JPS61106951A - 内燃機関用ピストン - Google Patents
内燃機関用ピストンInfo
- Publication number
- JPS61106951A JPS61106951A JP22692384A JP22692384A JPS61106951A JP S61106951 A JPS61106951 A JP S61106951A JP 22692384 A JP22692384 A JP 22692384A JP 22692384 A JP22692384 A JP 22692384A JP S61106951 A JPS61106951 A JP S61106951A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- unit
- skirt
- piston
- piston crown
- metal ring
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0076—Pistons the inside of the pistons being provided with ribs or fins
-
- 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
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
-
- 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 or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0466—Nickel
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (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］
本発明はセラミックスを利用した内燃機関用ピストンに
関するものである。
関するものである。
［従来の技術］
内燃機関の低速・低負荷時にはピストンの温度が上昇せ
ず、燃焼が不安定となり、ＨＣ，Ｃｏなとの排気ガス成
分が多くなり、臭気のある白煙が排出される。一方、高
速・高負荷時にはピストンの温度が高くなり過ぎ、吸入
効率の低下を来たし、機関の出力が低下するなどの問題
がある。特に、小排気量ディーゼル機関ではこの傾向が
強く、低温時の燃焼の改良手段として、例えば圧縮比を
高くするとか、燃料噴射ノズルの噴孔を小さく、かつ数
を増加するなどの各種の手段が講じられている。しかし
、このような手段を講じても、低温時の燃焼改良にはあ
まり効果がなく、小排気量の直接噴射型ディーゼル機関
の大きな問題点となっている。
ず、燃焼が不安定となり、ＨＣ，Ｃｏなとの排気ガス成
分が多くなり、臭気のある白煙が排出される。一方、高
速・高負荷時にはピストンの温度が高くなり過ぎ、吸入
効率の低下を来たし、機関の出力が低下するなどの問題
がある。特に、小排気量ディーゼル機関ではこの傾向が
強く、低温時の燃焼の改良手段として、例えば圧縮比を
高くするとか、燃料噴射ノズルの噴孔を小さく、かつ数
を増加するなどの各種の手段が講じられている。しかし
、このような手段を講じても、低温時の燃焼改良にはあ
まり効果がなく、小排気量の直接噴射型ディーゼル機関
の大きな問題点となっている。
［考案が解決しようとする問題点］
このような問題を解決する手段の１つとして、機関の熱
放散量の約３０％を占めるピストン冠部にセラミックス
を用いることにより燃焼室を断熱化し、圧縮空気の温度
上昇を図り、低温時の低速・低負荷運転における燃焼状
態を大幅に改良することができる。
放散量の約３０％を占めるピストン冠部にセラミックス
を用いることにより燃焼室を断熱化し、圧縮空気の温度
上昇を図り、低温時の低速・低負荷運転における燃焼状
態を大幅に改良することができる。
ピストン冠部にセラミックスを用いたものは、既に特開
昭５７−２４４５号公報などに開示されている。しかし
、この従来技術は化学的処理や鋳ぐるみなど数多くの工
程を必要とし、その管理が複雑で組立てに手数が掛る。
昭５７−２４４５号公報などに開示されている。しかし
、この従来技術は化学的処理や鋳ぐるみなど数多くの工
程を必要とし、その管理が複雑で組立てに手数が掛る。
そこで、本発明の目的は一般的な金属からなるスカート
部に対して、機械的な手段でセラミックスからなるピス
トン冠部を結合することができ、しかも熱応力による破
損を回避し得る内燃機関用ピストンを提供することにあ
る。
部に対して、機械的な手段でセラミックスからなるピス
トン冠部を結合することができ、しかも熱応力による破
損を回避し得る内燃機関用ピストンを提供することにあ
る。
［問題点を解決するための手段］
上記目的を達成するために、本発明の構成は金属からな
るスカート部の上端壁に穴を設け、前記スカート部の上
端壁に断熱材を介してセラミックスからなるピストン冠
部を重ね合せるとともに、前記ピストン冠部の下面中央
から突出する軸部を前記スカート部の穴へ断熱筒を介し
て嵌合し、前記断熱筒と前記スカート部の内周面との間
にセラミックスとほぼ同じ熱膨張率をもつ金属リングを
押圧嵌合したものである。
るスカート部の上端壁に穴を設け、前記スカート部の上
端壁に断熱材を介してセラミックスからなるピストン冠
部を重ね合せるとともに、前記ピストン冠部の下面中央
から突出する軸部を前記スカート部の穴へ断熱筒を介し
て嵌合し、前記断熱筒と前記スカート部の内周面との間
にセラミックスとほぼ同じ熱膨張率をもつ金属リングを
押圧嵌合したものである。
′□１ ［作用］
スカート部１１の上端壁に断熱材２１を挾んでセラミッ
クスからなるピストン冠部１２が重ね合わされるととも
に、スカート部１１の上端壁に設けた穴１１ａに断熱筒
２２を介してピストン冠部１２の軸部２４を嵌合すると
ともに、断熱筒２２の下端部で外周側にセラミックスと
同等の熱膨張率を有する金属リング５を嵌合して、スカ
ート部１１の上端壁部ないしフランジをピストン冠部１
２との間に挾んで固定される。
クスからなるピストン冠部１２が重ね合わされるととも
に、スカート部１１の上端壁に設けた穴１１ａに断熱筒
２２を介してピストン冠部１２の軸部２４を嵌合すると
ともに、断熱筒２２の下端部で外周側にセラミックスと
同等の熱膨張率を有する金属リング５を嵌合して、スカ
ート部１１の上端壁部ないしフランジをピストン冠部１
２との間に挾んで固定される。
金属リング２３がニッケル・コバルト系の金属からなり
、熱膨張率がピストン冠部１２を構成する窒化珪素とほ
ぼ同じであるので、これを加熱軟化させた状態で断熱ｆ
ｌ！２２とスカート部１１の内周面との間に嵌合すれば
、両者の間に高湿でも緊密な嵌合状態が維持される。
、熱膨張率がピストン冠部１２を構成する窒化珪素とほ
ぼ同じであるので、これを加熱軟化させた状態で断熱ｆ
ｌ！２２とスカート部１１の内周面との間に嵌合すれば
、両者の間に高湿でも緊密な嵌合状態が維持される。
［発明の実施例］
本発明を実施例に基づいて説明する。第１図は本発明に
係るピストンを備えたディーゼル機関の正面断面図であ
る。シリンダブロック７のシリンダ７ａにピストン４が
嵌合されるとともに、シリンダブロック７の上端のシリ
ンダヘッド５が結合される。シリンダヘッド５には排気
ポート１７が設けられ、この端部に嵌合固定した弁座１
６に離接する排気弁６ａがガイド８を介してシリンダヘ
ッド５に支持される。図示してないが、同様に吸気弁に
よって開閉される吸気ボートがシリンダヘッド５に設け
られる。シリンダヘッド５の下面とピストン４との間に
燃焼室が区画され、ピストン４の往復運動はピストンピ
ン３７により連結されるコネクティングロッド３６を介
して図示してないクランク軸の回転運動に変換される。
係るピストンを備えたディーゼル機関の正面断面図であ
る。シリンダブロック７のシリンダ７ａにピストン４が
嵌合されるとともに、シリンダブロック７の上端のシリ
ンダヘッド５が結合される。シリンダヘッド５には排気
ポート１７が設けられ、この端部に嵌合固定した弁座１
６に離接する排気弁６ａがガイド８を介してシリンダヘ
ッド５に支持される。図示してないが、同様に吸気弁に
よって開閉される吸気ボートがシリンダヘッド５に設け
られる。シリンダヘッド５の下面とピストン４との間に
燃焼室が区画され、ピストン４の往復運動はピストンピ
ン３７により連結されるコネクティングロッド３６を介
して図示してないクランク軸の回転運動に変換される。
本発明によるピストン４は燃焼室の断熱化を図るために
、セラミックスからなるピストン冠部１２と、この下側
に結合される普通の金属からなるスカート部１１とから
構成される。スカート部１１の外周面にはピストンリン
グ１９が装着されるとともに、上端壁の中央に穴１１ａ
が設けられる。
、セラミックスからなるピストン冠部１２と、この下側
に結合される普通の金属からなるスカート部１１とから
構成される。スカート部１１の外周面にはピストンリン
グ１９が装着されるとともに、上端壁の中央に穴１１ａ
が設けられる。
第２図に示すように、ピストン冠部１２はこの上端面に
吸気の渦流を促すくほみ１３が設けられるとともに、下
面中央から下方へ突出する軸部２４が一体に形成され、
この軸部２４の下面に冷却フィン１２ｂが一体に形成さ
れる。
吸気の渦流を促すくほみ１３が設けられるとともに、下
面中央から下方へ突出する軸部２４が一体に形成され、
この軸部２４の下面に冷却フィン１２ｂが一体に形成さ
