JP2924163B2 - ピストン及びその製造方法 - Google Patents
ピストン及びその製造方法Info
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- JP2924163B2 JP2924163B2 JP2292085A JP29208590A JP2924163B2 JP 2924163 B2 JP2924163 B2 JP 2924163B2 JP 2292085 A JP2292085 A JP 2292085A JP 29208590 A JP29208590 A JP 29208590A JP 2924163 B2 JP2924163 B2 JP 2924163B2
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- thermal expansion
- piston
- peripheral portion
- metal
- outer peripheral
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0636—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston the combustion space having a substantially flat and horizontal bottom
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0603—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ピストンヘッドに形成したキャビティに
半径方向内向きに先尖りのループ状に伸びるリップで開
口部を形成したピストン及びその製造方法に関する。
半径方向内向きに先尖りのループ状に伸びるリップで開
口部を形成したピストン及びその製造方法に関する。
従来、直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室装置として
は、実開昭60−65333号公報に開示されたものがある。
該燃焼室装置は、ピストン頂部に燃焼室を形成し、この
燃焼室の上端部壁面に環状の断熱材を鋳込んだものであ
る。この燃焼室装置によって、圧縮行程においては断熱
材を燃焼室の他の壁面よりかなりの高温に保持し、混合
気の着火を断熱材の周囲で早期に発生させることにより
着火遅れを短くすると共に、ディーゼルノックを防止
し、しかも、耐久性、量産性のある燃焼室を得るように
したものである。
は、実開昭60−65333号公報に開示されたものがある。
該燃焼室装置は、ピストン頂部に燃焼室を形成し、この
燃焼室の上端部壁面に環状の断熱材を鋳込んだものであ
る。この燃焼室装置によって、圧縮行程においては断熱
材を燃焼室の他の壁面よりかなりの高温に保持し、混合
気の着火を断熱材の周囲で早期に発生させることにより
着火遅れを短くすると共に、ディーゼルノックを防止
し、しかも、耐久性、量産性のある燃焼室を得るように
したものである。
また、セラミック複合ピストンとして、実開昭62−43
158号公報に開示されたものがある。該公報に開示され
たセラミック複合ピストンは、金属製ピストン本体の頂
部に凹部を設け、該凹部に上部を小径部とし下部を径方
向に突出させた凸形状のセラミックピストンヘッドを嵌
入し、前記セラミックピストンヘッドの外周面及び底面
を耐熱金属板で包み込み、該耐熱金属板の、前記セラミ
ックピストンヘッドの小径部に対応する部分の外周面と
該外周面に対向する前記金属製ピストン本体の凹部の側
面との両方にねじ部を設け、該両ねじ部の間に、両ねじ
部のそれぞれと螺合するねじ部を有する固定リングを前
記両ねじ部に螺合させて装着したものである。
158号公報に開示されたものがある。該公報に開示され
たセラミック複合ピストンは、金属製ピストン本体の頂
部に凹部を設け、該凹部に上部を小径部とし下部を径方
向に突出させた凸形状のセラミックピストンヘッドを嵌
入し、前記セラミックピストンヘッドの外周面及び底面
を耐熱金属板で包み込み、該耐熱金属板の、前記セラミ
ックピストンヘッドの小径部に対応する部分の外周面と
該外周面に対向する前記金属製ピストン本体の凹部の側
面との両方にねじ部を設け、該両ねじ部の間に、両ねじ
部のそれぞれと螺合するねじ部を有する固定リングを前
記両ねじ部に螺合させて装着したものである。
ところで、リエントラン型ピストンにおける燃焼室で
は、燃焼室入口即ち燃焼室開口部のリップ先端部を先尖
りに鋭く形成すると、スキッシュ流及び逆スキッシュ流
の乱れが増大し、燃料と空気との混合が均一化され、燃
焼状態が良好になる。しかしながら、従来のようなアル
ミニウム製ピストンでは、燃焼室を構成するリップ部に
加わる熱負荷のために、リップ部の溶解現象、クラック
発生等の問題が生じ、リップ先端部を鋭くするにも限界
があった。
は、燃焼室入口即ち燃焼室開口部のリップ先端部を先尖
りに鋭く形成すると、スキッシュ流及び逆スキッシュ流
の乱れが増大し、燃料と空気との混合が均一化され、燃
焼状態が良好になる。しかしながら、従来のようなアル
ミニウム製ピストンでは、燃焼室を構成するリップ部に
加わる熱負荷のために、リップ部の溶解現象、クラック
発生等の問題が生じ、リップ先端部を鋭くするにも限界
があった。
上記のような問題は、例えば、リップ先端部を構成す
る口金としてニレジスト等の耐熱合金、或いは前掲実開
昭60−65333号公報に開示された燃焼室装置のような断
熱材のリップリングを鋳込んだ場合にも、同様な問題が
あった。該燃焼室装置では、ピストンヘッド部にリップ
リングを鋳込んでいるため、エンジンの運転時には応力
が過大に発生したり又はピストンヘッド部とリップリン
グとの間に多くのがたが発生し、リップ部を強化する上
で最大のネックとなっている。更に、リップリングの熱
膨張率が大きいと、燃焼室に発生する温度差によって大
きな熱応力が発生し、燃焼室を破壊する原因にもなる。
る口金としてニレジスト等の耐熱合金、或いは前掲実開
昭60−65333号公報に開示された燃焼室装置のような断
熱材のリップリングを鋳込んだ場合にも、同様な問題が
あった。該燃焼室装置では、ピストンヘッド部にリップ
リングを鋳込んでいるため、エンジンの運転時には応力
が過大に発生したり又はピストンヘッド部とリップリン
グとの間に多くのがたが発生し、リップ部を強化する上
で最大のネックとなっている。更に、リップリングの熱
膨張率が大きいと、燃焼室に発生する温度差によって大
きな熱応力が発生し、燃焼室を破壊する原因にもなる。
また、前掲実開昭62−43158号公報に開示されたセラ
ミック複合ピストンについては、固定リングを耐熱金属
板のねじ部と金属製ピストン本体のねじ部に螺合させた
部位については熱膨張差による悪影響は発生しないが、
セラミックピストンヘッドの外周面及び底面を耐熱金属
板で包み込んだ部位では、セラミックピストンヘッドと
耐熱金属板とでは熱膨張率が大きく相違し、両者間で温
度変化で発生する熱膨張差の影響が直接的に作用し、セ
ラミック材の亀裂、破損等の悪影響を受け、しかも、両
者間の境界に隙間等が発生し、両者間の境界での熱流が
妨げられ、その結果、セラミックピストンヘッドの先端
部の温度を大幅に上昇させ、先端部の溶損等は発生して
ピストンの破損になるという問題がある。
ミック複合ピストンについては、固定リングを耐熱金属
板のねじ部と金属製ピストン本体のねじ部に螺合させた
部位については熱膨張差による悪影響は発生しないが、
セラミックピストンヘッドの外周面及び底面を耐熱金属
板で包み込んだ部位では、セラミックピストンヘッドと
耐熱金属板とでは熱膨張率が大きく相違し、両者間で温
度変化で発生する熱膨張差の影響が直接的に作用し、セ
ラミック材の亀裂、破損等の悪影響を受け、しかも、両
者間の境界に隙間等が発生し、両者間の境界での熱流が
妨げられ、その結果、セラミックピストンヘッドの先端
部の温度を大幅に上昇させ、先端部の溶損等は発生して
ピストンの破損になるという問題がある。
この発明の目的は、上記の課題を解決することであ
り、ピストンヘッド部に形成したキャビティの半径方向
内向きに先尖りに伸び且つ燃焼室開口部を備えたループ
状リップ部を有するピストンにおいて、耐熱性に富んだ
材料から成るリップ先端部を熱膨張調整結合体で加熱に
よって塑性流動で接合し、前記熱膨張調整材の外周部を
熱膨張調整発泡金属材で構成し、前記熱膨張調整発泡金
属材の空隙部に金属鋳込みによって金属を充填して金属
製ピストン本体に接合し、該熱膨張率調整結合体で両者
の熱膨張差を吸収すると共に、両者間の境界での熱流を
良好にしてリップ先端部の熱を熱膨張調整結合体及びピ
ストン外周部を通じて移動させ、熱膨張差によるリップ
先端部の割れ、高温によるリップ先端部の溶損を防止す
ると共に、リップ先端部を耐熱性に富んだセラミックス
で構成することで鋭角に先尖りに形成でき、スキッシュ
流及び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ピストン及びその製造方
法を提供することである。
り、ピストンヘッド部に形成したキャビティの半径方向
内向きに先尖りに伸び且つ燃焼室開口部を備えたループ
状リップ部を有するピストンにおいて、耐熱性に富んだ
材料から成るリップ先端部を熱膨張調整結合体で加熱に
よって塑性流動で接合し、前記熱膨張調整材の外周部を
熱膨張調整発泡金属材で構成し、前記熱膨張調整発泡金
属材の空隙部に金属鋳込みによって金属を充填して金属
製ピストン本体に接合し、該熱膨張率調整結合体で両者
の熱膨張差を吸収すると共に、両者間の境界での熱流を
良好にしてリップ先端部の熱を熱膨張調整結合体及びピ
ストン外周部を通じて移動させ、熱膨張差によるリップ
先端部の割れ、高温によるリップ先端部の溶損を防止す
ると共に、リップ先端部を耐熱性に富んだセラミックス
で構成することで鋭角に先尖りに形成でき、スキッシュ
流及び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ピストン及びその製造方
法を提供することである。
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、高耐熱性セラミ
ック材で半径方向内向きに先尖りのループ状に伸びた中
央開口部を備えたリップ先端部、該リップ先端部の外周
面に塑性流動で接合した熱膨張調整金属材の内周部と該
内周部に接合した熱膨張調整発泡金属材の外周部から成
る熱膨張調整結合体、及び金属鋳込みによって前記熱膨
張調整発泡金属材の空隙部に金属を充填して前記外周部
に接合した金属製ピストン本体、を有するピストンに関
する。
に構成されている。即ち、この発明は、高耐熱性セラミ
ック材で半径方向内向きに先尖りのループ状に伸びた中
央開口部を備えたリップ先端部、該リップ先端部の外周
面に塑性流動で接合した熱膨張調整金属材の内周部と該
内周部に接合した熱膨張調整発泡金属材の外周部から成
る熱膨張調整結合体、及び金属鋳込みによって前記熱膨
張調整発泡金属材の空隙部に金属を充填して前記外周部
に接合した金属製ピストン本体、を有するピストンに関
する。
また、このピストンにおいて、前記熱膨張調整結合体
を構成する熱膨張調整材の熱膨張率を前記リップ先端部
のセラミック材と前記ピストン本体の金属材との熱膨張
率の中間に調整したものである。
を構成する熱膨張調整材の熱膨張率を前記リップ先端部
のセラミック材と前記ピストン本体の金属材との熱膨張
率の中間に調整したものである。
また、このピストンにおいて、前記熱膨張調整結合体
は半径方向に熱膨張率が異なった互いに接合した複数個
の部材から構成され、前記リップ先端部側に位置する前
記部材は前記リップ先端部の熱膨張率に近い熱膨張率の
材料から成り、前記リップ外周部側に位置する前記部材
は前記ピストン本体の熱膨張率に近い熱膨張率の材料か
ら成るものである。
は半径方向に熱膨張率が異なった互いに接合した複数個
の部材から構成され、前記リップ先端部側に位置する前
記部材は前記リップ先端部の熱膨張率に近い熱膨張率の
材料から成り、前記リップ外周部側に位置する前記部材
は前記ピストン本体の熱膨張率に近い熱膨張率の材料か
ら成るものである。
或いは、この発明は、高耐熱性セラミック材で半径方
向内向きに先尖りのループ状に伸びて開口部を形成し且
つ外周面をメタライジングしてリップ先端部を製作する
工程、熱膨張調整金属材の内周部と該内周部に接合した
熱膨張調整発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合
体を製作する工程、前記リップ先端部の外周面と前記内
周部の内周面と接触面を接合させると共に前記内周部を
加熱して塑性流動させて両者を一体構造体にする工程、
及び金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空
隙部に金属を充填して前記一体構造体に接合した金属製
ピストン本体を製作する工程、から成るピストンの製造
方法に関する。
向内向きに先尖りのループ状に伸びて開口部を形成し且
つ外周面をメタライジングしてリップ先端部を製作する
工程、熱膨張調整金属材の内周部と該内周部に接合した
熱膨張調整発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合
体を製作する工程、前記リップ先端部の外周面と前記内
周部の内周面と接触面を接合させると共に前記内周部を
加熱して塑性流動させて両者を一体構造体にする工程、
及び金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空
隙部に金属を充填して前記一体構造体に接合した金属製
ピストン本体を製作する工程、から成るピストンの製造
方法に関する。
この発明によるピストン及びその製造方法は、以上の
ように構成されており、次のように作用する。
ように構成されており、次のように作用する。
このピストン及びその製造方法は、高耐熱性セラミッ
ク材から成るリップ先端部の外周面にメタライジング等
を施し、該リップ先端部の外周面に金属製熱膨張調整結
合体の内周部を塑性流動で接合し、前記熱膨張調整結合
体の外周部を発泡金属材で製作して該発泡金属材の空隙
部に金属鋳込みによって金属を充填して前記外周部に金
属製ピストン本体に接合したので、該熱膨張調整結合体
で両者の熱膨張差を吸収でき、温度差で熱応力がかかっ
てもリップ先端部の割れ等を回避でき、両者間の境界で
の熱流を良好にしてリップ先端部の熱を熱膨張調整結合
体及びピストン本体を通じて外部へ移動させ、リップ先
端部が高温になるのを回避して高温によるリップ先端部
の溶損を防止することができる。
ク材から成るリップ先端部の外周面にメタライジング等
を施し、該リップ先端部の外周面に金属製熱膨張調整結
合体の内周部を塑性流動で接合し、前記熱膨張調整結合
体の外周部を発泡金属材で製作して該発泡金属材の空隙
部に金属鋳込みによって金属を充填して前記外周部に金
属製ピストン本体に接合したので、該熱膨張調整結合体
で両者の熱膨張差を吸収でき、温度差で熱応力がかかっ
てもリップ先端部の割れ等を回避でき、両者間の境界で
の熱流を良好にしてリップ先端部の熱を熱膨張調整結合
体及びピストン本体を通じて外部へ移動させ、リップ先
端部が高温になるのを回避して高温によるリップ先端部
の溶損を防止することができる。
以下、図面を参照して、この発明によるピストン及び
その製造方法の実施例を説明する。
その製造方法の実施例を説明する。
第１図はこの発明によるピストンの一実施例を示す概
略図、及び第２図は第１図の符号Ａの部分の拡大断面図
である。
略図、及び第２図は第１図の符号Ａの部分の拡大断面図
である。
ここで説明するこの発明によるピストンの一実施例
は、図示のように、ピストン本体２に形成した燃焼室１
を形成するキャビティ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部３を備えたルー
プ状リップ部５を有するリエントラント型ピストンに関
するものであり、燃焼室１はキャビティの上面に開口部
３及び該開口部３より面積の大きいキャビティの底面４
を有しているものである。特に、このリエントラント型
ピストンは、鋳込み成形した金属製ピストン本体２に形
成したキャビティの周囲頂部に位置する金属材料から成
るピストンヘッド部６、該ピストンヘッド部６から半径
方向内向きに先尖りにループ状に伸びて中央部に開口部
３を形成するリップ先端部８、及び該リップ先端部８と
ピストンヘッド部６との間で塑性流動で固定された熱膨
張調整結合体７を有している。
は、図示のように、ピストン本体２に形成した燃焼室１
を形成するキャビティ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部３を備えたルー
プ状リップ部５を有するリエントラント型ピストンに関
するものであり、燃焼室１はキャビティの上面に開口部
３及び該開口部３より面積の大きいキャビティの底面４
を有しているものである。特に、このリエントラント型
ピストンは、鋳込み成形した金属製ピストン本体２に形
成したキャビティの周囲頂部に位置する金属材料から成
るピストンヘッド部６、該ピストンヘッド部６から半径
方向内向きに先尖りにループ状に伸びて中央部に開口部
３を形成するリップ先端部８、及び該リップ先端部８と
ピストンヘッド部６との間で塑性流動で固定された熱膨
張調整結合体７を有している。
このリエントラント型ピストンにおいて、リップ先端
８は、耐熱性に富んだ材料、例えば、窒化珪素（Si
3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材料から製作さ
れている。このリップ先端部８は、第３図に示すよう
に、開口部３を形成する先端は極めて鋭角に先尖り状態
に形成され且つセラミックスの外周面には金属膜8Mを焼
き付けるメタライジング加工を施し、例えば、銀ろう箔
等を接合し、更に外周面を内向きに傾斜したテーパ面8T
を備える形状に製作されている。
８は、耐熱性に富んだ材料、例えば、窒化珪素（Si
3N4）、炭化珪素（SiC）等のセラミック材料から製作さ
れている。このリップ先端部８は、第３図に示すよう
に、開口部３を形成する先端は極めて鋭角に先尖り状態
に形成され且つセラミックスの外周面には金属膜8Mを焼
き付けるメタライジング加工を施し、例えば、銀ろう箔
等を接合し、更に外周面を内向きに傾斜したテーパ面8T
を備える形状に製作されている。
熱膨張調整結合体７は、第４図に示すように、熱膨張
調整材で形成された内周部９と該内周部９に接合された
熱膨張調整発泡金属材で形成された外周部10から構成さ
れている。内周部９の熱膨張調整材は、リップ先端部８
とピストン本体２のピストンヘッド部６との熱膨張率の
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。
内周部９は、半径方向に熱膨張率が異なる複数個の部
材、例えば、最内周面部材9Aをコバー（Kover）、42ア
ロイ等で製作し、該部材9Aに隣接する部材9Bをインコロ
イ（Incolloy）で製作し、順次に該部材をろう付け等で
予め接合して一体構造に構成されている。リップ先端部
８側に位置する部材9Aはリップ先端部８の熱膨張率に近
い熱膨張率の材料から成り、また、ピストンヘッド部６
側に位置する部材9Eはピストンヘッド部６の熱膨張率に
近い熱膨張率の材料から構成されている。従って、内周
部９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（Si3N4）、炭
化ケイ素（SiC）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。また、外周部10の熱膨張
調整発泡金属材は、ニッケル系、コバルト系、鉄系の金
属材料を発泡させて空隙部を有する多孔質構造に製作さ
れている。熱膨張調整材の内周部９と熱膨張調整発泡金
属材の外周部10とは、ろう付け等で予め接合されてい
る。
調整材で形成された内周部９と該内周部９に接合された
熱膨張調整発泡金属材で形成された外周部10から構成さ
れている。内周部９の熱膨張調整材は、リップ先端部８
とピストン本体２のピストンヘッド部６との熱膨張率の
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。
内周部９は、半径方向に熱膨張率が異なる複数個の部
材、例えば、最内周面部材9Aをコバー（Kover）、42ア
ロイ等で製作し、該部材9Aに隣接する部材9Bをインコロ
イ（Incolloy）で製作し、順次に該部材をろう付け等で
予め接合して一体構造に構成されている。リップ先端部
８側に位置する部材9Aはリップ先端部８の熱膨張率に近
い熱膨張率の材料から成り、また、ピストンヘッド部６
側に位置する部材9Eはピストンヘッド部６の熱膨張率に
近い熱膨張率の材料から構成されている。従って、内周
部９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（Si3N4）、炭
化ケイ素（SiC）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。また、外周部10の熱膨張
調整発泡金属材は、ニッケル系、コバルト系、鉄系の金
属材料を発泡させて空隙部を有する多孔質構造に製作さ
れている。熱膨張調整材の内周部９と熱膨張調整発泡金
属材の外周部10とは、ろう付け等で予め接合されてい
る。
また、ピストンヘッド部６は、リップ先端部８を形成
する材料の熱膨張率より大きい金属材料、例えば、鋳
鉄、アルミニウム合金等の金属材料から構成されてお
り、アルミニウム、アルミニウム合金、鋳鉄等の金属材
料を鋳込み成形して形成されている。
する材料の熱膨張率より大きい金属材料、例えば、鋳
鉄、アルミニウム合金等の金属材料から構成されてお
り、アルミニウム、アルミニウム合金、鋳鉄等の金属材
料を鋳込み成形して形成されている。
この発明によるリエントラント型ピストンの製造方法
は、特に、高耐熱性セラミック材で半径方向内向きに先
尖りのループ状に伸びて開口部３を形成し且つ外周面を
メタライジングしてリップ先端部８を製作する工程、熱
膨張調整金属材の内周部９と該内周部９に接合した熱膨
張調整発泡金属材の外周部10から成る熱膨張調整結合体
７を製作する工程、リップ先端部８の外周面と内周部９
の内周面との接触面を接合させると共に内周部９を加熱
して塑性流動させて両者を一体構造体にする工程、及び
金属鋳込みによって熱膨張調整発泡金属材の空隙部に金
属を充填して一体構造体に接合した金属製ピストン本体
２を製作する工程、から成るものである。
は、特に、高耐熱性セラミック材で半径方向内向きに先
尖りのループ状に伸びて開口部３を形成し且つ外周面を
メタライジングしてリップ先端部８を製作する工程、熱
膨張調整金属材の内周部９と該内周部９に接合した熱膨
張調整発泡金属材の外周部10から成る熱膨張調整結合体
７を製作する工程、リップ先端部８の外周面と内周部９
の内周面との接触面を接合させると共に内周部９を加熱
して塑性流動させて両者を一体構造体にする工程、及び
金属鋳込みによって熱膨張調整発泡金属材の空隙部に金
属を充填して一体構造体に接合した金属製ピストン本体
２を製作する工程、から成るものである。
詳しくは、このリエントラント型ピストンの製造方法
において、リップ先端部８と熱膨張率調整結合体７とを
接合するには、第５図に示すように、熱膨張調整結合体
７の内周部９で形成されるループ状孔部にリップ先端部
８の外周面を接触させる状態で嵌合し、リップ先端部８
のテーパ面8Tと内周部９の内周面との間に上面に隙間13
を形成させる。次いで、第６図に示すように、リップ先
端部８と熱膨張率調整結合体７とを高周波コイル11で加
熱し、プレス12等で押圧して熱膨張調整結合体７の内周
部７、特に、部材9Aを塑性流動させてテーパ面8Tと内周
部９の内周面との間の隙間13を埋める状態に部材9Aを変
形させ、両者を接合して一体構造体を製作する。更に、
第７図に示すように、該一体構造体のリップ先端部８と
熱膨張調整結合体７との上面を加工して平らな面に成形
する。
において、リップ先端部８と熱膨張率調整結合体７とを
接合するには、第５図に示すように、熱膨張調整結合体
７の内周部９で形成されるループ状孔部にリップ先端部
８の外周面を接触させる状態で嵌合し、リップ先端部８
のテーパ面8Tと内周部９の内周面との間に上面に隙間13
を形成させる。次いで、第６図に示すように、リップ先
端部８と熱膨張率調整結合体７とを高周波コイル11で加
熱し、プレス12等で押圧して熱膨張調整結合体７の内周
部７、特に、部材9Aを塑性流動させてテーパ面8Tと内周
部９の内周面との間の隙間13を埋める状態に部材9Aを変
形させ、両者を接合して一体構造体を製作する。更に、
第７図に示すように、該一体構造体のリップ先端部８と
熱膨張調整結合体７との上面を加工して平らな面に成形
する。
更に、リップ先端部８と熱膨張調整結合体７との一体
構造体をピストンヘッド部６に位置するように型内に設
定し、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料で
鋳込んで一体構造体の熱膨張調整発泡金属材から成る外
周部10の空隙部に金属を侵入させて充填し、外周部10の
外周面に金属製ピストン本体を接合することによって、
第２図に示すようなリエントラン型ピストンを製作す
る。
構造体をピストンヘッド部６に位置するように型内に設
定し、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料で
鋳込んで一体構造体の熱膨張調整発泡金属材から成る外
周部10の空隙部に金属を侵入させて充填し、外周部10の
外周面に金属製ピストン本体を接合することによって、
第２図に示すようなリエントラン型ピストンを製作す
る。
この発明によるリエントラン型ピストンは、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先端
部８とピストンヘッド部６との間で熱膨張差によって大
きな熱応力が生じても、熱膨張調整結合体７が緩衝材と
して機能し、リップ先端部８とピストンヘッド部６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先端部８とピストンヘ
ッド部６との間に熱膨張差が発生しても、リップ先端部
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。特に、リップ先端部８と熱膨張調整
結合体７の内周部９との境界はメタライジング或はろう
付けで化学的に接合されており、且つ熱膨張調整結合体
７の外周部10とピストンヘッド部６とはピストンヘッド
部６を構成する金属材料が外周部10の発泡金属材の空隙
部に侵入しているので、リップ先端部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
プ先端部８に流入した熱は熱膨張調整結合体７を通じて
ピストンヘッド部６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、リップ先端部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、リップ先端部
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。
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先端
部８とピストンヘッド部６との間で熱膨張差によって大
きな熱応力が生じても、熱膨張調整結合体７が緩衝材と
して機能し、リップ先端部８とピストンヘッド部６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先端部８とピストンヘ
ッド部６との間に熱膨張差が発生しても、リップ先端部
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。特に、リップ先端部８と熱膨張調整
結合体７の内周部９との境界はメタライジング或はろう
付けで化学的に接合されており、且つ熱膨張調整結合体
７の外周部10とピストンヘッド部６とはピストンヘッド
部６を構成する金属材料が外周部10の発泡金属材の空隙
部に侵入しているので、リップ先端部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
プ先端部８に流入した熱は熱膨張調整結合体７を通じて
ピストンヘッド部６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、リップ先端部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、リップ先端部
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。
また、リップ先端部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、開口部３
を形成するリップ先端部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。
富んだセラミックス等の材料で製作するので、開口部３
を形成するリップ先端部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。
この発明によるピストン及びその製造方法は、以上の
ように構成したので、次のような効果を有する。
ように構成したので、次のような効果を有する。
このピストンは、高耐熱性セラミック材で半径方向内
向きに先尖りのループ状に伸びて中央開口部を備えたリ
ップ先端部、該リップ先端部の外周面に塑性流動で接合
した熱膨張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱
膨張調整発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合
体、及び金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材
の空隙部に金属を充填して前記外周部に接合した金属製
ピストン本体を有するので、該熱膨張率調整結合体によ
ってセラミック材の前記リップ先端部と金属材の前記ピ
ストン本体とに温度変化で発生する熱膨張差を吸収で
き、温度差で熱応力がかかっても前記リップ先端部の割
れ等の発生を回避できる。
向きに先尖りのループ状に伸びて中央開口部を備えたリ
ップ先端部、該リップ先端部の外周面に塑性流動で接合
した熱膨張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱
膨張調整発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合
体、及び金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材
の空隙部に金属を充填して前記外周部に接合した金属製
ピストン本体を有するので、該熱膨張率調整結合体によ
ってセラミック材の前記リップ先端部と金属材の前記ピ
ストン本体とに温度変化で発生する熱膨張差を吸収で
き、温度差で熱応力がかかっても前記リップ先端部の割
れ等の発生を回避できる。
特に、前記リップ先端部と前記熱膨張調整結合体との
境界は化学的に接合されて密着状態であり、且つ前記熱
膨張調整結合体の発泡金属材の前記外周部には前記ピス
トン本体と同一の金属材料が充填され、発泡金属材は多
孔質であって表面積が大きく、熱流はスムースに行われ
るので、両者間の各境界での熱流を妨げることがなく良
好に流れて前記リップ先端部の熱を前記熱膨張調整結合
体、前記ピストン本体、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。
境界は化学的に接合されて密着状態であり、且つ前記熱
膨張調整結合体の発泡金属材の前記外周部には前記ピス
トン本体と同一の金属材料が充填され、発泡金属材は多
孔質であって表面積が大きく、熱流はスムースに行われ
るので、両者間の各境界での熱流を妨げることがなく良
好に流れて前記リップ先端部の熱を前記熱膨張調整結合
体、前記ピストン本体、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。
更に、前記リップ先端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先端部の
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、前記リップ先端部を
鋭角に先尖りに形成でき、前記リップ先端部のエッジを
鋭角に形成することによって、ピストンの上昇の圧縮行
程で発生するピストンヘッド部に形成した燃焼室内へ流
入するスキッシュ流、及びピストン下降の爆発行程で発
生するピストンヘッド部に形成した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。特に、このリ
エントラント型ピストンを直噴式ディーゼルエンジンに
用いた場合に、該エンジンの燃焼状態を改善できるもの
である。
することで鋭角に先尖りに形成しても該リップ先端部の
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、前記リップ先端部を
鋭角に先尖りに形成でき、前記リップ先端部のエッジを
鋭角に形成することによって、ピストンの上昇の圧縮行
程で発生するピストンヘッド部に形成した燃焼室内へ流
入するスキッシュ流、及びピストン下降の爆発行程で発
生するピストンヘッド部に形成した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。特に、このリ
エントラント型ピストンを直噴式ディーゼルエンジンに
用いた場合に、該エンジンの燃焼状態を改善できるもの
である。
また、前記熱膨張調整結合体を構成する熱膨張調整金
属材と熱膨張調整発泡金属材の熱膨張率は前記リップ先
端部のセラミック材と前記ピストン本体の金属材との熱
膨張率の中間であり、また、前記熱膨張調整結合体は半
径方向に熱膨張率が異なった互いに接合した複数個の部
材から構成され、前記リップ先端部側に位置する前記部
材は前記リップ先端部の熱膨張率に近い熱膨張率の材料
から成り、前記リップ外周部側に位置する前記部材は前
記ピストン本体の熱膨張率の材料から成るので、前記熱
膨張調整結合体を熱膨張率を段階的に変化させて構成で
き、熱膨張差による熱応力を良好に吸収できる緩衝材と
なり、エンジン運転時に、温度差による熱膨張差で熱応
力が発生しても、該熱応力を前記熱膨張調整結合体で吸
収することができ、燃焼室に温度差で熱応力がかかって
も前記リップ先端部の割れ、クラック、溶損等の発生を
防止することができる。
属材と熱膨張調整発泡金属材の熱膨張率は前記リップ先
端部のセラミック材と前記ピストン本体の金属材との熱
膨張率の中間であり、また、前記熱膨張調整結合体は半
径方向に熱膨張率が異なった互いに接合した複数個の部
材から構成され、前記リップ先端部側に位置する前記部
材は前記リップ先端部の熱膨張率に近い熱膨張率の材料
から成り、前記リップ外周部側に位置する前記部材は前
記ピストン本体の熱膨張率の材料から成るので、前記熱
膨張調整結合体を熱膨張率を段階的に変化させて構成で
き、熱膨張差による熱応力を良好に吸収できる緩衝材と
なり、エンジン運転時に、温度差による熱膨張差で熱応
力が発生しても、該熱応力を前記熱膨張調整結合体で吸
収することができ、燃焼室に温度差で熱応力がかかって
も前記リップ先端部の割れ、クラック、溶損等の発生を
防止することができる。
或いは、高耐熱性セラミック材で半径方向内向きに先
尖りのループ状に伸びて開口部を形成し且つ外周面をメ
タイライジングしてリップ先端部を製作する工程、熱膨
張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨張調整
発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体を製作す
る工程、前記リップ先端部の外周面と前記内周部の内周
面との接触面を接合させると共に前記内周部を加熱して
塑性流動させて両者を一体構造体に構成する工程、及び
金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙部
に金属を充填して前記一体構造体に接合した金属製ピス
トン本体を製作する工程、から成るので、前記リップ先
端部と前記熱膨張調整結合体の前記内周部とは化学的な
接合状態となり、境界に微小な空間等の発生はなく、前
記リップ先端部から前記熱膨張調整結合体への熱流は妨
げられることがない。また、前記熱膨張調整結合体の発
泡金属材の前記外周部には前記ピストン本体と同一の金
属材料が鋳込みによってスムースに侵入して充填され、
前記外周部と前記ピストン本体とは一体構造になる。し
かも、発泡金属材は多孔質構造であり、表面積は大きく
なり、両者間でも熱流はスムースに行われる。
尖りのループ状に伸びて開口部を形成し且つ外周面をメ
タイライジングしてリップ先端部を製作する工程、熱膨
張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨張調整
発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体を製作す
る工程、前記リップ先端部の外周面と前記内周部の内周
面との接触面を接合させると共に前記内周部を加熱して
塑性流動させて両者を一体構造体に構成する工程、及び
金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙部
に金属を充填して前記一体構造体に接合した金属製ピス
トン本体を製作する工程、から成るので、前記リップ先
端部と前記熱膨張調整結合体の前記内周部とは化学的な
接合状態となり、境界に微小な空間等の発生はなく、前
記リップ先端部から前記熱膨張調整結合体への熱流は妨
げられることがない。また、前記熱膨張調整結合体の発
泡金属材の前記外周部には前記ピストン本体と同一の金
属材料が鋳込みによってスムースに侵入して充填され、
前記外周部と前記ピストン本体とは一体構造になる。し
かも、発泡金属材は多孔質構造であり、表面積は大きく
なり、両者間でも熱流はスムースに行われる。
第１図はこの発明によるピストンの一実施例を示す全体
的な概略図、第２図は第１図の符号Ａの部分の拡大断面
図、第３図は第２図のリップ先端部を示す断面図、第４
図は第２図の熱膨張調整結合体を示す断面図、第５図は
第２図のリップ先端部と熱膨張調整結合体との接合のた
めの準備工程を示す断面図、第６図は第２図のリップ先
端部と熱膨張調整結合体との接合工程を示す断面図、及
び第７図は第２図のリップ先端部と熱膨張調整結合体と
の接合状態を示す断面図である。 １……燃焼室、２……ピストン本体、３……開口部、４
……底面、５……リップ部、６……ピストンヘッド部、
７……熱膨張調整結合体、８……リップ先端部、8M……
金属膜、8T……テーパ面、９……内周部、9A,9B,9C,9D,
9E……部材、10……外周部。
的な概略図、第２図は第１図の符号Ａの部分の拡大断面
図、第３図は第２図のリップ先端部を示す断面図、第４
図は第２図の熱膨張調整結合体を示す断面図、第５図は
第２図のリップ先端部と熱膨張調整結合体との接合のた
めの準備工程を示す断面図、第６図は第２図のリップ先
端部と熱膨張調整結合体との接合工程を示す断面図、及
び第７図は第２図のリップ先端部と熱膨張調整結合体と
の接合状態を示す断面図である。 １……燃焼室、２……ピストン本体、３……開口部、４
……底面、５……リップ部、６……ピストンヘッド部、
７……熱膨張調整結合体、８……リップ先端部、8M……
金属膜、8T……テーパ面、９……内周部、9A,9B,9C,9D,
9E……部材、10……外周部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｄ Ｆ１６Ｊ 1/01 Ｆ１６Ｊ 1/01 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 19/00 F02F 3/00 F02F 3/00 301 F02F 3/00 302 F02F 3/08 F02F 3/26 F16J 1/01
Claims (4)
- 【請求項１】高耐熱性セラミック材で半径方向内向きに
先尖りのループ状に伸びて中央開口部を備えたリップ先
端部、該リップ先端部の外周面に塑性流動で接合した熱
膨張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨張調
整発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体、及び
金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙部
に金属を充填して前記外周部に接合した金属製ピストン
本体、を有するピストン。 - 【請求項２】前記熱膨張調整結合体を構成する熱膨張調
整金属材と熱膨張調整発泡金属材の熱膨張率は前記リッ
プ先端部のセラミック材と前記ピストン本体の金属材と
の熱膨張率の中間である請求項１に記載のピストン。 - 【請求項３】前記熱膨張調整結合体は半径方向に熱膨張
率が異なった互いに接合した複数個の部材から構成さ
れ、前記リップ先端部側に位置する前記部材は前記リッ
プ先端部の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から成り、前
記リップ外周部側に位置する前記部材は前記ピストン本
体の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から成る請求項１に
記載のピストン。 - 【請求項４】高耐熱性セラミック材で半径方向内向きに
先尖りのループ状に伸びて開口部を形成し且つ外周面を
メタライジングしてリップ先端部を製作する工程、熱膨
張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨張調整
発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体を製作す
る工程、前記リップ先端部の外周面と前記内周部の内周
面との接触面を接合させると共に前記内周部を加熱して
塑性流動させて両者を一体構造体に構成する工程、及び
金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙部
に金属を充填して前記一体構造体に接合した金属製ピス
トン本体を製作する工程、から成るピストンの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292085A JP2924163B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | ピストン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292085A JP2924163B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | ピストン及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04167958A JPH04167958A (ja) | 1992-06-16 |
| JP2924163B2 true JP2924163B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=17777355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2292085A Expired - Lifetime JP2924163B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | ピストン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2924163B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009166130A (ja) * | 2001-05-16 | 2009-07-30 | Evonik Goldschmidt Gmbh | 金属成形部品の製造方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9175571B2 (en) * | 2012-03-19 | 2015-11-03 | General Electric Company | Connecting system for metal components and CMC components, a turbine blade retaining system and a rotating component retaining system |
| JP6030480B2 (ja) * | 2013-03-04 | 2016-11-24 | 本田技研工業株式会社 | 締結樹脂構造体及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP2292085A patent/JP2924163B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009166130A (ja) * | 2001-05-16 | 2009-07-30 | Evonik Goldschmidt Gmbh | 金属成形部品の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04167958A (ja) | 1992-06-16 |
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