JP2503240Y2 - ピストン及びピストンリングの組合せ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、内燃機関、特にディー
ゼルエンジンの内燃機関に用いられるピストン及びピス
トンリングの組合せに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関は、ますます高性能化さ
れ、高速、高荷重のものが開発されている。これに伴っ
て、シリンダやピストンリング等の摺動部材の耐熱性、
耐摩耗性、耐焼き付き性等を向上させるべくさまざまな
改善がなされているが、最近では、これに加えて燃料消
費量や、潤滑油消費量の一層の低減が求められている。
また、内燃機関の中でも特にディーゼルエンジンの排ガ
ス対策は急務となっている。

【０００３】一般に、ガソリンエンジンに用いられるピ
ストンリングは、図４に示すような構成をなしている。
ピストン６１の上部には、ピストンの外周面に沿って第
１リング溝６３、第２リング溝６５、油かきリング溝６
７がそれぞれ形成されており、第１リング溝６３にはコ
ンプレッションリング６９が、第２リング溝６５にはコ
ンプレッションリング７１が、油かきリング溝６７には
コイルエキスパンダ付き油かきリング７３が装着されて
いる。コンプレッションリング６９、７１は燃焼室の気
密を保ち、クランク室へのガス漏れを防止する。一方、
コイルエキスパンダ付き油かきリング７３は、シリンダ
壁に付着する余分な潤滑油をかき落として、潤滑油が燃
焼室内に入り込むのを防止する。油かきリング溝６７の
内周側には、ピストン６１の内部に連通する油穴７５が
形成されており、コイルエキスパンダ付き油かきリング
７３によってかき落とされた潤滑油の一部は、油穴７５
を通ってピストン６１の内側からクランクケース側に戻
される。

【０００４】コイルエキスパンダ付き油かきリング７３
は、図５に示すように、２本の上下レール７７、７９を
有する鋳鉄製又は鋼製のリング本体８１と、このリング
本体８１の内周面に設けられた溝８３に組み込まれたコ
イルエキスパンダ８５とからなる２ピース型油かきリン
グである。この油かきリング７３は、コイルエキスパン
ダによってバックアップさせて張力を負荷させるととも
に、リング本体８１の外周摺動面８７、８７及びリング
本体８１とコイルエキスパンダ８５との接触面に硬質ク
ロムめっき等の硬質被膜を被覆して耐摩耗性をもたせて
おり、高速のガソリンエンジン又は高荷重のディーゼル
エンジンにおいて優れた耐久性と信頼性を有している。

【０００５】ガソリンエンジンにおけるピストンリング
の構成は、一般に、上記のようなコンプレッションリン
グ２本と、油かきリング１本とからなる３本構成のもの
とされるが、陸用及び自動車用ディーゼルエンジンにお
いては、ガソリンエンジンと同じ３本構成のものの他、
３本のコンプレッションリングと１本の油かきリングと
からなる４本構成のものも採用されている。

【０００６】また、油かきリングとしては、上下２本の
サイドレールの間にスペーサエキスパンダを配置した３
ピース型の組合せ油かきリングも知られているが、耐久
性が十分でないため、高速のガソリンエンジンや高荷重
のディーゼルエンジンにおいては、コイルエキスパンダ
付き油かきリングが用いられ、組合せ油かきリングは用
いられていなかった。

【０００７】更に、中大型船舶用ディーゼルエンジンに
おいては、３本のコンプレッションリングと２本の油か
きリングとを使用した５本構成のピストンリング構成も
採用されている。しかし、船舶用ディーゼルエンジンに
用いられているピストンリングは、コンプレッションリ
ング並びに油かきリングとも鋳鉄製ピストンリングであ
り、鋼製リングや、組合せ油かきリングは用いられてい
なかった。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】上述のように、コイル
エキスパンダ付き油かきリングは、優れた耐久性と信頼
性を有しているため、高速のガソリンエンジンや高荷重
のディーゼルエンジンにおいて好ましく採用されている
が、上下レールが一体化されたリングからなるので、シ
リンダボアの微少な変形に追随する柔軟性に劣り、真円
度の悪くなったシリンダに対する追従性に劣るという問
題があった。

【０００９】また、リング溝内の上面又は下面のどちら
か一方にしかリングが接触できないので、リング溝内の
上下面のシールが不完全となっていた。更に、合い口部
分から潤滑油が漏れるという問題があった。このため、
潤滑油消費量を低減できず、排気ガス中の有害成分を減
少させることができなかった。これらのことは、内燃機
関の中でも特にディーゼルエンジンにおいて大きな問題
となっていた。

【００１０】したがって、本考案の目的は、特にディー
ゼルエンジンに使用した際に、潤滑油消費量を低減で
き、しかも十分な耐久性が得られるようにしたピストン
及びピストンリングの組合せを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本考案のピストン及びピストンリングの組合せは、
１〜３本のコンプレッションリングと２本の油かきリン
グを使用する内燃機関のピストンとピストンリングの組
合せにおいて、一方の油かきリングに２本のサイドレー
ルと１本のスペーサエキスパンダからなる組合せ油かき
リングを使用し、他方の油かきリングにコイルエキスパ
ンダ付き油かきリングを使用し、前記ピストンの第１油
かきリング溝の下面に前記ピストンの半径方向に伸びる
油戻し溝を穿設したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本考案のピストン及びピストンリングの組合せ
は、２本の油かきリングを採用し、そのうちの１本を、
２本のサイドレールと１本のスペーサエキスパンダから
なる３ピース型組合せ油かきリングとしている。この組
合せ油かきリングにおいて、サイドレールは、１本のス
ペーサエキスパンダの上下にそれぞれ配置され、スペー
サエキスパンダによって円周方向への張力及び油かきリ
ング溝の上下壁への圧接力が付与される。そして、上下
２本のサイドレールは、それぞれ独立しているので、摺
動面をシリンダボアにそれぞれ密接させて、シリンダボ
アの変形に容易に追随することができる。また、油かき
リング溝の上下壁にそれぞれ圧接されるので、油かきリ
ング溝の上下面を同時にシールすることができる。更
に、上下２本のサイドレールの合い口が一箇所に重なら
ないように組付けられるので、合い口部分からの潤滑油
の漏れも防止される。このため、潤滑油消費量を低減さ
せることができ、排気ガス中の未燃焼残渣や、微粒炭素
粒子等のスーツを減少させることができる。

【００１３】しかし、上記３ピース型組合せ油かきリン
グは、サイドレール摺動部や、サイドレールとスペーサ
エキスパンダとの接触部の摩耗が著しく、耐久性に劣る
ため、機能が低下することが考えられる。本考案では、
上記３ピース型組合せ油かきリングに加えて、耐久性に
優れた２ピース型コイルエキスパンダ付き油かきリング
を配置することにより、３ピース型組合せ油かきリング
の機能が低下した場合にも、十分な信頼性が確保され
る。

【００１４】また、本考案では、第１油かきリング溝の
下面に油戻し溝を設けてあるので、第１油かきリングの
上昇工程でかき上げられて第１油かきリング溝に溜った
余分の潤滑油をこの油戻し溝からクランクケース側に戻
すことができ、潤滑油が燃焼室内に入り込むのを有効に
防止することができる。

【００１５】

【実施例】図１には、本考案のピストン及びピストンリ
ングの組合せの一実施例が示されている。

【００１６】ピストン１１の上部外周には、上から順
に、第１リング溝１３、第２リング溝１５、第１油かき
リング溝１７、第２油かきリング溝１９が形成されてい
る。第１油かきリング溝１７及び第２油かきリング溝１
９の溝底には、ピストンの内部に通じる油穴５５、５７
が形成されている。この油穴５５、５７は、各リング溝
１７、１９内に溜った潤滑油の一部をピストン１１の内
部を通してクランクケース側に戻す作用をなすが、構造
上の制約がある場合には設けなくてもよい。

【００１７】第１リング溝１３及び第２リング溝１５の
内部には、鋳鉄製又は鋼製のコンプレッションリング２
１、２３がそれぞれ装着されており、燃焼室の気密を保
ち、クランク室へのガス漏れを防止している。なお、こ
の実施例では、２本のコンプレッションリングが用いら
れているが、必要に応じて、コンプレッションリングの
数を１本又は３本としてもよい。

【００１８】第１油かきリング溝１７の内部には、コイ
ルエキスパンダ付き油かきリング２５が装着されてい
る。このコイルエキスパンダ付き油かきリング２５は、
レール２７、２９を有する鋳鉄製又は鋼製のリング本体
と、このリング本体の内周面に設けられた溝に組み込ま
れたコイルエキスパンダ３１とからなっている。レール
２７、２９の外周面及びリング本体とコイルエキスパン
ダ３１との接触面には硬質クロムめっき等の硬質被膜が
形成されており、耐摩耗性が付与されている。

【００１９】第２油かきリング溝１９の内部には、組合
せ油かきリング３３が取付けられている。この組合せ油
かきリング３３は、図２に示すように、厚さ0.5mm 程度
の薄いスチールリボンによって成形された環状のサイド
レール３５、３７を上下に配し、このサイドレール３
５、３７の間に断面がコ字状をなすスペーサエキスパン
ダ４３を圧縮した状態で装着したものである。スペーサ
エキスパンダ４３には所定間隔で切欠き４５が形成され
ており、サイドレール３５、３７でかき集められた潤滑
油をリング溝１９内に導くようになっている。なお、ス
ペーサエキスパンダ４３の形状は、図示した断面コ字状
のものに限定されることはなく、いわゆる波形スペーサ
エキスパンダなどであってもよい。

【００２０】サイドレール３５、３７は、スペーサエキ
スパンダ４３の拡張力によって、径方向外側に押圧さ
れ、その外周面３９、４１がシリンダ内周面に圧接され
る。また、スペーサエキスパンダ４３の拡張力は、サイ
ドレール３５、３７を上下に押す方向にも作用し、上方
のサイドレール３５は第２油かきリング溝１９の上面に
圧接され、下方のサイドレール３７は、第２油かきリン
グ溝１９の下面に圧接される。このため、第２油かきリ
ング溝１９の上下面のシールを同時に行なうことができ
る。更に、２本のサイドレール３５、３７は、それぞれ
独自にシリンダボアに密接するので、シリンダボアへの
追従性が向上する。加えて、サイドレール３５、３７の
合い口は、同一箇所に重ならないようにずらして組付け
ることができるので、合い口部分からの潤滑油の漏れも
減少する。これによって、潤滑油の消費量を低減させる
ことができ、排気ガス中の未燃焼残渣や、微粒炭素粒子
等のスーツを減少させることができる。

【００２１】なお、各サイドレール３５、３７の外周面
３９、４１には、耐摩耗性を向上させるため、例えば硬
質クロムめっき、窒化処理等の手段によって硬質被覆を
施すことが好ましい。更に必要に応じて、スペーサエキ
スパンダ４３の上下壁４７、４７とサイドレール３５、
３７との接触面４９、５１にも、同様な硬質被覆を相互
に施してもよい。

【００２２】第１油かきリング溝１７の下面には、ピス
トン１１の半径方向に伸びる油戻し溝５３が穿設されて
いる。図３には、油戻し溝５３を、図１中矢印Ａ方向か
ら見た状態が示されている。この油戻し溝５３は、断面
形状が半円状をなしており、円周方向に所定間隔をおい
て、半径方向に伸びるように形成され、ピストン１１の
外周面とリング溝１７内とを連通させている。なお、油
戻し溝５３は、円周方向に４〜８カ所設けることが好ま
しい。この油戻し溝５３は、コイルエキスパンダ付き油
かきリング２５の上下レール２７、２９によってかき集
められ、リング溝１７に溜った余分な潤滑油を、レール
２９の下面を通してピストン１１の外周面に送り、クラ
ンクケース側に戻す作用をなす。これによって、第１油
かきリング溝１７に溜った潤滑油が燃焼室側に上がるの
を有効に防止する。

【００２３】このように、このピストンとピストンリン
グの組合せによれば、２本の油かきリングの一方に組合
せ油かきリング３３を用いたので、潤滑油消費量を低減
して排気ガス中の未燃焼残渣や、微粒炭素粒子等のスー
ツを減少させることができ、更に２本の油かきリングの
他方にコイルエキスパンダ付き油かきリング２５を用い
たので、組合せ油かきリング３３が摩耗して機能が低下
しても、耐久性を確保することができる。また、第１油
かきリング溝１７の下面に油戻し溝５３を形成したこと
により、リング溝１７に集められた余分の潤滑油をクラ
ンクケース側に戻し、燃焼室側に上がることを効果的に
防止できる。

【００２４】なお、上記実施例では、第１油かきリング
溝１７にコイルエキスパンダ付き油かきリング２５が装
着され、第２油かきリング溝１９に組合せ油かきリング
３３が装着されているが、両者は逆に装着されていても
よい。

【００２５】

【考案の効果】以上説明したように、本考案のピストン
とピストンリングの組合せによれば、特にディーゼルエ
ンジンに使用したとき、潤滑油の燃焼室側への漏れを防
止して潤滑油の消費量を大幅に低減させることができ、
それによって排気ガス中の有害成分を低減させ、大気汚
染を防止することができる。また、組合せ油かきリング
の機能が低下しても、コイルエキスパンダ付き油かきリ
ングが機能するため、十分な耐久性及び信頼性を確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のピストン及びピストンリングの組合せ
の一実施例を示す断面図である。

【図２】本考案のピストン及びピストンリングの組合せ
において用いられる組合せ油かきリングを示す一部切欠
き斜視図である。

【図３】本考案のピストン及びピストンリングの組合せ
において用いられる油戻し溝の形状を示す断面図であ
る。

【図４】従来のピストン及びピストンリングの組合せの
一例を示す断面図である。

【図５】コイルエキスパンダ付き油かきリングの一例を
示す一部切欠き斜視図である。

【符号の説明】

１１ ピストン １３ 第１リング溝 １５ 第２リング溝 １７ 第１油かきリング溝 １９ 第２油かきリング溝 ２１、２３ コンプレッションリング ２５ コイルエキスパンダ付き油かきリング ３３ 組合せ油かきリング ３５、３７ サイドレール ４３ スペーサエキスパンダ ５３ 油戻し溝

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｊ 9/00 Ｆ１６Ｊ 9/00 Ａ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 １〜３本のコンプレッションリングと２
   本の油かきリングを使用する内燃機関のピストンとピス
   トンリングの組合せにおいて、一方の油かきリングに２
   本のサイドレールと１本のスペーサエキスパンダからな
   る組合せ油かきリングを使用し、他方の油かきリングに
   コイルエキスパンダ付き油かきリングを使用し、前記ピ
   ストンの第１油かきリング溝の下面に前記ピストンの半
   径方向に伸びる油戻し溝を穿設したことを特徴とするピ
   ストン及びピストンリングの組合せ。