JP2000054910A - Piston for reciprocating piston internal combustion engine - Google Patents

Piston for reciprocating piston internal combustion engine

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JP2000054910A
JP2000054910A JP11207533A JP20753399A JP2000054910A JP 2000054910 A JP2000054910 A JP 2000054910A JP 11207533 A JP11207533 A JP 11207533A JP 20753399 A JP20753399 A JP 20753399A JP 2000054910 A JP2000054910 A JP 2000054910A
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Japan
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piston
reinforcing
flanks
piston ring
flank
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JP11207533A
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Japanese (ja)
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Jordan Gentscheff
ゲンチェフ ヨルダン
Original Assignee
Man B & W Diesel Gmbh
エムアーエヌ、ベーウントヴエー、デイーゼル、アクチエンゲゼルシヤフト
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    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12Details
    • F16J9/22Rings for preventing wear of grooves or like seatings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F2007/0097Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448Steel

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a piston so as to elongate its service life even under a relatively high ignition pressure with a simple means at a low cost. SOLUTION: In this reciprocating piston internal combustion engine, especially a piston for a large engine comprises at least one piston ring groove 2 having a plurality of flanks 4 provided for a piston ring and protected against abrasion. In the piston, at least one flank is provided with a reinforcement part 3 made of ceramic material at a region adjacent to an outer end periphery, whereby a service life of the piston can be elongated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンリングの
ために設けられ、磨耗に対して保護された複数のフラン
クを有する少なくとも一つのピストンリング溝を備えた
往復ピストン内燃機関、特に大型機関用のピストンに関
する。
The present invention relates to a reciprocating piston internal combustion engine provided with at least one piston ring groove having a plurality of flanks provided for a piston ring and protected against wear, especially for a large engine. Regarding pistons.
【0002】[0002]
【従来の技術】硬化鋼からなる複数のリング溝フランク
を備えることは公知である(独国特許第3405983
号明細書)。しかしながら、この方法は所定の点火圧力
以上では不十分なものである。すなわち、フランクの応
力が点火圧力の上昇とともに急激に大きくなるからであ
る。不幸なことに、これに関して、今日望まれているの
は低い潤滑率でもある。そのため急速なフランクの磨耗
を来すのが現状である。このことは、特にリング溝フラ
ンクの端縁領域に当てはまる。経験によれば、そこには
最大の応力がかかる。
BACKGROUND OF THE INVENTION It is known to provide a plurality of ring groove flanks of hardened steel (German Patent No. 3405983).
Specification). However, this method is inadequate above a predetermined ignition pressure. That is, the flank stress increases sharply as the ignition pressure increases. Unfortunately, in this regard, what is desired today is also a low lubrication rate. For this reason, the present situation is that rapid flank wear occurs. This applies in particular to the edge regions of the ring groove flanks. Experience shows that there is maximum stress.
【0003】リング溝フランクの抵抗力をクロムコーテ
ィングによって高めることも既に試みられている。しか
し、それ自体耐磨耗性のこの材料は、高温ではその耐磨
耗性を失ってしまう。しかも、点火圧力の上昇とともに
表面圧力および表面摩擦も増大し、それによって材料温
度も高くなる。そのため、160bar以上の点火圧力下
では、上述のクロムコーティングは耐磨耗性の改善にな
らない。
Attempts have also been made to increase the resistance of the ring groove flank by means of a chromium coating. However, this material, which is itself wear resistant, loses its wear resistance at high temperatures. In addition, the surface pressure and the surface friction increase as the ignition pressure increases, so that the material temperature also increases. Therefore, at ignition pressures above 160 bar, the chromium coatings described above do not improve the abrasion resistance.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】以上の事情を考慮して
本発明の目的は、冒頭に述べた型のピストンを、簡単か
つ低コストの手段をもって、高い点火圧力および高い摩
擦の下でも長寿命を達成できるように改善することであ
る。
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a piston of the type mentioned at the beginning with a simple and low-cost means for a long service life under high ignition pressures and high friction. Is to be improved.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
れば、少なくとも一つのフランクが、外側端縁に隣接す
る領域にセラミックス材料からなる補強部を備えること
によって達成される。
This object is achieved according to the invention in that at least one flank is provided with a reinforcement made of ceramic material in a region adjacent the outer edge.
【0006】経験によれば端縁領域に最も高い表面圧力
が生じ、従ってまたそこに最も高い材料加熱が生ずる。
この領域に、高温に対して鈍感な硬化されたセラミック
ス材料を備えるのがよい。溝の深さ方向に向かって応力
は減少する。そのため、セラミックス材料からなる補強
部はフランク幅全体にわたって延ばさないのが有利であ
り、そのことは少なからぬ材料の節約効果を生ずる。
[0006] Experience has shown that the highest surface pressures occur in the edge region and thus also the highest material heating.
This region may be provided with a hardened ceramic material that is insensitive to high temperatures. The stress decreases in the depth direction of the groove. For this reason, it is advantageous that the reinforcing portion made of a ceramic material does not extend over the entire flank width, which results in considerable material saving effects.
【0007】本発明の好ましい構成および変形例は、請
求項2以下に記載されている。補強部は外側へ向かって
開放する溝によって形成された受入れポケットの充填物
として構成することができる。これによって、不連続の
補強部の場合でも段付き部のないフランクとすることが
できる。
[0007] Preferred configurations and modifications of the present invention are described in claim 2 and subsequent claims. The reinforcement can be configured as a filling of the receiving pocket formed by the outwardly opening groove. Thus, even in the case of a discontinuous reinforcing portion, a flank having no stepped portion can be obtained.
【0008】補強部の幅は、少なくとも1.5mmと
し、溝深さの高々2/3に相当するものとすることがで
きる。こうすれば、一方では高度の非剥離性が得られる
とともに、他方では材料消費量を制限することができ
る。補強部の幅は、α≧50゜として、ピストンリング
溝の深さをtanαで割算したときの商に相当するように
決定するのがよい。その場合、補強部は高速吹付け法で
設けることができる。
[0008] The width of the reinforcing portion may be at least 1.5 mm, and may correspond to at most 2/3 of the groove depth. In this way, a high degree of non-peeling can be obtained on the one hand, and on the other hand material consumption can be limited. It is preferable that the width of the reinforcing portion is determined so as to correspond to a quotient when the depth of the piston ring groove is divided by tan α, where α ≧ 50 °. In that case, the reinforcing portion can be provided by a high-speed spraying method.
【0009】補強部の厚みは、0.25〜0.30mm
の範囲内とするのがよい。このようにすることにより、
経験によればわずかな材料消費量の下で実用的な安定性
を得ることができる。
The thickness of the reinforcing portion is 0.25 to 0.30 mm
It is better to be within the range. By doing this,
Experience has shown that practical stability can be achieved with low material consumption.
【0010】さらに有利な他の構成においては、補強部
をクロム・セラミックス材料で作成する。この種の材料
は実験において特別な安定性と良好な加工性を認めるこ
とができた。
In a further advantageous embodiment, the reinforcement is made of a chromium ceramic material. This type of material has been found in experiments to have a particular stability and good processability.
【0011】さらなる構成は、少なくとも燃焼室から離
隔したフランクが補強部を備えることである。その場
合、最大の危険にさらされるフランクが対象とされる。
しかし、両フランクが補強部を備えるのがよい。これに
より、特に長寿命を期待することができる。その場合、
一層完璧にするためには、補強部を備えたピストンリン
グ溝のフランクに対向するピストンリングフランクの各
々が、それぞれ同一の補強部を備えることができる。こ
うすることによって、同一材料ペアを生じ、腐食を回避
するのに有効に作用させることができる。
A further configuration is that at least the flank remote from the combustion chamber is provided with a reinforcement. In that case, the flanks at greatest risk are targeted.
However, it is preferred that both flanks have reinforcements. Thereby, a particularly long life can be expected. In that case,
For further perfection, each of the piston ring flanks opposing the flank of the piston ring groove provided with a stiffening may each have the same stiffening. In this way, the same material pair can be created and work effectively to avoid corrosion.
【0012】さらに、一連のピストンリングのために設
けられた複数のピストンリング溝のうち、燃焼室に最も
近く隣接するピストンリング溝のみが少なくとも補強部
を備えるようにするのがよい。これにより、最小の費用
で比較的高い効果を達成することができる。なぜなら、
燃焼室に最も近く隣接するピストンリング溝の領域に極
めて高い応力が生ずるからである。
Furthermore, it is preferable that, of the plurality of piston ring grooves provided for the series of piston rings, only the piston ring groove closest to the combustion chamber has at least a reinforcing portion. This makes it possible to achieve a relatively high effect at a minimum cost. Because
Very high stresses occur in the region of the piston ring groove closest to the combustion chamber.
【0013】本発明の他の好ましい構成は請求項2以下
に記載されており、図面を参照して以下に記載する実施
の形態についての説明から明らかになるであろう。
Other preferred embodiments of the present invention are described in claim 2 and will be apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】往復ピストン内燃機関、例えば大
型ディーゼル機関の構造および作用は公知であり、その
ためここではそれらの詳細説明は省略する。図1はピス
トン上部1を示すものである。ピストン上部1は、ここ
には図示されていない対応する下部に取外し自在に組立
てられる磨耗部をなしている。直列的に配置される複数
のピストンリングからなるピストンリング群を受入れる
ために、ピストン上部1は軸方向に整列された周方向に
走る複数のピストンリング溝2を備えており、その中に
それぞれここには図示されていない対応するピストンリ
ングが収納される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure and operation of a reciprocating piston internal combustion engine, for example a large diesel engine, are well known and, therefore, will not be described in detail here. FIG. 1 shows the upper part 1 of the piston. The upper part 1 of the piston forms a wear part which is removably assembled to a corresponding lower part not shown here. In order to receive a piston ring group consisting of a plurality of piston rings arranged in series, the piston upper part 1 is provided with a plurality of axially aligned circumferentially running piston ring grooves 2, each of which has a respective one of them. Accommodates a corresponding piston ring (not shown).
【0015】ピストン上部1は鋼からなっている。ピス
トンリング溝2のフランクは硬化されている。最上部、
すなわちピストンによって拡大されたり縮小されたりす
る燃焼室に最も近く隣接するピストンリング溝2のフラ
ンクはセラミックス材料からなる補強部3を備えてい
る。補強部3は全フランク領域にわたって設けられるの
ではなく、外側端縁に隣接する領域にのみ設けられてい
る。補強部3の最小幅は1.5mmである。補強部3の
最大幅は溝深さの2/3またはフランク幅を超えてはな
らない。
The piston upper part 1 is made of steel. The flank of the piston ring groove 2 is hardened. At the top,
That is, the flank of the piston ring groove 2 which is closest to and adjacent to the combustion chamber which is enlarged or reduced by the piston is provided with a reinforcing portion 3 made of a ceramic material. The reinforcing portion 3 is not provided over the entire flank region, but is provided only in a region adjacent to the outer edge. The minimum width of the reinforcing portion 3 is 1.5 mm. The maximum width of the reinforcement 3 must not exceed 2/3 of the groove depth or the flank width.
