ディーゼルピストン技術 | プラスチックベアリング株式会社

より速く、より遠くへ行きたいと思うほど、ディーゼルの負荷が高くなり、その酷使に対処するためのエンジンコンポーネントへの需要が高まります。そのため、何が機能し、何が機能しないのかを知るためにディーゼル業界内で革新を続けるにつれて、カスタムピストンのオプションは増え続けています。これはしばしばハードノックの学校でしたが、これらの教訓により、ピストンメーカーは、これまでに学んだことと、オリジナル機器 (OE) の耐久性と機能についてすでに知っていることに基づいて、カスタムオプションを設計することができます。

何よりもまず、ピストンを選択するときに連絡してもらいたいというのがピストンメーカーの共通の感情です。非常に多くの異なるオプションが利用できるため、知識を活用できることは大きな利点です。

「私たちはディーゼルのあらゆる困難を経験してきたので、何が機能し、何が機能しないのか、そしてあらゆるアプリケーションで何をすべきかを知っています」と CP Carrillo のテクニカルスペシャリストである Rick Canning 氏は述べています。

ほとんどの純正ディーゼルピストンは鋳造であり、伝統的に鋳造は性能食物連鎖の最下位に位置します。ただし、鋳造 OE ディーゼルピストンは耐久性が証明されており、少なくともある程度はパフォーマンスを重視したユーザーでも使用できます。利点の 1 つは、上部リングにスチール製インサートがあることです。さらに、キーストーンタイプのアッパーリングを利用し、溝から蓄積したカーボンを除去する放射状の動きを生み出します。これはディーゼルにとって重要な利点です。

鋳造ピストンは、熱を制御するためにリングの後ろにオイル冷却ギャラリーも備えており、これらの設計面の組み合わせにより、穏やかな出力増加に対応できます。マーレモータースポーツの場合、ジョーメイリッシュ氏によると、同社の鋳造ピストンは同社の最も売れているディーゼルピストンの 1 つです。

鋳造ピストンには多くの利点がありますが、純正レベルをはるかに超えてパフォーマンスを向上させ、時折行われるドラッグレース以上のものを求めている場合、鋳造ピストンでは処理できる以上の性能を求めている可能性があります。つまり、鍛造ピストンへのアップグレードの時期が来たことを意味します。

「鍛造により、より緻密な結晶粒構造が生成され、分子が粉砕され、強度が増します」とキャニング氏は言います。高馬力牽引エンジンやドラッグレースエンジンは鍛造ピストンの一般的な用途であり、トラックはほとんどのディーゼルエンジンの当然の本拠地ですが、車のフェンダーの間に現れるディーゼルエンジンはますます増えており、それがパワーの限界をさらに押し上げるのに役立っています。、パフォーマンスでの地位を証明しています。

「非常に大量のブーストを導入し、法外な馬力を出そうとしている人は、鍛造を選ぶでしょう」とメイリッシュ氏も同意します。

ただし、鍛造にも欠点がないわけではなく、その一つが膨張率です。「燃焼による熱はピストンの上部に放散されます。鍛造ピストンであるため、ランドの直径を小さくする必要があります。そのため、熱が高くなっても熱が成長してシリンダーの壁に当たることがありません。」とキャニング氏は述べています。と言う。

多くの鍛造ピストンは、クリアランスの問題を発生させずにピストンのフィッティングを可能な限り緊密に保つために、低膨張合金を使用しています。また、極度の熱のため、クリアランスは非常に重要です。平均的な鋳造アルミニウムピストンには、約 0.005 インチ～0.006 インチのシリンダー壁クリアランスが必要です。低膨張鍛造ピストンには 0.007 インチ～0.008 インチが必要で、高膨張合金には 0.010 インチ～0.012 インチ以上が必要な場合があります。このように膨張率が異なるため、ピストンメーカーは常に組み立て時の測定の重要性を強調しています。

「ディーゼルエンジンでは、たとえ最良のコンポーネントであっても、正しく組み立てられていなければ破壊される可能性があります」とキャニング氏は指摘します。

鍛造ピストンは別の問題を引き起こします。鋳造よりも強度はありますが、トップリング用のスチールインサートの周りにピストンを鍛造することができず、リングの後ろにオイル冷却ギャラリーを作成することもできないため、長期的な耐久性はありません。。ディーゼル車のキーストーンリングの利点は長寿命という点で非常に優れていますが、このスタイルのリングの欠点は、鋼製インサートの目的である、それを保護するための硬い材料がないと摩耗が加速してしまうことです。これが純正ピストンの真の利点であり、多くの人が可能な限りピストンを使い続ける理由です。

ピストンの膨張を補うために追加のシリンダー壁クリアランスが必要な場合、キーストーンリングの溝内での動きはより顕著になります。

「ディーゼルはリングの溝に非常に厳しいです」とキャニング氏は言います。「鍛造ディーゼルピストンは、さらなる保護を提供するために硬質陽極酸化処理されています。また、キーストンリング溝は使用しません。ランド直径がボアから持ち込まれるとき、垂直クリアランスとバックスペースに必要な部分が残るため、従来の長方形のリング溝を使用します」同じ。"

カスタムディーゼルピストンのもう 1 つの側面は、ピストン上部にかかる極度の熱と圧力負荷のため、トップリングの溝の位置を変更することです。

「これらのピストンが高馬力および高熱の用途に耐えられるようにするために、特定の用途ではトップリングを 0.600 低くしています」と彼は言います。

ブーストレベルとパフォーマンスが向上するにつれて、膨張はさらに悪化する可能性があり、考慮すべき熱関連の要因はそれだけではありません。ほとんどの純正ピストンには、ボウルの中央に突起またはピークがあり、インジェクターによって噴霧された燃料を周囲のボウルに分散させるのに役立ちます。ボウルが上向きに湾曲すると、通常、空気と燃料の混合気をボウルの中心に向けて戻すリップまたはオーバーハングが存在します。これは排出ガスを削減するためによりクリーンな燃焼を目的とした設計に特有のものですが、熱がボウルの上リップ領域に集中する傾向があり、高ブーストで動作するエンジンでは熱がリップやオーバーハングに蓄積し、爆発や亀裂を引き起こす可能性があります。ピストンの中。

「ホットスポットはディーゼルにとって大きな問題です」とカニング氏は言う。「鋭利なエッジは問題を引き起こし、熱が侵入してピストンに穴が開く可能性があります。私たちは、ディッシュからバルブポケット、そしてバルブポケットの周囲に至るまで、十分な半径を持つ非亜硝酸ピストンディッシュを作りました。すべての周囲に十分な半径があります。」あらゆる種類のヒートシンクを防ぐためです。上部全体は完全に滑らかで、機械加工され、丸みを帯びています。」

カスタム作業は、ホットスポットの可能性を排除するためにボウルの上端を面取りまたはブレンディングするとともに、ボウルの周囲に設計されたリップを機械加工することによって、OE スタイルのピストンに対して行われることがよくあります。これは効果的であることが証明されていますが、最初からホットスポットのないように設計されているカスタムピストンと同じ利点はありません。

ディーゼルピストンを設計する際には、インジェクターの種類やスプレーパターン、チューニングに使用される燃料や点火戦略など、多くの要素が考慮されます。これは、ピークのデザインや包含に影響を与える可能性があり、消費者から寄せられる一般的な質問は、ディッシュのインジェクター角度に関連しています。

「私たちはあらゆる角度をカバーする幅広いボウルディッシュを作りました」とキャニング氏は述べ、ピストンメーカーが正しいピストンを提供するには用途についてすべてを知ることが重要であるという考えを改めて強調しました。「亜硝酸を使用しないと小さな皿はパワーが低下しますが、亜硝酸を使用すると小さな皿の方が優れています。」

カスタムピストンの強度を向上させることができるもう 1 つの側面は、ピンボスです。ディーゼルコンロッドのピンエンドは、座面を増やし、ダウンストローク時のロッドのリストピンの下側とピンの間の上側のより広い領域に荷重を分散させるために、上に向かって先細になっています。そしてピストン。鍛造品にテーパーを機械加工するのとは対照的に、鍛造品でロッド形状を複製できる利点があります。

「当社には Carrillo ロッドと CP ピストンがあるので、Carrillo ロッドのテーパーを CP ピストンの鍛造品に再現しました」と Canning 氏は指摘します。

ピストンのもう 1 つのオプションはスチールです。これは鍛造アルミニウムの性能に加え、耐久性というさらなる利点を提供します。スチールピストンは信じられないほど強く、熱にも耐えることができます。これらの要素だけを考えると、それらは理想的な選択のように見えるかもしれませんが、欠点もあります。シリンダー壁とピストンスカートの間にスカッフィングが発生した場合、スチールはシリンダー壁にダメージを与える可能性が高いのに対し、アルミニウムはシリンダー壁に傷つきやすく、ダメージはピストン自体にのみ発生します。

コーティングは複数のオプションを追加する技術であり、カスタムピストンごとに異なる場合があります。トップサーマルコーティングは品質の代替品として意図されたものではありませんが、限界に挑戦する場合、ピストンを損傷することなく乗り切るためのちょっとした追加の利点になる可能性があります。また、ホットスポットを防止し、調整の余地を少し広げるのにも役立ちます。

「当社ではピストンの頂部に遮熱コーティングを施しています」とマーレ社のメイリッシュ氏は語った。「これは熱衝撃に対する追加の保護層であり、過剰な熱がピストンのクラウンに浸透するのを防ぎます。」

硬質陽極酸化はリングの溝を保護するための一般的なプロセスですが、ニッケルベースの耐摩耗コーティングを提供する企業もあります。材料に厚みを加えますが、陽極酸化は、塗布されるコーティングとは対照的に、金属の自然酸化物層の厚みを増やすプロセスであり、異なるタイプの機械仕上げが必要です。

スカートコーティングは摩擦を軽減するように設計されており、主な目的はスカッフィングを軽減し、ピストンスカートの疲労を軽減することです。

「マーレのピストンスカートに使用している素材はグラファルです」とメイリッシュ氏は言う。「クッション性があり、シリンダー壁と接触する可能性のある箇所では、グラファールが金属同士の接触を防ぎます。」

オイル冷却もディーゼルピストンの重要な側面です。ピストンの下側にスプレーし、リングの後ろの空洞にオイルの一部を送り込むことで冷却されます。鍛造ピストンに同じギャラリーを鋳造することはできないため、多くのカスタムピストンは冷却を最大化するためにオイルスプレーを方向付けるように設計されています。

結局のところ、ディーゼルピストンを注文する際の最も重要な要素の 1 つは、選択したピストンの製造元に、構造と使用目的に関するすべての情報を提供することです。ピストンメーカーは、必要なピストンを確実に入手できるよう、協力することを奨励しています。

「何かご質問がございましたら、お電話ください」とメイリッシュ氏は繰り返します。「当社には営業スタッフとして 20 年以上勤務している人や、技術スタッフとして 30 年以上勤務している人がいます。私たちがお手伝いします。」EB