KR20230141497A

KR20230141497A - Piston and internal combustion engine for ship

Info

Publication number: KR20230141497A
Application number: KR1020230034611A
Authority: KR
Inventors: 요시히코 기노시타
Original assignee: 가부시키가이샤 자판엔진코포레숀
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2023-03-16
Publication date: 2023-10-10
Also published as: JP2023151267A; CN116892461A

Abstract

(과제) 실린더의 내주면에 스커핑이 발생하는 사태를 방지할 수 있는 피스톤 및 선박용 내연 기관을 제공하는 것.
(해결 수단) 선박용 내연 기관의 연소실이 형성되는 실린더의 내부를 왕복 운동하는 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체의 왕복 운동 방향으로 나열되도록 상기 피스톤 본체의 외주부에 형성되고, 상기 실린더의 내주면과 슬라이딩 접촉하는 복수의 피스톤 링을 구비한다. 상기 복수의 피스톤 링 중 가장 하측에 형성되어 있는 최하단 피스톤 링은, 상기 실린더의 내주면측으로 볼록한 호상을 이루고 상기 실린더의 내주면과 슬라이딩 접촉하는 호상 슬라이딩면을 갖는다. 상기 호상 슬라이딩면은, 상기 최하단 피스톤 링의 상하 방향의 중심 위치보다 하측에 정점을 갖는 편심면이다.(Task) To provide piston and marine internal combustion engines that can prevent scuffing from occurring on the inner peripheral surface of the cylinder.
(Solution) A piston body that reciprocates inside a cylinder in which a combustion chamber of a marine internal combustion engine is formed, is formed on the outer periphery of the piston body so as to be aligned in the direction of the reciprocating movement of the piston body, and is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder. It is provided with a plurality of piston rings. The lowermost piston ring formed at the lowermost side of the plurality of piston rings has an arc-shaped sliding surface that is convex toward the inner peripheral surface of the cylinder and is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder. The arc-shaped sliding surface is an eccentric surface having a vertex lower than the vertical center position of the lowermost piston ring.

Description

Piston and internal combustion engine for ships {PISTON AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR SHIP}

본 발명은, 피스톤 및 선박용 내연 기관에 관한 것이다.The present invention relates to pistons and marine internal combustion engines.

종래, 선박에 탑재되는 선박용 내연 기관에서는, 피스톤을 자유롭게 왕복 운동할 수 있도록 수용하는 실린더가 복수 형성되고, 이들 복수의 실린더의 각 내부에 있어서의 피스톤의 왕복 운동이 크랭크의 회전 운동으로 변환되어, 크랭크 샤프트가 회전하도록 되어 있다. 일반적으로, 선박용 내연 기관에 있어서, 실린더의 내부에는 연소실이 형성되어 있다. 피스톤은, 그 정상부가 연소실에 면하도록 실린더의 내부에 수용되어 있다. 또, 실린더의 하부에는, 연소실에 새로운 연소용 기체를 도입하기 위한 소기 포트가 형성되어 있다. 피스톤은, 연소실에 공급된 연료와 압축된 연소용 기체에 의한 연소 에너지를 이용하여, 실린더 내의 연소실측 (상측) 의 부위와 소기 포트측 (하측) 의 부위 사이를 왕복 운동한다.Conventionally, in a marine internal combustion engine mounted on a ship, a plurality of cylinders are formed to accommodate pistons so that they can reciprocate freely, and the reciprocating motion of the piston inside each of these plural cylinders is converted into a rotational motion of the crank, The crankshaft is designed to rotate. Generally, in a marine internal combustion engine, a combustion chamber is formed inside the cylinder. The piston is housed inside the cylinder so that its top faces the combustion chamber. Additionally, a scavenging port for introducing new combustion gas into the combustion chamber is formed at the lower part of the cylinder. The piston reciprocates between a portion on the combustion chamber side (upper side) and a portion on the scavenge port side (lower side) within the cylinder using combustion energy from the fuel supplied to the combustion chamber and the compressed combustion gas.

상기 서술한 바와 같은 피스톤의 외주부에는, 피스톤의 왕복 운동 방향으로 나열되는 복수의 환상 홈이 형성되어 있고, 이들 복수의 환상 홈의 각각에는 피스톤 링이 형성되어 있다. 예를 들어, 피스톤 링은, 합구라고 칭해지는 절단 부분이 형성되어 있고, 이로써, 피스톤의 직경 방향으로 확경 및 축경 가능한 탄력성을 갖고 있다. 또, 피스톤 링은, 그 직경 방향의 외측을 향하여 볼록한 호상을 이루는 배럴 페이스상의 외주면을 갖고 있다. 피스톤의 외주부에 형성된 복수의 피스톤 링의 각각은, 배럴 페이스상의 외주면을 실린더의 내주면에 윤활유의 유막을 개재하여 슬라이딩 접촉시키면서, 피스톤의 왕복 운동에 수반하여 실린더의 내주면을 슬라이딩한다. 이와 같은 피스톤 링의 외주면 (슬라이딩면) 은, 대부분의 경우, 피스톤 링의 상하 방향 (직경 방향에 대해 수직인 방향) 의 중심 위치에 정점을 갖는 호상면 (이하, 중앙 배럴 페이스면이라고 한다) 이다.A plurality of annular grooves arranged in the direction of the reciprocating motion of the piston are formed on the outer peripheral portion of the piston as described above, and a piston ring is formed in each of these plurality of annular grooves. For example, the piston ring is formed with a cut portion called a fitting, and thus has elasticity that allows diameter expansion and contraction in the radial direction of the piston. Additionally, the piston ring has an outer peripheral surface on the barrel face that is convex and arcuate toward the outside in the radial direction. Each of the plurality of piston rings formed on the outer periphery of the piston slides the inner peripheral surface of the cylinder in accordance with the reciprocating motion of the piston while bringing the outer peripheral surface on the barrel face into sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder through an oil film of lubricating oil. In most cases, the outer peripheral surface (sliding surface) of such a piston ring is an arcuate surface (hereinafter referred to as the central barrel face surface) that has its vertex at the center position in the vertical direction (direction perpendicular to the radial direction) of the piston ring. .

또, 특허문헌 1 에는, 피스톤의 외주부에 형성되는 복수의 피스톤 링 중, 가장 연소실측에 위치하는 최상단 피스톤 링으로는, 외주면의 정점이 피스톤의 하측으로 편심되어 있는 피스톤 링이 사용되고, 가장 피스톤 하측에 위치하는 최하단 피스톤 링으로는, 외주면의 정점이 피스톤의 상측 (연소실측) 으로 편심되어 있는 피스톤 링이 사용된 피스톤이 개시되어 있다. 또한, 피스톤 링의 외주면은, 상기 중심 위치보다 하측으로 정점이 편심되어 있는 경우, 하측 편심 배럴 페이스면이라고 하고, 상기 중심 위치보다 상측으로 정점이 편심되어 있는 경우, 상측 편심 배럴 페이스면이라고 한다.In addition, in Patent Document 1, among the plurality of piston rings formed on the outer periphery of the piston, a piston ring with the apex of the outer peripheral surface eccentric to the lower side of the piston is used as the uppermost piston ring located on the combustion chamber side, and the uppermost piston ring is located on the lower side of the piston. A piston using a piston ring in which the apex of the outer peripheral surface is eccentric to the upper side (combustion chamber side) of the piston is disclosed as the lowermost piston ring located in . In addition, the outer peripheral surface of the piston ring, when the apex is eccentric to the lower side than the above-mentioned center position, is called a lower eccentric barrel face surface, and when the apex is eccentric to the upper side than the above-mentioned center position, it is called an upper eccentric barrel face surface.

일본 공개특허공보 2021-162153호Japanese Patent Publication No. 2021-162153

상기 서술한 피스톤 링이 피스톤의 왕복 운동에 수반하여 실린더의 내주면을 슬라이딩할 때, 피스톤 링의 외주면은, 유막을 개재하여 실린더의 내주면에 슬라이딩 접촉하면서 면압을 가한다. 일반적으로, 피스톤 링의 외주면으로부터 실린더의 내주면에 가해지는 면압 (이하, 피스톤 링의 면압으로 약기한다) 은, 피스톤 링의 내주면의 압력 (이하, 배면 압력이라고 한다) 과 외주면의 압력 (이하, 대항 압력이라고 한다) 의 차압에 의해 정해진다. 배면 압력은, 피스톤 링의 외주면을 실린더의 내주면에 대고 누르는 방향의 압력이고, 실린더 내에 있어서의 피스톤 링의 상측 공간으로부터 피스톤 링의 내주면에 가해진다. 대항 압력은, 당해 배면 압력에 대항하는 압력이고, 실린더 내에 있어서의 피스톤 링의 상측 공간 및 하측 공간의 각각으로부터 피스톤 링의 외주면에 가해진다. 또한, 상기 서술한 복수의 피스톤 링의 각각에 있어서, 상측 공간의 압력은, 하측 공간의 압력보다 고압이다.When the above-described piston ring slides on the inner peripheral surface of the cylinder with the reciprocating motion of the piston, the outer peripheral surface of the piston ring applies surface pressure while slidingly contacting the inner peripheral surface of the cylinder through an oil film. In general, the surface pressure applied from the outer peripheral surface of the piston ring to the inner peripheral surface of the cylinder (hereinafter abbreviated as the surface pressure of the piston ring) is the pressure of the inner peripheral surface of the piston ring (hereinafter referred to as back pressure) and the pressure on the outer peripheral surface (hereinafter referred to as counter pressure). It is determined by the differential pressure (called pressure). The back pressure is a pressure in the direction of pressing the outer peripheral surface of the piston ring against the inner peripheral surface of the cylinder, and is applied to the inner peripheral surface of the piston ring from the space above the piston ring in the cylinder. The counter pressure is a pressure that opposes the back pressure, and is applied to the outer peripheral surface of the piston ring from each of the upper and lower spaces of the piston ring in the cylinder. Additionally, in each of the plurality of piston rings described above, the pressure in the upper space is higher than the pressure in the lower space.

예를 들어, 최하단 피스톤 링에 있어서, 상측 공간의 압력은 연소실측의 피스톤 링과의 사이의 압력이고, 하측 공간의 압력은 실린더의 소기 포트에 통하는 공간의 압력 (즉 대기압에 가까운 압력) 이다. 그러므로, 최하단 피스톤 링의 배면 압력과 대항 압력의 차압, 즉, 최하단 피스톤 링의 면압은, 상기 서술한 복수의 피스톤 링 중에서도 높은 쪽이다. 이와 같은 최하단 피스톤 링의 면압은 과도하게 높아지지 않도록 저감되고, 이로써, 최하단 피스톤 링의 외주면과 실린더의 내주면을 적절한 면압에 의해 슬라이딩 접촉시키는 것이 바람직하다.For example, in the lowermost piston ring, the pressure in the upper space is the pressure between it and the piston ring on the combustion chamber side, and the pressure in the lower space is the pressure in the space leading to the scavenge port of the cylinder (that is, a pressure close to atmospheric pressure). Therefore, the differential pressure between the back pressure and the counter pressure of the lowermost piston ring, that is, the surface pressure of the lowermost piston ring, is higher among the plurality of piston rings described above. The surface pressure of the lowermost piston ring is reduced so as not to become excessively high, and thus, it is desirable to bring the outer peripheral surface of the lowermost piston ring and the inner peripheral surface of the cylinder into sliding contact with an appropriate surface pressure.

그러나, 상기 서술한 종래의 피스톤에서는, 최하단 피스톤 링의 배면 압력과 대항 압력의 차압을 저감하는 것은 곤란하고, 따라서, 최하단 피스톤 링의 면압이 과도하게 높아질 우려가 있다. 이것에서 기인하여, 최하단 피스톤 링이 실린더의 내주면 상의 유막을 긁어내어 얇게 함과 함께, 이들 최하단 피스톤 링과 실린더의 마모가 증대되어, 이 결과, 실린더의 내주면에 스커핑이 발생하는 등의 문제가 일어난다.However, in the conventional piston described above, it is difficult to reduce the pressure difference between the back pressure and the counter pressure of the lowermost piston ring, and therefore, there is a risk that the surface pressure of the lowermost piston ring becomes excessively high. Due to this, the lowest piston ring scrapes and thins the oil film on the inner peripheral surface of the cylinder, and the wear of these lowest piston rings and the cylinder increases, resulting in problems such as scuffing on the inner peripheral surface of the cylinder. It happens.

특히, 상기 서술한 특허문헌 1 에 기재된 최하단 피스톤 링의 외주면은 상측 편심 배럴 페이스면이기 때문에, 상측 공간의 압력을 받는 외주면 영역이 하측 공간의 압력을 받는 외주면 영역에 비해 적다. 이 때문에, 최하단 피스톤 링의 배면 압력과 대항 압력의 차압을 저감하는 것은 한층 곤란하다. 또, 최하단 피스톤 링의 외주면이 상측 편심 배럴 페이스면인 경우, 실린더의 내주면에 주유된 윤활유를 실린더의 내주면의 하측으로 넓게 도포하기 어렵기 때문에, 실린더의 내주면 상의 유막이 한층 얇아지기 쉽다. 따라서, 외주면이 상측 편심 배럴 페이스면인 최하단 피스톤 링에서는, 상기 문제가 현저해진다.In particular, since the outer peripheral surface of the lowermost piston ring described in Patent Document 1 is the upper eccentric barrel face surface, the area of the outer peripheral surface subjected to the pressure of the upper space is smaller than the area of the outer peripheral surface subjected to the pressure of the lower space. For this reason, it is more difficult to reduce the pressure differential between the back pressure of the lowermost piston ring and the opposing pressure. In addition, when the outer peripheral surface of the lowermost piston ring is the upper eccentric barrel face surface, it is difficult to spread the lubricant oil supplied to the inner peripheral surface of the cylinder to the lower side of the inner peripheral surface of the cylinder, so the oil film on the inner peripheral surface of the cylinder is likely to become thinner. Therefore, in the lowermost piston ring whose outer peripheral surface is the upper eccentric barrel face, the above problem becomes significant.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 실린더의 내주면에 스커핑이 발생하는 사태를 방지할 수 있는 피스톤 및 선박용 내연 기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a piston and a marine internal combustion engine that can prevent scuffing from occurring on the inner peripheral surface of the cylinder.

