(57)【要約】【課題】軽油等の燃料を潤滑剤に利用する軽油潤滑式ディーゼルエンジンに応じた特性を発揮できるピストンリングを提供することを課題とする。【解決手段】ピストンリング（１）は、ピストンリング本体（５）の内周側にエキスパンダ（６）を備える。エキスパンダ（６）は、環状に形成したコイルスプリング（７）に周長調節機構（８）が組み込まれて形成される。周長調節機構（８）は、中央部に鍔部（９ａ）が設けられた棒体（９）、この棒体（９）を支持する左側支持部（１０ａ）、右側支持部（１０ｂ）を有する。左側支持部（１０ａ）と鍔部（９ａ）との間には、形状記憶合金からなり、コイル状に形成された形状記憶部材（１１）が配置される。右側支持部（１０ｂ）と鍔部（９ａ）との間にはバイアスばね（１２）が配置される。これによりエキスパンダ（６）のピストンリング本体（５）に対する拡径方向への押圧力が、低温状態より高温状態のほうが小さくなる。【選択図】図１
2007255474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンリング本体と、
当該ピストンリング本体の内周側に配置されたエキスパンダとを備え、
当該エキスパンダの前記ピストンリング本体に対する拡径方向への押圧力が、低温状態より高温状態のほうが小さくなることを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
請求項１記載のピストンリングにおいて、
前記エキスパンダは、周長調節機構を環状に形成したばね材に組み込んで形成したことを特徴とするピストンリング。
【請求項３】
請求項１記載のピストンリングにおいて、
前記エキスパンダは、形状記憶合金からなる形状記憶部材とバイアスばねとを組み合わせた周長調節機構を環状に形成したばね材に組み込んで形成したことを特徴とするピストンリング。
【請求項４】
請求項１記載のピストンリングにおいて、
前記エキスパンダは、周長調節機構を環状に形成したばね材に組み込んで形成され、
前記周長調節機構は、
中央部に鍔部が設けられた棒体と、当該棒体を摺動自在に支持する左側支持部及び右側支持部と、
前記左側支持部と前記鍔部との間に配置される形状記憶合金からなる形状記憶部材と、
前記右側支持部と前記鍔部との間に配置されるバイアスばねと、を有し、
前記ばね材の一端側を前記棒体に固定すると共に、他端側を前記左側支持部又は右側支持部に固定したことを特徴とするピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのピストン、特に軽油等の燃料を潤滑油として兼用するディーゼルエンジンのピストンに用いるピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンに用いられるピストンリングとして、ピストンリング本体と、このピストンリング本体の内周面側に配されて、ピストンリング本体に対する拡径方向への押圧力を与えるエキスパンダを用いたものがある。
【０００３】
このようなピストンリングでは、ピストンリング本体の張力にエキスパンダの押圧力を加えた力がピストンリング全体の張力となる。ここで、ピストンリング全体の張力は、想定される最も過酷な条件下においても所定の機能を発揮できるように設定される。一般的にエンジンのピストンリングに高い張力が求められる場面というのは、エンジンの高速高負荷、高温時である。ピストンリングの張力を高く設定しておけば、エンジンの高速高負荷、高温時に懸念されるブローバイガスの漏れ、エンジンオイルの消費量の増大等を回避することができる。
【０００４】
しかしながら、エンジンの高速高負荷、高温時の事情のみを考慮してピストンリングに高い張力を与えてしまうと、エンジンの低速低負荷、低温時にピストンとシリンダとの間のフリクションロスが増大する問題がある。これは、エンジンの高速高負荷時に合わせて設定されたピストンリングの張力が、エンジンの低速低負荷時には高過ぎることに起因する。このようなフリクションロスは、燃費悪化にも繋がるものであるから、エンジンの低温時には、ピストンリングの張力は極力低減させたい。
【０００５】
このように、ピストンリングは、エンジンの状態によって求められる張力が異なっている。このような要求に応えるべく、特許文献１には、低温状態及び高温状態のそれぞれに適した張力を発生するピストンリングが開示されている。特許文献１には、ピストンリング本体に対する拡径方向への押圧力を与えるためのメインエキスパンダ部材と、このメインエキスパンダ部材と係合して配置され、形状記憶合金により高温になると張力を発生し、低温になると張力を失うように形成されたサブエキスパンダ部材と、により構成されており、メインエキスパンダ部材とサブエキスパンダ部材によって与えられるエキスパンダ全体としてのピストンリング本体に対する拡径方向への押圧力が、低温状態より高温状態のほうが大きくなる構成としたピストンリングが開示されている。
【０００６】
ところで、通常、エンジンの潤滑、冷却にはエンジンオイルが用いられている。このエンジンオイルは、オイルパンやオイルタンクに貯留され、オイルポンプによってエンジン各部に供給され循環する。この間、エンジンオイルはエンジン各部から熱を受け取って各部を冷却する。また、エンジンオイルは、エンジン各部で油膜を形成して各部品間の潤滑を促進すると共に、部品の酸化を防止するなどの役目もある。このようなエンジンオイルはピストンリングが装着されたピストンとシリンダとの間にも供給され、ピストンとシリンダとの焼き付きを防止する。
【０００７】
このように、通常のエンジンでは、潤滑、冷却専用にエンジンオイルが用いられており、このエンジンオイルは、燃料となるガソリン、軽油等とは別に準備されている。
【０００８】
これに対し、燃料である軽油を潤滑油として利用する軽油潤滑式ディーゼルエンジンが開示されている（特許文献２）。このような軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、燃料となる軽油がエンジン各部の潤滑剤としても用いられ、エンジン各部を循環する。このため、潤滑専用のオイルは不要であり、オイル交換の手間も省くことができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３５７４号公報
【特許文献２】実開昭６０−１９４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示されたピストンリングは、エンジンの低温時には低い張力、エンジンの高速高負荷、高温時には高い張力に変化する。すなわち、エンジンの状態に応じた適切な張力を実現している。
【００１１】
しかしながら、特許文献２に開示された軽油潤滑式ディーゼルエンジンに用いられるピストンリングは、エンジンオイルをエンジンの潤滑剤として用いる通常のエンジンに適用される場合とは異なる特性が要求される。これは、潤滑剤として用いられる軽油の特性がエンジンオイルの特性と相違していることに起因する。
【００１２】
軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、エンジンが高負荷高回転となるときに高い張力が加わっていると、却ってピストンの焼き付きを起こし易い。これは、軽油がエンジンオイルと比較して蒸発し易く、粘度が低いことに起因する。このため、軽油潤滑式ディーゼルエンジンの高速高負荷、高温時には、ピストンリングの張力を弱めておくことが要求される。
【００１３】
一方、軽油潤滑式ディーゼルエンジンの低速低負荷、低温時には、高速高負荷、高温時に合わせた張力では張力が不足し、ＨＣ（炭化水素）の排出増加、ひいては環境性能の悪化を招く。
【００１４】
このように軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、特許文献１に記載されたピストンリングが発揮する特性とは全く異なる特性が求められる。
【００１５】
また、エンジンオイルを用いる一般的なエンジンでは、高速高負荷、高温時のピストンリングに高い張力が付与されていないとエンジンオイルの消費量が増加するという問題があるが、軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、そもそも、エンジンオイルの消費というような概念も当てはまらない。
【００１６】
そこで、本発明は、軽油等を燃料と潤滑剤に兼用する軽油潤滑式ディーゼルエンジンに応じた特性を発揮することのできるピストンリングを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる課題を解決するための、本発明のピストンリングは、ピストンリング本体と、当該ピストンリング本体の内周側に配置されたエキスパンダとを備え、当該エキスパンダの前記ピストンリング本体に対する拡径方向への押圧力が、低温状態より高温状態のほうが小さくなることを特徴とする（請求項１）。このような構成のピストンリングであれば、軽油潤滑式ディーゼルエンジンに適する特性を発揮することができる。ピストンリング本体とエキスパンダを組み合わせたピストンリングでは、エキスパンダの拡径方向の押圧力がピストンリングの張力として作用することとなる。このため、本発明ではエキスパンダの拡径方向への押圧力を温度に応じて変化するように構成している。ここで、本発明のピストンリングにおける温度とピストンリングの張力との関係を簡単に述べると、以下の如くである。すなわち、低温時には張力を大きくし、高温時には張力を小さくする。このように高温時の張力を小さく設定しても、高温時は、シリンダボア壁面に付着した燃料も燃焼に寄与することとなるため、大量のＨＣ（炭化水素）が発生するということもない。従って、本発明のピストンリングによれば、低温時に発生するＨＣの漏れを防止しつつ、高温時の摩擦増大を回避してピストンの焼き付きを防止することができる。
【００１８】
このようなピストンリングでは、請求項１記載のピストンリングにおいて、前記エキスパンダは、周長調節機構を環状に形成したばね材に組み込んで形成した構成とすることができる（請求項２）。高温時の張力を低温時の張力から低下させるためには、例えば、高温となることによって縮む性質を有する形状記憶合金を用いることも考えられるが、確実に所望の動作を得るためには、周長調節機構を環状に形成したばね材に組み込む構成とすることが望ましい。この周長調節機構は、形状記憶合金からなる形状記憶部材とバイアスばねとを組み合わせた周長調節機構を環状に形成したばね材に組み込んで形成することができる（請求項３）。ここで、前記形状記憶部材は、高温となることによって寸法が伸びる性質を有するものを採用する。例えば、Ｎｉ−Ｔｉ合金等、従来、知られている形状記憶合金を用いることができる。一方、バイアスばねは、通常のコイルスプリング等を用いることができる。形状記憶部材と、バイアスばねとは、以下のように組み合わせる。すなわち、高温となって形状記憶部材が伸びたときにこの伸び作用によってバイアスばねを押し縮める。この押し縮め分は、ばね材に伝達することなくフリーな状態とする。一方、低温となって形状記憶部材が縮んだときにこの縮み分をバイアスばねによって押し戻す。このバイアスばねによる押し戻し分をばね材に伝達し、ばね材の周長の増大、ひいては張力の増大を図る。
