JPH02104653A

JPH02104653A - 内燃機関用シリンダライナとピストンリングの組合せ

Info

Publication number: JPH02104653A
Application number: JP25798888A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Shiroo; 和彦城尾; Takeshi Ohata; 大畑　武司; Yasushi Matsumura; 松村　泰
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1988-10-13
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1990-04-17
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: JP2775159B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、内燃機関用のシリンダライナ、及び、その
シリンダライナとピストンリングの組合せに関するもの
である。

従来の技術従来、内燃機関用のシリンダライナとしては、Ｐ　０．
２〜０．５％、Ｃｒ　０．２〜０．５％程度添加した合
金鋳鉄製のライナ材が広く用いられている。また、その
耐摩耗性を改善するため、同材料に窒化処理を施すか、
或いは、Ｐ　０．２〜０．５％、Ｎｉ　０．３〜０゜６
％、Ｃｒ　０．２〜０，５％添加した合金鋳鉄に窒化処
理を施したもの等が用いられている。

また、本発明の発明者等は、Ｃ２，８〜３．６％を含有
し、残部Ｆｅである鋳鉄中に、Ｐ　０．３〜０．９％、
Ｃｒ　０．６〜０．９％、Ｓｉ　１．３〜１．１１１％
を添加し、更に、Ｃａ　−Ｃｕを接種添加するか又はＣ
ｕを添加し、これによって板状ステダイトを安定して晶
出させるようにした合金鋳鉄製のシリンダライナを発明
し、特願昭５９−２５９６９６号（特開昭６１−１３６
６５９号）として出願した。

また、耐摩耗性を必要とされるピストントップリングの
材料としては、従来、クロームメツキ或いはクロームイ
ンサートを行なった鋳鉄製リング材が主流であり、また
、最近ではマルテンサイト系ステンレス鋼の窒化リング
が使用されつつある。

そして、このような材質からなるトップリング材を、上
記のようなＰ及びＣｒを少量添加した低合金鋳鉄のシリ
ンダライナと組み合わせて用いている。

発明が解決しようとする課題上記従来のシリンダライナにおいて、ＰＯ０２〜０．５
％、Ｃｒ　０．２〜０．５％程度添加したものにおいて
は、窒化処理を行なった場合でも、いずれも耐摩耗性に
著しい改善が見られないという欠点がある。特に、最近
の市場ではシリンダライナの耐摩耗性向上の要求が強く
、より優れたシリンダライナ材が必要とされている。　
Ｃｒを０．６〜０．９％添加した先出側の発明において
は、上記のように板状ステダイトを安定して晶出できる
利点はあるが、未だ市場の要求を満たす程の耐摩耗性の
改善を得るに至っていない。

また、上記のような材質からなるピストントンプリング
とシリンダライナとの組合せにおいて、クロムメツキリ
ングを用いたものでは、リング側の摩耗が大きく、他方
マルテンサイト系ステンレス鋼の窒化リング材では、逆
に低合金鋳鉄ライナ側の摩耗に問題があり、その結果Ｌ
ＯＧ！　（潤滑油消費量）も多くなるという不都合があ
った。

この発明は、上記従来のものよりも耐摩耗性に優れたシ
リンダライナと、更にライナ及びトップリングの摩耗量
の少ないシリンダライナとピストンリングとの組合せを
提供することを目的とじている。

課題を解決するための手段上記の目的を達成するため、この発明のシリンダライナ
は、Ｃ２，８〜３．６％を含有し、残部Ｆｅである鋳鉄
中に、Ｐ０．３〜０．６％、Ｃｒ　０．６〜０．９％、
Ｓｉ１．３〜１．８％を添加し、更にＣａ　−Ｃｕを接
種するか又はＣｕを添加したライナ材の摺動面に、窒化
物層を３μｍ以上生成したことを特徴とするものである
。

本発明によれば、従来の低合金鋳鉄に比較して、特にＣ
ｒが、０．６〜０，９％と多く含まれており、そのため
、Ｃｒと窒化処理の際の窒素とが多く結びつき、窒素化
合物が生成され易いのである。これにより、本発明シリ
ンダライナ材の表面硬さは、従来材に比較してＨｖ硬さ
で１００以上も高くなり耐摩耗性が向上する。

この発明に使用される窒化処理の方法としては特に限定
されず、例えば、ガス窒化、塩浴窒化またはイオン窒化
等の方法が考えられる。本発明シリンダライナ材の製作
工程を示すと、次のとおりである。まず、型込めし鋳込
みを行なった後、後仕上げ、機械加工を行なう。次に、
ライナ内径部のホーニング加工を行ない、脱脂した後窒
化処理を行い、最終的にホーニング加工を行なって得ら
れる。

上記窒化処理の場合のホーニング加工は、シングルホー
ニングでも可能であるが、望ましくはプラトーホーニン
グ（二段ホーニング）を行ない、最終的な仕上げホーニ
ングによって窒素化合物層を平滑でかつ厚さが４〜８μ
ｍにしたものを用いる。摺動面の一般的なホーニング加
工はシングルホーニングであり、このようなシングルホ
ーニングでは、仕上げホーニング後に残った窒素化合物
層の厚さが、２〜５μｍ程度であって、非常に薄く、下
地の粗さを反映した厚さにバラツキのある層であって、
剥離しやすいという欠点があるのに対し、かかるプラト
ーホーニングを行なうことにより、表面が平滑で、剥離
のない窒素化合物層を得ることができる。第５図は、こ
のようなプラトーホーニングを行なった後のライナ表面
の断面を示しており、プラトー面の平均粗さは０．４〜
２．４μｍであって、最大粗さが４〜１０ｐｍ程度にな
るよう加工される。そして、その表面に窒素化合物層（
Ａ）を生成しく第６図）、ＪｆｆＥ後に第７図のように
仕上げホーニングを行なって、その表面の平均粗さが０
．４〜１．５μｍ程度のものが得られる。

次に、上記目的を達成するためのこの発明のシリンダラ
イナとピストンリングとの組合せとして、Ｃ２，８〜３
．６％を含有し、残部Ｐｅである鋳鉄中に、Ｐ０．３〜
０．６％、Ｃｒ　０．６〜０．９％、Ｓｉ　１．３〜１
．８％を添加し、更にＣａ−Ｃｕを接種するか又はＣｕ
を添加したライナ材の摺動面に窒化物層を３μｍ以上生
成したシリンダライナに、母材をマルテンサイト系ステ
ンレス鋼とし、表面に窒化処理を施したピストンリング
をトップリングとして使用することを特徴とするもので
ある。

この発明で用いられるピストンリング母材の成分割合と
しては、例えば、Ｃ０．７〜１．０％、Ｓｉ１％以下、
Ｋｎ　０．２５〜１．０％、Ｃｒ　１６．０〜１８．０
％、Ｖ　０．０５〜０．１５％、Ｍｏ　０．７〜１．５
％、残部Ｗｅからなるものが考えられる。また、表面の
窒化処理は、前記と同様にガス窒化、塩浴窒化、または
イオン窒化処理等が考えられるが、特にガス窒化が望ま
しい、そして、この発明によれば、このようなシリンダ
ライナ材とピストントップリング材とを用いることによ
り、ライナ材及びリング材ともに摩耗量の少ない最適の
組合せが得られるものである。

実施例１第１表の成分割合からなる各種シリンダライナ材に、そ
れぞれ窒化処理を行なったものを試作した。窒化処理は
、塩浴タフトライドにより５７０’ＣＸ９０ｍで行なっ
た。第１表中の硬度は、母材硬度である。また、表中Ｎ
ｌｌ、Ｎａ２は従来材、嵐３は本発明に使用される母材
である。上記によって得られたシリンダライナ材の各表
面から一定深さまでのＨｖ硬度を測定したところ、第１
図のとおりであり、本発明のライナ材が最も硬度が高い
ことが判る。なお、本発明材の窒化物層の厚さは８〜１
０μｍであり、胤Ｉの厚さは２〜５μｍ。

Ｎａ３では６〜９μｍである０次に、上記各ライナ材の
硫酸腐食試験を行なったところ、その結果は第２図のと
おりであり、本発明のライナ材が最も腐食量の少ないこ
とが判る。更に、第３図は、湿式往復摩耗試験機による
各種ライナ及びリング材の摩耗量を測定したものであり
、前記磁３の母材に窒化処理を行なった本発明では、い
ずれのピストンリングを用いた場合であっても、ライナ
材及びリング材ともに良好であることが確かめられた。

なお、その時の試験条件は、第２表のとおりであった。

第２表実施例２次に、前記この発明のシリンダライナ材とピストントッ
プリング材との組合せと、従来の組合せとによる実８１
試験によるシリンダライナ及びピストントンプリングの
摩耗量を測定したところ、第３表のとおりであり、ライ
ナ摩耗量で従来の１／２．５、リング材で同１／１２と
本発明の方がはるか第３表に優れていることが判る。また、同じく実機試験におけ
るＬＯＧの経時変化を測定したところ、第４図のとおり
であり、やはり本発明の方がＬＯＧの経時劣化量が大幅
に（約ｌ／２）少なくなっていることが判る。

発明の効果以上のように、この発明のシリンダライナ材によれば、
耐摩耗性及び耐硫酸腐食性が良好で、その結果、ＬＯＧ
の経時劣化量が大巾に低減し、従来材に比較してはるか
に優れたものが得られる。

また、この発明のシリンダライナ材とピストントンプリ
ング材との組合せを用いることにより、ライナ材及びリ
ング材いずれの摩耗量も低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例における各種ライナ材の表
面からの距離に応じた硬度の測定結果を示すグラフ、第
２図は、同しく、各種ライナ材の硫酸腐食試験の結果を
示す腐食減量のグラフ、第３図は、各種ライナ材とリン
グ材の組合せによるライナ及びリングの摩耗量の測定結
果を示すグラフ、第４図は、本発明ライナ材とピストン
トンプリング材との組合せ及び従来材の組合せによる実
機試験のＬＯＧの経時変化を示すグラフ、第５図〜第７
図は、ライナ表面のプラトーホーニング加工から仕上げ
ホーニングまでの各段階の要部拡大断面図である。（Ａ）・・・窒素化合物層特　許　出願人　　ヤンマーディーゼル株式会社代理人
　弁理士　　樽　　本　　久　　幸１転時間（ｈ）第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｃ２．８〜３．６％を含有し、残部Ｆｅである鋳鉄
中に、Ｐ０．３〜０．６％、Ｃｒ０．６〜０．９％、Ｓ
ｉ１．３〜１．８％を添加し、更にＣａ−Ｃｕを接種す
るか又はＣｕを添加したライナ材の摺動面に、窒化物層
を３μｍ以上生成したことを特徴とする内燃機関用シリ
ンダライナ。２、Ｃ２．８〜３．６％を含有し、残部Ｆｅである鋳鉄
中に、Ｐ０．３〜０．６％、Ｃｒ０．６〜０．９％、Ｓ
ｉ１．３〜１．８％を添加し、更にＣａ−Ｃｕを接種す
るか又はＣｕを添加したライナ材の摺動面に、窒化物層
を３μｍ以上生成したシリンダライナに、母材をマルテ
ンサイト系ステンレス鋼とし、表面に窒化処理を施した
ピストンリングをトップリングとして使用することを特
徴とする内燃機関用シリンダライナとピストンリングの
組合せ。