JP6889692B2 - アルコール燃料用ピストン - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、アルコール燃料にも使用できる耐焼付性、耐摩耗性および耐腐食性を兼備した内燃機関用オイルリングとして、摺動面に窒化層を有し、母材が特定の組成を有し、特定の焼入れ焼もどし硬さを有し、且つウェブ部の厚みが特定の厚みであるオイルリングが提案されている。
更に特許文献3には、アルコール燃料にも対応し得る、より高い耐摩耗性、耐クラック性及び耐剥離性を有するピストンリングとして、摺動面にCr−B−V−N系の合金被膜が被覆されたピストンリングが開示されている。
一方で、アルコール燃料を使用する内燃機関においては、ガソリン燃料と比べ筒内に噴射される燃料が多く、燃焼時の未燃アルコールや燃焼時に発生する水分が燃焼室内に含まれるカルシウム成分と反応することによって、炭酸カルシウムや硫酸カルシウム等のアル
コール燃料生成物が生じることがある。アルコール燃料生成物は、シリンダ内壁に堆積し、シリンダ内壁の真円度が悪化することがあることを本発明者らは見出した。
該ピストンのリング溝に装着されたトップリング、セカンドリング及び組合せオイルリング、
からなる、アルコール燃料用ピストンであって、
前記トップリング及びオイルリングは、その外周面にDLC被膜を有し、
前記セカンドリングは、その外周面に、PVD被膜、窒化物被膜、及び硬質クロムメッキから選択される被膜を有する、
アルコール燃料用ピストンである。
また、前記アルコール燃料は、アルコール含有量が20体積%以上であることが好ましい。
前記トップリング及びオイルリングは、その外周面に摩擦係数μが0.1以下である被膜を有し、
前記セカンドリングは、その外周面に、前記トップリング及びオイルリングが有する被膜よりも、摩擦係数が高い被膜を有する、
アルコール燃料用の内燃機関の製造方法である。
ピストン2には、燃焼室側から第1の溝24、第2の溝34、及び第3の溝14が形成されている。第1の溝24には、コンプレッションリングであるトップリング20が装着され、第2の溝34には、コンプレッションリングであるセカンドリング30が装着され、第3の溝14には、組合せオイルリング10が装着される。
本実施形態では、トップリング20及び組合せオイルリング10の、シリンダ1の内壁との摺動面、即ちトップリング20及び組合せオイルリング10の外周面は、DLC被膜を有する。
DLC被膜の厚さは特段限定されないが、通常0.5μm以上、好ましくは1μm以上であり、また通常30μm以下、好ましくは10μm以下であってよい。
また、DLC被膜の硬度は特段限定されないが、通常800Hv以上、好ましくは1200Hv以上、また通常3500Hv以下、好ましくは2500Hv以下である。
また、DLC被膜の算術表面粗さ(Ra)は、通常0.1μm以下であり、0.05μm以下であってよい。なお、算術表面粗さ(Ra)は、JIS B0601(2001)に沿って測定された値である。
また、組合せオイルリング10は3ピース構成のオイルリングであるが、これに限られず、2ピース構成のオイルリングであってよい。
あってよく、40体積%以上であってよく、50体積%以上であってよい。
また、セカンドリングのシリンダ1の内壁との摺動面を被覆する被膜の硬度は特段限定されないが、通常700Hv以上、好ましくは800Hv以上、また通常2000Hv以下、好ましくは1500Hv以下である。
また、セカンドリングのシリンダ1の内壁との摺動面を被覆する被膜の算術表面粗さ(Ra)は、通常0.3以下である。
<アルコール燃料使用高回転運転試験>
内燃機関用ピストンのリング溝に、トップリング、セカンドリング及び組合せオイルリングを装着した。トップリング、セカンドリング及び組合せオイルリングの、シリンダ内壁との摺動面は、DLC被膜(硬度1850Hv、以下に示す往復動摩擦試験による摩擦係数(μ)0.086)を有する。
上記内燃機関用ピストンを用い、アルコール85体積%燃料(残りの15体積%はガソリン)を用いて、排気量2Lの内燃機関を高回転(6000rpm)で連続運転試験(200時間)を行い、LOC評価を行ったところ、LOCの値は2.2倍と悪化した。
LOC評価後の内燃機関のシリンダボアは、図2に示すように、真円度が悪化していた。
図3に概要を示す往復動摩擦試験機100を用いて行った。往復動摩擦試験に際して用いたリング材101は、ピストンリングの切出し片であり、リング材101はピストンリング母材と同様にDLC又はPVDで全面を被覆した。
リング材101の摺動面は、曲率半径が18mmとなるように鏡面仕上げされたものを用いた。また、リング材101と摺動させるシリンダ材102は、シリンダボアの切出し材(FC250相当材:HRB100、Aタイプ黒鉛75%、炭化物析出0.5%以下、Rz2.0μm(JIS B0601(2001)に基づく))を用いた。
<試験条件>
・ストローク:50mm
・荷重:5N
・速度:100cycle/min
・評価温度:常温
・潤滑油:エタノール、3mL/hを20秒毎に分割滴下
・試験時間:5min
なお、往復動摩擦試験は、上記アルコール燃料使用高回転運転試験を行ったDLC被膜と、PVD被膜(硬度1100Hv)について行った。PVD被膜の往復動摩擦試験による摩擦係数(μ)は0.170であった。
リンダ内壁に硫酸カルシウムなどの堆積物が付着し、シリンダ内壁の真円度が悪化し、その結果、LOCの悪化を招くことが解った。
そのため、シリンダ内壁に堆積する堆積物を掻き落とすため、セカンドリングのシリンダ内壁との摺動面に、より摩擦係数の高いPVD被膜、窒化物被膜、及び硬質クロムメッキから選択される被膜を有することが、燃費の改善とLOC悪化の防止とを両立させるためには、有効である。また、シリンダ内壁の堆積物を掻き落とすことができるため、シリンダ内壁の真円度の悪化を防ぐことができる。
2 ピストン
10 組合せオイルリング
11、12 セグメント
13 エキスパンダ・スペーサ
14 第3の溝
20 トップリング(コンプレッションリング)
24 第1の溝
30 セカンドリング(コンプレッションリング)
34 第2の溝
100 往復動摩擦試験機
101 リング材
102 シリンダ材
103 潤滑油供給機構
Claims (3)
- ピストンリングが装着される3つのリング溝を有する内燃機関用ピストン、並びに
該ピストンのリング溝に、前記ピストンの燃焼室側から順に装着されたトップリング、セカンドリング及び組合せオイルリング、
からなる、アルコール燃料用ピストンであって、
前記トップリング及びオイルリングは、その外周摺動面にDLC被膜を有し、
前記セカンドリングは、その外周摺動面に、前記トップリングの前記外周摺動面より摩擦係数が高い被膜である、PVD被膜、窒化物被膜、及び硬質クロムメッキから選択される被膜を有し、
前記アルコール燃料は、アルコール含有量が20体積%以上である、
アルコール燃料用ピストン。 - 前記セカンドリングは、その外周摺動面にPVD被膜を有する、請求項1に記載のアルコール燃料用ピストン。
- 3つのリング溝を有する内燃機関用ピストンに、トップリング、セカンドリング及び組合せオイルリングを装着する工程、を有するアルコール燃料用の内燃機関の製造方法であって、
該ピストンのリング溝に、前記ピストンの燃焼室側から順に前記トップリング、前記セカンドリング及び前記組合せオイルリングが装着され、
前記トップリング及びオイルリングは、その外周摺動面にDLC被膜を有し、
前記セカンドリングは、その外周摺動面に、前記トップリングの前記外周摺動面より摩擦係数が高い被膜である、PVD被膜、窒化物被膜、及び硬質クロムメッキから選択される被膜を有し、
前記アルコール燃料は、アルコール含有量が20体積%以上である、
アルコール燃料用の内燃機関の製造方法。
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JP2018191361A JP6889692B2 (ja) | 2018-10-10 | 2018-10-10 | アルコール燃料用ピストン |
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