JP6010278B2 - Combination of piston rings for diesel engines - Google Patents

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Description

本件発明は、オイル消費量を増大させずにフリクションの低減に効果のある、ディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せに関する。 The present invention relates to a combination of piston rings for a diesel engine that is effective in reducing friction without increasing oil consumption .

近年、環境問題による配慮も含め、自動車用内燃機関の燃費向上に対する要求が強まってきており、内燃機関用ディーゼルエンジンに関しても同様である。この要求に応えるにあたって、内燃機関におけるピストンとシリンダー等の接触箇所のフリクションを低減させることが有効となる。ここで、内燃機関におけるピストンには、シリンダボア内におけるスムーズな往復運動を実現し、また、高温な燃焼ガスをシールするためのピストンリングが装着されている。ピストンリングは、ガス漏れ防止用として装着されるコンプレッションリングと、シリンダボア壁面に付着した余分なオイルを掻き落としオイルコントロールを行うために装着されるオイルリングとからなり、通常これらを組み合わせて用いられる。また、ピストンリングは、燃焼室に近いピストン頂部側から順に、例えばコンプレッションリングであるトップリング、セカンドリング、そしてオイルリングが装着される。   In recent years, demands for improving the fuel consumption of internal combustion engines for automobiles, including consideration due to environmental problems, have increased, and the same applies to diesel engines for internal combustion engines. In responding to this requirement, it is effective to reduce the friction at the contact point between the piston and the cylinder in the internal combustion engine. Here, the piston in the internal combustion engine is provided with a piston ring for realizing a smooth reciprocating motion in the cylinder bore and for sealing high-temperature combustion gas. The piston ring is composed of a compression ring that is mounted for preventing gas leakage and an oil ring that is mounted for scraping off excess oil adhering to the cylinder bore wall surface to perform oil control, which are usually used in combination. In addition, the piston ring is mounted with, for example, a compression ring such as a top ring, a second ring, and an oil ring in order from the piston top side close to the combustion chamber.

内燃機関において、ピストンとシリンダ等の接触箇所のフリクションを低減させるためには、ピストンリングの張力を低くすると共に、ピストンリングによるシリンダボア壁面への押圧力が低くなるよう設定することで実現でき、例えばピストンリングの軸方向の幅寸法や径方向の厚さ寸法を小さく設定することで可能となる。但し、このような手段は従来より採用されていたものの、ピストンリングのシール性の低下を招く恐れや、ピストンリングとシリンダボア壁面との間に隙間が生じる恐れがある。仮に、ピストンリングとシリンダボア壁面との間に隙間が生じた場合、ピストンリングによる燃焼室での爆発衝撃に耐えて高温な燃焼ガスを長期間安定してシールする働き、及びオイルを燃焼室内へ侵入させずにシールする働きが不十分となり、エンジン出力の低下やオイル消費の増大を招くこととなる。特に、内燃機関用ディーゼルエンジンに関していえば、近年の排ガス規制対策による内燃機関の燃焼圧力上昇化に伴い、ピストンへの負荷が増大傾向にあり、ピストンリングのシール性の低下は好ましくない。   In an internal combustion engine, in order to reduce the friction at the contact point between the piston and the cylinder, it can be realized by setting the pressure of the piston ring to the cylinder bore wall surface to be low and lowering the tension of the piston ring. This can be achieved by setting the axial width dimension and the radial thickness dimension of the piston ring small. However, although such means has been conventionally employed, there is a risk that the sealing performance of the piston ring will be lowered, and a gap may be formed between the piston ring and the cylinder bore wall surface. If there is a gap between the piston ring and the cylinder bore wall, the piston ring can withstand the explosion shock in the combustion chamber and seal high-temperature combustion gas stably for a long period of time, and oil can enter the combustion chamber. The function of sealing without it is insufficient, leading to a decrease in engine output and an increase in oil consumption. In particular, regarding a diesel engine for an internal combustion engine, with the recent increase in combustion pressure of the internal combustion engine due to measures for exhaust gas regulations, the load on the piston tends to increase, and a decrease in the sealing performance of the piston ring is not preferable.

上述の問題を回避すべく、例えば、特許文献1(特開2000−9225号)には、セカンドランドの圧力を下げた状態で使用できるセカンドリング用のピストンリングであって、高圧往復動機構、特に、内燃機関のピストンに装着するのに適するピストンリングについて開示されている。具体的には、特許文献1のピストンリングは、「トップリングとはセカンドランドを介して離間して配されるセカンドリングであって、該セカンドリングが径方向の厚みおよび軸線方向の幅寸法がトップリングの対応寸法より小さく、セカンドリングの張力がトップリングの張力より小さくかつその内周部がリング溝底面より浮き上がるねじれをセカンドリングに付与されている」ことを特徴とするものである。   In order to avoid the above-mentioned problem, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-9225) discloses a second ring piston ring that can be used in a state where the pressure of the second land is lowered, and a high-pressure reciprocating mechanism, In particular, a piston ring suitable for mounting on a piston of an internal combustion engine is disclosed. Specifically, the piston ring disclosed in Patent Document 1 is “a top ring is a second ring that is spaced apart via a second land, and the second ring has a radial thickness and an axial width dimension. The second ring is smaller than the corresponding dimensions of the top ring, the tension of the second ring is smaller than the tension of the top ring, and the torsion of the inner peripheral part thereof rising from the bottom surface of the ring groove is applied to the second ring.

特開2000−9225号公報JP 2000-9225 A

しかし、特許文献1に係るピストンリングは、ピストンリングの張力に関して、「セカンドリングの径方向の厚みと張力をトップリングの径方向の厚みと張力とより小さくする」旨の開示しかされていない。すなわち、特許文献1に係るピストンリングの組合せは、セカンドリングの径方向の厚み(a1寸法)を小さくして張力を低くすることで、ピストンリングの組合せの合計張力を小さくしたものである。また、特許文献1に係るピストンリングの組合せは、トップリング張力(11.7N)と、セカンドリング張力(0.4N)とに大きな差(トップリングの張力がセカンドリングの張力の約30倍)が生じている。このように、この特許文献1では、オイルリングに対しての張力低減やオイルコントロールについては全く言及していない。よって、単に、特許文献1に係るピストンリングの技術思想を用いるだけで、当該セカンドリングと、トップリングとオイルリングとを含めたピストンリングの組合せを用いた場合には、ピストンリングとシリンダボア壁面との間のフリクション性能にばらつきが生じやすく、オイル消費量を増大させずにフリクション低減の効果を安定化させることが難しい。 However, the piston ring according to Patent Document 1 only discloses that the radial thickness and tension of the second ring are made smaller than the radial thickness and tension of the top ring with respect to the tension of the piston ring. That is, in the combination of piston rings according to Patent Document 1, the total tension of the combination of piston rings is reduced by reducing the radial thickness (a1 dimension) of the second ring to reduce the tension. Further, the piston ring combination according to Patent Document 1 has a large difference between the top ring tension (11.7 N) and the second ring tension (0.4 N) (the tension of the top ring is approximately 30 times the tension of the second ring). Has occurred. As described above, Patent Document 1 does not mention any tension reduction or oil control for the oil ring. Therefore, when the combination of the piston ring including the second ring and the top ring and the oil ring is used simply by using the technical idea of the piston ring according to Patent Document 1, the piston ring and the cylinder bore wall surface It is difficult to stabilize the friction reduction effect without increasing the oil consumption .

以上のことから、本件発明は、ピストンリングとシリンダボア壁面との間におけるフリクション性能のばらつきを抑制し、オイル消費量を増大させずにフリクション低減の効果を安定して得られる、トップリングとセカンドリングとオイルリングとからなるピストンリングを用いたディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せの提供を目的とする。 As described above, the present invention suppresses the variation in friction performance between the piston ring and the cylinder bore wall surface, and can stably obtain the effect of reducing friction without increasing oil consumption. The purpose of the present invention is to provide a combination of piston rings for diesel engines using a piston ring composed of an oil ring.

そこで、本発明者等は、鋭意研究を行った結果、ピストンリングの張力について所定の条件を満たすことで、上述した課題を解決するに到った。以下、本件発明に関して説明する。   Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have solved the above-mentioned problems by satisfying a predetermined condition for the tension of the piston ring. Hereinafter, the present invention will be described.

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せ: ディーゼルエンジンに用いられるトップリングとセカンドリングとオイルリングとからなるピストンリングの組合せにおいて、当該オイルリングは、上側レールと下側レールとこれら各レールを連結するウェブとを備え、当該上側レールと当該下側レールの外周摺動面は、ガス窒化処理して形成された層とPVD処理して形成された層とをこの順に有し、且つ、当該ウェブを挟んで対称位置にある、当該ウェブに面した側の隅部をステップ状に切り欠いたステップランド形状であり、当該トップリングの張力(N)をAとし、当該セカンドリングの張力(N)をBとし、当該オイルリングの張力(N)をCとし、当該シリンダボア径(mm)をDとした場合に、下記数1に示す式(1)〜式(3)の各条件を満足するものであることを特徴とするディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せ。 Combination of piston rings for a diesel engine according to the present invention: In a combination of piston rings composed of a top ring, a second ring and an oil ring used in a diesel engine, the oil ring includes an upper rail, a lower rail, and each of these rails. and a web connecting the outer circumferential sliding surface of the upper rail and the lower rail, and a layer formed by a layer with PVD process formed by processing gas nitriding in this order, and, It is a step land shape in which the corner on the side facing the web in a symmetrical position across the web is cut out in a step shape, and the tension (N) of the top ring is A, and the tension of the second ring ( When N) is B, the tension (N) of the oil ring is C, and the cylinder bore diameter (mm) is D, the following formula 1 A combination of piston rings for a diesel engine, which satisfies the conditions of formulas (1) to (3).

Figure 0006010278
Figure 0006010278

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せにおいて、前記トップリングのシリンダボア径に対する張力比に対する前記オイルリングのシリンダボア径に対する張力比の比率は、当該トップリングの張力(N)をAとし、当該オイルリングの張力(N)をCとし、当該シリンダボア径(mm)をDとした場合に、下記数2に示す式(4)の条件を満足することが好ましい。   In the combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention, the ratio of the tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of the oil ring with respect to the tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of the top ring is that the tension (N) of the top ring is A. When the ring tension (N) is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, it is preferable to satisfy the condition of the formula (4) shown in the following formula 2.

Figure 0006010278
Figure 0006010278

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せにおいて、前記トップリングは、少なくとも外周摺動面にガス窒化処理して形成された層及び/又はPVD処理して形成された層を備えることが好ましい。 In the combination of a piston ring for a diesel engine according to the present invention, the top ring preferably includes at least a layer formed by gas nitriding treatment and / or a layer formed by PVD treatment on the outer peripheral sliding surface.

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せは、前記トップリングの外周摺動面がバレルフェース形状であることが好ましい。 The combination of a piston ring for a diesel engine according to the present invention is preferably the outer circumferential sliding surface of the top ring is barrel face shape.

