JP7259710B2 - piston top ring - Google Patents
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Description
この発明は、レシプロエンジンのピストンの外周面に装着されるピストンリングの中でも、ピストンの頂面に近い位置に装着されるトップリングに関する。
BACKGROUND OF THE
エンジンのピストンがシリンダの内部を軸方向に往復運動することに伴って、ピストンの外周面に組み付けられたピストンリングがシリンダ内周面を摺動することで、シリンダ内周面に油膜が適切に形成されるように調整される。 As the piston of the engine reciprocates in the axial direction inside the cylinder, the piston ring attached to the outer peripheral surface of the piston slides on the inner peripheral surface of the cylinder, so that an appropriate oil film is formed on the inner peripheral surface of the cylinder. adjusted to form.
このようなピストンリングとして、特許文献1に例示されるようなオイルリング100が提案されている(本願の図8参照)。
なお図8は、特許文献1のオイルリングの構成および課題の説明図である。但し、図8は、シリンダの内周面に形成された油膜の厚み等を模式的に示している。
As such a piston ring, an
FIG. 8 is an explanatory diagram of the configuration and problems of the oil ring of
特許文献1のオイルリング100は、外周面102に、シリンダ1の内周面1aに対して摺動するように上下方向の中央部102cが上下各側102a,102bに対して径方向外側へ迫り出したバレル形状の外周摺動面102と、該外周摺動面102の上下各端から該外周摺動面102に対して上下各側へ離間する程径方向内側に位置するように傾斜する面取り部103a,103bと、が形成されたものである。
特許文献1のオイルリング100の外周面101における、外周摺動面102の上部102aおよび、上方に位置する面取り部103aに相当する外周面上部は、シリンダ1の内周面1aとの間に隙間s(以下、「上部隙間s」と称する。)が形成される。この上部隙間sは、上方(すなわち燃焼室3側)に向けて徐々に間隔が広くなるように形成されている(図8参照)。
In the
In the outer
このため、シリンダの内周面1aに形成された油膜が適切な厚みになるように、ピストン2が燃焼室3の側へ移動するに伴ってオイルリング100よって掻き採られたオイル7(潤滑油)は、上部隙間sに溜まる。
Therefore, the oil 7 (lubricating oil) scraped off by the
ここで、ピストン2が上死点(TDL)に到達することで瞬間的に停止した際に、上部隙間sに溜まったオイル7には、ピストン2の燃焼室3側への移動方向の慣性力が作用する。
Here, when the
このため、特許文献1のオイルリング100が、ピストン2の外周面に組み付けられたピストンリングのうち、燃焼室3の側に最も近いピストンリングである場合(すなわちトップリングである場合)、上部隙間sに溜まったオイル7は、ピストン2の燃焼室3の側への移動方向の慣性力により、燃焼室3の中央方向へ飛散されることが懸念される。
Therefore, when the
この燃焼室3の中央方向へ飛散したオイル7が、燃焼室3内で混合気に混入することで混合気と共に燃焼し、結果としてオイル消費が促進されていた。
The
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、ピストンが燃焼室の側へ移動するに伴ってシリンダの内周面から掻き採られたオイルが、ピストンが上死点に到達した際に慣性力によって燃焼室の中央方向へ飛散することを抑制することで、オイル消費量を低減できる、ピストンのトップリングの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of this problem. To provide a piston top ring capable of reducing oil consumption by suppressing scattering toward the center of a combustion chamber due to inertial force.
この発明は、シリンダと、該シリンダの内部において燃焼室の側とクランク室の側との間を往復運動するピストンと、を備えたエンジンに用いられ、上記ピストンの外周面に装着され、上記ピストンの往復運動に伴って、上記シリンダの内周面と摺動する摺動面を有するリング外周面が形成されたピストンリングのうち、上記燃焼室に最も近い位置に配置される、ピストンのトップリングであって、
上記ピストンの軸線に沿った断面において、上記リング外周面における上記摺動面よりも上記燃焼室側に、リング径方向内方に向かって凹んだ凹部が形成され、
上記凹部のリング径方向内面は、上記凹部における上記燃焼室側の端部からリング径方向内方へ弓なり形状に湾曲しながら上記クランク室側へ延びる湾曲面が少なくとも一部に形成されるとともに、該凹部における上記燃焼室側の端部が、上記シリンダの内周面を指向するように形成されたものである。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used in an engine provided with a cylinder and a piston reciprocating between a combustion chamber side and a crank chamber side inside the cylinder, and is mounted on the outer peripheral surface of the piston. A top ring of the piston, which is arranged closest to the combustion chamber, among piston rings having an outer peripheral surface having a sliding surface that slides on the inner peripheral surface of the cylinder with the reciprocating motion of the and
In a cross section along the axis of the piston, a concave portion is formed on the outer peripheral surface of the ring on the combustion chamber side of the sliding surface, the concave portion being concave inward in the ring radial direction,
The inner surface of the recess in the ring radial direction is at least partially formed with a curved surface that extends toward the crank chamber while curving inward in the ring radial direction from the end of the recess on the combustion chamber side, An end portion of the recess on the side of the combustion chamber is formed so as to face the inner peripheral surface of the cylinder.
上記構成によれば、シリンダの内周面(シリンダライナ)に膜状に形成されたオイルの一部は、燃焼室の側へ移動する際にトップリングによって掻き採られ、ピストンが上死点(TDC)に到達したときに慣性力を利用して湾曲面に沿って移動する。そして、オイルは、該湾曲面の上記燃焼室側の端部からシリンダの内周面方向に飛ばされる。これにより、本発明のトップリングは、オイルが燃焼室中央方向に飛ばされることを抑制し、オイル消費量を低減できる。 According to the above configuration, part of the film-like oil formed on the inner peripheral surface of the cylinder (cylinder liner) is scraped off by the top ring when moving toward the combustion chamber, and the piston moves to the top dead center ( TDC), it uses inertia to move along the curved surface. Then, the oil is blown from the combustion chamber side end of the curved surface toward the inner peripheral surface of the cylinder. As a result, the top ring of the present invention can suppress oil from being blown toward the center of the combustion chamber, thereby reducing oil consumption.
この発明の態様として、上記リング径方向内面における上記湾曲面よりもリング径方向の外側に、上記湾曲面の上記クランク室側の端部から該クランク室側かつリング径方向外側の方向へ傾斜して延びる傾斜面が形成されたものである。 As an aspect of the present invention, the curved surface on the ring radial direction inner surface is inclined outward in the ring radial direction from the curved surface, from the crank chamber side end portion of the curved surface toward the crank chamber side and the ring radial direction outer side. An inclined surface extending along the
上記構成によれば、ピストンが燃焼室側へ移動する際にシリンダの内周面から掻き採られ、凹部に導入されたオイルが、凹部において傾斜面を利用して湾曲面の側へスムーズに移動するのでオイルをシリンダの内周面の側へ飛散させる効果をより好適に得ることができる。 According to the above configuration, when the piston moves toward the combustion chamber, the oil scraped from the inner peripheral surface of the cylinder and introduced into the recess smoothly moves toward the curved surface by utilizing the inclined surface of the recess. Therefore, the effect of scattering the oil toward the inner peripheral surface of the cylinder can be more preferably obtained.
この発明の態様として、上記傾斜面には、その周辺よりも撥油性を高めるための表面処理が施されたものである。 As an aspect of the present invention, the inclined surface is subjected to a surface treatment for enhancing oil repellency as compared to the periphery thereof.
上記構成によれば、傾斜面の撥油性を高めることで、シリンダの内周面から掻き採られ、凹部に導入されたオイルを傾斜面から湾曲面にさらにスムーズに誘導することができる。 According to the above configuration, by increasing the oil repellency of the inclined surface, the oil scraped from the inner peripheral surface of the cylinder and introduced into the recess can be more smoothly guided from the inclined surface to the curved surface.
この発明の態様として、上記リング外周面には、上記凹部の上記燃焼室側端部を少なくとも一部に有して上記燃焼室側に形成された燃焼室側外周面と、上記凹部の上記クランク室側端部から該クランク室側へと延び、上記摺動面が少なくとも一部に形成されたクランク室側外周面と、を備え、上記燃焼室側外周面の最大径部分が、上記摺動面よりも上記シリンダの内周面との間隔が広くなるように形成したものである。 As an aspect of the present invention, the ring outer peripheral surface includes a combustion chamber side outer peripheral surface formed on the combustion chamber side having at least a part of the combustion chamber side end of the recess, and the crank of the recess. a crank-chamber-side outer peripheral surface extending from the chamber-side end toward the crank-chamber side and having the sliding surface formed at least partially thereon, wherein the maximum-diameter portion of the combustion-chamber-side outer peripheral surface is the sliding surface. It is formed so that the distance from the inner peripheral surface of the cylinder is wider than the surface.
上記構成によれば、燃焼室側外周面を、クランク室側外周面よりもシリンダの内周面に対してリング径方向内方に離間して形成できるため、ピストンが燃焼室側へ移動する際に、トップリングのリング外周面のうちクランク室側外周面の摺動面によってシリンダの内周面からオイルを掻き採ることができる。 According to the above configuration, since the outer peripheral surface on the combustion chamber side can be formed to be spaced further inward in the ring radial direction from the inner peripheral surface of the cylinder than the outer peripheral surface on the crank chamber side, the piston moves toward the combustion chamber side. In addition, oil can be scraped off from the inner peripheral surface of the cylinder by the sliding surface of the crank chamber side outer peripheral surface of the ring outer peripheral surface of the top ring.
従って、ピストンが燃焼室側へ移動する際にトップリングの摺動面によって掻き採ったオイルを、摺動面よりも燃焼室側に位置する凹部へとスムーズに誘導することができる。 Therefore, the oil scraped by the sliding surface of the top ring when the piston moves toward the combustion chamber can be smoothly guided to the recess located closer to the combustion chamber than the sliding surface.
この発明の態様として、上記凹部のリング径方向における、上記燃焼室側端部と最深部(リング径方向の内端部)との間の距離は、上記凹部のピストン軸方向における、上記燃焼室側端部と、該燃焼室側端部との対向端部との間の距離よりも短く設定されたものである。 As an aspect of the present invention, the distance between the combustion chamber side end portion and the deepest portion (inner end portion in the ring radial direction) of the recess in the ring radial direction is the distance between the recess in the piston axial direction of the combustion chamber. It is set shorter than the distance between the side end and the end opposite to the combustion chamber side end.
上記構成によれば、凹部のリング径方向の距離(深さ)を、リング径方向外側へ向けて開口する上記凹部のシリンダ軸方向の開口幅と比して短く(浅く)形成することにより、オイルが慣性により湾曲面に沿って移動する際に凹部において滞留することを抑制でき、シリンダの内周面に向けてスムーズに飛散させることができる。 According to the above configuration, the distance (depth) of the recess in the ring radial direction is shorter (shallower) than the opening width in the cylinder axial direction of the recess that opens outward in the ring radial direction. When the oil moves along the curved surface due to inertia, it is possible to prevent the oil from stagnation in the concave portion, and the oil can be smoothly scattered toward the inner peripheral surface of the cylinder.
この発明の態様として、上記湾曲面は、上記リング外周面の全周に亘って形成されたものである。 As an aspect of the present invention, the curved surface is formed over the entire circumference of the outer peripheral surface of the ring.
