(57)【要約】【課題】本発明の目的は、本発明の目的は、エンジン状態の変化に対してより柔軟に対応したリング張力を得ることのできるオイルリングを提供すること。【解決手段】本発明のオイルリングは、内燃機関のシリンダ内面と摺動するサイドレール２と、このサイドレール２を背面からシリンダ内面に向けて付勢する拡張リング３ａ，４とからなり、拡張リング３ａ，４が変態温度の異なる複数種類の形状記憶合金３ａ，４によって構成されていることを特徴としている。このため、低温時と高温時とのリング張力を変化させ、かつ、その過程におけるリング張力を最適化し、低温時のフリクション低減による燃費向上と、高温時のオイル消費抑制／ブローバイ抑制とを両立させることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ内のピストンに取り付けられるオイルリングにおいて、
前記シリンダ内面と摺動するサイドレールと、該サイドレールを背面から前記シリンダ内面に向けて付勢する拡張リングとからなり、該拡張リングが変態温度の異なる複数種類の形状記憶合金によって構成されていることを特徴とするオイルリング。
【請求項２】
内燃機関のシリンダ内のピストンに取り付けられるオイルリングにおいて、
前記シリンダ内面と摺動する一対の上レール及び下レールと、該上レール及び該下レールを保持しつつ前記シリンダ内面に向けて付勢するスペーサとからなり、該スペーサが変態温度の異なる複数種類の形状記憶合金を備えており、該形状記憶合金の組み合わせによって前記上レール及び前記下レールの前記シリンダ内面への付勢力を異ならせたことを特徴とするオイルリング。
【請求項３】
内燃機関のシリンダ内のピストンに取り付けられるオイルリングにおいて、
前記シリンダ内面と摺動する一対の上レール及び下レールと、該上レール及び該下レールを保持しつつ前記シリンダ内面に向けて付勢するスペーサとからなり、該スペーサが熱膨張率の異なる複数種類の膨張部材を備えており、該膨張部材の組み合わせによって前記上レール及び前記下レールの前記シリンダ内面への付勢力を異ならせたことを特徴とするオイルリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダ内のピストンに取り付けられるオイルリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、シリンダ内で吸入空気と燃料とを混合させた混合気を燃焼させ、このときの爆発力をピストンを介して取り出している。ピストンは、シリンダ内で往復運動する。図９（ａ）〜図９（ｃ）に示されるように、このピストン１０１には、シリンダとピストン１０１とによって形成される燃焼室の気密性を保持するためや、シリンダ内面への潤滑オイルの塗布・剥離を行うためにピストンリング１０２〜１０４がはめ込まれている。
【０００３】
ピストンリング１０２〜１０４は、通常、一つのピストン１０１に三つ取り付けられる。最も上方のトップリング１０２と呼ばれるものとその下方のセカンドリング１０３と呼ばれるコンプレッションリングは、主として機密性を確保するためのものである。これに対して、最も下方のオイルリング１０４は、ピストン１０１の下降時にシリンダ内面の余分なオイルを掻き取り、燃焼室でオイルが燃えて消費されてしまうのを抑止する役割を主としている。
【０００４】
図９（ａ）〜図９（ｃ）に挙げられているものが、オイルリング１０４の代表的な形態である。図９（ａ）のオイルリングの一部拡大斜視図を図１０に示す。図１０に示されたものは、いわゆる２ピースタイプのものである。このタイプのオイルリングでは、主としてサイドレール１０４ａの背面側に配置されたコイルスプリング１０４ｂの復元力でリング張力を発生させて、サイドレール１０４ａをシリンダ内面に押しつけている。サイドレール１０４ａは、その上下にオイルを掻き取る突起１０４ｃが全周にわたって形成されていると共に、一対の突起１０４ｃの間にはオイル戻し用の孔１０４ｄが、周方向に一定間隔毎に形成されている。このような２ピースタイプのオイルリングとしては、［特許文献１］に記載のものなどが知られている。
【０００５】
また、図９（ｂ）のオイルリングの一部拡大斜視図を図１１に、図９（ｃ）のオイルリングの一部拡大斜視図を図１２に示す。図１１及び図１２に示されたものは、いわゆる３ピースタイプのものである。図１１及び図１２に示されたものは、上下の一対のレール１０４ｅをスペーサ１０４ｆで保持するものである。
このタイプのオイルリングでは、主としてスペーサ１０４ｆの復元力でリング張力を発生させて、スペーサ１０４ｆの押圧部１０４ｇで一対のレール１０４ｅをシリンダ内面に押しつけて、シリンダ内面のオイルを掻き取る。
【０００６】
【特許文献１】
実公平３−４１０７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ピストンリング（オイルリング）に要求される性能として、低負荷（低回転）時にはシリンダ−ピストン間のフリクションを低減して燃費向上を図ることと、高負荷（高回転）時には確実にシールすることでオイル消費を抑制したりブローバイを抑制したりすることの両立が要求される。前者はリング張力を低減することとなり、後者はリング張力を高くすることとなり、相反する要求であるため両立は困難であった。そこで、上述した［特許文献１］に記載のものは、コイルスプリングを形状記憶合金で形成し、温度によってリング張力を変化させる。低負荷（低回転）時にはシリンダ内温度は相対的に低く、高負荷（高回転）時には温度が高くなることを利用している。
【０００８】
しかし、［特許文献１］に記載のものでは、リング張力を二段階にしか制御できず、エンジン状態の変化に柔軟に対応したリング張力を得るには不十分であり、さらなる改良が要望されていた。従って、本発明の目的は、エンジン状態の変化に対してより一層柔軟に対応したリング張力を得ることのできるオイルリングを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のオイルリングは、内燃機関のシリンダ内面と摺動するサイドレールと、このサイドレールを背面からシリンダ内面に向けて付勢する拡張リングとからなり、拡張リングが変態温度の異なる複数種類の形状記憶合金によって構成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に記載のオイルリングは、内燃機関のシリンダ内面と摺動する一対の上レール及び下レールと、この上下レールを保持しつつシリンダ内面に向けて付勢するスペーサとからなり、スペーサが変態温度の異なる複数種類の形状記憶合金を備えており、形状記憶合金の組み合わせによって上下レールのシリンダ内面への付勢力を異ならせたことを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項３に記載のオイルリングは、内燃機関のシリンダ内面と摺動する一対の上レール及び下レールと、この上下レールを保持しつつシリンダ内面に向けて付勢するスペーサとからなり、スペーサが熱膨張率の異なる複数種類の膨張部材を備えており、膨張部材の組み合わせによって上下レールのシリンダ内面への付勢力を異ならせたことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第一発明のオイルリングの各実施形態について以下に説明する。図１に、第一実施形態のオイルリング１ａの断面図を示す。第一実施形態のオイルリング１ａは、上述した図９（ａ）及び図１０に記載の２ピースタイプのオイルリングに準じるものであり、サイドレール２と拡張リング（コイルスプリング）３，４とからなる。なお、図示されていないが、サイドレール２や拡張リング３ａ，４に合い口があるのは通常のオイルリングと同様である。
【００１３】
サイドレール２は、従来のものと変わりなく、その外周側の上下にオイルを掻き取る突起２ａが全周にわたって形成されていると共に、内周側には拡張リング３ａ，４を収納する溝が全周にわたって形成されている。また、一対の突起２ａの間には、外周側から内周側にかけてオイル戻し用の孔２ｂが、周方向に一定間隔毎に貫通形成されている。
【００１４】
本実施形態の拡張リング３ａ，４は、変態温度の異なる形状記憶合金で形成されている。ここでは、拡張リング３ａの方が巻き径が大きく、巻き径の小さい拡張リング４がその内部に収納されている。拡張リング３ａ，４の各中心はほぼ一致されている。主として、拡張リング３ａ，４の復元力によってオイルリング１ａのリング張力が生じるが、拡張リング３ａ，４は形状記憶合金で構成されるため変態温度の前後でリング張力が変化する。拡張リング３ａ，４と、これらの合成張力との関係を図２に示す。なお、最終的なリング張力は、この合成張力とサイドレール２自体によってもたらされる張力との和となる。
【００１５】
図２に示されるように、外側の拡張リング３ａを構成する形状記憶合金の変態温度の方が、内側の拡張リング４を構成する形状記憶合金の変態温度よりも低い。また、本実施形態の場合、外側の拡張リング３ａによる張力の方が内側の拡張リング４による張力よりも全般的に高い。各拡張リング３ａ，４の張力のレベルは、線径、巻き径、巻きピッチなどによって決まる。さらに、変態温度の前後で巻き径や巻きピッチなどの形状が変わるので張力が変わる。
【００１６】
オイルリングには、上述したように、低負荷（低回転：低温）時におけるシリンダ−ピストン間のフリクション低減による燃費向上と、高負荷（高回転：高温）時におけるシール性向上によるオイル消費抑制／ブローバイ抑制との両立が要求される。このことを考えた場合、二つの拡張リング３ａ，４の合成張力として要求される特性は、図２中に点線で示したようになる。要求されるリング張力は、低温（低負荷：低回転）時には小さく、温度（負荷：回転）の上昇に伴って大きくなる。
【００１７】
本実施形態のように、変態温度の異なる二つの形状記憶合金を組み合わせて用いることで、図２に示されるように、二つの拡張リング３ａ，４の合成張力を要求特性にほぼ一致させている。これによって、低温時の燃費向上と高温時のオイル消費抑制やブローバイ抑制を両立させることができる。また、低温時のリング張力低下は、上述した燃費向上の他、冷間始動時におけるフリクション低減による始動性向上にも寄与する。
【００１８】
図３に、第二実施形態のオイルリング１ｂの断面を示す。なお、本実施形態のオイルリング１ｂは、上述した第一実施形態のオイルリング１ａに準ずるものであるので、同一又は同等の構成部分には、同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。本実施形態のオイルリング１ｂにおいては、変態温度の低い形状記憶合金によって構成されている外側の拡張リング３ｂが第一実施形態のもの（拡張リング３ａ）と異なっている。
【００１９】
本実施形態の拡張リング３ｂは、その線径が周期的に変化しており、オイルリング１ｂの外周側に位置する部分の線径が細く、内周側に位置する線径が太く形成されている。この拡張リング３ｂは、その線径（太さ）がある周期で連続的に変化する線材を、その周期に同期させて巻バネ状とすることで上述した形態に形成されている。拡張リング３ａは、その全周にわたって、上述した線径が細い部分でサイドレール２と接触している。内側の拡張リング４は、拡張リング３ｂの内部空間とは中心が一致しているが、拡張リング３ｂの外側とは偏心している。拡張リング３ｂの最も太い部分は第一実施形態の拡張リング３ａよりも太く、最も細い部分は第一実施形態の拡張リング３ａよりも細い。
【００２０】
このようにすると、外側の拡張リング３ｂの細い部分でサイドレール２と接触するので、外側の拡張リング３ｂによる張力は第一実施形態のものに比べて全体的に（＝変態温度の前後）低下する。即ち、図２における二点鎖線が全体的に下がることと同様である。また、内側の拡張リング４の変態温度以上となると、内側の拡張リング４は外側の拡張リング３ｂの細い部分を押すこととなる。この部分は変形し易いので、内側の拡張リング４がサイドレール２を押そうとする力が第一実施形態の場合よりも伝わりやすくなる。即ち、内側の拡張リング４がサイドレール２を押そうとする力が外側の拡張リング３ｂによって阻害されにくくなり、リング張力が増加することとなる。この結果、低温時と高温時との張力差を大きく確保することができ、要求特性により一層合致させやすくなる（自由度が大きい）。
【００２１】
図４に、第三実施形態のオイルリング１ｃの断面を示す。なお、本実施形態のオイルリング１ｃも、上述した第一実施形態のオイルリング１ａや第二実施形態のオイルリング１ｂに準ずるものであるので、同一又は同等の構成部分には、同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。本実施形態のオイルリング１ｃにおいては、変態温度の低い形状記憶合金によって構成されている外側の拡張リング３ｃが第一実施形態のもの（拡張リング３ａ）や第二実施形態のもの（拡張リング３ｂ）と異なっている。
【００２２】
本実施形態の拡張リング３ｃは、その線径が周期的に変化されており、オイルリング１ｂの外周側と内周側に位置する部分の線径が太く、その他の部分がこれらの内周側及び外周側よりも細く形成されている。この拡張リング３ｃも、上述した第二実施形態の拡張リング３ｂと同様に、その線径（太さ）がある周期で連続的に変化する線材を、その周期に同期させて巻バネ状とすることで上述した形態に形成されている。
【００２３】
このようにすることで、オイルリング１ｃの厚みを薄くすることができ、重量を減らすことができる。重量を減らすことでピストンが往復運動を行うときのボア（シリンダ内壁）との追従性が向上させることができる。追従性を向上させることができる分、リング張力が少なくても同等の効果を得ることも可能となる。また、オイルリング（サイドレール）に関する追従性係数Ｐｋは、Ｐｋ＝（Ｗ・Ｒ２）／（Ｅ・Ｉ）で表される。ここで、Ｗはリング張力、Ｒはボア半径、Ｅは縦弾性係数、Ｉはリング断面（オイルリングのｈ１×ａ１：図４参照）である。追従性係数Ｐｋが大きいほど追従性がよく、オイル消費が抑制される。本実施形態の場合、オイルリング１ｃの厚みを薄くすることができるので上述したリング断面Ｉを小さくでき、質量の面以外にも、ここで説明したように、形状等の面からも追従性を向上させることができる。
【００２４】
なお、上述した第一〜第三本実施形態では変態温度の異なる二種類の形状記憶合金を用いたが、三種類以上の形状記憶合金を用いても構わない。また、内側の変態温度の高い拡張リング４に用いる形状記憶合金としては、上述した実施形態のものの他、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｍｎ−Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系を利用することも考えられる。また、上述した第一〜第三本実施形態は、図９（ａ）や図１０に記載のいわゆる２ピースタイプのオイルリングに変態温度の異なる複数の形状記憶合金を適用した例であったが、本発明を、他の形態（例えば３ピースタイプなど）のオイルリングに変態温度の異なる複数の形状記憶合金を適用することも可能である。
【００２５】
次に、第二発明のオイルリングの各実施形態について以下に説明する。第四実施形態のオイルリング１ｄの一部斜視図を図５に、図６に断面図を示す。図６の断面は、図５における突起６ｃの中心を通り、オイルリング１ｄに対して直角な平面を断面とする断面図である。なお、図５では分解した状態で示されており、図６では組み合わされた状態で示されている。本実施形態のオイルリング１ｄは、上述した図９（ｂ）及び図１１に記載の３ピースタイプのオイルリングに準じるものであり、一対の上下レール５とスペーサ６とからなる。なお、図示されていないが、上下レール５やスペーサ６に合い口があるのは通常のオイルリングと同様である。
【００２６】
レール５は、３ピースタイプのオイルリングに用いられる通常のレールである。オイルリングが輪として見える平面視において、スペーサ６は周方向に蛇行する金属板で構成されている。このスペーサ６の外周側から内周側（及びその逆）に移行する部分には、オイル戻しのための孔６ａが形成されている。そして、蛇行部分の内周側に位置する部分の両縁部には、それぞれ上下レール５を押す押圧部６ｂが形成されている。各押圧部６ｂは、内周側に傾斜された後に、その端部がリング平面方向の内周側にさらに屈曲されている。また、蛇行部分の内周側に位置する部分の内側表面中央には、突起６ｃが形成されている。
【００２７】
そして、この突起６ｃと各押圧部６ｂとの間には、変態温度の異なる形状記憶合金からなる膨張部材６ｄ，６ｅがそれぞれはめ込まれている。下側の膨張部材６ｅを形成する形状記憶合金の方が変態温度が低い。このように、形状記憶合金を用いることで、高温時には形状記憶合金が変態温度を超え、膨張部材６ｄが図６中の矢印で示されるようにスペーサ６が上下レール５を押す押圧力が増加される。この結果、上述した第一〜第三実施形態と同様に、低負荷（低回転：低温）時におけるシリンダ−ピストン間のフリクション低減による燃費向上と、高負荷（高回転：高温）時におけるシール性向上によるオイル消費抑制／ブローバイ抑制とを両立させることができる。
【００２８】
また、通常のオイルリングでは、ピストン下降時（最もオイル消費が発生する行程）には、オイルリングはシリンダ内面との摩擦によってリング溝内で上方に位置する。このとき、オイルリングはリング溝内で傾き、オイルリング下方に形成される隙間を介して下方のオイルがシリンダ内に戻り、オイル消費が促進されてしまう。そこで、本実施形態のように、変態温度の異なる形状記憶合金からなる膨張部材６ｄ，６ｅを用いて上レール５と下レール５とのシリンダ内面への押圧力を変えて下側の押圧力を強くする。この結果、オイルリング１ｄがシリンダ内面に対してより垂直に近い状態となり、オイルリングによるシール性及び掻き取り性が向上し、オイル消費抑止とブローバイ抑止を向上させることができる。
【００２９】
第五実施形態のオイルリング１ｅを図７及び図８に示す。図７は図５相当図であり、図８は図６相当図である。図６は、後述する膨張部材６ｄ，６ｅの中央を通り、オイルリング１ｅに対して直角な平面を断面とする断面図である。なお、図７は分解した状態、図６は組み合わされた状態を示している。本実施形態のオイルリング１ｅは、やはり３ピースタイプのものであり、スペーサ６の形状のみが第三実施形態のものと異なっている。なお、図示されていないが、上下レール５やスペーサ６に合い口があるのも同様である。
【００３０】
上述した第四実施形態のものと同等の構成部位には同一の符号を付すこととする。本実施形態の場合は、スペーサ６の外周側から内周側（及びその逆）に移行する部分の形態が特に第四実施形態のものと異なり、一対の平行な板状部で構成されている。この一対の板状の間に形成される開口部が、第四実施形態の孔６ａに相当し、オイル戻しのための通路として機能する。そして、一対の押圧部６ｂの形状は第四実施形態のものとほぼ同様であるが、それらの両端が一対の連結部６ｆによって連結されている。そして、この連結部６ｆのほぼ中央に、一対の押圧部６ｂの端部にほぼ平行な板状突起６ｇの両端が結合されている。
【００３１】
そして、この板状突起６ｇと各押圧部６ｂとの間には、変態温度の異なる形状記憶合金からなる膨張部材６ｄ，６ｅがそれぞれはめ込まれている。下側の膨張部材６ｅを形成する形状記憶合金の方が変態温度が低い。このように構成することでも、やはり、低負荷（低回転：低温）時におけるシリンダ−ピストン間のフリクション低減による燃費向上と、高負荷（高回転：高温）時におけるシール性向上によるオイル消費抑制／ブローバイ抑制とを両立させることができる。また、変態温度の異なる形状記憶合金からなる膨張部材６ｄ，６ｅを用いて上レール５と下レール５とのシリンダ内面への押圧力を変えて、オイルリング１ｅがシリンダ内面に対してより垂直に近い状態で接触するようにし、オイル消費抑止とブローバイ抑止を向上させることができる。
【００３２】
上述した第四及び第五実施形態では、膨張部材６ｄ，６ｅとして変態温度の前後で形状が異なる（膨張・収縮）する形状記憶合金を用いたが、温度によってその体積を変化させる熱膨張部材を膨張部材として用いることも可能である。この場合、熱膨張率の高い部材を下側に配置することで、下レール５のシリンダ内面への押圧力を上レール５の押圧力よりも大きくする。このように熱膨張部材を用いることによっても上述した効果と同様の効果を実現することができる。熱膨張部材としては、合成樹脂、アルミ、マンガン鋼などが挙げられる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１〜３に記載のオイルリングによれば、変態温度の異なる形状記憶合金（あるいは、熱膨張率の異なる熱膨張部材）を用いて、低負荷（低回転：低温）時にはオイルリングのシリンダ内壁への押圧力を低めとし、高負荷（高回転：高温）時には押圧力を高くし、かつ、その過程における押圧力の変化を最適化することができる。この結果、低負荷（低回転：低温）時におけるシリンダ−ピストン間のフリクション低減による燃費向上と、高負荷（高回転：高温）時におけるシール性向上によるオイル消費抑制／ブローバイ抑制とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオイルリングの第一実施形態を示す断面図である。
【図２】各拡張リングのリング張力及びそれらの合成張力と温度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明のオイルリングの第二実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明のオイルリングの第三実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明のオイルリングの第四実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明のオイルリングの第四実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明のオイルリングの第五実施形態を示す斜視図である。
【図８】本発明のオイルリングの第五実施形態を示す断面図である。
【図９】ピストンとピストンリングを示す断面図である。
【図１０】従来の２ピースタイプのオイルリングの一例を示す斜視図である。
【図１１】従来の３ピースタイプのオイルリングの一例を示す斜視図である。
【図１２】従来の３ピースタイプのオイルリングの他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｅ…オイルリング、２…サイドレール、２…サイドレール、２ｂ…孔、２ａ…突起、３ａ〜３ｃ，４…拡張リング、５…レール、６…スペーサ、６ａ…孔、６ｂ…押圧部、６ｃ…突起、６ｄ，６ｅ…膨張部材、６ｆ…連結部、６ｇ…板状突起。
【図１】
2004340075.tif 000003
【図２】
2004340075.tif 000004
【図３】
2004340075.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004340075.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004340075.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004340075.tif 000013
【図１２】
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