JPH01313656A - 内燃機関のピストン - Google Patents

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。

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のスカート上面すに、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！Ｉ］ しかし、なから、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。

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、熱膨張差に応じなせん断
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燃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
付部に一体的に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　　゛強度が保たれ王者間に
緩みの発生がない。

他方、耐熱性に対しては７頂面部林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。

ところで、耐熱金属とし、では、ダクタイル鋳鉄等の耐
熱性が高い鋳鉄またはＴｉＡＱ、　ＳｉＣｗ−Ａｆｔ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、ＡＱ２０３゜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図に示しであるように、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。

内方の段付部８に嵌合され２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が形成された円柱本状に形成しで
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Ｄｏときつくはまり合う直
径Ｄ１に定めである。

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、ＡＱ２０３．　Ｓ
ｉＣ、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エ２の巻回体
１４を作る工程、この後にその巻回体１４を５００ａｔ
ｎ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１
リフオームワイヤ１２を網目状に交差させて巻回するよ
うにし、である。

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の最大外径りに対し、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の外径がエンジンのシリン
ダ（図示せず）との間に適正範囲内でのクリアランスを
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
ゆ但し、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
１０Ｘ　１０−’　、／’Ｃ、ピストン部材２の線膨張
係数を２０Ｘ　１０−’　／’Ｃ１環状部材４の線膨張
係数を５Ｘ１０−６／’Ｃとすることによって、ピスト
ン１の頂側め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Ｔｉ＾Ｑ、ＳｉＣｗ−
Ｍ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−ＡＱ、　Ｓ
ｉＣｗ−Ａ１．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５、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。

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３ ［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。

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７、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。

【図面の簡単な説明】

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９ 特　許　出　願　人　　　いすず自動車株式会社代理人
弁理士　　絹　谷　信　雄 第１図 第４図　　　第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。