JPS61116057A - 機関用組立式ピストン - Google Patents

機関用組立式ピストン

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Publication number
JPS61116057A
JPS61116057A JP23588784A JP23588784A JPS61116057A JP S61116057 A JPS61116057 A JP S61116057A JP 23588784 A JP23588784 A JP 23588784A JP 23588784 A JP23588784 A JP 23588784A JP S61116057 A JPS61116057 A JP S61116057A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
ring
head
main body
circumferential groove
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Pending
Application number
JP23588784A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiko Tsuzuki
都築 義彦
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPS61116057A publication Critical patent/JPS61116057A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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 
    • F02F3/0015Multi-part pistons
    • F02F3/003Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • 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 
    • F02F3/10Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12Pistons  having surface coverings on piston heads

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)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機関用組立式ピストンに関するものである。
〔従来の技術〕
例えば、内燃機関のピストンは従来、一般に鋼材やアル
ミニウム材によってピストンヘッドとピストン本体とが
一体成形によ妙製作されているが、最近、燃費の低減、
性能の向上等全図るために燃焼室に面するヘッド全耐熱
性、断熱性の優れた高強度の材料例えば炭化ケイ素(S
iC)、窒化ケイ素(S ts N4 )、ジルコニア
(ZrOx)などいわゆるファインセラミックス材で作
製し、本体部全アルミニウム合金材で作表して、ヘッド
と本体とを結合した組立式ピストンの実用化が検討憾れ
ている。
組立式ピストンとしては、ヘッドと本体とを両者の軸部
でボルトで締結し、回り止めのビン全行ったものなどが
提案てれている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記したように性能の向上、軽量化等全図るため、ピス
トンヘッド金耐熱性及び断熱性全有するファインセラミ
ックス材で作製し、ピストン本体全軽量のアルミニウム
合金等で作成して組み立ててピストンヘッドすることは
好ましいことであるが、しかしながら両者間の熱膨張係
数の差が太きいため結合部に緩みが生じ、ガタついたり
することがあり、両者の耐久信頼性のめる良い締結方法
が見いだされず、実用化が困難であった。
本発明は上記の問題点全解決するためのもので、ヘッド
と本体との固定に緩み等の生じない耐久信頼性の向上し
た機関用組立式ピストン金実用化レベルで提供すること
を目的とするものである。
C問題点全解決するための手段〕 本発明の機関用組立式ピストンは、ピストンヘッドとピ
ストン本体とを結合してなるピストンにおいて、上面中
央部にくぼみを有し、下面中央部に凸部金有するピスト
ンヘッドの周面に設けた周溝に使用温度より高温に加熱
した状態で嵌めた金属製オーリングと、頂部に該ヘッド
の凸部に対応する形状の凹部全有するピストン本体の上
部外周面に一体的に固定してなり、前記ヘッドの周溝t
−iう形状の全島製環状結合部材とを嵌合当接させ、使
用温度より高温に加熱した状態で該当接部全全周にわた
ってビーム浴接したことt−特徴とする口 本発明はヘッドと本体との熱膨張係数の大きく異なる組
み合わせにおける両者の組立に適用でをるもので、ピス
トンヘッドの材質としては特に限定されず、焼結金属等
でもよいが、窒化ケイ素(sisx)、炭化ケイ素(S
iC)、アルミナ(A40g )、ジルコニア(Z r
 Ox )等の高強度かつ耐熱・断熱性の優れたファイ
ンセラミックスが好ましい。ピストン本体の材質として
は特に限定嘔れないが、ピストンの軽量化の点からはア
ルミニクム又けその合金等の軽金属又は軽合金が好まし
い。また、本発明はヘッドをアルミニウム合金鋳物とし
、本体全アルミニウム合金金母材とする線維強化金属と
する組み合わせのような同類形にも適用できる。
ヘッドの周面に沿って設は九周溝に豪めた金属製オーリ
ングとしては、一部全切り欠いたリング形状のものを該
周溝に嵌め、使用温度より高温の状態で上記リング形の
ものの端部を当接させ、レーザー等によりビーム溶接し
1なるもので、溶接時より低温である使用時には収縮し
て該ヘッド部全締め付け、緩み等が生じない。
本体に金属製環状結合部材全一体的に固定する方法とし
ては、該環状結合部材全本体に鋳ぐるむ方法や環状結合
部材全半円形に2分割した状態で本体に装着し、その分
割部全溶接することにより一体的に固定する方法などが
挙げられる。
ヘッドに嵌着したオーリングと本体に一体的に固定した
環状結合部材とをピストンの使用時の温度よりも高温状
態で溶接して一体化するので、溶接時に比して低温であ
る使用時や常温時では溶接した結合部が収縮し、ブリテ
ンションの応力状態でヘッドと本体が結合される。この
溶接時の加熱温度は使用時の温度より高く、ピストンの
部材の融点より低い温度に設定する。
ヘッドと本体との間に働く張力の太きざは溶接時の温度
及び結合部の長さすなわち環状結合部材の本体との固定
位置とオーリングのヘッドとの固定位置との距離を調節
することにより任意に設定できる。
金属製環状結合部材の材質としては高強度で溶接可能で
あれば特に限定妊れないが、通常、鋼材が好ましい。ピ
ストンの往復運動時の押圧は本体とヘッドの当接面で受
けるので本体に一体的に固定した環状結合部材は慣性力
やヘッドと本体の間に常時働いている張力等に11える
ことができればよく、該環状結合部材の板厚は薄くても
よい。
〔作用〕
ピストンヘッドの周面に沿って設は九周溝に金属製オー
リング?使用温度より高温度に加熱した状態で沃めるこ
とによ妙、使用時は該オーリングが収縮してヘッドヶ締
め付けるのでヘッドに該オーリングが強固に固定でれる
ピストン本体の上部外周面に沿って下部が一体的に固定
してなり、上部が前記ヘッドの周溝を覆う形状の金属製
環状結合部材にヘッドの前記オーリングt−嵌合当接式
せ、全周にわたってビーム溶接することにより、ヘッド
と本体は一体的に結合される。また、・ピストンの使用
温度より高温に加熱した状態でオーリングと環状結合部
材11:嵌合溶接することにより溶接時より低温である
使用時及び常温時はオーリングと環状結合部材が収縮し
てブリテンションの応力状態にあり、常にヘッド部と本
体との間に張力が作用し、ヘッドと本体は振動や熱くよ
る膨張収縮によっても緩みも生ぜず、強固に固定堰れる
〔実施例〕
本発明を実施例により図面に従って説明する。
実施例1 本実施例は直接噴射式ディーゼルエンジンに適用した例
で第1図に示すようにピストンヘッド2とピストン本体
1とからなる。ピストンヘッド2は、窒化ケイ素(Si
sN4)、炭化ケイ素(SiC)、ジルコニア(ZrO
t)、アルミナ(A 4 O8)などのファインセラミ
ツy”Yf;、らなり、上面中央部に深穴の中ヤビテイ
部8金有し、下面中央部に円柱状凸部を有する円盤形状
で、焼成前の成形時に周面に周溝5t−形成して焼成さ
れたものである。次にピアノ線全該周溝5とほぼ同径の
リング状に予備成形し、該周溝5に配置し、次いで加熱
炉内に移し、使用温度より高温に加熱した状態で該ピア
ノ線の両端部を当接ブせ、該端部金弟2図に示すように
レーザービーム6等により溶接してオーリング3t−形
成する。溶接時の温度より低い使用時や常温時は該オー
リング3が収縮して核間溝5を締めつけた状態になる。
次に薄肉鋼板全校り抜き成形して第3図に示すような内
縁が凹凸歯形形状の内向きフランジを有する環状結合部
材4tl−得る。この環状結合部材4t−ピストン本体
1用鋳型内に配置してアルミニウム合金溶湯を注湯して
フランジ部を鋳ぐるむことにより、頂部にヘッドの凸部
に対応する凹部を有する本体に一体的に固定する。環状
結合部材4は使用目的からして薄肉材で十分であり、ビ
ーム溶接もし易いメリットがある。
次にこの環状結合部材4を一体的に固定した本体1に、
本体の中央部に銅板からなるスペーサ部材7t−介在ぢ
せて、上記オーリングe[めたヘッド部21!:嵌合嘔
せる。このとき、環状結合部材4けヘッドの周溝を覆い
、該オーリング3と当接している。上記嵌合したヘッド
2と本体1を加熱炉に入れ、本体1の素材であるアルミ
ニウム合金が溶けず、しかもピストンの使用温度より高
温に加熱した状態で、重ね合わさった該ヘッド2のオー
リング3と該本体lの環状結合部材4とを全周にわたっ
てレーザービーム6等により溶接して一体化する。溶接
時より低い温度の使用時及び常温ではヘッド2と本体1
全結合している部材が収縮して両者の間に張力が常時作
用し、ヘッド2と本体1とが強固に固定でれる。第1図
において、本体1のヘッド2との周辺部当接面9は主荷
重を支え、中央部当接面10は副荷重金支えている。
実施例2 本実施例は実施例1と同様に直接噴射式ディーゼルエン
ジンのピストン(適用した例であるが、第4図に示すよ
うな本体11のヘッド12との周辺部当接面19と第1
ピストンリング用溝部上面との間の肉厚が薄く、実施例
1のような環状結合部材全部ぐるむことか困難な場合に
適用した例である。
実施例1と同様にしてオーリング13をキャビティ部2
0t−有するヘッド12の周面の周溝に嵌める。
次に3ケ所のピストンリング用溝部17、本体11との
結合用突き出し局部15及びオーリングとの結合部16
を鋼鉄材から削り出して環状結合部材14金作製する。
このピストンリング用溝部17を有する環状結合部材1
4全本体用鋳型内のピストンリング部位に配置し、実施
例1と同様にして本体11にアルミニウム合金で鋳ぐる
む。
以下、実施例と同様にして、上記オーリング13全嵌着
したヘッド12ヲ本体の中央部にスペ−サ部材18’l
l−介在嘔せて、該環状結合部材14全一体化固定した
本体11に嵌合ぢせ、該オーリング13と該環状結合部
材14とを使用温度より高温に加熱した状態でレーザー
ビーム6等により該環状結合部材14の薄肉環状部で溶
接して一体化し、該ヘッド12t−該本体11に固定す
る。実施例1と同様(同様に使用時は結合部材が収縮し
てヘッド12と本体11との間に常時張力が働き、両者
が強固に固定される。
〔発明の効果〕
本発明の機関用組立式ピストンは、上記したように使用
温度より高温で金属製オーリング全ピストンヘッドに嵌
めたので該オーリングが該ヘッドに強固に固定逼れ、該
オーリングと、ピストン本体に一体的に固定された金属
製環状結合部材と’t[合当接でせ、使用温度よりも高
温に加熱した状態で全周にわたって溶接したので溶接時
より低温である使用時には、ヘッドと本体の間に結合部
材の収縮による張力が常に作用し、両者全強固に固定し
、ヘッドと本体との熱膨張差の大きい組み合わせにおい
ても、高速振動や熱膨張によるガタつき及び緩みは生ぜ
ず、耐久信頼性が向上した。ピストンのヘッドと本体の
組み合わせの自由度が大きく、ヘッド全耐熱・断熱性の
優れたセラミック材とし、本体金アルミニウム合金等の
軽合金とする組み合わせが可能で両者を結合している部
材も少量で済み、エンジンの軽量化及び高性能化に寄与
する。
更に、簡単な構成であり、特殊な製作方法全必要とせず
、高価なセラミック打金使用する場合でも必要最小限と
することができ、安価で、量産可能であり、更にまた、
本発明は車両用以外の機関にも適用できるなど多くの利
点金有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1による組立式ピストンの断面
図、 第2図は本発明の実施例1によるオーリジグの形成を示
す図、 第3図は第1図の環状結合部材全示す斜視図、第4図は
本発明の実施例2による組立式ピストンの断面図全表す
。 1.11・・・・・・本体 2.12・・・・・・ヘッド 3.13・・・・・ オーリング 4.14・・・・・・ レーザービーム7.18・−・
・・・スペーサ部材 8.20・・・・−・キャビティ部 9.19・・・・・・周辺部当接面 10・・・・・・中央部当接面 15・・・・・・突き出し局部 16・・・・・・結合部 17・・−・・・ ピストンリング用溝部第1図 牙2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ピストンヘッドとピストン本体とを結合してなるピスト
    ンにおいて、上面中央部にくぼみを有し下面中央部に凸
    部を有するピストンヘッドの周面に設けた周溝に使用温
    度より高温に加熱した状態で嵌めた金属製オーリングと
    、頂部に該ヘッドの凸部に対応する形状の凹部を有する
    ピストン本体の上部外周面に一体的に固定してなり、前
    記ヘッドの周溝を覆う形状の金属製環状結合部材とを嵌
    合当接させ、使用温度より高温に加熱した状態で該当接
    部を全周にわたつてビーム溶接したことを特徴とする機
    関用組立式ピストン。
JP23588784A 1984-11-08 1984-11-08 機関用組立式ピストン Pending JPS61116057A (ja)

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JP23588784A JPS61116057A (ja) 1984-11-08 1984-11-08 機関用組立式ピストン

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JPS61116057A true JPS61116057A (ja) 1986-06-03

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ID=16992712

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JP23588784A Pending JPS61116057A (ja) 1984-11-08 1984-11-08 機関用組立式ピストン

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JP (1) JPS61116057A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6331238U (ja) * 1986-08-19 1988-02-29

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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