JPH09217832A - ピストンリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はピストンリングに関し、ピストンリ
ングの幅を増大させることなく燃焼室への潤滑油の流入
を抑制することが可能なピストンリングを提供すること
を目的とする。 【解決手段】 ピストンリング４０の外周面には環状溝
４８が形成されて２つの環状の凸部５０、５２が形成さ
れている。クランク室側の凸部５２には環状溝４８とピ
ストンリング４０のクランク室側とを連通する切り欠き
部５４が設けられている。切り欠き部５４により、環状
溝４８はピストンリング４０の油溜まりとして機能して
ピストンリング４０直下でのオイル圧上昇が抑制され、
燃焼室へのオイル漏れが抑制される。切り欠き部５４の
側面が傾斜されることにより、ピストンの下降時にピス
トンリングに回転方向の力が作用し、ピストンリング４
０に偏摩耗が生ずることが防止されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンリングに
係わり、特に、内燃機関のピストンとシリンダとの間の
ガスシール及びオイルシールを行なうピストンリングに
関する。

【０００２】

【従来の技術】レシプロ型内燃機関においては、シリン
ダ内の燃焼室の燃焼圧によりピストンがシリンダ内を往
復運動することにより機械的な出力が得られる。ピスト
ンとシリンダとの間のシールが不十分であると、燃焼室
内の気体が流出して所望の燃焼圧が得られず、また、過
大な量の潤滑油が燃焼室に侵入して燃焼され、潤滑油の
消費量が不当に多量となる等の問題が生ずる。

【０００３】かかる問題を防止するため、内燃機関等の
ピストンの外周面にはピストンリングが装着される。ピ
ストンリングは燃焼室の気密性を保つと共に、シリンダ
内壁に付着した潤滑油が燃焼室に侵入して潤滑油が過度
に消費されることを防止する機能を有している。このよ
うなピストンリングとして、例えば特開平６−２６５０
２０号に開示されるピストンリングが知られている。上
記従来のピストンリングは、その外周面にシリンダ内周
面と接触する２つの環状の凸部を備えている。ピストン
が上死点から下死点に向けて移動する際、これら２つの
凸部のクランク室側のコーナ部により、シリンダ内壁に
付着した潤滑油が掻き落とされる。上記従来のピストン
リングにおいては、クランク室側の凸部のクランク室側
の部位にアンダカットを設けることで、ピストンリング
直下に掻き集められた潤滑油の圧力が上昇することを抑
制し、これにより、潤滑油が燃焼室に侵入することを防
止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、上記従来
のピストンリングは２つの環状の凸部を備えており、そ
の間には環状の凹部が形成されている。かかる凹部は上
述の如きピストンリングの機能になんら寄与するもので
なく、従って、ピストンリングの軸方向の幅が凹部の幅
だけ不要に増大されていることになる。更に、上記従来
のピストンリングにおいては、クランク室側の凸部にア
ンダカットが設けられるので、凸部の剛性が維持される
ためには凸部の幅はアンダカットを設けない場合に比し
て大きくされなければならない。このように、上記従来
のピストンリングは、２つの凸部間の凹部、及びアンダ
カット部が形成されるために、ピストンリングの軸方向
の幅を必要以上に大きくしなければならないという問題
を有していた。

【０００５】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、ピストンリングの幅を不必要に大きくすること
なく潤滑油の燃焼室への侵入を抑制しうるピストンリン
グを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
記載の如く、外周面に２つの環状の凸部を備えたピスト
ンリングにおいて、前記２つの凸部間の凹部と該ピスト
ンリングのクランク室側とを連通する連通路を備えたピ
ストンリングにより達成される。

【０００７】請求項１記載の発明において、２つの凸部
のうちの燃焼室側の凸部により掻き落とされたシリンダ
内壁上の潤滑剤は、２つの凸部間の凹部に集められる。
２つの凸部間の凹部とピストンリングのクランク室側と
が連通路により連通されている。このため、凹部に集め
られた潤滑剤はクランク室側へ流出しうる。このよう
に、２つの凸部により潤滑油を掻き落とす効果を保ちつ
つ、クランク室側の凸部に連通路を形成することで、潤
滑油が燃料室へ流入するのが防止される。また、２つの
凸部間の凹部及び連通路は、ピストンが上死点から下死
点に向けて移動する際の油溜まりとして機能する。これ
により、クランク室側の凸部にアンダカットを設けるこ
となく、ピストンリングの直下での潤滑油の圧力が低下
される。このため、ピストンリング４０の軸方向の幅を
不必要に増大させることなく、潤滑油の燃焼室への流入
が抑制される。

【０００８】また、上記の目的は請求項２記載の如く、
請求項１記載のピストンリングにおいて、前記連通路
が、前記２つの凸部のうちのクランク室側の凸部に切り
欠きを形成することにより設けられると共に該連通路に
圧力が作用した際に前記ピストンリングに軸回りの回転
方向の分力が作用するように構成されたピストンリング
によっても達成される。

【０００９】請求項２記載の発明において、連通路はク
ランク室側の凸部に形成されている。このため、シリン
ダが上死点から下死点に向けて移動する際、シリンダ内
壁に付着した潤滑剤は連通路に進入し、潤滑剤の圧力が
連通路に作用する。連通路は、圧力が作用した際にピス
トンリングに回転方向の分力が作用するように構成され
ている。従って、シリンダが上死点から下死点に向けて
移動する際、かかる回転方向の分力によりピストンリン
グは回転される。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明のピストンリングが
装着される車載用内燃機関のピストン２０の斜視図を示
す。図１に示す如く、ピストン２０はシリンダ２２の内
部に摺動可能に配設されている。シリンダ２２とピスト
ン２０との間に形成される空間は燃焼室２６として機能
する。ピストン２０は燃焼室２６の爆発および圧縮に応
じて往復運動を行なう。ピストン２０の外周部には３つ
のピストンリング３０、３２、３４が装着されている。
これらピストンリング３０、３２、３４が装着されるこ
とにより、燃焼室２６に発生する高圧ガスがシリンダ２
２のクランク室側（図１中下側）に漏洩することが防止
されると共に、ピストン２０が下死点に向けて移動する
際に、これらピストンリング３０、３２、３４によって
シリンダ内壁３６に付着した潤滑油が掻き落とされるこ
とにより、過大な量の潤滑油が燃焼室内に侵入すること
が防止されている。

【００１１】以下、図２〜図７を参照して本発明の一実
施例であるピストンリング４０の構成について説明す
る。なお、ピストンリング４０は図１のピストンリング
３０、３２、３４のいずれにも好適に用いることができ
る。図２はピストンリング４０の上面図を示す。図２に
示す如く、ピストンリング４０は環状の鋳鉄製部材であ
り、その一部が切断除去されて切り口４２が形成されて
いる。切り口４２が形成されることにより、ピストンリ
ング４０がシリンダ２２に装着された際に、温度上昇に
より膨張して変形や損傷を受けることが防止されてい
る。

【００１２】図３には図２に示す直線III −III に沿っ
て切断した際の断面図を示す。図３に示す如く、ピスト
ンリング４０の外周面には環状溝４８が設けられてお
り、環状溝４８の両側に凸部５０、５２が形成されてい
る。凸部５０、５２の外周面はいずれも、クランク室側
（図３中下側）ほど径が大きくなるようなテーパ形状に
形成されている。図４には図２に示す直線IV−IVに沿っ
て切断した際の断面図を示す。図４に示す如く、図２に
示す直線IV−IVに沿った断面においては、クランク室側
（図４中下側）の凸部５２は切除されて切り欠き部５４
が形成されている。図２に示す如く、切り欠き部５４は
ピストンリング４０の周方向に略等間隔で７箇所に設け
られている。

【００１３】図５には切り欠き部５４をピストンリング
４０の径方向外側から見た図を示す。また、図６には図
５の切り欠き部５４の拡大図を示す。図５に示す如く、
切り欠き部５４が形成されることにより、環状溝４８と
ピストンリング４０のクランク室側（図５中下側）底面
とが連通されている。また、図６に示す如く、切り欠き
部５４は、その側面がピストンリング４０の軸方向に対
して所定の角度αで傾斜するように形成されている。

【００１４】ところで、内燃機関の潤滑油はクランク軸
の下方に設けられたオイルバンに蓄えられており、クラ
ンク軸及びコンロッドに設けられたオイル通路を介して
シリンダ２２内に供給される。これらオイル通路は、ピ
ストン２０が上死点付近にある状態でのみ潤滑油がシリ
ンダ２２内に供給されるように構成されている。このた
め、ピストン２０が上死点に位置する状態では、シリン
ダ内壁３６のピストンリング４０よりクランク室側の部
位には多量の潤滑油が付着している。

【００１５】上述の如きピストンリング４０の構成によ
れば、ピストンリング４０がシリンダ２２に装着される
と、凸部５０及び５２の先端部がシリンダ内壁３６に接
触する。そして、ピストン２０がシリンダ２２内を往復
運動すると、凸部５０及び５２の先端部がシリンダ内壁
３６に接触した状態で摺動する。ピストン２０が上死点
から下死点に向けて移動する際には、凸部５０及び５２
の先端部が、上述の如くシリンダ内壁３６に付着した潤
滑油を掻き落としながら、適切な厚みの潤滑油膜を形成
する。これにより、ピストン２０とシリンダ内壁３６と
の間の適切な潤滑効果が得られると共に、過大な量の潤
滑油が燃焼室２６に流入して不当に多量の潤滑油が消費
されることが防止されている。この場合、潤滑油が凸部
５０及び５２の２か所で掻き落とされることにより、潤
滑油の燃焼室２６への流入を防止する効果が高められて
いる。

【００１６】更に、上述の如く環状溝４８とピストンリ
ング４０のクランク室側とを連通する切り欠き部５４が
形成されている。このため、ピストン２０が上死点から
下死点に向けて移動する際、環状溝４８及び切り欠き部
５４は油溜まりとして機能し、ピストンリング４０の直
下における潤滑油の圧力が低下される。これにより、潤
滑油の燃料室２６への流入を防止する効果が更に高めら
れている。

【００１７】上述の如く、ピストンが下死点に位置する
場合には、シリンダ内壁３６には適切な厚みの潤滑油膜
が形成されている。従って、ピストン２０が下死点から
上死点に向けて移動する際には、かかる潤滑油膜を掻き
落とすことなくピストンリング４０とシリンダ内壁３６
とが摺動しなければならない。これに対して、本実施例
のピストンリング４０は、その凸部５０、５２の外周面
がクランク室側ほど径が大きくなるようなテーパ状に形
成されている。このため、凸部５０、５２の外周面とシ
リンダ内壁３６との間でのくさび効果により、凸部５
０、５２がシリンダ内壁３６に形成された潤滑油膜を掻
き落とすことが抑制されている。これにより、ピストン
２０が下死点から上死点に向けて移動する際にも、シリ
ンダ内壁３６に付着した潤滑油が燃焼室２６に流入する
ことが防止されている。

【００１８】このように、本実施例のピストンリング４
０においては、凸部５０及び５２により潤滑油を掻き落
とす効果を保ちつつ、クランク室側の凸部５２に切り欠
き部５４を形成することで、潤滑油が燃焼室２６へ流入
するのを効果的に防止している。この場合、上述の如く
環状溝４８及び切り欠き部５４がピストンリング４０の
直下での潤滑油の圧力を低下させる効果を有すること
で、凸部５２にアンダカットを設けることが不要とされ
ている。従って、ピストンリング４０の軸方向の幅を不
必要に増大させることなく、潤滑油の燃焼室２６への流
入を抑制することが可能とされている。

【００１９】ところで、シリンダ２２内には、燃料の燃
焼によって生ずるカーボン生成物や有鉛燃料に含有され
る鉛成分等の微細な固体の異物が存在する。これら異物
がピストンリング４０とシリンダ内壁３６との間に侵入
すると、侵入部位において油膜切れや局部的な圧力増大
などが生ずる。かかる現象が生ずると、ピストンリング
４０のシリンダ内壁３６との摺動面に局部的な摩耗の進
行や焼き付きが生ずることがある。

【００２０】これに対して、本実施例のピストンリング
４０においては、図６に示す如く、切り欠き部５４の側
面がピストン２０の軸方向に対して所定の角度αで傾斜
されている。このため、ピストン２０が上死点から下死
点に向けて移動する際に、切り欠き部５４の図６中左側
の側面には、該側面が潤滑油を掻き落とす力の反力とし
て圧力Ｐが作用する。かかる力Ｐは、図６に示す如く、
ピストンリング４０の周方向の成分Ｐ₁ を有している。
かかる周方向の成分Ｐ₁ により、ピストンリング４０
は、ピストン２０が上死点から下死点に向けて移動する
際に回転されることになる。このようにピストンリング
４０が強制的に回転されることにより、ピストンリング
４０とシリンダ内壁３６との間に異物が侵入した場合に
も、ピストンリング４０に局部的な摩耗が進行すること
が防止されている。なお、上記実施例のピストンリング
４０においては、切り欠き部５４の両側面を傾斜させる
こととしたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、図７に示す如く、ピストン２０が上死点から下死点
に向けて移動する際に潤滑油からの反力が作用する側の
側面（図７においては左側面）のみを傾斜させても上記
と同様の効果を得ることができる。

【００２１】また、本実施例のピストンリング４０は、
外周面に２つの凸部５０、５２を有する通常のピストン
リングの一方の凸部５２に切り欠きを形成することのみ
により製造することができる。このため、ピストンリン
グ４０の加工は容易であり、また、部品を付加する必要
もない。これにより、ピストンリング４０の製造コスト
は抑制され、また、付加的な部品が設けられないこと
で、ピストンリング４０の信頼性も向上されている。

【００２２】また、ピストンリング４０の外周面にはシ
リンダ内壁３６との摺動に伴って軸方向の摩擦力が作用
する。このため、ピストンリング４０の凸部５０、５２
の剛性が低いと、ピストン２０の移動時に、かかる摩擦
力により凸部５０、５２が変形することがある。凸部５
０、５２が変形すると、ピストンリング４０とシリンダ
内壁３６との間に隙間が生じて潤滑油が燃焼室へ侵入し
たり、あるいは、ピストンリング４０とシリンダ内壁３
６との間の圧力が局部的に上昇して、局部的な摩耗や焼
きつきが生じたりすることがある。

【００２３】これに対して、本実施例のピストンリング
４０においては、切り欠き部５４がピストンリング４０
の周方向の数カ所に設けられているのみであるため、切
り欠きが全周にわたって形成された場合に比して、凸部
５０、５２の剛性が向上されている。これにより、上述
の如き潤滑油の燃焼室への侵入や局部的な摩耗の進行が
生ずることが抑制されている。

【００２４】更に、ピストンリング４０においては、切
り欠き部５４の個数，位置、及び、側面の傾斜角αを自
由に設定することができる。このため、切り欠き部５４
に関するこれらパラメータを変更することにより、ピス
トンリング４０の油シール特性や作動時に作用する強制
回転力を最適状態に設定することができる。

【００２５】なお、上記実施例においては、環状溝４８
が上記した凹部に、切り欠き部５４が上記した連通路
に、それぞれ相当している。

【００２６】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、ピストンリングに凹部とピストンリングのクランク
室側とを連通する連通路を設けることにより、ピストン
リングの軸方向の幅を増大させることなく、潤滑油の燃
料室への流入を抑制する効果を向上させることができ
る。

【００２７】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の発明の効果に加えて、ピストンが下死点に向
けて移動する際にピストンリングを回転させることがで
きる。これにより、ピストンリングへの局部的な摩耗や
焼き付きの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のピストンリングが装着される内燃機関
用ピストンの斜視図である。

【図２】本発明の一実施例であるピストンリングの上面
図である。

【図３】本実施例のピストンリングを図２に示す直線II
I −III に沿って切断した際の断面図である。

【図４】本実施例のピストンリングを図２に示す直線IV
−IVに沿って切断した際の断面図である。

【図５】本実施例のピストンリングを図２に示す方向Ｖ
から見た際の側面図である。

【図６】図５に示す切り欠き部の拡大図である。

【図７】本実施例のピストンリングの切り欠き部のもう
一つの例を示す図である。

【符号の説明】

２０ ピストン ２２ シリンダ ３６ シリンダ内壁 ４０ ピストンリング ４８ 環状溝 ５０、５２ 凸部 ５４ 切り欠き部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面に２つの環状の凸部を備えたピス
   トンリングにおいて、 前記２つの凸部間の凹部と該ピストンリングのクランク
   室側とを連通する連通路を備えたことを特徴とするピス
   トンリング。
2. 【請求項２】 前記連通路は、前記２つの凸部のうちの
   クランク室側の凸部に切り欠きを形成することにより設
   けられると共に該連通路に圧力が作用した際に前記ピス
   トンリングに回転方向の分力が作用するように構成され
   たことを特徴とする請求項１記載のピストンリング。