JP2016011674A - ピストンリング - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ピストンリングの中心軸を通り前記中心軸に平行な断面に現れる外周摺動面の第1の曲面を、外に凸とし、燃焼室側からクランク室側に曲率半径を連続的に増加させる。
【選択図】図1
Description
x = a(cosθ+θb・sinθ)/α、
y = a(sinθ-θ/cosθ)/β、
a、b、α、βは定数、
なる関係式を用いて表されることがより好ましい。
x = cosθ+θsinθ
y = sinθ-θcosθ
で表されるが、本発明のピストンリングの外周摺動面の第1の曲面(2)に適した曲率変化とするためには、上記曲線をパラメータa、b、α、βを用いて変形し、
x = a(cosθ+θb・sinθ)/α
y = a(sinθ-θ/cosθ)/β
a、b、α、βは定数
なる関係式で表される曲線(変形インボリュート曲線)を用いることが好ましい。ここで、a、b、α、βは適用するピストンリングに応じて適宜設定できるが、aは3000〜10000、bは2〜3、αは1〜2、βは1〜5とすることが好ましい。上記関係式の座標軸を所定量回転し、且つ所定量平行移動することにより、例えばx軸をa1方向(リング軸に垂直な方向)、y軸をh1方向(リング軸方向)として、第1の曲面(2)の頂点を原点とした曲線を描くことができる。
材料組成が、質量%で、C:0.48%、Si:0.21%、Mn:0.79%、Cr:1.02%、V:0.22%で、外径110 mm、長さ200 mmの棒鋼から、リングローリング加工により筒状素材を作製し、機械加工を施し、呼び径(d1)330 mm、幅(h1)5 mm、厚さ(a1)9 mmの矩形断面の鋼製トップリングを作製した。次に、460℃、5時間のガス窒化によりリング全面に窒化層を約70μm形成し、さらに外周には、高速フレーム溶射によりNi合金基地中に微細なCr炭化物粒子が分散した複合材粒子を主たる構成粒子(スルザーメテコ社のSM5241粉末)とするサーメット溶射皮膜を約500μm形成し、最終的には溶射皮膜の膜厚約350μmまで仕上研磨を施した。ここで、ガス窒化により表面に生成した化合物層(白層)は研削除去した。
x = a(cosθ+θb・sinθ)/α
y = a(sinθ-θ/cosθ)/β
a = 6000、b = 3、α= 1、β= 1.5
なる変形インボリュート曲線を用い、第1の曲面の頂点(燃焼室側上側面から3.5 mmの距離とした)が座標軸の原点となるように、上記変形インボリュート曲線の座標軸を適宜回転させ、平行移動して描いている。また、この場合、下側面から0.5 mmの位置の曲率半径が340 mm、頂点位置の曲率半径が270 mm、上側面から0.5 mmの位置の曲率半径が100 mmとなる。この形状に成形した成形砥石を用いて、第1の曲面を形成し、上下側面から0.5 mmの領域は面取り加工を施し、仕上研磨を完了した。また、燃焼室側の外周摺動面の後退量(t)は0.016 mmで、呼び径(d1)の0.0048%であった。
実機試験は、ボア径330 mmの6気筒4ストローク中速ディーゼルエンジンの試験機において、6気筒全てに実施例1のトップリングを装着したピストンを使用して行った。トップリング以外は、従来から使用されてきたピストンリングを使用した。300時間の運転中はエッジ・ローディング等のトラブルは無く、トップリングを取り出して摺動面を観察した結果も特に異常はなかった。
材料組成が、質量%で、C:3.7%、Si:2.7%、Mn:0.6%、P:0.04%、S:0.01%、Cr:0.10%、Ni:0.90%、V:0.07%、Cu:2.39%の鋳鉄を溶解、鋳造、機械加工して、呼び径(d1)330 mm、幅(h1)7 mm、厚さ(a1)10 mmの矩形断面のCV黒鉛鋳鉄製圧力リングを作製した。変形インボリュート曲線のパラメータをa = 3000、b = 3、α= 1、β= 2として、燃焼室側上側面から4.5 mmの距離とした第1の曲面の頂点が座標軸の原点となるように、上記変形インボリュート曲線の座標軸を適宜回転させ、平行移動して描いている。また、この場合、下側面から0.5 mmの位置の曲率半径がR360 mm、頂点位置の曲率半径がR300 mm、上側面から0.5 mmの位置の曲率半径がR50 mmとなる。この形状に成形した成形砥石を用いて、第1の曲面を形成し、上下側面から0.5 mmの領域は面取り加工を施し、仕上研磨を完了した。また、燃焼室側の外周摺動面の後退量(t)は0.035 mmで、呼び径(d1)の0.011%であった。
2 第1の曲面
3 燃焼室側上側面
4 クランク室側下側面
5 面取り部
6 第2及び第3の曲面
Claims (7)
- ピストンリングの中心軸を通り前記中心軸に平行な断面に現れる外周摺動面の第1の曲面が外に凸であって、前記第1の曲面の曲率半径が燃焼室側からクランク室側に連続的に増加していることを特徴とするピストンリング。
- 請求項1に記載のピストンリングにおいて、前記断面に現れる前記第1の曲面の頂点が軸方向幅の中央位置よりクランク室側に位置することを特徴とするピストンリング。
- 請求項1又は2に記載のピストンリングにおいて、前記第1の曲面の前記断面に現れる曲線がインボリュート曲線を変形した曲線で表されることを特徴とするピストンリング。
- 請求項3に記載のピストンリングにおいて、前記曲線が
x = a(cosθ+θb・sinθ)/α
y = a(sinθ-θ/conθ)/β
a、b、α、βは定数
なる関係式を用いて表されることを特徴とするピストンリング。 - 請求項1〜4のいずれかに記載のピストンリングにおいて、前記第1の曲面と燃焼室側上側面及びクランク室側下側面の間それぞれに面取り部を有することを特徴とするピストンリング。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のピストンリングにおいて、前記第1の曲面と燃焼室側上側面及びクランク室側下側面の間それぞれに外に凸の第2及び第3の曲面を有することを特徴とするピストンリング。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のピストンリングにおいて、前記断面に現れる前記第1の曲面の頂点から燃焼室側端までの半径方向の後退量(t)が、ピストンリングの呼び径(d1)の0.001%以上であることを特徴とするピストンリング。
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