KR101935936B1

KR101935936B1 - 내연 기관의 슬라이딩 구조, 아이들링 운전의 제어 방법, 내연 기관의 운전 제어 방법

Info

Publication number: KR101935936B1
Application number: KR1020187031290A
Authority: KR
Inventors: 미츠루 우라베; 히로카즈 무라타; 가즈히코 간노; 주타 타세; 가즈미 모로이
Original assignee: 닛폰 피스톤 린구 가부시키가이샤
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2019-01-07
Also published as: KR20190003845A; JP6818021B2; KR102047100B1; CN109196209B; JPWO2017209135A1; US11111875B2; EP3460224B1; EP3460224A4; CN109196209A; EP3460224A1; KR20180123716A; US20200325844A1; WO2017209135A1

Abstract

본 발명의 내연 기관의 슬라이딩 구조에 관해, 실린더는, 행정 중앙부 영역에 복수의 오목부가 형성되어 있고, 피스톤 링의 외주면에는 경사면이 형성되며, 경사면을 통해 상대 이동하는 내벽면과 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되고, 내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 행정 중앙부 영역 중에서 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 이 행정 중앙부 영역에 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 설정되고, 한편 상기 회전수에 있어서, 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소를 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 외부 영역에 복수의 오목부가 형성되는 경우에서의 외부 마찰 계수보다 작아지도록 설정되도록 하였다. 결과, 딤플 라이너 기술에 관해 추가적인 저연비를 실현할 수 있다.

Description

내연 기관의 슬라이딩 구조, 아이들링 운전의 제어 방법, 내연 기관의 운전 제어 방법

본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조 등에 관한 것이다.

종래, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관에서는, 연비 향상이나 오일 소비량 삭감을 위해 실린더와 피스톤의 슬라이딩 저항(마찰력)을 줄이는 노력이 이루어지고 있다. 본 출원인은, 피스톤 링과 실린더의 마찰력을 저감하는 수법으로서, 이른바 딤플 라이너를 개발하였고(예를 들어, 일본특허 5155924호 공보 참조), 실린더의 내벽면의 행정 중앙부 영역에 복수의 오목부를 형성함으로써 운전시의 슬라이딩 저항을 줄이고 있다.

본 출원 시점에서 미공지이긴 하지만, 본 발명자들의 추가적인 연구에 의해, 이 딤플 라이너 기술에 대해 더욱 연비 향상 등을 실현할 수 있는 여지가 남아 있는 것이 명백해졌다. 한편, 딤플 라이너 기술에 의해 연비 향상을 실현하고자 하면, 동시에 오일 소비량도 증대한다는 문제도 명백해졌다.

본 발명은, 이러한 실정을 감안하여, 딤플 라이너에 관해 추가적인 연비 향상이나 오일 소비량 삭감을 실현하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지 사이의 전부 또는 일부가 되는 행정 중앙부 영역에 복수의 오목부가 형성되어 있고, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 설정되고, 한편, 내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소를 상기 피스톤 링이 통과할 때의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조이다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지 사이의 전부 또는 일부가 되는 행정 중앙부 영역에 복수의 오목부가 형성되어 있고, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역과, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역의 경계에 인접하는 상기 행정 중앙부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 중앙측 마찰 계수)가, 상기 경계에 인접하는 상기 외부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 외부측 마찰 계수)보다 작아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조이다.

상기 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조에 관련된 본 발명은, 내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 설정되고, 한편, 내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소를 상기 피스톤 링이 통과할 때의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고, 상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 설정되고, 한편, 내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소를 상기 피스톤 링이 통과할 때의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조이다.

상기 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조에 관련된 본 발명은, 상기 상측 평활 영역의 행정 방향 거리는, 상기 기준 행정 영역의 전체거리의 30% 이상으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조에 관련된 본 발명은, 상기 행정 중앙부 영역에서의 행정 방향의 중앙점은, 상기 기준 행정 영역에서의 행정 방향의 중앙점과 비교하여 상기 피스톤의 하사점 측에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조에 관련된 본 발명은, 상기 최상위 피스톤 링이 상기 내벽면을 최고 속도로 통과하는 위치를 최속점으로 정의한 경우에, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리는, 상기 최속점 이하에 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고, 상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역과, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역의 경계에 인접하는 상기 행정 중앙부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 중앙측 마찰 계수)가, 상기 경계에 인접하는 상기 외부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 외부측 마찰 계수)보다 작아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조이다.

상기 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조에 관련된 본 발명은, 상기 경계 외부측 마찰 계수(μ1)와 상기 경계 중앙측 마찰 계수(μ2)의 비(μ1/μ2)가 2.5 이하의 범위 내로 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조에 관련된 본 발명은, 상기 경계 외부측 마찰 계수(μ1)와 상기 경계 중앙측 마찰 계수(μ2)의 비(μ1/μ2)가 1.5 이하의 범위 내로 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조에 관련된 본 발명은, 상기 경사면에서의 상기 내벽면으로부터의 최대 거리는, 상기 외주면의 실질 접촉 폭의 1/2000 이상으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조에 관련된 본 발명은, 상기 피스톤 링에서의 상기 실린더에 대한 슬라이딩면은, 모재와, 상기 모재에 형성되는 경질의 제1층과, 상기 제1층에 적층되고, 상기 제1층과 비교하여 연질이 되는 제2층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조에 관련된 본 발명은, 상기 제1층의 표면 거칠기(Ra)는 0.7μm 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법으로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지 사이의 전부 또는 일부가 되는 행정 중앙부 영역에 복수의 오목부가 형성되어 있고, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관의 아이들링 운전시의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법이다. 조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것. 조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법으로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지 사이의 전부 또는 일부가 되는 행정 중앙부 영역에 복수의 오목부가 형성되어 있고, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관의 아이들링 운전시의 회전수를 이하 조건 C를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법. 조건 C: 상기 행정 중앙부 영역과, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역의 경계에 인접하는 상기 행정 중앙부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 중앙측 마찰 계수)가, 상기 경계에 인접하는 상기 외부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 외부측 마찰 계수)보다 작아지도록 하는 것.

상기 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법에 관련된 본 발명은, 상기 내연 기관의 아이들링 운전시의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것. 조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것.

상기 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법에 관련된 본 발명은, 상기 내연 기관의 아이들링 운전시의 회전수를 이하 조건 D를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 조건 D: 상기 경계 외부측 마찰 계수(μ1)와 상기 경계 중앙측 마찰 계수(μ2)의 비(μ1/μ2)가 2.5 이하의 범위 내가 되는 것.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법으로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고, 상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관의 아이들링 운전시의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법이다. 조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것. 조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법으로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고, 상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관의 아이들링 운전시의 회전수를 이하 조건 C를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법. 조건 C: 상기 행정 중앙부 영역과, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역의 경계에 인접하는 상기 행정 중앙부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 중앙측 마찰 계수)가, 상기 경계에 인접하는 상기 외부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 외부측 마찰 계수)보다 작아지도록 하는 것.

상기 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법에 관련된 본 발명은, 상기 상측 평활 영역의 행정 방향 거리는, 상기 기준 행정 영역의 전체거리의 30% 이상으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법에 관련된 본 발명은, 상기 행정 중앙부 영역에서의 행정 방향의 중앙점은, 상기 기준 행정 영역에서의 행정 방향의 중앙점과 비교하여 상기 피스톤의 하사점 측에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법에 관련된 본 발명은, 상기 최상위 피스톤 링이 상기 내벽면을 최고 속도로 통과하는 위치를 최속점으로 정의한 경우에, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리는, 상기 최속점 이하에 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 운전 제어 방법으로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지 사이의 전부 또는 일부가 되는 행정 중앙부 영역에 복수의 오목부가 형성되어 있고, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 제어 방법. 조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것. 조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 운전 제어 방법으로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지 사이의 전부 또는 일부가 되는 행정 중앙부 영역에 복수의 오목부가 형성되어 있고, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관의 회전수를 이하 조건 C를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 제어 방법. 조건 C: 상기 행정 중앙부 영역과, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역의 경계에 인접하는 상기 행정 중앙부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 중앙측 마찰 계수)가, 상기 경계에 인접하는 상기 외부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 외부측 마찰 계수)보다 작아지도록 하는 것.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 운전 제어 방법으로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고, 상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 제어 방법이다. 조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것. 조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 운전 제어 방법으로서, 상기 실린더는, 내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고, 상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며, 상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은, 상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관의 회전수를 이하 조건 C를 만족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 제어 방법이다. 조건 C: 상기 행정 중앙부 영역과, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역의 경계에 인접하는 상기 행정 중앙부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 중앙측 마찰 계수)가, 상기 경계에 인접하는 상기 외부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 외부측 마찰 계수)보다 작아지도록 하는 것.

상기 내연 기관의 운전 제어 방법에 관련된 본 발명은, 상기 상측 평활 영역의 행정 방향 거리는, 상기 기준 행정 영역의 전체거리의 30% 이상으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 내연 기관의 운전 제어 방법에 관련된 본 발명은, 상기 행정 중앙부 영역에서의 행정 방향의 중앙점은, 상기 기준 행정 영역에서의 행정 방향의 중앙점과 비교하여 상기 피스톤의 하사점 측에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 내연 기관의 운전 제어 방법에 관련된 본 발명은, 상기 최상위 피스톤 링이 상기 내벽면을 최고 속도로 통과하는 위치를 최속점으로 정의한 경우에, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리는, 상기 최속점 이하에 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연비를 향상시키고, 또는 오일 소비량을 삭감시킨다는 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 내연 기관의 슬라이딩 구조에 적용되는 실린더 라이너의 축방향에 따른 단면도이다.
도 2의 (A) 및 (B)는, 상기 실린더 라이너의 내주벽을 둘레방향으로 전개한 상태를 나타내는 전개도이다.
도 3은, 상기 실린더 라이너의 내주벽의 축 직각 방향의 단면도이다.
도 4의 (A)는 상기 내연 기관의 슬라이딩 구조에 적용되는 피스톤 및 피스톤 링을 나타내는 측면도이고, (B)는 상기 피스톤 및 피스톤 링을 나타내는 부분 확대 단면도이며, (C)는 톱 링의 부분 확대 단면도이고, (D)는 세컨드 링의 부분 확대 단면도이다.
도 5의 (A)는 2피스 타입의 오일 링의 단면도이고, (B)는 3피스 타입의 오일 링의 단면도이다.
도 6은, 일반적인 내연 기관의 슬라이딩에 관한 스트리벡(stribeck) 선도이다.
도 7의 (A)는 본 실시형태의 내연 기관의 슬라이딩 구조를 설명하기 위한 스트리벡 선도이고, (B)는 실린더 라이너와 피스톤 링의 슬라이딩 행정을 나타내는 측면도이다.
도 8의 (A)는 본 실시형태의 내연 기관의 슬라이딩 구조를 설명하기 위한 스트리벡 선도이고, (B)는 실린더 라이너와 피스톤 링의 슬라이딩 행정을 나타내는 측면도이다.
도 9의 (A)는 본 실시형태의 내연 기관의 슬라이딩 구조를 설명하기 위한 스트리벡 선도이고, (B)는 실린더 라이너와 피스톤 링의 슬라이딩 행정을 나타내는 측면도이다.
도 10의 (A)는 본 실시형태의 내연 기관의 슬라이딩 구조를 설명하기 위한 스트리벡 선도이고, (B)는 실린더 라이너와 피스톤 링의 슬라이딩 행정을 나타내는 측면도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는, 본 실시형태의 내연 기관의 운전 제어를 설명하기 위한 스트리벡 선도이다.
도 12의 (A) 및 (B)는, 본 실시형태의 내연 기관의 운전 제어를 설명하기 위한 스트리벡 선도이다.
도 13의 (A)는 본 실시형태의 응용예에 관한 2피스 타입의 오일 링의 단면도이고, (B)는 3피스 타입의 오일 링의 단면도이다.
도 14는, 마이크로 텍스처 기술이 적용되는 실린더 라이너의 예를 나타내는 실린더 라이너의 축방향에 따른 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 내연 기관의 슬라이딩 구조에 적용되는 실린더 라이너의 축방향에 따른 단면도이다.
도 16의 (A)는 본 실시형태의 내연 기관의 슬라이딩 구조를 설명하기 위한 스트리벡 선도이고, (B)는 실린더 라이너와 피스톤 링의 슬라이딩 행정을 나타내는 측면도이다.
도 17의 (A)는 본 실시형태의 내연 기관의 슬라이딩 구조를 설명하기 위한 스트리벡 선도이고, (B)는 실린더 라이너와 피스톤 링의 슬라이딩 행정을 나타내는 측면도이다.
도 18의 (A) 및 (B)는, 본 실시형태의 내연 기관의 운전 제어를 설명하기 위한 스트리벡 선도이다.
도 19의 (A) 및 (B)는, 본 실시형태의 내연 기관의 운전 제어를 설명하기 위한 스트리벡 선도이다.
도 20의 (A) 및 (B)는, 본 실시형태의 변형예에 관한 내연 기관의 운전 제어를 설명하기 위한 스트리벡 선도이다.
도 21의 (A) 및 (B)는, 본 실시형태의 변형예에 관한 내연 기관의 운전 제어를 설명하기 위한 스트리벡 선도이다.
도 22의 (A) 및 (B)는, 본 실시형태의 변형예에 관한 내연 기관의 운전 제어를 설명하기 위한 스트리벡 선도이다.
도 23의 (A) 및 (B)는, 본 실시형태의 변형예에 관한 내연 기관의 운전 제어를 설명하기 위한 스트리벡 선도이다.
도 24의 (A)는 본 실시형태의 실험예에 내연 기관의 슬라이딩 구조의 단면도이고, (B)는 검증 결과를 나타내는 도표이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관해 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 우선, 본 발명의 실시형태에 관한 내연 기관의 슬라이딩 구조에 대해 상세하게 설명한다.

<실린더 라이너>

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 내연 기관에 관한 실린더 라이너(10)의 내벽면(12)에는, 복수의 오목부(14)가 형성된다. 오목부(14)는, 내벽면(12)에서의 행정 중앙부 영역(20)에만 형성된다. 이 행정 중앙부 영역(20)이란, 피스톤(30)의 상사점(T)에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 피스톤(30)의 하사점(U)에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 범위를 최대로 하고, 그 중의 전부 또는 일부 영역이 된다(여기서는 전부의 범위가 행정 중앙부 영역(20)이 되고, 여기에 오목부(14)가 형성되는 경우를 예시함). 행정 중앙부 영역(20)의 외측 영역을 외부 영역(25)으로 정의하면, 이 외부 영역(25)은, 행정 중앙부 영역(20)의 상사점 측에 인접하는 상측 외부 영역(25A)과, 행정 중앙부 영역(20)의 하사점 측에 인접하는 하측 외부 영역(25B)으로 구성된다. 피스톤(30)이 실린더 라이너(10) 내를 왕복 운동할 때, 상측 외부 영역(25A), 행정 중앙부 영역(20), 하측 외부 영역(25B), 행정 중앙부 영역(20), 상측 외부 영역(25A)을 이 순서로 반복 통과한다. 또, 상측 외부 영역(25A)과 행정 중앙부 영역(20)의 경계를 상측 경계(27A), 하측 외부 영역(25B)과 행정 중앙부 영역(20)의 경계를 하측 경계(27B)라고 정의한다.

오목부(14)는, 행정 중앙부 영역(20)의 내벽면(12)에 있어서 어느 장소의 축 직각 방향의 단면을 취해도, 적어도 하나의 오목부(14)가 그 단면에 존재하도록 배치된다. 즉, 오목부(14)는, 축방향으로 서로 겹치도록 배치된다. 이 결과, 행정 중앙부 영역(20)을 통과하는 피스톤 링의 외주면은 항상 적어도 하나의 오목부(14)와 대향되어 있다. 한편, 상측 외부 영역(25A)과 하측 외부 영역(25B)에는 오목부(14)가 형성되지 않는다.

오목부(14)의 형상은, 축방향에 대해 경사지게 배치되는 사각형(정사각형 또는 직사각형)으로 되어 있고, 결과적으로 복수의 오목부(14) 전체가 경사지게 격자형상으로 배치된다. 이와 같이 하면, 도 2의 (A)의 전개도에 도시된 바와 같이, 어느 특정의 오목부(14)에 주목하는 경우, 그 오목부(14)의 축방향의 최하점(14b)이 다른 오목부(14)의 축방향의 최상점(14a)보다 축방향 하측에 위치한다. 이와 같이, 복수의 오목부(14)가 축방향으로 서로 겹치므로, 행정 중앙부 영역(20)에서의 모든 장소(예를 들어, 화살표 A, 화살표 B, 화살표 C)의 축 직각 방향 단면에서 오목부(14)가 항상 존재할 수 있다. 여기서는, 행정 중앙부 영역(20)에 있어서, 동일한 면적이 되는 복수의 오목부(14)가 면방향(축방향 및 둘레방향)으로 균일하게 배치되어 있다.

또, 도 2의 (B)의 전개도에 도시된 바와 같이, 동일 면적이 되는 복수의 오목부(14)가 면방향으로 불균일하게 배치되어도 된다. 여기서는, 행정 중앙부 영역(20)의 축방향 단부에서의 둘레방향의 띠형상 영역(20P)은, 복수의 오목부(14)가 차지하는 면적이 작아지고, 행정 중앙부 영역(20)의 축방향 중앙부에서의 둘레방향의 띠형상 영역(20Q)은, 복수의 오목부(14)가 차지하는 면적이 커진다.

오목부(14)의 치수나 형상은 특별히 한정되지 않지만, 실린더나 피스톤 링의 치수나 목적에 따라 적절히 선택된다. 예를 들어, 오목부(14)는, 행정 중앙부 영역(20)의 실린더 축방향으로 관통하도록(또는 연장되도록) 슬릿형상 또는 띠형상으로 형성될 수 있다. 한편, 실린더의 기밀성(氣密性) 관점을 감안하면, 오목부(14)의 실린더 축방향의 최대 평균 길이(J)(도 2의 (A) 참조)를 피스톤의 가장 상위에 위치하는 피스톤 링(톱 링)의 실린더 축방향 길이(두께) 이하, 구체적으로는 그 5~100% 정도로 하는 것이 바람직하다. 오목부(14)의 평균 길이(J)란, 복수의 오목부(14)의 축방향 최대 치수에 불균일이 있는 경우는 그 평균값을 의미한다.

오목부(14)의 실린더 둘레방향의 최대 평균 길이(S)는, 0.1mm~15mm의 범위 내가 바람직하고, 0.3mm~5mm의 범위 내가 바람직하다. 이들 범위보다 작아지면, 오목부(14) 자체에 의한 슬라이딩 면적 저감 효과를 충분히 얻지 못하는 경우가 있다. 한편, 이들 범위보다 커지면, 피스톤 링의 일부가 오목부 내에 들어가기 쉬워져 피스톤 링이 변형되는 등의 결함이 발생하는 경우가 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 오목부(14)의 실린더 지름 방향의 최대 평균 길이(R)(최대 평균 깊이(R))는, 0.1μm~1000μm의 범위 내가 바람직하고, 0.1μm~500μm의 범위 내가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1μm~50μm로 설정한다. 오목부(14)의 실린더 지름 방향의 최대 평균 길이(R)가 이들 범위보다 작아지면, 오목부(14) 자체의 슬라이딩 면적 저감 효과를 충분히 얻지 못하는 경우가 있다. 한편, 이들 범위보다 크게 하고자 하면, 가공이 곤란해지고, 또한 실린더의 두께를 두껍게 할 필요가 있는 등의 결함이 발생할 수 있다.

도 2로 되돌아가, 축방향으로 동일 위치에서 둘레방향으로 인접하는 오목부(14) 사이의 실린더 둘레방향의 최소 간격(H)의 평균값은, 0.05mm~15mm의 범위 내가 바람직하고, 0.1mm~5.0mm의 범위 내가 특히 바람직하다. 이들 범위보다 작아지면, 피스톤 링과 실린더 라이너의 접촉 면적(슬라이딩 면적)이 너무 작아서 안정적으로 슬라이딩할 수 없을 가능성이 있다. 한편, 이들 범위보다 크면, 오목부(14) 자체의 슬라이딩 면적 저감 효과를 충분히 얻지 못하는 경우가 있다.

아울러 이 딤플 라이너 기술과 언뜻 보면 비슷하지만 근본적으로 다른 것으로서 마이크로 텍스처 기술이 존재하므로, 이에 대해 간단하게 설명한다. 마이크로 텍스처란, 도 14에 도시된 바와 같이, 실린더 라이너의 내벽면의 실린더 축방향을 따라 오목부가 형성되는 영역(V)과 오목부가 전혀 존재하지 않는 영역(Z)이 교대로 반복되도록 하고, 피스톤 링이 이 내벽면을 이동할 때마다 오목부에 대해 엔진 오일의 유입·유출을 일으키며, 그 동압에 따라 유막을 두껍게 하여 마찰력을 줄이는 이론이다. 따라서, 본 실시형태와 같이, 복수의 오목부가 축방향으로 겹치도록 배치하는 딤플 라이너 기술과는 근본의 기술 사상을 달리하고 있다.

<피스톤 및 피스톤 링>

도 4의 (A) 및 도 4의 (B)에, 피스톤(30) 및 이 피스톤(30)의 링 홈에 설치되는 피스톤 링(40)(톱 링(50), 세컨드 링(60), 오일 링(70))을 나타낸다. 피스톤 링(40)은, 실린더 라이너(10)의 내벽면(12)에 대해 외주면(42)이 대향되는 상태로 실린더 축방향으로 왕복 운동한다. 톱 링(50)은, 피스톤(30)과 실린더 라이너(10) 사이의 간극을 없애고, 연소실로부터 크랭크 케이스 측으로 압축 가스가 빠지는 현상(블로바이)을 막는다. 세컨드 링(60)은, 톱 링(50)과 마찬가지로, 피스톤(30)과 실린더 라이너(10) 사이의 간극을 없애는 역할과, 실린더 라이너(10)의 내벽면(12)에 부착되는 여분의 엔진 오일을 긁어내는 역할을 겸한다. 오일 링(70)은, 실린더 라이너(10)의 내벽면(12)에 붙어 있는 여분의 엔진 오일을 긁어내어 적당한 유막을 형성함으로써, 피스톤(30)의 늘어붙음을 방지한다.

도 4의 (C)에 확대하여 도시된 바와 같이, 톱 링(50)은, 단일의 환상 부재로서, 외주면(52)을 단면에서 보면, 지름 방향 외측으로 볼록한 이른바 배럴 형상으로 되어 있다. 구체적으로, 외주면(52)의 실린더 축방향 양 외측 가장자리에는, 실린더 축방향의 외측으로 향하여 내벽면(12)으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 내벽면(12)을 접촉할 수 있는 경사면(54, 54)을 가진다. 즉, 이 경사면(54, 54)은, 이른바 처짐 형상이며, 피스톤(30) 및 피스톤 링(40)을 길들임 운전하여 그 접촉 마모에 의해 형성되는 면이 된다. 경사면(54, 54)에서의 내벽면(12)으로부터의 최대 거리(e)는, 외주면(52)의 실질 접촉 폭(f)의 1/2000~1/500로 설정되고, 보다 바람직하게는 1/1500~1/500로 한다. 본 실시형태에서는, 1/1000 정도로 한다. 또, 이 실질 접촉 폭(f)이란, 톱 링(50)이 내벽면(12)에 대해 미세하게 경사지거나 변형되면서 슬라이딩함으로써, 실질적으로 내벽면(12)과 접촉할 수 있는 범위를 의미하고, 경사면(54, 54) 전부를 양단에 포함한다. 실질 접촉 폭(f)은, 예를 들어 0.3mm 이하로 형성하면 적합하다.

도 4의 (D)에 확대하여 도시된 바와 같이, 세컨드 링(60)은, 단일의 환상 부재로서, 외주면(62)을 단면에서 보면, 지름 방향 외측으로 볼록한 이른바 배럴 형상으로 되어 있다. 톱 링과 마찬가지로, 외주면(62)의 실린더 축방향 양 외측 가장자리는, 실린더 축방향의 외측으로 향하여 내벽면(12)으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 내벽면(12)을 접촉할 수 있는 경사면(64, 64)을 가진다. 이 경사면(64, 64)은, 이른바 처짐 형상이며, 피스톤(30) 및 피스톤 링(40)을 길들임 운전하여 그 마모에 의해 형성되는 면이 된다. 경사면(64, 64)에서의 내벽면(12)으로부터의 최대 거리(e)는, 외주면(62)의 실질 접촉 폭(f)의 1/2000~1/500로 설정되고, 보다 바람직하게는 1/1500~1/500로 한다. 본 실시형태에서는, 1/1000 정도로 한다. 차량용 내연 기관의 경우, 실질 접촉 폭(f)은 예를 들어 0.3mm 이하로 형성하면 적합하다.

도 5의 (A)에 확대하여 도시된 오일 링(70)은, 2피스 타입으로, 링 본체(72)와, 코일 스프링 형상의 코일 익스팬더(76)를 가진다. 링 본체(72)는, 축방향 양단에 배치되는 한 쌍의 환상의 레일(73, 73)과, 이 한 쌍의 레일(73, 73)의 사이에 배치되어 이들을 연결하는 환상의 기둥부(75)를 가진다. 한 쌍의 레일(73, 73) 및 기둥부(75)를 맞춘 단면 형상은 대략 I형상 또는 H형상으로 되어 있고, 이 형상을 이용하여, 내주면 측에는, 코일 익스팬더(76)를 수용하기 위한 단면 반원호 형상의 내주 홈(76)이 형성된다. 또한, 한 쌍의 레일(73, 73)에는, 각각 기둥부(75)를 기준으로 하여 지름 방향 외측으로 돌출되는 환상 돌기(74, 74)가 형성된다. 이 환상 돌기(74, 74)의 돌출단에 형성되는 외주면(82, 82)이 실린더 라이너(10)의 내벽면(12)과 접촉한다. 코일 익스팬더(76)는, 내주 홈(76)에 수용됨으로써, 링 본체(72)를 지름 방향 외측으로 압압 바이어스시킨다. 또, 링 본체(72)의 기둥부(75)에는, 오일 복귀 구멍(77)이 둘레방향으로 복수 형성된다.

도 5의 (A)의 영역(O)에 더욱 확대하여 도시된 바와 같이, 한 쌍의 외주면(82, 82)은 링 본체(72)에 일체적으로 형성되어 있기 때문에, 양 외주면(82, 82)을 맞추어 단일 외주면(83)으로 정의할 수 있다. 이 단일 외주면(83)의 실린더 축방향 양 외측 가장자리에는, 실린더 축방향의 외측으로 향하여 내벽면(12)으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 내벽면(12)을 접촉할 수 있는 경사면(84, 84)이 형성된다. 이 경사면(84, 84)은, 이른바 처짐 형상이며, 피스톤(30) 및 피스톤 링(40)을 길들임 운전하여 그 마모에 의해 형성되는 면이 된다. 경사면(84, 84)에서의 내벽면(12)으로부터의 최대 거리(e)는, 각 외주면(82)의 실질 접촉 폭(f1, f2)의 합계값이 되는 실질 접촉 폭(f)의 1/2000~1/500로 설정되고, 보다 바람직하게는 1/1500~1/500로 한다. 본 실시형태에서는, 1/1000 정도로 한다. 또, 실질 접촉 폭(f)은 0.02mm~0.18mm로 형성되는 것이 바람직하다.

또, 오일 링(70)은 2피스 타입에 한정되지 않고, 예를 들어 도 5의 (B)에 도시된 3피스 타입의 오일 링(70)이어도 된다. 이 오일 링(70)은, 상하로 분리되어 있는 환상의 사이드 레일(73a, 73b)과, 이 사이드 레일(73a, 73b)의 사이에 배치되는 스페이서 익스팬더(76s)를 가진다.

스페이서 익스팬더(76s)는, 강재를 실린더 축방향으로 요철을 반복하는 파형 형상으로 소성 가공하여 형성된다. 이 파형 형상을 이용하여, 상방측 지지면(78a)과 하방측 지지면(78b)이 형성되고, 한 쌍의 사이드 레일(73a, 73b)이 각각 축방향으로 지지된다. 스페이서 익스팬더(76s)의 내주측 단부에는, 축방향 외측으로 향하여 아치 형상으로 세워 설치되는 돌출부(74m)를 가진다. 이 돌출부(74m)는, 사이드 레일(73a, 73b)의 내주면에 접촉한다. 또, 스페이서 익스팬더(76s)는, 간극부(合口)가 서로 붙어 둘레방향으로 수축 상태로 피스톤(30)의 링 홈에 조립된다. 결과, 스페이서 익스팬더(76s)의 복원력에 의해, 이부(74m)가 사이드 레일(73a, 73b)을 지름 방향 외측에 압압 바이어스한다.

도 5의 (B)의 영역(O)에 더욱 확대하여 도시된 바와 같이, 사이드 레일(73a, 73b) 각각의 외주면(82)의 실린더 축방향 양 외측 가장자리는, 실린더 축방향의 외측으로 향하여 내벽면(12)으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 내벽면(12)을 접촉할 수 있는 경사면(84, 84)을 가진다. 이 경사면(84, 84)은, 이른바 처짐 형상이며, 피스톤(30) 및 피스톤 링(40)을 길들임 운전하여 그 마모에 의해 형성되는 면이 된다. 경사면(84, 84)에서의 내벽면(12)으로부터의 최대 거리(e)는, 외주면(82)의 실질 접촉 폭(f)의 1/2000~1/500로 설정되고, 보다 바람직하게는 1/1500~1/500로 한다. 본 실시형태에서는, 1/1000 정도로 한다. 또, 실질 접촉 폭(f)은 0.02mm~0.18mm로 형성되는 것이 바람직하다.

<실린더 라이너와 피스톤 링의 마찰 태양>

다음에, 실린더 라이너와 피스톤 링의 마찰 태양에 대해 설명한다. 일반적인 슬라이딩시의 마찰에는, 도 6에 도시된 스트리벡 선도로서 표현되는 바와 같이, 직접 접촉하여 슬라이딩하는 고체 접촉 영역(110)의 마찰 태양, 유성 피막을 개재하여 슬라이딩하는 경계 접촉 영역(112)의 마찰 태양, 점성 윤활유막을 개재하여 슬라이딩하는 유체 윤활 영역(114)에서의 마찰 태양으로 나누어진다. 또, 이 스트리벡 선도는, 가로축이 「동점도(동점성률)(μ)」×「속도(U)」/「접촉 하중(W)」을 대수(로그; log) 표시한 것이고, 세로축이 마찰 계수(μ)가 된다. 따라서, 마찰력이 가장 작아질 수 있는 것은 유체 윤활 영역(114)이며, 이 영역(114)을 유효하게 이용하는 것이 저마찰화, 즉 저연비에 유효해진다. 한편, 속도(U)가 상승해도 경계 접촉 영역(112)의 도중으로부터 유체 윤활 영역(114)으로 이행할 수 없는 경우는, 점선으로 나타내는 바와 같이, 경계 접촉 영역(112)이 그대로 고속 영역까지 계속되는 상태(또는 유체 윤활 영역(114)과의 혼재 상태)가 된다.

아울러 유체 윤활 영역(114)의 마찰력의 대부분은 오일의 전단 저항이며, 이 전단 저항은 (점도)×(속도)×(면적)/(유막 두께)로 정의된다. 결과, 전단 면적을 저감하는 것이 마찰력의 저감에 직결된다.

그래서, 본 실시형태에서는, 피스톤 링(40)의 외주면(42)을 배럴 형상으로 하고, 그 경사면을 이용하여 실질 접촉면에 오일을 적극적으로 유입시킴으로써, 신속하게 유체 윤활 영역(114)으로 이행하여 저마찰화를 실현한다. 동시에, 실린더 라이너(10)에 대해 이른바 딤플 라이너 기술을 적용함으로써, 실린더 라이너(10)의 행정 중앙부 영역(20)에 오목부(14)를 형성하여, 오일의 전단 저항이 발생하는 실질 면적을 감소시킴으로써, 보다 효율적으로 마찰력의 저하를 달성한다. 아울러 최근의 피스톤 링에서는, 피스톤 링의 외주면의 실질 접촉 폭을 극단적으로 줄이고(즉, V자 형상 단면으로 하고), 접촉 하중(W)을 줄이면서(저장력화) 그 표면 경도(내마모성)를 높임으로써, 처짐 형상을 형성하지 않고 경계 접촉 영역(112)에서 저마찰화를 실현하는 사상이 주류가 되어 있다.

다음에, 실린더 라이너(10)와 피스톤 링(40)의 마찰 태양 등에 대해 설명한다. 또, 피스톤(30)에 대해, 이에 설치되는 톱 링(50), 세컨드 링(60), 오일 링(70)의 고정 위치가 실린더 축방향으로 상대적으로 다르기 때문에, 실린더 라이너(10)와 마찰 상태도 엄밀하게는 각각의 피스톤 링에서 미세한 차이가 발생한다. 그러나, 여기서는 세컨드 링(60)의 마찰 태양에 대해 설명을 하기로 하고, 세컨드 링(60)의 마찰 태양으로부터 유추적으로 파악 가능한 톱 링(50) 및 오일 링(70)의 마찰 태양의 설명을 생략한다. 또, 최속 통과점(C)에 한해서는 톱 링(50)을 기준으로 한다.

<오목부 없음 실린더 라이너와 피스톤 링의 마찰 태양>

도 7의 (A)의 점선(base liner)의 스트리벡 선도는, 본 발명자들에 의해 실측된, 행정 중앙부 영역(20)과 외부 영역(25) 양쪽(내벽면 전체)에 오목부(14)가 형성되지 않은 실린더 라이너(10)와, 피스톤 링(40)의 유체 윤활 영역(114)에서의 마찰 태양이 된다. 또, 이 스트리벡 선도의 가로축은, 「동점도(동점성률)(μ)」×「속도(U)」/「접촉 하중(W)」을 대수가 아니라 그대로 실수 표시한 것이며, 세로축이 마찰 계수(μ)가 된다. 「동점도(동점성률)(μ)」나 「접촉 하중(W)」은, 실린더 라이너(10)와 피스톤 링(40)의 사양으로 거의 고정되는 상수이기 때문에, 피스톤(30)이 실린더 라이너(10)의 상사점(T)으로부터 하사점(U)까지 슬라이딩할 때의, 실린더 라이너(10)와 피스톤 링(40)의 마찰 계수(μ)의 변동은, 양자의 상대 속도에 의존하게 되고, 이 상대 속도는 엔진의 회전수(rpm)에 따라 일의적으로 결정한다. 따라서, 점선(base liner)을 따라 부기되는 행정선(214)과 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이, 피스톤(30)이 상사점(T)으로부터 최속 통과점(C)을 거쳐 하사점(U)까지 이동하는 과정에서, 피스톤 링(40)과 실린더 라이너(10)의 상대 속도(U)가 제로(零)에서부터 최고 속도가 되고 제로로 복귀하며, 그 사이에 마찰 계수가 항상 변화한다. 또, 피스톤 크랭크 기구에서의 피스톤(30)의 이동 속도가 최고 속도가 되는 최속 통과점(C)은, 왕복 공정의 중심이 아니라 중심으로부터 다소 상사점(T) 측으로 치우친 지점이 된다. 또, 도 7 이후의 스트리벡 선도에서의 영역(Q)은, 아이들링 운전의 회전수 이상의 회전수 영역에 있어서, 피스톤 링(40)의 이동 속도가 최속이 되는 지점(즉, 그래프 내를 천이하는 행정선(214)의 우단)의 도달 범위의 예를 나타낸다.

<전체 오목부 있음 실린더 라이너와 피스톤 링의 마찰 태양>

도 8의 (A)의 실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도는, 행정 중앙부 영역(20)과 외부 영역(25) 양쪽(내벽면 전체)에 오목부(14)가 형성되는 실린더 라이너(10)와, 피스톤 링(40)의 유체 윤활 영역(114)에서의 마찰 태양이 된다. 피스톤(30)이 실린더 라이너(10)의 상사점(T)으로부터 하사점(U)까지 슬라이딩할 때의, 실린더 라이너(10)와 피스톤 링(40)의 마찰 계수(μ)의 변동은, 양자의 상대 속도에 의존하게 되고, 이 상대 속도는 엔진의 회전수(rpm)에 따라 일의적으로 결정한다. 따라서, 실선(Dimple liner)을 따라 부기되는 행정선(314) 및 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이, 피스톤(30)이 실린더 라이너(10)의 상사점(T)으로부터 하사점(U)까지 슬라이딩하는 과정에서, 실린더 라이너(10)와 피스톤 링(40)의 상대 속도(U)가 제로에서부터 최고 속도가 되고 제로로 복귀하며, 그 사이에 마찰 계수가 항상 변화한다. 여기서, 실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도는, 점선(base liner)의 스트리벡 선도와 비교하여 우측(고속측)으로 오프셋되어 있고, 나아가 하측(저마찰측)으로 오프셋되어 있는 것을 알 수 있다. 특히, 고속 영역이 될수록 실선(Dimple liner)과 점선(base liner)의 마찰 계수의 차이가 커진다.

<본 실시형태의 실린더 라이너와 피스톤 링의 슬라이딩 구조>

도 1에서 설명한 행정 중앙부 영역(20)에만 오목부(14)를 갖는 실린더 라이너(10)와 피스톤 링(40)의 마찰 태양은, 도 7의 (A)의 점선(base liner)의 행정선(214)과, 도 8의 (A)의 실선(Dimple liner)의 행정선(314)을 조합한 것이 된다고 추측된다. 이 상태를 도 9의 (A) 및 도 10의 (A)에 나타낸다. 즉, 실린더 라이너(10)의 외부 영역(25)을 피스톤 링(40)이 상사점(T)으로부터 하사점(U)으로 향하여 상대 이동하고 있을 때는, 도 9의 (A)에 도시된 바와 같이 점선(base liner)을 따른 행정선(214)(A 및 B)이 되고, 실린더 라이너(10)의 행정 중앙부 영역(20)을 피스톤 링(40)이 상대 이동하고 있을 때는, 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(314)(L 및 M)이 된다. 또한, 실린더 라이너(10)의 외부 영역(25)을 피스톤 링(40)이 하사점(U)으로부터 상사점(T)으로 향하여 상대 이동하고 있을 때는, 도 10의 (A)에 도시된 바와 같이 점선(base liner)을 따른 행정선(214)(A 및 B)이 되고, 실린더 라이너(10)의 행정 중앙부 영역(20)을 피스톤 링(40)이 상대 이동하고 있을 때는, 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(314)(L 및 M)이 된다.

나아가 본 실시형태의 슬라이딩 구조에서는, 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수(여기서는 아이들링시의 회전수라고 함)에 있어서, 행정 중앙부 영역(20) 중에서 피스톤 링(40)이 최고 속도로 통과하는 장소(전체 행정의 최속 통과점(C))의 내벽면(12)과 외주면(42) 사이의 마찰 계수(Ca)(이하, 중앙 마찰 계수(Ca)라고 부름)가, 행정 중앙부 영역에 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 동일 타이밍(최속 통과점(C))의 중앙 마찰 계수(Cb)보다 작아진다. 나아가 동일 회전수(여기서는 아이들링 운전의 회전수)에 있어서, 행정 중앙부 영역(20)의 외측이 되는 외부 영역(25) 중 어느 하나의 장소를 피스톤 링(40)이 통과할 때의 내벽면(12)과 외주면(42) 사이의 마찰 계수(Ta(상사점 측), Ua(하사점측))(이하, 외부 마찰 계수(Ta, Ua))가, 외부 영역(25)에 복수의 오목부가 형성되는 경우에서의 동일 타이밍의 외부 마찰 계수(Tb, Ub)보다 작아지도록 설정된다.

이와 같이 하면, 오목부가 없는 외부 영역(25)을 저속 영역으로 활용함으로써, 오목부(14)가 존재하지 않는 것에 의한 저마찰화를 실현하는 한편, 오목부(14)가 존재하는 행정 중앙부 영역(20)을 고속 영역으로 활용함으로써, 오목부(14)의 존재에 의한 저마찰화를 실현하여, 양쪽에 이점을 양립시킨 슬라이딩 구조로 할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 도 9의 (B) 및 도 10의 (B)에 도시된 바와 같이, 행정 중앙부 영역(20)과 외부 영역(25)의 경계(상측 경계(27A), 하측 경계(27B))에 인접하는 행정 중앙부 영역(20) 측의 근방 영역(20in)을 피스톤 링(40)이 통과할 때의 마찰 계수(Tin(상사점 측), Uin(하사점 측))(이하, 양자를 모두 경계 중앙측 마찰 계수라고 함)가, 동일 경계에 인접하는 외부 영역(25) 측의 근방 영역(25out)을 피스톤 링(40)이 통과할 때의 마찰 계수(Tout(상사점 측), Uout(하사점 측))(이하, 양자를 모두 경계 외부측 마찰 계수라고 함)보다 작아지도록 설정된다. 즉, 도 9의 (A) 및 도 10의 (A)에 도시된, 실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도와 점선(base liner)의 스트리벡 선도가 교차하는 점(K)(이하, 마찰 전환점(K)이라고 함)을 기준으로 하는 경우, 이보다 우측(고속 영역 측)의 범위 내에서 행정 중앙부 영역(20)과 외부 영역(25)의 경계(27A, 27B)를 통과함으로써, 마찰 계수를 시프트시키도록 한다.

