JPH02277950A - 内燃機関用アルミニウム合金ピストン - Google Patents
内燃機関用アルミニウム合金ピストンInfo
- Publication number
- JPH02277950A JPH02277950A JP1101298A JP10129889A JPH02277950A JP H02277950 A JPH02277950 A JP H02277950A JP 1101298 A JP1101298 A JP 1101298A JP 10129889 A JP10129889 A JP 10129889A JP H02277950 A JPH02277950 A JP H02277950A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- opening edge
- edge section
- fibers
- piston
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 6
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- F02B23/0696—W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
-
- 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
- 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
- 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
- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
-
- 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
- F02F3/28—Other pistons with specially-shaped head
- F02F3/285—Other pistons with specially-shaped head the head being provided with an insert located in or on the combustion-gas-swept surface
-
- 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
- F02B2023/0612—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 the material having a high temperature and pressure resistance, e.g. ceramic
-
- 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
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
-
- 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
- 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
-
- 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
- F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
- F05C2253/16—Fibres
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/49249—Piston making
- Y10T29/49252—Multi-element piston making
- Y10T29/49254—Utilizing a high energy beam, e.g., laser, electron beam
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、内燃機関用アルミニウム合金ピストンの強
度の改善に関し、特に直噴ディーゼル機関用ピストンに
適用して最適なものである。
度の改善に関し、特に直噴ディーゼル機関用ピストンに
適用して最適なものである。
この発明は、内燃機関用ピストンの頭部に設けられた燃
焼室の口縁部に沿って繊維強化線材を配し、この繊維強
化線材を上記口縁部と共に加熱再溶解して凝固させるこ
とにより、上記口縁部を上記繊維強化線材にて補強した
ものである。
焼室の口縁部に沿って繊維強化線材を配し、この繊維強
化線材を上記口縁部と共に加熱再溶解して凝固させるこ
とにより、上記口縁部を上記繊維強化線材にて補強した
ものである。
第４図に示すごとく、内燃機関用ピストン１の頭部１ａ
に設けた燃焼室２は、高温ガスによって局部的に過熱さ
れると共に、高い燃焼圧力下で使用される。したがって
上記燃焼室２の口縁部２ａには、上記ピストン１の半径
方向に発生、進展する亀裂が生じ易い。
に設けた燃焼室２は、高温ガスによって局部的に過熱さ
れると共に、高い燃焼圧力下で使用される。したがって
上記燃焼室２の口縁部２ａには、上記ピストン１の半径
方向に発生、進展する亀裂が生じ易い。
そこでセラミック繊維をピストンの補強部に相当する環
状に成形したある一定かさ密度のプリフォーム３を予め
金型に配置し、ピストン合金溶湯を注入し高圧凝固鋳造
法によりこのセラミック繊維プリフォームに溶湯を浸透
させながらピストンを鋳造して、上記口縁部２ａをセラ
ミック繊維で複合強化し、強度を改善するようにしたも
のがある。
状に成形したある一定かさ密度のプリフォーム３を予め
金型に配置し、ピストン合金溶湯を注入し高圧凝固鋳造
法によりこのセラミック繊維プリフォームに溶湯を浸透
させながらピストンを鋳造して、上記口縁部２ａをセラ
ミック繊維で複合強化し、強度を改善するようにしたも
のがある。
しかしながら上記高圧凝固鋳造法では、６００〜１２０
０ ｋｇ／ｃｕｔの高圧を溶湯に加えるために、鋳造装
置や金型はこの高圧に耐え得る設計を必要とする。この
ためピストンのコストは、一般的な重力鋳造法に拠る生
産に較べて著しく高（なる。
０ ｋｇ／ｃｕｔの高圧を溶湯に加えるために、鋳造装
置や金型はこの高圧に耐え得る設計を必要とする。この
ためピストンのコストは、一般的な重力鋳造法に拠る生
産に較べて著しく高（なる。
また高圧凝固鋳造法を採用すれば、分割界面に溶湯が差
込むために分割された中子は使用することができない。
込むために分割された中子は使用することができない。
このためアンダーカット４をピストン１内部に形成する
ことができないという設計上の制約も生じる。
ことができないという設計上の制約も生じる。
なおセラミック繊維で金属を複合強化する場合、亀裂の
進行する方向と直角に繊維の配向を揃えることにより最
大の複合効果が得られる（ピストンの場合燃焼室の口縁
部２ａの円周方向に繊維の配向を揃える）ことがわかっ
ているが、上記プリフォーム３を使用する場合、成形す
るセラミ・ツク繊維の配向方向を環形状のプリフォーム
３内で円周方向に揃えることは製法上の困難がある。こ
のため口縁部２ａの縁を連ねた曲線に直交して発生しか
つ進展する亀裂をプリフォーム３で防止する効果は不充
分なものになる。
進行する方向と直角に繊維の配向を揃えることにより最
大の複合効果が得られる（ピストンの場合燃焼室の口縁
部２ａの円周方向に繊維の配向を揃える）ことがわかっ
ているが、上記プリフォーム３を使用する場合、成形す
るセラミ・ツク繊維の配向方向を環形状のプリフォーム
３内で円周方向に揃えることは製法上の困難がある。こ
のため口縁部２ａの縁を連ねた曲線に直交して発生しか
つ進展する亀裂をプリフォーム３で防止する効果は不充
分なものになる。
なお上記製法上の困難とは、セラミック短繊維を混入し
たスラリーを減圧濾過させる上記プリフォームの従来の
製法では、ろ過するフィルターと平行に繊維が配向する
傾向にあるが、フィルターと平行な２次元の面に於ける
繊維の配向は不同となるため、リング状プリフォームの
周方向に繊維の配向を整えることはできないということ
である。
たスラリーを減圧濾過させる上記プリフォームの従来の
製法では、ろ過するフィルターと平行に繊維が配向する
傾向にあるが、フィルターと平行な２次元の面に於ける
繊維の配向は不同となるため、リング状プリフォームの
周方向に繊維の配向を整えることはできないということ
である。
一方上記短繊維の代りに長繊維を使用し、この長繊維を
プリフォームの環状形に沿って巻くことが課題の解決に
有効と考えられるが、このような長、繊維の製造法では
繊維を巻く工数がかかると共に、繊維の体積率の調整が
難しいため、プリフォームのコストも非常にに高（なる
。
プリフォームの環状形に沿って巻くことが課題の解決に
有効と考えられるが、このような長、繊維の製造法では
繊維を巻く工数がかかると共に、繊維の体積率の調整が
難しいため、プリフォームのコストも非常にに高（なる
。
本発明は上述の点に鑑み、上記プリフォームを使用する
ピストンに較べてその生産コストをはるかに低減させな
がら、しかも上記燃焼室の口縁部強度を一層改善できる
内燃機関用ピストンを提供するものである。
ピストンに較べてその生産コストをはるかに低減させな
がら、しかも上記燃焼室の口縁部強度を一層改善できる
内燃機関用ピストンを提供するものである。
本発明は、その燃焼室の口縁部に沿って配したセラミッ
ク繊維強化線材を上記口縁部と共に高密度エネルギービ
ームにて再溶解し凝固させて、上記口縁部を強化した内
燃機関用アルミニウム合金ピストンに係るものである。
ク繊維強化線材を上記口縁部と共に高密度エネルギービ
ームにて再溶解し凝固させて、上記口縁部を強化した内
燃機関用アルミニウム合金ピストンに係るものである。
上記繊維強化線材は、セラミック繊維で複合強化したア
ルミニウム合金ビレットを押出し又は引き抜き加工して
線材中の上記繊維を上記押出し又は引き抜きの方向と平
行に配向させるとよい。
ルミニウム合金ビレットを押出し又は引き抜き加工して
線材中の上記繊維を上記押出し又は引き抜きの方向と平
行に配向させるとよい。
また上記繊維の体積率は５〜３０％にかつ線材中の繊維
の長手方向の配向率は６０％以上にするとよい。
の長手方向の配向率は６０％以上にするとよい。
かくして上記内燃機関用ピストンでは、高温ガスの局部
的な反復加熱により発生ずる熱応力と、機械的繰返し応
力とに曝されるピストン頭部の燃焼室のうち、強度的問
題を生じ易いその口縁部分を繊維強化線材で補強し、上
記ピストンの損傷を有効に防止することができる。
的な反復加熱により発生ずる熱応力と、機械的繰返し応
力とに曝されるピストン頭部の燃焼室のうち、強度的問
題を生じ易いその口縁部分を繊維強化線材で補強し、上
記ピストンの損傷を有効に防止することができる。
以下本発明を直噴ディーゼル機関用ピストンに適用した
実施例につき、第１図〜第３図を参照しながら説明する
。
実施例につき、第１図〜第３図を参照しながら説明する
。
繊維強化線材５は、先ずセラミック繊維の体積率Ｖ、を
５〜３０％の範囲とした軽合金複合材ビレットを作り、
次にこのビレットを熱間で押出し又は引き抜き加工して
得る。また繊維の配向率は、この押出し又は引き抜き加
工で６０％以上にする。
５〜３０％の範囲とした軽合金複合材ビレットを作り、
次にこのビレットを熱間で押出し又は引き抜き加工して
得る。また繊維の配向率は、この押出し又は引き抜き加
工で６０％以上にする。
ここで配向率とは、上記押出し方向と平行な任意断面内
において、この押出し又は引き抜き方向と繊維の配向方
向との交角が３０度以内にある繊維の全繊維に対する比
を百分比にて表わしたものである。
において、この押出し又は引き抜き方向と繊維の配向方
向との交角が３０度以内にある繊維の全繊維に対する比
を百分比にて表わしたものである。
次に上記繊維強化線材を燃焼室２の口縁部２ａ寸法に合
せて環状に成形し、口縁部２ａに埋込む。
せて環状に成形し、口縁部２ａに埋込む。
次に高密度エネルギービームを口縁部２ａに当て、線材
５と、この線材５近傍の口縁部２ａとを再溶解し凝固さ
せて、両者を一体とする。なお上記高密度エネルギービ
ームは、例えばＴＩＧ溶接機、あるいはレーザビーム装
置で発生させる。
５と、この線材５近傍の口縁部２ａとを再溶解し凝固さ
せて、両者を一体とする。なお上記高密度エネルギービ
ームは、例えばＴＩＧ溶接機、あるいはレーザビーム装
置で発生させる。
ところで上記ビレットの製造に用いられるセラミック繊
維は、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ・シリ
カ等の結晶化・非晶質繊維又はウィスカであることがで
きる。
維は、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ・シリ
カ等の結晶化・非晶質繊維又はウィスカであることがで
きる。
また繊維径は、ピストンの複合化特性、およびビレット
の押出し加工性の観点から、１５μｍ以下であることが
好ましい。さらに繊維長さは、繊維のＶｆが必要な高い
値のビレットを得るように１龍以下のことが好ましい。
の押出し加工性の観点から、１５μｍ以下であることが
好ましい。さらに繊維長さは、繊維のＶｆが必要な高い
値のビレットを得るように１龍以下のことが好ましい。
次に繊維の■、を５〜３０％の範囲にしたのは以下の理
由による。すなわち５％以下では、繊維による強度の改
善効果が充分に得られない。また３０％以上では複合材
の塑性変形性が悪くなり、上記押出し又は引き抜き加工
性が困難になるほか、押し出される繊維間にからみ合い
を生じ、その結果上記配向率の向上が望まれないためで
ある。なお繊維による強度の改善効果は、この配向率が
大きい程大きくなるが６０％を超えると余り増加しない
。
由による。すなわち５％以下では、繊維による強度の改
善効果が充分に得られない。また３０％以上では複合材
の塑性変形性が悪くなり、上記押出し又は引き抜き加工
性が困難になるほか、押し出される繊維間にからみ合い
を生じ、その結果上記配向率の向上が望まれないためで
ある。なお繊維による強度の改善効果は、この配向率が
大きい程大きくなるが６０％を超えると余り増加しない
。
一般に、繊維長さおよび配向率の値は大きい程、繊維に
よる強度改善効果が期待できるが、押し出し又は引き抜
き加工時に、繊維は切断するが押し出された線材中の繊
維長さ、配向率、押出し比および押出し温度の４つの要
因間には次のような関係が認められる。
よる強度改善効果が期待できるが、押し出し又は引き抜
き加工時に、繊維は切断するが押し出された線材中の繊
維長さ、配向率、押出し比および押出し温度の４つの要
因間には次のような関係が認められる。
すなわち押出し比と、配向率および繊維長さとの間には
それぞれ順相間および逆相関の関係がある。また押出し
温度と、配向率および繊維長さとの間にはそれぞれ逆相
関および順相間の関係がある。そして配向率の６０％は
、このような関係を考慮して求められたものである。
それぞれ順相間および逆相関の関係がある。また押出し
温度と、配向率および繊維長さとの間にはそれぞれ逆相
関および順相間の関係がある。そして配向率の６０％は
、このような関係を考慮して求められたものである。
次にこの発明に係るピストンと、前記プリフォームで補
強された従来のピストンとの比較試験結果について述べ
る。
強された従来のピストンとの比較試験結果について述べ
る。
本発明に係るピストンでは、先ず径１〜０．１ μｍ、
長さ１０〜３００μｍの範囲にある炭化珪素ウィスカの
■、値を１５％にして、４５φ×４５１■の円筒形プリ
フォームを作り、これを金型内にセットして、メ晶度７
８０℃、純度９９．７％のアルミ溶湯を７００ｋｇ／ｃ
ａの圧力の下で上記金型に注入し、プリフォームに浸透
させてビレットを製造した。
長さ１０〜３００μｍの範囲にある炭化珪素ウィスカの
■、値を１５％にして、４５φ×４５１■の円筒形プリ
フォームを作り、これを金型内にセットして、メ晶度７
８０℃、純度９９．７％のアルミ溶湯を７００ｋｇ／ｃ
ａの圧力の下で上記金型に注入し、プリフォームに浸透
させてビレットを製造した。
次にこのビレットを４０φ×４０龍の寸法に仕上げて、
温度６４０°Ｃ１圧力２００００ ｋｇの下で押出し加
工を行い、径７１１の繊維強化線材を得た。
温度６４０°Ｃ１圧力２００００ ｋｇの下で押出し加
工を行い、径７１１の繊維強化線材を得た。
なお、この場合の配向率は平均で９５％であった。
次にこの線材に曲げ加工を施して、第１図に示す径Ｄ−
５５龍の環状体５を得た。
５５龍の環状体５を得た。
一方、アルミニウム台＆ＡＣ８Ａを素材にピストンが鋳
造され、このピストンの頭部から第１図に示す熱衝撃試
験用試片６が切り出された。なおこの試片６には、断面
が同図に示すごとく半径ｒ−４龍の半円形である環状？
ｉ６ａが設けられ、この環状溝６ａに前記環状体５が図
示のように嵌入された。
造され、このピストンの頭部から第１図に示す熱衝撃試
験用試片６が切り出された。なおこの試片６には、断面
が同図に示すごとく半径ｒ−４龍の半円形である環状？
ｉ６ａが設けられ、この環状溝６ａに前記環状体５が図
示のように嵌入された。
次に試片６は２００°Ｃの温度で予熱され、その後、環
状体５とその周縁部がＴＩＧ溶接機を使用してほぼ６ｎ
の深さまで再溶融され直ちに凝固された。溶接条件は次
の通りである。なお図中の符号８は、上記Ｔｉｃ；溶接
機の電極を示す。
状体５とその周縁部がＴＩＧ溶接機を使用してほぼ６ｎ
の深さまで再溶融され直ちに凝固された。溶接条件は次
の通りである。なお図中の符号８は、上記Ｔｉｃ；溶接
機の電極を示す。
次に試片６の中心部に、第２図に示すごとく径Ｄｔが５
０１■、深さＨが１５ｍｍの凹部７を実際の燃焼室に似
せて設けた。
０１■、深さＨが１５ｍｍの凹部７を実際の燃焼室に似
せて設けた。
一方、比較用試片の場合には、先づ径１〜０．１μｍ、
長さ１０〜３００１１ｍの範囲にある珪素ウィスカ（前
記試片の場合と同様）のスラリーを減圧濾過し、加圧乾
燥して、ウィスカの■、値を１５％としたプリフォーム
を作った。なおこのプリフォームは、第２図に示した繊
維強化線材の環状体５と同一の寸法、形状とした。
長さ１０〜３００１１ｍの範囲にある珪素ウィスカ（前
記試片の場合と同様）のスラリーを減圧濾過し、加圧乾
燥して、ウィスカの■、値を１５％としたプリフォーム
を作った。なおこのプリフォームは、第２図に示した繊
維強化線材の環状体５と同一の寸法、形状とした。
次にこのプリフォームを金型にセットし、高圧凝固法で
アルミニウム合金ＡＣ８Ａを素材にピストンを製造し、
機械化仕上げを行って、従来のピストンを模した第２図
に示す形状の試片を得た。
アルミニウム合金ＡＣ８Ａを素材にピストンを製造し、
機械化仕上げを行って、従来のピストンを模した第２図
に示す形状の試片を得た。
次に比較試験は、試片６の加熱用コイル９を第２図に示
すごとく配して高周波電流を供給し、（４００”ｃ加熱
）→（１５０℃空冷）の加熱冷却サイクルの下で試片６
の熱衝撃試験を行った。なお上記サイクルの周期はｉ
２ ｓｅｃ／ｃｙｃ１．ｅであった。
すごとく配して高周波電流を供給し、（４００”ｃ加熱
）→（１５０℃空冷）の加熱冷却サイクルの下で試片６
の熱衝撃試験を行った。なお上記サイクルの周期はｉ
２ ｓｅｃ／ｃｙｃ１．ｅであった。
第３図に示す試験結果によると、従来のピストンを模し
た試片の場合、亀裂は折線Ａで示すごと＜４０００サイ
クルで発見されたが、本発明に係るピストンを模した試
片の場合には、６０００サイクルの繰返し後にも亀裂は
発見されなかった（ｐ点）。
た試片の場合、亀裂は折線Ａで示すごと＜４０００サイ
クルで発見されたが、本発明に係るピストンを模した試
片の場合には、６０００サイクルの繰返し後にも亀裂は
発見されなかった（ｐ点）。
なお、第３図には、重力鋳造法で製造されかつ口縁部の
補強が全く行われないピストンを模した試片の試験結果
が折線Ｂで示されているが、この折線Ｂから、燃焼室の
口縁部に亀裂が発生し易い傾向が読み取れる。
補強が全く行われないピストンを模した試片の試験結果
が折線Ｂで示されているが、この折線Ｂから、燃焼室の
口縁部に亀裂が発生し易い傾向が読み取れる。
本発明は上述のような構成であるから、１、燃焼室の口
縁部を補強するため従来のようにピストンを高圧凝固鋳
造法（溶湯鋳造法）で製造する必要がない。したがって
高価な鋳造装置や金型が不要になるから、ピストンの生
産コストを低減させることができる。
縁部を補強するため従来のようにピストンを高圧凝固鋳
造法（溶湯鋳造法）で製造する必要がない。したがって
高価な鋳造装置や金型が不要になるから、ピストンの生
産コストを低減させることができる。
２、またこの発明では、ピストンを重力鋳造法で製造す
るため、ピストンにアンダカットなどを設けることがで
きる。したがって設計の自由度が大きくなる。
るため、ピストンにアンダカットなどを設けることがで
きる。したがって設計の自由度が大きくなる。
３、また本発明の場合には、繊維強化線材を構成する軽
合金と、ピストン本体を構成する軽合金との間に材質を
合せる必要を生じないから、繊維強化線材を構成する軽
合金の材質を強化目的に応じて自由に選択することが可
能になる。
合金と、ピストン本体を構成する軽合金との間に材質を
合せる必要を生じないから、繊維強化線材を構成する軽
合金の材質を強化目的に応じて自由に選択することが可
能になる。
４、また本発明の場合、繊維強化線材と、その周縁のピ
ストン本体とは高エネルギービームで完全に溶融される
ため、両者は完璧に一体となる。
ストン本体とは高エネルギービームで完全に溶融される
ため、両者は完璧に一体となる。
またこの溶融された部分は、周囲から急速に熱を奪われ
る指向性凝固を受けるから、ピストンやブローホールの
ような鋳造欠陥を生じにくい。
る指向性凝固を受けるから、ピストンやブローホールの
ような鋳造欠陥を生じにくい。
２−−−−−−・・−一−−−燃焼室
２ａ−−・−・・−−−−一一口縁部
５−−−−−−−−−一・・・・−繊維強化線材である
。
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、その燃焼室の口縁部に沿って配したセラミック繊維
強化線材を上記口縁部と共に高密度エネルギービームに
て再溶解し凝固させて、上記口縁部を強化した内燃機関
用アルミニウム合金ピストン。 ２、セラミック繊維複合アルミニウム合金ビレットを押
出し又は引き抜き加工して上記繊維強化線材を形成し、
これによって線材中の上記繊維を上記押出しの方向と平
行に配向させた請求項１記載の内燃機関用アルミニウム
合金ピストン。 ３、上記繊維の体積率を５〜３０％にかつ線材の長手方
向の配向率を６０％以上とした請求項１記載の内燃機関
用アルミニウム合金ピストン。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1101298A JP2691770B2 (ja) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | 内燃機関用アルミニウム合金ピストン |
| DE9090303921T DE69000515T2 (de) | 1989-04-20 | 1990-04-11 | Aluminiumkolben fuer brennkraftmaschinen. |
| EP90303921A EP0393922B1 (en) | 1989-04-20 | 1990-04-11 | Piston of aluminium for internal combustion engines |
| US07/507,769 US4971003A (en) | 1989-04-20 | 1990-04-12 | Piston of aluminum alloy for internal combustion engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1101298A JP2691770B2 (ja) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | 内燃機関用アルミニウム合金ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02277950A true JPH02277950A (ja) | 1990-11-14 |
| JP2691770B2 JP2691770B2 (ja) | 1997-12-17 |
Family
ID=14296917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1101298A Expired - Fee Related JP2691770B2 (ja) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | 内燃機関用アルミニウム合金ピストン |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4971003A (ja) |
| EP (1) | EP0393922B1 (ja) |
| JP (1) | JP2691770B2 (ja) |
| DE (1) | DE69000515T2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5425306A (en) * | 1993-11-23 | 1995-06-20 | Dana Corporation | Composite insert for use in a piston |
| US5660156A (en) * | 1996-05-16 | 1997-08-26 | Zollner Corporation | Cast piston having reinforced combustion bowl edge |
| US5979298A (en) * | 1997-05-08 | 1999-11-09 | Zellner Pistons, Llc | Cooling gallery for pistons |
| JP3847028B2 (ja) * | 1999-07-30 | 2006-11-15 | 株式会社日立製作所 | 内燃機関用ピストン及びその製造方法 |
| US6508162B2 (en) | 2001-05-10 | 2003-01-21 | Federal-Mogul World Wide, Inc. | Dual alloy piston and method of manufacture |
| DE10353473B4 (de) * | 2003-11-15 | 2007-02-22 | Daimlerchrysler Ag | Bauteil einer Brennkraftmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung |
| DE102005029103B3 (de) * | 2005-06-23 | 2007-01-04 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Herstellung des Kolbens |
| DE102005047908A1 (de) * | 2005-10-06 | 2007-04-12 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Verfahren und Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor und Kolben mit faserverstärktem Bereich |
| DE102012212791B4 (de) * | 2012-07-20 | 2014-02-27 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
| CN112648104B (zh) * | 2020-12-07 | 2022-07-19 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 晶须增强铝合金活塞及制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59201952A (ja) * | 1983-04-28 | 1984-11-15 | Izumi Jidosha Kogyo Kk | 内燃機関用ピストンおよびその製造方法 |
| JPS6149156A (ja) * | 1984-08-16 | 1986-03-11 | マーレ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | 内燃機関用のアルミニウムからなるピストン及びその製造方法 |
| JPS61159645U (ja) * | 1985-03-25 | 1986-10-03 | ||
| JPS6272458U (ja) * | 1985-10-28 | 1987-05-09 | ||
| JPS62199739A (ja) * | 1986-02-26 | 1987-09-03 | Nissan Motor Co Ltd | 繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造方法 |
| JPS63274727A (ja) * | 1987-05-07 | 1988-11-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 繊維強化金属の製造方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2124595C3 (de) * | 1971-05-18 | 1973-10-31 | Mahle, Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren zum Herstellen von Leicht metallkolben mit einer im Kolbenboden an geordneten Brennraummulde |
| DE3230388A1 (de) * | 1982-08-14 | 1984-02-16 | Karl Schmidt Gmbh, 7107 Neckarsulm | Verfahren zum verbinden einer in ein aus einem leichtmetallwerkstoff gegossenes bauteil fuer brennkraftmaschinen eingiessbare aus einem keramikwerkstoff bestehende einlage |
| JPS59218342A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-08 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関用繊維強化軽合金ピストン |
| DE3330554A1 (de) * | 1983-08-24 | 1985-03-07 | Kolbenschmidt AG, 7107 Neckarsulm | Kolben fuer brennkraftmaschinen |
| JPS62107216A (ja) * | 1985-11-05 | 1987-05-18 | Ngk Insulators Ltd | バルブシートインサート及びその製造法並びにそれを使用してなるシリンダーヘッド |
| DE3827008A1 (de) * | 1987-08-11 | 1989-02-23 | Ngk Spark Plug Co | Kolben mit keramischem einsatz, der den den hohlraum begrenzenden kolbenkopfabschnitt bedeckt |
| US4920864A (en) * | 1989-04-14 | 1990-05-01 | Jpi Transportation Products, Inc. | Reinforced piston |
-
1989
- 1989-04-20 JP JP1101298A patent/JP2691770B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-04-11 DE DE9090303921T patent/DE69000515T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-04-11 EP EP90303921A patent/EP0393922B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-12 US US07/507,769 patent/US4971003A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59201952A (ja) * | 1983-04-28 | 1984-11-15 | Izumi Jidosha Kogyo Kk | 内燃機関用ピストンおよびその製造方法 |
| JPS6149156A (ja) * | 1984-08-16 | 1986-03-11 | マーレ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | 内燃機関用のアルミニウムからなるピストン及びその製造方法 |
| JPS61159645U (ja) * | 1985-03-25 | 1986-10-03 | ||
| JPS6272458U (ja) * | 1985-10-28 | 1987-05-09 | ||
| JPS62199739A (ja) * | 1986-02-26 | 1987-09-03 | Nissan Motor Co Ltd | 繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造方法 |
| JPS63274727A (ja) * | 1987-05-07 | 1988-11-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 繊維強化金属の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0393922B1 (en) | 1992-12-02 |
| EP0393922A1 (en) | 1990-10-24 |
| DE69000515T2 (de) | 1993-04-08 |
| DE69000515D1 (de) | 1993-01-14 |
| JP2691770B2 (ja) | 1997-12-17 |
| US4971003A (en) | 1990-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH02277950A (ja) | 内燃機関用アルミニウム合金ピストン | |
| CA2208377A1 (en) | Composite, internal reinforced ceramic cores and related methods | |
| JPH05192761A (ja) | 耐摩耗面を有する部分を製造する方法 | |
| KR980000703A (ko) | 합금 예비 성형품을 세라믹 몰드내에서 용융함으로써 제품 연장부를 형성하는 방법 | |
| JPS63303674A (ja) | セラミツクで被覆された金属構造部材の製造方法 | |
| US4669523A (en) | Castings and their production process | |
| JPS63126661A (ja) | ピストンの製造方法 | |
| JPS60119348A (ja) | 内燃機関用ピストンおよびその製造方法 | |
| CN1112465C (zh) | 籽晶杆夹头的成型方法 | |
| JP3214657B2 (ja) | 内燃機関のピストン及びその製造方法 | |
| JPH08197229A (ja) | 繊維強化シリンダブロックの製造方法 | |
| JPS6221456A (ja) | 中空鋳物の製造方法 | |
| JPH05306420A (ja) | 短繊維成形体、その製造方法及び摺動部材 | |
| JPH01245957A (ja) | 繊維強化金属基複合材料の製造方法 | |
| JPH035040A (ja) | ロウ型鋳造方法 | |
| JPS59220273A (ja) | 繊維複合鋳造部材の製造方法 | |
| JPH0288730A (ja) | セラミックウイスカー強化軽合金複合材とその製造方法 | |
| JP3391054B2 (ja) | リエントラント型ピストンの製造方法 | |
| JPH07180606A (ja) | 繊維強化金属製ピストン | |
| JPH10281002A (ja) | 内燃機関用金属基複合強化ピストンおよびその製造方法 | |
| JPS5870963A (ja) | 溶接容易な複合材料部材及びその製造方法 | |
| JPH0486358A (ja) | 繊維強化ピストン | |
| JPS62233456A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JPS62183957A (ja) | 繊維強化金属材料の製造方法 | |
| JPS63256255A (ja) | 圧力鋳造用置中子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |