JP3632671B2 - 内燃機関の組み合わせオイルリング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のピストンに装着されるオイルリング、特に、サイドレールとエキスパンダとを備えた組み合わせオイルリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の組み合わせオイルリングとしては、種々の構成のものが従来から知られているが、その一例として、特開平９−２５０６３８号公報には、一対のサイドレールと、このサイドレールを半径方向外周側へ付勢するエキスパンダと、このエキスパンダから独立して一対のサイドレールの間に挟み込まれたスペーサと、を備えた組み合わせオイルリングが開示されている。上記スペーサは、断面Ｉ字形をなし、一対のサイドレールをオイルリング溝の幅方向（ピストン軸方向）に離間させている。また上記エキスパンダは、帯状のばね鋼を断面楕円形の螺旋状に巻回し、かつ全体として環状をなすように形成してある。この公報記載の組み合わせオイルリングでは、スペーサとエキスパンダとを独立させることで、半径方向へ十分な張力を確保しつつ一対のサイドレールの姿勢安定性の確保を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の組み合わせオイルリングは、上記公報記載のものを含め、一対のサイドレールをエキスパンダが基本的に同じように外周側へ付勢する構成であるため、燃焼圧力等によってピストンがシリンダ壁面に対し傾斜したときには、上下に位置する一対のサイドレールの一方がシリンダ壁面に接近し、かつ他方がシリンダ壁面から離れようとして、それぞれの面圧が極端に違うものとなる、という問題がある。
【０００４】
例えばピストンのスラスト側もしくは反スラスト側において、ピストン上端がシリンダ壁面に近付くようにピストンが傾斜したとすると、下方のサイドレールの面圧が低下し、シール性が低下する。逆に、上方のサイドレールでは、面圧が過大となり、スカッフの発生や摩耗といった問題が生じる。
【０００５】
なお、サイドレールは環状に連続しているので、幾何学的には、ピストンが傾斜してもシリンダ壁面に追従しようとするように考えられるが、実際には、ピストンの傾斜に伴う局部的なシリンダ壁面との間の距離の変化に追従できず、過渡的な面圧の低下や過度の増加が発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の組み合わせオイルリングは、請求項１のように、
内燃機関のピストンのオイルリング溝内に嵌合する環状の一対のサイドレールと、
この一対のサイドレールの間に配置されて両サイドレールをピストン軸方向に離間した位置に保持する環状のスペーサと、
このスペーサの内周側に位置し、かつ半径方向外周側への張力を具備するとともに、少なくとも一部の断面において円筒面状の支持面を有する環状のエキスパンダと、
このエキスパンダの上記支持面に揺動可能に支持され、かつオイルリング溝の幅方向に延びた一対の耳部がそれぞれ上記サイドレールの内周端に当接して、上記エキスパンダの張力を上記サイドレールに伝達する中間部材と、を備えて構成されている。
【０００７】
すなわち、本発明の組み合わせオイルリングにおいては、中間部材を介してエキスパンダが一対のサイドレールを半径方向外周側へ付勢し、シリンダ壁面に押し付けることになる。そして、ピストンが燃焼圧力等によって傾斜したときに、シリンダ壁面との間の距離が相対的に変化して、一方のサイドレールが半径方向内周側へ押圧されたとすると、上記中間部材は上記エキスパンダを中心として揺動し、他方のサイドレールを逆に半径方向外周側へ押し出そうとする。これにより、一対のサイドレールの面圧の差が小さくなる。なお、上記の中間部材さらにはこれを支持するエキスパンダの支持面は、後述するように、必ずしも全周になくてもよく、ピストンの傾斜が問題となる一部にのみ設けることができる。
【０００８】
より具体的には、請求項２のように、上記中間部材は、略半円形の断面形状を有する中央部と、この中央部の１８０度離れた２箇所から突出した上記の耳部と、を有し、上記中央部の内周側の係合溝が上記エキスパンダの支持面に揺動可能に嵌合しているとともに、上記中央部の断面円弧形をなす外周面に、上記スペーサの内周端が当接している。
【０００９】
望ましくは、請求項３のように、上記スペーサの内周端は、その断面形状において、上記中央部の外周面形状に対応した円弧形断面を有する。
【００１０】
このようにスペーサの内周端がエキスパンダの外周面に当接することで、各部品の姿勢がより安定したものとなる。
【００１１】
上記中間部材は、請求項４のように、オイルリングの周方向に沿って複数個に分割されていることが望ましい。
【００１２】
また請求項５の発明では、上記の耳部を備えた中間部材が、少なくともピストンのスラスト−反スラスト方向を含む周方向の一部にのみ設けられている。ピストンの傾斜は、ピストンピンを中心として生じるので、該ピストンピンの軸方向と直交する方向、つまりスラスト−反スラスト方向の部分でのみ、シリンダ壁面に対する傾斜が問題となる。従って、この部分については、上述した中間部材の揺動によるサイドレールの面圧調整機能が重要となる。なお、残部については、揺動しない形状の中間部材を設けるようにしてもよく、あるいは、エキスパンダの断面形状を部分的に変更して該エキスパンダがサイドレールを直接に押圧するようにしてもよい。
【００１３】
上記エキスパンダは、円筒面状の支持面を構成するように、例えば環状に連続させた１本の太いワイヤから構成することができる。あるいは、請求項６のように、比較的細いワイヤをコイル状に巻回し、これによって円筒面状の支持面を構成するようにしてもよい。
【００１４】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の組み合わせオイルリングによれば、ピストンの傾斜に対し、一方のサイドレールが半径方向内周側に押圧される力を利用して他方のサイドレールを半径方向外周側へ押し出す作用が得られるので、一対のサイドレールの面圧の差が小さくなる。従って、一方のサイドレールの過大な面圧によるスカッフや摩耗を抑制できるとともに、他方のサイドレールにおけるシール性の低下を抑制できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、この発明に係る組み合わせオイルリング１の断面図を示している。また図２は、このオイルリング１が組み合わされてピストン２１のオイルリング溝２２内に装着された状態を示している。このオイルリング１は、上下一対のサイドレール２と、この一対のサイドレール２の間に挟まれて位置するスペーサ３と、このスペーサ３の内周側に位置する張力発生のためのエキスパンダ４と、サイドレール２とエキスパンダ４との間に介在する中間部材５と、を備えた５ピース型の構成となっている。なお、中間部材５は、後述するように、周方向にさらに複数個に分割されている。
【００１７】
上記サイドレール２は、バネ鋼やステンレス鋼からなり、合口部を有する環状に形成されているとともに、適宜な表面処理が施されている。そして、断面形状としては、内周端２ａおよび外周端２ｂがそれぞれ円弧形に丸められた平坦な形状をなしている。上記スペーサ３は、同じくバネ鋼やステンレス鋼からなり、合口部を有する環状に形成されている。このスペーサ３は、図示するように、各サイドレール２を互いに内側から支持するようにサイドレール２と平行に設けられる一対の側壁部７と、この側壁部７同士を中央部で連結する連結壁部８と、を有する断面略Ｈ字形をなしている。上記の一対の側壁部７の外周側部分は、内周側部分に比べてそれぞれ上下に一段拡がっており、サイドレール２を摺動可能に支持する平坦なガイド部７ａを構成している。また、上記側壁部７の内周端７ｂは、上記中間部材５と当接している。なお、この断面形状と同様の形状をなすように１枚の金属板を折り曲げてスペーサ３を構成するようにしてもよい。
【００１８】
エキスパンダ４は、やはりバネ鋼やステンレス鋼からなり、この実施例では、比較的細いワイヤを真円形のコイル状に巻回したいわゆるコイルエキスパンダが用いられている。このエキスパンダ４は、そのコイルの外周によって円筒面状の支持面９を構成している。そして、コイル状のエキスパンダ４は、ピストン２１外周に沿うように環状に連結された形に形成されているが、オイルリング溝２２内に組み込んだ状態において半径方向外周側へ張力を生じるように、その全長が設定されている。なお、支持面９に相当する直径を有する比較的太いワイヤを用いて、エキスパンダ４を構成することもできる。
【００１９】
中間部材５は、例えばステンレス鋼などからなり、図３にも示すように、略半円形の断面形状を有する中央部１０と、この中央部１０の上下２箇所から突出した一対の耳部１１と、から構成されている。より詳しくは、上記中央部１０は、半円よりも大きな角度範囲の断面円弧形をなし、オイルリング１の内周側に向かって、上記エキスパンダ４の支持面９に合致する径の係合溝１２が凹設されているとともに、これと同心状の外周面１０ａを有している。換言すれば、上記中央部１０は、オイルリング１の内周側の部分が開放された略円筒状をなしており、係合溝１２となる内周面と上記外周面１０ａとが同心状となっている。そして、上記係合溝１２が上記支持面９に揺動可能に嵌合しており、これによって、中間部材５はエキスパンダ４を中心として揺動可能となっている。また、上記外周面１０ａは、上記スペーサ３の一対の側壁部７の内周端７ｂに当接するが、この外周面１０ａの円弧に滑らかに沿うように、上記内周端７ｂが、それぞれ外周面１０ａの径に対応した円弧形断面に形成されている。なお、この一対の内周端７ｂによる上下２点の当接点間の距離は、外周面１０ａの直径の６０〜９０パーセントの範囲にある。また、上記耳部１１は、中央部１０の１８０°離れた上下２箇所に対称に形成されているものであって、それぞれ、略台形の断面形状を有し、かつ上下の先端１１ａは略円弧形に面取りされている。なお、サイドレール２と接触するオイルリング１外周側となるレール当接面１１ｂは、断面において直線状をなし、かつサイドレール２の摺動平面に対し４５°以上の傾斜角αを有している（図２参照）。この中間部材５は、合口部を備えた環状をなすようにオイルリング１の全周に亘って１本に連続した構成とすることもできるが、望ましくは複数個、例えば図４に示すように、９０°毎に４個に分割されて構成されている。ここで、図４の矢印Ａ−Ａは、図示せぬクランクピンの軸方向Ｌと直交する方向であるスラスト−反スラスト方向を示しているが、４個に分割した中間部材５の分割部が、このスラスト−反スラスト方向に重ならないように、各中間部材５が配置されている。
【００２０】
上記のように５ピース型に構成されたオイルリング１は、図２に示すようにピストン２１の断面矩形状のオイルリング溝２２内に装着される。この装着状態では、一対のサイドレール２は、それぞれ、スペーサ３のガイド部７ａとオイルリング溝２２の側壁面２２ａとの間に挟まれており、かつピストン２１の半径方向に摺動可能となっている。そして、上記エキスパンダ４がピストン２１の外周側へ拡張しようとすることから、中間部材５の耳部１１がそれぞれサイドレール２を半径方向外周側へ押圧する。これにより、各サイドレール２は、シリンダ壁面２３に圧接する。また同時に、中間部材５はスペーサ３を半径方向外周側へ押圧するので、スペーサ３の内周端７ｂが中間部材５の外周面１０ａに当接する。従って、良好な姿勢安定性が得られる。なお、オイルリング溝２２の上下の幅に対し、中間部材５の一対の耳部１１の先端１１ａ間の上下寸法はごく僅かだけ小さく設定されており、円弧形に湾曲した先端１１ａがオイルリング溝２２の側壁面２２ａに摺動可能に接触している。
【００２１】
図５は、ピストン２１が燃焼圧力等によってスラスト−反スラスト方向に傾斜したときの状態を示している。なお、この図では、説明のために、傾斜の大きさを誇張して示してあるとともに、ピストン２１を垂直状態に固定してシリンダ壁面２３が逆に傾斜した状態に示している。図示するように、ピストン２１が傾斜すると、例えば下側のサイドレール２が矢印で示すようにピストン２１内周側へ押し込まれる。そして、逆に上側のサイドレール２の位置ではシリンダ壁面２３との距離が大きくなるが、本発明では、下側のサイドレール２が内周側へ押し込まれることにより、中間部材５がエキスパンダ４を中心として時計回り方向へ揺動し、上側のサイドレール２を矢印で示すようにピストン２１外周側へ押し出そうとする。これにより、上側のサイドレール２はシリンダ壁面２３から離れることがなく、十分な面圧を維持できる。また、下側のサイドレール２においては、中間部材５が揺動することで、エキスパンダ４から伝わる付勢力が低減するため、過大な面圧の発生が回避される。つまり、ピストン２１が傾斜しても、上下のサイドレール２における面圧の差が非常に小さくなり、摩耗やスカッフを防止するとともに、良好なシール性を維持することが可能となる。上記の中間部材５の揺動は、外周面１０ａがスペーサ３の一対の内周端７ｂによって保持された状態、つまり該スペーサ３とエキスパンダ４との間で略円筒状の中央部１０が挟まれた状態のまま行われるので、組み合わせオイルリング１全体の姿勢が安定したまま、滑らかに揺動可能であり、ピストン２１の傾斜に十分に追従し得る応答性が得られる。
【００２２】
なお、図示のように中間部材５が傾いた状態において、耳部１１がサイドレール２をスペーサ３側へ押し付けることは好ましくないので、中間部材５が最大に傾いたときでも、レール当接面１１ｂとサイドレール２摺動方向とのなす角βが、９０°以下となるように、各部を設定することが望ましい。
【００２３】
ここで、上記のピストン２１のシリンダ壁面２３に対する傾斜は、主にピストン２１のスラスト−反スラスト方向の領域で生じる。これに対し、上記中間部材５は、例えば図４に示したように適宜な長さの円弧形に連続しているが、中間部材５はある程度ねじれ変形し得るので、周方向の各部でのシリンダ壁面２３との距離変化に応じて、上述した作用が得られる。従って、中間部材５は、例えばピストン２１の全周に亘って１本に連続したものであってもよい。また、同様の理由から、図４のクランクピン軸方向Ｌに沿った領域では、ピストン２１の傾斜が問題とならないので、本発明の中間部材５を用いた構造を、スラスト−反スラスト方向の領域にのみ適用するようにしてもよい。例えば、図４の上下２本の中間部材５を、エキスパンダ４に対し揺動できない構造とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る組み合わせオイルリングの断面図。
【図２】この組み合わせオイルリングをピストンに装着した状態で示す断面図。
【図３】中間部材の要部を示す斜視図。
【図４】中間部材の分割状態を示す説明図。
【図５】ピストンが傾斜したときの挙動を示す説明図。
【符号の説明】
１…組み合わせオイルリング
２…サイドレール
３…スペーサ
４…エキスパンダ
５…中間部材
１１…耳部

Claims (6)

1. 内燃機関のピストンのオイルリング溝内に嵌合する環状の一対のサイドレールと、
   この一対のサイドレールの間に配置されて両サイドレールをピストン軸方向に離間した位置に保持する環状のスペーサと、
   このスペーサの内周側に位置し、かつ半径方向外周側への張力を具備するとともに、少なくとも一部の断面において円筒面状の支持面を有する環状のエキスパンダと、
   このエキスパンダの上記支持面に揺動可能に支持され、かつオイルリング溝の幅方向に延びた一対の耳部がそれぞれ上記サイドレールの内周端に当接して、上記エキスパンダの張力を上記サイドレールに伝達する中間部材と、を備えてなる内燃機関の組み合わせオイルリング。
2. 上記中間部材は、略半円形の断面形状を有する中央部と、この中央部の１８０度離れた２箇所から突出した上記の耳部と、を有し、上記中央部の内周側の係合溝が上記エキスパンダの支持面に揺動可能に嵌合しているとともに、上記中央部の断面円弧形をなす外周面に、上記スペーサの内周端が当接していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の組み合わせオイルリング。
3. 上記スペーサの内周端は、その断面形状において、上記中央部の外周面形状に対応した円弧形断面を有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の組み合わせオイルリング。
4. 上記中間部材は、オイルリングの周方向に沿って複数個に分割されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の組み合わせオイルリング。
5. 上記の揺動可能な中間部材が、少なくともピストンのスラスト−反スラスト方向を含む周方向の一部にのみ設けられていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の組み合わせオイルリング。
6. 上記エキスパンダは、上記支持面を構成するようにコイル状に巻回したワイヤからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の組み合わせオイルリング。

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