JPH0513969Y2 - - Google Patents

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JPH0513969Y2
JPH0513969Y2 JP1986176580U JP17658086U JPH0513969Y2 JP H0513969 Y2 JPH0513969 Y2 JP H0513969Y2 JP 1986176580 U JP1986176580 U JP 1986176580U JP 17658086 U JP17658086 U JP 17658086U JP H0513969 Y2 JPH0513969 Y2 JP H0513969Y2
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aluminum alloy
wall
cylinder bore
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Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は内燃機関、特に、アルミニウム合金製
シリンダブロツクと、そのシリンダブロツクのシ
リンダボア内壁を摺動するアルミニウム合金製ピ
ストンとを備えた内燃機関に関する。
従来技術および解決しようとする課題 この種ピストンは内燃機関の運転中熱膨張する
ため、この熱膨張を予め見込んで、ピストンとシ
リンダボア内壁との間には常温下において或る程
度の〓間が設けられる。この〓間はピストンクリ
アランスと称され、シリンダボア内径とピストン
最大外径との差で表わされる。ピストンクリアラ
ンスが小さ過ぎると、ピストンとシリンダボア内
壁との間に焼付きを生じ易く、逆にピストンクリ
アランスが大き過ぎると、圧縮圧力の低下、ブロ
ーバイ(吹抜け)、オイル上り、ダイリユーシヨ
ン(ガソリンによるエンジンオイルの希釈)等の
原因となり、またピストンスラツプが発生する。
シリンダボア内壁を摺動するピストンのスカー
ト部は、連接棒の傾斜によつて生ずるサイドスラ
ストを受けるので、往復動するピストンが運動方
向を変える時に、ピストンクリアランスに起因し
てシリンダボア内壁に衝撃を与える。これがピス
トンスラツプである。ピストンスラツプが激しい
と、ピストンリングとリング溝の摩耗を早め、エ
ンジンオイルの消費量を増す等の不具合が生じる
ため、それ等の現象が生じない範囲で最小のピス
トンクリアランスを設定しなければならない。
そこで、アルミニウム合金製ピストンを採用
し、またシリンダブロツクをアルミニウム合金よ
り構成すると共に耐摩耗性が要求されるシリンダ
ボア内壁を強化用繊維およびアルミニウム合金マ
トリツクスよりなる複合構造とした内燃機関が開
発され、この機関によればピストンクリアランス
を小さく設定することが可能である。
ところが、ピストンクリアランスをできるだけ
小さくすると、特に、シリンダボア内壁およびピ
ストンにおけるサイドスラストを受けるスカート
部間の摺動特性が問題となつた。
本考案は前記に鑑み、前記のような複合構造を
有するシリンダボア内壁およびピストンにおける
スカート部間の摺動特性を向上させることができ
るようにした前記内燃機関を提供することを目的
とする。
課題を解決するための手段および作用効果 本考案は、アルミニウム合金製シリンダブロツ
クと、そのシリンダブロツクのシリンダボア内壁
を摺動するアルミニウム合金製ピストンとを備え
た内燃機関において、前記シリンダボア内壁を、
体積分率Vfが8〜30%のアルミナ繊維および体
積分率Vfが0.3〜15%の炭素繊維よりなるハイブ
リツド型強化用繊維とアルミニウム合金マトリツ
クスとよりなる複合構造とし、前記ピストンは、
そのスカート部外周面に、硬さHvが250以上の鉄
メツキ皮膜と、その鉄メツキ皮膜上に形成された
錫メツキ皮膜とを有することを特徴とする。
シリンダボア内壁を前記のように構成すると、
その機械的強度を十分高い水準に維持することが
でき、またその耐摩耗性および耐焼付き性を向上
させることができる。特に、強化用繊維をハイブ
リツド型にして、その一部に自己潤滑能を有する
炭素繊維を用いているので、シリンダボア内壁の
スコーリング限界特性、スカツフイング限界特性
等の摺動特性向上のみならずピストンにおけるス
カート部の摺動特性を向上させる上で有効であ
る。
一方、ピストンのスカート部に前記のようなメ
ツキ皮膜を設けると、機関のなじみ運転段階にお
