JP4204429B2 - 内燃機関のピストンリング - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のシリンダとシリンダ内を往復するピストンの外周との間隙に設けられるピストンリングに関する。

図９（Ａ）に示すように、従来、内燃機関（以下、エンジンという）１００のシリンダ１０１と、シリンダ１０１内を往復するピストン１０２の外周との間隙には、複数のピストンリング１１１，１１２，１１３が設けられる。ピストンリング１１１，１１２，１１３は、ピストン１０２の外周に形成される周溝に装着される。

例えば、ピストンリングの一種であるコンプレッションリングは、燃焼室１０３から燃焼ガスや排気ガスが漏出するのを防止する機能を有する。コンプレッションリングは、ピストン頂面１０２ａ（燃焼室１０３）に最も近い部位に取り付けられるトップリング１１１や、トップリングの次にピストン頂面１０２ａに近い部位に取り付けられるセカンドリング１１２として使用される。

図９（Ｂ）は、従来のコンプレッションリングの一例であるトップリング１１１を、シリンダ１０１の軸方向に沿って燃焼室１０３側からみた平面図である。同図９（Ｂ）に示すように、トップリング１１１は、その一カ所に切れ目（合口）を有する環状部材である。合口（合口隙間）は、トップリング１１１をシリンダ１０１に装着する際に変形させるために、また、トップリング１１１が熱膨張した場合、膨張分を逃がすための空間を確保するために必要なものである。しかし、燃焼室１０３内の燃焼ガスや排気ガスが合口隙間からシリンダボアに漏出することが問題となる。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１には、ピストンリングの合口隙間に樹脂製の小片１２０を取り付けて燃焼ガスや排気ガスの漏出を防止する構造が開示されている（図１０（Ａ））。小片１２０は、合口隙間において相互に対峙するピストンリングの両面（以下、合口面という）１１１ａ，１１１ｂに形成された小穴１１１Ａ，１１１Ｂに、小片１２０の両端を挿入することによって取り付ける。
また、特許文献２には、耐熱性の弾性材を接着剤を用いて合口面に固定し、合口隙間を塞ぐことで燃焼ガスや排気ガスの漏出を防止する構造が開示されている。
実開昭５７−１３９７６４号公報 実開昭５３−１５３１０９号公報

しかしながら、図１０（Ｂ）に示す図１０（Ａ）のＸＢ−ＸＢ断面から明らかなように、特許文献１に開示された構造を適用した場合、小片１２０とシリンダ内壁との間に比較的大きな空間が残され、例えば図１０（Ｂ）中の矢印方向に沿ってガス流路が形成されてしまう。すなわち、燃焼ガスや排気ガスの漏出を十分に防止することは困難であった。

また、特許文献２に開示された構造を適用した場合、接着剤の劣化によって耐熱性弾性材が脱離しやくなる。すなわち耐久性の面で問題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、合口隙間を通じたガスの漏出量を長期に亘って低減することのできるピストンリングを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、
（１）内燃機関のシリンダ内を往復動するピストンの外周溝に装着されるピストンリングであって、合口隙間を形成する当該ピストンリングの両端部で前記合口隙間を隔てて対峙する２つの端面に形成された穴と、各穴に挿入される突起部及び前記シリンダの内壁に当接する当接部を備えて前記合口隙間に装着される樹脂製部材と、を有することを要旨とする。
同構成によれば、シリンダ内壁に当接する樹脂製部材により、ピストンリングの合口隙間を通じて燃焼室からシリンダボアに漏出するガスの量や、シリンダボアから燃焼室に漏出するオイルの量が低減される。また、ピストンリング本体に対する樹脂製部材の組み付けを、ピストンリング本体の各端面に形成された穴に挿入するといった簡易な工程に従って行うことができる。しかも、組み付け後、樹脂製部材の突起部がピストンリングの各端部に形成された穴に係止されるため、ピストンリングから脱離しにくい。

（２）また、前記２つの端面に形成された穴のうち、何れか一方の穴の内面とその穴に挿入される前記樹脂製部材の突起部とが接着されているのが好ましい。
同構成によれば、ピストンリングの２つの端面に形成された穴のうち、何れか一方の穴の内面とその穴に挿入される樹脂製部材の突起部とが接着固定され、他方が自由状態となるため、ピストンリング本体に対する樹脂製部材の組み付けが容易となる。また、組み付け後においては、ピストンリング本体からの樹脂製部材の脱離が好適に防止される。

（３）他の発明は、内燃機関のシリンダ内を往復動するピストンの外周溝に装着されるピストンリングであって、合口隙間を形成する当該ピストンリングの両端部で前記合口隙間を隔てて対峙する２つの端面から各端部の外周面に亘って形成される切り欠き溝と、各端部の切り欠き溝に両端を装着された状態で、前記端面に当接する面と前記シリンダの内壁に当接する面とを有する樹脂製部材と、を有することを要旨とする。
同構成によれば、樹脂製部材がシリンダ内壁に対する当接面を有するため、ピストンリングの合口隙間を通じて燃焼室からシリンダボアに漏出するガスの量や、シリンダボアから燃焼室に漏出するオイルの量が低減される。また、樹脂製部材がピストンリングの端面に対する当接面を有するため、端面と当接面との間に摩擦作用（ピストンリングの径方向に作用する力）が生まれる。さらに、ピストンリングの端面に当接する面の存在は、樹脂部材の周方向断面の拡大を意味することから、樹脂性部材が合口隙間において肉厚に形成され、その張力（密封性能）も増すことになる。
また、ピストンリング本体に対する樹脂製部材の組み付けを、端部の切り欠き溝に両端を装着するといった簡易な工程に従って行うことができる。

（４）また、前記２つの端面から各端部の外周面に亘って形成される切り欠き溝のうち、何れか一方の切り欠き溝の内面とその切り欠き溝に装着される前記樹脂製部材の一部とが接着されているのが好ましい。
同構成によれば、ピストンリングの２つの端面から各端部の外周面に亘って形成される切り欠き溝のうち、何れか一方の切り欠き溝の内面と樹脂製部材の一部とが接着固定され、他方が自由状態となるため、ピストンリング本体に対する樹脂製部材の組み付けが容易となる。また、組み付け後においては、ピストンリング本体からの樹脂製部材の脱離が好適に防止される。

なお、上記の各構成において、前記樹脂製部材は樹脂のみを材料としたものでなくてもよく、材料として樹脂を含んでいればよい。

本発明によれば、シリンダ内壁に当接する樹脂製部材により、ピストンリングの合口隙間を通じたガスの漏出量を長期に亘って低減することができる。

以下、本発明を内燃機関のピストンに取り付けられるトップリングとして具体化した実施の形態について説明する。

先ず、本発明を内燃機関のピストンに取り付けられるトップリングとして具体化した実施例１について説明する。

図１（Ａ）に示すように、内燃機関１のシリンダ１１と、シリンダ１１内を往復するピストン１２の外周との間隙には、複数のピストンリング２１，２２，２３が設けられている。ピストンリング２１，２２，２３は、ピストン１２の外周に形成される周溝に装着される。

３つのピストンリングのうち、ピストン頂面１２ａ（燃焼室１３）に最も近い部位に取り付けられるトップリング２１は、燃焼室１３からシリンダ１１に燃焼ガスや排気ガスが漏出するのを防止し、また、シリンダ１１（クランクケース）から燃焼室１３にオイルが漏出するのを防止するコンプレッションリングとしての機能を有する。

図１（Ｂ）は、トップリング２１を、シリンダ１１の軸方向に沿って燃焼室１３側からみた平面図である。同図１（Ｂ）に示すように、トップリング２１は、その一カ所に切れ目（合口）を有する金属製の環状部材である。合口には、樹脂製部材３０が取り付けられている。

図２（Ａ）は、図１（Ｂ）において一点鎖線の円で囲まれた部分を拡大した図である。また、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ断面図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）に併せ示すように、合口４０を形成するトップリング２１の両端部には、合口（隙間）を隔てて対峙する２つの端面２１ａ，２１ｂに挿入穴２１ｄ，２１ｅが形成される。樹脂製部材３０は、トップリング２１に取り付けられた状態での周方向両端に、突起部３０ｄ、３０ｅを備える。また、シリンダ内壁１１ａに対峙（当接）する突起部（当接部）３０ａを備える。樹脂製部材３０は、突起部３０ｄ、３０ｅを挿入穴２１ｄ，２１ｅに挿入することによってトップリング２１本体に取り付ける。樹脂製部材３０がトップリング２１本体に取り付けられた状態で、突起部３０ａはシリンダ内壁１１ａに当接する。

このような本実施例のトップリング２１によれば、以下の効果が得られる。
シリンダ内壁１１ａに当接する樹脂製部材により、トップリング２１の合口隙間を通じて燃焼室１３からシリンダボアに漏出するガスの量や、シリンダボアから燃焼室１３に漏出するオイルの量が低減される。また、トップリング２１本体に対する樹脂製部材３０の組み付けを、ピストンリング３０本体の各端面２１ａ，２１ｂに形成された挿入穴２１ｄ，２１ｅに挿入するといった簡易な工程に従って行うことができる。しかも、組み付け後、樹脂製部材３０の突起部３０ｄ、３０ｅがトップリング２１の各端部に形成された挿入穴穴２１ｄ，２１ｅに係止されるため、トップリング２１から脱離しにくい。
この結果、ブローバイガスの発生量が抑制され、全体として排気ガスの特性が改善される（排気浄化用触媒の劣化防止にもつながる）。また、ブローバイガスをクランクケースから除去するための特段の装置構成（例えばブローバイガスを吸気系に戻す配管等）を不要にすることも可能になる。さらに、そのような装置構成が不要となれば、吸気系内がブローバイガスによって汚れることもなくなる。
また、シリンダボアから燃焼室１３に漏出するオイルの量が低減されることによっても、排気特性も改善が期待できる。さらに、機関燃焼の安定性や燃費も改善する。

なお、挿入穴２１ｄ，２１ｅのうち、何れか一方の穴の内面とその穴に挿入される樹脂製部材３０の突起部（３０ｄ又は３０ｅ）とが接着されているのが好ましい。このような構成によれば、挿入穴２１ｄ，２１ｅのうち、何れか一方の穴の内面とその穴に挿入される樹脂製部材３０の突起部とが接着固定され、他方が自由状態となるため、トップリング２１本体に対する樹脂製部材３０の組み付けが容易となる。また、組み付け後においては、トップリング２１本体からの樹脂製部材３０の脱離（抜け落ち）が好適に防止される。
また、樹脂製部材の形状は、トップリングの形状（環状）に合わせてやや湾曲したものとしてもよい。
また、樹脂製部材の材質としては、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂に、炭素繊維、Ａｌ_２Ｏ_３繊維、ＳｉＣセラミック繊維、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、ＳｉＣセラミック粒子、Ｓｉ_３Ｎ_４粒子又はグラファイト粒子等を複合した材料で形成し、且つ、シリンダ内壁との摺動面にＮｉめっき、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）又はケミカルペーパーデポジション（ＣＶＤ）処理を施したものを用いるのが、対摩耗性を向上させる上で好ましい。

〔変形例〕
なお、図２（Ｃ）に示した断面形状（樹脂製部材３０の中央部〔合口隙間に存在する部位〕の断面形状）を、図７又は図８に示す断面形状に替えた構成を、実施例１の変形例として採用することができる。すなわち、図３又は図４に示すように、樹脂製部材３０のピストン１２の動作方向（軸方向）の幅が、周方向両端部よりも中央部で広くなるように形成し、樹脂製部材３０の軸方向端部のうち少なくとも一方が、トップリング２１装着用のピストン１２の溝内壁１２ａ，１２ｂと当接するようにしてもよい。

