JPS6226348A - 断熱ピストン - Google Patents
断熱ピストンInfo
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- JPS6226348A JPS6226348A JP60164823A JP16482385A JPS6226348A JP S6226348 A JPS6226348 A JP S6226348A JP 60164823 A JP60164823 A JP 60164823A JP 16482385 A JP16482385 A JP 16482385A JP S6226348 A JPS6226348 A JP S6226348A
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- piston
- heat
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
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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
- F02B23/0696—W-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 wall
-
- 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
- F02B23/0603—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
- 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
-
- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
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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
- F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
- F05C2253/16—Fibres
-
- 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
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (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
この発明は自動車に使用されるディーゼルエンジン等の
内燃ｔａＩｌｌｌ用ピストン、特に頂面部付近を断熱構
造としたピストンに関するものである。
内燃ｔａＩｌｌｌ用ピストン、特に頂面部付近を断熱構
造としたピストンに関するものである。
従来の技術
近年に至り、ディーゼルエンジンにおいてはその燃焼室
を高温化して燃費の改善を図るとともに始動初期の不完
全燃焼を防止するため、ピストン頂面部を断熱化するこ
とが検討されている。
を高温化して燃費の改善を図るとともに始動初期の不完
全燃焼を防止するため、ピストン頂面部を断熱化するこ
とが検討されている。
ピストン頂面部の断熱化のための手法としては、ピスト
ン頂面にセラミックを溶射する方法、あるいはピストン
頂面にセラミック板を接合する方法、さらにはピストン
頂面を低熱伝導物質で複合化する方法なども提案されて
いるが、高い断熱性、耐熱性、耐熱衝撃性などで代表さ
れる断熱ピストンに不可欠の諸特性を併せ持た菅るため
の最も有効な手段としては、ピストン頂面の直下に空洞
部（エアキャップ部）を形成してその空洞部により断熱
を図り、かつ断熱による頂面温度上昇に対処するために
、頂面を耐熱材で形成しておく方法が知られている。
ン頂面にセラミックを溶射する方法、あるいはピストン
頂面にセラミック板を接合する方法、さらにはピストン
頂面を低熱伝導物質で複合化する方法なども提案されて
いるが、高い断熱性、耐熱性、耐熱衝撃性などで代表さ
れる断熱ピストンに不可欠の諸特性を併せ持た菅るため
の最も有効な手段としては、ピストン頂面の直下に空洞
部（エアキャップ部）を形成してその空洞部により断熱
を図り、かつ断熱による頂面温度上昇に対処するために
、頂面を耐熱材で形成しておく方法が知られている。
具体的には、例えばインコネルの如き超合金などからな
る耐熱材によって頂面を形成し、その頂面耐熱材とピス
トン母材の間に断熱用の空洞部を設けて両者をボルト止
めした構造の断熱ピストンが知られている。
る耐熱材によって頂面を形成し、その頂面耐熱材とピス
トン母材の間に断熱用の空洞部を設けて両者をボルト止
めした構造の断熱ピストンが知られている。
発明が解決すべき問題点
前述のように断熱用空洞部を頂面耐熱金属板の直下に形
成した従来の断熱ピストンにおいては、耐熱金属板の下
面が空洞であるため、ピストン稼動時の燃焼圧によって
耐熱金属板が変形し易く、これを防ぐためには耐熱金属
板の肉厚を相当に厚くしなければならないが、その場合
ピストン重量の増大を招き、燃費やエンジン性能に悪影
響を及ぼす問題があり、また高コスト化を招く問題もあ
る。さらに前述の従来の空洞断熱型のピストンでは、頂
面耐熱金属板をボルト止めによって母材に接合している
が、この構造ではピストン母材のボルト座面やボルト穴
の部分がクリープ変形してボルトが緩み、頂面耐熱材−
母材間の接合強度が次第に低下し、そのため充分な耐久
性が得られないという問題があった。
成した従来の断熱ピストンにおいては、耐熱金属板の下
面が空洞であるため、ピストン稼動時の燃焼圧によって
耐熱金属板が変形し易く、これを防ぐためには耐熱金属
板の肉厚を相当に厚くしなければならないが、その場合
ピストン重量の増大を招き、燃費やエンジン性能に悪影
響を及ぼす問題があり、また高コスト化を招く問題もあ
る。さらに前述の従来の空洞断熱型のピストンでは、頂
面耐熱金属板をボルト止めによって母材に接合している
が、この構造ではピストン母材のボルト座面やボルト穴
の部分がクリープ変形してボルトが緩み、頂面耐熱材−
母材間の接合強度が次第に低下し、そのため充分な耐久
性が得られないという問題があった。
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、頂
面を耐熱金属板で形成しかつその頂面耐熱合金板とピス
トン母材金属との間に断熱層を介在させた断熱ピストン
において、頂面耐熱金属板の肉厚を薄肉化しても頂面の
変形を充分に防止し得るような構造とし、これによって
ピストン稼動時と頂面の耐変形強度、耐久性の向上とを
同時に達成し得るようにした断熱ピストンを提供するこ
とを基本的な目的とするものである。またこの発明の第
２の目的は、頂面耐熱金属板の母材に対する接合強度が
低下しないような構造とし、これによって耐久性を一層
向上させた断熱ピストンを提供するにある。
面を耐熱金属板で形成しかつその頂面耐熱合金板とピス
トン母材金属との間に断熱層を介在させた断熱ピストン
において、頂面耐熱金属板の肉厚を薄肉化しても頂面の
変形を充分に防止し得るような構造とし、これによって
ピストン稼動時と頂面の耐変形強度、耐久性の向上とを
同時に達成し得るようにした断熱ピストンを提供するこ
とを基本的な目的とするものである。またこの発明の第
２の目的は、頂面耐熱金属板の母材に対する接合強度が
低下しないような構造とし、これによって耐久性を一層
向上させた断熱ピストンを提供するにある。
問題点を解決するための手段
この発明は、ピストン頂面部の最表面に゛、ピストン母
材金属よりも耐熱性が高い材料からなる耐熱金属板を配
置するとともに、その耐熱金属板とピストン母材金属と
の藺に断熱層を介在させた断熱ピストンにおいて、前記
断熱層をセラミックで構成したことを特徴とするもので
ある。
材金属よりも耐熱性が高い材料からなる耐熱金属板を配
置するとともに、その耐熱金属板とピストン母材金属と
の藺に断熱層を介在させた断熱ピストンにおいて、前記
断熱層をセラミックで構成したことを特徴とするもので
ある。
またこの発明のピストンは、前記耐熱金属板の周縁部を
ピストン母材金属中に埋込むことによって耐熱金属板を
母材に対して固定したものである。
ピストン母材金属中に埋込むことによって耐熱金属板を
母材に対して固定したものである。
作 用
この発明の断熱ピストンにおいては、前述のようにピス
トン頂面部の最表面の耐熱金属板とピストン母材金属と
の間の断熱層がセラミックで構成されている。一般にセ
ラミックはアルミニウム合金等の母材金属より格段に熱
伝導率が低く、かつ頂面部の最表面を構成するステンレ
ス鋼や超合金等の耐熱金属と比較しても熱伝導率が格段
に低く、したがってそのセラミック断熱層によってピス
トン頂面を有効に断熱することができる。しかもその断
熱層は既に述べた従来公知の技術のような空洞部ではな
く、したがってピストン稼動時において頂面耐熱金属板
に加わる燃焼圧力をセラミック断熱層で受けてその頂面
耐熱金属板の変形を防止することができるから、空洞断
熱構造の場合と比較して格段に頂面耐熱金属板の厚みを
薄くすることができる。そしてセラミック断熱開自体は
耐熱金属板よりも格段に軽量であり、したがって耐熱金
Ｒ板を薄くすることによって空洞断熱構造のピストンと
比較しピストン重量を格段に軽量化することができる。
トン頂面部の最表面の耐熱金属板とピストン母材金属と
の間の断熱層がセラミックで構成されている。一般にセ
ラミックはアルミニウム合金等の母材金属より格段に熱
伝導率が低く、かつ頂面部の最表面を構成するステンレ
ス鋼や超合金等の耐熱金属と比較しても熱伝導率が格段
に低く、したがってそのセラミック断熱層によってピス
トン頂面を有効に断熱することができる。しかもその断
熱層は既に述べた従来公知の技術のような空洞部ではな
く、したがってピストン稼動時において頂面耐熱金属板
に加わる燃焼圧力をセラミック断熱層で受けてその頂面
耐熱金属板の変形を防止することができるから、空洞断
熱構造の場合と比較して格段に頂面耐熱金属板の厚みを
薄くすることができる。そしてセラミック断熱開自体は
耐熱金属板よりも格段に軽量であり、したがって耐熱金
Ｒ板を薄くすることによって空洞断熱構造のピストンと
比較しピストン重量を格段に軽量化することができる。
また頂面の耐熱金属板の端部を母材金属中に埋設するこ
とによってその耐熱金属板を母材に対して固定した構造
とすれば、従来技術の場合のように母材のクリープ変形
によって耐熱金属板−母材間の接合強度が低下するおそ
れが少なく、したがってピストンとしての耐久性を一層
向上させることができる。
とによってその耐熱金属板を母材に対して固定した構造
とすれば、従来技術の場合のように母材のクリープ変形
によって耐熱金属板−母材間の接合強度が低下するおそ
れが少なく、したがってピストンとしての耐久性を一層
向上させることができる。
発明の実施のための具体的説明
第１図にはこの発明の断熱ピストンの一橋造倒を示す。
なお第１図では、ピストン頂面に燃焼！凹部１が形成さ
れているピストンの例を示す。
れているピストンの例を示す。
第１図において、ピストン頂面部の最表面は、前記悠焼
室凹部１を型取った耐熱金属板２で形成されており、こ
の耐熱金属板２の周縁部２Ａはピストン頂面に対しほぼ
直角に折曲げられるとともに、その折曲げられた周縁部
２Ａの先＠２Ｂはさらに外周方向へ折返されている。そ
してこのような耐熱金属板２の周縁部２Ａは、ピストン
母材部分３を構成するアルミニウム合金等の母材金属中
に埋込まれている。すなわち、ピストン頂面部の最外周
縁部は、母材金属がセラミック４１４１等の多孔質体に
含浸されてなる複合部４によって形成され、この母材金
属／多孔質体からなる複合部４と母材部分３との間に耐
熱金属板２の周縁部２Ａが挾まれることにより、その周
縁部が母材金属中に埋込まれている。さらに前記耐熱金
属板２と母材部分３との間には、セラミックからなる耐
熱層５か介在されている。このセラミック断熱１ｉ５は
、ピストン頂面部の最も高温となる部分に対応するよう
に、燃焼室凹部１およびその周囲に対応する位置に形成
されている。
室凹部１を型取った耐熱金属板２で形成されており、こ
の耐熱金属板２の周縁部２Ａはピストン頂面に対しほぼ
直角に折曲げられるとともに、その折曲げられた周縁部
２Ａの先＠２Ｂはさらに外周方向へ折返されている。そ
してこのような耐熱金属板２の周縁部２Ａは、ピストン
母材部分３を構成するアルミニウム合金等の母材金属中
に埋込まれている。すなわち、ピストン頂面部の最外周
縁部は、母材金属がセラミック４１４１等の多孔質体に
含浸されてなる複合部４によって形成され、この母材金
属／多孔質体からなる複合部４と母材部分３との間に耐
熱金属板２の周縁部２Ａが挾まれることにより、その周
縁部が母材金属中に埋込まれている。さらに前記耐熱金
属板２と母材部分３との間には、セラミックからなる耐
熱層５か介在されている。このセラミック断熱１ｉ５は
、ピストン頂面部の最も高温となる部分に対応するよう
に、燃焼室凹部１およびその周囲に対応する位置に形成
されている。
前記耐熱金属板２は、少なくとも母祠金１（＾Ｑ合金等
）よりも耐熱性が優れた材料、すなわち母材金属よりも
ｊｉ！＋温強度が浸れた材料からなるものであれば良く
、また高謳耐駁化性、高温耐食性も優れていることが望
まれる。このような観点から、耐熱金属板２の材料とし
ては５ＬＪＳ３０４等のステンレス鋼、あるいはＪＩＳ
ＳＵＨ系の耐熱鋼、さらにはインコロイ等のＦｅｎ
耐熱合金（Ｆｅ基超超合金、インコロイ等のＮｉ基耐熱
合金（Ｎ１基超合金）、Ｎ１ｖｃｏ等のＣｏ基耐熱台金
（Ｃｏ基超超合金、さらにはＪＩＳ ＳＣＨ系の鋳鋼
、そのほかＴｉ合金等を用いることができる。なおこの
発明の断熱ピストンにおいては、頂面を構成する耐熱金
２板自体にもある程度断熱特性を担わせることが望まし
く、その意味から耐熱金属板としては熱伝導率が低い合
金を用いることが望ましく、したがってＦｅ基、Ｎ１基
、Ｃｏ基等の合金が最適である。
）よりも耐熱性が優れた材料、すなわち母材金属よりも
ｊｉ！＋温強度が浸れた材料からなるものであれば良く
、また高謳耐駁化性、高温耐食性も優れていることが望
まれる。このような観点から、耐熱金属板２の材料とし
ては５ＬＪＳ３０４等のステンレス鋼、あるいはＪＩＳ
ＳＵＨ系の耐熱鋼、さらにはインコロイ等のＦｅｎ
耐熱合金（Ｆｅ基超超合金、インコロイ等のＮｉ基耐熱
合金（Ｎ１基超合金）、Ｎ１ｖｃｏ等のＣｏ基耐熱台金
（Ｃｏ基超超合金、さらにはＪＩＳ ＳＣＨ系の鋳鋼
、そのほかＴｉ合金等を用いることができる。なおこの
発明の断熱ピストンにおいては、頂面を構成する耐熱金
２板自体にもある程度断熱特性を担わせることが望まし
く、その意味から耐熱金属板としては熱伝導率が低い合
金を用いることが望ましく、したがってＦｅ基、Ｎ１基
、Ｃｏ基等の合金が最適である。
断熱Ｉ５を構成するセラミックとしては、稼動時のピス
トン頂ＷＪ温度（約５００〜７００℃）において安定な
セラミックを選定することが望ましく、Ｚｒ ０２を主
成分とするもののばか、例えばＳｉ ０２ 、Ｔｉ Ｃ
５ＢＮｚ Ｍｏ Ｓｔ ２等を主成分とするものを用い
ることができ、またこのほか種々の酸化物、炭化物、窒
化物、ケイ化物あるいはこれらの混合物等を用いること
ができる。
トン頂ＷＪ温度（約５００〜７００℃）において安定な
セラミックを選定することが望ましく、Ｚｒ ０２を主
成分とするもののばか、例えばＳｉ ０２ 、Ｔｉ Ｃ
５ＢＮｚ Ｍｏ Ｓｔ ２等を主成分とするものを用い
ることができ、またこのほか種々の酸化物、炭化物、窒
化物、ケイ化物あるいはこれらの混合物等を用いること
ができる。
なお第１図に示すＩｊｊ造例においては、ピストン頂面
部の最外周縁部が複合部４とされて、この複合１４によ
って耐熱金属板２の周縁部２Ａが母材金属中に埋込まれ
ているが、このピストン頂面部最外周縁部は複合部とす
る必要は必ずしもない。
部の最外周縁部が複合部４とされて、この複合１４によ
って耐熱金属板２の周縁部２Ａが母材金属中に埋込まれ
ているが、このピストン頂面部最外周縁部は複合部とす
る必要は必ずしもない。
いずれにしても、耐熱金属板２の周縁部２Ａを母材金属
中に理込むことによって、ボルト等の固定手段を別逮使
用することなく、耐熱金属板２を母材部分３に強固に接
合・固定することができる。
中に理込むことによって、ボルト等の固定手段を別逮使
用することなく、耐熱金属板２を母材部分３に強固に接
合・固定することができる。
このように耐熱金属板２０周縁部２Ａを母材金属中に埋
込む場合の耐熱金属板端部形状としては、例えば第２図
（Ａ）〜（１）に示すような種々の形状を適用すること
ができる。
込む場合の耐熱金属板端部形状としては、例えば第２図
（Ａ）〜（１）に示すような種々の形状を適用すること
ができる。
またピストンの頂面形状は、第１図に示すような形状に
限らず、第３図（Ａ）〜（Ｄ＞に示すような種々の形状
を適用することができる。
限らず、第３図（Ａ）〜（Ｄ＞に示すような種々の形状
を適用することができる。
さらに頂面耐熱金属板２と母材部分３との間に介在され
るセラミック断熱層５は、要は少なくともピストン頂面
の最も高温となる部分に対応してその部分の耐熱金属板
２の表面に接して形成されていれば良く、第１図に示す
ような配置のほか、第４図（Ａ）〜（Ｄ）に示すような
配置を適用することができる。
るセラミック断熱層５は、要は少なくともピストン頂面
の最も高温となる部分に対応してその部分の耐熱金属板
２の表面に接して形成されていれば良く、第１図に示す
ような配置のほか、第４図（Ａ）〜（Ｄ）に示すような
配置を適用することができる。
以上のようなこの発明の断熱ピストンを製造するための
方法は、基本的には特に限定するものではないが、耐熱
金属板２の周ａ部２Ａを母材金属中に埋込んだ状態でピ
ストンを形成するためには、高圧鋳造等の加圧鋳造を適
用し、前記耐熱金属板２および断熱層形成用のセラミッ
クを涛ぐるんで母材金属を鋳造することが望ましい。
方法は、基本的には特に限定するものではないが、耐熱
金属板２の周ａ部２Ａを母材金属中に埋込んだ状態でピ
ストンを形成するためには、高圧鋳造等の加圧鋳造を適
用し、前記耐熱金属板２および断熱層形成用のセラミッ
クを涛ぐるんで母材金属を鋳造することが望ましい。
実施例
第１図に示すようなｔＸ造の断熱ピストンを製造した例
を１ス下に示す。
を１ス下に示す。
断熱層５用のセラミックとして焼結安定化ジルコニア（
９２％Ｚｒ ０２−４％Ｈｆ ０２−４％Ｃａ０）を用
いてこれを第５図に示すような寸法、形状に加工し、さ
らに耐熱金属板２として板厚２１１ｍの５ＬＩＳ３０４
！＃ｌのステンレス板を用いてこれを第６図に示すよう
な形状、寸法に液圧成形し、さらに複合部４を形成する
ための多孔質体６として第７図に示すようなアルミナ短
ａｍ成形体（かさ密１１０．１７１ｊ／ＱＣ）を用意し
た。これらを第８図に示すように組合せて、第９図に示
すように、耐熱金属板２０頂面倒が金型底面に接するよ
うに高圧鋳造用の金型７内に配置し、Ｓ温７２０℃のＪ
ＩＳ ＡＧ８Ａのアルミニウム合金溶凛（ＡＪ２−１
２％３ｉ−１，２％Ｑｕ −１，０％ＭＯ−２％Ｎｉ−
０．３％Ｆｅ）８を注渇し、５００ ｋｏ／ｄの加圧力
を加えて高圧鋳造した。なおこの加圧力はＡ１合金溶湯
８の凝固まで保持した。なおまた第９図において９は加
圧力バンチ４であり、また１０はｖＩ物取出用のノック
アウトビンである。
９２％Ｚｒ ０２−４％Ｈｆ ０２−４％Ｃａ０）を用
いてこれを第５図に示すような寸法、形状に加工し、さ
らに耐熱金属板２として板厚２１１ｍの５ＬＩＳ３０４
！＃ｌのステンレス板を用いてこれを第６図に示すよう
な形状、寸法に液圧成形し、さらに複合部４を形成する
ための多孔質体６として第７図に示すようなアルミナ短
ａｍ成形体（かさ密１１０．１７１ｊ／ＱＣ）を用意し
た。これらを第８図に示すように組合せて、第９図に示
すように、耐熱金属板２０頂面倒が金型底面に接するよ
うに高圧鋳造用の金型７内に配置し、Ｓ温７２０℃のＪ
ＩＳ ＡＧ８Ａのアルミニウム合金溶凛（ＡＪ２−１
２％３ｉ−１，２％Ｑｕ −１，０％ＭＯ−２％Ｎｉ−
０．３％Ｆｅ）８を注渇し、５００ ｋｏ／ｄの加圧力
を加えて高圧鋳造した。なおこの加圧力はＡ１合金溶湯
８の凝固まで保持した。なおまた第９図において９は加
圧力バンチ４であり、また１０はｖＩ物取出用のノック
アウトビンである。
このようにして、頂面部に耐熱金１ｆｉ２としてのステ
ンレス板とｉｆｒＭｌ ５としてのセラミックをＡＩ２
合金で鋳ぐるんだＡ１合金製ピストン素材を得た。ここ
で、多孔質体６としてのアルミナ短繊維成形体の部分は
、高圧鋳造により母材のアルミニウム合金溶；ｌが含浸
され、したがってその部分はアルミニウムさ金−アルミ
ナ短１！維からなる複合部４となった。
ンレス板とｉｆｒＭｌ ５としてのセラミックをＡＩ２
合金で鋳ぐるんだＡ１合金製ピストン素材を得た。ここ
で、多孔質体６としてのアルミナ短繊維成形体の部分は
、高圧鋳造により母材のアルミニウム合金溶；ｌが含浸
され、したがってその部分はアルミニウムさ金−アルミ
ナ短１！維からなる複合部４となった。
次いでＴ７処理（溶体化４９０’ＣＸ４時間、時効処理
２２０℃×８時間）を行なった後、ピストンリング溝２
０等の機械加工を行ない、最終的に第１図に示すような
断熱ピストンを得た。
２２０℃×８時間）を行なった後、ピストンリング溝２
０等の機械加工を行ない、最終的に第１図に示すような
断熱ピストンを得た。
以上のようにして得られた第１図の断熱ピストンを、デ
ィーゼルエンジンに組付けて燃焼特性試験を行なったと
ころ、始動時から高負荷稼動時に至るまで、従来の過言
のアルミニウム合金製ピストンと比較して不完全燃焼ガ
ス（スモーク）の発生ＢＮ団および鑞が明らかに減少し
、かつ燃費の向上も達成されており、ディーゼルエンジ
ン用ピストンとして極めて優れているこζが判明した。
ィーゼルエンジンに組付けて燃焼特性試験を行なったと
ころ、始動時から高負荷稼動時に至るまで、従来の過言
のアルミニウム合金製ピストンと比較して不完全燃焼ガ
ス（スモーク）の発生ＢＮ団および鑞が明らかに減少し
、かつ燃費の向上も達成されており、ディーゼルエンジ
ン用ピストンとして極めて優れているこζが判明した。
一方、比較のため第１０図に示すように頂面耐熱金属板
２の直下に断熱用の空洞部１１を有する空洞断熱型のビ
ス！−ンを次のようにして製造した。
２の直下に断熱用の空洞部１１を有する空洞断熱型のビ
ス！−ンを次のようにして製造した。
すなわち第１１図に示すような形状寸法のアルミｔＭＩ
ＡＭａＤ体（カサ１ｉ１３Ｆ ０．１７Ｍｃｃ） １２
ト、第１２図に示すような形状寸法のエポキシ樹脂成
形体１３と、第１３図に示すような５ＵＳ３０４からな
る耐熱金属板２ど、第１４図に示すような形状寸法のア
ルミナ短繊維成形体（０，１７ＭＣＧ＞１４を用意し、
これらを第１５図に示すように組合せて高圧鋳造用金型
７内に配置し、前記と同じ条件でＪＩＳ ＡＣ８Ａの
アルミニウム合金を加圧鋳造し、第１６図に示すような
ピストン素材を得た。なおこの状態ではアルミナ短ｔｌ
雑成形体１２．１４の部分はそれぞれアルミニウム合金
が含浸されて複合部１５．４となっており、一方エボキ
シ樹脂成形体１３は未だ実質的にその形状を保っている
。
ＡＭａＤ体（カサ１ｉ１３Ｆ ０．１７Ｍｃｃ） １２
ト、第１２図に示すような形状寸法のエポキシ樹脂成
形体１３と、第１３図に示すような５ＵＳ３０４からな
る耐熱金属板２ど、第１４図に示すような形状寸法のア
ルミナ短繊維成形体（０，１７ＭＣＧ＞１４を用意し、
これらを第１５図に示すように組合せて高圧鋳造用金型
７内に配置し、前記と同じ条件でＪＩＳ ＡＣ８Ａの
アルミニウム合金を加圧鋳造し、第１６図に示すような
ピストン素材を得た。なおこの状態ではアルミナ短ｔｌ
雑成形体１２．１４の部分はそれぞれアルミニウム合金
が含浸されて複合部１５．４となっており、一方エボキ
シ樹脂成形体１３は未だ実質的にその形状を保っている
。
次いで第１６図の鎖線で示すように鋳物外部からエポキ
シ樹脂成形体１３の部分まで連通する内径３■のガス抜
通路１７を形成した後、前記と同じ条件でＴ７処理を施
した。このＴ７処理によってエポキシ樹脂成形体１３は
燃焼除去されて、その部分が空洞部１１となった。その
後ガス扱通路１７の部分をステンレス製のネジ１８で埋
め、さらにピストンリング溝２０等の機械加工を行なっ
て最終的に第１０図に示すような空洞断熱型のピストン
を得た。
シ樹脂成形体１３の部分まで連通する内径３■のガス抜
通路１７を形成した後、前記と同じ条件でＴ７処理を施
した。このＴ７処理によってエポキシ樹脂成形体１３は
燃焼除去されて、その部分が空洞部１１となった。その
後ガス扱通路１７の部分をステンレス製のネジ１８で埋
め、さらにピストンリング溝２０等の機械加工を行なっ
て最終的に第１０図に示すような空洞断熱型のピストン
を得た。
このようにして得られた比較例の空洞断熱型のピストン
と、この光間の実施例による前述のセラミック断熱型の
ピストンについて、それぞれディーゼルエンジンに組付
けて同じ条件でエンジンを稼動させた。その結果、アイ
ドリンク時には両者共に極めて良好な特性を示したが、
毎分４４００ｒｐｍ 、５０１ｍの＾負荷耐久試験を行
なった漫にピストン状態を調べたところ、空洞ｉ熱）の
ピストンでは燃焼室凹部の周辺部において耐熱金１仮２
であるステンレス板が変形していることが認められ、−
万この発明の実権例によるセラミック所熱ピストンでは
このような耐熱金属板の変形が全く認められなかった。
と、この光間の実施例による前述のセラミック断熱型の
ピストンについて、それぞれディーゼルエンジンに組付
けて同じ条件でエンジンを稼動させた。その結果、アイ
ドリンク時には両者共に極めて良好な特性を示したが、
毎分４４００ｒｐｍ 、５０１ｍの＾負荷耐久試験を行
なった漫にピストン状態を調べたところ、空洞ｉ熱）の
ピストンでは燃焼室凹部の周辺部において耐熱金１仮２
であるステンレス板が変形していることが認められ、−
万この発明の実権例によるセラミック所熱ピストンでは
このような耐熱金属板の変形が全く認められなかった。
上述の空洞断熱ピストンおよびこの発明によるセラミッ
ク断熱ビスンはいずれも耐熱金属ｔｆｉ２としてのステ
ンレス板として板厚２ｍｍのものを用いているが、空洞
断熱ピストンの１合燃焼圧力によるステンレス板の変形
を阻止するためにはＩｎの板厚を必要とし、その場合ピ
ストン重量にして約２０％増加してしまうことが判明し
た。このことからこの発明のセラミック断熱ピストンは
、空洞断熱型のピストンと比較してＩ！■化が可能であ
ることが明らかである。
ク断熱ビスンはいずれも耐熱金属ｔｆｉ２としてのステ
ンレス板として板厚２ｍｍのものを用いているが、空洞
断熱ピストンの１合燃焼圧力によるステンレス板の変形
を阻止するためにはＩｎの板厚を必要とし、その場合ピ
ストン重量にして約２０％増加してしまうことが判明し
た。このことからこの発明のセラミック断熱ピストンは
、空洞断熱型のピストンと比較してＩ！■化が可能であ
ることが明らかである。
なお断熱性については、この発明によるセラミック断熱
型ピストンも空洞断熱型ピストンと同等の断熱特性を有
していることが確認された。
型ピストンも空洞断熱型ピストンと同等の断熱特性を有
していることが確認された。
発明の効果
前述の説明で明らかなようにこの発明のピストンは従来
公知の空洞断熱型のピストンと比較し、断熱性は同等で
あってしかも頂面部の耐変形強度は格段に高く、したが
って充分な耐久性を発揮できるとともに、頂面最表面の
耐熱金属板の厚みを薄クシてピストンを軽量化すること
ができ、そのためエンジン性能や燃費等を向上させるこ
とができる。
公知の空洞断熱型のピストンと比較し、断熱性は同等で
あってしかも頂面部の耐変形強度は格段に高く、したが
って充分な耐久性を発揮できるとともに、頂面最表面の
耐熱金属板の厚みを薄クシてピストンを軽量化すること
ができ、そのためエンジン性能や燃費等を向上させるこ
とができる。
また特に頂面の耐熱金属板の周縁部をピストン母材中に
埋込んだ実施８様においては、耐熱金属板と母材との間
の接合強度を有効に維持して、ピストン耐久性を一層向
上させることができる。
埋込んだ実施８様においては、耐熱金属板と母材との間
の接合強度を有効に維持して、ピストン耐久性を一層向
上させることができる。
第１図はこの発明の断熱ピストンの一例を示す縦断面図
、第２図（Ａ）〜（１）はそれぞれこの発明の断熱ピス
トンにおける耐熱金属板の端部形状の他の例を示す略解
図、第３図（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれこの発明の断熱ピ
ストンにおける頂面形状の他の例を示す略解図、第４図
（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれこの発明の断熱ピストンにお
けるセラミック断熱層の配置例を示す略解図である。第
５図は第１図のピストンの製造に使用される断熱層用セ
ラミックの一例の縦断面図、第６図は第１図のピストン
の製造に使用され耐熱金属板の一例の縦断面図、第７図
は第１図のピストンの製造に使用される多孔質体の一例
を示す縦断面図、第８図は第５図〜第７図に示される各
部材を組合せた状態を示す縦断面図、第９図は第８図の
部材を金型に配置して母材溶層を注湯した状態を示す略
解的な縦断面図である。第１０図は比較例としての空洞
断熱型ピストンの一例を示す縦断面図、第１１図は第１
０図のピストンの製造に使用されるアルミナ短１１ａＮ
成形体の縦断面図、第１２図は第１０図のピストンの製
造に使用されるエポキシ樹脂成形体の縦断面図、第１３
図は第１０図のピストンの製造に使用される耐熱金属板
の縦断面図、第１４図は第１０図のピストンの製造に使
用されるアルミナ短ｍｔｉ＊成形体の縦断面図、第１５
図は第１１図〜第１４図に示される各部材を組合せて金
型内に配置しかつ母材溜部を注湯した状態を示す略解的
なａｒＳ面図、第１６図は第１５図により鋳造したピス
トン素材鋳物の鋳造直後の状態を示す縦断面図である。 ２・・・耐熱金属板、 ３・・・母材部分、 ５・・・
セラミック断熱層。 出願人 トヨタ自動車株式会社 代理人 弁理士 豐 １）武 久 （ほか１名） 第２図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） 第３図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） （ＤＪ ＋Ａ） （Ｂ） 第５図 第９図 第１０図 ９Ｑｍｍ
、第２図（Ａ）〜（１）はそれぞれこの発明の断熱ピス
トンにおける耐熱金属板の端部形状の他の例を示す略解
図、第３図（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれこの発明の断熱ピ
