JP2000179399A - Forged piston for four-cycle engine - Google Patents

Forged piston for four-cycle engine

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JP2000179399A
JP2000179399A JP10355523A JP35552398A JP2000179399A JP 2000179399 A JP2000179399 A JP 2000179399A JP 10355523 A JP10355523 A JP 10355523A JP 35552398 A JP35552398 A JP 35552398A JP 2000179399 A JP2000179399 A JP 2000179399A
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JP
Japan
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piston
head portion
forged
aluminum alloy
skirt
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Withdrawn
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JP10355523A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshikatsu Koike
俊勝 小池
Yutaka Yamagata
裕 山縣
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Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00Manufacturing
    • F02F2200/04Forging of engine parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forged piston for four-cycle engine to increase output and reduce weight, while evading problems such as seizures or scuffing due to increase of surface pressure, and to extend life by improving seizure resistance. SOLUTION: This forged piston for four-cycle engine is equipped with a generally disk-like head portion 2, a skirt portion extending downward from at least both sides with respect to the piston pin axis of the outer peripheral edge of the head portion 2, at least two ring grooves 2d, 2e formed on the side peripheral surface of the head portion 2, and an oil hole that is formed in the bottom of the lowest ring groove 2e interconnecting inside of the piston. The piston 1 is manufactured by closed die forging with aluminum alloy containing at least silicone. Fiber flows f are formed on a skirt portion 3 extending in the sliding direction. Between the fiber flows f on the sliding surface of the skirt portion 3, oil retainer grooves 7a are formed by shot peening.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、4サイクルエンジ
ンに採用される鍛造ピストンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a forged piston used in a four-stroke engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】4サイクルエンジン用ピストンとして、
アルミニュウム合金からなるビレットを金型を用いて鍛
造することによりヘッド部,ピンボス部,スカート部等
を備えたピストン素材を製造し、この後、該ピストン素
材にシリンダ摺動面,ピストンピン孔,リング溝等を機
械加工により形成して製品とする鍛造ピストンが採用さ
れる場合がある。
2. Description of the Related Art As a piston for a four-cycle engine,
A billet made of an aluminum alloy is forged using a mold to produce a piston material having a head portion, a pin boss portion, a skirt portion, and the like. Thereafter, a cylinder sliding surface, a piston pin hole, and a ring are formed on the piston material. In some cases, a forged piston is used as a product by forming a groove or the like by machining.

【0003】上記鍛造ピストンでは、ヘッド部の側周面
に少なくとも2つのリング溝を形成し、上側のリング溝
に圧力リングを嵌装するとともに、最下位のリング溝に
オイルリングを嵌装し、この最下位のオイルリング溝の
底部にピストン内部に連通する複数のオイル孔を形成し
た構造が一般的である。
In the forged piston, at least two ring grooves are formed on the side peripheral surface of the head portion, a pressure ring is fitted in the upper ring groove, and an oil ring is fitted in the lowest ring groove. Generally, a plurality of oil holes communicating with the inside of the piston are formed at the bottom of the lowest oil ring groove.

【0004】また上記ピストンは間歇的な爆発圧力を受
けてシリンダボア内を往復移動するものであり、スカー
ト部とシリンダボアとの摺動面の潤滑性を確保するため
に、該摺動面に潤滑油を供給するようにしている。
The piston reciprocates in the cylinder bore under intermittent explosive pressure. In order to ensure lubrication of the sliding surface between the skirt and the cylinder bore, lubricating oil is applied to the sliding surface. To supply.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記鍛造ピ
ストンでは、従来の鋳造ピストン等と比べて高い強度が
得られるので、爆発圧力を大きくして出力アップを図る
ことがなされ、またスカート部面積を小さくして軽量化
を図ることがなされたりする。
By the way, in the forged piston described above, a higher strength can be obtained as compared with a conventional cast piston or the like, so that the output can be increased by increasing the explosion pressure and the skirt area can be reduced. In some cases, the size is reduced to reduce the weight.

【0006】ところが、上記従来の鍛造ピストンで出力
アップ,軽量化を図ると、これに伴ってピストン摺動部
の面圧が上昇し、場合によってはスカッフィングやさら
には焼き付き等の問題が発生し易いという懸念がある。
However, when the output and weight of the conventional forged piston are increased and the weight thereof is reduced, the surface pressure of the sliding portion of the piston increases, and in some cases, problems such as scuffing and seizure tend to occur. There is a concern.

【0007】また鍛造ピストンにおいては、摺動部の面
圧上昇の問題に限らず、強度アップに見合ったより長時
間の耐焼き付き性の維持が要請される。
[0007] Further, in the forged piston, not only the problem of the increase in the surface pressure of the sliding portion, but also the maintenance of seizure resistance for a longer time commensurate with the strength increase is required.

【0008】さらにまた、内燃機関用ピストンでは、ヘ
ッド部の頂面は高温の既燃焼ガスが接触することから温
度が上昇し易く、材質の如何によってはヘッド部の温度
上昇により強度が低下する。特にアルミ合金製の場合に
は、高温下で強度が低下し易く、この点での改善が要請
されている。そのためには、鍛造成形によるピストンの
強度アップに加えて、高温下でも強度低下の小さい材料
を採用するか、あるいは放熱性を高めてヘッド部の温度
上昇を抑えることが必要である。
Further, in the piston for an internal combustion engine, the temperature of the top surface of the head portion tends to rise due to contact with the high temperature burned gas, and the strength of the head portion decreases due to the temperature rise of the head portion depending on the material. In particular, in the case of an aluminum alloy, the strength tends to decrease at high temperatures, and improvement in this respect is required. For this purpose, in addition to increasing the strength of the piston by forging, it is necessary to use a material with a small decrease in strength even at a high temperature, or to increase the heat dissipation to suppress the rise in the temperature of the head.

【0009】しかしながら、高温下でも強度低下の小さ
い材料を採用した場合は一般に高コストとなるという問
題がある。一方、外部からの冷却を強下してピストンの
温度上昇を抑える方法の場合、燃焼室全体の既燃焼ガス
温度が低下し、エンジン性能の低下をきたすという懸念
がある。
[0009] However, when a material having a small decrease in strength even at a high temperature is used, there is a problem that the cost is generally high. On the other hand, in the case of the method in which the external cooling is strongly reduced to suppress the rise in the temperature of the piston, there is a concern that the temperature of the burned gas in the entire combustion chamber is reduced and the engine performance is reduced.

【0010】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、出力アップ及び軽量化を図りながら、面圧上
昇によるスカッフィング,焼き付きの問題を回避できる
とともに、耐焼き付き性を向上でき、さらに特別な材料
に依ることなく、高温下での強度低下を回避でき、強度
アップ,軽量化を図ることのできる4サイクルエンジン
用鍛造ピストンを提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such a situation, and it is possible to avoid the problem of scuffing and seizure due to an increase in surface pressure while improving output and weight, and to improve seizure resistance. It is an object of the present invention to provide a forged piston for a four-stroke engine that can avoid a decrease in strength at high temperatures and can increase strength and reduce weight without using a special material.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、略円板状のヘ
ッド部と、該ヘッド部の外周縁の少なくともピストンピ
ン軸線の両側部分から下方に延設されたスカート部と、
上記ヘッド部の側周面に形成された少なくとも2つのリ
ング溝と、該リング溝のうち最下位のリング溝の底部に
形成されピストン内部に連通するオイル孔とを備えた4
サイルエンジン用鍛造ピストンにおいて、該ピストンが
少なくともシリコンを含有するアルミ合金からなる型鍛
造製のものであり、上記スカート部に摺動方向に延びる
ファイバフローが形成されており、該スカート部の摺動
面のファイバフローの間にショットピーニング加工によ
り上記摺動方向に延びる保油溝が形成されていることを
特徴としている。
According to the present invention, there is provided a head portion having a substantially disk shape, a skirt portion extending downward from at least both side portions of the outer peripheral edge of the head portion with respect to the axis of the piston pin, and
4 comprising at least two ring grooves formed on the side peripheral surface of the head portion, and an oil hole formed at the bottom of the lowest ring groove among the ring grooves and communicating with the inside of the piston.
In a forged piston for a sail engine, the piston is made of a die forging made of an aluminum alloy containing at least silicon, and a fiber flow extending in a sliding direction is formed in the skirt portion. Oil retaining grooves extending in the sliding direction are formed by shot peening between the fiber flows of the surfaces.

【0012】請求項2の発明は、請求項1において、上
記ヘッド部に中心部から放射状に延びるファイバフロー
が形成されており、該ヘッド部の頂面のファイバフロー
の間にショットピーニング加工により放射状の放熱溝が
形成されていることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a fiber flow radially extending from a central portion is formed in the head portion, and the fiber flow on the top surface of the head portion is radially formed by shot peening. Are formed.

【0013】請求項3の発明は、請求項1又は2におい
て、上記シリコンの平均粒径が50μm以下であること
を特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the silicon has an average particle diameter of 50 μm or less.

【0014】[0014]

【発明の作用効果】本発明の鍛造ピストンは、Siを含
有するアルミ合金塊,あるいはアルミ合金粉末からなる
ピストン素材を、鍛造用金型によりピストン形状に鍛造
成形し、しかる後所定の機械加工を施して製造される。
According to the forged piston of the present invention, a piston material made of an aluminum alloy lump or aluminum alloy powder containing Si is forged into a piston shape by a forging die, and then subjected to predetermined machining. Manufactured.

【0015】上記型鍛造時の鍛造力に対するアルミ合金
とSiの変形抵抗の差からSiが集束して材料繊維組織
の流れ,つまりファイバフロー(鍛流線)が形成される
こととなる。このファイバフローはスカート部の摺動方
向(ピストン軸線)に沿って形成され、かつ一部がスカ
ート部の外表面に露出することとなる。このようにして
形成されたスカート部の外表面は硬度の高いファイバフ
ローと、これより硬度の低いアルミ合金地とが縞状に配
列された構造を有している。
From the difference in the deformation resistance between the aluminum alloy and Si with respect to the forging force during the die forging, Si is converged to form a flow of the material fiber structure, that is, a fiber flow (forging line). The fiber flow is formed along the sliding direction (piston axis) of the skirt portion, and a part thereof is exposed on the outer surface of the skirt portion. The outer surface of the skirt portion thus formed has a structure in which a fiber flow having a high hardness and an aluminum alloy material having a lower hardness are arranged in stripes.

【0016】そして上記スカート部の外表面にショット
ピーニング加工を施す。この加工により表面組織のうち
ファイバフローより柔らかいアルミ合金地が優先的に削
られることとなり、このようにして本発明の摺動方向に
延びる保油溝が形成される。
The outer surface of the skirt portion is subjected to shot peening. By this processing, the aluminum alloy ground softer than the fiber flow in the surface texture is preferentially shaved, and thus the oil retaining groove extending in the sliding direction of the present invention is formed.

【0017】このように本発明に係る鍛造ピストンによ
れば、Siを含むアルミ合金からなる型鍛造製ピストン
のスカート部に摺動方向に延びるファイバフローを形成
し、ショットピーニング加工によりファイバフローの間
に摺動方向に延びる保油溝を形成したので、ピストン摺
動部に供給された潤滑油が保油溝に保持され易くなる。
その結果、ピストンの冷却が促進されることから、摺動
部の面圧上昇が抑制され、もってスカッフィングや焼き
付きを防止できるとともに、強度アップに見合った耐焼
き付け性の向上が得られ、ピストン寿命を延長できる効
果が得られる。
As described above, according to the forged piston according to the present invention, a fiber flow extending in the sliding direction is formed on the skirt portion of the die forged piston made of an aluminum alloy containing Si, and the fiber flow is formed by shot peening. The lubricating oil supplied to the piston sliding portion is easily held in the oil retaining groove because the oil retaining groove extending in the sliding direction is formed in the oil retaining groove.
As a result, the cooling of the piston is promoted, which suppresses a rise in the surface pressure of the sliding part, thereby preventing scuffing and seizure, and improving the seizure resistance commensurate with the increase in strength, thereby improving the life of the piston. An effect that can be extended can be obtained.

【0018】即ち、4サイクルエンジンではピストンの
下降行程において、シリンダ壁に付着するオイルがスカ
ート部に進入しオイルリングで掻き落とされるが、その
一部はオイルリング構内に入り、オイル穴を通ってピス
トン内部から、クランク室へ戻る。このオイル循環によ
りスカート部の潤滑が実施される。
That is, in the four-stroke engine, during the lowering stroke of the piston, oil adhering to the cylinder wall enters the skirt portion and is scraped off by the oil ring, but a part of the oil enters the oil ring structure and passes through the oil hole. From inside the piston, return to the crankcase. This oil circulation lubricates the skirt.

【0019】本発明では、上述のピストン摺動方向に延
びる保油溝により上記オイル循環がより確実になされる
ので、ピストンがより冷却されピストンの耐焼き付き性
を向上できる効果がある。
In the present invention, the oil circulation is more reliably performed by the oil retaining groove extending in the above-mentioned sliding direction of the piston, so that the piston is further cooled and the seizure resistance of the piston can be improved.

【0020】請求項2の発明では、さらにヘッド部にも
ファイバフローが形成される。このファイバフローはヘ
ッド部の中心部から半径方向に放射状に形成され、ヘッ
ド部からリング溝が形成されるランド部さらにスカート
部へ連続して形成され、スカート部においてはピストン
中心軸と平行となり、かつ一部がヘッド部の頂面に露出
することとなる。このようにして形成されたヘッド部の
頂面は、硬度が高くかつ熱伝導率の低いファイバフロー
と、これより硬度が低くかつ熱伝導率の高いアルミ合金
地とが放射状に縞となった構造を有することとなる。
According to the second aspect of the present invention, a fiber flow is further formed in the head portion. This fiber flow is formed radially from the center of the head part in the radial direction, is continuously formed from the head part to the land part where the ring groove is formed and further to the skirt part, and in the skirt part is parallel to the piston central axis, In addition, a part is exposed on the top surface of the head portion. The top surface of the head thus formed has a structure in which a fiber flow with high hardness and low thermal conductivity and an aluminum alloy material with lower hardness and high thermal conductivity are radially striped. Will be provided.

【0021】そして上記ヘッド部の頂面にショットピー
ニング加工が施される。この加工により頂面組織のうち
ファイバフローより柔らかいアルミ合金地が優先的に削
られることとなり、このようにして本発明の放射状の放
熱溝が形成される。
Then, shot peening is performed on the top surface of the head portion. By this processing, the aluminum alloy ground softer than the fiber flow in the top surface structure is preferentially shaved, and thus the radial heat radiation groove of the present invention is formed.

【0022】このように本発明に係る鍛造ピストンによ
れば、Siを含むアルミ合金からなる型鍛造製ピストン
のヘッド部に中心部から放射状に延びるファイバフロー
を形成し、ショットピーニング加工によりファイバフロ
ーの間に放射方向に延びる放熱溝を形成したので、該放
熱溝により頂面のアルミ合金地の表面積を増やすことが
できる。この面積増加分だけ受熱量を増やすとともに、
放射状の熱伝導率の高いアルミ合金を通して効率良く熱
を側面のアルミ合金地露出部からシリンダ内周壁に、ス
カート部からシリンダ内周壁に導くことができ、放熱性
を高めることができる。このようにして特に上記頂面に
接触する既燃焼ガスの熱がヘッド部の放熱溝からヘッド
部内に取り込まれ、放射状のアルミ合金地内及びファイ
バーフロー内を伝導し、ピストンリング,スカート部を
伝ってシリンダ壁に伝達されることとなる。
As described above, according to the forged piston of the present invention, a fiber flow extending radially from the center portion is formed at the head of a die forged piston made of an aluminum alloy containing Si, and the fiber flow is reduced by shot peening. Since the heat radiation grooves extending in the radial direction are formed between the heat radiation grooves, the heat radiation grooves can increase the surface area of the aluminum alloy base on the top surface. While increasing the amount of heat received by this area increase,
Through the aluminum alloy having high radial thermal conductivity, heat can be efficiently guided from the exposed aluminum alloy ground to the inner peripheral wall of the cylinder and from the skirt to the inner peripheral wall of the cylinder, so that heat dissipation can be enhanced. In this way, particularly, the heat of the burned gas that comes into contact with the top surface is taken into the head portion from the heat radiation groove of the head portion, conducted in the radial aluminum alloy ground and in the fiber flow, and transmitted along the piston ring and the skirt portion. It will be transmitted to the cylinder wall.

