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JP4322500B2 - 組合せオイルリング - Google Patents
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JP4322500B2 - 組合せオイルリング - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関やコンプレッサなどの往復動するピストンに装着され、オイルコントロールを行う組合せオイルリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、オイルリングとエキスパンダとからなる２ピース形の鋼製組合せオイルリングが使用されている。この組合せオイルリングは、ディーゼルエンジンに多く使用されているが、最近では、摩耗による張力減退率が低く、耐久性に優れることからガソリンエンジンにも多く使用されている。また、近年の低燃費化の要求から、オイルリングにおいても低フリクションが求められている。オイルリングに関するフリクションの低減対策としては低張力化や、外周面や上下面への低フリクション表面処理等がある。
【０００３】
上記２ピース形の組合せオイルリング４Ａにおけるオイルリング５Ａは、図３に示されるように、上下２本のレール７Ａ，８Ａがウェブ９で連結され、レールで掻き取ったオイルを通過させる油窓２２がウェブ９に多数形成されている。そして上レール７Ａの外周側突起部１０Ａは、平坦面から形成されている外周面１１Ａとこれに連なる一対の傾斜した上下面１２Ａ，１３Ａからなる断面略台形状をなしており、外周面１１Ａと上下面１２Ａ，１３Ａとでとがった角部を形成している。下レール８Ａも上レール７Ａと同一に形成されている。なお、１はピストン、２はシリンダ、３はリング溝、６はコイルエキスパンダである。
【０００４】
一方、潤滑油消費量低減、耐スカッフ性向上を目的に、レール外周面を軸方向幅中心を頂点とした円弧面に形成した組合せオイルリングが提案されている（特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ピストン上昇時におけるオイルの掻き上げ作用の抑制を目的として、レール外周面を平坦面とテーパ面とから形成した組合せオイルリングが提案されている（特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
実開平４−９５１６９号公報
【特許文献２】
特開平９−１４４８８１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
組合せオイルリングがピストンのリング溝に装着されてシリンダ内を軸方向に摺動している時、外周面が平坦面のみから形成されている上記従来の組合せオイルリングでは、ピストンの首振りにより、レール外周のとがった角部が局部的にシリンダ内周面に当たり、フリクションが増加することがある。一方、レール外周面を円弧面とした上記従来の組合せオイルリングの場合は、シリンダ内周面と周方向に線状の接触となり、接触圧力が高すぎて、フリクションが増加する場合がある。また、レール外周面を外周面とテーパ面とで形成した上記従来の組合せオイルリングの場合は、ピストン下降時、下レール外周の下側角部により、フリクションが増加する場合がある。また、ピストン姿勢が傾いたときや上昇時に、上レール外周のとがった上側角部が局部的にシリンダ内周面に当たり、フリクションが増加することがある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その課題は、フリクションの低減を図れ、オイル掻き能力も良好である組合せオイルリングを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次の手段を採る。すなわち、
本発明は、上下レールをウェブで連結した略Ｉ字形断面のオイルリングと、該オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
前記上下レールの外周側に形成された外周側突起部は、外周面と、該外周面に連なると共に外周面に向かってレール軸方向の幅が狭くなっている一対の傾斜した上下面とからなる断面略台形状をなしており、前記各外周面が、レール軸方向の幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲面から形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、シリンダボア摺動時、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。また、オイル掻き能力の向上と耐スカッフ性の向上が図られる。なお、シリンダ内周面と周方向に線状の接触となるが、ピストン上昇行程で油膜を形成しやすいためフリクションの増大を防ぐことができる。
【００１１】
上記において、非対称バレル曲面の上側半径方向落差が２５〜７５μｍで、下側半径方向落差が１〜２０μｍであることが好ましい。上側半径方向落差が２５μｍ未満であると、フリクションが増加し、また、オイルの掻き上げによりオイル消費が増加する。７５μｍを越えるとオイル消費が増加する。下側半径方向落差が１μｍ未満であると、フリクションの増加やスカッフが発生しやすくなる。２０μｍを越えるとオイル消費が増加する。
【００１２】
シリンダと摺動する上下レールの外周面に低フリクション表面処理が施されているのが好ましい。低フリクション表面処理としては、窒化層や、ＣｒＮやＣｒ２Ｎ等からなるＰＶＤ皮膜（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｆｉｌｍ）又はＤＬＣ皮膜（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｌｍ）が形成されるのが好ましい。これにより、耐摩耗性が向上するとともに、フリクションの低減を図れる。なお、ＰＶＤ皮膜やＤＬＣ皮膜の場合は、皮膜の内側に窒化層を形成するのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１において、１はピストン、２はシリンダで、ピストン１の外周に形成されているリング溝３に組合せオイルリング４が装着されている。組合せオイルリング４は２ピースタイプの鋼製組合せオイルリングで、オイルリング５と、コイルエキスパンダ６から構成されている。
