JPH01232153A - 内燃機関用ピストン - Google Patents
内燃機関用ピストンInfo
- Publication number
- JPH01232153A JPH01232153A JP5659988A JP5659988A JPH01232153A JP H01232153 A JPH01232153 A JP H01232153A JP 5659988 A JP5659988 A JP 5659988A JP 5659988 A JP5659988 A JP 5659988A JP H01232153 A JPH01232153 A JP H01232153A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- alloy
- intermetallic compound
- internal combustion
- top part
- 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.)
- Granted
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000003353 gold alloy Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021330 Ti3Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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。
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〕
本発明は自動車エンジン等の内燃機関に用いるピストン
に関する。
に関する。
内燃機関用のピストンの材質としては、燃費向上を図る
ため桶量なアルミニウム合金AC8Aが主流になりつつ
ある。
ため桶量なアルミニウム合金AC8Aが主流になりつつ
ある。
しかし、従来のA1合金からなるピストンは第3図に示
すように、ピストンの基部l及び頂部2とも同一材料A
C8Aから作成されていたので、特に高温にさらされる
頂部2の耐熱性及び耐摩耗性が充分でなかった。
すように、ピストンの基部l及び頂部2とも同一材料A
C8Aから作成されていたので、特に高温にさらされる
頂部2の耐熱性及び耐摩耗性が充分でなかった。
そこで、ピストンの耐熱性を高めるために、第4図に示
すように耐熱性に優れた鋳鉄製頂部4を具え、基部lを
AI1合金とした鋳鉄クラウンピストンが開発された。
すように耐熱性に優れた鋳鉄製頂部4を具え、基部lを
AI1合金とした鋳鉄クラウンピストンが開発された。
しかし、鋳鉄製頂部4は重いうえ、熱伝導性が悪いので
高温になり、破損する危険があった。また、Aρ金合金
ピストン頂部にジルコニアやアルミナ等の溶射層を形成
して耐熱性を高めたプラズマ溶射ピストンも提案されて
いるが、溶射層の剥離、脱落、亀裂等が生じゃすく、信
頼性に欠けていた。
高温になり、破損する危険があった。また、Aρ金合金
ピストン頂部にジルコニアやアルミナ等の溶射層を形成
して耐熱性を高めたプラズマ溶射ピストンも提案されて
いるが、溶射層の剥離、脱落、亀裂等が生じゃすく、信
頼性に欠けていた。
尚、第3図のピストンには第4図のピストンにない円柱
状のキャピテイ3が頂部2の中央に形成しであるが、こ
のキャビティ3は直噴型ディーゼルエンジン等のピスト
ンに特有の構造である。
状のキャピテイ3が頂部2の中央に形成しであるが、こ
のキャビティ3は直噴型ディーゼルエンジン等のピスト
ンに特有の構造である。
最近では窒化珪素等のセラミックスからなるピストンも
研究され、熱効率の向上が期待されてぃるが、高価であ
るうえ、割れやすい欠点があり、更に軸部分の潤滑をい
かに解決するか等の問題が残されている。
研究され、熱効率の向上が期待されてぃるが、高価であ
るうえ、割れやすい欠点があり、更に軸部分の潤滑をい
かに解決するか等の問題が残されている。
本発明は上記した様な従来の事情に鑑み、軽量であると
同時に耐熱性及び耐摩耗性に優れ、過酷な条件下でも亀
裂や破損等の発生のない信頼性に富む内燃機関用ピスト
ンを低コストにて提供することを目的とする。
同時に耐熱性及び耐摩耗性に優れ、過酷な条件下でも亀
裂や破損等の発生のない信頼性に富む内燃機関用ピスト
ンを低コストにて提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関用ピスト
ンにおいてば、ピストンの基部がアルミニウム合金から
なシ、基部に接合した頂部がAQ30〜36重量%を含
む金属間化合物Til!系合金からなることを特徴とす
る。
ンにおいてば、ピストンの基部がアルミニウム合金から
なシ、基部に接合した頂部がAQ30〜36重量%を含
む金属間化合物Til!系合金からなることを特徴とす
る。
金属間化合物TiAff系合金は特公昭62−215号
公報に記載されるように、結晶構造がLIoの金属間化
合物Til!を含む合金である。この合金はAff含有
量26〜36重量%の範囲でTiAl相とTi3Aj相
との2相合金となるが、Ap含有量30重量%未満では
Ti 3Al相が多いため脆く、36重量%をこえると
Ti3AJ!相がなくなシ組織が粗大化する。依って、
Affi含有量が26〜36重量%の範囲でTiAR相
がTi31!相より多く組織が微細化し、優れた耐熱性
が得られるものである。更に、延性を向上させるために
Mnを添加することができ、最も好ましい組成としては
Ti60〜70重量%、At!30〜36重景%及びM
n□、am5.0重量%である。
公報に記載されるように、結晶構造がLIoの金属間化
合物Til!を含む合金である。この合金はAff含有
量26〜36重量%の範囲でTiAl相とTi3Aj相
との2相合金となるが、Ap含有量30重量%未満では
Ti 3Al相が多いため脆く、36重量%をこえると
Ti3AJ!相がなくなシ組織が粗大化する。依って、
Affi含有量が26〜36重量%の範囲でTiAR相
がTi31!相より多く組織が微細化し、優れた耐熱性
が得られるものである。更に、延性を向上させるために
Mnを添加することができ、最も好ましい組成としては
Ti60〜70重量%、At!30〜36重景%及びM
n□、am5.0重量%である。
この金属間化合物TiAl系合金の製造は目的組成の合
金粉末を熱間加工により緻密化する方法によるが、精密
鋳造法によっても製造できる。
金粉末を熱間加工により緻密化する方法によるが、精密
鋳造法によっても製造できる。
この金属間化合物TiAffi系合金をA[合金からな
るピストンの基部に接合するためには、従来と同様のプ
ロセスを用いることができる。しかし、好ましい方法と
しては、頂部となる金属間化合物TiAJ!系合金を外
径がピストン基部よシ小さい円板状又は円環状に形成し
、その外周を基部のアルミニウム合金で鋳ぐるみする。
るピストンの基部に接合するためには、従来と同様のプ
ロセスを用いることができる。しかし、好ましい方法と
しては、頂部となる金属間化合物TiAJ!系合金を外
径がピストン基部よシ小さい円板状又は円環状に形成し
、その外周を基部のアルミニウム合金で鋳ぐるみする。
金属間化合物Til’系合金はアルミニウム合金となじ
み性がよいので、上記の鋳ぐるみによる方法で頂部と基
部とを簡単かつ強固に接合することができ、しかもこの
方法によれば少ない切削加工量ですむ利点がある。
み性がよいので、上記の鋳ぐるみによる方法で頂部と基
部とを簡単かつ強固に接合することができ、しかもこの
方法によれば少ない切削加工量ですむ利点がある。
金属間化合物TiA、e系合金はA2合金よりも重いが
鋳鉄等よシもはるかに軽く、しかも耐熱性及び耐摩耗性
がA2合金よりも高く優れている。例えば組成(重量%
)がTi−33AJ!−2Mnの合金の圧縮耐力は、室
温で50 kf/ am2.500Cで55 kg/J
112及び700Cで60kg/am2である。
鋳鉄等よシもはるかに軽く、しかも耐熱性及び耐摩耗性
がA2合金よりも高く優れている。例えば組成(重量%
)がTi−33AJ!−2Mnの合金の圧縮耐力は、室
温で50 kf/ am2.500Cで55 kg/J
112及び700Cで60kg/am2である。
従って、この金属間化合物TiAfl系合金を、特に耐
熱性と耐摩耗性を必要とするピストンの頂部にのみ使用
し、ピストン基部には従来どおり軽量のA2合金を用い
ることによって、軽量化による燃費の向上と同時に過酷
な条件下でも頂部の亀裂や破損がなくなシピストンの信
頼性を高めることができる。また、ピストンの頂部にの
み金属間化合物TiAl系合金を用いることは、切削加
工を削減し、経済性を高めるうえでも有利である。
熱性と耐摩耗性を必要とするピストンの頂部にのみ使用
し、ピストン基部には従来どおり軽量のA2合金を用い
ることによって、軽量化による燃費の向上と同時に過酷
な条件下でも頂部の亀裂や破損がなくなシピストンの信
頼性を高めることができる。また、ピストンの頂部にの
み金属間化合物TiAl系合金を用いることは、切削加
工を削減し、経済性を高めるうえでも有利である。
実施例1
組成がTi −33Aj! −2Mn (重量%)の金
属間化合物Til!系合金の粉末を800Cにて熱間押
出して直径59 amの丸棒を作成し、これを厚さ14
j11に切断した後、直径48龍×厚さ12#IIKの
円板に切削加工した。この円板の外周を800CにてA
e合合金C8Aで鋳ぐるみし、切削加工して、第1図に
示すように円板′のTiAl1系合金製頂部5をAt’
合金AC8Aの基部1につらいちに埋め込んで接合した
ピストンを製造した。
属間化合物Til!系合金の粉末を800Cにて熱間押
出して直径59 amの丸棒を作成し、これを厚さ14
j11に切断した後、直径48龍×厚さ12#IIKの
円板に切削加工した。この円板の外周を800CにてA
e合合金C8Aで鋳ぐるみし、切削加工して、第1図に
示すように円板′のTiAl1系合金製頂部5をAt’
合金AC8Aの基部1につらいちに埋め込んで接合した
ピストンを製造した。
このピストンと従来の全体が鋳造Aff合金AC8Aか
らなるピストンとを夫々ガソリンエンジンに装着し、ノ
ッキング発生の異常燃焼条件下で200時間運転したと
ころ、従来の鋳造Aff合金合金8Aピストンでは頂部
に溶損がみられたが、本発明のピストンでは全く溶損が
みられなかった。
らなるピストンとを夫々ガソリンエンジンに装着し、ノ
ッキング発生の異常燃焼条件下で200時間運転したと
ころ、従来の鋳造Aff合金合金8Aピストンでは頂部
に溶損がみられたが、本発明のピストンでは全く溶損が
みられなかった。
実施例2
実施例1と同様にして組成がTi−Ti−33A12−
2重量%)の金属間化合物Ti1f系合金からなり、中
心に内径14m1+の貫通孔を有する外径481111
X厚さ9jImの円板を作成した。この円板の外周を実
施例1と同様にしてAQ合合金C8Aで鋳ぐるみし、切
削加工することにより、第2図に示すように、Til!
系合金製頂部5をAe合合金C8Aの基部1につらいち
に埋め込んで接合した頂部中央にキャビティ3を有する
直噴型ディーゼルエンジン用ピストンを製造した。
2重量%)の金属間化合物Ti1f系合金からなり、中
心に内径14m1+の貫通孔を有する外径481111
X厚さ9jImの円板を作成した。この円板の外周を実
施例1と同様にしてAQ合合金C8Aで鋳ぐるみし、切
削加工することにより、第2図に示すように、Til!
系合金製頂部5をAe合合金C8Aの基部1につらいち
に埋め込んで接合した頂部中央にキャビティ3を有する
直噴型ディーゼルエンジン用ピストンを製造した。
このピストンと第3図に示す従来の全体が鋳造AR金合
金C8Aからなるピストンとを、誘導加熱と空気吹き付
けのヒートサイクルによる熱疲労テストに供した。ピス
トン頂部、特にキャピテイ3周辺での疲労クラックの数
を螢光探傷法にて計数し、結果を下記に示した。
金C8Aからなるピストンとを、誘導加熱と空気吹き付
けのヒートサイクルによる熱疲労テストに供した。ピス
トン頂部、特にキャピテイ3周辺での疲労クラックの数
を螢光探傷法にて計数し、結果を下記に示した。
サイクル数 本発明例 従来例(AC8A )l×10
3 0 2 sxioa O10 7X103 1 24 10X103 3 47 本発明による金属間化合物TiAP系合金からなる頂部
を有するピストンは、従来のAQ合金製ピストンに比べ
て、耐熱性が飛躍的に優れていることがわかる。
3 0 2 sxioa O10 7X103 1 24 10X103 3 47 本発明による金属間化合物TiAP系合金からなる頂部
を有するピストンは、従来のAQ合金製ピストンに比べ
て、耐熱性が飛躍的に優れていることがわかる。
本発明によれば、軽量でしかも耐熱性及び耐摩耗性に優
れ、高性能であって且つ過酷な条件下でも亀裂や破損等
の発生が少ない信頼性に富んだ内燃機関用ピストンを提
供することができる。
れ、高性能であって且つ過酷な条件下でも亀裂や破損等
の発生が少ない信頼性に富んだ内燃機関用ピストンを提
供することができる。
また、本発明のピストンは従来の製造プロセスを用いて
製造できるので、コスト的にも充分に実用性があり、レ
ーシング用のみならずヘビーデユーティ用として利用価
値が高い。
製造できるので、コスト的にも充分に実用性があり、レ
ーシング用のみならずヘビーデユーティ用として利用価
値が高い。
第1図及び第2図は夫々本発明の内燃機関用ピストンの
具体例を示す断面図であシ、第3図及び第4図は夫々従
来の内燃機関用ピストンの断面図である。 l・・・基部 2・・・頂部 3・・・キャビティ
4・・・鋳鉄製頂部 5・・・TiAe系合金製頂部
特許出願人 住友電気工業株式会社 第1図 第3図
具体例を示す断面図であシ、第3図及び第4図は夫々従
来の内燃機関用ピストンの断面図である。 l・・・基部 2・・・頂部 3・・・キャビティ
4・・・鋳鉄製頂部 5・・・TiAe系合金製頂部
特許出願人 住友電気工業株式会社 第1図 第3図
Claims (2)
- (1)ピストンの基部がアルミニウム合金からなり、基
部に接合した頂部がAl30〜36重量%を含む金属間
化合物TiAl系合金からなることを特徴とする内燃機
関用ピストン。 - (2)頂部の金属間化合物TiAl系合金の外周を基部
のアルミニウム合金で鋳ぐるみして接合した請求項(1
)記載の内燃機関用ピストン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5659988A JP2547815B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 内燃機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5659988A JP2547815B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 内燃機関用ピストン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01232153A true JPH01232153A (ja) | 1989-09-18 |
JP2547815B2 JP2547815B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=13031679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5659988A Expired - Fee Related JP2547815B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2547815B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5518820A (en) * | 1992-06-16 | 1996-05-21 | General Electric Company | Case-hardened titanium aluminide bearing |
JP2014020283A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関のピストン構造 |
-
1988
- 1988-03-10 JP JP5659988A patent/JP2547815B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5518820A (en) * | 1992-06-16 | 1996-05-21 | General Electric Company | Case-hardened titanium aluminide bearing |
JP2014020283A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関のピストン構造 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2547815B2 (ja) | 1996-10-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0211557B1 (en) | Metal-ceramics jointed articles | |
US4538562A (en) | Engine part | |
US4830932A (en) | Heat resistant light alloy articles and method of manufacturing same | |
JPH0250173B2 (ja) | ||
JPH09177604A (ja) | 内燃機関用鋳造金属ピストン | |
FR2531644A1 (fr) | Procede pour relier une piece rapportee en un materiau ceramique et susceptible de s'encastrer dans une piece coulee en materiau metallique leger pour des moteurs a combustion interne | |
JP3145094B2 (ja) | 軽量金属製ピストン | |
GB2284461A (en) | Fibre-reinforced metal pistons | |
JPH0527706B2 (ja) | ||
JPH07293325A (ja) | 内燃機関のピストン | |
JPH01232153A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
JP2525505B2 (ja) | ピストン―シリンダ組立体 | |
JP2920004B2 (ja) | セラミックスと金属の鋳ぐるみ複合体 | |
CA1078274A (en) | Insulated composite piston | |
JPH051622A (ja) | 内燃機関用Al合金製ピストンおよびその製造方法 | |
JPH01172554A (ja) | 溶射材料 | |
JP2613599B2 (ja) | ピストン及びその製造方法 | |
JPH06299276A (ja) | Ti−Al合金製部品 | |
JP2572889B2 (ja) | ディーゼルエンジン用ピストンの製造方法 | |
EP0468722B1 (en) | Ceramic-metal insert composite | |
JPH0372831B2 (ja) | ||
JPH02115555A (ja) | セラミックスー金属の摩擦圧接体およびそれから成るセラミックス鋳ぐるみピストン | |
Aruchamy et al. | Design and couple field analysis of uncoated and coated aluminium metal matrix hybrid composite piston | |
JPS62168954A (ja) | デイ−ゼルエンジンのピストン | |
JPH05321757A (ja) | エンジン部品およびその製造法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |