JPH061063B2 - 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 - Google Patents
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Info
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- JPH061063B2 JPH061063B2 JP60175970A JP17597085A JPH061063B2 JP H061063 B2 JPH061063 B2 JP H061063B2 JP 60175970 A JP60175970 A JP 60175970A JP 17597085 A JP17597085 A JP 17597085A JP H061063 B2 JPH061063 B2 JP H061063B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- 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、ピストン頂面に配置された燃焼室凹みを有
し、該燃焼室凹みの、ピストン頂面に移行する縁部のア
ルミニウム材料が繊維補強されている、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に関す
る。
し、該燃焼室凹みの、ピストン頂面に移行する縁部のア
ルミニウム材料が繊維補強されている、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に関す
る。
[従来の技術] ピストン頂面内の燃焼室凹みは、その縁部に亀裂の入る
恐れのあることは周知である。従ってすでに、凹み縁部
をこのような亀裂から保護する種々の方法が提案され
た。例えば、凹み縁の領域内に、加熱下にアルミニウム
よりも亀裂発生の少ない材料よりなるリングを嵌込むこ
とができる。このリングは、ピストンのアルミニウム基
材中へ突入する突起によるか又は他のアンダーカット成
形部により固定することができる。しかしまた、このリ
ングは多孔質金属より成っていてもよく、かつピストン
をダイカスト法で製造する際にアルミニウム基材を充填
しかつ結合することができる。この場合すでに、繊維材
料よりなる補強リングも使用された[Zeit schrift:Hig
h Speed Diesel Report 1983年5/6月号、40〜41頁参
照]。
恐れのあることは周知である。従ってすでに、凹み縁部
をこのような亀裂から保護する種々の方法が提案され
た。例えば、凹み縁の領域内に、加熱下にアルミニウム
よりも亀裂発生の少ない材料よりなるリングを嵌込むこ
とができる。このリングは、ピストンのアルミニウム基
材中へ突入する突起によるか又は他のアンダーカット成
形部により固定することができる。しかしまた、このリ
ングは多孔質金属より成っていてもよく、かつピストン
をダイカスト法で製造する際にアルミニウム基材を充填
しかつ結合することができる。この場合すでに、繊維材
料よりなる補強リングも使用された[Zeit schrift:Hig
h Speed Diesel Report 1983年5/6月号、40〜41頁参
照]。
繊維材料(これは例えば酸化アルミニウム又は炭化珪素
からなっていてもよい)よりなるリングを使用すると、
その都度の繊維リングの密度の選択に基づき、亀裂傾向
を著しく低減させることができることが判明した。しか
しながら、従来は、凹み縁部の亀裂発生を極端なピスト
ン付加でも十分な確実性をもって回避することができ
る、リングの密度に関する値を見いだすことはできなか
った。
からなっていてもよい)よりなるリングを使用すると、
その都度の繊維リングの密度の選択に基づき、亀裂傾向
を著しく低減させることができることが判明した。しか
しながら、従来は、凹み縁部の亀裂発生を極端なピスト
ン付加でも十分な確実性をもって回避することができ
る、リングの密度に関する値を見いだすことはできなか
った。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の課題は、凹み縁部亀裂の発生を実質的に排除す
ることができる、該凹み縁部の補強手段を提供すること
であった。
ることができる、該凹み縁部の補強手段を提供すること
であった。
[問題点を解決するための手段] 前記課題は、冒頭に記載した形式のピストンにおいて、
本発明により、繊維補強された領域において、ピストン
ピン軸線の領域の、補強アルミニウム材料の単位体積当
たりの繊維の割合が、振動平面の領域よりも大であるこ
とにより解決される。
本発明により、繊維補強された領域において、ピストン
ピン軸線の領域の、補強アルミニウム材料の単位体積当
たりの繊維の割合が、振動平面の領域よりも大であるこ
とにより解決される。
意想外にも、このような構造で、凹み全周縁部にわたり
亀裂発生を確実に回避できることが判明した。とりわ
け、極端な試験条件下でなお亀裂を発生させ得る場合で
も、このような亀裂が特に発生する周縁部領域は確認す
ることができなかった。従って、本発明の構成によれ
ば、該補強構造が、異なった周縁部領域に生じる応力に
それぞれ最適な抵抗力を提供すことができる。それとい
うのも、この凹み縁部は、振動平面の領域内ではまず第
一に温度変化に対する高い安定性を、それに対してピス
トンピンの軸線の方向ではまず第一に高い疲れ強さを有
するべきことが公知であるからである。本発明により、
高い疲れ強さを達成するためには、補強帯域において比
較的高い割合の繊維材料が必要であるが、但しこの高い
割合は温度変化に対する安定性に関しては最適でないこ
とを見出すことができた。すなわち、温度変化に対する
安定性のためには、最適な値は補強領域中の繊維割合が
低い場合である。この結果はまさに驚異的である。それ
というのも、従来は、補強領域中の高い繊維割合が亀裂
発生の阻止に関しては特に良好な結果を生じると見做さ
れていたからである。従って、まさになおアルミニウム
基材の十分かつ完全な浸透が保証されるような割合が、
一般に導入すべき繊維割合の限界と見做されていた。
亀裂発生を確実に回避できることが判明した。とりわ
け、極端な試験条件下でなお亀裂を発生させ得る場合で
も、このような亀裂が特に発生する周縁部領域は確認す
ることができなかった。従って、本発明の構成によれ
ば、該補強構造が、異なった周縁部領域に生じる応力に
それぞれ最適な抵抗力を提供すことができる。それとい
うのも、この凹み縁部は、振動平面の領域内ではまず第
一に温度変化に対する高い安定性を、それに対してピス
トンピンの軸線の方向ではまず第一に高い疲れ強さを有
するべきことが公知であるからである。本発明により、
高い疲れ強さを達成するためには、補強帯域において比
較的高い割合の繊維材料が必要であるが、但しこの高い
割合は温度変化に対する安定性に関しては最適でないこ
とを見出すことができた。すなわち、温度変化に対する
安定性のためには、最適な値は補強領域中の繊維割合が
低い場合である。この結果はまさに驚異的である。それ
というのも、従来は、補強領域中の高い繊維割合が亀裂
発生の阻止に関しては特に良好な結果を生じると見做さ
れていたからである。従って、まさになおアルミニウム
基材の十分かつ完全な浸透が保証されるような割合が、
一般に導入すべき繊維割合の限界と見做されていた。
本発明のもう1つの対象は、本発明の前記ピストンの製
造方法であり、該製造方法は、繊維補強された領域が繊
維から前プレスされたリングからなり、該リングに、液
圧プレスによって行われるピストンの製造過程でアルミ
ニウム材料を注入することにより、内燃機関用のアルミ
ニウムからなるピストンを製造する方法において、繊維
材料からほぼ同じ繊維密度を有するリングをプレス加工
し、引き続き該リングを、ピストンピン軸線に隣接する
領域にアルミニウムを注入する前に、そこで所望の高い
繊維密度を達成するために小さい高さ及び/又は小さい
半径方向幅に後圧縮することを特徴とする。
造方法であり、該製造方法は、繊維補強された領域が繊
維から前プレスされたリングからなり、該リングに、液
圧プレスによって行われるピストンの製造過程でアルミ
ニウム材料を注入することにより、内燃機関用のアルミ
ニウムからなるピストンを製造する方法において、繊維
材料からほぼ同じ繊維密度を有するリングをプレス加工
し、引き続き該リングを、ピストンピン軸線に隣接する
領域にアルミニウムを注入する前に、そこで所望の高い
繊維密度を達成するために小さい高さ及び/又は小さい
半径方向幅に後圧縮することを特徴とする。
本発明の有利な実施態様は、特許請求の範囲の従属請求
項に記載されている。
項に記載されている。
[実施例] 以下に、本発明を図示の実施例につき詳細に説明する。
ピストン1は、AlSi又はAlCu合金からなりかつ燃焼室凹
み2を有する。燃焼室凹み2の縁部3は繊維補強されて
いる。この繊維補強部は以下のように形成される。
み2を有する。燃焼室凹み2の縁部3は繊維補強されて
いる。この繊維補強部は以下のように形成される。
まず、酸化アルミニウム又は炭化珪素の短繊維からなる
リングを製造する。このリングの場合、繊維密度はその
全周及び高さにわたり同じ大きさである。この繊維材料
からなるリングは、アルミニウム基材が充填されて、完
成したピストン1に凹み縁部3を形成する。繊維材料よ
りなるリングへのアルミニウム基材の充填は、リングを
鋳型中へ入れ、引続きアルミニウム材料を、ピストンの
原形を有するこの鋳型中へダイカスト法で鋳造すること
により行う。このようにして、繊維材料からなるリング
は、実際にピストンの製造過程で凹み縁部3中へ封入さ
れる。ピストンピン軸線Bの領域内の凹み縁部におい
て、振動平面Aに隣接する凹み縁部3におけるよりも大
きい繊維密度を得るために、繊維材料からなる当初同じ
密度のリングにおいて、該リングを鋳型中へ装入する前
に、大きい繊維密度を有する領域を所望の高い密度値に
圧縮する。この場合、リングの当該領域内の圧縮は、半
径方向又は軸方向のいずれか、もしくは更にこれら両者
の方向に行うことができる。第5図には、大きい繊維密
度を有する領域がそれぞれ軸方向で小さな横断面に圧縮
されたリングの展開図が示されている。リング全体にわ
たる繊維密度の分配は、それぞれピストンピン軸線Bを
中心に45°の範囲内で仕上げプレスしたリング内の繊
維割合が繊維/アルミニウム複合材料を基準として20
%であり、一方それぞれ振動平面を中心に45°の範囲
内の繊維/アルミニウム複合材料中の相応する繊維割合
が10%であるにすぎない、すなわち半分程度の値であ
るにすぎないように選択することができる。繊維材料よ
りなるリングは、仕上げプレスしたピストンにおいて、
全ての領域内でその初期に存在した気孔に完全にアルミ
ニウム材料が充填されている。
リングを製造する。このリングの場合、繊維密度はその
全周及び高さにわたり同じ大きさである。この繊維材料
からなるリングは、アルミニウム基材が充填されて、完
成したピストン1に凹み縁部3を形成する。繊維材料よ
りなるリングへのアルミニウム基材の充填は、リングを
鋳型中へ入れ、引続きアルミニウム材料を、ピストンの
原形を有するこの鋳型中へダイカスト法で鋳造すること
により行う。このようにして、繊維材料からなるリング
は、実際にピストンの製造過程で凹み縁部3中へ封入さ
れる。ピストンピン軸線Bの領域内の凹み縁部におい
て、振動平面Aに隣接する凹み縁部3におけるよりも大
きい繊維密度を得るために、繊維材料からなる当初同じ
密度のリングにおいて、該リングを鋳型中へ装入する前
に、大きい繊維密度を有する領域を所望の高い密度値に
圧縮する。この場合、リングの当該領域内の圧縮は、半
径方向又は軸方向のいずれか、もしくは更にこれら両者
の方向に行うことができる。第5図には、大きい繊維密
度を有する領域がそれぞれ軸方向で小さな横断面に圧縮
されたリングの展開図が示されている。リング全体にわ
たる繊維密度の分配は、それぞれピストンピン軸線Bを
中心に45°の範囲内で仕上げプレスしたリング内の繊
維割合が繊維/アルミニウム複合材料を基準として20
%であり、一方それぞれ振動平面を中心に45°の範囲
内の繊維/アルミニウム複合材料中の相応する繊維割合
が10%であるにすぎない、すなわち半分程度の値であ
るにすぎないように選択することができる。繊維材料よ
りなるリングは、仕上げプレスしたピストンにおいて、
全ての領域内でその初期に存在した気孔に完全にアルミ
ニウム材料が充填されている。
第1図は本発明によるピストンの1実施例の燃焼室凹み
を有するピストンの平面図、第2図はII−II線に沿った
断面図、第3図は変更実施例のピストンの平面図、第4
図は第3図のIV−IV線に沿った断面図及び第5図は繊維
からなる補強リングの1実施例の展開図である。 1…ピストン、2…燃焼室凹み、3…凹み縁部、A…振
動平面、B…ピストンピン軸線
を有するピストンの平面図、第2図はII−II線に沿った
断面図、第3図は変更実施例のピストンの平面図、第4
図は第3図のIV−IV線に沿った断面図及び第5図は繊維
からなる補強リングの1実施例の展開図である。 1…ピストン、2…燃焼室凹み、3…凹み縁部、A…振
動平面、B…ピストンピン軸線
Claims (7)
- 【請求項1】ピストン頂面に配置された燃焼室凹み
(2)を有し、該燃焼室凹みの、ピストン頂面に移行す
る縁部(3)のアルミニウム材料が繊維補強されてい
る、内燃機関用のアルミニウムからなるピストン(1)
において、繊維補強された領域において、ピストンピン
軸線(B)の領域の、補強アルミニウム材料の単位体積
当たりの繊維の割合が、振動平面(A)の領域よりも大
であることを特徴とする、内燃機関用のアルミニウムか
らなるピストン。 - 【請求項2】繊維補強のために酸化アルミニウム(Al
2O3)又は炭化珪素(SiC)からなる短繊維が使用されてい
る、特許請求の範囲第1項記載のピストン。 - 【請求項3】ピストンピン軸線(B)の領域の、補強ア
ルミニウム材料の単位体積当たりの繊維の割合が、振動
平面(A)の領域のほぼ2倍である、特許請求の範囲第
1項又は第2項記載のピストン。 - 【請求項4】振動平面(A)の領域内の補強されたアル
ミニウム材料の単位体積当たりの繊維の割合が5〜15
%である、特許請求の範囲第1項から第2項までのいず
れか1項記載のピストン。 - 【請求項5】繊維割合の異なる周領域が、振動平面
(A)を中心に並びにピストンピン軸線(B)を中心に
両方向に少なくとも30°延びている、特許請求の範囲
第1項から第4項までのいずれか1項記載のピストン。 - 【請求項6】異なった繊維割合を有する周領域が同じ大
きさであり、かつそれぞれピストンピン軸線(B)及び
振動平面(A)に対して対称的である。特許請求の範囲
第1項から第5項までのいずれか1項記載のピストン。 - 【請求項7】繊維補強された領域が繊維から前プレスさ
れたリングからなり、該リングに、ダイカスト法によっ
て行なわれるピストンの製造過程でアルミニウム材料を
注入することにより、ピストン頂面に配置された燃焼室
凹み(2)を有し、該燃焼室凹みの、ピストン頂面に移
行する縁部(3)のアルミニウム材料が繊維によって補
強されている。内燃機関用のアルミニウムからなるピス
トン(1)を製造する方法において、繊維材料からほぼ
同じ繊維密度を有するリングをプレス加工し、引き続き
該リングを、ピストンピン軸線(B)に隣接する領域に
アルミニウムを注入する前に、そこで所望の高い繊維密
度を達成するために小さい高さ及び/又は小さい半径方
向幅に後圧縮することを特徴とする、内燃機関用のアル
ミニウムからなるピストンの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3430056A DE3430056C1 (de) | 1984-08-16 | 1984-08-16 | Tauchkolben mit faserverstaerkter Brennraummulde fuer Verbrennungsmotoren |
DE3430056.2 | 1984-08-16 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6149156A JPS6149156A (ja) | 1986-03-11 |
JPH061063B2 true JPH061063B2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=6243129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60175970A Expired - Lifetime JPH061063B2 (ja) | 1984-08-16 | 1985-08-12 | 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 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4662326A (ja) |
EP (1) | EP0171567B1 (ja) |
JP (1) | JPH061063B2 (ja) |
BR (1) | BR8503886A (ja) |
DE (1) | DE3430056C1 (ja) |
Families Citing this family (24)
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JPS62244565A (ja) * | 1986-04-16 | 1987-10-24 | Toyota Motor Corp | 閉ル−プ状炭素繊維強化部分を含む金属部材の製造方法 |
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US4908923A (en) * | 1988-10-05 | 1990-03-20 | Ford Motor Company | Method of dimensionally stabilizing interface between dissimilar metals in an internal combustion engine |
JP2691770B2 (ja) * | 1989-04-20 | 1997-12-17 | イズミ工業株式会社 | 内燃機関用アルミニウム合金ピストン |
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DE19547226B4 (de) * | 1994-12-23 | 2004-07-22 | Mahle Gmbh | Faserverstärktes Leichtmetallbauteil |
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US5979298A (en) * | 1997-05-08 | 1999-11-09 | Zellner Pistons, Llc | Cooling gallery for pistons |
JP3847028B2 (ja) | 1999-07-30 | 2006-11-15 | 株式会社日立製作所 | 内燃機関用ピストン及びその製造方法 |
EP1406836B1 (en) * | 2001-07-18 | 2007-09-26 | Industrial Ceramic Solutions LLC | Whisker-free silicon carbide fibers |
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JP4237576B2 (ja) * | 2003-08-11 | 2009-03-11 | 富士重工業株式会社 | 内燃機関のピストン |
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DE102009025063A1 (de) | 2009-06-10 | 2010-12-30 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Leichtmetallkolben mit Mehrfach-Omega-Brennraummulde |
DE102013223675A1 (de) | 2013-11-20 | 2015-05-21 | Mahle International Gmbh | Leichtmetallkolben für einen Verbrennungsmotor |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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