JPH051622A - 内燃機関用Ａｌ合金製ピストンおよびその製造方法 - Google Patents
内燃機関用Ａｌ合金製ピストンおよびその製造方法Info
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- JPH051622A JPH051622A JP3008507A JP850791A JPH051622A JP H051622 A JPH051622 A JP H051622A JP 3008507 A JP3008507 A JP 3008507A JP 850791 A JP850791 A JP 850791A JP H051622 A JPH051622 A JP H051622A
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- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract
(57)【要約】
［目的］ 内燃機関用Ａｌ合金製ピストンにおいて、運
転中に高温熱衝撃を受ける耐熱領域の強度を向上させ
る。 ［構成］ 耐熱領域２を、純Ａｌを用いた局所溶融合金
化処理の適用下で形成することにより、耐熱領域２の合
金元素量を主領域３の合金元素量よりも少なくする。
転中に高温熱衝撃を受ける耐熱領域の強度を向上させ
る。 ［構成］ 耐熱領域２を、純Ａｌを用いた局所溶融合金
化処理の適用下で形成することにより、耐熱領域２の合
金元素量を主領域３の合金元素量よりも少なくする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関用Ａｌ合金製ピ
ストン、特に、内燃機関の運転中に高温熱衝撃を受ける
耐熱領域と、その耐熱領域に連なる主領域とを備えたピ
ストンおよびその製造方法に関する。
ストン、特に、内燃機関の運転中に高温熱衝撃を受ける
耐熱領域と、その耐熱領域に連なる主領域とを備えたピ
ストンおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、直接噴射式ディーゼル機関に用
いられるＡｌ合金製ピストンにおいて、その頂部燃焼室
の開口周縁領域は、機関運転中に３００〜５００℃程度
の高温下で繰返し加熱、即ち高温熱衝撃を受ける耐熱領
域である。
いられるＡｌ合金製ピストンにおいて、その頂部燃焼室
の開口周縁領域は、機関運転中に３００〜５００℃程度
の高温下で繰返し加熱、即ち高温熱衝撃を受ける耐熱領
域である。
【０００３】この耐熱領域における亀裂発生を防止する
ため、従来より種々の構成を有する耐熱領域を備えたピ
ストンが開発されており、例えば、アルフィン法を適用
することによって、ニレジスト等よりなる強化材を鋳ぐ
るんで耐熱領域を形成したもの、耐熱領域の形状を高温
熱衝撃を受けにくい形状にしたもの等が公知である。
ため、従来より種々の構成を有する耐熱領域を備えたピ
ストンが開発されており、例えば、アルフィン法を適用
することによって、ニレジスト等よりなる強化材を鋳ぐ
るんで耐熱領域を形成したもの、耐熱領域の形状を高温
熱衝撃を受けにくい形状にしたもの等が公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ア
ルフィン法によると、次のような問題がある。 通
常、強化材の比重が大きいことに起因してピストンの重
量が増し、それに伴い機関性能の低下を招く、 ピス
トン本体と強化材との接合強度が低く、その接合強度は
ピストン本体の強度の１０分の１程度である、 強化
材の合金元素としては、Ｎｉ等の資源的にも少なく、ま
た高価なものが用いられているので、強化材を用いるこ
とは、省資源化および低コスト化の観点より好ましくな
い、 所定の形状を有する強化材を得るための成形性
が悪く、また鋳造後において、強化材を鋳ぐるんだ部分
の機械加工性も悪いため量産性に欠ける。
ルフィン法によると、次のような問題がある。 通
常、強化材の比重が大きいことに起因してピストンの重
量が増し、それに伴い機関性能の低下を招く、 ピス
トン本体と強化材との接合強度が低く、その接合強度は
ピストン本体の強度の１０分の１程度である、 強化
材の合金元素としては、Ｎｉ等の資源的にも少なく、ま
た高価なものが用いられているので、強化材を用いるこ
とは、省資源化および低コスト化の観点より好ましくな
い、 所定の形状を有する強化材を得るための成形性
が悪く、また鋳造後において、強化材を鋳ぐるんだ部分
の機械加工性も悪いため量産性に欠ける。
【０００５】一方、前記のように耐熱領域の形状を変え
ることは、機関性能向上のために必要な頂部燃焼室の設
計上の自由度を狭める、といった問題を生じる。
ることは、機関性能向上のために必要な頂部燃焼室の設
計上の自由度を狭める、といった問題を生じる。
【０００６】本発明は前記従来ピストンの有する各種問
題点を解決することのできる前記ピストンおよびその製
造方法を提供することを目的とする。
題点を解決することのできる前記ピストンおよびその製
造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関の運
転中に高温熱衝撃を受ける耐熱領域と、その耐熱領域に
連なる主領域とを備えたＡｌ合金製ピストンにおいて、
前記耐熱領域は、その合金元素量が前記主領域の合金元
素量よりも少なくなるように、局所溶融合金化処理によ
って純Ａｌを合金化させて形成されていることを特徴と
する。
転中に高温熱衝撃を受ける耐熱領域と、その耐熱領域に
連なる主領域とを備えたＡｌ合金製ピストンにおいて、
前記耐熱領域は、その合金元素量が前記主領域の合金元
素量よりも少なくなるように、局所溶融合金化処理によ
って純Ａｌを合金化させて形成されていることを特徴と
する。
【０００８】本発明は、内燃機関の運転中に高温熱衝撃
を受ける耐熱領域と、その耐熱領域に連なる主領域とを
備えたＡｌ合金製ピストンを製造するに当り、前記主領
域と同一組成を有するピストン用Ａｌ合金製鋳造体の耐
熱領域形成部に純Ａｌよりなる添加材を付設し、次いで
前記耐熱領域形成部に局所溶融合金化処理を施すことに
よって純Ａｌを合金化させ、その後前記耐熱領域形成部
に機械加工を施すことによって前記耐熱領域を形成する
ことを特徴とする。
を受ける耐熱領域と、その耐熱領域に連なる主領域とを
備えたＡｌ合金製ピストンを製造するに当り、前記主領
域と同一組成を有するピストン用Ａｌ合金製鋳造体の耐
熱領域形成部に純Ａｌよりなる添加材を付設し、次いで
前記耐熱領域形成部に局所溶融合金化処理を施すことに
よって純Ａｌを合金化させ、その後前記耐熱領域形成部
に機械加工を施すことによって前記耐熱領域を形成する
ことを特徴とする。
【０００９】
【実施例】図１，図２に示す直接噴射式ディーゼル機関
に用いられるＡｌ合金製ピストンＰ1 において、その頂
部燃焼室１の開口周縁領域は、機関運転中に３００〜５
００℃程度の高温下で繰返し加熱による衝撃、即ち高温
熱衝撃を受ける耐熱領域２である。したがって、ピスト
ンＰ1 は耐熱領域２と、その耐熱領域２に連なる主領域
３とを備えている。図中、４はリング溝である。
に用いられるＡｌ合金製ピストンＰ1 において、その頂
部燃焼室１の開口周縁領域は、機関運転中に３００〜５
００℃程度の高温下で繰返し加熱による衝撃、即ち高温
熱衝撃を受ける耐熱領域２である。したがって、ピスト
ンＰ1 は耐熱領域２と、その耐熱領域２に連なる主領域
３とを備えている。図中、４はリング溝である。
【００１０】主領域３はＪＩＳ ＡＣ８Ａ材より構成さ
れ、また耐熱領域２は、その合金元素量が主領域３、し
たがってＡＣ８Ａ材の合金元素量よりも少なくなるよう
に、局所溶融合金化処理によって純Ａｌを合金化させて
形成されている。
れ、また耐熱領域２は、その合金元素量が主領域３、し
たがってＡＣ８Ａ材の合金元素量よりも少なくなるよう
に、局所溶融合金化処理によって純Ａｌを合金化させて
形成されている。
【００１１】表１は、主領域３と耐熱領域２との組成を
比較したものである。
比較したものである。
【００１２】
【表１】
【００１３】比較のため、ＪＩＳ ＡＣ８Ａのみからな
るピストンＰ2 およびＪＩＳ ＡＣ８Ｂのみからなるピ
ストンＰ3 を製造した。ＪＩＳ ＡＣ８Ｂ材の組成は、
重量％にて、８．５〜１０．５Ｓｉ、２．０〜４．０Ｃ
ｕ、０．５〜１．５Ｍｇ、０．１〜１．０Ｎｉ、残部Ａ
ｌである。
るピストンＰ2 およびＪＩＳ ＡＣ８Ｂのみからなるピ
ストンＰ3 を製造した。ＪＩＳ ＡＣ８Ｂ材の組成は、
重量％にて、８．５〜１０．５Ｓｉ、２．０〜４．０Ｃ
ｕ、０．５〜１．５Ｍｇ、０．１〜１．０Ｎｉ、残部Ａ
ｌである。
【００１４】表２は、本実施例ピストンＰ1 および比較
例ピストンＰ2 ，Ｐ3 における熱衝撃試験結果を示す。
この試験は、次のような方法で行われた。先ず、各ピス
トンＰ1 〜Ｐ3 の頂面をガスバーナにより約３８０℃に
加熱し、次いで各ピストンＰ 1 〜Ｐ3 を約４０℃の冷却
水に浸漬して約７０℃に冷却し、この加熱冷却工程を１
サイクルとして繰返した。１サイクルに要する時間は１
５分間に設定された。そして繰返し回数５０回毎に試験
を約１０分間中断して、各ピストンＰ1 〜Ｐ3 を約４０
℃まで冷却し、その後、染色探傷法により頂部燃焼室１
の開口周縁領域、したがって耐熱領域２における亀裂の
有無を目視にて検査した。
例ピストンＰ2 ，Ｐ3 における熱衝撃試験結果を示す。
この試験は、次のような方法で行われた。先ず、各ピス
トンＰ1 〜Ｐ3 の頂面をガスバーナにより約３８０℃に
加熱し、次いで各ピストンＰ 1 〜Ｐ3 を約４０℃の冷却
水に浸漬して約７０℃に冷却し、この加熱冷却工程を１
サイクルとして繰返した。１サイクルに要する時間は１
５分間に設定された。そして繰返し回数５０回毎に試験
を約１０分間中断して、各ピストンＰ1 〜Ｐ3 を約４０
℃まで冷却し、その後、染色探傷法により頂部燃焼室１
の開口周縁領域、したがって耐熱領域２における亀裂の
有無を目視にて検査した。
【００１５】
【表２】
【００１６】表２から明らかなように、本実施例ピスト
ンＰ1 は比較例ピストンＰ2 ，Ｐ3 に比べて優れた耐高
温熱衝撃性を有する。
ンＰ1 は比較例ピストンＰ2 ，Ｐ3 に比べて優れた耐高
温熱衝撃性を有する。
【００１７】このような特性が得られるのは、次のよう
な理由によるものと思われる。合金元素であるＳｉは、
Ａｌ合金の熱膨脹を抑制する効果を有するもので、Ａｌ
マトリックス中に微細な結晶として分散している。また
Ｃｕ、Ｍｇ、Ｎｉは、Ａｌ合金の強化元素であってＡｌ
マトリックス中に金属間化合物を形成して固溶してい
る。たゞし、Ｃｕ等の有効性は加熱温度３００℃までの
低温域にて顕著である。
な理由によるものと思われる。合金元素であるＳｉは、
Ａｌ合金の熱膨脹を抑制する効果を有するもので、Ａｌ
マトリックス中に微細な結晶として分散している。また
Ｃｕ、Ｍｇ、Ｎｉは、Ａｌ合金の強化元素であってＡｌ
マトリックス中に金属間化合物を形成して固溶してい
る。たゞし、Ｃｕ等の有効性は加熱温度３００℃までの
低温域にて顕著である。
【００１８】このような状況下において、Ａｌ合金が３
００〜５００℃の加熱、それに次ぐ冷却といった冷熱サ
イクル下に保持されると、Ｓｉ結晶とＡｌマトリックス
との熱膨脹量の差異およびＣｕ等の固溶と析出との繰返
しに起因してＡｌ合金には繰返し応力が発生することに
なり、この繰返し応力が３００〜５００℃におけるＡｌ
合金の脆化を招くものと考えられる。
００〜５００℃の加熱、それに次ぐ冷却といった冷熱サ
イクル下に保持されると、Ｓｉ結晶とＡｌマトリックス
との熱膨脹量の差異およびＣｕ等の固溶と析出との繰返
しに起因してＡｌ合金には繰返し応力が発生することに
なり、この繰返し応力が３００〜５００℃におけるＡｌ
合金の脆化を招くものと考えられる。
【００１９】本実施例においては、前記観点より耐熱領
域２の合金元素量を主領域３のそれよりも少なくしたも
ので、これにより前記繰返し応力の僅少化を図って３０
０〜５００℃におけるＡｌ合金の脆化を回避することが
可能となる。
域２の合金元素量を主領域３のそれよりも少なくしたも
ので、これにより前記繰返し応力の僅少化を図って３０
０〜５００℃におけるＡｌ合金の脆化を回避することが
可能となる。
【００２０】またベンチ試験において、本実施例ピスト
ンＰ1 では耐熱領域２に亀裂、欠落等の発生は観察され
なかったが、ＪＩＳ ＡＣ８Ａよりなる比較例ピストン
Ｐ2 では耐熱領域２に亀裂および欠落の発生が認められ
た。
ンＰ1 では耐熱領域２に亀裂、欠落等の発生は観察され
なかったが、ＪＩＳ ＡＣ８Ａよりなる比較例ピストン
Ｐ2 では耐熱領域２に亀裂および欠落の発生が認められ
た。
【００２１】さらに本実施例ピストンＰ1 は、外径１２
０mmのものにおいて、ニレジスト製強化材を鋳ぐるんだ
ものよりも３０ｇ軽く、これにより軽量化を達成し得る
ことが判る。
０mmのものにおいて、ニレジスト製強化材を鋳ぐるんだ
ものよりも３０ｇ軽く、これにより軽量化を達成し得る
ことが判る。
【００２２】その上、両領域２，３間に境界を生じるこ
とはないので、前記従来の鋳ぐるみによる接合強度の問
題は生じない。
とはないので、前記従来の鋳ぐるみによる接合強度の問
題は生じない。
【００２３】次に、本実施例ピストンＰ1 （外径１２０
mm）の製造方法について説明する。 （１） 図３に示すように、ＪＩＳ ＡＣ８Ａ材を用い
てピストン用Ａｌ合金製鋳造体５を鋳造した。この鋳造
体５は頂部燃焼室１およびリング溝４を備えておらず、
これらは後の工程で機械加工により形成される。 （２） 図４に示すように、鋳造体５において、頂部燃
焼室１の開口周縁領域に対応する耐熱領域形成部６に深
さ８mm、幅８mmの環状溝７を機械加工により形成した。 （３） 図５に示すように、純度９９．７％以上の純Ａ
ｌよりなる直径８mmの線状添加材８を、環状溝７に嵌込
んで耐熱領域形成部６に付設した。 （４） 図６に示すように、鋳造体５を電子ビーム加熱
溶融装置に設置し、次いで添加材８と共に耐熱領域形成
部６を深さ約１２mm、幅約１２mmに亘って溶融し、この
局所溶融合金化処理によって耐熱領域形成部６に純Ａｌ
を合金化させた。
mm）の製造方法について説明する。 （１） 図３に示すように、ＪＩＳ ＡＣ８Ａ材を用い
てピストン用Ａｌ合金製鋳造体５を鋳造した。この鋳造
体５は頂部燃焼室１およびリング溝４を備えておらず、
これらは後の工程で機械加工により形成される。 （２） 図４に示すように、鋳造体５において、頂部燃
焼室１の開口周縁領域に対応する耐熱領域形成部６に深
さ８mm、幅８mmの環状溝７を機械加工により形成した。 （３） 図５に示すように、純度９９．７％以上の純Ａ
ｌよりなる直径８mmの線状添加材８を、環状溝７に嵌込
んで耐熱領域形成部６に付設した。 （４） 図６に示すように、鋳造体５を電子ビーム加熱
溶融装置に設置し、次いで添加材８と共に耐熱領域形成
部６を深さ約１２mm、幅約１２mmに亘って溶融し、この
局所溶融合金化処理によって耐熱領域形成部６に純Ａｌ
を合金化させた。
【００２４】前記鋳造体５に熱処理を施した後、切削等
の機械加工を施して耐熱領域２を含む頂部燃焼室１およ
び各リング溝４を形成し、図１，図２に示すピストンＰ
1 を製造した。このピストンＰ1 においては、純Ａｌの
合金化に起因して耐熱領域２の合金元素量が主領域３の
合金元素量よりも、表１に示すように少なくなる。
の機械加工を施して耐熱領域２を含む頂部燃焼室１およ
び各リング溝４を形成し、図１，図２に示すピストンＰ
1 を製造した。このピストンＰ1 においては、純Ａｌの
合金化に起因して耐熱領域２の合金元素量が主領域３の
合金元素量よりも、表１に示すように少なくなる。
【００２５】前記機械加工において、耐熱領域２と主領
域３とはＡｌ材より構成されているので、両領域２，３
間に加工性の差異は殆どなく、したがって加工性は良好
である。
域３とはＡｌ材より構成されているので、両領域２，３
間に加工性の差異は殆どなく、したがって加工性は良好
である。
【００２６】なお、本発明は、ディーゼル機関以外の内
燃機関におけるピストンにも適用することが可能であ
る。
燃機関におけるピストンにも適用することが可能であ
る。
【００２７】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、高強度な
耐熱領域を備え、軽量で、耐熱領域および主領域間が一
体化され、省資源化および低コスト化を達成された、設
計自由度の大きなピストンを提供することができる。
耐熱領域を備え、軽量で、耐熱領域および主領域間が一
体化され、省資源化および低コスト化を達成された、設
計自由度の大きなピストンを提供することができる。
【００２８】請求項２記載の発明によれば、鋳造、局所
溶融合金化処理、機械加工といった比較的単純な各工程
を経て前記ピストンを容易に量産することが可能であ
る。
溶融合金化処理、機械加工といった比較的単純な各工程
を経て前記ピストンを容易に量産することが可能であ
る。
【図１】ピストンの平面図である。
【図２】図１の２−２線で切断したピストンの縦断側面
図である。
図である。
【図３】鋳造後における鋳造体の縦断側面図である。
【図４】環状溝を形成された鋳造体の縦断側面図であ
る。
る。
【図５】環状溝に線状添加材を嵌込んだ鋳造体の縦断側
面図である。
面図である。
【図６】局所溶融合金化処理を施された鋳造体の縦断側
面図である。
面図である。
２ 耐熱領域
３ 主領域
５ 鋳造体
６ 耐熱領域形成部
８ 添加材
Claims (2)
- 【請求項１】 内燃機関の運転中に高温熱衝撃を受ける
耐熱領域（２）と、その耐熱領域（２）に連なる主領域
（３）とを備えたＡｌ合金製ピストンにおいて、前記耐
熱領域（２）は、その合金元素量が前記主領域（３）の
合金元素量よりも少なくなるように、局所溶融合金化処
理によって純Ａｌを合金化させて形成されていることを
特徴とする内燃機関用Ａｌ合金製ピストン。 - 【請求項２】 内燃機関の運転中に高温熱衝撃を受ける
耐熱領域（２）と、その耐熱領域（２）に連なる主領域
（３）とを備えたＡｌ合金製ピストンを製造するに当
り、前記主領域（３）と同一組成を有するピストン用Ａ
ｌ合金製鋳造体（５）の耐熱領域形成部（６）に純Ａｌ
よりなる添加材（８）を付設し、次いで前記耐熱領域形
成部（６）に局所溶融合金化処理を施すことによって純
Ａｌを合金化させ、その後前記耐熱領域形成部（６）に
機械加工を施すことによって前記耐熱領域（２）を形成
することを特徴とする内燃機関用Ａｌ合金製ピストンの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3008507A JPH051622A (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 内燃機関用Ａｌ合金製ピストンおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3008507A JPH051622A (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 内燃機関用Ａｌ合金製ピストンおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH051622A true JPH051622A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=11695040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3008507A Pending JPH051622A (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 内燃機関用Ａｌ合金製ピストンおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH051622A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4963038A (en) * | 1988-09-29 | 1990-10-16 | Nippon Seiko Kabushiki Kaisha | Linear guide apparatus with protector |
| DE10029810A1 (de) * | 2000-06-16 | 2001-12-20 | Mahle Gmbh | Kolben für Dieselmotoren |
| WO2007012373A1 (de) * | 2005-07-26 | 2007-02-01 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor sowie kolben für einen verbrennungsmotor |
| WO2013144072A1 (de) * | 2012-03-28 | 2013-10-03 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur herstellung eines aluminiumkolbens |
-
1991
- 1991-01-28 JP JP3008507A patent/JPH051622A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4963038A (en) * | 1988-09-29 | 1990-10-16 | Nippon Seiko Kabushiki Kaisha | Linear guide apparatus with protector |
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