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せは、ピストンに装着されるピストンリングのシリンダボア径に対する張力比について、それぞれ本件発明に定める条件とすることで、オイル消費量を増大させずにフリクション低減の効果を安定して得ることができる。 The combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention can reduce friction without increasing the oil consumption by setting the tension ratio to the cylinder bore diameter of the piston ring mounted on the piston as the condition defined in the present invention. The effect can be obtained stably.

本件発明のピストンリングを装着したピストンとシリンダとの関係を説明するためにシリンダ軸方向で切断して示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing cut | disconnected and shown in the cylinder axial direction, in order to demonstrate the relationship between the piston and cylinder which mounted the piston ring of this invention. 本件発明のオイルリングの外周摺動面の形状について説明するために軸方向で切断して例示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which cut | disconnected and illustrated in the axial direction in order to demonstrate the shape of the outer periphery sliding surface of the oil ring of this invention.

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せの好ましい実施の形態について、以下に図を用いて示しながら本件発明をより詳細に説明する。   The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings showing preferred embodiments of a combination of piston rings for a diesel engine according to the present invention.

図1は、本件発明のピストンリングを装着したピストンとシリンダとの関係を説明するためにシリンダ軸方向で切断して示した概略断面図である。図1に示すように、ピストン10は、当該ピストン10に設けられるピストンリング溝12〜14にピストン頂部側から順に、ピストンリング1であるトップリング2、セカンドリング3、オイルリング4が装着された状態で、シリンダ20に設けられるシリンダボア22内を往復動する。このときに、ピストンリング1は、所謂コンプレッションリングであるトップリング2及びセカンドリング3が、それぞれピストンリング溝12,13内に装着された状態で、シリンダボア壁面21に対して自己の持つ張力により押圧することで、ピストン10とシリンダボア壁面21との間の隙間を埋めて燃焼ガスをシールする。また、ピストンリング1は、オイルリング4がピストンリング溝14に装着された状態で、シリンダボア壁面21に対して押圧することで、シリンダボア壁面21の余分な油を掻き落とすと共に、シリンダボア壁面21の油膜の厚みを適度にコントロールする。なお、本件発明のオイルリング4は、図1に示すように、コイルエキスパンダ5とオイルリング本体6とから構成される、所謂2ピース型オイルリングと称されるものを採用している。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view cut along the cylinder axial direction in order to explain the relationship between a piston and a cylinder equipped with the piston ring of the present invention. As shown in FIG. 1, the piston 10 is provided with a top ring 2, a second ring 3, and an oil ring 4, which are the piston rings 1, in order from the top of the piston in the piston ring grooves 12 to 14 provided in the piston 10. In this state, the cylinder 20 reciprocates in the cylinder bore 22 provided in the cylinder 20. At this time, the piston ring 1 is pressed by its own tension against the cylinder bore wall surface 21 with the top ring 2 and the second ring 3, which are so-called compression rings, mounted in the piston ring grooves 12 and 13, respectively. As a result, the gap between the piston 10 and the cylinder bore wall surface 21 is filled to seal the combustion gas. The piston ring 1 is pressed against the cylinder bore wall surface 21 in a state where the oil ring 4 is mounted in the piston ring groove 14, thereby scraping off excess oil on the cylinder bore wall surface 21 and an oil film on the cylinder bore wall surface 21. Moderately control the thickness. As shown in FIG. 1, the oil ring 4 of the present invention employs what is called a so-called two-piece type oil ring composed of a coil expander 5 and an oil ring main body 6.

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せ: 本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せは、図1に示すように、トップリング2とセカンドリング3とオイルリング4とからなるものである。そして、本件発明に係るピストンリングの組合せにおいて、当該オイルリングは、上側レールと下側レールとこれら各レールを連結するウェブとを備えたものである。また、当該上側レールと当該下側レールの外周摺動面は、ガス窒化処理して形成された(以下、「ガス窒化処理層」と称す)とPVD処理して形成された(以下、「PVD処理層」と称す)とをこの順に有し、且つ、当該ウェブを挟んで対称位置にある、当該ウェブに面した側の隅部をステップ状に切り欠いたステップランド形状である。そして、当該オイルリングは、当該トップリング2の張力(N)をAとし、当該セカンドリングの張力(N)をBとし、当該オイルリング4の張力(N)をCとし、当該シリンダボア22の直径(mm)をDとした場合に、下記数1に示す式(1)〜式(3)の各条件を満足するものであることを特徴とする。 Combination of piston rings for diesel engines according to the present invention: The combination of piston rings for diesel engines according to the present invention comprises a top ring 2, a second ring 3, and an oil ring 4, as shown in FIG. In the combination of the piston rings according to the present invention, the oil ring includes an upper rail, a lower rail, and a web connecting these rails. The outer peripheral sliding surface of the upper rail and the lower rail, a layer formed by processing gas nitriding (hereinafter referred to as "gas nitrided layer") and PVD treated layer formed (hereinafter , Referred to as “PVD treatment layer” in this order , and in a step land shape in which corners on the side facing the web in a symmetrical position with the web in between are cut out in a step shape. In the oil ring, the tension (N) of the top ring 2 is A, the tension (N) of the second ring is B, the tension (N) of the oil ring 4 is C, and the diameter of the cylinder bore 22 When (mm) is set to D, each of the conditions of the formulas (1) to (3) shown in the following formula 1 is satisfied.

Figure 0006010278
Figure 0006010278

本件発明のオイルリング4の外周摺動面は、図1に示すようなステップランド形状であることで、当該オイルリング4によるシリンダボア壁面21の余分なオイルを掻き落とす効果が更に得られることとなる。すなわち、本件発明のオイルリング4によれば、その外周摺動面がステップランド形状であることで、オイル上がりが生じ難く、また、オイル消費の低減及びフリクションの低減を図ることができることとなる。The outer peripheral sliding surface of the oil ring 4 of the present invention has a step land shape as shown in FIG. 1, so that an effect of scraping off excess oil on the cylinder bore wall surface 21 by the oil ring 4 can be further obtained. . That is, according to the oil ring 4 of the present invention, since the outer peripheral sliding surface has a step land shape, it is difficult for oil to rise, and it is possible to reduce oil consumption and friction.

図2は、本件発明のオイルリングの外周摺動面の形状について説明するために軸方向で切断して例示した概略断面図である。図2に示すように、本件発明のオイルリング4におけるオイルリング本体6は、オイルリング本体の上側部分及び下側部分を構成する上側レール6a及び下側レール6bと、これら各レールと連結するウェブ6cとからなる。そして、当該上側レール6a及び当該下側レール6bの外周摺動面には、ステップ状の切り欠き6a’、6b’が形成されている。ここで、図2には、上側レール6aに設けられるステップ6a’と下側レール6bに設けられるステップ6b’とが、当該上側レール6a及び当該下側レール6bの外周摺動面のウェブ6cに面した側の隅部で、且つ、当該ウェブ6cを挟んで対称となる位置に形成されている。本件発明のオイルリング4は、図2に示す箇所にステップ6a’、6b’を設けることで、オイルリング4によるオイルコントロール機能をより発揮することができると共に、フリクションの低減をも図ることができる。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrated by cutting in the axial direction to explain the shape of the outer peripheral sliding surface of the oil ring of the present invention. As shown in FIG. 2, the oil ring main body 6 in the oil ring 4 of the present invention includes an upper rail 6a and a lower rail 6b that constitute an upper portion and a lower portion of the oil ring main body, and a web connected to these rails. 6c. Stepped notches 6a 'and 6b' are formed on the outer peripheral sliding surfaces of the upper rail 6a and the lower rail 6b. Here, in FIG. 2, the step 6a ′ provided on the upper rail 6a and the step 6b ′ provided on the lower rail 6b are provided on the web 6c on the outer peripheral sliding surface of the upper rail 6a and the lower rail 6b. It is formed in the corner on the facing side and at a symmetrical position with the web 6c interposed therebetween. In the oil ring 4 of the present invention, by providing the steps 6a ′ and 6b ′ at the locations shown in FIG. 2, the oil control function by the oil ring 4 can be further exerted and the friction can be reduced. .

なお、オイルリング4の外周摺動面に設けられるステップ6a’、6b’は、オイルリング本体6の上側レール6a及び下側レール6bのシリンダボア壁面21に対する当たり面の軸方向幅を考慮した上で、当該上側レール6a及び下側レール6bに例えば研磨部材や砥石等を用いた研削加工を施して形成することができる。従って、本件発明のオイルリング本体6は、その形成に際し特別な設備や特別なスキルが不要な簡単な方法でありながらも、高い寸法精度で当該レール6a、6bの外周形状を形成することができる。Note that the steps 6a ′ and 6b ′ provided on the outer peripheral sliding surface of the oil ring 4 take into account the axial width of the contact surface of the upper ring 6a and the lower rail 6b of the oil ring body 6 with respect to the cylinder bore wall surface 21. The upper rail 6a and the lower rail 6b can be formed by grinding using, for example, a polishing member or a grindstone. Therefore, the oil ring main body 6 of the present invention can form the outer peripheral shape of the rails 6a and 6b with high dimensional accuracy, although it is a simple method that does not require special equipment or special skills for its formation. .

また、本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せにおいて、オイルリング4の上側レール6a及び下側レール6bは、その少なくとも外周摺動面にガス窒化処理層PVD処理層とをこの順に有するものである。本件発明におけるオイルリング4は、少なくとも外周摺動面にガス窒化処理層とPVD処理層とをこの順に有することで、耐久性を向上させ、内燃機関の長寿命化を図ることができる。なお、本件発明におけるオイルリング4は、高熱負荷の過酷な環境に曝されることから、当該ガス窒化処理層及び当該PVD処理層は、オイルリング4のシリンダボア壁面との摺動面のみならず、ピストンリング溝と接触する上面及び下面を含む全表面に形成しても良い。 Further, in the combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention, the upper rail 6a and the lower rail 6b of the oil ring 4 have a gas nitriding treatment layer and a PVD treatment layer in this order at least on the outer peripheral sliding surface thereof. It is. The oil ring 4 according to the present invention has the gas nitriding layer and the PVD layer on at least the outer peripheral sliding surface in this order, thereby improving the durability and extending the life of the internal combustion engine. In addition, since the oil ring 4 in the present invention is exposed to a severe environment with a high heat load, the gas nitriding treatment layer and the PVD treatment layer are not only sliding surfaces with the cylinder bore wall surface of the oil ring 4, You may form in the whole surface including the upper surface and lower surface which contact a piston ring groove | channel.

さらに、本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せは、用いるトップリング2又はオイルリング4のシリンダボア22の直径に対する張力比について、上記数1に示す式(1)及び式(2)の各条件を満足することで、ピストン10のシリンダボア壁面21に対するシール性を維持させてオイル消費量の増大防止を図りながらも、当該ピストンリング1と当該シリンダボア壁面21との間のフリクションを効果的に低減させることができる。なお、式(1)において、A/Dが0.25を超えるとトップリング2のシリンダボア壁面21に対する押圧力が高くなりすぎて、ピストンリング1とシリンダボア壁面21との間のフリクションの低減を図ることができない。そして、式(2)において、C/Dが0.10未満の場合には、オイルリング4のシリンダボア壁面21に対する押圧力が低くなりすぎて、当該シリンダボア壁面21の余分な油を当該オイルリング4によって掻き落とすことが困難となる。また、式(2)において、C/Dが0.36を超える場合には、オイルリング4のシリンダボア壁面21に対する押圧力が高くなりすぎて、当該シリンダボア壁面21の油膜の厚みをコントロールできるものの、フリクションの低減を図ることが困難となる。 Furthermore, the combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention is based on the conditions of the formula (1) and the formula (2) shown in the above formula 1 with respect to the tension ratio of the top ring 2 or the oil ring 4 to the diameter of the cylinder bore 22. By satisfying the above, it is possible to effectively reduce the friction between the piston ring 1 and the cylinder bore wall surface 21 while maintaining the sealing performance of the piston 10 with respect to the cylinder bore wall surface 21 to prevent an increase in oil consumption . be able to. In the formula (1), when A / D exceeds 0.25, the pressing force of the top ring 2 against the cylinder bore wall surface 21 becomes too high, and the friction between the piston ring 1 and the cylinder bore wall surface 21 is reduced. I can't. In the formula (2), when C / D is less than 0.10, the pressing force of the oil ring 4 against the cylinder bore wall surface 21 becomes too low, and excess oil on the cylinder bore wall surface 21 is removed from the oil ring 4. Makes it difficult to scrape off. Further, in the formula (2), when C / D exceeds 0.36, the pressing force against the cylinder bore wall surface 21 of the oil ring 4 becomes too high, and the thickness of the oil film on the cylinder bore wall surface 21 can be controlled. It becomes difficult to reduce the friction.

また、本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せは、用いるトップリング2、セカンドリング3、及びオイルリング4のシリンダボア22の直径に対する合計張力比を上記数1に示す式(3)の条件を満足することで、各リングそれぞれの張力を、ピストンリング1の組合せとして好ましいバランス配分にすることができる。その結果、本件発明に係るピストンリングの組合せによれば、オイル消費量を増大させずにピストンリング1とシリンダボア壁面21との間のフリクションの低減をより効果的に図ることができる。なお、式(3)において、(A+B+C)/Dが0.2未満の場合には、トップリング2及び/又はセカンドリング3の張力が低すぎるために、ピストンリング1によるシリンダボア壁面21に対するシール性を十分に維持することが困難となる。また、式(3)において、(A+B+C)/Dが0.9を超える場合には、トップリング2及び/又はセカンドリング3の張力が高すぎるために、ピストンリング1とシリンダボア壁面21との間のフリクションの低減を図ることができない。 In addition, the combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention is based on the condition of the formula (3) shown in the above equation 1 as the total tension ratio with respect to the diameter of the cylinder bore 22 of the top ring 2, the second ring 3 and the oil ring 4 to be used. When satisfied, the tension of each ring can be set to a preferable balance distribution as a combination of the piston rings 1. As a result, according to the piston ring combination according to the present invention, it is possible to more effectively reduce the friction between the piston ring 1 and the cylinder bore wall surface 21 without increasing the oil consumption . In the formula (3), when (A + B + C) / D is less than 0.2, the tension of the top ring 2 and / or the second ring 3 is too low, so that the sealing performance against the cylinder bore wall surface 21 by the piston ring 1 is achieved. It will be difficult to maintain sufficient. Further, in the formula (3), when (A + B + C) / D exceeds 0.9, the tension of the top ring 2 and / or the second ring 3 is too high, so that the space between the piston ring 1 and the cylinder bore wall surface 21 It is impossible to reduce the friction.

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せにおいて、トップリング2のシリンダボア22の直径に対する張力比に対するオイルリング4のシリンダボア22の直径に対する張力比の比率は、当該トップリング2の張力(N)をAとし、当該オイルリング4の張力(N)をCとし、当該シリンダボア22の直径(mm)をDとした場合に、下記数2に示す式(4)の条件を満足することが好ましい。   In the combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention, the ratio of the tension ratio of the oil ring 4 to the cylinder bore 22 to the tension ratio of the top ring 2 to the cylinder bore 22 is the tension (N) of the top ring 2. When A is set, A is the tension (N) of the oil ring 4 is C, and the diameter (mm) of the cylinder bore 22 is D, it is preferable to satisfy the condition of the following expression (4).

Figure 0006010278
Figure 0006010278

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せは、用いる「トップリング2のシリンダボア22の直径に対する張力比」に対する「オイルリング4のシリンダボア22の直径に対する張力比」の比率について、上記数2に示す式(4)の条件を満足することで、オイル消費量を増大させずにピストンリング1とシリンダボア壁面21との間のフリクションの低減に関する効果についてより安定性を増す。なお、式(4)において、(C/D)/(A/D)が0.8未満の場合には、「トップリング2のシリンダボア22の直径に対する張力比」に対する「オイルリング4のシリンダボア22の直径に対する張力比」の比率が低すぎるために、シリンダボア壁面21の余分なオイルを掻き落とす機能を安定して得られなくなり、オイル消費量の増大防止の効果の安定性に欠くこととなる。また、式(4)において、(C/D)/(A/D)が1.6を超える場合には、「トップリング2のシリンダボア22の直径に対する張力比」に対する「オイルリング4のシリンダボア22の直径に対する張力比」の比率が高すぎるために、オイル掻き性能が向上するものの、ピストンリング1とシリンダボア壁面21との間のフリクションの増大を招いてしまう。 The combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention shows the ratio of the “tension ratio of the oil ring 4 to the diameter of the cylinder bore 22” to the “tension ratio of the top ring 2 to the diameter of the cylinder bore 22”. By satisfying the condition of Expression (4), the stability of the effect relating to the reduction of friction between the piston ring 1 and the cylinder bore wall surface 21 is increased without increasing the oil consumption . In the formula (4), when (C / D) / (A / D) is less than 0.8, the “cylinder bore 22 of the oil ring 4” with respect to the “tension ratio of the top ring 2 to the diameter of the cylinder bore 22”. Since the ratio of “tension ratio to diameter” is too low, the function of scraping off excess oil on the cylinder bore wall surface 21 cannot be stably obtained, and stability of the effect of preventing an increase in oil consumption is lacking. In the formula (4), when (C / D) / (A / D) exceeds 1.6, “the cylinder bore 22 of the oil ring 4” with respect to the “tension ratio of the top ring 2 to the diameter of the cylinder bore 22”. Since the ratio of the “tension ratio to the diameter” is too high, the oil scraping performance is improved, but the friction between the piston ring 1 and the cylinder bore wall surface 21 is increased.

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せにおいて、トップリング2は、少なくとも外周摺動面にガス窒化処理層及び/又はPVD処理層を備えることが好ましい。 In the combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention, the top ring 2 preferably includes a gas nitriding layer and / or a PVD layer on at least the outer peripheral sliding surface.

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せにおいて、トップリング2は、少なくとも外周摺動面にガス窒化処理層及び/又はPVD処理層を備えることで、ピストンリング1について耐久性を向上させ、内燃機関の長寿命化を図ることができる。本件発明におけるトップリング2は、高熱負荷の過酷な環境に曝されることから、ガス窒化処理層の表面に物理蒸着(PVD)の手法を用いて得られる表面処理層を更に備えることが、耐久性の観点からみてより好ましい。なお、当該ガス窒化処理層及び/又はPVD処理層は、トップリング2のシリンダボア壁面との摺動面のみならず、ピストンリング溝と接触する上面及び下面を含む全表面に形成しても良い。また、セカンドリング3については、特に言及していないが、当該セカンドリング3に対してもトップリング2のように、少なくとも外周摺動面にガス窒化処理層及び/又はPVD処理層を備えることで、内燃機関の長寿命化を更に図ることができる。 In the combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention, the top ring 2 is provided with a gas nitriding treatment layer and / or a PVD treatment layer on at least the outer peripheral sliding surface, thereby improving the durability of the piston ring 1 and improving the internal combustion. The engine life can be extended. Since the top ring 2 in the present invention is exposed to a severe environment with a high heat load, the surface of the gas nitriding layer is further provided with a surface treatment layer obtained by using a physical vapor deposition (PVD) technique. From the viewpoint of sex, it is more preferable. The gas nitriding treatment layer and / or the PVD treatment layer may be formed not only on the sliding surface with the cylinder bore wall surface of the top ring 2 but also on the entire surface including the upper surface and the lower surface in contact with the piston ring groove. Although the second ring 3 is not particularly mentioned, the second ring 3 is also provided with a gas nitriding layer and / or a PVD processing layer on at least the outer peripheral sliding surface like the top ring 2. Further, it is possible to further extend the life of the internal combustion engine.

ちなみに、本件発明のピストンリング1は、その上面及び下面に耐摩耗性を有する耐摩耗層としてダイアモンド ライク カーボン層(以下、「DLC層」と称する。)を形成することもできる。このDLC層は、上述のピストンリングのガス窒化処理層又はPVD処理層を形成した上面及び下面の最外層に設けることができる。このDLC層は、摩擦係数が低い低摩擦材料として知られており、当該上面及び下面の表面にDLC層を設けることで、耐摩耗特性を飛躍的に向上させることができる。なお、本件発明のピストンリング1は、更なる耐久性の向上を図るべく、耐摩耗層としてDLC層をリングの外周摺動面に設けても良い。 Incidentally, the piston ring 1 of the present invention can also be formed with a diamond-like carbon layer (hereinafter referred to as “DLC layer”) as a wear-resistant layer having wear resistance on the upper and lower surfaces thereof. The DLC layer as possible out be provided on the outermost layer of the upper and lower surfaces that form a gas nitrided layer or a PVD process layer of the piston ring described above. This DLC layer is known as a low friction material having a low friction coefficient. By providing the DLC layer on the surfaces of the upper surface and the lower surface, the wear resistance can be remarkably improved. The piston ring 1 of the present invention may be provided with a DLC layer on the outer peripheral sliding surface of the ring as a wear-resistant layer in order to further improve the durability.

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せは、トップリング2の外周摺動面がバレルフェース形状であることが好ましい。 The combination of a piston ring for a diesel engine according to the present invention is preferably the outer circumferential sliding surface of the top ring 2 is barrel face shape.

本件発明のトップリング2の外周摺動面は、図1に示すようなバレルフェース形状であることで、当該トップリング2のシリンダボア壁面21に対する押圧力を周方向に均一に付与することができることとなる。その結果、本件発明のトップリング2によれば、トップリング2とシリンダボア壁面21との間のシール性を安定して維持することができ、オイル消費の低減及びフリクションの低減を図ることができるため好ましい The outer peripheral sliding surface of the top ring 2 of the present invention has a barrel face shape as shown in FIG. 1, so that the pressing force of the top ring 2 against the cylinder bore wall surface 21 can be uniformly applied in the circumferential direction. Become. As a result, according to the top ring 2 of the present invention, the sealing performance between the top ring 2 and the cylinder bore wall surface 21 can be stably maintained, and oil consumption and friction can be reduced. Is preferred .