【００１５】
オイルリング５は、合い口を有する略Ｉ字形断面の鋼製リングで、円周方向に延びる上下一対のレール７，８と、円周方向に延び上下レール７，８を連結する真直ぐなウェブ９とからなっている。
【００１６】
上レール７の外周側突起部１０は、外周面１１と、外周面１１に連なる一対の傾斜した上下面１２，１３とからなる断面略台形状をなしており、外周面に向かって幅が狭くなっている。外周面１１は上レール７軸方向の幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲面１１ｄから形成され、上レール上面１２に滑らかにつながっている。非対称バレル曲面１１ｄの上側半径方向落差ｃは２５〜７５μｍ、下側半径方向落差ｄは１〜２０μｍの範囲にある。
【００１７】
下レール８も、上レール７と同一に形成されており、１４は外周側突起部、１５は外周面、１６，１７は外周面１５に連なる一対の傾斜した上下面で、外周面１５は上レール７の外周面１１と同一に形成されており、下レール８軸方向の幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲面１５ｄから形成され、下レール下面１７に滑らかにつながっている。
【００１８】
オイルリング５における上下レール７，８の外周面１１，１５、すなわち非対称バレル曲面１１ｄ，１５ｄには、低フリクション表面処理が施されている。本実施形態では、ＣｒＮやＣｒ２ＮからなるＰＶＤ皮膜又はＤＬＣ皮膜１８，１９が被覆されており、その内側に窒化層１８ａが形成されている。なお、窒化層１８ａはオイルリング５の全表面に形成されている。
【００１９】
オイルリング５の内周側に形成されている内周溝２０には、コイルエキスパンダ６が装着されており、オイルリング５を半径方向外方すなわちシリンダ内周面２ａに押圧する。
【００２０】
したがって、コイルエキスパンダ６によってシリンダ内周面２ａに押し付けられたオイルリング５が、シリンダ内周面２ａを摺動し、シリンダ内周面２ａから掻き取ったオイルは、上下レール７，８の外周側突起部１０，１４の間の外周溝２１から、ウェブ９に円周方向に間隔を置いて多数形成されている油窓２２を通ってオイルリング５の内周側に移動し、ピストン１に形成されているオイル戻し孔２３を通ってオイルパンに戻される。
【００２１】
この際、ピストン１の傾きを生じても、レール外周角部による局部的なフリクション増大を抑制でき、低フリクション化が図られる。更に、オイル掻き能力の向上と耐スカッフ性の向上が図られる。
【００２２】
次に、本発明の組合せオイルリングと従来の組合せオイルリングをそれぞれ装着したエンジンを使用した単気筒モータリング試験について説明する。
【００２３】
このモータリング試験は、図２に示されているように、モータ２４でエンジン２５を駆動し、エンジン２５の摩擦損失力をトルクメータ２６で測定し、１サイクル当たりの摩擦損失力を測定するものである。試験条件は、次の通りである。
・ヘッド開放
・水、オイルポンプ別駆動
・オイル５Ｗ３０
・油、水温８０度
【００２４】
上記単気筒モータリング試験機による摩擦力測定結果を表１に示す。表１において、摩擦力比は従来例を１とした時の値である。表１に示されている通り、本発明の組合せオイルリングは従来の組合せオイルリングに比べて摩擦力が低く、低フリクション化を図れる。
【００２５】
【表１】
Figure 0004322500
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の組合せオイルリングによれば、フリクションの低減を図れ、オイル掻き能力も良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示し、（ａ）はシリンダ内のピストンに装着されている組合せオイルリングを示す縦断面図、（ｂ）は上レールの一部分を示す拡大断面図、（ｃ）は下レールの一部分を示す拡大断面図である。
【図２】 モータリング試験機の構成を示す図である。
【図３】 従来例を示し、（ａ）はシリンダ内のピストンに装着されている組合せオイルリングを示す縦断面図、（ｂ）は上レールの一部分を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１ ピストン
２ シリンダ
２ａ シリンダ内周面
３ リング溝
４ 組合せオイルリング
５ オイルリング
６ コイルエキスパンダ
７，８ レール
９ ウェブ
１０，１４ 外周側突起部
１１，１５ 外周面
１１ｄ，１５ｄ 非対称バレル曲面
１２，１６ 上面
１３，１７ 下面
１８，１９ 皮膜
１８ａ 窒化層
２０ 内周溝
２１ 外周溝
２２ 油窓
２３ オイル戻し孔

Claims (3)

  1. 上下レールをウェブで連結した略Ｉ字形断面のオイルリングと、該オイルリングを半径方向外方に押圧するエキスパンダとを有する組合せオイルリングにおいて、
    前記上下レールの外周側に形成された外周側突起部は、外周面と、該外周面に連なると共に外周面に向かってレール軸方向の幅が狭くなっている一対の傾斜した上下面とからなる断面略台形状をなしており、前記各外周面が、レール軸方向の幅中心から軸方向下寄りを頂点とした非対称バレル曲面から形成されていることを特徴とする組合せオイルリング。
  2. 前記曲面の上側半径方向落差が２５〜７５μｍで、下側半径方向落差が１〜２０μｍであることを特徴とする請求項１記載の組合せオイルリング。
  3. 前記上下レールの外周面に低フリクション表面処理が施されていることを特徴とする請求項１又は２記載の組合せオイルリング。
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