JP6400874B1 - 組合せオイルリング - Google Patents
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Abstract
Description
上セグメントの厚さをa1u[mm]、
下セグメントの厚さをa1d[mm]、
エキスパンダ・スペーサの上セグメント側のスペーサ厚さをa8u[mm]、
エキスパンダ・スペーサの下セグメント側のスペーサ厚さをa8d[mm]、
とすると、下式(1)、(2)、(3)を満足する、ことが好ましい。
Q1=a1u−a8u>P1>0 ……… (1)
Q2=a1d−a8d>P2>0 ……… (2)
Q1−P1=Q2−P2のとき、Q1−Q2=P1−P2>0であり
Q=Q1−Q2
=(a1u−a8u)−(a1d−a8d)>0 ……… (3)
ただし、
Q1は、上セグメント2の厚さa1uと上スペーサ厚さa8uとの差であり上見掛け突出量といい、
Q2は、下セグメント3の厚さa1dと下スペーサ厚さa8dとの差であり下見掛け突出量といい、
Qは、上見掛け突出量Q1と下見掛け突出量Q2との差(Q1−Q2)である。尚、Qは、上下見掛け突出量の差ともいう。
a8u=a8d ……… (4)
Q=a1u−a1d>0 ……… (5)
a1u=a1d ……… (6)
a8u<a8d ……… (7)
0.15≦Q1またはQ2≦0.65 ……… (8)
0.06<Q≦0.23……… (9)
上セグメントの呼び幅の寸法をh12u[mm]、
下セグメントの呼び幅の寸法をh12d[mm]、
エキスパンダ・スペーサの上耳部の傾斜面とシリンダ軸方向とのなす鋭角を上耳角度といいθu[度]、
エキスパンダ・スペーサの下耳部の傾斜面とシリンダ軸方向とのなす鋭角を下耳角度といいθd[度]、
とすると、
h12uまたはh12dが0.3[mm]以上0.6[mm]以下、および、θuまたはθdが5[度]以上30[度]以下の範囲であり、
上見掛け突出量Q1と下見掛け突出量Q2との差Qは、下式(10)、(11)の寸法範囲を満足する、ことが好ましい。
h12uまたはh12dが0.3[mm]以上0.45[mm]以下である時
0.085[mm]≦Q≦0.18[mm] ……… (10)
h12uまたはh12dが0.45[mm]を超え0.60[mm]以下である時
0.110[mm]≦Q≦0.23[mm] ……… (11)
上セグメントの呼び幅の寸法をh12u[mm]、
下セグメントの呼び幅の寸法をh12d[mm]、
とすると、下式(12)を満足する、ことが好ましい。
h12u<h12d ……… (12)
合せオイルリングにおける自由状態のサイドクリアランスを自由時サイドクリアランスSf[mm]とし、
組合せオイルリングを組み込んだピストンをシリンダボア内に装着した状態を、JIS B8032−1:2016(ISO 6621−1:2007)およびJIS B8032−2:2016(ISO 6621−2:2003)に準拠して組合せオイルリングの呼び径d1[mm]において、ピストンのオイルリング溝に相当し、組合せオイルリングの呼び幅h1[mm]を幅とする凹み溝を有する円環状の測定具に装着された状態のクローズ状態に置き換えるとき、組合せオイルリングにおけるクローズ状態のサイドクリアランスをクローズ時サイドクリアランスSc[mm]とすると、
Sc<Sfなる関係を有する、ことが好ましい。
図1〜図15は、本発明に係る組合せオイルリングの実施形態1を示す。以下、この実施形態1に係る組合せオイルリングの構成について説明する。図中、符号1Aは、この実施形態1(a1u>a1d)に係る組合せオイルリングである。
組合せオイルリング1Aは、図1(A)、図4に示すように、一般のスリーピースのオイルリングである。組合せオイルリング1Aは、上セグメント(上側レール)2と、下セグメント(下側レール)3と、エキスパンダ・スペーサ(スペーサ)4と、を備える。上セグメント2は、上側に配置される。下セグメント3は、下側に配置される。エキスパンダ・スペーサ4は、上セグメント2と下セグメント3の間に配置される。
上セグメント2および下セグメント3は、図1(A)、図2(B)、図2(C)、図4に示すように、外周面20、30と、内周面21、31と、上面22、32と、下面23、33とを有する。なお、上セグメント2、下セグメント3には、合い口25、35(図7を参照)が設けられている。
エキスパンダ・スペーサ4の基材は、鋼を主成分としている。なお、鋼としては、ステンレス鋼、炭素鋼が代表例として挙げられるが、これら以外の鋼を用いても良い。エキスパンダ・スペーサ4は、図1(A)、図2(A)、図3、図4に示すように、連結片40と、上片41と、下片42と、上耳部43と、下耳部44と、上支持部45と、下支持部46と、を有する。エキスパンダ・スペーサ4は、中心軸CLに対して、上下対称の形状である。なお、エキスパンダ・スペーサ4には、合い口(図示せず)が設けられている。
図1(A)は、組合せオイルリング1Aの自由状態を示す概略断面図である。組合せオイルリング1Aは、上セグメント2を上側に配置し、下セグメント3を下側に配置し、エキスパンダ・スペーサ4を上セグメント2と下セグメント3の間に配置することにより構成されている。
2の上面22、下面23はエキスパンダ・スペーサ4の中心軸CLと平行であり、下セグメント3の上面32、下面33はエキスパンダ・スペーサ4の中心軸CLと平行であり、
上セグメント内周面21はエキスパンダ・スペーサ4の上耳傾斜面430と、下セグメント内周面31はエキスパンダ・スペーサ4の下耳傾斜面440と線接触している状態であって、t1[mm]は、上スペーサ厚さa8uを示す上耳部43におけるX方向の位置と上セグメント2の内周側頂点とのX方向の距離であり、t2[mm]は下スペーサ厚さa8dを示す下耳部44におけるX方向の位置と下セグメント3の内周側頂点とのX方向の距離である。すなわち、θuを上耳角度、θdを下耳角度として、次の式からt1,t2は算出される。
t1=(1−tan((90−θu)/2))×h12u/2、
t2=(1−tan((90−θd)/2))×h12d/2、
ここで、θu、θdの単位は[度]である。
P1=Q1−t1、P2=Q2−t2であり、P=P1−P2>0の関係から、
P=P1−P2
=(Q1−t1)−(Q2−t2)
=(Q1−Q2)−(t1−t2)
より、Q1−Q2>t1−t2となる必要がある。
ここで、Q1とQ2の差をQとすると、
Q=Q1−Q2である。
Q1,Q2またQは製品を測定し、容易に求めることができるが、P1、P2またPはt1,t2を算出しなければ求めることができない。
i)組合せオイルリング1Aにおいて、t1=Q1−P1、t2=Q2−P2より、t1=t2であれば、P=P1−P2=Q1−Q2=Q>0である。すなわち、上突出量P1と上見掛け突出量Q1は等しく、下突出量P2と下見掛け突出量Q2は等しく、上下突出量の差Pも上下見掛け突出量の差Qも等しい。
ii)組合せオイルリング1Aにおいて、t1とt2の値が異なれば、Q1−Q2>t1−t2において(t1−t2)の最大値は次式で計算される。
すなわち、h12uまたはh12dが0.3[mm]以上0.6[mm]以下、および、θu、θdは5[度]から30[度]の範囲で、h12uとh12dが同一の寸法でh12である組合せオイルリング1Aの時、
t1−t2=(1−tan((90−θu)/2))×h12u/2−(1−tan((90−θd)/2))×h12d/2
=(1−tan((90−30)/2))×h12/2−(1−tan((90−5)/2))×h12/2
=0.169×h12
となる。
以上から、
h12=0.3[mm]の時は、t1−t2=0.051、従ってQ≧0.055 [mm]となり、
h12=0.4[mm]の時は、t1−t2=0.067、従ってQ≧0.070[mm]となり、
h12=0.45[mm]の時は、t1−t2=0.076、従ってQ≧0.080[mm]となり、
h12=0.5[mm]の時は、t1−t2=0.084、従ってQ≧0.09 [mm]となり、
h12=0.6[mm]の時は、t1−t2=0.101、従ってQ≧0.105[mm]となる。
t1−t2=(1−tan((90−θu)/2))×h12u/2−(1−tan((90−θd)/2))×h12d/2
=(1−tan((90−30)/2))×0.40/2−(1−tan((90−5)/2))×0.3/2
=0.072
このときQ≧0.075[mm]となる。
t1−t2=(1−tan((90−θu)/2))×h12u/2−(1−tan((90−θd)/2))×h12d/2
=(1−tan((90−30)/2))×0.45/2−(1−tan((90−5)/2))×0.3/2
=0.083
このときQ≧0.085[mm]となる。
t1−t2=(1−tan((90−θu)/2))×h12u/2−(1−tan((90−θd)/2))×h12d/2
=(1−tan((90−30)/2))×0.60/2−(1−tan((90−5)/2))×0.45/2
=0.108
このときQ≧0.110[mm]となる。
t1−t2=(1−tan((90−θu)/2))×h12u/2−(1−tan((90−θd)/2))×h12d/2
=(1−tan((90−30)/2))×0.60/2−(1−tan((90−5)/2))×0.50/2
=0.106
このときQ≧0.110[mm]となる。
h12uまたはh12dが0.3[mm]以上0.45[mm]以下である時
0.085[mm]≦Q≦0.18[mm] ……… (10)
h12uまたはh12dが0.45[mm]を超え0.60[mm]以下である時
0.110[mm]≦Q≦0.23[mm] ……… (11)
上見掛け突出量Q1は、上セグメント2の厚さa1uと上スペーサ厚さa8uとの差であり、下見掛け突出量Q2は、下セグメント3の厚さa1dと下スペーサ厚さa8dとの差であり、Qは、上見掛け突出量Q1と下見掛け突出量Q2との差(Q1−Q2)である。
この実施形態1に係る組合せオイルリング1Aは、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について図5(A)、図6(A)を参照して説明する。
図5(A)は、組合せオイルリング1Aをピストン50のオイルリング溝51内に装着した状態を示す概略断面図である。
Sf=h1−h=h1−(h11u+h11d+h13) ……… (13)
図6(A)は、組合せオイルリング1Aをピストン50のオイルリング溝51内に装着し、かつ、組合せオイルリング1Aおよびピストン50をシリンダボア60内に装着した状態(以下、「クローズ状態」と称する)を示す概略断面図である。
ここで、エキスパンダ・スペーサ4が角度α[度]回転して傾斜することは、自由時サイドクリアランスSfを小さくすることに他ならない。すなわち、上セグメント2の下面23と下セグメント3の上面32との距離が広がることであり、従って、上セグメント2のオイルリング溝上面52との間の軸方向の隙間、または、下セグメント3のオイルリング溝下面53との間の軸方向の隙間が小さくなることになり、特にエンジン下降行程において上セグメント2のオイルリング溝上面52との間の隙間からエンジンオイルが上側(シリンダヘッド側)に流出することを阻止し、オイル消費量を低減させることができる。
以下、実施形態1に係る組合せオイルリング1A(以下、「実施例1A」と称する)と、比較例の組合せオイルリング1B(以下、「比較例1B」と称する)とのシール性能の向上およびオイル消費量の低減について、比較検討する。
以下、比較例1Bについて、図1(B)、図2(B)、図5(B)、図6(B)を参照して説明する。比較例1Bの下セグメント3、エキスパンダ・スペーサ4は、実施例1Aの下セグメント3、エキスパンダ・スペーサ4と同一である。比較例1Bの上セグメント2Bの厚さ寸法a1uは、図2(B)中の外周面頂点24を破線で示すように、実施例1Aの上セグメント2の厚さ寸法a1uよりも、P[mm]小さい。なお、比較例1Bの上セグメント2Bには、実施例1Aの上セグメント2と同様に、合い口(図示せず)が設けられている。
以下、実施例1Aと比較例1Bとの接線張力について、図7〜図9を参照して説明する。
以下、比較例1Bの接線張力について、図9(B)を参照して説明する。金属製テープ72による外力F1u、F1dは、エキスパンダ・スペーサ4の上耳部43、下耳部44のX方向にそれぞれ外力F1u、F1dとして作用し、かつ、上耳角度θu[度]、下耳角度θd[度]によりさらにY方向の上下にそれぞれ外力(分力)F2u、F2dとして作用する。この各分力は、F2u=F1u×tanθu、F2d=F1d×tanθdである。
図6(B)は、図9(B)の接線張力測定状態と同様なクローズ状態で、比較例1Bが作用する外力F1(F1u、F1d)、F2(F2u、F2d)を示す。オイルリング溝51のY方向の幅は、組合せオイルリングの組合せ呼び幅h1[mm]とする。シリンダブロック6のボア壁面61の直径は、組合せオイルリングの呼び径d1[mm]とする。比較例1Bは、中心軸CLに対してすべて対称である。すなわち、上下セグメント2B、3が、h12u=h12d、a1u=a1dであり、エキスパンダ・スペーサ4が、θu=θd=θ[度]であり、その他の上側と下側とが同一位置寸法である。
以下、実施例1Aの接線張力について、図9(A)を参照して説明する。図9(A)は、図5(A)の自由状態から、実施例1Aの張力F[N]を測定しているときに、金属製テープ72が実施例1Aに作用する外力F1u、F1dを示す。
力のつり合いからFsu=F2u,Fsd=F2dである。
以下、曲げモーメントMについて、考察する。図9(A)の実施例1Aの寸法は、図9(B)の比較例1Bと比較して、前述のようにa1u>a1d以外において同一である。図9(A)の接線張力測定状態(縮径されたクローズ状態)の実施例1Aは、図9(B)の接線張力測定状態(縮径されたクローズ状態)の比較例1Bにおいて、上セグメント2の厚さを、(a1u=a1d)から(a1u>a1d)に置き換えている。
W=3EeIeδ/(上耳傾斜面と下耳傾斜面の腕の長さ)3
=3EeIe×(a1u―a1d)/(h13+h12u/2+h12d/2)3
または
W=3EeIeδ/(h13+h11u/2+h11d/2)3
=3EeIe×(a1u―a1d)/(h13+h11u/2+h11d/2)3
である。
EeIe=1/3×W×(上耳傾斜面と下耳傾斜面の腕の長さ)3 /δ
=1/3×W×(h13+h12u/2+h12d/2)3 /(a1u―a1d)
ここで、W=F1u=πFtであり、組合せオイルリングの張力測定から外力Wが求められ、他の要素は各部位の寸法測定により計算可能である。
M=3EeIe×δ/(h13+h12u/2+h12d/2)2
=3EeIe×(a1u―a1d)/(h13+h12u/2+h12d/2)2
または
M=3EeIe×δ/(h13+h11u/2+h11d/2)2
=3EeIe×(a1u―a1d)/(h13+h11u/2+h11d/2)2
として算出される。
以下、具体的な寸法数値による実施例1Aと比較例1Bとの接線張力について説明する。
EeIe=1/3×W×(h13+h12u/2+h12d/2)3 /δ
=1/3×W×(h13+h12u/2+h12d/2)3 /(a1u―a1d)
=703.7[Nmm2 ]
として求めることができ、従って、δ=a1u―a1dの時の実施例1Aが作用する曲げモーメントMが試算可能になる。
M=3EeIe×(a1u―a1d)/(h13+h12u/2+h12d/2)2
=133.5 [Nmm]
(i)F2uの増加分
W(tan(15+5.6)−tan15)
=86.7×(0.376−0.268)
=9.3 [N](40%増加)
(ii)F2dの減少分
W(tan15−tan(15−5.6))
=86.7×(0.268−0.166)
=8.9 [N] (38%減少)
EeIe=1/3×W1×(h13+h11u/2+h11d/2)3 /δ1を算出する。すると、任意の外力Wnについては、
Wn=3EeIeδ/(上耳傾斜面と下耳傾斜面の腕の長さ)3
=3EeIe×(a1u―a1d)/(h13+h11u/2+h11d/2)3
または
Wn=3EeIeδ/(h13+h12u/2+h12d/2)3
=3EeIe×(a1u―a1d)/(h13+h12u/2+h12d/2)3
Mn=3EeIe×δ/(h13+h11u/2+h11d/2)2
=3EeIe×(a1u―a1)/(h13+h11u/2+h11d/2)2
または
Mn=3EeIe×δ/(h13+h12u/2+h12d/2)2
=3EeIe×(a1u―a1)/(h13+h12u/2+h12d/2)2
Fn=Wn/π
以上のようになる。
図10は、自由状態時の上下見掛け突出量の差Qの変化に関するエキスパンダ・スペーサ幅h13とエキスパンダ・スペーサ傾斜角度βとの相対関係を示す説明図(グラフ)である。すなわち、図10は、η≧βを満足し、エキスパンダ・スペーサ4の中心軸CLが中心G回りに、拘束されること(干渉すること)なく回転する場合であって、組合せ呼び幅h1の領域における、エキスパンダ・スペーサ幅h13に対するエキスパンダ・スペーサ傾斜角度β[度]との関係を示す。
以下、実施例1Aと比較例1Bとの油膜厚さの比較について、図11〜図13を参照して説明する。なお、図11〜図13において、油膜厚さは、油量に相当する。
以上、実施例1Aの挙動とオイル消費量試験結果を考察すると、実施例1Aにおいて、以下のことが考えられる。
この実施形態1に係る組合せオイルリング1Aは、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。
以下、上下見掛け突出量の差Q[mm]とオイル消費量比との相対関係について、具体的数値に基づいて、図14、図15を参照して説明する。
上下突出量の差Pおよびオイル消費量比の具体的数値を示す説明図である。
図16〜図18は、本発明に係る組合せオイルリングの実施形態2を示す。以下、この実施形態2に係る組合せオイルリング1Cについて説明する。図中、図1〜図15と同符号は、同一のものを示す。
前記の実施形態1に係る組合せオイルリング1Aは、図1(A)に示す自由状態時において、a8u=a8d、a1u>a1dである。
すなわち、上スペーサ厚さa8uと下スペーサ厚さa8dとが同等のとき、上セグメント2の厚さa1uが下セグメント3の厚さa1dよりも大きい。すなわち、図中t1=t2であれば、上セグメント2の厚さa1uは、下セグメント3の厚さa1dよりも、上下突出量の差Pの分大きい。
すなわち、上セグメント2の厚さa1uと下セグメント3の厚さa1dとが同等のとき、上スペーサ厚さa8uが下スペーサ厚さa8dよりも小さい。すなわち、図中t1=t2であれば、上スペーサ厚さa8uは、下スペーサ厚さa8dよりも、上下突出量の差Pの分小さい。
Q1=a1u−a8u>P1>0 ……… (1)
Q2=a1d−a8d>P1>0 ……… (2)
Q1−P1=Q2−P2のとき、Q1−Q2=P1−P2であり
Q=Q1−Q2=(a1u−a8u)−(a1d−a8d)>0 ……(3)
ただし、
Q1は、上セグメント2の厚さa1uと上スペーサ厚さa8uとの差であり上見掛け突出量といい、
Q2は、下セグメント3の厚さa1dと下スペーサ厚さa8dとの差であり下見掛け突出量といい、
Qは、上見掛け突出量Q1と下見掛け突出量Q2との差(Q1−Q2)という。
下セグメントの呼び幅の寸法をh12d[mm]、
エキスパンダ・スペーサの上耳部の傾斜面とシリンダ軸方向とのなす鋭角を上耳角度といいθu[度]、
エキスパンダ・スペーサの下耳部の傾斜面とシリンダ軸方向とのなす鋭角を下耳角度といいθd[度]、
とすると、
h12uまたはh12dが0.3[mm]以上0.6[mm]以下、および、θuまたはθdが5[度]以上30[度]以下の範囲であり、
上見掛け突出量Q1と下見掛け突出量Q2との差Qは、下式(10)(11)の寸法範囲を満足する、ことが好ましい。
h12uまたはh12dが0.3[mm]以上0.45[mm]以下である時
0.085[mm]≦Q≦0.18[mm] ……… (10)
h12uまたはh12dが0.45[mm]を超え0.60[mm]以下である時
0.110[mm]≦Q≦0.23[mm] ……… (11)
この実施形態2に係る組合せオイルリング1Cは、以上のごとき構成からなるので、前記の実施形態1に係る組合せオイルリング1Aと同様の作用を達成する。
この実施形態2に係る組合せオイルリング1Cは、以上のごとき構成作用からなるので、前記の実施形態1に係る組合せオイルリング1Aと同様の効果を達成する。
図19は、本発明に係る組合せオイルリングを構成するエキスパンダ・スペーサの変形例1を示す。以下、この変形例1に係るエキスパンダ・スペーサ4Dについて説明する。図中、図1〜図18と同符号は、同一のものを示す。
本発明において、クローズ状態でエキスパンダ・スペーサ4、4C、4Dが角度α[度]回転して傾斜するため、図2(A)、図17および図19における線分CEと中心軸CLがなす角度をηとすると、η≧αであれば、エキスパンダ・スペーサ4、4C、4Dは拘束されること(干渉すること)なく自由に回転可能になり、本来の性能が発揮できる。このため、本発明におけるエキスパンダ・スペーサ4、4Cの断面構造にエキスパンダ・スペーサの変形例1を採用することが好ましい。少なくとも下片側に傾斜角度ηを形成することが好ましい。
図20は、本発明に係る組合せオイルリングを構成するエキスパンダ・スペーサの変形例2を示す。エキスパンダ・スペーサの変形例1において、下片側のみ下片下面420が、外周側端面から内周側端面にかけて、中心軸CLに対して上り勾配でλ[度]傾斜し、線分CEと中心軸CLがなす傾斜角度ηを形成しており、実施形態2においてエキスパンダ・スペーサの変形例2と組み合わせることが好ましい。図中、図1〜図19と同符号は、同一のものを示す。
図21は、本発明に係る組合せオイルリングの実施形態3を示す。以下、この実施形態3に係る組合せオイルリング1Gについて説明する。図中、図1〜図20と同符号は、同一のものを示す。
この実施形態3に係る組合せオイルリング1Fは、上セグメント2Fの幅寸法を下セグメント3Fの幅寸法よりも小さくする。すなわち、実施形態1、2において、上セグメント呼び幅の寸法をh12u[mm]、下セグメント呼び幅の寸法をh12d[mm]、とすると、下式(12)を満足する。
h12u<h12d ……… (12)
組合せオイルリング1Fをピストン50のオイルリング溝51内に装着し、かつ、組合せオイルリング1Fおよびピストン50をシリンダボア60内に装着する。すると、上下見掛け突出量の差Qによる曲げモーメントMの作用で、エキスパンダ・スペーサ4Fが、図21に示すように、中心G回りに角度α[度]回転して傾斜して、この実施形態3に係る組合せオイルリング1Fは、クローズ状態となる。
この実施形態3に係る組合せオイルリング1Fは、以上のごとき構成作用からなるので、前記の実施形態1、2に係る組合せオイルリング1A、1Cと同様の効果を達成することができる。
2、2B、2C、2F 上セグメント
20 外周面
21 内周面
22 上面
23 下面
24 外周面頂点
25 合い口
3、3C、3F 下セグメント
30 外周面
31 内周面
32 上面
33 下面
34 外周面頂点
35 合い口
4、4C、4D、4E、4F エキスパンダ・スペーサ
40 連結片
41 上片
410 上片上面
42 下片
420 下片下面
43 上耳部
430 上耳傾斜面
44 下耳部
440 下耳傾斜面
45 上支持部
450 上支持上面
46 下支持部
460 下支持下面
47 外周側端面
48 内周側端面
49 下セグメント受部
50 ピストン
51 オイルリング溝
52 オイルリング溝上面
53 オイルリング溝下面
54 オイルリング溝内周面
55 オイル戻し穴
56 トップリング
57 セカンドリング
6 シリンダブロック
60 シリンダボア
61 ボア壁面
7 接線張力測定装置
70 測定台
71 測定用ホルダー(円環状の測定具)
72 金属製テープ
73 凹み溝
74 切欠き部
75 固定端
76 把持具
77 ダイヤルゲージ
8 油膜厚さ計測装置
81 シリンダライナ
82 ピストン
83 コンロッド
84 保持部材
85 上部油膜計測センサ
86 中央部油膜計測センサ
a1d 下セグメント厚さ
a1u 上セグメント厚さ
a3d 下支持部長さ
a3u 上支持部長さ
a8d 下スペーサ厚さ
a8u 上スペーサ厚さ
a9d 下エキスパンダ半径方向厚さ
a9u 上エキスパンダ半径方向厚さ
a11 組合せ厚さ
a11d 下組合せ厚さ
a11u 上組合せ厚さ
a1d−a8d 自由状態時の下セグメントの突出量
a1u−a8u 自由状態時の上セグメントの突出量
d1 組合せオイルリングの呼び径
h 組合せ幅(h11u+h11d+h13)
h1 組合せ呼び幅
h2d 下スペーサ支持部高さ
h2u 上スペーサ支持部高さ
h3 上下片逃げ高さ
h3u 上片逃げ高さ
h3d 下片逃げ高さ
h9 エキスパンダ幅
h9s エキスパンダ幅
h11d 下セグメント幅の寸法
h11u 上セグメント幅の寸法
h12 寸法
h12d 下セグメント呼び幅
h12u 上セグメント呼び幅
h13 エキスパンダ・スペーサ幅(エキスパンダ・スペーサの軸方向の最大幅)
t1 上スペーサ厚さa8uを示す上耳部43におけるX方向の位置と上セグメント2の内周側頂点とのX方向の距離
t2 下スペーサ厚さa8dを示す下耳部44におけるX方向の位置と下セグメント3の内周側頂点とのX方向の距離
α 角度
β 角度
δ 上耳部のたわみ(図示せず)
η 線分CEと中心軸CLとのなす角度
θ1 線分ACとエキスパンダ・スペーサ4の外周側端面47とのなす角度
θ2 線分ACとY方向とのなす鋭角の角度
θd 下耳角度
θu 上耳角度
A 位置
B 位置
C 位置
CL 中心軸
CCL シリンダ軸
D 位置
E 位置
F 接線張力
Ft 接線張力
Fn 任意の接線張力(図示せず)
F1 外力(張り出し力)
F1u 外力(張り出し力)
F1d 外力(張り出し力)
F2 外力(サイドシール力)
F2u 外力(サイドシール力)
F2d 外力(サイドシール力)
Fsu 上サイドシール力(位置Aにおいて上セグメントを押し上げる力)
Fsd 下サイドシール力(位置ACおいて下セグメントを押しつける力)
G 中心
L 長さ
M 曲げモーメント
Mn 任意の曲げモーメント(図示せず)
P 上突出量P1と下突出量P2との差(P1−P2)
P1 上突出量
P2 下突出量
Q 上見掛け突出量Q1と下見掛け突出量Q2との差(Q1−Q2)
Q1 上見掛け突出量
Q2 下見掛け突出量
R 寸法(h12u/2+h12d/2+h13)
S 隙間
Sc クローズ状態時のサイドクリアランス(図示せず)
Sf 自由状態時のサイドクリアランス
W 外力(図示せず)
Wn 任意の外力(図示せず)
X X方向
Y Y方向
Claims (8)
- ピストンのオイルリング溝内に装着されて、前記ピストンと共にシリンダボア内をシリンダの軸方向に往復運動する組合せオイルリングにおいて、
前記シリンダの軸方向におけるシリンダヘッド側を上側、シリンダヘッドから離れる側を下側といい、
上側に配置される上セグメントと、
前記上セグメントと独立して下側に配置される下セグメントと、
前記上セグメントと前記下セグメントの間に配置されるエキスパンダ・スペーサと、を備え、
前記エキスパンダ・スペーサは、
内周側端部の上側の部分に上側に突出して設けられ、傾斜面が前記上セグメントの内周面に当接して前記上セグメントを押圧する上耳部と、
内周側端部の下側の部分に下側に突出して設けられ、傾斜面が前記下セグメントの内周面に当接して前記下セグメントを押圧する下耳部と、
外周側端部の上側の部分に上側に突出して設けられ、上面が前記上セグメントの下面に当接して前記上セグメントを支持する上支持部と、
外周側端部の下側の部分に下側に突出して設けられ、下面が前記下セグメントの上面に当接して前記下セグメントを支持する下支持部と、
を有し、
前記上耳部および前記下耳部以外における前記エキスパンダ・スペーサのシリンダ軸方向の最大幅が前記上支持部および前記下支持部の外周側端部にあって、
前記エキスパンダ・スペーサ、前記上セグメントおよび前記下セグメントが、前記オイルリング溝内に装着され、シリンダボア内に挿入される前の状態を自由状態とし、前記自由状態であって、前記組合せオイルリングのシリンダ軸方向の断面において、前記エキスパンダ・スペーサの前記上耳部の傾斜面が前記上セグメントの内周面に当接し、かつ、前記エキスパンダ・スペーサの前記下耳部の傾斜面が前記下セグメントの内周面に当接した状態で、
前記エキスパンダ・スペーサの外周側端面から前記上セグメントの外周面頂点までの突出量を上突出量P1、前記エキスパンダ・スペーサの外周側端面から前記下セグメントの外周面頂点までの突出量を下突出量P2、前記上突出量P1と前記下突出量P2との差をPとすると、P=P1−P2>0であり、
前記組合せオイルリングが前記シリンダボア内に挿入された状態における前記組合せオイルリングのシリンダ軸方向の断面において、前記エキスパンダ・スペーサの中心軸が周方向の全周に亘って上側に所定角度回転して傾いており、前記エキスパンダ・スペーサの前記上耳部の傾斜面が前記上セグメントの内周面に当接し、かつ、前記エキスパンダ・スペーサの前記下耳部の傾斜面が前記下セグメントの内周面に当接し、また、前記上セグメントの内周面側上側面が前記オイルリング溝上面に、かつ、前記下セグメントの内周面側下側面が前記オイルリング溝下面にそれぞれセグメントの全周に亘って圧接され、前記上セグメントの外周面頂点および前記下セグメントの外周面頂点はそれぞれセグメントの全周に亘ってボア壁面に圧接される、
ことを特徴とする組合せオイルリング。 - 前記組合せオイルリングの径方向における、
