JPS601469A - 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】 ａ、技術分野 この発明は内燃機関等に用いられるピストンリング装置
の改良に関する。

ｂ、技術的背景 往復動内燃機関に使用されるピストンリングには、ピス
トンとシリンダとの間で適正な潤滑油膜を形成するため
のオイルリングとシール性を確保するだめのコンプレッ
ションリングとがあるが、コンプレッションリングにつ
いては、機関の種類にもよるが自動車用機関では１気筒
あたり通常２〜３本を使用して充分なシール性が得られ
るようにしている。

しかしながら、よく知られているように従来のピストン
リングではその構造上合い口隙間が生じることになるた
め、コンプレッションリングを複数使用しても燃焼室か
らクランク室側へのガスの吹き抜け（ブローパイ）を確
実に防止するのは困難であった。

これ建対して、高度なシール性の要求に応えるピストン
リングとして、第１図に示したようなものが知られてい
る。

これは、図示したようにリング１０合い口隙間２を形成
するリング端部のうち、図で右側の端部に□リング円周
上に沿って前縁下部を切シ欠く一方、この切欠部３を補
填する形で左側の端部から突起部４を形成した追って、
突起部４がシリンダ壁との摺接面側で合い口隙間２を閉
塞しているため、合い目障間２の部分でのシール性が向
上するのである。（昭和５４年株式会社リケン発行「ピ
ストンリング」参照） 第２図並びに第３図囚〜Ｃ）は、内燃機関のピストン５
に、上記ピストンリング１をその突起部４がリング溝６
の底面側に位置するように組みこんだ場合の作用を示し
たもので、膨張行程では図で上方の燃焼室側から作用す
るガス圧力及びシリンダ壁面７との間の摩擦力等に基づ
いてピストンリング１がリング溝６の底面に押しつけら
れ、特に合い目障間２の部分でも突起部４がリング溝６
底面に接しているため、リング１の上面から背面へと作
用するガス圧力がクランク室側へと抜けるようなことが
なく、従ってプローバイガスの低減には大きな効果が得
られる。

しかしながらその反面このようなピストンリング１によ
ると、第３図（Ｃ′）に示したように吸入行程でリング
１がリング溝６の上面に押しつけられると突起部４がリ
ング溝６底面から離れ、合い目障間２を介してクランク
室側と燃焼室側とが連通することになるので、ピストン
５とシリンダ壁面７との間のクリアランスに保持されて
いた潤滑油が低圧の燃焼室へと吸い上げられるのを阻止
する効果はなく、従ってオイル消費量の低減という観点
からすると未だ不充分な面があった。

また、該リングが高いシール性を示す領域ではプローバ
イ流量の減少によりセカンドリングにかかるガス圧力が
減少し慣性力によるセカンドリングの上下運動が顕著に
なシ、セカンドリングのシール性が損なわれるとともに
上下運動によるポンプ作用（オイルくみ出し作用）によ
ｐさらにオイル消費を増加させる方向となってしまう。

第１３図は上記の述べた事項を示す実験データであり一
般的な従来例■の場合に対し上述の従来例■はプローパ
イ量は減少するがオイル消費量が大幅に増加している。

尚一般的な従来例よυ単にセカンドリングを除去した場
合は第１３図■に示すように低速域でのプローパイが倍
増し又高速域のオイル消費も増大してしまう。

Ｃ０発明の目的 本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、
ピストンの運動方向や圧力の作用方向によらず常に確実
なシール性能を発揮するピストンリング装置を提供する
ことを目的とする。

ｄ１発明の構成等 上記目的を達成するために本発明では、圧力リングとし
て単一のピストンリングを用いるピストンシリンダ装置
において、前記ピストンリングの合い目障間を挾んで相
対するリング端部の一方には前縁下部側に、他方には前
縁上部側にそれぞれ切欠部を形成するとともＫ、同じく
それぞれのリング端部には他方のリング端部に形成した
前記切欠部を補填する形状の突起部を形成し、ピストン
リングがリング溝の上面に押しつけられたときには前縁
上部側の、同じく底面に押しつけられたときには前縁下
部側の突起部によｐ合い目障間を閉塞するようにした。

以下、本発明を図示実施例に基づいて説明する。

なお、第１図〜第３図に対応する部分については同一の
符号を付して示すことにするＯ ｅ、実施例 本発明では、例えば第４図または第５図に示したように
ピストンリング１１の合い目障間２を挾んで相対する一
対のリング端部１２ａ、］　２ｂのうち一方（この場合
、図で左側）の端部１２ａの前繰上部側に三角断面形状
の切欠部１３　ａを形成するとともに、他方（右側、た
だし第４図ではその下面及び背面の外形のみを想像線で
示しである）の端部１２　’０には前記切欠部１．３　
ａを補填する形状の、すなわち三角柱状の突起部１４ｂ
を設ける。

また、リング端部１２ｂの前縁下部にも同様にして切欠
部１３ｂを形成するとともに、これと相対する端部１２
ａＫは突起部１４ａを設ける。なお、ピストンリング１
１のシリンダ壁との摺接面１　］、　ｃにおける切欠部
１３ａ（ｔたは１３ｂ）の深さと突起部１４ａ（ｔたは
１４ｂ）の高さとが、図示したよう一同一になるように
形成するのが望ましい。

第６図（ト）〜■）は上記ピストンリング１１を内燃機
関に適用した場合の膨張行程での作用を表わしたもので
、各図に示したように図で上方にあたる燃焼室からのガ
ス圧力等に基づいてピストンリング１１がリング溝６の
底面に付勢されると、リング１１のどの断面で見ても、
リング１１とリング溝６との間の上面及び背面の隙間は
クランク室側に対して遮断され、特に合い目障間２の部
分も前縁下部側の突起部１４ａによυ遮断されるので燃
焼室からクランク室へと抜けるブローバイガスの量は著
しく減少する。

上記作用及び効果については第１図のピストンリング１
と同様であるが、本発明によるピストンリング１１では
、第６図（Ｃつに示したように、ピストンリング１１が
リング溝６の上面に押しつけられた場合には前縁上部側
の突起部１４ｂがリング溝６上面に着座してクランク室
側及び合い目障間２を燃焼室側空間に対して遮断するこ
とになるため、吸入行程時においても確実なシール性を
維持でき、従って吸入行程時に低圧化した燃焼室側へと
潤滑油が移動するのを抑えてオイル消費量を低減するこ
とができるのである・。（第１３図中の■を参照） なお、第４図において矢印は膨張または圧縮行程におい
て燃焼室側からクランク室側へとガスが漏洩する場合の
経路を示しておシ、このピストンリング１１では図示し
たようにり／グ１１の上面及び切欠部１３ａと突起部１
４ｂとの間の隙間（以下、［接合面間隙Ｃａｌと言う（
第６図Ｃ）参照））またはリング１１の背面から合い目
障間２へ、さらに突起部１４ａと切欠部１３ｂとの間の
隙間（接合面間隙ｃｂ）へと流れてクランク室側へと抜
けるガスの流れが生じることが考えられる〇しかしなが
ら、上記接合面間隙Ｃａ　、　にｌ’ｂは、リング１１
の背面または上面とリング溝６との間に生じる隙間が５
００μｍ程度であるのに対して４０μｍ程度以下と非常
に小さく、またガス圧力によシ突起部１４ｂが切欠部１
３ａに押圧されることになるため、上記ガスの漏洩経路
における流路抵抗ないし圧力損失は極めて大きく、従っ
てこの漏洩によるブローバイガスの量は極く僅かである
。

なお、セカンドリングがないたメ、このセカンドリング
の上下運動によるオイルに対するポンプ作用も防止され
る。

第７図は本発明の第２の実施例で、一方のリング端部１
２ａの切欠部１３ａと突起部１４ａとの間に、リング上
下面と平行な段付部１５ａを、また他端部１２ｂにも同
様にして段付部１５ｂを形成したものであり、第７図（
３）に示すように段付部１５ａ、ｂの間隙Ｃｃを他の間
隙Ｃａ　、　Ｃｂよシ狭くして、リング・リング溝の摩
耗によって生ずる面圧の変動や突起部の破損を防ぐこと
を目的としたものである◇ 一般にリングの合口の二端はリング上下運動の際個々に
移動ないし相対運動しておシ（内燃機関Ｖｏｌ　１２．
　ＮＯ，１４０，１９７３，７参照）、リングの上下面
が摩耗又はリング溝側面が摩耗した場合やリングがリン
グ溝の中間にある場合には第４図または第５図に示す突
起部１４ａと切欠部１３ｂ、’！、たけ突起部すれば端
部１２ａ側では極所的にシリンダ壁面との間の面圧の増
加が起り、また端部１２ｂ側では面圧の低下が起るため
、リングとしてシリンダ壁にキズをつけて焼き付きの原
因となったυ、逆にシール性の低下の原因となったシす
ることが考えられる。さらに耐久性の面からみると本発
明の要点である突起部１４ａ、１４ｂが破損し易くなめ
、突起部１４ａ、１４ｂの破損や合口部付、近での面圧
の変動を防ぐことができ、信頼性・耐久性の向上が得ら
れるのである。

第８図〜第１０図は同じく第３の実施例で、第１の実施
例の構成に加えて、ピストンリング１１の一端部１２ａ
の背面にリング溝６の周面と平行な切欠部１６を形成す
るとともに、他端部１２ｂに前記切欠部１６を補填する
形状の背後壁部１７を形成し、この背後壁部１７によシ
リング１１の背面側と合い目障間２との間の気密度を高
めることによりブローバイガス量をさらに低減するよう
にしたものである。

ところで、上記各実施例では切欠部１３ａ、１３ｂ並び
に突起部１４ａ、１４ｂの断面形状を三角形に形成して
いるが、これに限られないことは言うまでもなく、例え
ば第１１図並びに第１２図（４）〜（６）に示したよう
に四角形断面に形成したシ、あるいは切欠部１３ａ、１
３ｂ及び突起部１４ａ、１４ｂの組合せの一方を三角形
に、他方を四角形にという具合に異なる断面形状を付与
しても差し支えない。

ただし、第１１図〜第１２図のように四角形断面にした
場合には、第１２図（Ｃ）Ｋ示したように２つの突起部
１４ａ、１４ｂの重なｐ合いによシその背後の合い目障
間２とリング摺接面１１ｃ側空間との間の気密性が高ま
るため、ブローバイの抑制効果がさらに向上することが
期待できる。

ｆ６発明の詳細 な説明してきたように、本発明によれば、圧力の作用方
向ないしピスト／の運動方向に応じて、ピストンリング
がリング溝の上方または下方の何れの側へ移動しても高
度なシール性能を発揮するよう圧したので、内燃機関の
ピストンリングとして適用することによシ、プローノく
イガスを低減できるのみならず、吸入行程でのオイル上
９に原因す°るオイル消費の増加をも防止することがで
きる。

また、このように高度なシール性が得られることがら、
気筒あたりのピストンリング数を減らして摩擦損失を低
減し、ひいては燃料消費率を改善することも可能になる
。

なお、本発明は内燃機関のみならず油圧シリンダなどそ
の他のピストン−シリンダ装置にも適用可能であること
は言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の抑振斜視図、第２図はこれを内燃機関
のピストンに組み込んだ状態での正面図、第３図（５）
〜Ｃ）はそれぞれ膨張行程での作用を説明するための第
２図に関するＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面
図、第３図（Ｃ′）は吸入行程での作用を説明するため
の第３図（Ｃ）に相当する断面図である。 第４図は本発明の第１の実施例の斜視図、第５図は同じ
く正面図、第６図（３）〜■はそれぞれの膨張行程での
作用を説明するための第５図に関するＡ−Ａ断面図〜Ｅ
−Ｅ断面図、第６図（Ｃ′）は吸入行程での作用を説明
するだめの第６図（Ｃ）に相当する断面図である。 第７図は本発明の第２の実施例の斜視図、第７図（３）
はそのＡ−Ａ断面図である。第８図は同じく第３の実施
例の正面図で、第９図、第１０図はそれぞれその平面図
、Ｘ−Ｘ断面図である。第１１図は同じく第４の実施例
の正面図、第１２図（ト）〜第１２図（２）はそのＡ−
Ａ断面図〜Ｅ−Ｅ断面図である。第１３図は全開運転時
のエンジン回転数とオイル消費量並びにブローバイガス
流量との関係を各種ピストンリングまたはその組合せに
ついて、本発明との比較において示した特性線図である
。 ２・・・ピストンリングの合い目障間、５・・・内燃機
関のピストン、６・・・リング溝、７・・・シリンダ壁
面、１１・・・ピストンリング、１２ａ、１２ｂ・・・
ピストンリング端部、１．３　ａ　、　１３　ｂ−＝切
欠部、１４ａ。 １４ｂ・・・突起部、１５・・・段付部。 特許出願人　日産自動車株式会社 第７図 第７図（Ａ） １ 第１０図 ６ 手　続　補　正　書（方式） 昭和５８年１０月５日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１０８３０２号 ２、発明の名称 ピストンリング装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　神奈川県横浜市神奈用区宝町二番地氏名　（３
９９）日産自動車株式会社 ４、代理人 住　所　〒１０４東京都中央区銀座８丁目１０番８号銀
座８−１０ビル３階 昭和５８年９月７日（発送日昭和５８年９月２７日）７
、補正の内容 （１）明細書第３頁の第４行目に「第３図Ｎ〜（Ｃ）は
、」とあるのを１第３図人〜回は、」と補正する。 （２）同じく第１７行目に１第３図（Ｃ′）に」とある
のを「第３図０）に」と補正する。 （３）　同じく第７頁の第１３行目に［第６図（Ｃ’月
□とあるのを「第６図■」と補正する。 （４）　同じく第１２頁の第１９行目に［第３図（ＣＩ
とあるのを「第３図ＣＤ）　Ｊと補正する。 （５）　同じく第１３頁の第５行目に１第６図（Ｃつ」
とあるのを「第６図い」と補正する。 （６）図面中「第３図（Ｃ’）Ｊを１第３図（Ｄ）」に
。 「第６図（Ｃ’）Ｊを１第６図（Ｆ）」に、それぞれ別
紙未配の通シ補正する。 第３図（Ａ） 第３図（−４） 第６図（Ａ’ｌ　第６図（Ｂ： を 第６図（Ｄ）　第６図（Ｅ） ４６０− ）　第６図（Ｃ） 第６図（誓う

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧力リングとして単一のピストンリングを用いるピスト
   ンシリンダ装置において、前記ピストンリングの合い口
   隙間を挾んで相対するリング端部の一方には前繰下部側
   に、他方には前縁上部側に各々切欠部を形成するととも
   に、同じくそれぞれのリング端部には相対する側の切欠
   部を補填する形状の突起部を設けたことを特徴とするピ
   ストンリング装置。