JPH0821246A - 燃焼室を持つピストンの構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 副室を持つピストンの構造において、ピスト
ンヘッド部とピストンスカート部との間の遮熱性及びシ
ール性を向上させる。 【構成】 この副室を持つピストンの構造は、ピストン
ヘッド部８の下面１５が外周部へ向かってピストン頂面
１８側へ傾斜するテーパ面に形成され、ピストンスカー
ト部４の上面１６がテーパ面に形成されている。ピスト
ンヘッド部８とピストンスカート部４との間に遮熱層１
３が形成され、ピストンヘッド部８の外周下面３０とピ
ストンスカート部４の外周上面３１とが密接に接触して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃焼室を有するピス
トンヘッド部と該ピストンヘッド部を固定したピストン
スカート部から成る燃焼室を持つピストンの構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの燃焼改善を目的として
渦流室を持つ渦流室式エンジンが開発されている。この
ような渦流室式エンジンは、シリンダヘッドに形成した
渦流室、該渦流室とシリンダ側に形成した主室とを連通
する連絡口及び渦流室内に配置した燃料噴射ノズルを有
しており、連絡口を通じて渦流室に流入する渦流によっ
て渦流室内に噴射された燃料とで混合気を形成させてい
る（例えば、特開平２−１１２６１３号公報参照）。

【０００３】また、実開昭６２−９３１４１号公報に開
示されたピストンは、キャビティを凹設したセラミック
クラウンの外周を筒体状のアルミスカートのヘッド部に
内嵌めし、セラミッククラウンの外周とヘッド部との間
隙に塑性流動材を介在させ、塑性流動材を加熱加圧して
変形させてセラミッククラウンとアルミスカートとを接
合させたものであり、燃焼室外周とヘッド部との間隙に
鋳鉄製リングを塑性流動材と共存させたものである。

【０００４】また、従来、遮熱エンジンとして、燃焼室
からの放熱量を低減させ、熱効率の向上を狙ったものが
開示されている。このような遮熱エンジンには、上下に
二分割した構造であるピストン上部とピストン下部とか
ら成る遮熱ピストンが使用されている。遮熱ピストン
は、ピストン上部を低熱伝導材を介した接触面積の絞り
と、空気層による遮熱構造が取られており、燃焼室を構
成するピストン上部の壁面温度を高く保つことができ、
また、ピストン下部を摺動に必要な低い温度に保つこと
が可能なピストンである。ピストン上部即ちピストンヘ
ッドを構成する耐熱部材には、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等の低熱膨張
セラミックスが用いられており、ピストン下部即ちピス
トンスカートを構成する金属には、同様に、低熱膨張金
属である低熱膨張鋳鉄等が使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、副室での燃焼
温度は高温であるため、ＮＯ_X の生成を低減する対策と
しては、燃料リッチで燃焼させることが効果的である。
また、燃焼温度が高温である時、燃料リッチで燃焼させ
るには、エンジン構造のタイプとしては副室式エンジン
で対応することが有効である。エンジンを副室式燃焼室
に構成した場合に、副室式燃焼室の燃焼スピードを直接
噴射式燃焼室の燃焼スピードと同程度まで速くするに
は、副室と主室とを連通する連通孔の通路断面積を拡大
することが必要である。ところが、連通孔の通路断面積
を大きくすると、副室から主室へ流出する噴出スピード
が低下し、主室での燃焼が十分に行われない。

【０００６】しかしながら、従来の渦流室式エンジン
は、渦流室内に形成される渦流の方向と噴射ノズルから
の噴霧の方向及び噴射ノズルからの燃料の噴射時期が適
合しないと、ＮＯ_X 、スモーク等の発生が増大するとい
う問題がある。また、渦流室式エンジンでは、副室と主
室とを連通する連絡口が小さいので、該連絡口による絞
り損失が発生し、エンジン出力を低減する原因になる。
また、一般に、主室と副室とを連通する連絡口は、シリ
ンダ中心部或いは外周部の１つの部位のいずれかに設け
られているので、噴流の到達しなければならない距離が
長くなり、主室での空気との混合が不十分になり、Ｈ
Ｃ、スモークの発生原因になる。

