JP4236910B2

JP4236910B2 - Combination oil ring

Info

Publication number: JP4236910B2
Application number: JP2002330392A
Authority: JP
Inventors: 政男石田; 孝男鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: JP2004162634A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製リングとエキスパンダリングとからなり、前記エキスパンダリングが樹脂製リングよりなる往復動機関用の組合せオイルリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
往復動内燃機関用のオイルコントロールリングとしては、外周側に突出する上下２本のレール間に外周側と内周側を連通するオイル戻し孔が円周方向に間隔を置いて複数個形成されているオイルリングと、このオイルリングを半径方向外方に押圧するコイルエキスパンダとから構成された２ピースタイプの組合せオイルリングが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、外側に金属製リングを配置し、内側に樹脂製リングを配置し、樹脂製リングの合い口が所定温度以上において熱膨張により突き当たり、金属製リングを半径方向外方に押圧する張力を発生する圧力リング用の組合せピストンリングが提案されている（特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平３−２９９７９号公報
【特許文献２】
特開２０００−１３０５８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にエンジン回転数が高くなると、リングのボアへの追従性が悪化し、オイル消費が悪くなる。また、油温も高くなり、粘度が低くなり、蒸発成分の増加により、益々オイル消費が悪化する。しかしながら、コイルエキスパンダでオイルリングを半径方向外方に押圧する組合せオイルリングでは、コイルエキスパンダの張力を大きくすると、油温が低いエンジン始動時に、オイルリングとシリンダの摩擦が大きくなり、始動不良を起こすことがある。一方、コイルエキスパンダの張力を小さくすると、始動性は良いが、高回転時に、オイルリングのシリンダボア変形への追従性が不足して、シール性が悪化することがある。このように、従来のタイプの組合せオイルリングでは、始動時から高回転時にわたって張力を適性の値にすることが難しい問題を有している。
【０００６】
一方、樹脂製リングを使用した組合せピストンリングは、温度によって張力が変化し、温度が高くなるに伴って張力が増加する傾向を有している。しかしながら、特開２０００−１３０５８３号公報記載の組合せピストンリングは圧力リングであって、オイルリングについては記載されていない。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その課題は、オイルリングをエキスパンダリングで外側に押圧する組合せオイルリングにおいて、エキスパンダリングの張力をエンジンの始動時から高回転時にわたって適性な値とすることを可能にした組合せオイルリングを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次の手段を採る。すなわち、
本発明は、外周側に突出する上下２本のレール間に外周側と内周側を連通するオイル戻し孔を有し、内周側に溝が形成されている金属製リングと、この金属製リングの前記内周溝に前記オイル戻し孔に対向配置して装着され金属製リングを半径方向外方に押圧するエキスパンダリングとからなる組合せオイルリングにおいて、
前記エキスパンダリングが、合い口の突き当たった状態で熱膨張により張力が上昇する構造の樹脂製リングであり、前記金属製リングの内周面に前記オイル戻し孔と通じるオイル排出溝が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、エキスパンダリングが樹脂製リングで、張力は温度によって変化し、温度が高くなるに伴って張力が増加する。したがって、エンジン始動時の低温時には、樹脂製リングの張力を低張力とすることで、金属製リングとシリンダとの間は低摩擦となり、始動性を良好にできる。また、通常運転時においても、比較的低張力が得られ、低燃費化が可能となる。一方、高回転時には、樹脂の熱膨張により、樹脂製リングは高張力が得られ、金属製リングのシリンダボア変形への追従性が良好となり、高いシール性を確保することができる。
【００１０】
金属製リングで掻き取ったオイルは、金属製リングのオイル戻し孔を通って内周側に入り、オイル排出溝を通ってリング溝内へ流れ、リング溝底やリング溝下面に設けられたオイル戻し通路を経て、クランクケースに戻される。
【００１１】
シリンダと摺動するリングを金属製リングとしたことで、高寿命化を図れる。また、剛性も高いことから、薄幅化も可能になる。外周面に窒化、クロムめっき、複合めっき、ＰＶＤ皮膜等の表面処理を施すことにより、耐摩耗性を向上できる。
【００１２】
オイル排出溝をオイル戻し孔の上側及び下側に形成する場合は、例えば、オイル排出溝を上下対称に配置したり、あるいは円周方向に間隔をおいて上下交互に配置したりする。オイル排出溝を上下交互に形成すると、金属製リングの強度を確保する面で好ましく、また、エキスパンダリングの接触面を多く確保できるため、エキスパンダリングの密着性がよく、円周方向における張力のばらつきを減少できる。
【００１３】
また、オイル排出溝を全てオイル戻し孔の下側に形成すると、オイルをクランクケース側（下側）へ積極的に戻すことができる。また、オイル排出溝を通ってエキスパンダリングの下側や背側に回ったオイルが金属製リングを上向きに押す力を発生するため、金属製リングが溝上面に押し付けられ、姿勢が安定し、オイル掻き能力を向上できる。
【００１４】
前記オイル排出溝の端部は、オイルの排出の面で金属製リングの上下方向の端面まで延びて端面に開口していることが好ましいが、強度面から見ると上下方向の端面まで延びずに端面より手前位置まで延びているのがよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図３において、１はピストン、２はシリンダで、ピストン１の外周に形成されているリング溝３に組合せオイルリング４が装着されている。組合せオイルリング４は２ピースタイプのオイルリングで、金属製リング５と、その内周側に配置され金属製リング５をシリンダ２の内壁２ａに押圧するためのエキスパンダリングである樹脂製リング６とから構成されている。
【００１７】
金属製リング５は、合い口を有する略Ｉ字形断面のリングで、外周側に突出する上下２本のレール７，８間にオイル受容溝９を有し、その溝底に半径方向に貫通しているオイル戻し孔１０を円周方向に複数個備えている。また、金属製リング５は、樹脂製リング６が配置される断面円弧形の内周溝１１を内周側に有している。この金属製リング５の内周面にはオイル戻し孔１０と通じるオイル排出溝１２が複数形成されている。オイル排出溝１２は、円周方向に沿って長孔状に形成されているオイル戻し孔１０の上側及び下側に対称的に、上側に３個、下側に３個、円周方向に等間隔をおいて形成されている。これらのオイル排出溝１２はオイル戻し孔１０から上下方向に延びて、端部は内周溝１１を越え、金属製リング５の上下面１３，１４よりも手前の位置まで延びている。金属製リング５の上下のレール７，８の外周面には窒化、クロムめっき、複合めっき、ＰＶＤ皮膜等の所定の表面処理が施されている。
【００１８】
樹脂製リング６は、合い口を有し、合い口の突き当たった状態で熱膨張により張力が上昇する構造の円形断面のリングである。すなわち、樹脂製リング６の張力は温度によって変化し、温度が高くなるに伴って張力が増加するようになっている。樹脂材料としては、例えばポリイミド樹脂が用いられる。
【００１９】
したがって、樹脂製リング６によってシリンダ２の内壁２ａに押し付けられた金属製リング５が、シリンダ２の内壁２ａを摺動し、シリンダ２の内壁２ａから掻き取ったオイルは、オイル受容溝９からオイル戻し孔１０に入り、金属製リング５の内周面のオイル排出溝１２を通ってリング溝３内に流出し、リング溝３の底部に形成されているオイル戻し通路１５や図示しない金属製リング５の合い口すきまを通ってクランクケースに戻される。
【００２０】
この際、エンジン始動時の低温時には、樹脂製リング６は低張力とされているため、金属製リング５とシリンダ２の内壁２ａとの間は低摩擦となり、始動性が良好になる。また、通常運転時においても、樹脂製リング６は比較的低張力が得られ、低燃費化が可能となる。一方、高回転時には、樹脂製リング６の熱膨張によって、樹脂製リング６は高張力を発生するため、金属製リング５のシリンダ内壁２ａへの追従性が良好で、高いシール性を確保することができる。
【００２１】
