JPH0599336A - 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
- Publication number
- JPH0599336A JPH0599336A JP11375691A JP11375691A JPH0599336A JP H0599336 A JPH0599336 A JP H0599336A JP 11375691 A JP11375691 A JP 11375691A JP 11375691 A JP11375691 A JP 11375691A JP H0599336 A JPH0599336 A JP H0599336A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- thermal expansion
- internal combustion
- combustion engine
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- Prior art date
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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
- 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
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
［目的］ 内燃エンジン用ピストンの熱膨張を小さく抑
え つつ、その耐熱強度を高めること。 ［構成］ Ｍｇを５〜１５ｗｔ％含有し、且つ平均粒径
１０μｍ以下の耐熱・低膨張粒子を添加して成るＡｌ合
金によって内燃エンジン用ピストン１を得る。平均粒径
が１０μｍ以下のＳｉＣ粒子のような耐熱・低膨張粒子
を適量添加すれば、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
とができることが実験的に見い出された。従って、Ｍｇ
の含有量を増してピストン１の耐熱強度を高くしても、
該ピストン１の熱膨張量を小さく抑えることができる。
え つつ、その耐熱強度を高めること。 ［構成］ Ｍｇを５〜１５ｗｔ％含有し、且つ平均粒径
１０μｍ以下の耐熱・低膨張粒子を添加して成るＡｌ合
金によって内燃エンジン用ピストン１を得る。平均粒径
が１０μｍ以下のＳｉＣ粒子のような耐熱・低膨張粒子
を適量添加すれば、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
とができることが実験的に見い出された。従って、Ｍｇ
の含有量を増してピストン１の耐熱強度を高くしても、
該ピストン１の熱膨張量を小さく抑えることができる。
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雰
囲気（通常、２５０〜３５０℃）で爆発力を受け、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）、ＡＣ９
Ａ、ＡＣ９Ｂが一般に用いられている。
囲気（通常、２５０〜３５０℃）で爆発力を受け、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）、ＡＣ９
Ａ、ＡＣ９Ｂが一般に用いられている。
【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】上記目的を達成すべく本
発明は、Ｍｇを５〜１５ｗｔ％含有し、且つ平均粒径１
０μｍ以下の耐熱・低熱膨張粒子を添加して成るＡｌ合
金によって内燃エンジン用ピストンを構成したことをそ
の特徴とする。
発明は、Ｍｇを５〜１５ｗｔ％含有し、且つ平均粒径１
０μｍ以下の耐熱・低熱膨張粒子を添加して成るＡｌ合
金によって内燃エンジン用ピストンを構成したことをそ
の特徴とする。
【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】従って、熱膨張係数を小さく抑えつつ、Ｍ
ｇ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。
ｇ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５〜１５ｗｔ％含有し、更に平均粒径１
０μｍ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５〜１５ｗｔ％含有し、更に平均粒径１
０μｍ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とｃ，ｄとの比較で明らかな
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
−Ｍｇ合金状態図より明らかように、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５〜１５ｗｔ％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合金の降状応
力の変化を示すが、同図よりＡｌ合金の降状応力はＳｉ
Ｃ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とｃ，ｄとの比較で明らかな
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
−Ｍｇ合金状態図より明らかように、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５〜１５ｗｔ％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合金の降状応
力の変化を示すが、同図よりＡｌ合金の降状応力はＳｉ
Ｃ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。
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。
【００１３】従って、前述のようにＭｇを５〜１５ｗｔ
％含有し、平均粒径１０μ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／℃以下
に抑えられたＡｌ合金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℃での使用にも十分耐え
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。
％含有し、平均粒径１０μ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／℃以下
に抑えられたＡｌ合金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℃での使用にも十分耐え
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如く、本発明によ
れば、Ｍｇを５〜１５ｗｔ％含有し、且つ平均粒径１０
μｍ以下の耐熱・低熱膨張粒子を添加して成るＡｌ合金
によって内燃エンジン用ピストンを構成したため、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。
れば、Ｍｇを５〜１５ｗｔ％含有し、且つ平均粒径１０
μｍ以下の耐熱・低熱膨張粒子を添加して成るＡｌ合金
によって内燃エンジン用ピストンを構成したため、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
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｍｇを５〜１５ｗｔ％含有し、且つ平均
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 true JPH0599336A (ja) | 1993-04-20 |
| JP3194531B2 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 (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007092117A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 高強度・低比重アルミニウム合金 |
| JP2012117615A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Akebono Brake Ind Co Ltd | アルミニウム合金製ブレーキ用ピストン |
| JP2016113681A (ja) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | アイシン精機株式会社 | アルミ複合材、ピストンおよびピストンの製造方法 |
| KR20200070824A (ko) * | 2018-12-10 | 2020-06-18 | 현대자동차주식회사 | 피스톤용 알루미늄 합금 및 차량 엔진용 피스톤 |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP11375691A patent/JP3194531B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007092117A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 高強度・低比重アルミニウム合金 |
| JP2012117615A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Akebono Brake Ind Co Ltd | アルミニウム合金製ブレーキ用ピストン |
| JP2016113681A (ja) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | アイシン精機株式会社 | アルミ複合材、ピストンおよびピストンの製造方法 |
| KR20200070824A (ko) * | 2018-12-10 | 2020-06-18 | 현대자동차주식회사 | 피스톤용 알루미늄 합금 및 차량 엔진용 피스톤 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3194531B2 (ja) | 2001-07-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |