(57)【要約】  低摩擦シリンダライナに組み合わされるピストンリングにおいて、アイドリング状態のような内燃機関の回転数が１０００ｒｐｍ以下の低回転時においても低摩擦シリンダライナの摩擦低減効果を得ることができるピストンリングを提供する。  シリンダライナの内壁面に所定の凹部が形成された低摩擦シリンダライナに組み合わされるピストンリングであって、ピストンリングの面圧は、０．８〜２．５ＭＰａである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダライナの内壁面に所定の凹部が形成された低摩擦シリンダライナに組み合わされるピストンリングであって、
ピストンリングの面圧は、０．８〜２．５ＭＰａであることを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
請求項１に記載のピストンリングにおいて、
前記ピストンリングの追従性係数は、０．１以上であることを特徴とするピストンリング。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のピストンリングにおいて、
前記ピストンリングの外周摺動面の当り幅は、０．０５〜０．４０ｍｍであることを特徴とするピストンリング。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のピストンリングにおいて、
前記ピストンリングは、コイルエキスパンダとオイルリング本体からなる２ピースオイルリングであることを特徴とするピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用ピストンリングに関し、特に、シリンダライナの内壁面に所定の凹部が形成された低摩擦シリンダライナに組み合わせて、内燃機関の低回転時にも低摩擦シリンダライナの低摩擦の効果を十分に発揮することができるピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のピストンに組み付けられ、如何なるシリンダライナに組み合わされても低摩擦及びオイル消費量の低減を実現することができるピストンリングが知られている。【０００３】
このような低摩擦及びオイル消費量の低減を実現するピストンリングは種々の形状が知られているが、例えば、下記特許文献１に記載されているように、母材と、母材に形成された硬質な第１層と、第１層に積層された第１層に比べて軟質な第２層とを少なくとも外周摺動面に備えるピストンリングにおいて、第１層の表面粗さ（Ｒａ）は、０．７μｍ以下であるという構成を有するピストンリングが知られている。【０００４】
このように構成されたピストンリングは、第１層の表面粗さ（Ｒａ）が０．７μｍ以下であるので、如何なるシリンダライナと組み合わせても摩擦を低減し、かつオイル消費量を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−３６８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、近年の内燃機関においては、燃費性能の向上やオイル消費量の低減を目的として、シリンダライナとピストンリングとの接触面積を低減して両者の摩擦を極小化することが行われている。【０００７】
この接触面積の低減方法は種々の方法が知られているが、例えば、シリンダライナの内壁面の所定の位置に凹部を設けた低摩擦シリンダライナを用いることが知られている。低摩擦シリンダライナに上述したピストンリングを組み合わせることによって、ピストンリングの第１層の表面粗さ（Ｒａ）による摩擦低減効果に加え、低摩擦シリンダライナによる摩擦低減効果によって一層の低摩擦化を実現することが可能となる。【０００８】