図４及び図５は、本発明の別の実施形態２を示している。本実施形態２は、上記実施形態１とは、金属製リング５に形成するオイル排出溝の配置構成が相違しているだけで、他の構成は上記実施形態１と同じである。
【００２２】
本実施形態２では、金属製リング５のオイル戻し孔１０の上下にオイル排出溝１２を円周方向に間隔をおいて上下交互に配置したものである。本実施形態２では、オイル排出溝１２がオイル戻し孔１０の下側、上側、下側に円周方向に等間隔をおいて３個配置されている。これによれば、上記実施形態１に比較して金属製リング５の強度を確保できるとともに、樹脂製リング６の接触面積が増すため、樹脂製リング６の密着性が増し、円周方向における張力のばらつきが減少する。
【００２３】
図６及び図７は、本発明の更に別の実施形態３を示している。本実施形態３は、上記実施形態１とは、金属製リング５に形成するオイル排出溝の配置構成が相違しているだけで、他の構成は上記実施形態１と同じである。
【００２４】
本実施形態３では、オイル排出溝１２を全て金属製リング５のオイル戻し孔１０の下側に配置したものである。本実施形態３では、オイル排出溝１２がオイル戻し孔１０の下側に円周方向に等間隔をおいて３個配置されている。これによれば、オイルをクランクケース側（下側）へ積極的に戻すことができる。また、オイル排出溝１２を通って樹脂製リング６の下側や背側に回ったオイルが金属製リング５を上向きに押す力Ｆを発生するため、金属製リング５が溝上面に押し付けられ、姿勢が安定し、オイル掻き能力が向上する。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、オイルリングをエキスパンダリングで外側に押圧する組合せオイルリングにおいて、エキスパンダリングの張力をエンジンの始動時から高回転時にわたって適性な値とすることができ、エンジン始動時等における低摩擦化と高回転時の高いシール性とを得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】金属製リングの一部分を内周側から見た図である。
【図３】金属製リングの一部分を示す斜視図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】金属製リングの一部分を内周側から見た図である。
【図６】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】金属製リングの一部分を内周側から見た図である。
【符号の説明】
１ピストン
２シリンダ
２ａシリンダ内壁
３リング溝
４組合せオイルリング
５金属製リング
６樹脂製リング
７，８レール
９オイル受容溝
１０オイル戻し孔
１１内周溝
１２オイル排出溝
１３金属製リングの上面
１４金属製リングの下面
１５オイル戻し通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combined oil ring for a reciprocating engine comprising a metal ring and an expander ring, wherein the expander ring is a resin ring.
[0002]
[Prior art]
As an oil control ring for a reciprocating internal combustion engine, a plurality of oil return holes that communicate between the outer peripheral side and the inner peripheral side are formed at intervals in the circumferential direction between two upper and lower rails that project to the outer peripheral side. A two-piece type combination oil ring is used, which includes an oil ring and a coil expander that presses the oil ring radially outward (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
On the other hand, a metal ring is placed on the outside, a resin ring is placed on the inside, and the joint of the resin ring hits due to thermal expansion above a predetermined temperature, generating tension that pushes the metal ring radially outward A combined piston ring for a pressure ring has been proposed (see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 3-29979 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-130583
[Problems to be solved by the invention]
Generally, when the engine speed increases, the followability of the ring to the bore deteriorates and the oil consumption deteriorates. In addition, the oil temperature is increased, the viscosity is decreased, and the oil consumption is further deteriorated due to the increase in evaporation components. However, with a combination oil ring that presses the oil ring radially outward with a coil expander, if the tension of the coil expander is increased, the friction between the oil ring and the cylinder increases at the time of engine start when the oil temperature is low. May occur. On the other hand, when the tension of the coil expander is reduced, the startability is good, but at the time of high rotation, the followability to the cylinder bore deformation of the oil ring is insufficient and the sealing performance may be deteriorated. As described above, the conventional type combined oil ring has a problem that it is difficult to make the tension an appropriate value from the start to the high rotation.
[0006]
On the other hand, a combination piston ring using a resin ring has a tendency that the tension changes depending on the temperature and the tension increases as the temperature increases. However, the combination piston ring described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-130583 is a pressure ring, and no oil ring is described.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and the problem is that, in a combined oil ring that presses the oil ring outward with the expander ring, the tension of the expander ring is suitable from the start of the engine to the high rotation. An object of the present invention is to provide a combination oil ring that can be made to have a low value.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention adopts the following means in order to solve the above problems. That is,
The present invention includes a metal ring having an oil return hole that communicates between an outer peripheral side and an inner peripheral side between two upper and lower rails that project to the outer peripheral side, and a groove formed on the inner peripheral side, In the combined oil ring comprising an expander ring that is mounted in the inner circumferential groove of the ring so as to face the oil return hole and presses the metal ring radially outward,
The expander ring is a resin ring having a structure in which tension is increased by thermal expansion in a state where the abutment is abutted, and an oil discharge groove communicating with the oil return hole is formed on an inner peripheral surface of the metal ring. It is characterized by being.
[0009]
According to the above configuration, the expander ring is a resin ring, and the tension varies depending on the temperature, and the tension increases as the temperature increases. Therefore, by setting the tension of the resin ring to a low tension at a low temperature when starting the engine, the friction between the metal ring and the cylinder becomes low, and the startability can be improved. Further, even during normal operation, a relatively low tension can be obtained, and fuel consumption can be reduced. On the other hand, at the time of high rotation, the resin ring can obtain a high tension due to the thermal expansion of the resin, the followability to the cylinder bore deformation of the metal ring is good, and high sealing performance can be secured.
[0010]
The oil scraped off by the metal ring enters the inner peripheral side through the oil return hole of the metal ring, flows into the ring groove through the oil discharge groove, and is provided on the bottom of the ring groove or the lower surface of the ring groove. It returns to the crankcase through the return passage.
[0011]
By making the ring that slides with the cylinder a metal ring, the service life can be extended. In addition, since the rigidity is high, the width can be reduced. Abrasion resistance can be improved by subjecting the outer peripheral surface to a surface treatment such as nitriding, chromium plating, composite plating, or PVD coating.
[0012]
When the oil discharge grooves are formed on the upper and lower sides of the oil return hole, for example, the oil discharge grooves are arranged vertically symmetrically, or alternately arranged vertically at intervals in the circumferential direction. Forming the oil drain grooves alternately on the top and bottom is preferable in terms of securing the strength of the metal ring, and because many contact surfaces of the expander ring can be secured, the expander ring has good adhesion and tension in the circumferential direction. The variation of can be reduced.
[0013]
Further, if all the oil discharge grooves are formed below the oil return hole, the oil can be positively returned to the crankcase side (lower side). In addition, the oil that has rotated through the oil discharge groove to the lower side or back side of the expander ring generates a force that pushes the metal ring upward, so the metal ring is pressed against the upper surface of the groove, and the posture is stabilized. Oil scraping ability can be improved.
[0014]
The end of the oil discharge groove preferably extends to the end face in the vertical direction of the metal ring on the oil discharge surface, and opens to the end face, but does not extend to the end face in the vertical direction when viewed from the strength side. It is good to extend from the end surface to a near position.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
1 to 3, 1 is a piston, 2 is a cylinder, and a combination oil ring 4 is mounted in a ring groove 3 formed on the outer periphery of the piston 1. The combination oil ring 4 is a two-piece type oil ring, which is a metal ring 5 and a resin ring 6 that is an expander ring that is disposed on the inner peripheral side of the ring 5 and presses the metal ring 5 against the inner wall 2 a of the cylinder 2. It consists of and.
[0017]
The metal ring 5 is a ring having a substantially I-shaped cross section having an abutment. The metal ring 5 has an oil receiving groove 9 between two upper and lower rails 7 and 8 projecting to the outer peripheral side, and penetrates the groove bottom in the radial direction. A plurality of oil return holes 10 are provided in the circumferential direction. Moreover, the metal ring 5 has an inner circumferential groove 11 having an arc cross section in which the resin ring 6 is disposed on the inner circumferential side. A plurality of oil discharge grooves 12 communicating with the oil return hole 10 are formed on the inner peripheral surface of the metal ring 5. The oil discharge grooves 12 are symmetrical on the upper and lower sides of the oil return hole 10 formed in the shape of a long hole along the circumferential direction, three on the upper side, three on the lower side, and the like in the circumferential direction. It is formed at intervals. These oil discharge grooves 12 extend in the vertical direction from the oil return hole 10, and their end portions extend beyond the inner peripheral groove 11 to a position before the upper and lower surfaces 13 and 14 of the metal ring 5. The outer peripheral surfaces of the upper and lower rails 7 and 8 of the metal ring 5 are subjected to a predetermined surface treatment such as nitriding, chromium plating, composite plating, PVD coating, or the like.
[0018]
The resin ring 6 is a ring having a circular cross section that has an abutment and has a structure in which a tension increases due to thermal expansion in a state where the abutment abuts. That is, the tension of the resin ring 6 varies with temperature, and the tension increases as the temperature increases. For example, a polyimide resin is used as the resin material.
[0019]
Accordingly, the metal ring 5 pressed against the inner wall 2 a of the cylinder 2 by the resin ring 6 slides on the inner wall 2 a of the cylinder 2, and the oil scraped off from the inner wall 2 a of the cylinder 2 is removed from the oil receiving groove 9. An oil return passage 15 formed at the bottom of the ring groove 3 or a metal ring (not shown) enters the return hole 10, flows out into the ring groove 3 through the oil discharge groove 12 on the inner peripheral surface of the metal ring 5. It is returned to the crankcase through the gap of 5.
[0020]
At this time, since the resin ring 6 has a low tension at a low temperature when the engine is started, the friction between the metal ring 5 and the inner wall 2a of the cylinder 2 is low, and the startability is good. Further, even during normal operation, the resin ring 6 can obtain a relatively low tension, and can reduce fuel consumption. On the other hand, at the time of high rotation, the resin ring 6 generates high tension due to thermal expansion of the resin ring 6, so that the followability of the metal ring 5 to the cylinder inner wall 2a is good and high sealing performance is ensured. Can do.
[0021]
4 and 5 show another embodiment 2 of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment only in the arrangement of oil discharge grooves formed in the metal ring 5, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.
[0022]
In the second embodiment, the oil discharge grooves 12 are alternately arranged above and below the oil return hole 10 of the metal ring 5 at intervals in the circumferential direction. In the second embodiment, three oil discharge grooves 12 are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the lower side, upper side, and lower side of the oil return hole 10. According to this, since the strength of the metal ring 5 can be ensured as compared with the first embodiment, and the contact area of the resin ring 6 is increased, the adhesion of the resin ring 6 is increased, and the tension in the circumferential direction is increased. The variation of is reduced.
[0023]
6 and 7 show still another embodiment 3 of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment only in the arrangement of oil discharge grooves formed in the metal ring 5, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.
[0024]
In the third embodiment, the oil discharge groove 12 is all disposed below the oil return hole 10 of the metal ring 5. In the third embodiment, three oil discharge grooves 12 are arranged below the oil return hole 10 at equal intervals in the circumferential direction. According to this, oil can be positively returned to the crankcase side (lower side). Further, since the oil that has rotated through the oil discharge groove 12 to the lower side or the back side of the resin ring 6 generates a force F that pushes the metal ring 5 upward, the metal ring 5 is pressed against the upper surface of the groove, The posture is stabilized and the oil scraping ability is improved.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the combined oil ring that presses the oil ring outward by the expander ring, the expander ring tension can be set to an appropriate value from the start of the engine to the time of high rotation. It is possible to obtain low friction during engine start-up and high sealing performance during high rotation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view of a part of a metal ring as viewed from the inner peripheral side.
FIG. 3 is a perspective view showing a part of a metal ring.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view of a part of a metal ring as seen from the inner peripheral side.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view of a part of a metal ring as viewed from the inner peripheral side.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston 2 Cylinder 2a Cylinder inner wall 3 Ring groove 4 Combination oil ring 5 Metal ring 6 Plastic ring 7, 8 Rail 9 Oil receiving groove 10 Oil return hole 11 Inner peripheral groove 12 Oil discharge groove 13 Metal ring upper surface 14 Metal Bottom surface 15 made of oil ring Oil return passage

Claims

A metal ring having an oil return hole communicating between the outer peripheral side and the inner peripheral side between the two upper and lower rails projecting to the outer peripheral side and having a groove formed on the inner peripheral side; In the combined oil ring consisting of an expander ring that is mounted in the circumferential groove so as to face the oil return hole and presses the metal ring radially outward,
The expander ring is a resin ring having a structure in which tension is increased by thermal expansion in a state where the abutment is in contact, and an oil discharge groove communicating with the oil return hole is formed on an inner peripheral surface of the metal ring A combination oil ring characterized by

The combined oil ring according to claim 1, wherein the oil discharge groove is formed on an upper side and a lower side of the oil return hole.

3. The combination oil ring according to claim 2, wherein the oil discharge grooves are alternately formed in an up and down direction at intervals in the circumferential direction.

The combined oil ring according to claim 1, wherein all of the oil discharge grooves are formed below the oil return hole.

5. The combined oil ring according to claim 1, wherein an end portion of the oil discharge groove is disposed at a position closer to the front side than an end surface in the vertical direction of the metal ring.

5. The combined oil ring according to claim 1, wherein an end portion of the oil discharge groove is opened at an end surface in a vertical direction of the metal ring.