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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024122832
(43)【公開日】2024-09-09
(54)【発明の名称】ピストンリングセット
(51)【国際特許分類】
F16J 9/20 20060101AFI20240902BHJP
F16J 9/16 20060101ALI20240902BHJP
F02F 5/00 20060101ALI20240902BHJP
【ＦＩ】
F16J9/20
F16J9/16
F02F5/00 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023127596
(22)【出願日】2023-08-04
(62)【分割の表示】P 2023514963の分割
【原出願日】2023-02-28
(71)【出願人】
【識別番号】000139023
【氏名又は名称】株式会社リケン
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100169063
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 洋平
(72)【発明者】
【氏名】山田 武志
【テーマコード（参考）】
3J044
【Ｆターム（参考）】
3J044AA20
3J044BA01
3J044CB03
3J044CB04
3J044CB24
3J044CB31
3J044DA09
3J044DA16
3J044DA17
3J044DA18
(57)【要約】
【課題】ブローバイガス、オイル消費量及びフリクションをそれぞれ低減できるピストンリングセットを提供する。
【解決手段】一側面に係るピストンリングセットは、トップリング及びオイルリングを備え、内燃機関のシリンダボアに挿入されるピストンリングセットであって、トップリングは、内周面と、外周面と、内周面に略直交する一側面及び他側面と、互いに対向して合口部を形成する第一合口端部及び第二合口端部と、を含む環状の本体部を有し、オイルリングは、互いに対向する一対のレールを有し、トップリングの合口流通面積は０．１ｍｍ２以下であり、オイルリングの外周追従性係数は０．３以上である。
【選択図】図１
【解決手段】一側面に係るピストンリングセットは、トップリング及びオイルリングを備え、内燃機関のシリンダボアに挿入されるピストンリングセットであって、トップリングは、内周面と、外周面と、内周面に略直交する一側面及び他側面と、互いに対向して合口部を形成する第一合口端部及び第二合口端部と、を含む環状の本体部を有し、オイルリングは、互いに対向する一対のレールを有し、トップリングの合口流通面積は０．１ｍｍ２以下であり、オイルリングの外周追従性係数は０．３以上である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トップリング及びオイルリングを備え、ピストンに取り付けられた状態で内燃機関のシリンダボアに挿入されるピストンリングセットであって、
前記トップリングは、内周面と、外周面と、前記内周面に略直交する第一側面及び第二側面と、互いに対向して合口部を形成する第一合口端部及び第二合口端部と、を含む環状の本体部を有し、
前記オイルリングは、互いに対向する一対のレールを有し、
前記トップリングの合口流通面積は０．１ｍｍ２以下であり、
前記オイルリングの外周追従性係数は０．３以上である、
ピストンリングセット。
前記トップリングは、内周面と、外周面と、前記内周面に略直交する第一側面及び第二側面と、互いに対向して合口部を形成する第一合口端部及び第二合口端部と、を含む環状の本体部を有し、
前記オイルリングは、互いに対向する一対のレールを有し、
前記トップリングの合口流通面積は０．１ｍｍ２以下であり、
前記オイルリングの外周追従性係数は０．３以上である、
ピストンリングセット。
【請求項2】
前記オイルリングの外周追従性係数は０．８以下である、
請求項１に記載のピストンリングセット。
請求項１に記載のピストンリングセット。
【請求項3】
前記本体部には、前記第一合口端部と前記外周面との間に位置する第一合口面取り面、前記第二合口端部と前記外周面との間に位置する第二合口面取り面、及び、前記第一側面及び前記第二側面の一方と前記外周面との間に位置する外周下面面取り面が設けられ、
前記トップリング及び前記オイルリングが前記ピストンに取り付けられた状態で前記シリンダボアに挿入されるとき、
前記シリンダボアの内面と前記第一合口面取り面との間には第一合口面取り部が形成され、前記内面と前記第二合口面取り面との間には第二合口面取り部が形成され、前記内面と前記外周下面面取り面との間には外周下面面取り部が形成され、
前記第一合口端部と前記第二合口端部との隙間をｓ１とし、前記ピストンの外面と前記シリンダボアの内面との隙間をｇ１とし、前記シリンダボアの内径に基づく補正係数をｆとし、前記第一合口面取り部の大きさをＣ１、前記第二合口面取り部の大きさをＣ２、前記外周下面面取り部の大きさをＣ３とした場合、前記合口流通面積は、ｓ１×ｇ１×ｆ＋Ｃ１＋Ｃ２＋２×Ｃ３と表され、
前記オイルリングの張力をＦｔとし、前記シリンダボアの内径をｄ１とし、前記シリンダボアの径方向に沿った前記一対のレールの各々の厚さをａ１とし、前記一対のレールの各々を構成している材料の弾性率をＥとし、前記シリンダボアの軸方向に沿った前記一対のレールの各々の幅をｈ１２とした場合、前記外周追従性係数は、３／２×Ｆｔ×（ｄ１－ａ１）２／（Ｅ×ｈ１２×ａ１３）と表される、
請求項１に記載のピストンリングセット。
前記トップリング及び前記オイルリングが前記ピストンに取り付けられた状態で前記シリンダボアに挿入されるとき、
前記シリンダボアの内面と前記第一合口面取り面との間には第一合口面取り部が形成され、前記内面と前記第二合口面取り面との間には第二合口面取り部が形成され、前記内面と前記外周下面面取り面との間には外周下面面取り部が形成され、
前記第一合口端部と前記第二合口端部との隙間をｓ１とし、前記ピストンの外面と前記シリンダボアの内面との隙間をｇ１とし、前記シリンダボアの内径に基づく補正係数をｆとし、前記第一合口面取り部の大きさをＣ１、前記第二合口面取り部の大きさをＣ２、前記外周下面面取り部の大きさをＣ３とした場合、前記合口流通面積は、ｓ１×ｇ１×ｆ＋Ｃ１＋Ｃ２＋２×Ｃ３と表され、
前記オイルリングの張力をＦｔとし、前記シリンダボアの内径をｄ１とし、前記シリンダボアの径方向に沿った前記一対のレールの各々の厚さをａ１とし、前記一対のレールの各々を構成している材料の弾性率をＥとし、前記シリンダボアの軸方向に沿った前記一対のレールの各々の幅をｈ１２とした場合、前記外周追従性係数は、３／２×Ｆｔ×（ｄ１－ａ１）２／（Ｅ×ｈ１２×ａ１３）と表される、
請求項１に記載のピストンリングセット。
【請求項4】
前記径方向に沿った前記外周下面面取り部の寸法は、前記軸方向に沿った前記外周下面面取り部の寸法よりも小さい、
請求項３に記載のピストンリングセット。
請求項３に記載のピストンリングセット。
【請求項5】
セカンドリングを更に備える前記ピストンリングセットであって、
前記セカンドリングは、互いに対向して第二合口部を形成する第三合口端部及び第四合口端部を含む環状の第二本体部を有し、
前記第一合口端部と前記第二合口端部との隙間に対する前記第三合口端部と前記第四合口端部との隙間の比は、１．８以下である、
請求項１～４の何れか一項に記載のピストンリングセット。
前記セカンドリングは、互いに対向して第二合口部を形成する第三合口端部及び第四合口端部を含む環状の第二本体部を有し、
前記第一合口端部と前記第二合口端部との隙間に対する前記第三合口端部と前記第四合口端部との隙間の比は、１．８以下である、
請求項１～４の何れか一項に記載のピストンリングセット。
【請求項6】
前記一対のレールの各外周面は、テーパフェース形状及びバレットフェース形状の何れか一方を有する、
請求項１～４の何れか一項に記載のピストンリングセット。
請求項１～４の何れか一項に記載のピストンリングセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ピストンリングセットに関する。
【背景技術】
【0002】
自動車等の内燃機関に用いられるピストンリングセットは、例えばピストン外周面のリング溝に装着される。リング溝に装着されたピストンリングセットは、シリンダボアの内壁と摺動する。ピストンリングセットは、燃焼室とクランク室との間の気密を保ち、オイル消費量を低減する。このようなピストンリングセットとして、例えば特許文献１に記載のピストンリングセットが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－２３１４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
内燃機関の燃費改善などを図るため、クランク室に漏れ出すブローバイガスの低減が求められている。しかしながら、ブローバイガスが低減されることに伴い、オイル消費量及びフリクションが増加するので、ブローバイガス、オイル消費量及びフリクションの全てを良好に低減することは困難である。本開示の一側面は、ブローバイガス、オイル消費量及びフリクションをそれぞれ低減できるピストンリングセットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一側面に係るピストンリングセットは、トップリング及びオイルリングを備え、ピストンに取り付けられた状態で内燃機関のシリンダボアに挿入されるピストンリングセットであって、トップリングは、内周面と、外周面と、内周面に略直交する第一側面及び第二側面と、互いに対向して合口部を形成する第一合口端部及び第二合口端部と、を含む環状の本体部を有し、オイルリングは、互いに対向する一対のレールを有し、トップリングの合口流通面積は０．１ｍｍ２以下であり、オイルリングの外周追従性係数は０．３以上である。
【0006】
このピストンリングセットでは、トップリングの合口流通面積が０．１ｍｍ２以下、かつ、オイルリングの外周追従性係数が０．３以上である。合口流通面積が０．１ｍｍ２以下であることにより、ブローバイガスが低減可能になる。ただ、ブローバイガスの減少に伴い、ブローバイガスによって吹き下げられるオイルの量が減少する。これにより、シリンダボアの内面に付着する余分なオイルが増加する傾向があると共に、トップリングのフリクションもまた増加する傾向がある。ここで、オイルリングの外周追従性係数が０．３以上であることにより、オイルリングは、シリンダボアの内面に良好に追従する。このため、トップリングに起因したシリンダボアの内面に付着した余分なオイルが、オイルリングによって良好に掻き落とされる。よって、上記トップリング及び上記オイルリングの両方を含む上記ピストンリングセットが利用される場合、上記トップリングに起因して増加するオイル消費量を、上記オイルリングに起因して低減されるオイル消費量が上回る。すなわち、上記ピストンリングセットを利用することによって、ブローバイガス、オイル消費量及びフリクションのそれぞれを低減できる。特に、上記トップリング及び上記オイルリングの両方を含む上記ピストンリングセットとのフリクションを、上記オイルリングを含むピストンリングセットのフリクションと同等に低減できる。
【発明の効果】
【0007】
本開示の一側面によれば、ブローバイガス、オイル消費量及びフリクションをそれぞれ低減できるピストンリングセットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［本開示の実施形態の概要］
最初に、本開示の実施形態の概要を説明する。
最初に、本開示の実施形態の概要を説明する。
【0010】
（１） トップリング及びオイルリングを備え、ピストンに取り付けられた状態で内燃機関のシリンダボアに挿入されるピストンリングセットであって、
前記トップリングは、内周面と、外周面と、前記内周面に略直交する第一側面及び第二側面と、互いに対向して合口部を形成する第一合口端部及び第二合口端部と、を含む環状の本体部を有し、
前記オイルリングは、互いに対向する一対のレールを有し、
前記トップリングの合口流通面積は０．１ｍｍ２以下であり、
前記オイルリングの外周追従性係数は０．３以上である、
ピストンリングセット。
（２） 前記オイルリングの外周追従性係数は０．８以下である、
（１）に記載のピストンリングセット。
（３） 前記本体部には、前記第一合口端部と前記外周面との間に位置する第一合口面取り面、前記第二合口端部と前記外周面との間に位置する第二合口面取り面、及び、前記第一側面及び前記第二側面の一方と前記外周面との間に位置する外周下面面取り面が設けられ、
前記トップリング及び前記オイルリングが前記ピストンに取り付けられた状態で前記シリンダボアに挿入されるとき、
前記シリンダボアの内面と前記第一合口面取り面との間には第一合口面取り部が形成され、前記内面と前記第二合口面取り面との間には第二合口面取り部が形成され、前記内面と前記外周下面面取り面との間には外周下面面取り部が形成され、
前記第一合口端部と前記第二合口端部との隙間をｓ１とし、前記ピストンの外面と前記シリンダボアの内面との隙間をｇ１とし、前記シリンダボアの内径に基づく補正係数をｆとし、前記第一合口面取り部の大きさをＣ１、前記第二合口面取り部の大きさをＣ２、前記外周下面面取り部の大きさをＣ３とした場合、前記合口流通面積は、ｓ１×ｇ１×ｆ＋Ｃ１＋Ｃ２＋２×Ｃ３と表され、
前記オイルリングの張力をＦｔとし、前記シリンダボアの内径をｄ１とし、前記シリンダボアの径方向に沿った前記一対のレールの各々の厚さをａ１とし、前記一対のレールの各々を構成している材料の弾性率をＥとし、前記シリンダボアの軸方向に沿った前記一対のレールの各々の幅をｈ１２とした場合、前記外周追従性係数は、３／２×Ｆｔ×（ｄ１－ａ１）２／（Ｅ×ｈ１２×ａ１３）と表される、
（１）又は（２）に記載のピストンリングセット。
（４） 前記径方向に沿った前記外周下面面取り部の寸法は、前記軸方向に沿った前記外周下面面取り部の寸法よりも小さい、
（３）に記載のピストンリングセット。
（５） セカンドリングを更に備える前記ピストンリングセットであって、
前記セカンドリングは、互いに対向して第二合口部を形成する第三合口端部及び第四合口端部を含む環状の第二本体部を有し、
前記第一合口端部と前記第二合口端部との隙間に対する前記第三合口端部と前記第四合口端部との隙間の比は、１．８以下である、
（１）～（４）の何れか一項に記載のピストンリングセット。
（６） 前記一対のレールの各外周面は、テーパフェース形状及びバレットフェース形状の何れか一方を有する、
（１）～（５）の何れか一項に記載のピストンリングセット。
前記トップリングは、内周面と、外周面と、前記内周面に略直交する第一側面及び第二側面と、互いに対向して合口部を形成する第一合口端部及び第二合口端部と、を含む環状の本体部を有し、
前記オイルリングは、互いに対向する一対のレールを有し、
前記トップリングの合口流通面積は０．１ｍｍ２以下であり、
前記オイルリングの外周追従性係数は０．３以上である、
ピストンリングセット。
（２） 前記オイルリングの外周追従性係数は０．８以下である、
（１）に記載のピストンリングセット。
（３） 前記本体部には、前記第一合口端部と前記外周面との間に位置する第一合口面取り面、前記第二合口端部と前記外周面との間に位置する第二合口面取り面、及び、前記第一側面及び前記第二側面の一方と前記外周面との間に位置する外周下面面取り面が設けられ、
前記トップリング及び前記オイルリングが前記ピストンに取り付けられた状態で前記シリンダボアに挿入されるとき、
