JPS62184274A - Piston for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
に産業上の利用分野】
本発明は内燃Ｉ開用ピストンに係り、特にピン穴の部分
を補強材によって複合強化するようにした内燃機関用ピ
ストンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston for opening an internal combustion engine, and more particularly to a piston for an internal combustion engine in which a pin hole portion is compositely reinforced with a reinforcing material.
【発明の概要１
本発明は、ピン穴の部分を複合強化するための強化材に
よる複合部分がボス間面に露出しない構造となし、ピス
トンピンと結合された場合に、無負荷の状態でピン穴の
ボス間面側の非複合部および非複合部と複合部との境界
部がピストンピンと接触しないようにしたものであって
、これによって複合不良を防止するとともに、ピン穴の
一部に局部的に大きな応力が発生するのを防止するよう
にしたものである。
Ｋ従来の技術】
内燃機関の高出力化および軽量化、ならびに排気ガス対
策等の様々な要因によって、ピストンに対する機械的あ
るいは熱的負荷が高くなり、特にピストンピン穴におい
ては、機械的応力がきわめて高くなっている。この対策
として、ピストンピンの直径を大きくし、ボス間にテー
パその他の剛性を向上させる対策を講じるようにしてい
る。一方で高い強度と剛性を持つ複合材の利用が種々試
られている。しかしピストン全体を複合材料で製作する
ことは、大幅なコストの増加や技術的困難のために、ピ
ン穴の強化の場合には、この部分だけに限定して複合強
化する、いわゆる部分複合が一般に考えられている。ピ
ン穴を複合強化する場合には、性能および生産性のバラ
ンスが良いことから、溶湯鍛造による方法が有望である
。Summary of the Invention 1 The present invention has a structure in which a composite part made of a reinforcing material for compositely reinforcing the pin hole part is not exposed on the surface between the bosses, and when combined with a piston pin, the pin hole is strengthened under no load. The non-composite part on the side between the bosses and the boundary between the non-composite part and the composite part are prevented from coming into contact with the piston pin, thereby preventing composite defects and preventing localized parts from forming in part of the pin hole. This is to prevent large stress from being generated. [Prior Art] Due to various factors such as increasing the output and weight of internal combustion engines, as well as exhaust gas countermeasures, mechanical and thermal loads on pistons have increased, and mechanical stress is extremely high, especially in piston pin holes. It's getting expensive. As a countermeasure to this problem, measures are taken to increase the diameter of the piston pin, taper the space between the bosses, and otherwise improve the rigidity. On the other hand, various attempts are being made to utilize composite materials with high strength and rigidity. However, manufacturing the entire piston from composite material would result in a significant increase in cost and technical difficulties, so when reinforcing the pin hole, it is generally recommended to strengthen the piston only in this area, which is called partial composite. It is considered. When reinforcing pin holes in a composite manner, molten metal forging is a promising method because it has a good balance between performance and productivity.
しかし溶湯鍛造による場合には、複合部が金型等の鋳型
に接する部分において接合不良が生じ易く、さらに複合
部と非複合部との境界の一部が鋳型面に接する状態のと
きには、その境界部の接合強度が低下してしまう現象が
あり、ピン穴部の複合では双方の問題が同時に存在する
ことになる。
この問題の対策のために、ボス間面に余肉を付けてピス
トンを成形した後に複合の不完全な部分を切削加工によ
って削除する方法や、鋳型にガス扱 。
きの穴や細溝を設け、さらにはこれを吸引装置につない
で複合を助ける方法がある。さらには鋳型の断熱化を図
り、鋳型面に接する複合部となる個所の温度低下を防止
して複合を助ける方法等が講じられている。
さらには上記の組合せやセラミックを利用した鋳型等も
考えられているが、これらの方法はいずれも材料の無駄
につながり、鋳造設備費が増加し、鋳型の保守点検の回
数が増加し、あるいはその他の生産技術的な困難さを伴
なうことになる。またあらかじめ製作しておいた複合材
をピン穴部に重力鋳造法や溶湯鍛造法で鋳込んだりある
いは接合する場合においても、同様の問題が存在するこ
とが容易に理解されるところである。さらに複合材をア
ルミニウム合金製のピストン本体に電子ビーム等を用い
て溶接する場合においても、溶接はピストンの外周側か
ら入熱して行なわれるのが一般的であり、この場合もボ
ス間面側が溶接深さ方向のＩＩ端となるために、ボス間
面側に溶接欠陥が残存し、ピンボス強度が低下するので
、ボス間面側に余肉を付ける必要があるという問題を生
ずることになる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、ピン穴の部分を強化材によって部分的に複合強化す
る場合に生ずる接合不良や境界部の接合強度の低下の問
題を効果的に解消するようにした内燃機関用ピストンを
提供することを目的とするものである。
Ｋ問題点を解決するための手段】
本発明は、ピン穴の部分を強化材によって複合強化する
ようにしたピストンにおいて、複合部がボス間面に露出
しない構造とし、ピストンピンと結合された場合に、無
負荷の状態でピン穴のボス間面側の非複合部および非複
合部と複合部との境界部が前記ピストンピンと接触しな
いようにピン穴の形状またはピストンピンの形状を構成
したものである。
Ｋ作用】
従って本発明によれば、複合部が金型等の鋳型に接する
ことがなくなるとともに、境界部の接合強度の低下の問
題を解消でき、もつとも高い応力が発生する部分が複合
部に位置することになり、これによってピン穴の強化を
より効果的に行なうことが可能になる。However, in the case of molten metal forging, poor bonding is likely to occur at the part where the composite part contacts the mold such as a metal mold, and furthermore, when part of the boundary between the composite part and the non-composite part is in contact with the mold surface, the boundary between the composite part and the non-composite part is There is a phenomenon in which the bonding strength of the pin hole part decreases, and both problems exist at the same time when the pin hole part is combined. To solve this problem, we have developed a method in which the piston is molded by adding extra thickness between the bosses, and then the imperfections in the composite are removed by cutting, and the mold is treated with gas. There is a method of creating holes or narrow grooves and connecting them to a suction device to aid in compounding. Furthermore, methods have been taken to insulate the mold and prevent the temperature drop in the parts that contact the mold surface, which will become the composite parts, thereby aiding the composite process. Furthermore, combinations of the above and molds using ceramics are being considered, but all of these methods lead to wasted materials, increased costs for casting equipment, increased frequency of maintenance and inspection of molds, and other problems. This would be accompanied by production technology difficulties. Furthermore, it is easy to understand that similar problems exist when a prefabricated composite material is cast or joined into a pin hole by gravity casting or molten metal forging. Furthermore, even when welding a composite material to an aluminum alloy piston body using an electron beam or the like, welding is generally performed by inputting heat from the outer circumference of the piston, and in this case as well, the side between the bosses is welded. Since it is the II end in the depth direction, welding defects remain on the side between the bosses and the strength of the pin boss decreases, resulting in the problem that it is necessary to add extra thickness on the side between the bosses. The present invention has been made in view of these problems, and effectively solves the problems of poor bonding and reduced bonding strength at the boundary that occur when partially reinforcing the pin hole portion with a reinforcing material. It is an object of the present invention to provide a piston for an internal combustion engine that solves the above problems. Means for Solving Problem K] The present invention provides a piston in which the pin hole portion is compositely reinforced with a reinforcing material, which has a structure in which the composite portion is not exposed to the surface between the bosses, and when combined with the piston pin. , the shape of the pin hole or the shape of the piston pin is configured so that the non-composite portion on the side between the bosses of the pin hole and the boundary between the non-composite portion and the composite portion do not come into contact with the piston pin under no load. be. Therefore, according to the present invention, the composite part does not come into contact with a mold such as a metal mold, and the problem of reduced joint strength at the boundary can be solved, and the part where high stress occurs is located in the composite part. This makes it possible to strengthen the pin hole more effectively.
【実施例Ｉ
以下本発明を図示の一実施例につき説明する。
本実施例に係るピストン１０は、第１図および第２図に
示すように、そのピン穴１１およびピンボス１２の部分
を、無機！１維、多孔質金属、各種ウィスカ、無機粉末
体等で複合強化する場合に、従来技術の欠点を解消する
ようにしたものであって、材料強度面と構造設計面の双
方から十分な検討を加え、ピストンピン穴１１およびピ
ンボス部分１２を材料コスト、生産性、品質安定性を犠
牲にすることなく効果的に補強するようにしたものであ
る。
さらに詳細に説明すると、第１図に示すように、ピン穴
１１およびピンボス１２の部分を、強化材１４を用いて
複合強化する際に、ボス間面１．３から一定の距離を置
いて複合部１４を設けるようにしている。このときに溶
湯鍛造によってピストン１０の成形と同時に部分複合を
行なうときは、強化材１４を鋳型面から１ ｍｍ以上、
好ましくは２〜５ ｍｍ以上ピストン１０の外周側に入
った位置にセットすることによって十分な複合を得るこ
とができる。またあらかじめ複合しておいた強化材１４
を鋳包む場合には、溶湯鍛造で２■以上、重力鋳造で４
ｍｍ以上それぞれボス間面１３から距離を置くことが
好ましい。鋳包まれる材料は、その表面粗度を１０μ以
上、好ましくは３５μ以上とし、さらにＳｎ 、Ｓｂ
、Ａｓ等の低融点金属およびこれらを含む易融合金を溶
射、浸漬等の方法でコーティングしたり、Ｎｉ −Ｐ等
のメッキを施して鋳包み時の結合力を向上させる手段が
好結果を生むことになる。
一般にピストンピン穴１１の回りの応力は、第３図にお
いて矢印で示すような分布になり、ボス間面１３とピン
穴１１とのエツジの部分Ａの応力が最大となる。従って
このようなピストン１０は、ピン穴１１の最も臭の部分
から破壊を生ずることになる。そこで本実施例に係るピ
ストン１０においては、第１図に示すように、ピン大面
１１とボス間面１３との交わる部分に傾斜面あるいはテ
ーパ穴１５を形成し、これらの傾斜面あるいはテーバ穴
１５とピン穴１１の面との交点が複合部分に位置するよ
うにしている。これによって複合部と非複合部との境界
部分の接合強度の低下の問題を回避し、最大応力が発生
する位置が第１図においてＢの点となるようにし、十分
な安全が確保できるようにしている。
このような構成によって、ピン穴１１の複合強化は十分
に達成可能であるが、より以上の効果を上げるために、
ピン穴１１のボス間面１３側の部分をテーパ部とし、こ
のテーパ部１５とピン穴１１の直線部分の交わる部分を
複合部に位置するようにし、ピストン１０が軽負荷の状
態で運転されているときには、ピン穴１１のテーパ部１
５とピストンピンとは接触せず、最大負荷運転時におい
てピストンピンがピン穴１１のテーパ部１５とわずかに
接触し、ピン穴１１およびピストンピンにかかる応力を
分担するようにしている。なおテーパ部１５に生ずる応
力は、非複合部の許容限度を下回るような形状にするこ
とが望ましい。このようにピン穴１１の一部をテーパ部
１５とする場合には、このテーパ部１５のピストンピン
の軸線方向の長さを、ピン穴１１の全長の２分の１〜１
０分の１とするとともに、テーバの角度を５〜３０分の
範囲内とするのが好ましい。
そしてこのようにピン穴１１の一部分がボス間面１３側
でピストンピンと接触しない構造とすると、ピストン１
０の頂部側の応力が変化し、特に直接噴射式ディーゼル
エンジンにおける凹部１８から成る燃焼室のエツジの部
分は、ピン穴１１の方向で引張り応力が、またこれに対
して直角方向で圧縮応力が増加することが確認されてい
る。従ってこのような応力による破壊を防止するために
、ピストンの頂部の部分を強化材１９によって複合強化
するようにしている。なおこの複合強化は、強化材１９
が上側の２つのリング溝１９．２０の補強をも兼ねるよ
うに行なわれている。
つぎに上記実施例の変形例を第４図につき説明する。ピ
ン穴１１の複合部と非複合部との境界がボス間面１３よ
り大きく離れた場合には、第４図に示すように、ボス間
面１３側の穴径を大きくして大径部２４を形成するよう
にすればよい。この大径部２４と正規の穴径の交点２５
を強化材１４による複合部に位置するようにする。この
場合にビス］−ン１０が静止状態、あるいは無負荷状態
では非複合部および非複合部と複合部との境界にピスト
ンピンが接触しない構造となる。そして運転中において
も、ピントンピンとピン穴１１の非複合部が接触しない
だけの隙間を保つように大径部２４の直径を設定するの
が好ましい。またこの変形例においては、ピストン１０
の頂部の燃焼室１８のエツジの部分にのみ強化材１９を
配するようにしており、リング溝２１．２２については
特に複合強化を行なっていない。
つぎに複合材を溶接によって固定するようにした変形例
について述べると、例えば第５図に示すように、アルミ
ニウム合金製のピストン１０のピンボス部１２およびピ
ン穴１１に溶接によって複合材１４を固定する場合には
、ボス間面１３から２〜５１１ピストン１０の外周側に
入った位置に複合材１４をセットする。そして外周側か
ら溶接部分２８を電子ビーム溶接によって固定するとと
もに、ピン穴１１の部分から溶接部２９を電子ビーム溶
接によって固定する。またこの変形例においては、ピン
穴１１のボス間面１３側に面取り３０を施すようにして
おり、これによって非複合部と複合部との境界部がピス
トンピンと接触しないようにしている。
溶接の方法をより単純化するためには、第６図に示すよ
うな構造とすればよい。この場合には、断面が直角三角
形になるような強化材１４を用いてピン穴１１の部分を
複合強化するようにしている。そしてピストン１０の外
周側から、斜めに溶接部３１の部分を溶接することによ
ってこの強化材１４の固定を行なうようにしている。従
ってこの場合には、ピン穴１１の部分からの溶接が不要
になり、溶接の工程が単純化される。さらにこの変形例
においては、ピン穴１１の内周面であってボス間面１３
側の部分に曲面加工３２を施すようにしており、これに
よって複合部と非複合部との境界部がピストンピンと接
触しない構造にしている。このような構造はまた摩擦溶
接法にも好適となる。
ピン穴１１の複合部と非複合部との境界部がピストンピ
ンと接触しないような構造を採用するために、ピン穴１
１の内周面のボス間面１３側の形状を工夫する代わりに
、第７図に示すように、ピストンピン３５の形状を工夫
してもよい。すなわちこの変形例においては、ピストン
ピン３５の外周面に局部的にテーパ部３６を形成するよ
うにしており、このテーパ部３６がピン穴１１のボス間
面１３側のエツジおよび強化材１４の複合部と非複合部
との境界部に対応するようにしている。従ってこのよう
な構成によれば、ピン穴１１をストレートな形状として
も、非複合部と複合部との境界部がピストンピンと接触
することがなくなる。
つぎに上記実施例に係るピストン１０について複合強化
の効果を調べる実験を行なった結果について説明する。
直径が１００１ｍの直接噴射型ディーゼルエンジン用ピ
ストンを溶湯ａ造の方法を用いて製造した。そして第１
図に示すように、ピン穴１１の回りおよび燃焼室１８の
エツジの部分からリング溝２１の部分までを容積比が１
５％の炭化珪素ウィスカ（Ｓｉ ＣＷ）成形体でそれぞ
れ複合強化した。このようなピストン１０のピン穴１１
の複合部分は、ボス間面１３からピストン１０の外周側
に２．５寵入った位置を内側の非複合部分との境界とし
、外周側については、リテーナリング溝１６の中心を境
界部分としている。そしてピン穴１１の直径方向の複合
部分の厚さを５ ｉｎとし、ピン穴１１の周囲全体を取
巻くようにした。
またピン穴１１のプロフィルは、テーパ部１５の長さを
７ｎ１角度を１２分に仕上げた。また頂面側の強化材１
９の厚さは１０１１としている。
このようなピストン１ｏを第８図に示す疲れ試験装置を
用いて評価を行なった。この疲れ試験装置はベース４０
とケーシング４１とからなり、ケーシング４１内にピス
トン１０を配するようにしている。そしてピストン１０
の外周側をシールするために、ケーシング４１とピスト
ン１０との間にはシールリング４２が装着されるように
なっている。またベース４０の突部４３に形成された横
孔４４にピストンピン４５が嵌合されており、このピス
トンピン４５がピストン１０のピン穴１１に嵌合されて
ピストン１０とベース４０とを結合している。
このような装置にサーボバルブ４６．４７を介して、オ
イルポンプ４８で加圧されたオイルを供給することによ
って、ピストン１０の上側と下側とにそれぞれ第９図に
おいて実線および点線で示す圧力を加えるようにした。
まず複合強化を行なわないピストンの場合には、＋２１
０ｋｇ／ｃｎｆと−２０ｋｇ ／ ｃｉの圧力を所定の
サイクルで加えた場合が限界であった。また従来の方法
でピン穴の部分の複合強化を施こしたピストンにおいて
は、ボス間面に染色探傷でわずかに認められる複合不良
部分を有している。これを２４０ｋｇ／ｄで試験した結
果、ピン穴やボスの亀裂は認められないが、複合不良部
分の一部が欠落寸前であり、試験装置の油圧系統が破損
する危険があるために、試験を中止した。実際にエンジ
ンに組込んだ場合にはトラブルが予想されることになる
。
これに対して上記実施例による試作のピストン１０では
、２６０ ｋｇ ／ ｃｉで所定サイクルの試験後まっ
たく異常が認められなかった。またこの試作ピストン１
０では、ピン穴１１のテーパ加工の影響で、燃焼室１８
のエツジのピン穴１１と直角方向の最大圧縮応力が標準
品の−２，５ｋｇｆ／：＋イから−３，８ｋｇｆ／＊Ｊ
に増加している。しかし炭化珪素ウィスカを用いた強化
材１９による複合強化によって、このような応力は十分
にカバーすることができ、全く問題がないことが確認さ
れている。
以上本発明を図示の一実施例およびその変形例につき述
べたが、本発明はこれらの実１１？Ｊや変形例によって
限定されることなく、本発明の技術的思想に基いて各種
の変更が可能である。例えば本発明を実施するにあたっ
て、その複合部分を特に応力の高いピン穴上部のみに設
けたり、応力の変化に応じて変化させたりすることが可
能である。
またピストンピンとの非接触部をピン穴上面のみとした
り、それぞれの組合せを行なうことが容易に考えられる
。また本発明の形状において、ピストンピンとピン穴の
非接触部を潤滑油の補給経路の一部または全部として利
用することや、ピストンピンとピン穴の非接触部と接触
部との境界部分のみを複合強化することも本発明の変形
として考えられることになる。またピストンピン穴の潤
滑やピンの変形に対応する手段、例えばサイドカット、
油孔、油溝等を組合せるのを妨げることがない。
Ｋ発明の効果】
以上のように本発明は、複合部分がボス間面に露出しな
い構造とし、ピストンピンと結合された場合に、無負荷
の状態でピン穴のボス間面側の非複合部および非複合部
と複合部との境界部がピストンピンと接触しないように
ピン穴の形状またはピストンピンの形状を構成したもの
である。従ってこのような構造によれば、強化材の接合
不良を防止し、あるいは複合部と非複合部との境界部の
接合強度の低下に伴う問題を解消して複合強化の効果を
最大限に発揮し得る。また、ピン穴の一部に局部的に大
きな応力が発生するのを防止することが可能になる。[Example I] The present invention will be described below with reference to an illustrated embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the piston 10 according to this embodiment has its pin hole 11 and pin boss 12 made of inorganic material. This method is designed to eliminate the shortcomings of conventional technology when reinforcing composite materials with single fibers, porous metals, various whiskers, inorganic powders, etc., and requires sufficient consideration from both the material strength and structural design aspects. In addition, the piston pin hole 11 and pin boss portion 12 are effectively reinforced without sacrificing material cost, productivity, or quality stability. To explain in more detail, as shown in FIG. A section 14 is provided. At this time, when performing partial composite at the same time as forming the piston 10 by molten metal forging, the reinforcing material 14 is placed at least 1 mm from the mold surface.
Preferably, by setting the piston 10 at a position that is 2 to 5 mm or more closer to the outer circumferential side of the piston 10, a sufficient combination can be obtained. In addition, the reinforcing material 14 composited in advance
When casting, molten metal forging requires 2 or more, gravity casting requires 4
It is preferable to keep the distance from the inter-boss surface 13 by at least mm. The material to be cast has a surface roughness of 10μ or more, preferably 35μ or more, and further contains Sn, Sb.
, Coating with low melting point metals such as As, and easily fusible alloys containing these by methods such as thermal spraying or dipping, or plating with Ni-P etc. to improve the bonding strength during casting yields good results. It turns out. Generally, the stress around the piston pin hole 11 is distributed as shown by the arrow in FIG. 3, and the stress at the edge portion A between the boss-to-boss surface 13 and the pin hole 11 is maximum. Therefore, in such a piston 10, destruction will occur from the most smelly part of the pin hole 11. Therefore, in the piston 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 15 and the plane of the pin hole 11 is located at the composite part. This avoids the problem of reduced joint strength at the boundary between the composite part and the non-composite part, ensures that the position where the maximum stress occurs is at point B in Figure 1, and ensures sufficient safety. ing. Although it is possible to sufficiently achieve composite reinforcement of the pin hole 11 with such a configuration, in order to further improve the effect,
The part of the pin hole 11 on the side of the inter-boss surface 13 is made into a tapered part, and the part where this taper part 15 intersects with the straight part of the pin hole 11 is located in the composite part, so that the piston 10 is operated under light load. When the taper part 1 of the pin hole 11
5 does not contact the piston pin, but the piston pin slightly contacts the tapered portion 15 of the pin hole 11 during maximum load operation, so that the stress applied to the pin hole 11 and the piston pin is shared. Note that it is desirable that the shape of the tapered portion 15 is such that the stress generated in the tapered portion 15 is less than the allowable limit of the non-composite portion. When a part of the pin hole 11 is formed into a tapered portion 15 in this way, the length of the tapered portion 15 in the axial direction of the piston pin is set to 1/2 to 1/2 of the total length of the pin hole 11.