상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 피스톤은, 선박용 내연 기관의 연소실이 형성되는 실린더의 내부를 왕복 운동하는 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체의 왕복 운동 방향으로 나열되도록 상기 피스톤 본체의 외주부에 형성되고, 상기 실린더의 내주면과 슬라이딩 접촉하는 복수의 피스톤 링을 구비하고, 상기 복수의 피스톤 링 중 가장 하측에 형성되어 있는 최하단 피스톤 링은, 상기 실린더의 내주면측으로 볼록한 호상을 이루고 상기 실린더의 내주면과 슬라이딩 접촉하는 호상 슬라이딩면을 갖고, 상기 호상 슬라이딩면은, 상기 최하단 피스톤 링의 상하 방향의 중심 위치보다 하측에 정점을 갖는 편심면인 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-mentioned problem and achieve the purpose, the piston related to the present invention is arranged in such a way that the piston body reciprocates inside the cylinder in which the combustion chamber of the marine internal combustion engine is formed, and the piston body in the direction of the reciprocating movement. A plurality of piston rings are formed on the outer circumference of the piston body and are in sliding contact with the inner circumferential surface of the cylinder, and the lowermost piston ring formed on the lowermost side of the plurality of piston rings has an arc shape convex toward the inner circumferential surface of the cylinder. It has an arc-shaped sliding surface that is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder, and the arc-shaped sliding surface is an eccentric surface that has a vertex lower than the vertical center position of the lowermost piston ring.

또, 본 발명에 관련된 피스톤은, 상기의 발명에 있어서, 상기 호상 슬라이딩면의 상기 정점의 위치는, 상기 호상 슬라이딩면의 상단부와 상기 실린더의 내주면의 간극의 거리인 상부 간격과, 상기 호상 슬라이딩면의 하단부와 상기 실린더의 내주면의 간극의 거리인 하부 간격의 비에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the piston related to the present invention, in the above invention, the position of the vertex of the arc-shaped sliding surface is an upper gap that is the distance between the upper end of the arc-shaped sliding surface and the inner peripheral surface of the cylinder, and the arc-shaped sliding surface It is characterized in that it is set based on the ratio of the lower gap, which is the distance between the lower end of and the inner peripheral surface of the cylinder.

또, 본 발명에 관련된 피스톤은, 상기의 발명에 있어서, 상기 상부 간격과 상기 하부 간격의 비는, 1.1 이상 8.0 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the piston according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the ratio between the upper gap and the lower gap is 1.1 or more and 8.0 or less.

또, 본 발명에 관련된 피스톤은, 상기의 발명에 있어서, 상기 호상 슬라이딩면은, 상기 정점의 위치를 경계로 상측의 호상면 및 하측의 호상면을 갖고, 상기 상측의 호상면 및 상기 하측의 호상면의 각 곡률 반경은, 서로 동일한 것을 특징으로 한다.In addition, in the piston related to the present invention, in the above invention, the arc-shaped sliding surface has an upper arc-shaped surface and a lower arc-shaped surface bordering the position of the vertex, and the upper arc-shaped surface and the lower arc-shaped surface. Each radius of curvature of the upper surface is characterized by being equal to each other.

또, 본 발명에 관련된 피스톤은, 상기의 발명에 있어서, 상기 복수의 피스톤 링 중 가장 상측에 형성되어 있는 최상단 피스톤 링은, 상기 최하단 피스톤 링과 동일한 호상 슬라이딩면을 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the piston according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the uppermost piston ring formed on the uppermost side among the plurality of piston rings has the same arc-shaped sliding surface as the lowermost piston ring.

또, 본 발명에 관련된 선박용 내연 기관은, 상기의 발명 중 어느 것에 기재된 피스톤과, 상기 피스톤을 자유롭게 왕복 운동할 수 있도록 수용하는 실린더를 구비하는 것을 특징으로 한다.Additionally, the marine internal combustion engine according to the present invention is characterized by comprising the piston according to any of the above inventions and a cylinder that accommodates the piston so that it can freely reciprocate.

본 발명에 의하면, 실린더의 내주면에 스커핑이 발생하는 사태를 방지할 수 있다는 효과를 나타낸다.According to the present invention, it is possible to prevent scuffing from occurring on the inner peripheral surface of the cylinder.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 피스톤이 적용된 선박용 내연 기관의 개요 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 피스톤의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 피스톤의 단면 구조의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 4 는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 최하단 피스톤 링의 호상 슬라이딩면의 정점 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 최하단 피스톤 링의 면압의 저감을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은, 실린더 라이너의 내주면에 대한 최하단 피스톤 링의 호상 슬라이딩면의 친화 용이성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic diagram showing an example of the schematic configuration of a marine internal combustion engine to which a piston is applied according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a piston according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a cross-sectional schematic diagram showing an example of the cross-sectional structure of a piston according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a diagram for explaining the vertex position of the arcuate sliding surface of the lowermost piston ring in the embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a diagram for explaining the reduction of the surface pressure of the lowermost piston ring in the embodiment of the present invention.
Fig. 6 is a diagram for explaining the ease of affinity of the arcuate sliding surface of the lowermost piston ring with the inner peripheral surface of the cylinder liner.

이하에, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관련된 피스톤 및 선박용 내연 기관의 바람직한 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해, 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 도면은 모식적인 것이고, 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과는 상이한 경우가 있는 것에 유의할 필요가 있다. 도면의 상호 간에 있어서도, 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 경우가 있다. 또, 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호가 붙어 있다.Below, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the piston and marine internal combustion engine according to the present invention will be described in detail. Additionally, the present invention is not limited by this embodiment. In addition, it is necessary to note that the drawings are schematic, and the relationship between the dimensions of each element, the ratio of each element, etc. may be different from those in reality. Even among the drawings, there are cases where parts with different dimensional relationships or ratios are included. In addition, in each drawing, the same components are given the same reference numerals.

(선박용 내연 기관) (internal combustion engine for ships)

먼저, 본 발명의 실시형태에 관련된 피스톤이 적용된 선박용 내연 기관에 대해 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 피스톤이 적용된 선박용 내연 기관의 개요 구성의 일례를 나타내는 모식도이다. 선박용 내연 기관 (10) 은, 선박에 탑재되는 크로스 헤드형 내연 기관의 일례이고, 프로펠러축을 통하여 선박의 추진용 프로펠러 (모두 도시 생략) 를 회전 구동시키는 추진용 기관 (주기관) 이다. 예를 들어, 선박용 내연 기관 (10) 은, 유니플로 소배기식의 크로스 헤드형 디젤 엔진 등의 2 스트로크 디젤 엔진이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 선박용 내연 기관 (10) 은, 실린더 재킷 (4) 에 형성되는 실린더 (1) 와, 실린더 (1) 의 내부에 자유롭게 왕복 운동할 수 있도록 형성되는 피스톤 (5) 을 구비하고 있다.First, a marine internal combustion engine to which a piston according to an embodiment of the present invention is applied will be described. 1 is a schematic diagram showing an example of the schematic configuration of a marine internal combustion engine to which a piston is applied according to an embodiment of the present invention. The marine internal combustion engine 10 is an example of a crosshead-type internal combustion engine mounted on a ship, and is a propulsion engine (main engine) that rotates a ship's propulsion propeller (all omitted) through a propeller shaft. For example, the marine internal combustion engine 10 is a two-stroke diesel engine such as a Uniflow small exhaust crosshead diesel engine. As shown in FIG. 1, a marine internal combustion engine 10 includes a cylinder 1 formed in a cylinder jacket 4, and a piston 5 formed to freely reciprocate inside the cylinder 1. I'm doing it.

실린더 (1) 는, 선박용 내연 기관에 형성되어 있는 복수의 실린더의 일례이고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 실린더 라이너 (2) 와 실린더 커버 (3) 에 의해 구성된다. 실린더 라이너 (2) 는, 원통상의 구조체이고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 실린더 재킷 (4) 에 의해 지지된다. 실린더 (1) 는, 이 실린더 라이너 (2) 의 내부에 피스톤 (5) 을 자유롭게 왕복 운동할 수 있도록 수용한다. 실린더 라이너 (2) 의 상부에는, 실린더 커버 (3) 가 고정된다. 이들의 실린더 라이너 (2) 와 실린더 커버 (3) 와 피스톤 (5) 에 의해, 선박용 내연 기관 (10) 의 연소실 (7) 이 실린더 (1) 의 내부에 형성 (구획) 된다.The cylinder 1 is an example of a plurality of cylinders formed in a marine internal combustion engine, and, as shown in FIG. 1, is composed of a cylinder liner 2 and a cylinder cover 3. The cylinder liner 2 is a cylindrical structure, and is supported by the cylinder jacket 4, as shown in FIG. 1. The cylinder (1) accommodates the piston (5) within the cylinder liner (2) so that it can freely reciprocate. A cylinder cover (3) is fixed to the upper part of the cylinder liner (2). By these cylinder liners (2), cylinder covers (3), and pistons (5), the combustion chamber (7) of the marine internal combustion engine (10) is formed (comparted) inside the cylinder (1).

피스톤 (5) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 연소실 (7) 에 면하는 상태에서 실린더 라이너 (2) 의 내주면을 따라 왕복 운동할 수 있도록 구성된다. 상세하게는, 피스톤 (5) 은, 연소실 (7) 의 압력 (통내 압력) 을 받아 실린더 (1) 내의 상사점 (A_t) 과 하사점 (A_b) 사이를 왕복 운동한다. 피스톤 (5) 의 왕복 운동시의 스트로크 길이 (S) 는, 상사점 (A_t) 과 하사점 (A_b) 사이의 거리, 예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상사점 (A_t) 에 위치하는 피스톤 (5) 의 상단면과 하사점 (A_b) 에 위치하는 피스톤 (5) 의 상단면 사이의 거리이다. 또, 피스톤 (5) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 피스톤 봉 (6) 의 일단부가 자유롭게 회동하도록 연결되어 있다. 특별히 도시하지 않지만, 피스톤 봉 (6) 의 타단부는 크로스 헤드와 자유롭게 회동하도록 연결되고, 이 크로스 헤드에는 연접봉의 일단부가 자유롭게 회동하도록 연결되어 있다. 이 연접봉의 타단부는, 크랭크 샤프트의 크랭크와 자유롭게 회동하도록 연결되어 있다.As shown in FIG. 1, the piston 5 is configured to reciprocate along the inner peripheral surface of the cylinder liner 2 while facing the combustion chamber 7. In detail, the piston 5 reciprocates between the top dead center (A _t ) and the bottom dead center (A _b ) in the cylinder 1 under the pressure (inside pressure) of the combustion chamber 7. The stroke length S during the reciprocating motion of the piston 5 is the distance between top dead center (A _t ) and bottom dead center (A _b ), for example, as shown in FIG. 1, top dead center (A _t ) It is the distance between the top surface of the piston (5) located at and the top surface of the piston (5) located at the bottom dead center (A _b ). Moreover, as shown in FIG. 1, one end of the piston rod 6 is connected to the piston 5 so that it can rotate freely. Although not specifically shown, the other end of the piston rod 6 is freely rotatably connected to the crosshead, and one end of the connecting rod is freely rotatably connected to this crosshead. The other end of this connecting rod is connected so as to rotate freely with the crank of the crankshaft.

또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 실린더 라이너 (2) 의 하부에는 소기 포트 (8) 가 형성되어 있다. 소기 포트 (8) 는, 피스톤 (5) 이 하사점 (A_b) 에 위치했을 때에 개방 상태가 되어, 선박용 내연 기관 (10) 의 소기실 (도시 생략) 과 연소실 (7) 을 연통한다. 연소용 기체는, 소기 포트 (8) 등을 통해 실린더 라이너 (2) 내의 연소실 (7) 에 송급된다. 또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 실린더 커버 (3) 에는, 배기 밸브 (11) 가 형성되어 있다. 배기 밸브 (11) 는, 실린더 (1) 내의 연소실 (7) 에 통하는 배기관 (12) 의 배기구 (배기 포트) 를 개폐 가능하게 폐지하는 밸브이다. 배기 가스는, 이 배기구를 통하여 연소실 (7) 로부터 선박용 내연 기관 (10) 의 배기관 (12) 으로 배출된다.Moreover, as shown in FIG. 1, a scavenging port 8 is formed in the lower part of the cylinder liner 2. The scavenging port 8 is in an open state when the piston 5 is located at bottom dead center A _b , and communicates the scavenging air chamber (not shown) of the marine internal combustion engine 10 and the combustion chamber 7. The combustion gas is supplied to the combustion chamber 7 in the cylinder liner 2 through the scavenge port 8 or the like. Additionally, as shown in FIG. 1, an exhaust valve 11 is formed in the cylinder cover 3. The exhaust valve 11 is a valve that opens and closes the exhaust port (exhaust port) of the exhaust pipe 12 leading to the combustion chamber 7 in the cylinder 1. Exhaust gas is discharged from the combustion chamber 7 to the exhaust pipe 12 of the marine internal combustion engine 10 through this exhaust port.

선박용 내연 기관 (10) 에 있어서는, 피스톤 (5) 이 실린더 (1) 의 내부를 1 왕복 운동할 때마다, 연소실 (7) 에 대한 연소용 기체의 도입, 이 연소용 기체의 압축, 연료 분사 밸브 (도시 생략) 로부터 연소실 (7) 에 공급된 연료의 연소, 연소실 (7) 로부터의 배기 가스의 배출이 순차 실시된다. 이와 같은 피스톤 (5) 의 왕복 운동은, 피스톤 봉 (6) 등을 통하여 크랭크의 회전 운동으로 변환된다. 이 결과, 크랭크 샤프트가 회전하여, 프로펠러축과 함께 선박의 추진용 프로펠러가 회전한다.In the marine internal combustion engine 10, each time the piston 5 reciprocates inside the cylinder 1, the combustion gas is introduced into the combustion chamber 7, the combustion gas is compressed, and the fuel injection valve is activated. Combustion of the fuel supplied to the combustion chamber 7 (not shown) and discharge of exhaust gas from the combustion chamber 7 are carried out sequentially. This reciprocating motion of the piston 5 is converted into a rotational motion of the crank through the piston rod 6 and the like. As a result, the crankshaft rotates, and the propeller for propulsion of the ship rotates together with the propeller shaft.

또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 실린더 (1) 에는, 실린더 라이너 (2) 의 내주면에 윤활유를 주입하기 위한 주유봉 (9) 이 형성되어 있다. 예를 들어, 주유봉 (9) 은, 피스톤 (5) 의 상사점 (A_t) 으로부터 실린더 라이너 (2) 의 하측 (하사점 (A_b) 측) 으로 소정의 거리 (H) 를 둔 위치 (A_x) 에 복수 배치되어 있다. 당해 거리 (H) 는, 예를 들어, 피스톤 (5) 의 스트로크 길이 (S) 의 15 ％ 이상 35 ％ 이하의 거리이다. 특별히 도시하지 않지만, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 상에는, 주유봉 (9) 으로부터 주입된 윤활유의 유막이 형성된다.Moreover, as shown in FIG. 1, the cylinder 1 is provided with an oil filling rod 9 for injecting lubricating oil into the inner peripheral surface of the cylinder liner 2. For example, the oil rod 9 is positioned at a predetermined distance H from the top dead center A _t of the piston 5 to the lower side of the cylinder liner 2 (bottom dead center A _b side) ( A _x ) is arranged in plural numbers. The distance H is, for example, a distance of 15% or more and 35% or less of the stroke length S of the piston 5. Although not specifically shown, an oil film of the lubricating oil injected from the oil rod 9 is formed on the inner peripheral surface of the cylinder liner 2.

(피스톤) (piston)

다음으로, 본 발명의 실시형태에 관련된 피스톤 (5) 의 구성에 대해 설명한다. 도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 피스톤의 일 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 2 에는, 도 1 에 나타낸 선박용 내연 기관 (10) 의 피스톤 (5) 이 확대되어 도시되어 있다. 도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 피스톤의 단면 구조의 일례를 나타내는 단면 모식도이다. 도 3 에는, 도 2 에 나타내는 피스톤 (5) 중 영역 (Z) 의 단면 구조가 확대되어 도시되어 있다.Next, the configuration of the piston 5 according to the embodiment of the present invention will be described. Fig. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a piston according to an embodiment of the present invention. In Fig. 2, the piston 5 of the marine internal combustion engine 10 shown in Fig. 1 is shown in an enlarged scale. Fig. 3 is a cross-sectional schematic diagram showing an example of the cross-sectional structure of a piston according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3, the cross-sectional structure of the region Z of the piston 5 shown in FIG. 2 is shown in an enlarged manner.

도 2, 3 에 나타내는 바와 같이, 피스톤 (5) 은, 실린더 (1) 의 내부를 왕복 운동하는 피스톤 본체 (51) 와, 이 피스톤 본체 (51) 의 외주부에 형성되어 있는 복수의 피스톤 링을 구비한다. 본 실시형태에 있어서, 피스톤 (5) 은, 이들 복수의 피스톤 링의 일례로서 최상단 피스톤 링 (53), 중간 피스톤 링 (54) 및 최하단 피스톤 링 (55) 이라는 3 개의 피스톤 링을 구비하고 있다.2 and 3, the piston 5 includes a piston body 51 that reciprocates inside the cylinder 1 and a plurality of piston rings formed on the outer periphery of the piston body 51. do. In this embodiment, the piston 5 is provided with three piston rings, an uppermost piston ring 53, a middle piston ring 54, and a lowermost piston ring 55, as an example of the plurality of piston rings.

피스톤 본체 (51) 는, 상기 서술한 선박용 내연 기관 (10) (도 1 참조) 의 연소실 (7) 이 형성되는 실린더 (1) 의 내부를 왕복 운동하도록 구성된다. 상세하게는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 피스톤 본체 (51) 는, 피스톤 축 (5a) 의 축 방향 (길이 방향) 에서 봤을 때 원형을 이루는 정상부 (51a) 와, 피스톤 축 (5a) 의 축 둘레의 외주부 (51b) 를 갖는다. 피스톤 본체 (51) 는, 정상부 (51a) 가 연소실 (7) 에 면하도록, 실린더 (1) 의 내부, 보다 구체적으로는, 실린더 (1) 의 원통부를 구성하는 실린더 라이너 (2) 의 내부에, 자유롭게 왕복 운동할 수 있도록 수용된다. 이 연소실 (7) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 과 실린더 커버 (3) 의 내벽면과 피스톤 본체 (51) 의 정상부 (51a) 에 의해 둘러싸이는 공간이다. 피스톤 본체 (51) 는, 실린더 라이너 (2) 의 내부에 있어서, 정상부 (51a) 가 연소실 (7) 에 면한 상태를 유지하면서, 이 연소실 (7) 과 실린더 라이너 (2) 의 하단부 사이를 피스톤 축 (5a) 의 축 방향으로 왕복 운동한다.The piston body 51 is configured to reciprocate the inside of the cylinder 1 in which the combustion chamber 7 of the marine internal combustion engine 10 (see FIG. 1) described above is formed. In detail, as shown in FIG. 2, the piston body 51 has a top portion 51a that is circular when viewed in the axial direction (longitudinal direction) of the piston shaft 5a, and a circumference of the axis of the piston shaft 5a. It has an outer peripheral portion 51b. The piston body 51 is located inside the cylinder 1, more specifically, inside the cylinder liner 2 constituting the cylindrical portion of the cylinder 1, so that the top portion 51a faces the combustion chamber 7, It is accommodated so that it can freely reciprocate. As shown in FIG. 2, this combustion chamber 7 is a space surrounded by the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2, the inner wall surface of the cylinder cover 3, and the top portion 51a of the piston body 51. . The piston body 51 is maintained inside the cylinder liner 2 with its top portion 51a facing the combustion chamber 7, and is positioned between the combustion chamber 7 and the lower end of the cylinder liner 2 along the piston axis. (5a) reciprocates in the axis direction.

또한, 피스톤 축 (5a) 은, 원 형상의 정상부 (51a) 의 중심을 통과하고 또한 피스톤 본체 (51) 의 직경 방향에 대해 수직인 축 (중심축) 이다. 실린더 (1) 의 내주면은, 당해 실린더 (1) 의 원통부를 구성하는 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 이다.Additionally, the piston axis 5a is an axis (central axis) that passes through the center of the circular top portion 51a and is perpendicular to the radial direction of the piston body 51. The inner peripheral surface of the cylinder 1 is the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 constituting the cylindrical portion of the cylinder 1.

또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 피스톤 본체 (51) 는, 외주부 (51b) 와 일체를 이루고 정상부 (51a) 와는 반대측으로 연장되는 스커트부 (52) 를 갖는다. 스커트부 (52) 는, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 과 접촉함으로써, 실린더 라이너 (2) 의 내부에 있어서의 피스톤 (5) 의 왕복 운동의 방향을 규제한다. 상기 서술한 피스톤 봉 (6) 은, 스커트부 (52) 로부터 연장되도록 피스톤 본체 (51) 에 연결되어 있다.Additionally, as shown in FIG. 2, the piston body 51 has a skirt portion 52 that is integrated with the outer peripheral portion 51b and extends on the opposite side to the top portion 51a. The skirt portion 52 regulates the direction of reciprocating motion of the piston 5 inside the cylinder liner 2 by contacting the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2. The piston rod 6 described above is connected to the piston body 51 so as to extend from the skirt portion 52.

최상단 피스톤 링 (53), 중간 피스톤 링 (54) 및 최하단 피스톤 링 (55) 은, 각각, 피스톤 본체 (51) 의 외주부 (51b) 에 형성되어 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 과 슬라이딩 접촉하도록 구성된다. 이하, 본 실시형태에서는,「최상단 피스톤 링 (53), 중간 피스톤 링 (54) 및 최하단 피스톤 링 (55)」을 총칭하여「복수의 피스톤 링」이라고 칭하는 경우가 있다.The uppermost piston ring 53, the middle piston ring 54, and the lowermost piston ring 55 are each formed on the outer peripheral part 51b of the piston body 51 and are in sliding contact with the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1. It is composed. Hereinafter, in this embodiment, “the uppermost piston ring 53, the middle piston ring 54, and the lowermost piston ring 55” may be collectively referred to as “a plurality of piston rings.”

상세하게는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 피스톤 본체 (51) 의 외주부 (51b) 에는, 피스톤 축 (5a) 의 축 둘레의 둘레 방향으로 연장되는 복수 (본 실시형태에서는 3 개) 의 환상 홈부 (56 ∼ 58) 가, 피스톤 축 (5a) 의 축 방향으로 나열되도록 형성되어 있다. 최상단 피스톤 링 (53) 은, 이들의 환상 홈부 (56 ∼ 58) 중, 피스톤 본체 (51) 의 정상부 (51a) 에 가장 가까운 최상단의 환상 홈부 (56) 에 장착되어 있다. 중간 피스톤 링 (54) 은, 이들의 환상 홈부 (56 ∼ 58) 중, 최상단의 환상 홈부 (56) 와 최하단의 환상 홈부 (58) 사이에 위치하는 중간의 환상 홈부 (57) 에 장착되어 있다. 최하단 피스톤 링 (55) 은, 이들의 환상 홈부 (56 ∼ 58) 중, 피스톤 본체 (51) 의 정상부 (51a) 로부터 가장 먼 최하단의 환상 홈부 (58) 에 장착되어 있다. 이와 같이 하여, 최상단 피스톤 링 (53), 중간 피스톤 링 (54) 및 최하단 피스톤 링 (55) 은, 피스톤 본체 (51) 의 왕복 운동 방향으로 나열되도록 피스톤 본체 (51) 의 외주부 (51b) 에 형성된다.In detail, as shown in FIG. 2, the outer peripheral portion 51b of the piston body 51 has a plurality of (three in this embodiment) annular grooves extending in the circumferential direction around the axis of the piston shaft 5a. 56 to 58) are formed to be aligned in the axial direction of the piston axis 5a. The uppermost piston ring 53 is mounted on the uppermost annular groove portion 56 closest to the top portion 51a of the piston body 51 among these annular groove portions 56 to 58. The intermediate piston ring 54 is mounted on the middle annular groove 57 located between the uppermost annular groove 56 and the lowermost annular groove 58 among these annular grooves 56 to 58. The lowermost piston ring 55 is mounted on the lowermost annular groove portion 58, which is furthest from the top portion 51a of the piston body 51, among these annular groove portions 56 to 58. In this way, the uppermost piston ring 53, the middle piston ring 54, and the lowermost piston ring 55 are formed on the outer peripheral portion 51b of the piston body 51 so as to be aligned in the direction of the reciprocating motion of the piston body 51. do.

또, 최상단 피스톤 링 (53), 중간 피스톤 링 (54) 및 최하단 피스톤 링 (55) 은, 각각, 링의 절단 부분인 합구 (도시 생략) 가 형성되어 있다. 이 구조에 의해, 이들 복수의 피스톤 링은, 각각, 피스톤 본체 (51) 의 직경 방향으로 확경 및 축경 가능한 탄력성을 갖게 된다. 피스톤 본체 (51) 가 실린더 (1) 의 내부에 자유롭게 왕복 운동할 수 있도록 수용되었을 때, 이들 복수의 피스톤 링은, 각각, 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 에 면압을 가하면서 당해 내주면 (2a) 과 접촉하고, 피스톤 본체 (51) 의 왕복 운동에 수반하여 당해 내주면 (2a) 을 슬라이딩한다.In addition, the uppermost piston ring 53, the middle piston ring 54, and the lowermost piston ring 55 are each formed with a fitting (not shown) which is a cut portion of the ring. Due to this structure, these plurality of piston rings each have elasticity that allows diameter expansion and contraction in the radial direction of the piston body 51. When the piston body 51 is accommodated so as to freely reciprocate inside the cylinder 1, these plural piston rings each apply a surface pressure to the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1 while pressing the inner peripheral surface 2a. ), and the inner peripheral surface (2a) slides in accordance with the reciprocating motion of the piston body (51).

