KR100593087B1 - 내연기관 엔진용 피스톤링 - Google Patents

내연기관 엔진용 피스톤링 Download PDF

Info

Publication number
KR100593087B1
KR100593087B1 KR1019980063108A KR19980063108A KR100593087B1 KR 100593087 B1 KR100593087 B1 KR 100593087B1 KR 1019980063108 A KR1019980063108 A KR 1019980063108A KR 19980063108 A KR19980063108 A KR 19980063108A KR 100593087 B1 KR100593087 B1 KR 100593087B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piston ring
internal combustion
combustion engine
engine
crystalline
Prior art date
Application number
KR1019980063108A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000046428A (ko
Inventor
심동섭
전영찬
Original Assignee
두산인프라코어 주식회사
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산인프라코어 주식회사 filed Critical 두산인프라코어 주식회사
Priority to KR1019980063108A priority Critical patent/KR100593087B1/ko
Publication of KR20000046428A publication Critical patent/KR20000046428A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100593087B1 publication Critical patent/KR100593087B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/08—Metallic material containing only metal elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

본 발명은 내연기관 엔진용 피스톤링에 관한 것으로, 중량비로 Cr : 5-17%, B : 0.1 - 2.5%, C : 0.35 - 1%, Mn :1.0%미만, Si : 1.0%미만 그리고 나머지는 Fe로 이루어진 조성물로 피스톤링의 외주면에 용사하여 피막을 형성한 구조로, 이 용사피막에 의해 실린더벽면과 피스톤링이 달라붙는 소착현상을 억제하여 주므로써 엔진의 내구 수명을 연장시키게 된다.

Description

내연기관 엔진용 피스톤링{A piston ring for internal combustion engine}
본 발명은 내연기관 엔진용 피스톤링에 관한 것으로, 특히 슬라이딩면에 용사층의 피막을 형성하므로써 우수한 내소착성을 가지는 내연기관 엔진용 피스톤링에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 엔진 및 가솔린 엔진과 같은 내연기관의 연소실은 피스톤, 실린더헤드, 실린더 벽면으로 구성되어 있고, 실린더벽면과 피스톤 사이의 공간을 막기위하여 피스톤링을 장착하여, 피스톤링이 연소실의 외부로 부터 밀봉하는 기밀작용을 하고, 실린더 벽면을 흐르는 오일을 제거하는 작용 및, 열전달 작용 등의 다양한 역할을 수행하게 된다.
더욱이 최근 엔진의 고출력화에 따라 각 엔진부품의 사용조건은 더욱 가혹화되고, 특히 엔진의 연소실 가스압력이 증가함에 따라 연소실을 구성하는 실린더 라이너와 피스톤링의 마모는 점차 심각한 문제로 대두되고 있다.
만약 피스톤 링의 장력이 작아서 간극이 클 때는 피스톤과 실린더 라이너와의 유막이 두텁게 형성되어 연소실의 기밀이 깨져 크랭크실로 고압가스의 블로우바이를 일으키기 쉽다.
이러한 블로우바이 가스는 항상 습하게 유지되고 있는 실린더 라이너 내면의 윤활막을 파괴하여 실린더와 피스톤라이너 사이의 간극을 넓히게 되어 오일소모량을 증가시키게 되며, 내연기관의 출력을 저하시키게 된다.
따라서 출력손실을 줄이기 위해서는 피스톤링과 실린더 라이너의 간극을 줄여서 피스톤링의 기밀작용을 강화시킬 필요가 있다.
그러나 간극이 작아지면 초기에 기밀작용은 증가하나 피스톤링과 실린더 라이너와의 마찰손실이 증대되고, 그 정도가 지나치면 실린더 라이너의 윤활막이 끊겨져 링과 실린더 라이너와 직접 접촉하게 되면서 실린더 라이너의 이상마모가 발생과 함께 엔진출력의 감소를 초래하게 된다.
이와 같이 내연기관의 구동중 실린더벽면과 피스톤링이 달라붙는 현상인 소착, 피스톤링의 외주면이 과다하게 마모되는 과다마모 등에 의해 내연기관의 구동에 많은 문제를 발생시킨다.
이러한 문제의 해결을 위해서 표면에 내마모성 또는 내소착성을 가지는 재질인 크롬으로 도금하거나 몰리브덴으로 용사하여 사용하고 있다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 내마모성과 내소착성을 가지는 내연기관 엔진용 피스톤링을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내연기관 엔진용 피스톤링은, Cr : 5 - 17wt%, B : 0.1 - 2.5wt%, C : 0.35 - 1wt%, Mn :1. 0wt%미만, Si :1.0wt%미만 그리고 나머지는 Fe로 구성된 조성물로 슬라이딩면에 용사피막이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용사피막이 외주면은 비정질로 이루어지고, 내부는 결정질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따라 피스톤링의 슬라이딩면에 비정질이 용사피막이 형성되어져, 이 용사피막에 의해 실린더벽면과 피스톤링이 달라붙는 소착현상을 억제하여 주므로써 엔진의 내구 수명을 연장시키게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 Cr : 5 - 17wt%, B : 0.1 - 2.5wt%, C : 0.35 - 1wt%, Mn :1. 0wt%미만, Si :1.0wt%미만 그리고 나머지는 Fe로 구성된 조성물을 피스톤링의 외주면에 용사(thermal splay)하여 내연기관 엔진용 피스톤링을 제조하게 된다.
이때 용사는 분말 혹은 선재로 구성된 재질을 높은 온도로 용융한 뒤 이를 고압의 가스 등을 이용하여 고속으로 용사하려는 본체에 분사하게 되면 고온의 액상들이 고체인 본체와 접촉하면서 모재에 결합되어져 내소착성이 우수한 피막을 형성하게 된다.
그리고 피스톤 링의 외주면에 형성된 용사피막의 표면을 가열후 급속 냉각시키게 된다.
이렇게 제조된 본 발명의 내연기관 엔진용 피스톤링은 도 1에 도시된 바와 같이 피스톤링(10)의 외주면에 용사피막(12)이 형성되어, 이 용사피막(12)이 실린더벽면(14)을 따라 슬라이딩하게 된다.
이때 상기한 피스톤링의 외주면에 형성된 용사피막(12)은 용사입자와 기공으로 구성되어 있으며, 표면은 원자들의 배열이 특정한 배열을 이루지 않고 액상 또는 유리와 같이 임의적으로 배열되는 비정질상으로 이루어지고, 용사피막의 내부는 결정질상으로 되어 있다.
[실시예1]
중량비로 C : 0.45%, Cr : 5%, B : 0.2%, Mn : 0.5%, Si : 1.0%, 그리고 나머지는 Fe로 이루어진 조성물을 이용하여 피스톤링의 외주면에 용사피막을 형성하였다.
이렇게 제조된 용사피막을 X-선 회절기를 이용하여 상분석을 한 결과 결정질 상은 관찰되지 않고 비정질상만이 형성되었음을 확인하였다.
그리고 내소착성에 대한 평가는 도 2에 도시된 마모시험기를 이용하여 본 발명에 따른 피스톤링 시편(20)을 실린더벽면(22)을 따라 일정한 하중을 가하면 슬라이딩하여 측정하게 되는 바, 마모시험시 하중은 300N으로 하였으며, 소착이 일어날 때까지의 시간으로 내소착성을 평가하였다.
이때 소착이 일어나는 시점은 두재질간의 마찰계수가 급격히 증가하는 시점으로 하였다.
한편, 비교를 위하여 외주면을 크롬으로 도금한 피스톤링, 몰리브덴으로 용사한 피스톤링을 제작하여 비교시험을 행하였다.
구분 외주면의 재질 상 소착시간
실시예1a 본발명조성물 비정질 5시간
실시예1b 본발명조성물 비정질 9시간
실시예1c 본발명조성물 비정질 8시간
비교예1a Mo 결정질 1.6시간
비교예1b Mo 결정질 2.5시간
비교예1c Mo 결정질 2.6시간
비교예1d Cr 결정질 2시간
비교예1e Cr 결정질 2.3시간
비교예1f Cr 결정질 3시간
[실시예2]
중량비로 C : 1.0%, Cr : 17%, B : 2.5%, Mn : 0.8%, Si : 0.7%, 그리고 나머지는 Fe로 이루어진 조성물을 이용하여 피스톤링의 외주면에 용사피막을 형성하였다.
이렇게 제조된 용사피막을 X-선 회절기를 이용하여 상분석을 한 결과 결정질 상은 관찰되지 않고 비정질상만이 형성되었음을 확인하였다.
그리고 내소착성에 대한 평가는 도 2에 도시된 마모시험기를 이용하여 측정하여, 마모시험시 하중은 300N으로 하였으며, 소착이 일어날 때까지의 시간으로 내소착성을 평가하였다.
이때 소착이 일어나는 시점은 두재질간의 마찰계수가 급격히 증가하는 시점으로 하였다.
한편, 비교를 위하여 외주면을 크롬으로 도금한 피스톤링, 몰리브덴으로 용사한 피스톤링을 제작하여 비교시험을 행하였다.
구분 외주면의 재질 상 소착시간
실시예2a 본발명조성물 비정질 8시간
실시예2b 본발명조성물 비정질 10시간
실시예2c 본발명조성물 비정질 6시간
비교예2a Mo 결정질 2시간
비교예2b Mo 결정질 1.8시간
비교예2c Mo 결정질 2.8시간
비교예2d Cr 결정질 1.5시간
비교예2e Cr 결정질 1.2시간
비교예2f Cr 결정질 2시간
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 종래에 사용되던 재질에 비하여 우수한 내소착성을 가지는 용사피막이 형성된 피스톤링을 제조하여 엔진에 적용하면 엔진의 내구수명 연장에 표과를 볼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내부기관 엔진용 피스톤링의 사용상태를 도시한 개략단면도,
도 2는 본 발명에 사용되는 마모시험기의 개략적인 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 피스톤링 12 : 용사피막
14: 실린더벽면

Claims (2)

  1. 중량비로 Cr : 5-17%, B : 0.1 - 2.5%, C : 0.35 - 1%, Mn :1.0%미만, Si : 1.0%미만 그리고 나머지는 Fe로 이루어진 조성물로 외주면에 용사하여 피막을 형성하게 된 것을 특징으로 하는 내연기관 엔진용 피스톤링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용사피막의 외주면이 비정질이고, 내부는 결정질로 이루어진 것을 특징으로 하는 내연기관 엔진용 피스톤링.
KR1019980063108A 1998-12-31 1998-12-31 내연기관 엔진용 피스톤링 KR100593087B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980063108A KR100593087B1 (ko) 1998-12-31 1998-12-31 내연기관 엔진용 피스톤링

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980063108A KR100593087B1 (ko) 1998-12-31 1998-12-31 내연기관 엔진용 피스톤링

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000046428A KR20000046428A (ko) 2000-07-25
KR100593087B1 true KR100593087B1 (ko) 2006-08-30

Family

ID=19569720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980063108A KR100593087B1 (ko) 1998-12-31 1998-12-31 내연기관 엔진용 피스톤링

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100593087B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220010415A1 (en) * 2018-11-20 2022-01-13 Ks Kolbenschmidt Gmbh Material Composition For A Coating For Components Of Internal Combustion Engines

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5569742A (en) * 1978-11-20 1980-05-26 Toyota Motor Corp Piston ring for internal combustion engine
JPS563667A (en) * 1979-06-19 1981-01-14 Toyota Motor Corp Piston ring for internal combustion engine
JPS5716160A (en) * 1980-07-01 1982-01-27 Nippon Piston Ring Co Ltd Sliding component for internal combustion engine
JPS6173870A (ja) * 1984-09-14 1986-04-16 Toyota Motor Corp 摺動部材
JPS61157670A (ja) * 1984-12-28 1986-07-17 Teikoku Piston Ring Co Ltd 摺動部材の製造方法
JP2000034543A (ja) * 1998-07-14 2000-02-02 Riken Corp 内燃機関用ピストンリング
JP2000178695A (ja) * 1998-12-11 2000-06-27 Riken Corp 内燃機関用ピストンリング

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5569742A (en) * 1978-11-20 1980-05-26 Toyota Motor Corp Piston ring for internal combustion engine
JPS563667A (en) * 1979-06-19 1981-01-14 Toyota Motor Corp Piston ring for internal combustion engine
JPS5716160A (en) * 1980-07-01 1982-01-27 Nippon Piston Ring Co Ltd Sliding component for internal combustion engine
JPS6173870A (ja) * 1984-09-14 1986-04-16 Toyota Motor Corp 摺動部材
JPS61157670A (ja) * 1984-12-28 1986-07-17 Teikoku Piston Ring Co Ltd 摺動部材の製造方法
JP2000034543A (ja) * 1998-07-14 2000-02-02 Riken Corp 内燃機関用ピストンリング
JP2000178695A (ja) * 1998-12-11 2000-06-27 Riken Corp 内燃機関用ピストンリング

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220010415A1 (en) * 2018-11-20 2022-01-13 Ks Kolbenschmidt Gmbh Material Composition For A Coating For Components Of Internal Combustion Engines

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000046428A (ko) 2000-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106224110B (zh) 具有热障涂层的汽缸衬套组件
US5531195A (en) Piston ring
US5598763A (en) Flutter free piston ring assembly
US5490445A (en) Ultra low device volume piston system
KR100531995B1 (ko) 내마모성 슬라이딩 부재
EP0672850B1 (en) A piston and ring assembly
KR970701305A (ko) 실린더 라이너 및 그 제조방법(a method of manufacturing a cylinder liner. and such a liner)
US4592964A (en) Wear-resistant coating
JPH0821297A (ja) 内燃機関の摺接部構造
GB2287522A (en) Making and using a piston ring assembly
Yoshida et al. Effects of surface treatments on piston ring friction force and wear
KR100593087B1 (ko) 내연기관 엔진용 피스톤링
EP2843083A2 (en) Piston ring for internal combustion engine
JP2011179573A (ja) ピストンリング
McGeehan A survey of the mechanical design factors affecting engine oil consumption
KR100235836B1 (ko) 내마모부재
US6050234A (en) Two-cycle ceramic/metallic internal combustion engine
JP6345124B2 (ja) 内燃機関用のピストンリング
JPH0152572B2 (ko)
KR20050106963A (ko) 자동차 엔진용 피스톤 스커트부 코팅재 조성물
KR100590952B1 (ko) 가솔린 엔진용 2-링 피스톤 및 그 제조방법
KR0162046B1 (ko) 내연기관용 피스톤 링
GB2302930A (en) Cast iron piston ring
EP4314600A1 (en) Coated piston ring for an internal combustion engine
KR100478871B1 (ko) 열용사 코팅용 크로미아-몰리브데늄계 분말 및 열용사 코팅층

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120619

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee