JP3800348B2

JP3800348B2 - 往復動内燃機関用圧力リング及びピストン装置

Info

Publication number: JP3800348B2
Application number: JP12045195A
Authority: JP
Inventors: 弘幸小林
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1995-04-24
Filing date: 1995-04-24
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JPH08296737A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、往復動内燃機関及び空気圧縮機用圧力リング及びピストン装置に係わり、更に詳しくはブローバイ量とオイル消費量を同時に低減することが出来る往復動内燃機関及び空気圧縮機用圧力リング及びピストン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、リングとシリンダとの摩擦力低減のために、ピストンリングの使用数をできる限り少なくするという傾向になってきた。
一般に、往復動内燃機関用に用いられるピストンは、燃焼室側からの高圧燃焼ガスがクランク室側に流出するいわゆるブローバイを防止するための少なくとも一本の圧力リングと、クランク室側からの潤滑油が燃焼室側に侵入して消費されるいわゆるオイルアップを抑制するためのオイルリングとを有する。
これまでは圧力リングとしてトップリング、セカンドリング、そしてオイルリングの構成が普通であり、その圧力リングを一本にしようとすることである。
圧力リングの作用として、ブローバイを防止することの他にオイル消費の低減の作用もこれまで以上に必要になってきた。
【０００３】
現在実用されている圧力リング一本、オイルリング一本の組合せは実公平１−２２９１６号公報に開示されている。図７に示すように、ピストンヘッドに最も近く位置する圧力リング１４として、図６に示すように一方の合い口端部３の外周面２と燃焼室側に面する側面８とに寄った隅部に、該側面と外周面と及び合い口端部とに開放された凹部４４を有し、他方の合い口端部３′には前記凹部４４に対向する位置に、装着状態で該凹部４４に収容されて着座する凸部５５を突設させたダブルアングル構造の合い口を有する圧力リング１４により、ブローバイはトップ、セカンドリングを用いた組合せと同等の性能を示し、オイル消費は特にハイブースト時において大幅に低減された。１５は組合せオイルリングを示す。
【０００４】
このことは、クランク室側からのオイル消費については、ピストンが下降する時に、図８のように圧力リング１４の上側面がリング溝の上側壁面６に密着している場合であり、図６から判るように出口がリング溝壁面で塞がれているためオイルの燃焼室への流入は無くオイル消費は大幅に低減された。
しかし、図７から判るようにピストンが上昇する時に、圧力リング１４の下側面がリング溝の下側壁面１１に密着している場合であり、図６の合い口端面３の隙間から侵入し圧力リング１４の合い口隙間３′とピストンとシリンダとの隙間へガスの抜け道があることによりブローバイについては改善の余地があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記に鑑み、摩擦力低減のための圧力リングとオイルリング計二本のリングとするために、一本の圧力リングで、ブローバイ量をさらに低減させ、そのことが運転時のピストン、シリンダ、リングの相互の関係によりオイル消費量にも影響し、ブローバイ量とオイル消費量を同時に大幅に低減させる圧力リングを提供することが本発明の解決しようとする課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するためには、圧力リングの下側面がリング溝下側壁面に密着している場合、合い口端面の隙間を無くすか、圧力リングの合い口隙間とシリンダとピストンとの隙間との連通を無くすようにすること、即ち流体の入口を無くすか、出口を無くすかであり、鋭意研究の結果、以下のような手段に想到した。
【０００７】
本発明による往復動内燃機関用圧力リングは、一方の合い口端部の外周面と燃焼室側に面する側に寄った隅部に形成され、前記燃焼室側の側面２２、外周面および合い口端部とに開放された凹部２３と、合い口端部の外周面とクランク室側に面する側に寄った隅部に形成され、前記クランク室側の側面２４、外周面および合い口端部とに開放された凹部２５と、他の合い口端部の前記二つの凹部に対向する位置に形成され、装着状態で該二つの凹部に収容されて着座する二つの凸部２７，２８を有する。凸部の燃焼室側およびクランク室側の側面２２，２４に対する燃焼室側の側面２２およびクランク室側の側面２４から外周面２９に向かって傾斜する傾斜面３３，３３’の角度θはそれぞれ１５〜３５度である。また、二つの凹部２３，２５の間には、凹部の燃焼室側の側面２２およびクランク室側の側面２４から外周面２１に向かって傾斜する傾斜面３２，３２’と外周面２１が交わることにより軸方向幅ｈ _２００．１ｍｍ以上の面２６が形成される。
【０００８】
装着状態では、凸部２７，２８の傾斜面３３，３３’が、凹部２３，２５の傾斜面３２，３２’と対向し、且つ二つの凹部間の面２６が二つの凸部２７，２８の外周面２９の間に配置され外周面の一部を構成する。
【０００９】
本発明は、さらに、圧力リングとオイルリングを備えたピストン装置を提供する。
【００１０】
【作用】
この種の合い口構造をなす圧力リングの装着状態を図４及び図５に示す。図４ではピストンが上昇する時に、圧力リングの下側面がリング溝下側壁面に密着している場合であり、高圧側からの高圧ガスはリング溝上側壁面と圧力リングの上側面との間の間隙を通して圧力リングの背後空間に流入するが、クランク室側の凸部の下壁面がリング溝下側壁面に密着し、前記二つの凹部が交わる部分が、前記凸部の外周面と同一平面になり、装着状態での二つの凹部と二つの凸部の接する面に隙間が生じないので高圧ガスの漏れはない。
図５ではピストンが下降する時に、圧力リングの上側面がリング溝の上側面に密着するが、この場合も前記と同様の作用によりクランク室側からのオイルは圧力リングの背後空間に流入するが、クランク室側の凹部および凸部の接する面に隙間が生じないので、出口がないためオイル消費は抑制される。
【００１１】
【実施例】
本発明の一例による往復動内燃機関用圧力リング２０は、図１〜図３に示す如く、一方の合い口端部の外周面２１と燃焼室側に面する側に寄った隅部に、燃焼室側の側面２２、外周面２１および合い口端部とに開放された凹部２３と、合い口端部の外周面２１とクランク室側に面する側に寄った隅部に、前記クランク室側の側面２４、外周面２１および合い口端部とに開放された凹部２５の二つの凹部を有する。二つの凹部間には、凹部２３、２５の燃焼室側の側面２２およびクランク室側の側面２４から外周面２１に向かって傾斜する傾斜面３２、３２’が外周面２１と交わることにより外周面の一部となる面２６が形成される。圧力リング２０の他方の合い口端部には二つの凹部２３、２５に対向する位置に、装着状態で該二つの凹部２３、２５に収容されて着座する二つの凸部２７、２８を有す。ピストンのシリンダボア内への装着時には凸部２７、２８の燃焼室側の側面２２およびクランク室側の側面２４から外周面２９に向かって傾斜する傾斜面３３、３３’が、前記凹部２３、２５の傾斜面３２、３２’と対向した状態で、凹部２３、２５に凸部２７、２８が収容されて着座する。また、面２６は二つの凸部２７、２８の外周面２９の間に配置され外周面の一部を構成する。
【００１２】
この種の合い口構造を有す圧力リング２０を備えたピストンをシリンダボア内へ装着した状態を図４及び図５に示す。図４は、ピストン１３が上昇する時に、圧力リング２０の下側面２４がリング溝下側壁面１１に密着している場合であり、高圧側からの高圧ガスはリング溝上側壁面６と圧力リング２０の上側面３０との間の間隙を通して圧力リング２０の背後空間９に流入するが、クランク室側の凸部の下側面３１がリング溝下側壁面１１に密着し、二つの凹部２３、２５間の面２６が、凸部の外周面２９と同一平面になり、装着状態での二つの凹部２３、２５と二つの凸部２７、２８の接する面３２、３２′、および３３、３３′に隙間が生じないので高圧ガスの漏れはない。図５はピストンが下降する時を示すが、圧力リング２０の上側面３０がリング溝の上側面６に密着している場合も前記と同様の作用によりクランク室側からのオイルは圧力リング２０の背後空間９に流入するが、クランク室側の凹部および凸部の接する面に隙間が生じないので、出口がないためオイル消費は抑制される。
【００１３】
次に、圧力リング２０の各部の寸法関係を説明する。図２に示すように、凹部２３、２５及び凸部２７、２８の円周方向の長さｍ_５、ｍ_５はリングのサイズにもよるが、ラビリンス効果をもたせるために１ｍｍ以上は必要である。凹部２３、２５及び凸部２７、２８の厚さ方向の長さａ_１５、ａ_１５はリングの厚さａ_１とａ_１５との差が０．５ｍｍ以上になるように設定する。これは、引き抜き線材を利用すると線材の各角部は丸味をもったＲ形状となっている。その部分を避けるために０．５ｍｍ以上必要である。二つの凹部２３，２５間に形成され、外周面の一部を構成する面２６の軸方向幅ｈ_２０は０．１ｍｍ以上とする。平面部ｈ_２０のシリンダ内壁面と接触し摺動する外周摺動面の幅はその先端が鋭い線接触で理論的にはその機能は成り立つが、実際は接触する保証をする為には平面部分が必要であり、それは０．１ｍｍ以上あれば可能である。その場合、凸部２７、２８の角度θは１５〜３５度になる。ここで、凸部の角度θとは、図２に示すように凸部２７、２８の燃焼室側の側面２２およびクランク室側の側面２４に対する傾斜面３３、３３’の角度である。
【００１４】
次に実験例を示す。
図１に示すような圧力リング２０を図５のように装着し、シリンダボア径８2.５mm、４気筒ガソリン、１８００ml４サイクルエンジンで、オイル消費量（gr／Ｈ）とブローバイ量（リットル／min)を測定した。
比較例として従来例として説明した図６に示す圧力リングを装着した。
オイルリングは従来公知の鋼製組合せオイルリングを使用した。
その結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
本発明の圧力リングを使用することにより、オイル消費量とブローバイ量を従来のダブルアングルリングに比較し、大幅に低減できることが判った。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の圧力リングを使用することにより、オイル消費量及びブローバイ量共に大幅に低減することができた。また、二本のリングで三本リングの機能を充分果たすことができるため、ピストンの長さを短くすることができ、それに対応してシリンダも小さくすることが可能となり、軽量化にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例の部分見取図である。
【図２】本発明の一例の各部の寸法を示す部分見取図である。
【図３】本発明の一例の使用状態時の合い口部を示す断面図である。
【図４】本発明の一例のピストン上昇行程での断面図である。
【図５】本発明の一例のピストン下降行程での断面図である。
【図６】従来技術のピストンリングの部分斜視図である。
【図７】従来技術のピストンリングのピストン上昇行程時を示す断面図である。
【図８】従来技術のピストンリングのピストン下降行程時を示す断面図である。
【符号の説明】
３合い口端面
３′ 合い口隙間
６リング溝上側壁面
１１リング溝下側壁面
２０圧力リング
２１一方の合い口端部の外周面
２２燃焼室側の側面
２４クランク室側の側面
２７、２８凸部
２９他方の合い口端部の外周面
３０上側面
３１クランク室側の凸部の下側面
３２、３２′、３３、３３′ 凹部と凸部が接する面

Claims

一方の合い口端部の外周面と燃焼室側に面する側に寄った隅部に形成され、前記燃焼室側の側面（２２）、外周面および合い口端部とに開放された凹部（２３）と、合い口端部の外周面とクランク室側に面する側に寄った隅部に形成され、前記クランク室側の側面（２４）、外周面および合い口端部とに開放された凹部（２５）と、他の合い口端部の前記二つの凹部に対向する位置に形成され、装着状態で該二つの凹部に収容されて着座する二つの凸部（２７，２８）を有する往復動内燃機関用ピストン装置において、前記凸部の燃焼室側およびクランク室側の側面（２２，２４）に対する燃焼室側の側面（２２）およびクランク室側の側面（２４）から外周面（２９）に向かって傾斜する傾斜面（３３，３３’）の角度θがそれぞれ１５〜３５度であり、前記二つの凹部（２３，２５）の間に、凹部の燃焼室側の側面（２２）およびクランク室側の側面（２４）から外周面（２１）に向かって傾斜する傾斜面（３２，３２’）と外周面（２１）が交わり軸方向幅ｈ _２００．１ｍｍ以上の面（２６）が形成され、装着状態で前記凸部（２７，２８）の傾斜面（３３，３３’）が、凹部（２３，２５）の傾斜面（３２，３２’）と対向し、且つ前記二つの凹部間の面（２６）が二つの凸部（２７，２８）の外周面（２９）の間に配置され外周面の一部を構成することを特徴とする往復動内燃機関用ピストン装置。
外周に一本の圧力リングと一本のオイルリングを有する往復動内燃機関用ピストン装置であって、前記圧力リングとして、請求項１記載の圧力リングを備えていることを特徴とする往復動内燃機関用ピストン装置。