このような構成を適用することにより、トップリング２１の合口隙間を通じて燃焼室１３からシリンダボアに漏出するガスの量や、シリンダボアから燃焼室１３に漏出するオイルの量の低減効果を一層高めることができる。また、樹脂製部材３０がトップリング２１の端面２１ａ，２１ｂに対する当接面を有することになるため、ピストン１２の端面と樹脂製部材３０の当接面との間に摩擦作用（ピストンリングの径方向に作用する力）が生まれる。さらに、トップリング２１の端面に対する当接面の存在は、樹脂部材３０の周方向断面の拡大を意味することから、樹脂性部材３０が合口隙間において肉厚に形成され、その張力（密封性能）も増すことになる。

次に、本発明を内燃機関のピストンに取り付けられるトップリングとして具体化した実施例２について、上記実施例１と異なる点を中心に説明する。なお、実施例２において、実施例１の構成要素と概ね同等の構造及び機能を有するものについては、同一の符号を付し、ここでの重複する説明は省略する。
図５（Ａ）は、実施例２にかかるトップリングの一部（合口近傍）を拡大した図である。また、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ断面図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＶＣ−ＶＣ断面図、図５（Ｄ）は図５（Ａ）のＶＤ−ＶＤ断面図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）に併せ示すように、合口４０を形成するトップリング２１の両端部には、合口（隙間）を隔てて対峙する２つの端面（合口面）２１ａ，２１ｂから各端部の外周面２１ｃに亘って切り欠き溝２１ｆ，２１ｇが形成される。樹脂製部材３１は、その両端が切り欠き溝２１ｆ，２１ｇに装着された状態で、シリンダ内壁１１ａに当接する。また、樹脂製部材３１のピストン１２の動作方向（軸方向）の幅は、周方向両端部（トップリング本体の切り欠き溝への装着部位）Ｗ１よりも中央部（合口隙間に存在する部位）Ｗ２で広くなっている。

このような構成を適用することにより、トップリング２１の合口隙間を通じて燃焼室１３からシリンダボアに漏出するガスの量や、シリンダボアから燃焼室１３に漏出するオイルの量の低減効果を一層高めることができる。また、樹脂製部材３１がトップリング２１の端面２１ａ，２１ｂに対する当接面３１ａ，３１ｂを有することになるため、端面と当接面との間に摩擦作用（ピストンリングの径方向に作用する力）が生まれる。さらに、トップリング２１の端面に対する当接面の存在は、樹脂部材３１の周方向断面の拡大を意味することから、樹脂性部材３１が合口隙間において肉厚に形成され、その張力（密封性能）も増すことになる。

［変形例］
なお、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、樹脂製部材３１の中央部（合口隙間に存在する部位）が、周方向両端部（トップリング本体の切り欠き溝への装着部位）に比べ、ピストン１２の軸中心に向かって突出するような構成を実施例２の変形例として採用することできる。このような構成を採用することによっても上記構成に準ずる効果を得ることができる。

また、図６（Ｃ）に示した断面形状（樹脂製部材３１の中央部〔合口隙間に存在する部位〕の断面形状）を、図７又は図８に示す断面形状に替えた他の変形例を採用することもできる。すなわち、図７又は図８に示すように、樹脂製部材３１のピストン１２の動作方向（軸方向）の幅が、周方向両端部よりも中央部で広くなるように形成し、樹脂製部材３１の軸方向端部のうち少なくとも一方が、トップリング２１装着用のピストン１２の溝内壁１２ａ，１２ｂと当接するようにしてもよい。このような構成を適用することにより、トップリング２１の合口隙間を通じて燃焼室１３からシリンダボアに漏出するガスの量や、シリンダボアから燃焼室１３に漏出するオイルの量の低減効果を一層高めることができる。また、樹脂製部材３０がトップリング２１の端面２１ａ，２１ｂに対する当接面を有することになるため、ピストン１２の端面と樹脂製部材３１の当接面との間に摩擦作用（ピストンリングの径方向に作用する力）が生まれる。さらに、トップリング２１の端面に対する当接面の存在は、樹脂部材３１の周方向断面の拡大を意味することから、樹脂性部材３０が合口隙間において肉厚に形成され、その張力（密封性能）も増すことになる。

