JPH0131026B2 - - Google Patents

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JPH0131026B2
JPH0131026B2 JP57219704A JP21970482A JPH0131026B2 JP H0131026 B2 JPH0131026 B2 JP H0131026B2 JP 57219704 A JP57219704 A JP 57219704A JP 21970482 A JP21970482 A JP 21970482A JP H0131026 B2 JPH0131026 B2 JP H0131026B2
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JP
Japan
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piston
weight
coating material
coating
wear
Prior art date
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Application number
JP57219704A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS59108850A (en
Inventor
Ichiro Yamagata
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
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Publication of JPS59108850A publication Critical patent/JPS59108850A/en
Publication of JPH0131026B2 publication Critical patent/JPH0131026B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/10Pistons  having surface coverings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レシプロエンジンのピストンに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a piston for a reciprocating engine.

レシプロエンジンにおいては、ピストン外表面
とシリンダ内壁面との間のピストンクリアランス
を縮少させることがエンジン騒音、特にピストン
のスラツプ音の低減に有効である。しかし、この
ピストンクリアランスは、スカート部の熱膨脹を
抑制するようにしたオートサーマテイツクピスト
ンにおいても40μ程度が限界で、それ以上の縮少
はピストンの摺動抵抗の増大やこれに伴うピスト
ンの焼付きをもたらす。そのため、上記スラツプ
音を十分低減できないのが実情である。
In a reciprocating engine, reducing the piston clearance between the piston outer surface and the cylinder inner wall surface is effective in reducing engine noise, particularly piston slap noise. However, this piston clearance has a limit of about 40μ even in an autothermal piston that suppresses thermal expansion of the skirt, and any reduction beyond that will increase the piston's sliding resistance and cause the piston to burn out. bring about attachment. Therefore, the reality is that the slap sound cannot be sufficiently reduced.

このような問題に対しては、ピストンの外表面
に所要の特性を有する被覆材をコーテイングする
ことによつて、摺動抵抗を増大させることなくピ
ストンクリアランスを縮少させることが試みられ
ている。例えば、本件出願人の先行特許出願(特
願昭54−3312号)によれば、ピストンの外表面
に、鱗片状アルミニウム10〜25重量%と二硫化モ
リブデン(MoS2)15〜30重量%とをエポキシ樹
脂に分散させてなる被覆材を所定の層厚で焼付け
ることを特徴とする発明が開示されている。この
発明によれば、ピストンの特にスカート部におけ
るシリンダ内周壁に対するなじみが良くなり、騒
音が低減される。しかし、上記の如き組成の被覆
材は摩耗のし易い性質を有するため、エンジンの
ラツプ運転によつて早期に最適のピストンプロフ
イルを形成する上で有利である反面、その最適プ
ロフイルないし最適ピストンクリアランスを長期
間持接することが困難で、クリアランスが次第に
増大して騒音が大きくなる欠点がある。
In order to solve this problem, attempts have been made to reduce the piston clearance without increasing the sliding resistance by coating the outer surface of the piston with a coating material having desired properties. For example, according to the applicant's prior patent application (Japanese Patent Application No. 54-3312), the outer surface of the piston contains 10-25% by weight of flaky aluminum and 15-30% by weight of molybdenum disulfide (MoS 2 ). Disclosed is an invention characterized in that a covering material made by dispersing epoxy resin in an epoxy resin is baked to a predetermined layer thickness. According to this invention, the fit of the piston, especially the skirt portion, to the inner circumferential wall of the cylinder improves, and noise is reduced. However, since the coating material with the above-mentioned composition has the property of being easily worn out, it is advantageous in forming the optimum piston profile at an early stage by lap operation of the engine. It is difficult to hold for a long period of time, and the clearance gradually increases, resulting in increased noise.

また、本件出願人による他の特許出願(特願昭
53−71167号)によれば、ピストンの両側スカー
ト部表面にフツ素樹脂被膜を形成することによ
り、ピストンの摩耗と騒音を低減するようにした
発明が開示されている。上記フツ素樹脂被膜は耐
摩耗性に優れ、エンジンの使用によつてピストン
クリアランスが次第に増大するといつたことはな
い。しかし、溶剤の沸点が高く、通常の温度で焼
付けた被覆層に、さらに塗り重ねることは困難で
あり、通常の焼付け温度より低い温度で焼付けて
厚く塗り重ねた場合では該溶剤が抜け切らないた
め、厚く湿布して最後に通常の温度で焼付ける際
に泡立ち状になる等、層厚の点で使用範囲が制限
される。また、耐摩耗性が良すぎるため、通常の
状態では短時間のラツプ運転によつて最適プロフ
イルを形成することができない。
In addition, other patent applications by the applicant (Patent Application
No. 53-71167) discloses an invention in which wear and noise of the piston are reduced by forming a fluororesin coating on the surfaces of both side skirt portions of the piston. The above-mentioned fluororesin coating has excellent wear resistance, and the piston clearance does not gradually increase as the engine is used. However, the boiling point of the solvent is high, and it is difficult to apply additional layers to the coating layer baked at normal temperatures.If the coating layer is baked at a temperature lower than the normal baking temperature and coated thickly, the solvent will not come through. However, the range of use is limited due to the thickness of the layer, such as the formation of bubbles when it is applied as a thick poultice and then baked at a normal temperature. In addition, since the wear resistance is too good, an optimum profile cannot be formed by short-time lap operation under normal conditions.

本発明は、レシプロエンジンのピストンに関す
る上記のような実情を踏まえ、その問題点を解消
すべくなされたもので、ピストンのスカート部外
表面に被覆材をコーテイングすることにより、ピ
ストンクリアランスを縮少させる場合において、
摺動抵抗の増大を来たさず、且つエンジンのラツ
プ運転によつて短時間で最適のピストンプロフイ
ルが得られると共に、そのプロフイルないし最適
のピストンクリアランスが長期間持続されるよう
に構成したものである。これにより、スラツプ音
低減効果が長期間維持されると共に、潤滑油消費
量の少い信頼性の高いピストンを実現することを
目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems regarding the pistons of reciprocating engines, and reduces the piston clearance by coating the outer surface of the skirt portion of the piston with a coating material. In the case,
It is constructed so that the optimum piston profile can be obtained in a short time by lap operation of the engine without increasing sliding resistance, and the profile or the optimum piston clearance can be maintained for a long period of time. be. The purpose of this is to realize a highly reliable piston that maintains the slapping sound reduction effect for a long period of time and consumes less lubricating oil.

即ち、本発明ピストンは、スカート部外表面
に、エポキシ樹脂、フエノール樹脂、シリコン樹
脂、ポリイミド系樹脂のうちのいずれか1種から
なる耐熱性樹脂35〜75重量%中に鱗片状アルミニ
ウム10〜40重量%とフツ素樹脂粉末15〜55重量%
とを分散させてなる被覆材を層厚15μ以上で焼付
け、且つ該被覆材の表面粗さを5〜20μに調整し
たことを特徴とする。このような構成によれば、
上記被覆材の摩擦係数が小さいことによつて、摺
動抵抗の増大を来たさずにピストンクリアランス
を縮少することができると共に、上記フツ素樹脂
の働きで耐摩耗性が向上して、最適プロフイル形
成後のピストンクリアランスが略一定に保持さ
れ、しかもこの最適プロフイルが被覆材の表面粗
さを上記範囲に調整することによつて、早期に形
成されるのである。
That is, the piston of the present invention has 10 to 40% by weight of scale-like aluminum in 35 to 75% by weight of a heat-resistant resin made of any one of epoxy resin, phenolic resin, silicone resin, and polyimide resin on the outer surface of the skirt portion. Weight% and fluororesin powder 15-55% by weight
The present invention is characterized in that a coating material made of a dispersed material is baked to a layer thickness of 15 microns or more, and the surface roughness of the coating material is adjusted to 5 to 20 microns. According to such a configuration,
Due to the small friction coefficient of the coating material, the piston clearance can be reduced without increasing sliding resistance, and the abrasion resistance is improved due to the action of the fluororesin. The piston clearance after the formation of the optimum profile is maintained substantially constant, and this optimum profile can be formed quickly by adjusting the surface roughness of the coating material within the above range.

以下、本発明を図面に基づいて詳明に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on the drawings.

第1図は本発明によるピストンを示すもので、
このピストン1のスカート部2、即ちオイルリン
グ溝3より下方の部分の外表面は被覆材4によつ
てコーテイングされている。この被覆材4は、第
2図に示すように、耐熱性樹脂5に鱗片状アルミ
ニウム6とフツ素樹脂粉末7とを分散含有させ、
これを熱硬化させたものである。
FIG. 1 shows a piston according to the invention,
The outer surface of the skirt portion 2 of the piston 1, that is, the portion below the oil ring groove 3, is coated with a coating material 4. As shown in FIG. 2, this coating material 4 includes a heat-resistant resin 5 containing scale-like aluminum 6 and fluororesin powder 7 dispersed therein.
This is heat-cured.

上記耐熱性樹脂は、ピストンスカート部の温度
が特にデイーゼルエンジンの場合に200℃を超え
ることがある関係で、250℃程度の温度に耐える
ことができ、且つ燃料、潤滑油、ブローバイガス
等によつて犯されないものでなければならない。
これに適合するものとしては、エポキシ樹脂、フ
エノール樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド系樹脂
等がある。また、該樹脂は、ピストンスカート部
の外表面に対する接着剤としての機能が必要で、
そのためには被覆材の全体に対する比率が最低35
重量%必要である。尚、該樹脂の比率の上限は、
鱗片状アルミニウム及びフツ素樹脂粉末の最低必
要量から75重量%となる。
The above-mentioned heat-resistant resin can withstand temperatures of around 250°C, as the temperature of the piston skirt can exceed 200°C, especially in diesel engines, and it can withstand temperatures such as fuel, lubricating oil, blow-by gas, etc. It must be something that cannot be violated.
Suitable materials include epoxy resins, phenolic resins, silicone resins, and polyimide resins. In addition, the resin needs to function as an adhesive to the outer surface of the piston skirt.
For this purpose, the ratio of the covering material to the whole must be at least 35.
% by weight is required. In addition, the upper limit of the ratio of the resin is:
The minimum required amount of scaly aluminum and fluororesin powder is 75% by weight.

鱗片状アルミニウムは、被覆材の耐熱性向上及
びせん断荷重に対する耐剥離性向上のために添加
されるもので、その作用を実現させるためには10
重量%以上の添加が必要である。ただし、40重量
%を超えると効果が飽和し、逆に被覆材の強度、
即ちピストン外表面に対する密着力が低下する。
Aluminum flakes are added to improve the heat resistance of the coating material and the peeling resistance against shear loads.
It is necessary to add more than % by weight. However, if it exceeds 40% by weight, the effect will be saturated, and the strength of the coating material will decrease.
That is, the adhesion force to the outer surface of the piston is reduced.

フツ素樹脂粉末は、被覆材の耐摩耗性向上剤
で、粉末を用いる理由は、液状フツ素樹脂が次の
ような欠点を有するからである。即ち、液状フツ
素樹脂は、ベース樹脂との混溶性が極めて悪く、
また300℃以上の高温で熱硬化させなければ本来
の特性を得られないのであるが、この温度ではア
ルミ合金製ピストンの場合に該ピストンの強度を
激減させるのである。尚、該フツ素樹脂粉末の粒
径は、被覆材の表面粗さとの関係で24μ以下が好
ましい。
Fluororesin powder is an abrasion resistance improver for coating materials, and the reason for using powder is that liquid fluororesin has the following drawbacks. In other words, the liquid fluororesin has extremely poor miscibility with the base resin;
In addition, the original characteristics cannot be obtained unless the material is thermally hardened at a high temperature of 300° C. or higher, and at this temperature, the strength of the piston is drastically reduced in the case of an aluminum alloy piston. Note that the particle size of the fluororesin powder is preferably 24 μm or less in relation to the surface roughness of the coating material.

このフツ素樹脂粉末が被覆材の摩耗性向上にど
のように関与するかを第3図のグラフに示す。こ
のグラフは、フツ素樹脂粉末の比率を10、15、
19、26、32、40重量%とし、耐熱性樹脂はエポキ
シ樹脂を用いた被覆材の夫々について、一定の条
件下でのテスト運転による摩耗量(ピストン直径
の減少量)を比較したもので、従来例としては前
記特許出願(特願昭54−3312号)で開示されてい
る二硫化モリブデン20重量%、鱗片状アルミニウ
ム25重量%、エポキシ樹脂55重量%でなる被覆材
についてのデータを示した。尚、テスト条件は、
被覆材のコート厚さ20μ、表面粗さ2〜3μ、コー
テイング時のピストンクリアランス0μ、被覆材
の熱硬化条件が225℃、30分(従来例は180℃、30
分)で、フツ素樹脂粉末の比率を15重量%とした
被覆材については、熱硬化条件を180℃、30分と
したものについても行つており、これは、第3図
の破線の棒グラフで示している。そして、使用エ
ンジンは1.5のガソリンエンジン、運転条件は
3000RPM、全負荷、50時間べある。これによれ
ば、フツ素樹脂粉末10重量%の場合には従来例と
の有意差が小さいが、15重量%以上では摩耗量が
著しく減少し、フツ素樹脂粉末が被覆材の耐摩耗
性を向上させていることがわかる。
The graph in FIG. 3 shows how this fluororesin powder is involved in improving the abrasion properties of the coating material. This graph shows the ratio of fluororesin powder to 10, 15,
19, 26, 32, and 40% by weight, and the heat-resistant resin is an epoxy resin coating material, and the amount of wear (reduction in piston diameter) is compared by test operation under certain conditions. As a conventional example, data is shown for a coating material disclosed in the above patent application (Japanese Patent Application No. 54-3312) consisting of 20% by weight of molybdenum disulfide, 25% by weight of scaly aluminum, and 55% by weight of epoxy resin. . In addition, the test conditions are:
The coating thickness of the coating material is 20μ, the surface roughness is 2 to 3μ, the piston clearance during coating is 0μ, and the heat curing conditions of the coating material are 225℃, 30 minutes (the conventional example is 180℃, 30 minutes).
For coating materials with a fluororesin powder ratio of 15% by weight, heat curing conditions were also conducted at 180°C for 30 minutes, which is shown in the broken line bar graph in Figure 3. It shows. The engine used is a 1.5 gasoline engine, and the operating conditions are
3000RPM, full load, 50 hours. According to this, when the fluororesin powder is 10% by weight, the significant difference from the conventional example is small, but when it is 15% by weight or more, the amount of wear decreases significantly, and the fluororesin powder improves the wear resistance of the coating material. I can see that it is improving.

また、被覆材の耐摩耗性は、第4図に示すよう
に熱硬化条件によつても影響される。即ち、熱硬
化温度を高くする程耐摩耗性が向上するが、225
℃付近で飽和し、また160℃では耐摩耗性が十分
でない。従つて、ピストン強度に与える影響を考
慮すれば180℃〜225℃が好ましく、その場合の焼
付け時間は30分以上が必要である。ここで、第4
図のデータは、被覆剤の組成がフツ素樹脂粉末26
重量%、鱗片状アルミニウム30重量%、エポキシ
樹脂44重量%の場合のものであり、テスト条件
は、上記第3図に示すテストと同じである。
Furthermore, the wear resistance of the coating material is also influenced by the thermosetting conditions, as shown in FIG. In other words, the wear resistance improves as the thermosetting temperature increases, but 225
It becomes saturated at around ℃, and its wear resistance is not sufficient at 160℃. Therefore, considering the influence on piston strength, the temperature is preferably 180°C to 225°C, and in that case, the baking time should be 30 minutes or more. Here, the fourth
The data in the figure shows that the composition of the coating material is fluororesin powder 26
The test conditions are the same as the test shown in FIG. 3 above.

尚、上記被覆材の各成分としては、例えば耐熱
性樹脂及び鱗片状アルミニウムは、エポキシ樹脂
に鱗片状アルミニウムを含有させてなるサントモ
DHX−M1(商品名)が、またフツ素樹脂粉末は、
三井フロロケミカルTLP−10(商品名)が使用さ
れる。また、該被覆材のコーテイング方法として
は、スプレー、転写、シート貼着、静電塗装等が
ある。
In addition, as each component of the above-mentioned coating material, for example, heat-resistant resin and scaly aluminum, epoxy resin containing scaly aluminum can be used.
DHX-M1 (product name) and fluororesin powder are
Mitsui Fluorochemical TLP-10 (trade name) is used. Coating methods for the covering material include spraying, transfer, sheet adhesion, electrostatic coating, and the like.

以上のように、フツ素樹脂粉末の添加によつて
耐摩耗性に優れた被覆材が実現される。しかし、
耐摩耗性が良すぎると、被覆材コーテイング後の
短時間のラツプ運転によつて最適のピストンプロ
フイルないしピストンクリアランスを得ることが
困難となる。そこで、被覆材のコーテイング時の
表面粗さを比較的粗い一定の範囲に調整し、見か
けの耐摩耗性を低下させて初期摩耗を促進させる
ことにより、短時間のラツプ運転によつて最適プ
ロフイルが形成されるように図る。この最適プロ
フイルを形成するには、2.5μ以上(半径分)の被
覆材の摩耗量が必要である。
As described above, by adding the fluororesin powder, a coating material with excellent wear resistance can be realized. but,
If the wear resistance is too good, it will be difficult to obtain an optimum piston profile or piston clearance during short lap operations after application of the cladding material. Therefore, by adjusting the surface roughness during coating of the coating material to a relatively rough fixed range, reducing the apparent wear resistance and accelerating initial wear, an optimal profile can be achieved by short-term lap operation. Aim to be formed. In order to form this optimal profile, the amount of wear of the coating material of 2.5μ or more (radius) is required.

ところで、現状のピストンクリアランスは、直
径分、即ちシリンダ内径とピストン外径の差で、
ガソリンエンジンの場合30〜60μ、デイーゼルエ
ンジンの場合40〜200μであるが、被覆材をコー
テイングしたピストンの場合は、ガソリンエンジ
ンの場合10〜30μ、デイーゼルエンジンの場合20
〜40μにまで、摺動抵抗の増大を来たすことなく
縮少することが出来る。これを、被覆材をコーテ
イングしていないクリアランス40μのピストン
と、被覆材をコーテイングしたクリアランス20μ
のピストンを例にとつて確認すれば、第5図に示
すように両者の抵抗損失は殆んど差がなく、被覆
材をコーテイングした場合、ピストンクリアラン
スを半減させ得ることがわかる。尚、被覆剤をコ
ーテイングしたピストンであつても、クリアラン
ス0μの場合は抵抗損失が大きい。ここで、この
テストにおける被覆剤は、フツ素樹脂粉末26重量
%、鱗片状アルミニウム30重量%、エポキシ樹脂
44重量%のものを225℃で30分の熱硬化を行つた
もので、表面粗さは2〜3μである。また、使用
エンジンは2.0のガソリンエンジンである。
By the way, the current piston clearance is the diameter, that is, the difference between the cylinder inner diameter and the piston outer diameter.
For gasoline engines, it is 30 to 60μ, and for diesel engines, it is 40 to 200μ, but in the case of pistons coated with coating materials, it is 10 to 30μ for gasoline engines, and 20 for diesel engines.
It can be reduced to ~40μ without increasing the sliding resistance. This is compared to a piston with a clearance of 40μ without coating and a piston with clearance of 20μ with coating.
Taking the piston as an example, it can be seen that there is almost no difference in resistance loss between the two as shown in FIG. 5, and that the piston clearance can be halved by coating the piston with a covering material. Note that even if the piston is coated with a coating material, the resistance loss will be large if the clearance is 0μ. Here, the coating material used in this test was 26% by weight of fluororesin powder, 30% by weight of scaly aluminum, and epoxy resin.
44% by weight was thermally cured at 225°C for 30 minutes, and the surface roughness was 2 to 3μ. The engine used is a 2.0 gasoline engine.

即ち、被覆材をコーテイングしたピストンにつ
いては、ラツプ運転による初期摩耗によつて、ガ
ソリンエンジンの場合10〜30μ、デイーゼルエン
ジンの場合20〜40μの最適ピストンクリアランス
が得られればよく、しかも、この初期摩耗時にピ
ストンスカート部の最適プロフイルが得られれば
よい。これが得られるようにコーテイングの表面
粗さが調整される。
In other words, for a piston coated with a coating material, it is only necessary to obtain an optimum piston clearance of 10 to 30μ for a gasoline engine and 20 to 40μ for a diesel engine through initial wear due to lap operation. It is only necessary to obtain the optimum profile of the piston skirt portion. The surface roughness of the coating is adjusted to achieve this.

第6図は、被覆材のコーテイング時の表面粗さ
とラツプ運転による初期摩耗の関係を示すもの
で、ガソリンエンジン及びデイーゼルエンジンの
夫々について一気筒当りの排気量に応じて一定の
幅がある。今、現状のピストンについてピストン
クリアランスが0μになるように被覆材をコーテ
イングし、これをラツプ運転による初期摩耗によ
つて上記最適ピストンクリアランスを得るものと
する。先ず、ガソリンエンジンの場合、現状のピ
ストンクリアランスが30〜60μ(直径分)である
から、コート厚さは15〜30μ(半径分)となり、
これを最適クリアラン10〜30μ(直径分)となる
まで摩耗させるには、摩耗量は5〜15μ(半径分)
で、残存コート厚さは10〜15μ(半径分)となる。
この摩耗量を得るには、第6図の点a,bで示す
ように、コーテイング時の表面粗さを約7〜20μ
に調整すればよい。また、デイーゼルエンジンの
場合は、現状のピストンクリアランス40〜200μ
(直径分)であるから、コート厚さは20〜100μ
(半経分)となり、これを最適クリアランス20〜
40μ(直径分)まで摩耗させるには、10〜40μ(半
径分)の摩耗量が必要で、残存コート厚さは10〜
80μ(半径分)となる。この摩耗量を得るには、
第6図の点c,dで示すように、コーテイング時
の表面粗さを約10〜12μに調整すればよい。これ
を綜合すれば、ばらつきを考慮して、被覆材のコ
ーテイング時に、コート厚さを15μ以上、表面粗
さを5〜20μの範囲に調整すればよいことにな
り、この表面粗さの範囲においては2.5μ以上(半
径分)被覆材が摩耗するため、ピストンスカート
部の最適プロフイルも形成することができる。
尚、上記テスト条件はフツ素樹脂粉末26重量%、
鱗片状アルミニウム30重量%、エポキシ樹脂44重
量%の被覆材を225℃で30分の熱硬化を行つたも
ので、また、各エンジンのラツプ運転は、各エン
ジンに応じて無負荷から全負荷に変化させながら
20時間行つたものである。上記のように表面粗さ
を調整された被覆材は、第7,8図に示すように
10時間のラツプ運転により初期摩耗が略完了し、
以後は殆んど摩耗しない。ここで、第7,8図の
実験データは、いずれもフツ素樹脂粉末26重量
%、鱗片状アルミニウム30重量%、エポキシ樹脂
44重量%の被覆材について225℃、30分の熱硬化
を行なつたもので、第7図は、1.5のガソリン
エンジンで、3500RPM、3/4負荷、10時間のラツ
プ運転を行なつた場合、第8図は、3.0のデイ
ーゼルエンジンで、2500RPM、3/4負荷、10時間
のラツプ運転を行なつた場合である。
FIG. 6 shows the relationship between the surface roughness of the coating material and the initial wear due to lap operation, and there is a certain range depending on the displacement per cylinder for both gasoline engines and diesel engines. Now, assume that the current piston is coated with a coating material so that the piston clearance becomes 0μ, and that the above-mentioned optimum piston clearance is obtained through initial wear due to lap operation. First, in the case of a gasoline engine, the current piston clearance is 30 to 60μ (for the diameter), so the coating thickness is 15 to 30μ (for the radius).
In order to wear this until the optimum clear run is 10 to 30μ (for the diameter), the amount of wear is 5 to 15μ (for the radius).
Therefore, the remaining coat thickness is 10 to 15μ (radius).
To obtain this amount of wear, the surface roughness during coating must be approximately 7 to 20μ, as shown at points a and b in Figure 6.
Just adjust it. Also, in the case of diesel engines, the current piston clearance is 40 to 200μ.
(diameter), the coating thickness is 20 to 100μ
(half a length), and this is the optimum clearance of 20~
To wear down to 40μ (diameter), a wear amount of 10 to 40μ (radius) is required, and the remaining coat thickness is 10 to 40μ (radius).
80μ (radius). To obtain this amount of wear,
As shown by points c and d in FIG. 6, the surface roughness at the time of coating may be adjusted to about 10 to 12 microns. Taking all of this into consideration, when coating the covering material, it is only necessary to adjust the coating thickness to 15μ or more and the surface roughness to a range of 5 to 20μ, and within this surface roughness range. Since the coating material wears out by more than 2.5μ (radius), it is possible to form the optimum profile for the piston skirt.
In addition, the above test conditions are 26% by weight of fluororesin powder,
The coating material is made of 30% by weight of flaky aluminum and 44% by weight of epoxy resin and is heat-cured at 225℃ for 30 minutes.The lap operation of each engine can be varied from no load to full load depending on the engine. While changing
It lasted 20 hours. The coating material whose surface roughness has been adjusted as described above is as shown in Figures 7 and 8.
The initial wear was almost completed after 10 hours of lap operation.
There will be almost no wear after that. Here, the experimental data shown in Figures 7 and 8 are 26% by weight of fluororesin powder, 30% by weight of scaly aluminum, and epoxy resin.
44% by weight of the coating material was thermally cured at 225℃ for 30 minutes. Figure 7 shows the case of lap operation for 10 hours at 3500 RPM, 3/4 load, with a 1.5 gasoline engine. Figure 8 shows the case of a 3.0 diesel engine running at 2500 RPM, 3/4 load, and 10 hours of lap operation.

次に、以上のような検討結果に基づいて、具体
的実施例について行なつた被覆材の耐久性(運転
時間に対する摩耗量の変化)、及び騒音の継時変
化の確認テストの結果を説明する。ここでは、被
覆材がフツ素樹脂粉末26重量%、鱗片状アルミニ
ウム30重量%、エポキシ樹脂44重量%で、熱硬化
条件が225℃、30分の第1実施例Aと、フツ素樹
脂粉末15重量%、鱗片状アルミニウム34重量%、
エポキシ樹脂51重量%、で、熱硬化条件が上記第
1実施例Aと同様の第2実施例Bと、二硫化モリ
ブデン20量%、鱗片状アルミニウム25重量%、エ
ポキシ樹脂55重量%で、熱硬化条件が180℃、30
分の従来例について比較した。
Next, based on the above study results, we will explain the results of a test to confirm the durability of the coating material (change in wear amount with respect to operating time) and change in noise over time, which was conducted on specific examples. . Here, the coating materials are 26% by weight of fluororesin powder, 30% by weight of flaky aluminum, and 44% by weight of epoxy resin, and the thermosetting conditions are 225°C for 30 minutes, and 15% of fluororesin powder. weight%, flaky aluminum 34% by weight,
A second example B with 51% by weight of epoxy resin and the same heat curing conditions as the first example A, and 20% by weight of molybdenum disulfide, 25% by weight of scaly aluminum, and 55% by weight of epoxy resin were heated. Curing conditions are 180℃, 30℃
A comparison was made of the conventional examples.

第9図は、テスト開始時のピストンクリアラン
スが0μ、被覆材のコート厚さが20μ、表面粗さが
2〜3μで、1.5のガソリンエンジンについて
3000RPM、全負荷運転を行つた場合の結果を示
すもので、実施例A、Bは従来例に比較してとも
に摩耗量が著しく少く、しかも、運転開始後、短
時間で摩耗量が殆んど変化しなくなる。また、第
10図は、テスト開始時のピストンクリアランス
が10μ、被覆材のコート厚さが35μ、表面粗さが
2〜3μで、3.0のデイーゼルエンジンについて
3800RPM、全負荷の運転を行つた場合で、第9
図の場合と同様の結果である。更に、第11図
は、ピストンクリアランスが0μ(非コートの従来
例は170μ)、被覆材の表面粗さが15μの状態から
運転を開始した場合の騒音レベルの経時変化を示
すもので、2.5のデイーゼルエンジンについて
3000RPM、全負荷の運転を行つた場合である。
その結果、従来例は極く短い走行距離で騒音レベ
ルが非コートの場合と同じレベルに達するが、実
施例A、Bはともに低レベルに保持される。
Figure 9 shows a 1.5 gasoline engine with a piston clearance of 0 μ at the start of the test, a coating thickness of 20 μ, and a surface roughness of 2 to 3 μ.
This shows the results when operating at 3000 RPM and full load. In both Examples A and B, the amount of wear was significantly smaller than in the conventional example, and moreover, the amount of wear was almost negligible in a short time after the start of operation. It stops changing. Figure 10 shows a 3.0 diesel engine with a piston clearance of 10μ at the start of the test, a coating thickness of 35μ, and a surface roughness of 2 to 3μ.
9th when operating at 3800 RPM and full load.
The results are similar to those shown in the figure. Furthermore, Figure 11 shows the change in noise level over time when operation is started with a piston clearance of 0μ (uncoated conventional example is 170μ) and a surface roughness of the coating material of 15μ. About diesel engine
This is when operating at 3000 RPM and full load.
As a result, in the conventional example, the noise level reaches the same level as in the uncoated case after a very short running distance, but in both Examples A and B, the noise level is maintained at a low level.

以上のように本発明によれば、レシプロエンジ
ンのピストンにおいて、摺動抵抗の増大を来たす
ことなくピストンクリアランスを縮少させること
ができると共に、その最適ピストンクリアランス
及びピストンスカート部の最適プロフイルが短時
間のラツプ運転により得られ、しかも長期間保持
されることになる。これにより、スラツプ音等の
低減効果が長期間維持されると共に、潤滑油消費
量が少なく、信頼性の高いピストンが実現され
る。
As described above, according to the present invention, in a piston of a reciprocating engine, the piston clearance can be reduced without increasing the sliding resistance, and the optimum piston clearance and the optimum profile of the piston skirt can be reduced in a short period of time. It can be obtained by lap operation and is retained for a long period of time. As a result, the effect of reducing slapping noise and the like is maintained for a long period of time, and a piston with low lubricant consumption and high reliability is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を実施したピストンの一部縦断
面図、第2図は第1図における被覆材の拡大縦断
面図、第3図は被覆材へのフツ素樹脂粉末添加量
と耐摩耗性の関係を示すグラフ、第4図は被覆材
の熱硬化温度と耐摩耗性の関係を示すグラフ、第
5図は被覆材をコーテイングしたピストンの摺動
抵抗を示すグラフ、第6図は被覆材の表面粗さと
摩耗量の関係を示すグラフ、第7,8図は被覆材
の初期摩耗の状態を示すグラフ、第9,10図は
本発明の実施例と従来例の耐久性を比較するグラ
フ、第11図は同じく騒音レベルを比較するグラ
フである。 1……ピストン、2……スカート部、4……被
覆材、5……耐熱性樹脂、6……鱗片状アルミニ
ウム、7……フツ素樹脂粉末。
Figure 1 is a partial vertical cross-sectional view of a piston according to the present invention, Figure 2 is an enlarged vertical cross-sectional view of the coating material in Figure 1, and Figure 3 is the amount of fluororesin powder added to the coating material and wear resistance. Figure 4 is a graph showing the relationship between heat curing temperature and wear resistance of the coating material, Figure 5 is a graph showing the sliding resistance of a piston coated with the coating material, and Figure 6 is a graph showing the relationship between the heat curing temperature and wear resistance of the coating material. A graph showing the relationship between the surface roughness of the material and the amount of wear. Figures 7 and 8 are graphs showing the state of initial wear of the covering material. Figures 9 and 10 compare the durability of the embodiment of the present invention and the conventional example. The graph in FIG. 11 is also a graph comparing the noise levels. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Piston, 2... Skirt portion, 4... Covering material, 5... Heat-resistant resin, 6... Scale-like aluminum, 7... Fluorine resin powder.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 エポキシ樹脂、フエノール樹脂、シリコン樹
脂、ポリイミド系樹脂のうちいずれか1種からな
る耐熱性樹脂35〜75重量%中に鱗片状アルミニウ
ム10〜40重量%とフツ素樹脂粉末15〜55重量%と
を分散させてなる被覆材がスカート部外表面に層
厚15μ以上で焼付け被覆されており、且つこの被
覆材の表面粗さが5〜20μに調節されていること
を特徴とするエンジンのピストン。
1 10-40% by weight of flaky aluminum and 15-55% by weight of fluororesin powder in 35-75% by weight of a heat-resistant resin made of any one of epoxy resin, phenolic resin, silicone resin, and polyimide resin. A piston for an engine, characterized in that the outer surface of the skirt part is baked and coated with a coating material made by dispersing the above to a thickness of 15 microns or more, and the surface roughness of the coating material is adjusted to 5 to 20 microns.
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