WO2020251058A1 - ピストンリング - Google Patents

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WO2020251058A1
WO2020251058A1 PCT/JP2020/023476 JP2020023476W WO2020251058A1 WO 2020251058 A1 WO2020251058 A1 WO 2020251058A1 JP 2020023476 W JP2020023476 W JP 2020023476W WO 2020251058 A1 WO2020251058 A1 WO 2020251058A1
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WO
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piston ring
curvature
diameter portion
outermost diameter
peripheral surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/023476
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English (en)
French (fr)
Inventor
大志 清水
Original Assignee
株式会社リケン
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.)
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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
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
    • 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
    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials

Definitions

  • the present invention relates to a piston ring mounted on a piston for an internal combustion engine.
  • Pistons for internal combustion engines include piston rings such as a compression ring (pressure ring) for sealing combustion gas and oil, and an oil ring (oil control ring) for controlling oil adhering to the inner peripheral surface of the cylinder. It is installed.
  • the piston ring is an annular ring having a joint portion and a sliding surface on the outer periphery.
  • Some conventional piston rings are side rails of oil rings, which are provided with small-sized protrusions on the outer peripheral surface of the side rails (see, for example, "Patent Document 1").
  • Patent Document 1 Japanese Patent Document 1
  • the small protrusions do not increase the contact width of the side rail with respect to the cylinder, and the decrease in surface pressure of the side rail with respect to the cylinder can be suppressed. .. Therefore, according to this conventional technique, it is possible to prevent deterioration of the oil scraping performance and, by extension, prevent an increase in oil consumption.
  • some other conventional piston rings are provided with protrusions on the outer surface of the side rail, and the protrusions are shifted to one side in the axial direction from the center (see, for example, "Patent Document 2").
  • Patent Document 2 By shifting the protrusion provided on the outer peripheral surface of the side rail to one side in the axial direction, the oil scraping action is enhanced and the oil scraping is suppressed. Therefore, according to this conventional technique, oil consumption can be reduced.
  • An object of the present invention is to provide a piston ring capable of reducing oil consumption.
  • the piston ring according to the present invention is a piston ring extending around an axis, and the outer peripheral surface of the piston ring is a pair of side surface adjacent portions adjacent to each of the two side surfaces of the piston ring.
  • the outermost diameter portion which is arranged between the pair of side surface adjacent portions and has the maximum outer diameter, between one of the pair of side surface adjacent portions and the outermost diameter portion, and the pair of side surface adjacent portions. It is provided with at least one recessed portion arranged between the other portion and the outermost diameter portion, and the outermost diameter portion in the circumferential view of the piston ring.
  • the contour line of is a curve having a center of curvature, and the center of curvature is arranged radially inside the common tangent line of the contour line of the side surface adjacent portion and the contour line of the outermost diameter portion.
  • the contour line of the at least one recessed portion is a curve having a center of curvature, and the center of curvature is arranged radially outside the common tangent line.
  • the dimensional difference H between the outermost radial edge of the outermost diameter portion and the outermost radial edge of the side surface is preferably H ⁇ 0.25 mm.
  • the angle ⁇ 1 on the acute angle side formed by the axis and the common tangent on one side of the pair of side surface adjacent portions is ⁇ 1 ⁇ 50 ° in the circumferential direction of the piston ring. Is preferable.
  • the angle ⁇ 2 on the acute angle side formed by the axis and the common tangent on the other side of the pair of side surface adjacent portions is ⁇ 2 ⁇ 60 ° in the circumferential direction of the piston ring. Is preferable.
  • the angle ⁇ 1 can be set to the angle ⁇ 2 or less.
  • the contour lines of the pair of side surface adjacent portions, the contour lines of the recessed portion, and the contour lines of the outermost diameter portion, between at least one of the other adjacent portion and the outermost diameter portion are respectively.
  • the radius of curvature R1 of the outermost diameter portion, the radius of curvature R2 of the recessed portion, and the radius of curvature R3 of the side surface adjacent portion are R2 / R1 ⁇ 4.5 and R2, respectively. It is preferable to satisfy the condition of / R3 ⁇ 4.5.
  • the radius of curvature R1 of the outermost diameter portion is preferably R1 ⁇ 0.12 mm.
  • the piston ring is preferably a side rail of an oil ring.
  • the oil ring when the piston ring is an oil ring, the oil ring includes two side rails arranged at intervals, and the outer peripheral surface of the piston ring has the two side rails. It can be the outer peripheral surface of at least one of the side rails.
  • the piston ring can be a compression ring.
  • the recessed portion of the contour line forming the outer peripheral surface of the piston ring can be symmetrical up and down in the axial direction.
  • a hard coating layer or a resin coating layer is provided on the outer peripheral surface of the piston ring.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing which shows the outer peripheral surface of the side rail of FIG. 4 enlarged.
  • the "axis” means the “axis O of the piston ring”.
  • the "axial direction” means a “direction extending along the axis", that is, a “direction extending along the axis O”.
  • the "diameter direction” means a "direction orthogonal to the axial direction”, that is, a “direction orthogonal to a direction extending along the axis O”.
  • the "circumferential direction” means a "direction along the circumference of the axis", that is, a “direction along the circumference of the axis O”.
  • FIG. 1 shows a piston ring to which these various piston rings can be incorporated together with various piston rings that can be used as the piston ring according to the present invention in one side cross section.
  • reference numeral 100 is a piston used in an internal combustion engine (for example, a gasoline engine).
  • Reference numerals 10 to 30 are various piston rings that can be used as the piston ring according to the present invention, respectively.
  • reference numeral 10 is an oil ring provided with a side rail, which is an embodiment of the piston ring according to the present invention.
  • the oil ring 10 is incorporated into a ring groove 101 formed on the outer peripheral surface of the piston 100.
  • reference numerals 20 and 30 are compression rings (pressure rings), respectively.
  • the compression ring 20 is a top ring.
  • the compression ring 30 is a second ring.
  • the compression rings 20 and 30 are incorporated into the ring grooves 102 and 103 formed on the outer peripheral surface of the piston 100, respectively.
  • the oil ring 10 is a 3-piece type oil ring.
  • the oil ring 10 includes a pair of side rails (oil ring rails) 11 and a spacer expander 12 according to an embodiment of the present invention.
  • the two side rails 11 are arranged on the combustion chamber side and the crank chamber side of the engine (not shown) at intervals in the axial direction.
  • the pair of side rails 11 each have the same configuration as each other.
  • FIG. 2 shows the oil ring 10 from the side surface.
  • FIG. 3 shows the side rail 11 from the side surface.
  • the piston ring extends around the axis.
  • the oil ring 10 is a combination of the side rail 11 and the spacer 12, and as shown in FIG. 3, the side rail 11 extends around the axis O. ing.
  • the side rail 11 according to the present embodiment is formed in a split ring shape having a joint 11c by bending a long, flat steel material (steel material). That is, the side rail 11 according to the present embodiment is formed in a C shape in which a part thereof in the circumferential direction is cut and the cut portion becomes a joint opening 11c.
  • the spacer expander 12 presses and urges the side rail 11 outward in the radial direction to press and urge the inner peripheral surface 201 of the cylinder 200 (when the cylinder liner is provided, the cylinder liner of the cylinder liner).
  • the amount of oil adhering to the wall surface (inner peripheral surface) can be controlled.
  • the piston ring has two side surfaces facing each other in the axial direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the side rail 11 includes two side surfaces facing each other in the axial direction.
  • the side rail 11 includes a first side surface 111 and a second side surface 112.
  • the first side surface 111 and the second side surface 112 extend around the axis O, respectively.
  • the first side surface 111 and the second side surface 112 of the side rail 11 are each formed in a C shape in which a part thereof is cut in the circumferential direction and the cut portion becomes a joint opening 11c. ing.
  • the first side surface 111 is a side surface facing one side in the axial direction (upper side in the drawing).
  • the second side surface 112 is a side surface facing the other side in the axial direction (lower side in the drawing).
  • the first side surface 111 and the second side surface 112 are parallel to each other in the radial direction (horizontal direction).
  • the first side surface 111 and the second side surface 112 are formed on flat surfaces extending along the radial direction and the circumferential direction, respectively.
  • first side surface 111 and the second side surface 112 each have the same planar configuration.
  • reference numeral 111e1 is the outermost radial edge of the first side surface 111. Further, reference numeral 111e2 is the innermost edge in the radial direction of the first side surface 111. Further, reference numeral W1 is a radial width between the radial outermost edge 111e1 and the radial innermost edge 111e2 of the first side surface 111, that is, the radial width of the first side surface 111. Similarly, in FIG. 4, reference numeral 112e1 is the outermost radial edge of the second side surface 112. Further, reference numeral 112e2 is the innermost edge in the radial direction of the second side surface 112. Further, reference numeral W2 is a radial width between the radial outermost edge 112e1 and the radial innermost edge 112e2 of the second side surface 112, that is, the radial width of the second side surface 112.
  • the radial distance of the radial outermost edge 111e1 of the first side surface 111 from the axis O is equal to the radial distance of the radial outermost edge 112e1 of the second side surface 112 from the axis O. That is, in the present embodiment, the radial outermost edge 111e1 of the first side surface 111 and the radial outermost edge 112e1 of the second side surface 112 are arranged at the same position in the radial direction with respect to the axis O. It is configured in.
  • the radial distance of the radial innermost edge 111e2 of the first side surface 111 from the axis O is equal to the radial distance of the radial innermost edge 112e2 of the second side surface 112 from the axis. That is, in the present embodiment, the radial innermost edge 111e2 of the first side surface 111 and the radial innermost edge 112e2 of the second side surface 112 are arranged at the same position in the radial direction with respect to the axis O. It is configured in. That is, in the present embodiment, the radial width W1 of the first side surface 111 and the radial width W2 of the second side surface 112 are configured to have the same width and are arranged at the same position.
  • the side rail 11 includes an outer peripheral surface 1 and an inner peripheral surface 2.
  • the outer peripheral surface 1 and the inner peripheral surface 2 extend around the axis O, respectively.
  • the outer peripheral surface 1 is a surface facing outward in the radial direction, which connects the outermost radial edge 111e1 of the first side surface 111 and the outermost radial edge 112e1 of the second side surface 112 in the axial direction.
  • the inner peripheral surface 2 is a surface facing inward in the radial direction, which connects the innermost radial edge 111e2 of the first side surface 111 and the innermost radial edge 112e2 of the second side surface 112 in the axial direction.
  • the contour lines of the outer peripheral surface 1 and the inner peripheral surface 2 of the side rail 11 are Each is substantially uniform over the entire circumference.
  • FIG. 5 shows a state in which the piston 100 incorporating the oil ring 10 is arranged inside the cylinder 200, corresponding to the BB cross section of FIG.
  • the first side surface 111 of the side rail 11 is directed toward the combustion chamber side
  • the second side surface 112 of the side rail 11 is directed toward the crank chamber side. It is mounted in the ring groove 101 of the piston 100.
  • Each of the outer peripheral surfaces 1 of the side rails 11 slidably presses the inner peripheral surface 201 of the cylinder 200.
  • the side rail 11 is elastically mounted in the ring groove 101 of the piston 100 via the spacer expander 12. That is, the spacer expander 12 can press and urge the inner peripheral surface 2 of the side rail 11 on the outer peripheral side in the radial direction by the elastic force generated by mounting the oil ring 10 in the ring groove 101 of the piston 100. it can. In this example, the spacer expander 12 urges the side rail 11 to expand its diameter outward in the radial direction. Therefore, if the oil ring 10 is interposed between the piston 100 and the cylinder 200 so that the spacer expander 12 is compressed inward in the radial direction, the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 and the inner peripheral surface of the cylinder 200 are provided.
  • the spacer expander 12 is formed, for example, in an annular shape that can be elastically deformed in the radial direction. Examples of such a spacer expander 12 include those formed into a corrugated shape in the axial direction or the circumferential direction.
  • the spacer expander 12 can be formed of a steel material or the like.
  • FIG. 6 shows an enlarged view of the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 and its periphery.
  • FIG. 6 shows the contour line of the outer peripheral surface 1 in the side rail circumferential direction view.
  • the outer peripheral surface of the piston ring includes a pair of side surface adjacent portions adjacent to each of the two side surfaces of the piston ring.
  • the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 is provided with the first side surface adjacent portion 3 on one side in the axial direction.
  • the first side surface adjacent portion 3 is one of a pair of side surface adjacent portions.
  • the first side surface adjacent portion 3 is adjacent to the first side surface 111 of the side rail 11.
  • the first side surface adjacent portion 3 is connected to the outermost radial edge 111e1 of the first side surface 111 in the radial direction.
  • FIG. 6 the present embodiment, as shown in FIG.
  • the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 is provided with a second side surface adjacent portion 4 on the other side in the axial direction.
  • the second side surface adjacent portion 4 is the other of the pair of side surface adjacent portions.
  • the second side surface adjacent portion 4 is adjacent to the second side surface 112 of the side rail 11. As shown in FIG. 6, the second side surface adjacent portion 4 is connected to the outermost radial edge 112e1 of the second side surface 112 in the radial direction.
  • the outer peripheral surface of the piston ring is provided between a pair of side surface adjacent portions and has an outermost diameter portion having a maximum outer diameter.
  • the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 includes the outermost diameter portion 6.
  • the outermost diameter portion 6 is arranged between the first side surface adjacent portion 3 and the second side surface adjacent portion 4.
  • the outermost diameter portion 6 has a maximum outer diameter D at the outermost radial edge e6 of the outermost diameter portion 6.
  • the outermost radial edge e6 of the outermost diameter portion 6 is located at the central position P1 in the axial direction between the first side surface 111 and the second side surface 112 of the side rail 11. It is configured to be placed in.
  • the outer peripheral surface of the piston ring is between one of the pair of side surface adjacent portions and the outermost diameter portion, and between the other of the pair of side surface adjacent portions and the outermost diameter portion. It has at least one recess arranged between the two.
  • the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 is provided with one first recessed portion 7 on one side in the axial direction.
  • the first recessed portion 7 is arranged between the first side surface adjacent portion 3 and the outermost diameter portion 6.
  • the first recessed portion 7 is connected to the first side surface adjacent portion 3 on the inner side in the radial direction and is connected to the outermost diameter portion 6 on the outer side in the radial direction.
  • the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 is provided with one second recessed portion 8 on the other side in the axial direction.
  • the second recessed portion 8 is arranged between the second side surface adjacent portion 4 and the outermost diameter portion 6.
  • the second recessed portion 8 is connected to the second side surface adjacent portion 4 on the inner side in the radial direction and is connected to the outermost diameter portion 6 on the outer side in the radial direction.
  • the contour line of the outermost diameter portion is a curve having a center of curvature in the circumferential direction of the piston ring.
  • the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 is a curve having a center of curvature O6 in the side rail circumferential direction view.
  • the curve is formed with a radius of curvature r6.
  • the center of curvature of the contour line of the outermost diameter portion is in the radial direction from the common tangent line of the contour line of the side surface adjacent portion and the contour line of the outermost diameter portion. It is located inside.
  • the center of curvature O6 when viewed from the first side surface 111 side of the side rail 11 (hereinafter, also referred to as “first side surface side”), the center of curvature O6 is, as shown in FIG. 6, in the side rail circumferential direction.
  • the contour line L3 of the first side surface adjacent portion 3 and the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 are arranged radially inside the common tangent line L1.
  • the contour line L3 of the first side surface adjacent portion 3 is a curve having a center of curvature O3 in the side rail circumferential direction view.
  • the curve is formed with a radius of curvature r3. Further, in the present embodiment, as shown in FIG.
  • the common tangent line L1 is the contact point A1 with the contour line L3 of the first side surface adjacent portion 3 and the contour line of the outermost diameter portion 6 in the side rail circumferential direction view. It is a tangent line passing through the contact point B1 with L6. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the center of curvature O6 is arranged radially inside the common tangent line L1 together with the center of curvature O3 in the side rail circumferential direction view.
  • the center of curvature O6 is a side rail as shown in FIG.
  • the contour line L4 of the second side surface adjacent portion 4 and the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 are arranged radially inside the common tangent line L2.
  • the contour line L4 of the second side surface adjacent portion 4 is a curve having a center of curvature O4 in the side rail circumferential direction view.
  • the curve is formed with a radius of curvature r4. Further, in the present embodiment, as shown in FIG.
  • the common tangent line L2 is the contact point A2 with the contour line L4 of the second side surface adjacent portion 4 and the contour line of the outermost diameter portion 6 in the side rail circumferential direction view. It is a tangent line passing through the contact point B2 with L6. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the center of curvature O6 is arranged radially inside the common tangent line L2 together with the center of curvature O4 in the side rail circumferential direction view.
  • the contour line of the recessed portion is a curve having a center of curvature in the circumferential direction of the piston ring. Further, the center of curvature is arranged radially outside the common tangent line.
  • the contour line L7 of the first recessed portion 7 is the curvature center O7 in the side rail circumferential direction view. It is a curve having. In this embodiment, the curve is formed with a radius of curvature r7. Further, as shown in FIG. 6, the center of curvature O7 is arranged radially outside the common tangent line L1 in the side rail circumferential direction view.
  • the contour line L8 of the second recessed portion 8 is viewed in the circumferential direction of the side rail. Is a curve having a center of curvature O8.
  • the curve is formed with a radius of curvature r8.
  • the center of curvature O8 is arranged radially outside the common tangent line L2 in the side rail circumferential direction view.
  • the radius of curvature r7 of the first recessed portion 7 and the radius of curvature r8 of the second recessed portion 8 are such that the contour line L7 of the first recessed portion 7 and the contour line L8 of the second recessed portion 8 are axes, respectively.
  • the radii may be the same so as to be symmetrical in the vertical direction.
  • FIG. 7 is an enlarged cross section of FIG. FIG. 7 shows the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 on the first side surface side of the side rail 11, in other words, the outer peripheral surface 1 on the combustion chamber side.
  • one side of the contour line L7 of the first recessed portion 7 in the extending direction is the contour line L3 of the first side surface adjacent portion 3. It is directly connected.
  • the contour line L7 of the first recessed portion 7 has the same tangent line as the contour line L3 of the first side surface adjacent portion 3 at the connection point with the contour line L3 of the first side surface adjacent portion 3. ing.
  • the contour line L7 of the first recessed portion 7 and the contour line L3 of the first side surface adjacent portion 3 are smoothly connected.
  • the contour line L3 of the first side surface adjacent portion 3 and the contour line L7 of the first recessed portion 7 can be connected, for example, via a straight contour line without being directly connected. ..
  • the other side of the contour line L7 of the first recessed portion 7 in the extending direction is directly connected to the contour line L6 of the outermost diameter portion 6.
  • the contour line L7 of the first recessed portion 7 has the same tangent line as the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 at the connection point with the contour line L6 of the contour line L6 of the outermost diameter portion 6.
  • the contour line L7 of the first recessed portion 7 and the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 are smoothly connected.
  • the contour line L7 of the first recessed portion 7 and the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 can be connected, for example, via a straight contour line without being directly connected.
  • FIG. 7 is viewed as an enlarged cross-sectional view of the outer peripheral surface 1 on the crank chamber side, as shown in FIG. 7, in the present embodiment, the second side surface side of the side rail 11 is the same as the first side surface side of the side rail 11.
  • one side of the contour line L8 of the second recessed portion 8 in the extending direction is directly connected to the contour line L4 of the second side surface adjacent portion 4.
  • the contour line L8 of the second recessed portion 8 has the same tangent line as the contour line L4 of the second side surface adjacent portion 4 at the connection point with the contour line L4 of the second side surface adjacent portion 4. ing.
  • the contour line L8 of the second recessed portion 8 and the contour line L4 of the second side surface adjacent portion 4 are smoothly connected.
  • the contour line L4 of the second side surface adjacent portion 4 and the contour line L8 of the second recessed portion 8 can be connected, for example, via a straight contour line without being directly connected. ..
  • the contour line L8 of the second recessed portion 8 has the same tangent line as the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 at the connection point with the contour line L6 of the contour line L6 of the outermost diameter portion 6.
  • the contour line L8 of the second recessed portion 8 and the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 are smoothly connected.
  • the contour line L8 of the second recessed portion 8 and the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 can be connected, for example, via a straight contour line without being directly connected.
  • the oil ring is used to control the amount of oil adhering to the inner peripheral surface 201 of the cylinder 200. Therefore, it is preferable that the surface pressure of the side rail 11 with respect to the cylinder 200 is higher.
  • FIG. 8A is an enlarged cross-sectional view showing the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 according to the present embodiment.
  • FIG. 8A shows the effective barrel amount EB of the side rail 11.
  • the effective barrel amount EB contributes to the oil scraping action.
  • the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 is a curve formed by the radius of curvature r6 as in the present invention, in order to secure a large effective barrel amount EB, the radius of curvature r6 of the outermost diameter portion 6 is set. It is effective to design it small.
  • FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view showing the outer peripheral surface 61 of the conventional side rail 60.
  • the outer peripheral surface 61 of the side rail 60 does not have a recessed portion.
  • the radius of curvature r66 of the outermost diameter portion 66 is designed to be small in the side rail 60, the distance between the outermost diameter portion 66 and the first side surface 661 and the distance between the outermost diameter portion 66 and the second side surface 662 are respectively.
  • a larger angle ⁇ 6 with respect to the axial direction is set as shown in FIG. 8B.
  • the radial outermost edge 661e1 of the first side surface 661 and the radial outermost edge 662e2 of the second side surface 662 are from the inner peripheral surface 201 of the cylinder 200. Is also located inwardly separated in the radial direction.
  • the dimensional difference H of is large.
  • Reference numeral 67 denotes a large inclined surface having an angle ⁇ 6, which is contoured by a common tangent line L61 between the contour line L63 of the first side surface adjacent portion 63 and the contour line L66 of the outermost diameter portion 66. Therefore, in the case of the conventional side rail 60, the oil present on the first side surface side of the side rail 60 when the piston 100 rises toward the combustion chamber side (hereinafter, also referred to as “piston rising stroke”).
  • the conventional side rail 60 causes an increase in oil consumption when trying to increase the surface pressure on the cylinder 200 for the purpose of improving the oil scraping action.
  • the conventional side rail 60 in order to reduce the dimensional difference H, it is necessary to increase the radius of curvature r66 of the outermost diameter portion 66.
  • the radius of curvature r66 of the outermost diameter portion 66 if the radius of curvature r66 of the outermost diameter portion 66 is set large, the axial direction of the effective sliding contact surface (the surface defined by the effective barrel amount EB) of the outer peripheral surface 61 of the side rail 60. Since the width is widened, the surface pressure is significantly reduced due to the progress of wear. Therefore, in the conventional side rail 60, if the radius of curvature r66 of the outermost diameter portion 66 is set large, the performance of the side rail 11 tends to deteriorate over time.
  • the conventional side rail 60 has not been able to reduce the oil consumption while increasing the surface pressure on the cylinder 200.
  • the side rail 11 includes a first recessed portion 7 between the outermost diameter portion 6 of the side rail and the first side surface 111.
  • the dimensional difference H on the first side surface side of the side rail 11 is the largest in the first recessed portion 7.
  • the angle ⁇ 1 of the common tangent line L1 between the contour line L3 of the first side surface adjacent portion 3 and the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 of the side rail is the conventional side rail 60. It can be suppressed to be smaller than the angle ⁇ 6 of the inclined surface 67 of.
  • the surface pressure on the cylinder 200 can be increased and the dimensional difference H (angle ⁇ 1) can be suppressed to be small. Therefore, the amount of oil consumed due to the scattering of oil to the combustion chamber side can be reduced.
  • the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 on the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 is a curve having a center of curvature O6 in the side rail circumferential direction view.
  • the center of curvature O6 is located radially inward of the common tangents L1 and L2.
  • the outermost diameter portion 6 can be formed into a protrusion formed with a desired radius of curvature. Therefore, as shown in FIG. 5, the surface pressure can be set high with respect to the inner peripheral surface 201 of the cylinder 200, and the effect of scraping off the oil is excellent, so that the oil consumption can be reduced.
  • FIG. 9B schematically shows a state in which oil is diffused by the outer peripheral surface 61 of the conventional side rail 60.
  • the direction OD at which the oil is scattered by the side rail 60 is the side toward the combustion chamber ( It will be oriented toward the side along the axis O). Therefore, it is effective to reduce the oil consumption of the side rail of the oil ring by preventing the oil from scattering to the combustion chamber side when the oil is scraped up.
  • FIG. 9A schematically shows a state in which oil is diffused by the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 according to the present embodiment. In this case, as shown by the arrow in FIG. 9A, when the oil is scraped up toward the combustion chamber side (upper center in FIG.
  • the direction OD in which the oil is scattered by the side rail 11 forms the first recess 7.
  • the side rail 11 can be oriented radially outward, that is, toward the inner peripheral surface 201 of the cylinder 200. Therefore, according to the side rail 11 according to the present embodiment, when the oil is scattered by the side rail 11, it is possible to prevent the oil from being sent to the combustion chamber. As a result, the amount of oil consumed due to the scattering of oil can be reduced.
  • the oil consumption can be reduced in consideration of the surface pressure and the scattering of the oil. Therefore, according to the side rail 11 according to the present embodiment, the reduction in oil consumption is further improved.
  • the dimensional difference H between the radial outermost edge e6 of the outermost diameter portion 6 and the radial outermost edge 111e1 of the first side surface 111 is H ⁇ 0.25 mm. It is preferable to have. More preferably, 0.01 mm ⁇ H ⁇ 0.25 mm, and more preferably 0.05 mm ⁇ H ⁇ 0.25 mm.
  • the dimensional difference H on the first side surface side of the side rail 11 is 0.25 mm or less, the scattering of oil to the combustion chamber side during the piston ascending stroke is efficiently suppressed, which is effective in reducing oil consumption. is there.
  • the dimensional difference H may be 0.01 mm or more, more preferably 0.05 mm ⁇ H ⁇ 0. If it is set to 25 mm, the oil consumption due to the scattering of oil can be surely reduced while efficiently maintaining the performance of the side rail 11.
  • the angle on the acute angle side formed by the axis O of the side rail 11 and the common tangent line L1 on the first side surface side (hereinafter, “the first”. Also referred to as “1 angle”) ⁇ 1 is preferably ⁇ 1 ⁇ 50 °. Further, the lower limit of the angle ⁇ 1 is 2 ° to 6 °, preferably 5 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 50 °.
  • the axis O of the side rail 11 may be a straight line orthogonal to the side surfaces 111 and 112 (diameter direction) of the side rail 11 and passing through the outermost radial edge e6 of the outermost diameter portion 6. it can.
  • the oil ring 10 is mounted on the piston 100 so that the first side surface 111 of the side rail 11 faces the combustion chamber side. That is, in the piston ascending stroke, it is necessary that the outer peripheral surface 1 on the first side surface side of the side rail 11 mainly forms an appropriate lubricating oil film on the inner peripheral surface 201 of the cylinder 200.
  • the first angle ⁇ 1 on the first side surface side is too large, there is a concern that the amount of scattered oil will increase as the oil is scraped up. For example, when the first angle ⁇ 1 exceeds 50 °, such a concern becomes greater.
  • the first angle ⁇ 1 on the first side surface side of the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 is ⁇ 1 ⁇ 50 °, more preferably 5 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 50 °, the amount of oil consumed due to oil scattering. Can be effectively reduced.
  • the angle on the acute angle side (hereinafter, also referred to as “second angle”) ⁇ 2 formed by the axis O of the side rail 11 and the common tangent line L2 on the second side surface side in the side rail circumferential direction view.
  • the angle ⁇ 2 is preferably 10 ° ⁇ ⁇ 2 ⁇ 60 °.
  • the axis O of the side rail 11 may be a straight line that is orthogonal to the side surfaces 111 and 112 (diameter direction) of the side rail 11 and passes through the outermost radial edge e6 of the outermost diameter portion 6. it can.
  • the oil ring 10 is mounted on the piston 100 so that the second side surface 112 of the side rail 11 faces the crank chamber side. That is, in this example, the second side surface 112 of the side rail 11 mainly exerts its function when the side rail 11 scrapes off excess oil adhering to the inner peripheral surface 201 of the cylinder 200 toward the crank chamber side. It will be.
  • the second angle ⁇ 2 on the second side surface side is too large, the oil scraping effect is small. For example, when the second angle ⁇ 2 exceeds 60 °, such a concern becomes greater.
  • the space area (volume) formed by the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 and the inner peripheral surface 201 of the cylinder 200 becomes smaller, and the piston lowering stroke (piston lowering stroke).
  • the oil pressure tends to rise, which leads to an increase in oil, and there is a concern that the effect of scraping off the oil cannot be sufficiently exhibited.
  • Such concerns are kept small, for example, when the second angle ⁇ 2 is 10 ° or more.
  • the second angle ⁇ 2 on the second side surface side is ⁇ 2 ⁇ 60 °, more preferably 10 ° ⁇ ⁇ 2 ⁇ 60 °, the oil consumption can be effectively reduced while efficiently scraping the oil. Can be reduced to.
  • the first angle ⁇ 1 on the first side surface side and the second angle ⁇ 2 on the second side surface side can be the same angle or different angles. That is, in the present embodiment, the first angle ⁇ 1 on the first side surface side can be equal to or less than the second angle ⁇ 2 on the second side surface side.
  • the oil consumption amount due to the oil scattering at the time of oil scraping is emphasized, and the oil consumption amount is reduced. Further, on the second side surface side (second angle ⁇ 2 side) of the outer peripheral surface 1 of the side rail 11, the oil consumption can be reduced while efficiently scraping off the oil.
  • the first recessed portion 7 of the contour line L7 and the second recessed portion 8 of the contour line L8 forming the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 are axes in the side rail circumferential direction, respectively. It can be symmetrical up and down in the direction. In this case, since it is not necessary to determine the top and bottom of the side rail 11 (determining the directions of the first side surface 111 and the second side surface 112 of the side rail 11) when mounting the side rail 11 on the piston, the work efficiency can be improved.
  • the center of curvature O7 of the first recessed portion 7 and the center of curvature O7 of the second recessed portion 7 are located symmetrically in the axial direction.
  • first angle ⁇ 1 on the first side surface side and the second angle ⁇ 2 on the second side surface side are equal angles.
  • the radius of curvature r7 of the first recessed portion 7 and the radius of curvature r8 of the second recessed portion 8 have the same radius.
  • the contour line L4 of the second side surface adjacent portion 4, the contour line L8 of the second recessed portion 8, and the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 are curves having a center of curvature, respectively, and the curvature of the outermost diameter portion 6
  • the radius R1, the radius of curvature R2 of the first recessed portion 7 and the second recessed portion 8, and the radius of curvature R3 of the first side surface adjacent portion 3 and the second side surface adjacent portion 4 are R2 / R1 ⁇ 4.5, respectively, and It is preferable to satisfy the condition of R2 / R
  • the dimensions of the radius of curvature r6 of the outermost diameter portion 6, the radius of curvature r7 of the first recessed portion 7, and the radius of curvature r3 of the first side surface adjacent portion 3 are set.
  • the radius of curvature r6 of the outermost diameter portion 6 is R1 ⁇ 0.12 mm, more preferably 0.01 mm ⁇ R1 ⁇ 0.12 mm, the radius of curvature r6 of the outermost diameter portion 6
  • FIG. 10 is a side rail 11 according to a second embodiment of the piston ring according to the present invention, and is an enlarged cross-sectional view showing the side rail 11 in a region corresponding to FIG.
  • the same reference numerals are used for substantially the same parts as those of other embodiments.
  • the radial outermost edge 111e1 of the first side surface 111 is radially outer than the radial outermost edge 112e1 of the second side surface 112 in the radial direction with respect to the axis O. It is configured to be placed at the position of. That is, in the present embodiment, the radial width W1 of the first side surface 111 is configured to be wider than the radial width W2 of the second side surface 112.
  • the contour line L8 of the second recessed portion 8 is a linear contour extending along the outermost diameter portion 6 and the radial direction. It is connected via line L91. Therefore, as shown in FIG. 10, in the present embodiment, the second recessed portion 8 has an undercut portion 91 formed by the contour line L91 with respect to the outermost diameter portion 6 in the side rail circumferential direction view. Is forming.
  • FIG. 11 is a side rail 11 which is a third embodiment of the piston ring according to the present invention, and is an enlarged cross-sectional view showing the side rail 11 in a region corresponding to FIG.
  • the radial outermost edge 111e1 of the first side surface 111 is the radial outermost edge of the second side surface 112 in the radial direction with respect to the axis O. It is configured to be arranged at a position radially outside the outer edge 112e1. That is, in the present embodiment, the radial width W1 of the first side surface 111 is configured to be wider than the radial width W2 of the second side surface 112.
  • the contour line L6 of the outermost diameter portion 6 is a curve close to a circle in the side rail circumferential direction view.
  • the contour line L8 of the second recessed portion 8 is connected to the outermost diameter portion 6 by a contour line L92 that is curved so as to bite into the first side surface side of the outermost diameter portion 6. That is, as shown in FIG. 11, in the present embodiment, the second recessed portion 8 forms an underhook portion 9 formed by the contour line L92 with respect to the outermost diameter portion 6b in the side rail circumferential direction view. doing.
  • the piston ring according to the present invention can be an oil ring 10.
  • the oil consumption can be reduced in consideration of the surface pressure and the scattering of the oil.
  • the oil ring 10 includes two side rails 11 arranged at intervals.
  • the outer peripheral surface of the piston ring according to the present invention can be the outer peripheral surface 1 of at least one of the two side rails 11.
  • both of the two side rails 11 have an outer peripheral surface of the piston ring according to the present invention.
  • the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 has a planar configuration in which the combustion chamber side and the crank chamber side of the engine are the same (in the first embodiment, the first recessed portion). 7 and the second recessed portion 8 have a planar configuration) that is vertically symmetrical in the axial direction.
  • the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 has a planar configuration in which the combustion chamber side and the crank chamber side of the engine are different from each other.
  • the outer peripheral surfaces 1 of the two side rails 11 have a planar configuration in which the combustion chamber side and the crank chamber side of the engine are different from each other. ing.
  • the above-mentioned configurations of the outer peripheral surface 1 can be combined as appropriate.
  • the outer peripheral surface 1 of FIG. 6 can be adopted as the outer peripheral surface of one side rail 11 of the two side rails 11, and the outer peripheral surface 1 of FIG. 10 can be adopted as the outer peripheral surface of the other side rail 11.
  • the outer peripheral surface 1 of FIG. 6 can be adopted as the outer peripheral surface of one side rail 11 of the two side rails 11, and the outer peripheral surface 1 of FIG. 11 can be adopted as the outer peripheral surface of the other side rail 11.
  • the outer peripheral surface 1 of FIG. 10 can be adopted as the outer peripheral surface of one side rail 11 of the two side rails 11, and the outer peripheral surface 1 of FIG. 11 can be adopted as the outer peripheral surface of the other side rail 11.
  • the piston ring means to include an endless or endless sealing member capable of sliding on an arbitrary surface while sealing the surface. That is, in the piston ring according to the present invention, the piston ring can be the side rail 11 of the oil ring 10 as in each of the above-described embodiments. In this case, the oil ring 10 according to each of the above-described embodiments can be easily manufactured by providing versatility applicable to the existing oil ring.
  • a hard coating layer or a resin coating layer can be provided on the oil ring 10, that is, the outer peripheral surface 1 of the side rail 11.
  • a configuration including at least one of a nitriding treatment layer, a PVD treatment layer, a hard chrome plating treatment layer, and a DLC layer can be adopted. In this case, the wear of the outer peripheral surface 1 of the side rail 11 and particularly the wear of the outermost diameter portion 6 are prevented for a long period of time, so that the performance of the oil ring 10 is efficiently maintained and the oil consumption is reduced. It can be reduced.
  • the piston ring according to the present invention can be the compression rings 20 and 30 shown in FIG.
  • the hard coating layer or the resin coating layer as described above can be provided on the outer peripheral surface of the compression ring. Also in this case, wear of the outer peripheral surface 1 of the compression ring, particularly wear of the outermost diameter portion 6, is prevented for a long period of time.
  • one first recessed portion 7 is arranged between the first side surface adjacent portion 3 and the outermost diameter portion 6, but the first recessed portion 7 is in the axial direction. Multiple can be arranged along.
  • the second recessed portion 8 is arranged between the second side surface adjacent portion 4 and the outermost diameter portion 6, but the second recessed portion 8 is arranged.
  • a plurality of recessed portions 8 can also be arranged along the axial direction.
  • the following table shows the data when Examples 1 to 3 of the present invention and Comparative Example 1 were prototyped and actually tested.
  • Side rails 11 are used in Examples 1 to 3, and in Comparative Example 1, only the first side surface side of the outer peripheral surface of the side rails extending in the axial direction is chamfered. It was used.
  • the test was carried out with a 1.5 L 4-cylinder gasoline engine driven at full throttle (rotation speed 6000 rpm).
  • the top ring and the second ring are performed using a common ring, and the oil consumption (LOC: Lubricant Oil Consumption) is the amount of oil stored before the engine is operated and the engine. It was calculated by measuring the amount of oil stored after the operation. Assuming that the oil consumption of Comparative Example 1 was 1, the ratio of the oil consumption to each of Examples 1 to 3 was calculated.
  • LOC Lubricant Oil Consumption
  • R1 in the table is the radius of curvature r6 of the outermost diameter portion 6.
  • R2 is the radius of curvature r7 of the first recessed portion 7.
  • R3 is the radius of curvature r3 of the first side surface adjacent portion 3.
  • H in the table is a dimensional difference between the radial outermost edge e6 of the outermost diameter portion 6 and the radial outermost edge 111e1 of the first side surface 111.
  • the unit of R1 to R3 and H is "mm" (millimeter), respectively.
  • ⁇ 1 in the table is a first angle between the first side surface adjacent portion 3 and the outermost diameter portion 6.
  • the unit of ⁇ 1 is "°" (degree).
  • the "sliding position" in the table is an axial position in which the outermost diameter portion of the side rail is arranged with respect to the outer peripheral surface of the side rail.

Landscapes

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Abstract

サイドレール(11)の外周面(1)は、一対の側面隣接部(3,4)と、最外径部(6)と、少なくとも１つの凹み部(7,8)と、を備えている。最外径部の輪郭線(6)は、曲率中心(O6)を有する曲線であり、また、当該曲率中心(O6)は、側面隣接部(3,4)の輪郭線(L3,L4)と、最外径部6の輪郭線(L6)との共通接線(L1,L2)よりも径方向内側に配置されており、更に、凹み部(7,8)の輪郭線(L7,L8)は、曲率中心(O7,O8)を有する曲線であり、また、当該曲率中心(O7,O8)は、共通接線(L1,L2)よりも径方向外側に配置されている。

Description

ピストンリング 関連出願の相互参照
　本願は、２０１９年６月１４日に出願の日本国特許出願第２０１９－１１１４１７号の優先権の利益を主張するものであり、その内容は、参照により本願に組み込まれる。
　本発明は、内燃機関用のピストンに装着されるピストンリングに関する。
　内燃機関用のピストンには、燃焼ガスやオイルをシールするためのコンプレッションリング（圧力リング）、シリンダ内周面に付着するオイルを制御するためのオイルリング（オイルコントロールリング）等の、ピストンリングが装着されている。ピストンリングは合口部を有し、摺動面を外周に備えた円環状のリングである。
　従来のピストンリングには、オイルリングのサイドレールであって、当該サイドレールの外周面に小寸法の突起を設けたものがある（例えば、「特許文献１」参照。）。この従来技術によれば、サイドレールが摩耗しても、前記小寸法の突起が、サイドレールのシリンダに対する接触幅を増加させることがなく、当該サイドレールのシリンダに対する面圧低下を抑えることができる。したがって、この従来技術によれば、オイル掻き性能の劣化を防止することができ、ひいては、オイル消費量の増加を防止することができる。
　また、他の従来のピストンリングには、サイドレールの外側面に突起を設け、当該突起を中心よりも軸方向の一方側にずらしたものもある（例えば、「特許文献２」参照。）。この従来技術によれば、サイドレールの外周面に設けた突起を軸方向の一方側にずらしたことによって、オイルの掻き落とし作用を高めつつ当該オイルの掻き上げが抑制される。したがって、この従来技術によれば、オイル消費量を低減することができる。
実開平４－１１１９５９号公報 特開２０１６－１６９７９１号公報
　しかしながら、上述の従来技術はいずれも、オイル消費量の低減を更に改善する余地があった。
　本発明の目的は、オイル消費量を低減することができる、ピストンリングを提供することである。
　本発明に係るピストンリングは、軸線の周りに延在しているピストンリングであって、前記ピストンリングの外周面は、当該ピストンリングの２つの側面のそれぞれに隣接する、一対の側面隣接部と、前記一対の側面隣接部の間に配置されていると共に最大外径を有する最外径部と、前記一対の側面隣接部の一方と前記最外径部との間と、前記一対の側面隣接部の他方と前記最外径部との間と、の、それぞれの間に配置されている、少なくとも１つの凹み部と、を備えており、前記ピストンリング周方向視において、前記最外径部の輪郭線は、曲率中心を有する曲線であり、また、当該曲率中心は、前記側面隣接部の前記輪郭線と、前記最外径部の前記輪郭線との共通接線よりも径方向内側に配置されており、更に、前記ピストンリング周方向視において、前記少なくとも１つの凹み部の輪郭線は、曲率中心を有する曲線であり、また、当該曲率中心は、前記共通接線よりも径方向外側に配置されている。本発明に係るピストンリングによれば、オイル消費量を低減することができる。
　本発明に係るピストンリングにおいて、前記最外径部の径方向最外縁と、前記側面の径方向最外縁との寸法差Ｈは、Ｈ≦０．２５ｍｍであることが好ましい。
　本発明に係るピストンリングでは、前記ピストンリング周方向視において、前記軸線と、前記一対の側面隣接部の前記一方側の前記共通接線とがなす鋭角側の角度θ１は、θ１≦５０°であることが好ましい。
　本発明に係るピストンリングでは、前記ピストンリング周方向視において、前記軸線と、前記一対の側面隣接部の前記他方側の前記共通接線とがなす鋭角側の角度θ２は、θ２≦６０°であることが好ましい。
　本発明に係るピストンリングでは、前記角度θ１は、前記角度θ２以下とすることができる。
　本発明に係るピストンリングでは、前記ピストンリング周方向視において、前記外周面の、前記一対の側面隣接部の前記一方と前記最外径部との間と、当該外周面の、前記一対の側面隣接部の前記他方と前記最外径部との間と、の少なくともいずれか一方の間の、前記一対の側面隣接部の輪郭線、前記凹み部及び前記最外径部の輪郭線は、それぞれ、曲率中心を有する曲線であり、前記最外径部の曲率半径Ｒ１、前記凹み部の曲率半径Ｒ２及び前記側面隣接部の曲率半径Ｒ３は、それぞれ、Ｒ２／Ｒ１≦４．５、かつ、Ｒ２／Ｒ３≦４．５の条件を満たすことが好ましい。
　本発明に係るピストンリングにおいて、前記最外径部の曲率半径Ｒ１は、Ｒ１≦０．１２ｍｍであることが好ましい。
　本発明に係るピストンリングにおいて、当該ピストンリングは、オイルリングのサイドレールであることが好ましい。
　本発明に係るピストンリングにおいて、当該ピストンリングがオイルリングである場合、当該オイルリングは、間隔を置いて配置された２つのサイドレールを備えており、前記ピストンリングの外周面は、前記２つのサイドレールの少なくともいずれか一方の外周面であることとすることができる。
　本発明に係るピストンリングにおいて、当該ピストンリングは、コンプレッションリングとすることができる。
　本発明に係るピストンリングにおいて、当該ピストンリングの外周面を形成する輪郭線の凹み部が軸方向上下に対称とすることができる。
　本発明に係るピストンリングにおいて、当該ピストンリングの前記外周面に、硬質被膜層又は樹脂被膜層が設けられていることが好ましい。
　本発明によれば、オイル消費量を低減することができるピストンリングを提供することができる。
本発明に係るピストンリングとして使用され得る各種ピストンリングを組み込み可能なピストンの片側断面図である。 本発明に係るピストンリングの第１の実施形態であるサイドレールを備えた、オイルリングを側面から示す平面図である。 図２に示すオイルリングの一部を構成するサイドレールを側面から示す平面図である。 図３のＡ－Ａ断面を示す断面図である。 図２のオイルリングを組み込んだピストンが、シリンダの内部に配置された状態を、図２のＢ－Ｂ断面相当で示す要部断面図である。 図４の拡大断面図である。 図６の拡大断面図である。 図４のサイドレールの外周面を拡大して示す断面図である。 従来のサイドレールの外周面を拡大して示す断面図である。 ピストン上昇行程時、図３のサイドレールの外周面によって、オイルが拡散する状態を、概略的に示す断面図である。 ピストン上昇行程時、従来のサイドレールの外周面によって、オイルが拡散する状態を、概略的に示す断面図である。 本発明に係るピストンリングの第２の実施形態であるサイドレールであって、当該サイドレールを、図６に相当する領域で示す拡大断面図である。 本発明に係るピストンリングの第３の実施形態であるサイドレールであって、当該サイドレールを、図６に相当する領域で示す拡大断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明に係る、様々な実施形態のピストンリングについて説明をする。なお、以下の説明において、「軸線」とは、「ピストンリングの軸線Ｏ」をいう。また、「軸方向」とは、「前記軸線に沿って延在する方向」、即ち、「軸線Ｏに沿って延在する方向」をいう。更に、「径方向」とは、「前記軸方向に対して直交する方向」、即ち、「軸線Ｏに沿って延在する方向に対して直交する方向」をいう。また、「周方向」とは、「前記軸線の周りに沿った方向」、即ち、「軸線Ｏの周りに沿った方向」をいう。
　図１には、本発明に係るピストンリングとして使用され得る各種ピストンリングと共に、これら各種ピストンリングを組み込み可能なピストンを片側断面で示す。図１中、符号１００は、内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）に使用されるピストンである。
　符号１０～３０は、それぞれ、本発明に係るピストンリングとして使用され得る各種ピストンリングである。この例では、符号１０は、本発明に係るピストンリングの一実施形態であるサイドレールを備えたオイルリングである。オイルリング１０は、ピストン１００の外周面に形成されたリング溝１０１に組み込まれる。
　また、符号２０及び３０は、それぞれ、コンプレッションリング（圧力リング）である。具体的には、コンプレッションリング２０は、トップリングである。また、コンプレッションリング３０は、セカンドリングである。コンプレッションリング２０，３０は、それぞれ、ピストン１００の外周面に形成されたリング溝１０２，１０３に組み込まれる。
　以下、オイルリング１０を参照して、本発明に係るピストンリングについて説明をする。
　この例では、オイルリング１０は、３ピースタイプのオイルリングである。オイルリング１０は、本発明の一実施形態に係る、一対のサイドレール（オイルリングレール）１１と、スペーサエキスパンダ１２とを備えている。２つのサイドレール１１は、軸方向に間隔を置いてエンジン（図示省略。）の燃焼室側とクランク室側に配置されている。この例では、一対のサイドレール１１は、それぞれ、互いに同一の構成を有するものである。
　図２には、オイルリング１０を側面から示す。また、図３には、サイドレール１１を側面から示す。
　本発明によれば、ピストンリングは、軸線の周りに延在している。本実施形態では、図２に示すように、オイルリング１０は、サイドレール１１およびスペーサ１２を組み合わせたものであり、図３に示すように、サイドレール１１は、軸線Ｏの周りに延在している。本実施形態に係るサイドレール１１は、長尺で平板状の鋼材（スチール材）を曲げることにより、合口１１ｃを備えた割リング形状に形成されている。即ち、本実施形態に係るサイドレール１１は、その周方向の一部分が切断されて当該切断部分が合口１１ｃとなったＣ字形状に形成されている。一方、この例では、スペーサエキスパンダ１２は、後述するように、サイドレール１１を径方向外側に押圧付勢することにより、シリンダ２００の内周面２０１（シリンダライナーを有する場合、当該シリンダライナーの内周面）の壁面に付着するオイルの量を制御することができる。
　また、本発明によれば、ピストンリングは、軸方向に対向する２つの側面を備えている。図４は、図３のＡ－Ａ断面図である。本実施形態では、図４に示すように、サイドレール１１は、軸方向に対向する２つの側面を備えている。本実施形態では、サイドレール１１は、第１側面１１１と、第２側面１１２とを備えている。第１側面１１１及び第２側面１１２は、それぞれ、軸線Ｏの周りに延在している。本実施形態では、上述のとおり、サイドレール１１の第１側面１１１及び第２側面１１２は、それぞれ、その周方向の一部分が切断されて当該切断部分が合口１１ｃとなったＣ字形状に形成されている。本実施形態では、第１側面１１１は、軸方向一方側（図中上側）を向く側面である。また、第２側面１１２は、軸方向他方側（図中下側）を向く側面である。本実施形態では、第１側面１１１及び第２側面１１２は、それぞれ、互いに径方向（水平方向）に対して平行である。本実施形態では、第１側面１１１及び第２側面１１２は、それぞれ、径方向および周方向に沿って延在する平坦面に形成されている。
　更に、本実施形態では、第１側面１１１及び第２側面１１２は、それぞれ、同一の平面構成を有している。
　図４中、符号１１１ｅ１は、第１側面１１１の径方向最外縁である。また、符号１１１ｅ２は、第１側面１１１の径方向最内縁である。更に、符号Ｗ１は、第１側面１１１の径方向最外縁１１１ｅ１と径方向最内縁１１１ｅ２との間の径方向幅、即ち、第１側面１１１の径方向幅である。同様に、図４中、符号１１２ｅ１は、第２側面１１２の径方向最外縁である。また、符号１１２ｅ２は、第２側面１１２の径方向最内縁である。更に、符号Ｗ２は、第２側面１１２の径方向最外縁１１２ｅ１と径方向最内縁１１２ｅ２との間の径方向幅、即ち、第２側面１１２の径方向幅である。
　本実施形態では、第１側面１１１の径方向最外縁１１１ｅ１の、軸線Ｏからの径方向距離と、第２側面１１２の径方向最外縁１１２ｅ１の、軸線Ｏからの径方向距離とは等しい。即ち、本実施形態では、第１側面１１１の径方向最外縁１１１ｅ１と、第２側面１１２の径方向最外縁１１２ｅ１とは、軸線Ｏを基準とした径方向において、同一の位置に配置されるように構成されている。また、本実施形態では、第１側面１１１の径方向最内縁１１１ｅ２の、軸線Ｏからの径方向距離と、第２側面１１２の径方向最内縁１１２ｅ２の、軸線からの径方向距離とは等しい。即ち、本実施形態では、第１側面１１１の径方向最内縁１１１ｅ２と、第２側面１１２の径方向最内縁１１２ｅ２とは、軸線Ｏを基準とした径方向において、同一の位置に配置されるように構成されている。即ち、本実施形態では、第１側面１１１の径方向幅Ｗ１と、第２側面１１２の径方向幅Ｗ２とは、互いに等しい幅で、同一の位置に配置されるように構成されている。
　更に、サイドレール１１は、外周面１と、内周面２とを備えている。外周面１と、内周面２とは、それぞれ、軸線Ｏの周りに延在している。外周面１は、第１側面１１１の径方向最外縁１１１ｅ１と、第２側面１１２の径方向最外縁１１２ｅ１を軸方向に繋いだ、径方向外側を向く面である。内周面２は、第１側面１１１の径方向最内縁１１１ｅ２と、第２側面１１２の径方向最内縁１１２ｅ２を軸方向に繋いだ、径方向内側を向く面である。図４を参照すれば、サイドレール１１を周方向から視た状態（以下、「サイドレール周方向視）ともいう。）において、サイドレール１１の外周面１及び内周面２の輪郭線は、それぞれ、全周に亘って略一様となっている。
　図５には、オイルリング１０を組み込んだピストン１００が、シリンダ２００の内部に配置された状態を、図２のＢ－Ｂ断面相当で示されている。図５に示すように、本実施形態では、オイルリング１０は、サイドレール１１の第１側面１１１が燃焼室側に向けられると共に、サイドレール１１の第２側面１１２がクランク室側に向けられるように、ピストン１００のリング溝１０１に装着されている。サイドレール１１の外周面１は、それぞれ、シリンダ２００の内周面２０１を摺動可能に押圧している。
　サイドレール１１は、スペーサエキスパンダ１２を介して、ピストン１００のリング溝１０１に弾性的に装着されている。即ち、スペーサエキスパンダ１２は、オイルリング１０をピストン１００のリング溝１０１内に装着することで生ずる弾性力によって、径方向外周側にサイドレール１１の内周面２を、押圧付勢することができる。この例では、スペーサエキスパンダ１２は、サイドレール１１を径方向外側に向けて拡径させるように付勢する。このため、スペーサエキスパンダ１２が径方向内側に圧縮されるように、ピストン１００とシリンダ２００との間にオイルリング１０を介在させれば、サイドレール１１の外周面１とシリンダ２００の内周面２０１との接触により、当該シリンダ２００の内周面（壁面）２０１に付着するオイルの量を制御することができる。なお、スペーサエキスパンダ１２は、例えば、径方向に弾性変形可能な円環状に形成されている。こうしたスペーサエキスパンダ１２としては、例えば、軸方向又は円周方向に波形形状に成形されたものが挙げられる。スペーサエキスパンダ１２は、鋼材等によって形成することができる。
　図６には、サイドレール１１の外周面１及びその周辺が拡大して示されている。図６には、サイドレール周方向視における、外周面１の輪郭線が示されている。
　本発明によれば、ピストンリングの外周面は、当該ピストンリングの２つの側面のそれぞれに隣接する、一対の側面隣接部を備えている。本実施形態では、図６に示すように、サイドレール１１の外周面１は、軸方向の一方側に、第１側面隣接部３を備えている。第１側面隣接部３は、一対の側面隣接部の一方である。第１側面隣接部３は、サイドレール１１の第１側面１１１に隣接している。本実施形態では、第１側面隣接部３は、図６に示すように、第１側面１１１の径方向最外縁１１１ｅ１と径方向内側で繋がっている。また、本実施形態では、サイドレール１１の外周面１は、図６に示すように、軸方向の他方側に、第２側面隣接部４を備えている。第２側面隣接部４は、一対の側面隣接部の他方である。第２側面隣接部４は、サイドレール１１の第２側面１１２に隣接している。第２側面隣接部４は、図６に示すように、第２側面１１２の径方向最外縁１１２ｅ１と径方向内側で繋がっている。
　また、本発明によれば、ピストンリングの外周面は、一対の側面隣接部の間に配置されていると共に最大外径を有する最外径部を備えている。本実施形態では、図６に示すように、サイドレール１１の外周面１は、最外径部６を備えている。最外径部６は、図６に示すように、第１側面隣接部３と、第２側面隣接部４の間に配置されている。また、図６に示すように、最外径部６は、当該最外径部６の径方向最外縁ｅ６において最大外径Ｄを有している。なお、本実施形態では、図６に示すように、最外径部６の径方向最外縁ｅ６は、サイドレール１１の第１側面１１１と第２側面１１２との間の軸方向の中央位置Ｐ１に配置されるように構成されている。
　更に、本発明によれば、ピストンリングの外周面は、一対の側面隣接部の一方と最外径部との間と、前記一対の側面隣接部の他方と前記最外径部との間と、の、それぞれの間に配置されている、少なくとも１つの凹み部を備えている。本実施形態では、図６に示すように、サイドレール１１の外周面１は、軸方向の一方側に、１つの第１凹み部７を備えている。第１凹み部７は、第１側面隣接部３と、最外径部６との間に配置されている。本実施形態では、第１凹み部７は、第１側面隣接部３と径方向内側で繋がっていると共に、最外径部６と径方向外側で繋がっている。また、本実施形態では、図６に示すように、サイドレール１１の外周面１は、軸方向の他方側に、１つの第２凹み部８を備えている。第２凹み部８は、第２側面隣接部４と、最外径部６との間に配置されている。本実施形態では、第２凹み部８は、第２側面隣接部４と径方向内側で繋がっていると共に、最外径部６と径方向外側で繋がっている。
　また、本発明によれば、ピストンリング周方向視において、最外径部の輪郭線は、曲率中心を有する曲線である。本実施形態では、図６に示すように、サイドレール周方向視において、最外径部６の輪郭線Ｌ６は、曲率中心Ｏ６を有する曲線である。本実施形態では、前記曲線は、曲率半径ｒ６で形成されている。
　また、本発明によれば、ピストンリング周方向視において、最外径部の輪郭線の曲率中心は、側面隣接部の輪郭線と、最外径部の輪郭線との共通接線よりも径方向内側に配置されている。
　本実施形態において、サイドレール１１の第１側面１１１側（以下、「第１側面側」ともいう。）で見ると、曲率中心Ｏ６は、図６に示すように、サイドレール周方向視において、第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３と、最外径部６の輪郭線Ｌ６との共通接線Ｌ１よりも径方向内側に配置されている。本実施形態では、図６に示すように、サイドレール周方向視において、第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３は、曲率中心Ｏ３を有する曲線である。本実施形態では、前記曲線は、曲率半径ｒ３で形成されている。また、本実施形態では、共通接線Ｌ１は、図６に示すように、サイドレール周方向視において、第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３との接点Ａ１と、最外径部６の輪郭線Ｌ６との接点Ｂ１とを通る接線である。また、本実施形態では、曲率中心Ｏ６は、図６に示すように、サイドレール周方向視において、曲率中心Ｏ３と共に、共通接線Ｌ１よりも径方向内側に配置されている。
　これに対して、本実施形態において、サイドレール１１の第２側面１１２側（以下、「第２側面側」ともいう。）で見ると、曲率中心Ｏ６は、図６に示すように、サイドレール周方向視において、第２側面隣接部４の輪郭線Ｌ４と、最外径部６の輪郭線Ｌ６との共通接線Ｌ２よりも径方向内側に配置されている。本実施形態では、図６に示すように、サイドレール周方向視において、第２側面隣接部４の輪郭線Ｌ４は、曲率中心Ｏ４を有する曲線である。本実施形態では、前記曲線は、曲率半径ｒ４で形成されている。また、本実施形態では、共通接線Ｌ２は、図６に示すように、サイドレール周方向視において、第２側面隣接部４の輪郭線Ｌ４との接点Ａ２と、最外径部６の輪郭線Ｌ６との接点Ｂ２とを通る接線である。また、本実施形態では、曲率中心Ｏ６は、図６に示すように、サイドレール周方向視において、曲率中心Ｏ４と共に、共通接線Ｌ２よりも径方向内側に配置されている。
　更に、本発明によれば、ピストンリング周方向視において、凹み部の輪郭線は、曲率中心を有する曲線である。また、当該曲率中心は、共通接線よりも径方向外側に配置されている。
　本実施形態において、サイドレール１１の第１側面側で見ると、本実施形態では、図６に示すように、サイドレール周方向視において、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７は、曲率中心Ｏ７を有する曲線である。本実施形態では、前記曲線は、曲率半径ｒ７で形成されている。また、曲率中心Ｏ７は、図６に示すように、サイドレール周方向視において、共通接線Ｌ１よりも径方向外側に配置されている。
　これに対して、本実施形態において、サイドレール１１の第２側面側で見ると、本実施形態では、図６に示すように、サイドレール周方向視において、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８は、曲率中心Ｏ８を有する曲線である。本実施形態では、前記曲線は、曲率半径ｒ８で形成されている。また、曲率中心Ｏ８は、図６に示すように、サイドレール周方向視において、共通接線Ｌ２よりも径方向外側に配置されている。ここで、第１凹み部７の曲率半径ｒ７および第２凹み部８の曲率半径ｒ８は、それぞれ、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７および第２凹み部８の輪郭線Ｌ８が、それぞれ、軸方向上下に対称となるように、同じ半径であっても良い。
　図７は、図６の拡大断面である。図７は、サイドレール１１の外周面１のうち、当該サイドレール１１の第１側面側、言い換えれば、燃焼室側の外周面１を示している。図７に示すように、本実施形態では、サイドレール１１の第１側面側では、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７の延在方向一方側は、第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３と直接繋がっている。本実施形態では、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７は、第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３との接続点で、当該第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３と同一の接線を有している。これにより、本実施形態では、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７と、第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３とは、滑らかに繋がっている。ただし、本発明によれば、第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３と、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７とは、直接繋げることなく、例えば、直線の輪郭線を介して繋げることができる。また、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７の延在方向他方側は、最外径部６の輪郭線Ｌ６と直接繋がっている。本実施形態では、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７は、最外径部６の輪郭線Ｌ６の輪郭線Ｌ６との接続点で、当該最外径部６の輪郭線Ｌ６と同一の接線を有している。これにより、本実施形態では、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７と、最外径部６の輪郭線Ｌ６とは、滑らかに繋がっている。ただし、本発明によれば、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７と、最外径部６の輪郭線Ｌ６とは、直接繋げることなく、例えば、直線の輪郭線を介して繋げることができる。
　同様に、図７を参照して、サイドレール１１の外周面１のうち、当該サイドレール１１の第２側面側、言い換えれば、クランク室側の外周面１について説明する。図７をクランク室側の外周面１の拡大断面図としてみたとき、本実施形態において、サイドレール１１の第２側面側では、サイドレール１１の第１側面側と同様に、図７に示すように、サイドレール１１の第２側面側では、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８の延在方向一方側は、第２側面隣接部４の輪郭線Ｌ４と直接繋がっている。本実施形態では、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８は、第２側面隣接部４の輪郭線Ｌ４との接続点で、当該第２側面隣接部４の輪郭線Ｌ４と同一の接線を有している。これにより、本実施形態では、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８と、第２側面隣接部４の輪郭線Ｌ４とは、滑らかに繋がっている。ただし、本発明によれば、第２側面隣接部４の輪郭線Ｌ４と、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８とは、直接繋げることなく、例えば、直線の輪郭線を介して繋げることができる。また、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８の延在方向他方側は、最外径部６の輪郭線Ｌ６と直接繋がっている。本実施形態では、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８は、最外径部６の輪郭線Ｌ６の輪郭線Ｌ６との接続点で、当該最外径部６の輪郭線Ｌ６と同一の接線を有している。これにより、本実施形態では、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８と、最外径部６の輪郭線Ｌ６とは、滑らかに繋がっている。ただし、本発明によれば、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８と、最外径部６の輪郭線Ｌ６とは、直接繋げることなく、例えば、直線の輪郭線を介して繋げることができる。
　オイルリングは、上述のとおり、シリンダ２００の内周面２０１に付着するオイル量の制御に用いられる。このため、サイドレール１１のシリンダ２００に対する面圧はより高くなる方が好ましい。
　図８Ａは、本実施形態に係るサイドレール１１の外周面１を拡大して示す断面図である。図８Ａには、サイドレール１１の有効バレル量ＥＢを示す。有効バレル量ＥＢは、オイルの掻き落とし作用に寄与する。サイドレール１１のシリンダ２００に対する面圧を高めるためには、有効バレル量ＥＢを大きく確保することが好ましい。本発明のように、最外径部６の輪郭線Ｌ６が曲率半径ｒ６で形成された曲線である場合、有効バレル量ＥＢを大きく確保するためには、最外径部６の曲率半径ｒ６を小さく設計することが有効である。
　一方、図８Ｂは、従来のサイドレール６０の外周面６１を拡大して示す断面図である。図８Ｂに示すように、サイドレール６０の外周面６１は、凹み部を備えない。サイドレール６０において、最外径部６６の曲率半径ｒ６６を小さく設計する場合、最外径部６６から第１側面６６１までの間および最外径部６６から第２側面６６２までの間を、それぞれ、滑らかに繋ごうとすると、図８Ｂのように、軸方向に対してより大きな角度θ６を設定することとなる。即ち、従来のサイドレール６０では、曲率半径ｒ６６を小さく抑えようとすると、第１側面６６１の径方向最外縁６６１ｅ１および第２側面６６２の径方向最外縁６６２ｅ２は、シリンダ２００の内周面２０１よりも径方向内側に離間した位置となる。その結果、従来のサイドレール６０によれば、例えば、当該サイドレール６０の第１側面側における、第１側面６６１の径方向最外縁６６１ｅ１と最外径部６６の径方向最外縁ｅ６６との間の寸法差Ｈは大きくなる。サイドレール６０の第１側面側における寸法差Ｈが大きくなると、図８Ｂに示すように、サイドレール６０外周面６１のうち、第１側面隣接部６３と最外径部６６との間の傾斜面６７は、第１側面隣接部６３の輪郭線Ｌ６３と、最外径部６６の輪郭線Ｌ６６との共通接線Ｌ６１で輪郭付けられた、角度θ６の大きな傾斜面となる。このため、従来のサイドレール６０の場合、ピストン１００が燃焼室側に向かって上昇する行程時（以下、「ピストン上昇行程時」ともいう。）、サイドレール６０の第１側面側に存在するオイルは、当該サイドレール６０の外周面６１のうちの傾斜面６７によって、シリンダ２００の内周面２０１側よりも燃焼室側に向かって飛散され、燃焼室へ運ばれてしまう。したがって、従来のサイドレール６０は、オイルの掻き落とし作用を向上させることを目的に、シリンダ２００に対する面圧を高めようとすると、オイル消費増加をもたらす。
　一方、従来のサイドレール６０において、寸法差Ｈを小さくしようとすると、最外径部６６の曲率半径ｒ６６を大きくする必要がある。しかしながら、従来のサイドレール６０において、最外径部６６の曲率半径ｒ６６を大きく設定すると、サイドレール６０の外周面６１の有効な摺接面（有効バレル量ＥＢによって規定される面）の軸方向幅が広がるため、摩耗進行による面圧の低下が著しくなる。このため、従来のサイドレール６０において、最外径部６６の曲率半径ｒ６６を大きく設定すると、サイドレール１１の性能の経年劣化が早まる傾向となる。
　即ち、従来のサイドレール６０は、シリンダ２００に対する面圧を高めつつ、オイル消費量を低減できるものではなかった。
　これに対し、図８Ａに示すように、本実施形態に係るサイドレール１１は、サイドレール最外径部６と第１側面１１１との間に第１凹み部７を備えている。この場合、シリンダ２００に対する面圧を高めるために、最外径部６の曲率半径ｒ６を小さく設定しても、サイドレール１１の第１側面側における寸法差Ｈは、第１凹み部７が最外径部６と第１側面１１１との間で径方向内側に凹んでいることによって、小さく抑えることができる。即ち、本実施形態に係るサイドレール１１は、第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３と、サイドレール最外径部６の輪郭線Ｌ６との共通接線Ｌ１の角度θ１は、従来のサイドレール６０の傾斜面６７の角度θ６よりも小さく抑えることができる。
　即ち、本実施形態に係るサイドレール１１によれば、最外径部６の曲率半径ｒ６を小さくすることで、シリンダ２００に対する面圧を高めつつ、寸法差Ｈ（角度θ１）も小さく抑えられることで、燃焼室側へのオイルの飛散に伴う、オイル消費量を低減できる。
　図６に示すように、本実施形態に係るサイドレール１１において、当該サイドレール１１の外周面１における最外径部６の輪郭線Ｌ６は、サイドレール周方向視において、曲率中心Ｏ６を有する曲線であり、また、当該曲率中心Ｏ６は、共通接線Ｌ１，Ｌ２よりも径方向内側に位置している。この場合、最外径部６は、所望の曲率半径で形作られた突起状とすることができる。このため、図５に示すように、シリンダ２００の内周面２０１に対して、面圧を高く設定でき、オイルを掻き落とす効果に優れることからオイル消費量を低減することができる。
　上述したところを更に詳細に説明すると、図５を参照すれば、オイルがクランク室側（図５中下側）から掻き上げられるとき、オイルリング１０のサイドレール１１は、クランク室側から掻き上げられたオイルを、燃焼室側に向かって均等にシリンダ２００の内周面２０１に付着させる。このとき、当該オイルが燃焼室側に飛散してしまうと、この飛散したオイルが燃焼室側（図５中上側）に逆流する燃焼ガスと共に当該燃焼室側に送られることで、当該オイルは、燃焼ガスと共に、前記燃焼室側で燃焼されてしまうことが懸念される。図９Ｂには、従来のサイドレール６０の外周面６１によって、オイルが拡散している状態を、概略的に示す。例えば、図９Ｂに示すように、サイドレール６０の外周面６１のうち、傾斜面６７が直線的なテーパ形状である場合、オイルがサイドレール６０によって飛散する向きＯＤは、燃焼室に向かう側（軸線Ｏに沿う側）に方向付けられてしまう。このため、オイルリングのサイドレールは、オイルが掻き上げられるときに、当該オイルを燃焼室側に飛散させないようにすることが、オイル消費量の低減に有効である。
　これに対して、図６に示すように、本実施形態に係るサイドレール１１では、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７及び第２凹み部８の輪郭線Ｌ８は、それぞれ、ピストンリング周方向視において、曲率中心Ｏ７を有する曲線と、曲率中心Ｏ８を有する曲線とであり、また、当該曲率中心Ｏ７，Ｏ８は、それぞれ、共通接線Ｌ１，Ｌ２よりも径方向外側に位置している。図９Ａには、本実施形態に係るサイドレール１１の外周面１によって、オイルが拡散している状態を、概略的に示す。この場合、図９Ａの矢印に示すように、オイルが燃焼室側（図９Ａ中上側）に掻き上げられるときに、当該オイルがサイドレール１１によって飛散する向きＯＤは、第１凹み部７を形作る輪郭線Ｌ７の曲率によって、当該サイドレール１１の径方向外側、即ち、シリンダ２００の内周面２０１に向けるように方向付けることができる。このため、本実施形態に係るサイドレール１１によれば、オイルがサイドレール１１によって飛散するときに、当該オイルが燃焼室に送られることを抑制できる。これにより、オイルの飛散に起因して生じるオイル消費量を低減することができる。
　上述のように、本実施形態に係るサイドレール１１によれば、面圧、及びオイルの飛散を考慮して、オイル消費量を低減することができる。したがって、本実施形態に係るサイドレール１１によれば、オイル消費量の低減がより改善されることとなる。
　また、図６を参照すれば、本実施形態において、最外径部６の径方向最外縁ｅ６と、第１側面１１１の径方向最外縁１１１ｅ１との寸法差Ｈは、Ｈ≦０．２５ｍｍであることが好ましい。さらに好ましくは、０．０１ｍｍ≦Ｈ≦０．２５ｍｍ、より好ましくは、０．０５ｍｍ≦Ｈ≦０．２５ｍｍである。
　サイドレール１１の第１側面側の寸法差Ｈを０．２５ｍｍ以下とすれば、ピストン上昇行程時における、オイルの燃焼室側への飛散が効率的に抑えられ、オイル消費量の低減に有効である。また、最適な最外径部６、凹み部７および側面隣接部３を形成させるためには、寸法差Ｈは、０．０１ｍｍ以上あればよく、より好ましくは、０．０５ｍｍ≦Ｈ≦０．２５ｍｍとすれば、サイドレール１１の性能を効率的に維持しつつ、オイルの飛散に起因する、オイル消費量を確実に低減することができる。
　また、図６を参照すれば、本実施形態では、サイドレール周方向視において、サイドレール１１の軸線Ｏと、第１側面側の共通接線Ｌ１とがなす、鋭角側の角度（以下、「第１角度」ともいう。）θ１は、θ１≦５０°であることが好ましい。さらに、角度θ１は、下限値が２°～６°、好ましくは、５°≦θ１≦５０°とする。ここで、サイドレール１１の軸線Ｏとは、サイドレール１１の側面１１１，１１２（径方向）に対して直交し、かつ、最外径部６の径方向最外縁ｅ６を通る直線とすることができる。
　この例では、図５に示すように、オイルリング１０は、サイドレール１１の第１側面１１１が燃焼室側を向くように、ピストン１００に装着される。即ち、ピストン上昇行程では、サイドレール１１の第１側面側の外周面１は主として、当該サイドレール１１がシリンダ２００の内周面２０１に適切な潤滑油膜を形成する必要がある。これに対し、第１側面側の第１角度θ１が大き過ぎる場合、オイルの掻き上げと共に飛散する量が増大することが懸念される。例えば、第１角度θ１が５０°を超える場合、こうした懸念が大きくなる。
　一方、図６を参照すれば、第１側面側の第１角度θ１が小さ過ぎる場合、運転中にピストン１００の首振り現象によるサイドレール１１に傾きが生じた際、第1側面隣接部３がシリンダ２００の内周面２０１の壁面に衝突する虞がある。ピストン上昇時にこの接触が起こると、シリンダ２００の内周面２０１（壁面）に付着したオイルを掻き上げてしまいオイル消費量を悪化させてしまう。こうした虞は、例えば、第１角度θ１が５°以上の場合、）著しく低下する。
　したがって、サイドレール１１の外周面１における第１側面側の第１角度θ１を、θ１≦５０°、より好ましくは、５°≦θ１≦５０°とすれば、オイルの飛散に起因するオイル消費量を効果的に低減することができる。
　また、本実施形態では、サイドレール周方向視において、サイドレール１１の軸線Ｏと、第２側面側の共通接線Ｌ２とがなす鋭角側の角度（以下、「第２角度」ともいう。）θ２は、θ２≦６０°であることが好ましい。さらに、角度θ２は、１０°≦θ２≦６０°であることが好ましい。ここでも、サイドレール１１の軸線Ｏとは、サイドレール１１の側面１１１，１１２（径方向）に対して直交し、かつ、最外径部６の径方向最外縁ｅ６を通る直線とすることができる。
　この例では、図５に示すように、オイルリング１０は、サイドレール１１の第２側面１１２がクランク室側を向くように、ピストン１００に装着される。即ち、この例では、サイドレール１１の第２側面１１２は主として、当該サイドレール１１がシリンダ２００の内周面２０１に付着した余分なオイルをクランク室側に掻き落とすときに、その機能を発揮することとなる。これに対し、第２側面側の第２角度θ２が大き過ぎるとオイル掻き効果が小さい。例えば、第２角度θ２が６０°を超える場合、こうした懸念が大きくなる。
　また、第２側面側の第２角度θ２が小さ過ぎる場合、サイドレール１１の外周面１とシリンダ２００の内周面２０１の壁面で形成される空間面積（体積）が小さくなり、ピストン下降行程（ピストン１００がクランク室側に向かって下降する工程時）に油圧の上昇が発生し易くなりオイルアップに繋がることで、オイルを掻き落とす効果が十分に発揮できないことが懸念される。こうした懸念は、例えば、第２角度θ２が１０°以上の場合、小さく抑えられる。
　したがって、第２側面側の第２角度θ２を、θ２≦６０°、より好ましくは、１０°≦θ２≦６０°とすれば、オイルの掻き落としを効率的に行いつつ、オイル消費量を効果的に低減することができる。
　ところで、本発明に従えば、第１側面側の第１角度θ１と、第２側面側の第２角度θ２とは、同一の角度または異なる角度とすることができる。即ち、本実施形態では、第１側面側の第１角度θ１は、第２側面側の第２角度θ２以下であることができる。
　この場合、サイドレール１１の外周面１における第１側面側（第１角度θ１側）では、オイル掻き上げ時における、オイルの飛散に起因するオイル消費量を重視し、当該オイル消費量を低減することができ、また、当該サイドレール１１の外周面１における第２側面側（第２角度θ２側）では、オイルの掻き落としを効率的に行いつつ、オイル消費量を低減することができる。
　また、本発明に従えば、サイドレール１１の外周面１を形成する、輪郭線Ｌ７の第１凹み部７および輪郭線Ｌ８の第２凹み部８は、それぞれ、サイドレール周方向視において、軸方向上下に対称とすることができる。この場合、ピストンへ装着する際にサイドレール１１の上下判別（サイドレール１１の第１側面１１１および第２側面１１２の向きの判別）を行う必要がないので、作業効率を向上させることができる。本実施形態では、第１凹み部７の曲率中心Ｏ７と第２凹み部７の曲率中心Ｏ７とは、軸方向に対称な位置にある。また、本実施形態では、第１側面側の第１角度θ１と、第２側面側の第２角度θ２とは、等しい角度である。また、本実施形態では、第１凹み部７の曲率半径ｒ７と第２凹み部８の曲率半径ｒ８とは、等しい半径である。
　更に、本実施形態では、サイドレール周方向視において、外周面１の、第１側面隣接部３と最外径部６との間と、当該外周面１の、第２側面隣接部４と最外径部６との間と、の少なくともいずれか一方の間の、第１側面隣接部３の輪郭線Ｌ３、第１凹み部７の輪郭線Ｌ７及び最外径部６の輪郭線Ｌ６、並びに、第２側面隣接部４の輪郭線Ｌ４、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８及び最外径部６の輪郭線Ｌ６は、それぞれ、曲率中心を有する曲線であり、最外径部６の曲率半径Ｒ１、第１凹み部７及び第２凹み部８の曲率半径Ｒ２並びに第１側面隣接部３及び第２側面隣接部４の曲率半径Ｒ３は、それぞれ、Ｒ２／Ｒ１≦４．５、かつ、Ｒ２／Ｒ３≦４．５の条件を満たすことが好ましい。
　この場合、サイドレール１１の外周面１における第１側面側では、最外径部６の曲率半径ｒ６、第１凹み部７の曲率半径ｒ７及び第１側面隣接部３の曲率半径ｒ３の寸法を、それぞれ、Ｒ１～Ｒ３による一定の関係に基づいて設定することによって、また、サイドレール１１の外周面１における第２側面側では、最外径部６の曲率半径ｒ６、第２凹み部８の曲率半径ｒ８及び第２側面隣接部４の曲率半径ｒ８の寸法を、それぞれ、Ｒ１～Ｒ３による一定の関係に基づいて設定することによって、サイドレール１１の性能を効率的に維持しつつ、面圧及びオイルの飛散に起因する、オイル消費量を簡易に低減することができる。
　また、本実施形態において、最外径部６の曲率半径Ｒ１（＝ｒ６）は、Ｒ１≦０．１２ｍｍであることが好ましい。さらに、曲率半径Ｒ１は、０．０１ｍｍ≦Ｒ１≦０．１２ｍｍ、より好ましくは、０．０４ｍｍ≦Ｒ１≦０．１２ｍｍである。
　サイドレール１１のシリンダ２００に対する面圧を高めるためには、最外径部６の曲率半径ｒ６を小さくすることが有効である。反対に、最外径部６の曲率半径ｒ６が大きすぎると、上述のとおり、摩耗進行による面圧の低下が著しく、実用性に欠けることが想定される。これに対し、例えば、最外径部６の曲率半径ｒ６が０．１２ｍｍ以下の場合、市場に流通しているほとんどの種類の内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）に採用することができる。
　一方、最外径部６の曲率半径ｒ６が０．０１ｍｍを下回る場合、サイドレール１１を製造する際の加工性が悪くなる。
　したがって、最外径部６の曲率半径Ｒ１（＝ｒ６）を、Ｒ１≦０．１２ｍｍ、より好ましくは、０．０１ｍｍ≦Ｒ１≦０．１２ｍｍとすれば、最外径部６の曲率半径ｒ６の寸法を一定の数値範囲に設定することによって、より広い適用範囲において、面圧に起因する、オイル消費量を確実かつ簡易に低減することができる。
　ところで、サイドレール１１の第２側面１１２と最外径部６との間に配置される第２凹部８は、ピストン下降時のオイル掻き効果に密接に関連する。本発明によれば、第２凹み部８によって形成されるシリンダ２００の内周面２０１との空間部を大きくすることによって、ピストン下降時に滞留するオイルが圧縮されにくくなり油圧の発生を回避することができる。また、この場合、シリンダ２００の内周面２０１に沿って上昇するオイルを低減することによってオイル掻き効果を向上させることができる。図１０は、本発明に係るピストンリングの第２の実施形態であるサイドレール１１であって、当該サイドレール１１を、図６に相当する領域で示す拡大断面図である。以下、他の実施形態と実質的に同一の部分には、同一の符号を用いる。
　図１０に示すように、本実施形態では、第１側面１１１の径方向最外縁１１１ｅ１は、軸線Ｏを基準とした径方向において、第２側面１１２の径方向最外縁１１２ｅ１よりも、径方向外側の位置に配置されるように構成されている。即ち、本実施形態では、第１側面１１１の径方向幅Ｗ１は、第２側面１１２の径方向幅Ｗ２よりも広い幅となるように構成されている。特に、本実施形態では、図１０に示すように、サイドレール周方向視において、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８は、最外径部６と径方向に沿って延在する直線的な輪郭線Ｌ９１を介して繋がっている。このため、図１０に示すように、本実施形態では、第２凹み部８は、サイドレール周方向視において、最外径部６に対して、輪郭線Ｌ９１で形作られたアンダーカット部９１を形成している。
　また、図１１は、本発明に係るピストンリングの第３の実施形態であるサイドレール１１であって、当該サイドレール１１を、図６に相当する領域で示す拡大断面図である。
　図１１に示すように、本実施形態では、第２の実施形態と同様、第１側面１１１の径方向最外縁１１１ｅ１は、軸線Ｏを基準とした径方向において、第２側面１１２の径方向最外縁１１２ｅ１よりも、径方向外側の位置に配置されるように構成されている。即ち、本実施形態では、第１側面１１１の径方向幅Ｗ１は、第２側面１１２の径方向幅Ｗ２よりも広い幅となるように構成されている。特に、本実施形態では、図１１に示すように、サイドレール周方向視において、最外径部６の輪郭線Ｌ６は、円形に近い曲線となっている。このため、第２凹み部８の輪郭線Ｌ８は、最外径部６と、当該最外径部６よりも第１側面側に食い込むように湾曲している輪郭線Ｌ９２で繋がっている。即ち、図１１に示すように、本実施形態では、第２凹み部８は、サイドレール周方向視において、最外径部６ｂに対して、輪郭線Ｌ９２で形作られたアンダーフック部９を形成している。
　なお、本発明に係るピストンリングは、オイルリング１０とすることができる。この場合、面圧及びオイルの飛散を考慮して、オイル消費量を低減することができる。
　ところで、本実施形態において、オイルリング１０は、間隔を置いて配置された２つのサイドレール１１を備えている。本実施形態によれば、本発明に係るピストンリングの外周面は、２つのサイドレール１１の少なくともいずれか一方の外周面１とすることができる。
　上述の各実施形態では、２つのサイドレール１１の両方が、本発明に係るピストンリングの外周面を有している。図６に示すように、第１の実施形態では、サイドレール１１の外周面１は、エンジンの燃焼室側とクランク室側とが同一の平面構成（第１の実施形態では、第１凹み部７および第２凹み部８が軸方向上下に対称である平面構成）を有している。図１０に示すように、第２の実施形態では、サイドレール１１の外周面１は、エンジンの燃焼室側とクランク室側とが異なる平面構成を有している。図１１に示すように、第３の実施形態では、第２の実施形態と同様、２つのサイドレール１１の外周面１は、エンジンの燃焼室側とクランク室側とが異なる平面構成を有している。
　ただし、本発明によれば、上記の外周面１の構成は、それぞれ、適宜、組み合わせることができる。例えば、２つのサイドレール１１の一方のサイドレール１１の外周面として図６の外周面１を採用し、他方のサイドレール１１の外周面として図１０の外周面１を採用することができる。あるいは、２つのサイドレール１１の一方のサイドレール１１の外周面として図６の外周面１を採用し、他方のサイドレール１１の外周面として図１１の外周面１を採用することができる。あるいは、２つのサイドレール１１の一方のサイドレール１１の外周面として図１０の外周面１を採用し、他方のサイドレール１１の外周面として図１１の外周面１を採用することができる。
　ところで、本発明において、ピストンリングとは、任意の面をシールしつつ当該面を摺動可能な、無終端または有端のシール部材を含む意味である。即ち、本発明に係るピストンリングにおいて、当該ピストンリングは、上述の各実施形態のように、オイルリング１０のサイドレール１１とすることができる。この場合、既存のオイルリングに適用可能な汎用性を持たせることで、上述した各実施形態に係るオイルリング１０を簡易に製造することができる。
　ところで、本発明に係るピストンリングの外周面には、硬質被覆層又は樹脂被覆層を設けることが好ましい。具体例としては、上述した各実施形態において、オイルリング１０、即ち、サイドレール１１の外周面１に、硬質被膜層又は樹脂被膜層を設けることができる。前記硬質被膜層又は前記樹脂被膜層としては、例えば、窒化処理層、ＰＶＤ処理層、硬質クロムめっき処理層およびＤＬＣ層のうち少なくとも何れか１つの層を備えた構成を採用することができる。この場合、サイドレール１１の外周面１の摩耗、特に、最外径部６の摩耗が長期に亘って防止されることにより、オイルリング１０の性能を効率的に維持しつつ、オイル消費量を低減することができる。
　また、本発明に係るピストンリングは、上述のとおり、図１に示すコンプレッションリング２０、３０とすることができる。この場合、面圧及びオイルの飛散を考慮して、オイル消費量を低減することができるコンプレッションリングを提供することができる。また、本発明によれば、コンプレッションリングの外周面にも、上述のような、硬質被覆層又は樹脂被覆層を設けることができる。この場合も、コンプレッションリングの外周面１の摩耗、特に、最外径部６の摩耗が長期に亘って防止される。
　上述したところは、本発明のいくつかの実施形態を開示したにすぎず、特許請求の範囲に従えば、様々な変更が可能となる。例えば、上述した各実施形態において、第１側面隣接部３と最外径部６との間には、１つの第１凹み部７が配置されているが、第１凹み部７は、軸方向に沿って複数配置することができる。第２凹み部８も同様で、上述した各実施形態において、第２側面隣接部４と最外径部６との間には、１つの第２凹み部８が配置されているが、第２凹み部８も、軸方向に沿って複数配置することができる。第１凹み部７及び第２凹み部８をそれぞれ複数配置する場合、第１凹み部７及び第２凹み部８の個数は、同一することが好ましいが、異ならせることも可能である。
　上述した各実施形態及び各実施例に採用された様々な構成は、互いに組み合わせて使用することができる。また、上述した各実施形態及び各実施例に採用された様々な構成は、相互に適宜、置き換えることができる。
　本発明の実施例１～３と、比較例１とを試作し、実際に試験を行った際のデータを、以下の表に示す。実施例１～３には、サイドレール１１を使用し、比較例１には、軸方向に延在しているサイドレールの外周面のうち、当該外周面の第１側面側のみを面取りしたものを使用した。試験は、１．５Ｌの４気筒ガソリンエンジンをスロットル全開時（回転数６０００ｒｐｍ）で駆動させた状態で行った。なお、各実施例及び比較例において、トップリング及びセカンドリングは、共通のリングを用いて行い、オイル消費量（ＬＯＣ：Lubricating Oil Consumption）は、エンジン運転前に収容されていたオイル量と、エンジン運転後に収容されていたオイル量とをそれぞれ測定することによって算出した。比較例１のオイル消費量を１とした場合、各実施例１～３とのオイル消費量の割合を算出した。
　表中のＲ１は、最外径部６の曲率半径ｒ６である。Ｒ２は、第１凹み部７の曲率半径ｒ７である。Ｒ３は、第１側面隣接部３の曲率半径ｒ３である。また、表中のＨは、最外径部６の径方向最外縁ｅ６と、第１側面１１１の径方向最外縁１１１ｅ１との寸法差である。Ｒ１～Ｒ３およびＨの単位は、それぞれ、"ｍｍ"（ミリメートル）である。更に、表中のθ１は、第１側面隣接部３と最外径部６との間の第１角度である。θ１の単位は、"°"（度）である。また、表中の「摺動位置」とは、サイドレールの最外径部が当該サイドレールの外周面に対して配置された軸方向位置である。
　実施例１～３、比較例１は、それぞれ、サイドレールの板厚を０．３５ｍｍとした、また、実施例１～３、比較例１は、それぞれ、第１側面隣接部の曲率半径を、Ｒ３＝０．１ｍｍとした。実施例１～３の凹み部Ｒ２と最外径部の曲率半径Ｒ１との比（Ｒ２／Ｒ１）は、それぞれ、４．３、１、２とした。なお、ここでは第１凹み部の存在の有無とその大きさＲ２／Ｒ１の発明効果を明確にするため、摺動位置はすべて中心とし、最外径部の径方向最外縁と側面の径方向最外縁との寸法差Ｈを０．２ｍｍと第１凹み部の凹部輪郭線の傾斜度θ１（４０°）の値を固定して実験を行った。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記表１を参照すれば、実施例１～３は、凹み部を有さない比較例１に比べてオイル消費量が２７～６１％に低減された。
　１：外周面，　３：第１側面隣接部（一対の側面隣接部の一方），　Ｏ３：曲率中心，　Ｒ３、ｒ３：曲率半径，　４：第２側面隣接部（一対の側面隣接部の他方），　Ｏ４：曲率中心，　Ｒ３、ｒ４：曲率半径，　６：最外径部，　Ｏ６：曲率中心，　Ｒ１，ｒ６：曲率半径，　ｅ６：最外径部の径方向最外縁，　７：第１凹み部（凹み部），　Ｏ７：曲率中心，　Ｒ２，ｒ７：曲率半径，　８：第２凹み部（凹み部方），　Ｏ８：曲率中心，　Ｒ２，ｒ８：曲率半径，　１０：オイルリング（ピストンリング），　１１：サイドレール（ピストンリング），　１２：スペーサ，　２０：コンプレッションリング，　３０：コンプレッションリング，　Ｈ：寸法差，　Ｌ１：第１共通接線，　Ｌ２：第２共通接線，　θ１：第１角度，　θ２：第２角度，　４０：オイルリング，　４１：一体型サイドレール，　４３：サイドレール部，　４４：ウェブ部，　４５：装着溝，　１１１：第１側面（側面），　１１１ｅ１：第１側面の径方向最外縁（側面の径方向最外縁），　１１２：第２側面（側面），　１１２ｅ１：第２側面の径方向最外縁（側面の径方向最外縁）　

Claims (12)

  1. 　軸線の周りに延在しているピストンリングであって、
    　前記ピストンリングの外周面は、
    　当該ピストンリングの２つの側面のそれぞれに隣接する、一対の側面隣接部と、
    　前記一対の側面隣接部の間に配置されていると共に最大外径を有する最外径部と、
    　前記一対の側面隣接部の一方と前記最外径部との間と、前記一対の側面隣接部の他方と前記最外径部との間と、の、それぞれの間に配置されている、少なくとも１つの凹み部と、
    　を備えており、
    　前記ピストンリング周方向視において、前記最外径部の輪郭線は、曲率中心を有する曲線であり、また、当該曲率中心は、前記側面隣接部の前記輪郭線と、前記最外径部の前記輪郭線との共通接線よりも径方向内側に配置されており、更に、
    　前記ピストンリング周方向視において、前記少なくとも１つの凹み部の輪郭線は、曲率中心を有する曲線であり、また、当該曲率中心は、前記共通接線よりも径方向外側に配置されている、ピストンリング。
  2. 　前記最外径部の径方向最外縁と、前記側面の径方向最外縁との寸法差Ｈは、Ｈ≦０．２５ｍｍである、請求項１に記載のピストンリング。
  3. 　前記シールリング周方向視において、前記軸線と、前記一対の側面隣接部の前記一方側の前記共通接線とがなす鋭角側の角度θ１は、θ１≦５０°である、請求項１又は２に記載のピストンリング。
  4. 　前記ピストンリング周方向視において、前記軸線と、前記一対の側面隣接部の前記他方側の前記共通接線とがなす鋭角側の角度θ２は、θ２≦６０°である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピストンリング。
  5. 　前記角度θ１は、前記角度θ２以下である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のピストンリング。
  6. 　前記ピストンリング周方向視において、前記外周面の、前記一対の側面隣接部の前記一方と前記最外径部との間と、当該外周面の、前記一対の側面隣接部の前記他方と前記最外径部との間と、の少なくともいずれか一方の間の、前記一対の側面隣接部の輪郭線、前記凹み部及び前記最外径部の輪郭線は、それぞれ、曲率中心を有する曲線であり、
    　前記最外径部の曲率半径Ｒ１、前記凹み部の曲率半径Ｒ２及び前記側面隣接部の曲率半径Ｒ３は、それぞれ、
    　Ｒ２／Ｒ１≦４．５、かつ、Ｒ２／Ｒ３≦４．５
    の条件を満たす、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のピストンリング。
  7. 　前記最外径部の曲率半径Ｒ１は、Ｒ１≦０．１２ｍｍである、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のピストンリング。
  8. 　前記ピストンリングは、オイルリングのサイドレールである、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のピストンリング。
  9. 　前記オイルリングは、間隔を置いて配置された２つのサイドレールを備えており、
    　前記ピストンリングの外周面は、前記２つのサイドレールの少なくともいずれか一方の外周面である、請求項８に記載のピストンリング。
  10. 　前記ピストンリングは、コンプレッションリングである、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のピストンリング。
  11. 　前記ピストンリングの外周面を形成する輪郭線の凹み部が軸方向上下に対称である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のピストンリング。
  12. 　前記ピストンリングの外周面に、硬質被膜層又は樹脂被膜層が設けられている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のピストンリング。
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