JPS60155666A - 内燃機関用軟鋼シリンダ−ライナ−の製造方法 - Google Patents

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】 本発明は、結合ピストン及びピストンリングの摩耗を防
止するために軟鋼シリンダーライナーの内部のピストン
使用面を処理することより成る種類の内燃機関用シリン
ダーライナーの製造方法に関する。

従来の技術 多くの内燃機関においては、ピストンはそれぞれ、通常
エンジンブロック中にプレス嵌めされた、収縮された又
は挿入された、一般に円筒状の乾燥ライナーによって形
成されたシリンダー内を往復する。シリンダーライナー
の内面（又は”内腔″）は、結合ピストンに接触して摩
耗及びかじり（ｓｃｕｆｆｉｎｇ　）を受ける。また乾
燥ライナーは結合エンジンブロックも擦過しうるので、
十分に乾燥したシリンダライナーはこのような摩耗を防
止することができ、同時に結合エンジンブロック中に容
易にプレス嵌め又は滑り嵌め可能であり、かつ同ブロッ
クから取はずし可能でなければならない。

このようなライナー用に普通使用される一つの材料は低
炭素軟鋼であるが、このものは十分な耐摩耗性を有しな
い。この理由から耐摩耗性を改良するために種々の技術
が用いられてきた。

このような技術の一つは、軟鋼よりも硬くかつ耐摩耗性
の大きい材料を使用することである。

例えばニッケル、クロム及びモ刀ブデン分の高い鋳鉄又
は鋳鋼は、特に硬化されるか又は焼戻しされる場合には
使用することができる。しかしこれらの材料は高い耐摩
耗性を有するけれども、その延性が軟鋼よりも著しく小
さいという欠点を有する。さらにこのような材料から得
られた完成シリンダーライナーは脆（なる可能性があり
、該ライナーがシリンダーブロック中にプレス嵌めされ
る場合には、破壊することもある。

第二の技術は、軟鋼又は鋳鉄から形成されたシリンダー
ライナー上に硬質表面層を設けることである。このよう
な層は、ライナーの内腔上の硬質クロムメッキ層である
。しかしクロムメッキは、費用の掛かる方法であって、
ライナーのコストを高めかつこのようなメッキ層は油の
保持が容易でなく、従って使用中にかじりを生じやすい
という欠点を有する。またクロムメッキ層は３００℃を
越える温度で軟化してその耐摩耗性を低減しうるので費
用の増大する仕上作業を要する。また硬質表面処理は適
用するのに相当に費用が掛かる。

本発明により、結合ピストン及びピストンリングの摩耗
を防止するために、軟鋼シリンダーライナーの少なくと
も内部のピストン使用面を処理することより成る種類の
内燃機関用シリンダーライナーの製造方法において、シ
リンダーライナーを軟鋼から最終形状に成形し、次に盛
形されたシリンダーライナーを、空気の排除されたチャ
ンノζ−内に置きかつ２５ニア５〜７５＝２５（容量係
）の割合の浸炭ガスと含窒素ガスとの混合ガスを５００
〜６５０℃の温度で前記チャンノ々−に供給して該シリ
ンダーライナーを窒素浸炭する（　ｎ１ｔｒｏｃａｒｂ
ｕｒｉｓｅ　）ことを特徴とする軟鋼シリンダーライナ
ーの製造方法が提供される。

次間、実施例により本発明の若干の実施態様を詳述する
。

実施例 例１ 低炭素鋼から乾燥シリンダーライナーを形成する。例え
ば該材料は次の組成を有する：炭素　’　０．０５〜０
．３０ −　珪素　’　０．１０−０．３５ マンガン　：　０．４０〜１．４ 硫黄　“　最大０．０５０ 燐　°　最犬０．０５０ 鉄　：　残り このような材料のビレット（ｂｉｌｌｅｔ　）を、先づ
打抜き又は適当な形状のダイを通して引抜くか又は押出
し、又はプレス法又は深絞り成形によって一般に円筒状
のブランクを形成する。

次にこのブランクを機械加工して、端部フランジの機械
加工及び必要ならば円筒の内外面の要求寸法への何形に
よって、シリンダーライナーの最終形状にする。

次に造形されたシリンダーライナーを空気が排除された
チャンバー内に置く。次にアンモニアのよう５な含窒素
ガス及び発熱性炭化水素ガスのような浸炭ガスを５００
℃〜６５０Ｃの温度で前記チャンノー内に供給する。含
窒素ガス対浸炭ガスの割合は２５　：　７５　（容量係
）〜７５：２５（容量係）であってもよいが、アンモニ
ア及び発熱性炭化水素ガスに関するテストによれば、５
０　：　５０　（容量係）又は６０　：　４０　（容量
チ）の割合が改善された結果を与えることが立証された
。

両ガスはシリンダーライナーの表面に接触し、両ガスか
らの炭素及び窒素は該表面からライナーの軟鋼中へと拡
散し、ライナ一本体へと拡散の起る厚さ２５〜２０μｍ
の薄層（所謂゛°エゾシロン″層）を形成する。特定の
材料の場合には、全浸透深さはガスの供給される時間に
依存し、この時間を例えば厚さ１．０μｍの”ニブシロ
ン′″層及びＯ，ｌ　ｍｍ〜０．３　ｍｍの全浸透を与
えるように調節することもできる。例えばガス供給時間
は２〜４時間であってもよい。８００　ＨＶ以上の表面
硬度が得られ、漸次に、しかし不均等に基礎材料の硬度
まで減少する。前記表面硬度は、ライナーを引続き最高
５５０℃までの作業温度に曝露する際にも維持される。

次に該シリンダーライナーをチャンバーから取り出すと
、該ライナーは任意の他の仕上段階なしに即用可能であ
る。該ライナーは耐摩耗性の硬い外面と延性６部を有す
る。さらに前記処理によってライナーの疲れ強さも著し
く増大される。

このことは、ライナーにフランジが設けられていてそれ
がライナーの外方に有意に突出している場合には特に重
要となりうる、それというのも高い疲れ強さはフランジ
の疲れ強さを増大し、それによってフラン・り部分にお
けるフランジの破壊範囲及び亀裂範囲を減少させるから
である。

例２ 例１に関して前記したようにして、炭素分０゜１８チを
有する軟鋼から乾燥シリンダーライナーを形成した。形
成したライナーを次に空気の排除されたチャンバー内に
置き、このものに例１の記載のようにして窒素浸炭を施
した。温度は５７０℃であり、処理時間は３時間であっ
た。

ライナーを処理後に速やかにガス冷却し、次にチャンバ
ーから取り出して検査した。ライナーの内腔及び外面が
均等の窒素浸炭層を有することが判った。厚さ０．０４
　ｍｍで、白色の゛°エゾシロン″表面層は、フェライ
ト結晶粒中の針状窒化鉄の複雑構造の表面をおおって０
．２　ｍｍを越える深さになり、全浸透部０．３　ｍｍ
が観察された。

内部構造においては、硬度は表面層直下の５４０　ＨＶ
から深さＯ，ｌ　５　ｍｒｎにおける３　８０　ＨＶに
減少する。該材料の心部硬度は表吟下０．３５　ｍｍで
１６０〜１７８Ｈｖであツタ。

前記のようにして処理したシリンダーライナーを、次に
排気タービン過給ディーゼル機関で使用した。３００時
間の走行後にライナー面上の摩耗は無視しうるほどであ
った。油消費量は燃料消費量の０．５チで許容可能であ
り、動力は未処理シリンダーライナーの場合よりも約１
％太きかった。これは走行後ガラス様外観を呈していた
低摩擦ライナー面によるとすべきである。

５５０時間後には、油消費量は、ピストンリングのはめ
込みのために燃料消費量の０．７％に徐々に上昇したが
、まだ許容可能であった。動力は燃料補給の増大なしに
１．３％だけ増大していた。

前記の製造方法及びこれによって製造されたシリンダー
ライナーは多数の利点を有する。ライナーは延性軟鋼か
ら製造されておりかつすべての機械加工は窒素浸炭の行
われる前に実施されるので、シリンダーライナーの造形
は容易にかつ迅速に達成することができる。適当な軟鋼
及び鋳鉄は安価なので、シリンダーライナーのコストを
下げる。窒素浸炭工程はシリンダーライナーに高い耐摩
耗性であり、高温（５５０℃まで）で有効でありかつ表
面の実質深さく０．Ｏｌ　ｍｍ　”＝　０．３　ｍｍ　
）まで浸透する表面仕上を施す。

このようなライナーは、中央６部が延性のままなので脆
い破壊の恐れな（エンジンブロック中に押込むことがで
きる。外面はエンジンブロックとの擦過による摩耗に対
して抵抗力がある。

ピストンを受ける内面は結合ピストン及びピストンリン
グの摩耗及びかじりに耐して抵抗力がある、それという
のも内面が油の膜によって十分に湿潤されるからである
。また、ピストンリングも例えば英国特許出願公告第２
１１２０２５号に記載されているように窒素浸炭される
場合には特に有利である。ピストンリングの硬質表面は
、シリンダーライナー上に相応の硬質面のない場合には
、該ライナーを摩耗する傾向がある。ライナーが湿潤ラ
イナーである場合には、内面は潰食（ｃａｖｉｔａｔｉ
ｏｎ　ｅｒｏｓｉｏｎ　）を十分に防止することが判っ
た。

また上記のようにして製造したシリンダーライナーが大
気酸化に対する増大された抵抗性を肴し、これによって
包装及び輸送コストを下げることも注目しなければなら
ない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　結合ピストン及びピストンリングの摩耗を防止す
   るために軟鋼シリンダーライナーの内部のピストン使用
   面を処理することより成るし、成形されたシリンダーラ
   イナーを次に空気の排除されたチャンバー内に置き、２
   ５ニア５〜７５：２５（重量係）の割合の浸炭ガスと含
   窒素ガスとの混合ガスを５００〜６５０℃の温度で前記
   チャンバーに供給してシリンダーライナーを窒素浸炭す
   ることを特徴とする前記の製造方法。 ２、　含窒素ガスがアンモニアであり、浸炭ガスが発熱
   性炭化水素ガスである特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ３、　ガスの割合が５０　：　５０〜６０：４０（容量
   チ）である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法
   。 ４、温度が５５０℃である特許請求の範囲第１項から第
   ３項までのいずれか１項に記載の方法。 ５、　シリンダーライナーの表面内への窒素浸炭層の全
   浸透深さがＯ，１〜０．３　ｍｍであり、この際ニブシ
   ロン表面層が厚さＯ，ＯＯ５〜０，０２０龍であるよう
   な時間の間、該シリンダーライナーを処理する特許請求
   の範囲第１項から第牛項までのいずれか１項に記載の方
   法。 ６、前記処理時間が２〜４時間である特許請求の範囲第
   ５項記載の方法。 ７、窒素浸炭前に、一般に管状の軟鋼シリンダーブラン
   クを形成し、機械加工して最終形状のシリンダーライナ
   ーを形成し、この最終形状のシリンダーライナーを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか
   １項に記載の方法。 ８、管状シリンダーブランクな押出又はプレス法あるい
   は深絞り成形によって形成する特許請求の範囲第７項記
   載の方法。