특별히 도시하지 않지만, 최상단 피스톤 링 (53), 중간 피스톤 링 (54) 및 최하단 피스톤 링 (55) 의 각 외주면에는, 내마모성을 향상시키기 위한 코팅막이 형성되어 있다. 이 코팅막으로는, 예를 들어, 용사 피막이나 도금 피막 등을 들 수 있다. 용사 피막은, 가열 등에 의해 용융 또는 연화시킨 재료 입자 (미립자) 를 기재 표면에 분사하여 형성되는 피막이다. 용사 피막의 재료 입자로는, 예를 들어, 몰리브덴 (Mo), 크롬카바이드 (Cr-C), 니켈크롬 합금 (NiCr) 등을 들 수 있다. 도금 피막은, 내마모성을 갖는 경질재를 기재 표면에 도금 처리함으로써 형성되는 피막이다. 도금 피막의 경질재로는, 예를 들어, 크롬 (Cr), 크롬 세라믹, 질화크롬 (CrN), 다이아몬드 라이크 카본 (DLC) 등을 들 수 있다.Although not specifically shown, a coating film to improve wear resistance is formed on each outer peripheral surface of the uppermost piston ring 53, the middle piston ring 54, and the lowermost piston ring 55. Examples of this coating film include a thermal spray coating or a plating coating. A thermal spray coating is a coating formed by spraying material particles (fine particles) melted or softened by heating or the like onto the surface of a substrate. Examples of material particles for the thermal spray coating include molybdenum (Mo), chromium carbide (Cr-C), and nickel chromium alloy (NiCr). A plating film is a film formed by plating a wear-resistant hard material on the surface of a base material. Hard materials of the plating film include, for example, chromium (Cr), chrome ceramic, chromium nitride (CrN), and diamond-like carbon (DLC).

또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 복수의 피스톤 링 중 가장 상측 (연소실 (7) 측) 에 형성되어 있는 최상단 피스톤 링 (53) 은, 호상 슬라이딩면 (53a) 과 내주면 (53b) 을 갖는다. 호상 슬라이딩면 (53a) 은, 최상단 피스톤 링 (53) 의 외주면에 포함되는 면이고, 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 측으로 볼록한 호상을 이루도록 형성된다. 즉, 호상 슬라이딩면 (53a) 은, 당해 내주면 (2a) 측으로 볼록한 정점 (53p) 을 갖는다. 상세하게는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 호상 슬라이딩면 (53a) 은, 최상단 피스톤 링 (53) 의 상하 방향의 중심 위치 (53c) 보다 하측에 정점 (53p) 을 갖는 편심면, 즉, 하측 편심 배럴 페이스면이다. 호상 슬라이딩면 (53a) 은, 예를 들어, 정점 (53p) 및 그 근방에 있어서, 윤활유의 유막 (도시 생략) 을 개재하여 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 과 슬라이딩 접촉한다. 최상단 피스톤 링 (53) 은, 이와 같은 호상 슬라이딩면 (53a) 을 면압 (P11) 으로 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 대고 누른다. 최상단 피스톤 링 (53) 은, 실린더 (1) 의 내부에 있어서의 피스톤 본체 (51) 의 왕복 운동에 수반하여, 호상 슬라이딩면 (53a) 을, 면압 (P11) 으로 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 슬라이딩 접촉시키면서, 당해 내주면 (2a) 을 슬라이딩한다.Moreover, as shown in FIG. 3, the uppermost piston ring 53 formed on the uppermost side (combustion chamber 7 side) among the plurality of piston rings has an arc-shaped sliding surface 53a and an inner peripheral surface 53b. The arc-shaped sliding surface 53a is a surface included in the outer peripheral surface of the uppermost piston ring 53, and is formed in an arc shape convex toward the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1. That is, the arc-shaped sliding surface 53a has a vertex 53p that is convex toward the inner peripheral surface 2a. In detail, as shown in FIG. 3, the arc-shaped sliding surface 53a is an eccentric surface having a vertex 53p below the vertical center position 53c of the uppermost piston ring 53, that is, lower eccentricity. This is the barrel face. The arcuate sliding surface 53a, for example, is in sliding contact with the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 via a lubricating oil film (not shown) at and near the apex 53p. The uppermost piston ring 53 presses this arc-shaped sliding surface 53a against the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 with a surface pressure P11. The uppermost piston ring 53, in accordance with the reciprocating motion of the piston body 51 inside the cylinder 1, applies an arcuate sliding surface 53a to the inner peripheral surface of the cylinder liner 2 with a surface pressure P11 ( The inner peripheral surface 2a is slid while being brought into sliding contact with 2a).

또한, 최상단 피스톤 링 (53) 의 상하 방향은, 최상단 피스톤 링 (53) 의 직경 방향에 대해 수직인 방향이고, 도 2 에 나타내는 피스톤 축 (5a) 의 축 방향과 동일한 방향이다. 당해 상하 방향에 있어서, 상측은 연소실 (7) 측이고, 하측은 실린더 (1) 의 하부측 (도 1 에 나타내는 소기 포트 (8) 측) 이다. 당해 상하 방향의 정의는, 복수의 피스톤 링의 각각에 대해 동일하다.In addition, the vertical direction of the uppermost piston ring 53 is perpendicular to the radial direction of the uppermost piston ring 53, and is the same direction as the axial direction of the piston shaft 5a shown in FIG. 2. In the vertical direction, the upper side is the combustion chamber 7 side, and the lower side is the lower side of the cylinder 1 (the scavenge port 8 side shown in FIG. 1). The definition of the vertical direction is the same for each of the plurality of piston rings.

최상단 피스톤 링 (53) 의 면압 (P11) 은, 최상단 피스톤 링 (53) 의 내주면 (53b) 에 가해지는 배면 압력과, 최상단 피스톤 링 (53) 의 호상 슬라이딩면 (53a) 에 가해지는 대항 압력의 차압 (배면 압력-대항 압력) 에 상당한다. 내주면 (53b) 의 배면 압력은, 최상단 피스톤 링 (53) 의 상측 공간의 압력 (P1) 과 동일하다. 호상 슬라이딩면 (53a) 의 대항 압력은, 호상 슬라이딩면 (53a) 의 정점 위치 (53d) 를 경계로 상측의 대항 압력과 하측의 대항 압력으로 나누어진다. 상측의 대항 압력은 최상단 피스톤 링 (53) 의 상측 공간의 압력 (P1) 과 동일하고, 하측의 대항 압력은 최상단 피스톤 링 (53) 의 하측 공간의 압력 (P2) 과 동일하다. 또한, 정점 위치 (53d) 는, 최상단 피스톤 링 (53) 의 상하 방향에 있어서의 정점 (53p) 의 위치이다. 또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 압력 (P1) 은, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 과 피스톤 본체 (51) 의 외주부 (51b) 사이의 공간 (이하, 환상 공간이라고 한다) 중, 실린더 (1) 내의 연소실 (7) (도 2 참조) 에 통하는 공간의 압력이다. 즉, 압력 (P1) 은, 연소실 (7) 의 통내 압력과 동일하다. 한편, 압력 (P2) 은, 상기 환상 공간 중, 최상단 피스톤 링 (53) 과 중간 피스톤 링 (54) 에 의해 협지되는 공간의 압력이다. 이들의 압력 (P1, P2) 의 차압에 기초하는 면압 (P11) 은, 복수의 피스톤 링의 각 면압 중에서 가장 고압이다.The surface pressure P11 of the uppermost piston ring 53 is the back pressure applied to the inner peripheral surface 53b of the uppermost piston ring 53 and the counter pressure applied to the arcuate sliding surface 53a of the uppermost piston ring 53. Corresponds to differential pressure (back pressure - opposing pressure). The back pressure of the inner peripheral surface 53b is equal to the pressure P1 in the upper space of the uppermost piston ring 53. The opposing pressure of the arc-shaped sliding surface 53a is divided into an upper opposing pressure and a lower opposing pressure with the apex position 53d of the arc-shaped sliding surface 53a as the boundary. The upper opposing pressure is equal to the pressure (P1) of the upper space of the uppermost piston ring (53), and the lower opposing pressure is equal to the pressure (P2) of the lower space of the uppermost piston ring (53). In addition, the vertex position 53d is the position of the vertex 53p in the vertical direction of the uppermost piston ring 53. In addition, as shown in FIG. 3, the pressure P1 is the cylinder in the space (hereinafter referred to as annular space) between the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 and the outer peripheral surface 51b of the piston body 51. It is the pressure of the space leading to the combustion chamber (7) (see FIG. 2) in (1). That is, the pressure P1 is equal to the pressure inside the combustion chamber 7. On the other hand, the pressure P2 is the pressure of the space sandwiched between the uppermost piston ring 53 and the middle piston ring 54 among the annular spaces. The surface pressure P11 based on the differential pressure between these pressures P1 and P2 is the highest pressure among the surface pressures of the plurality of piston rings.

또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 복수의 피스톤 링 중 가장 하측 (소기 포트 (8) 측) 에 형성되어 있는 최하단 피스톤 링 (55) 은, 호상 슬라이딩면 (55a) 과 내주면 (55b) 을 갖는다. 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 의 외주면에 포함되는 면이고, 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 측으로 볼록한 호상을 이루도록 형성된다. 즉, 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 당해 내주면 (2a) 측으로 볼록한 정점 (55p) 을 갖는다. 상세하게는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 의 상하 방향의 중심 위치 (55c) 보다 하측에 정점 (55p) 을 갖는 편심면 (하측 편심 배럴 페이스면) 이다. 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 예를 들어, 정점 (55p) 및 그 근방에 있어서, 윤활유의 유막을 개재하여 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 과 슬라이딩 접촉한다. 최하단 피스톤 링 (55) 은, 이와 같은 호상 슬라이딩면 (55a) 을 면압 (P13) 으로 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 대고 누른다. 최하단 피스톤 링 (55) 은, 상기 서술한 피스톤 본체 (51) 의 왕복 운동에 수반하여, 호상 슬라이딩면 (55a) 을, 면압 (P13) 으로 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 슬라이딩 접촉시키면서, 당해 내주면 (2a) 을 슬라이딩한다.Moreover, as shown in FIG. 3, the lowermost piston ring 55 formed on the lowermost side (scavenging port 8 side) among the plurality of piston rings has an arc-shaped sliding surface 55a and an inner peripheral surface 55b. The arc-shaped sliding surface 55a is a surface included in the outer peripheral surface of the lowermost piston ring 55, and is formed in an arc shape convex toward the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1. That is, the arc-shaped sliding surface 55a has a vertex 55p that is convex toward the inner peripheral surface 2a. In detail, as shown in FIG. 3, the arc-shaped sliding surface 55a is an eccentric surface (lower eccentric barrel face) having a vertex 55p below the vertical center position 55c of the lowermost piston ring 55. side). The arcuate sliding surface 55a, for example, is in sliding contact with the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 through an oil film of lubricating oil at and near the apex 55p. The lowermost piston ring 55 presses this arc-shaped sliding surface 55a against the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 with a surface pressure P13. The lowermost piston ring 55, in accordance with the reciprocating motion of the piston body 51 described above, brings the arc-shaped sliding surface 55a into sliding contact with the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 at a surface pressure P13. , slide the inner surface (2a).

최하단 피스톤 링 (55) 의 면압 (P13) 은, 상기 서술한 최상단 피스톤 링 (53) 의 경우와 마찬가지로, 내주면 (55b) 의 배면 압력과 호상 슬라이딩면 (55a) 의 대항 압력의 차압에 상당한다. 상세하게는, 내주면 (55b) 의 배면 압력은, 최하단 피스톤 링 (55) 의 상측 공간의 압력 (P3) 과 동일하다. 호상 슬라이딩면 (55a) 의 대항 압력은, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 위치 (55d) 를 경계로 상측의 대항 압력과 하측의 대항 압력으로 나누어진다. 상측의 대항 압력은 최하단 피스톤 링 (55) 의 상측 공간의 압력 (P3) 과 동일하고, 하측의 대항 압력은 최하단 피스톤 링 (55) 의 하측 공간의 압력 (P4) 과 동일하다. 또한, 정점 위치 (55d) 는, 최하단 피스톤 링 (55) 의 상하 방향에 있어서의 정점 (55p) 의 위치이다. 또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 압력 (P3) 은, 실린더 라이너 (2) 와 피스톤 본체 (51) 사이의 환상 공간 중, 중간 피스톤 링 (54) 과 최하단 피스톤 링 (55) 에 의해 협지되는 공간의 압력이다. 한편, 압력 (P4) 은, 상기 환상 공간 중, 실린더 (1) 의 소기 포트 (8) (도 1 참조) 에 통하는 공간의 압력이다. 즉, 압력 (P4) 은, 대기압과 대략 동등한 압력이다. 이들의 압력 (P3, P4) 의 차압에 기초하는 면압 (P13) 은, 복수의 피스톤 링의 각 면압 중에서도, 상기 서술한 최상단 피스톤 링 (53) 의 면압 (P11) 에 이어 2 번째로 높다.The surface pressure P13 of the lowermost piston ring 55 corresponds to the differential pressure between the back pressure of the inner peripheral surface 55b and the counter pressure of the arcuate sliding surface 55a, as in the case of the uppermost piston ring 53 described above. In detail, the back pressure of the inner peripheral surface 55b is equal to the pressure P3 in the upper space of the lowermost piston ring 55. The counter pressure of the arc-shaped sliding surface 55a is divided into an upper counter pressure and a lower counter pressure with the apex position 55d of the arc-shaped sliding surface 55a as the boundary. The upper counter pressure is equal to the pressure P3 of the upper space of the lowermost piston ring 55, and the lower counter pressure is equal to the pressure P4 of the lower space of the lowermost piston ring 55. In addition, the vertex position 55d is the position of the vertex 55p in the vertical direction of the lowermost piston ring 55. Moreover, as shown in FIG. 3, the pressure P3 is the space sandwiched by the middle piston ring 54 and the lowermost piston ring 55 among the annular spaces between the cylinder liner 2 and the piston body 51. is the pressure of On the other hand, the pressure P4 is the pressure of the space in the annular space leading to the scavenging port 8 (see FIG. 1) of the cylinder 1. That is, the pressure P4 is a pressure approximately equal to atmospheric pressure. The surface pressure P13 based on the differential pressure between these pressures P3 and P4 is the second highest among the surface pressures of the plurality of piston rings, following the surface pressure P11 of the uppermost piston ring 53 described above.

