JPH0133809Y2 - - Google Patents

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JPH0133809Y2
JPH0133809Y2 JP3228183U JP3228183U JPH0133809Y2 JP H0133809 Y2 JPH0133809 Y2 JP H0133809Y2 JP 3228183 U JP3228183 U JP 3228183U JP 3228183 U JP3228183 U JP 3228183U JP H0133809 Y2 JPH0133809 Y2 JP H0133809Y2
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plating
piston
iron
lead
internal combustion
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、内燃機関用ピストンに関するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a piston for an internal combustion engine.

内燃機関では、軽量化のためにシリンダブロツ
クを高シリコンアルミ合金とし、ピストンをアル
ミニウム合金から構成したものがある。この種の
内燃機関においては、シリンダボアとピストンと
が同種材であるため、シリンダボアとピストン、
とくにピストンスカート部との摺動面にスカツフ
イングが発生する場合がある。
Some internal combustion engines have cylinder blocks made of high-silicon aluminum alloy and pistons made of aluminum alloy to reduce weight. In this type of internal combustion engine, the cylinder bore and piston are made of the same material.
In particular, scuffing may occur on the sliding surface with the piston skirt.

このスカツフイング対策として、従来ピストン
のスカート部に鉄メツキを行なつたものがある
が、スカツフイングを完全に防止できるものでは
なかつた。すなわち、鉄メツキは硬く、鉄メツキ
表面に面荒れがあつても容易になじまず、したが
つて面荒れの部分でシリンダボアと摺動すると油
膜切れが生じ、シリンダボア摺動面が傷つくの
で、スカツフイングを完全には防止することがで
きなかつた。
As a measure against this scuffing, some piston skirts have been plated with iron in the past, but this has not been able to completely prevent scuffing. In other words, iron plating is hard, and even if the surface of the iron plating has a rough surface, it will not blend in easily.Therefore, if it slides against the cylinder bore on the rough surface, an oil film will break and the cylinder bore sliding surface will be damaged, so avoid scuffing. It could not be completely prevented.

この他にも、ピストンの表面に種々の金属をメ
ツキしたり、金属層を形成したりしてピストンの
耐摩耗性を向上させたものが種々提案されている
が、(たとえば特開昭55−78856号、実開昭57−
2239号、実開昭55−20695号等)、いずれも後述す
る本考案の構成をとるものではない。
In addition to this, various methods have been proposed in which the wear resistance of the piston is improved by plating the surface of the piston with various metals or forming a metal layer (for example, No. 78856, 1987-
No. 2239, Utility Model Application Publication No. 55-20695, etc.), none of which have the structure of the present invention described below.

本考案は、高シリコンアルミ合金のシリンダボ
ア壁面とアルミニウム合金のピストンを備えた内
燃機関におけるスカツフイングの発生を従来にお
けるよりもより完全に防止することを目的とする
ものであり、そのための内燃機関用ピストンを提
供するものである。
The purpose of the present invention is to more completely prevent the occurrence of scuffing in an internal combustion engine equipped with a high-silicon aluminum alloy cylinder bore wall and an aluminum alloy piston. It provides:

この目的を達成するために、本考案の内燃機関
用ピストンにおいては、シリンダブロツクが高シ
リコンアルミ合金にて、またピストンがアルミニ
ウム合金にて構成されており、ピストンのスカー
ト部の表面にはまず鉄系メツキが施され、その上
にさらに鉛−錫合金メツキが施されている。この
場合、鉄系メツキに関しては、ピストンスカート
部表面に鉄系メツキの剥離防止のためにまずニツ
ケルメツキを施し、その上に鉄系メツキを施すよ
うにしてもよく、本考案はそのような場合も含む
ものである。
In order to achieve this purpose, in the internal combustion engine piston of the present invention, the cylinder block is made of a high-silicon aluminum alloy, the piston is made of an aluminum alloy, and the surface of the piston skirt is made of iron. A lead-tin alloy plating is applied on top of the plating. In this case, regarding the iron plating, it is possible to first apply nickel plating to the surface of the piston skirt to prevent the iron plating from peeling off, and then apply iron plating on top of that, and the present invention also applies to such cases. It includes.

鉄系メツキは100%Feの鉄メツキであり、鉛−
錫のみからなる合金であつてもよいし、また0.5
%〜15%のPを含む鉄−リン合金メツキであつて
もよい。さらに、鉛−錫合金メツキは、5%〜15
%の錫を含み、残りを鉛とする鉛−錫合金であつ
てもよいし、また亜鉛(Zn)、インジウム(In)、
銅(Cu)等を10%以下含む鉛−錫合金であつて
もよい。
Iron-based plating is 100% Fe iron plating, and it is lead-free.
It may be an alloy consisting only of tin, or it may be 0.5
It may be an iron-phosphorus alloy plating containing % to 15% P. Furthermore, lead-tin alloy plating is 5% to 15%
It may be a lead-tin alloy containing % tin and the remainder lead;
It may be a lead-tin alloy containing 10% or less of copper (Cu) or the like.

このように鉄系メツキと鉛−錫合金メツキとを
施したピストンにおいては、鉛−錫合金が柔かい
ので、鉛−錫合金の表面にミクロの凹凸があつて
もシリンダボアとの摺動のなじみがよく、初期な
じみが大幅に改善される。また、使用を重ねてい
るうちに鉛−錫合金メツキは摩耗して鉄系メツキ
が表面に露出してくるが、鉄系メツキのうちの凸
部の部分が先に露出し始めても局部的に露出する
ので、その部分は鉄系メツキの全体が一度に露出
する場合に比べてより多くの摩耗をうけて凸部が
滑らかにとれ鉄系メツキとシリンダボアとのなじ
みが大幅に改善され、かつ鉄系メツキの露出の進
行によつてそれ以上のピストンの摩耗の進行が抑
えられるので、耐摩耗性も良好に維持される。す
なわち、なじみの向上を通して、摺動性、耐焼付
性、スカツフイングの防止性能が向上されるとと
もに、耐摩耗性も鉄系メツキの露出によつて良好
となる。
In pistons with iron plating and lead-tin alloy plating, the lead-tin alloy is soft, so even if there are microscopic irregularities on the surface of the lead-tin alloy, the sliding movement with the cylinder bore will be smooth. Often, initial run-in is significantly improved. In addition, over repeated use, lead-tin alloy plating wears out and the iron plating becomes exposed on the surface, but even if the convex parts of the iron plating begin to be exposed first, the Because it is exposed, that part undergoes more wear than if the entire iron plating were exposed at once, and the protrusion comes off smoothly, which greatly improves the compatibility between the iron plating and the cylinder bore. As the exposure of the plating progresses, further progress of wear on the piston is suppressed, so wear resistance is also maintained at a good level. That is, through improved conformability, sliding properties, seizure resistance, and scuffing prevention performance are improved, and wear resistance is also improved due to the exposure of the iron-based plating.

なお、鉄系メツキの厚さは20μ以下程度であ
り、鉛−錫メツキの厚さは2μ〜20μ程度とされる
ことが望まれる。これは、鉄系メツキが20μを越
えてくるとメツキ層の剥離のおそれが生じてくる
からであり、また鉛−錫メツキが2μより少ない
と鉄系メツキの凹凸が表面に出てシリンダボアと
の初期なじみがよくなく、かつ鉛−錫メツキ層の
均一なメツキができず、鉛−錫メツキが20μを越
えてくると鉛−錫メツキ層は柔かい層なのでいつ
きに剥ぎとられるおそれがあるからである。
The thickness of the iron-based plating is preferably about 20μ or less, and the thickness of the lead-tin plating is preferably about 2μ to 20μ. This is because if the iron-based plating exceeds 20μ, there is a risk of the plating layer peeling off, and if the lead-tin plating is less than 2μ, the unevenness of the iron-based plating will appear on the surface and interfere with the cylinder bore. This is because the initial integration is not good and the lead-tin plating layer cannot be plated uniformly, and if the lead-tin plating exceeds 20μ, the lead-tin plating layer is a soft layer and may be peeled off at any time. be.

以下に、本考案の内燃機関用ピストンの望まし
い実施例を図面を参照して説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the piston for internal combustion engines of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本考案の一実施例に係る内燃機関の
ピストンとシリンダボアの近傍の構造を示してい
る。図中1はシリンダボアで、2がピストンであ
り、ピストン2はシリンダボア1内で摺動する。
また、3,4はコンプレツシヨンリングから成る
ピストンリング、5はオイルリングである。ピス
トン2は通常オイルリング5部分より上方にいく
にしたがつて径が徐々に僅かではあるが縮径され
ており、このために、ピストン2はオイルリング
5部分より下方の部分、すなわちピストンスカー
ト部6でシリンダボア1と摺接する。
FIG. 1 shows a structure near a piston and cylinder bore of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a cylinder bore, 2 is a piston, and the piston 2 slides within the cylinder bore 1.
Further, 3 and 4 are piston rings consisting of compression rings, and 5 is an oil ring. Normally, the diameter of the piston 2 is gradually reduced as it goes above the oil ring 5 part, although it is slightly reduced. 6 makes sliding contact with the cylinder bore 1.

エンジンの軽量化のために、シリンダボア1の
内面は高シリコンアルミ合金、たとえば17Si−
4Cu−0.5Mg−Bal Al、から成つており、ピスト
ン2はアルミニウム合金、たとえばJIS AC8A−
T6相当、から成つている。そして、ピストン2
のピストンスカート部6表面には、第2図に示す
ように、鉄系メツキ7とさらにその上に鉛−錫合
金メツキ8との2層のメツキ層が形成されてい
る。鉄系メツキ7の層は、一例として100%Feメ
ツキから成り、その厚さは20μ以下である。ま
た、鉛−錫合金メツキ8の層は、厚さが2μ〜20μ
であり、一例として10μ厚の10%Sn−Bal Pbか
ら成る。
To reduce the weight of the engine, the inner surface of cylinder bore 1 is made of high-silicon aluminum alloy, such as 17Si-
4Cu−0.5Mg−Bal Al, and the piston 2 is made of aluminum alloy, such as JIS AC8A−
Consists of T6 equivalent. And piston 2
As shown in FIG. 2, two plating layers are formed on the surface of the piston skirt portion 6: an iron plating 7 and a lead-tin alloy plating 8 thereon. The layer of iron-based plating 7 is made of 100% Fe plating, for example, and its thickness is 20 μm or less. Furthermore, the layer of lead-tin alloy plating 8 has a thickness of 2μ to 20μ.
As an example, it is made of 10% Sn-BalPb with a thickness of 10μ.

鉄メツキ7の層を形成するにあたり、鉄メツキ
7の剥離をより完全に防止するために、ピストン
スカート部6の表面にあらかじめニツケル(Ni)
メツキを施し、その上に鉄メツキ7を施してもよ
く、このような場合をも本考案は含む。
When forming the layer of iron plating 7, in order to more completely prevent the iron plating 7 from peeling off, nickel (Ni) is applied to the surface of the piston skirt portion 6 in advance.
Plating may be applied and then iron plating 7 may be applied thereon, and the present invention also includes such a case.

鉄系メツキ7および鉛−錫合金メツキ8はピス
トンスカート部6の外周面、すなわちピストンス
カート部6のシリンダボア1との摺動面に全面に
わたつて施されている。
The iron-based plating 7 and the lead-tin alloy plating 8 are applied over the entire outer peripheral surface of the piston skirt portion 6, that is, the sliding surface of the piston skirt portion 6 with the cylinder bore 1.

つぎに、上記のように構成された上記実施例の
ピストンの作用効果について説明する。
Next, the effects of the piston of the above embodiment configured as described above will be explained.

第3図は、上記実施例のピストンの耐久試験結
果を、従来のピストンとの比較において示してい
る。耐久試験は、2000c.c.の4気筒ガソリンエンジ
ンにて行ない、5500rpm、全負荷、50hr運転によ
り行なつてある。第3図において、従来のメツキ
を施さないピストンの場合をAとし、Aの場合の
ピストンに鉄メツキのみを施した場合をBとし、
本考案に係る鉄系メツキおよび鉛−錫メツキを施
した場合をCとし、A,B,Cを横軸にとつてあ
る。また、縦軸にはピストンスカート部6の面荒
れ深さをμの単位でとつてある。この面荒れ深さ
が大きい程スカツフイング現象が生じていること
を示す。
FIG. 3 shows the durability test results of the piston of the above example in comparison with a conventional piston. The durability test was conducted using a 2000 c.c. four-cylinder gasoline engine, running at 5500 rpm, full load, and for 50 hours. In Figure 3, the case of a piston without conventional plating is designated as A, the case of A with only iron plating applied to the piston is designated as B,
The case where iron-based plating and lead-tin plating according to the present invention are applied is designated as C, and A, B, and C are plotted on the horizontal axis. Furthermore, the depth of surface roughness of the piston skirt portion 6 is plotted in units of μ on the vertical axis. The larger the surface roughness depth is, the more scuffing phenomenon occurs.

試験結果を示す第3図から明らかなように、従
来の場合Aは20μ以上の面荒れ深さが生じ、した
がつてスカツフイングが生じることが分り、鉄メ
ツキのみの場合BもAの場合に比べてスカツフイ
ングが抑制されるもののなお相当の面荒れがある
ことが分る。Bの場合はピストンスカート部6の
みならず、シリンダボア1側にも相当の面荒れが
生じる。ところが、本考案の場合Cにおいては、
面荒れ深さは10μ以下であり、この状態において
は最外周表面の鉛−錫合金メツキ8は摩耗が進行
するもののなお残つており、この状態で鉄系メツ
キ7の一部が露出し始め、その状態で摩耗の進行
が急激に停止することを示している。なお、シリ
ンダボア1の方の面荒れは鉄メツキのもの場合B
に比べて大幅に抑制されていた。
As is clear from Fig. 3 showing the test results, in the conventional case A, a surface roughness depth of 20 μ or more occurs, resulting in scuffing, and in the case of iron plating only, B also has a rough surface depth of 20 μ or more compared to case A. It can be seen that although the scuffing is suppressed, there is still considerable surface roughness. In case B, considerable surface roughness occurs not only on the piston skirt portion 6 but also on the cylinder bore 1 side. However, in case C of the present invention,
The surface roughness depth is 10μ or less, and in this state, the lead-tin alloy plating 8 on the outermost surface is still left, although it has progressed to wear, and in this state, a part of the iron-based plating 7 begins to be exposed. This shows that the progress of wear suddenly stops in this state. Note that the surface roughness of cylinder bore 1 is B when the cylinder is plated with iron.
was significantly suppressed compared to

このような良好な結果が得られるのは、鉛−錫
合金メツキ7は軸受メタル材としても使用され得
る非常になじみの良い材料であり、硬さもビツカ
ース硬さHvで5〜20程度であり、相手部材のシ
リンダボア1を傷つけることなく摺動時になじむ
ことができる。そして、鉛−錫合金メツキ7が
徐々に摩耗して鉄系メツキ8の凹凸の先端が露出
してきても、鉄系メツキ8はビツカース硬さHv
が200〜400と硬いものの、局部的に露出してくる
のでその部分は滑らかに摺動によつて摩耗してい
き、滑らかに角がとれていく。すなわち、ピスト
ンスカート部6もシリンダボア1をも傷つけずに
滑らかに摩耗していき、面荒れ、スカツフイング
が抑えられる。そして、さらに摩耗が進行してい
き、鉄系メツキ8の露出度が向上してくると、や
がて摩耗の進行が鉄系メツキ8の作用により十分
に抑えられていく。
The reason why such good results can be obtained is that the lead-tin alloy plating 7 is a very compatible material that can be used as a bearing metal material, and has a hardness of about 5 to 20 on the Vickers hardness Hv. It is possible to fit the cylinder bore 1 of the mating member during sliding without damaging it. Even if the lead-tin alloy plating 7 gradually wears away and the uneven tips of the iron-based plating 8 are exposed, the iron-based plating 8 has a Vickers hardness of Hv.
Although it is hard with a hardness of 200 to 400, as it is exposed locally, that part is worn smoothly by sliding, and the corners are smoothed out. That is, the piston skirt portion 6 and the cylinder bore 1 are worn smoothly without damaging them, and surface roughness and scuffing are suppressed. Then, as the wear progresses further and the degree of exposure of the iron-based plating 8 increases, the progress of the wear is eventually sufficiently suppressed by the action of the iron-based plating 8.

以上の通りであるから、本考案の内燃機関用ピ
ストンによるときは、ピストンスカート部に鉄系
メツキと鉛−錫合金メツキの2層メツキを施すこ
とにより、ピストンの耐摩耗性を鉄系メツキを施
したピストン並に維持したまま、シリンダボアと
の初期なじみを改善することにより、スカツフイ
ングの発生を防止することができるという効果が
得られる。
As described above, when using the internal combustion engine piston of the present invention, the wear resistance of the piston is improved by applying two layers of iron plating and lead-tin alloy plating to the piston skirt. By improving the initial fit with the cylinder bore while maintaining the same piston condition as previously applied, it is possible to prevent scuffing from occurring.

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

第1図は本考案の一実施例に係る内燃機関用ピ
ストンの断面図、第2図は第1図のピストンのピ
ストンスカート部表面の拡大断面図、第3図は本
考案のピストンおよび従来のピストンの耐久性に
係る特性図、である。 1……シリンダボア、2……ピストン、5……
オイルリング、6……ピストンスカート部、7…
…鉄系メツキ、8……鉛−錫合金メツキ。
FIG. 1 is a sectional view of a piston for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view of the piston skirt surface of the piston of FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram related to the durability of a piston. 1... Cylinder bore, 2... Piston, 5...
Oil ring, 6... Piston skirt part, 7...
...Iron-based plating, 8...Lead-tin alloy plating.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 高シリコンアルミ合金のシリンダボアとアル
ミニウム合金のピストンを備えた内燃機関にお
いて、ピストンのスカート部に鉄系メツキを施
し、該鉄系メツキの表面にさらに5%〜15%の
錫を含み残りを鉛とする鉛−錫合金メツキを施
したことを特徴とする内燃機関用ピストン。 (2) 前記鉄系メツキが100%鉄の鉄メツキから成
る実用新案登録請求の範囲第1項に記載の内燃
機関用ピストン。 (3) 前記鉄系メツキがリンを0.5%〜15%含む鉄
−リン合金メツキから成る実用新案登録請求の
範囲第1項に記載の内燃機関用ピストン。 (4) 前記鉛−錫合金メツキが鉛と錫のみの合金か
ら成る実用新案登録請求の範囲第1項に記載の
内燃機関用ピストン。 (5) 前記鉛−錫合金メツキがZn,In,Cuの何れ
か少なくとも一を10%以下含む鉛−錫合金メツ
キから成る実用新案登録請求の範囲第1項に記
載の内燃機関用ピストン。 (6) 前記鉛−錫合金メツキが2μ〜20μ厚さである
実用新案登録請求の範囲第1項に記載の内燃機
関用ピストン。
[Claims for Utility Model Registration] (1) In an internal combustion engine equipped with a cylinder bore made of high silicon aluminum alloy and a piston made of aluminum alloy, iron plating is applied to the skirt portion of the piston, and an additional 5% A piston for an internal combustion engine characterized by being plated with a lead-tin alloy containing ~15% tin and the remainder being lead. (2) The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the iron plating is made of 100% iron plating. (3) The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the iron-based plating is an iron-phosphorus alloy plating containing 0.5% to 15% phosphorus. (4) The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the lead-tin alloy plating is made of an alloy of only lead and tin. (5) The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the lead-tin alloy plating comprises a lead-tin alloy plating containing 10% or less of at least one of Zn, In, and Cu. (6) The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the lead-tin alloy plating has a thickness of 2μ to 20μ.
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