JPH08170563A

JPH08170563A - ピストンリングの組合せ

Info

Publication number: JPH08170563A
Application number: JP33325094A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Naruse; 芳夫成瀬; Tooru Hadano; 徹硲野
Original assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】機関寿命の中後期において、潤滑油消費量の
増加を抑えることができるピストンリングの組合せを提
供する。【構成】第１圧力リング６と第２圧力リング７が共
に、重量比で、Ｃ０．４〜１．２％、Ｃｒ１１〜１８％
を含むマルテンサイト系ステンレス鋼からなり、両リン
グ６，７の全表面に窒化層９，１０をそれぞれ形成す
る。両リング６，７の外周面における表面硬さは第２圧
力リング７を第１圧力リング６よりも低く設定し、その
硬度差はビッカース硬さで２００〜５００の範囲にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐久性を必要とする内
燃機関用のピストンリングの組合せに関する。

【０００２】

【従来の技術】耐久性を必要とする内燃機関の第１圧力
リングと第２圧力リングの組合せとして、両者をＣｒめっきしたもの。第１圧力リングがステンレス鋼製で、窒化処理したも
のと、第２圧力リングがＣｒめっきされたもの。が使用されている。

【０００３】上記の組合せの場合、第１圧力リングの摩
耗に比べて、第２圧力リングの摩耗が少ない傾向があ
る。このため、長時間運転の中期および後期において、
潤滑油消費量の増加が起きている。これを抑制するため
に、古くは第２圧力リングの外周面に耐摩耗性表面処理
を施さないものを使用したり、第２圧力リングの合口隙
間を第１圧力リングの合口隙間より大きくすることが行
われていた。しかし、前者は耐久性が充分でなく、後者
はブローバイが大きい欠点があった。

【０００４】第１圧力リングと第２圧力リングの耐摩耗
性を最適なものに定めようとする最近の提案には、特開
平４−１５７２６２号、特開平５−２４８５４０号があ
る。しかし後者は、第２圧力リングのＣｒの含有量が少
ないため、第２圧力リングの摩耗量が第１圧力リングの
摩耗量に比べて大きくなる欠点がある。

【０００５】本発明の目的は、機関寿命の中後期におい
て、潤滑油消費量の増加を抑えることができるピストン
リングの組合せを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１圧力リン
グおよび第２圧力リングが共に、重量比で、Ｃ０．４〜
１．２％、Ｃｒ１１〜１８％を含むマルテンサイト系ス
テンレス鋼からなり、両リングの少なくとも外周面に窒
化層が形成され、両リングの外周面における表面硬さは
第２圧力リングが第１圧力リングよりも低く設定され、
その硬度差がビッカース硬さ（ＨＶ）で２００〜５００
の範囲にあることを特徴とするピストンリングの組合せ
である。

【０００７】なお、上記において、Ｃの含有量は下限が
０．６重量％、上限は１．０重量％がより好ましい。

【０００８】また、両リングの外周面の硬度差はビッカ
ース硬さで、下限が２５０、上限は４５０がより好まし
い。

【０００９】窒化層はガス窒化、塩浴窒化、ガス軟窒
化、あるいはイオン窒化等の窒化処理によって形成され
る。

【００１０】

【作用】前記した手段によれば、第１圧力リングと第２
圧力リングは長時間運転の中後期における摩耗量に大き
な差を生じない。そのため、第１圧力リングと第２圧力
リングの各合口隙間を長時間の運転中、略等しく保つこ
とができる。その結果、機関寿命の中後期において、潤
滑油消費量の増加を抑えることができる。

【００１１】なお、Ｃが０．４重量％未満ではＣｒ炭化
物の生成量が少なく、耐スカッフ性が低下し、１．２重
量％を越えると製造性が悪くなる。

【００１２】また、Ｃｒが１１重量％未満では耐摩耗性
が不足し、１８重量％を越えると製造性が悪く、また耐
摩耗は良いものの硬さ調整による摩耗コントロールが困
難となる。

【００１３】また、第１圧力リングと第２圧力リングの
外周面の硬度差がビッカース硬さで２００未満である
と、第２圧力リングの摩耗が第１圧力リングの摩耗に比
べて少なくなりすぎて、機関寿命の中後期において潤滑
油消費量の増加が起きる。そしてビッカース硬さで５０
０を越えると、第２圧力リングの摩耗が多くなりすぎて
第２圧力リングの合口隙間がオイル通路となり、オイル
アップしやすくなる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるピストンリン
グの組合せを示し、シリンダのボア内にピストンが装着
されている状態の縦断面図である。シリンダ１のボア内
にピストン２が挿入されており、ピストン２の外周面に
形成されているピストンリング溝３、４、５に第１圧力
リング６、第２圧力リング７、およびオイルリング８が
それぞれ装着されている。

【００１５】第１圧力リング６は片面キーストン形のリ
ングであり、重量比で、Ｃ０．４〜１．２％、Ｃｒ１１
〜１８％を含むマルテンサイト系ステンレス鋼から形成
されている。そしてガス窒化処理が施されてリングの全
表面には窒化層９が形成されており、リングの外周面に
おける表面硬さはビッカース硬さで９００以上を有して
いる。

【００１６】第２圧力リング７はテーパフェース形のリ
ングであり、重量比で、Ｃ０．４〜１．２％、Ｃｒ１１
〜１８％を含むマルテンサイト系ステンレス鋼から形成
されている。そしてガス窒化処理が施されてリングの全
表面には窒化層１０が形成されており、リングの外周面
における表面硬さはビッカース硬さで７００以上を有し
ている。

【００１７】そして本発明においては、第１圧力リング
６と第２圧力リング７の外周面における表面硬さは第２
圧力リング７が第１圧力リング６よりも低く設定されて
おり、両者の外周面における硬度差はビッカース硬さで
２００〜５００の範囲にある。

【００１８】オイルリング８はコイルエキスパンダ１１
付きのオイルリングである。断面略Ｉ字形のオイルリン
グ本体１２の材質はステンレス鋼である。そしてオイル
リング本体１２はガス窒化処理が施されて、リングの全
表面に窒化層１３が形成されている。

【００１９】以下、本発明の効果を確認する試験を説明
する。

【００２０】（１）摩耗試験（供試エンジン）水冷４サイクル４気筒ボア径８６ｍｍ総排気量２
２００ｃｃターボチャージャー付きディーゼルエンジン

【００２１】（試験条件）４０００ｒｐｍ×全負荷×３００Ｈｒ水温：１１０℃ 油温：１３５℃ 使用エンジンオイ
ル：＃１０

【００２２】（供試ピストンリング）１．ピストンリングの寸法：第１圧力リング：幅２．０ｍｍ×厚さ３．２ｍｍ第２圧力リング：幅２．０ｍｍ×厚さ３．４ｍｍオイルリング：幅３．０ｍｍ×厚さ２．４ｍｍ（コイルエキスパンダ付き）

【００２３】２．ピストンリングの化学成分：第１圧力
リング、第２圧力リング、およびオイルリングの材質は
マルテンサイト系ステンレス鋼であり、主な成分比率
（重量比）を表１に示す。

【００２４】

【００２５】３．ピストンリングの窒化処理条件および
外周面の表面硬さ：表２に示す。表面硬さはビッカース
硬さ（ＨＶ１９．６Ｎ）である。第２圧力リングにおい
て、ビッカース硬さ８００以下のものは６００℃で窒化
処理後、熱処理を施し、硬さを調整した。

【００２６】

【００２７】（摩耗試験結果）ベンチテストに供試した
ピストンリングの外周面の表面硬さと、３００Ｈｒ運転
後のピストンリングの外周面の摩耗量（μｍ）を表３、
表４、表５および表６に示す。各表において表面硬さは
ビッカース硬さ（ＨＶ１９．６Ｎ）である。

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】（注）表６において、＃１と＃３の第２圧力リングは窒化処理ではなく、硬質Ｃｒめっきを施したものである。

【００３２】図２に上記ピストンリングの摩耗量をグラ
フ表示したものを示し、図３に第１圧力リングと第２圧
力リングの硬度差と摩耗比の関係をグラフ表示したもの
を示す。

【００３３】図３に示されているように、第１圧力リン
グと第２圧力リングとの硬度差がビッカース硬さで２０
０〜５００の範囲で、摩耗比が１の±２０％以内にあ
り、第１圧力リングと第２圧力リングの摩耗量に大きな
差が生じない。

【００３４】（２）潤滑油消費量試験１（供試エンジン）水冷４サイクル４気筒ボア径８６ｍｍ総排気量２
２００ｃｃターボチャージャー付きディーゼルエンジン

【００３５】（試験条件）４２００ｒｐｍ×全負荷×１０００Ｈｒ水温：１１０℃ 油温：１３５℃ 使用エンジンオイ
ル：＃１０

【００３６】（供試ピストンリング）１．ピストンリングの寸法および化学成分：第１圧力リ
ング、第２圧力リング、およびオイルリングの各寸法お
よび化学成分は前記摩耗試験の場合と同じである。

【００３７】２．第１圧力リングと第２圧力リングの外
周面の表面硬さと硬度差：表７に示す。窒化処理条件は
前記摩耗試験の場合と同じである。表面硬さはビッカー
ス硬さ（ＨＶ１９．６Ｎ）である。

【００３８】

【００３９】（潤滑油消費量試験結果）ベンチテストに
供試したピストンリングの１０００Ｈｒ運転後の外周面
の摩耗量（μｍ）を表８に、摩耗量をグラフ表示したも
のを図４に示す。

【００４０】

【００４１】ベンチテストに供試したピストンリングの
最初の合口隙間（ｍｍ）を表９に、１０００Ｈｒ運転後
の合口隙間（ｍｍ）を表１０にそれぞれ示す。

【００４２】

【００４３】

【００４４】ベンチテストに供試したピストンリングの
潤滑油消費量（ｇ／Ｈｒ）を表１１および表１２に示
す。

【００４５】

【００４６】

【００４７】上記表１１と表１２の結果をグラフ表示し
たものを図５に示す。図５に示されているように、第１
圧力リングと第２圧力リングの硬度差がビッカース硬さ
で約２００（試料１）、約４００（試料２）、および約
５００（試料３）の場合は１０００Ｈｒ時点での潤滑油
消費量が低く維持されている。

【００４８】これに対して、硬度差がビッカース硬さで
１７（比較例１）および約６００（比較例２）の場合は
潤滑油消費量が約４５０Ｈｒあたりから次第に増加して
いる。

【００４９】（３）潤滑油消費量試験２（供試エンジン）潤滑油消費量試験１と同じ。

【００５０】（試験条件）４２００ｒｐｍ×４／４負荷水温：１１０℃ 油温：１３５℃ 使用エンジンオイ
ル：＃１０

【００５１】潤滑油消費量試験１を終えた比較例１のピ
ストンリングについて、第２圧力リングを合口隙間０．
６８ｍｍ（潤滑油消費量試験１を終えた第１圧力リング
の合口隙間と同じ寸法）のものに交換し、上記条件で潤
滑油消費量を試験した。

【００５２】その結果は、潤滑油消費量が４３ｇ／Ｈｒ
（初期の潤滑油消費量と略同じレベルである。）に低下
した。なお、第２圧力リング交換前の潤滑油消費量は表
１２に示されているとおり９８ｇ／Ｈｒであった。

【００５３】上記より、潤滑油消費量試験１における比
較例１の潤滑油消費量の増加は、第１圧力リングと第２
圧力リングの摩耗速度の相違によって、第１圧力リング
と第２圧力リングの合口隙間の大小関係が狂い、セカン
ドランド圧力の上昇により、第１圧力リングの持ち上が
り傾向が生じ、第１圧力リングの下面とリング溝下面間
のシール力が低下したためと考えられる。

【００５４】また、潤滑油消費量試験１における比較例
２の潤滑油消費量の増加は、第２圧力リングの合口隙間
が大きくなってオイル通路となり、オイルアップしたも
のと考えられる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のピストンリ
ングの組合せによれば、内燃機関の寿命の中後期におい
て、潤滑油消費量の増加を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるピストンリングの組合
せを示し、シリンダのボア内にピストンが装着されてい
る状態の縦断面図である。

【図２】摩耗試験における第１圧力リングと第２圧力リ
ングの外周面の摩耗量を示すグラフである。

【図３】摩耗試験における第１圧力リングと第２圧力リ
ングの外周面の硬度差と摩耗比の関係を示すグラフであ
る。

【図４】潤滑油消費量試験１における第１圧力リングと
第２圧力リングの外周面の摩耗量を示すグラフである。

【図５】潤滑油消費量試験１における運転時間と潤滑油
消費量の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１シリンダ２ピストン３、４、５ピストンリング溝６第１圧力リング７第２圧力リング８オイルリング９、１０、１３窒化層１１コイルエキスパンダ１２オイルリング本体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１圧力リングおよび第２圧力リングが
共に、重量比で、Ｃ０．４〜１．２％、Ｃｒ１１〜１８
％を含むマルテンサイト系ステンレス鋼からなり、両リ
ングの少なくとも外周面に窒化層が形成され、両リング
の外周面における表面硬さは第２圧力リングが第１圧力
リングよりも低く設定され、その硬度差がビッカース硬
さで２００〜５００の範囲にあることを特徴とするピス
トンリングの組合せ。
【請求項２】第１圧力リングおよび第２圧力リングの
外周面における表面硬さがビッカース硬さで７００以上
を有していることを特徴とする請求項１記載のピストン
リングの組合せ。