또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 복수의 피스톤 링 중, 최상단 피스톤 링 (53) 과 최하단 피스톤 링 (55) 사이에 형성되어 있는 중간 피스톤 링 (54) 은, 호상 슬라이딩면 (54a) 과 내주면 (54b) 을 갖는다. 호상 슬라이딩면 (54a) 은, 중간 피스톤 링 (54) 의 외주면에 포함되는 면이고, 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 측으로 볼록한 호상을 이루도록 형성된다. 즉, 호상 슬라이딩면 (54a) 은, 당해 내주면 (2a) 측으로 볼록한 정점 (54p) 을 갖는다. 상세하게는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 호상 슬라이딩면 (54a) 은, 중간 피스톤 링 (54) 의 상하 방향의 중심 위치 (54c) 에 정점 (54p) 을 갖는 면, 즉, 중앙 배럴 페이스면이다. 호상 슬라이딩면 (54a) 은, 예를 들어, 정점 (54p) 및 그 근방에 있어서, 윤활유의 유막을 개재하여 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 과 슬라이딩 접촉한다. 중간 피스톤 링 (54) 은, 이와 같은 호상 슬라이딩면 (54a) 을 면압 (P12) 으로 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 대고 누른다. 중간 피스톤 링 (54) 은, 상기 서술한 피스톤 본체 (51) 의 왕복 운동에 수반하여, 호상 슬라이딩면 (54a) 을, 면압 (P12) 으로 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 슬라이딩 접촉시키면서, 당해 내주면 (2a) 을 슬라이딩한다.In addition, as shown in FIG. 3, among the plurality of piston rings, the intermediate piston ring 54 formed between the uppermost piston ring 53 and the lowermost piston ring 55 has an arc-shaped sliding surface 54a and an inner peripheral surface ( 54b). The arc-shaped sliding surface 54a is a surface included in the outer peripheral surface of the intermediate piston ring 54, and is formed in an arc shape convex toward the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1. That is, the arc-shaped sliding surface 54a has a vertex 54p that is convex toward the inner peripheral surface 2a. In detail, as shown in FIG. 3, the arc-shaped sliding surface 54a is a surface having the apex 54p at the vertical center position 54c of the intermediate piston ring 54, that is, the central barrel face surface. . The arcuate sliding surface 54a, for example, is in sliding contact with the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 through an oil film of lubricating oil at and near the apex 54p. The intermediate piston ring 54 presses this arc-shaped sliding surface 54a against the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 with a surface pressure P12. The intermediate piston ring 54, in accordance with the reciprocating motion of the piston body 51 described above, brings the arc-shaped sliding surface 54a into sliding contact with the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 at a surface pressure P12. , slide the inner surface (2a).

중간 피스톤 링 (54) 의 면압 (P12) 은, 상기 서술한 최상단 피스톤 링 (53) 등과 마찬가지로, 내주면 (54b) 의 배면 압력과 호상 슬라이딩면 (54a) 의 대항 압력의 차압에 상당한다. 상세하게는, 내주면 (54b) 의 배면 압력은, 중간 피스톤 링 (54) 의 상측 공간의 압력 (P2) 과 동일하다. 호상 슬라이딩면 (54a) 의 대항 압력은, 호상 슬라이딩면 (54a) 의 정점 위치 (54d) (중심 위치 (54c) 와 동일한 위치) 를 경계로 상측의 대항 압력과 하측의 대항 압력으로 나누어진다. 상측의 대항 압력은 중간 피스톤 링 (54) 의 상측 공간의 압력 (상기 서술한 압력 (P2)) 과 동일하고, 하측의 대항 압력은 중간 피스톤 링 (54) 의 하측 공간의 압력 (상기 서술한 압력 (P3)) 과 동일하다. 이들의 압력 (P2, P3) 의 차압에 기초하는 면압 (P12) 은, 복수의 피스톤 링의 각 면압 중에서 가장 저압이다.The surface pressure P12 of the middle piston ring 54 corresponds to the differential pressure between the back pressure of the inner peripheral surface 54b and the opposing pressure of the arcuate sliding surface 54a, similar to the uppermost piston ring 53 and the like described above. In detail, the back pressure of the inner peripheral surface 54b is equal to the pressure P2 in the upper space of the intermediate piston ring 54. The counter pressure of the arc-shaped sliding surface 54a is divided into an upper counter pressure and a lower counter pressure with the vertex position 54d (same position as the center position 54c) of the arc-shaped sliding surface 54a as a boundary. The upper counter pressure is equal to the pressure of the upper space of the intermediate piston ring 54 (pressure P2 described above), and the lower counter pressure is equal to the pressure of the upper space of the intermediate piston ring 54 (pressure P2 described above). (P3)) is the same. The surface pressure P12 based on the differential pressure between these pressures P2 and P3 is the lowest pressure among the surface pressures of the plurality of piston rings.

여기서, 최상단 피스톤 링 (53) 의 면압 (P11) 은, 상기 서술한 바와 같이, 중간 피스톤 링 (54) 및 최하단 피스톤 링 (55) 의 각 면압 (P12, P13) 보다 높다. 이와 같이 가장 높은 면압 (P11) 을 갖는 최상단 피스톤 링 (53) 의 호상 슬라이딩면 (53a) 은, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 가하는 면압이 과도하게 높아지는 사태를 회피하기 위해서, 면압 (P11) 의 저감에 유효한 하측 편심 배럴 페이스면을 갖는다. 또, 최하단 피스톤 링 (55) 의 면압 (P13) 은, 상기 서술한 바와 같이, 최상단 피스톤 링 (53) 의 면압 (P11) 에 이어 고압이다. 이와 같이 높은 면압 (P13) 을 갖는 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 최상단 피스톤 링 (53) 과 동일한 목적으로, 면압 (P13) 의 저감에 유효한 하측 편심 배럴 페이스면을 갖는다. 즉, 최상단 피스톤 링 (53) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 과 마찬가지로 하측 편심 배럴 페이스면인 호상 슬라이딩면 (53a) 을 갖는다.Here, the surface pressure P11 of the uppermost piston ring 53 is higher than the respective surface pressures P12 and P13 of the middle piston ring 54 and the lowermost piston ring 55, as described above. In this way, the arcuate sliding surface 53a of the uppermost piston ring 53, which has the highest surface pressure P11, has a surface pressure ( It has a lower eccentric barrel face surface that is effective in reducing P11). In addition, the surface pressure P13 of the lowermost piston ring 55 is a higher pressure than the surface pressure P11 of the uppermost piston ring 53, as described above. The arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55, which has such a high surface pressure P13, has a lower eccentric barrel face surface effective for reducing the surface pressure P13 for the same purpose as that of the uppermost piston ring 53. . That is, the uppermost piston ring 53, like the lowermost piston ring 55, has an arc-shaped sliding surface 53a that is the lower eccentric barrel face surface.

또, 최상단 피스톤 링 (53) 및 최하단 피스톤 링 (55) 의 제조 비용의 관점에서도, 최상단 피스톤 링 (53) 및 최하단 피스톤 링 (55) 의 각 호상 슬라이딩면 (53a, 55a) 을 서로 동일한 하측 편심 배럴 페이스면으로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이들의 각 호상 슬라이딩면 (53a, 55a) 끼리를 동일한 양태로 함으로써, 최상단 피스톤 링 (53) 과 최하단 피스톤 링 (55) 을 동일한 제조 로트로 대량 생산하는 것이 가능해지고, 이 결과, 최상단 피스톤 링 (53) 및 최하단 피스톤 링 (55) 의 제조 비용을 저감시킬 수 있기 때문이다.Also, from the viewpoint of the manufacturing cost of the uppermost piston ring 53 and the lowermost piston ring 55, the sliding surfaces 53a and 55a on each arc of the uppermost piston ring 53 and the lowermost piston ring 55 are maintained at the same lower eccentricity. It is desirable to use the barrel face surface. This is because, by making the sliding surfaces 53a and 55a on each arc the same, it becomes possible to mass-produce the uppermost piston ring 53 and the lowermost piston ring 55 in the same production lot, and as a result, the uppermost piston ring 53 This is because the manufacturing cost of the ring 53 and the lowest piston ring 55 can be reduced.

한편, 중간 피스톤 링의 면압 (P12) 은, 상기 서술한 바와 같이, 복수의 피스톤 링 중에서 가장 낮다. 이와 같이 낮은 면압 (P12) 을 갖는 중간 피스톤 링의 호상 슬라이딩면 (54a) 은, 내주면 (54b) 의 배면 압력과 호상 슬라이딩면 (54a) 의 대항 압력의 밸런스를 가미하여, 정점 (54p) 이 편심되어 있지 않은 중앙 배럴 페이스면으로 되어 있다.On the other hand, the surface pressure P12 of the intermediate piston ring is the lowest among the plurality of piston rings, as described above. In this way, the arcuate sliding surface 54a of the intermediate piston ring having a low surface pressure P12 takes into account the balance between the back pressure of the inner peripheral surface 54b and the opposing pressure of the arcuate sliding surface 54a, and the apex 54p is eccentric. It has a central barrel face surface that is not covered.

(호상 슬라이딩면의 정점 위치)(Position of vertex of arcuate sliding surface)

다음으로, 본 발명의 실시형태에 있어서의 복수의 피스톤 링의 각각에 있어서의 호상 슬라이딩면의 정점 위치에 대해 설명한다. 당해 호상 슬라이딩면의 정점 위치는, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 슬라이딩 접촉하는 호상 슬라이딩면의 면압의 저감과, 당해 내주면 (2a) 에 대한 호상 슬라이딩면의 친화 용이성과, 당해 내주면 (2a) 상의 유막의 형성 용이성을 가미하여 설정된다. 또한, 상기 친화 용이성은, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 상에 있어서의 피스톤 링 외주면 (호상 슬라이딩면) 의 슬라이딩에 의한 마모면의 형성 용이성을 의미한다. 이하에서는, 상기 복수의 피스톤 링을 대표하여, 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 에 있어서의 정점 위치 (55d) 를 설명한다.Next, the vertex position of the arc-shaped sliding surface in each of the plurality of piston rings in the embodiment of the present invention will be explained. The vertex position of the arcuate sliding surface is determined by reducing the surface pressure of the arcuate sliding surface in sliding contact with the inner circumferential surface (2a) of the cylinder liner 2, the ease of affinity of the arcuate sliding surface with the inner circumferential surface (2a), and the inner circumferential surface ( 2a) It is set taking into account the ease of forming an oil film on the surface. Additionally, the ease of affinity refers to the ease of forming a wear surface by sliding the piston ring outer peripheral surface (arc sliding surface) on the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2. Below, the apex position 55d on the arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55 will be explained, representing the plurality of piston rings.

도 4 는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 최하단 피스톤 링의 호상 슬라이딩면의 정점 위치를 설명하기 위한 도면이다. 최하단 피스톤 링 (55) 이 형성된 환상 홈부 (58) (도 2, 3 참조) 는, 피스톤 본체 (51) 의 고온화에 의해 열변형되어 기우는 경우가 있다. 이 경우, 최하단 피스톤 링 (55) 은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 당해 열변형에 수반하여 원래의 상태 (파선으로 나타내는 상태) 로부터 기울어진 상태 (실선으로 나타내는 상태) 가 된다. 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 위치 (55d) 는, 이와 같은 최하단 피스톤 링 (55) 의 기울기를 고려하여 설정된다.Fig. 4 is a diagram for explaining the vertex position of the arcuate sliding surface of the lowermost piston ring in the embodiment of the present invention. The annular groove portion 58 (see FIGS. 2 and 3) in which the lowermost piston ring 55 is formed may be thermally deformed and tilted when the temperature of the piston body 51 rises. In this case, as shown in FIG. 4, the lowermost piston ring 55 is tilted from its original state (state indicated by a broken line) to a state (state indicated by a solid line) due to the thermal deformation. The vertex position 55d of the arc-shaped sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55 is set in consideration of the inclination of the lowermost piston ring 55.

상세하게는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 최하단 피스톤 링 (55) 은, 외주면 (내주면 (55b) 과는 반대측의 둘레면) 에 호상 슬라이딩면 (55a) 을 갖는다. 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 의 외주면 중, 상측 가장자리면 (55e) 및 하측 가장자리면 (55f) 을 제외한 면이다. 상측 가장자리면 (55e) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 의 상단면과 호상 슬라이딩면 (55a) 사이에 위치하는 가장자리면이고, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 곡률 반경 (R_a) 의 호상으로 형성된다. 하측 가장자리면 (55f) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 의 하단면과 호상 슬라이딩면 (55a) 사이에 위치하는 가장자리면이고, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 곡률 반경 (R_b) 의 호상으로 형성된다.In detail, as shown in FIG. 4, the lowermost piston ring 55 has an arc-shaped sliding surface 55a on its outer peripheral surface (circumferential surface opposite to the inner peripheral surface 55b). The arc-shaped sliding surface 55a is a surface of the outer peripheral surface of the lowermost piston ring 55 excluding the upper edge surface 55e and the lower edge surface 55f. The upper edge surface 55e is an edge surface located between the upper end surface of the lowermost piston ring 55 and the arc-shaped sliding surface 55a, and is formed in an arc shape with a radius of curvature _Ra as shown in FIG. 4. . The lower edge surface 55f is an edge surface located between the lower end surface of the lowermost piston ring 55 and the arc-shaped sliding surface 55a, and is formed in an arc shape with a radius of curvature R _b , as shown in FIG. 4. .

또, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 측으로 볼록한 정점 (55p) 을 갖고, 곡률 반경 (R_S) 의 호상으로 형성된다. 예를 들어, 곡률 반경 (R_S) 은, 호상 슬라이딩면 (55a) 과 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 이 접촉했을 때에, 이들 호상 슬라이딩면 (55a) 과 내주면 (2a) 사이에 발생하는 간극의 정도 등을 고려하여 설정된다. 이와 같은 호상 슬라이딩면 (55a) 과 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 사이에는, 정점 (55p) 으로부터 상측 가장자리면 (55e) 측으로 변위하는 데에 수반하여 순차 증대하는 간극 (이하, 상측 간극이라고 한다) 과, 정점 (55p) 으로부터 하측 가장자리면 (55f) 측으로 변위하는 데에 수반하여 순차 증대하는 간극 (이하, 하측 간극이라고 한다) 이 발생한다.Additionally, as shown in FIG. 4 , the arc-shaped sliding surface 55a has a convex vertex 55p toward the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 and is formed in an arc shape with a radius of curvature R _S . For example, the radius of curvature R _S is the curve that occurs between the arc-shaped sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 when the arc-shaped sliding surface 55a comes into contact with the inner peripheral surface 2a. It is set considering the degree of gap, etc. Between this arc-shaped sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2, a gap (hereinafter referred to as the upper gap) increases sequentially as the apex 55p moves toward the upper edge surface 55e. ) and a gap (hereinafter referred to as a lower gap) that increases sequentially as it moves from the apex 55p to the lower edge surface 55f is generated.

호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 위치 (55d) 는, 상기 서술한 상측 간극 및 하측 간극의 각 거리를 기초로 설정된다. 상세하게는, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 위치 (55d) 는, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 과 호상 슬라이딩면 (55a) 의 상부 간격 (L1) 과 하부 간격 (L2) 의 비에 기초하여 설정된다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 상부 간격 (L1) 은, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 상단부 (B1) 와 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 의 간극의 거리이다. 상단부 (B1) 는, 호상 슬라이딩면 (55a) 과 상측 가장자리면 (55e) 의 경계부 (교선부) 이다. 하부 간격 (L2) 은, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 하단부 (B2) 와 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 의 간극의 거리이다. 하단부 (B2) 는, 호상 슬라이딩면 (55a) 과 하측 가장자리면 (55f) 의 경계부 (교선부) 이다. 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 위치 (55d) 는, 이들 상부 간격 (L1) 과 하부 간격 (L2) 의 비 (L1/L2) 가 소정의 범위 내가 되도록 설정된다. 비 (L1/L2) 는, 예를 들어, 1.1 이상 8.0 이하이다. 이와 같이 정점 위치 (55d) 를 설정함으로써, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 (55p) 은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 중심 위치 (55c) 로부터 하측으로 편심된 위치에 설정된다. 즉, 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 하측 편심 배럴 페이스면이 된다.The vertex position 55d of the arc-shaped sliding surface 55a is set based on the respective distances between the upper and lower gaps described above. In detail, the vertex position 55d of the arcuate sliding surface 55a is determined by the ratio of the upper gap L1 and the lower gap L2 between the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 and the arcuate sliding surface 55a. It is set based on As shown in Fig. 4, the upper gap L1 is the distance between the upper end B1 of the arc-shaped sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2. The upper end portion B1 is a boundary portion (intersection portion) between the arc-shaped sliding surface 55a and the upper edge surface 55e. The lower gap L2 is the distance between the lower end B2 of the arc-shaped sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2. The lower end portion B2 is a boundary portion (intersection portion) between the arc-shaped sliding surface 55a and the lower edge surface 55f. The vertex position 55d of the arcuate sliding surface 55a is set so that the ratio (L1/L2) of the upper gap L1 and the lower gap L2 is within a predetermined range. The ratio (L1/L2) is, for example, 1.1 or more and 8.0 or less. By setting the vertex position 55d in this way, the vertex 55p of the arc-shaped sliding surface 55a is set at a position eccentric downward from the center position 55c, as shown in FIG. 4 . That is, the arcuate sliding surface 55a becomes the lower eccentric barrel face surface.

또, 비 (L1/L2) 가 1.1 이상 8.0 이하의 범위 내에서 보다 작아지도록 정점 위치 (55d) 를 설정함으로써, 중심 위치 (55c) 로부터 하측으로의 정점 (55p) 의 편심량 (이하, 하측 편심량이라고 한다) 은, 보다 작아진다. 비 (L1/L2) 가 1.1 인 경우, 정점 (55p) 의 하측 편심량은 최소값이 된다. 한편, 비 (L1/L2) 가 1.1 이상 8.0 이하의 범위 내에서 보다 커지도록 정점 위치 (55d) 를 설정함으로써, 정점 (55p) 의 하측 편심량은, 보다 커진다. 비 (L1/L2) 가 8.0 인 경우, 정점 (55p) 의 하측 편심량은 최대값이 된다.In addition, by setting the vertex position 55d so that the ratio (L1/L2) becomes smaller within the range of 1.1 to 8.0, the amount of eccentricity of the vertex 55p downward from the center position 55c (hereinafter referred to as the lower eccentricity amount) ) becomes smaller than. When the ratio (L1/L2) is 1.1, the amount of eccentricity below the vertex 55p becomes the minimum value. On the other hand, by setting the vertex position 55d so that the ratio (L1/L2) becomes larger within the range of 1.1 to 8.0, the amount of lower eccentricity of the vertex 55p becomes larger. When the ratio (L1/L2) is 8.0, the amount of eccentricity below the vertex 55p becomes the maximum value.

예를 들어, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 대한 호상 슬라이딩면 (55a) 의 면압 (도 3 에 나타내는 최하단 피스톤 링 (55) 의 면압 (P13)) 을 보다 저감하는 경우, 비 (L1/L2) 가 8.0 을 상한값으로 하여 보다 커지도록 정점 위치 (55d) 를 설정하는 것이 바람직하다. 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 대한 호상 슬라이딩면 (55a) 의 친화 용이성을 보다 높이는 경우, 비 (L1/L2) 가 1.1 을 하한값으로 하여 보다 작아지도록 정점 위치 (55d) 를 설정하는 것이 바람직하다. 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 상에 있어서의 유막의 형성 용이성을 높이는 경우, 비 (L1/L2) 의 상한값을 8.0 으로 하여 당해 유막이 보다 두꺼워지도록 정점 위치 (55d) 를 설정하는 것이 바람직하다.For example, when the surface pressure of the arcuate sliding surface 55a with respect to the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 (surface pressure P13 of the lowermost piston ring 55 shown in FIG. 3) is further reduced, the ratio L1 It is desirable to set the vertex position (55d) so that /L2) is larger with 8.0 as the upper limit. In order to increase the ease of affinity of the arcuate sliding surface 55a with the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2, it is better to set the vertex position 55d so that the ratio (L1/L2) is smaller with 1.1 as the lower limit. desirable. When increasing the ease of forming an oil film on the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2, it is desirable to set the upper limit of the ratio (L1/L2) to 8.0 and set the vertex position 55d so that the oil film becomes thicker. do.

또한, 최상단 피스톤 링 (53) 의 호상 슬라이딩면 (53a) 의 정점 위치 (53d) (도 3 참조) 는, 상기 서술한 최하단 피스톤 링 (55) 에 있어서의 정점 위치 (55d) 의 설정과 동일한 이론에 기초하여, 최상단 피스톤 링 (53) 의 중심 위치 (53c) 로부터 하측으로 설정되는 것이 바람직하다. 한편, 중간 피스톤 링 (54) 의 호상 슬라이딩면 (54a) 은, 상기 서술한 바와 같이 중앙 배럴 페이스면이다. 이 경우, 호상 슬라이딩면 (54a) 의 정점 위치 (54d) 는, 도 4 에 나타내는 상부 간격 (L1) 과 하부 간격 (L2) 의 비 (L1/L2) 가 1.0 이 되도록 설정되는 것이 바람직하다.In addition, the apex position 53d of the arc-shaped sliding surface 53a of the uppermost piston ring 53 (see FIG. 3) is theoretically the same as the setting of the apex position 55d in the lowermost piston ring 55 described above. Based on this, it is preferable to set downward from the center position 53c of the uppermost piston ring 53. On the other hand, the arcuate sliding surface 54a of the intermediate piston ring 54 is the central barrel face surface as described above. In this case, the vertex position 54d of the arc-shaped sliding surface 54a is preferably set so that the ratio (L1/L2) of the upper gap L1 and the lower gap L2 shown in Fig. 4 is 1.0.

(면압의 저감) (Reduction of surface pressure)

다음으로, 최하단 피스톤 링 (55) 의 면압 (P13) 의 저감에 대해 설명한다. 도 5 는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 최하단 피스톤 링의 면압의 저감을 설명하기 위한 도면이다. 최하단 피스톤 링 (55) 의 면압 (P13) 은, 상기 서술한 바와 같이, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 호상 슬라이딩면 (55a) 을 대고 누르는 압력 (가압력) 이고, 최하단 피스톤 링 (55) 의 내주면 (55b) 의 배면 압력과 호상 슬라이딩면 (55a) 의 대항 압력의 차압에 의해 정해진다.Next, the reduction of the surface pressure P13 of the lowermost piston ring 55 will be explained. Fig. 5 is a diagram for explaining the reduction of the surface pressure of the lowermost piston ring in the embodiment of the present invention. As described above, the surface pressure P13 of the lowermost piston ring 55 is the pressure (pressing force) pressing the arcuate sliding surface 55a against the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2, and the lowermost piston ring 55 ) is determined by the differential pressure between the back pressure of the inner peripheral surface 55b and the opposing pressure of the arcuate sliding surface 55a.

상세하게는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 최하단 피스톤 링 (55) 의 내주면 (55b) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 의 상측 공간의 압력 (P3) 을 받는다. 즉, 당해 내주면 (55b) 의 배면 압력은, 이 압력 (P3) 이 된다. 또, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 상측 호상면 (55aa) 과 하측 호상면 (55ab) 을 갖는다. 예를 들어, 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 정점 위치 (55d) 를 경계로 상측의 호상면과 하측의 호상면으로 나누어진다. 상측 호상면 (55aa) 은 당해 상측의 호상면이고, 하측 호상면 (55ab) 은 당해 하측의 호상면이다. 이들 상측 호상면 (55aa) 및 하측 호상면 (55ab) 의 각 곡률 반경은, 서로 동일 (도 4 에 나타내는 곡률 반경 (R_s)) 하다. 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 상측 호상면 (55aa) 에 있어서 압력 (P3) 을 받음과 함께, 하측 호상면 (55ab) 에 있어서 압력 (P4) 을 받는다. 즉, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 대항 압력은, 상측 호상면 (55aa) 의 압력 (P3) 과 하측 호상면 (55ab) 의 압력 (P4) 의 합계 압력이다.In detail, as shown in FIG. 5, the inner peripheral surface 55b of the lowermost piston ring 55 receives the pressure P3 of the space above the lowermost piston ring 55. In other words, the back pressure of the inner peripheral surface 55b becomes this pressure P3. Moreover, as shown in FIG. 5, the arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55 has an upper arcuate surface 55aa and a lower arcuate surface 55ab. For example, the arc-shaped sliding surface 55a is divided into an upper arc-shaped surface and a lower arc-shaped surface with the vertex position 55d as the boundary. The upper arcuate surface 55aa is the upper arcuate surface, and the lower arcuate surface 55ab is the lower arcuate surface. The respective radii of curvature of the upper arcuate surface 55aa and the lower arcuate surface 55ab are the same (radius of curvature R _s shown in FIG. 4). As shown in Fig. 5, the arcuate sliding surface 55a receives a pressure P3 on the upper arcuate surface 55aa and a pressure P4 on the lower arcuate surface 55ab. That is, the opposing pressure of the arcuate sliding surface 55a is the total pressure of the pressure P3 of the upper arcuate surface 55aa and the pressure P4 of the lower arcuate surface 55ab.

또한, 압력 (P3) 은, 상기 서술한 바와 같이, 최하단 피스톤 링 (55) 의 상측 공간의 압력이고, 최하단 피스톤 링 (55) 의 배면 압력과 동등하다. 한편, 압력 (P4) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 의 하측 공간의 압력이고, 상기 서술한 바와 같이 대기압과 대략 동등하다. 이와 같은 압력 (P4) 은, 상기 압력 (P3) 보다 매우 낮다 (P4 << P3).In addition, the pressure P3 is the pressure of the upper space of the lowermost piston ring 55, as described above, and is equivalent to the back pressure of the lowermost piston ring 55. On the other hand, the pressure P4 is the pressure in the space below the lowermost piston ring 55, and is approximately equal to atmospheric pressure as described above. This pressure (P4) is much lower than the pressure (P3) (P4 << P3).

