JPH01230479A - 内燃機関の構造部材 - Google Patents
内燃機関の構造部材Info
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- JPH01230479A JPH01230479A JP63056910A JP5691088A JPH01230479A JP H01230479 A JPH01230479 A JP H01230479A JP 63056910 A JP63056910 A JP 63056910A JP 5691088 A JP5691088 A JP 5691088A JP H01230479 A JPH01230479 A JP H01230479A
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- thermal conductivity
- temperature
- internal combustion
- silicon nitride
- knocking
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- Pending
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野およびその課題］
本発面は、窒化ケイ素焼結体を用℃・て成形された内燃
機関の構造部材に関するものである。
機関の構造部材に関するものである。
［従来の技術］
従来、デイ−セル機関の部品として、その優れた耐熱性
、断熱性乙こ着目して窒化ケイ素等のセラミック材が利
用・研究され、一部実用化されて（する。
、断熱性乙こ着目して窒化ケイ素等のセラミック材が利
用・研究され、一部実用化されて（する。
一方、近年、点火式内燃機関むこおいても、高回転、高
出力が要求されており、軽量かつ摺動・性乙こ優れた窒
化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素等のセラミック材に
より吸排気弁、ビス［・ン、ピストシリング等を製造す
る乙とが試みられている。
出力が要求されており、軽量かつ摺動・性乙こ優れた窒
化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素等のセラミック材に
より吸排気弁、ビス［・ン、ピストシリング等を製造す
る乙とが試みられている。
しかしながら、点火式内燃機関に、上述したディーゼル
機関乙こ適する窒化ケイ素を、そのまま適用することが
困難であるということが本発明者らにより見い出された
。
機関乙こ適する窒化ケイ素を、そのまま適用することが
困難であるということが本発明者らにより見い出された
。
すなわち、火花点火式内燃機関においては、正當燃焼で
は、火花点火により燃焼が始まり、熱伝達と拡散により
、順次燃焼が進行するが、主にディーゼル機関用として
開発された従来の窒化ケイ素焼結体をシリンダ内壁面等
に用いた場合には、エンドガスが高温になりやすく、自
発火温度を超えて急激な温度上昇を招来し、ノッキング
が発生する。ノッキングの発生により、さらに燃焼室内
の各部の温度が上昇し、ついには表面着火を起こし、引
いては、機関の焼損をきたす。
は、火花点火により燃焼が始まり、熱伝達と拡散により
、順次燃焼が進行するが、主にディーゼル機関用として
開発された従来の窒化ケイ素焼結体をシリンダ内壁面等
に用いた場合には、エンドガスが高温になりやすく、自
発火温度を超えて急激な温度上昇を招来し、ノッキング
が発生する。ノッキングの発生により、さらに燃焼室内
の各部の温度が上昇し、ついには表面着火を起こし、引
いては、機関の焼損をきたす。
このような状態を招くのは、従来、主にディーゼル機関
に使用していた窒化ケイ素は、熱効率の点から素材の熱
伝導率を低く設定しであるが、火花点火式内燃機関では
熱伝導率が低いと、シリンダ内壁面等が高温となり易い
からであり、その傾向は、温度上昇にともなって熱伝導
率の低下を示すセラミックでは一層加速される。このよ
うに、上記の窒化ケイ素は、点火式内燃機関用の材料と
して適するものではなかった。
に使用していた窒化ケイ素は、熱効率の点から素材の熱
伝導率を低く設定しであるが、火花点火式内燃機関では
熱伝導率が低いと、シリンダ内壁面等が高温となり易い
からであり、その傾向は、温度上昇にともなって熱伝導
率の低下を示すセラミックでは一層加速される。このよ
うに、上記の窒化ケイ素は、点火式内燃機関用の材料と
