KR101276563B1 - 디젤 엔진용 코팅된 파워 실린더 구성요소 - Google Patents

디젤 엔진용 코팅된 파워 실린더 구성요소 Download PDF

Info

Publication number
KR101276563B1
KR101276563B1 KR1020077029948A KR20077029948A KR101276563B1 KR 101276563 B1 KR101276563 B1 KR 101276563B1 KR 1020077029948 A KR1020077029948 A KR 1020077029948A KR 20077029948 A KR20077029948 A KR 20077029948A KR 101276563 B1 KR101276563 B1 KR 101276563B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piston
coated
pin
delete delete
composite coating
Prior art date
Application number
KR1020077029948A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080032034A (ko
Inventor
미구엘 아제베도
제프리 엔. 아인스워드
Original Assignee
페더럴-모걸 코오포레이숀
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=37452753&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR101276563(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 페더럴-모걸 코오포레이숀 filed Critical 페더럴-모걸 코오포레이숀
Publication of KR20080032034A publication Critical patent/KR20080032034A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101276563B1 publication Critical patent/KR101276563B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/02—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0084—Pistons  the pistons being constructed from specific materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12—Pistons  having surface coverings on piston heads
    • F02F3/14—Pistons  having surface coverings on piston heads within combustion chambers
    • 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
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/02—Bearing surfaces
    • 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
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/04—Resilient guiding parts, e.g. skirts, particularly for trunk pistons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

디젤 엔진 피스톤 어셈블리는 연소 보울이 형성되어있고 연소 보울 에지를 가지는 최상부 벽, 윗벽이 있는 최상부 링 그루브를 포함하는 다수의 링 그루브 및 최상부 링 그루브와 최상부 벽 사이에 배치된 최상부 랜드 부분이 형성되어있는 외측 링 벨트, 정렬된 핀 보어를 갖춘 한 쌍의 핀 보스 및 스커트를 가지고 있는 피스톤 보디; 및 적어도 최상부 벽, 연소 보울 에지, 최상부 랜드 부분 및 최상부 링 그루브의 윗벽에 피복되는 다이아몬드 분산형 크롬 복합물을 포함하고 있다.
디젤 엔진 피스톤, 연소 보울, 피스톤 보디, 링 그루브, 핀 보어, 핀 보스, 스커트, 다이아몬드 크롬 코팅

Description

디젤 엔진용 코팅된 파워 실린더 구성요소{COATED POWER CYLINDER COMPONENTS FOR DIESEL ENGINES}
본 발명은 전체적으로 디젤 엔진에 관한 것이고 보다 상세하게는 피스톤을 포함하는 파워 실린더의 여러 파워 실린더 구성요소를 보호하도록 사용되는 코팅에 관한 것이다.
특히 엔진에서 EGR(배기 재순환)이 사용될 때, 연소 부산물이 끼치는 해로운 영향으로부터 실린더 내부의 디젤 엔진 구성요소를 보호하는 많은 방법과 수단이 현존해 있다. 또한, 부싱 및 베어링 등의 대신에 조인트 마찰공학 요소로서 코팅을 사용하는 것이 제안되어왔다. 후자의 예로서, 망간 인산염, DLC(다이아몬드 유사 코팅), 여러 PVD(물리 증착법) 유사 코팅, 무전해 및 전기 도금 층이 있다.
고압 디젤 엔진 분사 시스템(커먼 레일, 전자 유닛 인젝터, 유압 전자 유닛 인젝터)의 일반적인 사용에 있어서, 각각 연소하는 연료의 플럼(plume)으로부터 야기되는 토치(torch) 등에 의해 피스톤 보울 림의 산화/침식이 흔히 발생한다. 또한, 질소산화물이 형성되는 것을 막는데에 필요한 연료 분사 타이밍 지연에 기인하는 라이너(liner) 내 연료 과분사(overspray)의 예가 제공되어있다. 다른 한편으로, 조기 분사 즉 파일럿 분사는 압축 스트로크의 대부분 동안 타지 않은 채로 남 아 있는 액체 연료를 피스톤의 최상부에 남겨둘 수 있었다. 고압 디젤 엔진 분사 시스템에 있어서, 1) 디젤 엔진 피스톤의 최상부 랜드 상에서 카본 침전물 생성, 2) 상사점/최상부 링 반전 지점에서 라이너 상의 오일 막의 열화, 3) 특히 인젝터로부터의 플럼이 피스톤의 최상부 보울 에지 상에서 발화하는 경우의 피스톤 침식(피팅(pitting))과 같이, 고유 상태에 미치는 여러 부작용이 있다.
상부 랜드에서의 카본 생성은 역사적으로 보어의 폴리싱 및 그에 따른 윤활유 제어 실패의 근본 원인으로 뽑힌다. 그때 배기는 불리하게 작용한다.
연료의 라이너 내 과분사는 오일 막을 묽게 하고 오염시켜, 첫번째 링의 접촉 하중을 조종하는 압착 막의 성능에 크게 영향을 미친다. 연료 과분사는 또한 윤활제의 TBN 보존량을 고갈시키고 오일 막에 그을음을 혼입시킨다. 네트 효과는 부식/연마 매개에 밀접하게 접촉하는 구성요소를 마모시키는 부식/연마 매개를 형성하는 것이다. 상사점으로부터 최초의 20~40mm의 피스톤 왕복 거리에서 라이너 상의 화학 에칭(부식)은 가속화되는 국부적인 마모를 초래할 뿐만 아니라, 링 외주(외경(OD))면의 심한 마모도 야기한다.
국부적으로 제어되지않는(폭발성의) 침전된 연료의 연소는 피스톤 재료의 극단의 고온 및 기계적 스트레스를 야기한다. 결국 피팅이 발생하여 오목한 연소 보울의 오버행 립을 구조적으로 약화시킬 것이고 파손이 발생할 수 있다. 더 심한 스트레스가 피스톤의 외경 면 쪽에 작용하면, 금속 기판에 크레이터가 파질 수 있다. 배기 및 엔진의 전체 작동이 불리하게 이루어진다. 이러한 요인들은 고압/고온 상태를 겪는 디젤 엔진에서 첫번째 링 그루브의 마모를 악화시키는 것과 같은 방식을 겸할 수 있다.
지금까지 설명된 것은 다소 정도의 차이가 있겠지만, EGR이 있는 엔진의 배기에 의해 야기된 실린더 내부 환경으로부터 비롯되는 전형적인 문제점이다. 또한, 현대 디젤 엔진의 높은 압력 상승률 및 정상(high peak) 연소 압력 특성이 피스톤에 대해 타격을 가하고 라이너의 진동 운동을 일으켜, 자체가 주요한 문제가 될 수 있는 라이너의 캐비테이션을 유발한다. 캐비테이션을 감소시키기 위해 (폴리머 기초의 또는 흑연이 주입된)스커트 코팅이 기대되지만 자체가 지닌 부가적인 문제들을 가져오고, 또한 제조 중 스커트를 코팅하는데에 더한 수고가 필요하다.
전형적으로 스탬핑(stamping) 산업에서 사용되고, EGR이 있는 고압 디젤 엔진과 연관된 상술된 문제점들을 겪지않는 가솔린 엔진 피스톤의 스커트를 코팅하는 경주용 자동차 분야에서 간혹 사용되는 전기도금 코팅은 전술된 바와 같이 디젤 엔진 환경에서 강철 피스톤이 갖게 되는 부작용을 대단히 효과적으로 극복하거나 매우 축소한다는 것을 본 발명자는 발견하였다. "DIA-CLUST"는 미국의 몇몇 전기도금 주문생산 공장에서 사용되는 제품의 상표이다. 이 공정은 복잡한 스태핑 다이의 수명을 늘리도록 개발되었다. 이는 적소에 전기도금되는 크롬과 공업용 다이아몬드의 혼합층으로 구성되어있다. 다이아몬드 클러스터는 크기가 매우 (40nm 이하로)작다. 전기도금된 층은 매우 매끄러운 표면 및 매우 낮은 마찰률(약 0.08)을 보인다. 디젤 엔진을 위한 코팅 피복의 두께는 대략 2~10μm에 속한다.
전기도금된 층의 크롬은 크롬/다이아몬드 복합 코팅으로 피복된 파워 실린더 구성요소에 내부식성 및 내산화성을 제공하여 그루브 마모/핀 보어 마찰 작용을 줄이고 최상부 랜드에 카본이 형성되는 것을 피하게 된다. 크롬과 다이아몬드 클러스터의 혼합 효과는 피스톤 스커트부의 손상 및 라이너의 캐비테이션에 대한 내성을 부여하여서, 코팅이 피스톤 스커트에 피복될 때, 라이너 내부에서 피스톤의 국부적인 용접 또는 시징이 발생할 걱정 없이 피스톤이 보다 기밀한 작동 간극에서 작동하는 것을 가능케 한다. 라이너 캐비테이션을 완화하는 것은 코팅의 윤활 성질에 의해 주어지는 어셈블리 간극을 축소하는 효과와 동등하다.
본 발명의 한 관점에 따른 디젤 엔진 피스톤 어셈블리는 연소 보울이 형성되어있고 연소 보울 에지를 가지는 최상부 벽, 윗벽이 있는 최상부 링 그루브를 포함하는 다수의 링 그루브 및 최상부 링 그루브와 최상부 벽 사이에 배치된 최상부 랜드 부분이 형성되어있는 외측 링 벨트, 정렬된 핀 보어를 갖춘 한 쌍의 핀 보스 및 스커트를 가지고 있는 피스톤 보디를 포함하고 있다. 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅이 적어도 최상부 벽, 연소 보울 에지, 최상부 랜드 부분 및 최상부 링 그루브의 윗벽에 피복된다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 파워 실린더 조립체는 최상부 면, 그루브 벽 면이 있는 하나 이상의 링 그루브 및 핀 보어 면이 있는 하나 이상의 핀 보어를 가지고 있는 피스톤; 외경 면, 내경 면 및 상면 및 밑면을 갖춘 하나 이상의 피스톤 링; 한 단부에 작은 보어 개구가 있고 대향하는 단부에 큰 보어 개구가 있는 커넥팅 로드; 외면을 가지고 있는 피스톤 핀; 실린더 내벽을 가지고 있는 실린더 라이너; 및 적어도 피스톤의 최상부 면의 일부분, 하나 이상의 링 그루브의 윗벽 면과 피스톤 링의 상면 중 하나, 피스톤 링의 외경 면과 실린더 라이너의 실린더 내벽 중 하나, 피스톤 핀의 외면 또는 피스톤의 핀 보어 면과 커넥팅 로드의 작은 보어 개구 중 하나에 피복되는 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅;을 포함하고 있다.
본 발명의 여러 특징과 장점이 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 피스톤의 개략 사시도;
도 2는 피스톤 링의 개략 사시도;
도 3은 피스톤 핀(wrist pin)의 개략 사시도;
도 4는 실린더 라이너의 개략 사시도;
도 5는 커넥팅 로드의 개략 사시도;
도 6은 평 엔진 베어링의 개략 사시도;
도 7은 도금 중인 피스톤의 일부를 도시한 개략도;
도 8은 도 1의 피스톤의 핀 보스부의 단편을 도시한 사시도;
도 9는 피스톤의 정면 사시도;
도 10은 피스톤의 일부를 절단한 정면도; 및
도 11은 파워 실린더 어셈블리의 개략 예시도.
도 1 및 8~10은 피스톤(20), 하나 이상의 피스톤 링(23), 커넥팅 로드(24) 및 피스톤 핀(26)을 포함하는 피스톤 어셈블리(22)의 피스톤(20)을 예시하고 있다. 피스톤 어셈블리(22)는 실린더 라이너(28), 크랭크샤프트(30) 및 엔진 블록(32)을 더 포함하는 파워 실린더 어셈블리(27)의 일부이다. 디젤 엔진의 당업자는 본 발명의 문맥 내에서 구성요소의 작용을 이해하기에 충분한 도면과 함께, 이러한 구성요소들이 서로 어떻게 연결되고 작동하는지 이해할 것이고, 따라서 이의 상세한 설명이 필요치 않다.
피스톤(20)은 피스톤 보디(34)를 포함하고 있다. 많은 디젤 엔진의 적용처에서, 강철로 제작되는 피스톤이 바람직하지만, 철 및 알루미늄과 같은 다른 재료를 고려할 수도 있다.
피스톤 보디(34)의 최상부 면(36)에는 연소 보울(38)이 오목형성되어있다. 보울(38)은 예시된 바와 같이, 립(40)의 바로 아래에 보울(38)의 언더컷 영역(42)을 형성하기 위해 반경방향 안쪽으로 돌출할 수 있는 보울 림 즉 립(40)을 포함하도록 형성될 수 있다. 보울은 또한 예시된 바와 같이, 립(40)의 바로 위에 후방(back) 영역(44)을 갖춘 것으로 설계될 수 있다.
피스톤 보디(34)는 최상부 면(36)으로부터 아래쪽으로 뻗어있는 외측 링 벨트 벽(46)을 더 포함하고 있고, 이 외측 링 벨브 벽에는 다수의 링 그루브(48, 50, 52)가 형성되어있다. 가장 위쪽 즉 최상부 링 그루브는 도면 부호 48로 지정되어있다. 피스톤의 최상부 링 그루브(48)와 최상부 면(36) 사이에 최상부 랜드 영역(54)이 형성되어있다.
최상부 링 그루브(48)는 도 9 및 10에 잘 보이는 바와 같이, 위쪽에 있는 윗벽(56), 아래 즉 밑벽(58) 및 뒷벽(60)을 포함하고 있다. 링(23) 중 관련된 하나 가 주지의 방식으로 최상부 링 그루브(48) 내에 수용된다. 유사하게 나머지의 링(23)이 주지의 방식으로 그루브(50, 52) 내에 수용된다. 최하부 링 그루브(52)는, 간단함을 위해 동일한 도면부호 23으로 주어졌지만, 그루브(48, 50) 내에 수용되는 압축 링의 구조와는 대체로 다른 구조로 이루어지는 것으로 이해되는 일련의 오일 링을 수용할 수 있다.
피스톤 보디(34)에는 하나 이상의, 예시된 바와 같이는 한 쌍의 핀 보스(62)가 형성되어있고, 이 핀 보스에는 정렬된 한 쌍의 핀 보어(64)가 형성되어있다. 커넥팅 로드(24)의 한 단부에는 작은 보어(66)가 형성되어있고 대향하는 단부에는 큰 보어(68)가 형성되어있다. 커넥팅 로드(24)의 소단부는 핀 보스의 내향 표면(70) (오직 도 8에 도시된 표면(70) 중 하나) 사이에 제공되어있는 측방향 공간 내에 삽입되고 피스톤 핀(26)은 피스톤(20)을 커넥팅 로드(24)에 조인트(jointed) 방식으로 연결하도록 정렬된 핀 보어(64)와 작은 보어(66)를 통과하여 뻗어있다. 피스톤 핀(26)은 피스톤(20)의 핀 보어(64) 및 커넥팅 로드(24)의 작은 보어(66)와 상호작용하는 외면(72)을 가지고 있다.
피스톤 보디(34)는 핀 보스(62)의 양 측면에 외측의 실린더 맞닿음 면(76)이 있는 피스톤 스커트(74)를 더 포함하고 있다. 스커트(74)는 예시된 바와 같이 핀 보스(62)와 한 부품으로 형성될 수 있어서 동일한 재료로 구성될 수 있다. 피스톤 어셈블리는 피스톤 링(23)이 실린더의 내벽(78)과 맞닿는 상태로 피스톤 실린더(28)의 내부에 설치된다. 스커트(74)의 외면(76)은 또한 실린더의 내벽(78)과 거의 근접하게 있고, 피스톤을 정렬상태로 유지시키기 위해 실린더(28)의 내부에서 의 피스톤(20)의 왕복운동 동안에 실린더의 내벽과 맞닿도록 작동할 수 있다.
커넥팅 로드(24)의 대단부는 관련된 크랭크 암 면 또는 저널(80)에 의해 크랭크샤프트(30)에 연결될 수 있고, 이 크랭크 암 면 또는 저널은 큰 보어(68) 내에 수용되고 크랭크 암 면(80)과 큰 보어(68) 사이에서 조인트 연결을 통해 크랭크샤프트(30)에 커넥팅 로드(24)를 연결하는 기능을 한다. 이어서, 크랭크샤프트(30)는 관련된 엔진 블록(32)의 크랭크 암 지지 블록 또는 지지면(82)에 결합된 크랭크샤프트(30)의 저널(82)의 지지를 통해 회전가능하게 지지되어있다. 전형적으로, 엔진의 메인 베어링(도 6)은 엔진 블록의 면(84)과 정렬되어 크랭크샤프트(30)를 저널링(journaling)하도록 한다.
디젤 엔진 작동 중에, 최상부 면(36)과 연소 보울(38)(특히 립 (40))은 연소의 열과 압력을 직접 겪게 된다. 연료 인젝터(도 11)로부터 방사되는 연료 플럼(86)은 연료를 이러한 면 위로 향하게 하고 열, 압력 및 부식 EGR 환경과 결합된 연속 분사는 전형적인 피스톤이 침식되는 결과를 가져온다. 시간이 흘러, 이러한 환경에 노출된 영역은 움푹 들어가고 마멸되어서 결과적으로 피스톤(20)의 교체가 필요할 수 있다. 부작용이 일어날 영역 상에 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅(90) 막을 피복함으로써 피스톤은 혹독한 EGR 테스트 환경에 장기간 노출되는 것을 현저하게 견디어낼 수 있고, 인젝터(88)로부터 방사되는 연료 플럼(86)에 직접 노출되는 영역을 포함하여 어디에서도, 눈에 보이는 마모 흔적 또는 어느 중요한 손상을 거의 볼 수 없다는 것을 발견하였다. 더 놀랍게도 코팅이 혹독한 EGR 디젤 환경에 놓일 때, 실제로 코팅의 강도를 강화시키고 코팅을 오랜 시간 동안 보다 유 효하게 하는 효과를 가지는 것으로 보이는 눈에 띄는 재료의 변환이 발생한다는 것을 발견하였다. 이때 재료의 변환 메커니즘 및 합성 변화의 상세를 충분히 설명하지 않았으나, 발생할 것이 분명하다. 따라서, 최상부 면(36)의 적어도 일부는 코팅(90)으로 덮여있다. 피스톤은 오목한 보울(38) 및 특히 립(40)의 전체나 일부를 포함하여, 전체가 코팅된 최상부 면(36)을 가질 수 있다.
다이아-클러스트(Dia-Clust) 코팅법은 누군가에 의한 독점 기술인 것으로 생각된다. 영국의 Abrasives, inc.사의 자회사인 Diamond Composite Technology사의 웹사이트 자료에서 The Diamond Enhanced Composite Coating 명칭의 코팅법을 참조할 수 있고, 이의 개시가 여기에 참조로 참고되어있다.
상부 랜드(54)는 또한 재료(90) 층으로 코팅되어있다. 배경기술 부분에서 설명된 바와 같이 EGR 디젤 환경에서 최상부 랜드에 대체로 카본이 축적되기 쉽다. 놀랍게도 카본이 축적되기 쉬운 영역에 코팅을 피복하는 것은 카본이 거의 형성되지 않거나 전혀 형성되지 않는 피스톤을 야기하는 것을 발견하였다.
스커트(74) 또한 코팅(90)으로부터 이득을 얻는다. 코팅은 스커트(74)에 의한 내측 실린더 벽(78)의 손상을 최소화하고 또한 실린더에 대한 스커트의 공차를 더 줄인다. 다르게는 내벽(78)에 코팅(90)이 제공될 수 있다.
마찬가지로 핀 보스(62)의 내면(70)이 커넥팅 로드(24)의 작은 보어 단부(66)의 코팅되지않은 측면에 관련하여 코팅될 수 있다. 이 커넥팅 로드의 측면이 코팅되고 피스톤 면(70)이 코팅되지 않은 상태의 정반대의 배열구성도 채용될 수 있다.
전형적인 여러 피스톤의 최상부 랜드(54) 상에 카본이 형성되는 것은 링 그루브, 특히 최상부 링 그루브(48) 내에 재료가 축적되는 것을 초래할 수도 있다. 이는 링의 소착(sticking) 및/또는 파손을 야기할 수 있다. 적어도 최상부 링 그루브(54)의 윗벽(56)을 코팅함으로써 최상부 링 그루브(48) 내 재료 축적 조건을 크게 줄이거나 모두 제거하는 결과를 가져온다는 사실을 더 발견하였다. 대안으로, 피스톤 링(23)의 상면이 코팅(90)으로 피복될 수 있다. 최상부 링 그루브(48)가 코팅되는 경우에, 모든 면(56, 58 및 60)이 코팅될 수 있다. 이 경우에, 링의 (상면, 밑면, 내경 면)이 코팅되지 않을 것이다. 링(23)의 반경방향 외면(92)은 링 또는 그루브 벽이 코팅되는지 되지 않는지에 상관없이 코팅될 수 있고, 이 경우 끼워진 코팅된 링(23)에 접하는 실린더 내벽(78)의 영역이 코팅(90)으로 피복되지 않을 것이다. 다른 구성요소(예를 들어, 링과 그루브 벽)와 작동가능하게 접촉하게 될 한 구성요소에 코팅(90)이 피복되는 경우에 접촉하는 면들 중 오직 하나만 코팅되는 것이 바람직하다. 만일 그렇지 않으면, 코팅된 면들은 서로를 마모시킬 것이다. 이러한 경우 코팅되지 않은 면은 코팅된 면의 경도보다 낮은 경도로 설계되는 것이 바람직하다. 코팅되지 않은 면은 코팅된 면의 경도보다 대략 20Rc 낮은 경도를 가지고 잘 작동할 수 있다.
핀 보스(62), 커넥팅 로드(24) 및 피스톤 핀(26)으로 구성되는 피스톤 조인트에 또한 코팅 재료(90)가 제공될 수 있다. 본 발명은 핀 보어(64)와 작은 보어(66)가 코팅(90)으로 피복될 수 있는 데에 반하여 피스톤 핀(26)은 코팅되지 않을 것을 고려할 수 있다. 본 발명은 또한 피스톤 핀(26)의 외면(72)이 코팅(90)으 로 피복되고 보어(64, 66)가 코팅되지않는 반대의 배열구성을 고려할 수 있다. 동일하게 코팅된 면과 코팅되지않은 면의 매치가 피스톤 조인트에 적용된다. 삽입되는 평 베어링(94)이 필요한 경우, 이 베어링은 코팅 재료(90)로 피복되어있는 강철 백부(96)가 코팅되지않은 피스톤 핀(26)과 함께 핀 보어(64) 내에 설치되고, 이와 유사한 부싱이 작은 보어(66) 내에 설치되는 도 6에 예시된 형태로 구성될 수 있다.
커넥팅 로드(24)의 대단부에서의 조인트는 피스톤 조인트와 유사하게 설계될 수 있다. 큰 보어(68) 또는 크랭크 지지부(84)가 코팅(90)으로 피복되고 크랭크 암(80)이 코팅되지 않을 수 있고, 또는 반대로 큰 보어 또는 크랭크 지지부가 코팅되지 않고 크랭크 암이 코팅될 수 있다. 도 6의 베어링(94)은 또한 피스톤 조인트에 관하여 전술된 일반적인 방식으로 채용될 수 있다.
따라서, 디젤 엔진 파워 실린더 구성요소에서 코팅 재료(90)의 사용과 관련하여 의외의 예기치않은 결과가 실현되었다. 대략 1000시간 동안 1.11/220bar 최고 압력의 하중 계수하에서 EGR이 작동하는 디젤 엔진에서, 최상부 랜드(54) 상에 본질적으로 어떠한 카본도 축적되지 않았고, 보울 림 상에서 작용하는 연료 플럼 부근에서 본질적으로 보울 림에 대한 상당한 산화 또는 부식이 발생하지 않았고, EGR로 인한 어떠한 부식도 검출되지 않았고, 본질적으로 실린더 벽 내에서 검출될만할 링 그루브 마모가 조금도 없었고, 본질적으로 어떠한 핀 보어 마모 또는 피스톤 핀 마모도 없고 어떠한 스커트의 손상 또는 라이너의 캐비테이션도 없다는 것을 놀랍게도 발견하였다. 다음의 피스톤 테스트의 전체 조건은 본질적으로 변경되지 않는다. 연소열에 노출된 피스톤의 최상부에서, 특히 연료 플럼 부근에서 열로 인한 변환을 통해 코팅이 형성됨을 또한 발견하였다. 코팅은 마멸되지않고, 본래의 코팅의 미세구조 상태보다 좀더 내구성 있는 상태로 변환되는 듯하고, 이 상태는 이러한 혹독한 상황에서 코팅의 인성 및 내구성에 일부분 기여하는 것으로 알려져 있다.
도 7은 도금조 내에서 전착(electrodeposition)에 의해 코팅이 피복될 수 있는 정합한 애노드(conformable anode)(98) 배열구성을 예시하고 있다. 피스톤은 피스톤의 외면이 정합한 애노드(98)에 대해 이격되어 코팅되는 상태로 길이방향 축선을 중심으로 회전가능하게 지지될 수 있다. 피스톤은 코팅이 필요한 영역에서 회전가능하게 좌우대칭인 것이 바람직하고 링 그루브 및 연소 보울의 영역에서 코팅(90)의 두께를 제어하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 여러 변경과 변형이 본 기술에 비추어서 가능함은 자명하다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에서, 상세하게 설명된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해해야한다.

Claims (24)

  1. 연소 보울이 형성되어있고 연소 보울 에지를 가지는 최상부 벽, 윗벽이 있는 최상부 링 그루브를 포함하는 다수의 링 그루브 및 상기 최상부 링 그루브와 상기 최상부 벽 사이에 배치된 최상부 랜드 부분이 형성되어있는 외측 링 벨트, 정렬된 핀 보어를 갖춘 한 쌍의 핀 보스 및 스커트를 가지고 있는 피스톤 보디; 및
    적어도 상기 최상부 벽, 상기 연소 보울 에지, 상기 최상부 랜드 부분 및 상기 최상부 링 그루브의 상기 윗벽에 피복되는 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅을 포함하고 있고,
    상기 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅이 상기 핀 보어에도 피복되고,
    상기 최상부 링 그루브에 배치되고 상기 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅이 피복되지 않은 상면이 있는 피스톤 링을 포함하고 있고,
    상기 피스톤 링은 상기 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅이 피복되는 반경방향 외면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 피스톤 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅이 상기 스커트에도 피복되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 피스톤 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 핀 보스는 서로 이격되어 마주보는 반경방향 내면을 포함하고 있고 상기 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅이 상기 핀 보스의 상기 반경방향 내면에도 피복되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 피스톤 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 핀 보어 내에 배치되고, 상기 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅이 피복되지 않고 상기 핀 보어와 작동가능하게 접촉하는 외면을 가지는 피스톤 핀을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 피스톤 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 피스톤 보디를 커넥팅 로드에 연결하기 위하여 상기 피스톤 핀이 수용되는 작은 단부의 보어가 한 단부에 있는 상기 커넥팅 로드를 포함하고 있고, 상기 작은 단부의 보어는 상기 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅으로 피복되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 피스톤 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 피스톤 핀은 상기 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅이 피복되지 않는, 상기 커넥팅 로드의 작은 단부 보어와 작동가능하게 접촉하는 상기 외면의 일부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 피스톤 어셈블 리.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 피스톤 보디, 상기 피스톤 핀 및 상기 커넥팅 로드는 베어링 또는 부싱이 없는 피스톤 조인트를 형성하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 피스톤 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 최상부 링 그루브는 밑벽 및 뒷벽을 포함하고 있고 상기 최상부 링 그루브의 모든 벽이 상기 다이아몬드 분산형 크롬 복합 코팅으로 피복되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 피스톤 어셈블리.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
KR1020077029948A 2005-05-23 2006-05-23 디젤 엔진용 코팅된 파워 실린더 구성요소 KR101276563B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US68357505P 2005-05-23 2005-05-23
US60/683,575 2005-05-23
US11/439,353 US7383807B2 (en) 2005-05-23 2006-05-22 Coated power cylinder components for diesel engines
US11/439,353 2006-05-22
PCT/US2006/019930 WO2006127716A2 (en) 2005-05-23 2006-05-23 Coated power cylinder components for diesel engines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080032034A KR20080032034A (ko) 2008-04-14
KR101276563B1 true KR101276563B1 (ko) 2013-06-19

Family

ID=37452753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077029948A KR101276563B1 (ko) 2005-05-23 2006-05-23 디젤 엔진용 코팅된 파워 실린더 구성요소

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7383807B2 (ko)
EP (1) EP1886009B1 (ko)
JP (1) JP2008542603A (ko)
KR (1) KR101276563B1 (ko)
CN (2) CN101213360B (ko)
BR (1) BRPI0611501B8 (ko)
MX (1) MX2007014602A (ko)
WO (1) WO2006127716A2 (ko)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10450998B2 (en) * 2004-10-25 2019-10-22 Industrial Parts Depot, Llc One piece cast ferrous crown piston for internal combustion engine
DE102005006671A1 (de) * 2005-02-15 2006-08-17 Ks Kolbenschmidt Gmbh Schutzschicht gegen Heißgaskorrision im Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine
US7866295B2 (en) * 2007-10-05 2011-01-11 Gm Global Technology Operations, Inc. Piston skirt oil retention for an internal combustion engine
DE102008055194A1 (de) 2008-12-30 2010-07-08 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh Gleitelement
USD737861S1 (en) * 2009-10-30 2015-09-01 Caterpillar Inc. Engine piston
CN101846095A (zh) * 2010-05-20 2010-09-29 合肥工业大学 复合限流环
US9482153B2 (en) 2011-01-26 2016-11-01 Achates Power, Inc. Oil retention in the bore/piston interfaces of ported cylinders in opposed-piston engines
WO2012173912A1 (en) 2011-06-15 2012-12-20 Federal-Mogul Corporation Germanium containing coating for inner surfaces of cylinder liners
US9945480B2 (en) * 2011-06-30 2018-04-17 Federal-Mogul Llc Piston assembly including a polymer coating with hard particles applied to sliding surfaces
JP6219291B2 (ja) * 2011-10-27 2017-10-25 フェデラル−モーグル・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーＦｅｄｅｒａｌ−Ｍｏｇｕｌ Ｌｌｃ 摺動面に適用される硬質粒子を有するポリマー被膜を含むピストンアセンブリ
WO2013066924A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-10 Federal-Mogul Corporation Coated piston and a method of making a coated piston
US9163579B2 (en) * 2011-11-28 2015-10-20 Federal-Mogul Corporation Piston with anti-carbon deposit coating and method of construction thereof
US9169800B2 (en) * 2011-11-28 2015-10-27 Federal-Mogul Corporation Piston with anti-carbon deposit coating and method of construction thereof
US8851029B2 (en) 2012-02-02 2014-10-07 Achates Power, Inc. Opposed-piston cylinder bore constructions with solid lubrication in the top ring reversal zones
DE102012002443A1 (de) * 2012-02-08 2013-08-08 Mahle International Gmbh Kolbenring für einen Verbrennungsmotor
CN102560606A (zh) * 2012-03-01 2012-07-11 梅河口市兴业精密钢管有限公司 纳米金刚石微粉复合镀铬的泵筒、生产工艺及生产装置
JP2015063946A (ja) * 2013-09-25 2015-04-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
US20150137486A1 (en) * 2013-10-15 2015-05-21 Roller Bearing Company Of America, Inc. Spherical plain bearing for an articulated joint
DE102013221102A1 (de) * 2013-10-17 2015-05-07 Mahle International Gmbh Stahlkolben für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung
US9771861B2 (en) 2014-09-09 2017-09-26 Avl Powertrain Engineering, Inc. Opposed piston two-stroke engine with thermal barrier
BR112017015377B1 (pt) * 2015-02-24 2022-03-03 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Processo para aumentar o rendimento e/ou a vida útil de pistões
US9845764B2 (en) 2015-03-31 2017-12-19 Achates Power, Inc. Cylinder liner for an opposed-piston engine
US10519854B2 (en) 2015-11-20 2019-12-31 Tenneco Inc. Thermally insulated engine components and method of making using a ceramic coating
US10578050B2 (en) 2015-11-20 2020-03-03 Tenneco Inc. Thermally insulated steel piston crown and method of making using a ceramic coating
USD1004620S1 (en) * 2018-04-27 2023-11-14 Tenneco Inc. Piston for an internal combustion engine
USD1010681S1 (en) * 2018-04-27 2024-01-09 Tenneco Inc. Piston for an internal combustion engine
US11746725B2 (en) * 2019-01-18 2023-09-05 Tenneco Inc. Steel piston having oxidation and erosion protection
DE102020134539A1 (de) * 2020-12-22 2022-06-23 Aktiebolaget Skf Hubkolben-Schmiermittelpumpe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03260362A (ja) * 1990-03-05 1991-11-20 Jerome H Lemelson 内燃機関とその要素
KR20020009874A (ko) * 2000-07-27 2002-02-02 구자홍 무윤활 리니어 액츄에이터의 마모 방지구조
KR20030083341A (ko) * 2002-04-20 2003-10-30 윤성환 피스톤 크라운 전기도금장치
KR20050023488A (ko) * 2003-08-28 2005-03-10 현대자동차주식회사 피스톤의 마찰저감구조

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1975818A (en) * 1932-08-24 1934-10-09 Aluminum Co Of America Coating for pistons
US3459167A (en) * 1968-01-22 1969-08-05 Southwick W Briggs Internal combustion engine
DE2639294C2 (de) * 1976-09-01 1982-05-13 Mahle Gmbh, 7000 Stuttgart Gepreßter Aluminiumkolben für Verbrennungsmotoren mit Einlagen aus einem anderen Werkstoff
US4148284A (en) * 1977-02-10 1979-04-10 Promac Corporation Variable compression ratio engine
JPS59180050A (ja) * 1983-03-31 1984-10-12 Isuzu Motors Ltd デイ−ゼル機関のピストンヘツド構造
DE3531410A1 (de) * 1985-09-03 1987-03-05 Goetze Ag Galvanische hartchromschicht
GB8622538D0 (en) * 1986-09-18 1986-10-22 Ae Plc Pistons
US4859493A (en) * 1987-03-31 1989-08-22 Lemelson Jerome H Methods of forming synthetic diamond coatings on particles using microwaves
US5067826A (en) * 1987-03-31 1991-11-26 Lemelson Jerome H Ball and roller bearings and bearing components
US4960643A (en) * 1987-03-31 1990-10-02 Lemelson Jerome H Composite synthetic materials
US5040501A (en) * 1987-03-31 1991-08-20 Lemelson Jerome H Valves and valve components
JP2590501B2 (ja) * 1987-12-11 1997-03-12 スズキ株式会社 内燃機関用ピストン
DE3937616A1 (de) * 1989-11-11 1991-05-16 Kolbenschmidt Ag Pressgegossener leichtmetallkolben fuer verbrennungskraftmaschinen
JPH04106556U (ja) * 1991-02-28 1992-09-14 株式会社アツギユニシア アルミニウム合金製ピストン
JPH04333599A (ja) 1991-05-09 1992-11-20 Tokyo Daiyamondo Kogu Seisakusho:Kk 超微粒子ダイヤモンド共析被膜を施した機器
DE4133546C2 (de) * 1991-10-10 2000-12-07 Mahle Gmbh Kolben-Zylinderanordnung eines Verbrennungsmotors
JPH05148612A (ja) * 1991-11-25 1993-06-15 Nippon Piston Ring Co Ltd ピストンリングの製造方法
US5449547A (en) * 1993-03-15 1995-09-12 Teikoku Piston Ring Co., Ltd. Hard coating material, sliding member coated with hard coating material and method for manufacturing sliding member
JPH08144842A (ja) * 1994-11-24 1996-06-04 Yamaha Motor Co Ltd ディーゼルエンジン
US5458927A (en) * 1995-03-08 1995-10-17 General Motors Corporation Process for the formation of wear- and scuff-resistant carbon coatings
US5616372A (en) * 1995-06-07 1997-04-01 Syndia Corporation Method of applying a wear-resistant diamond coating to a substrate
JP3885375B2 (ja) * 1997-09-30 2007-02-21 帝国ピストンリング株式会社 ピストンリング
JPH11264468A (ja) * 1998-03-17 1999-09-28 Nippon Piston Ring Co Ltd ピストンリング及びその組合せ
DE19848590A1 (de) 1998-10-21 2000-04-27 Igor Groza Verfahren zum Beschichten einer metallischen Gleitoberfläche, insbesondere einer Motor-Zylinderlauffläche aus einer Aluminiumlegierung
DE19919725A1 (de) * 1999-04-30 2000-11-02 Mahle Gmbh Kolbenmotor mit einem Zylinder aus Leichtmetall
DE19931829A1 (de) * 1999-07-08 2001-01-18 Federal Mogul Burscheid Gmbh Galvanische Hartchromschicht
US6244161B1 (en) * 1999-10-07 2001-06-12 Cummins Engine Company, Inc. High temperature-resistant material for articulated pistons
KR100467112B1 (ko) * 1999-10-29 2005-01-24 닛폰 피스톤 린구 가부시키가이샤 내연기관의 실린더 라이너와 피스톤 링의 조합
DE10029810A1 (de) * 2000-06-16 2001-12-20 Mahle Gmbh Kolben für Dieselmotoren
US6588408B2 (en) * 2001-09-18 2003-07-08 Federal-Mogul World Wide, Inc. Cylinder liner for diesel engines with EGR and method of manufacture
JP3913118B2 (ja) * 2002-06-13 2007-05-09 忠正 藤村 超微粒ダイヤモンド粒子を分散した金属薄膜層、該薄膜層を有する金属材料、及びそれらの製造方法
JP3962285B2 (ja) * 2002-06-19 2007-08-22 トヨタ自動車株式会社 複合めっき皮膜
CN1517539B (zh) * 2003-01-16 2011-03-30 王江 一种具有耐磨环槽表面的活塞
US8105692B2 (en) * 2003-02-07 2012-01-31 Diamond Innovations Inc. Process equipment wear surfaces of extended resistance and methods for their manufacture
WO2004094685A2 (en) * 2003-04-22 2004-11-04 Diamond Innovations, Inc. Method to provide wear-resistant coating and related coated articles
US20060220322A1 (en) * 2005-04-04 2006-10-05 Je Pistons, Inc. Replenishment pockets on piston rings for the prevention of microwelding

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03260362A (ja) * 1990-03-05 1991-11-20 Jerome H Lemelson 内燃機関とその要素
KR20020009874A (ko) * 2000-07-27 2002-02-02 구자홍 무윤활 리니어 액츄에이터의 마모 방지구조
KR20030083341A (ko) * 2002-04-20 2003-10-30 윤성환 피스톤 크라운 전기도금장치
KR20050023488A (ko) * 2003-08-28 2005-03-10 현대자동차주식회사 피스톤의 마찰저감구조

Also Published As

Publication number Publication date
US20070000468A1 (en) 2007-01-04
EP1886009A2 (en) 2008-02-13
EP1886009A4 (en) 2013-05-29
MX2007014602A (es) 2008-02-07
BRPI0611501B1 (pt) 2018-09-04
CN102877977A (zh) 2013-01-16
JP2008542603A (ja) 2008-11-27
WO2006127716A2 (en) 2006-11-30
BRPI0611501B8 (pt) 2018-12-04
WO2006127716A3 (en) 2007-04-19
KR20080032034A (ko) 2008-04-14
CN101213360B (zh) 2013-01-09
EP1886009B1 (en) 2019-06-26
CN102877977B (zh) 2016-03-16
US7383807B2 (en) 2008-06-10
CN101213360A (zh) 2008-07-02
BRPI0611501A2 (pt) 2011-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101276563B1 (ko) 디젤 엔진용 코팅된 파워 실린더 구성요소
EP1730396B1 (en) High strength steel cylinder liner for diesel engine
US20130180494A1 (en) Piston with anti-carbon deposit coating and method of construction thereof
EP3163129B1 (en) Piston ring
US20130133609A1 (en) Piston with anti-carbon deposit coating and method of construction thereof
US10119613B2 (en) Wrist pin and method of reducing wear between members thereof, connecting rod, piston and methods of constructing same
US20130199503A1 (en) Opposed-piston cylinder bore constructions with solid lubrication in the top ring reversal zones
KR20010093259A (ko) 보호용 피복의 제조 방법 및 보호용 피복을 구비하는부품을 적어도 하나 포함하는 엔진
JP2011179573A (ja) ピストンリング
US9291192B2 (en) Connecting rod with bearing-less large end
EP2964939A1 (en) Piston with anti-carbon deposit coating and method of construction thereof
JP2000291807A (ja) スタッフィングボックスリング
EP1448918A1 (en) Piston for an internal combustion engine
RU80897U1 (ru) Поршень двигателя внутреннего сгорания
JP2016011674A (ja) ピストンリング
WO2022240951A1 (en) Coated piston ring for an internal combustion engine
JPH1151187A (ja) ピストンリング
KR19980078568A (ko) 자동차 엔진의 피스톤링

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160330

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180329

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190327

Year of fee payment: 7