【０００７】また、上記のような遮熱ピストンは、ピス
トンヘッドにピストンスカートを取り付けたものであ
り、ピストンスカートを構成する金属は低熱膨張係数の
材料であるとはいえども、ピストンヘッドを構成するＳ
ｉ₃ Ｎ₄ 等のセラミックスに比較して高温時に熱膨張量
が大きくなる。従って、ピストンヘッドとピストンスカ
ートとの取付構造は勿論のこと、ピストンヘッドとピス
トンスカートとの間に遮熱空気層を形成する場合には、
ピストン外周での高温高圧のガスに対するガスシールを
行うため、複雑な構造となり、製造コストをアップする
という問題が発生する。また、ピストンヘッドとピスト
ンスカートとの間に遮熱空気層を形成しない場合には、
遮熱度が低下し、ピストンヘッドからピストンスカート
への熱流が大きくなり、燃焼室からの熱放散が大きくな
り、性能の低下となるという問題が発生する。

【０００８】そこで、副室式エンジンにおいて、副室を
シリンダ中心に設け、シリンダ側の主室と副室とを連通
する連絡孔を複数個設け、副室から連絡孔を通じて主室
へ噴出するエネルギーを低減することなく、連絡孔の全
体の通路断面積を大きくして連絡孔による絞り損失を低
減することが考えられる。しかしながら、副室をシリン
ダヘッドのシリンダのほぼ中央部に形成すると、吸排気
ポートの形成する領域が小さくなるという問題がある。
この点を解決するため、副室式エンジンにおいて、ピス
トンに副室を構成することが考えられる。ピストンに副
室を形成した場合には、副室からの熱エネルギーの放熱
が問題になる。

【０００９】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、燃焼室をピストン側に形成してシリンダヘ
ッドをシンプルな構造にし、吸排気ポートを大きく形成
したり、吸排気ポートをそれぞれ複数個形成することを
可能にし、特に、燃焼室を形成したピストンヘッド部の
外周部をテーパ状に形成し、ピストンヘッド部とピスト
ンスカート部との境界に遮熱層を形成して両者間の熱伝
達率を低減して遮熱効果を大幅にアップし、ピストンの
熱負荷を低減し、燃焼室から外部への熱放散を防止し、
しかもピストンヘッドとピストンスカートとの間にガス
ケットを設けること無く且つ完全なガスシールを行う必
要がなく、ピストンヘッドを軽量に構成して低熱容量に
形成した燃焼室を持つピストンの構造を提供することで
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、ピストン頂面の全域を構成する耐熱材料で作製
された燃焼室を持つピストンヘッド部を金属材料で作製
されるピストンスカート部に鋳込みで固定し、前記ピス
トンヘッド部の下面が外周部へ向かって前記ピストン頂
面側へ傾斜するテーパ面に形成され、前記ピストンスカ
ート部の上面が前記テーパ面に沿って延びるテーパ面に
形成され、前記ピストンヘッド部の下面と前記ピストン
スカート部の上面との間に遮熱層が形成され、前記ピス
トンヘッド部の外周下面と前記ピストンスカート部の外
周上面とが密接に接触していることを特徴とする燃焼室
を持つピストンの構造に関する。

【００１１】また、この燃焼室を持つピストンの構造に
おいて、前記遮熱層は、鋳込み時に前記ピストンヘッド
部の下面と前記ピストンスカート部の上面との間に介在
された可燃性材料が焼失することによって形成された空
所で構成されている。場合によっては、前記ピストンヘ
ッド部の外周下面と前記ピストンスカート部の外周上面
との間にガスケットを介在させ、該ガスケットは鋳込み
時に前記ピストンスカート部の収縮により圧縮応力が付
与されているものである。

【００１２】又は、この発明は、ピストン頂面の全域を
構成する耐熱材料で作製された燃焼室を持つピストンヘ
ッド部、前記ピストンヘッド部の取付部を嵌合する取付
孔を備えた金属材料で作製されたピストンスカート部及
び前記ピストンヘッド部を前記ピストンスカート部に固
定するため前記取付部と前記取付孔とに跨がって塑性変
形で嵌入された金属製結合部材を有し、前記ピストンヘ
ッド部の下面が外周部へ向かって前記ピストン頂面側へ
傾斜するテーパ面に形成され、前記ピストンスカート部
の上面が前記テーパ面に沿って延びるテーパ面に形成さ
れ、前記ピストンヘッド部の下面と前記ピストンスカー
ト部の上面との間に遮熱層が形成され、前記ピストンヘ
ッド部の外周下面と前記ピストンスカート部の外周上面
とが密接に接触していることを特徴とする燃焼室を持つ
ピストンの構造に関する。

【００１３】場合によっては、前記ピストンヘッド部の
下面と前記ピストンスカート部の上面との間にガスケッ
トを介在することができ、該ガスケットは、前記結合部
材を塑性変形して前記ピストンヘッド部と前記ピストン
スカート部とを固定する時に圧縮応力が付与されるもの
である。また、前記ガスケットは、前記ピストンヘッド
部の前記取付孔の近傍に配置されている。

【００１４】また、この燃焼室を持つピストンの構造に
おいて、前記取付部は前記副室を形成する側壁外周部又
は前記副室を形成する底壁部から突出する取付軸部から
構成されている。更に、前記結合部材は全周に延びる結
合リング又は周方向に部分的に延びる複数個の結合片か
ら構成されている。

【００１５】この燃焼室を持つピストンの構造におい
て、前記ピストンヘッド部にはシリンダのほぼ中央に第
１燃焼室が形成されると共に燃料噴射ノズルの噴孔が前
記第１燃焼室に突入できるノズル孔と前記シリンダ側に
形成された第２燃焼室と前記第１燃焼室とを連通する前
記ノズル孔の周囲方向に隔置した連絡孔が形成されてい
る。また、前記ピストンヘッド部は、前記ノズル孔と前
記連絡孔を形成した耐熱性セラミックスから成るプレー
ト及び該プレートを金属の塑性変形で固定した耐熱金属
から成るピストンヘッド本体から構成することができる
ものである。

【００１６】

【作用】この発明による燃焼室を持つピストンの構造
は、上記のように構成され、次のように作用する。即
ち、この燃焼室を持つピストンの構造は、ピストンヘッ
ド部の下面が外周部へ向かってピストン頂面側へ傾斜す
るテーパ面に形成され、ピストンスカート部の上面が前
記テーパ面に沿って延びるテーパ面に形成されているの
で、前記ピストンヘッド部を金属材料で作製されるピス
トンスカート部に鋳込みで固定すると、鋳込み時に前記
ピストンヘッド部の外周部が上面側に僅かに撓った状態
になり、前記ピストンスカート部の金属溶湯が固まる時
に前記ピストンスカート部が収縮して軸心方向の収縮力
が前記ピストンヘッド部に作用する。従って、前記ピス
トンヘッド部の外周下面と前記ピストンスカート部の外
周上面とは密接に接触した状態になり、両者間の外周境
界面のシールを良好にする。

【００１７】また、前記ピストンヘッド部の下面と前記
ピストンスカート部の上面との間に遮熱層を形成したの
で、前記燃焼室の遮熱効果は大幅にアップされる。鋳込
み時に前記ピストンヘッド部の下面と前記ピストンスカ
ート部の上面との間に可燃性材料を介在しておけば、エ
ンジンの運転時に前記可燃性材料が焼失し、前記可燃性
材料の位置する部分に密封された空所が形成される。前
記空所が前記遮熱層を構成することになる。この場合に
は、前記可燃性材料は、鋳込み金属の溶湯では焼失せ
ず、運転等による加熱で焼失する材料を選定しておくこ
とが好ましい。

【００１８】又は、この燃焼室を持つピストンの構造
は、ピストンヘッド部の下面が外周部へ向かってピスト
ン頂面側へ傾斜するテーパ面に形成され、ピストンスカ
ート部の上面が前記テーパ面に沿って延びるテーパ面に
形成されているので、前記ピストンヘッド部を金属材料
で作製したピストンスカート部に金属の塑性変形即ちメ
タルフローで固定すると、メタルフロー時に前記ピスト
ンヘッド部の外周部がテーパによって薄いため上面側に
僅かに撓った状態になり、前記ピストンスカート部のテ
ーパ面によって発生する軸心方向のベクトルが前記ピス
トンヘッド部に作用する。従って、前記ピストンヘッド
部の外周下面と前記ピストンスカート部の外周上面とは
密接に接触した状態になり、両者間の外周境界面のシー
ルを良好にする。また、前記ピストンヘッド部の下面と
前記ピストンスカート部の上面との間に遮熱層が形成さ
れているので、前記燃焼室の遮熱効果は大幅にアップさ
れる。