して適するものではなかった。
また、他のセラミック材として、熱伝導度の高い炭化ケ
イ素が考えられているが、これは、強度、靭性、耐熱衝
撃性が低く、これらの構造部材として使用に耐えるもの
ではなかった。
イ素が考えられているが、これは、強度、靭性、耐熱衝
撃性が低く、これらの構造部材として使用に耐えるもの
ではなかった。
本発明は、上記従来の問題を解決することを課題とし、
窒化ケイ素焼結体の熱伝導度に着目してなされたもので
、内燃機関の構造部材の所定温度以上での温度上昇を抑
制し、ノッキングやプレイグニツシヨンといった異當燃
焼を防止することができ、しかもセラミックのもつ優れ
た軽量性等を十分に活かした内燃機関の構造部材を提供
することを目的とする。
窒化ケイ素焼結体の熱伝導度に着目してなされたもので
、内燃機関の構造部材の所定温度以上での温度上昇を抑
制し、ノッキングやプレイグニツシヨンといった異當燃
焼を防止することができ、しかもセラミックのもつ優れ
た軽量性等を十分に活かした内燃機関の構造部材を提供
することを目的とする。
［上記課題を解決するための手段］
上記請願を解決するための本発明は、内燃機関の構造部
材に５００℃〜７００℃における熱伝導率が少なくとも
０． ０５ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ・℃以上である窒化ケ
イ素焼結体を用いたことを要旨とする。
材に５００℃〜７００℃における熱伝導率が少なくとも
０． ０５ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ・℃以上である窒化ケ
イ素焼結体を用いたことを要旨とする。
このように本発明では、熱伝導率を５００℃〜７００℃
の範囲内にて０． ０５ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ＋’ｃ以
上とし、従来の窒化ケイ素焼結体の０． ０４ｃａｌ／
Ｃ…・ｓｅｃ・℃以下に比べて高く形成している。
の範囲内にて０． ０５ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ＋’ｃ以
上とし、従来の窒化ケイ素焼結体の０． ０４ｃａｌ／
Ｃ…・ｓｅｃ・℃以下に比べて高く形成している。
ここで、窒化ケイ素焼結体の熱伝導度を左右するものは
、焼結助剤の種類やその量、さらに粒径、気孔率、粒界
相等である。
、焼結助剤の種類やその量、さらに粒径、気孔率、粒界
相等である。
このような高い熱伝導度を確保するとともに内燃機関の
構造部材としての機械的強度を確保できる焼結助剤には
、例えは、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２’３、ＭｇＯ１ＡＱ２０３
、Ａ Ｑ Ｎ、 Ｚ ｒ ０２および希土類元素酸化
物等がある。そして、所望の熱伝導率にするには、これ
らの焼結助剤を１種または２種以上含有させ、かつ、こ
れらの割合を適宜調製する。
構造部材としての機械的強度を確保できる焼結助剤には
、例えは、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２’３、ＭｇＯ１ＡＱ２０３
、Ａ Ｑ Ｎ、 Ｚ ｒ ０２および希土類元素酸化
物等がある。そして、所望の熱伝導率にするには、これ
らの焼結助剤を１種または２種以上含有させ、かつ、こ
れらの割合を適宜調製する。
例えは、焼結助剤としてＡ Ｑ ２０３や八〇Ｎを用い
た場合には、ＡＱの添加量は、全重量に対して３重量％
以下であることが望ましい。このようにＡＱ量を制限す
るのは、以下の理由による。すなわち、ＡＱが増加する
と、Ａ ０２０３等がＳｉ３Ｎ４と反応し、β−サイア
ロン（Ｓ １ｓ−ｚＡ Ｑ ｚＮｅ−ｚＯ２）固溶体を
形成し、その固溶度は、Ａ１２２０３、ＡＱＮ等の添加
量の増大と共に大きくなる。そして、固溶度が大きい程
、つまり式中のＺの値が大きい程、熱伝導率は低下し、
ＡＱ量が３重量％を越える場合は上述した熱伝導度の範
囲に形成することができなくなるからである。
た場合には、ＡＱの添加量は、全重量に対して３重量％
以下であることが望ましい。このようにＡＱ量を制限す
るのは、以下の理由による。すなわち、ＡＱが増加する
と、Ａ ０２０３等がＳｉ３Ｎ４と反応し、β−サイア
ロン（Ｓ １ｓ−ｚＡ Ｑ ｚＮｅ−ｚＯ２）固溶体を
形成し、その固溶度は、Ａ１２２０３、ＡＱＮ等の添加
量の増大と共に大きくなる。そして、固溶度が大きい程
、つまり式中のＺの値が大きい程、熱伝導率は低下し、
ＡＱ量が３重量％を越える場合は上述した熱伝導度の範
囲に形成することができなくなるからである。
また、焼結助剤にＺｒＯ２を用いる場合には、２ｒ０２
量の増加により高温での耐酸化性による劣化が激しくな
るが、７重量％以下ならば火花点火式内燃機関の構造部
品の使用環境温度以下での酸化は問題にならないので、
この範囲が望ましい。
量の増加により高温での耐酸化性による劣化が激しくな
るが、７重量％以下ならば火花点火式内燃機関の構造部
品の使用環境温度以下での酸化は問題にならないので、
この範囲が望ましい。
なお、焼結助剤は、上述したものの他に、内燃機関の使
用条件に耐える得る窒化ケイ素焼結体とすることができ
るものであれば、いずれの種類および添加量であっても
よい。
用条件に耐える得る窒化ケイ素焼結体とすることができ
るものであれば、いずれの種類および添加量であっても
よい。
また、熱伝導率は、粒界相、気孔率などにも依存する。
すなわち、熱伝導率を高くするためには、粒径は大きい
方が望ましく、また気孔率、粒界相の量は少ない方が望
ましい。このように、粒径を大きくし、気孔を減らすた
めには、焼結温度を高くれはよい。したがって、Ｓｉ３
Ｎ４の分解を抑えて焼結温度を上げられるガス圧焼結法
は、高熱伝導性５Ｌ３Ｎ４材料の製造には有力な方法で
ある。
方が望ましく、また気孔率、粒界相の量は少ない方が望
ましい。このように、粒径を大きくし、気孔を減らすた
めには、焼結温度を高くれはよい。したがって、Ｓｉ３
Ｎ４の分解を抑えて焼結温度を上げられるガス圧焼結法
は、高熱伝導性５Ｌ３Ｎ４材料の製造には有力な方法で
ある。
さらに、本窒化ケイ素焼結体を適用することができる内
燃機関の構造部材としては、燃焼ガスに晒され、高温に
なりやすい部品、例えは、吸排気弁、バルブシート、プ
ラグめインシュレータ、ピストン、ピストンリング、シ
リンダヘッド、シリンダ等が挙げられ、特乙こ吸排気弁
は最も高温になりやすく、面積も大きいため、本発明に
とって最適な部材である。
燃機関の構造部材としては、燃焼ガスに晒され、高温に
なりやすい部品、例えは、吸排気弁、バルブシート、プ
ラグめインシュレータ、ピストン、ピストンリング、シ
リンダヘッド、シリンダ等が挙げられ、特乙こ吸排気弁
は最も高温になりやすく、面積も大きいため、本発明に
とって最適な部材である。
また、本窒化ケイ素焼結体は、摺動部品に用いた場合で
も、摺動表面の温度が下がり、摺動する相手側の金属が
凝着し難くする作用がある乙とから、金属のスカッフィ
ング摩耗が減り、寿命が長くなるばかりか、摺動抵抗を
も減らすことができ、フリクションロスの少ない内燃機
関とすることができる。
も、摺動表面の温度が下がり、摺動する相手側の金属が
凝着し難くする作用がある乙とから、金属のスカッフィ
ング摩耗が減り、寿命が長くなるばかりか、摺動抵抗を
も減らすことができ、フリクションロスの少ない内燃機
関とすることができる。
［作用］
内燃機関の構造部材に用いられる窒化ケイ素焼結体の熱
伝導度を、５００℃〜７００℃の温度範囲で少なくとも
０． ０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ ・℃以上にすること
により、ノッキングの防止に効果があったのは、次の理
由による。
伝導度を、５００℃〜７００℃の温度範囲で少なくとも
０． ０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ ・℃以上にすること
により、ノッキングの防止に効果があったのは、次の理
由による。
燃焼室内の混合気に熱を伝達するシリンダ内壁等の温度
が５００℃以上に達すると、自己放熱等の影響を考慮し
て、該混合気が自己着火温度（約３００℃）にまで上昇
し易いことが判明した。したがって、このような自己着
火を防止するためには、５００℃以上におけるシリンダ
内壁の熱伝導度を所定値以上に高くしで、放熱を進める
ことが不可欠である。
が５００℃以上に達すると、自己放熱等の影響を考慮し
て、該混合気が自己着火温度（約３００℃）にまで上昇
し易いことが判明した。したがって、このような自己着
火を防止するためには、５００℃以上におけるシリンダ
内壁の熱伝導度を所定値以上に高くしで、放熱を進める
ことが不可欠である。
ところが、金属材料は高温になるに従って熱伝導率が高
くなるがセラミックでは逆に高温になるに従い低下して
いくという性質をもつため、従来のセラミック材は、通
常３００℃〜５００℃範囲内の−・定温度を境とし、そ
れより低温域では、従来から使用されている耐熱金属（
例えは、５（ＪＨ３６：ＪＩＳ規格）よりも熱伝導率が
高いが、温度の上昇とともに低下し、高温域では耐熱金
属より低くなってしまい、０． ０４ｃａｌ／ｃｍ＋ｓ
ｅｃ◆℃以下である。このような熱伝導度の性質のため
に、従来の窒化ケイ素焼結体では、ノッキングの発生が
しやすいことが分かった。
くなるがセラミックでは逆に高温になるに従い低下して
いくという性質をもつため、従来のセラミック材は、通
常３００℃〜５００℃範囲内の−・定温度を境とし、そ
れより低温域では、従来から使用されている耐熱金属（
例えは、５（ＪＨ３６：ＪＩＳ規格）よりも熱伝導率が
高いが、温度の上昇とともに低下し、高温域では耐熱金
属より低くなってしまい、０． ０４ｃａｌ／ｃｍ＋ｓ
ｅｃ◆℃以下である。このような熱伝導度の性質のため
に、従来の窒化ケイ素焼結体では、ノッキングの発生が
しやすいことが分かった。
このことから、本発明者らは、５００℃以上の熱伝導度
の値について詳細に検討した結果、以下の範囲が適切で
あることが判明した。
の値について詳細に検討した結果、以下の範囲が適切で
あることが判明した。
すなわち、従来、内燃機関に用いられている耐熱金属の
うち最も熱伝導率が低い部類に入るＮｉｍｏｎｉｃ８０
Ａ （Ｊ Ｉ Ｓ規格）は７００°Ｃの熱伝導率が０．
０５ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ＋ ℃を少し下回る程度で
あるが、この耐熱鋼を用いた場合でも、ノッキングがさ
ほど問題にならずに使用されている。したがって、従来
の耐熱金属と同程度またはそれ以下にノッキングの発生
を抑制するには、熱伝導度を、５００℃〜７００℃の範
囲において０． ０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上で
あることが必要なのである。
うち最も熱伝導率が低い部類に入るＮｉｍｏｎｉｃ８０
Ａ （Ｊ Ｉ Ｓ規格）は７００°Ｃの熱伝導率が０．
０５ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ＋ ℃を少し下回る程度で
あるが、この耐熱鋼を用いた場合でも、ノッキングがさ
ほど問題にならずに使用されている。したがって、従来
の耐熱金属と同程度またはそれ以下にノッキングの発生
を抑制するには、熱伝導度を、５００℃〜７００℃の範
囲において０． ０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上で
あることが必要なのである。
なお、７００℃以上の高温域は混合気の自己発火温度を
はるかに越えているため、この領域での熱伝導率はノッ
キング発生限界への影響が少ないから、さほど考慮しな
くてもよい。ただし、７゜０℃以上の温度域の熱伝導率
はプレイグニツシヨンへの影響はあるため、できるだけ
高い方が望ましい。
はるかに越えているため、この領域での熱伝導率はノッ
キング発生限界への影響が少ないから、さほど考慮しな
くてもよい。ただし、７゜０℃以上の温度域の熱伝導率
はプレイグニツシヨンへの影響はあるため、できるだけ
高い方が望ましい。
［実施例コ
以下、本発明の実施例について、所定の熱伝導度の特性
に調整した窒化ケイ素焼結体を用いて、２０００ｃｃ、
６気筒ガソリンエンジン（圧縮比９．２）の吸排気弁を
製造した場合で説明する。
に調整した窒化ケイ素焼結体を用いて、２０００ｃｃ、
６気筒ガソリンエンジン（圧縮比９．２）の吸排気弁を
製造した場合で説明する。
本実施例にかかる窒化ケイ素焼結体の吸排気弁は、以下
の工程を経て製造される。すなわち、Ｓｉ２Ｎ４粉末お
よび焼結助剤粉末を、比表面積において、Ｓ ｉ ３Ｎ
４ （１２ｒｒｒ／ ｇ）、Ｙ２Ｏ３（１０ｔｎ’／ｇ
）、Ｌａ２０３（３ｔｎ’／ｇ）、Ｍｇ０（２０ｉ／ｇ
）、ＡＱ２０３（１０ぜ／ｇ）、ＡＱＮ（３イ／ｇ）、
Ｚ ｒ ０２ （１４ｔＴＩ′／ ｇ）の粒度で製造す
る。
の工程を経て製造される。すなわち、Ｓｉ２Ｎ４粉末お
よび焼結助剤粉末を、比表面積において、Ｓ ｉ ３Ｎ
４ （１２ｒｒｒ／ ｇ）、Ｙ２Ｏ３（１０ｔｎ’／ｇ
）、Ｌａ２０３（３ｔｎ’／ｇ）、Ｍｇ０（２０ｉ／ｇ
）、ＡＱ２０３（１０ぜ／ｇ）、ＡＱＮ（３イ／ｇ）、
Ｚ ｒ ０２ （１４ｔＴＩ′／ ｇ）の粒度で製造す
る。
次に、これらの粉末を第１表に示す組成（試料１〜３・
・・本実施例）となるように有機溶媒を加えてホットミ
ル等で湿式混合を行う。続く工程では、この混合物を乾
燥させた後に、有機バインダを用いて成形し、さらに加
熱することにより脱脂する。
・・本実施例）となるように有機溶媒を加えてホットミ
ル等で湿式混合を行う。続く工程では、この混合物を乾
燥させた後に、有機バインダを用いて成形し、さらに加
熱することにより脱脂する。
続いてこの成形体を、試料１については２０気圧、１９
００℃×２時間、試料２乙こついては１０気圧、１８０
０℃×２時間、試料３ついては１気圧、１７５０℃×２
時間の条件にて焼結した後に所定の吸排気弁の形状に加
工した。
００℃×２時間、試料２乙こついては１０気圧、１８０
０℃×２時間、試料３ついては１気圧、１７５０℃×２
時間の条件にて焼結した後に所定の吸排気弁の形状に加
工した。
なお、本実施例の効果を示すために従来技術に相当する
比較例として、第１表に示す粉未刊成からなる試料４．
５について、焼結条件を１気圧、１７５０℃×２時間に
設定し、他の条件を本実施例と同様な条件にして吸排気
弁を製造した。さらに、第１図に示す炭化ケイ素（試料
６）、５ＵＨ３６（試料７）およびＮ ｉｍｏｎｉｃ８
０ Ａ （試料８）の材料でも吸排気弁を製造した。
比較例として、第１表に示す粉未刊成からなる試料４．
５について、焼結条件を１気圧、１７５０℃×２時間に
設定し、他の条件を本実施例と同様な条件にして吸排気
弁を製造した。さらに、第１図に示す炭化ケイ素（試料
６）、５ＵＨ３６（試料７）およびＮ ｉｍｏｎｉｃ８
０ Ａ （試料８）の材料でも吸排気弁を製造した。
なお、これらの材料の熱伝導率は、第１図に示される。
く実験例〉
上記各工程を経て製造された試料１から８を、２０００
ｃ ｃ、６気筒ガソリジエンジン（圧縮比９．２）に
搭載し、点火時期を進角させることにより、ノッキング
の発生状況を調査し、その結果を第２衷ｔこ示す。なお
エンジンの運転条件は、５６００ｒｐｍで全負荷状態に
設定した。
ｃ ｃ、６気筒ガソリジエンジン（圧縮比９．２）に
搭載し、点火時期を進角させることにより、ノッキング
の発生状況を調査し、その結果を第２衷ｔこ示す。なお
エンジンの運転条件は、５６００ｒｐｍで全負荷状態に
設定した。
第２表から明らかなように、本実施例による窒化ケイ素
焼結体を使用した吸排気弁（試料１．２．３）では、従
来用いられている耐熱金属製の吸排気弁（試料７．８）
と同等以上の耐ノツキング性を示し、特に熱伝導率のよ
い試料１は耐熱鋼製の吸排気弁（試料７．８）を上回る
耐ノツキング特性のあることが分かる。
焼結体を使用した吸排気弁（試料１．２．３）では、従
来用いられている耐熱金属製の吸排気弁（試料７．８）
と同等以上の耐ノツキング性を示し、特に熱伝導率のよ
い試料１は耐熱鋼製の吸排気弁（試料７．８）を上回る
耐ノツキング特性のあることが分かる。
また、熱伝導度の低い窒化ケイ素焼結体（比較例、試料
４．５）では、進角度が小さい範囲（２２°）では、耐
ノツキング特性を示すが、進角度が大きくなるにしたが
って一度ノッキングが発生し始めると、強いノッキング
が発生することが分かる。
４．５）では、進角度が小さい範囲（２２°）では、耐
ノツキング特性を示すが、進角度が大きくなるにしたが
って一度ノッキングが発生し始めると、強いノッキング
が発生することが分かる。
ざらに、炭化ケイ素製の吸Ｈ）買弁（試料６）では、試
験中４００Ｏｒｐｍ以上に上昇させる途中で破壊して内
燃機関の構造部材に適する強度が得られなかった。
験中４００Ｏｒｐｍ以上に上昇させる途中で破壊して内
燃機関の構造部材に適する強度が得られなかった。
このように本実施例の窒化ケイ素焼結体では、点火進角
の実験から明らかなように優れた耐ノツキング特性を示
すが、このことは点火進角を同一とすれは、圧縮比を高
くすることができるととを意味するので、従来の耐熱金
属製の吸排気弁と同等またはそれ以上の圧縮比とするこ
とができるから、よってエンジンの出力特性を向上させ
ることができる。
の実験から明らかなように優れた耐ノツキング特性を示
すが、このことは点火進角を同一とすれは、圧縮比を高
くすることができるととを意味するので、従来の耐熱金
属製の吸排気弁と同等またはそれ以上の圧縮比とするこ
とができるから、よってエンジンの出力特性を向上させ
ることができる。
また、本実施例の吸排気弁によれは、ノッキング特性を
損なうことなく、セラミックの軽量性により動弁系重量
を大幅に減少させることができ、しかもセラミック本来
の摺動性のよさを十分に活かすことができるので、従来
の金属製弁に比べて２０％最高回転数を上げることがで
き、この結果最高出力が１５％向上させることができる
。
損なうことなく、セラミックの軽量性により動弁系重量
を大幅に減少させることができ、しかもセラミック本来
の摺動性のよさを十分に活かすことができるので、従来
の金属製弁に比べて２０％最高回転数を上げることがで
き、この結果最高出力が１５％向上させることができる
。
第２の実施例として、第１の実施例の試料３と同じ素材
でピストンを製造しく試料３Ａ）、これをエンジンに絹
み込んでノッキング特性の試験を行った。この試験では
ピストン頂部の厚みを変仕＝１１− させることにより圧縮比を変えてノッキングの発生状況
を調べた。
でピストンを製造しく試料３Ａ）、これをエンジンに絹
み込んでノッキング特性の試験を行った。この試験では
ピストン頂部の厚みを変仕＝１１− させることにより圧縮比を変えてノッキングの発生状況
を調べた。
なお、比較のため、第１衷の窒化ケイ素焼結体の比較例
（試料５）と同一の材料で製造したビスＩ・ン（試料５
Ａ）、および汎用のＡＱ合金製ピストン（試料９）につ
いても試験を行った。
（試料５）と同一の材料で製造したビスＩ・ン（試料５
Ａ）、および汎用のＡＱ合金製ピストン（試料９）につ
いても試験を行った。
第３表から明らかなように、本実施例によるピストンを
使用した場合には、比較例（試料５Ａ）に比べて圧縮比
を上昇させることができ、その程度は、ＡＣ合金製のピ
ストンとほぼ同じであることが分かった。
使用した場合には、比較例（試料５Ａ）に比べて圧縮比
を上昇させることができ、その程度は、ＡＣ合金製のピ
ストンとほぼ同じであることが分かった。
このようにＡＱ金合金熱伝導率は、セラミックに比べ大
幅によいにもかかわらず、ＡＱ合金製ピストンに対して
ほとんど差がなかった理由として、ＡＱ合金製ピストン
の場合、ピストンの温度はさほど高くならず、排気弁側
の温度にノッキング特性が依存しているものと考えられ
る。一方、セラミックピストンの場合はＡＱ合金製ピス
トンに比べてかなり高温になり易く、ノッキング発生直
前の混合カス温度付近の熱伝導率に敏感に左右されるこ
とものと思われる。すなわち、実施例のピストンでは、
比較例（試料５Ａ）に比較して５００℃から７００℃の
高い熱伝導度が有効に作用して圧縮比を上昇させること
ができたともの思われる。
幅によいにもかかわらず、ＡＱ合金製ピストンに対して
ほとんど差がなかった理由として、ＡＱ合金製ピストン
の場合、ピストンの温度はさほど高くならず、排気弁側
の温度にノッキング特性が依存しているものと考えられ
る。一方、セラミックピストンの場合はＡＱ合金製ピス
トンに比べてかなり高温になり易く、ノッキング発生直
前の混合カス温度付近の熱伝導率に敏感に左右されるこ
とものと思われる。すなわち、実施例のピストンでは、
比較例（試料５Ａ）に比較して５００℃から７００℃の
高い熱伝導度が有効に作用して圧縮比を上昇させること
ができたともの思われる。
したがって、本実施例のピストンは、ＡＱ合金製のピス
トンに比べてノッキング特性を低下させることなく、Ａ
ｆ２合金に比べて比強度が非常に高いという窒化ケイ素
焼結体の効果を有効に活かし、ＡＱ合金製のそれに比べ
て３０％軽量化することができ、その結果、アイドル状
態から全開状態までの到達時間を８％改善することがで
き、優れたレスポンスを得ることができた。
トンに比べてノッキング特性を低下させることなく、Ａ
ｆ２合金に比べて比強度が非常に高いという窒化ケイ素
焼結体の効果を有効に活かし、ＡＱ合金製のそれに比べ
て３０％軽量化することができ、その結果、アイドル状
態から全開状態までの到達時間を８％改善することがで
き、優れたレスポンスを得ることができた。
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれは、火花点火式内燃機
関で問題となるノッキング等の異常燃焼の発生を抑え、
セラミックのもつ優れた特長、例えは、軽量、高温耐久
性、高強度、摺動性のよさを十分に活かした高回転、高
出力の火花点火式内燃機関を可能にする構造部材を提供
することができる。
関で問題となるノッキング等の異常燃焼の発生を抑え、
セラミックのもつ優れた特長、例えは、軽量、高温耐久
性、高強度、摺動性のよさを十分に活かした高回転、高
出力の火花点火式内燃機関を可能にする構造部材を提供
することができる。
また、本窒化ケイ素焼結体を内燃機関の摺動部品乙こ用
いる乙とにより、窒化ケイ素焼結体が本来もつ優れた耐
摩耗性に加えて、摺動表面の温度が下がるために、相手
金属の摺動面における高温化による凝着化現象も防ぐこ
とができる。
いる乙とにより、窒化ケイ素焼結体が本来もつ優れた耐
摩耗性に加えて、摺動表面の温度が下がるために、相手
金属の摺動面における高温化による凝着化現象も防ぐこ
とができる。
ｆ フ
ｊ
○ Ｘ
第１図は窒化ケイ素焼結体等についての温度と熱伝導率
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- ５００℃〜７００℃での熱伝導率が０．０５ｃａｌ／ｃ
ｍ・ｓｅｃ・℃以上である窒化ケイ焼結体を用いたこと
を特徴とする内燃機関の構造部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63056910A JPH01230479A (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 内燃機関の構造部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63056910A JPH01230479A (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 内燃機関の構造部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01230479A true JPH01230479A (ja) | 1989-09-13 |
Family
ID=13040614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63056910A Pending JPH01230479A (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 内燃機関の構造部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01230479A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015030238A1 (ja) * | 2013-09-02 | 2015-03-05 | 日本碍子株式会社 | セラミックス材料、および熱スイッチ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6265978A (ja) * | 1985-09-17 | 1987-03-25 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体およびその製造法 |
| JPS62265174A (ja) * | 1986-05-12 | 1987-11-18 | 日本碍子株式会社 | 機械構造部材 |
| JPH01138173A (ja) * | 1987-11-25 | 1989-05-31 | Toyota Motor Corp | 窒化ケイ素焼結体 |
-
1988
- 1988-03-10 JP JP63056910A patent/JPH01230479A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6265978A (ja) * | 1985-09-17 | 1987-03-25 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体およびその製造法 |
| JPS62265174A (ja) * | 1986-05-12 | 1987-11-18 | 日本碍子株式会社 | 機械構造部材 |
| JPH01138173A (ja) * | 1987-11-25 | 1989-05-31 | Toyota Motor Corp | 窒化ケイ素焼結体 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015030238A1 (ja) * | 2013-09-02 | 2015-03-05 | 日本碍子株式会社 | セラミックス材料、および熱スイッチ |
| US9656920B2 (en) | 2013-09-02 | 2017-05-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic material and thermal switch |
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