内燃機関用組合せオイルリング及びその組付構造
【課題】低回転・高負圧状態においてオイル消費を低減する内燃機関用組合せオイルリングの組付構造を提供する。
【解決手段】径方向外方Ｘ１に突出する上下２つのレール部１，２を連結部３で連結したオイルリング本体１１と、その連結部３の径方向内方中央に形成された内周溝４に配置されて前記オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢するコイルエキスパンダ１２とからなる組合せオイルリング１０を、リング溝２１に装着してシリンダ内に組み付けた組付構造５０において、組合せオイルリング１０の張力をシリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、リング溝下面の径方向外周端部に設けられた面取部２４又は下側レール部下面の径方向外周端部に設けられた切欠部を有し、リング溝下面２２と下側レール部１との径方向の当接長さｂ２を、リング溝上面２３と上側レール部２との径方向の当接長さｂ１の６０〜９８％とする。
【解決手段】径方向外方Ｘ１に突出する上下２つのレール部１，２を連結部３で連結したオイルリング本体１１と、その連結部３の径方向内方中央に形成された内周溝４に配置されて前記オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢するコイルエキスパンダ１２とからなる組合せオイルリング１０を、リング溝２１に装着してシリンダ内に組み付けた組付構造５０において、組合せオイルリング１０の張力をシリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、リング溝下面の径方向外周端部に設けられた面取部２４又は下側レール部下面の径方向外周端部に設けられた切欠部を有し、リング溝下面２２と下側レール部１との径方向の当接長さｂ２を、リング溝上面２３と上側レール部２との径方向の当接長さｂ１の６０〜９８％とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用組合せオイルリング及びその組付構造に関し、更に詳しくは、低回転・高負圧状態においてオイル消費を低減することができる内燃機関用組合せオイルリング及びその組付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関においては、複数のシリンダが設けられ、各シリンダにピストンが上下動可能に支持されている。ピストンの外周面には複数のリング溝が設けられ、そのリング溝にピストンリングが装着されている。そうしたピストンリングには、上方側に装着されるトップリング及びセカンドリング等の圧力リングと、圧力リングの下方側に装着されるオイルリングとがある。圧力リングは、ガスシール機能及び熱伝達機能を有し、一方、オイルリングは、シリンダ内壁面に適切なオイルの膜を形成するため、シリンダ内壁面に付着したオイルの余剰分を掻き落とす機能や、オイルシール性を維持する機能を有する。
【０００３】
オイルリングをピストンのリング溝に装着したオイルリングの組付構造において、そのオイルリングは、圧力リングに対して張力（リングを径方向外方に拡張する力）を高くすることにより、オイルを必要最小限の量だけシリンダ内壁面に供給し、余分なオイルを掻き落として回収するする機能（オイルコントロール機能）を担っている。オイルリングには、２ピースタイプのオイルリングや３ピースタイプのオイルリング等、各種の形態が知られている（例えば特許文献１，２）。
【０００４】
２ピースタイプのオイルリングは、例えば特許文献１に示すように、一対のレール部が一体に形成されたリング本体と、そのリング本体の内側の軸方向中央に配置されてリング本体を径方向外方に付勢するコイルエキスパンダとからなり、一対のレール部の外周端がシリンダ内壁面に摺接するオイルリングである。この２ピースタイプのオイルリングをピストンのリング溝に装着したオイルリングの組付構造において、シリンダ内のピストンが工程中央から上死点に行き、工程中央に戻ってくる間は、オイルリングの上側レール部がリング溝上面に当接し、上側レール部がリング溝上面に当接した状態で摺動し、一方、シリンダ内のピストンが工程中央から下死点に行き、工程中央に戻ってくる間は、オイルリングの下側レール部がリング溝下面に当接し、下側レール部がリング溝下面に当接した状態で摺動する。
【０００５】
なお、特許文献２に記載の２ピースタイプのオイルリングを参考までに示す。この２ピースタイプのオイルリングは、上側レール部が常時リング溝の上面に押し当てられ、コイルエキスパンダが常時リング溝の下面に押し当てられているものである。このような構成とすることで、リング本体の上面とリング溝の上側面との間に生じる隙間を閉じて、その隙間を介して生じるオイル上がりを軽減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−４５１７２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、低フリクション化の要請から、２ピースタイプのオイルリングは軽量化し、さらに低張力化の傾向になっている。こうした２ピースタイプのオイルリングの軽量化・低張力化の状況下、内燃機関を低回転・高負圧の条件で運転した際におけるオイル消費量は、慣性力が小さいために、オイルの付着力の影響により、オイルリングが本来リング溝上面に着座しているべき吸入・爆発行程でリング溝下面に着座するため、高〜中回転・高負圧の条件で運転した場合に比べて高まる傾向（オイルを消費しやすい傾向）にあると予想されるものの、十分な検討が行われていなかった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低回転・高負圧状態においてオイル消費量を低減することができる内燃機関用２ピースタイプのオイルリング（以下、「組合せオイルリング」という。）の組付構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、低回転・高負圧状態においてオイル消費量を低減することができる内燃機関用組合せオイル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】
上記課題を解決するための本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造は、径方向外方に突出する上下２つのレール部を連結部で連結したオイルリング本体と、該連結部の径方向内方中央に形成された内周溝に配置されて前記オイルリング本体を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダとからなる内燃機関用組合せオイルリングを、ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてなる内燃機関用組合せオイルリングの組付構造において、前記組合せオイルリングの張力を前記シリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、前記ピストンのリング溝下面の径方向外周端部に設けられた面取部、又は、前記オイルリング本体の下側レール部下面の径方向外周端部に設けられた切欠部を有し、前記リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さが、前記リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さの６０％〜９８％であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造において、前記オイルリング本体の軸方向幅が２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
上記課題を解決するための本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングは、径方向外方に突出する上下２つのレール部を連結部で連結したオイルリング本体と、該連結部の径方向内方中央に形成された内周溝に配置されて前記オイルリング本体を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダとからなり、ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着される内燃機関用組合せオイルリングにおいて、前記組合せオイルリングの張力を前記ピストンが組み付けられるシリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、前記２つのレール部のうち前記リング溝の下面側に当接する下側レール部の径方向幅が、前記リング溝の上面側に当接する上側レール部の径方向幅の６０％〜９８％であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングにおいて、前記オイルリング本体の軸方向幅が２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
（作用）
