JPH02540B2 - - Google Patents
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- JPH02540B2 JPH02540B2 JP56056909A JP5690981A JPH02540B2 JP H02540 B2 JPH02540 B2 JP H02540B2 JP 56056909 A JP56056909 A JP 56056909A JP 5690981 A JP5690981 A JP 5690981A JP H02540 B2 JPH02540 B2 JP H02540B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/12—Details
- F16J9/14—Joint-closures
- F16J9/16—Joint-closures obtained by stacking of rings
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はレシプロ機械における気密用ピストン
リングに関するものであり、具体的には内燃機関
のピストンリング、スターリング機関のガスシー
ルリング、高圧縮比のコンプレツサ用ピストンリ
ングに係るものである。[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to an airtight piston ring in a reciprocating machine, and specifically relates to a piston ring for an internal combustion engine, a gas seal ring for a Stirling engine, and a piston ring for a high compression ratio compressor. It is.
まず最も運転条件の苛酷な内燃機関用ピストン
リングについて説明する。レシプロ内燃機関のピ
ストンリングに第一に要求されることは燃焼ガス
の気密であり潤滑油の制御である。近年、機関効
率の向上のためピストンリングの本数の減少が強
く望まれている。これはピストンリング（通常は
３〜４本を要する）の本数を減少させてピストン
リングとシリンダライナ内周面の摩擦損失を低減
する効果だけでなく、ピストンの軸方向の長さを
小さくして機関全体の高さを低くし、機関自体を
小型軽量化する効果も得ようとするものである。 First, piston rings for internal combustion engines, which have the most severe operating conditions, will be explained. The first requirement for piston rings in reciprocating internal combustion engines is airtightness of combustion gas and control of lubricating oil. In recent years, there has been a strong desire to reduce the number of piston rings in order to improve engine efficiency. This not only reduces the number of piston rings (usually 3 to 4 are required) and reduces friction loss between the piston rings and the inner peripheral surface of the cylinder liner, but also reduces the axial length of the piston. The aim is to reduce the height of the entire engine and also to achieve the effect of making the engine itself smaller and lighter.
このようにピストンリングの本数を減少するた
めにはピストンリングの基本的機能であるガスシ
ール性と潤滑油制御性に優れたピストンリングで
あることが不可欠の条件である。 In order to reduce the number of piston rings in this manner, it is essential that the piston rings have excellent gas sealing properties and lubricant control properties, which are the basic functions of piston rings.
燃焼ガスの気密を考慮した場合、燃焼ガスは第
１図に示すように、ピストンリング１の外周側の
合い口１５から漏れるので、第２図に示すような
ステツプカツトと称される軸方向に段差１５を設
けたピストンリング１が効果的であるとされてい
る。しかしながら、単に段差１５を設けるのみで
はピストンリング上面１２、内周面１３を経て内
周面１３側から下部合い口１５２へガスが漏れる
ため、さほどの効果は得られない。そこで、第３
図に示すような合い口の軸方向及び半径方向へ段
差を設けた特殊合い口ピストンリングが考案され
ているが、これらの合い口形状に改良を加えただ
けではピストンリングのガス気密を充分に保持す
ることはできない。 When considering the airtightness of the combustion gas, the combustion gas leaks from the abutment 15 on the outer peripheral side of the piston ring 1 as shown in Fig. 1, so there is a step in the axial direction called a step cut as shown in Fig. 2. It is said that the piston ring 1 provided with 15 is effective. However, simply providing the step 15 does not provide much effect because gas leaks from the inner circumferential surface 13 side to the lower abutment 152 via the piston ring upper surface 12 and inner circumferential surface 13. Therefore, the third
A special gap piston ring with steps in the axial and radial directions of the gap as shown in the figure has been devised, but it is not possible to make the piston ring sufficiently gas-tight by simply improving the gap shape. cannot be retained.
その理由は、第４図に示すように、ピストンリ
ング１は絶えずピストンリング溝４に押しつけら
れているのではなく、ピストンリング溝内で浮い
ている期間があり、この状態においてはピストン
リング１の内周面１３側を経て燃焼ガスが漏れ
る。このガス漏れ量は外周面側から漏れる量に比
し著しく多い。かかる点を考慮し、内周面側に断
面Ｕ字型又はＨ字型のピストンリングを組合わせ
たピストンリング（例えば米国特許第2745704号、
特公昭47−21164号）も提案されている。これら
のピストンリングは外周面を形成するピストンリ
ングを軸方向に段差を有する合い口とすることに
よりほぼ完全にガスを遮断しているが、これらの
ピストンリングはピストンリングの半径方向の運
動を内周側に配したピストンリングが阻止し、シ
リンダライナに対してのピストンリングの追従性
が悪く、外周面からのガス漏れをひきおこす結果
となりやすい。 The reason for this is that, as shown in FIG. 4, the piston ring 1 is not constantly pressed against the piston ring groove 4, but there is a period in which it floats within the piston ring groove, and in this state, the piston ring 1 Combustion gas leaks through the inner peripheral surface 13 side. The amount of gas leaking is significantly larger than the amount leaking from the outer peripheral surface side. In consideration of this point, a piston ring in which a piston ring with a U-shaped or H-shaped cross section is combined on the inner peripheral surface side (for example, U.S. Pat. No. 2,745,704,
Special Publication No. 47-21164) has also been proposed. These piston rings almost completely shut off gas by making the piston ring that forms the outer circumferential surface a gap with a step in the axial direction. The piston ring arranged on the circumferential side blocks the piston ring, and the piston ring has poor followability with respect to the cylinder liner, which tends to cause gas leakage from the outer circumferential surface.
通常は、ガスシール用に２本のピストンリング
を、第５図に示すように、軸方向に配設している
ため、第一番目のピストンリング１から漏れたガ
スはランド部８で膨張し、第二番目のピストンリ
ング１′から下方へ漏れるが、ガスは第一番目と
第二番目のピストンリングで絞られ、かつその経
路の途中で膨張して減圧するので、ガス漏れは小
さくなる。 Normally, two piston rings for gas sealing are arranged in the axial direction as shown in Figure 5, so gas leaking from the first piston ring 1 expands in the land portion 8. , the gas leaks downward from the second piston ring 1', but the gas is throttled by the first and second piston rings and expands during its path to reduce the pressure, so the gas leak becomes small.
したがつて、著しく優れたガスシール性を持つ
ピストンリングを得るには、ピストンリング内周
面側からの漏れを防ぎ、かつ一本のピストンリン
グで従来の二本のピストンリングと同じシール機
能を持たせなければならない。 Therefore, in order to obtain a piston ring with extremely excellent gas sealing properties, it is necessary to prevent leakage from the inner peripheral surface of the piston ring, and to have one piston ring perform the same sealing function as the conventional two piston rings. have to have it.
ピストンリング内周面側からの漏れを遮断する
方法として第６図に示すように、第一リング１と
第二リング２を組合せたピストンリング（例えば
実公昭36−10004号、特公昭54−30451号）が提案
されている。このピストンリングは、ピストンリ
ング内周面１３に溝１９を設け、かつピストンリ
ング溝４にも溝４１を設け、第二リング２をこれ
らの溝１９，４１に嵌装したものである。このピ
ストンリングの主たる目的は、第一リング下面１
４側から浸入する潤滑油を第二リング２によつて
遮断し、潤滑油が第一リング内周面１３を経て燃
焼室側へ漏れることを防ぐことにある。第二リン
グは、従来の構成においても、第一リング上面１
２側から第一リング内周面１３を経て漏れるガス
をある程度遮断する効果を持つが、ガスは潤滑油
に比較し粘度、圧力等の条件においてはるかに漏
れやすいため、著しい防止効果は得られない。そ
の理由は、第６図に示すように、従来のピストン
リングは基本的に潤滑油を遮断する目的の構成と
なつており、ガス気密に対する考慮が一切払われ
ていないことにある。例えば、ピストンリングの
持ち上がりを防ぐ手段がとられていないし、ガス
の漏れる経路も設定されていない。 As a method of blocking leakage from the inner peripheral surface of the piston ring, as shown in Fig. 6, a piston ring that combines a first ring 1 and a second ring 2 (for example, Utility Model Publication No. 36-10004, Japanese Patent Publication No. 54-30451) is used. No.) has been proposed. In this piston ring, a groove 19 is provided in the piston ring inner peripheral surface 13, a groove 41 is also provided in the piston ring groove 4, and the second ring 2 is fitted into these grooves 19,41. The main purpose of this piston ring is to
The second ring 2 blocks lubricating oil from entering from the fourth side, and prevents the lubricating oil from leaking through the first ring inner peripheral surface 13 to the combustion chamber side. Even in the conventional configuration, the second ring has the upper surface 1 of the first ring.
Although it has the effect of blocking gas leaking from the second side through the first ring inner circumferential surface 13 to some extent, gas leaks much more easily than lubricating oil under conditions such as viscosity and pressure, so no significant prevention effect can be obtained. . The reason for this is that, as shown in FIG. 6, conventional piston rings are basically designed to block lubricating oil, and no consideration is given to gas-tightness. For example, no measures have been taken to prevent the piston rings from lifting, and no path has been set for gas leakage.
本発明の目的は一本で従来の二本分に相当する
ガス気密性を有すると共に、潤滑油消費量も節減
することができるピストンリングを提供すること
にある。本発明のピストンリングは上述の内燃機
関だけだけでなく、特に気密性を要するレシプロ
機械、例えばスターリング機関のガスシールリン
グ、高圧縮比のコンプレツサなどにも使用し得る
ものである。 An object of the present invention is to provide a piston ring that has gas-tightness equivalent to that of two conventional piston rings and can also reduce lubricant consumption. The piston ring of the present invention can be used not only in the above-mentioned internal combustion engine, but also in reciprocating machines that particularly require airtightness, such as gas seal rings for Stirling engines, compressors with high compression ratios, and the like.
前記目的を達成するため、本発明の要旨とする
ところは、
外周に摺動面を有し、内周側に溝１９を有す
る第一リング１を配し、
ピストンリング溝底４３に溝４１又は凹部４
０を設け、
第一リング１の溝１９及びピストンリング溝
底４３の溝４１又は凹部４０に嵌装される第二
リング２を配し、
第二リング２は外張り力を有し、第一リング
１の溝１９の内周部１１３と接し、
第一リング１の合い口形状は少なくとも軸方
向には段差を設けた上部合い口１５１と下部合
い口１５２を有し、
上部合い口１５１と下部合い口１５２の段差
１５０位置は第二リング上面２２以下で第二リ
ング下面２４以上にあり、
第一リング１と第二リング２の合い口位置を
周方向へずらせ、
第一リング１の溝１９の軸方向の一面と第二
リング２の軸方向の一面が接すると同時に、ピ
ストンリング溝底の溝４１又は凹部４０の軸方
向の一面と第二リング２の軸方向の一面とが当
接することにある。 In order to achieve the above object, the gist of the present invention is as follows: A first ring 1 having a sliding surface on its outer periphery and a groove 19 on its inner periphery is disposed, and the piston ring groove bottom 43 is provided with a groove 41 or Recess 4
0, and a second ring 2 fitted in the groove 19 of the first ring 1 and the groove 41 or recess 40 of the piston ring groove bottom 43, the second ring 2 has an external tension, and The first ring 1 is in contact with the inner peripheral part 113 of the groove 19 of the ring 1, and the abutment shape of the first ring 1 has an upper abutment 151 and a lower abutment 152 with a step at least in the axial direction. The step 150 position of the abutment 152 is below the second ring upper surface 22 and above the second ring bottom surface 24, and the abutment position of the first ring 1 and the second ring 2 is shifted in the circumferential direction, and the groove 19 of the first ring 1 is One axial surface of the piston ring 2 contacts one axial surface of the second ring 2, and at the same time one axial surface of the groove 41 or recess 40 at the bottom of the piston ring groove contacts one axial surface of the second ring 2. It is in.
本発明のピストンリングを第７図、第８図、第
１１図及び第１３図ないし第２０図に示す実施例
に基いて説明する。 The piston ring of the present invention will be explained based on the embodiments shown in FIGS. 7, 8, 11, and 13 to 20.
第７図の実施例のピストンリングは外周側及び
内周側からのガス漏れをほぼ完全に遮断すること
ができる。外周面側から漏れるガスは第一リング
１の合い口形状が軸方向に段差を持つことによ
り、従来のピストンリングと同様に完全に遮断さ
れる。内周側からのガス漏れは次のように防止さ
れる。先ず、第一リングの上部合い口１５１から
侵入するガスは第二リングより上の第一リング１
内周側空間１０１へ流出するが、第一リング溝内
周面１１３側に第二リング２が当接しているため
漏れは生じない。第二リング２が自己張力を有せ
ず、第二リング２と溝内周面１１３が離れてる
と、上部合い口１５１から溝内周面１１３にそつ
て下部合い口１５２へガスが漏れるので、第二リ
ング２の自己張力は不可欠である。段差１５０の
位置は、第二リング２の上面２２より上にある場
合、第９図に示すように、第一リングの下部合い
口１５２が第二リング２の上面側の空間１０１と
連通するためシールの意味がなく、逆に段差１５
０位置が第二リング２の下面２４より下にある場
合、第１０図に示すように、上部合い口が第二リ
ング上面側の空間１０１と下面側の空間１０２を
連通し第二リング２を設けた効果がない。本発明
の上部合い口１５１は第二リング上面側の空間１
０１と連通し、下部合い口１５２は第二リング下
面側の空間１０２と連通するが、上部合い口と下
部合い口は第二リング２を介して連通するので、
第二リング下面側の空間１０２に至るガス浸入通
路は第二リング合い口からの通路に絞られる。こ
のことは単にガス浸入経路を絞るという効果の外
に次のような著しいガスシール効果をもたらす。
すなわち、第１１図に示すように、第二リング２
の合い口２５と第一リング１の下部合い口１５２
をずらして配置することにより、第二リング合い
口２５より漏れ出たガスは第二リング下面２４と
第一リング内周面１３、及びピストンリング溝底
４３で囲まれる第二リング下面側の空間１０２へ
いつたん流入し、ここで膨張して減圧し、第一リ
ング下部合い口１５２を経てシリンダライナ３と
ピストン５間の間隙から漏れ出るが、このような
ガスの経路は第５図に示すランド部を狭んで軸方
向に配設した二本のピストンリングのガス流出経
路と実質的に同じものであり、１本のピストンリ
ングで２本分のピストンリングのガスシール効果
を上げることができる。より具体的には第二リン
グ合い口２５の間隙G1と第一リング内周面１３
とピストンリング溝底面４３との間隙C1を乗じ
た第二リング合い口２５のガス漏れ面積はG1×
C1であり、これはほぼ通常のピストンリングの
合い口漏れ面積と一致し、第二リング合い口２５
から第一リング下部合い口１５２までの空間１０
２の容積が通常のピストンリング間のランド部容
積と一致し、さらに第一リング下部合い口１５２
の間隙G2とシリンダライナ３とピストン５間の
間隙C2を乗じたG2×C2の合い口漏れ面積は通常
のピストンリングの第二番目のピストンリングの
合い口漏れ面積と一致する。第７図に示すよう
に、第二リング内周面２３側のガスが漏れると、
その効果が著しく減少するので、第二リング２の
軸方向の一面２２又は２４はピストンリング溝底
４３の軸方向の一面４２０又は４２１と当接して
いなくてはならない。 The piston ring of the embodiment shown in FIG. 7 can almost completely block gas leakage from the outer circumferential side and the inner circumferential side. Gas leaking from the outer circumferential surface side is completely blocked by the abutment shape of the first ring 1 having a step in the axial direction, similar to a conventional piston ring. Gas leakage from the inner peripheral side is prevented as follows. First, gas entering from the upper abutment 151 of the first ring enters the first ring 1 above the second ring.
Although it flows out into the inner peripheral space 101, no leakage occurs because the second ring 2 is in contact with the first ring groove inner peripheral surface 113 side. If the second ring 2 does not have self-tension and the second ring 2 and the groove inner circumferential surface 113 are apart, gas will leak from the upper abutment 151 along the groove inner circumferential surface 113 to the lower abutment 152. Self-tensioning of the second ring 2 is essential. When the step 150 is located above the upper surface 22 of the second ring 2, the lower abutment 152 of the first ring communicates with the space 101 on the upper surface side of the second ring 2, as shown in FIG. The sticker has no meaning, and on the contrary, there is a step difference of 15
When the 0 position is below the bottom surface 24 of the second ring 2, as shown in FIG. It has no effect. The upper aperture 151 of the present invention is the space 1 on the upper surface side of the second ring.
01, and the lower abutment 152 communicates with the space 102 on the lower surface side of the second ring, but the upper abutment and the lower abutment communicate via the second ring 2, so
The gas infiltration passage leading to the space 102 on the lower surface side of the second ring is narrowed to the passage from the second ring abutment. This not only has the effect of simply narrowing down the gas infiltration route, but also brings about the following significant gas sealing effect.
That is, as shown in FIG.
abutment 25 and a lower abutment 152 of the first ring 1
By shifting the two rings, the gas leaking from the second ring abutment 25 is transferred to a space on the second ring lower surface side surrounded by the second ring lower surface 24, the first ring inner circumferential surface 13, and the piston ring groove bottom 43. 102, expands and decompresses there, passes through the first ring lower joint 152, and leaks out from the gap between the cylinder liner 3 and the piston 5. Such a gas path is shown in FIG. This is substantially the same as the gas outflow path of two piston rings arranged in the axial direction with a narrow land portion, and one piston ring can improve the gas sealing effect of two piston rings. . More specifically, the gap G 1 between the second ring abutment 25 and the first ring inner peripheral surface 13
The gas leakage area of the second ring joint 25 multiplied by the gap C 1 between the piston ring groove bottom surface 43 is G 1 ×
C 1 , which almost matches the leakage area at the joint of a normal piston ring, and the second ring joint 25
space 10 from to the first ring lower abutment 152
2 corresponds to the volume of the land portion between the ordinary piston rings, and the first ring lower abutment 152
The abutment leakage area of G 2 ×C 2 , which is the product of the gap G 2 and the gap C 2 between the cylinder liner 3 and the piston 5, is equal to the abutment leakage area of the second piston ring of a normal piston ring. As shown in FIG. 7, when the gas leaks from the second ring inner peripheral surface 23 side,
One axial surface 22 or 24 of the second ring 2 must abut one axial surface 420 or 421 of the piston ring groove bottom 43, since the effect thereof is significantly reduced.
上記の効果はピストンリングが持ち上がらない
ことを前提としているが、本発明のピストンリン
グは持ち上がりを効果的に防止している。すなわ
ち、第１２図に示すような従来のピストンリング
の第二リング２及び第一リング１は格別のガスシ
ール性を持たないため、例えば合い口１５から漏
れたガスによつて第１リング下面１４に最高で空
間１０２の圧力p2の分布圧力が加わり、第二リン
グ上面１２にトラツプランド圧力にほゞ等しい圧
力p7が加わる。このp2はp7とほぼ等しいため、第
一リング１の慣性力Ｉによつて第一リング１が持
ち上がる条件は、第一リングの半径方向幅をＴと
して上面に加わる力をP2、下面へ加わる力をP4
とすれば次式で表わされる。（p8は第一リング真
下のランド圧力を示す。）
Ｉ＞P2−P4＝p7・Ｔ−（p2＋p8）／２・Ｔ
＝p7−p8／２・Ｔ
本発明のピストンリングは空間１０２へのガス
漏れを遮断しているため、第１３図に示すよう
に、第一リング１及び第二リング２の下面へ加わ
る空間１０２圧力がp2がほぼp8と等しくなるの
で、第一リングの持ち上がる条件は次式で表わさ
れる。 The above effect is based on the assumption that the piston ring does not lift up, but the piston ring of the present invention effectively prevents lifting. That is, since the second ring 2 and the first ring 1 of the conventional piston ring as shown in FIG. A distributed pressure of up to the pressure p 2 in the space 102 is applied to the upper surface 12 of the second ring, and a pressure p 7 approximately equal to the trapland pressure is applied to the upper surface 12 of the second ring. Since this p 2 is almost equal to p 7 , the condition for the first ring 1 to be lifted by the inertial force I of the first ring 1 is that the radial width of the first ring is T, the force applied to the upper surface is P 2 , the lower surface is The force applied to P 4
Then, it is expressed by the following formula. ( P8 indicates the land pressure directly below the first ring.) I> P2 - P4 = p7・T-( p2 + p8 )/2・T= p7 − p8 /2・T Invention Since the piston ring blocks gas leakage into the space 102, as shown in FIG . Therefore, the conditions for lifting the first ring are expressed by the following equation.
I1＞P2−P4＝p7・Ｔ−p2＋p8／２・Ｔ
＝（p7−p8）Ｔ
ここで慣性力は回転数の二乗に比例することか
ら、本発明ピストンリングは従来のピストンリン
グに比し、約４倍の高速回転になるまで持ち上が
らないといえる。 I 1 > P 2 - P 4 = p 7 · T - p 2 + p 8 /2 · T = (p 7 - p 8 ) T Here, since the inertial force is proportional to the square of the rotational speed, the piston ring of the present invention Compared to conventional piston rings, it can be said that the piston ring does not lift up until it rotates at about 4 times the high speed.
このように、本発明のピストンリングは外周面
からのガス漏れはもちろん、内周面からのガス漏
れもほぼ完全に遮断することが可能であり、その
上、１本で従来の２本のピストンリングのガスシ
ール機能と同等の機能を果たす。さらに、本発明
のピストンリングは相当な高速回転においても持
ち上がらないので、ガスシール用ピストンリング
として優れたものである。 In this way, the piston ring of the present invention can almost completely block not only gas leakage from the outer circumferential surface but also gas leakage from the inner circumferential surface, and moreover, one piston ring can replace two conventional pistons. Performs the same function as the ring's gas seal function. Furthermore, since the piston ring of the present invention does not lift up even when rotated at a considerably high speed, it is excellent as a piston ring for gas sealing.
ガスシール効果をもたらす本発明のピストンリ
ングの特徴は、ピストンリングの内周面側の気密
性が高く、かつ持ち上がり難いことであつて、こ
のことは同時にピストンリング内周面側への潤滑
油の浸入を止め、かつ内周面側からピストンリン
グ上面側へ潤滑油が漏れることを防ぐので、潤滑
油消費量も節減することができる。 The features of the piston ring of the present invention that provide a gas sealing effect are that the inner peripheral surface of the piston ring has a high airtightness and is difficult to lift up. This prevents lubricating oil from entering and leaking from the inner peripheral surface to the upper surface of the piston ring, thereby reducing lubricating oil consumption.
本発明のより好ましい実施例は、第１４ないし
１６図に示すように、第二リング下面２４と第一
リング内周面１３及びピストンリング溝底４３で
囲まれた空間１０２の容積を大きくすることであ
る。このような構成のピストンリングは、第１１
図において説明したガス通路内のガスを膨張させ
て減圧する効果を持つ空間１０２の容積を大きく
することより、減圧効果をより高め気密性を向上
させることができる。その具体化として、第１４
図の実施例は第一リング１の内周面下部１３に切
欠き１３０を、第１５図の実施例はピストンリン
グ溝底４３に切欠き４３０を、第１６図の実施例
はピストンリング溝下面４４に切欠き４４０を持
つ。これらの第１４図ないし第１６図の実施例を
組み合わせたものも好ましい実施例になる。又、
第１７図に示すように、ピストンリング溝底４３
に溝を設けるかわりに凹部４０を設けてもよい。 A more preferred embodiment of the present invention is to increase the volume of the space 102 surrounded by the second ring lower surface 24, the first ring inner peripheral surface 13, and the piston ring groove bottom 43, as shown in FIGS. 14 to 16. It is. The piston ring with such a configuration is the 11th
By increasing the volume of the space 102, which has the effect of expanding the gas in the gas passage and reducing the pressure, as explained in the figure, the pressure reduction effect can be further enhanced and the airtightness can be improved. As a concrete example, the 14th
The embodiment shown in the figure has a notch 130 in the lower part 13 of the inner peripheral surface of the first ring 1, the embodiment shown in FIG. 15 has a notch 430 in the bottom 43 of the piston ring groove, and the embodiment shown in FIG. 44 has a notch 440. A combination of the embodiments shown in FIGS. 14 to 16 is also a preferred embodiment. or,
As shown in FIG. 17, the piston ring groove bottom 43
Instead of providing a groove, a recess 40 may be provided.
さらに、第二リング２は下面２４が、第１８図
に示すように、ピストンリング溝底の溝４１の上
面４２０と接し、かつ第一リングの溝１９の上面
１９４と接することが最も望ましい。第１９図に
示すように、第一リング１の下部合い口１５２か
らほぼ180゜回転した位置に回り止め８を介して第
二リング２を回り止めすることにより、本発明の
ピストンリングの効果はより確実になる。 Furthermore, it is most desirable that the lower surface 24 of the second ring 2 contacts the upper surface 420 of the groove 41 at the bottom of the piston ring groove and the upper surface 194 of the groove 19 of the first ring, as shown in FIG. As shown in FIG. 19, the effect of the piston ring of the present invention is improved by stopping the second ring 2 from rotating at a position approximately 180 degrees rotated from the lower abutment 152 of the first ring 1 via the detent 8. Become more certain.
本発明のピストンリングは前記効果以外の効果
もある。すなわち第２０図に示すように、本発明
のピストンリングの半径方向の力をみると、外周
面側からの力P1と内周面側からの力P3との差は
次式で表わされる。 The piston ring of the present invention also has effects other than those described above. That is, as shown in Fig. 20, when looking at the force in the radial direction of the piston ring of the present invention, the difference between the force P 1 from the outer peripheral surface side and the force P 3 from the inner peripheral surface side is expressed by the following equation. .
P1−P3＝（p7＋p8）／２h1−(p7・h2+p2・h3)
ここで、p7はトツプランド圧力、p8はピストン
リング下ランド圧力、p2は空間１０２圧力でp8と
ほぼ等しい。h1はピストンリングの高さ、h2は第
二リング下面までの高さ、h3は第二リング下面以
下の高さである。したがつて、上式を整理すると
次式が得られる。 P 1 − P 3 = (p 7 + p 8 )/2h 1 − (p 7・h 2 +p 2・h 3 ) where p 7 is the top land pressure, p 8 is the piston ring lower land pressure, and p 2 is Space 102 pressure is approximately equal to p 8 . h 1 is the height of the piston ring, h 2 is the height to the bottom surface of the second ring, and h 3 is the height below the bottom surface of the second ring. Therefore, by rearranging the above equation, the following equation is obtained.
P1−P3＝１／２（p7−p8）（h3−h2）
この場合、h3＝h2とすると、理論上は本発明の
ピストンリングにはピストンリングの自己張力以
外の力が作用せず、高い圧力やおし込み力を受け
ることがない。なお、第一リングがピストンリン
グ溝底へ押し込まれることを考慮すると、h3＜h2
が望ましい。又、本発明のピストンリングには第
一リングと第二リングの半径方向の運動を妨たげ
るものがなく、シリンダライナへの追従性は非常
によい。 P 1 - P 3 = 1/2 (p 7 - p 8 ) (h 3 - h 2 ) In this case, if h 3 = h 2 , theoretically the piston ring of the present invention has no force other than the self-tension of the piston ring. No force is applied, and no high pressure or pushing force is applied. Furthermore, considering that the first ring is pushed into the bottom of the piston ring groove, h 3 < h 2
is desirable. Furthermore, the piston ring of the present invention has nothing that impedes the radial movement of the first ring and the second ring, and has very good followability to the cylinder liner.
このように、本発明のピストンリングは高い圧
力でシリンダライナと接しないない上に、追従性
にも優れているため、摩耗が少なくかつ低粘度の
潤滑油の使用も可能であり、摩耗損失が大幅に減
少するという効果を持つ。 In this way, the piston ring of the present invention does not come into contact with the cylinder liner under high pressure and has excellent followability, so it is possible to use lubricating oil with less wear and low viscosity, reducing wear loss. It has the effect of significantly reducing
上記の通り、本発明のピストンリングはピスト
ンリング内外周面の双方においてガス漏れを遮断
し、基本的な機能として、２本のピストンリング
と同じガス気密経路を有し、ピストンリングの持
ち上がりもなく、ガスシール効果にも著しく優れ
ている。 As mentioned above, the piston ring of the present invention blocks gas leakage on both the inner and outer peripheral surfaces of the piston ring, has the same gas-tight path as two piston rings as a basic function, and does not lift up the piston ring. It also has a remarkable gas sealing effect.
さらに、潤滑油がピストンリング下面側から内
周面側を経て上面側へぬける経路も完全に遮断さ
れ、潤滑油の消費量も著しく少ない。又、半径方
向の運動が防げられない上にピストンリングがシ
リンダライナに対し高い圧力で押されることもな
いため、摩耗が少なくかつ低粘度の潤滑油を使用
しうるので、摩耗損失低減の効果も合わせ持つ。 Furthermore, the path through which lubricating oil passes from the lower surface of the piston ring to the upper surface via the inner circumferential surface is completely blocked, and the amount of lubricating oil consumed is significantly reduced. In addition, since radial movement cannot be prevented and the piston ring is not pressed against the cylinder liner under high pressure, it is possible to use lubricating oil with less wear and low viscosity, which has the effect of reducing wear loss. Have both.
本発明のピストンリングは、熱がピストンリン
グ溝の上・下面からだけでなく、ピストンリング
溝底側からも第二リングを介してピストンリング
に伝えられるため、伝熱性に優れ、ピストンの熱
をより多くシリンダライナ側へ伝えることが可能
である。 The piston ring of the present invention has excellent heat conductivity because heat is transmitted to the piston ring not only from the upper and lower surfaces of the piston ring groove but also from the bottom side of the piston ring groove via the second ring. It is possible to transmit more to the cylinder liner side.
本発明のピストンリングは、第一リングの内周
面の溝へ第二リングを組付けた後にピストンリン
グ溝へピストンリングを組み付けることが可能で
ありピストンリングの装着が容易である。 The piston ring of the present invention allows the piston ring to be assembled into the piston ring groove after the second ring is installed into the groove on the inner circumferential surface of the first ring, making it easy to install the piston ring.
なお、本発明のピストンリングにおいては、第
一リングと第二リングの外周面や内周面の摺動部
分にめつきや溶射等の表面被覆を施すか、又は窒
化や焼入れ等の熱処理を施すことによつて耐摩耗
性の向上を計ることはいうまでもなく、さらに、
第一リングと第二リングの各面にテーパを設ける
ことも可能である。第一リング１に設ける内周面
の溝の位置は、第２０図で説明したように、半径
方向の力のバランスを考慮し、適度に選択される
ことはいうまでもない。 In addition, in the piston ring of the present invention, the sliding portions of the outer and inner circumferential surfaces of the first ring and the second ring are subjected to surface coating such as plating or thermal spraying, or are subjected to heat treatment such as nitriding or quenching. Needless to say, this improves wear resistance, and furthermore,
It is also possible to provide tapers on each surface of the first ring and the second ring. It goes without saying that the position of the groove on the inner circumferential surface of the first ring 1 is appropriately selected in consideration of the balance of forces in the radial direction, as explained in FIG. 20.
第１図ないし第６図及び第１２図は従来のピス
トンリングを示す図面であり、第１図ないし第３
図は合い口の斜視図、第４図は部分断面図、第５
図はピストンリングをはめたピストンの立面図、
第６図は従来の第一リングと第二リングからなる
ピストンリングの部分断面図、第１２図はその軸
方向圧力分布図、第７図、第８図、第１１図は本
発明の一実施例を示す図面であり、第７図は本発
明の一実施例のピストンリングの部分断面図、第
８図は第７図のピストンリングの合い口の斜視
図、第１１図は第８図の合い口におけるガス経路
を示す斜視図、第９図及び第１０図は本発明とは
異なる合い口の部分断面図、第１３図は本発明の
ピストンリングの軸方向圧力分布図、第１４図な
いし第１８図は他の実施例の部分断面図、第１９
図は本発明のピストンリングの平面図、第２０図
は本発明のピストンリングの半径方向の圧力分布
図である。
１：第一リング、２：第二リング、４：ピスト
ンリング溝、１３：第一リング内周面、１５：第
一リング合い口、１９：第一リングの溝、２４：
第二リング下面、２５：第二リング合い口、４
０：凹部、４１：溝、１５１：上部合い口、１５
２：下部合い口。
Figures 1 to 6 and 12 are drawings showing conventional piston rings, and Figures 1 to 3 are drawings showing conventional piston rings.
The figure is a perspective view of the joint, Figure 4 is a partial sectional view, and Figure 5 is a partial sectional view.
The figure is an elevational view of the piston with the piston ring fitted.
Fig. 6 is a partial sectional view of a conventional piston ring consisting of a first ring and a second ring, Fig. 12 is an axial pressure distribution diagram thereof, and Figs. 7, 8, and 11 are one embodiment of the present invention. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a piston ring according to an embodiment of the present invention, FIG. 8 is a perspective view of the abutment of the piston ring in FIG. 7, and FIG. FIGS. 9 and 10 are perspective views showing the gas path at the joint, and FIGS. 9 and 10 are partial sectional views of the joint different from the present invention. FIG. 13 is an axial pressure distribution diagram of the piston ring of the present invention, and FIGS. FIG. 18 is a partial sectional view of another embodiment, and FIG.
20 is a plan view of the piston ring of the present invention, and FIG. 20 is a pressure distribution diagram in the radial direction of the piston ring of the present invention. 1: First ring, 2: Second ring, 4: Piston ring groove, 13: First ring inner peripheral surface, 15: First ring joint, 19: First ring groove, 24:
Second ring bottom surface, 25: Second ring joint, 4
0: recess, 41: groove, 151: upper abutment, 15
2: Lower joint.
Claims (1)
一リングと、前記第一リングの内周側に設けた溝
及びピストンリング溝に設けた溝又は凹部とで囲
まれる空間に第二リングを配設してなるピストン
リングにおいて、前記第二リング２は外張り力を
持つて前記第一リング１の溝１９の内周部１１３
に接し、前記第一リング１は少なくとも軸方向に
は段差を設けた上部合い口１５１と下部合い口１
５２を有し、これら合い口の段差位置は第二リン
グの上面と下面の間にありさらに前記第一リング
１と第二リング２の合い口位置を周方向へずら
せ、かつ第一リング１の溝１９の軸方向の一面と
第二リング２の軸方向の一面が当接すると同時
に、ピストンリング溝底の溝４１又は凹部４０の
軸方向の一面と第二リング２の軸方向の一面とが
当接することを特徴とするピストンリング。 ２ 第一リング１と第二リング２とに回り止め手
段８を配したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のピストンリング。 ３ 第一リング１の下部内周面１３に設ける切欠
き１３０と、ピストンリング溝４の第一リング下
部内周面１３と対向する部分に設ける切欠き４３
０と、ピストンリング溝４の第二リング下面２４
と対向する部分に設ける切欠き４４０の中の少な
くとも一つを備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のピストンリング。 ４ 第一リング１の内周及びピストンリング溝４
の軸方向同一位置に溝１９，４１を設け、前記溝
１９，４１に第二リング２を嵌装したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のピストンリン
グ。 ５ 第一リングの内周側に設けた溝１９の上面１
２０とピストンリング溝に設けた溝４１又は凹部
４０の上面４２０と第二リング下面２４が同時に
接触してなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のピストンリング。[Scope of Claims] 1. A first ring having a sliding surface on its outer periphery and a groove on its inner periphery, a groove provided on the inner periphery of the first ring, and a groove or recess provided in the piston ring groove. In a piston ring in which a second ring is disposed in a space surrounded by
The first ring 1 has an upper abutment 151 and a lower abutment 1 which are stepped at least in the axial direction.
52, and the stepped position of these joints is between the upper surface and the lower surface of the second ring, and the position of the joint between the first ring 1 and the second ring 2 is shifted in the circumferential direction, and One axial surface of the groove 19 and one axial surface of the second ring 2 come into contact, and at the same time, one axial surface of the groove 41 or recess 40 at the bottom of the piston ring groove and one axial surface of the second ring 2 contact each other. A piston ring characterized by abutment. 2. The piston ring according to claim 1, wherein the first ring 1 and the second ring 2 are provided with rotation preventing means 8. 3 A notch 130 provided in the lower inner circumferential surface 13 of the first ring 1 and a notch 43 provided in the portion of the piston ring groove 4 facing the first ring lower inner circumferential surface 13
0 and the second ring lower surface 24 of the piston ring groove 4
The piston ring according to claim 1, further comprising at least one notch 440 provided in a portion facing the piston ring. 4 Inner circumference of first ring 1 and piston ring groove 4
2. The piston ring according to claim 1, wherein grooves 19 and 41 are provided at the same position in the axial direction of the piston ring, and the second ring 2 is fitted into the grooves 19 and 41. 5 Upper surface 1 of the groove 19 provided on the inner peripheral side of the first ring
20. The piston ring according to claim 1, wherein the second ring lower surface 24 and the groove 41 provided in the piston ring groove or the upper surface 420 of the recess 40 and the lower surface 24 of the second ring are in simultaneous contact with each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5690981A JPS57173541A (en) | 1981-04-17 | 1981-04-17 | Piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5690981A JPS57173541A (en) | 1981-04-17 | 1981-04-17 | Piston ring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57173541A JPS57173541A (en) | 1982-10-25 |
| JPH02540B2 true JPH02540B2 (en) | 1990-01-08 |
Family
ID=13040578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5690981A Granted JPS57173541A (en) | 1981-04-17 | 1981-04-17 | Piston ring |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS57173541A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6030457A (en) * | 1983-07-29 | 1985-02-16 | Toyota Motor Corp | Piston-ring construction in internal-combustion engine |
| GB8400750D0 (en) * | 1984-01-12 | 1984-02-15 | Ae Plc | Piston |
| GB8504008D0 (en) * | 1985-02-16 | 1985-03-20 | Ae Plc | Piston & ring |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5430451A (en) * | 1977-08-10 | 1979-03-06 | Hitachi Ltd | Discharging gap device for arrester |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5498913U (en) * | 1977-12-24 | 1979-07-12 |
-
1981
- 1981-04-17 JP JP5690981A patent/JPS57173541A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5430451A (en) * | 1977-08-10 | 1979-03-06 | Hitachi Ltd | Discharging gap device for arrester |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57173541A (en) | 1982-10-25 |
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