JP3129494B2 - 内燃機関用ピストン - Google Patents

内燃機関用ピストン

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JP3129494B2
JP3129494B2 JP03350509A JP35050991A JP3129494B2 JP 3129494 B2 JP3129494 B2 JP 3129494B2 JP 03350509 A JP03350509 A JP 03350509A JP 35050991 A JP35050991 A JP 35050991A JP 3129494 B2 JP3129494 B2 JP 3129494B2
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internal combustion
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英雄 吉村
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    • 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

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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム合金製
の内燃機関用ピストンに関し、特に圧縮リングが挿入さ
れるリング溝部の耐熱性、耐摩耗性を強化した内燃機関
用ピストンに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、アルミニウム合金製の内燃機関用
ピストンでは、トップリング溝部においてトップリング
との間で摩耗が生じ易く、またトップリングに対するA
l(アルミニウム)の凝着によりスカッフィングが生じ
易いことから、トップリング溝部の耐熱性、耐摩耗性を
向上させるために、種々の工夫がされている。例えば特
開昭63−289370号公報に記載された内燃機関用
ピストンでは、ピストン本体の冠面、ランド部、リング
溝部の内面及びピストンピン軸受部の内周面に硬質アル
マイト処理による陽極酸化被膜層を形成している。
【0003】一般に、内燃機関用ピストンに使用される
アルミニウム合金材においては、その化学成分中に多量
のSi(硅素)が含まれ、図に示すように金属組織中
にも多量のSiが晶出しており、図に示すように、母
材表面20に存在するSi粒上には陽極酸化被膜21を
生成し難いというアルマイトの性質上、前記公報記載の
内燃機関用ピストンのように母材表面20に陽極酸化被
膜層21を形成すると、形成された陽極酸化被膜層21
の表面は凹凸が多い性状となる場合が多い。この結果、
ピストン本体の下部のスカート部やピストンピン軸受部
の内周面においては凹凸面22にオイルが油膜を形成す
るから、潤滑油通路を形成することなく良好な耐スカッ
フィング性及び耐摩耗性を発揮させることができ、しか
も、陽極酸化被膜層21が形成されていれば、燃焼室の
熱がピストン本体に伝達されることで生じる熱損失を防
止し、ランド部に形成されたトップリング溝部の内面の
摩耗、へたり等を防止することができるという利点があ
る。
【0004】しかしながら、母材表面20に存在するS
i粒上には陽極酸化被膜21を生成し難いという前述ア
ルマイトの性質上、母材表面20に単に陽極酸化被膜層
21を形成するだけでは、この陽極酸化被膜層21を緻
密かつ均一に形成することは困難であり、形成された陽
極酸化被膜層21の表面の凹凸面22は不均一な凹凸と
なる性状の場合が多い。また、陽極酸化被膜層21の厚
みを厚くすることも困難である。
【0005】この結果、陽極酸化被膜層21の表面に形
成された凹凸面22がとりわけトップリング溝部の壁面
特に下面に存在すれば、機関運転時、トップリング溝部
の下面と、該溝部に挿入されたトップリングの下面との
間のシール性が不足して、この部位からのオイル漏れや
燃焼ガスの吹き抜けが生じて、初期のオイル消費量の増
加やブローバイガス量の増加といったようにエンジン性
能面で支障を来すおそれがある。
【0006】そこで、特開平3−3947号公報に記載
された内燃機関用ピストンでは、問題となるトップリン
グ溝部に、Si(硅素)含有量が0.4wt%以下の低
SiのAl−Mg(アルミニウム・マグネシウム)系ア
ルミニウム合金展伸材を鋳ぐるみ、その鋳ぐるみ材で形
成されたトップリング溝部の内面のうち、少なくとも上
下面に硬質アルマイト処理による陽極酸化被膜層を形成
