JP4661794B2 - 内燃機関用のピストンおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
ρAlR3−3ρ*Rt(R−t)−ρ*t3>0
ここで、ρAl:アルミニウム合金の密度、R:中空粒子の外径、ρ*:中空粒子の表皮部の密度、t:中空粒子の肉厚。
M=MFe+MAir=4/3π{R3−(R−t)3}ρFe+4/3π(R−t)3ρAirとなる。
ここで、MFe:鉄粒子のみの質量、MAir:中空部の空気の質量、R:中空鉄粒子の外径、t:鉄表皮の肉厚、ρFe:鉄密度で7.86×103kg/m3、ρAir:空気密度で0.0012×103kg/m3。
[式2]
M ≒ MFe=4/3π{R3−(R−t)3}ρFe
[式3]
MAl=4/3πR3ρAlとなる。
[式4]
M < MAl
[式5]
ρAlR3−3ρFeRt(R−t)−ρFet3>0
[式6]
t < 0.13
[式7]
λAve=(λFe×VFe+λAir×VAir+λAl×VAl)/(VFe+VAir+VAl)
ここで、λFe:鉄の熱伝導率(で20℃、80W/mK)、λAir:空気の熱伝導率(で20℃、0.026W/mK)、λAl:アルミニウムの熱伝導率(で20℃、237W/mK)。
[式8]
VFe:VAir:VAl=1:2:7
発明者等は、頂面部における中空鉄粒子分散層の最適な厚みについて検証し、その結果を図6に示している。ここで、最適な厚みとは、トレードオフの関係にあるピストンの断熱度と高温強度の双方をともに所定の性能とできるように決定されるものである。例えば分散層の厚みが厚くなる(中空鉄粒子を含まない層厚が薄くなる)と熱伝導性が低くなることで断熱性能は向上する一方で、ピストン(の頂面部)内における高温が維持され易い結果、ピストンの高温強度は低下することになる。
Claims (7)
- 内燃機関用のピストンであって、
前記ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、
前記燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第1の層が前記ピストン頂面部に形成されており、前記中空粒子が中空金属粒子からなることを特徴とする内燃機関用のピストン。 - 内燃機関用のピストンであって、
前記ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、
前記燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重の第1の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第1の層と、該第1の層に一体に成形され、母材金属に比して相対的に低比重で、かつ、第1の中空粒子に比して相対的に低熱伝導性を有する第2の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第2の層と、が前記ピストン頂面部に形成されており、前記中空粒子が中空金属粒子からなることを特徴とする内燃機関用のピストン。 - 請求項1または2に記載の内燃機関用のピストンにおいて、
前記第1の層の燃焼室側に中空粒子を含まない母材金属からなる層が形成されていることを特徴とする内燃機関用のピストン。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関用のピストンにおいて、
前記母材金属はアルミニウム合金からなり、
少なくとも前記第1の層が下式を満たすことを特徴とする内燃機関用のピストン。
ρAlR3−3ρ*Rt(R−t)−ρ*t3>0
ここで、ρAl:アルミニウム合金の密度、R:中空粒子の外径、ρ*:中空粒子の表皮部の密度、t:中空粒子の肉厚 - 内燃機関用のピストンの製造方法であって、ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、該燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重で中空金属粒子からなる中空粒子が母材金属内に分散されてなる第1の層が前記ピストン頂面部に形成されているピストンの製造方法において、
成形されるピストン頂面部が上方に位置するように成形型を正立させ、該成形型内に母材金属溶湯を充填する第1の工程と、
中空粒子が分散された母材金属溶湯を該成形型のピストン頂面部成形箇所に充填する第2の工程と、
成形型を冷却した後に脱型する第3の工程と、からなる内燃機関用のピストンの製造方法。 - 内燃機関用のピストンの製造方法であって、ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、燃焼室側表面の一部を少なくとも含み、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重で中空金属粒子からなる第1の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第1の層と、該第1の層に一体に成形され、母材金属に比して相対的に低比重で、かつ、第1の中空粒子に比して相対的に低熱伝導性を有し、かつ、中空金属粒子からなる第2の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第2の層と、が前記ピストン頂面部に形成されているピストンの製造方法において、
成形されるピストン頂面部が下方に位置するように成形型を倒立させ、第1の中空粒子および第2の中空粒子が分散された母材金属溶湯を該成形型のピストン頂面部成形箇所に充填する第1の工程と、
成形型内に母材金属溶湯を充填する第2の工程と、
成形型を冷却した後に脱型する第3の工程と、からなる内燃機関用のピストンの製造方法。 - 内燃機関用のピストンの製造方法であって、ピストンの燃焼室側表面にはピストン頂面部が形成されており、中空粒子を含まない母材金属からなる表層と、該表層に一体に成形され、ピストンの母材金属に比して相対的に低比重で中空金属粒子からなる第1の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第1の層と、該第1の層に一体に成形され、母材金属に比して相対的に低比重で、かつ、第1の中空粒子に比して相対的に低熱伝導性を有し、かつ、中空金属粒子からなる第2の中空粒子が母材金属内に分散されてなる第3の層と、が前記ピストン頂面部に形成されているピストンの製造方法において、
成形されるピストン頂面部が下方に位置するように成形型を倒立させ、母材金属溶湯を成形型のピストン頂面部成形箇所の一部に充填する第1の工程と、
第1の中空粒子および第2の中空粒子が分散された母材金属溶湯を前記ピストン頂面部成形箇所の残部に充填する第2の工程と、
成形型内に母材金属溶湯を充填する第3の工程と、
成形型を冷却した後に脱型する第4の工程と、からなる内燃機関用のピストンの製造方法。
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