JP2623621B2 - Engine structure - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、シリンダを構成するシリンダライナと該
シリンダライナ内を往復運動するピストンから成るエン
ジンの構造に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an engine including a cylinder liner constituting a cylinder and a piston reciprocating in the cylinder liner.
従来、セラミック材料を用いたエンジンは、例えば、
実開昭61−36153号公報等に開示されている。該実開昭6
1−36153号公報には、図示していないが、シリンダヘッ
ドに設けたセラミック製燃焼室頂部と、該燃焼室頂部に
関連して設けられたセラミック製部材と、セラミック製
のピストンヘッドと、前記セラミックより熱伝導率の高
い材料で形成した前記ピストンにおけるスカート部及び
シリンダライナとを備えたセラミック内燃機関が開示さ
れている。Conventionally, engines using ceramic materials, for example,
It is disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 36153/1986. The actual opening 6
Although not shown, the ceramic combustion chamber top provided on the cylinder head, a ceramic member provided in relation to the combustion chamber top, a ceramic piston head, A ceramic internal combustion engine having a skirt portion and a cylinder liner in the piston formed of a material having higher thermal conductivity than ceramic is disclosed.
ところで、内燃機関のシリンダライナとピストンリン
グ及びピストンとの摺動による摩擦量は、内燃機関中で
約50％以上を占めている。従って、これらのシリンダラ
イナ、ピストンリング及びピストンの摺動により発生す
るフリクションを減少させると、全体の摩擦量を減らす
ことになり、エンジンの燃費を著しく改善できることに
なる。By the way, the amount of friction caused by the sliding between the cylinder liner, the piston ring and the piston of the internal combustion engine accounts for about 50% or more in the internal combustion engine. Therefore, when the friction generated by the sliding of the cylinder liner, the piston ring and the piston is reduced, the total amount of friction is reduced, and the fuel efficiency of the engine can be remarkably improved.
しかしながら、例えば、上記実開昭61−36153号公報
に開示されたように、いたずらにセラミック材料を用い
たとしても摩擦力が減少することはない。However, even if a ceramic material is used unnecessarily, the friction force does not decrease as disclosed in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 36153/1986.
一般に、面粗さが摩擦係数に影響を与えると言われて
いるが、その要素だけで決定されるものではない。It is generally said that the surface roughness affects the coefficient of friction, but it is not determined solely by the factor.
また、一般に、金属対金属の組合せ又は金属対セラミ
ックの組合せの場合に、低粘度の潤滑油を使用すると、
極短時間の油膜切れで金属部の焼付きが発生するという
問題がある。Also, in general, when using a low-viscosity lubricating oil in the case of a metal-to-metal combination or a metal-to-ceramic combination,
There is a problem in that seizure of the metal portion occurs due to the oil film being cut for an extremely short time.
しかしながら、相対運動部材間に対して、セラミック
材料及び該セラミック材料に対応する材料を選定するこ
とによって、耐焼付性に優れ、低フリクションの摺動特
性を得ることができるものである。摺動材料のセラミッ
ク材料としては、窒化珪素（シリコンナイトライド:Si3
N4）、部分安定化ジルコニア（PSZ）等が優れている。
該部分安定化ジルコニアは、摺動特性としては非常に優
れ、強度的にも非常に高い材料であるが、温度250℃前
後に相変態点があり（モノクリニック:ZnO2）、高温に
なるような部所には使用できないが、該温度以下の部分
には極めて有効である。However, by selecting a ceramic material and a material corresponding to the ceramic material between the relative motion members, it is possible to obtain excellent seizure resistance and low friction sliding characteristics. Silicon ceramic (silicon nitride: Si 3
N 4 ), partially stabilized zirconia (PSZ), etc. are excellent.
The partially stabilized zirconia is a material having very excellent sliding properties and a very high strength, but has a phase transformation point at a temperature of about 250 ° C. (monoclinic: ZnO 2 ), so that the temperature becomes high. Although it cannot be used in any places, it is extremely effective for parts below the temperature.
この発明の目的は、上記の問題を解決することであ
り、ピストンスカート部とシリンダライナとの間の摺動
摩擦抵抗を低減するエンジンの構造を提供するに当たっ
て、セラミック材料の粒径、混合物、ぬれ性等が潤滑摩
擦に大きな影響を与えることに鑑み開発したものであ
り、シリンダライナ、ピストンリング及びピストンスカ
ート部との摺動部材間の材料を選定することによって摺
動部材間の低フリクションを達成して摺動過渡状態でも
焼付き等の発生を防止し、低粘度のオイルの使用を可能
にして両者間の低フリクションを達成するエンジンの構
造を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in providing an engine structure that reduces sliding friction resistance between a piston skirt portion and a cylinder liner, a ceramic material having a particle size, a mixture, and wettability. It has been developed in view of the fact that these materials have a large effect on lubrication friction, and achieves low friction between sliding members by selecting the material between the sliding members with the cylinder liner, piston ring and piston skirt. An object of the present invention is to provide an engine structure that prevents the occurrence of seizure or the like even in a transitional sliding state, enables the use of low-viscosity oil, and achieves low friction between the two.
この発明は、上記の目的を達成するために、次のよう
に構成されている。即ち、この発明は、ピストンのピス
トンスカート部の外面即ち摺動面に耐摩耗性に優れたタ
ンタル、タングステン等のアモルファス材料をコーティ
ングしてアモルファス層を形成し、前記ピストンが往復
運動するシリンダライナを潤滑オイルとのぬれ性に優れ
た部分安定化ジルコニア、シリコンナイトライド、シリ
コンカーバイト等のセラミック材料で構成し、前記ピス
トンスカート部と前記シリングライナとの間のフリクシ
ョンを低減することを特徴とするエンジンの構造に関す
る。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, the present invention provides a cylinder liner in which the outer surface of the piston skirt portion of the piston, that is, the sliding surface, is coated with an amorphous material such as tantalum or tungsten having excellent wear resistance to form an amorphous layer, and the piston reciprocates. It is made of a ceramic material such as partially stabilized zirconia, silicon nitride, and silicon carbide having excellent wettability with lubricating oil, and is characterized by reducing friction between the piston skirt portion and the sealing liner. Regarding the structure of the engine.
また、前記ピストンに形成されたピストンリング溝に
装着されるピストンリングは含油性に優れたセラミック
材料から形成されている。Further, the piston ring mounted in the piston ring groove formed in the piston is formed of a ceramic material having excellent oil impregnation.
この発明は、上記のように構成されており、次のよう
に作用する。即ち、この発明は、ピストンスカート部の
外面にタンタル、タングステン等のアモルファス材料を
コーティングしてアモルファス層を構成し、シリンダラ
イナを部分安定化ジルコニア、シリコンナイトライド、
シリコンカーバイト等のセラミック材料で構成したの
で、低フリクションを達成して摺動過渡状態でも焼付き
等の発生を防止し、低粘度の潤滑油の使用を可能にして
両者間の低フリクションを達成することができ、しかも
エンジンの燃費を向上させることができる。The present invention is configured as described above, and operates as follows. That is, according to the present invention, the outer surface of the piston skirt is coated with an amorphous material such as tantalum or tungsten to form an amorphous layer, and the cylinder liner is partially stabilized with zirconia, silicon nitride,
Constructed of ceramic material such as silicon carbide to achieve low friction to prevent seizures even during transitional sliding conditions and to enable the use of low-viscosity lubricating oil to achieve low friction between the two. And the fuel efficiency of the engine can be improved.
即ち、アモルファス材料をコーティングした層とセラ
ミック材料との間の潤滑油の流動特性を向上させること
ができ、高い硬度（HV:900〜1000）で且つ耐焼付性に優
れた表面が形成され、低粘度の潤滑油が使用でき、低フ
リクション化を向上させる。更に、アモルファス層は金
属のような結晶構造ではなく、摺動時の局部的な物質同
志の接触でも結晶が溶融変化することがなく、摺動過渡
状態でも焼付き等が発生することがなく、従って、低フ
リクションの効果を達成できる。That is, it is possible to improve the flow properties of the lubricating oil between the coated layer and the ceramic material of the amorphous material, high hardness (H V: 900~1000) and excellent surface seizure resistance in are formed, A low-viscosity lubricating oil can be used to improve low friction. Furthermore, the amorphous layer does not have a crystal structure like a metal, and the crystal does not melt and change even when local substances come into contact with each other at the time of sliding. Therefore, the effect of low friction can be achieved.
以下、図面を参照して、この発明によるエンジンの構
造の実施例を詳述する。Hereinafter, an embodiment of the structure of the engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図を参照して、この発明によるエンジンの構造の
一実施例を説明する。An embodiment of the structure of the engine according to the present invention will be described with reference to FIG.
第１図に示すように、一般的に、往復動のエンジン
は、水ジャケット２を備えたシリンダボディ１、該シリ
ンダボディ１の内周面に嵌合したシリンダライナ14、こ
れらの上部に位置するシリンダヘッド３、下部に位置す
るオイルパン５、並びにシリンダライナ14内をクランク
シャフト４及びコネクタティングロッド７を介して往復
運動するピストン11から成る。As shown in FIG. 1, a reciprocating engine is generally located at an upper portion of a cylinder body 1 having a water jacket 2, a cylinder liner 14 fitted on the inner peripheral surface of the cylinder body 1, and the like. It comprises a cylinder head 3, an oil pan 5 located at a lower portion, and a piston 11 reciprocating in a cylinder liner 14 via a crankshaft 4 and a connecting rod 7.
このエンジンの構造10は、次のような点に特徴を有し
ている。即ち、このエンジンの構造10は、シリンダボデ
ィ１に嵌合したシリンダライナ14とピストン11のピスト
ンスカート部12の構造に特徴を有するものである。The structure 10 of the engine has the following features. That is, the structure 10 of the engine is characterized by the structure of the cylinder liner 14 fitted to the cylinder body 1 and the piston skirt portion 12 of the piston 11.
シリンダライナ14は、窒化珪素（シリコンナイトライ
ド:Si3N4）、部分安定化ジルコニア（PSZ）、シリコン
カーバイト等の摺動材料として優れたセラミック材料に
よって構成されており、しかも、これらの材料はピスト
ンリング溝に装着された圧力リングであるピストンリン
グ13との摺動において潤滑オイルとのぬれ性が重要なこ
とであり、面精度の優れた表面のボイドができるだけ少
なくなるガス圧焼結法で作られた好ましい材料である。The cylinder liner 14 is made of a ceramic material excellent as a sliding material such as silicon nitride (silicon nitride: Si 3 N 4 ), partially stabilized zirconia (PSZ), and silicon carbide. Is the importance of wettability with lubricating oil when sliding with the piston ring 13 which is a pressure ring mounted in the piston ring groove, and a gas pressure sintering method that has excellent surface accuracy and minimizes voids on the surface It is a preferred material made of.
これに対して、ピストンリング13は、シリンダライナ
14と同様に、窒化珪素（Si3N4）、部分安定化ジルコニ
ア（PSZ）、シリコンカーバイト等の摺動材料で構成さ
れているが、この場合には適度のボイド（例えば、20μ
の穴）を含んだ素材の方が含油性が優れ、油切れ等を発
生することがなく好都合であるので、適度のボイドを含
んだ素材を選定する。On the other hand, the piston ring 13 is
Similar to 14, it is made of a sliding material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), partially stabilized zirconia (PSZ), and silicon carbide. In this case, a moderate void (for example, 20 μm) is used.
Since the material containing the hole is more excellent in oil-impregnating property and is advantageous without causing oil shortage or the like, a material containing an appropriate void is selected.
ピストンリング13では、面圧が局部的に上昇するの
で、オイル切れが出来るだけ発生しないようにした方が
良く、この要求を満足するため、ピストンリング13は、
冷間等方加工プレス（即ち、CIP）又はスリップキャス
チングにより成形した素材を、常圧焼結したタイプが好
ましい。In the piston ring 13, since the surface pressure locally increases, it is better not to cause oil shortage as much as possible.In order to satisfy this demand, the piston ring 13
A type obtained by subjecting a material formed by a cold isostatic pressing (that is, CIP) or slip casting to normal pressure sintering is preferable.
一方、ピストン11とシリンダライナ14との摺動につい
ては、ピストン11がスラストと反スラスト側に移動する
ので、むしろ潤滑条件は潤滑オイルの流動特性に支配さ
れることが多く、また、面圧も小さいので、ピストンス
カート部12はアモルファス合金等のコーティング層が望
ましいものである。On the other hand, regarding the sliding between the piston 11 and the cylinder liner 14, since the piston 11 moves to the thrust and the anti-thrust side, the lubrication condition is often governed by the flow characteristics of the lubricating oil, and the surface pressure is also reduced. Because of its small size, the piston skirt portion 12 is desirably a coating layer of an amorphous alloy or the like.
ピストンスカート部12は、その外面即ち接触面に耐摩
耗性で耐腐食性に富む金属であるタンタル、タングステ
ン等のアモルファス合金をコーティング即ち蒸着して約
10μのアモルファス層15を構成する。The piston skirt portion 12 is formed by coating or depositing an amorphous alloy such as tantalum or tungsten, which is a metal having high wear resistance and high corrosion resistance, on its outer surface, that is, the contact surface.
An amorphous layer 15 of 10 μ is formed.
従って、このエンジンの構造10については、一方の第
１相対運動部材であるピストン11のピストンスカート部
12の接触面にアモルファス層15をコーティングして構成
し、他方の第２相対運動部材であるシリンダライナ14を
窒化珪素（Si3N4）、部分安定化ジルコニア（PSZ）、シ
リコンカーバイト等のセラミック材料で構成したので、
ピストンスカート部12とシリンダライナ14との摺動部分
の摩擦量を減少させることができ、低フリクションエン
ジンを提供でき、従って、エンジンの燃費を改善するこ
とができる。Therefore, in the structure 10 of the engine, the piston skirt portion of the piston 11 which is one of the first relative motion members is provided.
The contact surface 12 is coated with an amorphous layer 15, and the other second relative moving member, the cylinder liner 14, is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ), partially stabilized zirconia (PSZ), silicon carbide or the like. Because it was composed of ceramic material,
The amount of friction at the sliding portion between the piston skirt portion 12 and the cylinder liner 14 can be reduced, and a low-friction engine can be provided, so that the fuel efficiency of the engine can be improved.
この発明によるエンジンの構造は、以上のように構成
されているので、次のような効果を有する。即ち、この
エンジンの構造は、ピストンスカート部の摺動面にアモ
ルファス材料をコーティングしてアモルファス層を形成
し、シリンダライナをセラミック材料で構成したので、
前記シリンダライナと前記ピストンスカート部との間の
摩擦を低減して低フリクションの構造を達成することが
でき、摺動過渡状態でも焼付き等の発生を防止し、低粘
度の潤滑油の使用を可能にし、しかもエンジンの燃費を
向上させることができる。Since the structure of the engine according to the present invention is configured as described above, it has the following effects. In other words, in the structure of this engine, the sliding surface of the piston skirt was coated with an amorphous material to form an amorphous layer, and the cylinder liner was made of a ceramic material.
The friction between the cylinder liner and the piston skirt can be reduced to achieve a low-friction structure, to prevent seizures and the like even during a sliding transition, and to use a low-viscosity lubricating oil. It is possible to improve the fuel efficiency of the engine.
また、一方の相対運動部材即ち摺動部材である前記ピ
ストンスカート部の外面にタンタル、タングステン等の
アモルファス材料をコーティングしてアモルファス層を
構成し、他方の相対運動部材即ち摺動部材である前記シ
リンダライナを部分安定化ジルコニア、シリコンナイト
ライド、シリコンカーバイト等のセラミック材料で構成
したので、前記シリンダライナに対してガス圧焼結法を
用いて面精度の優れた表面のボイドができるだけ少ない
状態に構成できる。Further, the outer surface of the piston skirt portion, which is one of the relative motion members, that is, the sliding member, is coated with an amorphous material such as tantalum or tungsten to form an amorphous layer, and the other relative motion member, that is, the cylinder, which is the slide member. Since the liner is made of a ceramic material such as partially stabilized zirconia, silicon nitride, silicon carbide, etc., the cylinder liner is subjected to gas pressure sintering so that the surface voids with excellent surface accuracy are minimized. Can be configured.
この場合に、ピストンリングを冷間等方加工プレス
（CIP）又はスリップキャスチングで成形した素材を常
圧焼結したセラミック材料で構成して適度のボイドを含
んだ含油性に優れた素材を構成することによって油切れ
等の発生を防止し、しかもアモルファス材料をコーティ
ングした前記ピストンスカート部との間の潤滑油の流動
特性を向上させることができる。更に、前記アモルファ
ス層は金属のような結晶構造ではなく、摺動時の局部的
な物質同志の接触でも結晶が溶融変化することがなく、
摺動過渡状態でも焼付き等が発生することがない。In this case, the piston ring is formed by a cold isostatic pressing (CIP) or slip casting, and is formed of a ceramic material which is sintered under normal pressure to form a material having an appropriate oil content and an appropriate oil content. This can prevent oil shortage or the like from occurring, and can improve the flow characteristics of the lubricating oil between the piston skirt portion coated with the amorphous material. Furthermore, the amorphous layer does not have a crystal structure such as metal, and the crystal does not melt and change even when local substances come into contact during sliding.
Seizure does not occur even in the sliding transition state.
従って、このエンジンの構造は、相対運動部材間即ち
ピストンスカート部とシリンダライナ間の摺動状態にお
いて、低フリクションの効果を達成することができ、し
かも、低フリクション構造であるから、エンジンの燃費
を低減することもできる。Therefore, the structure of this engine can achieve the effect of low friction in the sliding state between the relative motion members, that is, between the piston skirt portion and the cylinder liner, and furthermore, because of the low friction structure, the fuel efficiency of the engine is reduced. It can also be reduced.
第１図はこの発明によるエンジンの構造の一実施例を示
す断面図である。 10……エンジンの構造、11……ピストン、12……ピスト
ンスカート部、13……ピストンリング、14……シリンダ
ライナ、15……アモルファス層。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of the engine according to the present invention. 10 ... Engine structure, 11 ... Piston, 12 ... Piston skirt, 13 ... Piston ring, 14 ... Cylinder liner, 15 ... Amorphous layer.
Claims (2)
耐摩耗性に優れたアモルファス材料をコーティングして
アモルファス層を形成し、前記ピストンが往復運動する
シリンダライナを潤滑オイルとのぬれ性に優れたセラミ
ック材料で構成し、前記ピストンスカート部と前記シリ
ンダライナとの間のフリクションを低減することを特徴
とするエンジンの構造。1. A sliding surface of a piston skirt of a piston is coated with an amorphous material having excellent wear resistance to form an amorphous layer, and a cylinder liner in which the piston reciprocates has excellent wettability with lubricating oil. An engine structure comprising a ceramic material, wherein friction between the piston skirt portion and the cylinder liner is reduced.
は含油性に優れたセラミック材料から形成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のエンジン
の構造。2. The engine structure according to claim 1, wherein the piston ring mounted on the piston is formed of a ceramic material having excellent oil impregnation.
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| JP62329615A JP2623621B2 (en) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | Engine structure |
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| JP62329615A JP2623621B2 (en) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | Engine structure |
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|---|---|
| JPS6473154A JPS6473154A (en) | 1989-03-17 |
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Family Applications (1)
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| JP62329615A Expired - Lifetime JP2623621B2 (en) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | Engine structure |
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-
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- 1987-12-28 JP JP62329615A patent/JP2623621B2/en not_active Expired - Lifetime
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