なお、本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せにおいて、トップリング2及び/又はセカンドリング3は、その軸方向断面における形状をキーストン形状又はハーフキーストン形状とすることもできる。本件発明のピストンリング1であるトップリング2及び/又はセカンドリング3は、軸方向断面における形状がキーストン形状又はハーフキーストン形状のように、ピストンリングの上下面又は上面に傾斜を設けた形状とした場合、ピストンリング溝内におけるピストンリングの半径方向への動きにより、当該ピストンリングの傾斜を設けた上面又は下面が溝内に堆積したスラッジやカーボンに対して高面圧で当たり、これらスラッジ等を容易に破砕又は削ぎ落とすことでができる。この結果、軸方向断面における形状がキーストン形状又はハーフキーストン形状のピストンリングを採用することで、ピストンリング溝内に堆積したスラッジ等がリングに固着又は膠着し、リングが動かなくなることを防止することができる。このように、本件発明のトップリング2及び/又はセカンドリング3は、軸方向断面における形状をキーストン形状又はハーフキーストン形状とすることで、リング上下面のシール性を向上させて燃焼ガスを確実にシールすることができ、排ガス規制等に寄与することとなるため好ましい。   In the combination of piston rings for a diesel engine according to the present invention, the top ring 2 and / or the second ring 3 may have a keystone shape or a half keystone shape in the axial cross section. The top ring 2 and / or the second ring 3 which is the piston ring 1 of the present invention has a shape in which the upper and lower surfaces or the upper surface of the piston ring is inclined such that the shape in the axial cross section is a keystone shape or a half keystone shape. In this case, due to the movement of the piston ring in the radial direction in the piston ring groove, the upper surface or the lower surface provided with the inclination of the piston ring hits sludge or carbon deposited in the groove with high surface pressure, It can be easily crushed or scraped off. As a result, by adopting a piston ring with a keystone shape or a half keystone shape in the axial cross section, sludge accumulated in the piston ring groove is fixed or stuck to the ring, preventing the ring from moving. Can do. As described above, the top ring 2 and / or the second ring 3 according to the present invention has a keystone shape or a half keystone shape in the axial cross section, thereby improving the sealing performance of the upper and lower surfaces of the ring and ensuring combustion gas. Since it can seal and it will contribute to exhaust gas regulations etc., it is preferable.

ここで、参考までに本件発明に係るディーゼル用ピストンリングの組合せに用いられる、トップリング、セカンドリング、オイルリングの各ピストンリングに好適に用いられる材質及びその組成を以下に例示しておく。なお、本件発明のオイルリング本体の材質は、これら材質に限定されるものではない。   Here, for reference, materials and compositions suitably used for the piston rings of the top ring, the second ring, and the oil ring, which are used in the combination of the piston ring for diesel according to the present invention, are illustrated below. The material of the oil ring body of the present invention is not limited to these materials.

まず、本件発明のトップリング用ピストンリングは、13Cr鋼を用いることができる。この13Cr鋼は、炭素0.6〜0.7質量%、ケイ素0.25〜0.5質量%、マンガン0.20〜0.50質量%、クロム13.0〜14.0質量%、モリブデン0.2〜0.4質量%、リン0.03質量%以下、硫黄0.03質量%以下、残部鉄及び不可避不純物の組成のものをいう。   First, 13Cr steel can be used for the piston ring for the top ring of the present invention. This 13Cr steel is composed of carbon 0.6 to 0.7 mass%, silicon 0.25 to 0.5 mass%, manganese 0.20 to 0.50 mass%, chromium 13.0 to 14.0 mass%, molybdenum A composition having a composition of 0.2 to 0.4% by mass, phosphorus of 0.03% by mass or less, sulfur of 0.03% by mass or less, the remaining iron and inevitable impurities.

また、本件発明のトップリング用ピストンリングは、17Cr鋼を用いることができる。この17Cr鋼は、炭素0.80〜0.95質量%、ケイ素0.35〜0.5質量%、マンガン0.25〜0.40質量%、クロム17.0〜18.0質量%、モリブデン1.00〜1.25質量%、リン0.04質量%以下、硫黄0.04質量%以下、バナジウム0.08〜0.15質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成のものをいう。   Moreover, 17Cr steel can be used for the piston ring for top rings of this invention. This 17Cr steel is composed of carbon 0.80 to 0.95 mass%, silicon 0.35 to 0.5 mass%, manganese 0.25 to 0.40 mass%, chromium 17.0 to 18.0 mass%, molybdenum The composition of 1.00-1.25 mass%, phosphorus 0.04 mass% or less, sulfur 0.04 mass% or less, vanadium 0.08-0.15 mass%, the balance iron and inevitable impurities.

次に、本件発明のセカンドリング用ピストンリングは、鋳鉄材(球状黒鉛鋳鉄)を用いることができる。この鋳鉄材は、炭素3.30〜4.00質量%、ケイ素2.20〜3.50質量%、マンガン1.0質量%以下、リン0.3質量%以下、硫黄0.05質量%以下、クロム0.5質量%以下、銅0.5質量%以下、残部鉄及び不可避不純物からなる組成のものをいう。   Next, a cast iron material (spheroidal graphite cast iron) can be used for the piston ring for the second ring of the present invention. This cast iron material is carbon 3.30 to 4.00 mass%, silicon 2.20 to 3.50 mass%, manganese 1.0 mass% or less, phosphorus 0.3 mass% or less, sulfur 0.05 mass% or less. , 0.5 mass% or less of chromium, 0.5 mass% or less of copper, the balance iron and inevitable impurities.

また、本件発明のセカンドリング用ピストンリングは、8Cr鋼を用いることができる。この8Cr鋼は、炭素0.6〜0.8質量%、ケイ素0.15〜0.35質量%、マンガン0.20〜0.40質量%、クロム7.00〜9.00質量%、リン0.04質量%以下、硫黄0.03質量%以下、残部鉄及び不可避不純物の組成のものをいう。   The second ring piston ring of the present invention can be made of 8Cr steel. This 8Cr steel is composed of carbon 0.6 to 0.8% by mass, silicon 0.15 to 0.35% by mass, manganese 0.20 to 0.40% by mass, chromium 7.00 to 9.00% by mass, phosphorus 0.04% by mass or less, sulfur 0.03% by mass or less, the balance iron and inevitable impurities.

また、本件発明のセカンドリング用ピストンリングは、10Cr鋼を用いることができる。この10Cr鋼は、炭素0.4〜0.6質量%、ケイ素0.1〜0.3質量%、マンガン0.20〜0.40質量%、クロム9.0〜11.0質量%、リン0.04質量%以下、硫黄0.03質量%以下、残部鉄及び不可避不純物の組成のものをいう。   The second ring piston ring of the present invention can use 10Cr steel. This 10Cr steel is composed of carbon 0.4 to 0.6 mass%, silicon 0.1 to 0.3 mass%, manganese 0.20 to 0.40 mass%, chromium 9.0 to 11.0 mass%, phosphorus 0.04% by mass or less, sulfur 0.03% by mass or less, the balance iron and inevitable impurities.

次に、本件発明のオイルリング本体は、13Cr鋼を用いることができる。この13Cr鋼は、炭素0.6〜0.7質量%、ケイ素0.25〜0.5質量%、マンガン0.20〜0.50質量%、クロム13.0〜14.0質量%、モリブデン0.2〜0.4質量%、リン0.03質量%以下、硫黄0.03質量%以下、残部鉄及び不可避不純物の組成のものをいう。   Next, 13Cr steel can be used for the oil ring body of the present invention. This 13Cr steel is composed of carbon 0.6 to 0.7 mass%, silicon 0.25 to 0.5 mass%, manganese 0.20 to 0.50 mass%, chromium 13.0 to 14.0 mass%, molybdenum A composition having a composition of 0.2 to 0.4% by mass, phosphorus of 0.03% by mass or less, sulfur of 0.03% by mass or less, the remaining iron and inevitable impurities.

また、本件発明のオイルリング本体は、17Cr鋼を用いることができる。この17Cr鋼は、炭素0.80〜0.95質量%、ケイ素0.35〜0.5質量%、マンガン0.25〜0.40質量%、クロム17.0〜18.0質量%、モリブデン1.00〜1.25質量%、バナジウム0.08〜0.15質量%、リン0.04質量%以下、硫黄0.04質量%以下、残部鉄及び不可避不純物の組成のものをいう。   Moreover, 17Cr steel can be used for the oil ring main body of this invention. This 17Cr steel is composed of carbon 0.80 to 0.95 mass%, silicon 0.35 to 0.5 mass%, manganese 0.25 to 0.40 mass%, chromium 17.0 to 18.0 mass%, molybdenum 1.00 to 1.25% by mass, vanadium 0.08 to 0.15% by mass, phosphorus 0.04% by mass or less, sulfur 0.04% by mass or less, balance iron and inevitable impurities.

以下、実施例及び比較例を示して本件発明を具体的に説明する。なお、本件発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.

実施例1では、排気量が10000cc、シリンダボア径が125mmの6気筒ディーゼルエンジンの実機試験を行い、用いるピストンリングのシリンダボア径に対する張力比の相違がオイル消費量にどのような影響を及ぼすかについて確認を行った。また、エンジンの運転条件は、全負荷(WOT)で100時間行った。そして、用いるピストンリングは、トップリング、セカンドリング、オイルリングの3本からなる組合せとした。このときのトップリングは、17Cr鋼からなる軸方向高さが3.5mm、径方向厚さが4.6mmのものにガス窒化処理を施し、更に外周摺動面にPVD処理(Cr−N系)を施したものを用いた。セカンドリングは、10Cr鋼からなり、軸方向高さが2.5mm、径方向厚さが4.5mmのものにガス窒化処理を施したものを用いた。オイルリングは、13Cr鋼からなり、軸方向高さ3.5mm、径方向厚さ2.35mmのものにガス窒化処理を施したものを用いた。なお、当該オイルリングに関しては、外周摺動面がステップランド形状であるものを用いた。   In Example 1, an actual machine test of a 6-cylinder diesel engine with a displacement of 10,000 cc and a cylinder bore diameter of 125 mm was conducted, and it was confirmed how the difference in tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of the piston ring used had an effect on oil consumption. Went. The engine operating conditions were 100 hours at full load (WOT). And the piston ring to be used was made into the combination which consists of a top ring, a second ring, and an oil ring. At this time, the top ring made of 17Cr steel having an axial height of 3.5 mm and a radial thickness of 4.6 mm is subjected to gas nitriding treatment, and the outer peripheral sliding surface is further subjected to PVD treatment (Cr-N series). ) Was used. The second ring was made of 10Cr steel, and had an axial height of 2.5 mm and a radial thickness of 4.5 mm, which was gas-nitrided. The oil ring was made of 13Cr steel, and had an axial height of 3.5 mm and a radial thickness of 2.35 mm and was subjected to gas nitriding treatment. In addition, about the said oil ring, the outer peripheral sliding surface used the step land shape.

ここで、トップリングを構成する17Cr鋼は、炭素0.90質量%、ケイ素0.40質量%、マンガン0.30質量%、クロム17.5質量%、モリブデン1.10質量%、バナジウム0.12質量%、リン0.02質量%、硫黄0.01質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるJIS規格のSUS440B材に相当するものである。   Here, the 17Cr steel constituting the top ring is carbon 0.90 mass%, silicon 0.40 mass%, manganese 0.30 mass%, chromium 17.5 mass%, molybdenum 1.10 mass%, vanadium 0.8. This corresponds to a JIS standard SUS440B material having a composition of 12 mass%, phosphorus 0.02 mass%, sulfur 0.01 mass%, the remaining iron and inevitable impurities.

また、セカンドリングを構成する10Cr鋼は、炭素0.50質量%、ケイ素0.20質量%、マンガン0.30質量%、クロム10.2質量%、リン0.03質量%、硫黄0.02質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるものである。   The 10Cr steel constituting the second ring is carbon 0.50% by mass, silicon 0.20% by mass, manganese 0.30% by mass, chromium 10.2% by mass, phosphorus 0.03% by mass, sulfur 0.02%. It has a composition of mass%, the balance iron and inevitable impurities.

また、オイルリング本体を構成する13Cr鋼は、炭素0.65質量%、ケイ素0.38質量%、マンガン0.35質量%、クロム13.50質量%、モリブデン0.3質量%、リン0.01質量%、硫黄0.01質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるJIS規格のSUS410材に相当するものである。   The 13Cr steel constituting the oil ring main body is 0.65% by mass of carbon, 0.38% by mass of silicon, 0.35% by mass of manganese, 13.50% by mass of chromium, 0.3% by mass of molybdenum, 0.3% by mass of phosphorus. This corresponds to JIS standard SUS410 material having a composition of 01 mass%, sulfur 0.01 mass%, the balance iron and inevitable impurities.

そして、実施例1では、ピストンリングの組合せとして、用いられるトップリング、セカンドリング、及びオイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、それぞれ異なる組合せを用いた。具体的には、実施例1において、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングの各リングの張力、及びシリンダボア径は、以下の表1に示す条件に設定した。表1より、実施例1のピストンリングの組合せは、下記に示す条件となる。   In the first embodiment, the combinations of the piston rings are different from each other in the tension ratio of the top ring, the second ring, and the oil ring to the cylinder bore diameter. Specifically, in Example 1, the tension and cylinder bore diameter of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring were set to the conditions shown in Table 1 below. From Table 1, the combination of the piston rings of Example 1 has the following conditions.

トップリングの張力A :31N
セカンドリングの張力B :29N
オイルリングの張力C :44N
シリンダボア径D :125.0mm
Top ring tension A: 31N
Second ring tension B: 29N
Oil ring tension C: 44N
Cylinder bore diameter D: 125.0mm

実施例1は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリング又は当該オイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、当該トップリングの張力(N)をAとし、当該オイルリングの張力(N)をCとし、当該シリンダボア径(mm)をDとした場合に、A/Dが0.248となり、C/Dが0.352となるものである。すなわち、実施例1は、本件発明の条件(数1の式(1),(2))を満足するものである。   In the first embodiment, by setting the combination of the piston rings to the above conditions, the tension ratio of the top ring or the oil ring to the cylinder bore diameter is set such that the tension (N) of the top ring is A and the tension of the oil ring ( When N) is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, A / D is 0.248 and C / D is 0.352. That is, Example 1 satisfies the conditions of the present invention (Equations (1) and (2) of Formula 1).

また、実施例1は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、セカンドリングの張力(N)をBとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングのシリンダボア径に対する張力比の合計張力比((A+B+C)/D)が0.832となるものである。すなわち、実施例1は、本件発明の条件(数1の式(3))を満足するものである。   In Example 1, the combination of the piston rings is set to the above conditions, so that the tension (N) of the top ring is A, the tension (N) of the second ring is B, and the tension (N) of the oil ring is When C is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, the total tension ratio ((A + B + C) / D) of the tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring is 0. 832. That is, Example 1 satisfies the conditions of the present invention (Equation (3) in Formula 1).

また、実施例1は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、(C/D)/(A/D)が1.419となるものである。すなわち、実施例1は、本件発明の条件(数2の式(4))を満足するものである。   In the first embodiment, the piston ring combination is set to the above conditions so that the top ring tension (N) is A, the oil ring tension (N) is C, and the cylinder bore diameter (mm) is D. In this case, (C / D) / (A / D) is 1.419. That is, Example 1 satisfies the conditions of the present invention (Equation (4) in Formula 2).

以上のことから、実施例1は、本件発明の条件(数1の式(1)〜(3)、及び数2の式(4))の全てを満足したものである。以上をふまえ、実施例1の条件でオイル消費量確認試験を行った結果を、当該条件と併せて表1に示す。表1には、本件発明の条件の内、数1の式(2),(3)、及び数2の式(4)に示す条件を満足しないピストンリングの組合せ(以下に示す比較例1)を用いて実機試験をして得られたオイル消費量を基準「1」として、これに対する相対比で表示している。その結果、実施例1のオイル消費量比は1となった。   From the above, Example 1 satisfies all of the conditions of the present invention (Equations (1) to (3) of Equation 1 and Equation (4) of Equation 2). Based on the above, the results of the oil consumption confirmation test under the conditions of Example 1 are shown in Table 1 together with the conditions. Table 1 shows combinations of piston rings that do not satisfy the conditions shown in Equations (2) and (3) of Equation 1 and Equation (4) of Equation 2 among the conditions of the present invention (Comparative Example 1 shown below). The oil consumption obtained by conducting an actual machine test using is used as a reference “1” and is expressed as a relative ratio. As a result, the oil consumption ratio of Example 1 was 1.

実施例2では、排気量が2500cc、シリンダボア径が94mmの4気筒ディーゼルエンジンの実機試験を行い、用いるピストンリングのシリンダボア径に対する張力比の相違がオイル消費量にどのような影響を及ぼすかについて確認を行った。また、エンジンの運転条件は、全負荷(WOT)で100時間行った。そして、用いるピストンリングは、トップリング、セカンドリング、オイルリングの3本からなる組合せとした。このときのトップリングは、17Cr鋼からなる軸方向高さが2.0mm、径方向厚さが3.5mmのものにガス窒化処理を施し、更に外周摺動面にPVD処理(Cr−N系)を施したものを用いた。セカンドリングは、10Cr鋼からなり、軸方向高さが1.5mm、径方向厚さが3.1mmのものにガス窒化処理を施したものを用いた。オイルリングは、13Cr鋼からなり、軸方向高さ2.0mm、径方向厚さ2.0mmのものにガス窒化処理を施し、更に外周摺動面にPVD処理(Cr−N系)を施したものを用いた。なお、当該オイルリングに関しては、外周摺動面がステップランド形状であるものを用いた。   In Example 2, an actual machine test of a 4-cylinder diesel engine with a displacement of 2500 cc and a cylinder bore diameter of 94 mm was conducted, and it was confirmed how the difference in tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of the piston ring used had an effect on oil consumption. Went. The engine operating conditions were 100 hours at full load (WOT). And the piston ring to be used was made into the combination which consists of a top ring, a second ring, and an oil ring. At this time, the top ring made of 17Cr steel having an axial height of 2.0 mm and a radial thickness of 3.5 mm is subjected to gas nitriding treatment, and the outer peripheral sliding surface is subjected to PVD treatment (Cr-N series). ) Was used. The second ring is made of 10Cr steel, and has an axial height of 1.5 mm and a radial thickness of 3.1 mm, which has been subjected to gas nitriding treatment. The oil ring is made of 13Cr steel, and has an axial height of 2.0 mm and a radial thickness of 2.0 mm, which has been subjected to gas nitriding treatment, and the outer peripheral sliding surface has been subjected to PVD treatment (Cr-N system). A thing was used. In addition, about the said oil ring, the outer peripheral sliding surface used the step land shape.

ここで、トップリングを構成する17Cr鋼は、炭素0.90質量%、ケイ素0.40質量%、マンガン0.30質量%、クロム17.5質量%、モリブデン1.10質量%、バナジウム0.12質量%、リン0.02質量%、硫黄0.01質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるJIS規格のSUS440B材に相当するものである。   Here, the 17Cr steel constituting the top ring is carbon 0.90 mass%, silicon 0.40 mass%, manganese 0.30 mass%, chromium 17.5 mass%, molybdenum 1.10 mass%, vanadium 0.8. This corresponds to a JIS standard SUS440B material having a composition of 12 mass%, phosphorus 0.02 mass%, sulfur 0.01 mass%, the remaining iron and inevitable impurities.

また、セカンドリングを構成する10Cr鋼は、炭素0.50質量%、ケイ素0.20質量%、マンガン0.30質量%、クロム10.2質量%、リン0.03質量%、硫黄0.02質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるものである。   The 10Cr steel constituting the second ring is carbon 0.50% by mass, silicon 0.20% by mass, manganese 0.30% by mass, chromium 10.2% by mass, phosphorus 0.03% by mass, sulfur 0.02%. It has a composition of mass%, the balance iron and inevitable impurities.

また、オイルリング本体を構成する13Cr鋼は、炭素0.65質量%、ケイ素0.38質量%、マンガン0.35質量%、クロム13.50質量%、モリブデン0.3質量%、リン0.01質量%、硫黄0.01質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるJIS規格のSUS410材に相当するものである。   The 13Cr steel constituting the oil ring main body is 0.65% by mass of carbon, 0.38% by mass of silicon, 0.35% by mass of manganese, 13.50% by mass of chromium, 0.3% by mass of molybdenum, 0.3% by mass of phosphorus. This corresponds to JIS standard SUS410 material having a composition of 01 mass%, sulfur 0.01 mass%, the balance iron and inevitable impurities.

そして、実施例2では、ピストンリングの組合せとして、用いられるトップリング、セカンドリング、及びオイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、それぞれ異なる組合せを用いた。具体的には、実施例2において、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングの各リングの張力、及びシリンダボア径は、以下の表1に示す条件に設定した。表1より、実施例2のピストンリングの組合せは、下記に示す条件となる。   In Example 2, combinations of piston rings that differ in tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of the top ring, the second ring, and the oil ring used were used. Specifically, in Example 2, the tension and the cylinder bore diameter of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring were set to the conditions shown in Table 1 below. From Table 1, the combination of the piston rings of Example 2 has the following conditions.

