JPH01262352A - Piston for internal combustion engine - Google Patents

Piston for internal combustion engine

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JPH01262352A
JPH01262352A JP8718488A JP8718488A JPH01262352A JP H01262352 A JPH01262352 A JP H01262352A JP 8718488 A JP8718488 A JP 8718488A JP 8718488 A JP8718488 A JP 8718488A JP H01262352 A JPH01262352 A JP H01262352A
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JP
Japan
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piston
crown
long fibers
preform
reinforcing fibers
Prior art date
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Application number
JP8718488A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuya Yagi
三哉 八木
Norio Yamashita
山下 徳郎
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/28Other pistons with specially-shaped head
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
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    • F02F3/003Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
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    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Abstract

PURPOSE:To restrain thermal expansion of the crown part of a piston and heat-crack thereof by forming the crown part from fiberinforced metal composed of aluminum and reinforcing fibers having a long length, and by increasing the density of the fibers per unit volume toward the top surface of the crown section. CONSTITUTION:In a piston 1 having a bottomed cylinder shape and composed of an upper crown section 2 and a lower skirt section 3, the crown section 2 is formed of a stacked layer body 12 made of reinforcing fibers 5 having a long length 5. This stacked layer body 12 is formed by stacking preform mats 6 made of the reinforcing fibers 5. Each preform 6 is formed by crossing the reinforcing fibers 5 in longitudinal, transverse and oblique directions so as to have a triangular grid pattern, the unit area of the triangular grid pattern being small on the top surface 8 side of the piston 1 but large on the skirt section 3 side. Further, this stacked layer body 12 is set in a high pressure casting mold in which molten aluminum is then poured under pressurized casting, thereby it is possible to obtain a piston 1 having a crown section 2 formed of fiber-inforced metal.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明はアルミニウム製ピストンのクラウン部を熱膨
張率の低い金属で形成した内燃機関のピストンに関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piston for an internal combustion engine in which the crown portion of an aluminum piston is formed of a metal with a low coefficient of thermal expansion.

[従来の技術] アルミニウム製ピストンのクラウン部の熱膨張を抑えよ
うとした提案として第27図に示す「ピストン」 (実
開昭6(1−82550号公報)の提案が知られている
[Prior Art] As a proposal for suppressing the thermal expansion of the crown portion of an aluminum piston, a proposal for a "piston" (Utility Model Application Publication No. 1-82550) shown in FIG. 27 is known.

この提案は、ピストンクラウン部aの側壁部すを、ピス
トンクラウン部aを形成する合金よりも熱膨張率の低い
繊維材料を、体積比が10〜20%でそのピストンクラ
ウン部aを形成する合金に混合し複合化させて形成し、
「ピストン」を構成したものである。
In this proposal, the side wall part of the piston crown part a is made of a fiber material having a coefficient of thermal expansion lower than that of the alloy forming the piston crown part a, with a volume ratio of 10 to 20% of the alloy forming the piston crown part a. to form a compound by mixing it with
This is what constitutes a "piston."

[発明が解決しようとする課IM] しかし提案にあっては、鋳造製造時の熱歪及びピストン
実働時の熱サイクルによって、クラウン部とスカート部
とを形成する合金との境界面に内部的なヒートクラック
が発生する確率が高く、信顆性の面で解決すべき課題と
なっていた。
[Issues to be solved by the invention IM] However, in the proposal, internal damage occurs at the interface between the alloy forming the crown portion and the skirt portion due to thermal strain during casting manufacturing and thermal cycles during actual piston operation. There was a high probability that heat cracks would occur, which was an issue that needed to be resolved in terms of reliability.

[課題を解決するための手段] この発明は、上記課題を解決することを目的とし4、こ
の発明はアルミニウム製ピストンのクラウン部を、アル
ミニウムと強化長繊維とから成る繊維強化金属で形成す
ると共に、上記長繊維の体積あたりの密度を頂面側で大
に、スカート側で小にして内燃機関のピストンを構成し
たものである。
[Means for Solving the Problems] This invention aims to solve the above-mentioned problems4, and this invention forms the crown portion of an aluminum piston with a fiber-reinforced metal made of aluminum and reinforced long fibers, and , a piston for an internal combustion engine is constructed by making the density per volume of the long fibers larger on the top side and smaller on the skirt side.

