JPS6361758A - 内燃機関用軽合金製ピストン - Google Patents
内燃機関用軽合金製ピストンInfo
- Publication number
- JPS6361758A JPS6361758A JP20362286A JP20362286A JPS6361758A JP S6361758 A JPS6361758 A JP S6361758A JP 20362286 A JP20362286 A JP 20362286A JP 20362286 A JP20362286 A JP 20362286A JP S6361758 A JPS6361758 A JP S6361758A
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- JP
- Japan
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- land
- piston
- ring
- outer diameter
- light alloy
- 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.)
- Pending
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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
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- 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】
Ｌｌ上五皿皿次１
本発明は、内燃機関用の軽合金製ピストンに係り、特に
その頭頂部が無機繊維で強化された軽合金製ピストンに
関するものである。
その頭頂部が無機繊維で強化された軽合金製ピストンに
関するものである。
−−一およびそのロ −
Ａｆｆ１合金等の軽合金製ピストンは、軽量で慣性によ
る動力損失が少なく、高速回転に適しているが、その熱
膨張率が鋳鉄製シリンダ・ライナに比して格段に大きい
ため、常温におけるビス１〜ン・クリアランスを大きく
しなければならない。とりわけ、温度２０００℃以上の
燃焼ガスに晒されるビス１〜ン頭頂部では、その大きな
熱膨張量を名産して、第一ランドの外径を第二ランドの
外径よりも小さく形成し、シリンダとの間のクリアラン
スを十分大きく確保する必要がある１、その結果、燃焼
室と、第一、第二ランドで画成される第一リング溝空間
との間の密封性が悪化し、第一リング溝空間の存在によ
る燃焼ガス圧低■効果が不十分となり、第一リングのフ
ラッフリング（持上り）、ブローバイ（吹扱け）、オイ
ル上がり（潤滑オイルが燃焼室内へ逃げる現象）、ダイ
リューション（ガソリンによる潤滑オーイルの希釈）等
の現象を惹起する。
る動力損失が少なく、高速回転に適しているが、その熱
膨張率が鋳鉄製シリンダ・ライナに比して格段に大きい
ため、常温におけるビス１〜ン・クリアランスを大きく
しなければならない。とりわけ、温度２０００℃以上の
燃焼ガスに晒されるビス１〜ン頭頂部では、その大きな
熱膨張量を名産して、第一ランドの外径を第二ランドの
外径よりも小さく形成し、シリンダとの間のクリアラン
スを十分大きく確保する必要がある１、その結果、燃焼
室と、第一、第二ランドで画成される第一リング溝空間
との間の密封性が悪化し、第一リング溝空間の存在によ
る燃焼ガス圧低■効果が不十分となり、第一リングのフ
ラッフリング（持上り）、ブローバイ（吹扱け）、オイ
ル上がり（潤滑オイルが燃焼室内へ逃げる現象）、ダイ
リューション（ガソリンによる潤滑オーイルの希釈）等
の現象を惹起する。
ｐｌ −を ゛するための一；え焦ＬＪ１皿本発明は
、斯かる技術的背景の１・に創案されたもので゛あり、
ブローパイ、オイル」ニリ、リングのフラッフリング等
の好ましからざる現象が生じ難い内燃機関用軽合金製ピ
ストンを提供することをその目的としている。
、斯かる技術的背景の１・に創案されたもので゛あり、
ブローパイ、オイル」ニリ、リングのフラッフリング等
の好ましからざる現象が生じ難い内燃機関用軽合金製ピ
