JP3159812U

JP3159812U - ピストンリング、ピストン、エンジン

Info

Publication number: JP3159812U
Application number: JP2010001693U
Authority: JP
Inventors: 志村　明俊; 明俊志村
Original assignee: 志村　明俊; 明俊志村
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2010-06-03
Anticipated expiration: 2020-03-16

Abstract

【課題】エンジンの初期使用段階においても、ピストンリングとシリンダとの摩擦を極力低く抑えることができるピストンリング、及びこれを用いたピストン、レシプロエンジンを提供する。【解決手段】ピストンリング本体３１，３２の外周面の一部に、外周面に一致する曲率を有する紡錘形ローラ４０を配置した。ピストン本体の外周面の一部に、外周面に一致する曲率を有する紡錘形ローラ４０を配置した。【選択図】図３

Description

本考案は、ピストンリング、これを用いたピストン及びエンジンに関する。

エンジン用シリンダの内壁とピストンの外周の間に潤滑油を保持しつつ、エンジンの燃焼室の機密を確保するために、ピストンの外周面には、複数のピストンリングが装着される。
複数のピストンリングのうち、ピストンヘッド側には、コンプレッションリング（トップリング、セカンドリング）が装着される。さらに、シリンダを潤滑した後の余分なエンジンオイルをかき落とすオイルリングが装着される。

ピストンリング（コンプレッションリング）には、耐摩耗性、強靱性、耐熱性、さらにオイル保持能力等が求められる。
特に、ピストンリングとシリンダとの摩擦を極力低く抑えることが要請される。その一方で、ピストンリング（コンプレッションリング）は、燃焼室の気密を保持するために、自己張力等によってシリンダに強く密着する必要がある。

特開平８−２９６４９８号公報

特許文献１に開示されるように、ピストンリングとシリンダとの摩擦を極力低く抑えるために、バレルフェース形状のピストンリングが開発されている。
しかしながら、バレルフェース形状のピストンリングを用いたとしても、エンジンの初期使用段階、すなわちピストンリング（コンプレッションリング）とシリンダが「なじみ」が十分でない状態では、異常摩耗（焼き付き）が発生するという問題がある。

本考案は、上述した事情に鑑みてなされたもので、エンジンの初期使用段階においても、ピストンリングとシリンダとの摩擦を極力低く抑えることができるピストンリング、及びこれを用いたピストン、レシプロエンジンを提供することを目的とする。

本考案に係るピストンリング、ピストン、エンジンでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

本考案に係るピストンリングは、ピストンリング本体の外周面の一部に、前記外周面に一致する曲率を有する紡錘形ローラを配置したことを特徴とする。

本考案に係る第１のピストンは、上記ピストンリングを装着したことを特徴とする。

本考案に係る第２のピストンは、ピストン本体の外周面の一部に、前記外周面に一致する曲率を有する紡錘形ローラを配置したことを特徴とする。

本考案に係るエンジンは、上記第１のピストン又は上記第２のピストンを用いたことを特徴とする。

本考案によれば、エンジンの初期使用段階においても、ピストンリングとシリンダとの摩擦を、容易かつ確実に、極力低く抑えることができる。したがって、初期使用段階におけるシリンダ及びピストンリングの異常摩耗発生（焼き付き）を確実に防止することができる。よって、エンジンの長寿命化を図ることができる。

本考案の実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。本考案の実施形態に係るピストンを示す図である。本考案の実施形態に係るピストンリングを示す図である。紡錘形ローラを示す図である。

以下、本考案に係るピストンリング、ピストン及びエンジンの実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本考案の実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す図である。
エンジン１は、シリンダ１０、シリンダ１０の内周壁１１に摺動可能に挿嵌されたピストン２０、ピストン２０の底面に連結されたピストンロッド８、ピストンロッド８の一端に連結されたコネクティングロッド４、コネクティングロッド４に連結された回転駆動軸２等を備えている。
そして、ピストン２０は、回転駆動軸２を介して回転駆動されるコネクティングロッド４により上下方向等に往復移動（摺動）するように構成されている。

図２は、本考案の実施形態に係るピストン２０を示す図である。
ピストン２０の外周面には、３本のピストンリング溝２１が形成されており、これらピストンリング溝２１には、それぞれピストンリング３１，３２，３３が装着される。
ピストンリング３１は、トップリングと呼ばれるコンプレッションリングである。ピストンリング３２は、セカンドリングと呼ばれるコンプレッションリングである。ピストンリング３１，３２は、いわゆるバレルフェース形状のピストンリングである。
なお、ピストンリング３３は、オイルリングと呼ばれる。

図３は、本考案の実施形態に係るピストンリング３１，３２を示す図である。
図４は、紡錘形ローラ４０を示す図である。

図３に示すように、ピストンリング（ピストンリング本体）３１，３２は、環状の鋳鉄製部材であり、その一部が切断除去されて切り口３５が形成されている。切り口３５が形成されることにより、ピストンリング３１，３２がシリンダ１０に装着された際に、温度上昇により膨張して変形や損傷を受けることを防止できる。

ピストンリング３１，３２の外周面の複数個所には、この外周面に一致する曲率を有する紡錘形ローラ４０が配置されている。
図４に示すように、紡錘形ローラ４０は、紡錘形の軸部材である。つまり、長手方向（回転中心軸方向）の中央における外周面の曲率半径が最も大きく、両端側に向かうに従って、外周面の曲率半径が徐々に小さくなる形状である。
紡錘形ローラ４０は、ピストンリング３１，３２と同一の材料、例えば、特殊鋳鉄や炭素鋼、或いはプレス鋼などを用いることができる。

上述したように、ピストンリング３１，３２の外周面（周方向の曲率）と、紡錘形ローラ４０の外周面（回転中心軸に沿う方向の曲率）とが一致している。つまり、紡錘形ローラ４０は、その回転中心軸がピストンリング３１，３２の中心軸（ピストン２０の軸に一致）に対して垂直な面に沿って配置されている。
例えば、ピストンリング３１，３２には、それぞれ３〜１２個程度の紡錘形ローラ４０が均等な間隔で配置（周上等配）される（図３は９個の例を示している）。
したがって、ピストンリング３１，３２を中心軸方向（ピストン２０の軸方向）から見ると、ピストンリング３１，３２と紡錘形ローラ４０により、一体的な環状の外周面が形成される（図３（ａ）参照）。

ピストンリング３１，３２の外周面の一部には、紡錘形ローラ４０を隙間なく収容するために、収容凹部３６が形成される。
収容凹部３６は、紡錘形ローラ４０の外形形状に一致する形状となっている。そして、収容凹部３６と紡錘形ローラ４０との間には、潤滑油が供給される。
したがって、紡錘形ローラ４０は、ピストンリング３１，３２の収容凹部３６内で、ピストン２０の摺動に応じて、滑り回転するようになっている。

なお、紡錘形ローラ４０の周方向の外周面の曲率は、ピストンリング３１，３２の中心軸方向の外周面曲率（バレルフェースの曲率）とは、一致する必要はない（図３（ｂ）参照）。
もっとも、バレルフェースの曲率と紡錘形ローラ４０の周方向の外周面曲率を一致させるようにしてもよい。これにより、ピストンリング３１，３２の外周面のうち、紡錘形ローラ４０が配置されていない領域における摩擦を紡錘形ローラ４０における摩擦に近づけることができるので、局所的な異常磨耗を防止できる。

上述したように、ピストンリング３１，３２の外周面の一部に、この外周面に一致する曲率を有する紡錘形ローラ４０が配置されているので、ピストン２０の摺動（往復移動）に応じて、紡錘形ローラ４０がシリンダ１０に対して転がり接触するので、ピストン２０（ピストンリング３１，３２）とシリンダ１０との摩擦を、容易かつ確実に、極力低く抑えることができる。

そして、ピストンリング３１，３２は、内周壁１１に給油されている潤滑油をピストン２０の上下運動により掻き上げ、掻き下げを行い、ピストンリング３１，３２の外周とシリンダ１０の内周壁１１との摺動面の潤滑を行う。
つまり、ピストンリング３１，３２と紡錘形ローラ４０により、一体的な環状の外周面が形成され、この外周面がピストン２０の内壁に接触するので、シリンダ１０ピストン２０の間に潤滑油を保持しつつ、エンジンの燃焼室の機密を確保することができる。

このように、本実施形態に係るピストンリング３１，３２によれば、エンジン１の初期使用段階においても、シリンダ１０との摩擦を、容易かつ確実に、極力低く抑えることができるので、シリンダ１０等の異常摩耗発生（焼き付き）を確実に防止することができる。よって、エンジン１の長寿命化を図ることができる。

前述した実施の形態で示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本考案の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、ピストンリング３１，３２の両者に紡錘形ローラ４０をそれぞれ配置する場合には、ピストンリング３１に配置される紡錘形ローラ４０とピストンリング３２に配置される紡錘形ローラ４０とが、周方向において異なる位置（互い違い）となるように配置してもよい。

また、ピストンリング３１，３２の両者に紡錘形ローラ４０をそれぞれ配置する場合に限らない。ピストンリング３１，３２のいずれか一方にのみ、紡錘形ローラ４０を配置してもよい。

コンプレッションリング（ピストンリング３１，３２）に紡錘形ローラ４０を配置する場合について説明したが、これに限らない。コンプレッションリングとは別個に、紡錘形ローラ４０を配置したピストンリングをピストン２０に装着してもよい。

更に、ピストン２０の外周面に、直接、紡錘形ローラ４０を配置してもよい。つまり、ピストン２０の外周面の一部に、この外周面に一致する曲率を有する紡錘形ローラ４０を配置する。
このように、ピストン２０の外周面に、直接、紡錘形ローラ４０を配置することで、コンプレッションリングの機能の一部（円滑な摺動の実現）を、ピストン２０自体（紡錘形ローラ４０）に担わせることができる。

また、ピストンリング３１，３２としては、バレルフェース形状に限らない。プレーン形、テーパフェース形、アンダカット形等であってもよい。

１…エンジン
１０…シリンダ
２０…ピストン（ピストン本体）
３１，３２…ピストンリング（ピストンリング本体）
４０…紡錘形ローラ

Claims

ピストンリング本体の外周面の一部に、前記外周面に一致する曲率を有する紡錘形ローラを配置したことを特徴とするピストンリング。
請求項１に記載のピストンリングを装着したことを特徴とするピストン。
ピストン本体の外周面の一部に、前記外周面に一致する曲率を有する紡錘形ローラを配置したことを特徴とするピストン。
請求項２又は請求項３に記載のピストンを用いたことを特徴とするエンジン。