JP2019108934A - オイルリング - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルリングにおいて、オイルの掻き落とし能力を維持しつつ、摩擦損失を低減させる。
【解決手段】 ピストン４の外周面に形成されたオイルリング溝８に受容され、シリンダ３の壁面に摺接するオイルリング１３であって、板状の環形に形成された上サイドレール１６及び下サイドレール１７と、上サイドレール及び下サイドレールの間に配置され、上サイドレール及び下サイドレールの内周面を係止し、上サイドレール及び下サイドレールを径方向外方に付勢するエキスパンダ１８とを有し、上サイドレールの径方向における厚さＴ１は、下サイドレールの径方向における厚さＴ２よりも大きく形成され、ピストンの静止時において、上サイドレール及び下サイドレールがそれぞれの外周面においてシリンダの内周面に当接する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ピストンのオイルリングに関し、詳細には上下一対のサイドレールとエキスパンダとを有する３ピースの組合せオイルリングに関する。

レシプロ内燃機関のピストンに装着されるオイルリングにおいて、上下一対のサイドレールと、両サイドレールの間に介装されるスペーサエキスパンダとからなる３ピースの組合せオイルリングが公知である（例えば、特許文献１）。このようなオイルリングでは、ピストンの下降時に上サイドレールがオイルを掻き落とすことによって、上サイドレール及び下サイドレールの間にはオイルが溜まった状態となる。そのため、下サイドレールは、上サイドレールに比べてオイルの掻き落とし能力を要求されない。

特開２０１７−１１６０１５号公報

上記のような３ピースのオイルリングは、燃費向上の観点から摩擦損失の低減が要求されている。しかし、摩擦損失を低減するために、各サイドレールとシリンダ壁面との接触圧を低下させると、オイルの掻き落とし能力が低下し、オイル消費量が増加するという問題がある。

本発明は、以上の背景を鑑み、オイルリングにおいて、オイルの掻き落とし能力を維持しつつ、摩擦損失を低減させることを課題とする。

上記課題を解決するために本発明は、ピストン（４）の外周面に形成されたオイルリング溝（８）に受容され、シリンダ（３）の壁面に摺接するオイルリング（１３）であって、板状の環形に形成された上サイドレール（１６）及び下サイドレール（１７）と、前記上サイドレール及び前記下サイドレールの間に配置され、前記上サイドレール及び前記下サイドレールの内周面を係止し、前記上サイドレール及び前記下サイドレールを径方向外方に付勢するエキスパンダ（１８）とを有し、前記上サイドレールの径方向における厚さ（Ｔ１）は、前記下サイドレールの径方向における厚さ（Ｔ２）よりも大きく形成され、前記ピストンの静止時において、前記上サイドレール及び前記下サイドレールがそれぞれの外周面において前記シリンダの内周面に当接することを特徴とする。

この態様によれば、オイルの掻き落とし能力を維持しつつ、摩擦損失を低減させることができる。上サイドレールの径方向における厚さを下サイドレールの径方向における厚さよりも大きくすることによって、上サイドレールは下サイドレールよりもエキスパンダによって径方向外向きにより大きな付勢力を受けることになる。これにより、下サイドレールの張力は上サイドレールの張力よりも小さくなる。オイルの掻き落とし能力には、下サイドレールの張力よりも上サイドレールの張力が大きく影響する。上サイドレールの張力は下サイドレールの張力よりも大きくなるため、オイルの掻き落とし能力を維持することができる。そのため、下サイドレールの張力を上サイドレールよりも低下させることによって、オイルの掻き落とし能力を維持しつつ、摩擦損失を低減させることができる。また、上サイドレール及び下サイドレールは径方向における厚さが異なるため、オイルリングを組み立てるとき、及びピストンに装着するときに、上サイドレール及び下サイドレールを逆に取り付けることを防止することができる。

また、上記の態様において、前記エキスパンダは、上方に向けて突出した複数の上側係止部（１８Ｄ）と、下方に向けて突出した複数の下側係止部（１８Ｅ）とを有し、前記エキスパンダの無負荷状態において、前記上側係止部のそれぞれの径方向における外端は前記下側係止部のそれぞれの径方向における外端と同じ位置に配置されているとよい。

この態様によれば、エキスパンダは、上サイドレールに下サイドレールよりも大きな付勢力を与え、上サイドレールの張力が下サイドレールの張力よりも大きくなる。

また、上記の態様において、前記エキスパンダの上半部は、前記エキスパンダの下半部を上下反転にし、かつ周方向にオフセットさせた形状を有するとよい。

この態様によれば、エキスパンダの形状を簡素にすることができる。

また、上記の態様において、前記エキスパンダは、前記上サイドレール及び前記下サイドレールの外周面が前記シリンダの内周面に当接した装着状態において、外周端側が内周端側に対して上方に傾斜しているとよい。

この態様によれば、上サイドレールの張力を下サイドレールの張力よりも大きくすることができる。

また、上記の態様において、前記上サイドレールの径方向における厚さは、前記下サイドレールの径方向における厚さに対して、２％〜１５％の範囲で大きく設定されているとよい。

この態様によれば、上サイドレールの張力を下サイドレールの張力よりも大きくすることができると共に、上サイドレール及び下サイドレールの両方をシリンダの壁面に接触させることができる。

以上の構成によれば、オイルリングにおいて、オイルの掻き落とし能力を維持しつつ、摩擦損失を低減させることができる。

本実施形態に係るオイルリングを含む内燃機関の断面図 オイルリングを拡大して示す内燃機関の横断面図 無負荷状態におけるオイルリングの断面図

以下、図面を参照して、本発明に係るオイルリングの実施形態について説明する。

図１に示すように、内燃機関１のシリンダブロック２には、所定の軸線に沿って延びる断面円形のシリンダ３が形成されている。シリンダ３には、軸線方向に沿って往復動可能にピストン４が受容されている。シリンダ３の上端部とピストン４の上端部の冠面とは、協働して燃焼室を形成する。ピストン４の上部をなすクラウン部の外周部には、上側から順に、それぞれ周方向に延びて環状をなす第１リング溝６、第２リング溝７、オイルリング溝８が形成されている。第１リング溝６には第１圧力リング１１が装着され、第２リング溝７には第２圧力リング１２が装着されている。オイルリング溝８にはオイルリング１３が装着されている。

オイルリング溝８は、ピストン４の軸線を中心とした円周面に形成され、ピストン４の軸線方向（上下）に所定の幅を有する底部８Ａと、底部８Ａの上端縁からピストン４の外周面に延びる円環状の上壁部８Ｂと、底部８Ａの下端縁からピストン４の外周面に延びる円環状の下壁部８Ｃとを有する。上壁部８Ｂ及び下壁部８Ｃは、それぞれピストン４の軸線に直交する平面に形成されている。これにより、オイルリング溝８の横断面は、長方形に形成されている。ピストン４には、オイルリング溝８の下壁部８Ｃ及び底部８Ａからピストン４の裏面に延びるオイル排出通路１４が形成されている。

内燃機関１は自動車用エンジンである場合、シリンダ３の直径は例えば６８ｍｍ〜９２ｍｍであり、ピストン４のストロークは例えば６０ｍｍ〜１００ｍｍである。

図１及び図２に示すように、オイルリング１３は、上サイドレール１６と、下サイドレール１７と、上サイドレール１６及び下サイドレール１７の間に介装されたエキスパンダ１８（スペーサエキスパンダ）とを有する３ピースの組合せオイルリングである。

図２に示すように、エキスパンダ１８は、合口（不図示）を有して環状に形成された本体部１８Ａを有する。本体部１８Ａは、上方に向けて突出する複数の上側突出部１８Ｂと、下方に向けて突出する複数の下側突出部１８Ｃとを周方向に交互に有して波形に形成されている。また、本体部１８Ａは、その内周縁であって、上側突出部１８Ｂに対応する部分に上側突出部１８Ｂよりも更に上方に突出した上側係止部１８Ｄを有し、下側突出部１８Ｃに対応する部分に下側突出部１８Ｃよりも更に下方に突出した下側係止部１８Ｅを有する。

エキスパンダ１８は、その上半部が下半部を上下反転にし、かつ周方向にオフセットさせた形状に形成されている。上サイドレール１６及び下サイドレール１７から荷重を受けていないエキスパンダ１８の無負荷状態において、各上側係止部と各下側係止部とは共通の円周上に配置され、上側係止部のそれぞれの径方向における外端は下側係止部のそれぞれの径方向における外端と同じ位置に配置されている。

各サイドレール１６、１７は、それぞれ板状の環形状に形成された部材であり、周方向における一部に合口（不図示）を有している。各サイドレール１６、１７は、それぞれ環形の中心軸線に対して直交する平面に形成された、互いに平行な上端面１６Ａ、１７Ａ及び下端面１６Ｂ、１７Ｂと、軸線を中心とした外周面１６Ｃ、１７Ｃ及び内周面１６Ｄ、１７Ｄとを備えている。外周面１６Ｃ、１７Ｃは、軸方向における中間部が径方向外方に突出したバレル形状に形成されているとよい。他の実施形態では、外周面１６Ｃ、１７Ｃは、上方に向けて径方向内方に傾斜した傾斜面に形成されてもよい。

図３に示すように、各サイドレール１６、１７の径方向における長さを厚さＴ１、Ｔ２、軸方向（上下方向）における長さを幅Ｗ１、Ｗ２とする。上サイドレール１６の厚さＴ１は、下サイドレール１７の厚さＴ２よりも大きく形成されている。上サイドレール１６の厚さＴ１は、下サイドレール１７の厚さＴ２に対して、２％〜１５％の範囲で大きいことが好ましい。各サイドレール１６、１７は、厚さを除き、他の部分が同一の形状に形成されていることが好ましい。各サイドレール１６、１７の幅Ｗ１、Ｗ２は、同一であってよい。

上サイドレール１６、下サイドレール１７、及びエキスパンダ１８は、それぞれの中心軸線が同軸となるように互いに組合されている。上サイドレール１６は、下端面１６Ｂにおいて複数の上側突出部１８Ｂの上端に当接し、内周面１６Ｄにおいて上側係止部１８Ｄの外側面に当接する。下サイドレール１７は、上端面１７Ａにおいて複数の下側突出部１８Ｃの下端に当接し、内周面１７Ｄにおいて下側係止部１８Ｅの外側面に当接する。

図１に示すように、上サイドレール１６の上端面１６Ａが上壁部８Ｂに対向し、下サイドレール１７の下端面１７Ｂが下壁部８Ｃに対向するように、オイルリング１３はオイルリング溝８に装着されている。ピストン４をシリンダ３内に挿入するときに、オイルリング１３はそれぞれの合口が狭まる方向に弾性変形させられる。ピストン４がシリンダ３に配置された装着状態では、エキスパンダ１８は復元力によって径が広がる方向（合口が広がる方向）に復元し、張力を発生させる。これにより、エキスパンダ１８は、上側係止部１８Ｄにおいて上サイドレール１６の内周面１６Ｄを径方向外方に押圧し、下側係止部１８Ｅにおいて下サイドレール１７の内周面１７Ｄを径方向外方に押圧する。すなわち、エキスパンダ１８は各サイドレール１６、１７を径方向外方に向けて付勢する。

エキスパンダ１８に付勢された各サイドレール１６、１７は、外周面１６Ｃ、１７Ｃにおいてシリンダ３の壁面３Ａに摺接する。上サイドレール１６の厚さは下サイドレール１７の厚さよりも大きいため、上サイドレール１６の内周面１６Ｄは下サイドレール１７の内周面１７Ｄよりも径方向内方に位置する。これにより、エキスパンダ１８の上側係止部１８Ｄは下側係止部１８Ｅよりも径方向内方に位置する。そのため、エキスパンダ１８は、外周端側が内周端側に対して上方に傾斜した姿勢となる。この姿勢では、エキスパンダ１８の上部は、下部に対して初期位置からの変位量が大きい。そのため、上側係止部１８Ｄが上サイドレール１６に与える荷重は、下側係止部１８Ｅが下サイドレール１７に与える荷重よりも大きくなる。その結果、上サイドレール１６に生じる張力は、下サイドレール１７に生じる張力よりも大きくなる。これにより、シリンダ３の壁面に対する上サイドレール１６の接触圧は、下サイドレール１７の接触圧よりも大きくなる。

シリンダ３の直径が８１ｍｍである場合、上サイドレール１６の厚さは、１．６５ｍｍ〜２．００ｍｍ、好ましくは１．８０ｍｍ〜２．００ｍｍである。下サイドレール１７の厚さは、１．６０ｍｍ〜１．９０ｍｍ、好ましくは１．７５ｍｍ〜１．９０ｍｍである。上サイドレール１６の厚さは下サイドレール１７の厚さよりも０．０５ｍｍ〜０．２０ｍｍの範囲で大きく設定され、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍの範囲で大きく設定されている。また、上サイドレール１６の厚さを１．９５ｍｍ〜２．００ｍｍ、下サイドレール１７の厚さを１．８５ｍｍ〜１．９０ｍｍにすることによって、寸法公差がある場合にも上サイドレール１６及び下サイドレール１７の厚さの差が０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍの範囲内（２％〜１５％の範囲内）に収まり易くなり、量産性が向上する。

上サイドレール１６、下サイドレール１７、及びエキスパンダ１８を組合せたオイルリング１３の軸線方向における長さ（幅）は、２．０〜４．０ｍｍである。上サイドレール１６及び下サイドレール１７のそれぞれの厚さは、０．３０〜０．５０ｍｍである。オイルリング１３の幅が２．０ｍｍの場合、上サイドレール１６及び下サイドレール１７のそれぞれの厚さは、０．３５ｍｍ又は０．４０ｍｍであるとよい。

各サイドレール１６、１７は例えば硬鋼線材によって形成され、エキスパンダ１８は例えばステンレス鋼材によって形成されている。

ピストン４がシリンダ３内において静止した静止状態において、上サイドレール１６の張力は下サイドレール１７の張力よりも５〜２０％の範囲で大きく設定され、好ましくは５〜１５％の範囲で大きく設定されている。

以下に実施形態の１つの実施例を示す。実施例に係るオイルリング１３は、上サイドレール１６の厚さＴ１を１．９７ｍｍ、下サイドレール１７の厚さＴ２を１．８７ｍｍ、上サイドレール１６及び下サイドレール１７の幅を０．３５ｍｍとした。比較例に係るオイルリング１３は、上サイドレール１６及び下サイドレール１７の厚さ及び幅を１．９２ｍｍ、０．３５ｍｍとした。実施例及び比較例に係るサイドレール１６及び下サイドレール１７を、同一形状のエキスパンダ１８に組み付け、実施例及び比較例に係るオイルリング１３を作成した。実施例及び比較例に係るオイルリング１３は、直径が８１ｍｍのシリンダ内に配置した。この状態で、比較例に係るオイルリング１３では上サイドレール１６及び下サイドレール１７の張力は共に７Ｎであった。これに対して実施例に係るオイルリング１３では、上サイドレール１６の張力が７．３５Ｎであり、下サイドレール１７の張力が６．６５Ｎであった。

以上の実施形態に係るオイルリング１３によれば、オイルの掻き落とし能力を維持しつつ、摩擦損失を低減させることができる。上サイドレール１６の径方向における厚さを下サイドレール１７の径方向における厚さよりも大きくすることによって、上サイドレール１６は下サイドレール１７よりもエキスパンダ１８によって径方向外向きにより大きな付勢力を受けることになる。これにより、下サイドレール１７の張力は上サイドレール１６の張力よりも小さくなるため、下サイドレール１７に起因する摩擦損失を低減させることができ、オイルリング１３の摩擦損失の総和を低下させることができる。オイルの掻き落とし能力には、下サイドレール１７の張力よりも上サイドレール１６の張力が大きく影響する。上サイドレール１６の張力は、下サイドレール１７よりも高く維持されているため、オイルの掻き落とし能力は維持することができる。以上のようにして、オイルリング１３は、摩擦損失の低減と、オイルの掻き落とし能力の維持とを両立させることができる。また、上サイドレール１６及び下サイドレール１７は径方向における厚さが異なるため、オイルリング１３を組み立てるとき、及びピストン４に装着するときに、上サイドレール１６及び下サイドレール１７を逆に取り付けることを防止することができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。

１ ：内燃機関
３ ：シリンダ
３Ａ ：壁面
４ ：ピストン
８ ：オイルリング溝
８Ａ ：底部
８Ｂ ：上壁部
８Ｃ ：下壁部
１３ ：オイルリング
１６ ：上サイドレール
１７ ：下サイドレール
１６Ａ、１７Ａ ：上端面
１６Ｂ、１７Ｂ ：下端面
１６Ｃ、１７Ｃ ：外周面
１６Ｄ、１７Ｄ ：内周面
１８ ：エキスパンダ
１８Ｄ ：上側係止部
１８Ｅ ：下側係止部

Claims (5)

1. ピストンの外周面に形成されたオイルリング溝に受容され、シリンダの壁面に摺接するオイルリングであって、
   板状の環形に形成された上サイドレール及び下サイドレールと、
   前記上サイドレール及び前記下サイドレールの間に配置され、前記上サイドレール及び前記下サイドレールの内周面を係止し、前記上サイドレール及び前記下サイドレールを径方向外方に付勢するエキスパンダとを有し、
   前記上サイドレールの径方向における厚さは、前記下サイドレールの径方向における厚さよりも大きく形成され、
   前記ピストンの静止時において、前記上サイドレール及び前記下サイドレールがそれぞれの外周面において前記シリンダの内周面に当接することを特徴とするオイルリング。
2. 前記エキスパンダは、上方に向けて突出した複数の上側係止部と、下方に向けて突出した複数の下側係止部とを有し、
   前記エキスパンダの無負荷状態において、前記上側係止部のそれぞれの径方向における外端は前記下側係止部のそれぞれの径方向における外端と同じ位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のオイルリング。
3. 前記エキスパンダの上半部は、前記エキスパンダの下半部を上下反転にし、かつ周方向にオフセットさせた形状を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオイルリング。
4. 前記エキスパンダは、前記上サイドレール及び前記下サイドレールの外周面が前記シリンダの内周面に当接した装着状態において、外周端側が内周端側に対して上方に傾斜していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載のオイルリング。
5. 前記上サイドレールの径方向における厚さは、前記下サイドレールの径方向における厚さに対して、２％〜１５％の範囲で大きく設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のオイルリング。

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