CN116324230B - 活塞环的组合以及活塞与活塞环的组合结构 - Google Patents

Abstract

一种安装于活塞的活塞环的组合，包括第一压缩环、第二压缩环、第三压缩环以及油环，在将第一压缩环的轴向宽度设为h11、将第二压缩环的轴向宽度设为h12、将所述第三压缩环的轴向宽度设为h13、将油环的轴向宽度设为h14时，h11≥h12且h11≥h13，在设为h1TOTAL＝h11+h12+h13+h14时，h1TOTAL≥3.9mm。

Description

活塞环的组合以及活塞与活塞环的组合结构

技术领域

本发明涉及在以柴油机为代表的压缩点火发动机中安装于活塞的活塞环的组合以及活塞与活塞环的组合结构。

背景技术

普通汽车所搭载的内燃机采用将包括压缩环(压力环)和油环的活塞环的组合装接在形成于活塞上的环槽的构成。在活塞的轴向上，压缩环设于燃烧室侧，油环设于曲柄室侧，它们通过在气缸的内壁面滑动来发挥能力。离燃烧室最远的油环具有：通过将附着在气缸的内壁面的多余的机油(润滑油)向曲柄室侧刮落来抑制油流出到燃烧室侧(油上升)的油封功能、通过调整油量以使润滑油膜适当地保持在气缸的内壁面来防止伴随内燃机的运转的压缩环、活塞的烧结的功能。压缩环具有：通过保持气密来抑制燃烧气体从燃烧室侧流出到曲柄室侧(漏气)的气封功能、通过刮落油环未刮落的多余的油来抑制油上升的油封功能。普通汽车所搭载的柴油发动机所例示的压缩点火发动机一般使用两个压缩环和一个油环。

与此相关，专利文献1中公开了在将多个活塞环安装于活塞的内燃机中，使活塞环的闭口间隙的宽度在最上段的活塞环中最大，并随着成为下段的活塞环而变小的结构。由此，各环被推压在气缸套上的力相等，能够使各环的磨耗量为相同程度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开昭62-063460号公报

专利文献2：日本特公平05-025024号公报

发明内容

发明所要解决的问题

随着近年的内燃机的高输出化，在环境性能上的对策是当务之急，特别是，减少漏气成为重要的问题。在以柴油发动机为例的压缩点火发动机中，特别是在大型柴油发动机中，虽然目的不同，但是通过使用三个以上的压缩环，即使在任一个环产生磨耗等，也能进行长期维持作为压缩环的功能，减少维护频率。然而，为了将三个以上的压缩环安装于活塞，需要延长活塞的轴向长度，因此活塞的重量增加，发动机主体的重量也增加。特别是在高压缩比的柴油发动机中，为了使气密性提高而使用三个以上的压缩环会导致活塞的重量增加、摩擦增大，对于搭载于轿车等的小型柴油发动机而言，重视活塞的轻量化和低摩擦，因此增加压缩环的个数是困难的。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种在以柴油发动机为例的压缩点火发动机中，能够在抑制摩擦增加、活塞的重量增加的同时减少漏气的技术。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明采用在活塞上安装三个压缩环和一个油环的构成，但为了抑制伴随于此的摩擦的增大、活塞重量的增加，着眼于各压缩环特别是第三环(第三压缩环)的功能。具体而言，在确保各压缩环的强度的同时使其薄幅化，通过考虑轴向宽度的适当组合的基础上还考虑张力的适当分配，能在抑制摩擦增大的同时减少漏气。而且，除了考虑各活塞环区部的轴向长度之外，还考虑环区空间的容积分配，由此能在抑制活塞的重量增加的同时减少漏气。

具体而言，本发明是一种活塞环的组合，其是安装于装接于压缩点火发动机的气缸的活塞的多个活塞环的组合，其中，所述活塞环的组合包括：第一压缩环，安装于离燃烧室最近的位置；第二压缩环，安装于所述第一压缩环之后靠近燃烧室的位置；油环，安装于离所述燃烧室最远的位置；以及第三压缩环，安装于所述第二压缩环与所述油环之间的位置，在将所述第一压缩环的轴向宽度设为h11、将所述第二压缩环的轴向宽度设为h12、将所述第三压缩环的轴向宽度设为h13、将所述油环的轴向宽度设为h14时，h11≥h12且h11≥h13，在设为h1TOTAL＝h11+h12+h13+h14时，h1TOTAL≥3.9mm。

在本发明中，也可以是，在将所述第一压缩环的张力设为Ft1、将所述第二压缩环的张力设为Ft2、将所述第三压缩环的张力设为Ft3、将所述油环的张力设为Ft4、将所述压缩点火发动机的气缸内径的直径设为d1时，Ft1＞Ft3，在设为FtTOTAL＝Ft1+Ft2+Ft3+Ft4时，0.68N/mm≥FtTOTAL/d1。

在本发明中，也可以是，在将所述第三压缩环安装于所述活塞且将所述活塞装接于所述气缸的状态下所述第三压缩环的扭转角度为20′±40′。

在本发明中，也可以是，所述第三压缩环的外周面形成为锥形形状或锥形底切形状。

在本发明中，也可以是，2.0mm≥h11、2.0mm≥h12、1.5mm≥h13。

在本发明中，也可以是，所述油环是所谓的两件式油环，包括：环主体，在轴向两侧设有向径向外侧突出的一对轨道部；以及扩展器，对所述环主体向径向外侧施力。

此外，本发明也可以是一种活塞与活塞环的组合结构，其是具备所述活塞与所述活塞环的组合的压缩点火发动机的活塞与活塞环的组合结构，其中，在所述活塞的外周面形成有：第一环槽，供装接所述第一压缩环；第二环槽，供装接所述第二压缩环；第三环槽，供装接所述第三压缩环；以及油环槽，供装接所述油环，在将所述活塞的轴向上的从所述第一环槽的燃烧室侧的端面至所述油环槽的曲柄室侧的端面的长度设为Lp时，Lp≥6.3mm，在将所述活塞的外周面中由所述第一环槽与所述第二环槽划定的区域即第二环区部在所述活塞的轴向上的长度设为Lp2、将所述活塞的外周面中由所述第三环槽与所述油环槽划定的区域即第四环区部在所述活塞的轴向上的长度设为Lp4时，Lp2＞Lp4。

在本发明中，也可以是，在将所述活塞的外周面中由所述第二环槽与所述第三环槽划定的区域即第三环区部在所述活塞的轴向上的长度设为Lp3时，Lp3≥Lp4、Lp3≥0.7mm、Lp4≥0.6mm。

在本发明中，也可以是，在将由所述活塞、所述气缸、所述第一压缩环和所述第二压缩环围成的空间即第二空间的容积设为V2、将由所述活塞、所述气缸、所述第三压缩环和所述油环围成的空间即第四空间的容积设为V4时，V2＞V4。

在本发明中，也可以是，在将所述压缩点火发动机的气缸内径的直径设为d1、设Vp＝(d1/2)²×π×Lp时，V4/Vp≥0.00027。

发明效果

根据本发明，在压缩点火发动机中，能在抑制活塞的重量增加的同时减少漏气。

附图说明

图1是表示具备实施方式的活塞结构的压缩点火发动机的一部分的图。

图2是具备实施方式的活塞结构的压缩点火发动机的局部剖视图。

图3是实施方式的活塞的局部剖视图。

图4是具备比较例的活塞结构的压缩点火发动机的局部剖视图。

图5是将实施例的活塞结构与比较例的活塞结构的漏气量进行比较的图表。

图6是表示第三环的扭转角度与漏气量的关系的曲线图。

图7是表示第三环的扭转角度与油消耗量的关系的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。在以下说明的实施方式中将本发明的活塞与活塞环的组合结构应用于以柴油发动机为例的压缩点火发动机。需要说明的是，只要没有特别记载，以下的实施方式所记载的构成就不旨在将发明的技术范围仅限于此。

[整体构成]

图1是表示具备实施方式的活塞与活塞环的组合结构(以下称为活塞结构)110的压缩点火发动机100的一部分的图。图2是具备实施方式的活塞结构110的压缩点火发动机100的局部剖视图。图3是实施方式的活塞20的局部剖视图。在图2和图3中图示了沿着活塞的中心轴的截面。如图1所示，实施方式的压缩点火发动机100具备：气缸10、装接于气缸10的活塞20以及安装于活塞20上的由多个活塞环构成的活塞环的组合120。如图2所示，在压缩点火发动机100中，通过在活塞20的外周面20a和气缸10的内壁面10a之间确保规定的分离距离D1，形成活塞间隙PC1。在压缩点火发动机100中，将附图标记30所示的燃烧室侧设为上侧，将附图标记40所示的曲柄室侧设为下侧。在压缩点火发动机100中，包括活塞20与活塞环的组合120的结构为活塞结构110。以下，对活塞结构110进行说明。

[活塞]

如图3所示，在活塞20的外周面20a，在活塞20的轴向上隔着规定的间隔从上侧(燃烧室30侧)起依次形成有第一环槽201、第二环槽202、第三环槽203以及第四环槽204。以下，在不区分第一环槽201、第二环槽202、第三环槽203以及第四环槽204而进行说明的情况下，仅称为“环槽”。

环槽作为绕活塞20的轴环状地延伸的槽而形成于外周面20a的整周。如图2所示，各环槽形成为包括上下对置配置的一对槽壁(内壁)。在一对槽壁中，将上侧的槽壁称为上壁W1，将下侧的槽壁称为下壁W2。此外，将各环槽中连接上壁W1的内周缘与下壁W2的内周缘的槽壁称为底壁W3。需要说明的是，在第四环槽204的底壁W3形成有用于将流到第四环槽204内的油向曲柄室40排出的排油孔H1。但是，也可以在第四环槽204不形成排油孔H1。

如图3所示，通过在活塞20上形成环槽，在活塞20上从燃烧室侧起依次划定有第一环区部L1、第二环区部L2、第三环区部L3、第四环区部L4以及裙部PS1。第一环区部L1是比第一环槽201靠燃烧室30侧的部位。第二环区部L2是第一环槽201与第二环槽202之间的部位。第三环区部L3是第二环槽202与第三环槽203之间的部位。第四环区部L4是第三环槽203与第四环槽204之间的部位。裙部PS1是比第四环槽204靠曲柄室40侧的部位。以下，将第二环区部L2的活塞20的轴向上的长度(轴向长度)设为Lp2，将第三环区部L3的轴向长度设为Lp3，将第四环区部L4的轴向长度设为Lp4。此外，将第二环区部L2处的活塞20的直径设为将第三环区部L3处的活塞20的直径设为/>将第四环区部L4处的活塞20的直径设为然后，如图3所示，在活塞20中，将从第一环槽201的燃烧室30侧的端面即上壁W1到第四环槽204的曲柄室40侧的端面即下壁W2的区域设为环装接区域20b。此外，将环装接区域20b的轴向长度设为Lp。

[活塞环]

如图2所示，在实施方式的活塞结构110中，在活塞20上安装有包括包括顶环1、第二环2、第三环3的三个压缩环(压力环)和一个油环4的合计四个活塞环的组合120。在本说明书中，在不区分顶环1、第二环2、第三环3以及油环4而进行说明时，仅称为“活塞环”。活塞环安装在装接于内燃机的气缸的活塞，是随着活塞的往复运动而在气缸的内壁面滑动的滑动构件。在实施方式中，在第一环槽201装接有顶环1，在第二环槽202装接有第二环2，在第三环槽203装接有第三环3，在第四环槽204装接有油环4。以下，如图2所示，将各活塞环安装于活塞20且活塞20装接于气缸10的状态称为“使用状态”。此外，如图2所示，将沿着活塞环的中心轴的方向(轴向)定义为活塞环的“上下方向”。此外，在活塞环的轴向中，将压缩点火发动机100中的燃烧室30侧(图2中的上侧)定义为“上侧”，将其相反侧即曲柄室侧(图2中的下侧)定义为“下侧”。此外，在本说明书中，“筒形形状”是指在活塞环中包括成为最大直径的顶部且以向径向外侧呈凸状的方式弯曲的外周面形状，包括顶部位于上下中央的对称筒形形状、顶部比上下中央向上下任一方偏移的偏心筒形形状。

顶环1是在构成活塞环的组合120的多个活塞环中安装于离燃烧室30最近的位置的压缩环。顶环1相当于本发明的“第一压缩环”的一个例子。

本例的顶环1的截面形状为长方形。该顶环1具有外周面11、内周面12、上表面13以及下表面14。由上表面13和下表面14规定顶环1在轴向上的宽度。外周面11形成为筒形形状。在压缩点火发动机100中，顶环1以作为其轴向上的两端面的一方的上表面13面向上侧且作为另一方的下表面14面向下侧，外周面11与气缸10的内壁面10a滑动接触的方式安装在活塞20上。需要说明的是，本发明的第一压缩环的形状不限于上述。第一压缩环可以采用各种形状的压缩环。例如，第一压缩环也可以是其外周面为直线形状、锥形形状。此外，第一压缩环也可以是其截面形状为斜面形状、梯形形状、半梯形形状。

第二环2是在构成活塞环的组合120的多个活塞环中，安装于顶环1之后靠近燃烧室30的位置的压缩环。第二环2相当于本发明的“第二压缩环”一个例子。

本例的第二环2的截面形状与顶环1相同为长方形。该第二环2具有外周面21、内周面22、上表面23以及下表面24。由上表面23和下表面24规定第二环2在轴向上的宽度。外周面21以随着朝向下侧而扩宽的方式形成为倾斜的锥形形状。

第三环3是安装于第二环2与油环4之间的位置上的压缩环。第三环3相当于本发明的“第三压缩环”的一个例子。该第三环3具有外周面31、内周面32、上表面33以及下表面34。由上表面33和下表面34规定第三环3在轴向上的宽度。本例的第三环3使用与第二环2相同的形状。就是说，本例的第三环3的截面形状为长方形、外周面31为锥形形状。

需要说明的是，本发明的第二压缩环和第三压缩环的形状不限于上述。第二压缩环和第三压缩环可以采用各种形状的压缩环。例如，其外周面也可以为筒形形状、锥形形状。此外，其截面形状也可以为斜面形状、梯形形状、半梯形形状、刮板(阶梯)形状。此外，各压缩环的形状也可以不同。

在使用状态下，这些顶环1、第二环2以及第三环3具有使外周面按压气缸10的内壁面10a的自我张力。由此，能得到气封功能、油封功能。

在图1中，附图标记G1表示形成于顶环1的闭口间隙，附图标记G2表示形成于第二环2的闭口间隙，附图标记G3表示形成于第三环3的闭口间隙。将顶环1的闭口间隙G1的大小设为C1，将第二环2的闭口间隙G2的大小设为C2，将第三环3的闭口间隙G1的大小设为C3。

油环4是安装于构成活塞环的组合120的多个活塞环中离燃烧室30最远的位置的活塞环。如图2所示，本例的油环4是所谓两件式的组合油环，具备一对轨道部51、51一体化而成的油环主体5和对油环主体5向径向外侧施力的线圈扩展器6。

一对轨道部51、51以沿着油环4的周长方向的方式形成为环状，在油环4的轴向上排列设置。本例的油环4将一对轨道部51、51设为相同的形状。一对轨道部51、51的各个外周面形成为直线形状。线圈扩展器6设于油环主体5的径向内侧，对油环主体5向径向外侧施力。由此，一对轨道部51、51按压气缸10的内壁面10a。由此，能得到油封功能。

需要说明的是，本发明的油环的形状不限于上述。在实施方式中，将一对轨道部51、51的形状设为相同，但本发明也可以将一对轨道部的形状设为不同。此外，轨道部的外周端面的形状并不限定于直线形状，也可以是对称筒形形状、锥形形状、偏心筒形形状等。此外，一对轨道部的外周端面的形状也可以各不相同。此外，在实施方式中，油环为所谓两件式油环，但油环也可以是不具有线圈扩展器而通过单体构件发挥功能的形态。此外，本发明也可以为所谓三件式油环，是由以沿着该油环的周长方向的方式形成为环状且相互独立地在所述油环的轴向上排列设置的一对切片(Segment)和配置在所述一对切片彼此之间的间隔扩展件(Spacer Expander)构成的方式。

在此，如图2所示，将顶环1的轴向宽度设为h11，将第二环2的轴向宽度设为h12，将第三环3的轴向宽度设为h13，将油环4的轴向宽度设为h14。此外，将压缩环的轴向宽度的合计设为h1COMP，将活塞环的轴向宽度的合计设为h1TOTAL。就是说，h1COMP＝h11+h12+h13，h1TOTAL＝h11+h12+h13+h14。

[环区空间]

如图2所示，气缸10的内壁面10a与活塞20的外周面20a之间的空间由活塞环分隔，由此形成第二环区空间50a、第三环区空间50b以及第四环区空间50c。

第二环区空间50a是由气缸10、活塞20、顶环1和第二环2包围而成的空间。更详细地，第二环区空间50a由气缸10的内壁面10a、在活塞20的第二环区部L2的外周面20a、顶环1的下表面14和第二环2的上表面23划定。

第三环区空间50b是由气缸10、活塞20、第二环2和第三环3包围而成的空间。更详细地，第三环区空间50b由气缸10的内壁面10a、在活塞20的第三环区部L3的外周面20a、第二环2的下表面24和第三环3的上表面33划定。

第四环区空间50c是由气缸10、活塞20、第三环3和油环4包围而成的空间。更详细地，第四环区空间50c由气缸10的内壁面10a、在活塞20的第四环区部L4的外周面20a、第三环3的下表面34和油环4的上表面划定。

在此，将第二环区空间50a的容积设为V2，将第三环区空间50b的容积设为V3，将第四环区空间50c的容积设为V4。各环区空间的容积基于气缸10的内径、活塞20的外径以及相邻环槽彼此的间隔(各环区部的轴向长度)等导出。具体而言，如图1所示，若将气缸内径的直径(气缸10的内径)设为d1，则能够表示为： 需要说明的是，也可以在各环区部形成凹部、倒角部等缺口部。由此，能够调整各环区空间的容积。此外，各环区空间的容积也包括凹部、倒角部等缺口部的容积。

图4是具备比较例的活塞结构210的压缩点火发动机200的局部剖视图。比较例的活塞结构210与活塞结构110不同点在于：在活塞20没有形成第三环槽203，安装在活塞20上的活塞环的组合220不具有第三环3。因此，活塞结构210的第三环区空间50b由第二环2和油环4划定。此外，在活塞结构210中没有形成第四环区空间50c。

在此，在压缩点火发动机中，存在靠近燃烧室的第二环区空间的压力高于第三环区空间的压力的倾向，但若其压力差大，则流入到第二环区空间的气体容易穿过第二环的闭口间隙向第三环区空间流出，成为漏气增加的要素。特别是，在为了实现高输出化而筒内压高的压缩点火发动机中，其倾向变得显著。

与此相对，在实施方式的活塞结构110中，通过在第二环2和油环4之间安装有第三环3，由第二环2和第三环3划定第三环区空间50b。因此，在实施方式中，与在第二环和油环之间未安装有压缩环的比较例的活塞结构210相比，通过第三环3密封气体，能够提高第三环区空间50b的压力。由此，与比较例的活塞结构210相比，能够减小第二环区空间50a与第三环区空间50b的压力差，能够抑制从第二环区空间50a向第三环区空间50b的气体的流出。其结果是，能够减少漏气。就是说，活塞结构110通过将顶环1和油环4之间所安装的压缩环的个数从一个增加到两个以使第二环区空间50a与第三环区空间50b的压力差减小，能够提高所谓迷宫效果、提高气封性能。

而且，在实施方式的活塞结构110中，通过使用薄型的压缩环，即使不使环装接区域20b的轴向长度Lp比比较例长，也能安装三个压缩环。就是说，无需延长活塞20的轴向长度。由此，能够在抑制活塞20重量的增加的同时减少漏气。

[实施例]

表1表示本发明的实施例1～4和比较例1～4的活塞与活塞环的组合结构中的各活塞环的轴向宽度和各环区部的轴向长度。

[表1] 单位：mm

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	比较例1	比较例2	比较例3	比较例4
									顶环的轴向宽度：h11	1	1.2	1.5	2	1	1.2	1.5	2
第二环区部的轴向长度：Lp2	1.1	2.1	4	8.5	1.8	3.5	5.8	11.5
									第二环的轴向宽度：h12	0.7	1.2	1.2	2	0.7	1.2	1.2	2
第三环区部的轴向长度：Lp3	0.7	1.8	3	6.5	1.3	2.9	4.7	10.5
									第三环的轴向宽度：h13	0.7	1	1.2	1.5	-	-	-	-
第四环区部的轴向长度：Lp4	0.6	1.5	2.3	5.5	-	-	-	-
									油环的轴向宽度：h14	1.5	2	4	4	1.5	2	4	4
环安装区域的轴向长度：Lp	6.3	10.8	17.2	30	6.3	10.8	17.2	30
									活塞环的轴向宽度的合计：h1TOTAL	3.9	5.4	7.9	9.5	3.2	4.4	6.7	8
压缩环的轴向宽度的合计：h1COMP	2.4	3.4	3.9	5.5	1.7	2.4	2.7	4

实施例1～实施例4与图1～图3所示的活塞结构110相同地构成。比较例1～比较例4与图4所示的活塞结构210相同地构成。如表1所示，环装接区域20b的轴向长度Lp近似于顶环1的轴向宽度h11、第二环区部L2的轴向长度Lp2、第二环2的轴向宽度h12、第三环区部L3的轴向长度Lp3、第三环3的轴向宽度h13、第四环区部L4的轴向长度Lp4以及油环4的轴向宽度h14的合计值。

如表1所示，在实施例1～4的活塞结构中，h11≥h12，且h11≥h13，h1TOTAL≥3.9mm。顶环1安装在三个压缩环中离燃烧室最近的位置，因此成为由燃烧气体的压力引起的负荷最大的压缩环。在实施例1～4中，通过将各活塞环的轴向宽度的合计即h1TOTAL设为3.9mm以上，同时将三个压缩环中的顶环1的轴向宽度h11设为最大，能够确保顶环1的强度。由此，能够确保各活塞环的强度的同时使它们薄幅化。此外，通过将第二环2和第三环3的宽度设为比顶环1薄，能够使第二环2和第三环3轻量化。需要说明的是，本发明也可以如实施例1、实施例3那样，设为h11＞h12。而且，在实施例2～4的活塞结构中，通过设为h1TOTAL≥5.4mm，进一步提高各活塞环的强度。但是，本发明不限于此。

此外，在实施例1～4的活塞结构中，为10mm≥h1TOTAL。通过以h1TOTAL为10mm以下的方式使各活塞环为薄幅，能够抑制环装接区域20b的轴向长度Lp变长。其结果是，能在抑制活塞20的重量的增加的同时，通过三个压缩环减少漏气。而且，在实施例1～4的活塞结构中，通过设为9.5mm≥h1TOTAL，进一步抑制活塞20的重量增加。此外，在实施例1～4的活塞结构中，通过将各压缩环设为薄幅，设为5.5mm≥h1COMP，实现活塞20的重量增加的抑制。特别是，在实施例1～3的活塞结构中，通过设为3.9mm≥h1COMP，进一步抑制活塞20的重量增加。但是，本发明不限于此。

此外，在实施例1～4的活塞结构中，为2.0mm≥h11、2.0mm≥h12、1.5mm≥h13。通过这样将各压缩环设为薄幅，能够进一步缩短环装接区域20b的轴向长度Lp。此外，通过使第三环3变薄而轻量化，能够减小第三环3的惯性力。由此，能够减轻第三环3的翘起，提高第三环3的下表面34的密封性能。

此外，在实施例1～4的活塞结构中，为Lp≥6.3mm，Lp2＞Lp4。通过将环装接区域20b全体的轴向长度Lp设为6.3mm以上，将更靠近燃烧室且需要强度的第二环区部L2的轴向长度Lp2设为比第四环区部L4的轴向长度Lp4长，能够确保各环区部的强度。此外，通过设为Lp2＞Lp4，能够如后所述使V2＞V4。需要说明的是，也可以如实施例2～4那样，设为Lp≥10.8mm。由此，能够提高各环区部的强度。但是，本发明不限于此。

此外，在实施例1～4的活塞结构中，为30mm≥Lp。通过将各压缩环、各环区部设为薄幅来使Lp为30mm以下，能够抑制活塞20的重量的增加。但是，本发明不限于此。

此外，在实施例1～4的活塞结构中，为Lp3≥Lp4，Lp3≥0.7mm，Lp4≥0.6mm。通过将比第四环区部L4靠近燃烧室的第三环区部L3的轴向长度Lp3设为比第四环区部L4的轴向长度Lp4长，将Lp3设为0.7mm以上，将Lp4设为0.6mm以上，能够适当地确保第三环区部L3和第四环区部L4的强度。

此外，如上所述，在实施例1～4的活塞结构中，通过设为Lp2＞Lp4，从而V2＞V4。据此，通过将远离燃烧室的第四环区空间50c的容积V4设为比第二环区空间50a的容积V2小，与V4比V2大的情况相比，能够减小相邻环区空间彼此的压力差。由此，能够减少从第二环区空间50a流向第三环区空间50b的气体、从第三环区空间50b流向第四环区空间50c的气体。但是，本发明不限于此。

图5是将实施例的活塞结构与比较例的活塞结构的漏气量进行比较的图表。图5的横轴表示环装接区域的轴向长度Lp，纵轴表示漏气量的比率。如图5所示，相比于比较例，实施例的漏气量少。

需要说明的是，在实施方式中，在设为Vp＝(d1/2)²×π×Lp时，优选V4/Vp≥0.00027。但是，本发明不限于此。Vp为环装接区域20b上的气缸内径的容积。通过设为V4/Vp≥0.00027，能够抑制第四环区空间50c的压力过度上升。由此，能够减轻第三环3的翘起，提高第三环3的下表面34的密封性能。

在此，将顶环1的张力设为Ft1，将第二环的张力设为Ft2，将第三环的张力设为Ft3，将油环4的张力设为Ft4，设为FtTOTAL＝Ft1+Ft2+Ft3+Ft4。即，FtTOTAL是各活塞环的张力的总和。此时，从减少摩擦的观点来看，优选设为Ft1＞Ft3，0.68N/mm≥FtTOTAL/d1。但是，本发明不限于此。据此，通过将离燃烧室30最近的顶环1的张力Ft1设为比第三环3的张力Ft3大，能够适当地保持减少漏气的性能。此外，通过设为0.68N/mm≥FtTOTAL/d1，即使使用四个活塞环，也能够实现与以往使用三个活塞环的活塞结构相同程度的摩擦。就是说，能够抑制摩擦的增加。需要说明的是，从减少摩擦的观点来看，更优选设为0.57N/mm≥FtTOTAL/d1，进一步优选设为0.54N/mm≥FtTOTAL/d1。

此外，从第三环3的密封性能的观点来看，在将第三环3安装于活塞20且将活塞20装接于气缸10的使用状态下，优选第三环3的扭转角度为20′±40′。扭转角度被定义为第三环3的轴向端面(上下表面)相对于水平面(与活塞的轴正交的平面)的倾斜角度。将轴向端面朝向径向外侧向上方(燃烧室侧)倾斜的情况设为正值，将朝向径向外侧向下方(曲柄室侧)倾斜的情况设为负值。此外，在扭转角度的测定中，例如，也可以使用在将闭口封闭的第三环3插入到直径与气缸内径的直径d1相等的测定用环规内的状态下，使用表面粗糙度计等测定轴向端面来计算扭转角度的方法。在实施方式中，通过第三环3在上述范围内具有扭转，当第三环3受到第三环区空间50b的压力时，能够提高第三环3的下表面34的密封性能。图6表示第三环3的扭转角度(扭转量)与漏气量的关系的曲线图。图6的横轴表示第三环3的扭转角度，纵轴表示漏气量的比率。如图6所示，在扭转角度为-20′～80′的范围内，第三环的气封性能充分发挥，漏气显著减少。此外，图7是表示第三环3的扭转角度(扭转量)与油消耗量的关系的图表。图7的横轴表示第三环3的扭转角度，纵轴表示油消耗量的比率。此外，如图7所示，在扭转角度为在负侧比-20′大的情况、在正侧比60′大的情况下，能观察到第三环3的油封性能不能充分发挥、油消耗恶化的倾向。由此，通过将第三环3的扭转角度设为20′±40′，能够适当地提高第三环3的密封性能、减少漏气和油消耗。需要说明的是，本发明的第三压缩环的扭转角度并不限定于20′±40′。

在此，通过设置第三环3，利用第三环3的气封性能来使漏气减少，因此，当油上升到比第三环3靠燃烧室侧时，则难以通过漏气对油的吹落效果来吹落油，恐怕会使油消耗增加。与此相对，在实施方式的活塞结构110中，将第三环3的外周面31的形状设为刮油性能高的锥形形状。据此，油难以上升到比第三环3靠燃烧室侧，因此能够抑制油消耗。需要说明的是，从提高刮油性能的观点来看，第三环3的外周面31也可以是以随着朝向下侧而扩宽的方式倾斜且下部被切掉的锥形底切形状。而且，也可以将油环4的一对轨道部51、51的至少一方的外周面的形状设为刮油性能高的偏心筒形形状。由此，能够进一步抑制油上升到比第三环3靠燃烧室侧，更适当地抑制油消耗。但是，本发明不限于此。

此外，在实施方式的活塞结构110中，也可以将顶环1的闭口间隙G1的大小C1与第三环3的闭口间隙G3的大小C3设为C1≥C3。由此，能够提高第三环3的气封性能。

此外，从第三环3的下表面34的密封性能的观点来看，也可以将下表面34的表面粗糙度Rz设为8μm以下。如此，通过减小第三环3的下表面34粗糙度，能够提高下表面34的密封性能。需要说明的是，Rz是JISB0601所规定的最大高度。此外，也可以由树脂材料形成第三环3。通过使第三环3为树脂制而轻量化，能够减小第三环3的惯性力。由此，能够减轻第三环3的翘起，提高下表面34的密封性能。

需要说明的是，在上述的实施方式中，活塞20通过一体成形的铸造、锻造而成形，但活塞20也可以通过环区部为分体的组装式构成。例如，也可以将环状的构件安装于活塞作为环区部。通过由高强度材料形成环区部的构件，能够缩短环区部的轴向长度。

以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但可以尽可能地组合上述的各种方式。

附图标记说明

100、200：压缩点火发动机；110、210：活塞与活塞环的组合结构；120、220：活塞环的组合；10：气缸；20：活塞；30：燃烧室；40：曲柄室；1：顶环(第一压缩环的一个例子)；2：第二环(第二压缩环的一个例子)；3：第三环(第三压缩环的一个例子)；4：油环。

Claims (9)

1.一种活塞与活塞环的组合结构，其是具备装接于压缩点火发动机的气缸的活塞和安装于所述活塞的多个活塞环的组合的、压缩点火发动机的活塞与活塞环的组合结构，其中，

所述多个活塞环的组合包括：第一压缩环，安装于离燃烧室最近的位置；第二压缩环，安装于所述第一压缩环之后靠近燃烧室的位置；油环，安装于离所述燃烧室最远的位置；以及第三压缩环，安装于所述第二压缩环与所述油环之间的位置，

在将所述第一压缩环的轴向宽度设为h11、将所述第二压缩环的轴向宽度设为h12、将所述第三压缩环的轴向宽度设为h13、将所述油环的轴向宽度设为h14时，h11≥h12且h11≥h13，

在设为h1TOTAL＝h11+h12+h13+h14时，10mm≥h1TOTAL≥3.9mm，

在所述活塞的外周面形成有：第一环槽，供装接所述第一压缩环；第二环槽，供装接所述第二压缩环；第三环槽，供装接所述第三压缩环；以及油环槽，供装接所述油环，

在将所述活塞的轴向上的从所述第一环槽的燃烧室侧的端面至所述油环槽的曲柄室侧的端面的长度设为Lp时，Lp≥6.3mm，

在将所述活塞的外周面中由所述第一环槽与所述第二环槽划定的区域即第二环区部在所述活塞的轴向上的长度设为Lp2、将所述活塞的外周面中由所述第三环槽与所述油环槽划定的区域即第四环区部在所述活塞的轴向上的长度设为Lp4时，Lp2＞Lp4。

2.根据权利要求1所述的活塞与活塞环的组合结构，其中，

在将所述第一压缩环的张力设为Ft1、将所述第二压缩环的张力设为Ft2、将所述第三压缩环的张力设为Ft3、将所述油环的张力设为Ft4、将所述压缩点火发动机的气缸内径的直径设为d1时，Ft1＞Ft3，

在设为FtTOTAL＝Ft1+Ft2+Ft3+Ft4时，0.68N/mm≥FtTOTAL/d1。

3.根据权利要求1或2所述的活塞与活塞环的组合结构，其中，

在将所述第三压缩环的轴向端面相对于与所述活塞的轴正交的平面的倾斜角度设为扭转角度，所述轴向端面朝向径向外侧向燃烧室侧倾斜的情况下将扭转角度设为正值，朝向径向外侧向曲柄室侧倾斜的情况下将扭转角度设为负值时，在将所述第三压缩环安装于所述活塞且将所述活塞装接于所述气缸的状态下所述第三压缩环的扭转角度为20′±40′。

4.根据权利要求1或2所述的活塞与活塞环的组合结构，其中，

所述第三压缩环的外周面形成为锥形形状或以随着朝向作为曲柄室侧的下侧而扩宽的方式倾斜且下部被切掉的锥形底切形状。

5.根据权利要求1或2所述的活塞与活塞环的组合结构，其中，

2.0mm≥h11、2.0mm≥h12、1.5mm≥h13。

6.根据权利要求1或2所述的活塞与活塞环的组合结构，其中，

所述油环包括：环主体，在轴向排列设有向径向外侧突出的一对轨道部；以及扩展器，对所述环主体向径向外侧施力。

7.根据权利要求1或2所述的活塞与活塞环的组合结构，其中，

在将所述活塞的外周面中由所述第二环槽与所述第三环槽划定的区域即第三环区部在所述活塞的轴向上的长度设为Lp3时，Lp3≥Lp4、Lp3≥0.7mm、Lp4≥0.6mm。

8.根据权利要求1或2所述的活塞与活塞环的组合结构，其中，

在将由所述活塞、所述气缸、所述第一压缩环和所述第二压缩环围成的空间即第二空间的容积设为V2、将由所述活塞、所述气缸、所述第三压缩环和所述油环围成的空间即第四空间的容积设为V4时，V2＞V4。

9.根据权利要求1或2所述的活塞与活塞环的组合结构，其中，

在将由所述活塞、所述气缸、所述第三压缩环和所述油环围成的空间即第四空间的容积设为V4、将所述压缩点火发动机的气缸内径的直径设为d1、设Vp＝(d1/2)²×π×Lp时，V4/Vp≥0.00027。