JPH02540B2 - - Google Patents
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- JPH02540B2 JPH02540B2 JP56056909A JP5690981A JPH02540B2 JP H02540 B2 JPH02540 B2 JP H02540B2 JP 56056909 A JP56056909 A JP 56056909A JP 5690981 A JP5690981 A JP 5690981A JP H02540 B2 JPH02540 B2 JP H02540B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ring
- piston ring
- piston
- groove
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/12—Details
- F16J9/14—Joint-closures
- F16J9/16—Joint-closures obtained by stacking of rings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はレシプロ機械における気密用ピストン
リングに関するものであり、具体的には内燃機関
のピストンリング、スターリング機関のガスシー
ルリング、高圧縮比のコンプレツサ用ピストンリ
ングに係るものである。
リングに関するものであり、具体的には内燃機関
のピストンリング、スターリング機関のガスシー
ルリング、高圧縮比のコンプレツサ用ピストンリ
ングに係るものである。
まず最も運転条件の苛酷な内燃機関用ピストン
リングについて説明する。レシプロ内燃機関のピ
ストンリングに第一に要求されることは燃焼ガス
の気密であり潤滑油の制御である。近年、機関効
率の向上のためピストンリングの本数の減少が強
く望まれている。これはピストンリング（通常は
３〜４本を要する）の本数を減少させてピストン
リングとシリンダライナ内周面の摩擦損失を低減
する効果だけでなく、ピストンの軸方向の長さを
小さくして機関全体の高さを低くし、機関自体を
小型軽量化する効果も得ようとするものである。
リングについて説明する。レシプロ内燃機関のピ
ストンリングに第一に要求されることは燃焼ガス
の気密であり潤滑油の制御である。近年、機関効
率の向上のためピストンリングの本数の減少が強
く望まれている。これはピストンリング（通常は
３〜４本を要する）の本数を減少させてピストン
リングとシリンダライナ内周面の摩擦損失を低減
する効果だけでなく、ピストンの軸方向の長さを
小さくして機関全体の高さを低くし、機関自体を
小型軽量化する効果も得ようとするものである。
このようにピストンリングの本数を減少するた
めにはピストンリングの基本的機能であるガスシ
ール性と潤滑油制御性に優れたピストンリングで
あることが不可欠の条件である。
めにはピストンリングの基本的機能であるガスシ
ール性と潤滑油制御性に優れたピストンリングで
あることが不可欠の条件である。
燃焼ガスの気密を考慮した場合、燃焼ガスは第
１図に示すように、ピストンリング１の外周側の
合い口１５から漏れるので、第２図に示すような
ステツプカツトと称される軸方向に段差１５を設
けたピストンリング１が効果的であるとされてい
る。しかしながら、単に段差１５を設けるのみで
はピストンリング上面１２、内周面１３を経て内
周面１３側から下部合い口１５２へガスが漏れる
ため、さほどの効果は得られない。そこで、第３
図に示すような合い口の軸方向及び半径方向へ段
差を設けた特殊合い口ピストンリングが考案され
ているが、これらの合い口形状に改良を加えただ
けではピストンリングのガス気密を充分に保持す
ることはできない。
１図に示すように、ピストンリング１の外周側の
合い口１５から漏れるので、第２図に示すような
ステツプカツトと称される軸方向に段差１５を設
けたピストンリング１が効果的であるとされてい
る。しかしながら、単に段差１５を設けるのみで
はピストンリング上面１２、内周面１３を経て内
周面１３側から下部合い口１５２へガスが漏れる
ため、さほどの効果は得られない。そこで、第３
図に示すような合い口の軸方向及び半径方向へ段
差を設けた特殊合い口ピストンリングが考案され
ているが、これらの合い口形状に改良を加えただ
けではピストンリングのガス気密を充分に保持す
ることはできない。
その理由は、第４図に示すように、ピストンリ
ング１は絶えずピストンリング溝４に押しつけら
れているのではなく、ピストンリング溝内で浮い
ている期間があり、この状態においてはピストン
リング１の内周面１３側を経て燃焼ガスが漏れ
る。このガス漏れ量は外周面側から漏れる量に比
し著しく多い。かかる点を考慮し、内周面側に断
面Ｕ字型又はＨ字型のピストンリングを組合わせ
たピストンリング（例えば米国特許第2745704号、
特公昭47−21164号）も提案されている。これら
のピストンリングは外周面を形成するピストンリ
ングを軸方向に段差を有する合い口とすることに
よりほぼ完全にガスを遮断しているが、これらの
ピストンリングはピストンリングの半径方向の運
動を内周側に配したピストンリングが阻止し、シ
リンダライナに対してのピストンリングの追従性
が悪く、外周面からのガス漏れをひきおこす結果
となりやすい。
ング１は絶えずピストンリング溝４に押しつけら
れているのではなく、ピストンリング溝内で浮い
ている期間があり、この状態においてはピストン
リング１の内周面１３側を経て燃焼ガスが漏れ
る。このガス漏れ量は外周面側から漏れる量に比
し著しく多い。かかる点を考慮し、内周面側に断
面Ｕ字型又はＨ字型のピストンリングを組合わせ
たピストンリング（例えば米国特許第2745704号、
特公昭47−21164号）も提案されている。これら
のピストンリングは外周面を形成するピストンリ
ングを軸方向に段差を有する合い口とすることに
よりほぼ完全にガスを遮断しているが、これらの
ピストンリングはピストンリングの半径方向の運
動を内周側に配したピストンリングが阻止し、シ
リンダライナに対してのピストンリングの追従性
が悪く、外周面からのガス漏れをひきおこす結果
となりやすい。
通常は、ガスシール用に２本のピストンリング
を、第５図に示すように、軸方向に配設している
ため、第一番目のピストンリング１から漏れたガ
スはランド部８で膨張し、第二番目のピストンリ
ング１′から下方へ漏れるが、ガスは第一番目と
第二番目のピストンリングで絞られ、かつその経
路の途中で膨張して減圧するので、ガス漏れは小
さくなる。
を、第５図に示すように、軸方向に配設している
ため、第一番目のピストンリング１から漏れたガ
スはランド部８で膨張し、第二番目のピストンリ
ング１′から下方へ漏れるが、ガスは第一番目と
第二番目のピストンリングで絞られ、かつその経
路の途中で膨張して減圧するので、ガス漏れは小
さくなる。
したがつて、著しく優れたガスシール性を持つ
ピストンリングを得るには、ピストンリング内周
面側からの漏れを防ぎ、かつ一本のピストンリン
グで従来の二本のピストンリングと同じシール機
能を持たせなければならない。
ピストンリングを得るには、ピストンリング内周
面側からの漏れを防ぎ、かつ一本のピストンリン
グで従来の二本のピストンリングと同じシール機
能を持たせなければならない。
ピストンリング内周面側からの漏れを遮断する
方法として第６図に示すように、第一リング１と
第二リング２を組合せたピストンリング（例えば
実公昭36−10004号、特公昭54−30451号）が提案
されている。このピストンリングは、ピストンリ
ング内周面１３に溝１９を設け、かつピストンリ
ング溝４にも溝４１を設け、第二リング２をこれ
らの溝１９，４１に嵌装したものである。このピ
ストンリングの主たる目的は、第一リング下面１
４側から浸入する潤滑油を第二リング２によつて
遮断し、潤滑油が第一リング内周面１３を経て燃
焼室側へ漏れることを防ぐことにある。第二リン
グは、従来の構成においても、第一リング上面１
２側から第一リング内周面１３を経て漏れるガス
をある程度遮断する効果を持つが、ガスは潤滑油
に比較し粘度、圧力等の条件においてはるかに漏
れやすいため、著しい防止効果は得られない。そ
の理由は、第６図に示すように、従来のピストン
リングは基本的に潤滑油を遮断する目的の構成と
なつており、ガス気密に対する考慮が一切払われ
ていないことにある。例えば、ピストンリングの
持ち上がりを防ぐ手段がとられていないし、ガス
の漏れる経路も設定されていない。
方法として第６図に示すように、第一リング１と
第二リング２を組合せたピストンリング（例えば
実公昭36−10004号、特公昭54−30451号）が提案
されている。このピストンリングは、ピストンリ
ング内周面１３に溝１９を設け、かつピストンリ
ング溝４にも溝４１を設け、第二リング２をこれ
らの溝１９，４１に嵌装したものである。このピ
ストンリングの主たる目的は、第一リング下面１
４側から浸入する潤滑油を第二リング２によつて
遮断し、潤滑油が第一リング内周面１３を経て燃
焼室側へ漏れることを防ぐことにある。第二リン
グは、従来の構成においても、第一リング上面１
２側から第一リング内周面１３を経て漏れるガス
をある程度遮断する効果を持つが、ガスは潤滑油
に比較し粘度、圧力等の条件においてはるかに漏
れやすいため、著しい防止効果は得られない。そ
の理由は、第６図に示すように、従来のピストン
リングは基本的に潤滑油を遮断する目的の構成と
なつており、ガス気密に対する考慮が一切払われ
ていないことにある。例えば、ピストンリングの
持ち上がりを防ぐ手段がとられていないし、ガス
の漏れる経路も設定されていない。
本発明の目的は一本で従来の二本分に相当する
ガス気密性を有すると共に、潤滑油消費量も節減
することができるピストンリングを提供すること
にある。本発明のピストンリングは上述の内燃機
関だけだけでなく、特に気密性を要するレシプロ
機械、例えばスターリング機関のガスシールリン
グ、高圧縮比のコンプレツサなどにも使用し得る
ものである。
ガス気密性を有すると共に、潤滑油消費量も節減
することができるピストンリングを提供すること
にある。本発明のピストンリングは上述の内燃機
関だけだけでなく、特に気密性を要するレシプロ
機械、例えばスターリング機関のガスシールリン
グ、高圧縮比のコンプレツサなどにも使用し得る
ものである。
前記目的を達成するため、本発明の要旨とする
ところは、 外周に摺動面を有し、内周側に溝１９を有す
る第一リング１を配し、 ピストンリング溝底４３に溝４１又は凹部４
０を設け、 第一リング１の溝１９及びピストンリング溝
底４３の溝４１又は凹部４０に嵌装される第二
リング２を配し、 第二リング２は外張り力を有し、第一リング
１の溝１９の内周部１１３と接し、 第一リング１の合い口形状は少なくとも軸方
向には段差を設けた上部合い口１５１と下部合
い口１５２を有し、 上部合い口１５１と下部合い口１５２の段差
１５０位置は第二リング上面２２以下で第二リ
ング下面２４以上にあり、 第一リング１と第二リング２の合い口位置を
周方向へずらせ、 第一リング１の溝１９の軸方向の一面と第二
リング２の軸方向の一面が接すると同時に、ピ
ストンリング溝底の溝４１又は凹部４０の軸方
向の一面と第二リング２の軸方向の一面とが当
接することにある。
ところは、 外周に摺動面を有し、内周側に溝１９を有す
る第一リング１を配し、 ピストンリング溝底４３に溝４１又は凹部４
０を設け、 第一リング１の溝１９及びピストンリング溝
底４３の溝４１又は凹部４０に嵌装される第二
リング２を配し、 第二リング２は外張り力を有し、第一リング
１の溝１９の内周部１１３と接し、 第一リング１の合い口形状は少なくとも軸方
向には段差を設けた上部合い口１５１と下部合
い口１５２を有し、 上部合い口１５１と下部合い口１５２の段差
１５０位置は第二リング上面２２以下で第二リ
ング下面２４以上にあり、 第一リング１と第二リング２の合い口位置を
周方向へずらせ、 第一リング１の溝１９の軸方向の一面と第二
リング２の軸方向の一面が接すると同時に、ピ
ストンリング溝底の溝４１又は凹部４０の軸方
向の一面と第二リング２の軸方向の一面とが当
接することにある。
本発明のピストンリングを第７図、第８図、第
１１図及び第１３図ないし第２０図に示す実施例
に基いて説明する。
１１図及び第１３図ないし第２０図に示す実施例
に基いて説明する。
第７図の実施例のピストンリングは外周側及び
内周側からのガス漏れをほぼ完全に遮断すること
ができる。外周面側から漏れるガスは第一リング
１の合い口形状が軸方向に段差を持つことによ
り、従来のピストンリングと同様に完全に遮断さ
れる。内周側からのガス漏れは次のように防止さ
れる。先ず、第一リングの上部合い口１５１から
侵入するガスは第二リングより上の第一リング１
内周側空間１０１へ流出するが、第一リング溝内
周面１１３側に第二リング２が当接しているため
漏れは生じない。第二リング２が自己張力を有せ
ず、第二リング２と溝内周面１１３が離れてる
と、上部合い口１５１から溝内周面１１３にそつ
て下部合い口１５２へガスが漏れるので、第二リ
ング２の自己張力は不可欠である。段差１５０の
位置は、第二リング２の上面２２より上にある場
合、第９図に示すように、第一リングの下部合い
口１５２が第二リング２の上面側の空間１０１と
連通するためシールの意味がなく、逆に段差１５
０位置が第二リング２の下面２４より下にある場
合、第１０図に示すように、上部合い口が第二リ
ング上面側の空間１０１と下面側の空間１０２を
連通し第二リング２を設けた効果がない。本発明
の上部合い口１５１は第二リング上面側の空間１
０１と連通し、下部合い口１５２は第二リング下
面側の空間１０２と連通するが、上部合い口と下
部合い口は第二リング２を介して連通するので、
第二リング下面側の空間１０２に至るガス浸入通
路は第二リング合い口からの通路に絞られる。こ
のことは単にガス浸入経路を絞るという効果の外
に次のような著しいガスシール効果をもたらす。
すなわち、第１１図に示すように、第二リング２
の合い口２５と第一リング１の下部合い口１５２
をずらして配置することにより、第二リング合い
口２５より漏れ出たガスは第二リング下面２４と
第一リング内周面１３、及びピストンリング溝底
４３で囲まれる第二リング下面側の空間１０２へ
いつたん流入し、ここで膨張して減圧し、第一リ
ング下部合い口１５２を経てシリンダライナ３と
ピストン５間の間隙から漏れ出るが、このような
ガスの経路は第５図に示すランド部を狭んで軸方
向に配設した二本のピストンリングのガス流出経
路と実質的に同じものであり、１本のピストンリ
ングで２本分のピストンリングのガスシール効果
を上げることができる。より具体的には第二リン
グ合い口２５の間隙G1と第一リング内周面１３
とピストンリング溝底面４３との間隙C1を乗じ
た第二リング合い口２５のガス漏れ面積はG1×
C1であり、これはほぼ通常のピストンリングの
合い口漏れ面積と一致し、第二リング合い口２５
から第一リング下部合い口１５２までの空間１０
２の容積が通常のピストンリング間のランド部容
積と一致し、さらに第一リング下部合い口１５２
の間隙G2とシリンダライナ３とピストン５間の
間隙C2を乗じたG2×C2の合い口漏れ面積は通常
のピストンリングの第二番目のピストンリングの
合い口漏れ面積と一致する。第７図に示すよう
に、第二リング内周面２３側のガスが漏れると、
その効果が著しく減少するので、第二リング２の
軸方向の一面２２又は２４はピストンリング溝底
４３の軸方向の一面４２０又は４２１と当接して
いなくてはならない。
内周側からのガス漏れをほぼ完全に遮断すること
ができる。外周面側から漏れるガスは第一リング
１の合い口形状が軸方向に段差を持つことによ
り、従来のピストンリングと同様に完全に遮断さ
れる。内周側からのガス漏れは次のように防止さ
れる。先ず、第一リングの上部合い口１５１から
侵入するガスは第二リングより上の第一リング１
内周側空間１０１へ流出するが、第一リング溝内
周面１１３側に第二リング２が当接しているため
漏れは生じない。第二リング２が自己張力を有せ
ず、第二リング２と溝内周面１１３が離れてる
と、上部合い口１５１から溝内周面１１３にそつ
て下部合い口１５２へガスが漏れるので、第二リ
ング２の自己張力は不可欠である。段差１５０の
位置は、第二リング２の上面２２より上にある場
合、第９図に示すように、第一リングの下部合い
口１５２が第二リング２の上面側の空間１０１と
連通するためシールの意味がなく、逆に段差１５
０位置が第二リング２の下面２４より下にある場
合、第１０図に示すように、上部合い口が第二リ
ング上面側の空間１０１と下面側の空間１０２を
連通し第二リング２を設けた効果がない。本発明
の上部合い口１５１は第二リング上面側の空間１
０１と連通し、下部合い口１５２は第二リング下
面側の空間１０２と連通するが、上部合い口と下
部合い口は第二リング２を介して連通するので、
第二リング下面側の空間１０２に至るガス浸入通
路は第二リング合い口からの通路に絞られる。こ
のことは単にガス浸入経路を絞るという効果の外
に次のような著しいガスシール効果をもたらす。
すなわち、第１１図に示すように、第二リング２
の合い口２５と第一リング１の下部合い口１５２
をずらして配置することにより、第二リング合い
口２５より漏れ出たガスは第二リング下面２４と
第一リング内周面１３、及びピストンリング溝底
４３で囲まれる第二リング下面側の空間１０２へ
いつたん流入し、ここで膨張して減圧し、第一リ
ング下部合い口１５２を経てシリンダライナ３と
ピストン５間の間隙から漏れ出るが、このような
ガスの経路は第５図に示すランド部を狭んで軸方
向に配設した二本のピストンリングのガス流出経
路と実質的に同じものであり、１本のピストンリ
ングで２本分のピストンリングのガスシール効果
を上げることができる。より具体的には第二リン
グ合い口２５の間隙G1と第一リング内周面１３
とピストンリング溝底面４３との間隙C1を乗じ
た第二リング合い口２５のガス漏れ面積はG1×
C1であり、これはほぼ通常のピストンリングの
合い口漏れ面積と一致し、第二リング合い口２５
から第一リング下部合い口１５２までの空間１０
２の容積が通常のピストンリング間のランド部容
積と一致し、さらに第一リング下部合い口１５２
の間隙G2とシリンダライナ３とピストン５間の
間隙C2を乗じたG2×C2の合い口漏れ面積は通常
のピストンリングの第二番目のピストンリングの
合い口漏れ面積と一致する。第７図に示すよう
に、第二リング内周面２３側のガスが漏れると、
その効果が著しく減少するので、第二リング２の
軸方向の一面２２又は２４はピストンリング溝底
４３の軸方向の一面４２０又は４２１と当接して
いなくてはならない。
上記の効果はピストンリングが持ち上がらない
ことを前提としているが、本発明のピストンリン
グは持ち上がりを効果的に防止している。すなわ
ち、第１２図に示すような従来のピストンリング
の第二リング２及び第一リング１は格別のガスシ
ール性を持たないため、例えば合い口１５から漏
れたガスによつて第１リング下面１４に最高で空
間１０２の圧力p2の分布圧力が加わり、第二リン
グ上面１２にトラツプランド圧力にほゞ等しい圧
力p7が加わる。このp2はp7とほぼ等しいため、第
一リング１の慣性力Ｉによつて第一リング１が持
ち上がる条件は、第一リングの半径方向幅をＴと
して上面に加わる力をP2、下面へ加わる力をP4
とすれば次式で表わされる。（p8は第一リング真
下のランド圧力を示す。） Ｉ＞P2−P4＝p7・Ｔ−（p2＋p8）／２・Ｔ ＝p7−p8／２・Ｔ 本発明のピストンリングは空間１０２へのガス
漏れを遮断しているため、第１３図に示すよう
に、第一リング１及び第二リング２の下面へ加わ
る空間１０２圧力がp2がほぼp8と等しくなるの
で、第一リングの持ち上がる条件は次式で表わさ
れる。
ことを前提としているが、本発明のピストンリン
グは持ち上がりを効果的に防止している。すなわ
ち、第１２図に示すような従来のピストンリング
の第二リング２及び第一リング１は格別のガスシ
ール性を持たないため、例えば合い口１５から漏
れたガスによつて第１リング下面１４に最高で空
間１０２の圧力p2の分布圧力が加わり、第二リン
グ上面１２にトラツプランド圧力にほゞ等しい圧
力p7が加わる。このp2はp7とほぼ等しいため、第
一リング１の慣性力Ｉによつて第一リング１が持
ち上がる条件は、第一リングの半径方向幅をＴと
して上面に加わる力をP2、下面へ加わる力をP4
とすれば次式で表わされる。（p8は第一リング真
下のランド圧力を示す。） Ｉ＞P2−P4＝p7・Ｔ−（p2＋p8）／２・Ｔ ＝p7−p8／２・Ｔ 本発明のピストンリングは空間１０２へのガス
漏れを遮断しているため、第１３図に示すよう
に、第一リング１及び第二リング２の下面へ加わ
る空間１０２圧力がp2がほぼp8と等しくなるの
で、第一リングの持ち上がる条件は次式で表わさ
れる。
I1＞P2−P4＝p7・Ｔ−p2＋p8／２・Ｔ
＝（p7−p8）Ｔ
ここで慣性力は回転数の二乗に比例することか
ら、本発明ピストンリングは従来のピストンリン
グに比し、約４倍の高速回転になるまで持ち上が
らないといえる。
ら、本発明ピストンリングは従来のピストンリン
グに比し、約４倍の高速回転になるまで持ち上が
らないといえる。
このように、本発明のピストンリングは外周面
からのガス漏れはもちろん、内周面からのガス漏
れもほぼ完全に遮断することが可能であり、その
上、１本で従来の２本のピストンリングのガスシ
ール機能と同等の機能を果たす。さらに、本発明
のピストンリングは相当な高速回転においても持
ち上がらないので、ガスシール用ピストンリング
として優れたものである。
からのガス漏れはもちろん、内周面からのガス漏
れもほぼ完全に遮断することが可能であり、その
上、１本で従来の２本のピストンリングのガスシ
ール機能と同等の機能を果たす。さらに、本発明
のピストンリングは相当な高速回転においても持
ち上がらないので、ガスシール用ピストンリング
として優れたものである。
ガスシール効果をもたらす本発明のピストンリ
ングの特徴は、ピストンリングの内周面側の気密
性が高く、かつ持ち上がり難いことであつて、こ
のことは同時にピストンリング内周面側への潤滑
油の浸入を止め、かつ内周面側からピストンリン
グ上面側へ潤滑油が漏れることを防ぐので、潤滑
油消費量も節減することができる。
ングの特徴は、ピストンリングの内周面側の気密
性が高く、かつ持ち上がり難いことであつて、こ
のことは同時にピストンリング内周面側への潤滑
油の浸入を止め、かつ内周面側からピストンリン
グ上面側へ潤滑油が漏れることを防ぐので、潤滑
油消費量も節減することができる。
本発明のより好ましい実施例は、第１４ないし
１６図に示すように、第二リング下面２４と第一
リング内周面１３及びピストンリング溝底４３で
囲まれた空間１０２の容積を大きくすることであ
る。このような構成のピストンリングは、第１１
図において説明したガス通路内のガスを膨張させ
て減圧する効果を持つ空間１０２の容積を大きく
することより、減圧効果をより高め気密性を向上
させることができる。その具体化として、第１４
図の実施例は第一リング１の内周面下部１３に切
欠き１３０を、第１５図の実施例はピストンリン
グ溝底４３に切欠き４３０を、第１６図の実施例
はピストンリング溝下面４４に切欠き４４０を持
つ。これらの第１４図ないし第１６図の実施例を
組み合わせたものも好ましい実施例になる。又、
第１７図に示すように、ピストンリング溝底４３
に溝を設けるかわりに凹部４０を設けてもよい。
１６図に示すように、第二リング下面２４と第一
リング内周面１３及びピストンリング溝底４３で
囲まれた空間１０２の容積を大きくすることであ
る。このような構成のピストンリングは、第１１
図において説明したガス通路内のガスを膨張させ
て減圧する効果を持つ空間１０２の容積を大きく
することより、減圧効果をより高め気密性を向上
させることができる。その具体化として、第１４
図の実施例は第一リング１の内周面下部１３に切
欠き１３０を、第１５図の実施例はピストンリン
グ溝底４３に切欠き４３０を、第１６図の実施例
はピストンリング溝下面４４に切欠き４４０を持
つ。これらの第１４図ないし第１６図の実施例を
組み合わせたものも好ましい実施例になる。又、
第１７図に示すように、ピストンリング溝底４３
に溝を設けるかわりに凹部４０を設けてもよい。
さらに、第二リング２は下面２４が、第１８図
に示すように、ピストンリング溝底の溝４１の上
面４２０と接し、かつ第一リングの溝１９の上面
１９４と接することが最も望ましい。第１９図に
示すように、第一リング１の下部合い口１５２か
らほぼ180゜回転した位置に回り止め８を介して第
二リング２を回り止めすることにより、本発明の
ピストンリングの効果はより確実になる。
に示すように、ピストンリング溝底の溝４１の上
面４２０と接し、かつ第一リングの溝１９の上面
１９４と接することが最も望ましい。第１９図に
示すように、第一リング１の下部合い口１５２か
らほぼ180゜回転した位置に回り止め８を介して第
二リング２を回り止めすることにより、本発明の
ピストンリングの効果はより確実になる。
本発明のピストンリングは前記効果以外の効果
もある。すなわち第２０図に示すように、本発明
のピストンリングの半径方向の力をみると、外周
面側からの力P1と内周面側からの力P3との差は
次式で表わされる。
もある。すなわち第２０図に示すように、本発明
のピストンリングの半径方向の力をみると、外周
面側からの力P1と内周面側からの力P3との差は
次式で表わされる。
P1−P3＝（p7＋p8）／２h1−(p7・h2+p2・h3)
ここで、p7はトツプランド圧力、p8はピストン
リング下ランド圧力、p2は空間１０２圧力でp8と
ほぼ等しい。h1はピストンリングの高さ、h2は第
二リング下面までの高さ、h3は第二リング下面以
下の高さである。したがつて、上式を整理すると
次式が得られる。
リング下ランド圧力、p2は空間１０２圧力でp8と
ほぼ等しい。h1はピストンリングの高さ、h2は第
二リング下面までの高さ、h3は第二リング下面以
下の高さである。したがつて、上式を整理すると
次式が得られる。
P1−P3＝１／２（p7−p8）（h3−h2）
この場合、h3＝h2とすると、理論上は本発明の
ピストンリングにはピストンリングの自己張力以
外の力が作用せず、高い圧力やおし込み力を受け
ることがない。なお、第一リングがピストンリン
グ溝底へ押し込まれることを考慮すると、h3＜h2
が望ましい。又、本発明のピストンリングには第
一リングと第二リングの半径方向の運動を妨たげ
るものがなく、シリンダライナへの追従性は非常
によい。
ピストンリングにはピストンリングの自己張力以
外の力が作用せず、高い圧力やおし込み力を受け
ることがない。なお、第一リングがピストンリン
グ溝底へ押し込まれることを考慮すると、h3＜h2
が望ましい。又、本発明のピストンリングには第
一リングと第二リングの半径方向の運動を妨たげ
るものがなく、シリンダライナへの追従性は非常
によい。
このように、本発明のピストンリングは高い圧
力でシリンダライナと接しないない上に、追従性
にも優れているため、摩耗が少なくかつ低粘度の
潤滑油の使用も可能であり、摩耗損失が大幅に減
少するという効果を持つ。
力でシリンダライナと接しないない上に、追従性
にも優れているため、摩耗が少なくかつ低粘度の
潤滑油の使用も可能であり、摩耗損失が大幅に減
少するという効果を持つ。
上記の通り、本発明のピストンリングはピスト
ンリング内外周面の双方においてガス漏れを遮断
し、基本的な機能として、２本のピストンリング
と同じガス気密経路を有し、ピストンリングの持
ち上がりもなく、ガスシール効果にも著しく優れ
ている。
ンリング内外周面の双方においてガス漏れを遮断
し、基本的な機能として、２本のピストンリング
と同じガス気密経路を有し、ピストンリングの持
ち上がりもなく、ガスシール効果にも著しく優れ
ている。
さらに、潤滑油がピストンリング下面側から内
周面側を経て上面側へぬける経路も完全に遮断さ
れ、潤滑油の消費量も著しく少ない。又、半径方
向の運動が防げられない上にピストンリングがシ
リンダライナに対し高い圧力で押されることもな
いため、摩耗が少なくかつ低粘度の潤滑油を使用
しうるので、摩耗損失低減の効果も合わせ持つ。
周面側を経て上面側へぬける経路も完全に遮断さ
れ、潤滑油の消費量も著しく少ない。又、半径方
向の運動が防げられない上にピストンリングがシ
リンダライナに対し高い圧力で押されることもな
いため、摩耗が少なくかつ低粘度の潤滑油を使用
しうるので、摩耗損失低減の効果も合わせ持つ。
本発明のピストンリングは、熱がピストンリン
グ溝の上・下面からだけでなく、ピストンリング
溝底側からも第二リングを介してピストンリング
に伝えられるため、伝熱性に優れ、ピストンの熱
をより多くシリンダライナ側へ伝えることが可能
である。
グ溝の上・下面からだけでなく、ピストンリング
溝底側からも第二リングを介してピストンリング
に伝えられるため、伝熱性に優れ、ピストンの熱
をより多くシリンダライナ側へ伝えることが可能
である。
本発明のピストンリングは、第一リングの内周
面の溝へ第二リングを組付けた後にピストンリン
グ溝へピストンリングを組み付けることが可能で
ありピストンリングの装着が容易である。
面の溝へ第二リングを組付けた後にピストンリン
グ溝へピストンリングを組み付けることが可能で
ありピストンリングの装着が容易である。
なお、本発明のピストンリングにおいては、第
一リングと第二リングの外周面や内周面の摺動部
分にめつきや溶射等の表面被覆を施すか、又は窒
化や焼入れ等の熱処理を施すことによつて耐摩耗
性の向上を計ることはいうまでもなく、さらに、
第一リングと第二リングの各面にテーパを設ける
ことも可能である。第一リング１に設ける内周面
の溝の位置は、第２０図で説明したように、半径
方向の力のバランスを考慮し、適度に選択される
ことはいうまでもない。
一リングと第二リングの外周面や内周面の摺動部
分にめつきや溶射等の表面被覆を施すか、又は窒
化や焼入れ等の熱処理を施すことによつて耐摩耗
性の向上を計ることはいうまでもなく、さらに、
第一リングと第二リングの各面にテーパを設ける
ことも可能である。第一リング１に設ける内周面
の溝の位置は、第２０図で説明したように、半径
方向の力のバランスを考慮し、適度に選択される
ことはいうまでもない。
第１図ないし第６図及び第１２図は従来のピス
トンリングを示す図面であり、第１図ないし第３
図は合い口の斜視図、第４図は部分断面図、第５
図はピストンリングをはめたピストンの立面図、
第６図は従来の第一リングと第二リングからなる
ピストンリングの部分断面図、第１２図はその軸
方向圧力分布図、第７図、第８図、第１１図は本
発明の一実施例を示す図面であり、第７図は本発
明の一実施例のピストンリングの部分断面図、第
８図は第７図のピストンリングの合い口の斜視
図、第１１図は第８図の合い口におけるガス経路
を示す斜視図、第９図及び第１０図は本発明とは
異なる合い口の部分断面図、第１３図は本発明の
ピストンリングの軸方向圧力分布図、第１４図な
いし第１８図は他の実施例の部分断面図、第１９
図は本発明のピストンリングの平面図、第２０図
は本発明のピストンリングの半径方向の圧力分布
図である。 １：第一リング、２：第二リング、４：ピスト
ンリング溝、１３：第一リング内周面、１５：第
一リング合い口、１９：第一リングの溝、２４：
第二リング下面、２５：第二リング合い口、４
０：凹部、４１：溝、１５１：上部合い口、１５
２：下部合い口。
トンリングを示す図面であり、第１図ないし第３
図は合い口の斜視図、第４図は部分断面図、第５
図はピストンリングをはめたピストンの立面図、
第６図は従来の第一リングと第二リングからなる
ピストンリングの部分断面図、第１２図はその軸
方向圧力分布図、第７図、第８図、第１１図は本
発明の一実施例を示す図面であり、第７図は本発
明の一実施例のピストンリングの部分断面図、第
８図は第７図のピストンリングの合い口の斜視
図、第１１図は第８図の合い口におけるガス経路
を示す斜視図、第９図及び第１０図は本発明とは
異なる合い口の部分断面図、第１３図は本発明の
ピストンリングの軸方向圧力分布図、第１４図な
いし第１８図は他の実施例の部分断面図、第１９
図は本発明のピストンリングの平面図、第２０図
は本発明のピストンリングの半径方向の圧力分布
図である。 １：第一リング、２：第二リング、４：ピスト
ンリング溝、１３：第一リング内周面、１５：第
一リング合い口、１９：第一リングの溝、２４：
第二リング下面、２５：第二リング合い口、４
０：凹部、４１：溝、１５１：上部合い口、１５
２：下部合い口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 外周に摺動面を有し、内周側に溝を有する第
一リングと、前記第一リングの内周側に設けた溝
及びピストンリング溝に設けた溝又は凹部とで囲
まれる空間に第二リングを配設してなるピストン
リングにおいて、前記第二リング２は外張り力を
持つて前記第一リング１の溝１９の内周部１１３
に接し、前記第一リング１は少なくとも軸方向に
は段差を設けた上部合い口１５１と下部合い口１
５２を有し、これら合い口の段差位置は第二リン
グの上面と下面の間にありさらに前記第一リング
１と第二リング２の合い口位置を周方向へずら
せ、かつ第一リング１の溝１９の軸方向の一面と
第二リング２の軸方向の一面が当接すると同時
に、ピストンリング溝底の溝４１又は凹部４０の
軸方向の一面と第二リング２の軸方向の一面とが
当接することを特徴とするピストンリング。 ２ 第一リング１と第二リング２とに回り止め手
段８を配したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のピストンリング。 ３ 第一リング１の下部内周面１３に設ける切欠
き１３０と、ピストンリング溝４の第一リング下
部内周面１３と対向する部分に設ける切欠き４３
０と、ピストンリング溝４の第二リング下面２４
と対向する部分に設ける切欠き４４０の中の少な
くとも一つを備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のピストンリング。 ４ 第一リング１の内周及びピストンリング溝４
の軸方向同一位置に溝１９，４１を設け、前記溝
１９，４１に第二リング２を嵌装したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のピストンリン
グ。 ５ 第一リングの内周側に設けた溝１９の上面１
２０とピストンリング溝に設けた溝４１又は凹部
４０の上面４２０と第二リング下面２４が同時に
接触してなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のピストンリング。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5690981A JPS57173541A (en) | 1981-04-17 | 1981-04-17 | Piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5690981A JPS57173541A (en) | 1981-04-17 | 1981-04-17 | Piston ring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57173541A JPS57173541A (en) | 1982-10-25 |
| JPH02540B2 true JPH02540B2 (ja) | 1990-01-08 |
Family
ID=13040578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5690981A Granted JPS57173541A (en) | 1981-04-17 | 1981-04-17 | Piston ring |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57173541A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6030457A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-16 | Toyota Motor Corp | 内燃機関のピストンリング構造 |
| GB8400750D0 (en) * | 1984-01-12 | 1984-02-15 | Ae Plc | Piston |
| GB8504008D0 (en) * | 1985-02-16 | 1985-03-20 | Ae Plc | Piston & ring |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5430451A (en) * | 1977-08-10 | 1979-03-06 | Hitachi Ltd | Discharging gap device for arrester |
| JPS5498913U (ja) * | 1977-12-24 | 1979-07-12 |
-
1981
- 1981-04-17 JP JP5690981A patent/JPS57173541A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57173541A (en) | 1982-10-25 |
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