JPH0754591Y2 - 内燃機関 - Google Patents
内燃機関Info
- Publication number
- JPH0754591Y2 JPH0754591Y2 JP1990015642U JP1564290U JPH0754591Y2 JP H0754591 Y2 JPH0754591 Y2 JP H0754591Y2 JP 1990015642 U JP1990015642 U JP 1990015642U JP 1564290 U JP1564290 U JP 1564290U JP H0754591 Y2 JPH0754591 Y2 JP H0754591Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- peripheral surface
- internal combustion
- combustion engine
- piston ring
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、耐久性を向上させた内燃機関に関する。
（従来の技術） 最近の内燃機関は高出力、高回転となっていることか
ら、シリンダライナーの内周面及び内周面に摺接するピ
ストンに装着されたピストンリングの外周面の摩耗が問
題となっている。即ち、内燃機関を高速回転させると、
シリンダ内周面及び／又はピストンリングの外周面の早
期摩耗が生じ、内燃機関の耐久性を劣化させている。
ら、シリンダライナーの内周面及び内周面に摺接するピ
ストンに装着されたピストンリングの外周面の摩耗が問
題となっている。即ち、内燃機関を高速回転させると、
シリンダ内周面及び／又はピストンリングの外周面の早
期摩耗が生じ、内燃機関の耐久性を劣化させている。
このような早期摩耗を防止するために、シリンダライナ
ーを鋳鉄や軟鋼で製作し、このシリンダライナーの表面
に、公知のラッピングに似た手法により、SiC粉末を埋
め込むことが成される。SiCは硬質粒子であり、この硬
質粒子をシリンダライナーの内周面に分布させること
で、耐摩耗性を向上させる。このようなシリンダライナ
ーの改良は、特公昭55-8309号公報に、たとえば、シリ
ンダライナーのラッピングに際し、ラップ液に硬質粒子
を含んだスラリを注入し、ラップ羽根でライナ面に硬質
粒子を永久的に埋込手法として、開示される。
ーを鋳鉄や軟鋼で製作し、このシリンダライナーの表面
に、公知のラッピングに似た手法により、SiC粉末を埋
め込むことが成される。SiCは硬質粒子であり、この硬
質粒子をシリンダライナーの内周面に分布させること
で、耐摩耗性を向上させる。このようなシリンダライナ
ーの改良は、特公昭55-8309号公報に、たとえば、シリ
ンダライナーのラッピングに際し、ラップ液に硬質粒子
を含んだスラリを注入し、ラップ羽根でライナ面に硬質
粒子を永久的に埋込手法として、開示される。
シリンダライナーの内周面の耐摩耗性の向上は、この内
周面に摺接するピストンリング外周面の摩耗を早める。
従って、ピストンリングの外周面にCrメッキをすること
で、ピストンリングの外周面の耐摩耗性を向上させてい
る。ピストンリングの外周面への改良は、たとえば、特
開昭56-127413号公報が、ピストンリングの外周面にラ
ップ方式でSi粒子等の高硬度粒子を埋込む手段を、又、
特開平1-159449号公報は、ピストンリングの外周面に複
合窒化層を設ける手段を開示する。
周面に摺接するピストンリング外周面の摩耗を早める。
従って、ピストンリングの外周面にCrメッキをすること
で、ピストンリングの外周面の耐摩耗性を向上させてい
る。ピストンリングの外周面への改良は、たとえば、特
開昭56-127413号公報が、ピストンリングの外周面にラ
ップ方式でSi粒子等の高硬度粒子を埋込む手段を、又、
特開平1-159449号公報は、ピストンリングの外周面に複
合窒化層を設ける手段を開示する。
さらに、改良されたシリンダライナーとピストンリング
の最適組合せを求める試みも種々成されている。たとえ
ば、特願昭59-265187号は、硬質粒子を分散埋設したラ
イナーと、溶射リングとの組合せを教示する。
の最適組合せを求める試みも種々成されている。たとえ
ば、特願昭59-265187号は、硬質粒子を分散埋設したラ
イナーと、溶射リングとの組合せを教示する。
（本考案が解決しようとする課題） 前述したシリンダライナーとピストンリングとの組合せ
は別として、最も一般的なSiC粉末をその表面に埋込ん
だシリンダライナーと、Crメッキ層を有するピストンリ
ングの組合せの摩耗テストを、第１図に示す装置を用い
て行なった。
は別として、最も一般的なSiC粉末をその表面に埋込ん
だシリンダライナーと、Crメッキ層を有するピストンリ
ングの組合せの摩耗テストを、第１図に示す装置を用い
て行なった。
耐摩耗性試験装置及び試験方法は、第１図に要領を図解
的に示すように、軟鋼の表面に約10μｍの粒子径のSiC
粉末を埋め込んだドラムと厚さ30μｍのCrメッキをした
試験片を用い科研式回転摩耗試験機によって行なった。
的に示すように、軟鋼の表面に約10μｍの粒子径のSiC
粉末を埋め込んだドラムと厚さ30μｍのCrメッキをした
試験片を用い科研式回転摩耗試験機によって行なった。
試験結果を第２図に示す。
試験方法はレバー３を支点６で支持し、その両端に重錘
４とバランサ５を取付け、レバー３に取付けた試験片１
を、回転ドラム２に圧接させその面圧を一定にしておい
て、潤滑油タンク７より潤滑油を試験片１とドラム２と
の間に供給させながらドラム２を回転させ、試験片１の
摩耗厚さ（μｍ）を測定した。
４とバランサ５を取付け、レバー３に取付けた試験片１
を、回転ドラム２に圧接させその面圧を一定にしておい
て、潤滑油タンク７より潤滑油を試験片１とドラム２と
の間に供給させながらドラム２を回転させ、試験片１の
摩耗厚さ（μｍ）を測定した。
試験条件 摩擦速度 ： 0.25 m/s 摩擦時間 ： ３時間 重 錘 ： 2kg 潤滑油 ： モータオイル＃30 供給量 ： 10 cc/min SiC粉末を埋込んだシリンダライナーとCrメッキをした
ピストンリングとの組合せは、耐摩耗性に秀れていると
考えられているが、実際には、第２図から明らかなよう
に、SiC粉末が研磨剤となってCrメッキ層を摩耗させる
ので、ピストンリングの摩耗が早く、内燃機関の耐久性
に問題を残している。
ピストンリングとの組合せは、耐摩耗性に秀れていると
考えられているが、実際には、第２図から明らかなよう
に、SiC粉末が研磨剤となってCrメッキ層を摩耗させる
ので、ピストンリングの摩耗が早く、内燃機関の耐久性
に問題を残している。
それ故に、本考案は、前述した従来技術の不具合を解消
させることを解決すべき課題とする。
させることを解決すべき課題とする。
（課題を解決するための手段） 本考案は、前述した課題を解決するため、シリンダライ
ナーの内周面に、ピストンに装着したピストンリングの
外周面が摺接する内燃機関において、該内燃機関が、そ
の内周面にSiC粒子を埋込んだシリンダライナーと、お
よび、鋼製にしてかつその外周面に反応ガスとして窒素
を用いた蒸着層を設けるピストンリングとを有し、該蒸
着層が金属Crの下地層と、下地層の上にCrとＮを主成分
とする皮膜層とからなることを特徴とする内燃機関を提
供する。
ナーの内周面に、ピストンに装着したピストンリングの
外周面が摺接する内燃機関において、該内燃機関が、そ
の内周面にSiC粒子を埋込んだシリンダライナーと、お
よび、鋼製にしてかつその外周面に反応ガスとして窒素
を用いた蒸着層を設けるピストンリングとを有し、該蒸
着層が金属Crの下地層と、下地層の上にCrとＮを主成分
とする皮膜層とからなることを特徴とする内燃機関を提
供する。
（作用） ピストンの高速回転中においても、シリンダライナーの
内周面に埋込んだ硬質物質粒子が、ピストンリングの外
周面の蒸着層に対して蒸着層の硬度からして研摩剤とし
て作用することなく研摩耗を阻止しているので、ピスト
ンリングの外周摩耗量を少くする。
内周面に埋込んだ硬質物質粒子が、ピストンリングの外
周面の蒸着層に対して蒸着層の硬度からして研摩剤とし
て作用することなく研摩耗を阻止しているので、ピスト
ンリングの外周摩耗量を少くする。
本考案では、好ましくは、ピストンリングの外周面に、
蒸着法による金属Cr層と、一部にCrNが混入する金属Cr
との混合層とからなる下地層に、TiNおよび／又はCrNの
蒸着層を設けているため、摺動面を形成する窒化物層と
リング材との密着性が非常に良好となる。従って、蒸着
層の脱落や剥離の発生はない。
蒸着法による金属Cr層と、一部にCrNが混入する金属Cr
との混合層とからなる下地層に、TiNおよび／又はCrNの
蒸着層を設けているため、摺動面を形成する窒化物層と
リング材との密着性が非常に良好となる。従って、蒸着
層の脱落や剥離の発生はない。
（実施例） （１）シリンダライナーの母材となる軟鋼からなるドラ
ムの表面に約10μｍの粒子径のSiC、Al2O3、Cr2O3、Si3
