JPH08296737A - 往復動内燃機関用圧力リング及びピストン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 圧力リングとオイルリングを各１本備える往
復動機関のガス洩れとオイル洩れを低減する。 【構成】 圧力リング（２０）の合い口に、対の凹部
（２３、２５）と、これら凹部（２３、２５）に着座す
る対の凸部（２７、２８）を設け、圧力リング（２０）
がリング溝（９）の上側面（６）又は下側面（１１）に
接している時に、リング溝底部を迂回したガスやオイル
が外部へ洩れることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、往復動内燃機関及び空
気圧縮機用圧力リング及びピストン装置に係わり、更に
詳しくはブローバイ量とオイル消費量を同時に低減する
ことが出来る往復動内燃機関及び空気圧縮機用圧力リン
グ及びピストン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、リングとシリンダとの摩擦力低減
のために、ピストンリングの使用数をできる限り少なく
するという傾向になってきた。一般に、往復動内燃機関
用に用いられるピストンは、燃焼室側からの高圧燃焼ガ
スがクランク室側に流出するいわゆるブローバイを防止
するための少なくとも一本の圧力リングと、クランク室
側からの潤滑油が燃焼室側に侵入して消費されるいわゆ
るオイルアップを抑制するためのオイルリングとを有す
る。これまでは圧力リングとしてトップリング、セカン
ドリング、そしてオイルリングの構成が普通であり、そ
の圧力リングを一本にしようとすることである。圧力リ
ングの作用として、ブローバイを防止することの他にオ
イル消費の低減の作用もこれまで以上に必要になってき
た。

【０００３】現在実用されている圧力リング一本、オイ
ルリング一本の組合せは実公平１−２２９１６号公報に
開示されている。図７に示すように、ピストンヘッドに
最も近く位置する圧力リング１４として、図６に示すよ
うに一方の合い口端部３の外周面２と燃焼室側に面する
側面８とに寄った隅部に、該側面と外周面と及び合い口
端部とに開放された凹部４４を有し、他方の合い口端部
３′には前記凹部４４に対向する位置に、装着状態で該
凹部４４に収容されて着座する凸部５５を突設させたダ
ブルアングル構造の合い口を有する圧力リング１４によ
り、ブローバイはトップ、セカンドリングを用いた組合
せと同等の性能を示し、オイル消費は特にハイブースト
時において大幅に低減された。１５は組合せオイルリン
グを示す。

【０００４】このことは、クランク室側からのオイル消
費については、ピストンが下降する時に、図８のように
圧力リング１４の上側面がリング溝の上側壁面６に密着
している場合であり、図６から判るように出口がリング
溝壁面で塞がれているためオイルの燃焼室への流入は無
くオイル消費は大幅に低減された。しかし、図７から判
るようにピストンが上昇する時に、圧力リング１４の下
側面がリング溝の下側壁面１１に密着している場合であ
り、図６の合い口端面３の隙間から侵入し圧力リング１
４の合い口隙間３′とピストンとシリンダとの隙間へガ
スの抜け道があることによりブローバイについては改善
の余地があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記に鑑み、摩擦力低
減のための圧力リングとオイルリング計二本のリングと
するために、一本の圧力リングで、ブローバイ量をさら
に低減させ、そのことが運転時のピストン、シリンダ、
リングの相互の関係によりオイル消費量にも影響し、ブ
ローバイ量とオイル消費量を同時に大幅に低減させる圧
力リングを提供することが本発明の解決しようとする課
題である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】課題を解決するために
は、圧力リングの下側面がリング溝下側壁面に密着して
いる場合、合い口端面の隙間を無くすか、圧力リングの
合い口隙間とシリンダとピストンとの隙間との連通を無
くすようにすること、即ち流体の入口を無くすか、出口
を無くすかであり、鋭意研究の結果、以下のような手段
に想到した。

【０００７】本発明による往復動内燃機関用圧力リング
は、一方の合い口端部の外周面と燃焼室側に面する側に
寄った隅部に、燃焼室側の側面、外周面および合い口端
部とに開放された凹部と、且つ合い口端部の外周面とク
ランク室側に面する側に寄った隅部に、クランク室側の
側面、外周面および合い口端部とに開放された凹部との
二つの凹部を有し、二つの凹部が交わる部分が外周面と
同一面になるような平面２６を形成し、他方の合い口端
部には二つの凹部に対向する位置に、装着状態で該二つ
の凹部に収容されて着座する二つの凸部２７、２８を有
する構造である。

【０００８】さらに、二つの凹部が交わる部分が外周面
と同一面になるような平面が、装着状態で二つの凸部２
７、２８の外周面２９と同一面となる。

【０００９】本発明は、さらに、圧力リングとオイルリ
ングを備えたピストン装置を提供する。

【００１０】

【作用】この種の合い口構造をなす圧力リングの装着状
態を図４及び図５に示す。図４ではピストンが上昇する
時に、圧力リングの下側面がリング溝下側壁面に密着し
ている場合であり、高圧側からの高圧ガスはリング溝上
側壁面と圧力リングの上側面との間の間隙を通して圧力
リングの背後空間に流入するが、クランク室側の凸部の
下壁面がリング溝下側壁面に密着し、前記二つの凹部が
交わる部分が、前記凸部の外周面と同一平面になり、装
着状態での二つの凹部と二つの凸部の接する面に隙間が
生じないので高圧ガスの漏れはない。図５ではピストン
が下降する時に、圧力リングの上側面がリング溝の上側
面に密着するが、この場合も前記と同様の作用によりク
ランク室側からのオイルは圧力リングの背後空間に流入
するが、クランク室側の凹部および凸部の接する面に隙
間が生じないので、出口がないためオイル消費は抑制さ
れる。

【００１１】

【実施例】本発明の一例による往復動内燃機関用圧力リ
ング２０は、図１〜図３に示す如く、一方の合い口端部
の外周面２１と燃焼室側に面する側に寄った隅部に、燃
焼室側の側面２２、外周面２１および合い口端部とに開
放された凹部２３と、且つ合い口端部の外周面２１とク
ランク室側に面する側に寄った隅部に、前記クランク室
側の側面２４、外周面２１および合い口端部とに開放さ
れた凹部２５の二つの凹部を有する。二つの凹部２３、
２５が交わる部分が外周面２１と同一面になるような平
面２６を形成し、圧力リング２０の他方の合い口端部に
は二つの凹部２３、２５に対向する位置に、装着状態で
該二つの凹部２３、２５に収容されて着座する二つの凸
部２７、２８を有す。さらに、二つの凹部２３、２５が
交わる部分が外周面と同一面になるような平面２６が、
ピストンのシリンダボア内への装着状態で二つの凹部２
３、２５に二つの凸部２７、２８が収容されて着座する
が、この時に二つの凸部２７、２８の外周面２９と同一
面となる。

【００１２】この種の合い口構造を有す圧力リング２０
を備えたピストンをシリンダボア内へ装着した状態を図
４及び図５に示す。図４は、ピストン１３が上昇する時
に、圧力リング２０の下側面２４がリング溝下側壁面１
１に密着している場合であり、高圧側からの高圧ガスは
リング溝上側壁面６と圧力リング２０の上側面３０との
間の間隙を通して圧力リング２０の背後空間９に流入す
るが、クランク室側の凸部の下側面３１がリング溝下側
壁面１１に密着し、二つの凹部が交わる部分２６が、凸
部の外周面２９と同一平面になり、装着状態での二つの
凹部２３、２５と二つの凸部２７、２８の接する面３
２、３２′、および３３、３３′に隙間が生じないので
高圧ガスの漏れはない。図５はピストンが下降する時を
示すが、圧力リング２０の上側面３０がリング溝の上側
面６に密着している場合も前記と同様の作用によりクラ
ンク室側からのオイルは圧力リング２０の背後空間９に
流入するが、クランク室側の凹部および凸部の接する面
に隙間が生じないので、出口がないためオイル消費は抑
制される。

【００１３】次に、圧力リング２０の各部の寸法関係を
説明する。図２に示すように、凹部２３、２５及び凸部
２７、２８の円周方向の長さｍ₅、ｍ₅ はリングのサイ
ズにもよるが、ラビリンス効果をもたせるために１mm以
上は必要である。凹部２３、２５及び凸部２７、２８の
厚さ方向の長さａ₁₅、ａ₁₅はリングの厚さａ₁ とａ₁₅と
の差が0.５mm以上になるように設定する。これは、引き
抜き線材を利用すると線材の各角部は丸味をもったＲ形
状となっている。その部分を避けるために0.５mm以上必
要である。外周面２１、２９と同一平面部２６の幅ｈ₂₀
は0.１mm以上とする。平面部ｈ₂₀のシリンダ内壁面と接
触し摺動する外周摺動面の幅はその先端が鋭い線接触で
理論的にはその機能は成り立つが、実際は接触する保証
をする為には平面部分が必要であり、それは0.１mm以上
あれば可能である。その場合、凸部２７、２８の角度θ
は１５〜３５度になる。

【００１４】次に実験例を示す。図１に示すような圧力
リング２０を図５のように装着し、シリンダボア径８2.
５mm、４気筒ガソリン、１８００ml４サイクルエンジン
で、オイル消費量（gr／Ｈ）とブローバイ量（リットル
／min)を測定した。比較例として従来例として説明した
図６に示す圧力リングを装着した。オイルリングは従来
公知の鋼製組合せオイルリングを使用した。その結果を
表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】本発明の圧力リングを使用することによ
り、オイル消費量とブローバイ量を従来のダブルアング
ルリングに比較し、大幅に低減できることが判った。

【００１７】

【発明の効果】本発明の圧力リングを使用することによ
り、オイル消費量及びブローバイ量共に大幅に低減する
ことができた。また、二本のリングで三本リングの機能
を充分果たすことができるため、ピストンの長さを短く
することができ、それに対応してシリンダも小さくする
ことが可能となり、軽量化にも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例の部分見取図である。

【図２】本発明の一例の各部の寸法を示す部分見取図で
ある。

【図３】本発明の一例の使用状態時の合い口部を示す断
面図である。

【図４】本発明の一例のピストン上昇行程での断面図で
ある。

【図５】本発明の一例のピストン下降行程での断面図で
ある。

【図６】従来技術のピストンリングの部分斜視図であ
る。

【図７】従来技術のピストンリングのピストン上昇行程
時を示す断面図である。

【図８】従来技術のピストンリングのピストン下降行程
時を示す断面図である。

【符号の説明】

３ 合い口端面 ３′ 合い口隙間 ６ リング溝上側壁面 １１ リング溝下側壁面 ２０ 圧力リング ２１ 一方の合い口端部の外周面 ２２ 燃焼室側の側面および合い口端部とに開放された
凹部 ２４ クランク室側の側面と同一平面になる平面 ２７、２８ 凸部 ２９ 外周面 ３０ 上側面 ３１ クランク室側の凸部の下側面 ３２、３２′、３３、３３′ 凹部と凸部が接する面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の合い口端部の外周面と燃焼室側に
   面する側に寄った隅部に、前記燃焼室側の側面、外周面
   および合い口端部とに開放された凹部と、且つ合い口端
   部の外周面とクランク室側に面する側に寄った隅部に、
   前記クランク室側の側面、外周面および合い口端部とに
   開放された凹部との二つの凹部を有し、前記二つの凹部
   が交わる部分が外周面と同一面になるような平面を形成
   し、他方の合い口端部には前記二つの凹部に対向する位
   置に、装着状態で該二つの凹部に収容されて着座する前
   記二つの凸部を有することを特徴とする往復動内燃機関
   用圧力リング。
2. 【請求項２】 前記二つの凹部が外周面へと収束する斜
   面となっている請求項１記載の圧力リング。
3. 【請求項３】 外周に一本の圧力リングと一本のオイル
   リングを有する往復動内燃機関用ピストン装置であっ
   て、前記圧力リングとして、請求項１記載の圧力リング
   を備えていることを特徴とする往復動内燃機関用ピスト
   ン装置。
4. 【請求項４】 前記請求項１に記載の圧力リングを備え
   ていることを特徴とする往復動型空気圧縮機用ピストン
   装置。