JP5632488B2 - ピストン用オイルリング - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関におけるピストン用のオイルリングに関するものであり、より具体的には、オイル制御機能及び磨耗挙動を向上させたオイルスクレーパリングに関する。

オイルリングは、内燃機関におけるオイル消費量を最小化すると共に、ピストンとシリンダ壁との間において十分な潤滑を保証する機能を有する。十分な潤滑を保証する作用を行う。このため、オイルリングは、２つの特性の作用を、これら特性間での折り合いを付けながら発揮しなければならない。一方で、ピストンの下降行程、すなわちオイルチャンバ方向への変位に際して可能な限り大量のオイルをシリンダ壁から掻き落とし、オイル消費量を最小化する必要がある。他方で、最小限の油膜を、オイルリングとシリンダ壁との間で常時形成し、摩擦、引いては磨耗の軽減を維持する必要がある。

上述した周知の折り合い付けは、エンジンの長い耐用動作期間にわたって維持されなければならない。そのためには、オイルリングにおける磨耗が少ない状態に維持しなければならない。さもないと、オイルリングとシリンダ壁との間における隙間が拡大し、オイル消費量が増大する。

現在知られているのは、全被覆（いわゆるモノコーティング）した摺接フランジ部を有するオイルリングだけである。

従って、本発明の課題は、改良したオイルリングを得ることにある。２個のスクレーパリップにおけるオフセット量は、耐磨耗被覆の厚さに対応させる。スクレーパリップを軸線方向及び半径方向に配置することにより、耐用寿命を３倍にすることが可能となる。また、スクレーパリップの側面角度を互いに適合させることにより、ＰＶＤ又はＤＬＣ層の均一な堆積を生ずる。

本発明の一態様によれば、オイルリングを提供し、このオイルリングは、リング本体と、リング本体における半径方向外方の２個の摺接フランジ部であって、ピストンの摺動方向に順次に配置し、リング本体の外周面に設けた窪みにより互いに離間した２個の該摺接フランジ部と、これら２個の摺接フランジ部に形成した２個のスクレーパリップと、各スクレーパリップに形成した耐磨耗被覆とを備える。

摺接フランジ部における所望の輪郭、すなわち特にスクレーパリップは、摺接フランジ部に対する機械的加工、又は鋼材の断面輪郭に対する特殊な絞り加工により形成することができる。

摺動方向におけるリング本体の幅は、好適には１．５〜３ｍｍとする。

摺接フランジ部は、互いに約０．６ｍｍ離間させると共に、半径方向に好適には０．２〜０．７ｍｍ、特に好適には０．４５ｍｍの高さ（窪みにおける半径方向の深さに対応）を有するものとする。

スクレーパリップにおける半径方向の高さは、好適には約０．０８２ｍｍである。また、摺動方向におけるスクレーパリップの摺接面の幅は、好適には０．０１〜０．２ｍｍ、特に好適には０．０５ｍｍとする。

耐磨耗被覆の厚さは、好適には１〜３０μｍとする。

一実施形態によれば、全てのスクレーパリップは、半径方向にほぼ同一の高さにする。

一実施形態によれば、少なくとも一方の摺接フランジ部における燃焼室側スクレーパリップは、その摺接フランジ部におけるオイルチャンバ側スクレーパリップより半径方向に高く形成する。

この実施形態においては、オイルチャンバ側スクレーパリップの少なくとも１個は、燃焼室側スクレーパリップより半径方向に高く形成する。

一実施形態によれば、半径方向により高く形成する少なくとも１個のスクレーパリップは、燃焼室側摺接フランジ部の燃焼室側スクレーパリップとする。

半径方向により高く形成するスクレーパリップは、好適には燃焼室側摺接フランジ部の各スクレーパリップとする。

一実施形態によれば、摺接フランジ部における各燃焼室側スクレーパリップは、オイルチャンバ側スクレーパリップより半径方向に高く形成する。

一実施形態によれば、半径方向における高さの差は、スクレーパリップに形成する耐磨耗被覆の厚さにほぼ対応させる。

すなわち、半径方向により低く形成するオイルチャンバ側スクレーパリップは、耐磨耗被覆の厚さ分だけ、半径方向により高く形成する燃焼室側スクレーパリップに比べて低い。

一実施形態によれば、スクレーパリップの耐磨耗被覆は、スクレーパリップ間の領域において断絶することなく形成する。

一実施形態によれば、スクレーパリップは外周面に向かって幅狭になる構成とする。

この幅狭になる構成は、例えばスクレーパリップをほぼ円錐形状とすることで実現することができる。

一実施形態によれば、各スクレーパリップにおける燃焼室側側面の勾配は、摺動方向に対して、各オイルチャンバ側側面の勾配より大きくする。

一実施形態によれば、１個又は全ての摺接フランジ部における燃焼室側スクレーパリップのオイルチャンバ側側面の摺動方向に対する勾配は、その摺接フランジ部のオイルチャンバ側スクレーパリップにおけるオイルチャンバ側側面の勾配より大きい。

一実施形態によれば、摺接フランジ部間における外周面の窪みは、スクレーパリップ間における領域より深く形成する。

一実施形態によれば、スクレーパリップ間における耐磨耗被覆は、半径方向に少なくともスクレーパリップと同一の高さを有する。

これにより、耐磨耗被覆がスクレーパリップの摺接面と同一の高さまで磨耗し、環状摺接フランジ部が鋭利な角を有する状態で形成される。この場合、スクレーパリップ間に耐磨耗被覆の一部が残留する。

一実施形態によれば、摺接フランジ部における内方側面の摺動方向に対する勾配は、外方側面の勾配より大きくする。

一実施形態によれば、オイルチャンバ側摺接フランジ部における内方側面の摺動方向に対する勾配は、燃焼室側摺接フランジ部における内方側面の勾配より大きくする。

本発明における別の一態様によれば、内燃機関用のピストンを提供し、このピストンは上述したオイルリングを少なくとも１個備える。

本発明によるオイルリングの一実施形態を示す縦断面図である。 図１に示す実施形態における勾配が互いに異なるスクレーパリップの状態を示す縦断面図である。 図１に示す実施形態の各寸法を示す縦断面図である。 本発明によるオイルリングの代替的な一実施形態を示す縦断面図である。 本発明によるオイルリングにおける別の代替的な一実施形態を示す縦断面図である。 図４に示す実施形態の、スクレーパリップが全て磨耗した状態を示す縦断面図である。

図１は、本発明によるオイルリングの第１実施形態を縦断面図で示す。図１及び他の図面において、オイルリングに接触するシリンダ壁側は上方に、ピストン側は下方に、燃焼室側は左方に、オイルチャンバ又はクランクケース側は右方にそれぞれ配置されているものとする。オイルリングはリング本体２を備え、このリング本体２はその両側の側面側に各１個の摺接フランジ部４を有する。これら摺接フランジ部４は、必ずしもリング本体２の側面側に直接配置する必要はなく、内方にずらせて配置してもよい。

両側の摺接フランジ部４は、オイルリング外周面の窪み６により互いに離間される。両摺接フランジ部４の先端にはそれぞれ２個のスクレーパリップ８を形成し、これらスクレーパリップ８には、耐磨耗被覆１０を施す。窪み６は、スクレーパリップ８間の領域よりも相当深く形成する。スクレーパリップの個数を４個に増加することにより、掻き落とし効果を向上させることが可能となる。

耐磨耗被覆には、クロム（Ｃｒ）又はダイヤモンド様炭素（diamond-like carbon；ＤＬＣ）を含有させることができ、この被覆は、例えば物理的気相成長（physical vapor deposition；ＰＶＤ）を利用して形成することができる。

図２は、図１に示す実施形態におけるスクレーパリップ及び摺接フランジ部の勾配状態を示す。より分かり易くするため、この図においては耐磨耗被覆を省いて示す。

図２に明示するように、燃焼室側スクレーパリップにおけるオイルチャンバ側の側面の勾配は、オイルチャンバ側スクレーパリップにおけるオイルチャンバ側の側面の勾配より大きい（このことは、図示の実施形態において左側の摺接フランジ部に関してのみ示すが、逆側の摺接フランジ部も同一の勾配関係にすることができる）。

以下に述べるそれぞれの角度は、オイルリングの摺動方向に対する角度に関連し、この摺動方向に対する角度は９０°以下である。

燃焼室側スクレーパリップのオイルチャンバ側の側面における勾配αは、例えば２５〜５０°、特に好適には４０°の角度とする。また、オイルチャンバ側スクレーパリップのオイルチャンバ側の側面における勾配βは、例えば１５〜４０°、特に好適には３０°とする。

オイルチャンバ側摺接フランジ部における内方側面の勾配δは、好適には８９〜８０°の間（摺動方向に対して直交する角度では１〜１０°）とし、特に好適には８２．４°（摺動方向に対して直交する角度では７．６°）とする。また、燃焼室側摺接フランジ部における内方側面の勾配は、好適には８９〜８０°の間とし、特に好適には８３,７°とする。両摺接フランジ部における内方側面の勾配は同一としてもよいが、好適にはオイルチャンバ側摺接フランジ部における内方側面の勾配を大きくする。

図３は、図１に示すのと同一実施形態における各寸法を示すが、全体を分かり易くするため、耐磨耗被覆は図示しない。

摺動方向におけるリング本体の幅ｄは、好適には１．５〜３ｍｍとする。半径方向における窪みの深さｂ、又は半径方向における摺接フランジ部の高さは、好適には０．２〜０．７ｍｍ、特に好適には０．４５ｍｍとする。また、窪みの幅ｃは、好適には０．６ｍｍとする。

スクレーパリップにおける半径方向の高さａは、好適には０．０８２ｍｍである。また、摺動方向のスクレーパリップにおける摺接面の幅ｅは、０．０１〜０．２ｍｍ、好適には０．０５ｍｍとする。

図４は、図１に示すのと類似する一実施形態を示す。図示の実施形態の特徴は、各摺接フランジ部のオイルチャンバ側スクレーパリップにおける半径方向の高さが、耐磨耗被覆の厚さｆ分だけ低い点である。換言すれば、オイルチャンバ側スクレーパリップは、被覆の厚さｆ分だけより低くする。この被覆の厚さｆは、好適には１〜３０μｍの範囲にあるものとする。

図５は、図１に示すのと類似する別の代替的な一実施形態を示す。図示の実施形態は、耐磨耗被覆１０は、スクレーパリップ８間における領域において、半径方向に少なくともスクレーパリップ８と同様の高さとする点にある。

図６は、図５に示す実施形態における、耐磨耗被覆１０がスクレーパリップ８の高さまで磨耗した状態を示す。この場合、この実施形態のオイルリングは摺接フランジ部の原形に移行している。これにより、磨耗層が付加的に生じ、この付加的な磨耗層は自己研削性のフランジ角部を有する。

Claims (13)

1. オイルリングであって、
   ・リング本体（２）と、
   ・前記リング本体（２）における半径方向外方の２個の摺接フランジ部（４）であり、該摺接フランジ部（４）はピストンの摺動方向に順次に配置し、リング本体の外周面に設けた窪み（６）により互いに離間した、２個の該摺接フランジ部（４）と、
   ・２個の前記摺接フランジ部（４）それぞれに形成した２個のスクレーパリップ（８）と、
   ・各前記スクレーパリップ（８）に形成した耐磨耗被覆（１０）と、
   を備え、
   前記スクレーパリップ（８）を、半径方向外方に向かって幅狭になる構成とし、
   それぞれの前記スクレーパリップ（８）の燃焼室側における側面の摺動方向に対する勾配を、オイルチャンバ側における側面の勾配より大きいものとしたオイルリング。
   たオイルリング。
2. 請求項１記載のオイルリングにおいて、前記スクレーパリップ（８）の全ては、半径方向にほぼ同一の高さを有する構成としたオイルリング。
3. 請求項１記載のオイルリングにおいて、少なくとも一方の前記摺接フランジ部（４）における燃焼室側の前記スクレーパリップ（８）を、その摺接フランジ部（４）におけるオイルチャンバ側の前記スクレーパリップ（８）より半径方向に高く形成したオイルリング。
4. 請求項３記載のオイルリングにおいて、半径方向により高く形成した少なくとも一方の前記スクレーパリップ（８）は、燃焼室側の前記摺接フランジ部（４）における燃焼室側の前記スクレーパリップ（８）としたオイルリング。
5. 請求項３又は４記載のオイルリングにおいて、前記摺接フランジ部（４）それぞれにおける燃焼室側の前記スクレーパリップ（８）を、前記摺接フランジ部（４）におけるオイルチャンバ側の前記スクレーパリップ（８）より半径方向に高く形成したオイルリング。
6. 請求項３〜５のいずれか一項記載のオイルリングにおいて、半径方向における高さの差を、前記スクレーパリップ（８）における耐磨耗被覆の厚さとほぼ同一としたオイルリング。
7. 請求項１〜６のいずれか一項記載のオイルリングにおいて、前記スクレーパリップ（８）の前記耐磨耗被覆（１０）を、前記スクレーパリップ（８）間における領域で断絶することなく形成したオイルリング。
8. 請求項１記載のオイルリングにおいて、摺接フランジ部（４）の燃焼室側における前記スクレーパリップ（８）の燃焼室とは反対側の前記側面の前記摺動方向に対する勾配を、前記摺接フランジ部（４）のオイルチャンバ側における前記スクレーパリップ（８）のオイルチャンバ側における前記側面の勾配より大きいものとしたオイルリング。
9. 請求項１〜８のいずれか一項記載のオイルリングにおいて、前記摺接フランジ部（４）間の外周面における前記窪み（６）を、前記スクレーパリップ（８）間の領域より深く形成したオイルリング。
10. 請求項１〜９のいずれか一項記載のオイルリングにおいて、前記スクレーパリップ（８）間における前記耐磨耗被覆（１０）を、半径方向に少なくとも前記スクレーパリップ（８）と同一の高さに形成したオイルリング。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項記載のオイルリングにおいて、前記摺接フランジ部（４）における外方側面の前記摺動方向に対する勾配を、内方側面の勾配より大きいものとしたオイルリング。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項記載のオイルリングにおいて、オイルチャンバ側の前記摺接フランジ部（４）における前記内方側面の前記摺動方向に対する勾配を、燃焼室側の前記摺接フランジ部（４）における前記内方側面より大きいものとしたオイルリング。
13. 内燃機関用のピストンであって、請求項１〜１２のいずれか一項記載のオイルリングを少なくとも１個備えるピストン。

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