(57)【要約】【課題】  オイル消費量を低減することが可能なピストンリングを提供する。【解決手段】  セカンドリング２１では、摺動面２１ｆと対向する内周面２１ｉ側に内周突出部２２ｓが形成されている。吸気工程においてリング溝とセカンドリング２１とは、３本の線状領域２６から２８で接触する。圧縮工程において、リング溝とセカンドリング２１とは、２本以下のほぼ線状接触領域で接触する。内周突出部２２は、内周面２１ｉの上部に設けられ、上面３１と同一面を有する。【選択図】        図３
2005257050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼圧を封止し、燃焼を受圧して出力軸を回転させるピストンのシリンダ内での摺動を円滑にするためのオイルを掻き落とすピストンリングであって、
前記ピストンリングの摺動面と対向する内周面側に内周突出部が形成されており、
吸気工程において、ピストンリング溝と前記ピストンリングとは、３本のほぼ線状領域で接触し、
圧縮工程において、ピストンリング溝と前記ピストンリングとは、２本以下のほぼ線状領域で接触する、ピストンリング。
【請求項２】
前記内周突出部は、前記内周面の上部に設けられ、前記ピストンリングの上面と同一面を有する、請求項１に記載のピストンリング。
【請求項３】
前記ピストンリングの上面には、前記ピストンリングの円周に沿って凹部が設けられている、請求項１または２に記載のピストンリング。
【請求項４】
内燃機関の燃焼圧を封止し、燃焼を受圧して出力軸を回転させるピストンのシリンダ内での摺動を円滑にするためのオイルを掻き落とすピストンリングであって、
前記ピストンリングの上面には、前記ピストンリングの円周に沿って凹部が設けられている、ピストンリング。
【請求項５】
前記凹部は、凸形状のプレス機でプレス塑性加工することで形成される、請求項３または４に記載のピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストンリングに関し、特に内燃機関で用いられるピストンリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンリングは、たとえば特開昭６２−２００１４８号公報（特許文献１）、実開昭５８−１７２０３９号公報（特許文献２）および特開平６−１５９１３５号公報（特許文献３）に開示されている。
【特許文献１】特開昭６２−２００１４８号公報
【特許文献２】実開昭５８−１７２０３９号公報
【特許文献３】特開平６−１５９１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１では、ピストンリングのシリンダライナと摺動する面の対向面、いわゆる内周面側の面形状に切欠を設け、ピストンのリング溝の上下面に切欠部を設ける技術が開示されている。これにより内周面側は断面においてピストンリング溝の上下の２点で接触し、かつピストンリング中央領域もリング溝の開口部と接触するため３点支持となる。これにより支持点数が多くなり、ピストンリングによるシール性を向上させ、かつピストンとの接触面積が大きくなるため、ピストンの冷却性を向上させることができる。
【０００４】
しかしながら、切欠の隅部がリング溝と弾性力を持ってリング溝に接触するため、一般にＳＵＳ材（ステンレス鋼）のピストンリングはアルミニウム合金製のピストンに対してピストンリング溝を攻撃し、摩耗を発生させる可能性が高い。また、一般の断面が矩形のピストンリングでは、上述の支持が２点支持となってしまい、シール性が低下する。
【０００５】
さらに、特許文献２では、リング溝の上面に溝の開示があるが、溝は外周滑り面から内周に向かってテーパ状の溝であり、かつメンテナンス用の溝が開示されているだけである。
【０００６】
また、特許文献３では、ピストンリングの摺動方向の下面に円周溝を設けている。
【０００７】
従来のピストンリングでは、シリンダ壁に接触したオイルが燃焼室へ入ることを防止し、かつ燃焼室内のオイルを燃焼室外に排出することが困難であり、オイル消費が多くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、オイル消費量を低減させることが可能な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】
【０００９】
この発明に従ったピストンリングは、内燃機関の燃焼圧を封止し、燃焼を受圧して出力軸を回転させるピストンのシリンダ内での摺動を円滑にするためのオイルを掻き落とすピストンリングである。ピストンリングの摺動面と対向する内周面側に内周突出部が形成されている。吸気工程において、ピストンリング溝とピストンリングとは、３本のほぼ線状領域で接触する。圧縮工程において、ピストンリング溝とピストンリングとは、２本以下のほぼ線状領域で接触する。
