JPH0357302B2 - - Google Patents
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- JPH0357302B2 JPH0357302B2 JP2663186A JP2663186A JPH0357302B2 JP H0357302 B2 JPH0357302 B2 JP H0357302B2 JP 2663186 A JP2663186 A JP 2663186A JP 2663186 A JP2663186 A JP 2663186A JP H0357302 B2 JPH0357302 B2 JP H0357302B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〓産業上の利用分野〓
本発明は内燃機関用ピストンに係り、特にピン
穴の部分を補強材によつ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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a piston for 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〓
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つて、これによつ
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。〓Summary of the Invention〓 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. This is to prevent localized large stress from occurring.
〓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つて、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
て高くなつている。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
されている。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。〓Conventional technology〓 Due to various factors such as increasing the output and weight of internal combustion engines, as well as exhaust gas countermeasures, the mechanical or thermal load on the piston has increased, and the mechanical stress has increased especially in the piston pin hole. has become extremely high. 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 use 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.
〓発明が解決しようとする問題点〓
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
切削加工によつて削除する方法や、鋳型にガス抜
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。〓Problems to be solved by the invention〓 However, in the case of molten metal forging, poor joining tends to occur at the part where the composite part comes into contact with a mold such as a metal mold, and furthermore, part of the boundary between the composite part and the non-composite part When in contact with the mold surface, there is a phenomenon in which the bonding strength at the boundary portion decreases, and in the case of a composite pin hole portion, both problems exist at the same time.
To solve this problem, we have developed methods such as adding excess thickness between the bosses and molding the piston, and then removing the composite imperfections by cutting, and creating gas vent holes and narrow grooves in the mold. There is also a way to connect this to a suction device to help with 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.
さらには上記の組合せやセラミツクを利用した
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
方向の終端となるため、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。 Furthermore, combinations of the above and molds using ceramics are being considered, but all of these methods lead to wasted materials, increase casting equipment costs, increase the number of mold maintenance inspections, or cause 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 this is the 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 extra thickness needs to be added on the side between the bosses.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであつて、ピン穴の部分を強化材によつて部分
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。 The present invention has been made in view of these problems, and it solves the problems of poor bonding and decreased bonding strength at the boundary that occur when the pin hole portion is partially reinforced with a reinforcing material. It is an object of the present invention to provide a piston for an internal combustion engine that effectively eliminates the problem.
〓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つて複合
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。〓Means for solving the problem〓 The present invention provides 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 the piston is combined with the piston pin. In this case, 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. It is something.
〓作用〓
従つて本発明によれば、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、境界部の結合
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、
これによつ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。〓Effect〓 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 decrease in bonding strength at the boundary part can be solved, and the part where high stress is generated can be removed from the composite part. will be located,
This makes it possible to strengthen the pin holes more effectively.
〓実施例〓
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、無機繊維、多孔質金属、各種ウ
イスカ、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つ
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。〓Example〓 The present invention will be described below with reference to an illustrated example.
As shown in FIGS. 1 and 2, the piston 10 according to this embodiment has its pin hole 11 and pin boss 12 reinforced with composite materials such as inorganic fibers, porous metals, various whiskers, and inorganic powder. In order to eliminate the shortcomings of the conventional technology, the piston pin hole 11 and pin boss portion 12 have been carefully considered from both material strength and structural design aspects to reduce material costs, productivity, and quality. This provides effective reinforcement without sacrificing stability.
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つてピス
トン１０の成形と同時に部分複合を行なうときに
は、強化材１４を鋳型面から１mm以上、好ましく
は２〜５mm以上ピストン１０の外周側に入つた位
置にセツトすることによつ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補強
材１４を鋳包む場合には、溶湯鍛造で２mm以上、
重力鋳造で４mm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イ
ングしたり、Ni−Ｐ等のメツキを施して鋳包み
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。 To explain in more detail, as shown in FIG.
The composite portion 14 is provided at a certain distance from the portion 3. 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 set at a position that is 1 mm or more from the mold surface, preferably 2 to 5 mm or more on the outer circumferential side of the piston 10. Thus, a sufficient composite can be obtained. In addition, when casting the reinforcing material 14 that has been composited in advance, it is possible to
In gravity casting, it is preferable to keep a distance of 4 mm or more from the inter-boss surface 13. The material to be cast has a surface roughness of 10μ or more, preferably 35μ or more,
Furthermore, there are methods to improve the bonding strength during casting by coating low melting point metals such as Sn, Sb, and As, and easily meltable alloys containing these by methods such as thermal spraying or dipping, or by applying plating such as Ni-P. It will produce good results.
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とのエツジ部分Ａの応力が
最大となる。従つてこのようなピストン１０は、
ピン穴１１の最も奥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、ピン穴面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
パ穴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。これによつて複合部と
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。 Generally, the stress around the piston pin hole 11 has a distribution 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, such a piston 10 is
Breakage will occur from the deepest part of the pin hole 11. Therefore, in the piston 10 according to this embodiment, as shown in FIG. 1, an inclined surface or a tapered hole 15 is formed at the intersection between the pin hole surface 11 and the inter-boss surface 13, 15 and the plane of the pin hole 11 is located at the composite part. This avoids the problem of a decrease in 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. That's what I do.
このような構成によつて、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のピン穴１
１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１５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と一部をテーパ部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１〜10分
の１とするとともに、テーパの角度を５〜30分の
範囲とするものが好ましい。 With such a configuration, composite reinforcement of the pin hole 11 can be sufficiently achieved, but in order to further increase the effect, the portion of the pin hole 11 on the side of the inter-boss surface 13 is made a tapered portion, and this taper Pin hole 1 in section 15
The intersecting part of the straight line parts 1 is located at the compound part, so that when the piston 10 is operated under light load, the taper part 15 of the pin hole 11 and the piston pin do not come into contact with each other, and when the piston pin is operated under maximum load, The piston pin slightly contacts the tapered portion 15 of the pin hole 11, 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. In this way, when the pin hole 11 and a part thereof are formed into a tapered portion 15, the length of the tapered portion 15 in the axial direction of the piston pin is set to 1/2 to 1/10 of the total length of the pin hole 11. At the same time, it is preferable that the taper angle is in the range of 5 to 30 minutes.
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１０の頂部側の応力が変化し、特に
直接噴射式デイ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
つ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によつて
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１９，２
０の補強をも兼ねるように行なわれている。 If the structure is such that a portion of the pin hole 11 does not come into contact with the piston pin on the inter-boss surface 13 side, the stress on the top side of the piston 10 changes, especially in the recess 18 in a direct injection diesel engine.
It has been confirmed that in the edge portion of the combustion chamber, the tensile stress increases in the direction of the pin hole 11, and the compressive stress increases in the direction perpendicular thereto. Therefore, in order to prevent breakage due to such stress, the top portion of the piston is reinforced with a reinforcing material 19. In this composite reinforcement, the reinforcing material 19 is connected to the upper two ring grooves 19, 2.
This is done to also serve as reinforcement for 0.
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の複合部の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
ピストン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１
８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
複合強化を行なつていない。 Next, a modification of the above embodiment will be explained with reference to FIG. If the boundary between the composite portion and the non-composite portion of the pin hole 11 is far away from the inter-boss surface 13, the hole diameter on the side of the inter-boss surface 13 is increased to form a large diameter portion 24, as shown in FIG. All you have to do is to form . The intersection 25 of this large diameter portion 24 and the regular hole diameter is connected to the reinforcing material 14.
be located in the compound section. 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 combustion chamber 1 at the top of the piston 10
The reinforcing material 19 is arranged only at the edge portion 8, and the ring grooves 21 and 22 are not particularly compound reinforced.
つぎに複合材を溶接によつ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に溶接によつて複
合材１４を固定する場合には、ボス間面１３から
２〜５mmピストン１０の外周側に入つた位置に複
合材１４をセツトする。そして外周側から溶接部
分２８を電子ビーム溶接によつて固定するととも
に、ピン穴１１の部分から溶接部２９を電子ビー
ム溶接によつて固定する。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、これによつて非複合部と
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。 Next, we will discuss a modification in which the composite material is fixed by welding. For example, as shown in FIG. When fixing the composite material 14, the composite material 14 is set at a position 2 to 5 mm from the boss-to-boss surface 13 to the outer peripheral side of the piston 10. Then, the welded portion 28 is fixed by electron beam welding from the outer circumferential side, 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.
This prevents the boundary between the non-composite portion and the composite portion from coming into contact with the piston pin.
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、
断面が直角三角形となるような強化材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つてこの強化
材１４の固定を行なうようにしている。従つてこ
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の内周面であつて
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、これによつ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。このような構造または摩擦溶接法にも好適と
なる。 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 whose cross section is a right triangle. 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, there is no need to weld from the pin hole 11 portion, and the welding process is simplified. Furthermore, in this modification, a curved surface processing 32 is applied to the inner circumferential surface of the pin hole 11 on the side of the inter-boss surface 13, so that the boundary between the composite part and the non-composite part is It has a structure that does not make contact with the piston pin. This structure is also suitable for friction welding.
ピン穴１１の複合部の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１１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
つ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。 In order to adopt a structure in which the boundary between the composite part and the non-compound part of the pin hole 11 does not come into contact with the piston pin, instead of devising the shape of the inner circumferential surface of the pin hole 11 on the inter-boss surface 13 side, As shown in FIG. 7, the shape of the piston pin 35 may be devised. 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.
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つた結果につ
いて説明する。直径が100mmの直接噴射型デイー
ゼルエンジン用ピストンを溶湯鍛造の方法を用い
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15％の炭化珪
素ウイスカ（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2.5mm入つ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５mm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のプロフイルは、テーパ部１５の長さを
７mm、角度を12分に仕上げた。また頂面側の強化
材１９の厚さは10mmとしている。 Next, the results of an experiment to investigate 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 100 mm was manufactured using a molten metal forging method. Then, as shown in Fig. 1, the area around the pin hole 11 and from the edge of the combustion chamber 18 to the ring groove 21 was compositely reinforced with a silicon carbide whisker (Si CW) molded body with a volume ratio of 15%. . The composite part of the pin hole 11 of the piston 10 has a boundary with the inner non-composite part at a position 2.5 mm into the outer circumferential side of the piston 10 from the inter-boss surface 13, and on the outer circumferential side, the retainer ring groove 16 The center is the boundary. The thickness of the composite portion in the diametrical direction of the pin hole 11 was set to 5 mm so as to surround the entire circumference of the pin hole 11. In addition, the profile of the pin hole 11 is finished so that the length of the taper portion 15 is 7 mm and the angle is 12 minutes. Further, the thickness of the reinforcing material 19 on the top surface side is 10 mm.
このようなピストン１０を第８図に示す疲れ試
験装置を用いて評価を行なつた。この疲れ試験装
置はベース４０のケーシング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つて
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。 Such a piston 10 was evaluated using a fatigue test device shown in FIG. This fatigue test device consists of a base 40 and a casing 41, and the piston 10 is disposed within the casing 41. 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 inserted into the pin hole 11 of the piston 10.
The piston 10 and the base 40 are connected to each other.
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
給することによつて、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、＋210Kg／cm2と−20
Kg／cm2の圧力を所定のサイクルで加えた場合が限
界であつた。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
に染色深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／cm2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。 By supplying oil pressurized by the oil pump 48 to such a device via the servo valves 46 and 47, the upper and lower sides of the piston 10 are supplied with oil as shown by solid lines and dotted lines in FIG. 9, respectively. I tried to apply pressure. First, in the case of a piston without compound reinforcement, +210Kg/cm 2 and -20
The limit was when a pressure of Kg/cm 2 was applied in a predetermined cycle. In addition, pistons in which the pin hole portions have been compositely strengthened using the conventional method have complex defective areas that are slightly observed as deep staining scratches on the surfaces between the bosses. As a result of testing this at 240Kg/ cm2 ,
Although no pin holes or cracks were found in the boss, part of the composite defective part was on the verge of falling off, and the test was canceled because there was a risk of damage to the hydraulic system of the test equipment. Trouble can be expected when it is actually incorporated into an engine.
これに対して上記実施例による試作のピストン
１０では、260Kg／cm2で所定サイクルの試験後ま
つたく異常が認められなかつた。またこの試作ピ
ストン１０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の直角方向
の最大圧縮応力が標準品の−2.5Kgｆ／mm2から−
3.8Kgｆ／mm2増加している。しかし炭化珪素ウイ
スカを用いた強化材１９による複合強化によつ
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。 On the other hand, in the prototype piston 10 according to the above example, no abnormality was observed after a predetermined cycle test at 260 kg/cm 2 . In addition, in this prototype piston 10, due to the taper processing of the pin hole 11, the maximum compressive stress in the direction perpendicular to the pin hole 11 at the edge of the combustion chamber 18 has increased from -2.5 Kgf/mm 2 of the standard product.
It has increased by 3.8Kgf/ mm2 . 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.
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施例や変形
例によつ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つて、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
化に大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
ンピンとヒ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、例えばサイドカツ
ト、油孔、油溝等を組合せるのを妨げることがな
い。 Although the present invention has been described above with reference to the illustrated embodiment and its modified examples, the present invention is not limited to these embodiments and modified examples, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. It is possible. 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 make it vary greatly depending on changes in stress.
Further, it is easily possible to make the piston pin and the non-contact portion 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 hinge 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. Further, it does not prevent the use of a combination of means for lubrication of the piston pin hole and deformation of the pin, such as side cuts, oil holes, oil grooves, etc.
〓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。従つ
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
に局部的に大きた応力が発生するのを防止するこ
とが可能になる。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 joining of reinforcing materials or solving problems associated with a decrease in joint strength at the boundary between composite and non-composite parts. It can be demonstrated. 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 sectional view of a part of a piston for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a front view of the pin boss part, Figures 3 to 7 are enlarged longitudinal sectional views of main parts of a piston according to a modification, Figure 8 is a longitudinal sectional view showing a piston fatigue test device, and Figure 9 is a longitudinal sectional view showing a piston fatigue test device.
The figure 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
... Surface between bosses, 14 ... Reinforcement material, 15 ... Tapered part, 18 ... Recessed part (combustion chamber), 19 ... Reinforcement material,
20, 21... ring grooves.
Claims (1)
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。[Scope of Claims] 1. 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 is in an unloaded state. An internal combustion engine characterized in that the shape of the pin hole or the shape of the piston pin is configured such 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 for. 2. A patent claim characterized in that the surface side between the bosses of the pin hole is configured in a tapered shape, and a portion where the tapered portion and the straight line portion of the pin hole intersect is located in a composite portion made of a reinforcing material. A piston for an internal combustion engine according to item 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 the reinforcing material. A piston for an internal combustion engine according to claim 1. 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. The piston for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the piston is manufactured by any one of molten metal forging, cast-in, and welding.
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 JPS62184274A (en) | 1987-08-12 |
| JPH0357302B2 true 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) |
Families Citing this family (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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62184274A (en) | 1987-08-12 |
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