【００１９】また、この燃焼室を持つピストンの構造で
は、前記ピストンヘッド部と前記ピストンスカート部と
の境界面に前記遮熱層が存在するので、前記燃焼室から
前記ピストンスカート部への熱放散が防止され、熱効率
を向上できる。特に、前記燃焼室内は空気流動が大であ
り、熱伝達率も高く、ガス温度も高温であるため放熱量
が大きくなるので、前記燃焼室を遮熱構造にすることに
より、放熱を防止することができ、熱効率を大幅に向上
させることができる。また、前記燃焼室がピストンの中
央に位置するため、連絡孔からの噴流の到達距離が短
く、燃焼時間が短くなって性能が向上する。また、前記
燃焼室からの噴流の到達距離が短くて済むため、前記連
絡孔の通路面積を大きく形成でき、絞り損失を低減でき
効率を向上できる。また、前記連絡孔の傾斜方向を外向
きに傾斜させると、ピストンの周辺への前記燃焼室から
の噴流の到達距離が更に短くなり、シリンダ周辺の新気
との混合を促進する。更に、燃料噴射ノズルの前記燃焼
室内での滞留時間、即ちノズル孔が前記燃料噴射ノズル
の突入で閉鎖されている閉鎖期間は、前記燃料噴射ノズ
ルのシリンダヘッド下面からの突出長さ及びノズル孔部
分の厚さによって決定されるので、前記燃料噴射ノズル
の突出長さと前記ノズル孔部分の厚さを適正に選定する
ことによってコントロールできる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による燃焼
室を持つピストンの構造の実施例を説明する。図１はこ
の発明による燃焼室を持つピストンの構造の一実施例を
示す断面図、及び図２は図１の燃焼室を持つピストンの
構造におけるピストンの上面図である。

【００２１】この燃焼室を持つピストンの構造を組み込
んだ副室式エンジンは、鋳鉄、アルミニウム合金等の金
属材料から成るシリンダ１４を構成するシリンダブロッ
ク６、該シリンダブロック６にガスケット２３を介在し
て固定されたアルミニウム合金等の金属材料から成るシ
リンダヘッド５を有する。シリンダブロック６は、エン
ジンの気筒数に対応する孔部を形成し、該孔部にシリン
ダ１４を形成するシリンダライナを嵌合して構成しても
よい。シリンダヘッド５には、エンジンの気筒数に対応
即ちシリンダ１４に対応する吸排気ポート（図示せず）
が形成され、該吸排気ポートには吸排気弁（図示せず）
が配置されている。シリンダブロック６に形成されたシ
リンダ１４には、ピストン３が往復運動するように組み
込まれている。主室１は、シリンダヘッド下面２４とピ
ストン頂面１８との間のシリンダ１４側に形成されてい
る。また、ピストン３には、副室２が形成されている。

【００２２】この副室式エンジンは、液体燃料を燃料噴
射ノズル１０から副室２内に噴射して燃焼させるディー
ゼルエンジンであり、シリンダ１４内を往復運動するピ
ストン３の構造に特徴を有するものである。ピストン３
は、ピストンヘッド部８とピストンスカート部４とから
構成されている。ピストンスヘッド部８は、耐熱性に富
んだ窒化ケイ素、炭化ケイ素、或いはセラミックウィス
カーと金属との複合材料、インコネル９０３或いはＮｉ
−Ｃｒ系の耐熱金属によって製作されている。また、ピ
ストンスカート部４は、アルミニウム合金、鋳鉄等の金
属材料で作製されている。ピストンヘッド部８には、シ
リンダ１４のほぼ中央に位置する副室２、該副室２の中
央に位置するノズル孔７及びノズル孔７の回りの周方向
に隔置した複数個（図２では６個）の連絡孔９が形成さ
れている。連絡孔９は、ノズル孔７の回りの周方向にシ
リンダ周辺側に向かって傾斜方向に形成されている。

【００２３】また、シリンダヘッド５には、シリンダ軸
の中央部に配置された多噴孔１１を備えた燃料噴射ノズ
ル１０が固定され、燃料噴射ノズル１０の噴孔部２５は
シリンダヘッド下面２４から突出している。燃料噴射ノ
ズル１０は、ピストン３の上死点近傍でその噴孔部２５
がノズル孔７を貫通して副室２内へ突入でき、多噴孔１
１から副室２内に燃料を噴射できるものである。なお、
図示していないが、シリンダヘッド５には始動補助のた
めのグロープラグを配置すると共に、ピストンヘッド部
８にプラグ孔を形成し、上死点近傍でグロープラグが副
室２内に突入するように構成することができる。

【００２４】この副室を持つピストンの構造は、特に、
ピストン頂面１８の全域を構成する耐熱材料で作製され
たピストンヘッド部８を金属材料で作製されるピストン
スカート部４に鋳込みで固定したものであり、ピストン
ヘッド部８の下面１５が外周部へ向かってピストン頂面
１８側へ傾斜する僅かなテーパ面に形成され、ピストン
スカート部４の上面１６が上記テーパ面に沿って延びる
テーパ面に形成されている。また、ピストンヘッド部８
の下面１５とピストンスカート部４の上面１６との間に
は、空気層即ち遮熱層１３が形成され、しかも、ピスト
ンヘッド部８の外周下面３０とピストンスカート部４の
外周上面３１とが密接に接触している。鋳込み時に、ピ
ストンヘッド部８の外周部がテーパ面のため薄くなって
いるので、ピストン頂面１８即ち上面側に僅かに撓った
状態になり、ピストンスカート部４の金属溶湯が固まる
時に、ピストンスカート部４が収縮して軸心方向の収縮
力がピストンヘッド部８に作用する。従って、ピストン
ヘッド部８の外周下面３０とピストンスカート部４の外
周上面３１とは密接に接触した状態になり、両者間の外
周境界面のシールを良好になる。従って、ピストンヘッ
ド部８の外周下面３０とピストンスカート部４の外周上
面３１との間にシール部材を介在させなくても、両者間
には十分なシール作用が提供される。また、ピストンヘ
ッド部８の副室２を構成する壁体３２の上部、言い換え
れば、テーパ面の付け根部に凹部３５を形成しておけ
ば、鋳込みによって凹部３５に対応してピストンスカー
ト部４に凸部３４が形成され、ピストンヘッド部８がピ
ストンスカート部４に強固に締結されることになる。

【００２５】また、遮熱層１３は、例えば、鋳込み時
に、ピストンヘッド部８の下面１５とピストンスカート
部４の上面１６との間に可燃性材料を介在させ、該可燃
性材料を焼失させることによって形成される空所で構成
されている。遮熱層１３は、例えば、０．１〜０．２ｍ
ｍ程度の隙間からなる空気層である。該空気層には、多
少の燃焼ガスの流入が発生しても、高温の燃焼ガスが高
速で吹き抜けなければ、熱伝達率は余り高くならないた
め、ここからの熱流が増大することはない。また、図示
していないが、ピストンヘッド部８の外周下面３０とピ
ストンスカート部４の外周上面３１との間にガスケット
を介在させることもできる。その場合には、ピストンヘ
ッド部８の下面１５がテーパ面に形成されるので、鋳込
み時に上記ガスケットはピストンスカート部４の収縮に
より圧縮応力を付与することができ、シール性を向上さ
せることができる。

【００２６】また、ピストンヘッド部８の副室２を構成
する壁体３２とピストンスカート部４に形成されるシリ
ンダ１４のほぼ中央のキャビティ１２との間には、多孔
質セラミックス等の遮熱材１７が介在されている。ピス
トンヘッド部８の壁体３２の外面に多孔質セラミックス
等の遮熱材１７をコーティングし、また、ガスケットは
ピストンヘッド部８の壁体３２の外面に取り付け、その
状態でピストンスカート部４の鋳込みによって両者間に
配置することができる。この時、ピストンヘッド部８を
Ｓｉ₃ Ｎ₄ で作製している場合には、その外面に遮熱材
１７を構成するセラミックファイバーを貼り付けること
で配置することができる。また、ピストンヘッド部８の
外面に遮熱材１７を構成する部分安定化ジルコニアを予
め溶射して配置することもできる。

【００２７】この燃焼室を持つピストンの構造では、連
絡孔９は、ノズル孔７の回りに多数形成され、連絡孔９
の通路面積は全周に分散して全体で大きく形成され、連
絡孔９から噴出した火炎と混合気とは主室１内の空気と
十分に混合することができる。即ち、主室１と副室２と
を連通する連絡孔９は、通路面積が合計で大面積に構成
することができ、絞り損失を低減でき出力の低減はな
い。また、副室２がシリンダ中心軸線上に同心に配置さ
れ、連絡孔９が副室２の外周側面に形成されているの
で、副室２から噴出した噴流が、連絡孔９の通路面積が
大きくなって噴出エネルギーが小さくなり、到達距離が
短くなったとしても、該噴流は主室１に存在する空気と
十分に短期に混合することができ、主室１での燃焼期間
を短縮してＨＣ、スモークの発生を抑制できる。

