JPH062611A - 内燃機関用ピストンおよびその製造方法 - Google Patents

内燃機関用ピストンおよびその製造方法

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JPH062611A
JPH062611A JP4184429A JP18442992A JPH062611A JP H062611 A JPH062611 A JP H062611A JP 4184429 A JP4184429 A JP 4184429A JP 18442992 A JP18442992 A JP 18442992A JP H062611 A JPH062611 A JP H062611A
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JP
Japan
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piston
ring
wear
fixed
internal combustion
Prior art date
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Pending
Application number
JP4184429A
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English (en)
Inventor
Tomoaki Izumi
知明 泉
Masahiko Nukina
正彦 貫名
Shigeru Tagami
滋 田上
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.)
Izumi Ind Co Ltd
Original Assignee
Izumi Ind Co Ltd
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Publication date
Application filed by Izumi Ind Co Ltd filed Critical Izumi Ind Co Ltd
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Publication of JPH062611A publication Critical patent/JPH062611A/ja
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    • 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
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00Manufacturing
    • F02F2200/04Forging of engine parts
    • 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
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 [目的] 高い結合強度で耐摩環をピストン本体に結合
固定するようにした内燃機関用ピストンおよびその製造
方法を提供することを目的とする。 [構成] ピストン本体28をアルミニウム合金を用い
て鋳造か鍛造によって作製するとともに、その外周側の
部分であって頂面とのエッジの部分に段部29を形成し
ておく。そして別体から成るニレジスト鋳鉄の耐摩環1
9を摩擦圧接の方法によってピストン本体28の段部2
9に結合固着するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関用ピストンおよ
びその製造方法に係り、とくに外周側の部分であってト
ップリング溝が形成されている部分に耐摩環を結合する
ようにした内燃機関用ピストンおよびその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の内燃機関用ピストンは図7に示さ
れている。このピストン1は例えば直噴型ディーゼルエ
ンジンに用いられるアルミニウム合金製のピストンであ
って、その外周側であって上端側に、例えばオーステナ
イト系のニレジスト鋳鉄から成る耐摩環2を鋳包むよう
にしており、この耐摩環2にトップリング溝3を形成す
るようにしている。またこのピストン1の頂面には燃焼
室4を形成している。またこのピストン1の下方に開放
された凹部内にはピンボス5が形成されるようになって
いる。
【0003】ニレジスト鋳鉄から成る耐摩環2は、高い
熱的な負荷を受けるトップリング溝3を補強するための
ものであって、このような耐摩環2を例えばアルフィン
接合によってアルミニウム合金から成るピストン1に結
合固着するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の耐摩環入りのピ
ストン1は、アルフィン法によって作られているが、こ
の方法によると鋳鉄製の耐摩環2とアルミニウム合金製
のピストン本体1との結合力があまり高くなく、このた
めに耐摩環2をアルミニウム合金本体によって上下面お
よび内側面で囲むようにする必要がある。従って耐摩環
2がピストン1の頂面に露出するようにして、トップリ
ング溝3を頂面に近づけるようにしたいわゆるハイトッ
プリング溝にすることが困難になる。またアルフィン接
合による耐摩環2の固着によると、アルミニウム合金を
溶融して結合するために、高熱および習熟作業を伴う欠
点がある。
【0005】また耐摩環をアルミニウム合金とアルフィ
ン接合する場合には、予めアルミニウム合金の溶湯中に
鋳鉄製の耐摩環を浸漬して鋳鉄とアルミニウムとの合金
層を耐摩環の表面に形成しておくことが必要になる。こ
の工程を行なうと、アルミニウム合金の溶湯中に鉄が溶
出し、これによって鉄分を多量に含んだアルミニウム合
金の溶湯が生成される。この溶湯はそのままではリサイ
クルできず、不良ないしは低級のアルミニウム合金を生
成するという問題がある。
【0006】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、耐摩環がピストンの頂面側に臨むよう
に結合するとともに、アルフィン接合による高熱および
習熟作業の解消と、不良アルミニウム材料の発生をなく
すようにした耐摩環を有する内燃機関用ピストンおよび
その製造方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、ピストン
の外周側の部分であって頂面とのエッジの部分に摩擦圧
接によって耐摩環が固着され、該耐摩環にトップリング
溝が形成されていることを特徴とする内燃機関用ピスト
ンに関するものである。
【0008】また第2の発明は、ピストン本体とは別体
に耐摩環を作製し、摩擦圧接法によって前記耐摩環を前
記ピストン本体の外周側の部分であって頂面とのエッジ
の部分に固着し、前記耐摩環にトップリング溝を形成す
るようにしたことを特徴とする内燃機関用ピストンの製
造方法に関するものである。
【0009】
【作用】第1の発明によれば、ピストンの外周側の部分
であって頂面とエッジとの部分に摩擦圧接によって取付
けられている耐摩環にトップリング溝が形成されてお
り、このトップリング溝に1番上側のピストンリングが
装着されることになる。従ってトップリング溝が頂面に
近づいたいわゆるハイトップリング溝を備える内燃機関
用ピストンとなる。
【0010】第2の発明によれば、ピストン本体とは別
体に作製された耐摩環を摩擦圧接の方法によってピスト
ン本体の外周側の部分であって頂面とのエッジの部分に
固着されることになり、このようにして固着された耐摩
環にトップリング溝が形成されることになる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る内燃機関用ピ
ストンを組立てるための摩擦圧接装置を示しており、こ
の装置はベッド10を備えている。そしてベッド10上
には主軸台11が固着されている。主軸台11によって
水平方向に延びる主軸12が回転可能に支持されてい
る。主軸11の左端側にはプーリ13が固着されてい
る。そして主軸台11上にはモータ14が固定されてお
り、このモータ14の出力軸に固着されているプーリ1
5と上記プーリ13とがベルト16を介して伝動される
ようになっている。
【0012】これに対して主軸台11上に回転可能に支
持されている主軸12の右端側にはワーク取付け盤17
が固着されている。そしてこのワーク取付け盤17の端
面であってその外周側にはワークチャック18が設けら
れている。このワークチャック18によって耐摩環19
をワーク取付け盤17に固定するようにしている。
【0013】ベッド10上にはさらにL型ブラケット2
3が固定されるとともに、このL型ブラケット23には
油圧シリンダ24が固定されている。油圧シリンダ24
のロッド25にはワーク取付け盤26が固定されてい
る。そしてワーク取付け盤26の先端側にはワークチャ
ック27が設けられるとともに、このワークチャック2
7によってピストン本体28をワーク取付け盤26に固
定するようにしている。
【0014】このようにピストン本体28と耐摩環19
とがそれぞれ互いに別々に製作されるようになってい
る。ピストン本体28はアルミニウム合金の鋳造物から
構成されてよく、あるいはまたアルミニウム合金の鍛造
や焼結等によるピストンであってよい。これに対して耐
摩環19はニッケル系のオーステナイト鋳鉄であるニレ
ジスト鋳鉄等の耐摩耗性に富んだ鋳鉄によってリング状
に形成されている。
【0015】そして図2に示すように、この耐摩環19
がワーク取付け盤17にワークチャック18によって固
定されることになる。またワーク取付け盤26にはワー
クチャック27によってピストン本体28が固着される
ことになる。
【0016】図1に示すモータ14によって、プーリ1
5、ベルト16、プーリ13、主軸12、およびワーク
取付け盤17を介して耐摩環19を1000〜3000
r.p.m.の回転数で回転駆動する。これに対してピ
ストン本体28を支持しているワーク取付け盤26は回
転することがなく、その代りに油圧シリンダ24によっ
て4〜12kgf/mm2 の軸線方向の力を加え、図3
に示すようにピストン本体28の外周側であって頂面と
のエッジの部分に形成されている段部29を耐摩環19
に圧着する。
【0017】すると段部29の表面と耐摩環19の対応
する面とが互いに摩擦圧接され、この部分の温度が45
0〜600℃の、さらに好ましくは500〜530℃の
温度に上昇する。これによって段部29と耐摩環19と
が互いに摩擦圧接される。そして所定の時間このような
摩擦圧接を行なった後に、モータ14の回転を停止し、
この後に図4に示すように油圧シリンダ24によってピ
ストン本体28を耐摩環19側に強く押圧する。なおこ
の押圧力は、4〜12kgf/mm2 であってよい。す
なわちアップセット圧力を加え、摩擦圧接を完了する。
【0018】このときの耐摩環19のピストン本体28
に対する密着力は、10kg/mm2 以上の密着力とな
り、必要であれば16kg/mm2 以上の密着力が得ら
れる。このような値は、従来の耐摩環のアルフィン接合
による7〜8kg/mm2 の約2倍の密着力となり、高
い密着力で耐摩環19がピストン本体28の外周側の部
分であって頂面とのエッジの部分に固着されることにな
る。
【0019】なおこのようにしてピストン本体28に摩
擦圧接される耐摩環19の下面と内周面とのなす角θ
(図2参照)は90°以上の値に設定しておくことが好
ましく、またこの角度と対応する段部29の外周面の角
度も傾斜させ、テーパ状とすることが好ましい。
【0020】図5はこのようにして製作されたピストン
を示すものであって、その外周側であって頂面側の部分
には耐摩環19が摩擦圧接によって固着されており、こ
の耐摩環19にトップリング溝31が形成されている。
なおセカンドリング溝32とサードリング溝33とはそ
れぞれ耐摩環19よりも下側においてピストン本体28
の外周面に直接形成されている。またこのピストン28
の頂面には凹部から成る燃焼室34が設けられており、
直噴型ディーゼルエンジンのピストンを構成している。
またこのピストン28の下面に臨む凹部の内側にはピン
ボス35が形成されている。
【0021】図6は変形例に係るピストンを示してい
る。このピストンはその頂面側の部分であってその内部
に冷却用空洞36が形成されている。このような冷却用
空洞36は塩中子を用いて形成されるようになってい
る。ピストン本体28の鋳造時に、鋳型内に塩中子を冷
却用空洞36を形成する位置に配しておき、この状態に
おいてアルミニウム合金の溶湯を鋳型内に注入する。そ
して後から下側から穴をあけて塩中子の部分に外部から
水を注入し、この塩中子を水で溶解除去することによ
り、冷却用空洞36を形成している。そしてこのような
ピストン本体28に後から摩擦圧接の方法によって耐摩
環19を結合するようにしている。
【0022】このように本実施例においては、摩擦圧接
法によって耐摩環19をピストン本体28に固着するよ
うにしている。従来のアルフィン接合による結合による
と、耐摩環とアルミニウム合金から成るピストン本体が
ともに溶融によって凝固結合するために、一種の溶接結
合となり、結合部は鋳造組織で脆さを生ずる。
【0023】これに対して本実施例においては、耐摩環
19およびピストン本体28をともに固体状態とし、耐
摩環19をピストン本体28に対して回転させ、同軸上
で耐摩環19をピストン本体28の段部29に相対的に
押付けて両者を摩擦熱によってアルミニウム合金の固相
域内の温度に昇温させ、一定時間後にさらに耐摩環19
をアップセット力によってアルミニウム合金本体28に
押付けて圧接するようにしている。
【0024】従ってこのようなピストンの製造方法によ
れば、従来のアルフィン接合に比べてはるかに高い密着
力で耐摩環19をピストン本体28の段部29の部分に
短時間で結合固着することができる。また従来のアルフ
イン接合のような難作業を解消するとともに、不良アル
ミニウム材料の発生をなくすことができる。また耐摩環
19をピストン本体28の外周面であって頂面とのエッ
ジの部分に結合するようにしているために、図5に示す
トップリング溝31と頂面との間の距離lを小さくする
ことができ、いわゆるハイトップリング溝のピストンを
提供することが可能になる。これによってピストンの全
体の高さLをも小さくできるようになる。
【0025】
【発明の効果】第1の発明は、ピストンの外周側の部分
であって頂面とのエッジの部分に摩擦圧接法によって耐
摩環が固着され、この耐摩環にトップリング溝が形成さ
れるようにしたものである。従って高い密着力で耐摩環
をピストン本体に結合固着することが可能になる。また
この耐摩環をピストンの外周側の部分であって頂面との
エッジの部分に結合することができるために、ハイトッ
プリング溝のピストンを提供することが可能になる。
【0026】第2の発明は、ピストン本体とは別体に耐
摩環を作製し、摩擦圧接法によって耐摩環をピストン本
体の外周側の部分であって頂面とのエッジの部分に固着
し、耐摩環にトップリング溝を形成するようにしたもの
である。従ってこのような方法によれば、極めて短時間
でかつ強固に耐摩環をピストン本体に結合固着すること
が可能になる。またアルフィン接合の場合のような高熱
および難作業を解消することができるとともに、不良ア
ルミニウム材の発生をなくすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】摩擦圧接のための装置の正面図である。
【図2】同要部拡大断面図である。
【図3】摩擦圧接の動作を示す要部拡大断面図である。
【図4】アップセット動作を示す要部拡大断面図であ
る。
【図5】製造されたピストンの縦断面図である。
【図6】変形例に係るピストンの縦断面図である。
【図7】従来のピストンの縦断面図である。
【符号の説明】
10 ベッド 11 主軸台 12 主軸 13 プーリ 14 モータ 15 プーリ 16 ベルト 17 ワーク取付け盤 18 ワークチャック 19 耐摩環 23 L型ブラケット 24 油圧シリンダ 25 ロッド 26 ワーク取付け盤 27 ワークチャック 28 ピストン本体 29 段部 31 トップリング溝 32 セカンドリング溝 33 サードリング溝 35 ピンボス 36 冷却用空洞

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストンの外周側の部分であって頂面と
    のエッジの部分に摩擦圧接によって耐摩環が固着され、
    該耐摩環にトップリング溝が形成されていることを特徴
    とする内燃機関用ピストン。
  2. 【請求項2】 ピストン本体とは別体に耐摩環を作製
    し、摩擦圧接法によって前記耐摩環を前記ピストン本体
    の外周側の部分であって頂面とのエッジの部分に固着
    し、前記耐摩環にトップリング溝を形成するようにした
    ことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
JP4184429A 1992-06-17 1992-06-17 内燃機関用ピストンおよびその製造方法 Pending JPH062611A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4184429A JPH062611A (ja) 1992-06-17 1992-06-17 内燃機関用ピストンおよびその製造方法

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JP4184429A JPH062611A (ja) 1992-06-17 1992-06-17 内燃機関用ピストンおよびその製造方法

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JPH062611A true JPH062611A (ja) 1994-01-11

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JP (1) JPH062611A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6240828B1 (en) * 1998-04-21 2001-06-05 Nissan Motor Co., Ltd. Piston of internal combustion engine
KR20020076092A (ko) * 2001-03-27 2002-10-09 보원경금속(주) 플라이휠 마찰압접 방식을 이용한 고함량 실리콘 알루미늄합금 재료의 용접방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6240828B1 (en) * 1998-04-21 2001-06-05 Nissan Motor Co., Ltd. Piston of internal combustion engine
KR20020076092A (ko) * 2001-03-27 2002-10-09 보원경금속(주) 플라이휠 마찰압접 방식을 이용한 고함량 실리콘 알루미늄합금 재료의 용접방법

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