JP3625896B2

JP3625896B2 - エキスパンダ付きオイルリング

Info

Publication number: JP3625896B2
Application number: JP14577695A
Authority: JP
Inventors: 巌平石
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1995-06-13
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JPH08338530A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関においてシリンダ内壁から過剰のオイルを掻き落とすためのエキスパンダ付きオイルリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関においては、ピストンの外周に設けられたリング溝に圧力ピストンリング（単に圧力リングともいう）とオイルリングを装着し、主として前者により燃焼ガスの漏洩を防止すると共に、後者でシリンダ内壁に付着した余分な潤滑油を掻き落とし、潤滑油が燃焼室に流入して燃焼することを防止するのが普通である。ピストンリングの機能には、前記した以外にも燃焼熱をピストンから外部に除去する伝熱作用や、ピストンの往復運動を円滑にするベアリング作用等多くの作用が要求される。
【０００３】
これらのオイルリングは、所定の拡張力（押しつけ力）によってシリンダ内壁に押しつけることが必要であるが、リング自身の拡張力では不十分なため、内周に添ってコイルエキスパンダ等のリング状の弾性体を挿入することが行われている。
図３は、一般的なコイルエキスパンダ付きオイルリングにおけるコイルエキスパンダを除いたオイルリング本体を示す斜視図、図４は実開昭５４−５３１０８号公報に従来例として記載されている図３に示すものと同様のオイルリングの要部を示す分解斜視図で、（ａ）はオイルリング本体の一部、（ｂ）はコイルエキスパンダの一部を示し、３は一体形リング、３１は上方シール部、３２は下方シール部、３３は上下シール部を結ぶ連結部、３４は油孔、３５は合口、５はコイルエキスパンダである。
【０００４】
このオイルリング本体は、上方シール部３１と下方シール部３２を連結部３３で結合して一体形リング３とした断面略Ｉ字状の鋳鉄製リングで、内径を押し広げてピストンに設けられたリング溝に装着するため、合口３５を設けてある。
図５はこのオイルリングの使用状態を示す要部の断面図で、７はピストン、７１はその外周に設けられたリング溝、８はシリンダ、８１はその内壁である。
【０００５】
ピストン７の上下運動に伴い、シリンダの内壁８１に付着している余分なオイルが上方シール部３１と下方シール部３２の外周摺動面により掻き落とされる。連結部３３の外周部は掻き落としたオイルを受け入れる溝となっており、さらにこのオイルをピストン７の内側からオイルパンへ戻してやるため、連結部３３には油孔３４が設けられている。一方、連結部３３の内周側にはコイルエキスパンダ５が配置され、これにより一体形リング３はシリンダの内壁８１に押しつけられる。
【０００６】
このようにオイルリング本体が、上方シール部３１と下方シール部３２が連結部３３で結合されて一体となっているものにおいては、組み立て上と熱膨張の双方から、一体形リング３の上下面とピストン側のリング溝７１との間に、図５に示したサイドクリアランスｆが必要であり、この隙間がオイルの抜け道となってオイル消費が大きくなる場合がある。また、鋳鉄製オイルリングは機械的強度が低いため断面寸法が大きくなり、ピストンの作動に対して一層追随性が悪く、またエンジンの軽量化にとっても好ましくない。
【０００７】
図６は、実開昭５４−５３１０８号公報に記載されたオイルリングの使用状態を示す要部の断面図で、オイルリング本体が上方リング１と下方リング２に分離され、これらの内周側に配置されるコイルエキスパンダ５と合わせて３点で構成されている。
この構成においては、コイルエキスパンダ５との接触を上方リング１、下方リング２の内周側の傾斜面１３、２３で行うことにより、コイルエキスパンダ５による水平方向の拡張力の一部が傾斜面によって上下方向の分力として作用し、上方リング１と下方リング２を上下方向にも押し開くので、ピストンストロークの全域にわたって前記サイドクリアランスｆが解消される。
【０００８】
しかし、コイルエキスパンダ５は線材をらせん状にしたコイルであるから傾斜面１３、２３との接触面積が少なく、力の伝達が不安定でかつ摩耗も速いという問題点がある。
そこで、コイルエキスパンダ５に代えて、リング状の弾性体であるエキスパンダリングを使用するものが実開昭５５−６７３４１号公報により提案されている。図７にこれを示す。この図も使用状態を示す要部の断面図で、このオイルリングは、上方リング１、下方リング２の２枚のリングと、その内側に配置されるエキスパンダリング６の３点で構成されている。
【０００９】
図８はエキスパンダリング６の単体を示す斜視図で、６１、６２は傾斜面、６４は油孔、６５は合口である。上方の傾斜面６１は内方上方に傾斜し、下方の傾斜面６２は内方下方に傾斜した中高断面で、これらの傾斜角は上方リング１、下方リング２の内周部分の傾斜と一致させてあるから、ピストンの運動によって上方リング１、下方リング２が相対的に運動してもエキスパンダリング６との接触は安定して維持され、上方リング１、下方リング２の外周面に拡張力を付与すると同時にこれらを上下方向にも押圧する。
【００１０】
なお、上記実開昭５５−６７３４１号公報には、他の実施例として、エキスパンダリング６の内側にさらにコイルエキスパンダ５を配置して、拡張力を増強することも記載されており、これを図９に示す。
ところで、上記のような従来のオイルリングは、リング本体として通常鋳鉄を用いており、機械的強度や耐摩耗性などの観点から半径方向の寸法を大きくとらざるをえないため、組み付け性、すなわちピストンへの装着作業にはとくに問題がなかった。しかし、近年、ディーゼルエンジン用として耐摩耗性を重視してリング本体を鋼製にするとともにシリンダへの追随性を向上させるためリング本体の半径方向寸法を小さくし、コイルエキスパンダを併用してシリンダに対する押しつけ力を高くすることが志向されている。
【００１１】
そこで、例えば図９に示したようなオイルリングをピストンに組み付ける場合、ピストン７のリング溝７１内に内側に入るものから、すなわちコイルエキスパンダ５をリング溝７１内に装入し、この合口を接続し、次にエキスパンダリング６の合口を開いてリング溝７１内に装入する。さらに同様にして上方リング１、下方リング２を装入するのであるが、コイルエキスパンダ５につづいてエキスパンダリング６を装入しようとするとき、コイルエキスパンダ５の外径Ｂがリング溝７１の幅Ｗに対して小さいので、コイルエキスパンダ５が現実には図のような中央位置にとどまらずにリング溝７１内で逃げてしまい、エキスパンダリング６をこれと正しく組み合わせて装着するのはきわめて困難であるという問題点があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を解消し、組み付け性がよく、軽量でオイル掻き性能にすぐれ、かつ耐摩耗性にすぐれるオイルリングを実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、上方リングと下方リングとからなるオイルリング本体の上方リングの内周面は、上部が内方に傾斜する円錐状の傾斜面に形成され、一方、下方リングの内周面は、下方が内側に傾斜する円錐状の傾斜面に形成されており、このオイルリング本体の内周側にあってこれを外方に拡張するリング状のコイルばねであるコイルエキスパンダとの中間に、外周面が中高で、内周面は凹面の断面形状を有するリング体であるリングプレートを配設してなるエキスパンダ付きオイルリングであって、前記リングプレート（４）の外周面の中高断面が、上方リング（１）の内周の傾斜面（ 13 ）および下方リング（２）の内周の傾斜面（ 23 ）に内接する円弧状であることを特徴とするエキスパンダ付きオイルリングである。
【００１４】
請求項２に記載の本発明は、ピストン（７）に設けられたリング溝（ 71 ）の幅Ｗに対して、
リングプレート（４）の幅Ａ＝ (0.75 〜 0.85) Ｗ、
コイルエキスパンダ（５）の外径Ｂ＝ (0.7 〜 0.8) Ｗであることを特徴とする請求項１に記載のエキスパンダ付きオイルリングである。
また、請求項３に記載の本発明は、上方リング（１）と下方リング（２）とからなるオイルリング本体の上方リング（１）の内周面は、上部が内方に傾斜する円錐状の傾斜面（ 13 ）に形成され、一方、下方リング（２）の内周面は、下方が内側に傾斜する円錐状の傾斜面（ 23 ）に形成されており、このオイルリング本体の内周側にあってこれを外方に拡張するリング状のコイルばねであるコイルエキスパンダ（５）との中間に、外周面が中高で、内周面は凹面の断面形状を有するリング体であるリングプレート（４）を配設してなるエキスパンダ付きオイルリングであって、リングプレート（４）の外周面の中高断面が、上下部分が、上方リング（１）の内周の傾斜面（ 13 ）および下方リング（２）の内周の傾斜面（ 23 ）とそれぞれ略一致する傾斜の直線よりなる３つ折り形状であるとともに、
ピストン（７）に設けられたリング溝（ 71 ）の幅Ｗに対して、
リングプレート（４）の幅Ａ＝ (0.75 〜 0.85) Ｗ、
コイルエキスパンダ（５）の外径Ｂ＝ (0.7 〜 0.8) Ｗ
であることを特徴とするエキスパンダ付きオイルリングである。
【００１６】
【作用】
本発明におけるオイルリングは、上方リングと下方リングよりなるオイルリング本体とコイルエキスパンダとの中間にリングプレートを配設することにより、コイルエキスパンダとリングプレート、リングプレートとオイルリング本体とが確実に接触してコイルエキスパンダの拡張力が上方リングと下方リングに確実に伝達されると同時に、サイドクリアランスも解消するので、オイル掻き性能がよい。
【００１７】
また、ピストンに設けられたリング溝の幅Ｗに対して、
リングプレートの幅Ａ＝（０．７５〜０．８５）Ｗ、
コイルエキスパンダの外径Ｂ＝（０．７〜０．８）Ｗ、
の範囲とすることにより、コイルエキスパンダがリング溝内で逃げることがなく、次に組み込まれるコイルプレートと自然に正しい関係で嵌合するので、組み付け性がきわめてよい。
【００１８】
【実施例】
本発明の一実施例を図１により説明する。図１はオイルリングの使用状態における要部断面図で、これまでと同じ部分については同一符号を使用している。
このオイルリングは、上方リング１と下方リング２よりなるオイルリング本体と、その内周にあってオイルリング本体を半径方向に拡張するコイルエキスパンダ５との中間に、外周面が中高で、内周面は凹面の断面形状を有するリング体であるリングプレート４を配設して構成される。
【００１９】
上方リング１は、内周の傾斜面１３は上部が内方に傾斜する円錐状、外周は中央付近が突出してランド部１２を形成する凸状断面であり、下方リング２は、内周の傾斜面２３が下部が内方に傾斜する円錐状、外周は中央付近が突出してランド部２２を形成する凸状断面である。
リングプレート４の断面形状を図２に示す。内周面４３はコイルエキスパンダ５の外径よりやや大きい曲率を有する円弧状の凹状溝、外周側はたとえば（ａ）の場合は、上下の部分の傾斜が上方リング１と下方リング２の内周面の傾斜に略一致する３つ折り面、（ｂ）の場合は、上方リング１と下方リング２の内周面に内接する円弧状の球面で、いずれも上半分は上方が内方に傾斜し、下半分は下方が内方に傾斜する中高形状である。図示しないが図８のエキスパンダリングと同様に、合口を有する。オイルリング本体を拡張する機能は主としてコイルエキスパンダ５が受け持つので、リングプレート４自身は弾性体でなくてもよい。
【００２０】
コイルエキスパンダ５とオイルリング本体との中間にリングプレート４が挿入されたことにより、コイルエキスパンダ５に対してリングプレート４は凹状溝の内周面４３により安定して接触するとともに、リングプレート４と上方リング１、下方リング２とは円錐面あるいは球面と傾斜面との間で確実に接触し、かつ傾斜角によってコイルエキスパンダ５の拡張力が上下方向にも伝達されるから、ピストン７のリング溝７１との間のサイドクリアランスも解消してリング溝７１上下面のシールが良好となり、これによりオイル消費量を節減することができる。
【００２１】
ここで、ピストン７に設けられたリング溝７１の軸方向の幅Ｗに対して、
リングプレート４の幅Ａ＝（０．７５〜０．８５）Ｗ、
コイルエキスパンダ５のコイルの外径Ｂ＝（０．７〜０．８）Ｗ、
の範囲とすると、コイルエキスパンダ５のみを装入した状態でもコイルエキスパンダがリング溝７１内で隅の方に逃げることがなくほぼ溝中央に位置しており、次にリングプレート４を組み込むと、リングプレートの内周面４３の凹状溝と自然に正しい関係で嵌合するので、組み付け性がきわめてよい。
【００２２】
上記Ａ、Ｂの値は、エンジンの軽量化の見地からは小さい方が望ましいので、上限値を１とせず、効果の変わらない範囲で低めの値である０．８５または０．８とした。下限値未満となると前記したような「逃げ」が発生し、組み付け性が悪くなる。
コイルエキスパンダ５の拡張力と上下方向の分力との配分は、前記接触面の傾斜角θにより変化するわけであるが、実験結果によれば傾斜角θは５〜２０°の範囲が望ましい。
【００２３】
なお、オイルリング本体およびリングプレートの材質は特に鋼製に限定されるものではなく、鋳鉄やそれ以外の金属、あるいは耐熱性合成樹脂等で製造してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のオイルリングは、組み付け性がよく、拡張力の伝達や部品間の接触がよいのでオイルコントロール性能がよいとともに耐久性にもすぐれる等の特徴を有し、オイルの消費量が節減されるとともにエンジンの軽量化が達成されるなどのすぐれた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のオイルリングの使用状態を示す部分断面図である。
【図２】本発明の実施例のリングプレートの形状を示す断面図である。
【図３】従来一般的なオイルリングの例を示す斜視図である。
【図４】従来一般的なオイルリングの例を示す部分斜視図である。
【図５】従来一般的なオイルリングの使用状態を示す部分断面図である。
【図６】他の従来例のオイルリングの使用状態を示す部分断面図である。
【図７】さらに他の従来例のオイルリングの使用状態を示す部分断面図である。
【図８】図７のオイルリングにおけるエキスパンダリングを示す斜視図である。
【図９】さらに他の従来例のオイルリングの使用状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１上方リング
２下方リング
３一体形リング
４リングプレート
５コイルエキスパンダ
６エキスパンダリング
７ピストン
８シリンダ
１１上面シール部
１２、２２ランド部
１３、２３傾斜面
２１下面シール部
３１上方シール部
３２下方シール部
３３連結部
３４油孔
３５合口
４１、４２傾斜面
４３内周面
４４油孔
４５合口
７１リング溝
８１内壁

Claims

上方リング（１）と下方リング（２）とからなるオイルリング本体の上方リング（１）の内周面は、上部が内方に傾斜する円錐状の傾斜面（13）に形成され、一方、下方リング（２）の内周面は、下方が内側に傾斜する円錐状の傾斜面（23）に形成されており、このオイルリング本体の内周側にあってこれを外方に拡張するリング状のコイルばねであるコイルエキスパンダ（５）との中間に、外周面が中高で、内周面は凹面の断面形状を有するリング体であるリングプレート（４）を配設してなるエキスパンダ付きオイルリングであって、前記リングプレート（４）の外周面の中高断面が、上方リング（１）の内周の傾斜面（ 13 ）および下方リング（２）の内周の傾斜面（ 23 ）に内接する円弧状であることを特徴とするエキスパンダ付きオイルリング。
ピストン（７）に設けられたリング溝（ 71 ）の幅Ｗに対して、
リングプレート（４）の幅Ａ＝ (0.75 〜 0.85) Ｗ、
コイルエキスパンダ（５）の外径Ｂ＝ (0.7 〜 0.8) Ｗであることを特徴とする請求項１に記載のエキスパンダ付きオイルリング。
上方リング（１）と下方リング（２）とからなるオイルリング本体の上方リング（１）の内周面は、上部が内方に傾斜する円錐状の傾斜面（ 13 ）に形成され、一方、下方リング（２）の内周面は、下方が内側に傾斜する円錐状の傾斜面（ 23 ）に形成されており、このオイルリング本体の内周側にあってこれを外方に拡張するリング状のコイルばねであるコイルエキスパンダ（５）との中間に、外周面が中高で、内周面は凹面の断面形状を有するリング体であるリングプレート（４）を配設してなるエキスパンダ付きオイルリングであって、
リングプレート（４）の外周面の中高断面が、上下部分が、上方リング（１）の内周の傾斜面（ 13 ）および下方リング（２）の内周の傾斜面（ 23 ）とそれぞれ略一致する傾斜の直線よりなる３つ折り形状であるとともに、
ピストン（７）に設けられたリング溝（ 71 ）の幅Ｗに対して、
リングプレート（４）の幅Ａ＝ (0.75 〜 0.85) Ｗ、
コイルエキスパンダ（５）の外径Ｂ＝ (0.7 〜 0.8) Ｗ
であることを特徴とするエキスパンダ付きオイルリング。