WO2005078268A1 - 内燃機関のピストン装置 - Google Patents

内燃機関のピストン装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2005078268A1
WO2005078268A1 PCT/JP2005/002041 JP2005002041W WO2005078268A1 WO 2005078268 A1 WO2005078268 A1 WO 2005078268A1 JP 2005002041 W JP2005002041 W JP 2005002041W WO 2005078268 A1 WO2005078268 A1 WO 2005078268A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
ring
section
top land
internal combustion
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/002041
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takeshi Yamada
Hideki Yoshida
Naoki Iijima
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Riken
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kabushiki Kaisha Riken filed Critical Kabushiki Kaisha Riken
Priority to EP05710093A priority Critical patent/EP1719901A4/en
Publication of WO2005078268A1 publication Critical patent/WO2005078268A1/ja

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3248—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports
    • F16J15/3252—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports with rigid casings or supports
    • F16J15/3256—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports with rigid casings or supports comprising two casing or support elements, one attached to each surface, e.g. cartridge or cassette seals
    • F16J15/326—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports with rigid casings or supports comprising two casing or support elements, one attached to each surface, e.g. cartridge or cassette seals with means for detecting or measuring relative rotation of the two elements

Definitions

  • the present invention relates to the shape of a piston and a piston ring in an internal combustion engine in which a piston reciprocates.
  • the top ring is a gas seal
  • the second ring is a gas seal and oil control
  • the oil ring is an oil control.Each ring shares the functions of gas seal and oil control. It is a form that satisfies.
  • Patent Document 1 Japanese Utility Model Publication No. 58-24558
  • Patent Document 2 Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 5-42661
  • the piston for an internal combustion engine described in Patent Document 2 is designed such that when a compression pressure is applied, the crown surface of the piston body and the upper leg portion of the compression piston ring having a U-shaped cross section come into close contact with each other. Intrusion of the compressed gas into the lock clearance is hindered, and the piston ring cannot be extended sufficiently to the outer peripheral side. Therefore, sufficient gas sealing function and I cannot satisfy the file control function.
  • the present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object thereof is to provide a piston of an internal combustion engine having a top ring having an excellent gas seal and an oil control function. It is to provide a device.
  • a piston device for an internal combustion engine includes a piston body having a ring groove formed by leaving a top land portion on the outer periphery, and an upper leg portion and a lower leg portion connected via a base. And a piston ring having a U-shaped cross section attached to the top land portion.
  • the axial width from the boundary between the piston ring base and the upper leg to the lower surface of the lower leg is defined by the axial force from the upper surface of the top land of the piston body to the lower surface of the ring groove where the lower leg is mounted. It is larger than the width.
  • another piston device for an internal combustion engine includes a piston main body having a ring groove formed by leaving a top land portion on the outer periphery, and an upper leg portion and a lower leg portion via a base. And a piston ring having a U-shaped cross section attached to the top land portion, and a groove is provided on the thrust side of the top land portion of the piston body.
  • Still another aspect of the piston device for an internal combustion engine is that an upper leg portion and a lower leg portion are connected via a base to a piston main body having a ring groove formed by leaving a top land portion on an outer periphery. And a piston ring having a U-shaped cross section attached to the top land portion, and a V-shaped annular groove is provided in a second land portion of the piston body.
  • the piston ring may have an upper outer periphery having a BF shape and a lower outer periphery having a straight or tapered contact surface.
  • a single piston ring exerts an excellent gas sealing function and an oil control function, so that the number of piston rings can be reduced, and a high rotation speed and high output of an internal combustion engine can be achieved. And low friction can be achieved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a piston device 1 of an internal combustion engine according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a main part of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a top view showing an outline of an engine device to which the piston device 1 of the internal combustion engine in FIG. 1 is applied.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of a comparison of the oil consumption between the piston device 1 of the internal combustion engine of FIG. 1 and a conventional device.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a main part showing a piston device 1A for an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a main part showing a piston device 1B for an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a main part showing a piston device 1C for an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
  • the piston device 1 of the internal combustion engine according to the present embodiment includes a piston body 10 having a ring groove 13 formed on the outer periphery thereof while leaving a top land portion 12, and an upper leg portion 22 and a lower leg portion 23. And a piston ring 20 having a U-shaped cross section and connected to the top land portion 12 through
  • the axial width h2 from the boundary P between the base 21 of the U-shaped cross section of the piston ring 20 and the upper leg 22 to the lower surface 23a of the lower leg 23 is lower than the upper surface 12b of the top land 12 from the upper surface 12b.
  • the piston ring 20 having a U-shaped cross section and the lower surface 13a of the ring groove 13 are brought into close contact with the force S, and the entire piston ring 20 having a U-shaped cross section is formed. Clearance occurs on the inner peripheral surface.
  • the piston ring 20 having a U-shaped cross section protrudes to the outer peripheral side, and the sealing characteristics are improved.
  • the value of h2-h3 is preferably 40 ⁇ 20 ⁇ m for a gasoline engine and 100 ⁇ 20 m for a diesel engine.
  • the tolerance is set to fall within this dimension range.
  • a notch 25 is formed in the crown surface 11 of the piston body 10, and the upper leg 22 of the piston ring 20 having a U-shaped cross section is attached to the notch 25.
  • the present invention is not limited to such a configuration.
  • the notch 25 is not formed in the piston body 10, and the upper leg 22 of the piston ring 20 having a U-shaped cross section is mounted so as to protrude above the crown surface 11 of the piston body 10. The invention applies.
  • the axial width h2 from the boundary P between the base 21 of the U-shaped piston ring 20 and the upper leg 22 to the lower surface 23a of the lower leg 23 is determined by the upper surface of the top land 12 (here, The same effect can be obtained by designing the crown surface 11) to have a larger force than the axial width h3 up to the lower surface 13a of the ring groove 13 in which the lower leg 23 is mounted.
  • the piston body 10 preferably has a groove 14 on the thrust side of the top land portion 12.
  • the groove 14 is located at 80 °, 90 °, and 100 ° from the front position 31 of the engine 30 to the thrust side, along the top land portion 12 from the crown surface 11 of the piston body 10 to the top land portion 12. It is formed over the outer peripheral surface 12a of the 12.
  • a mission 32 communicates with the engine 30.
  • the front end of the engine 30 is referred to as a front side, and the rear end is referred to as a rear side.
  • the position where the groove 14 is formed is not particularly limited as long as it is on the thrust side (a range of 0 to 180 degrees), but is preferably formed in a range of 45 to 135 degrees.
  • the back pressure of the ring can be increased, and the oil control function and the sealing function are improved.
  • This configuration requires only the piston device designed so that the lower surface 23a of the lower leg 23 of the piston ring 20 and the lower surface 13a of the ring groove 13 come into close contact with each other when the above-described compression pressure is applied.
  • the present invention is also applied to a conventional piston device in which the crown surface of the piston body and the upper leg portion of the piston ring having a U-shaped cross section are brought into close contact with each other, and exhibits an excellent effect.
  • the V-shaped shape is a groove shape in which the upper surface side is horizontal or the inner peripheral side is inclined upward and the lower surface side is inclined downward so that the radial width decreases.
  • the inclination of the lower surface is the piston shaft. It is preferable that the angle is 15 to 45 degrees.
  • the shape of the annular groove include a U-shaped cross section, a U-shaped cross section, and an inverted V-shape.
  • the lower surface 23a of the lower leg 23 of the piston ring 20 and the lower surface 13a of the ring groove 13 have a U-shaped cross section. This applies not only to piston devices designed to be in close contact with each other, but also to piston devices that are conventionally designed so that the crown surface of the piston body and the upper leg of the U-shaped piston ring are in close contact with each other. Demonstrates excellent effects.
  • the piston body 10 descends on the thrust side during the expansion stroke.
  • the dimension tl difference between the top land portion 12 and the second land portion 16
  • tl t2 is substantially equal to the dimension t2 (ring plate thickness) in FIG.
  • tl t2 is preferably designed to be 0-50 m.
  • the piston ring 20 having a U-shaped cross section is slidably mounted on the lower surface 23a of the lower leg 23 on the lower surface 13a of the ring groove 13.
  • the lower surface 23a of the lower leg 23 slides along the lower surface 13a of the ring groove 13 so as to protrude, and the inner periphery 21a of the base 21 and the outer periphery of the top land 12 are formed.
  • a gap S is formed between the surface and the surface 12a.
  • a gap is formed between the entire inner peripheral surface of the piston ring 20 and the piston body 10. Since the gap S has a labyrinth effect, it is difficult to transport oil moving from the second land 16 to the rear through the lower surface of the piston ring 20 to the combustion chamber, and an effect of reducing oil consumption is achieved.
  • the piston ring 20 has a shape protruding toward the cylinder C when a gas pressure acts even with a small tension, and can exert a gas sealing function.
  • a ring back is provided on the thrust side of the top land portion 12 of the piston body 10.
  • Grooves 14 for increasing the pressure are provided at positions 80, 90 and 100 degrees from the front position 31 of the engine 30.
  • the back pressure of the piston ring 20 on the thrust side increases through the groove 14 as the in-cylinder pressure (combustion pressure) increases during the expansion stroke on the thrust side where the oil film thickness is large during engine operation.
  • the oil film can be more actively thinned and a more excellent oil control function can be exhibited.
  • the piston ring 20 is attached to the top land portion 12 located at the upper end of the piston main body 10, the temperature of the crown surface 11 and the top land 12 of the piston main body 10 can be reduced. It becomes possible.
  • the U-shaped ring (piston ring 20) used for the measurement has a plate thickness of 0.5 mm, hi size of 2. Omm, al size of 2. Omm, and is made of steel.
  • a notch is formed in the crown surface of the piston body for mounting the upper leg of the piston ring having a U-shaped cross section, and the piston ring having the U-shaped cross section is formed below the crown surface.
  • a ring groove for mounting the lower leg was provided.
  • the axial dimensions of the notch and the ring groove were set to be about 50 ⁇ m larger than the axial dimensions of the upper leg and the lower leg of the U-shaped piston ring.
  • the radial dimension of the notch and the ring groove was set to be about 50 / zm larger than the al dimension of the U-shaped piston ring.
  • Example 1 is a piston device using the piston body.
  • Example 2 is a piston device using the piston body.
  • Example 3 is a piston device using this piston body.
  • the piston ring having a U-shaped cross section according to the present invention reduces oil consumption and blow noise as compared with the conventional single ring specification.
  • the oil consumption was further reduced by providing a groove on the thrust side of the piston body.
  • the oil consumption was significantly reduced by providing a V-shaped annular groove in the piston body (Example 3).
  • the blow-by amount which was 14. OLZmin in the conventional single-ring specification, was reduced to 12.2 LZmin in Example 3.
  • FIG. 5 shows a piston device 1A for an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
  • the upper and lower surfaces 12b and 12c of the top land portion 12 are tapered (reverse keystone shape), and the lower surface 22a of the upper leg and the upper surface 23b of the lower leg of the piston ring 20 having a U-shaped cross section. It is different from the piston device 1 of the internal combustion engine according to the above embodiment in that it is tapered so that the axial width of the leg is increased by directing the outer peripheral side.
  • the axial width h2 from the boundary portion P between the base 21 of the U-shaped piston ring 20 and the upper leg portion 22 to the lower leg lower surface 23a is equal to the outer peripheral upper end of the top land 12.
  • the A force is also preferably designed to be larger than the axial method width h3 up to the lower surface 13a of the ring groove 13 where the lower leg is mounted.
  • the axial width hlO from the inner peripheral lower end Q of the upper leg of the U-shaped cross section of the piston ring 20 to the lower leg lower surface 23a is equal to the inner peripheral upper end B of the top land 12 from the lower leg.
  • the shaft groove is designed to be larger than the width hll in the axial direction up to the lower surface 13a of the ring groove 13 in which the portion 23 is mounted.
  • the lower surface 23 a of the lower leg 23 projects outward along the lower surface 13 a of the ring groove 13.
  • a gap is formed between the entire inner peripheral surface of the piston ring 20 and the outer peripheral surface of the top land portion. Since this gap has a labyrinth effect, it is difficult to carry the oil moving from the second land 16 to the rear surface through the lower surface of the piston ring 20 to the combustion chamber, and the effect of reducing oil consumption is exerted. [0027] Also in the present embodiment, it is needless to say that the same operation and effect as in the above embodiment can be obtained.
  • FIG. 6 shows a piston device 1B for an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
  • the upper outer periphery 24 of the piston ring 20 has a BF (barrel face) shape with a projection amount of about 0.5 mm
  • the lower outer periphery 25 has a tapered contact surface with a projection amount of about 0.5 mm.
  • the piston devices 1 and 1A of the internal combustion engine according to the above embodiments are different.
  • the upper outer periphery 24 by forming the upper outer periphery 24 into a barrel face shape, it is effective to prevent scuffing, which is difficult to hit by edges.
  • the lower outer periphery 25 is formed as a tapered contact surface, there is an advantage that the oil removing effect in the downward stroke of the piston body 10 is excellent.
  • the shape is divided into upper and lower parts by one piston ring, there is an advantage that the actual contact width can be reduced and the surface pressure can be increased with the same tension as compared with the piston ring 20 of FIG. That is, when the surface pressure is high, there is an advantage that the oil can be consumed with good followability of the outer periphery and good oil consumption.
  • the lower outer periphery 25 may be a straight-shaped contact surface.
  • FIG. 7 shows a piston device 1C for an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
  • the upper outer periphery 24 and the lower outer periphery 25 of the piston ring 20 are formed as half-barrel shaped contact surfaces, and the piston devices 1, 1A, 1

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

　ＴＯＰリングにガスシール機能とオイルコントロール機能を持たせ、ＴＯＰリング１本で３本リングセットと同等のオイル消費量、ブローバイ量を実現する。外周にトップランド部を残してリング溝を形成して成るピストン本体と、上側脚部と下側脚部とを基部を介して連結して成ると共にトップランド部に取り付けられる断面コ字状のピストンリングとを有し、ピストンリングの基部と上側脚部の境界部から下側脚部の下面までの軸方向幅を、ピストン本体のトップランド部の上面から下側脚部が装着されるリング溝の下面までの軸方向幅より大きくする、又は、ピストン本体のトップランド部のスラスト側に溝を設ける、或いは、ピストン本体のセカンドランド部にＶ型形状の環状溝を設ける。ピストンリングは、上側外周をＢＦ形状、下側外周をストレート又はテーパ形状の当たり面とすると良い。                                                                             

Description

明 細 書
内燃機関のピストン装置
技術分野
[0001] 本発明は、ピストンが往復運動する内燃機関におけるピストンとピストンリングの形 状に関するものである。
背景技術
[0002] ピストンが往復運動する内燃機関おいては、 1気筒あたり 2本のコンプレツシヨンリン グと 1本のオイルリング力 成る 3本リングセットが主流である。
トップリングはガスシール、セカンドリングはガスシールとオイルコントロール、オイル リングはオイルコントロールというように、各リングがガスシールとオイルコントロールの 機能を分担して行っており、 3本セットでリングの機能を満たす形となっている。
[0003] 近年の内燃機関の課題として、高回転化、高出力化、低フリクションィ匕が挙げられ ている。これらの課題に対応するには、リングの本数を減らすことが有効である。 そこで、従来では、 1本のピストンリングを用いたピストン装置 (例えば、特許文献 1 参照）が報告されている。また、シール機能の向上などのためトップランド部に断面コ 字状の圧縮ピストンリングを嵌め込んだ内燃機関用ピストン (例えば、特許文献 2参照
)が知られている。
特許文献 1：実開昭 58— 24558号公報
特許文献 2：実開平 5— 42661号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力し、特許文献 1に記載の 1本のピストンリングでは、ガスシールとオイルコント口 ールの両方の機能を満足に満たすことはできな力つた。
また、特許文献 2に記載の内燃機関用ピストンでは、圧縮圧が作用すると、ピストン 本体の冠面と断面コ字状の圧縮ピストンリング上側脚部とが密着するように設計され ているため、ノ ッククリアランスへの圧縮ガスの侵入が妨げられ、ピストンリングを外周 側に十分に張り出させることができない。そのため、十分なガスシール機能およびォ イルコントロール機能を満足することはできな 、。
[0005] 本発明は、斯カる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、優 れたガスシールとオイルコントロール機能とを持つトップリングを有する内燃機関のピ ストン装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明に係る内燃機関のピストン装置は、外周にトップランド部を残してリング溝を 形成して成るピストン本体と、上側脚部と下側脚部とを基部を介して連結して成るとと もに前記トップランド部に取り付けられる断面コ字状のピストンリングとを有する。ピスト ンリングの基部と上側脚部の境界部から下側脚部の下面までの軸方向幅を、ピストン 本体のトップランド部の上面力 下側脚部が装着されるリング溝の下面までの軸方向 幅より大きくしている。
[0007] また、本発明に係る別の内燃機関のピストン装置は、外周にトップランド部を残して リング溝を形成して成るピストン本体と、上側脚部と下側脚部とを基部を介して連結し て成るとともにトップランド部に取り付けられる断面コ字状のピストンリングとを有し、ピ ストン本体のトップランド部のスラスト側に溝を設けている。
また、本発明に係るさらに別の内燃機関のピストン装置は、外周にトップランド部を 残してリング溝を形成して成るピストン本体と、上側脚部と下側脚部とを基部を介して 連結して成るとともにトップランド部に取り付けられる断面コ字状のピストンリングとを 有し、ピストン本体のセカンドランド部に V型形状の環状溝を設けて ヽる。
[0008] また、本発明に係る内燃機関のピストン装置は、ピストンリングが、上側外周を BF形 状とするとともに、下側外周をストレートまたはテーパ形状の当たり面としても良い。 発明の効果
[0009] 本発明によれば、 1本のピストンリングで優れたガスシール機能とオイルコントロール 機能とを発揮するため、ピストンリングの本数を減らすことができ、内燃機関の高回転 ィ匕、高出力化、低フリクションィ匕を図ることができる。
また、本発明によれば、ピストン上部の温度を積極的にシリンダ側へ逃がし、ピスト ン本体のリング溝の耐摩耗性を向上させることができる。 図面の簡単な説明 [0010] [図 1]本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1を示す斜視図である。
[図 2]図 1の要部を示す拡大図である。
[図 3]図 1における内燃機関のピストン装置 1を適用したエンジン装置の概要を示す 上面図である。
[図 4]図 1の内燃機関のピストン装置 1と従来装置とをオイル消費量について比較した 結果を示す図である。
[図 5]本発明の別の実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1Aを示す要部拡大図 である。
[図 6]本発明の別の実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1Bを示す要部拡大図 である。
[図 7]本発明の別の実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1Cを示す要部拡大図 である。
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図 1ないし図 3は、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1を示す。 本実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1は、外周にトップランド部 12を残してリ ング溝 13を形成して成るピストン本体 10と、上側脚部 22と下側脚部 23とを基部 21を 介して連結して成るとともにトップランド部 12に取り付けられる断面コ字状のピストンリ ング 20とを有する。ここで、断面コ字状のピストンリング 20の基部 21と上側脚部 22の 境界部 Pから下側脚部 23の下面 23aまでの軸方向幅 h2が、トップランド部 12の上面 12bから下側脚部 23が装着されるリング溝 13の下面 13aまでの軸方向幅 h3より大き く設計されている。すなわち、断面コ字状のピストンリング 20の基部 21の軸方向幅 h4 と下側脚部 23の軸方向幅 h5の総和力 ピストン本体 10のトップランド 12の軸方向幅 h6と下側脚部 23が装着されるリング溝 13の軸方向幅 h7の総和より大きくしてある。 この構成では、圧縮圧が作用すると、断面コ字状のピストンリング 20の下側脚部 23 の下面 23aとリング溝 13の下面 13aと力 S密着し、断面コ字状のピストンリング 20の全 内周面にクリアランスが生じる。そして、このクリアランスに圧縮ガスが入り込むことによ り、断面コ字状のピストンリング 20が外周側に張り出し、シール特性が向上する。ここ で、 h2— h3の値は、ガソリンエンジンでは 40 ± 20 μ m、ディーゼルエンジンでは 100 ± 20 mであることが好ましい。この寸法範囲に入るように公差が設定されるのが好 ましい。
[0012] 図 1,図 2には、ピストン本体 10の冠面 11に切り欠き部 25が形成され、断面コ字状 のピストンリング 20の上側脚部 22が、この切り欠き部 25に装着される構成が示されて いるが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、ピストン本体 10に切り欠き 部 25が形成されず、断面コ字状のピストンリング 20の上側脚部 22が、ピストン本体 1 0の冠面 11より上に突出して装着される構成にも本発明は適用される。この場合も、 断面コ字状のピストンリング 20の基部 21と上側脚部 22の境界部 Pから下側脚部 23 の下面 23aまでの軸方向幅 h2を、トップランド部 12の上面（ここでは冠面 11)力も下 側脚部 23が装着されるリング溝 13の下面 13aまでの軸方向幅 h3より大きく設計する ことにより、同様の効果が得られる。
[0013] ピストン本体 10には、トップランド部 12のスラスト側に溝 14を設けるのが好ましい。
溝 14は、図 3では、エンジン 30のフロント位置 31からスラスト側に 80度、 90度、 100 度の位置に、ピストン本体 10の冠面 11からトップランド部 12の上側に沿ってトップラ ンド部 12の外周面 12aに渡って形成されている。図 3において、エンジン 30にはミツ シヨン 32が連絡しており、エンジン 30の先端側をフロント側、後端側をリア側と称する 。溝 14の形成される位置は、スラスト側（0— 180度の範囲）であれば、特に限定され ないが、 45— 135度の範囲に形成されるのが好ましい。
[0014] このような溝を形成することにより、リング背圧を増カロさせることができ、オイルコント ロール機能およびシール機能が向上する。この構成は、上述した圧縮圧が作用する と、断面コ字状のピストンリング 20の下側脚部 23の下面 23aとリング溝 13の下面 13a とが密着するように設計されたピストン装置のみならず、従来のようにピストン本体の 冠面と断面コ字状ピストンリング上側脚部とが密着するように設計されているピストン 装置においても適用され、優れた効果を発揮する。
[0015] また、セカンドランド部 16には V型形状の環状溝 15を形成するのが好ましい。環状 溝 15によりセカンドランド部 16のオイルの圧力上昇が緩和されるため、オイルがトツ ブランド 12を経由して燃焼室に漏れ、オイル消費が増大する現象を防止することが できる。ここで、 V型形状とは、上面側が水平、もしくは内周側が上方に傾き、下面側 は下方にいくに従って、径方向幅が小さくなる傾きを有する溝形状である、下面の傾 きはピストン軸に対して 15— 45度であるのが好ましい。環状溝形状としては、断面コ 字状、 U字状、或いは逆 V型形状等が挙げられるが、 V型形状とすることによりオイル を溝内に溜めやすく優れたオイル消費低減効果が得られる。
[0016] このような V型形状の環状溝も上述したように圧縮圧が作用すると、断面コ字状のピ ストンリング 20の下側脚部 23の下面 23aとリング溝 13の下面 13aとが密着するように 設計されたピストン装置のみならず、従来のようにピストン本体の冠面と断面コ字状の ピストンリングの上側脚部とが密着するように設計されているピストン装置においても 適用され、優れた効果を発揮する。
[0017] さらに、ピストン本体 10は、膨張行程ではスラスト側を下降するが、この際のピストン 本体 10の側圧を利用してセカンドランド部 16でのオイル搔きをよくするために、図 2 の寸法 tl (トップランド部 12とセカンドランド部 16の差)を同図の寸法 t2 (リング板厚） とほぼ等しくするのが好ましい。ここで、 tl t2が、 0— 50 mに設計されるのが好ま しい。
[0018] 次に、斯くして構成した本実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1の作用を説明 する。
本実施形態では、断面コ字状の形状を持つピストンリング 20を、その下側脚部 23 の下面 23aをリング溝 13の下面 13aに摺動自在に装着しているので、ピストンリング 2 0は、ピストン本体 10に圧縮圧が作用すると、下側脚部 23の下面 23aをリング溝 13 の下面 13aに沿って摺動して張り出し、基部 21の内周側 21aとトップランド部 12の外 周面 12aとの間に隙間 Sが形成される。ピストンリング 20の全内周面とピストン本体 10 との間には、隙間が形成される。この隙間 Sがラビリンス効果を持っているため、セカ ンドランド 16からピストンリング 20の下側面を通り背面に移動するオイルを燃焼室へ 運びづらくなり、オイル消費低減効果が奏される。
[0019] また、ピストンリング 20は、張力が少なくてもガス圧が作用すると、シリンダ Cに向か つて張り出す形状となり、ガスシール機能を発揮することができる。
さらに、本実施形態では、ピストン本体 10のトップランド部 12のスラスト側にリング背 圧を増加させるための溝 14を、エンジン 30のフロント位置 31から 80度、 90度、 100 度の位置に設けている。このことにより、エンジン実働中の油膜厚さが厚いスラスト側 の膨張行程で、筒内圧 (燃焼圧)の上昇に伴い、溝 14を介してスラスト側のピストンリ ング 20の背圧が増加し、それにより積極的に油膜を薄くし、より優れたオイルコント口 ール機能を発揮することができる。
[0020] さらに、本実施形態によれば、ピストンリング 20をピストン本体 10の上端部に位置 するトップランド部 12に取り付けるため、ピストン本体 10の冠面 11およびトップランド 12の温度を下げることも可能となる。
次に、本実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1について、従来の 1本リングと比 較して実験を行った。
[0021] ここでは、ボア 79mm、排気量 1. 8リットルの自然吸気式ガソリンエンジンを使用し た。
測定に使用した断面コ字状リング (ピストンリング 20)は、板厚 0. 5mm、 hi寸法 2. Omm、 al寸法 2. Omm、材質はスチールである。
この断面コ字状リングを装着するため下記 3つの構成のピストン本体を作製した。
[0022] 1)ピストン本体の冠面に、断面コ字状のピストンリングの上側脚部を装着するため の、切り欠き部を形成し、冠面より下側に断面コ字状のピストンリングの下側脚部を装 着するためのリング溝を設けた。ここで、切り欠き部およびリング溝の軸方向寸法は断 面コ字状のピストンリングの上側脚部および下側脚部の軸方向寸法より 50 μ m程度 大きくなるように設定した。また、切り欠き部およびリング溝の径方向寸法は、断面コ 字状のピストンリングの al寸法より、 50 /z m程度大きくなるように設定した。このピスト ン本体を用 V、たピストン装置を実施例 1とする。
[0023] 2) 1)のピストン本体 10のフロント位置からスラスト側へ 80度、 90度、 100度の 3力 所に冠面からトップランド外周に渡り、幅 3mm、深さ 5mmの溝を設けた。このピストン 本体を用いたピストン装置を実施例 2とする。
3) 1)のピストン本体のスラスト側に 2)と同様に溝を設け、かつセカンドランドには V 型環状溝を形成した。このピストン本体を用いたピストン装置を実施例 3とする。
[0024] また、 1本のコンプレツシヨンリングのみを設置したピストンを用いて、同様にオイル 消費量およびブローバイ量の測定を行った。これを、図 4においては、従来 1本リング 仕様として示す。ここでは、ピストン本体のセカンドランドには環状の V溝は形成して いない。
図 4に示すように、本発明の断面コ字状ピストンリング (実施例 1)では、従来の 1本リ ング仕様に比べ、オイル消費量が低減するとともにブローノ ィ量も低下することが確 認された。また、ピストン本体のスラスト側に溝を設けることにより、オイル消費量はさら に低減した。さらに、ピストン本体に V型環状溝を設けることにより、オイル消費量は 著しく低減した（実施例 3)。また、従来の 1本リング仕様では 14. OLZminであった ブローバイ量は、実施例 3では 12. 2LZminまで低下した。
[0025] 図 5は、本発明の別の実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1Aを示す。
この実施形態では、トップランド部 12の上下面 12b, 12cをテーパ形状 (逆キースト ン形状）とし、かつ断面コ字状のピストンリング 20の上側脚部の下面 22aおよび下側 脚部の上面 23bを外周側に向力つて、脚部の軸方向幅が大きくなるようなテーパ形 状とした点で、上記実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1とは相違する。
[0026] 本実施形態では、ピストンリング 20とトップランド部 12との間に挟まれたカーボンを 排出しやすくなるという利点がある。
また、この場合には、断面コ字状のピストンリング 20の基部 21と上側脚部 22の境界 部 Pから下側脚部下面 23aまでの軸線方向幅 h2は、トップランド 12の外周側上端部 A力も下側脚部が装着されるリング溝 13の下面 13aまでの軸方法幅 h3より大きく設 計されるのが好ましい。さらに、断面コ字状のピストンリング 20の上側脚部の内周側 下端部 Qから下側脚部下面 23aまでの軸線方向幅 hlOは、トップランド 12の内周側 上端部 Bから下側脚部 23が装着されるリング溝 13の下面 13aまでの軸方法幅 hllよ り大きく設計されるのが好ましい。この構成では、ピストン本体 10に圧縮圧が作用す ると、下側脚部 23の下面 23aがリング溝 13の下面 13aに沿って外周側に張り出す。 これにより、ピストンリング 20の全内周面とトップランド部の外周面との間に隙間が形 成される。この隙間がラビリンス効果を持っているため、セカンドランド 16からピストン リング 20の下側面を通り背面に移動するオイルを燃焼室に運びづらくなり、オイル消 費低減効果が奏される。 [0027] 本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することは勿論であ る。
図 6は、本発明の別の実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1Bを示す。
この実施形態では、ピストンリング 20の上側外周 24を突出量 0. 5mm程度の BF ( バレルフェース)形状とするとともに、下側外周 25を突出量 0. 5mm程度のテーパ形 状の当たり面とした点で、上記各実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1, 1Aとは 相違する。
[0028] 本実施形態では、上側外周 24をバレルフェース形状とすることにより、エッジで当 たりづらぐスカツフ防止に有効である。また、下側外周 25をテーパ形状の当たり面と したので、ピストン本体 10の下降行程におけるオイル搔き効果が優れると 、う利点が ある。
また、 1本のピストンリングで上下に形状を分けるので、図 2のピストンリング 20に比 し、実当たり幅を小さくでき、同張力で面圧を高くできるという利点がある。すなわち、 面圧が高いと外周の追従性が良ぐオイル消費が良くなるという利点がある。
[0029] なお、下側外周 25をストレート形状の当たり面としても良い。
本実施形態においても、上記各実施形態と同様の作用効果を奏することは勿論で ある。
図 7は、本発明の別の実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1Cを示す。
この実施形態では、ピストンリング 20の上側外周 24と下側外周 25とを半バレル形 状の当たり面とした点で、上記各実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1, 1A, 1
Bとは相違する。
[0030] 本実施形態においても、図 6の実施形態に係る内燃機関のピストン装置 1Bと同様 の効果を奏することができる。
本実施形態においても、上記各実施形態と同様の作用効果を奏することは勿論で ある。

Claims

請求の範囲
[1] 外周にトップランド部を残してリング溝を形成して成るピストン本体と、
上側脚部と下側脚部とを基部を介して連結して成るとともに前記トップランド部に取 り付けられる断面コ字状のピストンリングとを有し、
前記ピストンリングの基部と上側脚部の境界部から下側脚部の下面までの軸方向 幅を、前記ピストン本体のトップランド部の上面から下側脚部が装着される前記リング 溝の下面までの軸方向幅より大きくして成る
ことを特徴とする内燃機関のピストン装置。
[2] 外周にトップランド部を残してリング溝を形成して成るピストン本体と、
上側脚部と下側脚部とを基部を介して連結して成るとともにトップランド部に取り付 けられる断面コ字状のピストンリングとを有し、
前記ピストン本体のトップランド部のスラスト側に溝を設けて成る
ことを特徴とする内燃機関のピストン装置。
[3] 外周にトップランド部を残してリング溝を形成して成るピストン本体と、
上側脚部と下側脚部とを基部を介して連結して成るとともにトップランド部に取り付 けられる断面コ字状のピストンリングとを有し、
前記ピストン本体のセカンドランド部に V型形状の環状溝を設けて成る
ことを特徴とする内燃機関のピストン装置。
[4] 請求の範囲 1ないし請求の範囲 3の何れかに記載の内燃機関のピストン装置にお いて、前記ピストンリングは、上側外周を BF形状とするとともに、下側外周をストレート またはテーパ形状の当たり面として成ることを特徴とする内燃機関のピストン装置。
PCT/JP2005/002041 2004-02-12 2005-02-10 内燃機関のピストン装置 WO2005078268A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP05710093A EP1719901A4 (en) 2004-02-12 2005-02-10 PISTON DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004035357A JP2005226522A (ja) 2004-02-12 2004-02-12 内燃機関のピストン装置
JP2004-035357 2004-02-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005078268A1 true WO2005078268A1 (ja) 2005-08-25

Family

ID=34857679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2005/002041 WO2005078268A1 (ja) 2004-02-12 2005-02-10 内燃機関のピストン装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20070272078A1 (ja)
EP (1) EP1719901A4 (ja)
JP (1) JP2005226522A (ja)
TW (1) TW200530525A (ja)
WO (1) WO2005078268A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007016945A1 (de) * 2007-04-05 2008-10-30 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor
DE102008035697A1 (de) * 2008-07-30 2010-02-18 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005041908A1 (de) * 2005-09-03 2007-03-08 Ks Kolbenschmidt Gmbh Kolben mit einer unterhalb einer Ringnut angeordneten umlaufenden radialen Vertiefung
JP4643547B2 (ja) * 2006-11-29 2011-03-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関のピストン
US10036471B2 (en) * 2009-11-18 2018-07-31 Achates Power, Inc. Ported engine constructions with low-tension compression seals
CN102384062B (zh) * 2010-08-30 2015-12-16 中国计量学院 活塞往复式压缩机的全无余隙机型的结构
CN102384065B (zh) * 2010-08-30 2015-07-22 中国计量学院 能降低活塞与气缸之间余隙的半v型活塞环及其加工方法
CN102384061A (zh) * 2010-09-02 2012-03-21 梁嘉麟 能够降低活塞与气缸之间余隙的活塞环结构及其加工方法
CN102454576A (zh) * 2010-10-22 2012-05-16 梁嘉麟 能够降低活塞与气缸之间余隙的半v型活塞环的结构形式
CN104847625A (zh) * 2014-03-18 2015-08-19 梁嘉麟 采用无端隙半v型非金属活塞环的活塞往复式压缩机的全无余隙结构
CN103993978A (zh) * 2014-06-08 2014-08-20 彭常龙 一种空气滤清器密封圈
BR112017018453B1 (pt) 2015-03-10 2023-02-14 Liquidpiston, Inc Montagem de vedação para vedar um vão entre a superfície axial de um rotor de uma máquina rotativa e o compartimento lateral da máquina
JPWO2017115711A1 (ja) * 2015-12-28 2018-10-18 川崎重工業株式会社 内燃機関用ピストン
US20190093767A1 (en) 2016-03-10 2019-03-28 Liquidpiston, Inc. Piston Ring for Reduction of Crevice Volume
DE102018211361B4 (de) * 2018-07-10 2020-03-05 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Kolben für einen Verbrennungsmotor
CN114763775A (zh) * 2021-01-15 2022-07-19 强莉莉 一种迷宫式密封活塞组件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0469634U (ja) * 1990-10-24 1992-06-19
JPH0547615U (ja) * 1991-11-26 1993-06-25 ヤンマーディーゼル株式会社 内燃機関用ピストンリング
JP2001214805A (ja) * 2000-01-28 2001-08-10 Nippon Piston Ring Co Ltd ピストン

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2074581A (en) * 1934-01-06 1937-03-23 Robert G Frye Piston for engines
US2228495A (en) * 1937-08-25 1941-01-14 Williams Harrison Graham Composite piston ring
US2566603A (en) * 1947-12-18 1951-09-04 Motor Industry Res Ass Piston ring
US2844424A (en) * 1956-02-20 1958-07-22 Rand Goetze Corp Piston sealing means
US3901131A (en) * 1969-04-14 1975-08-26 Ramsey Corp Anti-emissions compression piston ring
US3645174A (en) * 1970-11-10 1972-02-29 Ramsey Corp Antiemissions compression piston ring
DE2828749C2 (de) * 1978-06-30 1983-10-20 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8500 Nürnberg Kolben für Brennkraftmaschinen
DE2933702C2 (de) * 1979-08-21 1981-09-17 Goetze Ag, 5093 Burscheid Kolbenring für insbesondere Brennkraftmaschinen
US6347575B1 (en) * 1999-06-30 2002-02-19 Benjamin V. Booher Low emission piston and ring for internal combustion engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0469634U (ja) * 1990-10-24 1992-06-19
JPH0547615U (ja) * 1991-11-26 1993-06-25 ヤンマーディーゼル株式会社 内燃機関用ピストンリング
JP2001214805A (ja) * 2000-01-28 2001-08-10 Nippon Piston Ring Co Ltd ピストン

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1719901A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007016945A1 (de) * 2007-04-05 2008-10-30 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor
DE102008035697A1 (de) * 2008-07-30 2010-02-18 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor

Also Published As

Publication number Publication date
US20070272078A1 (en) 2007-11-29
JP2005226522A (ja) 2005-08-25
EP1719901A1 (en) 2006-11-08
EP1719901A4 (en) 2009-09-02
TW200530525A (en) 2005-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2005078268A1 (ja) 内燃機関のピストン装置
EP2045488B1 (en) Piston ring of reciprocating engine
JP5059262B2 (ja) 圧縮ピストンリング
US8042453B2 (en) Piston with a skirt having oil flow slots
JP2005264978A (ja) 圧力リング
JP2003328852A (ja) 内燃機関のピストンリング
WO2019203358A1 (ja) ピストンリング
TW200643293A (en) Piston ring for internal combustion engine
JPH0364654A (ja) 内燃機関用ピストン
JP4889975B2 (ja) ピストン装置
JP2005036752A (ja) ピストンリングおよびピストン装置
JP2009185865A (ja) ピストンリング、並びに、これを適用したピストン及びエンジン
JP2002221085A (ja) 往復動内燃機関用ピストン
JP2008032034A (ja) 内燃機関用ピストン装置
JP2004225596A (ja) 内燃機関用ピストン
JP2791238B2 (ja) ピストン
JPH10331974A (ja) ピストンリング
JPH05133472A (ja) 内燃機関のコンプレツシヨンリング装置
JP2000130583A (ja) 圧力リング用複合二重ピストンリング
JP2000154872A (ja) 圧力リング
KR20050100462A (ko) 피스톤 링 장착 구조
JP2010270801A (ja) 組合せオイルリング
JP2001082246A (ja) 内燃機関用ピストン
JP2002139151A (ja) 組み合わせ１本リング構成のピストン装置
JPS63140849A (ja) レ−ザ−焼入れシリンダライナ

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005710093

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005710093

Country of ref document: EP