JPH04167958A - ピストン及びその製造方法 - Google Patents
ピストン及びその製造方法Info
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- JPH04167958A JPH04167958A JP2292085A JP29208590A JPH04167958A JP H04167958 A JPH04167958 A JP H04167958A JP 2292085 A JP2292085 A JP 2292085A JP 29208590 A JP29208590 A JP 29208590A JP H04167958 A JPH04167958 A JP H04167958A
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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
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0636—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston the combustion space having a substantially flat and horizontal bottom
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02B23/0603—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head
-
- 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
-
- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、ピストンヘッドに形成したキャビティに半
径方向内向きに先尖りのループ状に伸びるリップで開口
部を形成したピストン及びその製造方法に関する。
径方向内向きに先尖りのループ状に伸びるリップで開口
部を形成したピストン及びその製造方法に関する。
従来、直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室装置としては
、実開昭６０−６５３３３号公報に開示されたものがあ
る。該燃焼室装置は、ピストン頂部に燃焼室を形成し、
この燃焼室の上端部壁面に環状の断熱材を鋳込んだもの
である。この燃焼室装置によって、圧縮行程においては
断熱材を燃焼室の他の壁面よりかなりの高温に保持し、
混合気の着火を断熱材の周囲で早期に発生させることに
より着火遅れを短くすると共に、ディーゼルノックを防
止し、しかも、耐久性、量産性のある燃焼室を得るよう
にしたものである。
、実開昭６０−６５３３３号公報に開示されたものがあ
る。該燃焼室装置は、ピストン頂部に燃焼室を形成し、
この燃焼室の上端部壁面に環状の断熱材を鋳込んだもの
である。この燃焼室装置によって、圧縮行程においては
断熱材を燃焼室の他の壁面よりかなりの高温に保持し、
混合気の着火を断熱材の周囲で早期に発生させることに
より着火遅れを短くすると共に、ディーゼルノックを防
止し、しかも、耐久性、量産性のある燃焼室を得るよう
にしたものである。
また、セラミック複合ピストンとして、実開昭６２−４
３１５８号公報に開示されたものがある。
３１５８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複合ピストンは、金属製
ピストン本体の頂部に凹部を設け、該凹部に上部を小径
部とし下部を径方向に突出させた凸形状のセラミックピ
ストンヘッドを嵌太し、前記セラミックピストンヘッド
の外周面及び底面を耐熱金属板で包み込み、該耐熱金属
板の前記セラミックピストンヘッドの小径部に対応する
部分の外周面と該外周面に対向する前記金属製ピストン
本体の凹部の側面との両方にねし部を設け、該両ねし部
の間に、両ねじ部のそれぞれと螺合するねし部を有する
固定リングを前記両ねじ部に複合させて装着したもので
ある。
ピストン本体の頂部に凹部を設け、該凹部に上部を小径
部とし下部を径方向に突出させた凸形状のセラミックピ
ストンヘッドを嵌太し、前記セラミックピストンヘッド
の外周面及び底面を耐熱金属板で包み込み、該耐熱金属
板の前記セラミックピストンヘッドの小径部に対応する
部分の外周面と該外周面に対向する前記金属製ピストン
本体の凹部の側面との両方にねし部を設け、該両ねし部
の間に、両ねじ部のそれぞれと螺合するねし部を有する
固定リングを前記両ねじ部に複合させて装着したもので
ある。
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。
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艶負荷のために
、リップ部の溶解現象、クラック発生等の問題が生じ、
リップ先端部を鋭くするにも限界があった。
は、燃焼室を構成するリップ部に加わる艶負荷のために
、リップ部の溶解現象、クラック発生等の問題が生じ、
リップ先端部を鋭くするにも限界があった。
上記のような問題は、例えば、リップ先端部を構成する
口金としてニレジスト等の耐熱合金、或いは前掲実開昭
６０−６５３３３号公報に開示された燃焼室装置のよう
な断熱材のりノブリングを鋳込んだ場合にも、同様な問
題があった。該燃焼室装置では、ピストンヘッド部にリ
ップリングを鋳込んでいるため、エンジンの運転時には
応力が過大に発生したり又はピストンヘッド部とリップ
リングとの間に多（のがたが発生し、す、プ部を強化す
る上で最大のネックとなっている。更に、リップリング
の熱膨張率が大きいと、燃焼室に発生する温度差によっ
て大きな熱応力が発生し、燃焼室を破壊する原因にもな
る。
口金としてニレジスト等の耐熱合金、或いは前掲実開昭
６０−６５３３３号公報に開示された燃焼室装置のよう
な断熱材のりノブリングを鋳込んだ場合にも、同様な問
題があった。該燃焼室装置では、ピストンヘッド部にリ
ップリングを鋳込んでいるため、エンジンの運転時には
応力が過大に発生したり又はピストンヘッド部とリップ
リングとの間に多（のがたが発生し、す、プ部を強化す
る上で最大のネックとなっている。更に、リップリング
の熱膨張率が大きいと、燃焼室に発生する温度差によっ
て大きな熱応力が発生し、燃焼室を破壊する原因にもな
る。
また、前掲実開昭６２−４３１５８号公報に開示された
セラミック複合ピストンについては、固定リングを耐熱
金属板のねじ部と金属製ピストン本体のねし部に螺合さ
せた部位については熱膨張差による悪影響は発生しない
が、セラミックピストンへ、ドの外周面及び底面を耐熱
金属板で包み込んだ部位では、セラミックピストンヘッ
ドと耐熱金属板とでは熱膨張率が大きく相違し、両者間
で温度変化で発生する熱膨張差の影響が直接的に作用し
、セラミック材の亀裂、破損等の悪影響を受け、しかも
、両者間の境界に隙間等が発生し、両者間の境界での熱
流が妨げられ、その結果、セラミックピストンヘッドの
先端部の温度を大幅に上昇させ、先端部の溶損等は発生
してピストンの破損になるという問題がある。
セラミック複合ピストンについては、固定リングを耐熱
金属板のねじ部と金属製ピストン本体のねし部に螺合さ
せた部位については熱膨張差による悪影響は発生しない
が、セラミックピストンへ、ドの外周面及び底面を耐熱
金属板で包み込んだ部位では、セラミックピストンヘッ
ドと耐熱金属板とでは熱膨張率が大きく相違し、両者間
で温度変化で発生する熱膨張差の影響が直接的に作用し
、セラミック材の亀裂、破損等の悪影響を受け、しかも
、両者間の境界に隙間等が発生し、両者間の境界での熱
流が妨げられ、その結果、セラミックピストンヘッドの
先端部の温度を大幅に上昇させ、先端部の溶損等は発生
してピストンの破損になるという問題がある。
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
ピストンヘッド部に形成したキャビティの半径方向内向
きに先尖りに伸び且つ燃焼室開口部を備えたループ状リ
ップ部を有するピストンにおいて、耐熱性に冨んだ材料
から成るリップ先端部を熱膨張調整結合体で加熱によっ
て塑性流動で接合し、前記熱膨張調整材の外周部を熱膨
張調整発泡金属材で構成し、前記熱膨張調整発泡金属材
の空隙部に金属鋳込みによって金属を充填して金属製ピ
ストン本体に接合し、該熱膨張率調整結合体で両者の熱
膨張差を吸収すると共に、両者間の境界での熱流を良好
にしてリップ先端部の熱を熱膨張調整結合体及びピスト
ン外周部を通じて移動させ、熱膨張差によるリップ先端
部の割れ、高温によるリップ先端部の溶損を防止すると
共に、リップ先端部を耐熱性に冨んだセラミックスで構
成することで鋭角に先尖りに形成でき、スキッシュ流及
び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ピストン及びその製造方法を
提供することである。
ピストンヘッド部に形成したキャビティの半径方向内向
きに先尖りに伸び且つ燃焼室開口部を備えたループ状リ
ップ部を有するピストンにおいて、耐熱性に冨んだ材料
から成るリップ先端部を熱膨張調整結合体で加熱によっ
て塑性流動で接合し、前記熱膨張調整材の外周部を熱膨
張調整発泡金属材で構成し、前記熱膨張調整発泡金属材
の空隙部に金属鋳込みによって金属を充填して金属製ピ
ストン本体に接合し、該熱膨張率調整結合体で両者の熱
膨張差を吸収すると共に、両者間の境界での熱流を良好
にしてリップ先端部の熱を熱膨張調整結合体及びピスト
ン外周部を通じて移動させ、熱膨張差によるリップ先端
部の割れ、高温によるリップ先端部の溶損を防止すると
共に、リップ先端部を耐熱性に冨んだセラミックスで構
成することで鋭角に先尖りに形成でき、スキッシュ流及
び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ピストン及びその製造方法を
提供することである。
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、高耐熱性セラミッ
ク材で半径方向内向きに先尖りのループ状に伸びた中央
開口部を備えたリップ先端部、該リップ先端部の外周面
に塑性流動で接合した熱膨張調整金属材の内周部と該内
周部に接合した熱膨張調整発泡金属材の外周部から成る
熱膨張調整結合体、及び金属鋳込みによって前記熱ＷＭ
張調整発泡金属材の空隙部に金属を充填して前記外周部
に接合した金属製ピストン本体、を有するピストンに関
する。
構成されている。即ち、この発明は、高耐熱性セラミッ
ク材で半径方向内向きに先尖りのループ状に伸びた中央
開口部を備えたリップ先端部、該リップ先端部の外周面
に塑性流動で接合した熱膨張調整金属材の内周部と該内
周部に接合した熱膨張調整発泡金属材の外周部から成る
熱膨張調整結合体、及び金属鋳込みによって前記熱ＷＭ
張調整発泡金属材の空隙部に金属を充填して前記外周部
に接合した金属製ピストン本体、を有するピストンに関
する。
また、このピストンにおいて、前記熱膨張調整結合体を
構成する熱膨張調整材の熱膨張率を前記リップ先端部の
セラミック材と前記ピストン本体の金属材との熱膨張率
の中間に調整したものである。
構成する熱膨張調整材の熱膨張率を前記リップ先端部の
セラミック材と前記ピストン本体の金属材との熱膨張率
の中間に調整したものである。
また、このピストンにおいて、前記熱膨張調整結合体は
半径方向に熱膨張率が異なった互いに接合した複数個の
部材から構成され、前記リップ先端部側に位置する前記
部材は前記リップ先端部の熱膨張率に近い熱膨張率の材
料から成り、前記リップ外周部側に位置する前記部材は
前記ピストン本体の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から
成るものである。
半径方向に熱膨張率が異なった互いに接合した複数個の
部材から構成され、前記リップ先端部側に位置する前記
部材は前記リップ先端部の熱膨張率に近い熱膨張率の材
料から成り、前記リップ外周部側に位置する前記部材は
前記ピストン本体の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から
成るものである。
或いは、この発明は、高耐熱性セラミンク材で半径方向
内向きに先尖りのループ状に伸びて開口部を形成し且つ
外周面をメタライジングしてリップ先端部を製作する工
程、熱膨張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱
膨張調整発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体
を製作する工程、前記リップ先端部の外周面と前記内周
部の内周面と接触面を接合させると共に前記内周部を加
熱して塑性流動させて両者を一体構造体にする工程、及
び金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙
部に金属を充填して前記一体構造体に接合した金属製ピ
ストン本体を製作する工程、から成るピストンの製造方
法に関する。
内向きに先尖りのループ状に伸びて開口部を形成し且つ
外周面をメタライジングしてリップ先端部を製作する工
程、熱膨張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱
膨張調整発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体
を製作する工程、前記リップ先端部の外周面と前記内周
部の内周面と接触面を接合させると共に前記内周部を加
熱して塑性流動させて両者を一体構造体にする工程、及
び金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙
部に金属を充填して前記一体構造体に接合した金属製ピ
ストン本体を製作する工程、から成るピストンの製造方
法に関する。
この発明によるピストン及びその製造方法は、以上のよ
うに構成されており、次のように作用する。
うに構成されており、次のように作用する。
このピストン及びその製造方法は、高耐熱性セラミック
材から成るリップ先端部の外周面にメタライジング等を
施し、該リップ先端部の外周面に金属製熱膨張調整結合
体の内周部を塑性流動で接合し、前記熱膨張調整結合体
の外周部を発泡金属材で製作して該発泡金属材の空隙部
に金属鋳込みによって金属を充填して前記外周部に金属
製ピストン本体に接合したので、該熱膨張率調整結合体
で両者の熱膨張差を唆収でき、温度差で熱応力がかかっ
てもリップ先端部の割れ等を回避でき、両者間の境界で
の熱流を良好にしてリップ先端部の熱を熱膨張調整結合
体及びピストン本体を通じて外部へ移動させ、リップ先
端部が高温になるのを回避して高温によるリップ先端部
の溶損を防止することができる。
材から成るリップ先端部の外周面にメタライジング等を
施し、該リップ先端部の外周面に金属製熱膨張調整結合
体の内周部を塑性流動で接合し、前記熱膨張調整結合体
の外周部を発泡金属材で製作して該発泡金属材の空隙部
に金属鋳込みによって金属を充填して前記外周部に金属
製ピストン本体に接合したので、該熱膨張率調整結合体
で両者の熱膨張差を唆収でき、温度差で熱応力がかかっ
てもリップ先端部の割れ等を回避でき、両者間の境界で
の熱流を良好にしてリップ先端部の熱を熱膨張調整結合
体及びピストン本体を通じて外部へ移動させ、リップ先
端部が高温になるのを回避して高温によるリップ先端部
の溶損を防止することができる。
以下、図面を参照して、この発明によるピストン及びそ
の製造方法の実施例を説明する。
の製造方法の実施例を説明する。
第１図はこの発明によるピストンの一実施例を示す概略
図、及び第２図は第１図の符号Ａの部分の拡大断面図で
ある。
図、及び第２図は第１図の符号Ａの部分の拡大断面図で
ある。
ここで説明するこの発明によるピストンの一実施例は、
図示のように、ピストン本体２に形成した燃焼室１を形
成するキャビティ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部３を備えたループ状
リップ部５を有するリエントラント型ピストンに関する
ものであり、燃焼室１はキャビティの上面に開口部３及
び該開口部３より面積の大きいキャビティの底面４を有
しているものである。特に、このリエントラント型ピス
トンは、鋳込み成形した金属製ピストン本体２に形成し
たキャビティの周囲頂部に位置する金属材料から成るピ
ストンヘッド部６、該ピストンヘッド部６から半径方向
内向きに先尖りにループ状に伸びて中央部に開口部３を
形成するり・７ブ先端部８、及び該リップ先端部８とピ
ストンヘッド部６との間で塑性流動で固定された熱膨張
調整結合体７を有している。
図示のように、ピストン本体２に形成した燃焼室１を形
成するキャビティ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部３を備えたループ状
リップ部５を有するリエントラント型ピストンに関する
ものであり、燃焼室１はキャビティの上面に開口部３及
び該開口部３より面積の大きいキャビティの底面４を有
しているものである。特に、このリエントラント型ピス
トンは、鋳込み成形した金属製ピストン本体２に形成し
たキャビティの周囲頂部に位置する金属材料から成るピ
ストンヘッド部６、該ピストンヘッド部６から半径方向
内向きに先尖りにループ状に伸びて中央部に開口部３を
形成するり・７ブ先端部８、及び該リップ先端部８とピ
ストンヘッド部６との間で塑性流動で固定された熱膨張
調整結合体７を有している。
このリエントラント型ピストンにおいて、リップ先端部
８は、耐熱性に冨んだ材料、例えば、窒化珪素（ＳｉＪ
ｔ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック材料から製作
されている。このリップ先端部８は、第３図に示すよう
に、開口部３を形成する先端は極めて鋭角に先尖り状態
に形成され且つセラミックスの外周面には金属膜８Ｍを
焼き付けるメタライジング加工を施し、例えば、銀ろう
箔等を接合し、更に外周面を内向きに傾斜したテーパ面
８Ｔを備える形状に製作されている。
８は、耐熱性に冨んだ材料、例えば、窒化珪素（ＳｉＪ
ｔ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック材料から製作
されている。このリップ先端部８は、第３図に示すよう
に、開口部３を形成する先端は極めて鋭角に先尖り状態
に形成され且つセラミックスの外周面には金属膜８Ｍを
焼き付けるメタライジング加工を施し、例えば、銀ろう
箔等を接合し、更に外周面を内向きに傾斜したテーパ面
８Ｔを備える形状に製作されている。
熱膨張調整結合体７は、第４図に示すように、熱膨張調
整材で形成された内周部９と該内周部９に接合された熱
膨張調整発泡金属材で形成された外周部１０から構成さ
れている。内周部９の熱膨張調整材は、リップ先端部８
とピストン本体２のピストンヘッド部６との両者の熱膨
張率の中間の熱膨張率を有する金属材料、例えば、ニッ
ケル系、コバルト系、鉄系の金属材料から製作されてい
る。
整材で形成された内周部９と該内周部９に接合された熱
膨張調整発泡金属材で形成された外周部１０から構成さ
れている。内周部９の熱膨張調整材は、リップ先端部８
とピストン本体２のピストンヘッド部６との両者の熱膨
張率の中間の熱膨張率を有する金属材料、例えば、ニッ
ケル系、コバルト系、鉄系の金属材料から製作されてい
る。
内周部９は、半径方向に熱膨張率が異なる複数個の部材
、例えば、最内周側部材９Ａをコバー（Ｋｏｖｅｒ）
、４２７０イ等で製作し、該部材９Ａに隣接する部材９
Ｂをインコロイ（Ｉｎｃｏ ｌ ｊｏｙ）で製作し、順
次に該部材をろう付は等で予め接合して一体構造に構成
されている。リップ先端部８側に位置する部材９Ａはリ
ップ先端部８の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から成り
、また、ピストンヘッド部６側に位置する部材９Ｅはピ
ストンヘッド部６の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から
構成されている。従って、内周部９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（ＳｉｓＮ＊） ％炭化ケイ素（ＳｉＣ
）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。また、外周部１０の熱膨張調整発泡金属
材は、ニッケル系、コバルト系、鉄系の金属材料を発泡
させて空隙部を有する多孔質構造に製作されている。熱
膨張調整材の内周部９と熱膨張調整発泡金属材の外周部
１０とは、ろう付は等で予め接合されている。
、例えば、最内周側部材９Ａをコバー（Ｋｏｖｅｒ）
、４２７０イ等で製作し、該部材９Ａに隣接する部材９
Ｂをインコロイ（Ｉｎｃｏ ｌ ｊｏｙ）で製作し、順
次に該部材をろう付は等で予め接合して一体構造に構成
されている。リップ先端部８側に位置する部材９Ａはリ
ップ先端部８の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から成り
、また、ピストンヘッド部６側に位置する部材９Ｅはピ
ストンヘッド部６の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から
構成されている。従って、内周部９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（ＳｉｓＮ＊） ％炭化ケイ素（ＳｉＣ
）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。また、外周部１０の熱膨張調整発泡金属
材は、ニッケル系、コバルト系、鉄系の金属材料を発泡
させて空隙部を有する多孔質構造に製作されている。熱
膨張調整材の内周部９と熱膨張調整発泡金属材の外周部
１０とは、ろう付は等で予め接合されている。
また、ピストンヘッド部６は、リップ先端部８を形成す
る材料の熱膨張率より大きい金属材料、例えば、鋳鉄、
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、鋳鉄等の金属材料を鋳
込み成形して形成されている。
る材料の熱膨張率より大きい金属材料、例えば、鋳鉄、
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、鋳鉄等の金属材料を鋳
込み成形して形成されている。
この発明によるリエントラント型ピストンの製造方法は
、特に、高耐熱性セラミック材で半径方向内向きに先尖
りのループ状に伸びて開口部３を形成し且つ外周面をメ
タライジングしてリップ先端部８を製作する工程、熱膨
張調整金属材の内周部９と該内周部９に接合した熱膨張
調整発泡金属材の外周部１０から成る熱膨張調整結合体
７を製作する工程、リップ先端部８の外周面と内周部９
の内周面との接触面を接合させると共に内周部９を加熱
して塑性流動させて両者を一体構造体にする工程、及び
金属鋳込みによって熱膨張調整発泡金属材の空隙部に金
属を充填して一体構造体に接合した金属製ピストン本体
２を製作する工程、から成るものである。
、特に、高耐熱性セラミック材で半径方向内向きに先尖
りのループ状に伸びて開口部３を形成し且つ外周面をメ
タライジングしてリップ先端部８を製作する工程、熱膨
張調整金属材の内周部９と該内周部９に接合した熱膨張
調整発泡金属材の外周部１０から成る熱膨張調整結合体
７を製作する工程、リップ先端部８の外周面と内周部９
の内周面との接触面を接合させると共に内周部９を加熱
して塑性流動させて両者を一体構造体にする工程、及び
金属鋳込みによって熱膨張調整発泡金属材の空隙部に金
属を充填して一体構造体に接合した金属製ピストン本体
２を製作する工程、から成るものである。
詳しくは、このリエントラント型ピストンの製造方法に
おいて、リップ先端部８と熱膨張率調整結合体７とを接
合するには、第５図に示すように、熱膨張調整結合体７
の内周部９で形成されるループ状孔部にリップ先端部８
の外周面を接触させる状態で嵌合し、リップ先端部８の
テーパ面８Ｔと内周部９の内周面との間に上面に隙間１
３を形成させる０次いで、第６図に示すように、リップ
先端部８と熱膨張率調整結合体７とを高周波コイル１１
で加熱し、プレス１２等で押圧して熱膨張調整結合体７
の内周部７、特に、部材９Ａを塑性流動させてテーバ面
８Ｔと内周部９の内周面との間の隙間１３を埋める状態
に部材９Ａを変形させ、両者を接合して一体構造体を製
作する。更に、第７図に示すように、該一体構造体のリ
ップ先端部８と熱膨張調整結合体７との上面を加工して
平らな面に成形する。
おいて、リップ先端部８と熱膨張率調整結合体７とを接
合するには、第５図に示すように、熱膨張調整結合体７
の内周部９で形成されるループ状孔部にリップ先端部８
の外周面を接触させる状態で嵌合し、リップ先端部８の
テーパ面８Ｔと内周部９の内周面との間に上面に隙間１
３を形成させる０次いで、第６図に示すように、リップ
先端部８と熱膨張率調整結合体７とを高周波コイル１１
で加熱し、プレス１２等で押圧して熱膨張調整結合体７
の内周部７、特に、部材９Ａを塑性流動させてテーバ面
８Ｔと内周部９の内周面との間の隙間１３を埋める状態
に部材９Ａを変形させ、両者を接合して一体構造体を製
作する。更に、第７図に示すように、該一体構造体のリ
ップ先端部８と熱膨張調整結合体７との上面を加工して
平らな面に成形する。
更に、リップ先端部８と熱膨張調整結合体７との一体構
造体をピストンヘッド部６に位置するように型内に設定
し、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料で鋳
込んで一体構造体の熱膨張調整発泡金属材から成る外周
部１０の空隙部に金属を侵入させて充填し、外周部１０
の外周面に金属製ピストン本体を接合することによって
、第２図に示すようなりエンドラント型ピストンを製作
する。
造体をピストンヘッド部６に位置するように型内に設定
し、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料で鋳
込んで一体構造体の熱膨張調整発泡金属材から成る外周
部１０の空隙部に金属を侵入させて充填し、外周部１０
の外周面に金属製ピストン本体を接合することによって
、第２図に示すようなりエンドラント型ピストンを製作
する。
この発明によるリエントラント型ピストンは、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先端
部８とピストンヘッド部６との間で熱膨張差によって大
きな熱応力が生じても、熱膨張調整結合体７が緩衝材と
して機能し、リップ先端部８とピストンヘッド部６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先端部８とピストンヘ
ッド部６との間に熱膨張差が発生しても、リップ先端部
８にクランク、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、特に、リップ先端部８と熱膨張調整
結合体７の内周部９との境界はメタライジング或いはろ
う付けで化学的に接合されており、且つ熱膨張調整結合
体７の外周部１０とピストンヘッド部６とはピストンヘ
ッド部６を構成する金属材料が外周部１０の発泡金属材
の空隙部に侵入しているので、リップ先端部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
、リップ先端部８に流入した熱は熱膨張調整結合体７を
通じてピストンヘッド部６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、リップ先端部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
先端部８のエツ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、該エツジが溶を員したり
、割れたりすることがない。
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先端
部８とピストンヘッド部６との間で熱膨張差によって大
きな熱応力が生じても、熱膨張調整結合体７が緩衝材と
して機能し、リップ先端部８とピストンヘッド部６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先端部８とピストンヘ
ッド部６との間に熱膨張差が発生しても、リップ先端部
８にクランク、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、特に、リップ先端部８と熱膨張調整
結合体７の内周部９との境界はメタライジング或いはろ
う付けで化学的に接合されており、且つ熱膨張調整結合
体７の外周部１０とピストンヘッド部６とはピストンヘ
ッド部６を構成する金属材料が外周部１０の発泡金属材
の空隙部に侵入しているので、リップ先端部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
、リップ先端部８に流入した熱は熱膨張調整結合体７を
通じてピストンヘッド部６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、リップ先端部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
先端部８のエツ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、該エツジが溶を員したり
、割れたりすることがない。
また、リップ先端部８は、熱膨張率が小さく耐性性に冨
んだセラミックス等の材料で製作するので、開口部３を
形成するリップ先端部８のエツ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。
んだセラミックス等の材料で製作するので、開口部３を
形成するリップ先端部８のエツ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。
この発明によるピストン及びその製造方法は、以上のよ
うに構成したので、次のような効果を有する。
うに構成したので、次のような効果を有する。
このピストンは、高耐熱性セラミック材で半径方向内向
きに先尖りのループ状に伸びて中央開口部を備えたリッ
プ先端部、該リップ先端部の外周面に塑性流動で接合し
た熱膨張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨
張調整発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体、
及び金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空
隙部に金属を充填して前記外周部に接合した金属製ピス
トン本体を有するので、該熱膨張率調整結合体によって
セラミック材の前記リップ先端部と金属材の前記ピスト
ン本体とに温度変化で発生する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先端部の割れ等の
発生を回避できる。
きに先尖りのループ状に伸びて中央開口部を備えたリッ
プ先端部、該リップ先端部の外周面に塑性流動で接合し
た熱膨張調整金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨
張調整発泡金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体、
及び金属鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空
隙部に金属を充填して前記外周部に接合した金属製ピス
トン本体を有するので、該熱膨張率調整結合体によって
セラミック材の前記リップ先端部と金属材の前記ピスト
ン本体とに温度変化で発生する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先端部の割れ等の
発生を回避できる。
特に、前記リップ先端部と前記熱膨張調整結合体との境
界は化学的に接合されて密着状態であり、且つ前記熱膨
張調整結合体の発泡金属材の前記外周部には前記ピスト
ン本体と同一の金属材料が充填され、発泡金属材は多孔
質であって表面積が大きく、熱波はスムースに行われる
ので、両者間の各境界での熱波を妨げることがなく良好
に流れて前記リップ先端部の熱を前記熱膨張調整結合体
、前記ピストン本体、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る。それ故、前記リップ先端
部を鋭角に先尖り状態に形成しても、燃焼ガスによって
前記リップ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、高温による前記リ
ップ先端部の溶損を防止することができる。
界は化学的に接合されて密着状態であり、且つ前記熱膨
張調整結合体の発泡金属材の前記外周部には前記ピスト
ン本体と同一の金属材料が充填され、発泡金属材は多孔
質であって表面積が大きく、熱波はスムースに行われる
ので、両者間の各境界での熱波を妨げることがなく良好
に流れて前記リップ先端部の熱を前記熱膨張調整結合体
、前記ピストン本体、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る。それ故、前記リップ先端
部を鋭角に先尖り状態に形成しても、燃焼ガスによって
前記リップ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、高温による前記リ
ップ先端部の溶損を防止することができる。
更に、前記リップ先端部を耐熱性に冨んだ材料で構成す
ることで鋭角に先尖りに形成しても該リップ先端部のエ
ツジが溶損することを防止し、該鋭角な先尖り状態のエ
ツジ形状を維持できる。従って、前記リップ先端部を鋭
角に先尖りに形成でき、前記リップ先端部のエツジを鋭
角に形成することによって、ピストンの上昇の圧縮行程
で発生するピストンヘッド部に形成した燃焼室内へ流入
するスキッシュ流、及びピストン下降の爆発行程で発生
するピストンヘッド部に形成した燃焼室内から流出する
逆スキンシュ流を増大することができ、該スキンシュ流
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、従来のりエンドラント型ピストン
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。
ることで鋭角に先尖りに形成しても該リップ先端部のエ
ツジが溶損することを防止し、該鋭角な先尖り状態のエ
ツジ形状を維持できる。従って、前記リップ先端部を鋭
角に先尖りに形成でき、前記リップ先端部のエツジを鋭
角に形成することによって、ピストンの上昇の圧縮行程
で発生するピストンヘッド部に形成した燃焼室内へ流入
するスキッシュ流、及びピストン下降の爆発行程で発生
するピストンヘッド部に形成した燃焼室内から流出する
逆スキンシュ流を増大することができ、該スキンシュ流
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、従来のりエンドラント型ピストン
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。
また、前記熱膨張調整結合体を構成する熱膨張調整金属
材と熱膨張調整発泡金属材の熱膨張率は前記リップ先端
部のセラミック材と前記ピストン本体の金属材との熱膨
張率の中間であり、また、前記熱膨張調整結合体は半径
方向に熱膨張率が異なった互いに接合した複数個の部材
から構成され、前記リップ先端部側に位置する前記部材
は前記リップ先端部の熱膨張率に近い熱膨張率の材料か
ら成り、前記リップ外周部側に位置する前記部材は前記
ピストン本体の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から成る
ので、前記熱膨張調整結合体を熱膨張率を段階的に変化
させて構成でき、熱膨張差による熱応力を良好に吸収で
きる緩衝材となり、エンジン運転時に、温度差による熱
膨張差で熱応力が発生しても、該熱応力を前記凱膨張調
整結合体で１収することができ、燃焼室に温度差で熱応
力がかかっても前記リップ先端部の割れ、クランク、溶
損等の発生を防止することができる。
材と熱膨張調整発泡金属材の熱膨張率は前記リップ先端
部のセラミック材と前記ピストン本体の金属材との熱膨
張率の中間であり、また、前記熱膨張調整結合体は半径
方向に熱膨張率が異なった互いに接合した複数個の部材
から構成され、前記リップ先端部側に位置する前記部材
は前記リップ先端部の熱膨張率に近い熱膨張率の材料か
ら成り、前記リップ外周部側に位置する前記部材は前記
ピストン本体の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から成る
ので、前記熱膨張調整結合体を熱膨張率を段階的に変化
させて構成でき、熱膨張差による熱応力を良好に吸収で
きる緩衝材となり、エンジン運転時に、温度差による熱
膨張差で熱応力が発生しても、該熱応力を前記凱膨張調
整結合体で１収することができ、燃焼室に温度差で熱応
力がかかっても前記リップ先端部の割れ、クランク、溶
損等の発生を防止することができる。
或いは、高耐熱性セラミック材で半径方向内同きに先尖
りのループ状に伸びて開口部を形成し且つ外周面をメタ
ライジングしてリップ先端部を製作する工程、熱膨張調
整金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨張調整発泡
金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体を製作する工
程、前記リップ先端部の外周面と前記内周部の内周面と
の接触面を接合させると共に前記内周部を加熱して塑性
流動させて両者を一体構造体に構成する工程、及び金属
鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙部に金
属を充填して前記一体構造体に接合した金属製ピストン
本体を製作する工程、から成るので、前記リップ先端部
と前記熱膨張調整結合体の前記内周部とは化学的な接合
状態となり、境界に微小な空間等の発生はなく、前記リ
ップ先端部から前記熱膨張調整結合体への熱波は妨げら
れることがない、また、前記熱膨張調整結合体の発泡金
属材の前記外周部には前記ピストン本体と同一の金属材
料が鋳込みによってスムースに侵入して充填され、前記
外周部と前記ピストン本体とは一体構造になる。しかも
、発泡金属材は多孔質構造であり、表面積は大きくなり
、両者間でも熱流はスムースに行われる。
りのループ状に伸びて開口部を形成し且つ外周面をメタ
ライジングしてリップ先端部を製作する工程、熱膨張調
整金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨張調整発泡
金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体を製作する工
程、前記リップ先端部の外周面と前記内周部の内周面と
の接触面を接合させると共に前記内周部を加熱して塑性
流動させて両者を一体構造体に構成する工程、及び金属
鋳込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙部に金
属を充填して前記一体構造体に接合した金属製ピストン
本体を製作する工程、から成るので、前記リップ先端部
と前記熱膨張調整結合体の前記内周部とは化学的な接合
状態となり、境界に微小な空間等の発生はなく、前記リ
ップ先端部から前記熱膨張調整結合体への熱波は妨げら
れることがない、また、前記熱膨張調整結合体の発泡金
属材の前記外周部には前記ピストン本体と同一の金属材
料が鋳込みによってスムースに侵入して充填され、前記
外周部と前記ピストン本体とは一体構造になる。しかも
、発泡金属材は多孔質構造であり、表面積は大きくなり
、両者間でも熱流はスムースに行われる。
第１図はこの発明によるピストンの一実施例を示す全体
的な概略図、第２図は第１図の符号Ａの部分の拡大断面
図、第３図は第２図のリップ先端部を示す断面図、第４
図は第２図の熱膨張調整結合体を示す断面図、第５図は
第２図のリップ先端部と熱膨張調整結合体との接合のた
めの！１！備工程を示す断面図、第６図は第２図のリッ
プ先端部と熱膨張調整結合体との接合工程を示す断面図
、及び第７図は第２図のリップ先端部と熱膨張調整結合
体との接合状態を示す断面図である。 １−・・−・−燃焼室、２−−−−ピストン本体、３−
・−関口部、４−・−・−底面、５−・−リップ部、６
−−−−ピストンヘツド部、７一−−熱膨張調整結合体
、８−−−リップ先端部、８ Ｍ−−−一金属膜、８
Ｔ−−−テーバ面、９−−−−一内周部、９Ａ、９Ｂ、
９Ｃ，９Ｄ、９Ｅ−・−一−−一部材、１０−−−−−
・−外周部。 出願人 いす−自動車株式会社 代理人 弁理士 圧伸 −宗 第 １ 図 第 ２ 閏
