JP2018178848A

JP2018178848A - Piston of internal combustion engine and method for manufacturing piston of internal combustion engine

Info

Publication number: JP2018178848A
Application number: JP2017079015A
Authority: JP
Inventors: 圭太郎宍戸; Keitaro Shishido
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2018-11-15
Also published as: WO2018190167A1; CN110446845A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston of an internal combustion engine that can improve bondability between a wear-resistant ring and a piston body part.SOLUTION: A piston of an internal combustion engine comprises a piston body part, a wear-resistant ring, and an intermediate layer. The piston body part is formed of an aluminum alloy or a magnesium alloy, and comprises a piston head and a skirt part integral with the piston head. The wear-resistant ring has higher hardness than that of the piston body part, comprises a piston ring groove, and is fixed to the piston head. The intermediate layer is located between the piston head and the wear-resistant ring, and contains aluminum and an additive. The additive improves wettability of the aluminum.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、内燃機関のピストンに関する。 The present invention relates to a piston of an internal combustion engine.

従来、内燃機関のピストンであって、ピストンヘッドに耐磨環が固定され、耐磨環にピストンリング溝があるピストンが知られている。例えば特許文献１に開示されるピストンの製造工程では、ニレジスト鋳鉄製の耐磨環部材をアルフィン処理した後、この耐磨環部材を型にセットしてピストン本体部を鋳造することで、ピストンヘッドに耐磨環が鋳込まれたピストンが製造される。 Heretofore, there has been known a piston of an internal combustion engine, in which a bearing ring is fixed to a piston head and a bearing ring groove is in the bearing ring. For example, in the manufacturing process of a piston disclosed in Patent Document 1, a piston head is obtained by performing an alfin treatment on a Ni-resist cast iron anti-wear ring member and then setting the wear-resistant ring member in a mold and casting a piston main body. The piston is manufactured by casting a bearing ring.

特開平５−２３７６３２号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 5-237632

従来のピストンでは、耐磨環とピストン本体部との接合性を向上する余地があった。 In the conventional piston, there is room to improve the bondability between the ring-proof ring and the piston main body.

本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストンは、好ましくは、ピストン本体部と耐磨環との間に、アルミニウムを含む中間層がある。中間層は、アルミニウムの濡れ性を向上させる添加剤をさらに含む。 The piston of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention preferably has an intermediate layer containing aluminum between the piston main body and the friction ring. The intermediate layer further contains an additive that improves the wettability of aluminum.

よって、耐磨環とピストン本体部との接合性を向上することができる。 Therefore, the bondability of the bearing ring and the piston main body can be improved.

第1実施形態の1つのシリンダの軸線を通る平面でエンジンの一部を切った断面を模式的に示す。The cross section which cut a part of engine in the plane which passes along the axis of one cylinder of a 1st embodiment is shown typically. 第1実施形態のピストンの斜視図であり、ピストンの軸線を通る平面で切った断面を示す。It is a perspective view of a piston of a 1st embodiment, and shows the section sectioned in the plane which passes along the axis of a piston. 図2のピストンの断面におけるピストンヘッド部分の一部を拡大して示す。FIG. 3 is an enlarged view of a portion of a piston head portion in a cross section of the piston of FIG. 2; 第1実施形態のピストンを鋳造する工程における、型と、型に設置された耐磨環部材とを模式的に示す図であり、耐磨環部材の軸線を通る平面で切った断面を示す。It is a figure which shows typically the type | mold in the process of casting the piston of 1st Embodiment, and the abrasion-resistant ring member installed in the type | mold, and shows the cross section cut by the plane which passes the axis line of abrasion-resistant ring member. 第1実施形態のピストンを鋳造する工程における、型に設置された耐磨環部材と、型の一部とを斜めから見た図である。It is the figure which looked at the grinding | polishing-resistant ring member installed in the type | mold, and a part of type | mold in the process of casting the piston of 1st Embodiment from diagonally. 第1実施形態のアルフィン処理された耐磨環部材の一部の断面図であり、耐磨環部材の軸線を通る平面で切った断面を示す。It is a sectional view of a part of alufin processing abrasion-proof ring member of a 1st embodiment, and shows the section cut by the plane which passes along the axis of a abrasion-proof ring member. 第1実施形態のピストンを機械加工する工程における、ピストン溝を形成する前の中間材をその軸線を通る平面で切った断面図であり、ピストンヘッド部分の一部を拡大して示す。FIG. 7 is a cross-sectional view of the intermediate member before forming the piston groove in the step of machining the piston of the first embodiment, taken along a plane passing through the axis thereof, showing a part of the piston head portion in an enlarged manner. 耐磨環とピストン本体部との接合不良の出現率を、添加剤の有無に応じて示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the appearance rate of the joining defect with a bearing ring and a piston main-body part according to the presence or absence of an additive. 耐磨環とピストン本体部との接合性を試験する器具の模式図である。It is a schematic diagram of the instrument which tests the bondability of a bearing ring and a piston main-body part. 中間層の材料に添加剤を含まない場合の接合性の試験結果を示す写真である。It is a photograph which shows the test result of bondability when the material of an intermediate | middle layer does not contain an additive. 中間層の材料に添加剤を含む場合の接合性の試験結果を示す写真である。It is a photograph which shows the test result of bondability in the case of including an additive in the material of an intermediate | middle layer.

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。 Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described based on the drawings.

［第1実施形態］
まず、構成を説明する。図1に示す内燃機関（エンジン）100は、4ストローク・ガソリンエンジンであり、自動車等の車両に適用される。エンジン100は、ピストン1、シリンダブロック101、シリンダヘッド104、コネクティングロッド（コンロッド）105、燃焼室106、バルブ107、点火装置108、及びオイルジェット109を備える。シリンダブロック101には、エンジンの出力軸であるクランクシャフトが回転可能に設置される。シリンダブロック101は、円筒状のシリンダスリーブ（シリンダライナ）102を備える。シリンダライナ102の内周側はシリンダ（シリンダボア）10の内壁として機能する。ピストン1は、シリンダ10の内部に、往復移動可能に収容される。シリンダヘッド104は、シリンダ10の開口を塞ぐようにシリンダブロック101に設置される。図1に示すようにピストン1が上死点にあるとき、ピストン1とシリンダヘッド104との間に、燃焼室106が区画される。シリンダヘッド104には、バルブ107と、燃料の噴射ノズルと、点火装置108とが設置される。バルブ107は2つの吸気バルブと2つの排気バルブを有する。エンジン100は、ターボ過給等の過給システムを備える。シリンダライナ102の内部の通路103には冷却水が循環する。オイルジェット105は、そのノズルがピストン1の背面（燃焼室106に対し反対側の面）に対向するように、シリンダブロック101に設置される。 First Embodiment
First, the configuration will be described. An internal combustion engine (engine) 100 shown in FIG. 1 is a four-stroke gasoline engine and is applied to a vehicle such as an automobile. The engine 100 includes a piston 1, a cylinder block 101, a cylinder head 104, a connecting rod (connecting rod) 105, a combustion chamber 106, a valve 107, an igniter 108, and an oil jet 109. A crankshaft, which is an output shaft of the engine, is rotatably mounted on the cylinder block 101. The cylinder block 101 includes a cylindrical cylinder sleeve (cylinder liner) 102. The inner peripheral side of the cylinder liner 102 functions as an inner wall of the cylinder (cylinder bore) 10. The piston 1 is accommodated in the cylinder 10 so as to be capable of reciprocating. The cylinder head 104 is mounted on the cylinder block 101 so as to close the opening of the cylinder 10. When the piston 1 is at the top dead center as shown in FIG. 1, a combustion chamber 106 is defined between the piston 1 and the cylinder head 104. The cylinder head 104 is provided with a valve 107, a fuel injection nozzle, and an igniter 108. The valve 107 has two intake valves and two exhaust valves. The engine 100 is provided with a supercharging system such as turbocharging. Cooling water circulates in the passage 103 inside the cylinder liner 102. The oil jet 105 is installed in the cylinder block 101 so that the nozzle faces the back surface (surface opposite to the combustion chamber 106) of the piston 1.

