JPS62233457A - フアイアリング - Google Patents

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】 ■０発明ノｉ’ｌ’　４１１１す説明 イ、産業上の利用分野 本発明はファイアリングに関する。

口、従来技術 圧縮比を高くして高負荷化、高出力化を図ったディーゼ
ルエンジンにあっては、ピストンやピストンリングを熱
負荷から保護するために、第１圧力リングの上方に高温
ガス遮断のためのファイアリングを配することがある。

ファイアリングは、特に２サイクルデイーゼルエンジン
のように圧力リングが過熱され易く張力減退を起こすよ
うな場合に有効である。

ファイアリングは、一般のピストンリングとは異なり、
合い口を持たないもの、或いは合い口を有しているもの
であっても、本来、張力ををせず、自身の熱膨張によっ
てシリンダーピストン間のクリアランスを狭くして高温
ガスの遮断を行うものである。

然し、エンジンの一層の高出力化を図るには、従来のフ
ァイアリングでは圧力リングの保護が十分とは言えなく
なってくる。

ファイアリングにも張力を付与すれば、高温ガスの遮断
が確実になって、エンジンの耐久性が改善されることが
考えられる。

従来からファイアリングの材料としては、焼入焼戻を施
した球状黒鉛鋳鉄、弁ばね用シリコンクロム鋼オイルテ
ンパー材ｓｗｏｓｃ−ｖ、外周クロムめっきを施したも
の、又は外周面に固体潤滑剤（例えばフェロソクス）を
埋込んだものが使用されている。

熱性が不十分であるため、短時間のうちに張力を失って
しまう。また、エンジンの苛酷な運転条件下では、燃料
の燃焼生成物であるスラッジによって、リング上下面と
ピストンのリング溝側面との間で膠着を起こす、スティ
ックと呼ばれる現象が起こり、ピストンリングの機能が
果たせなくなってエンジントラブルを起こすという問題
がある。

スティックを防止するために、ファイアリングにあって
は、上下面の一方の面を幅寸法が内周側で小さくなるよ
うに傾斜させた片面キーストンリングや上下面の双方を
同様に傾斜させた両面キーストンリングが採用されてい
るが、ステ・イックは防止できても従来の材料では耐熱
性が不十分であるので、高温ガス遮断の機能が十分には
果たせない。

また、ファイアリングは、その使用状況が圧力リングよ
りも苛酷であるため、フカラフ（焼付き）を起こし易い
という問題がある。

近年、圧縮比を高くして高出力化を図り、また燃費節減
を図るため、上記の問題を解消したファイアリングの開
発が望まれている。

ハ８発明の目的 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、
張力減退が少なく、長期間に亘って圧力リングを保護し
、而も耐スカツフ性に優れたファイアリングを提供する
ことを目的としている。

二０発明の構成 即ち、本発明は、高クロムのステンレス鋼からなり、表
面に深さ５０μｍ以上の窒化層を有し、かつ外周摺動面
の粗さが１μｍＲｚ以下であるファイアリングに係る。

高クロムのステンレス鋼は、窒化処理が可能であり、窒
化処理温度（約５７０℃）で使用しても変形や材質の変
化を起こすことがなく、耐熱性が期待できる。窒化層は
硬度が極めて高く、耐摩耗性、耐スカツフ性を付与する
が、その深さが５０μｍ未満では上記の効果が十分では
ない。他方、ファイアリングの幅寸法が例えば１．５龍
の場合、窒化層の深さが１００μｍを越えるとファイア
リングが脆くなって折損し易くなる。窒化層の深さは幅
寸法の１／１５以下とするのが良い。

また、外周摺動面の表面粗さは、１μｍＲｚを越えて粗
くなると、シリンダ内周面との間でスカッフを起こし易
くなる。上記表面粗さは０．２μｍＲｚ以下とすれば、
スカッフ防止のために一層好ましい。

ホ、実施例 以下、本発明の実施例について説明する。

ステンレス鋼５Ｕｓ４４０Ｂを材料として第１図に示す
両面キーストン形のファイアリングを製作した。このフ
ァイアリングの寸法は、呼び径Ｄ８にのファイアリング
１１に５７０℃、４時間のガス軟窒化処理を施して深さ
５０μｍの窒化Ｊ’Ｆｉ　１１　ａを形成し、外周摺動
面１１ｂをランプ仕上げして０．２μｍＲｚの表面粗さ
にした。

このファイアリングについて、ＪＩＳ　　Ｂ８０３２ピ
ストンリング　に規定されている張力減退試験を行った
。

試験結果は第２図に示す通りである。同図には、比較の
ために、従来の弁ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパ
ー材ｓｗｏｓｃ−ｖ、焼入焼戻球状黒鉛鋳鉄からなるフ
ァイアリングについて同様の試験を行った結果が併記し
である。

第２図から解るように、実施例のファイアリングは比較
のファイアリングに較べて張力減退が少なく、高温ガス
を遮断して圧力リングを保護する機能が改善されている
。

上記実施例のファイアリングと同一ロフト品から試験片
を採取し、スカッフ試験に供した。なお、この試験では
、摺動面の表面粗さを０．１５μｍＲｚから２．５μｍ
Ｒｚに変化させ、表面粗さと耐スカツフ性との関係を調
べた。

試験装置は第３図及び第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿う矢視
側面図である第４図に概要を図解的に示すものであって
、ステータホルダ１に取外し可能に取付けられた直径８
０ｍｍ、厚さｌ０ｍ５の研磨仕上げを施した円板２の中
央には裏側から注油孔３を通じて潤滑油が注油される。

ステータホルダ１には図示しない油圧装置によって図に
於いて右方へ向けて所定圧力で押圧力Ｐが作用するよう
にしである。

円板２に相対向してロータ４があり、図示しない駆動装
置によって所定速度で回転するようにしである。ロータ
４の円板２に対する端面に取付けられた試験片保持具４
ａには正方形端面（この例では第１図のｌｌｂの面）を
摺動面として試験片５が同心円上に等間隔に４個取外し
可能に、かつ円板２に対して摺動自在に取付けである。

このような装置において、ステーク１に所定の押圧力Ｐ
をかけ、所定の面圧で円板（相手材）２と試験片５とが
接触するようにしておいて、注油孔３から摺動面に所定
給油速度で給油しながらロータ４を回転させる。一定時
間毎にステータ１に作用する圧力を階段的に増加してゆ
き、ロータ４の回転によって試験片５と相手の円板２と
の摩擦によってステータ１に生ずるトルク（摩擦力によ
って生ずるトルク）■をスピンドル６を介して口に上昇
するときに焼付が生じたものとし、その大小を以て耐焼
付性の良否を判断する。

試験条件は次に示す通りである。

摩擦速度：ｇｍ／ｓｅｃ 潤滑油：モータオイル５ＡＥ３０を２ｍ　ｌ　／ｍｉｎ
給油 接触圧カニ試験開始時２０　ｋｇ　／　ｃａ、その後３
分間経過毎に１０　ｋｇ　／　ｃｉずつ上昇相手円板材
料：鋳鉄ＦＣ３０ 試験結果は第５図に示す通りである。試験は各表面粗さ
についてＳ回行い、第５図には平均値に併せて最高値と
最低値を示しである。

上記の試験条件で本発明の目的を達成するには、スカッ
フ発生面圧は１００ｋｇ／ｃａ１以上が必要である。

第５図から、表面粗さを１μｍＲｚ以下とすれば、スカ
ッフ発生面圧は１００　ｋｇ／ｃｒ１以上となることが
判る。更に望ましくは０．２　μｍＲｚとすることで更
に耐スカツフ性の向上が期待できる。

第６図はファイアリングを装備してなるエンジンの部分
断面図である。ピストン１６の各リング溝には、上から
ファイアリング１１、第１圧力リング１２、第２圧力リ
ング１３、第３圧力リング１４、油掻きリング１５が順
次装入され、各ピストンリングは張力を以てシリンダ１
７の内周面に圧接している。上述したように、本発明に
基づくファイアリング１１は、耐熱性が良好で張力減退
が少なく、長期間に亘って高温ガスを有効に遮断し、下
方の第１圧力リング１２を保護し、その上、耐スカツフ
性に優れているので、エンジンの寿命が大幅に延長され
る。

上記の例ではファイアリングを両面キーストン形として
いるが、片面キーストン形、インサイドカット両面キー
ストン形、アンダカット両面キーストン形等のキースト
ン形として良いことは言うまでもない。そのほか、エン
ジンの仕様に応じて適宜の形状を選択して良い。

なお、２サイクルエンジンにあっては、シリンダに吸気
孔及び排気孔が設けられているので、運転中、この吸排
気孔にファイアリングその他のピストンリングの合い口
が高い面圧で通過すると合い目部分が破損することがあ
り、これを防止するために、合い目部分の面圧を僅かに
マイナスとするようにするのが良い。

へ９発明の詳細 な説明したように、本発明に基づくファイアリングは、
次のような効果を奏する。

（１１高クロムのステンレス鋼を材料としているので、
耐熱性に優れ、高温に曝されても張力減退が少なく、そ
の結果、長期間に亘って高温の燃焼ガスを遮断し、圧力
リングを保護する。

（２）外周摺動面に硬質の窒化層を有していて、その深
さを５０μｍ以上とし、かつその表面粗さを１μｍＲｚ
以下としているので、耐スカツフ性に優れ、高い面圧で
シリンダと摺動してもスカッフを起こす虞れがない。

（３）上記（１）及び（２）の効果によって、苛酷な運
転を行ってもエンジントラブルを起こすことがなく、エ
ンジンの耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示すものであつて・ 第１図はファイアリングの拡大断面図、第２図は張力減
退試験の結果を示すグラフ、第３図はスカッフ試験に使
用した試験装置の要部を示す一部破砕部、 第４図は第３図のＩＶ−ｒＶ線矢視側面図、第５図はス
カッフ試験の結果を示すグラフ、第６図はエンジン内の
ピストン、ピストンリング及びシリンダの部分断面図 である。 なお、図面に示された符号に於いて、 １・・・・・・・・・ステータ ２・・・・・・・・・相手円板 ３・・・・・・・・・注油孔 ４・・・・・・・・・ロータ ５・・・・・・・・・試験片 ７・・・・・・・・・ロードセル ８・・・・・・・・・動歪計 ９・・・・・・・・・記録計 １１・・・・・・・・・ファイアリング１１ａ・・・・
・・・・・窒化層 １１ｂ・・・・・・・・・外周摺動面 １２・・・・・・・・・第１圧力リング１３・・・・・
・・・・第２圧カリング１４・・・・・・・・・第３圧
力リング１５・・・・・・・・・油掻きリング １６・・・・・・・・・ピストン １７・・・・・・・・・シリンダ である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高クロムのステンレス鋼からなり、表面に深さ５０
   μｍ以上の窒化層を有し、かつ外周摺動面の粗さが１μ
   ｍＲｚ以下であるファイアリング。