WO2023013264A1 - オイルリング - Google Patents
オイルリング Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023013264A1 WO2023013264A1 PCT/JP2022/024541 JP2022024541W WO2023013264A1 WO 2023013264 A1 WO2023013264 A1 WO 2023013264A1 JP 2022024541 W JP2022024541 W JP 2022024541W WO 2023013264 A1 WO2023013264 A1 WO 2023013264A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- base material
- segment
- oil ring
- segments
- pair
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 149
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 69
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 35
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 34
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 27
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 20
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 14
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 14
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 10
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 9
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 229910018104 Ni-P Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910018536 Ni—P Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 3
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007739 conversion coating Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 229910001105 martensitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021387 carbon allotrope Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N chromate(2-) Chemical compound [O-][Cr]([O-])(=O)=O ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DYRBFMPPJATHRF-UHFFFAOYSA-N chromium silicon Chemical compound [Si].[Cr] DYRBFMPPJATHRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- CPSYWNLKRDURMG-UHFFFAOYSA-L hydron;manganese(2+);phosphate Chemical compound [Mn+2].OP([O-])([O-])=O CPSYWNLKRDURMG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000398 iron phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K iron(3+) phosphate Chemical compound [Fe+3].[O-]P([O-])([O-])=O WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H zinc phosphate Chemical compound [Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910000165 zinc phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
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
- F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
-
- 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
- F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
-
- 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
Definitions
- the present invention relates to an oil ring provided with a pair of segments.
- An internal combustion engine installed in a typical automobile adopts a configuration in which a combination of a piston ring (an example of a ring-shaped member) including a compression ring (pressure ring) and an oil ring is mounted in the ring groove of the piston.
- the compression ring has a gas seal function that suppresses the outflow (blow-by) of combustion gas from the combustion chamber side to the crank chamber side by maintaining airtightness, and scrapes off excess oil that the oil ring could not scrape off. It has an oil seal function that suppresses oil rise.
- the oil ring has an oil seal function that suppresses the outflow of oil to the combustion chamber side by scraping off excess engine oil (lubricating oil) adhering to the inner wall surface of the cylinder toward the crank. By adjusting the amount of oil so that it is properly retained on the inner wall surface, it has the function of preventing seizure of the compression rings and pistons that accompany the operation of the internal combustion engine.
- the oil ring includes a pair of segments (also called side rails) arranged independently of each other in the axial direction of the oil ring and sliding on the inner wall surface of the cylinder, and a segment provided between the pair of segments.
- a three-piece combination oil ring is widely used, which is combined with a spacer expander that urges a pair of segments against the inner wall surface of the cylinder.
- Patent Document 1 discloses that in a pair of segments, the upper segment provided on the combustion chamber side and the lower segment provided on the crank chamber side have different outer peripheral surface shapes to reduce oil consumption and friction.
- An oil ring is disclosed that reduces the
- the upper segment located on the combustion chamber side slides under more severe conditions than the lower segment located on the crank chamber side. It tends to wear more than the lower segment.
- the gap (side clearance) between the upper groove wall of the ring groove and the upper segment expands, which may deteriorate the oil sealing function of the oil ring.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a technique capable of preventing deterioration of the oil seal function in an oil ring provided with a pair of segments.
- the present invention employs the following configuration. That is, the present invention provides an oil ring to be assembled to a piston in an internal combustion engine, which is formed along the circumferential direction of the oil ring using an annular wire rod as a base material, and independently of each other in the axial direction of the oil ring. and a spacer expander arranged between the pair of segments.
- the oil ring has higher wear resistance than the base material of the lower segment located on the crank chamber side in the internal combustion engine of the pair of segments.
- the lower segment by making the wear resistance of the base material of the upper segment arranged on the combustion chamber side higher than the wear resistance of the base material of the lower segment arranged on the crank chamber side, the lower segment It can also reduce the wear of the upper segment that slides under severe conditions. As a result, deterioration of the oil seal function can be prevented.
- the base material of the upper segment may have higher hardness than the base material of the lower segment.
- the base material of the upper segment may have a hardness higher than that of the base material of the lower segment by 30 Hv or more.
- the base material of the upper segment may have a higher carbide occupied area ratio on the surface than the base material of the lower segment.
- the material of the base material of the upper segment and the material of the base material of the lower segment may be different.
- FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an internal combustion engine provided with an oil ring according to an embodiment
- FIG. It is a schematic diagram which shows the structure of a reciprocating friction tester. It is a graph which shows a wear amount ratio. It is a graph which shows a wear amount ratio.
- FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an internal combustion engine 100 provided with an oil ring 40 according to an embodiment.
- FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the circumferential direction of the oil ring 40 .
- a predetermined separation distance is secured between the inner wall surface 10a of the cylinder 10 and the outer peripheral surface 20a of the piston 20 mounted on the cylinder 10, so that the piston clearance PC1 is formed.
- a ring groove 30 having a substantially rectangular cross section is formed in the outer peripheral surface 20 a of the piston 20 .
- the ring groove 30 connects an upper wall 301 formed on the combustion chamber side, a lower wall 302 formed on the crank chamber side and facing the upper wall 301, and inner peripheral edges of the upper wall 301 and the lower wall 302. wall 303;
- An oil ring 40 according to this embodiment is mounted in the ring groove 30 .
- the oil ring 40 is a sliding member that is attached to the piston 20 by being fitted in the ring groove 30 and slides on the inner wall surface 10a of the cylinder 10 as the piston 20 reciprocates.
- the oil ring 40 is a so-called three-piece combination oil ring, and includes a pair of segments 1 and 2 and a spacer expander 3 as shown in FIG.
- the direction (axial direction) along the central axis of the oil ring 40 is defined as “vertical direction”.
- the combustion chamber side (upper side in FIG. 1) of the internal combustion engine 100 is defined as “upper side”
- the opposite side, that is, the crank chamber side (lower side in FIG. 1) is defined as “upper side”. defined as 'lower side'.
- the term “peripheral direction” refers to the circumferential direction of the oil ring 40
- the term “radial direction” refers to the radial direction of the oil ring 40.
- the “axial direction” refers to the axial direction of the oil ring 40 .
- the state in which the oil ring is attached to the piston attached to the cylinder of the internal combustion engine as shown in FIG. 1 is referred to as the "used state”.
- the term “barrel shape” refers to a surface shape that is curved so as to be convex radially outward including the apex, which is the maximum diameter of the piston ring, and the apex is in the axial direction of the ring It includes a "symmetrical barrel shape” located in the center of the width and an “eccentric barrel shape” in which the apex is located closer to the crankcase than the center of the axial width of the ring.
- the term “tapered shape” refers to a surface shape that is inclined so as to increase in diameter toward the crank chamber.
- the pair of segments 1 and 2 are annularly formed along the circumferential direction of the oil ring 40, and are provided independently of each other and separated from each other in the axial direction.
- the upper segment 1, which is one of the pair of segments 1 and 2 is provided on the upper side (combustion chamber side) of the internal combustion engine 100, and the other, the lower segment 2, is provided on the lower side of the internal combustion engine 100. side (crank chamber side).
- the upper segment 1 includes a base material 1a formed in an annular shape from a segment wire and an outer coating 1b formed on the outer peripheral surface of the base material 1a. .
- the upper segment 1 has an outer peripheral surface 11 , an inner peripheral surface 12 , an upper surface 13 and a lower surface 14 .
- An outer coating 1b is formed on the outer peripheral surface 11 .
- the upper surface 13 and the lower surface 14 define the axial width of the upper segment 1 .
- the upper segment 1 is provided so that the upper surface 13 faces the upper wall 301 of the ring groove 30 in use, and slides on the inner wall surface 10a of the cylinder 10 using the outer peripheral surface 11 as a sliding surface.
- the lower segment 2 includes a base material 2a formed in an annular shape from a segment wire and an outer coating 2b formed on the outer peripheral surface of the base material 2a.
- the lower segment 2 has an outer peripheral surface 21 , an inner peripheral surface 22 , an upper surface 23 and a lower surface 24 .
- An outer coating 2 b is formed on the outer peripheral surface 21 .
- the upper surface 23 and the lower surface 24 define the width of the lower segment 2 in the axial direction.
- the lower segment 2 is provided so that the lower surface 24 faces the lower wall 302 of the ring groove 30 in use, and slides on the inner wall surface 10a of the cylinder 10 using the outer peripheral surface 21 as a sliding surface.
- the spacer expander 3 is provided between a pair of segments 1 and 2 and has self-tension so that it expands in use. Therefore, the upper segment 1 and the lower segment 2 are urged radially outward by the spacer expander 3, and the outer peripheral surface 11 of the upper segment 1 and the outer peripheral surface 21 of the lower segment 2 press the inner wall surface 10a of the cylinder 10. do. As a result, an oil sealing function is obtained, and an oil film is formed so that the engine oil present on the inner wall surface 10a of the cylinder 10 has an appropriate thickness.
- the shape of the spacer expander according to the present invention is not particularly limited.
- the outer peripheral surfaces 11, 21 of the pair of segments 1, 2 have a symmetrical barrel shape with low friction.
- the shape of the pair of segments is not limited to that shown in FIG.
- the outer peripheral surface of the upper segment located on the upper side of the pair of segments may have an eccentric barrel shape with excellent oil scraping performance
- the outer peripheral surface of the lower segment located on the lower side may have a symmetrical barrel shape with low friction.
- both outer peripheral surfaces may have an eccentric barrel shape.
- the outer peripheral surface of the upper segment may have a symmetrical barrel shape, and the outer peripheral surface of the lower segment may have an eccentric barrel shape.
- the outer peripheral surface 11 of the upper segment 1 may be tapered for excellent oil scraping performance, or both outer peripheral surfaces may be tapered.
- the outer peripheral surface of the upper segment may be tapered, and the outer peripheral surface of the lower segment may be symmetrical barrel-shaped.
- the base material 1a of the upper segment 1 and the base material 2a of the lower segment 2 are different. More specifically, the material of the base material 1a and the material of the base material 2a are different from each other.
- the base material 1a of the upper segment 1 is made of SWRH72A and has a hardness of 450 Hv or more and 550 Hv or less.
- the base material 2a of the lower segment 2 is made of SUS440B and has a hardness of 300 Hv or more and 420 Hv or less.
- the hardness of the base material 1a is higher than that of the base material 2a, and the difference therebetween is 30 Hv or more and 150 Hv or less.
- the material of the base material of the segment is not limited to the above.
- SUS, SWRH and the like are exemplified as the material of the base material of the segment.
- martensitic stainless steel, silicon chromium steel, aluminum alloy, or the like may be used as the base material.
- the difference in hardness between the substrate 1a and the substrate 2a may be 270 Hv or less, 200 Hv or less, or 180 Hv or less.
- the outer coating 1b and the outer coating 2b according to this example are formed as DLC coatings with high abrasion resistance.
- the outer coating is not limited to the DLC treatment coating, and includes at least one layer of a nitriding coating, a Ni-P plating coating, a chromium plating coating, a PVD coating, and a DLC coating. may be formed as
- the outer coating 1b of the upper segment 1 and the outer coating 2b of the lower segment 2 may have different configurations.
- the outer coating is not an essential configuration in the present invention, and either or both of the upper segment and the lower segment may not have the outer coating.
- the axial end faces (upper surface 13 and lower surface 14) of the upper segment 1 and the axial end faces (upper surface 23 and lower surface 24) of the lower segment 2 are coated with a coating, a resin coating, a chemical conversion coating, an oxidation coating, and a nitriding coating.
- a surface treatment film including at least one layer of a treatment film, a Ni—P plating treatment film, a chromium plating treatment film, a PVD treatment film, and a DLC treatment film may be formed.
- coating film refers to a film formed by applying paint.
- a "resin coating” refers to a coating formed of a resin material.
- Examples of the "coating film” and “resin coating” include a resin coating film made of water-based or oil-based resin paint.
- “Chemical conversion coating” refers to a coating formed by chemical conversion treatment. Examples of chemical conversion treatments include triiron tetraoxide treatment (blackening), phosphate treatment, and chromate treatment. Examples of phosphate treatment include manganese phosphate treatment, zinc phosphate treatment, and iron phosphate treatment.
- a “nitriding coating” refers to a coating formed by infiltrating nitrogen into a metal surface by nitriding.
- “Oxidation treatment film” refers to a film formed by oxidizing a metal surface by oxidation treatment. Examples of oxidation treatment include alumite treatment.
- Ni—P plating film refers to a film formed by electroless Ni—P plating.
- chromium-plated film refers to a film formed by chromium plating. Chrome plating is also called industrial chrome plating.
- PVD physical vapor deposition
- a “DLC (Diamond Like Carbon) treated coating” refers to an amorphous hard carbon coating mainly composed of hydrocarbons and allotropes of carbon.
- the wear resistance of the base material 1a of the upper segment 1 arranged on the combustion chamber side is higher than the wear resistance of the base material 2a of the lower segment 2 arranged on the crank chamber side.
- the base material 1a and the base material 2a are made of different materials so as to be higher than the abrasion resistance.
- the material of the base material 1a is SWRH72A
- the material of the base material 2a of the lower segment 2 is SUS440B, so that the hardness of the base material 1a is higher than that of the base material 2a.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the reciprocating friction tester.
- a reciprocating friction test using a reciprocating friction tester is performed using a pin-on plate type reciprocating friction tester whose outline is shown in FIG.
- the upper test piece used in the reciprocating motion friction test is a pin which is assumed to be the base material of the segment, and the material of the pin is the same as the wire material for the segment.
- the pin used for the upper test piece has a diameter of 8 mm, and the tip (sliding surface) of the pin is mirror-finished so as to have a radius of curvature of 18 mm.
- a plate (equivalent to AC8A material) that resembles a piston is used as the lower test piece.
- FIG. 3 is a graph showing the results of the reciprocating friction test, showing the wear amount ratio.
- the oil ring 40 is configured such that the wear resistance of the base material 1a of the upper segment 1 is higher than the wear resistance of the base material 2a of the lower segment 2.
- 2 are made of different materials.
- the material of the base material 1a is a SWRH material having higher hardness than the SUS material that is the material of the base material 2a.
- the oil ring 40 according to the embodiment can be suitably used for gasoline engines and engines using low-viscosity oil in which there are many chances of direct contact between the segments and the inner wall of the ring groove.
- the internal combustion engine to which the oil ring according to the present invention is applied is not limited to these.
- the material of the base material 1a of the upper segment 1 and the material of the base material 2a of the lower segment 2 are made different so that the hardness of the base material 1a is higher than that of the base material 2a. By making it higher, the wear resistance of the base material 1a is made higher than the wear resistance of the base material 2a.
- the difference in hardness between the base material 1a and the base material 2a is not particularly limited. It is preferable to make it higher than 30Hv.
- the pair of segments 1 and 2 are made different in surface color by making the base materials of the pair of segments 1 and 2 different. Thereby, the identifiability of the pair of segments 1 and 2 can be improved.
- Modification 1 In the oil ring 40 of Modification 1, while the material of the base material 1a of the upper segment 1 and the material of the base material 2a of the lower segment 2 are the same, the wear resistance of the base material 1a of the upper segment 1 is higher than that of the lower segment.
- the hardness of the base material of the pair of segments 1 and 2 is made different from each other so that the wear resistance of the base material 2a of the pair of segments 1 and 2 is higher than that of the base material 2a of the pair of segments.
- the hardness can be varied by varying the manner of heat treatment.
- the wear resistance of the upper segment 1 is increased and deterioration of the oil seal function is prevented. be able to.
- the difference in hardness between the base material 1a and the base material 2a is not particularly limited, but the hardness of the base material 1a of the upper segment 1 is preferably higher than that of the base material 2a of the lower segment 2 by 30 Hv or more.
- the oil ring 40 of Modified Example 2 is configured such that the base material surfaces of the pair of segments 1 and 2 are arranged such that the wear resistance of the base material 1a of the upper segment 1 is higher than the wear resistance of the base material 2a of the lower segment 2.
- the carbide occupied area ratio (carbide precipitation rate) in is different from each other.
- the carbide occupied area ratio refers to the ratio of the area of carbide occupying the surface of the segment.
- the carbide occupied area ratio can be obtained, for example, by acquiring an image of the substrate surface with a metallurgical microscope after etching treatment with a marble reagent, binarizing the acquired image, and calculating the area ratio of the white portion.
- the method for calculating the carbide occupied area ratio is not limited to this.
- the base material 1a of the upper segment 1 and the base material 2a of the lower segment 2 are made of stainless steel with different carbon and chromium contents. More specifically, the base material 1a of the upper segment 1 is made of 17 chromium SUS material, which is martensitic stainless steel containing a large amount of chromium, and the base material 2a of the lower segment 2 is made of stainless steel with a slightly low chromium content. 13 chromium SUS material, which is steel, is used as the material. However, the material of the segment according to the present invention is not limited to this.
- the carbide occupied area ratio of the base material 1a of the upper segment 1 is 7.2% to 15.3% by the above calculation method, and the carbide occupied area ratio of the base material 2a of the lower segment 2 is 0.2. % to 2.0%. That is, in Modification 2, the substrate 1a of the upper segment 1 has a higher carbide occupied area ratio than the substrate 2a of the lower segment 2, and the difference is 5.2% or more.
- the material of the base material 1a of the upper segment 1 and the material of the base material 2a of the lower segment 2 may be the same.
- the size of the carbides can be changed by, for example, different heat treatment methods, and the carbide occupied area ratios can be varied.
- the upper segment 1 and the lower segment 2 may be made of different base material materials so that the carbide occupied area ratios are different from each other.
- the pair of segments 1 and 2 are arranged such that the carbide occupied area ratio of the base material 1a of the upper segment 1 is higher than the carbide occupied area ratio of the base material 2a of the lower segment 2.
- the substrates are made different from each other.
- the carbide occupied area ratio of the base material 1a of the upper segment 1 higher than the carbide occupied area ratio of the base material 2a of the lower segment 2
- the wear resistance of the upper segment 1 is improved and the deterioration of the oil seal function is prevented. be able to.
- the difference in the carbide occupied area ratio between the base material 1a and the base material 2a is not particularly limited.
- the surface colors of the pair of segments 1 and 2 are made different from each other by making the carbide occupied area ratios of the base material surfaces of the pair of segments 1 and 2 different. Thereby, the identifiability of the pair of segments 1 and 2 can be improved.
- the abrasion resistance of the base material of the segment according to Modification 2 was evaluated by the reciprocating friction test described above.
- a reciprocating friction test was performed on each of the pins representing the base material 1a of the upper segment 1 as an upper test piece C and the pin representing the base material 2a of the lower segment 2 as an upper test piece D to compare the amount of wear.
- the material of the upper test piece C was the same 17 chromium SUS material as the base material 1a
- the material of the upper test piece D was the same 13 chromium SUS material as the base material 2a.
- the carbide occupied area ratio of the upper test piece C was set to 7.2% to 15.3% by the above calculation method, and the carbide occupied area ratio of the upper test piece D was set to 0.2% to 2.0%.
- FIG. 4 is a graph showing the results of the reciprocating friction test, showing the wear amount ratio. As shown in FIG. 4, the upper test piece C of the upper segment 1 having a larger carbide occupied area ratio had higher wear resistance than the upper test piece D of the lower segment 2 .
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
オイルリングは、環状の線材を基材としてオイルリングの周長方向に沿うように形成されて互いに独立して前記オイルリングの軸方向に並んで設けられる一対のセグメントと、一対のセグメント同士の間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備え、一対のセグメントのうち内燃機関において燃焼室側に位置する上側セグメントの基材の方が、一対のセグメントのうち内燃機関においてクランク室側に位置する下側セグメントの基材よりも耐摩耗性が高い。
Description
本発明は、一対のセグメントを備えるオイルリングに関する。
一般的な自動車に搭載される内燃機関は、コンプレッションリング(圧力リング)とオイルリングとを含むピストンリング(リング状部材の一例)の組み合わせをピストンのリング溝に装着した構成を採用している。コンプレッションリングは、気密を保持することで燃焼室側からクランク室側への燃焼ガスの流出(ブローバイ)を抑制するガスシール機能や、オイルリングが掻き落とし切れなかった余分なオイルを掻き落とすことでオイル上がりを抑制するオイルシール機能を有する。オイルリングは、シリンダ内壁面に付着した余分なエンジンオイル(潤滑油)をクランク側に掻き落とすことでオイルの燃焼室側への流出(オイル上がり)を抑制するオイルシール機能や、潤滑油膜がシリンダ内壁面に適切に保持されるようにオイル量を調整することで内燃機関の運転に伴うコンプレッションリングやピストンの焼き付きを防止する機能を有する。
ここで、オイルリングとしては、互いに独立してオイルリングの軸方向に並んで設けられてシリンダ内壁面を摺動する一対のセグメント(サイドレールとも呼ばれる)と、一対のセグメント同士の間に設けられて一対のセグメントをシリンダの内壁面へ付勢するスペーサエキスパンダとを組み合わせた、3ピースの組合せオイルリングが広く用いられている。これに関連して、特許文献1には、一対のセグメントにおいて燃焼室側に設けられる上側セグメントとクランク室側に設けられる下側セグメントとで外周面形状を異ならせることで、オイル消費量及びフリクションを低減するオイルリングが開示されている。
上下一対のセグメントを備えるオイルリングの場合、燃焼室側に配置される上側セグメントの方がクランク室側に配置される下側セグメントよりも過酷な状況下で摺動するため、上側セグメントの方が下側セグメントよりも摩耗し易い傾向にある。長期間の使用により上側セグメントの上面が大きく摩耗すると、リング溝の上溝壁と上側セグメントとの隙間(サイドクリアランス)が拡大することでオイルリングのオイルシール機能が低下する可能性がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一対のセグメントを備えるオイルリングにおいて、オイルシール機能の低下を防ぐことが可能な技術を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明は、以下の構成を採用した。即ち、本発明は、内燃機関におけるピストンに組み付けられるオイルリングであって、環状の線材を基材として前記オイルリングの周長方向に沿うように形成され、互いに独立して前記オイルリングの軸方向に並んで設けられる一対のセグメントと、前記一対のセグメント同士の間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備え、前記一対のセグメントのうち前記内燃機関において燃焼室側に位置する上側セグメントの基材の方が、前記一対のセグメントのうち前記内燃機関においてクランク室側に位置する下側セグメントの基材よりも耐摩耗性が高い、オイルリングである。
本発明によると、燃焼室側に配置される上側セグメントの基材の耐摩耗性をクランク室側に配置される下側セグメントの基材の耐摩耗性よりも高くすることで、下側セグメントよりも過酷な状況下で摺動する上側セグメントの摩耗を低減することができる。その結果、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。
また、本発明において、前記上側セグメントの基材の方が前記下側セグメントの基材よりも硬度が高くてもよい。
また、本発明において、前記上側セグメントの基材の方が前記下側セグメントの基材よりも硬度が30Hv以上高くてもよい。
また、本発明において、前記上側セグメントの基材の方が、前記下側セグメントの基材よりも表面における炭化物占有面積率が高くてもよい。
また、本発明において、前記上側セグメントの基材の材料と前記下側セグメントの基材の材料とが異なっていてもよい。
本発明によれば、一対のセグメントを備えるオイルリングにおいて、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
[全体構成]
図1は、実施形態に係るオイルリング40を備える内燃機関100の部分断面図である。図1では、オイルリング40の周長方向に直交する断面が図示されている。図1に示すように、内燃機関100では、シリンダ10の内壁面10aとシリンダ10に装着されたピストン20の外周面20aとの間に所定の離間距離が確保されることにより、ピストン隙間PC1が形成されている。また、ピストン20の外周面20aには、略矩形状の断面を有するリング溝30が形成されている。リング溝30は、燃焼室側に形成された上壁301と、クランク室側に形成されて上壁301に対向する下壁302と、上壁301と下壁302の内周縁同士を接続する接続壁303とを有する。このリング溝30には、本実施形態に係るオイルリング40が装着されている。
図1は、実施形態に係るオイルリング40を備える内燃機関100の部分断面図である。図1では、オイルリング40の周長方向に直交する断面が図示されている。図1に示すように、内燃機関100では、シリンダ10の内壁面10aとシリンダ10に装着されたピストン20の外周面20aとの間に所定の離間距離が確保されることにより、ピストン隙間PC1が形成されている。また、ピストン20の外周面20aには、略矩形状の断面を有するリング溝30が形成されている。リング溝30は、燃焼室側に形成された上壁301と、クランク室側に形成されて上壁301に対向する下壁302と、上壁301と下壁302の内周縁同士を接続する接続壁303とを有する。このリング溝30には、本実施形態に係るオイルリング40が装着されている。
オイルリング40は、リング溝30に装着されることでピストン20に組み付けられ、ピストン20の往復運動に伴ってシリンダ10の内壁面10aを摺動する摺動部材である。オイルリング40は、所謂3ピース型の組合せオイルリングであり、図1に示すように、一対のセグメント1,2とスペーサエキスパンダ3とを備える。
以下、図1に示すように、オイルリング40の中心軸に沿う方向(軸方向)を「上下方向」と定義する。また、オイルリング40の軸方向のうち、内燃機関100における燃焼室側(図1における上側)を「上側」と定義し、その反対側、即ち、クランク室側(図1における下側)を「下側」と定義する。また、以下のオイルリング40の説明において、特に指定しない限りは、「周長方向」とはオイルリング40の周長方向のことを指し、「径方向」とはオイルリング40の径方向のことを指し、「軸方向」とはオイルリング40の軸方向のことを指す。また、本明細書では、図1に示すように内燃機関のシリンダに装着されたピストンにオイルリングが組み付けられた状態を「使用状態」と称する。また、本明細書において、「バレル形状」とは、ピストンリングにおいて最大径となる頂部を含んで径方向外側に凸状となるように湾曲した面形状のことを指し、頂部がリングの軸方向幅における中央に位置する「対称バレル形状」や頂部がリングの軸方向幅における中央よりもクランク室側に位置する「偏心バレル形状」を含むものとする。また、本明細書において、「テーパ形状」とは、クランク室側に向かうに従って拡径するように傾斜した面形状のことを指す。
一対のセグメント1,2は、オイルリング40の周長方向に沿うように環状に形成されており、互いに独立して軸方向に離間して設けられている。図1に示すように、一対のセグメント1,2の一方である上側セグメント1は、内燃機関100において上側(燃焼室側)に設けられ、他方である下側セグメント2は、内燃機関100において下側(クランク室側)に設けられる。
図1に示すように、上側セグメント1は、セグメント用の線材により環状に形成された基材1aと、基材1aの外周面に成膜された外周被膜1bと、を含んで構成されている。上側セグメント1は、外周面11、内周面12、上面13、及び下面14を有する。外周面11には、外周被膜1bが形成されている。上面13と下面14とによって、上側セグメント1の軸方向における幅が規定される。上側セグメント1は、使用状態において上面13がリング溝30の上壁301に対向するように設けられ、外周面11を摺動面としてシリンダ10の内壁面10aを摺動する。
図1に示すように、下側セグメント2は、セグメント用の線材により環状に形成された基材2aと、基材2aの外周面に成膜された外周被膜2bと、を含んで構成されている。下側セグメント2は、外周面21、内周面22、上面23、及び下面24を有する。外周面21には、外周被膜2bが形成されている。上面23と下面24とによって、下側セグメント2の軸方向における幅が規定される。下側セグメント2は、使用状態において下面24がリング溝30の下壁302に対向するように設けられ、外周面21を摺動面としてシリンダ10の内壁面10aを摺動する。
図1に示すように、スペーサエキスパンダ3は、一対のセグメント1,2の間に設けられ、使用状態において拡径するように自己張力を有している。そのため、上側セグメント1及び下側セグメント2がスペーサエキスパンダ3によって径方向の外側へ付勢され、上側セグメント1の外周面11及び下側セグメント2の外周面21がシリンダ10の内壁面10aを押圧する。これより、オイルシール機能が得られ、シリンダ10の内壁面10aに存在するエンジンオイルが適切な厚さになるように油膜が形成される。なお、本発明に係るスペーサエキスパンダの形状は特に限定されない。
図1に示すように、本実施形態に係るオイルリング40では、一対のセグメント1,2の外周面11,21をフリクションの低い対称バレル形状としている。但し、本発明において、一対のセグメントの形状は図1に示すものに限定されない。例えば、一対のセグメントのうち上側に位置する上側セグメントの外周面をオイル掻き性能に優れた偏心バレル形状とし、下側に位置する下側セグメントの外周面をフリクションの低い対称バレル形状としてもよいし、両方の外周面を偏心バレル形状としてもよい。これにより、フリクションの増加を抑制しつつも内燃機関100のオイル消費量を低減することができる。また、上側セグメントの外周面を対称バレル形状とし、下側セグメントの外周面を偏心バレル形状としてもよい。また、上側セグメント1の外周面11をオイル掻き性能に優れたテーパ形状としてもよく、両方の外周面をテーパ形状としてもよい。また、上側セグメントの外周面をテーパ形状とし、下側セグメントの外周面を対称バレル形状としてもよい。
本実施形態に係るオイルリング40は、上側セグメント1の基材1aと下側セグメント2の基材2aとを異ならせている。より詳しくは、基材1aの材料と基材2aの材料とが互いに異なっている。上側セグメント1の基材1aは、SWRH72Aを材料として形成されており、その硬度が450Hv以上550Hv以下である。一方、下側セグメント2の基材2aは、SUS440Bを材料として形成されており、その硬度が300Hv以上420Hv以下である。基材1aの硬度の方が基材2aの硬度よりも高く、その差は30Hv以上150Hv以下である。但し、セグメントの基材の材料は上記に限定されない。セグメントの基材の材料としては、SUSやSWRHなどが例示される。また、マルテンサイト系ステンレス鋼やシリコンクロム鋼、アルミニウム合金などを基材の材料として用いてもよい。その場合の基材1aと基材2aの硬度の差は、270Hv以下であってよく、200Hv以下であってよく、180Hv以下であってよい。
本例に係る外周被膜1b及び外周被膜2bは、耐摩耗性の高いDLC処理被膜として形成されている。なお、外周被膜は、DLC処理被膜に限定されず、窒化処理被膜、Ni-Pめっき処理被膜、クロムめっき処理被膜、PVD処理被膜、及びDLC処理被膜のうち少なくとも何れか1つの層を含む硬質被膜として形成されてもよい。なお、上側セグメント1の外周被膜1bと下側セグメント2の外周被膜2bとで構成を異ならせてもよい。また、本発明において外周被膜は必須の構成ではなく、上側セグメントや下側セグメントの何れか又は両方が外周被膜を有さなくてもよい。また、上側セグメント1の軸方向端面(上面13や下面14)や下側セグメント2の軸方向端面(上面23や下面24)には、塗膜、樹脂被膜、化成処理被膜、酸化処理被膜、窒化処理被膜、Ni-Pめっき処理被膜、クロムめっき処理被膜、PVD処理被膜、及びDLC処理被膜のうち少なくとも何れか1つの層を含む表面処理被膜が形成されていてもよい。なお、「塗膜」とは、ペイント(塗料)の塗布により形成された膜のことを指す。また、「樹脂被膜」とは、樹脂材料により形成された被膜のことを指す。「塗膜」や「樹脂被膜」の例としては、水性又は油性の樹脂ペイントによる樹脂塗膜などが挙げられる。「化成処理被膜」とは、化成処理により形成された被膜のことを指す。化成処理の例としては、四三酸化鉄処理(黒染め)、リン酸塩処理、クロム酸塩処理などが挙げられる。また、リン酸塩処理の例としては、リン酸マンガン処理、リン酸亜鉛処理、リン酸鉄処理などが挙げられる。「窒化処理被膜」とは、窒化処理により金属表面に窒素を浸透させることで形成される被膜のことを指す。「酸化処理被膜」とは、酸化処理により金属表面を酸化させることで形成される被膜のことを指す。酸化処理の例としては、アルマイト処理などが挙げられる。「Ni-Pめっき処理被膜」とは、無電解Ni-Pめっきにより形成された被膜のことを指す。また、「クロムめっき処理被膜」とは、クロムめっきにより形成された被膜のことを指す。クロムめっきは工業用クロムめっきとも呼ばれる。また、「PVD(physical vapor deposition)処理被膜」とは、PVD法により形成された被膜のことを指す。また、「DLC(Diamond Like Carbon)処理被膜」とは、主として炭化水素や炭素の同素体により構成される非晶質の硬質炭素被膜のことを指す。
[耐摩耗性について]
一般に、上下一対のセグメントを備えるオイルリングの場合、燃焼室側に配置される上側セグメントの方がクランク室側に配置される下側セグメントよりも過酷な状況下で摺動するため、上側セグメントの方が下側セグメントよりも摩耗し易い傾向にある。そのため、長期間の使用により上側セグメントの上面(燃焼室側の面)が大きく摩耗すると、リング溝の上溝壁と上側セグメントとの隙間(サイドクリアランス)が拡大することでオイルリングのオイルシール機能が低下し、内燃機関の高回転域でのオイル消費が増大する懸念がある。
一般に、上下一対のセグメントを備えるオイルリングの場合、燃焼室側に配置される上側セグメントの方がクランク室側に配置される下側セグメントよりも過酷な状況下で摺動するため、上側セグメントの方が下側セグメントよりも摩耗し易い傾向にある。そのため、長期間の使用により上側セグメントの上面(燃焼室側の面)が大きく摩耗すると、リング溝の上溝壁と上側セグメントとの隙間(サイドクリアランス)が拡大することでオイルリングのオイルシール機能が低下し、内燃機関の高回転域でのオイル消費が増大する懸念がある。
これに対して本実施形態に係るオイルリング40は、燃焼室側に配置される上側セグメント1の基材1aの耐摩耗性がクランク室側に配置される下側セグメント2の基材2aの耐摩耗性よりも高くなるように、基材1aと基材2aとで材料を異ならせている。具体的には、基材1aの材料をSWRH72Aとし、下側セグメント2の基材2aの材料をSUS440Bとすることで、基材1aの硬度を基材2aの硬度よりも高くしている。これにより、上側セグメント1の摩耗を低減し、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。
往復動摩擦試験機を用いた往復動摩擦試験により、セグメントの基材の耐摩耗性を評価した。図2は、往復動摩擦試験機の構成を示す模式図である。往復動摩擦試験機による往復動摩擦試験は、図2に概要を示すピンオンプレート式往復動摩擦試験機を用いて行う。往復動摩擦試験に際して用いた上試験片は、セグメントの基材に見立てたピンであり、ピンの材料にはセグメント用線材と同じものを使用する。なお、この上試験片に用いたピンは、直径が8mmであり、ピンの先端部(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る。また、下試験片はピストンを見立てたプレート(AC8A材相当)を用いる。
往復動摩擦試験では、可動ブロックによって下試験片をストロークさせることで上試験片に対して下試験片を摺動させた。上試験片と下試験片との摺動界面にはチュービングポンプやエアディスペンサーを用いて潤滑油を供給した。この際の試験条件を以下に示す。
<試験条件>
・ストローク:50mm
・荷重:50N
・速度:200cycle/min
・潤滑油:0W-20
上側セグメント1の基材1aを見立てたピンを上試験片Aとし、下側セグメント2の基材2aを見立てたピンを上試験片Bとして、夫々について往復動摩擦試験を行い、摩耗量を比較した。上試験片Aの材料には基材1aと同じSWRH72Aを用い、上試験片Bの材料には基材2aと同じSUS440Bを用いた。図3は、往復動摩擦試験の結果を示すグラフであって、摩耗量比を示すグラフである。測定の結果、上試験片Aと上試験片Bの摩耗量比は、図3に示す通り、上試験片A:上試験片B=0.2:1.0となった。これにより、上側セグメント1の基材1aの方が下側セグメント2の基材2aよりも耐摩耗性が高いことが解った。
<試験条件>
・ストローク:50mm
・荷重:50N
・速度:200cycle/min
・潤滑油:0W-20
上側セグメント1の基材1aを見立てたピンを上試験片Aとし、下側セグメント2の基材2aを見立てたピンを上試験片Bとして、夫々について往復動摩擦試験を行い、摩耗量を比較した。上試験片Aの材料には基材1aと同じSWRH72Aを用い、上試験片Bの材料には基材2aと同じSUS440Bを用いた。図3は、往復動摩擦試験の結果を示すグラフであって、摩耗量比を示すグラフである。測定の結果、上試験片Aと上試験片Bの摩耗量比は、図3に示す通り、上試験片A:上試験片B=0.2:1.0となった。これにより、上側セグメント1の基材1aの方が下側セグメント2の基材2aよりも耐摩耗性が高いことが解った。
[作用・効果]
以上のように、本実施形態に係るオイルリング40は、上側セグメント1の基材1aの耐摩耗性が下側セグメント2の基材2aの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント1,2の基材の材料を互いに異ならせている。具体的には、基材1aの材料を基材2aの材料であるSUS系材料よりも硬度の高いSWRH系材料としている。基材1aの耐摩耗性を基材2aの耐摩耗性よりも高くすることで、上側セグメント1の摩耗を低減することができ、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。このような特性により、実施形態に係るオイルリング40は、ガソリンエンジンや、セグメントとリング溝の内壁との直接接触の機会が多い低粘度オイルを用いたエンジンに対して好適に用いることができる。但し、本発明に係るオイルリングが適用される内燃機関はこれらに限定されない。ここで、本実施形態に係るオイルリング40は、上側セグメント1の基材1aの材料と下側セグメント2の基材2aの材料を異ならせて基材1aの硬度を基材2aの硬度よりも高くすることで、基材1aの耐摩耗性を基材2aの耐摩耗性よりも高くしている。基材1aと基材2aの硬度差は特に限定されないが、本実施形態に係るオイルリング40のように、上側セグメント1の基材1aの硬度を下側セグメント2の基材2aの硬度よりも30Hv以上高くすることが好ましい。また、本実施形態に係るオイルリング40では、一対のセグメント1,2の基材の材料を異ならせることで、一対のセグメント1,2の表面色を互いに異ならせている。これにより、一対のセグメント1,2の識別性を高めることができる。
以上のように、本実施形態に係るオイルリング40は、上側セグメント1の基材1aの耐摩耗性が下側セグメント2の基材2aの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント1,2の基材の材料を互いに異ならせている。具体的には、基材1aの材料を基材2aの材料であるSUS系材料よりも硬度の高いSWRH系材料としている。基材1aの耐摩耗性を基材2aの耐摩耗性よりも高くすることで、上側セグメント1の摩耗を低減することができ、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。このような特性により、実施形態に係るオイルリング40は、ガソリンエンジンや、セグメントとリング溝の内壁との直接接触の機会が多い低粘度オイルを用いたエンジンに対して好適に用いることができる。但し、本発明に係るオイルリングが適用される内燃機関はこれらに限定されない。ここで、本実施形態に係るオイルリング40は、上側セグメント1の基材1aの材料と下側セグメント2の基材2aの材料を異ならせて基材1aの硬度を基材2aの硬度よりも高くすることで、基材1aの耐摩耗性を基材2aの耐摩耗性よりも高くしている。基材1aと基材2aの硬度差は特に限定されないが、本実施形態に係るオイルリング40のように、上側セグメント1の基材1aの硬度を下側セグメント2の基材2aの硬度よりも30Hv以上高くすることが好ましい。また、本実施形態に係るオイルリング40では、一対のセグメント1,2の基材の材料を異ならせることで、一対のセグメント1,2の表面色を互いに異ならせている。これにより、一対のセグメント1,2の識別性を高めることができる。
[変形例]
以下、実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、上述のオイルリングとの相違点を中心に説明し、同様の構成については詳細な説明は割愛する。
以下、実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、上述のオイルリングとの相違点を中心に説明し、同様の構成については詳細な説明は割愛する。
[変形例1]
変形例1のオイルリング40は、上側セグメント1の基材1aの材料と下側セグメント2の基材2aの材料を同一としつつも、上側セグメント1の基材1aの耐摩耗性が下側セグメント2の基材2aの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント1,2の基材の硬度を互いに異ならせている。変形例1の場合、例えば、熱処理の仕方を異ならせることで硬度を異ならせることができる。変形例1によっても、上側セグメント1の基材1aの硬度を下側セグメント2の基材2aの硬度よりも高くすることで、上側セグメント1の耐摩耗性を高め、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。基材1aと基材2aの硬度差は特に限定されないが、上側セグメント1の基材1aの硬度を下側セグメント2の基材2aの硬度よりも30Hv以上高くすることが好ましい。
変形例1のオイルリング40は、上側セグメント1の基材1aの材料と下側セグメント2の基材2aの材料を同一としつつも、上側セグメント1の基材1aの耐摩耗性が下側セグメント2の基材2aの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント1,2の基材の硬度を互いに異ならせている。変形例1の場合、例えば、熱処理の仕方を異ならせることで硬度を異ならせることができる。変形例1によっても、上側セグメント1の基材1aの硬度を下側セグメント2の基材2aの硬度よりも高くすることで、上側セグメント1の耐摩耗性を高め、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。基材1aと基材2aの硬度差は特に限定されないが、上側セグメント1の基材1aの硬度を下側セグメント2の基材2aの硬度よりも30Hv以上高くすることが好ましい。
[変形例2]
変形例2のオイルリング40は、上側セグメント1の基材1aの耐摩耗性が下側セグメント2の基材2aの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント1,2の基材表面における炭化物占有面積率(炭化物析出率)を互いに異ならせている。炭化物占有面積率は、セグメントの表面に占める炭化物の面積の割合のことをいう。炭化物占有面積率は、例えば、マーブル試薬によるエッチング処理後に金属顕微鏡により基材表面の画像を取得し、取得した画像を2値化し、白色部分の面積率を算出することで得られる。但し、炭化物占有面積率の算出方法はこれに限定されない。
変形例2のオイルリング40は、上側セグメント1の基材1aの耐摩耗性が下側セグメント2の基材2aの耐摩耗性よりも高くなるように、一対のセグメント1,2の基材表面における炭化物占有面積率(炭化物析出率)を互いに異ならせている。炭化物占有面積率は、セグメントの表面に占める炭化物の面積の割合のことをいう。炭化物占有面積率は、例えば、マーブル試薬によるエッチング処理後に金属顕微鏡により基材表面の画像を取得し、取得した画像を2値化し、白色部分の面積率を算出することで得られる。但し、炭化物占有面積率の算出方法はこれに限定されない。
変形例2では、上側セグメント1の基材1aと下側セグメント2の基材2aとで炭素含有量及びクロム含有量の異なるステンレス鋼が用いられている。より具体的には、上側セグメント1の基材1aはクロムを多く含有するマルテンサイト系ステンレス鋼である17クロムSUS材を材料とし、下側セグメント2の基材2aはクロム含有量がやや少ないステンレス鋼である13クロムSUS材を材料としている。但し、本発明に係るセグメントの材料はこれに限定されない。変形例2では、上側セグメント1の基材1aの炭化物占有面積率が上述の算出方法で7.2%~15.3%、下側セグメント2の基材2aの炭化物占有面積率が0.2%~2.0%となっている。つまり、変形例2では、上側セグメント1の基材1aの方が下側セグメント2の基材2aよりも炭化物占有面積率が高く、その差が5.2%以上となっている。
なお、変形例2では、上側セグメント1の基材1aと下側セグメント2の基材2aの材料が同一であってもよい。基材1aと基材2aの材料を同一とした場合、例えば、熱処理の仕方を異ならせることで炭化物の大きさを変化させ、炭化物占有面積率を異ならせることができる。また、上側セグメント1と下側セグメント2とで基材の材料を互いに異ならせることで炭化物占有面積率を互いに異ならせてもよい。
上述のように、変形例2では、上側セグメント1の基材1aの炭化物占有面積率が下側セグメント2の基材2aの炭化物占有面積率よりも高くなるように、一対のセグメント1,2の基材を互いに異ならせている。上側セグメント1の基材1aの炭化物占有面積率を下側セグメント2の基材2aの炭化物占有面積率よりも高くすることで、上側セグメント1の耐摩耗性を高め、オイルシール機能の低下を防ぐことができる。なお、基材1aと基材2aの炭化物占有面積率の差は特に限定されない。また、変形例2では、一対のセグメント1,2の基材表面における炭化物占有面積率を異ならせることで、一対のセグメント1,2の表面色を互いに異ならせている。これにより、一対のセグメント1,2の識別性を高めることができる。
上述した往復動摩擦試験により、変形例2に係るセグメントの基材の耐摩耗性を評価した。上側セグメント1の基材1aを見立てたピンを上試験片Cとし、下側セグメント2の基材2aを見立てたピンを上試験片Dとして夫々について往復動摩擦試験を行い、摩耗量を比較した。上試験片Cの材料には基材1aと同じ17クロムSUS材を用い、上試験片Dの材料には基材2aと同じ13クロムSUS材を用いた。また、上試験片Cの炭化物占有面積率は上述の算出方法で7.2%~15.3%とし、上試験片Dの炭化物占有面積率を0.2%~2.0%とし、炭化物占有面積率の差が5.2%以上となるようにした。図4は、往復動摩擦試験の結果を示すグラフであって、摩耗量比を示すグラフである。図4に示す通り、炭化物占有面積率の大きい上側セグメント1の上試験片Cの方が下側セグメント2の上試験片Dよりも耐摩耗性が高い結果を得た。
<その他>
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した種々の形態は、可能な限り組み合わせることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した種々の形態は、可能な限り組み合わせることができる。
100:内燃機関
10:シリンダ
20:ピストン
30:リング溝
40:オイルリング
1:上側セグメント
2:下側セグメント
3:スペーサエキスパンダ
1a,2a:基材
10:シリンダ
20:ピストン
30:リング溝
40:オイルリング
1:上側セグメント
2:下側セグメント
3:スペーサエキスパンダ
1a,2a:基材
Claims (5)
- 内燃機関におけるピストンに組み付けられるオイルリングであって、
環状の線材を基材として前記オイルリングの周長方向に沿うように形成され、互いに独立して前記オイルリングの軸方向に並んで設けられる一対のセグメントと、前記一対のセグメント同士の間に配置されるスペーサエキスパンダと、を備え、
前記一対のセグメントのうち前記内燃機関において燃焼室側に位置する上側セグメントの基材の方が、前記一対のセグメントのうち前記内燃機関においてクランク室側に位置する下側セグメントの基材よりも耐摩耗性が高い、
オイルリング。 - 前記上側セグメントの基材の方が前記下側セグメントの基材よりも硬度が高い、
請求項1に記載のオイルリング。 - 前記上側セグメントの基材の方が前記下側セグメントの基材よりも硬度が30Hv以上高い、
請求項1又は2に記載のオイルリング。 - 前記上側セグメントの基材の方が、前記下側セグメントの基材よりも表面における炭化物占有面積率が高い、
請求項1に記載のオイルリング。 - 前記上側セグメントの基材の材料と前記下側セグメントの基材の材料とが異なっている、
請求項1から4の何れか一項に記載のオイルリング。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202280054486.XA CN117836542A (zh) | 2021-08-05 | 2022-06-20 | 油环 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021128653A JP7312792B2 (ja) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | オイルリング |
JP2021-128653 | 2021-08-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023013264A1 true WO2023013264A1 (ja) | 2023-02-09 |
Family
ID=85155788
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/024541 WO2023013264A1 (ja) | 2021-08-05 | 2022-06-20 | オイルリング |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7312792B2 (ja) |
CN (1) | CN117836542A (ja) |
WO (1) | WO2023013264A1 (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62294152A (ja) * | 1986-06-12 | 1987-12-21 | Hitachi Metals Ltd | 耐摩耗部材 |
JPH0464656U (ja) * | 1990-10-16 | 1992-06-03 | ||
JPH11101189A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 回転式圧縮機 |
JP2019124288A (ja) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | Tpr株式会社 | 組合せオイルリング |
JP2020026805A (ja) * | 2018-08-09 | 2020-02-20 | Tpr株式会社 | 組合せオイルリング |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101709463B (zh) * | 2009-11-30 | 2011-04-27 | 华南理工大学 | 一种改善奥氏体不锈钢壳体耐磨耐蚀性的表面处理方法 |
DE112012001018T5 (de) * | 2011-02-28 | 2013-12-05 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Kolbenring |
JP5638548B2 (ja) * | 2012-02-13 | 2014-12-10 | 三菱重工業株式会社 | 遮熱コーティングならびにこれを用いたガスタービン部品およびガスタービン |
RU2625419C1 (ru) * | 2016-07-18 | 2017-07-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Маслосъемное поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания |
WO2019189532A1 (ja) * | 2018-03-28 | 2019-10-03 | 日立金属株式会社 | 耐摩耗性部品 |
-
2021
- 2021-08-05 JP JP2021128653A patent/JP7312792B2/ja active Active
-
2022
- 2022-06-20 CN CN202280054486.XA patent/CN117836542A/zh active Pending
- 2022-06-20 WO PCT/JP2022/024541 patent/WO2023013264A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62294152A (ja) * | 1986-06-12 | 1987-12-21 | Hitachi Metals Ltd | 耐摩耗部材 |
JPH0464656U (ja) * | 1990-10-16 | 1992-06-03 | ||
JPH11101189A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 回転式圧縮機 |
JP2019124288A (ja) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | Tpr株式会社 | 組合せオイルリング |
JP2020026805A (ja) * | 2018-08-09 | 2020-02-20 | Tpr株式会社 | 組合せオイルリング |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7312792B2 (ja) | 2023-07-21 |
CN117836542A (zh) | 2024-04-05 |
JP2023023288A (ja) | 2023-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107849703B (zh) | 带涂层的滑动元件 | |
US20090026712A1 (en) | Sliding Member | |
JP4779841B2 (ja) | 内燃機関 | |
EP1886009B1 (en) | Coated power cylinder components for diesel engines | |
CN107407412B (zh) | 侧轨 | |
US20130234400A1 (en) | Piston ring | |
WO2009157328A1 (ja) | 内燃機関用オイルリング及びピストン | |
KR20110073557A (ko) | 내연 기관의 활주 요소, 특히 피스톤 링 | |
EP1390648A1 (en) | Oil ring for an internal combustion engine | |
JP5376668B2 (ja) | ピストンリング | |
WO2023013264A1 (ja) | オイルリング | |
US10197160B2 (en) | Oil ring | |
CN110997966B (zh) | 具有喷丸磨合层的活塞环及其制造方法 | |
US11466777B2 (en) | Sliding element for an internal combustion engine | |
JP7224404B1 (ja) | オイルリング | |
JP2003254155A (ja) | 組合せオイルリング | |
JP7284308B1 (ja) | ピストンリング | |
JP6889692B2 (ja) | アルコール燃料用ピストン | |
JP2000291807A (ja) | スタッフィングボックスリング | |
EP1519087A1 (en) | Piston ring having chromium coating | |
RU2215920C2 (ru) | Уплотнение пары поршень-цилиндр двигателя внутреннего сгорания | |
JP2004162635A (ja) | 組合せピストンリング | |
KR100724693B1 (ko) | 내연 기관용 오일 링 | |
GB1584590A (en) | Internal combustion engine cylinder and piston arrangements | |
JPH09118999A (ja) | ニッケル・燐合金及びこれを基材とする動力機械用摺動部材及びシリンダライナーの摺動面 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22852690 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 202280054486.X Country of ref document: CN |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |