JP2903742B2 - Manufacturing method of combustion chamber - Google Patents

Manufacturing method of combustion chamber

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JP2903742B2
JP2903742B2 JP5549191A JP5549191A JP2903742B2 JP 2903742 B2 JP2903742 B2 JP 2903742B2 JP 5549191 A JP5549191 A JP 5549191A JP 5549191 A JP5549191 A JP 5549191A JP 2903742 B2 JP2903742 B2 JP 2903742B2
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lip
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piston
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ピストンヘッド本体
に形成したキャビティにリング状リップ部を配置して燃
焼室開口を形成する燃焼室の製造法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a combustion chamber in which a ring-shaped lip is disposed in a cavity formed in a piston head body to form a combustion chamber opening.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、セラミック組込型ピストンとし
て、実開昭60−141446号公報に開示されたもの
がある。該公報に開示されたセラミック組込型ピストン
は、アルミニウム合金から成るピストン本体の燃焼室側
の凹部にセラミック部材を組込んだものであり、セラミ
ック部材の外周に熱膨張係数が10〜23×10- 1
℃の耐熱耐食性金属リングで且つ頭部に複数の締結用孔
を備えた突出部を有する金属リングを接合して該突端を
セラミック部材の上端面より突出させ、前記金属リング
の外周に前記ピストン本体の凹部に設けられた雌ねじ部
に螺着する雄ねじ部を螺刻した組立体とし、この組立体
を前記ピストン本体に締着した後、前記締結用孔を含む
突出部を除去したものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a ceramic built-in type piston, there is one disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 60-141446. The ceramic built-in type piston disclosed in the publication has a ceramic member incorporated in a recess on the combustion chamber side of a piston body made of an aluminum alloy, and has a coefficient of thermal expansion of 10 to 23 × 10 on the outer periphery of the ceramic member. -1 /
And a metal ring having a protrusion having a plurality of fastening holes at its head is joined so that the protruding end protrudes from the upper end surface of the ceramic member. And a male threaded portion screwed into a female threaded portion provided in the concave portion is formed into a threaded assembly, and this assembly is fastened to the piston body, and then a protrusion including the fastening hole is removed.

【0003】また、内燃機関用ピストンとして、実開昭
58−98455号公報に開示されたものがある。該内
燃機関用ピストンは、アルミニウム、鋳鉄等の金属材料
より成るピストン基部に、コバール、42アロイ等の熱
膨張率が3〜9×10- 6 /℃の金属体を介してセラミ
ックスを結合したものである。
As a piston for an internal combustion engine, there is one disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 58-98455. The piston for an internal combustion engine is aluminum, the piston base made of a metal material such as cast iron, Kovar, 42 thermal expansion coefficient of such alloy is 3 to 9 × 10 - the union of ceramics through a 6 / ° C. of the metal body It is.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、直噴式ディ
ーゼルエンジンの燃焼室において、ピストンヘッド本体
に形成する燃焼室としてリエントラント型燃焼室を用い
る場合、燃焼室開口を形成するリップ部の先端を先尖り
にシャープに形成することによって、シリンダ内と燃焼
室内とを出入りする空気の乱れ即ちスキッシュ流及び逆
スキッシュ流の乱れが増加し、空気と燃料との混合が促
進され、混合気生成が早くなり、燃焼状態が良好になっ
てスモークの発生を低減できる燃焼を確保することがで
きる。
When a reentrant combustion chamber is used as a combustion chamber formed in a piston head body in a combustion chamber of a direct injection diesel engine, the tip of a lip forming an opening of the combustion chamber is pointed. The turbulence of air flowing into and out of the cylinder and the combustion chamber, i.e., the turbulence of the squish flow and the reverse squish flow increases, the mixing of air and fuel is promoted, and the generation of the air-fuel mixture becomes faster, Combustion that can improve the combustion state and reduce the generation of smoke can be ensured.

【0005】しかしながら、従来のようなアルミニウム
材或いはセラミックファイバー強化アルミニウム材から
形成したピストンでは、燃焼室を構成するリップ部の先
端を先尖りにシャープに形成すると、リップ部先端の温
度は高温になり、リップ部に加わる熱負荷即ち熱応力の
ためにリップ部の溶解現象、クラック発生等の破損が発
生し、リップ部の先端を鋭くするにも限界があった。ま
た、リップ部の先端部を耐熱性に優れた非アルミニウム
材、例えば、ニレジスト、スチール、Fc、セラミック
ス等を使用した場合には、ピストンヘッド本体を構成す
るアルミニウム材との間に、熱膨張率に大きな差が生
じ、境界面或いは接合面に剥離等が発生し、問題があっ
た。
However, in a conventional piston made of aluminum or ceramic fiber reinforced aluminum, if the tip of the lip constituting the combustion chamber is sharply formed, the temperature of the tip of the lip becomes high. In addition, the thermal load applied to the lip, that is, thermal stress, causes the lip to melt, cracks, and other damages, and there is a limit to sharpening the tip of the lip. When a non-aluminum material having excellent heat resistance such as niresist, steel, Fc, or ceramics is used at the tip of the lip portion, the coefficient of thermal expansion between the lip portion and the aluminum material constituting the piston head body is increased. And a large difference occurs, and peeling or the like occurs on the boundary surface or the bonding surface, which is problematic.

【0006】上記のような問題は、前掲実開昭60−1
41446号公報に開示されたセラミック組込型ピスト
ンにも同様な問題がある。即ち、該セラミック組込型ピ
ストンは、アルミニウム合金から成るピストン本体に金
属リングをねじで締着し、該金属リングをセラミック部
材に接合したものであるが、金属とセラミックスとは熱
膨張率が異なり、熱応力を受けるようなピストンヘッド
ではセラミック部材にクラックや亀裂が発生し、セラミ
ック部材の破損の問題がある。
[0006] The above-mentioned problem is caused by the above-mentioned Japanese Utility Model Application Laid-open No.
The ceramic built-in piston disclosed in Japanese Patent No. 41446 has a similar problem. That is, the ceramic built-in type piston is a piston body made of an aluminum alloy, in which a metal ring is fastened with a screw and the metal ring is joined to a ceramic member, but the metal and the ceramic have different coefficients of thermal expansion. In a piston head that receives thermal stress, cracks and cracks occur in the ceramic member, and there is a problem of damage to the ceramic member.

【0007】また、鉄、ニッケル系の傾斜機能金属結合
体とアルミニウム製ピストンヘッド本体とをメタルフロ
ーによって結合させる場合に、透磁率の差により、傾斜
機能金属結合体がピストンヘッド本体より発熱して高温
になり、メタルフローに必要な温度800℃〜1100
℃に上昇させることができる。しかしながら、この場合
に、傾斜機能金属結合体からの熱伝導によってピストン
ヘッド本体自体も温度上昇する。そのため、傾斜機能金
属結合体をメタルフローして塑性変形させる時点で、ピ
ストンヘッド本体も変形し、両者をメタルフローして結
合することができなくなるという問題がある。
Further, when the iron / nickel-based functionally graded metal combination and the aluminum piston head body are joined by metal flow, the difference in magnetic permeability causes the functionally graded metal combination to generate heat from the piston head body. High temperature, 800 ℃ -1100 required for metal flow
° C. However, in this case, the temperature of the piston head itself increases due to heat conduction from the functionally graded metal combination. For this reason, there is a problem that the piston head body is also deformed when the functionally graded metal joint is plastically deformed by metal flow, and the two cannot be joined by metal flow.

【0008】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、頂面が半径方向内向きに先尖りのリング状
に伸びて中央に開口を形成した金属製ピストンヘッド本
体に形成した燃焼室において、高温強度と耐熱性に富ん
だセラミック材料から成るリップ部を熱膨張率の異なる
傾斜機能金属材から成るリング結合体の内壁面に接合し
てリップ組立体を構成し、該リップ組立体の外周面にピ
ストンヘッド本体をメタルフローで接合する場合に、ピ
ストンヘッド本体のキャビティ壁面のみを局部的に加熱
し、それによって、メタルフローによる塑性変形をピス
トンヘッド本体に局部的に発生させ、リップ組立体をピ
ストンヘッド本体に確実に接合する燃焼室の製造法を提
供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a combustion head formed in a metal piston head body having a top surface extending in a radially inwardly pointed ring shape and having an opening in the center. In a chamber, a lip portion made of a ceramic material having high temperature strength and heat resistance is joined to an inner wall surface of a ring joined body made of a functionally graded metal material having a different coefficient of thermal expansion to form a lip assembly. When the piston head body is joined to the outer peripheral surface of the piston head by metal flow, only the cavity wall surface of the piston head body is locally heated, whereby plastic deformation due to metal flow is locally generated in the piston head body, and the lip It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a combustion chamber that securely connects an assembly to a piston head body.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、熱膨張率の異なる傾斜機能材から成る傾斜
機能金属結合体の内壁面に燃焼室開口を形成する耐熱性
に富んだ高強度のセラミック材から成るリップ部を結合
してリップ組立体を製作する工程、前記リップ組立体の
外周面を金属製ピストンヘッド本体に形成したキャビテ
ィの壁面に配置する工程、次いで前記ピストンヘッド本
体のキャビティ壁面部分のみを局部的に加熱して該部分
をメタルフローによって塑性変形させ、前記リップ組立
体を前記ピストンヘッド本体に接合する工程、から成る
燃焼室の製造法に関する。
The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is,
The present invention provides a lip assembly in which a lip portion made of a heat-resistant and high-strength ceramic material forming a combustion chamber opening is connected to the inner wall surface of a functionally graded metal composite made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion. Manufacturing the lip assembly, arranging the outer peripheral surface of the lip assembly on the wall surface of the cavity formed in the metal piston head main body, and then locally heating only the cavity wall surface portion of the piston head main body to metallize the portion. Plastically deforming by flow and joining the lip assembly to the piston head body.

【0010】また、この燃焼室の製造法において、前記
リップ組立体に隣接する前記キャビティ壁面部分に前記
ピストンヘッド本体の上面より突出する突出部を形成
し、該突出部にプレス治具を当接させ、該プレス治具を
高周波加熱することによって前記突出部及びその近傍部
分のみが局部的に加熱され、前記突出部がメタルフロー
して塑性変形するものである。
In the method for manufacturing a combustion chamber, a protrusion protruding from an upper surface of the piston head body is formed on a wall surface of the cavity adjacent to the lip assembly, and a pressing jig is brought into contact with the protrusion. Then, by heating the press jig by high frequency, only the protruding portion and the vicinity thereof are locally heated, and the protruding portion undergoes metal flow and undergoes plastic deformation.

【0011】[0011]

【作用】この発明による燃焼室の製造法は、以上のよう
に構成されており、次のように作用する。即ち、この燃
焼室の製造法は、リップ組立体の外周面を金属製ピスト
ンヘッド本体に形成したキャビティの壁面に配置して、
前記ピストンヘッド本体のキャビティ壁面部分のみを局
部的に加熱して該部分をメタルフローによって塑性変形
させたので、前記リップ組立体を前記ピストンヘッド本
体に確実に接合することができる。
The method of manufacturing a combustion chamber according to the present invention is configured as described above, and operates as follows. That is, in this method of manufacturing the combustion chamber, the outer peripheral surface of the lip assembly is arranged on the wall surface of the cavity formed in the metal piston head body,
Since only the cavity wall portion of the piston head body is locally heated and the portion is plastically deformed by metal flow, the lip assembly can be securely joined to the piston head body.

【0012】また、リップ組立体に隣接するキャビティ
壁面部分にピストンヘッド本体の上面より突出する突出
部を形成し、該突出部にプレス治具を当接させて該プレ
ス治具を高周波加熱したので、前記突出部及びその近傍
部分のみをメタルフローさせ、塑性変形させることがで
きる。
In addition, a projection is formed on the cavity wall surface adjacent to the lip assembly so as to project from the upper surface of the piston head body, and a pressing jig is brought into contact with the projection to heat the press jig by high frequency. In addition, only the protruding portion and a portion near the protruding portion can be metal-flowed to be plastically deformed.

【0013】[0013]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による燃焼
室の製造法の実施例を説明する。図1はこの発明による
燃焼室の製造法で製作したピストンの一実施例を示す概
略断面図、図2はこの発明による燃焼室の製造法の一実
施例を説明する概略説明図、及び図3はピストンヘッド
本体にリップ組立体を接合した状態を示す概略説明図で
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the drawings, an embodiment of a method for manufacturing a combustion chamber according to the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a piston manufactured by the method of manufacturing a combustion chamber according to the present invention, FIG. 2 is a schematic explanatory view illustrating one embodiment of a method of manufacturing a combustion chamber according to the present invention, and FIG. FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a state where a lip assembly is joined to a piston head body.

【0014】この発明による燃焼室の製造法の一実施例
で製作したピストンは、図1に示すように、ピストンヘ
ッド本体2に形成した燃焼室1を形成するキャビティ1
0の上方を覆うように半径方向内向きに先尖り形状で伸
び且つ燃焼室開口3を備えたループ状リップ部8を有す
るリエントラント型ピストンの実施例に関するものであ
る。このリエントラント型ピストンは、鋳込み成形した
ピストンスカート及び該ピストンスカートに固定され且
つ燃焼室1を構成するキャビティ10を備えたアルミニ
ウム、アルミニウム合金、鋳鉄等の金属材料から成るピ
ストンヘッド本体2から成り、燃焼室1はキャビティ1
0の上面に開口3及び該開口3より面積の大きいキャビ
ティ10の底面4を有しているものである。また、この
ピストンは、燃焼室1を構成する上部壁構造に特徴を有
しており、ピストンヘッド本体2に形成したキャビティ
10に形成したキャビティ壁面5に接合した傾斜機能金
属材から成るリング結合体6、及び該リング結合体6に
接合した半径方向内向きに先尖りにループ状に伸びて中
央部に燃焼室開口3を形成するリップ部8を有してい
る。
As shown in FIG. 1, a piston manufactured in one embodiment of a method of manufacturing a combustion chamber according to the present invention has a cavity 1 forming a combustion chamber 1 formed in a piston head body 2.
The present invention relates to an embodiment of a reentrant piston having a loop-shaped lip portion 8 extending in a radially inwardly tapered shape so as to cover an upper portion of the piston 0 and having a combustion chamber opening 3. This reentrant type piston comprises a piston head body 2 made of a metal material such as aluminum, aluminum alloy, cast iron or the like, having a piston skirt cast and formed and a cavity 10 fixed to the piston skirt and constituting a combustion chamber 1. Chamber 1 is cavity 1
0 has an opening 3 and a bottom surface 4 of a cavity 10 having a larger area than the opening 3. This piston is characterized by an upper wall structure constituting the combustion chamber 1, and is a ring-joined body made of a functionally graded metal material joined to a cavity wall surface 5 formed in a cavity 10 formed in the piston head main body 2. And a lip portion 8 which is joined to the ring assembly 6 and extends radially inward and sharply into a loop to form a combustion chamber opening 3 at the center.

【0015】このリエントラント型ピストンにおいて、
リップ部8は、耐熱性に富み且つ高温強度に富んだ材
料、例えば、窒化珪素(Si3 4)、炭化珪素(Si
C)等のセラミック材料から製作されている。このリッ
プ部8は、燃焼室開口3を形成する先端は極めて鋭角に
先尖りのアール状態に形成され、外周面を中央を境に上
下を半径方向内向きに傾斜したテーパ面11を備える形
状に製作されている。
In this reentrant piston,
The lip portion 8 is made of a material having high heat resistance and high temperature strength, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (Si).
C) and the like. The lip portion 8 has a shape in which the tip forming the combustion chamber opening 3 is formed to have a very sharp angled point, and has a tapered surface 11 that is inclined upward and downward inward in the radial direction with the outer circumferential surface as a boundary at the center. Has been produced.

【0016】リング結合体6は、図2に示すように、半
径方向に順次に配置し且つ隣接周面を互いに接合した複
数個(図では4個)のリング12,13,14,15か
ら成り、内側のリングの熱膨張率が外側のリングの熱膨
張率より小さい傾斜機能金属材から製作されている。例
えば、リング結合体6の傾斜機能金属材は、リップ部8
とピストンヘッド本体2との両者の熱膨張率の中間の熱
膨張率を有する金属材料、例えば、ニッケル系、コバル
ト系、鉄系の金属材料から製作されている。具体的に
は、最内周側リング12をコバー(Kover)、42
アロイ等で製作し、最外周側リング15をインコロイ
(Incolloy)で製作し、中間のリング13,1
4をコバーとインコロイとの中間の熱膨張率を有する材
料で製作し、各リング12,13,14,15をろう付
け等で接合して一体構造に構成されている。各リングを
上記のような材料で製作することによって、リップ部8
側に位置するリング12はリップ部8の熱膨張率に近い
熱膨張率の材料から構成でき、また、ピストンヘッド本
体2側に位置するリング15はピストンヘッド本体2の
熱膨張率に近い熱膨張率の材料から構成できることにな
る。従って、リング結合体6は、内周側から外周側に向
かって段階的に熱膨張率が変化するように構成され、窒
化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミック材料に近い熱膨張
率からアルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料の
熱膨張率に近い状態に構成される。
As shown in FIG. 2, the ring assembly 6 is composed of a plurality of (four in the figure) rings 12, 13, 14, and 15 which are sequentially arranged in the radial direction and adjacent peripheral surfaces are joined to each other. The inner ring is made of a functionally graded metal material having a lower coefficient of thermal expansion than the outer ring. For example, the functionally graded metal material of the ring assembly 6 is
It is made of a metal material having a coefficient of thermal expansion intermediate between the coefficients of thermal expansion of the piston head 2 and the piston head body 2, for example, nickel-based, cobalt-based, and iron-based metal materials. Specifically, the innermost peripheral ring 12 is
The outermost ring 15 is made of Incoloy, and the outermost ring 15 is made of an alloy.
4 is made of a material having a thermal expansion coefficient intermediate between that of Kovar and Incoloy, and the rings 12, 13, 14, 15 are joined to each other by brazing or the like to form an integral structure. By manufacturing each ring with the above-mentioned material, the lip 8
The ring 12 located on the side can be made of a material having a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the lip portion 8, and the ring 15 located on the side of the piston head body 2 has a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the piston head body 2. Rate material. Therefore, the ring joined body 6 is configured so that the coefficient of thermal expansion changes stepwise from the inner peripheral side to the outer peripheral side, and the coefficient of thermal expansion close to that of a ceramic material such as silicon nitride, silicon carbide, or the like increases the aluminum or aluminum alloy. It is configured in a state close to the coefficient of thermal expansion of a metal material such as.

【0017】この発明によるピストンの製造方法におい
て、図2に示すように、リング結合体6は熱膨張率の異
なる傾斜機能金属材から成る複数個のリング12,1
3,14,15を半径方向に順次に配置し且つ隣接する
周面を互いに接合して製作されている。リング結合体6
の形状は、内側のリング12の高さより外側のリング1
5の高さが高くなるように全体として上面が水平で且つ
下面がテーパ状になるように成形されている。特に、リ
ング結合体6の外周面16は、上下部分が半径方向内向
きに伸びるテーパ面23,24に形成されている。ま
た、内側のリング12の内周面は下側周面が半径方向内
向きに突出するテーパ面30に形成してリップ部8の受
け部を構成することが好ましい。そして、リング結合体
6を製作した後に、該リング結合体6の内壁面19にリ
ップ部8の外周面18をメタルフロー等で接合してリッ
プ組立体20を製作する。
In the method of manufacturing a piston according to the present invention, as shown in FIG. 2, the ring assembly 6 includes a plurality of rings 12, 1 made of functionally graded metal materials having different coefficients of thermal expansion.
3, 14, 15 are sequentially arranged in the radial direction, and adjacent peripheral surfaces are joined to each other. Ring joint 6
Shape of the ring 1 outside the height of the inner ring 12
5 is formed such that the upper surface is horizontal and the lower surface is tapered as a whole so that the height of 5 is increased. In particular, the outer peripheral surface 16 of the ring assembly 6 is formed with tapered surfaces 23 and 24 whose upper and lower portions extend radially inward. It is preferable that the inner peripheral surface of the inner ring 12 is formed as a tapered surface 30 whose lower peripheral surface protrudes inward in the radial direction to form a receiving portion of the lip portion 8. After the ring assembly 6 is manufactured, the outer peripheral surface 18 of the lip 8 is joined to the inner wall surface 19 of the ring assembly 6 by a metal flow or the like to manufacture the lip assembly 20.

【0018】リップ組立体20を製作した後に、該リッ
プ組立体20の外壁面16をピストンヘッド本体2に形
成したキャビティ10の上部壁面に配置して設定する。
この場合、ピストンヘッド本体2のキャビティ壁面5
は、下半分には半径方向内向きに伸びるテーパ面22が
形成され且つ上半分はストレートに伸びる筒面31に形
成されている。更に、ピストンヘッド本体2には、キャ
ビティ10を形成する壁面には、リップ組立体20に隣
接するキャビティ壁面部分にピストンヘッド本体2の上
面17より突出する突出部7が形成されている。
After the lip assembly 20 is manufactured, the outer wall surface 16 of the lip assembly 20 is arranged and set on the upper wall surface of the cavity 10 formed in the piston head main body 2.
In this case, the cavity wall 5 of the piston head body 2
The lower half has a tapered surface 22 extending inward in the radial direction, and the upper half has a cylindrical surface 31 extending straight. Further, on the wall surface forming the cavity 10 of the piston head main body 2, a protruding portion 7 protruding from the upper surface 17 of the piston head main body 2 is formed on the cavity wall surface portion adjacent to the lip assembly 20.

【0019】また、該突出部7に対応してピストンヘッ
ド本体2の下面には、突出部7を押圧する場合に当て部
材26を当てるための当て部27が形成されている。従
って、リップ組立体20をピストンヘッド本体2の壁面
に配置した状態では、ピストンヘッド本体2のテーパ面
22にリップ組立体20の外周面であるテーパ面24が
位置して支持される。この状態で、ピストンヘッド本体
2の上部壁面とリップ組立体20の上部の外周面との間
には、メタルフローにより金属が侵入するための空間部
21が形成される。
In addition, a contact portion 27 is formed on the lower surface of the piston head body 2 corresponding to the projecting portion 7 for applying a contact member 26 when the projecting portion 7 is pressed. Therefore, when the lip assembly 20 is arranged on the wall surface of the piston head main body 2, the tapered surface 24, which is the outer peripheral surface of the lip assembly 20, is supported by the tapered surface 22 of the piston head main body 2. In this state, a space 21 is formed between the upper wall surface of the piston head main body 2 and the outer peripheral surface of the upper part of the lip assembly 20 for metal to enter by a metal flow.

【0020】次いで、該突出部7にプレス治具9を当接
させ、該プレス治具9に近接して高周波コイル25を配
置する。プレス治具9は、S50C等で製作されてお
り、高周波コイル25に電流を流すことによって、プレ
ス治具9を通じてピストンヘッド本体2の突出部7のみ
が高周波加熱されることになる。例えば、高周波コイル
25によってプレス治具9が700℃〜800℃に加熱
されると、プレス治具9を通じて熱伝導によって突出部
7は300℃〜350℃に加熱され、メタルフローとし
て十分な温度になる。突出部7及びその近傍部分のみが
局部的に加熱されると、プレス治具9で突出部7を押圧
し、突出部7がメタルフローして塑性変形し、ピストン
ヘッド本体2の上部壁面とリップ組立体20の上部の外
周面であるテーパ面23との間の空間部21に侵入し、
ピストンヘッド本体2とリップ組立体20とは接合状態
になる。しかも、ピストンヘッド本体2の金属材料が空
間部21に侵入することによって、リップ組立体6はピ
ストンヘッド本体2の上下壁体で包み込まれた状態にな
るので、機械的にも強固に結合される。
Next, the press jig 9 is brought into contact with the protruding portion 7, and the high-frequency coil 25 is arranged close to the press jig 9. The press jig 9 is made of S50C or the like, and by applying a current to the high-frequency coil 25, only the protrusion 7 of the piston head main body 2 is heated by high frequency through the press jig 9. For example, when the press jig 9 is heated to 700 ° C. to 800 ° C. by the high-frequency coil 25, the protrusion 7 is heated to 300 ° C. to 350 ° C. by heat conduction through the press jig 9 and reaches a sufficient temperature as a metal flow. Become. When only the protruding portion 7 and its vicinity are locally heated, the protruding portion 7 is pressed by the press jig 9, and the protruding portion 7 undergoes metal flow and is plastically deformed. Invading the space 21 between the tapered surface 23 which is the outer peripheral surface of the upper part of the assembly 20,
The piston head body 2 and the lip assembly 20 are joined. Moreover, since the metal material of the piston head main body 2 enters the space 21 and the lip assembly 6 is wrapped by the upper and lower walls of the piston head main body 2, the lip assembly 6 is mechanically firmly connected. .

【0021】ピストンヘッド本体2とリップ組立体20
とを接合した後、ピストンヘッド本体2のキャビティ壁
面に形成した当て部27を切削加工して滑らかな面に仕
上げる。
The piston head body 2 and the lip assembly 20
Then, the abutting portion 27 formed on the cavity wall surface of the piston head body 2 is cut to finish it into a smooth surface.

【0022】次に、この発明による燃焼室の製造法の別
の実施例を、図3及び図4を参照して説明する。図4は
この発明による燃焼室の製造法の一実施例を説明する概
略説明図、及び図5はピストンヘッド本体にリップ組立
体を接合した状態を示す概略説明図である。この実施例
による燃焼室の製造法は、上記のものと比較すると、リ
ップ組立体20の外周面の形状が相違する以外は、全く
同一であるので、同一の部品には同一の符号を付し、重
複する説明を省略する。
Next, another embodiment of the method for manufacturing a combustion chamber according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic explanatory view illustrating an embodiment of a method for manufacturing a combustion chamber according to the present invention, and FIG. 5 is a schematic explanatory view illustrating a state in which a lip assembly is joined to a piston head body. Since the method of manufacturing the combustion chamber according to this embodiment is completely the same as that described above except that the shape of the outer peripheral surface of the lip assembly 20 is different, the same parts are denoted by the same reference numerals. , Overlapping description will be omitted.

【0023】図4に示すように、リップ組立体20の外
周部を形成するリング結合体6のリング15には、その
外周面に中間部分が半径方向内向きに凹部28が形成さ
れている。従って、リップ組立体20をピストンヘッド
本体2の壁面に配置した状態では、ピストンヘッド本体
2の上部壁面とリップ組立体20の中間の外周面との間
には、空間部29が形成される。そこで、上記と同様
に、突出部7及びその付近部分のみが局部的に加熱され
ると、プレス治具9で突出部7を押圧し、突出部7がメ
タルフローして塑性変形し、上記空間部29に侵入し、
ピストンヘッド本体2とリップ組立体20とは接合状態
になる。しかも、ピストンヘッド本体2の金属材料が空
間部29に侵入することによって、リップ組立体6はピ
ストンヘッド本体2に対して機械的にも強固に結合され
ることになる。
As shown in FIG. 4, the ring 15 of the ring assembly 6 forming the outer peripheral portion of the lip assembly 20 has a concave portion 28 formed on the outer peripheral surface so that an intermediate portion is radially inward. Therefore, when the lip assembly 20 is disposed on the wall surface of the piston head main body 2, a space 29 is formed between the upper wall surface of the piston head main body 2 and the outer peripheral surface in the middle of the lip assembly 20. Therefore, similarly to the above, when only the protruding portion 7 and the vicinity thereof are locally heated, the protruding portion 7 is pressed by the press jig 9, and the protruding portion 7 undergoes metal flow and is plastically deformed. Invading the part 29,
The piston head body 2 and the lip assembly 20 are joined. In addition, since the metal material of the piston head body 2 enters the space 29, the lip assembly 6 is mechanically and strongly connected to the piston head body 2.

【0024】この発明によるピストンは、上記のように
構成されているので、次のように作用する。即ち、エン
ジンが運転された場合に温度差によってリップ部8とピ
ストンヘッド本体2との間で熱膨張差によって大きな熱
応力が生じても、傾斜機能金属材から成るリング結合体
6が緩衝材として機能し、リップ部8とピストンヘッド
本体2との間で温度差による熱膨張差を吸収する。それ
故に、燃焼室1に温度変化が発生してリップ部8とピス
トンヘッド本体2との間に熱膨張差が発生しても、リッ
プ部8にクラック、亀裂等が発生せず燃焼室1が破壊さ
れるようなことがない。しかも、リップ部8は先尖りで
鋭角形状であって燃焼ガスからの熱の流入が大きいが、
リップ部8に流入した熱はリング結合体6を通じてピス
トンヘッド本体2方向へ妨げられずに流れ、ピストンス
カート、ピストンリング等を通じてシリンダライナ側へ
流出する。従って、リップ部8の温度を高温に維持する
ことなく、温度上昇を抑えるので、リップ部8のエッジ
を鋭角な先尖りの形状に構成しても、耐熱性で製作され
ているので、該エッジが溶損したり、割れたりすること
がない。
Since the piston according to the present invention is configured as described above, it operates as follows. That is, even if a large thermal stress is generated due to a difference in thermal expansion between the lip portion 8 and the piston head body 2 due to a temperature difference when the engine is operated, the ring joint body 6 made of the functionally graded metal material serves as a cushioning material. It functions and absorbs a difference in thermal expansion between the lip portion 8 and the piston head body 2 due to a temperature difference. Therefore, even if a temperature change occurs in the combustion chamber 1 and a difference in thermal expansion occurs between the lip portion 8 and the piston head main body 2, no crack, crack, or the like occurs in the lip portion 8, and the combustion chamber 1 is maintained. There is no destruction. In addition, the lip portion 8 is pointed and has an acute angle, and heat inflow from the combustion gas is large.
The heat that has flowed into the lip 8 flows through the ring connector 6 in the direction of the piston head body 2 without being obstructed, and flows out to the cylinder liner side through the piston skirt, the piston ring, and the like. Therefore, the temperature of the lip portion 8 is suppressed from rising without maintaining the temperature of the lip portion 8 at a high temperature. Therefore, even if the edge of the lip portion 8 is formed in a sharp pointed shape, it is manufactured with heat resistance. Does not melt or break.

【0025】また、リップ部8は、熱膨張率が小さく耐
熱性に富んだセラミックス等の材料で製作するので、燃
焼室開口3を形成するリップ部8のエッジを極めて鋭角
に形成し且つ該形状を高温状態でも維持できる。従っ
て、ピストンの上昇の圧縮行程で発生するスキッシュ流
及びピストン下降の爆発行程で発生する逆スキッシュ流
を増大することができ、空気と燃料との混合を促進して
カーボン発生量を抑制し且つ燃料消費量を低減する燃焼
を行わせ、燃焼状態を改善することができる。
Since the lip portion 8 is made of a material such as ceramics having a low coefficient of thermal expansion and high heat resistance, the edge of the lip portion 8 forming the combustion chamber opening 3 is formed at an extremely acute angle and the shape thereof is increased. Can be maintained even at high temperatures. Therefore, it is possible to increase the squish flow generated in the compression stroke when the piston is raised and the reverse squish flow generated in the explosion stroke when the piston is lowered. Combustion for reducing consumption can be performed, and the combustion state can be improved.

【0026】[0026]

【発明の効果】この発明による燃焼室の製造法は、以上
のように構成したので、次のような効果を有する。即
ち、この燃焼室の製造法は、熱膨張率の異なる傾斜機能
材から成る傾斜機能金属結合体の内壁面に燃焼室開口を
形成する耐熱性に富んだ高強度のセラミック材から成る
リップ部を結合してリップ組立体を製作する工程、前記
リップ組立体の外周面を金属製ピストンヘッド本体に形
成したキャビティの壁面に配置する工程、次いで前記ピ
ストンヘッド本体のキャビティ壁面部分のみを局部的に
加熱して該部分をメタルフローによって塑性変形させ、
前記リップ組立体を前記ピストンヘッド本体に接合する
工程から成るので、ピストンヘッド本体の金属材料のみ
がメタルフローして塑性流動し、リップ組立体はメタル
フローしないので、リップ組立体とピストンヘッド本体
とは確実に且つ堅固に接合される。
The method for manufacturing a combustion chamber according to the present invention has the following effects because it is configured as described above. That is, this method of manufacturing a combustion chamber includes a lip portion made of a heat-resistant high-strength ceramic material that forms a combustion chamber opening on the inner wall surface of a functionally graded metal combination made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion. Manufacturing the lip assembly by coupling, arranging the outer peripheral surface of the lip assembly on the wall surface of the cavity formed in the metal piston head body, and then locally heating only the cavity wall portion of the piston head body Then, the part is plastically deformed by metal flow,
Since the lip assembly is joined to the piston head main body, only the metal material of the piston head main body undergoes metal flow and plastic flows, and the lip assembly does not flow metal. Are securely and firmly joined.

【0027】また、この燃焼室の製造法において、リッ
プ組立体に隣接するキャビティ壁面部分にピストンヘッ
ド本体の上面より突出する突出部を形成し、該突出部に
プレス治具を当接させたので、プレス治具を高周波加熱
することによって前記突出部のみが熱伝導で局部的に加
熱され、前記突出部及びその付近部分がメタルフローし
て塑性変形することになり、前記リップ組立体との間に
形成された空間部へ前記突出部及びその付近部分が塑性
流動し、互いに接合すると共に機械的にも結合されるこ
とになる。
Further, in this manufacturing method of the combustion chamber, a protruding portion protruding from the upper surface of the piston head body is formed on the cavity wall portion adjacent to the lip assembly, and the pressing jig is brought into contact with the protruding portion. When the press jig is heated by high frequency, only the protrusion is locally heated by heat conduction, and the protrusion and the vicinity thereof are subjected to metal flow and plastically deformed. The protruding portion and the portion in the vicinity thereof plastically flow into the space formed in the above, and are joined together and mechanically joined together.

【0028】また、リップ部に先端から外周部のピスト
ンヘッド本体まで各境界での熱流が妨げられることがな
く良好に熱は伝導されて前記リップ部の先端部の熱をピ
ストンヘッド外周部、ピストンリング、シリンダライナ
等を通じて外部へ移動させ、前記リップ部が高温になる
のを回避して高温によるリップ部の溶損を防止できると
共に、前記リング結合体で前記リップ部と前記ピストン
ヘッドとの熱膨張差を吸収でき、温度差で熱応力がかか
っても前記リップ部の割れ等を回避できる。それ故、前
記リップ先端部を鋭角に先尖り状態に形成しても、燃焼
ガスによって前記リップ部の先端部が高温になっても直
ちに熱を移動させて高温状態に維持されるのを回避し、
高温による前記リップ先端部の溶損を防止することがで
きる。
Further, heat is satisfactorily conducted without obstructing heat flow at each boundary from the tip to the outer periphery of the piston head main body at the lip, and the heat at the tip of the lip is transferred to the outer periphery of the piston head and the piston. The lip can be moved to the outside through a ring, a cylinder liner, or the like to prevent the lip from becoming hot, thereby preventing the lip from being melted due to high temperature. The difference in expansion can be absorbed, and even if thermal stress is applied due to the temperature difference, cracking of the lip can be avoided. Therefore, even when the tip of the lip is sharply pointed, even if the tip of the lip becomes hot due to the combustion gas, the heat is immediately transferred to avoid maintaining the hot state. ,
Melting of the lip tip due to high temperature can be prevented.

【0029】そこで、前記リップ部を耐熱性に富んだ材
料で構成することで鋭角に先尖りに形成しても該リップ
部のエッジが溶損することを防止し、該鋭角な先尖り状
態のエッジ形状を維持できる。従って、前記リップ部を
鋭角に先尖りに形成でき、前記リップ部のエッジを鋭角
に形成することによって、ピストンの上昇の圧縮行程で
発生する燃焼室内へ流入するスキッシュ流、及びピスト
ン下降の爆発行程で発生する燃焼室内から流出する逆ス
キッシュ流を増大することができ、該スキッシュ流及び
該逆スキッシュ流による噴霧燃料と空気との混合を一層
良好に達成でき、従来のリエントラント型ピストンに比
較して、カーボン発生量を抑制し且つ燃料消費量を低減
して燃焼を改善することができる。
Therefore, the lip portion is made of a material having a high heat resistance, so that the edge of the lip portion is prevented from being melted even if the lip portion is formed to be sharp at an acute angle, and the sharp-edged edge is formed. The shape can be maintained. Therefore, the lip portion can be formed at an acute angle and the edge of the lip portion can be formed at an acute angle, so that the squish flow flowing into the combustion chamber generated in the compression stroke of the ascent of the piston and the explosion stroke of the descent of the piston The reverse squish flow generated from the combustion chamber and flowing out of the combustion chamber can be increased, and the squish flow and the mixing of the atomized fuel and the air by the reverse squish flow can be more favorably achieved, as compared with the conventional reentrant piston. In addition, the amount of carbon generated can be suppressed, and the fuel consumption can be reduced to improve combustion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明による燃焼室の製造法で製作したピス
トンの一実施例を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a piston manufactured by a method for manufacturing a combustion chamber according to the present invention.

【図2】この発明による燃焼室の製造法の一実施例を説
明するための説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining one embodiment of a method for manufacturing a combustion chamber according to the present invention.

【図3】図2に示す燃焼室の製造法において、リップ組
立体とピストンヘッド本体とを接合した状態を示す説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which a lip assembly and a piston head main body are joined in the method of manufacturing the combustion chamber shown in FIG. 2;

【図4】この発明による燃焼室の製造法の別の実施例を
示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the method for manufacturing a combustion chamber according to the present invention.

【図5】図4に示す燃焼室の製造法において、リップ組
立体とピストンヘッド本体とを接合した状態を示す説明
図である。
5 is an explanatory view showing a state in which the lip assembly and the piston head main body are joined in the method of manufacturing the combustion chamber shown in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃焼室 2 ピストンヘッド本体 3 燃焼室開口 5 キャビティ壁面 6 リング結合体 7 突出部 8 リップ部 9 プレス治具 10 キャビティ 16 外周面 17 ピストンヘッドの上面 19 内壁面 20 リップ組立体 21 空間部 25 高周波コイル 29 空間部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber 2 Piston head main body 3 Combustion chamber opening 5 Cavity wall surface 6 Ring combination 7 Projection 8 Lip 9 Press jig 10 Cavity 16 Outer peripheral surface 17 Piston head upper surface 19 Inner wall surface 20 Lip assembly 21 Space 25 High frequency Coil 29 space

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02F 3/00 302 F02F 3/00 302Z 3/02 3/02 // B21K 25/00 B21K 25/00 Z (56)参考文献 実開 昭60−141446(JP,U) 実開 昭58−98455(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02F 3/00 F02F 3/00 301 F02F 3/00 302 F02F 3/02 F02F 3/26 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02F 3/00 302 F02F 3/00 302Z 3/02 3/02 // B21K 25/00 B21K 25/00 Z (56) References Japanese Utility Model Application Showa 60-141446 (JP, U) Japanese Utility Model Application Showa 58-98455 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F02F 3/00 F02F 3/00 301 F02F 3 / 00 302 F02F 3/02 F02F 3/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 熱膨張率の異なる傾斜機能材から成るリ
ング結合体の内壁面に燃焼室開口を形成する耐熱性に富
んだ高強度のセラミック材から成るリップ部を結合して
リップ組立体を製作する工程、前記リップ組立体の外周
面を金属製ピストンヘッド本体に形成したキャビティの
壁面に配置する工程、次いで前記ピストンヘッド本体の
キャビティ壁面部分のみを局部的に加熱して該部分をメ
タルフローによって塑性変形させ、前記リップ組立体を
前記ピストンヘッド本体に接合する工程、から成る燃焼
室の製造法。
1. A lip assembly made of a heat-resistant, high-strength ceramic material forming an opening in a combustion chamber is joined to the inner wall surface of a ring assembly made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion. Manufacturing, arranging the outer peripheral surface of the lip assembly on the wall surface of the cavity formed in the metal piston head main body, and then locally heating only the cavity wall surface portion of the piston head main body to perform the metal flow. Plastically deforming the lip assembly and joining the lip assembly to the piston head body.
【請求項2】 前記リップ組立体に隣接する前記キャビ
ティ壁面部分に前記ピストンヘッド本体の上面より突出
する突出部を形成し、該突出部にプレス治具を当接さ
せ、該プレス治具を高周波加熱することによって前記突
出部及びその近傍部分のみが局部的に加熱され、前記突
出部がメタルフローして塑性変形する請求項1に記載の
燃焼室の製造法。
2. A projecting portion projecting from an upper surface of the piston head body is formed on a wall surface portion of the cavity adjacent to the lip assembly, and a pressing jig is brought into contact with the projecting portion, and the pressing jig is set to a high frequency. The method for manufacturing a combustion chamber according to claim 1, wherein the heating locally heats only the protruding portion and a portion in the vicinity thereof, and the protruding portion undergoes metal flow and undergoes plastic deformation.
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