JPS63124852A - 内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン - Google Patents
内燃機関用繊維強化軽合金製ピストンInfo
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- JPS63124852A JPS63124852A JP26946286A JP26946286A JPS63124852A JP S63124852 A JPS63124852 A JP S63124852A JP 26946286 A JP26946286 A JP 26946286A JP 26946286 A JP26946286 A JP 26946286A JP S63124852 A JPS63124852 A JP S63124852A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
- F05C2253/04—Composite, e.g. fibre-reinforced
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ａ９発明の目的
（１）産業上の利用分野
本発明は内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン、特に、
トップランド部およびリング地帯を繊維強化複合環体よ
り構成したものの改良に関する。
トップランド部およびリング地帯を繊維強化複合環体よ
り構成したものの改良に関する。
（２） 従来の技術
従来、この種ピストンとして、前記繊維強化複合環体の
各強化繊維をランダムに配列したものが知られている（
特開昭５７−２１０１４０号公報参照）。
各強化繊維をランダムに配列したものが知られている（
特開昭５７−２１０１４０号公報参照）。
（３） 発明が解決しようとする問題点しかしながら
各強化繊維を前記のようにランダムに配列すると、リン
グ地帯、特に、機関運転中高温下においてピストンリン
グと摺擦関係にあるリング溝内壁の耐摩耗性を向上させ
ることはできるが、ピストンヘッド面およびその近傍に
おいて、繊維強化複合環体内周部に、それに隣接する軽
合金製ピストン主体の膨張および収縮に起因して半径方
向に延びるクランクが発生するという問題がある。
各強化繊維を前記のようにランダムに配列すると、リン
グ地帯、特に、機関運転中高温下においてピストンリン
グと摺擦関係にあるリング溝内壁の耐摩耗性を向上させ
ることはできるが、ピストンヘッド面およびその近傍に
おいて、繊維強化複合環体内周部に、それに隣接する軽
合金製ピストン主体の膨張および収縮に起因して半径方
向に延びるクランクが発生するという問題がある。
本発明は前記に鑑み、繊維強化複合環体内周部における
クランクの発生を回避し、またリング地帯に耐摩耗性を
具備させた前記ピストンを提供することを目的とする。
クランクの発生を回避し、またリング地帯に耐摩耗性を
具備させた前記ピストンを提供することを目的とする。
Ｂ３発明の構成
（１）問題点を解決するための手段
本発明は、前記繊維強化複合環体をトップランド部側の
第１環体とリング地帯側の第２環体とより構成し、前記
第１環体の少なくとも内周部に存する各強化繊維を、そ
の長さ方向が前記トップランド部の円周方向に合致する
ように配列し、前記第２環体の各強化繊維をランダムに
配列したことを特徴とする。
第１環体とリング地帯側の第２環体とより構成し、前記
第１環体の少なくとも内周部に存する各強化繊維を、そ
の長さ方向が前記トップランド部の円周方向に合致する
ように配列し、前記第２環体の各強化繊維をランダムに
配列したことを特徴とする。
（２）作 用
第１環体において、その内周部に存する各強化繊維を前
記のように配列すると、各強化繊維が半径方向のクラ７
り発生の要因となる熱応力に対して十分に対抗し、これ
により前記クランクの発生を回避することができる。
記のように配列すると、各強化繊維が半径方向のクラ７
り発生の要因となる熱応力に対して十分に対抗し、これ
により前記クランクの発生を回避することができる。
また第２環体において、各強化繊維を前記のように配列
すると、リング地帯、特にリング溝内壁に十分な耐摩耗
性を具備させることができる。
すると、リング地帯、特にリング溝内壁に十分な耐摩耗
性を具備させることができる。
したがって、トップランド部およびリング地帯がそれら
に要求される特性を備え、優れた耐久性を有する前記ピ
ストンを提供し得る。