여기서, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 (55p) 은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 하측으로 편심되어 있다. 이 때문에, 호상 슬라이딩면 (55a) 중, 상측 호상면 (55aa) 의 면적은 하측 호상면 (55ab) 의 면적에 비해 크다. 이로써, 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 대항 압력의 하나로서, 상기 배면 압력과 동등한 압력 (P3) 을, 상기 배면 압력보다 낮은 압력 (P4) 에 비해 보다 많이 받을 수 있다. 이 결과, 내주면 (55b) 의 배면 압력과 호상 슬라이딩면 (55a) 의 대항 압력의 차압을 저감시킬 수 있는 점에서, 최하단 피스톤 링 (55) 의 면압 (P13) 을, 상기 차압의 저감분, 저감시킬 수 있다.Here, the apex 55p of the arc-shaped sliding surface 55a is eccentric downward, as shown in FIG. 5 . For this reason, among the arcuate sliding surfaces 55a, the area of the upper arcuate surface 55aa is larger than the area of the lower arcuate surface 55ab. As a result, the arcuate sliding surface 55a can receive more of the pressure P3, which is equivalent to the back pressure, as one of the opposing pressures, compared to the pressure P4, which is lower than the back pressure. As a result, the differential pressure between the back pressure of the inner peripheral surface 55b and the opposing pressure of the arcuate sliding surface 55a can be reduced, and the surface pressure P13 of the lowermost piston ring 55 is reduced by the reduction amount of the differential pressure. You can do it.

또한, 상기 서술한 최상단 피스톤 링 (53) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 과 마찬가지로 하측 편심 배럴 페이스면인 호상 슬라이딩면 (53a) 을 갖고 있다. 따라서, 최상단 피스톤 링 (53) 의 면압 (P11) (도 3 참조) 에 대해서도, 도 5 에 나타낸 최하단 피스톤 링 (55) 과 마찬가지로, 저감시킬 수 있다.Additionally, the uppermost piston ring 53 described above, like the lowermost piston ring 55, has an arc-shaped sliding surface 53a that is the lower eccentric barrel face surface. Therefore, the surface pressure P11 (see FIG. 3) of the uppermost piston ring 53 can be reduced similarly to the lowermost piston ring 55 shown in FIG.

(호상 슬라이딩면의 친화 용이성) (Ease of compatibility with the cross-sliding surface)

다음으로, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 대한 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 의 친화 용이성에 대해 설명한다. 도 6 은, 실린더 라이너의 내주면에 대한 최하단 피스톤 링의 호상 슬라이딩면의 친화 용이성을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 최하단 피스톤 링 (55) 은, 피스톤 본체 (51) 의 환상 홈부 (58) 에 형성되고, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 호상 슬라이딩면 (55a) 을 슬라이딩 접촉시킨다. 이 상태에 있어서, 최하단 피스톤 링 (55) 은, 피스톤 본체 (51) 의 왕복 운동에 수반하여, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 (55p) 및 그 근방 부위를, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 을 따라 슬라이딩시킨다. 또한, 도 6 에는 도시되어 있지 않지만, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 과 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 사이에는 윤활유의 유막이 개재되어 있다.Next, the ease of affinity of the arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55 with the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 will be explained. Fig. 6 is a diagram for explaining the ease of affinity of the arcuate sliding surface of the lowermost piston ring with the inner peripheral surface of the cylinder liner. As shown in Fig. 6, the lowermost piston ring 55 is formed in the annular groove portion 58 of the piston body 51, and has an arc-shaped sliding surface 55a in sliding contact with the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2. I order it. In this state, the lowermost piston ring 55 moves the vertex 55p of the arcuate sliding surface 55a and its vicinity to the inner peripheral surface of the cylinder liner 2 ( Slide along 2a). In addition, although not shown in FIG. 6, an oil film of lubricating oil is interposed between the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 and the arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55.

이와 같은 최하단 피스톤 링 (55) 은, 피스톤 본체 (51) 의 왕복 운동과 함께, 호상 슬라이딩면 (55a) 과 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 을 당해 왕복 운동 방향 (상하 방향) 으로 반복 마찰시킨다. 이로써, 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 정점 (55p) 으로부터 상측 호상면 (55aa) 및 하측 호상면 (55ab) 의 양측으로 마모되어 간다.This lowermost piston ring 55, along with the reciprocating motion of the piston body 51, repeatedly rubs the arcuate sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 in the direction of the reciprocating motion (up and down). I order it. As a result, the arcuate sliding surface 55a is worn away from the apex 55p to both sides of the upper arcuate surface 55aa and the lower arcuate surface 55ab.

여기서, 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 정점 (55p) 이 하측으로 편심된 하측 편심 배럴 페이스면이다. 그러므로, 호상 슬라이딩면 (55a) 과 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 의 간극은, 정점 위치 (55d) 의 상측과 하측으로 치우쳐 있다. 즉, 정점 위치 (55d) 로부터의 변위량이 동일한 부위에 있어서 당해 간극의 거리를 비교한 경우, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 상측 호상면 (55aa) 과 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 의 간극의 거리는, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 하측 호상면 (55ab) 과 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 의 간극의 거리에 비해 크다. 이와 같은 호상 슬라이딩면 (55a) 의 마모는, 하측 호상면 (55ab) 에 비해 상측 호상면 (55aa) 으로 진행되기 어렵다. 그러나, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 위치 (55d) 는, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 상부 간격 (L1) 과 하부 간격 (L2) 의 비 (L1/L2) 의 상하한 범위 내에서 설정되어 있으므로, 하측으로 과도하게 편심되어 있지 않다. 이로써, 호상 슬라이딩면 (55a) 에 있어서의 상측 호상면 (55aa) 측으로의 마모의 진행되기 어려움은 완화되어 있다. 따라서, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 마모는, 상측 호상면 (55aa) 및 하측 호상면 (55ab) 의 양측으로 적절히 진행할 수 있다.Here, the arc-shaped sliding surface 55a is a lower eccentric barrel face surface with the apex 55p eccentric downward, as shown in FIG. 6 . Therefore, the gap between the arc-shaped sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 is biased toward the upper and lower sides of the vertex position 55d. That is, when the distances of the gaps are compared in areas where the amount of displacement from the vertex position 55d is the same, the gap between the upper arcuate surface 55aa of the arcuate sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 The distance is larger than the distance between the lower arcuate surface 55ab of the arcuate sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2. Wear of the arcuate sliding surface 55a is less likely to progress to the upper arcuate surface 55aa than to the lower arcuate surface 55ab. However, the vertex position 55d of the arc-shaped sliding surface 55a is set within the upper and lower limit range of the ratio (L1/L2) of the upper gap L1 and the lower gap L2, as shown in FIG. , it is not excessively eccentric to the lower side. As a result, the difficulty in progressing wear of the arcuate sliding surface 55a toward the upper arcuate surface 55aa is alleviated. Therefore, wear of the arcuate sliding surface 55a can appropriately progress to both sides of the upper arcuate surface 55aa and the lower arcuate surface 55ab.

상기와 같은 호상 슬라이딩면 (55a) 을 갖는 최하단 피스톤 링 (55) 에 있어서는, 피스톤 본체 (51) 의 왕복 운동 (선박용 내연 기관 (10) 의 운전) 이 목표로 하는 기간 계속된 후, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 시일면 (55h) 이 호상 슬라이딩면 (55a) 에 형성된다. 시일면 (55h) 은, 상기 목표로 하는 기간, 호상 슬라이딩면 (55a) 이 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 상을 반복 슬라이딩함으로써 형성되는 마모면이다. 시일면 (55h) 은, 소정의 시일 길이 (SL) 를 이루고 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 과 슬라이딩 접촉함으로써, 당해 내주면 (2a) 과 최하단 피스톤 링 (55) 의 외주면의 시일성을 확보함과 함께, 당해 내주면 (2a) 과의 원활성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 호상 슬라이딩면 (55a) 에 시일면 (55h) 이 형성된 단계에서, 상기 서술한 주유봉 (9) (도 1 참조) 으로부터 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 에 공급되는 윤활유의 양을 줄일 수 있다.In the lowermost piston ring 55 having the arc-shaped sliding surface 55a as described above, after the reciprocating motion of the piston body 51 (operation of the marine internal combustion engine 10) continues for the target period, as shown in FIG. 6 As shown, a seal surface 55h is formed on the arc-shaped sliding surface 55a. The seal surface 55h is a wear surface formed by repeatedly sliding the arcuate sliding surface 55a on the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 during the above-mentioned target period. The seal surface 55h has a predetermined seal length SL and is in sliding contact with the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2, thereby ensuring sealing between the inner peripheral surface 2a and the outer peripheral surface of the lowermost piston ring 55. In addition, the smoothness of the inner surface (2a) can be improved. For this reason, at the stage in which the seal surface 55h is formed on the arc-shaped sliding surface 55a, the amount of lubricating oil supplied to the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 from the above-mentioned oil rod 9 (see FIG. 1) can be reduced.

또, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 호상 슬라이딩면 (55a) 에 있어서는, 하측 호상면 (55ab) 과 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 의 간극이 상측 호상면 (55aa) 에 비해 작다. 이 때문에, 최하단 피스톤 링 (55) 은, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 상측보다 하측에 윤활유를 넓게 도포하기 쉽다. 따라서, 최하단 피스톤 링 (55) 은, 피스톤 본체 (51) 의 왕복 운동에 수반하여, 상기 서술한 주유봉 (9) 으로부터 주입된 윤활유를, 실린더 라이너 (2) 의 내주면 (2a) 의 상측뿐만 아니라, 하측으로도 넓게 도포한다. 이로써, 당해 내주면 (2a) 상에는, 최하단 피스톤 링 (55) 을 포함하는 복수의 피스톤 링의 외주면과의 윤활성을 확보하기에 충분한 유막이 형성된다.Additionally, as shown in Fig. 6, in the arcuate sliding surface 55a, the gap between the lower arcuate surface 55ab and the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2 is smaller than that in the upper arcuate surface 55aa. For this reason, it is easy for the lowermost piston ring 55 to apply lubricating oil more broadly to the lower side than the upper side of the arc-shaped sliding surface 55a. Therefore, the lowermost piston ring 55, along with the reciprocating motion of the piston body 51, applies the lubricating oil injected from the above-mentioned oil rod 9 not only to the upper side of the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2, but also to the upper side of the inner peripheral surface 2a of the cylinder liner 2. , Apply widely to the lower side as well. As a result, an oil film sufficient to ensure lubricity with the outer peripheral surfaces of the plurality of piston rings including the lowermost piston ring 55 is formed on the inner peripheral surface 2a.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에서는, 실린더 (1) 의 내부를 왕복 운동하는 피스톤 본체 (51) 의 외주부 (51b) 에 형성된 복수의 피스톤 링 중, 최하단 피스톤 링 (55) 이, 실린더 (1) 의 내주면측으로 볼록한 호상을 이루고 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 과 슬라이딩 접촉하는 호상 슬라이딩면 (55a) 을 갖고, 이 호상 슬라이딩면 (55a) 은, 최하단 피스톤 링 (55) 의 상하 방향의 중심 위치 (55c) 보다 하측에 정점 (55p) 을 갖는 편심면으로 하고 있다.As explained above, in the embodiment of the present invention, among the plurality of piston rings formed on the outer peripheral portion 51b of the piston body 51 that reciprocates inside the cylinder 1, the lowest piston ring 55 is the cylinder. (1) has an arc-shaped sliding surface (55a) that forms a convex arc shape on the inner peripheral surface side and is in sliding contact with the inner peripheral surface (2a) of the cylinder (1), and this arc-shaped sliding surface (55a) is in the vertical direction of the lowermost piston ring (55). It is an eccentric surface with the apex 55p located below the center position 55c.

이 때문에, 호상 슬라이딩면 (55a) 중, 최하단 피스톤 링 (55) 의 배면 압력과 동일한 압력 (P3) 을 받는 상측의 면을, 당해 압력 (P3) 보다 낮은 압력 (P4) 을 받는 하측의 면에 비해 크게 할 수 있고, 이로써, 최하단 피스톤 링 (55) 의 배면 압력과 대항 압력의 차압을 저감시킬 수 있다. 이 결과, 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 에 대한 최하단 피스톤 링 (55) 의 면압 (P13) 을 저감시킬 수 있는 점에서, 당해 내주면 (2a) 상의 유막이 과도하게 얇아지는 사태를 회피하고, 호상 슬라이딩면 (55a) 과 당해 내주면 (2a) 의 윤활성을 확보함과 함께, 당해 내주면 (2a) 에 스커핑이 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 이에 더하여, 최하단 피스톤 링 (55) 의 외주면에 형성되어 있던 코팅막 (내마모성의 막 등) 의 박리를 억제할 수 있고, 이로써, 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 과 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 사이의 시일성의 저하를 억제할 수 있다.For this reason, among the arcuate sliding surfaces 55a, the upper surface that receives the same pressure (P3) as the back pressure of the lowermost piston ring 55 is connected to the lower surface that receives the pressure (P4) lower than the pressure (P3). It can be increased compared to this, thereby reducing the pressure difference between the back pressure of the lowermost piston ring 55 and the opposing pressure. As a result, the surface pressure P13 of the lowermost piston ring 55 with respect to the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1 can be reduced, thereby avoiding a situation in which the oil film on the inner peripheral surface 2a becomes excessively thin, In addition to ensuring the lubricity of the arcuate sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a, it is possible to prevent scuffing from occurring on the inner peripheral surface 2a. In addition, peeling of the coating film (wear-resistant film, etc.) formed on the outer peripheral surface of the lowermost piston ring 55 can be suppressed, and thus the arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55 and the cylinder 1 Deterioration of the seal between the inner peripheral surfaces 2a can be suppressed.

또, 본 발명의 실시형태에서는, 상기 서술한 최하단 피스톤 링 (55) 을 포함하는 복수의 피스톤 링이 형성된 피스톤 (5) 과, 당해 피스톤 (5) 을 자유롭게 왕복 운동할 수 있도록 수용하는 실린더 (1) 를 구비하는 선박용 내연 기관 (10) 을 구성하고 있다. 이 때문에, 상기 서술한 최하단 피스톤 링 (55) 의 작용 효과를 향수할 수 있고, 이로써, 실린더 (1) 및 피스톤 (5) 을 장수명화하여, 이들의 교환 빈도를 저감시킬 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, a piston 5 formed with a plurality of piston rings including the above-described lowermost piston ring 55, and a cylinder 1 that accommodates the piston 5 so that it can freely reciprocate ) It constitutes a marine internal combustion engine (10) equipped with a. For this reason, the effect of the operation of the lowermost piston ring 55 described above can be enjoyed, thereby extending the life of the cylinder 1 and the piston 5, and reducing the frequency of their replacement.

또, 본 발명의 실시형태에서는, 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 위치 (55d) 를, 호상 슬라이딩면 (55a) 과 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 사이에 있어서의 상부 간격 (L1) 과 하부 간격 (L2) 의 비 (L1/L2) 에 기초하여 설정하고 있다. 이 때문에, 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 을, 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 에 대한 호상 슬라이딩면 (55a) 의 면압의 저감, 친화 용이성 및 유막의 형성 용이성에 유효한 편심면 (하측 편심 배럴 페이스면) 으로 간이하고 또한 양호한 재현성으로 설정할 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, the vertex position 55d of the arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55 is located between the arcuate sliding surface 55a and the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1. It is set based on the ratio (L1/L2) of the upper gap (L1) and the lower gap (L2). For this reason, the arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55 is eccentrically effective for reducing the surface pressure of the arcuate sliding surface 55a with respect to the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1, facilitating affinity, and facilitating formation of an oil film. (lower eccentric barrel face surface) can be set simply and with good reproducibility.

또, 본 발명의 실시형태에서는, 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 위치 (55d) 를 설정하기 위한 상부 간격 (L1) 과 하부 간격 (L2) 의 비 (L1/L2) 를, 1.1 이상 8.0 이하의 범위 내로 하고 있다. 이 때문에, 호상 슬라이딩면 (55a) 의 정점 위치 (55d) 를, 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 에 대한 호상 슬라이딩면 (55a) 의 면압의 저감, 친화 용이성 및 유막의 형성 용이성에 유효한 편심면의 정점 위치의 상하한 범위 내로 설정할 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, the ratio (L1/L2) of the upper gap L1 and the lower gap L2 for setting the vertex position 55d of the arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55 is within the range of 1.1 or more and 8.0 or less. For this reason, the vertex position 55d of the arcuate sliding surface 55a is an eccentric surface effective for reducing the surface pressure of the arcuate sliding surface 55a with respect to the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1, facilitating affinity, and facilitating formation of an oil film. It can be set within the upper and lower limits of the vertex position.

또, 본 발명의 실시형태에서는, 복수의 피스톤 링 중 최상단 피스톤 링 (53) 의 호상 슬라이딩면 (53a) 을, 상기 서술한 최하단 피스톤 링 (55) 의 호상 슬라이딩면 (55a) 과 동일한 편심면으로 하고 있다. 이 때문에, 최상단 피스톤 링 (53) 에 있어서도, 상기 서술한 최하단 피스톤 링 (55) 의 경우와 동일한 작용 효과를 향수할 수 있고, 이로써, 실린더 (1) 의 내주면 (2a) 에 스커핑의 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 나아가서는, 최상단 피스톤 링 (53) 및 최하단 피스톤 링 (55) 을 동일한 제조 로트로 대량 생산할 수 있고, 이 결과, 최상단 피스톤 링 (53) 및 최하단 피스톤 링 (55) 의 각각에 필요로 하는 제조 비용을 저감시킬 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, the arcuate sliding surface 53a of the uppermost piston ring 53 among the plurality of piston rings is the same eccentric surface as the arcuate sliding surface 55a of the lowermost piston ring 55 described above. I'm doing it. For this reason, even in the uppermost piston ring 53, the same effect as in the case of the lowermost piston ring 55 described above can be achieved, thereby preventing the occurrence of scuffing on the inner peripheral surface 2a of the cylinder 1. It can be prevented more reliably. Furthermore, the uppermost piston ring 53 and the lowermost piston ring 55 can be mass-produced in the same production lot, and as a result, the manufacturing costs required for each of the uppermost piston ring 53 and the lowermost piston ring 55 are reduced. can be reduced.

또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 피스톤 본체의 외주부에 형성되는 복수의 피스톤 링의 일례로서 3 개의 피스톤 링을 예시했지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 피스톤 본체의 외주부에는, 당해 피스톤 본체의 왕복 운동 방향으로 나열되도록 2 개의 피스톤 링이 형성되어 있어도 되고, 3 개 이상의 피스톤 링이 형성되어 있어도 된다.In addition, in the above-described embodiment, three piston rings are exemplified as an example of a plurality of piston rings formed on the outer peripheral portion of the piston body, but the present invention is not limited to this. For example, two piston rings may be formed on the outer periphery of the piston body so as to be aligned in the direction of reciprocating motion of the piston body, or three or more piston rings may be formed.

또, 상기 서술한 실시형태에서는, 복수의 피스톤 링 중, 최상단 피스톤 링의 외주면을 최하단 피스톤 링과 동일한 하측 편심 배럴 페이스면으로 하고, 중간 피스톤 링의 외주면을 중앙 배럴 페이스면으로 하고 있었지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 최상단 피스톤 링의 외주면은, 최하단 피스톤 링과 동일한 하측 편심 배럴 페이스면인 것이 보다 바람직하지만, 정점 위치가 최하단 피스톤 링과는 상이한 하측 편심 배럴 페이스면이어도 되고, 중앙 배럴 페이스면이어도 되고, 상측 편심 배럴 페이스면이어도 된다. 또, 중간 피스톤 링의 외주면은, 상기 서술한 중앙 배럴 페이스면이어도 되고, 하측 편심 배럴 페이스면이어도 되고, 상측 편심 배럴 페이스면이어도 된다.Moreover, in the above-described embodiment, among the plurality of piston rings, the outer peripheral surface of the uppermost piston ring is set as the lower eccentric barrel face surface same as that of the lowermost piston ring, and the outer peripheral surface of the middle piston ring is set as the central barrel face surface. However, according to the present invention, is not limited to this. For example, the outer peripheral surface of the uppermost piston ring is more preferably the same lower eccentric barrel face surface as the lowermost piston ring, but may be a lower eccentric barrel face surface whose apex position is different from that of the lowermost piston ring, or may be the central barrel face surface. , it may be the upper eccentric barrel face surface. Additionally, the outer peripheral surface of the intermediate piston ring may be the center barrel face surface described above, the lower eccentric barrel face surface, or the upper eccentric barrel face surface.

또, 상기 서술한 실시형태에서는, 합구가 링의 절단 부분으로 되어 있는 복수의 피스톤 링을 예시했지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 피스톤 링의 각각 (특히 최상단 피스톤 링 및 최하단 피스톤 링) 은, 네스트 구조의 합구로 예시되는 가스 타이트형 합구를 갖는 피스톤 링, 소위, 가스 타이트 링이어도 된다.In addition, in the above-described embodiment, a plurality of piston rings in which the fitting is a cut portion of the ring is exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, each of the plurality of piston rings (particularly the uppermost piston ring and the lowermost piston ring) may be a piston ring having a gas-tight type fitting, exemplified by a nest-structure fitting, or a so-called gas tight ring.

또, 상기 서술한 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 상기 서술한 각 구성 요소를 적절히 조합하여 구성한 것도 본 발명에 포함된다. 그 밖에, 상기 서술한 실시형태에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those configured by appropriately combining each of the above-described components are also included in the present invention. In addition, other embodiments, examples, operation techniques, etc. made by those skilled in the art based on the above-described embodiments are all included in the scope of the present invention.

1 : 실린더
2 : 실린더 라이너
2a : 내주면
3 : 실린더 커버
4 : 실린더 재킷
5 : 피스톤
5a : 피스톤 축
6 : 피스톤 봉
7 : 연소실
8 : 소기 포트
9 : 주유봉
10 : 선박용 내연 기관
11 : 배기 밸브
12 : 배기관
51 : 피스톤 본체
51a : 정상부
51b : 외주부
52 : 스커트부
53 : 최상단 피스톤 링
53a, 54a, 55a : 호상 슬라이딩면
53b, 54b, 55b : 내주면
53c, 54c, 55c : 중심 위치
53d, 54d, 55d : 정점 위치
53p, 54p, 55p : 정점
54 : 중간 피스톤 링
55 : 최하단 피스톤 링
55aa : 상측 호상면
55ab : 하측 호상면
55e : 상측 가장자리면
55f : 하측 가장자리면
55h : 시일면
56, 57, 58 : 환상 홈부
A_t : 상사점
A_b : 하사점
A_x : 위치
B1 : 상단부
B2 : 하단부
Z : 영역1: cylinder
2: Cylinder liner
2a: If you give it to me
3: Cylinder cover
4: Cylinder jacket
5: Piston
5a: Piston axis
6: Piston rod
7: combustion chamber
8: Scavenging port
9: Oil rod
10: Marine internal combustion engine
11: exhaust valve
12: exhaust pipe
51: Piston body
51a: top part
51b: outer periphery
52: skirt part
53: Top piston ring
53a, 54a, 55a: arcuate sliding surface
53b, 54b, 55b: inner surface
53c, 54c, 55c: Center position
53d, 54d, 55d: Vertex position
53p, 54p, 55p: peak
54: middle piston ring
55: Bottom piston ring
55aa: upper arcuate surface
55ab: lower arcuate surface
55e: upper edge surface
55f: lower edge surface
55h: Sealing surface
56, 57, 58: Phantom groove
A _t : top dead center
A _b : Bottom dead center
A _x : Location
B1: upper part
B2: Bottom part
Z: area

Claims

A piston body that reciprocates inside a cylinder in which the combustion chamber of a marine internal combustion engine is formed,
A plurality of piston rings are formed on the outer periphery of the piston body so as to be aligned in the direction of the reciprocating motion of the piston body and are in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder,
The lowermost piston ring formed at the lowermost side of the plurality of piston rings has an arc-shaped sliding surface that is convex toward the inner peripheral surface of the cylinder and is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder,
The piston is characterized in that the arc-shaped sliding surface is an eccentric surface having a vertex lower than the vertical center position of the lowermost piston ring.

According to claim 1,
The position of the vertex of the arc-shaped sliding surface is the upper gap, which is the distance between the upper end of the arc-shaped sliding surface and the inner peripheral surface of the cylinder, and the lower gap, which is the distance between the lower end of the arc-shaped sliding surface and the inner peripheral surface of the cylinder. A piston characterized in that it is set based on the ratio.

According to claim 2,
A piston, characterized in that the ratio between the upper gap and the lower gap is 1.1 or more and 8.0 or less.

According to claim 1,
The arc-shaped sliding surface has an upper arc-shaped surface and a lower arc-shaped surface with the position of the vertex as a boundary,
A piston, characterized in that each radius of curvature of the upper arcuate surface and the lower arcuate surface are equal to each other.

According to claim 2,
The arc-shaped sliding surface has an upper arc-shaped surface and a lower arc-shaped surface with the position of the vertex as a boundary,
A piston, characterized in that each radius of curvature of the upper arcuate surface and the lower arcuate surface are equal to each other.

According to claim 3,
The arc-shaped sliding surface has an upper arc-shaped surface and a lower arc-shaped surface with the position of the vertex as a boundary,
A piston, characterized in that each radius of curvature of the upper arcuate surface and the lower arcuate surface are equal to each other.

According to claim 1,
A piston, characterized in that the uppermost piston ring formed on the uppermost side among the plurality of piston rings has the same arc-shaped sliding surface as the lowermost piston ring.

According to claim 2,
A piston, characterized in that the uppermost piston ring formed on the uppermost side among the plurality of piston rings has the same arc-shaped sliding surface as the lowermost piston ring.

According to claim 3,
A piston, characterized in that the uppermost piston ring formed on the uppermost side among the plurality of piston rings has the same arc-shaped sliding surface as the lowermost piston ring.

According to claim 4,
A piston, characterized in that the uppermost piston ring formed on the uppermost side among the plurality of piston rings has the same arc-shaped sliding surface as the lowermost piston ring.

According to claim 5,
A piston, characterized in that the uppermost piston ring formed on the uppermost side among the plurality of piston rings has the same arc-shaped sliding surface as the lowermost piston ring.

According to claim 6,
A piston, characterized in that the uppermost piston ring formed on the uppermost side among the plurality of piston rings has the same arc-shaped sliding surface as the lowermost piston ring.

The piston according to any one of claims 1 to 12,
A marine internal combustion engine, characterized in that it has a cylinder that accommodates the piston so that it can freely reciprocate.