WO2017164160A1 - 組合せオイルコントロールリング - Google Patents

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WO2017164160A1
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expander
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和矢 望月
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株式会社リケン
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    • 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
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a combined oil control ring that is mounted on a piston of an automobile engine, and more particularly to a combined oil control ring that includes a pair of side rails and a spacer expander in which peaks and valleys are formed in an axial waveform.
  • the oil sludge is a mixture of oil sludge precursors with relatively low viscosity.
  • oil rings engine parts
  • oil rings May interfere with function.
  • the spacer expander and the side rail are fixed, and the movement of the side rail is obstructed, so that the oil control function cannot be sufficiently exhibited.
  • the conventional oil ring includes a pair of annular side rails (120a, 120b) having joints and a spacer expander (101) that supports the side rails.
  • the spacer expander (101) includes a peak (102) and a valley (103) in an axial waveform, and a leg (104) that connects the peak and the valley.
  • Ears (105a, 105b) on the inner peripheral side of the peaks and valleys, protrusions (106a, 106b) that support the side rails on the outer peripheral side, middle hands that are recessed between the ears and the protrusions ( 107a, 107b) are formed.
  • the side rails (120a, 102b) are pressed by radial and axial component forces depending on the angle of the ears (105a, 105b) of the spacer expander (101), and the oil ring groove of the cylinder wall and piston Provides a sealing function on the side.
  • a thin oil ring with a small axial width dimension has good followability to the cylinder wall surface and also has a side seal function, so friction loss can be reduced without increasing oil consumption even at low tension. .
  • the conventional technology includes a method of coating the surface of the spacer expander and side rail to prevent adhesion, and oil sludge is deposited on the design surface of the spacer expander. It is disclosed that the dimensions are difficult to perform.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 include a fluorine-based resin film or a resin film containing a fluorine-based resin
  • Patent Document 3 includes a film containing a fluoroalkyl group-substituted alkoxide
  • Patent Document 4 includes an inorganic polysilazane.
  • Patent Document 5 discloses a method of coating a metal film having a low surface free energy and a low hydrogen bonding force. These coatings are water and oil repellency or, on the contrary, hydrophilic coatings, or anti-adhesion methods that have been studied by paying attention to the adhesion of oil sludge.
  • Patent Document 6 describes that the angle of the ear part of the spacer expander is 10 to 20 ° from the viewpoint of circulating the oil flowing into the oil ring groove to the crankcase side.
  • the ratio 2X / Y of the total distance 2X of the axial protrusion distances X of the protrusions supporting the first and second side rails to the distance Y between the axial end surfaces of both ears shall be 0.04 to 0.15.
  • the openings of a plurality of drain holes communicating with the oil ring groove are formed more on the thrust side than on the anti-thrust side of the piston.
  • Patent Document 7 sets the above ratio 2X / Y to 0.13 to 0.25, and the ratio P / the distance P between the pitch P between the convex portions (peak portions) or the concave portions (valley portions) of the spacer expander and the distance Y.
  • Y is set to 1.35 to 1.65
  • the product of the combined nominal width (h1) and combined thickness (a6) of the oil ring is the gap between the ear, protrusion, middle hand, and side rail. It also teaches that the ratio to area is 12-71.
  • Patent Document 6 sets 0.04 to 0.15
  • Patent Document 7 sets 0.13 to 0.25. It doesn't seem to be.
  • Patent Document 6 and Patent Document 7 the influence of other parameters is not considered.
  • Patent Document 1 JP 2002-310299 JP Patent Document 2: JP 2003-254155 JP Patent Document 3: JP 2000-027995 JP Patent Document 4: JP 2006-258110 JP Patent Document 5: WO2011 / Patent No. 043364A1 Patent Literature 6: Patent No. 4633639 Patent Literature 7: JP 2013-155829 A
  • the number of oil return holes is determined by the number of oil return holes.
  • the numerical value of the oil flow in the circumferential direction is more important than the oil flow in the radial direction of the spacer expander because it is much less than the number of peaks and valleys in the expander.
  • the flow velocity of oil flowing through the gap between the ear, protrusion, middle hand, and side rail is closely related to the discharge of oil sludge that adheres and accumulates in the gap. discovered.
  • the oil control ring dimensional design that can improve the followability of the side rails has led to a combined oil control ring that can maintain an excellent oil control function.
  • the combined oil control ring of the present invention is a combined oil control ring comprising a pair of side rails and a spacer expander in which peaks and valleys are formed in the axial waveform, and the peaks of the spacer expander And the trough are each composed of an ear that presses the inner peripheral surface of the side rail, a protrusion that supports the side rail, and a middle part between the ear and the protrusion, From the minimum axial cross-sectional area (S min ) of the space formed between the middle hand part and the side surface of the side rail facing to the bottom of the oil ring groove of the piston to which the combined oil control ring is mounted
  • the ratio (S min / S 0 ) to the axial cross-sectional area (S 0 ) to the inner wall of the cylinder liner is 1.9% or more.
  • the ratio (S min / S 0 ) is preferably 4.5% or less.
  • the ear height (a10) of the ear part is preferably 28.9 to 34.2% of the expander height (a9) of the spacer expander.
  • the protrusion height (C) of the protrusion is preferably 5.3 to 26.3% of the expander height (a9) of the spacer expander, and the protrusion width (A) of the protrusion is the spacer expander.
  • the expander width (h9) is preferably 6.7 to 13.9%, and the middle hand height (B) is preferably 39.5 to 55.3% of the expander height (a9) of the spacer expander.
  • the protrusion width (A) is preferably 0.12 to 0.25 mm.
  • the middle hand part facing the side rail is preferably inclined in a substantially circumferential direction, and the middle hand part is preferably convex in a substantially circumferential direction.
  • the oil ring of the present invention includes a minimum axial cross-sectional area (S min ) of a space portion formed between the middle portion of the spacer expander and the side surface of the side rail facing the spacer expander, and a piston to which the oil ring is mounted. Designed so that the ratio (S min / S 0 ) to the axial cross-sectional area (S 0 ) from the bottom of the oil ring groove to the inner wall of the cylinder liner is 1.9% or more.
  • the spacer expander ear height (a10) is designed to be 28.9 to 34.2% of the expander height (a9) of the spacer expander, so that the spacer expander sits stably and the side Since the rail thickness (a1) is reduced, the followability can be remarkably improved, and oil consumption can be greatly reduced even when the tension is lowered. Further, the oil can be surely poured out by inclining the middle hand portion in the substantially circumferential direction and making it a convex shape.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an oil ring of the present invention in which the spacer expander and the side rail of FIG. 3 (a) are combined. It is a perspective view which shows a part of another example of the spacer expander which comprises the oil ring of this invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an oil ring of the present invention in which the spacer expander of FIG.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the oil ring of the present invention.
  • the spacer expander (11) has a peak portion and a valley portion, respectively, an ear portion (12a, 12b), a protruding portion (13a, 13b), and a middle hand portion (14a, 14b).
  • Space portions (15a, 15b) are formed between the middle hand portions (14a, 14b) and the side surfaces of the side rails (20a, 20b) facing each other.
  • Axial cross-sectional areas (Sa, Sb: Sa Sb because they are vertically symmetrical) of this space (15a, 15b), in particular, the minimum axial cross-sectional area (S min ) flows through the space (15a, 15b).
  • the ratio (S min / S 0 ) is 1.9% or more.
  • the ratio (S min / S 0 ) is less than 1.9%, it is difficult to avoid the sticking.
  • the ratio (S min / S 0) to the upper limit is not particularly provided, the ratio (S min / S 0) is preferably not more than 4.5%.
  • the width dimension (a1) of the side rail is relatively small in order to improve the followability of the side rail and reduce oil consumption.
  • the corresponding spacer expander preferably has an ear height (a10) of the ear portions (12a, 12b) of 28.9 to 34.2% of the expander height (a9) of the spacer expander.
  • ⁇ is preferably 10 to 30 °, more preferably 15 to 25 °.
  • the protrusion width (A) of the protrusions (13a, 13b) of the spacer expander is increased, and the middle part It is preferable to increase the height of the middle part (B) of (14a, 14b).
  • the protrusion height (C) of the related protrusions (13a, 13b) is preferably 5.3 to 26.3% of the expander height (a9) of the spacer expander, and is preferably 5.3 to 15.8%. It is more preferable.
  • the protrusion width (A) of the protrusions (13a, 13b) of the spacer expander is specifically preferably from 0.12 to 0.25 mm, and more preferably from 0.15 to 0.20 mm.
  • the expander width (h9) of the spacer expander is preferably 6.7 to 13.9%, more preferably 8.3 to 11.5%.
  • FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b) show a spacer expander (21) which is another embodiment.
  • the middle hand parts (24a, 24b) are inclined substantially in the circumferential direction, so that the oil in the middle hand part can easily flow to one side in the circumferential direction.
  • the inclination angle of the adjacent middle hand portion may be either plus (up) or minus (down) in the substantially circumferential direction, or may be alternately repeated plus (up) and minus (down).
  • the minimum axial cross-sectional area (S min ) of the space portion (25a, 25b) formed between the middle hand portion (24a, 24b) and the side surfaces of the side rails (20a, 20b) facing each other is This is the axial cross-sectional area of the end of the space (25a, 25b).
  • FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) show a spacer expander (31) which is still another embodiment.
  • the middle hands (35a, 35b) have an inverted V-shaped convex shape in the substantially circumferential direction, and make it easier for oil in the middle hand to flow on both sides in the circumferential direction.
  • the axial sectional area at the position corresponding to the convex top portion is the minimum axial sectional area (S min ) of the space (35a, 35b).
  • the above spacer expander can be formed by plastic processing of a wire.
  • Examples 1 to 10 (E1 to E10) and Comparative Examples 1 to 4 (C1 to C4)
  • the spacer expander uses a forming method using gears from a rolled strip (SUS304 material) of 1.90 mm x 0.25 mm (Comparative Example 1 is 1.60 mm x 0.25 mm), and the side rail is 1.62 mm x 0.35 Nominal oil ring by coiling from rolled strip (SUS440B) of mm (however, Examples 2-3, 5-6, 8-10 are 1.72 mm x 0.35 mm, Comparative Example 1 is 1.37 mm x 0.35 mm)
  • a combined oil ring having a diameter (d1) of 87 mm, a combined width (h1) of 2.0 mm, and a combined thickness (a6) of 2.2 mm (comparative example 1, 1.9 mm) was produced.
  • the pitch from the peak (valley) to the peak (valley) of the spacer expander is 2.7 mm
  • the ear angle is 20 ° (however, in Comparative Example 1 is 25 °)
  • the middle is the side rail side
  • the plane shape was approximately parallel to It should be noted that the tension value is adjusted to 23 N with the target value as 23 N, and the expansion length of the spacer expander is adjusted.
  • Table 1 shows the detailed dimensions of the spacer expander and Table 2 shows the width and thickness dimensions of the side rails for each of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4.
  • Example 3 The actual machine test results of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 3.
  • the abutment gap is expressed as a relative value with m2 / m1 of Example 1 being 100, and the amount of oil sludge attached is also 100 as Example 1.
  • Table 4 shows the minimum axial cross-sectional area (S min ) of the space portion formed between the middle hand portion determined by each dimension of the spacer expander and the side rail side surface facing it.
  • S 0 Axial cross-sectional area
  • S min / S 0 ratio of ear height (a10) to expander height (a9) from the bottom of the piston oil ring groove to the inner wall of the cylinder liner ( a10 / a9)
  • ratio of protrusion height (C) to expander height (a9) (C / a9) ratio of protrusion width (A) to expander height (a9) (A / a9)
  • medium The ratio (B / a9) of the hand height (B) to the expander height (a9) is shown.
  • FIG. 5 (a) shows the relationship between S min / S 0 and the gap gap ratio (m2 / m1)
  • FIG. 5 (b) shows the relationship between S min / S 0 and the oil sludge adhesion amount ratio.
  • the abutment gap ratio (m2 / m1) increases rapidly when S min / S 0 is 1.5% to 1.9%, and that the side rail restraint is less likely to occur at 1.9% or more.
  • oil sludge deposition amount S min / S 0 is decreased monotonically until 1.9%, since not changed by 1.9% or more, S min / S 0 is adhesion and deposition of oil sludge with 1.9% or higher inhibition You can see that.
  • Example 11 A combined oil ring was produced in the same manner as in Example 1 except that the middle part was a spacer expander inclined substantially in the circumferential direction as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • the protrusion width A1 at one end in the circumferential direction of the protrusion is 0.12 mm, and the protrusion width A2 at the other end is 0.15 mm. Therefore, S min is the same as in the first embodiment.
  • Example 12 A combined oil ring was produced in the same manner as in Example 1 except that the middle part was a spacer expander having a convex shape in the substantially circumferential direction as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • the protrusion width A3 at the circumferential center of the protrusion is 0.12 mm
  • the protrusion width A4 at both ends in the circumferential direction is 0.15 mm. Therefore, S min is the same as in the first embodiment.
  • Example 11 (E11) and Example 12 (E12) were also subjected to the same actual machine test as Example 1.
  • the combination oil ring of Example 11 was mounted on the first and third cylinders of the 2.4-liter four-cylinder engine, and the combination oil ring of Example 12 was mounted on the second and fourth cylinders.
  • the test results are shown in Table 5.

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Abstract

長期間のエンジン運転においても、スペーサエキスパンダとサイドレール間の固着が発生することなく、優れたオイルコントロール機能を維持し得る自動車エンジン用の組合せオイルコントロールリングを提供するため、スペーサエキスパンダの山部及び谷部が、それぞれ、サイドレールの内周面を押圧する耳部、サイドレールを支持する突起部、及び前記耳部と前記突起部の間の中手部から構成され、前記中手部と対向する前記サイドレールの側面との間に形成される空間部の最小の軸方向断面積（Smin）と組合せオイルコントロールリングが装着されるピストンのオイルリング溝の溝底からシリンダライナ内壁までの軸方向断面積（S0）との比（Smin/S0）を1.9％以上とする。

Description

組合せオイルコントロールリング
　本発明は、自動車用エンジンのピストンに装着される組合せオイルコントロールリングに関し、特に一対のサイドレールと軸方向波形に山部と谷部が形成されたスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルコントロールリングに関する。
　現代社会にとっての最重要課題として、地球環境負荷の低減に関する施策が活発に進められている。中でも、二酸化炭素(CO2)排出量の削減や石油資源の節約等が重要視され、特に自動車エンジンにおいては、小型軽量化及び各種損失の低減による燃料消費量の低減が一層強く求められている。また一方で、排出ガスの浄化に対する要求も一層高まっており、排出ガス中に含まれる有害物質の低減や、そのための潤滑油消費量の低減が大きな課題とされている。
　自動車エンジンにおいては、長時間の運転に伴い、潤滑油が加熱され、ブローバイガスに曝されることにより、潤滑油中に炭化水素の未燃焼物質やオイル添加剤の変性物（以下これらを総じて「オイルスラッジ」という。ここでオイルスラッジには比較的粘性の低いオイルスラッジの前駆体も含む。）が混在する状態となる。オイルスラッジがエンジン部品に付着・堆積すると、部品を摩耗させたり、潤滑油の通路を塞いだりして、組合せオイルコントロールリング（以下、特に意図しない限り「オイルリング」という。）等のエンジン部品の機能に支障を来すことがある。オイルリングでは、特にひどい場合、スペーサエキスパンダとサイドレールが固着し、サイドレールの動きを阻害してオイルコントロール機能を充分に発揮することができなくなる。
　従来のオイルリングは、図6(b)に示すように、合口を有する一対の円環状サイドレール(120a、120b)と、サイドレールを支持するスペーサエキスパンダ(101)とからなる。またスペーサエキスパンダ(101)は、図6(a)に示すように、軸方向波形に山部(102)と谷部(103)、並びに山部と谷部を繋ぐ脚部(104)とからなる。山部及び谷部の内周側には耳部(105a、105b)、外周側にはサイドレールを支持する突起部(106a、106b)、耳部と突起部の間に窪んだ中手部(107a、107b)が形成されている。スペーサエキスパンダとサイドレールとを組合せると、耳部、突起部、中手部、サイドレールの間に隙間状の空間部(108a、108b)が形成される。
　オイルリングは、スペーサエキスパンダ(101)の耳部(105a、105b)の角度により、サイドレール(120a、102b)が半径方向及び軸方向の分力によって押圧され、シリンダ壁面及びピストンのオイルリング溝側面においてシール機能を発揮する。特に、軸方向幅寸法を小さくした薄幅オイルリングは、シリンダ壁面に対する追従性が良好で、サイドシール機能もあることから、低張力であってもオイル消費を増加させることなく摩擦損失を低減できる。しかし、オイルリングでは、前述したスペーサエキスパンダとサイドレールの間の空間部(108a、108b)にオイルスラッジが堆積しやすく、特に、薄幅化した場合には、堆積したオイルスラッジによってサイドレール(120a、120b)がスペーサエキスパンダ(101)に固着する可能性が高くなる。固着が発生すると、サイドレールのシリンダ壁面への追従性が極端に低下するため、オイル消費量が急激に増大してしまう。
　オイルリングへのオイルスラッジの付着及び堆積防止法として、従来技術には、スペーサエキスパンダやサイドレールの表面に固着防止のためのコーティングを施す方法や、スペーサエキスパンダを設計面でオイルスラッジが堆積しにくい寸法にすることが開示されている。
　例えば、特許文献1や特許文献2には、フッ素系の樹脂被膜又はフッ素系樹脂を含有する樹脂被膜、特許文献3には、フルオロアルキル基置換アルコキシドを含む被膜、特許文献4には、無機ポリシラザンを含む前駆体ポリマーの親水性被膜、特許文献5には、表面自由エネルギーと水素結合力が低い金属被膜をコーティングする方法が開示されている。これらの被膜は、撥水撥油性、若しくはそれらと反対に親水性の被膜、又はオイルスラッジの付着力に着目して検討された固着防止方法である。
　一方、オイルリングの設計面の対策として、特許文献6には、オイル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る観点で、スペーサエキスパンダの耳部の角度を10～20°にし、且つ第1及び第2のサイドレールをそれぞれ支持する突起部の軸方向突出距離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を0.04～0.15とすること、さらにオイルリング溝に連通している複数のドレーンホールの開口についてピストンの反スラスト側よりもスラスト側に多く形成することを教示している。また、特許文献7は上記の比2X/Yを0.13～0.25とし、且つスペーサエキスパンダの凸部（山部）間又は凹部（谷部）間のピッチPと、前記距離Yとの比P/Yを1.35～1.65とすること、さらにオイルリングの組合せ呼び幅(h1)と組合せ厚さ(a6)との積の、耳部、突起部、中手部、サイドレールの間の空間部の断面積に対する比を12～71とすることについても教示している。
　しかし、上記の通り、比2X/Yについて、特許文献6は0.04～0.15としているのに対し特許文献7は0.13～0.25としているように、それぞれ要求範囲が異なっており、実験的裏付けが十分であるようにはみえない。また、特許文献6と特許文献7において、その他のパラメーターの影響については考慮されていない。
特許文献1：特開2002-310299号公報
特許文献2：特開2003-254155号公報
特許文献3：特開2000-027995号公報
特許文献4：特開2006-258110号公報
特許文献5：WO2011/043364A1号公報
特許文献6：特許4633639号公報
特許文献7：特開2013-155829号公報
　本発明は、長期間のエンジン運転においても、スペーサエキスパンダとサイドレール間の固着が発生することなく、優れたオイルコントロール機能を維持し得る自動車エンジン用の組合せオイルコントロールリングを提供することを課題とする。
　本発明者らは、オイルリングの装着されたピストンのオイルリング溝に流入したオイルがオイルリング溝内径側に形成されたオイル戻し穴に環流する状況について検討するにあたって、オイル戻し穴の数がスペーサエキスパンダの山部及び谷部の数に比べてはるかに少ないことから、スペーサエキスパンダの半径方向のオイルの流れよりも円周方向のオイルの流れのほうがより重要であることに着目して数値流体解析を行った結果、耳部、突起部、中手部、サイドレールの間の隙間を流れるオイルの流速が、当該隙間に付着・堆積するオイルスラッジの排出に密接に関係していることを発見した。さらに、固着防止機能に加え、サイドレールの追従性を改善しうるオイルコントロールリングの寸法設計により、優れたオイルコントロール機能を維持しうる組合せオイルコントロールリングに想到することができた。
　すなわち、本発明の組合せオイルコントロールリングは、一対のサイドレールと軸方向波形に山部と谷部が形成されたスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルコントロールリングであって、前記スペーサエキスパンダの前記山部及び前記谷部が、それぞれ、前記サイドレールの内周面を押圧する耳部、前記サイドレールを支持する突起部、及び前記耳部と前記突起部の間の中手部から構成され、前記中手部と対向する前記サイドレールの側面との間に形成される空間部の最小の軸方向断面積（Smin）と前記組合せオイルコントロールリングが装着されるピストンのオイルリング溝の溝底からシリンダライナ内壁までの軸方向断面積（S0）との比（Smin/S0）が1.9％以上であることを特徴とする。前記比（Smin/S0）は4.5％以下であることが好ましい。
　また、前記耳部の耳高さ（a10）は前記スペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ（a9）の28.9～34.2％であることが好ましい。
　また、前記突起部の突起高さ（C）は前記スペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ（a9）の5.3～26.3％であることが好ましく、前記突起部の突起幅（A）は前記スペーサエキスパンダのエキスパンダ幅（h9）の6.7～13.9％であることが好ましく、前記中手部高さ（B）は前記スペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ（a9）の39.5～55.3%であることが好ましく、前記突起幅（A）は0.12～0.25 mmであることが好ましい。
　さらに、前記サイドレールに対向する前記中手部は略円周方向に傾斜していることが好ましく、前記中手部は略円周方向に凸形状であることが好ましい。
　本発明のオイルリングは、スペーサエキスパンダの中手部と対抗するサイドレールの側面との間に形成される空間部の最小の軸方向断面積（Smin）とオイルリングが装着されるピストンのオイルリング溝の溝底からシリンダライナ内壁までの軸方向断面積（S0）との比（Smin/S0）が1.9％以上になるように設計されており、このとき当該空間を流れるオイルの流速の増加により、当該空間に付着・堆積するオイルスラッジの排出が急激に改善され、スペーサエキスパンダとサイドレールの固着を防止することができる。また、スペーサエキスパンダの耳部の耳高さ（a10）を前記スペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ（a9）の28.9～34.2％に設計することにより、スペーサエキスパンダの座りが安定し、且つサイドレールの厚さ（a1）が薄くなるため追従性を著しく向上でき、低張力化してもオイル消費を大きく低減することが可能となる。さらに、中手部を略円周方向に傾斜させ、また凸形状にすることによって、オイルを確実に流し出すことが可能となる。
一対のサイドレールとスペーサエキスパンダを組合せた本発明のオイルリングの一例を示す断面図である。 シリンダライナの中に挿入されたピストンのオイルリング溝を示す断面図である。 本発明のオイルリングを構成するスペーサエキスパンダの別の一例の一部を示す斜視図である。 図3(a)のスペーサエキスパンダとサイドレールを組み合わせた本発明のオイルリングを示す断面図である。 本発明のオイルリングを構成するスペーサエキスパンダのさらに別の一例の一部を示す斜視図である。 図4(a)のスペーサエキスパンダとサイドレールを組み合わせた本発明のオイルリングを示す断面図である。 Smin/S0と合口隙間比（m2/m1）との関係を示す図である。 Smin/S0とオイルスラッジ付着量との関係を示す図である。 従来のスペーサエキスパンダの一部を示す斜視図である。 従来のオイルリングを示す断面図である。
　以下に本発明のオイルリングの実施の形態について図面を参照して説明する。
　図1は、本発明のオイルリングの一実施形態を示す。スペーサエキスパンダ(11)は、従来のスペーサエキスパンダと同様に、山部及び谷部が、それぞれ、耳部(12a、12b)、突起部(13a、13b)及び中手部(14a、14b)から構成され、中手部(14a、14b)と対向するサイドレール(20a、20b)の側面との間に空間部(15a、15b)が形成される。この空間部(15a、15b)の軸方向断面積(Sa、Sb：上下対称なのでSa=Sb)、特に、最小の軸方向断面積(Smin)が、当該空間部(15a、15b)を流れるオイルの流速に影響し、固着防止上、重要なパラメーターとなる。図2に示すオイルリング溝の溝底からシリンダライナ内壁までの軸方向断面積(S0)を基準にして実験的研究を行った結果、比(Smin/S0)を1.9％以上とすることにより、サイドレールとスペーサエキスパンダ間の固着を確実に回避することができ、逆に、比(Smin/S0)が1.9％未満になると固着を回避することが困難となる。比(Smin/S0)に上限は特に設けないが、比(Smin/S0)は4.5％以下であることが好ましい。
　また、本発明のオイルリングでは、サイドレールの追従性を向上し、オイル消費を低減するために、サイドレールの幅寸法(a1)を比較的小さくすることが好ましい。その場合、対応するスペーサエキスパンダは、耳部(12a、12b)の耳高さ(a10)をスペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ(a9)の28.9～34.2％とすることが好ましい。
　上記のように耳高さ(a10)の調整により、サイドレール(20、20)の厚さ(a1)が小さくなった場合は、オイルリング溝上下面におけるシール機能の観点で耳部(12a、12b)の角度θを調整することが好ましく、本発明のオイルリングの場合、θは10～30°が好ましく、15～25°がより好ましい。
　また、本発明のオイルリングでは、比(Smin/S0)を1.9％以上とするために、スペーサエキスパンダの突起部(13a、13b)の突起幅(A)を大きくし、中手部(14a、14b)の中手部高さ(B)を大きくすることが好ましい。その場合、関連する突起部(13a、13b)の突起高さ(C)は、スペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ(a9)の5.3～26.3％とすることが好ましいく、5.3～15.8％とすることがより好ましい。
　また、スペーサエキスパンダの突起部(13a、13b)の突起幅(A)は、具体的には0.12～0.25 mmであることが好ましく、0.15～0.20 mmであることがより好ましい。また、スペーサエキスパンダのエキスパンダ幅(h9)に対しては6.7～13.9％であることが好ましく、8.3～11.5％であることがより好ましい。
　図3(a)及び図3(b)は、別の一実施形態であるスペーサエキスパンダ(21)を示している。中手部(24a、24b)は略円周方向に傾斜しており、中手部のオイルを円周方向片側に流し易くしている。隣接する中手部の傾斜角度は、略円周方向にプラス(登り)若しくはマイナス(下り)のいずれでも良く、又はプラス(登り)とマイナス(下り)を交互に繰り返してもよい。よって、中手部(24a、24b)と対向するサイドレール(20a、20b)の側面との間に形成される空間部(25a、25b)の最小の軸方向断面積(Smin)は、前記空間部(25a、25b)の端部の軸方向断面積となる。
　図4(a)及び図4(b)は、さらに別の一実施形態であるスペーサエキスパンダ(31)を示している。中手部(35a、35b)は略円周方向に逆V形状の凸形状を呈しており、中手部のオイルを円周方向両側に流し易くしている。前記凸形状の頂上部分に対応する位置の軸方向断面積が空間部(35a、35b)の最小の軸方向断面積(Smin)となる。
　上記のスペーサエキスパンダは、線材の塑性加工によって形成することができる。
実施例1～10（E1～E10）及び比較例1～4（C1～C4）
　スペーサエキスパンダは、1.90 mm×0.25 mm（但し、比較例1は1.60 mm×0.25 mm）の圧延帯材（SUS304材）からギアを利用した成形方法を用い、またサイドレールは、1.62 mm×0.35 mm（但し、実施例2～3、5～6、8～10は1.72 mm×0.35 mm、比較例1は1.37 mm×0.35 mm）の圧延帯材（SUS440B）からコイリングにより、組合せオイルリングの呼び径（d1）87 mm、組合せ幅（h1）2.0 mm、組合せ厚さ（a6）2.2 mm（但し、比較例1は1.9 mm）となる組合せオイルリングを作製した。ここで、スペーサエキスパンダの山部（谷部）から山部（谷部）へのピッチは2.7 mm、耳角度は20°（但し、比較例1は25°）、中手部はサイドレール側面に略平行な平面形状とした。なお、張力値は23 Nを目標値としてスペーサエキスパンダの展開長さを調整している。各実施例1～10及び比較例1～4について、スペーサエキスパンダの細部寸法を表1に、サイドレールの幅寸法及び厚さ寸法を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
[1] 実機試験
　実施例1～4の組合せオイルリングを2.4リットル4気筒エンジンの1番気筒から4番気筒にそれぞれ装着した。試験は、エンジンオイルには市場より回収した劣化オイルを用い、停止状態から最高出力回転数までの運転条件と、低温から高温までの油水温条件を連続的に繰り返すパターン運転を所定時間（所定サイクル数）実施する条件で行った。所定時間経過後に以下の評価方法に従い、サイドレールの合口隙間の測定とオイルスラッジ付着量の測定を行った。ここで、トップリング及びセカンドリングは次の仕様のものを用いた。
(1) トップリング
　　材質：SWOSC-V、外周面窒化クロムイオンプレーティング処理
　　サイズ：d1=87.0 mm、h1=1.2 mm、a1=3.1 mm
(2) セカンドリング
　　材質：SWOSC-V、外周面クロムめっき処理
　　サイズ：d1=87.0 mm、h1=1.2 mm、a1=3.4 mm 
　実施例5～10及び比較例1～4の組合せオイルリングについても、実施例5～8、実施例9～10及び比較例1～2、比較例3～4及び実施例1～2、実施例3～6、実施例7～10、並びに比較例1～4の組合せに分けて、上記2.4リットル4気筒エンジンを用い、実施例1～4の組合せの場合と同様にして、実機試験を行った。よって、試験回数は各実施例及び比較例について2回となる。
[2] サイドレール合口隙間の測定
　実機試験終了後、ピストンをシリンダから抜いた状態で、オイルリングの上下のサイドレールの合口隙間（m2）を測定し、実機試験前のピストンに組み付けた状態の合口隙間（m1）（実機試験前はフリー状態の合口隙間に等しい）との比（m2/m1）を求めた。一対のサイドレールそれぞれについて、m2/m1を求め、2 回の実機試験の平均値を算出した。
[3] オイルスラッジ付着量の測定方法
　実機試験終了後、ピストンからオイルリングを取り外し、電気炉中200℃で 1 時間乾燥し、デシケータ中で室温まで冷却させ、その後のオイルリングの質量を測定した。予め測定した実機試験前のオイルリングの質量との差を算出し、2 回の実機試験の平均値をオイルスラッジ付着量とした。
　実施例1～10及び比較例1～4の実機試験結果を表3に示す。各試験結果は、合口隙間は実施例1のm2/m1を100とし、オイルスラッジの付着量も実施例1付着量を100として、相対値で示している。　　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表3より、実機試験後の合口隙間比（m2/m1）は、実施例1～10の100～126に対し、比較例1～4では27～58に減少し、オイルスラッジ付着量は、実施例1～10の81～107に対し、比較例1～4では169～359に増加している。すなわち、比較例1～4では、オイルスラッジの堆積によりサイドレールが拘束されたため、ピストンをシリンダから抜いた状態でも合口が元の状態に戻り（拡がり）にくくなっているのに対し、実施例1～10では、オイルスラッジの付着・堆積が低減され、よって、オイルリングの拘束の程度が低減され、元の状態に戻り（拡がり）易くなっていると考えられる。
　上記の評価結果について考察するため、表4に、スペーサエキスパンダの各寸法によって決まる中手部と対向するサイドレール側面との間に形成される空間部の最小の軸方向断面積（Smin）、ピストンのオイルリング溝の溝底からシリンダライナ内壁までの軸方向断面積（S0）、比（Smin/S0）、耳高さ（a10）のエキスパンダ高さ（a9）に対する比（a10/a9）、突起部高さ（C）のエキスパンダ高さ（a9）に対する比（C/a9）、突起幅（A）のエキスパンダ高さ（a9）に対する比（A/a9）、中手部高さ（B）のエキスパンダ高さ（a9）に対する比（B/a9）について示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　図5(a)にSmin/S0と合口隙間比（m2/m1）との関係、図5(b)にSmin/S0とオイルスラッジ付着量比との関係を示す。合口隙間比（m2/m1）は、Smin/S0が1.5％から1.9％にかけて急激に上昇し、1.9％以上ではサイドレールの拘束が生じにくくなっていることが分かる。一方、オイルスラッジ付着量は、Smin/S0が1.9％まで単調に減少し、1.9％以上では変化していないので、Smin/S0が1.9％以上でオイルスラッジの付着・堆積が抑制されていることが分かる。
実施例11（E11）
　中手部を図3(a)及び図3(b)に示すように略円周方向に傾斜させたスペーサエキスパンダとした以外は実施例1と同様にして組合せオイルリングを作製した。突起部の円周方向一端の突起幅A１を0.12 mm、他端の突起幅A2を0.15 mmとした。よって、Sminは実施例1と同じである。　　　
実施例12（E12）
　中手部を図4(a)及び図4(b)に示すように略円周方向に凸形状としたスペーサエキスパンダとした以外は実施例1と同様にして組合せオイルリングを作製した。突起部の円周方向中央の突起幅A3を0.12 mm、円周方向両端の突起幅A4を0.15 mmとした。よって、Sminは実施例1と同じである。
　実施例11（E11）及び実施例12（E12）についても、実施例1と同様の実機試験を行った。ここで、2.4リットル4気筒エンジンの1番気筒及び3番気筒に実施例11の組合せオイルリング、2番気筒及び4番気筒に実施例12の組合せオイルリングを装着した。試験結果を表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 1   ピストン
 2   シリンダ
 3   ピストンリング溝
11, 21, 31, 101   スペーサエキスパンダ
12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b, 105a, 105b   耳部
13a, 13b, 23a, 23b, 33a, 33b, 106a, 106b   突起部
14a, 14b, 24a, 24b, 34a, 34b, 107a, 107b   中手部
15a, 15b, 25a, 25b, 35a, 35b, 108a, 108b   空間部
20a, 20b, 120a, 120b   サイドレール
a1   サイドレール厚さ
a6   組合せオイルリングの組合せ厚さ
a9   スペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ
a10   スペーサエキスパンダの耳高さ
h1   組合せオイルリングの組合せ幅
h9   スペーサエキスパンダのエキスパンダ幅
A   スペーサエキスパンダの突起幅
B   スペーサエキスパンダの中手部高さ
C   スペーサエキスパンダの突起高さ
θ   スペーサエキスパンダの耳角度
Smin   空間部の最小の軸方向断面積
S0   シリンダライナ内壁までのオイルリング溝の軸方向断面積
m1   実機試験前のサイドレールの合口隙間
m2   実機試験後のサイドレールの合口隙間

Claims (9)

  1. 　一対のサイドレールと軸方向波形に山部と谷部が形成されたスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルコントロールリングであって、前記スペーサエキスパンダの前記山部及び前記谷部が、それぞれ、前記サイドレールの内周面を押圧する耳部、前記サイドレールを支持する突起部、及び前記耳部と前記突起部の間の中手部から構成され、前記中手部と対向する前記サイドレールの側面との間に形成される空間部の最小の軸方向断面積（Smin）と前記組合せオイルコントロールリングが装着されるピストンのオイルリング溝の溝底からシリンダライナ内壁までの軸方向断面積（S0）との比（Smin/S0）が1.9％以上であることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
  2. 　請求項1に記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記比（Smin/S0）が4.5％以下であることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
  3. 　請求項1又は2に記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記耳部の耳高さ（a10）が前記スペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ（a9）の28.9～34.2％であることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
  4. 　請求項1～3のいずれかに記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記突起部の突起高さ（C）が前記スペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ（a9）の5.3～26.3％であることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
  5. 　請求項1～4のいずれかに記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記突起部の突起幅（A）が前記スペーサエキスパンダのエキスパンダ幅（h9）の6.7～13.9％であることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
  6. 　請求項1～5のいずれかに記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記中手部高さ（B）が、前記スペーサエキスパンダのエキスパンダ高さ（a9）の39.5～55.3％であることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
  7. 　請求項1～6のいずれかに記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記突起部の突起幅（A）が0.12～0.25 mmであることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
  8. 　請求項1～7のいずれかに記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記サイドレールに対向する前記中手部が略円周方向に傾斜していることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
  9. 　請求項8に記載の組合せオイルコントロールリングにおいて、前記サイドレールに対向する前記中手部が略円周方向に凸形状であることを特徴とする組合せオイルコントロールリング。
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