【００１０】
このように構成されたピストンリングでは、吸気工程、すなわちピストンが下降する工程では、ピストンリングの摺動部とシリンダライナ内周面との摩擦でピストンリングの摺動面側がリングクリアランスの範囲内で上方に傾斜する。このとき、ピストンリング溝とピストンリングとの間で３本のほぼ線状領域で接触することにより、オイルがピストンリングの背面を通って燃焼室内へ入り込むことを防止することができる。その結果、オイル上がりを減少させることができる。これに対して、ピストンが上昇する圧縮工程では、ピストンリング溝とピストンリングとは２本のほぼ線状領域で接触するため、オイルはスクイズ効果で抜けやすくなり、オイル掻き効果が増大し、オイル消費の改善に繋がる。
【００１１】
より好ましくは、内周突出部は、内周面の上部に設けられ、ピストンリングの上面と同一面を有する。この場合、３点接触が容易になり、突出部の高さを低くすることができ、ピストンリングの軽量化に繋がる。
【００１２】
より好ましくは、ピストンリングの上面には、ピストンリングの円周に沿って凹部が設けられる。この場合、凹部によりピストンリングの強度を低下させることができる。その結果ピストン上昇工程において凹部からピストンリングの摺動部までの範囲は下方に微妙に傾斜し凹部から内側では殆ど傾斜が発生しない。その結果、接触点が少なくなり、オイルの抜けの効率を向上させることができる。
【００１３】
この発明の別の局面に従ったピストンリングは、内燃機関の燃焼圧を封止し、燃焼を受圧して出力軸を回転させるピストンのシリンダ内での摺動を円滑にするためのオイルを掻き落とすピストンリングである。ピストンリングの上面には、ピストンリングの円周に沿って凹部が設けられている。
【００１４】
このように構成されたピストンリングでは、ピストンリング上面に設けられた凹部によりピストンリングの強度が低下する。その結果、ピストンの上昇工程では、凹部からリングの摺動部までの範囲でピストンリングは下方向に傾斜し、凹部から内周領域においては、傾斜角が殆ど発生しない。その結果接触点が少なくなり、オイルの抜けの効果を向上させることができ、オイル消費量を抑制することができる。
【００１５】
より好ましくは、凹部は凸形状のプレス機でプレス塑性加工することで形成される。これにより、プレスによって凹部応力が圧縮応力となるため、リングの信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に従えば、オイル消費量を低減することができるピストンリングを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったピストンリングを有するピストンの断面図である。図２は、図１中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。図１および図２を参照して、ピストン１は、シリンダ壁２で囲まれた領域に封入される。ピストン１は、燃焼室６に向かい合うヘッド部１１と、ヘッド部１１に連なりシリンダ壁２に向かい合うスカート部４を有する。また、ピストン１には、コネクティングロッド（図示せず）と接続するためのボス部１０が設けられている。シリンダ壁２とスカート部４との間には隙間部５が設けられており、所定のクリアランスが確保されている。ピストン１には、シリンダ壁２に向かい合うようにピストンリング溝としてのトップリング溝３、セカンドリング溝７およびオイルリング溝８が設けられている。それぞれの溝にはトップリング１２１、セカンドリング２１およびオイルリング２２１が嵌め合せられている。トップリング溝３、セカンドリング溝７およびオイルリング溝８はそれぞれ環状であり、それぞれの環状の溝の嵌まり合うようにトップリング１２１、セカンドリング２１およびオイルリング２２１が嵌め合されている。
【００１９】
図２を参照して、セカンドリング２１は、シリンダ壁２と向かい合っており、壁面２ａに形成されたオイルにより構成される油膜１００と接触する。セカンドリング溝７は断面がほぼ矩形状であり、上面７ａ、側面７ｂおよび下面７ｃの３面により規定される。セカンドリング２１は上面３１を有し、上面３１に連なるように内周突出部２２を有する。内周突出部２２は側面７ｂに向かって延びるように形成されており、内周突出部２２は、上面３１とほぼ同一平面の表面２２ｓを有する。セカンドリング２１は側面７ｂに向かい合う内周表面２１ｉを有し、内周表面２１ｉから突出するように内周突出部２２が形成される。セカンドリング２１のうち、シリンダ壁２の壁面２ａと向かい合う領域（摺動面２１ｆ）はバレル形状（ラウンド形状）であり、摩擦を減ずることが可能な形状とされている。
【００２０】
セカンドリング２１は内燃機関の燃焼圧を封止し、燃焼を受圧して出力軸を回転させるピストン１のシリンダ内での摺動を円滑にするためのオイルとしての油膜１００を掻き落とすピストンリングであって、セカンドリング２１の摺動面２１ｆと対向する内周表面２１ｉ側に内周突出部２２が形成されている。吸気工程において、セカンドリング溝７とセカンドリング２１とは、３本のほぼ線状領域で接触する。圧縮工程において、セカンドリング溝７とセカンドリング２１とは、２本以下のほぼ線状領域で接触する。
【００２１】
次に、図１および２で示すセカンドリング２１の動作について説明する。図３は、吸気工程を説明するために示すピストンリングの断面図である。図４は、圧縮および排気工程を説明するために示すピストンリングの断面図である。図３を参照して、まず吸気工程では、セカンドリング２１は矢印１ｄで示す方向に下降する。このとき、摺動面２１ｆは摩擦により上方へ向かって傾斜する。その結果セカンドリング溝７とセカンドリング２１とは、３本の線状接触領域２６，２７，２８で接触する。この線状接触領域は、それぞれ上面７ａ、側面７ｂおよび下面７ｃにより形成される。このため、矢印１０１で示すようにオイルがセカンドリング溝７に入り込もうとしても、オイルの入り込みを防止することができる。その結果燃焼室側へオイルが入り込むことを防止することができる。
【００２２】
図４を参照して、圧縮および排気工程では、セカンドリング２１は矢印１ｕで示す方向に上昇する。これにより、セカンドリング２１の摺動面２１ｆは下方向に傾斜する。これにより１本の線状接触領域２８が発生する。セカンドリング２１の上面３１付近はセカンドリング溝７と接触しないか、接触しても弱い接触となる。その結果矢印１０２で示すようにセカンドリング溝７内にオイルが入り込みやすくなる。これによりピストン上昇工程では、燃焼室内のオイルが燃焼室外へ抜けやすくなる。
【００２３】
以上のようなこの発明に従ったセカンドリング２１では、ピストンが下降する吸気工程では、オイルが外部から燃焼室に入ることを防止することができる。またピストンが上昇する排気および圧縮工程では、燃焼室内のオイルを外部に放出することができる。その結果オイルが燃焼室内に入ることを防止し、オイル上がりを防ぐことができる。これによりオイル消費量を抑制することができる。
【００２４】
（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従ったピストンリングの断面図である。この発明の実施の形態２に従ったセカンドリング２１では、上面３１に凹部３２が設けられている。すなわち、実施の形態２に従ったセカンドリング２１は、内燃機関の燃焼圧を封止し、燃焼を受圧して出力軸を回転させるピストンのシリンダ内での摺動を円滑にするためのオイルを掻き落とすピストンリングであって、その上面３１には、セカンドリング２１の円周に沿って凹部３２が設けられている。
【００２５】
図６は、図５中の矢印ＶＩで示す方向から見たピストンリングの平面図である。図６を参照して、セカンドリング２１には、円形状（環状）の凹部３２が設けられている。凹部３２はセカンドリング２１の上面３１において円周に沿って連続的に設けられる。なお、必要に応じて、凹部３２が部分的に切断されていてもよい。凹部３２の幅および深さは特に限定されるものではない。凹部３２は、セカンドリング２１の一部分の強度を低下させて摺動面２１ｆが下方向へ傾斜しやすくするための作用を有する。
【００２６】
次に、図７および図８を参照して、実施の形態２に従ったトップリングの動作について説明する。図７は吸気工程を説明するために示すピストンリングの断面図である。図８は、圧縮工程および排気工程を説明するために示すピストンリングの断面図である。図７を参照して、ピストンが矢印１ｄで示す方向に下降する吸気工程では、摺動面２１ｆは上方向に傾斜する。これにより、２本の線状接触領域２６および２８においてセカンドリング２１とセカンドリング溝７とが接触する。その結果矢印１０１で示す方向のオイルの流れが妨げられ、燃焼室内にオイルが入ることを防止することができる。なお、このときセカンドリング２１には曲げ応力が生じるが、この凹部３２には、特に曲げ応力が付与されないため、セカンドリング２１が大きく曲がることはない。
【００２７】
図８を参照して、ピストンが矢印１ｕで示す方向に上昇する圧縮工程および排気工程では、摺動面２１ｆはシリンダライナの壁面２ａと接触して摺動するため下方向に曲げられる。このとき、凹部３２が存在することで、凹部３２から摺動面２１ｆの間の領域は下方向へ曲げられる。これに対して、凹部３２から内周表面２１ｉの間の領域では強度が低下していないためこの領域が曲げられることはない。これにより内周表面２１ｉと側面７ｂとの間に隙間が生じるため矢印１０２で示す方向にオイルが抜ける。その結果燃焼室内のオイルを外部へ排出することが可能となる。
【００２８】
以上のように、この発明の実施の形態２に従ったセカンドリング２１では、図８で示すように、ピストンが上昇する工程において、セカンドリング２１の内周表面２１ｉとセカンドリング溝７の側面７ｂとの間に積極的に隙間を形成させることでオイルの抜けをよくし、これによりオイルの消費量を低減させることが可能となる。また、凹部３２の製造方法としては、さまざまなものが考えられるが、たとえば凸形状のプレス機でプレス塑性加工することで凹部３２を形成してもよい。また、剛性バランスを変化させることでこの発明を具体化してもよい。
【００２９】
（実施の形態３）
図９は、この発明の実施の形態３に従ったピストンリングの断面図である。図９を参照して、この発明の実施の形態３に従ったトップリングは、実施の形態１で示した内周突出部２２と、実施の形態２で示した凹部３２とが形成されている。このように内周突出部２２と凹部３２とを有しているため、ピストンが下降する吸気工程では、図３で示したように３本の線状領域でセカンドリング２１とセカンドリング溝７とが接触する。その結果燃焼室の外部から燃焼室内へオイルが流入することを防止することができる。さらに、凹部３２が形成されているため、図８で示すように、ピストンが上昇する圧縮工程および排気工程においてオイルが燃焼室から外部へ抜けやすいように隙間を確保することができる。これによりよりオイルの消費量の少ないピストンリングを提供することができる。
【００３０】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで説明した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、本発明のピストンリングとしてセカンドリング２１に適用する例を示したが、これに限られるものではなく、トップリング１２１およびオイルリング２２１にこの発明を適用してもよい。さらに、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどのさまざまな内燃機関に本発明を適用することができる。
【００３１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明は、内燃機関のピストンリングの分野で利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施の形態１に従ったピストンリングを有するピストンの断面図である。
【図２】図１中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。
【図３】吸気工程を説明するために示すピストンリングの断面図である。
【図４】圧縮工程および排気工程を説明するために示すピストンリングの断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に従ったピストンリングの断面図である。
【図６】図５中の矢印ＶＩで示す方向から見たピストンリングの平面図である。
【図７】吸気工程を説明するために示すピストンリングの断面図である。
【図８】圧縮工程および排気工程を説明するために示すピストンリングの断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３に従ったピストンリングの断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ピストン、２  シリンダ壁、３  トップリング溝、４  スカート部、５  隙間部、６  燃焼室、７  セカンドリング溝、８  オイルリング溝、１０  ボス部、１１  ヘッド部、２１  セカンドリング、２１ｆ  摺動面、２１ｉ  内周表面、２２  内周突出部、２２ｓ  表面、３１  上面、３２  凹部。
【図１】
2005257050.tif 000003
【図２】
2005257050.tif 000004
【図３】
2005257050.tif 000005
【図４】
2005257050.tif 000006
【図５】
2005257050.tif 000007
【図６】
2005257050.tif 000008
【図７】
2005257050.tif 000009
【図８】
2005257050.tif 000010
【図９】
2005257050.tif 000011