JPH04166649A - リエントラント型ピストン及びその製造方法 - Google Patents
リエントラント型ピストン及びその製造方法Info
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- JPH04166649A JPH04166649A JP2292084A JP29208490A JPH04166649A JP H04166649 A JPH04166649 A JP H04166649A JP 2292084 A JP2292084 A JP 2292084A JP 29208490 A JP29208490 A JP 29208490A JP H04166649 A JPH04166649 A JP H04166649A
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Classifications
-
- 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
- F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
-
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- F02B2023/0612—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 the material having a high temperature and pressure resistance, e.g. ceramic
-
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- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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燃焼室上面に半
径方向内向きに先細りに伸びて中央開口部を形成したリ
ップ部を備えたリエントラント型ピストン及びその製造
方法に関する。
径方向内向きに先細りに伸びて中央開口部を形成したリ
ップ部を備えたリエントラント型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。
、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６２−４
３１５８号公報に開示されたものがある。
３１５８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育する
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。
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育する
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、リエントラント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細
りにシャープに即ち先端の曲率半径を小さく形成するこ
とでスキッシュ流及び逆スキッシェ流の乱れを増大させ
、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。
は、燃焼室入口即ち燃焼室開口部のリップ先端部を先細
りにシャープに即ち先端の曲率半径を小さく形成するこ
とでスキッシュ流及び逆スキッシェ流の乱れを増大させ
、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、クランク発生等の問題が生じ、
リップ先端部を鋭くするにも先端の曲率半径は１．５Ｒ
程度が限界であった。
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、クランク発生等の問題が生じ、
リップ先端部を鋭くするにも先端の曲率半径は１．５Ｒ
程度が限界であった。
また、リエントラント型の燃焼室を有するアルミニウム
等の金属製のピストンを構成する場合、燃焼室の開口部
のり７ブ部をセラミックスで製作し、該エツジ部の耐熱
性、耐変形性を確保する場合に、アルミニウムとセラミ
ックスとのぬれ性が良くないことにより、両者が強固に
結合できず、また、熱膨張係数の差により繰り返しの熱
応力を受けた場合に両者間の境界部に割れ、クランク等
が発生するという現象が発生する。
等の金属製のピストンを構成する場合、燃焼室の開口部
のり７ブ部をセラミックスで製作し、該エツジ部の耐熱
性、耐変形性を確保する場合に、アルミニウムとセラミ
ックスとのぬれ性が良くないことにより、両者が強固に
結合できず、また、熱膨張係数の差により繰り返しの熱
応力を受けた場合に両者間の境界部に割れ、クランク等
が発生するという現象が発生する。
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ンプ
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つ
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。
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ンプ
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つ
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ｒｓＦｉ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。
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ｒｓＦｉ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、
ピストンヘッドに形成した燃焼室の開口部のリップ部を
アルミニウム合金とぬれ性の良い熱伝導率が高く且つ耐
熱性に冨んだ窒化アルミニウム（ＡＩＮ）とアルミニウ
ム合金との複合材料で構成してリップ部の熱をピストン
本体、ピストンリング、シリンダライチ等を通じて逃が
し、それによってリップ部のリップ先端部を先細りにシ
ャープに即ち先端の曲率半径を小さく、例えば、０゜５
Ｒ程度にまでシャープに形成することを可能にし、リッ
プ先端部を熱で溶損することなく、鋭角状態を維持し、
スキッシユ流及び逆スキッシュ流の乱れを増大させ、燃
料き空気との混合が均一化され、Ｎ ＯＸ 、、ＨＣ，
スモーク等の発生を抑制した燃焼状態を良好にするリエ
ントラント型ビス［・ン及びその製造方法を掛供するこ
とである。
ピストンヘッドに形成した燃焼室の開口部のリップ部を
アルミニウム合金とぬれ性の良い熱伝導率が高く且つ耐
熱性に冨んだ窒化アルミニウム（ＡＩＮ）とアルミニウ
ム合金との複合材料で構成してリップ部の熱をピストン
本体、ピストンリング、シリンダライチ等を通じて逃が
し、それによってリップ部のリップ先端部を先細りにシ
ャープに即ち先端の曲率半径を小さく、例えば、０゜５
Ｒ程度にまでシャープに形成することを可能にし、リッ
プ先端部を熱で溶損することなく、鋭角状態を維持し、
スキッシユ流及び逆スキッシュ流の乱れを増大させ、燃
料き空気との混合が均一化され、Ｎ ＯＸ 、、ＨＣ，
スモーク等の発生を抑制した燃焼状態を良好にするリエ
ントラント型ビス［・ン及びその製造方法を掛供するこ
とである。
（！ｌＩ！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、ピストンヘッドに
形成した燃焼室上面に半径方向内向きに先組りに伸びて
中央開口部を形成したリップ部を備えたりエントラン［
・型ピストンにおいて、前記リップ部を窒化アルミニウ
ムとアルミニウム合金との複合材料で形成すると共に、
前記リップ部をアルミニウム、アルミニウム合金等の金
属材料から成るピストン本体に接合したリエントラント
型ピストンに関する。
構成されている。即ち、この発明は、ピストンヘッドに
形成した燃焼室上面に半径方向内向きに先組りに伸びて
中央開口部を形成したリップ部を備えたりエントラン［
・型ピストンにおいて、前記リップ部を窒化アルミニウ
ムとアルミニウム合金との複合材料で形成すると共に、
前記リップ部をアルミニウム、アルミニウム合金等の金
属材料から成るピストン本体に接合したリエントラント
型ピストンに関する。
このリエントラント型ピストンにおいて、前記リップ部
を構成する複合材料は気孔部を有する窒化アルミニウム
と該気孔部に充填したアルミニウム合金から成るもので
ある。
を構成する複合材料は気孔部を有する窒化アルミニウム
と該気孔部に充填したアルミニウム合金から成るもので
ある。
このリエントラント型ピストンにおいて、前記複合材料
は窒化アルミニウムが少なくとも３０体積％以上含んで
いるものである。
は窒化アルミニウムが少なくとも３０体積％以上含んで
いるものである。
或いは、この発明は、ピストンヘッドに形成した燃焼室
の開口部を構成するリップ部の形状に窒化アルミニウム
粉末で成形して成形体を製作する工程、該成形体を所定
温度で窒素ガス雰囲気中で焼成して気孔を備えた多孔質
構造の焼結体を製作する工程、次いで該焼結体を型内に
設置してＡｔ−Ｓｉ合金を高温且つ高圧の下で鋳造して
前記気孔内へアルミニウム合金を侵入させて複合材料を
製作する工程から成るリエントラント型ピストンの製造
方法に関する。
の開口部を構成するリップ部の形状に窒化アルミニウム
粉末で成形して成形体を製作する工程、該成形体を所定
温度で窒素ガス雰囲気中で焼成して気孔を備えた多孔質
構造の焼結体を製作する工程、次いで該焼結体を型内に
設置してＡｔ−Ｓｉ合金を高温且つ高圧の下で鋳造して
前記気孔内へアルミニウム合金を侵入させて複合材料を
製作する工程から成るリエントラント型ピストンの製造
方法に関する。
この発明によるリエントラント型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。
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。
このリエントラント型ピストンは、ピストンヘッドに形
成しまた燃焼室１面に形成したリップ部を熱伝導率が高
く且つ耐熱性に冨んだ窒化アルミニウム（ＡＩＮ）とア
ルミニウム合金との複合材料で形成すると共に、前記リ
ップ部をアルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料
から成るピストン本体に接合したので、アルミニウム合
金と窒化アルミニウムとはぬれ性の良く、アルミニウム
が多孔質構造の窒化アルミニウムの空隙に侵入し易く、
ボアの少ないコンポジットを得ることができ、前記リッ
プ部のリップ先端部のエツジを０．５Ｒ程度にまで鋭く
形成することができる。更に、ピストン本体とリップ部
との良好な接合状態が得ることができる。
成しまた燃焼室１面に形成したリップ部を熱伝導率が高
く且つ耐熱性に冨んだ窒化アルミニウム（ＡＩＮ）とア
ルミニウム合金との複合材料で形成すると共に、前記リ
ップ部をアルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料
から成るピストン本体に接合したので、アルミニウム合
金と窒化アルミニウムとはぬれ性の良く、アルミニウム
が多孔質構造の窒化アルミニウムの空隙に侵入し易く、
ボアの少ないコンポジットを得ることができ、前記リッ
プ部のリップ先端部のエツジを０．５Ｒ程度にまで鋭く
形成することができる。更に、ピストン本体とリップ部
との良好な接合状態が得ることができる。
また、窒化アルミニウムは熱伝導率が高いので、局所的
に熱が蓄積し難く、リップ先端部の熱をピストン本体、
ピストンリング、シリンダライチ等を通じて逃がし、そ
れによって耐熱強度を確保でき、リップ先端部を先細り
にシャープに即ち先端の曲率半径を小さく、例えば、０
．５Ｒ程度にまでシャープに形成することを可能にし、
リップ先端部を熱で溶損することなく、鋭角状態を維持
し、スキッシユ流及び逆スキッシュ流の乱れを増大させ
、燃料と空気との混合が均一化され、ＮＯＸ、ＨＣ、ス
モーク等の発生を抑制した燃焼状態を良好にする 〔実施例〕 以下、図面を参照して、この発明によるリエントラント
型ピストン及びその製造方法の実施例を説明する。
に熱が蓄積し難く、リップ先端部の熱をピストン本体、
ピストンリング、シリンダライチ等を通じて逃がし、そ
れによって耐熱強度を確保でき、リップ先端部を先細り
にシャープに即ち先端の曲率半径を小さく、例えば、０
．５Ｒ程度にまでシャープに形成することを可能にし、
リップ先端部を熱で溶損することなく、鋭角状態を維持
し、スキッシユ流及び逆スキッシュ流の乱れを増大させ
、燃料と空気との混合が均一化され、ＮＯＸ、ＨＣ、ス
モーク等の発生を抑制した燃焼状態を良好にする 〔実施例〕 以下、図面を参照して、この発明によるリエントラント
型ピストン及び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リエントラント型ピスト・ンの
材料と従来のリエントラント型ピストンの材料との温度
と曲げ強度の比較を示すグラフ、及び第２図はこの発明
によるリエントラント型ピストンの一実施例を示す概略
断面図である。
材料と従来のリエントラント型ピストンの材料との温度
と曲げ強度の比較を示すグラフ、及び第２図はこの発明
によるリエントラント型ピストンの一実施例を示す概略
断面図である。
この発明によるリエントラント型ピストンは、ピストン
ヘッド２に形成した燃焼室１の上面に半径方向内向きに
先細りに伸びて中央開口部４を形成したリップ部３を備
えたものであり、特に、リップ部３を窒化アルミニウム
とアルミニウム合金との複合材料で形成すると共に、リ
ップ部３をアルミニウム、アルミニウム合金等の金属材
料から成るピストン本体であるピストンヘッド２に接合
したものである、窒化アルミニウム（Ａ Ｉ Ｎ＞は、
熱伝導率が高いため、該窒化アルミニウムを含有する複
合材料で製作したリップ部３については、局所的に熱が
溜まり難い構造に構成でき、リップ部３が燃焼ガスから
受けた熱は直ちに外部へ熱流となって移動し、そのため
見掛は上、耐熱強度に優れた部品を提供できる。
ヘッド２に形成した燃焼室１の上面に半径方向内向きに
先細りに伸びて中央開口部４を形成したリップ部３を備
えたものであり、特に、リップ部３を窒化アルミニウム
とアルミニウム合金との複合材料で形成すると共に、リ
ップ部３をアルミニウム、アルミニウム合金等の金属材
料から成るピストン本体であるピストンヘッド２に接合
したものである、窒化アルミニウム（Ａ Ｉ Ｎ＞は、
熱伝導率が高いため、該窒化アルミニウムを含有する複
合材料で製作したリップ部３については、局所的に熱が
溜まり難い構造に構成でき、リップ部３が燃焼ガスから
受けた熱は直ちに外部へ熱流となって移動し、そのため
見掛は上、耐熱強度に優れた部品を提供できる。
また、このリップ部３を構成する複合材料は、気孔部を
有する窒化アルミニウムと該気孔部に充填したアルミニ
ウム合金から構成されている。窒化アルミニウムはアル
ミニウム合金とぬれ性が良好であるので、窒化アルミニ
ウムで形成された焼結体の空隙へアルミニウムが良好に
侵入でき、しかも、窒化アルミニウムの多孔質構造の表
面積が大きいため、複合材料の熱伝導率はアルミニウム
合金の熱伝導率に近い程度のものを確保することができ
る。
有する窒化アルミニウムと該気孔部に充填したアルミニ
ウム合金から構成されている。窒化アルミニウムはアル
ミニウム合金とぬれ性が良好であるので、窒化アルミニ
ウムで形成された焼結体の空隙へアルミニウムが良好に
侵入でき、しかも、窒化アルミニウムの多孔質構造の表
面積が大きいため、複合材料の熱伝導率はアルミニウム
合金の熱伝導率に近い程度のものを確保することができ
る。
しかも、複合材料は窒化アルミニウムが少なくとも３０
体積％以上含んでいるものである。該体積％に複合材料
を構成することで、従来の材料に比較して熱伝導率が高
くなり良好になることが確認された。
体積％以上含んでいるものである。該体積％に複合材料
を構成することで、従来の材料に比較して熱伝導率が高
くなり良好になることが確認された。
この発明によるリエントラント型ピストンは、上記のよ
うに構成されており、該リエントラント型ピストンを製
造するには次のようにして製作することができる、 このリエントラント型ピストンの製造方法において、窒
化アルミニウムとアルミニウム合金とから成る複合材料
を製造する工程として、平均粒径５μｍ程度の窒化アル
ミニウム粉末をリップ部３の形状にプレス成形して成形
体を形成する。その後、該成形体を所定温度で窒素ガス
雰囲気中で焼成し、気孔率３８％程度の焼結体を製作し
た。焼結体に形成されている気孔の大部分は開気孔状態
であった。窒化アルミニウムの焼結体に気孔率Ｖｔ３８
〜４０％程度の気孔を形成するには、まず、窒化アルミ
ニウム粉末をプレス成形して成形体を形成すると、該成
形体の気孔率Ｖ、は５０％程度になる。この成形体を１
７００℃で焼成して焼結体を形成すると、該焼結体の気
孔率■、は３８〜４０％程度になる。なお、窒化アルミ
ニウム粉末の成形体を１８００〜１９００℃で焼成する