組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてなる本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造は、オイル消費量を低減することができる。この理由は以下のとおりである。すなわち、低回転・高負圧状態である低速域（例えば２０００ｒｐｍ／ｍｉｎ未満）では、シリンダ内のピストンが上死点に向かって移動する排気・圧縮行程における負圧作用時において、軽量で低張力化した組合せオイルリングを構成する下側レール部がリング溝の下面にオイルを介して張り付いて離れにくくなる。そのため、オイルリングの移動タイミングが遅れる。その結果、負圧作用時における上面側のオイルシールが不十分となり、過大なオイル上がりを引き起こしてしまう。
【００１４】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造では、リング溝下面の径方向外周端部に設けられた面取部又は下側レール部下面の径方向外周端部に設けられた切欠部を有し、リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さを、前記リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さの６０％〜９８％と短くしているので、低回転・高負圧状態であっても、下側レール部がリング溝の下面からの離れにくさを小さくすることができる。その結果、オイルリングの移動タイミングが遅れず、負圧作用時における上面側のオイルシールを適正化することができる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングも同様に、リング溝の下面に張り付きやすい下側レール部の径方向幅を、上側レール部の径方向幅の６０％〜９８％と短くしているので、低回転・高負圧状態であっても、下側レール部がリング溝の下面からの離れにくさを小さくすることができる。その結果、オイルリングの移動タイミングが遅れず、負圧作用時における上面側のオイルシールを適正化することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造及び内燃機関用組合せオイルリングによれば、低回転・高負圧状態において、オイル消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第２実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第３〜第５実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第６，第７実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの代表例を示す模式的な斜視図である。
【図６】本発明の第８実施例（組合せオイルリング）を示す模式的な断面図である。
【図７】図６に示す第８実施例の組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着し、シリンダ内に取り付けた第９実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明はその技術的特徴を包含する限り、以下の説明及び図面の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［内燃機関用組合せオイルリングの組付構造］
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造５０は、図１等に示すように、内燃機関用組合せオイルリング１０を、ピストン２０の外周面に形成されたリング溝２１に装着してシリンダ３０内に組み付けてなる組付構造である。
【００２０】
内燃機関用組合せオイルリング１０は、２ピースタイプのオイルリングと呼ばれ、図１等に示すように、径方向外方Ｘ１に突出する上下２つのレール部１，２を連結部３で連結したオイルリング本体１１と、その連結部３の径方向内方Ｘ２の中央又は略中央に形成された内周溝４に配置されて前記オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢するコイルエキスパンダ１２とで構成されている。なお、本願では、「中央又は略中央」を略して「中央」と呼ぶこともある。
【００２１】
オイルリング本体１１は、合い口（図示しない）を有する円環形状をなしており、シリンダ３０の内壁面３１と摺動する外周端６，７を径方向外方Ｘ１に有するレール部１，２を、軸方向Ｙで向かい合うように一対有している。
【００２２】
一対のレール部１，２は、径方向外方Ｘ１に外周端６，７が突出する態様で構成されている。さらに、この一対のレール部１，２は、径方向Ｘに延びるレール部１，２に直交する柱状の連結部３（図５も参照。ウエブ部ともいう。）で連結されている。連結部３には、図１等に示すように、オイル戻し穴５が任意の間隔で設けられている。なお、摺動中に内部空間１３からオイル戻し穴５を通過したオイルは、ピストン２０のリング溝２１に設けられたオイルドレイン穴２５から排出される。この一対のレール部１，２の外周端６，７は、その軸方向Ｙの外側に必要に応じて外周側テーパー部１６，１７を有していてもよい。こうした外周側テーパー部１６，１７は、オイルリング本体１１の外周端６，７を細くした態様でシリンダ３０の内壁面３１に接触する。
【００２３】
オイルリング本体１１の径方向内方Ｘ２の中央又は略中央には、内周溝４が形成されている。内周溝４は、図１の例では、コイルエキスパンダ１２の直径よりも大きい円弧で形成されていることが好ましいが、必ずしもそうした形態で形成されていなくてもよく、コイルエキスパンダ１２の直径と同じでも構わない。また、内周溝４の形態は円弧でなくてもよく、矩形溝であっても三角溝であってもよい。こうした内周溝４は、オイルリング本体１１の径方向内方Ｘ２であって、軸方向Ｙの中央又は略中央に設けられている。この内周溝４に接触してオイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢するコイルエキスパンダ１２は、内周溝４により、軸方向Ｙの中央又は略中央に保持される。この点、既述した特許文献２に記載の態様とは大きく異なる。特許文献２の態様では、リング溝上面にオイルリング本体が接した状態で維持されるため、サードランドに上がってしまったオイルを掻き取ることが困難になる。
【００２４】
コイルエキスパンダ１２は、前記のように、オイルリング本体１１の径方向内方Ｘ２の中央又は略中央に形成された内周溝４に接触するように配置される。このコイルエキスパンダ１２は、図５の例で示すように、コイル巻きされた円環状部材であり、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢する。
【００２５】
なお、軸方向の「軸」とは、円環形状からなる組合せオイルリング１０の中心軸（仮想中心）のことであり、「軸方向Ｙ」とは、その中心軸が延びる方向（図１の例では上下に延びる方向）のことである。また、図１及び図５に示すように、「径方向Ｘ」とは、円環形状からなる組合せオイルリング１０の中心軸（仮想中心）から見たときの半径方向のことであり、「径方向外方Ｘ１」とは、例えば組合せオイルリング１０の摺動面である外周端６，７が摺動接触するシリンダ内壁面の側（外周縁方向）のことであり、「径方向内方Ｘ２」とは、例えば組合せオイルリング１０を構成するコイルエキスパンダ１２が配置されるオイルリングの中心軸側のことである。
【００２６】
組合せオイルリング１０を構成するオイルリング本体１１の材質やコイルエキスパンダ１２の材質は特に限定されず、各種のものを採用できる。一例としては、８Ｃｒ鋼、１０Ｃｒ鋼、１３Ｃｒ鋼等の鋼材を挙げることができる。
【００２７】
また、組合せオイルリング１０を構成するオイルリング本体１１の軸方向Ｙの最大幅ｈ１が２ｍｍ以下であることが好ましい。こうしたオイルリング本体１１を備える組合せオイルリング１０は、軽量化と低フリクション化を実現できる。なお、ｈ１の下限値は特に限定されないが、１．０ｍｍとすることができる。
【００２８】
本発明においては、組合せオイルリング１０の張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であることに特徴がある。張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの組合せオイルリング１０は、フリクションが小さくなって燃費向上をもたらすので好ましく、特に０．０５〜０．２０Ｎ／ｍｍの範囲が好ましい。
【００２９】
なお、「張力比」（Ｎ／ｍｍ）とは、組合せオイルリング１０の張力（すなわち、リングを径方向外方に拡張する力）をシリンダの内径（ｍｍ）で除した値であり、その値の測定は、張力測定機にて張力を測定し、その後計算して求めることができる。
【００３０】
本発明においては、ピストン２０が備えるリング溝２１の下面２２とその下面２２側に配置される下側レール部１とが当接してオイルシールする「当接長さｂ２」が、そのリング溝２１の上面２３とその上面２３側に配置される上側レール部２とが当接してオイルシールする「当接長さｂ１」の６０％〜９８％であることに特徴がある。
【００３１】
なお、当接長さｂ２は、下側レール部１とリング溝下面２２とが実際に当接する幅であり、図１等の例では、下側レール部１の内周端８とリング溝下面２２の外周端部２６との間の長さである。一方、当接長さｂ１は、上側レール部２とリング溝上面２３とが実際に当接する幅であり、図１等の例では、上側レール部２の内周端９とリング溝上面２３の外周端部２７との間の長さである。
【００３２】
後述する第１〜第５実施例では、図１〜図３に示すように、リング溝２１の下面２２の径方向外周端部及び／又は下側レール部１の下面の径方向外周端部に面取部２４を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。
【００３３】
また、後述する第６，第７実施例では、図４に示すように、リング溝２１の下面２２に向かい合う下側レール部１に切欠部２９を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。
【００３４】
後述する第８，第９実施例では、下側レール部１の内周端８をカット等して上側レール部２の内周端９よりも短くすることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。なお、前記した第７実施例は、リング溝２１の下面２２に向かい合う下側レール部１に切欠部２９を設け、且つ下側レール部１の内周端８をカット等して、上側レール部２の内周端９よりも短くしている。
【００３５】
［当接長さｂ２］／［当接長さｂ１］を６０％〜９８％の範囲内とする理由は以下のとおりである。
【００３６】
すなわち、組合せオイルリング１０の張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲のように低くなると、フリクションが小さくなって燃費向上をもたらすので好ましいが、一方、オイルを掻き落とす機能が低くなってオイル消費が増大してしまうという懸念がある。本発明では、こうした懸念に対し、オイルの掻き落としに主に寄与する上側の［当接長さｂ１］については特に改良せず、下側の［当接長さｂ２］を小さくした点に特徴がある。
【００３７】
低回転・高負圧状態である低速域（例えば２０００ｒｐｍ未満）では、シリンダ３０内のピストン２０が上死点に向かって移動する排気・圧縮行程における負圧作用時において、軽量で低張力化した組合せオイルリング１０を構成する下側レール部１がリング溝２１の下面２２にオイルを介して張り付いて離れにくくなる。そのため、オイルリングの移動タイミングが遅れ易くなる。その結果、負圧作用時における上面側のオイルシールが不十分となり、過大なオイル上がりを引き起こしてしまう。こうした問題に対し、本発明では、リング溝２１の下面２２とその下面２２に張り付きやすい下側レール部１とでオイルシールする「当接長さｂ２」を、リング溝２１の上面２３と上側レール部２とでオイルシールする「当接長さｂ１」の６０％〜９８％となるように短くしている。こうすることにより、低回転・高負圧状態であっても、下側レール部１がリング溝２１の下面２２からの離れにくさを低減することができ、その結果、オイルリングの移動タイミングが遅れず、負圧作用時における上面側のオイルシールを適正化することができる。
【００３８】
なお、より好ましい範囲は６０％〜７５％である。この範囲内とすることにより、さらにオイル消費量を低減することができる。
【００３９】
本発明の組合せオイルリング１０及びその組付構造５０は、張力比と［当接長さｂ２］／［当接長さｂ１］とが上記の特徴を有するので、低フリクション化の要請から軽量化し、さらに０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲に低張力化した組合せオイルリング１０及びその組付構造５０であっても、内燃機関を低回転・高負圧の条件で運転した際におけるオイル消費量を低減することができる。
【００４０】
特に、組合せオイルリングの組付構造５０においてはｂ２／ｂ１を６０％〜９８％の範囲とし、また、組合せオイルリング１０においてはａ２／ａ１を６０％〜９８％の範囲とすることにより、下側レール部１が接触するリング溝２１の下面２２との付着力を軽減することができる。組合せオイルリング１０の動きは、シリンダ３０の内壁面３１との間のフリクション（摩擦力）と、組合せオイルリング１０自体の慣性力とに大きく依存するが、慣性力が小さい低回転域では、シリンダ３０の内壁面３１とのフリクションが主となり、軸方向に往復する。下側レール部１がリング溝２１の下面２２に付着する力は、摩擦力・慣性力に逆らう力である。したがって、本発明では、ａ２／ａ１又はｂ２／ｂ１を上記範囲内にしてその付着力を軽減することにより、上死点と下死点でフリクションの向きが入れ替わるのと同時に、組合せオイルリング１０をリング溝から離間させることができるようになる。その結果、負圧作用時における上面側のオイルシールを適正化することができるのである。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の実施例を説明するが、各実施例は少なくとも上記した共通する特徴を有しつつ下記の具体的な特徴を備えている。なお、下記の第１〜第９実施例の説明では、共通する特徴については特に断らない限り省略する。
【００４２】
［第１，第２実施例］
図１及び図２は、第１、第２実施例（内燃機関用組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。この第１，第２実施例は、レール部１，２の径方向幅ａ１，ａ２を同じ長さとしている点で、径方向幅ａ２が径方向幅ａ１より短い後述の第７〜第９実施例とは異なる。この第１，第２実施例は、リング溝２１の下面２２の径方向外周端部に面取部２４を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。その他の点は既述した通りである。
【００４３】
図１の第１実施例は、リング溝２１の下面２２の径方向外周端部に設けられた面取部２４が段差を有する例であり、詳しくは、リング溝２１の下面２２の外周端部２６から直角に下方に切り込んだ後に傾斜を設けた面取部２４を設けた例である。なお、図１において、符号２８はスカート部であり、符号ｃはリング溝２１の下面２２の外周端部２６からピストン２０のスカート部２８までの径方向幅である。
【００４４】
図２の第２実施例は、図１の第１実施例の面取部２４を縮小して当接長さｂ２を長く構成した例である。リング溝２１の下面２２の外周端部２６からピストン２０のスカート部２８までの径方向幅ｃ’を、図１の径方向幅ｃよりも小さくした例である。
【００４５】
なお、この第１，第２実施例では、例えばａ１，ａ２を２ｍｍとし、下側レール部１とリング溝２１の下面２２とが実際に当接する当接長さｂ２（下側レール部１の内周端８とリング溝下面２２の外周端部２６との間の長さ）を第１実施例では１．２ｍｍ、第２実施例では１．２５ｍｍとし、上側レール部２と上面２３とが実際に当接する当接長さｂ１（上側レール部２の内周端９とリング溝上面２３の外周端部２７との間の長さ）を１．３６ｍｍとした。
【００４６】
さらに、実際の組合せオイルリング１０の装着においては、下側レール部１の径方向幅ａ２のうち、少なくともその５０％〜７０％の長さ割合がリング溝２１の下面２２に当接して径方向Ｘの当接長さｂ２を構成していることが望ましい。その長さ割合は、［｛ａ２−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ２×１００］（％）で表される。その長さ割合の好ましい範囲は、５０％〜６０％である。なお、符号Ｄ１はリング溝の下面の外周端部間の直径であり、符号Ｄ２はシリンダの内径である。上記のように、オイルリング本体１１の径方向幅は２ｍｍ以下が好ましいので、例えばａ１を２ｍｍ、ａ２を１．５ｍｍ、Ｄ１を８７．１４ｍｍ、Ｄ２を８８．５ｍｍとした場合には、当接長さｂ１は１．０〜１．４ｍｍが好ましい範囲となる。
【００４７】
［第３〜第５実施例］
図３は、第３〜第５実施例（内燃機関用組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。この第３〜第５実施例に係る組付構造５０も上記第１，第２実施例に係る組付構造５０と同様の態様であり、リング溝２１の下面２２の径方向外周端部に面取部２４を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。この第３〜第５実施例に係る組付構造５０は面取部２４の形態の変形例である。その他の点は既述した通りである。
【００４８】
図３（Ａ）の第３実施例は、面取部２４を矩形段差とした例であり、リング溝２１の下面２２の外周端部２６から直角に下方に切り込み段差を設けた例である。
【００４９】
図３（Ｂ）の第４実施例は、面取部２４をテーパー状の斜面とした例であり、リング溝２１の下面２２の外周端部２６から斜めに１０°〜８０°のテーパー形状を設けた例である。
【００５０】
図３（Ｃ）の第５実施例は、面取部２４を曲面状の斜面とした例であり、リング溝２１の下面２２の外周端部２６から曲率半径が０．６〜１．０ｍｍ程度又は楕円状のなだらかな曲面を設けた例である。
【００５１】
［第６，第７実施例］
図４は、第６，第７実施例（内燃機関用組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。このうち、図４（Ａ）に示す第６実施例は、レール部１，２の径方向幅ａ１，ａ２を同じ長さとしている点は第１〜第５実施例と同じであるが、オイルリング本体１１の下側レール部１の外周端６側に凹み（切欠部２９）を形成した点が、リング溝下面２２の径方向外周端部に面取部を設けた第１〜第５実施例とは異なっている。こうすることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。
【００５２】
一方、図４（Ｂ）に示す第７実施例は、後述する第８，第９実施例と同様に下側レール部１の径方向幅ａ２を上側レール部２の径方向幅ａ２よりも短くしているとともに、第６，第７実施例と同様にリング溝２１の下面２２の径方向外周端部に凹み（切欠部２９）を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。
【００５３】
［第８実施例］
図６は、第８実施例（内燃機関用組合せオイルリング）を示す模式的な断面図である。この組合せオイルリング１０は、２つのレール部１１，１２のうち、ピストン２０が備えるリング溝２１の下面側に配置される下側レール部１の径方向幅ａ２が、そのリング溝２１の上面側に配置される上側レール部２の径方向幅ａ１の６０％〜９８％であることに特徴がある。
【００５４】
レール部１，２はその外周側にテーパー部１６，１７を有する場合が多いが、そのテーパー部１６，１７は上下のレール部１，２で同じ幅で形成されている場合がほとんどである。したがって、図６に示すように、テーパー部１６，１７の有無にかかわらず、この第８実施例は、ａ２／ａ１が上記範囲内であればよい。
【００５５】
テーパー部１６，１７の径方向幅が上下のレール部１，２で異なる場合には、組合せオイルリング１０をピストン２０のリング溝２１に装着した後にシリンダ３０に取り付けた組付構造として、上記したように、［当接長さｂ２］／［当接長さｂ１］を６０％〜９８％の範囲として特定できる。なお、既述した第１〜第７実施例では、シリンダ３０での組付構造後の当接長さｂ１と当接長さｂ２とを評価するが、組み付け前の組合せオイルリング１０の段階では当接長さｂ１と当接長さｂ２の寸法を正確には評価できない。そのため、リング溝２２，２３に当接し得る平坦面、すなわち、テーパー部１６，１７（あってもなくてもよい。）を除く平坦面の「径方向幅ｂ１’」及び「径方向幅ｂ２’」で評価し、ｂ２’／ｂ１’を６０％〜９８％として定義してもよい。
【００５６】
一例として、ａ１を２．０ｍｍ、ａ２を１．７ｍｍ、テーパー部１６，１７の径方向幅を０．２ｍｍ、ｈ１を２．０ｍｍ、張力比を０．２８Ｎ／ｍｍとした８Ｃｒ鋼製のオイルリング本体１１と、８Ｃｒ鋼製のコイルエキスパンダ１２とを作製した。
【００５７】
［第９実施例］
図７は、上記第８実施例の組合せオイルリング１０をピストン２０のリング溝２１に装着し、シリンダ３０内に取り付けた第９実施例（内燃機関用組合せオイルリングの組付構造５０）を示す模式的な断面図である。
【００５８】
この組付構造５０は、第８実施例の組合せオイルリング１０を用いたこと、すなわち、２つのレール部１１，１２のうち、ピストン２０が備えるリング溝２１の下面側に配置される下側レール部１の径方向幅ａ２が、そのリング溝２１の上面側に配置される上側レール部２の径方向幅ａ１の６０％〜９８％である組合せオイルリング１０を用いたことに特徴がある。そして、この組合せオイルリング１０を有する組付構造５０においては、ピストン２０のリング溝２１の下面２２と下側レール部１との径方向Ｘの当接長さｂ２が、そのリング溝２１の上面２３と上側レール部２との径方向Ｘの当接長さｂ１の６０％〜９８％であることを特徴とする。
【００５９】
［オイル消費実験］
上記の第１実施例を適用し、下記の実験条件にてオイル消費実験を行った。実験には、排気量が２４００ｃｃでシリンダ内径Ｄ２が８８．５ｍｍの直列４気筒ガソリンエンジンの実機実験を行い、オイル消費量の確認実験を行った。エンジンの運転条件は、軽負荷モータリングで回転数２０００ｒ．ｐ．ｍ．で５時間行った。評価は、吸気管絶対圧を１０ｋＰａ、２０ｋＰａとしてオイル消費量を評価した。
【００６０】
ピストン２０には、下面の外周端部間の直径Ｄ１が８７．１４ｍｍのものを用いた。ピストンリングの組合せは、ファーストリング、セカンドリング、オイルリングとした。ファーストリングとしては、１３Ｃｒ鋼製で、ｈ１が１．０ｍｍ、ａ１が２．７ｍｍ、外周面形状がバレルフェース、表面処理としては上下面を窒化処理し、外周面をＰＶＤ処理したものを用いた。セカンドリングとしては、ＪＩＳ Ｇ ３５０６（１９９６）で規定されたＳＷＲＨ６２Ｂ材製で、ｈ１が１．０ｍｍ、ａ１が２．７ｍｍ、外周面形状がテーパーアンダーカットのものを用いた。
【００６１】
オイルリングとしては、上記の第１実施例の２ピースタイプのオイルリングを用いた。オイルリング本体１１は８Ｃｒ鋼製で、ｈ１が２．０ｍｍ、ａ１が２．０ｍｍからなるものとし、コイルエキスパンダ１２は外径１．０ｍｍの８Ｃｒ鋼の丸線材を加工して用いた。なお、張力比については、第１実施例の２ピースタイプのオイルリング全てにおいて０．２８Ｎ／ｍｍとした。
【００６２】
第１実施例の２ピースタイプのオイルリングの寸法は、ａ１を２．０ｍｍ（ａ１＝ａ２）とし、ｂ１を１．３６ｍｍとし、ｂ２を１．２ｍｍ（ｂ２／ｂ１＝０．８８）とし、さらに、リング溝２１の面取部２４を外周端部２６からピストン２０のスカート部２８までの径方向幅ｃを０．５５ｍｍとした。
【００６３】
従来例としては、上下のレール部１，２を同じ長さ（ａ１＝ａ２＝２．０ｍｍ）とし、リング溝と上下のレール部１，２との径方向Ｘの当接長さｂ１，ｂ２を同じ長さ（ｂ１＝ｂ２＝１．３６ｍｍ）としたオイルリングを、第１実施例の組合せオイルリングと代えたものを用いた。
【００６４】
［結果］
従来例の組付構造での吸気管絶対圧を１０ｋＰａとしたときのオイル消費量を１００としたとき、従来例での吸気管絶対圧を２０ｋＰａとしたときのオイル消費量は４０．９であったが、第１実施例の組付構造でのオイル消費量は、吸気管絶対圧１０ｋＰａでは３０．８、２０ｋＰａでは２．３となった。したがって、第１実施例の組付構造を構成する組合せオイルリングはオイル消費を抑制することが確認された。表１にこの結果をまとめた。
【００６５】
【表１】
【符号の説明】
【００６６】
１ 下側レール部
２ 上側レール部
３ 連結部
４ 内周溝
５ オイル戻し穴
６，７ 外周端
８，９ 内周端
１０ 内燃機関用組合せオイルリング
１１ オイルリング本体
１２ コイルエキスパンダ
１３ 内部空間
１６，１７ 外周側テーパー部
２０ ピストン
２１ リング溝
２２ リング溝の下面
２３ リング溝の上面
２４ 面取部
２５ オイルドレイン穴
２６ リング溝の下面の外周端部
２７ リング溝の上面の外周端部
２８ スカート部
２９ 切欠部
３０ シリンダ
３１ シリンダの内壁面
５０ 内燃機関用組合せオイルリングの組付構造
【００６７】
ａ１ リング溝の上面側に配置される上側レール部の径方向幅
ａ２ リング溝の下面側に配置される下側レール部の径方向幅
ｂ１’ ａ１のうちの平坦面の径方向幅
ｂ２’ ａ２のうちの平坦面の径方向幅
ｂ１ リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さ
ｂ２ リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さ
ｃ，ｃ’ リング溝下面の外周端部からピストンのスカート部までの径方向幅
ｈ１ オイルリング本体の軸方向幅
Ｘ 径方向
Ｘ１ 径方向外方
Ｘ２ 径方向内方
Ｙ 軸方向
Ｄ１ リング溝の下面の外周端部間の直径
Ｄ２ シリンダの内径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用組合せオイルリング及びその組付構造に関し、更に詳しくは、低回転・高負圧状態においてオイル消費を低減することができる内燃機関用組合せオイルリング及びその組付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関においては、複数のシリンダが設けられ、各シリンダにピストンが上下動可能に支持されている。ピストンの外周面には複数のリング溝が設けられ、そのリング溝にピストンリングが装着されている。そうしたピストンリングには、上方側に装着されるトップリング及びセカンドリング等の圧力リングと、圧力リングの下方側に装着されるオイルリングとがある。圧力リングは、ガスシール機能及び熱伝達機能を有し、一方、オイルリングは、シリンダ内壁面に適切なオイルの膜を形成するため、シリンダ内壁面に付着したオイルの余剰分を掻き落とす機能や、オイルシール性を維持する機能を有する。
【０００３】
オイルリングをピストンのリング溝に装着したオイルリングの組付構造において、そのオイルリングは、圧力リングに対して張力（リングを径方向外方に拡張する力）を高くすることにより、オイルを必要最小限の量だけシリンダ内壁面に供給し、余分なオイルを掻き落として回収するする機能（オイルコントロール機能）を担っている。オイルリングには、２ピースタイプのオイルリングや３ピースタイプのオイルリング等、各種の形態が知られている（例えば特許文献１，２）。
【０００４】
２ピースタイプのオイルリングは、例えば特許文献１に示すように、一対のレール部が一体に形成されたリング本体と、そのリング本体の内側の軸方向中央に配置されてリング本体を径方向外方に付勢するコイルエキスパンダとからなり、一対のレール部の外周端がシリンダ内壁面に摺接するオイルリングである。この２ピースタイプのオイルリングをピストンのリング溝に装着したオイルリングの組付構造において、シリンダ内のピストンが工程中央から上死点に行き、工程中央に戻ってくる間は、オイルリングの上側レール部がリング溝上面に当接し、上側レール部がリング溝上面に当接した状態で摺動し、一方、シリンダ内のピストンが工程中央から下死点に行き、工程中央に戻ってくる間は、オイルリングの下側レール部がリング溝下面に当接し、下側レール部がリング溝下面に当接した状態で摺動する。
【０００５】
なお、特許文献２に記載の２ピースタイプのオイルリングを参考までに示す。この２ピースタイプのオイルリングは、上側レール部が常時リング溝の上面に押し当てられ、コイルエキスパンダが常時リング溝の下面に押し当てられているものである。このような構成とすることで、リング本体の上面とリング溝の上側面との間に生じる隙間を閉じて、その隙間を介して生じるオイル上がりを軽減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−４５１７２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、低フリクション化の要請から、２ピースタイプのオイルリングは軽量化し、さらに低張力化の傾向になっている。こうした２ピースタイプのオイルリングの軽量化・低張力化の状況下、内燃機関を低回転・高負圧の条件で運転した際におけるオイル消費量は、慣性力が小さいために、オイルの付着力の影響により、オイルリングが本来リング溝上面に着座しているべき吸入・爆発行程でリング溝下面に着座するため、高〜中回転・高負圧の条件で運転した場合に比べて高まる傾向（オイルを消費しやすい傾向）にあると予想されるものの、十分な検討が行われていなかった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低回転・高負圧状態においてオイル消費量を低減することができる内燃機関用２ピースタイプのオイルリング（以下、「組合せオイルリング」という。）の組付構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、低回転・高負圧状態においてオイル消費量を低減することができる内燃機関用組合せオイル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】
上記課題を解決するための本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造は、径方向外方に突出する上下２つのレール部を連結部で連結したオイルリング本体と、該連結部の径方向内方中央に形成された内周溝に配置されて前記オイルリング本体を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダとからなる内燃機関用組合せオイルリングを、ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてなる内燃機関用組合せオイルリングの組付構造において、前記組合せオイルリングの張力を前記シリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、前記ピストンのリング溝下面の径方向外周端部に設けられた面取部、又は、前記オイルリング本体の下側レール部下面の径方向外周端部に設けられた切欠部を有し、前記リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さが、前記リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さの６０％〜９８％であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造において、前記オイルリング本体の軸方向幅が２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
上記課題を解決するための本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングは、径方向外方に突出する上下２つのレール部を連結部で連結したオイルリング本体と、該連結部の径方向内方中央に形成された内周溝に配置されて前記オイルリング本体を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダとからなり、ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着される内燃機関用組合せオイルリングにおいて、前記組合せオイルリングの張力を前記ピストンが組み付けられるシリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、前記２つのレール部のうち前記リング溝の下面側に当接する下側レール部の径方向幅が、前記リング溝の上面側に当接する上側レール部の径方向幅の６０％〜９８％であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングにおいて、前記オイルリング本体の軸方向幅が２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
（作用）
組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてなる本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造は、オイル消費量を低減することができる。この理由は以下のとおりである。すなわち、低回転・高負圧状態である低速域（例えば２０００ｒｐｍ／ｍｉｎ未満）では、シリンダ内のピストンが上死点に向かって移動する排気・圧縮行程における負圧作用時において、軽量で低張力化した組合せオイルリングを構成する下側レール部がリング溝の下面にオイルを介して張り付いて離れにくくなる。そのため、オイルリングの移動タイミングが遅れる。その結果、負圧作用時における上面側のオイルシールが不十分となり、過大なオイル上がりを引き起こしてしまう。
【００１４】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造では、リング溝下面の径方向外周端部に設けられた面取部又は下側レール部下面の径方向外周端部に設けられた切欠部を有し、リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さを、前記リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さの６０％〜９８％と短くしているので、低回転・高負圧状態であっても、下側レール部がリング溝の下面からの離れにくさを小さくすることができる。その結果、オイルリングの移動タイミングが遅れず、負圧作用時における上面側のオイルシールを適正化することができる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングも同様に、リング溝の下面に張り付きやすい下側レール部の径方向幅を、上側レール部の径方向幅の６０％〜９８％と短くしているので、低回転・高負圧状態であっても、下側レール部がリング溝の下面からの離れにくさを小さくすることができる。その結果、オイルリングの移動タイミングが遅れず、負圧作用時における上面側のオイルシールを適正化することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造及び内燃機関用組合せオイルリングによれば、低回転・高負圧状態において、オイル消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第２実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第３〜第５実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第６，第７実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの代表例を示す模式的な斜視図である。
【図６】本発明の第８実施例（組合せオイルリング）を示す模式的な断面図である。
【図７】図６に示す第８実施例の組合せオイルリングをピストンのリング溝に装着し、シリンダ内に取り付けた第９実施例（組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明はその技術的特徴を包含する限り、以下の説明及び図面の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［内燃機関用組合せオイルリングの組付構造］
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの組付構造５０は、図１等に示すように、内燃機関用組合せオイルリング１０を、ピストン２０の外周面に形成されたリング溝２１に装着してシリンダ３０内に組み付けてなる組付構造である。
【００２０】
内燃機関用組合せオイルリング１０は、２ピースタイプのオイルリングと呼ばれ、図１等に示すように、径方向外方Ｘ１に突出する上下２つのレール部１，２を連結部３で連結したオイルリング本体１１と、その連結部３の径方向内方Ｘ２の中央又は略中央に形成された内周溝４に配置されて前記オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢するコイルエキスパンダ１２とで構成されている。なお、本願では、「中央又は略中央」を略して「中央」と呼ぶこともある。
【００２１】
オイルリング本体１１は、合い口（図示しない）を有する円環形状をなしており、シリンダ３０の内壁面３１と摺動する外周端６，７を径方向外方Ｘ１に有するレール部１，２を、軸方向Ｙで向かい合うように一対有している。
【００２２】
一対のレール部１，２は、径方向外方Ｘ１に外周端６，７が突出する態様で構成されている。さらに、この一対のレール部１，２は、径方向Ｘに延びるレール部１，２に直交する柱状の連結部３（図５も参照。ウエブ部ともいう。）で連結されている。連結部３には、図１等に示すように、オイル戻し穴５が任意の間隔で設けられている。なお、摺動中に内部空間１３からオイル戻し穴５を通過したオイルは、ピストン２０のリング溝２１に設けられたオイルドレイン穴２５から排出される。この一対のレール部１，２の外周端６，７は、その軸方向Ｙの外側に必要に応じて外周側テーパー部１６，１７を有していてもよい。こうした外周側テーパー部１６，１７は、オイルリング本体１１の外周端６，７を細くした態様でシリンダ３０の内壁面３１に接触する。
【００２３】
オイルリング本体１１の径方向内方Ｘ２の中央又は略中央には、内周溝４が形成されている。内周溝４は、図１の例では、コイルエキスパンダ１２の直径よりも大きい円弧で形成されていることが好ましいが、必ずしもそうした形態で形成されていなくてもよく、コイルエキスパンダ１２の直径と同じでも構わない。また、内周溝４の形態は円弧でなくてもよく、矩形溝であっても三角溝であってもよい。こうした内周溝４は、オイルリング本体１１の径方向内方Ｘ２であって、軸方向Ｙの中央又は略中央に設けられている。この内周溝４に接触してオイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢するコイルエキスパンダ１２は、内周溝４により、軸方向Ｙの中央又は略中央に保持される。この点、既述した特許文献２に記載の態様とは大きく異なる。特許文献２の態様では、リング溝上面にオイルリング本体が接した状態で維持されるため、サードランドに上がってしまったオイルを掻き取ることが困難になる。
【００２４】
コイルエキスパンダ１２は、前記のように、オイルリング本体１１の径方向内方Ｘ２の中央又は略中央に形成された内周溝４に接触するように配置される。このコイルエキスパンダ１２は、図５の例で示すように、コイル巻きされた円環状部材であり、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢する。
【００２５】
なお、軸方向の「軸」とは、円環形状からなる組合せオイルリング１０の中心軸（仮想中心）のことであり、「軸方向Ｙ」とは、その中心軸が延びる方向（図１の例では上下に延びる方向）のことである。また、図１及び図５に示すように、「径方向Ｘ」とは、円環形状からなる組合せオイルリング１０の中心軸（仮想中心）から見たときの半径方向のことであり、「径方向外方Ｘ１」とは、例えば組合せオイルリング１０の摺動面である外周端６，７が摺動接触するシリンダ内壁面の側（外周縁方向）のことであり、「径方向内方Ｘ２」とは、例えば組合せオイルリング１０を構成するコイルエキスパンダ１２が配置されるオイルリングの中心軸側のことである。
【００２６】
組合せオイルリング１０を構成するオイルリング本体１１の材質やコイルエキスパンダ１２の材質は特に限定されず、各種のものを採用できる。一例としては、８Ｃｒ鋼、１０Ｃｒ鋼、１３Ｃｒ鋼等の鋼材を挙げることができる。
【００２７】
また、組合せオイルリング１０を構成するオイルリング本体１１の軸方向Ｙの最大幅ｈ１が２ｍｍ以下であることが好ましい。こうしたオイルリング本体１１を備える組合せオイルリング１０は、軽量化と低フリクション化を実現できる。なお、ｈ１の下限値は特に限定されないが、１．０ｍｍとすることができる。
【００２８】
本発明においては、組合せオイルリング１０の張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であることに特徴がある。張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの組合せオイルリング１０は、フリクションが小さくなって燃費向上をもたらすので好ましく、特に０．０５〜０．２０Ｎ／ｍｍの範囲が好ましい。
【００２９】
なお、「張力比」（Ｎ／ｍｍ）とは、組合せオイルリング１０の張力（すなわち、リングを径方向外方に拡張する力）をシリンダの内径（ｍｍ）で除した値であり、その値の測定は、張力測定機にて張力を測定し、その後計算して求めることができる。
【００３０】
本発明においては、ピストン２０が備えるリング溝２１の下面２２とその下面２２側に配置される下側レール部１とが当接してオイルシールする「当接長さｂ２」が、そのリング溝２１の上面２３とその上面２３側に配置される上側レール部２とが当接してオイルシールする「当接長さｂ１」の６０％〜９８％であることに特徴がある。
【００３１】
なお、当接長さｂ２は、下側レール部１とリング溝下面２２とが実際に当接する幅であり、図１等の例では、下側レール部１の内周端８とリング溝下面２２の外周端部２６との間の長さである。一方、当接長さｂ１は、上側レール部２とリング溝上面２３とが実際に当接する幅であり、図１等の例では、上側レール部２の内周端９とリング溝上面２３の外周端部２７との間の長さである。
【００３２】
後述する第１〜第５実施例では、図１〜図３に示すように、リング溝２１の下面２２の径方向外周端部及び／又は下側レール部１の下面の径方向外周端部に面取部２４を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。
【００３３】
また、後述する第６，第７実施例では、図４に示すように、リング溝２１の下面２２に向かい合う下側レール部１に切欠部２９を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。
【００３４】
後述する第８，第９実施例では、下側レール部１の内周端８をカット等して上側レール部２の内周端９よりも短くすることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。なお、前記した第７実施例は、リング溝２１の下面２２に向かい合う下側レール部１に切欠部２９を設け、且つ下側レール部１の内周端８をカット等して、上側レール部２の内周端９よりも短くしている。
【００３５】
［当接長さｂ２］／［当接長さｂ１］を６０％〜９８％の範囲内とする理由は以下のとおりである。
【００３６】
すなわち、組合せオイルリング１０の張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲のように低くなると、フリクションが小さくなって燃費向上をもたらすので好ましいが、一方、オイルを掻き落とす機能が低くなってオイル消費が増大してしまうという懸念がある。本発明では、こうした懸念に対し、オイルの掻き落としに主に寄与する上側の［当接長さｂ１］については特に改良せず、下側の［当接長さｂ２］を小さくした点に特徴がある。
【００３７】
低回転・高負圧状態である低速域（例えば２０００ｒｐｍ未満）では、シリンダ３０内のピストン２０が上死点に向かって移動する排気・圧縮行程における負圧作用時において、軽量で低張力化した組合せオイルリング１０を構成する下側レール部１がリング溝２１の下面２２にオイルを介して張り付いて離れにくくなる。そのため、オイルリングの移動タイミングが遅れ易くなる。その結果、負圧作用時における上面側のオイルシールが不十分となり、過大なオイル上がりを引き起こしてしまう。こうした問題に対し、本発明では、リング溝２１の下面２２とその下面２２に張り付きやすい下側レール部１とでオイルシールする「当接長さｂ２」を、リング溝２１の上面２３と上側レール部２とでオイルシールする「当接長さｂ１」の６０％〜９８％となるように短くしている。こうすることにより、低回転・高負圧状態であっても、下側レール部１がリング溝２１の下面２２からの離れにくさを低減することができ、その結果、オイルリングの移動タイミングが遅れず、負圧作用時における上面側のオイルシールを適正化することができる。
【００３８】
なお、より好ましい範囲は６０％〜７５％である。この範囲内とすることにより、さらにオイル消費量を低減することができる。
【００３９】
本発明の組合せオイルリング１０及びその組付構造５０は、張力比と［当接長さｂ２］／［当接長さｂ１］とが上記の特徴を有するので、低フリクション化の要請から軽量化し、さらに０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲に低張力化した組合せオイルリング１０及びその組付構造５０であっても、内燃機関を低回転・高負圧の条件で運転した際におけるオイル消費量を低減することができる。
【００４０】
