JP2023051293A - 上側セグメント及びオイルリング - Google Patents
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Abstract
Description
において、前記内周面における他の部位よりも前記上側セグメントの径方向内側に位置すると共に前記内周面において最小径となる内周頂部を含み、前記内周頂部は、前記上側セグメントの周長方向に直交する断面において、前記上側セグメントの軸方向における前記内周面の中央位置よりも前記燃焼室側に位置する、上側セグメントである。
図1は、実施形態に係るオイルリング40を備える内燃機関100の部分断面図である。図1では、オイルリング40の軸方向に沿う断面が図示されている。なお、図1は、模式図であり、オイルリング40を簡略化して図示している。図1に示すように、内燃機関100では、シリンダ10の内壁面10aとシリンダ10に装着されたピストン20の外周面20aとの間に所定の離間距離が確保されることにより、ピストン隙間PC1が形成されている。また、ピストン20の外周面20aには、リング溝30が形成されている。リング溝30は、燃焼室側に形成された上壁301と、クランク室側に形成されて上壁301に対向する下壁302と、上壁301と下壁302の内周縁同士を接続する接続壁303とを有する。このリング溝30には、本実施形態に係るオイルリング40が装着されている。
一対のセグメント1,2は、オイルリング40の軸回りに環状に形成されており、互いに独立して軸方向に並んで設けられている。図1に示すように、一対のセグメント1,2
のうち上側セグメント1が上側(燃焼室側)に位置し、下側セグメント2が下側(クランク室側)に位置する。一対のセグメント1,2の材質としては、ステンレス鋼やばね鋼等が例示される。なお、上側セグメント1や下側セグメント2の内周面には、化成処理被膜や窒化処理被膜等が形成されていてもよい。
スペーサエキスパンダ3は、図1に示すように一対のセグメント1,2の間に設けられており、使用状態において、一対のセグメント1,2を径方向外側へ(つまり、シリンダ10の内壁面10aへ)付勢する。
うに、スペーサエキスパンダ3は、軸方向に変位する波状をなす周期要素が周長方向に複数連なって構成されており、オイルリング40の径方向視(径方向の外側または内側から視認したとき)において周長方向に連続する波状に形成されている。具体的には、スペーサエキスパンダ3は、軸方向及び周長方向に離間して周長方向に交互に配置された複数の上片31及び下片32と、周長方向において隣り合う上片31と下片32と連結する連結片33と、を含む。複数の上片31は、周長方向に沿って間隔を空けて配列されている。複数の下片32は、オイルリング40がピストン20に組み付けられた際に(つまり、使用状態において)複数の上片31よりも下側に位置するように、設けられている。また、複数の下片32は、下片32の夫々が周長方向において上片31の夫々と交互に配置されるように配列されている。上片31及び下片32は、軸方向と直交するように設けられており、軸方向において互いに離間している。連結片33は、周長方向において隣り合う上片31と下片32の周長方向における端部同士を連結している。これにより、スペーサエキスパンダ3は、軸方向において波状に形成されている。
図5は、実施形態における上側セグメント1の接触状態を説明するための断面図である。図5では、ピストン20の上昇行程における上側セグメント1の状態が図示されている。図5の符号CP1は、第1内周面12における、スペーサエキスパンダ3の上側耳部311の押圧面S1との接触部分(以下、内周接触部CP1とする)を示す。図5に示すように、第1内周面12は、下側内周領域122においてスペーサエキスパンダ3の押圧面S1と接触する。このとき、内周頂部P1が第1内周面12の軸方向幅の上下中央位置MP1よりも上側に位置していることから、第1内周面12は、内周頂部P1が第1内周面12の軸方向幅の上下中央に位置する場合よりも上側の位置でスペーサエキスパンダ3の押圧面S1と接触する。つまり、第1内周面12が対称バレル形状の場合よりも内周接触部CP1の位置が上側にシフトする。そのため、上側セグメント1の第1上面13とリング溝30の上壁301との接触面圧が高められ、接触部分におけるシール性能が向上する。これにより、リング溝30内のオイルが上側セグメント1の第1上面13とリング溝30の上壁301との間を通って燃焼室へ流出することによるオイル上がりが抑制される。
以上のように、実施形態に係るオイルリング40は、周長方向に直交する断面において、上側セグメント1の第1内周面12の内周頂部P1が第1内周面12の軸方向幅の上下中央位置MP1よりも上側に位置するように、構成されている。つまり、第1内周面12が偏心形状となっている。これにより、上側セグメント1の第1上面13とリング溝30の上壁301との接触面圧を高め、オイル上がりを抑制することができる。その結果、実施形態によれば、オイルリング40のシール性能を向上させ、オイル消費を低減することができる。
りも下側(クランク室側)に位置してもよい。これにより、下側セグメント2の第2下面24とリング溝30の下壁302との接触面圧をより高め、オイルリング40のシール性能を更に向上させることができる。
以下、実施形態に係る上側セグメントの変形例について説明する。以下の説明では、上述の上側セグメント1との相違点を主に説明し、同様の構成については同一の符号を付すことで詳細な説明を割愛する。以下に説明する上側セグメント1A,1Bは、上側セグメント1に代えてオイルリング40を構成することができる。
図7は、変形例1に係る上側セグメント1Aの周長方向に直交する断面図である。図7に示すように、上側セグメント1Aは、第1内周面12の上側内周領域121及び下側内周領域122がテーパ形状を有する点で上側セグメント1と相違する。具体的には、周長方向に直交する断面において、上側内周領域121が内周頂部P1から上側に向かうに従って上側セグメント1Aの中心軸A1から離れるように傾斜しており、下側内周領域122が内周頂部P1から下側に向かうに従って中心軸A1から離れるように傾斜している。なお、変形例1の内周頂部P1はR形状となっているが、内周頂部は平坦状であってもよい。
図8は、変形例2に係る上側セグメント1Bの周長方向に直交する断面図である。図8に示すように、上側セグメント1Bは、第1内周面12が全体としてテーパ形状を有する点で上側セグメント1と相違する。第1内周面12は、周長方向に直交する断面において、内周頂部P1から下側に向かうに従って上側セグメント1Bの中心軸A1から離れるように傾斜している。上側セグメント1Bでは、d1はh1/2未満となり、αは50%未満となる。なお、変形例2の内周頂部P1もR形状となっているが、内周頂部は平坦状であってもよい。
上述した上側セグメント1,1A,1Bの内周形状は、適宜組み合わせることができる。例えば、図2に示す上側セグメント1の第1内周面12において、上側内周領域121を傾斜面としてもよい。具体的には、上側内周領域121を、内周頂部P1から上側に向かうに従って上側セグメント1の中心軸A1から離れるように傾斜した傾斜面(テーパ面)とし、下側内周領域122を、内周頂部P1から下側に向かうに従って中心軸A1から離れるように湾曲した湾曲面(R面)としてもよい。また、図2に示す第1内周面12において、下側内周領域122を、内周頂部P1から下側に向かうに従って中心軸A1から離れるように傾斜した傾斜面としてもよい。
実施形態に係る上側セグメントのシール性能を解析により評価した。解析では、内燃機関のピストンのリング溝にオイルリングを組み付けた状態を想定し、上側セグメントの上面とリング溝の上壁との接触面圧を導出した。解析は、以下の実施例1~5、及び比較例に係る上側セグメントを用いたオイルリングの夫々について実施した。
実施例1~5に係るオイルリングは、図2に示した上側セグメント1と同様のセグメントを用いた。実施例1は、d1=0.01mm、h1=0.4mm、α=2.5%である。実施例2は、d1=0.02mm、h1=0.4mm、α=5.0%である。実施例3は、d1=0.08mm、h1=0.4mm、α=20%である。実施例4は、d1=0
.185mm、h1=0.4mm、α=46.3%である。実施例5は、d1=0.08mm、h1=0.3mm、α=26.7%である。
図9は、比較例に係る上側セグメント1Xの周長方向に直交する断面図である。図9に示すように、比較例に係る上側セグメント1Xの第1内周面12は、内周頂部P1が第1内周面12の軸方向幅の上下中央に位置する対称バレル形状を有している。比較例は、d1=0mm、h1=0.4mm、α=0%である。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した種々の形態は、可能な限り組み合わせることができる。
10:シリンダ
20:ピストン
30:リング溝
40:オイルリング
1:上側セグメント
11:第1外周面
12:第1内周面(本発明に係る内周面の一例)
13:第1上面
14:第1下面
2:下側セグメント
3:スペーサエキスパンダ
311:上側耳部
P1:内周頂部
S1:押圧面
Claims (7)
- 内燃機関のピストンに形成されたリング溝に装着されるオイルリングにおいて、該オイルリングの軸方向に並んで設けられると共にスペーサエキスパンダによって径方向の外側へ付勢される一対のセグメントのうち、前記内燃機関の燃焼室側に設けられる上側セグメントであって、
前記上側セグメントの内周面は、前記上側セグメントの周長方向に直交する断面において、前記内周面における他の部位よりも前記上側セグメントの径方向内側に位置すると共に前記内周面において最小径となる内周頂部を含み、
前記内周頂部は、前記上側セグメントの周長方向に直交する断面において、前記上側セグメントの軸方向における前記内周面の中央位置よりも前記燃焼室側に位置する、
上側セグメント。 - 前記内周面は、前記上側セグメントの周長方向に直交する断面において、前記内周頂部から前記内燃機関のクランク室側に向かうに従って前記上側セグメントの中心軸から離れるように湾曲した形状を有する、
請求項1に記載の上側セグメント。 - 前記内周面は、前記上側セグメントの周長方向に直交する断面において、前記内周頂部を含んで前記上側セグメントの径方向内側へ凸状となるように湾曲した形状を有する、
請求項1又は2に記載の上側セグメント。 - 前記内周面は、前記上側セグメントの周長方向に直交する断面において、前記内周頂部から前記内燃機関のクランク室側に向かうに従って前記上側セグメントの中心軸から離れるように傾斜した形状を有する、
請求項1に記載の上側セグメント。 - 前記上側セグメントの軸方向における前記内周頂部と前記内周面の中央位置との距離は、前記上側セグメントの軸方向幅の2.5%超えて50%未満である、
請求項1から4の何れか一項に記載の上側セグメント。 - 前記上側セグメントの軸方向における前記内周頂部と前記内周面の中央位置との距離は、前記上側セグメントの軸方向幅の5%以上50%未満である、
請求項1から4の何れか一項に記載の上側セグメント。 - 内燃機関のピストンに形成されたリング溝に装着されるオイルリングであって、
前記オイルリングの軸方向に並んで設けられる一対のセグメントと、前記一対のセグメントを径方向の外側へ付勢するスペーサエキスパンダと、を備え、
前記一対のセグメントのうち前記内燃機関において燃焼室側に設けられる上側セグメントの内周面は、前記上側セグメントの周長方向に直交する断面において、前記内周面における他の部位よりも前記上側セグメントの径方向内側に位置すると共に前記内周面において最小径となる内周頂部を含み、
前記内周頂部は、前記上側セグメントの周長方向に直交する断面において、前記上側セグメントの軸方向における前記内周面の中央位置よりも前記燃焼室側に位置する、
オイルリング。
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