JPS59229033A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

内燃機関用ピストン

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Publication number
JPS59229033A
JPS59229033A JP10363783A JP10363783A JPS59229033A JP S59229033 A JPS59229033 A JP S59229033A JP 10363783 A JP10363783 A JP 10363783A JP 10363783 A JP10363783 A JP 10363783A JP S59229033 A JPS59229033 A JP S59229033A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
skirt
axis
range
oil ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10363783A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiji Funatani
鮒谷 清司
Katsumi Kondo
克己 近藤
Tadashi Donomoto
堂ノ本 忠
Tamiro Nakakubo
民郎 中窪
Atsuo Tanaka
淳夫 田中
Yoshiaki Tatematsu
立松 義明
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP10363783A priority Critical patent/JPS59229033A/ja
Publication of JPS59229033A publication Critical patent/JPS59229033A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/02Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion
    • F02F3/04Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts
    • F02F3/08Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts the inserts being ring-shaped

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】 本発明は、内燃機関に係り、更に詳細には内燃機関のピ
ストンに係る。
内燃i関のピストンは軽量化の要請から一般にアルミニ
ウム合金にて形成されている。アルミニウム合金は熱膨
張係数が大きく、ピストンは上端のヘッド部にて閉じら
れた実質的に中空円筒状をなしており従って熱容邑が小
さく、内燃機関の運転中には混合気の斌発により生じる
多量の熱に曝され加熱されるため拡径膨張する。ピスト
ンが過剰に拡径膨張するとシリンダボアどの焼付きなど
の不具合を生じるため、内燃機関のビスE・ンには従来
より一般に、アルミニウム合金に比して熱膨張係数の小
さい鋼よりなる環状のワイヤや板状のストラットがビス
[−ンの軸線に垂直な平面に沿って鋳込まれており、こ
れらのワイヤやストラッ[・によりピストン、特にその
スカート肩部の拡径膨張が抑制されるようになっている
しかし鋼はアルミニウム合金に比して比重が大きいため
、上述の如く鋼製のワイヤやストラットを鋳込まれたビ
ス1〜ンに於ては、ピストンの重機が大きく内燃機関の
高性能化を図ることが回動である。また内燃機関の高性
能化に伴いピストンの最高到達温度も高くなる傾向にあ
り、かかる内燃機関に於ては鋼製のワイヤやストラット
も比較的高い温度に加熱され、従って比較的大きく膨張
寸るため、これらによってはピストンの拡径膨張を有効
に抑制することが困難である。
本発明は、鋼製のワイヤやストラットが鋳込まれた従来
の内燃機関用ピストンに於ける上述の如き不具合に鑑み
、かかる不具合を生じることがないよう改良された内燃
機関用ピストンを提供することを目的としている。
かかる目的は、本発明によれば、オイルリング溝とスカ
ート部とピストンピン孔とを有し軽金属にて形成された
内燃機関用ピストンにして、前記ピストンの軸線方向に
見て前記オイルリング溝と前記スカート部との間の部分
が前記ピストンピン孔の軸線に対し実質的に垂直に直線
状に延在する二つの領域と該領域の両端間にて前記ピス
トンの側部外周面に冶って実質的に円弧状に延在する領
域とに於て前記ピストンの軸線の周りに環状に強化繊維
にて複合強化された内燃機関用ピストンによって達成さ
れる。
本発明によれば、ピストンの軸線方向に見てオイルリン
グ溝とスカート部との間の部分がピストンピン孔の軸線
に対し実質的に垂直に直線状に延在する二つの領域と該
領域の両端間にてピストンの側部外周面に沿って実質的
に円弧状に延在する領域とに於てピストンの軸線の周り
に環状に強化繊維にて複合強化されるので、ピストン、
特にそのスカート肩部の拡径膨張が強化繊維により有効
に抑制され、これによりシリンダボアとの焼付きなどの
不具合を確実に防止することができる。また本発明によ
れば、ピストンを複合強化するために使用される強化繊
維は鋼よりも比重の小さいアルミナ繊維の如きIINで
あって良く、また複合強化部のマトリックス金属もピス
トンの他の部分を構成するアルミニウム合金の如き軽金
属であって良いので鋼製のストラットを鋳込まれた従来
のピストンに比してピストンの重量を低減することがで
き、これにより内燃機関の高性能化を図ることができる
尚本発明に於て使用される強化繊維は長[f     
’(連続繊維)または短繊維(不連続m粒)の何れであ
っても良いが、特にピストンを構成するアルミニウム合
金やマ、グネシウム合金との密着性に優れ且熱膨張係数
の小さいアルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、炭素繊
維及び炭化ケイ素繊維の如き長繊維であることが好まし
く、それらの体積率は使用される繊維によっても異るが
10〜70%程度であることが好ましい。
また本発明によるピストンは、強化繊維にて環状の強化
繊維成形体を形成し、該強化繊維成形体をピストン鋳造
用の鋳型内の所定の位置に配置し、該鋳型内にアルミニ
ウム合金などの浴温を注渇し、該溶湯を上型にて加圧し
、これにより強化繊維成形体の個々の強化繊維間に溶湯
を充填浸透させる高圧鋳造法などの加圧鋳造法により製
造されて良く、また高圧鋳造法などにより環状に配向さ
れ/j強化繊維とマトリックス金属とよりなる複合材料
製の環状体を形成し、該環状体をピストン鋳造用の鋳型
内の所定の位置に配置し、該鋳型内にアルミニウム合金
などの溶湯を注渇し、これにより環状体を鋳込むことに
より製造されても良いが、生産性の向上及びコストの低
減の点からは前者の方法が好ましい。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
第1図は本発明によるピストンの一つの実施例を示す縦
断面図、第2図は第1図の線■−■による縦断面図、第
3図は第1図の線■−■による平断面図である。
これらの図に於て、1はヘッド部を示しており、該ヘッ
ド部には二つの燃焼室窪み2及び3が設けれられている
。ピストンの実質的に円筒状の側壁4の外周面には二つ
のコンプレッションリング溝5及び6と一つのオイルリ
ング溝7とが軸線8に垂直な平面に沿って設けられてお
り、コンプレッションリング溝5.6及びオイルリング
溝7には図には示されていないがそれぞれコンプレッシ
ョンリング及びオイルリングが嵌込まれるようになって
いる。また側壁4にはオイルリングにより掻き下された
オイルをピストンの内部に導くオイルドレーン溝9が設
けられている。
ピストンの中央にはピストンピン孔10が設けられてお
り、ビス[−ンは図には示されていないがピストンピン
孔10に挿通されたピストンピン及びコネクティングロ
ッドにより内燃機関のクランクシャフトに連結されるよ
うになっている。側壁4のヘッド部1とは反対側の端部
にはピストンピン孔10の軸線11の両側にてスカート
部12が段(プられている。
図示のピストンはアルミニウム合金にて形成されており
、特にピストンの軸線8の方向に見て側壁4のオイルリ
ング溝7とスカート部12との間の部分、より詳細には
スカート肩部13は、ピストンピン孔10の軸線11に
対し実質的に垂直に直線状に延在する二つの第一の領域
14と、該第−の領域の両端間にてピストンの側部外周
面15に沿って実質的に円弧状に延在する第二の領域1
6とに於て軸線8の周りに環状にアルミナ連続繊維18
にて複合強化されている。第一の領域14には湾曲部1
7が設けられており、該湾曲部にてピストンピン孔10
を迂回している。図には示されていないがアルミナ連続
繊維18は第一の領域14及び第二の領1i! 16に
沿って周方向に配向されている。
上述の如き構成を有づるピストンは1ス下の如き要領に
て製造された。先ず多結晶アルミナ連続繊維18(デコ
ポン社製rFPファイバ」 (登録商標))をボビンに
巻取り、その端部をコロイダルシリカにて固定すること
により、第4図及び第5図に示されている如きリング状
の繊維成形体19を形成した。尚この繊維成形体の第4
図で児て直線状をなす部分20の長さは4.Qmnlで
あり、部分20に設けられた湾曲部21の第5図で見て
上面の曲率半径は18#IIlであり、第4図で見て円
弧状をなす部分22の外周面の曲率半径は38mmであ
り、幅及び厚さはそれぞれ5m1.、:EHnIllで
あり、アルミナ連続繊維18の体積率は50%であった
次いでこの繊維成形体19を800℃に予熱し、第6図
に示されている如くビス[・ンを鋳造するための高圧鋳
造装置23の上型24の所定の位置に圧入によって固定
し、下型25内に750℃のアルミニウム合金LIIS
規格A C8F3 )の溶湯26を注渇し、該溶湯を上
型24にて約1000kg/♂の圧力にて加圧しつつ凝
固させた。溶湯26が完全に凝固した後、その凝固体を
ノックアウトビン27にJ:り下型25より取出し、該
凝固体に対し研削等の機械加工を施して第1図乃至第3
図に示されている如き外径82.41#IIl、長さ7
4mmのピストンとした。
上述の如く形成されたピストンについて以下の如き要領
にて熱膨張試験を行った。試験に於て(ま、ピストンの
ヘッド部1をバーナにより320℃に30分間加熱し、
その場合のスカート肩部13の表面間の直径方向の長さ
の変化を測定した。比較のため同−寸法及び同一形状の
ストラットを鋳込まれていないピストン、及び鋼(SP
CC)製の環状のストラットを鋳込まれた従来のピスト
ンについても同様の試験を行った。この試験の結果を第
7図に示す。尚この第7図に於て、熱膨張量比率とはス
トラットを鋳込まれていないピストンの熱膨張量を10
0とした場合の百分率の値を(1う。
この第7図より、上述の如く形成されたピストンに於て
は、アルミナ連続繊維によりピストンのスカート肩部の
拡径膨張が有効に抑制されていることが解る。また上述
の如く形成されたピストンは鋼製のストラットを鋳込ま
れたピストン〈重吊約345kg>よりも13CI軽但
であることが認められた。
また上述の如く形成されたピストンを6気筒、総排気J
12759cc、、最大出力170PS15600rp
m、最大トルク24.0k(1111/440Qrpm
の4サイクルガソリンエンジンに組込み、回転数560
0rl)IR,、全負荷にて200時間の試験運転を行
ったところ、拡径膨張の減少の効果として騒音の減少が
認められ、またシリンダボアとの焼付きなどの不具合は
一切発生せず、また軽量化の効果として吹き上がり及び
出力の向上などが認められた。
また強化!l維が炭素繊維であり、ピストンを構成する
金属がアルミニウム合金(JIs規格AC8A>である
点を除き、!T1図乃至第3図に示されたピストンと同
一の構成を有するピストンを以下の如く製造1ノだ。
先ず炭素繊@1(東し株式会社製「ト・レカ」 (登録
商標)M2O)をボビンに巻取り、その端部をフロイダ
ルシリ力にて固定することにより、横断面形状が第4図
に示されている如き形状である良さ210wu++、厚
さ51の筒状の繊維成形体19′を形成した。次いでこ
の繊維成形体を800℃に予熱した後、第8図に示され
ている如く、高圧鋳造装置28の下型29内の所定の位
置に配置し、下型29内に750℃のアルミニウム合金
(JIS規格AC8A)の溶湯30を注ぎ、該溶湯を上
型31にて約1000kg/a?の圧力にて加圧しつつ
凝固させた。溶湯30が完全に凝固したのち凝固体をノ
ックアウトビン32により下型29より取出し、該凝固
体に対し研削及び切削等の機械加工を施して第4図及び
第5図に示されている如き形状を有し、前述の実施例に
於ける繊維成形体19と同一の寸法を有する複合材お1
製の環状体を形成した。尚この環状体に於ける炭素繊維
の体積率は約50%であった。
次いでか(して形成された環状体をピストンを鋳造する
ための重力鋳造用の金型内の所定の位置に配置し、該金
型内にアル挺ニウム合金(JIS規格AC8A)の溶湯
を注ぎ、溶湯が完全に凝固したのち金型より凝固体を取
出し、該凝固体に対し研削等の機械加工を施して第7図
乃至第3図に示されたピストンと同様のピストンを形成
しIζ。
かくして形成されたピストンについて前述の実施例の場
合と同様の要領にて熱膨張試験を行った。
この試験の結果を第9図に示ず。この第9図より、上述
の如く形成されたピストンによればピストンのスカート
肩部の拡径膨張が有効に抑制されることが解る。また上
述の如く形成されたピストンは環状の鋼製ストラットを
鋳込まれた従来のピストン(重!1t345kiに比し
て18g軽かであることが認められた。
更に前述の実施例の場合と同様、上述の如く形成された
ピストンを前述の実施例に於て使用され 1だエンジン
と同一のエンジンに相込んで前述の実施例の場合と同一
の条件にて試験運転を行ったところ、拡径膨張が低減さ
れた効果として騒音の減少が認められ、シリンダボアと
の焼付きは一切認められず、また軽量化の効果として吹
き上がり及び出力の向−ヒなどが認められた。
以上に於ては本発明を二つの実施例について詳細に説明
したが、本発明はかがる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるピストンの一つの実施例を示す縦
断面図、第2図は第1図の線■−■にょる縦断面図、第
3図は第1図の線■−■にょる平断面図、第4図は[1
成形体を示す平面図、第5図は第4図に示された繊維成
形体の縦断面図、第6図は第1図乃至第3図に示された
ピストンの鋳造過程を示す解図、第7図は熱膨張試験の
結果を示すグラフ、第8図は本発明によるピストンの他
の一つの実施例の製造に際し鋳込まれる環状体の鋳造過
程を示す解図、第9図は熱膨張試験の結果を示すグラフ
である。 1・・・ヘッド部、2.3・・・燃焼室窪み、4・・・
側壁。 516°パコンプレツションリング溝、7・・・オイル
リング溝、8・・・軸線、9・・・オイルドレーン溝、
10・・・ピストンピン孔、11・・・軸線、12・・
・スカート部、13・・・スカート肩部、14・・・第
一の領域。 15・・・側部外周面、16・・・第二の領域、17・
・・湾曲部、18・・・アルミナ連続繊維、19.19
′・・・繊維成形体、20・・・直線状をなす部分、2
1・・・湾曲部、22・・・円弧状をなづ部分、23・
・・鋳造装置。 24・・・上型、25・・・下型、26・・・アルミニ
ウム合金の溶湯、27−・・ノックアウトビン、28・
・・鋳造装置、29・・・下型、30・・・アルミニウ
ム合金の溶湯、31・・・上型、32・・・ノックアウ
トピン特 許 出 願 人  トヨタ自動車株式会社代
   理   人  弁理士  明石 昌毅第 1 図 n−4 第2図 第3図 第 4 図 第 6 図 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. オイルリング溝とスカート部とピストンピン孔とを有し
    軽金属にて形成された内燃機関用ピストンにして、前記
    ピストンの軸線方向に見て前記オイルリング溝と前記ス
    カート部との間の部分が前記ピストンピン孔の軸線に対
    し実質的に垂直に直線状に延在する二つの領域と該領域
    の両・端間にて前記ピストンの側部外周面に沿って実質
    的に円弧状に延在する領域とに於て前記ピストンの軸線
    の周りに環状に強化uANにて複合強化された内燃機関
    用ピストン。
JP10363783A 1983-06-09 1983-06-09 内燃機関用ピストン Pending JPS59229033A (ja)

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JP10363783A JPS59229033A (ja) 1983-06-09 1983-06-09 内燃機関用ピストン

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Cited By (2)

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