CN116892461A - 活塞及船用内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够防止气缸的内周面发生刮花的情况的活塞及船用内燃机。活塞具备：在形成有船用内燃机的燃烧室的气缸的内部进行往复运动的活塞主体、及以在所述活塞主体的往复运动方向上排列的方式设置于所述活塞主体的外周部并与所述气缸的内周面滑动接触的多个活塞环。所述多个活塞环中的设置于最下侧的最下段活塞环具有呈向所述气缸的内周面侧凸出的弧状并与所述气缸的内周面滑动接触的弧状滑动面。所述弧状滑动面是与所述最下段活塞环的上下方向的中心位置相比在下侧具有顶点的偏心面。

Description

活塞及船用内燃机

技术领域

本发明涉及一种活塞及船用内燃机。

背景技术

以为，在搭载于船舶的船用内燃机中，设置有多个将活塞收容为往复运动自如的气缸，这些多个气缸的各内部中的活塞的往复运动被转换为曲柄的旋转运动，从而曲柄轴进行旋转。一般而言，在船用内燃机中，在气缸的内部形成有燃烧室。活塞以顶部面朝燃烧室的方式收容于气缸的内部。另外，在气缸的下部形成有用于向燃烧室导入新的燃烧用气体的扫气口。活塞利用基于供给到燃烧室的燃料和被压缩的燃烧用气体的燃烧能量而在气缸内的燃烧室侧(上侧)的部位与扫气口侧(下侧)的部位之间进行往复运动。

如上所述，在活塞的外周部形成有在活塞的往复运动方向上排列的多个环状槽，在这些多个环状槽的每一个设置有活塞环。例如，活塞环形成有被称作合口的切断部分，由此具有能够向活塞的径向扩径和缩径的弹性。另外，活塞环具有呈朝向其径向的外侧凸出的弧状的桶形面状的外周面。设置于活塞的外周部的多个活塞环分别使桶形面状的外周面一边经由润滑油的油膜与气缸的内周面滑动接触，一边随着活塞的往复运动而在气缸的内周面滑动。这样的活塞环的外周面(滑动面)在多数情况下是在活塞环的上下方向(相对于径向垂直的方向)上的中心位置具有顶点的弧状面(以下，称作中央桶形面)。

另外，专利文献1公开了一种活塞，使用外周面的顶点向活塞的下侧偏心的活塞环作为设置于活塞的外周部的多个活塞环中的位于最靠燃烧室侧的最上段活塞环，并且使用外周面的顶点向活塞的上侧(燃烧室侧)偏心的活塞环作为位于最靠活塞下侧的最下段活塞环。此外，在顶点与上述中心位置相比向下侧偏心的情况下，活塞环的外周面称作下偏心桶形面，在顶点与上述中心位置相比向上侧偏心的情况下，活塞环的外周面称作上偏心桶形面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021-162153号公报

发明所要解决的技术问题

当上述的活塞环随着活塞的往复运动而在气缸的内周面滑动时，活塞环的外周面一边经由油膜与气缸的内周面滑动接触一边施加面压。一般而言，从活塞环的外周面向气缸的内周面施加的面压(以下，简称为活塞环的面压)由活塞环的内周面的压力(以下，称作背面压力)与外周面的压力(以下，称作对抗压力)的压差决定。背面压力是将活塞环的外周面按压于气缸的内周面的方向上的压力，从气缸内的活塞环的上侧空间向活塞环的内周面施加。对抗压力是与该背面压力对抗的压力，分别从气缸内的活塞环的上侧空间和下侧空间向活塞环的外周面施加。此外，在上述的多个活塞环的每一个中，上侧空间的压力高于下侧空间的压力。

例如，在最下段活塞环中，上侧空间的压力是燃烧室侧的活塞环之间的压力，下侧空间的压力是与气缸扫气口相通的空间的压力(即，接近大气压的压力)。因此，最下段活塞环的背面压力与对抗压力的压差，即最下段活塞环的面压在上述的多个活塞环中较高。优选降低像这样的最下段活塞环的面压，以使其不会过度变高，由此使最下段活塞环的外周面与气缸的内周面通过适当的面压滑动接触。

但是，在上述以往的活塞中，难以降低最下段活塞环的背面压力与对抗压力的压差，因此，最下段活塞环的面压可能会过度地变高。由此导致最下段活塞环刮薄气缸的内周面上的油膜，并且这些最下段活塞环与气缸的磨损增大，其结果是，引起气缸的内周面发生刮花等问题。

特别是，由于上述专利文献1所记载的最下段活塞环的外周面是上偏心桶形面，受到上侧空间的压力的外周面区域与受到下侧空间的压力的外周面区域相比较少。因此，更加难以降低最下段活塞环的背面压力与对抗压力的压差。另外，在最下段活塞环的外周面为上偏心桶形面的情况下，难以将注入到气缸的内周面的润滑油向气缸的内周面的下侧涂开，气缸的内周面上的油膜更容易变薄。因此，在外周面为上偏心桶形面的最下段活塞环中，上述问题变得显著。

