JPS6198948A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

内燃機関用ピストン

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JPS6198948A
JPS6198948A JP59220443A JP22044384A JPS6198948A JP S6198948 A JPS6198948 A JP S6198948A JP 59220443 A JP59220443 A JP 59220443A JP 22044384 A JP22044384 A JP 22044384A JP S6198948 A JPS6198948 A JP S6198948A
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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】 １菜上皇程反分＃ 本発明は、繊維複合強化層を有する内燃機関用ピストン
に関する。
従漣四υ克石 従来、内燃機関において、ピストンの温度が上昇すると
、熱膨張に′より、ピストンとシリンダボアとのクリア
ランスが詰まり、焼付きなどを生ずる問題がある。その
対策として、クリアランスをあらかじめ大きく設定して
おくと、今度はエンジン始動初期の騒音が大きくなると
いう問題となる。
そこで、アルミニウム（Ａ１）合金に比べて熱膨張の小
さい鋼板製のストラットをピストンに鋳込み、熱膨張を
抑制することが行なわれている。しかしながら、鋼はへ
！合金に比べて比重が大きい。
ため、ピストンの重量が大きくなり、内燃機関の高性能
化を図ることが困難になる。また、内燃機関の高性能化
に伴い、ピストンの温度も高くなる傾向にあり、鋼製の
ストラットでも十分に熱膨張を抑制することが困難にな
りつつある。
なお、上記のような熱膨張によるクリアランスの問題の
対策として１．ピストンリング用スペーサエキスパンダ
を使用することも従来より知られている（例えば、実開
昭５６−８５０４８号、実開昭５６−８５０４９号）。
また、ピストンヘッド部とスカート部とを分割し、スカ
ート部にインケートを挿入したものも知られている（例
えば、実開昭５８−１９１３５０号）。
日　く”ンしよ゛と　る口　占 本発明は、ピストンとシリンダボアとのクリアランスの
熱膨張による変動を少なくすると共に、軽量化を達成し
た内燃機関用ピストンを得ることを目的とする。
。　　占　　”ン　　　る このような問題点を達成するために、本発明によれば、
ピストンピンボス部及び／又はスカート肩部に、無機質
長繊維の層とこれを実質的に囲む無機質短繊維の層から
成る複合強化層を形成した内燃機関用ピストンが提供さ
れる。
無機質長繊維は、炭素、黒鉛、アルミナ、炭化ケイ素、
ガラスの１又は複数から成り、繊維軸方向線熱膨張係数
が１２ｘｌｏ／’ｃ以下であるのが望ましい。また、無
機質短繊維は、アルミナ−シリカ、アルミナ、炭化ケイ
素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、鉱物繊維、チタ
ン酸カリウムウィスカー、炭素、黒鉛繊維の１又は複数
から成るのが望ましい。
尖廉ガ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例につき詳細に
説明する。なお、これらの図において、１は無機質長繊
維の層、２は無機質短繊維の層である。また、符号１０
は内燃機関用ピストン全体を示し、１１はピストンピン
挿入孔、１２はピストンポス部、１３はスカート肩部を
それぞれ示している。
〈実施例１〉 第１図〜第３図は、本発明の実施例１の断面図を示す。
図示のピストン１０はアルミニウム（ＡＪ）合金にて形
成されており、スカート肩部１３に環状に、アルミナ−
シリカ短繊維２と炭素長繊維１にて複合強化されている
。
製造方法は次のとおりである。まず最初、真空成形法に
より成形し、機械加工を行い、アルミナ−シリカ短繊維
をラングＪ・に配向して環状の成形体２（外径８１ｆｌ
、内径６８關、厚さ５龍、かさ密度０．２ｇ／ｃ＋＋？
；イソライト工業株式会社製、商標「カオウール」）を
製作し、この環状成形体２にフィラメントワインディン
グ装置により炭素長繊維１（熱膨張係数−：１．２ＸＩ
Ｏ″／℃；東し株式会社製、商標「トレカＭ４０Ｊ　）
を一方向に巻き付け、その端部をアルミナ−シリカ系の
無機接着剤にて固定する（第４図参照）。この時の炭素
繊維のかさ密度は０．９ｇ／ｃｄであった。次いで、こ
の繊維成形体を約７５０℃に加熱した後、高圧鋳造装置
の下型の所定の位置に配置し、下型内に７３０°Ｃのｉ
合金（ＪＩＳ　Ａ（１，８八）の溶湯を注ぎ、約１００
０　ｋｇ　／　ｃｎ！の圧力にて加圧しつつ凝固させた
。この粗形材をＴ６熱処理した後に、機械加工を施し、
第１図〜第３図に示すような、外径８４龍、高さ７５璽
霜のピストンを得た。
このようにして得られたピストンについて、以下のよう
に熱膨張試験を行なった。ピストンの頂面部をバーナに
より３００℃に３０分間加熱し、そのときのスカート肩
部表面間の直径方向の長さの変化を測定した。また比較
のために、ストラットを鋳込まない同一形状のピストン
と、鋼（ＳＰＣＣ）　Ｍの環状ストラットを鋳込んだピ
ストンについても同様の試験を行なった。その試験の結
果を第５図に示す。なお、第５図において、熱膨張量比
率とは、ストラットを鋳込んでいないピストンの熱膨張
量を１００とした場合の百分率の値をいう。第５図によ
り、上述の実施例１のように形成されたピストンにおい
ては、炭素長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ることが解る。また上述の実施例
１のように形成されたピストンは、鋼製のストラットを
鋳込んだピストン（重量３６０ｇ）よりも１５ｇ軽量で
あった。また、上述の実施例１のように形成されたピス
トンを６気筒、総排気Ｆｉｋ　２，８１２ｃｃ、最大出
力１８０ｐｓ　／　５６００ｒｐｍ　、最大トルク２４
．２ｋｇｍ　／　４４００ｒｐｍの４サイクルガソリン
エンジンに組込み、回転数５６００ｒｐｍ、全負荷にて
３００時間の試験運転を行なった。その結果、拡径膨張
の減少の効果として、騒音の減少が認められ、シリンダ
ボアとの間で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。
〈実施例２〉 第６図〜第８図は本発明の実施例２の断面図を示す。図
示のピストン１０はアルミニウム（ｉ）合金にて形成さ
れており、スカート肩部１３およびピストンピン孔１１
の軸線に対して垂直に直線状にＳｉＣウィスカー（短繊
維）２とＳｉＣ長繊維１にて複合強化されている。
その製造方法は次のとおりである。ＳｉＣウィスカー（
平均直径０．５μ、平均長１３０μ）を１０ｗｔ％のコ
ロイダルシリカ水溶液と混合し、それをストラット圧縮
成形用金型にて成形した。次に、この金型にＳｉＣ長繊
維を円周状に巻きとったものをセントした後、再度Ｓｉ
Ｃウィスカーを入れて圧縮成形した。乾燥後、金型より
取り出すことにより、第９図のような、ＳｉＣウィスカ
ーの中にＳｉＣ長繊維が入ったストラットを得た（８１
　Ｘ６０Ｘ　５１ｍ）。
続いて、この繊維成形体を約７５０°Ｃに加熱した後、
高圧鋳造装置の下型の所定の位置に配置し、下型内に７
３０℃のＡ４合金（ＪＴＳ　ＡＣ８Ａ）の溶湯を注ぎ、
約１０００　ｋｇ　／　ｃｆｆｌの圧力にて加圧しつつ
凝固させた。
この粗形材をＴ６熱処理した後に、機械加工を施し、第
６図〜第８図に示すような、外径８４龍、高さ７５鶴の
ピストンを得た。
このようにして得られたピストンの繊維複合部の繊維体
積率は、ＳｉＣウィスカー（短繊維）複合部が２０％、
ＳｉＣ長繊維複合部は５５％であった。
また、その重量は、鋼製のストラットを鋳込んだピスト
ン（重量３６０ｇ）よりも１３ｇ軽量であった。
このピストンを実施例１と同様なエンジンに組込み、耐
久試験を行なったところ、実施例１と同じように、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
、シリンダボアとの間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。
〈実施例３〉 第１Ｏ図〜第１２図は本発明の実施例３の断面図を示す
。図示のピストン１０は、アルミニウム（八β）合金に
て形成されており、スカート肩部１３およびピストンピ
ンボス部１２に、ピストンピン孔１１の軸線に対して垂
直に直線状に、アルミナ短繊維と炭素長繊維にて複合強
化されている。
実施例３の製造は、次のようにして行なった。まずアル
ミナ短繊維（ＩＣＩ製、商標「サフィル」）を真空成形
体にて成形し機械加工を行ない（かさ密度０．１５ｇ／
ｃポ）、次に炭素長繊維の袋網になったものをこの成形
体を包みこむようにしく第１３図）、さらに、その上か
らアルミナ短繊維の成形体をはめ込むようにした。続い
て、実施例１，２と同様にしてビス゛トンを完成させた
。
この実施例３のピストンも、実施例１，２と同様のエン
ジンに組込み、耐久試験を行なったところ、実施例１，
２と同様の効果が得られた。その上、この実施例３では
、スカートの下部まで繊維で複合強化しているので、実
施例１，２に比べると、ピストンスカート部とシリンダ
ボアとの当りは、さらに少なくなっていた。
発皿夏処来 無機質長繊維複合強化部を囲む無機質短繊維複合強化部
は、１）アルミニウム（八〇）部と長繊維複合強化部の
それぞれの熱膨張率の中間の熱膨張率であるため、Ａ１
部と長繊維複合強化部の熱膨張の差により発生する応力
を緩和することができる。特に熱処理等の急冷処理の際
に生じ易い亀裂を有効に防止することができる。２）炭
素長繊維複合材料等の長繊維ＦＲＭ材料の場合、繊維と
９０゜方向の強度か＾１合金の強度より低下することが
あるため、それを補強している。３）ピストン製造時の
長繊維成形形状の乱れを短繊維成形体が有効に防止し、
複合部位のばらつきの少ないＦＲＦＩストラットピスト
ンを提供することができる。
従って、本発明によると、ピストンとシリンダボアとの
クリアランスの熱膨張による変動を少な（することがで
き、かつピストンの軽量化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のピストンの実施例１の断面図、第２図
は第１図の線ｎ−ｎに沿った断面図、第３図は第２図の
線ｍ−ｍに沿った断面図、第４図は実施例１に使用する
複合繊維成形体の部分断面図、第５図は実施例１におけ
る効果（熱膨張量）を説明する図、第６図は本発・明の
ピストンの実施例２の断面図、第７図は第６図の線■−
■に沿った断面図、第８図は第７図の線■−■に沿った
断面図、第９図は実施例２に使用する複合繊維成形体の
斜視図、第１０図は本発明の実施例３の断面図、第１１
図は第１０図の線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図、第１２図
は第１１図の線順−刈に沿った断面図、第１３図は実施
例３に使用する複合繊維成形体の斜視図である。 １・・・無機質長繊維の層、 ２・・・無機質短繊維の層、 １０・・・ピストン、 １１・・・ピストンピン挿入孔、 １２・・・ピストンピンボス、 １３・・・スカート肩部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ピストンピンボス部及びスカート肩部の少なくとも
    いずれか一方に、無機質長繊維の層とこれを実質的に囲
    む無機質短繊維の層から成る複合強化層を形成した内燃
    機関用ピストン。 ２、無機質長繊維は、炭素、黒鉛、アルミナ、炭化ケイ
    素、ガラスの１又は複数から成る特許請求の範囲第１項
    記載のピストン。 ３、無機質長繊維の繊維軸方向線熱膨張係数が１２×１
    ０＾−＾６／℃以下である特許請求の範囲第２項記載の
    ピストン。 ４、無機質短繊維は、アルミナ−シリカ、アルミナ、炭
    化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、鉱物繊維
    、チタン酸カリウムウィスカー、炭素、黒鉛繊維の１又
    は複数から成る特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれ
    か１項記載のピストン。
JP59220443A 1984-10-22 1984-10-22 内燃機関用ピストン Granted JPS6198948A (ja)

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