CN114508443A - 活塞及船舶用内燃机 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够抑制气缸的内周面与活塞环之间的密封性降低的情况的活塞及船舶用内燃机。该活塞具备：活塞主体，该活塞主体在船舶用内燃机的形成有燃烧室的气缸的内部进行往复运动；以及多个活塞环，该多个活塞环以在所述活塞主体的往复运动方向上排列的方式设置于所述活塞主体的外周部，并且与所述气缸的内周面滑动接触。所述多个活塞环中的至少一个是形成有喷镀皮膜的喷镀皮膜型环，该喷镀皮膜与所述气缸的内周面滑动接触而能够脱落皮膜粒子。除了所述喷镀皮膜型环以外的剩余的活塞环是形成有电镀皮膜的电镀皮膜型环，该电镀皮膜与所述气缸的内周面滑动接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种活塞及船舶用内燃机。
背景技术
以往，在搭载于船舶的船舶用内燃机中，设置有多个将活塞收容为往复运动自如的气缸，这些多个气缸的各内部的活塞的往复运动被转换为曲柄的旋转运动，从而曲轴进行旋转。一般而言，在船舶用内燃机中，在气缸的内部形成有燃烧室。活塞以其顶部面向燃烧室的方式收容于气缸的内部。另外，在气缸的下部形成有扫气端口，该扫气端口用于向燃烧室导入新的燃烧用气体。活塞利用向燃烧室供给的燃料和被压缩的燃烧用气体产生的燃烧能量，在气缸内的燃烧室与扫气端口侧的气缸端部(下端部)之间进行往复运动。
另外，在活塞的外周部形成有在活塞的往复运动方向上排列的多个环状槽，在这些多个环状槽的每一个都设置有活塞环。例如，活塞环形成有被称为合口的剖切部分，由此，具有能够向活塞的径向扩径和缩径的弹性。这样的活塞环向气缸的内周面施加适度的表面压力并且始终与该气缸的内周面接触，伴随着活塞的往复运动在气缸的内周面滑动(参照专利文献1)。通过上述气缸的内周面与活塞环的滑动接触，能够保持这些气缸的内周面与活塞环之间的密封性，其结果是，能够抑制经由该滑动部的气体、润滑油等流体的泄漏。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-157262号公报
发明所要解决的技术问题
然而，如上述专利文献1所示，在设置于活塞的外周部的多个活塞环的每一个上涂装有高耐磨性的电镀皮膜的情况较多。在该情况下，由于能够提高活塞环相对于气缸的内周面的耐磨性，因此即使活塞在气缸的内部进行往复运动，活塞环也难以磨损。另外，当活塞在气缸的内部进行往复运动时，例如，有由于活塞的裙部与气缸的内周面摩擦的情况、由在燃烧室的燃料的燃烧而产生的残渣夹在气缸的内周面与活塞环之间的情况或者气缸的内周面上的润滑油不足的情况等而引起在气缸的内周面产生损伤的可能性。然而，一旦气缸的内周面受到损伤，高耐磨性的活塞环的电镀皮膜与该损伤滑动接触，该损伤将会恶化(损伤的范围扩大)，其结果是，有气缸的内周面与活塞环之间的密封性降低的担忧。而且，有该损伤到达气缸的内周面的磨损处情况，因此，必须进行气缸和活塞的零件更换。
另一方面，设置于活塞的外周部的多个活塞环的每一个有不是涂装上述电镀皮膜，而涂装有喷涂喷镀的微粒子而形成的喷镀皮膜的情况。在该情况下，活塞环相对于气缸的内周面的耐磨性虽然比耐磨性优良的电镀皮膜低，但是即使因上述各种情况而导致气缸的内周面受到损伤，喷镀皮膜也通过伴随着活塞的往复运动与该损伤滑动接触而皮膜粒子脱落而磨损，从而能够抑制该损伤的恶化。然而，当活塞在气缸的内部往复运动时，当活塞环的喷镀皮膜与气缸的内周面滑动接触时，这些气缸的内周面和喷镀皮膜的磨损量(每规定的工作时间的磨损量)过度地增多，其结果是，有气缸的内周面与活塞环之间的密封性降低的担忧。
发明内容
本发明是鉴于上述的事项而完成的，其目的在于提供一种能够抑制气缸的内周面与活塞环之间的密封性降低的情况的活塞及船舶用内燃机。
用于解决技术问题的技术手段
为了解决上述技术问题，达成目的，本发明的活塞，具备：活塞主体，该活塞主体在船舶用内燃机的形成有燃烧室的气缸的内部进行往复运动；以及多个活塞环，该多个活塞环以在所述活塞主体的往复运动方向上排列的方式设置于所述活塞主体的外周部，并且与所述气缸的内周面滑动接触，所述多个活塞环中的至少一个是形成有喷镀皮膜的喷镀皮膜型环，该喷镀皮膜与所述气缸的内周面滑动接触而能够脱落皮膜粒子，除了所述喷镀皮膜型环以外的剩余的活塞环是形成有电镀皮膜的电镀皮膜型环，该电镀皮膜与所述气缸的内周面滑动接触。
另外，本发明的活塞，在上述的发明中，所述多个活塞环中的设置于最靠近所述气缸内的所述燃烧室的一侧的活塞环为所述电镀皮膜型环。
另外，本发明的活塞，在上述的发明中，所述多个活塞环中的设置于最远离所述气缸内的所述燃烧室的一侧的活塞环为所述喷镀皮膜型环。
另外，本发明的活塞，在上述的发明中，所述多个活塞环中的设置于最靠近所述气缸内的所述燃烧室的一侧的活塞环为所述喷镀皮膜型环。
另外，本发明的活塞，在上述的发明中，所述多个活塞环中的设置于最远离所述气缸内的所述燃烧室的一侧的活塞环为所述电镀皮膜型环。
另外，本发明的活塞，在上述的发明中，所述电镀皮膜由比所述喷镀皮膜耐磨性高的硬质材料构成。
另外，本发明的活塞，具备：上述的发明的任一项记载的活塞；以及气缸，该气缸将所述活塞收容为往复运动自如。
发明的效果
根据本发明，实现能够抑制气缸的内周面与活塞环之间的密封性降低的情况的效果。
附图说明
图1是表示应用了本发明的实施方式1的活塞的船舶用内燃机的一个结构例的示意图。
图2是表示本发明的实施方式1的活塞的一个结构例的示意图。
图3是表示本发明的实施方式1的活塞的剖面构造的一例的剖面示意图。
图4是说明本发明的实施方式1的活塞的作用的示意图。
图5是表示本发明的实施方式2的活塞的一个结构例的示意图。
图6是表示本发明的实施方式2的活塞的剖面构造的一例的剖面示意图。
符号说明
1 基座
2 曲轴
3 轴承部
4 曲柄
5 构架
6 连杆
7 滑动板
8 十字头
9 十字头销
10 船舶用内燃机
11 气缸套
12 气缸
13 气缸衬套
13a 内周面
14 气缸盖
15、15A 活塞
16 活塞杆
17 燃烧室
18 扫气室
19 扫气端口
20 排气阀
21 气门装置
22 排气歧管
23 排气管
24 增压器
25 冷却器
26 扫气总管
27 系紧螺栓
151 活塞主体
151a 顶部
151b 外周部
152 裙部
153、253 最上段活塞环
153a、154a、155a 基材
153b、154b、255b 电镀皮膜
154 中间活塞环
155、255 最下段活塞环
155b、253b 喷镀皮膜
155c 皮膜粒子
156、157、158 环状槽部
160 损伤
C1 活塞轴
D1 高度方向
D2 宽度方向
D3 轴向
R1、R2 区域
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的活塞及船舶用内燃机的优选的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。另外，需要注意的是，附图是示意性的，各要素的尺寸关系、各要素的比率等有与实际的不同的情况。在附图的相互之间，有时也包含彼此的尺寸关系、比率不同的部分。另外，在各附图中，对相同的构成部分标注有相同的符号。
(实施方式1)
首先，对应用了本发明的实施方式1的活塞的船舶用内燃机的结构进行说明。图1是表示应用了本发明的实施方式1的活塞的船舶用内燃机的一结构例的示意图。该船舶用内燃机10是搭载于船舶的十字头式内燃机的一例，并且是经由螺旋桨轴而对船舶的推进用螺旋桨(均未图示)进行驱动而旋转的推进用的机构(主机构)。例如，船舶用内燃机10是单流扫排气式的十字头式柴油发动机等二冲程柴油发动机。
详细而言，如图1所示，船舶用内燃机10具备：位于高度方向D1的下侧的基座1、设置于基座1上的构架5、以及设置于构架5上的气缸套11。这些基座1、构架5和气缸套11通过在船舶用内燃机10的高度方向D1(即，上下方向)上延伸的多个系紧螺栓27等连结部件而紧固固定成一体。另外，船舶用内燃机10具备：设置于气缸套11的气缸12、往复运动自如地设置于气缸12的内部的活塞15、以及与活塞15的往复运动联动地旋转的曲轴2。
基座1构成船舶用内燃机10的收容曲轴2的曲轴箱。如图1所示，在基座1的内部设置有具有曲柄4的曲轴2以及轴承部3。曲轴2是输出船舶的推进力的输出轴的一例，被轴承部3支承为旋转自如。连杆6的下端部经由曲柄4而转动自如地连结于该曲轴2。
如图1所示，在构架5设置有连杆6、滑动板7以及十字头8。在本实施方式1中，构架5配置成沿着活塞轴向设置的滑动板7在船舶用内燃机10的宽度方向D2上隔开间隔地形成一对。连杆6以其下端部与曲轴2的曲柄4连接的形式配置于一对滑动板7之间。与活塞杆16的下端部连接的十字头销9和与连杆6的上端部连接的十字头轴承(未图示)在十字头销9的下半部分别转动自如地连结于十字头8。如图1所示，该十字头8配置于一对滑动板7之间，被支承为沿着该一对滑动板7往复运动自如。
如图1所示，气缸套11设置于构架5的上部，支承气缸12。在本实施方式1中，气缸12是由气缸衬套13和气缸盖14构成的筒状的构造体(气筒)。气缸衬套13例如是圆筒形状的构造体，由气缸套11支承。气缸12在该气缸衬套13的内部将活塞15收容为往复移动自如。在气缸衬套13的上部固定有气缸盖14。通过这些气缸衬套13、气缸盖14以及活塞15，船舶用内燃机10的燃烧室17形成(划分)于气缸12的内部。活塞15能够以面向燃烧室17的状态在气缸衬套13的空间部内沿活塞轴向(在图1中，为高度方向D1)往复运动。如图1所示，在该活塞15的下端部连结有活塞杆16的上端部。
另外，如图1所示，在气缸盖14设置有排气阀20和气门装置21。排气阀20是以能够开闭的方式封闭排气管21的排气口(排气端口)的阀，该排气管21与气缸12内的燃烧室17相通。气门装置21是对排气阀20进行开闭驱动的装置。另外，船舶用内燃机10在气缸12的附近具备排气歧管22。排气歧管22从气缸12内的燃烧室17通过排气管23而接收废气，并暂时贮存接收到的废气，将该废气的动压变为静压。
另外，船舶用内燃机10具备对空气等燃烧用气体进行增压的增压器24、冷却压缩后的燃烧用气体的冷却器25以及暂时贮存冷却后的燃烧用气体(压缩空气)的扫气总管26。增压器24利用废气的压力而与涡轮一起使压缩机(均未图示)旋转，由此，压缩燃烧用气体。冷却器25对由增压器24压缩后的燃烧用气体进行冷却。扫气总管26暂时贮存由增压器24压缩且由冷却器25冷却后的燃烧用气体。另外，如图1所示，在气缸套11形成有扫气室18，在气缸12的气缸衬套13形成有扫气端口19。扫气室18经由开口部(未图示)等与扫气总管26连通。在气缸衬套13的内部进行往复运动的活塞16位于下止点时，扫气端口19成为开状态，将该扫气室18与气缸衬套13内的燃烧室17连通。上述燃烧用气体从扫气总管26通过扫气室18和扫气端口19向气缸衬套13的燃烧室17供给。
虽然未特别图示，船舶用内燃机10具备燃料喷射阀以及燃料喷射泵。在船舶用内燃机10中，燃料喷射泵通过配管等向燃料喷射阀压送燃料。另外，船舶用内燃机10也可以具备废气再循环(EGR:Exhaust Gas Recirculation)系统、选择式催化还原(SCR:SelectiveCatalytic Reduction)系统作为降低废气中的氮氧化物(NOx)的设备。
在具有上述那样的结构的船舶用内燃机10中，从燃料喷射阀向气缸12内的燃烧室17供给燃料，并且从扫气总管26通过扫气室18和扫气端口19向气缸12内的燃烧室17供给燃烧用气体。由此，在燃烧室17内，所供给的燃料通过燃烧用气体而点火燃烧。并且，活塞15利用由燃料在燃烧室17中的燃烧而产生的能量在气缸衬套13的内部沿活塞轴向进行往复运动。此时，当通过气门装置21使排气阀20工作而将气缸12的排气端口开放时，在燃料燃烧后残留在气缸衬套13内的残留气体作为废气被排出至排气管23。与此同时，从扫气总管26通过扫气室18和扫气端口19向气缸衬套13内的燃烧室17重新导入燃烧用气体。
另外，当活塞15如上述那样在活塞轴向上进行往复运动时，活塞杆16与活塞15一起在活塞轴向上进行往复运动。伴随于此，十字头8沿着滑动板7而在活塞轴向上进行往复运动。由此，十字头8的十字头销9经由十字头轴承而对连杆6施加旋转驱动力。通过该旋转驱动力，连接于连杆6的下端部的曲柄4进行曲柄运动(旋转运动)，其结果是，曲轴2旋转。曲轴2像这样通过曲柄4将活塞15的往复运动转换为旋转运动而使船舶的推进用螺旋桨与螺旋桨轴一起旋转。由此，曲轴2输出船舶的推进力。
此外，船舶用内燃机10的高度方向D1为上下方向，例如与活塞15的往复运动的方向平行。船舶用内燃机10的宽度方向D2是与高度方向D1和轴向D3垂直的方向。船舶用内燃机10的轴向D3与图1所示的曲轴2的长度方向平行。即，这些高度方向D1、宽度方向D2以及轴向D3是彼此垂直的方向。此外，高度方向D1、宽度方向D2以及轴向D3除了对于船舶用内燃机10以外，对于构成船舶用内燃机10的各构成部(例如，气缸12和活塞15等)也同样，这是理所当然的。
接着，对本发明的实施方式1的活塞15的结构进行说明。图2是表示本发明的实施方式1的活塞的一个结构例的示意图。在图2中，放大图示了图1所示的船舶用内燃机10的气缸12和活塞15。图3是表示本发明的实施方式1的活塞的剖面构造的一例的剖面示意图。在图3中，放大图示了图2所示的活塞15中的区域R1的剖面构造。
如图2、3所示，该活塞15具备在气缸12的内部进行往复运动的活塞主体151和设置于该活塞主体151的外周部的多个活塞环。在本实施方式1中，作为这些多个活塞环的一例，活塞15具备最上段活塞环153、中间活塞环154以及最下段活塞环155这三个活塞环。
活塞主体151构成为在形成有上述的船舶用内燃机10(参照图1)的燃烧室17的气缸12的内部进行往复运动。详细而言，如图2所示，活塞主体151具有从活塞轴C1方向观察呈圆形的顶部151a和绕活塞轴C1的外周部151b。活塞主体151以顶部151a面向燃烧室17的方式往复运动自如地收容于气缸12的内部，更具体而言，收容于构成气缸12的圆筒部的气缸衬套13的内部。如图2所示，该燃烧室17是由气缸衬套13的内周面13a、气缸盖14的内壁面以及活塞主体151的顶部151a围成的空间。活塞主体151在气缸衬套13的内部，维持顶部151a面向燃烧室17的状态，并且在该燃烧室17与气缸套11内的扫气室18(参照图1)之间在活塞轴C1方向上往复运动。此外，活塞轴C1是通过圆形状的顶部151a的中心且与活塞主体151的径向垂直的轴(中心轴)。气缸12的内周面是构成该气缸12的圆筒部的气缸衬套13的内周面13a。
另外，如图2所示，活塞主体151具有裙部152，该裙部152与外周部151b成一体而在顶部151a的相反侧延伸。裙部152通过与气缸衬套13的内周面13a接触，限制气缸衬套13的内部的活塞15的往复运动的方向。上述的活塞杆16以从裙部152延伸的方式与活塞主体151连结。
最上段活塞环153、中间活塞环154以及最下段活塞环155构成为分别设置于活塞主体151的外周部151b并与气缸12的内周面13a滑动接触。以下，在本实施方式1中，有将“最上段活塞环153、中间活塞环154以及最下段活塞环155”统称为“多个活塞环”的情况。
详细而言，如图2所示，在活塞主体151的外周部151b，在绕活塞轴C1的周向上延伸的多个(在本实施方式1中，为三个)的环状槽部156～158形成为在活塞轴C1方向上排列。最上段活塞环153安装于这些环状槽部156～158中的最靠近活塞主体151的顶部151a的最上段的环状槽部156。中间活塞环154安装于这些环状槽部156～158中的位于最上段的环状槽部156与最下段的环状槽部158之间的中间的环状槽部157。最下段活塞环155安装于这些环状槽部156～158中的距离活塞主体151的顶部151a最远的最下段的环状槽部158。这样，最上段活塞环153、中间活塞环154以及最下段活塞环155以在活塞主体151的往复运动方向上排列的方式设置于活塞主体151的外周部151b。
另外，最上段活塞环153、中间活塞环154以及最下段活塞环155分别形成有作为环的剖切部分的合口(未图示)。通过该构造，这些多个活塞环分别具有能够向活塞主体151的径向扩径和缩径的弹性。当活塞主体151往复运动自如地收容于气缸12的内部时，这些多个活塞环分别向气缸12的内周面13a施加适当的表面压力并与该内周面13a始终接触，伴随着活塞主体151的往复运动而在该内周面13a滑动。
如上所述与气缸12的内周面13a滑动接触的多个活塞环中的至少一个是喷镀皮膜型环，除了该喷镀皮膜型环以外的剩余的活塞环是电镀皮膜型环。喷镀皮膜型环是形成有与气缸12的内周面13a滑动接触而能够脱落皮膜粒子的喷镀皮膜的活塞环。喷镀皮膜是将通过加热等而融化或软化的材料粒子(微粒子)喷到基材表面而形成的皮膜。作为喷镀皮膜的材料粒子，可以列举例如钼(Mo)、碳化铬(Cr-C)、镍铬合金(NiCr)等。电镀皮膜型环是形成有与气缸12的内周面13a滑动接触的电镀皮膜的活塞环。电镀皮膜是由比喷镀皮膜具有高耐磨性的硬质材料构成的皮膜，通过将该硬质材料在基材表面进行电镀处理而形成。作为电镀皮膜的硬质材料，可以列举例如铬(Cr)、铬陶瓷、氮化铬(CrN)、类金刚石碳(DLC)等。另外，作为电镀处理，可以列举例如PVD等的物理蒸镀、CVD等的化学蒸镀。
在本实施方式1中，如图2、3所示，设置于活塞主体151的外周部151b的多个活塞环中的设置于最靠近气缸12内的燃烧室17的一侧的最上段活塞环153是电镀皮膜型环。详细而言，如图3所示，最上段活塞环153由具有上述的合口的环状的基材153a和形成于该基材153a的外周面的电镀皮膜153b构成。基材153a由例如铁、钢等的金属制的铸件构成。最上段活塞环153安装于活塞主体151的外周部151b的最上段的环状槽部156，通过表面压力P11将电镀皮膜153b始终按压在气缸衬套13的内周面13a。这样的最上段活塞环153伴随着气缸12的内部的活塞主体151的往复运动，使电镀皮膜153b与气缸衬套13的内周面13a滑动接触并在该内周面13a滑动。
最上段活塞环153相对于上述气缸衬套13的内周面13a的表面压力P11(参照图3)相当于从活塞主体151的往复运动方向(活塞轴C1方向)的两侧向最上段活塞环153施加的压力P1、P2的差(P1-P2)。在本实施方式1中，如图3所示，一方的压力P1是气缸衬套13的内周面13a与活塞主体151的外周部151b之间的空间(以下，称为环状空间)中的与气缸12内的燃烧室17(参照图2)相通的空间的压力。即，该压力P1与燃烧室17的压力相同。另一方的压力P2是上述环状空间中的被最上段活塞环153和中间活塞环154夹着的空间的压力。
另外，如图2、4所示，上述的多个活塞环中的设置于最远离气缸12内的燃烧室17的一侧的最下段活塞环155是喷镀皮膜型环。详细而言，如图3所示，最下段活塞环155由与上述的最上段活塞环153同样的基材155a和形成于该基材155a的外周面的喷镀皮膜155b构成。最下段活塞环155安装于活塞主体151的外周部151b的最下段的环状槽部158，通过表面压力P13将喷镀皮膜155b始终按压在气缸衬套13的内周面13a。这样的最下段活塞环155伴随着气缸12的内部的活塞主体151的往复运动，使喷镀皮膜155b与气缸衬套13的内周面13a滑动接触并在该内周面13a滑动。此时，喷镀皮膜155b因与气缸衬套13的内周面13a的滑动接触而磨损，其结果是，有从喷镀皮膜155b脱落皮膜粒子的情况。该皮膜粒子通过介于喷镀皮膜155b与气缸衬套13的内周面13a之间，作为研磨该内周面13a的研磨料而发挥功能。
最下段活塞环155相对于上述气缸衬套13的内周面13a的表面压力P13(参照图3)相当于从活塞主体151的往复运动方向的两侧向最下段活塞环155施加的压力P3、P4的差(P3-P4)。在本实施方式1中，如图3所示，一方的压力P3是气缸衬套13与活塞主体151之间的环状空间中的被中间活塞环154和最下段活塞环155夹着的空间的压力。另一方的压力P4是气缸衬套13与活塞主体151之间的环状空间中的经由图1所示的气缸12的扫气端口19而与扫气室18相通的空间的压力。即，该压力P4与扫气室18的压力相同。
另外，如图2、3所示，上述的多个活塞环中的设置于最上段活塞环153与最下段活塞环155之间的中间活塞环154是电镀皮膜型环。详细而言，如图3所示，中间活塞环154由与上述的最上段活塞环153相同的环状的基材154a和电镀皮膜154b构成。中间活塞环154安装于位于上述的最上段的环状槽部156与最下段的环状槽部158之间的环状槽部157，通过表面压力P12将电镀皮膜154b始终按压在气缸衬套13的内周面13a。这样的中间活塞环154伴随着气缸12的内部的活塞主体151的往复运动，与上述的最上段活塞环153同样，使电镀皮膜154b与气缸衬套13的内周面13a滑动接触并在该内周面13a滑动。
中间活塞环154相对于上述气缸衬套13的内周面13a的表面压力P12(参照图3)相当于从活塞主体151的往复运动方向的两侧向中间活塞环154施加的压力P2、P3的差(P2-P3)。在本实施方式1中，如图3所示，如上所述，一方的压力P2是被最上段活塞环153与中间活塞环154夹着的环状空间的压力。如上所述，另一方的压力P3是被中间活塞环154与最下段活塞环155夹着的环状空间的压力。
在此，在气缸衬套13的内周面13a与活塞主体151的外周部151b之间的环状空间的压力P1～P4中，燃烧室17侧的压力P1与多个活塞环间的压力P2的压力差比其他压力P2、P3的压力差、压力P3、P4的压力差大。因此，上述的最上段活塞环153、中间活塞环154以及最下段活塞环155的各表面压力P11～P13中的最上段活塞环153的表面压力P11最大。在本实施方式1中，这样的表面压力P11最大的最上段活塞环153是耐磨性高的电镀皮膜型环。
另外，在这些压力P1～P4中，虽然多个活塞环间的压力P3与扫气室18侧的压力P4的压力差比上述压力P1、P2的压力差小，但是比多个活塞环间的压力P2、P3的压力差大。因此，上述的表面压力P11～P13中的最下段活塞环155的表面压力P13是最上段活塞环153的表面压力P11之后第二大的表面压力。在本实施方式1中，这样的表面压力P13第二大的最下段活塞环155是使作为研磨料而发挥功能的能够脱落皮膜粒子的喷镀皮膜型环。
另外，在这些压力P1～P4中，多个活塞环间的压力P2与压力P3的压力差比上述的其他压力P1、P2的压力差、P3、P4的压力差小。因此，上述的表面压力P11～P13中的中间活塞环154的表面压力P12最低。在本实施方式1中，这样的表面压力P12最低的中间活塞环154是与最上段活塞环153相同的电镀皮膜型环。
接着，对本发明的实施方式1的活塞15的作用进行说明。图4是说明本发明的实施方式1的活塞的作用的示意图。如上所述，本实施方式1的活塞15在活塞主体151的外周部151b具备作为电镀皮膜型环的最上段活塞环153和中间活塞环154以及作为喷镀皮膜型环的最下段活塞环155。这样的活塞15兼备相对于气缸衬套13的内周面13a的电镀皮膜型环的高耐磨性和通过气缸衬套13的内周面13a与喷镀皮膜型环的滑动接触来修复该内周面13a的损伤的损伤修复功能。以下，作为该活塞15的作用，说明喷镀皮膜型环的损伤修复功能。
详细而言，如图4所示，最下段活塞环155是在基材155a的外周面上具有喷镀皮膜155b的喷镀皮膜型环，伴随着在气缸12内的活塞15的往复运动(参照图1)，在气缸衬套13的内周面13a滑动。此时，最下段活塞环155通过表面压力P13使喷镀皮膜155b与气缸衬套13的内周面13a滑动接触。例如，如图4所示，在气缸衬套13的内周面13a产生损伤160的情况下，该内周面3a中的损伤160的部分变粗糙，而且，润滑油对该内周面13a的润滑状态也恶化。最下段活塞环155在因这样的损伤160导致的粗糙面摩擦喷镀皮膜155b，并且在气缸衬套13的内周面13a滑动。其结果是，如图4所示，喷镀皮膜155b磨损，至少一个(在图4中，为三个)皮膜粒子155c从喷镀皮膜155b脱落。最下段活塞环155使这样的皮膜粒子155c成为夹在气缸衬套13的内周面13a与喷镀皮膜155b之间的状态(状态A1)。
此外，作为在气缸衬套13的内周面13a产生损伤160的原因，可以列举例如活塞15的裙部152(参照图2)与气缸衬套13的内周面13a碰擦的情况、由在燃烧室17的燃料的燃烧产生的残渣夹在气缸衬套13的内周面13a与多个活塞环中的至少一个之间的情况、气缸衬套13的内周面13a上的润滑油不足的情况等。
随后，如图4所示，最下段活塞环155维持将皮膜粒子155c夹在气缸衬套13的内周面13a与喷镀皮膜155b之间的状态(咬入状态)，并且持续在该内周面13a滑动(状态A2)。在该状态A2下，最下段活塞环155以在活塞15的往复运动方向上多次往复的方式在气缸衬套13的内周面13a滑动，并且使皮膜粒子155c包括损伤160的粗糙面的该内周面13a的滑动区域重复摩擦。皮膜粒子155c通过夹在气缸衬套13的内周面13a与喷镀皮膜155b之间而成为研磨料，促进该内周面13a与喷镀皮膜155b的磨损。最下段活塞环155通过这样的皮膜粒子155c，对损伤160的粗糙面和该内周面13a持续研磨。
如上所述对气缸衬套13的内周面13a持续研磨的结果是，最下段活塞环155将损伤160的粗糙面修复为平滑的面，并且使该内周面13a的滑动区域整体成为平滑的状态。伴随于此，最下段活塞环155的喷镀皮膜155b将因皮膜粒子155c的脱落而变粗糙的滑动接触面恢复为本来的平滑的面(状态A3)。随后，每次在气缸衬套13的内周面13a产生损伤160，最下段活塞环155如上述的状态A1～A3所例示的那样，将从喷镀皮膜155b脱落的皮膜粒子155c作为研磨料而进行利用，将包括损伤160的粗糙面的该内周面13a的滑动区域整体修复为平滑的面。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式1中，在船舶用内燃机的形成有燃烧室的气缸的内部进行往复运动的活塞主体的外周部，与气缸的内周面滑动接触的多个活塞环在活塞主体的往复运动方向上排列设置，将这些多个活塞环中的至少一个设为喷镀皮膜型环，并且将除了喷镀皮膜型环以外的剩余的活塞环设为电镀皮膜型环。
因此，通过形成有相对于气缸的内周面具有高耐磨性的电镀皮膜的电镀皮膜型环能够确保活塞环的耐磨性，并且通过形成有与气缸的内周面滑动接触而能够脱落皮膜粒子的喷镀皮膜的喷镀皮膜型环，能够确保活塞环的损伤修复功能。如上所述，通过一同实现活塞环的耐磨性和损伤修复功能，通过电镀皮膜型环来抑制随着活塞的往复运动的气缸的内周面与多个活塞环的磨损，并且通过将从喷镀皮膜型环的喷镀皮膜脱落的皮膜粒子作为研磨料进行利用能够修复在该内周面产生的损伤。其结果是，能够使气缸的内周面和多个活塞环的磨损量(船舶用内燃机的每工作时间的磨损量)降低到规定的基准值以下(例如0.05mm/1000h以下)，从而能够抑制气缸的内周面与活塞环之间的密封性的降低。
另在，在本发明的实施方式1中，构成具备上述的活塞和将该活塞收容为往复运动自如的气缸的船舶用内燃机。因此，能够享受上述的活塞的作用效果。而且，由于能够抑制气缸的内周面的损伤的恶化(扩大)，因此能够抑制该内周面的损伤成为磨损的情况，其结果是，能够使气缸和活塞长寿命化，并且能够降低这些部件的更换频率。
另外，在本发明的实施方式1中，将多个活塞环中的设置于最靠近气缸内的燃烧室的一侧的活塞环设为电镀皮膜型环。因此，能够将这些多个活塞环中的与气缸的内周面滑动接触时的表面压力最高的活塞环设为高耐磨性的电镀皮膜型环。由此，由于能够抑制该表面压力最高的活塞环的磨损，因此能够提高多个活塞环的耐磨性。
而且，将上述多个活塞环中的设置于最远离气缸内的燃烧室的一侧的活塞环设为喷镀皮膜型环。因此，能够将上述多个活塞环中的与气缸的内周面滑动接触时的表面压力第二高的活塞环设为通过与该内周面的滑动接触而能够脱落皮膜粒子的喷镀皮膜型环。由此，能够抑制活塞环的喷镀皮膜的过度磨损，并且能够从该喷镀皮膜生成能够作为研磨气缸的内周面的研磨料而进行利用的皮膜粒子。其结果是，能够容易地一同实现上述多个活塞环的高耐磨性和修复气缸的内周面的损伤的损伤修复功能。
(实施方式2)
接着，对本发明的实施方式2的活塞及船舶用内燃机进行说明。图5是表示本发明的实施方式2的活塞的一个结构例的示意图。图6是表示本发明的实施方式2的活塞的剖面构造的一例的剖面示意图。在图6中，扩大图示了图5所示的活塞15A中的区域R2的剖面构造。
如图5、6所示，本发明的实施方式2的活塞15A代替上述的实施方式1的活塞15的最上段活塞环153而具备最上段活塞环253，代替最下段活塞环155而具备最下段活塞环255。最上段活塞环253代替上述的实施方式1的最上段活塞环153的电镀皮膜153b而具备喷镀皮膜253b。最下段活塞环255代替上述的实施方式1的最下段活塞环155的喷镀皮膜155b而具备电镀皮膜255b。另外，虽然并未特意图示，但是本发明的实施方式2的船舶用内燃机代替上述的实施方式1的船舶用内燃机10的活塞15而具备活塞15A。其他结构与实施方式1相同，对相同的构成部分标注相同的符号。
最上段活塞环253、中间活塞环154以及最下段活塞环255构成为分别设置于活塞主体151的外周部151b并与气缸12的内周面13a滑动接触。以下，在本实施方式2中，有将“最上段活塞环253、中间活塞环154以及最下段活塞环255”统称为“多个活塞环”的情况。
详细而言，如图5所示，最上段活塞环253安装于环状槽部156～158中的最靠近活塞主体151的顶部151a的最上段的环状槽部156。最下段活塞环255安装于环状槽部156～158中的距离活塞主体151的顶部151a最远的最下段的环状槽部158。中间活塞环154与上述的实施方式1同样，安装于中间的环状槽部157。这样，最上段活塞环253、中间活塞环154以及最下段活塞环255以在活塞主体151的往复运动方向上排列的方式设置于活塞主体151的外周部151b。
上述那样与气缸12的内周面13a滑动接触的多个活塞环中的至少一个为喷镀皮膜型环，除了该喷镀皮膜型环以外的剩余的活塞环为电镀皮膜型环。在本实施方式2中，如图5、6所示，设置于活塞主体151的外周部151b的多个活塞环中的设置于最靠近气缸12内的燃烧室17的一侧的最上段活塞环253是喷镀皮膜型环。
详细而言，如图6所示，最上段活塞环253由与上述的实施方式1相同的基材153a和形成于该基材153a的外周面的喷镀皮膜253b构成。该喷镀皮膜253b与上述的实施方式1的喷镀皮膜型环的喷镀皮膜(例如，图3所示的喷镀皮膜155b)相同。最上段活塞环253安装于活塞主体151的外周部151b的最上段的环状槽部156，通过表面压力P11将喷镀皮膜253b始终按压在气缸衬套13的内周面13a。这样的最上段活塞环253伴随着气缸12的内部的活塞主体151的往复运动，使喷镀皮膜253b与气缸衬套13的内周面13a滑动接触并在该内周面13a滑动。此时，喷镀皮膜253b通过比实施方式1的喷镀皮膜155b的表面压力P13高的表面压力P11与该内周面13a滑动接触并进行磨损。其结果是，与实施方式1相比能够容易地使皮膜粒子从喷镀皮膜253b脱落。该皮膜粒子通过介于喷镀皮膜253b与气缸衬套13的内周面13a之间，作为研磨该内周面13a的研磨料而发挥功能。
另外，如图5、6所示，上述的多个活塞环中的设置于最远离气缸12内的燃烧室17的一侧的最下段活塞环255为电镀皮膜型环。
详细而言，如图6所示，最下段活塞环255由与上述的实施方式1相同的基材155a和形成于该基材155a的外周面的电镀皮膜255b构成。该电镀皮膜255b与上述的实施方式1的电镀皮膜型环的电镀皮膜(例如，图3所示的电镀皮膜153b、154b)相同。最下段活塞环255安装于活塞主体151的外周部151b的最下段的环状槽部158，通过表面压力P13将电镀皮膜255b始终按压在气缸衬套13的内周面13a。这样的最下段活塞环255伴随着气缸12的内部的活塞主体151的往复运动，使电镀皮膜255b与气缸衬套13的内周面13a滑动接触并在该内周面13a滑动。此时，电镀皮膜253b通过仅次于上述的喷镀皮膜253b的表面压力P11的表面压力P13而与该内周面13a滑动接触。
在具有上述这样的结构的活塞15A中，最上段活塞环253的喷镀皮膜253b比实施方式1的喷镀皮膜155b更容易输出能够作为研磨料进行利用的皮膜粒子。因此，最上段活塞环253与实施方式1的最下段活塞环155相比更高效地利用该皮膜粒子而对气缸衬套13的内周面13a的损伤进行研磨、修复。此外，最上段活塞环253的损伤修复功能本身与上述的实施方式1的损伤修复功能(参照图4)相同。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式2中，将多个活塞环中的设置于最靠近气缸内的燃烧室的一侧的活塞环设为喷镀皮膜型环，并且将设置于最远离该燃烧室的一侧的活塞环设为电镀皮膜型环，其他与实施方式1相同。因此，能够享受与实施方式1相同的作用效果，并且，能够将这些多个活塞环中的与气缸的内周面滑动接触时的表面压力最高的活塞环设为通过与该内周面的滑动接触而能够脱落皮膜粒子的喷镀皮膜型环，将与气缸的内周面滑动接触时的表面压力第二高的活塞环设为高耐磨性的电镀皮膜型环。由此，由于能够从该喷镀皮膜型环的喷镀皮膜更容易生成皮膜粒子，因此能够容易地发挥将该皮膜粒子利用为研磨料而修复气缸的内周面的损伤的损伤修复功能，并且能够抑制上述表面压力第二高的活塞环的磨损，从而确保多个活塞环的耐磨性。
此外，在上述的实施方式1、2中，虽然作为设置于活塞主体的外周部的多个活塞环的一例例示了三个活塞环，但是本发明并不限定于此。例如，也可以在活塞主体的外周部设置在该活塞主体的往复运动方向上排列的两个活塞环，也可以设置三个以上的活塞环。
另外，在上述的实施方式1、2中，虽然将三个活塞环中的两个设为电镀皮膜型环，将剩余的一个设为喷镀皮膜型环，但是本发明并不限定于此。例如，也可以将设置于活塞主体的外周部的活塞环的数量设为两个，并且将这两个活塞环中的一方作为电镀皮膜型环，另一方作为喷镀皮膜型环。或者，也可以将设置于活塞主体的外周部的活塞环的数量设为三个以上，将这三个以上的活塞环中的至少一个设为电镀皮膜型环，将剩余的活塞环设为喷镀皮膜型环。此时，电镀皮膜型环的数量也可以是比喷镀皮膜型环的数量多，也可以是比喷镀皮膜型环的数量少，也可以是与喷涂皮膜型环为相同数量。
另外，在上述的实施方式1、2中，虽然将设置于活塞主体的外周部的多个活塞环中的中间活塞环设为电镀皮膜型环，但是本发明并不限定于此。例如，该中间活塞环也可以是电镀皮膜型环，也可以是喷镀皮膜型环。另外，在最上段活塞环与最下段活塞环之间配置多个中间活塞环的情况下，这些多个中间活塞环也可以全是电镀皮膜型环，也可以全是喷镀皮膜型环，也可以是电镀皮膜型环与喷镀皮膜型环的组合。
另外，在上述的实施方式1中，虽然将设置于活塞主体的外周部的多个活塞环中的最上段活塞环设为电镀皮膜型环，并且将最下段活塞环设为喷镀皮膜型环，但是本发明并不限定于此。例如，也可以将这些多个活塞环中的最上段活塞环和最下段活塞环这双方设为电镀皮膜型环，将设置于这些最上段活塞环与最下段活塞环之间的一个或者多个中间活塞环中的至少一个设为喷镀皮膜型环。
另外，在上述的实施方式2中，虽然将设置于活塞主体的外周部的多个活塞环中的最上段活塞环设为喷镀皮膜型环，并且将最下段活塞环设为电镀皮膜型环，但是本发明并不限定于此。例如，也可以将这些多个活塞环中的最上段活塞环和最下段活塞环这双方设为喷镀皮膜型环，将设置于这些最上段活塞环与最下段活塞环之间的一个或者多个中间活塞环中的至少一个设为电镀皮膜型环。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式1、2。将上述的各构成要素适当组合而构成的结构也包含在本发明中。除此以外，基于上述的实施方式1、2而由本领域技术人员等做出的其他实施方式、实施例以及运用技术等全部包含在本发明的范畴内。
Claims (7)
1.一种活塞，其特征在于，具备：
活塞主体，该活塞主体在船舶用内燃机的形成有燃烧室的气缸的内部进行往复运动；以及
多个活塞环，该多个活塞环以在所述活塞主体的往复运动方向上排列的方式设置于所述活塞主体的外周部，并且与所述气缸的内周面滑动接触，
所述多个活塞环中的至少一个是形成有喷镀皮膜的喷镀皮膜型环，该喷镀皮膜与所述气缸的内周面滑动接触而能够脱落皮膜粒子，
除了所述喷镀皮膜型环以外的剩余的活塞环是形成有电镀皮膜的电镀皮膜型环，该电镀皮膜与所述气缸的内周面滑动接触。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，
所述多个活塞环中的设置于最靠近所述气缸内的所述燃烧室的一侧的活塞环为所述电镀皮膜型环。
3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，
所述多个活塞环中的设置于最远离所述气缸内的所述燃烧室的一侧的活塞环为所述喷镀皮膜型环。
4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，
所述多个活塞环中的设置于最靠近所述气缸内的所述燃烧室的一侧的活塞环为所述喷镀皮膜型环。
5.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，
所述多个活塞环中的设置于最远离所述气缸内的所述燃烧室的一侧的活塞环为所述电镀皮膜型环。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的活塞，其特征在于，
所述电镀皮膜由比所述喷镀皮膜耐磨性高的硬质材料构成。
7.一种船舶用内燃机，其特征在于，具备：
权利要求1至6中任一项所述的活塞；以及
气缸，该气缸将所述活塞收容为往复运动自如。
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|---|---|---|---|
| CN202111346215.5A Pending CN114508443A (zh) | 2020-11-17 | 2021-11-15 | 活塞及船舶用内燃机 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2022080193A (zh) |
| KR (2) | KR20220067512A (zh) |
| CN (1) | CN114508443A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59162346A (ja) * | 1983-02-25 | 1984-09-13 | Hitachi Metals Ltd | 圧力リング |
| JPS6067462U (ja) * | 1983-10-17 | 1985-05-13 | 三菱重工業株式会社 | ピストンリング |
| US5316321A (en) * | 1991-07-15 | 1994-05-31 | Teikoku Piston Ring Co., Ltd. | Nonferrous piston ring with hard surface treatment layer |
| JP2003042293A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
| JP2013044382A (ja) * | 2011-08-24 | 2013-03-04 | Ihi Corp | 船舶用ピストンリング及びその製造方法 |
| CN104421038A (zh) * | 2013-08-30 | 2015-03-18 | 株式会社理研 | 内燃机用活塞环 |
| CN108699674A (zh) * | 2016-02-12 | 2018-10-23 | 欧瑞康表面解决方案普费菲孔股份公司 | 内燃机的具有涂层的摩擦学系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2651951B2 (ja) | 1990-10-19 | 1997-09-10 | 株式会社小松製作所 | 複数のピストンリングを備えたディーゼルエンジン用ピストン |
-
2020
- 2020-11-17 JP JP2020191224A patent/JP2022080193A/ja active Pending
-
2021
- 2021-11-15 CN CN202111346215.5A patent/CN114508443A/zh active Pending
- 2021-11-15 KR KR1020210156753A patent/KR20220067512A/ko not_active IP Right Cessation
-
2024
- 2024-05-17 KR KR1020240064680A patent/KR20240078621A/ko active Application Filing
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59162346A (ja) * | 1983-02-25 | 1984-09-13 | Hitachi Metals Ltd | 圧力リング |
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| CN104421038A (zh) * | 2013-08-30 | 2015-03-18 | 株式会社理研 | 内燃机用活塞环 |
| CN108699674A (zh) * | 2016-02-12 | 2018-10-23 | 欧瑞康表面解决方案普费菲孔股份公司 | 内燃机的具有涂层的摩擦学系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孟宪举等: "《高级船舶钳工工艺学》", vol. 1, 30 November 2002, 哈尔滨工程大学出版社, pages: 131 - 132 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20240078621A (ko) | 2024-06-04 |
| JP2022080193A (ja) | 2022-05-27 |
| KR20220067512A (ko) | 2022-05-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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