CN117480334B - 活塞环 - Google Patents

Abstract

活塞环的外周面具有以在外周端部和下表面之间形成有缺口部的方式设置的切割面，切割面包括弯曲凹面，在弯曲凹面中位于最靠近燃烧室侧的点处的弯曲凹面的切线相对于与下表面平行地延伸的第一假想直线的倾斜角度为5°以上且50°以下，在将该活塞环的轴向宽度设为h1、将所述切割面的轴向宽度设为H时，H/h1为0.2以上且0.4以下。

Description

活塞环

技术领域

本发明涉及一种活塞环。

背景技术

搭载于普通汽车的内燃机采用将包括顶环和第二环的两个压缩环(压力环)和一个油环组合而成的三个活塞环设置在安装于气缸的活塞的构成。就这三个活塞环而言，顶环、第二环、油环从上侧(燃烧室侧)起依次安装于形成在活塞的外周面的环槽，并在气缸内壁面滑动。离燃烧室最远的油环具有：通过将附着在气缸内壁面的多余的发动机油(润滑油)向曲柄侧刮落来抑制油向燃烧室侧的流出(机油损失)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内壁面来防止伴随内燃机的运转的活塞的烧结的功能。压缩环具有：通过保持气密来抑制从燃烧室侧到曲柄室侧的燃烧气体的流出(漏气)的气封功能、通过将油环未刮落尽的剩余的油刮落来抑制机油损失的油封功能。通过这样的活塞环的组合，实现了内燃机中的漏气的减少和油消耗的减少。此外，已知通过将第二环设为在外周侧的下部形成有阶梯状的缺口(底切)的刮油环来提高刮油性能(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003－113940号公报

专利文献2：日本特开2020－193666号公报

专利文献3：国际公开第2016/121483号

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在以往的组装有具有底切的活塞环的内燃机中，在活塞的下降冲程中，有时气缸内壁的油的一部分会通过在底切的表面流动而到达形成于活塞的环槽的倒角部分，并流入至活塞环的下表面和环槽的下壁面之间。由于这样的油会向燃烧室侧流出，油消耗量恐怕会增大。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种在底切形状的活塞环中，能降低内燃机的油消耗量的技术。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明采用了以下方案。即，本发明是一种活塞环，其是安装于内燃机的活塞的活塞环，具有：外周面，设于该活塞环的外周；内周面，设于该活塞环的内周；上表面，是该活塞环的轴向端面中的上表面，在所述内燃机中面向燃烧室侧；以及下表面，是该活塞环的轴向端面中的下表面，在所述内燃机中位于曲柄室侧，在与该活塞环的周长方向正交的截面中，所述外周面具有：外周端面，包括在该活塞环中成为最大直径的外周端部；以及切割面，以在所述外周端面和所述下表面之间形成沿该活塞环的周长方向延伸的缺口部的方式连接所述外周端面与所述下表面，所述切割面包括以随着趋向所述曲柄室侧而接近该活塞环的中心轴的方式弯曲为凹状的弯曲凹面，在与该活塞环的周长方向正交的截面中，在所述弯曲凹面中位于最靠近所述燃烧室侧的点处的所述弯曲凹面的切线相对于与所述下表面平行地延伸的第一假想直线的倾斜角度为5°以上且50°以下，在将该活塞环的轴向宽度设为h1、将所述切割面的轴向宽度设为H时，H/h1为0.2以上且0.4以下。

就本发明的活塞环而言，其外周面具有如上所述弯曲为凹状的弯曲凹面。因此，在由活塞环刮落的油的一部分在弯曲凹面流动的情况下，容易使该一部分的油落到曲柄室侧。由此，抑制了油流入活塞环的下表面和环槽的下壁面之间。

此外，在本发明中，也可以是，在将所述活塞环的径向上的所述切割面的长度设为D时，0.2mm≤D≤0.6mm。

此外，在本发明中，也可以是，在与所述活塞环的周长方向正交的截面中，对于所述弯曲凹面而言，曲率半径遍及其整个区域恒定。

此外，在本发明中，也可以是，在所述外周面形成包括PVD处理覆膜、DLC覆膜、镀铬处理覆膜、氮化处理覆膜、化学转化处理覆膜、树脂覆膜、氧化处理覆膜、镀Ni－P处理覆膜以及涂膜中的至少任一层的硬质覆膜。

此外，在本发明中，所述切割面还包括连接所述弯曲凹面与所述下表面的下侧圆弧面，述下侧圆弧面的曲率半径为0.01mm以上且0.2mm以下。

此外，在本发明中，也可以是，在多个压缩环安装于活塞的内燃机中，所述活塞环形成为所述多个压缩环中的安装于从燃烧室侧起第二个位置的第二环。

发明效果

根据本发明，在底切形状的活塞环中，能够进一步降低内燃机的油消耗量。

附图说明

图1是表示具备实施方式的第二环的内燃机的一部分的剖视图。

图2是用于对实施方式的第二环的外周面进行说明的剖视图。

图3是在实施方式的内燃机中活塞处于下降冲程时的第二环附近的剖视图。

图4是在比较例的内燃机中活塞处于下降冲程时的第二环附近的剖视图。

图5是用于对实施方式的变形例的第二环的外周面进行说明的剖视图。

图6是用于对扭曲试验进行说明的图。

图7是表示相对于比较例的实施例的油流出量比的图表。

图8是表示θ1与油流出量的关系的图表。

图9是表示H/h1与油流出量的关系的图表。

图10是表示D与油流出量的关系的图表。

图11是表示活塞的下降过程中的内燃机的第二环附近的油的流动分布的解析结果的图(一)。

图12是表示活塞的下降过程中的内燃机的第二环附近的油的流动分布的解析结果的图(二)。

图13是表示活塞的下降过程中的内燃机的第二环附近的油的流动分布的解析结果的图(三)。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下说明的实施方式将本发明应用于作为活塞环的一个例子的第二环。在多个压缩环安装于活塞的内燃机中，该第二环是该多个压缩环中的安装于从燃烧室侧起第二个位置的压缩环。不过，本发明的活塞环并不限定于第二环。本发明也可以应用于作为安装于离燃烧室最近的位置的压缩环的顶环、安装于离燃烧室最远的位置的油环。此外，只要没有特别记载，以下的实施方式中所记载的构成就并非旨在将本发明的技术范围仅限于此。

需要说明的是，在以下的说明中，只要没有特别指定，则“周长方向”是指活塞环的周长方向。只要没有特别指定，则“径向”是指活塞环的半径方向。“径向内侧”是指活塞环的内周面侧，“径向外侧”是指其相反侧。只要没有特别指定，则“轴向”是指沿活塞环的中心轴的方向。此外，活塞的环槽的“上壁面”是指环槽的内壁中的靠近燃烧室侧的内壁，活塞的环槽的“下壁面”是指靠近曲柄室侧的内壁。

[内燃机]

图1是表示具备实施方式的第二环40的内燃机100的一部分的截面。在图1中，图示了沿附图标记20所示的活塞的中心轴的截面。如图1所示，实施方式一的内燃机100具备气缸10、安装(插入)于气缸10的活塞20以及安装于活塞20的多个活塞环30、40、50。在实施方式的内燃机100中，两个压缩环(顶环30和第二环40)和一个油环50安装于活塞20。在两个压缩环中，顶环30安装于离燃烧室最近的位置，第二环40安装于从燃烧室侧起第二个位置。油环50安装于离燃烧室最远的位置。

如图1所示，在内燃机100中，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，由此形成间隙PC1。此外，在活塞20的外周面20a上，在活塞20的轴向隔开规定的间隔从上侧(燃烧室侧)起依次形成有第一环槽201、第二环槽202以及第三环槽203。环槽201～203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1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面W1，将下侧的槽壁称为下壁面W2。此外，将各环槽中的连接上壁面W1的内周缘与下壁面W2的内周缘的槽壁称为底壁面W3。如图1所示，顶环30安装于第一环槽201，第二环40安装于第二环槽202，油环50安装于第三环槽203。此外，通过在活塞20上形成环槽201～203，在活塞20上从燃烧室侧起依次划定有顶部槽脊L1、第二槽脊L2、第三槽脊L3。需要说明的是，在本说明书中，有时将如图1所示各活塞环安装于活塞20且活塞20安装于气缸10的状态称为“使用状态”。

顶环30和第二环40是作为活塞环的一种的压缩环，其组装于安装在内燃机的气缸上的活塞，随着活塞的往复运动而在气缸的内壁面滑动。顶环30和第二环40具有自身张力以便在安装于环槽的情况下按压气缸10的内壁面10a。油环50是作为活塞环的一种的所谓的三件式油环，其具备：在气缸10的内壁面10a滑动的一对刮片环(Segment)501、501；以及对它们向径向外侧(内壁面10a侧)施力的间隔外胀环(Spacer Expander)502。以下，对作为本发明的活塞环的一个例子的第二环40进行详细说明。

[第二环]

如图1所示，第二环40具有外周面1、内周面2、上表面3以及下表面4。外周面1为设于第二环40的外周的面。内周面2为设于第二环40的内周的面。上表面3为第二环40的轴向端面中的、在内燃机100中面向上侧(燃烧室侧)的端面。下表面4为第二环40的轴向端面中的、在内燃机100(使用状态)中面向下侧(曲柄室侧)的端面。由上表面3和下表面4规定了第二环40的轴向上的宽度(以下，也称为轴向宽度)。就第二环40而言，在使用状态下，上表面3与第二环槽202的上壁面W1对置、下表面4与第二环槽202的下壁面W2对置、外周面1与气缸10的内壁面10a滑动接触、内周面2与第二环槽202的底壁面W3对置。第二环40具有形成有接缝(未图示)的圆环状。此外，第二环40具有自身张力以便在安装于第二环槽202的情况下外周面1按压气缸10的内壁面10a。此外，如图1所示，第二环40具有在其外周下部形成有附图标记5所示的缺口部(底切)的底切形状。缺口部5在第二环40的周长方向上延伸，并遍及第二环40的整周而形成。在使用状态下，缺口部5成为油积存部，在活塞20下降时，在第二环40刮落间隙PC1内的油时，油在缺口部5被缓存，由此油压的上升被抑制。其结果是，能得到良好的刮油性能。需要说明的是，缺口部5不需要遍及第二环40的整周而形成，例如，在接缝部附近也可以不形成缺口部5。就是说，缺口部5也可以形成在除了形成接缝部的接缝端部以外的第二环40上。由此，能提高气封性能。

图2是用于对实施方式的第二环40的外周面1进行说明的剖视图。在图2中，图示了与第二环40的周长方向正交的截面的一部分。如图2所示，第二环40的外周面1具有锥面11、切割面12以及连接面13。

如图2所示，锥面11包括附图标记1a所示的外周端部1a，为在内燃机100中在气缸10的内壁面10a滑动的面。在与第二环40的周长方向正交的截面中，外周端部1a为在第二环40中成为最大直径的部位。图2所示的外周端部1a形成为边缘，但其也可以形成为带有圆角的面。锥面11以外周端部1a为下缘，以随着从外周端部1a趋向上侧(燃烧室侧)而接近第二环40的中心轴的方式(就是说，以缩径的方式)倾斜。由此，实施方式的第二环40的外周形状呈锥形底切形状。锥面11相当于本发明的“外周端面”。需要说明的是，本发明的外周端面也可以是与轴向的位置无关地外径同样的直面。在该情况下，直面整体成为外周端部。此外，本发明的外周端面也可以是以向径向的外侧呈凸状的方式弯曲的筒形形状。在该情况下，筒形形状的顶点成为外周端部，从该顶点向下方形成底切。

如图2所示，连接面13连接锥面11的上缘与上表面3的外周缘。需要说明的是，在本发明中，连接面13不是必需的构成。

如图2所示，切割面12以在锥面11和下表面4之间形成缺口部5的方式设置，连接锥面11和下表面4。切割面12构成为包括弯曲凹面121和下侧圆弧面122。如图2所示，弯曲凹面121以随着趋向下侧(曲柄室侧)而接近第二环40的中心轴的方式弯曲为凹状。在此，将弯曲凹面121的曲率半径设为R1。如图2所示，在与第二环40的周长方向正交的截面中，弯曲凹面121呈向上侧凸出的曲线。更具体而言，实施方式的弯曲凹面121形成为圆弧状，其曲率半径R1在弯曲凹面121的整个区域中是恒定的。就是说，实施方式的弯曲凹面121由曲率不变的单一圆弧形成。不过，本发明中的弯曲凹面的形状并不限定于此。弯曲凹面也可以以曲率变化的方式形成。如图2所示，弯曲凹面121的上缘与外周端部1a连接。需要说明的是，在弯曲凹面121和外周端部1a之间也可以夹有其他面(例如圆弧面)。图2的附图标记P1表示在与第二环40的周长方向正交的截面中在弯曲凹面121中位于最上侧的点。在本实施方式中，弯曲凹面121的上缘与外周端部1a连接，因此点P1与外周端部1a一致。

如图2所示，下侧圆弧面122连接弯曲凹面121的下缘和下表面4的外周缘。下侧圆弧面122为通过倒角加工形成的所谓R角，在与第二环40的周长方向正交的截面中，下侧圆弧面122以呈凸状的方式形成为圆弧状。如图2所示，将下侧圆弧面122的曲率半径设为r1。需要说明的是，在本发明中，下侧圆弧面122不是必需的构成。

在此，如图2所示，在与第二环40的周长方向正交的截面中，将从点P1向径向的外侧与下表面4平行地延伸的假想的直线设为第一假想直线VL1。此外，图2的附图标记T1表示与第二环40的周长方向正交的截面中的、点P1处的弯曲凹面121的切线。此时，将切线T1相对于第一假想直线VL1的倾斜角度设为θ1。此外，将第二环40的轴向宽度设为h1，将切割面12的轴向宽度(即，缺口部5的宽度)设为H。此外，将第二环40的径向上的切割面12的长度(即，缺口部5的深度)设为D。此时，在实施方式的第二环40中，θ1被设定为5°≤θ1≤50°。此外，在第二环40中，h1和H被设定为0.2≤H/h1≤0.4。需要说明的是，h1的范围没有特别限定，但例如优选为0.8mm≤h1≤2.5mm以下。

[油封性能]

以下，对实施方式的第二环40的油刮落性能进行说明。图3是在实施方式的内燃机100中活塞20处于下降冲程时的第二环40附近的剖视图。图4是在比较例的内燃机200中活塞20处于下降冲程时的第二环60附近的剖视图。在图3和图4中，图示了沿活塞20的中心轴的截面。图4所示的比较例的内燃机200与实施方式的内燃机100不同的点在于，代替实施方式的第二环40，将以往的锥形底切形状的第二环60安装于活塞20的第二环槽202。在此，图3和图4的附图标记F1表示存在于气缸10的内壁面10a的一部分的油相对于活塞20的相对流动。此外，附图标记C1表示形成于第二环槽202的下壁面W2和活塞20的外周面20a之间的倒角部分。

如图4所示，在比较例的内燃机200中，有时由第二环60刮落的油的一部分会在底切的表面流动。在该情况下，该一部分的油可能不会落到间隙PC1中而碰到第二环槽202的倒角部分C1，并流入第二环60的下表面4和第二环槽202的下壁面W2之间。因此，在比较例中，流入第二环60的下表面4和第二环槽202的下壁面W2之间的一部分的油会穿过环背面(更详细而言，第二环60的内周侧)，向燃烧室侧流出，由此油消耗量恐怕会增大。

与此相对，在实施方式的内燃机100中，第二环40的外周面1具有如上所述弯曲为凹状的弯曲凹面121。因此，如图3所示，在由第二环40刮落的油的一部分在弯曲凹面121流动的情况下，通过使该一部分的油扩散，容易落到第三槽脊L3的间隙PC1。由此，抑制了油流入第二环40的下表面4和第二环槽202的下壁面W2之间。

[作用/效果]

如上所述，在实施方式的第二环40中，形成缺口部5的切割面12包括以随着趋向下侧而接近第二环40的中心轴的方式弯曲为凹状的弯曲凹面。此外，在实施方式的第二环40中，切线T1相对于第一假想直线VL1的倾斜角度θ1为5°以上且50°以下，H/h1为0.2以上且0.4以下。实施方式的第二环40通过如上所述地构成，能提高油封性能，降低内燃机100的油消耗量。

在此，若切割面的长度D过大，则碰到活塞的倒角部的油的量会增大，因此油向环下表面(活塞环的下表面和环槽的下壁面之间)的流出量会增加。在θ1小于5°的情况下，为了确保底切部分(缺口部5)的容积，且不使切割面的长度D过大，需要减小切割面的轴向宽度H，并减小弯曲凹面的曲率半径R1。由于R1变小，流向曲柄室侧的油的势头会变弱。其结果是，冲上活塞的倒角部的油会增加，向环下表面的油的流出会增加(参照图10)。在θ1为50°以上的情况下，为了确保底切部分(缺口部5)的容积，且使弯曲凹面成立，需要提高切割面的轴向宽度H，并需要减小切割面12的长度D。减小切割面的长度D，由此会产生油的涡流，冲上活塞的倒角部的油的量会增加，因此向环下表面的油的流出会增加。如上所述，在θ1小于5°的情况下、在θ1大于50°的情况下，底切部分(缺口部5)的尺寸会受到限制，因此形状设计会受到制约。此外，在H/h1小于0.2的情况下，底切部分(缺口部5)的空间会变窄，油会从早期阶段开始就流出至活塞环的下表面和环槽的下壁面之间(参照图11)。此外，在H/h1比0.4大的情况下，底切部分的空间会变宽，油会在底切部分旋转而产生涡流。产生的涡流会妨碍油的扩散，落到(排放到)第三槽脊的间隙的油会减少(参照图12)。需要说明的是，θ1更优选为5°≤θ1≤40°，进一步优选为5°≤θ1≤30°。此外，H/h1更优选为0.2≤H/h1≤0.3。

需要说明的是，从提高油封性能的提高的观点来看，下侧圆弧面的曲率半径r1优选为0.01mm≤r1≤0.2mm，更优选为0.05mm≤r1≤0.2mm。此外，从同样的观点来看，更优选为0.2mm≤D≤0.6mm，进一步优选为0.2mm≤D≤0.5mm。此外，从同样的观点来看，更优选为0.2mm≤H≤0.6mm。不过，本发明不限于这些数值。在外周面1存在硬质覆膜的情况下，在r1小于0.01mm的情况下，在第二环40的下表面4的磨削加工时，恐怕会在覆膜的角部分产生缺口。在r1比0.2mm大的情况下，弯曲凹面121在切割面12的整体中所占的比例减小。由此，认为：弯曲凹面121的扩散力会减少，在环下表面流动的油和冲上活塞倒角的油会增加(由于r1的扩大，油会被引导至环下表面)，落到曲柄室侧的油会减少。

此外，在实施方式的第二环40中，在与周长方向正交的截面中，曲率半径遍及弯曲凹面121的整个区域恒定。例如，在如PVD(physical vapor deposition：物理气相沉积)法那样通过使用了靶的蒸镀法在活塞环的表面形成蒸镀膜的情况下，若在作为对象的面上存在曲率发生变化的部位，则作为蒸镀膜的材料的粒子难以充分碰撞，蒸镀膜的膜厚有时会变得不均匀。例如，就比较例的第二环60的底切的表面而言，其曲率半径不恒定，因此蒸镀膜的膜厚容易变得不均匀。若蒸镀膜的膜厚不均匀，则在后续工序的化学转化处理时，处理液会从蒸镀膜的薄的部分渗透至基体材料表面和蒸镀膜之间，在活塞环的发动机组装作业中恐怕会发生蒸镀膜的剥离。剥离的蒸镀膜会成为异物，并成为在内燃机的运转中使气缸内壁产生损伤的主要原因。对于这样的问题，在实施方式的第二环40中，曲率半径遍及弯曲凹面121的整个区域恒定，因此对于弯曲凹面121能形成膜厚的均匀性高的蒸镀膜。由此，能使蒸镀膜的密合性良好，能抑制蒸镀膜的翘起、剥离。

[变形例]

图5是用于对实施方式的变形例的第二环40A的外周面1进行说明的剖视图。在图5中，图示了与第二环40A的周长方向正交的截面的一部分。如图5所示，第二环40A与上述的第二环40不同的点在于，在外周面1形成有附图标记6所示的硬质覆膜。在变形例的第二环40A中，由硬质覆膜6构成外周面1。

硬质覆膜6形成为包括PVD处理覆膜、DLC覆膜、镀铬处理覆膜、氮化处理覆膜、化学转化处理覆膜、树脂覆膜、氧化处理覆膜、镀Ni－P处理覆膜以及涂膜中的至少任一层的覆膜。需要说明的是，“PVD(physical vapor deposition：物理气相沉积)处理覆膜”是指通过PVD法形成的覆膜。需要说明的是，PVD法是指通过使从形成为含有膜材料的靶射出的膜材料的粒子附着于基体材料而在基体材料的表面形成膜的蒸镀法的一种，也可以称为物理气相生长。PVD法中可以包括离子镀法、真空蒸镀法、离子束蒸镀法、溅射法、FCVA(FilteredCathodic Vacuum Arc：过滤阴极真空电弧)法等。此外，“DLC(Diamond Like Carbon：类金刚石碳)覆膜”是指主要由碳氢化合物或碳的同素异性体构成的非晶质的硬质碳覆膜。此外，“镀铬处理覆膜”是指通过镀铬形成的覆膜。镀铬也称为工业镀铬。“氮化处理覆膜”是指通过氮化处理使氮渗透至金属表面而形成的覆膜。“化学转化处理覆膜”是指通过化学转化处理形成的覆膜。作为化学转化处理的例子，可以列举出四氧化三铁处理(染黑)、磷酸盐处理、铬酸盐处理等。此外，作为磷酸盐处理的例子，可以列举出磷酸锰处理、磷酸锌处理、磷酸铁处理等。此外，“树脂覆膜”是指由树脂材料形成的覆膜。“氧化处理覆膜”是指通过氧化处理使金属表面氧化而形成的覆膜。作为氧化处理的例子，可以列举出氧化铝膜处理等。“镀Ni－P处理覆膜”是指通过无电解镀Ni－P形成的覆膜。需要说明的是，“涂膜”是指通过涂料(paint)的涂布形成的膜。作为“涂膜”、“树脂覆膜”的例子，可以列举出水性或油性的树脂涂料的树脂涂膜等。通过形成这样的硬质覆膜，能提高刮片环的上下表面的耐磨耗性。作为硬质覆膜6，例如例示了Cr氮化物覆膜(Cr－N膜、Cr－B－N膜等)、非晶质碳覆膜。不过，本发明的硬质覆膜不限于此。根据变形例1，通过在外周面1上形成硬质覆膜6，能提高外周面1的耐磨耗性。

<密合性评价>

对实施方式的在第二环上成膜的PVD覆膜的密合性进行了评价。在密合性的评价中，以通过化学转化处理形成氧化覆膜后的第二环为对象实施扭曲试验，目视观察了在切割面是否存在PVD覆膜的剥离。图6是用于对扭曲试验进行说明的图。在扭曲试验中，如图6所示，握持住形成第二环40的接缝的一对接缝端部410、420，以相对于中心轴的接缝的相反侧部位430为支点，向第二环成为图6的实线所示的姿态的方向以规定的扭曲角度扭转第二环。需要说明的是，此时的扭曲角度为180°。

[实施例]

作为实施例，对在图2所示的实施方式的第二环40的外周面1形成有PVD覆膜作为硬质覆膜的情况的密合性进行了评价。

[比较例]

作为比较例1，对在图4所示的比较例的第二环60的外周面1形成有PVD覆膜作为硬质覆膜6的情况的密合性进行了评价。

[实验结果]

表1所示的评价结果以以下的评价基准表示密合性评价的结果。就评价基准而言，将未确认到PVD覆膜的剥离的发生的情况设为“ο”，将确认到剥离的发生的情况设为“×”。如表1所示，结果为：与比较例相比，实施例的密合性更优异。由此，能确认到：通过实施方式1的表面处理方法，PVD覆膜的密合性提高。

[表1]

	有无剥离	密合性评价
			比较例	有	×
实施例	无	○

<油封性能评价>

通过使用解析软件的解析，进行了实施方式的第二环的油封性能的评价。在密封性能的评价中，对内燃机中的活塞的下降冲程中的油的流出量进行了解析。

[比较评价]

作为实施例1～2，对图2所示的实施方式的第二环40的油封性能进行了评价。在实施例1中，使用了h1＝1.48mm、H＝0.42mm、D＝0.3mm、θ1＝20°的第二环。在实施例2中，使用了h1＝1.48mm、H＝0.36mm、D＝0.31mm、θ1＝8°的第二环。作为比较例，对图4所示的比较例的第二环60的油封性能进行了评价。

[比较结果]

图7是表示相对于比较例的实施例的油流出量比的图表。图7的纵轴所表示的油流出量比是流出至第二环的下表面和环槽的下壁面之间的油量的比。如图7所示，关于流出至第二环的下表面和环槽的下壁面之间的油量，实施例1相对于比较例的比为0.59。此外，实施例2相对于比较例的油流出量的比为0.61。根据图7的解析结果可知，实施例1～2与比较例相比，流出至第二环的下表面和环槽的下壁面之间的油量降低。

[参数评价]

图8是表示θ1与油流出量的关系的图表。在图8中，示出了在实施方式的第二环中，设为θ1＝0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°的情况下的θ1与油流出量的关系。此外，图9是表示H/h1与油流出量的关系的图表。在图9中，示出了在实施方式的第二环中，设为H/h1＝0.15、0.2、0.3、0.4、0.45的情况下的H/h1与油流出量的关系。在图8、图9中纵轴所表示的油流出量是经过第二环的外周面和气缸的内壁面之间并流出至第二槽脊的油的量。此外，图10是表示D与油流出量的关系的图表。在图10中，示出了在实施方式的第二环中，设为D＝0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.5mm的情况下的D与油流出量的关系。图10的纵轴所表示的油流出量是流出至第二环的下表面和环槽的下壁面之间的油的量。如图8所示，可知：θ1＝0°、10°、20°、30°、40°、50°的情况下的向第二槽脊的油流出量比θ1＝60°的情况下的向第二槽脊的油流出量相对较少。由此，可知：通过将θ1设为50°以下，向第二槽脊的油流出量会降低。此外，如图9所示，可知：H/h1＝0.2、0.3、0.4的情况下的向第二槽脊的油流出量比H/h1＝0.15、0.45的情况下的向第二槽脊的油流出量少。由此，可知：通过将H/h1设为0.2以上且0.4以下，向第二槽脊的油流出量会降低。此外，如图10所示，可知：在0.2mm≤D≤0.5mm的范围内，第二环的下表面和环槽的下壁面之间的油流出量降低。特别是，可知：在D为0.3mm附近，油流出量最少。就是说，在D＜0.3mm的范围中，D越变小油流出量越增加。认为其原因在于：由于气缸的内壁面的油与环的底切部分(缺口部)的油干涉而产生油的涡流，流速降低的油沿环下表面流动。此外，在D＞0.3mm的范围中，D越变大油流出量越增加。认为其原因在于：由于碰到活塞的倒角部的油的量增加，沿环下表面流动的油的量增加。

＜流动分布评价＞

通过解析软件对使用了实施方式的第二环的情况下的油的流动进行了解析。图11～图13是表示活塞的下降冲程中的内燃机的第二环附近的油的流动分布的解析结果的图。在图11～图13中，“油的体积分数”的灰度标尺(gradation scale)表示油的体积分数。在图11～图13的解析结果中，黑色部分油的比率低(空气多)，白色部分油的比率高(油多)。此外，图11～图13的白箭头表示油流动的方向。

在图11中，示出了设为θ1＝0°、θ1＝10°、θ1＝20°的情况下的各自的流动分布。如图11所示，可知：与θ1＝0°的情况下相比，θ1＝10°、θ1＝20°的情况下流出至第二环的下表面和环槽的下壁面之间的油量少。如图11所示，可知：与θ1＝0°的情况下相比，θ1＝10°、θ1＝20°的情况下流出至第二环的下表面和环槽的下壁面之间的油量降低。

在图12中，示出了设为H/h1＝0.2、H/h1＝0.4、H/h1＝0.5的情况下的各自的流动分布。如图12所示，可知：就H/h1＝0.5的情况而言，产生油的涡流，碰到活塞的倒角部的油的量增加，其结果是，流出至第二环的下表面和环槽的下壁面之间的油量增加。

在图13中，示出了上述的比较例、实施例1以及实施例2各自的流动分布。如图13所示，可知：实施例1和实施例2与比较例相比，流出至第二环的下表面和环槽的下壁面之间的油量少。

以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但上述的各种方式可以尽可能地进行组合。需要说明的是，本发明的应用对象没有特别限定，本发明的活塞环在内燃机中可以优选应用于以汽油发动机为例的火花点火发动机。不过，本发明的活塞环也可以应用于以柴油发动机为例的压缩点火发动机。此外，在将本发明的活塞环作为第二环应用于火花点火发动机的情况下，如图1所示，特别优选将顶环的外周形状设为筒形形状，将油环的刮片环的外周形状设为筒形形状。由此，能抑制摩擦的增加，并且确保气封性能和油封性能。需要说明的是，“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、顶部从上下中央向上下任一方偏移的偏心筒形形状。

附图标记说明

1：外周面；

1a：外周端部；

12：切割面；

121：弯曲凹面；

122：下侧圆弧面；

2：内周面；

3：上表面；

4：下表面；

5：缺口部；

6：硬质覆膜；

10：气缸；

20：活塞；

40：第二环(活塞环的一个例子)；

100：内燃机。

Claims (6)

1.一种活塞环，安装于内燃机的活塞，其中，

所述活塞环具有：外周面，设于该活塞环的外周；内周面，设于该活塞环的内周；上表面，是该活塞环的轴向端面中的上表面，在所述内燃机中面向燃烧室侧；以及下表面，是该活塞环的轴向端面中的下表面，在所述内燃机中位于曲柄室侧，

在与该活塞环的周长方向正交的截面中，所述外周面具有：外周端面，包括在该活塞环中成为最大直径的外周端部；以及切割面，以在所述外周端面和所述下表面之间形成沿该活塞环的周长方向延伸的缺口部的方式连接所述外周端面与所述下表面，

所述切割面包括以随着趋向所述曲柄室侧而接近该活塞环的中心轴的方式弯曲为凹状的弯曲凹面，

在与该活塞环的周长方向正交的截面中，在所述弯曲凹面中位于最靠近所述燃烧室侧的点处的所述弯曲凹面的切线相对于与所述下表面平行地延伸的第一假想直线的倾斜角度为5°以上且50°以下，

在将该活塞环的轴向宽度设为h1、将所述切割面的轴向宽度设为H时，H/h1为0.2以上且0.4以下。

2.根据权利要求1所述的活塞环，其中，

在将所述活塞环的径向上的所述切割面的长度设为D时，0.2mm≤D≤0.6mm。

3.根据权利要求1或2所述的活塞环，其中，

在与所述活塞环的周长方向正交的截面中，对于所述弯曲凹面而言，曲率半径遍及其整个区域恒定。

4.根据权利要求1或2所述的活塞环，其中，

在所述外周面形成包括物理气相沉积处理覆膜即PVD处理覆膜、类金刚石碳覆膜即DLC覆膜、镀铬处理覆膜、氮化处理覆膜、化学转化处理覆膜、树脂覆膜、氧化处理覆膜、镀Ni－P处理覆膜以及涂膜中的至少任一层的硬质覆膜。

5.根据权利要求1或2所述的活塞环，其中，

所述切割面还包括连接所述弯曲凹面与所述下表面的下侧圆弧面，

所述下侧圆弧面的曲率半径为0.01mm以上且0.2mm以下。

6.根据权利要求1或2所述的活塞环，其中，

在多个压缩环安装于活塞的内燃机中，所述活塞环形成为所述多个压缩环中的安装于从燃烧室侧起第二个位置的第二环。