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公開番号2025152625
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024054602
出願日2024-03-28
発明の名称コンプレッションリング
出願人TPR株式会社
代理人弁理士法人秀和特許事務所
主分類F16J 9/20 20060101AFI20251002BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】内燃機関において、燃料による潤滑油の希釈を抑制可能な技術を提供する。
【解決手段】コンプレッションリングの外周面は、コンプレッションリングにおいて最大径となる頂部を含み内燃機関のシリンダ壁面を摺動する外周摺動面と、コンプレッションリングの軸方向両端面のうち内燃機関における燃焼室側の面である上面と外周摺動面とを接続する接続面と、を有し、コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、コンプレッションリングの軸方向における該コンプレッションリングの幅をh1とし、頂部をP0とし、外周摺動面と前記接続面との接続点をP2とし、上面の外周縁をP3とし、頂部P0と接続点P2と外周縁P3とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をS1としたとき、0.013≦S1/h1≦0.034である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
内燃機関のピストンに組み付けられるコンプレッションリングであって、
前記コンプレッションリングの外周面は、前記コンプレッションリングにおいて最大径となる頂部を含み前記内燃機関のシリンダ壁面を摺動する外周摺動面と、前記コンプレッションリングの軸方向両端面のうち前記内燃機関における燃焼室側の面である上面と前記外周摺動面とを接続する接続面と、を有し、
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
前記コンプレッションリングの軸方向における該コンプレッションリングの幅をｈ１とし、
前記頂部をＰ０とし、
前記外周摺動面と前記接続面との接続点をＰ２とし、
前記上面の外周縁をＰ３とし、
頂部Ｐ０と接続点Ｐ２と外周縁Ｐ３とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ１としたとき、
０．０１３≦Ｓ１／ｈ１≦０．０３４である、
コンプレッションリング。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
前記軸方向における前記外周摺動面の幅をｈ２とし、
接続点Ｐ２を通り前記コンプレッションリングの径方向に延伸する仮想直線をＬｈとし、
頂部Ｐ０を通り前記軸方向に延伸する仮想直線Ｌ８と仮想直線Ｌｈとの交点をＰ２０とし、
頂部Ｐ０と外周縁Ｐ３とを通る仮想直線Ｌ３と仮想直線Ｌｈとの交点をＰ２３とし、
頂部Ｐ０と交点Ｐ２０と交点Ｐ２３とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ２としたとき、
０．０１１≦Ｓ２／ｈ２≦０．０３３である、
請求項１に記載のコンプレッションリング。
【請求項３】
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
頂部Ｐ０よりも前記コンプレッションリングの径方向において２．５μｍ内側に位置し且つ前記軸方向に延伸する仮想直線Ｌ７と前記外周摺動面とが交わる２点のうち、燃焼室側の交点をＰ１とし、
交点Ｐ１と接続点Ｐ２と外周縁Ｐ３とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ３としたとき、
０≦Ｓ３／ｈ１≦０．０１１である、
請求項１又は２に記載のコンプレッションリング。
【請求項４】
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
頂部Ｐ０よりも前記コンプレッションリングの径方向において２．５μｍ内側に位置し且つ前記軸方向に延伸する仮想直線Ｌ７と前記外周摺動面とが交わる２点のうち、燃焼室側の交点をＰ１とし、
交点Ｐ１と接続点Ｐ２とを通る仮想直線Ｌ１と仮想直線Ｌ７とがなす角度をθ１とし、
交点Ｐ１と外周縁Ｐ３とを通る仮想直線Ｌ２と仮想直線Ｌ７とがなす角度をθ２とし、
交点Ｐ１と接続点Ｐ２と外周縁Ｐ３とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ３としたとき、
０≦Ｓ３／ｈ１／（θ１＋θ２）≦０．０００９である、
請求項１又は２に記載のコンプレッションリング。
【請求項５】
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
前記軸方向における前記外周摺動面の幅をｈ２とし、
頂部Ｐ０よりも前記コンプレッションリングの径方向において２．５μｍ内側に位置し且つ前記軸方向に延伸する仮想直線Ｌ７と前記外周摺動面とが交わる２点のうち、燃焼室側の交点をＰ１とし、
頂部Ｐ０と交点Ｐ１との軸方向における距離をＢ２とし、
接続点Ｐ２を通り前記コンプレッションリングの径方向に延伸する仮想直線をＬｈとし、
交点Ｐ１と外周縁Ｐ３とを通る仮想直線Ｌ２と仮想直線Ｌｈとの交点をＰ２２とし、
交点Ｐ１と接続点Ｐ２と交点Ｐ２２とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ４としたとき、
０≦（Ｓ４／ｈ２）×（Ｂ２／ｈ２）≦０．００１３である、
請求項１又は２に記載のコンプレッションリング。
【請求項６】
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
頂部Ｐ０と接続点Ｐ２との軸方向における距離をＢ１としたとき、
０．１≦ Ｂ１／ｈ１≦０．４である、
請求項１又は２に記載のコンプレッションリング。
【請求項７】
前記コンプレッションリングの外周面には、ＰＶＤ処理被膜、ＤＬＣ被膜、クロムめっき被膜、及び窒化処理層のうち少なくとも何れか１つを含む硬質層が形成されている、
請求項１又は２に記載のコンプレッションリング。
【請求項８】
前記内燃機関は、圧縮着火機関である、
請求項１又は２に記載のコンプレッションリング。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンに組み付けられるコンプレッションリングに関する。
続きを表示（約 3,900 文字）【背景技術】
【０００２】
一般的な自動車に搭載される内燃機関においては、コンプレッションリング（圧力リング）とオイルリングとを含むピストンリングをピストンに個別に形成されたリング溝にそれぞれ装着したピストンユニットが用いられる。ピストンの軸方向において、コンプレッションリングが燃焼室側に設けられ、オイルリングがクランク室側に設けられ、これらがシリンダの内壁面を摺動することで、ピストンリングはその能力を発揮する。このうち、コンプレッションリングは、気密を保持することで燃焼室側からクランク室側への燃焼ガスの流出（ブローバイ）を抑制するガスシール機能や、オイルリングが掻き落とし切れなかった余分な潤滑油（エンジンオイル）を掻き落とすことでオイル上がりを抑制するオイルシール機能を有する。
【０００３】
内燃機関に用いられるピストンリングには、高い摺動性能が要求される。一方、近年では内燃機関の燃料として、バイオマス由来の、いわゆるバイオ燃料が普及してきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５８７２６７８号
特開２０１５－０５９５０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、バイオ燃料は従来の燃料と異なる特性を有するため、これを内燃機関に用いた場合、潤滑油が燃料により希釈されるという新たな問題が生じることがある。例えば、特許文献１で述べられているように、バイオ燃料の中でもバイオディーゼル燃料は
、普通のディーゼル燃料と比較して沸点範囲が高くかつ狭く、そしてその分子構造に起因して、燃料噴射弁から噴射される液滴のサイズが大きい。バイオディーゼル燃料の物理的特性が、クランク室内の潤滑油の燃料による希釈を招き、また、エンジン摩耗の可能性を増大させる。燃料混合物のうち軽油分が揮発し排気流へと流れていく間、ピストンはシリンダの底部に位置し、沸点範囲がより高くかつより狭く、液滴のサイズがより大きいメチルエステル留分は液体の状態に保たれ、シリンダの内壁面に存在し、ピストンが上昇すると、ピストンリングが掻き上げられなかったバイオディーゼル燃料はクランク室の中に流入する。一旦クランク室の中に入り込んだら、バイオディーゼル燃料は軽油のようには揮発しない。クランク室の中の熱がバイオディーゼル燃料に加わることにより、潤滑油とバイオディーゼル燃料の混合物の酸化が起こるおそれがあり、その結果、有機酸によってエンジンが摩耗するおそれがある。シリンダの内壁面を摺動するピストンリングにおいても例外でなく、特にオイルリングの外周摺動面の摩耗が増大する虞がある。このような要因により、バイオ燃料を使用する内燃機関においては、例えば、特許文献２に例示されるように摺動面に窒化物層を施すような摩耗対策を講じたピストンリングであっても、耐摩耗性が不十分となることがあった。また、バイオ燃料以外にも、例えば軽油を燃料として使用するディーゼルエンジンにおいても、燃料による潤滑油の希釈が問題となることがある。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関において、潤滑油が燃料により希釈されることを抑制可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る接続構造は、以下の構成を採用した。即ち、本発明の要旨は、以下の通りである。
〔１〕
内燃機関のピストンに組み付けられるコンプレッションリングであって、
前記コンプレッションリングの外周面は、前記コンプレッションリングにおいて最大径となる頂部を含み前記内燃機関のシリンダ壁面を摺動する外周摺動面と、前記コンプレッションリングの軸方向両端面のうち前記内燃機関における燃焼室側の面である上面と前記外周摺動面とを接続する接続面と、を有し、
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
前記コンプレッションリングの軸方向における該コンプレッションリングの幅をｈ１とし、
前記頂部をＰ０とし、
前記外周摺動面と前記接続面との接続点をＰ２とし、
前記上面の外周縁をＰ３とし、
頂部Ｐ０と接続点Ｐ２と外周縁Ｐ３とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ１としたとき、
０．０１３≦Ｓ１／ｈ１≦０．０３４
である、
コンプレッションリング。
〔２〕
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
前記軸方向における前記外周摺動面の幅をｈ２とし、
接続点Ｐ２を通り前記コンプレッションリングの径方向に延伸する仮想直線をＬｈとし、
頂部Ｐ０を通り前記軸方向に延伸する仮想直線Ｌ８と仮想直線Ｌｈとの交点をＰ２０とし、
頂部Ｐ０と外周縁Ｐ３とを通る仮想直線Ｌ３と仮想直線Ｌｈとの交点をＰ２３とし、
頂部Ｐ０と交点Ｐ２０と交点Ｐ２３とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ２としたとき、
０．０１１≦Ｓ２／ｈ２≦０．０３３
である、
〔１〕に記載のコンプレッションリング。
〔３〕
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
頂部Ｐ０よりも前記コンプレッションリングの径方向において２．５μｍ内側に位置し且つ前記軸方向に延伸する仮想直線Ｌ７と前記外周摺動面とが交わる２点のうち、燃焼室側の交点をＰ１とし、
交点Ｐ１と接続点Ｐ２と外周縁Ｐ３とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ３としたとき、
０≦Ｓ３／ｈ１≦０．０１１
である、
〔１〕又は〔２〕に記載のコンプレッションリング。
〔４〕
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
頂部Ｐ０よりも前記コンプレッションリングの径方向において２．５μｍ内側に位置し且つ前記軸方向に延伸する仮想直線Ｌ７と前記外周摺動面とが交わる２点のうち、燃焼室側の交点をＰ１とし、
交点Ｐ１と接続点Ｐ２とを通る仮想直線Ｌ１と仮想直線Ｌ７とがなす角度をθ１とし
、
交点Ｐ１と外周縁Ｐ３とを通る仮想直線Ｌ２と仮想直線Ｌ７とがなす角度をθ２とし、
交点Ｐ１と接続点Ｐ２と外周縁Ｐ３とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ３としたとき、
０≦Ｓ３／ｈ１／（θ１＋θ２）≦０．０００９である、
〔１〕から〔３〕の何れかに記載のコンプレッションリング。
〔５〕
前記コンプレッションリングの周方向に直交する断面において、
前記軸方向における前記外周摺動面の幅をｈ２とし、
頂部Ｐ０よりも前記コンプレッションリングの径方向において２．５μｍ内側に位置し且つ前記軸方向に延伸する仮想直線Ｌ７と前記外周摺動面とが交わる２点のうち、燃焼室側の交点をＰ１とし、
頂部Ｐ０と交点Ｐ１との軸方向における距離をＢ２とし、
接続点Ｐ２を通り前記コンプレッションリングの径方向に延伸する仮想直線をＬｈとし、
交点Ｐ１と外周縁Ｐ３とを通る仮想直線Ｌ２と仮想直線Ｌｈとの交点をＰ２２とし、
交点Ｐ１と接続点Ｐ２と交点Ｐ２２とをそれぞれ直線で結び囲まれた領域の面積をＳ４としたとき、
０≦（Ｓ４／ｈ２）×（Ｂ２／ｈ２）≦０．００１３
である、
〔１〕から〔４〕の何れかに記載のコンプレッションリング。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内燃機関において、燃料による潤滑油の希釈を抑制可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態に係るピストン構造を備える内燃機関の部分断面図である。
実施形態に係るトップリングの外周面付近の断面拡大図である。
実施形態に係るトップリングの断面の一部の輪郭線を示す図である。
第１領域～第４領域を説明するためのトップリングの断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一態様は、バイオ燃料を使用する内燃機関のピストンに組み付けられる、コンプレッションリングである。バイオ燃料とは、生物（植物又は動物）由来の燃料であり、生物資源（バイオマス）を原料とする。本発明に係るバイオ燃料は、特に限定されないが、例えば、植物性油脂や動物性油脂をメチルエステル化して得られるバイオディーゼル燃料等が挙げられる。また、内燃機関の用途は特に限定されないが、本発明に係るコンプレ
ッションリングは、例えば自動車用エンジンに対して好適に用いることができる。本発明の適用対象となる内燃機関は、ディーゼルエンジンに例示される圧縮着火機関であってもよい。また、内燃機関には、純粋なバイオ燃料、或いはバイオ燃料と化石燃料との混合燃料を用いることができる。また、内燃機関は、燃料としてバイオ燃料を使用するエンジンには限定されず、例えば、燃料として軽油を使用するディーゼルエンジンであってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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