なお、実施例２で採用される樹脂製部材３１の材質としては、実施例１で採用される樹脂製部材３０と同等のものを用いることができる。また、実施例１と同様、実施例２において、トップリング２１の２つの端面２１ａ，２１ｂから各端部の外周面２１ｃに亘って形成される切り欠き溝２１ｆ，２１ｇのうち、何れか一方の切り欠き溝の内面と樹脂製部材３１とが接着されているのが好ましい。このような構成によれば、トップリング２１の２つの切り欠き溝２１ｆ、２１ｇのうち、何れか一方の切り欠き溝の内面と樹脂製部材３１の一部とが接着固定され、他方が自由状態となるため、ピストンリング２１本体に対する樹脂製部材３１の組み付けが容易となる。また、組み付け後においては、ピストンリング２１本体からの樹脂製部材３１の脱離（抜け落ち）が好適に防止される。

また、上記各実施例では、本発明をトップリング２１に本発明を適用したが、これに限らず他のピストンリング（好ましくはコンプレッションリングとして機能するピストンリング）に本発明を適用することもできる。

本発明の実施例１であるピストンリングを備えた内燃機関の主要部を示す略図等。 同実施例のピストンリングの一部を拡大して示す平面図等。 同実施例のピストンリングの変形例について、その周方向の断面を示す図。 同実施例のピストンリングの変形例について、その周方向の断面を示す図。 実施例２のピストンリングの一部を拡大して示す平面図等。 同実施例のピストンリングの変形例について、その一部を拡大して示す平面図等。 同実施例のピストンリングの変形例について、その周方向の断面を示す図。 同実施例のピストンリングの変形例について、その周方向の断面を示す図。 従来のピストンリングを備えた内燃機関の主要部を示す略図等。 従来のピストンリングの一部を拡大して示す平面図等。

符号の説明

１ 内燃機関
１１ シリンダ
１１ａ シリンダ内壁
１２ ピストン
１２ａ ピストン頂面
１３ 燃焼室
２１ ピストンリング（トップリング）
２１ａ，２１ｂ 合口面
２１ｃ トップリングの外周面
２１ｄ，２１ｅ 挿入穴
２１ｆ，２１ｇ 切り欠き溝
２２，２３ ピストンリング
３０，３１ 樹脂製部材
３０ａ 突起部（当接部）
３０ｄ、３０ｅ 突起部
４０ 合口

Claims (4)

1. 内燃機関のシリンダ内を往復動するピストンの外周溝に装着されるピストンリングであって、
   合口隙間を形成する当該ピストンリングの両端部で前記合口隙間を隔てて対峙する２つの端面に形成された穴と、
   各穴に挿入される突起部、及び、該突起部が各穴に挿入された状態で前記端面に当接する面と前記ピストンの外周溝の下面に当接する面と前記シリンダの内壁に当接する面とを有する当接部を備えて前記合口隙間に装着される樹脂製部材と、
   を有することを特徴とする内燃機関のピストンリング。
2. 前記２つの端面に形成された穴のうち、何れか一方の穴の内面とその穴に挿入される前記樹脂製部材の突起部とが接着されている
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のピストンリング。
3. 内燃機関のシリンダ内を往復動するピストンの外周溝に装着されるピストンリングであって、
   合口隙間を形成する当該ピストンリングの両端部で前記合口隙間を隔てて対峙する２つの端面から各端部の外周面に亘って形成され、前記ピストンリングの上下面には開口しない切り欠き溝と、
   各端部の切り欠き溝に両端を装着された状態で、前記端面に当接する面と前記ピストンの外周溝の下面に当接する面と前記シリンダの内壁に当接する面とを有する樹脂製部材と、
   を有することを特徴とする内燃機関のピストンリング。
4. 前記２つの端面から各端部の外周面に亘って形成される切り欠き溝のうち、何れか一方の切り欠き溝の内面とその切り欠き溝に装着される前記樹脂製部材の一部とが接着されている
   ことを特徴とする請求項３記載の内燃機関のピストンリング。

Images