なお、形状記憶部材はコイル状にする等、温度の変化によって寸法が伸縮する形状となっていればよい。
【００１９】
このような周長調節機構は、例えば、前記周長調節機構は、中央部に鍔部が設けられた棒体と、当該棒体を摺動自在に支持する左側支持部及び右側支持部と、前記左側支持部と前記鍔部との間に配置される形状記憶合金からなる形状記憶部材と、前記右側支持部と前記鍔部との間に配置されるバイアスばねと、を有し、前記ばね材の一端側を前記棒体に固定すると共に、他端側を前記左側支持部又は右側支持部に固定した構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることにより高温時にはばね材の周長を短縮して張力を低下させ、低温時にはばね材周長を延長して張力を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高速高負荷、高温状態では、ピストンリングの張力を小さくし、低速低負荷、低温状態では、ピストンリングの張力を大きくするようにしたので低温時に発生するＨＣの漏れを防止しつつ、高温時の摩擦増大を回避してピストンの焼き付きを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
図１は、シリンダ４内に収容されるピストン２に設けたピストンリング溝３に、本発明のピストンリング１を装着した状態の一部分の断面図である。このシリンダ４及びピストン２は、燃料である軽油を潤滑剤としても利用する軽油潤滑式ディーゼルエンジンのものである。
【００２３】
ピストンリング１は、ピストンリング本体５の内周側にエキスパンダ６を備えている。このエキスパンダ６は、ＳＵＳ材からなり、環状に形成したコイルスプリング７に周長調節機構８が組み込まれて形成されている。コイルスプリング７は、本発明におけるばね材に相当するものである。
【００２４】
ここで、周長調節機構８について図２を参照しつつ説明する。周長調節機構８は、中央部に鍔部９ａが設けられた棒体９と、この棒体９を摺動自在に支持する左側支持部１０ａ及び右側支持部１０ｂが形成されたフレーム１０を有している。左側支持部１０ａと鍔部９ａとの間には、形状記憶合金（Ｎｉ−Ｔｉ合金）からなり、コイル状に形成された形状記憶部材１１が配置されている。また、右側支持部１０ｂと鍔部９ａとの間にはＳＵＳ材からなるバイアスばね１２が配置されている。
【００２５】
このような周長調節機構８は、低温時には形状記憶部材１１が縮んだ状態となっており、バイアスばね１２のばね力によって棒体９は左側に位置している。一方、高温時には形状記憶部材１１が伸びた状態となっており、バイアスばね１２のばね力に抗して鍔部９ａを押圧する。これにより棒体９は距離Ｓ分だけ右側に移動する。このような周長調節機構８は、図３に示したように環状に形成したコイルスプリング７に組み込まれる。すなわち、コイルスプリング７の一方の端部７ａが棒体９の端部９ｂに固定されている。また、他方の端部７ｂが右側支持部１０ｂに固定されている。周長調節機構８をこのようにコイルスプリング７に組み込むことによりコイルスプリング７の周長を最大でＳ分だけ変化させることができる。
【００２６】
以上説明したようなコイルスプリング７、周長調節機構８を有するエキスパンダ６は、高温状態時にコイルスプリング７の周長が短くなることから高温状態時の張力は低温状態時と比較して小さくなる。
【００２７】
なお、エキスパンダ６は、低温状態時にエンジンにおけるＨＣの排出を極力抑えることができ、高温状態時にピストンの焼き付きを生じることのないようにコイルスプリング７の張力、形状記憶部材１１の特性、バイアスばね１２の張力が設定されている。
【００２８】
以上のように構成されるピストンリング１は、低温状態においても、適切な張力を発揮することができるので、ＨＣの漏れを防止することができる。また、高温状態で、潤滑剤として用いられる軽油が蒸発するような環境下においても、張力が低下するのでピストン２とシリンダ４との摩擦を低減し、エンジンの焼き付きを防止することができる。
【００２９】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
例えば、上記実施例では、コイルスプリング７の端部７ａを棒体９の端部９ｂに固定した構成としているが、棒体９の他の箇所へ固定した構成とすることができる。また、コイルスプリング７の端部７ｂを右側支持部１０ｂに固定した構成としているが、左側支持部１０ａ等、他の部分へ固定した構成とすることもできる。要は、周長調節機構８における棒体９の移動距離をコイルスプリング７へ移すことができるような構成、固定位置となっていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】シリンダ内に収容されるピストンに設けたピストンリング溝に、ピストンリングを装着した一部の断面図である。
【図２】周長調節機構の構成を示す説明図である。
【図３】周長調節機構をコイルスプリングに組み込んだ状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、１０  ピストンリング
２  ピストン
３  ピストンリング溝
４  シリンダブロック
５  ピストンリング本体
６  エキスパンダ
７  コイルスプリング
８  周長調節機構
９  棒体
９ａ  鍔部
１０  フレーム
１０ａ  左側支持部
１０ｂ  右側支持部
１１  形状記憶部材
１２  バイアスばね
【図１】
2007255474.tif 000003
【図２】
2007255474.tif 000004
【図３】
2007255474.tif 000005