| 【発明の名称】 |
組合せオイルリング |
| 【発明者】 |
【氏名】竹内 康二
【氏名】花井 勇
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| 【要約】 |
【課題】内燃機関の動作中の異音の発生を防止することを目的とした組合せオイルリングを提供する。
【解決手段】組合せオイルリング１が装着されるリング溝４の幅Ｗと、サイドレール支点となるスペーサエキスパンダ３の突起部７間の長さＡと、サイドレール２の厚さＢとで表されるサイドクリアランスＳ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）を０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内とし、さらに、（イ）最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍまたは０．２０ｍｍの位置としたときに、それぞれのバレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍまたは０．００３〜０．０１２ｍｍとなるようにサイドレール２の外周面形状を設定すること、（ロ）サイドレール２の支点となるスペーサエキスパンダ３の突起部７の有効幅を０．３０ｍｍ以下とすること、の何れか一方または両方を備える組合せオイルリング１によって、上記課題を解決する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バレル形状の外周面を有する一対のサイドレールと、当該サイドレールをシリンダの内周面とリング溝の内側面とに押圧するスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルリングにおいて、前記組合せオイルリングが装着されるリング溝の幅Ｗと、前記サイドレールの支点となるスペーサエキスパンダの突起部間の長さＡと、前記サイドレールの厚さＢとによって表されるサイドクリアランスＳ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）が、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内であり、前記サイドレールの外周面形状は、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍであることを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項２】 バレル形状の外周面を有する一対のサイドレールと、当該サイドレールをシリンダの内周面とリング溝の内側面とに押圧するスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルリングにおいて、前記組合せオイルリングが装着されるリング溝の幅Ｗと、前記サイドレールの支点となるスペーサエキスパンダの突起部間の長さＡと、前記サイドレールの厚さＢとによって表されるサイドクリアランスＳ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）が、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内であり、前記サイドレールの外周面形状は、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．２０ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００３〜０．０１２ｍｍであることを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項３】 バレル形状の外周面を有する一対のサイドレールと、当該サイドレールをシリンダの内周面とリング溝の内側面とに押圧するスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルリングにおいて、前記組合せオイルリングが装着されるリング溝の幅Ｗと、前記サイドレールの支点となるスペーサエキスパンダの突起部間の長さＡと、前記サイドレールの厚さＢとによって表されるサイドクリアランスＳ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）が、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内であり、前記サイドレールの支点となる前記スペーサエキスパンダの突起部の有効幅Ｄが、０．３０ｍｍ以下であることを特徴とする組合せオイルリング。
【請求項４】 前記サイドレールの外周面形状は、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の組合せオイルリング。
【請求項５】 前記サイドレールの外周面形状は、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．２０ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００３〜０．０１２ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の組合せオイルリング。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピストンに装着される組合せオイルリングに関し、更に詳しくは、内燃機関の動作中の異音の発生を防止した組合せオイルリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】オイルリングは、自動車をはじめとする多くのエンジン（内燃機関）に使用されている。そうしたオイルリングの一種に、一対のサイドレールとスペーサエキスパンダとからなる３ピースの組合せオイルリングがある。３ピースの組合せオイルリングは、内燃機関のピストンのリング溝に装着され、スペーサエキスパンダが、各々のサイドレールをシリンダの内周面とリング溝の内側面とに押圧付勢するように構成されている。
