JPH07180608A - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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JPH07180608A
JPH07180608A JP32879393A JP32879393A JPH07180608A JP H07180608 A JPH07180608 A JP H07180608A JP 32879393 A JP32879393 A JP 32879393A JP 32879393 A JP32879393 A JP 32879393A JP H07180608 A JPH07180608 A JP H07180608A
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cylinder liner
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combustion engine
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哲男 増山
Teruo Takahashi
輝夫 高橋
Yoshiyuki Tadano
善幸 只埜
Masashi Omura
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Abstract

PURPOSE:To provide an internal combustion engine which has enough scuffing resistance and wear resistance, and also possible to have a small size, a light weight and high power and easy to be manufactured. CONSTITUTION:An internal combustion engine is made up of a piston ring 1 wherein a PVD film 11 consisting of CrN and/or Cr2N is formed at least on the sliding surface of the piston ring base material consisting of cast iron or steel and a wet- or dry-type cylinder liner 2 consisting of steel material having Rockwell hardness HRC of more than 35.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine which is compact, lightweight, and capable of high output and is easy to manufacture.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art An internal combustion engine in which a piston slides in a cylinder is required to have good sliding characteristics between a piston ring mounted on the piston and an inner wall of the cylinder. Therefore, a wet cylinder liner or a dry cylinder liner (also referred to as a cylinder sleeve) (hereinafter, both are collectively referred to as a cylinder liner), which is a tubular member that is in direct contact with the piston ring, is press-fitted into the cylinder.

【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。
As a combination of a piston ring and a cylinder liner in a conventional internal combustion engine, at least the sliding surface with the cylinder liner is made of hard chrome (Cr).
A combination of a piston ring having a plating layer and a cast iron cylinder liner is generally used. That is, according to this combination, the piston ring having the hard chrome (Cr) plated layer has excellent wear resistance, and the cast iron cylinder liner has excellent sliding characteristics due to graphite and steadite which are unique to cast iron, and thus is excellent. This is because scuffing resistance and sufficient wear resistance are secured.

【0004】[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。
However, in the conventional internal combustion engine provided with the piston ring having the hard chromium (Cr) plating layer on the sliding surface with respect to at least the cylinder liner and the cast iron cylinder liner, as described above. Since it was necessary to obtain high sliding characteristics, flake graphite cast iron was used especially as cast iron for forming the cylinder liner, but this flake graphite cast iron does not always have sufficient mechanical strength and high tensile strength. There is a problem that it is difficult to obtain strength and sufficient impact resistance.

【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。
By the way, in order to obtain a high output with a compact engine, it is conceivable to increase the bore by thinning the cylinder liner. However, as described above, the cast iron cylinder liner whose mechanical strength is not always sufficient is thin. However, the limit of reduction in size was low, which hindered the reduction in size and weight of the internal combustion engine. Specifically, the cast iron wet cylinder liner currently used requires a wall thickness of at least 7 mm, while the dry type cylinder liner (cylinder sleeve)
However, in reality, a wall thickness of at least 1.5 mm is required, and it is extremely difficult to reduce the wall thickness further.

【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。
On the other hand, in order to reduce the thickness of the cylinder liner, it is possible to use a high-strength steel material as the material for forming the cylinder liner. In that case,
In order to obtain high sliding characteristics, it is necessary to take measures such as chromium (Cr) plating or thermal spraying on the contact surface with the piston ring, or press-fitting the casting material on the inner peripheral surface, which complicates the manufacturing process. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost is increased.

【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。
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is that it is easy to realize a small size, light weight, and high output, and it can be easily manufactured without complicating the manufacturing process. It is to provide an internal combustion engine.

【0008】[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
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
内燃機関であり、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
する上記の内燃機関である。
The structure of the present invention for achieving the above object is an internal combustion engine in which a piston having a piston ring slides in a cylinder having a wet or dry cylinder liner, and the piston ring is at least The sliding surface with the cylinder liner has a physical vapor deposition (PVD) coating made of CrN and / or Cr 2 N, and the cylinder liner has a Rockwell hardness H RC of 35.
It is an internal combustion engine characterized by being formed of the steel material as described above, wherein the piston ring further has a nitride layer between the base material and the physical vapor deposition (PVD) coating. Is.

【0009】[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。
In the internal combustion engine of the present invention, at least the piston ring having a physical vapor deposition (PVD) coating of CrN and / or Cr 2 N on the sliding surface with the cylinder liner and the Rockwell hardness H RC are A cylinder liner made of a steel material of 35 or more is provided.

【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。
Here, the piston ring which constitutes this internal combustion engine is a physical gas composed of CrN and / or Cr 2 N, which has a high hardness at least on the sliding surface with the cylinder liner and has an extremely low affinity with metal. Since it has a phase vapor deposition (PVD) film, it has excellent scuffing resistance and abrasion resistance. On the other hand, since the cylinder liner that constitutes this internal combustion engine is formed of a steel material having a Rockwell hardness H RC of 35 or more, it has sufficient mechanical strength such as tensile strength and impact resistance. Easy to thin.
Further, physical vapor deposition (PV) made of CrN and / or Cr 2 N at least on the sliding surface with the cylinder liner.
D) Since it exhibits excellent sliding characteristics in combination with the above piston ring having a coating, for example, the contact surface with the piston ring is subjected to chrome plating or thermal spraying, or the casting material is press-fitted onto the inner peripheral surface. It is not necessary to take measures to improve the sliding characteristics such as. Therefore, in this internal combustion engine, sufficient scuffing resistance and wear resistance are ensured, and it is easy to increase the bore by reducing the thickness of the cylinder liner. is there.

【0011】[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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the case where the cylinder liner is a wet type will be described, but in the present invention, the cylinder liner includes a dry type cylinder liner (also referred to as a cylinder sleeve) as described above.

【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。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the piston ring and the wet cylinder liner of this embodiment. As shown in FIG. 1, the piston ring 1 is mounted on a piston 5 that slides in a cylinder 4 formed in a cylinder block 3, and the cylinder 4 is a wet cylinder that directly contacts the piston ring 1. Liner 2 is press fitted.

【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。
The piston ring 1 is formed of cast iron or steel as a base material and has a physical vapor deposition (PVD) coating 11 made of CrN and / or Cr 2 N at least on its sliding surface. That is, a physical vapor deposition (PVD) film 11 composed of CrN alone, Cr 2 N alone or a mixed composition of both is formed on the entire surface of the piston ring 1 or at least on the sliding surface. Therefore, in this piston ring 1, CrN and / or
Alternatively, the physical vapor deposition (PVD) coating 11 made of Cr 2 N comes into direct contact with the wet cylinder liner 2 press-fitted into the cylinder 4.

【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。
Here, the physical vapor deposition (PVD) coating 11 made of CrN and / or Cr 2 N is a layer having an action or function of improving the scuffing resistance and abrasion resistance of the piston ring 1. .

【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。
A physical vapor deposition method (PV which comprises CrN and / or Cr 2 N having such an action or function (PV
Method D) The thickness of the forming layer 11 is usually 5 to 60 μm, preferably 10 to 50 μm. If the thickness is less than 5 μm, the above-described action or function of the physical vapor deposition (PVD) film 11 may not be sufficient. On the other hand, 60 μm
Even if the thickness is made thicker, the effect corresponding to that is not obtained, and the manufacturing cost is increased.

【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。
Physical Vapor Deposition (PVD) The physical vapor deposition method (PVD method) that can be used for forming the film 11.
Examples thereof include a sputtering method, an ion plating method and a laser physical vapor deposition method. Among these, the ion plating method is preferable.

【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。
As shown in FIG. 2, the piston ring 1 is
A nitride layer 13 may be further provided between the base material 12 and the physical vapor deposition (PVD) film 11 made of CrN and / or Cr 2 N.

【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。
If the piston ring 1 has this nitride layer 13, even if the physical vapor deposition (PVD) coating 11 made of CrN and / or Cr 2 N is worn away, the piston ring 1 will slide. After the moving surface conforms and the scuffing prevention effect is obtained, the nitrided layer 13 that is resistant to corrosion and has good wear resistance is exposed.

【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。
The nitriding layer 13 is formed by infiltrating nitrogen (N) from the surface of the base material 12 by a nitriding method such as a gas nitriding method, a salt bath nitriding method, an ion nitriding method.

【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。
When forming the nitride layer 13, the depth of the nitriding treatment is usually 50 to 120 μm, preferably 70 to 11 μm.
It is 0 μm. Since the nitride layer 13 is usually formed on the entire surface of the base material 12, it also has an action or function of preventing abrasion by being hit by the ring grooves on the upper and lower surfaces of the ring.

【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。
In this internal combustion engine, the piston ring 1
Is used in combination with a cylinder liner 2 formed of a steel material having a Rockwell hardness H RC of 35 or more. When the Rockwell hardness H RC of the cylinder liner 2 is less than 35, sufficient scuffing resistance and wear resistance may not be exhibited in combination with the piston ring 1 described above. That is, when the Rockwell hardness H RC of the steel material forming the cylinder liner 2 is less than 35, in order to obtain sufficient scuffing resistance and wear resistance, it is necessary to take measures such as spraying. The effect of may not be achieved. On the other hand, if the Rockwell hardness H RC of the steel material forming the cylinder liner 2 is 35 or more, the cylinder liner 2 exhibits sufficient scuffing resistance and wear resistance in combination with the piston ring 1 described above. Therefore, no measures such as thermal spraying are required.

