KR20230137480A - 사이드 레일 및 이것을 구비하는 오일 컨트롤 링 - Google Patents
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Abstract
스페이서 익스팬더와 함께 오일 컨트롤 링을 구성하는 사이드 레일로서, 외주면과, 축방향의 단면에 있어서 상하 대칭의 형상을 갖는 내주면과, 제1 측면과, 제2 측면을 가지며, 축방향의 단면에 있어서 내주면이 이하의 조건 1을 충족시키는 내측 선단부를 갖는 사이드 레일.
조건 1 : 0.7≤R1/h0≤1.1
식 중, R1은 내측 선단부를 구성하는 곡선의 곡률반경(단위 : mm)을 나타내고, h0은 사이드 레일의 높이(단위 : mm)를 나타낸다.
조건 1 : 0.7≤R1/h0≤1.1
식 중, R1은 내측 선단부를 구성하는 곡선의 곡률반경(단위 : mm)을 나타내고, h0은 사이드 레일의 높이(단위 : mm)를 나타낸다.
Description
본 개시는 사이드 레일 및 이것을 구비하는 오일 컨트롤 링에 관한 것이다.
오일 컨트롤 링은 실린더 보어의 내면에 적당한 오일막을 형성하기 위한 것이다. 오일 컨트롤 링은 피스톤의 왕복운동에 따라 과잉의 엔진 오일을 긁어서 떨어뜨린다. 오일 컨트롤 링으로서, 스리피스 오일 링이라고 칭해지는 양태가 알려져 있다(특허문헌 1, 2 참조). 스리피스 오일 링은, 한쌍의 사이드 레일과, 이들 사이에 배치되는 스페이서 익스팬더를 구비한다. 사이드 레일은 링형의 파트이며, 그 외주면이 실린더 보어의 내면에 접촉하고, 그 측면이 피스톤 홈의 내면에 접촉한다. 스페이서 익스팬더는, 사이드 레일의 내주면이 접촉하는 귀부와, 사이드 레일의 측면과 대면하는 사이드 레일 지지부를 갖는다(특허문헌 1의 도 1, 2 참조).
최근, 자동차 엔진으로 대표되는 내연기관은, 환경 보호의 관점에서, 고출력화, 연비의 향상 및 저에미션화가 도모되고 있다. 예컨대, 고출력화의 관점에서, 내연기관은 종래와 비교하여 높은 회전수로 작동하는 경향이 있다. 본 발명자들은, 이 왕복운동의 평균 속도가 초속 20 m를 넘는 경우, 오일 소비량이 증대되는 현상에 주목했다.
본 개시는, 내연기관이 높은 회전수로 작동하고 있을 때에도 오일 소비량의 증대를 충분히 억제할 수 있는 사이드 레일 및 이것을 구비하는 오일 컨트롤 링을 제공한다.
본 개시에 따른 사이드 레일은, 스페이서 익스팬더와 함께 오일 컨트롤 링을 구성하는 것이다. 이 사이드 레일은, 외주면과, 축방향의 단면에 있어서 상하 대칭의 형상을 갖는 내주면과, 제1 측면, 그리고 제2 측면을 가지며, 축방향의 단면에 있어서, 상기 내주면이 이하의 조건 1을 충족시키는 내측 선단부를 갖는다.
조건 1 : 0.7≤R1/h0≤1.1
식 중, R1은 내측 선단부를 구성하는 곡선의 곡률반경(단위 : mm)을 나타내고, h0은 사이드 레일의 높이(단위 : mm)를 나타낸다. 또, 사이드 레일의 윤곽형상(내주면 및 외주면 등의 형상)은 윤곽형상 측정기(예컨대, 주식회사 도쿄정밀 제조)를 사용하여 계측할 수 있다.
종래의 오일 컨트롤 링이 구비하는 사이드 레일은, 내주면이 반원형으로 라운딩되어 있었다(특허문헌 1의 도 1 참조). 이것에 대하여, 본 개시에 따른 사이드 레일의 내주면은, 종래의 사이드 레일의 내주면과 비교하여 라운딩되어 있지 않다. 즉, 내주면의 내측 선단부가 조건 1을 충족시킨다. 또, 내주면이 반원형인 경우, R1/h0의 값은 0.5이다.
본 발명자들의 검토에 의하면, 내주면의 내측 선단부가 조건 1을 충족시킴으로써, 내연기관이 높은 회전수로 작동하고 있을 때에도 오일 소비량을 충분히 억제할 수 있다. 이것은, 고속 운전 시의 사이드 레일의 거동이 안정화되고, 피스톤 홈의 내면에 사이드 레일의 측면이 접촉하기 쉬워져 시일성이 향상되었기 때문이라고 추찰된다. 사이드 레일의 거동은, 실린더와의 마찰력과, 왕복운동에 따르는 관성력의 영향을 받는다. 왕복운동의 고속화는 오일 컨트롤 링에 가해지는 관성력을 증대시키기 때문에, 마찰력의 영향보다 관성력의 영향쪽이 지배적이게 된다고 추찰된다. 내측 선단부가 조건 1을 충족시킴으로써, 종래의 사이드 레일과 비교하여 무게 중심이 내주면측으로 시프트하고, 스페이서 익스팬더의 귀부에 접촉하는 위치가 시프트한다. 이러한 사항이 사이드 레일의 거동의 안정화에 기여하고 있다고 추찰된다.
본 개시에 따른 오일 컨트롤 링은, 한쌍의 사이드 레일과, 한쌍의 사이드 레일 사이에 배치되는 스페이서 익스팬더를 구비하고, 한쌍의 사이드 레일이 모두 본 개시에 따른 상기 사이드 레일이다. 이 오일 컨트롤 링에 의하면, 내연기관이 높은 회전수로 작동하고 있을 때에도 오일 소비량의 증대를 충분히 억제할 수 있다.
본 개시에 의하면, 내연기관이 높은 회전수로 작동하고 있을 때에도 오일 소비량의 증대를 충분히 억제할 수 있는 사이드 레일 및 이것을 구비하는 오일 컨트롤 링이 제공된다.
도 1은 본 개시의 일실시형태에 따른 오일 컨트롤 링이 피스톤 홈에 장착된 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2의 (a)는 도 1에 나타내는 사이드 레일의 사시도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 나타내는 b-b선에서의 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 사이드 레일의 내주측을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 사이드 레일의 외주측을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 스페이서 익스팬더의 제1 예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 일점쇄선으로 둘러싼 영역을 확대하여 나타내는 사시도이다.
도 7은 스페이서 익스팬더의 제2 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 스페이서 익스팬더의 제3 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는, 도 8에 나타내는 스페이서 익스팬더 및 이것에 장착된 사이드 레일의 단면도이며, 스페이서 익스팬더의 서로 다른 양태를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 개시에 따른 스페이서 익스팬더의 제4 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 개시에 따른 스페이서 익스팬더의 제5 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 개시에 따른 스페이서 익스팬더의 제6 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 12에 나타내는 스페이서 익스팬더 및 이것에 장착된 사이드 레일을 모식적으로 나타내는 면도이다.
도 14는 사이드 레일의 내주면의 다른 예를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 15는 다른 실시형태에 따른 사이드 레일의 외주측을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는, 도 8에 나타내는 스페이서 익스팬더 및 이것에 장착된 도 15에 나타내는 사이드 레일의 단면도이며, 스페이서 익스팬더의 서로 다른 양태를 나타낸 단면도이다.
도 17은 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 18은 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 19는 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 20은 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 21은 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 22는 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 2의 (a)는 도 1에 나타내는 사이드 레일의 사시도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 나타내는 b-b선에서의 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 사이드 레일의 내주측을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 사이드 레일의 외주측을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 스페이서 익스팬더의 제1 예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 일점쇄선으로 둘러싼 영역을 확대하여 나타내는 사시도이다.
도 7은 스페이서 익스팬더의 제2 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 스페이서 익스팬더의 제3 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는, 도 8에 나타내는 스페이서 익스팬더 및 이것에 장착된 사이드 레일의 단면도이며, 스페이서 익스팬더의 서로 다른 양태를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 개시에 따른 스페이서 익스팬더의 제4 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 개시에 따른 스페이서 익스팬더의 제5 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 개시에 따른 스페이서 익스팬더의 제6 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 12에 나타내는 스페이서 익스팬더 및 이것에 장착된 사이드 레일을 모식적으로 나타내는 면도이다.
도 14는 사이드 레일의 내주면의 다른 예를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 15는 다른 실시형태에 따른 사이드 레일의 외주측을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는, 도 8에 나타내는 스페이서 익스팬더 및 이것에 장착된 도 15에 나타내는 사이드 레일의 단면도이며, 스페이서 익스팬더의 서로 다른 양태를 나타낸 단면도이다.
도 17은 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 18은 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 19는 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 20은 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 21은 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 22는 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 개시의 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 이하의 설명에서는, 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명은 생략한다. 또한, 상하좌우 등의 위치관계는, 특별히 언급하지 않는 한, 도면에 나타내는 위치관계에 기초하는 것으로 한다. 도면의 치수 비율은 도시한 비율에 한정되는 것이 아니다. 본 명세서의 기재 및 청구항에 있어서 「좌」, 「우」, 「정면」, 「이면」, 「상」, 「하」, 「상측」, 「하측」 등의 용어가 이용되고 있는 경우, 이들은, 설명을 의도한 것이며, 반드시 영구히 이 상대 위치라는 의미는 아니다.
<오일 컨트롤 링>
도 1은 본 실시형태에 따른 오일 컨트롤 링(50)이 피스톤(P)의 홈(Pa)에 장착된 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이 단면도는, 오일 컨트롤 링의 축방향(피스톤(P)의 왕복운동 방향(A))에서의 단면을 나타내는 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 오일 컨트롤 링(50)은, 한쌍의 사이드 레일(1, 2)과, 한쌍의 사이드 레일(1, 2) 사이에 배치되는 스페이서 익스팬더(10A)를 구비한다. 사이드 레일(1, 2)의 외주면(1a, 2a)이 실린더 보어(B)의 내면(Ba)에 접하고 있다. 사이드 레일(1, 2)의 내주면(1b, 2b)이 스페이서 익스팬더(10A)의 귀부(5)에 접하고 있다.
[사이드 레일]
사이드 레일(1, 2)의 재질은, 예컨대, 스테인레스강, 탄소강이다. 사이드 레일(1, 2)은, 적어도 외주면(1a, 2a)을 덮도록 마련된 경질 피막(도시하지 않음)을 구비해도 좋다. 경질 피막의 재질로서, 예컨대, 비정질 탄소, 질화크롬(CrN), 질화티탄(TiN), 탄화티탄(TiC), 질화알루미늄티탄(TiAlN), 질화크롬(CrN), TiCN, AlCrN, TiC 또는 니켈(Ni)이나 니켈인(NiP) 등의 니켈 합금을 들 수 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 사이드 레일(1, 2)은 동일한 형상이다. 이하, 사이드 레일(1)의 형상에 대해 설명하고, 사이드 레일(2)의 형상의 설명은 생략한다.
도 2의 (a)는 사이드 레일(1)의 사시도이며, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 나타내는 b-b선에서의 단면도이다. 사이드 레일(1)은 축방향의 단면에 있어서, 도 2의 (b)에 일점쇄선으로 나타내는 중심선(L)을 중심으로 하여 상하 대칭의 형상을 갖는다. 사이드 레일(1)은, 외주면(1a)과, 내주면(1b)과, 제1 및 제2 측면(1c, 1d)과, 외주면(1a)과 제1 측면(1c) 사이의 제1 경사면(1e)과, 외주면(1a)과 제2 측면(1d) 사이의 제2 경사면(1f)을 갖는다. 도 2의 (b)에 나타내는 단면에 있어서, 사이드 레일(1)의 무게 중심(G)은, 중심선(L) 상에 있고 또한 사이드 레일(1)의 두께 방향의 중심 위치보다 내주면(1b)측에 위치하고 있다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 사이드 레일(1)은 고리형이며, 예컨대, 외경 RO이 60∼120 mm이고, 내경 RI이 56∼114 mm이다. 사이드 레일(1)의 두께 T(=(RO-RI)/2)는, 예컨대, 1.0∼3.0 mm이고, 1.2∼2.7 mm 또는1.4∼2.5 mm여도 좋다. 사이드 레일(1)의 높이 h0은, 예컨대, 0.2∼0.7 mm이고, 0.25∼0.55 mm 또는 0.30∼0.45 mm여도 좋다. 또, 여기서 말하는 「고리형」이란, 반드시 닫힌 원을 의미하는 것은 아니며, 사이드 레일(1)은 이음매를 갖고 있어도 좋다. 또한, 사이드 레일(1)은, 평면시(平面視)에서 진원형이어도 좋고 타원형이어도 좋다.
도 3은 사이드 레일(1)의 내주측을 확대하여 나타내는 단면도이다. 사이드 레일(1)의 내주면(1b)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 축방향의 단면에 있어서, 사이드 레일(1)의 높이 방향의 중앙부에 위치하는 내측 선단부(1g)를 구비한다. 내측 선단부(1g)는 이하의 조건 1을 충족시킨다.
조건 1 : 0.7≤R1/h0≤1.1
식 중, R1은 내측 선단부(1g)를 구성하는 곡선의 곡률반경(단위 : mm)을 나타내고, h0은 사이드 레일의 높이(단위 : mm)를 나타낸다. R1/h0의 값이 0.7∼1.1의 범위임으로써, 피스톤의 왕복운동의 평균 속도가 초속 20 m를 넘는 경우에도, 오일 소비량의 증대를 충분히 억제할 수 있다.
사이드 레일(1)의 높이 h0에 대한 내측 선단부(1g)의 높이 h2(도 3에서의 높이 h2)의 비율 h2/h0은, 1 이하이면 되며, 바람직하게는 0.5∼0.75이고, 0.5∼0.7 또는 0.5∼0.65여도 좋다. 본 실시형태에 있어서, 높이 h2는, 축방향의 단면에 있어서, 한쪽의 변곡점(볼록형 만곡부(C1)의 정점)부터 다른 쪽의 변곡점(볼록형 만곡부(C2)의 정점)까지의 거리를 의미한다(도 3 참조). h2/h0의 값이 상기 범위임으로써, 피스톤의 왕복운동의 평균 속도가 초속 20 m를 넘는 경우에도, 오일 소비량의 증대를 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
내주면(1b)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 내측 선단부(1g)를 사이에 끼우도록 위치하는 둘레 가장자리부(P1, P2)를 더 구비해도 좋다. 내측 선단부(1g)와 둘레 가장자리부(P1)에 의해 볼록형 만곡부(C1)가 구성되고, 내측 선단부(1g)와 둘레 가장자리부(P2)에 의해 볼록형 만곡부(C2)가 구성되어 있는 것이 바람직하다. 둘레 가장자리부(P1, P2)는 이하의 조건 2를 충족시키는 것이 바람직하다.
조건 2 : 0.2≤R2/h0≤0.5
식 중, R2는 둘레 가장자리부(P1, P2)를 구성하는 곡선의 곡률반경(단위 : mm)을 나타내고, h0은 사이드 레일의 높이(단위 : mm)를 나타낸다. R2/h0의 값이 0.2∼0.5의 범위임으로써, 피스톤의 왕복운동의 평균 속도가 초속 20 m를 넘는 경우에도, 오일 소비량의 증대를 충분히 억제할 수 있다.
도 4는 사이드 레일(1)의 외주측을 확대하여 나타내는 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 사이드 레일(1)의 외주면(1a)은, 축방향의 단면에 있어서, 이하의 조건 3을 충족시키는 외측 선단부(1h)를 갖는 것이 바람직하다.
조건 3 : 0.1≤R0/h0≤0.23
식 중, R0은 외측 선단부(1h)를 구성하는 곡선의 곡률반경(단위 : mm)을 나타내고, h0은 사이드 레일(1)의 높이(단위 : mm)를 나타낸다.
제1 및 제2 경사면(1e, 1f)의 각도 θ는 30∼50°인 것이 바람직하다. 또, 각도 θ는 축방향과 직교하는 면과 경사면(e, 1f)이 이루는 각도를 의미한다. 축방향의 단면에 있어서, 외주면(1a)의 선단으로부터, 측면(1c)과 경사면(1e)의 경계까지의 직경 방향의 거리 a(단위 : mm)가 이하의 조건 4를 충족시키는 것이 바람직하다.
조건 4 : 0.1≤a/T≤0.2
식 중, T는 축방향의 단면에서의 사이드 레일(1)의 두께(단위 : mm)를 나타낸다(도 2의 (b) 참조).
[스페이서 익스팬더]
도 5는 스페이서 익스팬더(10A)의 평면도이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 스페이서 익스팬더(10A)는 고리형이며, 2개의 단부면(10a, 10b)에 의해 구성되는 이음매(10c)를 갖는다. 스페이서 익스팬더(10A)는, 예컨대, 강판을 프레스 가공(절곡 가공 및 펀칭 가공)함으로써, 혹은, 스프링강으로 이루어진 선재를 복수의 톱니바퀴에 의해 맞물리게 하면서 소성 변형시킴으로써 제조된다. 도 6은 도 5에 나타내는 일점쇄선으로 둘러싼 영역을 확대하여 나타내는 사시도이다.
스페이서 익스팬더(10A)는, 내마모성, 내응착성 등의 향상의 관점에서, 표면 처리된 것이어도 좋다. 예컨대, 무전해 도금 및 전해 도금, 경질 도료 코팅, 물리 증착(PVD), 화학 증착(CVD), 스퍼터법에 의해, 스페이서 익스팬더(10A)의 표면에 막을 형성해도 좋다. 막의 재질로는, 비정질 탄소, 질화크롬(CrN), 질화티탄(TiN), 탄화티탄(TiC), 질화알루미늄티탄(TiAlN), 질화크롬(CrN), TiCN, AlCrN, TiC 또는 니켈(Ni)이나 니켈인(NiP) 등의 니켈 합금으로 이루어진 도금을 들 수 있다. 또한, 무기 재료에 의한 피막 이외에도 폴리이미드 등의 고분자 피막을 형성하는 것이어도 좋다. 또, 고분자 피막에는 카본 화이버나 글래스 화이버 등의 필러를 혼입시킨 것이라도 상관없다.
도 1에 있어서 해칭으로 나타낸 부분의 두께(스페이서 익스팬더의 판두께)는, 예컨대 0.1 mm∼0.7 mm이다. 이 부분을 가능한 한 두껍게 함으로써, 보다 높은 장력이 얻어지고, 사이드 레일(1, 2)과의 접촉 면적을 확보할 수 있기 때문에, 보다 우수한 마모 저감 효과가 얻어진다.
스페이서 익스팬더(10A)는, 사이드 레일(1, 2)의 내주면(1b, 2b)이 각각 접촉하는 복수의 귀부(5)와, 사이드 레일(1, 2)의 측면(1d, 2c)과 각각 대면하는 복수의 레일 대면부(7)를 갖는다(도 6 참조). 레일 대면부(7)는, 귀부(5)보다 외주측이며 귀부(5)와 인접한 위치에 형성되어 있다. 귀부(5)는 레일 대면부(7)보다 높게 형성되어 있다. 스페이서 익스팬더(10A)는, 귀부(5)와, 레일 대면부(7)에 의해 구성되는 개구(5h)를 갖는다.
귀부(5)에서의 사이드 레일(1, 2)이 접촉하는 면은 축방향에 대하여 경사져 있다. 도 1에 나타내는 경사각 α는, 바람직하게는 5∼30°이며, 보다 바람직하게는 10∼25°이다.
스페이서 익스팬더(10A)는, 예컨대, 작업대에 놓았을 때에, 산부(10M)와 골부(10V)가 교대로 이어지는 형상을 갖는다. 본 실시형태에 있어서는, 스페이서 익스팬더(10A)의 산부(10M)(도 6에서의 상측)에 위치하는 귀부(5)와, 골부(10V)(도 6에서의 하측)에 위치하는 귀부(5)는 실질적으로 동일한 형상이다. 또한, 스페이서 익스팬더(10A)의 산부(10M)(도 6에서의 상측)에 위치하는 레일 대면부(7)와, 골부(10V)(도 6에서의 하측)에 위치하는 레일 대면부(7)도 실질적으로 동일한 형상이다. 따라서, 작업대 위에 놓인 스페이서 익스팬더(10A)의 상하를 거꾸로 하면, 도 6에 나타내는 산부(10M)가 골부(10V)가 되고, 골부(10V)가 산부(10M)가 된다.
본 실시형태에 따른 레일 대면부(7)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 평탄한 면으로 구성되어 있다. 평탄한 면에 사이드 레일(1, 2)이 접촉하고, 이것에 의해 사이드 레일(1, 2)이 지지된다.
도 7은 스페이서 익스팬더의 제2 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다. 이 도면에 나타내는 스페이서 익스팬더(10B)는, 레일 대면부(7)가 평탄한 면을 갖는 대신에, 직경 방향으로 연장되도록 형성된 융기부(7b)를 갖는 것 외에는, 스페이서 익스팬더(10A)와 동일한 구성을 갖는다. 레일 대면부(7)가 융기부(7b)를 가짐으로써, 엔진 오일이나 이것에 포함되는 이물이 레일 대면부(7)의 표면 위에 체류하는 것을 충분히 억제할 수 있고, 레일 대면부(7)와 사이드 레일(1, 2)의 고착을 충분히 억제할 수 있다. 융기부(7b)는 스페이서 익스팬더(10B)의 외주측의 단부까지 연장되어 있다.
도 8은 스페이서 익스팬더의 제3 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다. 이 도면에 나타내는 스페이서 익스팬더(10C)는, 레일 대면부(7)가 평탄한 면을 갖는 대신에, 외주측에 평탄부(7c)를 가지며, 귀부(5)와 평탄부(7c) 사이에 직경 방향으로 연장되도록 형성된 오목부(7a)를 갖는 것 외에는, 스페이서 익스팬더(10A)와 동일한 구성을 갖는다. 이러한 구성을 채용함으로써, 레일 대면부(7)와 사이드 레일(1, 2) 사이에서의 슬러지 등의 연소 생성물의 체류를 방지할 수 있다. 또한, 고착의 억제에도 기여한다. 오목부(7a)의 깊이(레일 대면부(7)의 가장 높은 위치와 오목부(7a)의 가장 낮은 위치의 고저차)는, 예컨대 50∼500 μm이다. 평탄부(7c)는, 스페이서 익스팬더(10C)의 외주측의 가장자리부를 따라 형성되어 있다. 평탄부(7c)의 높이를 귀부(5)보다 낮게 또한 레일 대면부(7)의 다른 부분보다 높게 형성함으로써, 사이드 레일(1)이 평탄부(7c)에 접촉한 상태에 있어서, 레일 대면부(7)에서의 다른 부분과 사이드 레일(1) 사이에 간극이 형성된다. 또, 평탄부(7c)는 「돌기부」라고도 칭해지고, 레일 대면부(7)에서의 평탄부(7c) 이외의 영역(귀부(5)와 평탄부(7c)를 연결하는 부분)은 「중수(中手)부」라고도 칭해진다. 레일 대면부(7)가 평탄부(7c)를 가짐으로써, 사이드 레일(1, 2)의 측면과 스페이서 익스팬더(10C) 사이에 공간이 형성되고, 사이드 레일(1, 2)에서 실린더 보어로부터 긁어낸 오일이 귀부(5)와 레일 대면부(7)의 사이에 떨어져, 효율적으로 스페이서 익스팬더(10C)의 내주측으로 흘릴 수 있다고 하는 효과가 발휘된다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는, 도 8에 나타내는 스페이서 익스팬더(10C) 및 이것에 장착된 사이드 레일(1, 2)의 단면도이며, 서로 다른 양태를 도시한 것이다. 어느 양태에서도, 레일 대면부(7)에 있어서 평탄부(7c)와 그 밖의 영역(7d)(중수부)에 단차가 마련되어 있다. 도 9의 (a)에 나타내는 양태는, 레일 대면부(7)에 있어서 평탄부(7c)와 그 밖의 영역(7d) 사이가 절단되어 있지 않고, 부재가 연속해 있다. 즉, 이 부분에 관통 구멍은 형성되어 있지 않다. 이것에 대하여, 도 9의 (b)에 나타내는 양태에 있어서는, 레일 대면부(7)에 있어서 평탄부(7c)와 그 밖의 영역(7d) 사이가 절단되어 있고, 이 부분에 관통 구멍(7h)이 형성되어 있다. 관통 구멍(7h)은 형성되어 있어도 좋고 형성되어 있지 않아도 좋지만, 디젤엔진 내와 같이 이물이 존재하기 쉬운 환경에서 사용되는 경우, 이물에 의해 관통 구멍(7h)이 폐색될 우려가 있고, 관통 구멍(7h)을 마련함으로써 장력의 시간 경과에 따른 열화의 정도가 커지는 경우가 있다. 내연기관의 환경에 의해, 이러한 우려가 있는 경우, 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 관통 구멍(7h)이 형성되어 있지 않은 스페이서 익스팬더를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 관통 구멍(7h)을 마련함으로써, 실린더 보어로부터 긁혀 떨어진 오일은 효율적으로 스페이서 익스팬더(10D)의 내주측으로 흘릴 수 있는 기회가 많아진다. 또, 관통 구멍(7h)은, 예컨대, 오목부(7a)의 최심부와 평탄부(7c)에 의해 형성되는 것이어도 좋다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 나타내는 단면에 있어서, 사이드 레일(1, 2)의 무게 중심(G)은 평탄부(7c)보다 내측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성을 채용함으로써, 고속 운전 시의 사이드 레일(1, 2)의 거동의 안정화가 도모되고, 이것에 의해, 오일 소비량의 증대를 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다.
도 10은 스페이서 익스팬더의 제4 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다. 이 도면에 나타내는 스페이서 익스팬더(10D)는, 레일 대면부(7)가 평탄한 면을 갖는 대신에, 외주측에 평탄부(7c)를 가지며 귀부(5)와 평탄부(7c) 사이에 직경 방향으로 연장되도록 형성된 융기부(7b)를 갖는 것 외에는, 스페이서 익스팬더(10A)와 동일한 구성을 갖는다. 평탄부(7c)는, 스페이서 익스팬더(10D)의 외주측의 가장자리부를 따라 형성되어 있다. 스페이서 익스팬더(10D)에 사이드 레일(1, 2)이 조합된 상태에 있어서, 귀부(5)에 사이드 레일(1, 2)의 내주면(1b, 2b)이 접촉하고 또한 레일 대면부(7)의 평탄부(7c)에 사이드 레일(1, 2)의 측면(1d, 2b)이 대면하기 때문에, 평탄부(7c)는 귀부(5)보다 낮게 형성되어 있다.
도 11은 스페이서 익스팬더의 제5 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다. 이 도면에 나타내는 스페이서 익스팬더(10E)는, 레일 대면부(7)가 평탄한 면을 갖는 대신에, 레일 대면부(7)가 직경 방향으로 연장되는 오목부(7a)를 갖는 것 외에는, 제1 실시형태에 따른 스페이서 익스팬더(10A)와 동일한 구성을 갖는다. 오목부(7a)는 스페이서 익스팬더(10E)의 외주측의 단부까지 연장되어 있다. 이러한 구성의 스페이서 익스팬더(10E)는, 전술한 스페이서 익스팬더와 비교하여 소성 변형에 의한 가공을 하기 쉽다고 하는 메리트가 있다.
도 12는 스페이서 익스팬더의 제6 예를 부분적으로 나타내는 사시도이다. 이 도면에 나타내는 스페이서 익스팬더(10F)는, 레일 대면부(7)가 평탄한 면을 갖는 대신에, 외주측에 평탄부(7c)를 갖는 것 외에는, 스페이서 익스팬더(10A)와 동일한 구성을 갖는다. 이러한 구성의 스페이서 익스팬더(10F)는, 전술한 제5 실시형태에 따른 스페이서 익스팬더와 마찬가지로 소성 변형에 의한 가공을 하기 쉽다고 하는 메리트가 있다. 도 13은 스페이서 익스팬더(10F)와, 이것에 장착된 사이드 레일(1, 2)을 모식적으로 나타내는 면도이다.
이상, 본 개시의 실시형태에 대해 상세히 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 상기 실시형태에 있어서는, 사이드 레일(1)의 내주면이 축방향의 단면에 있어서 곡률반경이 상이한 2개의 원호로 구성되어 있는 경우를 예시했지만, 사이드 레일의 내주면은 축방향의 단면에 있어서 곡률반경이 상이한 3개 이상의 원호로 구성되어 있어도 좋다. 도 14에 나타내는 사이드 레일(3)은 곡률반경이 상이한 3개의 원호로 구성되어 있다. 즉, 사이드 레일(3)의 내주면(3b)은, 곡률반경 R1의 내측 선단부(3g)와, 이것을 사이에 끼우도록 형성되어 있는 곡률반경 R2의 제1 둘레 가장자리부(P1, P2)와, 이들의 외측에 형성되어 있는 곡률반경 R3의 제2 둘레 가장자리부(Q1, Q2)로 구성되어 있다. 내주면(3b)은 이하의 조건을 충족시키는 것이 바람직하다. 또, 식 중, h0은 사이드 레일(3)의 높이를 나타내고, h2는 내측 선단부(곡률반경 R1의 부분)의 높이(도 14에서의 높이 h2)를 나타낸다.
조건 1a : 0.7≤R1/h0≤1.1
조건 2a : 0.2≤R2/h0≤0.5
조건 3a : h2/h0≤1.0
상기 조건 3a에 따른 비율 h2/h0의 값은, 보다 바람직하게는 0.5∼0.75이며, 더욱 바람직하게는 0.5∼0.7이며, 0.5∼0.65여도 좋다. 또, 도 14에 나타내는 바와 같이, h2는, 축방향의 단면에 있어서, 내측 선단부(3g)의 높이(한쪽의 변곡점으로부터 다른 쪽의 변곡점까지의 거리)를 의미한다. h2/h0의 값이 상기 범위임으로써, 피스톤의 왕복운동의 평균 속도가 초속 20 m를 넘는 경우에도, 오일 소비량의 증대를 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
상기 실시형태에서는 축방향의 단면에 있어서 상하 대칭의 형상을 갖는 사이드 레일(1, 2)을 예시했지만, 도 15에 나타내는 바와 같이, 사이드 레일의 외주면은 축방향의 단면에 있어서 상하 비대칭이어도 좋다. 도 15에 나타내는 사이드 레일(11)은, 외주면(11a)의 외측 선단부(11h)가 하측(크랭크실측)으로 틀어져 있다. 도 16의 (a) 및 도 16의 (b)는, 스페이서 익스팬더 및 이것에 장착된 사이드 레일(11)의 단면도이고, 스페이서 익스팬더의 서로 다른 양태를 나타낸 단면도이다. 사이드 레일(11)은, 외주면(11a)과, 내주면(11b)과, 제1 및 제2 측면(11c, 11d)과, 외주면(11a)과 제1 측면(11c) 사이의 제1 경사면(11e), 그리고 외주면(11a)과 제2 측면(11d) 사이의 제2 경사면(11f)을 갖는다. 제1 경사면(11e)의 경사각 θ1은, 예컨대, 30∼70°이며, 바람직하게는 30∼60°이다. 제2 경사면(11f)의 경사각 θ2는, 예컨대, 0°보다 크고 60° 이하이며, 바람직하게는 0°보다 크고 50° 이하이다. 외측 선단부(11h)(라운딩된 부분)와 제2 측면(11d) 사이에, 제2 경사면(11f)이 개재되지 않고, 외측 선단부(11h)와 제2 측면(11d)이 연속적으로 마련되어 있어도 좋다.
사이드 레일(11)이 장착된 오일 컨트롤 링에 의하면, 외측 선단부(11h)가 실린더 내면에 높은 면압으로 접촉하여, 피스톤 하강 공정에서 오일을 긁어서 떨어뜨리는 작용을 높일 수 있다. 또한, 축방향의 단면에 있어서, 외측 선단부(11h)가 측면(11d)측으로 틀어져 있음으로써, 외측 선단부(11h)가 실린더 내면에 압박되었을 때, 사이드 레일(11)의 내주측이 외측 선단부(11h)를 지점으로 하여, 상측(연소실측)으로 경사지기 쉬워진다. 이 때문에, 사이드 레일(11)의 측면(11c)에서의 내주측이 링 홈의 상면에 확실하게 접촉하여, 시일성을 향상시킬 수 있다. 이 효과는, 특히 피스톤의 상승 공정, 즉, 오일 컨트롤 링이 피스톤의 링 홈의 하면측에 시팅되어 있는 시간이 긴 경우에 기대할 수 있다. 이것에 의해, 엔진의 오일 상승을 억제하여 그 오일 소비량을 저감할 수 있다.
실시예
이하, 본 개시에 대해 실시예에 기초하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예의 내용에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
[오일 컨트롤 링의 제작]
SUS440 후프선재(0.40 mm×1.70 mm)를 사용하여 표 1의 실시예 1에 나타내는 설정의 사이드 레일을 제작했다. 한편, 피아노선 후프재(0.25 mm×1.9 mm)를 사용하여 도 12에 나타내는 스페이서 익스팬더(10F)와 동일한 구성의 스페이서 익스팬더를 제작했다. 스페이서 익스팬더의 귀부의 경사각 α는 10°로 했다. 오일 컨트롤 링의 설정은 이하와 같다(도 13, 도 2의 (b) 및 도 3 참조).
·조합 높이 h1 : 2.0 mm
·조합 두께 a1 : 2.3 mm
·오일 컨트롤 링의 호칭경에 대한 조합 장력 : 0.3 N/mm
<실시예 2∼10 및 비교예 1∼5>
표 1∼3에 나타내는 설정의 사이드 레일 및 스페이서 익스팬더를 각각 제작하여, 이들을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 오일 컨트롤 링을 얻었다.
<오일 소비량의 측정>
이하의 조건으로 오일 소비량을 평가했다. 표 1∼3에는 비교예 1의 오일 소비량을 기준으로 하는 상대치를 기재했다. 도 17∼22는 실시예 및 비교예의 결과를 플롯한 그래프이다. 이들 그래프에 있어서, 실시예의 플롯을 「○」로 나타내고, 비교예의 플롯을 「△」로 나타냈다.
·엔진 : 4 스트로크의 가솔린 엔진
·톱 링의 재질 : SWOSC-V(외주면 : 질화크롬 이온 플레이팅 처리)
·세컨드 링의 재질 : SWOSC-V(전면(前面) : 인산아연 처리)
·냉각수온 : 100℃
·엔진 오일 온도 : 125℃
·엔진 오일 : 5W-20(점도 분류 SAE J300)
·부하 조건 : 와이드 오픈 스로틀
·평균 피스톤 스피드 : 20 m/초
·엔진의 운전 시간 : 30시간
본 개시에 의하면, 내연기관이 높은 회전수로 작동하고 있을 때에도 오일 소비량의 증대를 충분히 억제할 수 있는 사이드 레일 및 이것을 구비한 오일 컨트롤 링이 제공된다.
1, 2, 11 : 사이드 레일(한쌍의 사이드 레일) 1a, 2a : 외주면
1b, 2b : 내주면 1c : 제1 측면
1d : 제2 측면 1e : 제1 경사면
1f : 제2 경사면 1g, 3g : 내측 선단부
1h, 11h : 외측 선단부 5 : 귀부
7 : 레일 대면부 7a : 오목부
7b : 융기부 7c : 평탄부
10A∼10F : 스페이서 익스팬더 50 : 오일 컨트롤 링
C1, C2 : 볼록형 만곡부 G : 무게 중심
P1, P2 : 둘레 가장자리부(제1 둘레 가장자리부)
Q1, Q2 : 제2 둘레 가장자리부
1b, 2b : 내주면 1c : 제1 측면
1d : 제2 측면 1e : 제1 경사면
1f : 제2 경사면 1g, 3g : 내측 선단부
1h, 11h : 외측 선단부 5 : 귀부
7 : 레일 대면부 7a : 오목부
7b : 융기부 7c : 평탄부
10A∼10F : 스페이서 익스팬더 50 : 오일 컨트롤 링
C1, C2 : 볼록형 만곡부 G : 무게 중심
P1, P2 : 둘레 가장자리부(제1 둘레 가장자리부)
Q1, Q2 : 제2 둘레 가장자리부
Claims (11)
- 스페이서 익스팬더와 함께 오일 컨트롤 링을 구성하는 사이드 레일로서,
외주면과, 축방향의 단면에 있어서 상하 대칭의 형상을 갖는 내주면과, 제1 측면, 그리고 제2 측면을 가지며,
축방향의 단면에 있어서, 상기 내주면이 이하의 조건 1을 충족시키는 내측 선단부를 갖는 것인 사이드 레일.
조건 1 : 0.7≤R1/h0≤1.1
식 중, R1은 상기 내측 선단부를 구성하는 곡선의 곡률반경(단위 : mm)을 나타내고, h0은 상기 사이드 레일의 높이(단위 : mm)를 나타낸다. - 제1항에 있어서,
상기 내주면이, 축방향의 단면에 있어서, 상기 내측 선단부와 상기 제1 측면 사이에 제1 볼록형 만곡부를 갖고, 상기 내측 선단부와 상기 제2 측면 사이에 제2 볼록형 만곡부를 갖는 것인 사이드 레일. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 내주면이, 축방향의 단면에 있어서, 상기 내측 선단부를 사이에 끼우도록 위치하는 둘레 가장자리부를 더 갖고, 상기 둘레 가장자리부가 이하의 조건 2를 충족시키는 것인 사이드 레일.
조건 2 : 0.2≤R2/h0≤0.5
식 중, R2는 상기 둘레 가장자리부를 구성하는 곡선의 곡률반경(단위 : mm)을 나타내고, h0은 상기 사이드 레일의 높이(단위 : mm)를 나타낸다. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
축방향의 단면에 있어서, 상기 외주면이 이하의 조건 3을 충족시키는 외측 선단부를 갖는 것인 사이드 레일.
조건 3 : 0.1≤R0/h0≤0.23
식 중, R0은 상기 외측 선단부를 구성하는 곡선의 곡률반경(단위 : mm)을 나타내고, h0은 상기 사이드 레일의 높이(단위 : mm)를 나타낸다. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외주면과 상기 제1 측면 사이의 제1 경사면과, 상기 외주면과 상기 제2 측면 사이의 제2 경사면을 더 갖고,
상기 제1 경사면의 경사각 θ1 및 상기 제2 경사면의 경사각 θ2 중 적어도 한쪽이 30∼50°인 것인 사이드 레일. - 제5항에 있어서,
축방향의 단면에 있어서, 상기 외주면의 선단으로부터, 상기 측면과 상기 경사면의 경계까지의 직경 방향의 거리 a가 이하의 조건 4를 충족시키는 것인 사이드 레일.
조건 4 : 0.1≤a/T≤0.2
식 중, a는 상기 외주면의 선단으로부터 상기 측면과 상기 경사면의 경계까지의 직경 방향의 거리(단위 : mm)를 나타내고, T는 축방향의 단면에서의 상기 사이드 레일의 두께(단위 : mm)를 나타낸다. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
축방향의 단면에 있어서 상하 대칭의 형상을 갖는 사이드 레일. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 상기 외주면을 덮도록 마련된 경질 피막을 구비하는 사이드 레일. - 한쌍의 사이드 레일과,
상기 한쌍의 사이드 레일 사이에 배치되는 스페이서 익스팬더
를 구비하고,
상기 한쌍의 사이드 레일이 모두 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 사이드 레일인 것인 오일 컨트롤 링. - 제9항에 있어서,
상기 스페이서 익스팬더가,
상기 사이드 레일의 상기 내주면이 접촉하는 복수의 귀부와,
상기 귀부와 인접하여 마련되어 있고, 상기 사이드 레일의 상기 측면과 대면하는 복수의 레일 대면부
를 가지며,
축방향에 대한 상기 귀부의 경사각 α가 5∼30°인 것인 오일 컨트롤 링. - 제10항에 있어서,
상기 레일 대면부는, 상기 사이드 레일의 상기 측면이 접촉하는 평탄부를 가지며,
상기 평탄부는, 상기 스페이서 익스팬더의 외주측의 가장자리부를 따라 형성되어 있고,
축방향의 단면에 있어서, 상기 사이드 레일의 무게 중심이 상기 평탄부보다 내측에 위치하고 있는 것인 오일 컨트롤 링.
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