JPS60173344A - 内燃機関用ピストン - Google Patents
内燃機関用ピストンInfo
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- JPS60173344A JPS60173344A JP59029184A JP2918484A JPS60173344A JP S60173344 A JPS60173344 A JP S60173344A JP 59029184 A JP59029184 A JP 59029184A JP 2918484 A JP2918484 A JP 2918484A JP S60173344 A JPS60173344 A JP S60173344A
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Classifications
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- 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
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- 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
- F02B23/0675—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 the combustion space being substantially spherical, hemispherical, ellipsoid or parabolic
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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- F02F3/10—Pistons having surface coverings
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- 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
- 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
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- F05C2201/021—Aluminium
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- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (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
本発明はピストン頭部に硬質アルマイト処理を施した内
燃機関用のアルミ合金製のピストンに関する。
燃機関用のアルミ合金製のピストンに関する。
背景技術とその問題点
内燃機関用ピストンにかかる熱負荷が高くなると、エン
ジンの運転中に繰り返される加熱及び冷却により、ピス
トン頭部に亀裂が生じる。それで従来からこの熱負荷対
策として、第１図に示すように、ピストン頭部１に硬質
アルマイト処理を施して硬質アルマイト層２を形成する
ことが知られている。しかしこの硬質アルマイト処理に
おいては、角部に少なくとも０．５Ｒ以上の丸みをつけ
ないと、第２図に示すように、陽極酸化処理中に、硬質
アルマイト層２の角部から亀裂３が生しるから、Ｒ（ア
ール）をある一定値以上大きくしなければならない。
ジンの運転中に繰り返される加熱及び冷却により、ピス
トン頭部に亀裂が生じる。それで従来からこの熱負荷対
策として、第１図に示すように、ピストン頭部１に硬質
アルマイト処理を施して硬質アルマイト層２を形成する
ことが知られている。しかしこの硬質アルマイト処理に
おいては、角部に少なくとも０．５Ｒ以上の丸みをつけ
ないと、第２図に示すように、陽極酸化処理中に、硬質
アルマイト層２の角部から亀裂３が生しるから、Ｒ（ア
ール）をある一定値以上大きくしなければならない。
一方、排気ガス対策からは燃焼室角部のＲは小さい方が
よいから、上記亀裂対策のために上記硬質アルマイト処
理を行うと、エンジン性能が悪化するという問題があっ
た。
よいから、上記亀裂対策のために上記硬質アルマイト処
理を行うと、エンジン性能が悪化するという問題があっ
た。
また、燃料が悪化（ディーゼル機関の場合にはセタン価
が低くなること）したり、低温環境でエンジンを始動す
る場合、或いは高地などの空気が希薄な場所で運転する
場合等には、デトネーションによりピストンの頭部１や
トップランド部４が浸食されるという問題があり、これ
に対してはピストン側からの有効な対策がない現状であ
る。
が低くなること）したり、低温環境でエンジンを始動す
る場合、或いは高地などの空気が希薄な場所で運転する
場合等には、デトネーションによりピストンの頭部１や
トップランド部４が浸食されるという問題があり、これ
に対してはピストン側からの有効な対策がない現状であ
