ピストンリングは弾性のある金属製の開口部のあるリングで、その機能によってガスリングとオイルリングの2種類に分けられます。ピストンヘッドの上端には2～4個のエアリングが、下端には1～2個のオイルリングが取り付けられています。
ガスリングの機能は、ピストンとシリンダー壁の間のシールを確保し、ピストン上部の高圧ガスがクランクケースに漏れるのを防ぐことです。シールが不十分な場合、圧縮行程中のガス漏れが増加し、圧縮終了時の圧力が低下し、内燃機関の始動が困難になります。高温ガスがクランクケースに漏れると、ピストンの温度も上昇し、熱によってオイルが酸化・劣化します。ガスリングはシール機能に加えて、熱伝達の役割も果たします。ピストン上部で吸収された熱の大部分は、ガスリングを介してシリンダー壁に伝達され（ピストンヘッドはシリンダー壁に接触しないため）、その後、外部の冷却媒体によって奪われます。
ガスリング、特に第1ガスリングは、ピストンとともにシリンダー壁に沿って高速往復運動するだけでなく、高温高圧ガスの圧力や潤滑不良の影響も受け、ガスリングの機械的特性が低下します。弾性が低下すると、潤滑油の炭化を引き起こし、シリンダーの引き抜きや空気漏れの原因となる可能性があります。そのため、ガスリングには、リングの周囲をシリンダー壁に密着させるのに十分な弾性力が必要です。このとき、高圧ガスがガスリングとシリンダー壁の接触面から漏れることはありません。リングの上端面に作用するガスは、ピストンリング溝内でリングをしっかりと押し付け、下端面がリング溝に密着するようにします。リングの内側とリング溝の間に入り込んだガスは外側に押し付け、リングをシリンダー壁にさらに密着させます。このように、ガスリング自体の弾性力とガスの圧力を利用することで、高圧ガスの漏れを防ぐことができます。
ピストンリングは通常、高品質のねずみ鋳鉄または合金鋳鉄で作られています。第1ガスリングの動作性能を向上させ、耐摩耗性を向上させるために、第1ガスリングの表面に多孔質のクロム層またはモリブデン層がメッキされることがよくあります。近年では、第1ガスリングはダクタイル鋳鉄または鋼で作られることもあります。自由状態では、リングの外径はシリンダーの直径よりわずかに大きくなっています。シリンダーに取り付けられると、ピストンリングは弾性力を発生させてシリンダー壁に押し付けられ、加熱膨張時にピストンリングがシリンダー内で固着しないように、開口部に一定の隙間（エンドギャップまたは開口ギャップと呼ばれ、内燃機関のピストンリングの開口クリアランスは通常0.4～0.8mm）を確保する必要があります。ピストンリングがリング溝に取り付けられた後、高さ方向にも一定のクリアランス（サイドクリアランスと呼ばれ、内燃機関のピストンリングのサイドクリアランスは通常0.08～0.16mm）が必要です。ピストンリングをピストンに取り付ける際は、各リングの開口部を120°～180°ずらし、ピストンリングの開口部をピストンピンシート穴から45°以上ずらすことで、ピストンリングをシリンダーに取り付けた後のガス漏れ現象を防ぐ必要があります。
ピストンリングの動作条件を改善し、ピストンリングとシリンダーの適合性を向上させるために、ピストンリングには異なる断面形状が使用されているものがあり、取り付け時には特に注意が必要です。ガスリングの基本的な断面形状は長方形です。長方形リングは製造が容易で広く使用されていますが、慣らし運転性能が比較的劣り、エンジンのますます強化される要求を満たすことができません。この一般的な圧縮リングは、ガスリング溝に自由に取り付けることができます。一部のエンジンでは、円錐リング構造が使用されています。リングの作動面は0.5°から1.5°のテーパー角に作られており、リングの作動面とシリンダー壁との接触面が減少し、慣らし運転が速くなります。円錐角にはオイルを掻き取る機能もあります。ただし、円錐リングの摩耗が速く、耐用年数に影響します。角度のある面を下にして取り付けます。
内燃機関の中には、ツイストリングを使用するものがあります。ツイストリングの内円の上端または外円の下端の一部を切り取って段付き断面を形成します。この断面は内外非対称です。リングがシリンダーに装填され圧縮されると、非対称の内部力の作用により断面が大きく傾斜し、リングの外側表面が上部が小さく下部が大きいテーパー面を形成し、リングのサイズが小さくなります。シリンダー壁との接触面積が小さくなるため、リングがスムーズに動き、オイルを下方に掻き出す効果があります。さらに、リングの上下端面がリング溝の上下端面と対応する位置で接触するため、シール性能が向上するだけでなく、ピストンリングが溝内で上下に動いてポンプオイルの漏れや摩耗を引き起こすのを防ぎます。リングを取り付ける際は、上下の方向に注意する必要があります。逆向きに取り付けてはいけません。内側の切り込みは上向き、外側の切り込みは下向きにする必要があります。熱負荷の大きい内燃機関では、ガスリングの耐コークス性を向上させるために、台形リングがよく用いられます。リング端面とリング溝との間の嵌合ギャップは、横方向の力によってピストンが横方向に振れることで変化し、リング溝内のカーボン堆積物を粉砕して、ピストンリングの固着を防ぎます。このリングは、通常のガスリングと同様に自由に装着できます。
また、ガスリングバレルフェースリングという形状もあり、その作用面は凸状の円弧で、上下方向はシリンダー壁に対して楔形になっており、慣らし運転が容易で、潤滑性能に優れ、シール性も高い。このようなリングは、内燃機関の強化に広く用いられている。通常の圧縮リングと同様に、このリングもガスリング溝に自由に装着できる。
投稿日時：2022年8月4日