れる。
この冷却フィン１２ｂを適時冷却するために、シリンダ
ブロック７に設けたオイルギヤラリ３１に隣接して、ハ
ウジング３２と弁体３２ａからなる制御弁３５が配設さ
れる。弁ハウジング３２にピストン冠部１２の下面に向
って延びるノズル３４が取付けられる。そして、オイル
ギヤラリ３１とノズル３４とを結ぶハウジング３２の通
路の途中に弁体３２ａが備えられ、ソレノイドなどのア
クチュエータ３３により適時開かれるようになっている
。
ブロック７に設けたオイルギヤラリ３１に隣接して、ハ
ウジング３２と弁体３２ａからなる制御弁３５が配設さ
れる。弁ハウジング３２にピストン冠部１２の下面に向
って延びるノズル３４が取付けられる。そして、オイル
ギヤラリ３１とノズル３４とを結ぶハウジング３２の通
路の途中に弁体３２ａが備えられ、ソレノイドなどのア
クチュエータ３３により適時開かれるようになっている
。
第２図に示すように、スカート部１１の上端壁１１ｂに
適当な断熱材２１を介してピストン冠部１２の周縁部が
重ね合わされると同時に、穴１１ａ・に軸部２４が断熱
筒２２を介して嵌合される。
適当な断熱材２１を介してピストン冠部１２の周縁部が
重ね合わされると同時に、穴１１ａ・に軸部２４が断熱
筒２２を介して嵌合される。
そして、断熱筒２２の外周面とスカート部１１の内周面
との間に金属リング２３を嵌合して、この金属リング２
３とピストン冠部１２との間にスカート部１１の上端壁
１１ｂが挾み付けられる。
との間に金属リング２３を嵌合して、この金属リング２
３とピストン冠部１２との間にスカート部１１の上端壁
１１ｂが挾み付けられる。
金属リング２３としてはピストン冠部１２を構−〇−
成する窒化珪素と熱膨張率がほぼ同じであるニッケル・
コバルト系の金属を用い、これを加熱軟化させて断熱筒
２２とスカート部１１との間に圧入し、かつプレス機に
より押圧して断熱筒２２の外周面とスカート部１１の内
周面に強く密着される。
コバルト系の金属を用い、これを加熱軟化させて断熱筒
２２とスカート部１１との間に圧入し、かつプレス機に
より押圧して断熱筒２２の外周面とスカート部１１の内
周面に強く密着される。
［発明の効果］
本発明は上述のように構成したことにより、スカート部
１１、ピストン冠部１２、断熱材２１、断熱筒２２およ
び金属リング２３がそれぞれ予め成形され、ピストン冠
部１２の軸部２４が断熱筒２２を介してスカート部１１
の穴１１ａへ嵌合され状態で、締付金属リング２３を加
熱軟化させて、断熱筒２２とスカート部１１との間へ密
着させたものであるから、簡単な機械的加工によりスカ
ート部１１にセラミックスからなるピストン冠部１２を
結合することができる。
１１、ピストン冠部１２、断熱材２１、断熱筒２２およ
び金属リング２３がそれぞれ予め成形され、ピストン冠
部１２の軸部２４が断熱筒２２を介してスカート部１１
の穴１１ａへ嵌合され状態で、締付金属リング２３を加
熱軟化させて、断熱筒２２とスカート部１１との間へ密
着させたものであるから、簡単な機械的加工によりスカ
ート部１１にセラミックスからなるピストン冠部１２を
結合することができる。
締付金属リング２３は断熱材２１および断熱筒２２によ
りピストン冠部１２から隔離されているので、燃焼ガス
の晒されるピストン冠部１２からの伝熱が抑えられると
ともに、金属リング２３がニッケル・コバルト系の金属
からなり、熱膨張率がピストン冠部１２を構成するセラ
ミックスである窒化珪素とほぼ同じであるので、両者の
間に熱応力の発生が抑えられ、高温でも緊密な嵌合状態
が維持される。
りピストン冠部１２から隔離されているので、燃焼ガス
の晒されるピストン冠部１２からの伝熱が抑えられると
ともに、金属リング２３がニッケル・コバルト系の金属
からなり、熱膨張率がピストン冠部１２を構成するセラ
ミックスである窒化珪素とほぼ同じであるので、両者の
間に熱応力の発生が抑えられ、高温でも緊密な嵌合状態
が維持される。
そして、スカート部１１に断熱材２”ｌよび断熱筒２２
を介して、セラミックスからなるピストン冠部１２が結
合されるから、燃焼室の断熱効果により、燃焼室からピ
ストンを経てクランク室へ向う熱の放散を大幅に抑えら
れ、燃焼室の温度を高めることができるから、低温時の
低速・低負荷運転時にも安定した燃焼が得られる。
を介して、セラミックスからなるピストン冠部１２が結
合されるから、燃焼室の断熱効果により、燃焼室からピ
ストンを経てクランク室へ向う熱の放散を大幅に抑えら
れ、燃焼室の温度を高めることができるから、低温時の
低速・低負荷運転時にも安定した燃焼が得られる。
一方、高速・高負荷運転では、燃焼室の温度が高くなり
すぎる恐れがあるが、この時アクチュエータ３３により
弁体３２ａを開き、オイルギヤラリ３１の潤滑油を制御
弁３５を経てノズル３４からピストン冠部１２の下面の
冷却フィン１２ｂへ噴射すれば、ピストン冠部１２が冷
却されて燃焼室の異常な温度上昇が抑えられ、吸気効率
の低下による機関の出力低下を抑えることができる。
すぎる恐れがあるが、この時アクチュエータ３３により
弁体３２ａを開き、オイルギヤラリ３１の潤滑油を制御
弁３５を経てノズル３４からピストン冠部１２の下面の
冷却フィン１２ｂへ噴射すれば、ピストン冠部１２が冷
却されて燃焼室の異常な温度上昇が抑えられ、吸気効率
の低下による機関の出力低下を抑えることができる。
第１図は本発明に係る内燃機関用ピストンを備えた内燃
機関の正面断面図、第２図は同ピストンの要部を拡大し
て示す正面断面図である。 １１ニス力−ト部 １１ａ ：穴 １２：ピストン冠部
２１：断熱材 ２２：断熱筒 ２３：締付金属リング
機関の正面断面図、第２図は同ピストンの要部を拡大し
て示す正面断面図である。 １１ニス力−ト部 １１ａ ：穴 １２：ピストン冠部
２１：断熱材 ２２：断熱筒 ２３：締付金属リング
Claims (1)
- 金属からなるスカート部の上端壁に穴を設け、前記スカ
ート部の上端壁に断熱材を介してセラミックスからなる
ピストン冠部を重ね合せるとともに、前記ピストン冠部
の下面中央から突出する軸部を前記スカート部の穴へ断
熱筒を介して嵌合し、前記断熱筒と前記スカート部の内
周面との間にセラミックスとほぼ同じ熱膨張率をもつ金
属リングを押圧嵌合したことを特徴とする内燃機関用ピ
ストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22692384A JPS61106951A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 内燃機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22692384A JPS61106951A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 内燃機関用ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61106951A true JPS61106951A (ja) | 1986-05-24 |
Family
ID=16852718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22692384A Pending JPS61106951A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61106951A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170107935A1 (en) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | Ford Global Technologies, Llc | Direct-injection internal combustion engine with piston, and method for producing a piston of an internal combustion engine of said type |
-
1984
- 1984-10-30 JP JP22692384A patent/JPS61106951A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170107935A1 (en) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | Ford Global Technologies, Llc | Direct-injection internal combustion engine with piston, and method for producing a piston of an internal combustion engine of said type |
| US10436147B2 (en) * | 2015-10-14 | 2019-10-08 | Ford Global Technologies, Llc | Direct-injection internal combustion engine with piston, and method for producing a piston of an internal combustion engine of said type |
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