(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブ部と該ウェブ部の軸方向両側に一体に設けられる一対のレール部とを備えるとともに合口部を備えた割りリング形状に形成されたオイルリング本体と、該オイルリング本体の径方向内側部分に装着されて前記オイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーと、を有するオイルリングであって、
一対の前記レール部の外周端に、それぞれ該レール部から径方向外側に向けて突出するランドが設けられ、
一対の前記外周端の前記ランドが設けられていない部分に、それぞれ前記レール部の軸方向外側を向く側面から前記ランドに向けて徐々に拡径するテーパ面が設けられ、
前記ランドが、
それぞれ軸方向を向く一対の軸方向側部と、
軸方向の一端において一方の前記軸方向側部に第１湾曲部を介して連なるテーパ状部と、
軸方向の一端において前記テーパ状部の軸方向の他端に連なり、軸方向の他端において他方の軸方向側部に第２湾曲部を介して連なるとともに、前記テーパ状部に対して該テーパ状部に垂直な方向に突出する突起部と、を有し、
前記突起部の外周面が、半バレル形状に形成されており、
前記テーパ面の軸方向寸法が前記ランドの軸方向の最大寸法よりも大きいことを特徴とするオイルリング。
【請求項２】
前記突起部と前記テーパ状部との連接部分を基準とした前記突起部の径方向高さが０．０１８ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のオイルリング。
【請求項３】
前記テーパ状部が、軸方向に対して５５°以下の角度で傾斜する円錐面形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のオイルリング。
【請求項４】
前記第１湾曲部の外周面の半径および前記第２湾曲部の外周面の半径が、それぞれ０．１２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のオイルリング。
【請求項５】
前記テーパ状部の軸方向長さが、０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のオイルリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レシプロエンジン（往復動内燃機関）のピストンに用いられるオイルリングに関し、特に、合口部を備えた割りリング形状に形成されたオイルリング本体の径方向内側部分にコイルエキスパンダーが装着されてなる２ピースタイプの組合せオイルリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レシプロエンジンのピストンには、燃焼ガスをシールするためのコンプレッションリングに加えて、潤滑用のオイルをシールするためのオイルリングが装着されている。
【０００３】
オイルリングには、主としてガソリンエンジンに用いられる３ピースタイプのものと、主としてディーゼルエンジンに用いられる２ピースタイプのものとがあるが、低燃費化等の要請から、ガソリンエンジンにおいても、より軸方向幅を薄型化することが可能な２ピースタイプのオイルリングが用いられるようになってきている。
【０００４】
このような２ピースタイプのオイルリングとしては、通油孔を有するウェブ部とこのウェブ部の軸方向両側（上下）に一体に設けられる一対のレール部とを有するオイルリング本体と、このオイルリング本体の径方向内側部分に装着されてオイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーの２つのパーツで構成されたものが知られている。この場合、オイルリング本体は合口部を備えた割りリング形状に形成され、コイルエキスパンダーにより径方向外側に向けて付勢されることで拡張（拡径）できるようになっている。そして、オイルリング本体がコイルエキスパンダーにより付勢されて拡張し、各レール部の径方向外側を向く摺接面がシリンダの内周面に一定の接触圧力（面圧）で接触することにより、ピストンが往復動したときに、一対のレール部の間に滞留するオイルをシリンダの内周面に塗布するとともに余分なオイルをレール部により掻き落としつつ通油孔を通してクランク室へ戻し、シリンダの内周面に適切な厚みの油膜を形成するようになっている。
【０００５】
近年、低燃費や低オイル消費などの市場要求による内燃機関用エンジンの性能向上に伴い、オイルリングにも、ピストン上昇行程時のオイル掻きあげ作用の制御やオイル掻き落とし作用の増幅により、シリンダの内周面に対するフリクションを低減させつつオイル消費量を低減させ得る性能を有したものが求められている。このような要求に対応するために、径方向外側を向く外周面を種々の形状としたオイルリングが提案されている。
【０００６】
