JPH08296740A - Piston ring - Google Patents
Piston ringInfo
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- JPH08296740A JPH08296740A JP10234495A JP10234495A JPH08296740A JP H08296740 A JPH08296740 A JP H08296740A JP 10234495 A JP10234495 A JP 10234495A JP 10234495 A JP10234495 A JP 10234495A JP H08296740 A JPH08296740 A JP H08296740A
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジン等の
往復動内燃機関に使用するピストンリングに係り、特に
ピストンリングとシリンダライナの摩耗を軽減するよう
なピストンリングに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston ring used in a reciprocating internal combustion engine such as a diesel engine, and more particularly to a piston ring which reduces wear on the piston ring and the cylinder liner.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ディーゼルエンジン等の往復動内機関の
ピストン上部側面には、エンジン燃焼室内の気密を保ち
ガス漏れを防ぐためにピストンリングが使用されてい
る。舶用ディーゼルエンジンのピストンリングの摺動面
の形状は従来ストレートな円筒面のものもあるが、潤滑
油膜を掻き落す作用が大きいので、バレルフェースのも
のを使用することが多い。バレルフェースピストンリン
グの摺動面は図２に示すような形状をしている。2. Description of the Related Art A piston ring is used on the upper side surface of the piston of a reciprocating internal combustion engine such as a diesel engine in order to keep the engine combustion chamber airtight and prevent gas leakage. Conventionally, the shape of the sliding surface of the piston ring of a marine diesel engine has conventionally been a straight cylindrical surface, but since it has a great effect of scraping off the lubricating oil film, a barrel face is often used. The sliding surface of the barrel face piston ring has a shape as shown in FIG.
【０００３】図に示すようにバレルフェースのピストン
リングｂはリング巾Ｂを有する円環状をしており周方向
１個所に図示しないスリットが入っている。なお舶用デ
ィーゼルエンジンのピストンリングは通常１６〜２０ｍ
ｍのリング巾を有している。ピストンリングｂの摺動面
ｂ1 はピストンリングｂの中心Ｃ3 を通りピストンリン
グｂの軸心Ｃ1 と直交する直線Ｓ上にある中心Ｃ2 を中
心とする曲率半径Ｒの円弧を、ピストンリングｂの軸心
Ｃ1 を中心として回転させたときに形成される曲面（バ
レルフェース）となっている。尚舶用ディーゼルエンジ
ンの円弧の曲率半径Ｒは通常１０００〜２５００ｍｍで
ある。As shown in the drawing, the piston ring b of the barrel face has an annular shape having a ring width B, and has a slit (not shown) at one position in the circumferential direction. The piston ring of a marine diesel engine is usually 16 to 20 m.
It has a ring width of m. The arc of curvature radius R sliding surface b 1 of the piston ring b is centered on the center C 2 that is on the straight line S perpendicular to the axis C 1 of the center C 3 street piston ring b of the piston ring b, a piston It is a curved surface (barrel face) formed when the ring b is rotated about the axis C 1 of the ring b. The radius of curvature R of the arc of the marine diesel engine is usually 1000 to 2500 mm.
【０００４】ピストンリングｂは図３に示すようにピス
トンａの上部側面に形成されるピストンリング溝ａ1 内
に嵌め込まれており、シリンダライナｄと摺接する。ピ
ストンリングの摺動面ｂ1 とシリンダライナｄの表面と
の間には油膜が形成される。As shown in FIG. 3, the piston ring b is fitted in a piston ring groove a 1 formed on the upper side surface of the piston a, and is in sliding contact with the cylinder liner d. An oil film is formed between the sliding surface b 1 of the piston ring and the surface of the cylinder liner d.
【０００５】油膜は図４に示すくさび膜効果と図５に示
すスクイーズ効果により厚さｔが決まる。尚油膜の厚さ
は厚いほど潤滑性がよいといわれる。くさび膜効果とは
図４に示すようにピストンリングがＶの速度で運動する
とき前方の油がくさび作用により押し込まれることによ
り発生するもので、速度が大きいほど大きい。The thickness of the oil film is determined by the wedge film effect shown in FIG. 4 and the squeeze effect shown in FIG. It is said that the thicker the oil film, the better the lubricity. The wedge film effect is caused by the oil in front being pushed in by the wedge action when the piston ring moves at a speed of V as shown in FIG. 4, and the greater the speed, the greater the effect.
【０００６】一方スクイーズ効果とは図５に示すように
ピストンリングｂの摺動面とシリンダライナｄの内面と
の２つの面を互いに接近させるように押圧力Ｆで押し付
けたとき２つの面の間にある潤滑油が絞り出されるとき
に発生する反力の効果である。On the other hand, the squeeze effect means that, as shown in FIG. 5, when two surfaces of the sliding surface of the piston ring b and the inner surface of the cylinder liner d are pressed with a pressing force F so as to approach each other, the two surfaces are pressed. This is the effect of the reaction force that occurs when the lubricating oil in is squeezed out.
【０００７】また舶用ディーゼルエンジンのピストンリ
ングｂの材質は通常特殊鋳鉄を使用しており焼入れなど
の熱処理を施していない。The material of the piston ring b of the marine diesel engine is usually special cast iron, which is not subjected to heat treatment such as quenching.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来のピス
トンリングはバレルフェースの摺動面を有し、特殊鋳鉄
製であるが以下に述べる問題がある。即ちバレルフェー
スのピストンリングはくさび膜効果は優れているもの
の、ピストンリングｂをシリンダライナｄに押し付けた
ときリング巾Ｂ方向に潤滑油が逃げやすいのでスクイー
ズ効果が小さい。特に最も厳しい条件となるピストンの
上死点近傍では次の理由で油膜の厚さが極端に薄くなり
潤滑性が損なわれ寿命が短くなる。The conventional piston ring described above has the sliding surface of the barrel face and is made of special cast iron, but has the following problems. That is, although the piston ring on the barrel face has an excellent wedge film effect, when the piston ring b is pressed against the cylinder liner d, the lubricating oil easily escapes in the ring width B direction, so the squeeze effect is small. Particularly near the top dead center of the piston, which is the most severe condition, the thickness of the oil film becomes extremely thin for the following reasons, the lubricity is impaired, and the life is shortened.
【０００９】（１）上死点ではピストンの速度Ｖは０に
なりその近傍では速度が遅くなるのでくさび膜効果が期
待できない。 （２）上死点近傍で爆発燃焼が行われるので燃焼室内の
温度が高く潤滑油の粘性が低下する。 （３）上死点近傍では燃焼室内の圧力Ｐが最も高いがこ
の圧力はピストンリング溝ａ1 とピストンリングｂとの
隙間を通って、ピストンリングｂの背面に作用するので
ピストンリングｂはシリンダライナｄに最も強く押し付
けられる。(1) Since the velocity V of the piston becomes 0 at the top dead center and the velocity becomes slow in the vicinity thereof, the wedge film effect cannot be expected. (2) Since the explosive combustion is performed near the top dead center, the temperature in the combustion chamber is high and the viscosity of the lubricating oil is reduced. (3) The pressure P in the combustion chamber is highest near the top dead center, but this pressure passes through the gap between the piston ring groove a 1 and the piston ring b and acts on the rear surface of the piston ring b, so that the piston ring b is the cylinder. It is pressed most strongly against the liner d.
【００１０】またピストンリングは特殊鋳鉄を使用して
いるが焼入れなどの熱処理を施していないで十分な硬度
が得られず摩耗しやすいし、また値段も高い。The piston ring is made of special cast iron, but is not subjected to heat treatment such as quenching so that sufficient hardness cannot be obtained and is easily worn, and the price is high.
【００１１】本発明は上記問題点に鑑み案出されたもの
で、ピストンの上死点付近でも十分な油膜厚さが得られ
て潤滑性に優れ、かつ十分硬度を有して寿命の長いピス
トンリングを提供することを目的とする。The present invention has been devised in view of the above problems, and a piston having a sufficient oil film thickness even at the top dead center of the piston and having excellent lubricity and having sufficient hardness and a long life is provided. The purpose is to provide a ring.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のピストンリングはピストンリングの中心を通り
ピストンリングの軸心と直交する直線上に中心を有する
所要の曲率半径の円弧をピストンリングの軸心を中心に
回転させたときに形成される曲面が摺動面となっている
バレルフェースピストンリングの、摺動面の中央部をピ
ストンリングのリング巾方向に所要の巾を有する円筒面
にした鋳鉄製のピストンリングであって、上記摺動面は
レーザ熱処理が施されていることを特徴とする。またレ
ーザ合金化粉末を塗布した後レーザ熱処理を施すように
してもよい。さらに円筒面の巾はピストンリング巾の６
０〜８０％にするのがよい。In order to achieve the above object, the piston ring according to the present invention has an arc of a required radius of curvature having a center on a straight line passing through the center of the piston ring and orthogonal to the axis of the piston ring. A cylindrical surface with a required width in the ring width direction of the piston ring at the center of the sliding surface of the barrel face piston ring, which has a curved surface formed when it is rotated about the axis of The cast iron piston ring according to claim 1, wherein the sliding surface is subjected to laser heat treatment. Alternatively, laser heat treatment may be performed after applying the laser alloying powder. Furthermore, the width of the cylindrical surface is 6 of the piston ring width.
It is good to set it to 0 to 80%.
【００１３】[0013]
【作用】バレルフェース摺動面の中央部をピストンリン
グのリング巾（厚さ）方向に所要の巾を有する円筒面に
加工してあり、円筒面の両側はバレルフェースが残って
いるので、ピストンが動いているときにはくさび膜効果
により十分な厚さの油膜が得られると共に、上死点や下
死点で、ピストンが止まったときにもピストンリングの
円筒面の表面とライナの円筒面の内面との間の隙間に存
在する潤滑油が逃げにくいので、十分な厚さの油膜が得
られる。またレーザ熱処理は表面からわずかの厚さのみ
焼入れができるので、ピストンリング全体を焼入れする
場合に比べて歪みが出にくく、かつ十分な表面硬さが得
られ、ピストンリングの寿命が延びる。またピストンリ
ングの材質として特殊鋳鉄製でなく通常のねずみ鋳鉄
（ＦＣ２５等）を使用できるのでコストを安くできる。
さらにグラファイト（Ｃ）粉末、クロームカーバイト
（Ｃｒ3 Ｃ2 ）粉末またはクロームカーバイト（Ｃｒ3
Ｃ 2 ）とモリブデン（Ｍｏ）の混合粉末などのレーザ合
金化粉末を塗布した後レーザ熱処理を施すことにより表
面硬度、耐食性、潤滑性能がさらに向上する。[Operation] The piston ring is attached to the center of the barrel face sliding surface.
On a cylindrical surface with the required width in the ring width (thickness) direction
It has been processed and the barrel face remains on both sides of the cylindrical surface.
The wedge film effect when the piston is moving.
Provides an oil film with a sufficient thickness, while
When the piston stops at the dead point, the piston ring
In the gap between the surface of the cylindrical surface and the inner surface of the cylindrical surface of the liner.
Since the existing lubricating oil does not easily escape, an oil film with a sufficient thickness can be obtained.
Can be Laser heat treatment is only a small thickness from the surface
Harden the entire piston ring as it can be hardened.
Strain is less likely to occur and sufficient surface hardness is obtained
Therefore, the life of the piston ring is extended. Also piston
Normal gray cast iron instead of special cast iron
(FC25 etc.) can be used, so the cost can be reduced.
Graphite (C) powder, chrome carbide
(Cr3C2) Powder or Chrome Carbide (Cr3
C 2) And molybdenum (Mo) mixed powder etc.
After applying the gold powder, laser heat treatment
Surface hardness, corrosion resistance, and lubricating performance are further improved.
【００１４】[0014]
【実施例】以下本発明の１実施例について図面を参照し
つつ説明する。図１は本発明のピストンリングの正面断
面図である。尚従来のバレルフェースのピストンリング
と共通する部分については同一の符号を用い重複した説
明は省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view of a piston ring of the present invention. The same parts as those of the conventional piston ring of the barrel face are designated by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted.
【００１５】図中１は本発明のピストンリング、２は摺
動面である。摺動面２の形状は従来のバレルフェース２
ａの中央部分をストレート即ち円筒面２ｂになるように
切削加工したもので、ストレート部分の巾Ｃはピストン
リング巾Ｂの６０〜８０％にするのがよい。また舶用デ
ィーゼルエンジンの場合曲率半径Ｒは１０００〜２５０
０ｍｍ、ピストンリング巾Ｂは１６〜２０ｍｍのものが
多い。従ってリング巾Ｂが２０ｍｍの場合巾Ｃは１２〜
１６ｍｍ程度とする。In the figure, 1 is a piston ring of the present invention, and 2 is a sliding surface. The shape of the sliding surface 2 is the conventional barrel face 2
The center part of a is machined so as to be straight, that is, the cylindrical surface 2b, and the width C of the straight part is preferably 60 to 80% of the piston ring width B. In the case of a marine diesel engine, the radius of curvature R is 1000 to 250.
Most of them have a width of 0 mm and a piston ring width B of 16 to 20 mm. Therefore, if the ring width B is 20 mm, the width C is 12 to
It is about 16 mm.
【００１６】ピストンリング１の材質は通常のねずみ鋳
鉄例えばＦＣ２５でよい。本発明では上記機械加工した
摺動面にレーザ熱処理を施す。母材の硬さが３５０Ｈｖ
程度であったものがレーザ熱処理により表面硬さが７５
０Ｈｖ程度に上昇する。さらにレーザ熱処理前にグラフ
ァイト（Ｃ）、クロームカーバイト（Ｃｒ3 Ｃ2 ）、ま
たはクロームカーバイトとモリブデン（Ｍｏ）粉末を塗
布したあとレーザ熱処理することにより表面硬度は８０
０〜９００Ｈｖ程度まで向上する。レーザ熱処理による
高い硬度に起因して表面に割れが発生することが考えら
れるが２５０°Ｃ程度に予熱した状態でレーザ熱処理を
行うことでこのような割れを防ぐことができる。The material of the piston ring 1 may be ordinary gray cast iron such as FC25. In the present invention, laser heat treatment is applied to the machined sliding surface. The hardness of the base material is 350 Hv
The surface hardness was about 75 due to laser heat treatment.
It rises to about 0 Hv. Further, graphite (C), chromium carbide (Cr 3 C 2 ) or chromium carbide and molybdenum (Mo) powder are applied before laser heat treatment, and then laser heat treatment is performed to obtain a surface hardness of 80.
It is improved to about 0 to 900 Hv. It is conceivable that cracks will occur on the surface due to the high hardness due to the laser heat treatment, but such a crack can be prevented by performing the laser heat treatment in a state of preheating to about 250 ° C.
【００１７】以下本発明の実施例の作用につき実験結果
等を交えて詳述する。図６は本発明のピストンリングと
従来のバレルフェースピストンリングをディーゼルエン
ジンに使用した場合の推定油膜厚さをクランク角度との
関係で示したものであり、コンピュータ解析の結果を示
している。クランク角度は０°が上死点、１８０°が下
死点である。The operation of the embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to experimental results and the like. FIG. 6 shows the estimated oil film thickness when the piston ring of the present invention and the conventional barrel face piston ring are used in a diesel engine in relation to the crank angle, and shows the result of computer analysis. The crank angle is 0 ° at top dead center and 180 ° at bottom dead center.
【００１８】図中点線で示す曲線Ｘは従来のバレルフェ
ースピストンリングの油膜厚さ、実線で示す曲線Ｙは本
発明のピストンリングの油膜厚さをそれぞれ表してい
る。図から明らかなようにクランク角度０°即ち上死点
近傍で油膜厚さが著しく改善されている。A curve X shown by a dotted line in the drawing represents an oil film thickness of the conventional barrel face piston ring, and a curve Y shown by a solid line represents an oil film thickness of the piston ring of the present invention. As is clear from the figure, the oil film thickness is remarkably improved near the crank angle of 0 °, that is, near the top dead center.
【００１９】次にレーザ熱処理について説明する。レー
ザはＹＡＧレーザを用い、試験片はねずみ鋳鉄（ＦＣ２
５）を使用した。レーザのパワーは４５０Ｗ、レーザ照
射速度は０．２ｍ／ｍｉｎであって試験片全体を約２５
０°Ｃに加熱した状態でレーザ熱処理を行い、終了後室
温まで徐冷した。熱処理後表面荒さ０．８Ｓ（最大０．
８ミクロン）になるよう機械加工した。レーザ熱処理前
に塗布するレーザ合金化粉末はグラファイト（Ｃ）、ク
ロームカーバイト（Ｃｒ3 Ｃ2 ）、クロームカーバイト
（Ｃｒ3 Ｃ2 ）とモリブデン（Ｍｏ）を半々づつ混合し
たものの３種類につきテストした。Next, the laser heat treatment will be described. The laser is a YAG laser, and the test piece is gray cast iron (FC2
5) was used. The laser power was 450 W, the laser irradiation speed was 0.2 m / min, and the entire test piece was about 25
Laser heat treatment was carried out in a state of being heated to 0 ° C., and after completion, it was gradually cooled to room temperature. Surface roughness after heat treatment 0.8S (max.
8 micron). Three types of laser alloying powder to be applied before laser heat treatment were tested: graphite (C), chrome carbide (Cr 3 C 2 ), chrome carbide (Cr 3 C 2 ) and molybdenum (Mo) mixed in half and half. did.
【００２０】その結果母材の硬度が３５０Ｈｖであるの
に対し何も塗布せずにレーザ熱処理を行ったもの、グラ
ファイトを塗布したもの、クロームカーバイトを塗布し
たもの、クロームカーバイトとモリブデンを半々づつ混
合したものを塗布したものはそれぞれ７５０Ｈｖ、８５
０Ｈｖ、９００Ｈｖ、８００Ｈｖであった。As a result, although the hardness of the base material was 350 Hv, laser heat treatment was performed without applying anything, graphite was applied, chromium carbide was applied, and chromium carbide and molybdenum were half and half. 750Hv and 85 are applied respectively for the mixed products.
It was 0Hv, 900Hv, 800Hv.
【００２１】また割れの発生は認められず、引張試験結
果は母材と変わらなかった。またレーザ合金化粉末を塗
布したものの耐食性は著しく改善された。尚本発明は上
記実施例に限定されず、特許請求の範囲内で種々の変更
が可能である。No cracking was observed, and the tensile test results were the same as those of the base metal. Moreover, the corrosion resistance of the product coated with the laser alloying powder was remarkably improved. The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上述べたように本発明のピストンリン
グはバレルフェースピストンリングの摺動面のリング巾
の方向の中央部を所要の巾を有する円筒面にしたので、
最も苛酷な条件となるピストンの上死点においても十分
な厚さの油膜を確保することができると共に、摺動面を
レーザ熱処理またはレーザ合金化粉末を塗布後レーザ熱
処理するようにしたので、表面硬度が大となり耐摩耗性
の優れたピストンリングが得られる。As described above, in the piston ring of the present invention, the central portion of the sliding surface of the barrel face piston ring in the direction of the ring width is a cylindrical surface having a required width.
The oil film of sufficient thickness can be secured even at the top dead center of the piston, which is the most severe condition, and the sliding surface is laser heat treated or laser heat treated after applying laser alloying powder. A piston ring with high hardness and excellent wear resistance can be obtained.
【図１】本発明のピストンリングの正面断面図である。FIG. 1 is a front sectional view of a piston ring of the present invention.
【図２】従来のバレルフェースピストンリング正面断面
図である。FIG. 2 is a front sectional view of a conventional barrel face piston ring.
【図３】ピストン、ピストンリング、シリンダライナの
関係を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a relationship between a piston, a piston ring, and a cylinder liner.
【図４】くさび膜効果の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a wedge film effect.
【図５】スクイーズ効果の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a squeeze effect.
【図６】クランク角度と油膜厚さの関係を示すコンピュ
ータ計算結果のグラフである。FIG. 6 is a graph of computer calculation results showing the relationship between crank angle and oil film thickness.
１ ピストンリング ２ 摺動面 ２ａ バレルフェース面 ２ｂ 円筒面 Ｃ1 ピストンリングの軸心 Ｃ2 円弧の中心 Ｃ3 ピストンリングの中心 Ｒ 曲率半径1 Piston ring 2 Sliding surface 2a Barrel face surface 2b Cylindrical surface C 1 Piston ring axis C 2 Arc center C 3 Piston ring center R Curvature radius
Claims (3)
ングの軸心と直交する直線上に中心を有する所要の曲率
半径の円弧をピストンリングの軸心を中心に回転させた
ときに形成される曲面が摺動面となっているバレルフェ
ースピストンリングの、摺動面の中央部をピストンリン
グのリング巾方向に所要の巾を有する円筒面にした鋳鉄
製のピストンリングであって、上記摺動面はレーザ熱処
理が施されていることを特徴とするピストンリング。1. A curved surface formed when an arc of a required radius of curvature having a center on a straight line passing through the center of the piston ring and orthogonal to the axis of the piston ring is rotated about the axis of the piston ring. A barrel-shaped piston ring, which is a sliding surface, is a cast iron piston ring in which the central portion of the sliding surface is a cylindrical surface having a required width in the ring width direction of the piston ring. A piston ring characterized by being subjected to laser heat treatment.
処理を施すようにした請求項１記載のピストンリング。2. The piston ring according to claim 1, wherein the laser heat treatment is performed after applying the laser alloying powder.
の６０〜８０％である請求項１または請求項２記載のピ
ストンリング。3. The piston ring according to claim 1 or 2, wherein the width of the cylindrical surface is 60 to 80% of the ring width of the piston ring.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10234495A JP3666052B2 (en) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | piston ring |
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|---|---|---|---|
| JP10234495A JP3666052B2 (en) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | piston ring |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08296740A true JPH08296740A (en) | 1996-11-12 |
| JP3666052B2 JP3666052B2 (en) | 2005-06-29 |
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| JP10234495A Expired - Fee Related JP3666052B2 (en) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | piston ring |
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|---|---|
| JP (1) | JP3666052B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003514123A (en) * | 1999-11-09 | 2003-04-15 | コンセントラ ヴァークスタッズ アクツィエボラーグ | Method and apparatus for forming a layer on a piston ring |
| EP2045488A1 (en) | 2007-10-05 | 2009-04-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Piston ring of reciprocating engine |
| JP2009540222A (en) * | 2006-06-03 | 2009-11-19 | カーエス コルベンシュミット ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for hardening ring groove of piston head by laser beam and piston manufactured by the method |
| JP2010031835A (en) * | 2008-06-23 | 2010-02-12 | Nissan Motor Co Ltd | Oil ring and piston for internal combustion engine |
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1995
- 1995-04-26 JP JP10234495A patent/JP3666052B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3666052B2 (en) | 2005-06-29 |
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