JP3343420B2 - 内燃機関 - Google Patents
内燃機関Info
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- JP3343420B2 JP3343420B2 JP32879393A JP32879393A JP3343420B2 JP 3343420 B2 JP3343420 B2 JP 3343420B2 JP 32879393 A JP32879393 A JP 32879393A JP 32879393 A JP32879393 A JP 32879393A JP 3343420 B2 JP3343420 B2 JP 3343420B2
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- internal combustion
- combustion engine
- cylinder
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に関し、特に小
型軽量高出力化が可能であり、しかも製造の容易な内燃
機関に関する。
型軽量高出力化が可能であり、しかも製造の容易な内燃
機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリンダ内をピストンが摺動する内燃機
関においては、ピストンに装着されているピストンリン
グとシリンダ内壁との摺動特性が良好であることが要求
される。 そのため、シリンダにはピストンリングと直
接に接触する筒状部材である湿式シリンダライナあるい
は乾式シリンダライナ（シリンダスリーブとも称され
る）（以下、両者をシリンダライナと総称する）が圧入
されている。
関においては、ピストンに装着されているピストンリン
グとシリンダ内壁との摺動特性が良好であることが要求
される。 そのため、シリンダにはピストンリングと直
接に接触する筒状部材である湿式シリンダライナあるい
は乾式シリンダライナ（シリンダスリーブとも称され
る）（以下、両者をシリンダライナと総称する）が圧入
されている。
【０００３】そして、従来の内燃機関におけるピストン
リングとシリンダライナとの組み合わせとしては、少な
くともシリンダライナとの摺動面に硬質クロム（Ｃｒ）
めっき層を有するピストンリングと、鋳鉄製シリンダラ
イナとの組み合わせが一般的である。すなわち、この組
み合わせによれば、硬質クロム（Ｃｒ）めっき層を有す
るピストンリングは耐摩耗性に優れ、鋳鉄製シリンダラ
イナは鋳鉄に特有の黒鉛およびステダイトによる高摺動
特性が得られるため、優れた耐スカッフィング性および
十分な耐摩耗性が確保されるからである。
リングとシリンダライナとの組み合わせとしては、少な
くともシリンダライナとの摺動面に硬質クロム（Ｃｒ）
めっき層を有するピストンリングと、鋳鉄製シリンダラ
イナとの組み合わせが一般的である。すなわち、この組
み合わせによれば、硬質クロム（Ｃｒ）めっき層を有す
るピストンリングは耐摩耗性に優れ、鋳鉄製シリンダラ
イナは鋳鉄に特有の黒鉛およびステダイトによる高摺動
特性が得られるため、優れた耐スカッフィング性および
十分な耐摩耗性が確保されるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、少なく
ともシリンダライナとの摺動面に硬質クロム（Ｃｒ）め
っき層を有するピストンリングと鋳鉄製シリンダライナ
とを備える従来の内燃機関においては、前述のように高
い摺動特性を得る必要があるため、シリンダライナを形
成する鋳鉄として特に片状黒鉛鋳鉄が用いられていたの
であるが、この片状黒鉛鋳鉄は機械的強さが必ずしも十
分ではなく、高い引張り強さや十分な耐衝撃性を得るこ
とが困難であるという問題があった。
ともシリンダライナとの摺動面に硬質クロム（Ｃｒ）め
っき層を有するピストンリングと鋳鉄製シリンダライナ
とを備える従来の内燃機関においては、前述のように高
い摺動特性を得る必要があるため、シリンダライナを形
成する鋳鉄として特に片状黒鉛鋳鉄が用いられていたの
であるが、この片状黒鉛鋳鉄は機械的強さが必ずしも十
分ではなく、高い引張り強さや十分な耐衝撃性を得るこ
とが困難であるという問題があった。
【０００５】ところで、コンパクトなエンジンで高出力
を得るためには、シリンダライナの薄肉化によるボアア
ップが考えられるのであるが、上述のように機械的強さ
が必ずしも十分ではない鋳鉄製シリンダライナでは薄肉
化の限界が低く、内燃機関の小型軽量高出力化が阻害さ
れていた。具体的には、現在、用いられている鋳鉄製湿
式シリンダライナでは少なくとも７ｍｍの肉厚が必要で
あり、一方、乾式シリンダライナ（シリンダスリーブ）
では少なくとも１．５ｍｍの肉厚が必要でそれ以上の薄
肉化はきわめて困難であるのが実状である。
を得るためには、シリンダライナの薄肉化によるボアア
ップが考えられるのであるが、上述のように機械的強さ
が必ずしも十分ではない鋳鉄製シリンダライナでは薄肉
化の限界が低く、内燃機関の小型軽量高出力化が阻害さ
れていた。具体的には、現在、用いられている鋳鉄製湿
式シリンダライナでは少なくとも７ｍｍの肉厚が必要で
あり、一方、乾式シリンダライナ（シリンダスリーブ）
では少なくとも１．５ｍｍの肉厚が必要でそれ以上の薄
肉化はきわめて困難であるのが実状である。
【０００６】一方、シリンダライナの薄肉化を図るため
には、シリンダライナの形成材料に高強度のスチール材
を用いることも考えられるのであるが、その場合には、
高い摺動特性を得るためにピストンリングとの接触面に
例えばクロム（Ｃｒ）めっきや溶射を施したり、内周面
に鋳物材を圧入する等の対策が必要となるので、製造工
程の煩雑化を招き、製造コストも上昇するという問題が
生じる。
には、シリンダライナの形成材料に高強度のスチール材
を用いることも考えられるのであるが、その場合には、
高い摺動特性を得るためにピストンリングとの接触面に
例えばクロム（Ｃｒ）めっきや溶射を施したり、内周面
に鋳物材を圧入する等の対策が必要となるので、製造工
程の煩雑化を招き、製造コストも上昇するという問題が
生じる。
【０００７】本発明はかかる事情に基づいてなされたも
のであり、本発明の目的は、小型軽量高出力化が容易で
あるとともに、製造工程の煩雑化を招くことがなく、容
易に製造し得る内燃機関を提供することにある。
のであり、本発明の目的は、小型軽量高出力化が容易で
あるとともに、製造工程の煩雑化を招くことがなく、容
易に製造し得る内燃機関を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、ピストンリングを備えるピストンが
湿式または乾式シリンダライナを備えるシリンダ内を摺
動する内燃機関において、前記ピストンリングは少なく
ともシリンダライナとの摺動面にＣｒＮおよび／または
Ｃｒ2Ｎからなる物理的気相蒸着(ＰＶＤ)皮膜を有し、
前記シリンダライナは全体がロックウェル硬さＨRCが３
５以上である鋼材により形成されていることを特徴とす
る内燃機関である。
の本発明の構成は、ピストンリングを備えるピストンが
湿式または乾式シリンダライナを備えるシリンダ内を摺
動する内燃機関において、前記ピストンリングは少なく
ともシリンダライナとの摺動面にＣｒＮおよび／または
Ｃｒ2Ｎからなる物理的気相蒸着(ＰＶＤ)皮膜を有し、
前記シリンダライナは全体がロックウェル硬さＨRCが３
５以上である鋼材により形成されていることを特徴とす
る内燃機関である。
【０００９】
【作用】本発明の内燃機関は、少なくともシリンダライ
ナとの摺動面にＣｒＮおよび／またはＣｒ2 Ｎからなる
物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜を有するピストンリング
と、ロックウェル硬さＨRCが３５以上である鋼材により
形成されたシリンダライナとを備えるものである。
ナとの摺動面にＣｒＮおよび／またはＣｒ2 Ｎからなる
物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜を有するピストンリング
と、ロックウェル硬さＨRCが３５以上である鋼材により
形成されたシリンダライナとを備えるものである。
【００１０】ここで、この内燃機関を構成するピストン
リングは、少なくともシリンダライナとの摺動面に高硬
度で、かつ金属との親和性がきわめて低いＣｒＮおよび
／またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮
膜を有するので、耐スカッフィング性および耐摩耗性に
優れている。一方、この内燃機関を構成するシリンダラ
イナは、ロックウェル硬さＨRCが３５以上である鋼材に
より形成されているため、引張り強度や耐衝撃性等の機
械的強さが十分であることから、薄肉化が容易である。
また、少なくともシリンダライナとの摺動面にＣｒＮお
よび／またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着（ＰＶ
Ｄ）皮膜を有する上記のピストンリングとの組み合わせ
において優れた摺動特性を発揮することから、たとえば
ピストンリングとの接触面にクロムめっきや溶射を施し
たり、あるいは内周面に鋳物材を圧入する等の摺動特性
を改善するための対策は不要である。したがって、この
内燃機関では、十分な耐スカッフィング性および耐摩耗
性が確保されるとともに、シリンダライナの薄肉化によ
るボアアップが容易であり、これにより小型軽量高出力
化が可能であり、製造も容易である。
リングは、少なくともシリンダライナとの摺動面に高硬
度で、かつ金属との親和性がきわめて低いＣｒＮおよび
／またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮
膜を有するので、耐スカッフィング性および耐摩耗性に
優れている。一方、この内燃機関を構成するシリンダラ
イナは、ロックウェル硬さＨRCが３５以上である鋼材に
より形成されているため、引張り強度や耐衝撃性等の機
械的強さが十分であることから、薄肉化が容易である。
また、少なくともシリンダライナとの摺動面にＣｒＮお
よび／またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着（ＰＶ
Ｄ）皮膜を有する上記のピストンリングとの組み合わせ
において優れた摺動特性を発揮することから、たとえば
ピストンリングとの接触面にクロムめっきや溶射を施し
たり、あるいは内周面に鋳物材を圧入する等の摺動特性
を改善するための対策は不要である。したがって、この
内燃機関では、十分な耐スカッフィング性および耐摩耗
性が確保されるとともに、シリンダライナの薄肉化によ
るボアアップが容易であり、これにより小型軽量高出力
化が可能であり、製造も容易である。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。なお、この実施例ではシリンダライナが湿
式である場合について説明するが、本発明においてシリ
ンダライナは乾式シリンダライナ（シリンダスリーブと
もいう）を含むことは前述の通りである。
て説明する。なお、この実施例ではシリンダライナが湿
式である場合について説明するが、本発明においてシリ
ンダライナは乾式シリンダライナ（シリンダスリーブと
もいう）を含むことは前述の通りである。
【００１２】図１は、この実施例のピストンリングと湿
式シリンダライナとの関係を示す図である。図１に示す
ように、ピストンリング１は、シリンダブロック３に形
成されているシリンダ４内を摺動するピストン５に装着
され、シリンダ４には、このピストンリング１と直接に
接触する湿式のシリンダライナ２が圧入されている。
式シリンダライナとの関係を示す図である。図１に示す
ように、ピストンリング１は、シリンダブロック３に形
成されているシリンダ４内を摺動するピストン５に装着
され、シリンダ４には、このピストンリング１と直接に
接触する湿式のシリンダライナ２が圧入されている。
【００１３】ピストンリング１は、鋳鉄または鋼を母材
として形成され、少なくともその摺動面にＣｒＮおよび
／またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮
膜１１を有している。すなわち、ピストンリング１の全
表面もしくは少なくとも摺動面には、ＣｒＮ単独もしく
はＣｒ2 Ｎ単独または両者の混合組成からなる物理的気
相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１が形成されている。したがっ
て、このピストンリング１においては、ＣｒＮおよび／
またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜
１１が、シリンダ４に圧入されている湿式のシリンダラ
イナ２と直接に接触することになる。
として形成され、少なくともその摺動面にＣｒＮおよび
／またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮
膜１１を有している。すなわち、ピストンリング１の全
表面もしくは少なくとも摺動面には、ＣｒＮ単独もしく
はＣｒ2 Ｎ単独または両者の混合組成からなる物理的気
相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１が形成されている。したがっ
て、このピストンリング１においては、ＣｒＮおよび／
またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜
１１が、シリンダ４に圧入されている湿式のシリンダラ
イナ２と直接に接触することになる。
【００１４】ここで、ＣｒＮおよび／またはＣｒ2 Ｎか
らなる物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１は、このピス
トンリング１の耐スカッフィング性および耐摩耗性を向
上させる作用乃至機能を有する層である。
らなる物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１は、このピス
トンリング１の耐スカッフィング性および耐摩耗性を向
上させる作用乃至機能を有する層である。
【００１５】このような作用乃至機能を有するＣｒＮお
よび／またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着法（ＰＶ
Ｄ法）形成層１１の厚さは、通常、５〜６０μｍ、好ま
しくは１０〜５０μｍである。この厚さが５μｍ未満で
あると、物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１の上記の作
用乃至機能が十分ではないことがある。一方、６０μｍ
より厚くしてもそれに相当する効果は奏されず、かえっ
て製造コストの上昇を招く。
よび／またはＣｒ2 Ｎからなる物理的気相蒸着法（ＰＶ
Ｄ法）形成層１１の厚さは、通常、５〜６０μｍ、好ま
しくは１０〜５０μｍである。この厚さが５μｍ未満で
あると、物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１の上記の作
用乃至機能が十分ではないことがある。一方、６０μｍ
より厚くしてもそれに相当する効果は奏されず、かえっ
て製造コストの上昇を招く。
【００１６】物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１の成膜
に採用することのできる物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）
としては、たとえばスパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、レーザー物理蒸着法などが挙げられる。これ
らのなかでも、好ましいのはイオンプレーティング法で
ある。
に採用することのできる物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）
としては、たとえばスパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、レーザー物理蒸着法などが挙げられる。これ
らのなかでも、好ましいのはイオンプレーティング法で
ある。
【００１７】図２に示すように、ピストンリング１は、
母材１２と、ＣｒＮおよび／またはＣｒ2 Ｎからなる物
理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１との間に、さらに窒化
層１３を有するものであってもよい。
母材１２と、ＣｒＮおよび／またはＣｒ2 Ｎからなる物
理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１との間に、さらに窒化
層１３を有するものであってもよい。
【００１８】ピストンリング１が、この窒化層１３を有
すると、万一、ＣｒＮおよび／またはＣｒ2 Ｎからなる
物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１の摩耗が進んだ場合
でもピストンリング１の摺動面になじみがついてスカッ
フィング防止効果が得られた後に、腐蝕に強く、耐摩耗
性も良好な窒化層１３が露出することになる。
すると、万一、ＣｒＮおよび／またはＣｒ2 Ｎからなる
物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜１１の摩耗が進んだ場合
でもピストンリング１の摺動面になじみがついてスカッ
フィング防止効果が得られた後に、腐蝕に強く、耐摩耗
性も良好な窒化層１３が露出することになる。
【００１９】このような窒化層１３は、たとえばガス窒
化法、塩浴窒化法、イオン窒化法などの窒化処理方法に
より、母材１２の表面から窒素（Ｎ）を浸透させること
により形成される。
化法、塩浴窒化法、イオン窒化法などの窒化処理方法に
より、母材１２の表面から窒素（Ｎ）を浸透させること
により形成される。
【００２０】窒化層１３を形成する場合、窒化処理の深
さは、通常、５０〜１２０μｍ、好ましくは７０〜１１
０μｍである。なお、窒化層１３は、通常は母材１２の
全表面に形成されるので、リング上下面におけるリング
溝とのたたかれ摩耗を防止する作用乃至機能をも有する
ことになる。
さは、通常、５０〜１２０μｍ、好ましくは７０〜１１
０μｍである。なお、窒化層１３は、通常は母材１２の
全表面に形成されるので、リング上下面におけるリング
溝とのたたかれ摩耗を防止する作用乃至機能をも有する
ことになる。
【００２１】この内燃機関において、ピストンリング１
は、ロックウェル硬さＨRCが３５以上である鋼材により
形成されたシリンダライナ２と組み合わされて使用され
る。シリンダライナ２のロックウェル硬さＨRCが３５未
満であると、前述のピストンリング１との組み合わせに
おいて、十分な耐スカッフィング性および耐摩耗性が発
揮されないことがある。すなわち、シリンダライナ２を
形成する鋼材のロックウェル硬さＨRCが３５未満である
と、十分な耐スカッフィング性および耐摩耗性を得るた
めに、たとえば溶射を施す等の対策が必要となり、本発
明の効果が奏されないことがある。一方、シリンダライ
ナ２を形成する鋼材のロックウェル硬さＨRCが３５以上
であると、このシリンダライナ２は、前述のピストンリ
ング１との組み合わせにおいて十分な耐スカッフィング
性および耐摩耗性を発揮するため、たとえば溶射等の対
策は不要である。
は、ロックウェル硬さＨRCが３５以上である鋼材により
形成されたシリンダライナ２と組み合わされて使用され
る。シリンダライナ２のロックウェル硬さＨRCが３５未
満であると、前述のピストンリング１との組み合わせに
おいて、十分な耐スカッフィング性および耐摩耗性が発
揮されないことがある。すなわち、シリンダライナ２を
形成する鋼材のロックウェル硬さＨRCが３５未満である
と、十分な耐スカッフィング性および耐摩耗性を得るた
めに、たとえば溶射を施す等の対策が必要となり、本発
明の効果が奏されないことがある。一方、シリンダライ
ナ２を形成する鋼材のロックウェル硬さＨRCが３５以上
であると、このシリンダライナ２は、前述のピストンリ
ング１との組み合わせにおいて十分な耐スカッフィング
性および耐摩耗性を発揮するため、たとえば溶射等の対
策は不要である。
【００２２】ロックウェル硬さＨRCが３５以上である鋼
材としては、たとえばロックウェル硬さＨRCを３５以上
に調質したＳＵＪ２材、ＳＵＳ４４０Ｃ材、Ｓ４５Ｃ材
などが挙げられる。
材としては、たとえばロックウェル硬さＨRCを３５以上
に調質したＳＵＪ２材、ＳＵＳ４４０Ｃ材、Ｓ４５Ｃ材
などが挙げられる。
【００２３】このような鋼材により形成されたシリンダ
ライナ２の肉厚は、通常、３ｍｍ以上、好ましくは３．
５ｍｍ以上である。この肉厚が３ｍｍ未満であると、シ
リンダライナ２の機械的強さが十分ではないことがあ
る。一方、このシリンダライナ２は機械的強さが鋳鉄よ
りも優れる鋼材により形成されているので、従来の鋳鉄
製シリンダライナに比較して約１／２程度の薄肉化が可
能である。すなわち、この鋼製のシリンダライナ２の強
度および弾性率は、それぞれ600 Ｎ／ｍｍ2 、220,000
Ｎ／ｍｍ2 であり、従来の鋳鉄製シリンダライナの強度
300 Ｎ／ｍｍ2 、弾性率90,000Ｎ／ｍｍ2 に比較してい
ずれも約２倍であることから、同一剛性、同一強度であ
れば、従来材に比較して単純に１／２の肉厚にすること
ができる。．したがって、この内燃機関は、鋳鉄製シリ
ンダライナを備える従来の内燃機関に比較してボアアッ
プによる高出力化およびシリンダ内面温度の低減による
熱負荷の増加を図ることが容易であることから、小型軽
量高出力化が可能である。しかも、耐摩耗性が向上して
いるため、燃焼圧力が増大してもピストンリングおよび
シリンダライナの短寿命化が防止され、内燃機関の長寿
命化が図れる。さらにまた、ロックウェル硬さＨRCが３
５以上であるシリンダライナ材は、冷却水と接するウォ
ータージャケット部のキャビテーション対策としても効
果的である次に、本発明の実験例および比較実験例を示
す。実験例１ 高クロム鋼（18Cr−1Mo 鋼）からなるピストンリング母
材に、ガス窒化法による窒化処理を行い、その後、イオ
ンプレーティング法により全面に厚さ１０μｍのＣｒＮ
層を形成してピストンリング供試材とした。
ライナ２の肉厚は、通常、３ｍｍ以上、好ましくは３．
５ｍｍ以上である。この肉厚が３ｍｍ未満であると、シ
リンダライナ２の機械的強さが十分ではないことがあ
る。一方、このシリンダライナ２は機械的強さが鋳鉄よ
りも優れる鋼材により形成されているので、従来の鋳鉄
製シリンダライナに比較して約１／２程度の薄肉化が可
能である。すなわち、この鋼製のシリンダライナ２の強
度および弾性率は、それぞれ600 Ｎ／ｍｍ2 、220,000
Ｎ／ｍｍ2 であり、従来の鋳鉄製シリンダライナの強度
300 Ｎ／ｍｍ2 、弾性率90,000Ｎ／ｍｍ2 に比較してい
ずれも約２倍であることから、同一剛性、同一強度であ
れば、従来材に比較して単純に１／２の肉厚にすること
ができる。．したがって、この内燃機関は、鋳鉄製シリ
ンダライナを備える従来の内燃機関に比較してボアアッ
プによる高出力化およびシリンダ内面温度の低減による
熱負荷の増加を図ることが容易であることから、小型軽
量高出力化が可能である。しかも、耐摩耗性が向上して
いるため、燃焼圧力が増大してもピストンリングおよび
シリンダライナの短寿命化が防止され、内燃機関の長寿
命化が図れる。さらにまた、ロックウェル硬さＨRCが３
５以上であるシリンダライナ材は、冷却水と接するウォ
ータージャケット部のキャビテーション対策としても効
果的である次に、本発明の実験例および比較実験例を示
す。実験例１ 高クロム鋼（18Cr−1Mo 鋼）からなるピストンリング母
材に、ガス窒化法による窒化処理を行い、その後、イオ
ンプレーティング法により全面に厚さ１０μｍのＣｒＮ
層を形成してピストンリング供試材とした。
【００２４】一方、スチール母材（Ｓ４５Ｃ相当品、Ｈ
RC３５に調質）を所定の寸法形状に切り出して肉厚１０
ｍｍのシリンダライナ供試材を作成した。これらの供試
材を用いて、下記のようにして摺動特性の評価を行っ
た。結果を図３および図４に示す。
RC３５に調質）を所定の寸法形状に切り出して肉厚１０
ｍｍのシリンダライナ供試材を作成した。これらの供試
材を用いて、下記のようにして摺動特性の評価を行っ
た。結果を図３および図４に示す。
【００２５】耐スカッフィング性；図５に示す構成のア
ムスラー型摩耗試験機を使用し、固定片２１にピストン
リング供試材、回転片２２にシリンダライナ供試材を用
いてスカッフィングの発生した荷重を標準材と比較して
評価した。測定条件は下記の通りである。なお、比較実
験例１におけるピストンリング供試材およびシリンダラ
イナ供試材の組み合わせを標準材とした。また、スカッ
フィングの発生はＡＥ信号、μ変化等から判断した。 ・耐スカッフィング性測定条件 荷重（ｋｇｆ）：10→20→30…スカッフ発生まで（最大
荷重200kgf） 周囲（ｍ／秒）：１(475rpm) 時間・ステップ：各荷重で２分間保持 潤滑油供給：無給油（ただし、試験スタート前にスピン
ドル油を一定量付着させる） 供試材：固定片（ピストンリング供試材）６×８×５ｔ
（ｍｍ） 表面粗さＲz ＝0.5 〜1.5 μｍ（1.0 μｍ狙い） 回転片（シリンダライナ供試材）φ４０×φ１６×１０
（ｍｍ） 表面粗さＲz ＝0.5 〜1.0 μｍ（0.8 μｍ狙い）耐摩耗性 ；図５に示す構成のアムスラー型摩耗試験機を
使用し、固定片２１にピストンリング供試材、回転片２
２にシリンダライナ供試材を用いて摩耗量を測定し、比
較実験例１におけるピストンリング供試材およびシリン
ダライナ供試材の組み合わせによる摩耗量を１００％と
して相対的に評価した。測定条件は下記の通りである。
なお、潤滑油は、図５に示す容器２３に供給し、これを
ヒータで加温する一方、水冷により油温を一定に保持し
た。 ・耐摩耗性測定条件 荷重（ｋｇｆ）：６０ 周囲（ｍ／秒）：１ 測定時間：２０時間 潤滑油：ＳＡＥ＃３０モーターオイル 油温：８０℃実験例２ 前記実験例１において、シリンダライナ供試材のスチー
ル母材をＳ４５Ｃ相当品からＳＵＪ２相当品（ＨRC４０
に調質）に代えたほかは、前記実験例１と同様にして摺
動特性を評価した。結果を図３および図４に示す。実験例 ３ 前記実験例１において、シリンダライナ供試材のスチー
ル母材をＳ４５Ｃ相当品からＳＵＳ４４０Ｃ相当品（Ｈ
RC４０に調質）に代えたほかは、前記実験例１と同様に
して摺動特性を評価した。結果を図３および図４に示
す。比較実験例１ 高クロム鋼（18Cr−1Mo 鋼）からなるピストンリング母
材に、厚さ３０μｍのクロム（Ｃｒ）めっき層を形成し
てピストンリング供試材とした。
ムスラー型摩耗試験機を使用し、固定片２１にピストン
リング供試材、回転片２２にシリンダライナ供試材を用
いてスカッフィングの発生した荷重を標準材と比較して
評価した。測定条件は下記の通りである。なお、比較実
験例１におけるピストンリング供試材およびシリンダラ
イナ供試材の組み合わせを標準材とした。また、スカッ
フィングの発生はＡＥ信号、μ変化等から判断した。 ・耐スカッフィング性測定条件 荷重（ｋｇｆ）：10→20→30…スカッフ発生まで（最大
荷重200kgf） 周囲（ｍ／秒）：１(475rpm) 時間・ステップ：各荷重で２分間保持 潤滑油供給：無給油（ただし、試験スタート前にスピン
ドル油を一定量付着させる） 供試材：固定片（ピストンリング供試材）６×８×５ｔ
（ｍｍ） 表面粗さＲz ＝0.5 〜1.5 μｍ（1.0 μｍ狙い） 回転片（シリンダライナ供試材）φ４０×φ１６×１０
（ｍｍ） 表面粗さＲz ＝0.5 〜1.0 μｍ（0.8 μｍ狙い）耐摩耗性 ；図５に示す構成のアムスラー型摩耗試験機を
使用し、固定片２１にピストンリング供試材、回転片２
２にシリンダライナ供試材を用いて摩耗量を測定し、比
較実験例１におけるピストンリング供試材およびシリン
ダライナ供試材の組み合わせによる摩耗量を１００％と
して相対的に評価した。測定条件は下記の通りである。
なお、潤滑油は、図５に示す容器２３に供給し、これを
ヒータで加温する一方、水冷により油温を一定に保持し
た。 ・耐摩耗性測定条件 荷重（ｋｇｆ）：６０ 周囲（ｍ／秒）：１ 測定時間：２０時間 潤滑油：ＳＡＥ＃３０モーターオイル 油温：８０℃実験例２ 前記実験例１において、シリンダライナ供試材のスチー
ル母材をＳ４５Ｃ相当品からＳＵＪ２相当品（ＨRC４０
に調質）に代えたほかは、前記実験例１と同様にして摺
動特性を評価した。結果を図３および図４に示す。実験例 ３ 前記実験例１において、シリンダライナ供試材のスチー
ル母材をＳ４５Ｃ相当品からＳＵＳ４４０Ｃ相当品（Ｈ
RC４０に調質）に代えたほかは、前記実験例１と同様に
して摺動特性を評価した。結果を図３および図４に示
す。比較実験例１ 高クロム鋼（18Cr−1Mo 鋼）からなるピストンリング母
材に、厚さ３０μｍのクロム（Ｃｒ）めっき層を形成し
てピストンリング供試材とした。
【００２６】一方、Ｂ鋳鉄（ターカロイ）母材を所定の
寸法形状に切り出して肉厚１０ｍｍのシリンダライナ供
試材を作成した。これらの供試材を用いて、前記実験例
１と同様にして摺動特性の評価を行った。結果を図３お
よび図４に示す。比較実験例２ 前記比較実験例１において、厚さ３０μｍのクロム（Ｃ
ｒ）めっき層を形成してピストンリング供試材に代えて
前記実験例１におけるのと同様のピストンリング供試材
を使用したほかは、前記実験例１と同様にして摺動特性
の評価を行った。結果を図３および図４に示す。比較実験例３ 前記実験例１において、シリンダライナ供試材のスチー
ル母材をＨRC３５に調質したＳ４５Ｃ相当品からＨRC１
０に調質したＳ４５Ｃ相当品に代えたほかは、前記実験
例１と同様にして摺動特性を評価した。結果を図３およ
び図４に示す。 比較実験例４ 前記比較実験例１において、Ｂ鋳鉄（ターカロイ）から
なるシリンダライナ供試材に代えて前記実験例３におけ
るのと同様のシリンダライナ供試材を使用したほかは、
前記実験例１と同様にして摺動特性の評価を行った。結
果を図３および図４に示す。結果の検討 図３から明らかなように、実験例１〜実験例３のピスト
ンリングとシリンダライナとの組み合わせ（本発明品）
は、比較実験例１〜比較実験例４のピストンリングとシ
リンダライナとの組み合わせに比較して耐スカッフィン
グ性が同等以上であることが確認された。
寸法形状に切り出して肉厚１０ｍｍのシリンダライナ供
試材を作成した。これらの供試材を用いて、前記実験例
１と同様にして摺動特性の評価を行った。結果を図３お
よび図４に示す。比較実験例２ 前記比較実験例１において、厚さ３０μｍのクロム（Ｃ
ｒ）めっき層を形成してピストンリング供試材に代えて
前記実験例１におけるのと同様のピストンリング供試材
を使用したほかは、前記実験例１と同様にして摺動特性
の評価を行った。結果を図３および図４に示す。比較実験例３ 前記実験例１において、シリンダライナ供試材のスチー
ル母材をＨRC３５に調質したＳ４５Ｃ相当品からＨRC１
０に調質したＳ４５Ｃ相当品に代えたほかは、前記実験
例１と同様にして摺動特性を評価した。結果を図３およ
び図４に示す。 比較実験例４ 前記比較実験例１において、Ｂ鋳鉄（ターカロイ）から
なるシリンダライナ供試材に代えて前記実験例３におけ
るのと同様のシリンダライナ供試材を使用したほかは、
前記実験例１と同様にして摺動特性の評価を行った。結
果を図３および図４に示す。結果の検討 図３から明らかなように、実験例１〜実験例３のピスト
ンリングとシリンダライナとの組み合わせ（本発明品）
は、比較実験例１〜比較実験例４のピストンリングとシ
リンダライナとの組み合わせに比較して耐スカッフィン
グ性が同等以上であることが確認された。
【００２７】また、図４から明らかなように、実験例１
〜実験例３のピストンリングとシリンダライナとの組み
合わせ（本発明品）は、比較実験例１〜比較実験例４の
ピストンリングとシリンダライナとの組み合わせに比較
して耐摩耗性が同等以上であることが確認された。
〜実験例３のピストンリングとシリンダライナとの組み
合わせ（本発明品）は、比較実験例１〜比較実験例４の
ピストンリングとシリンダライナとの組み合わせに比較
して耐摩耗性が同等以上であることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、少なくともシリンダラ
イナとの摺動面にＣｒＮおよび／またはＣｒ2 Ｎからな
る物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜を有するピストンリン
グとロックウェル硬さＨRCが３５以上である鋼材により
形成された湿式または乾式シリンダライナとを備える構
成としたので、耐スカッフィング性および耐摩耗性に優
れ、しかも製造工程の煩雑化を招くことがなく、小型軽
量高出力化が可能であるという利点を有する内燃機関が
提供される。
イナとの摺動面にＣｒＮおよび／またはＣｒ2 Ｎからな
る物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜を有するピストンリン
グとロックウェル硬さＨRCが３５以上である鋼材により
形成された湿式または乾式シリンダライナとを備える構
成としたので、耐スカッフィング性および耐摩耗性に優
れ、しかも製造工程の煩雑化を招くことがなく、小型軽
量高出力化が可能であるという利点を有する内燃機関が
提供される。
【図１】本発明の内燃機関におけるピストンリングおよ
び湿式シリンダライナを示す説明図である。
び湿式シリンダライナを示す説明図である。
【図２】本発明の内燃機関におけるピストンリングの一
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
【図３】実験例および比較実験例の各供試材についての
スカッフ試験結果を示すグラフである。
スカッフ試験結果を示すグラフである。
【図４】実験例および比較実験例の各供試材についての
摩耗試験結果を示すグラフである。
摩耗試験結果を示すグラフである。
【図５】実験例および比較実験例において使用した摩耗
試験機の構成を示す説明図である。
試験機の構成を示す説明図である。
１…ピストンリング ２…シリンダライナ ３…シリンダブロック ４…シリンダ ５…ピストン １１…物理的気相蒸着（ＰＶＤ）皮膜 １３…窒化層
フロントページの続き (72)発明者 大村 雅志 栃木県下都賀郡野木町野木1111番地 日 本ピストンリング株式会社栃木工場内 (56)参考文献 特開 平６−288294（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02F 5/00 F02F 1/00 F16J 9/26 F16J 10/04
Claims (2)
- 【請求項１】 ピストンリングを備えるピストンが湿式
または乾式シリンダライナを備えるシリンダ内を摺動す
る内燃機関において、前記ピストンリングは少なくとも
シリンダライナとの摺動面にＣｒＮおよび/またはＣｒ2
Ｎからなる物理的気相蒸着(ＰＶＤ)皮膜を有し、前記シ
リンダライナは全体がロックウェル硬さＨRCが３５以上
である鋼材により形成されていることを特徴とする内燃
機関。 - 【請求項２】 前記ピストンリングが、母材と前記物理
的気相蒸着(ＰＶＤ)皮膜との間にさらに窒化層を有する
請求項1記載の内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32879393A JP3343420B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32879393A JP3343420B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07180608A JPH07180608A (ja) | 1995-07-18 |
| JP3343420B2 true JP3343420B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=18214175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32879393A Expired - Fee Related JP3343420B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3343420B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3793990B2 (ja) * | 1999-10-29 | 2006-07-05 | 日本ピストンリング株式会社 | 内燃機関のシリンダライナとピストンリングの組合せ |
| DE102007007960C5 (de) * | 2007-02-17 | 2015-08-27 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Kolbenring |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32879393A patent/JP3343420B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07180608A (ja) | 1995-07-18 |
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