JPS5985448A - ピストンおよびその製法 - Google Patents

ピストンおよびその製法

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JPS5985448A
JPS5985448A JP58150461A JP15046183A JPS5985448A JP S5985448 A JPS5985448 A JP S5985448A JP 58150461 A JP58150461 A JP 58150461A JP 15046183 A JP15046183 A JP 15046183A JP S5985448 A JPS5985448 A JP S5985448A
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crown
rest
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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】 本発明は内燃機関のピストンおよびその製法に関する。
内燃機関の燃焼室には、この燃焼室がピストンから離れ
て配置されるか、ピストンと結付しているかにかかわら
ず燃料点火の除熱が発生し。
エンジンの目的はこの熱を効果的に使用可能のエンジン
出力に変換することである。燃焼室を包囲する要素（ピ
ストン、シリンダまたはシリンダライナ、ピストンヘッ
ド、吸気および排気弁）は熱伝導性材料から製造され、
点火の際発生した熱の一部はこれらの部材を介する熱伝
導によって失われる。このような熱損失の減少によりエ
ンジンの効率を改善し、燃焼室の温度を上昇することが
できる。
しかし燃焼室を包囲する要素は長期にわたって損傷を発
生せずに燃焼室が達する温度に耐え得なければならない
。ピストンは通常アルミニウムまたはアルミニウム合金
から製造され、この材料が高い耐熱性を有しないので、
燃焼室温度が上昇すると問題が発生する。さらに熱は軸
方向にピストンへ伝導するので、ピストンの種々の部材
たとえばピストンリング、ピストンリング溝およびスカ
ートはすべて適当に耐熱性であることが必要であシ、そ
のため高価な複雑な什金を使用し、ピストンリング溝の
場什これを強化することが必要でおる。さらに多数のピ
ストンリングを使用する場什、燃焼室にもつとも近い第
１ピストンリングは高温に耐える材料から製造しなけれ
ばならず、かつ発生する温度のため別個のリングエキス
パンダを使用することができないので、シリンダまたは
ライチ壁に圧着するように固有の半径方向弾性をもって
製造しなければならない。
本発明の第１の態様によればピストンのクラウンからそ
の他の部分への熱伝達を減少するため、クラウンのすべ
てまたはほぼすべての面積にわたってピストンのその他
の部分に対し断熱したクラウン部分を有する内燃機関の
ピストンが得られ、このクラウン部分は少なくともピス
トンの残部を製造する材料より耐熱性の高い材料から製
造される。
本発明の第２の態様によればピストンのクラウンからそ
の他の部分への熱伝達を減少するため、クラウンのすべ
てまたはほぼすべての面積にわたってピストンのその他
の部分に対し断熱したクラウン部分を有するピストンを
形成することからなる内燃機関のピストンの製法が得ら
れる。
次に本発明の冥施例を図面により説明する。
まず第１図によればピストンはニッケル鉄（たとえば７
３８鉄）または軟鋼もしくはステンレス鋼のような鉄系
材料からなるクラウン１０を有する。クラウンは半成形
燃焼くぼみ１２および半径方向に向く周縁の環状フラン
ジ１３をもって成形される。
ピストンの残部はピストンリング溝１’４．ピストンピ
ン孔１５およびスカート１６を有するアルミニウム゛ｉ
ｚこはアルミニウム合金から鋳造によって成形したピス
トン本体１１からなる。
ピストン本体１１はその上端が半球形くぼみ１７および
半径方向に拡がる外周の環状表面１８に終る。この表面
１８および半球形くぼみ１７の寸法はクラウン１００半
球形燃焼くぼみ１２またはフランジ１３とほぼ同じであ
る。
クラウン１０とピストン本体１１０間に配置さ７Ｌる中
間部材はオーステナイト鉄のような鉄系材料からなる環
状ワッシャ１９として形成される。ワッシャ１９は半径
方向に拡がる上面の内側エツジと外側エツジの中間にク
ラウン１０のフランジ１３に面する環溝２ｏを有する。
ワッシャ２００牛径方向に拡がる下面２１は表頂に圧接
したアルミニウムまたはアルミニウム合金の層を備える
。この圧接は表面にアルミニウムまたはアルミニウム分
会の層を配置し、次にロールによ如この層とワッシャの
表面へ２層の長さを増大し、厚さを減少し、層と表面の
間に密接な納会を形成するために十分な圧力をおよばず
ことによって達成される。この結合はワッシャ１９がさ
らされるすべての作動負荷に耐えるために十分強力であ
シ２かっ部材間のガスの漏洩を防ぐために十分完全であ
る。この方法は熱間または冷間のいずれで実施すること
も可能であり　、　ヘアリング構造に使用される技術で
ある。
クラウンｌｏはワッシャ１９と、ワッシャ１９はピスト
ン本体１１とそれぞれの部材の間の結合部２２．２３で
ピストン外周に沿って拡がる溶接によって結合される。
溶接はレーザビーム溶接法または電子ビーム溶接法によ
って実施することかできる。
アルミニウムまたはアルミニウム合金材料とワッシャ１
９の表面の間の圧接結合の存在により脆いアルミニウム
化会物の生成が防止される。
選択的に、クラウンおよびワッシャエ９を貫通してピス
トン本体１１に結合する角？向に離れた多数のボルトに
ょ）結合することができる。
この場合部材の間にシールが設けられ、室２４のシール
が保証される。圧接はもちろん行われない。
このように結合した場合、クラウン１０およびピストン
本体１１はその間にクラウンのほぼ全面積にわたって拡
がるシールされた断熱室２４金形成する。ワッシャ１９
の環溝２ｏにょＤ／クラウンＯからワッシャ１９を介す
る本体１１への熱伝達が低下される。事実この溝２ｏは
室２４と同心の第２の断熱室を形成する。
室を介する熱体ａｙ低下するため、室内の圧力を大気圧
より低くシ、たとえば室内に真空を形成することができ
る。ワッシャ１９の溝２゜内の圧力も相応して減少され
る。これは結合を電子ビーム溶接によって形成すること
によ多達成される。というのはこのような溶接は真空中
で実施され、溶接の間に室２４内に真空が発生し、溶接
のシール効果および鉄系材料とワッシャのアルミニウム
またはアルミニウム合金の間の結合の完全性によシこの
真空が維持されるからである。
室２４内が減圧の場合、この減圧はクラウン１０を上死
点で慣性力に抗してピストン本体１１に保持するように
作用する。選択的に圧力は作動温度で室２４内の圧力が
大気圧またはほぼ大気圧であるように選択し、それによ
ってクラウン１０をピストン本体１１から押離す至２４
内の大気圧を超える圧力を防ぐことができる。
ピストンを高速または中速のとくに直接噴射式ディーゼ
ルエンジンに組込む場合、燃焼は燃焼くばみ１２内で行
われる。くほみ１２からピストン本体１１への熱伝達は
室２４の存在によって著しく低下される。
さらに室内の黒体放射を減少するため、室は＜ｄｔ摩し
、または塗装される。付加的または選択的に放射減少材
料を室２４内に、たとえば反射性材料とマイカの層のサ
ンドウィッチの形または反射性材料の３次元的網状マト
リックスの形で含むことができる。
熱伝達のこの減少によりクラウンの温度は上昇し、ピス
トン本体の温度は低下する。たとえばクラウンは７００
〜８００℃であるけれど。
ピストン本体は１５０℃でろる。これはシリンダヘッド
の温度も上昇し、これらの温度上昇は中速ターｌ過給エ
ンジンの場合、前記のピストンを備えない同じエンジン
と同じ燃料投入量をとなる。
エンジン功率の改善験よび燃費減少のほかに、ピストン
クラウンを図面により説明した方法で断熱した結果とし
て生ずる多数の２次的利点がある。可能な利点は下記の
とおりでめる：１、　クラウンの迅速な温度上昇による
答易なスタートおよび低温排気の減少。
２．　制御された燃焼および低いピストン温度を可能に
する点火遅れの減少により騒音が低下し、それによって
さらに低温の隙間を小さくし、したがって案内が改善さ
れ、機械的騒音が低下し。
３、リング温度の低下により第１リングの位置を高くす
ることができ、したがってピストン長さが減少し、トッ
プランド死空間が小さくなり。
４、　アルミニウムまたはアルミニウム分会に代る材料
全使用する可能性のため、とくにくぼみ７ランジの焼損
およびクランクが減少し。
５、　ピストン本体の温度の低下および温度勾配の減少
によ）応力および熱膨張が減少し。
６、　ピストン本体の温度が低下するので１通常ピスト
ンリングまたは制御リングであるピストンシール部材を
低品質に製造しても改善されたシールが保証され、ピス
トンのこの部分に通常発生する萬温に耐えない材料を使
用す７　入手可能材料の選択が広いことによってシール
が改善されるため、リング数を減少することができ、ピ
ストンリング溝の強化を必要とせず、リングをピストン
のクラウンに、近く配置し、ピストンを有効に使用し、
同じ出力でビス）・ンの軸方向長さを減少することがで
き。
８、　ピストン本体にプラスチック材料を含む常用され
ない材料を使用することができる。
単シリンダ強制吸気ディーゼルエンジンに使用した第１
図により説明したピストンと同様のピストンにより次表
に示す結果が得られた：注：かつこ内の数字は標準ピス
トンに対する測定値の変化を示す。
この表は燃料消費を約５チまで減少し、排気への熱の排
出をブレーキ出力の８％に相当する量まで増大しうろこ
とを示す。
第１図実施例の場曾、クラウン１００鉄系材料とピスト
ン本体のアルミニウムまえはアルミニウム分会の間を完
全にシールして結付することを保証するため圧接が重要
であることが認められる。というのは圧接によシワラシ
ャ１９のアルミニウムまたはアルミニウム、針金とワッ
シャ１９の鉄系材料の完全な納会が保証されるからであ
る。この納会の好ましい性質のため、クラウン１０をア
ルミニウムまたはアルミニウム分会へ圧接した鉄系材料
のディスクから成形し、アルミニウムまたはアルミニウ
ム付会の中心部を除去してこの材料の周縁環状部のみを
残すことができる。燃焼くぼみ１２は中心部に形成され
る。周縁環状部はクラウンをピストン本体に支持するた
めピストン本体１１に直接結付され、このようにしてワ
ッシャ１９は除外される。アルミニウムまたはアルミニ
ウム付合の環状部は所望の厚さに製造し、ワッシャ１９
の溝２０と同様の、しかしピストン本体１１に面する溝
を成形することができる。
次に第２図において第１図と共通の部材は同じ参照番号
で示され、詳細には説明しない。第２図の揚台、燃焼く
ぼみ３１．半径方向に拡がる７ランジ３２および軸方向
に拡がる７ランジ３３を有するクラウン３０はニッケル
クロム材料から成形される。クラウン３０の下の空間は
反射性および軸方向に低い熱伝導度を有するマトリック
ス材料３４で形成される。クラウン３０および材料３４
は、閉鎖塞２４を形成するように軸方向フランジ３３の
自由端とピストン本体１１の上面１７の間に形成される
シールによシ、ピストン本体１１の端面１７に結付され
る。
前記のようにこの室内の圧力は大気圧よシ低くシ、たと
えば室２４内を真空にすることができる。
使用の際第２図のピストンは第１図のピストンと同様に
同じ利点をもって動作する。マ）　ＩＪラックス料３４
に工９クラウン３０が支持されるとともに、室２４を介
する放射熱の伝達が防止され、かつ室を通る対流熱の流
れが阻止される。
第３図において第１および２図と共通の部材は同じ参照
番号を有し、詳細には説明しない。
第３図の場合ピストン本体１１の上面１７には前記第１
図に関して説明した圧接法を使用してアルミニウムーケ
イ素合金の層３５がクラッドされる。次に前記のように
排気しうる室２４を形成するため、軸方向７ランジ３３
は層３５に結合される。
次に第４図に示すピストンは耐熱材料のクラウン４０に
よって形成され、このクラウンは燃焼くぼみ４２を含む
上面４１およびピストンのスカートヲ形成する軸方向ス
カート部４３を有する。アルミニウム゛またはアルミニ
ウム合金からなるピストン４４の残部はねじを備える環
状外面を有し、このねじはクラウン４０のスカート部４
３の下端に設けた対応するねじと結合する。このように
して本体部分４４とクラウン４０の間に至２４が形成さ
れる。この室は排気し。
かつ（または）前記のような熱伝導の低い反射性材料を
含むことができる。
次に第５図に２いて第１図と共通の部材は同じ参照番号
で示きれ、詳細には説明しない。第５図の場合、中間部
材は鉄系材料からなる中空円筒５０の形を有する。円筒
の下部はピストンリング溝１４をもって形成され、上端
は平らな環状面に終る。
このぎストンは部材５０を型へ挿入し、次に部材５θを
ピストン本体１１によって鋳ぐるみし、この部材とピス
トン本体は互いに固く結合する。次にクラウン１０を部
材５０の上面と結合し、この部材はピストン本体１１の
上端を超えて突出しているので、クラウン１０と本体１
１の間に室２４が形成される。結合は前記のように電子
ビームまたＶ、よレーザビームを使用して形成すること
ができる。さらに前記のように室２４は排気することが
できる。
第５図ピストンのクラウン１０の下面は円形突起５１を
有し、との朶起はクラウン１０とピストン本体１１０１
ｂ１に押入するチツ化ケイ素または他の適当な負荷支持
絶縁材料の円筒ブロック５２を収容する。このブロック
は軸方向負荷をクラウン１０からピストン本体１１へ伝
達するように、上昇したピストン温度でクラウン１０を
支持するために役立つ。低い熱伝導体であるチツ化ケイ
素はクラウン１０からピストン本体１１への熱伝達に悪
影響を有しない。
次に第６人および６Ｂ図は室２４を形成しうる別の方法
を略示する。この場合ピストン本体１１は２つの部材す
なわちアＩＩ／　ミニラムまたはアルミニウム合金から
なる下部６１および鉄系材料からなる上部６２で形成さ
れる。上部６２は一般に円筒形でちシ、４つのスタッド
６３によって下部６１と結合され、このスタッドは上部
６２を貫通して拡が凱下部６１へねじ結合し、２つの部
材の間に繊維ワッシャが配置される。
上部６２の上面は粗面化した周縁環状部６４を備える。
クラウン１０は燃焼くぼみ（図示せず）をもって成形さ
れる。クラウン１０の下面は環状の軸方向に拡がる周縁
部６５をもって成形され、その下面は粗面化される。
第６　ｓ　ｌ￥１に示すようにクラウン１０全ビストン
本体１１の上部６２へ押付け、２つの部材を互いに回転
する。熱が粗面６４．６５の間に発生し、それによって
クラウン１０と本体１１の間に摩擦溶接部が形成される
。表面６５は突出部に形成されるので、クラウンとピス
トン本体１１の間にシールした室２４が形成される。こ
の室は前記第１図で説明した利点を有する。摩擦溶接を
真空中で実施すれば、室２４は排気される。
次に第７図においても第１図と共通の部材は同じ参照番
号を有し、詳細には説明しない。第７図のピストンはチ
ツ化ケイ素からなるクラウン１０：２有し、クラウンは
直径がピストン本体１１の直径よシ小さい外側円筒面７
０を有する。
クラウン１０の上端の周囲に環状の肩７１が形成される
。
複合中間部材７２は、ことえばインノ々−ル（または熱
膨張係数がクラウン材料以下の他の適当な材料）からな
る中空の上側環状部材７３を有し、この環状部７３に同
心に４５％ニッケル鉄からなる下側の中空環状部材７４
が結合する。
２つの部材は溶接によって結合することができる。下側
部材７４はピストン本体１１の上部周囲に設けたねじ７
５と結合するねじを備える。
複合部材７２の内面はクラウン１０の外径より大きい直
径を有するので、２つの部材の間に環状ギャップ７６が
生ずる。
高度に粗い表面を有する多数の鋼ディスク７７がクラウ
ンの下面とピストン本体１１の上面の間に配置される。
複合部材７２をピストン本体１１とねじ結合する際、上
側部材７３のフランジがクラウン１０の周囲に備える肩
７１に接触することによってクラウン１０は鋼ディスク
７７に押付・けられる。環状ギャップ７６はセラミック
繊維断熱材で充てんされる。
鋼ディスク７７およびセラミック繊維断熱材は両方とも
低い熱伝導度および高い反射性を有する３次元マトリッ
クス材料に代えることができる。
最後に第８図において第１図と共通の部材は同じ参照番
号を有し、詳細には説明しない。第８図のピストンは外
側に向くフランジ８０を有するチツ化ケイ素のクラウン
１０を有し、フランジの外径はピストン本体１１の外径
に等しい。
クラウン１０の下面は円形凹所８１を備える。
フェライト鉄からなる中間部材８２は７ランジ８０の下
面に結合され、この部材の内径はクラウン１０の軸方向
部分の外径よυ大きいので。
これらの部材の間に環状ギャップ８３が形成される。部
材８２はクラウン１０に対してギャップ８３を通って拡
がる段階的に変化する層の硬ろう接によっても結合され
、この層はたとえばクラウン側からＳｉ３Ｎ４．アルミ
ナ、Ｎｉ３Ａｔおよび硬ろうからなる相互に結合する材
料の連続的同心層からなる。この手段は互いに結甘しう
る融和性材料を次第に変化することによってセラミック
材料を金属材料へ結合すること全可能にする。
クラウン１０の凹所８１はセラミック繊維断熱材または
低い熱伝導度および高い反射性を有るマトリックス材料
を収容する。
段階的に拡散した鉄系ラミネート８４がピストン本体の
上面とクラウン１０および部材８２の下面の間に配置さ
れる。ラミネート８４の最下面はその面に圧接したアル
ミニウム会金層を有し、それによってラミネート８４を
溶接法によってピストン本体１１の上面１７に結合する
ことができる。
部材８２はフェライト鉄なので、段階的に拡散した鉄系
ラミネート８４に直接結合することができる。
第７および８図の実施例の場曾、断熱効果はクラウン１
０と本体１１の間に配置した断熱材料によって得られる
。しかしこの配置は第１〜６図実施例と同様の利点を有
し、ピストン残部の構造を変化する同様の可能性’ｅ［
すると考えられる。
このピストンはピストンが上死点に近づく際、燃焼室内
の過大圧力金防ぐため、燃焼室の容積を変化するように
中心に可動ピストン状部材を備えることができる。この
揚台前記に説明した方法で絶縁した可動ピストン状部材
を備えることは本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図、第３図、第４図、第５図。 第６Ａ図、第６Ｂ図はクラウンがピストン残部から断熱
室によって離されているピストンの種々の実施例の縦断
面図、第７図および第８図はクラウンとピストン残部が
断熱材によって離されているピストンの実施例の縦断面
図である。 １０・・・クラウン、１１・・・ピストン本体、１２・
・・燃焼くほみ、１４・・・リング溝、１６・・・スカ
ート、１９・・・ワッシャ、２０・・・溝、２４・・・
Ｍｅ室室部面浄書−（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和５８年１２月　７９日 特許庁長官殿 １、事件の表示　昭和５８年特許願第１５０４６１号２
、発明の名称 ピストンおよびその製法 ３８補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　ニーイー・ピーエルシー ４、代　理　人 昭和５８年　１１月２９　日　　　（発送日）６、補正
の対象

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、　クラウン部分を有する内燃機関のピストンにおい
    て、クラウンからピストンの残部への熱伝達を減少する
    ため、クラウン部分（１０゜３０．４０）がクラウンの
    面積の全部またはほぼ全部にわたってピストンの残部か
    ら断熱され。 クラウン部分（１０，３０，４０）が少なくともピスト
    ンの残部を製造する材料よシ耐熱性の萬い材料か■りな
    ることを特徴とするピストン２、　クラウン部分（１０
    ，３０，４０）がピストンの残部とその周縁に沿っての
    み納会され、かつクラウンのほぼ全面積にわたって拡が
    るシールされた断熱室（２４）？形成するようにピスト
    ンの残部から離れている特許請求の範囲第１項記載のピ
    ストン。 ３、室（２４）内が真空である特許請求の範囲第２項記
    載のピストン。 ４、室（２４）の内面が黒体放射を減少するように処理
    されている特許請求の範囲第３項記載のピストン。 ５、　クラウン（１０）がピストン残部と別個に形成さ
    れ、その間に納会部を有する特許請求の範囲第１項記載
    のピストン。 ６、　クラウン（１０）の周縁とピスト：／（１１）の
    残部の周縁との間に環状中間部材（１９，５０）が配置
    されている特許請求の範囲第２項記載のピストン。 ７、　クラウン部分（１０）がピストン（１１）の残部
    から絶縁材料の１つ以上の層（７７，８４）によって離
    されている特許請求の範囲第１項記載のピストン、。 ８、　クラウン部分を有する内燃機関のピストンの製法
    において、クラウンからピストン残部への熱伝達を減少
    するため、クラウン部分をその面積の全部またはほぼ全
    部にわたってピストンの残部から断熱することを特徴と
    するピストンの製法。 ９．　クラウンのほぼ全面積にわたって拡がるシールさ
    れた断熱室をクラウンとピストン残部の間に形成する特
    許請求の範囲第８項記載の製法。 １０、室内を完全にまたは部分的に真空にする特許請求
    の範囲第８項記載の製法。 １１、クラウンとピストン残部の間に断熱材料の１つま
    たは多数の層を配置する特許請求の範囲第８項記載の製
    法。
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60175750A (ja) * 1984-02-23 1985-09-09 Ngk Insulators Ltd セラミツクス鋳ぐるみピストン
DE3446760C3 (de) * 1984-12-21 1997-01-02 Man Nutzfahrzeuge Ag Kolben, insbesondere eines Verbrennungsmotors
US4703884A (en) * 1985-05-20 1987-11-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Steel bonded dense silicon nitride compositions and method for their fabrication
US4704338A (en) * 1985-05-20 1987-11-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Steel bonded dense silicon nitride compositions and method for their fabrication
US4596354A (en) * 1985-07-03 1986-06-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Oxidation resistant filler metals for direct brazing of structural ceramics
GB8622538D0 (en) * 1986-09-18 1986-10-22 Ae Plc Pistons
JPH0219598Y2 (ja) * 1987-05-30 1990-05-30
GB8714287D0 (en) * 1987-06-18 1987-07-22 Ae Plc Pistons
JP2786873B2 (ja) * 1988-02-18 1998-08-13 三洋電機株式会社 ピストンの製造方法
US4847964B1 (en) * 1988-10-21 2000-05-09 Caterpillar Inc Method of producing a crown for an articulated piston
US5282411A (en) * 1989-08-10 1994-02-01 Isuzu Motors Limited Heat-insulating piston with middle section of less dense but same material
BR9005370A (pt) * 1990-10-18 1992-06-16 Metal Leve Sa Processo de fabricacao de embolo refrigerado
US6318330B1 (en) * 2000-10-11 2001-11-20 Dana Corporation Dual phase graphite cylinder liner and method of making the same
DE102004057284A1 (de) * 2004-11-26 2006-06-14 Fev Motorentechnik Gmbh Leichtbaukolben für thermisch hochbelastete Kolben
US7654240B2 (en) * 2006-08-18 2010-02-02 Caterpillar Inc. Engine piston having an insulating air gap
US8863718B2 (en) * 2009-08-06 2014-10-21 Federal-Mogul Corporation Low thermal conductivity piston and method of construction thereof
US9856820B2 (en) 2010-10-05 2018-01-02 Mahle International Gmbh Piston assembly
SE535330C2 (sv) * 2010-12-09 2012-06-26 Peter Nyberg Högtemperaturkolv
DE102011004302A1 (de) * 2011-02-17 2012-08-23 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Verfahren zur Herstellung eines Kolbens
US9464592B2 (en) * 2011-04-18 2016-10-11 Achates Power, Inc. Piston thermal management in an opposed-piston engine
US8973484B2 (en) 2011-07-01 2015-03-10 Mahle Industries Inc. Piston with cooling gallery
US8671905B2 (en) 2011-07-12 2014-03-18 Mahle International Gmbh Piston for an internal combustion engine and method for its production
DE102011107659A1 (de) * 2011-07-12 2013-01-17 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor
DE102011107656A1 (de) * 2011-07-12 2013-01-17 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor
CN102926886B (zh) * 2011-08-10 2015-06-10 北方材料科学与工程研究院有限公司 一种钢顶铝活塞及其制备方法
CN104214002A (zh) * 2013-05-22 2014-12-17 艾克莫特公司 用于活塞的热障
US9765727B2 (en) * 2014-03-03 2017-09-19 Federal-Mogul Llc One-piece piston featuring additive machining produced combustion bowl rim and cooling gallery
US10294887B2 (en) 2015-11-18 2019-05-21 Tenneco Inc. Piston providing for reduced heat loss using cooling media
DE102017207236A1 (de) * 2017-04-28 2018-10-31 Mahle International Gmbh Kolben für eine Brennkraftmaschine
RU2691455C1 (ru) * 2018-01-09 2019-06-14 Эмель Борисович Ахметов Двигатель внутреннего сгорания для дизельного, газодизельного или газового моторного топлива с искровым зажиганием
RU2681388C1 (ru) * 2018-01-09 2019-03-06 Эмель Борисович Ахметов Двигатель с алюминиевым поршнем со стальной вставкой на его днище
DE102018123275A1 (de) * 2018-09-21 2020-03-26 Man Truck & Bus Se Kolben für eine Brennkraftmaschine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4821681U (ja) * 1971-07-19 1973-03-12
JPS554359B2 (ja) * 1975-06-24 1980-01-30

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1051751A (ja) * 1900-01-01
US1245641A (en) * 1916-08-02 1917-11-06 Gen Electric Piston for internal-combustion engines.
CH118075A (de) * 1925-12-31 1927-02-01 Heinrich Hauser Kolben für Explosionsmotoren.
US1723187A (en) * 1927-01-04 1929-08-06 Frank J Lemieux Piston
US1719215A (en) * 1927-01-08 1929-07-02 Faroy Arne Internal-combustion engine
FR791324A (fr) * 1934-06-16 1935-12-07 Perfectionnements apportés aux pistons, notamment à ceux pour moteurs à combustion interne
GB539568A (en) * 1940-05-08 1941-09-16 George Stephen Kammer Improvements in pistons for internal combustion engines
DE964281C (de) * 1951-03-09 1957-05-23 Hans Cramer Dipl Ing Kolben fuer Hochdruck-Kolbenmaschinen
DE878885C (de) * 1951-06-17 1953-06-08 Henschel & Sohn G M B H Schlittenfuehrung fuer Werkzeugmaschinen
GB830130A (en) * 1958-10-21 1960-03-09 Paul Leonel Laagewaard Improvements in pistons for internal combustion engines
US3190273A (en) * 1964-01-03 1965-06-22 Continental Aviat & Eng Corp Piston for internal combustion engine
US3385175A (en) * 1966-06-15 1968-05-28 Mahle Kg Piston
JPS5426409Y2 (ja) * 1975-03-14 1979-08-31
US4242948A (en) * 1977-12-16 1981-01-06 Cummins Engine Company, Inc. Insulated composite piston
FR2421282A1 (fr) * 1978-03-31 1979-10-26 Renault Piston de moteur a combustion interne

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4821681U (ja) * 1971-07-19 1973-03-12
JPS554359B2 (ja) * 1975-06-24 1980-01-30

Also Published As

Publication number Publication date
FR2532004B1 (fr) 1988-08-05
US4553472A (en) 1985-11-19
FR2532004A1 (fr) 1984-02-24
IT8322595A0 (it) 1983-08-19
DE3329787A1 (de) 1984-02-23
IT1163923B (it) 1987-04-08
CA1217397A (en) 1987-02-03

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