JPH0730347U - エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＥＧＲ条件下におけるシリンダライナの摩耗
を低減して、エンジンの長寿命化を図る。 【構成】 トップリング４はマルテンサイト系ステンレ
ス鋼からなり、その外周摺動面にＣｒＮ皮膜７を有す
る。ＣｒＮ皮膜の厚さは３０μｍ、硬さはＨｖ１３０
０、配向は（２００）である。ＣｒＮ皮膜７の下地とし
て窒化層８を形成してある。シリンダライナ２は合金鋳
鉄からなり、その内周摺動面に窒化層１３を有する。窒
化層１３の厚さは４．５μｍ、硬さはＨｖ８７０であ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は所定の表面処理を施したトップリングとシリンダライナを有するエン ジンに関し、特に耐久性を要求されるディーゼルエンジンに利用して好適なもの である。

【０００２】

【従来の技術】

ディーゼルエンジンにおいて、ＥＧＲ条件下でピストンリングおよびシリンダ ライナの摩耗が促進されること、特に低温腐食雰囲気におけるシリンダライナの 摩耗が激しいことが問題となっている。このことは、特に耐久性が求められる中 大型のディーゼルエンジンにＥＧＲを採用することの障害となっている。

【０００３】 このシリンダライナの腐食摩耗対策として、シリンダライナの内周面に窒化処 理を施すことや、シリンダライナ自体の材質の改良が試みられている。

【０００４】 内周面を窒化したシリンダと組み合わせる最も一般的なピストンリングはＣｒ めっきリングである（特公昭５９−５０４６５号公報、特開平５−８６９６６号 公報参照）。その他、窒化リング（特開平２−１０４６５３号公報）、Ｆｅ−Ｃ ｒ溶射リング（特開昭６１−７３８７０号公報）、焼結リング（特公昭６３−５ ０４２９号公報）あるいは鋼製リング（特公昭５６−２１５２号公報）なども提 案されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記のいずれによってもシリンダライナの摩耗の問題は解決さ れていない。同様に、シリンダライナの材質の改良も十分な成果が挙がっていな い。他方、最近、ピストンリングの外周面にイオンプレーティングによる各種の 硬質皮膜を施すことが注目されているが、現在使用されているのは、ＣｒＮ皮膜 を施したピストンリングとレーザ焼入れを施したシリンダの組合せの例が唯一あ るだけである。

【０００６】 本考案は、ＥＧＲ条件下におけるシリンダライナの摩耗を低減して、エンジン の長寿命化を図ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決する本考案の特徴は、外周摺動面にＣｒＮ皮膜を有するトッ プリングと、内周摺動面に窒化層を有する鋳鉄製シリンダライナとを組み合わせ ることにある。

【０００８】 トップリングの外周摺動面におけるＣｒＮ皮膜の硬さはＨｖ８００未満である と、耐摩耗性が不十分であり、Ｈｖ２１００を越えると、ピストンリングの加工 中の欠けが急増する。したがって、ＣｒＮ皮膜の硬さはＨｖ８００〜２１００の 範囲とするのが好ましい。また、シリンダライナの窒化層の硬さはＨｖ７００未 満であると、耐摩耗性が不十分であるため、シリンダライナの窒化層の硬さはＨ ｖ７００以上とするのが好ましい。

【０００９】

【作用】

上記構成により、ＥＧＲ条件下でのシリンダライナの摩耗が少なくなるため、 エンジンの耐久性を高めることができる。

【００１０】

【実施例】

図１は本考案の一実施例であるディーゼルエンジンのピストンリング部分を示 す縦断面図である。

【００１１】 シリンダブロック１のボアにシリンダライナ２が挿入固定されており、このシ リンダライナ２にピストン３が挿入されている。ピストン３は外周面に３つのリ ング溝が形成されており、これらの３つのリング溝にトップリング４、セカンド リング５およびコイルエキスパンダ付きオイルリング６がそれぞれ装着されてお り、各リング４，５，６の表面には耐摩耗性表面処理が施されている。

【００１２】 トップリング４はマルテンサイト系ステンレス鋼からなるバレルフェース形の リングで、その外周摺動面にはＣｒＮ皮膜７が形成されている。 ＣｒＮ皮膜の厚さ：３０μｍ 硬さ：Ｈｖ１３００ 配向：（２００）

【００１３】 なお、ＣｒＮ皮膜７の下地として、ガス窒化による窒化層８が形成されており 、この窒化層８は最表面の硬くて脆い窒素化合物層を研磨加工により除去してあ る。

【００１４】 セカンドリング５はマルテンサイト系ステンレス鋼からなるテーパアンダカッ ト形のリングで、その外周面には硬質Ｃｒめっき９が形成されている。

【００１５】 コイルエキスパンダ付きオイルリング６は断面略Ｉ字形の鋼製オイルリング１ ０とこれを付勢する鋼製コイルエキスパンダ１１とからなり、オイルリング１０ の全表面にはガス窒化による窒化層１２が形成されている。

【００１６】 シリンダライナ２は合金鋳鉄からなり、その内周摺動面に窒化層１３を有して いる。なお、この窒化層１３は、最表面の硬くて脆い窒素化合物層を研磨加工に より除去せずに残してある。シリンダライナ２の詳細は以下の通りである。

【００１７】 シリンダライナの組成 Ｃ ：３．１０％ Ｓｉ：２．３５％ Ｍｎ：０．６９％ Ｐ ：０．２１％ Ｓ ：０．０１１％ Ｃｒ：０．３４％ Ｂ ：０．０５９％ Ｃｕ：０．９５％

【００１８】 シリンダライナの内径 １１０ｍｍφ

【００１９】 窒化条件、硬さおよび厚さ 窒化方法：ガス窒化法 窒化ガス：ＮＨ₃ ガスとＮ₂ ガスの混合ガス（ＮＨ₃ ：Ｎ₂ ＝１：１） 窒化温度：５９０℃ 窒化時間：３０分 窒化層硬さ：Ｈｖ８７０ 窒化層厚さ：４．５μｍ

【００２０】 以下に、本考案におけるトップリング４とシリンダライナ２の組合せを他の組 合せと比較するために行ったディーゼルエンジンのＥＧＲ率２０％でのエンジン 実験とその結果について説明する。

【００２１】 試験に供したトップリングとシリンダライナの表面処理を表１に示す。

【００２２】 表１

【００２３】 比較例２のＣｒＮ皮膜は本考案のものと同じであり、比較例１の窒化条件、硬 さおよび厚さは本考案のものと同じである。

【００２４】 比較例１のシリンダライナの組成は本考案のシリンダライナの組成と同じであ る。比較例２および比較例３のシリンダライナも合金鋳鉄からなるが、組成は以 下の通りである。 Ｃ ：３．２０％ Ｓｉ：２．４７％ Ｍｎ：０．７２％ Ｐ ：０．１４％ Ｓ ：０．０１１％ Ｃｒ：０．１３％ Ｂ ：０．０３％ Ｃｕ：０．３７％

【００２５】 試験後のシリンダライナ内周面におけるリング上死点近傍の最大摩耗量と、ト ップリング外周面の摩耗量を測定した。表１の比較例３におけるトップリングお よびシリンダライナの摩耗量を各々１としたときの相対摩耗比を図２に示す。こ れによれば、ＰＶＤ処理によるＣｒＮ皮膜を有するトップリングと窒化したシリ ンダライナの組合せは、シリンダライナの摩耗を大きく低減することがわかる。 さらに、トップリング自身の摩耗も他の組合せと比較して大きくないこともわか る。したがって、本考案のトップリングとシリンダライナの組合せが最も優れて いることが示されている。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように本考案のエンジンによれば、ＥＧＲ条件下のシリンダライ ナの摩耗が少なく、中大型のエンジンにＥＧＲを採用することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例であるディーゼルエンジンの
ピストンリング部分を示す縦断面図である。

【図２】エンジン実験による摩耗結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】 １ シリンダブロック ２ シリンダライナ ３ ピストン ４ トップリング ５ セカンドリング ６ コイルエキスパンダ付きオイルリング ７ ＣｒＮ皮膜 ８ 窒化層 ９ 硬質Ｃｒめっき １０ オイルリング １１ コイルエキスパンダ １２ 窒化層 １３ 窒化層

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周摺動面にＣｒＮ皮膜を有するトップ
   リングと、内周摺動面に窒化層を有する鋳鉄製シリンダ
   ライナとを備えたことを特徴とするエンジン。
2. 【請求項２】 前記ＣｒＮ皮膜の硬度がＨｖ８００〜２
   １００であり、前記窒化層の硬度がＨｖ７００以上であ
   ることを特徴とする請求項１記載のエンジン。