ピストンリング、オイル、シリンダー壁仕上げ

ピストンリングには、圧縮をシールする圧縮リングがありますが、オイルコントロールリングもあります。従来の 3 リングパッケージの 2 番目のリングは、約 20% しか圧縮されない場合があります。コンプレッションリングとは言っても、実際には80％のオイルコントロールを行っています。

ピストンリングパッケージのユニークな点は、圧縮用のシールであるだけでなく、ブロックのシリンダー壁上のオイルを制御および分配することもできます。リングはシールであるだけでなく、潤滑部品でもあります。あらゆる部分、どこでも適切な潤滑は、適切なオイル、適切な場所、適切な時間、適切な量の 4 つの R で簡単に説明できます。適切なオイルとは、アプリケーションに適した粘度および添加剤パッケージであることを意味し、適切な場所に、適切なタイミングで、適切な量を供給する必要があります。

「エンジンとピストンリングの点でそれが明らかになるのを実際に見てきましたが、ギャップがあることが分かりました」とトータルシールのレイクスピードジュニアは言う。 4 つの R。過去 15 年間で、適切なオイルの入手可能性と選択肢が大幅に拡大しました。現在、本当に優れたオイルがたくさんあります。しかし、それは 4 つの R のうちの 1 つにすぎません。実際にはそうではありませんオイルがどれほど優れていても、必要なときに必要な場所に十分な量を入れなければ意味がありません。」

オイルというと潤滑剤のようなイメージが強いですが、ピストンリングに関しては実は2つの役割を果たしています。リングは潤滑部品であるため、リングを潤滑するだけでなく、シールも潤滑します。

「私はオイルがガスケットだと言いたいのです」とスピード氏は言う。「凹凸があり、オイルはシールを形成する凹凸を埋めるガスケットです。ピストンリングはマクロレベルではボアに適合しますが、ミクロレベルでは適合しません。シールはオイルです。リングとリングランド、リングとシリンダー壁の間のガスケット。そのガスケットに十分なオイルがあることが重要です。」

石油と指輪の関係を助けているのは、今日の指輪のサイズです。 1mm、1mm、2mmのリングセットに移行することで、ピストンのデザインも変更できるようになりました。

「多くの場合、これによりオイルリングの溝が途切れることなくできました」とマーレのジョー・メイリッシュ氏は言う。「この変更により、1mm、1mm、2mm のリングセットはより柔軟で、シリンダー壁に発生する可能性のある不一致に適合できるため、より柔軟なリングを使用する設計が可能になり、馬力とトルクが向上しました。」

ジョーは、ピストンとリングをポンプとして機能するユニットとして考えると役立つと言います。ポンプが最適で一貫したシールを達成できれば、最適なパフォーマンスが得られます。これは、使用する材料が少なくなり、シリンダーとの接触の可能性が少なくなるリング設計を採用することによって実現されました。

レイクスピードジュニアが長年にわたって注目してきたもう 1 つのことは、燃料はオイルの敵だということです。エンジンオイルの要件の 1 つは、オイル内で燃焼ブローバイと燃料希釈が発生するという事実に対処することです。

「オイルサンプルを見ると、最も磨耗しているものは、10回中9回、燃料が最も多く含まれているものです」とスピード氏は言う。「高レベルの燃料を使用せずに大きな摩耗が見られるのは、コンポーネントに問題がある場合だけですが、これは非常にまれです。多くの場合、オイルを破壊しているのは燃料です。」

燃料はオイルよりも粘度が低くなります。潤滑剤の最も重要な特性は粘度です。これが主な保護モードです。燃料の希釈率が高いと、オイルの粘度が低下し、潤滑特性が低下します。それはピストンリングの問題に戻ります。

「今日のリングはスチールです。スチールは鋳鉄よりも優れた素材だからです」と彼は言います。「より多くの熱に耐えることができます。より展性があります。人々は、リングは強くて非常に硬い必要があるという間違った考えを持っています。それはピストンの構造部品ではありません。リストピンは、ピストンのバックボーンであり、それが必要です。」強くて硬いこと。リングはシールです。ブロックとシリンダーヘッドの間に鋳鉄ガスケットを入れてシールすることはありません。いいえ、柔らかいものを入れます。多層鋼かもしれませんが、それは適合性が必要です。シールには適合性が必要です。」

スチールリングを使用すると、弾性強度が高く、動くことができ、延性が高く、鋳鉄よりもピストンリングの役割をうまく処理できます。注意点は、スチール製のリングでは、鋳鉄のような多孔性が存在しないことです。

「その多孔性により、油を保持することができます。これにより、適切な油、適切な場所、適切な時間、適切な量という 4 つの R に立ち返ることができます」と彼は言います。「昔ながらのリングの多孔性にはオイルが含まれていたため、オイルはシールとしてだけでなく、リングの潤滑にも使用できました。そのため、ホーンとシリンダー壁の仕上げをそれほど正確にする必要がなくなりました」、だから男性のボアは本当に荒いでしょう。

「クロムリングの場合、クロムが硬かったので、メッキされたクロムの不規則性があるため、それを埋めるためにその粗い表面が必要でした。それに対応するために何をしましたか？そのクロムを摩耗させるために非常に粗いボア仕上げをしたので、それが、クロムリングエンジンが慣らすのに永遠に時間がかかった理由です。」

適切なオイル、適切な場所、適切な時間、適切な量という概念に立ち返ると、昔ながらのリングには多孔性があり、その役割の一部を担っていました。許容範囲が広いため、表面仕上げが剥がれる可能性があります。現在のスチールリングはより優れた素材であり、ガス窒化処理または PVD コーティングが施されているため、油の滞留はありません。オイル保持はボア内に行われる必要があるため、ボアの表面仕上げが重要になります。

「Ra、Rpk、Rvk、Rk などの数字や用語を理解する必要があります。これらの用語は知っておく必要があるため、慣れたほうが良いでしょう」とスピード氏は言います。「ほとんどの人が知っているように、Ra はあなたの粗さの平均です。問題は、Ra に関して言えば、山と谷はまったく同じものです。ただし、一方は座ると痛くて、もう一方は大丈夫です。Ra はそれ自体ではありません」十分ではありません。

「さらに複雑なのは、今日の世界では、ボアに使用されるさまざまな材質もたくさんあります。昔は、誰もがねずみ鋳鉄を使用していました。今日では、ねずみ鋳鉄、圧縮黒鉛鋳鉄 (CGI)、アルミニウム、Alusil などこれらの材料はすべて、化学の観点からは異なります。同じ研磨材を使用し、同じ荷重、同じ速度で、硬度の異なる 4 つの材料を使用し、化学的に異なるものを使用した場合、これは当然のことです。材料に応じて、4 つの異なる表面仕上げが得られます。

「過去 12 か月で私がおそらく最も学んだ教訓は、さまざまな人が同じ製品でさまざまな成功と失敗を経験し、何が欠けているのか理解していなかったということです。それは表面仕上げでした。それが違いであり、表面仕上げの理由です一貫性がなかったのは、ブロックの材質やボアの材質自体が異なるという事実です。硬化スリーブであっても、メーカーごとに大きな違いがあります。」

エンジン製造業者は、ねずみ鋳鉄ブロックから高ニッケルブロック、スリーブ付き鋳造の全アルミニウムブロックとスリーブ付きビレットブロックに至るまで、これらの変数に対処する必要があります。袖の大きさも考慮する必要があります。袖からどれくらい抜けましたか？とても薄いですか？とても厚いですか？これらは表面仕上げの凹凸だけでなく、ボアの歪みにも影響を与えます。

「これらの課題こそが、ゲームを楽しくするものなのです」とスピード氏は言う。「エンジンの素晴らしい点は、エンジンが常に複雑であることです。どれも同じではありません。エンジンが動作する環境はまったく異なるため、魔法の答えはありません。誰もが、スモーキーの本かグランピーの本に行きたいと願っています。」「この本を読んで、15 ページを開くだけで答えが書いてあります。あとは、やってみるだけです。そんなに簡単だったらいいのにと思いますが、そうはいきません。それが楽しいのです。」

これらの異なる材料により、ピストンメーカーはコンポーネントの摩耗を最小限に抑えるのに効果的であるため、ピストンのスカートやクラウンへのコーティングの使用を増やすことにもつながりました。

「当社が提供するピストンセットの大部分には、スカートにGRAFALが付いています。これにより摩擦が軽減され、ピストンとシリンダーが接触する際のクッション性の役割を果たします」とメイリッシュ氏は言います。「リン酸塩コーティングは、エンジンのオイルシステムが動作圧力に達するまでピンボアとリングの溝に実際に利益をもたらします。その利点は、かじりや微細溶接の防止に役立つことです。私たちはパフォーマンスが追求される時代に生きており、これが新しいコンセプトやデザインを推進します。そしてピストンを保護する方法。」

Total Seal が製造するピストンリングに関しては、単一のソリューションがないため、さまざまな用途に対応しています。

「我々には軍隊というかテクノロジーの兵器庫がある」とスピード氏は言う。「1 つの材料、1 つのコーティング、1 つのデザインというものはありません。ターボディーゼルエンジンにとって理想的なものは、Honda Clone ゴーカートモーターにとって理想的なものとは異なります。私たちはアプリケーションから始めて、次にアプリケーションに指示を与えます。素材、コーティング、デザイン。すべては効率です。効率が必要な場合は、私たちがお手伝いします。」

効率を最大化するには、摩擦、摩耗、潤滑を理解することが重要です。実際、エンジンの摩擦の 40% は、ピストンリングがシリンダー壁とこすれることで発生します。エンジンの効率を向上させようとしている場合、最初に検討する必要があるのはピストンリングパッケージです。

「その効率を考慮して、現在、量産エンジンの 5/64 リングから 2.8 mm リングまで量産エンジンに採用したのはそのためです」とスピード氏は言います。

すべてのエンジン用途に完璧に適合するピストンリングのスタイルは存在しませんが、レイク氏は、ダイヤモンド仕上げのガスポートリングに見られる技術の組み合わせには多くの可能性があることを認めています。

「ダイヤモンド仕上げにより、リングがより滑らかになります」と彼は言います。「オイルを保持するためにシリンダー壁にその粗さを持たせる必要がありますが、リングには粗さがあってはなりません。なぜなら、2 つのものを一緒にシールしようとするとブローバイが発生することになるからです。ブローバイは効率の低下を意味します。」そして、さらなる油汚染 – どちらも悪いことです。標準的な製造リングの Ra は、おそらく 13 ～ 14 の範囲になるでしょう。ダイヤモンド仕上げのリングは 2 近くに下がり、確実に 6 未満になります。本当に滑らかです。仕上げが滑らかになるだけで、それだけでリングシールが良くなります。」

今日の環境におけるリングは、静電気の張力を遮断しません。昔、巨大なリングと低圧縮があった時代には、リングの張力だけでシールを作るのに十分でした。 2,500 psi を超えるシリンダー圧力を生成する 17:1 圧縮エンジンでは、張力を遮断することはできません。

「ガスの圧力がリングの背後に及んでいるのが原因だ。だからこそ、グランピー・ジェンキンスのような選手たちはピストンにガスポートを設けて、リングを動的に使用するためにリングの背後に到達するまでのガスの移動経路を短くしていたのだ」と彼は言う。「ピストンの代わりにリングにガスポートを配置することで、ピストンに穴を開ける必要がなくなり、そのスペースを取り戻すことができます。これで、バルブのリリーフポケットの近くにガスポートを設けることができます」このポートがポケットに近すぎることを心配する必要はありません。リング内に均等な間隔でポートを配置できるので、バルブリフトを増やすため、または必要な操作を行うためにバルブポケットを深くすることができます。。

「さらに、モーターオイルに含まれる洗浄剤添加剤はスチールには効果的ですが、アルミニウムにはそれほど効果的ではないため、ピストンリングをより長くきれいに保つことができ、ガスポートが汚れず、時間が経っても効果が失われないようにすることができます」また、均等に配置しているため、ポートの容積はそれほど必要ありません。ボアが磨耗することもありません。さらに、リングは常に回転しているため、ガス圧は 1 か所だけにかかるわけではありません。動き回っているので、ボアが均等に摩耗し、摩耗が少なくなります。」

レイク氏によると、エンジン製造業者は、ガスポーティングの利点を以前よりも幅広いエンジンに適用できるようになりました。これらのリングは優れたリングシールを提供するため、効率が向上し、エンジンの寿命が延びます。最も幅広い用途を持つピストンリング技術です。EB