JP5425525B2 - piston ring - Google Patents
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Description
本発明はピストンリングに関し、特に内燃機関エンジンやコンプレッサ等のシールに使用されるピストンリングに関する。 The present invention relates to a piston ring, and more particularly to a piston ring used for a seal of an internal combustion engine or a compressor.
トラック及びバスを含めた自動車等の内燃機関エンジンや、往復動式コンプレッサに使用されるピストンリングには、例えば図5のように、上下に配された一対のレール部材2と前記一対のレール部材2間に配置され、レール部材2を外周方向に押圧する張力を有するスペーサエキスパンダ9とからなる3ピース型オイルリング(ピストンリング)や、図6のように、シリンダ内壁と接するように外周側に配置されたピストンリング本体と、前記ピストンリング本体の内周側に配置され、ピストンリング本体を外周方向に押圧する張力を有するコイルエキスパンダ10とからなる2ピース型オイルリング(ピストンリング)が使用されている。 A piston ring used in an internal combustion engine engine such as an automobile including a truck and a bus and a reciprocating compressor, for example, as shown in FIG. 5, a pair of rail members 2 arranged vertically and the pair of rail members The three-piece type oil ring (piston ring) which is arranged between the two and includes a spacer expander 9 having a tension to press the rail member 2 in the outer peripheral direction, or the outer peripheral side so as to contact the inner wall of the cylinder as shown in FIG. A two-piece oil ring (piston ring) comprising a piston ring body disposed on the inner periphery of the piston ring body and a coil expander 10 disposed on the inner peripheral side of the piston ring body and having a tension to press the piston ring body in the outer circumferential direction. It is used.
また、シリンダ内壁及びリング溝とのシール性を向上させたピストンリングが提案されている。例えば特許文献1では、ピストンのリング溝の上下面に当接して介在させた弾性リングの内周面に上下二つの傾斜面を形成し、前記弾性リングの内周側に配したリング状のバネ部材(コイルエキスパンダ)を前記二つの傾斜面に当接させ、バネ部材の張力を弾性リングの外周方向及び上下方向への押圧力に分散させ、シリンダ内壁及びリング溝とのシール性を確保させたピストンリングとしている。また、特許文献2では、ピストンのリング溝内部にリング溝の上下幅よりも大きな弾性リングを介在させ、リング溝の上下面と弾性リングの上下面を密着させることでリング側面のシール機能を確保し、前記弾性リングの内周側に配したリング状バネ部材が、弾性リングを介して弾性リング外周側に配されたピストンリング本体を外周方向に押圧させ、シリンダ内壁とのシール性を確保したピストンリングとしている。
Also, a piston ring has been proposed that has improved sealing performance with the cylinder inner wall and the ring groove. For example, in Patent Document 1, a ring-shaped spring is formed on the inner peripheral side of the elastic ring by forming two upper and lower inclined surfaces on the inner peripheral surface of the elastic ring interposed in contact with the upper and lower surfaces of the ring groove of the piston. A member (coil expander) is brought into contact with the two inclined surfaces, and the tension of the spring member is distributed to the pressing force in the outer circumferential direction and the vertical direction of the elastic ring to ensure the sealing performance between the cylinder inner wall and the ring groove. Piston ring. Further, in Patent Document 2, an elastic ring larger than the upper and lower widths of the ring groove is interposed inside the ring groove of the piston, and the upper and lower surfaces of the ring groove and the upper and lower surfaces of the elastic ring are in close contact with each other to ensure a ring side seal function. The ring-shaped spring member disposed on the inner peripheral side of the elastic ring presses the piston ring body disposed on the outer peripheral side of the elastic ring via the elastic ring in the outer peripheral direction, thereby ensuring the sealing performance with the cylinder inner wall. It is a piston ring.
従来の3ピース型ピストンリングは、ピストンのリング溝の上下面とピストンリングの上下レール部材2とが当接することでリング溝とのシール機能を発揮する。しかし、エンジンオイルの汚れや劣化等により、レール部材2とスペーサエキスパンダ9の間にカーボン等が堆積すると、ピストンのリング溝内部でスティック(固着)が発生して、シリンダ内壁及びリング溝との間のシール機能が著しく損なわれることがある。一方、従来の2ピース型ピストンリングは、シリンダ内壁とのシール機能を果たすピストンリング本体が単体で形成されているため耐スティック性は良好であるが、ピストンのリング溝との側面シール性は十分に確保できていない。 The conventional three-piece type piston ring exhibits a sealing function with the ring groove by contacting the upper and lower surfaces of the ring groove of the piston with the upper and lower rail members 2 of the piston ring. However, if carbon or the like is deposited between the rail member 2 and the spacer expander 9 due to dirt or deterioration of the engine oil, a stick (adherence) occurs in the ring groove of the piston, and the cylinder inner wall and the ring groove The sealing function between them may be significantly impaired. On the other hand, the conventional two-piece type piston ring has good stick resistance because the piston ring body that functions as a seal with the cylinder inner wall is formed as a single unit, but the side seal with the ring groove of the piston is sufficient. Is not secured.
