JPH04504463A - ピストン往復運動機械、主として内燃機関のためのピストンリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ピストン往復運動機械、主として内 燃機関のためのピストンリング装置 発明の背景 本発明は、ピストン往復動機械、主として内燃機関に適用することのできるピス トンリング装置に関する。

ピストン往復動機械、例えばピストンポンプ、コンプレッサ、油圧もしくは空気 圧作動シリンダ、又は内燃機関におけるピストンリングの役割りが、シリンダ内 で往復運動（ストローク）するピストンとシリンダ壁との間の隙間をシールする ことであることは周知である。このシール作用が良好であるほど、シリンダ空間 内の媒体の損失は低くなる。

従来の技術 内燃機関に用いられるピストンリングはピストンの外套に機械加工されたリング 溝の由に嵌まる。これらピストンリングの役割りにより、ピストンリングは圧縮 リングであるか又はオイル保持用リング（掻き取りリング）である。

現在用いられているピストンリング装置は例外な（、単一部片の円形リングで大 概はねずみ鋳鉄又は合金鋳造で作られる。この自己緊張圧縮リングの横断面形状 は一般に四角形であり、その円筒状外面は緊密にシリンダ壁に当接し、しかもそ の内側円筒面はリング溝の円筒壁から半径方向の隙間をおいて配置される。この 公知の圧縮リングは一般にリング溝に０．０２〜０．０３ｎｗｉの軸方向の隙間 を有している。

これら公知のオイル保持用ピストンリングは同様に、中央部分にオイル保持用の 孔又は通路が設けられた単一部片の矩形断面の円形リングとして作られる〔例え ばＰａｔｔａｎｔｙｕｓ：Ｇδｐｉｒｓｚ　６ｓ　Ｖｉｌｌａｍｏｓ　Ｍ６ｒｎ ６ｋｉ；ｋ　Ｋｅｚｉｋ５ｎｙｖｅ（Ｍａｎｕａｌ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）、Ｍｉｓｚａｋｉ 　Ｋ′６ｎｙｖｋｉａｄｏ、　Ｂｕｄａｐｅｓｔ、　Ｈｕｎｇａｒｙ、　１９６ ２　ｖｏｌ、４＋　ｐ、３０４〜３０７参照〕。

実施上得られた経験によれば、普通に現在依然として広（用いられているピスト ンリング装置の主な問題点は、熱膨張による寸法上の変化がピストンリングを動 かないようにし、その結果ピストンが主に高温のもとに焼きつくようになるとい うことである。さらなる問題は、ピストンの往復運動によりピストンリングが“ 疲労”を生じそのためシール作用がますます不十分になることである。これは、 ある面ではガス損失を増大させまた他の面では潤滑オイルが燃焼室に流入する結 果となる。潤滑オイルの燃焼室への流入はオイルの過剰消費となりまた環境汚染 のガス排出を増大させるものとなる。

このような相互作用の結果としてエンジンの効率は悪化し、また燃料消費と環境 汚染は著しく増大し、そのため高いコストのエンジンを完全に新らしくする必要 が短期間に生じることになる。

発明の本質 本発明は、上記の欠点を解消すること、すなわちピストンとシリンダとの間の良 好なシール作用を保証し公知の方式よりも漏かに長い寿命をもたらすような改良 されたピストンリングを実現することを目的とする。

上記の問題を解決するため、冒頭部分に記載されているピストンリング装置が最 初に用いられ、一部片の円形リングとして機械加工され、嵌め込まれた時自己緊 張によりピストンのリング溝の中に位置しシリンダ壁に緊密に嵌合した。