特に、組合せオイルリングの組付構造５０においてはｂ２／ｂ１を６０％〜９８％の範囲とし、また、組合せオイルリング１０においてはａ２／ａ１を６０％〜９８％の範囲とすることにより、下側レール部１が接触するリング溝２１の下面２２との付着力を軽減することができる。組合せオイルリング１０の動きは、シリンダ３０の内壁面３１との間のフリクション（摩擦力）と、組合せオイルリング１０自体の慣性力とに大きく依存するが、慣性力が小さい低回転域では、シリンダ３０の内壁面３１とのフリクションが主となり、軸方向に往復する。下側レール部１がリング溝２１の下面２２に付着する力は、摩擦力・慣性力に逆らう力である。したがって、本発明では、ａ２／ａ１又はｂ２／ｂ１を上記範囲内にしてその付着力を軽減することにより、上死点と下死点でフリクションの向きが入れ替わるのと同時に、組合せオイルリング１０をリング溝から離間させることができるようになる。その結果、負圧作用時における上面側のオイルシールを適正化することができるのである。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の実施例を説明するが、各実施例は少なくとも上記した共通する特徴を有しつつ下記の具体的な特徴を備えている。なお、下記の第１〜第９実施例の説明では、共通する特徴については特に断らない限り省略する。
【００４２】
［第１，第２実施例］
図１及び図２は、第１、第２実施例（内燃機関用組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。この第１，第２実施例は、レール部１，２の径方向幅ａ１，ａ２を同じ長さとしている点で、径方向幅ａ２が径方向幅ａ１より短い後述の第７〜第９実施例とは異なる。この第１，第２実施例は、リング溝２１の下面２２の径方向外周端部に面取部２４を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。その他の点は既述した通りである。
【００４３】
図１の第１実施例は、リング溝２１の下面２２の径方向外周端部に設けられた面取部２４が段差を有する例であり、詳しくは、リング溝２１の下面２２の外周端部２６から直角に下方に切り込んだ後に傾斜を設けた面取部２４を設けた例である。なお、図１において、符号２８はスカート部であり、符号ｃはリング溝２１の下面２２の外周端部２６からピストン２０のスカート部２８までの径方向幅である。
【００４４】
図２の第２実施例は、図１の第１実施例の面取部２４を縮小して当接長さｂ２を長く構成した例である。リング溝２１の下面２２の外周端部２６からピストン２０のスカート部２８までの径方向幅ｃ’を、図１の径方向幅ｃよりも小さくした例である。
【００４５】
なお、この第１，第２実施例では、例えばａ１，ａ２を２ｍｍとし、下側レール部１とリング溝２１の下面２２とが実際に当接する当接長さｂ２（下側レール部１の内周端８とリング溝下面２２の外周端部２６との間の長さ）を第１実施例では１．２ｍｍ、第２実施例では１．２５ｍｍとし、上側レール部２と上面２３とが実際に当接する当接長さｂ１（上側レール部２の内周端９とリング溝上面２３の外周端部２７との間の長さ）を１．３６ｍｍとした。
【００４６】
さらに、実際の組合せオイルリング１０の装着においては、下側レール部１の径方向幅ａ２のうち、少なくともその５０％〜７０％の長さ割合がリング溝２１の下面２２に当接して径方向Ｘの当接長さｂ２を構成していることが望ましい。その長さ割合は、［｛ａ２−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ２×１００］（％）で表される。その長さ割合の好ましい範囲は、５０％〜６０％である。なお、符号Ｄ１はリング溝の下面の外周端部間の直径であり、符号Ｄ２はシリンダの内径である。上記のように、オイルリング本体１１の径方向幅は２ｍｍ以下が好ましいので、例えばａ１を２ｍｍ、ａ２を１．５ｍｍ、Ｄ１を８７．１４ｍｍ、Ｄ２を８８．５ｍｍとした場合には、当接長さｂ１は１．０〜１．４ｍｍが好ましい範囲となる。
【００４７】
［第３〜第５実施例］
図３は、第３〜第５実施例（内燃機関用組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。この第３〜第５実施例に係る組付構造５０も上記第１，第２実施例に係る組付構造５０と同様の態様であり、リング溝２１の下面２２の径方向外周端部に面取部２４を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。この第３〜第５実施例に係る組付構造５０は面取部２４の形態の変形例である。その他の点は既述した通りである。
【００４８】
図３（Ａ）の第３実施例は、面取部２４を矩形段差とした例であり、リング溝２１の下面２２の外周端部２６から直角に下方に切り込み段差を設けた例である。
【００４９】
図３（Ｂ）の第４実施例は、面取部２４をテーパー状の斜面とした例であり、リング溝２１の下面２２の外周端部２６から斜めに１０°〜８０°のテーパー形状を設けた例である。
【００５０】
図３（Ｃ）の第５実施例は、面取部２４を曲面状の斜面とした例であり、リング溝２１の下面２２の外周端部２６から曲率半径が０．６〜１．０ｍｍ程度又は楕円状のなだらかな曲面を設けた例である。
【００５１】
［第６，第７実施例］
図４は、第６，第７実施例（内燃機関用組合せオイルリングの組付構造）を示す模式的な断面図である。このうち、図４（Ａ）に示す第６実施例は、レール部１，２の径方向幅ａ１，ａ２を同じ長さとしている点は第１〜第５実施例と同じであるが、オイルリング本体１１の下側レール部１の外周端６側に凹み（切欠部２９）を形成した点が、リング溝下面２２の径方向外周端部に面取部を設けた第１〜第５実施例とは異なっている。こうすることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。
【００５２】
一方、図４（Ｂ）に示す第７実施例は、後述する第８，第９実施例と同様に下側レール部１の径方向幅ａ２を上側レール部２の径方向幅ａ２よりも短くしているとともに、第６，第７実施例と同様にリング溝２１の下面２２の径方向外周端部に凹み（切欠部２９）を設けることにより、［当接長さｂ２］を［当接長さｂ１］の６０％〜９８％としている点に特徴がある。
【００５３】
［第８実施例］
図６は、第８実施例（内燃機関用組合せオイルリング）を示す模式的な断面図である。この組合せオイルリング１０は、２つのレール部１１，１２のうち、ピストン２０が備えるリング溝２１の下面側に配置される下側レール部１の径方向幅ａ２が、そのリング溝２１の上面側に配置される上側レール部２の径方向幅ａ１の６０％〜９８％であることに特徴がある。
【００５４】
レール部１，２はその外周側にテーパー部１６，１７を有する場合が多いが、そのテーパー部１６，１７は上下のレール部１，２で同じ幅で形成されている場合がほとんどである。したがって、図６に示すように、テーパー部１６，１７の有無にかかわらず、この第８実施例は、ａ２／ａ１が上記範囲内であればよい。
【００５５】
テーパー部１６，１７の径方向幅が上下のレール部１，２で異なる場合には、組合せオイルリング１０をピストン２０のリング溝２１に装着した後にシリンダ３０に取り付けた組付構造として、上記したように、［当接長さｂ２］／［当接長さｂ１］を６０％〜９８％の範囲として特定できる。なお、既述した第１〜第７実施例では、シリンダ３０での組付構造後の当接長さｂ１と当接長さｂ２とを評価するが、組み付け前の組合せオイルリング１０の段階では当接長さｂ１と当接長さｂ２の寸法を正確には評価できない。そのため、リング溝２２，２３に当接し得る平坦面、すなわち、テーパー部１６，１７（あってもなくてもよい。）を除く平坦面の「径方向幅ｂ１’」及び「径方向幅ｂ２’」で評価し、ｂ２’／ｂ１’を６０％〜９８％として定義してもよい。
【００５６】
一例として、ａ１を２．０ｍｍ、ａ２を１．７ｍｍ、テーパー部１６，１７の径方向幅を０．２ｍｍ、ｈ１を２．０ｍｍ、張力比を０．２８Ｎ／ｍｍとした８Ｃｒ鋼製のオイルリング本体１１と、８Ｃｒ鋼製のコイルエキスパンダ１２とを作製した。
【００５７】
［第９実施例］
図７は、上記第８実施例の組合せオイルリング１０をピストン２０のリング溝２１に装着し、シリンダ３０内に取り付けた第９実施例（内燃機関用組合せオイルリングの組付構造５０）を示す模式的な断面図である。
【００５８】
この組付構造５０は、第８実施例の組合せオイルリング１０を用いたこと、すなわち、２つのレール部１１，１２のうち、ピストン２０が備えるリング溝２１の下面側に配置される下側レール部１の径方向幅ａ２が、そのリング溝２１の上面側に配置される上側レール部２の径方向幅ａ１の６０％〜９８％である組合せオイルリング１０を用いたことに特徴がある。そして、この組合せオイルリング１０を有する組付構造５０においては、ピストン２０のリング溝２１の下面２２と下側レール部１との径方向Ｘの当接長さｂ２が、そのリング溝２１の上面２３と上側レール部２との径方向Ｘの当接長さｂ１の６０％〜９８％であることを特徴とする。
【００５９】
［オイル消費実験］
上記の第１実施例を適用し、下記の実験条件にてオイル消費実験を行った。実験には、排気量が２４００ｃｃでシリンダ内径Ｄ２が８８．５ｍｍの直列４気筒ガソリンエンジンの実機実験を行い、オイル消費量の確認実験を行った。エンジンの運転条件は、軽負荷モータリングで回転数２０００ｒ．ｐ．ｍ．で５時間行った。評価は、吸気管絶対圧を１０ｋＰａ、２０ｋＰａとしてオイル消費量を評価した。
【００６０】
ピストン２０には、下面の外周端部間の直径Ｄ１が８７．１４ｍｍのものを用いた。ピストンリングの組合せは、ファーストリング、セカンドリング、オイルリングとした。ファーストリングとしては、１３Ｃｒ鋼製で、ｈ１が１．０ｍｍ、ａ１が２．７ｍｍ、外周面形状がバレルフェース、表面処理としては上下面を窒化処理し、外周面をＰＶＤ処理したものを用いた。セカンドリングとしては、ＪＩＳ Ｇ ３５０６（１９９６）で規定されたＳＷＲＨ６２Ｂ材製で、ｈ１が１．０ｍｍ、ａ１が２．７ｍｍ、外周面形状がテーパーアンダーカットのものを用いた。
【００６１】
オイルリングとしては、上記の第１実施例の２ピースタイプのオイルリングを用いた。オイルリング本体１１は８Ｃｒ鋼製で、ｈ１が２．０ｍｍ、ａ１が２．０ｍｍからなるものとし、コイルエキスパンダ１２は外径１．０ｍｍの８Ｃｒ鋼の丸線材を加工して用いた。なお、張力比については、第１実施例の２ピースタイプのオイルリング全てにおいて０．２８Ｎ／ｍｍとした。
【００６２】
第１実施例の２ピースタイプのオイルリングの寸法は、ａ１を２．０ｍｍ（ａ１＝ａ２）とし、ｂ１を１．３６ｍｍとし、ｂ２を１．２ｍｍ（ｂ２／ｂ１＝０．８８）とし、さらに、リング溝２１の面取部２４を外周端部２６からピストン２０のスカート部２８までの径方向幅ｃを０．５５ｍｍとした。
【００６３】
従来例としては、上下のレール部１，２を同じ長さ（ａ１＝ａ２＝２．０ｍｍ）とし、リング溝と上下のレール部１，２との径方向Ｘの当接長さｂ１，ｂ２を同じ長さ（ｂ１＝ｂ２＝１．３６ｍｍ）としたオイルリングを、第１実施例の組合せオイルリングと代えたものを用いた。
【００６４】
［結果］
従来例の組付構造での吸気管絶対圧を１０ｋＰａとしたときのオイル消費量を１００としたとき、従来例での吸気管絶対圧を２０ｋＰａとしたときのオイル消費量は４０．９であったが、第１実施例の組付構造でのオイル消費量は、吸気管絶対圧１０ｋＰａでは３０．８、２０ｋＰａでは２．３となった。したがって、第１実施例の組付構造を構成する組合せオイルリングはオイル消費を抑制することが確認された。表１にこの結果をまとめた。
【００６５】
【表１】
【符号の説明】
【００６６】
１ 下側レール部
２ 上側レール部
３ 連結部
４ 内周溝
５ オイル戻し穴
６，７ 外周端
８，９ 内周端
１０ 内燃機関用組合せオイルリング
１１ オイルリング本体
１２ コイルエキスパンダ
１３ 内部空間
１６，１７ 外周側テーパー部
２０ ピストン
２１ リング溝
２２ リング溝の下面
２３ リング溝の上面
２４ 面取部
２５ オイルドレイン穴
２６ リング溝の下面の外周端部
２７ リング溝の上面の外周端部
２８ スカート部
２９ 切欠部
３０ シリンダ
３１ シリンダの内壁面
５０ 内燃機関用組合せオイルリングの組付構造
【００６７】
ａ１ リング溝の上面側に配置される上側レール部の径方向幅
ａ２ リング溝の下面側に配置される下側レール部の径方向幅
ｂ１’ ａ１のうちの平坦面の径方向幅
ｂ２’ ａ２のうちの平坦面の径方向幅
ｂ１ リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さ
ｂ２ リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さ
ｃ，ｃ’ リング溝下面の外周端部からピストンのスカート部までの径方向幅
ｈ１ オイルリング本体の軸方向幅
Ｘ 径方向
Ｘ１ 径方向外方
Ｘ２ 径方向内方
Ｙ 軸方向
Ｄ１ リング溝の下面の外周端部間の直径
Ｄ２ シリンダの内径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向外方に突出する上下２つのレール部を連結部で連結したオイルリング本体と、該連結部の径方向内方中央に形成された内周溝に配置されて前記オイルリング本体を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダとからなる内燃機関用組合せオイルリングを、ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてなる内燃機関用組合せオイルリングの組付構造において、
前記組合せオイルリングの張力を前記シリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、
前記ピストンのリング溝下面の径方向外周端部に設けられた面取部、又は、前記オイルリング本体の下側レール部下面の径方向外周端部に設けられた切欠部を有し、
前記リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さが、前記リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さの６０％〜９８％であることを特徴とする内燃機関用組合せオイルリングの組付構造。
【請求項２】
前記オイルリング本体の軸方向幅が２ｍｍ以下である、請求項１に記載の内燃機関用組合せオイルリングの組付構造。
【請求項３】
径方向外方に突出する上下２つのレール部を連結部で連結したオイルリング本体と、該連結部の径方向内方中央に形成された内周溝に配置されて前記オイルリング本体を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダとからなり、ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着される内燃機関用組合せオイルリングにおいて、
前記組合せオイルリングの張力を前記ピストンが組み付けられるシリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、
前記２つのレール部のうち前記リング溝の下面側に当接する下側レール部の径方向幅が、前記リング溝の上面側に当接する上側レール部の径方向幅の６０％〜９８％であることを特徴とする内燃機関用組合せオイルリング。
【請求項４】
前記オイルリング本体の軸方向幅が２ｍｍ以下である、請求項３に記載の内燃機関用組合せオイルリング。
【請求項１】
径方向外方に突出する上下２つのレール部を連結部で連結したオイルリング本体と、該連結部の径方向内方中央に形成された内周溝に配置されて前記オイルリング本体を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダとからなる内燃機関用組合せオイルリングを、ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてなる内燃機関用組合せオイルリングの組付構造において、
前記組合せオイルリングの張力を前記シリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、
前記ピストンのリング溝下面の径方向外周端部に設けられた面取部、又は、前記オイルリング本体の下側レール部下面の径方向外周端部に設けられた切欠部を有し、
前記リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さが、前記リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さの６０％〜９８％であることを特徴とする内燃機関用組合せオイルリングの組付構造。
【請求項２】
前記オイルリング本体の軸方向幅が２ｍｍ以下である、請求項１に記載の内燃機関用組合せオイルリングの組付構造。
【請求項３】
径方向外方に突出する上下２つのレール部を連結部で連結したオイルリング本体と、該連結部の径方向内方中央に形成された内周溝に配置されて前記オイルリング本体を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダとからなり、ピストンの外周面に形成されたリング溝に装着される内燃機関用組合せオイルリングにおいて、
前記組合せオイルリングの張力を前記ピストンが組み付けられるシリンダ内径で除した張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍの範囲であり、
前記２つのレール部のうち前記リング溝の下面側に当接する下側レール部の径方向幅が、前記リング溝の上面側に当接する上側レール部の径方向幅の６０％〜９８％であることを特徴とする内燃機関用組合せオイルリング。
【請求項４】
前記オイルリング本体の軸方向幅が２ｍｍ以下である、請求項３に記載の内燃機関用組合せオイルリング。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５８３７３（Ｐ２０１１−５８３７３Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０５８４１（Ｐ２００９−２０５８４１）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３９００２２８０６）日本ピストンリング株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３９００２２８０６）日本ピストンリング株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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