JP3194531B2 - 内燃エンジン用ピストン - Google Patents
内燃エンジン用ピストンInfo
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- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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- F05C2251/04—Thermal properties
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌ合金製の内燃エン
ジン用ピストンに関する。
ジン用ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】斯かる内燃エンジン用ピストンは高温の
爆発燃焼ガスに晒されて加熱され（通常、２５０〜３５
０℃に）つつ爆発力を受け、シリンダ内を高速で往復運
動するために慣性力を受ける。このためにピストンに要
求される材料特性としては、軽量であること、高温強度
及び耐熱性に優れていること、熱伝導率が高いこと、熱
膨張係数が小さいこと、耐摩耗性に優れていること等が
挙げられる。斯かる要求をほぼ満たす材料として従来か
らＡｌ合金が採用されており、特に４サイクルエンジン
では通称ローエックス合金と称されるＡＣ８Ａの使用が
一般的であり、２サイクルエンジンではＡｌ−Ｓｉ系過
共晶合金（高Ｓｉ合金）、ＡＣ９Ａ、ＡＣ９Ｂが一般的
に用いられている。
爆発燃焼ガスに晒されて加熱され（通常、２５０〜３５
０℃に）つつ爆発力を受け、シリンダ内を高速で往復運
動するために慣性力を受ける。このためにピストンに要
求される材料特性としては、軽量であること、高温強度
及び耐熱性に優れていること、熱伝導率が高いこと、熱
膨張係数が小さいこと、耐摩耗性に優れていること等が
挙げられる。斯かる要求をほぼ満たす材料として従来か
らＡｌ合金が採用されており、特に４サイクルエンジン
では通称ローエックス合金と称されるＡＣ８Ａの使用が
一般的であり、２サイクルエンジンではＡｌ−Ｓｉ系過
共晶合金（高Ｓｉ合金）、ＡＣ９Ａ、ＡＣ９Ｂが一般的
に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の内燃
エンジンの高性能化に伴い、ピストンは更に高温（約４
００℃）での使用にも耐え得ることが要求される。一般
に、Ｍｇの添加量を増すと耐熱強度が上がることは知ら
れているが、熱膨張係数も大きくなってしまうため、Ｍ
ｇの添加量を余り多くすることができず、耐熱強度を高
めるにも限界があった。
エンジンの高性能化に伴い、ピストンは更に高温（約４
００℃）での使用にも耐え得ることが要求される。一般
に、Ｍｇの添加量を増すと耐熱強度が上がることは知ら
れているが、熱膨張係数も大きくなってしまうため、Ｍ
ｇの添加量を余り多くすることができず、耐熱強度を高
めるにも限界があった。
【０００４】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、熱膨張を小さく抑えつつ、耐
熱強度を高めることができる内燃エンジン用ピストンを
提供することにある。
で、その目的とする処は、熱膨張を小さく抑えつつ、耐
熱強度を高めることができる内燃エンジン用ピストンを
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、Ｍｇを１０〜１５ｗｔ％含有し、且つ、
Ａｌと固溶体を作らない平均粒径１０μｍ以下の耐熱・
低熱膨張粒子を添加して成るＡｌ合金によって鋳造成形
して内燃エンジン用ピストンを構成することを特徴とす
る。
め、本発明は、Ｍｇを１０〜１５ｗｔ％含有し、且つ、
Ａｌと固溶体を作らない平均粒径１０μｍ以下の耐熱・
低熱膨張粒子を添加して成るＡｌ合金によって鋳造成形
して内燃エンジン用ピストンを構成することを特徴とす
る。
【０００６】
【作用】本発明者等は、Ａｌ合金においてＳｉＣ粒子の
ような平均粒径１０μｍ以下の耐熱・低熱膨張粒子を添
