JP5059262B2 - 圧縮ピストンリング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合い口領域を備える圧縮ピストンリングに関し、特に圧縮ピストンリングのリング周が４つの仮想の象限に分割されている、リング周に断面変化を有する圧縮ピストンリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＪＰ０９１９６１７１Ａには、壁厚がリング背部からはじまって合い口(Stoss)の方向に連続して薄くなるピストンリングが示されている。
【０００３】
ＵＳ１，２７８，０１５には、２つの異なる材料から構成された同様のピストンリングが示されている。このピストンリングにおいては、リング内側領域が鉄または鋼から、リング外側領域がスズ層から構成されている。さらにこの場合には、リング背部から始まってピストンリングの少なくとも内側部分が、合い口間隙(Steg)に向かって壁厚が薄くなるように形成されている。
【０００４】
ＵＳ２，５９１，９２０には、突合わせ面の領域または内側周面の領域に回周して延びる溝もしくは仕切室状の面取り部(Anfasung)を備えており、この溝もしくは面取り部の寸法がリング背部から始まって合い口部にかけて増加するピストンリングが示されている。
【０００５】
実際の運転では、内燃機関内に一定の壁厚を有する圧縮ピストンリングが何重にも用いられる。圧縮リングの壁厚は、生じるシリンダ変形に追従できるようにするために、全直径上に見て薄くされなければならず、これによって、広がりが生じる場合には接線方向の力が低減され、または、接線方向の力が生じる場合には広がりが大きくなる。この両方の場合において、以下の問題が発生する。
燃焼室の不十分な密閉
圧縮ピストンリング組み込みが困難になること
オイル消費量の増大
ガス漏れの増大
リング破損、リングばたつき
従来技術に関する刊行物は、リング全周に亘ってリング断面を実質的に完全に薄くすることによって前述の欠点をも有する圧縮ピストンリングを示している。
【０００６】
ピストンリングをシリンダの形状に合わせる技術は、そのシリンダの平均の形状充填性能に基づいている。ピストンリングが一定の壁厚を有する場合には、形状充填性能に対する論述は、いわゆる理論的な平均値に関してのみ成り立つが、この場合、ピストンリングがどの程度に機能しているか（機能状態）は、適合が最も不適切に行われる場所における適合可能性に依存する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、請求項１の前提部分において記載された圧縮ピストンリングについて、接線方向の力を決定的に低下させることなく合い口領域に対する実質的により大きな形状充填性能を得ることができるような他の構成を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的は、合い口の一方の縁が仮想の象限の第１象限に、また、合い口の他方の縁が仮想の象限の第４象限に位置している場合に、それぞれの断面薄肉部が、この第１および第４象限だけに設けられることによって達成される。
【０００９】
本発明の対象の有利な他の構成は、従属項に示されている。
【００１０】
リング周の第１および第４象限に具体的に限定された（局所的な）、リング壁厚の断面薄肉部によって、シリンダ変形が大きくなってもリングがより良好に追従できること、また、その結果、燃焼室のより良好な密閉が保証されることが可能になる。同時に形状充填性能が高められ、これによって、リングの全周上で一体的に高められる形状充填性能も、薄肉化されないリングに比べて接線方向の力を決定的に低下させることなく調整される。
【００１１】
第１および第４象限における断面薄肉化の、この応用例に関連して設計される形状によって、ピストンリングの形状充填性能に関し予め設定可能な平均値に目標通りに近づくことが可能になる。断面薄肉部の種類および構造は、第１および第４象限でのリング断面とこれに結合する表面慣性モ−メントに基づいて必要に応じて変えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の対象を、実施形態に基づいて図面に示すと共に以下に説明する。
【００１３】
図１は、リング周に関して４つの象限Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶに区分された圧縮ピストンリング１を示している。圧縮ピストンリング１は外周面２と内周面３を備えている。周面２，３は予め設定可能なリング壁厚ａを形成している。この壁厚ａは、周方向にみて、実質的に第Ｉもしくは第ＩＶ象限の開始まで保たれ、他方、圧縮ピストンリング１の第Ｉ象限、第ＩＶ象限では、壁厚ａの横断面が、最小の壁厚ａ’をもつように局所的に薄肉化が行われている。半径方向の壁厚ａは、リングの背４から始まって第Ｉ象限，第ＩＶ象限の開始領域に至るまで等しく、そして先ず合い口部５に向かって減少し、合い口（リングの切断部）５の領域では再びリング背４の領域と同じ半径方向壁厚ａになっている。第１および第４象限だけに局部的に設けられた断面薄肉部は参照符号６，７で示されている。
【００１４】
図２，３は、局所的な断面薄肉部６，７を有する第Ｉ、第ＩＶ象限の部分図を示している。これらの断面薄肉部６，７は、この図２，３によって示される例では、わずかに異なって形成されている。図２は、周方向長さに関してより大きな断面薄肉部６を表しており、他方、第４象限における断面薄肉部７は、周方向長さに関してより短く短縮している。このいずれの場合にも、合い口近くの領域８，９は、その周方向長さに関し、対応する象限ＩＩもしくはＩＩＩの側にある領域１０，１１よりも短く形成され、この場合、この２つの領域８と１０もしくは９と１１は同じ半径方向壁厚ａを有している。移行領域１２，１３，１４，１５は、壁厚ａを有する完全断面から薄肉化された領域６，７へ、半径方向に移行している。
【００１５】
同様に、局所的な断面薄肉部の他の種類の輪郭も考えられる。場合によっては互いに前後する複数の断面薄肉部を備え、場合によっては、これらの複数の断面薄肉部が互いに内側に移行することも同じく考えられる。
【００１６】
図４，５は、局所的な断面薄肉部（壁厚ａ’）を有する圧縮ピストンリングと比べた、一定の壁厚ａを有する圧縮ピストンリングの形状充填性能の比較例を示している。縦軸は、圧縮ピストンリングの形状充填性能または、シリンダ変形に追従する適合能力を表し、横軸は、リング背部４から合い口部５までの間の、ピストンリング上の位置を表している。縦軸、横軸の単位は任意に規格化されている。
【００１７】
すでに発明の詳細な説明の冒頭で述べたように、圧縮ピストンリングをシリンダ壁の形状に合わせる手法は、その平均の形状充填性能に基づいている。一定の壁厚ａを有する圧縮ピストンリングの場合、形状充填性能に関する論述は、平均値Ｍ（破線で示されたライン）についてのみ可能である。しかし、圧縮ピストンリングの機能が発揮されている程度（機能の状態）は、最も適合し難い場所においてどれだけ適合できるかという適合能力に依存する。図４からわかるように、シリンダ変形に追従する適合能力は、リング背部４から合い口部５にかけて小さくなる（図４）。目標にされている平均値は、圧縮ピストンリング１の全周上では達成できない。リング断面の減少、すなわち、
【００１８】
【数１】

（ここでＩはピストンリング面をｘｙ面とするとき、ｘ軸またはｙ軸の周りの慣性モーメント、ｈはピストンリングの高さ、ｂはピストンリングの幅が一様である場合の幅である）の減少による、目標とする平均値の増大は、事態の改善をもたらすけれど、事態の改善を生じるだけに過ぎない。広がりが増大する場合、または、広がりが同じ状態にとどまる場合の欠点、また、大きい平均値を得るために固有の接線方向の力が減少する場合の欠点は、燃焼室を密閉する場合に付随する問題を含んでいる。
【００１９】
本発明による、第１および第４象限だけにおける局所的な断面薄肉部を有する圧縮ピストンリングを設計することによって、リング背部から始まって合い口部にかけて、実質的により大きな形状充填性能を得ることができる。したがって、第１および第４象限においてこの断面薄肉部を形成することによって、薄肉化されていないリングと比較して接線方向の力を決定的に低下させることなく、目標とする平均値に目標通りに近づくことが可能になる。第１および第４象限における断面薄肉部の種類と構造は、様々なリング断面とこれに付随して生じる表面慣性モ−メントに基づいて変えることができる。図５で、破線で示されている領域１６は、目的とする領域を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】４つの象限に区分されたリング周と、合い口領域における部分的な断面薄肉部とを有する圧縮ピストンリングを示す図である。
【図２】図１による第１象限を示す部分図である。
【図３】図１による第４象限を示す部分図である。
【図４】一定の壁厚を有するピストンリングの形状充填性能の原理図である。
【図５】局所的な断面薄肉部を有するピストンリングの形状充填性能の原理図である。
【符号の説明】
１ 圧縮ピストンリング
２ 外側周囲面
３ 内側周囲面
４ リング背部
５ 合い口部
６，７ 横断面弱体化
８，９ 合い口近くの領域
１０，１１， 薄肉化されない領域
１６ 領域
ａ，ａ’ 壁厚
Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ 象限
Ｍ 平均値

Claims (5)

1. 合い口領域（５）を備える圧縮ピストンリング（１）であって、該リングの周領域に断面薄肉部（６，７）を備え、前記圧縮ピストンリング（１）の前記リングの前記周領域が４つの象限（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ）に分割されている圧縮ピストンリング（１）において、
   合い口の一方の縁が仮想の第１象限（Ｉ）に位置し、該合い口の他方の縁が仮想の第４象限（ＩＶ）に位置しているとしたときに、それぞれの前記断面薄肉部（６，７）は、前記第１および第４象限（Ｉ，ＩＶ）だけに設けられているともに、リング高さ全体にわたって、前記合い口（５）の両側に、しかも、前記周領域のうち前記合い口の近傍に設けられ、前記合い口領域と、リング背部（４）の領域とが、同じ半径方向の壁厚を有しており、前記第１象限（Ｉ）における前記断面薄肉部（６）は、前記第４象限（ＩＶ）における前記断面薄肉部（７）とは異なる周方向長さを有していることを特徴とする圧縮ピストンリング（１）。
2. 前記断面薄肉部（６，７）は、薄肉化されないそれぞれの領域（８，１０；９，１１）から始まって半径を予め設定された長さにするという仕方で形成された輪郭を含んでいる、請求項１に記載の圧縮ピストンリング。
3. 最小の壁厚（ａ’）の領域は、前記第１および第４象限（Ｉ，ＩＶ）の半分の周長上に配置されている、請求項１または２に記載の圧縮ピストンリング。
4. 薄肉化されない領域（８，１０；は９，１１）から薄肉化された領域（６，７）への移行領域（１２，１３，１４，１５）が、円形の形状で設けられている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧縮ピストンリング。
5. 前記第１および第４象限（Ｉ，ＩＶ）の領域において、前記合い口に近い側の薄肉化されない領域（８，９）は、第２もしくは第３象限（ＩＩ，ＩＩＩ）の方向に延びる、薄肉化されない第１および第４象限（Ｉ，ＩＶ）の領域（１０，１１）よりも短い周長を有する、請求項１乃至４のいずれか１項記載の圧縮ピストンリング。

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