JP2007270812A - Piston for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等のレシプロエンジンなどの内燃機関に使用されるピストンに関し、特に、ヘッド部の内部に潤滑油等の冷却液を循環させる冷却用のクーリングチャネルを備えた内燃機関用ピストンに関する。 The present invention relates to a piston used in an internal combustion engine such as a diesel engine, a reciprocating engine such as a gasoline engine, and more particularly to an internal combustion engine provided with a cooling channel for cooling that circulates a coolant such as lubricating oil inside a head portion. Related to pistons.
レシプロエンジン等の内燃機関用ピストンはヘッド部及びスカート部を有し、ヘッド部に燃焼室と対向する頂面やピストンリング溝を有してシリンダと対向するランド部が設けられ、スカート部にピストンピンが嵌入されるボスが設けられている。 A piston for an internal combustion engine such as a reciprocating engine has a head portion and a skirt portion. The head portion has a top surface facing the combustion chamber and a piston ring groove, and a land portion facing the cylinder. The piston is formed in the skirt portion. A boss into which a pin is inserted is provided.
このようなピストンでは、各部位毎に異なる性能が要求されており、例えば、ヘッド部の頂面は燃焼時の熱が直接に伝達されるため耐熱性が要求され、ヘッド部のランド部及びピストンリング溝はシリンダ内で摺動し、高い燃焼圧力を受けるピストンリングが接触するため、高い耐磨耗性と体面圧性が要求され、スカート部のボス部は高い耐面圧性が要求されている。 In such a piston, different performance is required for each part. For example, the top surface of the head part is required to have heat resistance because heat at the time of combustion is directly transmitted, and the land part of the head part and the piston Since the ring groove slides in the cylinder and comes into contact with the piston ring that receives a high combustion pressure, high wear resistance and body surface pressure resistance are required, and the boss portion of the skirt portion is required to have high surface pressure resistance.
従来、このような異なる性能を達成するために、各部位毎に異なる材料を使用することが行われている。例えば、ヘッド部の高温下における耐熱強度を確保するために、特許文献1に記載されているように、ヘッド部の頂面側やその一部に急冷凝固粉末アルミニウム合金、繊維強化アルミニウム合金、粒子強化アルミニウム合金等を使用して鍛造により成形したり、ピストンリング溝、特に、圧力リング溝にニレジスト環を配置することなどが行われている。 Conventionally, in order to achieve such different performances, different materials have been used for each part. For example, in order to ensure the heat resistance strength of the head portion at high temperature, as described in Patent Document 1, a rapidly solidified powder aluminum alloy, a fiber reinforced aluminum alloy, particles on the top surface side of the head portion or a part thereof Forming by forging using a reinforced aluminum alloy or the like, or disposing a Ni-resist ring in a piston ring groove, particularly a pressure ring groove, has been performed.
また、ヘッド部を冷却するために、例えば、下記特許文献2、3に記載されているように、ヘッド部内部に冷却用オイルの流路となるクーリングチャネルが設けられたものも提案されている。 In addition, in order to cool the head portion, for example, as described in Patent Documents 2 and 3 below, a device in which a cooling channel serving as a cooling oil flow path is provided inside the head portion has been proposed. .
これらの特許文献2、3では、内燃機関用ピストンが上部形成体と下部形成体とから構成され、上部形成体と下部形成体との間に冷却用空洞が形成されることにより、ヘッド部内に環状の冷却用空洞が設けられている。
しかしながら、ヘッド部の上部に炭化ケイ素を含有させた急冷凝固粉末アルミニウム合金等を用いて、ヘッド部の下部と上部とで材料を異ならせた上記特許文献1では、異なる材料を高い圧力で鍛造することにより一体的にして製造されるため、ヘッド内部に冷却用の空洞を設けることが困難で、冷却性能を向上させつつ強度を向上することができなかった。 However, in Patent Document 1 in which materials are made different between the lower part and the upper part of the head part using a rapidly solidified powder aluminum alloy containing silicon carbide in the upper part of the head part, different materials are forged at a high pressure. Therefore, it is difficult to provide a cooling cavity inside the head, and the strength cannot be improved while improving the cooling performance.
一方、冷却用の空洞が設けられた上記特許文献2、3では、ピストンの上部形成体と下部形成体との接合面が、ランド部から冷却空洞までの水平面と、冷却空洞からヘッド部の頂部までの垂直面との2つの面からなるため、上部形成体と下部形成体とを精度良く接合することが容易でない。即ち、このように複数の面で形成されていると、より公差の小さい一方の接合面が接することにより、他方の接合面の接合精度が悪化し、全ての接合面を十分な精度で接合させることが困難であった。 On the other hand, in Patent Documents 2 and 3 provided with cooling cavities, the joint surface between the upper formation body and the lower formation body of the piston is a horizontal plane from the land portion to the cooling cavity, and from the cooling cavity to the top of the head portion. Therefore, it is not easy to join the upper forming body and the lower forming body with high accuracy. That is, when formed with a plurality of surfaces as described above, one joining surface having a smaller tolerance contacts, so that the joining accuracy of the other joining surface deteriorates and all the joining surfaces are joined with sufficient accuracy. It was difficult.
そこで、この発明では、クーリングチャネルを容易に形成できると同時に、接合面を密着させて精度よく接合し易い内燃機関用ピストンを提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a piston for an internal combustion engine that can easily form a cooling channel, and at the same time, allows the joining surfaces to be in close contact with each other and can be joined with high accuracy.
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、ヘッド部の内部にクーリングチャネルの環状路を備えた内燃機関用ピストンにおいて、ピストンピン孔が形成されたボスを有するスカート部及び前記ヘッド部の中央部を一体に備えたピストン本体と、ピストンリング溝を有するランド部及び前記ヘッド部の周縁部を一体に備えて鍛造されたヘッド環状部とが、接合面において接合されてなり、前記接合面が、前記クーリングチャネルの環状路を横切り、且つ、前記周縁部側の端部よりも前記中央部側の端部が頂面に近接するように傾斜する単一のテーパ面からなることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is directed to an internal combustion engine piston having a cooling channel annular passage inside a head portion, and a skirt portion having a boss formed with a piston pin hole and the head portion. A piston body integrally provided with a central portion thereof, a land portion having a piston ring groove, and a head annular portion forged integrally with a peripheral portion of the head portion are joined at a joining surface, and the joining is performed. The surface is formed of a single tapered surface that traverses the annular channel of the cooling channel and is inclined so that the end on the center side is closer to the top surface than the end on the peripheral edge side. And
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の構成に加え、前記ヘッド部が頂面にキャビティを有し、前記ヘッド環状部は、前記キャビティの内側に突出するリップ部を備えていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the head portion has a cavity on the top surface, and the head annular portion includes a lip portion that protrudes inside the cavity. It is characterized by that.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の構成に加え、前記ヘッド環状部は、前記ランド部を有する外周部と、前記リップ部を有する内周部とを有し、前記外周部と前記内周部とが異なる材料からなり、前記外周部は前記内周部より耐磨耗性が高く、前記内周部は前記外周部より耐熱性が高いことを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, in addition to the configuration of the second aspect, the head annular portion includes an outer peripheral portion having the land portion and an inner peripheral portion having the lip portion, and the outer peripheral portion. And the inner peripheral portion are made of different materials, the outer peripheral portion has higher wear resistance than the inner peripheral portion, and the inner peripheral portion has higher heat resistance than the outer peripheral portion.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか一つに記載の構成に加え、前記ヘッド環状部は、前記ピストン本体より耐熱強度が高い材料からなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to third aspects, the head annular portion is made of a material having higher heat resistance than the piston body.
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れか一つに記載の構成に加え前記ヘッド環状部は、急冷凝固合金の鍛造されたものであることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to fourth aspects, the head annular portion is formed by forging a rapidly solidified alloy.
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5の何れか一つに記載の構成に加え、前記ピストン本体は、鍛造されたものであることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is characterized in that, in addition to the structure according to any one of claims 1 to 5, the piston body is forged.
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6の何れか一つに記載の構成に加え、前記クーリングチャネルは、前記環状路から前記ヘッド環状部の頂面に向けて穿設された有端孔からなる延長路を備え、該延長路はピストンの周方向に複数所定の間隔で配置されていることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to sixth aspects, the cooling channel is formed from the annular path toward the top surface of the head annular portion. An extension path comprising end holes is provided, and a plurality of the extension paths are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the piston.
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7の何れか一つに記載の構成に加え、前記クーリングチャネルは、前記接合面が横切る前記環状路の他にピストン軸方向に並べて前記ヘッド環状部内に形成された他の環状路を備え、2つの前記環状路がバイパス路で連通されていることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to seventh aspects, the cooling channel is arranged in the direction of the piston axis in addition to the annular path traversed by the joint surface. The other annular path formed in the part is provided, The two said annular paths are connected by the bypass path, It is characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の内燃機関用ピストンによれば、ピストン本体とヘッド環状部との接合面がクーリングチャネルの環状路を横切るように形成されているので、環状路を接合面に開口させることができ、環状路を接合面側から容易に形成することができる。そのため、ヘッド環状部を鍛造する際に同時に環状路を形成することも可能で、製造が容易である。 According to the piston for an internal combustion engine according to claim 1, since the joint surface between the piston main body and the head annular portion is formed so as to cross the annular channel of the cooling channel, the annular channel can be opened to the joint surface. The annular path can be easily formed from the joint surface side. Therefore, it is possible to form an annular path at the same time when the head annular portion is forged, and manufacturing is easy.
また、接合面が単一のテーパ面で形成されているので、接合面全面で公差を小さく抑えることができ、接合面同士を容易に密着させて精度よく接合し易い。しかも、接合面の始点と終点を変えないとすれば、接合面を最短距離にすることができて接合が一層容易に精度よくできると同時に、ヘッド環状部の体積を少なく抑えることができるため、鍛造によりヘッド環状部を形成し易い。 Further, since the joining surface is formed by a single tapered surface, the tolerance can be kept small over the entire joining surface, and the joining surfaces are easily brought into close contact with each other and can be easily joined with high accuracy. In addition, if the start point and the end point of the joint surface are not changed, the joint surface can be made the shortest distance and the joining can be performed more easily and accurately, and at the same time, the volume of the head annular portion can be reduced. It is easy to form the head annular portion by forging.
請求項2に記載の内燃機関用ピストンによれば、ヘッド環状部がピストンリング溝を有するランド部と共に、ヘッド部頂面のキャビティの内側に突出するリップ部を備えているので、ピストンにおいて特に耐熱性が要求される部位であるリップ部と耐磨耗性、耐面圧性が要求される部位であるランド部とをヘッド環状部に集約させることができ、ピストンの耐久性を向上させ易い。 According to the piston for an internal combustion engine according to claim 2, the head annular portion includes the land portion having the piston ring groove and the lip portion protruding inside the cavity of the top surface of the head portion. The lip portion, which is a portion that requires high performance, and the land portion, which is a portion that requires high wear resistance and surface pressure resistance, can be integrated into the head annular portion, and the durability of the piston can be easily improved.
請求項3に記載の内燃機関用ピストンによれば、ヘッド環状部が、ランド部を有する外周部と、リップ部を有する内周部とを有し、外周部と前記内周部とが異なる材料からなり、外周部が内周部より耐磨耗性が高い材料からなると共に内周部は外周部より耐熱性が高い材料からなるので、ヘッド環状部の高温になり易い部位の耐熱強度と摩耗が生じ易い部位の耐磨耗性を確保することができ、ヘッド環状部の耐久性を向上し易い。 According to the piston for an internal combustion engine according to claim 3, the head annular portion has an outer peripheral portion having a land portion and an inner peripheral portion having a lip portion, and the outer peripheral portion and the inner peripheral portion are different materials. The outer peripheral part is made of a material that has higher wear resistance than the inner peripheral part, and the inner peripheral part is made of a material that has higher heat resistance than the outer peripheral part. It is possible to ensure the wear resistance of the part where the head is likely to occur, and it is easy to improve the durability of the head annular portion.
請求項4に記載の内燃機関用ピストンによれば、ヘッド環状部がピストン本体より耐熱強度が高い材料からなるので、より高温になり易い部位の耐熱強度を確保することができ、耐久性を向上し易い。 According to the piston for an internal combustion engine according to claim 4, since the head annular portion is made of a material having a higher heat resistance than the piston main body, it is possible to ensure the heat resistance strength of the portion that is likely to become higher in temperature and to improve the durability. Easy to do.
しかも、ヘッド環状部が単一のテーパ面からなる接合面によりピストン本体と分割されているので、ヘッド環状部の体積を小さく抑えることができ、ピストン本体より耐熱強度の高い材料の使用量を少なく抑ることが可能である。 In addition, since the head annular portion is divided from the piston main body by a joint surface comprising a single tapered surface, the volume of the head annular portion can be kept small, and the amount of material having higher heat resistance strength than the piston main body is reduced. It is possible to suppress.
請求項5に記載の内燃機関用ピストンによれば、特に、耐熱性や耐磨耗性が要求されるヘッド環状部が急冷凝固合金の鍛造されたものであるので、ヘッド環状部の耐久性を確実に向上することができる。 According to the piston for an internal combustion engine according to claim 5, since the head annular portion particularly required for heat resistance and wear resistance is forged from a rapidly solidified alloy, the durability of the head annular portion is improved. It can certainly improve.
請求項6に記載の内燃機関用ピストンによれば、クーリングチャネルの環状路を横切る接合面を有するピストン本体及びヘッド環状部が、それぞれ鍛造により成形されているので、クーリングチャネルをヘッド部の内部に備えていても、ピストンを十分な強度で形成することが可能である。 According to the piston for an internal combustion engine according to claim 6, since the piston main body and the head annular portion having the joint surfaces crossing the annular path of the cooling channel are respectively formed by forging, the cooling channel is formed inside the head portion. Even if it is provided, it is possible to form the piston with sufficient strength.
しかも、鍛造のため肉厚も薄くでき、クーリングチャネルの通路断面積の大型化とピストン全体の軽量化が可能である。 Moreover, the wall thickness can be reduced due to forging, the passage cross-sectional area of the cooling channel can be increased, and the weight of the entire piston can be reduced.
請求項7に記載の内燃機関用ピストンによれば、クーリングチャネルがヘッド環状部からヘッド環状部の頂面に向けて穿設された有端孔からなる延長路を備え、この延長路がピストンの周方向に複数所定の間隔で配置されているので、ヘッド部の特に加熱されやすい頂面側をより冷却し易い。 According to the piston for an internal combustion engine of the seventh aspect, the cooling channel includes an extension path including an end hole bored from the head annular portion toward the top surface of the head annular portion, and the extension path is provided on the piston. Since a plurality of them are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, it is easier to cool the top surface side of the head portion that is particularly easily heated.
請求項8に記載の内燃機関用ピストンによれば、接合面が横切る環状路の他に、ヘッド環状部内に形成された他の環状路を備えているので、複数の環状路によりヘッド部を冷却することができ、効率のよい冷却が可能である。 According to the piston for an internal combustion engine according to claim 8, in addition to the annular path crossed by the joint surface, the other annular path formed in the head annular part is provided, so that the head part is cooled by the plurality of annular paths. And efficient cooling is possible.
[実施の形態1]
以下、この発明の実施の形態1について図を用いて説明する。
[Embodiment 1]
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1乃至図6はこの実施の形態1に係る直接噴射式ディーゼルエンジン用ピストンを示す。図において、符号10はピストンであり、図示しないシリンダの燃焼室側に配置されるヘッド部11と、図示しないクランク側に配置されるスカート部12を有している。スカート部12には、ピストンピン孔13aを有するボス13が設けられ、ヘッド部11の側周面側には3本のピストンリング溝15を有するランド部14が設けられ、ヘッド部11の中央部11aの頂面11bには、燃焼室の一部を構成し、燃料噴射装置から直接燃料が吹き込まれるキャビティ16が設けられている。また、ヘッド部11の内部にはクーリングチャネル17が設けられている。
1 to 6 show a piston for a direct injection diesel engine according to the first embodiment. In the figure,
このピストン10は、ボス13を有するスカート部12全体及びヘッド部11の中央部11aが一体に形成されたピストン本体18と、ピストンリング溝15を有するランド部14及びヘッド部11の周縁部11eが一体に形成されたヘッド環状部11cとが、それぞれの接合面11d、18dにおいて接合されることにより構成されている。
The
ピストン本体18は、ヘッド部11の中央部11aの頂面11bに設けられたキャビティ16の底面16aを含んでいる。また、スカート部12のボス13のピストンピン孔13aは、スカート部12の一対の対向部分に形成された肉厚部に、青銅ブッシュ部材等を配置することなく直接開設されており、所定の精度の貫通孔となっている。
The piston
一方、ヘッド環状部11cは、ヘッド部11の頂面11bとキャビティ16の周囲の内側に突出したリップ部11fを含んでいる。
On the other hand, the head
また、クーリングチャネル17は、図2に示すように、ヘッド環状部11cに沿う無端環状に連続する環状路17aと、図4に示すように、ヘッド部11の底部から環状路17aまで貫通する2つの貫通路からなる冷却用オイルの供給路17c及び排出路17dを備えている。
Further, as shown in FIG. 2, the cooling
この実施の形態1では、クーリングチャネル17は、環状路17aからヘッド環状部11cの頂面11bに向けて穿設された有端孔からなる複数の延長路17bを備えている。この延長路17bは周方向に複数所定の間隔で配置されている。この延長路17bは、図2に示されるように、ヘッド部11のキャビティ16に噴射される燃料16bに対応する位置に設けられて、特に高温となる部分の冷却効率が向上するようになっている。
In the first embodiment, the cooling
そして、ヘッド環状部11cとピストン本体18との接合面11d、18dは、ヘッド部11の周縁部11e側の端部よりも中央部11a側の端部が頂面11bに近接するように傾斜する一定の勾配を有する単一のテーパ面により構成されている。
The
この接合面11d、18dは、環状路17aを横切るように形成されており、ヘッド環状部11cとピストン本体18との各接合面11d、18dには、互いに対向することにより、環状路17aを形成するように環状の溝11g、18gが設けられている。
The
次に、このようなピストン10を製造する方法について図6を用いて説明する。
Next, a method for manufacturing such a
まず、ヘッド環状部11cとピストン本体18とを別体に作製する。ここでは、ヘッド環状部11cを鍛造により作製することにより、軽量且つ引張り強度等、十分な強度を確保する。また、ピストン本体18は、鍛造、鋳造等適宜な方法で作製することができるが、この実施の形態では、強度を確保し易いという理由で、鍛造により成形して作製する。
First, the head
その際、ヘッド環状部11cとピストン本体18とを異なる材料を用いて製造するのが好ましく、ヘッド環状部11cはピストン本体18より耐熱強度が高い材料を用いるのが好適であり、ピストン本体18はピストンピンを支持する関係から耐面圧強度が確保できる材料を用いるのが好適である。
At that time, it is preferable to manufacture the head
具体的には、ヘッド環状部11cの材料としては、例えば、シリコン及び/又は鉄含有アルミニウム合金を溶解した後で急冷凝固させて得られる急冷粉末アルミニウム合金、或いは、更にニッケル、クロム、マンガンなどの元素を含有させた前記アルミニウム合金を溶解した後で急冷凝固させて得られる粉末や金属箔でもよい。他の金属元素が含有されていてもよく、上記粉末や箔にSiC、Al2O3などの粒子やウィスカを強化材として添加してもよい。また、アルミニウム合金の連続鋳造棒でもよい。その場合、強化材としてSiC、Al2O3などの粒子やウィスカを添加してもよい。
Specifically, as the material of the head
また、ピストン本体18の材料としては、ヘッド環状部11cの材料とシリコン及び/又は鉄の含有量が異なるアルミニウム合金や、更に銅、マグネシウム等の含有量の異なるアルミニウム合金などを用いてもよい。
The material of the
このような材料を用いて、ヘッド環状部11cを鍛造により作製するには、急冷粉末アルミニウム合金を丸棒形状に押出し(工程a)、切断してヘッド環状部11に対応する大きさのビレットとし(工程b)、ピストン軸方向の一対の成形型で挟み強圧して成形することにより鍛造し(工程c)、機械加工する(工程d)ことにより行う。
In order to produce the head
鍛造する工程では(工程c)、成形型に接合面11dに対応するテーパ面を形成しておくのが好ましく、更に、そのテーパ面にクーリングチャネル17の環状路17aを構成するための環状の溝11gを形成しておくのが好ましい。
In the forging step (step c), it is preferable to form a tapered surface corresponding to the
得られた成形体を機械加工する工程では(工程d)、接合面11dを所定精度で単一テーパ面となるように加工する。また、環状の溝11gから頂面11bに向けて延長路17bを周方向に所定の間隔で穿設する。
In the step of machining the obtained molded body (step d), the
また、前記のような材料を用いて、ピストン本体18を鍛造により作製するには、丸棒形状に押出し(工程e)、切断してピストン本体18に対応する大きさのビレットとし(工程f)、ピストン軸方向の一対の成形型で挟み強圧して成形することにより鍛造し(工程g)、機械加工する(工程h)ことにより行う。
Further, in order to produce the piston
鍛造する工程では(工程g)、成形型に接合面18dに対応するテーパ面を形成しておくのが好ましく、更に、そのテーパ面にクーリングチャネル17の環状路17aを構成するための環状の溝18gを形成しておくのが好ましい。更に、ヘッド部11の頂面11b側には、キャビティ16を成形型により形成するのがよい。
In the forging step (step g), it is preferable to form a tapered surface corresponding to the
得られた成形体を機械加工する工程では(工程h)、接合面18dをヘッド環状部11cの接合面11dと同一となるように、所定精度の単一テーパ面に加工する。また、ヘッド部11の底部から環状の溝18gに貫通する供給路17c及び排出路17dを穿設する。
In the step of machining the obtained molded body (step h), the
ヘッド環状部11c及びピストン本体18の機械加工を施した後、ヘッド環状部11cとピストン本体18とを、接合面11d、18dにおいて接合する(工程i)。この接合方法は、例えば、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、ろう付け、摩擦圧接等各種の方法により行うことができる。
After the machining of the head
その際、溶融範囲を少なくするのが好ましく、例えば電子ビームにより少ない溶融範囲で接合したり、ろう付けでアルミニウム合金自体を溶融させないで接合することも好適である。 At that time, it is preferable to reduce the melting range. For example, it is also preferable to perform bonding with an electron beam in a small melting range, or bonding without melting the aluminum alloy itself by brazing.
そして、接合一体化した後、必要な場合には、ピストン10の外形やランド部14及びピストンリング溝15、更にはピストンピン孔13aの機械加工を行うと共に、必要に応じピストンリング溝15やピストンピン孔13a等に鉄系やニッケル系の金属、或いはセラミック等を溶射する(工程j)。
After joining and integrating, if necessary, the outer shape of the
その後、最終的な仕上げ加工を施して(工程k)、ピストン10の製造を完了する。
Thereafter, final finishing is performed (step k) to complete the manufacture of the
以上のようなこの実施の形態1のピストン10によれば、ピストン本体18とヘッド環状部11cとの接合面18d、11dがクーリングチャネル17の環状路17aを横切るように形成されているので、ピストン本体18やヘッド環状部11cの作製時に環状路17aを接合面に長手方向に開口させることができ、環状路17aを環状の溝11g、18gとして接合面11d、18d側から容易に形成することができる。そのため、ヘッド環状部11cを鍛造する際に環状の溝11g、18gを形成することが可能であり、クーリングチャネル17の環状路17aの形成が容易である。同時に、中子を用いたり、クーリングチャネル形成用のパイプを埋設してヘッド環状部11cを鋳造する必要がないため、鍛造により容易に作製でき、ヘッド環状部11c自体の強度も向上することができる。
According to the
また、接合面11d、18dが単一のテーパ面で形成されているので、水平面や垂直面等の複数の面を組合せて接合面を形成する場合に比べて、接合面11d、18d全面で公差を小さく抑えることができ、接合面11d、18d同士を容易に密着させて精度よく接合することができる。また、精度良く密着させられれば、電子ビーム溶接等による接合がより容易に行える。
In addition, since the joining
しかも、接合面の始点と終点を変えないとすれば、接合面11d、18dを最短距離で形成ことができて接合が一層容易に精度よくできると同時に、ヘッド環状部11cの体積を少なく抑え易いため、鍛造し易く、ヘッド環状部11cの作製も容易である。
In addition, if the start point and the end point of the joint surface are not changed, the
更に、中央部11a側が突出する単一のテーパ面によりピストン本体18とヘッド環状部11cとを接合しているため、ピストン本体18に設けられたボス13の孔の上部の肉厚をピストン本体18のみで確保できるため、ヘッド部11に対するボス13の十分な強度を確保し易い。そのため、ヘッド部11の頂面11bとボス13の軸心との間の所謂コンプレッションハイトを短く抑えることが可能である。
Further, since the piston
また、このピストン10では、ヘッド環状部11cがピストンリング溝15を有するランド部14と共に、キャビティ16の内側に突出するリップ部11fとを備えているので、ピストン11において特に耐熱性や耐磨耗性、耐面圧性が要求される部位をヘッド環状部11cに集約させることができ、ピストン10の耐久性を向上させ易い。
Further, in the
更に、このピストン10では、ヘッド環状部11cがピストン本体18より耐熱強度が高い材料からなるので、より高温になり易い部位の耐熱強度を確保することができ、耐久性を向上することができる。
Furthermore, in this
しかも、ヘッド環状部11cが単一のテーパ面からなる接合面11d、18dによりピストン本体18と分割されているため、ヘッド環状部11cの体積を小さく抑えることができ、その結果、ヘッド環状部11cをピストン本体より耐熱強度の高い特殊な材料により形成しても、その材料の使用量を少なく抑ることが可能である。
In addition, since the head
特に、ここでは、耐熱性や耐磨耗性、耐面圧性が要求されるヘッド環状部11cが急冷粉末アルミニウム合金の鍛造されたものであるので、耐久性を確実に向上することができる。
In particular, since the head
また、このピストン10では、環状路17aを横切る接合面11d、18dを有するピストン本体18及びヘッド環状部11cが、それぞれ鍛造により成形されているので、クーリングチャネル17をヘッド部11の内部に備えていても、ピストン10を十分な強度で形成することが可能である。
Moreover, in this
しかも、鍛造のため肉厚も薄くでき、クーリングチャネルの通路断面積の大型化とピストン全体の軽量化が可能である。 Moreover, the wall thickness can be reduced due to forging, the passage cross-sectional area of the cooling channel can be increased, and the weight of the entire piston can be reduced.
更に、このピストン10では、クーリングチャネル17が環状路17aからヘッド環状部11cの頂面11bに向けて穿設された延長路17bを備え、この延長路17bがピストン周方向に複数所定の間隔で配置されているので、ヘッド部11の特に加熱されやすい頂面11b側をより冷却し易い。
Further, in the
なお上記の実施の形態1はこの発明の範囲内で適宜変更可能であり、例えば、上記では環状路17aを完全な無端環状路として形成したが、ヘッド環状部11cに沿って端部が設けられた通路として形成されていてもよい。
The above-described first embodiment can be appropriately changed within the scope of the present invention. For example, in the above description, the
また、上記ではヘッド環状部11cにランド部14と全ピストンリング溝15とが形成されているが、特に限定されるものではなく、ヘッド環状部11cとピストン本体18とを接合後に加工するため、ランド部14の一部やピストンリング溝15の一部がピストン本体18に形成されていてもよい。この場合、最もヘッド部11の頂面11bに近接するトップランド部と圧力リング溝とは耐久性を確保するためにヘッド環状部11cに形成されているのが好ましい。
[実施の形態2]
Further, in the above, the
[Embodiment 2]
図7及び図8はこの実施の形態2に係るディーゼルエンジン用ピストンを示す。 7 and 8 show a diesel engine piston according to the second embodiment.
この実施の形態2のピストン20では、クーリングチャネル17が実施の形態1と異なる構成を有している。ここでは、環状路17aより頂面11b側となるヘッド環状部11c内のリップ部11fの側方周囲に、環状路17aとピストン軸方向に並べて形成された他の環状路としての環状路17eが設けられてリング蓋体19で覆われ、環状路17aと環状路17eとの間がバイパス路17fにより連通されている。また、このピストン20では、冷却オイルの排出路17dがボス3のピストンピン孔13aの上部に設けられている。その他は実施の形態1と同様である。
In the
このようなクーリングチャネル17の環状路17eを形成するには、例えば、ヘッド環状部11cを成形型で強圧することにより鍛造する際、頂面11b側から環状路17eに対応する溝を形成し、次に、ヘッド環状部11cをピストン本体18に接合しない状態で、環状路17aの環状の溝11gと環状路17eに対応する溝との間を貫通する孔からなるバイパス路17fを加工し、その後、環状路17eに対応する溝の頂面11b側に、ヘッド環状部11cと同一材料からなるリング蓋体19を電子ビーム接合することにより形成することができる。
In order to form such an
このようなピストン20によれば、実施の形態1と同様の効果が得られる上、接合面11d、18dが横切る環状路17aの他に、ヘッド環状部11c内に他の環状路17eを備えているので、複数の環状路17a、17eによりヘッド部11を冷却することができ、効率のよい冷却が可能である。
According to such a
なお、この実施の形態2では、クーリングチャネル17の供給路17cが環状路17aに接続された例について図示しているが、適宜変更可能であり、供給路17cを他の環状路17eに設けてもよい。その場合、より高温側から先に冷却液を供給できるため、より効率的な冷却が可能である。
[実施の形態3]
In the second embodiment, an example in which the
[Embodiment 3]
図9及び図10はこの実施の形態3に係るガソリンエンジン用ピストンを示す。 9 and 10 show a piston for a gasoline engine according to the third embodiment.
この実施の形態3のピストン30では、延長路17bが設けられていない他は、略実施の形態1のピストン10と同一の構成を有している。
The
この実施の形態3のように、ガソリンエンジン用ピストンであっても、この発明を適用することにより、実施の形態1と同様の効果を得ることが可能である。
[実施の形態4]
Even in the case of a gasoline engine piston as in the third embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained by applying the present invention.
[Embodiment 4]
図11乃至図14は、この実施の形態4に係るピストンに用いるヘッド環状部を示している。この実施の形態4は上記実施の形態1乃至3のヘッド環状部11cの変形例である。
11 to 14 show the head annular portion used in the piston according to the fourth embodiment. The fourth embodiment is a modification of the head
このヘッド環状部41cは、図11(b)に示すように、ピストンリング溝15を有するランド部14及び周縁部11eを有する外周部42と、リップ部11fを有する内周部43とを有し、外周部42と内周部43とが異なる材料から一体成形されている。ここでは、外周部42は内周部より耐磨耗性、耐面圧性が高い材料42aからなり、内周部43は外周部42より耐熱性が高い材料43aからなっている。
As shown in FIG. 11B, the head
具体的には、外周部42の材料42aとしては、例えば、上記実施の形態1のヘッド環状部11cに使用される合金やこの合金にSiCの含有量を増加した合金等を使用することができる。一方、内周部43の材料43aとしては、上記実施の形態1のヘッド環状部11cに使用される合金にFeの含有量を増加した合金などを使用することができる。
Specifically, as the
このようなヘッド環状部41cを作製するには、図14(a)に示すように、図6の工程a乃至工程dを一部変更することにより行うことができる。
Such a head
ここでは、まず外周部42を構成する材料42aと内周部43を構成する材料43aとを、予め内外に2重環構造に成形した図11(a)に示すような成形素材40を作製する。
Here, first, a
このような成形素材40を作製するには、特に限定されるものではないが、例えば、前述のような異なる材料、好ましくは2種類の急冷凝固合金からなる材料42a、43aを積層すると共に(工程p)、2重管押出しにより中空の2重管形状に成形したり、プラズマ放電焼結或いは他の焼結により中空の2重管形状に成形して(工程q)行うことができる。
The
2重管押出しにより成形するには、例えば図11に示すように、外周部42の材料42aから鋳造、鍛造、或いは焼結などにより容器状に形成された成形体の内部に、内周部43の材料43aの粉末を充填し(a)、これを中空状に押出し可能な型44を通過させることによりヘッド環状部11cの外径に対応した中空の筒状に成形し(b)、これをヘッド環状部11cに対応した長さで切断する(c)ことにより成形素材40を得ることができる。
In order to form by double tube extrusion, for example, as shown in FIG. 11, an inner
また、プラズマ焼結或いは他の焼結により成形素材40を作製するには、例えば図13に示すように、中心部に中子が配置された容器45を筒体46で仕切り、容器45内の筒体46の内側と外側にそれぞれの粉末の材料42a、43aを充填し、筒体46を抜き取った後、焼結させ、その後、強圧して鍛造することにより、ヘッド環状部11cの外径及び長さに対応した寸法の成形素材40を得ることができる。
Further, in order to produce the
次に、このような成形素材40を用いて、実施の形態1と同様に上下の成形型により強圧して成形することにより鍛造し(工程c)、環状の溝11gを有するヘッド環状部11cに対応した形状に成形する。
Next, using such a
そして、機械加工により、図11(b)中に仮想線で示すように、単一のテーパ面からなる接合面11dを所定精度で形成する(工程d)ことによりヘッド環状部41cとすることができる。
Then, by machining, as shown by the phantom line in FIG. 11B, a
その後、このヘッド環状部41cをピストン本体18と接合し(工程i)、頂面11b、ランド部14及びピストンリング溝15を機械加工や必要に応じ金属又はセラミックスの溶射を行い(工程j)、最終的な仕上加工を施せば(工程k)、ピストン本体18と一体化された状態で、図11(b)中に仮想線で示されるようなヘッド環状部11cを所定精度に仕上げることができ、ピストン10、20、30を得ることができる。
Thereafter, the head
このようなヘッド環状部41cを用いたピストン10、20、30では、ランド部14を有する外周部42が内周部43より耐磨耗性や耐面圧性が高い材料からなると共に、リップ部11fを有する内周部43が外周部42より耐熱性の高い材料からなるので、ヘッド環状部41cの各部位において要求される異なる性質に対応した最適な材料を使用することができ、より高温になり易い部位の耐熱強度と、より摩耗が生じ易い部位の耐磨耗性とを確保することができ、ヘッド環状部41cの耐久性をより一層向上することが可能である。
In the
なお、この実施の形態4では、2種類の異なる材料を用いたヘッド環状部41cについて説明したが、3種類以上の異なる材料を用いて同様に作製することも可能である。
In the fourth embodiment, the head
一方、製造工程も種々変更可能である。例えば図14(b)に示すように、工程pにおいて3種類以上のアルミニウム粉末を積層してもよい。また、アルミニウム粉末を焼結する前にピストンリング溝15用の耐摩環を設置して焼結してもよい(工程r)。その場合、ヘッド環状部41cとピストン本体18とを接合(工程i)した後、金属やセラミックスの溶射を行う必要はない。更に、接合(工程i)する前に各部の機械加工を十分に行い、接合(工程i)後に機械加工を施すことなく仕上加工(工程k)を行うことも可能である。
On the other hand, the manufacturing process can be variously changed. For example, as shown in FIG. 14B, three or more types of aluminum powder may be laminated in the step p. Further, before the aluminum powder is sintered, a wear ring for the
10、20、30 ピストン
11 ヘッド部
11a 中央部
11b 頂面
11c、41c ヘッド環状部
11d、18d 接合面
11e 周縁部
11f リップ部
12 スカート部
13 ビンボス
14 ランド部
15 ピストンリング溝
16 キャビティ
17 クーリングチャネル
17a、17e 環状路
17b 延長路
18 ピストン本体
42 外周部
43 内周部
10, 20, 30
Claims (8)
ピストンピン孔が形成されたボスを有するスカート部及び前記ヘッド部の中央部を一体に備えたピストン本体と、ピストンリング溝を有するランド部及び前記ヘッド部の周縁部を一体に備えて鍛造されたヘッド環状部とが、接合面において接合されてなり、
前記接合面が、前記クーリングチャネルの環状路を横切り、且つ、前記周縁部側の端部よりも前記中央部側の端部が頂面に近接するように傾斜する単一のテーパ面からなることを特徴とする内燃機関用ピストン。 In the piston for an internal combustion engine provided with an annular passage of a cooling channel inside the head part,
Forged with a piston body integrally provided with a skirt portion having a boss formed with a piston pin hole and a central portion of the head portion, a land portion having a piston ring groove, and a peripheral portion of the head portion. The head annular portion is joined at the joining surface,
The joint surface is formed of a single tapered surface that traverses the annular channel of the cooling channel and is inclined so that the end on the center side is closer to the top surface than the end on the peripheral edge side. A piston for an internal combustion engine.
前記ヘッド環状部は、前記キャビティの内側に突出するリップ部を備えていることを請求項1に記載の内燃機関用ピストン。 The head portion has a cavity on the top surface;
2. The piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the head annular portion includes a lip portion protruding inward of the cavity.
The cooling channel includes, in addition to the annular path traversed by the joining surface, another annular path formed in the head annular portion side by side in the piston axial direction, and the two annular paths communicate with each other by a bypass path. The piston for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7.
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