加すれば、Ｍｇの含有量を増しても熱膨張係数を２４×
１０-6／℃以下（２０〜２００℃）に抑えることができ
ることを実験的に見い出した。
ような平均粒径１０μｍ以下の耐熱・低熱膨張粒子を添
加すれば、Ｍｇの含有量を増しても熱膨張係数を２４×
１０-6／℃以下（２０〜２００℃）に抑えることができ
ることを実験的に見い出した。
【０００７】又、鋳造によってもＡｌと固溶体を作らな
い耐熱・低熱膨張粒子は、Ａｌ合金が溶湯状態にあって
もＡｌ合金に溶け込むことはなく、このため鋳型への注
湯後の冷却過程において結晶化して粒子径が粗大化する
ことはなく、添加時の微細な平均粒子径（１０μｍ以
下）を維持し、熱膨張係数を小さく抑えつつ強度低下を
起こさない特徴を有している。従って、本発明によれ
ば、熱膨張係数を小さく抑えつつ、Ｍｇの含有量を増や
すことによってピストンの耐熱強度を高めるとともに、
更なる軽量化を実現することができる。
い耐熱・低熱膨張粒子は、Ａｌ合金が溶湯状態にあって
もＡｌ合金に溶け込むことはなく、このため鋳型への注
湯後の冷却過程において結晶化して粒子径が粗大化する
ことはなく、添加時の微細な平均粒子径（１０μｍ以
下）を維持し、熱膨張係数を小さく抑えつつ強度低下を
起こさない特徴を有している。従って、本発明によれ
ば、熱膨張係数を小さく抑えつつ、Ｍｇの含有量を増や
すことによってピストンの耐熱強度を高めるとともに、
更なる軽量化を実現することができる。
【０００８】
【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【０００９】図１は本発明に係る２サイクルエンジン用
ピストン１の縦断面図であり、該ピストン１はＡｌ合金
によって一体鋳造され、これは不図示のシリンダ内を摺
動する円筒部２と、不図示の燃焼室の一部を構成する頂
部３を有している。そして、円筒部２の内側には一対の
ボス部４，４が径方向に相対向して一体に形成されてお
り、同円筒部２の上部外周面には不図示のピストンリン
グが嵌合すべきピストンリング溝５，６が全周に亘って
形成されている。
ピストン１の縦断面図であり、該ピストン１はＡｌ合金
によって一体鋳造され、これは不図示のシリンダ内を摺
動する円筒部２と、不図示の燃焼室の一部を構成する頂
部３を有している。そして、円筒部２の内側には一対の
ボス部４，４が径方向に相対向して一体に形成されてお
り、同円筒部２の上部外周面には不図示のピストンリン
グが嵌合すべきピストンリング溝５，６が全周に亘って
形成されている。
【００１０】ところで、該ピストン１の素材であるＡｌ
合金は、Ｍｇを１０〜１５ｗｔ％含有し、更に、Ａｌと
固溶体を作らない平均粒径１０μｍ以下の耐熱・低熱膨
張粒子であるＳｉＣ粒子を適量添加されることによって
熱膨張係数が２４×１０-6／℃以下（２０〜２００℃）
に抑えられている。
合金は、Ｍｇを１０〜１５ｗｔ％含有し、更に、Ａｌと
固溶体を作らない平均粒径１０μｍ以下の耐熱・低熱膨
張粒子であるＳｉＣ粒子を適量添加されることによって
熱膨張係数が２４×１０-6／℃以下（２０〜２００℃）
に抑えられている。
【００１１】ここで、純Ａｌ，ＡＣ８Ａ（従来の材質：
Ｍｇを０．７〜１．３ｗｔ％含有）、Ａｌ−７％Ｍｇ
（Ｍｇを７ｗｔ％含有するもの）、Ａｌ−７％Ｍｇ＋１
０％ＳｉＣ（Ｍｇを７ｗｔ％含有し、且つＳｉＣ粒子を
１０ｗｔ％添加したもの）に対して実施された熱間圧縮
試験（試験温度：４００℃、保持時間：１時間）の結果
（耐熱強度）を図２に棒グラフａ，ｂ，ｃ，ｄにてそれ
ぞれ示す。棒グラフａ，ｂ，ｃの比較で明らかなよう
に、Ｍｇの含有量を増せば、Ｍｇの固溶強化によって耐
熱強度が飛躍的に高められる。尚、図３に示すＡｌ−Ｍ
ｇ合金状態図より明らかなように、α層（Ａｌに対する
Ｍｇの固溶体）の最大固溶量はピストンの最高使用温度
４００℃において約１５ｗｔ％であるため、Ｍｇの含有
量としては１０〜１５ｗｔ％が適当である（図３におい
て、βはＡｌ3 Ｍｇ2 を、Ｌは液体をそれぞれ示
す）。又、図４にＳｉＣ粒子の粒径に対するＡｌ合金の
降伏応力の変化を示すが、同図よりＡｌ合金の降伏応力
はＳｉＣ粒子の粒径が小さい程高いことが明らかであっ
