JP2623799B2 - 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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- JP2623799B2 JP2623799B2 JP63323729A JP32372988A JP2623799B2 JP 2623799 B2 JP2623799 B2 JP 2623799B2 JP 63323729 A JP63323729 A JP 63323729A JP 32372988 A JP32372988 A JP 32372988A JP 2623799 B2 JP2623799 B2 JP 2623799B2
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- JP
- Japan
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- piston
- fiber
- aluminum
- reinforced metal
- metal body
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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
- 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
- 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
- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
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- 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
- 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
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
- F05C2253/16—Fibres
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はアルミニウムピストンの頂部を繊維強化金
属で構成した内燃機関のピストンに関する。
属で構成した内燃機関のピストンに関する。
［従来の技術］ 近来の内燃機関においてシリンダライナを鋳鉄で、ピ
ストンをアルミニウム合金で形成する場合、両者の線膨
脹係数差を考慮し冷間時のピストンとシリンダライナと
の半径方向のクリアランスを例えば1mm程度にしてピス
トン実働時のピストンとライナとの干渉を防止してい
る。（線膨脹係数は、鋳鉄で膨脹係数は約11×10-6/℃
アルミニウム合金は約20×10-6/℃である。） しかしこのクリアランスは冷間時のピストンスラッ
プ音が大となり機関騒音が大きくする，デッドクリア
ランスとなり燃焼効率が低下する，燃焼ガスの吹き抜
けやオイル消費が大きくなり燃費も悪化する等の問題が
発生する。
ストンをアルミニウム合金で形成する場合、両者の線膨
脹係数差を考慮し冷間時のピストンとシリンダライナと
の半径方向のクリアランスを例えば1mm程度にしてピス
トン実働時のピストンとライナとの干渉を防止してい
る。（線膨脹係数は、鋳鉄で膨脹係数は約11×10-6/℃
アルミニウム合金は約20×10-6/℃である。） しかしこのクリアランスは冷間時のピストンスラッ
プ音が大となり機関騒音が大きくする，デッドクリア
ランスとなり燃焼効率が低下する，燃焼ガスの吹き抜
けやオイル消費が大きくなり燃費も悪化する等の問題が
発生する。
この種の課題に対応した提案としては、クラウン部及
びトップランド部が一体のカップ状の成形体をセラミッ
ク短繊維で成形し、この成形体をアルミニウムピストン
に鋳込んで形成した「内燃機関用ピストン」（特開昭60
−173346号公報）が知られてる。
びトップランド部が一体のカップ状の成形体をセラミッ
ク短繊維で成形し、この成形体をアルミニウムピストン
に鋳込んで形成した「内燃機関用ピストン」（特開昭60
−173346号公報）が知られてる。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、強化短繊維の方向を単純にランダムで形成す
ると成形体の熱膨脹係数が測定方向の方向によって一定
せず、その信頼性に問題がある。これに対して成形体を
連続繊維で強化したFRMを使用すると、線膨張係数がア
ルミの1/2〜1/3程度となり、ピストン−ライナー間のク
リアランスを確実に小さくすることができる。しかしな
がらこのような連続繊維のFRMにおいては、線膨張係数
を極力下げるためにその体積含有率を0.3〜0.5程度に設
定することとなり、燃焼室の機械加工性が悪く、また、
クラウン部とアルミスカート部の界面の熱歪（製造時及
び実働時）が大となり、亀裂が生じるおそれがある。そ
こで本発明は、ライナーとの間のクリアランスを確実に
小さくすることができ、しかも頂部とアルミスカート部
の界面に亀裂が生じることのない内燃機関のピストンを
提供すべく創案されたものである。
ると成形体の熱膨脹係数が測定方向の方向によって一定
せず、その信頼性に問題がある。これに対して成形体を
連続繊維で強化したFRMを使用すると、線膨張係数がア
ルミの1/2〜1/3程度となり、ピストン−ライナー間のク
リアランスを確実に小さくすることができる。しかしな
がらこのような連続繊維のFRMにおいては、線膨張係数
を極力下げるためにその体積含有率を0.3〜0.5程度に設
定することとなり、燃焼室の機械加工性が悪く、また、
クラウン部とアルミスカート部の界面の熱歪（製造時及
び実働時）が大となり、亀裂が生じるおそれがある。そ
こで本発明は、ライナーとの間のクリアランスを確実に
小さくすることができ、しかも頂部とアルミスカート部
の界面に亀裂が生じることのない内燃機関のピストンを
提供すべく創案されたものである。
［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、アル
ミニウムピストンの頂部を連続強化繊維巻回体にアルミ
ニウムを含浸させた繊維強化金属で形成すると共に、こ
の頂部とピストンのスカート部との界面に強化短繊維の
マットにアルミニウムを含浸させた繊維強化金属体を介
在させた内燃機関のピストンを構成したものである。
ミニウムピストンの頂部を連続強化繊維巻回体にアルミ
ニウムを含浸させた繊維強化金属で形成すると共に、こ
の頂部とピストンのスカート部との界面に強化短繊維の
マットにアルミニウムを含浸させた繊維強化金属体を介
在させた内燃機関のピストンを構成したものである。
［作用］ アルミニウムピストンの頂部を繊維強化金属で形成し
頂部とアルミニウムピストンのスカート部との界面に両
者を接続する強化繊維金属体を介在させると頂部とスカ
ートの界面の熱歪が緩衝され界面の熱応力が緩和され
る。
頂部とアルミニウムピストンのスカート部との界面に両
者を接続する強化繊維金属体を介在させると頂部とスカ
ートの界面の熱歪が緩衝され界面の熱応力が緩和され
る。
［実施例］ 以下にこの発明の好適一実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
この実施例にあってピストン１の頂部２は第１図に示
すように繊維強化金属（FRM）で構成される。
すように繊維強化金属（FRM）で構成される。
実施例にあって頂部２は半径方向の外縁部分及びトッ
プランドを構成するリング形状の繊維強化金属体４と、
この繊維強化金属体４と一体に嵌合されてピストン１の
軸心上に上部が開放されたキャビティ３を区画形成する
半径方向内方の繊維強化金属体５と、これら繊維強化金
属体4,5の下面に一体的に接合する繊維強化金属体６と
から構成される。
プランドを構成するリング形状の繊維強化金属体４と、
この繊維強化金属体４と一体に嵌合されてピストン１の
軸心上に上部が開放されたキャビティ３を区画形成する
半径方向内方の繊維強化金属体５と、これら繊維強化金
属体4,5の下面に一体的に接合する繊維強化金属体６と
から構成される。
繊維強化金属体４は、カーボン、SiC等の連続繊維を
軸方向に対して所定の角度θをもってワインディング
し、アルミニウムを含浸させて形成する。実施例にあっ
て繊維強化金属体４の体積含有率Vfは例えば0.3〜0.5
（30〜50％）に設定し繊維強化金属体４の線膨脹係数ρ
が５〜８×10-6/℃程度（アルミニウムの1/2〜1/3以
下）となるようにする。つまり冷間時のピストン１にお
ける上記シリンダライナとのクリアランスを大巾に縮小
する。
軸方向に対して所定の角度θをもってワインディング
し、アルミニウムを含浸させて形成する。実施例にあっ
て繊維強化金属体４の体積含有率Vfは例えば0.3〜0.5
（30〜50％）に設定し繊維強化金属体４の線膨脹係数ρ
が５〜８×10-6/℃程度（アルミニウムの1/2〜1/3以
下）となるようにする。つまり冷間時のピストン１にお
ける上記シリンダライナとのクリアランスを大巾に縮小
する。
繊維強化金属体５は繊維表面に予めアルミニウムを蒸
着した強化繊維のプリホームワイヤをワインディング成
形した繊維強化金属体で、繊維の体積含有率Vfは0.1〜
0.2程度とする。この繊維強化金属体５は線膨脹係数ρ
が14〜16×10-6/℃程度であるが、体積含有率Vfが0.1〜
0.2程度と低いため機械加工が容易で鋳造後の燃焼室の
加工が容易になり、アルミニウム母材それ自体と比較し
て強度が高く、燃焼室周りの強度を増加させる。
着した強化繊維のプリホームワイヤをワインディング成
形した繊維強化金属体で、繊維の体積含有率Vfは0.1〜
0.2程度とする。この繊維強化金属体５は線膨脹係数ρ
が14〜16×10-6/℃程度であるが、体積含有率Vfが0.1〜
0.2程度と低いため機械加工が容易で鋳造後の燃焼室の
加工が容易になり、アルミニウム母材それ自体と比較し
て強度が高く、燃焼室周りの強度を増加させる。
繊維強化金属体６は体積含有率Vfが0.1前後で、線膨
脹係数ρが15〜17×10-6/℃程度となるように、強化短
繊維で円盤状に形成され、上記繊維強化金属体4,5と、
アルミニウムからなるスカート部８の界面に繊維強化金
属体６を設けて界面の発生する熱歪を緩和し、接続の耐
久性，信頼性を向上するようにしてある。
脹係数ρが15〜17×10-6/℃程度となるように、強化短
繊維で円盤状に形成され、上記繊維強化金属体4,5と、
アルミニウムからなるスカート部８の界面に繊維強化金
属体６を設けて界面の発生する熱歪を緩和し、接続の耐
久性，信頼性を向上するようにしてある。
このように構成するとピストンのデッドクリアランス
低減による燃焼効率アップ，ブローバイガス，オイル消
費の低減，燃費向上，キャビテイの加工性向上，燃焼室
周りの耐久性アップ等の優れた効果を得る。
低減による燃焼効率アップ，ブローバイガス，オイル消
費の低減，燃費向上，キャビテイの加工性向上，燃焼室
周りの耐久性アップ等の優れた効果を得る。
次に上記ピストン１の製造例を説明する。
第２図に示すようにまずアルミニウムの芯材10にプリ
ホームワイヤ11をワインディングして芯材10周りに上記
繊維強化金属体５を形成する。次に繊維強化金属体５の
外周面に強化繊維12をワインディングして繊維強化金属
体５の外周面に繊維強化金属体４を形成する。この後、
繊維強化金属体4,5の上記スカート８側に強化短繊維を
三次元方向（縦，横，高さ方向）に折込んで形成した繊
維強化金属体６たるマット材13を置いた状態で、加圧鋳
造型にセットし型内にアルミニウム溶湯を注ぎ、高圧鋳
造にてピストン１を製造する。
ホームワイヤ11をワインディングして芯材10周りに上記
繊維強化金属体５を形成する。次に繊維強化金属体５の
外周面に強化繊維12をワインディングして繊維強化金属
体５の外周面に繊維強化金属体４を形成する。この後、
繊維強化金属体4,5の上記スカート８側に強化短繊維を
三次元方向（縦，横，高さ方向）に折込んで形成した繊
維強化金属体６たるマット材13を置いた状態で、加圧鋳
造型にセットし型内にアルミニウム溶湯を注ぎ、高圧鋳
造にてピストン１を製造する。
［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。
アルミニウムピストンの頂部を連続強化繊維巻回体に
アルミニウムを含浸させた繊維強化金属で形成すると共
に、この頂部とピストンのスカート部との界面に強化短
繊維のマットにアルミニウムを含浸させた繊維強化金属
体を介在したからライナーとの間のクリアランスを確実
に小さくすることができ、しかも頂部とスカート部の界
面に亀裂が生じるのを防ぐことができる。
アルミニウムを含浸させた繊維強化金属で形成すると共
に、この頂部とピストンのスカート部との界面に強化短
繊維のマットにアルミニウムを含浸させた繊維強化金属
体を介在したからライナーとの間のクリアランスを確実
に小さくすることができ、しかも頂部とスカート部の界
面に亀裂が生じるのを防ぐことができる。
第１図はこの発明の好適一実施冷を示す断面図、第２図
はピストンの製造冷を示す断面図である。 図中、１はピストン、２は頂部、4,5,6は繊維強化金属
体である。
はピストンの製造冷を示す断面図である。 図中、１はピストン、２は頂部、4,5,6は繊維強化金属
体である。
Claims (1)
- 【請求項１】アルミニウムピストンの頂部を連続強化繊
維巻回体にアルミニウムを含浸させた繊維強化金属で形
成すると共に、この頂部とピストンのスカート部との界
面に強化短繊維のマットにアルミニウムを含浸させた繊
維強化金属体を介在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 |
|---|---|---|---|
| JP63323729A JP2623799B2 (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63323729A JP2623799B2 (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 内燃機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02169848A JPH02169848A (ja) | 1990-06-29 |
| JP2623799B2 true JP2623799B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=18157958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63323729A Expired - Lifetime JP2623799B2 (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | 内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2623799B2 (ja) |
-
1988
- 1988-12-23 JP JP63323729A patent/JP2623799B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02169848A (ja) | 1990-06-29 |
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