に要求される特性を備え、優れた耐久性を有する前記ピ
ストンを提供し得る。
（３）実施例
第１図は内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン１を示し
、そのピストンエは、トップランド部２およびリング地
帯３のトップリング溝４内壁を構成する繊維強化複合環
体Ｃと、その繊維強化複合環体Ｃと一体のピストン主体
Ｂとよりなる。
、そのピストンエは、トップランド部２およびリング地
帯３のトップリング溝４内壁を構成する繊維強化複合環
体Ｃと、その繊維強化複合環体Ｃと一体のピストン主体
Ｂとよりなる。
ピストン主体Ｂは軽合金としてのアルミニウム合金より
構成され、また繊維強化複合環体Ｃは強化繊維を有機ま
たは無機バインダにより結合した繊維成形体とそれに充
填されたアルミニウム合金マトリックスとより構成され
る。
構成され、また繊維強化複合環体Ｃは強化繊維を有機ま
たは無機バインダにより結合した繊維成形体とそれに充
填されたアルミニウム合金マトリックスとより構成され
る。
繊維強化複合環体Ｃはトップランド部２側の第１環体Ｃ
３と、リング地帯３側の第２環体Ｃ！とを備え、両頂体
Ｃ，，Ｃ！はピストン鋳造時一体化される。
３と、リング地帯３側の第２環体Ｃ！とを備え、両頂体
Ｃ，，Ｃ！はピストン鋳造時一体化される。
第１環体Ｃ３において、強化繊維Ｆ、としては、アルミ
ナ系、シリカ系、シリカ・アルミナ系等のセラミック繊
維、炭素繊維、各種ウィスカ等の主として長繊維が用い
られ、各強化繊維Ｆ、は、第２図に明示するようにその
長さ方向をトップランド部２の円周方向に合致させて配
列される。
ナ系、シリカ系、シリカ・アルミナ系等のセラミック繊
維、炭素繊維、各種ウィスカ等の主として長繊維が用い
られ、各強化繊維Ｆ、は、第２図に明示するようにその
長さ方向をトップランド部２の円周方向に合致させて配
列される。
第２環体Ｃ１においで、強化繊維Ｆ２としては前記と同
種の繊維のうち、主として短繊維が用いられ、各強化繊
維Ｆ２はランダムに配列される。
種の繊維のうち、主として短繊維が用いられ、各強化繊
維Ｆ２はランダムに配列される。
前記のように構成すると、ピストン主体Ｂに隣接する第
１環体Ｃ１の内周部Ｃａにおいて、トップランド部２の
円周方向に沿う各強化繊維Ｆ１が、ピストン主体Ｂの膨
張および収縮に起因して生じる、半径方向のクランク発
生の要因となる熱応力に対して十分に対抗し、これによ
り前記クラックの発生を回避することができる。
１環体Ｃ１の内周部Ｃａにおいて、トップランド部２の
円周方向に沿う各強化繊維Ｆ１が、ピストン主体Ｂの膨
張および収縮に起因して生じる、半径方向のクランク発
生の要因となる熱応力に対して十分に対抗し、これによ
り前記クラックの発生を回避することができる。
また第２環体Ｃ！において、各強化繊維Ｆ２がランダム
に配列されているので、トップリング溝４内壁に十分な
耐摩耗性を具備させることができる。
に配列されているので、トップリング溝４内壁に十分な
耐摩耗性を具備させることができる。
前記第１環体Ｃ１の繊維体積率（■ｆ）は、１０〜４５
％に、また第２環体Ｃｔのそれは３〜１０％にそれぞれ
設定される。
％に、また第２環体Ｃｔのそれは３〜１０％にそれぞれ
設定される。
このように両頂体Ｃ，，Ｃ，の繊維体積率を設定する理
由は次の通りである。
由は次の通りである。
第１環体Ｃ１における繊維体積率が１０％を下回ると、
第３図に示すように機関運転中における膨張に伴うトッ
プランド部２の外径増加量が少なくなり、その結果トッ
プランド部２によるシール効果が減少して、機関の出力
向上度合が低く、またブローバイガス量およびオイル消
費量が増加する。一方、前記繊維体積率が４５％を上回
ると、鋳造時溶湯の充填性が悪くなって鋳造欠陥を生じ
易い。またトップランド部２の熱伝導率が低くなって熱
が籠り易く、その結果ピストンの耐久性を損うと共に第
４図に示すようにノッキング角度の上昇、したがって点
火時期を遅らせなければならず好ましくない。
第３図に示すように機関運転中における膨張に伴うトッ
プランド部２の外径増加量が少なくなり、その結果トッ
プランド部２によるシール効果が減少して、機関の出力
向上度合が低く、またブローバイガス量およびオイル消
費量が増加する。一方、前記繊維体積率が４５％を上回
ると、鋳造時溶湯の充填性が悪くなって鋳造欠陥を生じ
易い。またトップランド部２の熱伝導率が低くなって熱
が籠り易く、その結果ピストンの耐久性を損うと共に第
４図に示すようにノッキング角度の上昇、したがって点
火時期を遅らせなければならず好ましくない。
第２環体Ｃ２における繊維体積率が３％を下回ると、ト
ップリング溝４の耐摩耗性が低下し、−方、繊維体積率
が１０％を上回るとトップリング溝４の耐摩耗性は向上
するが、ピストンリングの摩耗が促進されるという不具
合がある。
ップリング溝４の耐摩耗性が低下し、−方、繊維体積率
が１０％を上回るとトップリング溝４の耐摩耗性は向上
するが、ピストンリングの摩耗が促進されるという不具
合がある。
第５図は本発明の他の実施例を示し、第１環体Ｃ５の内
周部Ｃａに存する各強化繊維を、その長さ方向がトップ
ランド部２の円周方向に合致するように配列し、また外
周部ｃｂに存する各強化繊維をランダムに配列したもの
である。
周部Ｃａに存する各強化繊維を、その長さ方向がトップ
ランド部２の円周方向に合致するように配列し、また外
周部ｃｂに存する各強化繊維をランダムに配列したもの
である。
このように構成すると、トップランド部２における外周
部ｃｂの耐摩耗性を向上させることができる。この場合
、内周部Ｃａの繊維体積率は前記と同様に１０〜４５％
に、また外周部ｃｂの繊維体積率は第２環体Ｃ２のそれ
と同一に設定される。
部ｃｂの耐摩耗性を向上させることができる。この場合
、内周部Ｃａの繊維体積率は前記と同様に１０〜４５％
に、また外周部ｃｂの繊維体積率は第２環体Ｃ２のそれ
と同一に設定される。
第６図は本発明のさらに他の実施例を示し、第１環体Ｃ
５を、内周部Ｃａ、外周部ｃｂおよびそれらＣａ、Ｃｂ
の間に存する中間部Ｃｃより構成し、内周部Ｃａおよび
外周部ｃｂに存する各強化繊維を、その長さ方向がトッ
プランド部２の円周方向に合致するように配列し、中間
部Ｃｃの各強化繊維をランダムに配列したものである。
５を、内周部Ｃａ、外周部ｃｂおよびそれらＣａ、Ｃｂ
の間に存する中間部Ｃｃより構成し、内周部Ｃａおよび
外周部ｃｂに存する各強化繊維を、その長さ方向がトッ
プランド部２の円周方向に合致するように配列し、中間
部Ｃｃの各強化繊維をランダムに配列したものである。
このように構成すると、第１環体Ｃ８の繊維成形体にお
いて、中間部Ｃｃに対応する部分の強度が前記ランダム
配列に伴い高くなるので、その補強作用により繊維成形
体全体の強度が増し、これにより繊維成形体の取扱い性
が良好になると共に鋳造時溶湯の圧力による繊維成形体
の破損を防止してトップランド部２全体を確実に繊維強
化することができる。この場合、中間部Ｃｃの繊維体積
率は内、外周部Ｃａ、Ｃｂのそれと同一、したがって１
０〜４５％に設定される。
いて、中間部Ｃｃに対応する部分の強度が前記ランダム
配列に伴い高くなるので、その補強作用により繊維成形
体全体の強度が増し、これにより繊維成形体の取扱い性
が良好になると共に鋳造時溶湯の圧力による繊維成形体
の破損を防止してトップランド部２全体を確実に繊維強
化することができる。この場合、中間部Ｃｃの繊維体積
率は内、外周部Ｃａ、Ｃｂのそれと同一、したがって１
０〜４５％に設定される。
Ｃ１発明の効果
本発明によれば、トップランド部側の第１環体において
、その内周部に存する各強化繊維を、その長さ方向がト
ップランド部の円周方向に合致するように配列したので
、第１環体内同部における半径方向のクラ７クの発生を
回避することができる。
、その内周部に存する各強化繊維を、その長さ方向がト
ップランド部の円周方向に合致するように配列したので
、第１環体内同部における半径方向のクラ７クの発生を
回避することができる。
またリング地帯側の第２環体において、各強化繊維をラ
ンダムに配列したので、リング地帯、特にリング溝内壁
に十分な耐摩耗性を具備させることができる。
ンダムに配列したので、リング地帯、特にリング溝内壁
に十分な耐摩耗性を具備させることができる。
したがって、本発明に係るピストンは、トップランド部
およびリング地帯にそれらに要求される特性を具備させ
た、優秀な耐久性を有するものである。
およびリング地帯にそれらに要求される特性を具備させ
た、優秀な耐久性を有するものである。
第１図は本発明の第１実施例の縦断正面図、第２図は強
化繊維の配向を示す要部斜視図、第３図は第１環体の繊
維体積率と馬力差との関係を示すグラフ、第４図は第１
環体の繊維体積率等とノッキング角度との関係を示すグ
ラフ、第５．第６図は本発明の第２．第３実施例の要部
縦断正面図である。 Ｃ・・・繊維強化複合環体、Ｃ＋、Ｃｚ・・・第１．第
２環体、Ｃａ・・・内周部、Ｆ＋、Ｆｚ・・・強化繊維
、２・・・トップランド部、３・・・リング地帯時 許
出 願 人 本田技研工業株式会社代理人 弁
理士 落 合 健第３図 第４図
化繊維の配向を示す要部斜視図、第３図は第１環体の繊
維体積率と馬力差との関係を示すグラフ、第４図は第１
環体の繊維体積率等とノッキング角度との関係を示すグ
ラフ、第５．第６図は本発明の第２．第３実施例の要部
縦断正面図である。 Ｃ・・・繊維強化複合環体、Ｃ＋、Ｃｚ・・・第１．第
２環体、Ｃａ・・・内周部、Ｆ＋、Ｆｚ・・・強化繊維
、２・・・トップランド部、３・・・リング地帯時 許
出 願 人 本田技研工業株式会社代理人 弁
理士 落 合 健第３図 第４図
Claims (8)
- （１）トップランド部およびリング地帯を繊維強化複合
環体より構成した内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン
において、前記繊維強化複合環体をトップランド部側の
第１環体とリング地帯側の第２環体とより構成し、前記
第１環体の少なくとも内周部に存する各強化繊維を、そ
の長さ方向が前記トップランド部の円周方向に合致する
ように配列し、前記第２環体の各強化繊維をランダムに
配列したことを特徴とする内燃機関用繊維強化軽合金製
ピストン。 - （２）前記内周部の繊維体積率を１０〜４５％に、また
第２環体の繊維体積率を３〜１０％にそれぞれ設定した
、特許請求の範囲第（１）項記載の内燃機関用繊維強化
軽合金製ピストン。 - （３）前記第１環体の各強化繊維を、その長さ方向が前
記トップランド部の円周方向に合致するように配列した
、特許請求の範囲第（１）項記載の内燃機関用繊維強化
軽合金製ピストン。 - （４）前記第１環体の繊維体積率を１０〜４５％に、ま
た第２環体の繊維体積率を３〜１０％にそれぞれ設定し
た、特許請求の範囲第（３）項記載の内燃機関用繊維強
化軽合金製ピストン。 - （５）前記第１環体の内周部に存する各強化繊維を、そ
の長さ方向が前記トップランド部の円周方向に合致する
ように配列し、また前記第１環体の外周部に存する各強
化繊維をランダムに配列した、特許請求の範囲第（１）
項記載の内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン。 - （６）前記内周部の繊維体積率を１０〜４５％に、また
前記外周部および前記第２環体の繊維体積率を３〜１０
％にそれぞれ設定した、特許請求の範囲第（５）項記載
の内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン。 - （７）前記第１環体は内周部、外周部およびそれらの間
に存する中間部よりなり、前記内周部および前記外周部
に存する各強化繊維を、その長さ方向が前記トップラン
ド部の円周方向に合致するように配列し、前記中間部の
各強化繊維をランダムに配列した、特許請求の範囲第（
１）項記載の内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン。 - （８）前記内周部、中間部および外周部の繊維体積率を
１０〜４５％に、また前記第２環体の繊維体積率を３〜
１０％にそれぞれ設定した、特許請求の範囲第（７）項
記載の内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26946286A JPS63124852A (ja) | 1986-11-12 | 1986-11-12 | 内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26946286A JPS63124852A (ja) | 1986-11-12 | 1986-11-12 | 内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63124852A true JPS63124852A (ja) | 1988-05-28 |
Family
ID=17472774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26946286A Pending JPS63124852A (ja) | 1986-11-12 | 1986-11-12 | 内燃機関用繊維強化軽合金製ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63124852A (ja) |
-
1986
- 1986-11-12 JP JP26946286A patent/JPS63124852A/ja active Pending
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