ストンを提供することをその目的としている。
この目的は、内燃機関用軽合金ピストンにおいて、第一
ランドを含めた頭頂部を無機繊維で複合強化するととも
に、第一ランドの外径を第二ランドの外径よりも大きく
なし、かつ第一ランドの外周に沿って、リング溝に臨む
段差状小径部、または少なくとも一条の溝を形成するこ
とによって達成される。
ランドを含めた頭頂部を無機繊維で複合強化するととも
に、第一ランドの外径を第二ランドの外径よりも大きく
なし、かつ第一ランドの外周に沿って、リング溝に臨む
段差状小径部、または少なくとも一条の溝を形成するこ
とによって達成される。
金属基材（マトリックス）中に強化用繊組を介在させて
基材金属の強化を計った繊維強化金属では、繊維の介在
割合が増大するほど、その強さが増し、熱変化による伸
縮率が４８ Ｉｆｆのそれに近くなる。それ故、軽合金
に比して熱膨張率が大幅に小さい無機繊維をもって軽合
金製部材を複合強化するならば（族１参照）、該繊維の
介在割合（繊維体積率）に応じて軽合金製部材の熱膨張
率が小さくなる。
基材金属の強化を計った繊維強化金属では、繊維の介在
割合が増大するほど、その強さが増し、熱変化による伸
縮率が４８ Ｉｆｆのそれに近くなる。それ故、軽合金
に比して熱膨張率が大幅に小さい無機繊維をもって軽合
金製部材を複合強化するならば（族１参照）、該繊維の
介在割合（繊維体積率）に応じて軽合金製部材の熱膨張
率が小さくなる。
本発明は、この現象を利用したものであり、軽合金製ピ
ストンの頭頂部を第一ランドを含めて無機繊維で複合強
化することにより該頭頂部の熱膨張率を小さくなし、も
って第一ランドの外径を第二ランドの外径に比して大き
くなすことを可能にした。
ストンの頭頂部を第一ランドを含めて無機繊維で複合強
化することにより該頭頂部の熱膨張率を小さくなし、も
って第一ランドの外径を第二ランドの外径に比して大き
くなすことを可能にした。
本発明で使用する強化用無ｍ繊雛としては、Ａ’ ｆＪ
２０３．Ｓ尤Ｃ１炭素等の長繊維、Δｙ２０３−８尤
０２．炭素等の知繊麗、あるいはＳλＣ１Ｓλ３Ｎ４
、に２ Ｔ尤６０１９等のウィスカなどを挙げることが
でき、それ等のうちの一種のみを用いても良く、または
複数種を組み合Ｖて用いても良い。複合強化層における
無機ｗＸ雛の使用間は、繊維体積率（Ｖｆ）で２０〜６
０％にすることが望ましい。その理由は、第１図の直線
へで示される様に、Ｖｆ＜２０％では、熱膨張率低減化
効果が少なく、Ｖｆ〉６０％では、複合強化層であるピ
ストン頭頂部の熱膨張率がシリンダ・ライナの熱膨張率
よりも少なくなり、シリンダ・ライナとピストン第一ラ
ンドとのクリアランスを常時小さく維持できなくなり、
ブローパイ・ガス剤の増大。
２０３．Ｓ尤Ｃ１炭素等の長繊維、Δｙ２０３−８尤
０２．炭素等の知繊麗、あるいはＳλＣ１Ｓλ３Ｎ４
、に２ Ｔ尤６０１９等のウィスカなどを挙げることが
でき、それ等のうちの一種のみを用いても良く、または
複数種を組み合Ｖて用いても良い。複合強化層における
無機ｗＸ雛の使用間は、繊維体積率（Ｖｆ）で２０〜６
０％にすることが望ましい。その理由は、第１図の直線
へで示される様に、Ｖｆ＜２０％では、熱膨張率低減化
効果が少なく、Ｖｆ〉６０％では、複合強化層であるピ
ストン頭頂部の熱膨張率がシリンダ・ライナの熱膨張率
よりも少なくなり、シリンダ・ライナとピストン第一ラ
ンドとのクリアランスを常時小さく維持できなくなり、
ブローパイ・ガス剤の増大。
潤滑オイル消費量増大（第１図の曲線Ｂ参照）を招くと
ともに、ピストン頭頂部の熱伝導率が低下して、第２図
の曲線Ｃで示される様にノッキング特性が急激に悪化す
るからである。なお、第２図は、ＨＢＴ進角（ある運転
条件■で最大の軸１〜ルクを発生するのに必要な最小点
火進角）とノック限界進角（ある一定の運転条件下で点
火時期を進めていった場合に、ノッキングを起し始める
点火時期）との差、すなわちノッキング余裕度に与える
ピストン頭頂部（複合強化層）における繊維体積率（Ｖ
ｆ）の影響を示している。Ｖｆが増し、ピストン頭頂部
の温度が上貸し易くなればノッキング余裕度を大きくす
る必要がある。
ともに、ピストン頭頂部の熱伝導率が低下して、第２図
の曲線Ｃで示される様にノッキング特性が急激に悪化す
るからである。なお、第２図は、ＨＢＴ進角（ある運転
条件■で最大の軸１〜ルクを発生するのに必要な最小点
火進角）とノック限界進角（ある一定の運転条件下で点
火時期を進めていった場合に、ノッキングを起し始める
点火時期）との差、すなわちノッキング余裕度に与える
ピストン頭頂部（複合強化層）における繊維体積率（Ｖ
ｆ）の影響を示している。Ｖｆが増し、ピストン頭頂部
の温度が上貸し易くなればノッキング余裕度を大きくす
る必要がある。
また、第一ランドと第二ランドの外径差（第一ランドの
外径〉第二ランド外径）は、これを繊維体積率（Ｖ＋
）の大きさに応じて最大４００ｕｍにすることができる
が、１５０〜３０（Ｉｌｍにするのが望ましい。４００
μｍを越えると、ブローパイ・ガス吊が過少になり、第
一リング溝内の必要な燃焼ガス圧が得られず、第一リン
グのフラッタリングが生じ易くなるからである。
外径〉第二ランド外径）は、これを繊維体積率（Ｖ＋
）の大きさに応じて最大４００ｕｍにすることができる
が、１５０〜３０（Ｉｌｍにするのが望ましい。４００
μｍを越えると、ブローパイ・ガス吊が過少になり、第
一リング溝内の必要な燃焼ガス圧が得られず、第一リン
グのフラッタリングが生じ易くなるからである。
−４＝
実−旗一胴
以下、第３図に示した本発明の一実施例について説明す
る。
る。
図は、シリンダ・ライナ１ Ｊ５よび該シリンダ・ライ
ナ１に沿って往復動するピストン２の要部を断面図とし
て示している。ピストン２は、Δ象合金１Ｍｇ合金等の
軽合金を基材とし−Ｃ形成されており、第一ランド４を
含めた頭頂部３が、基材に比して熱膨張率の小さな無機
繊維で複合強化されている。第一ランド４の外径は、第
二ランド７のそれに比して大きくなされ、したがって第
一ランド４とシリンダ・ライナ１との間の常温時クリア
ランス（δ）は、通常の軽合金製ビス１−ンにおりるク
リアランスに比して小さくなっている。
ナ１に沿って往復動するピストン２の要部を断面図とし
て示している。ピストン２は、Δ象合金１Ｍｇ合金等の
軽合金を基材とし−Ｃ形成されており、第一ランド４を
含めた頭頂部３が、基材に比して熱膨張率の小さな無機
繊維で複合強化されている。第一ランド４の外径は、第
二ランド７のそれに比して大きくなされ、したがって第
一ランド４とシリンダ・ライナ１との間の常温時クリア
ランス（δ）は、通常の軽合金製ビス１−ンにおりるク
リアランスに比して小さくなっている。
また、第一ランド４の外周に沿って、第一リング溝６に
臨む段差状小径部５が形成され、小径部５と第二ランド
７とで画成される第一リング溝６に第一ビス［・ン・リ
ング９が嵌装されるとともに、第二リング溝８に第二ピ
ストン・リング１０（オイル・リング）が嵌装されてい
る。なお、小径部５の外径は、第一ランド４の外径に比
して（−）５０〜（−）５００μｍの範囲でこれを小さ
くなし、ビス１−ン中心軸線方向の幅（Ｗ＞は、Ｗ＝
０．５〜５．０ｍｍとするのが好適である。
臨む段差状小径部５が形成され、小径部５と第二ランド
７とで画成される第一リング溝６に第一ビス［・ン・リ
ング９が嵌装されるとともに、第二リング溝８に第二ピ
ストン・リング１０（オイル・リング）が嵌装されてい
る。なお、小径部５の外径は、第一ランド４の外径に比
して（−）５０〜（−）５００μｍの範囲でこれを小さ
くなし、ビス１−ン中心軸線方向の幅（Ｗ＞は、Ｗ＝
０．５〜５．０ｍｍとするのが好適である。
斯かる構造のピストン２は、その第一ランド４を含めた
頭頂部３の熱膨張率が小さく、焼付きを発生させること
なくクリアランス（δ）を常に小さく維持することがで
き、燃焼室と第一リング溝空間との間の良好な密封性を
得ることができる。
頭頂部３の熱膨張率が小さく、焼付きを発生させること
なくクリアランス（δ）を常に小さく維持することがで
き、燃焼室と第一リング溝空間との間の良好な密封性を
得ることができる。
この密封効果によって、クリアランス（δ）部分を通過
する燃焼ガスは、第一リング渦空間内で急激に膨張し、
クリアランス部ガス圧（Ｐｌ ）に比して十分小さな第
一リング溝空間内ガス圧（Ｐ２）が得られるため、ブロ
ーパイ・ガス量は従来の軽合金製ピストンのそれに比し
て大幅に低減化される。
する燃焼ガスは、第一リング渦空間内で急激に膨張し、
クリアランス部ガス圧（Ｐｌ ）に比して十分小さな第
一リング溝空間内ガス圧（Ｐ２）が得られるため、ブロ
ーパイ・ガス量は従来の軽合金製ピストンのそれに比し
て大幅に低減化される。
また、ガス圧（Ｐ２）に対する燃焼室内ガス圧変動の影
響が少なくなるため、第一ピストン・リング９がガス圧
で煽られる現象（フラッタリング）が防止され、第一ビ
スＩ〜ン・リング９に作用する背圧（Ｐ２）が十分小さ
いこととも相俟って、第一ピストン・リング９とシリン
ダ・ライナ１との間の摩擦が低減化され、燃費の向上を
削り得る。
響が少なくなるため、第一ピストン・リング９がガス圧
で煽られる現象（フラッタリング）が防止され、第一ビ
スＩ〜ン・リング９に作用する背圧（Ｐ２）が十分小さ
いこととも相俟って、第一ピストン・リング９とシリン
ダ・ライナ１との間の摩擦が低減化され、燃費の向上を
削り得る。
さらに、第一リング溝空間は外径の大きな第一ランド４
によって有効に密封されているＩこめ、燃焼室内に逃げ
出す潤滑オイル量が大幅に減少し、従来三ないし四本使
用していたビスＩ〜ン・リングを図示の様に二本にして
も、潤滑オイル消費量およびブローパイ・ガス量を効果
的に抑制することが可能となる。
によって有効に密封されているＩこめ、燃焼室内に逃げ
出す潤滑オイル量が大幅に減少し、従来三ないし四本使
用していたビスＩ〜ン・リングを図示の様に二本にして
も、潤滑オイル消費量およびブローパイ・ガス量を効果
的に抑制することが可能となる。
以上の作用、効果は、外径７２ｍｍ＠のビス１−ンを用
いた排気量１．２Ｊ）のガソリン・エンジンにて実際に
確認された。
いた排気量１．２Ｊ）のガソリン・エンジンにて実際に
確認された。
第４図は、変形１例に係るピストン２△を示している。
ピストン２△は、第一ランド１を含めた頭頂部３のみな
らず、段差状小径部５．第二ランド７、第一おＪ：び第
二リング溝６，８部分がビス１ヘン全周に亘って無機繊
維で複合強化されている（矢印Ｅ参照）。
らず、段差状小径部５．第二ランド７、第一おＪ：び第
二リング溝６，８部分がビス１ヘン全周に亘って無機繊
維で複合強化されている（矢印Ｅ参照）。
斯かる構造によれば、リング溝部の耐摩耗１！１−を大
幅に向上させることができる。この場合、複合強化層で
あるリング溝部の繊維体積率（Ｖ＋ ）を３〜１０％と
し、頭頂部３のそれよりも小さくすることが望ましい。
幅に向上させることができる。この場合、複合強化層で
あるリング溝部の繊維体積率（Ｖ＋ ）を３〜１０％と
し、頭頂部３のそれよりも小さくすることが望ましい。
３≦Ｖｆ≦１０％にする理由は、Ｖ＋＜３％では、耐摩
耗性の向上を期待できず、ｖｆ〉１０％では、ビス［−
ン・リングの摩耗が促進されるからである。また、リン
グ渦部の強化繊維中に潤滑性を右する炭素繊維を混合ず
れば、ピストン・リングの摩耗を抑えることができる。
耗性の向上を期待できず、ｖｆ〉１０％では、ビス［−
ン・リングの摩耗が促進されるからである。また、リン
グ渦部の強化繊維中に潤滑性を右する炭素繊維を混合ず
れば、ピストン・リングの摩耗を抑えることができる。
なお、前記各実施例では、第一ランド４の外周に沿って
段差状小径部５を形成して第一リング渦空間の容積を増
大さぜ、クリアランス（δ）部分のガス圧（Ｐｌ）に対
する第一リング満空間内ガス圧（Ｐ２）の低下効果を向
上さぜたが、矢印り部分に周溝を形成することによって
も同様な作用。
段差状小径部５を形成して第一リング渦空間の容積を増
大さぜ、クリアランス（δ）部分のガス圧（Ｐｌ）に対
する第一リング満空間内ガス圧（Ｐ２）の低下効果を向
上さぜたが、矢印り部分に周溝を形成することによって
も同様な作用。
効果を得ることかできる。
ル団夏ｌヌ
以上の説明から明らかな様に、本発明の内燃機関用軽合
金製ビス１〜ンでは、第一ランドを含めた頭頂部を無機
繊Ｉｆｆ ’ｒ複合強化するとともに、第一一 ８
− ランドの外径を第二ランドの外径よりも大ぎくなし、か
つ第一ランドの外周に沿って、リング＋７＜に臨む段差
状小径部、または少なくとも一条の）１４を形成したた
め、第一ランドを含めた頭Ｉｍ部の熱膨張率が基材であ
る軽合金Ｊ：りも小さく、大ぎな第一・ランド外径によ
って、ビス１〜ンの焼付きを生じさせることなくシリン
ダ・ライナど第一ランドとの間のクリアランスを常時小
さく維持することができ、ビス１〜ン・リングのフラッ
タリングを抑え、ブローパイ・ガス量および潤滑オイル
消費量の低減化を企図し得る。
金製ビス１〜ンでは、第一ランドを含めた頭頂部を無機
繊Ｉｆｆ ’ｒ複合強化するとともに、第一一 ８
− ランドの外径を第二ランドの外径よりも大ぎくなし、か
つ第一ランドの外周に沿って、リング＋７＜に臨む段差
状小径部、または少なくとも一条の）１４を形成したた
め、第一ランドを含めた頭Ｉｍ部の熱膨張率が基材であ
る軽合金Ｊ：りも小さく、大ぎな第一・ランド外径によ
って、ビス１〜ンの焼付きを生じさせることなくシリン
ダ・ライナど第一ランドとの間のクリアランスを常時小
さく維持することができ、ビス１〜ン・リングのフラッ
タリングを抑え、ブローパイ・ガス量および潤滑オイル
消費量の低減化を企図し得る。
第１図はピストン頭頂部を無機１１１ｆｌで強化した場
合の繊維体積率と、頭頂部熱膨張率、潤滑オイル消費量
との関係を示すグラフ、第２図は同じく繊維体積率とノ
ッキング余裕度との関係を示すグラフ、第３図は本発明
の一実施例に係るピストンを示す要部断面図、第４図は
変形例に係るビス１〜ンを示す要部断面図である。 １・・・シリンダ・ライナ、２・・・ビス１〜ン、３・
・・頭頂部、４・・・第一ランド、５・・・小径部、６
・・・第一リング溝、７・・・第二ランド、８・・・第
二リング尚、９・・・第一ビスｉ・ン・リング、１０・
・・第二ビスｌ−ン・リング。
合の繊維体積率と、頭頂部熱膨張率、潤滑オイル消費量
との関係を示すグラフ、第２図は同じく繊維体積率とノ
ッキング余裕度との関係を示すグラフ、第３図は本発明
の一実施例に係るピストンを示す要部断面図、第４図は
変形例に係るビス１〜ンを示す要部断面図である。 １・・・シリンダ・ライナ、２・・・ビス１〜ン、３・
・・頭頂部、４・・・第一ランド、５・・・小径部、６
・・・第一リング溝、７・・・第二ランド、８・・・第
二リング尚、９・・・第一ビスｉ・ン・リング、１０・
・・第二ビスｌ−ン・リング。
Claims (1)
- 第一ランドを含めた頭頂部を無機繊維で複合強化すると
ともに、第一ランドの外径を第二ランドの外径よりも大
きくなし、かつ第一ランドの外周に沿って、リング溝に
臨む段差状小径部、または少なくとも一条の溝を形成し
て成る内燃機関用軽合金製ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20362286A JPS6361758A (ja) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | 内燃機関用軽合金製ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20362286A JPS6361758A (ja) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | 内燃機関用軽合金製ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6361758A true JPS6361758A (ja) | 1988-03-17 |
Family
ID=16477094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20362286A Pending JPS6361758A (ja) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | 内燃機関用軽合金製ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6361758A (ja) |
-
1986
- 1986-09-01 JP JP20362286A patent/JPS6361758A/ja active Pending
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