【0023】その結果、既燃焼ガスの頂面に接する層の
温度を下げることができ、それだけヘッド部の温度上昇
を抑制できる。この場合、燃焼室全体の既燃焼ガス温度
はそれほど低下することはないので、エンジン性能の低
下は回避できる。
As a result, the temperature of the layer in contact with the top surface of the burned gas can be lowered, and the temperature rise of the head can be suppressed accordingly. In this case, since the temperature of the burned gas in the entire combustion chamber does not decrease so much, a decrease in engine performance can be avoided.

【0024】このようにヘッド部の温度上昇を抑制でき
ることから、既燃焼ガスの熱によるアルミ合金の強度低
下が緩和されることとなり、且つ、放射状のファイバー
フローによりヘッド部の強度が向上されており、上述の
特別な材料に依ることなく強度低下を回避でき、ひいて
はピストンの耐久性を向上できる効果がある。
As described above, since the rise in the temperature of the head portion can be suppressed, the decrease in the strength of the aluminum alloy due to the heat of the burned gas is reduced, and the strength of the head portion is improved by the radial fiber flow. In addition, there is an effect that strength reduction can be avoided without depending on the above-mentioned special material, and thus, the durability of the piston can be improved.

【0025】請求項3の発明では、Siの平均粒径を5
0μm以下としたので、ショットピーニング加工時にS
i粒子が脱落するのを防止でき、ひいては疲労強度を向
上でき、この点からより一層ピストンの疲労寿命の延長
を図ることができる。またSi粒子を50μm以下にす
ることにより、鍛造時の延性を高めることができるとと
もに、表面荒れを防止できる効果もある。
According to the third aspect of the present invention, the average grain size of Si is 5
0 μm or less, S
The i-particles can be prevented from falling off, and the fatigue strength can be improved. From this point, the fatigue life of the piston can be further extended. Further, by setting the Si particles to 50 μm or less, ductility during forging can be increased, and there is an effect that surface roughness can be prevented.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図1ないし図10は、本発明
の一実施形態による内燃機関用鍛造ピストンを説明する
ためのものであり、図1〜図4はそれぞれ鍛造ピストン
の平面図,右側面図,正面図,底面図、図5,図6は図
1のV-V 線断面図,VI-VI線断面図、図7,図9は鍛造ピ
ストンに形成されたファイバフローの模式図、図8,図
10は図7,図9のVIII-VIII ,X-X 線断面模式図であ
る。なお、本実施形態における前後, 左右は図1に示す
通りであり、平面視で排気側を前,吸気側を後とする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 10 are views for explaining a forged piston for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 1 to 4 are a plan view, a right side view, a front view, and a bottom view of the forged piston, respectively. 5, 5 and 6 are sectional views taken along the line VV and VI-VI of FIG. 1, FIGS. 7 and 9 are schematic views of the fiber flow formed on the forged piston, and FIGS. 8 and 10 are FIGS. FIG. 9 is a schematic sectional view taken along line VIII-VIII, XX of FIG. The front, rear, left and right in the present embodiment are as shown in FIG. 1, and the exhaust side is the front and the intake side is the rear in plan view.

【0027】図において、1は4サイクル5バルブエン
ジン用アルミ合金製鍛造ピストンであり、該ピストン1
は略円板状のヘッド部2と、該ヘッド部2の下面のピス
トンピン軸線C上の2箇所部分から下方に延設された一
対のピンボス部4,4と、上記ヘッド部2の外周縁の上
記ピストンピン軸線Cの前側,後側部分から下方に延設
されたスカート部3,3と、上記ヘッド部2の下面2f
から下方に延設され上記各ピンボス部4とスカート部3
とヘッド部2の下面2fとを一体に接続する4つのリブ
部5とを備えている。
In the drawing, reference numeral 1 denotes a forged aluminum alloy piston for a four-stroke, five-valve engine.
Denotes a substantially disk-shaped head portion 2, a pair of pin boss portions 4, 4 extending downward from two portions on the lower surface of the head portion 2 on the piston pin axis C, and an outer peripheral edge of the head portion 2. Skirt portions 3, 3 extending downward from the front and rear portions of the piston pin axis C, and a lower surface 2f of the head portion 2.
Each of the pin bosses 4 and the skirt 3
And four rib portions 5 for integrally connecting the lower portion 2f of the head portion 2 with the lower portion 2f.

【0028】上記ピンボス部4,4は、上記ヘッド部2
の下面2fのピストンピン軸線C上でかつヘッド部2の
外周面から内方に凹んだ2箇所部分から下方に延びてい
る。該両ピンボス部4,4には、同軸をなして貫通する
ようにピストンピン孔4aが形成されている。なお、4
bはピストンピンの抜け止め用リングが装着される止め
リング溝であり、4cは該止めリング溝4bに止めリン
グを着脱する際の工具挿入孔である。
The pin bosses 4 and 4 are connected to the head 2
The lower surface 2f extends downward on two axially indented portions from the outer peripheral surface of the head portion 2 on the piston pin axis C. Piston pin holes 4a are formed in the pin boss portions 4, 4 so as to penetrate coaxially. In addition, 4
Reference numeral b denotes a retaining ring groove in which a retaining ring for the piston pin is mounted, and reference numeral 4c denotes a tool insertion hole for attaching / detaching the retaining ring to / from the retaining ring groove 4b.

【0029】上記ヘッド部2は略円板状をなしており、
燃焼室の底面を形成する頂面2aには3つの吸気弁用逃
げ凹部2bと、2つの排気弁用逃げ凹部2cとが形成さ
れている。また上記ヘッド部2の側面2hには周方向に
延びる2つの圧力リング溝2dと、これの下側に位置す
る1つのオイルリング溝2eとが機械加工により形成さ
れている。この最下位のオイルリング溝2eの底部には
ピストン2の内部に連通する複数のオイル孔2jが形成
されている。
The head 2 has a substantially disk shape.
On the top surface 2a forming the bottom surface of the combustion chamber, three relief recesses 2b for intake valves and two relief recesses 2c for exhaust valves are formed. On the side surface 2h of the head portion 2, two pressure ring grooves 2d extending in the circumferential direction and one oil ring groove 2e located below the two pressure ring grooves 2d are formed by machining. A plurality of oil holes 2j communicating with the inside of the piston 2 are formed at the bottom of the lowest oil ring groove 2e.

【0030】上記スカート部3,3は、エンジン回転に
伴って発生するピストン側圧を受けるためのものであ
り、上記ピストンピン軸線Cの前側,後側、つまりピス
トンピンに連結される不図示のコンロッドの揺動方向と
対向する部分に設けられている。このスカート部3,3
の外周面は、シリンダボア内周面に摺接するもので、機
械加工が施されている。
The skirt portions 3, 3 are for receiving a piston side pressure generated with the rotation of the engine, and are connected to a front and rear side of the piston pin axis C, that is, a connecting rod (not shown) connected to the piston pin. Is provided in a portion opposed to the swing direction of. This skirt part 3,3
The outer peripheral surface is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder bore, and is machined.

【0031】上記スカート部3の肉厚は、図5に示すよ
うに、上記オイルリング溝2eに近接する上端部3aか
ら該ピストンの下端に位置する下端部3bまで徐々に薄
くなる傾斜肉厚に設定されている。なお、スカート部3
の外周面はピストン軸線Aに平行で、内周面は内方に傾
斜している。また上記スカート部3の上端部3aとヘッ
ド部2の下面2fとの境界部2gは厚肉となっており、
該境界部2gに上記各リング溝2d,2eが形成されて
いる。
As shown in FIG. 5, the thickness of the skirt portion 3 is an inclined thickness that gradually decreases from the upper end portion 3a adjacent to the oil ring groove 2e to the lower end portion 3b located at the lower end of the piston. Is set. The skirt 3
Has an outer peripheral surface parallel to the piston axis A and an inner peripheral surface inclined inward. The boundary 2g between the upper end 3a of the skirt 3 and the lower surface 2f of the head 2 is thick.
The ring grooves 2d and 2e are formed in the boundary 2g.

【0032】上記ピストン1は、後述するように、平均
粒径50μm以下のSiを含有するアルミ合金塊からな
るピストン素材を、鍛造用金型によりピストン形状に鍛
造成形し、これにショットピーニング加工を施し、しか
る後所定の機械加工を施すことにより製造されたもので
ある。このショットピーニングにおいて使用されるショ
ット球は、硬度がアルミ合金地の硬度より高く、ファイ
バーフロー部の硬度より低いものが、使用される。Si
を主体とするファイバーフローはHv=1200程度で
あり、鍛造により硬度が上昇したアルミ合金地の硬度は
Hv=200程度であり、ショット球としてHv=30
0〜1000程度の鋼球,ガラス球等が選択使用され
る。
As described later, the piston 1 is formed by forging a piston material made of an aluminum alloy lump containing Si having an average particle diameter of 50 μm or less into a piston shape by a forging die, and subjecting the piston material to shot peening. And then subject to a predetermined machining process. The shot ball used in this shot peening has a hardness higher than the hardness of the aluminum alloy ground and lower than the hardness of the fiber flow portion. Si
Is mainly about Hv = 1200, the hardness of the aluminum alloy ground whose hardness is increased by forging is about Hv = 200, and Hv = 30 as a shot ball.
Approximately 0 to 1000 steel balls, glass balls and the like are selectively used.

【0033】上記ヘッド部2には、図7,図8に示すよ
うに、ピストン中心部(ピストン軸線A部分)から径方
向に放射状に延びるファイバフローfが形成されてい
る。このファイバフローfは、型鍛造において現れる材
料繊維組織の流れ、即ち鍛流線を意味している。このフ
ァイバフローfの一部はヘッド部2の頂面2aに露出し
ており、該頂面2aにおいてファイバフローfとアルミ
合金地Alとが放射状の縞をなしている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the head portion 2 is formed with a fiber flow f extending radially from the center of the piston (the portion of the piston axis A) in the radial direction. The fiber flow f means a flow of a material fiber structure appearing in die forging, that is, a forging line. A part of the fiber flow f is exposed on the top surface 2a of the head portion 2, and the fiber flow f and the aluminum alloy material Al form radial stripes on the top surface 2a.

【0034】そして上記ヘッド部2の頂面2aにはファ
イバフローf,f間にて同じく放射方向に延びる放熱溝
7が形成されている。この放熱溝7は、ショットピーニ
ング加工時にファイバフローfより硬度の小さいアルミ
合金地Alが削り取られることにより形成されたものであ
る。
On the top surface 2a of the head portion 2, there is formed a radiation groove 7 which also extends in the radial direction between the fiber flows f. The heat radiation groove 7 is formed by shaving off an aluminum alloy material Al having a lower hardness than the fiber flow f during the shot peening process.

【0035】上記スカート部3には、図9,図10に示
すように、ヘッド部における放射状に延びるファイバフ
ローfがさらに延びたものとして摺動方向(ピストン軸
線A方向)に延びるファイバフローfが形成されてい
る。このファイバフローfは、型鍛造において現れる材
料繊維組織の流れ、即ち鍛流線を意味している。このフ
ァイバフローfの一部はスカート部3の外表面に露出し
ており、該外表面においてファイバフローfとアルミ合
金地Alとが上記摺動方向に延びる縞をなしている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the skirt portion 3 further includes a fiber flow f extending in the sliding direction (the direction of the piston axis A) as a further extension of the radially extending fiber flow f in the head portion. Is formed. The fiber flow f means a flow of a material fiber structure appearing in die forging, that is, a forging line. A part of the fiber flow f is exposed on the outer surface of the skirt portion 3, and on the outer surface, the fiber flow f and the aluminum alloy material Al form stripes extending in the sliding direction.

【0036】そして上記スカート部3の外表面にはフィ
イバフローf,f間にて同じく摺動方向に延びる保油溝
7aが形成されている。この保油溝7aは、ショットピ
ーニング加工時にファイバフローfより硬度の小さいア
ルミ合金地Alが削り取られることにより形成されたもの
である。
An oil retaining groove 7a is formed on the outer surface of the skirt portion 3 between the fiber flows f, f and extends in the same sliding direction. The oil retaining groove 7a is formed by shaving off an aluminum alloy base Al having a lower hardness than the fiber flow f during the shot peening.

【0037】次に上記ピストン1の一製造方法を図11
〜図17に基づいて説明する。ここで、図11におい
て、20はピストン素材W1を製造するための連続鋳造
装置であり、21cは取出口である。アルミニウム合金
のインゴットGと平均粒径50μm以下のSi粉末を投
入し、あるいは平均粒径50μm以下のSi粉末を含有
するアルミニウム合金のインゴットGを投入し、アルミ
ニウム合金の溶融温度以上且つSiの溶融温度以下の温
度で、溶解後、取出口21cから連続して取り出して冷
却凝固させる連続鋳造を行ない、取り出した連続鋳造体
を所定の大きさに切断することにより、ピストンの鍛造
素材(ビュレット)W1を製造する。なお、Siの含有
量が重量割合で10〜22%となるように、Si粉末投
入量を管理するか、この重量割合のSi含有量のアルミ
ニウム合金インゴットGを投入するのが望ましい。
Next, one manufacturing method of the piston 1 is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. Here, in FIG. 11, reference numeral 20 denotes a continuous casting apparatus for producing the piston blank W1, and reference numeral 21c denotes an outlet. An ingot G of an aluminum alloy and a Si powder having an average particle diameter of 50 μm or less are charged, or an ingot G of an aluminum alloy containing a Si powder having an average particle diameter of 50 μm or less is charged, and the melting temperature of the aluminum alloy is higher than the melting temperature of the aluminum alloy. After melting at the following temperature, continuous casting is carried out by taking out continuously from the outlet 21c and cooling and solidifying, and the taken out continuous cast body is cut into a predetermined size, thereby forging the piston forging material (buret) W1. To manufacture. It is desirable to control the amount of the Si powder charged so that the Si content is 10 to 22% by weight, or to feed the aluminum alloy ingot G having the Si content of this weight ratio.

【0038】図11の連続鋳造装置においては、冷却凝
固の過程で連続鋳造材の周囲と中心部で温度差が生じ、
中心部の凝固が遅れることによりアルミニウム合金の結
晶粒子径が中心部で大きくなり、粒子サイズが内外で不
均一になり易い。粒子サイズを内外で均一にできる連続
鋳造装置が図12のものであり、この鋳造装置20は、
上部に投入口21aを有し、周囲にヒータ21bが巻回
された溶解炉21と、該溶解炉21の底部に形成された
取出口21cに配設され、電磁石からなる撹拌装置22
と、鋳造体を連続的に引き出すローラ23とを備えてい
る。
In the continuous casting apparatus shown in FIG. 11, a temperature difference occurs between the periphery and the center of the continuous casting material during the cooling and solidification process.
When the solidification of the central portion is delayed, the crystal grain size of the aluminum alloy increases in the central portion, and the particle size tends to be non-uniform inside and outside. FIG. 12 shows a continuous casting apparatus capable of making the particle size uniform inside and outside.
A melting furnace 21 having an inlet 21a at an upper part and a heater 21b wound therearound, and a stirrer 22 provided with an outlet 21c formed at the bottom of the melting furnace 21 and formed of an electromagnet.
And a roller 23 for continuously drawing the casting.

【0039】上記図12の連続鋳造装置において、上記
と同様にアルミニウム合金のインゴットGと平均粒径5
0μm以下のSi粉末を投入し、あるいは平均粒径50
μm以下のSi粉末を含有するアルミニウム合金のイン
ゴットGを投入し、攪拌装置22により溶融金属を攪拌
して核(Si粒子)を分散させながら、且つ内外の冷却
温度に差が出ないようにしつつ凝固させ、この冷却した
連続鋳造体Wをローラ23により引出し、1つのピスト
ンに対応した大きさに切断してピストン素材W1を製造
する。上記と同様に、連続鋳造体WにおけるSiの含有
量が重量割合で10〜22%となるように管理するのが
望ましい。
In the continuous casting apparatus shown in FIG. 12, the ingot G of the aluminum alloy and the
0 μm or less of Si powder,
An ingot G of an aluminum alloy containing Si powder of not more than μm is charged, and the molten metal is stirred by the stirrer 22 to disperse the nuclei (Si particles) while preventing the difference in cooling temperature between inside and outside. The solidified and cooled continuous cast body W is drawn out by the roller 23 and cut into a size corresponding to one piston to produce a piston raw material W1. Similarly to the above, it is desirable to control the content of Si in the continuous casting W to be 10 to 22% by weight.

【0040】図13及び図14に別の3つのピストン素
材W1の製造方法を示す。図13の(1)の行程におい
て平均粒径50μm以下のSiを含有するアルミニウム
合金のインゴットGを用意し、(2)の行程において、
このインゴットGを溶解炉に投入し、これを約700℃
以上且つSiの溶融温度以下の温度で溶解してから、霧
状に散布して冷却速度100℃/sec以上で急激に冷
やして凝固させること(アトマイズ法)で、Siを含有
するアルミ合金の急激凝固粉末(パウダーメタル)とす
る。なお、Siを含有しないアルミニウム合金のインゴ
ットGを溶融し、アトマイズ法でアルミ合金の急激凝固
粉末を製造し、この粉末に平均粒径50μm以下のSi
粉末を混合攪拌し、Siを含有するアルミ合金の粉末材
料としても良い。
FIGS. 13 and 14 show another method of manufacturing three piston blanks W1. In the process (1) of FIG. 13, an ingot G of an aluminum alloy containing Si having an average particle diameter of 50 μm or less is prepared. In the process (2),
This ingot G is put into a melting furnace and is heated to about 700 ° C.
After melting at a temperature equal to or lower than the melting temperature of Si, the aluminum alloy containing Si is rapidly dispersed and sprayed in a mist state and rapidly cooled and solidified at a cooling rate of 100 ° C./sec or more (atomizing method). Solidified powder (powder metal). An ingot G of an aluminum alloy containing no Si was melted, and a rapidly solidified powder of an aluminum alloy was produced by an atomizing method.
The powder may be mixed and stirred to form a powder material of an aluminum alloy containing Si.

【0041】この後、図13の(3)の行程か、(3
´)の行程あるいは図14に示す(3´´)の行程のい
ずれかを採用する。(3)の行程において、Siを含有
するアルミ合金の粉末材料を加熱押し出しにより形成し
た円柱棒状体を、(4)の行程において所定の大きさに
切断してピストン素材W1を製造する。
Thereafter, in the step (3) of FIG.
Either the process (1) or the process (3 '') shown in FIG. 14 is employed. In the step (3), the cylindrical rod-shaped body formed by heating and extruding the powdered material of the aluminum alloy containing Si is cut into a predetermined size in the step (4) to produce the piston material W1.

【0042】(3´)の行程を採用する場合には、型の
中にSiを含有するアルミ合金の粉末材料を充填してか
ら、常温で押圧(冷間押圧)して固化した後、更に、4
00〜500℃に加熱して押圧(熱間押圧4´)するこ
とにより、所望の大きさのピストン素材W1を製造す
る。
In the case of adopting the step (3 '), the mold is filled with a powder material of an aluminum alloy containing Si, and then pressed (cold pressed) at room temperature to be solidified. , 4
By heating to 00 to 500 ° C. and pressing (hot pressing 4 ′), a piston material W1 of a desired size is manufactured.

【0043】(3´´)の行程を採用する場合には、薄
肉のアルミ合金製円筒容器中にSiを含有するアルミ合
金の粉末材料を収容し真空脱気した後、(4´´)の行
程においてこの円筒容器を型内に収容し加熱した状態で
押し出し、(5´´)の行程においてこの押し出し棒を
所定の大きさに切断してピストン素材W1を製造する。
When the step (3 '') is adopted, the aluminum alloy powder material containing Si is accommodated in a thin aluminum alloy cylindrical container, vacuum degassed, and then the process (4 '') is carried out. In the process, the cylindrical container is housed in a mold and extruded in a heated state, and in the process (5 ''), the extruded rod is cut into a predetermined size to produce a piston material W1.

【0044】また、図15及び図16において、25は
上記ピストン素材W1を型鍛造により成形素材10に成
形するための鍛造用金型である。この金型25は、上記
ピストン1と略同一形状を有する成形素材10の表面形
状の一部に対応した形状の第1金型(上型)11と、上
記成形素材10の表面形状の残りに対応した形状の第2
金型(下型)12とを有している。この第1,第2金型
11,12は所定の鍛造力でもって相対移動可能となっ
ている。
15 and 16, reference numeral 25 denotes a forging die for forming the piston material W1 into a forming material 10 by die forging. The mold 25 includes a first mold (upper mold) 11 having a shape corresponding to a part of the surface shape of the molding material 10 having substantially the same shape as the piston 1, and a remaining portion of the surface shape of the molding material 10. Second of corresponding shape
And a mold (lower mold) 12. The first and second dies 11, 12 are relatively movable with a predetermined forging force.

【0045】そして上記金型25の第2金型12内に、
上記ピストン素材W1を外表面に離型剤を塗布して載置
し、第1金型11を所定の鍛造力でもって下降させる。
この場合、ヒータ等によりピストン素材W1を所定温度
に加熱して熱間鍛造する。この熱間鍛造することにより
アルミ合金の延性を十分に利用して成形素材10に寸法
精度良く鍛造することができる(図17(1) 〜(4) 参
照)。
Then, in the second mold 12 of the mold 25,
A release agent is applied to the outer surface of the piston material W1 and placed thereon, and the first mold 11 is lowered with a predetermined forging force.
In this case, the piston material W1 is heated to a predetermined temperature by a heater or the like and hot forged. By performing the hot forging, the forming material 10 can be forged with good dimensional accuracy by making full use of the ductility of the aluminum alloy (see FIGS. 17 (1) to (4)).

【0046】このようにしてピストン素材W1を、第1
金型11により衝撃力を加えながら圧し潰すことによ
り、ピストン1に対応した成形素材10に成形する。こ
こで、第1金型11の型面11aはヘッド部2´の頂面
2a´に対応しており、第2金型12の型面12a,1
2bはヘッド部2´の側部外表面2h´及び下面2f´
に対応している。また型面12cはスカート部3´に対
応しており、型面12dはリブ部5´に対応している。
Thus, the piston material W1 is
It is formed into a forming material 10 corresponding to the piston 1 by crushing while applying an impact force by a mold 11. Here, the mold surface 11 a of the first mold 11 corresponds to the top surface 2 a ′ of the head part 2 ′, and the mold surfaces 12 a, 1 of the second mold 12.
2b is a side outer surface 2h 'and a lower surface 2f' of the head 2 '.
It corresponds to. The mold surface 12c corresponds to the skirt 3 ', and the mold surface 12d corresponds to the rib 5'.

【0047】上記金型鍛造において、鍛造力により第1
金型11の型面11aと第2金型12の型面12bとで
圧せられてピストン素材W1が塑性変形する際に、アル
ミ合金とSiとの変形抵抗の差からSi同士が集積して
放射状のファイバフローが形成される。これによりヘッ
ド部2´の頂面2a´には硬度が高くかつ熱伝導率の小
さいファイバフローfと、これより硬度が低くかつ熱伝
導率の高いアルミ合金地Alとが交互に配列された放射状
の縞模様が形成されることとなる(図7,図8(a)参
照)。
In the above-mentioned die forging, the first forging force is applied.
When the piston material W1 is plastically deformed by being pressed by the mold surface 11a of the mold 11 and the mold surface 12b of the second mold 12, Si accumulates due to a difference in deformation resistance between the aluminum alloy and Si. A radial fiber flow is formed. Accordingly, a fiber flow f having high hardness and small thermal conductivity and an aluminum alloy base Al having low hardness and high thermal conductivity are alternately arranged on the top surface 2a 'of the head portion 2'. (See FIGS. 7 and 8A).

【0048】また上記金型鍛造において、鍛造力により
第2金型12の型面12c部分にピストン素材W1が塑
性変形して流入する際に、アルミ合金とSiの変形抵抗
の差からSi同士が集積して縞状のファイバフローfが
形成される。これによりスカート部3´の外表面には硬
度の高いファイバフローfと、これより硬度の低いアル
ミ合金地Alとが交互に配列された縞模様が形成されるこ
ととなる(図9,図10(a)参照)。
Further, in the above-described die forging, when the piston material W1 plastically deforms and flows into the die surface 12c of the second die 12 due to the forging force, the two Sis are separated from each other due to the difference in deformation resistance between the aluminum alloy and the Si. The striped fiber flow f is formed by accumulation. As a result, a stripe pattern is formed on the outer surface of the skirt portion 3 'in which the fiber flow f having a high hardness and the aluminum alloy material Al having a lower hardness are alternately arranged (FIGS. 9 and 10). (A)).

【0049】次に、上記成形素材10のスカート部3´
の外表面及びヘッド部の頂部2aにショットピーニング
加工を施す(図17(5) 参照)。このショットピーニン
グ加工は、ショット(鋼粒等)を空圧又は遠心力により
加圧し、これを上記外表面に吹き付けて行う加工であ
り、主として表面硬度を高め、疲労寿命を延長すること
を目的とする。このショットピーニング加工によりスカ
ート部3´表面,ヘッド部の頂面2aの柔らかいアルミ
合金地が優先的に削り取られ、これによりファイバフロ
ーf,f間に、ピストン中心から放射状に延びる放熱溝
7及びピストン軸方向に延びる保油溝7aが形成される
(図8,図10(b)参照)。
Next, the skirt portion 3 'of the molding material 10
17 (5) is subjected to a shot peening process on the outer surface and the top 2a of the head portion. This shot peening process is a process in which a shot (steel grain or the like) is pressurized by air pressure or centrifugal force and is sprayed onto the outer surface, and is mainly intended to increase the surface hardness and extend the fatigue life. I do. By this shot peening process, the soft aluminum alloy material on the surface of the skirt portion 3 'and the top surface 2a of the head portion is preferentially scraped off, so that the radiation grooves 7 and the piston extending radially from the center of the piston between the fiber flows f, f An oil retaining groove 7a extending in the axial direction is formed (see FIGS. 8 and 10B).

【0050】なお、上記ショットピーニング加工時、側
面2hすなわちリング溝2d,2eの形成される上部側
面はマスキングされ、リング溝2d,2eが保護される
とともに側面2hに露出するアルミ合金地が削り落とさ
れないようにする。
During the shot peening, the side surface 2h, that is, the upper side surface on which the ring grooves 2d and 2e are formed is masked so that the ring grooves 2d and 2e are protected and the aluminum alloy ground exposed on the side surface 2h is scraped off. Not to be.

【0051】しかる後、成形素材10に機械加工を施こ
し、摺動面,各リング溝2d,2e,ピストンピン孔4
a等を形成する。この後、表面処理、例えば1μm程度
のAl2 3 の化成内膜を形成したり、スズめっきを施
す(図17(6) 参照)。これにより本実施形態の鍛造ピ
ストン1が製造される。なお、上記ピストン1のスカー
ト部3の内表面、ピンボス部4,及びリブ部5の表面は
機械加工をせず鍛造肌のまま表面処理を施している。ヘ
ッド部21については鍛造肌のままとするか、機械加工
をする場合でもショットピーニング加工による放熱溝7
が残る様にする。
Thereafter, the molding material 10 is subjected to machining, and the sliding surface, each of the ring grooves 2d and 2e, and the piston pin hole 4 are formed.
a etc. are formed. Thereafter, a surface treatment is performed, for example, an inner chemical conversion film of Al 2 O 3 of about 1 μm is formed or tin plating is applied (see FIG. 17 (6)). Thereby, the forged piston 1 of the present embodiment is manufactured. The inner surface of the skirt portion 3 of the piston 1 and the surfaces of the pin boss portions 4 and the rib portions 5 are subjected to a surface treatment without forging without machining. Regarding the head portion 21, the heat radiation groove 7 by shot peening is used even when the forged skin is left as it is or when machining is performed.
So that it remains.

【0052】ここで、上記成形素材10の、ヘッド部の
頂面の中心部に対応する部分には鍛造成形により機械加
工用のセンターボス(不図示)が形成されている。この
センターボスは機械加工時に除去している。このセンタ
ーボスの除去によって頂面の中心部にはボス痕A´が残
っており、このボス痕A´にファイバフローfの終端部
が露出している。
Here, a center boss (not shown) for machining is formed by forging at a portion corresponding to the center of the top surface of the head portion of the molding material 10. This center boss was removed during machining. Due to the removal of the center boss, a boss mark A ′ remains at the center of the top surface, and the terminal end of the fiber flow f is exposed to the boss mark A ′.

【0053】次に本実施形態の作用効果について説明す
る。本実施形態の鍛造ピストン1は、4サイクルエンジ
ンのシリンダボア内に摺動自在に挿入される。このピス
トン1のヘッド部2は、爆発燃焼行程において、既燃焼
ガスの高熱に晒されて温度上昇するが、このヘッド部2
に伝わった熱はピストン内部を伝って、ピストンリン
グ,スカート部3からシリンダボアの内周壁に伝達さ
れ、これによりヘッド部2の過熱が防止されている。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described. The forged piston 1 of the present embodiment is slidably inserted into a cylinder bore of a four-cycle engine. The head portion 2 of the piston 1 is exposed to the high heat of the burned gas and rises in temperature during the explosion combustion stroke.
Transmitted to the inside of the piston, is transmitted from the piston ring and the skirt portion 3 to the inner peripheral wall of the cylinder bore, thereby preventing the head portion 2 from overheating.

【0054】そして本実施形態によれば、Siを含むア
ルミ合金からなる鍛造ピストン1のヘッド部2に中心部
から半径方向に放射状に延びるファイバフローfを形成
し、ショットピーニング加工によりヘッド部2の頂面2
aに放熱溝7を形成したので、該放熱溝7により頂面2
aのアルミ合金地の表面積を増やすことができ、この面
積増加分だけ受熱量を増やすとともに、放射状の熱伝導
率の高いアルミ合金を通して効率良く熱を側面2hのア
ルミ合金地露出部から直接、さらにはリング溝2d,2
eのアルミ合金地露出部からピストンリングを経てシリ
ンダ内周壁に、なおさらにスカート部からシリンダ内周
壁に導くことができ、放熱性を高めることができる。こ
れにより既燃焼ガスの頂面2aに接する層の温度を下げ
ることができ、それだけヘッド部2の温度上昇を抑制で
きる。なお、この場合、燃焼室全体の既燃焼ガス温度は
それほど低下することはないので、エンジン性能の低下
は回避される。
According to the present embodiment, a fiber flow f extending radially in the radial direction from the center portion is formed in the head portion 2 of the forged piston 1 made of an aluminum alloy containing Si, and the head portion 2 is formed by shot peening. Top 2
a, the heat dissipation groove 7 is formed on the top surface 2 by the heat dissipation groove 7.
a, the surface area of the aluminum alloy ground can be increased, the amount of heat received is increased by the increased area, and heat is efficiently transferred directly from the exposed aluminum alloy ground on the side surface 2h through an aluminum alloy having a high radial thermal conductivity. Are ring grooves 2d, 2
e can be guided from the exposed portion of the aluminum alloy ground to the cylinder inner peripheral wall via the piston ring, and further from the skirt portion to the cylinder inner peripheral wall, so that heat radiation can be improved. Thereby, the temperature of the layer in contact with the top surface 2a of the burned gas can be reduced, and the temperature rise of the head portion 2 can be suppressed accordingly. In this case, since the temperature of the burned gas in the entire combustion chamber does not decrease so much, a decrease in engine performance is avoided.

【0055】このように既燃焼ガスの熱によるヘッド部
2の温度上昇を抑制できることから、特別な材料に依る
ことなくピストンの強度低下を回避でき、ひいてはピス
トンの耐久性を向上できる。
As described above, since the rise in the temperature of the head portion 2 due to the heat of the burned gas can be suppressed, a decrease in the strength of the piston can be avoided without using a special material, and the durability of the piston can be improved.

【0056】本実施形態では、センターボス痕A´にフ
ァイバフローfの終端が露出しているので、この露出部
から頂面に接する既燃焼ガスの熱がより多くシリンダ壁
に運ばれることになり、上記頂面に接する既燃焼ガスの
うち上記ボス痕部分の温度がより確実に低下することと
なる。
In this embodiment, since the end of the fiber flow f is exposed at the center boss mark A ', more heat of the burned gas in contact with the top surface is transferred from the exposed portion to the cylinder wall. The temperature of the boss mark portion of the burned gas in contact with the top surface is more reliably reduced.

【0057】一方、上記ピストン頂面の中心部では他の
部分に比べて、爆発圧力により、より一層大きな応力が
発生する。しかし上述のように本実施形態では、ピスト
ン頂面の中心部の温度上昇が抑えられていることから強
度低下を少なくすることができ、大きな応力にも耐える
ことができ、耐久性を向上できる。
On the other hand, a larger stress is generated at the center of the piston top surface due to the explosion pressure than at the other parts. However, in the present embodiment, as described above, since a rise in temperature at the center of the piston top surface is suppressed, a decrease in strength can be reduced, a large stress can be endured, and durability can be improved.

【0058】また本実施形態の鍛造ピストン1では、下
降行程において、シリンダボアの内周面に付着した潤滑
油がスカート部3に進入し、ピストン摺動部を潤滑す
る。このスカート部3に進入した潤滑油はオイルリング
で掻き落とされてクランク室内に回収されるが、その一
部はオイルリング溝2e内に入り込んでオイル孔2jを
通ってピストン1の内側からクランク室内に回収され
る。このようなオイル循環によってピストン摺動部の潤
滑が行われる。
In the forged piston 1 of the present embodiment, during the descending stroke, the lubricating oil adhering to the inner peripheral surface of the cylinder bore enters the skirt portion 3 to lubricate the piston sliding portion. The lubricating oil that has entered the skirt portion 3 is scraped off by the oil ring and collected in the crank chamber. A part of the lubricating oil enters the oil ring groove 2e and passes through the oil hole 2j from the inside of the piston 1 into the crank chamber. Will be collected. The lubrication of the piston sliding portion is performed by such oil circulation.

【0059】本実施形態ピストンによれば、Siを含む
アルミ合金からなる鍛造ピストン1のスカート部3に摺
動方向に延びるファイバフローfを形成し、ショットピ
ーニング加工によりスカート部3の摺動面に保油溝7a
を形成したので、上記スカート部3に進入した潤滑油は
保油溝7aに保持され易くなるとともに、該保油溝7が
循環通路として機能することとなり、ピストン摺動部の
潤滑を確実に行うことができる。その結果、ピストン1
の冷却が促進されることから、摺動部の面圧を低減で
き、スカッフィングや焼き付きの問題を防止できる。ま
たピストン1の冷却性を向上できるので、鍛造による強
度アップに見合った耐焼き付け性の向上が得られ、ピス
トン寿命を延長できる。
According to the piston of this embodiment, a fiber flow f extending in the sliding direction is formed on the skirt 3 of the forged piston 1 made of an aluminum alloy containing Si, and the sliding surface of the skirt 3 is formed by shot peening. Oil retaining groove 7a
Is formed, the lubricating oil that has entered the skirt portion 3 is easily retained in the oil retaining groove 7a, and the oil retaining groove 7 functions as a circulation passage, thereby reliably lubricating the piston sliding portion. be able to. As a result, piston 1
Is promoted, the surface pressure of the sliding portion can be reduced, and problems such as scuffing and seizure can be prevented. Further, since the cooling property of the piston 1 can be improved, the improvement in seizure resistance corresponding to the increase in strength by forging can be obtained, and the life of the piston can be extended.

【0060】また上記スカート部3にファイバフローf
を形成したので、該スカート部3自体の剛性,強度を高
めることができ、この点からも耐摩耗性,耐焼き付き性
を向上できる。なお、このスカート部のファイバフロー
fは、ヘッド部の放射状のファイバフローfが延びて連
続したものとして形成されるので、鍛造ピストン1の全
体としての強度及び剛性が高いものとなる。
The skirt 3 has a fiber flow f
Is formed, the stiffness and strength of the skirt portion 3 itself can be increased, and from this point, abrasion resistance and seizure resistance can be improved. Since the fiber flow f of the skirt portion is formed as a continuous flow of the radial fiber flow f of the head portion, the forged piston 1 has high strength and rigidity as a whole.

【0061】本実施形態では、Siの平均粒径を50μ
m以下としたので、ショットピーニング加工時にSi粒
子が脱落するのを防止でき、ひいては疲労強度を向上で
き、この点からも耐久性を向上してピストン寿命を延長
できる。またSi粒径を50μm以下としたので、金型
鍛造時の延性を高めることができるとともに、表面荒れ
を防止できる。
In this embodiment, the average particle size of Si is 50 μm.
m or less, the Si particles can be prevented from falling off during shot peening, and the fatigue strength can be improved. In this respect, the durability can be improved and the life of the piston can be extended. In addition, since the Si particle size is set to 50 μm or less, ductility during die forging can be increased, and surface roughness can be prevented.

【0062】図18は、本実施形態の効果を確認するた
めに行った実験の結果を示すためのSi平均粒径と疲労
寿命との関係を示す特性図である。この実験は、外表面
硬度の高いピストン試料と、これより表面硬度の低いピ
ストン試料について、Si粒径の異なるものを準備し、
各試料にショットピーニング加工を施した場合の疲労寿
命を測定して行った。
FIG. 18 is a characteristic diagram showing the relationship between the average Si grain size and the fatigue life to show the results of an experiment conducted to confirm the effect of this embodiment. In this experiment, a piston sample with a high outer surface hardness and a piston sample with a lower surface hardness were prepared with different Si particle sizes.
The fatigue life when shot peening was performed on each sample was measured and performed.

【0063】同図からも明らかなように、Siの平均粒
径が50μmを越えると何れの試料も疲労強度が極端に
落ち込んでいる。これはSi平均粒子径が50μmを越
えるとショットピーニング加工による硬度低下率が急激
に大きくなるためと考えられる。これに対してSiの平
均粒径を50μm以下とした場合には、ショットピーニ
ング加工によるSiの脱落がないことから硬度低下率が
大きくなることはなく、その結果、疲労強度を向上でき
たものと考えられる。
As is clear from the figure, when the average grain size of Si exceeds 50 μm, the fatigue strength of all samples is extremely reduced. This is considered to be because if the Si average particle diameter exceeds 50 μm, the hardness reduction rate due to shot peening sharply increases. On the other hand, when the average particle size of Si is set to 50 μm or less, the rate of decrease in hardness does not increase because there is no dropout of Si by shot peening, and as a result, fatigue strength can be improved. Conceivable.

【0064】[0064]

【表1】 [Table 1]

【0065】表1は、本発明の鍛造ピストンの硬度,疲
労強度を測定した結果を示す。上記表1の第II欄は、連
続鋳造により製造したSi粒径30μmのアルミ合金
(AHSG)塊を型鍛造した本発明ピストンを示し、第
III 欄は、アトマイズにより製造したSi粒径10μm
以下のアルミ合金(PM1)粉末を型鍛造した本発明ピ
ストンを示し、第IV欄は、第III 欄と同様の製造方法で
化学成分の異なる(PM2)本発明ピストンを示す。I
欄は、従来の金型鋳造ピストン(AC9B)を示す。
Table 1 shows the results of measuring the hardness and fatigue strength of the forged piston of the present invention. Column II of Table 1 above shows the piston of the present invention obtained by die forging an aluminum alloy (AHSG) lump having a Si particle size of 30 μm manufactured by continuous casting.
Column III shows the Si particle size of 10 μm produced by atomization.
The piston of the present invention obtained by die-forging the following aluminum alloy (PM1) powder is shown. Column IV shows the piston of the present invention (PM2) having a different chemical composition by the same manufacturing method as that of column III. I
The column shows a conventional die casting piston (AC9B).

【0066】同表からも明らかなように、従来ピストン
では、硬度が65HRB,疲労強度が140Mpaと低
い(第I欄参照)。これに対して本発明ピストンは、何
れも硬度が70〜80HRB,疲労強度が180〜22
0Mpaと従来ピストンに比べて大幅に向上しているこ
とがわかる(第II〜第IV欄参照) 。
As is clear from the table, the conventional piston has a low hardness of 65 HRB and a low fatigue strength of 140 MPa (see column I). On the other hand, each of the pistons of the present invention has a hardness of 70 to 80 HRB and a fatigue strength of 180 to 22.
It can be seen that it is 0 Mpa, which is much higher than that of the conventional piston (see columns II to IV).

【0067】なお、図11及び図12の連続鋳造におい
て、炭化シリコン(Sic)や酸化アルミニウム(Al
2 3 )や酸化アルミニウム(AlN)のような硬質成
分の平均粒径が50μm以下の粉末を単独で、あるいは
複数溶解炉に追加混合するようにしてビュレットを製造
してもよい。この場合、これらの成分の合計含有割合は
5重量%程度とする。
In the continuous casting shown in FIGS. 11 and 12, silicon carbide (Sic) or aluminum oxide (Al
The burette may be manufactured by adding powder having an average particle size of 50 μm or less of a hard component such as 2 O 3 ) or aluminum oxide (AlN) singly or in a plurality of melting furnaces. In this case, the total content of these components is about 5% by weight.

【0068】上記と同様に、図13に示すアルミニウム
合金の急冷凝固粉末中に、炭化シリコン(Sic)等の
硬質成分の平均粒径が50μm以下の粉末を単独で、あ
るいは複数追加混合し、図13あるいは図14に示す行
程を経てビュレットを製造しても良い。
Similarly to the above, powder having an average particle size of a hard component such as silicon carbide (Sic) having a particle diameter of 50 μm or less alone or a plurality of additional powders is added to the rapidly solidified powder of the aluminum alloy shown in FIG. The burette may be manufactured through the process shown in FIG.

【0069】上記Siに加え硬質成分を含有するビュレ
ットを図15及び図16に示す型鍛造する場合でも、図
7〜図10に示すファイバーフローが形成される。この
ファイバーフローはSiの粒子及び硬質成分が集まって
形成される。これによりヘッド部2及びスカート部3の
さらなる強度向上が図れるとともに、ヘッド部2の温度
上昇を抑制でき、またスカート部3の潤滑性を向上でき
る。
Even when a burette containing a hard component in addition to the above Si is subjected to die forging shown in FIGS. 15 and 16, the fiber flows shown in FIGS. 7 to 10 are formed. This fiber flow is formed by gathering Si particles and hard components. Thereby, the strength of the head portion 2 and the skirt portion 3 can be further improved, the temperature rise of the head portion 2 can be suppressed, and the lubricity of the skirt portion 3 can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態による鍛造ピストンを説明
するための平面図である。
FIG. 1 is a plan view illustrating a forged piston according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記鍛造ピストンの右側面図である。FIG. 2 is a right side view of the forged piston.

【図3】上記鍛造ピストンの正面図である。FIG. 3 is a front view of the forged piston.

【図4】上記鍛造ピストンの底面図である。FIG. 4 is a bottom view of the forged piston.

【図5】上記鍛造ピストンの断面側面図である(図1の
V-V 線断面図) 。
5 is a sectional side view of the forged piston (FIG. 1)
VV line cross section).

【図6】上記鍛造ピストンの断面正面図である(図1の
VI-VI 線断面図) 。
6 is a sectional front view of the forged piston (FIG. 1)
VI-VI sectional view).

【図7】上記鍛造ピストンのヘッド部のファイバフロー
を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a fiber flow of a head portion of the forged piston.

【図8】上記鍛造ピストンの放熱溝を示す模式図である
(図7のVIII-VIII 線断面図)。
FIG. 8 is a schematic view showing a heat radiation groove of the forged piston (a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7).

【図9】上記鍛造ピストンのスカート部のファイバフロ
ーを示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic view showing a fiber flow in a skirt portion of the forged piston.

【図10】上記鍛造ピストンの保油溝を示す模式図(図
9のX-X 線断面図) である。
FIG. 10 is a schematic view (a sectional view taken along line XX in FIG. 9) showing an oil retaining groove of the forged piston.

【図11】上記鍛造ピストンの製造工程を示す模式図で
ある。
FIG. 11 is a schematic view showing a manufacturing process of the forged piston.

【図12】上記鍛造ピストンの製造工程における連続鋳
造装置の模式図である。
FIG. 12 is a schematic view of a continuous casting apparatus in a process of manufacturing the forged piston.

【図13】上記鍛造ピストンの製造工程を示す模式図で
ある。
FIG. 13 is a schematic view showing a process for manufacturing the forged piston.

【図14】上記鍛造ピストンの製造工程を示す模式図で
ある。
FIG. 14 is a schematic view showing a manufacturing process of the forged piston.

【図15】上記鍛造ピストンの金型鍛造の状態を示す模
式図である。
FIG. 15 is a schematic view showing a state of die forging of the forged piston.

【図16】上記鍛造ピストンの金型鍛造の状態を示す模
式図である。
FIG. 16 is a schematic diagram showing a state of die forging of the forged piston.

【図17】上記鍛造ピストンの製造工程を示す模式図で
ある。
FIG. 17 is a schematic view showing a manufacturing process of the forged piston.

【図18】上記実施形態の効果を示す特性図である。FIG. 18 is a characteristic diagram showing an effect of the embodiment.

【符号の説明】 1 鍛造ピストン 2 ヘッド部 2a 頂面 2d,2e リング溝 2j オイル孔 3 スカート部 7 放熱溝 7a 保油溝 f ファイバフロー C ピストンピン軸線[Description of Signs] 1 Forged Piston 2 Head 2a Top 2d, 2e Ring Groove 2j Oil Hole 3 Skirt 7 Heat Radiation Groove 7a Oil Retaining Groove f Fiber Flow C Piston Pin Axis

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16J 1/02 F16J 1/02 Fターム(参考) 3J044 AA06 AA08 BB39 CA13 CA40 EA10 4E087 AA02 AA10 BA04 CA11 CA33 CB07 CB11 DB18 DB24 EC12 EC22 HA62 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (reference) F16J 1/02 F16J 1/02 F term (reference) 3J044 AA06 AA08 BB39 CA13 CA40 EA10 4E087 AA02 AA10 BA04 CA11 CA33 CB07 CB11 DB18 DB24 EC12 EC22 HA62

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 略円板状のヘッド部と、該ヘッド部の外
周縁の少なくともピストンピン軸線の両側部分から下方
に延設されたスカート部と、上記ヘッド部の側周面に形
成された少なくとも2つのリング溝と、該リング溝のう
ち最下位のリング溝の底部に形成されピストン内部に連
通するオイル孔とを備えた4サイルエンジン用鍛造ピス
トンにおいて、該ピストンが少なくともシリコンを含有
するアルミ合金からなる型鍛造製のものであり、上記ス
カート部に摺動方向に延びるファイバフローが形成され
ており、該スカート部の外表面のファイバフローの間に
ショットピーニング加工により上記摺動方向に延びる保
油溝が形成されていることを特徴とする4サイクルエン
ジン用鍛造ピストン。
1. A substantially disk-shaped head portion, a skirt portion extending downward from at least both side portions of an outer peripheral edge of the head portion with respect to a piston pin axis, and a side peripheral surface of the head portion. A forged piston for a four-sile engine having at least two ring grooves and an oil hole formed at the bottom of the lowest ring groove among the ring grooves and communicating with the inside of the piston, wherein the piston has at least silicon-containing aluminum. It is made of a die forging made of an alloy, and a fiber flow extending in the sliding direction is formed on the skirt portion, and extends in the sliding direction by shot peening between the fiber flows on the outer surface of the skirt portion. A forged piston for a four-stroke engine, wherein an oil retaining groove is formed.
【請求項2】 請求項1において、上記ヘッド部に中心
部から放射状に延びるファイバフローが形成されてお
り、該ヘッド部の頂面のファイバフローの間にショット
ピーニング加工により放射状の放熱溝が形成されている
ことを特徴とする内燃機関用鍛造ピストン。
2. The head according to claim 1, wherein a fiber flow extending radially from a central portion is formed in the head portion, and a radial heat radiation groove is formed by shot peening between the fiber flows on the top surface of the head portion. A forged piston for an internal combustion engine, comprising:
【請求項3】 請求項1又は2において、上記シリコン
の平均粒径が50μm以下であることを特徴とする4サ
イクルエンジン用鍛造ピストン。
3. The forged piston for a four-stroke engine according to claim 1, wherein the silicon has an average particle diameter of 50 μm or less.
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