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ことができる組合せオイルリング及びその組付構造を提供する。
【解決手段】径方向外方Ｘ１に外周端６，７が突出する上下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の径方向内方中央の内周溝４に配置されてオイルリング本体１１を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダ１２とからなり、ピストンの外周に設けられたリング溝に装着される組合せオイルリング１０において、張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍであり、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１が軸方向幅ｈ１の０．７〜０．９倍であり、レール部１，２の内周端８，９と内周溝４の径方向底部４’とで構成される内周溝４の深さｄ１が径方向幅ａ１の０．３５〜０．５０倍であり、コイルエキスパンダ１２の直径ｄ２が内周溝４の深さｄ１の２倍未満であるように構成する。
【解決手段】径方向外方Ｘ１に外周端６，７が突出する上下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の径方向内方中央の内周溝４に配置されてオイルリング本体１１を径方向外方に押圧付勢するコイルエキスパンダ１２とからなり、ピストンの外周に設けられたリング溝に装着される組合せオイルリング１０において、張力比が０．０５〜０．３Ｎ／ｍｍであり、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１が軸方向幅ｈ１の０．７〜０．９倍であり、レール部１，２の内周端８，９と内周溝４の径方向底部４’とで構成される内周溝４の深さｄ１が径方向幅ａ１の０．３５〜０．５０倍であり、コイルエキスパンダ１２の直径ｄ２が内周溝４の深さｄ１の２倍未満であるように構成する。
【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、特許文献１及び特許文献２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において、シリンダ内のピストンが下死点に向かって移動している間は、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上死点に向かって移動している間は、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１及び特許文献２に示す２ピースタイプのオイルリングは、内燃機関の低回転・高負圧状況下での運転の際に生じるオイル消費量の増加について何ら検討されていなかった。
【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】特開平４−９５６６４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、ピストンリングにかかる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。しかし、その点についての十分な検討は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、「内燃機関用組合せオイルリング」という。）及びその組付構造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は、径方向外方に外周端が突出する上下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、ピストンの外周に設けら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、（１）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０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下であり、（２）前記オイルリング本体の径方向幅が軸方向幅の０．７倍以上０．９倍以下であり、（３）前記レール部の内周端と前記内周溝の径方向底部とで構成される前記内周溝の深さが前記径方向幅の０．３５倍以上０．５０倍以下であり、（４）前記コイルエキスパンダの直径が前記内周溝の深さの２倍未満である、ことを特徴とする。
【００１０】
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、上記本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングを、ピストンの外周に設けられたリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてなることを特徴とする。
【００１１】
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径方向幅をａ１とし、前記リング溝の下面の外周端部間の直径をＤ１とし、前記シリンダの内径をＤ２としたとき、［｛ａ１−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ１×１００］（％）が５０％以上７５％以下である、ように構成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリング及びその組付構造によれば、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】
【００１３】
【図１】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２】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断面図である。
【図３】図２に示す内燃機関用組合せオイルリングをピストンの外周に設けられたリング溝に装着し、シリンダ内壁面に取り付けた組付構造を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの他の形態を示す模式的な断面図である。
【図５】比較例５，６で用いた内燃機関用組合せオイルリングのオイルリング本体を示す模式的な断面図である。
【図６】実験例１において、オイルリング本体の径方向幅に対するオイル消費量を示す実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（基本的な構成）
本発明に係る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及び図２に示すように、径方向外方Ｘ１に外周端６，７が突出する上下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。
【００１６】
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（図３参照）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。
【００１７】
一対のレール部１，２は、図２に示すように、径方向幅ａ１，ａ２が同じ長さで径方向外方Ｘ１に外周端６，７が突出する態様で構成されている。本願では、上下のレール部１，２の径方向幅ａ１，ａ２が同じであるので、以下、「径方向幅ａ１」として表す。
【００１８】
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１参照。ウエブ部ともいう。）で連結されている。連結部３には、図１及び図２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（図３参照）から排出される。
【００１９】
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テーパー部１６，１７を有していてもよい。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に接触させる。こうしたテーパー部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。リング溝２１の下面２２及び上面２３に当接し得る平坦面は、テーパー部１６，１７を除く平坦面の径方向幅ｂ１’、ｂ２’で評価される（図２参照）。
【００２０】
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、コイルエキスパンダ１２の直径よりも大きい曲率半径で形成されていることが好ましい。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に真っ直ぐ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安定して座りよく保持される。
【００２１】
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の径方向底部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、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に真っ直ぐ押圧付勢する。
【００２２】
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２の例では上下に延びる方向）のことである。また、「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。
【００２３】
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鋼や１０Ｃｒ鋼等の鋼材、又は、鋳鉄材等を挙げることができる。
【００２４】
また、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１と軸方向幅ｈ１は、いずれも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、ａ１は１ｍｍ〜２ｍｍ、ｈ１は１ｍｍ〜２ｍｍとすることが好ましい。
【００２５】
（各構成の関係）
本発明においては、（１）組合せオイルリング１０の張力をピストン２０が組み付けられるシリンダ内径Ｄ２で除した張力比が０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下であり、（２）オイルリング本体１１の径方向幅ａ１が軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下であり、（３）レール部１，２の内周端８，９と前記内周溝４の径方向底部４’とで構成される前記内周溝４の深さｄ１が前記径方向幅ａ１の０．３５倍以上０．５０倍以下であり、（４）前記コイルエキスパンダの直径ｄ２が前記内周溝４の深さｄ１の２倍未満であるように構成されている。なお、（２）〜（４）は以下のように表すことができる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
こうした特徴を有する本発明の内燃機関用組合せオイルリング１０、及び本発明の内燃機関用組合せオイルリング１０をピストン２０のリング溝２１に装着してシリンダ３０内に組み付けてなる組付構造５０は、オイル消費量を低減することができる。以下、その理由を説明する。
【００２８】
（１）組合せオイルリング１０の張力比は、０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下である。
【００２９】
張力比が０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下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０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．２０Ｎ／ｍｍ以下が好ましい。張力比が０．０５Ｎ／ｍｍ未満では、張力が弱すぎてオイルシール機能が不十分になることがある。一方、張力比が０．３Ｎ／ｍｍを超えると、低フリクションの効果が十分でなくなる。
【００３０】
なお、「張力比」（Ｎ／ｍｍ）とは、組合せオイルリング１０（オイルリング本体１１にコイルエキスパンダ１２を装着したもの）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。
【００３１】
（２）オイルリング本体１１の径方向幅ａ１は、軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下である。
【００３２】
低回転・高負圧状態である低速域（例えば２０００ｒｐｍ未満）において、一般的な２ピースタイプのオイルリングでは、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及び圧縮行程の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。そのタイミングの遅れは、負圧作用時における上面側のオイルシールを不十分とし、過大なオイル上がりを引き起こしてしまう。
【００３３】
しかしながら、本発明では、リング溝２１の下面２２に張り付きやすい下側レール部１の径方向幅ａ１を、オイルリング本体１１の軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下としたので、低回転・高負圧状態である低速域であっても、下側レール部１のリング溝２１の下面２２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。
【００３４】
一方、上下レール部１，２の径方向幅ａ１がオイルリング本体１１の軸方向幅ｈ１の０．９倍を超えると、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負圧作用時において、リング溝２１の下面２２に張り付きやすく、移動タイミングが遅れる。そのため、上がったオイルが上側レール部２とリング溝２１の上面２３との隙間を通過してオイル上がりがし易くなる。本発明では、上下レール部１，２の径方向幅ａ１も、オイルリング本体１１の軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下としたので、上がったオイルをオイルリング上面側でシールするため、リング溝２１内よりオイルドレイン穴２５へ導きやすくなる。その結果、オイルの消費をより一層抑制することができる。
【００３５】
また、組合せオイルリング１０の張力比が０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下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、前記のように、上下レール部１，２の径方向幅ａ１を、オイルリング本体１１の軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下とした場合には、径方向幅ａ１が小さくなることによって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。こうした懸念に対しては、上記式２及び式３の構成により、コイルエキスパンダ１２が内周溝４の径方向底部４’に接触するように深く安定して装着されているので、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に上下ブレ無く安定に押圧付勢している。
【００３６】
オイルリング本体１１の径方向幅ａ１が軸方向幅ｈ１の０．７倍未満では、絶対値としての径方向幅ａ１が小さくなり、リング溝２１の上下面２２，２３との当接長さｂ１，ｂ２（図３参照）が短くなって、オイルシール機能が不十分になる。一方、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１が軸方向幅ｈ１の０．９倍を超えると、低回転・高負圧状態である低速域において、下側レール部１がリング溝２１の下面２２から離れにくく、オイルリングの移動タイミングが遅れて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ない。
【００３７】
なお、図３に示すように、当接長さｂ１は、下側レール部１と下面２２とが実際に当接する幅であり、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ｂ２は、上側レール部２と上面２３とが実際に当接する幅であり、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。
【００３８】
（３）レール部１，２の内周端８，９と内周溝４の径方向底部４’とで構成される内周溝４の深さｄ１は、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１の０．３５倍以上０．５０倍以下である。
【００３９】
内周溝４の深さｄ１を、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１の０．３５倍以上０．５０倍以下としたので、軸方向幅ｈ１に比べて径方向幅ａ１が短くなったオイルリング本体１１に対して適正な張力を与えることができるとともに、上下のレール部１，２の外周端６，７の内方にある内部空間１３の容量が減って、オイルがオイル戻し穴５からオイルリング本体１１の内周溝４へのスムーズな排出を抑制してしまうのを抑えることができる。その結果、オイルシール機能を保持することができる。
【００４０】
ｄ１／ａ１が０．３５未満では、内周溝４へのコイルエキスパンダ１２を座りよく安定して組み付けるために、直径の小さいコイルエキスパンダ１２を選択せざるを得ない。そのため、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢する張力は小さくなってしまい、オイルシール機能を満足させることができなくなる。一方、ｄ１／ａ１が０．５０を超えると、連結部３が径方向外方Ｘ１側に位置することになるので、上下のレール部１，２の外周端６，７の内方にある内部空間１３の容量が小さくなる。そのため、その内部空間１３にオイルが満たされやすくなるので、上側レール部２の摺動面からオイルが上がりやすくなり、その結果、オイル消費量が増えてしまう。
【００４１】
（４）内周溝４に配置されるコイルエキスパンダ１２の直径ｄ２は、内周溝４の深さｄ１の２倍未満である。
【００４２】
ｄ２がｄ１の２倍未満（ｄ２／ｄ１＜２）であるということは、コイルエキスパンダ１２が、内周溝内に半分以上埋まるような態様で配置されていることを意味し、その態様でオイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢している。さらに、内周溝４はコイルエキスパンダ１２の直径ｄ１よりも大きい曲率半径で形成されているので、コイルエキスパンダ１２は内周溝４の径方向底部４’に接する態様で配置されている。こうしたコイルエキスパンダ１２の内周溝４への装着態様は、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に真っ直ぐ安定して押圧付勢することができ、オイルシール機能を高めることができる。言い換えれば、コイルエキスパンダ１２が内周溝４の径方向底部４’に接触するように深く安定して装着されているので、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に上下ブレ無く安定に押圧付勢している。それゆえ、径方向幅ａ２が短い上側レール部２であっても、オイルシール機能を低下させない。
【００４３】
ｄ２がｄ１の２倍を超えると、内周溝４が浅くなり、コイルエキスパンダ１２を安定して組み付けることができなくなる。その結果、径方向外方Ｘ１に押圧付勢するオイルリング本体１１に上下のブレが生じやすくなり、径方向幅ａ２が短いオイルリング本体１１の上下レール部１，２でのオイルシール機能が低下することになる。
【００４４】
なお、ｄ２／ｄ１の下限値は１．０程度である。下限値が１．０より小さいと、組み付け性が悪くなる。
【００４５】
（５）さらに、図３に示すように、本発明の組合せオイルリング１０を、ピストン２０のリング溝２１に装着してシリンダ３０内に組み付けてなる組付構造５０において、リング溝２１の下面２２の外周端部間２６，２６の直径をＤ１とし、シリンダ３０の内径をＤ２としたとき、［｛ａ１−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ１×１００］（％）は、（５０）％以上（７５）％以下である。
【００４６】
［｛ａ１−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ１×１００］（％）を（５０）％以上（７５）％以下とすることにより、上下レール部１，２とリング溝２１の上下面２２，２３との当接長さｂ１，ｂ２を一定長さとして保持することができるので、オイルシール機能を保持することができる。
【００４７】
その割合が５０％未満では、当接長さｂ１，ｂ２が短く、十分なオイルシール機能を発揮できず、また、組み付け性が悪くなるという問題がある。一方、その割合が７５％を超えると、高負圧域において、オイル消費量が増大してしまう。
【００４８】
以上、本発明の組合せオイルリング１０及びその組付構造は、上記特徴（１）〜（４）乃至（５）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０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下に低張力化した組合せオイルリング１０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。
【００４９】
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、慣性力が小さい低速域では、シリンダ３０の内壁面３１とのフリクションが主となり、組合せオイルリング１０は軸方向に移動する。下側レール部１がリング溝２１の下面２２に付着する力は、組合せオイルリング１０の移動に逆らう力である。上記構成からなる本発明は、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を移動させることができる。さらに、上側レール部２を下側レール部１と同じ長さに短くしても、コイルエキスパンダ１２が内周溝４に安定して装着されているので、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に上下のブレ無く安定して押圧付勢することができる。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。
【実施例】
【００５０】
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。
【００５１】
［実施例１〜５、比較例１〜４］
オイルリング本体１１の径方向幅ａ１，ａ２、軸方向幅ｈ１、内周溝４の深さｄ１、及びコイルエキスパンダ１２の直径ｄ１、及び組合せオイルリング１０の張力比を、表１の寸法で構成した実施例１〜５及び比較例１〜４の組合せオイルリング１０を作製した。作製した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内に取り付けて組付構造５０を構成した。なお、図６（Ａ）（Ｂ）に示す形態のオイルリング本体１１は、比較例３，４で用いたものである。
【００５２】
各実施例のオイル消費量の実験を行った。実験には、内径Ｄ２が８８．５ｍｍのシリンダ３０と、下面の外周端部間の直径Ｄ１が８７．４ｍｍのピストン２０とを用いた。１０００ｒｐｍにおける吸気管絶対圧を１０ｋＰａ、８時間とし、組付構造５０でのオイル消費量を評価した。その評価結果も表１に示した。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示すように、従来例と比較して実施例１〜５の組合せオイルリングでは、オイル消費量比が３割以上低減しており、オイル消費に非常に効果があることが分かった。また、比較例１〜３については、リング溝に装着する際、組み付けることができなかったため「×」とした。比較例４については、組付性は良いものの、オイル消費量比が従来例よりも悪い結果となり、オイル消費を悪化させることが分かった。
【００５５】
［実施例６，７］
図４（Ａ）（Ｂ）は本発明の他の実施例を示す模式的な断面図である。これらの形態は、径方向幅ａ１が薄くなったオイルリング本体１１をリング状に成形する成形性を向上させるため、又は、強度を補うために工夫したものであるが、上述した本発明の効果を奏する。
【００５６】
図４（Ａ）に示す組合せオイルリング１０は、連結部３の径方向外方Ｘ１に、オイル戻し穴５の上下の縁からレール部１，２の外周端６，７に向かうテーパー状の肉厚部１５を円環方向に一様に設けたものである。
【００５７】
図４（Ｂ）に示す組合せオイルリング１０は、連結部３の径方向外方Ｘ１に、中央が盛り上がる円弧状の突部１９を円環方向に一様に設けたものである。なお、オイル戻し穴５は、既述の通り、任意の間隔で連結部３及びその突部１９を貫通するように設けられている。
【００５８】
［実験例１］
図５は、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１に対するオイル消費量を示す実験結果である。実験は、上記実施例１の寸法を基本とし、径方向幅ａ１及び内周溝深さｄ１を変化させたオイルリング本体１１を用いた。なお、径方向幅ａ１は２ｍｍ（従来例）、１．７ｍｍ（実施例１，４，５）、１．５ｍｍ（実施例２）、１．４ｍｍ（実施例３）の４種を準備して実験した。実験には、内径Ｄ２が８８．５ｍｍのシリンダ３０を用いた。１０００ｒｐｍにおける吸気管絶対圧が１０ｋＰａの場合と１５ｋＰａの場合で実験し、組付構造５０でのオイル消費量を評価した。オイル消費量は上記実施例１〜５等と同じ条件で行った。
【００５９】
図５に示すように、低回転・高負圧域では、径方向幅ａ１を小さくするほどオイル消費量が少なくなり、オイル消費に効果があることが分かった。
【符号の説明】
【００６０】
１ 下側レール部
２ 上側レール部
３ 連結部
４ 内周溝
４’ 内周溝の径方向底部
５ オイル戻し穴
６，７ 外周端
８，９ 内周端
１０ 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
１５ テーパー状の肉厚部
１６，１７ テーパー部
１９ 円弧状の突部
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
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
３０ シリンダ
３１ シリンダの内壁面
５０ 組合せオイルリングの組付構造
【００６１】
ａ１ 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
ａ２ 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
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 リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さ
ｂ２ リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さ
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 内周溝の深さ
ｄ２ コイルエキスパンダの直径
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、特許文献１及び特許文献２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において、シリンダ内のピストンが下死点に向かって移動している間は、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上死点に向かって移動している間は、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１及び特許文献２に示す２ピースタイプのオイルリングは、内燃機関の低回転・高負圧状況下での運転の際に生じるオイル消費量の増加について何ら検討されていなかった。
【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】特開平４−９５６６４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、ピストンリングにかかる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。しかし、その点についての十分な検討は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、「内燃機関用組合せオイルリング」という。）及びその組付構造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は、径方向外方に外周端が突出する上下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、ピストンの外周に設けら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、（１）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０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下であり、（２）前記オイルリング本体の径方向幅が軸方向幅の０．７倍以上０．９倍以下であり、（３）前記レール部の内周端と前記内周溝の径方向底部とで構成される前記内周溝の深さが前記径方向幅の０．３５倍以上０．５０倍以下であり、（４）前記コイルエキスパンダの直径が前記内周溝の深さの２倍未満である、ことを特徴とする。
【００１０】
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、上記本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングを、ピストンの外周に設けられたリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてなることを特徴とする。
【００１１】
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径方向幅をａ１とし、前記リング溝の下面の外周端部間の直径をＤ１とし、前記シリンダの内径をＤ２としたとき、［｛ａ１−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ１×１００］（％）が５０％以上７５％以下である、ように構成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る内燃機関用組合せオイルリング及びその組付構造によれば、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】
【００１３】
【図１】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２】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断面図である。
【図３】図２に示す内燃機関用組合せオイルリングをピストンの外周に設けられたリング溝に装着し、シリンダ内壁面に取り付けた組付構造を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明に係る内燃機関用組合せオイルリングの他の形態を示す模式的な断面図である。
【図５】比較例５，６で用いた内燃機関用組合せオイルリングのオイルリング本体を示す模式的な断面図である。
【図６】実験例１において、オイルリング本体の径方向幅に対するオイル消費量を示す実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（基本的な構成）
本発明に係る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及び図２に示すように、径方向外方Ｘ１に外周端６，７が突出する上下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。
【００１６】
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（図３参照）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。
【００１７】
一対のレール部１，２は、図２に示すように、径方向幅ａ１，ａ２が同じ長さで径方向外方Ｘ１に外周端６，７が突出する態様で構成されている。本願では、上下のレール部１，２の径方向幅ａ１，ａ２が同じであるので、以下、「径方向幅ａ１」として表す。
【００１８】
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１参照。ウエブ部ともいう。）で連結されている。連結部３には、図１及び図２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（図３参照）から排出される。
【００１９】
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テーパー部１６，１７を有していてもよい。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に接触させる。こうしたテーパー部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。リング溝２１の下面２２及び上面２３に当接し得る平坦面は、テーパー部１６，１７を除く平坦面の径方向幅ｂ１’、ｂ２’で評価される（図２参照）。
【００２０】
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、コイルエキスパンダ１２の直径よりも大きい曲率半径で形成されていることが好ましい。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に真っ直ぐ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安定して座りよく保持される。
【００２１】
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の径方向底部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、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に真っ直ぐ押圧付勢する。
【００２２】
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２の例では上下に延びる方向）のことである。また、「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。
【００２３】
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鋼や１０Ｃｒ鋼等の鋼材、又は、鋳鉄材等を挙げることができる。
【００２４】
また、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１と軸方向幅ｈ１は、いずれも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、ａ１は１ｍｍ〜２ｍｍ、ｈ１は１ｍｍ〜２ｍｍとすることが好ましい。
【００２５】
（各構成の関係）
本発明においては、（１）組合せオイルリング１０の張力をピストン２０が組み付けられるシリンダ内径Ｄ２で除した張力比が０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下であり、（２）オイルリング本体１１の径方向幅ａ１が軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下であり、（３）レール部１，２の内周端８，９と前記内周溝４の径方向底部４’とで構成される前記内周溝４の深さｄ１が前記径方向幅ａ１の０．３５倍以上０．５０倍以下であり、（４）前記コイルエキスパンダの直径ｄ２が前記内周溝４の深さｄ１の２倍未満であるように構成されている。なお、（２）〜（４）は以下のように表すことができる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
こうした特徴を有する本発明の内燃機関用組合せオイルリング１０、及び本発明の内燃機関用組合せオイルリング１０をピストン２０のリング溝２１に装着してシリンダ３０内に組み付けてなる組付構造５０は、オイル消費量を低減することができる。以下、その理由を説明する。
【００２８】
（１）組合せオイルリング１０の張力比は、０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下である。
【００２９】
張力比が０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下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０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．２０Ｎ／ｍｍ以下が好ましい。張力比が０．０５Ｎ／ｍｍ未満では、張力が弱すぎてオイルシール機能が不十分になることがある。一方、張力比が０．３Ｎ／ｍｍを超えると、低フリクションの効果が十分でなくなる。
【００３０】
なお、「張力比」（Ｎ／ｍｍ）とは、組合せオイルリング１０（オイルリング本体１１にコイルエキスパンダ１２を装着したもの）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。
【００３１】
（２）オイルリング本体１１の径方向幅ａ１は、軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下である。
【００３２】
低回転・高負圧状態である低速域（例えば２０００ｒｐｍ未満）において、一般的な２ピースタイプのオイルリングでは、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及び圧縮行程の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。そのタイミングの遅れは、負圧作用時における上面側のオイルシールを不十分とし、過大なオイル上がりを引き起こしてしまう。
【００３３】
しかしながら、本発明では、リング溝２１の下面２２に張り付きやすい下側レール部１の径方向幅ａ１を、オイルリング本体１１の軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下としたので、低回転・高負圧状態である低速域であっても、下側レール部１のリング溝２１の下面２２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。
【００３４】
一方、上下レール部１，２の径方向幅ａ１がオイルリング本体１１の軸方向幅ｈ１の０．９倍を超えると、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負圧作用時において、リング溝２１の下面２２に張り付きやすく、移動タイミングが遅れる。そのため、上がったオイルが上側レール部２とリング溝２１の上面２３との隙間を通過してオイル上がりがし易くなる。本発明では、上下レール部１，２の径方向幅ａ１も、オイルリング本体１１の軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下としたので、上がったオイルをオイルリング上面側でシールするため、リング溝２１内よりオイルドレイン穴２５へ導きやすくなる。その結果、オイルの消費をより一層抑制することができる。
【００３５】
また、組合せオイルリング１０の張力比が０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下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、前記のように、上下レール部１，２の径方向幅ａ１を、オイルリング本体１１の軸方向幅ｈ１の０．７倍以上０．９倍以下とした場合には、径方向幅ａ１が小さくなることによって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。こうした懸念に対しては、上記式２及び式３の構成により、コイルエキスパンダ１２が内周溝４の径方向底部４’に接触するように深く安定して装着されているので、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に上下ブレ無く安定に押圧付勢している。
【００３６】
オイルリング本体１１の径方向幅ａ１が軸方向幅ｈ１の０．７倍未満では、絶対値としての径方向幅ａ１が小さくなり、リング溝２１の上下面２２，２３との当接長さｂ１，ｂ２（図３参照）が短くなって、オイルシール機能が不十分になる。一方、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１が軸方向幅ｈ１の０．９倍を超えると、低回転・高負圧状態である低速域において、下側レール部１がリング溝２１の下面２２から離れにくく、オイルリングの移動タイミングが遅れて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ない。
【００３７】
なお、図３に示すように、当接長さｂ１は、下側レール部１と下面２２とが実際に当接する幅であり、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ｂ２は、上側レール部２と上面２３とが実際に当接する幅であり、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。
【００３８】
（３）レール部１，２の内周端８，９と内周溝４の径方向底部４’とで構成される内周溝４の深さｄ１は、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１の０．３５倍以上０．５０倍以下である。
【００３９】
内周溝４の深さｄ１を、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１の０．３５倍以上０．５０倍以下としたので、軸方向幅ｈ１に比べて径方向幅ａ１が短くなったオイルリング本体１１に対して適正な張力を与えることができるとともに、上下のレール部１，２の外周端６，７の内方にある内部空間１３の容量が減って、オイルがオイル戻し穴５からオイルリング本体１１の内周溝４へのスムーズな排出を抑制してしまうのを抑えることができる。その結果、オイルシール機能を保持することができる。
【００４０】
ｄ１／ａ１が０．３５未満では、内周溝４へのコイルエキスパンダ１２を座りよく安定して組み付けるために、直径の小さいコイルエキスパンダ１２を選択せざるを得ない。そのため、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢する張力は小さくなってしまい、オイルシール機能を満足させることができなくなる。一方、ｄ１／ａ１が０．５０を超えると、連結部３が径方向外方Ｘ１側に位置することになるので、上下のレール部１，２の外周端６，７の内方にある内部空間１３の容量が小さくなる。そのため、その内部空間１３にオイルが満たされやすくなるので、上側レール部２の摺動面からオイルが上がりやすくなり、その結果、オイル消費量が増えてしまう。
【００４１】
（４）内周溝４に配置されるコイルエキスパンダ１２の直径ｄ２は、内周溝４の深さｄ１の２倍未満である。
【００４２】
ｄ２がｄ１の２倍未満（ｄ２／ｄ１＜２）であるということは、コイルエキスパンダ１２が、内周溝内に半分以上埋まるような態様で配置されていることを意味し、その態様でオイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に押圧付勢している。さらに、内周溝４はコイルエキスパンダ１２の直径ｄ１よりも大きい曲率半径で形成されているので、コイルエキスパンダ１２は内周溝４の径方向底部４’に接する態様で配置されている。こうしたコイルエキスパンダ１２の内周溝４への装着態様は、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に真っ直ぐ安定して押圧付勢することができ、オイルシール機能を高めることができる。言い換えれば、コイルエキスパンダ１２が内周溝４の径方向底部４’に接触するように深く安定して装着されているので、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に上下ブレ無く安定に押圧付勢している。それゆえ、径方向幅ａ２が短い上側レール部２であっても、オイルシール機能を低下させない。
【００４３】
ｄ２がｄ１の２倍を超えると、内周溝４が浅くなり、コイルエキスパンダ１２を安定して組み付けることができなくなる。その結果、径方向外方Ｘ１に押圧付勢するオイルリング本体１１に上下のブレが生じやすくなり、径方向幅ａ２が短いオイルリング本体１１の上下レール部１，２でのオイルシール機能が低下することになる。
【００４４】
なお、ｄ２／ｄ１の下限値は１．０程度である。下限値が１．０より小さいと、組み付け性が悪くなる。
【００４５】
（５）さらに、図３に示すように、本発明の組合せオイルリング１０を、ピストン２０のリング溝２１に装着してシリンダ３０内に組み付けてなる組付構造５０において、リング溝２１の下面２２の外周端部間２６，２６の直径をＤ１とし、シリンダ３０の内径をＤ２としたとき、［｛ａ１−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ１×１００］（％）は、（５０）％以上（７５）％以下である。
【００４６】
［｛ａ１−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ１×１００］（％）を（５０）％以上（７５）％以下とすることにより、上下レール部１，２とリング溝２１の上下面２２，２３との当接長さｂ１，ｂ２を一定長さとして保持することができるので、オイルシール機能を保持することができる。
【００４７】
その割合が５０％未満では、当接長さｂ１，ｂ２が短く、十分なオイルシール機能を発揮できず、また、組み付け性が悪くなるという問題がある。一方、その割合が７５％を超えると、高負圧域において、オイル消費量が増大してしまう。
【００４８】
以上、本発明の組合せオイルリング１０及びその組付構造は、上記特徴（１）〜（４）乃至（５）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０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下に低張力化した組合せオイルリング１０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。
【００４９】
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、慣性力が小さい低速域では、シリンダ３０の内壁面３１とのフリクションが主となり、組合せオイルリング１０は軸方向に移動する。下側レール部１がリング溝２１の下面２２に付着する力は、組合せオイルリング１０の移動に逆らう力である。上記構成からなる本発明は、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を移動させることができる。さらに、上側レール部２を下側レール部１と同じ長さに短くしても、コイルエキスパンダ１２が内周溝４に安定して装着されているので、オイルリング本体１１を径方向外方Ｘ１に上下のブレ無く安定して押圧付勢することができる。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。
【実施例】
【００５０】
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。
【００５１】
［実施例１〜５、比較例１〜４］
オイルリング本体１１の径方向幅ａ１，ａ２、軸方向幅ｈ１、内周溝４の深さｄ１、及びコイルエキスパンダ１２の直径ｄ１、及び組合せオイルリング１０の張力比を、表１の寸法で構成した実施例１〜５及び比較例１〜４の組合せオイルリング１０を作製した。作製した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内に取り付けて組付構造５０を構成した。なお、図６（Ａ）（Ｂ）に示す形態のオイルリング本体１１は、比較例３，４で用いたものである。
【００５２】
各実施例のオイル消費量の実験を行った。実験には、内径Ｄ２が８８．５ｍｍのシリンダ３０と、下面の外周端部間の直径Ｄ１が８７．４ｍｍのピストン２０とを用いた。１０００ｒｐｍにおける吸気管絶対圧を１０ｋＰａ、８時間とし、組付構造５０でのオイル消費量を評価した。その評価結果も表１に示した。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示すように、従来例と比較して実施例１〜５の組合せオイルリングでは、オイル消費量比が３割以上低減しており、オイル消費に非常に効果があることが分かった。また、比較例１〜３については、リング溝に装着する際、組み付けることができなかったため「×」とした。比較例４については、組付性は良いものの、オイル消費量比が従来例よりも悪い結果となり、オイル消費を悪化させることが分かった。
【００５５】
［実施例６，７］
図４（Ａ）（Ｂ）は本発明の他の実施例を示す模式的な断面図である。これらの形態は、径方向幅ａ１が薄くなったオイルリング本体１１をリング状に成形する成形性を向上させるため、又は、強度を補うために工夫したものであるが、上述した本発明の効果を奏する。
【００５６】
図４（Ａ）に示す組合せオイルリング１０は、連結部３の径方向外方Ｘ１に、オイル戻し穴５の上下の縁からレール部１，２の外周端６，７に向かうテーパー状の肉厚部１５を円環方向に一様に設けたものである。
【００５７】
図４（Ｂ）に示す組合せオイルリング１０は、連結部３の径方向外方Ｘ１に、中央が盛り上がる円弧状の突部１９を円環方向に一様に設けたものである。なお、オイル戻し穴５は、既述の通り、任意の間隔で連結部３及びその突部１９を貫通するように設けられている。
【００５８】
［実験例１］
図５は、オイルリング本体１１の径方向幅ａ１に対するオイル消費量を示す実験結果である。実験は、上記実施例１の寸法を基本とし、径方向幅ａ１及び内周溝深さｄ１を変化させたオイルリング本体１１を用いた。なお、径方向幅ａ１は２ｍｍ（従来例）、１．７ｍｍ（実施例１，４，５）、１．５ｍｍ（実施例２）、１．４ｍｍ（実施例３）の４種を準備して実験した。実験には、内径Ｄ２が８８．５ｍｍのシリンダ３０を用いた。１０００ｒｐｍにおける吸気管絶対圧が１０ｋＰａの場合と１５ｋＰａの場合で実験し、組付構造５０でのオイル消費量を評価した。オイル消費量は上記実施例１〜５等と同じ条件で行った。
【００５９】
図５に示すように、低回転・高負圧域では、径方向幅ａ１を小さくするほどオイル消費量が少なくなり、オイル消費に効果があることが分かった。
【符号の説明】
【００６０】
１ 下側レール部
２ 上側レール部
３ 連結部
４ 内周溝
４’ 内周溝の径方向底部
５ オイル戻し穴
６，７ 外周端
８，９ 内周端
１０ 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
１５ テーパー状の肉厚部
１６，１７ テーパー部
１９ 円弧状の突部
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
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
３０ シリンダ
３１ シリンダの内壁面
５０ 組合せオイルリングの組付構造
【００６１】
ａ１ 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
ａ２ 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
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 リング溝の下面と下側レール部との径方向の当接長さ
ｂ２ リング溝の上面と上側レール部との径方向の当接長さ
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 内周溝の深さ
ｄ２ コイルエキスパンダの直径
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】
径方向外方に外周端が突出する上下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、ピストンの外周に設けら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、
（１）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０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下であり、
（２）前記オイルリング本体の径方向幅が軸方向幅の０．７倍以上０．９倍以下であり、
（３）前記レール部の内周端と前記内周溝の径方向底部とで構成される前記内周溝の深さが前記径方向幅の０．３５倍以上０．５０倍以下であり、
（４）前記コイルエキスパンダの直径が前記内周溝の深さの２倍未満である、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２】
請求項１に記載の内燃機関用組合せオイルリングを、ピストンの外周に設けられたリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてな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３】
前記オイルリング本体の径方向幅をａ１とし、前記リング溝の下面の外周端部間の直径をＤ１とし、前記シリンダの内径をＤ２としたとき、［｛ａ１−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ１×１００］（％）が５０％以上７５％以下である、請求項２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１】
径方向外方に外周端が突出する上下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、ピストンの外周に設けら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、
（１）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０．０５Ｎ／ｍｍ以上０．３Ｎ／ｍｍ以下であり、
（２）前記オイルリング本体の径方向幅が軸方向幅の０．７倍以上０．９倍以下であり、
（３）前記レール部の内周端と前記内周溝の径方向底部とで構成される前記内周溝の深さが前記径方向幅の０．３５倍以上０．５０倍以下であり、
（４）前記コイルエキスパンダの直径が前記内周溝の深さの２倍未満である、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２】
請求項１に記載の内燃機関用組合せオイルリングを、ピストンの外周に設けられたリング溝に装着してシリンダ内に組み付けてな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３】
前記オイルリング本体の径方向幅をａ１とし、前記リング溝の下面の外周端部間の直径をＤ１とし、前記シリンダの内径をＤ２としたとき、［｛ａ１−（Ｄ２−Ｄ１）／２｝／ａ１×１００］（％）が５０％以上７５％以下である、請求項２に記載の内燃機関用組合せオイルリングの組付構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−７５０９２（Ｐ２０１１−７５０９２Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３０３９７（Ｐ２００９−２３０３９７）
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【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４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【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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