이와 같이 하는 이유로서, 실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도의 마찰 전환점(K)보다 저속 영역 측은 급격하게 마찰 계수가 증대하고, 그 영역 내에서 경계(27A, 27B)를 통과시키면, 실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도의 저속측 영역(높은 마찰 계수가 되는 영역)을 이용하여 연비 효율을 오히려 악화시키기 때문이다.

나아가 본 실시형태에서는, 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수(여기서는 아이들링시의 회전수라고 함)에 있어서, 상기 경계 외부측 마찰 계수(Tout, Uout)와 상기 경계 중앙측 마찰 계수(Tin, Uin)의 경계 시프트시의 변동비(Tout/Tin), (Uout/Uin)가 2.5 이하가 되도록 설정하고, 더욱 바람직하게는 1.5 이하의 범위 내로 설정한다. 이와 같이 하면, 경계 외부측 마찰 계수(Tout, Uout)와 상기 경계 중앙측 마찰 계수(Tin, Uin)가 가능한 한 접근하는 상태로 경계(27A, 27B)를 통과하는 것이 가능해지고, 급격한 마찰 계수의 변화를 억제할 수 있다. 결과, 보다 원활한 엔진 회전을 실현할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 점선(base liner)의 스트리벡 선도에 도시된 바와 같이, 외부 마찰 계수(Tout, Uout)가 너무 커지는 고속 범위를 활용하는 것은 쓸데없기 때문에, 본 실시형태에서는, 경계 외부측 마찰 계수(Tout, Uout) 중 적어도 한쪽이 0.06 이하가 되도록 설정한다.

<본 실시형태의 내연 기관의 아이들링 운전시의 엔진 회전수 제어>

다음에, 내연 기관의 아이들링 운전시의 엔진 회전수 제어에 대해 설명한다. 본 실시형태에서 나타내는 내연 기관에서는, 피스톤 링(40)의 이동 속도에 따라 마찰 태양이 변화하기 때문에, 아이들링 운전시에 있어서 피스톤 링(40)의 이동 속도의 설정이 연비 등에 큰 영향을 준다.

예를 들어 도 11의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 아이들링 운전시의 엔진 회전수를 낮게 설정하면, 마찰 전환점(K)보다 저속측 영역에서 피스톤 링(40)이 경계(27A, 27B)를 통과한다. 결과, 경계(27A, 27B)로부터 마찰 전환점(K)까지의 사이에 있어서, 행정 중앙부 영역(20)의 존재가 마찰 계수를 오히려 악화시키게 된다(실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도를 참조할 것).

한편, 도 12의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 도 11의 상태보다 아이들링 운전시의 엔진 회전수를 높이면, 피스톤 링(40)이 경계(27A, 27B)를 통과하는 타이밍이 마찰 전환점(K)보다 고속측 영역으로 이동함으로써, 도 11에 도시된 행정 중앙부 영역(20)의 악영향은 해소된다. 그러나, 이번에는 마찰 전환점(K)보다 고속측에서의 외부 영역(25)의 고마찰 계수가 악영향을 미치기 시작한다(점선(base liner)의 스트리벡 선도를 참조할 것). 또, 이 도 12의 (A) 및 (B)는 아직 적절한 범위 내이지만, 아이들링 운전시의 회전수를 더욱 높이면, 경계(27A, 27B)를 통과하는 타이밍이 더욱 고속측으로 이동하여, 경계 시프트시의 마찰 계수의 변동비(Tout/Tin), (Uout/Uin)가 2.5를 초과하는 결과가 되고, 마찰 계수의 변화가 너무 커져 원활한 회전을 저해할 수 있다.

이상의 결과, 도 9 및 도 10에서 도시된 바와 같은 슬라이딩 구조를 실현할 수 있도록, 아이들링 운전시의 내연 기관의 회전수를 설정하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

<피스톤 링의 응용 구조>

다음에, 2피스 타입의 오일 링(70)(도 13의 (A) 참조) 및 3피스 타입의 오일 링(70)(도 13의 (B) 참조)의 응용 구조에 대해 설명한다. 도 13의 (A)에 도시된 바와 같이, 2피스 타입의 오일 링(70)의 한 쌍의 레일(73, 73)은, 모재(600)와, 모재(600)의 표면에 형성되는 표면 처리층(620)을 가진다. 모재(600)는, 강재, 주철재, 알루미늄 합금 등으로 구성되지만, 양호한 내마모성을 발휘하는 것이면 그 재료는 특별히 한정되지 않는다. 바람직한 강재의 예로서는, C: 0.16~1.30%를 함유하는 강재, 혹은 이에 Mo 및 V 중 적어도 어느 하나를 소량 함유시키는 크롬강 등을 들 수 있다.

표면 처리층(620)은, 경질인 제1층(622)과, 제1층(622)에 비해 연질인 제2층(624)을 구비한다. 제1층(622)은, 예를 들어 비커스 경도가 HV800 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로, 경질 탄소 피막(DLC)이나 경질 크롬 도금 등이 이용된다. 또한, 제1층(622)은, 질화층 및/또는 Cr-N 또는 Cr-B-N으로 이루어지는 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 물리적 증착법(PVD)에 의한 PVD 피막으로 해도 되고, 용사 또는 가스 질화 처리(GN) 등의 질화 처리법에 의한 내마모성의 표면 처리를 실시함으로써 얻어도 된다.

도 13의 (B)에 도시된 바와 같이, 3피스 타입의 오일 링(70)의 사이드 레일(73a, 73b)에 대해서도, 2피스 타입과 마찬가지의 모재(600)와, 모재(600)의 표면에 형성되는 표면 처리층(620)을 가진다. 표면 처리층(620)은, 경질인 제1층(622)과, 제1층(622)에 비해 연질인 제2층(624)을 구비한다.

제1층(622)의 두께는, 가스 질화에 의한 질화층으로서 형성하는 경우, 2피스 타입의 오일 링(70)에서는 10~150μm, 3피스 타입의 오일 링(70)에서는 2~50μm로 하는 것이 바람직하다. 물리적 증착(PVD)에 의한 PVD 피막의 경우는, 2피스 타입의 오일 링(70)에서는 5~50μm, 3피스 오일 링에서는 5~30μm로 하는 것이 바람직하다.

또한, 제1층(622)의 형성 후이며 제2층(624)을 형성하기 전에, 그 표면에 대해 래핑 등의 마무리 처리를 실시하는 것이 바람직하고, 표면 거칠기(Ra)는 0.7μm 이하로 형성되고, 보다 바람직하게는 0.5μm 이하로 하며, 0.05μm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 표면 거칠기(Ra)는 「산술 평균 거칠기」를 의미한다.

제2층(624)은, 제1층(622)에 비해 연질인 재료, 예를 들어 비커스 경도로 HV800 이하 또는 HV800 미만으로 형성된다. 구체적으로 제2층(624)은, 크롬(Cr), 니켈 인(Ni-P), 폴리아미드이미드 수지 등의 합성수지, Cr-N 또는 Cr-B-N으로 이루어지는 피막 및 주석(Sn) 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 제2층(624)의 외표면은, 제1층(622)과 달리 래핑 등의 마무리 처리를 실시할 필요는 없다.

제2층(624)은, 내연 기관의 초기 운전시(길들임 운전시)에 적당히 마멸시키는 역할을 하고, 결과적으로 제1층(622)의 일부가 노출되어 외주면(82)이 배럴 형상을 나타낼 수 있다. 외주면(82)에서의 실질 접촉 폭을 구성하는 실질 접촉면에서는, 노출된 제1층(622)과, 이 제1층(622)의 양옆에 잔존하여 단면이 만곡 형상이 되도록 마멸된 제2층(624)이 서로 원활하게 연속된다.

이상의 결과, 양옆의 제2층(624)의 존재에 의해 외주면(82)을 효과적인 배럴 형상으로 할 수 있으므로, 본 실시형태의 슬라이딩 구조에서 요구되는 유체 윤활 영역을 오일 링(70)과 실린더 라이너(10)의 사이에 창출할 수 있다. 또, 제2층(624)의 두께는, 길들임 운전 후의 배럴 형상의 처짐량(실린더 라이너(10)로부터의 최대 이반 거리(e))이 원하는 양이 될 정도로 형성되고, 구체적으로는 10μm 이하, 보다 바람직하게는 0.5μm~5.0μm로 설정된다. 바람직한 처짐량으로서는, 오일 링(70)과 실린더 라이너(10)의 실질 접촉 폭(f)에 대해 그 1/1500~1/500의 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 처짐량을 상기 범위로 설정하면, 피스톤 링과 실린더 라이너의 사이에 적합한 유체 윤활을 창출할 수 있어 저마찰화를 달성할 수 있다.

또, 2피스 타입 또는 3피스 타입의 오일 링(70)의 모재(600)는, 13Cr 강을 이용할 수 있다. 이 13Cr 강은, 탄소 0.6~0.7질량%, 규소 0.25~0.5질량%, 망간 0.20~0.50질량%, 크롬 13.0~14.0질량%, 몰리브덴 0.2~0.4질량%, 인 0.03질량% 이하, 유황 0.03질량% 이하, 잔부 철 및 불가피 불순물의 조성의 것을 말한다.

또한, 상기 이외에도, 오일 링(70)의 모재(600)는 17Cr 강을 이용할 수 있다. 이 17Cr 강은, 탄소 0.80~0.95질량%, 규소 0.35~0.5질량%, 망간 0.25~0.40질량%, 크롬 17.0~18.0질량%, 몰리브덴 1.00~1.25질량%, 바나듐 0.08~0.15질량%, 인 0.04질량% 이하, 유황 0.04질량% 이하, 잔부 철 및 불가피 불순물의 조성의 것을 말한다. 다른 재료로서 8Cr 강, SWRH77B 상당재를 이용할 수 있다.

또, 제2층(624)을 포함시킨 상태로 실질 접촉 폭이 설정되기 때문에, 모재(600) 및 제1층(622)의 돌출단의 실폭은, 이 실질 접촉 폭에 비해 작게 설정하는 것이 바람직하다.

또, 여기서는, 오일 링(70)에 대해, 모재(600)와, 모재(600)의 표면에 형성되는 표면 처리층(620)을 갖는 경우를 예시하였지만, 톱 링(50)이나 세컨드 링(60)에 대해서도 마찬가지의 표면 처리층을 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제2 실시형태에 관해 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 우선, 본 발명의 실시형태에 관한 내연 기관의 슬라이딩 구조에 대해 상세하게 설명한다.

<실린더 라이너>

도 15에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 내연 기관에 관한 실린더 라이너(10)의 내벽면(12)에는, 복수의 오목부(14)가 형성된다. 오목부(14)는, 내벽면(12)에서의 행정 중앙부 영역(20)에만 형성된다. 이 행정 중앙부 영역(20)은, 피스톤(30)의 상사점(T)에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치(27A)(이하, 상사점 측의 끝테두리라고도 부름)로부터, 피스톤(30)의 하사점(U)에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치(27B)(이하, 하사점 측의 끝테두리라고도 부름)까지의 전체 범위(이하, 기준 행정 영역(19)이라고 부름)의 일부로 되어 있고, 특히 기준 행정 영역(19)의 상사점 측의 끝테두리(27A)보다 하측으로 어긋난 위치가 된다. 그 결과, 기준 행정 영역(19)의 상사점 측의 끝테두리(27A)로부터 행정 중앙부 영역(20)의 상사점 측의 끝테두리(20A)까지 사이의 전부에는, 오목부를 가지지 않는 평활한 상측 평활 영역(130)이 형성된다.

본 실시형태에서는, 행정 중앙부 영역(20)의 상사점 측의 끝테두리(20A)를, 오목부(14)가 형성되는 장소와 오목부(14)가 형성되지 않은 장소의 경계선을 의미하는 「상측 경계(20A)」라고 부르는 경우가 있고, 행정 중앙부 영역(20)의 하사점 측의 끝테두리(20B)를, 오목부(14)가 형성되는 장소와 오목부(14)가 형성되지 않은 장소의 경계선을 의미하는 「하측 경계(20B)」라고 부르는 경우도 있다. 또, 본 실시형태에서는, 행정 중앙부 영역(20)의 하사점 측의 끝테두리(하측 경계)(20B)는, 기준 행정 영역(19)의 하사점 측의 끝테두리(27B)와 일치시키지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 이보다 하측에 위치해도 되고 상측에 위치해도 된다.

또한, 행정 중앙부 영역(20)의 외측 영역을 외부 영역(25)으로 정의하면, 이 외부 영역(25)은, 행정 중앙부 영역(20)의 상사점 측에 인접하는 상측 외부 영역(25A)과, 행정 중앙부 영역(20)의 하사점 측에 인접하는 하측 외부 영역(25B)으로 구성된다. 또, 상측 외부 영역(25A)의 일부에는 상측 평활 영역(130)이 포함되게 된다.

피스톤(30)이 실린더 라이너(10) 내를 왕복 운동할 때, 상측 외부 영역(25A)(상측 평활 영역(130), 행정 중앙부 영역(20), 하측 외부 영역(25B), 행정 중앙부 영역(20), 상측 외부 영역(25A)(상측 평활 영역(130))을 이 순서로 반복하여 통과한다.

상측 평활 영역(130)의 행정 방향 거리는, 바람직하게는 기준 행정 영역(19)의 행정 방향 전체 거리의 30% 이상으로 설정된다. 또한, 행정 중앙부 영역(20)에서의 행정 방향의 중앙점(20M)은, 기준 행정 영역에서의 행정 방향의 중앙점(19M)과 비교하여 피스톤의 하사점(U) 측에 위치한다.

최상위 피스톤 링(후술하는 톱 링(50))이 내벽면(12)을 최고 속도로 통과하는 위치를 최속 통과점(C)으로 정의한 경우, 행정 중앙부 영역(20)의 상사점 측의 끝테두리(상측 경계)(20A)는 최속 통과점(C) 이하로 설정된다. 본 실시형태에서는, 상측 경계(20A)와 최속 통과점(C)이 일치하도록 설정되어 있다.

<상측 평활 영역의 존재 의의>

이미 서술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 행정 중앙부 영역(20)보다 상사점 측에, 오목부가 형성되지 않은 상측 평활 영역(130)을 구비한다. 이 상측 평활 영역(130)의 의의는 다음과 같다. 피스톤(30)의 상사점 측은, 연소실이 존재하기 때문에 고온 환경이 된다. 따라서, 실린더 라이너(10)의 상사점 측에 오목부를 형성하여 오목부 내에 엔진 오일을 체류시키면, 그 엔진 오일이 고온이 되고, 기화함으로써 오일 소비량이 증대한다. 또한, 피스톤(30)의 상사점(T) 측은, 고온 환경에 의해 엔진 오일의 점성도 저하되어 마찰 계수가 작아지므로, 오목부의 필요성도 하사점(U) 측과 비교하면 적다.

도 15에서 설명한, 상측 평활 영역(130)과 행정 중앙부 영역(20)을 갖는 실린더 라이너(10)와 피스톤 링(40)의 마찰 태양은, 도 7의 (A)의 점선(base liner)의 행정선(214)과, 도 8의 (A)의 실선(Dimple liner)의 행정선(314)을 조합한 것이 된다고 추측된다. 이 상태를 도 16의 (A) 및 도 17의 (A)에 나타낸다.

도 16의 (A) 및 (B)에는, 실린더 라이너(10)를 피스톤 링(40)이 상사점(T)으로부터 하사점(U)으로 향하여 상대 이동하는 행정을 나타낸다. 피스톤 링(40)이 상측 외부 영역(25A) 및 그 일부가 되는 상측 평활 영역(130)을 상대 이동하고 있을 때는, 도 16의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(A, L)이 된다. 그리고, 피스톤 링(40)이 상측 평활 영역(130) 및 실린더 라이너(10)의 최속 통과점(C)을 통과하여 행정 중앙부 영역(20)에 진입하고, 여기를 피스톤 링(40)이 상대 이동하고 있을 때는, 도 16의 (A)의 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(M)이 된다. 나아가 행정 중앙부 영역(20)을 통과하여, 실린더 라이너(10)의 하측 외부 영역(25B)을 피스톤 링(40)이 하사점 측으로 향하여 상대 이동하고 있을 때는, 도 16의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(B)이 된다.

도 17의 (A) 및 (B)에는, 실린더 라이너(10)를 피스톤 링(40)이 하사점(U)으로부터 상사점(T)으로 향하여 상대 이동하는 행정을 나타낸다. 실린더 라이너(10)의 하측 외부 영역(25B)을 피스톤 링(40)이 상사점 측으로 향하여 상대 이동하고 있을 때는, 도 17의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(B)이 된다. 그리고, 하측 외부 영역(25B)을 통과하여 행정 중앙부 영역(20)에 진입하고, 여기를 피스톤 링(40)이 상대 이동하고 있을 때는, 도 17의 (A)의 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(M)이 된다. 행정 중앙부 영역(20) 및 실린더 라이너(10)의 최속 통과점(C)을 통과하여, 상측 외부 영역(25A) 및 그 일부가 되는 상측 평활 영역(130)을 상사점 측으로 향하여 상대 이동하고 있을 때는, 도 17의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(L, A)이 된다.

나아가 본 실시형태의 슬라이딩 구조에서는, 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수(여기서는 아이들링시의 회전수라고 함)에 있어서, 행정 중앙부 영역(20) 중에서 피스톤 링(40)이 최고 속도로 통과하는 장소(본 실시형태에서는 행정 중앙부 영역(20)의 상측 경계(20A))의 내벽면(12)과 외주면(42) 사이의 마찰 계수(Ca)(이하, 중앙 마찰 계수(Ca)라고 부름)가, 행정 중앙부 영역에 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 동일 타이밍(상측 경계(20A)를 통과하는 타이밍)의 중앙 마찰 계수(Cb)보다 작아진다. 나아가 동일 회전수(여기서는 아이들링 운전의 회전수)에 있어서, 행정 중앙부 영역(20)의 외측이 되는 외부 영역(25)(상측 외부 영역(25A) 또는 하측 외부 영역(25B)) 중 어느 하나의 장소를 피스톤 링(40)이 통과할 때의 내벽면(12)과 외주면(42) 사이의 마찰 계수(Ta(상사점 측), Ua(하사점 측))(이하, 외부 마찰 계수(Ta, Ua))가, 외부 영역(25)에 복수의 오목부가 형성되는 경우에서의 동일 타이밍의 외부 마찰 계수(Tb, Ub)보다 작아지도록 설정된다.

이와 같이 하면, 오목부가 없는 외부 영역(25)을 저속 영역으로 활용함으로써, 오목부(14)가 존재하지 않는 것에 의한 저마찰화를 실현하며, 한편, 오목부(14)가 존재하는 행정 중앙부 영역(20)을 고속 영역으로 활용함으로써, 오목부(14)의 존재에 의한 저마찰화를 실현하여, 양쪽에 이점을 양립시킨 슬라이딩 구조로 할 수 있다. 나아가 행정 중앙부 영역(20)을 하사점(U) 측으로 오프셋시키면서, 상사점(T) 측에, 오목부가 형성되지 않은 상측 평활 영역(130)을 확보함으로써, 오일 소비량을 저감하는 것도 동시에 실현한다.

또한, 본 실시형태에서는, 도 16의 (B) 및 도 17의 (B)에 도시된 바와 같이, 행정 중앙부 영역(20)과 외부 영역(25)의 경계(상측 경계(20A), 하측 경계(20B))에 인접하는 행정 중앙부 영역(20) 측의 근방 영역(20in)을 피스톤 링(40)이 통과할 때의 마찰 계수(Tin(상사점 측), Uin(하사점 측))(이하, 양자를 모두 경계 중앙측 마찰 계수라고 함)가, 동일 경계에 인접하는 외부 영역(25) 측의 근방 영역(25out)을 피스톤 링(40)이 통과할 때의 마찰 계수(Tout(상사점 측), Uout(하사점 측))(이하, 양자를 모두 경계 외부측 마찰 계수라고 함)보다 작아지도록 설정된다. 즉, 도 16의 (A) 및 도 17의 (A)에 도시된, 실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도와 점선(base liner)의 스트리벡 선도가 교차하는 점(K)(이하, 마찰 전환점(K)이라고 함)을 기준으로 하는 경우, 이보다 우측(고속 영역 측)의 범위 내에서 행정 중앙부 영역(20)과 외부 영역(25)의 경계(20A, 20B)를 통과함으로써, 마찰 계수를 시프트시키도록 한다.

이와 같이 하는 이유로서, 실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도의 마찰 전환점(K)보다 저속 영역 측은 급격하게 마찰 계수가 증대하고, 그 영역 내에서 경계(20A, 20B)를 통과시키면, 실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도의 저속측 영역(높은 마찰 계수가 되는 영역)을 이용하여 연비 효율을 오히려 악화시키기 때문이다.

나아가 본 실시형태에서는, 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수(여기서는 아이들링시의 회전수라고 함)에 있어서, 하측 경계(20B)에서의 경계 외부측 마찰 계수(Uout)와, 하측 경계(20B)에서의 경계 중앙측 마찰 계수(Uin)의 경계 시프트시의 변동비(Uout/Uin)가 2.5 이하가 되도록 설정하고, 더욱 바람직하게는 1.5 이하의 범위 내로 설정한다. 이와 같이 하면, 경계 외부측 마찰 계수(Uout)와 상기 경계 중앙측 마찰 계수(Uin)가 가능한 한 접근하는 상태로 하측 경계(20B)를 통과하는 것이 가능해져서, 급격한 마찰 계수의 변화를 억제할 수 있다. 결과, 보다 원활한 엔진 회전을 실현할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 경계 외부측 마찰 계수(Uout)가 0.06 이하가 되도록 설정한다.

예를 들어 도 18의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 아이들링 운전시의 엔진 회전수를 낮게 설정하면, 마찰 전환점(K)보다 저속측 영역에서 피스톤 링(40)이 하측 경계(20B)를 통과한다. 결과, 하측 경계(20B)로부터 마찰 전환점(K)까지의 사이에 있어서, 행정 중앙부 영역(20)의 존재가 마찰 계수를 오히려 악화시키게 된다(실선(Dimple liner)의 스트리벡 선도의 행정선(L)을 참조할 것).

한편, 도 19의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 도 18의 상태보다 아이들링 운전시의 엔진 회전수를 높이면, 피스톤 링(40)이 하측 경계(20B)를 통과하는 타이밍이 마찰 전환점(K)보다 고속측 영역으로 이동함으로써, 도 18에 도시된 행정 중앙부 영역(20)의 악영향은 해소된다. 그러나, 이번에는 마찰 전환점(K)보다 고속측에서의 외부 영역(25)의 고마찰 계수가 악영향을 미치기 시작한다(점선(base liner)의 스트리벡 선도의 행정선(B)을 참조할 것). 또, 이 도 19의 (A) 및 (B)는 아직 적절한 범위 내이지만, 아이들링 운전시의 회전수를 더욱 높이면, 하측 경계(20B)를 통과하는 타이밍이 더욱 고속측으로 이동하여, 경계 시프트시의 마찰 계수의 변동비(Uout/Uin)가 2.5를 초과하는 결과가 되고, 마찰 계수의 변화가 너무 커져 원활한 회전을 저해할 수 있다.

이상의 결과, 도 16 및 도 17에서 도시된 바와 같은 슬라이딩 구조를 실현할 수 있도록, 아이들링 운전시의 내연 기관의 회전수를 설정하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

<본 실시형태의 변형예에 관한 실린더 라이너와 피스톤 링의 슬라이딩 구조>

도 20 및 도 21에, 도 16의 (A) 및 도 17의 (A)에 도시된 슬라이딩 구조의 변형예를 나타낸다. 이 변형예에서는, 상측 평활 영역(130)의 범위가 더욱 하사점(U) 측으로 확대되어 있고, 결과, 행정 중앙부 영역(20)의 상사점 측의 끝테두리(상측 경계)(20A)는 최속 통과점(C)보다 하측에 위치한다.

도 20의 (A) 및 (B)에는, 실린더 라이너(10)를 피스톤 링(40)이 상사점(T)으로부터 하사점(U)으로 향하여 상대 이동하는 행정을 나타낸다. 피스톤 링(40)이 상측 외부 영역(25A) 및 그 일부가 되는 상측 평활 영역(130)을 상대 이동하고 있을 때는, 도 20의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(A, L1, L2)이 된다. 또, 도 20의 (B)와 같이, 상측 평활 영역(130)을 상대 이동하는 도중에 최속 통과점(C)을 통과하게 되므로, 도 20의 (A)의 행정선(L1, L2)에 나타내는 바와 같이 점선(base liner)을 따라 최속 통과점(C)에서 되접혀 꺾인다. 그리고, 피스톤 링(40)이 상측 평활 영역(130)을 통과하여 행정 중앙부 영역(20)에 진입하고, 여기를 피스톤 링(40)이 상대 이동하고 있을 때는, 도 20의 (A)의 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(M)이 된다. 나아가 행정 중앙부 영역(20)을 통과하여, 실린더 라이너(10)의 하측 외부 영역(25B)을 피스톤 링(40)이 하사점 측으로 향하여 상대 이동하고 있을 때는, 도 20의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(B)이 된다.

도 21의 (A) 및 (B)에는, 실린더 라이너(10)를 피스톤 링(40)이 하사점(U)으로부터 상사점(T)으로 향하여 상대 이동하는 행정을 나타낸다. 실린더 라이너(10)의 하측 외부 영역(25B)을 피스톤 링(40)이 상사점 측으로 향하여 상대 이동하고 있을 때는, 도 21의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(B)이 된다. 그리고, 하측 외부 영역(25B)을 통과하여 행정 중앙부 영역(20)에 진입하고, 여기를 피스톤 링(40)이 상대 이동하고 있을 때는, 도 21의 (A)의 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(M)이 된다. 행정 중앙부 영역(20)을 통과하여 상측 평활 영역(130)에 진입하여 상대 이동할 때는, 도 21의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(L2)이 되고, 나아가 최속 통과점(C)을 통과하여 상측 평활 영역(130)을 상대 이동할 때는, 도 21의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(L1)이 되며, 상측 평활 영역(130)을 통과하여 나머지 상측 외부 영역(25A)을 상대 이동할 때는, 도 21의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(A)이 된다. 이와 같이 하면, 상측 평활 영역(130)이 더욱 넓게 확보됨으로써, 오일 소비량을 한층 더 저감할 수 있다.

도 22 및 도 23에, 도 16의 (A) 및 도 17의 (A)에 도시된 슬라이딩 구조의 다른 변형예를 나타낸다. 이 변형예에서는, 상측 평활 영역(130)의 범위가 좁게 되어 있고, 결과, 행정 중앙부 영역(20)의 상사점 측의 끝테두리(상측 경계)(20A)가 최속 통과점(C)보다 상측에 위치한다.

도 22의 (A) 및 (B)에는, 실린더 라이너(10)를 피스톤 링(40)이 상사점(T)으로부터 하사점(U)으로 향하여 상대 이동하는 행정을 나타낸다. 피스톤 링(40)이 상측 외부 영역(25A) 및 그 일부가 되는 상측 평활 영역(130)을 상대 이동할 때는, 도 22의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(A, L)이 된다. 그리고, 피스톤 링(40)이 상측 평활 영역(130)을 통과하여 행정 중앙부 영역(20)에 진입하고, 여기를 피스톤 링(40)이 상대 이동하고 있을 때는, 도 22의 (A)의 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(M1)이 된다. 또, 도 22의 (B)와 같이, 행정 중앙부 영역(20)을 상대 이동하는 도중에 최속 통과점(C)을 통과하게 되므로, 도 22의 (A)의 행정선(M1, M2)에 나타내는 바와 같이 실선(Dimple liner)을 따라 최속 통과점(C)에서 되접혀 꺾인다. 그리고, 피스톤 링(40)이 행정선(M2)을 따라 상대 이동하여 행정 중앙부 영역(20)을 통과하고, 실린더 라이너(10)의 하측 외부 영역(25B)에 진입한다. 그 후, 피스톤 링(40)이 하사점 측으로 향하여 상대 이동하고 있을 때는, 도 22의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(B)이 된다.

도 23의 (A) 및 (B)에는, 실린더 라이너(10)를 피스톤 링(40)이 하사점(U)으로부터 상사점(T)으로 향하여 상대 이동하는 행정을 나타낸다. 실린더 라이너(10)의 하측 외부 영역(25B)을 피스톤 링(40)이 상사점 측으로 향하여 상대 이동하고 있을 때는, 도 23의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(B)이 된다. 그리고, 하측 외부 영역(25B)을 통과하여 행정 중앙부 영역(20)에 진입하고, 여기를 피스톤 링(40)이 상대 이동하고 있을 때는, 도 23의 (A)의 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(M2)이 된다. 나아가 최속 통과점(C)을 통과하여 행정 중앙부 영역(20)을 상대 이동할 때는, 도 23의 (A)의 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(M1)이 된다. 행정 중앙부 영역(20)을 통과하여 상측 평활 영역(130)에 진입하여 상대 이동할 때는, 도 23의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(L)이 되고, 상측 평활 영역(130)을 통과하여 나머지 상측 외부 영역(25A)을 상대 이동할 때는, 도 23의 (A)의 점선(base liner)을 따른 행정선(A)이 된다. 이와 같이 하면, 상측 평활 영역(130)이 다소 좁아지기 때문에 오일 소비량은 다소 증가하지만, 실선(Dimple liner)을 따른 행정선(M1, M2)이 길어지므로 연비 효율을 높일 수 있다.

<검증예>

도 24의 (A)에 도시된 바와 같이, 기준 행정 영역(19)의 거리를 S, 상측 평활 영역(130)의 거리를 P, 행정 중앙부 영역(20)의 거리를 Q, 기준 행정 영역(19)의 잔부 거리를 R로 하고, 각 행정의 비율을 변경한 실험예 1~3을 준비하고, 엔진을 1800rpm으로 시운전함으로써 오일 소비량(LOC)을 검증하였다. 또, 행정 중앙부 영역(20)에 형성되는 오목부(14)의 형상은, 직경 0.5mm의 정원(正圓)으로 하고, 그 깊이는 3.5μm로 하였다. 또한, 행정 중앙부 영역(20)에서 오목부(14)가 차지하는 면적률은 50%로 하였다. 또한, 기준 행정 영역(19)의 거리(S)는 115mm로 하고, 이 기준 행정 영역(19)의 하사점 측의 끝테두리(27B)로부터 톱 링(50)이 최속으로 통과하는 최속 통과점(C)까지의 거리(O)를 70mm로 하였다.

또한, 비교예 1로서, 기준 행정 영역(19) 전부가 행정 중앙부 영역(20)이 되는 경우, 즉 상측 평활 영역(130)을 전혀 설치하지 않은 경우를 검증하고, 또한 비교예 2로서, 행정 중앙부 영역(20)을 설치하지 않은 경우, 즉 오목부(14)를 형성하지 않은 경우를 검증하였다. 오일 소비량의 평가는, 비교예 2의 행정 중앙부 영역(20)을 설치하지 않은 경우의 검증 결과가 되는 오일 소비량을 기준 오일 소비량으로 하고, 그 기준 오일 소비량에 대해, 다른 검증 결과가 어느 정도 증감하는지에 대해 비율에 따라 상대 평가하였다.

도 24의 (B)의 비교예 1에 나타내는 바와 같이, 상측 평활 영역(130)을 설치하지 않고 전역에 오목부를 형성하는 경우는, 오일 소비량의 증가가 90%가 된다.

한편, 도 24의 (B)의 실험예 1에 나타내는 바와 같이, 행정 중앙부 영역(20)이 최속 통과점(C)으로부터 하측 전역에 설치한 경우, 다시 말하면 상측 평활 영역(130)이 기준 행정 영역(19)의 30% 이상, 바람직하게는 35% 이상을 차지하는 경우, 오일 소비량의 증가가 5%로 억제된다. 또한, 실험예 2에 나타내는 바와 같이, 상측 평활 영역(130)이 기준 행정 영역(19)의 5% 이상 30% 미만인 경우, 오일 소비량의 증가가 60%로 억제된다. 또, 실험예 3에 나타내는 바와 같이, 상측 평활 영역(130)이 실험예 2와 동일한 거리로 설정하면서 행정 중앙부 영역(20)을 짧게 해도, 오일 소비량에 거의 변화가 발생하지 않는 것도 알 수 있다. 즉, 오일 소비량은 상측 평활 영역(130)의 점유 비율에 의존하는 것을 알 수 있다. 물론 연비 효율의 관점에서는, 행정 중앙부 영역(20)의 면적이 큰 것이 바람직하기 때문에, 잔부 거리(R)는 거의 제로(또는 기준 행정 영역(19)의 거리(S)의 10% 이하)로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 검증 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 기준 행정 영역(19)에 대해 행정 중앙부 영역(20)을 하사점 측으로 오프셋하면, 오일 소비량을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 행정 중앙부 영역(20)에서의 행정 방향의 중앙점(20M)이, 기준 행정 영역에서의 행정 방향의 중앙점(19M)과 비교하여 피스톤의 하사점(U) 측에 위치하도록 하면 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 아이들링 운전시의 내연 기관의 슬라이딩 구조나 회전수 제어에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 아이들링 운전의 회전수보다 높아지는 어느 하나의 임의 회전수일 때에, 본 실시형태에서 나타낸 바와 같은 슬라이딩 구조(슬라이딩 상태)가 실현되어 있으면 되고, 그 경우는, 아이들링 운전시(아이들링 회전수의 운전 상태일 때)는, 본 실시형태에서 나타낸 바와 같은 슬라이딩 구조(슬라이딩 상태)가 실현되지 않은 경우를 포함한다. 물론 아이들링 운전시에 본 실시형태에서 나타낸 슬라이딩 구조가 실현되어 있는 것이 바람직하고, 결과, 이보다 고회전 영역에서도 본 슬라이딩 구조가 계속해서 실현될 가능성이 높다. 마찬가지로 아이들링 운전시 이외의 운전 태양에 있어서, 본 실시형태의 회전수 제어를 적용할 수 있다. 예를 들어, 선박이나 기차 등의 내연 기관의 경우는, 통상 항행/주행시의 회전수 제어에 적용해도 된다. 또한, 예를 들어 발전기용 내연 기관의 경우는, 정상 발전시의 내연 기관의 회전수 제어에 적용해도 된다. 즉, 내연 기관에 있어서 연비에 영향을 주는 것과 같은 장시간 운전 태양시에, 본 발명의 회전수 제어를 적용하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.

Claims

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실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 설정되고, 한편,
내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소를 상기 피스톤 링이 통과할 때의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 설정되며,
상기 상측 평활 영역의 행정 방향 거리는, 상기 기준 행정 영역의 전체거리의 30% 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조.
실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 설정되고, 한편,
내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소를 상기 피스톤 링이 통과할 때의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 설정되며,
상기 행정 중앙부 영역에서의 행정 방향의 중앙점은, 상기 기준 행정 영역에서의 행정 방향의 중앙점과 비교하여 상기 피스톤의 하사점 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조.
실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 설정되고, 한편,
내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소를 상기 피스톤 링이 통과할 때의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 설정되며,
상기 최상위 피스톤 링이 상기 내벽면을 최고 속도로 통과하는 위치를 최속점으로 정의한 경우에,
상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리는, 상기 최속점 이하에 설정되는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조.
삭제
실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역과, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역의 경계에 인접하는 상기 행정 중앙부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 중앙측 마찰 계수)가, 상기 경계에 인접하는 상기 외부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 외부측 마찰 계수)보다 작아지도록 설정되며,
상기 상측 평활 영역의 행정 방향 거리는, 상기 기준 행정 영역의 전체거리의 30% 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조.
실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역과, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역의 경계에 인접하는 상기 행정 중앙부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 중앙측 마찰 계수)가, 상기 경계에 인접하는 상기 외부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 외부측 마찰 계수)보다 작아지도록 설정되며,
상기 행정 중앙부 영역에서의 행정 방향의 중앙점은, 상기 기준 행정 영역에서의 행정 방향의 중앙점과 비교하여 상기 피스톤의 하사점 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조.
실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 슬라이딩 구조로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
내연 기관의 아이들링 운전의 회전수 이상이 되는 어느 하나의 회전수에 있어서, 상기 행정 중앙부 영역과, 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역의 경계에 인접하는 상기 행정 중앙부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 중앙측 마찰 계수)가, 상기 경계에 인접하는 상기 외부 영역 측의 근방을 상기 피스톤 링이 통과할 때의 마찰 계수(이하, 경계 외부측 마찰 계수)보다 작아지도록 설정되며,
상기 최상위 피스톤 링이 상기 내벽면을 최고 속도로 통과하는 위치를 최속점으로 정의한 경우에,
상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리는, 상기 최속점 이하에 설정되는 것을 특징으로 하는 실린더와 피스톤의 슬라이딩 구조.
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실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법으로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
상기 내연 기관의 아이들링 운전시의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하며,
상기 상측 평활 영역의 행정 방향 거리는, 상기 기준 행정 영역의 전체거리의 30% 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법.
조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법으로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
상기 내연 기관의 아이들링 운전시의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하며,
상기 행정 중앙부 영역에서의 행정 방향의 중앙점은, 상기 기준 행정 영역에서의 행정 방향의 중앙점과 비교하여 상기 피스톤의 하사점 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법.
조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법으로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
상기 내연 기관의 아이들링 운전시의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하며,
상기 최상위 피스톤 링이 상기 내벽면을 최고 속도로 통과하는 위치를 최속점으로 정의한 경우에,
상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리는, 상기 최속점 이하에 설정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들링 운전의 제어 방법.
조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
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실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 운전 제어 방법으로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
상기 내연 기관의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하며,
상기 상측 평활 영역의 행정 방향 거리는, 상기 기준 행정 영역의 전체거리의 30% 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 제어 방법.
조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 운전 제어 방법으로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
상기 내연 기관의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하며,
상기 행정 중앙부 영역에서의 행정 방향의 중앙점은, 상기 기준 행정 영역에서의 행정 방향의 중앙점과 비교하여 상기 피스톤의 하사점 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 제어 방법.
조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
실린더와 피스톤을 갖는 내연 기관의 운전 제어 방법으로서,
상기 실린더는,
내벽면 중에서, 상기 피스톤의 상사점에서의 최하위 피스톤 링의 링 홈의 하면 위치로부터, 상기 피스톤의 하사점에서의 최상위 피스톤 링의 링 홈의 상면 위치까지의 사이(이하, 기준 행정 영역이라고 함)에는, 이 기준 행정 영역의 상사점 측의 끝테두리보다 하측에서 복수의 오목부를 갖는 행정 중앙부 영역이 형성되고,
상기 내벽면 중에서, 상기 기준 행정 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리로부터, 상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리까지 사이의 전부에는, 상기 오목부를 가지지 않는 상측 평활 영역이 형성되며,
상기 피스톤의 상기 링 홈에 설치되는 피스톤 링은,
상기 내벽면과 대향하는 외주면의 축방향 양 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 향하여 상기 내벽면으로부터 떨어지는 방향으로 경사지면서 상기 내벽면과 접촉할 수 있는 경사면이 형성되고, 상기 경사면을 통해 상대 이동하는 상기 내벽면과 상기 외주면의 간극에 윤활유가 유입되어 유체 윤활 가능하게 구성되며,
상기 내연 기관의 회전수를 이하 조건 A 및 조건 B를 만족하도록 제어하며,
상기 최상위 피스톤 링이 상기 내벽면을 최고 속도로 통과하는 위치를 최속점으로 정의한 경우에,
상기 행정 중앙부 영역의 상기 상사점 측의 끝테두리는, 상기 최속점 이하에 설정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 제어 방법.
조건 A: 상기 행정 중앙부 영역 중에서 상기 피스톤 링이 최고 속도로 통과하는 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 중앙 마찰 계수)가, 상기 행정 중앙부 영역에 상기 오목부가 형성되지 않은 상태를 가정하는 경우의 상기 중앙 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것
조건 B: 상기 행정 중앙부 영역의 외측이 되는 외부 영역 중 어느 하나의 장소의 상기 내벽면과 상기 외주면 사이의 마찰 계수(이하, 외부 마찰 계수)가, 상기 외부 영역에 복수의 상기 오목부가 형성되는 상태를 가정하는 경우의 상기 외부 마찰 계수보다 작아지도록 하는 것