て、所要の耐熱強度を得るために適したＳｉＣ粒子の粒
径としては１０μｍ以下が望ましい。
Ｍｇを０．７〜１．３ｗｔ％含有）、Ａｌ−７％Ｍｇ
（Ｍｇを７ｗｔ％含有するもの）、Ａｌ−７％Ｍｇ＋１
０％ＳｉＣ（Ｍｇを７ｗｔ％含有し、且つＳｉＣ粒子を
１０ｗｔ％添加したもの）に対して実施された熱間圧縮
試験（試験温度：４００℃、保持時間：１時間）の結果
（耐熱強度）を図２に棒グラフａ，ｂ，ｃ，ｄにてそれ
ぞれ示す。棒グラフａ，ｂ，ｃの比較で明らかなよう
に、Ｍｇの含有量を増せば、Ｍｇの固溶強化によって耐
熱強度が飛躍的に高められる。尚、図３に示すＡｌ−Ｍ
ｇ合金状態図より明らかなように、α層（Ａｌに対する
Ｍｇの固溶体）の最大固溶量はピストンの最高使用温度
４００℃において約１５ｗｔ％であるため、Ｍｇの含有
量としては１０〜１５ｗｔ％が適当である（図３におい
て、βはＡｌ3 Ｍｇ2 を、Ｌは液体をそれぞれ示
す）。又、図４にＳｉＣ粒子の粒径に対するＡｌ合金の
降伏応力の変化を示すが、同図よりＡｌ合金の降伏応力
はＳｉＣ粒子の粒径が小さい程高いことが明らかであっ
て、所要の耐熱強度を得るために適したＳｉＣ粒子の粒
径としては１０μｍ以下が望ましい。
【００１２】而して、図２に示す棒グラフｃ，ｄを比較
すると、Ｍｇの他にＳｉＣを１０ｗｔ％添加したもの
（棒グラフｄにて示すもの）の耐熱強度はＳｉＣを添加
しないもの（棒グラフｃにて示すもの）のそれより若干
低下する一方、ＳｉＣを１０ｗｔ％添加したものの熱膨
張係数は従来のピストン材であるＡＣ８Ａのそれに近い
２４×１０-6／℃以下に抑えられる。試験結果によれ
ば、温度２０〜２００℃における純Ａｌの熱膨張係数が
２３．５×１０-6／℃であるのに対し、ＳｉＣを添加し
ないもの（棒グラフｃにて示すもの）、ＳｉＣを添加し
たもの（棒グラフｄにて示すもの）の熱膨張係数はそれ
ぞれ２４．９×１０-6／℃、２３．５×１０-6／℃であ
った。即ち、図２に示す棒グラフａ，ｃの比較からＭｇ
の含有量の増加により耐熱強度を大幅に改善できる一
方、純Ａｌの熱膨張係数が２３．５×１０ -6 ／℃である
ものが、Ｍｇを７ｗｔ％含有させることによって熱膨張
係数が２４．９×１０ -6 ／℃となることから分かる通
り、Ｍｇの含有量の増加により増加する。この熱膨張係
数の増加は、図２に示す棒グラフｃ，ｄの比較から分か
る通り、僅かな耐熱強度の低下を招くものの、Ｍｇを７
ｗｔ％含有し熱膨張係数が２４．９×１０ -6 ／℃となる
もの（棒グラフｃにて示すもの）にＳｉＣを１０ｗｔ％
添加することによって、熱膨張係数が純Ａｌのそれと同
じ２３．５×１０ -6 ／℃となることで示される通り、Ｓ
ｉＣを添加することによって熱膨張係数の増加抑えるこ
とができる。
すると、Ｍｇの他にＳｉＣを１０ｗｔ％添加したもの
（棒グラフｄにて示すもの）の耐熱強度はＳｉＣを添加
しないもの（棒グラフｃにて示すもの）のそれより若干
低下する一方、ＳｉＣを１０ｗｔ％添加したものの熱膨
張係数は従来のピストン材であるＡＣ８Ａのそれに近い
２４×１０-6／℃以下に抑えられる。試験結果によれ
ば、温度２０〜２００℃における純Ａｌの熱膨張係数が
２３．５×１０-6／℃であるのに対し、ＳｉＣを添加し
ないもの（棒グラフｃにて示すもの）、ＳｉＣを添加し
たもの（棒グラフｄにて示すもの）の熱膨張係数はそれ
ぞれ２４．９×１０-6／℃、２３．５×１０-6／℃であ
った。即ち、図２に示す棒グラフａ，ｃの比較からＭｇ
の含有量の増加により耐熱強度を大幅に改善できる一
方、純Ａｌの熱膨張係数が２３．５×１０ -6 ／℃である
ものが、Ｍｇを７ｗｔ％含有させることによって熱膨張
係数が２４．９×１０ -6 ／℃となることから分かる通
り、Ｍｇの含有量の増加により増加する。この熱膨張係
数の増加は、図２に示す棒グラフｃ，ｄの比較から分か
る通り、僅かな耐熱強度の低下を招くものの、Ｍｇを７
ｗｔ％含有し熱膨張係数が２４．９×１０ -6 ／℃となる
もの（棒グラフｃにて示すもの）にＳｉＣを１０ｗｔ％
添加することによって、熱膨張係数が純Ａｌのそれと同
じ２３．５×１０ -6 ／℃となることで示される通り、Ｓ
ｉＣを添加することによって熱膨張係数の増加抑えるこ
とができる。
【００１３】ところで、鋳造によってもＡｌと固溶体を
作らない耐熱・低熱膨張粒子であるＳｉＣ粒子は、Ａｌ
合金が溶湯状態にあってもＡｌ合金に溶け込むことはな
く、このため鋳型への注湯後の冷却過程において結晶化
して粒子径が粗大化することはなく、添加時の微細な平
均粒子径（１０μｍ以下）を維持し、熱膨張係数を小さ
く抑えつつ強度低下を起こさない特徴を有している。従
って、前述のようにＭｇを１０〜１５ｗｔ％含有し、平
均粒径１０μｍ以下のＳｉＣ粒子を適量添加されること
によって熱膨張係数が２４×１０-6／℃に抑えられたＡ
ｌ合金の鋳造成形によって得られる本発明に係るピスト
ン１は、熱膨張を小さく抑えられつつ、耐熱強度が高め
られ、最高使用温度４００℃での使用にも耐え得る。
又、Ｍｇの比重（１．７４）はＡｌの比重（２．７）よ
りも小さいため、Ｍｇの含有量を増やすことによってピ
ストン１が更に軽量化され、該ピストン１に作用する慣
性力を低減することができる。
作らない耐熱・低熱膨張粒子であるＳｉＣ粒子は、Ａｌ
合金が溶湯状態にあってもＡｌ合金に溶け込むことはな
く、このため鋳型への注湯後の冷却過程において結晶化
して粒子径が粗大化することはなく、添加時の微細な平
均粒子径（１０μｍ以下）を維持し、熱膨張係数を小さ
く抑えつつ強度低下を起こさない特徴を有している。従
って、前述のようにＭｇを１０〜１５ｗｔ％含有し、平
均粒径１０μｍ以下のＳｉＣ粒子を適量添加されること
によって熱膨張係数が２４×１０-6／℃に抑えられたＡ
ｌ合金の鋳造成形によって得られる本発明に係るピスト
ン１は、熱膨張を小さく抑えられつつ、耐熱強度が高め
られ、最高使用温度４００℃での使用にも耐え得る。
又、Ｍｇの比重（１．７４）はＡｌの比重（２．７）よ
りも小さいため、Ｍｇの含有量を増やすことによってピ
ストン１が更に軽量化され、該ピストン１に作用する慣
性力を低減することができる。
【００１４】尚、以上の実施例は２サイクルエンジン用
ピストンについて言及したが、本発明はその他４サイク
ルエンジン用ピストンに対しても適用可能であることは
勿論である。
ピストンについて言及したが、本発明はその他４サイク
ルエンジン用ピストンに対しても適用可能であることは
勿論である。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、Ｍｇを１０〜１５ｗｔ％含有し、且つ、Ａｌと
固溶体を作らない平均粒径１０μｍ以下の耐熱・低熱膨
張粒子を添加して成るＡｌ合金によって鋳造成形して内
燃エンジン用ピストンを構成するようにしたため、該ピ
ストンの熱膨張を小さく抑えつつ、耐熱強度を高めるこ
とができるという効果が得られる。
よれば、Ｍｇを１０〜１５ｗｔ％含有し、且つ、Ａｌと
固溶体を作らない平均粒径１０μｍ以下の耐熱・低熱膨
張粒子を添加して成るＡｌ合金によって鋳造成形して内
燃エンジン用ピストンを構成するようにしたため、該ピ
ストンの熱膨張を小さく抑えつつ、耐熱強度を高めるこ
とができるという効果が得られる。
【図１】本発明に係る２サイクルエンジン用ピストンの
縦断面図である。
縦断面図である。
【図２】各種材料の耐熱強度を示す図である。
【図３】Ａｌ−Ｍｇ合金状態図である。
【図４】ＳｉＣ粒子の粒径によるＡｌ合金の降伏応力の
変化を示す図である。
変化を示す図である。
１ ピストン ２ 円筒部 ３ 頂部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−50138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−42343（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−169340（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−198237（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−191759（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−127634（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16J 1/01 C22C 21/06
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｍｇを１０〜１５ｗｔ％含有し、且つ、
Ａｌと固溶体を作らない平均粒径１０μｍ以下の耐熱・
低熱膨張粒子を添加して成るＡｌ合金によって鋳造成形
して構成されることを特徴とする内燃エンジン用ピスト
ン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11375691A JP3194531B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 内燃エンジン用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11375691A JP3194531B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 内燃エンジン用ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0599336A JPH0599336A (ja) | 1993-04-20 |
| JP3194531B2 true JP3194531B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=14620344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11375691A Expired - Fee Related JP3194531B2 (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 内燃エンジン用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194531B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11203800B2 (en) | 2018-12-10 | 2021-12-21 | Hyundai Motor Company | Aluminum alloy for piston and piston for engine of vehicle |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4923498B2 (ja) * | 2005-09-28 | 2012-04-25 | 株式会社豊田中央研究所 | 高強度・低比重アルミニウム合金 |
| JP5642518B2 (ja) * | 2010-12-01 | 2014-12-17 | 曙ブレーキ工業株式会社 | アルミニウム合金製ブレーキ用ピストン |
| JP6337764B2 (ja) * | 2014-12-17 | 2018-06-06 | アイシン精機株式会社 | ピストンの製造方法 |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP11375691A patent/JP3194531B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11203800B2 (en) | 2018-12-10 | 2021-12-21 | Hyundai Motor Company | Aluminum alloy for piston and piston for engine of vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0599336A (ja) | 1993-04-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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