JP2005201099A - Piston and cylinder for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動部分の耐磨耗性を改善した内燃機関に用いられるピストンとシリンダーに関する。 The present invention relates to a piston and a cylinder used in an internal combustion engine with improved wear resistance of sliding portions.
近年、内燃機関などにおいても、省エネルギーの観点から燃料消費量の低減を図るため軽量化の要求が高まっている。このような要求に対応するため、アルミニウム含有金属のような軽金属の利用が盛んである。 In recent years, there has been an increasing demand for weight reduction in internal combustion engines and the like in order to reduce fuel consumption from the viewpoint of energy saving. In order to meet such demands, light metals such as aluminum-containing metals are actively used.
しかしながら、アルミニウム含有金属は、一般的に耐熱性、剛性、機械的な強度の面で改善が必要とされている。特に、内燃機関用のピストンやシリンダーのような摺動部材として使用する場合、耐磨耗性などの耐久性に欠けるという課題があった。このような課題の改善を目的として、アルミニウム含有金属の表面に各種の表面処理を施すことが提案されている。汎用内燃機関の場合、アルミニウム合金鋳物製のピストンと摺動面に硬質クロムめっきを施したアルミニウム合金ダイカスト製のシリンダーとを組み合わせたものが一般的である。しかし、この組合せは、製造コストが高く、さらに耐久性に劣るという課題があった。
一般的な内燃機関用のピストンとシリンダーの組合せでは、ピストンはアルミニウム含有金属からなり、シリンダーはアルミニウム合金または鋳鉄から形成される。ピストンには、シリンダーとの摺動面に焼き付き防止を目的として鉄めっきが施され、ピストンリングを嵌め込むための溝の内面には、ピストンリングとの接触による磨耗を防止するため硬質アルマイト処理が施され、皮膜が形成されている。 In a general internal combustion engine piston / cylinder combination, the piston is made of an aluminum-containing metal and the cylinder is made of an aluminum alloy or cast iron. The piston is iron-plated on the sliding surface with the cylinder to prevent seizure, and the inner surface of the groove for fitting the piston ring is hard anodized to prevent wear due to contact with the piston ring. Applied to form a film.
上記ピストンを製造する場合、摺動面の鉄めっきとピストンリング用溝の硬質アルマイト皮膜とはそれぞれ別工程で設けるため、製造工程が煩雑であるという問題があった。 When manufacturing the said piston, since the iron plating of the sliding surface and the hard anodized film of the groove | channel for piston rings were provided in a separate process, respectively, there existed a problem that a manufacturing process was complicated.
アルミニウム含有金属の耐磨耗性などの耐久性の改善することを目的として、アルミニウム含有金属からなるピストンにA1−OH−F化合物よりなる皮膜をコーティングするもの(例えば、特開平11−193478号公報参照)やピストンの表面をフッ素樹脂複合ニッケルめっき層で被覆したもの(例えば、実開平5−66246号公報参照)が提案されている。これら複合めっき皮膜では、一度に摺動面とピストンリング用溝に被膜を施すことができる。しかし、この方法では、複合めっき皮膜に含まれるフッ素樹脂の粒子径が1から100μmと大きく、不均一であり、アルミニウム含有金属との密着性が低く、さらに摺動中に粒子が脱落し易く、また、脱落した場合、表面に大きな凹凸が発生し、その耐久性を阻害するという問題があった。 A coating made of an A1-OH-F compound is coated on a piston made of an aluminum-containing metal for the purpose of improving durability such as wear resistance of the aluminum-containing metal (for example, JP-A-11-193478) (See Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-66246) for which the surface of the piston is covered with a fluorine resin composite nickel plating layer. With these composite plating films, a film can be applied to the sliding surface and the piston ring groove at a time. However, in this method, the particle diameter of the fluororesin contained in the composite plating film is as large as 1 to 100 μm, non-uniformity, low adhesion with the aluminum-containing metal, and particles easily fall off during sliding. Moreover, when it falls off, a large unevenness | corrugation generate | occur | produces on the surface and there existed a problem of inhibiting the durability.
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、摺動部分に優れた耐磨耗性と自己潤滑性を有する金属中にフッ素樹脂を均一に分散させた複合めっき層を一度の表面処理で形成した内燃機関用ピストン及びシリンダーを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems. A composite plating layer in which a fluororesin is uniformly dispersed in a metal having excellent wear resistance and self-lubricating property at a sliding portion is treated once. An object of the present invention is to provide a piston and cylinder for an internal combustion engine formed by the above.
本発明は、その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなるピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径0.1から0.5μmのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた皮膜厚が5から20μmであるニッケル金属めっき皮膜からなる構成を有している。また、本発明はアルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面に粒径0.1から0.5μmのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた皮膜厚が5から20μmであるニッケル金属めっき皮膜からなる構成を有している。 The present invention is a piston made of an aluminum-containing metal having a groove for a piston ring on its outer peripheral surface, in which fluororesin fine particles having a particle size of 0.1 to 0.5 μm are dispersed and combined on at least the surface in contact with the cylinder. The film thickness is 5 to 20 μm. Further, the present invention is a cylinder made of an aluminum alloy or cast iron, and has a film thickness of 5 to 20 μm in which fluororesin particles having a particle size of 0.1 to 0.5 μm are dispersed and combined on at least the surface in contact with the piston. It has the structure which consists of a nickel metal plating film.
本発明は、摺動部分に優れた耐磨耗性と自己潤滑性を有する金属中にフッ素樹脂を均一に分散させた複合めっき層を一度の表面処理で形成した内燃機関用ピストン及びシリンダーを実現できるものである。 The present invention realizes a piston and a cylinder for an internal combustion engine in which a composite plating layer in which a fluororesin is uniformly dispersed in a metal having excellent wear resistance and self-lubricating property on a sliding portion is formed by a single surface treatment. It can be done.
本発明の請求項1に記載した発明は、その外周面にピストンリング用の溝を有するアルミニウム含有金属からなるピストンであって、少なくともシリンダーと接する面に粒径0.1から0.5μmのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させたニッケル金属めっき皮膜を設けてなる内燃機関用ピストンとする構成であり、この構成とすることにより優れた自己潤滑性を実現する内燃機関用ピストンとすることができる。 The invention described in claim 1 of the present invention is a piston made of an aluminum-containing metal having a groove for a piston ring on its outer peripheral surface, and fluorine having a particle diameter of 0.1 to 0.5 μm on at least the surface in contact with the cylinder It is a configuration for an internal combustion engine piston provided with a nickel metal plating film in which resin fine particles are dispersed and combined. With this configuration, an internal combustion engine piston that realizes excellent self-lubricity can be obtained. .
請求項2に記載の発明は、フッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた5から20μmのめっき皮膜厚を設けてなる内燃機関用ピストンとする構成であり、この構成とすることにより優れた耐磨耗性を実現する内燃機関用ピストンとすることができる。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、アルミニウム合金または鋳鉄からなるシリンダーであって、少なくともピストンと接する面に粒径0.1から0.5μmのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させたニッケル金属めっき皮膜を設けてなる内燃機関用シリンダーとする構成であり、この構成とすることにより優れた自己潤滑性を実現する内燃機関用シリンダーとすることができる。 The invention according to claim 3 is a nickel metal plating film which is a cylinder made of an aluminum alloy or cast iron, in which fine particles of fluororesin having a particle size of 0.1 to 0.5 μm are dispersed and combined on at least the surface in contact with the piston The cylinder for an internal combustion engine is provided, and the cylinder for an internal combustion engine that realizes excellent self-lubricity can be obtained by this configuration.
請求項4に記載の発明は、フッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた5から20μmのめっき皮膜厚を設けてなる内燃機関用シリンダーとする構成であり、この構成とすることにより優れた耐磨耗性を実現する内燃機関用シリンダーとすることができる。
The invention according to
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態における内燃機関用ピストンの概略図である。図1において、1はピストン、2はアルミニウム含有金属母材、3はめっき皮膜、4はリング溝、5はスカート部、6はピン穴部である。図2は本発明の一実施の形態におけるめっき皮膜の概念図である。7はフッ素樹脂の微粒子、8はニッケルめっき皮膜である。 FIG. 1 is a schematic view of a piston for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a piston, 2 is an aluminum-containing metal base material, 3 is a plating film, 4 is a ring groove, 5 is a skirt portion, and 6 is a pin hole portion. FIG. 2 is a conceptual diagram of a plating film in one embodiment of the present invention. 7 is a fine particle of fluororesin, and 8 is a nickel plating film.
以上のように、構成された内燃機関用ピストンについて以下説明する。 The internal combustion engine piston configured as described above will be described below.
AC8A材(JIS H5202)を鋳造により、図1に示すようにリング溝4、ピン穴部6を有する内燃機関用ピストン1形状とし、シリンダーとの摺動面であるスカート部5は機械加工により、ピッチ0.1から0.3μm、粗さ6μmの表面状態に仕上げ、その全面に粒径0.1から0.5μmのフッ素樹脂の微粒子7を分散、複合させためっき皮膜厚5から20μmのニッケル金属めっき皮膜3を形成させる。従来のフッ素樹脂(テフロン(登録商標)PTFE:テトラフロロエチレン樹脂、米国デュポン社)は、その融点327℃、連続使用温度260℃であるが、溶解と冷却固化を複数回繰り返し、微粒子化することで、350℃の耐熱温度を実現できる。このフッ素樹脂の微粒子7は図2に示すように均一にニッケルめっき層8に分散、複合させ、めっき皮膜3を形成する。
AC8A material (JIS H5202) is cast to form a piston 1 shape for an internal combustion engine having a
比較のため、実施例1と同じように、リング溝4、ピン穴部6を有する内燃機関用ピストン1形状とし、シリンダーとの摺動面であるスカート部5は機械加工により、ピッチ0.1から0.3μm、粗さ6μmの表面状態に仕上げ、その全面に粒径1から5μmの従来のフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させためっき皮膜厚20から50μmのニッケル金属めっき皮膜を形成させたもの(比較ピストン1)を準備する。
For comparison, in the same manner as in Example 1, the piston 1 for an internal combustion engine having a
また実施例1及び比較ピストン1の相手となるシリンダーは、ADC12材(JIS H5302)を鋳造により所定のシリンダブロック形状に仕上げる。ピストンとの摺動面は機械加工によりピッチ3μm、粗さ3μmの表面状態に仕上げたもの(シリンダーA)と、機械加工された摺動面に粒径0.1から0.5μmのフッ素樹脂の微粒子を分散、複合させた皮膜厚5から20μmのニッケル金属めっき皮膜を形成させるもの(シリンダーB)を準備する。ピストンリングはねずみ鋳鉄により製作する。 Moreover, the cylinder which becomes the other party of Example 1 and the comparison piston 1 finishes ADC12 material (JISH5302) to a predetermined cylinder block shape by casting. The sliding surface with the piston is machined to a surface with a pitch of 3 μm and roughness of 3 μm (cylinder A), and the machined sliding surface is made of fluororesin with a particle size of 0.1 to 0.5 μm. Prepare a nickel metal plating film (cylinder B) having a thickness of 5 to 20 μm in which fine particles are dispersed and combined. The piston ring is made of gray cast iron.
実機耐久実験は表1に示す組み合わせで、2サイクル空冷2気筒エンジンに組み込み、回転数5,200rpm、全負荷、試験時間100時間の条件で実施した。その結果を同じく表1に示す。 The actual machine endurance experiment was implemented in the combination shown in Table 1 in a two-cycle air-cooled two-cylinder engine under the conditions of a rotation speed of 5,200 rpm, a full load, and a test time of 100 hours. The results are also shown in Table 1.
表1の結果に示すように、本発明の実施例1のピストンとシリンダーA及びシリンダーBの組み合わせは、比較ピストン1とシリンダーAの組み合わせと比較して、耐摩耗性に優れていた。 As shown in the results of Table 1, the combination of the piston, cylinder A, and cylinder B of Example 1 of the present invention was superior in wear resistance as compared to the combination of comparative piston 1 and cylinder A.
1 ピストン
2 アルミニウム含有金属母材
3 めっき皮膜
4 リング溝
5 スカート部
6 ピン穴部
7 フッ素樹脂の微粒子
8 ニッケルめっき皮膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
4. A cylinder for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the thickness of the plating film in which fine particles of fluororesin are dispersed and combined is 5 to 20 [mu] m.
Priority Applications (1)
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JP2004006538A JP2005201099A (en) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | Piston and cylinder for internal combustion engine |
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JP2004006538A JP2005201099A (en) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | Piston and cylinder for internal combustion engine |
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Cited By (3)
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2004
- 2004-01-14 JP JP2004006538A patent/JP2005201099A/en active Pending
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