JPS5851146B2 - 複合ピストン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複合ピストン、例えば内燃機関用の複合ピスト
ンに関し、繊維で補強された合成樹脂から主としてなる
とともに、燃焼室を規定する壁部が従来の軽金属ピスト
ン材料で構成されているものに関する。

従来の内燃機関において構成部品の重量を軽減するなら
ば、燃料消費量を抑え、エネルギーの節約を実現するこ
とが可能となる。

重量をできる限り僅かなものに抑えるというこの条件の
ほかにも、運転時における快適性の要求から、内燃機関
の騒音特性並びに振動特性に関しても厳しい条件が課さ
れる。

このような改良目的の一部は、軽量のピストンを用いる
ならば、その比較的小さな振動質量によって達成される
。

従ってピストンを製作する場合、従来の金属材料の代り
に、より軽量な材料を用いることが、こふ数年来試みら
れている。

その場合使用される材料としては、特にプラスチックが
かなり大きなウェイトを占めている。

例えばドイツ技術者協会（ＶＤＩ）のレボ−）Ａ２６（
１９８０年６月２７日）には、そのはＭ９０パーセント
に至るまで、繊維補強プラスチックから構成されたオツ
トー機関に関する報告がなされている。

ここでは、連接棒、ピストン、ピストンピン、ピストン
リング、その他の構成要素がプラスチックで製作されて
いる。

さらに１９８ ｏ年２月２５日〜２９日にデト□イトで
開かれたＳＡＥ （５ｏｃｉｅｔｙ ｏｆＡｕｔｏｍ
ｏｂｉｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ）の会議においては
、繊維で補強されたプラスチックからなり、かつ燃焼室
を規定する壁部並びにリング支持部が軽金属ピストン合
金で構成されたピストンが呈示された。

ピストンをこのように構成することにより、その重量及
びひいては燃料の消費量が軽減されるのみならず、慣性
力及び騒音の発生が著しく減衰せしめられる。

なぜならば、プラスチックは固体伝達音を金属材料より
良く吸収するからである。

一方、このような構成で達成された重量軽減により、運
転の信頼性及びピストンの耐用寿命に不都合な影響が及
ぼされてはならない。

軽金属と比較するとプラスチックの熱伝導率が低いこと
により、かなり高い熱が発生し、その温度はプラスチッ
クの耐熱温度を容易に超えてしまう。

さらに、燃焼室を規定する壁部が過度に加熱されること
により、一般に体積効率が低下し、また例えばオツトー
機関においては、早すぎるノッキング現象が生ずること
になる。

この欠点に対しては、前述した簡単な複合ピストン構造
も充分な解決策とはならない。

なぜならば、適宜な熱排出手段がないために；燃焼室を
規定している軽金属壁内に熱が蓄積されるからである。

そこで本発明の課題とするところは、燃焼室を規定する
軽金属ピストン合金製の壁部から申し分なく熱を排出す
る措置を提供することにある。

本発明の第１発明は、冒頭に述べた種類のピストンにお
いて、上記の課題を解決すべく、燃焼室を規定する壁部
の少なくとも主要部が軽金属ピストン材料で構成される
とともに、この壁部が冷却可能に構成されたものである
。

また、本発明の第２発明は、燃焼室を規定する壁部と少
なくとも圧縮リングを受容する部分のリング支持部とが
軽金属ピストン材料で構成されるとともに、この壁部が
冷却可能に構成されたものである。

本発明による複合ピストンの好ましい実施態様において
は、燃焼室を規定する壁部と、リング支持部の全体又は
少なくとも圧縮リングを受容する部分のリング支持部と
が軽金属ピストン材料で構成されている。

本発明による複合ピストンのさらに好ましい実施態様に
おいては、燃焼室を規定する壁部がピストンヘッドの内
表面の一部を構成している。

このような構成により、燃焼室を規定する壁部を、例え
ばこの壁部に向って吹き付けられたオイルによって冷却
することができ、これにより、ガスの吸入／排出工程及
び燃焼工程時において燃焼室を規定する壁部の過度に高
い温度により生ずるいくつかの不都合な作用を回避する
ことが可能となる。

燃焼室を規定する壁部とリング支持部とが軽金属ヒスト
ン材料で構成されている複合ピストンの場合には、リン
グ支持部の背後において合成樹脂部分と軽金属部分との
間に環状の冷却用通路を設けることができる。

本発明により構成された複合ピストンの利点は、運転の
信頼性及び比較的長い耐用寿命が保証されることであり
、しかもこのためにピストンの重量を著しく増大させる
必要がないことである。

さらにこの場合、繊維で補強された合成樹脂からなるピ
ストンの有している全ての利点は、失なわれることなく
全て維持される。

例えば、ピストンクリアランスがある場合に、死点近傍
においてピストンスカートがシリンダの一方の側から他
方の側へ移動する際、この横方向運動に起因する衝撃が
、比較的大きなピストンスカートの弾性によりかなり吸
収或いは減衰せしめられるので、騒音の発生率が低下せ
しめられる。

また負荷を受けている場合には、ピストンスカートが比
較的大きな面でシリンダ壁に当接するので、平均面圧が
かなり低く抑えられる。

次に本発明を実施例につき添付図面を参照して説明する
。

第１図は従来構造による複合ピストンのピストンピン平
面における縦断面図である。

この複合ピストン１においては、燃焼室を規定する壁部
２とリング支持部３とが軽金属ピストン材料から構成さ
れており、これと一体的に鋳造された他の部分４が繊維
で補強されたエポキシド樹脂で構成されている。

第２図は本発明の第１の実施例による複合ピストンのピ
ストンピン平面における縦断面図である。

この複合ピストン５においては、燃焼室を規定する壁部
６の大部分が、中挟の縁部部分７を除いて全て軽金属ピ
ストン合金から構成されており、ピストン５の他の部分
８は繊維で補強されたエポキシド樹脂からなっている。

燃焼室を規定する壁部６はピストンヘッドの内面の一部
を構成しており、それゆえこの壁部６内に生じた熱を例
えば噴射冷却によって排出することが可能となる。

第３図は本発明の第２の実施例による複合ピストンのピ
ストンピン平面における縦断面図である。

この複合ピストン９においては、燃焼室を規定する壁部
１０とリング支持部１１とが軽金属ピストン材料で構成
されており、この材料からなる部分はピストンヘッドの
内面の一部をも構成している。

この複合ピストン９における他の部分１２は、繊維で補
強されたエポキシド樹脂から構成されている。

第４図は本発明の第３の実施例による複合ピストンのピ
ストンピン平面における縦断面図である。

この複合ピストン１３においては、燃焼室を規定する壁
部１４と圧縮リングを受容するリング支持部１５０部分
とが軽金属ピストン材料で構成されており、ピストン９
の他の部分１６は繊維で補強されたプラスチックからな
っている。

２つのピストン構成要素、即ち壁部１，４と残余ピスト
ン部分１６との間には、リング支持部１５の背後におい
て環状の冷却用通路１７が設げられている。

次に、上述した実施例を例示して本発明を要約的に説明
する。

繊維で補強された合成樹脂から主としてなる複合ピスト
ン５，９，１３において、燃焼室を規定する壁部６，１
０，１４は従来の軽金属ピストン材料で構成されている
。

本発明において、燃焼室を規定する壁部６゜１０．１４
からより効果的に熱を排出する目的で、この壁部６，１
０，１４が冷却可能に構成されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造による複合ピストンの縦断面図である
。 第２図は本発明の第１の実施例による複合ピストンの縦
断面図、第３図は本発明の第２の実施例による複合ピス
トンの縦断面図、第４図は本発明の第３の実施例による
複合ピストンの縦断面図である。 なお図面に用いた符号において、５，９，１３・・・・
・・複合ピストン、６，１０，１４・曲・壁部、８゜１
２．１６・・・・・・合成樹脂部分、１１，１５・・・
・・・リング支持部、１７・・・・・・冷却用通路であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維で補強された合成樹脂と軽金属ピストン材料と
   から構成された複合ピストンにおいて、燃焼室を規定す
   る壁部の少なくとも主要部が前記軽金属ピストン材料で
   構成されるとともに、この壁部が冷却可能に構成されて
   いることを特徴とする複合ピストン。 ２ 燃焼室を規定する壁部の軽金属ピストン材料からな
   る部分がピストンヘッドの内面の一部を構成しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の複合ピス
   トン。 ３ 繊維で補強された合成樹脂と軽金属ピストン材料と
   から構成された複合ピストンにおいて、燃焼室を規定す
   る壁部と少なくとも圧縮リングを受容する部分のリング
   支持部とが軽金属ピストン材料で構成されるとともに、
   この壁部が冷却可能に構成されていることを特徴とする
   複合ピストン。 ４ 燃焼室を規定する壁部の軽金属ピストン材料からな
   る部分がピストンヘッドの内面の一部を構成しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の複合ピス
   トン。 ５ リング支持部の背後において、合成樹脂からなる部
   分と軽金属ピストン材料からなる燃焼室を規定する壁部
   との間に冷却用通路が設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項に記載の複合ピストン。