JP6986107B2 - Piston ring combination - Google Patents
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Description
本発明は、ピストンリングの組み合わせに関する。 The present invention relates to a combination of piston rings.
一般的な自動車に搭載される内燃機関は、トップリング及びセカンドリングを含む2本のコンプレッションリング(圧力リング)と1本のオイルリングとを組み合わせた3本のピストンリングを、シリンダに装着されたピストンに設けた構成を採用している。これら3本のピストンリングは、上側(燃焼室側)から順にトップリング、セカンドリング、オイルリングがピストンの外周面に形成されたリング溝に装着され、シリンダ内壁面を摺動する。燃焼室から最も遠いオイルリングは、シリンダ内壁面に付着した余分なエンジンオイル(潤滑油)をクランク側に掻き落とすことでオイルの燃焼室側への流出(オイル上がり)を抑制するオイルシール機能や、潤滑油膜がシリンダ内壁面に適切に保持されるようにオイル量を調整することで内燃機関の運転に伴うピストンの焼き付きを防止する機能を有する。コンプレッションリングは、気密を保持することで燃焼室側からクランク室側への燃焼ガスの流出(ブローバイ)を抑制するガスシール機能や、オイルリングが掻き落とし切れなかった余分なオイルを掻き落とすことでオイル上がりを抑制するオイルシール機能を有する。このようなピストンリングの組み合わせにより、内燃機関におけるブローバイガスの低減とオイル消費の低減が図られている。 The internal combustion engine installed in a general automobile is equipped with three piston rings, which are a combination of two compression rings (pressure rings) including a top ring and a second ring, and one oil ring. The configuration provided on the piston is adopted. In these three piston rings, the top ring, the second ring, and the oil ring are mounted in the ring groove formed on the outer peripheral surface of the piston in order from the upper side (combustion chamber side), and slide on the inner wall surface of the cylinder. The oil ring farthest from the combustion chamber has an oil seal function that suppresses the outflow of oil to the combustion chamber side (oil rise) by scraping off excess engine oil (lubricating oil) adhering to the inner wall surface of the cylinder to the crank side. By adjusting the amount of oil so that the lubricating oil film is appropriately held on the inner wall surface of the cylinder, it has a function of preventing seizure of the piston due to the operation of the internal combustion engine. The compression ring has a gas seal function that suppresses the outflow (blow-by) of combustion gas from the combustion chamber side to the crank chamber side by maintaining airtightness, and scrapes off excess oil that the oil ring could not scrape off. It has an oil seal function that suppresses oil rise. By such a combination of piston rings, blow-by gas is reduced and oil consumption is reduced in the internal combustion engine.
これに関連して、特許文献1や特許文献2には、上下対称なバレル形状を有するトップリングと、テーパ形状を有するセカンドリングと、上下対称なバレル形状又はストレート形状を有するセグメントが設けられたオイルリングと、を含むピストンリングの組み合わせが開示されている。特許文献1及び特許文献2に開示のピストンリングの組み合わせでは、外周面をオイルシールに優れたテーパ形状としたセカンドリングをオイルリングと併用することで、内燃機関におけるオイル消費を低減している。
In this regard, Patent Document 1 and
ここで、内燃機関の低燃費化においては、各ピストンリングの外周面(摺動面)とシリンダ内壁との間に生じる摩擦(フリクション)を低減し、内燃機関の摩擦損失を低減することが重要である。これに対して、上述のテーパ形状は、オイルシールにおいては優れた性能を発揮するものの、フリクションの低減においては不利となる傾向がある。そのため、摩擦損失をより低減することが可能なピストンリングの組み合わせが望まれているが、オイルシール性能との両立が困難であった。 Here, in order to reduce fuel consumption of an internal combustion engine, it is important to reduce the friction generated between the outer peripheral surface (sliding surface) of each piston ring and the inner wall of the cylinder to reduce the friction loss of the internal combustion engine. Is. On the other hand, although the above-mentioned tapered shape exhibits excellent performance in an oil seal, it tends to be disadvantageous in reducing friction. Therefore, a combination of piston rings capable of further reducing the friction loss is desired, but it is difficult to achieve both the oil seal performance and the oil seal performance.
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストンリングの組み合わせにおいて、摩擦損失をより低減しつつもオイルシール性能を確保することが可能な技術を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of ensuring oil sealing performance while further reducing friction loss in a combination of piston rings. be.
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、内燃機関のシリンダに装着されるピストンの外周面に形成されたリング溝に設けられる、トッ
プリングとセカンドリングとオイルリングとを含むピストンリングの組み合わせであって、前記トップリングは、該トップリングの周長方向に直交する断面において、該トップリングの外周端部に設けられると共に該トップリングにおいて最大径となる第1頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した第1外周端面を有し、前記セカンドリングは、前記リング溝において前記ピストンの軸方向におけるクランク室側である下側に配置され、合口が形成された本体リングと、前記リング溝において前記ピストンの軸方向における燃焼室側である上側に配置され、前記本体リングと共に前記シリンダの内壁を摺動するカバーリングと、を含み、前記本体リングは、該本体リングの周長方向に直交する断面において、該本体リングの外周端部に設けられると共に該本体リングにおいて最大径となる第2頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した第2外周端面を有し、前記カバーリングは、前記リング溝において、前記本体リングの前記合口の少なくとも一部を上側から覆うように前記本体リングに重なっており、前記オイルリングは、該オイルリングの軸回りに環状に形成され、該オイルリングの軸方向に並んで設けられた一対の摺動部を有し、前記一対の摺動部の夫々は、該摺動部の周長方向に直交する断面において、該摺動部の外周端部に設けられると共に該摺動部において最大径となる第3頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した第3外周端面を有する、ピストンリングの組み合わせである。
In order to solve the above problems, the present invention has adopted the following means. That is, the present invention is a combination of a piston ring including a top ring, a second ring, and an oil ring provided in a ring groove formed on the outer peripheral surface of a piston mounted on a cylinder of an internal combustion engine. Is provided at the outer peripheral end portion of the top ring and is convex outward in the radial direction including the first top portion having the maximum diameter in the top ring in a cross section orthogonal to the peripheral length direction of the top ring. The second ring has a curved first outer peripheral end surface, and the second ring is arranged on the lower side of the ring groove, which is the crank chamber side in the axial direction of the piston, and a joint is formed in the main body ring and the ring groove. The main body ring includes a cover ring which is arranged on the upper side which is the combustion chamber side in the axial direction of the piston and slides on the inner wall of the cylinder together with the main body ring, and the main body ring has a cross section orthogonal to the peripheral direction of the main body ring. The cover ring is provided at the outer peripheral end portion of the main body ring and has a second outer peripheral end surface curved so as to be convex outward in the radial direction including the second top portion having the maximum diameter in the main body ring. Overlaps the main body ring so as to cover at least a part of the abutment of the main body ring from above in the ring groove, and the oil ring is formed in an annular shape around the axis of the oil ring, and the oil is formed. It has a pair of sliding portions provided side by side in the axial direction of the ring, and each of the pair of sliding portions has an outer peripheral end of the sliding portion in a cross section orthogonal to the peripheral length direction of the sliding portion. It is a combination of piston rings provided in the portion and having a third outer peripheral end surface curved so as to be convex outward in the radial direction including the third top portion having the maximum diameter in the sliding portion.
