JPH01142245A - コンポジット・ピストン - Google Patents

コンポジット・ピストン

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JPH01142245A
JPH01142245A JP62299881A JP29988187A JPH01142245A JP H01142245 A JPH01142245 A JP H01142245A JP 62299881 A JP62299881 A JP 62299881A JP 29988187 A JP29988187 A JP 29988187A JP H01142245 A JPH01142245 A JP H01142245A
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JP
Japan
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prepreg
piston
thermosetting resin
composite
carbonizing
Prior art date
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Pending
Application number
JP62299881A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuya Yagi
三哉 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP62299881A priority Critical patent/JPH01142245A/ja
Publication of JPH01142245A publication Critical patent/JPH01142245A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • F02F7/0087Ceramic materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0696W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0804Non-oxide ceramics
    • F05C2203/0808Carbon, e.g. graphite
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    • F05C2251/00Material properties
    • F05C2251/04Thermal properties
    • F05C2251/042Expansivity
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    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/16Fibres
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野1 この発明はカーボンファイバに熱硬化性樹脂を含浸させ
て複合化処理し、耐摩耗性・耐熱性の向上を図るコンポ
ジット・ピストンに関する。
[従来の技術] ピストンの熱膨張を阻みシリンダとのクリアランスを最
小にして、オイル及び燃焼ガスの漏洩や吹き抜けを抑え
て熱効率の向上やスラップ音の減少を図る提案としては
第9図に示す「ピストン」(実開昭60−82550号
公報)がある。
図示さ□れるように、この提案は、ピストンaのクラウ
ン部すに段付部Cを形成し、この段付部にピストン形成
合金に対して体積比10〜25%の繊維−材料を複合化
させて、ピストンaに一体的な複合化層dを形成したも
のであり、繊維材料としてはピストン形成材料の熱膨張
係数より小さな熱膨張係数を有した材料を選定している
[発明が解決しようとする問題点] しかし、提案はピストンクラウン部での熱膨張を阻止す
るものの、他部の強度を根本的に向上させようとするも
のでなく、また、繊維材料をピストンの熱応力や爆発圧
力に対して最大強度を得る方向で作為的に設けるもので
はないから、一定の性能をもつピストンを形成すること
は困難になる。
従って第10図に示すように、クラックe−hが発生す
る確率が高くなる。
[問題点を解決するための手段] この発明は上記問題点を解決することを目的としており
、この発明は有底筒体状に巻回成形したカーボンファイ
バに熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグを形成し、該
プリプレグを炭素化させてコンポジット・ピストンを構
成したものである。
[作 用] カーボンファイバのコンポジット・ピストンの軸方向に
対する巻回角度及び巻回密度は巻回層毎に自在とするこ
とができるから、ピストンとして受ける燃焼(爆発)圧
力と熱応力に対してカーボンファイバの巻回角度及び巻
回密度を最適に調節することが可能になると共に、巻回
周間に別のカーボンファイバの長繊維または短繊維を巻
回によって一体化することも可能になる。従って熱硬化
性樹脂の含浸、炭素化処理後のコンポジット・ピストン
は軽量で、耐熱、耐熱膨張、耐摩耗に優れ、高剛性を有
して形成される。
[実施例] づいて説明する。
第1図に示されるように、この実施例に於けるコンポジ
ット・ピストン1はピストン頂部2の軸芯側を形成する
と共に、軸芯上に凹設されたキャビティ3を有した芯体
としてのプリプレグ4と、このプリプレグ4を包囲して
ピストン1の他部を成形するプリプレグ5とから成る。
実施例にあってプリプレグ4は、カーボンファイバ6の
織物積層体7に熱硬化性樹脂を含浸させ複合化させて成
るもので、実施例にあっては、第2図に示しであるよう
に、底部軸芯上に凸部8を有した円筒形の加熱成形型9
内に熱硬化樹脂を含浸させた織物積層体7のプリレグ4
を納め、キャビティを型2つた上型10(またはダイ)
で、−定温度を保持した状態で加圧して形成され炭素化
処理される。
これによってプリプレグ4は、第3図に示すように頂面
11にキャビティ3を有し、頂面11の反対面に凹部1
2を有した円柱形の芯体13となる。
一方プリプレグ5は、第4図に示しであるように、上記
キャビティ3及び凹部8にそれぞれ係合する2軸14.
15を回転駆動する駆動装置(図示せず)で、回転され
る芯体13にワインダ16から送り出されたカーボンフ
ァイバ6を順次巻き付けて、芯体13及び上記2軸14
.15の一方に半径方向にカーボンファイバ6の巻回層
16を形成する。ここで、ピストン1の軸方向に対する
カーボンファイバ6の巻回角θ及び巻回密度は、ピスト
ン1に対する熱応力の分布、燃焼(爆発)圧力を考慮し
て適正に定める。(例えば■熱応力及び燃焼圧力が大な
る部位にはその方向と巻回方向とを一致させる、■巻回
密度を高くする。)また、第7図に示すようにピストン
ピン17の挿入穴18を形成する部分については、上記
2輪14゜15の一方の軸部に加工を施し、巻回密度及
び巻回層厚を増してこの部分の肉厚を他部に対して厚く
し、強度及び熱応力が小さい部分は巻回密度及び巻回層
厚を減じて、その部分の肉厚を他部に対して薄くし、含
浸前の巻回体19を得る。
次に得られた巻回体19を上記2軸14.15ごと駆動
装置から取り外し、熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレ
グ5とした後、加熱成形型(図示せず)で炭素化処理す
ると、第5図に示すような機械加工前のピストン被加工
品20が得られる。
ピストン被加工品20は、この後、第6図及び第7図に
示しであるようにピストン17の挿入穴18、ピストン
リング、オイルリングのリング溝21を形成されると共
に、Sic等のコーティングで耐酸化処理を表面に施さ
れこの後、全体を所期の精度に研削してコンポジット・
ピストン1となる。
ところで、プリプレグ4.5の炭素化処理は、第8図に
示すようにして行う。
即ち、プリプレグ4,5を約1000℃位で焼成して炭
素化し、次いで熱硬化性樹脂を再び含浸して約2000
℃位の焼成にて黒鉛化する工程を数回繰返して所期の形
状と強度に仕上げる。するとマトリックスとなる熱硬化
性樹脂は黒鉛化する。
尚、実施例に於ける熱硬化性樹脂としては、フラン樹脂
やフェノール樹脂が選定されると共に、カーボンファイ
バ6として黒鉛繊維が選定される。
以上により密度が1.7〜1.8程度で熱膨張係数が0
.5X10/’Cのコンポジット・ピストン1を形成す
ることができると共に、カーボンファイバ6の巻回方向
1巻回層度1巻回層厚を巻回層毎に自在にすることがで
きるから、耐熱、耐熱膨張、高剛性等の諸性能を向上で
きる。
[発明の効果コ 以上説明したことから明らかなように、有底筒体状に巻
回成形したカーボンファイバに熱硬化性樹脂を含浸させ
てプリプレグを形成し、このプリプレグを炭素化させた
ので、軽量で耐熱、′耐圧力。
対摩耗、耐熱膨張性能の高いコンポジット・ピストンを
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発゛明の好適一実施例を示す斜視部分断面
図、第2図乃至第7図はコンポジット・ピストンの形成
工程の一例を示す概略図、第8図はプリプレグの炭素化
処理例を示すブロック図、第9図及び第10図は従来例
としてのピストンを示す断面図である。 図中、1はコンポジット・ピストン、3はキャビティ、
4.5は炭素化したプリプレグである。 特許出願人  いすり自動車株式会社 代理人弁理士  絹  谷  信  雄第1図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)有底筒体状に巻回成形したカーボンファイバに熱
    硬化性樹脂を含浸させてプリプレグを形成し、該プリプ
    レグを炭素化させて成るコンポジット・ピストン。
  2. (2)上記熱硬化性樹脂がフラン樹脂から成る上記特許
    請求の範囲第1項記載のコンポジット・ピストン。
  3. (3)上記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂から成る上記
    特許請求の範囲第1項記載のコンポジット・ピストン。
  4. (4)上記カーボンファイバが黒鉛繊維から成る上記特
    許請求の範囲第1項記載のコンポジット・ピストン。
JP62299881A 1987-11-30 1987-11-30 コンポジット・ピストン Pending JPH01142245A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008144638A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Across Corp ピストン

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