JPH0337024B2 - - Google Patents
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- JPH0337024B2 JPH0337024B2 JP57219890A JP21989082A JPH0337024B2 JP H0337024 B2 JPH0337024 B2 JP H0337024B2 JP 57219890 A JP57219890 A JP 57219890A JP 21989082 A JP21989082 A JP 21989082A JP H0337024 B2 JPH0337024 B2 JP H0337024B2
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- thermal shock
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- 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
- F02B23/0603—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 at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B23/0675—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 the combustion space being substantially spherical, hemispherical, ellipsoid or parabolic
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- F02B23/0636—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 the combustion space having a substantially flat and horizontal bottom
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- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- 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
-
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は内燃機関用ピストンに関する。
従来、内燃機関用ピストン材料には、アルミニ
ウム合金が広く使用されている。これはアルミニ
ウム合金が軽量かつ熱伝導性に優れ、また軽合金
の中では耐熱性に優れているなど、ピストン材料
として適した性質を有しているためである。
ウム合金が広く使用されている。これはアルミニ
ウム合金が軽量かつ熱伝導性に優れ、また軽合金
の中では耐熱性に優れているなど、ピストン材料
として適した性質を有しているためである。
アルミニウム合金製ピストンは、金型鋳造法、
溶湯鍛造法熱間鍛造法などによつて製造される
が、一般的には、安価な金型鋳造法にり製造され
るものが多い。
溶湯鍛造法熱間鍛造法などによつて製造される
が、一般的には、安価な金型鋳造法にり製造され
るものが多い。
溶湯鍛造法、熱間鍛造法はコストが高いため、
金型鋳造品では耐久性を満足できない高負荷機関
用に限つて採用される。
金型鋳造品では耐久性を満足できない高負荷機関
用に限つて採用される。
しかし、最近では、機関の高出力化、ターボチ
ヤージヤーの搭載、あるいは直接噴射式機関の採
用など、ピストンとりわけピストンヘツド部の熱
負荷が増大する傾向にあり、ピストンヘツド部の
熱亀裂・溶損といつた不具合を発生しやすい傾向
にある。このため、高価ではあるが、溶湯鍛造法
や熱間鍛造法の採用傾向が強まつている。
ヤージヤーの搭載、あるいは直接噴射式機関の採
用など、ピストンとりわけピストンヘツド部の熱
負荷が増大する傾向にあり、ピストンヘツド部の
熱亀裂・溶損といつた不具合を発生しやすい傾向
にある。このため、高価ではあるが、溶湯鍛造法
や熱間鍛造法の採用傾向が強まつている。
ピストンにおいて、耐久性の点から特に重要な
のは、燃焼室のエツジ部で、この部分が主にホツ
トスポツトとなつて、高い熱応力を発生し熱亀裂
に結び付く不具合が多い。
のは、燃焼室のエツジ部で、この部分が主にホツ
トスポツトとなつて、高い熱応力を発生し熱亀裂
に結び付く不具合が多い。
前述のような過酷な使用条件で使用されるピス
トンでは、エツジ部以外の部位の耐久性は、金型
鋳造品で問題ないにもかかわらず、エツジ部だけ
の耐久性不足から、高価な溶湯鍛造法や熱間鍛造
法を採用せざるを得ない場合がある。
トンでは、エツジ部以外の部位の耐久性は、金型
鋳造品で問題ないにもかかわらず、エツジ部だけ
の耐久性不足から、高価な溶湯鍛造法や熱間鍛造
法を採用せざるを得ない場合がある。
このための対策として、エツジ部だけに、耐熱
衝撃・耐熱疲労性に優れた、例えば黄銅、ステン
レス鋼などの材料を、金型鋳造された本体に鋳ぐ
るんだり、接合したものが提案されているが、重
量増加、信頼性不足、高コストなどの点で、実用
性に劣る欠点がある。
衝撃・耐熱疲労性に優れた、例えば黄銅、ステン
レス鋼などの材料を、金型鋳造された本体に鋳ぐ
るんだり、接合したものが提案されているが、重
量増加、信頼性不足、高コストなどの点で、実用
性に劣る欠点がある。
本発明は、ピストンの製造法として、高価な溶
湯鍛造法や熱間鍛造法によらず、通常の金型鋳造
法で製造され、低コストかつ信頼性に優れ、ピス
トンヘツド部などの特に要求される部分のみに対
し、部分的に耐熱衝撃・耐熱疲労性を強化したピ
ストンの提供を目的とする。
湯鍛造法や熱間鍛造法によらず、通常の金型鋳造
法で製造され、低コストかつ信頼性に優れ、ピス
トンヘツド部などの特に要求される部分のみに対
し、部分的に耐熱衝撃・耐熱疲労性を強化したピ
ストンの提供を目的とする。
このような目的は、金型鋳造にて製造したアル
ミニウム合金ピストンにおいて、ピストンヘツド
部のホツトスポツト部やエツジ部を、電子ビー
ム、レーザ、プラズマ、TIGアーク等の高密度エ
ネルギー加熱源を用いて、部分的に急速再溶融・
急冷して組織を微細化させ、耐熱衝撃・耐熱疲労
性を向上させたことを特徴とする内燃機関用ピス
トンによつて達成される。
ミニウム合金ピストンにおいて、ピストンヘツド
部のホツトスポツト部やエツジ部を、電子ビー
ム、レーザ、プラズマ、TIGアーク等の高密度エ
ネルギー加熱源を用いて、部分的に急速再溶融・
急冷して組織を微細化させ、耐熱衝撃・耐熱疲労
性を向上させたことを特徴とする内燃機関用ピス
トンによつて達成される。
本発明に用いるアルミニウム合金は、
JISAC8A、AC8B、AC8Cなど、ピストン用とし
て用いられるものであれば、いずれの合金でもよ
い。
JISAC8A、AC8B、AC8Cなど、ピストン用とし
て用いられるものであれば、いずれの合金でもよ
い。
次に部分的に急速再溶融・急冷する対象となる
ホツトスポツト部について説明する。この例を第
１図ないし第３図に示す。
ホツトスポツト部について説明する。この例を第
１図ないし第３図に示す。
第１図及び第２図は、直接噴射デイーゼル機関
用ピストンであつて、ピストン本体１は金型鋳造
されたアルミニウム合金製であり、ホツトスポツ
ト部２は、図中クロス斜線を付した部位でピスト
ンにおいて、耐熱衝撃・耐熱疲労性が特に要求さ
れる部位である。第３図は通常のデイーゼル機関
用ピストンのピストンヘツド部であり、やはりク
ロス斜線部位２がホツトスポツトとなる。
用ピストンであつて、ピストン本体１は金型鋳造
されたアルミニウム合金製であり、ホツトスポツ
ト部２は、図中クロス斜線を付した部位でピスト
ンにおいて、耐熱衝撃・耐熱疲労性が特に要求さ
れる部位である。第３図は通常のデイーゼル機関
用ピストンのピストンヘツド部であり、やはりク
ロス斜線部位２がホツトスポツトとなる。
次に組織を微細化するための方法について説明
する。組織微細化のためには、前述のホツトスポ
ツト部（主にエツジ部）を、周辺への熱伝導を極
力少なくすべく、加熱エネルギーを局部的に集中
し、高速度で再溶融させて、その周辺部の温度が
上昇する前に加熱を停止することによつて、再溶
融部はその後周辺部によつて急速に熱を奪われ、
急冷（いわゆる自己冷却）される必要がある。
する。組織微細化のためには、前述のホツトスポ
ツト部（主にエツジ部）を、周辺への熱伝導を極
力少なくすべく、加熱エネルギーを局部的に集中
し、高速度で再溶融させて、その周辺部の温度が
上昇する前に加熱を停止することによつて、再溶
融部はその後周辺部によつて急速に熱を奪われ、
急冷（いわゆる自己冷却）される必要がある。
従つて、加熱源としては、局部的に高速度で加
熱できるものが必要であり、電子ビーム、レー
ザ、プラズマ、TIGアークなどの高密度エネルギ
ー加熱源が適している。
熱できるものが必要であり、電子ビーム、レー
ザ、プラズマ、TIGアークなどの高密度エネルギ
ー加熱源が適している。
以下添付図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
する。
実施例 １
JISAC8A合金を溶解し、金型鋳造法により
φ120mm×50mmのアルミニウム合金を作成し、た。
これをφ100mm×５mmの円板状に機械加工し、そ
の中心部を交流TIG電源を用いて、40Aにて中心
部周囲を一周させるTIGアーク法によつて、再溶
融・急冷処理を行つた。
φ120mm×50mmのアルミニウム合金を作成し、た。
これをφ100mm×５mmの円板状に機械加工し、そ
の中心部を交流TIG電源を用いて、40Aにて中心
部周囲を一周させるTIGアーク法によつて、再溶
融・急冷処理を行つた。
ついで、これをT7熱処理後機械加工して、第
４図に示すような熱衝撃試験片に加工した。
４図に示すような熱衝撃試験片に加工した。
再溶融・急冷処理により、中心部のφ20mmの範
囲は、第５図に示すような微細化した組織を得
た。比較のために、金型鋳造後従来のT7熱処理
した材料、及び、溶湯鍛造材の組織を第６図、第
７図に示す。組織の微細化度は金型鋳造材＜溶湯
鍛造材＜「金型鍛造＋TIGアーク再溶融・急冷材」
の順であつた。
囲は、第５図に示すような微細化した組織を得
た。比較のために、金型鋳造後従来のT7熱処理
した材料、及び、溶湯鍛造材の組織を第６図、第
７図に示す。組織の微細化度は金型鋳造材＜溶湯
鍛造材＜「金型鍛造＋TIGアーク再溶融・急冷材」
の順であつた。
次に、上記の試験法を用いて、加熱（プロパン
−酸素バーナ）−（加熱温度；350℃、加熱スピー
ド；11.5゜／sec）と冷却（水冷、水温18℃）のサ
イクルの繰り返しによる熱衝撃性試験を行つた。
−酸素バーナ）−（加熱温度；350℃、加熱スピー
ド；11.5゜／sec）と冷却（水冷、水温18℃）のサ
イクルの繰り返しによる熱衝撃性試験を行つた。
この試験により、中心部の穴より亀裂が発生
し、拡大する。この試験結果を第８図に示す。
し、拡大する。この試験結果を第８図に示す。
亀裂が発生するまでの熱衝撃回数は、金型鋳造
材＜溶湯鍛造材＜「金型鋳造＋TIGアーク再溶
融・急冷材」の順であり、前述の顕微鏡組織の微
細化度に対応した結果が得られた。
材＜溶湯鍛造材＜「金型鋳造＋TIGアーク再溶
融・急冷材」の順であり、前述の顕微鏡組織の微
細化度に対応した結果が得られた。
実施例 ２
JISAC8A合金により、φ105mm、噴口部径φ38
mmの直接噴射デイーゼル機関用ピストンを金型鋳
造法により鋳造した。
mmの直接噴射デイーゼル機関用ピストンを金型鋳
造法により鋳造した。
このピストンの噴口部上部を、交流TIG電源を
用い、平均電流40AとしたTIGアーク法により、
最表面の局部再溶融・急冷処理を実施した。
用い、平均電流40AとしたTIGアーク法により、
最表面の局部再溶融・急冷処理を実施した。
この処理後T7熱処理を行い、機械加工により
外径φ100mm、噴口部径φ40mmのピストンを作成し
た。このピストンでは、噴口部は径でφ53mmま
で、噴口部内は奥行きで上部より15mmの深さま
で、実施例１の第５図のような組織微細化部が得
られた。
外径φ100mm、噴口部径φ40mmのピストンを作成し
た。このピストンでは、噴口部は径でφ53mmま
で、噴口部内は奥行きで上部より15mmの深さま
で、実施例１の第５図のような組織微細化部が得
られた。
このピストンを2.2の直接噴射式デイーゼル
機関に装着し、「4800rpm×全負荷×20分」と
「アイドリング×10分」のサイクルの繰り返しに
よる耐久試験に供した。
機関に装着し、「4800rpm×全負荷×20分」と
「アイドリング×10分」のサイクルの繰り返しに
よる耐久試験に供した。
この試験の結果、前述の再溶融・急冷処理した
ピストンは、500時間までピストンに何らトラブ
ルは発生しなかつた。
ピストンは、500時間までピストンに何らトラブ
ルは発生しなかつた。
一方、再溶融・急冷処理を実施例しない金型鋳
造ピストンは、同一の耐久試験条件で試験して、
300〜400時間で噴口部のホツトスポツト部に、熱
亀裂が多数観察された。
造ピストンは、同一の耐久試験条件で試験して、
300〜400時間で噴口部のホツトスポツト部に、熱
亀裂が多数観察された。
以上から明らかなように、本発明にかかるピス
トンは、高価な溶湯鍛造法や熱間鍛造法によるこ
となく、それらと同等以上の耐熱衝撃・耐熱疲労
性を有し、他材質の鋳ぐるみや接合により製造し
たピストンよりも、はるかに軽量で信頼性が高
く、コスト的にも有利であるという利点がある。
トンは、高価な溶湯鍛造法や熱間鍛造法によるこ
となく、それらと同等以上の耐熱衝撃・耐熱疲労
性を有し、他材質の鋳ぐるみや接合により製造し
たピストンよりも、はるかに軽量で信頼性が高
く、コスト的にも有利であるという利点がある。
第１図及び第２図は直接噴射デイーゼル機関用
ピストンの断面図、第３図は通常のデイーゼル機
関用ピストンの断面図、第４図は熱衝撃試験片を
示す図、第５図は本発明にかかるAC8A合金の
「合金鋳造＋再溶融・急冷材」の顕微鏡組織、第
６図はAC8A合金金型鋳造材の顕微鏡組織、第７
図は溶湯鍛造材の顕微鏡組織、第８図は熱衝撃試
験結果を示す図である。 １……ピストン本体、２……ホツトスポツト
部。
ピストンの断面図、第３図は通常のデイーゼル機
関用ピストンの断面図、第４図は熱衝撃試験片を
示す図、第５図は本発明にかかるAC8A合金の
「合金鋳造＋再溶融・急冷材」の顕微鏡組織、第
６図はAC8A合金金型鋳造材の顕微鏡組織、第７
図は溶湯鍛造材の顕微鏡組織、第８図は熱衝撃試
験結果を示す図である。 １……ピストン本体、２……ホツトスポツト
部。
Claims (1)
- １ 金型鋳造にて製造したアルミニウム合金ピス
トンにおいて、ピストンヘツド部のホツトスポツ
ト部やエツジ部を、部分的に急速再溶融・急冷し
て組織を微細化させ、耐熱衝撃・耐熱疲労性を向
上させたことを特徴とする内燃機関用ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57219890A JPS59108849A (ja) | 1982-12-14 | 1982-12-14 | 内燃機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57219890A JPS59108849A (ja) | 1982-12-14 | 1982-12-14 | 内燃機関用ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59108849A JPS59108849A (ja) | 1984-06-23 |
| JPH0337024B2 true JPH0337024B2 (ja) | 1991-06-04 |
Family
ID=16742646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57219890A Granted JPS59108849A (ja) | 1982-12-14 | 1982-12-14 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59108849A (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0663567B2 (ja) * | 1985-03-19 | 1994-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | アルミニウムピストン |
| JPH08951B2 (ja) * | 1985-04-22 | 1996-01-10 | マツダ株式会社 | アルミニウム合金部材の製造方法 |
| JPS6335760A (ja) * | 1986-07-29 | 1988-02-16 | Kobe Steel Ltd | 耐摩耗性および耐熱性の優れたアルミニウム材料の製造法 |
| JPS63255550A (ja) * | 1987-04-14 | 1988-10-21 | Hino Motors Ltd | エンジンのピストン |
| JP2701376B2 (ja) * | 1988-10-24 | 1998-01-21 | いすゞ自動車株式会社 | アルミ・ピストン及びその製造方法 |
| BR9204730A (pt) * | 1992-12-23 | 1994-06-28 | Metal Leve Sa | Embolo com inserto de reforço |
| DE4340267B4 (de) * | 1993-11-26 | 2007-08-02 | Mahle Gmbh | Leichtmetall-Kolben mit einer Verbrennungsmulde |
| DE10029810A1 (de) * | 2000-06-16 | 2001-12-20 | Mahle Gmbh | Kolben für Dieselmotoren |
| DE102005034905A1 (de) * | 2005-07-26 | 2007-02-01 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor |
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-
1982
- 1982-12-14 JP JP57219890A patent/JPS59108849A/ja active Granted
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