JPH0329979B2 - - Google Patents

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JPH0329979B2
JPH0329979B2 JP60167417A JP16741785A JPH0329979B2 JP H0329979 B2 JPH0329979 B2 JP H0329979B2 JP 60167417 A JP60167417 A JP 60167417A JP 16741785 A JP16741785 A JP 16741785A JP H0329979 B2 JPH0329979 B2 JP H0329979B2
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JP
Japan
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oil
oil ring
coil expander
ring
web
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Japanese (ja)
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JPS6145172A (en
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Publication of JPH0329979B2 publication Critical patent/JPH0329979B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/06Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • F16J9/061Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging using metallic coiled or blade springs
    • F16J9/062Coiled spring along the entire circumference
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12Details
    • F16J9/20Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
    • F16J9/203Oil-scraping rings

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は内燃機関用ピストンリング、特にシリ
ンダ内壁から過剰のオイルを掻き取るためのコイ
ルエキスパンダ付オイルリングに関する。 ピストンリングはピストンとシリンダの内周壁
との間に置かれるものであるが、特に自動車用エ
ンジンの場合には各ピストンに対し1個または2
個のオイル掻きリングが設けられるのが普通であ
る。オイルリングはそのオイル掻きという機能上
シリンダ内壁に常時押し付けておく必要がある。
そのためオイルリングの内周にはオイルリングを
シリンダ内壁に押し当てるための環状のコイルエ
キスパンダが設けられる。 斯かるオイルリングは一般に上下のサイドレー
ルと、これら両サイドレールを連結するウエブと
から構成される。サイドレールとウエブとの外側
には掻き落としたオイルを受容するための外周溝
が形成される。一方、それらの内周側にはコイル
エキスパンダを嵌挿するための内周溝が形成され
る。ウエブには掻き落としたオイルを外周溝から
内周溝に逃がすための数個の細長いオイル孔が形
成される。尚、オイルリングの内周溝にきたオイ
ルはピストンのリンゲ構内に設けられるオイルド
レンを通してピストン内部にもたらされ、そこか
ら最終的にはエンジンのオイルパンに戻される。 上述の如きピストンリングにおいて、従来はオ
イルリングは一般に鋳鉄製でありかつその内周溝
の形状はコイルエキスパンダの断面円形形状に対
応した円弧状を呈していた。即ち、コイルエキス
パンダをその断面円弧の一部、例えば略半周に亘
つてオイルリングの内周溝内に密着するようにし
て抱持していた。しかしながらこのようにコイル
エキスパンダとオイルリングとが大きな面積に亘
つて面接触するとオイルリングのウエブに形成さ
れるオイル孔が大部分に亘つて塞がれてしまうこ
とになる。そのため掻き落としたオイルがオイル
孔を通つてオイルリングの外周溝から内周溝に逃
れにくくなり、その結果、時にはオイル孔がオイ
ルスラツジによつて完全に塞がれてしまうことに
もなつていた。こうなるともはやオイルリングの
オイル掻き効果はほとんど期待できず。その結果
オイル消費量の増大をきたしていた。 また、従来の鋳鉄製のオイルリングにおいては
必要な強度を確保するためにはウエブの肉厚をあ
る程度大きくする必要があり、従つてピストンリ
ングの軽量化という要求に逆行することになる。
更にまた、上述の如き鋳鉄製オイルリングにあつ
ては長時間使用するとコイルエキスパンダがオイ
ルリングの内周部を容易にけずりとりあるいは摩
耗させる結果、コイルエキスパンダが全体的にオ
イルリングに食い込む状態となりコイルエキスパ
ンダの張力減退を招来し易かつた。 本発明の目的は上述の如き欠点を解消すること
にある。そのため本発明によれば鋼製オイルリン
グの内周部は従来の如く丸味を帯びた弧状ではな
く角形を呈している。そのためオイルリングの内
周に配設されるコイルエキスパンダはその横断面
で見た場合に2点のみでオイルリングに接触保持
され、しかもウエブから僅かに離されている。こ
のような2点接触とすることにより、コイルエキ
スパンダの大きさが異なつてもその接触点が移動
するだけであるから種々の大きさ(径)のコイル
エキスパンダを適用できることになる。従来はオ
イルリングの内周とコイルエキスパンダとは前述
の如く相当の面積に亘つて密着するようになつて
いたのでコイルエキスパンダとオイルリングとは
一対一で対応し、オイルリングの径が異なるとそ
れに対応したコイルエキスパンダを用意しなけれ
ばならなかつた。本発明に係るオイルリングは鉄
道レールに似た断面略I形を呈する。 しかしながら、上述の如きオイルリングとコイ
ルエキスパンダとの2点接触方式は従来の相当な
面積の面接触に比してオイルリングの摩耗を促進
することになろう。何となればオイルリングに作
用するコイルエキスパンダの接触圧力はこれら両
者間の接触面積に逆比例するからである。このよ
うなオイルリングの摩耗増大を防止するために本
発明によればオイルリングは従来の鋳鉄製に対し
鋼(スチール)で形成される。更にまた好ましく
はコイルエキスパンダの表面及びそれに接触する
オイルリングの表面は耐摩耗処理が施される。そ
して好ましくはオイルリングの内周に接触するコ
イルエキスパンダの部分には接触面積を確保する
目的で平坦表面部が設けられ、それによりオイル
リングの摩耗を抑制してコイルエキスパンダがオ
イルリング内周に食い込まないようにする。ま
た、鋼製オイルリングであれば鋳鉄製オイルリン
グに比し強度がはるかに大きいのでウエブの肉厚
を相当薄くしても所要の強度が得られる。ウエブ
の肉厚を薄くできるということはオイルリング全
体の可撓性あるいはシリンダ内壁に対する追従性
を増大ることができるということを意味するの
で、高いオイル掻き効果が発揮できる。上下のサ
イドレール自体は剛性の塊として形成されるので
オイルリングの変形を防止することができ、かつ
シリンダ内壁への所定の押圧力を確保することが
できる。 本発明の他の特徴あるいは利点等は添付図面を
参照して行う以下の説明により明らかとなろう。 第1図、2図にはデイゼルエンジンに用いた本
発明のコイルエキスパンダ40とオイルリング1
が示される。このオイルリング1はエンジンのピ
ストン50のシリング周溝51内に置かれる。ピ
ストン50はシリンダ60のシリンダボア63内
を往復動する。オイルリング1は一体成形され、
上下のサイドレール3A,3Bとこれら両サイド
レールを連結するウエブ5とを有する。サイドレ
ールは剛性の塊であり、一方、ウエブは相当薄肉
でかつ好ましくは真つすぐに延びている。その結
果、本発明に係るオイルリングは図示の如く略I
形を呈する。サイドレール3A,3Bはピストン
50の往復動時にシリンダ60の内壁61に摺接
する突出周端摺動面部7A,7Bを有する。これ
ら摺動面部7A,7Bには好ましくは耐摩耗層9
A,9Bが施される。耐摩耗層9A,9Bは例え
ばクロムめつき、あるいは硼化物、炭化物、窒化
物、セラミツクス等を分散させたニツケル、ニツ
ケル−リン、クロムあるいは鉄を主成分とする複
合めつき、或いはモリブデン、自溶合金、ステン
レス鋼、フエロクロム合金等の単独又は混合溶射
層(プラズマ溶射)により形成される。プラズマ
溶射を施す場合には予めニツケルアルミナイド、
モリブデン−ニツケル系合金等の下地層を設けて
おくことも可能である。これとは別に、耐摩耗層
9A,9Bを焼入(レーザ、高周波)、窒化(窒
化、ガス又は塩浴による軟窒化)、あるいは滲硫
窒化処理してもよい。更にまた、第1図に示す耐
摩耗層9A,9Bの代りに第4図に示す如く摺動
面部7A,7Bに周溝30A,30Bを形成し
て、そこに耐摩耗性物質を充填するようにしても
よい。その充填物質としては上述の耐摩耗層9
A,9Bと同様の材料を用いればよい。 摺動面部7A,7Bは好ましくは第1図に示す
如く梯形をなす。この梯形部にはシリンダ壁61
上のオイルの掻き落としを保証すべく鋭利な端縁
を具えた狭い平坦支承面8A,8Bが形成され
る。本発明ではウエブの肉厚が従来に比し相当薄
いのでオイルリングの可撓性が増大し、従つて支
承面8A,8Bの表面積は相当小さくしても必要
な面圧を確保できる。しかもその面圧もオイルリ
ングの高可撓性によりシリンダ壁面に均一に作用
する。耐摩耗層9A,9Bが施される場合には支
承面8A,8Bはこの耐摩耗層上に設けられるこ
とは勿論である。 オイルリング1はサイドレール3A,3Bとウ
エブ5とによつて形成される外周溝15を有し、
摺動面部7A,7Bによつて掻き取られたオイル
はこの外周溝内に受容される。また、オイルリン
グ1の内周側にはサイドレール3A,3Bとウエ
ブ5とによつて形成される内周溝17が形成され
る。内周溝17を形成するサイドレール3A,3
Bの内側対向壁は傾斜平胆面11A,11Bとし
て形成される。これら傾斜平坦面のなす角は60゜
〜120゜、好ましくは90゜である。傾斜平坦面11
A,11Bにはコイルエキスパンダ40がこすり
つけられるので好ましくは耐摩耗処理層13A,
13Bが設けられる。耐摩耗処理層としては例え
ばクロムめつき、あるいは窒化(滲硫窒化を含
む)処理層でよい。 オイルリング1のウエブ5には好ましくは第3
図に示す如くその周方向に沿つて小さな矩形楕円
形あるいは円形のオイル孔21が多数配列され
る。鋼製オイルリングの場合には鋳鉄製オイルリ
ングに比し強度が大きいので、オイル孔21の数
を相当増やすことができる。オイル孔21はオイ
ルリングの内周溝17と外周溝15とを連結する
もので、掻き取られたオイルはオイル孔21を通
つてオイルリングの内周側に流れ込む。従つてオ
イル孔21の数を増やすことができるということ
は、オイルのスムーズな通過を保証し得るという
ことを意味する。尚、オイルリングの内側にきた
オイルはコイルエキスパンダ40の巻線の間を通
り、更にピストン50に設けられたオイル逃がし
孔(図示せず)を通つてピストン内にもたらされ
る。オイルリングはウエブ5の周方向中心線L
(第3図)に関して対称形となつている。 コイルエキスパンダ40は第1図に示す如く、
好ましくは円の一部を切欠いた断面の線材43を
コイル状に巻いたもので、その切欠部により平坦
接触表面部45を形成する。即ち、コイルエキス
パンダ40はこの平坦接触表面部45によりオイ
ルリングの傾斜平坦表面11A,11Bと2点で
面接触する。平坦接触表面部45を設けるのは、
接触表面積を大きくすることによりオイルリング
に作用する2点での圧力を小さくすることを目的
としたものである。線材43の断面形状は円に限
らず、矩形、正方形あるいはその他の形状でもよ
い。 コイルエキスパンダ40はオイルリング1の内
周溝17内に置かれ、オイルリングをシリンダ壁
に押し付ける。本発明によればコイルエキスパン
ダ40は、従来技術の如くオイルリングの内周に
相当な面積に亘つて面接触するのではなく、サイ
ドレールの傾斜平坦面11A,11Bに断面図で
見て2点のみ接触するようになつている。即ち、
本発明によればコイルエキスパンダ40はオイル
リング1のウエブ5には接触せず僅かなギヤツプ
19だけ隔てられている。ウエブ5には好ましく
はギヤツプ19を形成するための丸味を帯びたコ
ーナ18′を有する凹所18が設けられる。丸コ
ーナ18′は内部応力の集中によるきれつを起こ
し易い角コーナよりも好ましい。コイルエキスパ
ンダ40、即ち線材43の外周には第1図に41
で示す如くクロムめつきあるいは窒化処理(滲硫
窒化を含む)等の耐摩耗処理層を設けるのが望ま
しい。従来技術の如くもしもギヤツプ19がない
と、オイル孔21はそのほとんど大部分がコイル
エキスパンダにより塞がれ従つてオイルの通りが
悪くなるが、本発明によれば斯かる欠点は解消さ
れる。 本発明のオイルリングは例えばJIS規格で
SWRS,SWRH,SWOSC,SWOCV,SK,
SUP,SUSなどの鋼材で形成し得る。また本発
明のオイルリングは均一断面を有する、棒状、線
状あるいは帯状の鋼材から通常の引き抜きあるい
は圧延方法により簡単に製造し得る。第1図に示
す如き断面形状に引き抜き加工あるいは圧延され
た素材は熱処理によつて硬化されるが、一般には
オイル孔21は硬化工程の前にポンチ加工され
る。しかしながら本発明ではウエブの肉厚は相当
薄いので硬化処理後にオイル孔21をポンチ加工
することさえ可能である。オイル孔をポンチ加工
したら素材をコイル状に巻いて所定の長さに切断
し、合口にピンを挿入して合口を衝合すれば環状
のコイルエキスパンダが得られる。 尚、従来の鋳鉄製オイルリングの場合はポンチ
加工ができないのでオイル孔はフライス加工にら
ざるを得なかつた。しかしながら周知の如くフラ
イス加工で孔を穿けると孔の縁にばりが生じ易
く、しかも孔近傍の肉厚が他の部分に比し盛り上
り、従つて均一なオイルリングの幅寸法(第5図
のB寸法に相当)及び平坦度が得られなかつた。
ばりはエンジンの稼動中にはがれてピストンリン
グとシリンダ壁との間に入り込みエンジントラブ
ルの原因を惹き起こす。オイル孔をポンチ加工す
ればこの種の問題はすべて解消される。 本発明に係るオイルリングの他の主たる利点を
要約すれば以下の通りである。 1 薄肉ウエブとすることによりオイルリング全
体としての軽量化がはかれる。 2 薄肉ウエブとすることによりシリンダ壁に対
するオイルリングの追従性が良くなる。 3 オイルリングとコイルエキスパンダとの2点
接触により、また薄肉ウエブとすることにより
コイルエキスパンダの径を大きくすることがで
きる。コイルエキスパンダの径が大きくなると
そのばね定数が小さくなり、従つて使用中にお
けるコイルエキスパンダの張力の減少度合が小
さくなる。 4 オイルリングをピストンに組み込む際及び使
用中におけるオイルリングの変形あるいはひず
みに対する抵抗が強くなる。これはオイル孔を
フライス加工に代えてポンチ加工により形成す
ることにより、内部応力が減少されることによ
る。 5 オイル孔をポンチ加工することにより、また
薄肉ウエブとしたことにより、鋳鉄製オイルリ
ングにおけるフライス加工では困難であつたオ
イルリングの真円度及び上下サイドレールの上
下面の平坦度が容易に得られる。またそれによ
り全体的な摩耗量が減り更に上下面のシール性
が向上するためオイル消費量の低減に通じる。 6 鋼製オイルリングを引抜きあるいは圧延加工
により製造ることにより精確な輪郭形状のオイ
ルリングが容易に得られる。 7 シリンダ壁に対する所定の面圧を小さな面積
のサイドレール摺動面により得ることができ
る。 8 全体的にオイルリングを小さくできるので適
用範囲が広がり、従来の鋳鉄製オイルリングで
は無理であつたオートバイの如き二輪車用の小
さなピストンに対してさえ用いることができ
る。 9 オイルリングの剛性が高いのでより薄幅のリ
ングが制作できる結果、シリンダボアに対する
オイルリングの摩耗抵抗(フリクシヨンロス)
を小さくできる。 10 全体的にオイルリングを小さくできるのでそ
れを嵌め込むピストングループが小さくでき延
いてはピストンの小型、軽量化に通じる。 尚、本発明においてはコイルエキスパンダの代
りに例えば波形スプリング等の所謂“均等圧スプ
リング”を用いることもできる。その場合にはオ
イルリングの傾斜平坦面11A,11Bと接触す
る部分を平坦表面とすればよい。 下表は本発明に係る、ガソリン、デイーゼルあ
るいはその他の多目的エンジン用として作られた
ピストンリングの各部の3種の寸法例を示すもの
である。
The present invention relates to a piston ring for an internal combustion engine, and particularly to an oil ring with a coil expander for scraping excess oil from the inner wall of a cylinder. Piston rings are placed between the piston and the inner peripheral wall of the cylinder, and in the case of automobile engines in particular, one or two piston rings are placed for each piston.