前記上セグメントの厚さをa1u[mm]、
前記下セグメントの厚さをa1d[mm]、
前記エキスパンダ・スペーサの上セグメント側のスペーサ厚さをa8u[mm]、
前記エキスパンダ・スペーサの下セグメント側のスペーサ厚さをa8d[mm]、
とすると、
下式(1)、(2)、(3)を満足する、
ことを特徴とする請求項1に記載の組合せオイルリング。
Q1=a1u−a8u>P1>0 ……… (1)
Q2=a1d−a8d>P2>0 ……… (2)
Q1−P1=Q2−P2のとき、Q1−Q2=P1−P2であり
Q=Q1−Q2
=(a1u−a8u)−(a1d−a8d)>0 ……… (3)
ただし、
Q1は、上見掛け突出量といい、
Q2は、下見掛け突出量といい、
Qは、前記上見掛け突出量Q1と前記下見掛け突出量Q2との差(Q1−Q2)である。 - 前記組合せオイルリングにおいて、
下式(4)のとき、下式(5)を満足する、
ことを特徴とする請求項2に記載の組合せオイルリング。
a8u=a8d ……… (4)
Q=a1u−a1d>0 ……… (5) - 前記組合せオイルリングにおいて、
下式(6)のとき、下式(7)を満足する、
ことを特徴とする請求項2に記載の組合せオイルリング。
a1u=a1d ……… (6)
a8u<a8d ……… (7) - 前記組合せオイルリングにおいて、前記上見掛け突出量Q1または前記下見掛け突出量Q2、および前記上見掛け突出量Q1と前記下見掛け突出量Q2との差Qが下式(8)、(9)を満足する、
ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の組合せオイルリング。
0.15≦Q1またはQ2≦0.65 ……… (8)
0.06<Q≦0.23……… (9) - 前記組合せオイルリングにおいて、
前記上セグメントの呼び幅の寸法をh12u[mm]、
前記下セグメントの呼び幅の寸法をh12d[mm]、
前記エキスパンダ・スペーサの上耳部の傾斜面と前記シリンダ軸方向とのなす鋭角を上耳角度といいθu[度]、
前記エキスパンダ・スペーサの下耳部の傾斜面と前記シリンダ軸方向とのなす鋭角を下耳角度といいθd[度]、
とすると、
h12uまたはh12dが0.3[mm]以上0.6[mm]以下、および、θuまたはθdが5[度]以上30[度]以下の範囲であり、
前記上見掛け突出量Q1と前記下見掛け突出量Q2との差Qは、下式(10)、(11)の寸法範囲を満足する、
ことを特徴とする請求項1に記載の組合せオイルリング。
h12uまたはh12dが0.3[mm]以上0.45[mm]以下である時
0.085[mm]≦Q≦0.18[mm] ……… (10)
h12uまたはh12dが0.45[mm]を超え0.60[mm]以下である時
0.110[mm]≦Q≦0.23[mm] ……… (11) - 前記組合せオイルリングにおいて、
前記上セグメントの呼び幅の寸法をh12u[mm]、
前記下セグメントの呼び幅の寸法をh12d[mm]、
とすると、
下式(12)を満足する、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の組合せオイルリング。
h12u<h12d ……… (12) - 前記組合せオイルリングにおける前記自由状態のサイドクリアランスを自由時サイドクリアランスSf[mm]とし、
前記組合せオイルリングを組み込んだ前記ピストンを前記シリンダボア内に装着した状態を、JIS B8032−1:2016(ISO 6621−1:2007)およびJIS B8032−2:2016(ISO 6621−2:2003)に準拠して前記組合せオイルリングの呼び径d1[mm]において、前記ピストンの前記オイルリング溝に相当し、前記組合せオイルリングの呼び幅h1[mm]を幅とする凹み溝を有する円環状の測定具に装着された状態のクローズ状態に置き換えるとき、前記組合せオイルリングにおけるクローズ状態のサイドクリアランスをクローズ時サイドクリアランスSc[mm]とすると、
Sc<Sfなる関係を有する
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の組合せオイルリング。
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