It is preferable to set the angle to 1/0 and set the Taber angle within the range of 5 to 30 minutes. If the structure is such that a part of the pin hole 11 does not come into contact with the piston pin on the inter-boss surface 13 side, the piston 1
In particular, the edge of the combustion chamber consisting of the recess 18 in a direct injection diesel engine has a tensile stress in the direction of the pin hole 11 and a compressive stress in the direction perpendicular to this. It has been confirmed that this will increase. Therefore, in order to prevent breakage due to such stress, the top portion of the piston is compositely reinforced with a reinforcing material 19. Note that this composite reinforcement is achieved by reinforcing material 19.
This is done so as to also serve as reinforcement for the two upper ring grooves 19 and 20. Next, a modification of the above embodiment will be explained with reference to FIG. When the boundary between the composite part and the non-composite part of the pin hole 11 is far apart from the inter-boss surface 13, the hole diameter on the inter-boss surface 13 side is increased to form the large diameter part 24, as shown in FIG. All you have to do is to form . The intersection point 25 of this large diameter portion 24 and the regular hole diameter
is located in the composite part formed by the reinforcing material 14. In this case, when the piston 10 is at rest or under no load, the piston pin does not come into contact with the non-composite portion or the boundary between the non-composite portion and the composite portion. It is also preferable to set the diameter of the large diameter portion 24 so as to maintain a gap sufficient to prevent the pin pin and the non-composite portion of the pin hole 11 from coming into contact even during operation. Further, in this modification, the piston 10
The reinforcing material 19 is provided only at the edge of the combustion chamber 18 at the top of the combustion chamber 18, and the ring grooves 21 and 22 are not particularly reinforced. Next, a modification example in which the composite material is fixed by welding will be described. For example, as shown in FIG. In this case, the composite material 14 is set at a position that is between 2 and 511 points on the outer peripheral side of the piston 10 from the inter-boss surface 13. Then, the welded portion 28 is fixed from the outer circumferential side by electron beam welding, and the welded portion 29 is fixed from the pin hole 11 by electron beam welding. Further, in this modification, a chamfer 30 is provided on the side of the inter-boss surface 13 of the pin hole 11, thereby preventing the boundary between the non-composite portion and the composite portion from coming into contact with the piston pin. In order to further simplify the welding method, a structure as shown in FIG. 6 may be used. In this case, the portion of the pin hole 11 is compositely reinforced using a reinforcing material 14 having a right triangular cross section. The reinforcing material 14 is fixed by welding the welded portion 31 obliquely from the outer peripheral side of the piston 10. Therefore, in this case, welding from the pin hole 11 portion is not necessary, and the welding process is simplified. Furthermore, in this modification, the inner circumferential surface of the pin hole 11 and the inter-boss surface 13
A curved surface 32 is applied to the side portion, thereby creating a structure in which the boundary between the composite portion and the non-composite portion does not come into contact with the piston pin. Such a structure would also be suitable for friction welding methods. In order to adopt a structure in which the boundary between the composite part and the non-composite part of the pin hole 11 does not come into contact with the piston pin, the pin hole 1
Instead of devising the shape of the inner peripheral surface of the piston pin 35 on the side of the inter-boss surface 13, the shape of the piston pin 35 may be devised as shown in FIG. That is, in this modification, a tapered portion 36 is locally formed on the outer circumferential surface of the piston pin 35, and this tapered portion 36 forms a composite of the edge of the pin hole 11 on the inter-boss surface 13 side and the reinforcing material 14. This corresponds to the boundary between the part and the non-composite part. Therefore, with such a configuration, even if the pin hole 11 has a straight shape, the boundary between the non-composite portion and the composite portion will not come into contact with the piston pin. Next, the results of an experiment conducted to examine the effect of composite reinforcement on the piston 10 according to the above embodiment will be explained. A piston for a direct injection diesel engine with a diameter of 1001 m was manufactured using the molten metal a method. and the first
As shown in the figure, the volume ratio is 1 around the pin hole 11 and from the edge of the combustion chamber 18 to the ring groove 21.
Each composite was reinforced with a 5% silicon carbide whisker (Si CW) compact. The pin hole 11 of the piston 10 like this
The composite part has a boundary with the inner non-composite part at a position 2.5 cm from the inter-boss surface 13 to the outer periphery of the piston 10, and on the outer periphery, the boundary is the center of the retaining ring groove 16. . The thickness of the composite portion in the diametrical direction of the pin hole 11 was set to 5 inches, and it was made to surround the entire circumference of the pin hole 11. Further, the profile of the pin hole 11 is such that the length of the tapered portion 15 is 7n1 angle to 12 minutes. Also, the reinforcing material 1 on the top side
9 has a thickness of 1011. Such a piston 1o was evaluated using a fatigue test device shown in FIG. This fatigue test device is based on 40
and a casing 41, and the piston 10 is disposed within the casing 41. and piston 10
A seal ring 42 is installed between the casing 41 and the piston 10 in order to seal the outer peripheral side of the piston 10. Further, a piston pin 45 is fitted into a horizontal hole 44 formed in the protrusion 43 of the base 40, and this piston pin 45 is fitted into the pin hole 11 of the piston 10 to connect the piston 10 and the base 40. ing. By supplying oil pressurized by the oil pump 48 to such a device via the servo valves 46, 47, pressures shown by solid lines and dotted lines in FIG. 9 are applied to the upper and lower sides of the piston 10, respectively. I added it. First, in the case of a piston that does not undergo compound reinforcement, +21
The limit was reached when pressures of 0 kg/cnf and -20 kg/ci were applied in a predetermined cycle. In addition, pistons in which the pin hole portions have been compositely strengthened using the conventional method have composite defective portions that are slightly observed by dyeing flaw detection on the surfaces between the bosses. As a result of testing this at 240 kg/d, no pin holes or cracks were found in the boss, but part of the composite defective part was on the verge of falling off, and there was a risk of damage to the hydraulic system of the test equipment, so the test was not conducted. Canceled. Trouble can be expected when it is actually incorporated into an engine. On the other hand, in the prototype piston 10 according to the above embodiment, no abnormality was observed after a predetermined cycle test at 260 kg/ci. Also, this prototype piston 1
0, due to the taper processing of the pin hole 11, the combustion chamber 18
The maximum compressive stress in the direction perpendicular to the pin hole 11 on the edge of the standard product is -2,5 kgf/: +A to -3,8 kgf/*J
is increasing. However, it has been confirmed that such stress can be sufficiently covered by composite reinforcement using reinforcement material 19 using silicon carbide whiskers, and there is no problem at all. The present invention has been described above with reference to the illustrated embodiment and its modifications, but the present invention is applicable to these embodiments. Various changes can be made based on the technical idea of the present invention without being limited by J or the modified examples. For example, in carrying out the present invention, it is possible to provide the composite portion only in the upper part of the pin hole where the stress is particularly high, or to change it in response to changes in stress. Further, it is easily possible to make the non-contact part with the piston pin only on the upper surface of the pin hole, or to perform a combination of each. In addition, in the shape of the present invention, the non-contact part between the piston pin and the pin hole can be used as part or all of the lubricating oil supply path, and only the boundary part between the non-contact part and the contact part of the piston pin and the pin hole can be combined. Reinforcement would also be considered as a variant of the invention. There are also means to lubricate the piston pin hole and prevent pin deformation, such as side cuts,
It does not interfere with the combination of oil holes, oil grooves, etc. [Advantageous Effects of the Invention] As described above, the present invention has a structure in which the composite portion is not exposed on the surface between the bosses, and when combined with a piston pin, the non-composite portion and the surface on the surface between the bosses of the pin hole are exposed under no load. The shape of the pin hole or the shape of the piston pin is configured so that the boundary between the non-composite portion and the composite portion does not come into contact with the piston pin. Therefore, with such a structure, it is possible to maximize the effect of composite reinforcement by preventing poor bonding of reinforcing materials or solving problems associated with a decrease in bonding strength at the boundary between composite and non-composite parts. It is possible. Furthermore, it is possible to prevent large stress from being generated locally in a part of the pin hole.
第１図は本発明の一実施例に係る内燃機関用ピストンの
一部を拡大して示す要部縦断面図、第２図は同ピンボス
部の正面図、第３図〜第７図は変形例に係るピストンの
要部拡大縦断面図、第８図はピストンの疲れ試験装置を
示す縦断面図、第９図はこの疲れ試験装置に加えられる
圧力の変化を示すグラフである。
なお図面に用いた符号において、
１０・・・ピストン
１１・・・ピン穴
１２・・・ピンボス
１３・・・ボス間面
１４・・・強化材
１５・・・テーパ部
１８・・・凹部（燃焼室）
１９・・・強化材
２０．２１・・・リング溝
である。FIG. 1 is an enlarged vertical cross-sectional view of a part of a piston for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the pin boss portion, and FIGS. 3 to 7 are modified versions. FIG. 8 is an enlarged vertical cross-sectional view of a main part of the piston according to the example, FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing a piston fatigue testing device, and FIG. 9 is a graph showing changes in pressure applied to this fatigue testing device. In addition, in the symbols used in the drawings, 10...Piston 11...Pin hole 12...Pin boss 13...Inter-boss surface 14...Reinforcement material 15...Tapered part 18...Concave part (combustion Chamber) 19...Reinforcement material 20.21...Ring groove.
Claims (1)
したピストンにおいて、複合部がボス間面に露出しない
構造とし、ピストンピンと結合された場合に、無負荷の
状態でピン穴のボス間面側の非複合部および非複合部と
複合部との境界部が前記ピストンピンと接触しないよう
にピン穴の形状またはピストンピンの形状を構成したこ
とを特徴とする内燃機関用ピストン。 ２、前記ピン穴のボス間面側をテーパ状に構成し、前記
テーパ状の部分と前記ピン穴の直線部分の交わる部分が
強化材による複合部に位置するようにしたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関用ピストン
。 ３、ボス間面側のピン穴の直径をピストンピンの直径よ
りも大きく構成し、ピストンピンと嵌合されるピン穴の
直径の部分と交わる部分が強化材による複合部に位置す
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の内燃機関用ピストン。 ４、ピン穴とともにピストン頂部が複合強化されるよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項
の何れかに記載の内燃機関用ピストン。 ５、このピストンが溶湯鍛造、鋳包み、溶接の何れかの
方法で製造されることを特徴とする特許請求の範囲第１
項〜第３項の何れかに記載の内燃機関用ピストン。[Claims] 1. In a piston in which the pin hole portion is compositely reinforced with a reinforcing material, the composite portion is not exposed to the surface between the bosses, and when combined with the piston pin, the piston can be reinforced under no load. For an internal combustion engine, characterized in that the shape of the pin hole or the shape of the piston pin is configured so that the non-composite portion on the side between the bosses of the pin hole and the boundary between the non-composite portion and the composite portion do not come into contact with the piston pin. piston. 2. A patent characterized in that the surface between the bosses of the pin hole is configured in a tapered shape, and the intersection of the tapered portion and the straight line portion of the pin hole is located in a composite portion made of a reinforcing material. A piston for an internal combustion engine according to claim 1. 3. The diameter of the pin hole on the side between the bosses is configured to be larger than the diameter of the piston pin, and the part that intersects with the diameter part of the pin hole that is fitted with the piston pin is located in the composite part made of reinforcing material. A piston for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that: 4. A piston for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the top of the piston is reinforced together with the pin hole. 5. Claim 1, characterized in that the piston is manufactured by any one of molten metal forging, casting, and welding.
A piston for an internal combustion engine according to any one of items 1 to 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2663186A JPS62184274A (en) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Piston for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2663186A JPS62184274A (en) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Piston for internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62184274A true JPS62184274A (en) | 1987-08-12 |
| JPH0357302B2 JPH0357302B2 (en) | 1991-08-30 |
Family
ID=12198795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2663186A Granted JPS62184274A (en) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Piston for internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62184274A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006015586A1 (en) * | 2006-04-04 | 2007-10-11 | Mahle International Gmbh | Bolts hubs of a piston for an internal combustion engine |
| DE102007027329A1 (en) * | 2007-06-14 | 2008-12-24 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Internal combustion engine piston made of light metal, has piston upper part that has combustion chamber cavity in area of piston base where ring area is provided, outside for receiving piston rings |
| DE102007060473A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-18 | Mahle International Gmbh | Bolts hub and provided therewith piston for an internal combustion engine |
| DE102012022913A1 (en) | 2012-11-23 | 2014-05-28 | Mahle International Gmbh | Piston for an internal combustion engine |
-
1986
- 1986-02-07 JP JP2663186A patent/JPS62184274A/en active Granted
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| DE102012022913A1 (en) | 2012-11-23 | 2014-05-28 | Mahle International Gmbh | Piston for an internal combustion engine |
| WO2014079406A1 (en) | 2012-11-23 | 2014-05-30 | Mahle International Gmbh | Piston for an internal combustion engine |
| CN104813080A (en) * | 2012-11-23 | 2015-07-29 | 马勒国际公司 | Piston for an internal combustion engine |
| JP2016501335A (en) * | 2012-11-23 | 2016-01-18 | マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテルハフツングＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ | Piston for internal combustion engine |
| US9784210B2 (en) | 2012-11-23 | 2017-10-10 | Mahle International Gmbh | Piston for an internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0357302B2 (en) | 1991-08-30 |
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