本発明のピストンリング装置は、このピストンリング装置を分割する（同じピス トンリング溝に係合される）ことにより、すなわちピストンリングが少なくとも ２つの別体の自己緊張分割リング要素からなるよつにすることにより、さらに発 展された。嵌め込んだ時、これらリング要素は連結固定状態となり、その傾斜し た表面を直接介する力により又は所定の場合には追加の分割リングもしくは他の バッキング片（シム）を挿入して間接的な力により負荷がかけられ、リング要素 の半径方向断面の傾斜した表面の各々が傾斜した直線状の又はわん曲した部分を 有し、リング要素が軸方向にリング溝との緊密の嵌合を形成する。

本発明の好適な実施態様においては、ピストンリング装置は、相互に対向する同 一寸法の傾斜した磨かれた表面を向き合わせることにより単に組立てられる２つ の分割されたリング要素からなり、隙間−好ましくはリング溝の頂部に配設され たリング要素を分割することにより形成される−が、リング溝の中の下側に配設 された状態よりも取りはずした状態の方が小さくなっている。これは製造及び組 立てをさらに簡単にする。

本発明によれば、この実施態様はまた、ピストンリング装置が２つのＶ字形分割 リング要素と、両側に傾斜した表面によりこれら２つのリング要素に外側に向っ て負荷をかける第３の中央分割リング要素とからなり、２つの外側リング要素の 外側円筒面がシリンダ壁に緊密に嵌まり、その端面がリング溝の前壁に当接する ようにしても、実施可能である。こうして、ピストンリング装置の自己緊張の外 面圧が望みどおりの値により完全に調節できる。

しかしもう１つの実施態様は本発明によればさらに好ましく、この実施態様では 、ピストンリング装置が三角形断面の中央分割リング要素を有し、その外側円筒 面がシリンダ壁に緊密に嵌まり、その上下の傾斜した表面が外側リング要素を半 径方向外側に押すことにより第２及び第３のリング要素の傾斜表面と共働し、さ らに第２及び第３のリング要素の端面がリング溝の上下の前壁に当接する。

オイル保持リング装置の場合は、２つの分割リング要素が同一形状に作られ組立 て状態において相互に向き合わされ、予め応力のかけられた弾性要素例えば無端 環状コイルばねがリング要素の対向傾斜表面の間に設けられる。これら２つのリ ング要素は軸方向に相互に離間され、あるいは所定の場合には通路が設けられ、 オイルを一掃するようにする。これは製造と組立てを簡単にする。

図面の簡単な説明 本発明はそのいくつかの実施態様を示す図面の助けによって、実例を挙げること により詳細に記述される。

第１図は本発明のピストンリング装置の組立てられた状態の縦断面図、 第２図は第１図のピストンリング装置の下側リング要素の縮小頂面図、 第３図は第１図のピストンリング装置の上側リング要素の縮小頂面図、 第４図は第２図のＩＶ−ＩＶ線による拡大断面図、第５図は第３図のＶ−Ｖ線に よる拡大断面図、第６図は実例として与えられた本発明のピストンリング装置の 第２実施態様の組立てられた状態の部分断面図、第７図は第６図の装置の他の構 造の断面図、第８図は本発明の他の実施態様の実例を示す断面図、第９図は第８ 図の装置の取外された状態の、一部を切欠いた図である。

好適な実施態様の記載 第１図に示すように、本発明のピストンリング装置１はピストン２（その一部だ けが略示されている）のリング溝３の中に配設されている。ピストン２は内燃機 関のシリンダ４の中を往復運動し、このピストンリング装置１の役割りはシリン ダ４の中のピストン２をシールすることである。燃焼室の方を向くピストン２の 端面は５で示され、その外周面は６で、さらにリング溝３の上側及び下側端面は ７及び８でそれぞれ示され、その内側円筒壁は９で示されている。

ピストン２のリング溝３と組合わされる本発明のピストンリング装置ｌは分割さ れ、すなわち少な（とも２つの別体でしかも共働する分割リング要素からなって いる。第１の実施態様においては、ピストンリング装置１は２つの上側及び下側 のリング要素１０及び１１からなり、この場合相互に直接接触し連結固定され組 立てられた状態で力によって負荷がかけられる。リング要素１０と１１は、その 保合部分に傾斜した表面１２と１３がそれぞれ設けられた分割自己緊張円形リン グとして作られる。

リング要素１０と１１の断面形状は第２〜５図により明瞭に示されている。第２ 及び！−４図は下側リング要素１１を示し、また第３及び５図は上側リング要素 １０を示している。

第２図と第３図を対比すれば、下側リング要素１１を切り割った時に形成される 隙間１５が上側リング要素１０の隙間１４より１かに大きく組付けを容易にする ようにしていることを示している。（組付ける翁の下側リング要素１１の位置は 第１図に点線で示されている。）リング要素１０と１１が組付は工程において弾 性的に変形可能であることが明らかである。

第４図と第５図を対比すれば、この場合リング要素１０と１１とは同一円錐角１ ６の傾斜した表面１２と１３を有し、この部分の半径方向断面が直線状であるこ とを示している。

しかし、第４及び５図はこの部分がわん曲している構造（点線で示されている） を呈している。しかし所定の場合には、この部分は他の凸面又は凹面とすること もできる。傾斜表面１２と１３は磨かれる。

グ溝３の壁９から半径方向の間隔１９をおいている。第１図に示されるように、 熱膨張用隙間だけが下側リング要素１１の上側端面とリング溝３の上側端面７と の間に存在し、この隙間の寸法は約１／１００園とすることができる。

このようにして、第１図のピストンリング装置１は内燃機関に圧縮リングとして 用いることができ、生産技術と材料は現在用いられているものと同一とすること ができる。円錐角１９（第４及び５図に示される）は現実の用途により要求され る１０度から８４度の間とすることができる。

第３図及び第５図は上側リング要素」Ｏの寸法が上記のリング要素１１の寸法と 本質的に同じとすることができることを示している。リング要素工０の外周面２ ０はシリンダ４（第１図）の内壁２１に緊密に嵌まる。さらに、リング要素１０ の上側端面２２はリング溝３の上側端面７に当接する。

（同一の熱膨張用隙間がリング要素１１に関して述べたようにリング要素１０の 下側端面とリング溝３の下側端面８との間に存在する。） 第１図から、本発明のピストンリング装置１の組付けは分割されたリング要素１ ０と１１の弾性変形をもたらすことが明らかである。組付けられた状態で、自己 緊張リング要素１０と１１は直接連結固定され傾斜表面１２と１３を介する力に より負荷がかけられた状態を保つ。この結果、内側及び下側のリング要素１１が 外側及び上側のリング要素１０を半径方向外側に追い出すようにし、そのため常 に安全リング圧力が達成される。こうして、リング要素１０は、とスートンリン グ装置１が長時間使用されたとしてもシリンダ４の壁２Ｉ上にシールされた状態 で位置するようになるが、その理由は使用中避けられない摩耗が、本発明のピス トンリング装置１によりその傾斜表面１２と１３に沿う自己緊張リング要素１０ と１１の相対運動を介して自動的に補償されるからである。

本発明は、従来の技術とは、端面２２と１７を有するピストンリング装置１のリ ング要素１０と１１がリング溝３の端面７と８と緊密に嵌まり、さらにこれらリ ング要素がリング溝に押しつけられる（従来技術で用いられているような隙間な しに）点で、本質的に異なっている。これは、ピストンリング装置ｌがリング溝 ３の中を軸方向に“浮動”することがなくそのため“疲労”の危険が完全になく なるという利点をもたらす。本発明の他の利点はエンジンの冷却の問題に関しピ ストン２が“焼付（”−普通のピストンリングに生じることのあるーことがなく なることであるが、それは力により固定され負荷がかけられた連結と傾斜表面に 沿うリング要素ｌＯと１１の相対運動の可能性とがこの現象をなくすからである 。

第６図は本発明のピストンリング装置１の他の実施態様を示し、リング溝３の中 の上側リング要素１０と下側リング要素１１が間接的に位置し、すなわち中央に 配設された第３の分割リング要素２３を介する力により固定されかつ負荷がかけ られた相互に作用する連結状態となっている。リング要素２３の傾斜表面２４と ２５がリング要素１０と１１の傾斜表面１２と１３とそれぞれ共働するようにな っている。したがって、リング要素２３はリング要素１０と１１を半径方向外側 に軸方向に離間するよう押圧し、それにより外周面１８と２０がシリンダ４の壁 ２１に緊密に嵌まるようにする。リング要素２３は同様に他のリング要素１０． １１の材料と同じ材料からなる分割リングとして作られる。

第７図は第６図のピストンリング装置と逆の実施態様を示す、ここでは、中央リ ング要素２３の外側端面２６はシリンダ４の壁２１に緊密に嵌まり、またその傾 斜表面２４と２５が内側に配置された分割リング要素１０と１１の傾斜表面１２ と１３と共働する。明らかに、リング要素１０と１１はその自己緊張圧力をリン グ要素２３が半径方向外側にさらに付勢されるよう伝達し、リング要素１０．１ １及び２３がリング溝３に密着するよう軸方向に拡がる。

最後に、本発明のピストンリング装置１のさらに他の実施態様が第８及び９図に 示され、この実施態様はオイル保持リング装置として用いることができる。この ピストンリング装置１は第８図に組付けられた状態が断面で示され、またその全 体が（一部切欠いて）取外された状態で第９図に示されている。このオイル保持 ピストンリング装置１は２つのリング要素（より明確とするためＩＯと１１で示 されている）からなっている。リング要素１０と１１は分割円形リングとして作 られ、同じ寸法の傾斜表面１２と１３が相互に対間するように位置している。こ れらの分割された隙間もまた１４と１５で示されている（第９図）。

この場合、リング要素ＩＯと１１は同時にオイル出口隙間を形成する相互に離間 する軸方向間隙２７を有している。弾性要素２８がリング要素１０と１１の傾斜 表面１２と１３との間に嵌め込まれ、これらリング要素を軸方向及び半径方向に 離間するようにする。この場合弾性要素２８は無端環状予応力何部コイルばねと して作られる。

第８図はリング要素１０と１１の外側周面２０，１８がシリンダ４の壁２１に緊 密に嵌まり、その押圧作用が弾性要素２８によりさらに向上していることを、明 瞭に示している。

環状のオイル空間２９が、空間２７によって形成された隙間と連通ずる凹所を設 けることにより、リング要素１０と１１の中央の周面上に形成されている。

上記のことから明らかなように、本発明のピストンリング装置ｌはその構造と作 用とにおいて従来の普通の方式とは本質的に相違している。その主な利点は、比 較的低いコストで保証された長い耐用寿命をもって、ピストン２とシリンダ４と の間に信鯨できるシール作用をもたらすことである。さらに本質的な利点は、ピ ストンリング装置１の“疲労”をなくしピストン２が焼付（ことがないようにし 、そのためエンジンの使用者にとって実質的な費用が節減できることにある。

上記の記載と請求の範囲において、“力により固定され負荷のかけられた連結゛ なる用語は一強制固定結合又は連結−であることが理解されるべきである。

参照番号の一覧表 １・・・ピストンリング装置 ５・・・端面 ６・・・外周面 ７・・・上端面 ８・・・下端面 ９・・・壁 １０・・・上側リング要素 １１・・・下側リング要素 １２・・・傾斜表面 １３・・・傾斜表面 １４・・・隙間 １５・・・隙間 １６・・・円錐角 １７・・・端面 １８・・・円筒状外周面 １９・・・半径方向間隙 ２０・・・シール外周面 ２１・・・壁 ２２・・・端面 ２３・・・中央リング要素 ２４・・・傾斜表面 ２５・・・傾斜表面 ２６・・・端面 ２７・・・軸方向間隙 ２８・・・弾性要素 ２９・・・オイル空間 Ｆｉｇ。Ｌ　Ｆｉｇ、５ 浄書（内容に変更なし） 要　約　書 本発明はピストン往復動機械、主として内燃機関のためのピストンリング装置に 関し、組込んだ状態でピストンのリング溝に自己緊張力により配設されかつ円筒 状表面がシリンダ壁に緊密に嵌まる分割されたリング要素を具備している。本発 明の本質は、ピストン（２）の１つのリング溝（３）に組合わされる前記ピスト ンリング装置（１）が分割されかつ少なくとも２つの別体の分割リング要素（１ ０，１１，２３）からなり、組込まれは状態で固定連結されまた傾斜表面（１２ ，１３，２４，２５）により直接、又は所定の場合は他の予め応力のかけられた バッキング片（シム）、主として弾性要素（２８）により間接的に、力によって 負荷がかけられ、さらにリング溝（３）に緊密となるよう軸方向に拡がることに ある。

手続補正書（方式） 平成３年１０月フ日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ピストン往復動機械、主として内燃機関のためのピストンリング装置であっ て、組付けられた状態でピストンのリング溝の中に自己緊張状態で配設される分 割リング要素を具備し、その円筒状外周面がシリンダの壁に緊密に嵌まるピスト ンリング装置において、ピストン（２）の１つのリング溝（３）と組合わされる 前記ピストンリング装置（１）が、分割され、少なくとも２つの別体の分割リン グ要素（１０，１１，２３）からなり、組付け状態において、これらリング要素 がその傾斜表面（１２，１３，２４，２５）により直接的に、又は所定の場合は 他の予め応力のかけられたパッキング片（シム）、主として弾性要素（２８）を 介して間接的に、力により固定されかつ負荷のかけられた連結状態となり、また これらリング要素が、リング溝（３）に密着するよう軸方向に拡がるようになっ ていることを特徴とするピストンリング装置。 ２．傾斜表面（１２，１３）により相互に直接共働する２つのリング要素（１０ ，１１）からなり、リング要素（１０又は１１）のいずれか１つの外周面（２０ 又は１８）がシリンダ（４）の内壁（２１）に緊密に嵌まるようになっているこ とを特徴とする請求項１に記載のピストンリング装置。 ３．中央の第３のリング要素（２３）が上側及び下側のリング要素（１０，１１ ）の間に嵌められ、組付け状態で中央リング要素（２３）の傾斜表面（２４，２ ５）が上側及び下側のリング要素（１０，１１）の傾斜表面（１２，１３）によ る力によって固定されかつ負荷のかけられた連結状態となり、それによりリング 要素（１０，１１）を半径方向外側に付勢し、上側及び下側リング要素（１０， １１）の円筒状外周面（２０，１８）がシリンダ（４）の壁（２１）に緊密に嵌 合するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のピストンリング装置 。 ４．上側及び下側リング要素（１０，１１）の間に嵌め込まれた中央リング要素 （２３）は、その外側端面（２６）がシリンダ（４）の壁（２１）に緊密に嵌ま り、その傾斜表面（２４，２５）が上側及び下側リング要素（１０，１１）の傾 斜表面（１２，１３）と連結され、中央リング要素（２３）を半径方向外側に付 勢するようにしていることを特徴とする請求項１に記載のピストンリング装置。 ５．傾斜表面（１２，１３）を相互に対向するよう配置することにより組付けら れた好ましくは同一寸法及び形状の２つのリング要素（１０，１１）からなり、 予め応力のかけられた弾性要素（２８）、例えば無端コイルばねが傾斜表面（１ ２，１３）の間に嵌め込まれ、さらにオイル保持リング装置（１）の場合にはリ ング要素（１０，１１）にオイル出口が設けられていることを特徴とする請求項 １に記載のピストンリング装置。