また、特許文献1によるピストンリングは、弾性リング内周側に配したリング状のバネ部材の外周方向への張力を弾性リングの外周方向及び上下方向への押圧力に分散させるため、外周方向への押圧力が不足し、シリンダ内壁とのシール性が不十分となることがある。更に、特許文献2によるピストンリングは、リング溝の上下幅よりも大きな弾性リングを用いているため、断面積が大きく剛性が高いことが考えられ、ピストンのリング溝の周方向のうねりや変形に追従ができず、リング溝の上下面とのシール性が十分発揮できない。また、弾性リングの剛性が高すぎることでシリンダの変形に対してもリングが十分に追従できず、シリンダ壁とのシール性能も十分に確保できない問題がある。更に、ピストンリングの軸方向幅がリング溝の上下幅よりも大きいため、ピストンリングのリング溝への組み付け性に問題を有している。 In addition, the piston ring according to Patent Document 1 distributes the tension in the outer circumferential direction of a ring-shaped spring member arranged on the inner circumferential side of the elastic ring to the outer circumferential direction and the pressing force in the vertical direction of the elastic ring. May be insufficient, and the sealing performance with the cylinder inner wall may be insufficient. Furthermore, since the piston ring according to Patent Document 2 uses an elastic ring larger than the vertical width of the ring groove, it can be considered that the cross-sectional area is large and the rigidity is high. Unable to follow, and seal performance between the upper and lower surfaces of the ring groove cannot be sufficiently exhibited. Further, since the rigidity of the elastic ring is too high, there is a problem that the ring cannot sufficiently follow the deformation of the cylinder and the sealing performance with the cylinder wall cannot be sufficiently ensured. Furthermore, since the axial width of the piston ring is larger than the vertical width of the ring groove, there is a problem in assembling property of the piston ring into the ring groove.
本発明の目的は、ピストンのリング溝の上面及び下面との側面シール性及び耐スティック性に優れ、且つシリンダ内壁への追従性にも優れたピストンリングを提供することである。
An object of the present invention is to provide a piston ring that is excellent in side sealability and stick resistance with respect to the upper and lower surfaces of a ring groove of a piston and excellent in followability to a cylinder inner wall.
本発明によるピストンリングは、樹脂からなるリング本体の弾性と形状、及びレール部材と張力リングにより、ピストンのリング溝及びシリンダ壁との間に適切な圧力を発生させることができる。そして、この状態でピストンリングを接触させることで、ピストンのリング溝の上下面及びシリンダ内壁とのシール性を確保するとともに耐スティック性を有し、更にピストンの動作時のシリンダ内壁への追従性に優れることを特徴とする。 The piston ring according to the present invention can generate an appropriate pressure between the ring groove of the piston and the cylinder wall by the elasticity and shape of the ring main body made of resin and the rail member and the tension ring. In this state, the piston ring is brought into contact to ensure sealing performance between the upper and lower surfaces of the ring groove of the piston and the inner wall of the cylinder, and has stick resistance, and also follows the inner wall of the cylinder during the operation of the piston. It is characterized by excellent.
すなわち、本発明のピストンリングは、リング本体が外周側の基体部と、その基体部の上側及び下側にそれぞれのリング本体の内周側に向かって延びる上下薄幅部、及びその薄幅部の間の内周側に凹部を備える樹脂又は合成ゴムにより形成されたリングであり、リング本体の軸方向の断面における上側面及び下側面の少なくとも一部に、それぞれ軸方向の上方及び下方に向かって突出し、リング溝の上下面と薄幅部の上下側面で当接する凸状の曲面部を有し、且つリング本体の外周側に配置される摺動部材が、リング本体に一体化された単一又は複数のレール部材であり、且つリング本体の内周側の凹部に、リング本体を介してレール部材をシリンダ内壁に押圧する張力リングを備えた構成を特徴とする。 That is, the piston ring of the present invention includes a ring body having a base portion on the outer peripheral side, an upper and lower thin portion extending toward the inner peripheral side of each ring main body on the upper and lower sides of the base portion, and the thin portion A ring formed of a resin or synthetic rubber having a recess on the inner peripheral side between the upper and lower surfaces of the ring main body in the axial section. projecting Te has a convex curved surface portion abutting the upper and lower sides of the upper and lower surfaces and thin width portion of the ring groove, and a sliding member disposed on the outer peripheral side of the ring body, are integrated into the ring body Further, the present invention is characterized in that it is a single or a plurality of rail members and a tension ring that presses the rail member against the inner wall of the cylinder via the ring body in the recess on the inner peripheral side of the ring body.
本発明のピストンリングのリング本体の薄幅部とは、リング本体の内周側に形成された凹部の最大径部からリング軸方向に伸ばした線がリング本体の上下側面と交差する位置と、リング本体の上下側面の内周側端部の間である。このリング本体の薄幅部をピストンのリング溝の上下面と接触させることで、ピストンの動作時にリング本体の薄幅部の弾性によりピストンのリング溝への追従性を顕著に向上させることができる。 The thin width portion of the ring main body of the piston ring of the present invention is a position where a line extending in the ring axial direction from the maximum diameter portion of the recess formed on the inner peripheral side of the ring main body intersects with the upper and lower side surfaces of the ring main body, It is between the inner peripheral side edge parts of the upper and lower side surfaces of the ring body. By contacting the thin width portion of the ring body with the upper and lower surfaces of the ring groove of the piston, the elasticity of the thin width portion of the ring body can be remarkably improved when the piston is operated. .
