JPH01273858A - 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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- JPH01273858A JPH01273858A JP63100071A JP10007188A JPH01273858A JP H01273858 A JPH01273858 A JP H01273858A JP 63100071 A JP63100071 A JP 63100071A JP 10007188 A JP10007188 A JP 10007188A JP H01273858 A JPH01273858 A JP H01273858A
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0636—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston the combustion space having a substantially flat and horizontal bottom
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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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- F05C2251/04—Thermal properties
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-
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
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。
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Ｒ
横の組立構造ピストン」（０開昭５４−４７９３７号公
報）がある。
とのクリアランスを一定に保とうとした提案に「冷却Ｒ
横の組立構造ピストン」（０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。
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。
、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たピストン
のクラウンを、半径方向に、鋳鉄等から構成された内方
部分と、繊維強化金属等の内方部分に対して熱膨張係数
の小さな金属で形成されて内方部分をテーパー嵌合した
まま上記スカート上面に溶接などで固定する外方部分と
に分割して内燃機関のピストンを構成したものである。
発明は軸方向にクラウンとスカートに分割したピストン
のクラウンを、半径方向に、鋳鉄等から構成された内方
部分と、繊維強化金属等の内方部分に対して熱膨張係数
の小さな金属で形成されて内方部分をテーパー嵌合した
まま上記スカート上面に溶接などで固定する外方部分と
に分割して内燃機関のピストンを構成したものである。
［作 用コ
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。
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。
［実施例コ
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 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。
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。
この実施例にあってスカート３はクラウン２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
から形成され、内方部分５はダクタル鋳鉄等の熱膨脹が
小さく且つ耐熱性の優れた鋳鉄で、外方部分７はＡＪ
２０．、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。
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
から形成され、内方部分５はダクタル鋳鉄等の熱膨脹が
小さく且つ耐熱性の優れた鋳鉄で、外方部分７はＡＪ
２０．、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。
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に対して代かに大き
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５ｉＣ）のプリフォー
ムワイヤ１゜を巻回した後、アルミニウム鋳造して形成
される。
方部分５の外周面６のテーパー角θに対して代かに大き
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５ｉＣ）のプリフォー
ムワイヤ１゜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である。
ルミニウム等のメタライズ処理を施しである。
巻回は第２図乃至第４図に示すように、まず°−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
に下層口１１を巻回する工程、この巻回された下層口１
１に両端で折り返させて交差させ上層口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
に下層口１１を巻回する工程、この巻回された下層口１
１に両端で折り返させて交差させ上層口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図に示しであるような高圧
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
，１７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を嵌め合せた状態で、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）。
，１７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を嵌め合せた状態で、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）。
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側での線膨張係数を最小とし、スカート３の上面１
９側につれて線膨張係数を大きくし、接合面で最大の線
膨張係数を得るようにしである。即ち、接合時の入熱や
、実市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図に示しであるように
、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１７２を、±５°〜±３０°の範囲
内で上記一端側−ご大とし、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側での線膨張係数を最小とし、スカート３の上面１
９側につれて線膨張係数を大きくし、接合面で最大の線
膨張係数を得るようにしである。即ち、接合時の入熱や
、実市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図に示しであるように
、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１７２を、±５°〜±３０°の範囲
内で上記一端側−ご大とし、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
膜１１！係数を、ダクタイル鋳鉄の１０ｘ１０−’／’
Ｃに対して５ ｘ １０−６／°Ｃになるようにしてい
る。
膜１１！係数を、ダクタイル鋳鉄の１０ｘ１０−’／’
Ｃに対して５ ｘ １０−６／°Ｃになるようにしてい
る。
ピストンリング消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の熱膨張係数が外方部分７の熱膨張係数より
大であるから外方部分７に対する内方部分５のガタッキ
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１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１７４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１７４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−１・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、。
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の熱膨張係数が外方部分７の熱膨張係数より
大であるから外方部分７に対する内方部分５のガタッキ
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１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１７４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１７４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−１・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、。
チタンの熱膨張係数は約８．５ ｘ １０−’／”Ｃで
７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
ストンリング講２０を摩耗防止用のリングで形成する必
要がなくなる。
７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
ストンリング講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を嵌合した状態の上記巻回体１−４をピ
ストン１の外郭を型どった高圧鋳造型にセットし、アル
ミニウムの注湯、加圧にてピストン１を形成しても良く
、また、内方部分５を外方部分７と同様に頂面１８１１
１１で熱膨張係数が５×１０−’／’Ｃになるようにプ
リフォームワイヤ１０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を強化繊維のウィスカで形成し、ウィスカ
の体積当りの密度を第７図で説明した性能■を得るよう
に頂面１８（ｌ］！ｌ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。
ストン１の外郭を型どった高圧鋳造型にセットし、アル
ミニウムの注湯、加圧にてピストン１を形成しても良く
、また、内方部分５を外方部分７と同様に頂面１８１１
１１で熱膨張係数が５×１０−’／’Ｃになるようにプ
リフォームワイヤ１０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を強化繊維のウィスカで形成し、ウィスカ
の体積当りの密度を第７図で説明した性能■を得るよう
に頂面１８（ｌ］！ｌ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。
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。
れば次の如き優れた効果を発揮する。
軸方向にクラウンとスカートに分割したピストンのクラ
ウンを、半径方向に、内方部分と、内方部分に対して熱
膨張係数の小さな金属で形成されて内方部分をテーパー
嵌合したまま上記スカート上面に固定する外方部分とに
分割したから、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。
ウンを、半径方向に、内方部分と、内方部分に対して熱
膨張係数の小さな金属で形成されて内方部分をテーパー
嵌合したまま上記スカート上面に固定する外方部分とに
分割したから、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。
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張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。 特 許 出 願 人 いすゾ自動車株式会社代理人
弁理士 絹 谷 信 雄
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張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。 特 許 出 願 人 いすゾ自動車株式会社代理人
弁理士 絹 谷 信 雄
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、軸方向にクラウンとスカートに分割したピストンの
クラウンを、半径方向に、内方部分と、内方部分に対し
て熱膨張係数の小さな金属で形成されて内方部分を軸方
向にテーパー嵌合したまま上記スカート上面に固定する
外方部分に分割したことを特徴とする内燃機関のピスト
ン。 ２、軸方向にクラウンとスカートに分割したピストンの
クラウンを、半径方向に、鋳鉄で形成された内方部分と
、内方部分に対して熱膨張係数の小さな繊維強化金属で
形成されて内方部分が軸方向にテーパー嵌合されたまま
上記スカート上面に固着された外方部分に分割したこと
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 true JPH01273858A (ja) | 1989-11-01 |
| JP2864497B2 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) |
Cited By (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 |
| CN109611234A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-04-12 | 刘兴海 | 一种节能环保摩托发动机 |
-
1988
- 1988-04-25 JP JP63100071A patent/JP2864497B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| 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 |
| CN109611234A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-04-12 | 刘兴海 | 一种节能环保摩托发动机 |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2864497B2 (ja) | 1999-03-03 |
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