JPH02217667A

JPH02217667A - 内燃機関用繊維強化ピストンリング

Info

Publication number: JPH02217667A
Application number: JP3794089A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Koike; 精一小池; Tomotoki Matsuno; 松野　友説
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1990-08-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ９発明の目的（１）産業上の利用分野本発明は内燃機関用繊維強化ピストンリングに関する。

（２）従来の技術従来、この種ピストンリングは鋳鉄、ばね鋼、ステンレ
ス鋼等の鉄系材料より構成されている（例えば、日刊工
業新聞社発行、「ピストンリング」参照）。

（３）発明が解決しようとする課題近時内燃機関は高回転および高出力化の傾向にあり、そ
れに対応してピストンリングには軽量化が要求される。

前記鉄系材料よりも低比重な材料としては、アルミニウ
ム合金を挙げることができるが、現状ではアルミニウム
合金の高温強度が低いため、その合金よりピストンリン
グ−ｔ−構成すると、機関運転中における高温下、例え
ば２００〜３００　’Ｃにてピストンリングの引張強さ
が大幅に低下し、その結果、ブローバイガス量およびオ
イル消費量の増加を招くといった問題を生じる。

本発明は前記問題を解決し得る、軽量で、且つ優秀な高
温強度を備えた前記繊維強化ピストンリングを提供する
ことを目的とする。

Ｂ１発明の構成（１）　　課題を解決するための手段本発明は、３００℃における引張強さが１０ｋｇ／　ｒ
ｆｊａ”以上のアルミニウム合金マトリックスと、繊維
体積率３〜２５％のセラミック繊維とより構成され、３
００℃における引張強さが２０ｋｇ／＋ｎｍ”以上であ
ることを特徴とする。

（２）作　用前記アルミニウム合金マトリックスとセラミック繊維と
よりなる繊維強化ピストンリングは、軽量で、且つ優秀
な高温強度を備え、また熱間押出し加工等による生産性
も良好である。

たゾし、３００　”Ｃにおけるマトリックスの引張強さ
が１０ｋｇ／ｍｍ”を下回ると、セラミック繊維を複合
させてもピストンリング自体の強度を向上させることが
できない。

また、セラミック繊維の繊維体積率（Ｖｆ）が３％を下
回ると、高温強度改善効果が得られず、一方、２５％を
上回ると、粉末冶金法を適用して圧粉体を得る場合、そ
の成形性が悪化し、その上加工性も不良となり、製造コ
ストも上昇する。

さらに、３００′Ｃにおけるピストンリングの引張強さ
が２０ｋｇ／ｍ”を下回ると、高温強度が低下して張力
が減退し、その結果、ブローバイガス量およびオイル消
費量が増加する。

（３）実施例第１．第２図に示す内燃機関用繊維強化ピストンリング
１はアルミニウム合金マトリックスと、セラミック繊維
とより構成される。マトリックスとしては、３００　’
Ｃにおける引張強さが１１ｋｇ／口２であるＪ　Ｉｓ　
　２０２４　（ＡＩ！、−Ｃｕ系高力アルミニウム合金
）が用いられ、またセラミック繊維としては、ＳｉＣウ
ィスカが用いられている。

次に、前記ピストンリングの製造例について説明する。

（ａ）　　前記アルミニウム合金の溶湯を用い、ガスア
トマイズ法を適用して冷却速度１０２〜１０６”（：／
ｓｅｃの条件下でアルミニウム合金粉末を製造した。

ｂ）合金粉末に分級処理を施して平均直径２０μｍの合
金粉末を得た。

（Ｃ）　　合金粉末とＳｉＣウィスカとを、アセトンを
溶媒として加えて混合し、次いでその混合物に１０時間
の乾燥処理を施してアセトンを除去した。

（ｄ）　　混合物を用い、ＣＩＰ　（冷間静水圧プレス
法）を適用して、加圧力４０００ｋｇ／ｃｄ、加圧時間
１分間の条件下で、直径１６０ｍｍ、長さ２００腫、密
度８５％の圧粉体を得た。

（ｅ）　　圧粉体をＡｒガス雰囲気下にて５００℃に加
熱し、押出し比１０以上の条件下で熱間押出し加工を行
い、直径５０閤、長さ１８００ＩｆｉＩｌの丸棒杖焼結
体を得た。

（［）焼結体に、その押出し方向と直交する方向の切断
加工を施して円盤状素材を得、その素材に機械加工を施
して、合い口２（第１図）を有するリング状素材を得た
。

（ｇ）　　リング状素材に研磨等の仕上げ加工を施して
繊維強化ピストンリングを得た。

表１は、前記マトリックスを用いて前記手法により得ら
れたピストンリングＡ１〜Ａ４に関するＳｉＣウィスカ
の繊維体積率と、３００　”Ｃにおける引張強さとの関
係を示す。ピストンリングＢでは、マトリックスとして
、３００℃における引張強さが８　ｋｇ　／　ａｍ　２
であるＪＩＳ　　６０６１（／ｌＭｇ−３３系耐食アル
ミニウム合金）が用いられている。

表　　　　Ｉ表１から明らかなように、ピストンリングＡ２、Ａコは
、３００℃における引張強さが１０ｋｇ／關７以上のア
ルミニウム合金マトリックスと、繊維体積率３〜２５％
のＳｉＣウィスカとより構成され、これにより３００　
’Ｃにおける引張強さが２０ｋｇ／ｍｍ２以上となる。

ピストンリングＡ４は、ＳｉＣウィスカの繊維体積率が
３０％と高いため前記のような不具合を生じる。またピ
ストンリングＢは、マトリックスの強度不足に起因して
高温下における引張強さが低い。

第３図は、本発明に係るピストンリングＡ！および比較
例ピストンリングを、トップリングとして用いた場合の
実機耐久試験結果を示す。この試験は、機関を回転数６
００Ｏｒｐｍで１００時間連続運転し、その後の機関運
転中におけるブローバイガスＷｋ　（ｆ　／１Ｉｌｉｎ
　）を求めることによって行われた。なお、給気圧力Ｐ
Ｉｌは一５００ｍｍＨｇであった。

第３図中、線ａはピストンリングＡ２に、また線すは比
較例としての、アルミニウム合金（ＡＡ規格　Ａ３９０
．３００℃における引張強さ１１ｋｇ／ｆｆ１１１”）
よりなるビスＩ・ンリングに、さらに、線Ｃは比較例と
しての鋼製ピストンリングにそれぞれｇ亥当する。

線ａから明らかなように、本発明に係るピストンリング
Ａ２の場合、機関の６０００ｒｐｍ以上の高回転域にお
いても、低回転域同様にブローバイガス量が少ない。こ
れはピストンリングＡ２が軽量であり１、また高温強度
が高いことに起因する。

線Ｃで示す鋼製ピストンリングの場合は、機関の高回転
域ではその慣性力に起因してシール性が悪化し、ブロー
バイガス量が増大する。

線すで示すアルミニウム合金製ピストンリングの場合は
、高温強度が低いために機関の回転数の上昇に伴いブロ
ーバイガス量が増大する。

第４図は、ピストン３のトップリング講４におけるピス
トンリング１０の挙動を示し、同図（ａ）は圧縮工程を
、また同図（ｂ）は爆発工程をそれぞれ示す。５はシリ
ンダブロック６のシリンダボア内周面である。

このようにピストンリング１０は、圧縮工程では、その
中心線Ｘ−Ｘがシリンダボア中心線Ｙ−Ｙに対し所定の
傾きを持つような姿勢となるが、爆発工程では、その爆
発圧ｐを受けてピストンリング１゜はその中心１ｘ−ｘ
がシリンダボア中心線Ｙ−Ｙに略合致するような姿勢と
なる。

ピストンリング１゜は、トップリング溝４の対向内側面
４ａ、４ｂに対向する一対の端面１ａ１ｂを有するので
、前記爆発工程では両端面１ａ。

ｌｂのうちクランクケース側の一方１ｂが、一方の対向
内側面４ｂに強く衝合する。この衝合が繰返されること
によって、前記端面１ｂには第４図（Ｃ）に示すように
叩かれ摩耗が発生して凹部７が形成される傾向にある。

本発明に係るピストンリング１は、その製造過程におい
て熱間押出し加工を適用され、またその押出し方向と直
交する方向の切断加工により得られた円盤状素材を用い
て製造されるので、第５図に明示するように、押出し方
向ｄにアルミニウム合金粉末が延ばされ、またその粒界
にＳｉＣウィスカが存在することによって、トップリン
グ溝４の対向内側面４ａ、４ｂに対向する両端面１ａ１
ｂでは、ＳｉＣウィスカよりなる略微小円形の繊維群ｆ
、が無数に分散し、またシリンダボア内周面５に摺接す
る摺動面１ｃでは、ＳｉＣウィスカよりなり、且つ長手
方向をシリンダボア中心線方向Ｙ−Ｙに向けた略微小長
円形の繊維群〔２が無数に分散している。

したがって、両端面１ａ、Ｌｂでは繊維面積率が高くな
るので、前記叩かれ摩耗が防止され、方、摺動面１ｃで
は繊維面積率が端面１ａ、ｌｂのそれよりも低くなるの
で、シリンダボア内周面５の摩耗が抑制され、また所定
の繊維体積率によって摺動面１ｃの耐摩耗性も良好とな
る。

この場合、叩かれ摩耗が発生するクランクケース側の端
面１ｂのみが高繊維面積率であれば、所期の目的が達成
される。

また前記ピストンリングｌの製造法において、げ）工程
後リング状素材に、加熱温度４５０℃にて熱間鍛造加工
を施すこともある。この加工を施すと、ピストンリング
１において、両端面１ａ１１ｂの繊維面積率と、摺動面
１ｃの繊維面積率とが変わり、両端面１ａ、ｌｂＯ方が
摺動面ＩＣよりも高繊維面積率になる傾向がある。この
場合、両端面１ａ、ｌｂのうちクランクケース側の端面
ｌｂのみが高繊維面積率であればよい。

アルミニウム合金マトリックスにおける析出物および晶
出物の最大直径は５０μｍ以下であることが望ましい。

この場合、前記最大直径が５０７／ｍを上回ると、ピス
トンリングの強度が低下すると共に品質の均一化が妨げ
られる。

また摺動特性の向上を図るため、ピストンリングに、固
体潤滑剤としてカーボン粒子、ＢＮ粒子およびＭｏＳ７
粒子から選択される少なくとも一種を、０．５〜１０体
積％含有させるとよい。この場合、固体潤滑剤の含有量
が０．５体積％を下回ると、潤滑効果が少なく、一方、
１０体積％を上回ると、ピストンリングの強度が低下す
る。

Ｃ１発明の効果本発明によれば、前記のように特定のアルミニウム合金
マトリックスと、セラミック繊維とを用いることによっ
て、軽量で、且つ優秀な高温強度を備え、また生産性の
良好な内燃機関用繊維強化ピストンリングを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は繊維強化ピス
トンリングの平面図、第２図は第１図■−ｎ線断面図、
第３図は機関回転数とブローバイガス量との関係を示す
グラフ、第４図は機関運転中におけるピストンリングの
挙動を示す説明図、第５図は繊維強化ピストンリングの
組織を示す説明図である。１・・・繊維強化ピストンリング、ｌａ、ｌｂ・・・端
面、ＩＣ・・・摺動面、３・・・ピストン、４・・・ト
ップリング溝、４ａ、４ｂ・・・対向内側面、５・・・
シリンダボア内周面、ｆ、・・・略微小円形の繊維群、
ｆ２・・・略微小長円形の繊維群、Ｙ−Ｙ・・・シリン
ダボア中心線第１図第５囚手続補正書（ｌｌＩ４Ｑ）平成２年月２０日事件の表示特願平１．−３７９４０号発明の名称内燃機関用繊維強化ピストンリング補正をする者事件との関係　　特許出願人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３００℃における引張強さが１０ｋｇ／ｍｍ＾２
以上のアルミニウム合金マトリックスと、繊維体積率３
〜２５％のセラミック繊維とより構成され、３００℃に
おける引張強さが２０ｋｇ／ｍｍ＾２以上であることを
特徴とする内燃機関用繊維強化ピストンリング。
（２）前記アルミニウム合金マトリックスにおける析出
物および晶出物の最大直径が５０μｍ以下である、第（
１）項記載の内燃機関用繊維強化ピストンリング。
（３）固体潤滑剤として、カーボン粒子、ＢＮ粒子およ
びＭｏＳ＿２粒子から選択される少なくとも一種を、０
．５〜１０体積％含有する、第（１）または第（２）項
記載の内燃機関用繊維強化ピストンリング。
（４）ピストンにおけるリング溝の対向内側面に対向す
る端面では、前記セラミック繊維よりなる略微小円形の
繊維群が無数に分散し、またシリンダボア内周面に摺接
する摺動面では、前記セラミック繊維よりなり、且つ長
手方向をシリンダボア中心線方向に向けた略微小長円形
の繊維群が無数に分散している、第（１）、第（２）ま
たは第（３）項記載の内燃機関用繊維強化ピストンリン
グ。
（５）ピストンにおけるリング溝の対向内側面に対向す
る端面の繊維面積率と、シリンダボア内周面に摺接する
摺動面の繊維面積率とを変えた、第（１）、第（２）ま
たは第（３）項記載の内燃機関用繊維強化ピストンリン
グ。