WO2007088847A1 - ３ピースオイルリング及び３ピースオイルリングとピストンとの組合せ - Google Patents

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oil ring
piston
piece oil
axial
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Inventor
Tomotaka Kariya
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co., Ltd.
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    • 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
    • F16J9/06—Piston-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
    • F16J9/064—Rings with a flat annular side rail
    • F16J9/066—Spring expander from sheet metal
    • F16J9/068—Spring expander from sheet metal corrugated in the axial direction
    • 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
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    • F16J9/064—Rings with a flat annular side rail
    • F16J9/066—Spring expander from sheet metal
    • F16J9/067—Spring expander from sheet metal corrugated in the radial direction

Definitions

  • the present invention relates to a three-piece oil ring and a combination of a three-piece oil ring and a piston.
  • a piston ring of an internal combustion engine is normally mounted with two pressure rings on the combustion chamber side and one oil ring on the anti-combustion chamber side in a ring groove provided on the outer periphery of the piston.
  • a spacer expander that exerts an urging force radially outward, and an axial end of the spacer expander are set respectively.
  • an ear portion protruding in the substantially axial direction of the ring is provided to press the inner peripheral surface of the side rail (for example, Patent Document 1). If the lug protrudes parallel to the axial direction of the ring, sufficient side pressure of the side rail against the radial wall surface of the ring groove cannot be exerted, and it fluctuates in the axial direction within the side rail ring groove. There's a problem. In addition, oil can penetrate between the side rail and the ring groove upper surface. It is easy to enter and there is a problem that the oil consumption is bad.
  • an ear portion having a so-called predetermined ear angle by tilting the protruding direction of the ear portion with respect to the axial direction has been proposed.
  • the side rail By urging the side rail radially outward and crossing the radial direction with the strong ear, the side rail is stretched against the radial wall surface of the ring groove to secure the side pressure and The oil consumption can be suppressed by suppressing the behavior.
  • side rail support portions that protrude in the axial direction are provided to support the axial end surfaces of the first side rail and the second side rail in the radially outward orientation of the spacer expander.
  • the fulcrum position of the side rail is fixed by the side rail support portion.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 35-16503
  • Non-Patent Document 1 Automotive Piston Ring Editorial Committee, “Automotive Piston Ring” Sankaido Co., Ltd., October 1997, P. 33, Fig. 2. 30
  • a drain hole communicating with the bottom wall of the ring groove is formed in the piston, and the oil that has flowed into the ring groove is circulated to the crankcase side.
  • the axial width of the ring groove also decreases, the volume of the gap between the ring groove and the side rail has become extremely small, and the ear angle as described above.
  • the side rails and the expander stick to or stick to the unburned products accumulated in the ring groove. There was a risk of performance degradation.
  • improving the sealing performance and reducing the consumption of lubricating oil were issues that faced each other, especially for low tension and thin oil rings.
  • the present invention can realize a sealing performance improvement and a reduction in lubricating oil consumption even with a low tension and a thin width, and there is no problem of stick generation, and a three-piece oil ring and a piston.
  • the purpose is to provide a combination of
  • the present invention has a spacer expander, a first side rail and a second side rail respectively disposed at one end and the other end of the spacer expander in the axial direction,
  • the spacer expander extends radially inward and protrudes in the axial direction to incline the inner periphery of each of the first side rail and the second side rail, and inclines radially outward.
  • an ear angle which is an angle formed between the inclined surface on the outer side in the radial direction of the ear portion and the axis, is 10 ° to 20 °
  • the axial protrusion distance X of each side rail support portion is Total distance 2X and both ears
  • a three-piece oil ring with a 2XZY ratio of 0.04-0.15 to the distance Y between the axial end faces of is provided.
  • the ratio 2XZY of the total distance 2X of the axial protrusion distances X of the side rail support parts and the distance Y between the axial end faces of both ears is set to 0.04-0.15, so that Even in the case of an oil ring with a narrow width, an oil passage can be secured in the ring groove, and the oil accumulated in the oil ring groove can be easily guided to the drain hole through the oil passage.
  • the present invention further includes a combination of a piston in which an annular oil ring groove is formed and a three-piece oil ring mounted in the oil ring groove, and the oil is discharged to the crankcase side from the piston.
  • a plurality of drain holes communicating with the oil ring groove are formed, and the three-piece oil ring is disposed at one end and the other end of the spacer expander and the axial direction of the spacer expander.
  • the spacer expander has a first side rail and a second side rail for pressing the inner circumferences of the first side rail and the second side rail across the radial inner side.
  • the ears For supporting the axial end surfaces of the first side rail and the second side rail at the radially outer position, and the ears having an inclined surface on the outer side in the radial direction.
  • the ear angle which is the angle formed by the inclined surface on the radially outward side of the ear portion and the axis, is 10 °
  • the ratio 2XZY of the total distance 2X of the axial protrusion distances X of the side rail support portions to the distance Y between the axial end surfaces of both ears is 0.04 to 0.15.
  • a combination of a three-piece oil ring and a piston which is formed more on the thrust side than on the anti-thrust side of the plurality of drain holes communicating with the oil ring groove.
  • the opening of the drain hole communicating with the oil ring groove is closer to the thrust side than the anti-thrust side of the piston.
  • Piston slap a phenomenon in which the resultant force of combustion pressure and rod reaction force acts on the piston, the piston moves laterally, and vibrations and noise are generated when it moves to one side of the cylinder. This improves the function of circulating oil from the thrust side to the space on the piston inner circumferential surface side.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the relationship between a piston and a piston ring in a combination of a three-piece oil ring and a piston according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective view showing the three-piece oil ring in the combination of the three-piece oil ring and the piston according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a three-piece oil ring in the combination of a three-piece oil ring and a piston according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a spacer expander of a three-piece oil ring in the combination of a three-piece oil ring and a piston according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view showing a piston in the combination of the three-piece oil ring and the piston according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing the opening position of the drain hole on the inner peripheral surface of the piston peripheral wall portion in the thread combination of the three-piece inner ring and the piston according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing the opening position of the drain hole on the inner peripheral surface of the piston peripheral wall portion in the combination of the three-piece oil ring and the piston according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial perspective view showing a radial wave type spacer expander in a combination of a three-piece oil ring and a piston according to a modification of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view showing a three-piece oil ring in a modification of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a piston and cylinder fitted with a three-piece oil ring.
  • Piston 2 that reciprocates inside cylinder 1 has annular ring grooves 2a, 2b, and 2c formed on the combustion chamber CM side.
  • the first pressure ring 3, the second pressure ring 4, and the three-piece oil ring 5 are installed in the ring grooves 2a to 2c, respectively, and are in sliding contact with the cylinder wall surface.
  • the 3-piece oil ring 5 works to lower the oil in the cylinder 1 and not to send oil to the piston land 2A on the pressure ring side of the oil ring 5 due to the check valve effect.
  • Piston 2 is a piston with oil ring 1 attached.
  • a drain hole 2d is formed in communication with the ring groove 2c for circulating oil to a crankcase (not shown).
  • the crankcase is a space that contains the crankshaft and is surrounded by the skirt of the cylinder block and the oil pan.
  • the three-piece oil ring 5 includes an annular spacer expander 10 and first and other ends of the spacer expander disposed in the axial direction. It has a side rail 20 and a second side rail 30, and the spacer expander 10 is of an axial wave type, with convex portions 11 projecting in the axial direction and concave portions 12 retreating in the axial direction alternately in the circumferential direction. Are lined up.
  • the spacer expander 10 On the radially inward side of the spacer expander 10, there is a protruding radius in the axial direction in order to press the inner peripheral surfaces 20a, 30a of the first side rail 20 and the second side rail 30, respectively.
  • An ear portion 13 having an inclined surface 13a is provided on the outer side in the direction.
  • the ear angle 0 that is an angle formed by the inclined surface 13a on the radially outer side of the ear portion 13 and the axis is in the range of 10 ° to 20 °.
  • the ear angle is less than 10 °, the required minimum side pressure of the side rails 20 and 30 against the radial wall surface of the oil ring 2c groove cannot be secured, and the oil in the oil ring groove 2c is transferred to the side rail 20 and the ring groove. It becomes easy to enter between the radial wall surfaces of 2c, and the amount of oil sent to the upper land 2A shown in FIG.
  • the ear angle exceeds 20 °, the side pressure becomes excessive, causing sticking.
  • the ear angle is between 15 ° and 20 °, optimal effects can be obtained from the viewpoint of reducing oil consumption and preventing sticking.
  • the side rail support portion 14 is projected.
  • the side rail support portion 14 is provided to fix the fulcrum positions of the side rail end surfaces 20b and 30b when the side rail is supported while being inclined in the oil ring groove 2c.
  • the ratio 2XZY is set between 0.04 and 0.15.
  • the ratio 2XZY exceeds 0.15, the axial thickness of the spacer expander 10 becomes extremely thin, and there is a risk of breakage near the base of the ear 13. On the other hand, less than 0.04 Then, the volume of the space defined by the side rail support portion 14, the ear portion 13, and the side rail 20 becomes extremely small, and the stick suppressing effect cannot be exhibited.
  • the ratio 2XZY is in the range of 0.09 to 0.15, the optimum effect can be obtained from the viewpoint of preventing breakage and suppressing stick. As shown in FIG.
  • the piston 2 has a top portion 2A that defines the combustion chamber side, and a peripheral wall portion 2B that faces the cylinder wall surface and defines the ring grooves 2a, 2b, and 2c described above,
  • the inside of the peripheral wall portion 2B is hollow and the connecting rod 6 is connected to the piston 2 so as to be rotatable.
  • the four drain hole openings 7a to 7d communicate with the bottom wall portion of the oil ring groove 2c so that the thrust side T and the anti-thrust side AT of the piston 2 are symmetrical. It is common to be placed.
  • the openings 7a and 7d on the thrust side extend in the diameter direction and open at positions symmetrical with respect to the line L1 located at the center of the thrust side, and the openings 7b and 7c on the anti-thrust side also have positions symmetrical with respect to the line L1. It is open. Also, regarding the line L2 that bisects the thrust side T and the anti-thrust side AT, the thrust-side opening 7a and the anti-thrust-side opening 7b are symmetric, and the thrust-side opening 7d and the anti-thrust-side opening 7c Are in symmetrical positions.
  • the symmetrical arrangement is intended to simplify the manufacturing of the piston.
  • FIG. 6 shows the opening position of the drain hole on the inner peripheral surface of the piston peripheral wall 2B. An effect is obtained by applying the drain hole of the piston as shown in FIGS. 5 and 6 to the three-piece oil ring according to the first embodiment of the present invention.
  • the drain 2 ' according to the second embodiment is provided with drain holes having openings 7e and 7f opened symmetrically with respect to the straight line L1 on the thrust side. That is, the drain hole is formed so that the numerical aperture on the thrust side is larger than the numerical aperture on the anti-thrust side.
  • Piston bore diameter 8 lmm
  • Axial width hi 1.2 mm
  • Axial width hi 1.2 mm
  • Axial width hi 2. Omm
  • the total tension ratio is a value obtained by dividing the total ring tension of the piston ring (pressure ring + oil ring) attached to the piston by the bore diameter.
  • Tables 1 and 2 show the result of sticking and oil consumption.
  • ⁇ means no sticks in all 4 cylinders
  • ⁇ means that the sticks of 4 cylinders did not generate any stick, but even one cylinder was slagish (it does not fall by its own weight alone, It means the occurrence of sticking when lightly pressed with a finger)
  • ⁇ means sticking even in one of the four cylinders
  • X means sticking all cylinders.
  • LOC is the oil consumption, and is expressed as a ratio with LOC being 1 when the axial projection distance X is 0.03 mm at the ear angle of 20 ° in Table 1.
  • ⁇ ⁇ or LOCO. Means less than 7, ⁇ or 0.7 to less than 0.9, ⁇ or 0.9 to less than 1.0, X «l.
  • FIG. 8 and FIG. 9 show a three-piece oil ring according to a modification of the present invention, in which a radial wave-type spacer expander is used instead of the axial wave-type spacer expander 10 described above.
  • Spacer expander 110 penetrates through the opening of belt-shaped body 110A in which convex portions 111 projecting radially outward and concave portions 112 retreating inward in the radial direction are alternately arranged in the circumferential direction, and strip-shaped body 11OA.
  • the strip 11 OA protrudes in the axial direction on the radially inner side of the OA to incline the inner peripheral surfaces 20a and 30a of the first side rail 20 and the second side rail 30 and inclines radially outward.
  • An ear 113 having a surface 113a is provided.
  • the ear angle 0 which is an angle formed between the inclined surface 113a on the radially outer side of the ear portion 113 and the axis is 10 ° to 20 ° as in the first embodiment.
  • a platform-like side rail support portion 114 that protrudes in the axial direction to support the axial end faces 20b, 30b of the first side rail 20 and the second side rail 30 is provided. Is protruding.
  • the side rail support portion 114 is provided to fix the fulcrum positions of the side rail end surfaces 20b and 3 Ob when the side rail is inclined and supported in the oil ring groove 2c.
  • the ratio 2XZY of the total distance 2X of the axial protrusion distances X of the side rail support portions 114 and 114 to the distance Y between the axial end surfaces of both ear portions 13 and 13 is the same as in the first embodiment. Set to 0.04-0.15.
  • the three-piece oil ring of the present invention and the combination of the three-piece oil ring and the piston are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course you can get it.
  • the three-piece oil ring and the combination of the three-piece oil ring and the piston of the present invention are particularly useful in a small internal combustion engine.

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Abstract

　低張力で薄幅であってもシール性向上と潤滑油消費の低減を実現でき、スティック発生の問題がない３ピースオイルリング、及び３ピースオイルリングとピストンとの組合せを実現する。３ピースオイルリングはスペーサエキスパンダ１０と２本のサイドレールを有する。スペーサエキスパンダ１０は半径方向内方側において第１、第２サイドレールのそれぞれの内周を押圧するために軸方向にそれぞれ突出し半径方向外方側に傾斜面を備えた耳部１３と、半径方向外方位置において第１、第２サイドレールの軸方向端面を支持するために軸方向にそれぞれ突出するサイドレール支持部１４を有する。耳部の半径方向外方側の傾斜面１３ａと軸心とのなす角度である耳角度は１０°～２０°であり、サイドレール支持部のそれぞれの軸方向突出距離Ｘの合計距離２Ｘと、両耳部の軸方向端面間の距離Ｙとの比２Ｘ／Ｙは０．０４～０．１５である。 　 　 　

Description

明 細 書
3ピースオイルリング及び 3ピースオイルリングとピストンとの組合せ 技術分野
[0001] 本発明は、 3ピースオイルリング及び 3ピースオイルリングとピストンとの組合せに関 する。
背景技術
[0002] 内燃機関のピストンリングは、燃焼室側に通常 2本の圧力リングと反燃焼室側に通 常 1本のオイルリングがピストンの外周に設けられたリング溝に装着されている。そし てオイルリングの例として、半径方向外方に付勢力を発揮するスぺーサエキスパンダ と、スぺーサエキスパンダの軸方向端部にそれぞれセットされ、スぺーサエキスパン ダにより半径方向外方，すなわちシリンダ壁面方向に付勢される一対のサイドレール とを備えたいわゆる 3ピースオイルリングがある。
[0003] 近年、自動車用内燃機関の低燃費化の要求が高まっており、それに伴いピストンリ ングへのフリクション低減が大きな要求となっている。ピストンリングにおいては、特に オイルリングの薄幅化、低張力が進められてきた。ガソリン機関においては、オイル消 費の低減に効果があることから、一対のサイドレールとスぺーサエキスパンダと力 な る 3ピースオイルリングが多用されている。この 3ピースオイルリングは、サイドレール がスぺーサエキスパンダによってシリンダ壁面に押接されるため、リング溝とのシール 性が優れている利点を有している。しかし、フリクション低減による低張力化（2本の圧 力リングと 1本のオイルリングの合計張力をボア径で除した値が 0. 20NZmn！〜 0. 2 5N/mm)に伴い、 3ピースオイルリングのシール機能が不十分になり、オイル消費 が増加すると 、う問題があった。
[0004] 3ピースオイルリングのスぺーサエキスパンダの内周面側には、リングの略軸方向に 突出する耳部が設けられ、サイドレールの内周面を押圧している（例えば特許文献 1 参照)。し力し耳部がリングの軸方向に平行に突出していると、リング溝の半径方向壁 面に対するサイドレールの十分な側圧力を発揮できず、サイドレールカ^ング溝内で 軸方向にばたつく問題がある。また、サイドレールとリング溝上面との間にオイルが侵 入しやすくなり、オイル消費量が悪ィ匕する問題がある。
[0005] この問題を解決するために、耳部の突出方向を軸方向に対して傾斜させ、いわゆ る所定耳角度を備えた耳部が提案されている。力かる耳部によりサイドレールを半径 方向外方かつ半径方向と交差する方向に付勢することにより、リング溝の半径方向 壁面に対してもサイドレールを張らせ側圧力を確保してサイドレールの挙動を抑制し 、オイル消費を抑えることができる。また、スぺーサエキスパンダの半径方向外方位 置において該第 1サイドレール及び該第 2サイドレールの軸方向端面を支持するた めに軸方向にそれぞれ突出するサイドレール支持部が設けられる。上記傾斜した耳 部によってサイドレールがリング溝内に傾斜して配置されたときに、サイドレールの支 点位置がサイドレール支持部によって固定される。（例えば非許文献 1)。
特許文献 1：特公昭 35 - 16503号公報
非特許文献 1 :自動車用ピストンリング編集委員会、「自動車用ピストンリング」 株式 会社山海堂、 1997年 10月、 P. 33、図 2. 30
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] ピストンにはリング溝の底壁に連通するドレーンホールが形成されており、リング溝 内に流入したオイルをクランクケース側に環流させて 、る。ここで 3ピースオイルリング の薄幅化に伴い、リング溝の軸方向幅も小さくなり、リング溝とサイドレールとの間の 隙間の容積もきわめて小さくなつていること、及び上述したような耳角度を設けたこと によるサイドレールのシール性の向上によって、リング溝内に堆積した未燃焼生成物 にサイドレールやエキスパンダが固着又は膠着する 、わゆる「スティック」が発生し、 そのためにオイル環流の性能の低下の恐れがあった。このように、シール性向上と潤 滑油消費の低減とは、特に低張力で薄幅のオイルリングについては、互いに対立し あう課題であった。
[0007] そこで本発明は、低張力で薄幅であってもシール性向上と潤滑油消費の低減を実 現でき、スティック発生の問題がない 3ピースオイルリング、及び 3ピースオイルリング とピストンとの組合せを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 [0008] かかる目的を達成するため、本発明はスぺーサエキスパンダと、スぺーサエキスパ ンダの軸方向の一端と他端にそれぞれ配置された第 1サイドレールと第 2サイドレー ルを有し、該スぺーサエキスパンダは半径方向内方側にぉ 、て該第 1サイドレール 及び該第 2サイドレールのそれぞれの内周を押圧するために軸方向にそれぞれ突出 し半径方向外方側に傾斜面を備えた耳部と、半径方向外方位置において該第 1サイ ドレール及び該第 2サイドレールの軸方向端面を支持するために軸方向にそれぞれ 突出するサイドレール支持部とを有する 3ピースオイルリングにおいて、該耳部の半 径方向外方側の傾斜面と軸心とのなす角度である耳角度が 10° 〜20° であり、該 サイドレール支持部のそれぞれの軸方向突出距離 Xの合計距離 2Xと、両耳部の軸 方向端面間の距離 Yとの比 2XZYが 0. 04-0. 15である 3ピースオイルリングを提 供している。
[0009] カゝかる構成の 3ピースオイルリングによれば、オイル消費を悪化させずに、スティック 抑制が可能な低張力の 3ピースオイルリングが提供できる。特に、サイドレール支持 部のそれぞれの軸方向突出距離 Xの合計距離 2Xと、両耳部の軸方向端面間の距 離 Yとの比 2XZYが 0. 04-0. 15とすることにより、軸方向の幅が狭いオイルリング であっても、リング溝内でオイル通路が確保でき、オイルリング溝内に溜まったオイル をオイル通路を介してドレーンホールに容易に導くことができる。
[0010] 本発明は更に、環状のオイルリング溝が形成されたピストンと、該オイルリング溝に 装着された 3ピースオイルリングとの組合せであって、該ピストンにはオイルをクランク ケース側に排出するために該オイルリング溝に連通する複数のドレーンホールが形 成され、該 3ピースオイルリングは、スぺーサエキスパンダと、スぺーサエキスパンダ の軸方向の一端と他端にそれぞれ配置された第 1サイドレールと第 2サイドレールを 有し、該スぺーサエキスパンダは半径方向内方側にぉ ヽて該第 1サイドレール及び 該第 2サイドレールのそれぞれの内周を押圧するために軸方向にそれぞれ突出し半 径方向外方側に傾斜面を備えた耳部と、半径方向外方位置において該第 1サイドレ ール及び該第 2サイドレールの軸方向端面を支持するために軸方向にそれぞれ突 出するサイドレール支持部とを有する 3ピースオイルリングとピストンとの組合せにお いて、該耳部の半径方向外方側の傾斜面と軸心とのなす角度である耳角度が 10° 〜20° であり、該サイドレール支持部のそれぞれの軸方向突出距離 Xの合計距離 2 Xと、両耳部の軸方向端面間の距離 Yとの比 2XZYが 0. 04〜0. 15であり、該オイ ルリング溝に連通している該複数のドレーンホールの開口力 ピストンの反スラスト側 よりもスラスト側により多く形成されている 3ピースオイルリングとピストンとの組合せを 提供している。
[0011] 力かる構成の 3ピースオイルリングとピストンとの組合せによれば、上述した効果に 加えて、オイルリング溝に連通しているドレーンホールの開口がピストンの反スラスト 側よりもスラスト側により多く形成されて 、るので、ピストンスラップ (燃焼圧力とコンロッ ド反力の合力がピストンに作用し，ピストンが横方向に運動し，シリンダの一方に片寄 ることによって振動や騒音が発生する現象）により、スラスト側からオイルをピストン内 周面側空間に環流させる機能を高める効果を奏する。
発明の効果
[0012] かかる構成により、低張力で薄幅の 3ピースオイルリングであっても、シール性向上 と潤滑油消費の低減が実現でき、スティック発生の問題が解消できる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施の形態による 3ピースオイルリングとピストンとの組 合せにおいて、ピストンとピストンリングの関係を示す説明図。
[図 2]図 2は、本発明の第 1の実施の形態による 3ピースオイルリングとピストンとの組 合せにお \、て、 3ピースオイルリングを示す部分斜視図。
[図 3]図 3は、本発明の第 1の実施の形態による 3ピースオイルリングとピストンとの組 合せにおいて、 3ピースオイルリングを示す断面図。
[図 4]図 4は、本発明の第 1の実施の形態による 3ピースオイルリングとピストンとの組 合せにお \、て、 3ピースオイルリングのスぺーサエキスパンダを示す拡大断面図。
[図 5]図 5は、本発明の第 1の実施の形態による 3ピースオイルリングとピストンとの組 合せにおいて、ピストンを示す断面図。
[図 6]図 6は、本発明の第 1の実施の形態による 3ピース才ィノレリングとピストンとの糸且 合せにおいて、ピストン周壁部の内周面におけるドレーンホールの開口位置を示す 説明図。 [図 7]図 7は、本発明の第 2の実施の形態による 3ピースオイルリングとピストンとの組 合せにおいて、ピストン周壁部の内周面におけるドレーンホールの開口位置を示す 説明図。
[図 8]図 8は、本発明の変形例における 3ピースオイルリングとピストンとの組合せにお いて、半径方向波型スぺーサエキスパンダを示す部分斜視図。
[図 9]図 9は、図 8に示される本発明の変形例における 3ピースオイルリングを示す断 面図。
符号の説明
[0014] 1 :シリンダ
2 :ピストン
5 : 3ピースオイルリング
10, 110 :スぺーサエキスパンダ
11 , 111 :凸部
12, 112 :凹部
13, 113 :耳部
14, 114 :サイドレール支持部
20, 30 :サイドレール
20a, 30a :サイドレール内周面
20b、 30b :サイドレール軸方向端面
発明を実施するための最良の形態
[0015] 本発明の第 1の実施の形態による 3ピースオイルリング及び 3ピースオイルリングとピ ストンとの組合せについて、図 1から図 6を参照して説明する。図 1は 3ピースオイルリ ングを装着したピストンとシリンダを示す概略図であり、シリンダ 1内に往復移動するピ ストン 2には環状のリング溝 2a、 2b、 2cが形成され、燃焼室 CM側から順に第 1圧カリ ング 3、第 2圧力リング 4、 3ピースオイルリング 5がそれぞれリング溝 2a〜2cに装着さ れ、シリンダ壁面に摺接している。 3ピースオイルリング 5は、シリンダ 1内のオイルを 搔き下げる作用と、逆止弁効果によりオイルリング 5より圧力リング側のピストンランド 部 2Aにオイルを送らない作用を果たす。ピストン 2には、オイルリング 1を装着したリ ング溝 2cと連通してオイルを図示せぬクランクケースに環流させるためのドレーンホ ール 2dが形成されている。クランクケースとはクランク軸が入っている空間であり、シリ ンダブロックのスカート部とオイルパンによって囲まれている。
[0016] 図 2〜図 4に示されるように、 3ピースオイルリング 5は、環状のスぺーサエキスパン ダ 10と、スぺーサエキスパンダの軸方向の一端と他端にそれぞれ配置された第 1サ イドレール 20と第 2サイドレール 30を有し、スぺーサエキスパンダ 10は軸方向波型 であり、軸方向に突出する凸部 11と軸方向に後退する凹部 12とが周方向に交互に 並んでいる。
[0017] スぺーサエキスパンダ 10の半径方向内方側には、第 1サイドレール 20及び第 2サ イドレール 30のそれぞれの内周面 20a、 30aを押圧するために軸方向にそれぞれ突 出し半径方向外方側に傾斜面 13aを備えた耳部 13が設けられて 、る。ここで耳部 1 3の半径方向外方側の傾斜面 13aと軸心とのなす角度である耳角度 0は 10° 〜20 ° の範囲にある。耳角度が 10° 未満であるとオイルリング 2c溝の半径方向の壁面に 対するサイドレール 20、 30の必要最小限度の側圧力が確保できず、オイルリング溝 2cのオイルがサイドレール 20とリング溝 2cの半径方向壁面の間に侵入し易くなり、ポ ンビングにより図 1に示す上方のランド 2Aに送られるオイル量が増加し、オイル消費 が悪ィ匕してしまうおそれがある。一方耳角度が 20° を越えると、側圧力が過大となり 、スティック発生の原因となる。なお耳角度が 15° 〜20° のときにオイル消費量減 少とスティック発生防止の観点で最適な効果が得られる。
[0018] スぺーサエキスパンダ 10の半径方向外方位置には、第 1サイドレール 20及び該第 2サイドレール 30の軸方向端面 20b、 30bを支持するために軸方向にそれぞれ突出 する凸状のサイドレール支持部 14が突設されている。サイドレール支持部 14は、サ イドレールがオイルリング溝 2c内で傾斜して支持されて ヽるときに、サイドレール端面 20b、 30bの支点位置を固定するために設けられる。ここで図 4に示されるように、サ イドレール支持部 14、 14のそれぞれの軸方向突出距離 Xの合計距離 2Xと、両耳部 13、 13の軸方向端面間の距離 (全幅) Yとの比 2XZYは 0. 04〜0. 15に設定され ている。ここで比 2XZYが 0. 15を越えると、スぺーサエキスパンダ 10の軸方向の厚 みが極端に薄くなり、耳部 13の基部付近で折損の恐れがある。一方 0. 04未満であ ると、サイドレール支持部 14と、耳部 13と、サイドレール 20とで区画される空間の容 積が極端に小さくなり、スティックの抑制効果を発揮できない。なお比 2XZYが 0. 09 〜0. 15の範囲にあるときに折損の防止とスティック抑制効果の観点で最適な効果が 得られる。図 5に示されるように、ピストン 2は、燃焼室側を画成する頂部 2Aと、シリン ダ壁面と対向し上述したリング溝 2a、 2b、 2cを画成する周壁部 2Bとを有し、周壁部 2 Bの内部は空洞となってコンロッド 6が回動可能にピストン 2に接続されている。そして 図 5、図 6に示されるように、オイルリング溝 2cの底壁部に連通して 4個のドレーンホ 一ルの開口 7a〜7dがピストン 2のスラスト側 Tと反スラスト側 ATに対称に配置される のが一般的である。すなわち、スラスト側の開口 7a、 7dは、直径方向に延びスラスト 側中心に位置する線 L1に関して対称な位置に開口しており、反スラスト側の開口 7b 、 7cも、線 L1に関して対称な位置に開口している。また、スラスト側 Tと反スラスト側 A Tを二分する線 L2に関しても、スラスト側の開口 7aと反スラスト側の開口 7bとは対称 な位置にあり、スラスト側の開口 7dと反スラスト側の開口 7cも互いに対称な位置にあ る。対称に配置したのはピストンの製造の簡素化のためである。なお図 6はピストン周 壁部 2Bの内周面におけるドレーンホールの開口位置を示している。図 5、図 6に示す ようなピストンのドレーンホールを本発明の第 1の実施の形態による 3ピースオイルリン グに適用することにより、効果を奏する。
[0019] 次に、本発明の第 2の実施の形態による 3ピースオイルリング及び 3ピースオイルリ ングとピストンとの組合せについて、図 7に基づき説明する。 3ピースオイルリングにつ いては第 1の実施の形態と同様であり説明は省略する。第 2の実施の形態によるビス トン 2'は図 7に示されるように、直線 L1に関して対称にスラスト側に開口する開口 7e 、 7fを有するドレーンホールが付加されている。すなわちスラスト側の開口数が反スラ スト側の開口数より多くなるようにドレーンホールが形成されている。このようにピストン 2，のスラスト側 Tに多くドレーンホールを設けることで、ピストンスラップによる効果で オイルをピストン内周面側空間に環流させる機能を高めることができる。
[0020] 上述した実施の形態による 3ピースオイルリングとピストンとの組合せについて、排 気量 1. 6リットル直列 4気筒の自動車用ガソリンエンジンによる実機試験を行い、ステ イツク発生とオイル消費について調べた。試験条件は、 6000rpm— WOT (ワイドォ ープンスロットル）にて冷却水温度を 30〜100°Cに変化させ、 300時間の冷熱耐久 後のオイル消費量及びスティックの有無を確認した。試験結果を表 1、表 2に示す。 実機試験の結果は次の通りであった。
ピストンボア径： 8 lmm
合計張力比： 0. 23N/mm
第 1圧力リング
半径方向厚み al : 2. 7mm,
軸方向幅 hi : 1. 2mm
摺動面形状：バレルフェース
第 2圧力リング
半径方向厚み al : 2. 9mm
軸方向幅 hi : 1. 2mm
摺動面形状：テーパアンダーカット
才ィルリング
半径方向厚み al : 2. 5mm
軸方向幅 hi : 2. Omm
スぺーサエキスパンダの全幅 γ (図 4) : 1. 75mm
ここで合計張力比とは、ピストンに装着されたピストンリング (圧力リング +オイルリング )の張力を合計したリング合計張力をボア径で除した値を 、う。
表 1、表 2に示されるような耳角度と軸方向突出距離 X(図 4)を変えた複数のスぺー サエキスパンダを用意した。表 1に関しては、図 6に示されるドレーンホールがスラスト 、反スラスト側にそれぞれ 2個ずつのピストンを使用した。ここでドレーンホールの開 口 7a〜7dの位置は線 L1に対して中心角が 30° であった。また表 2に関しては、図 7 に示されるようにドレーンホールがスラスト側で 2個多 ヽピストンを使用した。ここでドレ ーンホール 7a〜7dの位置は表 6の場合と同じであり、ドレーンホール 7eと 7fの位置 は線 L1に対して中心角が 15° であった。
[表 1] スぺ一サエキスパンダの軸方向突出距離 X(mm)
0 0.03 0.04 0.08 0.13 スティック LOC スティック LOC スティック LOC スティック LOC スティック LOC
5 X X △ X 〇 X o X 〇 X
10 X X Δ X 〇 Δ 〇 Δ 〇 Δ 耳角度
(。 ) 15 X X Δ X 〇 〇 o O 〇 〇
20 X X X X 〇 〇 〇 O 〇 〇
25 X X X X X X X X X X
[表 2]
Figure imgf000011_0001
表 1、 2にスティック発生有無の結果及びオイル消費を示す。これらの表において、 スティック評価に関しては、◎は 4気筒全てスティック無しを意味し、〇は 4気筒のうち スティックは発生しな力つたが、 1気筒でもスラギッシュ（自重だけでは落下しな 、が、 軽く指で押すと動く程度)発生を意味し、△は 4気筒のうち 1気筒でもスティック発生を 意味し、 Xは全気筒スティック発生を意味する。また LOCとはオイル消費量を示し、 表 1の耳角度 20° で軸方向突出距離 Xが 0. 03mmのときの LOCを 1として比で表し た。 ©ίま LOCO. 7未満、〇ίま 0. 7〜0. 9未満、 Δίま 0. 9〜1. 0未満、 X «l. 0以 上を意味する。
表 1から明らかなように、スぺーサエキスパンダの耳角度を 10° 〜20° とし、軸方 向突出距離 Xの合計距離 2Χと全幅 Υとの比： 2ΧΖΥを 0. 04〜0. 15の範囲に限定 することによりオイル消費の減少とスティック発生の抑制効果が認められた。また表 2 力 明らかなように、スラスト側のドレーンホールの開口数を反スラスト側よりも増やす ことにより、オイル消費の減少とスティック発生の抑制効果が更に高められたことが確 認できた。 [0023] 図 8、図 9は、本発明の変形例に係る 3ピースオイルリングを示し、上述した軸方向 波型のスぺーサエキスパンダ 10に代えて半径方向波型のスぺーサエキスパンダを 用いて 、る。スぺーサエキスパンダ 110は半径方向外方に突出する凸部 111と半径 方向内方に後退する凹部 112とが周方向に交互に配列された帯状体 110Aと、帯状 体 11 OAの開口を貫通するワイヤ 11 OBとを有する。帯状体 11 OAの半径方向内方 側には、第 1サイドレール 20及び第 2サイドレール 30のそれぞれの内周面 20a、 30a を押圧するために軸方向にそれぞれ突出し半径方向外方側に傾斜面 113aを備え た耳部 113が設けられて 、る。ここで耳部 113の半径方向外方側の傾斜面 113aと 軸心とのなす角度である耳角度 0は第 1の実施の形態と同様に 10° 〜20° である 。帯状体 110Aの半径方向外方位置には、第 1サイドレール 20及び該第 2サイドレー ル 30の軸方向端面 20b、 30bを支持するために軸方向にそれぞれ突出する台状の サイドレール支持部 114が突設されている。サイドレール支持部 114は、サイドレー ルがオイルリング溝 2c内で傾斜して支持されているときに、サイドレール端面 20b、 3 Obの支点位置を固定するために設けられる。ここでサイドレール支持部 114、 114の それぞれの軸方向突出距離 Xの合計距離 2Xと、両耳部 13、 13の軸方向端面間の 距離 Yとの比 2XZYは第 1の実施の形態と同様に 0. 04-0. 15に設定されている。
[0024] 本発明の 3ピースオイルリング及び 3ピースオイルリングとピストンとの組合せは上述 した実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲内にお Vヽて種々変更をカ卩ぇ得ることは勿論である。
産業上の利用可能性
[0025] 本発明の 3ピースオイルリング及び 3ピースオイルリングとピストンとの組合せは小型 内燃機関において特に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] スぺーサエキスパンダと、スぺーサエキスパンダの軸方向の一端と他端にそれぞれ 配置された第 1サイドレールと第 2サイドレールを有し、該スぺーサエキスパンダは半 径方向内方側にぉ 、て該第 1サイドレール及び該第 2サイドレールのそれぞれの内 周を押圧するために軸方向にそれぞれ突出し半径方向外方側に傾斜面を備えた耳 部と、半径方向外方位置において該第 1サイドレール及び該第 2サイドレールの軸方 向端面を支持するために軸方向にそれぞれ突出するサイドレール支持部とを有する 3ピースオイルリングにお!、て、
該耳部の半径方向外方側の傾斜面と軸心とのなす角度である耳角度が 10° 〜20 ° であり、該サイドレール支持部のそれぞれの軸方向突出距離 Xの合計距離 2Xと、 両耳部の軸方向端面間の距離 Yとの比 2XZYが 0. 04〜0. 15であることを特徴と する 3ピースオイルリング。
[2] 環状のオイルリング溝が形成されたピストンと、該オイルリング溝に装着された 3ピー スオイルリングとの組合せであって、
該ピストンにはオイルをクランクケース側に排出するために該ォィルリング溝に連通 する複数のドレーンホールが形成され、
該 3ピースオイルリングは、スぺーサエキスパンダと、スぺーサエキスパンダの軸方 向の一端と他端にそれぞれ配置された第 1サイドレールと第 2サイドレールを有し、該 スぺーサエキスパンダは半径方向内方側にぉ 、て該第 1サイドレール及び該第 2サ イドレールのそれぞれの内周を押圧するために軸方向にそれぞれ突出し半径方向 外方側に傾斜面を備えた耳部と、半径方向外方位置において該第 1サイドレール及 び該第 2サイドレールの軸方向端面を支持するために軸方向にそれぞれ突出するサ イドレール支持部とを有する 3ピースオイルリングとピストンとの組合せにおいて、 該耳部の半径方向外方側の傾斜面と軸心とのなす角度である耳角度が 10° 〜20 ° であり、該サイドレール支持部のそれぞれの軸方向突出距離 Xの合計距離 2Xと、 両耳部の軸方向端面間の距離 Yとの比 2XZYが 0. 04〜0. 15であり、 該オイルリ ング溝に連通している該複数のドレーンホールの開口力 ピストンの反スラスト側より もスラスト側により多く形成されていることを特徴とする 3ピースオイルリングとピストンと の組合せ。
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