８であるのが好ましい。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、一方の前記面取り部の前記ピストンリングの円周方向に沿う円周方向幅（Ｌ１ａ）と他方の前記面取り部の前記ピストンリングの円周方向に沿う円周方向幅（Ｌ１ｂ）との比（Ｌ１ａ／Ｌ１ｂ）が、０．３０〜３．００であるのが好ましい。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、一方の前記面取り部の前記ピストンリングの半径方向に沿う半径方向幅（Ｌ２ａ）と他方の前記面取り部の前記ピストンリングの半径方向に沿う半径方向幅（Ｌ２ｂ）との比（Ｌ２ａ／Ｌ２ｂ）が、０．３０〜３．００であるのが好ましい。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、それぞれの前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、一方の前記面取り部の前記第１円弧状面の半径（Ｒ１ａ）と他方の前記面取り部の前記第１円弧状面の半径（Ｒ１ｂ）との比（Ｒ１ａ／Ｒ１ｂ）が、０．１８〜５．５０であるのが好ましい。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、それぞれの前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、一方の前記面取り部の前記第２円弧状面の半径（Ｒ２ａ）と他方の前記面取り部の前記第２円弧状面の半径（Ｒ２ｂ）との比（Ｒ２ａ／Ｒ２ｂ）が、０．１８〜５．５０であるのが好ましい。
本発明の内燃機関用のピストンリングは、上記構成において、前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、それぞれの前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、一方の前記面取り部の前記第３円弧状面の半径（Ｒ３ａ）と他方の前記面取り部の前記第３円弧状面の半径（Ｒ３ｂ）との比（Ｒ３ａ／Ｒ３ｂ）が、０．１８〜５．５０であるのが好ましい。
本発明によれば、欠けを生じさせることなく面取り部を縮小することが可能とし、これにより合口部におけるブローバイガスの流通通路を十分に小さくすることができるので、この内燃機関用のピストンリングが用いられた内燃機関の合口部を通したブローバイガスを効果的に抑制することができる。
本発明の一実施の形態である内燃機関用のピストンリングの平面図である。 図１に示すピストンリングの面取り部が設けられた部分の拡大図である。 第１円弧状面、第２円弧状面および第３円弧状面の定義を示す説明図である。 合口部の外周エッジに湾曲形状の面取り部を形成した状態を示す説明図である。 図２に示す面取り部の変形例であって、当該面取り部を円周方向幅が半径方向幅よりも大きい形状に形成した場合の拡大図である。 図２に示す面取り部の変形例であって、当該面取り部を第１円弧状面および第３円弧状面のみを有するとともに円周方向幅が半径方向幅よりも小さい形状に形成した場合の拡大図である。 図２に示す面取り部の変形例であって、当該面取り部を第１円弧状面および第３円弧状面のみを有するとともに円周方向幅が半径方向幅と等しい形状に形成した場合の拡大図である。 図２に示す面取り部の変形例であって、第１円弧状面が限りなく平坦に近い湾曲形状に形成された場合の拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図２に示す面取り部の変形例であって、面取り部に段差部が設けられた場合の拡大図である。 ブローバイ量の測定試験の試験結果を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。
図１に示す本発明の一実施の形態でピストンリング１は、例えば自動車等のエンジン（内燃機関）のピストンにトップリング（コンプレッションリング）として装着して使用されるものであり、合口部２を備えた割りリング形状に形成されている。
このピストンリング１は、例えば、鋼材を圧延ロール成形やダイスを用いた引抜き加工することによって製造した線材を真円またはカム形状に成形、切断し、次いで側面研磨や合口隙間研削等の加工を行うことにより得ることができる。
ピストンリング１の円周方向に垂直な断面形状は、特に限定されることなく、例えばレクタンギュラ形状、インサイドベベル形状、インサイドカット形状等の種々の形状とすることができる。また、シリンダボア（シリンダライナー）の内周面と摺接するピストンリング１の外周面の形状も、特に限定されることなく、例えばストレートフェイス、テーパーフェイス、バレルフェイス、偏心バレルフェイス等の種々の形状とすることができる。
ピストンリング１の合口部２は、円周方向に所定の間隔（合口間隔）を空けて互いに対向する一対の合口端面２ａを有し、これらの合口端面２ａの外周エッジには、それぞれ面取り部３が設けられている。つまり、面取り部３は合口端面２ａとピストンリング１の外周面１ａとに連接して設けられている。なお、合口端面２ａの外周エッジとは、合口端面２ａとピストンリング１の外周面１ａとが成すエッジのことである。
本発明では、面取り部３は湾曲形状に形成される。図２には、面取り部３を、第１円弧状面３ａ、第１円弧状面３ａとピストンリング１の外周面１ａとの間に設けられる第２円弧状面３ｂおよび第１円弧状面３ａと合口端面２ａとの間に設けられる第３円弧状面３ｃの３つの円弧状面３ａ、３ｂ、３ｃを連接した湾曲形状に形成した場合を示す。図２は、図１における破線で囲まれた部分を拡大して示している。
この場合、図３に示すように、ピストンリング１の外周面１ａに対応した円環状のプロフィール線上の、第１円弧状面３ａとピストンリング１の外周面１ａとの交点Ｐ１から円周方向（左右）に０．００５ｍｍずれた位置に当該プロフィール線に垂直な垂直線を引き、これらの垂直線と面取り部３との交点を交点Ｐ１ａ、Ｐ１ｂとし、面取り部３の交点Ｐ１ａと交点Ｐ１ｂとの間の部分を第２円弧状面３ｂとする。また、ピストンリング１の合口端面２ａに対応した直線状のプロフィール線上の、第１円弧状面３ａと合口端面２ａとの交点Ｐ２から径方向（上下）に０．００５ｍｍずれた位置に当該プロフィール線に垂直な垂直線を引き、これらの垂直線と面取り部３との交点を交点Ｐ２ａ、Ｐ２ｂとし、面取り部３の交点Ｐ２ａと交点Ｐ２ｂとの間の部分を第３円弧状面３ｃとする。そして、面取り部３の第２円弧状面３ｂと第３円弧状面３ｃとの間の部分、つまり面取り部３の交点Ｐ１ｂと交点Ｐ２ｂとの間の部分を第１円弧状面３ａとすることができる。
上記３つの円弧状面３ａ、３ｂ、３ｃを有する場合においては、面取り部３は、第２円弧状面３ｂの半径Ｒ２（図２参照）と第１円弧状面３ａの半径Ｒ１（図２参照）との比、つまりＲ２／Ｒ１が１．００以下となる形状に形成されるのが好ましく、Ｒ２／Ｒ１が０．１〜０．８となる形状に形成されるのがより好ましい。また、面取り部３は、第３円弧状面３ｃの半径Ｒ３（図２参照）と第１円弧状面３ａの半径Ｒ１との比、つまりＲ３／Ｒ１が０．５０以下である形状に形成されるのが好ましく、Ｒ３／Ｒ１が０．０５０〜０．５００である形状に形成されるのがより好ましい。
さらに、面取り部３は、第１円弧状面３ａの半径Ｒ１と面取り部３のピストンリング１の円周方向に沿う円周方向幅Ｌ１（図３参照）との比、つまりＲ１／Ｌ１が１．００〜４．５０となり、第１円弧状面３ａの半径Ｒ１と面取り部３のピストンリング１の半径方向に沿う半径方向幅Ｌ２（図３参照）との比、つまりＲ１／Ｌ２が１．００〜５．００となり、第２円弧状面３ｂの半径Ｒ２と第１円弧状面３ａの半径Ｒ１との比率、つまりＲ２／Ｒ１が１．００以下となり、第３円弧状面３ｃの半径Ｒ３と第１円弧状面３ａの半径Ｒ１との比、つまりＲ３／Ｒ１が０．５０以下となる形状に形成されるのが好ましい。
このような湾曲形状の面取り部３は、例えば図４に示すように、合口部２の外周エッジにバレル加工やブラシ加工等を施して、３つの円弧状面３ａ、３ｂ、３ｃを有する湾曲形状の面取り部３に形成することができる。なお、湾曲形状の面取り部３は、上記工法に限らず、他の工法により形成するようにしてもよい。
このように、本発明では、面取り部３を湾曲形状に形成するため、面取り部３にはエッジ部分がなく、面取り部３のピストンリング１の円周方向に沿う円周方向幅Ｌ１とピストンリング１の半径方向に沿う半径方向幅Ｌ２とを小さくし、つまり面取り部３の面取り量を縮小しても、この面取り部３に欠けが生じづらくすることができる。したがって、欠けを生じさせることなく面取り部３を十分に小さくすることができるので、合口部２におけるブローバイガスの流通通路を十分に小さくして、合口部２を通したブローバイガスを効果的に抑制することができる。
面取り部３は、その円周方向幅Ｌ１と半径方向幅Ｌ２との比、つまりＬ１／Ｌ２が、０．６〜２．０となる形状に形成されるのが好ましい。例えば、図３に示す場合では、面取り部３は、その円周方向幅Ｌ１と半径方向幅Ｌ２との比が１．０、つまり円周方向幅Ｌ１と半径方向幅Ｌ２とが同一の幅となる形状に形成されている。
図５に変形例として示すように、面取り部３は、円周方向幅Ｌ１が半径方向幅Ｌ２よりも大きい形状に形成することもできる。これにより、面取り部３に欠けが生じることを、さらに確実に防止することができる。
図６に変形例として示すように、面取り部３は、第１円弧状面３ａおよび第３円弧状面３ｃの２つの円弧状面３ａ、３ｃを有し、第２円弧状面３ｂを有していない形状とすることにより、面取り部３は、その円周方向幅Ｌ１が半径方向幅Ｌ２よりも小さい形状に形成することもできる。
これに対して、図７に変形例として示すように、面取り部３は、第１円弧状面３ａおよび第３円弧状面３ｃの２つの円弧状面３ａ、３ｃを有するとともに、円周方向幅Ｌ１が半径方向幅Ｌ２と同一または円周方向幅Ｌ１が半径方向幅Ｌ２よりも大きい形状に形成することもできる。
図８に変形例として示すように、面取り部３は、第１円弧状面３ａおよび第３円弧状面３ｃの２つの円弧状面を有するとともに、第１円弧状面３ａが限りなく平坦に近い形状となるように形成することもできる。このように、第１円弧状面３ａが限りなく平坦に近い場合には、面取り部３は、円周方向幅Ｌ１、半径方向幅Ｌ２および第３円弧状面３ｃの半径Ｒ３で定義するようにしてもよい。
図６、図７および図８に示す変形例のピストンリング１においては、例えば図８に示すように、面取り部３は、第１円弧状面３ａとピストンリング１の外周面１ａとの交差部分において、第１円弧状面３ａの接線方向がピストンリング１の外周面１ａの接線方向に対してその角度αが鋭角となるように傾斜している。つまり、面取り部３は、その第１円弧状面３ａとピストンリング１の外周面１ａとの交差部分にエッジを有する形状となっている。このように、面取り部３は、ピストンリング１の外周面１ａとの境界が湾曲形状ではない形状とすることもできる。
図９に変形例として示すように、面取り部３は段差部５を有する構成とすることもできる。段差部５は、例えば図９（ａ）に示すように、面取り部３とピストンリング１の外周面１ａとの間に設けられる高さｈの凹形状のものや、例えば図９（ｂ）に示すように、面取り部３とピストンリング１の外周面１ａとの間に設けられる高さｈの凸形状のものとすることができる。また、段差部５は、例えば図９（ｃ）に示すように、面取り部３と合口端面２ａとの間に設けられる高さｈの段差として形成することもできる。これらの段差部５の高さｈは、５μｍ以下とされるのが好ましい。このように、面取り部３は、５μｍ以下の高さｈの段差部５を設けた構成とすることもできる。
ピストンリング１の合口部２の互いに対向する一対の合口端面２ａのそれぞれに面取り部３が設けられる場合には、一方の面取り部３のピストンリング１の円周方向に沿う円周方向幅Ｌ１（図示はしないが、以下「Ｌ１ａ」とする）と他方の面取り部３のピストンリング１の円周方向に沿う円周方向幅Ｌ１（図示はしないが、以下「Ｌ１ｂ」とする）との比、つまりＬ１ａ／Ｌ１ｂを０．３０〜３．００とするのが好ましく、一方の面取り部３のピストンリング１の半径方向に沿う半径方向幅Ｌ２（図示はしないが、以下「Ｌ２ａ」とする）と他方の面取り部３のピストンリング１の半径方向に沿う半径方向幅Ｌ２（図示はしないが、以下「Ｌ２ｂ」とする）との比、つまりＬ２ａ／Ｌ２ｂを０．３０〜３．００とするのが好ましい。このような構成とすることにより、面取り部３の欠けの発生率を低減することができるとともに、合口部２の通路面積を低減させてブローバイ量を低減させることができる。
ピストンリング１の合口部２の互いに対向する一対の合口端面２ａのそれぞれに面取り部３が設けられるとともに、それぞれの面取り部３が、第１円弧状面３ａ、第１円弧状面３ａとピストンリング１の外周面との間に設けられる第２円弧状面３ｂおよび第１円弧状面３ａと合口端面２ａとの間に設けられる第３円弧状面３ｃを有する場合には、一方の面取り部３の第１円弧状面３ａの半径Ｒ１（図示はしないが、以下「Ｒ１ａ」とする）と他方の面取り部３の第１円弧状面３ａの半径Ｒ１（図示はしないが、以下「Ｒ１ｂ」とする）との比、つまりＲ１ａ／Ｒ１ｂを０．１８〜５．５０とするのが好ましく、一方の面取り部３の第２円弧状面３ｂの半径Ｒ２（図示はしないが、以下「Ｒ２ａ」とする）と他方の面取り部３の第２円弧状面３ｂの半径Ｒ２（図示はしないが、以下「Ｒ２ｂ」とする）との比、つまりＲ２ａ／Ｒ２ｂを０．１８〜５．５０とするのが好ましく、一方の面取り部３の第３円弧状面３ｃの半径Ｒ３（図示はしないが、以下「Ｒ３ａ」とする）と他方の面取り部３の第３円弧状面３ｃの半径Ｒ３（図示はしないが、以下「Ｒ３ｂ」とする）との比、つまりＲ３ａ／Ｒ３ｂを０．１８〜５．５０とするのが好ましい。このような構成とすることにより、面取り部３の欠けの発生率を低減することができるとともに、合口部２の通路面積を低減させてブローバイ量を低減させることができる。
本発明の効果を確認するために、本発明の実施例１、２のコンプレッションリング（ピストンリング）と、本発明との比較のための比較例のコンプレッションリングとを用意し、これらのコンプレッションリングについてブローバイガスの量（ブローバイ量、Ｌ／ｍｉｎ）の測定試験を行い、その試験結果を比較した。
実施例１のコンプレッションリングでは、ピストンリングの合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに面取り部を設けるとともに、それぞれの面取り部を、第１円弧状面、第２円弧状面および第３円弧状面を備えた湾曲形状とし、その円周方向幅および半径方向幅を、それぞれ０．０５５〜０．０７５ｍｍとし、円周方向幅と半径方向幅との比を０．７３３〜１．７５０とした。また、一方の面取り部の円周方向幅と他方の面取り部の円周方向幅との比を０．７３〜１．３７とし、一方の面取り部の半径方向幅と他方の面取り部の半径方向幅との比を０．５３〜１．８８とした。さらに、第１円弧状面の半径を０．１０〜０．２４ｍｍ、第２円弧状面の半径を０．０４〜０．１６ｍｍ、第３円弧状面の半径を０．０１５〜０．０５０ｍｍとし、一方の面取り部の第１円弧状面の半径と他方の面取り部の第１円弧状面の半径との比を０．４１〜２．４０とし、一方の面取り部の第２円弧状面の半径と他方の面取り部の第２円弧状面の半径との比を０．２５〜４．００とし、一方の面取り部の第３円弧状面の半径と他方の面取り部の第３円弧状面の半径との比を０．３０〜３．３４とした。さらに、第１円弧状面の半径と面取り部の円周方向幅との比を１．３３３〜４．３６４とし、第１円弧状面の半径と面取り部の半径方向幅との比を１．８１８〜４．４５９とし、第２円弧状面の半径と第１円弧状面の半径との比を０．２６１〜０．８００とし、第３円弧状面の半径と第１円弧状面の半径との比を０．０８４〜０．３０２とした。
一方、実施例２のコンプレッションリングでは、ピストンリングの合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに面取り部を設けるとともに、それぞれの面取り部を、第１円弧状面、第２円弧状面および第３円弧状面を備えた湾曲形状とし、その面取り量は実施例１よりも小さくした。つまり、実施例２のコンプレッションリングでは、その円周方向幅を０．０１７〜０．０４４ｍｍとし、半径方向幅を０．０２２〜０．０４５ｍｍとした。また、実施例２のコンプレッションリングでは、円周方向幅と半径方向幅との比を０．６４０〜１．４７１とし、一方の面取り部の円周方向幅と他方の面取り部の円周方向幅との比を０．３８〜２．６０とし、一方の面取り部の半径方向幅と他方の面取り部の半径方向幅との比を０．４８〜２．０５とした。また、第１円弧状面の半径を０．０３０〜０．１５７ｍｍ、第２円弧状面の半径を０．０１３〜０．０４３ｍｍ、第３円弧状面の半径を０．００６〜０．０３３ｍｍとし、一方の面取り部の第１円弧状面の半径と他方の面取り部の第１円弧状面の半径との比を０．１９〜５．２４とし、一方の面取り部の第２円弧状面の半径と他方の面取り部の第２円弧状面の半径との比を０．３０〜３．３１とし、一方の面取り部の第３円弧状面の半径と他方の面取り部の第３円弧状面の半径との比を０．１８〜５．５０とした。さらに、第１円弧状面の半径と面取り部の円周方向幅との比を１．２０７〜４．１０３とし、第１円弧状面の半径と面取り部の半径方向幅との比を１．０２８〜４．４８９とし、第２円弧状面の半径と第１円弧状面の半径との比を０．１５４〜０．７８１とし、第３円弧状面の半径と第１円弧状面の半径との比を０．０５０〜０．４９２とした。
これに対して比較例のコンプレッションリングでは、面取り部を平坦な形状つまりＣ面形状とし、その円周方向幅および半径方向幅を共に０．０５５〜０．０７５ｍｍとし、円周方向幅と半径方向幅との比を０．７３３〜１．１３６とし、一方の面取り部の円周方向幅と他方の面取り部の円周方向幅との比を０．７３〜１．３７とし、一方の面取り部の半径方向幅と他方の面取り部の半径方向幅との比を０．５３〜１．８８とした。
このような設定の実施例１、２のコンプレッションリングおよび比較例のコンプレッションリングを用いて、欠け発生頻度の調査及びブローバイ量の実機試験を行った。ブローバイ量測定試験は、水冷４サイクルの過給器付ガソリンエンジン（排気量２．０Ｌ、４気筒）を用いて、実施例１〜２及び比較例１のいずれかのコンプレッションリングをピストンのトップリング溝に装着した。このとき、全ての合口間隔を０．２５ｍｍとした。６０００ｒｐｍ、全負荷（ＷＯＴ：Wide Open Throttle）条件にて、所定時間ガソリンエンジンを運転した場合におけるブローバイ量の測定をそれぞれ行った。ブローバイ量は、ピストンを介してクランクケース内へ流れたガスを再吸引し、再吸引したガスの量を計測することによって測定した。その欠け発生頻度及びブローバイ量の測定結果を表１および図１０に示す。なお、表１において、Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１〜Ｒ３の欄において「ａ」で区分けされた欄は、それぞれ一方の合口端部に設けられたもの（上記のＬ１ａ、Ｌ２ａ、Ｒ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ３ａ）であることを示し、「ｂ」で区分けされた欄は、それぞれ他方の合口端部に設けられたもの（上記のＬ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂ、Ｒ３ｂ）であることを示す。
Figure 2017020553
表１に示すように、実施例１のピストンリングでは面取り部の欠けの発生頻度は０．３５％、実施例２のピストンリングでは面取り部の欠けの発生頻度は０．４１％、比較例のピストンリングでは面取り部の欠けの発生頻度は２．２５％となった。
この調査結果から、面取り部の面取り量つまり円周方向幅と半径方向幅とが等しい場合には、実施例１のコンプレッションリングのように面取り部を湾曲形状とすれば、比較例のコンプレッションリングのように面取り部を平坦なＣ面形状とする場合よりも、面取り部の欠けの発生頻度を低下させることができることが解った。
また、面取り部の面取り量つまり円周方向幅と半径方向幅とをさらに小さくしても、比較例のコンプレッションリングのように面取り部を平坦なＣ面形状とする場合に比べて、面取り部の欠けの発生頻度を低下させることができることが解った。
一方、表１および図１０に示されるように、比較例のピストンリングの場合を１００とすると、実施例１のピストンリングのブローバイ量は８５となり、実施例２のピストンリングのブローバイ量は７２となった。
この調査結果から、面取り部の面取り量つまり円周方向幅と半径方向幅とが等しい場合には、実施例１のコンプレッションリングのように面取り部を湾曲形状とすることにより、比較例のコンプレッションリングのように面取り部を平坦なＣ面形状とする場合よりも、ブローバイガスの量を１５％低減させることができることが解った。
また、面取り部の面取り量つまり円周方向幅と半径方向幅とをさらに小さくすることにより、比較例のコンプレッションリングのように面取り部をＣ面形状とする場合よりも、ブローバイガスの量を２８％低減させることができることが解った。
以上の結果から、面取り部を湾曲形状とすることにより、欠けの発生頻度を高めることなく面取り部を縮小することを可能とし、これにより合口部におけるブローバイガスの流通通路を十分に小さくして、合口部を通したブローバイガスを効果的に抑制可能であることが解った。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態においては、面取り部３は、第１円弧状面３ａ、第２円弧状面３ｂおよび第３円弧状面３ｃの３つの円弧状面３ａ、３ｂ、３ｃ備えた湾曲形状、または第１円弧状面３ａおよび第３円弧状面３ｃの２つの円弧状面３ａ、３ｃを備えた湾曲形状とされているが、これに限らず、少なくとも２つの円弧状面を連ねた湾曲形状に形成されていればよい。
また、前記実施の形態においては、合口部２の両方の合口端面２ａにそれぞれ面取り部３を設けるようにしているが、合口部２の少なくとも一方の合口端面２ａにのみ面取り部３を設ける構成とすることもできる。
１ ピストンリング
１ａ 外周面
２ 合口部
２ａ 合口端面
３ 面取り部
３ａ 第１円弧状面
３ｂ 第２円弧状面
３ｃ 第３円弧状面
４ Ｃ面
５ 段差部
Ｐ１ 交点
Ｐ１ａ 交点
Ｐ１ｂ 交点
Ｐ２ 交点
Ｐ２ａ 交点
Ｐ２ｂ 交点
Ｒ１ 第１円弧状面の半径
Ｒ２ 第２円弧状面の半径
Ｒ３ 第３円弧状面の半径
Ｌ１ 円周方向幅
Ｌ２ 半径方向幅
α 角度
ｈ 高さ

Claims (12)

  1. 合口部を備えた内燃機関用のピストンリングであって、
    前記合口部の少なくとも一方の合口端面と前記ピストンリングの外周面とに連接する面取り部を有し、
    前記面取り部が湾曲形状を有していることを特徴とする内燃機関用のピストンリング。
  2. 前記面取り部が、少なくとも２つの円弧状面を有していることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関用のピストンリング。
  3. 前記面取り部と前記ピストンリングの外周面との交差部分において、前記面取り部の接線方向が前記ピストンリングの外周面の接線方向に対して鋭角に傾斜することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関用のピストンリング。
  4. 前記面取り部の、前記ピストンリングの円周方向に沿う円周方向幅（Ｌ１）が前記ピストンリングの半径方向に沿う半径方向幅（Ｌ２）よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関用のピストンリング。
  5. 前記面取り部の、前記ピストンリングの円周方向に沿う円周方向幅（Ｌ１）と前記ピストンリングの半径方向に沿う半径方向幅（Ｌ２）との比（Ｌ１／Ｌ２）が、０．６〜２．０であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関用のピストンリング。
  6. 前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、
    前記第３円弧状面の半径（Ｒ３）と前記第１円弧状面の半径（Ｒ１）との比（Ｒ３／Ｒ１）が、０．０５０〜０．５００であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の内燃機関用のピストンリング。
  7. 前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、
    前記第２円弧状面の半径（Ｒ２）と前記第１円弧状面の半径（Ｒ１）との比（Ｒ２／Ｒ１）が、０．１〜０．８であることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の内燃機関用のピストンリング。
  8. 前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、
    一方の前記面取り部の前記ピストンリングの円周方向に沿う円周方向幅（Ｌ１ａ）と他方の前記面取り部の前記ピストンリングの円周方向に沿う円周方向幅（Ｌ１ｂ）との比（Ｌ１ａ／Ｌ１ｂ）が、０．３０〜３．００であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関用のピストンリング。
  9. 前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、
    一方の前記面取り部の前記ピストンリングの半径方向に沿う半径方向幅（Ｌ２ａ）と他方の前記面取り部の前記ピストンリングの半径方向に沿う半径方向幅（Ｌ２ｂ）との比（Ｌ２ａ／Ｌ２ｂ）が、０．３０〜３．００であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関用のピストンリング。
  10. 前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、
    それぞれの前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、
    一方の前記面取り部の前記第１円弧状面の半径（Ｒ１ａ）と他方の前記面取り部の前記第１円弧状面の半径（Ｒ１ｂ）との比（Ｒ１ａ／Ｒ１ｂ）が、０．１８〜５．５０であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の内燃機関用のピストンリング。
  11. 前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、
    それぞれの前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、
    一方の前記面取り部の前記第２円弧状面の半径（Ｒ２ａ）と他方の前記面取り部の前記第２円弧状面の半径（Ｒ２ｂ）との比（Ｒ２ａ／Ｒ２ｂ）が、０．１８〜５．５０であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の内燃機関用のピストンリング。
  12. 前記合口部の互いに対向する一対の合口端部のそれぞれに前記面取り部が設けられ、
    それぞれの前記面取り部が、第１円弧状面、該第１円弧状面と前記ピストンリングの外周面との間に設けられる第２円弧状面および前記第１円弧状面と前記合口端面との間に設けられる第３円弧状面を有し、
    一方の前記面取り部の前記第３円弧状面の半径（Ｒ３ａ）と他方の前記面取り部の前記第３円弧状面の半径（Ｒ３ｂ）との比（Ｒ３ａ／Ｒ３ｂ）が、０．１８〜５．５０であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の内燃機関用のピストンリング。
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