JP2560420B2 - 内燃機関のピストン - Google Patents
内燃機関のピストンInfo
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- JP2560420B2 JP2560420B2 JP14175888A JP14175888A JP2560420B2 JP 2560420 B2 JP2560420 B2 JP 2560420B2 JP 14175888 A JP14175888 A JP 14175888A JP 14175888 A JP14175888 A JP 14175888A JP 2560420 B2 JP2560420 B2 JP 2560420B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- top surface
- stepped portion
- annular member
- thermal expansion
- 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.)
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Classifications
-
- 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
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はピストンのクラウンを強化繊維金属及び熱
膨張係数の小さな耐熱金属で形成した内燃機関のピスト
ンに関する。
膨張係数の小さな耐熱金属で形成した内燃機関のピスト
ンに関する。
［従来の技術］ 内燃機関のピストンのクラウンの熱膨張を阻みシリン
ダとのクリアランスを一定に保とうとした提案に「内燃
機関用ピストン」（実開昭60−32542号公報）がある。
ダとのクリアランスを一定に保とうとした提案に「内燃
機関用ピストン」（実開昭60−32542号公報）がある。
この提案は、第７図に示すようにアルミニウムピスト
ンａのスカート上面ｂに、少なくともキャビティｃの一
部分を区画形成しつつ上記ピストンａのクラウン外表面
ｄを区画形成する繊維強化金属製のクラウン部材ｅを一
体的に接合して「内燃機関用ピストン」を形成したもの
である。
ンａのスカート上面ｂに、少なくともキャビティｃの一
部分を区画形成しつつ上記ピストンａのクラウン外表面
ｄを区画形成する繊維強化金属製のクラウン部材ｅを一
体的に接合して「内燃機関用ピストン」を形成したもの
である。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、セラミックウィスカを含む強化繊維の
繊維強化金属でクラウン部材を形成し、このクラウン部
材を、ピストンに一体的に拡散接合させるように構成す
ることについては、以下の問題がある。
繊維強化金属でクラウン部材を形成し、このクラウン部
材を、ピストンに一体的に拡散接合させるように構成す
ることについては、以下の問題がある。
即ち、クラウン部材の繊維強化金属部分とピストンの
アルミニウム部分との接合面に、熱膨張差に応じたせん
断力が発生し、その接合面に亀裂破壊が発生する確率が
高く、亀裂破壊の発生によってピストンとクラウン部材
の接合が解除される問題がある。
アルミニウム部分との接合面に、熱膨張差に応じたせん
断力が発生し、その接合面に亀裂破壊が発生する確率が
高く、亀裂破壊の発生によってピストンとクラウン部材
の接合が解除される問題がある。
［課題を解決するための手段］ この発明は、上記課題を解決することを目的とし、こ
の発明は円筒状のアルミニウム製ピストン部材の頂側内
・外周面にそれぞれ半径方向の段付部を形成し、内方の
段付部に耐熱金属製の頂面部材を、外方の段付部に熱膨
張係数がその耐熱金属より小さい繊維強化金属で形成さ
れた環状部材を焼きばめして内熱機関のピストンを構成
したものである。
の発明は円筒状のアルミニウム製ピストン部材の頂側内
・外周面にそれぞれ半径方向の段付部を形成し、内方の
段付部に耐熱金属製の頂面部材を、外方の段付部に熱膨
張係数がその耐熱金属より小さい繊維強化金属で形成さ
れた環状部材を焼きばめして内熱機関のピストンを構成
したものである。
［作 用］ 半径方向の内周面に形成した段付部に頂面部材を、半
径方向の外周面に形成した段付部に環状部材を焼きばめ
すると、これら頂面部材及び環状部材は熱膨張状態で各
段付部に一体的いはめ合せられることになるから、焼き
ばめの温度をピストンの実働時の温度に安全率を見込む
ことによって実働時に於ける各段付部と頂面部材及び環
状部材のはめ合せ強度が確保される。
径方向の外周面に形成した段付部に環状部材を焼きばめ
すると、これら頂面部材及び環状部材は熱膨張状態で各
段付部に一体的いはめ合せられることになるから、焼き
ばめの温度をピストンの実働時の温度に安全率を見込む
ことによって実働時に於ける各段付部と頂面部材及び環
状部材のはめ合せ強度が確保される。
一方、実働時にあって、環状部材の熱膨張係数はアル
ミニウムより小さいから、アルミニウムから成るピスト
ン部材の熱膨張は環状部材によって妨げられる。即ち、
環状部材と頂面部材間の接続強度が保たれ三者間に緩み
の発生がない。
ミニウムより小さいから、アルミニウムから成るピスト
ン部材の熱膨張は環状部材によって妨げられる。即ち、
環状部材と頂面部材間の接続強度が保たれ三者間に緩み
の発生がない。
他方、耐熱性に対しては、頂面部材が耐熱金属で形成
されるから、近来のピストンの高出力化に対応できる。
されるから、近来のピストンの高出力化に対応できる。
ところで、耐熱金属としては、ダクタイル鋳鉄等の耐
熱性が高い鋳鉄またはTiAl,SiCw−Al等を混合させた繊
維強化金属が採用される。これらは耐熱性を得る他にキ
ャビティを形成する点についても有用性が高く、環状部
材としては、Al3O3,SiC、カーボン等の強化長繊維の巻
回密度を変化させて熱膨張の度合を調節できる繊維強化
金属（強化長繊維とアルミニウムから成る）が有用性が
高い。
熱性が高い鋳鉄またはTiAl,SiCw−Al等を混合させた繊
維強化金属が採用される。これらは耐熱性を得る他にキ
ャビティを形成する点についても有用性が高く、環状部
材としては、Al3O3,SiC、カーボン等の強化長繊維の巻
回密度を変化させて熱膨張の度合を調節できる繊維強化
金属（強化長繊維とアルミニウムから成る）が有用性が
高い。
［実施例］ 以下にこの発明の好適な実施例を添付図面に基づいて
説明する （第１実施例） 第１図に示してあるように、この実施例にあって有底
筒体状のピストン１は、アルミニウム（アルミニウム合
金を含む）から成る円筒状のピストン部材２と、ダクタ
イル鋳鉄等の耐熱性が高く、熱膨張係数が小さい鋳鉄か
ら成り、上記ピストン部材２の頂側内周面３に一体的に
嵌合される頂面部材４と、繊維強化金属から形成されて
熱膨張係数が上記ダクタイル鋳鉄に対して小さく形成さ
れ、上記ピストン部材２の頂側外周面５に一体的に嵌合
される環状部材６とから構成される。
説明する （第１実施例） 第１図に示してあるように、この実施例にあって有底
筒体状のピストン１は、アルミニウム（アルミニウム合
金を含む）から成る円筒状のピストン部材２と、ダクタ
イル鋳鉄等の耐熱性が高く、熱膨張係数が小さい鋳鉄か
ら成り、上記ピストン部材２の頂側内周面３に一体的に
嵌合される頂面部材４と、繊維強化金属から形成されて
熱膨張係数が上記ダクタイル鋳鉄に対して小さく形成さ
れ、上記ピストン部材２の頂側外周面５に一体的に嵌合
される環状部材６とから構成される。
ピストン部材２は、頂側内周面３が半径方向に拡径さ
れて軸方向の下部に上記頂面部材４を着座させる座部７
を同時形成する段付部８が形成されると共に、頂側外周
面５が半径方向に縮径されて軸方向の下部に、第２図に
も示す上記環状部材４を着座させる座部９を同時成形す
る段付部10が形成される。
れて軸方向の下部に上記頂面部材４を着座させる座部７
を同時形成する段付部８が形成されると共に、頂側外周
面５が半径方向に縮径されて軸方向の下部に、第２図に
も示す上記環状部材４を着座させる座部９を同時成形す
る段付部10が形成される。
内方の段付部８に嵌合される頂面部材４は、この実施
例にあっては、頂面を区画形成する一端面に軸方向に窪
ませたキャビティ11が形成された円柱体状に形成してあ
ると共に、その頂面部材４の直径を、ピストン１の実働
時に於ける段付部８の内径D0ときつくはまり合う直径D1
に定めてある。
例にあっては、頂面を区画形成する一端面に軸方向に窪
ませたキャビティ11が形成された円柱体状に形成してあ
ると共に、その頂面部材４の直径を、ピストン１の実働
時に於ける段付部８の内径D0ときつくはまり合う直径D1
に定めてある。
外方の段付部10に嵌合される環状部材６は、この実施
例にあっては、第３図に示すように、Al2O3,SiC,カーボ
ン等の強化繊維をアルミニウムでメタライズ処理したプ
リフォームワイヤ12を、芯体13に巻回してまず第４図に
示すプリフォームワイヤ12の巻回体14を作る工程、この
後にその巻回体14を500atm位の加圧鋳造を行う高圧鋳造
型15にセットして、アルミニウムの溶湯を注ぎ凝固させ
る工程を経て形成される（第５図）。
例にあっては、第３図に示すように、Al2O3,SiC,カーボ
ン等の強化繊維をアルミニウムでメタライズ処理したプ
リフォームワイヤ12を、芯体13に巻回してまず第４図に
示すプリフォームワイヤ12の巻回体14を作る工程、この
後にその巻回体14を500atm位の加圧鋳造を行う高圧鋳造
型15にセットして、アルミニウムの溶湯を注ぎ凝固させ
る工程を経て形成される（第５図）。
ところで、プリフォームワイヤ12の巻回構成は、この
実施例にあっては芯体13に対する往路層と復路層でプリ
フォームワイヤ12を網目状に交差させて巻回するように
してある。
実施例にあっては芯体13に対する往路層と復路層でプリ
フォームワイヤ12を網目状に交差させて巻回するように
してある。
一方、高圧鋳造後の環状部材６の内径は、ピストン１
の実働時に於ける段付部10の最大外形Ｄに対してきつく
はまり合う内径D2に定められると共に、ピストン１の実
働時に於ける環状部材６の外形がエンジンのシリンダ
（図示せず）との間に適正範囲内でクリアランスを形成
し得る外径D3に定められる。即ち、D2,D3はプリフォー
ムワイヤ12のアルミニウムに対する体積あたりの巻回密
度及びプリフォームワイヤ12の交差角θを調節すること
によって調節される。つまり、プリフォームワイヤ12の
密度が大になると、繊維強化金属の熱膨張係数が小さく
なり、また交差角を小とすることによっても、プリフォ
ームワイヤの強度方向と熱膨張方向が一致するようにな
るからである。
の実働時に於ける段付部10の最大外形Ｄに対してきつく
はまり合う内径D2に定められると共に、ピストン１の実
働時に於ける環状部材６の外形がエンジンのシリンダ
（図示せず）との間に適正範囲内でクリアランスを形成
し得る外径D3に定められる。即ち、D2,D3はプリフォー
ムワイヤ12のアルミニウムに対する体積あたりの巻回密
度及びプリフォームワイヤ12の交差角θを調節すること
によって調節される。つまり、プリフォームワイヤ12の
密度が大になると、繊維強化金属の熱膨張係数が小さく
なり、また交差角を小とすることによっても、プリフォ
ームワイヤの強度方向と熱膨張方向が一致するようにな
るからである。
このように形成された頂面部材４及び環状部材６は、
各段付部8,10にそれぞれ焼きばめされて一体化される。
但し焼きばめの温度は、ピストン１の実働時の最大温度
に対して安全率を見込んだ温度とし、この温度で上記頂
面部材４及び環状部材６がはまり合うようにする。
各段付部8,10にそれぞれ焼きばめされて一体化される。
但し焼きばめの温度は、ピストン１の実働時の最大温度
に対して安全率を見込んだ温度とし、この温度で上記頂
面部材４及び環状部材６がはまり合うようにする。
参考までに、この実施例では頂面部材４の線膨張係数
を10×10-6/℃、ピストン部材２の線膨張係数を20×10
-6/℃、環状部材４の線膨張係数を５×10-6/℃とするこ
とによって、ピストン１の頂側の熱膨張を良好に制限す
るようにしている。
を10×10-6/℃、ピストン部材２の線膨張係数を20×10
-6/℃、環状部材４の線膨張係数を５×10-6/℃とするこ
とによって、ピストン１の頂側の熱膨張を良好に制限す
るようにしている。
（第２実施例） 第６図に示すようにこの実施例は、上記頂面部材４及
び環状部材６を鋳鉄及びSiC等のみの強化繊維金属に替
えて、耐熱性、耐亀裂性に優れたTiAl,SiCw−Alの軽量
耐熱材料で形成した例を示したものである。
び環状部材６を鋳鉄及びSiC等のみの強化繊維金属に替
えて、耐熱性、耐亀裂性に優れたTiAl,SiCw−Alの軽量
耐熱材料で形成した例を示したものである。
複合繊維強化金属で形成する環状部材６及び頂面部材
４は、まずアルミニウムをメタライズ処理した強化繊維
のプリフォームワイヤ12を巻回して形成され、形成され
た巻回体を高圧鋳造型にセットする工程は上記実施例と
同一であるが、Ti−Al、SiCw−Alを混入したアルミニウ
ムの溶湯を型内に注湯し凝固させる工程のみが異なる。
但し、この実施例で頂面部材４に形成されるキャビティ
11は底部中央にトロイダル流を生成するための隆起部16
およびスキッシュ流を生成するためのリップ17を形成す
る一例を示したものである。このため、キャビティ11は
鋳造後機械加工によって形成される。
４は、まずアルミニウムをメタライズ処理した強化繊維
のプリフォームワイヤ12を巻回して形成され、形成され
た巻回体を高圧鋳造型にセットする工程は上記実施例と
同一であるが、Ti−Al、SiCw−Alを混入したアルミニウ
ムの溶湯を型内に注湯し凝固させる工程のみが異なる。
但し、この実施例で頂面部材４に形成されるキャビティ
11は底部中央にトロイダル流を生成するための隆起部16
およびスキッシュ流を生成するためのリップ17を形成す
る一例を示したものである。このため、キャビティ11は
鋳造後機械加工によって形成される。
尚、第１実施例に於いて頂面部材４を環状部材６同様
に繊維強化金属で形成することも当然可能である。
に繊維強化金属で形成することも当然可能である。
したがって、第１、第２実施例によれば、ピストン１
の耐熱性を向上させ、シリンダとのクリアランスを一定
範囲内に制限できると共に、ピストン部材２に対する頂
面部材４、環状部材６の接続強度が保障されるようにな
る。
の耐熱性を向上させ、シリンダとのクリアランスを一定
範囲内に制限できると共に、ピストン部材２に対する頂
面部材４、環状部材６の接続強度が保障されるようにな
る。
［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなようにこの発明によれ
ば次の如き優れた効果を発揮する。
ば次の如き優れた効果を発揮する。
円筒状のピストン部材の頂側内・外周面にそれぞれ半
径方向の段付部を形成し、内方の段付部に耐熱金属製の
頂面部材を、外方の段付部に熱膨張係数がその耐熱金属
より小さい繊維強化金属で形成された環状部材を焼きば
めしたから、ピストンの耐熱性を向上すると共に、ピス
トン部材に対する接続強度を保ちつつクラウン部の熱膨
張を阻止できる。
径方向の段付部を形成し、内方の段付部に耐熱金属製の
頂面部材を、外方の段付部に熱膨張係数がその耐熱金属
より小さい繊維強化金属で形成された環状部材を焼きば
めしたから、ピストンの耐熱性を向上すると共に、ピス
トン部材に対する接続強度を保ちつつクラウン部の熱膨
張を阻止できる。
第１図はこの発明の第一実施例を示す断面図、第２図は
頂面部材を示す斜視図、第３図は巻回体の形成例を示す
概略図、第４図は環状部材を示す斜視図、第５図は高圧
鋳造型にセットした巻回体を示す断面図、第６図はこの
発明の第２実施例を示す断面図、第７図は従来例を示す
断面図である。 図中１はピストン、２はピストン部材、４は頂面部材、
６は環状部材、8,10は段付部である。
頂面部材を示す斜視図、第３図は巻回体の形成例を示す
概略図、第４図は環状部材を示す斜視図、第５図は高圧
鋳造型にセットした巻回体を示す断面図、第６図はこの
発明の第２実施例を示す断面図、第７図は従来例を示す
断面図である。 図中１はピストン、２はピストン部材、４は頂面部材、
６は環状部材、8,10は段付部である。
Claims (1)
- 【請求項１】円筒状のアルミニウム製ピストン部材の頂
側内・外周面にそれぞれ半径方向の段付部を形成し、内
方の段付部に耐熱金属製の頂面部材を、外方の段付部に
熱膨張係数がその耐熱金属より小さい繊維強化金属で形
成された環状部材を焼きばめしたことを特徴とする内燃
機関のピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14175888A JP2560420B2 (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14175888A JP2560420B2 (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 内燃機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01313656A JPH01313656A (ja) | 1989-12-19 |
| JP2560420B2 true JP2560420B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=15299508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14175888A Expired - Lifetime JP2560420B2 (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560420B2 (ja) |
-
1988
- 1988-06-10 JP JP14175888A patent/JP2560420B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01313656A (ja) | 1989-12-19 |
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