JPS62240458A - Diesel engine piston - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、本体がアルミニウムあるいはマグネシウムを
主成分とする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、ディーゼルコニンジンの始動初期の燃
焼効率を改善するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a diesel engine piston whose main body is made of a light alloy mainly composed of aluminum or magnesium. It is something to improve.
［従来技術１
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
ピストンを用いたデーイゼルエンジンの始動時に排出さ
れる白煙は、刺激臭や目の痛み等を伴うものであるため
、その排出量や濃度を減少させるべく様々な方法が図ら
れている。[Prior Art 1] The white smoke emitted when starting a diesel engine that uses a light alloy piston mainly composed of aluminum or magnesium is accompanied by a pungent odor and hurts the eyes. Various methods have been attempted to reduce the concentration.
従来このような方法として（イ）吸気スワールにより、
うず流を形成したり、予め吸気温度を高めること等、吸
気特性を改善するもの。（ロ）燃料噴射ノズル、燃料噴
射タイミング、噴射量等燃料噴射特性を改善するもの（
ハ）燃焼掌形状の改変、等の方法が取られている。Conventionally, such methods include (a) intake swirl;
Something that improves intake characteristics by forming a vortex flow or increasing the intake air temperature in advance. (b) Items that improve fuel injection characteristics such as fuel injection nozzle, fuel injection timing, and injection amount (
c) Methods such as changing the shape of the burning palm are being taken.
しかし、上記始＃Ｊ特性の改善を目的として、燃焼室を
形成する燃焼室壁の材質を考慮したものはほと／ｖどな
かった。However, with the aim of improving the above-mentioned initial #J characteristics, there have been few that have taken into account the material of the combustion chamber wall that forms the combustion chamber.
［発明が解決しようとする問題点］
本発明は、ピストン頭部の燃焼室に面する表面部に処理
を加えることによってディーゼルエンジンの始動時に排
出される白煙の抑制、その他の始動特性の向上を図ろう
とするものである。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention suppresses white smoke emitted when starting a diesel engine and improves other starting characteristics by applying treatment to the surface of the piston head facing the combustion chamber. This is what we are trying to achieve.
［問題点を解決づるための手段］
本発明に係るディーゼルエンジン用ピストンは、本体が
アルミニウムあるいはマグネシウムを主成分とする軽合
金製のディゼルエンジンピストンであって、
該ピストンの頭部の燃焼室に面する表面の少なくとも一
部に、前記軽合金よりも熱伝導性の高い材料からなる高
熱伝導率層を形成したことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] The diesel engine piston according to the present invention is a diesel engine piston whose main body is made of a light alloy mainly composed of aluminum or magnesium, and in which a combustion chamber at the head of the piston is provided. A high thermal conductivity layer made of a material having higher thermal conductivity than the light alloy is formed on at least a part of the facing surface.
以下、構成要件を説明する。The configuration requirements will be explained below.
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、コールトスボッ１へ
の解消を主目的としているが、副燃焼室式ディーゼルエ
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。The piston according to the present invention is mainly intended for use in direct-injection diesel engines, and its main purpose is to eliminate coal boiling. However, when the concept of the present invention is applied to pistons for auxiliary combustion chamber diesel engines, This has the effect of suppressing the occurrence of heat spots.
ピストンの形状は、特に限定せず、例えばいわゆるカッ
トバックピストンであってもよい。又、直噴式ディーゼ
ルエンジンピストンの場合において、該ピストン頭部に
形成される燃焼室の形状も問わない。The shape of the piston is not particularly limited, and may be, for example, a so-called cutback piston. Further, in the case of a direct injection diesel engine piston, the shape of the combustion chamber formed in the piston head is not limited.
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かできる。高熱
伝導率層は厚いほど冷間始動時の温度分布の不均一ざを
すみやかに解消でき、燃焼特性は向上づる。この厚みは
、特に限定しないが、ピストンのｌｆｆ１変化等を考慮
して定める。The high thermal conductivity layer can be formed by, for example, thermal spraying, plating, or casting. The thicker the high thermal conductivity layer, the more quickly the uneven temperature distribution during cold starting can be eliminated, and the combustion characteristics will improve. Although this thickness is not particularly limited, it is determined in consideration of changes in lff1 of the piston, etc.
高熱伝導率層を形成する部分は、燃焼室に面する表面部
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、コ第１表
一ルトスポットの解消に有効である。The part forming the high thermal conductivity layer is not particularly limited as long as it is the surface facing the combustion chamber, but in the case of a direct injection diesel engine piston, it may particularly include the part where unburned fuel is injected. However, Table 1 shows that it is effective in eliminating the root spot.
高熱伝導率層形成物質は、ピストン本体をなす軽合金よ
り５１熱伝導率が高い物質を用いることができる。この
ような材料としては、例えば、Ａｇ（銀）、ＡＲ（アル
ミニウム）、ＡＵ（金）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）
、Ｂｅｄ（ＩＩＩ化バリリウム）を挙げることができる
。尚、第１表にこれらの物質の熱伝導率をピストン本体
をなす材料の１例の熱伝導率とともに示す。As the material for forming the high thermal conductivity layer, a material having a thermal conductivity 51 higher than that of the light alloy forming the piston body can be used. Examples of such materials include Ag (silver), AR (aluminum), AU (gold), and AlN (aluminum nitride).
, Bed (barylium III chloride). Incidentally, Table 1 shows the thermal conductivity of these substances together with the thermal conductivity of one example of the material forming the piston body.
［作用］
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する。又、特に直噴式デ
ィーゼルエンジン用ピストンにおいては、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、ピストンの燃焼室に面する表面
部の温度は、均一に上昇する。[Function] In the present invention, a high thermal conductivity layer is formed on the surface portion of the piston head facing the combustion chamber. Therefore, the temperature of the surface portion increases uniformly and quickly. Moreover, especially in a piston for a direct injection type diesel engine, cold spots caused by unburned fuel injected from a fuel injection nozzle are quickly eliminated, and the temperature of the surface of the piston facing the combustion chamber increases uniformly.
［実施例１
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。[Example 1] Hereinafter, a specific example of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。This embodiment is an example in which the present invention is applied to a piston of a direct injection diesel engine.
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。FIG. 1 is a perspective view showing one half of the piston used in this embodiment.
第１図に示すピストンは、Ａ文合金製でありＬＪ ＩＳ
、ＡＣ８Ａ）中央部分に円柱形凹状の燃焼室１００を有
するピストンヘッド部１ｏと、図示しないシリンダ内壁
面と囲動する側面部２ｏと、ピストンの作動をクランク
シレフトに伝達する図示しないフンロッドを保持する中
空部３０とを有している。該ピストンにおいて、ピスト
ンヘッド１０の燃焼室１００の側壁１０１、底壁１０２
及び燃焼室上部の周縁部２００の表面には、後述する高
熱伝導：＄岡が形成され、側面部２０には、ピストンリ
ングが嵌入されるリング＠２２が形成される。又、中空
部３０には、ビン穴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。The piston shown in Figure 1 is made of A pattern alloy and LJ IS
, AC8A) Holds a piston head portion 1o having a cylindrical concave combustion chamber 100 in the central portion, a side surface portion 2o that surrounds the inner wall surface of the cylinder (not shown), and a funnel rod (not shown) that transmits the operation of the piston to the crankshaft. It has a hollow part 30. In the piston, a side wall 101 and a bottom wall 102 of the combustion chamber 100 of the piston head 10
On the surface of the peripheral edge part 200 at the upper part of the combustion chamber, a high heat conduction hole (described later) is formed, and on the side surface part 20, a ring @22 into which a piston ring is fitted is formed. Further, the connecting rod (not shown) is held in the hollow portion 30 by a piston pin (not shown) inserted from the bottle hole 40.
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。FIG. 2 is an explanatory diagram showing how diesel fuel is injected by the fuel injection nozzle 50 into the combustion chamber of the piston according to this embodiment.
第２図に示すように噴射ノズル５０から噴射されたされ
た燃料の１部は未燃焼状態でピストンヘッド１０の燃焼
室側壁１０１の特定部分１２に噴射される。As shown in FIG. 2, a portion of the fuel injected from the injection nozzle 50 is injected into a specific portion 12 of the combustion chamber side wall 101 of the piston head 10 in an unburned state.
（高熱伝導率層の形成）
本実施例は、上記燃焼室１００の側壁１０１及び底壁１
０２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さ２１１１１の純銅＜ＣＵ＞に
よる高熱伝導率層を形成するものである。このとき、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、Ｑ、９Ｃａｌ／ａｍ−ｄｅｇ−ｓｅｃであった
。一方、ピストン本体をな１部文の熱伝導率は、０．３
３Ｃａｆｆｉ／ｃｍ−ｄｃｇ−ｓｅｃであった。従って
燃焼室壁の表面はピストン本体の約３倍の熱伝導率を有
することになる。(Formation of high thermal conductivity layer) In this embodiment, the side wall 101 and the bottom wall 1 of the combustion chamber 100 are
02 and the entire surface of the upper peripheral edge part 200 of the combustion chamber by plasma spraying to uniformly form a high thermal conductivity layer of pure copper <CU> with a thickness of 21111 mm. At this time, the porosity of the thermally sprayed Cu layer was 1% or less, and its thermal conductivity was Q,9 Cal/am-deg-sec. On the other hand, the thermal conductivity of the first part of the piston body is 0.3
It was 3 Caffi/cm-dcg-sec. Therefore, the surface of the combustion chamber wall has a thermal conductivity approximately three times that of the piston body.
（比較試験）
実施例と前記Ｃｕ溶射層を形成しない他は、全く同様の
Ａλ製ピストンを用意して、同一条件下で各々１０個の
ピストンにつき冷間始動時の白煙ｆｌ Ｉｆを測定した
。測定条件を第２表に示す。尚、白煙ｌＩＩｇ、の測定
はユタック［Ｕ丁ＡＣＩスモークメータによった。(Comparative test) Pistons made of Aλ were prepared which were exactly the same as in the example except that the Cu sprayed layer was not formed, and the white smoke fl If at cold start was measured for each of 10 pistons under the same conditions. . The measurement conditions are shown in Table 2. Incidentally, the white smoke lIIg was measured using a Yutak [Ucho ACI smoke meter].
第３図は、測定結果を示したグラフである。縦軸は白煙
濃度ＣＵＴＡＣ（％）１を、横軸は、エンジン始紡時か
らの経過時間（ｓｅｃ）を示す。FIG. 3 is a graph showing the measurement results. The vertical axis shows the white smoke concentration CUTAC (%) 1, and the horizontal axis shows the elapsed time (sec) from the time when the engine started spinning.
第３図から明らかなようにいずれのピストンの白煙濃度
もスタートｉ後にｆａａ値を示し、エンジン第２表
の稼肋時聞の経過に応じて減少している。しかし、白煙
濃度が、２０％以下となるまでの時間は、本実施例のピ
ストンで５０ｓｅｃ、高熱伝導率層を形成しない従来の
Ａ１合金製ピストンでは６０８ｅｃであり、明らかにエ
ンジン始ｉＩＩ＋初期の燃焼効率は向上した。これは、
本実１ｆ％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。As is clear from FIG. 3, the white smoke concentration of all pistons shows the faa value after the start i, and decreases as the engine operation time shown in Table 2 passes. However, the time it takes for the white smoke concentration to drop to 20% or less is 50 sec with the piston of this example, and 608 sec with the conventional A1 alloy piston that does not form a high thermal conductivity layer. Combustion efficiency has improved. this is,
This is thought to be due to the fact that in the piston according to the actual 1f%, a Cu sprayed layer is formed on the entire fuel chamber wall surface, so that the temperature of the entire combustion chamber wall increases uniformly and quickly.
（その他の実施例）
本実施例においで、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。(Other Examples) In this example, the portion forming the high thermal conductivity layer can be variously modified.
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。本実施例にお０ては、燃
料噴射ノズルら噴射される未燃焼燃料は主に燃焼室ｉ壁
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、燃焼室壁の側壁部１０１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及びその周辺１２０のみに形成しても
よい。又、第５図のように未燃焼燃料被噴射周辺部分１
２０及び燃焼空底！！１０２に形成してもよく、第６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
性は向上した。FIGS. 4 to 7 are explanatory diagrams showing portions of the piston head where the high thermal conductivity layer is formed. In this embodiment, since it is considered that the unburned fuel injected from the fuel injection nozzle is mainly injected into a specific part 12 of the i-wall of the combustion chamber, a high thermal conductivity layer is formed as shown in FIG. They may be formed on the entire side wall portion 101 of the combustion chamber wall, or may be formed only on the portion 12 where unburned fuel is injected and its surroundings 120 as shown in FIG. In addition, as shown in Fig. 5, the surrounding area 1 where unburned fuel is injected
20 and combustion empty bottom! ! 102, or the entire piston head as shown in FIG. According to experiments, the cold start characteristics were improved in all cases shown in FIGS. 4 to 7.
