JPH05312266A - Piston - Google Patents

Piston

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Publication number
JPH05312266A
JPH05312266A JP11901192A JP11901192A JPH05312266A JP H05312266 A JPH05312266 A JP H05312266A JP 11901192 A JP11901192 A JP 11901192A JP 11901192 A JP11901192 A JP 11901192A JP H05312266 A JPH05312266 A JP H05312266A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
cylinder
wall surface
ceramics materials
outer peripheral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11901192A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Maeda
貴史 前田
Atsushi Isomoto
淳 磯本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Motors Corp filed Critical Mitsubishi Motors Corp
Priority to JP11901192A priority Critical patent/JPH05312266A/en
Publication of JPH05312266A publication Critical patent/JPH05312266A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F05C2251/00Material properties
    • F05C2251/04Thermal properties
    • F05C2251/042Expansivity

Landscapes

  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent seizure of a piston skirt with the wall surface of a cylinder and also reduce frictional resistance by coating a part of the outer peripheral surface of the piston skirt with ceramics materials. CONSTITUTION:Ceramics materials 7 of CrN or TiN of which plane form is, for example, square and with a desired thickness are coated on the outer peripheral surface of a piston skirt 2a at desired intervals and in grid-like pattern. Distances between the ceramics materials 7 are provided to prevent thermal stress from generating due to different thermal expansion between the constituent material of a piston 2 and the ceramics materials caused when the piston 2 is heated at high temperature during the operation, resulting in cracks of the ceramics materials. Because the surface of the ceramics materials 7 and the wall surface of a cylinder are made in contact slidably with each other, and the outer peripheral surface of the piston skirt 2a is not directly made in contact slidably with the wall surface of the cylinder, seizure of the piston can be prevented. Also, because a coefficient of friction between the surface of the ceramics materials 7 and the wall surface of the cylinder is small, a frictional loss between them is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジンの組込み
部品であるピストンに関し、更に詳しくは、シリンダー
壁面との摩擦抵抗を低減せしめたピストンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston which is a part incorporated in an automobile engine, and more particularly to a piston which has reduced frictional resistance with a cylinder wall surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車のエンジンは、図3で示したよう
に、シリンダー1の中にピストン2が摺動自在に収容さ
れて上部に気密な燃焼室3が形成され、ピストン2はコ
ンロッド4を介してクランクシャフト5に連結した構造
になっている。そして、ピストン2は、その上部に形成
されているリング溝に嵌め込まれているピストンリング
6,6,6とピストンの下部を構成するピストンスカー
ト2aの外周面とがシリンダー1の壁面1aと激しく摺
動しながら、高熱環境下において、シリンダー1の中を
上下に往復運動する。
2. Description of the Related Art In an automobile engine, as shown in FIG. 3, a piston 2 is slidably accommodated in a cylinder 1 and an airtight combustion chamber 3 is formed in an upper portion thereof. It is connected to the crankshaft 5 through the structure. In the piston 2, the piston rings 6, 6, 6 fitted in the ring groove formed in the upper part of the piston 2 and the outer peripheral surface of the piston skirt 2a forming the lower part of the piston vigorously slide on the wall surface 1a of the cylinder 1. While moving, it reciprocates up and down in the cylinder 1 under a high heat environment.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】シリンダー内で上記し
た往復運動をするピストンに対しては、ピストンスカー
トがシリンダーの壁面と焼付いてスカッフィングを発生
することを防ぐために、通常、ピストンの外周面には例
えばSnめっきを施して耐焼付け性を高める処置がとら
れている。
In order to prevent the piston skirt from sticking to the wall surface of the cylinder to cause scuffing, the outer peripheral surface of the piston is usually attached to the piston which reciprocates in the cylinder. For example, Sn plating is applied to increase the seizure resistance.

【0004】しかしながら、ターボ過給などにより、一
層高出力のエンジンを開発する場合には、エンジン排気
によって供給される熱によりピストンは一層過酷な高温
環境下に曝されるため、ピストンスカートの耐焼付け性
を更に向上させることが必要となる。また、エンジン全
体の稼働時における摩擦ロスを考えた場合、その約1/
4はピストン系統における摩擦ロスになっている。そし
て、このピストン系統の摩擦ロスのうち、約2/3はピ
ストンリングとシリンダーの壁面との間で発生し、残り
の約1/3はピストンスカードとシリンダーの壁面との
間で発生している。
However, when an engine of higher output is developed by turbo supercharging or the like, the heat supplied by the engine exhaust exposes the piston to a more severe high temperature environment, so that the piston skirt is seizure-resistant. It is necessary to further improve the sex. Also, considering the friction loss during operation of the entire engine, about 1/100 of that
4 is the friction loss in the piston system. Of this friction loss of the piston system, about 2/3 occurs between the piston ring and the wall surface of the cylinder, and the remaining about 1/3 occurs between the piston scard and the wall surface of the cylinder. ..

【0005】したがって、エンジンの高出力化、低燃費
化を企図する場合、上記した摩擦ロスを低減することが
重要になる。本発明は上記した問題を解決し、シリンダ
ーの壁面との焼付けを起こすことがなく、またシリンダ
ー壁面との摩擦抵抗も小さいピストンスカートを有する
ピストンの提供を目的とする。
Therefore, it is important to reduce the above-mentioned friction loss when an attempt is made to increase the engine output and fuel consumption. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and provide a piston having a piston skirt that does not cause seizure with the wall surface of a cylinder and has a small frictional resistance with the wall surface of the cylinder.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、ピストンスカートの外周面
の一部がセラミックス材でコーティングされていること
を特徴とするピストンが提供される。
In order to achieve the above object, the present invention provides a piston characterized in that a part of the outer peripheral surface of a piston skirt is coated with a ceramic material.

【0007】[0007]

【作用】本発明のピストンにおいては、そのピストンス
カートの外周面の一部に所望厚みのセラミックス材がコ
ーティングされている。したがって、ピストンの上下運
動時において、シリンダーの壁面と摺動するのは、ピス
トンスカートの外周面ではなくセラミックス材のコーテ
ィング面になる。そして、セラミックス材は、耐熱性に
優れ、また摺動性も良好であるため、ピストンスカート
とシリンダー壁面との摩擦抵抗は小さくなり、ピストン
系統における摩擦ロスは低減する。また、シリンダーは
一般にAl合金や鋳鉄で製造されているが、これら金属
類とセラミックス材との相互溶着は起こらないので、ピ
ストンスカートがシリンダーの壁面に焼付くという問題
はほとんど起こらないようになる。
In the piston of the present invention, a ceramic material having a desired thickness is coated on a part of the outer peripheral surface of the piston skirt. Therefore, when the piston moves up and down, it is not the outer peripheral surface of the piston skirt that slides on the wall surface of the cylinder but the ceramic material coating surface. Since the ceramic material has excellent heat resistance and slidability, the frictional resistance between the piston skirt and the cylinder wall surface is reduced, and the friction loss in the piston system is reduced. Further, although the cylinder is generally made of Al alloy or cast iron, mutual welding of these metals and the ceramic material does not occur, so that the problem that the piston skirt is seized on the wall surface of the cylinder hardly occurs.

【0008】したがって、ピストンの耐焼付けき性は向
上し、摩擦ロスも低減し、エンジンの一層の高出力化、
低燃費化を実現することができるようになる。
Therefore, the seizure resistance of the piston is improved, the friction loss is reduced, and the engine output is further increased.
It becomes possible to realize low fuel consumption.

【0009】[0009]

【実施例】以下に図面に基づいて本発明の実施例ピスト
ンを説明する。図1において、ピストン2の上部には3
本のリング溝2bが周設されていてここに図示しないピ
ストンリングが嵌め込まれる。ピストンスカート2aの
外周面には、平面形状が例えば四角形で所望の厚みを有
するセラミッスク材7が互いに所望の間隔を置いて格子
状に配置された状態でコーティングされている。この場
合、セラミックス材7の平面形状は四角形に限定される
ものではなく、例えば円形など任意の形状であればよ
い。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A piston according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, 3 is provided on the top of the piston 2.
A ring groove 2b of a book is provided around which a piston ring (not shown) is fitted. The outer peripheral surface of the piston skirt 2a is coated with a ceramics material 7 having a quadrangular planar shape and having a desired thickness in a state of being arranged in a lattice pattern with a desired interval therebetween. In this case, the planar shape of the ceramic material 7 is not limited to a quadrangle, but may be any shape such as a circle.

【0010】また、セラミックス材7の相互の間に間隔
を設けたのは、例えば、ピストンスカート2aの外周面
の全面をセラミックス材でコーティングした場合、ピス
トンの稼働時にピストン2が高温になると、ピストン2
の構成材料であるAl合金や鋳鉄とセラミックス材との
熱膨張が異なることに基づき、ピストンとセラミックス
材との間に熱応力が発生することにより、ピストンスカ
ートの全面をコーティングするセラミックス材に亀裂が
発生してセラミックス材が剥落するという問題を防ぐた
めである。
A space is provided between the ceramic members 7 so that, for example, when the entire outer peripheral surface of the piston skirt 2a is coated with the ceramic member, if the piston 2 becomes hot during operation, Two
Due to the difference in thermal expansion between the Al alloy or cast iron, which is the constituent material of the above, and the ceramics material, thermal stress is generated between the piston and the ceramics material, resulting in cracks in the ceramics material coating the entire piston skirt. This is to prevent the problem of the ceramic material peeling off when it occurs.

【0011】セラミックス材としては、耐熱性や摺動性
が良好でしかもピストンスカートの外周面にコーティン
グできる材料であればよく、格別限定されるものではな
いが、例えば、CrNやTiNは良好な材料である。こ
れらセラミックス材のピストンスカートへのコーティン
グは、例えばイオンプレーティング法を適用して行なう
ことができる。
The ceramic material is not particularly limited as long as it has good heat resistance and slidability and can coat the outer peripheral surface of the piston skirt. For example, CrN and TiN are good materials. Is. The piston skirt can be coated with these ceramic materials by applying, for example, an ion plating method.

【0012】すなわち、ピストンをイオンプレーティン
グ装置の中に入れ、Ar+ のグロー放電でピストンスカ
ートの外周面を洗浄したのち、装置内への導入ガスをN
2 ガスに切り換えてN+ のグロー放電を形成し、更には
装置内にセットされている例えばCr蒸発源からCrを
蒸発させ、前記したN+ でCrをイオン化させると同時
にそれをピストンスカートの外周面にCrNとして被着
させ、所望厚みのCrN層を形成する。
That is, the piston is put in an ion plating device, the outer peripheral surface of the piston skirt is cleaned by Ar + glow discharge, and then the gas introduced into the device is replaced with N 2.
2 gas is switched to form N + glow discharge, and Cr is evaporated from, for example, a Cr evaporation source set in the apparatus, and Cr is ionized by the above-mentioned N + , and at the same time, it is formed on the outer circumference of the piston skirt. A CrN layer having a desired thickness is formed by depositing CrN on the surface.

【0013】このようにして形成されるセラミックス材
7のコーティング面は、ピストンスカート2aの外周面
から突設するので、ピストンの稼働時には、このセラミ
ックス材7の表面とシリンダーの壁面とが摺接し、ピス
トンスカート2aの外周面は直接シリンダーの壁面と摺
接しない。したがって、シリンダーの壁面とピストンス
カート2aの外周面との焼付きは有効に防止され、ま
た、セラミックス材7の表面とシリンダーの壁面との摩
擦係数は小さいので、両者間における摩擦ロスは、セラ
ミックス材7がコーティングされていない場合に比べて
低減する。
Since the coating surface of the ceramic material 7 thus formed is projected from the outer peripheral surface of the piston skirt 2a, the surface of the ceramic material 7 and the wall surface of the cylinder are in sliding contact with each other during operation of the piston. The outer peripheral surface of the piston skirt 2a does not directly contact the wall surface of the cylinder. Therefore, seizure between the wall surface of the cylinder and the outer peripheral surface of the piston skirt 2a is effectively prevented, and the friction coefficient between the surface of the ceramic material 7 and the wall surface of the cylinder is small. 7 is reduced as compared with the case where it is not coated.

【0014】例えば、図1において、セラミックス材7
として、上記したイオンプレーティング法で、縦3mm、
幅3mm、厚み1μmのCrN層を1mmの間隔で互いに格
子状にコーティング配置した場合のピストンスカートと
シリンダー壁面との摩擦係数、および、このセラミック
ス材をコーティングしなかったときの摩擦係数との傾向
を図3に示す。図中、実線が実施例、破線が比較例のそ
れぞれの傾向を表す。
For example, referring to FIG. 1, the ceramic material 7
As a result of the above-mentioned ion plating method,
The tendency of the friction coefficient between the piston skirt and the cylinder wall when the CrN layers with a width of 3 mm and a thickness of 1 μm are arranged in a grid pattern at an interval of 1 mm and the friction coefficient when the ceramic material is not coated are shown. As shown in FIG. In the figure, the solid line represents the tendency of the example and the broken line represents the tendency of the comparative example.

【0015】図2から明らかなように、実施例のピスト
ンは、CrN層を形成しないピストンに比べて摩擦抵抗
が大幅に低減すると同時に摩擦抵抗の増加も少なくなっ
ている。
As is apparent from FIG. 2, in the piston of the embodiment, the frictional resistance is greatly reduced and at the same time, the increase in the frictional resistance is also smaller than that of the piston in which the CrN layer is not formed.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ピストンは、ピストンスカートの外周面の一部がセラミ
ックス材でコーティングされていることを特徴とするの
で、ピストンの稼働時には、上記セラミックス材の表面
とシリンダーの壁面とが摺接する。したがって、ピスト
ンスカートとシリンダーの壁面との焼付きは有効に防止
されてスカッフィングを起こすことがなく、また、セラ
ミックス材とシリンダーの壁面との摩擦抵抗が小さいこ
とによりピストン系統における摩擦ロスは低減する。
As is apparent from the above description, the piston of the present invention is characterized in that a part of the outer peripheral surface of the piston skirt is coated with a ceramic material. The surface of the material comes into sliding contact with the wall surface of the cylinder. Therefore, the seizure between the piston skirt and the wall surface of the cylinder is effectively prevented from causing scuffing, and the friction resistance between the ceramic material and the wall surface of the cylinder is small, so that the friction loss in the piston system is reduced.

【0017】このようなことから、本発明のピストン
は、高出力で低燃費なエンジンのピストンとしてその工
業的価値は大である。
From the above, the piston of the present invention has great industrial value as a piston for an engine with high output and low fuel consumption.

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

【図1】本発明の実施例ピストンを示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing an embodiment piston of the present invention.

【図2】ピストンとシリンダーの壁面との摩擦係数を示
すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a friction coefficient between a piston and a wall surface of a cylinder.

【図3】エンジンの構成を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of an engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダー 1a シリンダーの壁面 2 ピストン 2a ピストンスカート 2b リング溝 3 燃焼室 4 コンロッド 5 クランクシャフト 6 ピストンリング 7 セラミックス材 1 Cylinder 1a Cylinder wall 2 Piston 2a Piston skirt 2b Ring groove 3 Combustion chamber 4 Connecting rod 5 Crankshaft 6 Piston ring 7 Ceramics material

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ピストンスカートの外周面の一部がセラ
ミックス材でコーティングされていることを特徴とする
ピストン。
1. A piston characterized in that a part of the outer peripheral surface of the piston skirt is coated with a ceramic material.
【請求項2】 前記セラミックス材が、CrNまたはT
iNである請求項1のピストン。
2. The ceramic material is CrN or T
The piston of claim 1 which is iN.
【請求項3】 前記セラミックス材のコーティングがイ
オンプレーティング法で行なわれる請求項1または2に
記載のピストン。
3. The piston according to claim 1, wherein the coating of the ceramic material is performed by an ion plating method.
JP11901192A 1992-05-12 1992-05-12 Piston Withdrawn JPH05312266A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005042953A2 (en) * 2003-10-23 2005-05-12 Mahle Technology, Inc. Piston having a patterned coating and method of applying same

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Effective date: 19990803