JP6446187B2 - piston ring - Google Patents
piston ring Download PDFInfo
- Publication number
- JP6446187B2 JP6446187B2 JP2014132184A JP2014132184A JP6446187B2 JP 6446187 B2 JP6446187 B2 JP 6446187B2 JP 2014132184 A JP2014132184 A JP 2014132184A JP 2014132184 A JP2014132184 A JP 2014132184A JP 6446187 B2 JP6446187 B2 JP 6446187B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston ring
- curved surface
- chamber side
- combustion chamber
- cross
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 29
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 27
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910001105 martensitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000002335 surface treatment layer Substances 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100043866 Caenorhabditis elegans sup-10 gene Proteins 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000677 High-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100381534 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) BEM2 gene Proteins 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007739 conversion coating Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
本発明は、ピストンリングに関し、特に、バレル面形状の外周摺動面を有する圧力リングに関する。 The present invention relates to a piston ring, and more particularly to a pressure ring having an outer peripheral sliding surface having a barrel surface shape.
舶用エンジンを含む大型ディーゼルエンジンは、地球環境問題の顕在化とともに、近年ますます高出力化、高効率化（CO2低減）の傾向にある。具体的には、シリンダ有効圧力や最高圧力の上昇、熱負荷増大による作用応力の増大、あるいは平均ピストン速度の上昇などであり、特に、シリンダ内最高圧力は22 MPaにまで達し、将来は30 MPaまでさらに上昇することが計画されている。第１圧力リング（以下「トップリング」ともいう。）がシリンダライナ面に押し付けられる荷重（以下「リング荷重」ともいう。）は、このシリンダ内最高圧力にほぼ比例的に増大するため、圧力リングの使用環境は非常に過酷になる。 Large diesel engines, including marine engines, are becoming increasingly more powerful and more efficient (CO 2 reduced) in recent years as global environmental problems become more apparent. Specifically, the cylinder effective pressure and the maximum pressure are increased, the working stress is increased by increasing the thermal load, or the average piston speed is increased. In particular, the maximum pressure in the cylinder reaches 22 MPa, and in the future 30 MPa It is planned to rise further. Since the load (hereinafter also referred to as “ring load”) against which the first pressure ring (hereinafter also referred to as “top ring”) is pressed against the cylinder liner surface increases in proportion to the maximum pressure in the cylinder, the pressure ring The usage environment becomes very harsh.
また、上記のような過酷な使用環境下では、ピストンのリング溝はピストン上部の熱膨張に基づく熱変形や燃焼圧力の影響、ピストン溝の摩耗により軸方向に垂直な方向からやや下向き（燃焼室と反対の方向）に変形する傾向にあり、さらにトップリングはシリンダ内圧力により下向き（燃焼室と反対の方向）に倒される傾向になる。すなわち、トップリングは外周摺動面の軸方向幅の中央位置より燃焼室側でシリンダ壁と摺動接触する傾向となる。極端な場合には、トップリングの当たり面が外周摺動面から外れる、いわゆるエッジ・ローディング（「外周上当たり」ともいう。）が起きることもある。 Also, under the above severe usage environment, the piston ring groove is slightly downward from the direction perpendicular to the axial direction due to thermal deformation and combustion pressure due to thermal expansion of the upper part of the piston, and wear of the piston groove (combustion chamber). The top ring tends to be tilted downward (in the direction opposite to the combustion chamber) due to the pressure in the cylinder. That is, the top ring tends to come into sliding contact with the cylinder wall on the combustion chamber side from the center position of the axial width of the outer peripheral sliding surface. In an extreme case, so-called edge loading (also referred to as “periphery on the outer periphery”) may occur in which the contact surface of the top ring deviates from the outer peripheral sliding surface.
大型ディーゼルエンジンにおけるトラブルは、ピストンリングを含むピストン、シリンダライナに集中し、特に、ピストンリングとシリンダライナのスカッフの問題から重大損傷に至ることが多い。スカッフは、リング荷重が増大し、上記のようなエッジ・ローディングが起きたとき、また上死点及び下死点の近傍で境界潤滑状態になるときに発生しやすい。 Troubles in large diesel engines are concentrated on pistons and cylinder liners including piston rings, and in particular often cause serious damage due to the problem of scuffing of piston rings and cylinder liners. Scuffing is likely to occur when the ring load increases and edge loading as described above occurs, or when the boundary lubrication is in the vicinity of the top dead center and the bottom dead center.
これまでの大型ディーゼルエンジン用トップリングは、外周摺動面にめっきや溶射により硬質皮膜を被覆し、さらにバレル面形状に研磨加工して、耐久性と油膜生成機能の向上を図ってきた。例えば、特許文献１は、外周すべり面を、その断面形状が上方から第１、第２及び第３の異なる曲率半径の円弧からなる複合面で構成し、第２の曲率半径が第１及び第３の曲率半径より大きく且つ第２の曲率半径によって画定される第２の外周すべり面の軸方向幅がピストンリングの軸方向幅のほぼ1/2であり、第２の外周すべり面の断面円弧の曲率中心がピストンリングの軸方向幅内で幅中央以下の位置にあり、かつ、第１、第２及び第３の外周すべり面がその境界部に凹部が形成されない状態で連なっていることを特徴とするピストンリングを開示している。 The top rings for large diesel engines so far have been coated with a hard coating on the outer peripheral sliding surface by plating or thermal spraying, and further polished into a barrel surface shape to improve durability and oil film generation function. For example, in Patent Document 1, the outer peripheral sliding surface is composed of a composite surface whose cross-sectional shape is composed of arcs of first, second, and third different curvature radii from above, and the second curvature radius is first and first. The axial width of the second outer peripheral sliding surface that is larger than the curvature radius of 3 and defined by the second curvature radius is approximately ½ of the axial width of the piston ring, and the cross-sectional arc of the second outer peripheral sliding surface The center of curvature of the piston ring is at a position below the center of the width within the axial width of the piston ring, and the first, second and third outer peripheral sliding surfaces are connected in a state where no recess is formed at the boundary portion. A featured piston ring is disclosed.
また、特許文献２は、外周摺動面がバレル形状で、上下側面と交差する部分に面取り加工したコーナー部を有するピストンリングにおいて、外周摺動面に窒化層やPVD層の表面処理層を形成した場合に、バレル面とコーナー部の境界のエッジ部で表面処理層のクラックや剥離が生じないピストンリングを提供することを目的に、コーナー部が半径0.05 mm以上でバレル面半径よりは小さい曲面形状をなすとともに、コーナー部とバレル部とが稜線部が存在することなく連続的につながって形成されているピストンリングを開示している。
Further, in
また、特許文献３は、ピストンリングの外周面とシリンダライナの摺動面との間のガスシール能力不足による吹き抜けガス量の増大を防止し、ピストンリングバック部の汚れや、吹き抜けガス中の亜硫酸ガスによるシリンダライナの腐食を防止し、且つ、接触圧力を低減したピストンリングを提供することを目的に、ピストンリングの外周面を、曲率半径R=1.18D〜1.35D（D：シリンダ内径）の円弧プロファイルに設定したピストンリングを開示している。ガスシール能力を表す漏れ流量Qが円弧プロファイルの曲率半径Rの3乗に反比例することを考慮し、曲率半径Rを大きくしたことに特徴を有するものである。
Further,
しかし、特許文献１及び特許文献２のピストンリングは、外周バレル面とコーナー部を滑らかな曲線で繋いでいるものの、前述のエッジ・ローディングを避けることができるまでには至っておらず、特許文献３のピストンリングも、バレル面の曲率半径を従来よりも大きくしているため、逆にエッジ・ローディングを起こしやすい状況にある。
However, although the piston rings of Patent Literature 1 and
本発明は、エッジ・ローディングを回避し、耐スカッフ性及び耐摩耗性に優れたピストンリングを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a piston ring that avoids edge loading and has excellent scuff resistance and wear resistance.
本発明者らは、ピストンリングの外周摺動面の形状について鋭意研究の結果、特にエッジ・ローディングを回避し十分な油膜形成を可能とする形状の、耐スカッフ性及び耐摩耗性に優れたピストンリングを提供できることに想到した。 As a result of diligent research on the shape of the outer peripheral sliding surface of the piston ring, the present inventors have made a piston excellent in scuffing resistance and wear resistance, particularly in a shape capable of avoiding edge loading and forming a sufficient oil film. I came up with the idea of providing a ring.
すなわち、本発明のピストンリングは、ピストンリングの中心軸を通り前記中心軸に平行な断面に現れる外周摺動面の第１の曲面が外に凸であって、前記第１の曲面の曲率半径が燃焼室側からクランク室側に連続的に増加しており、前記断面に現れる前記第１の曲面の頂点が軸方向幅の中央位置よりクランク室側に位置し、前記第１の曲面の前記断面に現れる曲線がインボリュート曲線を変形した曲線で表されることを特徴とする。
That is, in the piston ring of the present invention, the first curved surface of the outer peripheral sliding surface that appears in a cross section passing through the central axis of the piston ring and parallel to the central axis is outwardly convex, and the radius of curvature of the first curved surface is Is continuously increased from the combustion chamber side to the crank chamber side, and the vertex of the first curved surface appearing in the cross section is located closer to the crank chamber side than the center position of the axial width , and the first curved surface The curve appearing in the cross section is represented by a curve obtained by deforming the involute curve .
前記第１の曲面の前記断面に現れる曲線は、
x = a(cosθ+θb・sinθ)/α
y = a(sinθ-θcosθ)/β
aは3000〜10000、bは2〜3、αは1〜2、βは1〜5、の範囲内で設定される定数
なる関係式を用いて表されることがより好ましい。
Curve appearing in the cross section of the first curved surface,
x = a (cosθ + θ b・ sinθ) / α
y = a (sinθ-θcosθ) / β
It is more preferable that a is 3000 to 10000, b is 2 to 3, α is 1 to 2, and β is 1 to 5, and is expressed using a constant relational expression set in the range of 1 to 5.
また、前記第１の曲面と燃焼室側上側面及びクランク室側下側面の間は、それぞれに面取り部を有することが好ましく、又は、それぞれに外に凸の第２及び第３の曲面を有することが好ましい。 Preferably, the first curved surface and the combustion chamber side upper side surface and the crank chamber side lower side surface each have a chamfered portion, or have outwardly convex second and third curved surfaces, respectively. It is preferable.
また、前記断面に現れる前記第１の曲面の頂点から燃焼室側端までの半径方向の後退量（t）（以下、単に「半径方向の後退量」又は「燃焼室側外周摺動面の後退量」ともいう。）は、ピストンリングの呼び径（d1）の0.001％以上であることが好ましい。 Further, the amount of retreat in the radial direction (t) from the apex of the first curved surface appearing in the cross section to the combustion chamber side end (hereinafter simply referred to as “radial retreat amount” or “retreat of the combustion chamber side outer peripheral sliding surface”). The amount is also preferably 0.001% or more of the nominal diameter (d1) of the piston ring.
本発明のピストンリングは、外周摺動面の第１の曲面形状が、燃焼室側からクランク室側に曲率半径が連続的に増加しているため、燃焼室側の曲率半径が比較的小さく、よって半径方向の後退量も大きくなっているので、シリンダ内最高圧力が負荷される燃焼行程時のエッジ・ローディングを回避することができ、重大損傷に至ることが避けられる。また、燃焼室側の半径方向の後退量が大きいと、ピストン下降時にスカート側から流入したオイルが蓄積しやすいため、この蓄積されたオイルが上死点付近まで残って、スカッフの回避にも貢献する。一方、クランク室側の曲率半径は大きく、リング荷重によるヘルツ応力が低減され、油膜も厚く形成されるので、優れた耐摩耗性を示すことができる。さらに、第１の曲面形状を、例えば、インボリュート曲線を変形した曲線で表せば、曲率半径を所望の範囲で連続的に変えることが可能となり、さらに数値制御による加工によって形成すること、あるいは数値制御により形成した形状の砥石により成形加工することも可能となって、確実に、且つ効率よく、燃焼室側からクランク室側に連続的に曲率半径が増加した第１の曲面を形成することが可能となる。 In the piston ring of the present invention, the first curved surface shape of the outer peripheral sliding surface has a radius of curvature continuously increasing from the combustion chamber side to the crank chamber side, so the curvature radius on the combustion chamber side is relatively small, Therefore, since the amount of retreat in the radial direction is also large, edge loading during the combustion stroke in which the maximum pressure in the cylinder is loaded can be avoided, and serious damage can be avoided. In addition, if the retreat amount in the radial direction on the combustion chamber side is large, the oil flowing in from the skirt side tends to accumulate when the piston descends, so this accumulated oil remains near the top dead center, contributing to avoiding scuffing. To do. On the other hand, the curvature radius on the crank chamber side is large, the Hertz stress due to the ring load is reduced, and the oil film is formed thick, so that excellent wear resistance can be exhibited. Furthermore, if the first curved surface shape is expressed by, for example, a curve obtained by deforming an involute curve, the radius of curvature can be continuously changed within a desired range, and the first curved surface shape can be formed by numerical control or numerical control. It is also possible to form the first curved surface with the radius of curvature continuously increasing from the combustion chamber side to the crank chamber side, which can be molded with a grindstone of the shape formed by It becomes.
図１〜図４は、本発明の実施態様にかかる、軸方向幅（h1）、径方向厚さ（a1）のピストンリング(1)の断面を示している。断面はピストンリング(1)の中心軸を通る中心軸に平行な断面であり、外周摺動面は外に凸の第１の曲面(2)を含んでいる。そして、この第１の曲面(2)は、曲率半径（R）が燃焼室側（図の上部）からクランク室側（図の下部）に連続的に増加していることを特徴としている。これにより、第１の曲面(2)の燃焼室側の曲率半径が小さく、半径方向の後退量（t）が大きくなり、シリンダ内最高圧力が負荷される燃焼行程時のエッジ・ローディングを回避することができる。 1 to 4 show a cross section of a piston ring (1) having an axial width (h1) and a radial thickness (a1) according to an embodiment of the present invention. The cross section is a cross section parallel to the central axis passing through the central axis of the piston ring (1), and the outer peripheral sliding surface includes an outwardly convex first curved surface (2). The first curved surface (2) is characterized in that the radius of curvature (R) continuously increases from the combustion chamber side (upper part in the figure) to the crank chamber side (lower part in the figure). As a result, the radius of curvature of the first curved surface (2) on the combustion chamber side is small, the retreat amount (t) in the radial direction is large, and edge loading during the combustion stroke in which the maximum pressure in the cylinder is loaded is avoided. be able to.
曲率半径（R）が連続的に増加する曲線としては、例えば、インボリュート曲線が挙げられる。インボリュート曲線は、円に巻き付けた糸をぴんと張った状態でほどいていくときの糸の端点が描く軌跡をいい、
x = cosθ+θsinθ
y = sinθ-θcosθ
で表されるが、本発明のピストンリングの外周摺動面の第１の曲面(2)に適した曲率変化とするためには、上記曲線をパラメータa、b、α、βを用いて変形し、
x = a(cosθ+θb・sinθ)/α
y = a(sinθ-θcosθ)/β
a、b、α、βは定数
なる関係式で表される曲線（変形インボリュート曲線）を用いることが好ましい。ここで、a、b、α、βは適用するピストンリングに応じて適宜設定できるが、aは3000〜10000、bは2〜3、αは1〜2、βは1〜5とすることが好ましい。上記関係式の座標軸を所定量回転し、且つ所定量平行移動することにより、例えばx軸をa1方向（リング軸に垂直な方向）、y軸をh1方向（リング軸方向）として、第１の曲面(2)の頂点を原点とした曲線を描くことができる。
An example of the curve in which the radius of curvature (R) continuously increases is an involute curve. The involute curve refers to the trajectory drawn by the end points of the yarn as it is unwound while tightly winding the yarn wrapped around a circle.
x = cosθ + θsinθ
y = sinθ-θcosθ
In order to obtain a curvature change suitable for the first curved surface (2) of the outer peripheral sliding surface of the piston ring of the present invention, the above curve is deformed using parameters a, b, α, and β. And
x = a (cosθ + θ b・ sinθ) / α
y = a (sinθ- θcosθ ) / β
For a, b, α, and β, it is preferable to use curves (deformed involute curves) represented by constant relational expressions. Here, a, b, α, and β can be appropriately set according to the piston ring to be applied, but a is 3000 to 10000, b is 2 to 3, α is 1 to 2, and β is 1 to 5 preferable. By rotating the coordinate axis of the relational expression by a predetermined amount and translating by a predetermined amount, for example, the first axis is set to the a1 direction (direction perpendicular to the ring axis) and the y axis is set to the h1 direction (ring axis direction). A curve with the vertex of the curved surface (2) as the origin can be drawn.
上記のように明確に数式で表される曲線は、第１の曲面の形成に際し、数値制御による加工や、数値制御により形成した形状の砥石による成形加工を可能とするため、製造を容易にし、製造品質を向上する。 The curve clearly expressed by the mathematical formula as described above is easy to manufacture in order to enable processing by numerical control and molding by a grindstone having a shape formed by numerical control when forming the first curved surface. Improve manufacturing quality.
図２〜図４は、本発明の図１とは別の実施態様にかかるピストンリングを示している。図１及び図２は外周摺動面が第１の曲面からのみ構成され、第１の曲面の頂点が、図１では上側面と下側面の間に位置しているが図２では下側面側端に位置している。図３は第１の曲面(2)と燃焼室側上側面(3)及びクランク室側下側面(4)の間それぞれに面取り部(5,5)を有しており、図４は面取り部(5,5)の代わりに外に凸の第２及び第３の曲面(6,6)を有している。 2 to 4 show a piston ring according to an embodiment different from FIG. 1 of the present invention. 1 and 2, the outer peripheral sliding surface is composed only of the first curved surface, and the vertex of the first curved surface is located between the upper side surface and the lower side surface in FIG. Located at the end. 3 has chamfers (5, 5) between the first curved surface (2) and the combustion chamber side upper surface (3) and the crank chamber side lower surface (4). FIG. Instead of (5,5), there are convex second and third curved surfaces (6,6).
本発明のピストンリングは、基本的に、第１の曲面の頂点は軸方向幅の中央位置よりクランク室側に位置することが好ましい。それにより、燃焼室側の外周摺動面の後退量（t）を大きく取ることができる。後退量（t）はピストンリングの呼び径（d1）の0.001％以上であることが好ましく、0.004％以上であることがより好ましい。また、上限は0.015％であることが好ましい。 In the piston ring of the present invention, basically, the vertex of the first curved surface is preferably located closer to the crank chamber than the center position in the axial width. Thereby, the retreating amount (t) of the outer peripheral sliding surface on the combustion chamber side can be increased. The retraction amount (t) is preferably 0.001% or more of the nominal diameter (d1) of the piston ring, and more preferably 0.004% or more. The upper limit is preferably 0.015%.
本発明のピストンリングは、シリンダ内最高圧力の大きな、呼び径が200 mm以上1100 mm未満の大型ディーゼルエンジンで好ましく使用できるが、外周摺動面が所定の形状を満足すれば、その適用エンジンを限定するものではなく、呼び径200 mm未満の中型ディーゼルエンジンにも使用できる。 The piston ring of the present invention can be preferably used in a large diesel engine having a large maximum pressure in the cylinder and a nominal diameter of 200 mm or more and less than 1100 mm. However, if the outer peripheral sliding surface satisfies a predetermined shape, the applicable engine is used. Without limitation, it can also be used for medium-sized diesel engines with a nominal diameter of less than 200 mm.
また、本発明のピストンリングの母材は、鋳鉄材でも鋼材でも適用可能であるが、高出力化や高効率化に有効に対応し、さらに軽量化や低張力化を目指すには鋼材を適用することが好ましい。鋼材を母材に適用する場合、炭素鋼、低合金鋼、バネ鋼、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレスから選択された鋼であることが好ましい。炭素鋼であればCが0.6〜0.8質量％程度の高炭素鋼、バネ鋼であればSUP9、SUP10、SUP12等、軸受鋼であればSUJ2、マルテンサイト系ステンレスであればSUS420J2やSUS440Bが好ましく使用される。高温強度、熱伝導率、耐熱ヘタリ性等、求められる要求特性により適した鋼材が選択される。 The base material of the piston ring of the present invention can be applied to either cast iron or steel, but it is effective for high power and high efficiency, and steel is used for further weight reduction and low tension. It is preferable to do. When the steel material is applied to the base material, it is preferably a steel selected from carbon steel, low alloy steel, spring steel, bearing steel, and martensitic stainless steel. High carbon steel with C of about 0.6 to 0.8% by mass for carbon steel, SUP9, SUP10, SUP12 etc. for spring steel, SUJ2 for bearing steel, SUS420J2 or SUS440B for martensitic stainless steel Is done. A steel material suitable for required characteristics such as high-temperature strength, thermal conductivity, and heat resistance is selected.
本発明のピストンリングは、窒化皮膜、めっき皮膜、溶射皮膜、化成処理皮膜、及びイオンプレーティング皮膜からなるグループから選択された1又は2以上の皮膜を有していることが好ましい。めっき皮膜には、硬質クロムめっき皮膜、多層クロムめっき皮膜、ニッケル複合めっき皮膜が含まれ、溶射皮膜には、モリブデン溶射皮膜やサーメット溶射皮膜、イオンプレーティング皮膜には、CrN皮膜やTiN皮膜が含まれる。 The piston ring of the present invention preferably has one or more coatings selected from the group consisting of a nitride coating, a plating coating, a thermal spray coating, a chemical conversion coating, and an ion plating coating. Plating coating includes hard chrome plating coating, multilayer chromium plating coating, nickel composite plating coating, thermal spray coating includes molybdenum spray coating and cermet spray coating, and ion plating coating includes CrN coating and TiN coating. It is.
実施例1
材料組成が、質量％で、C：0.48％、Si：0.21％、Mn：0.79％、Cr：1.02％、V：0.22％で、外径110 mm、長さ200 mmの棒鋼から、リングローリング加工により筒状素材を作製し、機械加工を施し、呼び径（d1）330 mm、幅（h1）5 mm、厚さ（a1）9 mmの矩形断面の鋼製トップリングを作製した。次に、460℃、5時間のガス窒化によりリング全面に窒化層を約70μm形成し、さらに外周には、高速フレーム溶射によりNi合金基地中に微細なCr炭化物粒子が分散した複合材粒子を主たる構成粒子（スルザーメテコ社のSM5241粉末）とするサーメット溶射皮膜を約500μm形成し、最終的には溶射皮膜の膜厚約350μmまで仕上研磨を施した。ここで、ガス窒化により表面に生成した化合物層（白層）は研削除去した。
Example 1
The material composition is mass%, C: 0.48%, Si: 0.21%, Mn: 0.79%, Cr: 1.02%, V: 0.22%. A cylindrical material was produced by machining and machined to produce a steel top ring with a rectangular cross section having a nominal diameter (d1) of 330 mm, a width (h1) of 5 mm, and a thickness (a1) of 9 mm. Next, a nitride layer of about 70 μm is formed on the entire ring surface by gas nitriding at 460 ° C. for 5 hours, and the outer periphery mainly comprises composite particles in which fine Cr carbide particles are dispersed in a Ni alloy matrix by high-speed flame spraying. A cermet sprayed coating having a constituent particle (SM5241 powder from Sulzer Metco Co., Ltd.) was formed to a thickness of about 500 μm, and final polishing was performed to a final coating thickness of about 350 μm. Here, the compound layer (white layer) formed on the surface by gas nitriding was removed by grinding.
仕上研磨により形成した外周摺動面の第１の曲面は、
x = a(cosθ+θb・sinθ)/α
y = a(sinθ-θcosθ)/β
a = 6000、b = 3、α= 1、β= 1.5
なる変形インボリュート曲線を用い、第１の曲面の頂点（燃焼室側上側面から3.5 mmの距離とした）が座標軸の原点となるように、上記変形インボリュート曲線の座標軸を適宜回転させ、平行移動して描いている。また、この場合、下側面から0.5 mmの位置の曲率半径が340 mm、頂点位置の曲率半径が270 mm、上側面から0.5 mmの位置の曲率半径が100 mmとなる。この形状に成形した成形砥石を用いて、第１の曲面を形成し、上下側面から0.5 mmの領域は面取り加工を施し、仕上研磨を完了した。また、燃焼室側の外周摺動面の後退量（t）は0.016 mmで、呼び径（d1）の0.0048％であった。
The first curved surface of the outer peripheral sliding surface formed by finish polishing is
x = a (cosθ + θ b・ sinθ) / α
y = a (sinθ- θcosθ ) / β
a = 6000, b = 3, α = 1, β = 1.5
Using the deformed involute curve, the coordinate axis of the deformed involute curve is appropriately rotated and translated so that the apex of the first curved surface (with a distance of 3.5 mm from the combustion chamber side upper surface) is the origin of the coordinate axis. I draw. In this case, the radius of curvature at a position 0.5 mm from the lower side is 340 mm, the radius of curvature at the apex position is 270 mm, and the radius of curvature at a position 0.5 mm from the upper side is 100 mm. A first curved surface was formed by using a forming grindstone molded in this shape, and a region 0.5 mm from the upper and lower side surfaces was chamfered to complete the finish polishing. The retreat amount (t) of the outer peripheral sliding surface on the combustion chamber side was 0.016 mm, which was 0.0048% of the nominal diameter (d1).
実機試験
実機試験は、ボア径330 mmの6気筒4ストローク中速ディーゼルエンジンの試験機において、6気筒全てに実施例1のトップリングを装着したピストンを使用して行った。トップリング以外は、従来から使用されてきたピストンリングを使用した。300時間の運転中はエッジ・ローディング等のトラブルは無く、トップリングを取り出して摺動面を観察した結果も特に異常はなかった。
Actual machine test The actual machine test was conducted on a 6-cylinder, 4-stroke, medium-speed diesel engine test machine having a bore diameter of 330 mm, using the pistons in which the top ring of Example 1 was attached to all 6 cylinders. Except for the top ring, a conventionally used piston ring was used. During 300 hours of operation, there were no problems such as edge loading, and the result of taking out the top ring and observing the sliding surface was not particularly abnormal.
実施例2
材料組成が、質量％で、C：3.7％、Si：2.7％、Mn：0.6％、P：0.04％、S：0.01％、Cr：0.10％、Ni：0.90％、V：0.07％、Cu：2.39％の鋳鉄を溶解、鋳造、機械加工して、呼び径（d1）330 mm、幅（h1）7 mm、厚さ（a1）10 mmの矩形断面のCV黒鉛鋳鉄製圧力リングを作製した。変形インボリュート曲線のパラメータをa = 3000、b = 3、α= 1、β= 2として、燃焼室側上側面から4.5 mmの距離とした第１の曲面の頂点が座標軸の原点となるように、上記変形インボリュート曲線の座標軸を適宜回転させ、平行移動して描いている。また、この場合、下側面から0.5 mmの位置の曲率半径がR360 mm、頂点位置の曲率半径がR300 mm、上側面から0.5 mmの位置の曲率半径がR50 mmとなる。この形状に成形した成形砥石を用いて、第１の曲面を形成し、上下側面から0.5 mmの領域は面取り加工を施し、仕上研磨を完了した。また、燃焼室側の外周摺動面の後退量（t）は0.035 mmで、呼び径（d1）の0.011％であった。
Example 2
Material composition is mass%, C: 3.7%, Si: 2.7%, Mn: 0.6%, P: 0.04%, S: 0.01%, Cr: 0.10%, Ni: 0.90%, V: 0.07%, Cu: 2.39% cast iron was melted, cast and machined to produce a CV graphite cast iron pressure ring with a nominal diameter (d1) of 330 mm, width (h1) of 7 mm, and thickness (a1) of 10 mm. The parameters of the modified involute curve are a = 3000, b = 3, α = 1, β = 2, and the vertex of the first curved surface with a distance of 4.5 mm from the combustion chamber side upper surface is the origin of the coordinate axis. The coordinate axis of the modified involute curve is appropriately rotated and drawn in parallel. In this case, the radius of curvature at a position 0.5 mm from the lower side is R360 mm, the radius of curvature at the apex position is R300 mm, and the radius of curvature at a position 0.5 mm from the upper side is R50 mm. A first curved surface was formed by using a forming grindstone molded in this shape, and a region 0.5 mm from the upper and lower side surfaces was chamfered to complete the finish polishing. The retreat amount (t) of the outer peripheral sliding surface on the combustion chamber side was 0.035 mm, which was 0.011% of the nominal diameter (d1).
実施例2についても、実施例1と同様な実機試験を行った結果、いずれの気筒においてもトラブルは無く、またトップリングの摺動面も異常はなかった。 As for Example 2, the same actual machine test as in Example 1 was performed. As a result, there was no trouble in any cylinder, and there was no abnormality in the sliding surface of the top ring.
1 ピストンリング
2 第１の曲面
3 燃焼室側上側面
4 クランク室側下側面
5 面取り部
6 第２及び第３の曲面
1 Piston ring
2 First curved surface
3 Combustion chamber side upper side
4 Crank chamber lower side
5 Chamfer
6 Second and third curved surfaces
Claims (5)
x = a(cosθ+θb・sinθ)/α
y = a(sinθ-θcosθ)/β
aは3000〜10000、bは2〜3、αは1〜2、βは1〜5の範囲内で設定される定数
なる関係式を用いて表されることを特徴とするピストンリング。 The piston ring according to claim 1 , wherein the curve is
x = a (cosθ + θ b・ sinθ) / α
y = a (sinθ-θcosθ) / β
A piston ring, characterized in that a is 3000 to 10000, b is 2 to 3, α is 1 to 2, and β is a constant that is set within a range of 1 to 5.
The piston ring according to any one of claims 1 to 4 , wherein a retreating amount (t) in a radial direction from an apex of the first curved surface appearing in the cross section to a combustion chamber side end is a nominal diameter (d1) of the piston ring. Piston ring characterized by being 0.001% or more of
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014132184A JP6446187B2 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | piston ring |
| KR1020177002115A KR102426972B1 (en) | 2014-06-27 | 2015-06-25 | Piston ring |
| EP15811150.0A EP3163129B1 (en) | 2014-06-27 | 2015-06-25 | Piston ring |
| CN201580034275.XA CN106662246B (en) | 2014-06-27 | 2015-06-25 | Piston ring |
| PCT/JP2015/068368 WO2015199183A1 (en) | 2014-06-27 | 2015-06-25 | Piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014132184A JP6446187B2 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | piston ring |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016011674A JP2016011674A (en) | 2016-01-21 |
| JP2016011674A5 JP2016011674A5 (en) | 2017-07-06 |
| JP6446187B2 true JP6446187B2 (en) | 2018-12-26 |
Family
ID=55228535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014132184A Active JP6446187B2 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | piston ring |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6446187B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7053531B2 (en) * | 2019-05-28 | 2022-04-12 | Ｔｐｒ株式会社 | Surface treatment method |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3359675B2 (en) * | 1992-12-18 | 2002-12-24 | 本田技研工業株式会社 | piston ring |
| JP2005273583A (en) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Toyota Motor Corp | Piston ring |
| JP2009091927A (en) * | 2007-10-05 | 2009-04-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Piston ring for reciprocating engine |
-
2014
- 2014-06-27 JP JP2014132184A patent/JP6446187B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016011674A (en) | 2016-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2015199183A1 (en) | Piston ring | |
| CN103998755B (en) | The air cylinder device of mar proof is improved by the best allocation of micro concavo-convex | |
| US9067286B2 (en) | Piston ring for a piston of an internal combustion engine, and a method for producing same | |
| JP6112203B2 (en) | Iron-based thermal spray coating, cylinder block for internal combustion engine using the same, and sliding mechanism for internal combustion engine | |
| WO2012067084A1 (en) | Piston ring | |
| JP5386213B2 (en) | Combination of cylinder and piston | |
| JP2008542603A (en) | Coated power cylinder parts for diesel engines | |
| JP2014001732A (en) | Coating with nonconstant thickness for cylinder liner | |
| US9810323B2 (en) | Piston ring | |
| JP6473335B2 (en) | piston ring | |
| JP6446188B2 (en) | piston ring | |
| JP6446187B2 (en) | piston ring | |
| US11098674B2 (en) | Piston for a heat engine, heat engine comprising such a piston, and methods | |
| JP2017026054A (en) | piston ring | |
| JP2013148026A (en) | Cylinder liner | |
| CN216111036U (en) | Piston ring and methanol engine | |
| JP6914291B2 (en) | Internal combustion engine cylinder | |
| CN217421371U (en) | Piston ring with solid lubricating coating | |
| JPH0229907B2 (en) | ||
| US20240110625A1 (en) | Compression Ring | |
| JP2024003920A (en) | Cylinder block for reciprocation engine and slide member for cylinder | |
| JPH0723649Y2 (en) | Cylinder and piston ring combination | |
| JP2516978Y2 (en) | Cylinder and piston ring combination | |
| JP2023023288A (en) | oil ring | |
| JPS6229749A (en) | Structure of sliding section of internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170525 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170525 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180227 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180405 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180925 |
|
| AA92 | Notification that decision to refuse application was cancelled |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971092 Effective date: 20181023 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181106 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181109 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181127 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181203 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6446187 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |