JPH0786336B2 - 内燃機関のピストン - Google Patents
内燃機関のピストンInfo
- Publication number
- JPH0786336B2 JPH0786336B2 JP10356788A JP10356788A JPH0786336B2 JP H0786336 B2 JPH0786336 B2 JP H0786336B2 JP 10356788 A JP10356788 A JP 10356788A JP 10356788 A JP10356788 A JP 10356788A JP H0786336 B2 JPH0786336 B2 JP H0786336B2
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- JP
- Japan
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- piston
- head
- core
- pin boss
- skirt
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0015—Multi-part pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0448—Steel
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、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重量は、コネクティングロッドや
ピストン等に要求される剛性にも影響するので、ピスト
ンを軽量化できれば、コネクティングロッド等を含めて
慣性質量が大幅に低減することになり、燃費の向上は勿
論のこと、騒音振動の低減や加速性能の向上等に寄与す
る。
ピストン等に要求される剛性にも影響するので、ピスト
ンを軽量化できれば、コネクティングロッド等を含めて
慣性質量が大幅に低減することになり、燃費の向上は勿
論のこと、騒音振動の低減や加速性能の向上等に寄与す
る。
そのため、従来からピストンの軽量化が種々試みられて
おり、例えば特公昭62−37218号公報や実開昭62−87147
号公報、あるいは実開昭61−17451号公報等において、
スカート部の肉を必要最小限のみ残して大部分除去する
ようにしたピストンが開示されている。
おり、例えば特公昭62−37218号公報や実開昭62−87147
号公報、あるいは実開昭61−17451号公報等において、
スカート部の肉を必要最小限のみ残して大部分除去する
ようにしたピストンが開示されている。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような従来のピストンにおいて
は、スカート部の一部を除去することで若干の軽量化は
図れるものの、ピストンヘッド部やピンボス部等は基本
的にアルミニウム合金等で一体に鋳造したものであり、
ピストンヘッド部に必要な強度やスラスト反力に対する
剛性の確保あるいは熱膨張の抑制といった点を考慮する
と、ヘッド部等各部の肉厚は依然としてかなり厚いもの
となってしまうため、実際にはそれほどの軽量化は図れ
ない。
は、スカート部の一部を除去することで若干の軽量化は
図れるものの、ピストンヘッド部やピンボス部等は基本
的にアルミニウム合金等で一体に鋳造したものであり、
ピストンヘッド部に必要な強度やスラスト反力に対する
剛性の確保あるいは熱膨張の抑制といった点を考慮する
と、ヘッド部等各部の肉厚は依然としてかなり厚いもの
となってしまうため、実際にはそれほどの軽量化は図れ
ない。
課題を解決するための手段 そこで、この発明は、鋼板等の剛性の高い骨格部材を主
体とし、これに最小限の軽合金製補強材を付加すること
で、ピストンの大幅な軽量化を図ったものである。すな
わち、この発明に係る内燃機関のピストンは、金属板を
一体に結合してなる骨格部材および該骨格部材を鋳込ん
でなる軽合金製の補強材から構成されるピストンであっ
てて、上記骨格部材は、複数の開口部を有する円形のヘ
ッド部芯部と、このヘッド部芯部裏面からピストン下方
へ延設され、かつピストンピン孔に対応した開口部を有
する一対のピンボス部芯部と、このピンボス部芯部先端
から外周側へ延接されたスカートリブと、このスカート
リブ先端に支持された円環状のスカート部と、上記ヘッ
ド部芯部外周に設けられた断面略コ字状のトップリング
嵌合部とを備えてなり、また上記補強材は、少なくと
も、上記ヘッド部芯部を含むピストンヘッド部と、上記
トップリング嵌合部を含むヘッド部壁部と、上記ピンボ
ス部芯部を含むピンボス部とに連結して設けられている
ことを特徴としている。
体とし、これに最小限の軽合金製補強材を付加すること
で、ピストンの大幅な軽量化を図ったものである。すな
わち、この発明に係る内燃機関のピストンは、金属板を
一体に結合してなる骨格部材および該骨格部材を鋳込ん
でなる軽合金製の補強材から構成されるピストンであっ
てて、上記骨格部材は、複数の開口部を有する円形のヘ
ッド部芯部と、このヘッド部芯部裏面からピストン下方
へ延設され、かつピストンピン孔に対応した開口部を有
する一対のピンボス部芯部と、このピンボス部芯部先端
から外周側へ延接されたスカートリブと、このスカート
リブ先端に支持された円環状のスカート部と、上記ヘッ
ド部芯部外周に設けられた断面略コ字状のトップリング
嵌合部とを備えてなり、また上記補強材は、少なくと
も、上記ヘッド部芯部を含むピストンヘッド部と、上記
トップリング嵌合部を含むヘッド部壁部と、上記ピンボ
ス部芯部を含むピンボス部とに連結して設けられている
ことを特徴としている。
作用 上記構成においては、主に骨格部材によって強度・剛性
が保たれるので、補強材を含めてピストンヘッド部等各
部の肉厚が薄くなり、しかも補強材は必要最小限部分に
のみ設けられているため、大幅に軽量化が図れる。
が保たれるので、補強材を含めてピストンヘッド部等各
部の肉厚が薄くなり、しかも補強材は必要最小限部分に
のみ設けられているため、大幅に軽量化が図れる。
また骨格部材を鋼板のような熱伝導性の悪い材料にて形
成した場合でも、燃焼熱は、ヘッド部芯部の開口部に入
り込んだ軽合金製補強材を通して良好に伝達される。
成した場合でも、燃焼熱は、ヘッド部芯部の開口部に入
り込んだ軽合金製補強材を通して良好に伝達される。
実施例 以下、この発明の一実施例を第１図〜第５図に基づいて
説明する。
説明する。
第１図は、この発明に係るピストン１がピストンピン２
を介してコネクティングロッド３小端部に連結されてい
る状態を示す断面図である。
を介してコネクティングロッド３小端部に連結されてい
る状態を示す断面図である。
同図に示すように、上記ピストン１は、剛性の高い金属
板、詳しくは鋼板を一体に結合してなる骨格部材４と、
この骨格部材４を鋳込んだ形に鋳造された軽合金（例え
ばAC8A−T6等のアルミニウム合金が用いられる）製の補
強材５とから構成されている。
板、詳しくは鋼板を一体に結合してなる骨格部材４と、
この骨格部材４を鋳込んだ形に鋳造された軽合金（例え
ばAC8A−T6等のアルミニウム合金が用いられる）製の補
強材５とから構成されている。
先ず上記骨格部材４について説明すると、ピストン１頂
面に沿って円形のヘッド部芯部６が配置されている。こ
のヘッド部芯部６は、第３図にも示すように、多数の円
形の開口部７を有し、かつ外周縁6aがピストン１の下方
に向けて折曲されている。そして、この折曲された外周
縁6aの外側面に、断面略コ字状をなす環状のトップリン
グ嵌合部８が設けられている。このトップリング嵌合部
８は、上記ヘッド部芯部６とは別部材からなり、かつ互
いに接合されている。また上記ヘッド部芯部６の裏面
に、やはり別部材からなる一対のピンボス部芯部９が接
合されている。尚、一対のピンボス部芯部９同士は、第
1,2図に示すようにフランジ部9a部分で予め一体に連続
して形成されており、該フランジ部9aが上記ヘッド部芯
部６に重ねて接合されている。両ピンボス部芯部９は、
第１図，第４図から理解されるように、互いに対向した
形で平行に延びており、かつ略中央部に、ピストンピン
孔10に対応した円形の開口部11が形成されている。尚、
この開口部11は、最終的に補強材５に貫通形成されるピ
ストンピン孔10よりも一回り大きく、従ってピストンピ
ン２に直接に接触することはない（第２図参照）。
面に沿って円形のヘッド部芯部６が配置されている。こ
のヘッド部芯部６は、第３図にも示すように、多数の円
形の開口部７を有し、かつ外周縁6aがピストン１の下方
に向けて折曲されている。そして、この折曲された外周
縁6aの外側面に、断面略コ字状をなす環状のトップリン
グ嵌合部８が設けられている。このトップリング嵌合部
８は、上記ヘッド部芯部６とは別部材からなり、かつ互
いに接合されている。また上記ヘッド部芯部６の裏面
に、やはり別部材からなる一対のピンボス部芯部９が接
合されている。尚、一対のピンボス部芯部９同士は、第
1,2図に示すようにフランジ部9a部分で予め一体に連続
して形成されており、該フランジ部9aが上記ヘッド部芯
部６に重ねて接合されている。両ピンボス部芯部９は、
第１図，第４図から理解されるように、互いに対向した
形で平行に延びており、かつ略中央部に、ピストンピン
孔10に対応した円形の開口部11が形成されている。尚、
この開口部11は、最終的に補強材５に貫通形成されるピ
ストンピン孔10よりも一回り大きく、従ってピストンピ
ン２に直接に接触することはない（第２図参照）。
また、上記ピンボス部芯部９先端から更に外周側へ向け
てスカートリブ12が延設されている。このスカートリブ
12は、第４図に示すようにピストンピン２軸方向に沿っ
て配設されており、かつ外周側が僅かに下がった緩いテ
ーパ状に延設されている。そして、このスカートリブ12
先端に、円環状のスカート部13が支持されている。この
スカート部13は、、公知の楕円ピストンと同様にスラス
ト方向（ピストンピン２軸方向と直交する方向）が長径
となった楕円形に形成されており、かつ第２図に明らか
なように、スラスト方向部分で、上下方向の幅ｌが大き
く設定されている。これは、この部分がスラスト反力を
強く受けることを考慮したものである。また、このスカ
ート部13を介して往復運動中のピストン１の姿勢を適正
に保ち得るように、上記スカートリブ12は適宜なばね定
数に設定されている。尚、上記スカート部13を他の骨格
部材４と同じく鋼板製とする場合には、第５図に詳示す
るように、シリンダと摺接するスカート部13外表面に、
二硫化モリブデン等の固体潤滑材14をメッキもしくはコ
ーティングすることが望ましい。また骨格部材４の中で
上記スカート部13のみをアルミニウム合金製としても良
く、この場合には固体潤滑材のコーティング等は特に必
要ではない。
てスカートリブ12が延設されている。このスカートリブ
12は、第４図に示すようにピストンピン２軸方向に沿っ
て配設されており、かつ外周側が僅かに下がった緩いテ
ーパ状に延設されている。そして、このスカートリブ12
先端に、円環状のスカート部13が支持されている。この
スカート部13は、、公知の楕円ピストンと同様にスラス
ト方向（ピストンピン２軸方向と直交する方向）が長径
となった楕円形に形成されており、かつ第２図に明らか
なように、スラスト方向部分で、上下方向の幅ｌが大き
く設定されている。これは、この部分がスラスト反力を
強く受けることを考慮したものである。また、このスカ
ート部13を介して往復運動中のピストン１の姿勢を適正
に保ち得るように、上記スカートリブ12は適宜なばね定
数に設定されている。尚、上記スカート部13を他の骨格
部材４と同じく鋼板製とする場合には、第５図に詳示す
るように、シリンダと摺接するスカート部13外表面に、
二硫化モリブデン等の固体潤滑材14をメッキもしくはコ
ーティングすることが望ましい。また骨格部材４の中で
上記スカート部13のみをアルミニウム合金製としても良
く、この場合には固体潤滑材のコーティング等は特に必
要ではない。
一方、軽合金製の補強材５は、上記のように構成された
骨格部材４を型内にセットして鋳造され、該骨格部材４
と一体化されたものであって、第1,2図に示すように、
ヘッド部芯部６裏面に適宜な厚さで設けられており、こ
れによりヘッド部芯部６を含むピストンヘッド部21が構
成されている。すなわち、上記ヘッド部芯部６は、熱伝
導性を阻害することのないようにピストン１頂面に露出
している。そして、その多数の開口部７内に補強材５が
入り込むことによって、両者が堅固に接合されている。
またヘッド部芯部６の外周縁6aを包むように補強材５が
略円筒形に設けられており、これによってトップリング
嵌合部８を含むヘッド側壁部22が構成されている。ここ
でセカンドリング溝23およびオイルリング溝24は、ヘッ
ド側壁部22に機械加工され、かつトップリング溝25は上
記トップリング嵌合部８自体によって構成される。従っ
てトップリング溝25の磨耗は非常に少ないものとする。
尚、上記オイルリング溝24底部には、スリット26が形成
されている。
骨格部材４を型内にセットして鋳造され、該骨格部材４
と一体化されたものであって、第1,2図に示すように、
ヘッド部芯部６裏面に適宜な厚さで設けられており、こ
れによりヘッド部芯部６を含むピストンヘッド部21が構
成されている。すなわち、上記ヘッド部芯部６は、熱伝
導性を阻害することのないようにピストン１頂面に露出
している。そして、その多数の開口部７内に補強材５が
入り込むことによって、両者が堅固に接合されている。
またヘッド部芯部６の外周縁6aを包むように補強材５が
略円筒形に設けられており、これによってトップリング
嵌合部８を含むヘッド側壁部22が構成されている。ここ
でセカンドリング溝23およびオイルリング溝24は、ヘッ
ド側壁部22に機械加工され、かつトップリング溝25は上
記トップリング嵌合部８自体によって構成される。従っ
てトップリング溝25の磨耗は非常に少ないものとする。
尚、上記オイルリング溝24底部には、スリット26が形成
されている。
更に補強材５は、一対のピンボス部芯部９を比較的厚く
包むように設けられており、これによってピンボス部芯
部９を含むピンボス部27が構成されている。このピンボ
ス部27には、補強材５の鋳造後にピストンピン孔10が機
械加工されている。尚、第１図において28はスナップリ
ングを示している。
包むように設けられており、これによってピンボス部芯
部９を含むピンボス部27が構成されている。このピンボ
ス部27には、補強材５の鋳造後にピストンピン孔10が機
械加工されている。尚、第１図において28はスナップリ
ングを示している。
そして、上述した各部の補強材５は、全体として一体に
連続した形に鋳造されている。
連続した形に鋳造されている。
さて上記の構成によれば、骨格部材４、詳しくはヘッド
部芯部６やピンボス部芯部９等が剛性の高い鋼板にて形
成されているため、必要な強度・剛性のかなりの部分を
上記骨格部材４に負担させることができ、補強材５を含
めたピストンヘッド部21等各部の全体の肉厚を非常に薄
肉化できる。しかもスカート部13やスカートリブ12は、
薄肉な骨格部材４がそのままで使用される。従って、ピ
ストン１全体として、大幅な軽量化を達成することがで
きる。
部芯部６やピンボス部芯部９等が剛性の高い鋼板にて形
成されているため、必要な強度・剛性のかなりの部分を
上記骨格部材４に負担させることができ、補強材５を含
めたピストンヘッド部21等各部の全体の肉厚を非常に薄
肉化できる。しかもスカート部13やスカートリブ12は、
薄肉な骨格部材４がそのままで使用される。従って、ピ
ストン１全体として、大幅な軽量化を達成することがで
きる。
また、ピストン１頂面で受けた燃焼熱は、ヘッド部芯部
６から骨格部材４の各部を通してシリンダ等に逃される
と同時に、ヘッド部芯部６の開口部７部分から軽合金製
の補強材５へも直接に熱が伝わり、この補強材５を通し
てピストンピン２等に逃される。従って、ピストン全体
を軽合金製とした場合と同等もしくはそれ以上に熱伝導
性に優れたものとなり、ピストンヘッド部21の熱負荷を
軽減できる。
６から骨格部材４の各部を通してシリンダ等に逃される
と同時に、ヘッド部芯部６の開口部７部分から軽合金製
の補強材５へも直接に熱が伝わり、この補強材５を通し
てピストンピン２等に逃される。従って、ピストン全体
を軽合金製とした場合と同等もしくはそれ以上に熱伝導
性に優れたものとなり、ピストンヘッド部21の熱負荷を
軽減できる。
次に第６図は、ピストン１頂面にバルブリセス31を設け
た実施例の要部を示している。すなわち、この実施例で
は、ヘッド部芯部６の表裏両面に補強材５を設けてあ
り、その表側の補強材５にバルブリセス31を形成してあ
る。
た実施例の要部を示している。すなわち、この実施例で
は、ヘッド部芯部６の表裏両面に補強材５を設けてあ
り、その表側の補強材５にバルブリセス31を形成してあ
る。
また、この第６図の実施例では、ピストンヘッド部21、
ヘッド側壁部22の内周側部分およびピンボス部27におけ
る補強材５として、軽合金のFRM材料（繊維強化金属複
合材料）5Aが用いられており、これによって一層の軽量
化ならびに剛性向上が図られている。尚、機械加工が施
されるヘッド側壁部22の外周側部分およびピンボス部27
のピストンピン孔10内周面部分には、繊維を含まない軽
合金材料5Bが用いられている。
ヘッド側壁部22の内周側部分およびピンボス部27におけ
る補強材５として、軽合金のFRM材料（繊維強化金属複
合材料）5Aが用いられており、これによって一層の軽量
化ならびに剛性向上が図られている。尚、機械加工が施
されるヘッド側壁部22の外周側部分およびピンボス部27
のピストンピン孔10内周面部分には、繊維を含まない軽
合金材料5Bが用いられている。
このようにFRM材料5Aと通常の軽合金材料5Bとを用いる
場合には、例えば、FRM用のウィスカによるマトリック
スを必要部位に組み付け、これを所要のピストン形状を
なす型内にセットして、軽合金材料を注湯してやれば良
い。
場合には、例えば、FRM用のウィスカによるマトリック
スを必要部位に組み付け、これを所要のピストン形状を
なす型内にセットして、軽合金材料を注湯してやれば良
い。
発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
のピストンにおいては、金属板からなる骨格部材を主体
として構成され、かつ補強材が付加される部分でもその
肉厚が比較的薄くなるので、全体として大幅な軽量化を
実現できる。そして、熱伝導性の悪化といった不具合を
来すことがない。
のピストンにおいては、金属板からなる骨格部材を主体
として構成され、かつ補強材が付加される部分でもその
肉厚が比較的薄くなるので、全体として大幅な軽量化を
実現できる。そして、熱伝導性の悪化といった不具合を
来すことがない。
第１図はこの発明に係るピストンのピストンピン軸方向
に沿った断面図、第２図は同ピストンのスラスト方向に
沿った断面図、第３図は同じく上面図、第４図は同じく
底面図、第５図はスカート部の拡大断面図、第６図はこ
の発明の異なる実施例を示す要部断面図である。 １……ピストン、４……骨格部材、５……補強材、６…
…ヘッド部芯部、８……トップリング嵌合部、９……ピ
ンボス部芯部、12……スカートリブ、13……スカート
部。
に沿った断面図、第２図は同ピストンのスラスト方向に
沿った断面図、第３図は同じく上面図、第４図は同じく
底面図、第５図はスカート部の拡大断面図、第６図はこ
の発明の異なる実施例を示す要部断面図である。 １……ピストン、４……骨格部材、５……補強材、６…
…ヘッド部芯部、８……トップリング嵌合部、９……ピ
ンボス部芯部、12……スカートリブ、13……スカート
部。
Claims (1)
- 【請求項１】金属板を一体に結合してなる骨格部材およ
び該骨格部材を鋳込んでなる軽合金製の補強材から構成
されるピストンであって、上記骨格部材は、複数の開口
部を有する円形のヘッド部芯部と、このヘッド部芯部裏
面からピストン下方へ延設され、かつピストンピン孔に
対応した開口部を有する一対のピンボス部芯部と、この
ピンボス部芯部先端から外周側へ延設されたスカートリ
ブと、このスカートリブ先端に支持された円環状のスカ
ート部と、上記ヘッド部芯部外周に設けられた断面略コ
字状のトップリング嵌合部とを備えてなり、また上記補
強材は、少なくとも、上記ヘッド部芯部を含むピストン
ヘッド部と、上記トップリング嵌合部を含むヘッド側壁
部と、上記ピンボス部芯部を含むピンボス部とに連続し
て設けられている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 |
|---|---|---|---|
| JP10356788A JPH0786336B2 (ja) | 1988-04-26 | 1988-04-26 | 内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10356788A JPH0786336B2 (ja) | 1988-04-26 | 1988-04-26 | 内燃機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01273859A JPH01273859A (ja) | 1989-11-01 |
| JPH0786336B2 true JPH0786336B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=14357380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10356788A Expired - Lifetime JPH0786336B2 (ja) | 1988-04-26 | 1988-04-26 | 内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786336B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8083868B2 (en) | 2004-01-20 | 2011-12-27 | Nsk Ltd | Rolling bearing |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6499387B2 (en) * | 2001-03-06 | 2002-12-31 | Federal-Mogul World Wide, Inc. | Unified multi-piece piston and method of manufacture |
| JP4237576B2 (ja) | 2003-08-11 | 2009-03-11 | 富士重工業株式会社 | 内燃機関のピストン |
-
1988
- 1988-04-26 JP JP10356788A patent/JPH0786336B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8083868B2 (en) | 2004-01-20 | 2011-12-27 | Nsk Ltd | Rolling bearing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01273859A (ja) | 1989-11-01 |
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