[作  用] 繊維強化金属の体積あたりの強化長繊維の密度は、ピス
トンの頂面側で大に、スカート側で小にしであるから、
密度の大小に応じて熱膨張の度合が変化する。
[Function] The density of the reinforced long fibers per volume of the fiber-reinforced metal is larger on the top side of the piston and smaller on the skirt side, so
The degree of thermal expansion changes depending on the density.

即ち、鋳造成形直後から冷却までの熱歪及びピストンの
実働時に於けるヒートサイクルが、熱伝導の途上で緩和
されるから、強化長繊維間及び強化長繊維とアルミニウ
ム部分(スカート部側)との間で発生するヒートクラッ
クが防止される。したがって、接合された繊維強化金属
の接合強度を一定に維持すると共に、ピストンの頂面側
の熱膨張を一定値に規制できるようになり、この結果、
ピストンの実働時においてクラウン部の熱膨張を阻み、
ピストンの実働時におけるスラップ音の発生、燃焼ガス
の吹き抜け、オイルの漏洩を防止すること及び燃費を向
上させることを可能にする。
In other words, the thermal strain from immediately after casting to cooling and the heat cycle during actual operation of the piston are alleviated during heat conduction, so the relationship between the reinforced long fibers and between the reinforced long fibers and the aluminum part (skirt side) is reduced. Heat cracks that occur between the two parts are prevented. Therefore, it becomes possible to maintain a constant bonding strength of the bonded fiber-reinforced metals and to regulate the thermal expansion on the top side of the piston to a constant value.
Prevents thermal expansion of the crown when the piston is in operation,
To prevent generation of slap noise, blow-by of combustion gas, and oil leakage during actual operation of a piston, and to improve fuel efficiency.

[実施例] 以下にこの発明の好適な一実施例を添付図面に基づいて
説明する。
[Embodiment] A preferred embodiment of the present invention will be described below based on the accompanying drawings.

(第1実施例) この実施例はピストンのクラウン部を強化長繊維マット
の積層体で構成した例を示したものである。
(First Example) This example shows an example in which the crown portion of the piston is made of a laminate of reinforced long fiber mats.

第1図に示されるように、ピストン1は有底筒体状に形
成され、上部のクラウン部2と下部のスカート部3から
構成される。スカート部3の対向する内面には半径方向
に***させてピストンピン(図示せず)を貫通させるボ
ス部4が形成されており、それらボス部4間に位置され
たコンロッド(図示せず)のスモールエンドをピストン
ピンで回転支持するようにしている。
As shown in FIG. 1, the piston 1 is formed into a cylindrical shape with a bottom, and is composed of an upper crown portion 2 and a lower skirt portion 3. A boss part 4 is formed on the opposing inner surface of the skirt part 3 and is raised in the radial direction to allow a piston pin (not shown) to pass therethrough. The small end is rotatably supported by a piston pin.

さて、クラウン部2を構成する強化長繊維の積層体は、
第2図に示しであるように、ピストン1の軸方向に強化
長繊維5のプリフォームマツトロを積層させて形成され
る。プリフォームマツトロは第3図乃至第5図に示すよ
うに、平面的に見て樅、横、斜口に強化長繊維5を交差
させて三角格子状に形成されると共に、その三角格子7
の単位面積81〜S3が、第3図に示すようにピストン
1の頂面8側で小の81となるように、第4図に示すよ
うにピストン1のスカート部3I11!lで大の83と
なるように、さらに第5図に示すように頂面8側とスカ
ート部3側との中間はそれら単位面積S+ 、’33の
中間の82となるように形成される。即ち、積層体を構
成する各プリフォームマツトロを、頂面8側層Xと中間
層Yとスカート3側層Zとに区分して、これらの体積あ
たりの強化長I維5の密度をそれぞれρ1.ρ2.ρ3
とするとき、実施例にあっては、 ρ1〉ρ2〉ρ3(1) となるように各層を形成するようにしている。
Now, the laminate of reinforced long fibers constituting the crown part 2 is
As shown in FIG. 2, the piston 1 is formed by stacking preforms of reinforcing long fibers 5 in the axial direction of the piston 1. As shown in FIGS. 3 to 5, the preform Matsutoro is formed into a triangular lattice shape by intersecting reinforcing long fibers 5 at the fir, side, and diagonal openings when viewed from above, and the triangular lattice 7
The skirt portion 3I11! of the piston 1 as shown in FIG. Furthermore, as shown in FIG. 5, the intermediate area between the top surface 8 side and the skirt portion 3 side is formed to be 82, which is the intermediate area between these unit areas S+ and '33. That is, each preform Matsutoro constituting the laminate is divided into a top 8 side layer ρ1. ρ2. ρ3
In the embodiment, each layer is formed so that ρ1>ρ2>ρ3 (1).

