JPH07332495A - 内燃機関用ピストンリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関用ピストンリングのシリンダ内壁に
対する気密性の低下を防止する。 【構成】 この発明による内燃機関用ピストンリング
は、リング本体１の合口部６にスプリング５を配置し、
スプリング５の両端部をリング本体１の対応する両端部
に当接させ、スプリング５の弾力によりリング本体１を
径方向に拡径する。合口部６にスプリング５を配置した
ので、ピストンリングを装着したピストン１０をシリン
ダ１２内に配置したとき、スプリング５の弾力によりピ
ストンリングが拡径され、シリンダ１２の内壁に押圧さ
れる。これにより、高速回転時を含め全回転領域におい
てピストンリングの密封性を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関に使用する
ピストンリング、特にオイル消費量及びブローバイガス
量が増加しないコンプレッションリングに関連する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のピストンには、３〜４本のピ
ストンリングが装着され、上部の２〜３本のピストンリ
ングは燃焼室とクランク室との気密を保持すると共に、
ピストンの熱をシリンダに伝達して放熱するコンプレッ
ションリングと呼ばれる。下部の１〜２本はオイルリン
グと呼ばれ、シリンダ内面に油膜を形成し、また過剰な
オイルを掻き落とす作用がある。周知のように、ピスト
ンリングにはピストンのリング溝に装着するため、合口
部が形成される。合口部ではピストンリングの端部を径
方向に切断され、一般的にはストレートの切断面で形成
され、ピストンリングの外周面には湾曲したバレルフェ
ース型に形成される。バレルフェース型ピストンリング
は、内燃機関の稼動時のスカッフィングを防止すると共
に、良好な初期なじみが得られる利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のピストンリング
を装着した内燃機関を稼動して、回転数を増加すると、
ピストンリングの慣性力が増大し、ピストンリングの側
面の気密性が低下する。このため、ブローバイガス量が
増加する問題が生ずるが、その対策として、二輪車（モ
ータサイクル）向けの高速回転用内燃機関には、図１０
で示すように、外周面２にバレルフェースを形成すると
共に、トップリング１の幅（Ｂ）を薄くしていた。しか
しながら、トップリング１の幅を薄くするに比例して、
トップリング１の張力も減少するため、返ってオイル消
費量が増加しまた無負荷時若しくは高回転時にブローバ
イガス量が増加する原因となった。また、トップリング
の実際の設計では、幅を薄くすると同時に、厚さＴも減
少しないと、トップリングの内周部と外周部との応力差
に起因するねじれが側面に発生したり、座屈が発生する
欠点があった。従って、トップリングの幅を減少する場
合には、厚さも減少しなければならないのが現状であ
る。

【０００４】このように、幅Ｂの薄いピストンリング、
特にトップリングの張力を向上する簡便な方法として、
自由合口隙間Ｌを大きくする、厚さＴを大きくす
る、ヤング率のより高い材料を使用する、ことが考え
られる。しかしながら、自由合口隙間Ｌ又は厚さＴを大
きくすると、ピストンリングを装着したピストンをシリ
ンダ内に配置したとき、合口部の直径上反対側のピスト
ンリングの外周に発生する使用時の応力が大きくなり、
折損することがある。また、現在ピストンリングに使用
される材料はヤング率Ｅ＝２０,０００〜２２,０００Ｋ
ｇ／ｍｍ²ステンレス鋼又はクロムモリブデン鋼であ
り、ヤング率を増加する方法では、これらの材料を大幅
に上回る使用可能な材料は存在しない。

【０００５】そこで、この発明は、シリンダ内壁に対す
る気密性が低下しない内燃機関用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】この発明による内燃機関
用ピストンリングは、リング本体の合口部に弾性体を配
置し、弾性体の両端部をリング本体の対応する両端部に
当接させ、弾性体の弾力によりリング本体を径方向に拡
径する。この発明の実施例では、弾性体は金属製のコイ
ルスプリング若しくはリーフスプリング、樹脂又は高温
時に長さが増加する形状記憶合金若しくは高温時に熱膨
張を生ずる材料のいずれかである。リーフスプリングは
Ｕ形、Ｖ形又は菱形断面である。リング本体の各端部か
ら互いに接近して円周方向に突出する一対の突起を設け
てもよい。リング本体の合口部を構成する端部にラグ又
は凹部を形成し、弾性体をラグ又は凹部に係止する。弾
性体は合口部を構成するリング本体の端部からそれぞれ
突出するリップをリング本体と一体に形成し、対向する
リップを互いに当接させて、円周方向の弾力を生ずる。

【０００７】

【作用】合口部に弾性体を配置したので、ピストンリン
グを装着したピストンをシリンダ内に配置したとき、弾
性体の弾力によりピストンリングが拡径され、シリンダ
の内壁に押圧される。これにより、高速回転時を含め全
回転領域においてピストンリングの密封性を確保するこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明による内燃機関用ピストンリ
ングの実施例を図１〜図９について説明する。

【０００９】図１は、この発明の第１実施例による内燃
機関用ピストンリングの平面図を示す。図示しないが、
リング本体１の外周面２はバレルフェース型に形成され
る。一対の突起１ａによって形成される合口部６を備え
たリング本体１の合口部６に設けられた対向する切欠部
４には、弾性体としてコイルスプリング５が配置され、
スプリング５は長方形又は楕円等の異形断面を有するば
ね用線材により形成される。切欠部４はリング本体１の
内周部３側に形成される。スプリング５の一対の端部５
ａは各対応する切欠部４に当接する。図１に示すリング
本体１をピストンのリング溝（図示せず）に装着した
後、シリンダ内にピストンを配置すると、切欠部４はス
プリング５により円周方向に押圧される。このため、リ
ング本体１とシリンダの内壁との気密性が確保される。

【００１０】図２に示す第２実施例では、通常の円形断
面のばね用線材により形成されたコイルスプリング５が
配置される。リング本体１の各切欠部４には円周方向に
突出するラグ７を備え、図２及び図３に示すように、ス
プリング５の端部はラグ７に係止されるから、スプリン
グ５の脱落がラグ７により防止される。図３に示すよう
に、リング本体１をピストン１０のリング溝１１内に配
置すると、バレルフェース型の外周面２はシリンダ１２
の内壁に当接する。スプリング５の断面は切欠部４の断
面から突出しない大きさである。ラグ７を形成する代わ
りに、別法として、図２に点線で示すように、各切欠部
４に形成した凹部８内にスプリング５の端部５ａを配置
して、スプリング５の脱落を防止してもよい。

【００１１】図４に示す第３実施例では、Ｕ字断面のリ
ーフスプリング５を一対の切欠部４の間に配置する。リ
ーフスプリング５の端部５ａは一対の切欠部４を互いに
離間する方向に押圧する。この場合、端部５ａに貫通孔
５ｂを形成して、貫通孔５ｂにラグ７を装着して、リー
フスプリング５の脱落を防止してもよい。

【００１２】図５はポリイミド樹脂（デュポン社商標
名：ベスペル）又はポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を
使用した樹脂１５を弾性体として一対の切欠部４の間に
配置した第４実施例を示す。ベスペルは２５〜３００℃
の線膨張係数５３、ＰＥＥＫは２５〜１５０℃の線膨張
係数は８５で、鋳鉄の線膨張係数１０〜１２、ステンレ
ス鋼の線膨張係数１５〜１７の約４〜８倍である。樹脂
１５はシリンダ内に装着し、加熱されたときに、膨張し
て一対の切欠部４を離間する方向に付勢する弾力を発生
する。この場合に、樹脂１５にスリットを入れて、樹脂
に所定の剛性を与えることもできる。また、樹脂１５も
２図に示すように、ラグ又は凹部と係合させてもよい。

【００１３】図６は図４に示すＵ字形断面の代わりに、
Ｖ字形断面のリーフスプリング５を使用する第５実施例
を示す。点線で示すように、Ｖ字断面のリーフスプリン
グ５は自由状態ではＶ字角度が増加する。図６のＶ字断
面のリーフスプリング５も２図に示すように、ラグ又は
凹部と係合させてもよい。

【００１４】図７は内部に間隙５ｂが形成された菱形断
面のリーフスプリング５を使用する第６実施例を示す。
点線は加熱時に膨張したリーフスプリング５の自由状態
を示す。

【００１５】図１、図２、図４、図６及び図７に示すス
プリングには高温時に長さが増加する形状記憶合金使用
してもよい。また、前記実施例では、いずれの弾性体も
図３に示すように、リング本体の断面より小さい断面を
備え、リング本体から外側に突出しないことが重要であ
る。

【００１６】図８及び図９はリング本体１の端部からそ
れぞれ突出する一対のリップ１ｂを弾性体としてリング
本体１と一体に形成し、対向するリップ１ｂを互いに当
接させて、円周方向の弾力を生ずる第７実施例を示す。
本実施例では、リング本体１の突起１ａは幅方向に重複
しており、ブローバイガス発生防止に更に有効であり、
部品数が増加しない利点がある。

【００１７】第１実施例〜第７実施例では、合口部６に
弾性体を配置したので、ピストンリングを装着したピス
トンをシリンダ内に配置したとき、弾性体の弾力により
ピストンリングが拡径され、シリンダの内壁に押圧され
る。これにより、高速回転時を含め全回転領域において
ピストンリングの密封性を確保することができる。

【００１８】実際に、呼称直径６０ｍｍのピストンリン
グを製造し、従来の張力０.５Ｋｇのピストンリングに
対して約１Ｋｇの張力を生ずる図１に示すコイルスプリ
ング５をこの発明に従ってピストンリングに装着し、排
気量６６０ｃｃ、直列４気筒ガソリンエンジンに実装し
た。７０００ｒｐｍ、スロットル全開４／４負荷でエン
ジンを稼動して、この発明によるピストンリングと従来
のピストンリングを使用した場合のオイル消費量及びブ
ローバイガス量を測定した。コイルスプリング５の線径
０.３ｍｍ、張力５００ｇ、ばね常数１.５、巻径１.０
ｍｍ、取付寸法３.８ｍｍであった。ピストンリングは
外周面にクロムメッキを施したクロムモリブデン鋼を使
用し、ヤング率２０,０００Ｋｇ／ｍｍ²、Ｂ×Ｔ＝１.
０ｍｍ×２.６ｍｍであった。その結果、オイル消費量
では、従来のピストンリングを使用したエンジンに対し
て、この発明のピストンリングを使用したエンジンでは
約４０％減少した。また、２０００〜７０００ｒｐｍま
で無負荷条件で比較すると、この発明によるピストンリ
ングを使用したエンジンでは、従来のピストンリングを
使用したエンジンに対して、ブローバイガス量は、２０
００〜４０００ｒｐｍまではほぼ同量であったが、５０
００ｒｐｍで２０％、６０００ｒｐｍ〜最大回転数７０
００ｒｐｍで約半減した。このように、実地テストによ
り、この発明によるピストンリングではオイル消費量及
びブローバイガス量を減少できることが判明した。

【００１９】

【発明の効果】上記のように、この発明では、ピストン
リングがシリンダの内壁に常時押圧されるので、内燃機
関の稼動時にピストンリングの慣性力に伴うピストンリ
ングとシリンダとの密着不良を防止して、オイル消費量
及びブローバイガス量を減少することができる。このた
め、内燃機関を長期間良好な状態で稼動し、運転不良を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による内燃機関用ピストンリングの
第１実施例を示す平面図

【図２】 この発明による第２実施例平面図

【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図

【図４】 この発明による第３実施例を示す平面図

【図５】 この発明による第４実施例を示す平面図

【図６】 この発明による第５実施例を示す平面図

【図７】 この発明による第６実施例を示す弾性体の平
面図

【図８】 この発明による第７実施例を示す平面図

【図９】 図８の斜視図

【図１０】 従来のピストンリングの合口部を示す部分
斜視図

【符号の説明】

１・・・リング本体、１ａ・・・突起、２・・・外周
面、３・・・内周面、４・・・切欠部、５・・・スプリ
ング、５ａ・・・端部、６・・・合口部、７・・・ラ
グ、８・・・凹部、１０・・・ピストン、１１・・・リ
ング溝、１２・・・シリンダ、１５・・・樹脂、

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング本体の合口部に弾性体を配置し、
   弾性体の両端部をリング本体の対応する両端部に当接さ
   せ、弾性体の弾力によりリング本体を径方向に拡径する
   ことを特徴とする内燃機関用ピストンリング。
2. 【請求項２】 弾性体は金属製のコイルスプリング若し
   くはリーフスプリング、樹脂又は高温時に長さが増加す
   る形状記憶合金若しくは高温時に熱膨張を生ずる材料の
   いずれかで形成される請求項１に記載の内燃機関用ピス
   トンリング。
3. 【請求項３】 リング本体の各端部から互いに接近して
   円周方向に突出する一対の突起を設けた請求項１に記載
   の内燃機関用ピストンリング。
4. 【請求項４】 リング本体の合口部を構成する端部にラ
   グ又は凹部を形成し、弾性体をラグ又は凹部に係止した
   請求項１に記載の内燃機関用ピストンリング。
5. 【請求項５】 リーフスプリングはＵ形、Ｖ形又は菱形
   断面である請求項２に記載の内燃機関用ピストンリン
   グ。
6. 【請求項６】 弾性体は合口部を構成するリング本体の
   端部からそれぞれ突出するリップをリング本体と一体に
   形成し、対向するリップを互いに当接させて円周方向の
   弾力を生ずる請求項１に記載の内燃機関用ピストンリン
   グ。