KR102539763B1

KR102539763B1 - 피스톤 링의 조합체 및 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체

Info

Publication number: KR102539763B1
Application number: KR1020237009271A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 나가쿠라; 슈이치 이나모리; 아키라 히코네
Original assignee: 티피알 가부시키가이샤
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-06-01
Also published as: MX2023003566A; JP7052157B1; CN116324230B; EP4206497A4; US20230272854A1; EP4206497A1; KR20230044319A; CN116324230A; WO2023007735A1; JPWO2023007735A1

Abstract

피스톤에 조립되는 피스톤 링의 조합체는 제1 압축 링과 제2 압축 링과 제3 압축 링과 오일 링을 포함하고, 제1 압축 링의 축 방향 폭을 h1(1)로 하고, 제2 압축 링의 축 방향 폭을 h1(2)로 하고, 제3 압축 링의 축 방향 폭을 h1(3)으로 하고, 오일 링의 축 방향 폭을 h1(4)로 했을 때, h1(1) ≥ h1(2) 이고, 또한, h1(1) ≥ h1(3) 이며, h1(TOTAL) = h1(1)+h1(2)+h1(3)+h1(4)로 했을 때, h1(TOTAL) ≥ 3.9mm 이다.

Description

피스톤 링의 조합체 및 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체

본 발명은 디젤 기관으로 대표되는 압축 착화 기관에서 피스톤에 장착되는 피스톤 링의 조합체 및 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체(piston ring combination and combination structure of piston and piston ring)에 관한 것이다.

일반적인 자동차에 탑재되는 내연 기관은 압축 링(압력 링)과 오일 링을 포함하는 피스톤 링의 조합체(또는 '조합')를 피스톤에 형성된 링 홈에 장착한 구성을 채용하고 있다. 피스톤의 축 방향에 있어서 압축 링이 연소실측에 설치되고, 오일 링이 크랭크실측에 설치되며, 이들이 실린더의 내벽면을 슬라이딩함으로써 능력을 발휘한다. 연소실로부터 가장 먼 오일 링은 실린더의 내벽면에 부착된 여분의 엔진 오일(윤활유)을 크랭크실측으로 긁어내어 오일의 연소실측으로의 유출(오일 상승)을 억제하는 오일 시일(seal) 기능이나 윤활유막이 실린더의 내벽면에 적절히 유지되도록 오일량을 조정함으로써 내연 기관의 운전에 수반하는 압축 링이나 피스톤의 눌러붙는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 압축 링은 기밀을 유지함으로써 연소실측으로부터 크랭크실측으로의 연소 가스의 유출(블로바이(blow-by))을 억제하는 가스 시일 기능이나 오일 링이 긁어 떨어뜨리지 않았던 여분의 오일을 긁어 떨어뜨림으로써 오일 상승을 억제하는 오일 시일 기능을 갖는다. 일반적인 자동차에 탑재되는 디젤 엔진에 예시되는 압축 착화 기관은 2 개의 압축 링과 1개의 오일 링을 사용하는 것이 일반적이다.

이에 관련하여 특허문헌 1에는 복수개의 피스톤 링을 피스톤에 조립한 내연 기관에 있어서, 피스톤 링의 이음매 간극(합구 간극)의 폭을 최상단의 피스톤 링에 있어서 최대로 하고, 하단의 피스톤 링이 됨에 따라 작게 하는 구조가 개시되어 있다. 이에 따르면 각 링이 실린더 라이너에 가압되는 힘이 동등해져 각 링의 마모량을 동일한 정도로 할 수 있다.

: 일본 실용신안 공개 소62-063460호 공보 : 일본 특허 공개 평05-025024호 공보

최근의 내연 기관의 고출력화에 수반하여 환경 성능에 있어서의 대책이 시급하며, 특히 블로바이 가스의 저감이 중요한 과제로 되어 있다. 디젤 엔진에 예시되는 압축 착화 기관에서는 특히 대형 디젤 엔진에 있어서, 목적은 상이하지만 압축 링을 3개 이상 사용함으로써 어느 하나의 링에 마모 등이 발생하여도 압축 링으로서의 기능을 길게 유지하는 것을 가능하게 하여 유지 보수 빈도를 적게 하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 3개 이상의 압축 링을 피스톤에 조립하기 위해서는 피스톤의 축 방향 길이를 길게 할 필요가 있기 때문에 피스톤의 중량은 증가하고, 엔진 본체의 중량도 증가한다. 특히 압축비가 높은 디젤 엔진에 있어서 기밀성을 향상시키기 위해 압축 링을 3개 이상 사용하는 것은 피스톤의 중량 증가나 마찰 증대로 이어지고, 승용 자동차 등에 탑재되는 소형의 디젤 엔진에 대해서는 피스톤의 경량화와 작은 마찰이 중시되기 때문에 압축 링의 개수를 늘리는 것은 곤란하였다.

본 발명은 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 디젤 엔진으로 예시되는 압축 착화 기관에서 마찰의 증가나 피스톤의 중량 증가를 억제하면서도 블로바이 가스를 저감 가능한 기술을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 피스톤에 3개의 압축 링과 1개의 오일 링을 조립하는 구성으로 하였지만 이것에 수반하는 마찰의 증대나 피스톤 중량의 증가를 억제하기 위해서 각 압축 링, 특히 제3 링(제 3 압축 링)의 기능에 착안했다. 구체적으로는 각 압축 링의 강도를 확보하면서도 박폭화하고, 축 방향 폭의 적절한 조합과 더하여 장력의 적정한 배분을 생각함으로써 마찰의 증대를 누르면서 블로바이 가스의 저감을 가능하게 하였다. 또한, 각 피스톤 랜드부의 축 방향 길이에 더하여 랜드 공간의 용적 배분도 고려함으로써 피스톤의 중량 증가를 억제하면서도 블로바이 가스의 저감을 가능하게 하였다.

구체적으로 본 발명은 압축 착화 기관의 실린더에 장착되는 피스톤에 장착되는 복수의 피스톤 링의 조합체이며, 연소실에 가장 가까운 위치에 장착되는 제1 압축 링과, 상기 제1 압축 링의 다음으로 연소실에 가까운 위치에 장착되는 제2 압축 링과, 상기 연소실로부터 가장 먼 위치에 장착되는 오일 링과, 상기 제2 압축 링과 상기 오일 링 사이의 위치에 장착되는 제3 압축 링을 포함하고, 상기 제1 압축 링의 축 방향 폭을 h1(1) 로 하고, 상기 제2 압축 링의 축 방향 폭을 h1(2) 로 하고, 상기 제3 압축 링의 축 방향 폭을 h1(3) 으로 하고, 상기 오일 링의 축 방향 폭을 h1(4) 로 했을 때, h1(1) ≥ h1(2) 이고, 또한, h1(1) ≥ h1(3) 이고, h1(TOTAL) = h1(1)+h1(2)+h1(3)+h1(4) 로 했을 때, h1(TOTAL) ≥ 3.9 mm 인 피스톤 링의 조합체이다.

