JPH0682465U - 内燃機関用圧力リング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バレルフェース形内燃機関用圧力リングの摩
耗に伴うオイル消費量を低減しスカッフィングを抑制す
る。 【構成】この考案によるバレルフェース形内燃機関用圧
力リング１では、合口２を形成する両端部３付近の各外
周摺動部４に形成された被覆層５の耐摩耗性は各端部付
近以外の外周摺動部４の耐摩耗性より高い。外周摺動部
４に摩耗が進行したとき、両端部３付近ではバレルフェ
ースが潰れて外周摺動部４が全面でシリンダ内壁に当接
せず、十分な面圧が残存するので、圧力リングのオイル
の掻き上げ作用及びスカッフィングを抑制することがで
きる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案はピストンリング、特に、長時間稼動後のオイルの掻き上げ及び合口 でのスカッフィングを防止できるバレルフェース形内燃機関用圧力リングに関連 する。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関用圧力リングとして図５に示す平坦面１３を有する矩形断面リングの 基本的かつ標準的な形状によって形成されるプレーン形の圧力リング１２がある 。近時エンジンの高速化に伴い、プレーン形圧力リング１２は油掻き効果の不足 が指摘され、またピストン１１の熱膨張、首振りなどにより運転時にシリンダ１ ０の内壁に接する圧力リング１２の正しい姿勢が崩れる欠点がある。圧力リング １２の幅方向のピストン１１の頂部側端部がシリンダ１０の内壁に接してピスト ン１１の底部側端部がシリンダ１０の内壁から離間する状態で圧力リング１２が 傾斜する（逆当たり）と、圧力リング１２はオイルを掻き下げるよりも逆に掻き あげるようになり、オイル消費量が増加する。

【０００３】 また、圧力リング１２の側面に対してすべり面を完全な直角をなすように仕上 げることはかなり困難であり、逆当たりによりオイル消費量が増加するおそれが ある。

【０００４】 プレーン形圧力リング１２の欠点を除くために、図６に示すテーパフェース形 圧力リング１２が提案されている。テーパフェース形圧力リング１２は非常に高 い面圧による初期なじみ時間の短縮が可能になり、圧力リング１２の外周面での 逆当たりを防止することにより油掻き作用が強められる。即ち、従来のプレーン 形状では初期なじみに時間が長くかかり自動車工場でのエンジン組立て後のなら し運転の費用がかさむ難点があった。これに対し、外周面にテーパ１４をつけて シリンダとのすべり面の当たり面積を小さくすれば、面圧が高まり運転初期のな じみ性を向上させ、短時間でオイル消費量、ブローバイガス排出量を安定させる ことができる。更に、テーパ１４はピストンの上昇行程間にすべり面に油膜を形 成しやすく、下降行程ではオイルを掻き下げる効果がある。

【０００５】 しかしながら、テーパフェース形圧力リング１２では外周テーパ部にもガス圧 が作用するため、その分だけ背圧の効果を打ち消すことになる。従って、テーパ 角度が大き過ぎるとブローバイガス量が増加する欠点がある。また、テーパ角度 が大きいと、オイル消費量が増加する問題がある。

【０００６】 他面、図７に示すバレルフェース形圧力リング１２が提案されている。最近の エンジンではシリンダ径に比して短いピストンが使用されているが、このような ピストンは首振り運動が大きくなりスカッフィングを起こしやすい。また、エン ジンの軽量化に伴って薄肉鋳造が行われるため、シリンダの熱ひずみによる変形 量が増加し、同じくスカッフィングを起こす例も多い。その対策として提案され たバレルフェース形圧力リング１２は、運転初期でのスカッフィング及びブロー バイ防止効果がある。例えばピストンが上昇行程から下降行程に移行するピスト ンの上下死点ではピストンの首振り運動によって圧力リング１２の外周上下の隅 角がシリンダ壁に強く当たり、圧力リング１２のエッジローディングによるひっ かきを起こす例がある。このようなトラブルを防ぐため、外周面形状を丸く太鼓 状のバレル面１５を形成して圧力リング１２上下の隅角とシリンダ１０の内壁と の接触を防止したバレルフェース形圧力リング１２が有効である。しかしながら 、すべり面の湾曲度の値はきわめて微妙でこれが大きい場合はオイル消費量の増 大を招く。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

圧力リング１２は合口を拡張してピストン１１の溝１１ａに装着し、ピストン １１をシリンダ１０内に配置して内燃機関を組み立てる。ピストン１１と共にシ リンダ１０内に配置された圧力リング１２はシリンダ１０の内壁に当接して真円 状になる。このため、圧力リング１２の円周に沿う外周摺動部のシリンダ１０の 内壁に対する面圧分布は合口付近において最大となる。従って、エンジンの稼動 中に合口付近での外周摺動部の摩耗量が最も多くなっている。

【０００８】 合口付近の外周摺動部の摩耗量が最大となる理由は、圧力リング１２の円周に 沿う面圧が最大となること、燃焼工程でのガスの吹き抜けに伴い合口以外の部分 より高温になること、燃焼工程での作用、油膜切れによることが考えられる。こ のように従来のピストンリングでは、合口付近の外周摺動部の摩耗に伴うオイル の掻き上げ作用及びスカッフィングを十分に防止することができなかった。

【０００９】 そこで、この考案は部分的に異なる被覆層をバレルフェース形内燃機関用圧力 リングの外周摺動部に形成することにより前記の欠点を解消することを目的とす る。

【００１０】

【課題を達成するための手段】

この考案によるバレルフェース形内燃機関用圧力リングは、合口を形成する両 端部付近の各外周摺動部に形成された被覆層の耐摩耗性は各端部付近以外の外周 摺動部の耐摩耗性より高い。この考案の実施例では、合口を形成する両端部付近 の各外周摺動部に形成された被覆層はイオンプレーティング又は複合分散メッキ で形成され、各端部付近以外の外周摺動部の被覆層は窒化により形成される。こ の考案の他の実施例では、合口を形成する両端部付近の各外周摺動部に形成され た被覆層はクロムメッキで形成され、各端部付近以外の外周摺動部には被覆層が 形成されない。

【００１１】

【作用】

合口を形成する両端部付近の外周摺動部に形成された被覆層の耐摩耗性は他の 部分の外周摺動部を構成する金属の耐摩耗性より高い。このため、外周摺動部に 摩耗が進行したとき、両端部付近ではバレルフェースが潰れて外周摺動部が全面 でシリンダ内壁に当接せず、十分な面圧が残存するので、圧力リングのオイルの 掻き上げ作用及びスカッフィングを抑制することができる。

【００１２】

【実施例】

以下、この考案によるバレルフェース形内燃機関用圧力リングの実施例を図１ 〜図４並びに図８及び図９について説明する。

【００１３】 図１〜図３に示すように、この考案によるバレルフェース形内燃機関用圧力リ ング１では、合口２を形成する両端部３付近の各外周摺動部４に形成された被覆 層５の耐摩耗性は各端部３付近以外の外周摺動部４に形成された被覆層６の耐摩 耗性より大きい。即ち、被覆層５は地金の黒鉛鋳鉄で形成されたリング本体にイ オンプレーティング又は複合分散メッキで形成された場合に、被覆層６は窒化処 理によりリング本体に形成される。イオンプレーティング又は複合分散メッキで 形成された被覆層５は窒化処理により形成された被覆層６より耐摩耗性が高い。 また、被覆層５がクロムメッキにより形成された場合に、被覆層６には被覆層が 形成されない。イオンプレーティング、複合分散メッキ、窒化処理及びクロムメ ッキは公知の方法で処理される。被覆層５の耐摩耗性は合口２を形成する各端部 ３から円周方向に沿ってψ＝２０度以下の角度範囲で形成される。

【００１４】 本実施例では合口２を形成する両端部３付近の外周摺動部４に形成された被覆 層５の耐摩耗性は他の部分の外周摺動部に形成された被覆層６の耐摩耗性より高 い。このため、外周摺動部４に摩耗が進行しても、合口２を形成する両端部３付 近でも被覆層５が残存し、シリンダ内壁に対する十分な面圧が確保される。従っ て、両端部３付近では被覆層５が潰れて外周摺動部４が全面でシリンダ内壁に当 接しないので、圧力リングのエッジ形成によるオイルの掻き上げ作用及びスカッ フィングを抑制することができる。

【００１５】 図８は本実施例に用いた超高圧摩耗試験機の要部の断面図、図９は図８のＡ− Ａ線に沿う断面図である。

【００１６】 ステータホルダ２１に取外し可能に取付けられた直径８０mm×厚さ１０mmの研 磨仕上げを施した円板２２の中央には裏側から注油孔２３を通して潤滑油が注油 される。図示しない油圧装置によって図中右方に向かう押圧力Ｐがステータホル ダ２１に作用される。円板２２に相対向して配置されたロータ２４は、図示しな い駆動装置によって所定速度で回転される。ロータ２４の円板２２に対する端面 に取付けられた試験片保持具２５には、試験片３０が４個取外し可能に同心円状 かつ等間隔に取り付けられる。試験片３０は、表面処理層を形成した５mm角の正 方形端面を摺動面として円板２２に対して摺動自在に取付けられる。

【００１７】 ステータホルダ２１に所定の押圧力Ｐをかけることにより所定の面圧で円板２ ２と試験片３０とを接触させた後、注油孔２３から所定給油速度で摺動面に給油 しながらロータ２４を回転させる。一定時間毎にステータホルダ２１に作用する 圧力を段階的に増加し、ロータ２４の回転によって試験片３０と円板２２との間 に摩擦を発生する。この超高圧摩耗試験機に対する試験条件は、摩擦速度：８ｍ ／秒、円板２２の材質：シリンダライナ用鋳鉄ＦＣ２５、接触面圧：２０ｋｇ／ 平方センチメートルより３分毎にスカッフィング発生まで１０ｋｇ／平方センチ メートルづつ増圧、各面圧に３分間保持、潤滑油：モータオイル＃３０、油温： ８０℃、供給量：４００cc／分である。スピンドル２６を介してステータホルダ ２１に生ずるトルクＴをロードセル２７に作用させ、トルクＴの変化を動歪計８ で読み取り記録計９に記録する。トルクＴが急激に上昇したときにスカッフィン グが発生したものとして、この時の接触面圧を基準として耐スカッフ性の良否を 判断する。この結果、スカッフィング発生面圧（ｋｇ／平方センチメートル）は 、イオンプレーティング：１７５、窒化処理：１２０、複合分散メッキ：１３３ 、クロムメッキ：１１０、未処理地金（黒鉛鋳鉄）：７５であった。

【００１８】 図４は、気筒内径５６ミリメートルの１気筒４サイクル空冷汎用エンジンにこ の考案による圧力リング及び従来の圧力リングを実装したエンジンを稼動した結 果得られたオイル消費率のグラフである。図４に示すように、この考案によるバ レルフェース形内燃機関用圧力リングのオイル消費率Ａは、１５０時間経過後に 従来の圧力リングのオイル消費率Ｂに比べて、約２０％少ないことが判明した。

【００１９】

【考案の効果】

この考案では長時間稼動されるバレルフェース形内燃機関のオイル消費量を減 少しかつスカッフィングを抑制できるので、オイルを節約できかつ保守及び点検 を省略できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この考案によるバレルフェース形内燃機関用
圧力リングの平面図

【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図

【図３】 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図

【図４】 オイル消費率を示すグラフ

【図５】 従来のプレーン形ピストンリングの断面図

【図６】 従来の被覆層形ピストンリングの断面図

【図７】 従来のバレルフェース形ピストンリングの断
面図

【図８】 超高圧摩耗試験機の要部の断面図

【図９】 図８のＡ−Ａ線に沿う断面図

【符号の説明】

１・・バレルフェース形内燃機関用圧力リング、２・・
合口、３・・端部、４・・外周摺動部、５、６・・被覆
層、

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 合口を形成する両端部付近の各外周摺動
   部に形成された被覆層の耐摩耗性を各端部付近以外の外
   周摺動部の耐摩耗性より高くしたことを特徴とするバレ
   ルフェース形内燃機関用圧力リング。
2. 【請求項２】 合口を形成する両端部付近の各外周摺動
   部に形成された被覆層をイオンプレーティング又は複合
   分散メッキで形成し、各端部付近以外の外周摺動部の被
   覆層を窒化処理により形成した「請求項１」に記載のバ
   レルフェース形内燃機関用圧力リング。
3. 【請求項３】 合口を形成する両端部付近の各外周摺動
   部に形成された被覆層をクロムメッキで形成し、各端部
   付近以外の外周摺動部には被覆層を形成しない「請求項
   １」に記載のバレルフェース形内燃機関用圧力リング。