組合油環(huán)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的組合油環(huán)，即使將油環(huán)低張力化也能夠減少高速區(qū)域中的耗油量；在本發(fā)明的組合油環(huán)中，刮片環(huán)的任意縱剖面中的外周面的前端部呈非對稱形狀，在將從刮片環(huán)寬度的中心位置通過的線設為第一中間線，將輪廓曲線上的、從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為3μm的位置處的發(fā)動機燃燒室側的位置(a1)與遠離發(fā)動機燃燒室側的位置(b1)之間的線段的長度設為L，將該線段L的中間線設為第二中間線時，第二中間線位于相比第一中間線更加遠離發(fā)動機燃燒室側的位置處，并且刮片環(huán)的外周頂點位于第二中間線上、或者相比第二中間線更加遠離發(fā)動機燃燒室側的位置處，一對刮片環(huán)以各自的外周頂點位于遠離發(fā)動機燃燒室側的位置處的方式被安裝在油環(huán)槽中。
【專利說明】
組合油環(huán)
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及安裝在活塞的油環(huán)槽中的組合油環(huán)。
【背景技術】
[0002] 在設置于內(nèi)燃機的活塞的外周上的活塞環(huán)槽中，安裝有活塞環(huán)。通常的汽油內(nèi)燃 機的活塞環(huán)的構成包括兩個壓縮環(huán)（頂環(huán)和第二道環(huán)）和組合油環(huán)。組合油環(huán)具有控油功 能，從而能夠抑制發(fā)動機油的消耗。
[0003] 作為與上述油環(huán)相關的現(xiàn)有技術文獻，存在以下文獻。專利文獻1中公開了如下兩 種刮油環(huán)，即：在油環(huán)的兩個圓盤(側軌環(huán)）中，其移動面具有凸曲面狀的非對稱形狀，圓盤 的外周面的頂點線被定向為分別以相反的方向朝向環(huán)槽的中央延伸的刮油環(huán)、和圓盤的外 周面的頂點線被定向為以相同的方向朝向與環(huán)槽的活塞頂呈反方向的側面延伸的刮油環(huán)。 另外，還公開了如下內(nèi)容，即：圓盤的移動面的橫截面在第一區(qū)域中呈以h(x)=ax+bx 2表示 的二次多項式的非對稱形狀，在作為邊緣而構成的支撐頂點（II)h(x = 0)之后，在第三區(qū)域 中呈函數(shù)h(x)=cx2的非對稱形狀。
[0004] 另外，專利文獻2中公開了具有上下軌環(huán)和外脹環(huán)的兩片式組合油環(huán)。該專利文獻 2中公開了如下內(nèi)容，即：優(yōu)選上下軌環(huán)各自的外周面由以從軌環(huán)的軸向寬度中心偏向軸向 下方的位置作為頂點的非對稱桶形曲線形成，非對稱桶形曲面的上側徑向落差為25wii~75 Mi、下側徑向落差為lym~20um。
[0005] 另外，非專利文獻1中公開了如下構成，即：在2L四沖程汽油發(fā)動機實際運行時，刮 片環(huán)(側軌環(huán)）的外周面形狀被設置為對稱的凸曲面形狀。在非專利文獻1中，對于利用在刮 片環(huán)(側軌環(huán)）的輪廓曲線中，刮片環(huán)(側軌環(huán))的滑動方向上的測量寬度為〇.15_的位置與 外周頂點之間的落差為約4wii的級別的三片式油環(huán)進行試驗時的油膜厚度進行了說明。據(jù) 研究報告（圖12)稱:在推力側，在以2000rpm的全負載的運行條件進行四個循環(huán)期間，通過 利用纖維的LIF(Laser-Induced_Flurescence、激光誘導焚光)法測出該油膜厚度為約lym 至6wii，報告中記載了油膜厚度隨著發(fā)動機的轉速增加而變厚這一內(nèi)容。
[0006] 另外，在非專利文獻2中，據(jù)研究報告（圖10)稱:在0.3L單汽缸四沖程試驗用柴油 發(fā)動機實際運行時，在推力側，在以2000rpm、75%l-L 〇ad的運行條件進行四個循環(huán)期間，三 片式油環(huán)(油環(huán)D)的油膜厚度為約lMi到4mi。
[0007] 【現(xiàn)有技術文獻】
[0008] 【專利文獻】
[0009] 專利文獻1:日本專利、特許第4800946號公報 [0010] 專利文獻2:日本專利、特許第4322500號公報
[0011] 非專利文獻1:關于油環(huán)的缸徑追隨性的研究(第1報）
[0012] 望月和矢等2012/10/5汽車技術會秋季學術演講會投稿279-20125735
[0013] 非專利文獻2:The Effect of Oil Ring Geometry on Oil Film Thickness in the Circumferential Direction of the CylinderKei Nakayama etc.SAE PAPER 982578

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 近年來，內(nèi)燃機為了實現(xiàn)發(fā)動機的低油耗化，以降低摩擦力為目的的油環(huán)的低張 力化不斷發(fā)展，并且，要求在刮片環(huán)（側軌環(huán)）的外周面上形成低摩擦力的耐磨性薄膜。然 而，尤其在發(fā)動機高速旋轉的高速區(qū)域中，油環(huán)的低張力化會引起油膜厚度變得更厚，從而 耗油量增大這一問題。因此，即使油環(huán)的張力降低也能夠減少高速區(qū)域中的耗油量成為課 題。
[0015] 本發(fā)明是基于上述情況而完成的，其目的在于提供一種即使油環(huán)的張力降低也能 夠減少發(fā)動機高速旋轉的高速區(qū)域中的耗油量的組合油環(huán)。
[0016] 為了解決上述課題，本發(fā)明的第一觀點提供的組合油環(huán)被安裝在內(nèi)燃機用活塞的 油環(huán)槽中，且具有一對刮片環(huán)和間隔外脹環(huán)，其中，該一對刮片環(huán)的外周面在氣缸的內(nèi)壁上 滑動，間隔外脹環(huán)配置在該一對刮片環(huán)之間，并且朝向所述氣缸的內(nèi)壁擠壓一對刮片環(huán)的 外周面，該組合油環(huán)具有如下特征，即：刮片環(huán)的任意縱剖面中的外周面的形狀呈如下形 狀，即：在從形成刮片環(huán)寬度的兩個端面分別朝向汽缸的內(nèi)壁的徑向上，在刮片環(huán)寬度的發(fā) 動機燃燒室側和遠離發(fā)動機燃燒室側具有對稱的一對曲線形狀，在外周面的形狀中的、插 入汽缸內(nèi)時與汽缸的內(nèi)壁接觸的外周頂點側，具有夾著該外周頂點部分在刮片環(huán)寬度方向 上呈非對稱形狀且與曲線形狀相連的形狀;非對稱形狀被形成為:在將從刮片環(huán)寬度的中 心位置通過的線設為第一中間線，在刮片環(huán)的縱剖面中的外周面的輪廓曲線的外周前端部 中，將輪廓曲線上的、從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為3mi的位置處的兩個位 置中的發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置al、將遠離發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置bl，將 上述位置al與位置bl之間的線段的長度設為L，將該長度為L的線段的中間線設為第二中間 線時，第二中間線位于相比第一中間線更加遠離發(fā)動機燃燒室側的位置處，并且刮片環(huán)的 外周頂點位于第二中間線上、或者相比第二中間線更加遠離發(fā)動機燃燒室側的位置處，并 且，一對刮片環(huán)以各自的外周頂點位于遠離發(fā)動機燃燒室側的位置處的方式被安裝在油環(huán) 槽中。
[0017] 另外，本發(fā)明的另一方面是在上述發(fā)明中，優(yōu)選:刮片環(huán)的縱剖面中的外周面的輪 廓曲線的描繪范圍是從刮片環(huán)的外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側至少0.025mm為止的范 圍，以使刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的位置處的軸向兩端側形成為一對的對稱形狀;在將刮片環(huán) 的外周前端部的非對稱形狀的輪廓曲線劃分為:外周頂點與從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向 內(nèi)周側的距離為1.5wii的位置之間的曲線部分、和從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的 距離為1.5wii的位置與從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為3.Own的位置之間的 輪廓部分時，從汽缸的發(fā)動機燃燒室側起設為第一輪廓區(qū)域、第二輪廓區(qū)域以及第三輪廓 區(qū)域;第一輪廓區(qū)域以第二輪廓區(qū)域的發(fā)動機燃燒室側的第一端部作為起點，且被設置為 直線形狀、或者二次曲線形狀的一部分，第二輪廓區(qū)域被設置為弧狀，并且外周頂點位于第 二輪廓區(qū)域的中途部位處，第三輪廓區(qū)域以第二輪廓區(qū)域的遠離發(fā)動機燃燒室側的第二端 部作為起點，且被設置為二次曲線形狀的一部分;刮片環(huán)的外周面中的非對稱部分的表面 粗糙度在〇.6wnRp以下;在輪廓曲線的外周前端部中，在將線段L通過與位置al與位置bl之 間的線段垂直且從外周頂點通過的徑向上的線分割后的位置al側的長度設為L1、位置bl側 的長度設為L2,進而將輪廓曲線上的、朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為1.5mi處的兩個位 置中的發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置a2、遠離發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置b2,并將 位置a2與位置b2之間的線段的長度設為L3時，滿足0.05mm < L < 0.15mm、Ll/L 2 0.5、L3/L < 0.74的條件;在將從位置al和位置a2通過的第一直線與所述汽缸的軸向所形成的角度設為 角度91時，滿足2度< 01 < 7度的條件，在將從位置bl和位置b2通過的第二直線與汽缸的軸 向所形成的角度設為角度02時，滿足9度< 02的條件。
[0018]進而，本發(fā)明的另一方面是在上述發(fā)明中，優(yōu)選：角度01滿足3度<01 <6度的條 件。
[0019] 另外，本發(fā)明的另一方面是在上述發(fā)明中，優(yōu)選:刮片環(huán)的縱剖面中的外周面的輪 廓曲線的描繪范圍是從刮片環(huán)的外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側至少0.025mm為止的范 圍，以使刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的位置處的軸向兩端側形成為一對的對稱形狀;在將刮片環(huán) 的外周前端部的非對稱形狀的輪廓曲線劃分為:外周頂點與從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向 內(nèi)周側的距離為1.5wii的位置之間的曲線部分、和從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的 距離為1.5wii的位置與從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為3.Own的位置之間的 輪廓部分時，從汽缸的發(fā)動機燃燒室側起設為第一輪廓區(qū)域、第二輪廓區(qū)域以及第三輪廓 區(qū)域;第一輪廓區(qū)域以第二輪廓區(qū)域的發(fā)動機燃燒室側的第一端部作為起點，且被設置為 直線形狀、或者二次曲線形狀的一部分，第二輪廓區(qū)域被設置為如下形狀，即：其中途部分 具有平坦部，從平坦部的軸向上的發(fā)動機燃燒室側的端部起呈直線形狀、或者由二次曲線 形狀的一部分構成，并且與第一輪廓區(qū)域相連，從平坦部的軸向上的遠離發(fā)動機燃燒室側 的端部起，由二次曲線形狀的一部分構成且與第三輪廓區(qū)域相連，第三輪廓區(qū)域被設置為： 與第二端部相連的二次曲線形狀的一部分;刮片環(huán)的外周面中的非對稱部分的表面粗糙度 在0.6wnRp以下；在刮片環(huán)的外周面的輪廓曲線的外周前端部中，在將線段L通過與位置al 與位置bl之間的線段垂直且從外周頂點通過的徑向上的線分割后的位置al側的長度設為 L1、位置b 1側的長度設為L2，進而將輪廓曲線上的、朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為1.5y m處的兩個位置中的發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置a2、遠離發(fā)動機燃燒室側的位置設為 位置b2,并將位置a2與位置b2之間的線段的長度設為L3,以及將第二輪廓區(qū)域的平坦部的 軸向長度設為L4時，滿足0.05mm < L < 0.15mm、Ll/L 2 0.5、L3/L < 0.76、0 < L4 < 0.05mm的條 件;在將從位置al和位置a2通過的第一直線與汽缸的軸向所形成的角度設為角度01時，滿 足3度< 01 < 6度的條件，在將從位置bl和位置b2通過的第二直線與汽缸的軸向所形成的角 度設為角度02時，滿足9度< 02的條件。
[0020] 進而，本發(fā)明的另一方面是在上述發(fā)明中，優(yōu)選:刮片環(huán)的外周面具有下述（1)~ (7)中的任意一種膜：（1)由選自鉻、鈦中的一種或者兩種的氮化物構成且通過離子電鍍法 形成的膜，（2)由選自鉻、鈦中的一種或者兩種的氮化物構成且通過離子電鍍法形成的含有 鋁的膜，（3)固溶有從氧、碳、硼中選擇的至少一種元素且通過（1)的離子電鍍法形成的膜， (4)由固溶有氮的金屬鉻和Cr 2N混合而成且通過離子電鍍法形成的膜，（5)僅含有碳且通過 離子電鍍法形成的DLC(非晶碳)膜，（6)除了碳之外還含有硅、氧、氫、鎢、鈦中的一種或者兩 種以上的元素且通過離子電鍍法形成的DLC(非晶碳)膜，（7)在（1)、（2)、（3)以及(4)的膜中 的任意一種硬質膜上覆蓋(5)的DLC膜或者(6)的DLC膜中的任意一種而構成的膜，并且，（1) ~(7)的膜的表面硬度均在HV1000以上，（1)~(6)的膜的厚度均在3wii以上，（7)的多層膜厚 度在3mi以上。
[0021] (發(fā)明效果）
[0022] 根據(jù)本發(fā)明涉及的組合油環(huán)，即使將油環(huán)低張力化也能夠減少發(fā)動機高速旋轉的 高速區(qū)域中的耗油量。
【附圖說明】
[0023] 圖1是表示本發(fā)明一實施方式涉及的組合油環(huán)的構成，且表示安裝有組合油環(huán)的 活塞被插入汽缸中的狀態(tài)的縱剖視圖。
[0024] 圖2是表示刮片環(huán)的外觀的俯視圖。
[0025] 圖3是表示沿圖2的A-A線將刮片環(huán)切斷后的狀態(tài)的縱剖視圖。
[0026] 圖4是表示間隔外脹環(huán)的構成的立體圖。
[0027] 圖5是表示刮片環(huán)的外周面的形狀的局部輪廓曲線。
[0028] 圖6是表示將圖5中的刮片環(huán)的外周面的前端部分放大后的狀態(tài)的局部輪廓曲線。 [0029]圖7是測量圖5中的刮片環(huán)的外周面時的輪廓曲線。
[0030]圖8是將圖7中的刮片環(huán)的外周面的前端部分放大進行表示的輪廓曲線。
[0031]圖9是表示將形狀與圖6不同的刮片環(huán)的外周面前端部分放大后的狀態(tài)的局部輪 廓曲線。
[0032]圖10是將圖9中的刮片環(huán)的外周面的前端部分放大進行表示的輪廓曲線。
[0033]圖11是與圖7同樣地測量比較例1的刮片環(huán)的外周面時的輪廓曲線。
[0034]圖12是將圖11中的刮片環(huán)的外周面的前端部分放大進行表示的輪廓曲線。
[0035]圖13是說明圖6的刮片環(huán)的外周面的前端部分在約70小時的耗油量測量試驗結束 后的磨損量的輪廓曲線。
[0036]圖14是表示基于表1的耗油量測量結果的圖表。
[0037](符號說明）
[0038] 1 汽缸
[0039] 2 活塞
[0040] 3 外周面
[0041 ] 4 油環(huán)槽
[0042] 1〇 組合油環(huán)
[0043] 11、12 刮片環(huán)
[0044] 11a、12a 硬質膜
[0045] 13 間隔外脹環(huán)
[0046] 14 上突出部
[0047] 14a 上片部
[0048] 14b、15b 耳部
[0049] 14bl、15bl 傾斜面
[0050] 14c、15c 外周支撐部
[0051 ] 14d、15d 連通孔
[0052] 15 下突出部
[0053] 15a 下片部
[0054] al、a2、bl、b2 位置
[0055] S 外周面
[0056] SI 第一輪廓區(qū)域
[0057] S2 第二輪廓區(qū)域
[0058] S3 第三輪廓區(qū)域
[0059] SF 平坦部
[0060] SP 頂點部分
【具體實施方式】
[0061]以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明一實施方式涉及的組合油環(huán)10進行說明。
[0062] 〈1.關于組合油環(huán)10的構成〉
[0063] 圖1是表示組合油環(huán)10的構成，且表示安裝有組合油環(huán)10的活塞2被插入汽缸1中 的狀態(tài)的縱剖視圖。
[0064] 在圖1中，在汽車等的發(fā)動機的汽缸1的內(nèi)部，配置有能夠往復運動的活塞2。在該 活塞2的外周面3上，設有兩個或者三個環(huán)狀的槽(省略發(fā)動機燃燒室側的一個或者兩個槽 的圖示）。其中，在距離發(fā)動機燃燒室最遠的曲軸側(省略圖示)設有油環(huán)槽4。油環(huán)槽4中安 裝有組合油環(huán)10。該組合油環(huán)10具有控油功能，其將汽缸1的內(nèi)壁上存在的發(fā)動機油形成為 適當厚度的油膜。
[0065]如圖1所示，組合油環(huán)10是三片式的組合油環(huán)，其以鋼作為主要成分而形成。該組 合油環(huán)10具有一對刮片環(huán)（segment)(側軌環(huán)（side rail) )11、12和配置于該一對刮片環(huán) 11、12之間的間隔外脹環(huán)（spacer expander)13。如圖1所示，一對刮片環(huán)11、12分別具有相 同的規(guī)定刮片環(huán)寬度hi。在此，"刮片環(huán)寬度hi"是指刮片環(huán)11、12各自在汽缸1的軸向（Y方 向）上的尺寸。另外，一對刮片環(huán)11、12被配置為具有組合寬度h0。在此，"組合寬度h0"是指 刮片環(huán)11的上表面(發(fā)動機燃燒室側的面)與刮片環(huán)12的下表面(遠離發(fā)動機燃燒室側的 面)之間的間隔。進而，刮片環(huán)11被配置為:與油環(huán)槽4的發(fā)動機燃燒室側的上壁之間具有側 隙SC的間隙。另外，"側隙SC"是指油環(huán)槽的寬度與組合寬度h0的尺寸差。
[0066] 圖2是表示刮片環(huán)11、12的外觀的俯視圖。圖3是表示沿圖2的A-A線將刮片環(huán)11、12 切斷后的狀態(tài)的縱剖視圖。如圖2所示，刮片環(huán)11、12的外觀被設置為環(huán)狀。而且，刮片環(huán)11、 12的圓周方向上的端面彼此在開□處相隔狹小的間隙而相對置。另外，如圖3所示，刮片環(huán) 11、12的外周面S側設有用于提高耐磨性的硬質膜lla、12a。但是，作為不存在上述硬質膜 lla、12a的構成，也可以采用氣體氮化、鹽浴氮化或者離子氮化等。另外，關于該刮片環(huán)11、 12的外周面S的前端部分SA的形狀(任意縱剖面中的外周面S的形狀），之后進行敘述。另外， 關于硬質膜lla、12a的具體材質和形成方法，也在之后進行敘述。
[0067] 圖4是表示間隔外脹環(huán)13的構成的立體圖。如圖4所示，間隔外脹環(huán)13被設置為：隨 著沿其圓周方向前進而交替朝向刮片環(huán)11和刮片環(huán)12中的任意一個突出這樣的波形形狀。 通過將間隔外脹環(huán)13設置為這樣的波形形狀，從而在間隔外脹環(huán)13與刮片環(huán)11、刮片環(huán)12 之間形成間隙，由此能夠確保發(fā)動機油的通道。另外，間隔外脹環(huán)13的外觀被設置為環(huán)狀， 且以其圓周方向上的端面彼此對接的狀態(tài)安裝在油環(huán)槽4中。
[0068] 以下，將間隔外脹環(huán)13中的、位于相比汽缸1的軸向上的中心線M更靠近發(fā)動機燃 燒室側的位置處的部分稱為"上突出部14"，將位于相比中心線M更遠離發(fā)動機燃燒室側的 位置處的部分稱為"下突出部15"。通過使該上突出部14和下突出部15在間隔外脹環(huán)13的圓 周方向上反復呈周期性地延續(xù)，從而使間隔外脹環(huán)13被形成為具有多個波形部分。
[0069] 上突出部14和下突出部15是通過對間隔外脹環(huán)13進行例如塑性加工而被形成為 波形形狀。而且，上突出部14具有上片部14a、耳部14b以及外周支撐部14c。上片部14a是與 刮片環(huán)11相對的部分，且被設置為大致水平，但不限于此，例如也可以沿著從外周支撐部 14c的圓周方向中央位置朝向耳部14b的圓周方向中央位置的方向設置凹狀槽。
[0070] 另外，耳部14b被設置為:位于相比上片部14a更靠近內(nèi)周側的位置處，而且相比上 片部14a更加朝向發(fā)動機燃燒室側(遠離中心線M的方向）突出。耳部14b的外周側設有相對 于汽缸1的軸向傾斜的傾斜面14bl，該傾斜面14bl以隨著靠近中心線M而朝向外周側延伸的 方式傾斜。該傾斜面14bl與刮片環(huán)11的內(nèi)周側部位抵接。但是，并不限于此，也可以不使傾 斜面14bl以隨著靠近中心線M而朝向外周側延伸的方式傾斜，該情況下，傾斜面14bl也與刮 片環(huán)11的內(nèi)周側部位抵接。在安裝有組合油環(huán)10的活塞2被插入汽缸1的狀態(tài)下，刮片環(huán)11 被朝向汽缸1的內(nèi)壁側(外周側)擠壓。另外，在耳部14b與上片部14a的邊界部分處，設有供 發(fā)動機油流通的連通孔14d，但也可以采用不存在該連通孔14d的構成。
[0071] 另外，外周支撐部14c位于相比上片部14a更加靠近外周側的位置處。該外周支撐 部14c被設置為：相比上片部14a更加朝向發(fā)動機燃燒室側(遠離中心線M的方向）突出。而 且，外周支撐部14c是以其頂面?zhèn)戎喂纹h(huán)11的部分。因此，外周支撐部14c的突出高度低 于耳部14b的突出高度，而且，外周支撐部14c的上表面也被設置為大致水平。
[0072] 另外，下突出部15被設置為夾著中心線M與上突出部14呈對稱形狀，并且被設置為 與上突出部14鄰接。因此，下突出部15也具有與上片部14a呈對稱形狀的下片部15a、與耳部 14b呈對稱形狀的耳部15b、以及與外周支撐部14c呈對稱形狀的外周支撐部15c。另外，耳部 15b設有與刮片環(huán)12的內(nèi)周側部位抵接的傾斜面15bl，該傾斜面15bl以隨著靠近中心線M而 朝向外周側延伸的方式傾斜。該傾斜面15bl與刮片環(huán)12的內(nèi)周側部位抵接。但是，并不限于 此，也可以不使傾斜面15bl以隨著靠近中心線M而朝向外周側延伸的方式傾斜，該情況下， 傾斜面15bl也與刮片環(huán)12的內(nèi)周側部位抵接。在安裝有組合油環(huán)10的活塞2被插入汽缸1的 狀態(tài)下，刮片環(huán)12被朝向汽缸1的內(nèi)壁側(外周側)擠壓。另外，在耳部15b與下片部15a的邊 界部分處，設有供發(fā)動機油流通的連通孔15d，但也可以采用不存在該連通孔15d的構成。
[0073] 另外，外周支撐部15c以其底面?zhèn)龋ㄇS側的面)支撐刮片環(huán)12。因此，刮片環(huán)11和 刮片環(huán)12以在汽缸1的軸向上分離的狀態(tài)被保持。另外，通過利用傾斜面14bl、15bl分別擠 壓刮片環(huán)11和刮片環(huán)12,從而使該刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA擠壓汽缸1的內(nèi)周 面。由此，能夠將汽缸1的內(nèi)壁上存在的發(fā)動機油形成為適當厚度的油膜。
[0074] 〈2 ?關于刮片環(huán)11、12的外周面S的形狀〉
[0075] 接下來，對刮片環(huán)11、12的外周面S的形狀進行說明。圖5是表示刮片環(huán)11、12的外 周面S的形狀的局部輪廓曲線。另外，圖5是包含外周面S的前端部分SA的模式圖，該模式圖 相當于汽缸1的軸向（圖5的Y方向）上的某單位長度的放大率和徑向（圖5的X方向）上的某單 位長度的放大率分別為200倍和2000倍時的輪廓曲線。
[0076] 如圖5所示，在測量刮片環(huán)11、12的外周面S時的輪廓曲線中，在從刮片環(huán)11、12的 外周頂點朝向刮片環(huán)徑向至少0.025mm為止的輪廓曲線的描繪范圍內(nèi)，本實施方式的刮片 環(huán)11、12的外周面S形成為:在汽缸1的軸向上，在前端部分SA中形成有非對稱區(qū)域R2,在前 端部分SA以外的部分處具有對稱區(qū)域R1。另外，輪廓曲線是指表面粗糙度測量中的剖面曲 線。
[0077] 在本實施方式中，刮片環(huán)11、12的外周面S具有非對稱區(qū)域R2、發(fā)動機燃燒室側的 對稱區(qū)域R1以及遠離發(fā)動機燃燒室側的對稱區(qū)域R1。
[0078] 另外，非對稱區(qū)域R2位于兩個對稱區(qū)域R1之間。該非對稱區(qū)域R2的輪廓曲線相對 于從兩個對稱區(qū)域R1求出的輪廓曲線的線對稱中心軸而呈非對稱形狀。將該線對稱的中心 軸稱為第一中間線W1。
[0079]在此，在上述圖5中求出偏心量。具體而言，將從頂點部分SP通過且沿徑向（圖5中 的X方向）延伸的直線設為線W2。另外，將從頂點部分SP通過且與線W2垂直（即沿汽缸1的軸 向（Y方向）延伸）的線設為線W3。此時，求出第一中間線W1與線W2之間的距離(W3方向的線段 長度）、即偏心量P1 (第一偏心量）。另外，頂點部分SP是在上述徑向（X方向）上最靠近外徑側 的部位。
[0080] 另外，在圖5中，除了第一中間線W1和線W2之外，還設有第二中間線VI。第二中間線 VI是如下所述的線。即，在將輪廓曲線與線W4相交的位置中的發(fā)動機燃燒室側的位置設為 位置al、將遠離發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置bl、將位置al與位置bl之間的線段的長度 設為L時，將該長度為L的線段的中間線稱為第二中間線VI，其中，線W4位于從頂點部分SP朝 向徑向（X方向）內(nèi)周側的距離為3wii的部位處，并且與第一中間線W1垂直。此時，求出第二中 間線VI與線W2之間的距尚、即偏心量P2(第二偏心量）。
[0081] 在此，如圖5所示，頂點部分SP位于從第二中間線VI朝向與發(fā)動機燃燒室側相反的 一側分離第二偏心量P2的距離的位置處，但是，頂點部分SP也可以位于第二中間線VI上。另 外，第二中間線VI位于相比第一中間線W1更加遠離發(fā)動機燃燒室側的位置處。
[0082] 另外，在具有規(guī)定的非對稱形狀的刮片環(huán)11、12上，形成有用于識別發(fā)動機燃燒室 側的方向的標記。而且，一對刮片環(huán)11、12以各自的頂點部分SP位于遠離發(fā)動機燃燒室側的 位置處的方式被安裝在油環(huán)槽4中。
[0083] 〈3.關于刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA的第一形狀〉
[0084] 接下來，對刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA的第一形狀進行說明。圖6是表示 將刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA放大后的狀態(tài)的局部輪廓曲線。另外，圖6是外周面 S的前端部分SA的模式圖，該模式圖相當于汽缸1的軸向（圖6的Y方向）上的某單位長度的放 大率和徑向（圖6的X方向）上的某單位長度的放大率分別為1000倍和2000倍時的輪廓曲線。 圖6是表示將Y方向上的測量放大率設為上述圖5的5倍后的刮片環(huán)11、12的外周面S的形狀 的圖。
[0085] 另外，在本說明書中，刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA是指：在測量刮片環(huán) 11、12的外周面S時的輪廓曲線中的、從刮片環(huán)11、12的外周頂點朝向刮片環(huán)11、12的徑向（X 方向）至少0.025mm為止的輪廓曲線所描繪的范圍內(nèi)，汽缸1的軸向（Y方向）上的非對稱區(qū)域 R2〇
[0086] 本實施方式中的刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA被設置為:夾著頂點部分SP 而在該前端部分SA的汽缸1的軸向（Y方向）上呈非對稱形狀，而不是對稱形狀。具體而言，首 先，從前端部分SA的頂點部分SP朝向徑向(X方向）內(nèi)周側的距離為3mi為止的部位中存在的 連續(xù)的外周面S的前端部分SA的剖面輪廓曲線，從發(fā)動機燃燒室側起被劃分為第一輪廓區(qū) 域S1、第二輪廓區(qū)域S2、第三輪廓區(qū)域S3這三個區(qū)域。
[0087] (1)第一輪廓區(qū)域S1、第二輪廓區(qū)域S2以及第三輪廓區(qū)域S3的第一觀點 [0088]如圖6所示，第一輪廓區(qū)域S1被設置為：以第二輪廓區(qū)域S2的發(fā)動機燃燒室側的端 部作為起點而朝向發(fā)動機燃燒室側延伸。該第一輪廓區(qū)域S1被設置為如二次曲線那樣的曲 線形狀。但是，也可以呈直線形狀。
[0089]另外，頂點部分SP位于第二輪廓區(qū)域S2的中途部分中。該第二輪廓區(qū)域S2的發(fā)動 機燃燒室側的端部與上述第一輪廓區(qū)域S1相連。另外，第二輪廓區(qū)域S2的遠離發(fā)動機燃燒 室側的端部與第三輪廓區(qū)域S3相連。該第二輪廓區(qū)域S2被設置為弧狀。作為弧狀，可以舉出 例如近似于二次曲線的曲線形狀。另外，第三輪廓區(qū)域S3位于相比頂點部分SP更加遠離發(fā) 動機燃燒室側的位置處。該第三輪廓區(qū)域S3被設置為：以第二輪廓區(qū)域S2的遠離發(fā)動機燃 燒室側的端部作為起點的二次曲線的一部分。
[0090] 上述第一輪廓區(qū)域S1、第二輪廓區(qū)域S2以及第三輪廓區(qū)域S3的表面粗糙度在0.6ii mRp以下。另外，Rp是粗糙度參數(shù)的一種，且是IS04287(JIS B0601:'01)中的最大峰高。
[0091] 另外，在刮片環(huán)縱剖面的外周前端部的、由第一輪廓區(qū)域S1、第二輪廓區(qū)域S2以及 第三輪廓區(qū)域S3所形成的輪廓曲線中，將輪廓曲線上的、從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi) 周側的距離為3wii處的兩個位置設為位置al、bl，將輪廓曲線上的、從外周頂點朝向刮片環(huán) 的徑向內(nèi)周側的距離為1.5wii處的兩個位置設為位置a2、b2。
[0092]而且，將位置al與位置bl之間的距離（線段W4的長度)設為L。另外，從上述頂點部 分SP通過的線W2與線段W4垂直。而且，將長度L中的、相比線W2更靠近位置al側的長度設為 L1、將相比線W2更靠近位置bl側的長度設為L2。另外，將位置a2與位置b2之間在汽缸1的軸 向(Y方向）上的距離設為L3。于是，滿足下式的關系。
[0093] [式 1 ]0 ? Ofimm < L < 0 ? 1 5mm
[0094] [式 2]L1/L2 0.5
[0095] [式 3]L3/L<0.74
[0096]另外，將從位置al和位置a2通過的直線設為直線N1。將該直線N1與從頂點部分SP 通過且與汽缸1的軸向（Y方向）平行（即與徑向(X方向）垂直)的線W3所形成的角度設為角度 91(上方角91)。另外，將從位置bl和位置b2通過的直線設為直線N2。將該直線N2與上述線W3 所形成的角度設為角度 92(下方角02)。于是，角度01和角度02滿足下式的關系。
[0097] [式4]2度<01<7度
[0098] [式5]9度仝 02
[0099] 另外，外周面S的第一輪廓區(qū)域S1、第二輪廓區(qū)域S2的規(guī)定形狀，也可以通過機械 加工而形成、或者形成為與作為刮片環(huán)11、12的基體材料的刮片環(huán)用線材相似的形狀。另一 方面，第三輪廓區(qū)域S3被形成為與刮片環(huán)11、12用的基體材料相似的形狀。
[0100] (2)第一輪廓區(qū)域S1、第二輪廓區(qū)域S2以及第三輪廓區(qū)域S3的第二觀點
[0101] 接下來，對于第一輪廓區(qū)域S1、第二輪廓區(qū)域S2以及第三輪廓區(qū)域S3的第二觀點 進行說明。在該第二觀點中，上述角度91滿足下式的關系。
[0102] [式6]3度 <91 < 6度
[0103] 另外，實際測量圖6所示那樣的刮片環(huán)11時（實施例）的外周面S的輪廓曲線如圖7 和圖8所示。圖7是測量外周面S時的輪廓曲線，圖8是將圖7中測量的外周面S的前端部分SA 放大后的輪廓曲線。圖7中的測量時的放大率，在徑向（X方向）上為2000倍，在汽缸1的軸向 (Y方向）上為200倍。另外，圖8中的測量時的放大率，在徑向（X方向）上為2000倍，在汽缸1的 軸向（Y方向）上為1000倍。另外，在上述輪廓曲線的測量中，基于ISO 4287:'97(JIS B0601: '01)進行測量(其他輪廓曲線的測量中也是相同）。
[0104] 〈4.關于刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA的第二形狀〉
[0105] 接下來，對于與圖6不同的、刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA的第二形狀進行 說明。圖9是表示將呈與圖6的第一形狀不同的第二形狀的刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部 分SA放大后的狀態(tài)的局部輪廓曲線。另外，圖9與圖6同樣為外周面S的前端部分SA的模式 圖，該模式圖相當于汽缸1的軸向（圖9的Y方向）上的某單位長度的放大率和徑向（圖9的X方 向）上的某單位長度的放大率分別為1000倍和2000倍時的輪廓曲線。第一形狀的第一輪廓 區(qū)域S1、第二輪廓區(qū)域S2以及第三輪廓區(qū)域S3在第二形狀中如下所述。如圖9所示，第一輪 廓區(qū)域S1被設置為：以第二輪廓區(qū)域S2的平坦部的發(fā)動機燃燒室側的端部作為起點而朝向 發(fā)動機燃燒室側延伸。該第一輪廓區(qū)域S1被設置為如二次曲線那樣的曲線形狀。但是，也可 以呈直線形狀。第二輪廓區(qū)域S2被設置為:在發(fā)動機燃燒室側設有平坦部，該平坦部的遠離 發(fā)動機燃燒室側的端部成為與第三輪廓區(qū)域S3相連的二次曲線的一部分。第三輪廓區(qū)域S3 位于相比第二輪廓區(qū)域S2的平坦部更加遠離發(fā)動機燃燒室側的位置處。該第三輪廓區(qū)域S3 被設置為以第二輪廓區(qū)域S2的遠離發(fā)動機燃燒室側的端部作為起點的二次曲線的一部分。
[0106] 圖9所示的刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA中設有平坦部SF。因此，在該圖9 中，與線段W4垂直的線W2從平坦部SF的軸向（Y方向）上的中央位置處通過。另外，圖9所示的 外周面S也滿足上述[式1]、[式2]、[式5]~[式6]的關系。但是，在圖9所示的外周面S中，滿 足[式7]的關系，而并非是[式3]的L3/LS 0.74。
[0107] [式 7]L3/L<0.76
[0108] 另外，在圖7所示的外周面S中，當將平坦部SF的兩端部間的距離設為L4時，長度L4 滿足以下的[式8]的關系。
[0109] [式8]0<L4< 0.05mm
[0110] 另外，在圖9所示的外周面S中，也優(yōu)選平坦部SF的剖面的輪廓呈直線形狀或者曲 線形狀，且此處所說的曲線形狀構成二次曲線的一部分，外周頂點的曲率半徑在 0.209083mm以上。
[0111] 在此，圖10是將圖9中的刮片環(huán)11、12的外周面S的前端部分SA放大進行表示的輪 廓曲線，且是將與圖8同樣地測量的外周面S的前端部分SA放大后的輪廓曲線。圖10中的測 量時的放大率也與圖8同樣在徑向（X方向）上為2000倍，在汽缸1的軸方向（Y方向）上為1000 倍。
[0112] 〈5.關于刮片環(huán)11、12的外周面S的形成方法〉
[0113] 接下來，對于刮片環(huán)11、12的外周面S的形成方法進行說明。外周面S是使用例如砂 帶磨削裝置，并利用彈性體將砂帶磨削裝置的旋轉且附有磨料的砂帶彈性地推到水平固定 的一個刮片環(huán)的外周面上，從而將該刮片環(huán)的外周面形成為規(guī)定形狀。該形狀也可以形成 為刮片環(huán)11、12的基體材料、即刮片環(huán)用線材的形狀。另外，該形狀也可以在成形為環(huán)狀后 形成，還可以通過其他任意方法而形成。
[0114] 〈6.關于在刮片環(huán)11、12的外周面S上形成硬質膜lla、12a的方法〉
[0115] 接下來，對于在刮片環(huán)11、12的外周面S上形成硬質膜lla、12a的方法進行說明。另 外，硬質膜lla、12a可以選擇利用下述任意一種方法所形成的膜。
[0116] (6-1)氮化物膜(PVD膜)的成膜方法
[0117] 首先，對于在刮片環(huán)11、12的外周面S上形成作為硬質膜lla、12a的氮化物膜的成 膜方法進行說明。作為該成膜方法，存在使用用于執(zhí)行作為物理氣相沉積(PVD:Phy Sical Vapor Deposition)法之一的電弧離子鍍法的電弧離子鍍裝置而進行成膜的方法。在通過 電弧離子鍍法形成氮化物膜時，利用與所形成的硬質膜的組成相符的Cr金屬靶材，并將刮 片環(huán)11、12用的基體材料固定在電弧離子鍍裝置內(nèi)。然后，將電弧離子鍍裝置內(nèi)部進行抽真 空而進行減壓，并且對基體材料進行加熱。
[0118] 然后，對基體材料施加偏壓，利用金屬祀材進行離子轟擊（ion bombard)。所施加 的偏壓可以為例如-500V~-1000V。接下來，施加另一種偏壓，并向電弧離子鍍裝置內(nèi)導入 工藝氣體(process gas)，從而在刮片環(huán)11、12的外周滑動面上形成規(guī)定厚度的硬質膜11a、 12a。作為另一種偏壓，可以為例如0V~-200V。工藝氣體僅使用氮氣。此外，工藝氣體也可以 使用氧氣、甲烷等。金屬靶材除了上述Cr之外，還可以使用Ti、或者將Ti與A1組合進行使用。
[0119] (6-2)氮化物膜(PVD膜)的成膜方法(局部不同的成膜方法）
[0120] 在上述(6-1)的氮化物膜(PVD膜）的成膜中，也可以在金屬靶材上形成由從Cr、Ti 選擇的一種或者兩種的氮化物構成且包含A1的薄膜。該情況下，可以使用Cr與A1的混合材 料作為金屬靶材，且使用氮氣與甲烷的混合氣體、氮氣與氧氣的混合氣體、或者氮氣與氬氣 等的混合氣體作為工藝氣體而進行成膜。
[0121] (6-3)氮化物膜(PVD膜)的成膜方法(局部不同的成膜方法）
[0122] 另外，也可以形成由選自固溶有從0、C中選擇的至少一種元素的Cr、Ti中的一種或 者兩種的氮化物構成的膜。該情況下，工藝氣體也可以使用氮氣與氧氣的混合氣體、或者氮 氣與甲烷的混合氣體。另外，也可以形成由選自固溶有B元素的Cr、Ti中的一種或者兩種的 氮化物構成的膜。該情況下，金屬靶材也可以使用Cr與B的混合材料。
[0123] (6-4)氮化物膜(PVD膜)的成膜方法(局部不同的成膜方法）
[0124] 另外，也可以形成固溶有氮的金屬鉻與Cr2N混合而成的膜。該情況下，工藝氣體也 可以使用氮氣與氬氣混合而成的混合氣體。
[0125] (6-5)非晶碳膜(DLC膜)的成膜方法
[0126] 接下來，對于在刮片環(huán)11、12的外周面S上形成非晶碳膜（DLC(diamond like carbon、類鉆碳)膜)作為硬質膜lla、12a的方法進行說明。作為形成DLC膜的方法，存在使用 上述用于執(zhí)行電弧離子鍍法的電弧離子鍍裝置的方法。將刮片環(huán)11、12用的基體材料固定 在該電弧離子鍍裝置內(nèi)。然后，將電弧離子鍍裝置內(nèi)部進行抽真空而進行減壓，并且對基體 材料進行加熱。然后，對刮片環(huán)的基體材料施加偏壓，并利用氬離子進行離子轟擊。作為所 施加的偏壓，可以為例如-50V~-300V。
[0127] 接下來，在施加了規(guī)定的偏壓后，作為粘接層而形成Ti膜。作為規(guī)定的偏壓，可以 為例如-50V~-300V。接下來，通過派射氬離子而在Ti膜上形成呈非晶質碳結構的DLC膜(a-C層）。此時，例如將偏壓設定為-50V~-300V。進而，通過過濾電弧離子鍍在a-C層上形成呈 四面體碳結構的DLC膜(ta-C層）。此時，例如將偏壓設定為-100V~-300V。通過交替反復層 疊上述兩個層，從而在刮片環(huán)的基體材料的外周滑動面上形成規(guī)定厚度的硬質膜lla、12a。
[0128] (6-6)非晶碳膜(DLC膜)的成膜方法(局部不同的成膜方法）
[0129] 在上述(6-5)的DLC膜的成膜中，也可以形成除了碳之外還含有51、0、^、!^等元 素中的一種或者兩種以上的DLC膜。另外，作為DLC膜的成膜方法，也可以利用化學氣相沉積 (CVD；Chemical Vapor Deposition)法。
[0130] (6-7)關于復合膜
[0131] 另外，也可以在上述(6-1)~(6-4)的氮化物膜中的任意一種膜的外周上，形成(6-5)的DLC膜或(6-6)的DLC膜中的任意一種DLC膜，從而形成硬質膜lla、12a。
[0132] 〈7.關于耗油量測量試驗的方法〉
[0133] 接下來，對于利用本實施方式的組合油環(huán)10進行的耗油量測量試驗進行說明。在 該耗油量測量試驗中，使用了排氣量為2L級且缸徑為80mm級的發(fā)動機。在該發(fā)動機的試運 行之后，將負載條件設為W0T(節(jié)氣門全開;全負載）的狀態(tài)、將冷卻水溫設為100°C、將發(fā)動 機油的溫度設為125°C，并使用5W-20(粘度分類SAE J300)的發(fā)動機油。
[0134] 然后，在發(fā)動機的活塞平均速度為20.2m/s、18.9m/s這兩個標準的高速區(qū)域的條 件下對耗油量進行了評價。該活塞平均速度是根據(jù)發(fā)動機的轉速和沖程(stroke)而求出的 活塞2的平均速度。關于耗油量測量，利用連續(xù)重量法測量了每小時的耗油量。另外，從試運 行后至耗油量測量試驗結束為止的運行時間為約70小時。
[0135] 試驗中所使用的活塞環(huán)的頂環(huán)使用寬度(汽缸1的軸向上的尺寸)為1.2mm，且在外 周面上通過PVD法形成有硬質膜的環(huán)。另外，第二道環(huán)使用寬度(汽缸1的軸向上的尺寸）為 I. 2mm，且對外周面實施了電鍍硬鉻的環(huán)。組合油環(huán)10使用組合寬度h0為2.0mm，且刮片環(huán) II、 12的刮片環(huán)寬度hi為0.4mm的組合油環(huán)。另外，油環(huán)張力按缸徑比計為0.24(N/mm)，是在 被稱為低張力的〇.3(N/mm)以下。
[0136] 刮片環(huán)11、12的基體材料使用相當于JIS SUS440B的材料，且通過電弧離子鍍法在 該刮片環(huán)11、12的外周面上形成了作為硬質膜的CrN膜（膜厚度為20mi、維氏硬度HV為 1100)。關于刮片環(huán)11、12的外周面S的形狀，以目前所采用的測量寬度為0.15_的位置與外 周面S的頂點部分SP的落差(徑向上的距離)為0.008mm~0.015mm且呈對稱的大致凸曲面形 狀為基準，將外周面S制成各種非對稱的大致凸曲面形狀，并進行了試驗。
[0137] 組合油環(huán)10與活塞2的油環(huán)槽4之間的側隙SC通常在0.07mm至0.15mm的范圍內(nèi)，在 本試驗中，側隙SC為0? 11mm。
[0138] 另外，關于上述維氏硬度的測量，在將測量樣品研磨成鏡面后，利用顯微維氏硬度 計在試驗力為0.9807N、試驗力的保持時間為15秒的條件下，按照JIS Z 2244的"維氏硬度 試驗-試驗方法"進行了測量(其他的維氏硬度也是相同）。
[0139] 另外，關于上述第二偏心量P2的測量，在對于從刮片環(huán)11、12的外周面S的頂點部 分SP朝向徑向（X方向）內(nèi)周側的距離至少為0.025mm為止的輪廓曲線進行測量時，將刮片環(huán) 11、12的徑向（X方向）上的放大率設為2000倍，將汽缸1的軸向（Y方向）上的放大率設為200 倍。另外，測量位置設為從刮片環(huán)11、12的開口起圓周方向上90度、180度、270度處的三個位 置，表1中的測量值采用這三個位置的平均值。
[0140] 另外，在刮片環(huán)11、12的外周面S的外周形狀(輪廓曲線）的測量中，使用（日本)株 式會社小坂研究所的觸針式表面粗糙度測量儀(Surfcorde SE-30C)，檢測器使用PU-DJ2S (前端球面半徑為2wn、圓錐的錐度為60度）。另外，關于橫向放大率的進給速度，在汽缸1的 軸向（Y方向）上的放大率為200倍時為O.lmm/s，在汽缸1的軸向（Y方向）上的放大率為1000 倍時為〇. 〇5mm/s，但是，該進給速度也可以低于上述速度。
[0141]根據(jù)上述條件進行耗油量測量的結果如表1所示。在表1中，除了外周面S的形狀的 類型（外周形狀）、上方角91以及下方角92之外，還示出了位置al與位置bl之間的線段W4的 長度L(L = L1+L2)、與[式2]相關的L1/L、與[式3]相關的L3/L、平坦部SF的長度L4以及第二 偏心量P2。
[0142]【表1】
[0144] 另外，在表1中，實施例1~7表示使用外周面S呈圖6所示的第一形狀的刮片環(huán)11、 12時的情況，實施例8~10表示使用外周面S呈圖9所示的第二形狀的刮片環(huán)11、12時的情 況。另外，比較例1表示使用現(xiàn)有形狀、即作為上方角的角度91為7.5度、作為下方角的角度0 2為7.5度的對稱形狀的刮片環(huán)時的情況。另外，實際測量比較例1涉及的刮片環(huán)11時的外周 面S的輪廓曲線如圖11和圖12所示。圖11是測量比較例1的外周面S時的輪廓曲線，圖12是將 圖11中測量的外周面S的前端部分SA放大進行表示的輪廓曲線。圖11中的測量時的放大率 與圖7同樣地在徑向（X方向）上為2000倍，在汽缸1的軸向（Y方向）上為200倍。另外，圖12中 的測量時的放大率與圖8同樣地在徑向（X方向）上為2000倍，在汽缸1的軸向（Y方向）上為 1000倍。
[0145] 另外，在比較例2中，作為上方角的角度91不滿足[式4]，作為下方角的角度92不滿 足[式5]，線段W4的長度L不滿足[式1]，位置al與位置bl之間的距離L3與長度L之比L3/L不 滿足[式3]。
[0146] 另外，表1中的耗油量比是指:使用呈比較例1(現(xiàn)有形狀)所示的現(xiàn)有形狀、即作為 上方角的角度91為7.5度、作為下方角的角度92為7.5度的對稱形狀的刮片環(huán)，且將使用該 刮片環(huán)時的活塞平均速度為20.2m/s時的耗油量設為100時，以與其之比表示其他的耗油 量。
[0147] 〈8.外周面S的形狀和耗油量測量試驗的結果的說明〉
[0148] 由以上可知：當角度01如[式4]所示那樣在2度以上且7度以下時，該角度是在油環(huán) 上升沖程中，在汽缸1的內(nèi)壁面上形成油膜的發(fā)動機油容易從刮片環(huán)11、12的外周面S的發(fā) 動機燃燒室側流入的角度，并且能夠抑制刮片環(huán)11、12將汽缸1的內(nèi)壁面上的發(fā)動機油刮起 的作用。因此，對于減少油膜會變厚的高速區(qū)域中的耗油量具有效果。在此，被認為:刮片環(huán) 11、12刮起發(fā)動機油的作用，能夠促進發(fā)動機燃燒時的發(fā)動機油燃燒而引起的發(fā)動機油消 耗、以及發(fā)動機排氣沖程中的發(fā)動機油的排出，從而導致耗油量增大。
[0149] 相對于此，在作為刮片環(huán)11、12的上方角的角度01小于2度的情況下，當組合油環(huán) 10上升時，在汽缸1的內(nèi)壁面上形成油膜的發(fā)動機油不易從刮片環(huán)11、12的外周面S的發(fā)動 機燃燒室側流入。由此，發(fā)動機油滯留在形成于汽缸1的內(nèi)壁面與刮片環(huán)11、12的外周面S的 發(fā)動機燃燒室側之間的空隙中，該發(fā)動機油被輸送至刮片環(huán)11、12的上升端，從而無法實現(xiàn) 耗油量的減少。
[0150] 另一方面，當作為刮片環(huán)11、12的上方角的角度01超過7度時，刮片環(huán)11、12刮起汽 缸1的內(nèi)壁面上的發(fā)動機油的作用增大，從而使耗油量增加。
[0151] 另外，從將作為上方角的角度01如[式4]所示形成為2度以上且7度以下的刮片環(huán) 11、12的外周形狀形成為非對稱形狀的方面出發(fā)，優(yōu)選將作為刮片環(huán)11、12的下方角的角度 02如[式5]所示那樣設為9度以上。
[0152]在此，當作為刮片環(huán)11、12的下方角的角度02小于9度時，相當于如上述表1中的比 較例1那樣的現(xiàn)有刮片環(huán)的輪廓曲線對稱時的下方角92。由表1可知，當下方角02小于9度 時，無法實現(xiàn)發(fā)動機的高速區(qū)域內(nèi)的耗油量的減少，從而并不理想。
[0153] 另外，當刮片環(huán)11、12的外周面S中的、汽缸1的軸向（Y方向）上的非對稱區(qū)域R2的 表面粗糙度在〇.6wiiRp以下時，從降低刮片環(huán)11、12的外周面S與汽缸1的內(nèi)壁面之間的摩擦 力方面來看較為理想。然而，當非對稱部分的表面粗糙度超過0.6wiiRp時，容易導致汽缸1的 內(nèi)壁面受損以及汽缸1磨損，因而并不理想。
[0154] 另外，由表1的結果可知，當角度01滿足上述[式6]時，耗油量比更低，從而成為理 想狀態(tài)。
[0155] 圖13是表示圖8所示那樣的外周面S的前端部分SA在約70小時的耗油量測量試驗 結束后的磨損量的圖。在該圖13所示的例子中，磨損量為1.5wii。另外，圖13中的測量時的放 大率與圖8同樣地在徑向（X方向）上為2000倍，在汽缸1的軸向（Y方向）上為1000倍。從該測 量試驗后的刮片環(huán)11、12的外周面S的輪廓曲線可知，只要是與此相似的外周形狀，則耗油 量便不會增加。
[0156] 另外，在刮片環(huán)11、12的外周面S呈圖9所示那樣的第二形狀的情況下，當平坦部SF 的軸向長度L4超過0.05_時，刮片環(huán)11、12的外周面S與汽缸1的內(nèi)壁面的接觸面積增加，刮 片環(huán)11、12的自身張力對于汽缸1的內(nèi)壁面施加的表面壓力降低，因而導致耗油量比增大， 從而并不理想。另一方面，如上述表1所示，當長度L4在0.05mm以下時，耗油量比未增加，呈 良好的結果。
[0157] 〈9.作用效果〉
[0158] 如上構成的組合油環(huán)10被設置為:L在本實施方式的外周面S的前端部分SA中作為 前提范圍而設為0.05111111<1^0.15111111，而且在從刮片環(huán)11、12的頂點部分3?朝向徑向（父方 向）內(nèi)周側至少〇.〇25mm為止的范圍內(nèi)存在非對稱區(qū)域R2。而且，在非對稱部分的表面粗糙 度在0.6wiiRp以下的條件下，由表1明確可知，在滿足[式1] :0.05mm < L < 0.15mm、[式2] :L1/ L 2 0.5、[式3] :L3/L < 0.74、[式4] :2度< 01 < 7度、[式5] :9度< 02的情況(如圖6所示構成 的情況)下，能夠減少高速區(qū)域中的耗油量。
[0159] 該情況如圖14所示。圖14是基于表1中的耗油量測量結果的圖表。在圖14中，橫軸 為91(上方角），縱軸為耗油量比。另外，在圖14中，按照角度01而示出使用外周面S呈圖6所 示的第一形狀的刮片環(huán)11、12時的耗油量比，黑色菱形點表示活塞平均速度為20.2m/s時的 情況，黑色圓點表示活塞平均速度為18.9m/s時的情況。另外，在圖14中，按照角度01而示出 使用外周面S呈圖9所示的第二形狀的刮片環(huán)11、12時的耗油量比，內(nèi)部具有X標記的正方 形點表示活塞平均速度為20.2m/s時的情況，白底黑框正方形點表示活塞平均速度為 18.9m/s時的情況。
[0160] 另外，圖14中還示出了比較例。在圖14中，白底黑框菱形點對應于活塞平均速度為 20.2m/s時的情況，分別表示比較例1的角度01為7.5度時的情況和比較例2的角度01為1.7 度時的情況。另外，在圖14中，白底黑框圓點對應于活塞平均速度為18.7m/s時的情況，分別 表示比較例1的角度91為7.5度時的情況和比較例2的角度01為1.7度時的情況。
[0161] 另外，在圖14中，作為參考還示出了活塞平均速度為14.3m/s時的耗油量。白底黑 框三角形點對應于使用外周面S呈圖6所示的第一形狀的刮片環(huán)11、12時的情況。另外，黑色 正方形點對應于使用外周面S呈圖9所示的第二形狀的刮片環(huán)11、12時的情況。另外，黑色三 角形點對應于使用具有呈現(xiàn)有構成的比較例的外周面的刮片環(huán)時的情況。另外，在活塞平 均速度為14.3m/s這一低于高速區(qū)域的速度區(qū)域中，比較例和實施例(第一形狀、第二形狀） 的耗油量比之間并無差別。
[0162] 在此，由圖14明確可知：[式4]的2度<01 <7度的范圍內(nèi)的耗油量比，低于超出該 范圍的比較例1 (角度91 = 7.5度)和比較例2 (角度02 = 1.7度）的耗油量比。作為具體數(shù)值， 在[式4]的2度<01 <7度的范圍內(nèi)的實施例1~7中，在活塞平均速度為20.2m/s和18.9m/s 時的高速區(qū)域中，能夠使耗油量比降低約15%以上。
[0163] 但是，目前情況下，為了實現(xiàn)發(fā)動機的低油耗化，不斷對于以降低摩擦力為目的的 油環(huán)的低張力化進行研究。通過該低張力化，尤其在發(fā)動機高速旋轉的高速區(qū)域中，油膜厚 度變厚，伴隨于此，尤其是高速區(qū)域中的耗油量增大。然而，由表1和圖14明確可知:在表面 粗糙度在〇.6wiiRp以下且滿足[式1]~[式5]的情況下，能夠減少高速區(qū)域中的耗油量。
[0164] 另外，在現(xiàn)有的刮片環(huán)中，對于例如朝向徑向中心15wii這樣的徑向尺寸更大的范 圍內(nèi)的外周面S的形狀進行了研究。例如，如專利文獻1的圖1、圖2中所示，在上述范圍內(nèi)對 外周面的軌跡進行測量。然而，在本實施方式中，從圖6明確可知:在距離頂點部分SP的距離 為3mi這一更小的范圍內(nèi)，具有外周面S呈精密規(guī)定的形狀的前端部分SA。因此，可以說所觀 察到形狀的精密度的級別(scale)與現(xiàn)有構成完全不同。
[0165]另外，由非專利文獻1的公開內(nèi)容明確可知:在推力（thrust)側，在以2000rpm的全 負載的運行條件進行四個循環(huán)期間，通過LIF(Laser-Induced-Fluorescence、激光誘導焚 光)法測出利用油環(huán)試驗時的油膜厚度為約1M1至6wii。而且，非專利文獻1中公開了油膜厚 度隨著發(fā)動機的轉速變快而變厚這一內(nèi)容。于是，可以認為:在發(fā)動機的高速旋轉區(qū)域(高 速區(qū)域）中，當如本實施方式的刮片環(huán)11、12那樣，在距離頂點部分SP的距離為3mi的范圍內(nèi) 對外周面S的形狀精密地進行規(guī)定時，對于耗油量的性能提高具有很大影響。反之，即使對 于超過油膜厚度的范圍、即從頂點部分SP朝向徑向內(nèi)周側的距離為lOwii或15mi的部位為止 的外周面S的形狀精密地進行規(guī)定，與在距離頂點部分SP的距離為3wii的范圍內(nèi)對外周面S 的形狀精密地進行規(guī)定時相比，也無法提高耗油量的性能。
[0166] 然而，即使在上述非專利文獻1中存在關于油膜厚度的記載，但在本發(fā)明申請時并 未發(fā)現(xiàn)在接近于上述油膜厚度范圍的范圍內(nèi)，對于實際上何種形狀的外周面S有利于減少 耗油量實際進行各種研究，從而發(fā)現(xiàn)有效的外周面S的形狀的例子。
[0167] 相對于此，在本實施方式中，關于外周面S，對于距離頂點部分SP的距離為3wii的范 圍內(nèi)的該外周面S的輪廓形狀精密地進行了規(guī)定，進而對于高速區(qū)域內(nèi)的油耗量的減少情 況實際進行了驗證。因此可以說:這一方面與所有文獻相比均具有創(chuàng)造性。
[0168] 另外，在本實施方式中，優(yōu)選呈圖6所示的第一形狀的外周面S的角度01、和呈圖9 所示的第二形狀的外周面S的角度01，進一步滿足[式6] :3度< 01 < 6度的條件。該情況下， 由表1和圖14明確可知：在活塞平均速度為20.2m/s時，均可以使耗油量比小于80，另外，在 活塞平均速度為18.9m/s時，均可以使耗油量比小于60。即，能夠進一步減少發(fā)動機的高速 區(qū)域中的耗油量。
[0169] 進而，在本實施方式中，第二輪廓區(qū)域S2中設有圖9所示那樣的平坦部SF。而且，平 坦部3?的軸向以方向）長度14滿足[式8] :14<0.05111111，且滿足[式7]:13/1^0.76的條件。由 表1和圖14明確可知:在外周面S呈上述圖9所示那樣的形狀的情況下，也能夠減少發(fā)動機的 高速區(qū)域中的耗油量。
[0170] 另外，在本實施方式中，在刮片環(huán)11、12的外周面S上，通過離子電鍍法形成有硬質 膜11a、12a，該硬質膜11a、12a為下述膜中的任意一種。
[0171 ] (6-1)由選自鉻、鈦中的一種元素的氮化物構成，且通過離子電鍍法形成的氮化物 膜。
[0172] (6-2)由選自鉻、鈦中的一種或者兩種的氮化物構成，且通過離子電鍍法形成的含 有鋁的氮化物膜。
[0173] (6-3)利用選自固溶有從氧、碳、硼中選擇的至少一種元素的鉻、鈦中的元素且通 過離子電鍍法而形成的氮化物膜。
[0174] (6-4)由固溶有氮的金屬鉻和Cr2N混合而成且通過離子電鍍法形成的氮化物膜。
[0175] (6-5)僅含有碳且通過離子電鍍法形成的DLC(非晶碳)膜。
[0176] (6-6)除碳之外還含有硅、氧、氫、鎢、鈦中的一種或者兩種以上的元素，且通過離 子電鍍法形成的DLC(非晶碳)膜。
[0177] (6-7)在上述(6-1)至(6-4)的氮化物膜中的任意一種硬質膜的外周覆蓋(6-5)或 者(6-6)的DLC膜中的任意一種而構成的膜。
[0178] 另外，在上述硬質膜lla、12a中，（6-1)至(6-7)的表面硬度均在HV1000以上，（6-1) 至(6-6)的膜厚度均為3wn，（6-7)的多層膜厚度在3mi以上。
[0179]在具備上述硬質膜lla、12a的情況下，能夠提高耐磨性。
[0180] 〈10 ?變形例〉
[0181] 以上，對于本發(fā)明的各實施方式進行了說明，但是，本發(fā)明除此之外還可以進行各 種變形。以下，對此進行敘述。
[0182] 在上述實施方式中，關于外周面S的形狀，將第一輪廓區(qū)域S1~第三輪廓區(qū)域S3的 輪廓形成為具有曲線形狀。然而，也可以在該曲線形狀的一部分中存在直線部分。
【主權項】
1. 一種組合油環(huán)，其被安裝在內(nèi)燃機用活塞的油環(huán)槽中，且具有一對刮片環(huán)和間隔外 脹環(huán)，其中，一對所述刮片環(huán)的外周面在氣缸的內(nèi)壁上滑動，所述間隔外脹環(huán)配置在一對所 述刮片環(huán)之間，并且朝向所述氣缸的內(nèi)壁擠壓一對所述刮片環(huán)的外周面，所述組合油環(huán)的 特征在于， 所述刮片環(huán)的任意縱剖面中的外周面的形狀呈如下形狀，即：在從形成刮片環(huán)寬度的 兩個端面分別朝向汽缸的內(nèi)壁的徑向上，在刮片環(huán)寬度的發(fā)動機燃燒室側和遠離發(fā)動機燃 燒室側具有對稱的一對曲線形狀，在所述外周面的形狀中的、插入汽缸內(nèi)時與汽缸的內(nèi)壁 接觸的外周頂點側，具有夾著該外周頂點部分在刮片環(huán)寬度方向上呈非對稱形狀且與所述 曲線形狀相連的形狀， 所述非對稱形狀被形成為： 在將從所述刮片環(huán)寬度的中心位置通過的線設為第一中間線， 在所述刮片環(huán)的縱剖面中的外周面的輪廓曲線的外周前端部中，將輪廓曲線上的、從 所述外周頂點朝向所述刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為3μπι的位置處的兩個位置中的所述發(fā) 動機燃燒室側的位置設為位置(al )，將遠離所述發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置(bl)， 將所述位置(al)與所述位置(bl)之間的線段的長度設為L，將該長度為L的線段的中間 線設為第二中間線時，所述第二中間線位于相比所述第一中間線更加遠離所述發(fā)動機燃燒 室側的位置處，并且所述刮片環(huán)的外周頂點位于所述第二中間線上、或者相比所述第二中 間線更加遠離所述發(fā)動機燃燒室側的位置處， 并且，一對所述刮片環(huán)以各自的所述外周頂點位于遠離發(fā)動機燃燒室側的位置處的方 式被安裝在油環(huán)槽中。2. 如權利要求1所述的組合油環(huán)，其特征在于， 所述刮片環(huán)的縱剖面中的外周面的輪廓曲線的描繪范圍是從所述刮片環(huán)的外周頂點 朝向所述刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側至少〇.〇25mm為止的范圍，以使所述刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的 位置處的軸向兩端側形成為一對的對稱形狀， 在將所述刮片環(huán)的外周前端部的非對稱形狀的輪廓曲線劃分為:外周頂點與從外周頂 點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為1.5μπι的位置之間的曲線部分、和從外周頂點朝向刮 片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為1.5μπι的位置與從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為3.Ομπι的位置之間的輪廓部分時，從汽缸的發(fā)動機燃燒室側起設為第一輪廓區(qū)域、第二輪廓 區(qū)域以及第三輪廓區(qū)域， 所述第一輪廓區(qū)域以所述第二輪廓區(qū)域的所述發(fā)動機燃燒室側的第一端部作為起點， 且被設置為直線形狀、或者二次曲線形狀的一部分， 所述第二輪廓區(qū)域被設置為弧狀，并且所述外周頂點位于所述第二輪廓區(qū)域的中途部 分處， 所述第三輪廓區(qū)域以所述第二輪廓區(qū)域的遠離所述發(fā)動機燃燒室側的第二端部作為 起點，且被設置為二次曲線形狀的一部分， 所述刮片環(huán)的外周面中的所述非對稱部分的表面粗糙度在〇.6ymRp以下， 在所述輪廓曲線的外周前端部中，在將線段L通過與所述位置(al)與位置(bl)之間的 線段垂直且從所述外周頂點通過的所述徑向上的線分割后的位置(al)側的長度設為L1、位 置(bl)側的長度設為L2， 進而將輪廓曲線上的、朝向所述刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為1.5μπι處的兩個位置中 的所述發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置(a2)、遠離所述發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置 (b2)，并將位置(a2)與位置(b2)之間的線段的長度設為L3時，滿足0.05mm< L < 0.15mm、Ll/ L2 0.5、L3/L<0.74 的條件， 在將從所述位置(al)和所述位置(a2)通過的第一直線與所述汽缸的軸向所形成的角 度設為角度(Θ1)時，滿足2度< Θ1 < 7度的條件， 在將從所述位置(bl)和所述位置(b2)通過的第二直線與所述汽缸的軸向所形成的角 度設為角度(Θ2)時，滿足9度<Θ2的條件。3. 如權利要求2所述的組合油環(huán)，其特征在于，所述角度（Θ1)滿足3度<Θ1 <6度的條 件。4. 如權利要求1所述的組合油環(huán)，其特征在于， 所述刮片環(huán)的縱剖面中的外周面的輪廓曲線的描繪范圍是從所述刮片環(huán)的外周頂點 朝向所述刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側至少〇.〇25mm為止的范圍，以使所述刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的 位置處的軸向兩端側形成為一對的對稱形狀， 在將所述刮片環(huán)的外周前端部的非對稱形狀的輪廓曲線劃分為:外周頂點與從外周頂 點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為1.5μπι的位置之間的曲線部分、和從外周頂點朝向刮 片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為1.5μπι的位置與從外周頂點朝向刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為 3.Ομπι的位置之間的輪廓部分時，從汽缸的發(fā)動機燃燒室側起設為第一輪廓區(qū)域、第二輪廓 區(qū)域以及第三輪廓區(qū)域， 所述第一輪廓區(qū)域以所述第二輪廓區(qū)域的所述發(fā)動機燃燒室側的第一端部作為起點， 且被設置為直線形狀、或者二次曲線形狀的一部分， 所述第二輪廓區(qū)域被設置為如下形狀，即：其中途部分具有平坦部，從所述平坦部的軸 向上的所述發(fā)動機燃燒室側的端部起呈直線形狀、或者由二次曲線形狀的一部分構成，并 且與所述第一輪廓區(qū)域相連，從所述平坦部的軸向上的遠離所述發(fā)動機燃燒室側的端部 起，由二次曲線形狀的一部分構成且與所述第三輪廓區(qū)域相連， 所述第三輪廓區(qū)域被設置為:與所述第二端部相連的二次曲線形狀的一部分， 所述刮片環(huán)的外周面中的所述非對稱部分的表面粗糙度在〇.6ymRp以下， 在所述刮片環(huán)的外周面的輪廓曲線的外周前端部中，在將線段L通過與所述位置(al) 與位置(bl)之間的線段垂直且從所述外周頂點通過的所述徑向上的線分割后的位置(al) 側的長度設為L1、位置(b 1)側的長度設為L2， 進而將輪廓曲線上的、朝向所述刮片環(huán)的徑向內(nèi)周側的距離為1.5μπι處的兩個位置中 的所述發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置(a2)、遠離所述發(fā)動機燃燒室側的位置設為位置 (b2)，并將位置(a2)與位置(b2)之間的線段的長度設為L3,以及將第二輪廓區(qū)域的平坦部 的軸向長度設為L4時，滿足0 · 05mm < L < 0 · 15mm、Ll/L 2 0 · 5、L3/L < 0 · 76、0〈L4 < 0 · 05mm的 條件， 在將從所述位置(al)和所述位置(a2)通過的第一直線與所述汽缸的軸向所形成的角 度設為角度(θ 1)時，滿足3度< θ 1 < 6度的條件， 在將從所述位置(bl)和所述位置(b2)通過的第二直線與所述汽缸的軸向所形成的角 度設為角度(Θ2)時，滿足9度<Θ2的條件。5.如權利要求1至4中任一項所述的組合油環(huán)，其特征在于， 所述刮片環(huán)的外周面具有下述(1)~(7)中的任意一種膜， (1) 由選自鉻、鈦中的一種或者兩種的氮化物構成且通過離子電鍍法形成的膜， (2) 由選自鉻、鈦中的一種或者兩種的氮化物構成且通過離子電鍍法形成的含有鋁的 膜， (3) 固溶有從氧、碳、硼中選擇的至少一種元素且通過(1)的離子電鍍法形成的膜， (4) 由固溶有氮的金屬鉻和Cr2N混合而成且通過離子電鍍法形成的膜， (5) 僅含有碳且通過離子電鍍法形成的DLC膜即非晶碳膜， (6) 除了碳之外還含有硅、氧、氫、鎢、鈦中的一種或者兩種以上的元素且通過離子電鍍 法形成的DLC膜即非晶碳膜， (7) 在所述（1)、所述（2)、所述(3)以及所述(4)的膜中的任意一種硬質膜上覆蓋所述 (5)的DLC膜或者所述(6)的DLC膜中的任意一種而構成的膜， 所述（1)~所述(7)的膜的表面硬度均在HV1000以上， 所述(1)~所述(6)的膜的厚度均在3μπι以上，所述(7)的多層膜厚度在3μπι以上。
【文檔編號】F16J9/20GK105849444SQ201580002991
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年3月30日
【發(fā)明人】藤田裕詞, 河野健太朗
【申請人】帝伯愛爾株式會社