ここで、本明細書において、トップリング、セカンドリング、オイルリングの各ピストンリングについて、「周長方向」とは、特に指定しない限りは当該ピストンリングの周長方向のことを指す。「径方向」とは、特に指定しない限りは当該ピストンリングの半径方向のことを指す。「径方向内側」とは、当該ピストンリングの内周面側のことを指し、「径方向外側」とは、その反対側(即ち、ピストンリングの外周面側)のことを指す。「軸方向」とは、特に指定しない限りは当該ピストンリングの中心軸に沿う方向のことを指す。また、ピストンリングにおいて最大径となる頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した面形状のことを「バレル形状」と称する。また、バレル形状のうち、下縁が上縁よりも径方向外側に位置し、該頂部が該面において軸方向中央(リング幅の中央)よりも下側に位置した外周面形状のことを「偏心バレル形状」と称する。また、トップリング、セカンドリング、オイルリングの各ピストンリングについて、「外周面」とは、リングの幅(軸方向寸法)を規定する軸方向両端面の外周縁同士を接続する面のことを指し、「内周面」とは、該軸方向両端面の内周縁同士を接続する面のことを指す。 Here, in the present specification, for each piston ring of the top ring, the second ring, and the oil ring, the "peripheral length direction" refers to the peripheral length direction of the piston ring unless otherwise specified. The "radial direction" refers to the radial direction of the piston ring unless otherwise specified. "Diameter inside" refers to the inner peripheral surface side of the piston ring, and "diameter outside" refers to the opposite side (that is, the outer peripheral surface side of the piston ring). The "axial direction" refers to a direction along the central axis of the piston ring unless otherwise specified. Further, a surface shape curved so as to be convex outward in the radial direction including the top having the maximum diameter in the piston ring is referred to as a "barrel shape". Further, among the barrel shapes, the outer peripheral surface shape in which the lower edge is located radially outside the upper edge and the top portion is located below the axial center (center of the ring width) on the surface is referred to as "the shape of the outer peripheral surface". It is called "eccentric barrel shape". For each piston ring of the top ring, second ring, and oil ring, the "outer peripheral surface" refers to the surface connecting the outer peripheral edges of both end faces in the axial direction that define the width (axial dimension) of the ring. , "Inner peripheral surface" refers to a surface connecting the inner peripheral edges of both end faces in the axial direction.
本発明に係るピストンリングの組み合わせは、トップリング、セカンドリングの本体リング、及びオイルリングの外周端面を、リングの最大径となる頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲したバレル形状としている。これによると、各ピストンリングが湾曲面でシリンダの内壁を摺動することとなる。そのため、本発明によると、シリンダ内壁との間に生じる摩擦を低減し、内燃機関における摩擦損失を低減することができる。また、ピストンリングの外周面をバレル形状とした場合、オイルを掻き落す機能が低下する傾向があるが、本発明に係るセカンドリングは、本体リングの合口がカバーリングによって覆われるように構成されている。これにより、シリンダとピストンの隙間に存在するオイルが本体リングの合口を下側から上側へ通り抜けることによるオイル上がりを抑制することができる。その結果、本発明によれば、摩擦損失を低減しつつも、オイルシール性能を確保することができる。 The combination of the piston ring according to the present invention is a barrel in which the outer peripheral end faces of the top ring, the main body ring of the second ring, and the oil ring are curved so as to be convex outward in the radial direction including the top which is the maximum diameter of the ring. It has a shape. According to this, each piston ring slides on the inner wall of the cylinder on the curved surface. Therefore, according to the present invention, the friction generated between the cylinder inner wall and the cylinder inner wall can be reduced, and the friction loss in the internal combustion engine can be reduced. Further, when the outer peripheral surface of the piston ring has a barrel shape, the function of scraping off oil tends to deteriorate, but the second ring according to the present invention is configured so that the joint of the main body ring is covered with a covering. There is. As a result, it is possible to suppress the oil rising due to the oil existing in the gap between the cylinder and the piston passing through the joint of the main body ring from the lower side to the upper side. As a result, according to the present invention, the oil seal performance can be ensured while reducing the friction loss.
また、本発明において、前記カバーリングには、合口が形成されており、前記カバーリングの軸方向における幅は、前記本体リングの軸方向における幅よりも小さくてもよい。これによると、リング溝に存在するオイルがカバーリングの合口に流入し難くなる。これにより、リング溝に存在するオイルがカバーリングの合口を通り抜けることによるオイル上がりを抑制することができ、オイルシール性能をより高めることができる。 Further, in the present invention, the cover ring is formed with a joint, and the width of the cover ring in the axial direction may be smaller than the width of the main body ring in the axial direction. According to this, it becomes difficult for the oil existing in the ring groove to flow into the joint of the covering. As a result, it is possible to suppress the oil rising due to the oil existing in the ring groove passing through the joint of the covering, and the oil sealing performance can be further improved.
また、本発明において、前記カバーリングの径方向における幅は、前記ピストンが前記シリンダに装着された場合に前記シリンダの内壁と前記ピストンの外周面との間に確保される最大の離間距離よりも大きくてもよい。これによると、ピストンの首振り運動等によって上記離間距離が変化した場合であっても、本体リングの合口のうちシリンダとピストンの隙間に位置する領域の全域がカバーリングによって上側から覆われた状態を維持することができる。その結果、安定したシール性能を確保することができる。 Further, in the present invention, the radial width of the covering is larger than the maximum separation distance secured between the inner wall of the cylinder and the outer peripheral surface of the piston when the piston is mounted on the cylinder. It may be large. According to this, even if the separation distance changes due to the swinging motion of the piston, the entire area of the joint of the main body ring located in the gap between the cylinder and the piston is covered from above by the covering. Can be maintained. As a result, stable sealing performance can be ensured.
また、本発明において、前記本体リングは、前記本体リングの内周端部に設けられた内周端面と前記本体リングの上面又は下面とを接続するインナーカット面を有し、前記インナーカット面は、前記内周端面を延ばした仮想内周端面と前記本体リングの上面又は下面を延ばした仮想端面とが交わることで形成される仮想角部における、該仮想内周端面と該仮想端面との交差部分を含む所定部位が該本体リングに含まれないように、形成されていてもよい。なお、インナーカット面は、内周端面と本体リングの上面又は下面とを一つの平面や曲面で接続するように形成されてもよく、別法として複数の平面や曲面で形成されてもよい。これによると、本体リングにおいて全体的な応力のバランスが非対称となる。この本体リングをピストンに装着し、且つ、シリンダに装着した場合、本体リングに捩れが生じる。本体リングが捩れることで、カバーリングが本体リングによってリング溝の上壁へ付勢される。これにより、カバーリングがリング溝の上壁に対して強く押し付けられることとなり、カバーリングのばたつきが抑制される。カバーリングのばたつきが抑制されることで、カバーリングの姿勢が安定する。その結果、本体リングの合口がカバーリングによって覆われた状態が維持され、オイルシール性能をより高めることができる。 Further, in the present invention, the main body ring has an inner cut surface for connecting the inner peripheral end surface provided at the inner peripheral end portion of the main body ring and the upper surface or the lower surface of the main body ring, and the inner cut surface is , The intersection of the virtual inner peripheral end surface and the virtual end surface in the virtual corner portion formed by the intersection of the virtual inner peripheral end surface with the inner peripheral end surface extended and the virtual end surface with the upper surface or the lower surface of the main body ring extended. A predetermined portion including a portion may be formed so as not to be included in the main body ring. The inner cut surface may be formed so as to connect the inner peripheral end surface and the upper surface or the lower surface of the main body ring with one plane or a curved surface, or may be formed by a plurality of planes or curved surfaces as another method. According to this, the overall stress balance becomes asymmetric in the main body ring. When this main body ring is attached to the piston and attached to the cylinder, the main body ring is twisted. By twisting the main body ring, the cover ring is urged to the upper wall of the ring groove by the main body ring. As a result, the cover ring is strongly pressed against the upper wall of the ring groove, and the fluttering of the cover ring is suppressed. By suppressing the fluttering of the covering, the posture of the covering is stabilized. As a result, the state in which the joint of the main body ring is covered by the covering is maintained, and the oil sealing performance can be further improved.
また、本発明において、前記一対の摺動部の少なくとも一方における前記第3外周端面は、下縁が上縁よりも径方向外側に位置し、且つ、前記摺動部の軸方向において前記第3頂部が前記第3外周端面の中央位置よりも前記下縁側に位置するように、形成されていてもよい。これによると、オイルリングの摺動部の第3外周端面を偏心バレル形状とすることで、ピストンの下降時においては、オイルを好適に掻き落とすことができ、ピストンの上昇時においては、くさび効果により第3外周端面がオイルに乗り上げるため、オイルの掻き上げを防止することができる。その結果、オイルシール性能をより高めることができる。 Further, in the present invention, the third outer peripheral end surface of at least one of the pair of sliding portions has a lower edge located radially outside the upper edge, and the third peripheral end surface is located in the axial direction of the sliding portions. The top portion may be formed so as to be located on the lower edge side of the central position of the third outer peripheral end surface. According to this, by forming the third outer peripheral end surface of the sliding portion of the oil ring into an eccentric barrel shape, the oil can be suitably scraped off when the piston is lowered, and a wedge effect is obtained when the piston is raised. As a result, the third outer peripheral end surface rides on the oil, so that it is possible to prevent the oil from being scraped up. As a result, the oil seal performance can be further improved.
また、本発明において、前記第2外周端面は、下縁が上縁よりも径方向外側に位置し、且つ、前記本体リングの軸方向において前記第2頂部が前記第2外周端面の中央位置よりも前記下縁側に位置するように、形成されていてもよい。これによると、セカンドリングの本体リングの第2外周端面を偏心バレル形状とすることで、オイルシール性能をより高めることができる。 Further, in the present invention, the lower edge of the second outer peripheral end surface is located radially outside the upper edge, and the second top portion is located at the center position of the second outer peripheral end surface in the axial direction of the main body ring. May be formed so as to be located on the lower edge side. According to this, the oil sealing performance can be further improved by forming the second outer peripheral end surface of the main body ring of the second ring into an eccentric barrel shape.
本発明によれば、ピストンリングの組み合わせにおいて、摩擦損失をより低減しつつもオイルシール性能を確保することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to secure the oil seal performance while further reducing the friction loss in the combination of the piston rings.
以下、図面を参照しながら、本発明に係るピストンリングの組み合わせの好ましい実施の形態について説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the combination of piston rings according to the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations described in the following embodiments are not intended to limit the technical scope of the invention to those alone unless otherwise specified.
図1は、実施形態に係るピストンリングの組み合わせが設けられた内燃機関100の全体図である。図2は、内燃機関100のリング溝付近の拡大図である。図1及び図2では、便宜上、各構成を簡略化して図示している。図1に示すように、実施形態に係る内燃機関100は、シリンダ20と、シリンダ20に装着されたピストン10と、を有する。ピストン10の軸方向において、符号30で示す燃焼室側を上側とし、符号40で示すクランク室側を下側とする。
FIG. 1 is an overall view of an
図2に示すように、内燃機関100では、ピストン外周面10aとシリンダ内壁20aとの間に所定の離間距離が確保されることにより、隙間PC1が形成されている。また、ピストン外周面10aには、ピストン10の軸方向に所定の間隔を空けて上側(燃焼室側)から順にトップリング溝101、セカンドリング溝102、オイルリング溝103が形成されている。トップリング溝101、セカンドリング溝102、オイルリング溝103には、夫々、トップリング1、セカンドリング2、オイルリング3が設けられる。本明細書において、トップリング溝101、セカンドリング溝102、オイルリング溝103を区別せずに説明するときは、単に「リング溝」と称する。また、トップリング1、セカンドリング2、オイルリング3を区別しないで説明するときは、単に「ピストンリング」と称する。図2に示すように、各ピストンリングがリング溝に装着された状態を、「使用状態」と称する。
As shown in FIG. 2, in the
また、ピストン10、シリンダ20、トップリング1、セカンドリング2、オイルリング3の夫々について、夫々の軸方向を上下方向と定義し、これらの使用状態における燃焼室30側を夫々の「上側」(図1及び図2における上方向)と定義し、その反対側(即ち
、燃焼室から離れる側であり、クランク室40側)を夫々の「下側」と定義する。
Further, for each of the
また、本明細書において、「バレル形状」とは、ピストンリングにおいて最大径となる頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した面形状のことを指し、対称バレル形状や偏心バレル形状を含むものとする。「対称バレル形状」は、バレル形状のうち、上縁(燃焼室側の縁)と下縁(クランク室側の縁)が径方向において揃っており、該頂部が該面における軸方向(リング幅方向)の中央に位置した面形状のことを指す。「偏心バレル形状」は、バレル形状のうち、下縁が上縁よりも径方向外側に位置し、該頂部が該面において軸方向中央(リング幅の中央)よりも下側に位置した外周面形状のことを指す。 Further, in the present specification, the "barrel shape" refers to a surface shape curved so as to be convex outward in the radial direction including the top having the maximum diameter in the piston ring, and is a symmetric barrel shape or an eccentric barrel. It shall include the shape. In the "symmetrical barrel shape", in the barrel shape, the upper edge (edge on the combustion chamber side) and the lower edge (edge on the crank chamber side) are aligned in the radial direction, and the top thereof is in the axial direction (ring width) on the surface. Refers to the surface shape located in the center of the direction). The "eccentric barrel shape" is an outer peripheral surface of the barrel shape in which the lower edge is located radially outside the upper edge and the top is located below the axial center (center of the ring width) on the surface. Refers to the shape.
図2に示すように、各リング溝は、上下に対向する一対の内壁によって形成されており、これらのうち、上側の内壁を上壁W1と称し、下側の内壁を下壁W2と称する。各ピストンリングは、使用状態において、夫々の外周面がシリンダ内壁20aを押圧するように自己張力を有している。
As shown in FIG. 2, each ring groove is formed by a pair of inner walls facing vertically, and among these, the upper inner wall is referred to as an upper wall W1 and the lower inner wall is referred to as a lower wall W2. Each piston ring has a self-tension so that the outer peripheral surface of each piston ring presses the cylinder
以下、実施形態に係るピストンリングの組み合わせにおける各ピストンリングの形状について説明する。 Hereinafter, the shape of each piston ring in the combination of the piston rings according to the embodiment will be described.
[トップリング]
まず、実施形態に係るトップリング1について説明する。図3は、実施形態に係るトップリング1の周長方向に直交する断面図である。図3に示すように、トップリング1は、上側に設けられた第1上面11と、下側に設けられた第1下面12と、第1上面11の外周縁E101と第1下面12の外周縁E102とを接続する第1外周面13と、第1上面11の内周縁E103と第1下面12の内周縁E104とを接続する第1内周面14と、を有する。トップリング1がトップリング溝101に装着された状態、即ち、使用状態にあるとき、第1上面11が上側に位置してトップリング溝101の上壁W1に対向し、第1下面12が下側に位置して下壁W2に対向し、第1外周面13がシリンダ内壁20aを摺動する。第1上面11と第1下面12とによって、トップリング1の軸方向における幅が規定される。
[Top ring]
First, the top ring 1 according to the embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view orthogonal to the peripheral length direction of the top ring 1 according to the embodiment. As shown in FIG. 3, the top ring 1 has a first
図3に示すように、第1外周面13は、トップリング1の外周端部に設けられる第1外周端面S11と、第1外周端面S11と第1上面11及び第1下面12とをそれぞれ接続する一対の接続面S12,S12と、を含む。一対の接続面S12,S12の一方は、第1外周端面S11の上側(燃焼室30側)の周縁(以下、上縁)E11と第1上面11の外周縁E101とを接続する。一対の接続面S12,S12の他方は、第1外周端面S11の下側(クランク室40側)の周縁(以下、下縁)E12と第1下面12の外周縁E102とを接続する。
As shown in FIG. 3, the first outer
第1外周端面S11は、バレル形状に形成されている。即ち、第1外周端面S11は、トップリング1の周長方向と直交する断面において、トップリング1において最大径となる第1頂部P1を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲している。第1外周端面S11の第1頂部P1は、第1外周面13においてトップリング1の径方向最外に位置しており、第1外周端面S11は、使用状態においてシリンダ内壁20aを摺動する。この第1外周端面S11は、更に、第1頂部P1を境に軸方向に対称な対称バレル形状に形成されている。即ち、第1外周端面S11が周長方向に直交する断面において径方向外側に凸状となるように湾曲しており、第1外周端面S11の上縁E11と下縁E12とが径方向において揃っており、該凸状の第1頂部P1が第1外周端面S11においてトップリング1の軸方向(上下方向)の中央に位置している。
The first outer peripheral end surface S11 is formed in a barrel shape. That is, the first outer peripheral end surface S11 is curved so as to be convex outward in the radial direction including the first top portion P1 having the maximum diameter in the top ring 1 in a cross section orthogonal to the circumferential length direction of the top ring 1. There is. The first top portion P1 of the first outer peripheral end surface S11 is located on the first outer
図3の符号CL1は、トップリング1の中心軸A1に直交すると共に第1外周端面S1
1における軸方向中央位置を通る直線を示す。図3に示すように、第1頂部P1は、中央線CL1上に位置している。また、図3の符号a11及びa12は、バレル落差を表す。a11は、トップリング1における燃焼室30側のバレル落差、即ち、トップリング1の第1頂部P1と第1外周端面S11の上縁E11との径方向における距離を示す。a11は、使用状態におけるシリンダ内壁20aから第1外周端面S11の上縁E11までの距離と等しい。同様に、a12は、トップリング1におけるクランク室40側のバレル落差、即ち、トップリング1の第1頂部P1と第1外周端面S11の下縁E12との径方向における距離を示す。a12は、使用状態におけるシリンダ内壁20aから第1外周端面S11の下縁E12までの距離と等しい。本例では、第1外周端面S11が対称バレル形状に形成されているため、第1外周端面S11の上縁E11と下縁E12とが径方向において揃っている。これにより、a11とa12とが等しくなっている。また、図3の符号b11は、第1外周端面S11の第1頂部P1と第1外周端面S11の上縁E11との軸方向における距離を示す。また、b12は、第1外周面13の第1頂部P1と第1外周端面S11の下縁E12との軸方向における距離を示す。本例では、第1外周端面S11が対称バレル形状に形成されているため、b11とb12とが等しくなっている。
The reference numeral CL1 in FIG. 3 is orthogonal to the central axis A1 of the top ring 1 and is the first outer peripheral end surface S1.
A straight line passing through the central position in the axial direction at 1 is shown. As shown in FIG. 3, the first top P1 is located on the center line CL1. Further, reference numerals a11 and a12 in FIG. 3 represent barrel heads. a11 indicates the barrel head on the
なお、本例では、第1外周端面S11が対称バレル形状に形成されているが、第1外周端面S11の形状はこれに限定されない。第1外周端面S11は、バレル形状であればよく、対称バレル形状でなくともよい。つまり、第1外周端面S11は、トップリング1において最大径となる第1頂部P1を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した形状であればよい。例えば、第1外周端面S11は、偏心バレル形状であってもよい。その場合、下縁E12が上縁E11よりも径方向外側に位置し、第1頂部P1がクランク室40側にオフセットすることとなる。また、トップリング1は、一対の接続面S12,S12を有さずに、第1外周端面S11が第1上面11及び第1下面12に連なっていてもよい。即ち、第1外周面13の全域が第1外周端面S11であってもよい。
In this example, the first outer peripheral end surface S11 is formed in a symmetrical barrel shape, but the shape of the first outer peripheral end surface S11 is not limited to this. The first outer peripheral end surface S11 may have a barrel shape and may not have a symmetrical barrel shape. That is, the first outer peripheral end surface S11 may have a shape curved so as to be convex outward in the radial direction including the first top portion P1 having the maximum diameter in the top ring 1. For example, the first outer peripheral end surface S11 may have an eccentric barrel shape. In that case, the lower edge E12 is located radially outside the upper edge E11, and the first top portion P1 is offset toward the
[セカンドリング]
次に、実施形態に係るセカンドリング2について説明する。図2に示すように、実施形態に係るセカンドリング2は、セカンドリング溝102において下側に配置された本体リング4と、セカンドリング溝102において上側に配置され、本体リング4と共にシリンダ内壁20aを摺動するサイドレール5と、を含む。
[Second ring]
Next, the
図4は、実施形態に係る本体リング4の周長方向に直交する断面図である。図4に示すように、本体リング4は、上側に設けられた第2上面41と、下側に設けられた第2下面42と、第2上面41の外周縁E401と第2下面42の外周縁E402とを接続する第2外周面43と、第2上面41の内周縁E403と第2下面42の内周縁E404とを接続する第2内周面44と、を有する。本体リング4がセカンドリング溝102に装着された使用状態にあるとき、第2上面41が上側に位置してサイドレール5に当接し、第2下面42が下側に位置して下壁W2に対向し、第2外周面43がシリンダ内壁20aを摺動する。第2上面41と第2下面42とによって、本体リング4の軸方向における幅が規定される。
FIG. 4 is a cross-sectional view orthogonal to the circumferential length direction of the
図4に示すように、第2外周面43は、本体リング4の外周端部に設けられる第2外周端面S41と、第2外周端面S41と第2上面41及び第2下面42とをそれぞれ接続する一対の接続面S42,S42と、を含む。一対の接続面S42,S42の一方は、第2外周端面S41の上縁E41と第2上面41の外周縁E401とを接続する。一対の接続面S42,S42の他方は、第2外周端面S41の下縁E42と第2下面42の外周縁E402とを接続する。
As shown in FIG. 4, the second outer
第2外周端面S41は、トップリング1の第1外周端面S11と同様に、バレル形状に
形成されている。即ち、第2外周端面S41は、本体リング4の周長方向と直交する断面において、本体リング4において最大径となる第2頂部P4を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲している。第2外周端面S41の第2頂部P4は、第2外周面43において本体リング4の径方向最外に位置しており、第2外周端面S41は、使用状態においてシリンダ内壁20aを摺動する。この第2外周端面S41は、更に、第2頂部P4を境に軸方向に対称な対称バレル形状に形成されている。即ち、第2外周端面S41が周長方向に直交する断面において径方向外側に凸状となるように湾曲しており、第2外周端面S41の上縁E41と下縁E42とが径方向において揃っており、該凸状の第2頂部P4が第2外周端面S41において本体リング4の軸方向(上下方向)の中央に位置している。
The second outer peripheral end surface S41 is formed in a barrel shape like the first outer peripheral end surface S11 of the top ring 1. That is, the second outer peripheral end surface S41 is curved so as to be convex outward in the radial direction including the second top portion P4 having the maximum diameter in the
図4の符号CL4は、本体リング4の中心軸A4に直交すると共に第2外周端面S41における軸方向中央位置を通る直線を示す。図4に示すように、第2頂部P4は、中央線CL4上に位置している。また、図4の符号a41及びa42は、バレル落差を表す。a41は、本体リング4における燃焼室30側のバレル落差、即ち、本体リング4の第2頂部P4と第2外周端面S41の上縁E41との径方向における距離を示す。a41は、使用状態におけるシリンダ内壁20aから第2外周端面S41の上縁E41までの距離と等しい。同様に、a42は、本体リング4におけるクランク室40側のバレル落差、即ち、本体リング4の第2頂部P4と第2外周端面S41の下縁E42との径方向における距離を示す。a42は、使用状態におけるシリンダ内壁20aから第2外周端面S41の下縁E42までの距離と等しい。本例では、第2外周端面S41が対称バレル形状に形成されているため、第2外周端面S41の上縁E41と下縁E42とが径方向において揃っている。これにより、a41とa42とが等しくなっている。また、図4の符号b41は、第2外周端面S41の第2頂部P4と第2外周端面S41の上縁E41との軸方向における距離を示す。また、b42は、第2外周面43の第2頂部P4と第2外周端面S41の下縁E42との軸方向における距離を示す。本例では、第2外周端面S41が対称バレル形状に形成されているため、b41とb42とが等しくなっている。
Reference numeral CL4 in FIG. 4 indicates a straight line orthogonal to the central axis A4 of the
なお、本例では、第2外周端面S41が対称バレル形状に形成されているが、第2外周端面S41の形状はこれに限定されない。第2外周端面S41は、バレル形状であればよく、対称バレル形状でなくともよい。つまり、第2外周端面S41は、本体リング4において最大径となる第2頂部P4を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した形状であればよく、後述するように、偏心バレル形状であってもよい。また、本体リング4は、一対の接続面S42,S42を有さずに、第2外周端面S41が第2上面41及び第2下面42に連なっていてもよい。即ち、第2外周面43の全域が第2外周端面S41であってもよい。
In this example, the second outer peripheral end surface S41 is formed in a symmetrical barrel shape, but the shape of the second outer peripheral end surface S41 is not limited to this. The second outer peripheral end surface S41 may have a barrel shape and may not have a symmetrical barrel shape. That is, the second outer peripheral end surface S41 may have a shape that includes the second top P4 having the maximum diameter in the
図5は、実施形態に係るサイドレール5の周長方向に直交する断面図である。図5の符号A5は、サイドレール5の中心軸を示す。図5に示すように、サイドレール5は、上側に設けられたカバー上面51と、下側に設けられたカバー下面52と、カバー上面51の外周縁E501とカバー下面52の外周縁E502とを接続するカバー外周面53と、カバー上面51の内周縁E503とカバー下面52の内周縁E504とを接続するカバー内周面54と、を有する。サイドレール5がセカンドリング溝102に装着された使用状態にあるとき、カバー上面51が上側に位置してセカンドリング溝102の上壁W1に対向し、カバー下面52が下側に位置して本体リング4に当接し、カバー外周面53がシリンダ内壁20aを摺動する。カバー上面51とカバー下面52とによって、サイドレール5の軸方向における幅が規定される。サイドレール5は、周長方向に直交する断面において略矩形状に形成されており、カバー外周面53は、軸方向に沿って延びる平坦なストレート形状に形成されている。なお、カバー外周面53は、バレル形状に形成されていてもよく、また、テーパ形状でもよいが、これに限られない。サイドレール5は、本発明に係る「カバーリング」の一例である。
FIG. 5 is a cross-sectional view orthogonal to the circumferential length direction of the
図6は、使用状態におけるセカンドリング2の斜視図である。図6では、便宜上、ピストン10やシリンダ20の図示を省略している。符号G4は、本体リング4に形成された合口を示す。符号B4は、本体リング4のうち、合口G4を除く部分(本体部)を示す。また、符号G5は、サイドレール5に形成された合口を示す。符号B5は、サイドレール5のうち、合口G5を除く部分(本体部)を示す。図6に示すように、セカンドリング2は、本体リング4の合口G4とサイドレール5の合口G5とが本体リング4の軸方向において重ならないように、セカンドリング溝102に設けられる。そして、本体リング4の合口G4にはサイドレール5の本体部B5が上側から重なっている。つまり、サイドレール5は、セカンドリング溝102において、本体リング4の合口G4を上側から覆うように本体リング4に重なっている。
FIG. 6 is a perspective view of the
[オイルリング]
次に、実施形態に係るオイルリング3について説明する。図7は、実施形態に係るオイルリング3が使用状態にあるときのオイルリング3の周長方向に直交する断面図である。また、図8は、実施形態に係るセグメント7の周長方向に直交する断面図である。図7では、オイルリング3がオイルリング溝103に装着された使用状態を示している。図7に示すように、オイルリング3は、所謂3ピースのオイルリングである。より具体的には、オイルリング3は、オイルリング3の軸回りに環状に形成され、互いに独立してオイルリング3の軸方向に並んで設けられた一対のセグメント7,7と、一対のセグメント7,7を径方向外側(シリンダ内壁20a)に付勢するエキスパンダ・スペーサ6と、を含んで構成されている。実施形態に係るオイルリング3は、一対のセグメント7,7を、同一の形状としている。一対のセグメント7,7は、本発明における「一対の摺動部」の一例である。以下、一対のセグメント7,7のうち、上側(燃焼室30側)に配置されたセグメント7を上側セグメント7Uと称し、下側(クランク室40側)に配置されたセグメント7を下側セグメント7Lと称し、これらを区別しないときは、単にセグメント7と称する。
[Oil ring]
Next, the
図7及び図8に示すように、セグメント7は、上側に設けられた第3上面71と、下側に設けられた第3下面72と、第3上面71の外周縁E701と第3下面72の外周縁E702とを接続する第3外周面73と、第3上面71の内周縁E703と第3下面72の内周縁E704とを接続する第3内周面74と、を有する。上側セグメント7Uは、オイルリング3が、オイルリング溝103に装着された状態、即ち、使用状態にあるとき、第3上面71がオイルリング溝103の上壁W1に対向し、第3下面72及び第3内周面74がエキスパンダ・スペーサ6に当接し、第3外周面73がシリンダ内壁20aを摺動するように、設けられる。下側セグメント7Lは、オイルリング3が使用状態にあるとき、第3下面72がオイルリング溝103の下壁W2に対向し、第3上面71及び第3内周面74がエキスパンダ・スペーサ6に当接し、第3外周面73がシリンダ内壁20aを摺動するように、設けられる。第3上面71と第3下面72とによって、セグメント7の軸方向における幅が規定される。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
図8に示すように、第3外周面73は、セグメント7の外周端部に設けられる第3外周端面S71と、第3外周端面S71と第3上面71及び第3下面72とをそれぞれ接続する一対の接続面S72,S72と、を含む。一対の接続面S72,S72の一方は、第3外周端面S71の上縁E71と第3上面71の外周縁E701とを接続する。一対の接続面S72,S72の他方は、第3外周端面S71の下縁E72と第3下面72の外周縁E702とを接続する。
As shown in FIG. 8, the third outer
第3外周端面S71は、トップリング1の第1外周端面S11やセカンドリング2の本体リング4の第2外周端面S41と同様に、バレル形状に形成されている。即ち、第3外
周端面S71は、セグメント7の周長方向と直交する断面において、セグメント7において最大径となる第3頂部P7を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲している。第3外周端面S71の第3頂部P7は、第3外周面73においてセグメント7の径方向最外に位置しており、第3外周端面S71は、使用状態においてシリンダ内壁20aを摺動する。この第3外周端面S71は、更に、第3頂部P7を境に軸方向に対称な対称バレル形状に形成されている。即ち、第3外周端面S71が周長方向に直交する断面において径方向外側に凸状となるように湾曲しており、第3外周端面S71の上縁E71と下縁E72とが径方向において揃っており、該凸状の第3頂部P7が第3外周端面S71においてセグメント7の軸方向(上下方向)の中央に位置している。
The third outer peripheral end surface S71 is formed in a barrel shape like the first outer peripheral end surface S11 of the top ring 1 and the second outer peripheral end surface S41 of the
図8の符号CL7は、セグメント7の中心軸A7に直交すると共に第3外周端面S71における軸方向中央位置を通る直線を示す。図8に示すように、第3頂部P7は、中央線CL7上に位置している。また、図8の符号a71及びa72は、バレル落差を表す。a71は、セグメント7における燃焼室30側のバレル落差、即ち、セグメント7の第3頂部P7と第3外周端面S71の上縁E71との径方向における距離を示す。a71は、使用状態におけるシリンダ内壁20aから第3外周端面S71の上縁E71までの距離と等しい。同様に、a72は、セグメント7におけるクランク室40側のバレル落差、即ち、セグメント7の第3頂部P7と第3外周端面S71の下縁E72との径方向における距離を示す。a72は、使用状態におけるシリンダ内壁20aから第3外周端面S71の下縁E72までの距離と等しい。本例では、第3外周端面S71が対称バレル形状に形成されているため、第3外周端面S71の上縁E71と下縁E72とが径方向において揃っている。これにより、a71とa72とが等しくなっている。また、図8の符号b71は、第3外周端面S71の第3頂部P7と第3外周端面S71の上縁E71との軸方向における距離を示す。また、b72は、第3外周面73の第3頂部P7と第3外周端面S71の下縁E72との軸方向における距離を示す。本例では、第3外周端面S71が対称バレル形状に形成されているため、b71とb72とが等しくなっている。
Reference numeral CL7 in FIG. 8 indicates a straight line orthogonal to the central axis A7 of the
なお、本例では、第3外周端面S71が対称バレル形状に形成されているが、第3外周端面S71の形状はこれに限定されない。第3外周端面S71は、バレル形状であればよく、対称バレル形状でなくともよい。つまり、第3外周端面S71は、セグメント7において最大径となる第3頂部P7を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した形状であればよく、後述するように、偏心バレル形状であってもよい。また、セグメント7は、一対の接続面S72,S72を有さずに、第3外周端面S71が第3上面71及び第3下面72に連なっていてもよい。即ち、第3外周面73の全域が第3外周端面S71であってもよい。
In this example, the third outer peripheral end surface S71 is formed in a symmetrical barrel shape, but the shape of the third outer peripheral end surface S71 is not limited to this. The third outer peripheral end surface S71 may have a barrel shape and may not have a symmetrical barrel shape. That is, the third outer peripheral end surface S71 may have a shape that includes the third top P7 having the maximum diameter in the
[セカンドリングのオイルシール機能について]
図9及び図10は、実施形態に係るセカンドリング2が使用状態にあるときのセカンドリング2の周長方向に直交する断面図である。図9及び図10では、ピストン10の下降行程におけるセカンドリング2の状態が示されている。図9は、図6のA―A断面に対応している。つまり、図9では、セカンドリング2のうち、本体リング4の本体部B4とサイドレール5の本体部B5とが重なっている部分における断面が示されている。また、図10は、図6のB―B断面に対応している。つまり、図10では、セカンドリング2のうち、本体リング4の合口G4部分における断面が示されている。なお、図9及び図10の白抜き矢印は、オイルの流れを示している。
[About the oil seal function of the second ring]
9 and 10 are cross-sectional views orthogonal to the circumferential length direction of the
図9及び図10に示すように、ピストン10の下降行程では、セカンドリング2に作用する上向きの慣性力により、サイドレール5のカバー上面51がセカンドリング溝102の上壁W1に押し付けられ、本体リング4の第2上面41がサイドレール5のカバー下面52に押し付けられる。サイドレール5のカバー上面51がセカンドリング溝102の上
壁W1に押し付けられることで、セカンドリング溝102に存在するオイルがサイドレール5のカバー上面51とセカンドリング溝102の上壁W1との間を通って隙間PC1へ流出することが抑制される。以上のようにして、オイルがセカンドリング溝102から隙間PC1へ流出することによるオイルの燃焼室30側への流出(オイル上がり)が抑制される。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the descending stroke of the
また、図9に示すように、セカンドリング2における本体リング4の本体部B4とサイドレール5の本体部B5とが重なっている部分では、本体リング4の本体部B4がシリンダ内壁20aを摺動することで隙間PC1に存在するオイルが下方(クランク室40側)に掻き落とされる。一方、図10に示すように、セカンドリング2における本体リング4の合口G4部分では、隙間PC1に存在するオイルが本体リング4に形成された隙間である合口G4に下側(クランク室40側)から流入することがある。これに対して、実施形態に係るセカンドリング2では、上述のように、本体リング4の合口G4がサイドレール5の本体部B5によって上側(燃焼室30側)から覆われている。そのため、本体リング4の合口G4に流入したオイルが合口G4から上側へ流出することが、サイドレール5によって抑制される。以上のようにして、隙間PC1に存在するオイルが本体リング4の合口G4を下側から上側へ通り抜けることによるオイル上がりも抑制される。
Further, as shown in FIG. 9, in the portion where the main body portion B4 of the
[比較例]
ここで、図11は、比較例に係るピストンリングの組み合わせが設けられた内燃機関200のリング溝付近を示す図である。比較例に係る内燃機関200は、セカンドリング2に代えてセカンドリング202を用いる点で内燃機関100と相違する。セカンドリング202は、セカンドリング2とは異なり、サイドレール5を有さない。また、セカンドリング202においてシリンダ内壁20aを摺動するリング外周面2023は、燃焼室30側に向かって徐々に縮径されたテーパ形状に形成されている。
[Comparison example]
Here, FIG. 11 is a diagram showing the vicinity of the ring groove of the
[作用・効果]
次に、比較例との対比により、実施形態に係るピストンリングの組み合わせによる作用及び効果について説明する。上述のように、実施形態に係るピストンリングの組合せでは、トップリング1、セカンドリング2の本体リング4、及びオイルリング3の外周端面をバレル形状としている。つまり、各ピストンリングの外周端面は、リングの最大径となる頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した形状となっている。これにより、各ピストンリングが湾曲面でシリンダ内壁20aを摺動することとなる。そのため、実施形態に係るピストンリングの組み合わせによると、セカンドリングの外周面をテーパ形状とした比較例に係るピストンリングの組み合わせと比較して、シリンダ内壁20aとの間に生じる摩擦(フリクション)を低減し、内燃機関100における摩擦損失を低減することができる。
[Action / Effect]
Next, the action and effect of the combination of the piston rings according to the embodiment will be described in comparison with the comparative example. As described above, in the combination of the piston rings according to the embodiment, the top ring 1, the
一方、ピストンリング単体で評価したとき、ピストンリングの外周面をバレル形状とした場合、外周面をテーパ形状とした場合と比較してオイルを掻き落す機能が低下する傾向がある。これに対して、実施形態に係るセカンドリング2は、使用状態において本体リング4の合口G4がサイドレール5によって覆われるように構成されている。これにより、隙間PC1に存在するオイルが本体リング4の合口G4を下側から上側へ通り抜けることによるオイル上がりを抑制することができる。その結果、オイルシール性能を確保することができる。
On the other hand, when the piston ring alone is evaluated, when the outer peripheral surface of the piston ring has a barrel shape, the function of scraping off oil tends to be lower than when the outer peripheral surface has a tapered shape. On the other hand, the
つまり、実施形態に係るピストンリングの組み合わせによれば、各ピストンリングの外周面をバレル形状とすることで比較例に係るピストンリングの組み合わせよりも摩擦損失を低減しつつも、セカンドリング2の本体リング4の合口G4をサイドレール5によって上側から覆うことでオイルシール性能を確保することができる。
That is, according to the combination of the piston rings according to the embodiment, the outer peripheral surface of each piston ring has a barrel shape, so that the friction loss is reduced as compared with the combination of the piston rings according to the comparative example, but the main body of the
なお、図9及び図10に示されるように、実施形態に係るセカンドリング2では、サイドレール5によって本体リング4の合口G4が全体を上側から覆われるように構成されているが、本発明に係るセカンドリングはこれに限定されない。本発明は、カバーリングが本体リングの合口の少なくとも一部を上側から覆うように本体リングに重なっていればよい。本発明に係るカバーリングは本体リングと共にシリンダ内壁を摺動するように構成されている。そのため、サイドレール5が本体リング4に重なることで、使用状態において合口G4のうち隙間PC1に位置する領域(図10において符号X1で示すドットパターンの領域)の少なくとも一部が、サイドレール5によって上側から覆われることとなる。これにより、本体リング4の合口G4に流入した隙間PC1のオイルが合口G4を下側から上側へ通り抜けることをサイドレール5によって抑制することができ、シール性能を確保することができる。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the
ここで、図9及び図10の符号t1は、サイドレール5の径方向における幅を示す。また、符号d1は、ピストン10がシリンダ20に装着された場合にシリンダ内壁20aとピストン外周面10aとの間に確保される最大の離間距離を示す。ピストン10がシリンダ20内を往復する際、ピストン10の首振り運動(ピストンスラップとも呼ぶ)によって、隙間PC1の大きさ、つまりシリンダ内壁20aとピストン外周面10aとの離間距離が変化することがある。最大の離間距離d1は、ピストンスラップ等を考慮して想定される。このとき、実施形態に係るセカンドリング2は、t1がd1よりも大きくなるように構成されている。これにより、離間距離が変化しても上述の領域X1の全域をサイドレール5によって上側から覆うことができる。その結果、安定したシール性能を確保することができる。
Here, reference numeral t1 in FIGS. 9 and 10 indicates the width of the
また、セカンドリング2は、ピストン10の往復運動に伴う振動等によってサイドレール5が本体リング4に対して周長方向へ相対的に回転することを抑制するための、回り止め手段を有してもよい。回り止め手段は、例えば、本体リング4の第2上面41とサイドレール5のカバー下面52のうち一方に形成された突起と、他方に形成されて当該突起に係合する溝(ノッチ)と、を含んで形成されてもよい。回り止め手段によって、本体リング4とサイドレール5の相対的な回転が抑制されるため、サイドレール5の合口G5が本体リング4の合口G4の重なることを抑制することができる。その結果、サイドレール5によって本体リング4の合口G4が上側から覆われた状態が維持され、オイルシール性能をより高めることができる。
Further, the
ここで、図12は、実施形態に係るセカンドリング2が使用状態にあるときのセカンドリング2の周長方向に直交する断面図である。図12では、ピストン10の下降行程におけるセカンドリング2の状態が示されている。図12は、図6のC―C断面に対応している。つまり、図12では、セカンドリング2のうち、サイドレール5の合口G5部分における断面が示されている。図12の白抜き矢印は、オイルの流れを示している。
Here, FIG. 12 is a cross-sectional view orthogonal to the circumferential length direction of the
セカンドリング2におけるサイドレール5の合口G5部分では、セカンドリング溝102に存在するオイルがサイドレール5の合口G5に径方向内側から流入し、隙間PC1へ流出する可能性がある。ここで、図12の符号w4は、本体リング4の軸方向における幅を示し、符号w5は、サイドレール5の軸方向における幅を示す。このとき、実施形態に係るセカンドリング2は、w5がw4よりも小さくなるように構成されている。つまり、サイドレール5は本体リング4よりも軸方向において薄幅となっている。サイドレール5が薄幅となることで、セカンドリング溝102に存在するオイルがサイドレール5の合口G5に流入し難くなっている。これにより、セカンドリング溝102に存在するオイルがサイドレール5の合口G5を通り抜けることによるオイル上がりを抑制することができ、オイルシール性能をより高めることができる。
At the abutment G5 portion of the
<実施形態の変形例>
以下、実施形態の変形例に係るピストンリングの組み合わせについて説明する。変形例の説明では、上述までに説明した実施形態に係るピストンリングの組み合わせとの相違点を中心に説明し、同様の点については同一の符号を付すことにより詳細な説明は割愛する。
<Modified example of the embodiment>
Hereinafter, the combination of the piston rings according to the modified example of the embodiment will be described. In the description of the modified example, the differences from the combination of the piston rings according to the embodiments described above will be mainly described, and the same points will be designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
[変形例1]
図13は、変形例1に係るセカンドリング2Aが使用状態にあるときのセカンドリング2Aの周長方向に直交する断面図である。変形例1に係るピストンリングの組み合わせは、上述のセカンドリング2に代えて、セカンドリング2Aを用いる点で、上述までのピストンリングの組み合わせと相違する。図14は、変形例1に係る本体リング4Aを示す図であって、図14(A)は、本体リング4Aの周長方向に直交する断面図であり、図14(B)は、本体リング4Aの内周側下部を示す拡大図である。図14(A)に示すように、本体リング4Aの第2内周面44は、本体リング4Aの内周端部に設けられた第2内周端面441と、第2内周端面441と第2下面42とを接続するインナーカット面442と、を含む。第2内周端面441は、本体リング4Aの最内周部位を構成する面であり、軸方向に沿って延びるストレート形状に形成されている。また、第2内周端面441は、第2下面42よりも上側であって径方向内側に形成されている。ここで、図14(B)の符号VP4は、第2内周端面441を下側に延ばした仮想内周端面を示す。また、符号VP2は、第2下面42を径方向内側に延ばした仮想下面を示す。仮想下面は、本願でいう「仮想端面」の一形態に相当する。仮想内周端面VP4と仮想下面VP2とが交わることで形成される仮想の角部を、仮想下角部と称し、符号VC1で示す。仮想下角部は、本願でいう「仮想角部」の一形態に相当する。
[Modification 1]
FIG. 13 is a cross-sectional view orthogonal to the circumferential length direction of the
図14(B)に示すように、インナーカット面442は、仮想下角部VC1における、仮想内周端面VP4と仮想下面VP2との交差部分VC11を含む所定部位が本体リング4Aに含まれないように、第2内周端面441と第2下面42とを接続している。これにより、第2内周端面441と第2下面42との間には、切欠であるインナーカット45が形成されている。その結果、本体リング4Aは、内周側の下部が切り欠かれた形状(インナーカット形状)となっている。
As shown in FIG. 14B, the
このようにインナーカット面442が形成された本体リング4Aでは、全体的な応力のバランスが非対称となる。この本体リング4Aをピストン10に装着し、且つ、シリンダ20に装着した場合、本体リング4Aに捩れが生じる。本体リング4Aが捩れることで、サイドレール5が本体リング4によってセカンドリング溝102の上壁W1へ付勢される。これにより、サイドレール5がセカンドリング溝102の上壁W1に対して強く押し付けられることとなり、サイドレール5のばたつきが抑制される。サイドレール5のばたつきが抑制されることで、サイドレール5の姿勢が安定する。その結果、変形例1に係るピストンリングの組み合わせによると、本体リング4Aの合口G4がサイドレール5によって覆われた状態が維持され、オイルシール性能をより高めることができる。
In the
なお、インナーカット面442は、一つの平面や曲面で第2内周端面441と第2下面42とを接続するように形成されてもよく、別法として複数の平面や曲面で第2内周端面441と第2下面42とを接続するように形成されてもよい。例えば、図14(B)の断面図において切り欠かれた部位(インナーカット面442、仮想内周端面VP4、仮想下面VP2で囲まれる部位)が矩形状になるように、インナーカット面を設定してもよい。また、別法として、インナーカット面442を、第2内周端面441と第2上面41とを接続するように、すなわち、本体リング4Aの内周側の上部を切り欠くように形成してもよい。この場合、第2内周端面441を上側に延ばした仮想内周端面と第2上面41を径
方向内側に延ばした仮想上面(本願でいう「仮想端面」の一形態に相当する)とが交わることで形成される仮想上角部(本願でいう「仮想角部」の一形態に相当する)における交差部分を含む所定部位が本体リング4Aに含まれなくなる。この場合でも、上述したように本体リング4Aに捩れを生じさせ、サイドレール5のばたつきが抑制される。
The
[変形例2]
図15は、変形例2に係るオイルリング3Bが使用状態にあるときのオイルリング3Bの周長方向に直交する断面図である。変形例2に係るピストンリングの組み合わせは、上述のオイルリング3に代えて、オイルリング3Bを用いる点で、上述までのピストンリングの組み合わせと相違する。図16は、変形例2に係るセグメント7Bの周長方向に直交する断面図である。図16に示すように、変形例2に係るセグメント7Bの第3外周端面S71は、上述のセグメント7と同様に、バレル形状に形成されている。つまり、セグメント7Bの第3外周端面S71は、セグメント7Bの周長方向に直交する断面において、セグメント7Bの外周端部に設けられると共にセグメント7Bにおいて最大径となる第3頂部P7を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲している。更に、セグメント7Bの第3外周端面S71は、偏心バレル形状に形成されている。具体的には、セグメント7Bの第3外周端面S71は、下縁E72が上縁E71よりも径方向外側に位置し、且つ、セグメント7Bの軸方向において第3頂部P7が第3外周端面S71の中央位置よりも下縁E72側に位置するように、形成されている。これにより、第3外周端面S71は、第3頂部P7を境に軸方向に非対称な偏心バレル形状に形成されている。変形例2では、第3外周端面S71が偏心バレル形状に形成されているため、a72がa71よりも小さくなっており、b72がb71よりも小さくなっている。
[Modification 2]
FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the circumferential length direction of the
変形例2によると、オイルリング3Bのセグメント7Bの第3外周端面S71を偏心バレル形状とすることで、使用状態において、第3頂部P7を境に、クランク室40側におけるシリンダ内壁20aと第3外周端面S71との隙間を、燃焼室30側における該隙間よりも小さくすることができる。これにより、ピストン10の下降時においては、オイルを好適に掻き落とすことができ、ピストン10の上昇時においては、くさび効果により第3外周端面S71がオイルに乗り上げるため、オイルの掻き上げを防止することができる。その結果、変形例2に係るピストンリングの組み合わせによると、オイルシール性能をより高めることができる。
According to the second modification, the third outer peripheral end surface S71 of the
なお、図15に示すように、変形例2では、一対のセグメント7B,7Bの両方の第3外周端面S71を偏心バレル形状としたが、一対のセグメント7B,7Bのうち、一方の第3外周端面S71のみを偏心バレル形状としてもよい。例えば、上側セグメント7Uの第3外周端面S71を上述の偏心バレル形状とし、下側セグメント7Lの第3外周端面S71を対称バレル形状としてもよく、その逆としてもよい。但し、変形例2では、一対のセグメント7B,7Bの両方の第3外周端面S71を上述の偏心バレル形状とすることで、一方のみを偏心バレル形状とする場合よりもオイルシール性能をより高めることができる。
As shown in FIG. 15, in the modified example 2, the third outer peripheral end faces S71 of both the pair of
[変形例3]
図17は、変形例3に係るセカンドリング2Cが使用状態にあるときのセカンドリング2Cの周長方向に直交する断面図である。変形例3に係るピストンリングの組み合わせは、上述のセカンドリング2に代えて、セカンドリング2Cを用いる点で、上述までのピストンリングの組み合わせと相違する。図18は、変形例3に係る本体リング4Cの周長方向に直交する断面図である。図18に示すように、変形例3に係る本体リング4Cの第2外周端面S41は、上述の本体リング4と同様に、バレル形状に形成されている。つまり、本体リング4Cの第2外周端面S41は、本体リング4Cの周長方向に直交する断面において、本体リング4Cの外周端部に設けられると共に本体リング4Cにおいて最大径と
なる第2頂部P4を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲している。更に、本体リング4Cの第2外周端面S41は、偏心バレル形状に形成されている。具体的には、本体リング4Cの第2外周端面S41は、下縁E42が上縁E41よりも径方向外側に位置し、且つ、本体リング4Cの軸方向において第2頂部P4が第2外周端面S41の中央位置よりも下縁E42側に位置するように、形成されている。これにより、第2外周端面S41は、第2頂部P4を境に軸方向に非対称な偏心バレル形状に形成されている。変形例3では、第2外周端面S41が偏心バレル形状に形成されているため、a42がa41よりも小さくなっており、b42がb41よりも小さくなっている。
[Modification 3]
FIG. 17 is a cross-sectional view orthogonal to the circumferential length direction of the second ring 2C when the second ring 2C according to the modified example 3 is in use. The combination of the piston rings according to the modified example 3 is different from the combination of the piston rings described above in that the second ring 2C is used instead of the
変形例3によると、セカンドリング2Cの本体リング4Cの第2外周端面S41を偏心バレル形状とすることで、使用状態において、第2頂部P4を境に、クランク室40側におけるシリンダ内壁20aと第2外周端面S41との隙間を、燃焼室30側における該隙間よりも小さくすることができる。これにより、ピストン10の下降時においては、オイルを好適に掻き落とすことができ、ピストン10の上昇時においては、くさび効果により第2外周端面S41がオイルに乗り上げるため、オイルの掻き上げを防止することができる。その結果、変形例3に係るピストンリングの組み合わせによると、オイルシール性能をより高めることができる。
According to the third modification, the second outer peripheral end surface S41 of the
[変形例4]
図19は、変形例4に係るオイルリング3Dの周長方向に直交する断面図である。本発明に係るオイルリングは、図19に示すオイルリング3Dのように、所謂2ピースのオイルリングであってもよい。オイルリング3Dは、オイルリング3Dの軸回りに環状に形成されたオイルリング本体8と、オイルリング本体8を径方向外側へ付勢するコイル・エキスパンダEX1と、を有する。また、オイルリング本体8には、径方向外側に突出する一対のレール9,9がオイルリング3Dの軸方向に並んで形成されている。一対のレール9,9のうち、上側のレール9をレール9Uと称し,下側のレール9をレール9Lと称する。一対のレール9U,9Lは、オイルリング3における一対のセグメント7U,7Lに相当する部位であり、本発明における「一対の摺動部」の一例である。
[Modification 4]
FIG. 19 is a cross-sectional view orthogonal to the circumferential length direction of the
図19に示すように、レール9の第3外周端面S91は、レール9の周長方向に直交する断面において、レール9において最大径となる第3頂部P9を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した、バレル形状に形成されている。レール9の第3外周端面S91は、対称バレル形状であってもよいし、偏心バレル形状であってもよい。第3外周端面S91を偏心バレル形状に形成することで、オイルシール性能をより高めることができる。更に、レール9の第3外周端面S91は、バレル形状に限られず、ストレート形状やテーパ形状であってもよい。
As shown in FIG. 19, the third outer peripheral end surface S91 of the
<その他>
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した種々の形態は、可能な限り組み合わせることができる。例えば、ピストンリングの組み合わせにおいて、トップリングの外周面をバレル形状とし、セカンドリングの本体リングの外周端面を偏心バレル形状とし、オイルリングの外周端面を偏心バレル形状としてもよい。また、トップリング、セカンドリングの本体リング、及びオイルリングの外周端面を偏心バレル形状としてもよい。
<Others>
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the various embodiments described above can be combined as much as possible. For example, in the combination of piston rings, the outer peripheral surface of the top ring may have a barrel shape, the outer peripheral end surface of the main body ring of the second ring may have an eccentric barrel shape, and the outer peripheral end surface of the oil ring may have an eccentric barrel shape. Further, the outer peripheral end faces of the top ring, the main body ring of the second ring, and the oil ring may have an eccentric barrel shape.
100 :内燃機関
10 :ピストン
20 :シリンダ
30 :燃焼室
40 :クランク室
1 :トップリング
2 :セカンドリング
3 :オイルリング
4 :本体リング
5 :サイドレール(カバーリングの一例)
6 :オイルリング本体
7 :セグメント(摺動部の一例)
100: Internal combustion engine 10: Piston 20: Cylinder 30: Combustion chamber 40: Crank chamber 1: Top ring 2: Second ring 3: Oil ring 4: Main body ring 5: Side rail (an example of covering)
6: Oil ring body 7: Segment (example of sliding part)
Claims (6)
前記トップリングは、該トップリングの周長方向に直交する断面において、該トップリングの外周端部に設けられると共に該トップリングにおいて最大径となる第1頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した第1外周端面を有し、
前記セカンドリングは、前記リング溝において前記ピストンの軸方向におけるクランク室側である下側に配置され、合口が形成された本体リングと、前記リング溝において前記ピストンの軸方向における燃焼室側である上側に配置され、前記本体リングと共に前記シリンダの内壁を摺動するカバーリングと、を含み、
前記本体リングは、該本体リングの周長方向に直交する断面において、該本体リングの外周端部に設けられると共に該本体リングにおいて最大径となる第2頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した第2外周端面を有し、
前記カバーリングは、前記リング溝において、前記本体リングの前記合口の少なくとも一部を上側から覆うように前記本体リングに重なっており、
前記オイルリングは、該オイルリングの軸回りに環状に形成され、該オイルリングの軸方向に並んで設けられた一対の摺動部を有し、
前記一対の摺動部の夫々は、該摺動部の周長方向に直交する断面において、該摺動部の外周端部に設けられると共に該摺動部において最大径となる第3頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した第3外周端面を有する、
ピストンリングの組み合わせ。 A combination of a piston ring including a top ring, a second ring, and an oil ring provided in a ring groove formed on the outer peripheral surface of a piston mounted on a cylinder of an internal combustion engine.
The top ring is provided at the outer peripheral end portion of the top ring in a cross section orthogonal to the peripheral length direction of the top ring, and is convex outward in the radial direction including the first top portion having the maximum diameter in the top ring. It has a first outer peripheral end face that is curved so as to be
The second ring is arranged on the lower side of the ring groove, which is the crank chamber side in the axial direction of the piston, and has a main body ring having a joint, and the ring groove is on the combustion chamber side of the piston in the axial direction. Includes a covering that is located on the upper side and slides along with the body ring on the inner wall of the cylinder.
The main body ring is provided at the outer peripheral end portion of the main body ring in a cross section orthogonal to the peripheral length direction of the main body ring, and is convex outward in the radial direction including a second top portion having the maximum diameter in the main body ring. It has a second outer peripheral end face that is curved so as to be
The cover ring overlaps the main body ring so as to cover at least a part of the abutment of the main body ring from above in the ring groove.
The oil ring is formed in an annular shape around the axis of the oil ring, and has a pair of sliding portions provided side by side in the axial direction of the oil ring.
Each of the pair of sliding portions includes a third top portion provided at the outer peripheral end portion of the sliding portion and having the maximum diameter in the sliding portion in a cross section orthogonal to the circumferential length direction of the sliding portion. Has a third outer peripheral end face curved so as to be radially outwardly convex.
Piston ring combination.
前記カバーリングの軸方向における幅は、前記本体リングの軸方向における幅よりも小さい、
請求項1に記載のピストンリングの組み合わせ。 A joint is formed in the cover ring, and the cover ring has a joint.
The axial width of the covering is smaller than the axial width of the body ring.
The combination of piston rings according to claim 1.
請求項1又は2に記載のピストンリングの組み合わせ。 The radial width of the covering is greater than the maximum separation distance secured between the inner wall of the cylinder and the outer peripheral surface of the piston when the piston is mounted on the cylinder.
The combination of piston rings according to claim 1 or 2.
前記インナーカット面は、前記内周端面を延ばした仮想内周端面と前記本体リングの上面又は下面を延ばした仮想端面とが交わることで形成される仮想角部における、該仮想内周端面と該仮想端面との交差部分を含む所定部位が該本体リングに含まれないように、形成されている、
請求項1から3の何れか一項に記載のピストンリングの組み合わせ。 The main body ring has an inner cut surface that connects the inner peripheral end surface provided at the inner peripheral end portion of the main body ring and the upper surface or the lower surface of the main body ring.
The inner cut surface is the virtual inner peripheral end surface and the virtual inner peripheral end surface in a virtual corner portion formed by the intersection of the virtual inner peripheral end surface on which the inner peripheral end surface is extended and the virtual end surface on which the upper surface or the lower surface of the main body ring is extended. A predetermined portion including an intersection with the virtual end face is formed so as not to be included in the main body ring.
The combination of piston rings according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4の何れか一項に記載のピストンリングの組み合わせ。 The lower edge of the third outer peripheral end surface of at least one of the pair of sliding portions is located radially outside the upper edge, and the third top portion thereof is the third outer peripheral portion in the axial direction of the sliding portions. It is formed so as to be located on the lower edge side of the center position of the end face.
The combination of piston rings according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から5の何れか一項に記載のピストンリングの組み合わせ。 The lower edge of the second outer peripheral end surface is located radially outside the upper edge, and the second top portion is located on the lower edge side of the center position of the second outer peripheral end surface in the axial direction of the main body ring. Formed to do,
The combination of piston rings according to any one of claims 1 to 5.
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