JP6480709B2 - Piston ring and engine including the piston ring - Google Patents
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Description
本開示はピストンリング及び該ピストンリングを備えるエンジンに関する。 The present disclosure relates to a piston ring and an engine including the piston ring.
例えば舶用2サイクルエンジンは、シリンダとクランクケースを備え、シリンダ内にはピストンが往復動可能に配置され、クランクケース内にはクランク軸が回転可能に配置される。ピストンとクランク軸は、ピストン棒、クロスヘッド及び連接棒を介して相互に連結され、ピストンの往復運動によってクランク軸が回転駆動される。 For example, a marine two-cycle engine includes a cylinder and a crankcase, and a piston is disposed in the cylinder so as to be able to reciprocate, and a crankshaft is rotatably disposed in the crankcase. The piston and the crankshaft are connected to each other via a piston rod, a crosshead, and a connecting rod, and the crankshaft is rotationally driven by the reciprocating motion of the piston.
ピストンリングは、ピストン外周部に形成されたピストンリング溝に装着される。ピストンリングは弾性を有し、シリンダの内周面に適度な面圧を有して摺接する。このピストンリングは、ピストン、シリンダ内周面及びシリンダヘッドによって形成される燃焼室内の圧力が、ピストン外周面とシリンダ内周面との隙間を通じて漏れることを抑制する。 The piston ring is mounted in a piston ring groove formed on the outer periphery of the piston. The piston ring is elastic and slidably contacts the inner peripheral surface of the cylinder with an appropriate surface pressure. This piston ring suppresses the pressure in the combustion chamber formed by the piston, the cylinder inner circumferential surface and the cylinder head from leaking through the gap between the piston outer circumferential surface and the cylinder inner circumferential surface.
ピストンリングはリング形状を有し、周方向の一部に合口部と称される不連続部分を有する。ガスタイト形式のピストンリングの合口部は、ピストンリングの周方向にて一端側に設けられる凹部と、他端側に設けられる凸部とを有する。ピストンリングの外径は、シリンダ内周面の直径よりも大きく、ピストンリングがピストンに装着された状態でシリンダ内に配置されると、凹部と凸部が重なり合うように嵌合させられる。凹部及び凸部はピストンリングの径方向外側に位置する径方向外側面(外周面)を有し、これら外周面がシリンダ内周面と摺接する。 The piston ring has a ring shape, and has a discontinuous portion called a joint portion in a part in the circumferential direction. The joint portion of the gas tight type piston ring has a concave portion provided on one end side in the circumferential direction of the piston ring and a convex portion provided on the other end side. The outer diameter of the piston ring is larger than the diameter of the inner peripheral surface of the cylinder. When the piston ring is disposed in the cylinder with the piston ring attached to the piston, the outer diameter of the piston ring is fitted so that the concave portion and the convex portion overlap each other. The concave portion and the convex portion have a radially outer surface (outer peripheral surface) located on the radially outer side of the piston ring, and these outer peripheral surfaces are in sliding contact with the cylinder inner peripheral surface.
この種のガスタイト形式のピストンリングとして、例えば、特許文献1には、ピストンリングの合口部の一部を切り欠いて合口部での折損事故を防止することが可能なピストンリングが開示されている。具体的には、特許文献1のピストンリングでは、合口部の一部を切り欠いたことにより、合口部に作用する往復動方向のモーメントが低減され、合口部の根元部分での耐折損性が向上する。
As this type of gas tight piston ring, for example,
ガスタイト形式のピストンリングでは、凹部の先端近傍にて、シリンダ内周面と摺接する凸部の外周面に損傷が生じ易いという問題がある。
上記事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、耐久性が向上したガスタイト形式のピストンリング、及び、該ピストンリングを備えるエンジンを提供することを目的とする。
In the gas tight type piston ring, there is a problem that the outer peripheral surface of the convex portion slidably contacting the inner peripheral surface of the cylinder is easily damaged in the vicinity of the tip of the concave portion.
In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present invention aims to provide a gas-tight piston ring with improved durability and an engine including the piston ring.
上記目的を達成するために本発明者らは鋭意検討を行ない、ガスタイト形式のピストンリングにおける凹部の外周面損傷のメカニズムに関して以下の知見を得た。
エンジン運転中、ピストンリングは燃焼ガスによって加熱されるため高温になる。このときピストンリングの外周側は相対的に低温のシリンダ内周面に摺接しているため、ピストンリングの内周側の温度が外周側の温度より高くなる。このピストンリングの内周側と外周側の温度差のため、ピストンリングの熱膨張量は外周側より内周側の方が大きくなる。この結果、ガスタイト式のピストンリングでは、合口部がピストンリングの径方向外方へ膨らむように熱変形する。
In order to achieve the above object, the present inventors have intensively studied and obtained the following knowledge regarding the mechanism of damage to the outer peripheral surface of the recess in the gas tight type piston ring.
During engine operation, the piston ring is heated by the combustion gas and becomes hot. At this time, since the outer peripheral side of the piston ring is in sliding contact with the relatively low temperature inner peripheral surface of the cylinder, the temperature on the inner peripheral side of the piston ring is higher than the temperature on the outer peripheral side. Due to the temperature difference between the inner and outer peripheral sides of the piston ring, the amount of thermal expansion of the piston ring is greater on the inner peripheral side than on the outer peripheral side. As a result, in the gas tight piston ring, the joint portion is thermally deformed so as to swell radially outward of the piston ring.
このような熱変形によって合口部を構成する凹部(第1舌部)及び凸部(第2舌部)の径方向外側面(外周面)とシリンダ内周面の接触面圧が高くなる。このため合口部近傍にてシリンダ内周面に偏摩耗が生じやすくなる。
特に、ピストンが上死点近傍に位置しているときには、シリンダ内周面に対するピストンの相対速 度がゼロになってピストンリングとシリンダ内周面との間で油膜切れが生じ易い上に、燃料の爆発により燃焼室の圧力及び温度が高くなることから、ピストンリングとシリンダ内周面の摺動条件が厳しくなる。このため、シリンダ内周面の上死点近傍は、シリンダヘッドに向かって広がるように偏摩耗する。つまり、シリンダ内周面の上死点近傍は、シリンダの軸線に対して傾斜するように偏摩耗する。
Due to such thermal deformation, the contact surface pressure between the radially outer surface (outer peripheral surface) of the concave portion (first tongue portion) and the convex portion (second tongue portion) constituting the joint portion and the inner peripheral surface of the cylinder is increased. For this reason, uneven wear tends to occur on the inner peripheral surface of the cylinder in the vicinity of the joint portion.
In particular, when the piston is located in the vicinity of the top dead center, the relative speed of the piston with respect to the inner peripheral surface of the cylinder becomes zero, and an oil film is easily cut between the piston ring and the inner peripheral surface of the cylinder. Since the explosion and the pressure and temperature of the combustion chamber increase, the sliding condition between the piston ring and the cylinder inner peripheral surface becomes severe. For this reason, the vicinity of the top dead center of the cylinder inner peripheral surface is unevenly worn so as to spread toward the cylinder head. That is, the vicinity of the top dead center of the cylinder inner peripheral surface is unevenly worn so as to be inclined with respect to the cylinder axis.
ピストンリングはピストンリング溝に対して隙間を存して嵌められており、このようにシリンダ内周面が摩耗により傾斜すると、傾斜に対応してピストンリングが倒れる。つまり、シリンダ内周面に沿うようにピストンリングの外周面が傾斜する。 The piston ring is fitted into the piston ring groove with a gap, and when the cylinder inner peripheral surface is inclined due to wear in this way, the piston ring falls down corresponding to the inclination. That is, the outer peripheral surface of the piston ring is inclined along the inner peripheral surface of the cylinder.
ピストンリングが熱変形すると、第1舌部の先端面と外周面とが交わる先端角が、シリンダ内周面に強く当接するようになる。特に、シリンダ内周面の偏摩耗によりピストンリングが倒れると、第1舌部の外周面がシリンダ内周面に対してより強く当接するようになる。このように第1舌部の先端角がシリンダ内周面に局所的に強く当たると、シリンダ内周面が大きく凹み、その影響を受けて、第1舌部の先端角近傍で、第2舌部の外周面とシリンダ内周面との間に隙間が生じる。 When the piston ring is thermally deformed, the tip angle at which the tip surface and the outer peripheral surface of the first tongue portion intersect strongly comes into contact with the inner peripheral surface of the cylinder. In particular, when the piston ring falls due to uneven wear of the cylinder inner peripheral surface, the outer peripheral surface of the first tongue portion comes into stronger contact with the cylinder inner peripheral surface. When the tip angle of the first tongue hits the cylinder inner peripheral surface locally in this manner, the cylinder inner peripheral surface is greatly dented and affected by the second tongue in the vicinity of the tip angle of the first tongue. A gap is formed between the outer peripheral surface of the part and the inner peripheral surface of the cylinder.
