JP2903743B2 - Structure of combustion chamber and method of manufacturing the same - Google Patents
Structure of combustion chamber and method of manufacturing the sameInfo
- Publication number
- JP2903743B2 JP2903743B2 JP3055492A JP5549291A JP2903743B2 JP 2903743 B2 JP2903743 B2 JP 2903743B2 JP 3055492 A JP3055492 A JP 3055492A JP 5549291 A JP5549291 A JP 5549291A JP 2903743 B2 JP2903743 B2 JP 2903743B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- ring
- outer ring
- combustion chamber
- lip
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
-
- 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
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Forging (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ピストンヘッド本体
に形成したキャビティにリップ部を組み込んで燃焼室開
口を形成した燃焼室の構造及びその製造法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a combustion chamber in which a lip portion is incorporated into a cavity formed in a piston head body to form a combustion chamber opening, and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、セラミック組込型ピストンとし
て、実開昭６０−１４１４４６号公報に開示されたもの
がある。該公報に開示されたセラミック組込型ピストン
は、アルミニウム合金から成るピストン本体の燃焼室側
の凹部にセラミック部材を組込んだものであり、セラミ
ック部材の外周に熱膨張係数が１０〜２３×１０- 1 ／
℃の耐熱耐食性金属リングで且つ頭部に複数の締結用孔
を備えた突出部を有する金属リングを接合して該突端を
セラミック部材の上端面より突出させ、前記金属リング
の外周に前記ピストン本体の凹部に設けられた雌ねじ部
に螺着する雄ねじ部を螺刻した組立体とし、この組立体
を前記ピストン本体に締着した後、前記締結用孔を含む
突出部を除去したものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as a ceramic built-in type piston, there is one disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 60-141446. The ceramic built-in type piston disclosed in the publication has a ceramic member incorporated in a recess on the combustion chamber side of a piston body made of an aluminum alloy, and has a coefficient of thermal expansion of 10 to 23 × 10 on the outer periphery of the ceramic member. -1 /
And a metal ring having a protrusion having a plurality of fastening holes at its head is joined so that the protruding end protrudes from the upper end surface of the ceramic member. And a male threaded portion screwed into a female threaded portion provided in the concave portion is formed into a threaded assembly, and this assembly is fastened to the piston body, and then a protrusion including the fastening hole is removed.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、リエントラ
ント型ピストンにおける燃焼室では、燃焼室入口即ち燃
焼室開口部のリップ先端部を先尖りに鋭く形成すると、
スキッシュ流及び逆スキッシュ流の乱れが増大し、燃料
と空気との混合が均一化され、燃焼状態が良好になる。
しかしながら、従来のようなアルミニウム製ピストンで
は、燃焼室を構成するリップ部に加わる熱負荷のため
に、リップ部の溶解現象、クラック発生等の問題が生
じ、リップ部の先端を鋭くするにも限界があった。By the way, in the combustion chamber of the reentrant piston, if the lip tip of the combustion chamber inlet, that is, the opening of the combustion chamber is sharply formed,
The turbulence of the squish flow and the reverse squish flow is increased, the mixing of the fuel and the air is made uniform, and the combustion state is improved.
However, in the case of a conventional aluminum piston, the heat load applied to the lip constituting the combustion chamber causes problems such as melting of the lip and cracks, and there is a limit to sharpening the tip of the lip. was there.
【０００４】また、前掲実開昭６０−１４１４４６号公
報に開示されたセラミック組込型ピストンは、アルミニ
ウム合金から成るピストン本体に金属リングをねじで締
着し、該金属リングをセラミック部材に接合したもので
あるが、金属とセラミックスとは熱膨張率が異なり、熱
応力を受けるようなピストンヘッドではセラミック部材
にクラックや亀裂が発生し、セラミック部材の破損の問
題がある。In the ceramic built-in type piston disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-141446, a metal ring is fastened to a piston body made of an aluminum alloy with screws, and the metal ring is joined to a ceramic member. However, metals and ceramics have different coefficients of thermal expansion, and cracks and cracks occur in the ceramic member of a piston head that receives thermal stress, and there is a problem of damage to the ceramic member.
【０００５】ところで、従来、リエントラント型ピスト
ンにおいて、リップ部を耐熱性に富んだセラミックスで
製作することが開発されている。しかしながら、リップ
部をセラミックスで製作した場合に、ピストンヘッド本
体を構成する金属材料との接合問題がある。セラミック
スと金属とは熱膨張率が異なり、熱負荷をうけた場合に
熱膨張率の差によって剥離状態が発生する。そこで、リ
ップ部とピストンヘッド本体との間に熱膨張率が漸次異
なる傾斜機能材を配置することが考えられるが、単に金
属とセラミックスとの間に傾斜機能材を配置しただけで
は、同様に金属材料と傾斜機能材との接合が確実に且つ
強固に達成できるとは限らない。[0005] Conventionally, it has been developed that the lip portion of a reentrant piston is made of ceramics having high heat resistance. However, when the lip is made of ceramics, there is a problem of joining with the metal material constituting the piston head body. Ceramics and metals have different coefficients of thermal expansion, and when subjected to a thermal load, a separation state occurs due to the difference in coefficients of thermal expansion. Therefore, it is conceivable to arrange a functionally graded material having a gradually different coefficient of thermal expansion between the lip portion and the piston head body. It is not always possible to reliably and firmly join the material and the functionally gradient material.
【０００６】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、アルミニウム製ピストンヘッド本体に形成
し且つ頂面が半径方向内向きに先尖りのリング状に伸び
るリップ部で中央に燃焼室開口を形成した燃焼室におい
て、高温強度と耐熱性に富んだセラミック材料から成る
リップ部の外周面を熱膨張率の異なる傾斜機能材から成
るリング結合体の内周面にメタルフロー等で接合してリ
ップ組立体を製作し、ピストンヘッド本体に形成したキ
ャビティのアルミニウム壁面にステンレススチール等の
ウィスカーを混合した繊維強化金属（ＦＲＭ）から成る
外側リングを接合し、該繊維強化金属から成る壁面を高
周波加熱で前記リップ組立体より高温に加熱し、前記外
側リングに前記リップ組立体をメタルフローで確実に且
つ強固に接合した燃焼室の構造及びその製造法を提供す
ることである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and a lip portion formed on an aluminum piston head body and having a top surface extending in a radially inwardly pointed ring shape is provided at the center of the combustion chamber. In the combustion chamber with the opening, the outer peripheral surface of the lip made of ceramic material with high temperature strength and heat resistance is joined to the inner peripheral surface of the ring joint made of functionally graded material with different coefficients of thermal expansion by metal flow etc. A lip assembly is manufactured, and an outer ring made of fiber reinforced metal (FRM) mixed with whiskers such as stainless steel is joined to the aluminum wall of the cavity formed in the piston head body, and the wall made of the fiber reinforced metal is subjected to high frequency wave. The lip assembly was heated to a higher temperature than the lip assembly by heating, and the lip assembly was securely and firmly joined to the outer ring by metal flow. To provide a structure and method for producing baked chamber.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、キャビティを形成した金属製ピストンヘッ
ド本体、該ピストンヘッド本体のキャビティ壁面に接合
した磁性特性に優れ且つ強度を補強する金属ウィスカー
を混合した繊維補強金属から成る外側リング、該外側リ
ングの内周面にメタルフローで接合した熱膨張率の異な
る傾斜機能材から成るリング結合体、及び該リング結合
体の内周面に接合し且つ燃焼室開口を形成する耐熱性に
富んだ高強度のセラミック材から成るリップ部、から構
成した燃焼室の構造に関する。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is,
The present invention provides a metal piston head body having a cavity, an outer ring made of a fiber reinforced metal mixed with a metal whisker having excellent magnetic properties and reinforcing strength joined to the cavity wall surface of the piston head body, A ring joined body made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion joined to the inner peripheral surface by a metal flow, and a heat-resistant high-strength joint joined to the inner peripheral surface of the ring joined body to form a combustion chamber opening. The present invention relates to a combustion chamber structure including a lip portion made of a ceramic material.
【０００８】また、この発明は、熱膨張率の異なる傾斜
機能材から成るリング結合体の内周面に燃焼室開口を形
成する耐熱性に富んだ高強度のセラミック材から成るリ
ップ部を接合してリップ組立体を製作する工程、金属製
ピストンヘッド本体に形成したキャビティ壁体に磁性特
性に優れ且つ強度を補強する金属ウィスカーを混合した
繊維補強金属から成る外側リングを接合する工程、及び
前記外側リングの内周面に前記リング結合体の外周面を
接触状態に配置し、前記外側リング体を高周波加熱して
前記リップ組立体より高温に加熱し、前記外側リング体
に前記リング結合体をメタルフローで接合した工程、か
ら成る燃焼室の製造法に関する。Further, the present invention joins a lip made of a heat-resistant high-strength ceramic material forming a combustion chamber opening to an inner peripheral surface of a ring joint made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion. Manufacturing a lip assembly, joining an outer ring made of a fiber reinforced metal mixed with a metal whisker having excellent magnetic properties and reinforcing strength to a cavity wall formed in a metal piston head body, and The outer peripheral surface of the ring assembly is arranged in contact with the inner peripheral surface of the ring, and the outer ring body is heated to a higher temperature than the lip assembly by high-frequency heating, and the outer ring body is heated to a temperature higher than the lip assembly. A method of manufacturing a combustion chamber, comprising a step of joining by flow.
【０００９】[0009]
【作用】この発明による燃焼室の構造及びその製造法
は、以上のように構成されており、次のように作用す
る。即ち、この燃焼室の構造は、熱膨張率の異なる傾斜
機能材から成るリップ組立体を、金属製ピストンヘッド
本体に接合した磁性特性に優れ且つ強度を補強する金属
ウィスカーを混合した繊維補強金属から成る外側リング
を介してメタルフローで接合したので、前記外側リング
は前記リップ組立体に強固に且つ確実に接合される。The structure of the combustion chamber and the method of manufacturing the same according to the present invention are constructed as described above, and operate as follows. That is, the structure of this combustion chamber is made of a lip assembly made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion, made of a fiber reinforced metal mixed with a metal whisker that has excellent magnetic properties and reinforces strength and is joined to a metal piston head body. The outer ring is firmly and securely bonded to the lip assembly because the outer ring is joined by metal flow through the outer ring.
【００１０】また、この燃焼室の製造法は、熱膨張率の
異なる傾斜機能材から成るリップ組立体を、金属製ピス
トンヘッド本体に接合した磁性特性に優れ且つ強度を補
強する金属ウィスカーを混合した繊維補強金属から成る
外側リングを介してメタルフローで接合するので、前記
外側リングを高周波加熱すれば、アルミニウム或いはア
ルミニウム合金中に含まれる磁性特性に優れ且つ強度を
補強する金属ウィスカーが熱伝導媒体になって前記外側
リングが前記リップ組立体に比較して早く高温になって
メタルフローに十分な温度に直ちになる。従って、前記
外側リングのみが直ちにメタルフローで塑性変形し、前
記リップ組立体が前記外側リングに確実に且つ強固に接
合される。In this method of manufacturing a combustion chamber, a lip assembly made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion is mixed with a metal whisker which is joined to a metal piston head body and has excellent magnetic properties and reinforces strength. Since the outer ring is bonded by a metal flow via an outer ring made of fiber-reinforced metal, if the outer ring is heated at a high frequency, a metal whisker having excellent magnetic properties and reinforcing strength contained in aluminum or an aluminum alloy is used as a heat conductive medium. As a result, the outer ring heats up sooner than the lip assembly and is immediately hot enough for metal flow. Accordingly, only the outer ring is immediately plastically deformed by the metal flow, and the lip assembly is securely and firmly joined to the outer ring.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明による燃焼
室の構造及びその製造法の実施例を説明する。図１はこ
の発明による燃焼室の構造の一実施例を示す概略図であ
る。この燃焼室は、金属材料から成るピストンヘッドに
形成されたものであり、図１に示すように、ピストンヘ
ッド本体２に形成した燃焼室１を形成するキャビティ１
０の上方を覆うように半径方向内向きに先尖り形状で伸
び且つ燃焼室開口３を備えたループ状リップ部８を有す
るリエントラント型ピストンに形成されたものである。
このピストンは、鋳込み成形したピストンスカート及び
該ピストンスカートに固定され且つ燃焼室１を構成する
キャビティ１０を備えたアルミニウム、アルミニウム合
金等の金属材から成るピストンヘッド本体２から成り、
燃焼室１はキャビティ１０の上面に開口３及び該開口３
より面積の大きいキャビティ１０の底面４を有している
ものである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a combustion chamber according to an embodiment of the present invention; FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of the structure of a combustion chamber according to the present invention. This combustion chamber is formed in a piston head made of a metal material, and as shown in FIG. 1, a cavity 1 forming a combustion chamber 1 formed in a piston head body 2.
0 is formed in a reentrant piston having a loop-shaped lip portion 8 extending in a radially inwardly tapered shape so as to cover an upper portion of the piston and having a combustion chamber opening 3.
The piston includes a piston head body 2 made of a metal material such as aluminum or an aluminum alloy and provided with a cast piston skirt and a cavity 10 fixed to the piston skirt and forming a combustion chamber 1.
The combustion chamber 1 has an opening 3 on the upper surface of the cavity 10 and the opening 3
It has the bottom surface 4 of the cavity 10 having a larger area.
【００１２】この燃焼室は、特に、アルミニウム製ピス
トンヘッド本体２に形成したキャビティ壁体に接合した
磁性特性に優れ且つ強度を補強する金属ウィスカーを混
合した繊維補強金属（ＦＲＭ）から成る外側リング６、
該外側リング６の内周面２２に外周面１９をメタルフロ
ーで接合した熱膨張率の異なる傾斜機能材から成るリン
グ結合体７、該リング結合体７の内周面２０に接合し且
つ燃焼室開口３を形成する耐熱性に富んだ高強度のセラ
ミックスから成るリップ部８から構成したものである。The combustion chamber is made of an outer ring 6 made of fiber reinforced metal (FRM) mixed with a metal whisker having excellent magnetic properties and reinforcing strength, which is joined to a cavity wall formed in the piston head body 2 made of aluminum. ,
A ring coupling body 7 made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion with an outer peripheral surface 19 joined to an inner peripheral surface 22 of the outer ring 6 by a metal flow, and a combustion chamber joined to an inner peripheral surface 20 of the ring coupled body 7. The opening 3 is formed of a lip portion 8 made of high-strength ceramics having high heat resistance.
【００１３】この燃焼室を備えたリエントラント型ピス
トンにおいて、リップ部８は、耐熱性に富み且つ高温強
度に富んだ材料、例えば、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4 ）、炭
化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック材料から製作されてい
る。このリップ部８は、燃焼室開口３を形成する先端は
極めて鋭角に先尖りのアール状態に形成され、外周面２
１を中央を境に上下を半径方向内向きに傾斜したテーパ
面１１を備える形状に製作されている。In the reentrant piston having the combustion chamber, the lip portion 8 is made of a material having high heat resistance and high temperature strength, for example, a ceramic material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide (SiC). Made from materials. The tip of the lip 8 forming the opening 3 of the combustion chamber is formed in an extremely sharp-edged rounded state.
1 has a tapered surface 11 inclined inward in the radial direction in the vertical direction with the center as a boundary.
【００１４】リング結合体７は、図２に示すように、半
径方向に順次に配置し且つ隣接周面を互いに接合した複
数個（図では４個）のリング１２，１３，１４，１５か
ら成り、内側のリングの熱膨張率が外側のリングの熱膨
張率より小さい傾斜機能材から製作されている。例え
ば、リング結合体７の傾斜機能材は、リップ部８とピス
トンヘッド２との両者の熱膨張率の中間の熱膨張率を有
する材料、例えば、ニッケル系、コバルト系、鉄系の材
料から製作されている。具体的には、最内周側リング１
２をコバール（Ｋｏｖｅｒ）、４２アロイ等で製作し、
最外周側リング１５をインコロイ（Ｉｎｃｏｌｌｏｙ）
で製作し、中間のリング１３，１４をコバールとインコ
ロイとの中間の熱膨張率を有する材料で製作し、各リン
グ１２，１３，１４，１５をろう付け等で接合して一体
構造に構成されている。各リングを上記のような材料で
製作することによって、リップ部８側に位置するリング
１２はリップ部８の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から
構成でき、また、ピストンヘッド本体２側に位置するリ
ング１５はピストンヘッド本体２の熱膨張率に近い熱膨
張率の材料から構成できることになる。従って、リング
結合体７は、内周側から外周側に向かって段階的に熱膨
張率が変化するように構成され、窒化ケイ素、炭化ケイ
素等のセラミック材料に近い熱膨張率からアルミニウ
ム、アルミニウム合金等の金属材料の熱膨張率に近い状
態に構成される。As shown in FIG. 2, the ring assembly 7 is composed of a plurality (four in the figure) of rings 12, 13, 14, 15 which are sequentially arranged in the radial direction and adjacent peripheral surfaces are joined to each other. , The inner ring is made of a functionally graded material having a lower coefficient of thermal expansion than the outer ring. For example, the functionally graded material of the ring joint 7 is made of a material having a coefficient of thermal expansion intermediate between the coefficients of thermal expansion of the lip portion 8 and the piston head 2, for example, nickel-based, cobalt-based, and iron-based materials. Have been. Specifically, the innermost peripheral ring 1
2 made of Kovar, 42 alloy, etc.
The outermost ring 15 is made of Incoloy.
The intermediate rings 13 and 14 are made of a material having a thermal expansion coefficient intermediate between Kovar and Incoloy, and the rings 12, 13, 14, and 15 are joined by brazing or the like to form an integral structure. ing. By manufacturing each ring with the above-described material, the ring 12 located on the lip portion 8 side can be made of a material having a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the lip portion 8. The ring 15 located can be made of a material having a coefficient of thermal expansion close to that of the piston head body 2. Therefore, the ring joined body 7 is configured so that the coefficient of thermal expansion changes stepwise from the inner peripheral side to the outer peripheral side, and the coefficient of thermal expansion is close to that of ceramic materials such as silicon nitride and silicon carbide. It is configured in a state close to the coefficient of thermal expansion of a metal material such as.
【００１５】更に、外側リング６は、ピストンヘッド本
体２を構成するアルミニウム或いはアルミニウム合金等
の金属材料と同等の金属材料中に、磁性特性に優れ且つ
強度を補強するステンレススチールＳＵＳ等の金属ウィ
スカーを混合した繊維補強金属材料から製作されてい
る。また、ピストンヘッド本体２は、アルミニウム或い
はアルミニウム合金等の金属材料から構成されており、
アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料を鋳込み
成形して形成されている。Further, the outer ring 6 is made of a metal material equivalent to a metal material such as aluminum or aluminum alloy constituting the piston head main body 2 and made of a metal whisker such as stainless steel SUS having excellent magnetic properties and reinforcing strength. Made from mixed fiber reinforced metal materials. The piston head body 2 is made of a metal material such as aluminum or aluminum alloy,
It is formed by casting a metal material such as aluminum or an aluminum alloy.
【００１６】次に、この発明による燃焼室の製造法を、
特に、図２及び図３を参照して説明する。図２に示すよ
うに、熱膨張率の異なる傾斜機能材から成る複数個のリ
ング１２，１３，１４，１５を半径方向に順次に配置し
且つ隣接する周面を互いに接合してリング結合体７を製
作する。この時、リング結合体７の形状は、内側のリン
グ１２の高さより外側のリング１５の高さが高くなるよ
うに全体として上面が水平で且つ下面がテーパ面になる
ように形成する。このリング結合体７の内周面２０に耐
熱性に富んだ高強度のセラミック材から成るリップ部８
の外周面２１を配置してメタルフロー等で両者を接合し
てリップ組立体５を製作する。Next, a method of manufacturing a combustion chamber according to the present invention will be described.
In particular, a description will be given with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, a plurality of rings 12, 13, 14, and 15 made of functionally graded materials having different coefficients of thermal expansion are sequentially arranged in a radial direction, and adjacent peripheral surfaces are joined to each other to form a ring joined body 7. To produce At this time, the shape of the ring assembly 7 is formed such that the upper surface is horizontal and the lower surface is tapered as a whole so that the height of the outer ring 15 is higher than the height of the inner ring 12. A lip portion 8 made of a high-strength ceramic material having high heat resistance is provided on the inner peripheral surface 20 of the ring joint 7.
The outer peripheral surface 21 is arranged, and the both are joined by a metal flow or the like to manufacture the lip assembly 5.
【００１７】一方、アルミニウム製ピストンヘッド本体
２のキャビティ１０の壁面には、アルミニウム金属材料
中に磁性特性に優れ且つ強度を補強するステンレススチ
ールＳＵＳ等の金属ウィスカーを混合した繊維強化金属
ＦＲＭから製作した外側リング６が接合されている。こ
の外側リング６は、ピストンヘッド本体２にビーム溶接
或いはレーザ溶接等で接合してもよく、或いはピストン
ヘッド本体２の金属材料を鋳込み成形中に一体構造に接
合してもよいものである。この外側リング６の上部壁面
部には、該部分を高周波加熱でメタルフローして塑性流
動させるため、突出部１６が形成されている。On the other hand, the wall surface of the cavity 10 of the aluminum piston head body 2 is made of a fiber reinforced metal FRM in which a metal whisker such as stainless steel SUS, which has excellent magnetic properties and reinforces strength, is mixed into an aluminum metal material. The outer ring 6 is joined. The outer ring 6 may be joined to the piston head body 2 by beam welding, laser welding, or the like, or may be joined to the piston head body 2 in an integral structure during casting. A projecting portion 16 is formed on the upper wall surface of the outer ring 6 in order to metal-flow the portion by high-frequency heating to cause plastic flow.
【００１８】次いで、外側リング６の内周面２２にリッ
プ組立体５のリング結合体７の外周面１９を配置し、そ
の状態で高周波コイル１７で突出部１６及びその近傍部
分を高周波加熱し、プレス治具１８で突出部１６を押圧
する。外側リング６には、磁性特性に優れた金属ウィス
カーが含まれているので、高周波加熱すれば、高周波誘
導によって外側リング６はリング結合体７に比較して急
速に加熱されて高温状態になり、メタルフローに十分な
温度にまで直ちに昇温される。従って、外側リング６の
みがメタルフロー状態になって塑性変形し、該塑性流動
した金属材料はリップ組立体５の外周面１９と外側リン
グ６の内周面２２との間に形成された空隙部９に侵入す
る。従って、外側リング６にリップ組立体５が強固に且
つ確実に接合される。Next, the outer peripheral surface 19 of the ring assembly 7 of the lip assembly 5 is disposed on the inner peripheral surface 22 of the outer ring 6, and in this state, the protruding portion 16 and its vicinity are heated by the high-frequency coil 17 at high frequency. The protruding portion 16 is pressed by the press jig 18. Since the outer ring 6 includes a metal whisker having excellent magnetic properties, if high-frequency heating is performed, the outer ring 6 is rapidly heated by the high-frequency induction as compared with the ring combined body 7 to a high temperature state, The temperature is immediately raised to a temperature sufficient for metal flow. Therefore, only the outer ring 6 is in a metal flow state and is plastically deformed, and the plastically flowing metal material is formed in a gap formed between the outer peripheral surface 19 of the lip assembly 5 and the inner peripheral surface 22 of the outer ring 6. Invade 9 Therefore, the lip assembly 5 is firmly and securely joined to the outer ring 6.
【００１９】この発明による燃焼室の構造及びその製造
法は、上記のように構成されているので、次のように作
用する。即ち、エンジンが運転された場合に温度差によ
ってリップ部８とピストンヘッド本体２との間で熱膨張
差によって大きな熱応力が生じても、熱膨張率が異なる
傾斜機能材から成るリング結合体７が緩衝材として機能
し、リップ部８と外側リング６及びピストンヘッド本体
２との間で温度差による熱膨張差を吸収する。それ故
に、燃焼室１に温度変化が発生してリップ部８とピスト
ンヘッド本体２との間に熱膨張差が発生しても、リップ
部８にクラック、亀裂等が発生せず燃焼室１が破壊され
るようなことがない。しかも、リップ部８は先尖りで鋭
角形状であって燃焼ガスからの熱の流入が大きいが、リ
ップ部８に流入した熱はリング結合体７及び外側リング
６を通じてピストンヘッド本体２方向へ妨げられずに流
れ、ピストンスカート、ピストンリング等を通じてシリ
ンダライナ側へ流出する。従って、リップ部８の温度を
高温に維持することなく、温度上昇を抑えるので、リッ
プ部８のエッジを鋭角な先尖りの形状に構成しても、耐
熱性で製作されているので、該エッジが溶損したり、割
れたりすることがない。Since the structure of the combustion chamber and the method of manufacturing the same according to the present invention are constructed as described above, they operate as follows. That is, even when a large thermal stress is generated between the lip portion 8 and the piston head body 2 due to a temperature difference due to a temperature difference when the engine is operated, the ring coupling member 7 made of the functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion. Functions as a cushioning material, and absorbs a difference in thermal expansion due to a temperature difference between the lip portion 8, the outer ring 6, and the piston head body 2. Therefore, even if a temperature change occurs in the combustion chamber 1 and a difference in thermal expansion occurs between the lip portion 8 and the piston head main body 2, no crack, crack, or the like occurs in the lip portion 8, and the combustion chamber 1 is maintained. There is no destruction. In addition, the lip portion 8 is pointed and has an acute angle so that the heat flowing from the combustion gas is large. However, the heat flowing into the lip portion 8 is blocked in the direction of the piston head body 2 through the ring joint 7 and the outer ring 6. And flows out to the cylinder liner side through a piston skirt, a piston ring and the like. Therefore, the temperature of the lip portion 8 is suppressed from rising without maintaining the temperature of the lip portion 8 at a high temperature. Therefore, even if the edge of the lip portion 8 is formed in a sharp pointed shape, it is manufactured with heat resistance. Does not melt or break.
【００２０】また、リップ部８は、熱膨張率が小さく耐
熱性に富んだセラミックス等の材料で製作するので、燃
焼室開口３を形成するリップ部８のエッジを極めて鋭角
に形成し且つ該形状を高温状態でも維持できる。従っ
て、ピストンの上昇の圧縮行程で発生するスキッシュ流
及びピストン下降の爆発行程で発生する逆スキッシュ流
を増大することができ、空気と燃料との混合を促進して
カーボン発生量を抑制し且つ燃料消費量を低減する燃焼
を行わせ、燃焼状態を改善することができる。Since the lip portion 8 is made of a material such as ceramics having a small coefficient of thermal expansion and high heat resistance, the edge of the lip portion 8 forming the combustion chamber opening 3 is formed at an extremely acute angle and the shape thereof is increased. Can be maintained even at high temperatures. Therefore, it is possible to increase the squish flow generated in the compression stroke when the piston is raised and the reverse squish flow generated in the explosion stroke when the piston is lowered. Combustion for reducing consumption can be performed, and the combustion state can be improved.
【００２１】[0021]
【発明の効果】この発明による燃焼室の構造及びその製
造法は、以上のように構成したので、次のような効果を
有する。即ち、この燃焼室の構造は、アルミニウム製ピ
ストンヘッド本体に形成したキャビティ壁面に接合した
磁性特性に優れ且つ強度を補強する金属ウィスカーを混
合した繊維補強金属から成る外側リング、該外側リング
の内周面にメタルフローで接合した熱膨張率の異なる傾
斜機能材から成るリング結合体、該リング結合体の内周
面に接合し且つ燃焼室開口を形成する耐熱性に富んだ高
強度のセラミック材から成るリップ部から構成したの
で、前記外側リングは前記リップ組立体に強固に且つ確
実に接合されている。そして、前記リップ部に先端から
外周部の前記ピストンヘッドまで各境界での熱流が妨げ
られることがなく良好に熱は伝導されて前記リップ部の
先端部の熱をピストンヘッド外周部、ピストンリング、
シリンダライナ等を通じて外部へ移動させ、前記リップ
部が高温になるのを回避して高温によるリップ部の溶損
を防止できると共に、前記リング結合体で前記リップ部
と前記金属リング体及び前記ピストンヘッドとの熱膨張
差を吸収でき、温度差で熱応力がかかっても前記リップ
部の割れ等を回避できる。それ故、前記リップ部の先端
部を鋭角に先尖り状態に形成しても、燃焼ガスによって
前記先端部が高温になっても直ちに熱を移動させて高温
状態に維持されるのを回避し、高温による前記先端部の
溶損を防止することができる。The structure of the combustion chamber and the method of manufacturing the same according to the present invention have the following effects because they are constructed as described above. That is, the structure of the combustion chamber is composed of an outer ring made of fiber reinforced metal mixed with metal whiskers having excellent magnetic properties and reinforcing strength joined to a cavity wall formed in an aluminum piston head body, and an inner periphery of the outer ring. A ring joint made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion joined to the surface by a metal flow, and a heat-resistant high-strength ceramic material joined to the inner peripheral surface of the ring joint and forming a combustion chamber opening The outer ring is firmly and securely joined to the lip assembly. Then, heat is satisfactorily conducted without obstructing heat flow at each boundary from the tip to the piston head at the outer periphery of the lip, and heat at the tip of the lip is transferred to the outer periphery of the piston head, the piston ring,
The lip can be moved to the outside through a cylinder liner or the like to prevent the lip from becoming hot, so that the lip can be prevented from being damaged by the high temperature. Can be absorbed, and even if thermal stress is applied due to a temperature difference, cracking of the lip portion can be avoided. Therefore, even if the tip portion of the lip portion is formed to have a sharp point at an acute angle, even if the tip portion becomes high temperature by the combustion gas, heat is immediately transferred to avoid being maintained at a high temperature state, It is possible to prevent the tip from being melted and damaged by high temperature.
【００２２】また、この燃焼室において、リング結合体
は、熱膨張率の異なる傾斜機能材で製作されているの
で、前記リップ部と前記外側リング及び前記ピストンヘ
ッド本体との熱膨張差を傾斜状に吸収でき、温度差で発
生する熱応力を傾斜状にして漸次に熱応力の影響を小さ
くし、前記リップ部の割れ等を良好に回避できる。In this combustion chamber, since the ring assembly is made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion, the difference in thermal expansion between the lip portion, the outer ring and the piston head body is inclined. The thermal stress generated due to the temperature difference is inclined so that the influence of the thermal stress is gradually reduced, so that cracks in the lip can be favorably avoided.
【００２３】更に、前記リップ部を耐熱性に富んだ材料
で構成することで鋭角に先尖りに形成しても該リップ部
の先端部即ちエッジが溶損することを防止し、該鋭角な
先尖り状態のエッジ形状を維持できる。従って、前記リ
ップ部を鋭角に先尖りに形成でき、前記リップ部のエッ
ジを鋭角に形成することによって、ピストンの上昇の圧
縮行程で発生する燃焼室内へ流入するスキッシュ流、及
びピストン下降の爆発行程で発生する燃焼室内から流出
する逆スキッシュ流を増大することができ、該スキッシ
ュ流及び該逆スキッシュ流による噴霧燃料と空気との混
合を一層良好に達成でき、従来のリエントラント型ピス
トンに比較して、カーボン発生量を抑制し且つ燃料消費
量を低減して燃焼を改善することができる。特に、この
リエントラント型ピストンを直噴式ディーゼルエンジン
に用いた場合に、該エンジンの燃焼状態を改善できるも
のである。Further, by forming the lip portion from a material having a high heat resistance, even if the lip portion is formed to be sharp at an acute angle, the tip portion, that is, the edge of the lip portion is prevented from being melted, and the sharp-pointed point is prevented. The edge shape of the state can be maintained. Therefore, the lip portion can be formed at an acute angle and the edge of the lip portion can be formed at an acute angle, so that the squish flow flowing into the combustion chamber generated in the compression stroke of the ascent of the piston and the explosion stroke of the descent of the piston The reverse squish flow generated from the combustion chamber and flowing out of the combustion chamber can be increased, and the squish flow and the mixing of the atomized fuel and the air by the reverse squish flow can be more favorably achieved, as compared with the conventional reentrant piston. In addition, the amount of carbon generated can be suppressed, and the fuel consumption can be reduced to improve combustion. In particular, when the reentrant piston is used in a direct injection diesel engine, the combustion state of the engine can be improved.
【００２４】或いは、この発明による燃焼室の製造法
は、熱膨張率の異なる傾斜機能材から成るリング結合体
の内周面に燃焼室開口を形成する耐熱性に富んだ高強度
のセラミック材から成るリップ部を接合してリップ組立
体を製作する工程、アルミニウム製ピストンヘッド本体
に形成したキャビティ壁体に磁性特性に優れ且つ強度を
補強する金属ウィスカーを混合した繊維補強金属から成
る外側リングを接合する工程、及び前記外側リングの内
周面に前記リング結合体の外周面を配置し、前記外側リ
ング体を高周波加熱して前記リップ組立体より高温に加
熱し、前記外側リング体に前記リング結合体をメタルフ
ローで接合した工程から成るので、熱膨張率の異なる傾
斜機能材から成るリップ組立体を、アルミニウム製ピス
トンヘッド本体に接合した磁性特性に優れ且つ強度を補
強する金属ウィスカーを混合した繊維補強金属から成る
外側リングを介してメタルフローで接合するので、前記
外側リングを高周波加熱すれば、アルミニウム或いはア
ルミニウム合金中に含まれる磁性特性に優れ且つ強度を
補強する金属ウィスカーが熱伝導媒体になって前記外側
リングが前記リップ組立体に比較して早く高温になって
メタルフローに十分な温度に直ちになる。Alternatively, a method of manufacturing a combustion chamber according to the present invention is a method of manufacturing a heat-resistant high-strength ceramic material having a combustion chamber opening formed on an inner peripheral surface of a ring assembly made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion. Manufacturing a lip assembly by joining the lip portions, and joining an outer ring made of a fiber reinforced metal mixed with a metal whisker having excellent magnetic properties and reinforcing strength to a cavity wall formed in an aluminum piston head body. And arranging the outer peripheral surface of the ring coupling body on the inner peripheral surface of the outer ring, heating the outer ring body to a higher temperature than the lip assembly by high frequency heating, and coupling the ring to the outer ring body. The lip assembly made of functionally graded materials with different coefficients of thermal expansion is connected to the aluminum piston head It is joined by metal flow via the outer ring made of fiber reinforced metal mixed with metal whisker which is excellent in magnetic properties and strengthens the strength, so if the outer ring is heated by high frequency, the magnetic content contained in aluminum or aluminum alloy The metal whiskers, which have excellent properties and reinforce the strength, serve as a heat transfer medium, and the outer ring is heated to a temperature higher than that of the lip assembly so that the temperature is sufficient for the metal flow.
【００２５】即ち、一般に、アルミニウム材料の温度は
上昇し難いが、繊維強化金属材料は磁性特性に優れる金
属ウィスカーを含んでいるので、高周波加熱すること
で、前記外側リングは高周波誘導によって直ちに高温に
なる。また、傾斜機能材から成る前記リング結合体も前
記外側リングに比較して昇温し難い材料である。そこ
で、前記外側リングと前記リップ組立体との間の温度差
が大きくなり、前記外側リングの所定部分のみが局部的
に直ちに温度上昇し、メタルフローして塑性変形可能な
状態になるが、前記リップ組立体はメタルフロー状態に
ならず、両者が同時にメタルフロー状態にならないか
ら、前記外側リングが前記リップ組立体に対して塑性変
形して両者は確実に且つ強固に接合される。That is, in general, the temperature of the aluminum material does not easily rise, but since the fiber-reinforced metal material contains metal whiskers having excellent magnetic properties, the outer ring is immediately heated to a high temperature by high-frequency induction by high-frequency heating. Become. In addition, the ring joint made of the functionally graded material is also a material that is less likely to rise in temperature than the outer ring. Therefore, the temperature difference between the outer ring and the lip assembly is increased, and only a predetermined portion of the outer ring immediately rises in temperature locally, causing a metal flow and a plastically deformable state. Since the lip assembly does not enter the metal flow state and the two do not enter the metal flow state at the same time, the outer ring is plastically deformed with respect to the lip assembly, and the two are securely and firmly joined.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】この発明による燃焼室の構造を組み込んだピス
トンの一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a piston incorporating a combustion chamber structure according to the present invention.
【図２】この発明による燃焼室の製造法において、リッ
プ組立体と外側リングとを接合する前の工程を説明する
説明図である。FIG. 2 is an explanatory view illustrating a process before joining a lip assembly and an outer ring in a method for manufacturing a combustion chamber according to the present invention.
【図３】この発明による燃焼室の製造法において、リッ
プ組立体と外側リングとを接合した状態を示す説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which the lip assembly and the outer ring are joined in the method of manufacturing a combustion chamber according to the present invention.
