JPH0536629B2 - - Google Patents
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- JPH0536629B2 JPH0536629B2 JP58105643A JP10564383A JPH0536629B2 JP H0536629 B2 JPH0536629 B2 JP H0536629B2 JP 58105643 A JP58105643 A JP 58105643A JP 10564383 A JP10564383 A JP 10564383A JP H0536629 B2 JPH0536629 B2 JP H0536629B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- layer
- land
- coefficient
- grooves
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- 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
- F16J9/12—Details
- F16J9/22—Rings for preventing wear of grooves or like seatings
-
- 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
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/04—Forging of engine parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0448—Steel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/048—Heat transfer
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)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は往復動内燃エンジンのピストンであつ
て、当然ピストンクラウンは鋼から作られてお
り、その外側周縁においてはピストン全長にわた
つて分布する数個の周縁ピストンリング割溝が形
成されており、２つの割溝毎に１つのランドが設
けられており、各割溝には１つのピストンリング
が配されているピストンに関するものである。こ
れらの周知のピストンのスカートはねずみ鋳鉄か
ら作られており、クラウン内の割溝はピストンが
動く時これを取囲んでいるシリンダと噛合う割溝
乃至分離ピストンリングを収納している。この種
のピストンにおいてはエンジンの作動条件によつ
ては、ランドが、それを構成する物質の過熱のた
めに引起されるクラツキングにさらされ、ピスト
ンの作動寿命を短かくすることが知られている。
て、当然ピストンクラウンは鋼から作られてお
り、その外側周縁においてはピストン全長にわた
つて分布する数個の周縁ピストンリング割溝が形
成されており、２つの割溝毎に１つのランドが設
けられており、各割溝には１つのピストンリング
が配されているピストンに関するものである。こ
れらの周知のピストンのスカートはねずみ鋳鉄か
ら作られており、クラウン内の割溝はピストンが
動く時これを取囲んでいるシリンダと噛合う割溝
乃至分離ピストンリングを収納している。この種
のピストンにおいてはエンジンの作動条件によつ
ては、ランドが、それを構成する物質の過熱のた
めに引起されるクラツキングにさらされ、ピスト
ンの作動寿命を短かくすることが知られている。
この過熱は、高温の燃焼ガスが燃焼室からピス
トンリングを間隙を通つて流入することによつて
起きる。
トンリングを間隙を通つて流入することによつて
起きる。
本発明の目的はこの種のピストンにおいてその
ようなランドのクラツキングが解消される改良さ
れたピストンを提供することである。
ようなランドのクラツキングが解消される改良さ
れたピストンを提供することである。
かくて、本発明によれば、少なくとも燃焼チヤ
ンバに最も近い２つの割溝間のランドはその周縁
上において、親物質に剛固に貼付された金属物質
の層を備えており、そのような金属物質は親物質
のα＝Ｅ・β／δs・λ〔m.h／kcal〕であらわされる係
数αの 半分以下のαなる係数を備えている。ここにＥは
〔Kg／mm2〕であらわした弾性定数、βは〔℃-1〕
であらわした線熱膨張係数、δsは〔Kg／mm2〕であ
らわした引張りによる降伏点（強さ）、λは該当
物質の〔kcal／m.h.℃〕であらわした熱伝導率をそれ ぞれ示す。尚前記層の厚味は少なくとも１mmであ
る。
ンバに最も近い２つの割溝間のランドはその周縁
上において、親物質に剛固に貼付された金属物質
の層を備えており、そのような金属物質は親物質
のα＝Ｅ・β／δs・λ〔m.h／kcal〕であらわされる係
数αの 半分以下のαなる係数を備えている。ここにＥは
〔Kg／mm2〕であらわした弾性定数、βは〔℃-1〕
であらわした線熱膨張係数、δsは〔Kg／mm2〕であ
らわした引張りによる降伏点（強さ）、λは該当
物質の〔kcal／m.h.℃〕であらわした熱伝導率をそれ ぞれ示す。尚前記層の厚味は少なくとも１mmであ
る。
低い係数αの層は燃焼チヤンバからピストンリ
ング割溝を経て流れるガスの高温度に対して耐え
得るランド周縁の能力を著しく増大せしめる。前
記層からピストンクラウンへの熱の除去性能も又
改良される。本発明は従つてクラツキング及びそ
れから生ずる損傷という問題に対する比較的簡単
な解決策を提供している。
ング割溝を経て流れるガスの高温度に対して耐え
得るランド周縁の能力を著しく増大せしめる。前
記層からピストンクラウンへの熱の除去性能も又
改良される。本発明は従つてクラツキング及びそ
れから生ずる損傷という問題に対する比較的簡単
な解決策を提供している。
前述した係数αというものは、次のような関係
で導かれたものである。
で導かれたものである。
Ｓ＝δs／δTenp ……(1)
なる式(1)をまず設定する。δs（引張りによる降伏
点）のδTenp（交番温度によつてもたらされる交番
応力の振幅）に対する比Ｓは、材料によつて弾性
的に何回δTenpが取り込み得るかを示す指標とな
る。δsは疲労強度に比例すると考え得るからであ
る。例えば、δTenpがδsに等しいほどに大きけれ
ば、そのような応力の振幅が１回生ずれば、材料
は降伏点に達してしまうが、δTenp（交番応力の振
幅）がδs（疲労強度に比例する）に比して小さけ
れば、何回かそのような応力の振幅が材料中にも
たらされても、材料は弾性的に持ちこたえていら
れるというわけである。
点）のδTenp（交番温度によつてもたらされる交番
応力の振幅）に対する比Ｓは、材料によつて弾性
的に何回δTenpが取り込み得るかを示す指標とな
る。δsは疲労強度に比例すると考え得るからであ
る。例えば、δTenpがδsに等しいほどに大きけれ
ば、そのような応力の振幅が１回生ずれば、材料
は降伏点に達してしまうが、δTenp（交番応力の振
幅）がδs（疲労強度に比例する）に比して小さけ
れば、何回かそのような応力の振幅が材料中にも
たらされても、材料は弾性的に持ちこたえていら
れるというわけである。
かくて、Ｓは疲労に対する安全率を表わすもの
であるといえる。
であるといえる。
ところで、δTenpは次式で与えられる。
δTenp＝Δtwall／２・Ｅ・β ……(2)
ここでΔtwallは材料の温度上昇であり、Ｅとβは、
前述した通り、材料の弾性定数と線形熱膨張係数
である。(2)式は、交番温度によつてもたらされる
交番応力というものが親物質に貼付された金属物
質内のみで生じると仮定して導かれたものである
が、このような仮定は合理性のあるものである。
このような考えによつて、親物質には交番応力に
もとずく周期的な変形は実質的に生じないと看做
し得る。ところで、 Δtwall／２〜１／λ ……(3) という関係があると考えられる。λは、前述した
通り、熱伝導率である。(3)式は、交番温度によつ
てもたらされる周期的な応力の振幅δTenpが１／λに ほぼ比例することを示している。それで、(3)及び
(2)式を(1)式に代入すると次の(4)式が導かれる。
前述した通り、材料の弾性定数と線形熱膨張係数
である。(2)式は、交番温度によつてもたらされる
交番応力というものが親物質に貼付された金属物
質内のみで生じると仮定して導かれたものである
が、このような仮定は合理性のあるものである。
このような考えによつて、親物質には交番応力に
もとずく周期的な変形は実質的に生じないと看做
し得る。ところで、 Δtwall／２〜１／λ ……(3) という関係があると考えられる。λは、前述した
通り、熱伝導率である。(3)式は、交番温度によつ
てもたらされる周期的な応力の振幅δTenpが１／λに ほぼ比例することを示している。それで、(3)及び
(2)式を(1)式に代入すると次の(4)式が導かれる。
α＝１／Ｓ＝Ｅ・β／δs・λ ……(4)
Ｓが疲労に対する安全率（Ｓが大きいほど安全性
は大）を表わすこと、前述した通りであるから、
αは疲労度を表わすものとなり、αの値が大であ
ればあるほど疲労度は大であつて、材料に早くク
ラツキングが生ずるということになる。
は大）を表わすこと、前述した通りであるから、
αは疲労度を表わすものとなり、αの値が大であ
ればあるほど疲労度は大であつて、材料に早くク
ラツキングが生ずるということになる。
本発明は、α＝Ｅ・β／δs・λという、疲労度を示
す 関係式を見出した点に、その進歩性を有するもの
である。本発明において貼付物質のαの物質のα
の限界を親物質のαの半分と限定した点は、有用
性の範囲を定めたものである。親物質のαの半分
の値を限界値とするならば、親物質に対して疲労
度は半分と少なくなり、親物質に貼付した貼付物
質には、交番温度に基づく交番応力によつてクラ
ツキングが発生しにくくなる。一方、親物質の方
は、かかる貼付物質があることによつて交番温度
の影響をあまり受けず、交番的な変形は実質的に
生じないので、親物質の方にも損傷がもたらされ
ることはない。
す 関係式を見出した点に、その進歩性を有するもの
である。本発明において貼付物質のαの物質のα
の限界を親物質のαの半分と限定した点は、有用
性の範囲を定めたものである。親物質のαの半分
の値を限界値とするならば、親物質に対して疲労
度は半分と少なくなり、親物質に貼付した貼付物
質には、交番温度に基づく交番応力によつてクラ
ツキングが発生しにくくなる。一方、親物質の方
は、かかる貼付物質があることによつて交番温度
の影響をあまり受けず、交番的な変形は実質的に
生じないので、親物質の方にも損傷がもたらされ
ることはない。
好適には、前記層は少なくとも90％のモリブデ
ンからなつている。モリブデンは10〔m.h／kcal〕の係 数αを備えている。
ンからなつている。モリブデンは10〔m.h／kcal〕の係 数αを備えている。
以下付図を参照して本発明の１つの実施例をよ
り詳細に説明する。
り詳細に説明する。
第１図を参照すると、例えば36NICR10のよう
な軽合金鋼から鋳造又は鍛造で作られたピストン
クラウン１には５個の円周割溝２が形成されてい
る。各２つの割溝２間にはランド部３が存在して
いる。クラウン１の第１図では底部端部になつて
いる端部に、詳細には図示せぬが、ねずみ鋳鉄の
ピストンスカートが設けられており、当該スカー
ト内にはピストンロツドが配設されている。前記
ピストンロツド、ピストンスカート及びピストン
クラウン１は周知の態様により頭付きボルトで連
結されている。前記ピストンはクロスヘツド型式
のデイーゼルエンジン内において用いられてい
る。
な軽合金鋼から鋳造又は鍛造で作られたピストン
クラウン１には５個の円周割溝２が形成されてい
る。各２つの割溝２間にはランド部３が存在して
いる。クラウン１の第１図では底部端部になつて
いる端部に、詳細には図示せぬが、ねずみ鋳鉄の
ピストンスカートが設けられており、当該スカー
ト内にはピストンロツドが配設されている。前記
ピストンロツド、ピストンスカート及びピストン
クラウン１は周知の態様により頭付きボルトで連
結されている。前記ピストンはクロスヘツド型式
のデイーゼルエンジン内において用いられてい
る。
第２図を参照すると、各割溝２はピストンリン
グ４を収納している。各リング４には軸線方向割
溝即ちスキユー割溝乃至間隙が形成されており、
リング外側周縁はピストンのまわりのシリンダラ
イナの壁５と弾性的に係合することが出来る。第
２図が更に示す如く、少なくとも１mmの厚味のあ
る層６が３つのトツプピストンリング４の間にお
いて２つのランド３の周縁表面に添付されてい
る。本発明によれば、層６はそれをなす物質の係
数αが親物質のそれの半分以下であるような物質
により構成されている。この実施例においては第
３のリング４の下方のランド上においては層６に
相当する層は存在しない。前記２つの層６は10
〔m.h／kcal〕である係数αを備えたモリブデンからな つている。前記係数αは次式によつて規定され
る。
グ４を収納している。各リング４には軸線方向割
溝即ちスキユー割溝乃至間隙が形成されており、
リング外側周縁はピストンのまわりのシリンダラ
イナの壁５と弾性的に係合することが出来る。第
２図が更に示す如く、少なくとも１mmの厚味のあ
る層６が３つのトツプピストンリング４の間にお
いて２つのランド３の周縁表面に添付されてい
る。本発明によれば、層６はそれをなす物質の係
数αが親物質のそれの半分以下であるような物質
により構成されている。この実施例においては第
３のリング４の下方のランド上においては層６に
相当する層は存在しない。前記２つの層６は10
〔m.h／kcal〕である係数αを備えたモリブデンからな つている。前記係数αは次式によつて規定され
る。
α＝Ｅ・β／δs・λ〔m.h／kcal〕
ここにＥはKg／mm2であらわした弾性定数であ
り、βは℃-1であらわされる線膨張係数、δsは
Kg／mm2で示した引張りによる降伏点であり、λは
該当する特定物質のkcal／m.h.℃であらわされる熱伝 導率を示す。ピストンクラウン１従つてランドに
用いられる鋼の前記係数αは141〔m.h／kcal〕である。
り、βは℃-1であらわされる線膨張係数、δsは
Kg／mm2で示した引張りによる降伏点であり、λは
該当する特定物質のkcal／m.h.℃であらわされる熱伝 導率を示す。ピストンクラウン１従つてランドに
用いられる鋼の前記係数αは141〔m.h／kcal〕である。
前記クラウンピストンは次の如く製造される。
まず鋳造乃至鍛造された素材が切削加工される
が、円周表面にはまだ割溝が形成されない。割溝
のまだ付いていない周縁表面は次に肉盛り溶接に
よりモリブデン層が、燃焼チヤンバに最も近いト
ツプの３ピストンリングが配置される領域におい
て、設けられる。次に前記モリブデン層の表面が
切削加工され、所望の寸法にされるが、最終的に
残る層の厚味は少なくとも１mmである。次にピス
トンリング割溝２が設けられる。
まず鋳造乃至鍛造された素材が切削加工される
が、円周表面にはまだ割溝が形成されない。割溝
のまだ付いていない周縁表面は次に肉盛り溶接に
よりモリブデン層が、燃焼チヤンバに最も近いト
ツプの３ピストンリングが配置される領域におい
て、設けられる。次に前記モリブデン層の表面が
切削加工され、所望の寸法にされるが、最終的に
残る層の厚味は少なくとも１mmである。次にピス
トンリング割溝２が設けられる。
最後に割溝２の横方向境界表面が電気メツキに
よりクロームメツキされるがこれは周知の技術で
ある。クロームメツキ段階に先立つて、層６の周
縁表面はクロームメツキ中に当該層にクロームが
付着するのを防止するためマスキングが行なわれ
る。クロームメツキ層は極めて薄手であるので付
図においては別個には示していない。
よりクロームメツキされるがこれは周知の技術で
ある。クロームメツキ段階に先立つて、層６の周
縁表面はクロームメツキ中に当該層にクロームが
付着するのを防止するためマスキングが行なわれ
る。クロームメツキ層は極めて薄手であるので付
図においては別個には示していない。
前記層６はピストンが作動中過熱によりランド
３が破壊されるのを防止する。
３が破壊されるのを防止する。
変更例として、燃焼チヤンバに最も近いトツプ
ランド３のみが１つの層６を備えることも可能で
あり、別法として全ての残りのランド３が層６を
備えることも可能である。前記層６は溶接のみな
らずスプレーイングによつても添着することが可
能である。
ランド３のみが１つの層６を備えることも可能で
あり、別法として全ての残りのランド３が層６を
備えることも可能である。前記層６は溶接のみな
らずスプレーイングによつても添着することが可
能である。
第１図は本発明に係るピストンのクラウンの側
面図であり、ピストンリングは省略してある。第
２図は第１図の線−に沿つて眺めたピストン
の軸線方向断面図であり、この場合にはピストン
リングが装着された状態が示されている。 １……ピストンクラウン、２……周縁割溝、３
……ランド、４……ピストンリング、５……シリ
ンダライナの壁、６……層。
面図であり、ピストンリングは省略してある。第
２図は第１図の線−に沿つて眺めたピストン
の軸線方向断面図であり、この場合にはピストン
リングが装着された状態が示されている。 １……ピストンクラウン、２……周縁割溝、３
……ランド、４……ピストンリング、５……シリ
ンダライナの壁、６……層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 往復動内燃エンジンのピストンであつて、ピ
ストンクラウンが鋼から作られており、その外側
周縁には幾つかの周縁ピストンリング割溝がピス
トン全長にわたつて配設されており、２つの割溝
毎に１つのランドが存在しており、各割溝には１
つのピストンリングが配されているピストンにお
いて、少なくとも燃焼チヤンバに最も近い２つの
割溝間のランドはその周縁において親物質に剛固
に貼付された金属物質からなる層を備えており、
当該貼付物質は、問題としている物質につきＥを
Kg／mm2であらわした弾性定数、βを℃-1であらわ
した線形熱膨脹係数、δsをKg／mm2であらわした引
張りによる降伏点、λをkcal／m.h.℃であらわした熱 伝導率とした時に、α＝Ｅ・β／δs・λ m.h／kcalな
る係数 が親物質のαの半分以下であり、前記貼付層の厚
味は少なくとも１mmであることを特徴とするピス
トン。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のピストンにお
いて、前記層が少なくとも90％のモリブデンから
なつていることを特徴とするピストン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP82810269.9 | 1982-06-18 | ||
| EP19820810269 EP0097215B1 (de) | 1982-06-18 | 1982-06-18 | Kolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS595863A JPS595863A (ja) | 1984-01-12 |
| JPH0536629B2 true JPH0536629B2 (ja) | 1993-05-31 |
Family
ID=8190065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10564383A Granted JPS595863A (ja) | 1982-06-18 | 1983-06-13 | ピストン |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0097215B1 (ja) |
| JP (1) | JPS595863A (ja) |
| DE (1) | DE3273823D1 (ja) |
| DK (1) | DK154313C (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5469777A (en) * | 1994-07-05 | 1995-11-28 | Ford Motor Company | Piston assembly having abradable coating |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2403455A (en) * | 1945-04-09 | 1946-07-09 | Hastings Mfg Co | Piston |
| DE2032970A1 (de) * | 1970-07-03 | 1972-01-05 | Mahle KG, 7000 Stuttgart-Bad Cannstatt | Leichtmetallkolben |
| JPS4915010A (ja) * | 1972-05-19 | 1974-02-09 | ||
| JPS5425232A (en) * | 1977-07-28 | 1979-02-26 | Riken Piston Ring Ind Co Ltd | Sliding parts having wearrresistant jet coated layer |
| US4251599A (en) * | 1979-08-23 | 1981-02-17 | Ramsey Corporation | Ferrous metal body coated with an alloy formed by an iron/silicon extended molybdenum plasma spray powder |
-
1982
- 1982-06-18 EP EP19820810269 patent/EP0097215B1/de not_active Expired
- 1982-06-18 DE DE8282810269T patent/DE3273823D1/de not_active Expired
-
1983
- 1983-05-10 DK DK206683A patent/DK154313C/da not_active IP Right Cessation
- 1983-06-13 JP JP10564383A patent/JPS595863A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DK154313B (da) | 1988-10-31 |
| DK154313C (da) | 1989-04-03 |
| DE3273823D1 (en) | 1986-11-20 |
| JPS595863A (ja) | 1984-01-12 |
| DK206683D0 (da) | 1983-05-10 |
| EP0097215A1 (de) | 1984-01-04 |
| EP0097215B1 (de) | 1986-10-15 |
| DK206683A (da) | 1983-12-19 |
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