【０００３】一方、内燃機関を有する自動車等には、近年高い静粛性や快音性が要求されている。こうした静粛性や快音性に関する研究として、３ピースのオイルリングのスティックスリップによる異音発生メカニズムに関する山本らの報告（山本、斉藤、小松、「オイルリングスティックスリップに関する一考察」、社団法人自動車技術会、学術講演会前刷集９６３、ｐ．６１、１９９６−５）がある。この研究報告では、エンジン異音の発生原因をオイルリングのスティックスリップとしてとらえ、リング周りの摩耗系に関係する因子について考察している。ここでいうスティックスリップとは、組合せオイルリングを構成するサイドレールが上下の軸方向（図１を参照。）に振動する現象をいい、上記の研究報告は、こうしたスティックスリップと異音の発生メカニズムとの関係について考察している。
【０００４】そうした研究に基づいて、従来は、サイドレールとスペーサエキスパンダとの寸法関係、例えば（イ）シリンダの内周面とスペーサエキスパンダとの間の距離について規定したり、（ロ）シリンダの内周面とサイドレールの突起部との位置関係について規定したり、（ハ）上記の（イ）と（ロ）の比率を規定したり、（ニ）サイドレールの表面処理について検討したりして解決を図っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうした対策によっても、異音の発生に関する問題を十分に解決するには至らなかった。
【０００６】そこで、本発明は、内燃機関の動作中の異音の発生を防止することを目的とした組合せオイルリングを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、バレル形状の外周面を有する一対のサイドレールと、当該サイドレールをシリンダの内周面とリング溝の内側面とに押圧するスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルリングにおいて、前記組合せオイルリングが装着されるリング溝の幅Ｗと、前記サイドレールの支点となるスペーサエキスパンダの突起部間の長さＡと、前記サイドレールの厚さＢとによって表されるサイドクリアランスＳ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）が、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内であり、前記サイドレールの外周面形状は、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍであることに特徴を有する。
【０００８】この発明によれば、サイドクリアランスＳを、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内とするので、サイドレールの軸方向の動きを小さくして、スティックスリップ振幅を小さくすることができる。さらに、サイドレールの外周面形状を、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍとなるように設定するので、サイドレールとシリンダの内周面との摩擦力を小さくすることができる。このように、スティックスリップ振幅と摩擦力を小さくすることによって、スティックスリップ振幅に基づく異音の発生を防止することができる。
【０００９】請求項２の発明は、バレル形状の外周面を有する一対のサイドレールと、当該サイドレールをシリンダの内周面とリング溝の内側面とに押圧するスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルリングにおいて、前記組合せオイルリングが装着されるリング溝の幅Ｗと、前記サイドレールの支点となるスペーサエキスパンダの突起部間の長さＡと、前記サイドレールの厚さＢとによって表されるサイドクリアランスＳ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）が、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内であり、前記サイドレールの外周面形状は、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．２０ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００３〜０．０１２ｍｍであることに特徴を有する。
【００１０】この発明によれば、サイドクリアランスＳを、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内とするので、サイドレールの軸方向の動きを小さくして、スティックスリップ振幅を小さくすることができる。さらに、サイドレールの外周面形状を、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．２０ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００３〜０．０１２ｍｍとなるように設定するので、サイドレールとシリンダの内周面との摩擦力を小さくすることができる。このように、スティックスリップ振幅と摩擦力を小さくすることによって、スティックスリップ振幅に基づく異音の発生を防止することができる。
【００１１】請求項３の発明は、バレル形状の外周面を有する一対のサイドレールと、当該サイドレールをシリンダの内周面とリング溝の内側面とに押圧するスペーサエキスパンダとからなる組合せオイルリングにおいて、前記組合せオイルリングが装着されるリング溝の幅Ｗと、前記サイドレールの支点となるスペーサエキスパンダの突起部間の長さＡと、前記サイドレールの厚さＢとによって表されるサイドクリアランスＳ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）が、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内であり、前記サイドレールの支点となる前記スペーサエキスパンダの突起部の有効幅Ｄが、０．３０ｍｍ以下であることに特徴を有する。
【００１２】この発明によれば、サイドクリアランスＳを、０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内とするので、サイドレールの軸方向の動きを小さくして、スティックスリップ振幅を小さくすることができる。さらに、サイドレールの支点となるスペーサエキスパンダの突起部の有効幅Ｄを０．３０ｍｍ以下とするので、サイドレールがシリンダの内周面に押圧される際の安定性が向上し、シリンダの内周面との摩擦力を小さくすることができる。このように、スティックスリップ振幅と摩擦力を小さくすることによって、スティックスリップ振幅に基づく異音の発生を防止することができる。
【００１３】請求項４の発明は、請求項３に記載の組合せオイルリングにおいて、前記サイドレールの外周面形状は、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍであることに特徴を有する。また、請求項５の発明は、請求項３に記載の組合せオイルリングにおいて、前記サイドレールの外周面形状は、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．２０ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００３〜０．０１２ｍｍであることに特徴を有する。
【００１４】これらの発明によれば、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍまたは０．２０ｍｍの位置としたときに、それぞれのバレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍまたは０．００３〜０．０１２ｍｍとなるようにサイドレールの外周面形状を設定するので、サイドレールとシリンダの内周面との摩擦力を小さくすることができる。このように、スティックスリップ振幅と摩擦力を小さくすることによって、スティックスリップ振幅に基づく異音の発生を防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明について図面を参照しつつ説明する。
【００１６】図１は、本発明の組合せオイルリング１の一例を示す断面図であり、図２は、本発明の組合せオイルリング１を構成するサイドレール２のバレル部６の形状の一例を示す断面図であり、図３は、本発明の組合せオイルリング１を構成するスペーサエキスパンダ３のサイドレール支点となる突起部７の形状の一例を示す断面図である。
【００１７】組合せオイルリング１は、図１に示すように、スペーサエキスパンダ３とサイドレール２とからなり、内燃機関のピストンのリング溝４に装着される。このスペーサエキスパンダ３は、バレル形状の外周面を有する一対のサイドレール２をシリンダの内周面５とリング溝４の内側面とに押圧付勢するように構成されている。
【００１８】本発明の組合せオイルリング１は、組合せオイルリング１が装着されるリング溝４の幅Ｗと、サイドレール２の支点となるスペーサエキスパンダ３の突起部７間の長さＡと、サイドレール２の厚さＢとで表されるサイドクリアランスＳ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）を０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内に規定し、さらに、（イ）最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍまたは０．２０ｍｍの位置としたときに、それぞれのバレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍまたは０．００３〜０．０１２ｍｍとなるようにサイドレール２の外周面形状を設定すること、（ロ）サイドレール２の支点となるスペーサエキスパンダ３の突起部７の有効幅Ｄを０．３０ｍｍ以下とすること、の何れか一方または両方を備えている。
【００１９】サイドクリアランスＳ（＝Ｗ−Ａ−２Ｂ）は、サイドレール２がリング溝４内で上下に動くことができる許容量を表している。従って、このサイドクリアランスＳを０．０３０〜０．１０ｍｍの範囲内に規定することにより、サイドレール２が上下の軸方向に動くのを抑制し、サイドレール２のスティックスリップ振幅を小さくすることができる。その結果、組合せオイルリング１からの異音の発生を防止することができる。なお、サイドクリアランスＳを、０．０４〜０．０８ｍｍの範囲内にすることがより好ましい。サイドクリアランスＳが０．０３０ｍｍ未満の場合には、サイドレール２の軸方向の動きが小さくなりすぎて、上下面でのシール性が悪化したり、メカニカルスティックを発生するおそれがある。一方、サイドクリアランスＳが０．１０ｍｍを超えると、サイドレール２の軸方向の動きが大きくなるので、スティックスリップ振幅を小さくすることができない。そのため、組合せオイルリング１からの異音の発生を十分に防止することができない。
【００２０】組合せオイルリング１の異音の発生防止策として、上述したように、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００２〜０．０１１ｍｍとなるように、サイドレール２の外周面形状を設定し、または、最外周面より内方の評価位置を弦長さＣで０．２０ｍｍの位置としたときに、バレル高さＨが０．００３〜０．０１２ｍｍとなるように、サイドレール２の外周面形状を設定する。すなわち、本発明においては、サイドレール２の最外周面より内方に弦長さＣで０．１５ｍｍまたは０．２０ｍｍの位置となる位置を評価位置とし、その評価位置から最外周面先端までの高さをバレル高さＨとし、そのバレル高さＨを所定の範囲内とすることによって、サイドレール２のバレル部６の外周面形状を規定している。評価位置を弦長さＣで０．１５ｍｍまたは０．２０ｍｍの位置としたのは、実状の評価に即しているため便利だからである。通常、弦長さＣ０．１５ｍｍの位置での評価は、サイドレール２の厚さＢが０．３〜０．５ｍｍ程度の比較的薄い場合に適用され、弦長さＣ０．２０ｍｍの位置での評価は、サイドレール２の厚さＢが０．４〜０．６ｍｍ程度の比較的厚い場合に適用されるが、必ずしもそうした厚さＢの範囲に限定されるものではない。これらの場合において、バレル高さＨがそれぞれの弦長さＣで規定された最大値よりも大きい場合には、サイドレール２とシリンダの内周面５との摩擦力が大きくなって、異音が発生するおそれがある。一方、バレル高さＨがそれぞれの弦長さＣで規定された最小値よりも小さい場合には、潤滑油の消費量が増大するおそれがある。
【００２１】本発明において、弦長さＣが０．１５ｍｍまたは０．２０ｍｍの位置でのバレル高さＨは、図２に示すように、サイドレール２の外周面の形状によって異なる。バレル高さＨが小さい程、すなわち図２の（ａ）〜（ｃ）の順になる程、サイドレール２とシリンダの内周面５との摩擦力がより小さくなる傾向となる。そのため、本発明においては、図２（ｃ）のように、バレル高さＨが小さい程、異音の発生防止の点では好ましい。また、バレル部６は、図２に示すように、なだらかな曲面形状または円弧状で形成されている。
【００２２】これに対して、従来のバレル部６の形状は、先端が突出したバレル形状となっており、サイドレール先端のバレル部６とシリンダの内周面５との摩擦力が大きく、スティックスリップ振幅に基づく異音の発生が起こり易い形状であったが、本発明では、サイドレール先端のバレル部６とシリンダの内周面５との摩擦力が小さくなるので、スティックスリップ振幅に基づく異音の発生を防止することができる。
【００２３】さらに、組合せオイルリング１の異音の発生防止策として、上述したように、サイドレール２の支点となるスペーサエキスパンダ３の突起部７の有効幅Ｄを、サイドレール２の板厚Ｂの２分の１以下、具体的には０．３０ｍｍ以下で好ましくは０．２０ｍｍ以下とするように設定する。従来の突起部７は、有効幅Ｄがサイドレール２の板厚Ｂ程度、例えば０．６０ｍｍ程度であったので、サイドレール２が突起部７の内周側で支持されるために、安定した支点として作用し得なかったが、本発明では、シリンダの内周面５を押圧するサイドレール２の安定性が向上するので、サイドレール２とシリンダの内周面５との摩擦力が小さくなり、異音の発生を防止することができる。
【００２４】
【実施例】以下に、実施例と比較例によって本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）先ず、一対のサイドレール２、２として、厚さＢ０．６ｍｍで、弦長さＣが０．２０ｍｍの評価位置でバレル高さＨが０．００７ｍｍの外周面形状を有するものを使用した。サイドレール２の支点となるスペーサエキスパンダ３は、突起部間の長さＡが２．７５ｍｍのものを使用した。こうして構成した本発明の組合せオイルリング１を、リング溝の幅Ｗが４．０３ｍｍのピストンに装着した。これらによって表されるサイドクリアランスＳは、０．０８ｍｍであった。
【００２５】次に、一対のサイドレール２、２として、厚さＢ０．５ｍｍで、弦長さＣが０．２０ｍｍの評価位置でバレル高さＨが０．０１３ｍｍの外周面形状を有するものを使用した。サイドレール２の支点となるスペーサエキスパンダ３は、突起部間の長さＡが１．９１ｍｍのものを使用した。こうして構成した従来型の組合せオイルリング１を、リング溝の幅Ｗが３．０３ｍｍのピストンに装着した。これらによって表されるサイドクリアランスＳは、０．１２ｍｍであった。
（実施例２）先ず、一対のサイドレール２、２として、厚さＢ０．４ｍｍで、弦長さＣが０．１５ｍｍの評価位置でバレル高さＨが０．００８ｍｍの外周面形状を有するものを使用した。サイドレール２の支点となるスペーサエキスパンダ３は、突起部間の長さＡが１．９６ｍｍのものを使用した。こうして構成した本発明の組合せオイルリング１を、リング溝の幅Ｗが２．８３ｍｍのピストンに装着した。これらによって表されるサイドクリアランスＳは、０．０７ｍｍであった。
【００２６】次に、一対のサイドレール２、２として、厚さＢ０．４ｍｍで、弦長さＣが０．１５ｍｍの評価位置でバレル高さＨが０．０１３ｍｍの外周面形状を有するものを使用した。サイドレール２の支点となるスペーサエキスパンダ３は、突起部間の長さＡが１．６１ｍｍのものを使用した。こうして構成した従来型の組合せオイルリング１を、リング溝の幅Ｗが２．５３ｍｍのピストンに装着した。これらによって表されるサイドクリアランスＳは、０．１２ｍｍであった。
（異音発生状況の測定と結果）異音発生状況の測定は、弦長さＣが０．２０ｍｍの評価位置でバレル高さＨが規定される実施例１の組合せオイルリング１の場合には、最高出力が１０５ＫＷ−６０００ｒｐｍで排気量が２０００ｃｃ（シリンダー内径８５ｍｍ）のエンジンを用い、弦長さＣが０．１５ｍｍの評価位置でバレル高さＨが規定される実施例２の組合せオイルリング１の場合には、最高出力が７５ＫＷ−６０００ｒｐｍで排気量が１５００ｃｃ（シリンダー内径７６ｍｍ）のエンジンを用いた。測定と評価は、何れも約８００ｒｐｍのアイドリング運転時での異音の発生の有無により行った。
【００２７】実施例１および実施例２の本発明の組合せオイルリング１を用いた場合には、異音の発生は認められなかった。しかし、実施例１および実施例２の従来型の組合せオイルリング１を用いた場合には、異音の発生が確認された。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、サイドレールの軸方向の動きを小さくすること、サイドレールとシリンダの内周面との摩擦力を小さくすること、サイドレールがシリンダの内周面に押圧される際の安定性を向上させてシリンダの内周面との摩擦力を小さくすること、によって、スチィックスリップ振幅に基づく異音の発生を防止することができる。そのため、このような組合せオイルリングを使用する内燃機関は、高い静粛性と快音性を達成することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００２２８０６
【氏名又は名称】日本ピストンリング株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１６日（１９９９．９．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３８３９
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 泰男
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| 【公開番号】 |
特開２００１−８２６０５（Ｐ２００１−８２６０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２６２４２８ |
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