また、リング本体と、リング本体の外周側に配されたレール部材との間に、リング本体よりも弾性率の低い樹脂を配置して用いることができる。これにより、ピストンリングのシリンダ壁への追従性をより向上させることが可能となる。 Further, a resin having a lower elastic modulus than the ring body can be used between the ring body and the rail member disposed on the outer peripheral side of the ring body. Thereby, it is possible to further improve the followability of the piston ring to the cylinder wall.
本発明のピストンリングの樹脂からなるリング本体の上下側面に構成される薄幅部は、金属に比べて弾性率の低い樹脂の特性により、ピストンのリング溝の周方向のうねりや変形に対する追従性が一層向上し、シール性能をさらに向上させることができ、特にオイル消費量の低減が可能となる。
The thin width parts formed on the upper and lower side surfaces of the ring body made of the resin of the piston ring according to the present invention are capable of following the undulation and deformation in the circumferential direction of the ring groove of the piston due to the characteristics of the resin having a lower elastic modulus than the metal. Can further improve the sealing performance, and particularly reduce the oil consumption.
本発明のピストンリングは、樹脂又は合成ゴムのリングで弾性率が低く、且つ上下側面に薄幅部を有する形状であるため、ピストンのリング溝上面及び下面と、ピストンリングの上面及び下面の間の側面シール性能に優れる。そのため、ディーゼルエンジン及びガソリンエンジンを搭載した自動車の走行時、特に減速時の吸気負圧の影響によるオイル消費量の低減が可能となる。また、リング本体及びレール部材が隙間なく一体に組み合わされているため、各部材間にカーボン等が堆積して固着することがなく高い耐スティック性能が得られる。更に、リング本体の上下側面に軸方向に向かって上方及び下方に突出した凸状の曲面部をそれぞれ形成し、上下側面の内周側をリング溝の上下面と当接する薄幅部として、リング本体の断面積、特にリング本体の内周側の断面積を小さくしたことにより、シリンダの変形に対するピストンリングの追従性を向上し、ピストンリングとシリンダ内壁との間のシール性能を向上させることができ、特にオイル消費量の低減が可能となる。 The piston ring of the present invention is a resin or synthetic rubber ring having a low elastic modulus and a shape having a thin width portion on the upper and lower side surfaces, and therefore, between the upper and lower surfaces of the piston ring groove and the upper and lower surfaces of the piston ring. Excellent side seal performance. Therefore, it is possible to reduce oil consumption due to the influence of intake negative pressure during traveling of a vehicle equipped with a diesel engine and a gasoline engine, particularly during deceleration. In addition, since the ring body and the rail member are combined together without a gap, carbon or the like is not deposited and adhered between the members, and high stick resistance can be obtained. Further, convex curved surface portions projecting upward and downward in the axial direction are formed on the upper and lower side surfaces of the ring body, respectively, and the inner peripheral side of the upper and lower side surfaces is formed as a thin width portion that comes into contact with the upper and lower surfaces of the ring groove. By reducing the cross-sectional area of the main body, especially the cross-sectional area of the inner periphery of the ring main body, it is possible to improve the followability of the piston ring against the deformation of the cylinder and improve the sealing performance between the piston ring and the cylinder inner wall. In particular, oil consumption can be reduced.
本発明のピストンリングは、金属に比べて弾性率の低い樹脂製のリング本体により、ピストンのリング溝の上面及び下面とピストンリングの上面及び下面の間の側面シールを行っているため、常に安定した側面シール性能を発揮することができるため、オイル消費量の低減、ブローバイ量の低減ができる。
The piston ring of the present invention is always stable because the resin ring main body, which has a lower elastic modulus than metal, performs side seals between the upper and lower surfaces of the piston ring groove and the upper and lower surfaces of the piston ring. Therefore, the oil consumption can be reduced and the blow-by amount can be reduced.
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るピストンリングの断面形状の概略を示した図である。図2は、第1の実施形態に係るピストンリングを、ピストン4のリング溝5に装着した状態を示した概略断面図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a cross-sectional shape of a piston ring according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state where the piston ring according to the first embodiment is mounted in the ring groove 5 of the piston 4.
本発明の第1の実施形態に係るピストンリングは、ピストンのリング溝の上下面との間のシール機能を有した樹脂からなるリング本体1と、シリンダ内壁7との間でシール機能を備えた金属材料からなる2本のレール部材2と、前記レール部材2が適正にシリンダ内壁7に押圧されるようにリング本体1を介して内周側から張力を生じさせる矩形断面の張力リング3から構成される。 The piston ring according to the first embodiment of the present invention has a sealing function between the ring main body 1 made of a resin having a sealing function between the upper and lower surfaces of the ring groove of the piston and the cylinder inner wall 7. Two rail members 2 made of a metal material and a tension ring 3 having a rectangular cross section that generates tension from the inner peripheral side via the ring body 1 so that the rail member 2 is properly pressed against the cylinder inner wall 7. Is done.
樹脂からなるリング本体1は、上下側面Eがその断面における内外周間(径方向)で軸方向に突出した凸状の曲面からなり、リング本体1の内周側に張力リング3が配される凹部を有し、前記凹部の上下に薄幅部を備える。樹脂製リング本体1の上面1aとピストン4のリング溝5の上面5aとの間のシール機能、及び樹脂製リング本体1の下面1bとピストン4のリング溝5の下面5bとの間のシール機能は、リング本体1の形状と樹脂の弾性とにより、リング溝5の上下面とリング本体1の上下側面Eとの間に適切な押圧力を生じさせた状態で接触させることで確保される。そして、樹脂製リング本体1の上下側面は、リング本体1の内周側の凹部の内周部Fの最大径の位置Aからリングの軸方向に伸ばした線がリング本体1の上下の側面Eと交差する交差位置Bと、リング本体側面内端部Cとの間でリング溝5の上下面と当接し、優れた側面シール性を確保することができる。 The ring main body 1 made of resin has a convex curved surface in which the upper and lower side surfaces E protrude in the axial direction between the inner and outer peripheries in the cross section (radial direction), and the tension ring 3 is arranged on the inner peripheral side of the ring main body 1. A concave portion is provided, and thin portions are provided above and below the concave portion. A sealing function between the upper surface 1a of the resin ring body 1 and the upper surface 5a of the ring groove 5 of the piston 4, and a sealing function between the lower surface 1b of the resin ring body 1 and the lower surface 5b of the ring groove 5 of the piston 4. This is ensured by bringing the ring main body 1 into contact with the upper and lower surfaces of the ring groove 5 and the upper and lower side surfaces E of the ring main body 1 in a state where an appropriate pressing force is generated due to the shape of the ring main body 1 and the elasticity of the resin. The upper and lower side surfaces of the resin ring main body 1 are formed by lines extending in the axial direction of the ring from the position A of the inner peripheral portion F of the concave portion on the inner peripheral side of the ring main body 1. Between the ring crossing position B and the ring body side surface inner end C, the upper and lower surfaces of the ring groove 5 can be in contact with each other, and excellent side surface sealing can be ensured.
樹脂製リング本体1の上下の側面Eは、その断面において内外周間全体を凸状の曲面部としてもよく、曲面部と平面とを組み合わせた複合面としてもよい。上下の側面Eの凸状の曲面部は、単一曲率の曲面又は連続する複数の曲率を有する複合曲面で形成してもよく、曲面と平面を組み合わせることもできる。また、リング本体1の内周側に形成された凹部の内周部Fも、その断面において単一曲率の曲面又は複数の曲率からなる複合曲面、曲面と平面を組み合わせた複合面で形成することができる。更に、樹脂製のリング本体1には、外周側と内周側を貫通するオイル通路孔を設けてもよい。オイル通路孔の形状、数及び位置は任意に設定することが可能である。 The upper and lower side surfaces E of the resin ring main body 1 may have a convex curved surface portion between the inner and outer circumferences in the cross section, or may be a composite surface combining a curved surface portion and a flat surface. The convex curved surface portions of the upper and lower side surfaces E may be formed by a curved surface having a single curvature or a complex curved surface having a plurality of continuous curvatures, and a curved surface and a plane can be combined. Moreover, the inner peripheral part F of the recessed part formed in the inner peripheral side of the ring main body 1 is also formed in the composite surface which combined the curved surface and curved surface and curved surface which consisted of the curved surface of a single curvature or several curvature in the cross section. Can do. Furthermore, the resin ring main body 1 may be provided with an oil passage hole penetrating the outer peripheral side and the inner peripheral side. The shape, number and position of the oil passage hole can be arbitrarily set.
リング本体1の材料には、例えば合成樹脂、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフォン(PPS)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリアミドイミド(PAI)等の樹脂を好ましく用いることができる。また、合成ゴムを用いることもできる。更に、リング本体1は、単一の樹脂から構成してもよく、複数の樹脂を組み合わせ複合化した構造としたものを用いてもよく、カーボンファイバー等を含む強化樹脂等を用いることもできる。 Examples of the material of the ring body 1 include synthetic resin, polyethylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene sulfone (PPS), polybenzimidazole (PBI), and polyamideimide (PAI). A resin can be preferably used. Synthetic rubber can also be used. Furthermore, the ring main body 1 may be composed of a single resin, may be a composite structure obtained by combining a plurality of resins, or may be a reinforced resin containing carbon fiber or the like.
レール部材2は、接合成形や嵌め合い等の手段により、リング本体1の外周側にレール部材2の内周側が埋め込まれ一体化されている。一方、リング本体1の内周側に配される張力リング3も、接合成形や嵌め合い等の手段によりリング本体1の内周側で一体化されている。リング本体1と、レール部材2及び張力リング3とは、接合成形と嵌め合い等の手段を組み合せて一体化してもよく、例えば、樹脂製のリング本体1とレール部材2が一体に接合成形され、樹脂製のリング本体1と張力リング3が嵌め合いにより一体化される構成としてもよい。リング本体1とレール部材2は、例えば射出成形法でレール部材2を鋳ぐるむ等の手段により一体化することが好ましい。 The rail member 2 is integrated by embedding the inner peripheral side of the rail member 2 on the outer peripheral side of the ring body 1 by means such as joint molding or fitting. On the other hand, the tension ring 3 disposed on the inner peripheral side of the ring main body 1 is also integrated on the inner peripheral side of the ring main body 1 by means such as joint molding or fitting. The ring body 1, the rail member 2, and the tension ring 3 may be integrated by combining means such as joint molding and fitting. For example, the resin ring body 1 and the rail member 2 are integrally molded. The resin ring main body 1 and the tension ring 3 may be integrated by fitting. The ring body 1 and the rail member 2 are preferably integrated by means such as casting the rail member 2 by, for example, an injection molding method.
レール部材2には、例えばJIS規格によるSUS材、SWRH材、SWRS材などの金属材料を用いることが好ましい。また、前記金属材料からなるレール部材2の摺動面に、例えば、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、イオンプレーティング、クロムメッキ、窒化処理等の各種表面処理を施して用いることがより好ましい。尚、レール部材2に耐摩耗性や耐熱性に優れた樹脂等の非金属材料、例えば、耐摩耗性に優れるPEEK等を用いてもよい。 For the rail member 2, it is preferable to use a metal material such as SUS material, SWRH material, SWRS material according to JIS standards, for example. Further, it is more preferable that the sliding surface of the rail member 2 made of the metal material is used after being subjected to various surface treatments such as diamond-like carbon (DLC), ion plating, chrome plating, and nitriding treatment. The rail member 2 may be made of a nonmetallic material such as a resin excellent in wear resistance or heat resistance, for example, PEEK excellent in wear resistance.
リング本体1の外周側に一体化されるレール部材2は2本に限定されず、1本のレール部材もしくは2本以上のレール部材で構成してもよく、複数のレール部材を組み合わせて一体構造に構成してもよい。また、レール部材2の断面形状は、矩形に限定されず、レール部材2が一体接合成形又は嵌め合いにより結合される際の結合強度の向上や、ピストンの二次動作時におけるレール部材2のシリンダ内壁7への追従性能を一層向上できる断面形状に設定することもできる。 The rail member 2 integrated on the outer peripheral side of the ring body 1 is not limited to two, and may be composed of one rail member or two or more rail members, and a plurality of rail members are combined to form an integrated structure. You may comprise. Moreover, the cross-sectional shape of the rail member 2 is not limited to a rectangular shape, and it is possible to improve the coupling strength when the rail member 2 is coupled by integral joining molding or fitting, and to perform the cylinder of the rail member 2 during the secondary operation of the piston. It is also possible to set a cross-sectional shape that can further improve the performance of following the inner wall 7.
レール部材2の外周摺動部の形状は、バレルフェイス形状、テーパー形状、スクレーパ形状等ピストンリングに用いられる各種形状を適用することができる。特にバレルフェイス形状とすることでシリンダ内壁との接触圧力を高く設定できるため、一層優れた外周シール性能を発揮できるためより好ましい。また、レール部材2の側面には、レール部材2が一体接合成形または嵌め合いにより結合される際の結合強度を向上させたり、レール部材2のシリンダ内壁7への追従性能を一層向上させるために、貫通孔、スリット等を設けることができる。 Various shapes used for piston rings, such as a barrel face shape, a taper shape, and a scraper shape, can be applied to the shape of the outer peripheral sliding portion of the rail member 2. In particular, the barrel face shape is more preferable because the contact pressure with the inner wall of the cylinder can be set high, and the outer peripheral sealing performance can be further improved. Moreover, in order to improve the coupling | bonding strength at the time of the rail member 2 being joined to the side surface of the rail member 2 by integral joining molding or fitting, or the follow-up performance to the cylinder inner wall 7 of the rail member 2 further. , Through holes, slits and the like can be provided.
リング本体1の内周側の凹部に配される張力リング3は、断面が矩形のものに限定されることなく、リング本体1に一体接合成形、嵌め合い又は組み付け等の手段により組み合わせることが可能な形状であればよく、ソリッド状、エキスパンダ形状、コイル形状のもの等を、リング本体1と一体化又はリング本体1に組み付けて用いることができる。ソリッド状のリングをリング本体1と一体化して用いるのがより好ましい。 The tension ring 3 disposed in the concave portion on the inner peripheral side of the ring main body 1 is not limited to a rectangular cross section, and can be combined with the ring main body 1 by means such as integral joining molding, fitting or assembling. A solid shape, an expander shape, a coil shape, or the like can be used integrally with the ring body 1 or assembled to the ring body 1. It is more preferable to use a solid ring integrally with the ring body 1.
図3は、第2の実施形態に係るピストンリングを、ピストン4のリング溝5に装着した状態を示した概略断面図である。第1の実施形態とは、樹脂製リング本体1の外周側に配置され、本体中に挿入されるレール部材2との間に、リング本体1よりも弾性率の低い樹脂を配置したことのみ異なる。第2の実施形態とすることで、樹脂製のリング本体1の外周側でレール部材2とシリンダ内壁7をより適切に押圧させ、レール部材2のシリンダ内壁7への追従性能を一層向上させることができる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the piston ring according to the second embodiment is mounted in the ring groove 5 of the piston 4. The first embodiment is different from the first embodiment only in that a resin having a lower elastic modulus than that of the ring body 1 is disposed between the rail body 2 and the rail member 2 that is disposed on the outer peripheral side of the resin ring body 1. . By setting it as 2nd Embodiment, the rail member 2 and the cylinder inner wall 7 are more appropriately pressed on the outer peripheral side of the resin ring main body 1, and the follow-up performance of the rail member 2 to the cylinder inner wall 7 is further improved. Can do.
以下に、本発明の実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
本発明によるピストンリングの実施例1として、図1に示す構成のピストンリングを作製した。上下側面の少なくとも一部に軸方向に向かって突出した凸状の曲面部を形成し、内周側に凹部を備え、凹部の上下部にリング溝5と当接する断面が略円弧状の薄幅部を形成した樹脂製のリング本体1と、リング本体1の外周側にリング本体1と一体化された2本のレール部材2を備え、リング本体1の内周側の凹部に凹部の軸方向幅よりも小さい軸方向幅を有した1本の矩形断面の張力リング3を一体化したピストンリングを作製した。樹脂製のリング本体1の材料には合成樹脂のポリベンゾイミダゾール(PBI)、張力リング3の材料にはMC63(JISB−8032規格材)相当材、2本のレール部材2の材料にはMC68(JIS B−8032規格材)相当材を使用し、呼び径71.0mmのピストンリングを樹脂射出成形機での鋳ぐるみによる一体成形法により作製した。実施例1において、上下側面に形成される曲面部の半径は15mmとし、上下面に形成される曲面は単一の曲面で構成した。内周部に形成される凹部は、リング本体1の径方向寸法の1/2とした。ピストンリングの軸方向寸法は2.5mm、径方向の寸法は3.0mm、張力は5Nとし、レール部材2の軸方向寸法は0.35mm、径方向の寸法は1.5mmとした。そして、シリンダ内壁7と接する2本のレール部材2の外周摺動部には、耐摩耗性に優れるイオンプレーティング被膜を被覆したものを用いた。 As Example 1 of the piston ring according to the present invention, a piston ring having the configuration shown in FIG. 1 was produced. A convex curved surface portion projecting in the axial direction is formed on at least a part of the upper and lower side surfaces, a concave portion is provided on the inner peripheral side, and a cross section that contacts the ring groove 5 on the upper and lower portions of the concave portion is a thin arc-shaped width A ring body 1 made of a resin having a portion formed thereon, and two rail members 2 integrated with the ring body 1 on the outer peripheral side of the ring body 1. A piston ring was produced by integrating one rectangular cross-section tension ring 3 having an axial width smaller than the width. The resin ring body 1 is made of synthetic resin polybenzimidazole (PBI), the tension ring 3 is made of MC63 (JISB-8032 standard) equivalent material, the two rail members 2 are made of MC68 ( A JIS B-8032 standard material) equivalent material was used, and a piston ring having a nominal diameter of 71.0 mm was produced by an integral molding method using cast-in with a resin injection molding machine. In Example 1, the radius of the curved surface portion formed on the upper and lower side surfaces was 15 mm, and the curved surface formed on the upper and lower surface was constituted by a single curved surface. The concave portion formed in the inner peripheral portion was set to ½ of the radial dimension of the ring body 1. The axial dimension of the piston ring was 2.5 mm, the radial dimension was 3.0 mm, the tension was 5 N, the axial dimension of the rail member 2 was 0.35 mm, and the radial dimension was 1.5 mm. And the outer peripheral sliding part of the two rail members 2 which contact | connects the cylinder inner wall 7 used what coat | covered the ion plating film | membrane excellent in abrasion resistance.
また、実施例1のピストンリングの合い口部の形状はストレート形状とした。合い口部の形状は、ストレート形状に限定することなく、斜め合い口や段付合い口等、ピストンリングやシールリングに一般的に適用される形状とすることもできる。実施例1において合口隙間は0.3mmに設定した。 The shape of the joint portion of the piston ring of Example 1 was a straight shape. The shape of the mating portion is not limited to a straight shape, but may be a shape generally applied to a piston ring or a seal ring, such as an oblique mating port or a stepped mating port. In Example 1, the joint gap was set to 0.3 mm.
本発明によるピストンリングの実施例2として、図3に示す構成のピストンリングを作製した。リング本体1、張力リング3、レール部材2とも実施例1と同じ材料を使用し、呼び径および各部形状が同じピストンリングを樹脂射出成形機での鋳ぐるみによる一体成型法で作製した。実施例1とは、樹脂製のリング本体1と2本のレール部材2との間に、ポリベンゾイミダゾール(PBI)よりも弾性率の低い樹脂材8としてポリアミドイミド(PAI)を配したことが相違する。実施例2のピストンリングの構造は、シリンダ内壁7と接する2本のレールのシリンダ内壁7への追従性能を一層向上し、実施例1より一層優れたシール性能となる。 As Example 2 of the piston ring according to the present invention, a piston ring having the configuration shown in FIG. 3 was produced. The ring body 1, the tension ring 3, and the rail member 2 were made of the same material as in Example 1, and a piston ring having the same nominal diameter and the same shape of each part was produced by an integral molding method using a caster in a resin injection molding machine. In Example 1, polyamideimide (PAI) is disposed as a resin material 8 having a lower elastic modulus than polybenzimidazole (PBI) between the resin ring main body 1 and the two rail members 2. Is different. The structure of the piston ring of the second embodiment further improves the follow-up performance of the two rails in contact with the cylinder inner wall 7 to the cylinder inner wall 7, and has a better sealing performance than the first embodiment.
本発明によるピストンリングのシール性能及び追従性の効果を確認するため、従来技術によるピストンリングを比較例として製作した。比較例1及び比較例2として、実施例1と同呼称径(呼び径)の3ピース型ピストンリング及び2ピース型ピストンリングを製作した。
比較例1の3ピース型ピストンリングは、張力を発生させるためのスペーサエキスパンダの材料としてMC67(JISB−8032規格材)相当材を使用し、スペースエキスパンダの上下に配される2本のレール部材の材料として実施例1と同様にMC68(JIS B−8032規格材)相当材を使用し、シリンダ内壁7と接する前記2本のレール部材の外周摺動部には実施例と同じイオンプレーティング被膜を施工したものを用いた。尚、比較例1の3ピース型ピストンリングの軸方向寸法は2.5mm、径方向の寸法は2.8mm、張力は5Nとし、レール部材2の軸方向寸法は0.35mm、径方向の寸法は2.0mmとした。また、合い口部の形状はストレート形状とし合口隙間は0.3mmに設定した。
In order to confirm the effect of the sealing performance and followability of the piston ring according to the present invention, a conventional piston ring was manufactured as a comparative example. As Comparative Example 1 and Comparative Example 2, a three-piece piston ring and a two-piece piston ring having the same nominal diameter as that of Example 1 (nominal diameter) were manufactured.
The three-piece type piston ring of Comparative Example 1 uses MC67 (JISB-8032 standard material) equivalent material as a spacer expander material for generating tension, and two rails arranged above and below the space expander. MC68 (JIS B-8032 standard material) equivalent material is used as the material of the member in the same manner as in Example 1, and the same ion plating as in the example is applied to the outer peripheral sliding portions of the two rail members in contact with the cylinder inner wall 7. What applied the film was used. The axial dimension of the three-piece type piston ring of Comparative Example 1 is 2.5 mm, the radial dimension is 2.8 mm, the tension is 5 N, the rail member 2 has an axial dimension of 0.35 mm, and the radial dimension. Was 2.0 mm. The shape of the abutment portion was a straight shape, and the abutment gap was set to 0.3 mm.
比較例2の2ピース型ピストンリングは、張力を発生させるためのコイルエキスパンダの材料としてMC63(JISB−8032規格材)相当材を使用し、外周リングの材料としてMC68(JIS B−8032規格材)相当材を使用し、シリンダ内壁7と接する外周リングの外周摺動部には実施例と同じ耐摩耗性に優れるイオンプレーティング被膜を施工したものを用いた。尚、比較例2の2ピース型ピストンリングの軸方向寸法は2.5mm、径方向の寸法は2.5mm、張力は5Nとした。また、合い口部の形状はストレート形状とし合口隙間は0.3mmに設定した。 The two-piece type piston ring of Comparative Example 2 uses MC63 (JISB-8032 standard material) equivalent material as the material of the coil expander for generating tension, and MC68 (JIS B-8032 standard material) as the material of the outer peripheral ring. ) An equivalent material was used, and an outer peripheral sliding portion of the outer peripheral ring in contact with the cylinder inner wall 7 was applied with an ion plating film excellent in wear resistance as in the example. The two-piece piston ring of Comparative Example 2 had an axial dimension of 2.5 mm, a radial dimension of 2.5 mm, and a tension of 5N. The shape of the abutment portion was a straight shape, and the abutment gap was set to 0.3 mm.
比較例3として、図4に示す構成のピストンリングを作製した。比較例3のピストンリングは、実施例1によるピストンリングと同呼称径で、同材料、同被膜、同合い口部形状、同合い口部隙間とし、ピストン4のリング溝5の上面5a及び下面5bと、樹脂製リング部材1の上面1a及び下面1bの間の接触部がリング本体1の内周側に形成された凹部のリング内周部Fの最大径の位置Aからリングの軸方向に伸ばした線がリング本体1の上下の側面Eと交差する交差位置Bと、樹脂製のリング部材1の外周側先端部Dの間に存在するピストンリングを実施例1と同様に樹脂射出成形機での鋳ぐるみによる一体成型法にて製作した。比較例3のピストンリングの構造では、樹脂製のリング本体1の変形が、シリンダ内壁7と接する2本のレール部材2の姿勢に大きく影響し、2本のレール部材2の外周摺動部がシリンダ内壁に適切な力や適切な姿勢で接することができない状態となり十分なシール性能を発揮できないことがある。 As Comparative Example 3, a piston ring having the configuration shown in FIG. The piston ring of Comparative Example 3 has the same diameter as the piston ring according to Example 1, the same material, the same coating, the shape of the mating mouth portion, and the gap of the mating mouth portion, and the upper surface 5a and the lower surface of the ring groove 5 of the piston 4 5b and the contact portion between the upper surface 1a and the lower surface 1b of the resin ring member 1 from the position A of the maximum diameter of the ring inner peripheral portion F of the concave portion formed on the inner peripheral side of the ring body 1 in the axial direction of the ring The piston ring that exists between the intersecting position B where the extended line intersects with the upper and lower side surfaces E of the ring body 1 and the outer peripheral end D of the resin ring member 1 is the same as in the first embodiment. It was manufactured by a one-piece molding method using cast iron. In the structure of the piston ring of Comparative Example 3, the deformation of the resin ring main body 1 greatly affects the postures of the two rail members 2 in contact with the cylinder inner wall 7, and the outer peripheral sliding portions of the two rail members 2 are The cylinder inner wall may not be able to come into contact with an appropriate force or an appropriate posture, and sufficient sealing performance may not be exhibited.
比較例4として、特許文献2の図1に示された構成のピストンリングを実施例1によるピストンリングと同呼称径となるように製作した。弾性リングの材料には、実施例1と同材料のポリベンゾイミダゾール(PBI)を用い、弾性リングと組み合わされるピストンリング本体にはMC68(JISB−8032規格材)相当材を使用し、ピストンリング本体のシリンダ内壁7と接する外周摺動部には、実施例1と同じ耐摩耗性に優れるイオンプレーティング被膜を施工したものを用いた。弾性リングの内周側に配されるリング状バネ部材は、実施例及び比較例と同じMC63(JISB−8032規格材)相当材によるものを用いた。比較例4のピストンリングの構造では、樹脂製のリングの剛性が高すぎるため、ピストンのリング溝の周方向のうねりや変形に対する追従性不足、及びシリンダ変形に対する追従性不足が考えられるため十分なシール性能を発揮できないことがある。 As Comparative Example 4, a piston ring having the configuration shown in FIG. 1 of Patent Document 2 was manufactured so as to have the same diameter as the piston ring according to Example 1. The material of the elastic ring is polybenzimidazole (PBI) of the same material as in Example 1, and the piston ring main body combined with the elastic ring is MC68 (JISB-8032 standard material) equivalent material. For the outer peripheral sliding part in contact with the cylinder inner wall 7, the one provided with an ion plating film having the same excellent wear resistance as in Example 1 was used. The ring-shaped spring member disposed on the inner peripheral side of the elastic ring was made of the same MC63 (JISB-8032 standard material) equivalent material as in the examples and comparative examples. In the structure of the piston ring of Comparative Example 4, since the rigidity of the resin ring is too high, sufficient followability to circumferential undulation and deformation of the ring groove of the piston and insufficient followability to cylinder deformation are considered. Seal performance may not be achieved.
上記の様に製作した実施例及び比較例の各ピストンリングをピストン4に組み付けた後、4サイクルガソリンエンジンに組込み、シール性能及び追従性評価のための試験をそれぞれについて実施した。実施例及び比較例の各々のピストンリングの張力は、同等になるように調整した。評価のためのエンジンの運転条件は、高速道路等での走行条件を模擬した毎分のエンジン回転数が3500回転とする一定速度による評価条件と、市街地における走行条件を模擬した毎分のエンジン回転数が600回転から4000回転まで上昇しその後600回転まで降下する、加速及び減速パターンによる評価条件の2つの条件により所定時間試験を行うことで評価を行った。 After assembling each of the piston rings of Examples and Comparative Examples manufactured as described above to the piston 4, the piston rings were assembled in a 4-cycle gasoline engine, and tests for evaluation of seal performance and followability were performed. The tension of each piston ring in the example and the comparative example was adjusted to be equal. The engine operating conditions for evaluation are as follows: an evaluation condition at a constant speed with an engine speed of 3500 revolutions per minute simulating traveling conditions on a highway, etc., and an engine revolutions per minute simulating traveling conditions in urban areas The evaluation was performed by performing a test for a predetermined time under two conditions of an evaluation condition based on an acceleration and deceleration pattern in which the number increased from 600 rotations to 4000 rotations and then decreased to 600 rotations.
上記4サイクルガソリンエンジンによるシール性能及び追従性評価の結果を図7に示す。図7は比較例1を基準とし、比較例1に対してのオイル消費量の比で示している。評価結果を総合的に判断すると、本発明によるピストンリングの実施例1及び実施例2は、各比較例に比べてオイル消費が顕著に低減され、スティックが生じることなく、側面シール性及びシリンダ内壁との追従性に優れている。
FIG. 7 shows the results of the sealing performance and followability evaluation by the 4-cycle gasoline engine. FIG. 7 shows the ratio of oil consumption relative to Comparative Example 1 with Comparative Example 1 as a reference. Comprehensively evaluating the evaluation results, the piston ring according to the first and second embodiments of the present invention has a significantly reduced oil consumption as compared with the comparative examples, and without causing sticks, the side sealing performance and the cylinder inner wall Excellent trackability.
1 樹脂製リング本体
1a 樹脂製リング本体の上側面
1b 樹脂製リング本体の下側面
1c 樹脂製リング本体の基体部
1d 樹脂製リング本体の薄幅部
2 レール部材
3 張力リング
4 ピストン
5 リング溝
5a リング溝上面
5b リング溝下面
6 ピストンのオイル逃がし孔
7 シリンダ内壁
8 樹脂材
9 スペーサエキスパンダ
10 コイルエキスパンダ
A リング本体内周部の最大径の位置
B 交差位置
C リング本体側面の内端部
D リング本体側面の外端部
E リング本体の側面
F リング本体の内周部
1 resin ring body 1a plastic ring side surface 1b resin ring lower surface 1c resin ring body of the base portion 1 d resinous ring thin width portion second rail member 3 tension ring 4 piston 5 ring groove of the main body of the body on the body 5a Ring groove upper surface 5b Ring groove lower surface 6 Piston oil relief hole 7 Cylinder inner wall 8 Resin material 9 Spacer expander 10 Coil expander A Maximum diameter position B of ring main body inner periphery Crossing position C Inner end of ring main body side surface D Ring body side outer edge E Ring body side F Ring body inner circumference
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