JP4415238B2 - Cylinder / Piston engine - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンがアルミニウム合金からなるシリンダ・ピストン機関に関する。本発明のシリンダ・ピストン機関は特にガソリンエンジンに用いるのに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
ガスリンエンジンのシリンダ・ピストン機関に用いられるピストンとして、従来スカート部に条痕が形成されたピストンが用いられていた。ピストンのスカート部に形成された条痕によってピストンのスカート部とシリンダボアを区画する表面即ちシリンダボア面との間に隙間が生じ、耐スカッフ性を向上させていた。
【０００３】
しかしこのようにスカート部に条痕が形成された結果、スカート部の表面粗さは概ね６〜１０Ｒｚとなり、ピストンのスカート部表面とシリンダボア面との摩擦係数が大きくなるという問題が生じていた。またスカート部に条痕が形成されたピストンをシリンダボア内を摺動させることにより、圧力損失が発生するという問題が生じていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし条痕を無くしてピストンのスカート部の表面粗さを小さくすることにより摩擦係数を小さくしようとすると、ピストンのスカート部の表面とシリンダボア面とが焼付き易くなるおそれがある。即ちピストンの耐スカッフ性が低下してしまう。
【０００５】
また燃費の向上の観点から、近年内燃機関についても軽量化が要請され、そのためピストンにアルミニウム合金が用いられるようになってきている。しかしアルミニウム合金は一般に焼付き易い性質を有している。従って摩擦係数を低下させるためにアルミニウム合金からなるピストンのスカート部から条痕を無くして表面粗さを小さくすると、ピストンに焼付きが益々発生しやすくなるおそれがある。
【０００６】
そこで本発明の目的とするところは、軽量化を要請を満たすためにピストンにアルミニウム合金を用いつつ、低い摩擦係数を有しかつ耐スカッフ性に優れたシリンダ・ピストン機関を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、シリンダとそのシリンダボア内を摺動するアルミニウム合金からなるピストンとを有するシリンダ・ピストン機関において、前記ピストンの表面粗さは０．５〜２．０μｍＲｚであり、前記シリンダボアを区画する表面部分は、ＪＩＳ規格鋳鉄ＦＣ２５０製シリンダボアライナから構成され、該表面部分の表面粗さは１．５〜２．５μｍＲｚであることを特徴とするシリンダ・ピストン機関を発明した。
【０００８】
本発明のシリンダ・ピストン機関においては、ピストンの表面を０．５〜２．０μｍＲｚとし、摺動する相手であるシリンダボアの区画する表面部分をＪＩＳ規格鋳鉄ＦＣ２５０からなるシリンダボアライナを用いてその表面部分を１．５〜２．５μｍＲｚとすることで低い摩擦係数を得ると同時に焼付きを防止し優れた耐スカッフ性を有することを実現した。
【０００９】
また本発明者は、シリンダとそのシリンダボア内を摺動するアルミニウム合金からなるピストンとを有するシリンダ・ピストン機関において、前記ピストンの表面粗さは０．５〜２．０μｍＲｚであり、前記シリンダボアを区画する表面部分は基部としてのアルミニウム合金製シリンダボアライナ上に形成された鉄基系溶射皮膜から構成され、前記表面部分の表面粗さは０．５〜２．５μｍＲｚであることを特徴とするシリンダ・ピストン機関を発明した。
【００１０】
上記シリンダ・ピストン機関は、参考発明であり、ピストンの表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとし、相手材のシリンダボアを区画する表面部分の表面粗さを０．５〜２．５μｍＲｚとすることで低い摩擦係数を得ると同時に焼付きを防止し優れた耐スカッフ性を得ることを実現した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明のシリンダ・ピストン機関の実施の形態について説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の構成は、シリンダとそのシリンダボア内を摺動するアルミニウム合金からなるピストンとを有するシリンダ・ピストン機関において、ピストンの表面粗さは０．５〜４．５μｍＲｚであり、シリンダボアを区画する表面（以下適宜「シリンダボア面」という）部分はＪＩＳ規格鋳鉄ＦＣ２５０製シリンダボアライナ又はＡｌ−Ｓｉ合金製シリンダボアライナから構成され、表面部分の表面粗さは１．５〜３．５μｍＲｚである。
【００１３】
上述したようにピストンの材料としてアルミニウム合金を用いることにより軽量化を可能とすることができる。そしてピストンのスカート部の表面粗さを０．５〜４．５μｍＲｚとすることで優れた耐スカッフ性を維持しつつ、摩擦係数を小さくすることができる。また表面粗さを０．５〜４．５μｍＲｚとすることで条痕をなくすことができ、シリンダ・ピストン機関の圧力損失を少なくすることができる。
【００１４】
この場合アルミニウム合金からなるピストンの表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとすることが好ましい。表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとすることで、ピストンのスカート部の表面とシリンダボア面との焼付きを防止しつつ、低フリクション化を実現することができる。
【００１５】
またピストンに用いるアルミニウム合金として、Ｃｕを０．８〜１．３質量％、Ｓｉを１１．０〜１３．０質量％、Ｍｇを０．７〜１．３質量％、Ｎｉを０．８〜２．０質量％、残部をＡｌ及び不可避的不純物とするアルミニウム合金（以下「第１アルミニウム合金」という）又はＣｕを２．０〜４．０質量％、Ｓｉを８．０〜１０．５質量％、Ｍｇを０．４〜０．８質量％、Ｍｎを０．４〜０．８質量％、残部をＡｌ及び不可避的不純物とするアルミニウム合金（以下「第２アルミニウム合金」という）を用いることが好ましい。これらを用いることによって、高硬度、高耐摩耗性を実現でき、また良好な耐熱耐腐食性を有することができる。
【００１６】
またシリンダボア面部分を従来から用いられている鋳鉄ＦＣ２５０製シリンダボアライナで構成した場合には、シリンダボア面の表面粗さは１．５〜３．５μｍＲｚとすることができ、１．５〜２．５μｍＲｚとすることが好ましい。鋳鉄ＦＣ２５０製シリンダボアライナは、Ａｌ−Ｓｉ合金製シリンダボアライナと比較すると、耐スカッフ性により優れていることから表面粗さを１．５〜２．５μｍＲｚとして更に低い摩擦係数を図りつつ優れた耐スカッフ性を維持することができる。なおこの場合にシリンダボア面の表面粗さを１．５〜３．５μｍＲｚとすると同時にピストンのスカート部の表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとすることが更に好ましい。この範囲内のピストンの表面粗さとシリンダボア面の表面粗さの組み合わせで、優れた耐スカッフ性を維持しつつ更に低い摩擦係数を実現することができる。
【００１７】
シリンダボア面部分をＡｌ−Ｓｉ合金製シリンダボアライナで構成する場合には、シリンダボア面の表面の粗さを１．５〜３．５μｍＲｚとすることができる。鋳鉄ＦＣ２５０製シリンダボアライナを用いた場合よりもＡｌ−Ｓｉ合金製シリンダボアライナを用いることで軽量化を図ることができる。またシリンダボア面部分の高硬度、高耐摩耗性を実現でき、また良好な耐熱耐腐食性を有することができる。なおこのシリンダボアライナに用いるＡｌ−Ｓｉ合金としてはＡｌ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2等のアルミニウム複合材料を挙げることができる。
【００１８】
（参考発明の形態）
参考発明の形態の構成は、シリンダとそのシリンダボア内を摺動するアルミニウム合金からなるピストンとを有するシリンダ・ピストン機関において、ピストンの表面粗さは０．５〜４．５μｍＲｚであり、シリンダボアを区画する表面部分は基部としてのアルミニウム合金製シリンダボアライナ上に形成された前記鉄基系溶射皮膜から構成され、前記表面部分の表面粗さは０．５〜３．５μｍＲｚである。
【００１９】
ピストンの材料としてアルミニウム合金を用い、またシリンダボア面部分の基部としてアルミニウム合金製シリンダボアライナを用いることで第１の実施の形態よりも更なる軽量化を可能とすることができる。またピストンのスカート部の表面粗さを０．５〜４．５μｍＲｚとすることで優れた耐スカッフ性を維持しつつ低い摩擦係数を実現することができる。また表面粗さを０．５〜４．５μｍＲｚとすることで条痕をなくすことでき、シリンダ・ピストン機関の圧力損失を低くすることができる。
【００２０】
この場合第１の実施の形態の場合と同様にアルミニウム合金からなるピストンの表面粗さは０．５〜２．０μｍＲｚとすることが好ましい。このようにピストンの表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとすることで、ピストンのスカート部の表面とシリンダボア面との焼付きを防止しつつ、低い摩擦係数を実現することができる。このアルミニウム合金は、第１アルミニウム合金又は第２アルミニウム合金を用いることが好ましい。これらを用いることによって、高硬度、高耐摩耗性を実現でき、また良好な耐熱耐腐食性を有することができる。
【００２１】
シリンダボアを区画する表面部分を基部としてのアルミニウム合金製シリンダボアライナ上に形成された鉄基系溶射皮膜から構成した場合には、表面部分の表面粗さは０．５〜３．５μｍＲｚとすることができる。
【００２２】
鉄基系溶射皮膜がシリンダボア面に構成されているので、第１の実施の形態の場合よりも更に表面粗さを小さくして、優れた耐スカッフ性を維持しつつ更なる低フリクション化を図ることができる。
【００２３】
なお溶射皮膜として鉄基系のものを用いることにより、モリブデン系、硫黄系等の通常用いられるオイル中に含まれる添加剤成分、例えばＭｏＳ2等が溶射皮膜中の鉄に有効に作用して、更なる低フリクション化を促進することができる。なお鉄基系溶射皮膜としては、全体の質量を１００質量％としてＣが概ね１質量％、Ｓｉが概ね１．２質量％で、残りがＦｅという組成からなる皮膜を用いることができる。この場合皮膜の厚さとしては、０．０５〜２ｍｍとすることができ、０．１〜０．２ｍｍとすることが好ましい。この鉄基系溶射皮膜は通常の方法で皮膜することができる。この溶射の後、仕上げホーニングとして表面を０．１〜０．５ｍｍ程度切削し、粗さを調整することができる。
【００２４】
シリンダボア面の表面粗さを０．５〜２．５μｍＲｚとすることが好ましい。このように０．５〜２．５μｍＲｚとすることで更に低フリクション化を図ることができる。この場合にシリンダボア面の表面粗さを０．５〜２．５μｍＲｚとすると同時に、ピストンのスカート部の表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとすることが更に好ましい。この範囲内のピストンの表面粗さとシリンダボア面の表面粗さの組み合わせで、優れた耐スカッフ性を維持しつつ更に低い摩擦係数を実現することができる。
【００２５】
またこの場合シリンダボア面の基部として用いるアルミニウム合金としては、Ａｌ−１０質量％Ｓｉ押出材、Ａｌ−１５質量％Ｓｉ押出材等のアルミニウム合金を用いることができる。
【００２６】
なおピストンの表面、シリンダボア面の表面粗さを上記数値の範囲内にするには、通常のホーニングによって仕上げることができる。
【００２７】
本実施の形態で説明したシリンダとピストンとの組み合わせからなるシリンダ・ピストン機関は自動車等のエンジンに用いることができる。
【００２８】
【実施例】
（摩擦係数の測定）
本発明のシリンダ・ピストン機関について、往復摺動試験機を用いて摩擦試験を行って摩擦係数を測定をした。
【００２９】
摩擦試験の概略を図１に示す。シリンダボアを区画する表面部分に用いるシリンダボアライナの切り出し材２０とピストンの切り出し材１０とを用意した。そしてシリンダボアライナの切り出し材２０を水平方向に往復運動させながら、このシリンダボアライナの切り出し材２０の摺動面２１にピストンの切り出し材１０を荷重して、摩擦係数を測定した。
【００３０】
なおシリンダボアライナの切り出し材２０の形状は、縦６０ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ５ｍｍとした。またピストンの切り出し材の形状１０は、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ５ｍｍとし、ピストンの切り出し材２０の摺動面２１は、スカート形状であり、シリンダボアライナの切り出し材１０の摺動面１１は、スカート形状に対応した形状であった。
【００３１】
なおエンジン油は、粘度５Ｗ−３０の市販油を用い、これをシリンダボアライナの切り出し材の表面に潤沢に塗布した。
【００３２】
摩擦試験の試験条件は、表１に示す通りである。
【００３３】
【表１】
摩擦係数は上述の試験条件で、試験開始５分経過後に摩擦係数を測定した。
【００３５】
▲１▼鋳鉄ＦＣ２５０からなるシリンダボアライナの切り出し材と第１アルミニウム合金からなるピストンの切り出し材とを用いて上述した摩擦試験を行い、摩擦係数（フリクション）を測定した。
【００３６】
ピストンの切り出し材の表面粗さは、０．５μｍＲｚ、１．０μｍＲｚ、１．５μｍＲｚ、２．０μｍＲｚ、２．５μｍＲｚ、３．０μｍＲｚ、４．５μｍＲｚ、５．５μｍＲｚとし、シリンダボアライナの切り出し材の表面粗さは０．５μｍＲｚ、１．０μｍＲｚ、１．５μｍＲｚ、２．０μｍＲｚ、２．５μｍＲｚ、３．０μｍＲｚ、３．５μｍＲｚとし、これらの組み合わせて測定した。
【００３７】
なおピストンの切り出し材の表面粗さが０．５〜４．５μｍＲｚで、シリンダボアライナの切り出し材の表面粗さが１．５〜３．５μｍＲｚが本発明のシリンダ・ピストン機関の範囲内である。
【００３８】
摩擦試験を行って得られた摩擦係数を表２及び図２に示す。なお図２中のボア粗さとはシリンダボアライナの切り出し材の表面粗さを意味し、ピストン粗さとはピストンの切り出し材の表面粗さを意味する。
【００３９】
【表２】
図２及び表２から分かるように、いずれの組み合わせでも摩擦係数は、０．１６以下である。ただピストンの切り出し材の表面粗さによって多少のばらつきがあるが、シリンダボアライナの切り出し材の表面粗さが下がるにつれて摩擦係数も低下するが、概ね１．５μｍＲｚから１．０μｍＲｚとなる辺りで摩擦係数の上昇が見られ、焼付きが生じやすくなっていると考えられる。従って優れた耐焼き付き性を維持する観点からは、シリンダボアライナの切り出し材の表面粗さは１．５μｍＲｚ〜３．５μｍＲｚとすることが妥当である。
【００４１】
なおピストンの切り出し材の表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとし、シリンダボアライナの切り出し材の表面粗さを１．５〜２．０μｍＲｚとすると、いずれの組み合わせにおいても、摩擦係数が０．１未満となり、低い摩擦係数を得ることができる。従ってピストンに第１アルミニウム合金を用い、シリンダボアライナに鋳鉄ＦＣ２５０を用いた場合には、シリンダボア面の表面粗さを１．５〜２．５μｍＲｚとし、ピストンのスカート部の表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとすることが好ましい。
【００４２】
▲２▼またアルミニウム合金（Ａｌ−１０質量％Ｓｉ）上に鉄基系溶射皮膜（約１質量％Ｃと約１．２質量％Ｓｉと残りがＦｅ）が形成されたシリンダボアライナの切り出し材と第１アルミニウム合金からなるピストンの切り出し材とを用いて摩擦試験を行い、摩擦係数（フリクション）を測定した。なお鉄基系溶射皮膜の膜厚は０．１ｍｍであった。
【００４３】
ピストンの切り出し材の表面粗さとシリンダボアライナの切り出し材の表面粗さの組み合わせは▲１▼で記載した組み合わせと同一である。
【００４４】
なおピストンの切り出し材の表面粗さが０．５〜４．５μｍＲｚで、シリンダボアライナの切り出し材の表面粗さが０．５〜３．５μｍＲｚが参考発明のシリンダ・ピストン機関の範囲内である。
【００４５】
摩擦試験を行って得られた摩擦係数を表３及び図３に示す。なお図３中のボア粗さ及びピストン粗さの意味は図２の場合と同一である。
【００４６】
【表３】
シリンダボアライナの切り出し材の表面に鉄基系皮膜を溶射してある場合には、３．５μｍＲｚから０．５μｍＲｚまで摩擦係数が低下している。この範囲内においては摩擦係数の上昇はなく、表面粗さを低下させても焼付きが生じやすくなるということはないと考えられる。
【００４８】
なおピストンの切り出し材の表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとし、シリンダボアライナの切り出し材の表面粗さを０．５〜２．０μｍＲｚとすると、いずれの組み合わせにおいても、摩擦係数が０．１未満となり、低い摩擦係数を得ることができ、優れた耐スカッフ性を維持することができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のシリンダ・ピストン機関は、ピストンに用いる材料としてアルミニウム合金を用いることにより、シリンダ・ピストン機関の軽量化を図りつつ、優れた耐スカッフ性及び低い摩擦係数を維持することができる。
【００５０】
また従来ピストンのスカート部に条痕が設けられ、そのために圧力損失が生じていたところ、スカート部の表面粗さを小さくすることで条痕を無くした結果、圧力損失を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 摩擦試験の概略を示す図である。
【図２】 表２に記載した摩擦係数と表面粗さの関係を示したグラフである。
【図３】 表３に記載した摩擦係数と表面粗さの関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１０：ピストンの切り出し材
１１：ピストンの切り出し材の摺動面
２０：シリンダボアライナの切り出し材
２１：シリンダボアライナの切り出し材の摺動面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylinder / piston engine in which a piston is made of an aluminum alloy. The cylinder / piston engine of the present invention is particularly suitable for use in a gasoline engine.
[0002]
[Prior art]
As a piston used in a cylinder / piston engine of a gas phosphorus engine, a piston having a streak formed in a skirt portion has been conventionally used. The streaks formed in the skirt portion of the piston create a gap between the piston skirt portion and the surface defining the cylinder bore, that is, the cylinder bore surface, thereby improving the scuff resistance.
[0003]
However, as a result of the formation of streaks in the skirt portion in this way, the surface roughness of the skirt portion is approximately 6 to 10 Rz, and there is a problem that the friction coefficient between the surface of the skirt portion of the piston and the cylinder bore surface is increased. Further, there has been a problem in that pressure loss is caused by sliding a piston having a streak formed in the skirt portion in the cylinder bore.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the friction coefficient is reduced by eliminating the streak and reducing the surface roughness of the piston skirt, the surface of the piston skirt and the cylinder bore surface may be easily seized. That is, the scuff resistance of the piston is lowered.
[0005]
In recent years, from the viewpoint of improving fuel efficiency, an internal combustion engine has been required to be lighter, and therefore an aluminum alloy has been used for the piston. However, aluminum alloys generally have the property of being easily seized. Therefore, if the surface roughness is reduced by removing streaks from the skirt portion of the piston made of an aluminum alloy in order to reduce the friction coefficient, there is a possibility that seizure will be more likely to occur on the piston.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a cylinder / piston engine having a low friction coefficient and excellent scuff resistance while using an aluminum alloy for the piston in order to satisfy the demand for weight reduction.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research, the present inventor has found that in a cylinder / piston engine having a cylinder and a piston made of an aluminum alloy that slides in the cylinder bore, the surface roughness of the piston is 0.5 to 2.0 μmRz. , surface portions partitioning the cylinder bore is configured et or JIS standard cast iron FC250 manufactured by the cylinder bore liner, the cylinder piston engine, wherein the surface roughness of the surface portion is 1.5~ 2.5 μmRz Invented.
[0008]
In cylinder-piston engine of the present invention, the surface of the piston and 0.5~ 2.0 μmRz, the partition surface portions of the cylinder bore is a counterpart that slides using JIS standard cast iron FC250 or Ranaru cylinder bore liner that By making the surface portion 1.5 to 2.5 μm Rz, a low coefficient of friction was obtained, and at the same time, seizure was prevented and excellent scuff resistance was realized.
[0009]
Further, the present inventor, in a cylinder / piston engine having a cylinder and a piston made of an aluminum alloy that slides in the cylinder bore, has a surface roughness of the piston of 0.5 to 2.0 μmRz, and the cylinder bore is The partitioning surface portion is composed of an iron- based thermal spray coating formed on an aluminum alloy cylinder bore liner as a base portion, and the surface portion has a surface roughness of 0.5 to 2.5 μmRz. Invented the cylinder / piston engine.
[0010]
The cylinder / piston engine is a reference invention, and the surface roughness of the piston is 0.5 to 2.0 μmRz, and the surface roughness of the surface portion that defines the cylinder bore of the counterpart material is 0.5 to 2.5 μmRz. As a result, a low coefficient of friction was obtained, and at the same time, seizure was prevented and excellent scuff resistance was achieved.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a cylinder / piston engine of the present invention will be described below.
[0012]
(First embodiment)
The configuration of the first embodiment is that a cylinder / piston engine having a cylinder and a piston made of an aluminum alloy that slides in the cylinder bore has a piston surface roughness of 0.5 to 4.5 μm Rz, and the cylinder bore The surface (hereinafter referred to as “cylinder bore surface” where appropriate) is composed of a cylinder bore liner made of JIS standard cast iron FC250 or a cylinder bore liner made of Al—Si alloy, and the surface roughness of the surface portion is 1.5 to 3.5 μm Rz. .
[0013]
As described above, the weight can be reduced by using an aluminum alloy as the material of the piston. The coefficient of friction can be reduced while maintaining excellent scuff resistance by setting the surface roughness of the skirt portion of the piston to 0.5 to 4.5 μm Rz. Further, when the surface roughness is 0.5 to 4.5 μm Rz, the streak can be eliminated, and the pressure loss of the cylinder / piston engine can be reduced.
[0014]
In this case, the surface roughness of the piston made of an aluminum alloy is preferably 0.5 to 2.0 μm Rz. By setting the surface roughness to 0.5 to 2.0 μm Rz, it is possible to achieve low friction while preventing seizure between the surface of the skirt portion of the piston and the cylinder bore surface.
[0015]
Moreover, as an aluminum alloy used for a piston, Cu is 0.8 to 1.3 mass%, Si is 11.0 to 13.0 mass%, Mg is 0.7 to 1.3 mass%, and Ni is 0.8 to 2.0 mass%, aluminum alloy with the balance being Al and inevitable impurities (hereinafter referred to as "first aluminum alloy") or Cu is 2.0-4.0 mass%, Si is 8.0-10.5 mass %, Mg is 0.4 to 0.8 mass%, Mn is 0.4 to 0.8 mass%, and the balance is Al and unavoidable impurities (hereinafter referred to as “second aluminum alloy”). Is preferred. By using these, high hardness and high wear resistance can be realized, and good heat and corrosion resistance can be obtained.
[0016]
Further, when the cylinder bore surface portion is constituted by a conventionally used cast iron FC250 cylinder bore liner, the surface roughness of the cylinder bore surface can be 1.5 to 3.5 μm Rz, and 1.5 to 2.5 μm Rz. It is preferable that The cast iron FC250 cylinder boreliner has better scuff resistance compared to the Al-Si alloy cylinder boreliner, so the surface roughness is 1.5 to 2.5 μmRz and excellent scuff resistance while achieving a lower friction coefficient. Sex can be maintained. In this case, it is more preferable that the surface roughness of the cylinder bore surface is 1.5 to 3.5 μm Rz and the surface roughness of the skirt portion of the piston is 0.5 to 2.0 μm Rz. By combining the piston surface roughness and the cylinder bore surface roughness within this range, it is possible to achieve a lower friction coefficient while maintaining excellent scuff resistance.
[0017]
When the cylinder bore surface portion is composed of an Al—Si alloy cylinder bore liner, the surface roughness of the cylinder bore surface can be 1.5 to 3.5 μm Rz. Weight reduction can be achieved by using an Al-Si alloy cylinder bore liner as compared with the case of using a cast iron FC250 cylinder bore liner. Further, high hardness and high wear resistance of the cylinder bore surface portion can be realized, and good heat and corrosion resistance can be obtained. An example of the Al—Si alloy used for the cylinder bore liner is an aluminum composite material such as Al—Al 2 O 3 —SiO 2 .
[0018]
(Form of reference invention )
The configuration of the embodiment of the reference invention is a cylinder / piston engine having a cylinder and a piston made of an aluminum alloy that slides in the cylinder bore. The surface roughness of the piston is 0.5 to 4.5 μm Rz, and the cylinder bore is partitioned. The surface portion to be formed is composed of the iron-based thermal spray coating formed on the aluminum alloy cylinder bore liner as the base portion, and the surface portion has a surface roughness of 0.5 to 3.5 μm Rz.
[0019]
By using an aluminum alloy as the material of the piston and using an aluminum alloy cylinder bore liner as the base portion of the cylinder bore surface portion, it is possible to further reduce the weight as compared with the first embodiment. Further, by setting the surface roughness of the skirt portion of the piston to 0.5 to 4.5 μm Rz, it is possible to realize a low friction coefficient while maintaining excellent scuff resistance. Further, when the surface roughness is 0.5 to 4.5 μm Rz, the streak can be eliminated, and the pressure loss of the cylinder / piston engine can be reduced.
[0020]
In this case, the surface roughness of the piston made of an aluminum alloy is preferably 0.5 to 2.0 μm Rz as in the case of the first embodiment. Thus, by setting the surface roughness of the piston to 0.5 to 2.0 μm Rz, it is possible to realize a low friction coefficient while preventing seizure between the surface of the piston skirt and the cylinder bore surface. The aluminum alloy is preferably a first aluminum alloy or a second aluminum alloy. By using these, high hardness and high wear resistance can be realized, and good heat and corrosion resistance can be obtained.
[0021]
When the surface portion defining the cylinder bore is composed of an iron-based thermal spray coating formed on the cylinder bore liner made of aluminum alloy with the base portion as the base, the surface roughness of the surface portion may be 0.5 to 3.5 μm Rz. it can.
[0022]
Since the iron-based thermal spray coating is formed on the cylinder bore surface, the surface roughness is further reduced as compared with the case of the first embodiment, and the friction is further reduced while maintaining excellent scuff resistance. be able to.
[0023]
In addition, by using an iron-based coating as the thermal spray coating, additive components contained in commonly used oils such as molybdenum and sulfur, such as MoS 2 effectively act on the iron in the thermal spray coating, Further reduction in friction can be promoted. As the iron-based thermal spray coating, a coating having a composition in which the total mass is 100% by mass, C is approximately 1% by mass, Si is approximately 1.2% by mass, and the rest is Fe. In this case, the thickness of the film can be 0.05 to 2 mm, preferably 0.1 to 0.2 mm. This iron-based thermal spray coating can be coated by a usual method. After this thermal spraying, the surface can be cut by about 0.1 to 0.5 mm as finish honing to adjust the roughness.
[0024]
The surface roughness of the cylinder bore surface is preferably 0.5 to 2.5 μm Rz. Thus, the friction can be further reduced by setting the thickness to 0.5 to 2.5 μm Rz. In this case, it is more preferable that the surface roughness of the cylinder bore surface is 0.5 to 2.5 μm Rz and the surface roughness of the skirt portion of the piston is 0.5 to 2.0 μm Rz. By combining the piston surface roughness and the cylinder bore surface roughness within this range, it is possible to achieve a lower friction coefficient while maintaining excellent scuff resistance.
[0025]
In this case, as the aluminum alloy used as the base of the cylinder bore surface, an aluminum alloy such as an Al-10 mass% Si extruded material or an Al-15 mass% Si extruded material can be used.
[0026]
In addition, in order to make the surface roughness of the piston surface and the cylinder bore surface within the range of the above numerical values, it can be finished by ordinary honing.
[0027]
The cylinder / piston engine composed of the combination of the cylinder and the piston described in the present embodiment can be used for an engine such as an automobile.
[0028]
【Example】
(Measurement of friction coefficient)
The cylinder / piston engine of the present invention was subjected to a friction test using a reciprocating sliding tester to measure the friction coefficient.
[0029]
An outline of the friction test is shown in FIG. A cylinder bore
[0030]
The shape of the cutting
[0031]
The engine oil used was a commercially available oil having a viscosity of 5W-30, which was abundantly applied to the surface of the cylinder bore liner cutting material.
[0032]
The test conditions of the friction test are as shown in Table 1.
[0033]
[Table 1]
The coefficient of friction was measured under the above-mentioned test conditions after 5 minutes from the start of the test.
[0035]
{Circle around (1)} The friction test described above was performed using a cutout material of a cylinder bore liner made of cast iron FC250 and a cutout material of a piston made of a first aluminum alloy, and the friction coefficient (friction) was measured.
[0036]
The surface roughness of the piston cutting material is 0.5 μmRz, 1.0 μmRz, 1.5 μmRz, 2.0 μmRz, 2.5 μmRz, 3.0 μmRz, 4.5 μmRz, 5.5 μmRz, and the surface of the cylinder borer cutting material The roughness was 0.5 μmRz, 1.0 μmRz, 1.5 μmRz, 2.0 μmRz, 2.5 μmRz, 3.0 μmRz, 3.5 μmRz, and these were measured in combination.
[0037]
The surface roughness of the cutting material of the piston is 0.5 to 4.5 μm Rz, and the surface roughness of the cutting material of the cylinder bore liner is 1.5 to 3.5 μm Rz, which are within the range of the cylinder / piston engine of the present invention.
[0038]
The friction coefficient obtained by conducting the friction test is shown in Table 2 and FIG. In addition, the bore roughness in FIG. 2 means the surface roughness of the cutting material of the cylinder bore liner, and the piston roughness means the surface roughness of the cutting material of the piston.
[0039]
[Table 2]
As can be seen from FIG. 2 and Table 2, in any combination, the friction coefficient is 0.16 or less. However, although there is some variation depending on the surface roughness of the cutout material of the piston, the friction coefficient also decreases as the surface roughness of the cutout material of the cylinder bore liner decreases, but the friction coefficient is about 1.5 μmRz to 1.0 μmRz. It is thought that seizure is likely to occur. Therefore, from the viewpoint of maintaining excellent seizure resistance, it is appropriate that the surface roughness of the cutout material of the cylinder bore liner is 1.5 μmRz to 3.5 μmRz.
[0041]
When the surface roughness of the cutting material of the piston is 0.5 to 2.0 μmRz and the surface roughness of the cutting material of the cylinder bore liner is 1.5 to 2.0 μmRz, the friction coefficient is 0. It becomes less than 1, and a low friction coefficient can be obtained. Therefore, when the first aluminum alloy is used for the piston and the cast iron FC250 is used for the cylinder bore liner, the surface roughness of the cylinder bore surface is 1.5 to 2.5 μm Rz, and the surface roughness of the piston skirt is 0.5. It is preferable to set it to -2.0 micrometer Rz.
[0042]
(2) Also, a cylinder bore liner cut-out material in which an iron-based thermal spray coating (about 1% by mass C, about 1.2% by mass Si and the remainder Fe) is formed on an aluminum alloy (Al-10% by mass Si). A friction test was performed using a piston cutting material made of the first aluminum alloy, and a friction coefficient (friction) was measured. The film thickness of the iron-based thermal spray coating was 0.1 mm.
[0043]
The combination of the surface roughness of the piston cutting material and the surface roughness of the cylinder bore liner cutting material is the same as the combination described in (1).
[0044]
The surface roughness of the cutting material of the piston is 0.5 to 4.5 μm Rz, and the surface roughness of the cutting material of the cylinder bore liner is 0.5 to 3.5 μm Rz, which are within the range of the cylinder / piston engine of the reference invention.
[0045]
The coefficient of friction obtained by conducting the friction test is shown in Table 3 and FIG. The meanings of bore roughness and piston roughness in FIG. 3 are the same as those in FIG.
[0046]
[Table 3]
When the iron-based coating is sprayed on the surface of the cutting material of the cylinder bore liner, the friction coefficient decreases from 3.5 μm Rz to 0.5 μm Rz. Within this range, the friction coefficient does not increase, and it is considered that seizure is not likely to occur even if the surface roughness is reduced.
[0048]
If the surface roughness of the cutting material of the piston is 0.5 to 2.0 μm Rz and the surface roughness of the cutting material of the cylinder bore liner is 0.5 to 2.0 μm Rz, the friction coefficient is 0 in any combination. It becomes less than 1, can obtain a low coefficient of friction, and can maintain excellent scuff resistance.
[0049]
【The invention's effect】
The cylinder / piston engine of the present invention can maintain excellent scuff resistance and a low friction coefficient while reducing the weight of the cylinder / piston engine by using an aluminum alloy as a material for the piston.
[0050]
In addition, when the skirt portion of the conventional piston is provided with striations and pressure loss is caused thereby, the pressure loss can be reduced as a result of eliminating the striations by reducing the surface roughness of the skirt portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a friction test.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the friction coefficient and surface roughness described in Table 2.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the friction coefficient and surface roughness described in Table 3.
[Explanation of symbols]
10: Piston cutting material 11: Sliding surface of piston cutting material 20: Cutting material of cylinder bore liner 21: Sliding surface of cutting material of cylinder bore liner
Claims (2)
前記ピストンの表面粗さは０．５〜２．０μｍＲｚであり、
前記シリンダボアを区画する表面部分はＪＩＳ規格鋳鉄ＦＣ２５０製シリンダボアライナから構成され、該表面部分の表面粗さは１．５〜２．５μｍＲｚであることを特徴とするシリンダ・ピストン機関。In a cylinder / piston engine having a cylinder and a piston made of an aluminum alloy sliding in the cylinder bore,
The surface roughness of the piston is 0.5 to 2.0 μmRz,
A cylinder / piston engine characterized in that a surface portion defining the cylinder bore is composed of a cylinder bore liner made of JIS standard cast iron FC250, and the surface roughness of the surface portion is 1.5 to 2.5 μmRz.
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