る。
発明の目的
本発明は以上のような実情に鑑みなされたもので、その
目的は、角部のＲを大きくしなくても、上記硬質アルマ
イト処理に関する問題点が除去されて耐熱衝撃性が改善
されると共に、デトネーションによるピストンの浸食も
防止される内燃機関用ピストンを提供することにある。
目的は、角部のＲを大きくしなくても、上記硬質アルマ
イト処理に関する問題点が除去されて耐熱衝撃性が改善
されると共に、デトネーションによるピストンの浸食も
防止される内燃機関用ピストンを提供することにある。
発明の概要
硬質アルマイト処理でピストン頭部の亀裂対策はまずま
ずの成果を挙げているが、デトネーションの浸食（溶損
）が防止できないため、種々の方法が研究された結果、
硬質アルマイト処理後、耐熱性金属を溶射するごとによ
り、浸食を有効に防止できることが発見された。
ずの成果を挙げているが、デトネーションの浸食（溶損
）が防止できないため、種々の方法が研究された結果、
硬質アルマイト処理後、耐熱性金属を溶射するごとによ
り、浸食を有効に防止できることが発見された。
即ち、本発明は上記の目的を達成するため、ピストン頭
部に硬質アルマイト処理を施したピストンにおいて、」
−記ピストン頭部及び／又はトップラントの少なくとも
一部に耐熱性金属を溶射する構成とした。
部に硬質アルマイト処理を施したピストンにおいて、」
−記ピストン頭部及び／又はトップラントの少なくとも
一部に耐熱性金属を溶射する構成とした。
以上のように構成することにより、ピストン頭部の角部
のＲを大きくしなくても耐熱衝撃性が改善されると共に
、デトネーションによるピストンの浸食も防止される。
のＲを大きくしなくても耐熱衝撃性が改善されると共に
、デトネーションによるピストンの浸食も防止される。
実施例
以下本発明の一実施例を図面に基づき説明する。
第３図に示すように、まずアルミ合金からなるピストン
１１の頭部】２に硬質アルマイト処理を施して、硬質ア
ルマイト層１３を形成する；そしてこの硬質アルマイト
処理後、耐熱性金属を溶射して、硬質アルマイト層１３
の上に耐熱性金属の溶射層１４を形成する。
１１の頭部】２に硬質アルマイト処理を施して、硬質ア
ルマイト層１３を形成する；そしてこの硬質アルマイト
処理後、耐熱性金属を溶射して、硬質アルマイト層１３
の上に耐熱性金属の溶射層１４を形成する。
上記硬質アルマ・イト層１３の厚みは、２０〜１２０μ
が好ましい。何故なら１０μでは第４図の線Ｂが示すよ
うに、有効な亀裂対策とはなり得す、１３０μでは同図
の線Ｃが示すように、亀裂抑制効果が失われると共に、
処理時間も長くなってコスト高になるからである。
が好ましい。何故なら１０μでは第４図の線Ｂが示すよ
うに、有効な亀裂対策とはなり得す、１３０μでは同図
の線Ｃが示すように、亀裂抑制効果が失われると共に、
処理時間も長くなってコスト高になるからである。
一方、溶射される耐熱性金属としては、Ｎ１−Ａ！、Ｎ
ｉ−Ｃｒ及びＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ等の合金が好ましく、そ
の厚みは０．１〜０．４龍であることが好ましい。この
厚みを０．１〜０．４１としたのは、０．１ｆｉより小
さい場合には浸食対策が有効に行なえず、０．４ｍｍ以
上ではその効果が変わらないからである。このことは、
排気量が３．３４で１００馬力の直接噴射式ディーゼル
機関において、セタン価４３の燃料を使用し１、噴射時
期を早めてピストン頭部１２の浸食（溶損）を早期に再
現させるようにした、下記（１）〜（４）の各ピストン
に対する全負荷耐久試験の結果から確かめられている。
ｉ−Ｃｒ及びＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ等の合金が好ましく、そ
の厚みは０．１〜０．４龍であることが好ましい。この
厚みを０．１〜０．４１としたのは、０．１ｆｉより小
さい場合には浸食対策が有効に行なえず、０．４ｍｍ以
上ではその効果が変わらないからである。このことは、
排気量が３．３４で１００馬力の直接噴射式ディーゼル
機関において、セタン価４３の燃料を使用し１、噴射時
期を早めてピストン頭部１２の浸食（溶損）を早期に再
現させるようにした、下記（１）〜（４）の各ピストン
に対する全負荷耐久試験の結果から確かめられている。
（１）硬質アルマイト９０μのみ、
（２）上記９０１１ ＋Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ溶射０．０５
ｍ、（３）上記９０１１ ＋Ｎｉ−Ｃｒ−八１溶射０．
へ龍、（４）上記９０μ→Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ溶射０．６
鰭、即ち、従来の硬質アルマイト処理を行っただけのピ
ストン（１）では約８０時間の運転で、また溶射層の厚
みが０．０５龍のピストン（２）では約１００時間の運
転で、夫々ピストン頭部１２に溶損状の損傷が発生した
。しかし本発明によるピストン（３）においては、４０
０時間の全負荷耐久試験後も、ピストン頭部１２には何
等の損傷も認められなかった。なお金属溶射層の厚みが
０．６鶴のピストン（４）においても、損傷は認められ
なかった。
ｍ、（３）上記９０１１ ＋Ｎｉ−Ｃｒ−八１溶射０．
へ龍、（４）上記９０μ→Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ溶射０．６
鰭、即ち、従来の硬質アルマイト処理を行っただけのピ
ストン（１）では約８０時間の運転で、また溶射層の厚
みが０．０５龍のピストン（２）では約１００時間の運
転で、夫々ピストン頭部１２に溶損状の損傷が発生した
。しかし本発明によるピストン（３）においては、４０
０時間の全負荷耐久試験後も、ピストン頭部１２には何
等の損傷も認められなかった。なお金属溶射層の厚みが
０．６鶴のピストン（４）においても、損傷は認められ
なかった。
上記耐熱性金属の溶射層１４ば、ピストン頭部全面に行
われなくてもよい。つまり浸食の起こる場所は、エンジ
ンやデトネーションの起こる原因により、トップランド
部４や頭部の排気弁近く等に限定されることが通常であ
るから、必要に応じてトノブランド部４のみ、或いは燃
焼室を除いた他のピストン頂面又は燃焼室の入り口端縁
部のみであってもよい。
われなくてもよい。つまり浸食の起こる場所は、エンジ
ンやデトネーションの起こる原因により、トップランド
部４や頭部の排気弁近く等に限定されることが通常であ
るから、必要に応じてトノブランド部４のみ、或いは燃
焼室を除いた他のピストン頂面又は燃焼室の入り口端縁
部のみであってもよい。
アルミ合金製のピストンの場合には、直接耐熱性金属を
溶射しても運転中に剥離してしまうが、硬質アルマイト
処理後溶射を行うことにより、密着性が改善されること
も確認されている。また硬質アルマイト層■３と耐熱性
金属層１４との密着を更に改善するには、硬質アルマイ
ト処理後の硬質アルマイト層１３の表面あらさを荒くす
ればよい。実験によれば、硬質アルマイト処理前のピス
トンの表面あらさが６μの場合には、硬質アルマイト処
理後の表面あらさば最小１０μとなり、密着性が改善さ
れることが分かった。硬質アルマイト処理前のピストン
の表面あらさが５μ以下の場合には、硬質アルマイト処
理後の表面あらさば１０μ以下となり、溶射後の密着性
は改善されないことも実験により確認されている。従っ
て運転中に硬質アルマイト層１３や耐熱性金属の溶射層
１４が運転中に剥離しないためには、硬質アルマイト処
理前のピストンの表面あらさば６μ以上であることが望
ましい。
溶射しても運転中に剥離してしまうが、硬質アルマイト
処理後溶射を行うことにより、密着性が改善されること
も確認されている。また硬質アルマイト層■３と耐熱性
金属層１４との密着を更に改善するには、硬質アルマイ
ト処理後の硬質アルマイト層１３の表面あらさを荒くす
ればよい。実験によれば、硬質アルマイト処理前のピス
トンの表面あらさが６μの場合には、硬質アルマイト処
理後の表面あらさば最小１０μとなり、密着性が改善さ
れることが分かった。硬質アルマイト処理前のピストン
の表面あらさが５μ以下の場合には、硬質アルマイト処
理後の表面あらさば１０μ以下となり、溶射後の密着性
は改善されないことも実験により確認されている。従っ
て運転中に硬質アルマイト層１３や耐熱性金属の溶射層
１４が運転中に剥離しないためには、硬質アルマイト処
理前のピストンの表面あらさば６μ以上であることが望
ましい。
ピストン表面を１２Ｒｚのあらさに切削した後、厚み９
０１！の硬質アルマイト処理を行い、その後Ｎｉ−Ｃｒ
−Ａｌをプラズマ溶射して、０．２韮の耐熱性金属の溶
射層１４を形成した。そしてこの本発明によるピストン
で、４００〜１５０°Ｃ間を加熱冷却して耐熱衝撃性の
テストを行い、その耐熱亀裂特性を図示したものが第４
図の線Ｅである。これに対して同じ熱負荷条件で他のビ
スＩ−ンにつき行われたテスト結果が、同じ第４図の線
Ａ〜Ｄである。
０１！の硬質アルマイト処理を行い、その後Ｎｉ−Ｃｒ
−Ａｌをプラズマ溶射して、０．２韮の耐熱性金属の溶
射層１４を形成した。そしてこの本発明によるピストン
で、４００〜１５０°Ｃ間を加熱冷却して耐熱衝撃性の
テストを行い、その耐熱亀裂特性を図示したものが第４
図の線Ｅである。これに対して同じ熱負荷条件で他のビ
スＩ−ンにつき行われたテスト結果が、同じ第４図の線
Ａ〜Ｄである。
ここで線Ａば硬質アルマイト処理を行なっていないＡＣ
８ＡＴ５からなるピストンの場合、また線Ｂ−Ｄは硬質
アルマイト処理のみを行いその厚みが夫々１０μ、１３
０μ、９０μである場合を示している。これによると、
本発明によるピストンの耐熱衝撃性が、著しく改善され
てい、ることか分る。そして更に本発明の場合には、６
０００回のサイクル後も剥離が行われなかった。
８ＡＴ５からなるピストンの場合、また線Ｂ−Ｄは硬質
アルマイト処理のみを行いその厚みが夫々１０μ、１３
０μ、９０μである場合を示している。これによると、
本発明によるピストンの耐熱衝撃性が、著しく改善され
てい、ることか分る。そして更に本発明の場合には、６
０００回のサイクル後も剥離が行われなかった。
また、従来の硬質アルマイト処理では、燃焼室の入口端
縁部等の角部の亀裂を防止するには、硬質アルマイト処
理後の角部のＲは０．５以上でなければならなかったが
、本発明によれば耐熱性金属の溶射後、これらの角部を
任意のＲに切削加工できるから、エンジンの性能向上に
も都合が良い。
縁部等の角部の亀裂を防止するには、硬質アルマイト処
理後の角部のＲは０．５以上でなければならなかったが
、本発明によれば耐熱性金属の溶射後、これらの角部を
任意のＲに切削加工できるから、エンジンの性能向上に
も都合が良い。
発明の詳細
な説明したように、本発明によれば、硬質アルマイト処
理を施した硬質アルマイト層の上に、耐熱性金属を溶射
する構成としたから、角部のＲを大きくしなくても亀裂
が発生ずることが非常に少なくなり、ピストン頭部の耐
熱衝撃性が著しく改善される。
理を施した硬質アルマイト層の上に、耐熱性金属を溶射
する構成としたから、角部のＲを大きくしなくても亀裂
が発生ずることが非常に少なくなり、ピストン頭部の耐
熱衝撃性が著しく改善される。
又本発明によれば、耐熱性金属の溶射後に、上記角部を
任意のＲに切削することができるから、エンジンの性能
を低下させることがなく、従ってエンジンの性能向トに
役立つこと大である。
任意のＲに切削することができるから、エンジンの性能
を低下させることがなく、従ってエンジンの性能向トに
役立つこと大である。
又本発明によれば、硬質アルマイト処理後に所要の箇所
に耐熱性金属を溶射することにより、これまで非常に難
しいとされていた、デ［ネーションによるピストン頭部
の浸食が防止され、ピストンの耐久性能が著しく向上す
る。
に耐熱性金属を溶射することにより、これまで非常に難
しいとされていた、デ［ネーションによるピストン頭部
の浸食が防止され、ピストンの耐久性能が著しく向上す
る。
第１図はピストン頭部に硬質アルマイト処理を施した不
具合のある従来のピストンの一部断面正面図、第２図は
第１図の角部Ａ部の詳細図、第３図は本発明によるピス
トンの一部断面正面図、第４図は耐熱亀裂特性を示す線
図で、Ａは硬質アルマイト処理を行なっていないＡＣ８
ＡＴ５がら成るビスＩ・ンの場合、Ｂ−Ｄは硬質アルマ
イト処理のみを施したピストンで硬質アルマイト層の厚
みが夫々１０．＋ｌ、１３０μ、９０μの場合、Ｅは本
発明によるピストンの場合を示す。 なお図面に用いられた符号において、 ４ −−−−−−−−−−、！、フッブランド１２ −
−−−一−−−−ピストン頭部１３−−一−−硬質アル
マイト層 １４ −−一−−−−−−− 耐熱性金属の溶射層であ
る。 代理人 上屋 勝 常包芳男 第１図 第２図 第３図 第４図 吋Ｊイア１ノー４７．−
具合のある従来のピストンの一部断面正面図、第２図は
第１図の角部Ａ部の詳細図、第３図は本発明によるピス
トンの一部断面正面図、第４図は耐熱亀裂特性を示す線
図で、Ａは硬質アルマイト処理を行なっていないＡＣ８
ＡＴ５がら成るビスＩ・ンの場合、Ｂ−Ｄは硬質アルマ
イト処理のみを施したピストンで硬質アルマイト層の厚
みが夫々１０．＋ｌ、１３０μ、９０μの場合、Ｅは本
発明によるピストンの場合を示す。 なお図面に用いられた符号において、 ４ −−−−−−−−−−、！、フッブランド１２ −
−−−一−−−−ピストン頭部１３−−一−−硬質アル
マイト層 １４ −−一−−−−−−− 耐熱性金属の溶射層であ
る。 代理人 上屋 勝 常包芳男 第１図 第２図 第３図 第４図 吋Ｊイア１ノー４７．−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ピストン頭部に硬質アルマイト処理を施したピスト
ンにおいて、上記ピストン頭部及び／又はトップランド
の少なくとも一部に耐熱性金属を溶射したことを特徴と
する内燃機関用ピストン。 ２、上記硬質アルマイトの厚みを２０〜１２０μとし、
上記耐熱性金属の溶射層の厚みを０．１〜０．４龍とし
た特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用ピストン。 ３、上記硬質アルマイト処理を施す前のピストンの表面
あらさを６μ以上とした特許請求の範囲第１項記載の内
燃機関用ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59029184A JPS60173344A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 内燃機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59029184A JPS60173344A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 内燃機関用ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60173344A true JPS60173344A (ja) | 1985-09-06 |
Family
ID=12269119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59029184A Pending JPS60173344A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60173344A (ja) |
-
1984
- 1984-02-17 JP JP59029184A patent/JPS60173344A/ja active Pending
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