JP2021113505A - 内燃機関のピストンおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記ピストンは、多孔質アルミナから構成される頂面を有する。
前記頂面は、第1領域と、第2領域と、を備える。
前記第1領域は、前記頂面の外周に繋がる領域の一部または全てを含む。
前記第2領域は、前記前記頂面の内側の領域の一部または全てを含む。
前記第2領域に形成されている前記多孔質アルミナは、前記第1領域に形成されている前記多孔質アルミナよりも薄い。
前記頂面には、バルブリセス部が形成され、
前記バルブリセス部を構成する面は、前記第2領域に属する。
前記頂面には、バルブリセス部が形成され、
前記バルブリセス部を構成する面が、前記第1領域に属する。
前記第1領域が、前記外周に繋がる領域の全てを含み、
前記第2領域が、前記第1領域の内側に位置する。
前記多孔質アルミナが、厚さ方向に延びる細孔を有し、
前記細孔の開口部が、前記頂面に開口する。
前記ピストンは、多孔質アルミナから構成される頂面を有する。
前記頂面は、第1領域と、第2領域と、を備える。
前記第1領域は、前記頂面の外周に繋がる領域の一部または全てを含む。
前記第2領域は、前記前記頂面の内側の領域の一部または全てを含む。
前記製造方法は、
前記頂面が鋳肌で覆われたアルミニウム合金製の鋳造ピストンを準備するステップと、
前記第1領域における前記鋳肌を除去して、前記鋳造ピストンの素材面を露出させるステップと、
前記素材面が露出した前記鋳造ピストンの陽極酸化処理により、前記第1および第2領域に多孔質アルミナを形成するステップと、
を備える。
まず、図1〜9を参照して本発明の実施の形態に係るピストンの構成について説明する。本実施の形態に係るピストンは、好ましくは、車両に搭載されるエンジンに適用される。このようなエンジンとしては、火花点火式のエンジンおよび圧縮自着火式のエンジンが例示される。
図1は、本実施の形態に係るピストンの第1の構成例を示す平面図である。図1の上方に示される“IN”の方向はエンジンの吸気側の方向を表し、“EX”の方向は、エンジンの排気側の方向を表している。図2は、図1に示した2−2線に沿って切断したピストンの断面図である。図3は、図1に示した3−3線に沿って切断したピストンの断面図である。
図4は、本実施の形態に係るピストンの第2の構成例を示す平面図である。図4に示されるピストンは、火花点火式のエンジンに適用される。図4に示されるように、このピストンの頂面20には、バルブリセス部21および22と、平面部23と、が形成されている。バルブリセス部21および22は、2本の排気バルブ(不図示)が頂面20に干渉するのを防止する目的で形成される。バルブリセス部21および22は、頂面20の中心から離れるほどピストンの内側方向に傾斜している。平面部23は、バルブリセス部21および22の間に形成される。平面部23は、図1の排気側における平面部12の一部に該当する。
図5は、本実施の形態に係るピストンの第3の構成例を示す平面図である。図5に示されるピストンは、火花点火式のエンジンに適用される。図5に示されるように、このピストンの頂面30には、バルブリセス部31および32と、平面部33と、が形成されている。バルブリセス部31および32は、2本の吸気バルブ(不図示)が頂面30に干渉するのを防止する目的で形成される。バルブリセス部31および32は、頂面30の中心から離れるほどピストンの内側方向に傾斜している。平面部33は、バルブリセス部31および32の間に形成される。平面部33は、図1の吸気側における平面部12の一部に該当する。
図6は、本実施の形態に係るピストンの第4の構成例を示す平面図である。図6に示されるピストンは、火花点火式のエンジンに適用される。図6に示されるように、このピストンの頂面40には、皿状の窪み部41が形成されている。窪み部41の基本的な形状は、図1に示した窪み部11と同じである。ただし、窪み部41の中央部には、窪み部42が更に形成されている。窪み部42は、燃焼状態の改善を目的として形成される。窪み部42の形状としては、半球状が例示される。窪み部41の外側には、傾斜部43が形成されている。傾斜部43は、シリンダヘッドの底面との間にスキッシュエリアを形成する。
接触機会に着目した場合、バルブリセス部21、22、31および32を構成する面の領域での接触機会は、窪み部41を構成する面の領域での接触機会に比べて少ないことが予想される。そのため、バルブリセス部を構成する面の領域は、第1領域に設定されてもよい。つまり、バルブリセス部を構成する面の領域におけるアルマイト層ALは、層厚TH1を有していてもよい。
図8は、本実施の形態に係るピストンの第6の構成例を示す平面図である。図8に示されるピストンは、圧縮自着火式のエンジンに適用される。図8に示されるように、このピストンの頂面60には、窪み部61と、平面部62と、バルブリセス部63〜66と、が形成されている。窪み部61は、エンジンの主たる燃焼室を構成する。バルブリセス部63〜66は、平面部62と平行に設けられる。バルブリセス部63および64は、排気バルブ(不図示)との干渉を防止する目的で形成される。バルブリセス部65および66は、吸気バルブ(不図示)との干渉を防止する目的で形成される。
図9は、本実施の形態に係るピストンの第7の構成例を示す平面図である。図9に示される第7の構成例の形状は、第6の構成例のそれと同じである。ただし、第7の構成例では、バルブリセス部63〜66を構成する面の領域が、第2領域ではなく第1領域に該当する点において、第6の構成例と異なる。つまり、第6および7の構成例の関係は、上述した第2および5の構成例の関係と同じである。
以上説明した各種の構成例では、アルマイト層ALのみから頂面が構成される。つまり、各種の構成例では、開口部を封じるための層(すなわち、封孔層)が設けられていない。そのため、封孔層の形成に伴って増加する各種の問題(すなわち、遮熱コーティングの全体厚および全容積の問題)は生じない。このように、本実施の形態に係るピストンによれば、アルマイト層ALの熱物性を活かして、スイング特性による効果を確実に得ることが可能となる。
次に、図10〜12を参照して本発明の実施の形態に係るピストンの製造方法について説明する。
図10は、本実施の形態に係るピストンの製造方法の流れを示すフローである。図10に示されるように、本実施の形態に係る方法では、先ず、アルミニウム合金製の鋳造ピストンが準備される(ステップS1)。鋳造ピストンは、例えば、金型鋳造法に従って製造される。金型鋳造法では、液体状のアルミニウム合金が金型に流し込まれ、その後、熱処理が行われる。アルミニウム合金の凝固後、鋳型から鋳造ピストンが取り出される。
以上説明した製造方法によれば、ステップS2において第1領域に相当する領域の鋳肌CSのみが除去される。そのため、鋳造ピストンの頂面の全領域の鋳肌CSを除去する場合に比べて鋳造ピストンの頂面の機械加工に要する時間を短縮することが可能となる。したがって、ピストンの製造コストを削減することが可能となる。
11,41,42,61 窪み部
12,13,23,33 平面部
14,43 傾斜部
21,22,31,32,63,64,65,66 バルブリセス部
AL アルマイト層
CS 鋳肌
MS 素材面
TH,TH1,TH2 層厚
Claims (6)
- 多孔質アルミナから構成される頂面を有する内燃機関のピストンであって、
前記頂面は、前記頂面の外周に繋がる領域の一部または全てを含む第1領域と、前記第1領域に隣接し、前記頂面の内側の領域の一部または全てを含む第2領域と、を備え、
前記第2領域に形成されている前記多孔質アルミナが、前記第1領域に形成されている前記多孔質アルミナよりも薄い
ことを特徴とする内燃機関のピストン。 - 請求項1に記載のピストンであって、
前記頂面には、バルブリセス部が形成され、
前記バルブリセス部を構成する面が、前記第2領域に属する
ことを特徴とする内燃機関のピストン。 - 請求項1に記載のピストンであって、
前記頂面には、バルブリセス部が形成され、
前記バルブリセス部を構成する面が、前記第1領域に属する
ことを特徴とする内燃機関のピストン。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のピストンであって、
前記第1領域が、前記外周に繋がる領域の全てを含み、
前記第2領域が、前記第1領域の内側に位置する
ことを特徴とする内燃機関のピストン。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のピストンであって、
前記多孔質アルミナが、厚さ方向に延びる細孔を有し、
前記細孔の開口部が、前記頂面に開口する
ことを特徴とする内燃機関のピストン。 - 多孔質アルミナから構成される頂面を有する内燃機関のピストンの製造方法であって、
前記頂面は、前記頂面の外周に繋がる領域の一部または全てを含む第1領域と、前記第1領域に隣接し、前記頂面の内側の領域の一部または全てを含む第2領域と、を備え、
前記頂面が鋳肌で覆われたアルミニウム合金製の鋳造ピストンを準備するステップと、
前記第1領域における前記鋳肌を除去して、前記鋳造ピストンの素材面を露出させるステップと、
前記素材面が露出した前記鋳造ピストンの陽極酸化処理により、前記第1および第2領域に多孔質アルミナを形成するステップと、
を備えることを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。
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