ところで、プリフォームマツトロの三角格子7の形成方
法としては、第6図に示すように強化長繊維5を同一方
向に間隔を有して(接するようにしても良い)配設し、
その間隔をアルミニウム9または焼失する樹脂材等で埋
めて形成したプリフォームマット10を軸方向に積層さ
せる際に、強化長繊維5を縦、横、斜口の三軸方向に交
差させるように積層する方法や、第7図に示すように少
なくとも直交2軸方向に強化長繊M15を織り込んだプ
リフォームマット11を形成し、積層させる方法のいず
れかが採用される。但し、上記例にあって三角格子7の
大きさは上式(1)を満足するように各プリフォームマ
ット6を形成することは当然である。
By the way, as a method for forming the triangular lattice 7 of the preform Matsutoro, as shown in FIG.
When stacking the preform mats 10 formed by filling the gaps with aluminum 9 or a burnable resin material, etc. in the axial direction, the reinforcing long fibers 5 are stacked so as to intersect in the three axial directions: vertical, horizontal, and diagonal. Either a method is adopted, or a method of forming a preform mat 11 in which reinforcing long fibers M15 are woven in at least two orthogonal axes directions and laminating them as shown in FIG. However, in the above example, it is natural that each preform mat 6 is formed so that the size of the triangular lattice 7 satisfies the above formula (1).

このようにして形成された第2図に示す積層体12を第
8図に示すように高圧鋳造型(加圧鋳造型)13内にセ
ットしてアルミニウムの溶湯を注湯し、約500atl
の加圧鋳造を行うとクラウン部2が繊維強化金属で構成
されたピストン1の鋳造品が得られる。ピストン1の鋳
造品はこの後、第1図に示すようにピストンリング清1
4、オイルリング清15、油かき溝16を形成されると
共にピストンピン(図示せず)が挿入されるピン穴17
が形成されて完成する。
The thus formed laminate 12 shown in FIG. 2 was set in a high-pressure casting mold (pressure casting mold) 13 as shown in FIG.
By performing pressure casting, a cast product of the piston 1 having the crown portion 2 made of fiber-reinforced metal is obtained. The cast piston 1 is then cleaned with piston ring cleaner 1 as shown in Figure 1.
4. A pin hole 17 formed with an oil ring groove 15 and an oil groove 16 and into which a piston pin (not shown) is inserted.
is formed and completed.

ところで、実施例にあって強化長繊維5は、繊維強度が
高く耐熱性、断熱性の良いSiC,M2(h等のセラミ
ック繊維、カーボンファイバが採用され、ピストン1の
スカート部2は^C8系(JIS規格)のアルミニウム
合金から形成される。実施例にあってはアルミニウム合
金とプリフォームマツトロとの鋳造時に於ける接合性を
さらに高めるために強化長繊維5の表面にアルミニウム
のプリコーティング(メタライズ)処理が施されている
By the way, in the embodiment, the reinforcing long fibers 5 are ceramic fibers such as SiC, M2 (h, etc.), which have high fiber strength and good heat resistance and heat insulation properties, and carbon fibers, and the skirt portion 2 of the piston 1 is made of C8 type fibers. (JIS standard) aluminum alloy. In the example, the surface of the reinforced long fibers 5 is pre-coated with aluminum ( metallization) treatment has been applied.

尚、この実施例で積層体12の体積あたりの強化長繊1
5の密度をピストン1の頂面801層X、中間層Y、ス
カート部3側層2の三つに区分し、それぞれ大、中、小
に形成する説明をしたが、第9図に示すように熱膨張(
線膨張)の性能工を二次関数的な性能■に設定し、プリ
フォームマツトロの体積あたりの密度ρを軸方向に沿っ
て二次関数的に変化させて熱膨張をより緩和させること
も当然可能である。また、各層に於いて強化長繊維5の
材質を変えて、熱膨張性能を調節することも当然可能で
ある。さらに拡散接合性を高め、熱膨張による応力を熱
伝導の途上で緩和するために、スカート部2と繊維強化
金属とを、両者に対して接合の相性の良いチタン板で間
接的に接合するようにしても良い。
In this example, the reinforced long fibers 1 per volume of the laminate 12
5 is divided into three layers: the top surface 801 of the piston 1 layer thermal expansion (
It is also possible to set the performance factor (linear expansion) to a quadratic function and change the density ρ per volume of the preform Matsutoro in a quadratic manner along the axial direction to further moderate thermal expansion. Of course it is possible. It is also naturally possible to adjust the thermal expansion performance by changing the material of the reinforcing long fibers 5 in each layer. Furthermore, in order to improve the diffusion bonding property and relieve the stress caused by thermal expansion during heat conduction, the skirt portion 2 and the fiber reinforced metal are indirectly bonded to each other with a titanium plate that has good bonding compatibility. You can also do it.

以上のようにピストン1を形成すると、ピストン1の鋳
造直後から冷却に至る間の熱歪及びピストン1の実働中
に於けるし−トサイクルによる熱応力が緩和され繊維強
化金属とクラウン部2の接続強度が保障され、頂面8側
の熱膨張率が一定値に制限されるからクラウン部2の熱
膨張係数をアルミ合金の174程度とすることができ、
クラウン部2とシリンダ(図示せず)とのクリアランス
を従来の174程度とすることができる。即ち、スラッ
プ音を低減し、パティキュレートの低減及び燃焼ガスの
吹き抜けやオイルの漏洩を低減し、燃費を向上させるこ
とができる。また、チタン板で間接的に接合する場合は
チタンの熱膨張係数は約8゜5X10−”/’Cで、ア
ルミ合金と強化繊維の中間をとるため、接合時に於ける
熱歪がさらに緩和され実働時に於ける熱サイクルによる
クラックの発生がない。即ち、熱伝導が緩和されること
によって接合強度が実質的に向上する。またクラウン部
2を強化長繊維5の繊維強化金属で構成することによっ
てクラウン部2は、耐牽耗性に優れているから、ピスト
ンリング溝を摩耗防止用のリングで形成する必要がなく
なる。
When the piston 1 is formed as described above, the thermal strain from immediately after the piston 1 is cast until it is cooled and the thermal stress caused by the exhaust cycle during the actual operation of the piston 1 are alleviated, and the fiber-reinforced metal and the crown portion 2 are Since the connection strength is guaranteed and the coefficient of thermal expansion on the top surface 8 side is limited to a constant value, the coefficient of thermal expansion of the crown portion 2 can be set to about 174 of that of aluminum alloy,
The clearance between the crown portion 2 and the cylinder (not shown) can be reduced to about 174mm compared to the conventional one. That is, it is possible to reduce slap noise, reduce particulates, reduce combustion gas blow-through and oil leakage, and improve fuel efficiency. In addition, when bonding indirectly with titanium plates, the thermal expansion coefficient of titanium is approximately 8°5X10-''/'C, which is between that of aluminum alloy and reinforcing fiber, so thermal strain during bonding is further alleviated. No cracks occur due to thermal cycles during actual operation.In other words, the bonding strength is substantially improved by relaxing heat conduction.Furthermore, by constructing the crown portion 2 with fiber-reinforced metal made of reinforced long fibers 5. Since the crown portion 2 has excellent drag resistance, there is no need to form the piston ring groove with a wear-preventing ring.

以上は、繊維強化金属をピストン1の鋳造成形と同時に
形成する場合を説明したものであるが、強化長繊維5の
積層体12のみをクラウン部2の外郭を型どった加圧鋳
造型(図示せず)に収容して、注湯し、クラウン部2を
別体として成形すること、成形したクラウン部2をスカ
ート部3にfA造接合、ろう付け、電子ビーム等の工法
によって接合することも当然構わない。
The above describes the case in which the fiber-reinforced metal is formed simultaneously with the casting of the piston 1. Only the laminate 12 of the reinforced long fibers 5 is formed using a pressure casting mold in which the outer contour of the crown portion 2 is shaped (Fig. (not shown), pouring molten metal, and molding the crown part 2 as a separate body, or joining the molded crown part 2 to the skirt part 3 by a construction method such as f-A construction joining, brazing, or electron beam. Of course I don't mind.

以下に他の実施例を説明するが同一構成については同一
符号を付し説明は省略する。
Other embodiments will be described below, but the same components will be denoted by the same reference numerals and the explanation will be omitted.

(第2実施例) この実施例は強化長繊維5の積層体12にキャビティを
形成した例を示したものである。
(Second Example) This example shows an example in which a cavity is formed in a laminate 12 of reinforced long fibers 5.

第11図、第12図に示されるようにこの実施例にあっ
て積層成形される各プリフォームマツトロには、積層体
12の略軸芯上に円形または四角形の開口20が形成さ
れ、これらプリフォームマツトロの開口20は、積層状
態で第13図、第14図に示すようなキャビティ21を
区画するようになっている。キャビティ21の上部を形
成する開口20は、他の開口と比較して半径方向に縮径
されて形成され、積層状態でキャビティ21の上部に半
径方向内方へ突出されたリップ22を形成するようにし
ている。
As shown in FIGS. 11 and 12, each preform maturo to be laminated and molded in this embodiment has a circular or square opening 20 formed approximately on the axis of the laminate 12. The opening 20 of the preform Matsutro defines a cavity 21 as shown in FIGS. 13 and 14 in the stacked state. The opening 20 forming the upper part of the cavity 21 is formed with a reduced diameter in the radial direction compared to other openings, so that a lip 22 protruding radially inward is formed at the upper part of the cavity 21 in a stacked state. I have to.

このように形成された積層体23は、第8図に示した高
圧鋳造型13で第1実施例同様に成形され、ピストン鋳
造品となる。但し、第10図に示しであるように、この
後の加工にあって、鋳造成形後キャビティ21の内面を
切削加工して、所定形状に仕上げること、キャビティ2
1の底部中央にトロイダル流を生成する***部24を形
成することが第1実施例と異なり、接合性の向上のため
の構成は勿論、強化長繊維5の体積あたりの密度調節は
上記実施例と同様である。但し、キャビティ21を形成
することによって第1実施例に於ける体積あたりの強化
長繊維5の密度を補正して繊維強化金属のクラウン部2
を形成する。
The thus formed laminate 23 is molded in the same manner as the first embodiment using the high-pressure casting mold 13 shown in FIG. 8 to form a piston cast product. However, as shown in FIG. 10, in the subsequent processing, the inner surface of the cavity 21 is cut into a predetermined shape after being cast.
1 is different from the first embodiment in that a protrusion 24 is formed at the center of the bottom of the fiber to generate a toroidal flow, and the structure for improving bondability as well as the density adjustment per volume of the reinforcing long fibers 5 are different from the above embodiment. It is similar to However, by forming the cavity 21, the density of the reinforced long fibers 5 per volume in the first embodiment is corrected, and the crown part 2 of the fiber reinforced metal is
form.

(第3実施例) この実施例は、ピストン1のクラウン部2をプリフォー
ムマットの巻回体で構成する例を示したものである。
(Third Embodiment) This embodiment shows an example in which the crown portion 2 of the piston 1 is constituted by a rolled body of preform mat.

まず、第15図に示すように、ピストン1のクラウン部
2の軸方向の長さを有した強化長繊維5を配列し、配列
された強化長繊維5の隣接する相互をピストン1の形成
材料、即ち、アルミニウムで接合(メタライズ処理)し
てシート状のプリフォームマット25を成形する。
First, as shown in FIG. 15, reinforcing long fibers 5 having the length in the axial direction of the crown portion 2 of the piston 1 are arranged, and adjacent mutually of the arranged reinforcing long fibers 5 are connected to the forming material of the piston 1. That is, a sheet-like preform mat 25 is formed by bonding (metallizing) with aluminum.

一方、第16図に示すようにアルミニウム合金の芯体2
6に、この芯体26に対して、両端側の巻回密度が大で
、中央側につれて巻回密度が小であるように、且つ、ワ
イヤ状の強化長繊維27を往路Aと復路Bとで交差させ
て巻回し、基本的にその強化長繊維27の1往復毎にプ
リフォームマット25を巻きつける(第17図乃至第1
9図)。
On the other hand, as shown in FIG. 16, the aluminum alloy core 2
6, the wire-shaped reinforcing long fibers 27 are arranged so that the winding density is high at both ends of the core body 26, and the winding density is low toward the center, and the wire-shaped reinforcing long fibers 27 are arranged in the forward path A and the backward path B. Basically, the preform mat 25 is wound for each round trip of the reinforced long fibers 27 (see Fig. 17 to Fig. 1).
Figure 9).

即ち、プリフォームマット25に対して上記ワイヤ状の
強化長繊維27はバインダとなり、ワイヤ状の強化長繊
維27に対してプリフォームマット25は芯体となる関
係で、上記芯体26に強化長繊維27及びプリフォーム
マット25を交互に巻回し、第20図に示すように、強
化長繊維27の巻回体28を形成する。実施例にあって
この巻回体28は第23図に示すように長手方向の中央
で二つに切断され、それぞれクラウン部2を構成する巻
回体29となる。したがって、1個どりの場合は、第2
1図に示すように一端側のワイヤ状の強化長繊維27の
密度が大で他端側につれて密度が小であるように巻回し
、第22図に示すようにクラウン部2の軸長と同等の長
さを有したプリフォームマット25を巻回する。
That is, the wire-shaped reinforced long fibers 27 serve as a binder for the preform mat 25, and the preform mat 25 serves as a core for the wire-shaped reinforced long fibers 27. The fibers 27 and preform mat 25 are alternately wound to form a wound body 28 of reinforced long fibers 27, as shown in FIG. In this embodiment, the wound body 28 is cut into two pieces at the center in the longitudinal direction, as shown in FIG. 23, to form the wound body 29 that constitutes the crown portion 2, respectively. Therefore, in the case of only one piece, the second
As shown in Fig. 1, the wire-shaped reinforcing long fibers 27 are wound so that the density is high at one end and the density decreases toward the other end, and as shown in Fig. 22, the axial length of the crown portion 2 is equal to the length. A preform mat 25 having a length of is wound.

以上のように形成した巻回体29を第24図に示される
ように高圧鋳造型13にセットし、アルミニウム合金を
注湯して高圧鋳造を行い、ピストン鋳造品を成形する。
The wound body 29 formed as described above is set in the high-pressure casting mold 13 as shown in FIG. 24, and aluminum alloy is poured and high-pressure casting is performed to form a piston cast product.

この後上記第1、第2実施例同様に機械加工を施して、
第25図、第26図に示すようにピストン1を形成する
After that, machining was performed in the same manner as in the first and second embodiments,
The piston 1 is formed as shown in FIGS. 25 and 26.

ところで、この実施例にあってワイヤー状の強化長繊維
27の巻回については第9図の性能工。
By the way, in this embodiment, the winding of the reinforcing long fibers 27 in the form of a wire is performed as shown in FIG.

■で説明したように線膨張係数を変化させ、巻回密度を
調節する。
As explained in (2), change the linear expansion coefficient and adjust the winding density.

また、実施例にあってワイヤ状の強化長繊維27の2層
から5層(但しこの場合−往復を2層とする)に対して
上記プリフォームマット25を巻回するようにしている
Further, in the embodiment, the preform mat 25 is wound around two to five layers (however, in this case, the round trip is two layers) of wire-shaped reinforcing long fibers 27.

したがって、ピストンの1のクラウン部2を形成するこ
の実施例の繊維強化金属は、鋳造時に於いてバインダと
なるワイヤ状の強化長繊維27によって、加圧鋳造型に
設置し易くなると共に、ピストン1の軸方向の強度を向
上させる。
Therefore, the fiber-reinforced metal of this embodiment forming the crown part 2 of the piston 1 can be easily installed in a pressure casting mold due to the wire-shaped reinforced long fibers 27 that serve as a binder during casting. Improve the axial strength of.

[発明の効果] 以上説明したことから明らかなようにこの発明によれば
次の如き優れた効果を発揮する。
[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, the present invention exhibits the following excellent effects.

(1)  ピストンのクラウン部を、アルミニウムと強
化長繊維とから成る繊維強化金属で形成すると共に、上
記長繊維の体積あたりの密度を頂面側で大に、スカート
部側で小にし、密度に応じて熱膨張が変化するように構
成したから、熱伝導の途上で熱歪や熱サイクルによる熱
応力が緩和され、繊維強化金属とアルミニウム(スカー
ト部側)との間の境界面のヒートクラックを防止して接
合強度を一定に維持させることができる。
(1) The crown part of the piston is formed of a fiber-reinforced metal made of aluminum and reinforced long fibers, and the density per volume of the long fibers is made larger on the top side and smaller on the skirt side. Since the structure is configured so that the thermal expansion changes accordingly, thermal strain and thermal stress due to thermal cycles are alleviated during heat conduction, and heat cracks at the interface between the fiber reinforced metal and aluminum (on the skirt side) are alleviated. It is possible to prevent this and maintain a constant bonding strength.

(2)  ピストンの頂面側の体積あたりの強化長繊維
の密度を大にしたから、ピストンの頂面側の半径方向の
熱膨張を規定して、シリンダとピストン間のクリアラン
スを一定に維持できる。
(2) Since the density of the reinforcing long fibers per volume on the top side of the piston is increased, the thermal expansion in the radial direction on the top side of the piston can be regulated and the clearance between the cylinder and the piston can be maintained constant. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の好適一実施例を示す斜視図、第2図
は強化長繊維のプリフォームマットを積層させて形成し
た積層体の斜視図、第3図乃至第7図はプリフォームマ
ットの形成例を示す概略図、第8図は高圧@造型に積層
体を設置した状態を示す断面図、第9図は積層木のピス
トンの軸方向に対する巻回密度と線膨張係数との関係を
示す関係図、第10図はこの発明の第2実施例を示す断
面図、第11図は四角形の開口を有したプリフォームマ
ットを示す平面図、第12図は円形の開口を有したプリ
フォームマットを示す平面図、第13図及び第14図は
キャビティを区画する積層体を示す概略図、第15図は
シート状のプリフォームマットを飯す平面図、第16図
乃至第20図は巻回体の形成工程を示す概略図、第21
図及び第22図は1個どりの巻回体を示す斜視図、第2
3図は2個とりの巻回体を示す斜視図、第24図は巻回
体を高圧鋳造型に設置した状態を示す断面図、第25図
及び第26図はこの発明の第3実施例を示す概略図、第
27図は従来例を示す断面図である。 図中、2はクラウン部、3はスカート部、5は強化長繊
維である。 特許出願人  いす7自動車株式会社 代理人弁理士  絹  谷  信  雄第9図 第11図  第12図  第13図 第8図     第24図 第21図     第22図 第27図
FIG. 1 is a perspective view showing a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a laminate formed by laminating reinforcing long fiber preform mats, and FIGS. 3 to 7 are preform mats. Fig. 8 is a cross-sectional view showing a state in which the laminate is installed in a high-pressure molding machine, and Fig. 9 shows the relationship between the winding density and linear expansion coefficient in the axial direction of the piston of the laminate. 10 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 11 is a plan view showing a preform mat with square openings, and FIG. 12 is a preform with circular openings. A plan view showing the mat, FIGS. 13 and 14 are schematic views showing a laminate that partitions a cavity, FIG. 15 is a plan view showing a sheet-shaped preform mat, and FIGS. Schematic diagram showing the process of forming a rotating body, No. 21
Figures 2 and 22 are perspective views showing one winding body;
FIG. 3 is a perspective view showing a two-wound body, FIG. 24 is a sectional view showing the winding body installed in a high-pressure casting mold, and FIGS. 25 and 26 are a third embodiment of the present invention. FIG. 27 is a sectional view showing a conventional example. In the figure, 2 is a crown part, 3 is a skirt part, and 5 is a reinforced long fiber. Patent Applicant Isu7 Jidosha Co., Ltd. Representative Patent Attorney Nobuo Kinutani Figure 9 Figure 11 Figure 12 Figure 13 Figure 8 Figure 24 Figure 21 Figure 22 Figure 27

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、アルミニウム製ピストンのクラウン部を、アルミニ
ウムと強化長繊維とから成る繊維強化金属で形成すると
共に、上記長繊維の体積あたりの密度を頂面側で大に、
スカート側で小にしたことを特徴とする内燃機関のピス
トン。
1. The crown part of the aluminum piston is formed of a fiber-reinforced metal made of aluminum and reinforced long fibers, and the density per volume of the long fibers is increased on the top surface side.
A piston for an internal combustion engine that is characterized by being smaller on the skirt side.
JP8718488A 1988-04-11 1988-04-11 Piston for internal combustion engine Pending JPH01262352A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19802636C1 (en) * 1998-01-24 1999-07-15 Daimler Chrysler Ag Internal combustion engine for motor vehicle
US6244161B1 (en) 1999-10-07 2001-06-12 Cummins Engine Company, Inc. High temperature-resistant material for articulated pistons

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US6244161B1 (en) 1999-10-07 2001-06-12 Cummins Engine Company, Inc. High temperature-resistant material for articulated pistons

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