【００２８】次に、図３及び図４を参照して、この発明
による燃焼室を持つピストンの構造の別の実施例を説明
する。この実施例は、上記実施例と比較すると、ピスト
ンヘッド部の構造が相違する以外は、同一の構成及び同
一の機能を有するので、同一の部品には同一の符号を付
し、重複する説明は省略する。この実施例では、ピスト
ンヘッド部８は、耐熱金属から成るピストンヘッド本体
３３と、ピストンヘッド本体３３の中央孔２１に結合金
属２０の塑性変形即ちメタルフローで嵌合した耐熱性セ
ラミックスから成るプレート１９とから構成されてい
る。プレート１９には、ノズル孔７と連絡孔９とが形成
されている。プレート１９は、例えば、耐熱性に富み且
つ低熱膨張係数のＳｉ₃ Ｎ₄ セラミックスから作製され
ている。従って、ピストンヘッド部８は、ピストンヘッ
ド本体３３が耐熱金属から構成されるので、材料コスト
を低減でき、連絡孔９回りは低熱膨張係数のＳｉ₃ Ｎ₄
から構成されているので、連絡孔９近傍が高温になった
としてもピストンヘッド部８の全体の熱膨張量はバラン
ス良く、耐変形性を向上できる。

【００２９】次に、図５及び図６を参照して、この発明
による燃焼室を持つピストンの構造の別の実施例を説明
する。この実施例は、上記各実施例と比較すると、ピス
トンヘッド部がピストンスカート部にメタルフローで固
定された以外は、同一の構成及び同一の機能を有するの
で、同一の部品には同一の符号を付し、重複する説明は
省略する。

【００３０】図５及び図６に示すように、この燃焼室を
持つピストンの構造において、ピストンヘッド部８は、
ピストンスカート部４への取付部として側壁外周部、即
ち、副室２の壁体３２によって構成される取付部を有
し、ピストンスカート部４は取付部を嵌合する取付孔３
７が形成されている。ピストンヘッド部８をピストンス
カート部４に固定するため、金属製結合部材２６が取付
部の壁体３２と取付孔３７とに跨がって塑性変形して嵌
入されている。結合部材２６は、ピストンヘッド部８の
外面全周に設けずに、例えば、図６に示すように、複数
個（図６では２個）の結合片２２に分割し、結合片２２
をピストンピン孔を形成するピストンピンボス部２７に
配置することが、強度上好ましいものである。ピストン
ヘッド部と前記ピストンスカート部との間に遮熱層１３
が形成されている。また、ピストンヘッド部８の下面１
５とピストンスカート部４の上面１６との間にはガスケ
ット２８，２９が介在されている。ガスケット２８は、
ピストンスカート部４の取付孔３７の近傍に配置され、
確実なシールの機能を果たしている。ガスケット２８で
両者間のシールを行うことによって、ピストンヘッド部
８の副室２を構成する壁体３２の上部３８の応力を緩和
している。ガスケット２９は、ピストンヘッド部８の外
周側に配置され、僅かな程度のガスシールの機能を果た
している。

【００３１】次に、図７を参照して、この発明による燃
焼室を持つピストンの構造の他の実施例を説明する。こ
の実施例は、図５の実施例と比較すると、ピストンヘッ
ド部とピストンスカート部との構造が相違する以外は、
同一の構成及び同一の機能を有するので、同一の部品に
は同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【００３２】この燃焼室を持つピストンの構造におい
て、ピストンヘッド部８のピストンスカート部４への取
付部は、副室２を形成する底壁部３９から突出する取付
軸部３６から構成されている。また、ピストンヘッド部
８をピストンスカート部４に固定するため、金属製結合
部材２６が取付軸部３６と取付孔３７とに跨がって塑性
変形して嵌入されている。結合部材２６は、ピストンヘ
ッド部８の取付軸部３６の外面全周に延びる結合リング
から構成されている。

【００３３】

【発明の効果】この発明による燃焼室を持つピストンの
構造は、上記のように構成されており、次のような効果
を有する。この燃焼室を持つピストンの構造は、耐熱材
料で作製されたピストンヘッド部と金属材料で作製され
るピストンスカート部とに外周部へ向かってピストン頂
面側へ傾斜するテーパ面を形成したので、前記ピストン
ヘッド部をピストンスカート部に鋳込むことにより、前
記ピストンヘッド部と前記ピストンスカート部との外周
面を互いに強固に当接させることができ、両者の外周面
を密接に接触した状態になり、両者間の外周境界面のシ
ールを良好にする。従って、両者間にシール部材を配置
する必要がなくなり、構造を簡単にできる。しかも、前
記ピストンヘッド部の下面と前記ピストンスカート部の
上面との間に遮熱層が形成することによって、前記副室
の遮熱効果を大幅にアップでき、副室からの熱エネルギ
ーの放熱を抑制でき、燃費を向上できる。或いは、この
副室を持つピストンの構造は、ピストンヘッド部とピス
トンスカート部とを金属の塑性変形即ちメタルフローで
固定することも可能であり、同様に遮熱構造及び両者間
のシール効果を確保することができる。

【００３４】即ち、ピストンヘッド部とピストンスカー
ト部と連結部材のピストン外周部に、シール用ガスケッ
トを設けないで、両者間に遮熱空気層を形成した構造に
構成した場合には、両者間にシール用ガスケットを設け
て完全なガスシールを行う構造に対して殆ど変わらない
程度の遮熱度を確保することができる。このことは、遮
熱空気層がシール用ガスケットで燃焼室と隔離されなく
ても、ピストンヘッド部の外周下面とピストンスカート
部との外周上面とが当接して絞られているので、ガスの
流速は遅くなり、その結果、両者間での熱伝達係数が低
くなり、ピストンヘッド部から遮熱空気層を通じてピス
トンスカート部への熱伝導量が小さくなる。即ち、熱伝
達係数は、ガスの流速の０．８乗にほぼ比例するもので
ある。

【００３５】また、前記ピストンヘッド部は前記ピスト
ンスカート部に堅固に固定され、ピストンのほぼ中央に
副室を形成した副室式燃焼室を構成でき、燃料リッチで
燃焼させてＮＯ_X の発生を低減できる。特に、ピストン
に形成した前記副室を遮熱構造に構成してピストンの熱
負荷を低減でき、前記副室から外部への熱放散を防止で
き、熱効率を向上させることができる。また、前記ピス
トンヘッド部の中央部には、ピストン上死点近傍で燃料
噴射ノズルが突入できるノズル孔を形成し、主室と前記
副室とを連通する複数個の連絡孔を前記ノズル孔の周囲
にシリンダ軸に対して斜めに且つ周囲方向に隔置して形
成したので、前記副室が前記ピストンの中央に位置し、
前記連絡孔からの噴流の到達距離が短く、燃焼時間が短
くなってシリンダ周辺の新気との混合を促進して性能が
向上する。また、前記副室からの噴流の到達距離が短く
て済むため、前記連絡孔の通路面積を合計で全体として
大きく形成でき、絞り損失を低減でき効率を向上でき
る。従って、この副室を持つピストンの構造は、前記副
室での燃焼状態を燃料リッチで燃焼させ且つ直接噴射式
燃焼室と同等の燃焼スピードを確保でき、ＮＯ_X の発生
を抑制でき、前記主室での混合が促進され、燃焼スピー
ドを速くして燃焼期間を短縮でき、ＮＯ_X 、ＨＣ、スモ
ークの発生を抑制できる燃焼を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
一実施例を示す断面図である。

【図２】図１の燃焼室を持つピストンの上面図である。

【図３】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
別の実施例を示す断面図である。

【図４】図３の燃焼室を持つピストンの上面図である。

【図５】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
更に別の実施例を示す断面図である。

【図６】図５の燃焼室を持つピストンの下面図である。

【図７】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
他の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 主室（第２燃焼室） ２ 副室（第１燃焼室） ３ ピストン ４ ピストンスカート部 ５ シリンダヘッド ６ シリンダブロック ７ ノズル孔 ８，３３ ピストンヘッド部 ９ 連絡孔 １０ 燃料噴射ノズル １１ 多噴孔 １２ キャビティ １３ 遮熱層 １４ シリンダ １５ ピストンヘッド部の下面 １６ ピストンスカート部の上面 １７ 遮熱材 １８ ピストン頂面 １９ プレート ２０ 結合金属 ２２ 結合片 ２４ シリンダヘッド下面 ２５ 噴孔部 ２６ 結合部材 ２８，２９ ガスケット ３０ ピストンヘッド部の外周下面 ３１ ピストンスカート部の外周上面 ３２ 壁体 ３６ 取付軸部 ３７ 取付孔 ３９ 底壁部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ａ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン頂面の全域を構成する耐熱材料
   で作製された燃焼室を持つピストンヘッド部を金属材料
   で作製されるピストンスカート部に鋳込みで固定し、前
   記ピストンヘッド部の下面が外周部へ向かって前記ピス
   トン頂面側へ傾斜するテーパ面に形成され、前記ピスト
   ンスカート部の上面が前記テーパ面に沿って延びるテー
   パ面に形成され、前記ピストンヘッド部の下面と前記ピ
   ストンスカート部の上面との間に遮熱層が形成され、前
   記ピストンヘッド部の外周下面と前記ピストンスカート
   部の外周上面とが密接に接触していることを特徴とする
   燃焼室を持つピストンの構造。
2. 【請求項２】 前記遮熱層は、鋳込み時に前記ピストン
   ヘッド部の下面と前記ピストンスカート部の上面との間
   に介在された可燃性材料が焼失することによって形成さ
   れた空所で構成されていることを特徴とする請求項１に
   記載の燃焼室を持つピストンの構造。
3. 【請求項３】 前記ピストンヘッド部の外周下面と前記
   ピストンスカート部の外周上面との間に介在したガスケ
   ットは、鋳込み時に前記ピストンスカート部の収縮によ
   り圧縮応力が付与されることを特徴とする請求項１に記
   載の燃焼室を持つピストンの構造。
4. 【請求項４】 ピストン頂面の全域を構成する耐熱材料
   で作製された燃焼室を持つピストンヘッド部、前記ピス
   トンヘッド部の取付部を嵌合する取付孔を備えた金属材
   料で作製されたピストンスカート部及び前記ピストンヘ
   ッド部を前記ピストンスカート部に固定するため前記取
   付部と前記取付孔とに跨がって塑性変形で嵌入された金
   属製結合部材を有し、前記ピストンヘッド部の下面が外
   周部へ向かって前記ピストン頂面側へ傾斜するテーパ面
   に形成され、前記ピストンスカート部の上面が前記テー
   パ面に沿って延びるテーパ面に形成され、前記ピストン
   ヘッド部の下面と前記ピストンスカート部の上面との間
   に遮熱層が形成され、前記ピストンヘッド部の外周下面
   と前記ピストンスカート部の外周上面とが密接に接触し
   ていることを特徴とする燃焼室を持つピストンの構造。
5. 【請求項５】 前記ピストンヘッド部の下面と前記ピス
   トンスカート部の上面との間に介在したガスケットは、
   前記結合部材を塑性変形して前記ピストンヘッド部と前
   記ピストンスカート部とを固定する時に圧縮応力が付与
   されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼室を持つ
   ピストンの構造。
6. 【請求項６】 前記ガスケットは、前記ピストンヘッド
   部の前記取付孔の近傍に配置されていることを特徴とす
   る請求項４に記載の燃焼室を持つピストンの構造。
7. 【請求項７】 前記取付部は前記副室を形成する側壁外
   周部又は前記副室を形成する底壁部から突出する取付軸
   部から構成されていることを特徴とする請求項４に記載
   の燃焼室を持つピストンの構造。
8. 【請求項８】 前記結合部材は全周に延びる結合リング
   又は周方向に部分的に延びる複数個の結合片から構成さ
   れていることを特徴とする請求項４に記載の燃焼室を持
   つピストンの構造。
9. 【請求項９】 前記ピストンヘッド部は、前記ノズル孔
   と前記連絡孔を形成した耐熱性セラミックスから成るプ
   レート及び該プレートを金属の塑性変形で固定した耐熱
   金属から成るピストンヘッド本体から構成されているこ
   とを特徴とする請求項１又は４のいずれかの項に記載の
   燃焼室を持つピストンの構造。
10. 【請求項１０】 前記ピストンヘッド部にはシリンダの
    ほぼ中央に第１燃焼室が形成されると共に燃料噴射ノズ
    ルの噴孔が前記第１燃焼室に突入できるノズル孔と前記
    シリンダ側に形成された第２燃焼室と前記第１燃焼室と
    を連通する前記ノズル孔の周囲方向に隔置した連絡孔が
    形成されていることを特徴とする請求項１又は４に記載
    の燃焼室を持つピストンの構造。