しかし、本発明者らは、内燃機関を備えた自動車が通常走行する回転数においては、上述した摩擦低減効果が確認されたものの、停車中のアイドリング状態などの低回転の領域では、低摩擦シリンダライナによる摩擦力低減効果が充分に得られていないという知見を得た。【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、低摩擦シリンダライナに組み合わされるピストンリングにおいて、アイドリング状態のような内燃機関の回転数が１０００ｒｐｍ以下の低回転時においても低摩擦シリンダライナの摩擦低減効果を得ることができるピストンリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るピストンリングは、シリンダライナの内壁面に所定の凹部が形成された低摩擦シリンダライナに組み合わされるピストンリングであって、ピストンリングの面圧は、０．８〜２．５ＭＰａであることを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係るピストンリングにおいて、前記ピストンリングの追従性係数は、０．１以上であると好適である。【００１２】
また、本発明に係るピストンリングにおいて、前記ピストンリングの外周摺動面の当り幅は、０．０５〜０．４０ｍｍであると好適である。【００１３】
また、本発明に係るピストンリングにおいて、前記ピストンリングは、コイルエキスパンダとオイルリング本体からなる２ピースオイルリングであると好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るピストンリングは、ピストンリングの面圧が０．８〜２．５ＭＰａに設定されているので、面圧が最適化されて内燃機関の低回転時においても低摩擦シリンダライナによる摩擦力低減効果を発揮することが可能となる。【００１５】
また、本発明に係るピストンリングは、追従性係数が０．１以上に設定されているので、摩擦力低減効果に加えて、オイル消費量の低減も図ることが可能となる。【００１６】
また、本発明に係るピストンリングは、ピストンリングの外周摺動面の当り幅を０．０５〜０．４０ｍｍに設定しているので、面圧をより一層最適化することが可能となる。【００１７】
また、本発明に係るピストンリングは、コイルエキスパンダとオイルリング本体からなる２ピースオイルリングとして、ディーゼルエンジンに最適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係るピストンリングの一例を示す断面図であり、（ｂ）は、他の一例を示す断面図。
【図２】本発明の実施形態に係るピストンリングに組み合されるシリンダライナ内壁面の凹部の形成位置の一例を示す説明図。
【図３】行程中央部領域における、凹部の配置の一例を示す概略展開図。
【図４】本発明のシリンダに形成される凹部の寸法位置を説明する概略展開図および概略断面図である。
【図５】本実施形態に係るピストンリングの回転数に応じた摩擦力比を示す試験結果。
【図６】本実施形態に係るピストンリングの面圧に応じたＦＭＥＰ比を示す試験結果。
【図７】本実施形態に係るピストンリングの面圧に応じたオイル消費量を示す試験結果。
【図８】本実施形態に係るピストンリングの面圧と追従性係数の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２０】
図１は、（ａ）は、本発明の実施形態に係るピストンリングの一例を示す断面図であり、（ｂ）は、他の一例を示す断面図であり、図２は、本発明の実施形態に係るピストンリングに組み合されるシリンダライナ内壁面の凹部の形成位置の一例を示す説明図であり、図３は、行程中央部領域における、凹部の配置の一例を示す概略展開図であり、図４は、本発明のシリンダに形成される凹部の寸法位置を説明する概略展開図および概略断面図であり、図５は、本実施形態に係るピストンリングの回転数に応じた摩擦力比を示す試験結果であり、図６は、本実施形態に係るピストンリングの面圧に応じたＦＭＥＰ比を示す試験結果であり、図７は、本実施形態に係るピストンリングの面圧に応じたオイル消費量を示す試験結果であり、図８は、本実施形態に係るピストンリングの面圧と追従性係数の関係を示すグラフである。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るピストンリング１は、内燃機関のピストンの外周面に形成されたリング溝（図示せず）に組み付けられ、シリンダの内壁と摺接することで、シリンダの内壁に付着した余分なエンジンオイルを掻き落としてシリンダの内壁に適切な油膜を形成する部材である。
【００２２】
ピストンリング１は、２ピースの組合せオイルリングとして構成されており、オイルリング本体２と、コイルエキスパンダ６とから構成されている。オイルリング本体２は、先端に外周摺動部突起４，４が形成された２つのレール３，３を柱部５で連結した断面略Ｉ字状に形成されている。コイルエキスパンダ６は、オイルリング本体２の柱部５の内周面に形成された内周溝に配置されており、オイルリング本体２をその径方向外方に押圧付勢する。なお、本実施形態に係るピストンリング１の柱部５には、オイル戻し孔７が形成されている。
【００２３】
さらに、本実施形態に係るピストンリング１は、オイルリング本体２の二つのレール３，３に形成された外周摺動部突起４，４は、軸方向の長さ（当り幅）が、０．０５〜０．４０ｍｍに形成されると好適である。
【００２４】
このように、当り幅を０．０５〜０．４０ｍｍとすることにより、オイルリング本体２におけるシリンダ内壁面との摺動面積を小さくすることができ、これにより摩擦力の低減を図ることができると同時に、オイル消費量の低減を図ることができる。
【００２５】
なお、外周摺動面の形状を図１（ｂ）に示すように、凸部８，８が形成されたステップランド形状としても構わない。
【００２６】
オイルリング本体２は、母材１１と、母材１１の該表面に形成された表面処理層１０を備えていると好適である。表面処理層１０は、ピストンリングに用いられる種々の表面処理を適用することができるが、例えば、硬質炭素皮膜（ＤＬＣ）、物理蒸着皮膜（ＰＶＤ）、窒化処理層や硬質クロムメッキ層などが好適に用いられる。母材１１は、合口が形成された平板状の円環部材であると好適である。なお、母材１１は、鋼材，鋳鉄材又はアルミニウム合金などから構成されており、良好な耐摩耗性を示すものであれば特に限定されない。好ましい鋼材の例として、オイルリング本体２は、１３Ｃｒ鋼を用いることができる。この１３Ｃｒ鋼は、炭素０．６〜０．７質量％、ケイ素０．２５〜０．５質量％、マンガン０．２０〜０．５０質量％、クロム１３．０〜１４．０質量％、モリブデン０．２〜０．４質量％、リン０．０３質量％以下、硫黄０．０３質量％以下、残部鉄及び不可避不純物の組成のものをいう。
【００２７】
また、本実施形態に係るオイルリングのオイルリング本体２は、１７Ｃｒ鋼を用いることができる。この１７Ｃｒ鋼は、炭素０．８０〜０．９５質量％、ケイ素０．３５〜０．５質量％、マンガン０．２５〜０．４０質量％、クロム１７．０〜１８．０質量％、モリブデン１．００〜１．２５質量％、バナジウム０．０８〜０．１５質量％、リン０．０４質量％以下、硫黄０．０４質量％以下、残部鉄及び不可避不純物の組成のものをいう。他の材料として、８Ｃｒ鋼、ＳＷＲＨ７７Ｂ相当材又は、ＳＫＤ６１相当材を用いることができる。
【００２８】
コイルエキスパンダ６は、ＳＷＯＳＣ−Ｖ材相当の素材を用いることができ、炭素０．５０〜０．６０質量％、ケイ素１．２０〜１．６０質量％、マンガン０．５０〜０．８０質量％、クロム０．５０〜０．８０質量％、銅０．１２質量％以下、リン０．０３０質量％以下、硫黄０．０３０質量％以下、残部鉄及び不可避不純物の組成のものをいう。
【００２９】
次に、図２から４を参照して、本実施形態に係るピストンリングに好適に組み合わされる低摩擦シリンダライナ２０について説明を行う。
【００３０】
図２は、シリンダ本体（図示せず）の内壁面に固着されているシリンダライナにおける、シリンダライナ内壁面の凹部の形成位置の一例を示す説明図である。
【００３１】
図２に例示するように本態様におけるシリンダライナ２０の内壁面２１には、複数個の凹部２２が形成されている。この凹部２２は、シリンダライナ２０の内壁面２１のうち、行程中央部領域２３のみに形成されており、当該行程中央部領域２３以外の領域には形成されていない。行程中央部領域２３は、ピストンの上死点における最下位のピストンリングのリング溝の下面位置から、上記ピストンの下死点における最上位のピストンリングのリング溝の上面位置までの間の領域である。
【００３２】
シリンダが用いられる装置のエネルギー効率を向上させる、例えば、エンジンの燃費を向上させるためには、ピストンリングと、シリンダの内壁面（本態様においてはシリンダライナの内壁面）との摩擦損失低減が有効である。摩擦損失の低減方法は摺動条件によって異なるが、特にピストンは上死点で速度が０になる等の特徴を持つため、摺動する位置により異なる。そこで本態様のシリンダを構成するシリンダライナにおいては、その内壁面の行程中央部領域２３のみに凹部を形成するとともに、シリンダ周方向の全ての断面には、前記複数の凹部のうち少なくとも一つの凹部が存在するように、換言すれば、各凹部をシリンダ軸方向において重なるように形成することによって、行程中央部領域２３の全ての領域において摩擦力を低減することを可能としている。
【００３３】
すなわち、ピストンの移動速度が比較的小さい上死点付近および下死点付近では、シリンダライナの内壁面の表面粗さを小さくすることにより、往復動摩擦の低減を図ることができる。しかしながら、シリンダライナの内壁面と、ピストンリングとの摺動速度が大きい領域である行程中央部領域２３では、潤滑油のせん断抵抗の影響が大きくなる。そのため本態様においては、シリンダライナの内壁面のうち、上記行程中央部領域２３にのみ凹部を形成することで、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積を小さくし、潤滑油のせん断抵抗の影響を低減することを可能としている。
【００３４】
またここで、行程中央部領域２３に複数の凹部を無造作に形成した場合、行程中央部領域２３全体では、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が小さくなるが、微視的には、摺動するピストンリングの幅（シリンダの軸方向の長さ）は行程中央部領域２３にくらべて非常に短いため、場所によっては、凹部が形成されていない部分も存在する可能性があり、当該部分においては、ピストンリング摺動面とシリンダライナの内壁面とは１００％接触をしていることとなってしまい、上記効果を十分に発揮できない可能性があるところ、本態様においては、上述の通り、シリンダ周方向の全ての断面には、前記複数の凹部のうち少なくとも一つの凹部が存在するように、換言すれば、各凹部をシリンダ軸方向において重なるように形成されているため、摺動するピストンリングは常に凹部と接触していることとなり、その結果、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が１００％となることはなく、上記効果を常に発揮することができる。
【００３５】
なお、ピストンリングが摺動する領域全てに凹部を形成した場合、つまり行程中央部領域以外の領域にも凹部を形成した場合、上死点および下死点の近傍では上記接触面積が小さくなることにより接触面圧が増加し境界潤滑となるため、摩擦力が増加してしまう。また、このような部分に凹部があると、不要な油だまりとなってしまい、これが燃焼しオイル消費量が多くなってしまうこともある。
【００３６】
次に、本態様のシリンダを構成するシリンダライナの内壁面の行程中央部領域２３に形成される凹部２２について説明する。
【００３７】
本態様において、行程中央部領域２３に形成される凹部２２の形状は特に限定されるものではなく、当該凹部の配置等に応じて適宜調整することができる。直線および／または曲線から構成される形状の凹部を形成することができる。凹部は、横長の形状でも、縦長の形状でも、縦対横の比率がほぼ等しい形状でも構わない。
【００３８】
ここで、本態様のシリンダにおいては、行程中央部領域におけるシリンダ周方向の全ての断面に前記凹部が少なくとも一つは形成されていることを特徴としている。これにより、接触面積を効率的、かつ平均的に低減することができる。
【００３９】
前述したように、周方向の断面を考えた場合、ある断面に凹部が一つも形成されていないと、当該断面をピストンリングが通過する際は、凹部が複数個形成されている断面を通過する際と比べ、ピストンリングとシリンダライナの内壁面との接触面積が大きくなる。そのため、潤滑油のせん断抵抗の影響が大きくなり、結果として往復動摩擦も大きくなる。
【００４０】
これに対し、行程中央部領域におけるシリンダ周方向の全ての断面に凹部を少なくとも一つ形成することにより、行程中央部領域のどの周方向断面をピストンリングが通過する場合であっても、接触面積を確実かつ平均的に低減することができるため、往復動摩擦も確実に低減することができる。
【００４１】
本態様の特徴である「シリンダ周方向の全ての断面において、複数個の凹部のうちの少なくとも一つの凹部が形成されている」状態の例としては、図３（ａ）や（ｂ）の場合を挙げることができる。
【００４２】
図３（ａ）は、上述した図２の行程中央部領域２３における、凹部２２の配置の一例を示す概略展開図である。図３（ａ）においては、図面の上下方向がシリンダの軸方向であり、図面の左右方向がシリンダの周方向である。図３（ａ）に例示するように、シリンダ周方向に引いた線Ｘは、凹部２２ａの最下点５ａが、その下方に最も近接する凹部２２ｂの最上点６ｂよりも下側に位置する。また、シリンダ周方向に引いた線Ｙは、凹部２２ｂの最下点５ｂが、その下方に最も近接する凹部２２ｃの最上点６ｃよりも下方に位置する。このように、上下に近接する凹部同士を、シリンダ軸方向に重なるように配置することにより、シリンダ周方向の全ての断面において複数個の凹部のうちの少なくとも一つの凹部を形成することができる。以上より、ピストンが往復した際に、行程中央部領域において、摺動するピストンリングが、シリンダ軸方向のどの位置においてもシリンダ内壁面との接触面積を小さくすることができ、往復動摩擦の低減に効果を奏する。
【００４３】
ここで、図３（ｂ）も図３（ａ）と同様、上述した図２の行程中央部領域２３における、凹部２２の配置の一例を示す概略展開図である。図３（ｂ）においても図面の上下方向がシリンダの軸方向であり、図面の左右方向がシリンダの周方向である。図３（ａ）にあっては、凹部２２がシリンダ軸方向にわたって均一の面積で形成されているが、この態様に限定されることはなく、図３（ｂ）に示すように、シリンダ軸方向の行程中央部領域２３の端部近傍においては凹部２２の面積を小さくし、行程中央部領域２３の中央部近傍においては凹部の面積を大きくしてもよく、適宜調整すれば良い。
【００４４】
本態様において上記凹部の寸法は特に限定されるものではなく、シリンダや共に用いられるピストンリングの寸法等に応じて適宜調整することができる。凹部は、行程中央部領域をシリンダ軸方向に貫くように形成されていてもよいが、シリンダの気密性保持の観点から、上記凹部のシリンダ軸方向の平均長さが、用いられるピストンリングのうちの、最上位のピストンリングのシリンダ軸方向の長さ以下であることが好ましい。より具体的には、用いられるピストンリングのうちの、最上位のピストンリングのシリンダ軸方向の長さの５〜１００％程度とすることが好ましい。
【００４５】
本態様において上述した凹部の各平均長さは、図４に例示する各箇所の平均長さを意味するものとする。図４（ａ）は、シリンダライナの内壁面の、シリンダ軸方向を図面の上下方向に示した概略展開図である。また、図４（ｂ）は、シリンダライナの、周方向における概略断面図である。前記凹部の軸方向平均長さとは、図４（ａ）に例示するように、シリンダ軸方向における、凹部２２の長さの平均である。
【００４６】
また、上記凹部２２の周方向平均長さとは、図４（ａ）に例示するように、シリンダ周方向における、凹部２２の長さの平均である。図４（ｂ）に例示するように、前記凹部２２の周方向平均長さとは、内壁面２１を含む面における長さの平均を意味するものとし、前記凹部の面積についても同様とする。
【００４７】
また、上記凹部２２の径方向長さとは、図４（ｂ）に例示するように、凹部２２の底面からシリンダライナ２０の内壁面２１までの長さの平均である。また、上記凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）とは、図４（ａ）および（ｂ）に例示するように、隣り合う凹部２２の間隔の平均である。
【００４８】
凹部のシリンダ周方向平均長さは、０．１ｍｍ〜１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が特に好ましい。シリンダ周方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、周方向平均長さがこの範囲を超える場合は、ピストンリングの一部が凹部内へ入り込み、ピストンリングが変形する等の不具合が発生する場合がある。
【００４９】
凹部のシリンダ径方向平均長さは、０．１μｍ〜１０００μｍの範囲内が好ましく、０．１μｍ〜５００μｍの範囲内がさらに好ましく、０．１μｍ〜５０μｍの範囲内が特に好ましい。凹部のシリンダ径方向平均長さがこの範囲に満たない場合は、凹部を形成した効果が十分に得られない場合がある。一方で、径方向平均長さがこの範囲を超える場合は、加工が困難であり、また、シリンダライナの径方向長さを長くする（肉厚を厚くする）必要がある等の不具合が生じる場合がある。
【００５０】
本態様においては、隣り合う凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）は、０．１〜１５ｍｍの範囲内が好ましく、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が特に好ましい。隣り合う凹部間のシリンダ周方向平均長さ（間隔）がこの範囲に満たない場合には、ピストンリングが摺動するシリンダライナの内壁面の幅が小さすぎて、ピストンリングとシリンダライナの内壁面とが安定して摺動できない可能性がある。一方で、この範囲を超える場合には、凹部を形成した効果が十分に得られない可能性がある。
【００５１】
本実施形態に係るピストンリング１は、上述した低摩擦シリンダライナに組み合わされる。このとき、ピストンリング１の面圧Ｗは、０．８〜２．５ＭＰａに設定されると好適である。このように面圧Ｗを設定すると、低摩擦シリンダライナによるフリクションの低減効果を低回転時にも十分に得ることが可能となる。なお、面圧とは、（２×ピストンリング張力）／（ボア径×当り幅）から求めることができ、本実施形態に係るピストンリング１は、従来の面圧よりも低い面圧となるようにピストンリング張力Ｆｔ及び当り幅ｈ１を設定している。
【００５２】
また、本実施形態に係るピストンリング１は、ピストンリングの追従性係数Ｋｐが０．１以上となるように設定されている。追従性係数Ｋｐとは、内燃機関の熱膨張等によるボア変形への追従性を表す係数であり、次式で表される。
【数１】
2019065830.tif 000003
【００５３】
このように、ピストンリングの追従性係数を設定することで、追従性係数が低下することによるオイル消費量の増加を抑え、低摩擦シリンダライナを用いた低摩擦化とオイル消費量の抑制の両立を図ることが可能となる。
【実施例】
【００５４】
次に、実施例と比較例を参照して、本発明についてさらに詳しく説明を行う。【００５５】
実施例と比較例は以下の構成を有するピストンリング及び低摩擦シリンダライナ並びに通常のシリンダライナを用いて摩擦係数の測定を行った。【００５６】
実施例，比較例１及び比較例２は、２ピースオイルリングを用い、オイルリング本体を構成する１３Ｃｒ鋼として、炭素０．６５質量％、ケイ素０．３８質量％、マンガン０．３５質量％、クロム１３．５０質量％、モリブデン０．３質量％、リン０．０１質量％、硫黄０．０１質量％、残部鉄及び不可避不純物の組成を備えるＪＩＳ規格のＳＵＳ４１０材に相当するものを用い、オイルリング本体の全周にわたり窒化層を設け、外周摺動面の当たり幅は０．２ｍｍとした。【００５７】
また、実施例は、面圧を１．２ＭＰａ（実施例１）１．８ＭＰａ（実施例２）、２．５ＭＰａ（実施例３）に設定し、組み合わされるシリンダライナは、低摩擦シリンダライナを用いた。比較例１は、面圧を従来相当の２．８ＭＰａに設定し、組み合わされるシリンダは、低摩擦シリンダライナを用いた。また、低摩擦シリンダライナは、行程中央部領域を１００としたときの凹部面積率が５０％、凹部のシリンダ軸方向長さが０．５ｍｍ、周方向長さが０．５ｍｍ、シリンダ径方向長さが２μｍのものを用いた。さらに、比較例２は、面圧を１．８ＭＰａ、比較例３は２．５ＭＰａにそれぞれ設定し、組み合わされるシリンダライナは、通常のシリンダライナを用いた。なお、低摩擦シリンダライナと通常のシリンダライナの内壁面の粗さは同一とした。【００５８】
オイルリング、シリンダ間の摩擦係数の測定には、周知の単体評価装置を用いた。本単体評価装置はクランク機構によって上下運動するピストン頂面にロッドを介して更にオイルリングが取り付けられており、このロッドは上側でも支持されているので、側力の影響無くオイルリングの摩擦係数を測定することができる。シリンダライナは単体評価装置のストロークに合わせる必要があるが、オイルリングは実機エンジンのものをそのまま使用することができる。温度、摺動速度の調整でストライベック指数を合わせることでエンジンの摺動環境を模擬した。【００５９】
図５にこの単体評価装置によって得られた代表的な摩擦波形を示す。当該試験は、試験機回転数を変化させながら得た摩擦波形から、ピストン最速点での摩擦係数とその点でのストライベック指数とを算出し、ストライベック線図としてまとめ、解析に利用した。【００６０】
図５に示すように、面圧を低く設定し、低摩擦シリンダライナと組み合わせた実施例１の場合、同じ低摩擦シリンダライナと組み合わせて面圧を高く設定した比較例１と比較すると、低回転域領域から高回転領域にわたって摩擦係数が低下していることが確認できた。また、面圧を低く設定し、通常のシリンダライナに組み合わせた比較例２及び比較例３と実施例２及び実施例３とをそれぞれ比較すると、通常のシリンダライナに組み合わせても摩擦低減効果が充分に発揮できないことが確認できた。【００６１】
また、図６に示すように回転数が１０００ｒｐｍといった低回転時の面圧とＦＭＥＰ（機械的損失）比を確認すると、通常のシリンダライナを組み合わせたピストンリングの場合は、面圧を変化させても摩擦係数に大きな変化は表れないが、低摩擦シリンダライナを組み合わせたピストンリングの場合、面圧が２．５ＭＰａを超えると、通常のシリンダライナよりも摩擦係数が大きくなり、摩擦低減効果が有効に発揮できないことが確認できた。また、低摩擦シリンダライナと組み合わせた場合には、面圧を０．８〜２．５ＭＰａに設定することで、摩擦低減効果を有効に発揮させることが可能となることが確認できた。【００６２】
なお、図６において面圧の下限を０．８ＭＰａとしたのは、図７に示すように、通常の運転状況でオイル消費量を確認した結果、面圧が０．８ＭＰａを下回ると急激にオイル消費量が悪化することが確認されたことから、面圧を０．８ＭＰａと設定した。【００６３】
また、図８に示すように、ピストンリングの外周摺動面の当り幅が０．０８〜０．４０ｍｍの場合の面圧は、０．５〜２．５ＭＰａであれば追従性係数０．１０以上を確保することができ、当り幅が０．０５ｍｍの場合の面圧は、０．８〜２．５ＭＰａであれば追従性係数０．１０以上を確保することができることがわかる。また、当り幅０．０２ｍｍ未満では、面圧が０．５〜２．５ＭＰａとする必要があるが、上述した面圧の下限を下回るために設計ができなくなることに加え、当り幅が０．０２〜０．０４ｍｍの場合も設計範囲が狭くなるため、当り幅の下限値を０．０５ｍｍ、上限値を０．４０ｍｍと設定した。なお、図８における凡例における「当り幅：０．０２ｍｍ×２」という記載は、オイルリングは図１（ａ）や（ｂ）に示すように、上部レールと下部レールにそれぞれ当り幅を有しており、オイルリング全体の当り幅の設定では、当り幅は２倍となることから、「当り幅×２」とした。【００６４】
なお、上述した本実施形態に係るピストンリングは、２ピースオイルリングに適用した場合について説明を行ったが、３ピースオイルリングやトップリングやセカンドリングに適用しても構わない。また、上述した本実施形態に係るピストンリングは、オイルリング本体に一層の表面処理層を形成した場合について説明を行ったが、表面処理層を設けなくても構わないし、表面処理層を複数層積層して形成しても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００６５】
１      ピストンリング
２      オイルリング本体
３      レール
４      摺動部突起
５      柱部
６      コイルエキスパンダ
７      オイル戻し孔
８      凸部
１０    表面処理層
１１    母材
２０    低摩擦シリンダライナ
２１    内壁面
２２    凹部
２３    行程中央部領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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