(57)【要約】【課題】装着されたリング溝の摩耗をより容易且つ適切に低減することのできるピストンリングを提供する。【解決手段】ピストンリング１４は、上側凸の断面円弧状に形成されており、その下面１４ａは湾曲面となっている。こうしたピストンリング１４は、燃焼圧によってリング溝１１下方側面に押し付けられると、略平板状に弾性変形することでその燃焼圧による荷重を吸収し、リング溝１１下方側面がピストンリング１４から受ける面圧を緩和する。【選択図】      図４
2005344883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン外周のリング溝に装着されるピストンリングであって、前記リング溝の下方側面に対向されるピストンリング下面が湾曲面に形成されたことを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
前記ピストンリングは、上側凸の断面円弧状に形成されてなる請求項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は、下側凸の断面円弧状に形成されてなる請求項１に記載のピストンリング。
【請求項４】
前記ピストンリングは、燃焼圧の作用によって前記リング溝の下方側面に押し付けられて略平板状に弾性変形する請求項２又は３に記載のピストンリング。
【請求項５】
前記ピストンリングの幅は、前記リング溝の幅に比して小さく形成されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストンリング。
【請求項６】
前記ピストンリング下面は、燃焼圧の非作用時に、前記リング溝の奥側のみでその下方側面に当接可能とされてなる請求項１〜５のいずれか１項に記載のピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン外周のリング溝に装着されるピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のピストンには、燃焼室の気密保持やオイルの燃焼室への侵入を防止するためのピストンリングが取り付けられている。ピストンリングは、ピストン外周に形成されたリング溝（リンググルーブ）に装着される。一般に内燃機関では、上記気密保持の役割を主として担うコンプレッションリングとシリンダ壁面の余剰したオイルを掻き落とす役割を主として担うオイルリングとの２種類のピストンリングが設けられている。
【０００３】
図８に、上記コンプレッションリングとして用いられるピストンリングの一例を示す。同図に示されるようにコンプレッションリング用のピストンリングは一般に、合口と云われる切れ目の設けられた円環平板形状とされている。こうしたピストンリングでは、その内周面と外周面（すべり面）との間の肉厚を「厚さ」といい、その上面と下面との間の肉厚を「幅」という。
【０００４】
また従来、例えば特許文献１及び２に見られるように、リング溝の上方（燃焼室側）側面と下方（クランクケース側）側面との間で、厚さ方向に弾性圧縮された状態で装着されるピストンリングが提案されている。これらのピストンリングは、断面略Ｕ字型とすることで、上下方向に柔軟に弾性変形可能とされている。こうしたピストンリングは、リング溝に弾性圧縮状態で装着されるため、リング溝の上方及び下方側面とピストンリングとの間のクリアランスを解消し、燃焼ガスのシール性を向上する。
【特許文献１】実開昭５８−１７５１４７号公報
【特許文献２】特開昭５９−１５８３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところでピストンリング、特に上記コンプレションリングには、内燃機関の膨張行程にその上面に高い燃焼圧が作用する。このとき、図８に例示したような一般的な平板状のピストンリングでは、図９に示すように、その上面には、燃焼圧による荷重がその全面にほぼ均等に分布して作用する。そしてこの燃焼圧により、ピストンリングはリング溝の下方側面、すなわちリング溝のクランクケース側の側面に押し付けられる。
【０００６】
ところがピストンリングは、その外周部分がリング溝から突出された状態で装着されていることから、上記押し付け時にリング溝下方側面がピストンリングから受ける面圧は、同図に示すようにリング溝開口部付近で局所的に高くなる。このようなリング溝の面圧の不均等分布により、リング溝は、その開口部付近の溝幅が広がるように偏摩耗してしまう。こうしたリング溝の偏摩耗は、ピストンリングにがたつきを生じさせ、気密性の低下やピストンリングの凝着等の不具合を招く。
【０００７】
上述した特許文献１及び２のピストンリングでは、リング溝内への燃焼ガスの侵入は阻止し得たとしても、少なくともリング溝外に突出されたその最外周部には燃焼圧が作用してしまう。そのため、そうしたピストンリングであれ、燃焼圧作用時のリング溝下方側面の面圧分布が不均等となり、上記偏摩耗が発生することは避け難い。そればかりか、燃焼圧がピストンリング上面の一部のみに偏倚して作用することで、かえって面圧分布の不均等化が助長されてしまう虞もある。
【０００８】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、装着されたリング溝の摩耗をより容易且つ適切に低減することのできるピストン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】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、ピストン外周のリング溝に装着されるピストンリングであって、前記リング溝の下方側面に対向されるピストンリング下面が湾曲面に形成されたことをその要旨とする。
【００１０】
上記の如く構成されたピストンリングは、その下面が湾曲面となっているため、リング溝最下方に位置するときにも、リング溝下方側面に対して部分的にしか当接せず、その大部分はリング溝下方側面から離間する。こうした状態でリング溝に装着されたピストンリングは、その上面に燃焼圧が作用してリング溝下方側面に押し付けられると、弾性変形するようになる。そしてその弾性変形によって燃焼圧による荷重が吸収され、リング溝下方側面の受ける面圧が緩和される。したがって上記構成によれば、燃焼圧作用時にリング溝下方側面がピストンリングから受ける面圧を緩和して、その摩耗を容易且つ適切に低減することができる。
【００１１】
こうしたピストンリングは、請求項２又は３に記載のような上側凸又は下側凸の断面円弧状とすることで容易に形成することができる。この場合、そうしたピストンリングを、請求項４に記載のように、燃焼圧の作用によってリング溝の下方側面に押し付けられて略平板状に弾性変形するよう形成すれば、リング溝下方側面の面圧をより確実に緩和できるようになる。
【００１２】
こうした摩耗低減効果をより確実に奏するには、請求項５に記載のように、ピストンリングの幅をリング溝の幅に比して小さく形成することが望ましい。これにより、ピストンリング上面とリング溝上方側面との間にクリアランスが形成され、燃焼圧作用時にそのクリアランスに燃焼ガスが侵入する。そのため、燃焼圧は、ピストンリング上面全体にほぼ均等に作用するようになり、リング溝下方側面が受ける面圧の不均等化が抑制される。
【００１３】
なお上述したようなリング溝開口部付近の偏摩耗を確実に低減するには、請求項６に記載のように、燃焼圧の非作用時にリング溝の奥側のみでその下方側面に当接可能なようにピストンリング下面を形成すると良い。こうしたピストンリングは、燃焼圧の作用によって、そのリング溝開口部付近がリング溝下方側面に押し付けられるように弾性変形する。そうした弾性変形に対するピストンリングの復元力は、リング溝開口部付近の部位をリング溝下方側面から離間させるように発生する。そのため、リング溝下方側面の開口部付近における局所的な面圧の増大を抑えて、上記偏摩耗を適切に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のピストンリングを具体化した一実施形態を、図１〜図７を参照して詳細に説明する。
図１に、本発明の適用されたピストンリングの装着されたピストン１０の断面構造を示す。なお図１（ｂ）は、同図（ａ）の二点鎖線円Ｂで示された、ピストン１０のリング溝付近の拡大断面構造を示している。
【００１５】
ピストン１０の上部外周には、３つのリング溝１１〜１３が形成されている。それらのリング溝１１〜１３にはそれぞれピストンリング１４〜１６が装着される。これら３つのピストンリングのうち、上部２つのリング溝１１，１２に装着されるピストンリング１４，１５は、主として燃焼室の気密保持の役割を担う第１及び第２のコンプレッションリングとなっている。また最下部のリング溝１３に装着されるピストンリング１６は、主としてシリンダ壁面の余剰オイルの掻き落とす役割を担うオイルリングとなっている。
【００１６】
内燃機関の燃焼圧は、これら３つのピストンリングのうち、最上部の第１コンプレッションリングであるピストンリング１４には、最も大きく作用する。ここではそうしたピストンリング１４に本発明を適用した場合を例に説明する。
【００１７】
図２に、本発明の適用されたピストンリング１４の平面構造及び側面構造を示す。同図に示すようにピストンリング１４は、合口の形成された円環形状に形成されている。
図３に、ピストンリング１４の断面構造を示す。同図に示すようにピストンリング１４は、上側（燃焼室側）に凸となった断面円弧状、すなわちコニカル断面に形成されており、その下面１４ａは湾曲面となっている。
【００１８】
図４（ａ）は、ピストンリング１４のリング溝１１への装着状態を示す。同図に示すように、ピストンリング１４の幅は、リング溝１１の幅よりも小さくされている。そのため、ピストンリング１４とリング溝１１との間には、幅方向（上下方向）においてクリアランスが形成されるようになっている。
【００１９】
またピストンリング１４は、装着時（燃焼圧の非作用時）には、リング溝１１奥側の端部のみでその下方側面に当接可能な状態で装着されている。そのため、同図のようにピストンリング１４がリング溝１１内の最下方に位置するときにも、リング溝１１の開口部付近では、ピストンリング１４の下面１４ａは、リング溝１１の下方側面から離間されている。
【００２０】
図４（ｂ）は、燃焼圧作用時のピストンリング１４の状態を示している。該当気筒の膨張行程には、同図に示すようにピストンリング１４上面に燃焼圧が作用する。このときのピストンリング１４は、燃焼圧によってリング溝１１下方側面に押し付けられて略平板状に弾性変形する。
【００２１】
このとき、燃焼圧の作用前にリング溝１１下方側面から離間されていたピストンリング１４のリング溝１１開口部付近では、そうした弾性変形によって燃焼圧による荷重が吸収される。すなわち、ピストンリング１４のリング溝１１開口部付近では、弾性変形に対するピストンリング１４の復元力が、自身をリング溝１１下方側面から離間させる側に作用して、リング溝１１下方側面がピストンリング１４から受ける面圧が低減されるようになっている。
【００２２】
なおピストンリング１４の下面１４ａは、燃焼圧による押し付けによってリング溝１１下方側面に密着される。そのため、こうしたピストンリング１４においても、燃焼ガスのシール性は好適に保持される。
【００２３】
図５に、こうしたピストンリング１４の装着されたリング溝１１の摩耗形態を示す。また同図には、図８に例示した一般的なピストンリングを装着した場合のリング溝１１の摩耗形態を二点鎖線で併せ示している。本実施形態のピストンリング１４では、ピストンリング１４の弾性変形によって開口部付近での局所的な面圧の増大が抑えられ、リング溝１１下方側面の面圧分布が均等化される。そのため同図に示すように、開口部付近のリング溝１１下方側面の偏摩耗が効果的に抑制されるようになる。
【００２４】
以上説明した本実施形態のピストンリング１４によれば、次の効果を奏することができる。
（１）その下面１４ａが湾曲面となるように断面円弧状に形成されたピストンリング１４は、燃焼圧による荷重を自身の弾性変形によって吸収して、リング溝１１下方側面の受ける面圧を緩和する。そのため、装着されたリング溝１１の摩耗を容易且つ適切に低減することができる。
【００２５】
（２）燃焼圧の非作用時にピストンリング１４の下面１４ａは、リング溝１１の奥側のみでその下方側面に当接可能され、ピストンリング１４がリング溝１１の最下方に位置するときにも、開口部付近では下面１４ａがリング溝１１下方側面から離間されている。そのため、リング溝１１開口部付近の局所的な面圧の増大を抑えて、上記偏摩耗を適切に低減することができる。
【００２６】
上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、燃焼圧非作用時のピストンリング１４の下面１４ａとリング溝１１下方側面との接触位置をリング溝１１の奥側とするようにしていた。もっとも、そうした接触位置がリング溝１１の奥側でなくとも、燃焼圧によるリング溝１１下方側面に押し付けに応じてピストンリング１４が弾性変形するのであれば、リング溝１１下方側面の受ける面圧を緩和してその摩耗を低減することはできる。よってリング溝１１の開口部付近の偏摩耗が特に問題でない場合等には、上記接触位置をリング溝１１の奥側以外の位置に適宜変更して実施するようにしても良い。
【００２７】
・上記実施形態では、ピストンリング１４を上側凸の断面円弧形状としたが、図６に示すように下側凸の断面円弧状としても良い。同図に例示するピストンリング２０の下面２０ａは、やはり湾曲面となっている。そのため、このようなピストンリング２０においても、図７（ｂ）に示すように、燃焼圧によるリング溝１１下方側面への押し付けに際して、自身の弾性変形によってその燃焼圧による荷重を吸収し、リング溝１１下方側面が受ける面圧を緩和することができる。
【００２８】
なお図６に例示したピストンリング２０は、その装着状態を図７（ａ）に示すように、リング溝１１の最下方に位置するときに、リング溝１１の下方側面に対して溝奥側の点Ｐのみで当接されるようになっている。このように下面２０ａを湾曲形成すれば、リング溝１１開口部付近の局所的な面圧の増大を抑えて、上記偏摩耗を適切に低減することができる。
【００２９】
・下面が湾曲面となってさえいれば、ピストンリングを断面円弧状以外の断面形状としても、リング溝下方側面の摩耗を低減することができる。例えばピストンリングの上面が平面となっていても、その下面が湾曲面となっていれば、燃焼圧によるリング溝下方側面への押し付けにより、ピストンリングが弾性変形して、リング溝下方側面が受ける面圧を緩和することはできる。
【００３０】
・本発明のピストンリングは、第１コンプレッションリング以外のピストンリングにも同様に適用することができる。また本発明のピストンリングは、図１に例示した構成以外のピストンについても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態の適用されたピストンの（ａ）部分断面図及び（ｂ）拡大断面図。
【図２】同実施形態のピストンリングの（ａ）平面図及び（ｂ）側面図。
【図３】III −III 線部分における同ピストンリングの断面図。
【図４】同ピストンリングの（ａ）装着状態及び（ｂ）燃焼圧作用時の状態をそれぞれ示す図。
【図５】同ピストンリングの装着されたリング溝の摩耗態様を例示する断面図。
【図６】同実施形態の一変形例に係るピストンリングの断面図。
【図７】同ピストンリングの（ａ）装着状態及び（ｂ）燃焼圧作用時の状態をそれぞれ示す図。
【図８】従来のピストンリングの一例の斜視図。
【図９】同従来のピストンリングの機関運転時の挙動例及び摩耗形態例を併せ示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１０…ピストン、１１〜１３…リング溝、１４〜１６、２０…ピストンリング、１４ａ、２０ａ…下面。
【図１】
2005344883.tif 000003
【図２】
2005344883.tif 000004
【図３】
2005344883.tif 000005
【図４】
2005344883.tif 000006
【図５】
2005344883.tif 000007
【図６】
2005344883.tif 000008
【図７】
2005344883.tif 000009
【図８】
2005344883.tif 000010
【図９】
2005344883.tif 000011