前記シリンダボアの内面と前記第一合口面取り面との間には第一合口面取り部が形成され、前記内面と前記第二合口面取り面との間には第二合口面取り部が形成され、前記内面と前記外周下面面取り面との間には外周下面面取り部が形成され、
前記第一合口端部と前記第二合口端部との隙間をｓ１とし、前記ピストンの外面と前記シリンダボアの内面との隙間をｇ１とし、前記シリンダボアの内径に基づく補正係数をｆとし、前記第一合口面取り部の大きさをＣ１、前記第二合口面取り部の大きさをＣ２、前記外周下面面取り部の大きさをＣ３とした場合、前記合口流通面積は、ｓ１×ｇ１×ｆ＋Ｃ１＋Ｃ２＋２×Ｃ３と表され、
前記オイルリングの張力をＦｔとし、前記シリンダボアの内径をｄ１とし、前記シリンダボアの径方向に沿った前記一対のレールの各々の厚さをａ１とし、前記一対のレールの各々を構成している材料の弾性率をＥとし、前記シリンダボアの軸方向に沿った前記一対のレールの各々の幅をｈ１２とした場合、前記外周追従性係数は、３／２×Ｆｔ×（ｄ１－ａ１）２／（Ｅ×ｈ１２×ａ１３）と表される、
（１）又は（２）に記載のピストンリングセット。
（４） 前記径方向に沿った前記外周下面面取り部の寸法は、前記軸方向に沿った前記外周下面面取り部の寸法よりも小さい、
（３）に記載のピストンリングセット。
（５） セカンドリングを更に備える前記ピストンリングセットであって、
前記セカンドリングは、互いに対向して第二合口部を形成する第三合口端部及び第四合口端部を含む環状の第二本体部を有し、
前記第一合口端部と前記第二合口端部との隙間に対する前記第三合口端部と前記第四合口端部との隙間の比は、１．８以下である、
（１）～（４）の何れか一項に記載のピストンリングセット。
（６） 前記一対のレールの各外周面は、テーパフェース形状及びバレットフェース形状の何れか一方を有する、
（１）～（５）の何れか一項に記載のピストンリングセット。
【0011】
［本開示の実施形態の例示］
以下では、図面を参照しながら本開示に係る実施形態について説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
以下では、図面を参照しながら本開示に係る実施形態について説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【0012】
図１は、実施形態に係るピストンリングセットの斜視図である。図１に示されるトップリング１０、セカンドリング２０、オイルリング３０は、ピストンリングセット１を構成する。ピストンリングセット１は、例えば、自動車の内燃機関においてピストン外周面のリング溝に装着される。ピストンリングセット１は、ピストンに装着された状態で内燃機関のシリンダボアに挿入される。ピストンリングセット１は、シリンダボアの内壁に対して摺動することで、燃焼室側とクランク室側との間のガスシール機能、及び、オイル消費量の低減機能を奏する。
【0013】
トップリング１０は、環状の本体部１１を有している。本体部１１は、側面（第一側面）１１ａ、側面（第二側面）１１ｂ、内周面１１ｃ、外周面１１ｄ、合口端部（第一合口端部）１３、及び合口端部（第二合口端部）１４を含んでいる。側面１１ａ，１１ｂは、内周面１１ｃに略直交している。図１の例では、側面１１ａは本体部１１の上面であり、側面１１ｂは本体部１１の下面である。合口端部１３，１４は、互いに対向して合口部１５を形成する。以下の説明では、側面１１ａと側面１１ｂとを結ぶ方向をトップリング１０の幅方向とし、内周面１１ｃと外周面１１ｄとを結ぶ方向をトップリング１０の厚さ方向とする。トップリング１０の幅方向は、ピストンリングセット１が挿入されるシリンダボアの軸方向Ｄ１に相当する。トップリング１０の厚さ方向は、ピストンリングセット１が挿入されるシリンダボアの径方向Ｄ２に相当する。本体部１１が環状に延在している方向は、シリンダボアの周方向Ｄ３に相当する。
【0014】
本体部１１は、厚さ方向が長辺かつ幅方向が短辺となる断面略長方形状をなしている。本体部１１は、例えば複数の金属元素を含有する鋳鉄或いは鋼（スチール）を用い、十分な強度、耐熱性、及び弾性をもって形成されている。
【0015】
本体部１１の表面には、表面改質が施されて硬質膜が形成されてもよい。硬質膜は、例えば、物理気相成長法（ＰＶＤ法）を用いて形成される物理気相成長膜（ＰＶＤ膜）である。これにより、硬質膜を十分な硬度で形成できる。硬質膜は、チタン（Ｔｉ）及びクロム（Ｃｒ）の少なくとも一種と、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、及び酸素の少なくとも一種とを含むイオンプレーティング膜、若しくはダイヤモンドライクカーボン膜である。具体例としては、硬質膜は、窒化チタン膜、窒化クロム膜、炭窒化チタン膜、炭窒化クロム膜、酸窒化クロム膜、クロム膜、又はチタン膜である。耐摩耗性及び耐スカッフ性などの観点から、硬質膜は、窒化クロム膜でもよい。硬質膜は積層体であってもよく、例えば窒化クロム膜及びダイヤモンドライクカーボン膜等を含んでもよい。
【0016】
合口部１５は、本体部１１の一部が分断された空隙である。合口端部１３，１４は、それぞれ本体部１１の自由端となっている部分である。合口部１５の大きさは、常温において、トップリング１０がシリンダボアに挿入された状態での合口端部１３，１４の隙間ｓ１として示される。
【0017】
セカンドリング２０は、環状の本体部２１を有している。本体部２１は、側面２１ａ、側面２１ｂ、内周面２１ｃ、外周面２１ｄ、合口端部（第三合口端部）２３、及び合口端部（第四合口端部）２４を含んでいる。側面２１ａ，２１ｂは、内周面２１ｃに略直交している。図１の例では、側面２１ａは本体部２１の上面であり、側面２１ｂは本体部２１の下面である。合口端部２３，２４は、互いに対向して合口部（第二合口部）２５を形成する。本体部２１は、トップリング１０と同様の材料から形成されていてもよい。本体部２１の表面には、トップリング１０と同様に表面改質が施されて硬質膜が形成されてもよい。
【0018】
合口部２５は、本体部２１の一部が分断された空隙である。合口端部２３，２４は、それぞれ本体部２１の自由端となっている部分である。合口部２５の大きさは、常温において、セカンドリング２０がシリンダボアに挿入された状態での合口端部２３，２４の隙間ｓ２として示される。以下では、隙間ｓ１に対する隙間ｓ２の比（ｓ２／ｓ１）を、「Ｓ１比率」と呼称する。本実施形態では、Ｓ１比率は、１．８以下である。Ｓ１比率は、１．５以下であってもよい。Ｓ１比率は、１．４以下であってもよい。
【0019】
オイルリング３０は、互いに対向する一対のレール３１及びスペーサエキスパンダ３２を有している。一対のレール３１の各々は、オイルリング３０のサイドレールである。スペーサエキスパンダ３２は、一対のレール３１の間に配置される。本実施形態では、一対のレール３１、及びスペーサエキスパンダ３２は、３ピースのオイルリング３０を構成する。なお、一対のレール３１の各々には、合口部が形成される。
【0020】
図２は、実施形態に係るオイルリングの断面図である。図２は、周方向Ｄ３と直交する断面でのオイルリング３０の構成を示している。図２に示されるように、各レール３１は、側面３１ａ、側面３１ｂ、内周面３１ｃ、及び外周面３１ｄを有している。側面３１ａ及び側面３１ｂは、各レール３１の軸方向Ｄ１での両端を構成している。図２の例では、側面３１ａは、外側を向く面であり、側面３１ｂは、スペーサエキスパンダ３２を向く面である。各レール３１は、トップリング１０と同様の材料から形成されていてもよい。外周面３１ｄの形状の詳細については後述される。
【0021】
オイルリング３０の外周追従係数ｋは、以下の数式で表される。
ｋ＝３／２×Ｆｔ×（ｄ１－ａ１）２／（Ｅ×ｈ１２×ａ１３）
Ｆｔは、オイルリング３０の張力である。オイルリング３０の張力Ｆｔは、特に限定されない。フリクション低減の観点から、張力Ｆｔは、２０Ｎ以下でもよいし、１５Ｎ以下でもよいし、１２Ｎ以下でもよい。ｄ１は、オイルリング３０が挿入されるシリンダボアの内径である。ａ１は、各レール３１の径方向Ｄ２に沿った厚さである。Ｅは、各レール３１を構成している材料の弾性率である。ｈ１２は、各レール３１の軸方向Ｄ１に沿った幅である。オイルリング３０の外周追従係数ｋは、０．３以上である。オイルリング３０の外周追従係数ｋは、０．４以上でもよいし、０．５以上でもよい。本実施形態では、オイルリング３０の外周追従係数ｋは、０．３以上、かつ、０．８以下である。
ｋ＝３／２×Ｆｔ×（ｄ１－ａ１）２／（Ｅ×ｈ１２×ａ１３）
Ｆｔは、オイルリング３０の張力である。オイルリング３０の張力Ｆｔは、特に限定されない。フリクション低減の観点から、張力Ｆｔは、２０Ｎ以下でもよいし、１５Ｎ以下でもよいし、１２Ｎ以下でもよい。ｄ１は、オイルリング３０が挿入されるシリンダボアの内径である。ａ１は、各レール３１の径方向Ｄ２に沿った厚さである。Ｅは、各レール３１を構成している材料の弾性率である。ｈ１２は、各レール３１の軸方向Ｄ１に沿った幅である。オイルリング３０の外周追従係数ｋは、０．３以上である。オイルリング３０の外周追従係数ｋは、０．４以上でもよいし、０．５以上でもよい。本実施形態では、オイルリング３０の外周追従係数ｋは、０．３以上、かつ、０．８以下である。
【0022】
外周追従係数ｋが０．８以下であることによって、レール３１の変形に起因したオイル消費量の増加が発生しにくくなる。張力Ｆｔの低張力化と、外周追従性係数ｋの向上との両立の観点から、厚さａ１は、１．６５ｍｍ以下でもよいし、１．５０ｍｍ以下でもよい。厚さａ１の下限は、特に限定されない。レール３１の剛性の観点から、厚さａ１の下限は、１．３０ｍｍ以上であってもよい。
【0023】
図３の（ａ）～（ｃ）は、外周面３１ｄの形状の詳細を示す断面図である。各レール３１は、バレルフェース形状を有していてもよい。図３の（ａ）は、バレルフェース形状のレールの一例を示す断面図である。図３の（ａ）に示されるように、外周面３１ｄは、第一曲率半径を有する摺動面Ｂ１と、第二曲率半径を有する一対の縁面Ｂ２とを含んでいる。摺動面Ｂ１は、オイルリング３０が挿入されるシリンダボアに向かって突出するように湾曲している。摺動面Ｂ１は、軸方向Ｄ１において一対の縁面Ｂ２に挟まれている。一方の縁面Ｂ２は、側面３１ａと摺動面Ｂ１との間に位置し、かつ、側面３１ａと摺動面Ｂ１とを互いに接続している。他方の縁面Ｂ２は、側面３１ｂと摺動面Ｂ１との間に位置し、かつ、側面３１ｂと摺動面Ｂ１とを互いに接続している。第一曲率半径は、第二曲率半径よりも小さい。摺動面Ｂ１の軸方向Ｄ１に沿った長さはｂ１と表される。摺動面Ｂ１の径方向Ｄ２に沿った長さはｂ２と表される。バレルフェース形状では、外周面３１ｄの形状は、レール３１の軸方向Ｄ１での中心線を基準に、対称な形状であってもよく、非対称な形状であってもよい。
【0024】
各レール３１は、テーパフェース形状を有していてもよい。図３の（ｂ）は、テーパフェース形状のレールの一例を示す断面図である。図３の（ｂ）に示されるように、外周面３１ｄは、軸方向Ｄ１に対して傾斜するように直線状に延在する傾斜面Ｔ１と、摺動面Ｔ２とを含んでいる。傾斜面Ｔ１は、側面３１ｂとの間の距離が減少するにつれて、オイルリング３０が挿入されるシリンダボアに向かって突出するように傾斜している。摺動面Ｔ２は、オイルリング３０が挿入されるシリンダボアに向かって突出するように湾曲している。傾斜面Ｔ１の軸方向Ｄ１に対する傾きは、ｔ１と表される。摺動面Ｔ２の径方向Ｄ２に沿った長さは、ｔ２と表される。摺動面Ｔ２の最も突出する部分と側面３１ｂとの間の軸方向Ｄ１に沿った長さはｔ３と表される。テーパフェース形状では、外周面３１ｄの形状は、レール３１の軸方向Ｄ１での中心線を基準に、非対称な形状である。
【0025】
各レール３１は、バレットフェース形状を有していてもよい。図３の（ｃ）は、バレットフェース形状のレールの一例を示す断面図である。図３の（ｃ）に示されるように、外周面３１ｄは、第三曲率半径を有する摺動面ＢＴ１と、直線状に延在する一対の縁面ＢＴ２とを含んでいる。摺動面ＢＴ１は、オイルリング３０が挿入されるシリンダボアに向かって突出するように湾曲している。摺動面ＢＴ１は、軸方向Ｄ１において、一対の縁面ＢＴ２に挟まれている。一対の縁面ＢＴ２は、側面３１ａ，３１ｂと摺動面ＢＴ１とを互いに接続している。摺動面ＢＴ１の軸方向Ｄ１に沿った長さはｂｔ１と表される。摺動面ＢＴ１の径方向Ｄ２に沿った長さはｂｔ２と表される。
【0026】
図４は、トップリングから漏れ出るブローバイガスを示す要部拡大模式図である。図５の（ａ）は、トップリングの合口部の一例の要部拡大模式図であり、図５の（ｂ）は、トップリングの外周下面面取り部の一例の要部拡大模式図である。図４及び図５に示されるように、本体部１１は、面取り面１３ａ，１４ａ及び面取り面１１ｅを含んでいる。
【0027】
面取り面１３ａは、合口端部１３と外周面１１ｄとの間に位置し、かつ、合口端部１３と外周面１１ｄとを接続している面（第一合口面取り面）である。面取り面１３ａは、合口端部１３と外周面１１ｄとがなす角部が面取りされることによって形成される面である。面取り面１３ａとシリンダボア３の内面３ａとの間には、合口面取り部（第一合口面取り部）１６が形成される。合口面取り部１６は、合口端部１３と外周面１１ｄとがなす角部の面取りによって、本体部１１から除去された部分に相当する空隙である。面取り面１４ａは、合口端部１４と外周面１１ｄとの間に位置し、かつ、合口端部１４と外周面１１ｄとを接続している面（第二合口面取り面）である。面取り面１４ａは、合口端部１４と外周面１１ｄとがなす角部が面取りされることによって形成される面である。合口面取り部１７は、合口端部１４と外周面１１ｄとがなす角部の面取りによって、本体部１１から除去された部分に相当する空隙である。面取り面１４ａとシリンダボア３の内面３ａとの間には、合口面取り部（第二合口面取り部）１７が形成される。軸方向Ｄ１に沿って見た合口面取り部１６の面積は、Ｃ１として示される。軸方向Ｄ１に沿って見た合口面取り部１７の面積は、Ｃ２として示される。上記面積Ｃ１，Ｃ２のそれぞれは、周知の方法にて測定若しくは入手可能である。
【0028】
図４に示されるように、本実施形態では、面取り面１３ａ，１４ａは、合口端部１３，１４と外周面１１ｄとがなす角部を４５度でＣ面取りした面である。このため、面取り面１３ａの面取り寸法をｘとすると、面積Ｃ１は、Ｃ１＝ｘ２／２と表される。同様に、面取り面１４ａの面取り寸法をｙとすると、面積Ｃ２は、Ｃ２＝ｙ２／２と表される。
【0029】
面取り面１１ｅは、側面１１ｂと外周面１１ｄとの間に位置し、かつ、側面１１ｂと外周面１１ｄとを接続している面（外周下面面取り面）である。面取り面１１ｅは、外周面１１ｄと側面１１ｂとがなす角部が面取りされることによって形成される面である。面取り面１１ｅとシリンダボア３の内面３ａとの間には、外周下面面取り部１８が形成される。外周下面面取り部１８は、側面１１ｂと外周面１１ｄとがなす角部の面取りによって、本体部１１から除去された部分に相当する空隙である。周方向Ｄ３に沿って見た外周下面面取り部１８の面積は、Ｃ３として示される。面取り面１１ｅは、外周面１１ｄと側面１１ｂとがなす角部を任意の角度（例えば、４５度）で面取りした面、又は、当該角部をＲ面取りした面である。図５の（ｂ）に示されるように、本実施形態では、面取り面１１ｅは、外周面１１ｄと側面１１ｂとがなす角部を任意の角度で面取りした面である。この場合、軸方向Ｄ１に沿った面取り面１１ｅの寸法をｚｈ、径方向Ｄ２に沿った面取り面１１ｅの寸法をｚａとすると、面積Ｃ３は、Ｃ３＝ｚｈ×ｚａ／２と表される。
【0030】
径方向Ｄ２に沿った外周下面面取り部１８の寸法ｚａは、軸方向Ｄ１に沿った外周下面面取り部１８の寸法ｚｈよりも小さくてもよい。寸法ｚｈよりも寸法ｚａが小さい場合には、摺動面Ｂ１にオイルが過剰に侵入しにくくなる。結果として、トップリング１０のオイル掻き性能が向上する。寸法ｚａは、０．１２ｍｍ未満でもよく、０．０９ｍｍ未満でもよく、０．０６ｍｍ未満でもよい。寸法ｚａの下限は、特に限定されない。硬質膜の割れ防止の観点から、寸法ｚａが０．０２ｍｍより大きくてもよい。面取り面１１ｅがＲ面取りされた面の場合であっても、寸法ｚａは、寸法ｚｈよりも小さくてもよい。
【0031】
図４に示されるように、トップリング１０から漏れ出るブローバイガスＧは、合口部１５、合口面取り部１６，１７、及び外周下面面取り部１８の少なくとも一つを通過する。外周下面面取り部１８を通過するブローバイガスＧは、合口端部１３に隣接する外周下面面取り部１８ａを通過するブローバイガスＧ１と、合口端部１４に隣接する外周下面面取り部１８ｂを通過するブローバイガスＧ２とを含んでいる。本実施形態では、周方向Ｄ３に沿って見た外周下面面取り部１８ａの面積、及び、周方向Ｄ３に沿って見た外周下面面取り部１８ｂの面積のそれぞれは、面積Ｃ３と等しい。なお、周方向Ｄ３に沿って見た外周下面面取り部１８ａの面積と、周方向Ｄ３に沿って見た外周下面面取り部１８ｂの面積とは、互いに異なっていてもよい。
【0032】
ブローバイガスＧの流量は、合口流通面積Ｉに応じて変化する。合口流通面積Ｉは、ピストン２に取り付けられた状態でシリンダボア３に挿入されたトップリング１０の合口部１５、合口面取り部１６，１７、及び外周下面面取り部１８ａ，１８ｂから求められる。合口流通面積Ｉは、軸方向Ｄ１に沿って見た合口部１５の面積と、軸方向Ｄ１に沿って見た合口面取り部１６の面積Ｃ１と、軸方向Ｄ１に沿って見た合口面取り部１７の面積Ｃ２と、周方向Ｄ３に沿って見た合口端部１３に隣接する外周下面面取り部１８ａの面積Ｃ３と、合口端部１４に隣接する外周下面面取り部１８ｂの面積Ｃ３との和である。
【0033】
図５の（ａ）に示されるように、トップリング１０が取り付けられているピストン２の外面２ａと、トップリング１０が挿入されるシリンダボア３の内面３ａとの間の隙間はｇ１として示される。具体的には、ｇ１は、（シリンダボア３の内径－ピストン２のセカンドランドの上端部の直径）／２の値である。ｇ１は、０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の範囲で定められてもよい。
【0034】
本実施形態では、ピストン２に取り付けられた状態でシリンダボア３に挿入されたトップリング１０を軸方向Ｄ１に沿って見たときの合口部１５の面積は、ｓ１×ｇ１と表される。この場合、合口端部１３，１４の隙間ｓ１は、トップリング１０の径に比例するので、補正係数ｆが導入される。補正係数ｆは、基準となるシリンダボアの内径とトップリング１０が挿入されるシリンダボア３の内径との比である。補正係数ｆでの基準となるシリンダボアの内径をＸ、シリンダボア３の内径をＹとすると、補正係数ｆは、ｆ＝Ｘ／Ｙと表される。本実施形態では、基準となるシリンダボアの内径をφ８０と設定する。よって、補正係数ｆは、ｆ＝８０／Ｙと表される。補正係数ｆが導入された合口部１５の面積は、ｓ１×ｇ１×ｆと表される。したがって、合口流通面積Ｉは、以下の数式で示される。本実施形態では、トップリング１０の合口流通面積Ｉは、０．１ｍｍ２以下である。トップリング１０の合口流通面積Ｉは、０．０７ｍｍ２以下であってもよい。合口流通面積Ｉは、０．０５ｍｍ２以下でもよく、０．０３ｍｍ２以下でもよい。
Ｉ＝ｓ１×ｇ１×ｆ＋Ｃ１＋Ｃ２＋２×Ｃ３
Ｉ＝ｓ１×ｇ１×ｆ＋Ｃ１＋Ｃ２＋２×Ｃ３
【0035】
なお、周方向Ｄ３に沿って見た外周下面面取り部１８ａの面積Ｃ３１と、周方向Ｄ３に沿って見た外周下面面取り部１８ｂの面積Ｃ３２とが互いに異なる場合には、２×Ｃ３は、Ｃ３１とＣ３２との和に置き換えられる。
【0036】
以上、説明したピストンリングセット１では、トップリング１０の合口流通面積が０．１ｍｍ２以下、かつ、オイルリング３０の外周追従性係数が０．３以上である。合口流通面積が０．１ｍｍ２以下であることにより、ブローバイガスＧが低減可能になる。ただ、ブローバイガスＧの減少に伴い、ブローバイガスＧによって吹き下げられるオイルの量が減少する。これにより、シリンダボア３の内面３ａに付着する余分なオイルが増加する傾向があると共に、トップリング１０のフリクションもまた増加する傾向がある。ここで、オイルリング３０の外周追従性係数が０．３以上であることにより、オイルリング３０は、シリンダボア３の内面３ａに良好に追従する。このため、トップリング１０に起因したシリンダボア３の内面３ａに付着した余分なオイルが、オイルリング３０によって良好に掻き落とされる。よって、トップリング１０及びオイルリング３０の両方を含むピストンリングセット１が利用される場合、トップリング１０に起因して増加するオイル消費量を、オイルリング３０に起因して低減されるオイル消費量が上回る。すなわち、ピストンリングセット１を利用することによって、ブローバイガスＧ、オイル消費量及びフリクションのそれぞれを低減できる。特に、トップリング１０及びオイルリング３０の両方を含むピストンリングセット１のフリクションを、オイルリング３０を含むピストンリングセットのフリクションと同等に低減できる。
【0037】
大きな合口流通面積（０．１ｍｍ２より大きい）を有するトップリングと、小さな合口隙間を有するセカンドリングとが組合せられたピストンリングセットでは、Ｓ１比率が小さくなる。この場合、ブローバイガスＧによってセカンドランドの圧力が高くなり、トップリングがフラッタリングを起こす傾向がある。トップリングがフラッタリングを起こすときには、ブローバイガスＧの量、オイル消費、及びフリクションが増加する。ピストンリングセット１は、小さな合口流通面積（０．１ｍｍ２以下）を有するトップリング１０と、小さな合口隙間を有するセカンドリング２０との組合せによって、Ｓ１比率が１．８以下であっても、トップリング１０のフラッタリングを抑制する相乗効果を奏する。結果として、ピストンリングセット１は、ブローバイガスの量、オイル消費、及びフリクションを良好に低減し得る。
【0038】
以上、本開示をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本開示は上記実施形態に限定されるものではない。本開示は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【0039】
オイルリングは、３ピースオイルリングに限定されない。オイルリングは、２ピースオイルリングであってもよい。２ピースオイルリングの外周追従性係数は、２ピースオイルリングの断面形状に基づいて求められる。合口面取り部及び外周下面面取り部の各々は、Ｃ面取りに限定されない。合口面取り部及び外周下面面取り部の各々は、Ｒ面取りであってもよい。Ｓ１比率は、１．８以下に限定されない。
【0040】
トップリングの外周面の形状は、バレルフェース形状、偏心バレルフェース形状、又はテーパフェース形状の何れであってもよい。セカンドリングの断面形状は、スクレーパ、バランススクレーパ、ナピア、又はバランスナピアの何れであってもよい。セカンドリングの外周面の形状は、テーパフェース形状、バレルフェース形状、又は偏心バレルフェース形状の何れであってもよい。オイルリングのレールの外周面の形状は、テーパフェース形状、バレルフェース形状、偏心バレルフェース形状、又はバレットフェース形状の何れであってもよい。オイルリングは、０．３５ＭＰａ以上の面圧と、バレルフェース形状の外周面を有していてもよい。
【実施例0041】
本開示を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本開示はこれらの例に限定されるものではない。
【0042】
図６～図９の各々は、比較例又は実施例の実験結果を示すグラフである。図６～図９の各々では、比較例及び実施例の各々に係るピストンリングセットを採用した内燃機関について、オイル消費量、ブローバイガスの量、及びフリクションの大きさが測定された。当該内燃機関のシリンダボアの内径は、φ７３である。オイル消費は、「低回転高負荷」及び「パターン条件」の各運転条件によって測定された。「低回転高負荷」では、停車時（アイドル）からの加速、及び坂道での加速時における運転条件（一例として、１０００～２０００ｒｐｍ×１００％負荷運転など）でのオイル消費が測定された。「パターン条件」では、市街地の運転を想定した、エンジン停止、アイドル、加速、減速、一定速、加速、減速のサイクルを繰り返す運転条件でのオイル消費が測定された。
【0043】
図６～図９の各々に示される比較例及び実施例の実験結果では、１時間当たりのオイル消費量（グラム）を「低回転高負荷オイル消費［ｇ／ｈｒ］」，「パターン条件オイル消費［ｇ／ｈｒ］」、１分間当たりのブローバイガスの量（リットル）を「低回転高負荷ブローバイ［Ｌ／ｍｉｎ］」、フリクションの大きさ（ワット）を「パターン条件フリクション［Ｗ］」として測定した。比較例及び実施例の各々の実験結果は、図６の（ａ）に示される比較例１を基準とした相対評価の値が示される。すなわち、比較例１での「低回転高負荷オイル消費」、「パターン条件オイル消費」、「低回転高負荷ブローバイ」、「パターン条件フリクション」の各々の実験結果を１．００として、比較例及び実施例の各々の実験結果の大小は、比較例１の実験結果１．００に対する割合として示されている。
【0044】
図６～図９の各々に示される比較例及び実施例の実験結果では、「低回転高負荷オイル消費」は左端に位置するグラフＡによって示され、「パターン条件オイル消費」は左端から二番目に位置するグラフＢによって示され、「低回転高負荷ブローバイ」は左端から三番目に位置するグラフＣによって示され、「パターン条件フリクション」は左端から四番目に位置するグラフＤによって示される。
【0045】
（比較例１）
比較例１では、以下のピストンリングセットが採用された。
比較例１では、以下のピストンリングセットが採用された。
【0046】
［トップリングＥ１］
材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
形状：厚さ２．３０ｍｍ×幅１．００ｍｍ
張力：３．０Ｎ
外周面：バレルフェース形状
断面形状：レクタンギュラ＋インターナルベベル
合口隙間：０．２５ｍｍ
合口面取り：０．１５ｍｍ
外周下面面取り（軸方向）：０．１５ｍｍ
外周下面面取り（径方向）：０．１５ｍｍ
合口流通面積：０．１１３ｍｍ２［計算例：ｓ１×ｇ１×ｆ＋Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３×２＝０．２５×０．２５×８０／７３＋０．１５２／２＋０．１５２／２＋０．１５２／２×２＝０．１１３ｍｍ２］
材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
形状：厚さ２．３０ｍｍ×幅１．００ｍｍ
張力：３．０Ｎ
外周面：バレルフェース形状
断面形状：レクタンギュラ＋インターナルベベル
合口隙間：０．２５ｍｍ
合口面取り：０．１５ｍｍ
外周下面面取り（軸方向）：０．１５ｍｍ
外周下面面取り（径方向）：０．１５ｍｍ
合口流通面積：０．１１３ｍｍ２［計算例：ｓ１×ｇ１×ｆ＋Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３×２＝０．２５×０．２５×８０／７３＋０．１５２／２＋０．１５２／２＋０．１５２／２×２＝０．１１３ｍｍ２］
【0047】
［セカンドリングＥ１］
材料及び表面処理：スチール＋化成処理
形状：厚さ２．３０ｍｍ×幅１．００ｍｍ
張力：２．５Ｎ
外周面：テーパ形状
断面形状：スクレーパ
合口隙間：０．４０ｍｍ
材料及び表面処理：スチール＋化成処理
形状：厚さ２．３０ｍｍ×幅１．００ｍｍ
張力：２．５Ｎ
外周面：テーパ形状
断面形状：スクレーパ
合口隙間：０．４０ｍｍ
【0048】
［オイルリングＥ１］
形状：厚さ２．５５ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１５Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ２．００ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール弾性率：１９６ＧＰａ（１９６０００Ｎ／ｍｍ２）
レール外周面：バレルフェース形状
摺動面形状：ｂ１＝０．１５，ｂ２＝０．０１４
外周追従性係数０．２
［計算例：３／２×Ｆｔ×（ｄ１－ａ１）２／（Ｅ×ｈ１２×ａ１３）＝３／２×１５×（７３－２．００）２／（１９６０００×０．３５×２．００３）≒０．２０］
形状：厚さ２．５５ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１５Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ２．００ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール弾性率：１９６ＧＰａ（１９６０００Ｎ／ｍｍ２）
レール外周面：バレルフェース形状
摺動面形状：ｂ１＝０．１５，ｂ２＝０．０１４
外周追従性係数０．２
［計算例：３／２×Ｆｔ×（ｄ１－ａ１）２／（Ｅ×ｈ１２×ａ１３）＝３／２×１５×（７３－２．００）２／（１９６０００×０．３５×２．００３）≒０．２０］
【0049】
合口隙間は、ピストンリングセットがシリンダボアに挿入された状態で合口隙間に隙間ゲージを挿入することによって測定され得る。合口面取り及び外周下面面取りは、面取り部の輪郭形状から測定され得る。輪郭形状は、手動で測定されてもよく、画像処理ソフトによって測定されてもよい。張力は、手動張力測定機又は自動張力測定機で測定され得る。レール形状（厚さ×幅）は、マイクロメータによって測定され得る。レール弾性率は、材料固有の値を用いてもよく、金属材料の引張試験によって測定されてもよい。
【0050】
図６の（ａ）にも示されるように、上述のように、比較例１の各実験結果（低回転高負荷オイル消費、パターン条件オイル消費、低回転高負荷ブローバイ、パターン条件フリクション）は、基準として１．００とした。なお、耳角度とは、オイルリングのスペーサエキスパンダの耳部とシリンダボアの軸方向との角度である。当該耳部は、シリンダボアの径方向に沿って、各レールと対向しているスペーサエキスパンダの端部である。
【0051】
（比較例２）
比較例２では、比較例１のピストンリングセットの構成と比べて、トップリングが異なる。比較例２では、以下のトップリングが採用された。
比較例２では、比較例１のピストンリングセットの構成と比べて、トップリングが異なる。比較例２では、以下のトップリングが採用された。
【0052】
［トップリングＥ２］
材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
形状：厚さ２．３０ｍｍ×幅１．００ｍｍ
張力：３．０Ｎ
外周面：バレルフェース形状
断面形状：レクタンギュラ＋インターナルベベル
合口隙間：０．１８ｍｍ
合口面取り：０．１０ｍｍ
外周下面面取り（軸方向）：０．１０ｍｍ
外周下面面取り（径方向）：０．０８ｍｍ
合口流通面積：０．０６７ｍｍ２
材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
形状：厚さ２．３０ｍｍ×幅１．００ｍｍ
張力：３．０Ｎ
外周面：バレルフェース形状
断面形状：レクタンギュラ＋インターナルベベル
合口隙間：０．１８ｍｍ
合口面取り：０．１０ｍｍ
外周下面面取り（軸方向）：０．１０ｍｍ
外周下面面取り（径方向）：０．０８ｍｍ
合口流通面積：０．０６７ｍｍ２
【0053】
【0054】
（比較例３）
比較例３では、比較例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。比較例３では、以下のオイルリングが採用された。
比較例３では、比較例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。比較例３では、以下のオイルリングが採用された。
【0055】
［オイルリングＥ２］
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１５Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．６０ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：バレルフェース形状
摺動面形状：ｂ１＝０．１５，ｂ２＝０．０１４
外周追従性係数０．４
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１５Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．６０ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：バレルフェース形状
摺動面形状：ｂ１＝０．１５，ｂ２＝０．０１４
外周追従性係数０．４
【0056】
【0057】
（実施例１）
実施例１では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ１、及びオイルリングＥ２が採用された。
実施例１では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ１、及びオイルリングＥ２が採用された。
【0058】
【0059】
実施例１では、トップリングＥ２の合口流通面積が０．１ｍｍ２以下、かつ、オイルリングＥ２の外周追従性係数が０．３以上である。トップリングＥ２の合口流通面積が０．１ｍｍ２以下であることにより、ブローバイガスが低減可能になる。オイルリングＥ２の外周追従性係数が０．３以上であることにより、オイルリングＥ２は、シリンダボアの内面に良好に追従する。このため、トップリングＥ２に起因してシリンダボアの内面に付着した余分なオイルが、オイルリングＥ２によって良好に掻き落とされる。よって、実施例１に係るピストンリングセットが利用される場合、トップリングＥ２に起因して増加するオイル消費量を、オイルリングＥ２に起因して低減されるオイル消費量が上回る。すなわち、実施例１に係るピストンリングセットを利用することによって、ブローバイガス、オイル消費量及びフリクションのそれぞれを低減できる。特に、トップリングＥ２及びオイルリングＥ２の両方を含む実施例１に係るピストンリングセットのフリクションを、オイルリングＥ２を含む比較例３に係るピストンリングセットのフリクションと同等に低減できる。
【0060】
（実施例２）
実施例２では、実施例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。実施例２では、以下のオイルリングが採用された。
実施例２では、実施例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。実施例２では、以下のオイルリングが採用された。
【0061】
［オイルリングＥ３］
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１５Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．６０ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：テーパフェース形状
摺動面形状：ｔ１＝５．５°，ｔ２＝０．０１４，ｔ３＝０．０７５
外周追従性係数０．４
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１５Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．６０ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：テーパフェース形状
摺動面形状：ｔ１＝５．５°，ｔ２＝０．０１４，ｔ３＝０．０７５
外周追従性係数０．４
【0062】
【0063】
実施例２では、オイルリングの外周面がテーパフェース形状を有することによって、実施例１よりもオイル消費量及びフリクションが低減された。
【0064】
（実施例３）
実施例３では、実施例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。実施例３では、以下のオイルリングが採用された。
実施例３では、実施例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。実施例３では、以下のオイルリングが採用された。
【0065】
［オイルリングＥ４］
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１５Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．６０ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：バレットフェース形状
摺動面形状：ｂｔ１＝０．０８，ｂｔ２＝０．０１１
外周追従性係数０．４
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１５Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．６０ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：バレットフェース形状
摺動面形状：ｂｔ１＝０．０８，ｂｔ２＝０．０１１
外周追従性係数０．４
【0066】
【0067】
実施例３では、オイルリングの外周面がバレットフェース形状を有することによって、実施例１よりもオイル消費量及びフリクションが低減された。
【0068】
（比較例４）
比較例４では、トップリングＥ１と、以下に示すセカンドリングＥ２と、オイルリングＥ１とを有するピストンリングセットが採用された。
比較例４では、トップリングＥ１と、以下に示すセカンドリングＥ２と、オイルリングＥ１とを有するピストンリングセットが採用された。
【0069】
［セカンドリングＥ２］
材料及び表面処理：スチール＋化成処理
形状：厚さ２．３０ｍｍ×幅１．００ｍｍ
張力：２．５Ｎ
外周面：テーパ形状
断面形状：スクレーパ
合口隙間：０．２５ｍｍ
材料及び表面処理：スチール＋化成処理
形状：厚さ２．３０ｍｍ×幅１．００ｍｍ
張力：２．５Ｎ
外周面：テーパ形状
断面形状：スクレーパ
合口隙間：０．２５ｍｍ
【0070】
【0071】
（実施例４）
実施例４では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ２、及びオイルリングＥ２が採用された。
実施例４では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ２、及びオイルリングＥ２が採用された。
【0072】
【0073】
（実施例５）
実施例５では、実施例４のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。実施例５では、オイルリングＥ３が採用された。
実施例５では、実施例４のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。実施例５では、オイルリングＥ３が採用された。
【0074】
【0075】
（実施例６）
実施例６では、実施例４のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。実施例６では、オイルリングＥ４が採用された。
実施例６では、実施例４のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。実施例６では、オイルリングＥ４が採用された。
【0076】
【0077】
比較例１と比べて比較例４では、低回転高負荷オイル消費、低回転高負荷ブローバイ、及びパターン条件フリクションの何れもが増加した。比較例４のピストンリングセットは、０．１ｍｍ２よりも大きな合口流通面積（０．１１３ｍｍ２）を有するトップリングＥ１と、０．４ｍｍよりも小さな合口隙間（０．２５ｍｍ）を有するセカンドリングＥ２から構成されるので、Ｓ１比率が１．８よりも小さい（ｓ２／ｓ１＝１．０）。したがって、比較例４の実験結果が比較例１の実験結果と比べて悪化した原因は、低回転高負荷条件においてブローバイガスＧによってセカンドランドの圧力が高くなり、トップリングＥ１がフラッタリングを起こしたためと推測される。
【0078】
実施例４～６の各々のピストンリングセットは、０．１ｍｍ２よりも小さな合口流通面積（０．０６９ｍｍ２）を有するトップリングＥ２と、０．４ｍｍよりも小さな合口隙間（０．２５ｍｍ）を有するセカンドリングＥ２から構成される。実施例４～６では、Ｓ１比率が１．８より小さくても（ｓ２／ｓ１≒１．３９）、比較例４又は比較例１と比べて、ブローバイガスの量、オイル消費、及びフリクションが低減された。実施例４～６の実験結果が比較例４又は比較例１の実験結果と比べて改善した原因は、トップリングＥ２とセカンドリングＥ２との組合せが、トップリングＥ２のフラッタリングを抑制する相乗効果を奏したためと推測される。
【0079】
（比較例５）
比較例５では、比較例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。比較例５では、以下のオイルリングが採用された。
比較例５では、比較例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。比較例５では、以下のオイルリングが採用された。
【0080】
［オイルリングＥ５］
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：２０Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．６０ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：バレルフェース形状
摺動面形状：ｂ１＝０．１５，ｂ２＝０．０１４
外周追従性係数０．５４
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：２０Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．６０ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：バレルフェース形状
摺動面形状：ｂ１＝０．１５，ｂ２＝０．０１４
外周追従性係数０．５４
【0081】
【0082】
（比較例６）
比較例６では、比較例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。比較例６では、以下のオイルリングが採用された。
比較例６では、比較例１のピストンリングセットの構成と比べて、オイルリングが異なる。比較例６では、以下のオイルリングが採用された。
【0083】
［オイルリングＥ６］
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１２Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．３５ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：バレルフェース形状
摺動面形状：ｂ１＝０．１５，ｂ２＝０．０１４
外周追従性係数０．５４
形状：厚さ２．２０ｍｍ×幅２．００ｍｍ
張力：１２Ｎ
耳角度：２０°
レール形状：厚さ１．３５ｍｍ×幅０．３５ｍｍ
レール材料及び表面処理：スチール＋窒化クロム膜
レール外周面：バレルフェース形状
摺動面形状：ｂ１＝０．１５，ｂ２＝０．０１４
外周追従性係数０．５４
【0084】
【0085】
（実施例７）
実施例７では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ１、及びオイルリングＥ５が採用された。
実施例７では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ１、及びオイルリングＥ５が採用された。
【0086】
【0087】
（実施例８）
実施例８では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ１、及びオイルリングＥ６が採用された。
実施例８では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ１、及びオイルリングＥ６が採用された。
【0088】
【0089】
（実施例９）
図９の（ｅ）に示される実施例９では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ２、及びオイルリングＥ５が採用された。
図９の（ｅ）に示される実施例９では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ２、及びオイルリングＥ５が採用された。
【0090】
実施例９での実験結果は以下に示される。
低回転高負荷オイル消費：０．６５
パターン条件オイル消費：０．３５
低回転高負荷ブローバイ：０．６５
パターン条件フリクション：０．９２
低回転高負荷オイル消費：０．６５
パターン条件オイル消費：０．３５
低回転高負荷ブローバイ：０．６５
パターン条件フリクション：０．９２
【0091】
（実施例１０）
実施例１０では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ２、及びオイルリングＥ６が採用された。
実施例１０では、ピストンリングセットとして、トップリングＥ２、セカンドリングＥ２、及びオイルリングＥ６が採用された。
【0092】
実施例１０での実験結果は、以下ならびに図９の（ｆ）に示される。
低回転高負荷オイル消費：０．７０
パターン条件オイル消費：０．４０
低回転高負荷ブローバイ：０．６５
パターン条件フリクション：０．６７
低回転高負荷オイル消費：０．７０
パターン条件オイル消費：０．４０
低回転高負荷ブローバイ：０．６５
パターン条件フリクション：０．６７
【0093】
実施例７では、張力が２０Ｎかつ外周追従性係数が０．５４であるオイルリングＥ５を採用することによって、オイル消費が実施例１よりも減少した。実施例９では、オイルリングＥ５を採用することによってオイル消費が実施例４よりも減少した。実施例８では、張力が１２Ｎかつ外周追従性係数が０．５４であるオイルリングＥ６を採用することによって、オイル消費及びフリクションが実施例１よりも減少した。実施例１０では、オイルリングＥ６を採用することによって、オイル消費及びフリクションが実施例４よりも減少した。
【符号の説明】
【0094】
１…ピストンリングセット、２…ピストン、２ａ…外面、１１ｄ，２１ｄ，３１ｄ…外周面、３…シリンダボア、３ａ…内面、１０…トップリング、１１，２１…本体部、１１ａ…側面（第一側面）、１１ｂ…側面（第二側面）、１１ｃ，２１ｃ，３１ｃ…内周面、１１ｅ…外周下面面取り面、１３…合口端部（第一合口端部）、１３ａ…合口面取り面（第一合口面取り面）、１４…合口端部（第二合口端部）、１４ａ…合口面取り面（第二合口面取り面）、１５…合口部、１６…合口面取り部（第一合口面取り部）、１７…合口面取り部（第二合口面取り部）、１８，１８ａ，１８ｂ…外周下面面取り部、２０…セカンドリング、２３…合口端部（第三合口端部）２４…合口端部（第四合口端部）２５…合口部、３０…オイルリング、３１…レール、Ｄ１…軸方向、Ｄ２…径方向。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】