JPS62240457A - デイ−ゼルエンジンピストン - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃焼室に面する表面ｉ１（以下、便宜上燃焼
室壁という）をセラミックスの多孔質体又は、金属の多
孔質体により形成し、ピストン本体と燃焼室との断熱化
を図った軽合金製のディーゼルエンジンピストンに関し
、詳しくは、ディーゼルエンジンの始動初期の燃焼効率
を改善するものである。

［従来技術］ ディーゼルエンジン用ピストンとして、従来、軽量かつ
冷却性能に秀れるアルミニウム又はマグネシウムを主成
分とする軽合金製ピストンが提案もしくは提供されてい
る。また、この軽合金製ピストンを用いたエンジンの燃
焼効率の向上あるいはピストン自体の焼付き、摩耗の防
止の観点から燃焼室で発生した熱がピストン本体に伝達
することを妨げるべく、ピストン頭部の燃焼室壁を例え
ば、気孔質３ｏ％のステンレス鋼から形成したピストン
が考えられている。

［発明が解決しようとする問題点１ しかし、例えば、かかるビス１−ンであってピストン頭
部に凹状の燃焼室を有する、いわゆる直噴式ディーゼル
エンジンピストンにあっては、始動初期にいわゆるコー
ルドスポットの発生が助長されるという欠点を有する。

つまり燃料噴射ノズルから噴射された燃料のうち、一部
は、未燃焼状態で燃焼室壁に到達し、該被噴射部分を冷
却してコールドスポットを発生する。しかるに、上記ピ
ストンは、前記したように所熱性に秀れる。このため、
冷却された部分（コールドスポット）とそうでない部分
との温度差は容易に解消されず、燃焼空壁の温度は、部
分的に不均一となる。

本発明者は、かかる温度分布の不均一さが、エンジンの
始動初１ｆＪにＪメいて不完全燃焼を生ぜしめ、又、異
臭や目の痛みを生ずる白煙を排出する要因となることを
見出した。

また、エンジンの０１燃焼室で燃焼させたガスを、通路
を介してピストン頭部表面に噴射する、いわゆる副燃焼
室式のディーゼルエンジンビス１−ンにあっては、被噴
１）１部分にヒートスポットが発生し、温度分布の不均
一ざによる無理な応力が発生する等の欠点がある。

本発明は、上記事情に鑑みて案出されたものであり、燃
焼室壁の温度を均一化することにより、例えば直噴式デ
ィーゼルエンジンにあっては、エンジンの始動初期にお
ける不完全燃焼等を低減させることを目的とする。

［問題点を解決するだめの手段］ 本発明に係るディーゼルエンジン用ピストンは、ピスト
ン本体が、軽金属によりなり、少なくとも燃焼室に面す
る表面部の一部を金属の多孔質体または、セラミックス
の多孔質体により形成した頭部を有するディーゼルエン
ジンピストンにおいて、前記複合材料表面の少なくとも
一部に前記複合材料よりも熱伝導率の高い高熱伝導率層
を形成したことを特徴とする。

以下、構成要件を説明する。

本発明に係るピストンとしては、主として直噴式ディー
ゼルエンジン用ピストンを想定し、コールドスポットの
解消を主目的どしているが、副燃焼苗代ディーゼルエン
ジン用ピストンに本発明の概念を適用した場合は、ヒー
トスポットの発生を抑制できるという効果がある。ビス
１−ンの形状及びビス］−ン頭部に形成される燃焼室の
形状は問わない。

燃焼室に面する表面部を形成するけラミックスの多孔質
体は、例えば、Ａ文２０３、ＺｒＯ２、ＳｉＣ，５ｉ３
Ｎａの多孔質体であり、又、金属の多孔質体とは、例え
ば、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金、ＴｉＭ含金、Ｃｕ合金
等の多孔質体である。

又、このような多孔質体は、鋳包み等によってピストン
頂部に燃焼室を形成するよう配置する。次に高熱伝導率
層の形成方法は、例えば、溶射、あるいはメッキあるい
は鋳包み等の方法によることができる。

高熱伝導率層は厚いほど冷間始！１１時の温度分布の不
均一さをすみつかに解消でき、燃焼特性は向上する。こ
の厚みは、特に限定しないが、ビス１〜ンの重聞変゛化
等を考慮して定める。

高熱伝導率層を形成プる部分は、燃焼室に面する表面で
あれば、特に限定しないが、直噴式ディーゼルエンジン
ピストンにあっては、特に未燃焼燃料が被噴射される部
分を含ませることが、コールドスポットの解消に有効で
ある。

高熱伝導率層形成物質としては、ピストン頭部において
燃焼室に面する表面部を形成する多孔質体よりも、熱伝
導率が高い材料を用いる。このような材料としそは、例
えば、Ａｇ（鉄）、Δλ（アルミニウム）、Ａｕ（金）
、Ｍｏ（マグネシウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タ
ングステン）、△ｆｆ１Ｎ（窒化アルミニウム）、Ｂｅ
ｄ（酸化バリリウム）を挙げることができる。尚、第１
表にこれＣうの物質の熱伝導率をセラミックス又は金属
第１表 の多孔質体の１例の熱伝導率とともに示す。

［作用］ 本発明においては、熱伝導率の低い多孔質体により形成
された燃焼室に面する表面部に高熱伝導率層を形成して
いる。このため、該表面部の温度は均一かつ速やかに昇
温づる。又、特に直噴式エンジンのビス１−ンにおいて
は燃料噴射ノズルから噴射された未燃焼燃料によるコー
ルドスポットはすみやかに解消され、燃焼室に而する表
面部の温度は、均一に上昇づる。

［実施例］ 以下、本発明の具体的な１実施例を図を参照しつつ説明
する。

本実施例は本発明を直噴式ディーゼルエンジンのピスト
ンに適用した一例である。

第１図は、本実施例に用いるピストンを２分割した一方
を示す斜視図である。

第１図に示１°ピストン本体は、へλ合金製であり（Ｊ
　Ｉｓ、ＡＣ８Ａ）中央部分に円柱形凹状の燃焼室１０
０を有するピストンヘッド部１０と、図示しないシリン
ダ内壁面と摺動する側面部２０と、ピストンの作動をク
ランクシャフトに伝達する図示しないコンロッドを保持
する中空部３ｏとを有している。該ピストンにおいて、
ピストンヘッド１０の中央部に燃焼室１００を形成する
燃焼Ｖ壁１１０は、厚さ５ｍｍのステンレス多孔質体（
気孔率３０％）を鋳包みこむことにより、形成したちの
である。本実施例では、該燃焼室壁１１０の側壁１１１
、底壁１１２及び燃焼室上部の周縁部２００の表面に後
述する高熱伝導率層が形成されている。また、側面部２
０には、ピストンリングが歳入されるリング満２２が形
成されている。

中空部３０には、ピン穴４０から挿入される図示しない
ピストンピンによって、前記図示しないコンロッドが保
持される。

第２図は、本実施例に係るピストンの燃焼室にディーゼ
ル燃料が、燃料噴射ノズル５０により、噴射される様子
を示す説明図である。

第２図に示すように噴射ノズル５０から噴射された燃料
の一部は未燃焼状態でピストンヘッド１０の燃焼室側壁
１１１の特定部分１２に噴射されて、該部分１２を冷却
する。

（高熱伝導率層の形成） 本実施例は、上記燃焼室壁１１０の側壁１１１及び底！
４！１１２及び燃焼室上部の周縁部２００の表面全体に
プラズマ溶射法により均一に厚ざ２ＩＩＩＩＩの純銅（
Ｃｕ）による高熱伝導率層を形成するものである。この
とぎ、溶射によるＣｕ層の気孔率は、１％以下であり、
その熱伝導率は、０．９１Ｃａｌ／ｃｍ−ｄｅａ−ｓｅ
ｃであった。一方、ステンレス多孔質体の熱伝導率は、
０．００６Ｃａｆｆｉ／ｃａｂ−ｄｅｇ・ｓｅｃであっ
た。従って燃焼室壁の表面は、前記複合材料の１５０倍
の熱伝導率を有することになる。尚、ピストン本体をな
すへλ合金の熱伝導率は、０．３３ＣａＲ／Ｃｍ−ｄｅ
Ｑ−ｓｅｃであった。

（比較試１１１） 実施例と同様の形状を有するＡ１合金製ピストン、及び
前記Ｃｕ溶射層を形成しない他は、上記実施例と全く同
様のピストンを用意して、同一条件下で各々１０個のピ
ストンに付き冷間始動時の自炊濃度を測定した。測定条
件を第２表に示す。