１ 燃焼室 ２ ピストンヘッド本体 ５ リップ組立体 ６ 外側リング ７ リング結合体 ８ リップ部 ９ 空隙部 １０ キャビティ １９ 外周面 ２０ 内周面 ２２ 内周面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber 2 Piston head main body 5 Lip assembly 6 Outer ring 7 Ring combined body 8 Lip portion 9 Void 10 Cavity 19 Outer peripheral surface 20 Inner peripheral surface 22 Inner peripheral surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２Ｂ 3/02 3/02 // Ｂ２１Ｋ 25/00 Ｂ２１Ｋ 25/00 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02F 3/00 F02F 3/00 301 F02F 3/00 302 F02F 3/02 F02F 3/26 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02F 3/00 302 F02F 3/00 302B 3/02 3/02 // B21K 25/00 B21K 25/00 Z (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) F02F 3/00 F02F 3/00 301 F02F 3/00 302 F02F 3/02 F02F 3/26
Claims (2)
ッド本体、該ピストンヘッド本体のキャビティ壁面に接
合した磁性特性に優れ且つ強度を補強する金属ウィスカ
ーを混合した繊維補強金属から成る外側リング、該外側
リングの内周面にメタルフローで接合した熱膨張率の異
なる傾斜機能材から成るリング結合体、及び該リング結
合体の内周面に接合し且つ燃焼室開口を形成する耐熱性
に富んだ高強度のセラミック材から成るリップ部、から
構成した燃焼室の構造。1. An outer ring made of a fiber-reinforced metal mixed with a metal piston head body having a cavity, a metal whisker having excellent magnetic properties and reinforcing strength joined to a cavity wall surface of the piston head body, and the outer ring. Combined body made of functionally graded materials having different coefficients of thermal expansion joined to the inner peripheral surface of the ring by a metal flow, and high heat-resistant high strength joined to the inner peripheral surface of the ring combined body to form a combustion chamber opening The structure of the combustion chamber comprising a lip portion made of a ceramic material.
ング結合体の内周面に燃焼室開口を形成する耐熱性に富
んだ高強度のセラミック材から成るリップ部を接合して
リップ組立体を製作する工程、金属製ピストンヘッド本
体に形成したキャビティ壁面に磁性特性に優れ且つ強度
を補強する金属ウィスカーを混合した繊維補強金属から
成る外側リングを接合する工程、及び前記外側リングの
内周面に前記リング結合体の外周面を接触状態に配置
し、前記外側リング体を高周波加熱して前記リップ組立
体より高温に加熱し、前記外側リング体に前記リング結
合体をメタルフローで接合した工程、から成る燃焼室の
製造法。2. A lip assembly formed by joining a lip portion made of a heat-resistant and high-strength ceramic material forming a combustion chamber opening to an inner peripheral surface of a ring joint made of a functionally graded material having a different coefficient of thermal expansion. Manufacturing an outer ring made of a fiber reinforced metal mixed with a metal whisker having excellent magnetic properties and reinforcing strength on a cavity wall surface formed in a metal piston head body, and an inner peripheral surface of the outer ring A step of arranging the outer peripheral surface of the ring joint in a contact state, heating the outer ring to a higher temperature than the lip assembly by high-frequency heating, and joining the ring joint to the outer ring by metal flow. A method for manufacturing a combustion chamber comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3055492A JP2903743B2 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Structure of combustion chamber and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3055492A JP2903743B2 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Structure of combustion chamber and method of manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04272457A JPH04272457A (en) | 1992-09-29 |
| JP2903743B2 true JP2903743B2 (en) | 1999-06-14 |
Family
ID=13000132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3055492A Expired - Lifetime JP2903743B2 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Structure of combustion chamber and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2903743B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120214016A1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-23 | General Electric Company | Constrained metal flanges and methods for making the same |
-
1991
- 1991-02-28 JP JP3055492A patent/JP2903743B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04272457A (en) | 1992-09-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0796687A2 (en) | A method for producing a piston for an internal combustion engine and a piston produced by the method | |
| US4709621A (en) | Internal combustion engine piston and a method of producing the same | |
| JP2903743B2 (en) | Structure of combustion chamber and method of manufacturing the same | |
| US4865896A (en) | Composite joined bodies including an intermediate member having a honeycomb structure | |
| EP0323207A1 (en) | Joined metal-ceramic assembly method of preparing the same | |
| JP2949882B2 (en) | Manufacturing method of combustion chamber | |
| JP2949881B2 (en) | Structure of combustion chamber and method of manufacturing the same | |
| JP3019529B2 (en) | Piston with combustion chamber | |
| JP2903742B2 (en) | Manufacturing method of combustion chamber | |
| JP2903740B2 (en) | Ring assembly made of functionally gradient material and method of manufacturing the same | |
| JP2917566B2 (en) | Structure of combustion chamber and method of manufacturing the same | |
| JP2924163B2 (en) | Piston and method of manufacturing the same | |
| JP2932699B2 (en) | Piston structure and manufacturing method thereof | |
| JP2517590Y2 (en) | Structure of combustion chamber | |
| JP2903741B2 (en) | Combustion chamber structure | |
| JPH04276161A (en) | Structure of combustion chamber and manufacture thereof | |
| JP2850554B2 (en) | Ring assembly made of functionally gradient material and method of manufacturing the same | |
| JPH04292478A (en) | Production of ring connected body composed of functionally gradient material | |
| JPH063171B2 (en) | Ceramic-Metal Friction Welding Body and Ceramic Casting Piston Composed of It | |
| JPH0327736Y2 (en) | ||
| JP2718124B2 (en) | Method for manufacturing piston of internal combustion engine | |
| JP3254827B2 (en) | Heat shield piston | |
| JPH0521148U (en) | Piston with combustion chamber | |
| JP2517599Y2 (en) | Sub-chamber engine piston | |
| JP2867465B2 (en) | Manufacturing method of piston |