JPS5851147B2 - エンジンの燃焼室インサ−ト材 - Google Patents
エンジンの燃焼室インサ−ト材Info
- Publication number
- JPS5851147B2 JPS5851147B2 JP6299078A JP6299078A JPS5851147B2 JP S5851147 B2 JPS5851147 B2 JP S5851147B2 JP 6299078 A JP6299078 A JP 6299078A JP 6299078 A JP6299078 A JP 6299078A JP S5851147 B2 JPS5851147 B2 JP S5851147B2
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- JP
- Japan
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- combustion chamber
- insert material
- aluminum alloy
- engine
- alloy
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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
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
-
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はエンジンの燃焼室インサート材に関し、詳し
くは、シリンダ、シリンダヘッドやピストンのエンジン
の燃焼室形成部材をアルミニウム合金製とした場合に、
燃焼室に面する部位に熱伝導率が小さく燃焼室の温度低
下を防ぐと共に熱膨張率がアルミニウム合金と略々同一
でアルミニウム合金と剥離し難いインサート材を鋳ぐる
んで設けるようにしたものである。
くは、シリンダ、シリンダヘッドやピストンのエンジン
の燃焼室形成部材をアルミニウム合金製とした場合に、
燃焼室に面する部位に熱伝導率が小さく燃焼室の温度低
下を防ぐと共に熱膨張率がアルミニウム合金と略々同一
でアルミニウム合金と剥離し難いインサート材を鋳ぐる
んで設けるようにしたものである。
エンジンのシリンダ、シリンダヘッド、およびピストン
の軽量化を図るためにアルミニウム合金製とした場合（
例えば、特開昭５３−３１０１４号公報）、アルミニウ
ム合金は熱伝導率が犬で放熱性が良過ぎ、燃焼室内の温
度低下を招く欠点があった。
の軽量化を図るためにアルミニウム合金製とした場合（
例えば、特開昭５３−３１０１４号公報）、アルミニウ
ム合金は熱伝導率が犬で放熱性が良過ぎ、燃焼室内の温
度低下を招く欠点があった。
該欠点を解消するため、シリンダヘッドの表面やピスト
ンのトップ部にセラミックからなる断熱材を鋳ぐるむこ
とか提案されているが、セラミックとアルミニウム合金
との膨張率に大差があり、かつ、強固に接合し難いこと
から、このセラミックからなるインサート材が剥離脱落
したり、クラックを生じる等の問題がある。
ンのトップ部にセラミックからなる断熱材を鋳ぐるむこ
とか提案されているが、セラミックとアルミニウム合金
との膨張率に大差があり、かつ、強固に接合し難いこと
から、このセラミックからなるインサート材が剥離脱落
したり、クラックを生じる等の問題がある。
この発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、アル
ミニウム合金製の燃焼室形成部材の燃焼室に面する部位
に鋳ぐるむインサート材として、放伝導率がアルミニウ
ム合金よりも極めて小さく、かつ、熱膨張率がアルミニ
ウム合金と略同−であると共に、アルミニウム合金と強
固な結合ができるインサート材を提供し、よって、燃焼
室の温度の保持を図ると共に、インサート材の剥離脱落
を防止せんとするものである。
ミニウム合金製の燃焼室形成部材の燃焼室に面する部位
に鋳ぐるむインサート材として、放伝導率がアルミニウ
ム合金よりも極めて小さく、かつ、熱膨張率がアルミニ
ウム合金と略同−であると共に、アルミニウム合金と強
固な結合ができるインサート材を提供し、よって、燃焼
室の温度の保持を図ると共に、インサート材の剥離脱落
