JPS6315558Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関用ピストンに関する。

内燃機関の燃費対策の一環として内燃機関部品
の軽量化がきわめて重要であり、特に往復動部品
の軽量化は効果的である。本考案は内燃機関用ピ
ストンの果すべき機能に着目しその機能に応じて
構成部品を２分割してそれぞれの機能に対し最も
効果的な材料により各部分を製作することによつ
てピストンに要求される機能を十分に果しつつそ
の軽量化を達成し、併せて高速性能性の向上、低
振動化をはかることを目的とする。すなわち、本
考案は燃焼室に臨み熱影響を受けるヘツド部を繊
維強化した軽合金で製作し、シリンダに嵌合し摺
動するスカート部を炭素繊維強化樹脂で製作し、
２分割されたヘツド部およびスカート部をピスト
ンピンにより相互に揺動可能に連結したピストン
である。

ヘツド部の軽合金を繊維強化することにより耐
摩耗性を高めてピストンリング溝およびピンボス
部が肌焼鋼のピストンリングおよびピストンピン
により摩耗されることを防止できる。また炭素繊
維強化樹脂を構成している高剛性炭素繊維の固体
潤滑機能および炭素繊維間の微小凹凸による潤滑
油保持機能に由来する潤滑性によつてスカート部
がシリンダボアに焼付くことを完全に防止または
大幅に低減できる。繊維強化されたヘツド部およ
び炭素繊維強化樹脂からなるスカート部は軽量化
により等価慣性質量が下り慣性力が低下し、この
ため機関の高速運転を可能とするとともに、ヘツ
ド部およびスカート部をピストンピンにより揺動
可能に連結することによりスカート部がピストン
ピンまわりに揺動してシリンダボアになじみ振動
吸収が可能となる。またピストンをヘツド部およ
びスカート部に２分割することにより繊維強化合
金および炭素繊維強化樹脂の成形・加工が容易に
なる。

更に実施例に示すように、ヘツド部を比重が
1.7で高温強度の大きいマグネシウム合金をマト
リツクスにした繊維強化合金（FRM）で製作し、
スカート部を比重が1.5の炭素繊維強化樹脂
（CFRP）により製作すると、従来のアルミニウ
ム合金AC8A（比重2.7）で一体に製作したピスト
ンに比し重量を20％軽減することができ、しかも
高速性能を向上することができる。

以下添付図面を参照して本考案の実施例を説明
する。第１図は本考案に係るピストンの断面正面
図を示し、第２図は第１図の−部断面図であ
り、第３図は第１図に対応する断面正面図である
が繊維強化部位を示すものである。

第１図から第３図において、本考案のピストン
１は、ヘツド部３およびスカート部５に２分割さ
れており、機関の燃焼室（図示せず）からピスト
ン１の頂面に伝えられた燃焼熱のスカート部５へ
の伝熱を低減している。ヘツド部３は、ピストン
リング溝７、油孔９および中心側に位置するピス
トンボス部１１を有しており、第３図に示すよう
にピストン頂部、ピストンリング溝部７およびピ
ストンピンボス部１１を表面処理したアルミナ系
繊維または表面処理したステンレス繊維等の繊維
１５により強化されており、例えばEZ33等のマ
グネシウム合金により製作されている。これは、
ピストン頂部は燃焼室内の高温燃焼ガスと常温の
空気とにさらされ高温強度を必要とするからであ
る。また、ピストンリング溝７には硬質クロムメ
ツキを施したピストンリング（図示せず）が嵌着
され摺動して衝撃的に当たるために該ピストンリ
ング溝７の周辺は耐摩耗性が必要であるからであ
る。更にまた、ピストンピン１７により爆発荷重
および慣性力を受けかつピストンピン１７に対し
相対的に揺動するピストンボス部１１もまた耐摩
耗性が必要であるからである。なおヘツド部３を
繊維強化することによつて熱膨脹率が低下し寸法
的に安定するという副次的効果も生じる。

次にスカート部５は外側のピストンピンボス部
１９を有し、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ
樹脂等を40％から60％ベースとし高剛性炭素繊維
２１（第３図）により強化した炭素繊維強化樹脂
により製作している。これによりスカート部５の
自己潤滑性が生じてシリンダボアへの焼付きが防
止または低減され、耐摩耗性が向上した。

ヘツド部３およびスカート部５はピストンピン
１７により互いに揺動可能な状態でピストンロツ
ド（図示せず）に連結される。このときにヘツド
部３とスカート部５の間に（第２図でｈで示す）
１mmから２mmの隙間を形成しておき、ヘツド部３
とスカート部５の干渉を防止するとともに合金に
比し使用温度が低い炭素繊維強化樹脂からなるス
カート部５への燃焼熱の伝達を防止する。ヘツド
部３の外周径をスカート部５の外周径より小さく
なして、ヘツド部３はシリンダボアからの側圧を
ピストンリングで受けまたスカート部５はシリン
ダボアからの側圧をその外周部で受けるようにな
している。

本考案のようにピストンを２分割することによ
り異なる材質の各部分の形状を単純化でき、生産
技術上各部分を繊維強化することが極めて容易と
なり、複合化と成形性とを同時に満足させること
ができる。またピストンの有すべき機能に応じて
それぞれ最適な材料を用いることが可能となり、
大幅な軽量化および高速性能の向上がはかれ、機
関を余裕のある状態で運転可能となり、耐久性の
向上がはかれる。またスカート部はピストンピン
まわりに揺動可能に支持されており、スカート部
がシリンダボアによくなじみ、ピストン昇降時の
振動吸収が可能となる。

更に実施例のようにヘツド部のピストンピンボ
ス部を中心側に位置させることにより爆発圧力の
作用位置が内側になる。これによりピストンピン
の曲げによる撓みが小さくなるのでピストンピン
の小径化が可能となる。ピストンピンが小径化す
ればその摩擦接触部の面積は小さくなり、従つて
摩耗損失も小さくなる。

本考案により軽量で耐焼付性および耐摩耗性が
高く生産が容易なピストンが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の断面正面図、第２
図は第１図の−断面図、第３図は断面正面図
である。 １……ピストン、３……ヘツド部、５……スカ
ート部、１７……ピストンピン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関のシリンダボアに嵌合されるピストン
   において、燃焼室に臨むヘツド部を繊維強化した
   軽合金で製作し、シリンダボアに嵌合摺動するス
   カート部を炭素繊維強化樹脂で製作し、２分割さ
   れた該ヘツド部およびスカート部をピストンピン
   により相互に揺動可能に連結したことを特徴とす
   るピストンピン。