してその表面の平滑化を図っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
3−3947号公報記載の内燃機関用ピストンでは、ト
ップリング溝部に別部材のAl−Mg系アルミニウム合
金展伸材を鋳ぐるむことから、ピストンの製作性が悪化
し、コストアップとなるばかりでなく、鋳ぐるみ材の剥
離等、鋳ぐるみ材とピストン本体との密着性に問題があ
った。
【0008】この発明は前記従来の課題を解決するため
になしたもので、製作性を損なうことなく陽極酸化被膜
層の表面を平滑にして製作できる内燃機関用ピストンを
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ピストン本体母材の表面に陽極酸化被
膜層を施したアルミニウム合金製ピストンにおいて、前
記ピストン本体母材のランド部に形成したリング溝のう
ち、少なくともトップリング溝部の下面にSi粒が除去
された表面部を形成し、この表面部に前記陽極酸化被膜
を形成した。
【0010】
【作用】上記本発明の構成によれば、トップリング溝部
の下面に形成された陽極酸化被膜層の表面が平滑面とな
から、トップリング溝部の下面とトップリングの下面
との間のシール性が向上し、機関運転時、オイル漏れに
よるオイル消費量の増加や燃焼室からの燃焼ガスの吹き
抜けによるブローバイガス流量の増加を確実に低減させ
ることができる。
【0011】また本発明の構成によれば、ピストン本体
の表面に陽極酸化被膜層が形成されていることから、特
にピストン本体母材の冠面が耐熱性に優れ、熱伝導率が
小さくなって、機関運転時、燃焼室からの熱がピストン
本体母材に伝達され難く、熱損失が防止される。更には
ピストン簿材の他の部位、例えばスカート部表面やピス
トンピン孔内周面には、粗い凹凸面の陽極酸化被膜層が
形成されていることになり、これによりこれら凹凸面に
オイル油膜が形成されて、特別に潤滑油通路を 形成しな
くとも、良好な耐スカッフィング性及び耐摩耗性が得ら
れる。
【0012】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図1はアルミニウム合金製ピストン本体母材に陽
極酸化被膜層を施した内燃機関用ピストンの断面図、
2は本発明の実施例における平滑面形成前のトップリン
グ溝の下面を示す拡大断面図、図3はトップリング溝の
Si粒が除去された下面を示す金属組織の断面図、図4
は図3に示すトップリング溝の下面に形成された陽極酸
化被膜層を示す断面図である。
【0013】図1において、図中1はアルミニウム合金
製のピストン本体母材で、このピストン本体母材1はク
ラウン部2とスカート部3とで構成されている。クラウ
ン部2の外周部に形成されたランド部には有底環状のト
ップリング溝部4とセカンドリング溝部5とオイルリン
グ溝部6が間隔をおき並べて形成され、これによりトッ
プランド部7とセカンドランド部8とサードランド部9
とが形成されると共に、前記各リング溝部4、5、6に
はそれぞれトップリング10とセカンドリング11とオ
イルリング12が挿入されている。また、スカート部3
には、図示しないピストンピンが取り付けられるピスト
ンピン孔19が形成されている。
【0014】このピストン本体母材1の表面は、硬質ア
ルマイト処理による陽極酸化被膜層13が形成され被覆
されている。この際、アルマイトは不均一な粒状である
ので、図2に示すように、陽極酸化被膜層13の外表面
は粗い凹凸面16に形成されている
【0015】そこで、図3に示すように、前記リング溝
部4、5、6のうち、少なくともトップリング溝部4の
下面4aには、陽極酸化被膜層13の生成に妨げとなる
Si粒が予め除去されてAl層のみ存在する表面部14
が形成されており、この表面部14には図4に示すよう
に緻密かつ均一な性状をもつ陽極酸化被膜層13が形成
されて、その表面はほぼ平滑に近い面(以下、平滑面と
いう)15となっている。より具体的には、ピストン本
体母材1のトップリング溝部4の下面4aは硝酸と弗酸
の混合液による酸洗いでSi粒が溶解除去されている。
図3は酸洗い後の前記下面4aにおける金属組織の断面
を示している。この図4から、母材のアルミニウム層中
にSiが晶出しているが、表面のSi粒は除去されてい
ることが分かる。前記酸洗い液は、硝酸と弗酸が重量%
で2:1である混合液が適している。硝酸濃度が高くな
り過ぎると、アルミニウム素地が不働能化してしまい、
母材表面に不働能膜が生成するため、反応が起こり難く
なる。逆に、弗酸濃度が高くなり過ぎると、Si粒の溶
解と共にアルミニウム素地の溶解が大きくなり過ぎてし
まい不適となる。
【0016】以上の構成を有する本発明の実施例におい
て、ピストン本体母材1の冠面1aには耐熱性に優れ、
熱伝導率が小さい陽極酸化被膜層13が形成されてお
り、機関運転時、燃焼室からの熱はピストン本体母材1
に伝達され難いから、熱損失が防止される。
【0017】各ランド部7、8、9やリング溝部4、
5、6の内面は、耐摩耗性に優れた陽極酸化被膜層13
により保護されて、その摩耗、へたり等が少なくなる。
【0018】また、トップリング溝部4の下面4aに陽
極酸化被膜層13が形成され、その表面に平滑面15が
形成されており、この平滑面15とトップリング溝部4
内に挿入されたトップリング10の下面10aとが当接
して両者間のシール性が向上するから、機関運転時、オ
イル漏れや燃焼ガスの吹き抜けが低減される。尚、第1
実施例と同様、セカンドリング溝部5の下面5aに形成
された陽極酸化被膜層13の表面にも同様に平滑面15
が形成されていれば、より一層の効果を得ることができ
る。
【0019】また、スカート部3の表面やピストンピン
孔19の内周面に形成した陽極酸化被膜層13の表面に
は粗い凹凸面16が形成されており、この凹凸面16に
オイルが油膜を形成するから、潤滑油通路を形成するこ
となく良好な耐スカッフィング性及び耐摩耗性が得ら
れ、特にスカート部3での摩擦が低減される。
【0020】
【発明の効果】以上の通りこの発明は、アルミニウム合
金製ピストン本体母材のランド部に形成されたリング溝
部のうち、少なくともトップリング溝部の下面に表面が
平滑である陽極酸化被膜層を形成したから、ピストンの
製作性を損なうことなく、トップリング溝部の下面とト
ップリングの下面との間のシール性を向上させて、機関
運転時、オイル漏れによる初期のオイル消費量の増加や
燃焼室からの燃焼ガスの吹き抜けによるブローバイガス
流量の増加を確実に低減させることができる。
【0021】また本発明によれば、ピストン本体の表面
に陽極酸化被膜層が形成されていることから、特にピス
トン本体母材の冠面が耐熱性に優れ、熱伝導率が小さく
なって、機関運転時、燃焼室からの熱がピストン本体母
材に伝達され難く、熱損失が防止される。
【0022】更に、本発明によれば、ピストン簿材の他
の部位、例えばスカート部表面やピストンピン孔内周面
には、粗い凹凸面の陽極酸化被膜層が形成されているこ
とになり、これによりこれら凹凸面にオイル油膜が形成
されて、特別に潤滑油通路を形成しなくとも、良好な耐
スカッフィング性及び耐摩耗性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】表面に陽極酸化被膜層を施した内燃機関用ピス
トンの一部を示す縦断面図である。
【図2】本発明の第1実施例における平滑面形成前のト
ップリング溝の下面を示す拡大断面図である。
【図3】本発明の実施例におけるピストン本体母材のト
ップリング溝部の下面に形成されたSi粒が除去された
表面部における金属組織の断面図である。
【図4】図4に示す表面部に形成された陽極酸化被膜層
を示す断面図である。
【図5】ピストン本体母材のトップリング溝部のSi粒
が除去されていない下面を示す金属組織の断面図であ
る。
【図6】図6に示すピストン本体母材のトップリング溝
部の下面に形成された陽極酸化被膜層を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 ピストン本体母材 2 ランド部 4 トップリング溝(リング溝) 4a 下面 5 セカンドリング溝(リング溝) 6 オイルリング溝 (リング溝) 10 トップリング 10a 下面 13 陽極酸化被膜層 14 表面部 15,17 平滑面 16 凹凸面
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16J 1/00 - 1/24 F16J 9/00 F16J 7/00 - 10/04 F02F 3/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストン本体母材の表面に陽極酸化被膜
    層を施したアルミニウム合金製ピストンにおいて、前記
    ピストン本体母材のランド部に形成したリング溝のう
    ち、少なくともトップリング溝部の下面にSi粒が除去
    された表面部を形成し、この表面部に前記陽極酸化被膜
    を形成したことを特徴とする内燃機関用ピストン。
JP03350509A 1991-07-22 1991-12-11 内燃機関用ピストン Expired - Fee Related JP3129494B2 (ja)

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