(57)【要約】【課題】ピストンリング溝上下面をシールし、ピストンリング溝の上下側面を通過するオイル上がりを抑制する、組み合わせピストンリングを提供する。【解決手段】本発明の組み合わせピストンリングは、第１リングの上側面には周方向に延びる環状溝が形成されている。環状溝内には弾性体が挿入され、弾性体を介して、第１リングの上部に第２リングが設置された状態でピストンリング溝に装着され、ピストンリング溝上下面をシールする組み合わせピストンリング。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に延びる環状溝が上側面に形成された第１リングと、前記環状溝に設置された環状の弾性体と、前記弾性体を介して、第１リングの上部に設置される第２リングとからなることを特徴とする組み合わせピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピストンが往復運動する内燃機関に用いられるピストンリングに関し、特に組み合わせコンプレッションリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点からエンジンのＬＯＣ（Ｌｕｂｒｉｃａｎｔ Ｏｉｌ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）低減に対する要求がますます強まり、それに伴いピストンリングのオイル消費低減機能（シリンダー内面、ピストンリング溝内のシール性）の更なる向上が求められている。ピストンが往復運動する内燃機関おいては、１気筒あたり２本のコンプレッションリングと１本のオイルリングから成る３本リングセットが主流である。そして、これらのリングがリング溝上下面と密着することにより、側面シール性が得られている。しかし、リングのピストン軸方向幅（ｈ１寸法）とピストンリング溝幅との寸法差によるクリアランスが必ず存在するため、従来のコンプレッションリングではリングがピストンリング溝の上面と下面との間を移動する際、ピストンリング溝の上下いずれの面からも離れる領域が存在する。高速条件や高負荷条件であればリングの上下面間の移動は一瞬であり、移動後は必ずいずれかの面に慣性力またはガス圧力により押しつけられるため、その隙間を通過してオイルやガスが流れる量は僅かであり、オイル消費やブローバイへの影響は少ない。しかし、一般乗用車が通常の運転で多用している中速軽負荷領域においては、筒内負圧によりリングを上方に移動させようとする力と慣性力によりリングを下方へ移動させようとする力が相殺し、リングがピストンリング溝の上下いずれの面にも強く接触することのない条件が少なからず存在する。従って、ユーザーが通常の運転でこの条件を多用するとリングの側面シール機能が低下し、オイルがその隙間を通過し、ＬＯＣが増加する可能性が考えられる。
【０００３】
側面シール性を向上させるため、特許文献１では、ピストンリング溝の下面側に配置され、外周面がテーパ状のテーパ断面リングと、ピストンリング溝の上面側に配置され、皿バネ状にねじれることにより内周上面側がピストンリング溝の上面に、外周下面側が上記テーパ断面リングに、それぞれ圧接するバネシールリングとを有する組み合わせピストンリング装置が提案されている。この構成では、バネシールリングのバネ作用によって、バネシールリングの外周がテーパ断面リングの上面全周に亘って圧接し、テーパ断面リングがピストンリング溝下面側に押圧される。また、バネシールリング内周はピストンリング溝上面全周に亘って圧接するため、良好な側面シール性が得られることが報告されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３７５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガソリンエンジンを用いた台上評価に於いてエンジンの回転数、負荷を変えて、オイル消費量を測定した結果、中速域でＬＯＣが急増する現象が確認された（図４）。これは吸気行程後半から圧縮行程前半においては、図１に示すように筒内負圧によりリングを上方に移動させようとする力と慣性力によりリングを下方へ移動させようとする力が釣り合い、ピストンリング溝内でＴＯＰリングが上下いずれの面にも強く接触できず不安定な状態（宙ぶらり）となり、吸入負圧によりオイルが上昇したためと考えられる。従って、この問題を解決するためには、中速域・軽負荷領域での側面シール性の向上が求められる。特許文献１のピストンリング装置では、中速域・軽負荷領域においてもバネシールリングのバネ作用により、バネシールリング及びテーパ断面リングがリング溝上下面と圧接し、側面シール性が得られる。しかし、バネシールリングはネジレリングであり、このタイプのネジレリングはリング全周に亘って均一なネジレを得ることは難しく、部分的に隙間があいているため、吸入負圧によりオイルが燃焼室に吸入される現象を防止することはできない。
【０００６】
そこで、本発明においては、エンジンの全行程に亘り、優れた側面シール性を維持し得るピストンリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の組み合わせピストンリングは、周方向に延びる環状溝が上側面に形成された第１リングと、環状溝に設置（挿入）された環状の弾性体と、前記弾性体を介して、第１リングの上部に設置される第２リングから構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の組み合わせピストンリングでは、弾性体の軸方向上下に向かう押圧力により、第１リング及び第２リングがそれぞれリング溝下面及び上面をシールするため、慣性力やガス圧力の少ない、低、中速条件においても十分な側面シール性を維持できる。従って、全運転条件において、ピストンリング溝の上下面を通過するオイル上がりが抑制され、エンジンのＬＯＣが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に図面を参照して本発明の組み合わせピストンリングについて詳細に説明する。図２は本発明の組み合わせピストンリングの一例を示す。第１リング１の上側面には周方向に延びる環状溝４が形成されている。環状溝４内には弾性体３が挿入され、弾性体を介して、第１リング１の上部に第２リング２が設置された状態でピストンリング溝４に挿入されている。
【００１０】
弾性体によるピストンリング溝上下面に張る力が大きすぎると摩擦力により第１リングのシリンダー壁面への外周追従性（外周シール性）を著しく阻害し、オイル消費、ブローバイの増加を招くため、溝上下面に張る力は第１リングの張力の１／６以下が望ましい。また、弾性体３の材質を設定すれば、冷間時、弾性体３には上下に張る力がほとんど発生せずに、運転時に温度が５０℃以上になると弾性体が撓み、この時発生する力により、第１リング１及び第２リング２がそれぞれリング溝下面及び上面に圧接し、側面シール性が得られるようなコンプレッションリングとすることも出来る。
【００１１】
第１リングの外周形状は特に限定されない。図２では断面バレル形状としているが、このような形状とすることにより、従来のトップリングのガスシール機能及び熱伝達機能を発揮する。
【００１２】
運転時に上下に押圧力を発生する材質であれば、弾性体の材質は特に限定されない。一般的なバネ材の他、Ｎｉ−Ｔｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系等の形状記憶合金やステンレス系の形状記憶合金も好ましく使用出来る。また、弾性体の形態としては板バネが好ましい。
【００１３】
図３には、本発明の組み合わせピストンリングの他の例を示す。リング溝の下側には上側面に環状溝が形成された第１リング１が設置され、リング溝の上側には、下側面に環状溝が形成された第２リング２が設置されている。第１リング１と第２リング２の環状溝４には弾性体３が挿入され、弾性体３を介して、第１リング１及び第２リング２は重ねられている。この構成でも、弾性体に発生する張力により、第１リング及び第２リングがそれぞれリング溝下面及び上面に圧接され、側面シール性が得られる。ここでは、第２リングの外周形状はバレル形状で、第１リングの外周形状はテーパ形状とされている。第２リングは、ガスシール機能と熱伝達機能を有し、第１リングは溝下面からの熱伝達機能と合口隙間のガスシール機能を有する。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
図２に示す組み合わせピストンリングを作製した。ここで、第１リングのリング幅（ｈ１）を１．２ｍｍとし、第１リングの上側面に軸方向深さ０．７ｍｍの溝を掘り、リング幅０．４ｍｍの第２リングと冷間時の幅が０．３ｍｍの板バネを装着して、ピストンリング溝に組み込んだ。
【００１５】
（実施例２）
図３に示す組み合わせピストンリングを作製した。ここで、第１リングのリング幅（ｈ１）を１．２ｍｍとし、第１リングの上側面に軸方向深さ０．２ｍｍの溝を掘り、第２リングのリング幅（ｈ１）を１．２ｍｍとし、第２リングの下側面に軸方向深さ０．２ｍｍの溝を掘り、第１リングと第２リングの間に冷間時の幅が０．４ｍｍの板バネを装着して、ピストンリング溝に組み込んだ。
図２及び図３のピストンリングを作製し、ピストンのリング溝に装着し、水冷４サイクルの自然吸気式ガソリンエンジンを使用してオイル消費量の測定を行った。
【００１６】
また、比較として従来のリング幅（ｈ１）１．２ｍｍのレクタンギュラのＴＯＰリングを装着したピストンについても同様に評価を行った（比較例）。
【００１７】
運転条件は、６０００ｒｐｍ WOT（全負荷条件）と３５００ｒｐｍ  １０%Ｌｏａｄ（中速域条件）とした。結果を図５に示す。ここで、オイル消費量は比較例のオイル消費量を１００として、相対比で表した。実施例１及び２ともいずれの運転条件においても比較例に比べ、オイル消費量が低減した。特に、３５００ｒｐｍの中速域でのオイル消費量の低減率が大きいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】中速域でのリングに働く力
【図２】本発明の組み合わせピストンリングの一例を示す断面図である。
【図３】本発明の組み合わせピストンリングの別の例を示す断面図である。
【図４】中速域でのＬＯＣ急増例
【図５】実施例１，２及び比較例のオイル消費量を測定した結果である。
【符号の説明】
【００１９】
１・・・第１リング
２・・・第２リング
３・・・弾性体
４・・・環状溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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