上記構成によれば、湾曲面を利用してオイルをシリンダの内周面の側へ飛散させる効果をリング外周面の全周に亘って得ることができる。 According to the above configuration, it is possible to obtain the effect of scattering the oil toward the inner peripheral surface of the cylinder using the curved surface over the entire circumference of the outer peripheral surface of the ring.
この発明によれば、ピストンが燃焼室の側へ移動するに伴ってシリンダの内周面から掻き採られたオイルが、ピストンが上死点に到達した際に慣性力によって燃焼室の中央方向へ飛散することを抑制することで、オイル消費量を低減することができる。 According to this invention, oil scraped from the inner peripheral surface of the cylinder as the piston moves toward the combustion chamber moves toward the center of the combustion chamber due to inertial force when the piston reaches top dead center. By suppressing the scattering, oil consumption can be reduced.
最初に、本発明を創作するに至った背景について説明する。 First, the background leading to the creation of the present invention will be described.
エンジンのオイルは、様々な要因によって消費される。
これら様々な要因の中でもオイルが燃焼室へ侵入して燃焼ガスによって燃やされることに起因する消費に関しては、ピストンの外周面とシリンダの内周面との隙間からオイルが燃焼室へ侵入すること(所謂「スローオフ」とも称する)や、クランク室内で揮発したオイルがブローバイガス通路や、吸気通路を通過して燃焼室へ侵入してすることがオイル消費の要因として挙げられる。
そこで発明者らは、特に上記スローオフによる要因がオイル消費の大きな割合を占めることに着目し、上記スローオフによるオイル消費を抑制するという課題を解決すべく鋭意検討した。具体的には発明者らは、シリンダの内周面に付着したオイルの一部が、ピストンに装着されたトップリングによって掻き上げられ、ピストンが上死点(TDC)に到達したときの慣性力により燃焼室の側へ飛散することで、燃焼室の内部の燃焼ガスによって燃やされることで消費するという課題を解決すべく鋭意検討した。その結果、発明者らは、本願発明に係るピストンのトップリングを創作するに至った。
Engine oil is consumed by various factors.
Among these various factors, the consumption caused by oil entering the combustion chamber and being burned by the combustion gas is caused by oil entering the combustion chamber through the gap between the outer peripheral surface of the piston and the inner peripheral surface of the cylinder ( (also called "slow-off"), and vaporized oil in the crank chamber passing through the blow-by gas passage and the intake passage and entering the combustion chamber are factors of oil consumption.
Therefore, the inventors paid particular attention to the fact that the slow-off factor occupies a large proportion of the oil consumption, and made earnest studies to solve the problem of suppressing the oil consumption due to the slow-off. Specifically, the inventors found that part of the oil adhering to the inner peripheral surface of the cylinder was scraped up by the top ring attached to the piston, and the inertia force when the piston reached top dead center (TDC) The inventors diligently studied to solve the problem of consuming by being burned by the combustion gas inside the combustion chamber by scattering to the side of the combustion chamber. As a result, the inventors have created the piston top ring according to the present invention.
以下、この発明の一実施形態を図面と共に説明する。
図1は紙面左側をピストンの正面視により、紙面右側を図中A矢視断面により示した片断面図であって、ピストンと該ピストンを挿入したシリンダとの位置関係を示す片断面図、図2は本実施形態のトップリングであって、ピストンに装着時の縮径された形状のトップリングを上方から視た斜視図、図3は図1中の領域Z1の拡大図、図4は図3中の領域Z2を拡大して示した、トップリングの凹部が奏する作用説明図、図5は、本実施形態のトップリングを装着したピストンおよび該ピストンを挿入するシリンダを上方から視て一部のみ示した断面図を示す。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the left side of the paper as a front view of the piston and the right side of the paper as a cross section from the arrow A in the figure, showing the positional relationship between the piston and the cylinder into which the piston is inserted. 2 is a top ring of this embodiment, and is a perspective view of the top ring with a reduced diameter when attached to the piston, as viewed from above; FIG. 3 is an enlarged view of region Z1 in FIG. 1; FIG. 5 is a part of the piston fitted with the top ring of this embodiment and the cylinder into which the piston is inserted, viewed from above. 1 shows a cross-sectional view showing only the .
なお、図5においては便宜上、後述するピストントップ21における隆起部21a(図1参照)等の構成は省略し、平坦状に示している。また、図中において、矢印X、Xu、Xdは夫々ピストンの軸方向(上下方向)、上方向(燃焼室側)、下方向(反燃焼室側、すなわちクランク室側)を示し、矢印D、Di、Doは夫々径方向、径方向内側、径方向外側を示す。
In FIG. 5, for the sake of convenience, the structure of the
図1は、往復動ピストンエンジン(レシプロエンジン)の主要部品であるシリンダ1と該シリンダ1に挿通されたピストン2を示す一部断面図であり、シリンダ1の内部には、該シリンダ1の内周面1a(シリンダライナ)をピストン2が摺動しながら上下動(往復運動)を行うことが可能に挿通されている。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a
ピストン2の上方には該ピストン2とシリンダ1の内周面1aおよびシリンダヘッド(図示省略)とで囲まれた燃焼室3が設けられるとともに、ピストン2の下方にはクランク室(図示省略)が設けられている。
A
ピストン2は、アルミ二ウムまたはアルミ合金で形成されており、ピストン上部22(ヘッド部)と、該ピストン上部22よりも下方に設けられたピストンスカート23およびピストンボス部24とを備えている。
The
ピストンスカート23は、ピストン上部22の周縁部から下方に延びてピストン2の径方向において互いに対向するように設けられている。ピストンボス部24は、一対のピストンスカート23間に設けられている。
The piston skirts 23 are provided so as to extend downward from the periphery of the piston
図1に示すように、ピストントップ21は、燃焼室3の底面を形成するとともに、燃焼室3の容積を調整してシリンダ1の幾何学的圧縮比を高く設定するために隆起部21aが形成されている。
As shown in FIG. 1, the
ピストン上部22は円柱状あるいは円筒状に形成されており、該ピストン上部22の外周面25(以下、「上部外周面25」と称する。)には、ピストンリング4を装着するための複数のピストンリング溝251が全周に亘って円環状に凹設されている。
The piston
この実施形態では、3つのピストンリング4に対応して3条のピストンリング溝251が上部外周面25に、上下方向(ピストン軸方向)に互いに離間して形成されている。上部外周面25の上下方向における、ピストンリング溝251間、および、ピストントップ21と、最も上方(すなわち燃焼室3側又はピストントップ21側)に位置するピストンリング溝251との間には、ランド部261が形成されている。
In this embodiment, three
具体的には、ランド部261は、トップランド261a、セカンドランド261bおよびサードランド261cから成り、この順に上部外周面25の上方から下方へ配設されている。トップランド261aは、後述するトップリング溝251aとピストントップ21との間に形成されている。
Specifically, the
トップランド261aとセカンドランド261bとの間には、3条のピストンリング溝251のうち、最も上方(燃焼室3側)に位置するトップリング溝251aが凹設されている。セカンドランド261bとサードランド261cとの間には、3条のピストンリング溝251のうち、上下方向の中間に位置するセカンドリング溝251bが凹設されている。サードランド261cの直下部には、3条のピストンリング溝251のうち、最も下方(反燃焼室側)に位置するオイルリング溝251cが凹設されている。
Between the
トップリング溝251aには、3つのピストンリング4のうち、第1のコンプレッションリングとしてのトップリング4aが装着される。セカンドリング溝251bには、3つのピストンリング4のうち、第2のコンプレッションリングとしてのセカンドリング4bが装着される。
Of the three
さらに、オイルリング溝251cには、3つのピストンリング4のうち、オイルリング4cが装着されている。
なお、これら3つのピストンリング4が、ピストン上部22の夫々に対応するピストンリング溝251に装着された状態において、ピストンリング4の径方向は、ピストン2の径方向と一致するものとする。
Furthermore, the
It is assumed that the radial direction of the
これら3本のピストンリング4は共に、ピストン2の移動時にシリンダ1の内周面1aと摺動することで、シリンダ1の内周面1aに適切な厚みの油膜7a(潤滑油膜)(図4、図5参照)を形成する。
These three
具体的には、オイルリング4cは、ピストン2が下方へ移動するとき、シリンダ1の内周面1aに付着した余剰なオイル7(潤滑油)を掻き落とすことで適切な厚みの油膜7aを形成する機能を有する。
Specifically, when the
トップリング4aとセカンドリング4bとは共に、ピストン2とシリンダ1の内周面1aとの間において燃焼ガスやオイル7をシールする機能を有する。さらにトップリング4aは、ピストン2が上方へ移動するとき、シリンダ1の内周面1aに付着したオイル7を掻き上げることで適切な厚みの油膜7aを形成する機能も有している。
Both the
また図2に示すようにトップリング4aを例に採り説明するが、3本のピストンリング4は共に、合口部49を有するC環状に形成されている。合口部49は、円環状の一部が分断された部分であり、互に対向する一対の合口端部49t,49t(自由端)を有している。
As shown in FIG. 2, the
ピストンリング4は、合口部49に僅かな隙間49s(合口隙間49s)を残して径方向内側へ圧縮された状態でピストンリング溝251に装着される。これにより、ピストンリング4は、シリンダ1の内周面1aの側(径方向外側)へ付勢して該シリンダ1の内周面1aとの間のシール性を高めている。
The
続いて、3本のピストンリング4のうち、トップリング4aについてさらに説明する。
図2~図5に示すように、トップリング4aはステンレス等の鋼材で形成され、該トップリング4aの外周面30は、外周面上部31と、該外周面上部31に対してシリンダ1の内周面1aの側(すなわち径方向外側)に向けて迫り出した外周面下部35とを有して形成されている。
Next, of the three
As shown in FIGS. 2 to 5, the
特に図3に示すように、外周面下部35は、シリンダ1の内周面1aと平行に上下方向に延びてピストン2の上下動に伴ってシリンダ1の内周面1aと摺動する摺動面36と、摺動面36に対して上下各側に位置し、摺動面36に対して上下各側に離間する程、シリンダ1の内周面1aと離間(すなわち径方向内側へ位置)するように傾斜する傾斜面37a,37bと、外周面下部35の上下各端部に形成された面取り部38a,38bとを備えている。
In particular, as shown in FIG. 3, the outer peripheral surface
図3、図4に示すように、外周面上部31は、トップリング4aの外周面30の上端部分に相当し、径方向内側に向かって凹んだ凹部32と、トップリング4aの上端周縁を形成する外周面上端部33とが形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the outer peripheral surface
図4に示すように、凹部32の径方向内面40は、該凹部32の上端(41a)から径方向内側へ全体として弓なり形状(孤形状)に湾曲しながら下降する湾曲面41と、湾曲面41の下端41bから径方向外方に向かって直線状に下降する傾斜面42とで形成されている。
As shown in FIG. 4, the radial
湾曲面41の上端41aは凹部32(径方向内面40)の上端(41a)に位置し、当例において湾曲面41は、凹部32の径方向内面40における、上端(41a)から、該上端(41a)の直下の位置(41b)に位置するまで連続して形成されている。すなわち、上記湾曲面41は、凹部32の径方向内面40における、該凹部32の上端(41a)および、該上端41aの直下位置(41b)よりも径方向内側に相当する部分に形成されている。
The
凹部32の径方向における最深部41c(湾曲面41の径方向内端(41c))は、湾曲面41の上端41aと下端41bとの間の上下方向の中間位置と同じ高さに位置している。湾曲面41は、ピストン2の軸線に沿った断面(すなわち、トップリング4aの周方向に直交する面で切断した断面)において、該湾曲面41の接線の勾配が下端41bから最深部41cに近付く程徐々に急峻になる湾曲面で形成されるとともに、該最深部41cを変曲点として該最深部41cよりも上方が径方向外側へ反り返るような湾曲面で形成されている。
The radially
すなわち、湾曲面41は、最深部41cに対して上下各側が線対称になる半楕円弧形状に形成されている。
That is, the
さらに、湾曲面41は、ピストン2の軸線に沿った断面において、径方向よりも上下方向が長い半楕円弧形状に形成されている(図4参照)。
Furthermore, the
具体的には、凹部32の上端(41a)から径方向内端(41c)までの径方向の距離(b)は、凹部32の上端(41a)から、該上端(41a)の直下位置(41b)までの距離(a)よりも短く形成されている(図4参照)。
Specifically, the radial distance (b) from the upper end (41a) of the
換言すると、凹部32の径方向の深さ(b)は、ピストン2の軸線に沿った断面において径方向外側へ向けて開口する凹部32の上下方向の開口長さ(a)よりも短く形成されている(a>b(図4参照))。
In other words, the radial depth (b) of the
また図4に示すように、湾曲面41の上端41aは上述したように、凹部32の上端(41a)に位置しており、外周面上端部33は、湾曲面41の上端41aからトップリング4aの上面4auまで上方へ連続する直線状に延びている。
Further, as shown in FIG. 4, the
湾曲面41の上端41aは、ピストン2の軸線に沿った断面において、シリンダ1の内周面1aを指向している(図4中の仮想線で示した直線L参照)。すなわち、湾曲面41の上端41aにおける接線(L)は、上方程径方向外側に位置するように傾斜して延び、湾曲面41の上端41aよりも上方位置においてシリンダ1の内周面1aを指向、すなわち、該内周面1aと交差する方向ように延びている。
An
但し本実施形態においては、湾曲面41の上端41aは、ピストントップ21(ピストン2の頂面)の高さh(図3参照)よりも上方、すなわち高温になる燃焼室3の側を指向しないように、ピストントップ21の高さhよりも極力下方においてシリンダ1の内周面1aを指向している。
However, in this embodiment, the
図4に示すように、傾斜面42は、凹部32の略下面に相当し、径方向内面40の一部を成している。傾斜面42は、ピストン2の軸線に沿った断面において湾曲面41の下端41bから凹部32(径方向内面40)の下端42aまで径方向外方に向かって直線状に下降している。傾斜面42の下端42a(径方向外端)は凹部32の下端(42a)に位置し、該下端42aから下方、すなわち外周面下部35(面取り部38a)の側へ連続して延びている。
As shown in FIG. 4 , the
傾斜面42には、その周辺よりも撥油性を高めるための表面処理が施されている。
The slanted
撥油性を高めるための表面処理は、傾斜面42に、ロータス効果を有するように多数の凹部を形成した微細構造(撥油テクスチャ)とする処理と、傾斜面42に、テフロン(登録商標)に代表されるフッ素樹脂(PTFE)等の撥油性を有する材料を備える処理とのうち、少なくとも1つの処理を有している。
ここで、上述した撥油性を有する材料を備える処理は、例えば、傾斜面42の表面に撥油性を有する材料を塗布したり、撥油性を有する部材を傾斜面42に相当する部位に配設することで傾斜面42の表面を形成することを含む。また、フッ素樹脂として架橋フッ素樹脂を採用することで、長期的に高い撥水撥油を得ることができるため好ましい。
The surface treatment for enhancing the oil repellency is a treatment to make the
Here, the treatment with the material having oil repellency described above is, for example, coating the surface of the
また図4に示すように、外周面上端部33と外周面下部35とは共に、凹部32の径方向の最深部41cに対して径方向外側へ迫り出して形成している。
但し、外周面上端部33は、該外周面上端部33の下端に相当する凹部32の上端(41a)も含めて上下方向の全体が、外周面下部35の摺動面36よりも径方向外側へ迫り出さないようにシリンダ1の内周面1aに対して離間(退避)して形成している。
具体的には、摺動面36は、ピストン2が上昇する際に、シリンダ1の内周面1aと摺動することで、シリンダ1の内周面1aに付着したオイル7の一部を掻き上げる部分に相当する。すなわち、摺動面36は、外周面下部35の上下方向における最大径部分に相当し、シリンダ1の内周面1aに対して最も近接した部位となる。
As shown in FIG. 4 , both the outer peripheral surface
However, the entire outer peripheral surface
Specifically, when the
これに対して、外周面上端部33の上下方向における最大径部分は、外周面下部35の摺動面36よりも、径方向外側へ迫り出さないように形成されている。
On the other hand, the maximum diameter portion in the vertical direction of the
すなわち、外周面上端部33は、その上下方向の全体が摺動面36よりもシリンダ1の内周面1aとの径方向の間隔が広くなるように形成されている(e>f(図4参照))。換言すると、ピストン2の軸線に沿った断面において凹部32の径方向外側部分に相当する傾斜面42は、少なくとも一部が外周面上端部33に遮られることなく上方(燃焼室3側)に向けて開放されている(図4、図5参照)。
In other words, the
さらに本実施形態においては、外周面上端部33は、その上下方向の全体が凹部32の下端(42a)、換言すると外周面下部35の上端(42a)よりもシリンダ1の内周面1aとの径方向の間隔が広くなるように形成されている(e>g(図4参照))。
Furthermore, in the present embodiment, the outer peripheral surface
このように、外周面上端部33を、径方向外側へ迫り出して形成することで、凹部32の径方向内面40に、ピストン2を径方向内側へ抉るような上述した弓なり形状の湾曲面41を確実に形成できつつ、摺動面36よりもシリンダ1の内周面1aに対して径方向内側へ離間させることで、ピストン2が上昇する際に、シリンダ1の内周面1aに付着したオイル7を、トップリング4aの外周面30のうち、外周面上端部33によって不用意に掻き上げることを回避することができる。
By forming the
これにより、ピストン2が上昇する際に、シリンダ1の内周面1aに付着したオイル7を、摺動面36によって掻き上げて凹部32へと導入することができる。
As a result, when the
なお、当例において外周面上端部33は、トップリング4aの上面4auと凹部32の上端(41a)部との間において、シリンダ1の内周面1aと平行に上下方向に延びているが、上下方向の全体が、摺動面36よりもシリンダ1の内周面1aに対して径方向内側へ離間している。
In this example, the outer peripheral surface
上述したトップリング4aの、ピストン2の軸線に沿った断面形状は、該トップリング4aの全周に亘って一様に形成されている。すなわち凹部32(湾曲面41および傾斜面42)は、トップリング4aの外周面30の周方向の全体に亘って形成されている。
The cross-sectional shape of the above-described
本実施形態のピストン2のトップリング4aは、図1に示すように、シリンダ1と、該シリンダ1の内部において往復運動するピストン2と、を備えるとともに、これらシリンダ1とピストン2とによって燃焼室3の少なくとも一部が画成されるエンジンに用いられ、ピストン2の上部外周面25(外周面)の軸方向(上下方向)に離間して装着される複数のピストンリング4のうち、最も上方(燃焼室3に近い)位置に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態のトップリング4aは、図2~図4に示すように、ピストン2の往復運動に伴ってシリンダ1の内周面1aに摺動する摺動面36を有する外周面30(リング外周面)が形成されるとともに、外周面30における、摺動面36よりも上方部分、すなわち上端部分に、径方向内方に向かって凹んだ凹部32が形成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
さらに、本実施形態のトップリング4aは、図4に示すように、凹部32の径方向内面40に、該凹部32の上端(41a)から径方向内方へ全体として弓なり形状に湾曲しながら下降する湾曲面41が形成されている。加えて本実施形態のトップリング4aは、湾曲面41の上端41aが、ピストン2の軸線に沿った断面において、シリンダ1の内周面1aを指向するように形成されたものである。
Further, as shown in FIG. 4, the
上記構成によれば、シリンダ1の内周面1aに膜状に形成されたオイル7の一部は、ピストン2がシリンダ1の内部を上昇する際に、トップリング4aの摺動面36によって掻き上げられ、該トップリング4aの凹部32に導入される。
According to the above configuration, part of the
そして、トップリング4aは、凹部32の径方向内面40に湾曲面41が形成されているため、凹部32に導入されたオイル7を、ピストン2が上死点(TDC)に到達したときの慣性力を利用して凹部32において湾曲面41に沿って上方へ移動させることができる(図4中の矢印d2参照)。
Since the
さらに、トップリング4aは、湾曲面41の上端41a(すなわち凹部32の上端(41a))に到達したオイル7を、該湾曲面41の上端41aから径方向外側、すなわちシリンダ1の内周面1aの側へと飛散させることができる(図4中の矢印d3参照)。
Furthermore, the
これにより、オイル7をリンダの内周面1aの側へと還流することができ、結果として、オイル7が高温の燃焼室3の中央側に飛ばされることで燃焼することを抑制し、結果としてオイル消費量を低減できる。
As a result, the
この発明の態様として図4に示すように、ピストン2のトップリング4aは、凹部32の径方向内面40における湾曲面41よりも径方向の外側に、湾曲面41の下端41bに連続して径方向外方に向かって下降する傾斜面42が形成されたものである。
As shown in FIG. 4 as an embodiment of the present invention, the
このように、凹部32における湾曲面41よりも径方向の外側かつ下方に、傾斜面42を形成することで、ピストン2が上昇するに伴って、トップリング4aの摺動面36によってシリンダ1の内周面1aから掻き上げられ、凹部32に導入されたオイル7を、上昇するピストン2が上死点に到達した際に、該オイル7の慣性力を活かして凹部32において湾曲面41の方向にスムーズに移動させることができる(図4中の矢印d1参照)。
In this way, by forming the
従って、凹部32の径方向内面40における湾曲面41よりも径方向の外側に、例えば、水平面を形成する場合よりも、シリンダ1の内周面1aへと飛散させる効果をより好適に得ることができる。
Therefore, the effect of scattering to the inner
この発明の態様としてピストン2のトップリング4aは、傾斜面42に、その周辺よりも撥油性を高めるための表面処理が施されたものである。
As an aspect of the present invention, the
上記構成によれば、傾斜面42の撥油性を高めることで、シリンダ1の内周面1aから掻き上げられ、凹部32の傾斜面42に導入されたオイル7を傾斜面42から湾曲面41へと、よりスムーズに誘導することができる。
According to the above configuration, by increasing the oil repellency of the
この発明の態様として図4に示すように、ピストン2のトップリング4aは、 外周面30(リング外周面)に、凹部32の上端(41a)よりも上方に相当する外周面上端部33と、凹部32の下端(42a)よりも下方に相当し、上記摺動面36が上下方向の少なくとも一部に形成された外周面下部35と、を備え、外周面上端部33の上下方向における最大径部分が、外周面下部35の上下方向における最大径部分である摺動面36よりもシリンダ1の内周面1aとの間隔が広くなるように形成したものである(e>f(図4参照))。
As shown in FIG. 4 as an embodiment of the present invention, the
すなわち、上側に有する外周面上端部33と、下側に有する外周面下部35とは、共に凹部32の径方向内端(41c)に対して径方向外側へ迫り出して形成されている。但し、上述したように外周面上端部33は、外周面下部35よりもシリンダ1の内周面1aに対して径方向に離間して形成したものである。
That is, both the outer peripheral surface
これにより、ピストン2が上昇する際に、シリンダ1の内周面1aに付着したオイル7を、トップリング4aの外周面30における、外周面上端部33によって不用意に掻き上げることがなく、外周面下部35によって確実に掻き上げることができる。
As a result, when the
従って、トップリング4aの摺動面36によって掻き上げたオイル7を、外周面下部35の上方に位置する凹部32へとスムーズに誘導することができる。
Therefore, the
この発明の態様として図4に示すように、ピストン2のトップリング4aは、凹部32における、上端(41a)から径方向内端(41c)までの径方向の距離(b)が、凹部32における、上端(41a)から該上端(41a)の鉛直下方位置(41b)までの上下方向の距離(a)(換言すると、径方向外側へ向けて開口する凹部32の上下方向における開口幅(a))よりも短く設定されたものである。
As shown in FIG. 4 as an aspect of the present invention, the
まず、ピストン2が上昇するに伴って摺動面36によってシリンダ1の内周面1aから掻き上げられ、凹部32に導入されたオイル7は、上昇するピストン2が上死点に到達した際に、該オイル7が慣性により湾曲面41に沿って上方に移動しようとする。
First, as the
その際に、上述したように、凹部32を、径方向の長さ(a)(深さ)を開口部分における上下方向(シリンダ軸方向)の長さよりも短く(b)(浅く)形成することで(図4参照)、オイル7が凹部32に入り込んだ状態で滞留することを抑制でき、該オイル7をシリンダ1の内周面1aに向けてスムーズに飛散させることができる。
At that time, as described above, the radial length (a) (depth) of the
この発明の態様として図2~図5に示すように、ピストン2のトップリング4aは、湾曲面41が、外周面30の全周、すなわち、トップリング4aの外周面30の周方向において対向する合口端部49t,49t(図2参照)間の全体に亘って形成されたものである。
As shown in FIGS. 2 to 5 as an aspect of the present invention, the
上記構成によれば、湾曲面41を利用してオイル7をシリンダ1の内周面1aの側へ飛散させる効果を外周面30の全周に亘って得ることができる。
According to the above configuration, the effect of scattering the
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではなく様々な実施形態で形成することができる。 The present invention is not limited to only the configurations of the examples described above, but can be formed in various embodiments.
例えば、本発明のトップリングは、上述した実施形態のトップリング4aのように、凹部32の径方向内面40における、湾曲面41に対して径方向外側かつ下方に傾斜面42(図4参照)を形成せずに、変形例Aに示すトップリング4aAのように、凹部32Aの上端(41a)から下端(42a)に至るまで、径方向内面40Aの上下方向の全体を、湾曲面41Aで形成してもよい(図6(a)参照)。
図6(a)は変形例Aのトップリングを、図4に対応させて示した断面図である。なお、変形例Aおよび以下で説明する変形例のうち、上述した実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
For example, the top ring of the present invention, like the
FIG. 6(a) is a cross-sectional view showing the top ring of Modification A corresponding to FIG. In addition, among modifications A and modifications described below, the same configurations as in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
この湾曲面41Aは、凹部32Aの上端(41a)から径方向内側へ全体として弓なり形状(孤形状)に湾曲しながら下降する湾曲面であり、この湾曲面41Aにより、凹部32Aの径方向内面40Aの上下方向の全体を一定の曲率で形成している。
The
上記湾曲面41Aによれば、上昇したピストン2が上死点に到達した際に、凹部32へと誘導されたオイル7を、慣性を利用して凹部32Aの湾曲面41Aに沿って凹部32の上端(41a)までスムーズに移動させることができ、該上端(41a)からシリンダ1の内周面1aに向けて勢いよく飛散することができる。
According to the
また本発明のトップリングは、上述した実施形態のトップリング4aや、変形例Aのトップリング4aAに限らず、変形例Bのトップリング4aBのように、例えば、上述した実施形態の傾斜面42の代わりに水平面42Bを形成してもよい(図6(b)参照)。
図6(b)は変形例Bのトップリングを、図4に対応させて示した断面図である。
In addition, the top ring of the present invention is not limited to the
FIG. 6(b) is a cross-sectional view showing the top ring of Modification B corresponding to FIG.
上記構成によれば、凹部32Bの下部を傾斜面42や湾曲面41Aで形成する場合と比して該凹部32Bの下部に広いスペースを確保できるため、ピストン2上昇時に摺動面36によって掻き上げたオイル7を凹部32Bへと積極的に導入することができる。
According to the above configuration, a wider space can be secured in the lower portion of the recessed
また本発明のトップリングは、上述した実施形態のトップリング4aのように、外周面30の全周に亘って凹部32を形成するに限らず、変形例Cのトップリング4aCのように、複数の凹部32Cを外周面30Cの周方向において等間隔に配設した構成を採用してもよい(図7参照)。
なお、図7は変形例Cのトップリングを、図2に対応させて周方向の一部のみを示した外観図である。
Further, the top ring of the present invention is not limited to forming the
7 is an external view showing only a part of the top ring of Modification C in the circumferential direction corresponding to FIG.
変形例Cのトップリング4aCの凹部32Cは、ピストン2の軸線に沿った断面において、上述した実施形態における凹部32と同様の断面形状で形成することができるが、これに限らず、変形例Aの凹部32A或いは変形例Bの凹部32Bと同様の断面形状となるように形成してもよい。
The recessed
すなわち、変形例Cのトップリング4aCの凹部32Cは、径方向内面40Cが、ピストン2の軸線に沿った断面において、凹部32Cにおける上端(41a)から径方向内方へ弓なり形状に湾曲しながら下降する湾曲面を有するとともに、該凹部32Cにおける上端(41a)が、シリンダ1の内周面1aを指向するように形成された断面形状であれば、特に限定しない。
That is, the recessed
また言うまでもなく本発明のトップリングは、図示省略するが、複数の凹部32Cを、リング外周面30の周方向において等間隔に配設した構成に限らず、リング外周面30の周方向の少なくとも一部に非連続状に設けた構成を採用してもよい。
Needless to say, although not shown, the top ring of the present invention is not limited to a configuration in which a plurality of
また本発明のトップリングにおける、クランク室側外周面は、凹部の下端から下方へ連続して延びるとともに、上下方向の少なくとも一部に摺動面を有する構成であれば、上述した実施形態の外周面下部35のように、傾斜面37a,37bや面取り部38a,38b(図3、図4参照)を備えずに形成してもよい。
Further, in the top ring of the present invention, the crank chamber-side outer peripheral surface extends continuously downward from the lower end of the recess and has a sliding surface on at least part of the vertical direction. Like the surface
また本発明のトップリングの凹部における湾曲面は、ピストン2の軸線に沿った断面において、凹部の上端から径方向内方へ全体として弓なり形状に湾曲しながら下降する湾曲形成、すなわち、凹部の径方向外側から視て、下部に対して上部が反り返った湾曲形状であれば、湾曲面の上端から下端にかけて一定の曲率で形成するに限らず、異なる曲率の湾曲面を組み合わせて形成してもよい。
In addition, the curved surface of the recess of the top ring of the present invention is formed so that, in a cross section along the axis of the
上述した実施形態のトップリング4aは、外周面上端部33(燃焼室側外周面)を、凹部32の上端(41a)(凹部の燃焼室側端部)からトップリング4aの上面4auまで上下方向に延びるように形成したものである。但し、本発明のトップリングは、上記実施形態に限定せず、図示省略するが凹部32の上端(41a)がトップリング4aの上面4auに位置する形態、すなわち外周面上端部33(燃焼室側外周面)を径方向外側へ点状に突出する形態を採用してもよい。
In the
1…シリンダ
1a…シリンダの内周面
2…ピストン
3…燃焼室
4…ピストンリング
4a…トップリング
25…上部外周面(ピストンの外周面)
30…外周面(リング外周面)
32…凹部
33…外周面上端部(燃焼室側外周面)
35…外周面下部(クランク室側外周面)
36…摺動面
40…凹部の径方向内面
41…湾曲面
41a…凹部の上端(凹部の燃焼室側端部)
41c…凹部の径方向における最深部
42a…凹部の下端(凹部のクランク室側端部)
42…傾斜面
Xu…上方向(燃焼室側)
Xd…下方向(クランク室側)
D…径方向(リング径方向)
DESCRIPTION OF
30... Outer peripheral surface (ring outer peripheral surface)
32...
35: Lower outer peripheral surface (crank chamber side outer peripheral surface)
36 Sliding
41c... Deepest part in the radial direction of the
42... Inclined surface Xu... Upward (combustion chamber side)
Xd...Downward (crank chamber side)
D...Radial direction (ring radial direction)
Claims (6)
上記ピストンの軸線に沿った断面において、上記リング外周面における上記摺動面よりも上記燃焼室側に、リング径方向内方に向かって凹んだ凹部が形成され、
上記凹部のリング径方向内面は、上記凹部における上記燃焼室側の端部からリング径方向内方へ弓なり形状に湾曲しながら上記クランク室側へ延びる湾曲面が少なくとも一部に形成されるとともに、該凹部における上記燃焼室側の端部が、上記シリンダの内周面を指向するように形成された
ピストンのトップリング。 Used in an engine comprising a cylinder and a piston that reciprocates between the combustion chamber side and the crank chamber side inside the cylinder, and is mounted on the outer peripheral surface of the piston to support the reciprocating motion of the piston. A top ring of the piston arranged closest to the combustion chamber among the piston rings formed with the ring outer peripheral surface having the sliding surface that slides on the inner peripheral surface of the cylinder,
In a cross section along the axis of the piston, a concave portion is formed on the outer peripheral surface of the ring on the combustion chamber side of the sliding surface, the concave portion being concave inward in the ring radial direction,
The inner surface of the recess in the ring radial direction is at least partially formed with a curved surface that extends toward the crank chamber while curving inward in the ring radial direction from the end of the recess on the combustion chamber side, A piston top ring formed so that an end portion of the recess on the side of the combustion chamber faces the inner peripheral surface of the cylinder.
請求項1に記載のピストンのトップリング。 An inclined surface is formed on the radially inner surface of the ring outside the curved surface in the ring radial direction and extends from the end of the curved surface on the crank chamber side toward the crank chamber and radially outward of the ring. 2. A top ring for a piston according to claim 1.
請求項2に記載のピストンのトップリング。 3. The top ring for a piston according to claim 2, wherein the inclined surface is surface-treated to enhance oil repellency compared to the periphery thereof.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のピストンのトップリング。 The ring outer peripheral surface includes a combustion chamber side outer peripheral surface formed on the combustion chamber side and having at least a portion of the combustion chamber side end of the recess, and a crank-chamber-side outer peripheral surface that extends toward the crank-chamber side and at least a part of which is formed with the sliding surface; 4. The piston top ring according to any one of claims 1 to 3, wherein the top ring is formed so as to widen the distance from the inner peripheral surface.
上記凹部のピストン軸方向における、上記燃焼室側端部と、該燃焼室側端部との対向端部との間の距離よりも短い
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のピストンのトップリング。 The distance between the end portion on the combustion chamber side and the deepest portion in the radial direction of the ring of the recess is
5. The piston according to any one of claims 1 to 4, wherein the distance in the axial direction of the piston of the recess is shorter than the distance between the end on the side of the combustion chamber and the end opposite to the end on the side of the combustion chamber. top ring.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のピストンのトップリング。 The top ring for a piston according to any one of claims 1 to 5, wherein the curved surface is formed along the entire circumference of the outer peripheral surface of the ring.
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