Usually, several oil scraping rings are provided. The oil ring needs to be pressed against the cylinder inner wall at all times for its oil scraping function.
Therefore, an annular coil expander is provided on the inner periphery of the oil ring to press the oil ring against the inner wall of the cylinder. Such an oil ring generally consists of upper and lower side rails and a web connecting these side rails. An outer circumferential groove is formed on the outside of the side rail and the web to receive scraped oil. On the other hand, an inner circumferential groove for fitting the coil expander is formed on the inner circumferential side thereof. Several elongated oil holes are formed in the web to allow the scraped oil to escape from the outer circumferential groove to the inner circumferential groove. The oil that has reached the inner circumferential groove of the oil ring is brought into the piston through an oil drain provided in the piston ring, and from there is finally returned to the oil pan of the engine. Conventionally, in the piston ring as described above, the oil ring was generally made of cast iron, and the shape of the inner circumferential groove thereof was an arc shape corresponding to the circular cross-sectional shape of the coil expander. That is, the coil expander is held tightly in the inner circumferential groove of the oil ring over a portion of its arcuate cross section, for example, approximately half the circumference. However, if the coil expander and the oil ring come into surface contact over a large area in this way, most of the oil holes formed in the web of the oil ring will be blocked. This makes it difficult for the scraped oil to escape from the outer circumferential groove of the oil ring to the inner circumferential groove through the oil hole, and as a result, the oil hole is sometimes completely blocked by oil sludge. In this case, the oil ring can no longer be expected to have much of an oil scraping effect. As a result, oil consumption increased. Furthermore, in conventional cast iron oil rings, it is necessary to increase the web thickness to some extent in order to ensure the necessary strength, which goes against the demand for lighter piston rings.
Furthermore, in the case of cast iron oil rings as mentioned above, when used for a long time, the coil expander easily scratches or wears the inner circumference of the oil ring, resulting in the coil expander digging into the oil ring as a whole. This could easily lead to a decrease in the tension of the coil expander. The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks. Therefore, according to the present invention, the inner peripheral portion of the steel oil ring has a square shape instead of a rounded arc shape as in the conventional oil ring. Therefore, the coil expander disposed on the inner periphery of the oil ring is held in contact with the oil ring at only two points when viewed in cross section, and is furthermore slightly separated from the web. By making such a two-point contact, even if the coil expander has a different size, the contact point only moves, so that coil expanders of various sizes (diameters) can be applied. Conventionally, the inner circumference of the oil ring and the coil expander were in close contact over a considerable area as mentioned above, so the coil expander and oil ring corresponded one-to-one, and the diameters of the oil rings were different. I had to prepare a corresponding coil expander. The oil ring according to the present invention has a generally I-shaped cross section similar to a railway rail. However, the two-point contact system between the oil ring and the coil expander as described above will accelerate the wear of the oil ring compared to the conventional surface contact over a considerable area. This is because the contact pressure of the coil expander acting on the oil ring is inversely proportional to the contact area between them. In order to prevent such increased wear on the oil ring, according to the present invention, the oil ring is made of steel instead of conventional cast iron. Further preferably, the surface of the coil expander and the surface of the oil ring in contact therewith are subjected to anti-wear treatment. Preferably, the part of the coil expander that contacts the inner circumference of the oil ring is provided with a flat surface part for the purpose of ensuring a contact area, thereby suppressing wear of the oil ring and allowing the coil expander to contact the inner circumference of the oil ring. Make sure not to dig into it. Further, since a steel oil ring has much greater strength than a cast iron oil ring, the required strength can be obtained even if the web thickness is made considerably thinner. Being able to reduce the thickness of the web means that the flexibility of the entire oil ring or the ability to follow the inner wall of the cylinder can be increased, so that a high oil scraping effect can be achieved. Since the upper and lower side rails themselves are formed as rigid blocks, deformation of the oil ring can be prevented and a predetermined pressing force against the cylinder inner wall can be ensured. Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings. Figures 1 and 2 show a coil expander 40 and an oil ring 1 of the present invention used in a diesel engine.
is shown. This oil ring 1 is placed in a sill circumferential groove 51 of a piston 50 of an engine. The piston 50 reciprocates within the cylinder bore 63 of the cylinder 60. Oil ring 1 is integrally molded,
It has upper and lower side rails 3A, 3B and a web 5 that connects these both side rails. The side rails are rigid blocks, while the webs are fairly thin-walled and preferably straight. As a result, the oil ring according to the present invention is approximately I as shown in the figure.
take on a form. The side rails 3A, 3B have protruding peripheral sliding surface portions 7A, 7B that slide against the inner wall 61 of the cylinder 60 when the piston 50 reciprocates. These sliding surface portions 7A, 7B preferably have a wear-resistant layer 9.
A and 9B are applied. The wear-resistant layers 9A and 9B are, for example, chromium plating, nickel in which borides, carbides, nitrides, ceramics, etc. are dispersed, composite plating mainly composed of nickel-phosphorous, chromium, or iron, or molybdenum, self-melting. It is formed by a single or mixed sprayed layer (plasma sprayed) of alloy, stainless steel, ferrochrome alloy, etc. When applying plasma spraying, pre-coat with nickel aluminide,
It is also possible to provide a base layer such as a molybdenum-nickel alloy. Apart from this, the wear-resistant layers 9A and 9B may be subjected to hardening (laser, high frequency), nitriding (nitriding, soft nitriding using a gas or salt bath), or perosulfitriding. Furthermore, instead of the wear-resistant layers 9A and 9B shown in FIG. 1, circumferential grooves 30A and 30B are formed in the sliding surfaces 7A and 7B as shown in FIG. 4, and the grooves are filled with a wear-resistant material. You can also do this. The filling material is the wear-resistant layer 9 described above.
The same material as A and 9B may be used. The sliding surface portions 7A, 7B preferably have a trapezoidal shape as shown in FIG. This trapezoidal part has a cylinder wall 61
Narrow flat bearing surfaces 8A, 8B are formed with sharp edges to ensure scraping of the oil on top. In the present invention, since the web thickness is considerably thinner than in the past, the flexibility of the oil ring is increased, and therefore, the necessary surface pressure can be ensured even if the surface area of the bearing surfaces 8A, 8B is considerably reduced. Furthermore, the surface pressure acts uniformly on the cylinder wall surface due to the high flexibility of the oil ring. Of course, if a wear-resistant layer 9A, 9B is applied, the bearing surfaces 8A, 8B are provided on this wear-resistant layer. The oil ring 1 has an outer circumferential groove 15 formed by the side rails 3A, 3B and the web 5,
The oil scraped off by the sliding surfaces 7A and 7B is received in this outer circumferential groove. Further, an inner circumferential groove 17 formed by the side rails 3A, 3B and the web 5 is formed on the inner circumferential side of the oil ring 1. Side rails 3A, 3 forming inner circumferential groove 17
The inner facing walls of B are formed as inclined flat surfaces 11A and 11B. The angle formed by these inclined flat surfaces is 60° to 120°, preferably 90°. Inclined flat surface 11
Since the coil expander 40 is rubbed on A and 11B, it is preferable to apply wear-resistant treatment layers 13A and 11B.
13B is provided. The wear-resistant layer may be, for example, a chromium plating layer or a nitrided (including persulphur-nitrided) layer. The web 5 of the oil ring 1 preferably has a third
As shown in the figure, a large number of small rectangular, oval, or circular oil holes 21 are arranged along the circumferential direction. In the case of a steel oil ring, the strength is greater than that of a cast iron oil ring, so the number of oil holes 21 can be considerably increased. The oil hole 21 connects the inner circumferential groove 17 and the outer circumferential groove 15 of the oil ring, and the scraped oil flows into the inner circumferential side of the oil ring through the oil hole 21. Therefore, being able to increase the number of oil holes 21 means that smooth passage of oil can be guaranteed. Note that the oil that has come inside the oil ring passes between the windings of the coil expander 40 and is further brought into the piston through an oil relief hole (not shown) provided in the piston 50. The oil ring is the circumferential center line L of the web 5.
It is symmetrical with respect to (Figure 3). The coil expander 40 is as shown in FIG.
Preferably, a wire 43 having a cross-section with a partially cut out circle is wound into a coil, and the cutout forms a flat contact surface portion 45 . That is, the coil expander 40 makes surface contact with the inclined flat surfaces 11A and 11B of the oil ring at two points through the flat contact surface portion 45. The flat contact surface 45 is provided by:
The purpose is to reduce the pressure acting on the oil ring at two points by increasing the contact surface area. The cross-sectional shape of the wire 43 is not limited to a circle, but may be rectangular, square, or other shapes. The coil expander 40 is placed within the inner circumferential groove 17 of the oil ring 1 and presses the oil ring against the cylinder wall. According to the present invention, the coil expander 40 does not come into surface contact with the inner periphery of the oil ring over a considerable area as in the prior art, but instead comes into contact with the inclined flat surfaces 11A and 11B of the side rail at 2 in cross-sectional view. Only the points touch. That is,
According to the invention, the coil expander 40 does not come into contact with the web 5 of the oil ring 1, but is separated by a small gap 19. The web 5 is preferably provided with a recess 18 having rounded corners 18' for forming a gap 19. Round corners 18' are preferred over square corners, which are more prone to cracking due to internal stress concentrations. The outer periphery of the coil expander 40, that is, the wire 43 is marked with
It is desirable to provide a wear-resistant layer such as chromium plating or nitriding (including persulphur-nitriding) as shown in FIG. If the gap 19 were not provided as in the prior art, most of the oil hole 21 would be blocked by the coil expander, making it difficult for oil to pass through.However, according to the present invention, this drawback is eliminated. The oil ring of the present invention meets, for example, JIS standards.
SWRS, SWRH, SWOSC, SWOCV, SK,
It can be formed from steel materials such as SUP and SUS. Further, the oil ring of the present invention can be easily manufactured from a rod-shaped, wire-shaped or band-shaped steel material having a uniform cross section by a conventional drawing or rolling method. The material drawn or rolled into the cross-sectional shape shown in FIG. 1 is hardened by heat treatment, but the oil holes 21 are generally punched before the hardening process. However, in the present invention, the thickness of the web is so thin that it is even possible to punch the oil holes 21 after the curing process. After punching the oil holes, roll the material into a coil, cut it to a predetermined length, insert a pin into the abutment, and abut the abutments to obtain an annular coil expander. In the case of conventional cast iron oil rings, punching is not possible, so the oil holes had to be milled. However, as is well known, when a hole is drilled by milling, burrs tend to form on the edge of the hole, and the wall thickness near the hole is thicker than other parts, resulting in a uniform oil ring width (see Figure 5). ) and flatness could not be obtained.
The burrs come off while the engine is running and get stuck between the piston ring and the cylinder wall, causing engine trouble. Punching the oil holes will eliminate all these types of problems. Other main advantages of the oil ring according to the invention are summarized as follows. 1. By using a thin web, the weight of the oil ring as a whole can be reduced. 2. The thin web improves the oil ring's ability to follow the cylinder wall. 3. The diameter of the coil expander can be increased by the two-point contact between the oil ring and the coil expander and by using a thin web. As the diameter of the coil expander increases, its spring constant decreases, and therefore the tension in the coil expander decreases less during use. 4. Increased resistance to deformation or strain of the oil ring when it is assembled into a piston and during use. This is because internal stress is reduced by forming the oil holes by punching instead of milling. 5 By punching the oil holes and using a thin web, it is possible to easily obtain the roundness of the oil ring and the flatness of the upper and lower surfaces of the upper and lower side rails, which were difficult to achieve with milling in cast iron oil rings. It will be done. This also reduces the overall amount of wear and improves the sealing performance of the upper and lower surfaces, leading to a reduction in oil consumption. 6. By manufacturing a steel oil ring by drawing or rolling, an oil ring with a precise contour can be easily obtained. 7. A predetermined surface pressure against the cylinder wall can be obtained by the small area of the side rail sliding surface. 8. Since the oil ring can be made smaller overall, the scope of application is expanded, and it can even be used for small pistons for two-wheeled vehicles such as motorcycles, which was impossible with conventional cast iron oil rings. 9 Since the oil ring has high rigidity, thinner rings can be manufactured, which reduces the wear resistance (friction loss) of the oil ring against the cylinder bore.
can be made smaller. 10 Since the overall oil ring can be made smaller, the piston group into which it is fitted can be made smaller, which in turn leads to smaller and lighter pistons. In the present invention, a so-called "equal pressure spring" such as a wave spring may be used instead of the coil expander. In that case, the portions of the oil ring that come into contact with the inclined flat surfaces 11A and 11B may be made flat surfaces. The table below shows three exemplary dimensions of piston ring parts in accordance with the present invention for use in gasoline, diesel, or other multi-purpose engines.

【表】
〓単位:mm〓
尚、表中の文字記号の意味するところは以下の
通りである。 D1〓…オイルリングの外径 B…オイルリングの幅 T…断面におけるオイルリングの半径方向厚さ b…サイドレールの最外支承表面の幅 t…ウエブの厚さ D1〓…コイルエキスパンダの外径 x…サイドレールの梯形の底長 y…傾斜平坦面の底長 一般に鋳鉄製オイルリングのウエブの厚さは
0.8mmより小さくすることができなかつた。本発
明によればウエブの厚さtはすべて0.8mm以下で
あり、従つてシリンダ壁に対する追従性が良くな
ることは前述の通りである。しかしながら強度の
関係でウエブ厚さtの下限値は0.3mm以上である
ことが望ましい。即ち0.3mm≦t≦0.8mmが望まし
いということは実験的に確認されている。更にま
た、xとb、及びyとtとの関係が夫々2.5≦
x/b≦8.0、2.0≦y/t≦5.5の範囲にあるとき
がサイドレールの支承面の摩耗量を小さくし従つ
てオイル消費量を低減する上で最も好ましいとい
うことも実験的に確認されている。 第6,7図はオイルリングの外周摩耗量とオイ
ル消費量とに関する実験結果を示すものである。
第6図において従来技術としてはコイルエキスパ
ンダが密着する弧状の円周溝を有する鋳鉄製のオ
イルリングが用いられた。また本発明のものとし
ては上記表の第2番目の例が用いられた。第6図
から明らかな如く本発明においては摩耗量が従来
技術に比し低減される。 第7図に示す実験においてはピストンリング全
体としてのオイル消費量を見るために、第1、第
2コンプレツシツンリングと1個のオイルリング
とから成るピストンリングの組合せが用いられ
た。第1、第2コンプレツシツンリングについて
は当然のことながら本発明、従来技術ともに同じ
ものが用いられた。オイルリングについては第6
図の実験と同じものが用いられた。尚、第7図中
における測定値は平均値である。使用したエンジ
ンの仕様は以下の通りである。 排気量2188c.c.の4サイクルデイーゼルエンジン シリンダボア…(90〓(mm))×ストローク(86
mm) 馬力…72PS 第7図から明らかな如く本発明におけるオイル
消費量は従来技術に比し少くなつている。 第8図A,Bは更に別の条件下での第7図と同
様の実験結果を示すもので、この実験においては
従来品と本発明のリング仕様は第9図A,B、第
10図A,Bに示す通りである。尚、第8図、第
9図、第10図において夫々Aは従来技術、Bは
本発明を夫々示す。実験は2時間のならし運転の
後に500時間の耐久試験を行つたもので、口径
95φmm×ストローク110mm・6シリンダ排気量
4700c.c.、のデイーゼルエンジンを使用して同一の
運転条件のもとで行なわれた。テスト条件は第8
図に示される通りである。 この実験結果からも明らかな如く本発明に係る
鋼製のオイルリングは従来の鋳鉄製オイルリング
に比しオイル消費量が約4分の1と格段に少い。
更にまた、リング外周面の摩耗量も従来の鋳鉄製
オイルリングの24.9μに対し、本発明では17.7μと
はるかに少いことが確認された。 第11図は面圧とオイル消費量(L,O,C)
との関係についての実験結果を示すもので、この
実験における使用デイーゼルエンジンの仕様は以
下の通りである。 使用デイーゼルエンジン 口径119φmm×ストローク135mm×V型8気筒エ
ンジン・排気量:12010c.c. 280ps/2400rpm ターボチヤージヤ搭載 また実験は(2400rpm×スロツトル全開×
12hr)並びに(1800rpm×スロツトル全開×
12hr)の条件で夫々2度繰り返した。 第11図から明らかな如く、オイル消費量は
夫々のオイルリングにおける面圧の変化によつて
僅かに変動するが、いずれにしても本発明におい
てはオイル消費量は従来のものに比し少くなつて
いる。
【table】
〓Unit: mm〓
The meanings of the letters and symbols in the table are as follows. D 1 =...Outer diameter of the oil ring B...Width of the oil ring T...Radial thickness of the oil ring in cross section b...Width of the outermost bearing surface of the side rail t...Thickness of the web D 1 =...Coil expander Outer diameter x...Length of the bottom of the trapezoid of the side rail y...Length of the bottom of the inclined flat surface Generally, the thickness of the web of a cast iron oil ring is
It was not possible to make it smaller than 0.8mm. According to the present invention, the thickness t of all webs is 0.8 mm or less, and therefore, as described above, the followability to the cylinder wall is improved. However, in view of strength, it is desirable that the lower limit of the web thickness t is 0.3 mm or more. That is, it has been experimentally confirmed that 0.3 mm≦t≦0.8 mm is desirable. Furthermore, the relationships between x and b and y and t are each 2.5≦
It has also been experimentally confirmed that the range of x/b≦8.0 and 2.0≦y/t≦5.5 is the most preferable for reducing the amount of wear on the side rail bearing surface and therefore reducing oil consumption. ing. Figures 6 and 7 show experimental results regarding the amount of wear on the outer periphery of the oil ring and the amount of oil consumed.
In FIG. 6, the prior art uses a cast iron oil ring having an arcuate circumferential groove in which the coil expander is in close contact. Further, the second example in the above table was used as the one of the present invention. As is clear from FIG. 6, the amount of wear is reduced in the present invention compared to the prior art. In the experiment shown in FIG. 7, a piston ring combination consisting of first and second compression rings and one oil ring was used in order to see the oil consumption of the piston ring as a whole. Naturally, the same first and second compression rings were used in both the present invention and the prior art. Regarding the oil ring, please refer to the 6th section.
The same experiment as in the figure was used. Note that the measured values in FIG. 7 are average values. The specifications of the engine used are as follows. 4-cycle diesel engine with a displacement of 2188 c.c. Cylinder bore...(90〓(mm)) x Stroke (86
mm) Horsepower...72PS As is clear from FIG. 7, the oil consumption in the present invention is smaller than that in the prior art. Figures 8A and 8B show the same experimental results as Figure 7 under different conditions. As shown in A and B. In FIGS. 8, 9, and 10, A indicates the prior art and B indicates the present invention, respectively. In the experiment, a 500-hour durability test was conducted after 2 hours of break-in operation.
95φmm×stroke 110mm・6 cylinder displacement
A 4700 c.c. diesel engine was used under identical operating conditions. The test condition is the 8th
As shown in the figure. As is clear from these experimental results, the steel oil ring according to the present invention consumes about one quarter of the amount of oil compared to the conventional cast iron oil ring.
Furthermore, it was confirmed that the amount of wear on the outer peripheral surface of the ring was 17.7μ, which was much smaller than that of the conventional cast iron oil ring, which was 24.9μ. Figure 11 shows surface pressure and oil consumption (L, O, C)
The specifications of the diesel engine used in this experiment are as follows. Diesel engine used: Diameter 119φmm x Stroke 135mm x V-type 8-cylinder engine Displacement: 12010c.c. 280ps/2400rpm Equipped with turbo charger Also, the experiment was (2400rpm x Fully open throttle x
12hr) and (1800rpm x full throttle x
Each test was repeated twice under the following conditions: 12 hours). As is clear from Fig. 11, the oil consumption varies slightly depending on changes in the surface pressure in each oil ring, but in any case, the oil consumption in the present invention is smaller than in the conventional one. ing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はピストンとシリンダ壁との間に置かれ
た、本発明に係るコイルエキスパンダ付オイルリ
ングの要部断面図、第2図は第1図に示されるコ
イルエキスパンダ付オイルリングの要部斜視図、
第3A図は第1図に示されるオイルリングのみを
示す斜視図、第3B図は第3A図のA部拡大図、
第4図はオイルリングの別の実施例を示す断面
図、第5図は本発明に係るコイルエキスパンダ及
びオイルリングの各部の寸法関係を示す図、第6
図は本発明に係るコイルエキスパンダ付オイルリ
ングの摩耗量を従来技術との比較において示す線
図、第7図は本発明に係るコイルエキスパンダ付
オイルリングのオイル消費量を従来技術との比較
において示す線図、第8図A,Bは従来技術と本
発明とのオイル消費量の差を示す実験結果の線図
でAが従来技術、Bが本発明を示し、第9図A,
B及び第10図A,Bは夫々第8図A,Bに示す
実験に使用したオイル掻きリングのリング仕様並
びに断面形状を示すものでAが従来技術、Bが本
発明を示し、第11図は面圧とオイル消費量との
関係についての実験結果を示す線面。 1…オイルリング、3A,3B…サイドレー
ル、5…ウエブ、19…ギヤツプ、21…オイル
孔、40…コイルエキスパンダ。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of an oil ring with a coil expander according to the present invention placed between a piston and a cylinder wall, and FIG. 2 is a main part of an oil ring with a coil expander shown in FIG. Part perspective view,
3A is a perspective view showing only the oil ring shown in FIG. 1, FIG. 3B is an enlarged view of part A in FIG. 3A,
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the oil ring, FIG. 5 is a view showing the dimensional relationship between each part of the coil expander and oil ring according to the present invention, and FIG.
The figure is a diagram showing the amount of wear of the oil ring with a coil expander according to the present invention in comparison with the prior art, and Figure 7 is a diagram showing the amount of oil consumption of the oil ring with a coil expander according to the present invention in comparison with the prior art. Figures 8A and 8B are diagrams of experimental results showing the difference in oil consumption between the conventional technology and the present invention, with A representing the prior art and B representing the present invention.
B and FIG. 10A and B show the ring specifications and cross-sectional shape of the oil scraping ring used in the experiment shown in FIGS. 8A and B, respectively, where A shows the conventional technology, B shows the present invention, and FIG. is a line showing the experimental results regarding the relationship between surface pressure and oil consumption. 1... Oil ring, 3A, 3B... Side rail, 5... Web, 19... Gap, 21... Oil hole, 40... Coil expander.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 コイルエキスパンダ付オイルリングに関し
て、 サイドレール最外支承表面の幅をb、 サイドレールの梯形の底長をx、 サイドレールの傾斜平坦面の底長をy、 ウエブの厚さをt、 としたとき、2.5<x/b<8.0かつ2.0<y/t/
5.5の関係を満たす剛性の塊である上下のサイド
レールとこれら両サイドレールを連結する多数の
オイル孔を備えた、0.3mm以上0.8mm以下の薄肉ウ
エブとから構成される断面略I形の鋼製オイル掻
きリングを有し、該オイル掻きリングの外周には
掻き取つたオイルを受容するための周溝が形成さ
れ、他方、内周には環状のコイルエキスパンダを
収容するための周溝が形成され、該コイルエキス
パンダは横断面で見て上下のサイドレールと実質
上二点のみで接触し、これら接触点以外の部分に
おいてコイルエキスパンダは上記ウエブから隔て
られ該ウエブとの間に微小間〓が形成されている
ことを特徴とするコイルエキスパンダ付オイルリ
ング。
[Claims] 1. Regarding the oil ring with a coil expander, the width of the outermost bearing surface of the side rail is b, the bottom length of the trapezoid of the side rail is x, the bottom length of the inclined flat surface of the side rail is y, and the length of the web is When the thickness is t, 2.5<x/b<8.0 and 2.0<y/t/
Steel with a roughly I-shaped cross section, consisting of upper and lower side rails that are rigid blocks that satisfy the relationship 5.5, and a thin web with a diameter of 0.3 mm or more and 0.8 mm or less, which is equipped with a large number of oil holes that connect these side rails. A circumferential groove is formed on the outer periphery of the oil scraping ring to receive the scraped oil, and a circumferential groove is formed on the inner periphery for accommodating the annular coil expander. The coil expander is in contact with the upper and lower side rails at only two points when viewed in cross section, and in areas other than these contact points, the coil expander is separated from the web and there is a small gap between the coil expander and the web. An oil ring with a coil expander that is characterized by a gap formed therein.
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