JP2864497B2 - 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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- internal combustion
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
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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
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- 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「冷却
機構の組立構造ピストン」（特開昭54−47937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「冷却
機構の組立構造ピストン」（特開昭54−47937号公報）
がある。
この提案は、第８図に示すようにピストンａを軸方向
にインロー嵌合する鋳鉄製のクラウンｂと、アルミニウ
ム製のスカートｃに分割形成し、そのクラウンｂとスカ
ートｃとの嵌合部分に形成されたボス穴ｄにピストンピ
ンｅを挿通して、これらクラウンｂとスカートｃとを連
結するように構成したものである。
にインロー嵌合する鋳鉄製のクラウンｂと、アルミニウ
ム製のスカートｃに分割形成し、そのクラウンｂとスカ
ートｃとの嵌合部分に形成されたボス穴ｄにピストンピ
ンｅを挿通して、これらクラウンｂとスカートｃとを連
結するように構成したものである。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら高剛性が求められる近来のピストンとし
て、ボスを複数に分割することはボス部の剛性低下、応
力集中、疲労等による破壊の確率が高く容易に採用でき
るものではなかった。
て、ボスを複数に分割することはボス部の剛性低下、応
力集中、疲労等による破壊の確率が高く容易に採用でき
るものではなかった。
［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
の発明は軸方向にクラウンとスカートに分割し、さらに
そのクラウンを半径方向に内方部分と外方部分に分割し
て全体で３分割した内燃機関のピストンであって、内方
部分を鋳鉄等で形成し、外方部分を内方部分より熱膨張
係数の小さな金属、例えば繊維強化金属で形成すると共
に、外方部分の内周面と内方部分の外周面とを上方ほど
小径となるテーパー状に形成し、内方部分を外方部分に
非固定状態でテーパー嵌合させた後、その外方部分をス
カート上面に溶接などで固定して、内方部分を外方部分
とスカート上面とで閉じ込めるようにしたものである。
の発明は軸方向にクラウンとスカートに分割し、さらに
そのクラウンを半径方向に内方部分と外方部分に分割し
て全体で３分割した内燃機関のピストンであって、内方
部分を鋳鉄等で形成し、外方部分を内方部分より熱膨張
係数の小さな金属、例えば繊維強化金属で形成すると共
に、外方部分の内周面と内方部分の外周面とを上方ほど
小径となるテーパー状に形成し、内方部分を外方部分に
非固定状態でテーパー嵌合させた後、その外方部分をス
カート上面に溶接などで固定して、内方部分を外方部分
とスカート上面とで閉じ込めるようにしたものである。
［作用］ 外方部分は内方部分をテーパー嵌合状態のままクラウ
ン部分に固定され、且つ外方部分は内方部分に対して熱
膨張率の小さな金属（例えば繊維強化金属）で形成され
るから、内方部分を耐熱性の高い鋳鉄などから形成しス
カート上面に固定することができる一方で、その鋳鉄等
から形成した内方部分の熱膨張を外方部分で規制するこ
とができる。特に、内方部分を外方部分とスカート上面
とで閉じ込めるようにしたので、３分割でありながら固
定箇所が外方部分とスカート上面との間のみとなり、そ
の他の部品間の固定が省略できる。これにより製造や組
立てが大変容易となる。
ン部分に固定され、且つ外方部分は内方部分に対して熱
膨張率の小さな金属（例えば繊維強化金属）で形成され
るから、内方部分を耐熱性の高い鋳鉄などから形成しス
カート上面に固定することができる一方で、その鋳鉄等
から形成した内方部分の熱膨張を外方部分で規制するこ
とができる。特に、内方部分を外方部分とスカート上面
とで閉じ込めるようにしたので、３分割でありながら固
定箇所が外方部分とスカート上面との間のみとなり、そ
の他の部品間の固定が省略できる。これにより製造や組
立てが大変容易となる。
［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。
第１図に示されるように、有底筒体状のピストン１
は、単品としてそれぞれ形成された上部のクラウン２と
下部のスカート３とを軸方向に接続して形成される。
は、単品としてそれぞれ形成された上部のクラウン２と
下部のスカート３とを軸方向に接続して形成される。
この実施例にあってクラウン２はその軸心方向に窪ん
だキャビティ４を凹設された半径方向の内方部分５と、
この内方部分５の外周面６に対して軸方向にテーパー嵌
合されてはめ合せられる半径方向の外方部分７とから分
割して構成され、内方部分５はダクタイル鋳鉄等の熱膨
張が小さく且つ耐熱性の優れた鋳鉄で、外方部分７はAl
2O3、SiC、カーボン等から構成された強化繊維とアルミ
ニウム（アルミニウム合金でも良い）から成る繊維強化
金属でそれぞれ形成される。外方部分７と内周面13と内
方部分５の外周面６とは上方ほど小径となるテーパー状
に形成される。
だキャビティ４を凹設された半径方向の内方部分５と、
この内方部分５の外周面６に対して軸方向にテーパー嵌
合されてはめ合せられる半径方向の外方部分７とから分
割して構成され、内方部分５はダクタイル鋳鉄等の熱膨
張が小さく且つ耐熱性の優れた鋳鉄で、外方部分７はAl
2O3、SiC、カーボン等から構成された強化繊維とアルミ
ニウム（アルミニウム合金でも良い）から成る繊維強化
金属でそれぞれ形成される。外方部分７と内周面13と内
方部分５の外周面６とは上方ほど小径となるテーパー状
に形成される。
実施例にあって外方部分７は第２図に示すように上記
内方部分５の外周面６のテーパー角θに対して僅かに大
きいテーパー角θで形成され駆動装置（図示せず）によ
り回転される芯体８に、ワインダ９からトラバースされ
て繰出される上記強化繊維（例えばSiC）のプリフォー
ムワイヤ10を巻回した後、アルミニウム鋳造して形成さ
れる。但し、実施例ではプリフォームワイヤ10の表面に
はアルミニウム等のメタライズ処理を施してある。
内方部分５の外周面６のテーパー角θに対して僅かに大
きいテーパー角θで形成され駆動装置（図示せず）によ
り回転される芯体８に、ワインダ９からトラバースされ
て繰出される上記強化繊維（例えばSiC）のプリフォー
ムワイヤ10を巻回した後、アルミニウム鋳造して形成さ
れる。但し、実施例ではプリフォームワイヤ10の表面に
はアルミニウム等のメタライズ処理を施してある。
巻回は第２図乃至第４図に示すように、まず一端側の
巻回密度が大で他端側に連れて巻回密度が小となるよう
に下層目11を巻回する工程、この巻回された下層目11に
両端で折り返させて交差させ上層目12を巻回する工程を
半径方向に繰返すことによってなされ、結果として第５
図に示すように、軸心上に上記外周面６にテーパー嵌合
する内周面13を構成する巻回体14を形成する。
巻回密度が大で他端側に連れて巻回密度が小となるよう
に下層目11を巻回する工程、この巻回された下層目11に
両端で折り返させて交差させ上層目12を巻回する工程を
半径方向に繰返すことによってなされ、結果として第５
図に示すように、軸心上に上記外周面６にテーパー嵌合
する内周面13を構成する巻回体14を形成する。
形成された巻回体14は第６図に示してあるような高圧
鋳造型15にセットされアルミニウム合金の溶湯が注が
れ、略500気圧の加圧成形を経て、強化繊維金属の外方
部分７となる。
鋳造型15にセットされアルミニウム合金の溶湯が注が
れ、略500気圧の加圧成形を経て、強化繊維金属の外方
部分７となる。
外方部分７は機械加工によって内周面13及び端面16,1
7に仕上げ加工を施された後、同様に機械加工された内
方部分５が非固定状態で嵌め合され、この後スカート３
の上面に載置され、電子ビーム溶接、拡散接合、ろう付
けなどによってスカート３に一体的に固着される（第１
図）。このとき固着されるのは外方部分７のみである
が、外方部分７の内周面13と内方部分５の外周面６とが
上方ほど小径となるテーパー状に形成されるので、固着
後は内方部分５が外方部分７とスカート３の上面とで閉
じ込められ、内方部分５が外れぬよう保持されることと
なる。このように３分割でありながら固定箇所が外方部
分５とスカート３の上面との間のみなので、製造や組立
てが大変容易である。
7に仕上げ加工を施された後、同様に機械加工された内
方部分５が非固定状態で嵌め合され、この後スカート３
の上面に載置され、電子ビーム溶接、拡散接合、ろう付
けなどによってスカート３に一体的に固着される（第１
図）。このとき固着されるのは外方部分７のみである
が、外方部分７の内周面13と内方部分５の外周面６とが
上方ほど小径となるテーパー状に形成されるので、固着
後は内方部分５が外方部分７とスカート３の上面とで閉
じ込められ、内方部分５が外れぬよう保持されることと
なる。このように３分割でありながら固定箇所が外方部
分５とスカート３の上面との間のみなので、製造や組立
てが大変容易である。
ところで、上記巻回体14の巻回密度によって外方部分
７の半径方向、円周方向の熱膨脹が変化することになる
が、この実施例では第７図の性能Ｉに示すように、頂面
18側での線膨脹係数を最小とし、スカート３の上面19側
につれて線膨脹係数を最小とし、スカート３の上面19側
につれて線膨脹係数を大きくし、接合面で最大の線膨脹
係数を得るようにしてある。即ち、接合時の入熱や、実
働時の入熱を熱伝導の途上で緩和し、接合面の亀裂破壊
を防止するようにしている。このため、実施例にあって
は、第４図、第５図及び第７図に示してあるように、強
化繊維のプリフォームワイヤ10が軸方向の両端で折り返
されることによって形成するプリフォームワイヤ10の交
差角θ２の1/2を、±５゜〜±30゜の範囲内で上記一端
側で大とし、他端側につれて順次小となるように巻回さ
れる。
７の半径方向、円周方向の熱膨脹が変化することになる
が、この実施例では第７図の性能Ｉに示すように、頂面
18側での線膨脹係数を最小とし、スカート３の上面19側
につれて線膨脹係数を最小とし、スカート３の上面19側
につれて線膨脹係数を大きくし、接合面で最大の線膨脹
係数を得るようにしてある。即ち、接合時の入熱や、実
働時の入熱を熱伝導の途上で緩和し、接合面の亀裂破壊
を防止するようにしている。このため、実施例にあって
は、第４図、第５図及び第７図に示してあるように、強
化繊維のプリフォームワイヤ10が軸方向の両端で折り返
されることによって形成するプリフォームワイヤ10の交
差角θ２の1/2を、±５゜〜±30゜の範囲内で上記一端
側で大とし、他端側につれて順次小となるように巻回さ
れる。
また、最終的に成形される外方部分７の頂面18側の線
膨脹係数を、ダクタイル鋳鉄の10×10-6/℃に対して５
×10-6/℃になるようにしている。
膨脹係数を、ダクタイル鋳鉄の10×10-6/℃に対して５
×10-6/℃になるようにしている。
ピストンリング溝20は接続後、外方部分７に形成され
る。
る。
以上のようにピストン１を形成すると、ピストン１の
実働中におけるヒートサイクルによる熱応力が緩和さ
れ、内方部分５の熱膨脹係数が外方部分７の熱膨脹係数
より大であるから外方部分７に対する内方部分５のガタ
ツキが阻まれ繊維強化金属とクラウン２の接続強度が保
障される。この結果、頂面18側の熱膨脹率が一定値に制
限されるからクラウン２の熱膨張係数をアルミニウム合
金の1/4程度とすることができ、クラウン１とシリンダ
（図示せず）とのクリアランスを従来の1/4程度とする
ことができる。即ち、スラップ音を低減し、パティキュ
レートの低減及び燃焼ガスの吹き抜けやオイルの漏洩を
低減し、燃費を向上させることができる。また、外方部
分７とスカート３とをチタン板を介して間接的に接合す
る場合は、チタンの熱膨脹係数は約8.5×10-6/℃で、ア
ルミニウム合金と強化繊維の中間をとるため、接合時に
おける熱歪がさらに緩和され実働時における熱サイクル
によるクラックの発生がない。即ち、熱伝導が緩和され
ることによって接合強度が実質的に向上する。また、ク
ラウン２を強化繊維の繊維強化金属で構成することによ
ってクラウン２は、耐摩耗性に優れているから、ピスト
ンリング溝20を摩耗防止用のリングで形成する必要がな
くなる。
実働中におけるヒートサイクルによる熱応力が緩和さ
れ、内方部分５の熱膨脹係数が外方部分７の熱膨脹係数
より大であるから外方部分７に対する内方部分５のガタ
ツキが阻まれ繊維強化金属とクラウン２の接続強度が保
障される。この結果、頂面18側の熱膨脹率が一定値に制
限されるからクラウン２の熱膨張係数をアルミニウム合
金の1/4程度とすることができ、クラウン１とシリンダ
（図示せず）とのクリアランスを従来の1/4程度とする
ことができる。即ち、スラップ音を低減し、パティキュ
レートの低減及び燃焼ガスの吹き抜けやオイルの漏洩を
低減し、燃費を向上させることができる。また、外方部
分７とスカート３とをチタン板を介して間接的に接合す
る場合は、チタンの熱膨脹係数は約8.5×10-6/℃で、ア
ルミニウム合金と強化繊維の中間をとるため、接合時に
おける熱歪がさらに緩和され実働時における熱サイクル
によるクラックの発生がない。即ち、熱伝導が緩和され
ることによって接合強度が実質的に向上する。また、ク
ラウン２を強化繊維の繊維強化金属で構成することによ
ってクラウン２は、耐摩耗性に優れているから、ピスト
ンリング溝20を摩耗防止用のリングで形成する必要がな
くなる。
尚、内方部分５を外方部分７と同様に頂面18側で熱膨
脹係数が５×10-6/℃になるようにプリフォームワイヤ1
0の巻回体とアルミニウムとの繊維強化金属で形成する
こと、同一の観点で、内方部分５及び外方部分７を強化
繊維のウイスカで形成し、ウイスカ体積当りの密度を第
７図で説明した性能Ｉを得るように頂面18側で最大に接
合面側で最小になるようにして形成することも当然構わ
ない。
脹係数が５×10-6/℃になるようにプリフォームワイヤ1
0の巻回体とアルミニウムとの繊維強化金属で形成する
こと、同一の観点で、内方部分５及び外方部分７を強化
繊維のウイスカで形成し、ウイスカ体積当りの密度を第
７図で説明した性能Ｉを得るように頂面18側で最大に接
合面側で最小になるようにして形成することも当然構わ
ない。
また、接合面のいずれか一方にニッケル箔、銅箔を挿
入して密着性を向上させることも当然可能である。
入して密着性を向上させることも当然可能である。
［発明の効果］ 以上の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。
よれば次の如き優れた効果を発揮する。
ピストンの耐熱性を向上すると共に、クラウンの熱膨
張を阻止できる。また製造、組立てを容易にできる。
張を阻止できる。また製造、組立てを容易にできる。
第１図はこの発明の好適一実施例を示す断面図、第２図
乃至第４図は巻回体の形成例を示す概略図、第５図は巻
回体を示す斜視図、第６図は外方部分の形成例を示す断
面図、第７図は巻回密度と線膨脹係数との関係を示す概
略図、第８図は従来例を示す概略図である。 図中１はピストン、２はクラウン、３はスカート、５は
内方部分、７は外方部分、10は強化繊維のプリフォーム
ワイヤである。
乃至第４図は巻回体の形成例を示す概略図、第５図は巻
回体を示す斜視図、第６図は外方部分の形成例を示す断
面図、第７図は巻回密度と線膨脹係数との関係を示す概
略図、第８図は従来例を示す概略図である。 図中１はピストン、２はクラウン、３はスカート、５は
内方部分、７は外方部分、10は強化繊維のプリフォーム
ワイヤである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02F 3/00 301 F02F 3/00 302 F02F 3/02 F02F 3/26
Claims (2)
- 【請求項１】軸方向にクラウンとスカートに分割し、さ
らにそのクラウンを半径方向に内方部分と外方部分に分
割して全体で３分割した内燃機関のピストンであって、
外方部分を内方部分より熱膨張係数の小さな金属で形成
すると共に、外方部分の内周面と内方部分の外周面とを
上方ほど小径となるテーパー状に形成し、内方部分を外
方部分に非固定状態でテーパー嵌合させた後、その外方
部分をスカート上面に固定して、内方部分を外方部分と
スカート上面とで閉じ込めるようにしたことを特徴とす
る内燃機関のピストン。 - 【請求項２】軸方向にクラウンとスカートに分割し、さ
らにそのクラウンを半径方向に内方部分と外方部分に分
割して全体で３分割した内燃機関のピストンであって、
内方部分を鋳鉄で形成し、外方部分を内方部分より熱膨
張係数の小さな繊維強化金属で形成すると共に、外方部
分の内周面と内方部分の外周面とを上方ほど小径となる
テーパー状に形成し、内方部分を外方部分に非固定状態
でテーパー嵌合させた後、その外方部分をスカート上面
に固着して、内方部分を外方部分とスカート上面とで閉
じ込めるように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 |
|---|---|---|---|
| JP63100071A JP2864497B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63100071A JP2864497B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 内燃機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01273858A JPH01273858A (ja) | 1989-11-01 |
| JP2864497B2 true JP2864497B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=14264226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63100071A Expired - Lifetime JP2864497B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2864497B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012214681A1 (de) * | 2012-08-17 | 2014-02-20 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Kolben mit einer lokalen Ringnut- und/oder Muldenrandverstärkung |
| CN109611234B (zh) * | 2018-11-21 | 2020-10-30 | 苏州市信睦知识产权服务有限公司 | 一种节能环保摩托发动机 |
-
1988
- 1988-04-25 JP JP63100071A patent/JP2864497B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01273858A (ja) | 1989-11-01 |
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