特に、シリンダ内周面の摩耗によりピストンリングの外径が拡大し、第1舌部の先端角と第2舌部の先端角の間の周方向距離が短くなっている状態では、第1舌部の先端角によって形成されたシリンダ内周面の凹みを塞ぐように第2舌部が変形できず、第1舌部の先端角近傍で、シリンダ内周面と第2舌部との間の隙間が大きくなる。すると、この大きな隙間を高温且つ高圧の燃焼ガスが高速で吹き抜け、第2舌部の外周面が損傷してしまう。
逆に、第2舌部の先端角がシリンダ内周面に強く当接して、第1舌部の外周面とシリンダ内周面との間に大きな隙間が生じることもある。この場合、この大きな隙間を高温且つ高圧の燃焼ガスが高速で吹き抜け、第1舌部の外周面が損傷してしまう。
In particular, when the outer diameter of the piston ring is enlarged due to wear of the cylinder inner peripheral surface, and the circumferential distance between the tip angle of the first tongue and the tip angle of the second tongue is short, the first tongue The second tongue cannot be deformed so as to block the recess of the cylinder inner peripheral surface formed by the tip angle of the portion, and between the cylinder inner peripheral surface and the second tongue near the tip angle of the first tongue. The gap becomes larger. Then, high-temperature and high-pressure combustion gas blows through the large gap at a high speed, and the outer peripheral surface of the second tongue portion is damaged.
On the contrary, the tip angle of the second tongue portion may be in strong contact with the inner peripheral surface of the cylinder, and a large gap may be generated between the outer peripheral surface of the first tongue portion and the inner peripheral surface of the cylinder. In this case, high-temperature and high-pressure combustion gas blows through the large gap at a high speed, and the outer peripheral surface of the first tongue portion is damaged.
上記した凹部の外周面損傷のメカニズムに関する知見を得た本発明者らは、更に検討を行い本発明に想到した。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るピストンリングは、
軸線方向回りの周方向に沿って延在する本体部と、
前記本体部の前記周方向の一端部において該一端部から他端部に延在し、前記本体部の径方向外側において前記軸線方向の一方側に前記周方向に沿って延在する嵌合凹部が形成された第1舌部と、
前記本体部の前記周方向の前記他端部において前記他端部から前記一端部に延在し、前記嵌合凹部に嵌合することにより前記第1舌部と共に合口部を形成する第2舌部と、
前記第1舌部、前記第2舌部及び前記本体部のうち少なくとも1つに形成された少なくとも1つのスリットとを備え、
前記第1舌部及び前記第2舌部の各々は、前記径方向にて外側に位置し且つ前記周方向にて先端側に位置する先端コーナー部を有し、
前記スリットによって、前記軸線に平行な軸回りのモーメントに対し、前記第1舌部又は前記第2舌部の前記先端コーナー部を含む部分の剛性が低減されている。
The present inventors who have obtained knowledge about the mechanism of damage to the outer peripheral surface of the recess described above have further studied and have come up with the present invention.
(1) The piston ring according to at least one embodiment of the present invention is:
A main body extending along a circumferential direction around the axial direction;
A fitting recess extending from the one end portion to the other end portion at one end portion in the circumferential direction of the main body portion and extending along the circumferential direction to one side in the axial direction on the radially outer side of the main body portion. A first tongue formed with;
A second tongue that extends from the other end portion to the one end portion at the other end portion in the circumferential direction of the main body portion and forms an abutment portion together with the first tongue portion by fitting into the fitting recess. And
And at least one slit formed in at least one of the first tongue, the second tongue, and the main body,
Each of the first tongue portion and the second tongue portion has a tip corner portion located on the outer side in the radial direction and located on the tip side in the circumferential direction,
The slit reduces the rigidity of the portion including the tip corner portion of the first tongue portion or the second tongue portion with respect to a moment around an axis parallel to the axis.
上記構成(1)によれば、少なくとも1つのスリットによって、第1舌部又は第2舌部の先端コーナー部を含む部分の剛性が低減されているので、シリンダ内周面に対する先端コーナー部の接触圧が低減される。このため、先端コーナー部近傍でシリンダ内周面に大きな凹みが発生することが防止され、第2舌部又は第1舌部の外側面とシリンダ内周面との間に大きな隙間が発生することが防止される。この結果、燃焼ガスの吹き抜けが防止され、第2舌部又は第1舌部の外側面の損傷が抑制される。 According to the configuration (1), since the rigidity of the portion including the tip corner portion of the first tongue portion or the second tongue portion is reduced by the at least one slit, the contact of the tip corner portion with the inner peripheral surface of the cylinder is reduced. The pressure is reduced. For this reason, generation | occurrence | production of a big dent in the cylinder internal peripheral surface in the front-end | tip corner part vicinity is prevented, and a big clearance gap generate | occur | produces between the outer surface of a 2nd tongue part or a 1st tongue part, and a cylinder internal peripheral surface. Is prevented. As a result, combustion gas is prevented from being blown out, and damage to the outer surface of the second tongue portion or the first tongue portion is suppressed.
(2)幾つかの実施形態では、上記構成(1)において、
前記第1舌部は、前記径方向にて内側に位置し、前記第2舌部と対向する部分を有する内周壁部と、前記内周壁部から径方向外側に突出し、前記第2舌部と前記軸線方向にて対向するシール壁部とを有し、
前記少なくとも1つのスリットは、前記シール壁部に形成された周方向スリットを含み、
前記周方向スリットは、前記周方向にて前記シール壁部の先端から前記周方向に沿って延び、前記シール壁部の先端側を前記径方向にて隣り合う2つの領域に分割している。
(2) In some embodiments, in the configuration (1),
The first tongue portion is located on the inner side in the radial direction and has an inner peripheral wall portion having a portion facing the second tongue portion, and protrudes radially outward from the inner peripheral wall portion, and the second tongue portion, A seal wall portion facing in the axial direction,
The at least one slit includes a circumferential slit formed in the seal wall,
The circumferential slit extends along the circumferential direction from the tip of the seal wall portion in the circumferential direction, and divides the tip side of the seal wall portion into two regions adjacent in the radial direction.
上記構成(2)によれば、シール壁部に形成された周方向スリットによって、簡単な構成にて、先端コーナー部を含む第1舌部の部分の剛性が確実に低減される。 According to the configuration (2), the circumferential slit formed in the seal wall portion reliably reduces the rigidity of the first tongue portion including the tip corner portion with a simple configuration.
(3)幾つかの実施形態では、上記構成(2)において、
前記シール壁部を前記軸線方向に貫通する貫通孔を更に備え、
前記貫通孔によって、前記周方向にて前記本体部側に位置する前記スリットの終端部の幅が拡大されている。
(3) In some embodiments, in the configuration (2),
A through hole penetrating the seal wall portion in the axial direction;
The through hole expands the width of the end of the slit located on the main body side in the circumferential direction.
上記構成(3)によれば、シール壁部に形成された貫通孔によって、スリットの終端部の幅が拡大されているので、スリットの周端部近傍での応力集中が緩和される。このため、先端コーナー部を含む第1舌部の部分の剛性を低減しながら、剛性が低下した部分の折損が防止される。
また、スリットの終端部の幅が拡大されたことで、先端コーナー部を含む第1舌部の部分の剛性をより一層低減することができる。或いは、剛性が同じであれば、スリットの終端部の幅を拡大することにより、周方向でのスリットの長さを短縮することができる。スリットの長さを短縮することができれば、シリンダ内周面の摩耗によりピストンリングの外径が拡大し、第1舌部と第2舌部とが相互に重なっている領域の長さが短くなっても、スリットを通じた燃焼ガスの漏洩を確実に防止することができる。
According to the configuration (3), since the width of the end portion of the slit is enlarged by the through hole formed in the seal wall portion, the stress concentration in the vicinity of the peripheral end portion of the slit is alleviated. For this reason, it is possible to prevent breakage of the portion with reduced rigidity while reducing the rigidity of the portion of the first tongue portion including the tip corner portion.
Moreover, the rigidity of the part of the 1st tongue part containing a front-end | tip corner part can be further reduced because the width | variety of the terminal part of a slit was expanded. Alternatively, if the rigidity is the same, the slit length in the circumferential direction can be shortened by increasing the width of the end portion of the slit. If the length of the slit can be shortened, the outer diameter of the piston ring expands due to wear on the inner peripheral surface of the cylinder, and the length of the region where the first tongue and the second tongue overlap each other is shortened. However, it is possible to reliably prevent the combustion gas from leaking through the slit.
(4)幾つかの実施形態では、上記構成(2)又は(3)において、
前記第1舌部の先端コーナー部を含む部分に関して、ヤング率をEとし、前記軸線に平行な軸に関する断面二次モーメントをIとし、前記軸線に平行な軸回りに作用するモーメントをMとしたときに、M/EIが0.00012644以上0.00316097以下の範囲に入るように、前記周方向スリットの前記周方向での長さ及び前記径方向での位置が決定されている。
(4) In some embodiments, in the configuration (2) or (3),
Regarding the portion including the tip corner portion of the first tongue, the Young's modulus is E, the cross-sectional secondary moment about the axis parallel to the axis is I, and the moment acting around the axis parallel to the axis is M. Sometimes, the length in the circumferential direction and the position in the radial direction of the circumferential slit are determined so that M / EI falls within the range of 0.00012644 or more and 0.00316097 or less.
上記構成(4)によれば、M/EIが0.00012644以上0.00316097以下であるので、前記第1舌部の先端コーナー部を含む部分はモーメントに対し変形し易く、先端コーナー部近傍でシリンダ内周面に大きな凹みが発生することを確実に防止することができる。 According to the configuration (4), since the M / EI is 0.00012644 or more and 0.00316097 or less, the portion including the tip corner portion of the first tongue portion is easily deformed with respect to the moment, and in the vicinity of the tip corner portion. It is possible to reliably prevent the occurrence of a large dent on the cylinder inner peripheral surface.
(5)幾つかの実施形態では、上記構成(2)乃至(4)の何れか1つにおいて、
前記径方向にて前記シール壁部の外側面から前記周方向スリットまでの距離が7mm以下である。
上記構成(5)によれば、シール壁部の外側面から周方向スリットまでの距離が7mm以下であり、前記第1舌部の先端コーナー部を含む部分の剛性を十分に低減することができる。
(5) In some embodiments, in any one of the configurations (2) to (4),
The distance from the outer surface of the seal wall portion to the circumferential slit in the radial direction is 7 mm or less.
According to the said structure (5), the distance from the outer surface of a seal wall part to the circumferential slit is 7 mm or less, and the rigidity of the part containing the front-end | tip corner part of a said 1st tongue part can fully be reduced. .
(6)幾つかの実施形態では、上記構成(2)乃至(5)の何れか1つにおいて、
前記周方向にて前記周方向スリットの長さが15mm以下である。
上記構成(6)によれば、周方向での周方向スリットの長さが15mm以下であるため、第1舌部と第2舌部とが相互に重なっている領域の長さに比べ、スリットの長さを十分に短くすることができる。このため、シリンダ内周面の摩耗によりピストンリングの外径が拡大し、第1舌部と第2舌部とが相互に重なっている領域の長さが短くなっても、スリットを通じた燃焼ガスの漏洩を確実に防止することができる。
(6) In some embodiments, in any one of the configurations (2) to (5),
The circumferential slit has a length of 15 mm or less in the circumferential direction.
According to the configuration (6), since the length of the circumferential slit in the circumferential direction is 15 mm or less, the slit is longer than the length of the region where the first tongue and the second tongue overlap each other. Can be made sufficiently short. For this reason, even if the outer diameter of the piston ring expands due to wear on the inner peripheral surface of the cylinder and the length of the region where the first tongue and the second tongue overlap each other becomes shorter, the combustion gas through the slits Can be reliably prevented.
(7)幾つかの実施形態では、上記構成(1)乃至(6)の何れか1つにおいて、
前記少なくとも1つのスリットは、前記本体部の前記周方向の前記一端部側及び前記第1舌部のうち少なくとも一方に形成された径方向スリットを含み、
前記径方向スリットは、前記本体部の前記周方向の前記一端部側又は前記第1舌部の前記径方向内側から、前記径方向外側に沿って延びている。
(7) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (6),
The at least one slit includes a radial slit formed on at least one of the one end side in the circumferential direction of the main body and the first tongue,
The radial slit extends along the radially outer side from the one end side in the circumferential direction of the main body or the radially inner side of the first tongue.
上記構成(7)によれば、本体部の一端側及び第1舌部のうち少なくとも一方に形成された径方向スリットによって、簡単な構成にて、先端コーナー部を含む第1舌部の部分の剛性が確実に低減される。 According to the configuration (7), the radial slit formed in at least one of the one end side and the first tongue portion of the main body portion can be configured with a simple configuration of the portion of the first tongue portion including the tip corner portion. The rigidity is reliably reduced.
(8)幾つかの実施形態では、上記構成(1)乃至(7)の何れか1つにおいて、
上記構成(8)によれば、第2舌部部に形成された第2の周方向スリットによって、簡単な構成にて、先端コーナー部を含む第2舌部の部分の剛性が確実に低減される。
(8) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (7),
According to the said structure (8), the rigidity of the part of the 2nd tongue part containing a front-end | tip corner part is reliably reduced by a simple structure by the 2nd circumferential direction slit formed in the 2nd tongue part. The
(9)幾つかの実施形態では、上記構成(1)乃至(8)の何れか1つにおいて、
前記少なくとも1つのスリットは、前記本体部の前記他端側及び前記第2舌部のうち少なくとも一方に形成された第2の径方向スリットを含み、
前記第2の径方向スリットは、前記本体部の前記他端側又は前記第2舌部の前記径方向にて内側面から、前記径方向に沿って延びている。
(9) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (8),
The at least one slit includes a second radial slit formed in at least one of the other end side and the second tongue portion of the main body portion,
The second radial slit extends along the radial direction from the inner surface of the main body portion on the other end side or the radial direction of the second tongue portion.
上記構成(9)によれば、本体部の他端側及び第2舌部のうち少なくとも一方に形成された第2の径方向スリットによって、簡単な構成にて、先端コーナー部を含む第2舌部の部分の剛性が確実に低減される。 According to the configuration (9), the second tongue including the tip corner portion can be simply configured by the second radial slit formed in at least one of the other end side of the main body portion and the second tongue portion. The rigidity of the portion is reliably reduced.
(10)本発明の少なくとも一実施形態に係るエンジンは、
シリンダと、
該シリンダ内を往復動可能であり、前記シリンダ内に燃焼室を形成するピストンと、
前記ピストンに装着された上記(1)乃至(9)の何れか1つのピストンリングを備える。
(10) An engine according to at least one embodiment of the present invention includes:
A cylinder,
A piston capable of reciprocating in the cylinder and forming a combustion chamber in the cylinder;
A piston ring according to any one of (1) to (9) mounted on the piston is provided.
上記構成(10)によれば、ピストンリングが優れた耐久性を有するので、エンジンも優れた耐久性を有する。 According to the configuration (10), since the piston ring has excellent durability, the engine also has excellent durability.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、耐久性が向上したガスタイト形式のピストンリング、及び、該ピストンリングを備えるエンジンが提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, a gas tight type piston ring with improved durability and an engine including the piston ring are provided.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.
図1は、本発明の一実施形態係るエンジン1の構成を概略的に示す断面図である。エンジン1は、例えば、舶用2サイクル大型ディーゼルエンジンである。エンジン1は、下方に位置する台板2と、台板2上に設けられた架構3と、架構3上に設けられたシリンダジャケット4とを備えている。これら台板2、架構3、及びシリンダジャケット4は、上下方向に延在する複数のタイボルト5によって相互に連結されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an
台板2の底部は底板6によって閉塞され、架構3の上部はシリンダジャケット4の底壁によって閉塞されている。台板2及び底板6はクランク室を形成しており、クランク室内にクランク軸8が配置されている。
台板2は、クランク軸8のジャーナル部9を回転可能に支持しており、クランク軸8のクランクピン10には、連接棒11の下端部が連結されている。連接棒11の上端部は、クロスヘッド12を介してピストン棒13の下端部に連結されている。クロスヘッド12の両側には、上下方向に延在する摺動板14が設けられ、クロスヘッド12の上下動は摺動板14によって案内される。
The bottom of the
The
ピストン棒13は、シリンダジャケット4の底壁に設けられたシール孔を貫通して上下方向に延在している。シリンダジャケット4には、シリンダ(シリンダライナ)15の下端側が嵌合され、ピストン棒13の上端側は、シリンダライナ15内に挿入されている。ピストン棒13の上端部にはピストン16が固定され、ピストン16はシリンダライナ15内を上下方向に往復動可能である。
The
図2は、シリンダジャケット4近傍を拡大して概略的に示す断面図である。
図2に示したように、シリンダライナ15の上にはシリンダカバー(シリンダヘッド)17が配置され、シリンダカバー17は、シリンダライナ15の上端側を挟んだ状態で、カバーボルト18によってシリンダジャケット4に締結されている。
シリンダカバー17、シリンダライナ15及びピストン16は、シリンダライナ15の上端側に燃焼室19を形成している。シリンダカバー17には、燃焼室19に開口する排気ポート20が設けられ、排気ポート20は排気弁21によって開閉される。また、シリンダカバー17には、燃料噴射弁22が取り付けられている。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the vicinity of the
As shown in FIG. 2, a cylinder cover (cylinder head) 17 is disposed on the
The
シリンダライナ15の下端側には、ピストン16が下死点近傍に位置しているときに燃焼室19に連通可能な掃気ポート23が形成され、シリンダジャケット4の内部には、掃気ポート23を囲むように掃気室24が形成されている。なお、シリンダジャケット4の底壁のシール孔とピストン棒13との間にはグランドパッキン25が配置され、グランドパッキン25により掃気室24と架構3の間がシールされている。
A scavenging
再び図1を参照すると、掃気室24に圧縮空気を送り込むために、架構3やシリンダジャケット4によって支持された架台上にターボチャージャ26が設けられている。ターボチャージャ26は、相互に同軸にて連結されたコンプレッサ27とタービン28を含み、コンプレッサ27の吐出口と掃気室24とは、空気導管29及び掃気トランク室30を介して連通している。空気導管29の内部には、コンプレッサ27から吐出された圧縮空気を冷却するための水冷式の空気冷却器31と、冷却された空気から水滴を除去するための水滴分離器32が配置されている。また、空気導管29と掃気トランク室30との接続部には、逆流防止扉33が配置されている。
Referring again to FIG. 1, a
一方、排気ポート20は排気静圧管34に接続され、排気静圧管34がタービン28の入口に接続されている。燃焼室19から排出された排ガスの動圧は排気静圧管34で静圧に変換され、タービン28は、排ガスの静圧によって駆動されてトルクを出力する。そして、コンプレッサ27はタービン28が出力したトルクによって駆動され、空気を圧縮して吐出する。
なお例えば、エンジン1が6気筒の場合、それぞれ6つのシリンダライナ15とピストン16が設けられ、6つの燃焼室19が1つの排気静圧管34に接続される。そして、1つの排気静圧管34に2つのターボチャージャ26のタービン28が接続される。
On the other hand, the
For example, when the
上述したエンジン1は、ユニフロー式の2サイクルエンジンであり、ピストン16が一往復する間に、掃気(給気)工程、圧縮行程、燃焼工程及び膨張行程が行われる。具体的には、ピストン16が下死点近傍に来たとき、燃焼室19と掃気ポート23が連通し、掃気ポート23から燃焼室19内に圧縮空気(掃除空気)が供給され、排気ポート20から燃焼ガスが排出される。そして、ピストン16の上昇中、燃焼室19内で空気が圧縮されるととともに燃焼室19内に燃料が噴射され、ピストン16が上死点近傍に来たときに燃料が燃焼する。その後、ピストン16の下降中、燃焼ガスが膨張し、ピストン16が下死点近傍に到達する前に排気ポート20が開かれて燃焼ガスの排出が開始される。以下、再び上昇行程が繰り返される。
The
上述したエンジン1では、図2に示したように、ピストン16の外周部に複数のピストンリング40が装着されている。具体的には、ピストン16の外周部には、複数のピストンリング溝41が形成され、各ピストンリング40はピストンリング溝41に嵌合されている。なお、ピストンリング40の軸線は、シリンダライナ15及びピストン16の軸線CLと一致している。
In the
ピストンリング40は、ピストン16の径方向にてピストン16の外周面から外方に突出しており、シリンダライナ15の内周面(シリンダ内周面)42と摺接する外周面を有する。従って、シリンダ内周面42とピストン16の外周面との隙間は、ピストンリング40によって閉塞されており、ピストンリング40によって、燃焼室19からの燃焼ガスの漏れを防止することができる。
The
図3は、ピストンリング40を概略的に示す斜視図である。図3に示したように、ピストンリング40は、本体部44、並びに、合口部46を形成する第1舌部48及び第2舌部50を備えている。本体部44は、軸線CL回りの周方向(以下、単に周方向ともいう)に沿って延在している。なお、以下では、軸線CLに沿う方向を単に軸線方向とも称し、ピストンリング40の径方向、即ち本体部44の径方向を単に径方向とも称する。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the
図4は、図3中の領域IVを拡大してシリンダライナ15とともに概略的に示す平面図である。図4に示したように第1舌部48は、周方向にて本体部44の一端面52から他端面54に向かって延在している。第1舌部48は、相互に一体の内周壁部56とシール壁部58とを備えている。
内周壁部56は、第1舌部48の径方向内側を形成しており、シール壁部58は、内周壁部56の軸線方向燃焼室19側から径方向にて外方に突出している。内周壁部56及びシール壁部58は、周方向直交断面にてL字状の断面形状を有しており、周方向に沿って延在する嵌合凹部60を形成している。第1舌部48において、嵌合凹部60は、径方向外側に位置し、且つ、軸線方向にてクロスヘッド12側(架構3)側に位置している。
FIG. 4 is a plan view schematically showing the region IV in FIG. 3 together with the
The inner
第2舌部50は、周方向にて本体部44の他端面54から延在し、周方向直交断面にて、第2舌部50の断面形状は矩形形状に形成されている。第2舌部50は、軸線方向燃焼室19側の内周壁部56の径方向外側面と対向する径方向内側面、及び、シール壁部58の軸線方向架構3側の側面と対向する軸線方向燃焼室19側の側面を有する。ピストンリング40がピストン16に装着された状態では、第2舌部50が嵌合凹部60に嵌合することにより、第1舌部48及び第2舌部50がガスタイト形式の合口部46を形成する。合口部46では、ピストンリング40の外周面は、第1舌部48の径方向外側面64及び第2舌部50の径方向外側面66によって形成されている。
The
より詳しくは、第1舌部48の径方向外側面64は、本体部44の径方向にて外側に位置し、径方向外方を向いている。そして、第1舌部48の径方向外側面64は周方向に沿って延びており、ピストンリング40がピストン16に装着された状態では、シリンダ内周面42と対向させられる。以下では、第1舌部48の径方向外側面64を外周面64とも称する。なお、第1舌部48の外周面64は、シール壁部58の外側面である。
More specifically, the radially
同様に、第2舌部50の径方向外側面66は、本体部44の径方向にて外側に位置し、径方向外方を向いている。そして、第2舌部50の径方向外側面66は、周方向に沿って延びており、ピストンリング40がピストン16に装着された状態では、シリンダ内周面42と対向させられる。以下では、第2舌部50の径方向外側面66を外周面66とも称する。
Similarly, the radially
第1舌部48の嵌合凹部60に第2舌部50が嵌合した状態では、第1舌部48の周方向先端面68は本体部44の他端面54と隙間を存して対向し、第2舌部50の周方向先端面70は本体部44の一端面52と隙間を存して対向する。これらの隙間によって、ピストンリング40が燃焼ガスによって加熱されて膨張し、ピストンリング40が周方向に伸びたとしても、該周方向の伸びを吸収することができる。
In a state where the
このような隙間を本体部44の一端面52と第2舌部50の周方向先端面70との間に設けたことで、合口部46には、第1舌部48と第2舌部50が軸線方向に重なり合わない非重ね合わせ領域S1が第1舌部48の根元近傍に存在する。同様に、隙間を第1舌部48の周方向先端面68と本体部44の他端面54との間に設けたことで、合口部46には、第1舌部48と第2舌部50が軸線方向に重なり合わない非重ね合わせ領域S2が第2舌部50の根元近傍に存在する。一方、合口部46には、2つの非重ね合わせ領域S1,S2の間に、第1舌部48と第2舌部50が軸線方向にて重なり合う重ね合わせ領域S3が存在する。
例えば、重ね合わせ領域S3の周方向に沿った初期の長さは、ピストンリング40の摺動対象であるシリンダライナ15の初期の内径の1%以上4%以下である。
By providing such a gap between the one
For example, the initial length along the circumferential direction of the overlapping region S3 is 1% or more and 4% or less of the initial inner diameter of the
図5〜図9は、幾つかの実施形態に係るピストンリング40の第1舌部48を概略的に示す斜視図である。図10〜図12は、幾つかの実施形態に係るピストンリング40の第2舌部50を概略的に示す斜視図である。
図5〜図12に示したように、第1舌部48及び第2舌部50は、径方向にて外側に位置し且つ周方向にて先端側に位置する先端コーナー部72,74をそれぞれ有している。第1舌部48の先端コーナー部72では、先端面68と外側面64とが交わっている。同様に、第2舌部50の先端コーナー部74では、先端面70と外側面66とが交わっている。なお、先端面68,70と外側面64,66は、直角に交わっている必要は無く、曲面を介して交わっていてもよい。つまり、先端コーナー部72,74には、R加工が施されていてもよい。
5 to 9 are perspective views schematically showing the
As shown in FIGS. 5 to 12, the
そして、図5〜図12に示したように、幾つかの実施形態では、ピストンリング40は、第1舌部48、第2舌部50及び本体部44のうち少なくとも1つに形成された少なくとも1つのスリット76(76A〜76G)を有する。スリット76は、例えば切削加工により形成可能である。スリット76によって、軸線CLに平行な軸回りのモーメントに対し、第1舌部48の先端コーナー部72を含む部分、又は、第2舌部50の先端コーナー部74を含む部分の剛性が低減されている。
As shown in FIGS. 5 to 12, in some embodiments, the
この構成によれば、少なくとも1つのスリット76によって、第1舌部48の先端コーナー部72を含む部分,又は、第2舌部50の先端コーナー部74を含む部分の剛性が低減されているので、シリンダ内周面42に対する先端コーナー部72又は74の接触圧が低減される。このため、先端コーナー部72又は74近傍でシリンダ内周面42に大きな凹みが発生することが防止され、第2舌部50の外側面66又は第1舌部48の外側面64とシリンダ内周面42との間に大きな隙間が発生することが防止される。この結果、燃焼ガスの吹き抜けが防止され、第2舌部50の外側面66又は第1舌部48の外側面64の損傷が抑制される。
According to this configuration, the rigidity of the portion including the
幾つかの実施形態では、図5及び図6に示すように、少なくとも1つのスリット76は、シール壁部58に形成された周方向スリット76Aを含む。周方向スリット76Aは、周方向にてシール壁部58の先端側から周方向に沿って延び、シール壁部58の先端側を径方向にて隣り合う2つの領域に分割している。
例えば、周方向スリット76Aは、軸線方向にてシール壁部58を貫通し、シール壁部58の軸線方向両側に開口するとともに、先端面68に開口している。
In some embodiments, as shown in FIGS. 5 and 6, the at least one slit 76 includes a
For example, the circumferential slit 76 </ b> A penetrates the
この構成によれば、シール壁部58に形成された周方向スリット76Aによって、簡単な構成にて、先端コーナー部72を含む第1舌部48の部分の剛性が確実に低減される。
ここで、スリット76による剛性低下について詳細に説明する。図13は、周方向に沿ってみたときの図5の第1舌部48の先端面68を概略的に示す平面図である。同様に、図14は、スリット76が形成されていない第1舌部48の先端面68を概略的に示す平面図である。図15は、一端固定他端支持構造の梁状の部材に対して作用するモーメントMを説明するための図である。図16は、梁状の部材にモーメントMが作用したときの、曲率半径ρと、ヤング率Eと、断面二次モーメントIとの関係を説明するための図である。
According to this configuration, the
Here, the rigidity reduction by the
図13に示すように、スリット76Aによって、第1舌部48の先端側は、径方向外側部80と径方向内側部82とに分割される。第1舌部48の先端コーナー部72を含む径方向外側部80にはハッチングを付してあり、径方向外側部80の断面二次モーメントIは、ハッチングを付した領域の大きさによって決定される。
スリット76Aが形成されていない場合には、図14に示したように、第1舌部48の断面二次モーメントIは、ハッチングを付した領域の大きさによって決定される。
As shown in FIG. 13, the distal end side of the
When the
一方、径方向外側部80に作用するモーメントは、先端コーナー部72がシリンダ内周面42に当接することから、一端固定他端支持構造の梁状の部材の場合と同様に計算することが出来る。図15に示したように、一端固定他端支持構造の梁状の部材に対しては、部材の長手方向に均一に荷重が作用したとき、モーメントMが作用する。あるモーメントMが部材に作用すると、図16に示したように、部材の断面二次モーメントI及びヤング率Eに応じ決定される曲率(1/ρ=E/MI)にて、部材が曲げ変形する。
On the other hand, the moment acting on the radially
図13と図14を比較すれば明らかなように、軸線方向に関して、スリット76Aにより区画された径方向外側部80の断面二次モーメントIは、スリット76Aが形成されていない第1舌部48の断面二次モーメントIよりも小さい。このため、ガス圧がスリット76Aの壁面に対し径方向外方に作用したときに、径方向外側部80は大きく変形することができる。この結果、先端コーナー部72とシリンダ内周面42との間の接触圧が低減される。
As apparent from a comparison between FIG. 13 and FIG. 14, with respect to the axial direction, the cross-sectional secondary moment I of the radially
幾つかの実施形態では、図6に示したように、ピストンリング40は、シール壁部58を軸線方向に貫通する貫通孔78Aを更に有する。貫通孔78Aはスリット76Aに一体に連なっており、貫通孔78Aによって、周方向にて本体部44の一端側に位置するスリット76Aの終端部の径方向での幅が拡大されている。
In some embodiments, as shown in FIG. 6, the
この構成によれば、シール壁部58に形成された貫通孔78Aによって、スリット76Aの終端部の幅が拡大されているので、スリット76Aの周端部近傍での応力集中が緩和される。このため、先端コーナー部72を含む第1舌部48の部分の剛性を低減しながら、剛性が低下した部分の折損が防止される。
According to this configuration, since the width of the end portion of the
また、スリット76Aの終端部の幅が拡大されたことで、先端コーナー部72を含む第1舌部48の部分の剛性をより一層低減することができる。或いは、剛性が同じであれば、スリット76Aの終端部の幅を拡大することにより、周方向でのスリット76Aの長さLを短縮することができる。スリット76Aの長さを短縮することができれば、シリンダ内周面42の摩耗によりピストンリング40の外径が拡大し、第1舌部48と第2舌部50とが相互に重なっている重ね合わせ領域S3の長さが短くなっても、スリット76Aを通じた燃焼ガスの漏洩を確実に防止することができる。
Moreover, the rigidity of the part of the
幾つかの実施形態では、図7〜図12に示したように、ピストンリング40は、第1舌部48、第2舌部及び本体部44の何れかを軸線方向に貫通する貫通孔78(78B,78C,78D,78E,78F,78G)を更に有する。貫通孔78(78B,78C,78D,78E,78F,78G)はスリット76(76B,76C,76D,76E,76F,78G)に一体に連なっており、貫通孔78によって、スリット76の終端部の幅が拡大されている。
In some embodiments, as shown in FIGS. 7 to 12, the
この構成によれば、貫通孔78(78B,78C,78D,78E,78F,78G)によって、スリット76(76B,76C,76D,76E,76F,76G)の終端部の幅が拡大されているので、スリット76(76B,76C,76D,76E,76F,76G)の周端部近傍での応力集中が緩和される。このため、第1舌部48の先端コーナー部72を含む部分又は第2舌部50の先端コーナー部74を含む部分の剛性を低減しながら、剛性が低下した部分の折損が防止される。
また、スリット76(76B,76C,76D,76E,76F,76G)の終端部の幅が拡大されたことで、第1舌部48の先端コーナー部72を含む部分又は第2舌部50の先端コーナー部74を含む部分の剛性をより一層低減することができる。
According to this configuration, the width of the end portion of the slit 76 (76B, 76C, 76D, 76E, 76F, 76G) is expanded by the through hole 78 (78B, 78C, 78D, 78E, 78F, 78G). The stress concentration in the vicinity of the peripheral end of the slit 76 (76B, 76C, 76D, 76E, 76F, 76G) is alleviated. For this reason, breakage of the portion with reduced rigidity is prevented while reducing the rigidity of the portion including the
Moreover, the width | variety of the termination | terminus part of the slit 76 (76B, 76C, 76D, 76E, 76F, 76G) is expanded, and the part including the front-end |
幾つかの実施形態では、第1舌部48の先端コーナー部72を含む部分に関して、ヤング率をEとし、軸線CLに平行な軸に関する断面二次モーメントをIとし、軸線CLに平行な軸回りに作用するモーメントをMとしたときに、M/EI即ち曲率が0.00012644以上0.00316097以下の範囲に入るように、周方向スリット76Aの周方向での長さL及び径方向での位置が決定されている。
ここで、図17は、スリット76Aの長さLと、M/EIとの関係を示すグラフである。M/EIが0.00012644以上0.00316097以下であれば、第1舌部48の先端コーナー部72を含む径方向外側部80はモーメントに対し変形し易く、先端コーナー部72近傍でシリンダ内周面42に大きな凹みが発生することを確実に防止することができ
In some embodiments, with respect to the portion including the
Here, FIG. 17 is a graph showing the relationship between the length L of the
幾つかの実施形態では、径方向にてシール壁部58の外側面64から周方向スリット76Aまでの距離、即ち径方向外側部80の幅hは、先端面68の径方向での幅Wの28%以下である。
この構成によれば、シール壁部58の外側面64から周方向スリット76Aまでの距離、即ち径方向外側部80の幅hが、第1舌部48又は先端面68の径方向での幅Wの28%以下であり、第1舌部48の先端コーナー部72を含む部分の剛性を十分に低減することができる。
なおシール壁部58の外側面64から周方向スリット76Aまでの距離は短ければ短いほど良いが、加工性を考慮して、シール壁部58の外側面64から周方向スリット76Aまでの距離は、例えば、第1舌部48又は先端面68の径方向での幅Wの2%以上に設定される。
In some embodiments, the distance from the
According to this configuration, the distance from the
The shorter the distance from the
幾つかの実施形態では、径方向にてシール壁部58の外側面64から周方向スリット76Aまでの距離、即ち径方向外側部80の幅hが7mm以下である。
この構成によれば、シール壁部58の外側面64から周方向スリット76Aまでの距離が7mm以下であり、第1舌部48の先端コーナー部72を含む部分の剛性を十分に低減することができる。
なおシール壁部58の外側面64から周方向スリット76Aまでの距離は短ければ短いほど良いが、加工性を考慮して、例えば0.5mm以上に設定される。
In some embodiments, the distance from the
According to this configuration, the distance from the
The shorter the distance from the
幾つかの実施形態では、周方向にて周方向スリット76Aの長さLは、重ね合わせ領域S3の周方向に沿った初期の長さの34%以下である。
この構成によれば、周方向での周方向スリット76Aの長さLが、重ね合わせ領域S3の周方向に沿った初期の長さの34%以下であるため、第1舌部48と第2舌部50とが相互に重なっている重ね合わせ領域S3の長さに比べ、スリット76Aの長さを十分に短くすることができる。このため、シリンダ内周面42の摩耗によりピストンリング40の外径が拡大し、第1舌部48と第2舌部50とが相互に重なっている重ね合わせ領域S3の長さが短くなっても、スリット76Aを通じた燃焼ガスの漏洩を確実に防止することができる。
なお、周方向にて周方向スリット76Aの長さLは、重ね合わせ領域S3の周方向に沿った初期の長さの例えば13%以上に設定される。
In some embodiments, the length L of the
According to this configuration, since the length L of the
In the circumferential direction, the length L of the
幾つかの実施形態では、周方向にて周方向スリット76Aの長さLが15mm以下である。
この構成によれば、周方向での周方向スリット76Aの長さLが15mm以下であるため、第1舌部48と第2舌部50とが相互に重なっている重ね合わせ領域S3の長さに比べ、スリット76Aの長さを十分に短くすることができる。このため、シリンダ内周面42の摩耗によりピストンリング40の外径が拡大し、第1舌部48と第2舌部50とが相互に重なっている重ね合わせ領域S3の長さが短くなっても、スリット76Aを通じた燃焼ガスの漏洩を確実に防止することができる。
なお、周方向にて周方向スリット76Aの長さLは、例えば6mm以上に設定される。
In some embodiments, the length L of the
According to this configuration, since the length L of the
Note that the length L of the
幾つかの実施形態では、図7〜図9に示したように、少なくとも1つのスリット76は、本体部44の一端側及び第1舌部48のうち少なくとも一方に形成された径方向スリット76B,76C,76Dを含む。径方向スリット76B,76C,76Dは、本体部44の一端側又は第1舌部48の径方向にて内側面から、径方向に沿って延びている。
例えば、径方向スリット76B,76C,76Dは、本体部44の一端側又は第1舌部48の内周壁部56を軸線方向に貫通し、本体部44の一端側又は第1舌部48の内周壁部56の軸線方向両側にて開口している。そして、径方向スリット76B,76C,76Dは、本体部44の内側面(内周面)又は第1舌部48の内周壁部56の内側面(内周面)に開口している。
この構成によれば、本体部44の一端側及び第1舌部48のうち少なくとも一方に形成された径方向スリット76B,76C,76Dによって、簡単な構成にて、先端コーナー部72を含む第1舌部48の部分の剛性が確実に低減される。
なお、本体部44の一端側とは、例えば、ピストンリング40がシリンダライナ15内に配置された初期の状態で、本体部44の一端面52から中心角にて45度以内の範囲をさす。
In some embodiments, as shown in FIGS. 7 to 9, the at least one slit 76 is a
For example, the radial slits 76 </ b> B, 76 </ b> C, and 76 </ b> D penetrate the one end side of the
According to this configuration, the
The one end side of the
幾つかの実施形態では、図9に示したように、複数のスリット76(76C,76D)を並列に設けることで、各スリット76の長さが短くても剛性を確実に低減することができる。 In some embodiments, as shown in FIG. 9, by providing a plurality of slits 76 (76C, 76D) in parallel, the rigidity can be reliably reduced even if the length of each slit 76 is short. .
幾つかの実施形態では、図10に示したように、少なくとも1つのスリット76は、第2舌部50に形成された第2の周方向スリット76Eを含む。第2の周方向スリット76Eは、周方向にて第2舌部50の先端から周方向に沿って延び、第2舌部50の先端側を径方向にて隣り合う2つの領域に分割している。
この構成によれば、第2舌部50に形成された第2の周方向スリット76Eによって、簡単な構成にて、先端コーナー部74を含む第2舌部50の部分の剛性が確実に低減される。
In some embodiments, as shown in FIG. 10, the at least one slit 76 includes a second circumferential slit 76 </ b> E formed in the
According to this configuration, the rigidity of the portion of the
幾つかの実施形態では、図11及び図12に示したように、少なくとも1つのスリット76は、本体部44の他端側及び第2舌部50のうち少なくとも一方に形成された第2の径方向スリット76F,76Gを含む。第2の径方向スリット76F,76Gは、本体部44の他端側又は第2舌部50の径方向にて内側面から、径方向に沿って延びている。
例えば、第2の径方向スリット76F,76Gは、本体部44の他端側又は第2舌部50を軸線方向に貫通し、本体部44の他端側又は第2舌部50の軸線方向両側にて開口している。そして、第2の径方向スリット76F,76Gは、本体部44の内側面(内周面)又は第2舌部50の内側面(内周面)に開口している。
In some embodiments, as shown in FIGS. 11 and 12, at least one slit 76 has a second diameter formed on at least one of the other end side of the
For example, the second
この構成によれば、本体部44の他端側及び第2舌部50のうち少なくとも一方に形成された第2の径方向スリット76F,76Gによって、簡単な構成にて、先端コーナー部74を含む第2舌部50の部分の剛性が確実に低減される。
なお、本体部44の他端側とは、例えば、ピストンリング40がシリンダライナ15内に配置された初期の状態で、本体部44の他端面54から中心角にて45度以内の範囲をさす。
According to this configuration, the distal
The other end side of the
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、スリット76の数は1つに限定されず、周方向スリット、第2の周方向スリット、径方向スリット及び第2の径方向スリットを適宜組み合わせて用いてもよい。
周方向スリットは、周方向に対し斜めに延びていてもよく、径方向スリットは、径方向に対し斜めに延びていてもよい。
ピストンリング40は、複数のピストンリングがピストン16に装着される場合、燃焼室19の最も近くに配置されるトップリングに好適であるが、トップリング以外にも適用可能である。
更に、ピストンリング40が適用されるエンジン1は、舶用2サイクル大型ディーゼルエンジンが好適であるが、他のエンジンであってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
For example, the number of
The circumferential slit may extend obliquely with respect to the circumferential direction, and the radial slit may extend obliquely with respect to the radial direction.
The
Further, the
1 エンジン
2 台板
3 架構
4 シリンダジャケット
5 タイボルト
6 オイルパン
8 クランク軸
9 ジャーナル部
10 クランクピン
11 連接棒
12 クロスヘッド
13 ピストン棒
14 摺動板
15 シリンダ
16 ピストン
17 シリンダカバー
18 カバーボルト
19 燃焼室
20 排気ポート
21 排気弁
22 燃料噴射弁
23 掃気ポート
24 掃気室
25 グランドパッキン
26 ターボチャージャ
27 コンプレッサ
28 タービン
29 空気導管
30 掃気トランク室
31 空気冷却器
32 水滴分離器
33 逆流防止扉
34 排気静圧管
40 ピストンリング
41 ピストンリング溝
42 シリンダ内周面
44 本体部
46 合口部
48 第1舌部
50 第2舌部
52 一端面
54 他端面
56 内周壁部
58 シール壁部
60 嵌合凹部
64 外側面(外周面)
66 外側面(外周面)
68 先端面
70 先端面
72 先端コーナー部
74 先端コーナー部
76 スリット
78 貫通孔
80 径方向外側部
82 径方向内側部
CL 軸線
S1,S2 非重ね合わせ領域
S3 重ね合わせ領域
DESCRIPTION OF
66 Outside surface (outer peripheral surface)
68
Claims (7)
前記本体部の前記周方向の一端部において該一端部から他端部に延在し、前記本体部の径方向外側において前記軸線方向の一方側に前記周方向に沿って延在する嵌合凹部が形成された第1舌部と、
前記本体部の前記周方向の前記他端部において前記他端部から前記一端部に延在し、前記嵌合凹部に嵌合することにより前記第1舌部と共に合口部を形成する第2舌部と、
前記第1舌部に形成された少なくとも1つのスリットとを備え、
前記第1舌部は、前記径方向にて外側に位置し且つ前記周方向にて先端側に位置する先端コーナー部を有し、
前記スリットによって、前記軸線に平行な軸回りのモーメントに対し、前記第1舌部の前記先端コーナー部を含む部分の剛性が低減されており、
前記第1舌部は、前記径方向にて内側に位置し、前記第2舌部と対向する部分を有する内周壁部と、前記内周壁部から径方向外側に突出し、前記第2舌部と前記軸線方向にて対向するシール壁部とを有し、
前記少なくとも1つのスリットは、前記シール壁部に形成された周方向スリットを含み、
前記周方向スリットは、前記周方向にて前記シール壁部の先端から前記周方向に沿って延び、前記シール壁部の先端側を前記径方向にて隣り合う2つの領域に分割しているとともに、
前記第1舌部の先端コーナー部を含む部分に関して、ヤング率をEとし、前記軸線に平行な軸に関する断面二次モーメントをIとし、前記軸線に平行な軸回りに作用するモーメントをMとしたときに、M/EIが0.00012644以上0.00316097以下の範囲に入るように、前記周方向スリットの前記周方向での長さ及び前記径方向での位置が決定されている
ことを特徴とするピストンリング。 A main body extending along a circumferential direction around the axial direction;
A fitting recess extending from the one end portion to the other end portion at one end portion in the circumferential direction of the main body portion and extending along the circumferential direction to one side in the axial direction on the radially outer side of the main body portion. A first tongue formed with;
A second tongue that extends from the other end portion to the one end portion at the other end portion in the circumferential direction of the main body portion and forms an abutment portion together with the first tongue portion by fitting into the fitting recess. And
And at least one slit formed in the first tongue ,
The first tongue portion has a tip corner portion located outside in the radial direction and located on the tip side in the circumferential direction,
The slit reduces the rigidity of the portion including the tip corner portion of the first tongue with respect to a moment around an axis parallel to the axis ,
The first tongue portion is located on the inner side in the radial direction and has an inner peripheral wall portion having a portion facing the second tongue portion, and protrudes radially outward from the inner peripheral wall portion, and the second tongue portion, A seal wall portion facing in the axial direction,
The at least one slit includes a circumferential slit formed in the seal wall,
The circumferential slit extends along the circumferential direction from the distal end of the seal wall portion in the circumferential direction, and divides the distal end side of the seal wall portion into two regions adjacent in the radial direction. ,
Regarding the portion including the tip corner portion of the first tongue, the Young's modulus is E, the cross-sectional secondary moment about the axis parallel to the axis is I, and the moment acting around the axis parallel to the axis is M. Sometimes, the circumferential length and the radial position of the circumferential slit are determined so that M / EI falls within the range of 0.00012644 or more and 0.00316097 or less. Piston ring characterized by that.
前記本体部の前記周方向の一端部において該一端部から他端部に延在し、前記本体部の径方向外側において前記軸線方向の一方側に前記周方向に沿って延在する嵌合凹部が形成された第1舌部と、
前記本体部の前記周方向の前記他端部において前記他端部から前記一端部に延在し、前記嵌合凹部に嵌合することにより前記第1舌部と共に合口部を形成する第2舌部と、
前記第1舌部に形成された少なくとも1つのスリットとを備え、
前記第1舌部は、前記径方向にて外側に位置し且つ前記周方向にて先端側に位置する先端コーナー部を有し、
前記スリットによって、前記軸線に平行な軸回りのモーメントに対し、前記第1舌部の前記先端コーナー部を含む部分の剛性が低減されており、
前記第1舌部は、前記径方向にて内側に位置し、前記第2舌部と対向する部分を有する内周壁部と、前記内周壁部から径方向外側に突出し、前記第2舌部と前記軸線方向にて対向するシール壁部とを有し、
前記少なくとも1つのスリットは、前記シール壁部に形成された周方向スリットを含み、
前記周方向スリットは、前記周方向にて前記シール壁部の先端から前記周方向に沿って延び、前記シール壁部の先端側を前記径方向にて隣り合う2つの領域に分割しているとともに、
前記径方向にて前記シール壁部の外側面から前記周方向スリットまでの距離が7mm以下である
ことを特徴とするピストンリング。 A main body extending along a circumferential direction around the axial direction;
A fitting recess extending from the one end portion to the other end portion at one end portion in the circumferential direction of the main body portion and extending along the circumferential direction to one side in the axial direction on the radially outer side of the main body portion. A first tongue formed with;
A second tongue that extends from the other end portion to the one end portion at the other end portion in the circumferential direction of the main body portion and forms an abutment portion together with the first tongue portion by fitting into the fitting recess. And
And at least one slit formed in the first tongue ,
The first tongue portion has a tip corner portion located outside in the radial direction and located on the tip side in the circumferential direction,
The slit reduces the rigidity of the portion including the tip corner portion of the first tongue with respect to a moment around an axis parallel to the axis ,
The first tongue portion is located on the inner side in the radial direction and has an inner peripheral wall portion having a portion facing the second tongue portion, and protrudes radially outward from the inner peripheral wall portion, and the second tongue portion, A seal wall portion facing in the axial direction,
The at least one slit includes a circumferential slit formed in the seal wall,
The circumferential slit extends along the circumferential direction from the distal end of the seal wall portion in the circumferential direction, and divides the distal end side of the seal wall portion into two regions adjacent in the radial direction. ,
A piston ring, wherein a distance from an outer surface of the seal wall portion to the circumferential slit in the radial direction is 7 mm or less .
前記本体部の前記周方向の一端部において該一端部から他端部に延在し、前記本体部の径方向外側において前記軸線方向の一方側に前記周方向に沿って延在する嵌合凹部が形成された第1舌部と、
前記本体部の前記周方向の前記他端部において前記他端部から前記一端部に延在し、前記嵌合凹部に嵌合することにより前記第1舌部と共に合口部を形成する第2舌部と、
前記第1舌部に形成された少なくとも1つのスリットとを備え、
前記第1舌部は、前記径方向にて外側に位置し且つ前記周方向にて先端側に位置する先端コーナー部を有し、
前記スリットによって、前記軸線に平行な軸回りのモーメントに対し、前記第1舌部の前記先端コーナー部を含む部分の剛性が低減されており、
前記第1舌部は、前記径方向にて内側に位置し、前記第2舌部と対向する部分を有する内周壁部と、前記内周壁部から径方向外側に突出し、前記第2舌部と前記軸線方向にて対向するシール壁部とを有し、
前記少なくとも1つのスリットは、前記シール壁部に形成された周方向スリットを含み、
前記周方向スリットは、前記周方向にて前記シール壁部の先端から前記周方向に沿って延び、前記シール壁部の先端側を前記径方向にて隣り合う2つの領域に分割しているとともに、
前記周方向にて前記周方向スリットの長さが15mm以下である
ことを特徴とするピストンリング。 A main body extending along a circumferential direction around the axial direction;
A fitting recess extending from the one end portion to the other end portion at one end portion in the circumferential direction of the main body portion and extending along the circumferential direction to one side in the axial direction on the radially outer side of the main body portion. A first tongue formed with;
A second tongue that extends from the other end portion to the one end portion at the other end portion in the circumferential direction of the main body portion and forms an abutment portion together with the first tongue portion by fitting into the fitting recess. And
And at least one slit formed in the first tongue ,
The first tongue portion has a tip corner portion located outside in the radial direction and located on the tip side in the circumferential direction,
The slit reduces the rigidity of the portion including the tip corner portion of the first tongue with respect to a moment around an axis parallel to the axis ,
The first tongue portion is located on the inner side in the radial direction and has an inner peripheral wall portion having a portion facing the second tongue portion, and protrudes radially outward from the inner peripheral wall portion, and the second tongue portion, A seal wall portion facing in the axial direction,
The at least one slit includes a circumferential slit formed in the seal wall,
The circumferential slit extends along the circumferential direction from the distal end of the seal wall portion in the circumferential direction, and divides the distal end side of the seal wall portion into two regions adjacent in the radial direction. ,
The piston ring, wherein the circumferential slit has a length of 15 mm or less in the circumferential direction .
前記貫通孔によって、前記周方向にて前記本体部側に位置する前記スリットの終端部の幅が拡大されている
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のピストンリング。 A through hole penetrating the seal wall portion in the axial direction;
The piston ring according to any one of claims 1 to 3, wherein a width of a terminal portion of the slit located on the main body side in the circumferential direction is enlarged by the through hole.
前記本体部の前記周方向の一端部において該一端部から他端部に延在し、前記本体部の径方向外側において前記軸線方向の一方側に前記周方向に沿って延在する嵌合凹部が形成された第1舌部と、
前記本体部の前記周方向の前記他端部において前記他端部から前記一端部に延在し、前記嵌合凹部に嵌合することにより前記第1舌部と共に合口部を形成する第2舌部と、
前記第1舌部及び前記本体部のうち少なくとも1つに形成された少なくとも1つのスリットとを備え、
前記第1舌部は、前記径方向にて外側に位置し且つ前記周方向にて先端側に位置する先端コーナー部を有し、
前記スリットによって、前記軸線に平行な軸回りのモーメントに対し、前記第1舌部の前記先端コーナー部を含む部分の剛性が低減されており、
前記少なくとも1つのスリットは、前記本体部の前記周方向の前記一端部側及び前記第1舌部のうち少なくとも一方に形成された径方向スリットを含み、
前記径方向スリットは、前記本体部の前記周方向の前記一端部側又は前記第1舌部の前記径方向内側から、前記径方向外側に沿って延びている
ことを特徴とするピストンリング。 A main body extending along a circumferential direction around the axial direction;
A fitting recess extending from the one end portion to the other end portion at one end portion in the circumferential direction of the main body portion and extending along the circumferential direction to one side in the axial direction on the radially outer side of the main body portion. A first tongue formed with;
A second tongue that extends from the other end portion to the one end portion at the other end portion in the circumferential direction of the main body portion and forms an abutment portion together with the first tongue portion by fitting into the fitting recess. And
And at least one slit formed in at least one of the first tongue and the main body,
The first tongue portion has a tip corner portion located outside in the radial direction and located on the tip side in the circumferential direction,
The slit reduces the rigidity of the portion including the tip corner portion of the first tongue with respect to a moment around an axis parallel to the axis ,
The at least one slit includes a radial slit formed on at least one of the one end side in the circumferential direction of the main body and the first tongue,
The radial slit extends from the one end portion side in the circumferential direction of the main body portion or the radial inner side of the first tongue portion along the radial outer side. piston ring.
前記本体部の前記周方向の一端部において該一端部から他端部に延在し、前記本体部の径方向外側において前記軸線方向の一方側に前記周方向に沿って延在する嵌合凹部が形成された第1舌部と、
前記本体部の前記周方向の前記他端部において前記他端部から前記一端部に延在し、前記嵌合凹部に嵌合することにより前記第1舌部と共に合口部を形成する第2舌部と、
前記第2舌部及び前記本体部のうち少なくとも1つに形成された少なくとも1つのスリットとを備え、
前記第2舌部は、前記径方向にて外側に位置し且つ前記周方向にて先端側に位置する先端コーナー部を有し、
前記スリットによって、前記軸線に平行な軸回りのモーメントに対し、前記第2舌部の前記先端コーナー部を含む部分の剛性が低減されており、
前記少なくとも1つのスリットは、前記本体部の前記他端側及び前記第2舌部のうち少なくとも一方に形成された第2の径方向スリットを含み、
前記第2の径方向スリットは、前記本体部の前記他端側又は前記第2舌部の前記径方向にて内側面から、前記径方向に沿って延びている
ことを特徴とするピストンリング。 A main body extending along a circumferential direction around the axial direction;
A fitting recess extending from the one end portion to the other end portion at one end portion in the circumferential direction of the main body portion and extending along the circumferential direction to one side in the axial direction on the radially outer side of the main body portion. A first tongue formed with;
A second tongue that extends from the other end portion to the one end portion at the other end portion in the circumferential direction of the main body portion and forms an abutment portion together with the first tongue portion by fitting into the fitting recess. And
And at least one slit formed in at least one of the second tongue and the main body,
The second tongue portion has a tip corner portion located on the outer side in the radial direction and located on the tip side in the circumferential direction,
The slit reduces the rigidity of a portion including the tip corner portion of the second tongue portion with respect to a moment around an axis parallel to the axis ,
The at least one slit includes a second radial slit formed in at least one of the other end side and the second tongue portion of the main body portion,
The second radial slit extends from the inner surface of the other end side of the main body portion or the second tongue portion in the radial direction along the radial direction. Piston ring to do.
該シリンダ内を往復動可能であり、前記シリンダ内に燃焼室を形成するピストンと、
前記ピストンに装着された請求項1乃至6の何れか1項に記載のピストンリングを備えることを特徴とするエンジン。 A cylinder,
A piston capable of reciprocating in the cylinder and forming a combustion chamber in the cylinder;
An engine comprising the piston ring according to any one of claims 1 to 6 , which is attached to the piston.
Priority Applications (1)
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JP2014230514A JP6480709B2 (en) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | Piston ring and engine including the piston ring |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014230514A JP6480709B2 (en) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | Piston ring and engine including the piston ring |
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JP2016094975A JP2016094975A (en) | 2016-05-26 |
JP6480709B2 true JP6480709B2 (en) | 2019-03-13 |
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Family Applications (1)
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Family Cites Families (3)
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2014
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