JP4201293B2

JP4201293B2 - 内燃機関用組合せオイルコントロールリング

Info

Publication number: JP4201293B2
Application number: JP23395898A
Authority: JP
Inventors: 孝若井
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: JP2000065208A

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コントロールリング、特にエキスパンダ及びエキスパンダによりシリンダの内壁に押圧されるサイドレールを備えたオイルコントロールリングに属する。
【０００２】
【従来の技術】
図２〜図７は従来のオイルコントロールリングを示すが、図２〜図７に示す同一の箇所には同一の符号を付す。図２は横波形のエキスパンダ１の下側及び上側に一対のサイドレール２を配置したベント型組合せオイルコントロールリングを示す。ベント型組合せオイルコントロールリングをピストンのリング溝９に装着した状態を図３に示す。内燃機関用組合せオイルコントロールリングは、ピストン３のリング溝９内に配装されかつ径方向の弾力を発生するエキスパンダ１と、リング溝９内に配置されかつエキスパンダ１の径方向の弾力によりシリンダ４の内壁７に押圧されるサイドレール２とを有する。サイドレール２は、リング溝９の周方向面に対向する内周面２ａと、シリンダ４の内壁７に当接する外周面２ｂと、内周面２ａと外周面２ｂとの間に形成された一対の側面６とを備えている。ピストン３のリング溝９内に配置されたエキスパンダ１の耳部５にはサイドレール２の内周面２ａが当接する傾斜面が形成されるので、サイドレール２の内周面２ａは、エキスパンダ１の弾力により径方向外側に押圧されると同時に、リング溝９の径方向面８に対して押圧される。このため、サイドレール２の外周面２ｂはエキスパンダ１の弾力によりシリンダ４の内壁７に押圧される。
【０００３】
図４は、縦波形のエキスパンダ１の下側及び上側に一対のサイドレール２が配置されたフレックス型組合せオイルコントロールリングを示す。フレックス型組合せオイルコントロールリングをピストンのリング溝９に装着した状態を図５に示す。図５に示すように、フレックス型組合せオイルコントロールリングでも、ベント型組合せオイルコントロールリングと同様に、ピストン３のリング溝９内に配置されたエキスパンダ１の耳部５にはサイドレール２の内周面２ａが当接する傾斜面が形成されるので、サイドレール２の内周面２ａは、エキスパンダ１の弾力により径方向外側に押圧されると同時に、リング溝９の径方向面８に対して押圧される。
【０００４】
図６は、横波形のエキスパンダ１と１つのサイドレール２とを組み合わせた２ピースベント型組合せオイルコントロールリングを示し、図７は中実のエキスパンダ１と１つのサイドレール２とを組み合わせた２ピースソリッド型組合せオイルコントロールリングを示す。このように、従来の組合せオイルコントロールリングでは、サイドレールの断面形状は、一般的に略長方形であり幅（Ｂ）は一様である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンに通常回転中、ピストン３の上昇行程では、サイドレール２の外周面２ｂはシリンダ４の内壁７との摩擦力により下側へ傾斜し、内周面２ａ側がリング溝９の径方向面８に当接する。このため、内周面２ａ側でサイドレール２の側面６とリング溝９の径方向面８との接触により環状線上にシール面が形成される。エンジンが高速回転になると、サイドレール２に作用する上方向の慣性力によりサイドレール２は平らになり、サイドレール２の側面６はリング溝９の径方向面８と面接触する。また、ピストン３の下降行程でも、サイドレール２の外周面２ｂとシリンダ４の内壁７との摩擦力により、サイドレール２はリング溝９の径方向面８とほぼ平行な状態となり、サイドレール２の側面６は殆どリング溝９の径方向面８と面接触状態となる。
【０００６】
他面、最近では、燃料消費率を低減する要求から、ピストンリングとシリンダ間の摩擦力を減少することが必要とされるため、シリンダの内壁を押すエキスパンダ１の自己張力が低くかつオイルシール性に優れたオイルコントロールリングが望まれているが、エキスパンダ１の自己張力を低下すると、シリンダとの摩擦力も低下する反面、エンジン作動中のサイドレール２の慣性力は変わらない。従って、中速回転以上では上昇行程から下降行程に変化する上死点付近では、サイドレール２の側面６はリング溝９の径方向面８と面接触する傾向となるため、エキスパンダ１の張力を低下するにも限界があった。
この発明は、エキスパンダが低い張力を発生してもオイル消費量が増加しない内燃機関用オイルコントロールリングを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明による内燃機関用組合せオイルコントロールリングは、ピストン（３）のリング溝（９）内に配装されかつ径方向の弾力を発生するエキスパンダ（１）と、リング溝（９）内に配置されかつエキスパンダ（１）の径方向の弾力によりシリンダ（４）の内壁（７）に押圧される少なくとも１つのサイドレール（１０）とを有する。サイドレール（１０）は、リング溝（９）の周方向面に対向する内周面（１１）と、シリンダ（４）の内壁（７）に当接する外周面（１２）と、内周面（１１）と外周面（１２）との間に形成された一対の側面（１３）とを備えている。リング溝（９）の径方向面（８）に当接する一方の側面（１３）と、リング溝（９）の径方向面（８）とは反対方向の他方の側面（１３）とは、いずれも円滑な曲面で形成される。サイドレール（１０）の側面（１３）は、バレル形状面又は一定半径の円弧面で形成される。サイドレール（１０）の側面（１３）を形成する円弧面の半径の中心は、サイドレール（１０）の重心を通る線上にあり、リング溝（９）の径方向面（８）に当接する少なくとも一方の側面（１３）は、サイドレール（１０）の厚さ（ｔ）の中央付近を頂点（１３ａ）とする円滑な曲面で形成される。サイドレール（１０）の側面（１３）は、外周面（１２）及び内周面（１１）との連結部（１４，１５）に対し０.００５〜０.０２ｍｍだけ突出する。
【０００８】
サイドレール（１０）の側面（１３）を厚さ（ｔ）方向の中央付近を頂点（１３ａ）とする円滑な曲面で形成したので、上昇行程中に、摩擦力が慣性力より大きくても、サイドレール（１０）の側面（１３）はほぼ中央部で線状に接触する。また、下降行程中に、摩擦力と慣性力とが同時にサイドレール（１０）に作用して、リング溝（９）の径方向面（８）に対してサイドレール（１０）がほぼ平行になっても、サイドレール（１０）の側面（１３）がほぼ中央部で常にリング溝（９）の径方向面（８）と接触する。サイドレール（１０）の側面（１３）のほぼ中央を頂点（１３ａ）とする曲面で形成すると、側面（１３）の頂点（１３ａ）がリング溝（９）の径方向面（８）に対し大きな面圧力で常に線状に接触する。従って、エキスパンダ（１）の張力を低下させても、上昇行程から下降行程に変化する上死点付近でサイドレール（１０）の側面（１３）を通過して径方向外側に流れる潤滑油は大きな面圧力によって遮断され又は少なくとも潤滑油の流路が極部的に狭くなる。潤滑油の流量抵抗が増加し、側面（１３）と径方向面（８）との間を通る潤滑油を制限する。
【０００９】
この発明の実施の形態では、エキスパンダ（１）を介して２つのサイドレール（１０）を備えている。エキスパンダ（１）の耳部（５）に当接するサイドレール（１０）の内周面（１１）は、側面（１３）を形成する曲面に内接する一定半径の円弧状に形成され、内周面（１１）と側面（１３）との連結部（１４）は、円滑な曲面を形成する。シリンダ（４）の内壁（７）に当接する外周面（１２）は、バレル状に形成され、外周面（１２）と側面（１３）との連結部には外周面（１２）と側面（１３）とを円滑に連結する円弧面が形成される。サイドレール（１０）の側面（１３）を形成する円弧面の半径の中心は、サイドレール（１０）の重心を通る線上にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による内燃機関用組合せオイルコントロールリングの実施の形態を図１について説明する。
この発明による内燃機関用組合せオイルコントロールリングは、図１に示す断面形状を有するサイドレール１０を使用するが、サイドレール１０は図２〜図７に示すエキスパンダ、１個のサイドレールを有する２ピース型、２個のサイドレールを有する３ピース型を含む全てのエキスパンダ又はその他のエキスパンダに使用することができる。
【００１１】
図１に示すように、リング溝９の径方向面８に当接する側面１３は、サイドレール１０の厚さｔの中央付近を頂点１３ａとする円滑な曲面、例えばバレル形状面又は一定半径の円弧面で形成され、内周面１１との連結部１４及び外周面１２との連結部１５に対し０.００５〜０.０２ｍｍだけ突出する。サイドレール１０の側面１３を一定半径の円弧面で形成すると、半径の中心はサイドレール１０の重心を通る線上にある。また、エキスパンダ１の耳部５に当接するサイドレール１０の内周面１１は、側面１３を形成する曲面に内接する一定半径の円弧状に形成され、内周面１１と側面１３との連結部１４は円滑な曲面を形成する。シリンダ４の内壁７に当接する外周面１２はバレル状に形成され、外周面１２と側面１３との連結部１５には外周面１２と側面１３とを円滑に連結する円弧面が形成される。エキスパンダ１の耳部５に当接するサイドレール１０の内周面１１から耳部５に直角な垂線１６は、側面１３の頂点１３ａ又は中央部より径方向外側を通過する。
【００１２】
サイドレール１０の側面１３を厚さｔ方向の中央付近を頂点１３ａとする円滑な曲面で形成したので、上昇行程中に、摩擦力が慣性力より大きくても、サイドレール１０の側面１３はほぼ中央部で線状に接触する。また、下降行程中に、摩擦力と慣性力とが同時にサイドレール１０に作用して、リング溝９の径方向面８に対してサイドレール１０がほぼ平行になっても、サイドレール１０の側面１３はほぼ中央部で常にリング溝９の径方向面８と接触する。サイドレール１０の側面１３はほぼ中央の頂点１３ａでリング溝９の径方向面８に対し大きな面圧力で常に線状に接触する。従って、エキスパンダ１の張力を低下させても、上昇行程から下降行程に変化する上死点付近でサイドレール１０の側面１３を通過して径方向外側に流れる潤滑油は大きな面圧力によって遮断され又は潤滑油の流路が極部的に狭くなる。潤滑油の流量抵抗が増加し、側面１３と径方向面８との間を通る潤滑油を制限する。側面１３の曲面形状は、潤滑油の粘性抵抗及び流量係数により決定される。
【００１３】
この発明の実施の形態は変更が可能である。リング溝９の径方向面８に当接する一方の側面１３に限らず、リング溝９の径方向面８とは反対方向の他方の側面１３も円滑な曲面で形成できる。両方の側面１３を同様に円滑な曲面で形成することにより、いずれの側面１３を上方に配置してもよく、サイドレール１０の取付方向性をなくすことができる。
【００１４】
ボア径７５ｍｍの６気筒水冷４サイクル２０００ｃｃガソリンエンジンに、リング幅寸法ｈ_１＝２.０ｍｍを有するこの発明による３ピース型の内燃機関用組合せオイルコントロールリングの潤滑油消費量確認テストを実施した。サイドレール１０はほぼ中央部を頂点１３ａに０.０１〜０.０２ｍｍ高い円弧形状とした。また、側面６のほぼ平らなサイドレール２を有する従来の組合わせオイルコントロールリングを比較例として使用した。オイルリング荷重Ｆｔは、オイルリングの合い口での接線方向の荷重である。オイルリング荷重Ｆｔはそれぞれ同一とし３０Ｎ（ニュートン）、２５Ｎ、１５Ｎまで低下し、オイル消費を計測した。また、テスト後にサイドレールの側面のピストン溝との接触状態を確認した。
【００１５】
オイル消費テスト結果を表１に示す。運転条件は、回転速度６０００rpmでの全負荷運転とパターン運転とを評価した。オイルリング荷重Ｆｔ＝１５Ｎで全負荷運転を行ったときの従来品のオイル消費量を１００として各消費量を比率で表した。従来品が低張力化によりオイル消費が急増するのに対し、この発明のサイドレール１０では、良好な結果を得た。又、運転後、この発明品のサイドレール１０の側面１３は、径方向面８に対しほぼ中央部で線状に当った跡が見られたが、従来品は内周側がやや強めではあるが側面６の全体が当った痕跡が見られた。この傾向はオイルリング荷重Ｆｔが高い程明確であるが、１５Ｎの低張力サイドレールでは側面の当たりが弱かった。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【発明の効果】
前記のように、この発明では、エキスパンダの張力を低下させても、上昇行程から下降行程に変化する上死点付近でサイドレールの側面を通過して径方向外側に流れる潤滑油は大きな面圧力によって遮断され又は潤滑油の流路が極部的に狭くなるため、オイル消費量を低減することができる。また、エキスパンダの張力を減少できるので、サイドレールとシリンダとの摩擦力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるサイドレールの断面図
【図２】ベント型組合せオイルコントロールリングの斜視図
【図３】ベント型組合せオイルコントロールリング装着時の断面図
【図４】フレックス型組合せオイルコントロールリングの斜視図
【図５】フレックス型組合せオイルコントロールリング装着時の断面図
【図６】２ピース型組合せオイルコントロールリングの断面図
【図７】他の２ピース型組合せオイルコントロールリングの断面図
【符号の説明】
１・・エキスパンダ、３・・ピストン、４・・シリンダ、７・・内壁、８・・径方向面、９・・リング溝、１０・・サイドレール、１１・・内周面、１２・・外周面、１３・・側面、１３ａ・・頂点、ｔ・・厚さ、１４、１５・・連結部、

Claims

ピストンのリング溝内に配装されかつ径方向の弾力を発生するエキスパンダと、リング溝内に配置されかつエキスパンダの径方向の弾力によりシリンダの内壁に押圧される少なくとも１つのサイドレールとを有し、サイドレールは、リング溝の周方向面に対向する内周面と、シリンダの内壁に当接する外周面と、内周面と外周面との間に形成された一対の側面とを備えた内燃機関用組合せオイルコントロールリングにおいて、
リング溝の径方向面に当接する一方の側面と、リング溝の径方向面とは反対方向の他方の側面とをいずれも円滑な曲面で形成し、
サイドレールの側面をバレル形状面又は一定半径の円弧面で形成し、
サイドレールの側面を形成する円弧面の半径の中心は、サイドレールの重心を通る線上にあり、
リング溝の径方向面に当接する少なくとも一方の側面は、サイドレールの厚さの中央付近を頂点とする円滑な曲面で形成され、
サイドレールの側面は、外周面及び内周面との連結部に対し０.００５〜０.０２ｍｍだけ突出することを特徴とする内燃機関用組合せオイルコントロールリング。
エキスパンダを介して２つのサイドレールを備えた請求項１に記載の内燃機関用組合せオイルコントロールリング。
エキスパンダの耳部に当接するサイドレールの内周面は、側面を形成する曲面に内接する一定半径の円弧状に形成され、内周面と側面との連結部は、円滑な曲面を形成する請求項１又は２に記載の内燃機関用組合せオイルコントロールリング。
シリンダの内壁に当接する外周面は、バレル状に形成され、外周面と側面との連結部には外周面と側面とを円滑に連結する円弧面が形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関用組合せオイルコントロールリング。