发明内容

本发明是鉴于上述的情况做成的，其目的在于，提供一种能够防止气缸的内周面发生刮花的情况的活塞及船用内燃机。

用于解决技术问题的技术手段

为了解决上述的技术问题而达成目的，本发明的活塞具备：活塞主体，该活塞主体在形成有船用内燃机的燃烧室的气缸的内部进行往复运动；以及多个活塞环，该多个活塞环以在所述活塞主体的往复运动方向上排列的方式设置于所述活塞主体的外周部，并与所述气缸的内周面滑动接触，所述多个活塞环中的设置于最下侧的最下段活塞环具有弧状滑动面，该弧状滑动面呈向所述气缸的内周面侧凸出的弧状，并与所述气缸的内周面滑动接触，所述弧状滑动面是与所述最下段活塞环的上下方向上的中心位置相比在下侧具有顶点的偏心面。

另外，本发明的活塞在上述的发明中，所述弧状滑动面的所述顶点的位置基于上部间隔与下部间隔之比来设定，该上部间隔是所述弧状滑动面的上端部与所述气缸的内周面的间隙的距离，该下部间隔是所述弧状滑动面的下端部与所述气缸的内周面的间隙的距离。

另外，本发明的活塞在上述的发明中，所述上部间隔与所述下部间隔之比为1.1以上且8.0以下。

另外，本发明的活塞在上述的发明中，所述弧状滑动面以所述顶点的位置为界而具有上侧的弧状面和下侧的弧状面，所述上侧的弧状面和所述下侧的弧状面的各曲率半径彼此相同。

另外，本发明的活塞在上述的发明中，所述多个活塞环中的设置于最上侧的最上段活塞环具有与所述最下段活塞环相同的弧状滑动面。

另外，本发明的船用内燃机具备上述的发明中的任一项所记载的活塞；以及将所述活塞收容为往复运动自如的气缸。

发明的效果

根据本发明，起到能够防止气缸的内周面发生刮花的情况的效果。

附图说明

图1是表示应用了本发明的实施方式的活塞的船用内燃机的概要结构的一例的示意图。

图2是表示本发明的实施方式的活塞的一结构例的示意图。

图3是表示本发明的实施方式的活塞的剖面结构的一例的剖面示意图。

图4是用于说明本发明的实施方式中的最下段活塞环的弧状滑动面的顶点位置的图。

图5是用于说明本发明的实施方式中的最下段活塞环的面压的降低的图。

图6是用于说明最下段活塞环的弧状滑动面相对于缸衬套的内周面的磨合容易程度的图。

符号说明

1 气缸

2 缸衬套

2a 内周面

3 缸罩

4 缸套

5 活塞

5a 活塞轴

6 活塞棒

7 燃烧室

8 扫气口

9 注油棒

10 船用内燃机

11 排气阀

12 排气管

51 活塞主体

51a 顶部

51b 外周部

52 裙部

53 最上段活塞环

53a、54a、55a弧状滑动面

53b、54b、55b内周面

53c、54c、55c中心位置

53d、54d、55d顶点位置

53p、54p、55p顶点

54 中间活塞环

55 最下段活塞环

55aa上弧状面

55ab下弧状面

55e 上缘面

55f 下缘面

55h 密封面

56、57、58环状槽部

A_t 上止点

A_b 下止点

A_x 位置

B1 上端部

B2 下端部

Z 区域

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的活塞及船用内燃机的优选实施方式进行详细说明。此外，本实施方式并不限定本发明。另外，附图是示意性的，需要留意各要素的尺寸的关系、各要素的比率等可能与现实不同。即使在附图相互间也可能包含彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。另外，在各附图中，对相同的结构部分标注相同的符号。

(船用内燃机)

首先，对应用了本发明的实施方式的活塞的船用内燃机进行说明。图1是表示应用了本发明的实施方式的活塞的船用内燃机的概要结构的一例的示意图。船用内燃机10是搭载于船舶的十字头型内燃机的一例，是经由螺旋桨轴驱动船舶的推进用螺旋桨(均未图示)旋转的推进用的机构(主机构)。例如，船用内燃机10是单流扫排气式的十字头型柴油发动机等二冲程柴油发动机。如图1所示，船用内燃机10具备设置于缸套4的气缸1和在气缸1的内部往复运动自如地设置的活塞5。

气缸1是设置于船用内燃机的多个气缸的一例，并且如图1所示，由缸衬套2和缸罩3构成。如图1所示，缸衬套2是圆筒状的结构体，并由缸套4支承。气缸1在该缸衬套2的内部将活塞5收容为往复运动自如。在缸衬套2的上部固定有缸罩3。通过这些缸衬套2、缸罩3及活塞5而在气缸1的内部形成(划分)船用内燃机10的燃烧室7。

如图1所示，活塞5构成为能够在面朝燃烧室7的状态下沿着缸衬套2的内周面进行往复运动。详细地说，活塞5受到燃烧室7的压力(筒内压力)而在气缸1内的上止点A_t与下止点A_b之间进行往复运动。活塞5的往复运动时的冲程长S是上止点A_t与下止点A_b之间的距离，例如图1所示，是位于上止点A_t的活塞5的上端面与位于下止点A_b的活塞5的上端面之间的距离。另外，如图1所示，活塞棒6的一端部转动自如地与活塞5连结。虽然未特别地图示，但活塞棒6的另一端部与十字头转动自如地连结，连接棒的一端部与该十字头转动自如地连结。该连接棒的另一端部与曲柄轴的曲柄转动自如地连结。

