WO2017122451A1 - ピストンおよびピストンの製造方法 - Google Patents

ピストンおよびピストンの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2017122451A1
WO2017122451A1 PCT/JP2016/085702 JP2016085702W WO2017122451A1 WO 2017122451 A1 WO2017122451 A1 WO 2017122451A1 JP 2016085702 W JP2016085702 W JP 2016085702W WO 2017122451 A1 WO2017122451 A1 WO 2017122451A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
low heat
heat conduction
low
forming
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/085702
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
高橋　智一
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立オートモティブシステムズ株式会社 filed Critical 日立オートモティブシステムズ株式会社
Publication of WO2017122451A1 publication Critical patent/WO2017122451A1/ja

Links

Images

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
    • 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 
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/01—Pistons; Trunk pistons; Plungers characterised by the use of particular materials
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a piston and a method for manufacturing the piston.
  • Patent Document 1 discloses a structure in which a cavity is formed on the top surface of a piston made of an aluminum alloy, and a low thermal conductivity member having a low thermal conductivity is attached to the bottom surface of the cavity.
  • a porous material such as a metal such as SUS or titanium, an alloy, or the like is used as a material for the low thermal conductive member.
  • a porous material such as a metal such as SUS or titanium, an alloy, or the like is used as a material for the low thermal conductive member.
  • it is required to form the low thermal conductive member with a different material.
  • the present invention has been focused on the above problems, and an object of the present invention is to provide a piston and a manufacturing method of the piston that can form the low heat conduction portion with a different material.
  • a flat shape is formed in a recess provided on the combustion chamber side of the internal combustion engine of a crown portion of a main body portion formed of an aluminum alloy.
  • a low heat conduction part having a plurality of low heat conduction part forming materials and a binder for bonding the plurality of low heat conduction part forming materials to each other is provided.
  • a plurality of flat shapes are formed in a recess provided on the combustion chamber side of the internal combustion engine of a crown portion of a main body portion formed of an aluminum alloy.
  • the low thermal conduction part can be formed of a further different material.
  • FIG. 1 is a perspective view of a piston of an internal combustion engine of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a flowchart showing manufacturing steps of the piston of Example 1.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the piston after the primary machining process of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the piston after the primary machining process of Example 1.
  • 2 is a perspective view showing a piston after a mixed powder filling step of Example 1.
  • FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the piston after the mixed powder filling step of Example 1.
  • FIG. 3 is a view showing a piston at the time of a mixed powder pressing step of Example 1.
  • 2 is a perspective view showing a piston after a mixed powder pressing step of Example 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a piston after a mixed powder pressing step of Example 1.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the piston after the secondary machining process of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the piston after the secondary machining process of Example 1.
  • 1 is a perspective view showing a preform of Example 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a piston after a mixed powder filling step of Example 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a piston during a mixed powder pressing step of Example 1.
  • 2 is a schematic diagram of a piston at the end of a mixed powder pressing step of Example 1.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a piston during a mixed powder pressing step of Example 2.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a piston at the end of a mixed powder pressing step of Example 2.
  • FIG. 10 is a flowchart showing manufacturing steps of the piston of Example 3.
  • 6 is a cross-sectional view showing a piston after a film forming step of Example 3.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a piston at the end of a mixed powder pressing step of Example 2.
  • FIG. 1 is a perspective view of a piston 1 of an internal combustion engine.
  • the piston 1 is formed using an aluminum alloy as a base material.
  • the piston 1 of the first embodiment is used for a cylinder injection internal combustion engine.
  • the piston 1 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the surface (top surface) on the combustion chamber side in the axial direction of piston 1 (the direction in which piston 1 reciprocates within the cylinder) constitutes crown 2.
  • a low heat conduction portion 3 is formed in the crown portion 2.
  • the low heat conducting portion 3 is formed in a circular shape at the central portion of the crown portion 2 when the crown portion 2 is viewed from the axial direction of the piston.
  • the low heat conduction part 3 is formed of a material having a lower thermal conductivity than the aluminum alloy.
  • the low thermal conductivity portion 3 Since the low thermal conductivity portion 3 has a lower thermal conductivity than the aluminum alloy, it has higher heat insulation than the aluminum alloy.
  • the material of the low heat conduction part 3 will be described in detail later.
  • the entire outer periphery of the outer peripheral edge of the low heat conducting portion 3 is surrounded by an aluminum alloy.
  • the combustion chamber side forms a land portion 8.
  • a skirt portion 5 is formed below the land portion 8.
  • the skirt portion 5 is formed at two locations separated in the circumferential direction.
  • the skirt portions 5 are formed at positions facing each other.
  • the outer peripheral surface of the skirt portion 5 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the crown portion 2, the skirt portion 5, and the land portion 8 constitute a main body portion 9.
  • a boss portion 6 is formed at a position substantially orthogonal to the opposing skirt portion 5 with the skirt portion 5 interposed therebetween.
  • the boss portion 6 is formed with a pin hole 6a into which a piston pin for assembling the connecting rod to the piston 1 so as to be rotatable is inserted.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the manufacturing process of the piston 1.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the piston 1 after the primary machining process.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the piston 1 after the primary machining process.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the piston 1 after the mixed powder filling step.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the piston 1 after the mixed powder filling step.
  • FIG. 7 is a view showing the piston 1 during the mixed powder pressing step.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the piston 1 after the mixed powder pressing step.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the piston 1 after the mixed powder pressing step.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the piston 1 after the secondary machining process.
  • Step S1 is a piston 1 casting process.
  • the rough material of the piston 1 is cast with an aluminum alloy.
  • the main body 9 is formed.
  • Step S2 is a primary machining process (FIGS. 3 and 4).
  • the primary machining process the outer diameter of the land portion 8 of the rough material of the piston 1 is cut by the machine tool, the outer diameter of the skirt portion 5 is cut, the boss portion 6 is processed, the pin hole 6a is processed, and the concave portion 2a of the crown portion 2 is formed. Perform processing.
  • the recess 2a is formed as a recess that is circular when the piston 1 is viewed from the axial direction.
  • the concave portion 2a is filled with the material of the low thermal conductivity portion 3 in a later step.
  • the recess 2a may be formed by casting in the casting process.
  • Step S3 is a mixed powder filling process (FIGS. 5 and 6).
  • the concave portion 2a is filled with the mixed powder 3a that is the material of the low thermal conduction portion 3.
  • the mixed powder 3a includes a powder of a material having a lower thermal conductivity than the aluminum alloy that is the material of the main body 9 of the piston 1 (low heat conduction portion forming material 12), and an aluminum alloy that is the material of the main body 9 by plastic flow. It consists of a powder of a material (binder 13) that can be alloyed or an intermetallic compound. Further, as the low heat conduction part forming material 12, a material whose yield stress (or proof stress) is smaller than that of the aluminum alloy is used.
  • Examples of the low heat conduction part forming material 12 include layered silicate (for example, mica), boron nitride, graphite, molybdenum and the like.
  • the low heat conduction part forming material 12 has a flat shape.
  • Examples of the binder 13 include aluminum and an aluminum alloy.
  • the binder 13 has a spherical shape.
  • Step S4 is a mixed powder pressing step (FIGS. 7, 8, and 9). In the mixed powder pressing step, the cylindrical tool 7 is rotated in the circumferential direction while pressing the mixed powder 3a into the recess 2a by the cylindrical tool 7. Thereby, the binder 13 is softened and stirred.
  • the binder 13 is alloyed with the aluminum alloy that is the material of the main body 9 or forms an intermetallic compound.
  • the mixed powder pressing step a method similar to the friction stir welding is used.
  • the low heat conducting portion 3 is integrated with the aluminum alloy portion that is the material of the main body portion 9.
  • a stirring locus when the joining member is stirred by the cylindrical tool 7 remains on the surface (front surface) of the low thermal conductivity portion 3 on the crown portion 2 side.
  • the volume of the low heat conductive portion 3 is reduced from the state of the mixed powder 3a, and the surface of the low heat conductive portion 3 is located on the bottom side of the concave portion 2a with respect to the surface of the crown portion 2.
  • the cylindrical tool 7 has an outer diameter that is approximately the same as the inner diameter of the recess 2a.
  • the main body 9 adjacent to the concave portion 2a is also softened and mixed with the binder 13 of the mixed powder 3a, so that the low heat conductive portion 3 and the base material of the piston 1 are integrated with each other after the mixed powder pressing step. It has become.
  • the mixed powder filling process in step S3 and the mixed powder pressing process in step S4 are the low heat conduction part forming process.
  • Step S5 is a heat treatment process. In the heat treatment, the piston 1 after the mixed powder pressing step is heat treated. By heat treatment, the distortion caused by the plastic flow during the mixed powder pressing step is removed, and the strength is made uniform.
  • Step S6 is a secondary machining process (FIGS. 10 and 11).
  • the piston 1 is finished by a machine tool.
  • the crown portion 2 is cut, and the surface of the low heat conduction portion 3 is formed to coincide with the surface of the crown portion 2.
  • a preform 3b may be used instead of the mixed powder 3a (FIG. 12).
  • the preform 3b is formed as a green compact by mixing and pressing the powdery low heat conduction portion forming material 12 and the binder 13. Further, after forming the preform 3b as a green compact, the preform 3b is heated. As a result, the oxide film covering the surfaces of the particulate low heat conduction portion forming material 12 and the binder 13 is broken, and the particles are easily bonded to each other. Therefore, the preform 3b is not easily collapsed.
  • FIG. 13 is a schematic view of the piston 1 after the mixed powder filling step.
  • FIG. 14 is a schematic view of the piston 1 during the mixed powder pressing step.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of the piston 1 at the end of the mixed powder pressing step.
  • the mixed powder filling step the concave portion 2a is filled with the mixed powder 3a in a state where the flat low heat conduction portion forming material 12 and the spherical binder 13 are mixed.
  • the cylindrical tool 7 is rotated while pressing the mixed powder 3a by the cylindrical tool 7.
  • the binder 13 near the cylindrical tool 7 is softened.
  • the softened binder 13 encloses the low heat conduction portion forming material 12 and is integrated.
  • the low heat conduction part forming materials 12 are bonded together.
  • the flat-shaped low heat conduction part forming material 12 is aligned in the rotational direction of the cylindrical tool 7 (the long axes of the low heat conduction part forming material 12 are aligned in the rotation direction of the cylindrical tool 7).
  • the amount of heat received by the mixed powder 3a near the bottom of the recess 2a is smaller than the amount of heat received by the mixed powder 3a near the surface during the mixed powder pressing step. Therefore, a part of the binder 13 near the bottom of the recess 2a may not be sufficiently softened.
  • the binder 13 on the surface side (the side in contact with the cylindrical tool 7) is integrated with the aluminum alloy part which is the material of the main body part 9 and covers the surface of the low heat conduction part 3, the recess 2a
  • the mixed powder 3a inside does not leak from the inside.
  • the surface of the low heat conducting portion 3 slightly swells toward the crown portion 2 side.
  • the first factor is that the amount of heat received by the surface side mixed powder 3a and the amount of heat received by the mixed powder 3a on the bottom side of the recess 2a during the mixed powder pressing step are different. Therefore, the amount of thermal expansion on the bottom side of the mixed powder 3a is smaller than the amount of thermal expansion on the surface side of the mixed powder 3a. As a result, the surface of the low thermal conductive portion 3 after the mixed powder pressing step slightly swells toward the crown portion 2 side.
  • the second factor is because the yield stress (or yield strength) of the low thermal conductive portion forming material 12 is smaller than the yield strength (or yield stress) of the aluminum alloy forming the main body portion 9.
  • the greater the yield stress (or proof stress) of a material the greater the amount of return of deformation (springback) when the material is deformed by applying force to the material and then the force is removed.
  • the mixed powder pressing step the low heat conduction portion forming material 12 is deformed by the pressing force from the cylindrical tool 7. Further, the pressing force from the cylindrical tool 7 acts on the main body 9 via the mixed powder 3a, and the aluminum alloy constituting the main body 9 is also deformed.
  • the return amount of the aluminum alloy in the main body portion 9 is larger than the return amount of the low heat conduction portion forming material 12 after the mixed powder process. Therefore, the low heat conduction part 3 is pressed by the main body part 9 (concave part 2a). As a result, the surface of the low thermal conductive portion 3 after the mixed powder pressing step slightly swells toward the crown portion 2 side. After the mixed powder pressing step, the surface of the low heat conductive portion 3 slightly swells toward the crown portion 2 side, so that an air layer is easily formed in the low heat conductive portion 3. Since the low heat conducting unit 3 has the air layer 14 therein, the heat insulating property of the low heat conducting unit 3 can be improved.
  • the piston 1 Since the piston 1 has a large volume, the heat capacity is large and the temperature of the piston 1 does not rise rapidly. Further, since the piston 1 is made of an aluminum alloy, heat conductivity is high, and heat received from the fuel gas in the cylinder at the crown portion 2 is transmitted from the piston ring or the skirt portion 5 to the cylinder. Therefore, the temperature rise of the piston 1 is gradual.
  • the piston 1 of the first embodiment is used for a cylinder injection internal combustion engine. The fuel injected into the cylinder evaporates in the cylinder, but part of it collides with the crown 2 of the piston 1. When the temperature of the piston 1 is sufficiently high, when the fuel collides with the crown 2, the fuel receives heat from the piston 1 and evaporates.
  • Example 1 the low thermal conductivity portion 3 having a lower thermal conductivity than the aluminum alloy that forms the piston 1 is formed in the crown portion 2. As a result, the heat received from the fuel gas in the low heat conducting section 3 is not easily transmitted to other parts, and the temperature rise of the low heat conducting section 3 can be accelerated. Therefore, the fuel that has collided with the low heat conducting section 3 is likely to evaporate.
  • the low heat conduction portion 3 is provided in the concave portion 2a formed in the crown portion 2 of the piston 1.
  • the low heat conduction part 3 is formed by a low heat conduction part forming material 12 having a flat shape and a binder 13 for bonding the low heat conduction part forming material 12 to each other.
  • Example 1 a material having a lower thermal conductivity than the aluminum alloy forming the main body 9 is used as the low thermal conductivity portion forming material 12. Thereby, due to the heat insulating effect of the low heat conduction portion forming material 12, the amount of heat received by the mixed powder 3a near the bottom of the recess 2a is smaller than the amount of heat received by the mixed powder 3a near the surface during the mixed powder pressing step.
  • the amount of thermal expansion on the bottom side of the mixed powder 3a is smaller than the amount of thermal expansion on the surface side of the mixed powder 3a. Therefore, after the mixed powder pressing step, the surface side of the mixed powder 3a is slightly swollen, and the low heat conducting section 3 has the air layer 14 inside. Since the low heat conducting unit 3 has the air layer 14 therein, the heat insulating property of the low heat conducting unit 3 can be improved.
  • Example 1 a layered silicate was used as the low heat conduction part forming material 12. Layered silicate has a high thermal insulation effect. Furthermore, the layered silicate has a crystal structure that is thin and easily peeled off. Therefore, the heat insulating property of the low heat conducting portion 3 can be improved.
  • boron nitride, graphite, or molybdenum was used as the low thermal conductive portion forming material 12. Boron nitride, graphite, and molybdenum also have a high heat insulation effect, similar to the layered silicate. Further, boron nitride, graphite, and molybdenum also have a crystal structure that is easily peeled off.
  • Example 1 as the low thermal conduction part forming material 12, a material having a yield stress (or proof stress) smaller than the proof stress of the aluminum alloy forming the main body part 9 was used. As a result, the return amount of the aluminum alloy in the main body portion 9 becomes larger than the return amount of the low heat conduction portion forming material 12 after the mixed powder process, and an air layer is easily formed in the low heat conduction portion 3. Therefore, the heat insulating property of the low heat conducting portion 3 can be improved.
  • a piston 1 of an internal combustion engine is made of an aluminum alloy, and has a main body 9 having a crown 2 and a skirt 5 provided on the crown 2, and a combustion chamber side of the internal combustion engine of the crown 2
  • a low heat conductive portion having a concave portion 2a provided in the concave portion 2a, a plurality of low heat conductive portion forming materials 12 having a flat shape, and a binder 13 for bonding the plurality of low heat conductive portion forming materials 12 to each other. 3 and so on.
  • the low heat conduction part 3 has the air layer 14 inside, and the heat insulation of the low heat conduction part 3 can be improved.
  • the low thermal conductivity portion forming material 12 was a material having a lower thermal conductivity than the aluminum alloy forming the main body portion 9. As a result, the formation of the air layer 14 is promoted inside the low heat conducting section 3, and the heat insulating property of the low heat conducting section 3 can be improved.
  • the low heat conduction part forming material 12 is a layered silicate. Thereby, the heat insulation property of the low heat conduction part 3 can be improved.
  • the low thermal conductive portion forming material 12 was boron nitride, graphite, or molybdenum. Thereby, the heat insulation property of the low heat conduction part 3 can be improved.
  • the yield stress (or proof stress) of the low thermal conduction part forming material 12 was made smaller than the proof stress of the aluminum alloy forming the main body part 9. As a result, the return amount of the aluminum alloy in the main body portion 9 becomes larger than the return amount of the low heat conduction portion forming material 12 after the mixed powder process, and an air layer is easily formed in the low heat conduction portion 3.
  • a method for manufacturing a piston of an internal combustion engine comprising: a crown portion 2, a skirt portion 5 provided on the crown portion 2, and a recess 2a provided on the combustion chamber side of the internal combustion engine of the crown portion 2.
  • a piston casting step for forming the main body portion 9 with an aluminum alloy, a plurality of low heat conduction portion forming materials 12 having a flat shape, and a binder 13 for bonding the plurality of low heat conduction portion forming materials 12 to each other ,
  • the mixed powder filling step filling step for filling the concave portion 2a
  • the mixed powder pressing step pressing step for pressing the low heat conduction portion forming material 12 and the binder 13 in the concave portion 2a with the rotating cylindrical tool 7 (tool). And having.
  • the low heat conduction part 3 has the air layer 14 inside, and the heat insulation of the low heat conduction part 3 can be improved.
  • Example 2 In Example 1, the mixed powder pressing step was performed using a cylindrical tool 7 having an outer diameter substantially the same as the outer diameter of the recess 2a. On the other hand, in Example 2, the mixed powder pressing step was performed using the cylindrical tool 7 having an outer diameter larger than the inner diameter of the recess 2a.
  • symbol is attached
  • FIG. 16 is a schematic view of the piston 1 during the mixed powder pressing step.
  • FIG. 17 is a schematic diagram of the piston 1 at the end of the mixed powder pressing step. In the mixed powder pressing step, the cylindrical tool 7 is rotated while pressing the mixed powder 3a by the cylindrical tool 7.
  • the binder 13 near the cylindrical tool 7 is softened.
  • the softened binder 13 encloses the low heat conduction portion forming material 12 and is integrated.
  • the low heat conduction part forming materials 12 are bonded together.
  • the flat-shaped low heat conduction part forming material 12 is aligned in the rotational direction of the cylindrical tool 7 (the long axes of the low heat conduction part forming material 12 are aligned in the rotation direction of the cylindrical tool 7).
  • the cylindrical tool 7 Since the outer diameter of the cylindrical tool 7 is larger than the inner diameter of the recess 2a, the cylindrical tool 7 also presses the crown 2 outside the recess 2a in the mixed powder pressing step. Since the main body portion 9 including the crown portion 2 is made of an aluminum alloy, the main body portion 9 is also softened by frictional heat generated between the cylindrical tool 7 and the crown portion 2, and is stirred together with the mixed powder 3a. After the mixed powder pressing step, the stirred main body 9 and the mixed powder 3a constitute the stirring unit 10 that covers the outer peripheral portion of the surface of the low heat conducting unit 3 from the crown 2 side. Since the low heat conduction part 3 is caulked by the stirring part 10, it is possible to suppress the low heat conduction part 3 from falling off the recess 2a.
  • Example 3 In Example 1, the surface of the low heat conducting portion 3 of the piston 1 was exposed. On the other hand, in Example 3, the low thermal conductive film 11 was formed on the surface of the low thermal conductive part 3. About the same structure as Example 1, the same code
  • FIG. 18 is a flowchart showing the manufacturing process of the piston 1.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing the piston 1 after the film forming step. Steps S1 to S6 are the same as those in the first embodiment. In Example 2, a film forming process was added after the secondary machining process of Step S6. Step S7 is a film forming process (FIG. 19).
  • the low heat conductive film 11 is formed on the surface (outside) of the low heat conductive portion 3.
  • the low thermal conductive film 11 is formed of a material having lower thermal conductivity and lower specific heat than the low thermal conductive portion 3.
  • a material for the low thermal conductive film 11 for example, silica is used. Since the low thermal conductivity coating 11 has lower thermal conductivity and specific heat than the low thermal conductivity section 3, it has high followability to the vertical fluctuation of the temperature in the combustion chamber, and forms a heat insulation layer with high thermal response on the surface of the piston 1. Can do.
  • the low thermal conductive portion 3 is provided outside the low thermal conductive portion 3 and is made of a material having a lower thermal conductivity and a lower specific heat than the low thermal conductive portion 3. Thereby, a heat-insulating layer having a high thermal response can be formed on the surface of the piston 1.
  • a film forming step (process) for forming a low thermal conductive film 11 made of a material having a lower thermal conductivity and a lower specific heat than the low thermal conductive part 3 outside the low thermal conductive part 3 is provided. Thereby, a heat-insulating layer having a high thermal response can be formed on the surface of the piston 1.
  • the low heat conduction part 3 was formed in a circular shape in the central part of the crown part 2.
  • the shape of the low heat conducting section 3 may be set according to the fuel injection region.
  • the crown 2 may be formed in an annular shape that is substantially concentric with the center of the crown 2 when viewed from the axial direction of the piston.
  • a plurality of low heat conducting portions 3 formed in a circular shape or an annular shape may be formed in the crown portion 2.
  • a piston of an internal combustion engine A main body portion formed of an aluminum alloy and having a crown portion and a skirt portion provided on the crown portion; A recess provided on the combustion chamber side of the internal combustion engine of the crown, A plurality of low heat conduction part forming materials provided in the recess and having a flat shape; and a low heat conduction part having a binder for bonding the plurality of low heat conduction part forming materials to each other.
  • a low heat conductive part has an air layer inside, and can improve the heat insulation of a low heat conductive part.
  • the low heat conduction part forming material is a material having a lower thermal conductivity than the aluminum alloy forming the main body part.
  • the low heat conduction part forming material is a layered silicate. Thereby, the heat insulation property of the low heat conduction part 3 can be improved.
  • the low thermal conduction part forming material is boron nitride, graphite, or molybdenum. Thereby, the heat insulation of a low heat conductive part can be improved.
  • an agitation portion in which the aluminum alloy forming the main body portion and the low thermal conductivity portion are agitated at a boundary between the crown portion and the low thermal conductivity portion in a cross section orthogonal to the moving direction of the piston.
  • a low thermal conductive film is provided outside the low thermal conductive portion, and is formed of a material having a lower thermal conductivity and a lower specific heat than the low thermal conductive portion.
  • the heat insulation layer of a high thermal response can be formed in the surface of a piston.
  • a method of manufacturing a piston for an internal combustion engine A main body portion forming step of forming a main body portion made of an aluminum alloy with a crown portion, a skirt portion provided in the crown portion, and a concave portion provided on the combustion chamber side of the internal combustion engine of the crown portion; A filling step of filling the recess with a plurality of low heat conduction part forming materials having a flat shape and a binder for bonding the plurality of low heat conduction part forming materials; And a pressing step of pressing the low heat conduction portion forming material and the binder in the recess with a rotating tool.
  • a low heat conductive part has an air layer inside, and can improve the heat insulation of a low heat conductive part.
  • the low heat conduction part forming material is a material having a lower thermal conductivity than the aluminum alloy forming the main body part. Thereby, formation of an air layer is accelerated
  • the low heat conduction part forming material is a layered silicate. Thereby, the heat insulation of a low heat conductive part can be improved.
  • the low thermal conduction part forming material is boron nitride, graphite, or molybdenum. Thereby, the heat insulation property of the low heat conduction part 3 can be improved.
  • the pressing step is performed with the tool having a diameter larger than the diameter of the recess.
  • a low heat conductive part is crimped by the stirring part, it can suppress that a low heat conductive part falls from a recessed part.
  • the yield stress of the low heat conduction part forming material is smaller than the yield stress of the aluminum alloy forming the main body part. Thereby, the heat insulation of a low heat conductive part can be improved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

低熱伝導部をさらに異なる材料により形成することができるピストンを提供すること。　内燃機関のピストンにおいて、アルミニウム合金で形成さた本体部の冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部に、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を有する低熱伝導部を設けた。

Description

ピストンおよびピストンの製造方法
　本発明は、ピストンおよびピストンの製造方法に関する。
　この種の技術としては、下記の特許文献1に記載の技術が開示されている。特許文献1には、アルミニウム合金を素材とするピストンの頂面にキャビティを形成し、キャビティの底面に熱伝導率の小さい低熱伝導部材を取り付けたものが開示されている。
特開平11-193721号公報
　上記特許文献1の技術にあっては、低熱伝導部材の材料としてSUS、チタン等の金属、合金等の多孔体を用いている。しかし、低熱伝導部材をさらに異なる材料により形成することが求められている。
  本発明は、上記問題に着目されたもので、その目的とするところは、低熱伝導部をさらに異なる材料により形成することができるピストンおよびピストンの製造方法を提供することである。
　上記目的を達成するため、第一の発明の一実施形態では、内燃機関のピストンにおいて、アルミニウム合金で形成された本体部の冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部に、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を有する低熱伝導部を設けた。
  第二の発明の一実施形態では、内燃機関のピストンの製造方法において、アルミニウム合金で形成された本体部の冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部に、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を充填する充填工程と、回転するツールで凹部内の低熱伝導部形成材およびバインダを押圧する押圧工程と、を有するようにした。
　よって、本発明の一実施形態によれば、低熱伝導部をさらに異なる材料により形成することができる。
実施例1の内燃機関のピストンの斜視図である。 実施例1のピストンの製造工程を示すフローチャートである。 実施例1の一次機械加工工程後のピストンを示す斜視図である。 実施例1の一次機械加工工程後のピストンを示す断面図である。 実施例1の混合粉末充填工程後のピストンを示す斜視図である。 実施例1の混合粉末充填工程後のピストンを示す断面図である。 実施例1の混合粉末押圧工程時のピストンを示す図である。 実施例1の混合粉末押圧工程後のピストンを示す斜視図である。 実施例1の混合粉末押圧工程後のピストンを示す断面図である。 実施例1の二次機械加工工程後のピストンを示す斜視図である。 実施例1の二次機械加工工程後のピストンを示す断面図である。 実施例1のプリフォームを示す斜視図である。 実施例1の混合粉末充填工程後のピストンの模式図である。 実施例1の混合粉末押圧工程時のピストンの模式図である。 実施例1の混合粉末押圧工程終了時のピストンの模式図である。 実施例2の混合粉末押圧工程時のピストンの模式図である。 実施例2の混合粉末押圧工程終了時のピストンの模式図である。 実施例3のピストンの製造工程を示すフローチャートである。 実施例3の被膜形成工程後のピストンを示す断面図である。
　〔実施例1〕
  ［ピストンの構成］
  図1は内燃機関のピストン1の斜視図である。ピストン1はアルミニウム合金を母材として形成されている。実施例1のピストン1は、筒内噴射式の内燃機関に用いられるものである。
  ピストン1は、略円柱状に形成されている。ピストン1の軸方向（ピストン1がシリンダ内で往復運動する方向）の燃焼室側の面（頂面）は冠部2を構成している。冠部2には低熱伝導部3が形成されている。低熱伝導部3は、冠部2をピストンの軸方向から見たときに、冠部2の中心部分に円形状に形成されている。低熱伝導部3は、アルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料により形成されている。低熱伝導部3は、アルミニウム合金よりも熱伝導率が低いため、アルミニウム合金よりも断熱性が高い。低熱伝導部3の材料については後で詳述する。低熱伝導部3の外周縁の外側全周はアルミニウム合金で包囲されている。
　ピストン1の外周面であって軸方向において燃焼室側はランド部8を構成している。ランド部8の下側にはスカート部5が形成されている。スカート部5は、周方向に離間して2箇所に形成されている。スカート部5は、それぞれ対向する位置に形成されている。スカート部5の外周面は略円筒状に形成されている。冠部2、スカート部5、ランド部8により本体部9を構成している。
  対向するスカート部5と略直交する位置に、スカート部5を挟んで離間した状態でボス部6が形成されている。ボス部6には、ピストン1にコネクティングロッドを回動可能に組み付けるためのピストンピンが挿入されるピン孔6aが形成されている。
　［ピストン製造工程］
  図2はピストン1の製造工程を示すフローチャートである。図３は一次機械加工工程後のピストン1を示す斜視図である。図4は一次機械加工工程後のピストン1を示す断面図である。図5は混合粉末充填工程後のピストン1を示す斜視図である。図6は混合粉末充填工程後のピストン1を示す断面図である。図7は混合粉末押圧工程時のピストン1を示す図である。図8は混合粉末押圧工程後のピストン1を示す斜視図である。図9は混合粉末押圧工程後のピストン1を示す断面図である。図10は二次機械加工工程後のピストン1を示す斜視図である。図11は二次機械加工工程後のピストン1を示す断面図である。図12はプリフォーム3bを示す斜視図である。
  ステップS1はピストン1の鋳造工程である。ピストン鋳造工程では、アルミニウム合金によりピストン1の粗材を鋳造する。この工程で、本体部9が形成される。
  ステップS２は一次機械加工工程である（図3,4）。一次機械加工工程では、工作機械によりピストン1の粗材のランド部8の外径切削、スカート部5の外径切削、ボス部6の加工、ピン孔6aの加工、冠部2の凹部2aの加工などを行う。凹部2aは、ピストン1を軸方向から見たときに円形となる窪みとして形成されている。凹部2aには、後の工程で低熱伝導部3の材料が充填される。なお、凹部2aは鋳造工程において鋳抜きにより形成するようにしても良い。
　ステップS3は混合粉末充填工程である（図5,6）。混合粉末充填工程では、低熱伝導部3の材料である混合粉末3aが凹部2aに充填される。混合粉末3aは、ピストン1の本体部9の材料であるアルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料（低熱伝導部形成材12）の粉末と、塑性流動により本体部9の材料であるアルミニウム合金と合金化または金属間化合物となり得る材料（バインダ13）の粉末からなる。また低熱伝導部形成材12は、その降伏応力（または耐力）がアルミニウム合金の耐力よりも小さいものが用いられる。低熱伝導部形成材12の例としては、層状ケイ酸塩（例えばマイカ）、窒化ホウ素、グラファイト、モリブデンなどが挙げられる。低熱伝導部形成材12は、扁平形状となっている。バインダ13の例としては、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。バインダ13は、球体形状となっている。
  ステップS４は混合粉末押圧工程である（図7,8,9）。混合粉末押圧工程では、円筒ツール7により混合粉末3aを凹部2a内に詰め込むように押圧しつつ、円筒ツール7を周方向に回転させる。これにより、バインダ13が軟化し、撹拌される。バインダ13は、本体部9の材料であるアルミニウム合金と合金化、または金属間化合物を形成する。混合粉末押圧工程では摩擦攪拌接合と類似した手法を用いている。混合粉末押圧工程の後には、低熱伝導部3は本体部9の材料であるアルミニウム合金部分と一体になっている。また混合粉末押圧工程の後には、低熱伝導部3の冠部2側の面（表面）には円筒ツール7により接合部材が撹拌されたときの撹拌軌跡が残る。低熱伝導部3は混合粉末3aの状態から体積が減少し、低熱伝導部3の表面は、冠部2の表面よりも凹部2aの底部側に位置している。
　円筒ツール7は、その外径が凹部2aの内径とほぼ同じ大きさのものを用いている。混合粉末押圧工程において凹部2aと隣接する本体部9も軟化し、混合粉末3aのバインダ13と混ざり合うため、混合粉末押圧工程後は低熱伝導部3とピストン1の母材とは境目なく一体となっている。なお、ステップS3の混合粉末充填工程とステップS4の混合粉末押圧工程を低熱伝導部形成工程としている。
  ステップS5は熱処理加工である。熱処理加工では、混合粉末押圧工程が終了したピストン1に熱処理を施す。熱処理により、混合粉末押圧工程の際の塑性流動に伴う歪みを除去し、強度の均一化を行う。
  ステップS6は二次機械加工工程である（図10,11）。二次機械加工工程では、工作機械によりピストン1に仕上加工を施す。このとき、冠部2を切削し、低熱伝導部3の表面は冠部2の表面と一致するように形成される。
  なお、混合粉末3aに代えてプリフォーム3bを用いるようにしても良い（図12）。プリフォーム3bは、粉末状の低熱伝導部形成材12とバインダ13を混ぜあわせ加圧して圧粉体として形成される。さらに圧粉体としてプリフォーム3bを形成した後に、プリフォーム3bを加熱する。これにより、粒子状の低熱伝導部形成材12とバインダ13の表面を覆っていた酸化膜が崩れ、粒子同士が接着しやすくなる。そのため、プリフォーム3bが崩れにくくなる。
　［低熱伝導部の生成］
  低熱伝導部3の生成過程について詳しく説明する。図13は混合粉末充填工程後のピストン1の模式図である。図14は混合粉末押圧工程時のピストン1の模式図である。図15は混合粉末押圧工程終了時のピストン1の模式図である。
  混合粉末充填工程では、扁平形状の低熱伝導部形成材12と球体形状のバインダ13とを混ぜあわせた状態の混合粉末3aを凹部2aに充填する。
  混合粉末押圧工程では円筒ツール7により混合粉末3aを押圧しながら、円筒ツール7を回転させる。これにより、円筒ツール7と混合粉末3aとの間で摩擦熱が発生し、円筒ツール7と当接する付近のバインダ13が軟化する。軟化したバインダ13は低熱伝導部形成材12を抱え込んで一体となる。そして低熱伝導部形成材12同士を接着させる。混合粉末押圧工程時には、扁平形状をした低熱伝導部形成材12は円筒ツール7の回転方向に寝た配置に揃う（低熱伝導部形成材12の長軸が円筒ツール7の回転方向に揃う）。
  低熱伝導部形成材12の断熱効果により、混合粉末押圧工程時に表面付近の混合粉末3aが受け取る熱量に対して、凹部2aの底部付近の混合粉末3aが受け取る熱量は小さい。そのため、凹部2aの底部付近のバインダ13の一部は充分に軟化しないことがある。しかし、表面側（円筒ツール7と接触する側）のバインダ13は本体部9の材料であるアルミニウム合金部分と一体になり、低熱伝導部3の表面を蓋するようになっているため、凹部2aから内部の混合粉末3aが漏れることはない。
　混合粉末押圧工程後には、低熱伝導部3の表面は冠部2側に若干膨らむ。これは主に2つの要因からなる。第一の要因は、混合粉末押圧工程時に、表面側の混合粉末3aが受け取る熱量と凹部2aの底部側の混合粉末3aが受け取る熱量とが異なるためである。そのため、混合粉末3aの表面側の熱膨張量に対して混合粉末3aの底部側の熱膨膨張量が小さくなる。これにより、混合粉末押圧工程後の低熱伝導部3の表面は冠部2側に若干膨らむ。
  第二の要因は、低熱伝導部形成材12の降伏応力（または耐力）が本体部9を形成するアルミニウム合金の耐力（または降伏応力）よりも小さいためである。一般に材料の降伏応力（または耐力）が大きほど、材料に力をかけて変形させた後に力を抜いたときの変形の戻り量（スプリングバック）が大きくなる。混合粉末押圧工程においては、円筒ツール7からの押圧力により、低熱伝導部形成材12が変形する。また混合粉末3aを介して円筒ツール7からの押圧力が本体部9に作用し、本体部9を構成するアルミニウム合金も変形する。混合粉末工程後の低熱伝導部形成材12の戻り量に対して、本体部9のアルミニウム合金の戻り量が大きい。そのため、本体部9（凹部2a）により低熱伝導部3を押圧する。これにより、混合粉末押圧工程後の低熱伝導部3の表面は冠部2側に若干膨らむ。
  混合粉末押圧工程後には、低熱伝導部3の表面は冠部2側に若干膨らむことにより、低熱伝導部3内に空気層が形成され易くなる。低熱伝導部3が内部に空気層14を有することにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
　［作用］
  ピストン1は体積が大きいため熱容量が大きく、ピストン1の温度は急上昇しない。またピストン1はアルミニウム合金製であるため、熱伝導率が高く冠部2においてシリンダ内の燃料ガスから受け取った熱は、ピストンリングやスカート部5からシリンダへ伝わる。そのため、ピストン1の温度上昇は緩やかである。
  実施例1のピストン1は筒内噴射式の内燃機関に用いられるものである。シリンダ内に向かって噴射された燃料はシリンダ内で蒸発するが、一部はピストン1の冠部2に衝突する。ピストン1の温度が十分に高いときには、燃料が冠部2に衝突した際に、燃料はピストン1から熱を受け取り、蒸発する。しかし、前述のようにピストン1は温度上昇が緩やかであるため、内燃機関始動時等においてはピストン1の温度が低く、冠部2上に蒸発しきれない燃料が液膜として残るおそれがある。冠部2上に残った燃料は、デポジットや、排気への未燃炭化水素の混入の原因となる。
  そこで実施例1では冠部2にピストン1を形成するアルミニウム合金よりも熱伝導率が低い低熱伝導部3を形成するようにした。これにより、低熱伝導部3において燃料ガスから受け取った熱は他の部分に伝達されにくく、低熱伝導部3の温度上昇を迅速にすることができる。そのため、低熱伝導部3に衝突した燃料は蒸発しやすくなる。
　また実施例1では、ピストン1の冠部2に形成された凹部2aに低熱伝導部3を設けるようにした。低熱伝導部3は扁平形状を有する低熱伝導部形成材12と低熱伝導部形成材12同士を接着させるバインダ13とをから形成される。これにより、混合粉末押圧工程時には、混合粉末3aの表面側と凹部2aの底部側とでは受け取る熱量が異なるため、混合粉末3aの表面側の熱膨張量に対して混合粉末3aの底部側の熱膨膨張量が小さくなる。そのため混合粉末押圧工程後には、混合粉末3aの表面側が若干膨らんだ状態となり、低熱伝導部3は内部に空気層14を有することとなる。低熱伝導部3が内部に空気層14を有することにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
  また実施例1では、低熱伝導部形成材12として、本体部9を形成するアルミニウム合金よりも熱伝導率が低い材料を用いることとした。これにより、低熱伝導部形成材12の断熱効果により、混合粉末押圧工程時に表面付近の混合粉末3aが受け取る熱量に対して、凹部2aの底部付近の混合粉末3aが受け取る熱量は小さくなる。そのため、混合粉末3aの表面側の熱膨張量に対して混合粉末3aの底部側の熱膨膨張量が小さくなる。よって、混合粉末押圧工程後には、混合粉末3aの表面側が若干膨らんだ状態となり、低熱伝導部3は内部に空気層14を有することとなる。低熱伝導部3が内部に空気層14を有することにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
　また実施例1では、低熱伝導部形成材12として、層状ケイ酸塩を用いるようにした。層状ケイ酸塩は断熱効果が高い。さらに層状ケイ酸塩は薄く剥がれ易い結晶構造を有する。よって、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
  また実施例1では、低熱伝導部形成材12として、窒化ホウ素またはグラファイトまたはモリブデンを用いるようにした。窒化ホウ素、グラファイト、モリブデンも層状ケイ酸塩と同様は断熱効果が高い。さらに窒化ホウ素、グラファイト、モリブデンも薄く剥がれ易い結晶構造を有する。よって、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
  また実施例1では、低熱伝導部形成材12として、その降伏応力（または耐力）が本体部9を形成するアルミニウム合金の耐力よりも小さいものを用いるようにした。これにより、混合粉末工程後の低熱伝導部形成材12の戻り量に対して、本体部9のアルミニウム合金の戻り量が大きくなり、低熱伝導部3内に空気層が形成され易くなる。よって、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
　［効果］
  実施例1の効果を以下に列記する。
  (1) 内燃機関のピストン1は、アルミニウム合金で形成され、冠部2と、冠部2に設けられたスカート部5と、を有する本体部9と、冠部2の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部2aと、凹部2a内に設けられ、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材12と、複数の低熱伝導部形成材12同士を接着させるバインダ13と、を有する低熱伝導部3と、を有するようにした。
  これにより、低熱伝導部3が内部に空気層14を有し、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
  (2) 低熱伝導部形成材12は、本体部9を形成するアルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料とした。
  これにより、低熱伝導部3が内部に空気層14の形成が促進され、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
　(3) 低熱伝導部形成材12を層状ケイ酸塩とした。
  これにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
  (4) 低熱伝導部形成材12を、窒化ホウ素またはグラファイトまたはモリブデンとした。
  これにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
  (5) 低熱伝導部形成材12の降伏応力（または耐力）は、本体部9を形成するアルミニウム合金の耐力よりも小さくした。
  これにより、混合粉末工程後の低熱伝導部形成材12の戻り量に対して、本体部9のアルミニウム合金の戻り量が大きくなり、低熱伝導部3内に空気層が形成され易くなる。よって、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
  (6) 内燃機関のピストンの製造方法であって、冠部2と、冠部2に設けられたスカート部5と、冠部2の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部2aと、を有する本体部9をアルミニウム合金で形成するピストン鋳造工程（本体部形成工程）と、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材12と、複数の低熱伝導部形成材12同士を接着させるバインダ13と、を凹部2aに充填する混紡粉末充填工程（充填工程）と、回転する円筒ツール7（ツール）で凹部2a内の低熱伝導部形成材12およびバインダ13を押圧する混合粉末押圧工程（押圧工程）と、を有する。
  これにより、低熱伝導部3が内部に空気層14を有し、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
　〔実施例2〕
  実施例1では、凹部2aの外径とほぼ同じ大きさの外径を有する円筒ツール7を用いて、混合粉末押圧工程を行うようにしていた。これに対し、実施例2では凹部2aの内径よりも大きい外径を有する円筒ツール7を用いて、混合粉末押圧工程を行うようにした。実施例1と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
  図16は混合粉末押圧工程時のピストン1の模式図である。図17は混合粉末押圧工程終了時のピストン1の模式図である。
  混合粉末押圧工程では円筒ツール7により混合粉末3aを押圧しながら、円筒ツール7を回転させる。これにより、円筒ツール7と混合粉末3aとの間で摩擦熱が発生し、円筒ツール7と当接する付近のバインダ13が軟化する。軟化したバインダ13は低熱伝導部形成材12を抱え込んで一体となる。そして低熱伝導部形成材12同士を接着させる。混合粉末押圧工程時には、扁平形状をした低熱伝導部形成材12は円筒ツール7の回転方向に寝た配置に揃う（低熱伝導部形成材12の長軸が円筒ツール7の回転方向に揃う）。
　円筒ツール7の外径は凹部2aの内径よりも大きいため、混合粉末押圧工程では円筒ツール7は凹部2aの外側の冠部2も押圧することとなる。冠部2を含む本体部9はアルミニウム合金製であるため、円筒ツール7と冠部2との間で発生する摩擦熱により本体部9も軟化し、混合粉末3aとともに撹拌される。混合粉末押圧工程後は、撹拌された本体部9と混合粉末3aとにより、低熱伝導部3の表面の外周部分を冠部2側から覆う撹拌部10を構成する。撹拌部10により低熱伝導部3がカシメられるため、低熱伝導部3が凹部2aから脱落することを抑制することができる。
　［効果］
  (7) 内燃機関のシリンダ内におけるピストン1の移動方向の直交断面における冠部2と低熱伝導部3の境界において、本体部9を形成するアルミニウム合金と低熱伝導部3とが撹拌された撹拌部10を有するようにした。
  撹拌部10により低熱伝導部3がカシメられるため、低熱伝導部3が凹部2aから脱落することを抑制することができる。
　〔実施例3〕
  実施例1ではピストン1の低熱伝導部3の表面は露出していた。これに対し、実施例3では低熱伝導部3の表面に低熱伝導被膜11を形成するようにした。実施例1と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
  図18はピストン1の製造工程を示すフローチャートである。図19は被膜形成工程後のピストン1を示す断面図である。ステップS1～ステップS6の工程は、実施例1と同じである。実施例2では、ステップS6の二次機械加工工程の後に、被膜形成工程を追加した。
  ステップS7は被膜形成工程である（図19）。被膜形成工程では、低熱伝導部3の表面（外側）に低熱伝導被膜11を形成する。低熱伝導被膜11は、低熱伝導部3よりも熱伝導率が低く、かつ、比熱が低い材料により形成されている。低熱伝導被膜11の材料としては、例えばシリカが用いられる。
  低熱伝導被膜11は、低熱伝導部3よりも熱伝導率および比熱が低いため、燃焼室内の温度の上下変動に対して追従性が高く、ピストン1の表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。
　［効果］
  (8) 低熱伝導部3の外側に設けられ、低熱伝導部3よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料で形成された低熱伝導被膜11を有するようにした。
  これにより、ピストン1の表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。
  (9) 低熱伝導部3の外側に低熱伝導部3よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料の低熱伝導被膜11を形成する皮膜形成工程（工程）を有するようにした。
  これにより、ピストン1の表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。
　〔他の実施例〕
  以上、本発明を実施例1～実施例3に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は実施例1～実施例3に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
  実施例1～実施例3では、低熱伝導部3は冠部2の中心部分に円形状に形成されていた。低熱伝導部3の形状は、燃料の噴射領域に応じて設定すれば良い。例えば、冠部2をピストンの軸方向から見たときに、冠部2の中心とほぼ同心状の環状に形成しても良い。冠部2をピストンの軸方向から見たときに、円形状または環状に形成した低熱伝導部3を冠部2に複数形成するようにしても良い。
　以上説明した実施形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
  内燃機関のピストンであって、
  アルミニウム合金で形成され、冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、を有する本体部と、
  前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部と、
  前記凹部内に設けられ、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、前記複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を有する低熱伝導部と、を有する。
  これにより、低熱伝導部が内部に空気層を有し、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
  より好ましい態様では、上記態様において、
  前記低熱伝導部形成材は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である。
  これにより、低熱伝導部が内部に空気層の形成が促進され、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
　別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  前記低熱伝導部形成材は、層状ケイ酸塩である。
  これにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
  さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  前記低熱伝導部形成材は、窒化ホウ素またはグラファイトまたはモリブデンである。
  これにより、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
  さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  内燃機関のシリンダ内におけるピストンの移動方向の直交断面における前記冠部と前記低熱伝導部の境界において前記本体部を形成する前記アルミニウム合金と前記低熱伝導部とが撹拌された撹拌部を有する。
  これにより、撹拌部により低熱伝導部がカシメられるため、低熱伝導部が凹部から脱落することを抑制することができる。
  さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  前記低熱伝導部形成材の降伏応力は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金の降伏応力よりも小さい。
  これにより、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
　さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  前記低熱伝導部の外側に設けられ、前記低熱伝導部よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料で形成された低熱伝導被膜を有する。
  これにより、ピストンの表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。
  また他の観点から、
  内燃機関のピストンの製造方法であって、
  冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部と、を有する本体部をアルミニウム合金で形成する本体部形成工程と、
  偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、前記複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を前記凹部に充填する充填工程と、
  回転するツールで前記凹部内の前記低熱伝導部形成材および前記バインダを押圧する押圧工程と、を有する。
  これにより、低熱伝導部が内部に空気層を有し、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
　より好ましい態様では、上記態様において、
  前記低熱伝導部形成材は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料である。
  これにより、低熱伝導部が内部に空気層の形成が促進され、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
  さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  前記低熱伝導部形成材は、層状ケイ酸塩である。
  これにより、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
  さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  前記低熱伝導部形成材は、窒化ホウ素またはグラファイトまたはモリブデンである。
  これにより、低熱伝導部3の断熱性を向上させることができる。
　さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  前記押圧工程は、前記凹部の直径よりも直径の大きい前記ツールで行われる。
  これにより、撹拌部により低熱伝導部がカシメられるため、低熱伝導部が凹部から脱落することを抑制することができる。
  さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  前記低熱伝導部形成材の降伏応力は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金の降伏応力よりも小さい。
  これにより、低熱伝導部の断熱性を向上させることができる。
  さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
  前記低熱伝導部の外側に前記低熱伝導部よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料の低熱伝導被膜を形成する工程を有する。
  これにより、ピストンの表面に高熱応答の断熱層を形成することができる。
　以上、本発明の幾つかの実施形態のみを説明したが、本発明の新規の教示や利点から実質的に外れることなく例示の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には容易に理解できるであろう。従って、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含むことを意図する。上記実施形態を任意に組み合わせても良い。
　本願は、２０１６年１月１３日付出願の日本国特許出願第２０１６－００４７３０号に基づく優先権を主張する。２０１６年１月１３日付出願の日本国特許出願第２０１６－００４７３０号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。
1　　ピストン2　　冠部2a　　凹部3　　低熱伝導部5　　スカート部7　　円筒ツール（ツール）9　　本体部10　　撹拌部11　　低熱伝導被膜12　　低熱伝導部形成材13　　バインダ

Claims (12)

  1.   内燃機関のピストンであって、
      アルミニウム合金で形成され、冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、を有する本体部と、
      前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部と、
      前記凹部内に設けられ、偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、前記複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を有する低熱伝導部と、を有することを特徴とするピストン。
  2.   請求項1に記載のピストンにおいて、
      前記低熱伝導部形成材は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料であることを特徴とするピストン。
  3.   請求項2に記載のピストンにおいて、
      前記低熱伝導部形成材は、層状ケイ酸塩であることを特徴とするピストン。
  4.   請求項1に記載のピストンにおいて、
      内燃機関のシリンダ内におけるピストンの移動方向の直交断面における前記冠部と前記低熱伝導部の境界において前記本体部を形成する前記アルミニウム合金と前記低熱伝導部とが撹拌された撹拌部を有することを特徴とするピストン。
  5.   請求項1に記載のピストンにおいて、
      前記低熱伝導部形成材の降伏応力は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金の降伏応力よりも小さいことを特徴とするピストン。
  6.   請求項1に記載のピストンにおいて、
      前記低熱伝導部の外側に設けられ、前記低熱伝導部よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料で形成された低熱伝導被膜を有することを特徴とするピストン。
  7.   内燃機関のピストンの製造方法であって、
      冠部と、前記冠部に設けられたスカート部と、前記冠部の内燃機関の燃焼室側に設けられた凹部と、を有する本体部をアルミニウム合金で形成する本体部形成工程と、
      偏平形状を有する複数の低熱伝導部形成材と、前記複数の低熱伝導部形成材同士を接着させるバインダと、を前記凹部に充填する充填工程と、
      回転するツールで前記凹部内の前記低熱伝導部形成材および前記バインダを押圧する押圧工程と、を有することを特徴とするピストンの製造方法。
  8.   請求項7に記載のピストンの製造方法において、
      前記低熱伝導部形成材は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金よりも熱伝導率の低い材料であることを特徴とするピストンの製造方法。
  9.   請求項8に記載のピストンの製造方法において、
      前記低熱伝導部形成材は、層状ケイ酸塩であることを特徴とするピストンの製造方法。
  10.   請求項7に記載のピストンの製造方法において、
      前記押圧工程は、前記凹部の直径よりも直径の大きい前記ツールで行われることを特徴とするピストンの製造方法。
  11. 請求項７に記載のピストンの製造方法において、前記低熱伝導率形成材の降伏応力は、前記本体部を形成する前記アルミニウム合金の降伏応力よりも小さいことを特徴とするピストンの製造方法。
  12. 請求項７に記載のピストンの製造方法は、前記低熱伝導部の外側に前記低熱伝導部よりも低熱伝導率でかつ低比熱の材料の低熱伝導被膜を形成する工程を有することを特徴とするピストンの製造方法。
PCT/JP2016/085702 2016-01-13 2016-12-01 ピストンおよびピストンの製造方法 WO2017122451A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016004730A JP2017125439A (ja) 2016-01-13 2016-01-13 ピストンおよびピストンの製造方法
JP2016-004730 2016-01-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017122451A1 true WO2017122451A1 (ja) 2017-07-20

Family

ID=59311057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/085702 WO2017122451A1 (ja) 2016-01-13 2016-12-01 ピストンおよびピストンの製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2017125439A (ja)
WO (1) WO2017122451A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014024494A1 (ja) * 2012-08-10 2014-02-13 アイシン精機株式会社 エンジンおよびピストン
JP2014040820A (ja) * 2012-08-23 2014-03-06 Mazda Motor Corp エンジン燃焼室に臨む部材の断熱構造体及びその製造方法
WO2015016122A1 (ja) * 2013-08-01 2015-02-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関用ピストンの製造方法および内燃機関用ピストン
JP2015040482A (ja) * 2013-08-20 2015-03-02 株式会社リケン めっき膜、内燃機関用ピストン、内燃機関用シリンダ、及び内燃機関用ピストンの製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3816828B2 (ja) * 2002-04-03 2006-08-30 株式会社クラレ 高温熱成型可能な立体成型用不織布とそれを用いた吸音材
JP2010174393A (ja) * 2009-01-28 2010-08-12 Kureha Ltd ウレタン補強材
JP5741270B2 (ja) * 2011-06-15 2015-07-01 東洋紡株式会社 発泡成形品補強用不織布及びそれを用いた製品
JP5604416B2 (ja) * 2011-12-20 2014-10-08 倉敷繊維加工株式会社 モールドパッド用不織布及びその製造方法
JP2013231262A (ja) * 2012-04-27 2013-11-14 Koyama Kenji ウレタン発泡成形品用補強基布

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014024494A1 (ja) * 2012-08-10 2014-02-13 アイシン精機株式会社 エンジンおよびピストン
JP2014040820A (ja) * 2012-08-23 2014-03-06 Mazda Motor Corp エンジン燃焼室に臨む部材の断熱構造体及びその製造方法
WO2015016122A1 (ja) * 2013-08-01 2015-02-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関用ピストンの製造方法および内燃機関用ピストン
JP2015040482A (ja) * 2013-08-20 2015-03-02 株式会社リケン めっき膜、内燃機関用ピストン、内燃機関用シリンダ、及び内燃機関用ピストンの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017125439A (ja) 2017-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5976941B2 (ja) 内燃機関用ピストンの製造方法
JP6457499B2 (ja) 高い半径方向精度を有する焼結部品の製造方法及び焼結されるべき接合部品を含む組部品
JP4672732B2 (ja) スパークプラグの製造方法およびスパークプラグ
US20020121259A1 (en) Bonding structure of valve seat and method of making the same
KR101346973B1 (ko) 스파크 플러그
JP2015507714A (ja) 向上した燃焼ボウル縁部領域を有する一体型ピストンおよび製造方法
JP6232504B2 (ja) 内燃機関のピストン製造方法および内燃機関用ピストンの摩擦封孔装置
JP2013539514A (ja) 内燃機関用のピストン及び該ピストンを製造する方法
WO2017122451A1 (ja) ピストンおよびピストンの製造方法
CN1819093A (zh) 用于起动器的电磁开关的改进结构
WO2018173548A1 (ja) 内燃機関のピストン及びその製造方法
US3358349A (en) Method of explosion cladding irregular aluminum objects
JP5882176B2 (ja) シリンダライナ及びその製造方法
JP4308654B2 (ja) 内燃機関のためのピストン又はピストンクラウンを製造する方法
WO2017122474A1 (ja) ピストンの製造方法およびピストン
EP1403514B1 (en) Shoe for a hydraulic apparatus and manufacturing method thereof
CN105283268B (zh) 制造用于内燃机的活塞的方法和通过所述方法制造的活塞
CN107227982A (zh) 发动机阀及其制造方法
JPH10288086A (ja) 内燃機関用ピストン
WO2018116753A1 (ja) 内燃機関のピストン、内燃機関のピストンの製造方法、及び構造体
WO2018029903A1 (ja) 内燃機関のピストン、及び内燃機関のピストンの製造方法
JP2017207013A (ja) 内燃機関のピストン
WO2023248817A1 (ja) 金属接合体の製造方法及びダイカスト部材の接合方法
JP2002349216A (ja) バルブシートの接合方法
JP2012237312A (ja) 中空エンジンバルブの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16885054

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16885054

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1