본 발명에 있어서 상기 제1 압축 링의 장력을 Ft(1) 로 하고, 상기 제2 압축 링의 장력을 Ft(2) 로 하고, 상기 제3 압축 링의 장력을 Ft(3) 으로 하고, 상기 오일 링의 장력을 Ft(4) 로 하고, 상기 압축 착화 기관의 실린더 보어(cylinder bore, 실린더 안지름)의 직경을 d1 로 했을 때, Ft(1)>Ft(3) 이며, Ft(TOTAL) = Ft(1)+Ft(2)+Ft(3)+Ft(4) 로 했을 때, 0.68N/mm ≥ Ft(TOTAL)/d1 일 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 제3 압축 링의 비틀림 각도는 상기 제3 압축 링을 상기 피스톤에 조립하고, 또한 상기 피스톤을 상기 실린더에 장착한 상태에서 20'±40' 일 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 제3 압축 링의 외주면은 테이퍼 형상 또는 테이퍼 언더컷 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서 2.0mm ≥ h1(1), 2.0mm ≥ h1(2), 1.5mm ≥ h1(3) 일 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 오일 링은 반경 방향 외측으로 돌출되는 한 쌍의 레일부가 축 방향 양측에 설치된 링 본체와, 상기 링 본체를 반경 방향 외측으로 가압하는 익스팬더를 포함하는 소위 2피스의 오일 링 일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 피스톤과 상기 피스톤 링의 조합체를 구비하는 압축 착화 기관의 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체이어도 되고, 상기 피스톤의 외주면에는 상기 제1 압축 링이 장착되는 제1 링 홈과, 상기 제2 압축 링이 장착되는 제2 링 홈과, 상기 제3 압축 링이 장착되는 제3 링 홈과, 상기 오일 링이 장착되는 오일 링 홈이 형성되고, 상기 피스톤의 축 방향에 있어서의 상기 제1 링 홈의 연소실측의 단면으로부터 상기 오일 링 홈의 크랭크실측의 단면까지의 길이를 Lp 로 했을 때, Lp≥6.3mm 이며, 상기 피스톤의 외주면 중 상기 제1 링 홈과 상기 제2 링 홈에 의해 정의되는 영역인 제2 랜드부의 상기 피스톤의 축 방향에 있어서의 길이를 Lp2 로 하고, 상기 제3 링 홈과 상기 오일 링 홈에 의해 정의되는 영역인 제4 랜드의 상기 피스톤의 축 방향에 있어서의 길이를 Lp4 로 했을 때, Lp2 > Lp4 일 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 피스톤의 외주면 중 상기 제2 링 홈과 상기 제3 링 홈에 의해 정의되는 영역인 제3 랜드부의 상기 피스톤의 축 방향에 있어서의 길이를 Lp3 으로 했을 때, Lp3 ≥ Lp4, Lp3 ≥ 0.7mm, Lp4 ≥ 0.6mm 일 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 피스톤과 상기 실린더와 상기 제1 압축 링과 상기 제2 압축 링에 의해 둘러싸인 공간인 제2 공간의 용적을 V2 로 하고, 상기 피스톤과 상기 실린더와 상기 제3 압축 링과 상기 오일 링에 의해 둘러싸인 공간인 제4 공간의 용적을 V4 로 했을 때, V2 > V4 일 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 압축 착화 기관의 실린더 보어의 직경을 d1 로 하고, Vp = (d1/2)²×π×Lp 로 했을 때, V4/Vp ≥ 0.00027 일 수 있다.

본 발명에 의하면, 압축 착화 기관에 있어서 피스톤의 중량 증가를 억제하면서도 블로바이 가스를 저감하는 것이 가능해진다.

도 1 은 실시형태에 따른 피스톤 구조체를 구비하는 압축 착화 기관의 일부를 나타내는 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 피스톤 구조체를 구비하는 압축 착화 기관의 부분 단면도이다.
도 3은 실시형태에 따른 피스톤의 부분 단면도이다.
도 4는 비교예에 따른 피스톤 구조체를 구비하는 압축 착화 기관의 부분 단면도이다.
도 5는 실시형태에 따른 피스톤 구조체와 비교예에 따른 피스톤 구조체의 블로바이량을 비교한 그래프이다.
도 6은 제3 링의 비틀림 각도와 블로바이량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제3 링의 비틀림 각도와 오일 소비량의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다. 이하에 설명하는 실시 형태는 본 발명에 따른 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체를 디젤 엔진에 예시되는 압축 착화 기관에 적용한 것이다. 또한 이하의 실시 형태에 기재되어 있는 구성은 특별히 기재가 없는 한 발명의 기술적 범위를 그것들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.

[전체 구성]

도 1 은 실시형태에 따른 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체(이하, 피스톤 구조체)(110)를 구비하는 압축 착화 기관(100)의 일부를 나타내는 도면이다. 도 2 는 실시형태에 따른 피스톤 구조체(110)를 구비하는 압축 착화 기관(100)의 부분 단면도이다. 도 3은 실시형태에 따른 피스톤(20)의 부분 단면도이다. 도 2 및 도 3에서는 피스톤의 중심축을 따르는 단면이 도시되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 실시형태에 따른 압축 착화 기관(100)은 실린더(10)와, 실린더(10)에 장착된 피스톤(20)과, 피스톤(20)에 조립된 복수의 피스톤 링으로 이루어지는 피스톤 링의 조합체(120)를 구비한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 압축 착화 기관(100)에서는 피스톤(20)의 외주면(20a)과 실린더(10)의 내벽면(10a)과의 사이에 소정의 이간 거리(D1)가 확보됨으로써 피스톤 간극(PC1)이 형성되어 있다. 압축 착화 기관(100)에 있어서 부호 30으로 나타내는 연소실측을 상측으로 하고, 부호 40으로 나타내는 크랭크실측을 하측으로 한다. 압축 착화 기관(100) 중 피스톤(20)과 피스톤 링의 조합체(120)를 포함하는 구성이 피스톤 구조체(110)이다. 이하 피스톤 구조체(110)에 대하여 설명한다.

[피스톤]

도 3에 도시한 바와 같이, 피스톤(20)의 외주면(20a)에는 피스톤(20)의 축 방향으로 소정의 간격을 두고 상측(연소실(30)측)으로부터 순서대로 제1 링 홈(201), 제2 링 홈(202), 제3 링 홈(203) 및 제4 링 홈(204)이 형성되어 있다. 이하 제1 링 홈(201), 제2 링 홈(202), 제3 링 홈(203) 및 제4 링 홈(204)을 구별하지 않고 설명하는 경우에는 간단히 「링 홈」이라고 칭한다.

링 홈은 피스톤(20)의 축 둘레로 환상으로 연장되는 홈으로서 외주면(20a)의 전체 둘레에 형성되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 각 링 홈은 상하로 대향 배치된 한 쌍의 홈벽(내벽)을 포함하여 형성되어 있다. 한 쌍의 홈벽 중 상측의 홈벽을 상벽(W1)이라 칭하고, 하측의 홈벽을 하벽(W2)이라 칭한다. 또한, 각 링 홈에 있어서의 상벽(W1)의 내주연과 하벽(W2)의 내주연을 접속하는 홈벽을 저벽(W3)이라 칭한다. 또한, 제4 링 홈(204)의 저벽(W3)에는 제4 링 홈(204) 내에 흐른 오일을 크랭크실(40)에 배출하기 위한 드레인 홀(H1)이 형성되어 있다. 다만, 제4 링 홈(204)에 드레인 홀(H1)이 형성되어 있지 않아도 된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 피스톤(20)에 링 홈이 형성됨으로써, 피스톤 (20)에는 연소실측으로부터 순서대로, 제1 랜드부(L1), 제2 랜드부(L2), 제3 랜드부(L3), 제4 랜드부(L4) 및 스커트부(PS1)가 정의되어 있다. 제1 랜드부(L1)는 제1 링 홈(201) 보다 연소실 (30)측의 부위이다. 제2 랜드부(L2)는 제1 링 홈(201)과 제2 링 홈(202) 사이의 부위이다. 제3 랜드부(L3)는 제2 링 홈(202)과 제 3 링 홈 (203) 사이의 부위이다. 제4 랜드부(L4)는 제3 링 홈(203)과 제4 링 홈(204) 사이의 부위이다. 스커트부(PS1)는 제4 링 홈(204) 보다 크랭크실(40) 측의 부위이다. 이하 제2 랜드부(L2)의 피스톤(20)의 축 방향에 있어서의 길이(축 방향 길이)를 Lp2 로 하고, 제3 랜드부(L3)의 축 방향 길이를 Lp3 으로 하고, 제4 랜드부(L4)의 축 방향 길이를 Lp4 로 한다. 또한, 제2 랜드부(L2)에 있어서의 피스톤(20)의 직경을

2 로 하고, 제3 랜드부(L3)에 있어서의 피스톤(20)의 직경을

3 으로 하고, 제4 랜드부(L4)에 있어서의 피스톤(20)의 직경을

4 로 한다. 그리고 도 3에 나타내는 바와 같이, 피스톤(20)에 있어서 제1 링 홈(201)의 연소실(30) 측의 단면인 상벽(W1)으로부터 제4 링 홈(204)의 크랭크실(40) 측의 단면인 하벽(W2) 까지의 영역을 링 장착 영역(20b)으로 한다. 또한 링 장착 영역(20b)의 축 방향 길이를 Lp 로 한다.

[피스톤 링]

도 2에 나타내는 바와 같이, 실시형태에 따른 피스톤 구조체(110)에서는 제1 링(또는 '톱 링')(1), 제2 링(또는 '세컨드 링')(2), 제3 링(또는 '서드 링')(3)을 포함하는 3개의 압축 링(압력 링)과 1개의 오일 링(4)을 포함하는 합계 4개의 피스톤 링의 조합체(120)가 피스톤(20)에 조립되어 있다. 본 명세서에서는 제1 링(1), 제2 링(2), 제3 링(3) 및 오일 링(4)을 구별하지 않고 설명할 때는 단순히 「피스톤 링」이라고 칭한다. 피스톤 링은 내연 기관의 실린더에 장착된 피스톤에 조립되고, 피스톤의 왕복 운동에 수반하여 실린더의 내벽면을 슬라이딩하는 슬라이딩 부재이다. 실시형태에서는 제1 링 홈(201)에 제1 링(1)이 장착되고, 제2 링 홈(202)에 제2 링(2)이 장착되고, 제3 링 홈(203)에 제3 링(3)이 장착되고, 제4 링 홈(204)에 오일 링(4)이 장착되어 있다. 이하, 도 2에 나타내는 바와 같이 각 피스톤 링이 피스톤(20)에 조립되고, 또한, 피스톤(20)이 실린더(10)에 장착된 상태를 「사용 상태」라고 칭한다. 또한 도 2에 나타내는 바와 같이, 피스톤 링의 중심축을 따르는 방향(축 방향)을 피스톤 링의 「상하 방향」이라고 정의한다. 또한 피스톤 링의 축 방향 중 압축 착화 기관(100)에 있어서의 연소실(30)측(도 2에서 상측)을 「상측」이라고 정의하고, 그 반대측, 즉 크랭크실측(도 2에서 하측)을 「하측」이라고 정의한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「배럴 형상」이란 피스톤 링에 있어서 최대 직경이 되는 정상부를 포함하여 반경 방향 외측으로 볼록 형상이 되도록 만곡된 외주면 형상을 가리키고, 정상부가 상하 중앙에 위치하는 대칭 배럴 형상이나 정상부가 상하 중앙보다 상하 어느 쪽으로 오프셋되는 편심 배럴 형상을 포함하는 것으로 한다.

제1 링(1)은 피스톤 링의 조합체(120)를 구성하는 복수의 피스톤 링 중에서 연소실(30)에 가장 가까운 위치에 조립되는 압축 링이다. 제1 링(1)은 본 발명에 관한 「제1 압축 링」의 일례에 대응한다.

본 예의 제1 링(1)의 단면 형상은 직사각(rectangular) 형상으로 되어 있다. 이 제1 링(1)은 외주면(11)과 내주면(12)과 상면(13)과 하면(14)을 갖는다. 상면(13)과 하면(14)에 의해 제1 링(1)의 축 방향에 있어서의 폭이 규정된다. 외주면(11)은 배럴 형상으로 형성되어 있다. 제1 링(1)은 압축 착화 기관(100)에 있어서 그 축 방향에 있어서의 양 단부면의 한쪽인 상면(13)이 상측에 면함과 함께 다른 쪽인 하면(14)이 하측에 면하고, 외주면(11)이 실린더(10)의 내벽면(10a)에 미끄럼 접촉하도록 피스톤(20)에 장착된다. 또한, 본 발명에 관한 제1 압축 링의 형상은 상기에 한정되지 않는다. 제1 압축 링으로서는 다양한 형상의 압축 링을 채용할 수 있다. 예를 들어 제1 압축 링은 그 외주면이 스트레이트 형상이나 테이퍼 형상이어도 된다. 또한, 제1 압축 링은 그 단면 형상이 베벨 형상이나 키스톤 형상, 하프 키스톤 형상이어도 된다.

제2 링(2)은 피스톤 링의 조합체(120)를 구성하는 복수의 피스톤 링 중에서 제1 링(1)의 다음에 연소실(30)에 가까운 위치에 조립되는 압축 링이다. 제2 링(2)은 본 발명에 따른 「제2 압축 링」의 일례에 대응한다.

본 예의 제2 링(2)의 단면 형상은 제1 링(1)과 마찬가지로 직사각 형상(rectangular shape)으로 되어 있다. 이 제2 링(2)은 외주면(21)과 내주면(22)과 상면(23)과 하면(24)을 갖는다. 상면(23)과 하면(24)에 의해 제2 링(2)의 축 방향에 있어서의 폭이 규정된다. 외주면(21)은 하측을 향함에 따라 폭이 확장하도록 경사진 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.

제3 링(3)은 제2 링(2)과 오일 링(4) 사이의 위치에 조립되는 압축 링이다. 제3 링(3)은 본 발명에 관한 「제3 압축 링」의 일례에 대응한다. 이 제3 링(3)은 외주면(31)과 내주면(32)과 상면(33)과 하면(34)을 갖는다. 상면(33)과 하면(34)에 의해 제3 링(3)의 축 방향에 있어서의 폭이 규정된다. 본 예의 제3 링(3)은 제2 링(2)과 동일한 형상의 것이 사용되고 있다. 즉 본 예의 제3 링(3)은 단면 형상이 직사각 형상으로 되어 있고, 외주면(31)이 테이퍼 형상으로 되어 있다.

또한, 본 발명에 관한 제2 압축 링 및 제3 압축 링의 형상은 상기에 한정되지 않는다. 제2 압축 링 및 제3 압축 링으로서는 다양한 형상의 압축 링을 채용할 수 있다. 예를 들어 그 외주면이 배럴 형상이나 테이퍼 형상이어도 된다. 또한, 그 단면 형상이 베벨 형상, 키스톤 형상, 하프 키스톤 형상, 스크레이퍼(스텝) 형상이어도 된다. 또한, 각 압축 링의 형상이 상이해도 된다.

이들 제1 링(1), 제2 링(2) 및 제3 링(3)은 사용 상태에 있어서 외주면이 실린더(10)의 내벽면(10a)을 가압하도록 자기 장력을 갖고 있다. 이에 의해 가스 시일 기능이나 오일 시일 기능이 얻어진다.

도 1에 있어서 부호 G1은 제1 링(1)에 형성된 이음매 간극을 나타내고, 부호 G2는 제2 링(2)에 형성된 이음매 간극을 나타내고, 부호 G3은 제3 링(3)에 형성된 이음매 간극을 나타낸다. 제1 링(1)의 이음매 간극(G1)의 크기를 C1 이라 하고, 제2 링(2)의 이음매 간극(G2)의 크기를 C2 이라 하고, 제3 링(3)의 이음매 간극(G1)의 크기를 C3 이라 한다.

오일 링(4)은 피스톤 링의 조합체(120)를 구성하는 복수의 피스톤 링 중에서 연소실(30)로부터 가장 먼 위치에 조립되는 피스톤 링이다. 본 예의 오일 링(4)은 소위 2 피스형의 조합 오일 링이며, 도 2에 도시한 바와 같이 한 쌍의 레일부(51, 51)가 일체화된 오일 링 본체(5)와, 오일 링 본체(5)를 반경 방향 외측으로 가압하는 코일 익스팬더(6)를 구비한다.

한 쌍의 레일부(51, 51)는 오일 링(4)의 둘레 길이 방향을 따르도록 환상으로 형성되어 있고, 오일 링(4)의 축 방향으로 나란히 설치되어 있다. 본 예에 관한 오일 링(4)은 한 쌍의 레일부(51, 51)를 동일한 형상으로 하고 있다. 한 쌍의 레일부(51, 51)의 각각의 외주면은 스트레이트 형상으로 형성되어 있다. 코일 익스팬더(6)는 오일 링 본체(5)의 반경 방향 내측에 설치되어 있고, 오일 링 본체(5)를 반경 방향 외측으로 가압한다. 이에 의해 한 쌍의 레일부(51, 51)가 실린더(10)의 내벽면(10a)을 가압한다. 이에 의해 오일 시일 기능이 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 오일 링의 형상은 상기에 한정되지 않는다. 실시형태에서는 한 쌍의 레일부(51, 51)의 형상을 동일하게 하고 있지만 본 발명은 한 쌍의 레일부의 형상이 상이하여도 된다. 또한, 레일부의 외주 단면의 형상은 스트레이트 형상에 한정되지 않고 대칭 배럴 형상, 테이퍼 형상, 편심 배럴 형상 등 이어도 된다. 또한, 한 쌍의 레일부의 외주 단면의 형상이 각각 상이해도 된다. 또한, 실시형태에서는 소위 2 피스형의 오일 링으로 하고 있지만 오일 링은 코일 익스팬더를 갖지 않고, 단체의 부재로 기능하는 형태이어도 된다. 또한, 본 발명은 소위 3 피스형의 오일 링으로서 상기 오일 링의 둘레 길이 방향을 따르도록 환상으로 형성됨과 함께 서로 독립적으로 상기 오일 링의 축 방향으로 나란히 설치되는 한 쌍의 세그먼트와, 상기 한 쌍의 세그먼트끼리의 사이에 배치되는 스페이서 익스팬더로 구성되는 형태일 수 있다.

여기서, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 링(1)의 축 방향 폭을 h1(1)로 하고, 제2 링(2)의 축 방향 폭을 h1(2)로 하고, 제3 링(3)의 축 방향 폭을 h1(3)으로 하고, 오일 링(4)의 축 방향 폭을 h1(4)로 한다. 또한, 압축 링의 축 방향 폭의 합계를 h1(COMP)로 하고, 피스톤 링의 축 방향 폭의 합계를 h1(TOTAL) 로 한다. 즉, h1(COMP) = h1(1)+h1(2)+h1(3) 이며, h1(TOTAL) = h1(1)+h1(2)+h1(3)+h1(4) 이다.