【0016】図示の例では、図2に矢印で示されている
ように、補強部3は吹付け層として設けられる。その場
合、少なくとも50゜という比較的急傾斜角αをもって
吹付けられる。補強部3は比較的急傾斜角αをもって設
けられるので、高速吹付け法によって設けることができ
る。その場合、補強部3の幅bは次式で与えられる。 b=t/tan α、但し t=内のり溝高さ、α≧50゜
In the example shown in the drawing, as shown by the arrow in FIG. 2, the reinforcing portion 3 is provided as a spray layer. In this case, spraying is performed with a relatively steep inclination angle α of at least 50 °. Since the reinforcing portion 3 is provided with a relatively steep inclination angle α, it can be provided by a high-speed spraying method. In that case, the width b of the reinforcing portion 3 is given by the following equation. b = t / tan α, where t = inner groove height, α ≧ 50 °
【0017】補強部3はクロム・セラミックス材料から
なっている。基材としての42CrMo4V上に高速吹
付け法で形成される補強部の場合、例えば80Cr3,
C2および/または20NiCrを使用することができ
る。しかし、補強部を電解分離法によって形成すること
も考えられる。その場合、CrAl酸化物の使用も考え
られる。それぞれの場合、特に良好な安定性を期待でき
るクロム・セラミックス材料が適用対象となる。
The reinforcing portion 3 is made of a chromium ceramic material. In the case of a reinforcing portion formed by high-speed spraying on 42CrMo4V as a base material, for example, 80Cr3
C2 and / or 20NiCr can be used. However, it is also conceivable to form the reinforcing portion by an electrolytic separation method. In that case, use of CrAl oxide is also conceivable. In each case, a chromium-ceramic material that can be expected to have particularly good stability is applied.
【0018】補強部3は図示の例では外側に向かって開
放した溝によって形成されたそれぞれに対応する受入れ
ポケット4の充填物として構成されている。受入れポケ
ット4はセラミックス材料の装着の前に研削加工または
旋盤加工によって作られる。セラミックス材料の装着の
後、表面はダイヤモンド盤によって仕上げ研磨が行われ
る。
In the example shown, the reinforcements 3 are each formed as a filling of a corresponding receiving pocket 4 formed by an outwardly open groove. The receiving pocket 4 is formed by grinding or lathe processing before the mounting of the ceramic material. After the mounting of the ceramic material, the surface is finish-polished with a diamond disk.
【0019】簡単な場合には、補強のために備えられる
リング溝2のフランクは燃焼室から離隔したもののみが
セラミックス補強部を備えるようにしてもよい。図示の
場合、最上部のリング溝2の両フランクが補強部3を備
えており、ここに特に高い安全性を与えている。自明の
ごとく、それ以下のピストンリング溝であっても特に高
い応力がかかる場合は、そこにも対応する補強部を付加
的に設けるのがよい。同一材料ペアを達成するために、
ピストンリング溝2のフランクのうち、補強部3を設け
ているものに対向位置する、ここに詳細には図示してい
ないピストンリングのフランクもそれぞれ同様の補強部
を備えるのがよい。
In a simple case, only the flank of the ring groove 2 provided for reinforcement may be provided with a ceramic reinforcing portion separated from the combustion chamber. In the case shown, both flanks of the uppermost ring groove 2 are provided with reinforcements 3, which provide particularly high security. As will be apparent, if a particularly high stress is applied to a piston ring groove smaller than that, it is preferable to additionally provide a corresponding reinforcing portion there. To achieve the same material pair,
Of the flank of the piston ring groove 2, the flank of the piston ring which is opposed to the flank provided with the reinforcing portion 3, and which is not shown in detail here, preferably has the same reinforcing portion.
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明によれば、簡単かつ低コストの手
段をもって比較的高い点火圧力の下でも長い寿命を達成
できるピストンを提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a piston which can achieve a long life under relatively high ignition pressure with simple and low-cost means.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明によるピストン上部の要部の縦断面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part of an upper part of a piston according to the present invention.
【図2】図1の装置における最上部のピストンリング溝
の拡大断面図。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of an uppermost piston ring groove in the apparatus of FIG. 1;
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1 ピストン上部 2 ピストンリング溝 3 補強部 4 受入れポケット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston upper part 2 Piston ring groove 3 Reinforcement part 4 Receiving pocket

Claims (10)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】 ピストンリングのために設けられ、磨耗
    に対して保護された複数のフランクを有する少なくとも
    一つのピストンリング溝(2)を備えた往復ピストン内
    燃機関、特に大型機関用のピストンにおいて、少なくと
    も一つのフランクが、外側端縁に隣接する領域にセラミ
    ックス材料からなる補強部(3)を備えていることを特
    徴とする往復ピストン機関用ピストン。
    1. A reciprocating piston internal combustion engine having at least one piston ring groove (2) provided for a piston ring and having a plurality of flanks protected against wear, especially a piston for a large engine. A piston for a reciprocating piston engine, characterized in that at least one flank is provided with a reinforcing part (3) made of a ceramic material in a region adjacent to the outer edge.
  2. 【請求項2】 前記補強部(3)が、外側へ向かって開
    放する溝によって形成された受入れポケット(4)の充
    填物として構成されていることを特徴とする請求項1記
    載のピストン。
    2. The piston according to claim 1, wherein the reinforcement is configured as a filling of a receiving pocket formed by an outwardly opening groove.
  3. 【請求項3】 前記補強部(3)の幅が少なくとも1.
    5mmあり、溝深さの高々2/3に相当することを特徴
    とする請求項1または2記載のピストン。
    3. The reinforcing part (3) has a width of at least 1.
    The piston according to claim 1, wherein the piston has a length of 5 mm and corresponds to at most / of the groove depth.
  4. 【請求項4】 前記補強部(3)の幅が、α≧50゜と
    して、前記ピストンリング溝(2)の内のり高さをtan
    αで割算したときの商に相当することを特徴とする請求
    項1ないし3の1つに記載のピストン。
    4. The reinforcing portion (3) has a width α ≧ 50 °, and the inner height of the piston ring groove (2) is tan.
    The piston according to any one of claims 1 to 3, wherein the piston corresponds to a quotient when divided by α.
  5. 【請求項5】 前記補強部(3)の厚みが、0.25〜
    0.30mmであることを特徴とする請求項1ないし4
    の1つに記載のピストン。
    5. The reinforcing part (3) has a thickness of 0.25 to 0.25.
    5. The method according to claim 1, wherein the distance is 0.30 mm.
    A piston according to one of the preceding claims.
  6. 【請求項6】 前記補強部(3)がクロム・セラミック
    ス材料からなっていることを特徴とする請求項1ないし
    5の1つに記載のピストン。
    6. The piston according to claim 1, wherein the reinforcing portion is made of a chromium ceramic material.
  7. 【請求項7】 少なくとも燃焼室から離隔したフランク
    が補強部(3)を備えていることを特徴とする請求項1
    ないし6の1つに記載のピストン。
    7. The device according to claim 1, wherein at least the flank spaced from the combustion chamber is provided with a reinforcement.
    7. The piston according to any one of 6. to 6.
  8. 【請求項8】 両フランクが補強部(3)を備えている
    ことを特徴とする請求項1ないし7の1つに記載のピス
    トン。
    8. The piston as claimed in claim 1, wherein the two flanks are provided with reinforcements (3).
  9. 【請求項9】 補強部(3)を備えたピストンリング溝
    (2)のフランクに対向するピストンリングフランクの
    各々が、それぞれ同一の補強部を備えていることを特徴
    とする請求項1ないし8の1つに記載のピストン。
    9. The piston ring flanks of the piston ring groove (2) provided with the reinforcements (3), each of which has the same reinforcement, each of the piston ring flanks facing the flanks. A piston according to one of the preceding claims.
  10. 【請求項10】 一連のピストンリングのために設けら
    れた複数のピストンリング溝(3)のうち、燃焼室に最
    も近く隣接するピストンリング溝(2)が少なくとも1
    つの補強部(3)を備えていることを特徴とする請求項
    1ないし9の1つに記載のピストン。
    10. A plurality of piston ring grooves (3) provided for a series of piston rings, wherein at least one piston ring groove (2) closest to the combustion chamber is adjacent to the combustion chamber.
    10. The piston according to claim 1, wherein the piston is provided with two reinforcements.
JP11207533A 1998-07-28 1999-07-22 Piston for reciprocating piston internal combustion engine Pending JP2000054910A (en)

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DE1998133827 DE19833827C1 (en) 1998-07-28 1998-07-28 Piston for reciprocating piston engine esp. for high capacity engines

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