N4の内の１種又は２種以上の粉末をラッピングに似た手
法により埋込んだ。ピストンリングの母材となるSUS440
Bからなる複数個の試験片を、反応ガスとして窒素ガス
を用い且つ蒸発物質としてTi又はCrを用いたイオンプレ
ーティング（母材温度:400℃、ビーム出力:30V-300A、
収束電流:150A、窒素ガス分圧:0〜３×10-1torr、蒸発
源：金属クロム、金属チタン、処理時間:60分）によ
り、TiNからなる10μｍの厚みの層を設けたものとCrNの
10μｍの厚みの層を設けたものとした。TiN及びCrNの層
の硬度は、HmV1700である。
ムの表面に約10μｍの粒子径のSiC、Al2O3、Cr2O3、Si3
N4の内の１種又は２種以上の粉末をラッピングに似た手
法により埋込んだ。ピストンリングの母材となるSUS440
Bからなる複数個の試験片を、反応ガスとして窒素ガス
を用い且つ蒸発物質としてTi又はCrを用いたイオンプレ
ーティング（母材温度:400℃、ビーム出力:30V-300A、
収束電流:150A、窒素ガス分圧:0〜３×10-1torr、蒸発
源：金属クロム、金属チタン、処理時間:60分）によ
り、TiNからなる10μｍの厚みの層を設けたものとCrNの
10μｍの厚みの層を設けたものとした。TiN及びCrNの層
の硬度は、HmV1700である。
このようにして製作したドラム２と試験片１を、第１図
に示す試験装置によりテストをした。その結果を、第２
図に示す。
に示す試験装置によりテストをした。その結果を、第２
図に示す。
第２図から明らかなように、ピストンリングに相当する
試験片１の耐摩耗性は、従来のCrメッキを施したものに
比し４〜５倍となっている。即ち、耐久性が従来の４〜
５倍となる。ドラム３は、少しの痕跡が残るのみで摩耗
はほとんど見られなかった。
試験片１の耐摩耗性は、従来のCrメッキを施したものに
比し４〜５倍となっている。即ち、耐久性が従来の４〜
５倍となる。ドラム３は、少しの痕跡が残るのみで摩耗
はほとんど見られなかった。
（２）前述のイオンプレーティング処理に先立ち、SUS4
00Bからなるピストンリング母材を窒素ガス雰囲気中に
数時間放置して少くともその表面に窒化層を作り、その
后、前述したイオンプレーティングにより、TiNからな
る20μｍの厚みの層を設けたものとCrNの20μｍの厚み
の層を設けたものとを作った。前述したドラム２にこの
試験片１を組合せて第１図に示す装置による試験を行な
った。その結果、実施例（１）とほぼ同一結果を確認し
たが、本例は、イオンプレーティング層が異常磨耗した
としても、この窒化層がリング母材の急激な摩耗を防止
すると共に、ピストンリングの側面摩耗を防止する上で
も効果がある。
00Bからなるピストンリング母材を窒素ガス雰囲気中に
数時間放置して少くともその表面に窒化層を作り、その
后、前述したイオンプレーティングにより、TiNからな
る20μｍの厚みの層を設けたものとCrNの20μｍの厚み
の層を設けたものとを作った。前述したドラム２にこの
試験片１を組合せて第１図に示す装置による試験を行な
った。その結果、実施例（１）とほぼ同一結果を確認し
たが、本例は、イオンプレーティング層が異常磨耗した
としても、この窒化層がリング母材の急激な摩耗を防止
すると共に、ピストンリングの側面摩耗を防止する上で
も効果がある。
（３）実施例（１）と同ドラム２を作成した。ピストン
リングの母材となるSUS440Bからなる複数個の試験片の
外表面に、窒素ガスを用いないイオンプレーティングに
より、２〜５μｍの厚みの金属Cr層を作り、次いで、窒
素ガスを導入してイオンプレーティングを続け、その外
表面に、Cr2Nが次第に多く含有され且つ一部にCrNが混
入する８〜12μｍの厚みの窒化Cr層を作り、これらの複
合層からなる下地層に、イオンプレーティングにより、
TiNからなる４〜６μｍの厚みの層を設けたものとCrNの
４〜６μｍの厚みの層を設けたものとした。
リングの母材となるSUS440Bからなる複数個の試験片の
外表面に、窒素ガスを用いないイオンプレーティングに
より、２〜５μｍの厚みの金属Cr層を作り、次いで、窒
素ガスを導入してイオンプレーティングを続け、その外
表面に、Cr2Nが次第に多く含有され且つ一部にCrNが混
入する８〜12μｍの厚みの窒化Cr層を作り、これらの複
合層からなる下地層に、イオンプレーティングにより、
TiNからなる４〜６μｍの厚みの層を設けたものとCrNの
４〜６μｍの厚みの層を設けたものとした。