トップリングの張力A :16N
セカンドリングの張力B :10N
オイルリングの張力C :22N
シリンダボア径D :94.0mm
Top ring tension A: 16N
Second ring tension B: 10N
Oil ring tension C: 22N
Cylinder bore diameter D: 94.0 mm

実施例2は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリング又は当該オイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、当該トップリングの張力(N)をAとし、当該オイルリングの張力(N)をCとし、当該シリンダボア径(mm)をDとした場合に、A/Dが0.170となり、C/Dが0.234となるものである。すなわち、実施例2は、本件発明の条件(数1の式(1),(2))を満足するものである。   In the second embodiment, by setting the combination of the piston rings to the above conditions, the tension ratio of the top ring or the oil ring to the cylinder bore diameter is set such that the tension (N) of the top ring is A and the tension of the oil ring ( When N) is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, A / D is 0.170 and C / D is 0.234. That is, Example 2 satisfies the conditions of the present invention (Equations (1) and (2) of Formula 1).

また、実施例2は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、セカンドリングの張力(N)をBとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングのシリンダボア径に対する張力比の合計張力比((A+B+C)/D)が0.511となるものである。すなわち、実施例2は、本件発明の条件(数1の式(3))を満足するものである。   In Example 2, the combination of the piston rings is set to the above conditions, so that the tension (N) of the top ring is A, the tension (N) of the second ring is B, and the tension (N) of the oil ring is When C is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, the total tension ratio ((A + B + C) / D) of the tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring is 0. 511. That is, Example 2 satisfies the conditions of the present invention (Equation (3) in Formula 1).

また、実施例2は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、(C/D)/(A/D)が1.375となるものである。すなわち、実施例2は、本件発明の条件(数2の式(4))を満足するものである。   In the second embodiment, the piston ring combination is set to the above conditions, so that the top ring tension (N) is A, the oil ring tension (N) is C, and the cylinder bore diameter (mm) is D. In this case, (C / D) / (A / D) is 1.375. That is, Example 2 satisfies the conditions of the present invention (Equation (4) in Formula 2).

以上のことから、実施例2は、本件発明の条件(数1の式(1)〜(3)、及び数2の式(4))の全てを満足したものである。以上をふまえ、実施例2の条件でオイル消費量確認試験を行った結果を、当該条件と併せて表1に示す。表1には、本件発明の条件の内、数1の式(2)及び数2の式(4)に示す条件を満足しないピストンリングの組合せ(以下に示す比較例2)を用いて実機試験をして得られたオイル消費量を基準「1」として、これに対する相対比で表示している。その結果、実施例2のオイル消費量比は1となった。   From the above, Example 2 satisfies all the conditions of the present invention (Equations (1) to (3) of Equation 1 and Equation (4) of Equation 2). Based on the above, the results of the oil consumption confirmation test under the conditions of Example 2 are shown in Table 1 together with the conditions. Table 1 shows an actual machine test using a combination of piston rings (Comparative Example 2 shown below) that does not satisfy the conditions shown in Formula (2) of Formula 1 and Formula (4) of Formula 2 among the conditions of the present invention. The amount of oil consumption obtained by performing the above is set as a reference “1”, and is expressed as a relative ratio thereto. As a result, the oil consumption ratio of Example 2 was 1.

実施例3では、排気量が2500cc、シリンダボア径が95.0mmの4気筒ディーゼルエンジンの実機試験を行い、用いるピストンリングのシリンダボア径に対する張力比の相違がオイル消費量にどのような影響を及ぼすかについて確認を行った。また、エンジンの運転条件は、全負荷(WOT)で100時間行った。そして、用いるピストンリングは、トップリング、セカンドリング、オイルリングの3本からなる組合せとした。このときのトップリングは、13Cr鋼からなる軸方向高さが2.0mm、径方向厚さが3.5mmのものにガス窒化処理を施し、更に外周摺動面にPVD処理(Cr−N系)を施したものを用いた。セカンドリングは、10Cr鋼からなり、軸方向高さが1.5mm、径方向厚さが3.5mmのものを用いた。オイルリングは、13Cr鋼からなり、軸方向高さ2.0mm、径方向厚さ2.0mmのものにガス窒化処理を施したものを用いた。なお、当該オイルリングに関しては、外周摺動面がステップランド形状であるものを用いた。   In Example 3, an actual machine test of a 4-cylinder diesel engine having a displacement of 2500 cc and a cylinder bore diameter of 95.0 mm was conducted, and how the difference in tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of the piston ring used affects oil consumption. We confirmed about. The engine operating conditions were 100 hours at full load (WOT). And the piston ring to be used was made into the combination which consists of a top ring, a second ring, and an oil ring. At this time, the top ring is made of 13Cr steel having an axial height of 2.0 mm and a radial thickness of 3.5 mm, and subjected to gas nitriding treatment, and the outer peripheral sliding surface is subjected to PVD treatment (Cr-N series). ) Was used. The second ring is made of 10Cr steel and has an axial height of 1.5 mm and a radial thickness of 3.5 mm. The oil ring is made of 13Cr steel, and has an axial height of 2.0 mm and a radial thickness of 2.0 mm that has been subjected to gas nitriding treatment. In addition, about the said oil ring, the outer peripheral sliding surface used the step land shape.

ここで、トップリングを構成する13Cr鋼は、炭素0.65質量%、ケイ素0.38質量%、マンガン0.35質量%、クロム13.50質量%、モリブデン0.3質量%、リン0.01質量%、硫黄0.01質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるJIS規格のSUS410材に相当するものである。   Here, the 13Cr steel constituting the top ring is carbon 0.65% by mass, silicon 0.38% by mass, manganese 0.35% by mass, chromium 13.50% by mass, molybdenum 0.3% by mass, phosphorus 0. This corresponds to JIS standard SUS410 material having a composition of 01 mass%, sulfur 0.01 mass%, the balance iron and inevitable impurities.

また、セカンドリングを構成する10Cr鋼は、炭素0.50質量%、ケイ素0.20質量%、マンガン0.30質量%、クロム10.2質量%、リン0.03質量%、硫黄0.02質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるものである。   The 10Cr steel constituting the second ring is carbon 0.50% by mass, silicon 0.20% by mass, manganese 0.30% by mass, chromium 10.2% by mass, phosphorus 0.03% by mass, sulfur 0.02%. It has a composition of mass%, the balance iron and inevitable impurities.

また、オイルリング本体を構成する13Cr鋼は、炭素0.65質量%、ケイ素0.38質量%、マンガン0.35質量%、クロム13.50質量%、モリブデン0.3質量%、リン0.01質量%、硫黄0.01質量%、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるJIS規格のSUS410材に相当するものである。   The 13Cr steel constituting the oil ring main body is 0.65% by mass of carbon, 0.38% by mass of silicon, 0.35% by mass of manganese, 13.50% by mass of chromium, 0.3% by mass of molybdenum, 0.3% by mass of phosphorus. This corresponds to JIS standard SUS410 material having a composition of 01 mass%, sulfur 0.01 mass%, the balance iron and inevitable impurities.

そして、実施例3では、ピストンリングの組合せとして、用いられるトップリング、セカンドリング、及びオイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、それぞれ異なる組合せを用いた。具体的には、実施例3において、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングの各リングの張力、及びシリンダボア径は、以下の表1に示す条件に設定した。表1より、実施例3のピストンリングの組合せは、下記に示す条件となる。   In Example 3, combinations of different piston rings were used in which the tension ratios of the top ring, the second ring, and the oil ring used to the cylinder bore diameter were different. Specifically, in Example 3, the tension and cylinder bore diameter of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring were set to the conditions shown in Table 1 below. From Table 1, the combination of the piston rings of Example 3 has the following conditions.

トップリングの張力A :14N
セカンドリングの張力B :8N
オイルリングの張力C :12N
シリンダボア径D :95.0mm
Top ring tension A: 14N
Second ring tension B: 8N
Oil ring tension C: 12N
Cylinder bore diameter D: 95.0mm

実施例3は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリング又は当該オイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、当該トップリングの張力(N)をAとし、当該オイルリングの張力(N)をCとし、当該シリンダボア径(mm)をDとした場合に、A/Dが0.147となり、C/Dが0.126となるものである。すなわち、実施例3は、本件発明の条件(数1の式(1),(2))を満足するものである。   In the third embodiment, by setting the combination of the piston rings to the above conditions, the tension ratio of the top ring or the oil ring to the cylinder bore diameter is set such that the tension (N) of the top ring is A, and the tension of the oil ring ( When N) is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, A / D is 0.147 and C / D is 0.126. That is, Example 3 satisfies the conditions of the present invention (Equations (1) and (2) in Formula 1).

また、実施例3は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、セカンドリングの張力(N)をBとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングのシリンダボア径に対する張力比の合計張力比((A+B+C)/D)が0.356となるものである。すなわち、実施例3は、本件発明の条件(数1の式(3))を満足するものである。   In Example 3, the combination of the piston rings is set to the above conditions, so that the tension (N) of the top ring is A, the tension (N) of the second ring is B, and the tension (N) of the oil ring is When C is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, the total tension ratio ((A + B + C) / D) of the tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring is 0. 356. That is, Example 3 satisfies the conditions of the present invention (Equation (3) in Formula 1).

また、実施例3は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、(C/D)/(A/D)が0.857となるものである。すなわち、実施例3は、本件発明の条件(数2の式(4))を満足するものである。   In the third embodiment, the piston ring combination is set to the above conditions so that the top ring tension (N) is A, the oil ring tension (N) is C, and the cylinder bore diameter (mm) is D. In this case, (C / D) / (A / D) is 0.857. That is, Example 3 satisfies the conditions of the present invention (Equation (4) in Formula 2).

以上のことから、実施例3は、本件発明の条件(数1の式(1)〜(3)、及び数2の式(4))の全てを満足したものである。以上をふまえ、実施例3の条件でオイル消費量確認試験を行った結果を、当該条件と併せて表1に示す。表1には、本件発明の条件の内、数2の式(4)に示す条件を満足しないピストンリングの組合せ(以下に示す比較例3)を用いて実機試験をして得られたオイル消費量を基準「1」として、これに対する相対比で表示している。その結果、実施例3のオイル消費量比は1となった。   From the above, Example 3 satisfies all of the conditions of the present invention (Equations (1) to (3) of Equation 1 and Equation (4) of Equation 2). Based on the above, the results of the oil consumption confirmation test under the conditions of Example 3 are shown in Table 1 together with the conditions. Table 1 shows the oil consumption obtained by conducting an actual machine test using a combination of piston rings (Comparative Example 3 shown below) that does not satisfy the condition shown in Equation (4) of Formula 2 among the conditions of the present invention. The quantity is set as a reference “1” and is displayed as a relative ratio. As a result, the oil consumption ratio of Example 3 was 1.

比較例Comparative example

[比較例1]
比較例1は、実施例1との対比用として用いる。比較例1では、実施例1と同じエンジンを用い、また、実施例1と同じ駆動条件でエンジンを駆動させてオイル消費量の確認を行った。そして、比較例1のピストンリングは、実施例1と同様に、トップリング、セカンドリング、及びオイルリングの3本からなる組合せを採用し、また、当該オイルリングの外周摺動面がステップランド形状でない点を除き、全て実施例1のピストンリングと同じ断面形状及び材質のリングを用いた。
[Comparative Example 1]
Comparative Example 1 is used for comparison with Example 1. In Comparative Example 1, the same engine as in Example 1 was used, and the engine was driven under the same driving conditions as in Example 1 to confirm the oil consumption. And the piston ring of the comparative example 1 employs a combination of a top ring, a second ring, and an oil ring as in the case of the embodiment 1, and the outer peripheral sliding surface of the oil ring has a step land shape. Except for the above, all the rings having the same cross-sectional shape and material as the piston ring of Example 1 were used.

そして、比較例1では、ピストンリングの組合せとして、用いられるトップリング、セカンドリング、オイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、それぞれ異なる組合せの従来相当品を用いた。具体的には、比較例1において、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングの張力、及びシリンダボア径は、以下の表1に示す条件に設定した。表1より、比較例1のピストンリングの組合せは、下記に示す条件となる。   In Comparative Example 1, as a combination of piston rings, conventional equivalents in which the tension ratios of the top ring, the second ring, and the oil ring used to the cylinder bore diameter are different from each other were used. Specifically, in Comparative Example 1, the tension of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring, and the cylinder bore diameter were set to the conditions shown in Table 1 below. From Table 1, the combination of the piston rings of Comparative Example 1 satisfies the following conditions.

トップリングの張力A :31N
セカンドリングの張力B :29N
オイルリングの張力C :88N
シリンダボア径D :125.0mm
Top ring tension A: 31N
Second ring tension B: 29N
Oil ring tension C: 88N
Cylinder bore diameter D: 125.0mm

比較例1は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリング又は当該オイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、当該トップリングの張力(N)をAとし、当該オイルリングの張力(N)をCとし、当該シリンダボア径(mm)をDとした場合に、A/Dが0.248となり、C/Dが0.704となるものである。すなわち、比較例1は、本件発明の条件の内、数1の式(2)に示す条件を満足しないものである。   In Comparative Example 1, by setting the combination of piston rings to the above conditions, the tension ratio of the top ring or the oil ring to the cylinder bore diameter is set such that the tension (N) of the top ring is A and the tension of the oil ring ( When N) is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, A / D is 0.248 and C / D is 0.704. That is, Comparative Example 1 does not satisfy the condition shown in Equation (2) of Formula 1 among the conditions of the present invention.

また、比較例1は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、セカンドリングの張力(N)をBとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングのシリンダボア径に対する張力比の合計張力比((A+B+C)/D)が1.184となるものである。すなわち、比較例1は、本件発明の条件の内、数1の式(3)に示す条件を満足しないものである。   In Comparative Example 1, the combination of the piston rings is set to the above conditions, so that the tension (N) of the top ring is A, the tension (N) of the second ring is B, and the tension (N) of the oil ring is When C is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, the total tension ratio ((A + B + C) / D) of the tension ratio to the cylinder bore diameter of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring is 1. 184. That is, Comparative Example 1 does not satisfy the condition shown in Equation 1 (3) among the conditions of the present invention.

また、比較例1は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、(C/D)/(A/D)が2.839となるものである。すなわち、比較例1は、本件発明の条件の内、数2の式(4)に示す条件を満足しないものである。   In Comparative Example 1, the combination of the piston rings is set to the above conditions, so that the tension (N) of the top ring is A, the tension (N) of the oil ring is C, and the cylinder bore diameter (mm) is D. In this case, (C / D) / (A / D) is 2.839. That is, Comparative Example 1 does not satisfy the condition shown in Equation (4) of Formula 2 among the conditions of the present invention.

以上のことから、比較例1は、本件発明の条件の内、数1の式(2),(3)、及び数2の式(4)に示す条件を満足しないものである。以上をふまえ、比較例1の条件でオイル消費量確認試験を行った結果を、当該条件と併せて表1に示す。なお、表1には、上述したように、比較例1のピストンリングの組合せを用いて実機試験をして得られたオイル消費量比を基準「1」として示している。   From the above, Comparative Example 1 does not satisfy the conditions shown in Equations (2) and (3) of Equation 1 and Equation (4) of Equation 2 among the conditions of the present invention. Based on the above, the results of the oil consumption confirmation test under the conditions of Comparative Example 1 are shown in Table 1 together with the conditions. In Table 1, as described above, the oil consumption ratio obtained by the actual machine test using the combination of the piston rings of Comparative Example 1 is shown as the reference “1”.

[比較例2]
比較例2は、実施例2との対比用として用いる。比較例2では、実施例2と同じエンジンを用い、また、実施例2と同じ駆動条件でエンジンを駆動させてオイル消費量の確認を行った。そして、比較例2のピストンリングは、実施例2と同様に、トップリング、セカンドリング、及びオイルリングの3本からなる組合せを採用し、また、当該オイルリングの外周摺動面がステップランド形状でない点を除き、全て実施例2のピストンリングと同じ断面形状及び材質のリングを用いた。
[Comparative Example 2]
Comparative Example 2 is used for comparison with Example 2. In Comparative Example 2, the same engine as in Example 2 was used, and the engine was driven under the same driving conditions as in Example 2 to check the oil consumption. And the piston ring of the comparative example 2 employs a combination of three rings, a top ring, a second ring, and an oil ring, as in the second embodiment, and the outer peripheral sliding surface of the oil ring has a step land shape. Except for these points, rings having the same cross-sectional shape and material as those of the piston ring of Example 2 were used.

そして、比較例2では、ピストンリングの組合せとして、用いられるトップリング、セカンドリング、オイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、それぞれ異なる組合せの従来相当品を用いた。具体的には、比較例2において、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングの張力、及びシリンダボア径は、以下の表1に示す条件に設定した。表1より、比較例2のピストンリングの組合せは、下記に示す条件となる。   In Comparative Example 2, as a combination of piston rings, conventional equivalents having different combinations of tension ratios with respect to the cylinder bore diameter of the top ring, the second ring, and the oil ring used were used. Specifically, in Comparative Example 2, the tension of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring, and the cylinder bore diameter were set to the conditions shown in Table 1 below. From Table 1, the combination of the piston rings of Comparative Example 2 has the following conditions.

トップリングの張力A :16N
セカンドリングの張力B :10N
オイルリングの張力C :44N
シリンダボア径D :94.0mm
Top ring tension A: 16N
Second ring tension B: 10N
Oil ring tension C: 44N
Cylinder bore diameter D: 94.0 mm

比較例2は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリング又は当該オイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、当該トップリングの張力(N)をAとし、当該オイルリングの張力(N)をCとし、当該シリンダボア径(mm)をDとした場合に、A/Dが0.170となり、C/Dが0.468となるものである。すなわち、比較例2は、本件発明の条件の内、数1の式(2)に示す条件を満足しないものである。   In Comparative Example 2, by setting the combination of the piston rings to the above conditions, the tension ratio of the top ring or the oil ring to the cylinder bore diameter is set such that the tension (N) of the top ring is A and the tension of the oil ring ( When N) is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, A / D is 0.170 and C / D is 0.468. That is, Comparative Example 2 does not satisfy the condition shown in Equation (2) of Formula 1 among the conditions of the present invention.

また、比較例2は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、セカンドリングの張力(N)をBとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングのシリンダボア径に対する張力比の合計張力比((A+B+C)/D)が0.745となるものである。すなわち、比較例2は、本件発明の条件(数1の式(3))を満足するものである。   In Comparative Example 2, by setting the combination of piston rings to the above conditions, the tension (N) of the top ring is A, the tension (N) of the second ring is B, and the tension (N) of the oil ring is When C is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, the total tension ratio ((A + B + C) / D) of the tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring is 0. 745. That is, Comparative Example 2 satisfies the conditions of the present invention (Equation (3) in Formula 1).

また、比較例2は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、(C/D)/(A/D)が2.750となるものである。すなわち、比較例2は、本件発明の条件の内、数2の式(4)に示す条件を満足しないものである。   Further, in Comparative Example 2, by setting the combination of the piston rings to the above conditions, the tension (N) of the top ring is A, the tension (N) of the oil ring is C, and the cylinder bore diameter (mm) is D. In this case, (C / D) / (A / D) is 2.750. That is, Comparative Example 2 does not satisfy the condition shown in Formula (4) of Formula 2 among the conditions of the present invention.

以上のことから、比較例2は、本件発明の条件の内、数1の式(2)及び数2の式(4)に示す条件を満足しないものである。以上をふまえ、比較例2の条件でオイル消費量確認試験を行った結果を、当該条件と併せて表1に示す。なお、表1には、上述したように、比較例2のピストンリングの組合せを用いて実機試験をして得られたオイル消費量比を基準「1」として示している。   From the above, Comparative Example 2 does not satisfy the conditions shown in Equation 1 (2) and Equation 2 (4) among the conditions of the present invention. Based on the above, the results of the oil consumption confirmation test under the conditions of Comparative Example 2 are shown in Table 1 together with the conditions. In Table 1, as described above, the oil consumption ratio obtained by the actual machine test using the combination of the piston rings of Comparative Example 2 is shown as the reference “1”.

[比較例3]
比較例3は、実施例3との対比用として用いる。比較例3では、実施例3と同じエンジンを用い、また、実施例3と同じ駆動条件でエンジンを駆動させてオイル消費量の確認を行った。そして、比較例3のピストンリングは、実施例3と同様に、トップリング、セカンドリング、及びオイルリングの3本からなる組合せを採用し、また、当該オイルリングの外周摺動面がステップランド形状でない点を除き、全て実施例3のピストンリングと同じ断面形状及び材質のリングを用いた。
[Comparative Example 3]
Comparative Example 3 is used for comparison with Example 3. In Comparative Example 3, the same engine as in Example 3 was used, and the engine was driven under the same driving conditions as in Example 3 to check the oil consumption. And the piston ring of the comparative example 3 employ | adopts the combination which consists of three top rings, a second ring, and an oil ring similarly to Example 3, and the outer periphery sliding surface of the said oil ring is a step land shape. Except for the above, all the rings having the same cross-sectional shape and material as the piston ring of Example 3 were used.

そして、比較例3では、ピストンリングの組合せとして、用いられるトップリング、セカンドリング、オイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、それぞれ異なる組合せの従来相当品を用いた。具体的には、比較例3において、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングの張力、及びシリンダボア径は、以下の表1に示す条件に設定した。表1より、比較例3のピストンリングの組合せは、下記に示す条件となる。   In Comparative Example 3, as a combination of piston rings, conventional equivalents having different combinations of tension ratios with respect to the cylinder bore diameter of the top ring, the second ring, and the oil ring used were used. Specifically, in Comparative Example 3, the tension and the cylinder bore diameter of each of the top ring, the second ring, and the oil ring were set to the conditions shown in Table 1 below. From Table 1, the combination of the piston rings of Comparative Example 3 has the following conditions.

トップリングの張力A :14N
セカンドリングの張力B :8N
オイルリングの張力C :24N
シリンダボア径D :95.0mm
Top ring tension A: 14N
Second ring tension B: 8N
Oil ring tension C: 24N
Cylinder bore diameter D: 95.0mm

比較例3は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリング又は当該オイルリングのシリンダボア径に対する張力比が、当該トップリングの張力(N)をAとし、当該オイルリングの張力(N)をCとし、当該シリンダボア径(mm)をDとした場合に、A/Dが0.147となり、C/Dが0.253となるものである。すなわち、比較例3は、本件発明の条件(数1の式(1),(2))を満足するものである。   In Comparative Example 3, by setting the combination of the piston rings to the above-described conditions, the tension ratio of the top ring or the oil ring to the cylinder bore diameter is set such that the tension (N) of the top ring is A, and the tension of the oil ring ( When N) is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, A / D is 0.147 and C / D is 0.253. In other words, Comparative Example 3 satisfies the conditions of the present invention (Equations (1) and (2) in Formula 1).

また、比較例3は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、セカンドリングの張力(N)をBとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、当該トップリング、当該セカンドリング、及び当該オイルリングの各リングのシリンダボア径に対する張力比の合計張力比((A+B+C)/D)が0.484となるものである。すなわち、比較例3は、本件発明の条件(数1の式(3))を満足するものである。   In Comparative Example 3, by setting the combination of the piston rings to the above conditions, the top ring tension (N) is A, the second ring tension (N) is B, and the oil ring tension (N) is When C is C and the cylinder bore diameter (mm) is D, the total tension ratio ((A + B + C) / D) of the tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of each ring of the top ring, the second ring, and the oil ring is 0. 484. That is, Comparative Example 3 satisfies the conditions of the present invention (Equation (3) in Formula 1).

また、比較例3は、ピストンリングの組合せを上記条件に設定することで、トップリングの張力(N)をAとし、オイルリングの張力(N)をCとし、シリンダボア径(mm)をDとした場合に、(C/D)/(A/D)が1.714となるものである。すなわち、比較例3は、本件発明の条件の内、数2の式(4)に示す条件を満足しないものである。   In Comparative Example 3, by setting the combination of piston rings to the above conditions, the tension (N) of the top ring is A, the tension (N) of the oil ring is C, and the cylinder bore diameter (mm) is D. In this case, (C / D) / (A / D) is 1.714. That is, Comparative Example 3 does not satisfy the condition shown in Equation (4) of Formula 2 among the conditions of the present invention.

以上のことから、比較例3は、本件発明の条件の内、数2の式(4)に示す条件のみ満足しないものである。以上をふまえ、比較例3の条件でオイル消費量確認試験を行った結果を、当該条件と併せて表1に示す。なお、表1には、上述したように、比較例3のピストンリングの組合せを用いて実機試験をして得られたオイル消費量比を基準「1」として示している。   From the above, Comparative Example 3 does not satisfy only the condition shown in Equation (4) of Formula 2 among the conditions of the present invention. Based on the above, the results of the oil consumption confirmation test under the conditions of Comparative Example 3 are shown in Table 1 together with the conditions. In Table 1, as described above, the oil consumption ratio obtained by the actual machine test using the combination of the piston rings of Comparative Example 3 is shown as the reference “1”.

[実施例と比較例との対比]
実施例と比較例との対比: 以下に示す表1には、ピストンリングの組合せとして各リングのシリンダボア径に対する張力がそれぞれ異なる、実施例1〜実施例3と、比較例1〜比較例3とについて、オイル消費量を対比した結果を示している。
[Contrast between Example and Comparative Example]
Comparison of Examples and Comparative Examples: In Table 1 shown below, as combinations of piston rings, tensions with respect to the cylinder bore diameter of each ring are different, and Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are different. Shows the results of comparing oil consumption.

Figure 0006010278
Figure 0006010278

表1より、ディーゼルエンジンの実機試験を全負荷(WOT)で100時間行った結果、ピストンリングの組合せの条件がそれぞれ異なる、実施例1〜実施例3、比較例1〜比較例3のオイル消費量比は、皆同じ数値「1」であった。すなわち、実施例(実施例1、実施例2、または実施例3)と、比較例(比較例1、比較例2、または比較例3)とを同じエンジン及び排気量同士で比較したときに、それぞれピストンリングの組合せの条件が異なるにもかかわらず、オイル消費量に差が生じない結果が得られた。しかし、本試験において、用いたエンジン及び排気量が同じ条件である、実施例1と比較例1、実施例2と比較例2、また実施例3と比較例3についてピストンリングの組合せの条件をみると、オイルリングの張力Cは、実施例(実施例1、実施例2、または実施例3)の方が比較例(比較例1、比較例2、または比較例3)よりもかなり小さい。この事実より、実施例1〜実施例3のピストンリングの組合せによれば、従来相当品であるピストンリングの組合せ(比較例1〜比較例3)に対してオイル消費量を増大させずにピストンリングとシリンダボア壁面との間のフリクションを大幅に低減させることが可能となることが分かった。   From Table 1, the oil consumption of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 in which the actual conditions of the diesel engine were 100 hours at full load (WOT) and the piston ring combination conditions were different. The quantity ratios were all the same numerical value “1”. That is, when an example (Example 1, Example 2, or Example 3) and a comparative example (Comparative Example 1, Comparative Example 2, or Comparative Example 3) are compared with the same engine and displacement, Despite the different combinations of piston rings, there was no difference in oil consumption. However, in this test, the conditions of the combination of the piston rings for Example 1 and Comparative Example 1, Example 2 and Comparative Example 2, and Example 3 and Comparative Example 3 are the same conditions for the engine and displacement used. As a result, the tension C of the oil ring is considerably smaller in the example (Example 1, Example 2, or Example 3) than in the comparative example (Comparative Example 1, Comparative Example 2, or Comparative Example 3). From this fact, according to the combination of the piston rings of Examples 1 to 3, the piston consumption can be increased without increasing the oil consumption with respect to the piston ring combination (Comparative Examples 1 to 3) which is a conventional equivalent. It has been found that the friction between the ring and the cylinder bore wall can be greatly reduced.

以上の結果より、ディーゼルエンジンに用いられるトップリングとセカンドリングとオイルリングとからなるピストンリングの組合せにおいて、各リングのシリンダボア径に対する張力比を本件発明に規定する条件を満足することで、ピストンリングとシリンダボア壁面との間のフリクション性能のばらつきを抑制できることに加え、オイル消費量を増大させずにフリクション低減の効果を長期間安定して得られることが分かった。 From the above results, in the combination of the piston ring consisting of a top ring, a second ring, and an oil ring used in a diesel engine, the piston ring is satisfied by satisfying the conditions specified in the present invention for the tension ratio with respect to the cylinder bore diameter of each ring. In addition to being able to suppress the variation in friction performance between the cylinder wall surface and the cylinder bore wall, it has been found that the effect of reducing friction can be obtained stably over a long period of time without increasing oil consumption .

本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せを用いることで、用いられるピストンリングとシリンダボア壁面との間のフリクションのばらつきを抑制可能となり、内燃機関の駆動時のオイル消費量の低減効果を安定して得ることができることとなる。従って、本件発明に係るディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せによれば、オイル供給頻度の低減と資源の有効利用、環境負荷の低減化が可能となり好ましい。   By using the combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention, it is possible to suppress the variation in friction between the piston ring used and the cylinder bore wall surface, and to stabilize the oil consumption reduction effect when driving the internal combustion engine. It will be possible to get. Therefore, the combination of the piston ring for a diesel engine according to the present invention is preferable because the oil supply frequency can be reduced, resources can be effectively used, and the environmental load can be reduced.

1 ピストンリング
2 トップリング
3 セカンドリング
4 オイルリング
5 コイルエキスパンダ
10 ピストン
20 シリンダ
21 シリンダボア壁面
22 シリンダボア
1 Piston Ring 2 Top Ring 3 Second Ring 4 Oil Ring 5 Coil Expander 10 Piston 20 Cylinder 21 Cylinder Bore Wall 22 Cylinder Bore

Claims (4)

ディーゼルエンジンに用いられるトップリングとセカンドリングとオイルリングとからなるピストンリングの組合せにおいて、
当該オイルリングは、上側レールと下側レールとこれら各レールを連結するウェブとを備え、
当該上側レールと当該下側レールの外周摺動面は、ガス窒化処理して形成された層とPVD処理して形成された層とをこの順に有し、且つ、当該ウェブを挟んで対称位置にある、当該ウェブに面した側の隅部をステップ状に切り欠いたステップランド形状であり、
当該トップリングの張力(N)をAとし、当該セカンドリングの張力(N)をBとし、当該オイルリングの張力(N)をCとし、当該シリンダボア径(mm)をDとした場合に、下記数1に示す式(1)〜式(3)の各条件を満足するものであることを特徴とするディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せ。
[数1]
Figure 0006010278
In combination of piston ring consisting of top ring, second ring and oil ring used in diesel engine,
The oil ring includes an upper rail, a lower rail, and a web connecting the rails.
Outer peripheral sliding surface of the upper rail and the lower rail, and a layer formed by a layer with PVD process formed by processing gas nitriding in this order, and, symmetrically located across the web Is a step land shape in which the corner on the side facing the web is cut out in a step shape,
When the tension (N) of the top ring is A, the tension (N) of the second ring is B, the tension (N) of the oil ring is C, and the cylinder bore diameter (mm) is D, the following A combination of piston rings for a diesel engine, which satisfies the conditions of Expressions (1) to (3) shown in Formula 1.
[Equation 1]
Figure 0006010278
前記トップリングの張力(N)をAとし、前記オイルリングの張力(N)をCとし、前記シリンダボア径(mm)をDとした場合に、下記数2に示す式(4)の条件を満足する請求項1に記載のディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せ。
[数2]
Figure 0006010278
When the top ring tension (N) is A, the oil ring tension (N) is C, and the cylinder bore diameter (mm) is D, the following equation (4) is satisfied. A combination of piston rings for a diesel engine according to claim 1.
[Equation 2]
Figure 0006010278
前記トップリングは、少なくとも外周摺動面にガス窒化処理して形成された層及び/又はPVD処理して形成された層を備える請求項1又は請求項2に記載のディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せ。 The combination of piston rings for diesel engines according to claim 1 or 2, wherein the top ring includes at least a layer formed by gas nitriding treatment and / or a layer formed by PVD treatment on an outer peripheral sliding surface. . 前記トップリングの外周摺動面がバレルフェース形状である請求項1〜請求項3のいずれかに記載のディーゼルエンジン用ピストンリングの組合せ。 The combination of the piston ring for diesel engines according to any one of claims 1 to 3, wherein an outer peripheral sliding surface of the top ring has a barrel face shape.
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