JP2000054910A - 往復ピストン内燃機関用ピストン - Google Patents
往復ピストン内燃機関用ピストンInfo
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- piston ring
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- ring groove
- flank
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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
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
- F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases for large diesel engines
-
- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストンを、簡単かつ低コストの手段をもっ
て比較的高い点火圧力の下でも長い寿命を達成できるよ
うに改善する。 【解決手段】 ピストンリングのために設けられ磨耗に
対して保護された複数のフランク（４）を有する少なく
とも一つのピストンリング溝（２）を備えた、往復ピス
トン内燃機関、特に大型機関用のピストンにおいて、少
なくとも一つのフランクが、外側端縁に隣接する領域に
セラミックス材料からなる補強部（３）を備えることに
よって、長寿命を達成することができる。
て比較的高い点火圧力の下でも長い寿命を達成できるよ
うに改善する。 【解決手段】 ピストンリングのために設けられ磨耗に
対して保護された複数のフランク（４）を有する少なく
とも一つのピストンリング溝（２）を備えた、往復ピス
トン内燃機関、特に大型機関用のピストンにおいて、少
なくとも一つのフランクが、外側端縁に隣接する領域に
セラミックス材料からなる補強部（３）を備えることに
よって、長寿命を達成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンリングの
ために設けられ、磨耗に対して保護された複数のフラン
クを有する少なくとも一つのピストンリング溝を備えた
往復ピストン内燃機関、特に大型機関用のピストンに関
する。
ために設けられ、磨耗に対して保護された複数のフラン
クを有する少なくとも一つのピストンリング溝を備えた
往復ピストン内燃機関、特に大型機関用のピストンに関
する。
【０００２】
【従来の技術】硬化鋼からなる複数のリング溝フランク
を備えることは公知である（独国特許第３４０５９８３
号明細書）。しかしながら、この方法は所定の点火圧力
以上では不十分なものである。すなわち、フランクの応
力が点火圧力の上昇とともに急激に大きくなるからであ
る。不幸なことに、これに関して、今日望まれているの
は低い潤滑率でもある。そのため急速なフランクの磨耗
を来すのが現状である。このことは、特にリング溝フラ
ンクの端縁領域に当てはまる。経験によれば、そこには
最大の応力がかかる。
を備えることは公知である（独国特許第３４０５９８３
号明細書）。しかしながら、この方法は所定の点火圧力
以上では不十分なものである。すなわち、フランクの応
力が点火圧力の上昇とともに急激に大きくなるからであ
る。不幸なことに、これに関して、今日望まれているの
は低い潤滑率でもある。そのため急速なフランクの磨耗
を来すのが現状である。このことは、特にリング溝フラ
ンクの端縁領域に当てはまる。経験によれば、そこには
最大の応力がかかる。
【０００３】リング溝フランクの抵抗力をクロムコーテ
ィングによって高めることも既に試みられている。しか
し、それ自体耐磨耗性のこの材料は、高温ではその耐磨
耗性を失ってしまう。しかも、点火圧力の上昇とともに
表面圧力および表面摩擦も増大し、それによって材料温
度も高くなる。そのため、１６０bar以上の点火圧力下
では、上述のクロムコーティングは耐磨耗性の改善にな
らない。
ィングによって高めることも既に試みられている。しか
し、それ自体耐磨耗性のこの材料は、高温ではその耐磨
耗性を失ってしまう。しかも、点火圧力の上昇とともに
表面圧力および表面摩擦も増大し、それによって材料温
度も高くなる。そのため、１６０bar以上の点火圧力下
では、上述のクロムコーティングは耐磨耗性の改善にな
らない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上の事情を考慮して
本発明の目的は、冒頭に述べた型のピストンを、簡単か
つ低コストの手段をもって、高い点火圧力および高い摩
擦の下でも長寿命を達成できるように改善することであ
る。
本発明の目的は、冒頭に述べた型のピストンを、簡単か
つ低コストの手段をもって、高い点火圧力および高い摩
擦の下でも長寿命を達成できるように改善することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
れば、少なくとも一つのフランクが、外側端縁に隣接す
る領域にセラミックス材料からなる補強部を備えること
によって達成される。
れば、少なくとも一つのフランクが、外側端縁に隣接す
る領域にセラミックス材料からなる補強部を備えること
によって達成される。
【０００６】経験によれば端縁領域に最も高い表面圧力
が生じ、従ってまたそこに最も高い材料加熱が生ずる。
この領域に、高温に対して鈍感な硬化されたセラミック
ス材料を備えるのがよい。溝の深さ方向に向かって応力
は減少する。そのため、セラミックス材料からなる補強
部はフランク幅全体にわたって延ばさないのが有利であ
り、そのことは少なからぬ材料の節約効果を生ずる。
が生じ、従ってまたそこに最も高い材料加熱が生ずる。
この領域に、高温に対して鈍感な硬化されたセラミック
ス材料を備えるのがよい。溝の深さ方向に向かって応力
は減少する。そのため、セラミックス材料からなる補強
部はフランク幅全体にわたって延ばさないのが有利であ
り、そのことは少なからぬ材料の節約効果を生ずる。
【０００７】本発明の好ましい構成および変形例は、請
求項２以下に記載されている。補強部は外側へ向かって
開放する溝によって形成された受入れポケットの充填物
として構成することができる。これによって、不連続の
補強部の場合でも段付き部のないフランクとすることが
できる。
求項２以下に記載されている。補強部は外側へ向かって
開放する溝によって形成された受入れポケットの充填物
として構成することができる。これによって、不連続の
補強部の場合でも段付き部のないフランクとすることが
できる。
【０００８】補強部の幅は、少なくとも１．５ｍｍと
し、溝深さの高々２／３に相当するものとすることがで
きる。こうすれば、一方では高度の非剥離性が得られる
とともに、他方では材料消費量を制限することができ
る。補強部の幅は、α≧５０゜として、ピストンリング
溝の深さをtanαで割算したときの商に相当するように
決定するのがよい。その場合、補強部は高速吹付け法で
設けることができる。
し、溝深さの高々２／３に相当するものとすることがで
きる。こうすれば、一方では高度の非剥離性が得られる
とともに、他方では材料消費量を制限することができ
る。補強部の幅は、α≧５０゜として、ピストンリング
溝の深さをtanαで割算したときの商に相当するように
決定するのがよい。その場合、補強部は高速吹付け法で
設けることができる。
【０００９】補強部の厚みは、０．２５〜０．３０ｍｍ
の範囲内とするのがよい。このようにすることにより、
経験によればわずかな材料消費量の下で実用的な安定性
を得ることができる。
の範囲内とするのがよい。このようにすることにより、
経験によればわずかな材料消費量の下で実用的な安定性
を得ることができる。
【００１０】さらに有利な他の構成においては、補強部
をクロム・セラミックス材料で作成する。この種の材料
は実験において特別な安定性と良好な加工性を認めるこ
とができた。
をクロム・セラミックス材料で作成する。この種の材料
は実験において特別な安定性と良好な加工性を認めるこ
とができた。
【００１１】さらなる構成は、少なくとも燃焼室から離
隔したフランクが補強部を備えることである。その場
合、最大の危険にさらされるフランクが対象とされる。
しかし、両フランクが補強部を備えるのがよい。これに
より、特に長寿命を期待することができる。その場合、
一層完璧にするためには、補強部を備えたピストンリン
グ溝のフランクに対向するピストンリングフランクの各
々が、それぞれ同一の補強部を備えることができる。こ
うすることによって、同一材料ペアを生じ、腐食を回避
するのに有効に作用させることができる。
隔したフランクが補強部を備えることである。その場
合、最大の危険にさらされるフランクが対象とされる。
しかし、両フランクが補強部を備えるのがよい。これに
より、特に長寿命を期待することができる。その場合、
一層完璧にするためには、補強部を備えたピストンリン
グ溝のフランクに対向するピストンリングフランクの各
々が、それぞれ同一の補強部を備えることができる。こ
うすることによって、同一材料ペアを生じ、腐食を回避
するのに有効に作用させることができる。
【００１２】さらに、一連のピストンリングのために設
けられた複数のピストンリング溝のうち、燃焼室に最も
近く隣接するピストンリング溝のみが少なくとも補強部
を備えるようにするのがよい。これにより、最小の費用
で比較的高い効果を達成することができる。なぜなら、
燃焼室に最も近く隣接するピストンリング溝の領域に極
めて高い応力が生ずるからである。
けられた複数のピストンリング溝のうち、燃焼室に最も
近く隣接するピストンリング溝のみが少なくとも補強部
を備えるようにするのがよい。これにより、最小の費用
で比較的高い効果を達成することができる。なぜなら、
燃焼室に最も近く隣接するピストンリング溝の領域に極
めて高い応力が生ずるからである。
【００１３】本発明の他の好ましい構成は請求項２以下
に記載されており、図面を参照して以下に記載する実施
の形態についての説明から明らかになるであろう。
に記載されており、図面を参照して以下に記載する実施
の形態についての説明から明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】往復ピストン内燃機関、例えば大
型ディーゼル機関の構造および作用は公知であり、その
ためここではそれらの詳細説明は省略する。図１はピス
トン上部１を示すものである。ピストン上部１は、ここ
には図示されていない対応する下部に取外し自在に組立
てられる磨耗部をなしている。直列的に配置される複数
のピストンリングからなるピストンリング群を受入れる
ために、ピストン上部１は軸方向に整列された周方向に
走る複数のピストンリング溝２を備えており、その中に
それぞれここには図示されていない対応するピストンリ
ングが収納される。
型ディーゼル機関の構造および作用は公知であり、その
ためここではそれらの詳細説明は省略する。図１はピス
トン上部１を示すものである。ピストン上部１は、ここ
には図示されていない対応する下部に取外し自在に組立
てられる磨耗部をなしている。直列的に配置される複数
のピストンリングからなるピストンリング群を受入れる
ために、ピストン上部１は軸方向に整列された周方向に
走る複数のピストンリング溝２を備えており、その中に
それぞれここには図示されていない対応するピストンリ
ングが収納される。
【００１５】ピストン上部１は鋼からなっている。ピス
トンリング溝２のフランクは硬化されている。最上部、
すなわちピストンによって拡大されたり縮小されたりす
る燃焼室に最も近く隣接するピストンリング溝２のフラ
ンクはセラミックス材料からなる補強部３を備えてい
る。補強部３は全フランク領域にわたって設けられるの
ではなく、外側端縁に隣接する領域にのみ設けられてい
る。補強部３の最小幅は１．５ｍｍである。補強部３の
最大幅は溝深さの２／３またはフランク幅を超えてはな
らない。
トンリング溝２のフランクは硬化されている。最上部、
すなわちピストンによって拡大されたり縮小されたりす
る燃焼室に最も近く隣接するピストンリング溝２のフラ
ンクはセラミックス材料からなる補強部３を備えてい
る。補強部３は全フランク領域にわたって設けられるの
ではなく、外側端縁に隣接する領域にのみ設けられてい
る。補強部３の最小幅は１．５ｍｍである。補強部３の
最大幅は溝深さの２／３またはフランク幅を超えてはな
らない。
【００１６】図示の例では、図２に矢印で示されている
ように、補強部３は吹付け層として設けられる。その場
合、少なくとも５０゜という比較的急傾斜角αをもって
吹付けられる。補強部３は比較的急傾斜角αをもって設
けられるので、高速吹付け法によって設けることができ
る。その場合、補強部３の幅ｂは次式で与えられる。 ｂ＝ｔ／tan α、但し ｔ＝内のり溝高さ、α≧５０゜
ように、補強部３は吹付け層として設けられる。その場
合、少なくとも５０゜という比較的急傾斜角αをもって
吹付けられる。補強部３は比較的急傾斜角αをもって設
けられるので、高速吹付け法によって設けることができ
る。その場合、補強部３の幅ｂは次式で与えられる。 ｂ＝ｔ／tan α、但し ｔ＝内のり溝高さ、α≧５０゜
【００１７】補強部３はクロム・セラミックス材料から
なっている。基材としての４２ＣｒＭｏ４Ｖ上に高速吹
付け法で形成される補強部の場合、例えば８０Ｃｒ３，
Ｃ２および／または２０ＮｉＣｒを使用することができ
る。しかし、補強部を電解分離法によって形成すること
も考えられる。その場合、ＣｒＡｌ酸化物の使用も考え
られる。それぞれの場合、特に良好な安定性を期待でき
るクロム・セラミックス材料が適用対象となる。
なっている。基材としての４２ＣｒＭｏ４Ｖ上に高速吹
付け法で形成される補強部の場合、例えば８０Ｃｒ３，
Ｃ２および／または２０ＮｉＣｒを使用することができ
る。しかし、補強部を電解分離法によって形成すること
も考えられる。その場合、ＣｒＡｌ酸化物の使用も考え
られる。それぞれの場合、特に良好な安定性を期待でき
るクロム・セラミックス材料が適用対象となる。
【００１８】補強部３は図示の例では外側に向かって開
放した溝によって形成されたそれぞれに対応する受入れ
ポケット４の充填物として構成されている。受入れポケ
ット４はセラミックス材料の装着の前に研削加工または
旋盤加工によって作られる。セラミックス材料の装着の
後、表面はダイヤモンド盤によって仕上げ研磨が行われ
る。
放した溝によって形成されたそれぞれに対応する受入れ
ポケット４の充填物として構成されている。受入れポケ
ット４はセラミックス材料の装着の前に研削加工または
旋盤加工によって作られる。セラミックス材料の装着の
後、表面はダイヤモンド盤によって仕上げ研磨が行われ
る。
【００１９】簡単な場合には、補強のために備えられる
リング溝２のフランクは燃焼室から離隔したもののみが
セラミックス補強部を備えるようにしてもよい。図示の
場合、最上部のリング溝２の両フランクが補強部３を備
えており、ここに特に高い安全性を与えている。自明の
ごとく、それ以下のピストンリング溝であっても特に高
い応力がかかる場合は、そこにも対応する補強部を付加
的に設けるのがよい。同一材料ペアを達成するために、
ピストンリング溝２のフランクのうち、補強部３を設け
ているものに対向位置する、ここに詳細には図示してい
ないピストンリングのフランクもそれぞれ同様の補強部
を備えるのがよい。
リング溝２のフランクは燃焼室から離隔したもののみが
セラミックス補強部を備えるようにしてもよい。図示の
場合、最上部のリング溝２の両フランクが補強部３を備
えており、ここに特に高い安全性を与えている。自明の
ごとく、それ以下のピストンリング溝であっても特に高
い応力がかかる場合は、そこにも対応する補強部を付加
的に設けるのがよい。同一材料ペアを達成するために、
ピストンリング溝２のフランクのうち、補強部３を設け
ているものに対向位置する、ここに詳細には図示してい
ないピストンリングのフランクもそれぞれ同様の補強部
を備えるのがよい。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、簡単かつ低コストの手
段をもって比較的高い点火圧力の下でも長い寿命を達成
できるピストンを提供することができる。
段をもって比較的高い点火圧力の下でも長い寿命を達成
できるピストンを提供することができる。
【図１】本発明によるピストン上部の要部の縦断面図。
【図２】図１の装置における最上部のピストンリング溝
の拡大断面図。
の拡大断面図。
１ ピストン上部 ２ ピストンリング溝 ３ 補強部 ４ 受入れポケット
Claims (10)
- 【請求項１】 ピストンリングのために設けられ、磨耗
に対して保護された複数のフランクを有する少なくとも
一つのピストンリング溝（２）を備えた往復ピストン内
燃機関、特に大型機関用のピストンにおいて、少なくと
も一つのフランクが、外側端縁に隣接する領域にセラミ
ックス材料からなる補強部（３）を備えていることを特
徴とする往復ピストン機関用ピストン。 - 【請求項２】 前記補強部（３）が、外側へ向かって開
放する溝によって形成された受入れポケット（４）の充
填物として構成されていることを特徴とする請求項１記
載のピストン。 - 【請求項３】 前記補強部（３）の幅が少なくとも１．
５ｍｍあり、溝深さの高々２／３に相当することを特徴
とする請求項１または２記載のピストン。 - 【請求項４】 前記補強部（３）の幅が、α≧５０゜と
して、前記ピストンリング溝（２）の内のり高さをtan
αで割算したときの商に相当することを特徴とする請求
項１ないし３の１つに記載のピストン。 - 【請求項５】 前記補強部（３）の厚みが、０．２５〜
０．３０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし４
の１つに記載のピストン。 - 【請求項６】 前記補強部（３）がクロム・セラミック
ス材料からなっていることを特徴とする請求項１ないし
５の１つに記載のピストン。 - 【請求項７】 少なくとも燃焼室から離隔したフランク
が補強部（３）を備えていることを特徴とする請求項１
ないし６の１つに記載のピストン。 - 【請求項８】 両フランクが補強部（３）を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載のピス
トン。 - 【請求項９】 補強部（３）を備えたピストンリング溝
（２）のフランクに対向するピストンリングフランクの
各々が、それぞれ同一の補強部を備えていることを特徴
とする請求項１ないし８の１つに記載のピストン。 - 【請求項１０】 一連のピストンリングのために設けら
れた複数のピストンリング溝（３）のうち、燃焼室に最
も近く隣接するピストンリング溝（２）が少なくとも１
つの補強部（３）を備えていることを特徴とする請求項
１ないし９の１つに記載のピストン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19833827.9 | 1998-07-28 | ||
| DE1998133827 DE19833827C1 (de) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000054910A true JP2000054910A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=7875504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11207533A Pending JP2000054910A (ja) | 1998-07-28 | 1999-07-22 | 往復ピストン内燃機関用ピストン |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000054910A (ja) |
| DE (1) | DE19833827C1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10045174B4 (de) * | 2000-09-13 | 2004-03-11 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Verfahren zur Herstellung eines Kolbens |
| DE10059903B4 (de) * | 2000-12-01 | 2004-07-15 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Kolben mit Verschleißschutzschicht |
| JP2002257045A (ja) | 2001-03-02 | 2002-09-11 | Toyota Industries Corp | ピストン型圧縮機 |
| GB2383833A (en) * | 2001-12-27 | 2003-07-09 | Perkins Engines Co Ltd | Piston with a ceramic reinforced ring groove |
| DE10320979B4 (de) * | 2003-05-09 | 2006-01-05 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Beschichtung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
| DE102005013087B3 (de) * | 2005-03-18 | 2006-08-31 | Man B & W Diesel Ag | Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit gehärteten Kolbenringnuten |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1784019U (de) * | 1958-08-13 | 1959-02-26 | Schmidt Gmbh Karl | Leichtmetallkolben, insbesondere fuer brennkraftmaschinen, deren ringnutenflanken eine schutzschicht tragen. |
| DE3405983C1 (de) * | 1984-02-18 | 1985-05-15 | M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8900 Augsburg | Verschleißfeste Kolbenringnuten an einem aus Vergütungsstahl hergestellten Kolbenoberteil eines Brennkraftmaschinenkolbens |
-
1998
- 1998-07-28 DE DE1998133827 patent/DE19833827C1/de not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-07-22 JP JP11207533A patent/JP2000054910A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19833827C1 (de) | 1999-12-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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