JP3756212B2

JP3756212B2 - Combination oil ring

Info

Publication number: JP3756212B2
Application number: JP01456495A
Authority: JP
Inventors: 勝志石原
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: JPH08210503A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関のピストンに装着される組合せオイルリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの高速回転化、高出力化、省燃費化等を目的として、ピストンとピストンリングの薄幅化が要求されている。組合せオイルリングは薄幅化が可能で、しかもバネ作用でサイドレールをシリンダ内面に強く押し付けてよく油を掻きとるので、広く使用されている。
【０００３】
特開平４−７８３７６号公報等で公知の３ピース型の組合せオイルリングは、図１及び図２に示すように２枚のサイドレール２、２でスペーサーエキスパンダ１を挟む構造をとっており、低速から高速までの広い回転域において良好なシール性を確保することができる。しかし、３ピース型の場合には２枚のサイドレールがシリンダ内壁面３１と接触して摺動するので、サイドレールを１枚だけ有する２ピース型の組合せオイルリングなみに摺動摩擦を低減することは困難である。
【０００４】
一方、特開昭６３−２６４６３号公報等で公知の２ピース型の組合せオイルリングは、図３、図４に示すように、スペーサーエキスパンダ１の片面に１枚のサイドレール２が支承された構造をとっており、サイドレールが１本なのでシリンダ内壁面３１との摺動摩擦をかなり低減できる。しかし、２ピース型の組合せオイルリングをピストンのオイルリング溝に装着した場合には、図４に示すように、遠心方向に広がろうとするスペーサーエキスパンダのサイドレール押圧面８の押圧力Ｗ₁によって、スペーサーエキスパンダの内周側突起部にあるサイドレール押圧面８に接触しているサイドレール内周面１２が押されると同時に、サイドレールの反力Ｆ₁によってサイドレール押圧面８が押し返されるが、この時、サイドレール押圧面はスペーサーエキスパンダの重心（回転軸線）１７から離れているので、スペーサーエキスパンダにはサイドレールの反力によって回転モーメントＭが発生する。そのため、スペーサーエキスパンダがねじれて、サイドレールがサイドレール支承面７によってオイルリング溝の上面３４又は下面に押し付けられることになり、サイドレールとオイルリング溝の上面又は下面の間にはクリアランスがなくなり、サイドレール２が動けなくなる。その結果、オイルリング溝の上面又は下面が異常摩耗や溝荒れを起こしたり、シリンダ内壁面に対するサイドレール外周面１１の緊密性が損なわれたりして、良好なシール性を維持することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みて成し遂げられたものであり、その目的は、従来の３ピース型なみの良好なシール性と従来の２ピース型なみの低い摺動摩擦性を合わせ持つ組合せオイルリングを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、サイドレールを１枚だけ有する３ピース型の組合せオイルリングを提供する。すなわち、本発明の組合せオイルリングは、
１枚のサイドレール、１枚のバランスリング、及び前記サイドレールと前記バランスリングとで上下から挟まれたスペーサーエキスパンダからなり、
前記スペーサーエキスパンダは、内周側と外周側から交互に半径方向に切り込まれたスリット及び略Ｈ字状の断面形状を有する環状体で、上側又は下側のいずれか一方には外周側突起部にサイドレール支承面そして内周側突起部にサイドレール押圧面が設けられ、他方には外周側突起部にバランスリング支承面そして内周側突起部にバランスリング押圧面が設けられており、
前記サイドレールは、平板状の環状体で、前記スペーサーエキスパンダのサイドレール支承面及びサイドレール押圧面と接触しており、
前記バランスリングは、平板状の環状体で、シリンダ内径よりも短い装着時外径を有し、前記スペーサーエキスパンダのバランスリング支承面及びバランスリング押圧面と接触しており、
前記サイドレールの反力でサイドレール押圧面が押されることによってスペーサーエキスパンダに発生する回転モーメントが、前記バランスリングの反力でバランスリング押圧面が押し返されることによって相殺されるものであることを特徴とする組合せオイルリングである。
【０００７】
そして、好適には上記本発明のオイルリングを、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置と、バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接線曲面と、バランスリングとバランスリング押圧面との接線曲面とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称となるようにし、
さらに好適には、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、スペーサーエキスパンダの上側の形状と下側の形状とが、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称であり、且つ、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置におけるサイドレール内周面の半径方向断面の曲率とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置におけるバランスリング内周面の半径方向断面の曲率とが等しくなるようにする。
【０００８】
また、別の好適な限定として、上記本発明のオイルリングを、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態下の半径方向断面において、スペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線からサイドレールとサイドレール押圧面との接触位置までの距離と、サイドレール押圧面を押し返すサイドレールの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積、及び、前記回転モーメントの回転軸線からバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置までの距離と、バランスリング押圧面を押し返すバランスリングの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積が等しくなるようにする。
【０００９】
また、さらに別の好適な限定として、上記本発明のオイルリングを、バランスリングの自由時内径が、オイルリングをピストンのリング溝に装着した時の静止状態におけるバランスリング内径よりも短くなるようにする。
【００１０】
【作用】
本発明のオイルリングは、シリンダー内壁面と接触し摺動するサイドレールが１枚だけであるから、摺動摩擦性を充分に低減させることができる。
【００１１】
また、本発明のオイルリングにおいては、スペーサーエキスパンダの押圧力に対するサイドレールの反力でサイドレール内周面に接触しているサイドレール押圧面が押し返されると、連鎖的にバランスリング押圧面がバランスリング内周面を押すことになるが、それと同時にバランスリングには反力が発生し、バランスリング内周面がバランスリング押圧面を押し返す。したがって、スペーサーエキスパンダに発生する回転モーメントがオイルリング全体として相殺されてシリンダ内での摺動時におけるスペーサーエキスパンダとサイドレールの姿勢が安定し、サイドレールがオイルリング溝の上面又は下面に押し付けられなくなる。その結果、リング溝における異常摩耗や溝荒れが防止されると共にシリンダ内壁面とサイドレール外周面の間の良好な緊密性も維持されるので、良好なシール性が得られる。
【００１２】
本発明においては、好適には、オイルリングの上側と下側とが静止状態時に対称的な構造となるようにする。具体的には、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置と、バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接線曲面と、バランスリングとバランスリング押圧面との接線曲面とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称となるようにし、さらに好適には、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態において、スペーサーエキスパンダの上側の形状と下側の形状、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線を含む仮想平面に関して面対称であり、且つ、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置におけるサイドレール内周面の半径方向断面の曲率とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置におけるバランスリング内周面の半径方向断面の曲率とが等しくなるようにする。
【００１３】
また、本発明のオイルリングを、ピストンのリング溝に装着された時の静止状態下の半径方向断面において、スペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線からサイドレールとサイドレール押圧面との接触位置までの距離と、サイドレール押圧面を押し返すサイドレールの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積、及び、前記回転モーメントの回転軸線からバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置までの距離と、バランスリング押圧面を押し返すバランスリングの反力の、前記回転モーメントの回転軸線と、前記バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積が等しくなるようにすることによっても、オイルリングの上側と下側を対称的構造にすることができる。
【００１４】
本発明のオイルリングがシリンダ内で摺動しているときには、スペーサーエキスパンダ、サイドレール及びバランスリングの姿勢が変動し続けており、それにつれてスペーサーエキスパンダの回転モーメントとそれに対するバランスリングの反力も変動し続けているので、摺動状態下で常時完全に回転モーメントを相殺し続けることは困難である。
【００１５】
しかし、本発明のオイルリングの上側と下側とが静止状態時に対称的な構造となるようにすれば、静止時の回転モーメントを完全に相殺でき、しかも摺動時における回転モーメントの変動に比較的よく同調してバランスリングの反力も増減するので、たとえ摺動時であっても、変動し続ける回転モーメントの大部分を相殺することができる。
【００１６】
さらに、バランスリングの自由時内径を装着時の内径よりも短くすればバランスリングの反力が強まるので、バランスリングの反力を調節することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例に沿って、本発明をさらに詳しく説明する。
第５図は、本発明の一実施例である組合せオイルリング（１０１）の部分斜視図であり、第６図は、同じオイルリング（１０１）をピストンのリング溝に装着した状態の縦断面図である。
【００１８】
本発明の組合せオイルリングは、１枚のサイドレール２、１枚のバランスリング３、及びサイドレールとバランスリングとで上下から挟まれたスペーサーエキスパンダ１からなる。図示されたオイルリング１０１はスペーサーエキスパンダの上側にサイドレール２が支承され、下側にバランスリング３が支承されているが、この上下関係は逆であっても差し支えない。スペーサーエキスパンダ、サイドレール及びバランスリングは、通常、鋼材製で、引抜加工や圧延加工などによって成形されている。
【００１９】
スペーサーエキスパンダ１は、内周側と外周側から交互に半径方向に切り込まれたスリット４を有する環状体で、図示されてはいないが、通常のピストンリングと同様に切り離された合口も有している。スペーサーエキスパンダの外周側端部と内周側端部は上下に隆起している。この隆起によって、スペーサーエキスパンダの上下両側に外周側突起部５と内周側突起部６が形成され、その縦断面は略Ｈ字形状となる。サイドレールが支承されている側には、外周側突起部にサイドレール支承面７そして内周側突起部にサイドレール押圧面８が設けられており、バランスリングが支承されている側には、外周側突起部にバランスリング支承面９そして内周側突起部にバランスリング押圧面１０が設けられている。摺動時のサイドレール及びバランスリングの姿勢を安定させるために、上記の支承面と押圧面は、適宜、調節された角度を有する傾斜面とすることができる。
【００２０】
スペーサーエキスパンダの上下いずれかの側に支承されるサイドレール２は、平板状の環状体で、図示されてはいないが、通常のピストンリングと同様に切り離された合口も有している。このサイドレール２は、スペーサーエキスパンダのサイドレール支承面７及びサイドレール押圧面８と接触した状態でスペーサーエキスパンダに支承されている。また、リング溝３３に装着されてシリンダ内に挿入された状態下で、サイドレールの外周面１１はシリンダ内壁面３１に接触している。
【００２１】
スペーサーエキスパンダ上のサイドレールとは反対側に支承されるバランスリング３は、平板状の環状体で、図示されてはいないが、通常のピストンリングと同様に切り離された合口も有している。このバランスリング３は、スペーサーエキスパンダのバランスリング支承面９及びバランスリング押圧面１０と接触した状態でスペーサーエキスパンダに支承されている。サイドレールの呼び径がシリンダ内径と一致しているのと異なり、バランスリングの呼び径、すなわちスペーサーエキスパンダに支承されてリング溝に装着された状態下でのバランスリングの外径は、バランスリング３とバランスリング支承面９との接触が可能な程度の長さは有するものの、シリンダ内径よりは短い。そのため、バランスリングの外周面１３はシリンダ内面壁３１と接触していない。
【００２２】
図７は、本発明の組合せオイルリング１０１においてスペーサーエキスパンダに発生する回転モーメントがバランスリングの反力によって相殺される様子を模式的に示した図である。図７に描かれたオイルリング１０１の縦断面において、スペーサーエキスパンダの上側に支承されているサイドレール２は一般的なサイドレールであり、それ自身はほとんど張力を有さないが、スペーサーエキスパンダのサイドレール押圧面８から受ける押圧力Ｗ₁によってサイドレール内周面が押されて、サイドレール外周面がシリンダ内面壁に押し付けられる（Ｗ₂）。一方、スペーサーエキスパンダによって押されたサイドレール２には反力Ｆ₁が発生し、この反力Ｆ₁によってサイドレール押圧面が押し返される。もし２ピース型の組合せオイルリングであるなら、このサイドレールからの反力によってスペーサーエキスパンダには上記反力によって回転モーメントＭ₁が発生する。しかし本発明においては、サイドレール押圧面が押し返されるのに連鎖して、スペーサーエキスパンダの下側でバランスリング押圧面がバランスリング内周面を押し（Ｆ₂）、それと同時にバランスリングには反力Ｆ₃が発生してバランスリング内周面がバランスリング押圧面を押し返すことによって回転モーメントＭ₂が発生し、全体の回転モーメントが相殺される。
【００２３】
本発明のオイルリングがシリンダ内で摺動しているときには、スペーサーエキスパンダ、サイドレール及びバランスリングの姿勢が変動し続けており、それにつれてスペーサーエキスパンダの回転モーメントとそれに対するバランスリングの反力も変動し続けているので、摺動状態下で常時完全に回転モーメントを相殺し続けることは困難である。
【００２４】
しかし、本発明のオイルリングの上側と下側とが静止状態時に対称的な構造となるようにすれば、少なくとも静止時の回転モーメントを完全に相殺でき、しかも摺動時における回転モーメントの変動に比較的よく同調してバランスリングの反力も増減するので、たとえ摺動時であっても、変動し続ける回転モーメントの大部分を相殺することができる。
【００２５】
図８は、そのような対称的構造を有するものの一例の縦断面図である。このオイルリング１０２は、ピストンのリング溝３３に装着された時の静止状態において、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５と、バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６とが、スペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線１７を含む仮想平面１８に関して面対称であり、且つ、サイドレールとサイドレール押圧面との接線曲面１９と、バランスリングとバランスリング押圧面との接線曲面２０とが、同様に、上記仮想平面１８に関して面対称である構造をとっている。なお、回転モーメントの回転軸線１７を３次元的に見ればスペーサーエキスパンダ内部を水平方向に貫く円形の軌跡を描くので、これを含む仮想平面はスペーサーエキスパンダを水平に分割するただ一つの平面として特定される。
【００２６】
このような対称的構造を得るためには、たとえば、ピストンのリング溝３３に装着された時の静止状態において、スペーサーエキスパンダの上側の形状と下側の形状、及び、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５とバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６とが、それぞれスペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線１７を含む仮想平面１８に関して面対称となるようにし、且つ、サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５におけるサイドレール内周面１２の半径方向断面（縦断面）の曲率と、バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６におけるバランスリング内周面１４の半径方向断面（縦断面）の曲率とが等しくなるようにすればよい。
【００２７】
しかし、上記のような設計ができない場合には、本発明のオイルリングがピストンのリング溝に装着され且つ静止状態にある時の半径方向断面において、スペーサーエキスパンダの回転モーメントの回転軸線１７からサイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５までの距離と、サイドレール押圧面を押し返すサイドレールの反力Ｆ₁の、前記回転モーメントの回転軸線１７と、前記サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置１５とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積、及び、前記回転モーメントの回転軸線１７からバランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６までの距離と、バランスリング押圧面を押し返すバランスリングの反力Ｆ₃の、前記回転モーメントの回転軸線１７と、前記バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置１６とを結ぶ仮想直線に対して直角方向の分力との積を等しくなるように設計することによって、バランスリングの締め付け力（反力）を調整する必要がある。
【００２８】
本発明においては、バランスリングの自由時内径を変えることによって、バランスリングの反力を調節することができる。図８においては、バランスリングの自由時内径を、オイルリング静止時のバランスリング内径よりも小さくなるようすることによって、バランスリングの締め付け力（反力）を強め、静止時の回転モーメントを完全に相殺するように調節している。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の組合せオイルリングは、シリンダー内壁面と接触し摺動するサイドレールが１枚だけであるから、従来の２ピース型組合せオイルリングなみの低い摺動摩擦性を有する。しかも、回転モーメントによるスペーサーエキスパンダの傾きが起きにくく、サイドレールがオイルリング溝の上面または下面に押し付けられて溝荒れを起こしたりオイルリングの安定した動きが阻害されたりすることがないので、従来の３ピース型組合せオイルリングなみの良好なシール性を併せ持っている。
【００３０】
したがって本発明は、内燃機関の高出力化、低燃費化とオイル消費量の低減化に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の３ピース型組合せオイルリングの部分斜視図である。
【図２】従来の３ピース型組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着した状態の縦断面図である。
【図３】従来の２ピース型組合せオイルリングの部分斜視図である。
【図４】従来の２ピース型組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着した状態の縦断面図である。
【図５】本発明の組合せオイルリングの一例を示す部分斜視図である。
【図６】本発明の組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着した状態の縦断面図である。
【図７】回転モーメントが相殺される様子を模式的に示す説明図である。
【図８】本発明の組合せオイルリングの他の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…スペーサーエキスパンダ
２…サイドレール
３…バランスリング
４…スリット
５…外周側突起部
６…内周側突起部
７…サイドレール支承部
８…サイドレール押圧面
９…バランスリング支承部
１０…バランスリング押圧面
１１…サイドレール外周面
１２…サイドレール内周面
１３…バランスリング外周面
１４…バランスリング内周面
１５…サイドレールとサイドレール押圧面との接触位置
１６…バランスリングとバランスリング押圧面との接触位置
１７…スペーサーエキスパンダに発生する回転モーメントの回転軸線
１８…回転軸線を含む仮想平面
１９…サイドレールとサイドレール押圧面との接線曲線
２０…バランスリングとバランスリング押圧面との接線曲線
３０…シリンダ
３１…シリンダ内壁面
３２…ピストン
３３…リング溝
３４…リング溝の上面
３５…リング溝の下面
３６…ドレンホール
Ｗ₁…サイドレール押圧面の押圧力
Ｗ₂…サイドレール外周面の押圧力
Ｆ₁…サイドレールの反力
Ｆ₂…バランスリング押圧面の押圧力
Ｆ₃…バランスリングの反力
Ｍ…回転モーメント
Ｍ₁…サイドレールの反力によって発生する回転モーメント
Ｍ₂…バランスリングの反力によって発生する回転モーメント[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a combined oil ring mounted on a piston of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
For the purpose of speeding up the engine, increasing the output, and reducing fuel consumption, it is required to make the piston and piston ring thinner. The combined oil ring is widely used because it can be thinned, and the spring acts to strongly press the side rail against the cylinder inner surface to scrape off the oil.
[0003]
A three-piece type combination oil ring known in Japanese Patent Laid-Open No. 4-78376 has a structure in which a spacer expander 1 is sandwiched between two side rails 2 and 2 as shown in FIGS. Good sealing performance can be secured in a wide rotation range from low speed to high speed. However, in the case of the three-piece type, since the two side rails slide in contact with the cylinder inner wall surface 31, the sliding friction can be reduced as in the case of the two-piece type combined oil ring having only one side rail. It is difficult.
[0004]
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, the two-piece type combination oil ring known in Japanese Patent Laid-Open No. 63-26463 has one side rail 2 supported on one side of the spacer expander 1. Since it has a structure and one side rail, the sliding friction with the cylinder inner wall surface 31 can be considerably reduced. However, when a two-piece combination oil ring is installed in the oil ring groove of the piston, as shown in FIG. 4, the pressing force W ₁ of the side rail pressing surface 8 of the spacer expander trying to spread in the centrifugal direction. As a result, the side rail inner peripheral surface 12 in contact with the side rail pressing surface 8 on the inner peripheral projection of the spacer expander is pressed, and at the same time, the side rail pressing surface 8 is pressed by the reaction force F ₁ of the side rail. At this time, since the side rail pressing surface is away from the center of gravity (rotation axis) 17 of the spacer expander, a rotational moment M is generated in the spacer expander by the reaction force of the side rail. Therefore, the spacer expander is twisted, and the side rail is pressed against the upper surface 34 or the lower surface of the oil ring groove by the side rail support surface 7, and there is no clearance between the side rail and the upper surface or the lower surface of the oil ring groove. The side rail 2 cannot move. As a result, the upper surface or the lower surface of the oil ring groove may be abnormally worn or rough, or the tightness of the side rail outer peripheral surface 11 with respect to the cylinder inner wall surface may be impaired, and good sealing performance cannot be maintained.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been accomplished in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to achieve a good sealing property as in the conventional three-piece type and a low sliding friction as in the conventional two-piece type. The object is to provide a combined oil ring.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a three-piece type combination oil ring having only one side rail. That is, the combination oil ring of the present invention is
It consists of one side rail, one balance ring, and a spacer expander sandwiched from above and below by the side rail and the balance ring.
The spacer expander is an annular body having slits that are alternately cut in the radial direction from the inner peripheral side and the outer peripheral side and a substantially H-shaped cross-sectional shape, and an outer peripheral protrusion on either the upper side or the lower side The side rail support surface and the inner peripheral protrusion are provided with a side rail pressing surface, the other is provided with a balance ring support surface on the outer protrusion and a balance ring pressing surface on the inner protrusion,
The side rail is a flat ring-shaped body that is in contact with the side rail support surface and the side rail pressing surface of the spacer expander,
The balance ring is a flat ring-shaped body, has an outer diameter that is shorter than the cylinder inner diameter, and is in contact with the balance ring support surface and the balance ring pressing surface of the spacer expander,
The rotational moment generated in the spacer expander when the side rail pressing surface is pressed by the reaction force of the side rail is offset by the balance ring pressing surface being pushed back by the reaction force of the balance ring. It is a combination oil ring characterized by.
[0007]
And preferably, when the oil ring of the present invention is installed in the ring groove of the piston in a stationary state, the contact position between the side rail and the side rail pressing surface, and the contact between the balance ring and the balance ring pressing surface. The position, the tangential curved surface between the side rail and the side rail pressing surface, and the tangential curved surface between the balance ring and the balance ring pressing surface are symmetrical with respect to the virtual plane including the rotational axis of the rotational moment of the spacer expander. So that
More preferably, in a stationary state when mounted in the ring groove of the piston, the upper shape and the lower shape of the spacer expander, the contact position between the side rail and the side rail pressing surface, and the balance ring And the contact position of the balance ring pressing surface are symmetrical with respect to a virtual plane including the rotation axis of the rotation moment of the spacer expander, and the side rail inner periphery at the contact position of the side rail and the side rail pressing surface The curvature of the radial cross section of the surface is made equal to the curvature of the radial cross section of the inner peripheral surface of the balance ring at the contact position between the balance ring and the balance ring pressing surface.
[0008]
Further, as another preferred limitation, in the radial cross section in a stationary state when the oil ring of the present invention is installed in the ring groove of the piston, the side rail and the side are separated from the rotational axis of the rotational moment of the spacer expander. A virtual straight line connecting the distance to the contact position with the rail pressing surface, the rotational axis of the rotational moment of the reaction force of the side rail that pushes back the side rail pressing surface, and the contact position between the side rail and the side rail pressing surface. The product of the component force in the direction perpendicular to the distance, the distance from the rotational axis of the rotational moment to the contact position between the balance ring and the balance ring pressing surface, and the reaction force of the balance ring that pushes back the balance ring pressing surface, A virtual straight line connecting the rotation axis of the rotational moment and the contact position between the balance ring and the balance ring pressing surface. The product of the perpendicular component force to be equal to.
[0009]
Further, as another preferred limitation, the oil ring of the present invention is configured so that the inner diameter of the balance ring when free is shorter than the inner diameter of the balance ring in a stationary state when the oil ring is installed in the ring groove of the piston. To do.
[0010]
[Action]
Since the oil ring of the present invention has only one side rail that contacts and slides on the inner wall surface of the cylinder, the sliding friction can be sufficiently reduced.
[0011]
Further, in the oil ring of the present invention, when the side rail pressing surface in contact with the inner peripheral surface of the side rail is pushed back by the reaction force of the side rail against the pressing force of the spacer expander, the balance ring pressing surface is chained. Will press the inner peripheral surface of the balance ring. At the same time, a reaction force is generated in the balance ring, and the inner peripheral surface of the balance ring pushes back the pressing surface of the balance ring. Therefore, the rotational moment generated in the spacer expander is offset by the entire oil ring, and the posture of the spacer expander and the side rail is stabilized when sliding in the cylinder, and the side rail is pressed against the upper or lower surface of the oil ring groove. It becomes impossible. As a result, abnormal wear and roughening in the ring groove are prevented and good tightness between the cylinder inner wall surface and the side rail outer peripheral surface is maintained, so that good sealing performance can be obtained.
[0012]
In the present invention, it is preferable that the upper and lower sides of the oil ring have a symmetrical structure when in a stationary state. Specifically, the contact position between the side rail and the side rail pressing surface, and the contact position between the balance ring and the balance ring pressing surface in the stationary state when mounted in the ring groove of the piston, and the side rail And the tangential curved surface of the side rail pressing surface and the tangential curved surface of the balance ring and the balance ring pressing surface are respectively symmetrical with respect to a virtual plane including the rotation axis of the rotational moment of the spacer expander. Are the upper and lower shapes of the spacer expander, the contact position between the side rail and the side rail pressing surface, the balance ring and the balance ring pressing surface in a stationary state when mounted in the ring groove of the piston. The virtual plane that contains the rotation axis of the rotation moment of the spacer expander And the balance ring inner peripheral surface at the contact position between the balance ring and the balance ring pressing surface, and the curvature of the radial cross section of the side rail inner peripheral surface at the contact position between the side rail and the side rail pressing surface. The curvature of the radial cross section is made equal.
[0013]
Further, in the radial cross section in a stationary state when the oil ring of the present invention is installed in the ring groove of the piston, from the rotation axis of the rotation moment of the spacer expander to the contact position between the side rail and the side rail pressing surface The component force in the direction perpendicular to the virtual straight line connecting the rotation axis of the rotational moment and the contact position between the side rail and the side rail pressing surface of the distance of the side rail and the reaction force of the side rail that pushes back the side rail pressing surface. And the distance from the rotational axis of the rotational moment to the contact position of the balance ring and the balance ring pressing surface, and the rotational axis of the rotational moment of the reaction force of the balance ring that pushes back the balance ring pressing surface, The product of the component force in the direction perpendicular to the virtual straight line connecting the balance ring and the contact position of the balance ring pressing surface. Also by equal manner, it is possible to make the upper and lower side of the oil ring in a symmetrical structure.
[0014]
When the oil ring of the present invention slides in the cylinder, the postures of the spacer expander, the side rail and the balance ring continue to fluctuate, and accordingly the rotational moment of the spacer expander and the reaction force of the balance ring against it also Since it continues to fluctuate, it is difficult to always completely cancel out the rotational moment under sliding conditions.
[0015]
However, if the upper and lower sides of the oil ring of the present invention have a symmetrical structure when stationary, the rotational moment at rest can be completely offset, and compared to the fluctuation of rotational moment during sliding. Since the balance ring reaction force increases and decreases in synchronism with each other, most of the rotating moment that continues to fluctuate can be canceled even during sliding.
[0016]
Furthermore, if the inner diameter when the balance ring is free is made shorter than the inner diameter when the balance ring is mounted, the reaction force of the balance ring becomes stronger, so that the reaction force of the balance ring can be adjusted.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
FIG. 5 is a partial perspective view of a combination oil ring (101) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the same oil ring (101) mounted in a ring groove of a piston. It is.
[0018]
The combination oil ring of the present invention includes a single side rail 2, a single balance ring 3, and a spacer expander 1 sandwiched from above and below by the side rail and the balance ring. In the illustrated oil ring 101, the side rail 2 is supported on the upper side of the spacer expander and the balance ring 3 is supported on the lower side. However, the vertical relationship may be reversed. The spacer expander, side rail and balance ring are usually made of steel and are formed by drawing or rolling.
[0019]
The spacer expander 1 is an annular body having slits 4 that are alternately cut in the radial direction from the inner peripheral side and the outer peripheral side. Although not shown in the figure, the spacer expander 1 also has a joint that is cut off like a normal piston ring. is doing. The outer peripheral side end and the inner peripheral side end of the spacer expander are raised up and down. By this bulge, the outer peripheral projection 5 and the inner projection 6 are formed on both upper and lower sides of the spacer expander, and the longitudinal section thereof is substantially H-shaped. On the side where the side rail is supported, a side rail supporting surface 7 is provided on the outer peripheral side protruding portion and a side rail pressing surface 8 is provided on the inner peripheral side protruding portion, and on the side where the balance ring is supported, A balance ring support surface 9 is provided on the outer peripheral projection, and a balance ring pressing surface 10 is provided on the inner peripheral projection. In order to stabilize the postures of the side rail and the balance ring during sliding, the bearing surface and the pressing surface may be inclined surfaces having an adjusted angle as appropriate.
[0020]
The side rail 2 supported on either the upper or lower side of the spacer expander is a flat plate-like annular body, which is not shown, but also has a joint that is cut off in the same manner as a normal piston ring. The side rail 2 is supported by the spacer expander in a state in contact with the side rail support surface 7 and the side rail pressing surface 8 of the spacer expander. Further, the outer peripheral surface 11 of the side rail is in contact with the cylinder inner wall surface 31 in a state where it is mounted in the ring groove 33 and inserted into the cylinder.
[0021]
The balance ring 3 supported on the side opposite to the side rail on the spacer expander is a flat plate-like annular body, which is not shown, but also has a joint that is cut off like a normal piston ring. . The balance ring 3 is supported by the spacer expander in contact with the balance ring support surface 9 and the balance ring pressing surface 10 of the spacer expander. Unlike the case where the nominal diameter of the side rail coincides with the cylinder inner diameter, the nominal diameter of the balance ring, that is, the outer diameter of the balance ring under the condition of being supported by the spacer expander and mounted in the ring groove, 3 is shorter than the inner diameter of the cylinder, though it has a length that allows contact with the balance ring support surface 9. Therefore, the outer peripheral surface 13 of the balance ring is not in contact with the cylinder inner wall 31.
[0022]
FIG. 7 is a diagram schematically showing how the rotational moment generated in the spacer expander in the combination oil ring 101 of the present invention is canceled by the reaction force of the balance ring. In the longitudinal section of the oil ring 101 depicted in FIG. 7, the side rail 2 supported on the upper side of the spacer expander is a general side rail and itself has almost no tension, but the spacer expander The side rail inner peripheral surface is pressed by the pressing force W ₁ received from the side rail pressing surface 8 and the side rail outer peripheral surface is pressed against the cylinder inner wall (W ₂ ). On the other hand, a reaction force F ₁ is generated in the side rail 2 pushed by the spacer expander, and the side rail pressing surface is pushed back by this reaction force F ₁ . If it is a two-piece type combined oil ring, a rotational moment M ₁ is generated in the spacer expander by the reaction force from the side rail. However, in the present invention, the balance rail pressing surface pushes the inner peripheral surface of the balance ring under the spacer expander (F ₂ ) while the side rail pressing surface is pushed back. When the reaction force F ₃ is generated and the balance ring inner peripheral surface pushes back the balance ring pressing surface, a rotation moment M ₂ is generated, and the entire rotation moment is canceled.
[0023]
When the oil ring of the present invention slides in the cylinder, the postures of the spacer expander, the side rail and the balance ring continue to fluctuate, and accordingly the rotational moment of the spacer expander and the reaction force of the balance ring against it also Since it continues to fluctuate, it is difficult to always completely cancel out the rotational moment under sliding conditions.
[0024]
However, if the upper and lower sides of the oil ring according to the present invention have a symmetric structure when stationary, at least the rotational moment at rest can be completely offset, and fluctuations in rotational moment during sliding can be reduced. Since the balance ring reaction force increases and decreases relatively well in synchronization, most of the rotating moment that continues to fluctuate can be canceled even during sliding.
[0025]
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of an example having such a symmetrical structure. The oil ring 102 has a contact position 15 between the side rail and the side rail pressing surface and a contact position 16 between the balance ring and the balance ring pressing surface in a stationary state when mounted in the ring groove 33 of the piston. A symmetric tangent surface 19 between the side rail and the side rail pressing surface, and a tangential curved surface 20 between the balance ring and the balance ring pressing surface. However, similarly, it has a structure that is plane-symmetric with respect to the virtual plane 18. If the rotational axis 17 of the rotational moment is viewed three-dimensionally, a circular trajectory penetrating the inside of the spacer expander in the horizontal direction is drawn, so the virtual plane including this is the only plane that divides the spacer expander horizontally. Identified.
[0026]
In order to obtain such a symmetrical structure, for example, in the stationary state when mounted in the ring groove 33 of the piston, the upper shape and the lower shape of the spacer expander, and the side rail and side rail press The contact position 15 with the surface and the contact position 16 with the balance ring and the balance ring pressing surface are respectively symmetrical with respect to a virtual plane 18 including the rotation axis 17 of the rotation moment of the spacer expander, and the side rail The curvature of the radial cross section (vertical cross section) of the side rail inner peripheral surface 12 at the contact position 15 between the balance ring and the side rail pressing surface, and the radius of the balance ring inner peripheral surface 14 at the contact position 16 between the balance ring and the balance ring pressing surface What is necessary is just to make it the curvature of a direction cross section (longitudinal cross section) equal.
[0027]
However, if the above design is not possible, the side of the spacer expander from the rotational axis 17 of the rotational moment of the spacer expander is shown in the radial section when the oil ring of the present invention is installed in the ring groove of the piston and is stationary. and distance to the contact position 15 between the rail and the side rail pressing surface, the side rails pushing back the side rail pressing surface of the reaction force F _1, the rotational moment to the rotational axis 17, between the side rails and the side rail pressing surface The product of the component force in the direction perpendicular to the virtual straight line connecting the contact position 15, the distance from the rotation axis 17 of the rotational moment to the contact position 16 between the balance ring and the balance ring pressing surface, and the balance ring pressing The balance ring reaction force F ₃ of pushing back the surface, the rotational axis 17 of the rotational moment, the balance ring and the bar It is necessary to adjust the tightening force (reaction force) of the balance ring by designing the product with the component force in the direction perpendicular to the virtual straight line connecting the contact position 16 with the lance ring pressing surface to be equal. .
[0028]
In the present invention, the reaction force of the balance ring can be adjusted by changing the free-time inner diameter of the balance ring. In Fig. 8, the balance ring free diameter is made smaller than the balance ring inner diameter when the oil ring is stationary, so that the tightening force (reaction force) of the balance ring is increased and the rotational moment when stationary is completely achieved. Adjustments are made to offset.
[0029]
【The invention's effect】
Since the combination oil ring of the present invention has only one side rail that contacts and slides on the inner wall surface of the cylinder, the combination oil ring has a low sliding friction like a conventional two-piece combination oil ring. In addition, the spacer expander is unlikely to tilt due to the rotational moment, and the side rails are not pressed against the upper or lower surface of the oil ring groove to cause roughing of the groove or prevent stable movement of the oil ring. The three-piece type combined oil ring has good sealing properties.
[0030]
Therefore, the present invention contributes to higher output, lower fuel consumption, and lower oil consumption of the internal combustion engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial perspective view of a conventional three-piece combination oil ring.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a state in which a conventional three-piece combination oil ring is mounted in a ring groove of a piston.
FIG. 3 is a partial perspective view of a conventional two-piece type combined oil ring.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a state in which a conventional two-piece combined oil ring is mounted in a ring groove of a piston.
FIG. 5 is a partial perspective view showing an example of a combination oil ring of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a state in which the combined oil ring of the present invention is mounted in a ring groove of a piston.
FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing how the rotational moment is canceled.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing another example of the combination oil ring of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spacer expander 2 ... Side rail 3 ... Balance ring 4 ... Slit 5 ... Outer peripheral side projection part 6 ... Inner peripheral side projection part 7 ... Side rail support part 8 ... Side rail press surface 9 ... Balance ring support part 10 ... Balance Ring pressing surface 11 ... Side rail outer peripheral surface 12 ... Side rail inner peripheral surface 13 ... Balance ring outer peripheral surface 14 ... Balance ring inner peripheral surface 15 ... Contact position 16 between side rail and side rail pressing surface ... Balance ring and balance ring pressing Position of contact 17 with surface ... Rotational axis 18 of rotational moment generated in spacer expander ... Virtual plane 19 including rotational axis ... Tangential curve 20 between side rail and side rail pressing surface ... Balance ring and balancing ring pressing surface Tangent curve 30 ... Cylinder 31 ... Cylinder inner wall surface 32 ... Piston 33 ... Ring groove 34 ... R Of the upper surface 35 ... ring groove of grayed groove bottom surface 36 ... reaction force F ₂ ... balance ring pressing surface of the drain hole W ₁ ... pressing force F ₁ ... side rail pressing force W ₂ ... side rail outer peripheral surface of the side rail pressing surface Pushing force F ₃ ... Balance ring reaction force M ... Rotational moment M ₁ ... Rotation moment generated by side rail reaction force M ₂ ... Rotation moment generated by balance ring reaction force

Claims

It consists of one side rail, one balance ring, and a spacer expander sandwiched from above and below by the side rail and the balance ring.
The spacer expander is an annular body having slits that are alternately cut in the radial direction from the inner peripheral side and the outer peripheral side and a substantially H-shaped cross-sectional shape, and an outer peripheral protrusion on either the upper side or the lower side The side rail support surface and the inner peripheral protrusion are provided with a side rail pressing surface, the other is provided with a balance ring support surface on the outer protrusion and a balance ring pressing surface on the inner protrusion,
The side rail is a flat ring-shaped body that is in contact with the side rail support surface and the side rail pressing surface of the spacer expander,
The balance ring is a flat ring-shaped body, has an outer diameter that is shorter than the cylinder inner diameter, and is in contact with the balance ring support surface and the balance ring pressing surface of the spacer expander,
The rotational moment generated in the spacer expander when the side rail pressing surface is pressed by the reaction force of the side rail is offset by the balance ring pressing surface being pushed back by the reaction force of the balance ring. Combination oil ring characterized by.

In the stationary state when mounted in the ring groove of the piston, the contact position between the side rail and the side rail pressing surface, the contact position between the balance ring and the balance ring pressing surface, and the side rail and the side rail pressing surface 2. The combination according to claim 1, wherein the tangential curved surface of the spacer expander and the tangential curved surface of the balance ring and the balance ring pressing surface are plane-symmetric with respect to a virtual plane including the rotational axis of the rotational moment of the spacer expander. Oil ring.

In the stationary state when mounted in the ring groove of the piston, the upper shape and the lower shape of the spacer expander, the contact position between the side rail and the side rail pressing surface, the balance ring and the balance ring pressing surface And the radial cross section of the inner peripheral surface of the side rail at the contact position between the side rail and the side rail pressing surface. The combined oil ring according to claim 2, wherein the curvature of the balance ring and the curvature of the radial cross section of the inner peripheral surface of the balance ring at the contact position between the balance ring and the balance ring pressing surface are equal.

The distance from the rotation axis of the rotation moment of the spacer expander to the contact position between the side rail and the side rail pressing surface, and the side rail pressing surface in the radial cross section in the stationary state when mounted in the ring groove of the piston The product of the reaction force of the side rail that pushes back, the product of the rotational force of the rotational moment and the component force perpendicular to the imaginary straight line connecting the contact position of the side rail and the side rail pressing surface, and the rotational moment The rotation axis of the rotational moment of the distance from the rotation axis of the balance ring to the contact position between the balance ring and the balance ring pressing surface, the reaction force of the balance ring that pushes back the balance ring pressing surface, and the balance ring and the balance ring pressing surface. The product of the component force in the direction perpendicular to the virtual straight line connecting the contact positions of Combined oil ring as claimed.

The combined oil ring according to claim 1, wherein the inner diameter of the balance ring when free is shorter than the inner diameter of the balance ring in a stationary state when the oil ring is mounted in the ring groove of the piston.