尚、白ｆｆ１１１度の測定はユタツク［Ｕ　−１−Ａ　
Ｃ］スモークメータにＪ：つた。

第３図は、測定結果を示したグラフである。縦第２表 軸は白煙濃度［ＵＴΔＣ（％）］を、横軸は、エンジン
始動時からの経過時間（ｓｅｃ）を示す。

第３図から明らかなようにいずれのビスｊ・ンの白煙濃
度もスタート直後に最高値を示し、エンジンの稼動時開
の経過に応じて減少している。しかし、０２１１度が、
２０％以下となるまでの時間は、本実施例のピストンで
２Ｑｓｅｃ、Ａ交合金製ピストンで６０ｓｅｃ、高熱伝
導率層を形成しない他は、上記実施例と同様のピストン
では１１５ｓｅｃであり、明らかにエンジン始動初期の
燃焼効率は向、トした。これは、本実施例に係るピスト
ンにおいては、燃料室壁表面全体にＣｕ溶射層が形成さ
れているため、燃焼室壁全体が均一かつ速やかに昇温す
るためと考えられる。

（その他の実施例） 本実施例において、高熱伝導率層を形成する部分につい
ては、様々に改変することができる。ｌ第４〜第７図は
ピストンヘッドにおける高熱伝導率層の形成部分を示す
説明図である。上記実施例においては、燃料噴射ノズル
から噴射される未燃焼燃料は主に燃焼室壁側９１１１の
特定部分１２に噴射されると考えられるため、高熱伝導
率層を第４図のように、燃焼室壁側壁部１１１全体に形
成してもよいし、第５図のように未燃焼燃料が被噴射さ
れる部分１２及びその周′ｙ１１２０のみに形成しても
よい。又、第６図のように未燃焼燃料被噴射周辺部分１
２０及び燃焼室底壁１１２に形成してもよく、第７図の
ようにピストンヘッド全体に形成してもよい。実験によ
れば、第４〜第７図のいずれの場合も、冷間時始動特性
は向、トした。

また上記実施例は、いずれも直噴式ディーゼルエンジン
ピストンについて本発明を適用しているが、副燃焼室式
ディーゼルエンジンビス１−ンのピストンヘッドに本発
明の概念を適用すると、ヒートスポットの発生を低減す
ることができる。

［発明の効果］ 以、Ｆ述べたように本発明においては、ピストン、頭部
の燃焼室に面する表面部の少なくとも一部を形成するセ
ラミックスの多孔質体又は金属の多孔質体の表面に高熱
伝導率層を形成して、該表面部の均一かつ速やかな昇温
を可能にづるらのである。

即ち、ピストンの燃焼室に而Ｊる表面部の均一な昇温に
より、部分的な温度差（例えばコールドスポットの発生
）により生じる不完全燃焼が抑制され昇温が速やかに行
なわれ、燃焼効率が向、トする。

このため、冷間時のエンジン始動においても白煙の発生
長及びその濃度は、著しく低減される。

さらに本発明によってピストンｆｆ１ｆｆｉバランスを
くずしたつづることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本実施例に用いるピストンを２分割した一方
を示す斜視図である。 第２図は、本実施例に係るピストンの燃焼室にディーゼ
ル燃料が、燃料噴射ノズル５０により、噴射される様子
を示す説明図である。 第３図は、冷間始動時の白煙濃度の測定結果を示したグ
ラフである。 第４〜第７１図は、ピストンヘッドにおける高熱伝導率
層の形成部分を示す説明図である。 １０・・・ピストンヘッド　　２２・・・リング溝５０
・・・燃料噴射ノズル　１００・・・燃焼室１１０・・
・燃焼室壁　　　　１１１・・・燃焼室側壁１１２・・
・燃焼室底壁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン本体が、軽金属によりなり、少なくとも
   燃焼室に面する表面部の一部を金属の多孔質体または、
   セラミックスの多孔質体により形成した頭部を有するデ
   ィーゼルエンジンピストンにおいて、前記多孔質体表面
   の少なくとも一部に前記多孔質体よりも熱伝導性の高い
   高熱伝導率層を形成したことを特徴とするディーゼルエ
   ンジンピストン。
2. （２）前記ディーゼルエンジンピストンは、直噴式ディ
   ーゼルエンジンピストンであり、前記高熱伝導率層は、
   少なくとも未燃焼のディーゼル燃料の被噴射部分表面を
   含んで形成される特許請求の範囲第１項記載のディーゼ
   ルエンジンピストン。
3. （３）前記高熱伝導率層を形成する材料は、Ｃｕ（銅）
   、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｇ（マグネシ
   ウム）、Ｍｏ（モリブテン）、Ｗ（タングステン）の少
   なくとも一種類以上を主成分とする合金、あるいは、Ａ
   ｌＮ（窒化アルミニウム）、ＢｅＯ（酸化ベリリウム）
   の一種類以上を主成分とする化合物、である特許請求の
   範囲１第１項記載のディーゼルエンジンピストン。