【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。
[0022] As steel Rockwell hardness H RC of 35 or more, for example, Rockwell hardness H RC SUJ2 material and tempering to 35 or more, SUS440C material, and the like S45C material.

【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。
The wall thickness of the cylinder liner 2 formed of such a steel material is usually 3 mm or more, preferably 3.
It is 5 mm or more. If this wall thickness is less than 3 mm, the mechanical strength of the cylinder liner 2 may not be sufficient. On the other hand, since the cylinder liner 2 is formed of a steel material having a mechanical strength superior to that of cast iron, it is possible to reduce the wall thickness by about 1/2 as compared with the conventional cast iron cylinder liner. That is, the strength and elastic modulus of this steel cylinder liner 2 are 600 N / mm 2 and 220,000, respectively.
N / mm 2, which is the strength of conventional cast iron cylinder liners
300 N / mm 2, since both are approximately 2-fold compared to the elastic modulus 90,000N / mm 2, the same rigidity, if the same strength, the thickness of simply 1/2 as compared with the conventional material Can be . Therefore, in this internal combustion engine, it is easy to increase the power output by increasing the bore and increase the heat load by reducing the cylinder inner surface temperature, as compared with the conventional internal combustion engine including the cast iron cylinder liner, and thus it is small and lightweight. Output is possible. Moreover, since the wear resistance is improved, even if the combustion pressure is increased, the life of the piston ring and the cylinder liner is prevented from being shortened, and the life of the internal combustion engine is extended. Furthermore, Rockwell hardness H RC is 3
A cylinder liner material having a ratio of 5 or more is also effective as a measure against cavitation in the water jacket portion in contact with the cooling water. Next, Experimental Examples and Comparative Experimental Examples of the present invention will be shown. Experimental Example 1 A piston ring base material made of high chromium steel (18Cr-1Mo steel) was subjected to a nitriding treatment by a gas nitriding method, and then an ion plating method was used to form a CrN film having a thickness of 10 μm on the entire surface.
A layer was formed to be a piston ring test material.

【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。
On the other hand, steel base material (S45C equivalent product, H
RC 35) is cut into a specified size and shape, and the wall thickness is 10
mm cylinder liner test materials were prepared. Using these test materials, the sliding characteristics were evaluated as follows. The results are shown in FIGS. 3 and 4.

【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。
Scuffing resistance : Using an Amsler type abrasion tester having the structure shown in FIG. 5, a piston ring test material was used as the fixed piece 21 and a cylinder liner test material was used as the rotary piece 22 to measure the load at which scuffing occurred. It was evaluated in comparison with the standard material. The measurement conditions are as follows. The combination of the piston ring test material and the cylinder liner test material in Comparative Experimental Example 1 was used as a standard material. The occurrence of scuffing was judged from the AE signal, μ change, etc.・ Scuffing resistance measurement conditions Load (kgf): 10 → 20 → 30 ... Until scuffing (maximum load 200kgf) Ambient (m / sec): 1 (475rpm) Time ・ Step: Hold for 2 minutes at each load Lubricant supply: Oil-free (however, a certain amount of spindle oil is applied before starting the test) Test material: Fixed piece (piston ring test material) 6 × 8 × 5t
(Mm) Surface roughness R z = 0.5 to 1.5 μm (aiming at 1.0 μm) Rotating piece (cylinder liner test material) φ40 × φ16 × 10
(Mm) Surface roughness R z = 0.5 to 1.0 μm (aiming at 0.8 μm) Abrasion resistance ; using an Amsler type abrasion tester with the configuration shown in FIG.
The wear amount was measured using the cylinder liner test material in No. 2, and the wear amount by the combination of the piston ring test material and the cylinder liner test material in Comparative Experimental Example 1 was set to 100% and relatively evaluated. The measurement conditions are as follows.
The lubricating oil was supplied to the container 23 shown in FIG. 5 and heated by a heater, while the oil temperature was kept constant by water cooling. -Abrasion resistance measurement conditions Load (kgf): 60 Ambient (m / sec): 1 Measurement time: 20 hours Lubricating oil: SAE # 30 motor oil Oil temperature: 80 ° C Experimental example 2 In the experimental example 1, the cylinder liner was tested. Steel base material from S45C equivalent to SUJ2 equivalent (H RC 40
The sliding characteristics were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1 except that the sliding property was changed to. The results are shown in FIGS. 3 and 4. Experimental Example 3 In Experimental Example 1, the steel base material of the cylinder liner test material was changed from S45C equivalent to SUS440C equivalent (H
The sliding characteristics were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1 except that the quality was changed to RC 40). The results are shown in FIGS. 3 and 4. Comparative Experimental Example 1 A piston ring base material made of high chromium steel (18Cr-1Mo steel) was formed with a chromium (Cr) plating layer having a thickness of 30 μm to obtain a piston ring test material.

【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HRC
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。
On the other hand, a B cast iron (Turcaloy) base material
Cylinder liner with a thickness of 10 mm cut out into a dimension and shape
A trial material was created. Using these test materials, the above experimental example
The sliding characteristics were evaluated in the same manner as in 1. The results are shown in Figure 3.
And shown in FIG.Comparative Experimental Example 2 In Comparative Experimental Example 1, the thickness of chromium (C
r) A plating layer is formed to replace the piston ring test material.
Piston ring test material similar to that in Experimental Example 1
The sliding characteristics were the same as in Experimental Example 1 except that
Was evaluated. The results are shown in FIGS. 3 and 4.Comparative Experimental Example 3 In the above-mentioned Experimental Example 1, the cylinder liner test material
H base materialRCFrom S45C equivalent products that have been tempered to 35RC1
Except for replacing with S45C equivalent that was tempered to 0
The sliding characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Figure 3 and
And shown in FIG. Comparative Experimental Example 4 In Comparative Experiment Example 1, from B cast iron (Turcaloy)
In place of the cylinder liner test material
Other than using the same cylinder liner test material as
The sliding characteristics were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1. Conclusion
The results are shown in FIGS. 3 and 4.Examining the results As is apparent from FIG. 3, the fixists of Experimental Examples 1 to 3
Ring and cylinder liner (invention product)
Is the piston ring and the seal of Comparative Experimental Example 1 to Comparative Experimental Example 4.
Scuffing resistant compared to the combination with the Linda liner
It was confirmed that the durability is equal to or higher than that.

【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。
Further, as is clear from FIG. 4, Experimental Example 1
The combination of the piston ring and the cylinder liner of Experimental Example 3 (invention product) is equal to or more than the abrasion resistance of the combination of the piston ring and the cylinder liner of Comparative Experimental Example 1 to Comparative Experimental Example 4. It was confirmed.

【0028】[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。
According to the present invention, the piston ring having a physical vapor deposition (PVD) coating of CrN and / or Cr 2 N on at least the sliding surface with the cylinder liner and the Rockwell hardness H RC are obtained. Since it is provided with a wet or dry type cylinder liner made of a steel material of 35 or more, it has excellent scuffing resistance and wear resistance, and does not complicate the manufacturing process, and it is small, lightweight, and high in output. An internal combustion engine is provided which has the advantage of being possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is an explanatory view showing a piston ring and a wet cylinder liner in an internal combustion engine of the present invention.

【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。
FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a piston ring in the internal combustion engine of the present invention.

【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。
FIG. 3 is a graph showing scuff test results for each of the test materials of Experimental Example and Comparative Experimental Example.

【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。
FIG. 4 is a graph showing wear test results for each of the test materials of Experimental Example and Comparative Experimental Example.

【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。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of an abrasion tester used in experimental examples and comparative experimental examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 1 ... Piston ring 2 ... Cylinder liner 3 ... Cylinder block 4 ... Cylinder 5 ... Piston 11 ... Physical vapor deposition (PVD) film 13 ... Nitriding layer

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masashi Omura 1111 Nogi, Nogi-cho, Shimotsuga-gun, Tochigi Japan Piston Ring Co., Ltd. Tochigi factory

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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Cr
2 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。
1. In an internal combustion engine in which a piston having a piston ring slides in a cylinder having a wet or dry cylinder liner, the piston ring has CrN and / or Cr at least on a sliding surface with the cylinder liner.
An internal combustion engine having a physical vapor deposition (PVD) coating made of 2 N, wherein the cylinder liner is made of a steel material having a Rockwell hardness H RC of 35 or more.
【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。
2. The internal combustion engine of claim 1, wherein the piston ring further comprises a nitride layer between the base material and the physical vapor deposition (PVD) coating.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010519468A (en) * 2007-02-17 2010-06-03 フェデラル−モーグル ブルシャイト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング piston ring
DE10083665B3 (en) * 1999-10-29 2014-05-28 Nippon Piston Ring Co,. Ltd. Combination of a cylinder liner and a piston ring in an internal combustion engine

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