JP2019196731A - コンプレッションリング - Google Patents
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Abstract
Description
抜けてクランク室側へ流出する燃焼ガスの量を低減することができる。
制しつつ、合口部分の強度を確保することが可能となる。
図1は、第1実施形態に係るコンプレッションリング100の上面図である。図2は、コンプレッションリング100の合口部分を説明するための斜視図である。図3は、コンプレッションリング100の使用状態における合口部分の斜視図である。図4は、コンプレッションリング100の使用状態における合口部分の上面図である。図5は、図4のA−A断面図である。より詳細には、図5は、コンプレッションリング100が使用状態のときの外側突出部1と内側突出部2とを含む周長方向に直交する断面を示す断面図である。以下、図1〜5を参照しながら、実施形態1に係るコンプレッションリング100の構造について説明する。
分)が形成された円環状を有している。コンプレッションリング100は、周長方向と直交する断面が略矩形状となるように形成されている。コンプレッションリング100は、シリンダに装着されたピストンの外周に形成されたリング溝に設けられて用いられる。ここで、コンプレッションリング100がシリンダ内でピストンのリング溝に設けられた状態を、使用状態と称する。コンプレッションリング100は、使用状態において外周面がシリンダ内壁4に当接するように自己張力を有している。使用状態においてコンプレッションリング100の外周面がシリンダ内壁4に摺接することで、ピストン外周面3Cとシリンダ内壁4の隙間が塞がれ、燃焼ガスが燃焼室から漏れることが抑制される。以下、本明細書における周長方向とは、特に指定しない限りはコンプレッションリング100の周長方向のことを指す。また、径方向とは、特に指定しない限りはコンプレッションリング100の径方向のことを指す。特に、径方向内側とは、径方向におけるコンプレッションリング100の中心軸側のことを指し、径方向外側とは、その反対側(即ち、外周面側)のことを指す。また、軸方向とは、特に指定しない限りはコンプレッションリング100の中心軸方向のことを指す。また、ピストンに対する燃焼室側の方向を上方向(図5における上方向)と定義し、その反対方向(即ち、クランク室側)を下方向と定義する。使用状態において、コンプレッションリング100の軸方向は上下方向と一致する。図5に示すように、リング溝は、上方に面する溝下壁3Bと溝下壁3Bに対向配置された溝上壁3Aとを有し、断面視において略矩形状に形成される。実施形態1においては、溝下壁3Bが本発明の「第1溝壁」に相当し、溝上壁3Aが本発明の「第2溝壁」に相当する。
外側第1面11の径方向外側の端縁と接続される。外側先端面15は、外側突出部1の先端面であり、周長方向と直交する面である。図2に示すように、外側先端面15は、外側第1面11、外側第2面12、外側合わせ面13、シリンダ当接面14の、周長方向における先端縁同士を接続する。図4に示すように、外側先端面15は、第2合口端面201との間に所定間隔を空けることで隙間を形成している。当該隙間における外側先端面15と第2合口端面201との距離は、使用状態において外側先端面15と第2合口端面201とが熱膨張によって突き当たることのない距離であればよい。但し、外側先端面15と第2合口端面201との距離は、より小さい方がブローバイガス低減の観点から好ましい。ここで、外側先端面15と第2合口端面201との間に形成される隙間のうち、内側第2面22よりも径方向外側の領域を、合口隙間G1と称する。合口隙間G1は、即ち、外側先端面15と第2合口端面201との間に形成される隙間のうち、内側第2端縁221よりも径方向外側の領域である。合口隙間G1を、図4における斜めハッチングで示す。
るための斜視図である。図6Bは、比較例に係るコンプレッションリング100Dが使用状態のときの外側突出部1と内側突出部2とを含む周長方向に直交する断面を示す断面図である。図6A及び図6Bに示すように、比較例に係るコンプレッションリング100Dは、コンプレッションリング100と異なり、一対の突出部が上下に配置される。溝下壁3B側(下側)の突出部を下側突出部1Dとし、溝上壁3A側(上側)の突出部を上側突出部2Dとする。上側突出部2Dは、下側突出部1Dの上に載置される。下側突出部1Dは、外側第2面12を有さない点で、コンプレッションリング100の外側突出部1と異なる。下側突出部1Dにおける外側合わせ面13Dは、外側第1端縁111とシリンダ当接面14の上端縁とを接続している。これにより、図6A及び図6Bに示すように、下側突出部1Dは、周長方向と直交する断面形状が三角形をなしている。ここで、外側合わせ面13Dとシリンダ当接面14とが鋭角をなすことから、下側突出部1Dの溝上壁3A側の端部(上端部)は、周長方向と直交する断面視において鋭角な鋭角端16となっている。このようなコンプレッションリング100Dが使用状態にあるとき、シリンダ内でのピストンの往復運動に伴うコンプレッションリング100Dの摺動により、下側突出部1Dに対して軸方向の荷重が作用する。下側突出部1Dは、上端部が鋭角な鋭角端16となっているため、上方から荷重が作用したときに鋭角端16において大きな応力が生じることとなる。その結果、鋭角端16において下側突出部1Dが破損する虞がある。
した状態となる。この状態で、燃焼室から燃焼ガスが高圧でクランク室側(下方向)に向かって流れ出る。ここで、図5及び図7に示すように、シリンダ内壁4とピストン外周面3Cとの間には、所定の離間距離d0が確保されることで隙間(ピストンクリアランス)Cが形成されている。燃焼室からピストンクリアランスC内に流出した燃焼ガスは、ピストンクリアランスC内をシリンダ軸に沿って真っ直ぐ下降しながらコンプレッションリング100に到達する。ここで、外側合わせ面13と内側合わせ面23との間に形成される隙間である合わせ面隙間G2は、図5に示すように、外側第1端縁111と内側第1端縁211において溝下壁3Bによって塞がれた状態となっている。これにより、合わせ面隙間G2を通り抜けてクランク室側へ流出する燃焼ガスの量が低減されている。
図8は、実施形態1の変形例1に係るコンプレッションリング100Aが使用状態のときの合口隙間G1における周長方向に直交する断面を示す断面図である。図8に示すように、コンプレッションリング100Aは、コンプレッションリング100の上面にサイドレール30が載置されて構成される。サイドレール30は、合口が形成された円環形状を有している。但し、サイドレール30の形状はこれに限定しない。サイドレール30は、外側第2面12と内側第2面22に跨るようにして使用状態のコンプレッションリング100に載置される。このとき、サイドレール30の合口がコンプレッションリング100の合口上に位置しないように、サイドレール30が設けられる。サイドレール30の外周面はコンプレッションリング100の外周面とともにシリンダ内壁4に摺接する。
図9は、実施形態1の変形例2に係るコンプレッションリング100Bの使用状態における合口部分の斜視図である。図10は、図9のA−A断面図である。より詳細には、図10は、実施形態1の変形例2に係るコンプレッションリング100Bが使用状態のときの外側突出部1と内側突出部2とを含む周長方向に直交する断面を示す断面図である。コンプレッションリング100Bでは、外周縁及び内周縁にR加工が施されたコンプレッションリング(以下、元のコンプレッションリング)の端部に切欠加工を施すことによって外側突出部1及び内側突出部2が形成されている。ここで、図9に示すように、外側突出部1は、元のコンプレッションリングの上面の中途を切り欠くことで形成されており、R面(図9中、斜めハッチングで示す面)の中途を切り欠くことなく形成されている。これにより、外側第2端縁121は、R面の内側に形成されず、元のコンプレッションリングの上面に形成されている。その結果、図10に示すように、外側第2面12は、上面の一部である平坦領域12Aと、R面の一部であるR面領域12Bと、を含んで形成されている。コンプレッションリング100Bでは、外側第2端縁121をR面の内側に形成しな
いことにより、R面の中途を切り欠いて外側突出部1を形成する場合と比較して、外側突出部1の外側第2端縁121付近を破損し難くすることができる。なお、図9に示すように、コンプレッションリング100Bの第1合口端面101と外側合わせ面13とがなす隅と、第2合口端面201と内側合わせ面23とがなす隅には、隅Rが形成されている。内側第2端縁221は、略直線状の平坦領域221Aと、隅Rを形成するR領域221Bと、を含む。また、外側突出部1と内側突出部2には、上記の隅Rに接触しないためのR加工がなされている。外側先端面15は、平坦な平坦領域15Aと、R加工によって形成されて外側合わせ面13に連なるR領域15Bと、を含む。なお、コンプレッションリング100BにおけるR加工部分には、R加工に代えて、C面取り加工がされていてもよい。例えば、上述の外側突出部1や内側突出部2を隅Rと接触させないための加工は、C面取り加工であってもよい。
図11は、実施形態1の変形例3に係るコンプレッションリング100Cが使用状態のときの合口隙間G1における周長方向に直交する断面を示す断面図である。変形例3に係るコンプレッションリング100Cは、外側第2端縁121をR面の上端部に形成した点で変形例2に係るコンプレッションリング100Bと異なる。図11に示すように、コンプレッションリング100Cでは、外側第2端縁121をR面の上端部に形成することによって、外側第2面12が平坦領域を含まないでR面のみによって形成されている。R面の径方向の幅、即ち、外側第2面12の径方向の幅Wは、外側突出部1が折損しないだけの強度を確保するために必要な幅であるW0以上となっている。外側第2端縁121をR面の内側に形成しないことで、外側第2端縁121付近の破損を抑制することができる。特に、外側第2端縁121をR面の上端部に形成することで、外側第2端縁121を元のコンプレッションリングの上面に形成する場合と比較して、外側第2端縁121をより径方向外側に位置させることができる。これにより、内側第2面22の内側第2端縁221を、より径方向外側へ位置させることが可能となる。即ち、合口隙間G1の径方向における幅d1をより小さくすることができる。その結果、R加工が施されたコンプレッションリングを元に外側突出部1を形成する場合において、外側突出部1の強度の確保とブローバイガスの低減とを両立することができる。
図12は、実施形態2に係るコンプレッションリング200の使用状態における合口部分の上面図である。図13は、図12のA−A断面図である。より詳細には、図13は、実施形態2に係るコンプレッションリング200が使用状態のときの外側突出部1と内側突出部2とを含む周長方向に直交する断面を示す断面図である。図14は、図12のB−B断面図である。より詳細には、図14は、実施形態2に係るコンプレッションリング200が使用状態のときの合口隙間G1における周長方向に直交する断面を示す断面図である。図12〜14に示すように、コンプレッションリング200は、全体として、コンプレッションリング100を軸方向において反対向きにした形状を有する。実施形態2においては、溝上壁3Aが本発明の「第1溝壁」に相当し、溝下壁3Bが本発明の「第2溝壁」に相当する。以下、図12〜14を参照しながら、実施形態2に係るコンプレッションリング200の構造について、コンプレッションリング100との相違点を中心に説明し、コンプレッションリング100と同一の構成については同一の符号を付すことで詳細な説明は割愛する。
において幅Wを有して形成されている。ここで、外側第2面12の径方向内側の端縁である外側第2端縁121は、外側第1面11の径方向内側の端縁である外側第1端縁111よりも径方向外側に位置する。また、外側第2端縁121が外側第1端縁111よりも径方向外側に位置することにより、外側第2端縁121と外側第1端縁111とを接続する面である外側合わせ面13は、径方向の内側に向かうに従って上がるように傾斜した傾斜面に形成されている。
量が低減されている。
図15は、実施形態2の変形例1に係るコンプレッションリング200Aが使用状態のときの合口隙間G1における周長方向に直交する断面を示す断面図である。図15に示すように、コンプレッションリング200Aは、サイドレール30の上面にコンプレッションリング200が載置されて構成される。
めの、回り止め手段を有してもよい。
図16は、実施形態2の変形例2に係るコンプレッションリング200Bが使用状態のときの外側突出部1と内側突出部2とを含む周長方向に直交する断面を示す断面図である。図16に示すように、外側第2面12は、元のコンプレッションリングの下面の一部である平坦領域12Aと、R面であるR面領域12Bと、を含んで形成されている。外側突出部1は、元のコンプレッションリングの下面の中途を切り欠くことで形成されており、外側突出部1をR面の中途を切り欠くことなく形成されている。これにより、外側第2端縁121がR面の内側に形成されないため、R面の中途を切り欠いて外側突出部1を形成する場合と比較して、外側突出部1の外側第2端縁121付近を破損し難くすることができる。
図17は、実施形態2の変形例3に係るコンプレッションリング200Cが使用状態のときの合口隙間G1における周長方向に直交する断面を示す断面図である。図17に示すように、コンプレッションリング200Cでは、外側第2端縁121がR面の下端部に形成されている。外側第2面12の径方向の幅Wは、W≧W0である。外側第2端縁121をR面の内側に形成しないことで、外側第2端縁121付近の破損を抑制することができる。特に、外側第2端縁121をR面の下端部に形成することで、外側第2端縁121を元のコンプレッションリングの下面に形成する場合と比較して、外側第2端縁121をより径方向外側に位置させることができる。これにより、内側第2面22の内側第2端縁221を、より径方向外側へ位置させることが可能となる。即ち、合口隙間G1の径方向における幅d1をより小さくすることができる。その結果、R加工が施されたコンプレッションリングを元に外側突出部1を形成する場合において、外側突出部1の強度の確保とオイル上がりの抑制とを両立することができる。
10 :第1合口端部
20 :第2合口端部
30 :サイドレール
1 :外側突出部
11 :外側第1面
111 :外側第1端縁
12 :外側第2面
121 :外側第2端縁
13 :外側合わせ面
2 :内側突出部
21 :内側第1面
211 :内側第1端縁
22 :内側第2面
221 :内側第2端縁
23 :内側合わせ面
Claims (8)
- 内燃機関のシリンダに装着されるピストンに形成されたリング溝に設けられるコンプレッションリングであって、
合口を形成する第1の端部と第2の端部のうち第1の端部から前記コンプレッションリングの周長方向に突出する外側の突出部と、第2の端部から前記周長方向に突出するとともに前記外側の突出部よりも当該コンプレッションリングの径方向における内側に位置する内側の突出部と、を有し、
前記外側の突出部は、
前記リング溝において上下に対向配置された第1溝壁と第2溝壁のうち、前記第1溝壁に当接するとともに、前記周長方向に延在する帯状の外側第1面と、
前記外側第1面よりも前記第2溝壁側に設けられる面であって、前記外側第1面の前記径方向内側の端縁よりも外側に位置する径方向内側の端縁を有する、前記周長方向に延在する帯状の外側第2面と、
前記外側第1面の前記端縁と前記外側第2面の前記端縁とを接続する外側合わせ面と、を有し、
前記内側の突出部は、
前記第1溝壁に当接するとともに、前記周長方向に延在する帯状の内側第1面と、
前記内側第1面よりも前記第2溝壁側に設けられる面であって、前記内側第1面の前記径方向外側の端縁よりも外側に位置する径方向外側の端縁を有する、前記周長方向に延在する帯状の内側第2面と、
前記内側第1面の前記端縁と前記内側第2面の前記端縁とを接続するとともに、前記コンプレッションリングの軸方向視において、前記外側合わせ面と少なくとも一部が重複する内側合わせ面と、を有し、
前記外側第2面の前記径方向における最小幅は、所定の幅以上である、
コンプレッションリング。 - 前記第1溝壁は、前記リング溝の下壁であり、前記第2溝壁は、前記下壁に対向する上壁である、請求項1に記載のコンプレッションリング。
- 前記第1溝壁は、前記リング溝の上壁であり、前記第2溝壁は、前記上壁に対向する下壁である、請求項1に記載のコンプレッションリング。
- 前記外側の突出部の先端面と前記第2の端部の端面との間に形成される隙間のうち、前記径方向において前記内側第2面よりも外側の領域である合口隙間の前記径方向における幅は、前記ピストンが前記シリンダに装着された場合に前記シリンダの内壁と前記ピストンの外周面との間に確保される所定の離間距離未満である、
請求項1から3の何れか一項に記載のコンプレッションリング。 - 前記外側の突出部の先端面と前記第2の端部の端面との間に形成される隙間のうち、前記径方向において前記内側第2面よりも外側の領域である合口隙間を、前記第2溝壁側から覆うカバー部材を有する、
請求項1から4の何れか一項に記載のコンプレッションリング。 - 前記合口隙間の前記径方向における幅は、前記ピストンが前記シリンダに装着された場合に前記シリンダの内壁と前記ピストンの外周面との間に確保される所定の離間距離以上である、
請求項5に記載のコンプレッションリング。 - 前記外側合わせ面と前記内側合わせ面との間に形成される隙間である合わせ面隙間を埋
めることによって、前記合わせ面隙間を閉塞する、合わせ面隙間閉塞部を有する、請求項1から6の何れか一項に記載のコンプレッションリング。 - 前記外側の突出部の先端面と前記第2の端部の端面との間に形成される隙間のうち、前記径方向において前記内側第2面よりも外側の領域である合口隙間を埋めることによって、前記合口隙間を閉塞する、合口隙間閉塞部を有する、請求項1から7の何れか一項に記載のコンプレッションリング。
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