JPS6347635Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本考案は、自動車用エンジンのピストンおよび
ピストンリングの構造に関するものであり、とく
にピストントツプリング溝および該溝に装着され
るトツプリングの装着構造に関するものである。 ［従来の技術］ ピストントツプリング溝は、通、高速高負荷時
に、ピストンの熱変形によりリング溝の傾きが、
ピストン摺動方向に対して直角になるように設定
されている。一方トツプリングは、通常、ボア装
着状態で水平になるように設定されている。これ
はリング溝とリングが平行となることで、リング
の上下面とリング溝との間でオイルをシールし、
オイル消費を良好に保つことをねらつたものであ
る。しかし、実際のエンジン使用域は、低〜中速
域が圧倒的に多く、この域では高速高負荷時と熱
負荷が異なるため、リングとリング溝が平行にな
らず、リング溝が上向きに、リングが水平という
位置関係になることがある。このため、行程中に
リングは、リング溝に強制的に押しつけられるこ
ととリング自体のバネ力による水平に戻ろうとす
る作用を繰りかえす。これはリングのポンプ作用
となりオイル消費に悪影響を及ぼす。このポンプ
作用は、実際のエンジン使用域では熱負荷が小さ
いためトツプリング溝の熱変形も小さく、トツプ
リング溝はピストン外周でトツプランド方向に傾
いた位置にあり、そのためトツプリング溝の傾き
とトツプリングが平行にならないために生ずるも
のである。 なお、ピストントツプリング溝下面に上向きの
傾きをもたせたタイプのピストンに特定したもの
ではないが、冷間装着時におけるピストンリング
下面とリング溝下面とについて、いずれか一方を
他方の傾き角に合致させる構造が知られている
（実公昭47−7282号公報、特開昭56−85545号公
報）。 ［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、上記提案構造のようにすると、
冷間装着時においてはリング下面とリング溝下面
とを略完全に面接触させることはできるものの、
運転状態においては熱負荷によるピストンの熱変
形によりリング溝下面の傾きが変化するので、上
記面接触状態が維持できなくなる。たとえば冷間
装着時にリング下面、リング溝下面ともに上向き
に傾けた構造を想定すると、運転状態ではリング
溝下面の傾き角の方向がリング下面の傾き角より
も小さくなり、面接触状態が維持できなくなる。
この傾き角の大小関係は、前述のリング溝が上向
きでリングが水平という関係とは逆であるが、後
述の試検結果にも示すように、このような関係の
場合にもオイル消費は悪化する。 本考案は、上述のような問題を解消するため
に、トツプリング溝下面に上向きの傾きをもたせ
たピストンにおいて、通運転時にトツプリング溝
とトツプリングが平行になることをねらつて、ト
ツプリングに捩れを与えてやることにより、リン
グの上下面とリング溝との間でポンプ作用を防止
して、実際のエンジン使用域でのオイル消費を向
上させることを目的とする。 ［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本考案のピストン
のピストンリング装着構造においては、ピストン
トツプリング溝の下面が高速高負荷時にピストン
摺動方向と直角になるように、リング溝下面に冷
間時に上向きの傾きをもたせたピストンが対象と
されており、このようなピストンにおいて、トツ
プリング溝傾き角とトツプリング捩れ角との間
に、冷間時ボア装着状態で（トツプリング溝傾き
角）−（トツプリング捩れ角）が0′よりも大きく
10′以下となる関係を有するピストンリングを、
ピストントツプリング溝に装着したものから成つ
ている。つまり、トツプリング溝傾き角に対し若
干小さ目の傾き角がトツプリングに付与され、ト
ツプリング溝傾き角がトツプリング捩れ角に対し
若干のプラスサイドに設定される。ここで、トツ
プリング溝傾き角とはトツプリング溝下面のピス
トン摺動方向と垂直な方向に対する傾き角をい
い、トツプリング捩れ角とはトツプリング下面の
ピストン摺動方向と垂直な方向に対する傾き角を
いうものとする。 ［作用］ このような構造のピストンにおいては、トツプ
リング溝下面とトツプリング下面とが、冷間時に
は略平行か若干トツプリング溝傾き角が大きい関
係にあり、トツプリング溝傾き角の方が若干のプ
ラスサイドになるように設定される。運転状態で
は、前述の如くトツプリング溝傾き角が小さくな
るようにピストンが熱変形するが、通常のエンジ
ン使用域では、低ないし中速域が多用されるた
め、熱負荷がそれ程大きくないためリング溝の熱
変形も小さく、トツプリング溝傾き角の変化も小
ない。この低ないし中速域における、トツプリン
グ溝傾き角のトツプリング傾き角に対する相対変
化が、0′〜10′の範囲である。したがつて通常の
エンジン使用域にてリング溝下面とリング下面と
はほぼ平行な位置関係が保たれる。リング溝下面
とリング下面との平行状態が維持されることによ
り、リング溝内でのリングによるポンプ作用が防
止され、通常のエンジン使用域における不必要な
オイル消費量が抑制されて、所期の目的が達成さ
れる。 ［実施例］ 以下に本考案のピストンのピストンリング装着
構造の望ましい実施例を図面を参照しながら説明
する。 第１図は本考案の一実施例に係るピストンリン
グ装着構造を示しており、シリンダボア１内にピ
ストン２が挿入されている。ピストン２のトツプ
リング溝３内には、トツプリング４が装着されて
いる。トツプリング４は、トツプリング４の摺動
面５とシリンダボア１内面との間にシリンダボア
１面に膜状に付着しているオイル６を介して、ト
ツプリング４が有する張力によつて摺動面５をシ
リンダボア１面に向けて押圧させながら、上下方
向に摺動される。トツプリング４は、ピストン２
の往復動に伴ないシリンダボア１内を上下する
が、リング溝３の上下面とトツプリング４との間
にはクリアランス７が設けられており、ピストン
２の上下動に伴ない、トツプリング４はリング溝
３の内部でも摺動方向への動きが可能となつてい
る。 トツプリング溝３には、高速高負荷時にピスト
ン２の熱変形によつてリング溝３の下面８がピス
トン２の摺動方向と直角の方向になるように、冷
間時の上向きの傾きが設けられている。ピストン
２摺動方向と直角な仮想面９とトツプリング溝３
の下面８との間の角度１０を、トツプリング溝傾
き角と称する。 トツプリング４は、その下面１１に対し上面１
２がシリンダボア１側に向けて上向きに傾けられ
たハーフキーストンタイプに形成されており、し
かも下面１１が上向きの傾きをもつように、トツ
プランド１３方向に捩つて形成されている。トツ
プリング４の下面１１とピストン２摺動方向と垂
直な面９との間の角度１４をトツプリング捩れ角
と称する。トツプリング捩れ角１４とトツプリン
グ溝傾き角１０とは、冷間時、（トツプリング溝
傾き角１０）−（トツプリング捩れ角１４）の値が
0′よりも大きく10′以下となる関係になるように
設定されている。このような微少な角度関係は、
トツプリング４の捩れ角をつぎのように調節する
ことにより設定されている。第２図にリング断面
を示すが、一般にリング状物においては、角部の
切欠き１５，１６を設けることによりリング４は
矢印Ａ方向に捩れ、切欠き１７，１８を設けるこ
とによりリング４は矢印Ｂ方向に捩れる。この性
質を利用して、第１図におけるトツプリング４に
おいては、内周上部に切欠きとしてのインナカツ
ト１９を設けることや、ハーフキーストンリング
４のバランスカツト２０を小さくすることによ
り、リング４の上向きの捩れ角１４が目標範囲に
設定される。また、捩れ角１４の設定にあたつて
は、リング４の外周下部に切欠きを設けることに
より、リング４に所定の方向の捩れを与えるよう
にしてもよい。 上記のように構成された本考案のピストンリン
グ装着構造においては、トツプリング溝下面８と
トツプリング下面１１とが、冷間時に略平行か若
干トツプリング溝傾き角１０が大きくなるよう
に、その差が0′よりも大きく10′以下の範囲とな
るように角度関係が設定される。エンジンの通常
使用域においても、ピストン２上部にかかる熱負
荷はそれ程大きくなくリング溝３の熱変形は小さ
いので、冷間時におけるリング溝下面８とリング
下面１１との角度関係はほぼ維持されて、略平行
に近い状態が維持される。より詳しくいえば、熱
負荷によりトツプリング溝３は、トツプリング溝
傾き角１０が小さくなる方向に微小に変化するの
で、リング溝下面８とリング下面１１とは、平均
値的には冷間時における関係よりも、より完全平
行に近い状態になる。 トツプリング４とトツプリング溝３が平行であ
れば、リング４の上下面１１，１２がリング溝３
の上下面に押しつけられる際、リング４がリング
溝３の中でリング４捩れ方向にばたつくいわゆる
ポンプ作用は発生しない。すなわち、第３図イ，
ロに従来の平行でない場合と比較して示すが、第
３図ロの平行でない場合は、まず爆発行程におい
ては、リング４はリング上面１２にかかる爆発の
圧力によつてリング下面１１がリング溝下面８に
押しつけられる。つぎに排気行程では、リング上
面１２にかかつていた圧力が解除され、リング４
のもつバネ力いわゆるスプリングバツク効果によ
つて、リング４はもとの傾き角すなわちリング溝
３の上下面と平行でない傾き角に戻る。吸気行程
では、リング４はシリンダボア１との摺動によ
り、リング溝３とは平行でないままリング溝３の
上面に押しつけられる。このときリング４の下面
１１とリング溝下面８との間に生じたクリアラン
スからオイルがリング溝内に侵入する。圧縮行程
では、リング４の摺動により、再びリング４がリ
ング溝３の下面８側に移動される。このリング溝
３中におけるリング４の移動の際、リング下面１
１とリング溝下面８とが平行でなくその間のクリ
アランスが溝３の奥に向つて広がつているため、
吸気行程で溝３内に侵入したオイルは、溝３の奥
に向けて押し込まれる。また、リング４がリング
溝３内で下方に向けて相対移動されるために、リ
ング４の上面１２とリング溝３の上面との間には
クリアランスが生じる。このクリアランスから、
前記溝３の奥に向けて押し込まれたオイルが、ピ
ストントツプランド１３方向に向けて逃がされ
る。さらに再び爆発行程に入ると、リング下面１
１が溝下面８に押しつけられるため、この間にあ
つたオイルは溝３の奥に向けて押し込まれ、トツ
プランド１３方向にもオイルが押し出される。 このようなピストンリング４とピストンリング
溝３とによるポンプ作用は、ピストンリング４と
ピストンリング溝３とが平行でないために生ずる
ものであるから、第３図イのように本考案により
平行状態が維持される場合には生じない。ポンプ
作用が防止されることによつて、ピストン２上
方、すなわち燃焼室側に不必要に送られるオイル
の量は減少し、オイルの消費量が適正に抑制され
る。 このようにポンプ作用を防止してオイル消費量
を適正に抑制するためには、実際のエンジン使用
域において、トツプリング４の下面１１とトツプ
リング溝３の下面８とが平行状態にされなければ
ならない。そのためには、通常のエンジン使用域
におけるリング溝３の熱変形を考慮して、冷間時
におけるリング４とリング溝３との傾き角の関係
が適切に設定されなければならない。 第４図に次表に示す各条件にて試験を行なつた
結果を示す。但し次表における角度は冷間時のも
のである。

【表】 第４図は試験番号と、オイル１消費する間に車
輌が走行できる距離との関係を示したものであ
り、縦軸は、距離数が大である程オイル消費量が
少なくエンジンの性能が良好であるという尺度で
ある。 第４図においては、5000Km／以上が許容範囲で
ある。第４図から明らかなように、冷間時におけ
る（トツプリング溝傾き角１０）−（トツプリング
捩れ角１４）の角度が0′よりも大きく10′以下の
範囲であれば、良好なしたがつて十分に少ないオ
イル消費量に抑えられる。角度差が大きくなつた
り、あるいは試験番号３に示すように傾き角の大
小関係が逆転する場合には、オイル消費量が許容
範囲を越えて大となり、良好な性能が得られな
い。なお、上記角度差が丁度0′であつても許容範
囲には入るが、トツプリング溝傾き角１０はエン
ジン運転に伴ない必ず小さくなる方向に変化する
ので、運転状態においてリング溝下面とリング下
面との平行状態をねらうには、上記角度差をプラ
スサイドに設定することが必要な要件となる。こ
のプラスサイドへの設定を正確に行うために、上
記角度差の設定目標を「0′よりも大きく」とした
ことは重要な意味をもつている。 ［考案の効果］ 以上説明したように、本考案のピストンのピス
トンリング装着構造によるときは、トツプリング
に捩れを与えて冷間時におけるトツプリング溝傾
き角とトツプリング捩れ角との角度差を適切な範
囲に設定し、実際のエンジン使用域においてトツ
プリング溝下面とトツプリング下面とが平行状態
になるようにしたので、従来問題であつたトツプ
リングのポンプ作用を防止することができ、オイ
ル消費を向上させることができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るピストンのピ
ストンリング装着構造を示すトツプリング近傍の
縦断面図、第２図はトツプリングの断面図、第３
図はトツプリングの移動状態を示す縦断面図、第
４図は各試験条件とオイル消費量との関係図、で
ある。 １……シリンダボア、２……ピストン、３……
トツプリング溝、４……トツプリング、６……オ
イル、７……クリアランス、８……トツプリング
溝下面、９……ピストン摺動方向と直角な仮想
面、１０……トツプリング溝下面の傾き角、１１
……トツプリング下面、１４……トツプリング下
面の傾き角、トツプリング捩れ角。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ピストントツプリング溝のリング溝下面が高速
   高負荷時にピストン摺動方向と直角になるように
   冷間時に上向きの傾きをもたせたピストンにおい
   て、冷間時シリンダボア装着状態における（トツ
   プリング溝下面の傾き角）−（トツプリング下面の
   傾き角）の値が0′よりも大きく10′以下となる捩
   れ角を有するトツプリングを前記ピストンのトツ
   プリング溝に装着したことを特徴とするピストン
   のピストンリング装着構造。