另外，如图1所示，在缸衬套2的下部形成有扫气口8。扫气口8在活塞5位于下止点A_b时成为开状态，而将船用内燃机10的扫气室(未图示)与燃烧室7连通。燃烧用气体通过扫气口8等向缸衬套2内的燃烧室7输送供给。另外，如图1所示，在缸罩3设置有排气阀11。排气阀11是将与气缸1内的燃烧室7相通的排气管12的排气口(排气端口)能够开闭地封闭的阀。废气通过该排气口从燃烧室7向船用内燃机10的排气管12排出。

在船用内燃机10中，每当活塞5在气缸1的内部进行一次往复运动时，依次进行燃烧用气体向燃烧室7的导入、该燃烧用气体的压缩、从燃料喷射阀(未图示)向燃烧室7供给的燃料的燃烧、废气从燃烧室7的排出。像这样的活塞5的往复运动经由活塞棒6等转换为曲柄的旋转运动。其结果是，曲柄轴旋转，船舶的推进用螺旋桨和螺旋桨轴一起旋转。

另外，如图1所示，在气缸1设置有用于向缸衬套2的内周面注入润滑油的注油棒9。例如，注油棒9在从活塞5的上止点A_t向缸衬套2的下侧(下止点A_b侧)隔开规定的距离H的位置A_x配置有多个。该距离H例如是活塞5的冲程长S的15％以上且35％以下的距离。虽然未特别地图示，但在缸衬套2的内周面上形成有从注油棒9注入的润滑油的油膜。

(活塞)

接着，对本发明的实施方式的活塞5的结构进行说明。图2是表示本发明的实施方式的活塞的一结构例的示意图。图2中放大示出了图1所示的船用内燃机10的活塞5。图3是表示本发明的实施方式的活塞的剖面结构的一例的剖面示意图。图3放大示出了图2所示的活塞5中的区域Z的剖面结构。

如图2、3所示，活塞5具备在气缸1的内部进行往复运动的活塞主体51和设置于该活塞主体51的外周部的多个活塞环。在本实施方式中，作为这些多个活塞环的一例，活塞5具备最上段活塞环53、中间活塞环54以及最下段活塞环55这三个活塞环。

活塞主体51构成为在形成有上述的船用内燃机10(参照图1)的燃烧室7的气缸1的内部进行往复运动。详细地说，如图2所示，活塞主体51具有从活塞轴5a的轴向(长边方向)观察呈圆形的顶部51a和绕活塞轴5a的轴的外周部51b。活塞主体51以顶部51a面朝燃烧室7的方式往复运动自如地收容于气缸1的内部、更具体而言，构成气缸1的圆筒部的缸衬套2的内部。如图2所示，该燃烧室7是由缸衬套2的内周面2a、缸罩3的内壁面及活塞主体51的顶部51a包围的空间。活塞主体51在缸衬套2的内部一边维持顶部51a面朝燃烧室7的状态，一边在该燃烧室7与缸衬套2的下端部之间沿活塞轴5a的轴向进行往复运动。

此外，活塞轴5a是通过圆形状的顶部51a的中心且相对于活塞主体51的径向垂直的轴(中心轴)。气缸1的内周面是构成该气缸1的圆筒部的缸衬套2的内周面2a。

另外，如图2所示，活塞主体51具有裙部52，该裙部52与外周部51b成为一体，且向与顶部51a相反的一侧延伸出。裙部52通过与缸衬套2的内周面2a接触而限制缸衬套2的内部的活塞5的往复运动的方向。上述的活塞棒6以从裙部52延伸出的方式与活塞主体51连结。

最上段活塞环53、中间活塞环54以及最下段活塞环55分别构成为设置于活塞主体51的外周部51b并与气缸1的内周面2a滑动接触。以下，在本实施方式中，可能将“最上段活塞环53、中间活塞环54以及最下段活塞环55”统称为“多个活塞环”。

详细地说，如图2所示，在活塞主体51的外周部51b以在活塞轴5a的轴向上排列的方式形成有绕活塞轴5a的轴在周向上延伸的多个(在本实施方式中，三个)环状槽部56～58。最上段活塞环53安装于这些环状槽部56～58中的最靠近活塞主体51的顶部51a的最上段的环状槽部56。中间活塞环54安装于这些环状槽部56～58中的位于最上段的环状槽部56与最下段的环状槽部58之间的中间的环状槽部57。最下段活塞环55安装于这些环状槽部56～58中的最远离活塞主体51的顶部51a的最下段的环状槽部58。这样，最上段活塞环53、中间活塞环54以及最下段活塞环55以在活塞主体51的往复运动方向上排列的方式设置于活塞主体51的外周部51b。

另外，在最上段活塞环53、中间活塞环54以及最下段活塞环55分别形成有作为环的切断部分的合口(未图示)。通过该结构，这些多个活塞环分别成为具有能够向活塞主体51的径向扩径和缩径的弹性。在活塞主体51往复运动自如地收容于气缸1的内部时，这些多个活塞环分别一边对气缸1的内周面2a施加面压一边与该内周面2a接触，并随着活塞主体51的往复运动而在该内周面2a滑动。

虽然未特别地图示，最上段活塞环53、中间活塞环54以及最下段活塞环55的各外周面形成有用于提高耐磨损性的涂膜。作为该涂膜，能够列举出例如喷涂皮膜、镀覆皮膜等。喷涂皮膜是将通过加热等而熔化或软化后的材料粒子(微粒子)喷射到基材表面而形成的皮膜。作为喷涂皮膜的材料粒子，能够列举出例如钼(Mo)、铬碳化物(Cr-C)、镍铬合金(NiCr)等。镀覆皮膜是通过将具有耐磨损性的硬质材料镀覆在基材表面而形成的皮膜。作为镀覆皮膜的硬质材料，能够列举出例如铬(Cr)、铬陶瓷、氮化铬(CrN)、类金刚石碳(DLC)等。

另外，如图3所示，多个活塞环中的设置于最靠上侧(燃烧室7侧)的最上段活塞环53具有弧状滑动面53a和内周面53b。弧状滑动面53a是包含于最上段活塞环53的外周面的面，形成为向气缸1的内周面2a侧凸出的弧状。即，弧状滑动面53a具有向该内周面2a侧凸出的顶点53p。详细地说，如图3所示，弧状滑动面53a是在与最上段活塞环53的上下方向上的中心位置53c相比的下侧具有顶点53p的偏心面，即下偏心桶形面。弧状滑动面53a例如在顶点53p及其附近经由润滑油的油膜(未图示)与缸衬套2的内周面2a滑动接触。最上段活塞环53以面压P11将这样的弧状滑动面53a按压于缸衬套2的内周面2a。最上段活塞环53随着气缸1的内部的活塞主体51的往复运动而使弧状滑动面53a一边以面压P11与缸衬套2的内周面2a滑动接触，一边在该内周面2a滑动。

此外，最上段活塞环53的上下方向是相对于最上段活塞环53的径向垂直的方向，是与图2所示的活塞轴5a的轴向相同的方向。在该上下方向上，上侧是燃烧室7侧，下侧是气缸1的下部侧(图1所示的扫气口8侧)。该上下方向的定义对于多个活塞环的每一个都是相同的。

最上段活塞环53的面压P11相当于施加于最上段活塞环53的内周面53b的背面压力与施加于最上段活塞环53的弧状滑动面53a的对抗压力的压差(背面压力-对抗压力)。内周面53b的背面压力与最上段活塞环53的上侧空间的压力P1相同。弧状滑动面53a的对抗压力以弧状滑动面53a的顶点位置53d为界而分为上侧的对抗压力和下侧的对抗压力。上侧的对抗压力与最上段活塞环53的上侧空间的压力P1相同，下侧的对抗压力与最上段活塞环53的下侧空间的压力P2相同。此外，顶点位置53d是最上段活塞环53的上下方向上的顶点53p的位置。另外，如图3所示，压力P1是缸衬套2的内周面2a与活塞主体51的外周部51b之间的空间(以下，称作环状空间)中的与气缸1内的燃烧室7(参照图2)相通的空间的压力。即，压力P1与燃烧室7的筒内压力相同。另一方面，压力P2是上述环状空间中的被最上段活塞环53和中间活塞环54夹着的空间的压力。基于这些压力P1、P2的压差的面压P11在多个活塞环的各面压之中为最高的压力。

另外，如图3所示，多个活塞环中的设置在最下侧(扫气口8侧)的最下段活塞环55具有弧状滑动面55a和内周面55b。弧状滑动面55a是包含于最下段活塞环55的外周面的面，形成为向气缸1的内周面2a侧凸出的弧状。即，弧状滑动面55a具有向该内周面2a侧突出的顶点55p。详细地说，图3所示，弧状滑动面55a是在与最下段活塞环55的上下方向上的中心位置55c相比的下侧具有顶点55p的偏心面(下偏心桶形面)。弧状滑动面55a例如在顶点55p及其附近经由润滑油的油膜与缸衬套2的内周面2a滑动接触。最下段活塞环55以面压P13将这样的弧状滑动面55a按压于缸衬套2的内周面2a。最下段活塞环55随着上述的活塞主体51的往复运动而使弧状滑动面55a一边以面压P13与缸衬套2的内周面2a滑动接触，一边在该内周面2a滑动。

最下段活塞环55的面压P13与上述的最上段活塞环53的情况相同地，相当于内周面55b的背面压力与弧状滑动面55a的对抗压力的压差。详细地说，内周面55b的背面压力与最下段活塞环55的上侧空间的压力P3相同。弧状滑动面55a的对抗压力以弧状滑动面55a的顶点位置55d为界而分为上侧的对抗压力和下侧的对抗压力。上侧的对抗压力与最下段活塞环55的上侧空间的压力P3相同，下侧的对抗压力与最下段活塞环55的下侧空间的压力P4相同。此外，顶点位置55d是最下段活塞环55的上下方向上的顶点55p的位置。另外，如图3所示，压力P3是缸衬套2与活塞主体51之间的环状空间中的被中间活塞环54和最下段活塞环55夹着的空间的压力。另一方面，压力P4是上述环状空间中的与气缸1的扫气口8(参照图1)相通的空间的压力。即，压力P4是与大气压大致相同的压力。基于这些压力P3、P4的压差的面压P13在多个活塞环的各面压中，是次于上述的最上段活塞环53的面压P11的第二高的压力。

另外，如图3所示，多个活塞环中的设置于最上段活塞环53与最下段活塞环55之间的中间活塞环54具有弧状滑动面54a和内周面54b。弧状滑动面54a是包含于中间活塞环54的外周面的面，形成为向气缸1的内周面2a侧凸出的弧状。即，弧状滑动面54a具有向该内周面2a侧凸出的顶点54p。详细地说，如图3所示，弧状滑动面54a是在中间活塞环54的上下方向上的中心位置54c具有顶点54p的面，即中央桶形面。弧状滑动面54a例如在顶点54p及其附近经由润滑油的油膜与缸衬套2的内周面2a滑动接触。中间活塞环54以面压P12将这样的弧状滑动面54a按压于缸衬套2的内周面2a。中间活塞环54随着上述的活塞主体51的往复运动而使弧状滑动面54a一边以面压P12与缸衬套2的内周面2a滑动接触，一边在该内周面2a滑动。

中间活塞环54的面压P12与上述的最上段活塞环53等相同地，相当于内周面54b的背面压力与弧状滑动面54a的对抗压力的压差。详细地说，内周面54b的背面压力与中间活塞环54的上侧空间的压力P2相同。弧状滑动面54a的对抗压力以弧状滑动面54a的顶点位置54d(与中心位置54c相同的位置)为界而分为上侧的对抗压力和下侧的对抗压力。上侧的对抗压力与中间活塞环54的上侧空间的压力(上述的压力P2)相同，下侧的对抗压力与中间活塞环54的下侧空间的压力(上述的压力P3)相同。基于这些压力P2、P3的压差的面压P12在多个活塞环的各面压之中为最低的压力。

这里，如上所述，最上段活塞环53的面压P11高于中间活塞环54和最下段活塞环55的各面压P12、P13。像这样具有最高的面压P11的最上段活塞环53的弧状滑动面53a为了避免施加于缸衬套2的内周面2a的面压过度变高的情况而具有对面压P11的降低有效的下偏心桶形面。另外，如上所述，最下段活塞环55的面压P13是次于最上段活塞环53的面压P11的高压。像这样具有高的面压P13的最下段活塞环55的弧状滑动面55a以与最上段活塞环53同样的目的而具有对面压P13的降低有效的下偏心桶形面。即，最上段活塞环53与最下段活塞环55同样地具有作为下偏心桶形面的弧状滑动面53a。

另外，从最上段活塞环53和最下段活塞环55的制造成本的观点出发，也优选将最上段活塞环53和最下段活塞环55的各弧状滑动面53a、55a设为彼此相同的下偏心桶形面。这是因为，通过将这些各弧状滑动面53a、55a设为彼此相同的方式，能够以相同的制造批次大量生产最上段活塞环53和最下段活塞环55，其结果是，能够降低最上段活塞环53和最下段活塞环55的制造成本。

另一方面，如上所述，中间活塞环的面压P12在多个活塞环之中为最低。像这样具有低的面压P12的中间活塞环的弧状滑动面54a考虑到内周面54b的背面压力与弧状滑动面54a的对抗压力的平衡，而成为顶点54p没有偏心的中央桶形面。

(弧状滑动面的顶点位置)

接着，对本发明的实施方式中的多个活塞环各自的弧状滑动面的顶点位置进行说明。该弧状滑动面的顶点位置考虑了与缸衬套2的内周面2a滑动接触的弧状滑动面的面压的降低、弧状滑动面相对于该内周面2a的磨合容易程度、该内周面2a上的油膜的形成容易程度而设定。此外，上述磨合容易程度表示基于缸衬套2的内周面2a上的活塞环外周面(弧状滑动面)的滑动的磨损面的形成容易程度。以下，代表上述多个活塞环，对最下段活塞环55的弧状滑动面55a上的顶点位置55d进行说明。

图4是用于说明本发明的实施方式中的最下段活塞环的弧状滑动面的顶点位置的图。设置有最下段活塞环55的环状槽部58(参照图2、3)可能因活塞主体51的高温化热变形而倾斜。在该情况下，如图4所示，最下段活塞环55随着该热变形而成为从原来的状态(由虚线表示的状态)倾斜的状态(由实线表示的状态)。最下段活塞环55的弧状滑动面55a的顶点位置55d考虑了像这样的最下段活塞环55的倾斜而设定。

详细地说，如图4所示，最下段活塞环55在外周面(与内周面55b相反一侧的周面)具有弧状滑动面55a。弧状滑动面55a是最下段活塞环55的外周面中的除了上缘面55e和下缘面55f之外的面。上缘面55e是位于最下段活塞环55的上端面与弧状滑动面55a之间的缘面，并且如图4所示，形成为曲率半径R_a的弧状。下缘面55f是位于最下段活塞环55的下端面与弧状滑动面55a之间的缘面，并且如图4所示，形成为曲率半径R_b的弧状。

另外，如图4所示，弧状滑动面55a具有向缸衬套2的内周面2a侧突出的顶点55p，并且形成为曲率半径R_s的弧状。例如，曲率半径R_s考虑了在弧状滑动面55a与缸衬套2的内周面2a接触时在这些弧状滑动面55a与内周面2a之间产生的间隙的程度等而设定。在这样的弧状滑动面55a与缸衬套2的内周面2a之间产生有随着从顶点55p向上缘面55e侧位移而逐渐增大的间隙(以下，称作上侧间隙)和随着从顶点55p向下缘面55f侧位移而逐渐增大的间隙(以下，称作下侧间隙)。

弧状滑动面55a的顶点位置55d基于上述的上侧间隙和下侧间隙的各距离而设定。详细地说，弧状滑动面55a的顶点位置55d基于缸衬套2的内周面2a与弧状滑动面55a间的上部间隔L1与下部间隔L2之比而设定。如图4所示，上部间隔L1是弧状滑动面55a的上端部B1与缸衬套2的内周面2a的间隙的距离。上端部B1是弧状滑动面55a与上缘面55e的分界部(交界部)。下部间隔L2是弧状滑动面55a的下端部B2与缸衬套2的内周面2a的间隙的距离。下端部B2是弧状滑动面55a与下缘面55f的分界部(交界部)。弧状滑动面55a的顶点位置55d以这些上部间隔L1与下部间隔L2之比(L1/L2)成为规定的范围内的方式设定。比(L1/L2)例如是1.1以上且8.0以下。通过像这样设定顶点位置55d，弧状滑动面55a的顶点55p如图4所示那样被设定于从中心位置55c向下侧偏心的位置。即，弧状滑动面55a成为下偏心桶形面。

另外，通过以比(L1/L2)在1.1以上且8.0以下的范围内变得更小的方式设定顶点位置55d，顶点55p从中心位置55c向下侧的偏心量(以下，称作下偏心量)变得更小。在比(L1/L2)为1.1的情况下，顶点55p的下偏心量成为最小值。另一方面，通过以比(L1/L2)在1.1以上且8.0以下的范围内变得更大的方式设定顶点位置55d，顶点55p的下偏心量变得更大。在比(L1/L2)为8.0的情况下，顶点55p的下偏心量成为最大值。

例如，在进一步降低弧状滑动面55a相对于缸衬套2的内周面2a的面压(图3所示的最下段活塞环55的面压P13)的情况下，优选以比(L1/L2)以8.0为上限值而变得更大的方式设定顶点位置55d。在进一步提高弧状滑动面55a相对于缸衬套2的内周面2a的磨合容易程度的情况下，优选以比(L1/L2)以1.1为下限值而变得更小的方式设定顶点位置55d。在提高缸衬套2的内周面2a上的油膜的形成容易程度的情况下，优选以将比(L1/L2)的上限值设为8.0而使该油膜变得更厚的方式设定顶点位置55d。

此外，最上段活塞环53的弧状滑动面53a的顶点位置53d(参照图3)基于与上述的最下段活塞环55中的顶点位置55d的设定相同的理论，而优选设定在与最上段活塞环53的中心位置53c相比的下侧。另一方面，如上所述，中间活塞环54的弧状滑动面54a是中央桶形面。在该情况下，弧状滑动面54a的顶点位置54d优选以图4所示的上部间隔L1与下部间隔L2之比(L1/L2)成为1.0的方式设定。

(面压的降低)

接着，对最下段活塞环55的面压P13的降低进行说明。图5是用于说明本发明的实施方式中的最下段活塞环的面压的降低的图。如上所述，最下段活塞环55的面压P13是将弧状滑动面55a按压于缸衬套2的内周面2a的压力(按压力)，通过最下段活塞环55的内周面55b的背面压力与弧状滑动面55a的对抗压力的压差来决定。

详细地说，如图5所示，最下段活塞环55的内周面55b受到最下段活塞环55的上侧空间的压力P3。即，该内周面55b的背面压力成为该压力P3。另外，如图5所示，最下段活塞环55的弧状滑动面55a具有上弧状面55aa和下弧状面55ab。例如，弧状滑动面55a以顶点位置55d为界而分为上侧的弧状面和下侧的弧状面。上弧状面55aa是该上侧的弧状面，下弧状面55ab是该下侧的弧状面。这些上弧状面55aa和下弧状面55ab的各曲率半径彼此相同(图4所示的曲率半径R_s)。如图5所示，弧状滑动面55a在上弧状面55aa处受到压力P3，并且在下弧状面55ab处受到压力P4。即，弧状滑动面55a的对抗压力是上弧状面55aa的压力P3与下弧状面55ab的压力P4的合计压力。

此外，如上所述，压力P3是最下段活塞环55的上侧空间的压力，与最下段活塞环55的背面压力相等。另一方面，压力P4是最下段活塞环55的下侧空间的压力，如上所述，与大气压大致相等。像这样的压力P4远低于上述压力P3(P4＜＜P3)。

这里，如图5所示，弧状滑动面55a的顶点55p向下侧偏心。因此，弧状滑动面55a中的上弧状面55aa的面积大于下弧状面55ab的面积。由此，弧状滑动面55a作为对抗压力之一，与承受低于上述背面压力的压力P4相比，能够更多地承受与上述背面压力相等的压力P3。其结果是，能够降低内周面55b的背面压力与弧状滑动面55a的对抗压力的压差，因此能够使最下段活塞环55的面压P13降低上述压差的降低的量。

此外，上述的最上段活塞环53与最下段活塞环55相同地具有作为下偏心桶形面的弧状滑动面53a。因此，关于最上段活塞环53的面压P11(参照图3)，与图5所示的最下段活塞环55同样地，也能够降低。

(弧状滑动面的磨合容易程度)

接着，对最下段活塞环55的弧状滑动面55a相对于缸衬套2的内周面2a的磨合容易程度进行说明。图6是用于说明最下段活塞环的弧状滑动面相对于缸衬套的内周面的磨合容易程度的图。如图6所示，最下段活塞环55设置于活塞主体51的环状槽部58，并使弧状滑动面55a与缸衬套2的内周面2a滑动接触。在该状态下，最下段活塞环55随着活塞主体51的往复运动而使弧状滑动面55a的顶点55p及其附近部位沿着缸衬套2的内周面2a滑动。此外，虽然图6中未图示，但在缸衬套2的内周面2a与最下段活塞环55的弧状滑动面55a之间介入有润滑油的油膜。

像这样的最下段活塞环55和活塞主体51的往复运动一起使弧状滑动面55a与缸衬套2的内周面2a在该往复运动方向(上下方向)上反复摩擦。由此，弧状滑动面55a从顶点55p起向上弧状面55aa和下弧状面55ab这两侧进行磨损。

这里，如图6所示，弧状滑动面55a是顶点55p向下侧偏心的下偏心桶形面。因此，弧状滑动面55a与缸衬套2的内周面2a的间隙在顶点位置55d的上侧和下侧发生偏差。即，当在距顶点位置55d的位移量相同的部位处比较该间隙的距离的情况下，弧状滑动面55a的上弧状面55aa与缸衬套2的内周面2a的间隙的距离大于弧状滑动面55a的下弧状面55ab与缸衬套2的内周面2a的间隙的距离。像这样的弧状滑动面55a的磨损与下弧状面55ab相比难以在上弧状面55aa进展。但是，如图4所示，弧状滑动面55a的顶点位置55d在上部间隔L1与下部间隔L2之比(L1/L2)的上下限范围内设定，因此不会向下侧过度地偏心。由此，向弧状滑动面55a中的上弧状面55aa侧的磨损的进展困难程度被缓和。因此，弧状滑动面55a的磨损能够适当地向上弧状面55aa和下弧状面55ab这两侧进展。

在具有上述那样的弧状滑动面55a的最下段活塞环55中，活塞主体51的往复运动(船用内燃机10的运转)持续了目标的期间之后，如图6所示，在弧状滑动面55a形成密封面55h。密封面55h是通过在上述目标的期间，弧状滑动面55a在缸衬套2的内周面2a上反复滑动而形成的磨损面。密封面55h通过呈规定的密封长度SL地与缸衬套2的内周面2a滑动接触，能够确保该内周面2a与最下段活塞环55的外周面的密封性，并且提高与该内周面2a的顺畅性。因此，在弧状滑动面55a形成了密封面55h的阶段，能够减少从上述的注油棒9(参照图1)向缸衬套2的内周面2a供给的润滑油的量。

另外，如图6所示，在弧状滑动面55a中，下弧状面55ab与缸衬套2的内周面2a的间隙与上弧状面55aa相比较小。因此，最下段活塞环55与弧状滑动面55a的上侧相比更容易向下侧涂开润滑油。因此，最下段活塞环55随着活塞主体51的往复运动而将从上述的注油棒9注入的润滑油除了向缸衬套2的内周面2a的上侧之外，还向下侧涂开。由此，在该内周面2a上能够形成足以确保与包含最下段活塞环55的多个活塞环的外周面的润滑性的油膜。

如以上说明的那样，在本发明的实施方式中，设置于在气缸1的内部进行往复运动的活塞主体51的外周部51b的多个活塞环中的最下段活塞环55具有呈向气缸1的内周面侧凸出的弧状并与气缸1的内周面2a滑动接触的弧状滑动面55a，该弧状滑动面55a是与最下段活塞环55的上下方向上的中心位置55c相比在下侧具有顶点55p的偏心面。

因此，能够使弧状滑动面55a中的受到与最下段活塞环55的背面压力相同的压力P3的上侧的面大于受到低于该压力P3的压力P4的下侧的面，由此，能够降低最下段活塞环55的背面压力与对抗压力的压差。其结果是，能够降低最下段活塞环55相对于气缸1的内周面2a的面压P13，从而能够避免该内周面2a上的油膜过度地变薄的情况，能够确保弧状滑动面55a与该内周面2a的润滑性，并且能够防止该内周面2a发生刮花的情况。除此之外，能够抑制形成于最下段活塞环55的外周面的涂膜(耐磨损性的膜等)的剥离，由此，能够抑制最下段活塞环55的弧状滑动面55a与气缸1的内周面2a之间的密封性的降低。

另外，在本发明的实施方式中，构成了船用内燃机10，该船用内燃机10具备设置有包含上述的最下段活塞环55的多个活塞环的活塞5和将该活塞5收容为往复运动自如的气缸1。因此，能够享受上述的最下段活塞环55的作用效果，由此，能够使气缸1和活塞5长寿命化，而降低它们的更换频率。

另外，在本发明的实施方式中，基于弧状滑动面55a与气缸1的内周面2a之间的上部间隔L1与下部间隔L2之比(L1/L2)来设定最下段活塞环55的弧状滑动面55a的顶点位置55d。因此，能够简单且复现性良好地将最下段活塞环55的弧状滑动面55a设定为对弧状滑动面55a相对于气缸1的内周面2a的面压的降低、磨合容易程度以及油膜的形成容易程度有效的偏心面(下偏心桶形面)。

另外，在本发明的实施方式中，将用于设定最下段活塞环55的弧状滑动面55a的顶点位置55d的上部间隔L1与下部间隔L2之比(L1/L2)设为1.1以上且8.0以下的范围内。因此，能够将弧状滑动面55a的顶点位置55d设置在对弧状滑动面55a相对于气缸1的内周面2a的面压的降低、磨合容易程度以及油膜的形成容易程度有效的偏心面的顶点位置的上下限范围内。

另外，在本发明的实施方式中，将多个活塞环中的最上段活塞环53的弧状滑动面53a设为与上述的最下段活塞环55的弧状滑动面55a相同的偏心面。因此，在最上段活塞环53中，也能够享受与上述的最下段活塞环55的情况相同的作用效果，由此，能够更可靠地防止在气缸1的内周面2a发生刮花。而且，能够以相同的制造批次大量生产最上段活塞环53和最下段活塞环55，其结果是，能够降低最上段活塞环53和最下段活塞环55各自所需的制造成本。

此外，在上述的实施方式中，作为设置于活塞主体的外周部的多个活塞环的一例示例了三个活塞环，但本发明不限于此。例如，可以在活塞主体的外周部以在该活塞主体的往复运动方向上排列的方式设置两个活塞环，也可以设置三个以上的活塞环。

另外，在上述的实施方式中，将多个活塞环中的最上段活塞环的外周面设为与最下段活塞环相同的下偏心桶形面，并将中间活塞环的外周面设为中央桶形面，但本发明不限于此。例如，最上段活塞环的外周面虽然更优选是与最下段活塞环相同的下偏心桶形面，但可以是顶点位置与最下段活塞环不同的下偏心桶形面，可以是中央桶形面，也可以是上偏心桶形面。另外，中间活塞环的外周面可以是上述的中央桶形面，可以是下偏心桶形面，也可以是上偏心桶形面。

另外，在上述的实施方式中，示例了合口成为环的切断部分的多个活塞环，但本发明不限于此。例如，多个活塞环中的每一个(特别是最上段活塞环和最下段活塞环)也可以是在镶件结构的合口具有例示的气密型合口的活塞环，即所谓的气密环。

另外，上述的实施方式并不限定本发明，将上述的各构成要素适当组合而构成的实施方式也包含于本发明。除此之外，本领域技术人员基于上述的实施方式实现的其他实施方式、实施例以及运用技术等都包含于本发明的范畴。

Claims (6)

1.一种活塞，其特征在于，具备：

活塞主体，该活塞主体在形成有船用内燃机的燃烧室的气缸的内部进行往复运动；以及

多个活塞环，该多个活塞环以在所述活塞主体的往复运动方向上排列的方式设置于所述活塞主体的外周部，并与所述气缸的内周面滑动接触，

所述多个活塞环中的设置于最下侧的最下段活塞环具有弧状滑动面，该弧状滑动面呈向所述气缸的内周面侧凸出的弧状，并与所述气缸的内周面滑动接触，

所述弧状滑动面是与所述最下段活塞环的上下方向上的中心位置相比在下侧具有顶点的偏心面。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，

所述弧状滑动面的所述顶点的位置基于上部间隔与下部间隔之比来设定，该上部间隔是所述弧状滑动面的上端部与所述气缸的内周面的间隙的距离，该下部间隔是所述弧状滑动面的下端部与所述气缸的内周面的间隙的距离。

3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，

所述上部间隔与所述下部间隔之比为1.1以上且8.0以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的活塞，其特征在于，

所述弧状滑动面以所述顶点的位置为界而具有上侧的弧状面和下侧的弧状面，

所述上侧的弧状面和所述下侧的弧状面的各曲率半径彼此相同。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的活塞，其特征在于，

所述多个活塞环中的设置于最上侧的最上段活塞环具有与所述最下段活塞环相同的弧状滑动面。

6.一种船用内燃机，其特征在于，具备：

权利要求1～5中任一项所述的活塞；以及

将所述活塞收容为往复运动自如的气缸。