図2に示すように、ピストン1は、ピストン本体部2と耐磨環3を有する。ピストン本体部2はアルミニウム合金を含む。このアルミニウム合金は、例えばAC8A（JIS H 5202に規定されるもの。以下同じ）である。ピストン本体部2は、有底筒状であり、ピストンヘッド（冠部）4、ピストンボス（エプロン部）5、及びピストンスカート（スカート部）6を、一体に有する。ピストンヘッド4は、冠面部40とランド部41を、一体に有する。シリンダ10の内部におけるピストン1の移動方向に対し直交する平面で切ったピストンヘッド4（冠面部40）の断面は略円形である。この円の中心を通り、かつ上記移動方向と平行な線をピストン1の軸線という。軸線が延びる方向（上記移動方向）を軸線方向という。冠面部40は、ピストンヘッド4における軸線方向一方側にある。冠面部40の軸線方向一方側には冠面（頂面）400がある。 As shown in FIG. 2, the piston 1 has a piston body 2 and a ring 3. The piston body 2 contains an aluminum alloy. This aluminum alloy is, for example, AC8A (the one defined in JIS H5202; hereinafter the same). The piston main body 2 is cylindrical with a bottom, and integrally has a piston head (crowd) 4, a piston boss (apron) 5, and a piston skirt (skirt) 6. The piston head 4 has a crown surface 40 and a land 41 integrally. The cross section of the piston head 4 (the crown surface 40) cut in a plane orthogonal to the moving direction of the piston 1 inside the cylinder 10 is substantially circular. A line passing through the center of the circle and parallel to the moving direction is referred to as the axis of the piston 1. The direction in which the axis extends (the moving direction) is called the axial direction. The crown surface 40 is on one side in the axial direction of the piston head 4. A crown surface (top surface) 400 is on one side in the axial direction of the crown surface 40.

ランド部41は、冠面部40の外周側から軸線方向他方側に延びる。ランド部41の外周には、3つの環状のピストンリング溝（リング溝）411,412,413がある。各リング溝411,412,413は、ピストン1の軸線の周り方向（周方向）に延びてランド部41の全周を取り囲む。リング溝411,412,413は、軸線方向の一方側から他方側にこの順に並ぶ。各リング溝411,412,413にはピストンリングが設置される。リング溝411はトップリング溝であり、第1圧力リング（コンプレッションリング）としてのトップリング71が設置される。リング溝412はセカンドリング溝であり、第2圧力リングとしてのセカンドリング72が設置される。リング溝413はオイルリング溝であり、オイルコントロールリングとしてのオイルリング73が設置される。なお、リング溝413の底部にはオイル逃がし穴が開口する。オイル逃がし穴はランド部41の内周面に開口する。トップリング71及びセカンドリング72は、例えば高炭素鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼等により形成され、周方向の一箇所に合い口が形成された平面視略C形の平板状部材である。オイルリング73は、例えば上記平板状部材を2つ備え、これらの間にセンターリングが挟まる3ピース構造である。 The land portion 41 extends from the outer peripheral side of the crown surface portion 40 to the other side in the axial direction. There are three annular piston ring grooves (ring grooves) 411, 412 and 413 on the outer periphery of the land portion 41. Each ring groove 411, 412, 413 extends in a direction (circumferential direction) around the axis of the piston 1 and surrounds the entire circumference of the land portion 41. The ring grooves 411, 412, and 413 are arranged in this order from one side to the other side in the axial direction. A piston ring is installed in each ring groove 411, 412, 413. The ring groove 411 is a top ring groove, and the top ring 71 as a first pressure ring (compression ring) is installed. The ring groove 412 is a second ring groove, and a second ring 72 as a second pressure ring is installed. The ring groove 413 is an oil ring groove, and an oil ring 73 as an oil control ring is installed. An oil relief hole is opened at the bottom of the ring groove 413. The oil relief hole opens in the inner circumferential surface of the land portion 41. The top ring 71 and the second ring 72 are, for example, high-carbon steel, martensitic stainless steel, or the like, and are flat members having a substantially C-shape in a plan view in which a joint is formed at one location in the circumferential direction. The oil ring 73 is, for example, a three-piece structure including two of the above flat members and a center ring being sandwiched therebetween.

ピストンボス5及びピストンスカート6は、ピストンヘッド4（ランド部41）から軸線方向他方側（ピストンヘッド4に対し燃焼室15の反対側）に延びる。ピストンスカート6及びピストンボス5の内周側は中空である。ピストンボス5は、ピストン1の径方向両側に一対ある。各ピストンボス5はピンボス50を有する。各ピンボス50はピストンピン穴51を有する。ピストンピン穴51は、ピンボス50を貫通してピストン1の径方向に延びる。ピストンスカート6は、ピストン1の径方向両側に一対ある。ピストンスカート6は、ピストン1の周方向で両ピストンボス5,5に挟まれる。両ピストンスカート6,6はピストンボス5によって連結される。ピストンピン穴51にはピストンピン8の端部が嵌まる。ピストン1は、ピストンピン8を介してコンロッド105の一端側（小端部）に連結される。コンロッド105の他端側（大端部）はクランクシャフトに連結される。 The piston boss 5 and the piston skirt 6 extend from the piston head 4 (land portion 41) to the other side in the axial direction (the opposite side of the combustion chamber 15 with respect to the piston head 4). The inner peripheral sides of the piston skirt 6 and the piston boss 5 are hollow. The piston bosses 5 are provided in pairs on both sides in the radial direction of the piston 1. Each piston boss 5 has a pin boss 50. Each pin boss 50 has a piston pin hole 51. The piston pin hole 51 extends through the pin boss 50 in the radial direction of the piston 1. There are a pair of piston skirts 6 on both sides in the radial direction of the piston 1. The piston skirt 6 is sandwiched between the piston bosses 5 and 5 in the circumferential direction of the piston 1. The two piston skirts 6, 6 are connected by a piston boss 5. The end of the piston pin 8 is fitted in the piston pin hole 51. The piston 1 is connected to one end side (small end) of the connecting rod 105 via a piston pin 8. The other end (large end) of the connecting rod 105 is connected to the crankshaft.

図3に示すように、耐磨環3は、ニレジスト鋳鉄を含み、ピストンヘッド4の内部（ピストンヘッド4におけるトップリング71の設置部位）に固定される。耐磨環3は、ピストンヘッド4の外周を取り囲む円環状の部材である。上記円環の円の中心を通り、かつ上記円環を含む平面に直交する線を、耐磨環3の軸線という。耐磨環3の軸線はピストン1の軸線に略一致する。耐磨環3の内周面31は、耐磨環3の軸線に向って（径方向内側に）凸の曲面状であり、上記軸線を通る平面で切った断面が半円状である。耐磨環3の軸線方向両側面32,33は、耐磨環3の軸線に直交する平面状である。耐磨環3の外周面34は円筒状であり、その外径寸法（耐磨環3の軸線からの距離）がピストンヘッド4の外径寸法（ピストン1の軸線からの距離）に略一致する。外周面34はピストンヘッド4の外周面の一部をなす（面一である）。外周面34における高さ方向（耐磨環3の軸線方向）の中央部にリング溝411が開口する。リング溝411の底面は耐磨環3の軸線方向に延び、リング溝411の底面以外の内面は耐磨環3の軸線方向両側面32,33に略平行である。 As shown in FIG. 3, the abrasion resistant ring 3 includes niresist cast iron, and is fixed to the inside of the piston head 4 (the installation site of the top ring 71 in the piston head 4). The abrasion resistant ring 3 is an annular member surrounding the outer periphery of the piston head 4. A line passing through the center of the circular ring and orthogonal to the plane containing the circular ring is referred to as the axis of the ring 3. The axis of the ring 3 substantially coincides with the axis of the piston 1. The inner circumferential surface 31 of the ring 3 is a curved surface convex toward the axis of the ring 3 (inward in the radial direction), and the cross section taken along a plane passing the above axis is semicircular. The axially opposite side surfaces 32, 33 of the ring 3 are flat in a plane perpendicular to the axis of the ring 3. The outer peripheral surface 34 of the wear resistant ring 3 is cylindrical, and the outer diameter dimension (distance from the axis of the wear resistant ring 3) substantially matches the outer diameter dimension (distance from the axis of the piston 1) of the piston head 4 . The outer peripheral surface 34 forms a part of (is flush with) the outer peripheral surface of the piston head 4. A ring groove 411 opens at the center of the outer peripheral surface 34 in the height direction (the axial direction of the friction ring 3). The bottom surface of the ring groove 411 extends in the axial direction of the wear resistant ring 3, and the inner surface other than the bottom surface of the ring groove 411 is substantially parallel to the axially opposite side surfaces 32, 33 of the wear resistant ring 3.

耐磨環3とピストンヘッド4との間に中間層30がある。中間層30は、耐磨環3の内周面31の全範囲及び軸線方向両側面32,33の全範囲に接してある。中間層30は、耐磨環3の外周面34及びリング溝411を覆わない。中間層30の厚さは平均して1mm以下であり、より好ましくは中間層30の厚さの最大値が1mm以下である。中間層30はアルミニウム合金及び添加剤を含む。上記アルミニウム合金は、例えばAC3A（JIS H 5202に規定されるもの。以下同じ）である。添加剤は、ナトリウムNaを含む。中間層30におけるNaの質量の割合は9ppm以上、1％以下である。なお、添加剤は、Na以外の物質を含んでもよい。 There is an intermediate layer 30 between the ring 3 and the piston head 4. The mid layer 30 is in contact with the entire range of the inner circumferential surface 31 of the grinding ring 3 and the entire range of the axially opposite side surfaces 32, 33. The mid layer 30 does not cover the outer circumferential surface 34 of the ring 3 and the ring groove 411. The thickness of the intermediate layer 30 is, on average, 1 mm or less, and more preferably, the maximum value of the thickness of the intermediate layer 30 is 1 mm or less. The intermediate layer 30 contains an aluminum alloy and an additive. The above-mentioned aluminum alloy is, for example, AC3A (the one defined in JIS H 5202; hereinafter the same). The additive comprises sodium Na. The ratio of the mass of Na in the intermediate layer 30 is 9 ppm or more and 1% or less. The additive may contain substances other than Na.

以下、ピストン1の製造方法を説明する。ピストン1の製造工程は、耐磨環部材形成工程、アルフィン処理工程、鋳造工程、熱処理工程、及び機械加工工程を含む。耐磨環部材形成工程で、ニレジスト鋳鉄を材料（素材）として耐磨環3の母材（耐磨環部材3A）を形成する。図6に示すように、耐磨環部材3Aの形状は、外周側（外周面34及びリング溝411）を機械加工により形成する前の耐磨環3の形状である。耐磨環部材3Aの外周面34Aは円筒状であり、その外径寸法（耐磨環部材3Aの軸線からの距離）はピストンヘッド4の外径寸法よりも若干大きい。耐磨環部材3Aの内周面31Aの形状は、耐磨環3の内周面31の形状と同じである。耐磨環部材3Aの軸線方向両側面32A,33Aは、耐磨環3の軸線方向両側面32,33よりも若干径方向外側に広がる。 Hereinafter, a method of manufacturing the piston 1 will be described. The manufacturing process of the piston 1 includes a friction ring forming process, an alfin process, a casting process, a heat treatment process, and a machining process. In the abrasion resistant ring member forming step, a base material of the abrasion resistant ring 3 (abrasion resistant ring member 3A) is formed using niresist cast iron as a material (raw material). As shown in FIG. 6, the shape of the friction-resistant ring member 3A is the shape of the friction-resistant ring 3 before the outer peripheral side (the outer peripheral surface 34 and the ring groove 411) is formed by machining. The outer peripheral surface 34A of the ring member 3A has a cylindrical shape, and the outer diameter (the distance from the axis of the ring member 3A) is slightly larger than the outer diameter of the piston head 4. The shape of the inner circumferential surface 31 A of the friction ring member 3 A is the same as the shape of the inner circumferential surface 31 of the friction ring 3. The axially opposite side surfaces 32A, 33A of the ring member 3A extend slightly radially outward from the axially opposite side surfaces 32, 33 of the ring 3 respectively.

アルフィン処理工程で、まず混合材料を準備する。混合材料はアルミニウム合金AC3A及び添加剤（Na）を含む。混合材料中におけるNaの質量の割合は9ppm以上、1％以下である。この混合材料により耐磨環部材3Aの表面をアルフィン処理する。すなわち、溶融している状態の混合材料に耐磨環部材3Aを浸漬し、上記混合材料により耐磨環部材3Aの表面を覆う。これにより、図6に示すように、AC3Aとニレジスト鋳鉄との間に分子的結合を生じ、AC3Aとニレジスト鋳鉄との化合物を含む合金膜30Aが上記表面に形成される。この膜30AはNaを含む。以下、膜30Aが形成された耐磨環部材3Aを部材300という。 In the alfin treatment step, first, mixed materials are prepared. The mixed material comprises aluminum alloy AC3A and an additive (Na). The ratio of the mass of Na in the mixed material is 9 ppm or more and 1% or less. The surface of the ring member 3A is subjected to an alfin treatment with this mixed material. That is, the ring member 3A is dipped in the molten mixed material, and the surface of the ring member 3A is covered with the mixed material. As a result, as shown in FIG. 6, molecular bonding occurs between AC3A and niresist cast iron, and an alloy film 30A containing a compound of AC3A and niresist cast iron is formed on the surface. This film 30A contains Na. Hereinafter, the anti-abrasion ring member 3A on which the film 30A is formed is referred to as a member 300.

鋳造工程で、重力鋳造法により、ピストン本体部2の原型（中間材）を鋳造すると共に、耐磨環部材3Aを上記中間材に鋳込む。図4に示すように、鋳型は、下金型91、上金型92、及び中子93を有する。下金型91は円筒部910を有する。円筒部910は上記中間材の外周の型として機能する。円筒部910の上端には段差部911がある。上金型92は、下金型91（円筒部910）の開口を塞ぎ、上記中間材の冠面部40側の型として機能する。図5に示すように、中子93は砂型（砂中子）であり、上記中間材の内周及び軸線方向他方側の型として機能する。まず、下金型91に中子93を設置する。その後、部材300を下金型91の段差部911に設置する。この状態で、耐磨環部材3Aの軸線は円筒部910の軸線と実質的に一致する。耐磨環部材3Aの軸線方向両側面32A,33Aは実質的に水平に広がり、円筒部910の軸線に対し実質的に直交する。さらに、上金型92を下金型91に設置する。部材300は、下金型91（段差部911）と上金型92との間に挟まれる。こうして型91〜93等により形成された空間94に、湯口90を介して、溶湯、例えば溶融しているアルミニウム合金AC8Aが導かれる。この溶湯が凝固することで、ピストンヘッド4（の原型）の外周側に耐磨環部材3Aが鋳込まれた上記中間材が形成される。上記中間材（ピストンヘッド4の原型）と耐磨環部材3Aとの間の合金膜30Aは、将来の中間層30である。 In the casting step, the original mold (intermediate material) of the piston main body 2 is cast by gravity casting method, and the wear-resistant ring member 3A is cast on the intermediate material. As shown in FIG. 4, the mold has a lower mold 91, an upper mold 92, and a core 93. The lower mold 91 has a cylindrical portion 910. The cylindrical portion 910 functions as a mold of the outer periphery of the intermediate material. At the upper end of the cylindrical portion 910 is a step portion 911. The upper die 92 closes the opening of the lower die 91 (the cylindrical portion 910) and functions as a die on the crown surface 40 side of the intermediate material. As shown in FIG. 5, the core 93 is a sand mold (sand core), and functions as a mold on the other side of the inner circumference and the axial direction of the intermediate material. First, the core 93 is set in the lower mold 91. Thereafter, the member 300 is placed on the step portion 911 of the lower mold 91. In this state, the axis of the friction ring member 3A substantially coincides with the axis of the cylindrical portion 910. The axially opposite side surfaces 32A, 33A of the ring member 3A extend substantially horizontally and are substantially perpendicular to the axis of the cylindrical portion 910. Further, the upper mold 92 is set on the lower mold 91. The member 300 is sandwiched between the lower mold 91 (step portion 911) and the upper mold 92. Thus, a molten metal, for example, a molten aluminum alloy AC8A is introduced to the space 94 formed by the molds 91 to 93 and the like through the sprue 90. By solidifying the molten metal, the above-described intermediate material in which the ring member 3A is casted is formed on the outer peripheral side of (the original mold of) the piston head 4. The alloy film 30A between the above-mentioned intermediate material (prototype of the piston head 4) and the friction-resistant ring member 3A is a future intermediate layer 30.

熱処理工程で、熱処理を行う。これにより、鋳造された上記中間材の性質を改善して適当な強度・硬さに調整する。 Heat treatment is performed in the heat treatment process. Thereby, the properties of the cast intermediate material are improved and adjusted to an appropriate strength and hardness.

機械加工工程で、上記中間材を旋盤等により機械加工する。図7に示すように、ピストンヘッド4を切削加工し、冠面400を形成する。また、ピストンヘッド4やピストンスカート6の外周等、ピストン本体部2の外径を仕上げる。ピストンヘッド4の外周とともに耐磨環部材3Aの一部（外周側）を切削加工し、耐磨環3の原型3Bを形成する。言換えると、原型3Bの外周面34をその一部として含むピストンヘッド4の外周面を仕上げる。また、切削加工によりピストンピン穴51やリング溝411〜413を形成する（原型3Bにリング溝411を形成する）。これにより、図2及び図3に示すようなピストン1（耐磨環3及びピストン本体部2）を完成する。なお、鋳造工程前（アルフィン処理工程後）に耐磨環部材3Aにリング溝411を形成しておいてもよい。 In the machining process, the intermediate material is machined using a lathe or the like. As shown in FIG. 7, the piston head 4 is cut to form a crown surface 400. Further, the outer diameter of the piston main body 2 such as the outer periphery of the piston head 4 and the piston skirt 6 is finished. A part (the outer peripheral side) of the friction-resistant ring member 3A is cut together with the outer periphery of the piston head 4 to form a prototype 3B of the wear-resistant ring 3. In other words, the outer peripheral surface of the piston head 4 including the outer peripheral surface 34 of the prototype 3B as a part thereof is finished. Further, the piston pin holes 51 and the ring grooves 411 to 413 are formed by cutting (the ring groove 411 is formed on the original 3 B). Thus, the piston 1 (anti-abrasion ring 3 and piston body 2) as shown in FIGS. 2 and 3 is completed. In addition, the ring groove 411 may be formed in the wear-resistant ring member 3A before the casting step (after the alfin treatment step).

次に、作用効果を説明する。エンジン100の作動時、ピストン1の冠面400は燃焼室106の内部の燃焼ガスに暴露される。ピストン1は、膨張行程時に燃焼室106で発生した燃焼圧を冠面400に受けることで、シリンダ10の内部を往復移動する。この往復移動がコンロッド105により回転運動に変換され、クランクシャフトに出力される。ここで、ピストン本体部2は、アルミニウム合金AC8Aを含むため、ピストン1の軽量化や放熱性向上等を図ることができる。ピストンリング71〜73及びピストンスカート6はシリンダ10の内壁に対し摺動する。燃焼室106からピストンヘッド4に伝わった熱は、ピストンリング71等を介してシリンダライナ102およびその内部の冷却水に伝わることで放出される。また、上記熱は、ピストン１の内周側（裏側）にオイルが付着し流出することでも放出される。このオイルの付着は、例えばオイルジェット109からのオイルの噴射により行われる。 Next, the function and effect will be described. When the engine 100 is operating, the crown surface 400 of the piston 1 is exposed to the combustion gas inside the combustion chamber 106. The piston 1 reciprocates inside the cylinder 10 by receiving the combustion pressure generated in the combustion chamber 106 during the expansion stroke on the crown surface 400. This reciprocating movement is converted to rotational movement by the connecting rod 105 and output to the crankshaft. Here, since the piston main body portion 2 includes the aluminum alloy AC 8A, the weight reduction of the piston 1, the heat radiation improvement, and the like can be achieved. The piston rings 71 to 73 and the piston skirt 6 slide on the inner wall of the cylinder 10. The heat transferred from the combustion chamber 106 to the piston head 4 is released by being transferred to the cylinder liner 102 and the cooling water therein via the piston ring 71 and the like. The heat is also released when oil adheres to the inner peripheral side (back side) of the piston 1 and flows out. The adhesion of the oil is performed, for example, by the injection of the oil from the oil jet 109.

エンジン100が過給システムを備えることで、燃焼室106の燃焼圧が高い。また、エンジン100の低燃費化や高出力化を図ろうとすると、燃焼室106の温度は高くなる。こうしてピストン100に作用する荷重（筒内荷重）が高くなると、ピストンリング71等にも高い耐摩耗性が要求され、硬度の高いピストンリング71等が使用される。例えばリング溝411の内壁には高硬度のピストンリング71が衝突することになるため、リング溝411の内壁の磨耗や変形のおそれが高くなる。これに対し、リング溝411が耐磨環3に形成されている。ニレジスト鋳鉄から形成された耐磨環3は、アルミニウム合金AC8Aから形成されたピストン本体部2よりも硬度（ロックウェル硬さ、ビッカース硬さ等）が高く、高温時においても耐摩耗性に優れる。よって、リング溝411の内壁の磨耗や変形を抑制し、ピストン1の外周を介したガス漏れやオイル漏れを抑制できる。なお、耐磨環3の材料は、ニレジスト鋳鉄に限らず、ピストン本体部2よりも硬度が高く、耐磨耗性に優れた材料であればよい。本実施形態では、耐磨環3がニレジスト鋳鉄を材料とするため、耐磨環3の線膨張係数がアルミニウム（合金AC8A）に近く、エンジン作動時の熱応力の増大を抑制可能である。 By providing the engine 100 with a supercharging system, the combustion pressure of the combustion chamber 106 is high. In addition, when attempting to achieve low fuel consumption and high output of the engine 100, the temperature of the combustion chamber 106 becomes high. In this way, when the load (in-cylinder load) acting on the piston 100 becomes high, high wear resistance is also required for the piston ring 71 etc., and the piston ring 71 etc. with high hardness is used. For example, since the piston ring 71 having high hardness collides with the inner wall of the ring groove 411, the possibility of wear and deformation of the inner wall of the ring groove 411 increases. On the other hand, the ring groove 411 is formed in the wear resistant ring 3. The hard ring 3 formed of Ni-resist cast iron has higher hardness (Rockwell hardness, Vickers hardness, etc.) than the piston main body 2 formed of aluminum alloy AC 8A, and is excellent in wear resistance even at high temperatures. Therefore, wear and deformation of the inner wall of the ring groove 411 can be suppressed, and gas leak and oil leak via the outer periphery of the piston 1 can be suppressed. The material of the ring 3 is not limited to Niresist cast iron, and may be a material having hardness higher than that of the piston main body 2 and excellent in abrasion resistance. In the present embodiment, since the wear ring 3 is made of niresist cast iron, the linear expansion coefficient of the wear ring 3 is close to that of aluminum (alloy AC8A), and an increase in thermal stress during engine operation can be suppressed.

ピストン1の鋳造工程の前処理として、アルミニウム合金AC3Aを含む混合材料に耐磨環部材3Aを浸漬する（アルフィン処理）。これにより、合金膜30Aが形成される。よって、鋳造工程において、ピストン本体部2の材料であるアルミニウム合金AC8Aとの間の耐磨環部材3A（部材300）の濡れ性が改善される。膜30Aがない場合に比べ、耐磨環部材3A（膜30A）に接触するアルミニウム合金AC8Aの溶湯の表面張力が低下する。上記溶湯と耐磨環部材3A（部材300）との接着性が向上するため、耐磨環部材3Aがピストン本体部2の内部に、より強固に鋳包まれる。 As a pretreatment for the casting process of the piston 1, the wear-resistant ring member 3A is immersed in the mixed material containing the aluminum alloy AC 3A (alfin treatment). Thereby, the alloy film 30A is formed. Therefore, in the casting process, the wettability of the wear-resistant ring member 3A (member 300) with the aluminum alloy AC 8A which is the material of the piston main body 2 is improved. The surface tension of the molten metal of the aluminum alloy AC8A in contact with the friction-resistant ring member 3A (film 30A) is reduced as compared with the case where the film 30A is not provided. In order to improve the adhesion between the molten metal and the ring member 3A (member 300), the ring member 3A is cast more firmly inside the piston main body 2.

ピストン本体部2はアルミニウム合金AC8Aを含む。すなわち、ピストン本体部2が合金膜30A（中間層30）と同じくアルミニウムを主成分としている。これにより、ピストン本体部2（の溶湯）と膜30Aとの接着性がより向上するため、ピストン本体部2と耐磨環部材3Aとの間でより良好な接合を得ることができる。 The piston main body 2 includes an aluminum alloy AC8A. That is, the piston main body 2 is mainly composed of aluminum as in the alloy film 30A (intermediate layer 30). As a result, the adhesion between (the molten metal) of the piston main body 2 and the film 30A is further improved, so that a better joint can be obtained between the piston main body 2 and the friction ring member 3A.

なお、合金膜30A（中間層30）は、アルミニウムを含んでいればよく、例えばシリコンSiを含まなくてもよい（純アルミニウムでもよい）。本実施形態では、膜30A（中間層30）はアルミニウム合金AC3Aを材料としており、シリコンSiを含む。このように、アルフィン処理用金属であるアルミニウムがSiを含有していることで、アルフィン処理用金属（混合材料）の融点が低くなる。よって、ピストン本体部2と耐磨環部材3Aとの間でより良好な接合を得ることができる。すなわち、アルフィン処理用金属の融点が高いと、ピストン本体部2の鋳造工程において、膜30Aが部分的に固まった粥状になり、ピストン本体部2（の溶湯）と結合しにくい。これに対し、アルフィン処理用金属の融点を低くすることで、鋳造工程において仮に部材300の温度が低下しても、膜30Aが流動性の高い（溶融した）状態を維持し、上記粥状になりにくい。よって、ピストン本体部2（の溶湯）と膜30Aとの接着性がより向上するため、ピストン本体部2と耐磨環部材3Aとの間で更に良好な接合を得ることができる。 The alloy film 30A (intermediate layer 30) may contain aluminum, and may not contain silicon Si (may be pure aluminum). In the present embodiment, the film 30A (intermediate layer 30) is made of the aluminum alloy AC3A and contains silicon Si. Thus, the melting point of the metal for alfin treatment (mixed material) is lowered by the fact that aluminum, which is the metal for alfin treatment, contains Si. Therefore, a better joint can be obtained between the piston main body 2 and the friction ring member 3A. That is, when the melting point of the metal for alfin treatment is high, the film 30A is partially solidified in a bowl shape in the casting process of the piston main body 2, and is difficult to be bonded to (the molten metal of) the piston main body 2. On the other hand, by lowering the melting point of the metal for alfin treatment, the film 30A maintains a high fluidity (melted) state even if the temperature of the member 300 is lowered temporarily in the casting step, so that the above-mentioned bowl-like shape is obtained. It is hard to be. As a result, the adhesion between the piston body 2 (the molten metal thereof) and the film 30A is further improved, so that a better joint can be obtained between the piston body 2 and the friction ring member 3A.

合金膜30A（中間層30）の厚さは1mm以下である。よって、ピストン本体部2と耐磨環部材3Aとの間の接合強度を向上することができる。例えば、部材300を金型91に設置するため、これを道具（ハサミ等）で掴むと、膜30Aにおける上記掴んだ箇所に跡が付いてしまい、この箇所で接合性が低下するおそれがある。膜30A（中間層30）の厚さが1mm以下であれば、このような不都合を顕著に抑制できる。このことを、本発明者は見出した。 The thickness of the alloy film 30A (intermediate layer 30) is 1 mm or less. Thus, the bonding strength between the piston main body 2 and the friction ring member 3A can be improved. For example, if the member 300 is held by a tool (scissors or the like) to install the member 300 in the mold 91, a mark is attached to the gripped portion of the membrane 30A, and the bondability may be reduced at this portion. If the thickness of the film 30A (intermediate layer 30) is 1 mm or less, such a disadvantage can be remarkably suppressed. The inventor found this.

合金膜30A（中間層30）は、アルフィン処理用金属への添加剤として、ナトリウムNaを含む。Naは、アルミニウム合金AC3Aの濡れ性すなわち膜30Aの濡れ性を向上させる機能を有する。よって、鋳造工程において、ピストン本体部2の材料であるアルミニウム合金AC8Aとの間の耐磨環部材3A（部材300）の濡れ性がより改善される。膜30AがNaを含まない場合に比べ、アルミニウム合金AC8Aの溶湯に接触する膜30Aの表面張力が低下する。上記溶湯と耐磨環部材3A（部材300）との接着性が向上するため、耐磨環部材3Aがピストン本体部2の内部に、より強固に鋳包まれる。 The alloy film 30A (intermediate layer 30) contains sodium Na as an additive to the metal for alfin treatment. Na has a function of improving the wettability of the aluminum alloy AC3A, that is, the wettability of the film 30A. Therefore, the wettability of the wear-resistant ring member 3A (member 300) with the aluminum alloy AC 8A which is the material of the piston main body 2 is further improved in the casting process. The surface tension of the film 30A in contact with the molten metal of the aluminum alloy AC 8A is reduced compared to the case where the film 30A does not contain Na. In order to improve the adhesion between the molten metal and the ring member 3A (member 300), the ring member 3A is cast more firmly inside the piston main body 2.

図8は、アルフィン処理工程において耐磨環部材3Aを覆うアルフィン処理用金属AC3AにNaを添加した例（Naの質量割合は9ppm〜12ppm）と、AC3AにNaを添加しなかった例のそれぞれについて、耐磨環3とピストン本体部2との接合不良の出現率（機械加工後における浸透探傷試験において欠陥が認められた個体数の発生割合）を示す。Naを添加しなかった例では接合不良の出現率が25％であるのに対し、Naを添加した例では上記出現率が2％程度であった。 FIG. 8 shows an example in which Na is added to the metal AC3A for treating alfin that covers the abrasion-resistant ring member 3A in the step of alfin treatment (the mass ratio of Na is 9 ppm to 12 ppm) and an example in which Na is not added to AC3A. The appearance ratio of the bonding failure between the ring 3 and the piston main body 2 (the generation ratio of the number of individuals in which a defect is found in the penetration flaw test after machining) is shown. While the appearance rate of poor bonding was 25% in the example where Na was not added, the appearance rate was about 2% in the example where Na was added.

また、図10及び図11は、耐磨環部材3A（部材300）の試験片14に、ピストン本体部2の材料であるアルミニウム合金AC8Aの溶湯13を注いだ実験結果を示す。図10の試験片14は、Naを添加しないアルフィン処理用金属AC3Aにより覆われたものである。図11の試験片14は、Naを添加したAC3A（Naの質量割合は28ppm）により覆われたものである。図9に示すように、上記試験片14を所定の角度で傾けた状態で台座12に設置し、これに上方からAC8Aの溶湯13を注いだ。溶湯13は矢印11で示される方向に流れながら凝固した。図10の例に比べ、図11の例は、試験片14における溶湯13の接合面積が60％程度大きい。以上のように、耐磨環部材3Aの合金膜30A（中間層30）がNaを含むことで、ピストン本体部2の溶湯と耐磨環部材3A（部材300）との密着性が改善し、耐磨環3の接合不良の発生を抑制することができる。 10 and 11 show the results of an experiment in which the molten metal 13 of the aluminum alloy AC8A, which is the material of the piston main body 2, was poured onto the test piece 14 of the friction-resistant ring member 3A (member 300). The test piece 14 of FIG. 10 is covered with the metal AC3A for alfin processing which does not add Na. The test piece 14 of FIG. 11 is covered with AC3A (the mass ratio of Na is 28 ppm) to which Na is added. As shown in FIG. 9, the test piece 14 was set on a pedestal 12 in a state of being inclined at a predetermined angle, and the molten metal 13 of AC 8A was poured from above onto this. The molten metal 13 solidified while flowing in the direction indicated by the arrow 11. Compared with the example of FIG. 10, in the example of FIG. 11, the bonding area of the molten metal 13 in the test piece 14 is about 60% larger. As described above, when the alloy film 30A (intermediate layer 30) of the wear-resistant ring member 3A contains Na, the adhesion between the molten metal of the piston main body 2 and the wear-resistant ring member 3A (member 300) is improved. It is possible to suppress the occurrence of the bonding failure of the ring 3.

なお、合金膜30Aの濡れ性を向上させるため、膜30AにNaを添加するのではなく、膜30Aの表面にフラックスを塗布することも考えられる。しかし、重力鋳造法で用いられる金型91等の表面には断熱性のある塗型剤がコーティングされるのが通常である。このため、金型91等に設置された耐磨環部材3Aを覆う膜30A（アルフィン処理用金属であるAC3A）は、溶融した高温状態を維持する。よって、膜30Aの表面にフラックスを塗布しようとしても、フラックスは高温により蒸発してしまい、塗布は困難である。これに対し、本実施形態では、膜30Aの表面にフラックスを塗布するのではなく、膜30Aの材料中に添加剤（Na）を含む。よって、鋳造工程において、金型91等に設置された耐磨環部材3A（部材300）が高温状態であっても、膜30Aの濡れ性を向上させることができる。なお、ピストン1の鋳造方法は、重力鋳造法にかぎらず、低圧鋳造法等でもよい。また、鋳型の具体的な構成は本実施形態のものに限られない。 In order to improve the wettability of the alloy film 30A, it is also conceivable to apply a flux to the surface of the film 30A instead of adding Na to the film 30A. However, the surface of the mold 91 or the like used in the gravity casting method is usually coated with a heat insulating coating. Therefore, the film 30A (AC3A, which is a metal for alfin treatment) covering the friction-resistant ring member 3A installed in the mold 91 or the like maintains a molten high-temperature state. Therefore, even if it is going to apply a flux to the surface of film 30A, a flux will evaporate by high temperature, and application is difficult. On the other hand, in the present embodiment, an additive (Na) is included in the material of the film 30A, instead of applying the flux to the surface of the film 30A. Therefore, in the casting process, the wettability of the film 30A can be improved even if the friction-resistant ring member 3A (member 300) placed in the mold 91 or the like is in a high temperature state. In addition, the casting method of piston 1 may be not only a gravity casting method but a low pressure casting method etc. Also, the specific configuration of the mold is not limited to that of the present embodiment.

なお、合金膜30A（中間層30）の添加剤は、膜30Aの材料であるアルミニウム（合金）の界面活性元素、すなわち上記アルミニウム（合金）の溶湯の表面張力を低下させる元素であればよく、Naに限られない。具体的には、Naの他に、ビスマスBi、バリウムBa、リチウムLi、鉛Pb、タリウムTl、ストロンチウムSr、及びアンチモンSbが、上記のような元素として機能しうる。これらのうち少なくとも1つを膜30A（中間層30）の材料に添加することで、膜30Aの濡れ性を向上させることができる。本実施形態では、添加剤はNaを含む。Naは、上記元素のうち、アルミニウム溶湯の表面張力を低下させる効果が高い。よって、より少量の添加剤により、充分な濡れ性を容易に得ることができる。 The additive for the alloy film 30A (intermediate layer 30) may be any surface active element of aluminum (alloy) that is the material of the film 30A, that is, an element that reduces the surface tension of the molten metal of aluminum (alloy), It is not limited to Na. Specifically, in addition to Na, bismuth Bi, barium Ba, lithium Li, lead Pb, thallium Tl, strontium Sr, and antimony Sb can function as the above elements. By adding at least one of these to the material of the film 30A (intermediate layer 30), the wettability of the film 30A can be improved. In the present embodiment, the additive comprises Na. Among the above elements, Na is highly effective in reducing the surface tension of the aluminum melt. Therefore, sufficient wettability can be easily obtained by a smaller amount of additives.

添加剤であるNaの中間層30（合金膜30A）における質量の割合は9ppm以上である。Naの割合の下限を上記のように設定することで、アルミニウム（合金AC3A）の濡れ性すなわち膜30Aの濡れ性を充分に改善し、ピストン本体部2の材料（AC8A）との間の耐磨環部材3A（部材300）の濡れ性を充分に向上しうる。このことを本発明者は見出した。 The ratio of the mass in the intermediate layer 30 (alloy film 30A) of Na as the additive is 9 ppm or more. By setting the lower limit of the proportion of Na as described above, the wettability of aluminum (alloy AC3A), that is, the wettability of the film 30A is sufficiently improved, and abrasion resistance with the material of the piston main body 2 (AC8A) is improved. The wettability of the ring member 3A (member 300) can be sufficiently improved. The inventor found this.

添加剤であるNaの中間層（合金膜30A）における質量の割合は1％以下である。Naの割合の上限を上記のように設定することで、中間層30の組織が化学的に変化して脆化する事態を抑制できる。このことを本発明者は見出した。これにより、ピストン本体部2と耐磨環3との接合性の低下を抑制することができる。 The proportion of mass in the intermediate layer (alloy film 30A) of Na as the additive is 1% or less. By setting the upper limit of the ratio of Na as described above, it is possible to suppress a situation in which the structure of the intermediate layer 30 chemically changes and becomes brittle. The inventor found this. Thereby, the fall of the joint nature of piston main-body part 2 and abrasion-proof ring 3 can be controlled.

［第2実施形態］
まず、構成を説明する。以下、第1実施形態と共通する部材や構造については第1実施形態と同じ符号を付して、説明を省略する。鋳造工程で、マグネシウム合金の溶湯を、（耐磨環部材3Aが配置された）鋳型に流し込む。これによりピストン本体部2の中間材を鋳造する。よって、ピストン本体部2は、マグネシウム合金を含む。アルフィン処理工程における混合材料は、純アルミニウム、及び添加剤としてのナトリウムNaを含む。よって、中間層30は、純アルミニウム及び添加剤（Na）を含む。他の構成及び製造工程は第1実施形態と同じである。 Second Embodiment
First, the configuration will be described. Hereinafter, members and structures common to the first embodiment are assigned the same reference numerals as in the first embodiment, and the description will be omitted. In the casting process, a molten magnesium alloy is poured into a mold (with the wear-resistant ring member 3A disposed). Thereby, the intermediate material of the piston main body 2 is cast. Thus, the piston body 2 includes a magnesium alloy. The mixed material in the alfin treatment step contains pure aluminum and sodium Na as an additive. Thus, the intermediate layer 30 contains pure aluminum and an additive (Na). Other configurations and manufacturing steps are the same as in the first embodiment.

次に、作用効果を説明する。ピストン本体部2はマグネシウム合金を含むため、ピストン1の軽量化等を図ることができる。ニレジスト鋳鉄から形成された耐磨環3は、マグネシウム合金から形成されたピストン本体部2よりも硬度が高い。よって、リング溝711の内壁の磨耗や変形を抑制できる。鋳造工程では、アルフィン処理により形成された合金膜30Aにより、耐磨環部材3Aに接触するマグネシウム合金の溶湯の表面張力が低下し、上記溶湯と耐磨環部材3A（部材300）との接着性が向上する。膜30A（中間層30）は純アルミニウムを材料としており、シリコンSiを含まない。よって、ピストン本体部2のマグネシウムにSiが混ざることで起こりうるピストン本体部2の組織の脆化（材料強度の低下）を抑制できる。鋳造工程では、膜30AへのNaの添加により、マグネシウム合金の溶湯に接触する膜30Aの表面張力が低下し、上記溶湯と耐磨環部材3A（部材300）との接着性が向上する。他の作用効果は第1実施形態と同じである。 Next, the function and effect will be described. Since the piston body 2 contains a magnesium alloy, the weight reduction of the piston 1 can be achieved. Anti-abrasion ring 3 formed of Ni-resist cast iron has higher hardness than piston main body 2 formed of magnesium alloy. Therefore, wear and deformation of the inner wall of the ring groove 711 can be suppressed. In the casting step, the surface tension of the molten metal of the magnesium alloy in contact with the friction-resistant ring member 3A is lowered by the alloy film 30A formed by the alfin treatment, and the adhesion between the molten metal and the friction-resistant ring member 3A (member 300) Improve. The film 30A (intermediate layer 30) is made of pure aluminum and does not contain silicon Si. Therefore, embrittlement (reduction in material strength) of the structure of the piston main body 2 which may occur when Si is mixed with magnesium of the piston main body 2 can be suppressed. In the casting step, the addition of Na to the film 30A lowers the surface tension of the film 30A in contact with the magnesium alloy melt, and improves the adhesion between the melt and the ring member 3A (member 300). The other effects and advantages are the same as in the first embodiment.

［他の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明したが、本発明の具体的な構成は、実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、エンジンの形式は任意である。エンジンは、4ストロークエンジンに限らず2ストロークエンジンであってもよい。火花点火機関（ガソリン機関）に限らず、圧縮点火機関（ディーゼルエンジン）であってもよい。燃料の供給方式は、シリンダ（燃焼室）内に直接噴射する筒内直噴式でもよいし、吸気ポートに噴射するポート噴射式でもよい。車両に限らず船舶等に搭載されるエンジンであってもよい。燃焼時の筒内荷重が高く、耐磨環を有するピストンであれば、本発明の中間層を適用可能である。ピストン（ピストン本体部）の形状は任意である。例えば、ピストンヘッドの内部であって耐磨環の内周側に、冷却媒体が流通するための環状通路があってもよい。この場合、環状通路の外周壁として耐磨環の一部を用いてもよい。この場合のように、ピストンヘッドと耐磨環との間において、耐磨環の表面の一部にのみ本発明の中間層があってもよい。 [Other embodiments]
As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated based on drawing, the specific structure of this invention is not limited to embodiment, Design change of the range which does not deviate from the summary of invention etc. The present invention is included in the present invention. For example, the type of engine is arbitrary. The engine is not limited to a four-stroke engine but may be a two-stroke engine. Not limited to spark ignition engines (gasoline engines), compression ignition engines (diesel engines) may be used. The fuel supply system may be a cylinder direct injection system in which fuel is directly injected into a cylinder (combustion chamber) or a port injection system in which fuel is injected into an intake port. It may be an engine mounted not only on a vehicle but also on a ship or the like. The intermediate layer of the present invention is applicable to a piston having a high in-cylinder load at the time of combustion and having a bearing ring. The shape of the piston (piston main body) is arbitrary. For example, there may be an annular passage for circulating the cooling medium, which is inside the piston head and on the inner circumferential side of the bearing ring. In this case, a part of the bearing ring may be used as the outer peripheral wall of the annular passage. As in this case, between the piston head and the bearing ring, the intermediate layer of the present invention may be present only on part of the surface of the bearing ring.

［実施形態から把握しうる技術的思想］
以上説明した実施形態から把握しうる技術的思想（または技術的解決策。以下同じ。）について、以下に記載する。
(1) 本技術的思想の内燃機関のピストンは、その1つの態様において、アルミニウム合金又はマグネシウム合金を含み、ピストンヘッド及び前記ピストンヘッドと一体のスカート部を有するピストン本体部と、前記ピストン本体部よりも硬度が高く、ピストンリング溝がある耐磨環であって、前記ピストンヘッドに固定された耐磨環と、前記ピストンヘッドと前記耐磨環との間にあり、アルミニウム及び前記アルミニウムの濡れ性を向上させる添加剤を含む中間層とを有する。
(2) より好ましい態様では、前記態様において、前記添加剤は、ナトリウム、ビスマス、バリウム、リチウム、鉛、タリウム、ストロンチウム、及びアンチモンの少なくとも1つを含む。
(3) 別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記添加剤はナトリウムを含む。
(4) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記添加剤であるナトリウムの前記中間層における質量の割合は9ppm以上である。
(5) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記添加剤であるナトリウムの前記中間層における質量の割合は1％以下である。
(6) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記中間層の厚さは1mm以下である。
(7) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記ピストン本体部はアルミニウム合金を含む。
(8) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記中間層はシリコンを含む。
(9) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記ピストン本体部はマグネシウム合金を含む。
(10) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記中間層はシリコンを含まない。
(11) また、本技術的思想の内燃機関のピストンの製造方法は、その1つの態様において、前記ピストンは、ピストンヘッド及び前記ピストンヘッドと一体のスカート部を有するピストン本体部と、前記ピストンヘッドに鋳込まれた耐磨環とを備え、前記ピストン本体部よりも硬度が高い材料により前記耐磨環の母材を形成する工程と、アルミニウム及び前記アルミニウムの濡れ性を向上させる添加剤を含み溶融している状態の混合材料により前記耐磨環の母材の表面を覆う工程と、表面が前記混合材料により覆われた前記耐磨環の母材を前記ピストン本体部の鋳造型に配置する工程と、溶融している状態のアルミニウム合金又はマグネシウム合金を、前記耐磨環の母材が配置された前記鋳造型に流し込む工程と、前記耐磨環の母材にピストンリング溝を形成する工程とを含む。
(12) より好ましい態様では、前記態様において、前記添加剤は、ナトリウム、ビスマス、バリウム、リチウム、鉛、タリウム、ストロンチウム、及びアンチモンの少なくとも1つを含む。
(13) 別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記添加剤はナトリウムを含む。
(14) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記添加剤であるナトリウムの前記混合材料中における質量の割合は9ppm以上である。
(15) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記添加剤であるナトリウムの前記混合材料中における質量の割合は1％以下である。
(16) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記ピストンヘッドと前記耐磨環との間に前記混合材料により形成される層の厚さは1mm以下である。
(17) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記ピストン本体部を前記アルミニウム合金により形成する。
(18) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記混合材料はシリコンを含む。
(19) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記ピストン本体部を前記マグネシウム合金により形成する。
(20) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、前記混合材料はシリコンを含まない。 [Technical thought that can be understood from the embodiment]
Technical ideas (or technical solutions, hereinafter the same) which can be grasped from the embodiments described above will be described below.
(1) In one aspect, a piston of an internal combustion engine of the present technical concept includes an aluminum alloy or a magnesium alloy, and has a piston head and a skirt portion integral with the piston head; A bearing ring having a higher hardness and a piston ring groove, the bearing ring fixed to the piston head, and between the piston head and the bearing ring, aluminum and the aluminum being wetted And an intermediate layer containing an additive that improves the properties.
(2) In a more preferred aspect, in the above aspect, the additive contains at least one of sodium, bismuth, barium, lithium, lead, thallium, strontium and antimony.
(3) In another preferred embodiment, in any of the above embodiments, the additive comprises sodium.
(4) In still another preferred embodiment, in any of the above-mentioned embodiments, the ratio of the mass of sodium as the additive in the intermediate layer is 9 ppm or more.
(5) In still another preferred embodiment, in any of the above-mentioned embodiments, the ratio of the mass of sodium as the additive in the intermediate layer is 1% or less.
(6) In still another preferred aspect, in any of the above aspects, the thickness of the intermediate layer is 1 mm or less.
(7) In still another preferred aspect, in any of the above aspects, the piston main body includes an aluminum alloy.
(8) In still another preferred aspect, in any of the above aspects, the intermediate layer contains silicon.
(9) In still another preferred aspect, in any of the above aspects, the piston main body includes a magnesium alloy.
(10) In still another preferred aspect, in any of the above aspects, the intermediate layer does not contain silicon.
(11) In one aspect of the method for manufacturing a piston of an internal combustion engine according to the present technical concept, the piston includes a piston head and a piston main body having a skirt integral with the piston head; Forming an abrasive ring base material of a material having a hardness higher than that of the piston main body, and aluminum and an additive for improving the wettability of the aluminum. Covering the surface of the base material of the bearing ring with the mixed material in a molten state, and disposing the base material of the bearing ring, the surface of which is covered with the mixed material, in a casting die of the piston main body A process of pouring aluminum alloy or magnesium alloy in a molten state into the casting mold in which the base material of the bearing ring is disposed; And forming a grayed groove.
(12) In a more preferred aspect, in the above aspect, the additive contains at least one of sodium, bismuth, barium, lithium, lead, thallium, strontium and antimony.
(13) In another preferred embodiment, in any of the above embodiments, the additive comprises sodium.
(14) In still another preferred embodiment, in any of the above-mentioned embodiments, the ratio of the mass of sodium as the additive in the mixed material is 9 ppm or more.
(15) In still another preferred embodiment, in any of the above-mentioned embodiments, the ratio of the mass of sodium as the additive in the mixed material is 1% or less.
(16) In still another preferred aspect, in any of the above aspects, the thickness of the layer formed of the mixed material between the piston head and the friction ring is 1 mm or less.
(17) In still another preferred aspect, in any of the above aspects, the piston main body is formed of the aluminum alloy.
(18) In yet another preferred embodiment, in any of the above embodiments, the mixed material comprises silicon.
(19) In still another preferred aspect, in any of the above aspects, the piston main body is formed of the magnesium alloy.
(20) In still another preferred embodiment, in any of the above embodiments, the mixed material does not contain silicon.

１ピストン
２ピストン本体部
３耐磨環
３０中間層
４１１ピストンリング溝
６ピストンスカート（スカート部）
１００エンジン（内燃機関） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 piston 2 piston main-body part 3 polishing ring 30 middle layer 411 piston ring groove 6 piston skirt (skirt part)
100 engine (internal combustion engine)

Claims

内燃機関のピストンであって、
アルミニウム合金又はマグネシウム合金を含み、ピストンヘッド及び前記ピストンヘッドと一体のスカート部を有するピストン本体部と、
前記ピストン本体部よりも硬度が高く、ピストンリング溝がある耐磨環であって、前記ピストンヘッドに固定された耐磨環と、
前記ピストンヘッドと前記耐磨環との間にあり、アルミニウム及び前記アルミニウムの濡れ性を向上させる添加剤を含む中間層とを有する、
内燃機関のピストン。 A piston of an internal combustion engine,
A piston body including an aluminum alloy or a magnesium alloy and having a piston head and a skirt integral with the piston head;
A bearing ring having a hardness higher than that of the piston body and having a piston ring groove, the bearing ring fixed to the piston head;
An intermediate layer between the piston head and the bearing ring and containing aluminum and an additive for improving the wettability of the aluminum,
Internal combustion engine piston.

請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記添加剤は、ナトリウム、ビスマス、バリウム、リチウム、鉛、タリウム、ストロンチウム、及びアンチモンの少なくとも１つを含む、内燃機関のピストン。 In a piston of an internal combustion engine according to claim 1,
The piston of an internal combustion engine, wherein the additive comprises at least one of sodium, bismuth, barium, lithium, lead, thallium, strontium and antimony.

請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記添加剤はナトリウムを含む、内燃機関のピストン。 In a piston of an internal combustion engine according to claim 2,
The additive includes sodium, The piston of an internal combustion engine.

請求項３に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記添加剤であるナトリウムの前記中間層における質量の割合は９ｐｐｍ以上である、内燃機関のピストン。 In a piston of an internal combustion engine according to claim 3,
The piston of an internal combustion engine, wherein the proportion by mass of the additive sodium in the intermediate layer is 9 ppm or more.

請求項３に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記添加剤であるナトリウムの前記中間層における質量の割合は１％以下である、内燃機関のピストン。 In a piston of an internal combustion engine according to claim 3,
The piston of an internal combustion engine, wherein the proportion of the additive sodium in the intermediate layer is 1% or less.

請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記中間層の厚さは１ｍｍ以下である、内燃機関のピストン。 In a piston of an internal combustion engine according to claim 1,
The piston of an internal combustion engine, wherein the thickness of the intermediate layer is 1 mm or less.

請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記ピストン本体部はアルミニウム合金を含む、内燃機関のピストン。 In a piston of an internal combustion engine according to claim 1,
The piston of an internal combustion engine, wherein the piston body includes an aluminum alloy.

請求項７に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記中間層はシリコンを含む、内燃機関のピストン。 In a piston of an internal combustion engine according to claim 7,
The piston of an internal combustion engine, wherein the intermediate layer comprises silicon.

請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記ピストン本体部はマグネシウム合金を含む、内燃機関のピストン。 In a piston of an internal combustion engine according to claim 1,
The piston of an internal combustion engine, wherein the piston body includes a magnesium alloy.

請求項９に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記中間層はシリコンを含まない、内燃機関のピストン。 In a piston of an internal combustion engine according to claim 9,
The piston of an internal combustion engine, wherein the intermediate layer does not contain silicon.

内燃機関のピストンの製造方法であって、
前記ピストンは、ピストンヘッド及び前記ピストンヘッドと一体のスカート部を有するピストン本体部と、前記ピストンヘッドに鋳込まれた耐磨環とを備え、
前記ピストン本体部よりも硬度が高い材料により前記耐磨環の母材を形成する工程と、
アルミニウム及び前記アルミニウムの濡れ性を向上させる添加剤を含み溶融している状態の混合材料により前記耐磨環の母材の表面を覆う工程と、
表面が前記混合材料により覆われた前記耐磨環の母材を前記ピストン本体部の鋳造型に配置する工程と、
溶融している状態のアルミニウム合金又はマグネシウム合金を、前記耐磨環の母材が配置された前記鋳造型に流し込む工程と、
前記耐磨環の母材にピストンリング溝を形成する工程とを含む、
内燃機関のピストンの製造方法。 A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine, comprising:
The piston includes a piston body and a piston main body having a skirt integral with the piston head, and an abrasive ring cast in the piston head.
Forming the base material of the bearing ring of a material having a hardness higher than that of the piston main body;
Covering the surface of the base material of the bearing ring with a mixed material in a molten state, containing aluminum and an additive for improving the wettability of the aluminum;
Placing the base material of the bearing ring, the surface of which is covered by the mixed material, in a casting die of the piston body;
Flowing the molten aluminum alloy or magnesium alloy into the casting mold on which the base material of the bearing ring is disposed;
Forming a piston ring groove in the base material of the bearing ring;
Method of manufacturing a piston of an internal combustion engine.

請求項１１に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記添加剤は、ナトリウム、ビスマス、バリウム、リチウム、鉛、タリウム、ストロンチウム、及びアンチモンの少なくとも1つを含む、内燃機関のピストンの製造方法。 A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 11.
The method of manufacturing a piston of an internal combustion engine, wherein the additive includes at least one of sodium, bismuth, barium, lithium, lead, thallium, strontium and antimony.

請求項１２に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記添加剤はナトリウムを含む、内燃機関のピストンの製造方法。 A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 12.
A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine, wherein the additive comprises sodium.

請求項１３に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記添加剤であるナトリウムの前記混合材料中における質量の割合は９ｐｐｍ以上である、内燃機関のピストンの製造方法。 A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 13.
The manufacturing method of the piston of an internal combustion engine whose ratio of the mass in the said mixed material of the sodium which is the said additive is 9 ppm or more.

請求項１３に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記添加剤であるナトリウムの前記混合材料中における質量の割合は１％以下である、内燃機関のピストンの製造方法。 A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 13.
The manufacturing method of the piston of an internal combustion engine whose ratio of the mass in the said mixed material of the sodium which is the said additive is 1% or less.

請求項１１に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記ピストンヘッドと前記耐磨環との間に前記混合材料により形成される層の厚さは１ｍｍ以下である、内燃機関のピストンの製造方法。 A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 11.
A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine, wherein a thickness of a layer formed by the mixed material between the piston head and the friction ring is 1 mm or less.

請求項１１に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記ピストン本体部を前記アルミニウム合金により形成する、内燃機関のピストンの製造方法。 A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 11.
The manufacturing method of the piston of an internal combustion engine which forms the said piston main-body part by the said aluminum alloy.

請求項１７に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記混合材料はシリコンを含む、内燃機関のピストンの製造方法。 A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 17.
A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine, wherein the mixed material comprises silicon.

請求項１１に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記ピストン本体部を前記マグネシウム合金により形成する、内燃機関のピストンの製造方法。 A method of manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 11.
The manufacturing method of the piston of an internal combustion engine which forms the said piston main-body part by the said magnesium alloy.

請求項１９に記載の内燃機関のピストンの製造方法において、
前記混合材料はシリコンを含まない、内燃機関のピストンの製造方法。 In the method of manufacturing a piston of an internal combustion engine according to claim 19,
The method of manufacturing a piston of an internal combustion engine, wherein the mixed material does not contain silicon.