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ピスト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。Furthermore, in the above embodiments, the present invention is applied to a direct injection type diesel engine piston, but if the concept of the present invention is applied to a piston head of a sub-combustion chamber type diesel engine piston, the generation of heat spots can be reduced. be able to.
［発明の効果］
以上述べたように本発明においては、アルミニウムある
いはマグネシウムを主成分とする軽合金！のピストン頭
部の燃焼室に而ｙる表面部の少な（とも一部に高熱伝導
率層を形成して、該表面部の均一かつ速やかな昇温を可
能にするものである。[Effects of the Invention] As described above, in the present invention, a light alloy whose main component is aluminum or magnesium! A high thermal conductivity layer is formed on a small portion of the surface area of the combustion chamber of the piston head to enable uniform and rapid temperature rise of the surface area.
即ち、燃焼室に面す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て
、燃焼効率が向上する。このため、冷間時のエンジン始
動においても白煙の発生筒及びその濃度は、茗しく低減
される。In other words, by uniformly increasing the temperature of the surface facing the combustion chamber, incomplete combustion caused by local temperature differences (for example, cold spots) is suppressed, and the temperature increases quickly, improving combustion efficiency. do. Therefore, even when the engine is started when the engine is cold, the white smoke generation tube and its concentration are significantly reduced.
さらに本発明によってピストン重最バランスをくずした
りすることはない。Furthermore, the present invention does not cause the piston weight to become unbalanced.
第１図は、本実施例に用いるピストンを２分υＪ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ｔｒＡ明図である。FIG. 1 is a perspective view showing one side of the piston used in this example after 2 minutes υJ. FIG. 2 is an explanatory diagram showing how diesel fuel is injected by the fuel injection nozzle 50 into the combustion chamber of the piston according to this embodiment. FIG. 3 is a graph showing the measurement results of white smoke concentration during cold starting. 4 to 7 are trA diagrams showing the formation portion of the high thermal conductivity layer in the piston head.
Claims (3)
分とする軽合金製のディーゼルエンジンピストンであっ
て、 該ピストンの頭部の燃焼室に面する表面部の少なくとも
一部に、前記軽合金よりも熱伝導性の高い材料からなる
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。(1) A diesel engine piston whose main body is made of a light alloy mainly composed of aluminum or magnesium, and at least a part of the surface of the head of the piston facing the combustion chamber has a higher heat conductivity than the light alloy. A diesel engine piston characterized by forming a layer of high thermal conductivity made of a material with high thermal conductivity.
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。(2) The diesel engine piston is a direct injection diesel engine piston, and the high thermal conductivity layer is
The diesel engine piston according to claim 1, wherein the piston includes at least a surface of a portion to which unburned diesel fuel is injected.
、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）の少なくとも一種
類以上を主成分とする合金、あるいは、ＡｌＮ（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第１項記
載のディーゼルエンジンピストン。(3) The material forming the high thermal conductivity layer is Cu (copper).
, Ag (silver), Al (aluminum), or a compound containing at least one type of AlN (aluminum nitride) or BeO (beryllium oxide) as a main component. The diesel engine piston according to the range 1 above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8318786A JPS62240458A (en) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | Diesel engine piston |
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| JP8318786A JPS62240458A (en) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | Diesel engine piston |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPS62240458A true JPS62240458A (en) | 1987-10-21 |
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|---|---|---|---|
| JP8318786A Pending JPS62240458A (en) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | Diesel engine piston |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62240458A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2014020300A (en) * | 2012-07-19 | 2014-02-03 | Mazda Motor Corp | Heat insulation structure for engine combustion chamber |
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1986
- 1986-04-10 JP JP8318786A patent/JPS62240458A/en active Pending
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