例えば特許文献１には、上下のレール部の外周面を、その燃焼室側の一部に該燃焼室の側に向けて徐々に縮径するテーパ状の部分を設けた形状としたオイルリングが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１４４８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来のオイルリングでは、シリンダの内周面に対する各レール部の摺接面の面積が小さくなるので、当該摺接面のシリンダの内周面に対する面圧が高まり、これによりオイル上がりを抑制してオイル消費量を低減することができるが、その一方で、摺接面はその面圧が高まることにより摩耗し易くなり、長期間使用するとオイル掻き落とし作用が低減してオイル消費量が増加することになる。また、各レール部のシリンダの内周面との摺接面の面積が小さくなると、当該摺接面に発生する面圧が高まり、これによりシリンダの内周面に対するフリクションが高まって、このオイルリングが用いられるエンジンの燃費を悪化させることになる。
【０００９】
本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減することができるオイルリングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のオイルリングは、ウェブ部と該ウェブ部の軸方向両側に一体に設けられる一対のレール部とを備えるとともに合口部を備えた割りリング形状に形成されたオイルリング本体と、該オイルリング本体の径方向内側部分に装着されて前記オイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーと、を有するオイルリングであって、一対の前記レール部の外周端に、それぞれ該レール部から径方向外側に向けて突出するランドが設けられ、一対の前記外周端の前記ランドが設けられていない部分に、それぞれ前記レール部の軸方向外側を向く側面から前記ランドに向けて徐々に拡径するテーパ面が設けられ、前記ランドが、それぞれ軸方向を向く一対の軸方向側部と、軸方向の一端において一方の前記軸方向側部に第１湾曲部を介して連なるテーパ状部と、軸方向の一端において前記テーパ状部の軸方向の他端に連なり、軸方向の他端において他方の軸方向側部に第２湾曲部を介して連なるとともに、前記テーパ状部に対して該テーパ状部に垂直な方向に突出する突起部と、を有し、前記突起部の外周面が、半バレル形状に形成されており、前記テーパ面の軸方向寸法が前記ランドの軸方向の最大寸法よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１１】
なお、上記構成において、「合口部を備えた割りリング形状」とは、オイルリング本体が、その周方向の一部分において切断されて当該切断部分が合口部となったＣ字形状に形成されていることを意味する。また、「軸方向」とは割リング形状のオイルリング本体の軸心に沿う方向である。
【００１４】
本発明は、上記構成において、前記突起部と前記テーパ状部との連接部分を基準とした前記突起部の径方向高さが０．０１８ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００１５】
本発明は、上記構成において、前記テーパ状部が、軸方向に対して５５°以下の角度で傾斜する円錐面形状に形成されているのが好ましい。
【００１６】
本発明は、上記構成において、前記第１湾曲部の外周面の半径および前記第２湾曲部の外周面の半径が、それぞれ０．１２ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００１７】
本発明は、上記構成において、前記テーパ状部の軸方向長さが、０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、突起部をシリンダの内周面に高い面圧で当接させることによりオイル上がりを抑制して、このオイルリングが用いられるエンジンのオイル消費量を低減することができる。また、テーパ状部がシリンダの内周面との間で生じるくさび効果によって突起部とシリンダの内周面との間にオイルを供給し易くして、長期間に亘って突起部の摩耗を抑制するとともに突起部のシリンダの内周面に対するフリクションを低減させることができる。したがって、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減することができるオイルリングを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態であるオイルリングの平面図である。
【図２】図１に示すオイルリングの使用状態を示す縦断面図である。
【図３】図１に示すオイルリングのランドの部分を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】図３に示すランドの変形例を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。
【００２１】
図１に示す本発明の一実施の形態であるオイルリング１はオイルコントロールリングとも呼ばれるものであり、例えばディーゼルエンジンのピストンの外周面に形成されたリング溝に装着されて使用される。このオイルリング１は２ピースタイプとなっており、オイルリング本体１０とコイルエキスパンダー２０とを有している。
【００２２】
図１に示すように、オイルリング本体１０は、合口部１０ａを備えた割リング形状に形成されている。つまり、オイルリング本体１０は、周方向の一部分が切断されて当該切断部分が合口部１０ａとなったＣ字形状に形成されている。オイルリング本体１０は、例えばスチール（鋼材）製とすることができる。オイルリング本体１０は、合口部１０ａが形成されることにより、この合口部１０ａを周方向に離間させるように弾性変形して、径方向外側に向けて拡張（拡径）することができる。また、オイルリング本体１０は、ピストンに装着された状態でシリンダ内に配置されると、合口部１０ａが閉じた略円環状となり、ピストンの全周に亘ってオイルをシールすることができる。
【００２３】
図２に示すように、オイルリング本体１０はウェブ部１１と一対のレール部１２とを有し、その断面は略Ｍ字形状となっている。
【００２４】
ウェブ部１１は薄肉の円筒状に形成され、その軸方向の中央位置には、このウェブ部１１を径方向に貫通する複数の通油孔１３が周方向に間隔を空けて並べて設けられている。これらの通油孔１３は、例えば長孔や円形孔に形成することができる。
【００２５】
一対のレール部１２は、それぞれウェブ部１１の軸方向の一方側および他方側に該ウェブ部１１と一体に設けられている。それぞれのレール部１２は、その径方向厚み寸法がウェブ部１１の径方向厚み寸法よりも大きくされており、ウェブ部１１は各レール部１２の径方向中間部位において当該レール部１２に連ねられている。
【００２６】
オイルリング本体１０の径方向内側部分（内周面）には、コイルエキスパンダー２０を装着するための装着溝１４が設けられている。この装着溝１４は、ウェブ部１１から両レール部１２にまで達する半円形の凹断面を有し、周方向に沿ってオイルリング本体１０の全周に亘って延びている。
【００２７】
図１においては簡略化して示すが、コイルエキスパンダー２０は、鋼材等により形成された線材をコイル状に巻いたものを、その両端を接続して円環状に形成して構成されている。このコイルエキスパンダー２０は径方向内外方向に向けて弾性変形自在となっており、その自然状態における外径寸法はオイルリング本体１０の内径寸法よりも大きくなっている。そして、コイルエキスパンダー２０は、図２に示すように、縮径方向に弾性変形した状態でオイルリング本体１０の装着溝１４に装着され、オイルリング本体１０を径方向外側に向けて付勢する。
【００２８】
なお、コイルエキスパンダー２０の周方向に垂直な方向から見た半径は、オイルリング本体１０の装着溝１４の半径よりも僅かに小さくなっている。
【００２９】
一対のレール部１２の径方向外側を向く外周端には、それぞれランド３０が一体に設けられている。これらのランド３０は、それぞれ対応するレール部１２の外周端から径方向外側に向けて突出するとともにレール部１２の全周に亘って延びる環状に形成されている。
【００３０】
次に、図３に基づいて、ランド３０の詳細について説明する。なお、上側のレール部１２に設けられるランド３０と下側のレール部１２に設けられるランド３０は、基本的に同一の形状を有しているので、以下では、上側のレール部１２に設けられたランド３０に基づいて説明する。
【００３１】
ランド３０は、軸方向の一方側（燃焼室の側）を向く上側の軸方向側部３１と、軸方向の他方側（クランク室の側）を向く下側の軸方向側部３２とを有している。また、これらの軸方向側部３１、３２の間に、テーパ状部３３と突起部３４とを有している。
【００３２】
テーパ状部３３は、このオイルリング１をピストンＰに装着したときに燃焼室の側となる軸方向の一方側（図３において上側）から軸方向の他方側（図３において下側）に向かうに連れて徐々に拡径するテーパ形状に形成されている。テーパ状部３３は、ピストンＰが圧縮工程および排気工程において図２中で上方に移動する際に、シリンダＣの内周面との間でくさび効果を生じることができる。このくさび効果により、突起部３４とシリンダＣの内周面との間にオイルを供給し易くして、突起部３４の摩耗を効果的に抑制することができる。
【００３３】
テーパ状部３３は、例えば図３中に示されるように、軸方向の一方側から他方側に向かうに連れて徐々に拡径する円錐面形状に形成することができる。この場合、テーパ状部３３の軸方向に対する角度αは、０°より大きく、５５°以下とするのが好ましい。このような角度範囲とすることにより、テーパ状部３３とシリンダＣの内周面との間に、くさび効果を効果的に生じさせて、突起部３４とシリンダＣの内周面との間にオイルを効率良く供給することができる。
【００３４】
なお、テーパ状部３３は、円錐面形状に限らず、例えば凹形状や凸形状に湾曲するテーパ面形状のものなど、種々の形状を採用することもできる。
【００３５】
テーパ状部３３の軸方向長さＬは、０．０５ｍｍ以上とするのが好ましい。これにより、テーパ状部３３とシリンダＣの内周面との間に、くさび効果を効果的に生じさせて、突起部３４とシリンダＣの内周面との間にオイルを効率良く供給することができる。
【００３６】
テーパ状部３３の軸方向の一端は第１湾曲部３５を介して上側の軸方向側部３１に連なっている。一方、テーパ状部３３の軸方向の他端は突起部３４の軸方向の一体に連なっており、この突起部３４の軸方向の他端が第２湾曲部３６を介して下側の軸方向側部３２に連なっている。
【００３７】
第１湾曲部３５は、上側の軸方向側部３１とテーパ状部３３との間を滑らかに連ねる湾曲面に形成されており、第２湾曲部３６は、下側の軸方向側部３２と突起部３４との間を滑らかに連ねる湾曲面に形成されている。これらの湾曲部３５、３６の周方向の垂直な断面における外周面の形状は円弧状とすることができる。この場合、それぞれの湾曲部３５、３６の外周面の半径Ｒは、０．１２ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００３８】
突起部３４の外周面は、例えば図３に示されるように、その外周面３４ａが半バレル形状とされた構成とすることができる。つまり、突起部３４は、周方向に垂直な断面形状が半円形状となるとともにレール部１２の全周に亘って延びる環状に形成された構成とすることができる。
【００３９】
突起部３４は、テーパ状部３３に対して当該テーパ状部３３に垂直な方向に突出している。したがって、ランド３０は突起部３４においてシリンダＣの内周面に摺接する。なお、オイルリング１の作動状態によっては、突起部３４に加えてテーパ状部３３がシリンダＣの内周面に摺接することもできる。
【００４０】
このように、ランド３０は、その外周面にテーパ状部３３と突起部３４とを備え、突起部３４においてシリンダＣの内周面に摺接する構成となっているので、突起部３４をシリンダＣの内周面に高い面圧で当接させることができる。したがって、突起部３４により、シリンダＣの内周面に付着したオイルを確実に掻き落として、このオイルリング１が用いられるエンジンのオイル上がりつまりオイル消費量を低減させることができる。
【００４１】
また、上記のように、突起部３４にはテーパ状部３３が隣接して設けられ、このテーパ状部３４がシリンダＣの内周面との間で生じるくさび効果により、突起部３４とシリンダＣの内周面との間には効果的にオイルが供給される。したがって、突起部３４を高い面圧でシリンダＣの内面に当接させるようにしても、豊富に供給されるオイルにより突起部３４の摩耗を効果的に抑制することができ、これにより、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減することができる。
【００４２】
突起部３４とテーパ状部３３との連接部分を基準とした突起部３４の径方向高さＨは、０．０１８ｍｍ以上とするのが好ましい。これにより、突起部３４の摩耗による消失を長期間に亘って防止して、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減する効果を得ることができる。
【００４４】
図２に示すように、各レール部１２の外周端のランド３０が設けられていない部分は、それぞれレール部１２の軸方向外側を向く側面からランド３０に向けて徐々に拡径するテーパ面４０に形成されている。これらのテーパ面４０がシリンダＣの内周面との間でくさび効果を生じることにより、ランド３０にさらに効果的にオイルを供給することができる。
【００４５】
オイルリング本体１０のランド３０の表面には、硬質層（硬質皮膜）を形成することもできる。硬質層としては、例えば、窒化処理層、ＰＶＤ処理層、硬質クロムめっき処理層およびＤＬＣ層のうち少なくとも何れか１つの層を備えた構成を採用することができる。このような硬質層を設けることにより、突起部３４の摩耗による消失を長期間に亘って防止して、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減する効果を得ることができる。
【００４６】
なお、「ＰＶＤ処理層」とは「物理気相成長（Physical Vapor Deposition）により形成された層」を意味し、「ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）層」とは主として炭化水素や炭素の同素体から成る非晶質の硬質炭素膜を意味する。
【実施例】
【００４７】
本発明の効果を確認するために、本発明の実施例１、２のオイルリングと、本発明との比較のための比較例のオイルリングとを用意し、これらのオイルリングについて摩擦損失の測定試験とオイル消費量の測定試験とを行い、その試験結果を比較した。
【００４８】
実施例１のオイルリングは、図１〜図３に示す形状において、第１湾曲部の半径Ｒを０．０６ｍｍ、テーパ状部の軸方向に対する角度αを２°、テーパ状部の軸方向長さＬを０．０５ｍｍ、突起部の径方向高さＨを０．０１８ｍｍ、第２湾曲部の半径Ｒを０．０６ｍｍとしたものである。
【００４９】
実施例２のオイルリングは、図１〜図３に示す形状において、第１湾曲部の半径Ｒを０．１２ｍｍ、テーパ状部の軸方向に対する角度αを５５°、テーパ状部の軸方向長さＬを０．１１ｍｍ、突起部の径方向高さＨを０．２００ｍｍ、第２湾曲部の半径Ｒを０．１２ｍｍとしたものである。
【００５０】
これらの実施例１、２のオイルリングに対して、比較例のオイルリングは、各レール部の外周端にランドを設けず、各レール部の外周端を０．２ｍｍの当り幅でシリンダＣの内周面に摺接するように構成したものである。
【００５１】
なお、実施例１、２のオイルリングの当り幅は表１に示した他の寸法に従って一義的に決まるので、その記載を省略した。
【００５２】
実施例１、２および比較例のオイルリングは、何れも、ディーゼルエンジンのピストンに装着して用いられるものとし、そのオイルリング本体をＪＩＳ  ＳＷＲＨ７７Ｂ相当の鋼材製とし、その呼称径をφ８６とした。また、実施例１、２および比較例のオイルリングは、何れも、オイルリング本体とスペーサエキスパンダーとの組合せ張力を摺接面の面圧が２．０ＭＰａとなるように設定した。
【００５３】
摩擦損失の測定試験は、浮動ライナー式のリング単体往復動試験機（ボア径８６ｍｍ、ストローク７２ｍｍ）を用いて行い、摩擦平均有効圧（ＦＭＥＰ：Friction Mean Effective Pressure）により評価した。この試験機において、オイルリングの外周面が摺動する相手材としては、面粗度が十点平均粗さ（Ｒｚ）で２〜４μｍとなる鋳鉄のシリンダライナーを用いた。
【００５４】
この試験機のピストンに実施例１、２のオイルリングおよび比較例のオイルリングを順次装着し、ピストンが往復動するときにオイルリングからシリンダライナーに加えられる摩擦力を荷重測定用センサーにより測定した。測定時の回転数は１５００ｒｐｍ、シリンダライナーの内面に供給するオイルの温度は２５℃とした。
【００５５】
一方、オイル消費量の測定試験は、水冷４サイクルの自然吸気式のガソリンエンジン（４気筒、排気量２０００ｃｃ）を用い、このエンジンのピストンに実施例１、２のオイルリングおよび比較例のオイルリングを順次装着した実機試験により行った。試験条件は、回転数６５００ｒｐｍ、全負荷（ＷＯＴ：Wide Open Throttle）運転およびパターン運転の繰り返しとした。オイル消費量は、所定時間行った測定試験の前後におけるオイルの量から算出した。
【００５６】
表１に、摩擦損失（摩擦平均有効圧）とオイル消費量の試験結果を示す。何れの試験結果も、比較例を基準とし、当該比較例の試験結果を１００とした場合における当該基準との比率で示した。
【００５７】
【表１】
0006685642.tif 000002
【００５８】
表１から、本発明の実施例１、２のオイルリングは、何れも、比較例のオイルリングよりも、摩擦損失（摩擦平均有効圧）およびオイル消費量を低減可能であることが解った。
【００５９】
また、実施例１と実施例２との比較から、テーパ状部の軸方向に対する角度αを増加させるとともに突起部の径方向高さＨを増加させることにより、突起部の摩耗に対する耐久性を高めて、長期間に亘ってオイル消費量を低減可能であることが解った。
【００６０】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６１】
例えば、前記実施の形態においては、本発明のオイルリング１をディーゼルエンジンのピストンに装着されるものとして説明しているが、これに限らず、ガソリンエンジンのピストンに装着されるオイルリングに本発明を適用することもできる。
【００６２】
また、オイルリング本体１０の材質は鋼材に限らず他の材質とすることもできる。
【符号の説明】
【００６３】
１    オイルリング
１０    オイルリング本体
１０ａ  合口部
１１    ウェブ部
１２    レール部
１３    通油孔
１４    装着溝
２０    コイルエキスパンダー
３０    ランド
３１    上側の軸方向側部
３２    下側の軸方向側部
３３    テーパ状部
３４    突起部
３４ａ  外周面
３５    第１湾曲部
３６    第２湾曲部
４０    テーパ面
Ｐ    ピストン
α    角度
Ｃ    シリンダ
Ｌ    軸方向長さ
Ｒ    半径
Ｈ    径方向高さ
【図１】
0006685642.tif 000003
【図２】
0006685642.tif 000004
【図３】
0006685642.tif 000005
【図４】
0006685642.tif 000006