[랜드 공간(또는 '구역 공간')]

도 2에 도시한 바와 같이, 실린더(10)의 내벽면(10a)과 피스톤(20)의 외주면(20a) 사이의 공간이 피스톤 링에 의해 구획됨으로써 제2 랜드 공간(50a), 제3 랜드 공간(50b) 및 제4 랜드 공간(50c)이 형성되어 있다.

제2 랜드 공간(50a)은 실린더(10)와 피스톤(20)과 제1 링(1)과 제2 링(2)에 의해 둘러싸인 공간이다. 보다 상세하게 제2 랜드 공간(50a)은 실린더(10)의 내벽면(10a)과 피스톤(20)의 제2 랜드부(L2)에서의 외주면(20a)과 제1 링(1)의 하면(14)과 제2 링(2)의 상면(23)에 의해 정의되어 있다.

제3 랜드 공간(50b)은 실린더(10)와 피스톤(20)과 제2 링(2)과 제3 링(3)에 의해 둘러싸인 공간이다. 보다 상세하게 제3 랜드 공간(50b)은 실린더(10)의 내벽면(10a)과 피스톤(20)의 제3 랜드부(L3)에 있어서의 외주면(20a)과 제2 링(2)의 하면(24)과 제3 링(3)의 상면(33)에 의해 정의되어 있다.

제4 랜드 공간(50c)은 실린더(10)와 피스톤(20)과 제3 링(3)과 오일 링(4)에 의해 둘러싸인 공간이다. 보다 상세하게 제4 랜드 공간(50c)은 실린더(10)의 내벽면(10a)과 피스톤(20)의 제4 랜드부(L4)에 있어서의 외주면(20a)과 제3 링(3)의 하면(34)과 오일 링(4)의 상면에 의해 정의되어 있다.

여기서, 제2 랜드 공간(50a)의 용적을 V2 로 하고, 제3 랜드 공간(50b)의 용적을 V3 으로 하고, 제4 랜드 공간(50c)의 용적을 V4 로 한다. 각 랜드 공간의 용적은 실린더(10)의 내경, 피스톤(20)의 외경 및 인접하는 링 홈끼리의 간격(각 랜드부의 축 방향 길이) 등에 기초하여 도출된다. 구체적으로 도 1에 도시한 바와 같이 실린더 보어의 직경(실린더(10)의 내경)을 d1 으로 하면, V2 = ((d1/2)²-(

2/2)²)×π×Lp2, V3 = ((d1/2)²-(

3/2)²)×π×Lp3, V4 = ((d1/2)²-(

4/2)²)×π×Lp4 로 나타낼 수 있다. 또한, 각 랜드부에는 오목부나 모따기부 등의 절결부가 형성되어도 된다. 이에 의해 각 랜드 공간의 용적을 조정할 수 있다. 또한, 각 랜드 공간의 용적에는 오목부나 모따기부 등의 절결부의 용적도 포함된다.

도 4는 비교예에 따른 피스톤 구조체(210)를 구비하는 압축 착화 기관(200)의 부분 단면도이다. 비교예에 따른 피스톤 구조체(210)는 피스톤(20)에 제3 링 홈(203)이 형성되어 있지 않고, 피스톤(20)에 조립되는 피스톤 링의 조합체(220)가 제3 링(3)을 갖지 않는 점에서 피스톤 구조체(110)와 상이하다. 그 때문에 피스톤 구조체(210)의 제3 랜드 공간(50b)은 제2 링(2)과 오일 링(4)에 의해 정의되어 있다. 또한 피스톤 구조체(210)에서는 제4 랜드 공간(50c)이 형성되어 있지 않다.

여기서, 압축 착화 기관에 있어서는 연소실에 가까운 제2 랜드 공간의 압력 쪽이 제3 랜드 공간의 압력보다도 높아지는 경향이 있지만 그 압력차가 크면 제2 랜드 공간에 유입된 가스가 제2 링의 이음매 간극을 통해 제3 랜드 공간으로 유출되기 쉬워져서 블로바이 가스의 증가의 요인이 된다. 특히, 고출력화를 도모하기 위해 실린더 내부 압력이 높은 압축 착화 기관에 있어서 그 경향은 현저해진다.

이에 대해 실시 형태에 관한 피스톤 구조체(110)에서는 제2 링(2)과 오일 링(4) 사이에 제3 링(3)이 조립됨으로써, 제2 링(2)과 제3 링(3)에 의해 제3 랜드 공간(50b)이 정의되어 있다. 그 때문에 실시 형태에서는 제2 링과 오일 링 사이에 압축 링이 조립되어 있지 않은 비교예에 관한 피스톤 구조체(210)와 비교하여 제3 링(3)이 가스를 시일함으로써, 제3 랜드 공간(50b)의 압력을 높게 할 수 있다. 이에 의해 비교예에 관한 피스톤 구조체(210)와 비교하여 제2 랜드 공간(50a)과 제3 랜드 공간(50b)의 압력차를 작게 할 수 있어 제2 랜드 공간(50a)으로부터 제3 랜드 공간(50b)에서의 가스의 유출을 억제할 수 있다. 그 결과 블로바이 가스를 저감할 수 있다. 즉, 피스톤 구조체(110)는 제1 링(1)과 오일 링(4) 사이에 조립하는 압축 링의 개수를 1개로부터 2개로 늘려 제2 랜드 공간(50a)과 제3 랜드 공간(50b)의 압력차를 작게 함으로써 소위 래비린스(labyrinth) 효과를 높이고, 가스 시일 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시형태에 따른 피스톤 구조체(110)에서는 박형의 압축 링을 이용함으로써, 링 장착 영역(20b)의 축 방향 길이(Lp)를 비교예보다도 길게 하지 않아도 3개의 압축 링을 조립하는 것이 가능해진다. 즉, 피스톤(20)의 축 방향 길이를 길게 할 필요가 없다. 이에 의해 피스톤(20)의 중량의 증가를 억제하면서도 블로바이 가스를 저감할 수 있다.

[실시예]

표 1에 본 발명의 실시예 1~4 와 비교예 1~4에 관한 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체에 있어서의 각 피스톤 링의 축 방향 폭 및 각 랜드부의 축 방향 길이를 나타낸다.

실시예 1~실시예 4는 도 1~도 3에서 도시한 피스톤 구조체(110)와 마찬가지로 구성되어 있다. 비교예 1~비교예 4는 도 4에서 도시한 피스톤 구조체(210)와 마찬가지로 구성되어 있다. 표 1에 도시한 바와 같이, 링 장착 영역(20b)의 축 방향 길이(Lp)는 제1 링(1)의 축 방향 폭(h1(1)), 제2 랜드부(L2)의 축 방향 길이(Lp2), 제2 링(2)의 축 방향 폭(h1(2)), 제3 랜드부(L3)의 축 방향 길이(Lp3), 제2 링(3)의 축 방향 폭(h1(3)), 제4 랜드부(L4)의 축 방향 길이(Lp4) 및 오일 링(4)의 축 방향 폭(h1(4))의 합계값으로 근사된다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼4의 피스톤 구조체에서는 h1(1) ≥ h1(2) 이고, 또한, h1(1) ≥ h1(3) 이고, h1(TOTAL) ≥ 3.9 mm 로 되어 있다. 제1 링(1)은 3 개의 압축 링 중 연소실에 가장 가까운 위치에 장착되기 때문에, 연소 가스의 압력에 의한 부하가 가장 큰 압축 링이 된다. 실시예 1∼4에서는 각 피스톤 링의 축 방향 폭의 합계인 h1(TOTAL)을 3.9 mm 이상으로 하면서도 3 개의 압축 링 중에서 제1 링(1)의 축 방향 폭 h1(1)을 최대로 함으로써, 제1 링(1)의 강도를 확보할 수 있다. 이로써 각 피스톤 링의 강도를 확보하면서도 이들을 박폭화할 수 있다. 또한 제2 링(2) 및 제3 링(3)을 제1 링(1) 보다 얇은 폭으로 함으로써 제2 링(2) 및 제3 링(3)을 경량화할 수 있다. 또한, 본 발명은 실시예 1, 3 과 같이, h1(1) > h1(2) 로 하여도 된다. 또한, 실시예 2∼4의 피스톤 구조체에서는 h1(TOTAL) ≥ 5.4 mm 로 함으로써, 각 피스톤 링의 강도를 보다 높이고 있다. 단, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.

또한, 실시예 1~4의 피스톤 구조체에서는 10mm ≥ h1(TOTAL) 로 되어 있다. h1(TOTAL)이 10mm 이하가 되도록 각 피스톤 링을 얇은 폭으로 함으로써, 링 장착 영역(20b)의 축 방향 길이(Lp)가 길어지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과 피스톤(20)의 중량의 증가를 억제하면서도 3개의 압축 링에 의한 블로바이 가스의 저감이 가능해진다. 또한, 실시예 1~4의 피스톤 구조체에서는 9.5mm ≥ h1(TOTAL)로 함으로써, 피스톤(20)의 중량 증가를 더욱 억제하고 있다. 또한, 실시예 1~4의 피스톤 구조체에서는 각 압축 링을 얇은 폭으로 하여 5.5mm ≥ h1(COMP)로 함으로써, 피스톤(20)의 중량 증가의 억제를 실현하고 있다. 특히, 실시예 1~3의 피스톤 구조체에서는 3.9mm ≥ h1(COMP) 로 함으로써, 피스톤(20)의 중량 증가를 더욱 억제하고 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

또한, 실시예 1~4의 피스톤 구조체에서는 2.0mm ≥ h1(1), 2.0mm ≥ h1(2), 1.5mm ≥ h1(3) 으로 되어 있다. 이와 같이 각 압축 링을 얇은 폭으로 함으로써, 링 장착 영역(20b)의 축 방향 길이(Lp)를 보다 짧게 할 수 있다. 또한, 제3 링(3)을 얇게 하여 경량화함으로써, 제3 링(3)의 관성력을 작게 할 수 있다. 이에 의해 제3 링(3)의 들뜸을 경감하여 제3 링(3)의 하면(34)의 시일 성능을 높일 수 있다.

또한, 실시예 1~4의 피스톤 구조체에서는 Lp ≥ 6.3mm 이고, Lp2 > Lp4 로 되어 있다. 링 장착 영역(20b) 전체의 축 방향 길이(Lp)를 6.3mm 이상으로 하고, 연소실에 보다 가깝게 강도가 필요한 제2 랜드부(L2)의 축 방향 길이(Lp2)를 제4 랜드부(L4)의 축 방향 길이(Lp4)보다도 길게 함으로써, 각 랜드부의 강도를 확보할 수 있다. 또한, Lp2 > Lp4 로 함으로써, 후술하는 바와 같이 V2 > V4로 할 수 있다. 또한, 실시예 2~4 와 같이, Lp ≥ 10.8mm 로 해도 된다. 이에 의해 각 랜드부의 강도를 높일 수 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

또한, 실시예 1~4의 피스톤 구조체에서는 30mm ≥ Lp 로 되어 있다. 각 압축 링이나 각 랜드부를 얇은 폭으로 하여 Lp를 30mm 이하로 함으로써, 피스톤(20)의 중량의 증가를 억제할 수 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

또한, 실시예 1~4의 피스톤 구조체에서는 Lp3 ≥ Lp4 이며, Lp3 ≥ 0.7mm, Lp4 ≥ 0.6mm 로 되어 있다. 제4 랜드부(L4)보다도 연소실에 가까운 제3 랜드부(L3)의 축 방향 길이(Lp3)를 제4 랜드부(L4)의 축 방향 길이(Lp4)보다도 길게 하고, Lp3 을 0.7mm 이상으로 하고, Lp4 를 0.6mm 이상으로 함으로써, 제3 랜드부(L3) 및 제4 랜드부(L4)의 강도를 적합하게 확보할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 실시예 1~4의 피스톤 구조체에서는 Lp2 > Lp4 로 함으로써, V2 > V4 로 되어 있다. 이에 따르면 연소실로부터 먼 제4 랜드 공간(50c)의 용적(V4)을 제2 랜드 공간(50a)의 용적(V2)보다도 작게 함으로써, V4가 V2 보다도 큰 경우에 비해 인접하는 랜드 공간끼리의 압력차를 작게 할 수 있다. 이에 의해 제2 랜드 공간(50a)으로부터 제3 랜드 공간(50b)에 흐르는 가스나 제3 랜드 공간(50b)으로부터 제4 랜드 공간(50c)에 흐르는 가스를 저감할 수 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 5는 실시예에 따른 피스톤 구조체와 비교예에 따른 피스톤 구조체의 블로바이량을 비교한 그래프이다. 도 5의 가로축은 링 장착 영역의 축 방향 길이(Lp)를 나타내고, 세로축은 블로바이량의 비율을 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 쪽이 비교예보다 블로바이 가스의 양이 적다.

또한, 실시 형태에 있어서, Vp = (d1/2)2×π×Lp 로 했을 때, V4/Vp ≥0.00027 로 하는 것이 바람직하다. 단, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. Vp는 링 장착 영역(20b)에 있어서의 실린더 보어의 용적이 된다. V4/Vp ≥ 0.00027 로 함으로써, 제4 랜드 공간(50c)의 압력이 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해 제3 링(3)의 들뜸을 경감하여 제3 링(3)의 하면(34)의 시일 성능을 높일 수 있다.

여기서, 제1 링(1)의 장력을 Ft(1)로 하고, 제2 링의 장력을 Ft(2)로 하고, 제3 링의 장력을 Ft(3)으로 하고, 오일 링(4)의 장력을 Ft(4)로 하고, Ft(TOTAL) = Ft(1)+Ft(2)+Ft(3)+Ft(4)로 한다. Ft(TOTAL)는 즉, 각 피스톤 링의 장력의 합계이다. 이때, 마찰 저감의 관점에서는 Ft(1) > Ft(3)으로 하고, 0.68N/mm ≥ Ft(TOTAL)/d1로 하는 것이 바람직하다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이에 의하면 연소실(30)에 가장 가까운 제1 링(1)의 장력(Ft(1))을 제3 링(3)의 장력(Ft(3)) 보다 크게 함으로써, 블로바이 가스의 저감 성능을 적합하게 유지할 수 있다. 또한, 0.68N/mm ≥ Ft(TOTAL)/d1 로 함으로써, 4개의 피스톤 링을 사용하면서도 종래의 3개의 피스톤 링을 사용하는 피스톤 구조체와 동일한 정도의 마찰로 할 수 있다. 즉, 마찰의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 마찰 저감의 관점에서는 0.57N/mm ≥ Ft(TOTAL)/d1 로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.54N/mm ≥Ft(TOTAL)/d1 로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 제3 링(3)의 시일 성능의 관점에서는 제3 링(3)을 피스톤(20)에 조립하고, 또한, 피스톤(20)을 실린더(10)에 장착한 사용 상태에 있어서 제3 링(3)의 비틀림 각도가 20'±40' 인 것이 바람직하다. 비틀림 각도는 수평면(피스톤의 축과 직교하는 평면)에 대한 제3 링(3)의 축 방향 단부면(상하면)의 경사 각도로서 정의된다. 축 방향 단부면이 반경 방향 외측을 향하여 상방(연소실측) 경사지는 경우에 플러스의 값으로 하고, 반경 방향 외측을 향하여 하방(크랭크실측) 경사지는 경우에 마이너스의 값으로 한다. 또한, 비틀림 각도의 측정에는 예를 들어, 실린더 보어의 직경(d1)과 동등한 직경의 측정용 링 게이지 내에 이음매를 폐쇄한 제3 링(3)을 삽입한 상태에서 표면 조도계 등을 사용하여 축 방향 단부면을 측정하고, 비틀림 각도를 산출하는 방법을 사용해도 된다. 실시 형태에 있어서 제3 링(3)이 상기한 범위에서 비틀림을 가짐으로써, 제3 링(3)이 제3 랜드 공간(50b)의 압력을 받았을 때 제3 링(3)의 하면(34)의 시일 성능을 높일 수 있다. 도 6은 제3 링(3)의 비틀림 각도(비틀림량)와 블로바이량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6 의 가로축은 제3 링(3)의 비틀림 각도를 나타내고, 세로축은 블로바이량의 비율을 나타낸다. 도 6에 도시한 바와 같이, 비틀림 각도가 -20'~80'의 범위에서는, 제3 링의 가스 시일 성능이 충분히 발휘되어 블로바이 가스가 현저하게 저감된다. 또한, 도 7은 제3 링(3)의 비틀림 각도(비틀림량)와 오일 소비량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7의 가로축은 제3 링(3)의 비틀림 각도를 나타내고, 세로축은 오일 소비량의 비율을 나타낸다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 비틀림 각도가 -20' 보다도 마이너스측으로 큰 경우나 60' 보다도 플러스측으로 큰 경우에는 제3 링(3)의 오일 시일 성능이 충분히 발휘되지 않아 오일 소비가 악화되는 경향이 보인다. 이상으로부터 제3 링(3)의 비틀림 각도를 20'±40' 로 함으로써, 제3 링(3)의 시일 성능을 적합하게 높여 블로바이 가스 및 오일 소비를 저감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제3 압축 링의 비틀림 각도는 20'±40' 로 한정되지 않는다.

여기서, 제3 링(3)을 설치함으로써 제3 링(3)의 가스 시일 성능에 의해 블로바이 가스가 저감되기 때문에 제3 링(3)보다도 연소실측으로 오일이 올라가면, 블로바이 가스에 의한 오일의 내뿜음 효과로 오일을 내뿜는 것이 곤란해져서 오일 소비가 증가할 우려가 있다. 이에 대해 실시 형태에 관한 피스톤 구조체(110)에서는 제3 링(3)의 외주면(31)의 형상을 오일 스크레이핑 성능이 높은 테이퍼 형상으로 하고 있다. 이에 의하면 오일이 제3 링(3)보다도 연소실측으로 올라가기 어려워지기 때문에, 오일 소비를 억제할 수 있다. 또한, 오일 스크레이핑 성능의 향상의 관점에서는 제3 링(3)의 외주면(31)은 하측을 향함에 따라 폭이 확장하도록 경사짐과 함께 하부가 절결된 테이퍼 언더컷 형상이어도 된다. 또한, 오일 링(4)의 한 쌍의 레일부(51, 51) 중 적어도 한쪽의 외주면의 형상을 오일 스크레이핑 성능이 높은 편심 배럴 형상으로 해도 된다. 이에 의해 오일이 제3 링(3)보다도 연소실측으로 올라가는 것이 더욱 억제되어 오일 소비를 보다 적합하게 억제할 수 있다. 단, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.

또한, 실시 형태에 따른 피스톤 구조체(110)에 있어서, 제1 링(1)의 이음매 간극(G1)의 크기(C1)와 제3 링(3)의 이음매 간극(G3)의 크기(C3)를 C1 ≥ C3 으로 해도 된다. 이에 의해 제3 링(3)의 가스 시일 성능을 높일 수 있다.

또한, 제3 링(3)의 하면(34)의 시일 성능의 관점에서, 하면(34)의 표면 거칠기 Rz를 8μm 이하로 하여도 된다. 이와 같이 제3 링(3)의 하면(34)의 거칠기를 작게 함으로써, 하면(34)의 시일 성능을 높일 수 있다. 또한, Rz는 JIS B 0601로 규정되는 최대 높이이다. 또한, 제3 링(3)을 수지 재료에 의해 형성해도 된다. 제3 링(3)을 수지제로 하여 경량화함으로써, 제3 링(3)의 관성력을 작게 할 수 있다. 이에 의해 제3 링(3)의 들뜸을 경감하여 하면(34)의 시일 성능을 높일 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에서는 피스톤(20)이 일체 성형의 주조나 단조에 의해 성형되어 있지만 피스톤(20)은 랜드부가 별체의 조립식에 의해 구성되어도 된다. 예를 들어, 링 형상의 부재를 피스톤에 조립하여 랜드부로 해도 된다. 랜드부의 부재를 고강도 재료에 의해 형성함으로써, 랜드부의 축 방향 길이를 짧게 할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였지만 상술한 다양한 형태는 가능한 한 조합할 수 있다.

100, 200: 압축 착화 기관
110, 210: 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체
120, 220: 피스톤 링의 조합체
10: 실린더
20: 피스톤
30: 연소실
40: 크랭크실
1: 제1 링(제1 압축 링의 일례)
2: 제2 링(제2 압축 링의 일례)
3: 제3 링(제3 압축 링의 일례)
4: 오일 링

Claims

압축 착화 기관의 피스톤 및 피스톤 링의 조합 구조체로서,
압축 착화 기관의 실린더에 장착되는 피스톤 및
상기 피스톤에 조립되는 복수의 피스톤 링의 조합체를 포함하고,
상기 복수의 피스톤 링의 조합체는,
연소실에 가장 가까운 위치에 조립되는 제1 압축 링,
상기 제1 압축 링의 다음으로 연소실에 가까운 위치에 조립되는 제2 압축 링,
상기 연소실로부터 가장 먼 위치에 조립되는 오일 링, 및
상기 제2 압축 링과 상기 오일 링 사이의 위치에 조립되는 제3 압축 링,
을 포함하고,
상기 제1 압축 링의 축 방향 폭을 h1(1)로 하고,
상기 제2 압축 링의 축 방향 폭을 h1(2)로 하고,
상기 제3 압축 링의 축 방향 폭을 h1(3)으로 하고,
상기 오일 링의 축 방향 폭을 h1(4)로 했을 때,
h1(1) ≥ h1(2) 이고, 또한,
h1(1) ≥h1(3) 이며,
h1(TOTAL) = h1(1)+h1(2)+h1(3)+h1(4)로 했을 때,
10mm ≥ h1(TOTAL) ≥ 3.9mm 이고,
상기 피스톤의 외주면에는 상기 제1 압축 링이 장착되는 제1 링 홈, 상기 제2 압축 링이 장착되는 제2 링 홈, 상기 제3 압축 링이 장착되는 제3 링 홈 및 상기 오일 링이 장착되는 오일 링 홈이 형성되고,
상기 피스톤의 축 방향에 있어서의 상기 제1 링 홈의 연소실측의 단부면으로부터 상기 오일 링 홈의 크랭크실측의 단부면까지의 길이를 Lp 로 했을 때, Lp ≥ 6.3mm 이고,
상기 피스톤의 외주면 중 상기 제1 링 홈과 상기 제2 링 홈에 의해 획정되는 영역인 제2 랜드부의 상기 피스톤의 축 방향에 있어서의 길이를 Lp2 로 하고,
상기 제3 링 홈과 상기 오일 링 홈에 의해 획정되는 영역인 제4 랜드부의 상기 피스톤의 축 방향에 있어서의 길이를 Lp4 로 했을 때,
Lp2 > Lp4 인, 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 압축 링의 장력을 Ft(1)로 하고,
상기 제2 압축 링의 장력을 Ft(2)로 하고,
상기 제3 압축 링의 장력을 Ft(3)으로 하고,
상기 오일 링의 장력을 Ft(4)로 하고,
상기 압축 착화 기관의 실린더 보어의 직경을 d1 로 했을 때,
Ft(1) > Ft(3) 이며,
Ft(TOTAL) = Ft(1)+Ft(2)+Ft(3)+Ft(4) 로 했을 때,
0.68N/mm ≥ Ft(TOTAL)/d1 인, 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 피스톤의 축과 직교하는 평면에 대한 상기 제3 압축 링의 축 방향 단부면의 경사 각도를 비틀림 각도로 하고,
상기 축 방향 단부면이 반경 방향 외측을 향하여 연소실 측으로 경사지는 경우에 상기 비틀림 각도를 플러스의 값으로 하고,
반경 방향 외측을 향하여 크랭크실 측으로 경사지는 경우에 상기 비틀림 각도를 마이너스의 값으로 했을 때,
상기 제3 압축 링의 비틀림 각도는,
상기 제3 압축 링을 상기 피스톤에 조립하고, 또한, 상기 피스톤을 상기 실린더에 장착한 상태에서 20'±40' 인, 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제3 압축 링의 외주면은 테이퍼 형상 또는 테이퍼 언더컷 형상으로 형성되어 있는, 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
2.0mm ≥ h1(1) 이고,
2.0mm ≥ h1(2) 이고,
1.5mm ≥ h1(3) 인, 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 오일 링은,
반경 방향 외측으로 돌출되는 한 쌍의 레일부가 축 방향으로 나란히 설치된 링 본체, 및
상기 링 본체를 반경 방향 외측으로 가압하는 익스팬더,
를 포함하는, 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 피스톤의 외주면 중 상기 제2 링 홈과 상기 제3 링 홈에 의해 정의되는 영역인 제3 랜드부의 상기 피스톤의 축 방향에 있어서의 길이를 Lp3로 했을 때,
Lp3 ≥ Lp4 이고,
Lp3 ≥ 0.7mm 이고,
Lp4 ≥ 0.6mm 인, 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 피스톤, 상기 실린더, 상기 제1 압축 링 및 상기 제2 압축 링에 의해 둘러싸인 공간인 제2 공간의 용적을 V2로 하고,
상기 피스톤, 상기 실린더, 상기 제3 압축 링 및 상기 오일 링에 의해 둘러싸인 공간인 제4 공간의 용적을 V4로 했을 때,
V2 > V4 인, 피스톤과 피스톤 링의 조합 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 피스톤, 상기 실린더, 상기 제3 압축 링 및 상기 오일 링에 의해 둘러싸인 공간인 제4 공간의 용적을 V4로 하고,
상기 압축 착화 기관의 실린더 보어의 직경이 d1 이고,
Vp = (d1/2)²×π×Lp 인 경우,
V4/Vp ≥ 0.00027 인, 피스톤 및 피스톤 링의 조합 구조체.
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