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エンジンの分解組み立てまで行うサンデーメカニックは相当手練れなのは間違いありません。そんなベテランでも、シリンダーにピストンを組み込む際は緊張し、注意が必要です。なぜならピストンリング破損のリスクがあるからです。そんな危険を回避する頼れる工具が「ピストンリングコンプレッサー」です。普段のメンテナンスではまずお目に掛かることのない専用工具ですが、その有用性を知ることで将来役に立つかもしれません。
高圧、高温の燃焼ガスをしっかり受け止めているピストンリング
ピストンリング溝の上から３列目にセットされるオイルリングは３ピース式で、波型のスペーサーの上下を薄いサイドレールで挟んで使用する。スペーサーの合い口は端部が上向きになるようにセットするのが一般的。
ピストンリングのサイドレールの合い口を突き合わせて押し縮めると、必ず一方向に「くの字」になる。スペーサーを挟む際に「くの字」側をスペーサー側に向ける。
シリンダー内で混合気を燃焼させて作動するのが内燃機関＝エンジンです。もう少し詳しく言えば、混合気が爆発的に燃焼した際に発生する圧力でピストンを押し下げ、その力でクランクシャフトを回転させてクラッチ→ミッション→ドライブチェーン→タイヤと動力を伝達することで走行します。
シリンダーとピストンの間には金属素材同士が焼き付かず、ガタが出ないような適度な隙間＝クリアランスが必要です。そして両者の隙間をさらに小さくするためにあるのがピストンリングです。
一般的な４ストロークエンジンの場合、ピストンリングは３本１セットで機能します。トップリングとセカンドリングは、シリンダー内で発生する高圧の燃焼圧力がピストンとシリンダーの隙間からクランクケース内に吹き抜けて逃げることを防止します。オイルリングはシリンダー壁面に付着するエンジンオイルをかき落として燃焼室内への混入を防ぎます。いずれのリングもピストンのリング溝に収まりながら、外向き＝シリンダー内壁に密着するよう張力が与えられています。
ピストンリングが受け止めているのは燃焼圧力だけではありません。ピストンは燃焼時に発生する高温を受け続けながらシリンダー内を往復しています。その中で、リング溝に収まりながらシリンダー壁面と接するピストンリングはピストンが受けた熱をシリンダーに伝達する役割も担っているのです。
ピストンと一緒にシリンダー内部を往復しているピストンリングは、気密性と放熱性（オイルリングについてはオイルコントロール性）を両立しながら、さらにフリクションロスを減少させるという重要な役割もあります。近年のピストンリングは、接触面積の減少によるフリクション減少と面圧上昇により気密性向上を両立するため。旧車や絶版車用と比べて格段に薄くなっています。
ピストンリングが経年劣化や張力低下するとどうなる？
セカンドリング（上）とトップリング（下）は、合い口に刻印が入っている側をピストン上面に向けてセットする。トップリングの外周面は窒化クロム処理や硬質クロームメッキなどの表面処理によって光沢があるのが一般的。 ピストンリングは３本ともピストン外径より大きく、このままではシリンダーが入らないので縮めなくてはならない。圧縮圧力が吹き抜けないよう、それぞれのリングの合い口位置をずらしているので、指で圧縮＝点で圧縮しても３本のリングを同時に縮めるのは難しい。また、最初はトップリングを圧縮してシリンダースリーブを入れて、次にセカンドリングを圧縮して……と作業を進めようとしても、各リングが接近しているため段階的に押し縮めるのも難しい。結局、３本のリングを同時に押さえる手段が必要になる。
どんな部品にも経年劣化はつきものです。ピストンリングの場合、シリンダー壁面に押しつけられ続けることで、リング表面の摩耗が進行することがあり得ます。それを防ぐため、トップリングの外周面には硬質クロームメッキや窒化クロム処理といった表面処理が施されています。
そのため、燃焼圧力の保持や燃焼熱の伝導は長期間に渡って維持されます。大半のバイクは、乗り換え時までピストンリングの劣化が問題になることはないというのが実態です。しかし走行距離が数十万キロに及ぶほどの過走行車や、高回転を維持し続けるレースやモータースポーツで使用される車両の中にはピストンリングが摩耗、劣化するものもあります。
ではピストンリングが劣化するとどのような症状が現れるのでしょうか。
最も顕著な症状は圧縮圧力の低下です。外向きの張力でピストンとシリンダーの隙間から逃げようとする圧縮圧力を封じ込めていることは先に述べた通りで、経年劣化などで張力が低下すると圧力が逃げ、その分ピストンを押し下げる力が減少してしまいエンジンのパワー不足の一因になります。
圧縮圧力を測定するにはコンプレッションゲージを使用します。プラグホールにゲージを取り付けてセルモーターでエンジンを回した時に発生する圧力が、サービスマニュアルに記載されている規定値を下回った場合、圧縮圧力の低下と判断します。圧縮圧力の低下は吸排気バルブの密閉度も大きな要素となるので、一概にピストンリングの摩耗だけが原因とは断言できませんが、走行距離が多くなるほどリング摩耗の可能性が高くなるのは事実です。
摩耗したり破損したピストンリングは交換によって機能を回復することができますが、交換時の難関となるのがシリンダー組み付け時のリング圧縮です。ピストンリングはアルファベットの「Ｃ」のように一部が切れたリング状になっていて、そのままではシリンダー内径よりリング外径の方が大きいため、切断部分（合い口）を縮めてシリンダーに挿入します。
この作業では３本のリングの合い口を同時に縮めなくてはなりませんが、それぞれのリングはそれぞれ外に開こうとするので足並みを揃えるのが大変です。シリンダーを無理に押しつければ、リングが曲がったり折れたりして使い物にならなくなります。ひとりで作業を行う場合、片手でピストンを持ちながら指でピストンリングを縮めて、もう一方の手でシリンダーを挿入することになりますが、近年のエンジンになるほど薄いリングから伝わる張力を感じづらく、その分ミスをする＝充分に縮まっていないリングにシリンダーを押しつけて損傷するリスクが高まります。
このような状況で頼りになるのが「ピストンリングコンプレッサー」です。原理としては３本のピストンリングをまとめて縮める＝一時的にピストンと同径にする「タガ」のような専用工具です。
工具としてさまざまな形状のものがあり、ネット上で検索すればDIYで製作した自作品を使用しているユーザーも数多くいるようです。いずれの場合でも、ピストンリングを圧縮することでシリンダー挿入時のトラブルを回避できます。
シリンダー挿入後にコンプレッサー自体が外れることが重要
ピストンリングコンプレッサーの一例。ベルトの長さによって対応するピストン径が変わるため、複数のベルトがセットになった製品もある。下の木片は、シリンダー挿入時にピストンの傾きを抑えるピストンベース。 ピストンの下側にピストンベースを挿入してクランクシャフトを回してピストンを固定し、ピストンリングコンプレッサーをピストンに巻き付ける。この時、３本のリングを同時にクランプしていることを確認する。 ピストンベースでピストンの傾きを抑えて、ピストンリングが確実に押し縮められているので、ピストンに手を添えることなくシリンダーを挿入できる。カクカクと首を振るピストンを支えながらピストンリングを指で押し縮めながらシリンダーを挿入しようとすれば、おのずとミスやトラブルが発生しやすいことも、この画像を見れば理解できるはず。 シリンダーの下縁でピストンリングコンプレッサーを押し下げていくと、３本のピストンリングは拡張することなくシリンダーに収まっていく。リング部分より下までシリンダーが入ったら、ベルトを取り外してピストンリングコンプレッサー自体を取り除く。バイクのエンジンを組み立てる際は、後から外せる工具を選ぶことが重要。 シリンダーヘッドを取り付ける前にクランクシャフトを回して、ピストンがスムーズにストロークすることを確認する。ピストンリングが厚い昔のエンジンは合い口部分が引っ掛かればシリンダーが入らなくなったが、オイルリングのサイドレールが薄い近年のエンジンは合い口部分が飛び出していても入ってしまうこともあるが、ピストンを往復させることでシリンダーに傷が付くので作業ミスに気づくこともある。ピストンリングコンプレッサーを使用すれば、そうしたミスやトラブルも回避できる。
ここでは250cc単気筒のスクーター用エンジン組立時にピストンリングコンプレッサーを活用した例を紹介します。４気筒エンジンに比べて難易度は低いものの、ピストン径はφ70mm以上あってリング自体が薄いので、合い口を縮めても他の部分がリング溝からはみ出した状態でシリンダーを挿入すればリングが曲がったりシリンダーを傷つけるリスクがあります。
使用したピストンリングコンプレッサーはスチール製のベルトタイプで、３本のリングを同時に縮めることができます。ベルトは規則的に波型の突起があり、突起部分の上辺は斜めにカットしてあります。
このベルトはハンドルを回すことで直径が狭まるので、ピストンリングにセットして３本のリングをピストンリング溝に収めます。
次にシリンダースリーブの下縁でピストンリングコンプレッサーのベルトを押し下げながら挿入すると、ピストンリングはリング溝からはみ出すことなくシリンダーに収まるため、実にスムーズに組み立てることができました。
ホームセンターなどで売っているステンレス製のホースバンドを流用して、コンプレッサーを自作する例もありますが、その際はリングを圧縮する部分の上縁をリングとぴったり合わせることが重要です。リングの上縁とシリンダースリーブの接触部分に隙間があると、シリンダーの下縁で押し下げる際に隙間からはみ出したリングが破損する恐れがあります。
もうひとつピストンリングコンプレッサーで大切なことは、シリンダーをセットした後でコンプレッサー自体が外れるようにしておくことです。ここで使用している製品もピストンリングを縮めるベルトとハンドルは分割式で、シリンダーが３本のピストンリングの下まで入ったら、ベルトを外して取り外すことができます。
ピストンリングコンプレッサーの中には、主に自動車用エンジンを想定した筒型の製品もあります。自動車用エンジンの場合、ピストンはシリンダー上面から挿入するのが一般的なので筒状でも問題ありませんが、バイクのエンジンはピストンに対してシリンダーを挿入するのがポピュラーなので、筒状の工具では後から外せなくなる場合もあるのです。
多くのライダーにとってエンジンのオーバーホールという重整備はほぼ無関係でしょう。しかしバイクいじりに興味のあるサンデーメカニックにとって、ピストンリング組み付けの緊張感は理解できるはずです。そこで失敗して泣きを見ないためにも、ピストンリングコンプレッサーの価値を知っておくことは重要です。
- ポイント1・ピストンリングはレシプロエンジンの性能を左右する重要なパーツである
- ポイント2・修理やメンテナンスでピストンリングを交換する際、リングの張力に負けない力で押し縮めながらシリンダーに挿入するのは難しく、トラブルの原因になることが多い
- ポイント3・ピストンリングコンプレッサーを使用することでピストンリングにダメージを与えることなくシリンダーを装着できる
