JPH0159422B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0159422B2 JPH0159422B2 JP59220443A JP22044384A JPH0159422B2 JP H0159422 B2 JPH0159422 B2 JP H0159422B2 JP 59220443 A JP59220443 A JP 59220443A JP 22044384 A JP22044384 A JP 22044384A JP H0159422 B2 JPH0159422 B2 JP H0159422B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- fibers
- inorganic
- alumina
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 50
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 17
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxido(oxo)titanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][Ti]([O-])=O NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 claims description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 3
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007666 vacuum forming Methods 0.000 description 1
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
- 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
- F02F3/02—Pistons having means for accommodating or controlling heat expansion
- F02F3/04—Pistons having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts
- F02F3/042—Pistons having means for accommodating or controlling heat expansion having expansion-controlling inserts the inserts consisting of reinforcements in the skirt interconnecting separate wall parts, e.g. rods or strips
-
- 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
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
-
- 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
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
- F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
-
- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
-
- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0448—Steel
-
- 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
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0804—Non-oxide ceramics
- F05C2203/0813—Carbides
- F05C2203/0817—Carbides of silicon
-
- 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
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
-
- 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
- F05C2253/16—Fibres
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
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。
ピストンに関する。
従来の技術
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（Al）合金に比べて
熱膨張の小さい鋼板製のストラツトをピストンに
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Al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、鋼製のストラツトでも十分に
熱膨張を制御することが困難になりつつある。
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（Al）合金に比べて
熱膨張の小さい鋼板製のストラツトをピストンに
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Al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、鋼製のストラツトでも十分に
熱膨張を制御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、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、ピストンヘツド部とスカカート
部とを分割し、スカート部にインサートを挿入し
たものも知られている（例えば、実開昭58−
191350号）。
の問題の対策として、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、ピストンヘツド部とスカカート
部とを分割し、スカート部にインサートを挿入し
たものも知られている（例えば、実開昭58−
191350号）。
発明が解決しようとする問題点
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。
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。
問題点を解決する手段
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。
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
向線膨張係数が12×10-6／℃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、炭化ケイ素ウイスカー、窒化ケイ
素ウイスカー、鉱物繊維、チタン酸カリウムウイ
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。
ケイ素、ガラスの１又は複数から成り、繊維軸方
向線膨張係数が12×10-6／℃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、炭化ケイ素ウイスカー、窒化ケイ
素ウイスカー、鉱物繊維、チタン酸カリウムウイ
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。
実施例
以下、添付図面を参照して本発明の実施例につ
き説明する。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
ボス部、１３はスカート肩部をそれぞれ示してい
る。
き説明する。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
ボス部、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
（Al）合金にて形成されており、スカート肩部１
３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。
を示す。図示のピストン１０はアルミニウム
（Al）合金にて形成されており、スカート肩部１
３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、機械加加工を行い、アルミ
ナ−シリカ短繊維をランダムに配向して環状の成
形体２（外径81mm、内径68mm、厚さ５mm、かさ密
度0.2ｇ／cm3；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
イラメントワインデイング装置により炭素長繊維
１（熱膨張係数−1.2×10-6／℃；東レ株式会社
製、商標「トレカM40」）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／cm3であつた。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℃のAl
合金（JIS AC8A）の溶湯を注ぎ、約1000Kg／cm2
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84mm、高さ75mmのピス
トンを得た。
成形法により成形し、機械加加工を行い、アルミ
ナ−シリカ短繊維をランダムに配向して環状の成
形体２（外径81mm、内径68mm、厚さ５mm、かさ密
度0.2ｇ／cm3；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
イラメントワインデイング装置により炭素長繊維
１（熱膨張係数−1.2×10-6／℃；東レ株式会社
製、商標「トレカM40」）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／cm3であつた。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℃のAl
合金（JIS AC8A）の溶湯を注ぎ、約1000Kg／cm2
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84mm、高さ75mm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つた。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、ストラツトを
鋳込まない同一形状のピストンと、鋼（SPCC）
製の環状ストラツトを鋳込んだピストンについて
も同様の試験を行なつた。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、ストラツ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、鋼製のストラツトを鋳込んだピス
トン（重量360ｇ）よりも15ｇ軽量であつた。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、総排気量2812c.c.、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
つた。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。
下のように熱膨張試験を行なつた。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、ストラツトを
鋳込まない同一形状のピストンと、鋼（SPCC）
製の環状ストラツトを鋳込んだピストンについて
も同様の試験を行なつた。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、ストラツ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、鋼製のストラツトを鋳込んだピス
トン（重量360ｇ）よりも15ｇ軽量であつた。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、総排気量2812c.c.、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
つた。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（Al）
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ウイスカー（短繊維）２とSiC長繊維１
にて複合強化されている。
示す。図示のピストン１０はアルミニウム（Al）
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ウイスカー（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ウイス
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
ツ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つたものをセツ
トした後、再度SiCウイ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ウイスカーの中にSiC長繊維
が入つたストラツトを得た（81×60×５mm）。続
いて、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℃のAl合金（JIS AC8A）の溶湯を注ぎ、
約1000Kg／cm2の圧力によつ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
mm、高さ75mmのピストンを得た。
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
ツ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つたものをセツ
トした後、再度SiCウイ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ウイスカーの中にSiC長繊維
が入つたストラツトを得た（81×60×５mm）。続
いて、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℃のAl合金（JIS AC8A）の溶湯を注ぎ、
約1000Kg／cm2の圧力によつ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
mm、高さ75mm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ウイスカー（短繊維）複合
部が20％、SiC長繊維複合部は55％であつた。ま
た、その重量は、鋼製のストラツトを鋳込んだピ
ストン（重量360ｇ）よりも13ｇ軽量であつた。
このピストンを実施例１と同様なエンジンに組込
み、耐久試験を行なつたところ、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。
の繊維体積率は、SiCウイスカー（短繊維）複合
部が20％、SiC長繊維複合部は55％であつた。ま
た、その重量は、鋼製のストラツトを鋳込んだピ
ストン（重量360ｇ）よりも13ｇ軽量であつた。
このピストンを実施例１と同様なエンジンに組込
み、耐久試験を行なつたところ、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１０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
（Al）合金にて形成されており、スカート肩部１
３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つた。ま
ずアルミナ短繊維（ICI製、商標「サフイル」）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／cm3）、次に炭素長繊維の袋網になつた
ものをこの成形体を包みこむようにし（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
と同様にしてピストンを完成させた。
図を示す。図示のピストン１０は、アルミニウム
（Al）合金にて形成されており、スカート肩部１
３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つた。ま
ずアルミナ短繊維（ICI製、商標「サフイル」）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／cm3）、次に炭素長繊維の袋網になつた
ものをこの成形体を包みこむようにし（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
と同様にしてピ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、耐久試験を行なつたとこ
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、さらに少なくなつていた。
様のエンジンに組込み、耐久試験を行なつたとこ
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、さらに少なくなつていた。
発明の効果
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（Al）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
であるため、Al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
度がAl合金の強度に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FRMストラツ
トピストンを提供することができる。
合強化部は、(1)アルミニウム（Al）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
であるため、Al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
度がAl合金の強度に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FRMストラツ
トピストンを提供することができる。
従つて、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
くすることができ、かつピストンの軽量化を達成
することができる。
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。
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−に沿つた断面図、
第３図は第２図の線−に沿つた断面図、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
沿つた断面図、第８図は第７図の線−に沿つ
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に沿つた
断面図、第１２図は第１１図の線XII−XIIに沿つた
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。
図、第２図は第１図の線−に沿つた断面図、
第３図は第２図の線−に沿つた断面図、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
沿つた断面図、第８図は第７図の線−に沿つ
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に沿つた
断面図、第１２図は第１１図の線XII−XIIに沿つた
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)
- 【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
×10-6／℃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、炭化ケイ素ウイスカー、窒化ケイ素ウイスカ
ー、鉱物繊維、チタン酸カリウムウイスカー、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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220443A JPS6198948A (ja) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | 内燃機関用ピストン |
| US06/774,432 US4694735A (en) | 1984-10-22 | 1985-09-10 | Piston for internal combustion engine |
| DE8585111871T DE3570485D1 (en) | 1984-10-22 | 1985-09-19 | Piston for internal combustion engine |
| EP85111871A EP0182034B1 (en) | 1984-10-22 | 1985-09-19 | Piston for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220443A JPS6198948A (ja) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | 内燃機関用ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6198948A JPS6198948A (ja) | 1986-05-17 |
| JPH0159422B2 true JPH0159422B2 (ja) | 1989-12-18 |
Family
ID=16751189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59220443A Granted JPS6198948A (ja) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4694735A (ja) |
| EP (1) | EP0182034B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6198948A (ja) |
| DE (1) | DE3570485D1 (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4730548A (en) * | 1985-02-02 | 1988-03-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Light metal alloy piston |
| EP0196076B1 (en) * | 1985-03-26 | 1991-01-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Light metal alloy piston |
| JPS62240727A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-21 | Toyota Motor Corp | 短繊維及びチタン酸カリウムホイスカ強化金属複合材料 |
| DE3639806A1 (de) * | 1986-11-21 | 1988-05-26 | Kolbenschmidt Ag | Leichtmetallkolben fuer brennkraftmaschinen |
| JP2595946B2 (ja) * | 1986-12-15 | 1997-04-02 | いすゞ自動車株式会社 | 複合材ピストン及びその製造方法 |
| US5041340A (en) * | 1987-09-03 | 1991-08-20 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fiber-reinforced light alloy member excellent in heat conductivity and sliding properties |
| GB2220044B (en) * | 1988-05-31 | 1992-11-18 | Atsugi Motor Parts Co Ltd | Piston structure for internal combustion engine |
| DE4109160C3 (de) * | 1991-03-20 | 2000-11-30 | Federal Mogul Nuernberg Gmbh | Kolben für Brennkraftmaschinen |
| DE4244502C1 (de) * | 1992-12-30 | 1994-03-17 | Bruehl Aluminiumtechnik | Zylinderkurbelgehäuse und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JPH06218521A (ja) * | 1993-01-26 | 1994-08-09 | Unisia Jecs Corp | 内燃機関のピストン |
| DE4414678A1 (de) * | 1994-04-27 | 1995-11-02 | Mahle Gmbh | Leichtmetallkolben für Verbrennungsmotoren |
| US6016739A (en) * | 1995-06-07 | 2000-01-25 | Sundstrand Corporation | Piston and method for reducing wear |
| US5948330A (en) * | 1996-03-06 | 1999-09-07 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method of fabricating chopped-fiber composite piston |
| JPH1136978A (ja) * | 1997-07-16 | 1999-02-09 | Unisia Jecs Corp | 内燃機関用ピストン |
| US6170454B1 (en) | 1998-07-31 | 2001-01-09 | Techniphase Industries, Inc. | Piston apparatus and methods |
| US6318243B1 (en) * | 1999-08-31 | 2001-11-20 | D. Kent Jones | Two-piece piston assembly |
| US6530760B1 (en) * | 2000-08-11 | 2003-03-11 | Coleman Powermate, Inc. | Air compressor |
| US6767523B2 (en) * | 2001-07-18 | 2004-07-27 | Industrial Ceramic Solutions, Llc | Whisker-free silicon carbide fibers |
| ITPR20040084A1 (it) * | 2004-12-03 | 2005-03-03 | B R D Di Bocchi Ing Giuseppe & | Pistone per motori a combustione interna. |
| EP2184477B1 (en) * | 2007-08-24 | 2013-04-17 | Honda Motor Co., Ltd. | Piston of internal combustion engine |
| EP2053228A3 (de) * | 2007-10-23 | 2014-12-10 | KS Kolbenschmidt GmbH | Bolzennabe eines Kolbens |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2441955A1 (de) * | 1974-09-02 | 1976-03-11 | Schmidt Gmbh Karl | Regelkolben fuer verbrennungskraftmaschinen |
| US4245611A (en) * | 1978-09-05 | 1981-01-20 | General Motors Corporation | Ceramic insulated engine pistons |
| DE2938018A1 (de) * | 1979-09-20 | 1981-04-02 | Audi Nsu Auto Union Ag, 7107 Neckarsulm | Kolben fuer brennkraftmaschinen |
| SE433376B (sv) * | 1979-10-22 | 1984-05-21 | Saab Scania Ab | Kolvmotor med vermeisolerat forbrenningsrum |
| JPS5824578B2 (ja) * | 1979-12-14 | 1983-05-21 | 株式会社クボタ | ユニツト住宅の屋根小屋組み架構方法 |
| JPS5685049A (en) * | 1979-12-15 | 1981-07-10 | Matsushita Electric Works Ltd | Heat insulation wall material and method |
| JPS572445A (en) * | 1980-06-06 | 1982-01-07 | Aisin Seiki Co Ltd | Manufacture of ceramic incorporated type engine piston |
| ATE10816T1 (de) * | 1980-09-24 | 1985-01-15 | Black & Decker Inc. | Spanndicken-einstellmechanismus fuer einen kraftangetriebenen handhobel. |
| DE3134768C2 (de) * | 1981-09-02 | 1984-12-20 | Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5300 Bonn | Kolbenzylinderaggregat für Brennkraftkolbenmaschinen, insbesondere für Otto- und Dieselmotoren |
| JPS5852451A (ja) * | 1981-09-24 | 1983-03-28 | Toyota Motor Corp | 耐熱・断熱性軽合金部材およびその製造方法 |
| JPS5966966A (ja) * | 1982-10-09 | 1984-04-16 | Toyota Motor Corp | 耐熱性軽合金部材およびその製造方法 |
| JPS5982552A (ja) * | 1982-10-29 | 1984-05-12 | Toyota Motor Corp | 内燃機関用ピストン |
| JPS58191350A (ja) * | 1983-04-11 | 1983-11-08 | Toyota Motor Corp | 自動車用駆動装置 |
-
1984
- 1984-10-22 JP JP59220443A patent/JPS6198948A/ja active Granted
-
1985
- 1985-09-10 US US06/774,432 patent/US4694735A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-09-19 DE DE8585111871T patent/DE3570485D1/de not_active Expired
- 1985-09-19 EP EP85111871A patent/EP0182034B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0182034B1 (en) | 1989-05-24 |
| US4694735A (en) | 1987-09-22 |
| DE3570485D1 (en) | 1989-06-29 |
| EP0182034A1 (en) | 1986-05-28 |
| JPS6198948A (ja) | 1986-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0159422B2 (ja) | ||
| EP0080562B1 (en) | Piston with local inorganic fiber reinforcement | |
| US6543334B2 (en) | Cylinder block and method of making the same | |
| US4739738A (en) | Cast components for internal combustion engines with embedded reinforcing layers | |
| EP0437302A2 (en) | Ceramic port liners | |
| US4216682A (en) | Fiber-reinforced light alloy cast article | |
| JPS6149156A (ja) | 内燃機関用のアルミニウムからなるピストン及びその製造方法 | |
| EP0710729B1 (en) | Fibre-reinforced metal pistons | |
| JPH0146569B2 (ja) | ||
| JPH0147618B2 (ja) | ||
| US5092289A (en) | Light alloy piston | |
| US4730548A (en) | Light metal alloy piston | |
| JPS59229033A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JPS59229034A (ja) | 内燃機関用ピストン | |
| JPS6245964A (ja) | 断熱ピストンおよびその製造方法 | |
| JPH0373750B2 (ja) | ||
| JPS6016301B2 (ja) | 摺動部材 | |
| JPH0433982B2 (ja) | ||
| JP2623799B2 (ja) | 内燃機関のピストン | |
| US4669367A (en) | Light metal alloy piston | |
| JP3674970B2 (ja) | ピストンの鋳造方法 | |
| JPS61218752A (ja) | 内燃機関用軽合金製ピストン | |
| JPS62168954A (ja) | デイ−ゼルエンジンのピストン | |
| EP0447701B1 (en) | Reinforced heat resisting member and production method | |
| JPH1136023A (ja) | 金属基複合材料製シリンダライナ及びその製造方法 |