JP3216000B2 - エンジンの圧力リング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンのピストンリン
グに関し、より詳しくはピストンに凹設した圧力リング
溝に嵌着される圧力リングに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧力リングの一例として、圧力リ
ングの外周面をバレル形状に形成するとともに、圧力リ
ングの外周面とシリンダ内周面との間に潤滑油による油
膜を形成して油密状態を良好に維持するために、図５
（Ａ）に示すように圧力リング５とシリンダ内周面との
接触部分、即ち、圧力リング５の上下方向中央部に油溜
め溝３２を周方向に刻設して、圧力リング５の摩耗を少
なくするようにしたものがある。

【０００３】この構成では、ピストン昇降運動に伴って
圧力リング５に捩れが生じると、圧力リング５とシリン
ダ内周面との接触部分の上下に形成される油膜層の均一
性が損なわれ、圧力リング５の接触部分に形成した油溜
め溝３２を介して、接触部分の上下が連通する状態とな
って、油膜によるガス封止状態が破れ、ブローバイガス
量が増大するとともに、オイル上がりが増大するという
問題がある。

【０００４】図５（Ｂ）はその状態を説明するための図
であり、圧力リング５の外周面とシリンダ内周面との接
触面の状態を示す図であり、ピストンの昇降運動に伴う
圧力リング５の捩れにより接触部分３０が波うち、油溜
め溝３２を介して、接触部分３０の上下が連通する状態
となってしまう（図５（Ｂ）において矢印３３で示す）
ことが起こる。

【０００５】この問題に対して、本出願人は実開平３−
３８４５７号において以下のようなエンジンの圧力リン
グ５を開示している。図６（Ａ）は実開平３−３８４５
７号において開示された圧力リング５の一部破断断面図
である。同図においてピストン１の上部のリング形成域
に圧力リング溝３を凹設し、その圧力リング溝３内に圧
力リング５が嵌着してある。圧力リング５の外周面はバ
レル形状に形成してあり、その上下方向略中央部をシリ
ンダ内周面３４との標準接面３１に形成してある。ま
た、標準接面３１よりもシリンダボトム側部分に油溜め
溝３２がその周方向に刻設してある。

【０００６】このような圧力リング５によれば、図６
（Ｂ）に示すように接触部分３０が圧力リング５の捩れ
によって波うっても、油溜め溝３２は接触部分３０より
もシリンダボトム側に形成されているので、油溜め溝３
２を介して接触部分３０の上下が連通する状態にはなら
ず、油密状態を維持することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記実
開平３−３８４５７号に示す従来の構成を、外径が大き
くかつピストンスピードの大きなピストンに嵌着される
圧力リングに適用すると、後述する２段当たりが生じ、
エンジン運転初期時にオイル上がりが多くなるととも
に、圧力リングの外周面の形状が著しく損なわれるとい
う問題が生じる。

【０００８】この問題の発生についてさらに説明する。
ピストンの外径が大きくなるとその全周においてシリン
ダの内周面３４に圧接するための力を与えるために、圧
力リング５に大きな張力が必要となる。したがってピス
トンの外径が大きくなると、シリンダ内周面３４と圧力
リング５の外周面の接圧が大きくなる。さらに図６に示
す円弧状のバレル形状ではシリンダ内周面３４と圧力リ
ング５の標準接面３１はほぼ点接触（円周方向では線
状）になるので、エンジン運転初期においては接触点の
接圧はかなり大きくなる。また、圧力リング５の外周面
はほぼ円弧状なので、接触点を起点として圧力リング５
が摩擦力によって傾く（捩れる）ことが起こりやすく、
加えてピストンスピードが例えば１０ｍ／秒を超えるよ
うな場合には、摩擦力がさらに大きくなるので、結果と
して２段当たりが生じることになる。

【０００９】図７は圧力リングの傾きと２段当たりの関
係を説明するための図であり、図７（Ａ）は停止時の圧
力リング５の状態を示す図、図７（Ｂ）はピストン下降
時の摩擦抵抗により圧力リング５が＋θだけ傾いた状態
を示す図、図７（Ｃ）はピストン上昇時の摩擦抵抗によ
り圧力リング５が−αだけ傾いた状態を示す図である。
図７（Ｄ）は２段当たりによって摩耗した圧力リング５
の形状を示す図である。

【００１０】図７（Ａ）〜（Ｃ）から分かるように、ピ
ストンの径が大きくなり、ピストンスピードが大きくな
ると上昇時の当接面と下降時の当接面とが異なるように
なり、２段当たりが発生しやくなる。さらに、２段当た
りが生じると図７（Ｂ）に示すようにピストン下降時に
油溜り溝３２に溜まった潤滑油３５がシリンダ内周面３
４を潤滑し、図７（Ｃ）に示すようにピストン上昇時に
シリンダ内周面３４に塗られた潤滑油３５をシリンダ内
周面３４の上側方向へ掻き上げる状態になるので、オイ
ル上がり量が著しく増えることになる。

【００１１】また、図７（Ｄ）からわかるように２段当
たりが激しくなると、予め設定したバレル形状が摩耗に
より変形して上側の摩耗面３６、下側の摩耗面３７が形
成され、圧力リング５の予め設計した機能を発揮できな
くなるという問題も生じる。

【００１２】

【発明の目的】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
であり、外径が大きく、かつピストンスピードが大きな
ピストンに適用される圧力リングにおいて、運転初期の
オイル上がりを低減することができるとともに、圧力リ
ングに捩れが生じても確実にガス封止を行うことができ
る圧力リングを提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１のエンジンの圧力リングを、例えば図１，
図２を参照して説明すれば、エンジンのピストン１に凹
設した圧力リング溝３に嵌着される圧力リング５であっ
て、圧力リング５の外周面におけるバレル頂部Ｐを圧力
リング５の高さ方向中央位置Ｇよりもピストンヘッド側
寄りに形成するとともに、バレル頂部Ｐ付近を略平面領
域（略平面１０）とし、略平面１０よりもピストンヘッ
ド側の領域、シリンダボトム側の領域をそれぞれ凸曲面
領域（上側円弧面１１、下側円弧面１２）に形成し、シ
リンダボトム側の凸曲面領域（下側円弧面１２）に油溜
め溝１３を周方向に刻設し、油溜め溝１３のシリンダボ
トム側先端部（下側先端部１４）と略平面１０の最外周
部との距離ｄをエンジン運転初期におけるなじみ運転時
間内に起こる摩耗幅に設定して、なじみ運転時間終了後
に油溜め溝１３のシリンダボトム側先端部（下側先端部
１４）がシリンダ内周面（ライナ面１５）に当接するよ
うに設定したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１の圧力リングによれば、圧力リング５
の外周面におけるバレル頂部Ｐを圧力リング５の高さ方
向中央位置Ｇよりもピストンヘッド側寄りに形成するこ
とにより、例えば、ラッピングなどの方法によりバレル
頂部Ｐ付近を略平面１０にする場合に、下側円弧面１２
に形成される油溜め溝１３を略平面１０で切り込むこと
なく、所定幅Ｌの略平面１０を形成することができる。
また、バレル頂部Ｐ付近を略平面１０としているので、
ライナ面１５に接触する圧力リング５の外周部の面積を
増やすことができ、接圧を下げることができるととも
に、従来のように点で当たらないため２段当たりが起こ
りにくくすることができる。したがって、図７（Ａ）〜
（Ｃ）で説明したようなエンジン運転初期のオイル上が
りを少なくすることができ、また、図７（Ｄ）に示した
ような２段当たりによる圧力リング５の外周面の変形を
抑制することができる。

【００１５】また、油溜め溝１３の下側先端部１４と略
平面１０の最外周部との距離ｄをエンジン運転初期にお
けるなじみ運転時間内に起こる摩耗幅に設定して、なじ
み運転時間終了後に油溜め溝１３の下側先端部１４がシ
リンダ内周面に当接するように構成したので、ならし運
転の後期において鏡面潤滑が起こる前に油溜め溝１３の
潤滑油を接触面に供給することができ、ならし運転後の
圧力リング５においてガス封止機能を十分に発揮させる
ことができる。また、中央部下側に油溜め溝が形成され
ているので、図６（Ｂ）で説明したように油溜め溝１３
を介して接触部分の上下が連通する状態にはならないの
で良好に油密状態を維持することができる。

【００１６】

【発明の効果】上記作用において詳細に説明したよう
に、請求項１の発明によれば、外径が大きく、ピストン
スピードが大きなピストンに圧力リングを適用した場合
に、（イ）油溜め溝の形成に影響を与えることなく、圧
力リングの外周面に所定幅の略平面領域を形成すること
ができる、（ロ）エンジン運転初期のオイル上がりを低
減することができる、（ハ）２段当たりによる圧力リン
グの変形を低減できる、（ニ）ならし運転の後期におい
て鏡面潤滑が起こる前に油溜め溝の潤滑油を接触面に供
給することができ、ならし運転後においてガス封止機能
を十分に発揮させることができる、という特有の効果を
奏する。

【００１７】

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に
説明する。図１，図２はそれぞれ本発明に係る、エンジ
ンの圧力リングを説明するための図であり、図１（Ａ）
は要部の抜き出し断面図、図１（Ｂ）はピストンの一部
破断正面図、図２（Ａ）〜（Ｃ）は圧力リング外形を説
明するための拡大断面図である。

【００１８】図１（Ｂ）に示すように、ピストン１はそ
の上部のリング形成域２に２本の圧力リング溝３と１本
の油掻きリング溝４とが凹設してあり、圧力リング溝３
に圧力リング５が、油掻きリング溝４にオイルリング６
がそれぞれ嵌着してある。圧力リング溝３に嵌着した圧
力リング５の外周面は、図２（Ａ）に示すようにバレル
頂部Ｐを圧力リング５の高さ方向中央位置Ｇよりもピス
トンヘッド側寄りに形成した後に、バレル頂部Ｐ付近を
ほぼ鉛直に切り落とすことにより形成された略平面１０
と、略平面１０よりもピストンヘッド側にある上側円弧
面１１と、略平面１０よりもシリンダボトム側にある下
側円弧面１２とから構成されている。また、下側円弧面
１２に油溜め溝１３が周方向に刻設してある。

【００１９】なお、圧力リング５の外周面は、まず、中
心を上側にずらした半径Ｒのバレル面を形成することに
より、バレル頂部Ｐを圧力リング５の高さ方向中央位置
Ｇよりもピストンヘッド側寄りに形成し、次いでバレル
状外周面全体に工業用クロムメッキを厚さ約０．１５ｍ
ｍにわたって施し、ラッピングを行うことにより、略平
面１０を形成する。そして、下側円弧面１２に油溜め溝
１３を形成する。このように構成することにより、下側
円弧面１２に油溜め溝１３を形成した場合でも、図１
（Ａ）および図２（Ｂ）に示す略平面１０の幅Ｌを確保
しやすくできる。

【００２０】また、ライナ面１５との摩擦によって略平
面１０が摩耗しても、当接面である略平面１０は油溜め
溝１３よりも上側寄りに位置することになるので、油溜
め溝１３が距離ｄ内の摩耗によって削られないようにす
ることができる。また、中心を上側にずらした半径Ｒの
バレル面を基本とすることにより、油溜め溝１３が形成
される下側円弧面１２位置を略平面１０から見てかなり
奥側に位置させることができ、運転初期の摩耗により油
溜め溝１３の形状が変形することを防止することができ
る。

【００２１】また、油溜め溝１３の下側先端部１４と略
平面１０の最外周部との距離ｄは、エンジン運転初期
（エンジンの種類にもよるが、約１００時間〜１０００
時間）のなじみ運転時間内に摩耗する幅に設定されてい
る。さらに、略平面１０の幅Ｌもなじみ運転時間内に摩
耗する幅がｄとなるように設定されている。これらの距
離ｄ、長さＬは各機種のエンジンにおいて実際の実験に
より設定される。

【００２２】圧力リング５を装着して初めてエンジンを
運転した時には、図２（Ａ）に示すように略平面１０と
ライナ面１５とが接触した状態になっている。図２
（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ略平面１０が摩耗した状態の
一例を示す図であり、図２（Ｂ）が略平面１０が元の略
平面１０と平行に摩耗が行われた場合のライナ面１５と
の接触状態を示す図、図２（Ｃ）が元の略平面１０に対
して少し傾いた状態（角度φで示す）で摩耗が行われた
場合のライナ面１５との接触状態を示す図である。

【００２３】なお、図２（Ｂ），（Ｃ）では分かりやす
いように摩耗幅を大きく描いているが、図２（Ｂ）に示
すように圧力リングの全高ｈを３ｍｍ、圧力リングの幅
ｓを５ｍｍとすると距離ｄは、０．００５ｍｍ〜０．０
０８ｍｍ程度である。なお、上記略平面１０の幅Ｌは
０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。

【００２４】また、図２（Ｂ），（Ｃ）において、エン
ジンのならし運転終了時において油溜め溝１３の下側先
端部１４がライナ面１５に当接するように距離ｄ、長さ
Ｌが設定されていることは変わりなく、図２（Ｂ），
（Ｃ）はシリンダ内周面、圧力リング５の状態によって
図２（Ｂ），（Ｃ）に示す摩耗が起こり得ることを示し
ている。

【００２５】図３はこの圧力リング５のライナ面１５へ
の適応作用を説明するためのフローチャートであり、ス
テップＳＰ１において潤滑油の少ない状態で略平面１０
がライナ面１５に当接した状態でエンジンのならし運転
が行われ、ステップＳＰ２においてならし運転終了時に
おいて距離ｄ分だけ略平面１０が摩耗し、ステップＳＰ
３においてならし運転終了後は油溜め溝１３の下側先端
部１４が直接にライナ面１５に接触して、接触面に潤滑
油を供給する状態で運転が行われる。

【００２６】この実施例によれば、図６に示す従来の圧
力リング５の外周部のように平面がない構成に比べて、
当接面積が広くなるので接圧が小さくなるとともに、面
で当接するので圧力リング５が傾きにくくなる。したが
って、極端な２段当たりが発生することを防止すること
ができ、オイル上がりを少なくできるとともに、圧力リ
ング５の形状が著しく損なわれることを防止することが
できる。また、運転初期のならし運転時は図３のステッ
プＳＰ１に示すように潤滑油が少ない状態でエンジンが
運転されるので、運転初期におけるオイル消費を少なく
することができる。

【００２７】そして、運転初期の摩耗によって圧力リン
グ５とライナ面１５が鏡面潤滑になる前にライナ面１５
と油溜め溝１３の下側先端部１６とが接触するように距
離ｄが設定されているので、ならし運転を終えた後は、
油溜め溝１３の潤滑油によって接触面に必要最小限の油
膜を生成することができ、圧力リング５とライナ面１５
との油密が損なわれることがなくなり、ブローバイガ
ス、オイル上がりの低減を図ることができる。

【００２８】

【実施例２】図４は本発明に係る圧力リングの外周部構
成を示す縦断面図である。この第２実施例が前記第１実
施例と比べて異なる点は、前記第１実施例における上側
円弧面１１、下側円弧面１２を円弧より曲率変化が大き
い上側第１凸曲面１７、下側第１凸曲面１８にそれぞれ
代えた点と、前記第１実施例の略平面１０を第１凸曲面
１７，１８より遥に曲率が小さい第２凸曲面１９に代え
た点と、下側第１凸曲面１８の長さを上側第１凸曲面１
７の長さより大きくした点のみである。

【００２９】なお、この第２実施例でも、油溜め溝１３
は下側第１凸曲面１８に形成されているとともに、バレ
ル頂部Ｐの位置は高さ方向中央位置Ｇよりも上側寄りに
形成されている。この第２実施例も第１実施例と同様
に、第２凸曲面１９により略平面接触になるので極端な
２段当たりが発生することを防止でき、オイル上がり量
を抑制することができるとともに、ならし運転終了時に
良好な気密状態を保つことができ、膨張ガスの燃焼室か
らクランクケースへの漏れを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１実施例に係る圧力リングを説明する
ための図であり、図１（Ａ）は要部の抜き出し断面図、
図１（Ｂ）はピストンの一部破断正面図である。

【図２】図２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の第１実
施例に係る圧力リングの拡大断面図である。

【図３】本発明の圧力リングのライナ面への適応作用を
説明するためのフローチャートである。

【図４】本発明の第２実施例に係る圧力リングの形状を
示す拡大断面図である。

【図５】図５（Ａ）は従来の圧力リングの断面図、図５
（Ｂ）はその問題点を説明するための図である。

【図６】図６（Ａ）は本出願人が既に提案した圧力リン
グの断面図、図６（Ｂ）はその効果を説明するための図
である。

【図７】図７（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ圧力リング径を
大きくし、ピストンスピードを大きくしたときの問題点
を説明するための図である。

【符号の説明】

１…ピストン、３…圧力リング溝、５…圧力リング、１
０…略平面、１１…上側円弧面、１２…下側円弧面、１
３…油溜め溝、１４…下側先端部、１５…ライナ面、１
７…上側第１凸曲面、１８…下側第１凸曲面、１９…第
２凸曲面、Ｐ…バレル頂部、Ｇ…圧力リングの高さ方向
中央位置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−185620（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−26572（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−35249（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−38457（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−14733（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−8553（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−196239（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−38138（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16J 9/20 F02F 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのピストン（１）に凹設した圧
   力リング溝（３）に嵌着される圧力リング（５）であっ
   て、圧力リング（５）の外周面におけるバレル頂部
   （Ｐ）を圧力リング（５）の高さ方向中央位置（Ｇ）よ
   りもピストンヘッド側寄りに形成するとともに、バレル
   頂部（Ｐ）付近を略平面領域（１０）（１９）とし、略
   平面領域（１０）よりもピストンヘッド側の領域、シリ
   ンダボトム側の領域をそれぞれ凸曲面領域（１１）（１
   ２）（１７）（１８）に形成し、シリンダボトム側の凸
   曲面領域（１２）（１８）に油溜め溝（１３）を周方向
   に刻設し、油溜め溝（１３）のシリンダボトム側先端部
   （１４）と略平面領域（１０）（１９）の最外周部との
   距離（ｄ）をエンジン運転初期におけるなじみ運転時間
   内に起こる摩耗幅に設定して、なじみ運転時間終了後に
   油溜め溝（１３）のシリンダボトム側先端部（１４）が
   シリンダ内周面（１５）に当接するように設定したこと
   を特徴とする、エンジンの圧力リング。