これら試験片を第１図に試験装置を用い実施例（１）と
同試験をした。その結果、第２図に示す結果とほぼ同結
果を得た。
同試験をした。その結果、第２図に示す結果とほぼ同結
果を得た。
（４）軟鋼からなるシリンダーライナー（内径100mm×
長さ230mm）の内表面に、ばねの負荷を受けたラップ羽
根を複数個等間隔に当接させ、これらのラップ羽根を回
転（170rpm）および往復動（毎分５サイクル）させる。
220メッシュのSiCを混入した工作液を用い、１分間ラッ
プ処理をなした。次いで、400メッシュのSiCを混入した
工作液を用い、１分間ラップ処理し、ライナー内周面に
埋込まれたSiCの突出先端を切除する。ライナー内周面
の約半分にSiCが埋込まれた。
長さ230mm）の内表面に、ばねの負荷を受けたラップ羽
根を複数個等間隔に当接させ、これらのラップ羽根を回
転（170rpm）および往復動（毎分５サイクル）させる。
220メッシュのSiCを混入した工作液を用い、１分間ラッ
プ処理をなした。次いで、400メッシュのSiCを混入した
工作液を用い、１分間ラップ処理し、ライナー内周面に
埋込まれたSiCの突出先端を切除する。ライナー内周面
の約半分にSiCが埋込まれた。
次に、18Cr系SUSのトップピストンリング（外径100mm、
幅2mm、厚さ4mm）を複数本重ねたものを母材11として、
下記のイオンプレーティング処理をした。尚、イオンプ
レーティング処理に先立って、母材11を窒素ガス中に放
置し、その外周面に窒化層を形成せしめた。
幅2mm、厚さ4mm）を複数本重ねたものを母材11として、
下記のイオンプレーティング処理をした。尚、イオンプ
レーティング処理に先立って、母材11を窒素ガス中に放
置し、その外周面に窒化層を形成せしめた。
第３図を参照する。
母材11を母材保持具12で保持し、ヒーター13で母材11を
400℃の温度に加熱する。母材11は図示しないモーター
により回転する。母材11の下方には、蒸発源の金属クロ
ムの15a、および金属チタンの15bを収容する水冷銅ルツ
ボ16が設置してある。この銅ルツボ16は、回転可能にな
っていて、金属クロムの15a、と金属チタンの15bの位置
を入れ替えることができる。真空容器14の側壁には、窒
素ガス供給口20とHCD型電子銃18が取り付けてあり、電
子銃18には、プラズマ用アルゴンガスの導入管19が設け
てある。水冷銅ルツボ16と電子銃18の間には、集束コイ
ル17（収束電流150A）があって、30V-300Aのビーム出力
を有す電子銃18から射出された電子ビームを集束して蒸
発源の金属クロム15aに照射する。真空容器14内は、図
示しない真空ポンプにより減圧されるようになってい
る。
400℃の温度に加熱する。母材11は図示しないモーター
により回転する。母材11の下方には、蒸発源の金属クロ
ムの15a、および金属チタンの15bを収容する水冷銅ルツ
ボ16が設置してある。この銅ルツボ16は、回転可能にな
っていて、金属クロムの15a、と金属チタンの15bの位置
を入れ替えることができる。真空容器14の側壁には、窒
素ガス供給口20とHCD型電子銃18が取り付けてあり、電
子銃18には、プラズマ用アルゴンガスの導入管19が設け
てある。水冷銅ルツボ16と電子銃18の間には、集束コイ
ル17（収束電流150A）があって、30V-300Aのビーム出力
を有す電子銃18から射出された電子ビームを集束して蒸
発源の金属クロム15aに照射する。真空容器14内は、図
示しない真空ポンプにより減圧されるようになってい
る。
真空容器14内にアルゴンガスを導入し１×10-1torr程度
に減圧してボンバードにより、母材11の表面のクリーニ
ングを行う。
に減圧してボンバードにより、母材11の表面のクリーニ
ングを行う。
つぎに、３×10-1torr程度に減圧した後、HCD型電子銃1
8により蒸発源の金属クロムを加熱し、蒸発させる。真
空容器14内の窒素ガスは、蒸発した金属クロムと反応し
て母材11に10μｍの窒化クロムからなる層を60分間形成
する。
8により蒸発源の金属クロムを加熱し、蒸発させる。真
空容器14内の窒素ガスは、蒸発した金属クロムと反応し
て母材11に10μｍの窒化クロムからなる層を60分間形成
する。
前述したシリンダライナーとトップリングを次のエンジ
ンに装着した。
ンに装着した。
６気筒（ディーゼル） シリンダ 内径100mm×行程110mm 水 温 85℃ 油 温 90℃ 運転時間 1000時間 運転条件 3200rpm（4/4負荷）連続耐久テスト 尚、比較のため、Crメッキをしたトップリングも前述の
条件で摩耗テストとした。その結果、発明による前述の
例のトップリングは、従来のトップリングに比し、1/5
〜1/7の摩耗量を示した。
条件で摩耗テストとした。その結果、発明による前述の
例のトップリングは、従来のトップリングに比し、1/5
〜1/7の摩耗量を示した。
（効果） 本考案によれば、耐摩耗性に秀れた硬質物質粉末を埋込
んだシリンダライナーに対して、最適なピストンリング
を提供できるので、内燃機関の耐久性が向上する。
んだシリンダライナーに対して、最適なピストンリング
を提供できるので、内燃機関の耐久性が向上する。
第１図は摩耗試験装置を示す側面図、第２図はテスト結
果を示すグラフ図、第３図はイオンプレーティングの装
置を示す説明図である。 図中:1……試験片、３……ドラム。
果を示すグラフ図、第３図はイオンプレーティングの装
置を示す説明図である。 図中:1……試験片、３……ドラム。
Claims (2)
- 【請求項１】シリンダライナーの内周面に、ピストンに
装着したピストンリングの外周面が摺接する内燃機関に
おいて、該内燃機関が、その内周面にSiC粒子を埋込ん
だシリンダライナーと、および、 鋼製にしてかつその外周面に反応ガスとして窒素を用い
た蒸着層を設けるピストンリングとを有し、該蒸着層が
金属Crの下地層と、下地層の上にCrとＮを主成分とする
皮膜層とからなることを特徴とする内燃機関。 - 【請求項２】皮膜層の上にTiの蒸着層を積層している請
求項１記載の内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1990015642U JPH0754591Y2 (ja) | 1989-02-23 | 1990-02-21 | 内燃機関 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-19562 | 1989-01-31 | ||
| JP1956289 | 1989-02-23 | ||
| JP1990015642U JPH0754591Y2 (ja) | 1989-02-23 | 1990-02-21 | 内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH031244U JPH031244U (ja) | 1991-01-09 |
| JPH0754591Y2 true JPH0754591Y2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=31717326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1990015642U Expired - Fee Related JPH0754591Y2 (ja) | 1989-02-23 | 1990-02-21 | 内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754591Y2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5827860A (ja) * | 1981-08-12 | 1983-02-18 | Nippon Piston Ring Co Ltd | シリンダライナとピストンリングの組合せ |
| JPH0610455B2 (ja) * | 1984-10-19 | 1994-02-09 | 株式会社リケン | ピストンリング |
| JPS61144469A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-02 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 摺動面対構造 |
| JPH01159949A (ja) * | 1987-12-16 | 1989-06-22 | Hitachi Ltd | 透過型電子顕微鏡結合加速器用試料ホールダ |
-
1990
- 1990-02-21 JP JP1990015642U patent/JPH0754591Y2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH031244U (ja) | 1991-01-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |