JPH03247795A - 内燃機関のシリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関のシリンダに関する。

［従来の技術］ 従来、レシプロエンジンのシリンダ摺動向あるいはロー
タリーエンジンのトロコイド面などの内燃機関のシリン
ダの内壁には、潤滑性や耐摩耗性を向上させるためにニ
ッケルをマトリックスとし炭化珪素の分散メッキ被膜、
リンと窒化ホウ素の分散メッキ被膜あるいはリンと炭化
珪素の分散メッキ被膜などを形成することが知られてい
る。

たとえば、実公昭６３−４２１４３号公報には、内壁に
ニッケル−リンをマトリックスとし窒化ホウ素を含む分
散メッキ被膜を形成した内燃機関のシリンダにおいて、
分散メッキ被膜に対する析出窒化ホウ素粒子の量か１０
個／２５００μ尻以上としたシリンダの開示かある。

［発明か解決しようとする課題］ ツケルー炭化珪素分散メッキ被膜、ニッケルリン−炭化
珪素分散メッキ被膜をレシプロエンジンのシリンダ内壁
面に形成する場合、従来技術ではリンの量に左右されな
いものとして、Ｎ５ａｃ・粒径４μｍ分散メッキ被膜、
Ｎ　ｉ−ｏ。

２％ｐ−ｓ　：　ｃ・粒径４μｍ分散メッキ被膜が用い
られている。これらの分散メッキ被膜をレシプロエンジ
ンのシリンダ内壁面として適用した場合次ぎのにうな問
題かあることか分かった。

この分散メッキ被膜は、相手攻撃性が大きくピストンリ
ングの摩耗が片状黒鉛鋳鉄（Ｆ、　Ｃ２３＞、過共晶Ａ
ｌ　−３ｉ合金（Ａ３９０）製シリンダ内壁面の場合に
比較して増大する。またシリダ内壁面材としての耐摩耗
性は、片状黒鉛鋳鉄（’ＦＣ２３）より劣り、ざらに耐
摩耗性の低い過共晶Ａ１−３ｉ合金（−Ａ’３−９０　
）と同程度である。

この分散メッキ被膜の耐摩耗性が良くないのは、シリン
ダ内壁面特有の問題であって一般的のものではない。通
常の摺動部材にこの分散メッキ被膜が形成された場合は
、上記のＦｅ１２よりもはるかに耐摩耗性に優れ、砥石
による研磨加工でもむしろ砥石の方が摩耗する位の耐摩
耗性の高い被膜でおる。

この理由としては摩擦形態および潤滑条件との組合せに
基づくものと考えられる。すなわち、シリダ内面での摩
擦はピストンリングとの点接触の往復運動で、比較的低
面圧の摺動である。そしてその摺動面に使用される潤滑
油には燃焼生成物や吸入した路上のダストなどの微細な
異物粒子が含まれている。そのため分散メッキ被膜は、
比較内軟かいニッケルのマトリックスが選択的に摩耗し
、その結果セラミックス粒子が凸部を形成するようにな
る。するとマトリックスがセラミックス粒子を保持でき
なくなり、内壁面より脱落する過程でシリンダ内壁面お
よびピストンリングを摩耗するものと推測される。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、シリンダ
内壁面に耐摩耗性に優れた分散メッキ被膜を形成した内
燃機関のシリンダとすることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の内燃機関のシリダは、内壁にニッケルリンをマ
トリックスとしセラミックス粒子を含む分散メッキ被膜
が形成された内燃機関のシリンダにおいて、該分散メッ
キ被膜には、リンを１゜０〜４．０重量％含むことを特
徴とする。

シリンダ内壁面に形成するニッケル−リン−セラミック
ス粒子の分散メッキ被膜は、耐摩耗性、耐焼付性に優れ
、相手攻撃性を小さくするために、リンが１．０〜４．
０重量％含まれている。

本発明者らの測定によると第３図に示すように分散メッ
キ被膜中のリンの量を増していくと被膜の硬度は高くな
る。ニッケルマトリックス中では、リンはニッケルリン
化合物（Ｎ　ｉ　３　Ｐ）を形成しで硬くなるが、ニッ
ケルリン化合物が多くなると整然と配列していないため
マトリックスは跪くなる。そしてニッケルマトリックス
中のリンの量が４．０重量％を超えると形成される分散
ニッケル被膜は硬度が高くなるが脆くなるので好ましく
ない。この高リン含量の分散メッキ被膜のシリンダ内壁
とピストンスカートとの摺動では、上死点で瞬時に大き
な爆発荷重を受けた状態となり、シリンダ内壁面とピス
トン材（ＡＣ８Ａ−Ｔ６など）とが微視的には金属接触
し、これに剪断する力が作用すると分散メッキ被膜の表
面にクラックが発生する。このクランクが進展すると剥
離にいたる。

内壁面から脱離した剥離片はシリンダ内壁面とピストン
スカート双方を傷付け、いわゆるビストンスカッフが発
生する。このビストンスカッフの発生限界を決めるシリ
ンダ内壁面とピストンスカドとの接触状態は、エンジン
設計諸要素により影響を受けるが分散メッキ被膜中のリ
ンの量を４゜０重量％以下とすることでこの問題の発生
を抑制できる。

一方リンの量が１．０重量％未満であるとニッケル−リ
ンマトリックスの硬さが低く耐摩耗性が劣るため、ニッ
ケル−リンマトリックスが選択的に摩耗し、セラミック
ス粒子が突出するためにセラミックス粒子と相手部材（
ピストンリング、ピストンスカート）との摩擦となり、
摩擦力が集中しニッケル−リンマトリックスが、セラミ
ックス粒子を保持てきなくなる。その結果シリンダ内壁
面よりセラミックス粒子が脱落すると、アブレーシブ摩
耗となり分散メッキ被膜自身および相手材を大きく摩耗
させるので好ましくない。特に好ましい範囲は２．０〜
３．０重量％である。

分散メッキ被膜中に分散されるセラミックス粒子として
は、被膜中にある程度の分散度で均一に分散できる硬質
のセラミックス粒子が利用できる。

たとえば炭化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなど
が使用できる。このセラミックス粒子の量はニッケル−
リンマトリックスに対して分散メッキ被膜への共析量と
して１．４〜４．０重量％の範囲であることが好ましい
。

分散メッキ被膜は、ニッケルイオン、リンイオンおよび
セラミックス粒子をメッキ浴中に分散させて、常法にし
たがってメッキして形成されるものでおりその製法は特
に限定されるものではない。

［作用コ 本発明の内燃機関のシリンダは、内壁に特定量のリンを
含むニッケル−リンマトリックスにセラミックス粒子か
分散した分散メッキ被膜が形成されている。この分散メ
ッキ被膜中のリンの量か１゜０重量％未満であるとニッ
ケル−リンフ１〜ワツクスの硬さが低く耐摩耗性が劣る
ため、７１〜リツクスが摩耗しセラミックス粒子が突出
して相手部材との摩擦となる。すると摩擦力かセラミッ
クス粒子に集中しマトリックスがセラミックス粒子を保
持できなくなり脱落する。そしてアブレーシブ摩耗とな
り分散メッキ被膜および相手材を摩耗しやすくなる。一
方リンの量か４．０重量％越えると分散ニッケル被膜が
硬くなりすぎ脆くなり使用時に分散メッキ被膜とピスト
ン材とが微視的には金属接触し、剪断する力が作用する
と分散メッキ被膜にクラックが入り易くなる。したがっ
て、分散メッキ被膜のリンの量を調整して１．０〜４．
０重量％の範囲にすることにより分散メッキ被膜を形成
したシリンダ内壁の耐摩耗性が向上できる。

Ｕ実施例コ 以下、実施例により具体的に説明する。

ッケルー炭化珪素分散メッキ浴に添加するリンの量を代
えて分散メッキ被膜を形成した。なお、炭化珪素の量は
分散ニッケルメッキ被膜として３゜０Ｍ邑％であった。

この分散メッキ被膜の硬度を調べた。結果を第３図に示
す。第３図は分散メッキ被膜に含まれるリンの量とメッ
キ被膜の断面硬度との関係を調べたグラフである。リン
の量が多くなるにしたかい硬度か上昇し、その量か０．
５％以上になると緩かな上昇を示している。

第１図に本実施例のメッキ被膜を形成した内燃機関のシ
リンダの縦断面図を示す。第２図は第１図のシリンダの
内壁の部分拡大断面図である。シリンダ内壁２上にニッ
ケル−リン−炭化珪素の分散メッキ被膜１が形成されて
いる。この分散メッキ被膜１には、ニッケル−リンの７
１ヘリツクス３に炭化珪素の粒子４が分散されている。

表に示す分散メッキ被膜組成の被膜をシリンダ内壁に形
成した。実施例Ｎｏ、１は２％のリンで炭化珪素（Ｓ　
ｉ　Ｃ）の平均粒径が４μｍで共析量は１．５重量％で
ある。実施例Ｎｏ、２は２．８％の１ノンで炭化珪素の
平均粒径か０．７μｍで共析量は２．５重量％である。

実施例Ｎ０９３は３゜５％のリンで炭化珪素の平均粒径
か４μｍで添加量はＮｏ、１と同じである。Ｎｏ、４は
リンを含まない比較例である。Ｎｏ、５はリンの量を０
゜５％と少ない場合の比較例であり、Ｎｏ、６はりンの
量が５％と多くした比較例である。Ｎｏ、７はＦｅ１２
の片状黒鉛鋳鉄をＮｏ、８はＡ３９０の過共晶Ａ　ｌ　
−３ｉ合金でシリンダを作製しメッキ被膜を形成してい
ない場合の比較例である。

このシリンダを用いてエンジン実はによる台上耐久試験
をおこない摩耗量を調べた。

直列４気筒の２０００ｃｃのエンジンを用い、６０００
ｒｌ）ｍ、全開ｘ６００ｈｒ、ＡＣＧ−１ガソリン（高
鉛）の条件でおこなった。結果を表に示す。

実施例Ｎｏ、１〜３では、リンの量が増えるとシリンダ
内壁の摩耗量は少なくなっている。セラミックス粒子の
粒径にも左右されるがリンの量が所定の範囲内であれば
満足できる量である。また、相手材のピストンリングの
トップ（材質：１７クロムステンレス鋼カス窒化）の摩
耗は１４μｍ程度であり全般に良好な状態を示した。

一方リンの量が少ない比較例のＮＯ４，５ではシリンダ
内壁面、ピストンリングの摩耗量ともに多く、シリンダ
内壁面の鏡面化やスジ伏倒が発生した。しかし、リンの
量が多いＮ０１６の場合は摩耗量が少ないがピストンス
カートとのスカッフが発生した。

比較例Ｎ００７の分散メッキ被膜を形成しない片状黒鉛
鋳鉄の内壁面の場合は、摩耗量は少ないがシリンダ内壁
面が鏡面化した。また比較例Ｎｏ。

８の過共晶Ａ　Ｉ　−３ｉ合金の内壁面の場合は、相１ 平材の摩耗は少ないが内壁面の摩耗が多く、比較的大き
な縦スジ傷が発生した。

［効果コ しかし、通常シリンダ内壁面の摩耗の２乗に比例して潤
滑油消費量は増大する。摩耗による軸方向のプロフィル
変化゛にピストンリングの動きが追従できなくなり、ピ
ストンリングの潤滑油シール機能が低下する。またホー
ニング目が潤滑油上がりを防止する役目をしているが、
これがなくなって鏡面化すれば潤滑油あがりは増大する
。

本発明のシリンダでは、内壁に形成する分散メッキ被膜
中のリンの量を特定の範囲に限定することによりシリン
ダ内壁面の摩耗が少なくなり、鏡面化を防ぐことができ
る。そのためこの摩擦面に使用する潤滑油の消費劣化が
少なくなり初期から良好な潤滑油消費レベルが維持でき
る。また、耐摩耗性が大幅に向上することにより、エン
ジン寿命を保証するために必要なメッキ膜厚を低減する
ことができる。従来材で８０μｍ必要で′あった場合な
ら４０μｍ以下でも充分寿命゛を保証モきる。

２ またメッキ膜厚は通常メッキ時間に比例するため、薄膜
化すれば生産性か大幅に向上する。ざらに厚膜の場合は
、内壁面全面にわたるメッキ膜厚のバラツキが大きくホ
ーニング加工だけで真直度、真円度をだすことが困難と
なるのに対して、薄膜化できれば内壁全面にわたるメッ
キ膜厚のバラツキは少なく、ホーニング加工だけで充分
真直度、真円度をだすことができるようになる。そして
ボング砥石による加工代が少なくなり、工具の寿命が増
大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる内燃機関シリンダの縦断面図で
あり、第２図は第１図の内壁面の部分拡大断面図であり
、第３図は分散メッキ被膜中に含まれるリンの量と被膜
の硬度との関係を示すグラフである。 １・・・分散メッキ被膜 ２・・・シリンダ内壁 ３・・・ニッケル−リンマトリックス ４・・・炭化珪素粒子 ３ 第１ 図 第２０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内壁にニッケル−リンをマトリックスとしセラミ
   ックス粒子を含む分散メッキ被膜が形成された内燃機関
   のシリンダにおいて、該分散メッキ被膜には、リンを１
   ．０〜４．０重量％含むことを特徴とする内燃機関のシ
   リンダ。