いては、錫メツキ皮膜が前記複合構造のシリンダ
ボア内壁に対して優れた潤滑性を発揮し、またそ
の皮膜自体が融点232℃といつた優れた耐熱特性
を保有するので、スカート部におけるスコーリン
グ、焼付き等の発生を回避することができる。そ
して、なじみ運転段階を経過して錫メツキ皮膜の
耐用期間を過ぎた後は鉄メツキ皮膜が前記複合構
造のシリンダボア内壁に対して優れた耐摩耗性お
よび耐焼付き性を発揮するので、ピストンの延命
を図ることができる。
このように本考案によれば、前記複合構造を有
するシリンダボア内壁およびアルミニウム合金製
ピストンにおけるスカート部間の摺動特性を十分
に向上させることができる。
実施例 第1図に示す内燃機関において、シリンダブロ
ツク3はアルミニウム合金より構成され、そのシ
リンダボア内壁4は強化用繊維とアルミニウム合
金マトリツクスとよりなる複合構造を有する。シ
リンダブロツク3のシリンダボア内壁4を摺動す
るピストン1もシリンダブロツク3同様にアルミ
ニウム合金より構成される。
シリンダブロツク3の製造に当つては、強化用
繊維よりなる円筒状繊維成形体を300℃に予熱し
て予熱温度200℃の金型内に設置し、次いで730〜
740℃のアルミニウム合金(JIS ADC12材)の溶
湯を注入圧260Kg/cm2で金型内に注入するもので、
これによりシリンダブロツク3の鋳造と同時に繊
維成形体に溶湯が充填されて複合構造を有するシ
リンダボア内壁4が形成される。
強化用繊維としては、体積分率Vfが8〜30%
のアルミナ繊維および体積分率Vfが0.3〜15%の
炭素繊維よりなるハイブリツド型強化用繊維が用
いられている。
アルミナ繊維において、そのSiO2含有量は25
重量%以下、好ましくは2〜5重量%である。ま
たAl2O3中のα−Al2O3は10〜60%、好ましくは
45%以下である。さらに、アルミナ繊維中には非
繊維粒子(シヨツト)が含まれるが、その含有量
は、粒径150μm以上のものを2.5重量%以下に抑
えるのが好ましい。
この場合、アルミナ繊維の体積分率Vfが8%
を下回ると、シリンダボア内壁4を十分に強化で
きず、その耐摩耗性および耐焼付き性が低下す
る。一方、体積分率Vfが30%を上回ると、アル
ミニウム合金溶湯の充填性が悪化して複合化を十
分に行うことができず、またシリンダボア内壁4
の硬さが増して相手材であるピストン1の摩耗量
が増加し、その上熱伝導率も低下する。
炭素繊維は自己潤滑能を有するので、シリンダ
ボア内壁4のスコーリング限界特性およびスカツ
フイング限界特性を向上させると共にピストン1
におけるスカート部2の摺動特性を向上させる効
果を有する。ただし、炭素繊維の体積分率Vfが
15%を上回ると、アルミナ繊維量との関係で総体
積分率Vfが大きくなるため、繊維成形体の成形
性が悪化し、一方、体積分率Vfが0.3%を下回る
と、その自己潤滑能を十分に発揮させることがで
きない。
シリンダボア内壁4におけるハイブリツド型強
化用繊維の一例としては、アルミナ繊維〔97重量
%Al2O3(α−Al2O333%)、3重量%SiO2〕の体
積分率Vf12%、炭素繊維の体積分率Vf9%を挙げ
ることができる。
ピストン1はアルミニウム合金(JIS AC8B
材)の鋳造品であり、第2図に示すようにスカー
ト部2の外周面に、硬さHvが250以上の鉄メツキ
皮膜5とその鉄メツキ皮膜5上に形成された錫メ
ツキ皮膜6とが設けられている。
鉄メツキ皮膜5の厚さは30μm、硬さHvは300
程度が適当であり、また錫メツキ皮膜6の厚さは
1〜10μmが適当である。鉄メツキ皮膜5の硬さ
Hvは、電解条件、主として光沢剤の添加量、PH、
硫酸、浴温、電流密度によつて調整される。
鉄メツキ皮膜5の硬さHvと摩耗特性との関係
を調べるため、シリンダボア内壁4の前記例と同
材質、即ちアルミナ繊維の体積分率Vfが12%で
炭素繊維の体積分率Vfが9%のアルミニウム合
金製回転板および硬さHvの異なる鉄メツキ皮膜
5を有する複数のアルミニウム合金製チツプを用
いてチツプ・オン・デイスク摩耗試験を行なつた
ところ、第3図の結果が得られた。第3図によれ
ば、鉄メツキ皮膜5の硬さHv250以上において、
スカツフイング発生面圧が大きくなつており、優
れた摺動特性を得ることができる。
試験例 1 前記内燃機関において、機関のなじみ運転段階
を想定して、シリンダボア内壁(アルミナ繊維の
体積分率Vf12%、炭素繊維の体積分率Vf9%)4
の表面をガソリン等で洗浄し、本考案例として
の、スカート部2に鉄メツキ皮膜5および錫メツ
キ皮膜6を有するアルミニウム合金製ピストン
1、スカート部に鉄メツキ皮膜および錫メツキ皮
膜のいずれも設けられていない比較例アルミニウ
ム合金製ピストンAおよびスカート部に鉄メツキ
皮膜のみを有する比較例ピストンBを用いて機関
を運転する実機摺動試験を行なつた。
その結果、本考案例ピストン1のスカート部2
には何等損傷が生じなかつたが、ピストンAでは
焼付きが発生し、またピストンBではその鉄メツ
キ皮膜に摺動方向に沿う細いスコーリングが発生
していることが確認された。
試験例 2 チツプ・オン・デイスク摩耗試験を行なうため
に、鋳鉄製回転板Cと、本考案例に該当する、体
積分率Vfが12%のアルミナ繊維および体積分率
Vfが9%の炭素繊維で強化したアルミニウム合
金(JIS ADC12材)製回転板Dを用意した。
またJIS AC8B材製チツプE、表面に硬度
Hv400の鉄メツキ皮膜を有するJIS AC8B材製チ
ツプGおよび本考案例に該当する、表面に鉄メツ
キ皮膜および錫メツキ皮膜を有するJIS AC8B材
製チツプHを用意した。
前記回転板とチツプとを用い、回転板の回転速
度を2.5m/秒とし、押付け荷重を変化させつつ、
無潤滑状態でチツプ・オン・デイスク摩耗試験を
行なつた。第4図は試験結果を示す。
第4図の組合せC−Eと同D−Eとの比較か
ら、アルミニウム合金製チツプを鋳鉄製回転板に
摺接させる場合に比して、アルミニウム合金製チ
ツプを繊維強化されたアルミニウム合金製回転板
に摺接させる場合の方がスコーリング限界特性お
よびスカツフイング限界特性が低下することが判
る。
また組合せD−Eと同D−Gと同D−H(本考
案例)との比較から、アルミニウム合金製チツプ
の表面に鉄メツキ皮膜を設けることによりスコー
リング限界特性等が向上し、鉄メツキ皮膜上に錫
メツキ皮膜を設けることによりスコーリング限界
特性等が大幅に向上することが判る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例に係る内燃機関の要
部断面図、第2図はピストンにおけるスカート部
の要部拡大断面図、第3図は鉄メツキ皮膜の硬さ
とスカツフイング発生面圧との関係を示すグラ
フ、第4図は各種回転板およびチツプを用いたチ
ツプ・オン・デイスク摩耗試験結果を示すグラフ
である。 1……ピストン、2……スカート部、3……シ
リンダブロツク、4……シリンダボア内壁、5…
…鉄メツキ皮膜、6……錫メツキ皮膜。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. アルミニウム合金製シリンダブロツク3と、そ
    のシリンダブロツク3のシリンダボア内壁4を摺
    動するアルミニウム合金製ピストン1とを備えた
    内燃機関において、前記シリンダボア内壁4を、
    体積分率Vfが8〜30%のアルミナ繊維および体
    積分率Vfが0.3〜15%の炭素繊維よりなるハイブ
    リツド型強化用繊維とアルミニウム合金マトリツ
    クスとよりなる複合構造とし、前記ピストン1
    は、そのスカート部2外周面に、硬さHvが250以
    上の鉄メツキ皮膜5と、その鉄メツキ皮膜5上に
    形成された錫メツキ皮膜6とを有することを特徴
    とする内燃機関。
JP1986176580U 1986-07-31 1986-11-19 Expired - Lifetime JPH0513969Y2 (ja)

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GB8718149A GB2193786B (en) 1986-07-31 1987-07-31 Internal combustion engine
US07/080,495 US4817578A (en) 1986-07-31 1987-07-31 Internal combustion engine
FR878710905A FR2602272B1 (fr) 1986-07-31 1987-07-31 Moteur a combustion interne comprenant un bloc-cylindres a zone renforcee par des fibres, et des pistons a segments coulissants dans les alesages des cylindres
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