JP2018132102A

JP2018132102A - ピストンリング

Info

Publication number: JP2018132102A
Application number: JP2017025209A
Authority: JP
Inventors: 朋彦俊野; Tomohiko Shunno
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-08-23

Abstract

【課題】ブローバイガスの量の低減を図れる。
【解決手段】ピストンリングを、リング本体と、リング本体における周方向の一端に形成されるとともに、軸方向における一方側を向く第一合口面と、リング本体における周方向の他端に形成されるとともに、軸方向における他方側を向く第二合口面と、を備え、第一合口面は第二合口面よりも軸方向一方側に位置しているように構成する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、例えば自動車等の内燃機関のピストンに装着して使用されるピストンリングに関する。

従来、この種のピストンリングとして特許文献１には、自身の周方向における一端に形成された第一合口面と、周方向における他端に形成された第二合口面とを備えたピストンリングが開示されている。

上述のようなピストンリングはピストンの外周面に形成されたリング溝に装着される。この状態でピストンリングの外周面が内燃機関のシリンダボアの内周面に摺接するとともに、ピストンリングにおける軸方向の側面が上記リング溝に当接することで、シリンダボアの燃焼室からクランクケース側の空間へ向けた燃焼ガスの漏出（つまり、ブローバイガス）量を防止している。

特開２０１０−２８５９４４号公報

ところで、特許文献１のようなピストンリングの場合、第一合口面と第二合口面との間を燃焼ガスが通過してブローバイガスの量が増加してしまう可能性がある。

本発明の目的は、ブローバイガスの量の低減を図れる構造を実現することである。

本発明のピストンリングは、リング本体と、リング本体における周方向の一端に形成されるとともに、軸方向における一方側を向く第一合口面と、リング本体における周方向の他端に形成されるとともに、軸方向における他方側を向く第二合口面と、を備え、第一合口面は第二合口面よりも軸方向一方側に位置している。

本発明のピストンリングによれば、ブローバイガスの量の低減を図れる。

本発明に係る実施形態１におけるピストンリングの第一状態を示す斜視図図１Ａの上方からピストンリングを見た図ピストンリングの第二状態を示す斜視図ピストンリングの使用状態を説明するための断面図ピストンリングの端部に設けた係合部の一例を示す図本発明に係る実施形態２のピストンリングの第一状態を示す斜視図第二状態のピストンリングの合口部を径方向における外側から見た図

以下、本発明に係るピストンリングの構造について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、本発明に係るピストンリングの一例であり、本発明は実施形態により限定されるものではない。

[１実施形態１]
図１Ａ乃至図２を参照して、実施形態１に係るピストンリング１について説明する。図１Ａは、第一状態のピストンリング１の斜視図である。図１Ｂは、軸方向の一方（図１Ａの上方）から第一状態のピストンリング１を見た図である。なお、ピストンリング１の第一状態とは、ピストンリング１が後述するピストン２およびシリンダボア３に組み付けられていない状態である。

図１Ｃは、第二状態のピストンリング１の斜視図である。なお、ピストンリング１の第二状態とは、ピストンリング１の使用状態（図２に示す状態）である。

さらに、図２は、本実施形態のピストンリング１が装着されたピストン２がシリンダボア３の内側に挿入されている状態（つまり、ピストンリング１の使用状態）の断面図である。

なお、以下の説明において軸方向とは、ピストンリング１の軸方向（図１Ａ、１Ｃの矢印ａｂの方向）をいう。軸方向における「一方」とは、図１Ａおよび図１Ｃの矢印ａの方向をいう。軸方向における「他方」とは、図１Ａおよび図１Ｃの矢印ｂの方向をいう。

また、径方向とは、ピストンリング１の径方向をいう。周方向とは、ピストンリング１の周方向（図１Ａ、１Ｃの矢印ｃｄの方向）をいう。周方向における「一方」とは、図１Ａ及び図１Ｃの矢印ｃの方向をいう。周方向における「他方」とは、図１Ａおよび図１Ｃに矢印ｄで示す方向をいう。

[１．１ピストンリングの使用状態について]
本実施形態のピストンリング１は、例えば、自動車などの内燃機関を構成するピストン２（図２参照）の外周面に形成されたリング溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃに装着される。この状態でピストンリング１の外周面がシリンダボア３の内周面に摺接するとともに、ピストンリング１の軸方向における側面（図２の上側面または下側面）がリング溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃに当接することで、シリンダボア３の燃焼室３１側からクランクケース（図示省略）側の空間３２へ向けた燃焼ガスの漏出（つまり、ブローバイガス）を低減している。

図２に示す構造の場合、ピストン２の外周面に全部で３本のリング溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃが形成されている。典型的には、各リング溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうち、燃焼室３１側のリング溝２１ａ、２１ｂに設置されるピストンリング１（換言すれば、コンプレッションリング）は、主に気密性を保つために設けられる。

一方、各リング溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうち、空間３２側のリング溝２１ｃに設置されるピストンリング１（換言すれば、オイルリング）は、シリンダボア３の内周面とピストン２の外周面との間に存在するオイルを空間３２側に掻き落とすために設けられる。本実施形態のピストンリング１は、コンプレッションリングおよびオイルリングの何れでもよい。なお、ピストン２のリング溝の数は図２の場合に限定されない。

[１．２ピストンリングの概容について]
以下、図１Ａ乃至図２を参照して、本実施形態のピストンリング１の概要を説明する。

本実施形態のピストンリング１は、リング本体１１における周方向の一端に形成されるとともに、軸方向における一方側を向く第一合口面１２と、リング本体１１における周方向の他端に形成されるとともに、軸方向における他方側を向く第二合口面１３と、を備え、第一合口面１２は第二合口面１３よりも軸方向一方側に位置している。

[１．３ピストンリングの具体的構造について]
次に、図１Ａ乃至図２を参照して、本実施形態のピストンリング１の具体的構造について説明する。ピストンリング１は、リング本体１１と、第一合口面１２と、第二合口面１３と、を備えている。上述のように、ピストンリング１は、ピストン２に組み付けられていない状態（つまり、非組付状態）である第一状態と、ピストン２に組み付けられ、かつ、シリンダボア３に配置された状態（つまり、使用状態）に相当する第二状態と、を切り換え可能である。

なお、以下の説明で第一状態とは、ピストンリング１だけでなく、ピストンリング１が備える各構成における第一状態もいう。一方、第二状態とは、ピストンリング１だけでなく、ピストンリング１が備える各構成における第二状態もいう。

[１．３．１リング本体について]
リング本体１１は、全体が一巻きの螺旋状の第一状態（図１Ａに示す状態）と、全体が環状の第二状態（図１Ｃに示す状態）と、を取り得る線状部材である。リング本体１１は、金属製または樹脂製の線材に、例えば、曲げ加工を施すことにより造られる。リング本体は周方向の一部に不連続な部分を有する。リング本体１１は、ピストンリング１の中心軸１４（図１Ｃ参照）を通る平面（図示省略）で切断した断面形状が矩形である。

[１．３．２第一合口面および第二合口面について]
第一合口面１２は、リング本体１１における周方向の一端（図１Ａ乃至１Ｃの矢印ｃの方向の端部）に形成されている。第一合口面１２は、軸方向における一方側（図１Ａ乃至１Ｃの矢印ａの方向）を向いている。

第二合口面１３は、リング本体１１における周方向の他端（図１Ａ乃至１Ｃの矢印ｄの方向の端部）に形成されている。第二合口面１３は、軸方向における他方側（図１Ａ乃至１Ｃの矢印ｂの方向）を向いている。ピストンリング１は、第一合口面１２と第二合口面１３との間に不連続な部分を有する。

第一合口面１２および第二合口面１３はそれぞれ、ピストンリング１の中心軸１４を通る平面（図示省略）に対して同じ方向に同じ角度だけ傾斜している。従って、第一合口面１２と第二合口面１３とは面接触可能である。第一合口面１２と第二合口面１３とを合口部と呼ぶこともできる。

具体的には、本実施形態の場合、第一合口面１２および第二合口面１３は、軸方向における一方（図１Ｃの矢印ａの方向）から他方（図１Ｃの矢印ｂの方向）に向かうほど（つまり、図１Ｃの上から下に向かうほど）、周方向の一方（図１Ｃの矢印ｃの方向）に延在している。

以下、ピストンリング１の第一状態および第二状態について、具体的に説明する。

[１．３．３ピストンリングの第一状態について]
ピストンリング１の第一状態は、図１Ａおよび図１Ｂに示す状態であって、ピストン２（図２参照）のリング溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃに装着されていない状態である。

第一状態におけるピストンリング１は、全体が一巻きの螺旋状である。この状態で、ピストンリング１における周方向の両端部同士が、軸方向（図１Ａの矢印ａｂの方向）に所定距離Ｈだけ離隔し、かつ、軸方向に正対（換言すれば、重畳）している。

なお、リング本体１１における周方向の両端部同士は、軸方向に離隔していなくてもよい（即ち、所定距離Ｈがゼロでもよい）。

第一状態におけるピストンリング１を軸方向から見た形状（図１Ｂに示す形状）の外径寸法Ｄ_１０は、シリンダボア３の内径寸法ｄ_３よりも大きい（Ｄ_１０＞ｄ_３）。

一方、第一状態におけるピストンリング１を軸方向から見た形状（図１Ｂに示す形状）の内径寸法ｄ_１０は、ピストン２のリング溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃの底部の外径寸法Ｄ_２１よりも小さい（ｄ_１０＜Ｄ_２１）。なお、第一状態におけるピストンリング１を軸方向から見た形状は、図１Ｂに示す形状に限定されない。

第一状態において、第一合口面１２と第二合口面１３とは、互いに軸方向における反対方向を向き、かつ、軸方向に対向していない。

[１．３．４ピストンリングの第二状態について]
図１Ｃに示す第二状態におけるピストンリング１は、全体が環状である。ピストンリング１の第二状態は、第一状態のピストンリング１を弾性変形させつつ第一合口面１２と第二合口面１３とを軸方向に係合させることにより実現される。

第二状態におけるピストンリング１は、ピストンリング１自身の弾性力により、第一合口面１２と第二合口面１３とが弾性接触している。第一合口面１２と第二合口面１３との接触状態は面接触である。

第二状態において、ピストンリング１における軸方向の一方側（図１Ｃの矢印ａの方向）の面は全長にわたり同一面上に位置している。一方、第二状態において、ピストンリング１における軸方向の他方側（図１Ｃの矢印ｂの方向）の面は全長にわたり同一面上に位置している。

上述の第二状態において、ピストンリング１は、第一合口面１２と第二合口面１３とが押圧し合っている。このような押圧の方向は、第一合口面１２および第二合口面１３の垂線に平行な方向である。このため、第一合口面１２と第二合口面１３と間に燃焼ガスが通過できるような隙間が存在していない。この結果、図２に示す使用状態において、シリンダボア３の燃焼室３１側からクランクケース側の空間３２へ向けた燃焼ガスの漏出（つまり、ブローバイガス）量を低減できる。これとともに、クランクケース側の空間３２側からシリンダボア３の燃焼室３１側へのオイルの漏出量の低減も図れる。

[１．３．５ピストンリングの組付けについて]
以下、ピストン２のリング溝２１ａを例に挙げて、ピストンリング１をリング溝２１ａに組み付ける方法の一例について簡単に説明する。以下の説明は、作業者が手作業で行う場合について説明する。ただし、以下の作業は、組付装置により自動的に行ってもよい。

先ず、作業者は、ピストンリング１における周方向の一端（つまり、第一合口面１２が形成された端部）をリング溝２１ａに配置する。そして、周方向における一端から他端に向けてピストンリング１をリング溝２１ａに巻きつけるようにして組み込む。

本実施形態の場合、ピストンリング１が第一状態において螺旋状であるため、上述の巻きつけるように組み込む作業を行い易い。なお、最初にリング溝２１ａの内側に配置する端部は、ピストンリング１の何れの端部であってもよい。

また、ピストンリング１における周方向の一端に、図３に示すようなリング側係合部１１１（本実施形態の場合、凸部）が設けられてもよい。この場合、上述の組付方法において作業者は、ピストンリング１における周方向の一端をリング溝２１ａに配置するとともに、リング側係合部１１１をリング溝２１ａの内側面に形成されたピストン側係合部２２（図３参照）に係合させる。そして、周方向の一端から他端に向けてピストンリング１をリング溝２１ａに巻きつけるようにして組み込む。

上述のようなリング側係合部１１１を設けた構造によれば、リング側係合部１１１とピストン側係合部２２との係合により、ピストンリング１の一方の端部がリング溝２１ａ内で動いてしまうことを防止できる。この結果、ピストンリング１の組付けの作業効率を向上できる。なお、リング側係合部１１１およびピストン側係合部２２の形状は、図３に示す形状に限定されない。

以上のようにピストンリング１がピストン２に組み付けられ、かつ、ピストン２がシリンダボア３の内側に配置されていない状態で、ピストンリング１は第一状態と第二状態との間の中間状態（図示省略）となる。

中間状態のピストンリング１の外径寸法は、第二状態のピストンリング１の外径寸法Ｄ_１１よりも大きい。また、中間状態のピストンリング１の外径寸法は、シリンダボア３の内径寸法ｄ_３よりも大きい。

そして、ピストンリング１が組み付けられたピストン２を、治具（図示省略）により保持した状態で、シリンダボア３の内側に挿入する。この際、ピストンリング１の外径寸法は、徐々に小さくなるように弾性変形する。ピストン２のシリンダボア３への挿入が完了すると、ピストンリング１は第二状態となる。

[１．４付記]
本実施形態のピストンリング１の第二状態において、第一合口面１２と第二合口面１３との間に作用している弾性力の大きさは、例えば、ピストンリング１の材質、形状を変更する（つまり、ピストンリング１のバネ定数を変える）ことで調整できる。また、上記弾性力は、ピストンリング１の第一状態における上記所定距離Ｈ（図１Ａ参照）によっても調整できる。

本実施形態のピストンリング１は、例えば、コイル状の線材からなる素材を切断して造ってもよい。このよう切断作業は容易であるため、製造コストの低減を図れる。

[１．５実施形態１の作用・効果]
本実施形態の場合、第一状態（つまり、図２に示す使用状態）において、ピストンリング１の第一合口面１２と第二合口面１３とが互いに押圧し合っている。このため、第一合口面１２と第二合口面１３と間に燃焼ガスが通過できるような隙間が存在しない。この結果、シリンダボア３の燃焼室３１側からクランクケース側の空間３２へ向けた燃焼ガスの漏出（つまり、ブローバイガス）量を低減できる。これとともに、クランクケース側の空間３２側からシリンダボア３の燃焼室３１側へのオイルの漏出量の低減も図れる。

[２実施形態２]
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、実施形態２に係るピストンリング１ａについて説明する。実施形態２のピストンリング１ａのうち、以下で説明する構造以外の構造および作用・効果は、実施形態１のピストンリング１と同様である。実施形態２の構造は、技術的に矛盾しない限り、実施形態１の構造と組み合わせて実施できる。

図４Ａは、第一状態のピストンリング１ａの斜視図である。図４Ｂは、第二状態のピストンリング１ａの第一合口面１２ａおよび第二合口面１３ａを径方向における外側から見た図である。

[２．１ピストンリングの具体的構造について]
本実施形態のピストンリング１ａは、リング本体１１ａと、第一合口面１２ａと、第二合口面１３ａと、を備えている。

リング本体１１ａは、全体が一巻きの螺旋状の第一状態（図４Ａに示す状態）と、全体が環状の第二状態（図１Ｃと同様の状態）と、を取り得る線状部材である。

リング本体１１ａは、周方向の両端が、互いに軸方向に係合可能な凹凸形状を有している。具体的には、リング本体１１ａは、周方向の一端（図４Ａの矢印ｃの方向の端部）に、軸方向の一方（図４Ａの矢印ａの方向）から順に第一凹部１１３および第一凸部１１２が形成されている。

一方、リング本体１１ａは、周方向の他端（図４Ａの矢印ｄの方向の端部）に、軸方向の一方（図４Ａの矢印ａの方向）から順に第二凸部１１５および第二凹部１１４が形成されている。

[２．２第一合口面および第二合口面について]
第一合口面１２ａは、第一凸部１１２における軸方向の一方側（図４Ａ、４Ｂの矢印ａの方向）の面である。換言すれば、第一合口面１２ａは、第一凸部１１２と第一凹部１１３とを連続する第一段部１１６により構成されている。

一方、第二合口面１３ａは、第二凸部１１５における軸方向の他方側（図４Ａ、４Ｂの矢印ｂの方向）の面である。換言すれば、第二合口面１３ａは、第二凸部１１５と第二凹部１１４とを連続する第二段部１１７により構成されている。

第一合口面１２ａは、軸方向における一方（図４Ａ、４Ｂの矢印ａの方向）を向いている。第一合口面１２ａは、第一状態のピストンリング１ａの中心軸１４（図１Ｃ参照）に直交する平端面である。

第二合口面１３ａは、軸方向における他方（図４Ａ、４Ｂの矢印ｂの方向）を向いている。第一状態のピストンリング１ａの中心軸１４（図１Ｃ参照）に直交する平端面である。第一合口面１２ａと第二合口面１３ａとは面接触可能である。

[２．３ピストンリングの第二状態について]
以下、ピストンリング１ａの第二状態について、具体的に説明する。なお、ピストンリング１ａの第一状態は、上述の実施形態１とほぼ同様であるため説明を省略する。

図４Ｂに示す第二状態におけるピストンリング１ａは、全体が環状である。ピストンリング１ａの第二状態は、第一状態のピストンリング１ａを弾性変形させつつ第一合口面１２ａと第二合口面１３ａとを軸方向に係合させることにより実現される。

第二状態におけるピストンリング１ａは、ピストンリング１ａ自身の弾性力により、第一合口面１２ａと第二合口面１３ａとが軸方向に弾性接触している。第一合口面１２ａと第二合口面１３ａとの接触状態は面接触である。

上述の第二状態において、ピストンリング１ａは、第一合口面１２ａと第二合口面１３ａとが軸方向に互いに押圧し合っている。このため、第一合口面１２ａと第二合口面１３ａとの間に燃焼ガスが通過できるような隙間が存在していない。なお、上記押圧の方向は、第一合口面１２ａおよび第二合口面１３ａの垂線に平行な方向である。すなわち、上記押圧の方向は軸方向に一致している。

上述の第二状態において、第一凸部１１２の先端面と第二凹部１１４の底面との間に、周方向の第一空間１５が形成されている。

上述の第二状態において、第二凸部１１５の先端面と第一凹部１１３の底面との間に、周方向の第二空間１６が形成されている。

第一空間１５における周方向の長さ寸法Ｌ_１５および第二空間１６における周方向の長さ寸法Ｌ_１６は、使用時にピストンリング１ａを含む周辺部材（例えば、ピストン２、シリンダボア３）が熱膨張した場合でも消失しない長さ寸法に規制されている。なお、第一空間１５および第二空間１６の何れか一方または両方を省略することもできる。その他の構造および作用・効果については上述の実施形態１の場合と同様である。

[２．４付記]
第一合口面および第二合口面の形状は、上述の各実施形態の場合に限定されない。例えば、第一合口面と第二合口面とのうちの一方の合口面が平坦面であって、他方の合口面が曲面（具体的には、凸曲面、凹曲面）であってもよい。この場合に、他方の合口面は、全面にわたり曲面であってもよいし、部分的に曲面であってもよい。

第一合口面および第二合口面が曲面であってもよい。この場合に、第一合口面を凸曲面にするとともに、第二合口面を凸曲面または凹曲面としてもよい。何れにしても、ピストンリングの第二状態において、第一合口面と第二合口面との間に、シリンダボア３の燃焼室３１側からクランクケース側の空間３２に燃焼ガスが漏出するような隙間ができない構成を採用するのが好ましい。ただし、漏出する燃焼ガスの量が所定の許容量よりも少なければ、第一合口面と第二合口面との間に隙間が形成される構成も許容される。

本発明は、自動車に限らず各種内燃機関のピストンに使用できる。

１、１ａピストンリング
１１、１１ａリング本体
１１６第一段部
１１７第二段部
１２、１２ａ第一合口面
１３、１３ａ第二合口面

Claims

リング本体と、
前記リング本体における周方向の一端に形成されるとともに、軸方向における一方側を向く第一合口面と、
前記リング本体における周方向の他端に形成されるとともに、軸方向における他方側を向く第二合口面と、を備え、
前記第一合口面は前記第二合口面よりも軸方向一方側に位置している、
ピストンリング。
前記第一合口面および前記第二合口面は、それぞれ前記軸方向に対して傾斜する面である、請求項１に記載のピストンリング。
前記第一合口面および前記第二合口面は、それぞれ前記軸方向に直交する面である、請求項１に記載のピストンリング。
前記リング本体における周方向の一端に第一凸部および第一凹部が形成されており、
前記リング本体における周方向の他端に第二凸部および第二凹部が形成されており、
前記第一合口面が、前記第一凸部における軸方向の一方側の面であって、
前記第二合口面が、前記第二凸部における軸方向の他方側の面である、請求項１〜３の何れか１項に記載のピストンリング。