と、窒化アルミニウム粉末は完全に溶解し、気孔率■、
は０％になる。
うに構成されており、該リエントラント型ピストンを製
造するには次のようにして製作することができる、 このリエントラント型ピストンの製造方法において、窒
化アルミニウムとアルミニウム合金とから成る複合材料
を製造する工程として、平均粒径５μｍ程度の窒化アル
ミニウム粉末をリップ部３の形状にプレス成形して成形
体を形成する。その後、該成形体を所定温度で窒素ガス
雰囲気中で焼成し、気孔率３８％程度の焼結体を製作し
た。焼結体に形成されている気孔の大部分は開気孔状態
であった。窒化アルミニウムの焼結体に気孔率Ｖｔ３８
〜４０％程度の気孔を形成するには、まず、窒化アルミ
ニウム粉末をプレス成形して成形体を形成すると、該成
形体の気孔率Ｖ、は５０％程度になる。この成形体を１
７００℃で焼成して焼結体を形成すると、該焼結体の気
孔率■、は３８〜４０％程度になる。なお、窒化アルミ
ニウム粉末の成形体を１８００〜１９００℃で焼成する
と、窒化アルミニウム粉末は完全に溶解し、気孔率■、
は０％になる。
この発明によるリエントラント型ピストンの製造方法に
おいて、窒化アルミニウム焼結体の気孔率は、窒化アル
ミニウム粉末のプレス成形で加える圧力、及び窒化アル
ミニウム粉末の成形体の焼成温度をコントロールするこ
とによって、所望の気孔率ｖｆに調節することができる
。このリエントラント型ピストンでは、窒化アルミニウ
ム焼結体の気孔率Ｖ、が７０％程度までは、熱伝導率及
び耐熱強度は十分であった。その時、複合材料では、窒
化アルミニウムの割合が体積率で３０体積％であり且つ
アルミニウム合金の割合が体積率で７０体積％である。
おいて、窒化アルミニウム焼結体の気孔率は、窒化アル
ミニウム粉末のプレス成形で加える圧力、及び窒化アル
ミニウム粉末の成形体の焼成温度をコントロールするこ
とによって、所望の気孔率ｖｆに調節することができる
。このリエントラント型ピストンでは、窒化アルミニウ
ム焼結体の気孔率Ｖ、が７０％程度までは、熱伝導率及
び耐熱強度は十分であった。その時、複合材料では、窒
化アルミニウムの割合が体積率で３０体積％であり且つ
アルミニウム合金の割合が体積率で７０体積％である。
次に、鋳造するための型内に該焼結体を設置し、Ａｌ−
５ｉ合金を８００℃以上の高温且つ高圧の下で鋳造し、
焼結体の気孔内へアルミニウム合金を侵入させて充填し
、焼結体の気孔を閉塞させて窒化アルミニウムとアルミ
ニウム合金の複合材料から成る構造体を製作した。従っ
て、複合材料の組成は、窒化アルミニウムが６０〜６２
体積％となり、アルミニウム合金が４０〜３８体積％と
なる。
５ｉ合金を８００℃以上の高温且つ高圧の下で鋳造し、
焼結体の気孔内へアルミニウム合金を侵入させて充填し
、焼結体の気孔を閉塞させて窒化アルミニウムとアルミ
ニウム合金の複合材料から成る構造体を製作した。従っ
て、複合材料の組成は、窒化アルミニウムが６０〜６２
体積％となり、アルミニウム合金が４０〜３８体積％と
なる。
この複合材料の熱伝導率を測定したところ、１０５Ｗ
（ｍ、ｋ＞を示した。即ち、該複合材料の熱伝導率は、
Ａｌ−Ｓｉ合金の熱伝導率よりも優れた熱伝導率を有し
ていることが分かった。
（ｍ、ｋ＞を示した。即ち、該複合材料の熱伝導率は、
Ａｌ−Ｓｉ合金の熱伝導率よりも優れた熱伝導率を有し
ていることが分かった。
また、複合材料の曲げ強度を測定するため、各ば、リッ
プ部の熱伝導率及び耐熱強度を十分に確保できる。
プ部の熱伝導率及び耐熱強度を十分に確保できる。
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
、ピストンヘッドに形成した燃焼室の開口部を構成する
リップ部の形状に窒化アルミニウム粉末で成形して成形
体を製作する工程、該成形体を所定温度で窒素ガス雰囲
気中で焼成して気孔を備えた多孔質構造の焼結体を製作
する工程、次いで、該焼結体を型内に設置してＡｌ−Ｓ
ｉ合金を高温且つ高圧の下で鋳造して前記気孔内へアル
ミニラム合金を侵入させた。
、ピストンヘッドに形成した燃焼室の開口部を構成する
リップ部の形状に窒化アルミニウム粉末で成形して成形
体を製作する工程、該成形体を所定温度で窒素ガス雰囲
気中で焼成して気孔を備えた多孔質構造の焼結体を製作
する工程、次いで、該焼結体を型内に設置してＡｌ−Ｓ
ｉ合金を高温且つ高圧の下で鋳造して前記気孔内へアル
ミニラム合金を侵入させた。
この発明によるリゴントラント型ピストンの製造方法の
別の実施例について、複合材料の製造工程としてリエン
トラント型ピストンのリップ部を製作するため、平均粒
径５８ｌ程度の窒化アルミニウム粉末をリップ部３の形
状にプレス成形してリップ部成形体を形成する。その後
、該リップ部成形体を所定温度で窒素ガス雰囲気中で焼
成り２、気孔率３８％程度のリップ部焼結体を製作し、
た。
別の実施例について、複合材料の製造工程としてリエン
トラント型ピストンのリップ部を製作するため、平均粒
径５８ｌ程度の窒化アルミニウム粉末をリップ部３の形
状にプレス成形してリップ部成形体を形成する。その後
、該リップ部成形体を所定温度で窒素ガス雰囲気中で焼
成り２、気孔率３８％程度のリップ部焼結体を製作し、
た。
このリップ部焼結体の内周面先端、即ちリップ部３のリ
ップ先端部５の曲率半径がほぼ０．５Ｒとなるように機
械加工して成形リップ部焼結体を作製した。この成形リ
ップ部焼結体を、リエントラント型ピストンのピストン
本体の鋳造機内のリップ部配設位置に設置し、該成形リ
ップ部焼結体を、ピスト・ン本体を鋳造するための型内
に設置し、Ａｌ−３ｔ合金を８００℃以上の高温且つ高
圧のＦで鋳造し、成形リップ部焼結体の気孔内へアルミ
ニウム合金を侵入させて充填し、気孔を閉塞させて窒化
アルミニウムとアルミニウム合金の複合材料から成るリ
エントラント型ピストンを製作り、、−’Ａ’、、’、
、。
ップ先端部５の曲率半径がほぼ０．５Ｒとなるように機
械加工して成形リップ部焼結体を作製した。この成形リ
ップ部焼結体を、リエントラント型ピストンのピストン
本体の鋳造機内のリップ部配設位置に設置し、該成形リ
ップ部焼結体を、ピスト・ン本体を鋳造するための型内
に設置し、Ａｌ−３ｔ合金を８００℃以上の高温且つ高
圧のＦで鋳造し、成形リップ部焼結体の気孔内へアルミ
ニウム合金を侵入させて充填し、気孔を閉塞させて窒化
アルミニウムとアルミニウム合金の複合材料から成るリ
エントラント型ピストンを製作り、、−’Ａ’、、’、
、。
ごのリエントランＦ型ピストンをエユノジンに組み込み
、作動し２だところ、従来のりエントラン１型ピストン
に比較して燃焼状態が改善さね、ＮＯ８、ＨＣ、スモー
ク等の発生が著しく低減されたごとを測定した。
、作動し２だところ、従来のりエントラン１型ピストン
に比較して燃焼状態が改善さね、ＮＯ８、ＨＣ、スモー
ク等の発生が著しく低減されたごとを測定した。
この発明によるリエントラント型ピスト：・及びその製
造方法は、以トのように構成し７かので１１次のような
効果を有する。
造方法は、以トのように構成し７かので１１次のような
効果を有する。
このリエントランＦ・型ピストンは、ピストンヘッドに
形成した燃焼室上面に半径方向内向きに先細りに伸びて
中央開口部を形成したリップ部を備えたリエントラント
型ピストンにおいて、前記リップ部を窒化アルミニウム
とアルミニウム合金との複合材料で形成すると共に、前
記リップ部をアルミニウム、アルミニウム合金等の金属
材料から成るピストン本体に接合したので、アルミニウ
ム合金と窒化アルミニウムとはぬれ性が良く、アルミニ
ウムが多孔質構造の窒化アルミニウムの空隙に侵入し易
く、気孔即ちボアの少ないコンポジットを得ることがで
き、前記リップ部のリップ先端部のエツジを０，５Ｒ程
度にまで鋭く形成することができる。更に、リップ部に
はピストン本体と同一の金属材料が存在するので、ピス
トン本体とりノブ部とを良好に接合させることができる
。
形成した燃焼室上面に半径方向内向きに先細りに伸びて
中央開口部を形成したリップ部を備えたリエントラント
型ピストンにおいて、前記リップ部を窒化アルミニウム
とアルミニウム合金との複合材料で形成すると共に、前
記リップ部をアルミニウム、アルミニウム合金等の金属
材料から成るピストン本体に接合したので、アルミニウ
ム合金と窒化アルミニウムとはぬれ性が良く、アルミニ
ウムが多孔質構造の窒化アルミニウムの空隙に侵入し易
く、気孔即ちボアの少ないコンポジットを得ることがで
き、前記リップ部のリップ先端部のエツジを０，５Ｒ程
度にまで鋭く形成することができる。更に、リップ部に
はピストン本体と同一の金属材料が存在するので、ピス
トン本体とりノブ部とを良好に接合させることができる
。
また、窒化アルミニウムは熱伝導率が高いので、局所的
に熱が蓄積し難く、リップ先端部の熱をピストン本体、
ピストンリング、シリンダライナ等を通じて逃がし、そ
れによって耐熱強度を確保でき、リップ先端部を先細り
にシャープに即ち先端の曲率半径を小さく、例えば、０
．５Ｒ程度にまでシャープに形成することを可能にし、
リップ先端部を熱で溶損することな（、鋭角状態を維持
し、スキッシュ流及び逆スキフシュ流の乱れを増大させ
、燃料と空気との混合が均一化され、Ｎ０１ｌ、ＨＣ、
スモーク等の発生を抑制した燃焼状態を良好にする。
に熱が蓄積し難く、リップ先端部の熱をピストン本体、
ピストンリング、シリンダライナ等を通じて逃がし、そ
れによって耐熱強度を確保でき、リップ先端部を先細り
にシャープに即ち先端の曲率半径を小さく、例えば、０
．５Ｒ程度にまでシャープに形成することを可能にし、
リップ先端部を熱で溶損することな（、鋭角状態を維持
し、スキッシュ流及び逆スキフシュ流の乱れを増大させ
、燃料と空気との混合が均一化され、Ｎ０１ｌ、ＨＣ、
スモーク等の発生を抑制した燃焼状態を良好にする。
このリエントラント型ピストンにおいて、前記リップ部
を構成する複合材料は気孔部を有する窒化アルミニウム
と該気孔部に充填したアルミニウム合金から成るので、
熱伝導率は高くなり、見掛けの耐熱強度は上げることで
き、セラミックスから成るリップ部を強化できる。また
、外周側のピストン本体とはアルミニウム合金量１−で
あり、極めて強固に接合さセることができる。
を構成する複合材料は気孔部を有する窒化アルミニウム
と該気孔部に充填したアルミニウム合金から成るので、
熱伝導率は高くなり、見掛けの耐熱強度は上げることで
き、セラミックスから成るリップ部を強化できる。また
、外周側のピストン本体とはアルミニウム合金量１−で
あり、極めて強固に接合さセることができる。
また、前記複合材料は窒化アルミニウム、が少なくとも
３０体積％以上含んでいる組成に構成ずれ保できる。。
３０体積％以上含んでいる組成に構成ずれ保できる。。
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
、ピストンヘッドに形成＋、た燃焼室の開口部を構成す
るりノブ部の形状に窒化アルミニウム粉末で成形して成
形体を製作する工程、該成形体を所定温度で窒素ガス雰
囲気中で焼成して気孔を備えた多孔質構造の焼結体を製
作する工程、次いで該焼結体を型内に設置してＡｌ−Ｓ
ｉ合金を高温且つ高圧の下で鋳造して前記気孔内へアル
ミニウム合金を侵入させて複合材料を製作するルミニウ
ム合金を侵入させて複合材料を製作する工程から成るの
で、窒化アルミニウムはアルミニウム合金とぬれ性が良
いから窒化アルミニウムの焼結体の多孔質構造の気孔に
スムースに侵入して良好に充填され、ボアの少ない良好
なコンポジットが得られる。従って、この複合材料の熱
伝導率は高く、局所的な熱の溜まりを作ることがなく、
リップ部のリップ先端部の曲率半径を小さく形成しても
、溶損が発生せず、鋭角状態を維持できる。
、ピストンヘッドに形成＋、た燃焼室の開口部を構成す
るりノブ部の形状に窒化アルミニウム粉末で成形して成
形体を製作する工程、該成形体を所定温度で窒素ガス雰
囲気中で焼成して気孔を備えた多孔質構造の焼結体を製
作する工程、次いで該焼結体を型内に設置してＡｌ−Ｓ
ｉ合金を高温且つ高圧の下で鋳造して前記気孔内へアル
ミニウム合金を侵入させて複合材料を製作するルミニウ
ム合金を侵入させて複合材料を製作する工程から成るの
で、窒化アルミニウムはアルミニウム合金とぬれ性が良
いから窒化アルミニウムの焼結体の多孔質構造の気孔に
スムースに侵入して良好に充填され、ボアの少ない良好
なコンポジットが得られる。従って、この複合材料の熱
伝導率は高く、局所的な熱の溜まりを作ることがなく、
リップ部のリップ先端部の曲率半径を小さく形成しても
、溶損が発生せず、鋭角状態を維持できる。
第１図はこの発明によるリエントラント型ピストンの材
料と従来のリエントラント型ピストンの材料との温度と
曲げ強度の比較を示すグラフ、及び第２図はこの発明に
よるリエントラント型ピストンの一実施例を示す概略断
面図である。 ｌ・−−−−−塩ｍ室、２・・・−ピストンヘラＦ、３
−−−〜・・リップ部、４−・・・−・開口部、５−・
−リップ先端部。 出願人 いすり自動車株式会社 代理人 弁理士 尾仲 −宗 第 １ 図 第 ２１！ｌ
料と従来のリエントラント型ピストンの材料との温度と
曲げ強度の比較を示すグラフ、及び第２図はこの発明に
よるリエントラント型ピストンの一実施例を示す概略断
面図である。 ｌ・−−−−−塩ｍ室、２・・・−ピストンヘラＦ、３
−−−〜・・リップ部、４−・・・−・開口部、５−・
−リップ先端部。 出願人 いすり自動車株式会社 代理人 弁理士 尾仲 −宗 第 １ 図 第 ２１！ｌ
Claims (4)
- （１）ピストンヘッドに形成した燃焼室上面に半径方向
内向きに先細りに伸びて中央開口部を形成したリップ部
を備えたリエントラント型ピストンにおいて、前記リッ
プ部を窒化アルミニウムとアルミニウム合金との複合材
料で形成すると共に、前記リップ部をアルミニウム、ア
ルミニウム合金等の金属材料から成るピストン本体に接
合したリエントラント型ピストン。 - （２）前記リップ部を構成する複合材料は気孔部を有す
る窒化アルミニウムと該気孔部に充填したアルミニウム
合金から成る請求項１に記載のリエントラント型ピスト
ン。 - （３）前記複合材料は窒化アルミニウムが少なくとも３
０体積％以上含んでいる請求項１に記載のリエントラン
ト型ピストン。 - （４）ピストンヘッドに形成した燃焼室の開口部を構成
するリップ部の形状に窒化アルミニウム粉末で成形して
成形体を製作する工程、該成形体を所定温度で窒素ガス
雰囲気中で焼成して気孔を備えた多孔質構造の焼結体を
製作する工程、次いで該焼結体を型内に設置してＡｌ−
Ｓｉ合金を高温且つ高圧の下で鋳造して前記気孔内へア
ルミニウム合金を侵入させて複合材料を製作する工程か
ら成るリエントラント型ピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292084A JP2890798B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | リエントラント型ピストン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292084A JP2890798B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | リエントラント型ピストン及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04166649A true JPH04166649A (ja) | 1992-06-12 |
| JP2890798B2 JP2890798B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=17777342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2292084A Expired - Fee Related JP2890798B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | リエントラント型ピストン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2890798B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10202184C1 (de) * | 2002-01-22 | 2003-05-28 | Federal Mogul Nuernberg Gmbh | Lasernitrieren von Aluminiumbasis-Verbundwerkstoffen |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP2292084A patent/JP2890798B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10202184C1 (de) * | 2002-01-22 | 2003-05-28 | Federal Mogul Nuernberg Gmbh | Lasernitrieren von Aluminiumbasis-Verbundwerkstoffen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2890798B2 (ja) | 1999-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |