鍛造ピストンと鋳造ピストンのメリット・デメリットについて。

皆さんこんにちは。purosaku24です。

いつもご覧頂きありがとうございます。

今回は、鍛造ピストンと鋳造ピストンのメリット・デメリットについて。

この件について書きます。

  • 鍛造ピストンのほうが全てにおいて高性能なの?
  • 鋳造ピストンには全くメリットはないの?

このような疑問にお答えします。

この記事の内容は次の通りです。

  • 鍛造ピストンのメリットとデメリット。
  • 鋳造ピストンのメリットとデメリット。

学生時代は自動車部、社会人ではレース活動を行うことで蓄積した情報があります。

走行距離は平均して月1800キロ、年間2万キロ弱走ることから、実際に走ることで得られる情報があります。

この記事が皆様のカーライフに少しでもお役に立てれば幸いです。

それではいきましょう。

鍛造ピストンと鋳造ピストンのメリット・デメリットについて。の結論

鍛造ピストンと鋳造ピストンのメリット・デメリットについて。

の結論としては次の3つが挙げられます。

  1. 鍛造ピストンは高強度なので軽量化できますが熱膨張率が高いです。
  2. 鋳造ピストンは鍛造に比べ強度と重量は劣りますが熱膨張率が低いです。
  3. 近年は設計技術の向上により鍛造ピストンの熱膨張率は低くなってきています。

それぞれの項目を説明させて頂きます。

鍛造ピストンは高強度なので軽量化できますが熱膨張率が高いです。

鍛造ピストンはアルミの塊に高い圧力を加えることで製造されますので、分子の密度が高く高強度になります。

素材自体の強度が高いので、無駄な部分を削り落とすことで軽量化も計れます。

分子の密度が高いということは、熱膨張は分子レベルで起きますので、より熱膨張しやすいと言えます。

厳密に言いますと冷間時のピストンは上から見ればわずかに楕円形状をしており、横から見ればわずかに台形となっています。

その理由は、エンジンが暖まりピストンが熱膨張した後に真円やまっすぐな円柱となることではじめて本来の性能を発揮出来るように、あらかじめ計算のうえ設計されている為です。

鍛造ピストンは熱膨張率が大きいので、冷間時のピストンクリアランス(ピストンとシリンダーの隙間)をあらかじめ広くとる必要があります。

鍛造ピストンは高強度で軽量。

暖気運転はしっかりする必要がある。

鋳造ピストンは鍛造に比べ強度と重量は劣りますが熱膨張率が低いです。

鋳造ピストンは溶かしたアルミを型に流し込むことで製造されます。

高圧でプレスする鍛造に比べて分子の密度は低いので、強度が必要となる部分は肉厚にする必要があり、軽量化の範囲は限られてきます。

しかし基本的には分子の密度=重量なので、必ずしも鍛造が軽く鋳造が重いということではありません。

使用用途や目標とする耐久性により、どこまで安全マージンを削って軽量化するかは変わってくるからです。

例えばレース用鍛造ピストンと、市販車用の鋳造ピストンとでは要求される強度が異なるため、より要求強度の低い市販車用の鋳造ピストンのほうが軽い場合もあります。

鋳造ピストンは分子の密度が鍛造と比べて低いので、熱膨張率も鍛造と比べて低いです。

熱膨張率が低いので、より冷間時のピストンクリアランスを詰めることができます。

冷間時でもある程度本来の性能を発揮できる。

強度と重量では鍛造ピストンに劣る。

近年は設計技術の向上により鍛造ピストンの熱膨張率は低くなってきています。

近年の鍛造ピストンの進化はめざましく、設計技術の向上により、より熱膨張率の低い鍛造ピストンの製造が可能となっています。

ヤマハは、すでにスクーターなどにも鍛造ピストンを採用しており、鍛造ピストンのデメリットが払拭されつつあることが伺えます。

例えば、従来のアルミ鍛造ピストンと鋳鉄スリーブシリンダーでは、アルミと鉄で素材の熱膨張率が異なりますのでより大きなクリアランスが必要となります。

しかし、近年採用が進んでいるシリンダーメッキ処理によるスリーブレスアルミシリンダーであれば、ピストンとシリンダーの素材は同じアルミとなりますので熱膨張率が近くなりクリアランスをより詰めることができます。

設計技術の向上により熱膨張率は低下。スリーブレスアルミシリンダーとの組合せでさらにクリアランスを詰めれる。

スリーブレスアルミシリンダーは高コストで、採用は一部の車種に限られる。

鍛造ピストンと鋳造ピストンのメリット・デメリットについて。のまとめ

鍛造ピストン=高性能というイメージはないでしょうか。

私が今まで乗ってきた車の中で、鍛造ピストンを採用していたのはホンダインテグラタイプR96specのB18Cでした。

鍛造ピストンは冷間時のピストンクリアランスが大きいので、しっかりと暖気運転をしてからでないと本来の性能を発揮できません。

しかし高強度なのでスポーツ走行やレースなどの用途に適しています。

鋳鉄ピストンは冷間時のピストンクリアランスが小さいので、暖気前から本来の性能を発揮しやすいです。

冷間時でも使用する一般走行や短距離走行などの用途に適しています。

コンピューター解析能力の進化や、スリーブレスシリンダーの採用が進むことで鍛造ピストンのデメリットは払拭されつつあります。

しかし念のため、鍛造ピストンが採用されているエンジンは、しっかりと暖気運転をされることをおすすめ致します。

今回もpurosaku24のブログをご覧頂きありがとうございました。

タイトルとURLをコピーしました