を防止せんとするものである。
詳しくは、上記インサート材は、その成分がＮｉ ８〜
２５％、Ｃｕ３．５〜１０％、Ｃ２，０％以下（０％も
含む）、残部が実質的にＦｅからなり、かつ、その密度
が５．５〜６．８ｆ／ｃｙｙｔとした焼結合金よりなる
ことを特徴とするものである。
２５％、Ｃｕ３．５〜１０％、Ｃ２，０％以下（０％も
含む）、残部が実質的にＦｅからなり、かつ、その密度
が５．５〜６．８ｆ／ｃｙｙｔとした焼結合金よりなる
ことを特徴とするものである。
以下、この発明を図面を参照して詳述する。
１はシリンダ、２はシリンダヘッド、３はピストンであ
り、上記シリンダヘッド２とピストン３とはアルミニウ
ム合金製である。
り、上記シリンダヘッド２とピストン３とはアルミニウ
ム合金製である。
上記アルミニウム合金製であるシリンダヘッド２とピス
トン３との燃焼室４に面する部位、即ち、シリンダヘッ
ド２の内側（ぼみ面とピストン３の上端面（トップ部）
には、夫々インサート材５゜６を燃焼室４に表面を露出
させて、アルミニウム合金で鋳ぐるみ一体として取り付
けている。
トン３との燃焼室４に面する部位、即ち、シリンダヘッ
ド２の内側（ぼみ面とピストン３の上端面（トップ部）
には、夫々インサート材５゜６を燃焼室４に表面を露出
させて、アルミニウム合金で鋳ぐるみ一体として取り付
けている。
尚、シリンダ１がアルミニウム合金製である場合には、
その燃焼室４に面する部位には、インサート材が取り付
けられる。
その燃焼室４に面する部位には、インサート材が取り付
けられる。
上記焼結合金製インサート材５，６は、その化学成分が
、Ｎｉ８〜２５％、Ｃｕ３．５〜１０％、Ｃ２，０％以
下（各重量％）残部が実質的にＦｅからなるように合金
粉末あるいは混合粉末を混合し、潤滑剤（例えば、ステ
アリン酸亜鉛等）を０．５〜１．５％程度添加し、この
混合粉末を圧粉成形し、保護雰囲気ガス中で１１００℃
〜１２５０℃に加熱して焼結を行ったものである。
、Ｎｉ８〜２５％、Ｃｕ３．５〜１０％、Ｃ２，０％以
下（各重量％）残部が実質的にＦｅからなるように合金
粉末あるいは混合粉末を混合し、潤滑剤（例えば、ステ
アリン酸亜鉛等）を０．５〜１．５％程度添加し、この
混合粉末を圧粉成形し、保護雰囲気ガス中で１１００℃
〜１２５０℃に加熱して焼結を行ったものである。
該焼結合金の密度は、使用条件に応じて設定されるが５
．５〜６，８？ ／ｃｙｙｔが好ましい。
．５〜６，８？ ／ｃｙｙｔが好ましい。
尚、この密度は焼結後にコイニングを行って密度を上げ
ることもできる。
ることもできる。
上記化学成分の限定理由は下記に説明する。
まず、鉄系でアルミニウムと同等の熱膨張を有する材料
としては、鉄の組織をオーステナイト状態にすればよい
ことは周知であり、常温でオーステナイト組織を得るに
は特殊元素としてＦｅにＮｉ、Ｃｕ等を単独又は組合せ
て加えなげればならない。
としては、鉄の組織をオーステナイト状態にすればよい
ことは周知であり、常温でオーステナイト組織を得るに
は特殊元素としてＦｅにＮｉ、Ｃｕ等を単独又は組合せ
て加えなげればならない。
尚、切削性向上のために、Ｓを０．３％以下添加するの
が好ましい。
が好ましい。
Ｎｉは上記の如く、焼結後の組織をオーステナイト化す
るために、また熱膨張率を大きくするために必要であり
、Ｎｉ８〜２５％とするのは、運転中にインサート材と
アルミニウム合金との間に剥離を起させないためにはイ
ンサート材５，６の熱膨張係数を１７Ｘ １０ ’
ＣｒＩＬ／’ｃ −ｃｒｎ以上（但し、アルミニウム合
金は２０〜２３Ｘ１０−６ＣｒｒＬ／℃・Ｃ１ｒＬ）と
する必要があり、８％より少ないと熱膨張係数が上記１
７ ｘ １０ ’ ｃｒｒＬ／’ｃ・備以下になり、
また２５％より多いと経済的に不利となるからである。
るために、また熱膨張率を大きくするために必要であり
、Ｎｉ８〜２５％とするのは、運転中にインサート材と
アルミニウム合金との間に剥離を起させないためにはイ
ンサート材５，６の熱膨張係数を１７Ｘ １０ ’
ＣｒＩＬ／’ｃ −ｃｒｎ以上（但し、アルミニウム合
金は２０〜２３Ｘ１０−６ＣｒｒＬ／℃・Ｃ１ｒＬ）と
する必要があり、８％より少ないと熱膨張係数が上記１
７ ｘ １０ ’ ｃｒｒＬ／’ｃ・備以下になり、
また２５％より多いと経済的に不利となるからである。
尚、Ｎｉの最適範囲は８〜１７％である。
ＣｕはＮｉ と同様の効果を有すると共に、さらに硬さ
を上げる事により高温時でのバルブシート部の摩耗を少
なくする効果を有する。
を上げる事により高温時でのバルブシート部の摩耗を少
なくする効果を有する。
Ｃｕを３．５〜１０％とするのは、３．５％より少ない
と上記効果が少な（，１０％より多いと経済的に不利に
なるからであり、最適範囲は４．５〜７．５％である。
と上記効果が少な（，１０％より多いと経済的に不利に
なるからであり、最適範囲は４．５〜７．５％である。
上記ＮｉとＣｕは合わせて１５％以上とする必要があり
、１５％より少ないと、熱膨張係数が１７×１Ｏ−６ｃ
ｒｎ／℃・α以下となり、運転中にインサート材とアル
ミニウム合金が剥離する。
、１５％より少ないと、熱膨張係数が１７×１Ｏ−６ｃ
ｒｎ／℃・α以下となり、運転中にインサート材とアル
ミニウム合金が剥離する。
Ｃは、オーステナイト相に固溶して焼結後のオーステナ
イト組織を強化（硬さを向上）するとともに、一部黒鉛
として析出し、固体潤滑剤としての役目をするもので、
高温時の摩耗に対して効果がある。
イト組織を強化（硬さを向上）するとともに、一部黒鉛
として析出し、固体潤滑剤としての役目をするもので、
高温時の摩耗に対して効果がある。
２．０％以下とするのは、２．０％以上添加すると黒鉛
の析出量が増加して黒鉛の分散度合が高くなり、インサ
ート材の硬さが低下して耐摩耗性がかえって低下するか
らである。
の析出量が増加して黒鉛の分散度合が高くなり、インサ
ート材の硬さが低下して耐摩耗性がかえって低下するか
らである。
最適範囲は０．５〜１．５％である。
但し、使用条件、例えばピストンなどに用いる場合には
耐摩耗性を要しないため必ずしも添加する必要はなく、
除外してもよい。
耐摩耗性を要しないため必ずしも添加する必要はなく、
除外してもよい。
上記化学成分の焼結合金の密度を５．５〜６．８１ ／
ｃｒＡとするのは、５．５ｆ／ｉより低いと硬さが低く
、摩耗し易く、６．１’／−より高いとエンジン性能が
低下する。
ｃｒＡとするのは、５．５ｆ／ｉより低いと硬さが低く
、摩耗し易く、６．１’／−より高いとエンジン性能が
低下する。
上記化学成分は合金粉末で得るのが好ましく、各元素の
粉末を混合する方法に比べ組織をより完全にオーステナ
イト化できるためであり、混合粉末によるものでは熱膨
張係数が下るからである。
粉末を混合する方法に比べ組織をより完全にオーステナ
イト化できるためであり、混合粉末によるものでは熱膨
張係数が下るからである。
上記の如き合金粉末を焼結して形成したインサート材５
，６は、シリンダヘッド２、ピストン３を成形するアル
ミニウム合金で鋳ぐるんで一体とし、その後に、上記シ
リンダヘッド２の内側面及びピストン３０トップ面を加
工して燃焼室４にインサー）材５，６を露出させるよう
に形成している。
，６は、シリンダヘッド２、ピストン３を成形するアル
ミニウム合金で鋳ぐるんで一体とし、その後に、上記シ
リンダヘッド２の内側面及びピストン３０トップ面を加
工して燃焼室４にインサー）材５，６を露出させるよう
に形成している。
但し、鉄系のインサート材とアルミニウム合金とは親和
力が乏しいため、アルミニウム合金で鋳ぐるむ前段階に
、鉄系のインサート材を洗浄してアルミニウム溶液中に
３分〜７分間浸せきするＡｌ−Ｆｉｎ処理を行い一体に
結合しやすくしている。
力が乏しいため、アルミニウム合金で鋳ぐるむ前段階に
、鉄系のインサート材を洗浄してアルミニウム溶液中に
３分〜７分間浸せきするＡｌ−Ｆｉｎ処理を行い一体に
結合しやすくしている。
実施例 ｌ
Ｎｉ２５％、Ｃｕ ３．５％（各重量％）、残部がＦｅ
の合金粉末に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．７％
添加して混合し、５．Ｏｊ／ｃｒｔｔの圧縮圧力で圧粉
成形し、保護雰囲気ガスとしてアンモニア分解ガスを使
用して１１５０℃に３０分間保持し、徐冷して焼結合金
製インサート材を製造した。
の合金粉末に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．７％
添加して混合し、５．Ｏｊ／ｃｒｔｔの圧縮圧力で圧粉
成形し、保護雰囲気ガスとしてアンモニア分解ガスを使
用して１１５０℃に３０分間保持し、徐冷して焼結合金
製インサート材を製造した。
その密度は６．２ｆ／ａＡ、硬さはＨ■１２０〜１５０
、熱膨張係数は１７．５Ｘ１０″ｃｒｒｔ／ Ｔ； −
ｃｒｎ、熱伝導率は０．０２０＝０．０３５ ｃａｌ
７℃・Ｓ −ｃｍであった。
、熱膨張係数は１７．５Ｘ１０″ｃｒｒｔ／ Ｔ； −
ｃｒｎ、熱伝導率は０．０２０＝０．０３５ ｃａｌ
７℃・Ｓ −ｃｍであった。
実施例 ２
Ｎｉ１３％、Ｃｕ ６％、Ｃ１％（各重量％）、残部が
Ｆｅとなるように合金粉末と黒鉛粉末とを混合し、さら
に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．７％添加して混
合し、４ｔ／ｃ４の圧縮圧力で圧粉成形し、保護雰囲気
ガスとしてＨ２ガスを使用して１１５０℃に３０分間保
持し、徐冷して焼結合金製インサート材を製造した。
Ｆｅとなるように合金粉末と黒鉛粉末とを混合し、さら
に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．７％添加して混
合し、４ｔ／ｃ４の圧縮圧力で圧粉成形し、保護雰囲気
ガスとしてＨ２ガスを使用して１１５０℃に３０分間保
持し、徐冷して焼結合金製インサート材を製造した。
その密度は５．９？／ｃｒＬ、硬さはＨＶ１５０〜１７
０１熱膨張係数は２１．４ Ｘ １０ ’ Ｃ１ｒＬ
／℃−ｃｍ、熱伝導率は０．０１２〜０．０２５ ｃａ
ｌ／’Ｃ： ・Ｓ −ｃｔｒｉであった。
０１熱膨張係数は２１．４ Ｘ １０ ’ Ｃ１ｒＬ
／℃−ｃｍ、熱伝導率は０．０１２〜０．０２５ ｃａ
ｌ／’Ｃ： ・Ｓ −ｃｔｒｉであった。
実施例 ３
Ｎｉ ８％、Ｃｕ ７％、Ｃ２，０％（各重量％）、残
部がＦｅとなるように合金粉末と黒鉛粉末とを混合し、
さらに潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．７％添加し
て混合し、５．５ｔ／Ｃｙｙｆの圧縮圧力で圧粉成形し
、保護雰囲気ガスとしてアンモニア分解ガスを使用して
１１２０’Ｃに３０分間保持し、徐冷して焼結合金製イ
ンサート材を製造した。
部がＦｅとなるように合金粉末と黒鉛粉末とを混合し、
さらに潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．７％添加し
て混合し、５．５ｔ／Ｃｙｙｆの圧縮圧力で圧粉成形し
、保護雰囲気ガスとしてアンモニア分解ガスを使用して
１１２０’Ｃに３０分間保持し、徐冷して焼結合金製イ
ンサート材を製造した。
そノ密度ハロ、 ３５ ？／ｃｒｉｔ、 硬サバＨＶ
１３０〜１６０、熱膨張係数は１７．０ ｘ １０−６
ｃｒｒＬ／℃−ｃｘ、熱伝導率は０．０４０−０．０４
５ｃａｌ ／’ｃ −Ｓ −ｃｒｎであった。
１３０〜１６０、熱膨張係数は１７．０ ｘ １０−６
ｃｒｒＬ／℃−ｃｘ、熱伝導率は０．０４０−０．０４
５ｃａｌ ／’ｃ −Ｓ −ｃｒｎであった。
上記実施例２の焼結合金を７６０℃の溶湯中に３分間浸
せきするＡｌ−Ｆｉｎ処理の後、アルミニウム合金で鋳
ぐる゛んで一体としたものが第２図に示す写真である。
せきするＡｌ−Ｆｉｎ処理の後、アルミニウム合金で鋳
ぐる゛んで一体としたものが第２図に示す写真である。
該写真は倍率が１００倍で、下方の白い層が焼結合金、
上方の灰黒のあれた組織の方がＡ１合金である。
上方の灰黒のあれた組織の方がＡ１合金である。
写真からも明らかなように、焼結合金とアルミニウム合
金との接合部分は、焼結合金の表面の気孔にアルミニウ
ム合金が侵入し、強固な機械的結合がなされている。
金との接合部分は、焼結合金の表面の気孔にアルミニウ
ム合金が侵入し、強固な機械的結合がなされている。
上記焼結合金とアルミニウム合金との熱膨張率及び熱伝
導率とを下記の表に示す。
導率とを下記の表に示す。
上記表より明らかなように、本発明の焼結合金は熱膨張
係数がアルミニウム合金と略同−であり、よって、高温
時に、熱膨張係数の差が生ぜず、かつ、上記の如く、焼
結合金としているためアルミニウム合金と機械的結合が
なされるため、焼結合金とアルミニウム合金間にクラッ
クが生ぜず、剥離脱落は生じない。
係数がアルミニウム合金と略同−であり、よって、高温
時に、熱膨張係数の差が生ぜず、かつ、上記の如く、焼
結合金としているためアルミニウム合金と機械的結合が
なされるため、焼結合金とアルミニウム合金間にクラッ
クが生ぜず、剥離脱落は生じない。
また、本発明の焼結合金の熱１
伝導率がアルミニウム合金の−〜−であるた０ ２０
め、燃焼室内の温度の放熱が抑えられ、よって、燃焼効
率が向上でき、燃費も向上できる等の利点を有するもの
である。
率が向上でき、燃費も向上できる等の利点を有するもの
である。
第１図はこの発明の一実施例を示すエンジンの断面図、
第２図はこの発明のインサート材の一実施例を示す１０
０倍顕微鏡写真である。 １・・・・・・シリンダ、２・・・・・・シリンダヘッ
ド、３・・・・・・ピストン、４・・・・・・燃焼室、
５，６・・・・・・インサート材。
第２図はこの発明のインサート材の一実施例を示す１０
０倍顕微鏡写真である。 １・・・・・・シリンダ、２・・・・・・シリンダヘッ
ド、３・・・・・・ピストン、４・・・・・・燃焼室、
５，６・・・・・・インサート材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ シリンダ、シンリダヘッドおよびピストンからなる
燃焼室形成部材のうち少くとも１部材がアルミニウム合
金製であるエンジンにおいて、該アルミニウム合金製部
材の燃焼室に面する部位に鋳ぐるむインサート材であっ
て、その成分がＮｉ８〜２５％、Ｃｕ３．５〜１０％（
各重量％）、残部がＦｅからなり、熱膨張係数が１７Ｘ
１０ ’ｃｒＩＬ／℃・備以上である焼結合金である
ことを特徴とするエンジンの燃焼室インサート材。 ２、特許請求の範囲１記載の焼結合金は密度が５．５〜
６．８ｆ／−であることを特徴とするエンジンの燃焼室
インサート材。 ３ シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンからなる
燃焼室形成部材のうち少くとも１部材がアルミニウム合
金製であるエンジンにおいて、該アルミニウム合金製部
材の燃焼室に面する部位に鋳ぐるむインサート材であっ
て、その成分がＮｉ８〜２５％、Ｃｕ３．５〜１０％、
Ｃ２，０％以下（各重量％）、残部が実質的にＦｅから
なり、熱膨張係数が１７ Ｘ １０ ＝ ｃｒｎ／℃・
α以上である焼結合金であることを特徴とするエンジン
の燃焼室インサート材。 ４ 特許請求の範囲３記載の焼結合金は密度が５．５〜
６．１’／−であることを特徴とするエンジンの燃焼室
インサート材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6299078A JPS5851147B2 (ja) | 1978-05-25 | 1978-05-25 | エンジンの燃焼室インサ−ト材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6299078A JPS5851147B2 (ja) | 1978-05-25 | 1978-05-25 | エンジンの燃焼室インサ−ト材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54153914A JPS54153914A (en) | 1979-12-04 |
| JPS5851147B2 true JPS5851147B2 (ja) | 1983-11-15 |
Family
ID=13216306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6299078A Expired JPS5851147B2 (ja) | 1978-05-25 | 1978-05-25 | エンジンの燃焼室インサ−ト材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5851147B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100482441B1 (ko) * | 2002-05-06 | 2005-04-14 | 현대자동차주식회사 | 피스톤용 다공질 소결재 인서트 조성물 및 이것을 이용한다공질 소결재 인서트의 제조 방법 |
-
1978
- 1978-05-25 JP JP6299078A patent/JPS5851147B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54153914A (en) | 1979-12-04 |
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