ストンにおける頂面形状の他の例を示す略解図、第４図
（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれこの発明の断熱ピストンにお
けるセラミック断熱層の配置例を示す略解図である。第
５図は第１図のピストンの製造に使用される断熱層用セ
ラミックの一例の縦断面図、第６図は第１図のピストン
の製造に使用され耐熱金属板の一例の縦断面図、第７図
は第１図のピストンの製造に使用される多孔質体の一例
を示す縦断面図、第８図は第５図〜第７図に示される各
部材を組合せた状態を示す縦断面図、第９図は第８図の
部材を金型に配置して母材溶層を注湯した状態を示す略
解的な縦断面図である。第１０図は比較例としての空洞
断熱型ピストンの一例を示す縦断面図、第１１図は第１
０図のピストンの製造に使用されるアルミナ短１１ａＮ
成形体の縦断面図、第１２図は第１０図のピストンの製
造に使用されるエポキシ樹脂成形体の縦断面図、第１３
図は第１０図のピストンの製造に使用される耐熱金属板
の縦断面図、第１４図は第１０図のピストンの製造に使
用されるアルミナ短ｍｔｉ＊成形体の縦断面図、第１５
図は第１１図〜第１４図に示される各部材を組合せて金
型内に配置しかつ母材溜部を注湯した状態を示す略解的
なａｒＳ面図、第１６図は第１５図により鋳造したピス
トン素材鋳物の鋳造直後の状態を示す縦断面図である。 ２・・・耐熱金属板、 ３・・・母材部分、 ５・・・
セラミック断熱層。 出願人 トヨタ自動車株式会社 代理人 弁理士 豐 １）武 久 （ほか１名） 第２図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） 第３図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） （ＤＪ ＋Ａ） （Ｂ） 第５図 第９図 第１０図 ９Ｑｍｍ
Claims (2)
- （１）ピストン頂面部最表面に、ピストン母材金属より
も耐熱性が高い材料からなる耐熱金属板を配置するとと
もに、その耐熱金属板とピストン母材金属との間に断熱
層を介在させ、かつその断熱層をセラミックで構成した
ことを特徴とする断熱ピストン。 - （２）前記断熱金属板の周端部をピストン母材金属中に
埋設することにより耐熱金属板を固定した特許請求の範
囲第１項記載の断熱ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60164823A JPS6226348A (ja) | 1985-07-25 | 1985-07-25 | 断熱ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60164823A JPS6226348A (ja) | 1985-07-25 | 1985-07-25 | 断熱ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6226348A true JPS6226348A (ja) | 1987-02-04 |
Family
ID=15800593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60164823A Pending JPS6226348A (ja) | 1985-07-25 | 1985-07-25 | 断熱ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6226348A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100680532B1 (ko) | 2004-12-17 | 2007-02-08 | 현대자동차주식회사 | 다공성 열활성체의 연소실 장착구조 |
-
1985
- 1985-07-25 JP JP60164823A patent/JPS6226348A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100680532B1 (ko) | 2004-12-17 | 2007-02-08 | 현대자동차주식회사 | 다공성 열활성체의 연소실 장착구조 |
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