JPH0522692Y2 - - Google Patents
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- JPH0522692Y2 JPH0522692Y2 JP1987001023U JP102387U JPH0522692Y2 JP H0522692 Y2 JPH0522692 Y2 JP H0522692Y2 JP 1987001023 U JP1987001023 U JP 1987001023U JP 102387 U JP102387 U JP 102387U JP H0522692 Y2 JPH0522692 Y2 JP H0522692Y2
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関のピストンの改良に関する。[Detailed explanation of the idea] [Industrial application field] The present invention relates to improvements in pistons for internal combustion engines.
ピストンは、軸心部にコンロツドの頭部が嵌入
する凹部を形成され、この凹部の両側に、コンロ
ツドの頭部に取付けられたピストンピンの両端部
が挿入されるピン穴を穿設される。通常、ピスト
ンはアルミ合金、またピストンピンはスチールか
ら形成されるが、これらの熱膨張率には差があ
る。すなわち、エンジン稼動時ピン穴とピストン
ピンの間のクリアランスが大きくなり、したがつ
て燃焼室内に生じた爆発力によりピストンが下方
へ押される時、ピストンピンが上方に突出するよ
うに撓み、これにより、ピン穴のコンロツド側上
部に大きな圧縮応力が生じて亀裂が発生するおそ
れがある。
The piston has a recess formed in its shaft center into which the head of the connecting rod fits, and pin holes are bored on both sides of this recess into which both ends of a piston pin attached to the head of the connecting rod are inserted. Usually, the piston is made of aluminum alloy and the piston pin is made of steel, but these have different coefficients of thermal expansion. In other words, when the engine is running, the clearance between the pin hole and the piston pin increases, so when the piston is pushed downward by the explosive force generated in the combustion chamber, the piston pin is bent to protrude upward. , there is a risk that a large compressive stress will occur in the upper part of the pin hole on the connecting rod side, causing cracks.
このようなピストンピンの撓みを防止するた
め、実開昭60−30343号公報には、ピン穴の周囲
にカーボンフアイバから成る環状ストラツトを鋳
込み、ピン穴とピストンピンの熱膨張量を略同じ
に定める構成が開示されている。この構成におい
て、ストラツトは、ピン穴の壁面に露出している
とピストンピンに接触して切断しまうため、ピン
穴の壁面の内側に埋込まれている。しかし、この
ようにストラツトがピン穴壁面により覆われる構
造は、ピストンの鋳造時、ストラツトが鋳型から
離間して保持されなければならず、製造が困難で
ある。またストラツトのピン穴側の部分は、鋳型
に連結するために冷却されやすく、ピストンの母
材との複合化が行なわれ難いので、強度性能が不
充分になりやすい。 In order to prevent such deflection of the piston pin, Japanese Utility Model Application No. 60-30343 discloses that an annular strut made of carbon fiber is cast around the pin hole to make the amount of thermal expansion of the pin hole and the piston pin approximately the same. A defined configuration is disclosed. In this configuration, the strut is embedded inside the wall of the pin hole because if it were exposed on the wall of the pin hole, it would come into contact with the piston pin and break. However, such a structure in which the strut is covered by the wall surface of the pin hole is difficult to manufacture because the strut must be held apart from the mold during casting of the piston. Further, the pin hole side portion of the strut is easily cooled because it is connected to the mold, and it is difficult to combine it with the base material of the piston, so that the strength performance is likely to be insufficient.
本考案は、ストラツトが充分な強度性能を有し
てピストンピンの撓みを効果的に抑えることがで
き、しかも製造が容易なピストンを得ることを目
的とする。 The object of the present invention is to obtain a piston whose strut has sufficient strength and can effectively suppress the deflection of the piston pin, and which is easy to manufacture.
本考案に係るピストンは、ストラツトが、無機
質繊維から成りピン穴の壁面に露出するホルダ
と、このホルダの外周に巻回される長繊維カーボ
ンフアイバとを備え、かつ、ピン穴の略中央に設
けられるとともにこのピン穴の軸方向長さの約1/
３の軸方向長さを有することを特徴としている。
In the piston according to the present invention, the strut includes a holder made of inorganic fiber and exposed on the wall of the pin hole, and a long carbon fiber wound around the outer periphery of the holder, and the strut is provided approximately at the center of the pin hole. Approximately 1/1/2 of the axial length of this pin hole
It is characterized by having an axial length of 3.
以下図示実施例により本考案を説明する。 The present invention will be explained below with reference to illustrated embodiments.
図は本考案の一実施例を示し、図の右側の部分
は製造工程の途中における状態を示す。ピストン
本体１０はアルミ合金から有底筒状に形成され
る。ピストン本体１０の軸心部には、コンロツド
２１の頭部２２が嵌入する凹部１１が形成され、
この凹部１１の両側には、頭部２２に取付けられ
たピストンピン２３の両端部が挿入されるピン穴
１２を有するピンボス１３が形成される。ピスト
ンピン２３はスチール製であり、頭部２２の孔２
４内に嵌合され、ピストンピン２３の端面はピン
穴１２に設けられたリング部材２５に係止する。
ピン穴１２の周囲には環状のストラツト３０が設
けられる。 The figure shows an embodiment of the present invention, and the right part of the figure shows the state in the middle of the manufacturing process. The piston body 10 is formed from an aluminum alloy into a cylindrical shape with a bottom. A recess 11 into which the head 22 of the connecting rod 21 is fitted is formed in the axial center of the piston body 10.
A pin boss 13 is formed on both sides of the recess 11 and has a pin hole 12 into which both ends of a piston pin 23 attached to the head 22 are inserted. The piston pin 23 is made of steel and is inserted into the hole 2 of the head 22.
4 , and the end surface of the piston pin 23 is engaged with a ring member 25 provided in the pin hole 12 .
An annular strut 30 is provided around the pin hole 12.
ストラツト３０は、アルミナあるいはシリカ等
の無機質繊維から成るホルダ３１と、このホルダ
３１の外周に巻回される長繊維カーボンフアイバ
３２とを有する。またストラツト３０は各ピン穴
１２の略中央に設けられ、ピン穴１２の軸方向長
さの約1/3の軸方向長さを有する。ホルダ３１は、
内周面がピン穴１２に露出する筒状部３３と、こ
の筒状部３３の両端部から径方向外方へ延びる環
状の支持部３４，３５とから構成され、カーボン
フアイバ３２はこれら筒状部３３と支持部３４，
３５により形成される環状溝内に設けられる。無
機質繊維ホルダ３１およびカーボンフアイバ３２
はピストン本体１０の鋳造時にこのピストン本体
１０の母材であるアルミ合金と複合化する。カー
ボンフアイバ３２の量は、ピン穴１２の径とピン
ボス１３におけるアルミ合金の量とによつて決定
され、ストラツト３０とピストンピン２３の熱膨
張量が実質的に同量となるよう、例えば有限要素
法（FEM）により計算される。 The strut 30 has a holder 31 made of inorganic fiber such as alumina or silica, and a long carbon fiber 32 wound around the outer periphery of the holder 31. Further, the strut 30 is provided approximately at the center of each pin hole 12 and has an axial length that is approximately 1/3 of the axial length of the pin hole 12. The holder 31 is
It is composed of a cylindrical part 33 whose inner peripheral surface is exposed to the pin hole 12, and annular support parts 34 and 35 extending radially outward from both ends of this cylindrical part 33. part 33 and support part 34,
is provided within the annular groove formed by 35. Inorganic fiber holder 31 and carbon fiber 32
is composited with the aluminum alloy that is the base material of the piston body 10 when the piston body 10 is cast. The amount of carbon fiber 32 is determined by the diameter of pin hole 12 and the amount of aluminum alloy in pin boss 13, and is made using, for example, a finite element so that the amount of thermal expansion of strut 30 and piston pin 23 is substantially the same. (FEM).
図中、右側のストラツト３０は製造工程の途中
の状態であり、筒状部３３はロツド状の鋳型４０
に嵌着されている。この状態でアルミ合金の溶湯
が鋳型内に注入されてピストン本体１０の概略形
状が得られ、次にロツド状の鋳型４０が取外され
た後、ピン穴１２が切削加工される。この切削加
工においてホルダ３１の筒状部３３は、ピン穴１
２と同一形状すなわち破線Ｂの位置まで切削され
る。アルミ合金の溶湯が鋳型内に注入される時、
溶湯はカーボンフアイバ３２内に浸透し、これに
よりカーボンフアイバ３２とアルミ合金は複合化
する。この時ホルダ３１の断熱作用により、溶湯
はカーボンフアイバ３２内に充分浸透する。また
アルミ合金の溶湯はホルダ３１内にも浸透してホ
ルダ３１の無機質繊維と複合化するが、ホルダ筒
状部３３の鋳型４０に近接する部位はこの鋳型４
０に冷却されるため充分複合化しない。しかし、
この複合化しない部分は上述のようにピン穴１２
の加工時に切削除去されるため、問題はない。 In the figure, the strut 30 on the right side is in the middle of the manufacturing process, and the cylindrical part 33 is attached to a rod-shaped mold 40.
is attached to. In this state, molten aluminum alloy is poured into the mold to obtain the approximate shape of the piston body 10, and then the rod-shaped mold 40 is removed and the pin holes 12 are cut. In this cutting process, the cylindrical portion 33 of the holder 31 is cut into the pin hole 1.
It is cut to the same shape as 2, that is, to the position of the broken line B. When molten aluminum alloy is poured into the mold,
The molten metal penetrates into the carbon fiber 32, thereby forming a composite between the carbon fiber 32 and the aluminum alloy. At this time, the molten metal sufficiently penetrates into the carbon fiber 32 due to the heat insulating effect of the holder 31. The molten aluminum alloy also penetrates into the holder 31 and becomes composite with the inorganic fibers of the holder 31.
Since it is cooled to 0, it is not sufficiently composited. but,
This non-compounding part is the pin hole 12 as mentioned above.
There is no problem as it will be removed during processing.
以上のように本実施例によれば、カーボンフア
イバ３２はピストン母材と充分複合化するので充
分な強度性能が得られる。またストラツト３０の
熱膨張量がピストンピン２３の熱膨張量と略等し
いので、ストラツト３０とピストンピン２３の間
のクリアランスは常に略一定となり、最小限に保
つことが可能となる。したがつて、ピン穴１２は
熱により、図中想像線Ｉで示されるようにストラ
ツト３０の両側において拡大し、ピン２３が爆発
圧により撓んだときにピン穴１２の上部内側の部
分に過大な圧縮応力が発生することが防止され、
亀裂の発生が防止される。かつホルダ部はピンの
熱膨張と同じとなるように設定しているため、ピ
ンとのクリアランスが常温時と変らずピンの曲り
が防止される。またホルダ３１としてアルミある
いはシリカが用いられるので、ピストンピン２３
とピン穴１２の間における耐焼付性が向上する。 As described above, according to this embodiment, the carbon fiber 32 is sufficiently composited with the piston base material, so that sufficient strength performance can be obtained. Further, since the amount of thermal expansion of the strut 30 is approximately equal to the amount of thermal expansion of the piston pin 23, the clearance between the strut 30 and the piston pin 23 is always approximately constant and can be kept to a minimum. Therefore, the pin hole 12 expands on both sides of the strut 30 due to the heat, as shown by the imaginary line I in the figure, and when the pin 23 is deflected by the explosion pressure, the upper inner portion of the pin hole 12 is enlarged. This prevents the occurrence of compressive stress.
Cracks are prevented from forming. In addition, since the holder part is set to have the same thermal expansion as the pin, the clearance with the pin remains the same as at room temperature, and bending of the pin is prevented. Also, since aluminum or silica is used as the holder 31, the piston pin 23
The seizure resistance between the pin hole 12 and the pin hole 12 is improved.
以上のように本考案によれば、長繊維カーボン
フアイバによりピン穴の熱膨張を抑えることがで
きるので、エンジン稼動時にピン穴とピストンピ
ンとの間のクリアランスを小さくすることがで
き、またピン穴のホルダを設けてない両端部分は
エンジン稼動時に熱膨張によりラツパ状に拡大す
ることができるのでピストンピンの変形に対応で
き高応力の発生が防止でき、ピン穴近傍の亀裂発
生が防止され、またピストンピンとピン穴の衝突
による音の発生も抑えられる。またホルダが設け
られるとともに長繊維カーボンフアイバはホルダ
の外周に巻回されているため、ピストン製造時に
ピストン母材の溶湯が長繊維カーボンフアイバ内
に直接浸透し長繊維カーボンとピストン母材とは
強固に結合し、カーボンフアイバのピストン母材
との複合化が完全なものとなり、またカーボンフ
アイバが所定位置に確実に保持される。さらにス
トラツトは、ホルダを介して鋳型に取付けられる
ので、特別な治具が不要であり、製造が容易であ
る。
As described above, according to the present invention, since the long carbon fiber can suppress the thermal expansion of the pin hole, the clearance between the pin hole and the piston pin can be reduced during engine operation, and the pin hole can be Both end portions without a holder can expand in a rough shape due to thermal expansion when the engine is running, so they can cope with the deformation of the piston pin, prevent the generation of high stress, and prevent cracks near the pin hole. It also suppresses noise caused by collisions between pins and pin holes. In addition, since the holder is provided and the long fiber carbon fiber is wound around the outer circumference of the holder, the molten metal of the piston base material directly penetrates into the long fiber carbon fiber during piston manufacturing, and the long fiber carbon and the piston base material are strongly bonded. This completes the composite of the carbon fiber with the piston base material, and also ensures that the carbon fiber is held in a predetermined position. Furthermore, since the strut is attached to the mold via the holder, no special jig is required and manufacturing is easy.
図は本考案の一実施例を示す断面図である。
１１……凹部、１２……ピン穴、２３……ピス
トンピン、３０……ストラツト、３１……ホル
ダ、３２……カーボンフアイバ。
The figure is a sectional view showing an embodiment of the present invention. 11... recess, 12... pin hole, 23... piston pin, 30... strut, 31... holder, 32... carbon fiber.
Claims (1)
状ストラツトが設けられた内燃機関のピストン
において、上記ストラツトが、無機質繊維から
成り上記ピン穴の壁面に露出するホルダと、こ
のホルダの外周に巻回される長繊維カーボンフ
アイバとを備え、かつ、上記ピン穴の略中央に
設けられるとともにこのピン穴の軸方向長さの
約1/3の軸方向長さを有することを特徴とする
内燃機関のピストン。 ２ 長繊維カーボンフアイバの量が、ストラツト
とピストンピンの熱膨張量が実質的に同量にな
るように定められることを特徴とする内燃機関
のピストン。[Claims for Utility Model Registration] 1. A piston for an internal combustion engine in which an annular strut is provided around a pin hole into which a piston pin is inserted, wherein the strut is made of inorganic fiber and is exposed on the wall of the pin hole. and a long carbon fiber wound around the outer periphery of the holder, and is provided approximately at the center of the pin hole and has an axial length that is approximately 1/3 of the axial length of the pin hole. A piston for an internal combustion engine characterized by: 2. A piston for an internal combustion engine, characterized in that the amount of long carbon fiber is determined so that the amount of thermal expansion of the strut and the piston pin are substantially the same.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987001023U JPH0522692Y2 (en) | 1987-01-09 | 1987-01-09 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987001023U JPH0522692Y2 (en) | 1987-01-09 | 1987-01-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63110767U JPS63110767U (en) | 1988-07-16 |
| JPH0522692Y2 true JPH0522692Y2 (en) | 1993-06-10 |
Family
ID=30778542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987001023U Expired - Lifetime JPH0522692Y2 (en) | 1987-01-09 | 1987-01-09 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0522692Y2 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59120755A (en) * | 1982-12-27 | 1984-07-12 | Toyota Motor Corp | Piston for internal-combustion engine |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61130741U (en) * | 1985-02-01 | 1986-08-15 |
-
1987
- 1987-01-09 JP JP1987001023U patent/JPH0522692Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59120755A (en) * | 1982-12-27 | 1984-07-12 | Toyota Motor Corp | Piston for internal-combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63110767U (en) | 1988-07-16 |
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