的な概略図、第２図は第１図の符号Ａの部分の拡大断面
図、第３図は第２図のリップ先端部を示す断面図、第４
図は第２図の熱膨張調整結合体を示す断面図、第５図は
第２図のリップ先端部と熱膨張調整結合体との接合のた
めの！１！備工程を示す断面図、第６図は第２図のリッ
プ先端部と熱膨張調整結合体との接合工程を示す断面図
、及び第７図は第２図のリップ先端部と熱膨張調整結合
体との接合状態を示す断面図である。 １−・・−・−燃焼室、２−−−−ピストン本体、３−
・−関口部、４−・−・−底面、５−・−リップ部、６
−−−−ピストンヘツド部、７一−−熱膨張調整結合体
、８−−−リップ先端部、８ Ｍ−−−一金属膜、８
Ｔ−−−テーバ面、９−−−−一内周部、９Ａ、９Ｂ、
９Ｃ，９Ｄ、９Ｅ−・−一−−一部材、１０−−−−−
・−外周部。 出願人 いす−自動車株式会社 代理人 弁理士 圧伸 −宗 第 １ 図 第 ２ 閏
Claims (4)
- （１）高耐熱性セラミック材で半径方向内向きに先尖り
のループ状に伸びて中央開口部を備えたリップ先端部、
該リップ先端部の外周面に塑性流動で接合した熱膨張調
整金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨張調整発泡
金属材の外周部から成る熱膨張調整結合体、及び金属鋳
込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙部に金属
を充填して前記外周部に接合した金属製ピストン本体、
を有するピストン。 - （２）前記熱膨張調整結合体を構成する熱膨張調整金属
材と熱膨張調整発泡金属材の熱膨張率は前記リップ先端
部のセラミック材と前記ピストン本体の金属材との熱膨
張率の中間である請求項１に記載のピストン。 - （３）前記熱膨張調整結合体は半径方向に熱膨張率が異
なった互いに接合した複数個の部材から構成され、前記
リップ先端部側に位置する前記部材は前記リップ先端部
の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から成り、前記リップ
外周部側に位置する前記部材は前記ピストン本体の熱膨
張率に近い熱膨張率の材料から成る請求項１に記載のピ
ストン。 - （４）高耐熱性セラミック材で半径方向内向きに先尖り
のループ状に伸びて開口部を形成し且つ外周面をメタラ
イジングしてリップ先端部を製作する工程、熱膨張調整
金属材の内周部と該内周部に接合した熱膨張調整発泡金
属材の外周部から成る熱膨張調整結合体を製作する工程
、前記リップ先端部の外周面と前記内周部の内周面との
接触面を接合させると共に前記内周部を加熱して塑性流
動させて両者を一体構造体に構成する工程、及び金属鋳
込みによって前記熱膨張調整発泡金属材の空隙部に金属
を充填して前記一体構造体に接合した金属製ピストン本
体を製作する工程、から成るピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292085A JP2924163B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | ピストン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292085A JP2924163B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | ピストン及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04167958A true JPH04167958A (ja) | 1992-06-16 |
| JP2924163B2 JP2924163B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=17777355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2292085A Expired - Lifetime JP2924163B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | ピストン及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2924163B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013194739A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | General Electric Co <Ge> | 金属構成要素及びｃｍｃ構成要素のための接続システム、タービンブレード保持システム、並びに回転構成要素保持システム |
| JP2014169011A (ja) * | 2013-03-04 | 2014-09-18 | Honda Motor Co Ltd | 締結樹脂構造体及びその製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10123899A1 (de) * | 2001-05-16 | 2002-11-21 | Goldschmidt Ag Th | Verfahren zur Herstellung von Metallformteilen |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP2292085A patent/JP2924163B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2924163B2 (ja) | 1999-07-26 |
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