JPH01208552A - ディーゼル機関用ピストンおよびその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼル機関で使用するピストンおよびそ
の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、燃料着火性の改善、出力の増大、排ガスの清浄化
等の目的で、ディーゼル機関用ピストンにおいて燃料噴
射ノズルより噴射された燃料噴霧が直接衝突する部分を
セラミック製部材等の断熱部材で構成し、その断熱部材
をアルミニウム合金等で鋳込んで製造したものが知られ
ている。　□例えば、実開昭５２−１２７１１０号公報
においては、第５図に示すようにピストン１１の頭部に
該ピストン１１の一部が埋設されるように断熱層１２を
鋳込んでなる内燃機関が開示されている。また、実開昭
６０−６５３３３号公報においては、第６図に示すよう
にピストン１１の頂部に燃焼室キャビティ１３を形成し
、この燃焼室キャビティ１３の上端部壁面に環状の断熱
材１５を鋳込んでなる直接噴射式ディーゼル機関の燃焼
室装置が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、実開昭５２−１２７１１０号公報に開示
された内燃機関のピストンでは、第５図に示すように断
面部材の埋設部１４が内周部に向かって形成されている
ため、断熱部材固定後の冷却過程において、セラミック
製の断熱部材とピストン本体との間に熱膨張差に起因す
る隙間が生じ、ガタがでて確実な固定ができない欠点が
あった。

また、実開昭６０−６５３３３号公報に開示されたピス
トンにおいては、燃焼室キャビティ１３のリップ部のみ
が断熱材１５より構成されるため、ピストン上端部から
リングへ熱が伝わりやす（断熱効果が少ない欠点があっ
た。

本発明は上述した課題を解消して、セラミック製部材の
アルミニウム合金よりなるピストン本体への固定が確実
で、断熱性も良好であるとともに、鋳ぐるみにより作製
するので量産が容易なディーゼル機関用ピストンおよび
その製造方法を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明のディーゼル機関用ピストンは、アルミニウム合
金とセラミック製部材より構成されるディーゼル機関用
ピストンにおいて、該セラミック製部材のピストン上端
面の反対側の面の下部に外周部に向かって突出したくび
れ部を形成し、該くびれ部をアルミニウム合金で外周部
より鋳ぐるんでピストン頭部に固定したことを特徴とす
るものである。

また、本発明のディーゼル機関用ピストンの製造方法の
第１発明は、アルミニウム合金とセラミック製部材より
構成されるディーゼル機関用ピストンの製造法において
、キャビティ部およびピストンヘッドの上端面を構成す
る下部に外周部に向かって突出したくびれ部を形成した
セラミック製部材を、アルミニウム合金で鋳ぐるんだこ
とを特徴とするものである。

さらに、本発明のディーゼル機関用ピストンの製造方法
の第２発明は、アルミニウム合金とセラミック製部材よ
り構成されるディーゼル機関用ピストンの製造法におい
て、ピストンヘッドの上端面外周部を構成する下部に外
周部に向かって突出したくびれ部を形成したリング状の
セラミック製部材と、キャビティ部およびピストン本体
を構成するアルミニウム合金製部材とをアルミニウム合
金で鋳ぐるんだことを特徴とするものである。

（作　用） 上述した構成において、セラミック製部材のピストン上
端面の反対側の面の下部に外周部に向かって突出したく
びれ部をアルミニウム合金で鋳ぐるんでいるため、冷却
過程において熱膨張差に起因する変形は両者の間の結合
が強くなるようになる。そのため、セラミック製部材と
アルミニウム合金よりなるピストン本体との間を強固に
固定することができる。

また、ピストン頭部の上面のリップ部を除く部分全体が
セラミック製部材であると、断熱性の向上効果とともに
、リップ部が耐熱部材である場合に生じるリップ部の高
温化により燃焼時排ガス中に生成するＮＯ，増大を有効
に防止できるため好ましい。

さらに、鋳ぐるみによる製造に際し、ピストンヘッドの
上端面外周部を構成するセラミック製部材と、キャビテ
ィ部およびピストン本体を構成するアルミニウム合金製
部材とを予め作製しておき、両者をアルミニウム合金で
鋳ぐるんだ場合は、アルミニウム合金の鋳ぐるみ量を少
なくできるため、冷却時アルミ合金が熱収縮によりセラ
ミック製部材に作用する圧縮力を低減できるので破壊す
ることはなく、また鋳ぐるみ後の残留応力も少ない。

（実施例） 第１図は本発明のピストンの一例を示す断面図である。

第１図に示す実施例においては、キャビティ部２を有す
るとともに、ピストン上端面３の反対側の面の下部に外
周部に向かって突出するよう設けたくびれ部４を有する
セラミック製部材５をアルミニウム合金により鋳込んで
、ピストン本体６とセラミック製部材５とよりピストン
１を構成している。すなわち、キャビティ部２の全体が
セラミックスより構成されている。くびれ部４はセラミ
ック製部材５の下部全周にわたって設けられている。ま
た、セラミック製部材５のピストン上端面３の反対側の
面の下部と外周部に向かって突出したくびれ部４との傾
斜角が８０°以下より好ましくは７０゛以下に形成され
るか、さらに好ましくはくびれ部４のセラミック製部材
突起部外径ｄ。

とアルミ合金製部材突起部内径ｄ、の関係が運転時の温
度において次の条件を満たすことにより、セラミック製
部材の運転時の抜けがなく好ましい。

ｄｃ（セラミック製部材外径）　＞ｄ、　（アルミ合金
製部材内径） セラミック製部材としては耐熱性、耐熱衝撃性、断熱性
に優れたセラミックスが好ましく、窒化ケイ素、炭化ケ
イ素、サイアロン、部分安定化ジルコニア、ムライト、
アルミナのいずれかより構成されているとさらに好まし
い。さらに、アルミニウム合金としては、ＪＩＳ　Ｈ５
２０２で規定するＡＣＢＡをはじめとして従来ピストン
に使用されたものはいずれも使用可能である。

なお、鋳ぐるみにあたっては、セラミック製部材５に対
する熱衝撃を緩和して７２０℃程度のアルミニウム溶湯
を注湯したときにセラミック製部材５が割れないように
するためにセラミック製部材５を約５００℃以上に加熱
した後鋳込むと好ましい。

また、アルミニウム合金よりなるピストン本体６の強度
を高めるため、熱処理としてＪＩＳ　Ｈ５２０２に定め
るＴ６処理を施した。

第２図は本発明のピストンの他の例を示す断面図である
。第２図に示す実施例において、第１図に示す部材と同
一のものには同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２図において第１図に示す実施例と異なる点は、キャ
ビティ部２の底部をアルミニウム合金製のピストン本体
６により構成している点である。本実施例では、セラミ
ック製部材５とピストン本体６との間の強固な接合が達
成できるとともに、第１図に示す実施例と比べてキャビ
ティ部２の熱をピストン本体６から逃がすことによりキ
ャビティ部２の高温化を防止でき、ＮＯ，を減少させる
ことができる。

第３図は本発明のピストンのさらに他の例を示す断面図
である。第３図に示す実施例において、第１図に示す部
材と同一のものは同一の符号を付し、その説明を省略す
る。第３図において第１図に示す実施例と異なる点は、
キャビティ部２全体をアルミニウム合金製のピストン本
体６により構成している点である。本実施例では、セラ
ミック製部材５とピストン本体６との間の強固な接合が
達成できるとともに、キャビティ部２全体がピストン本
体６より構成され、さらに他の部分はセラミック製部材
５より構成されているため、キャビティ部２の熱をピス
トン本体６から逃がすことによりキャビティ部２の高温
化を防止でき、ＮＯＸを減少させることができる。

第４図は本発明のピストンのさらに他の例を示す断面図
である。第４図に示す実施例においても、第１図に示す
部材と同一のものは同一の符号を付し、その説明を省略
する。第４図において第１図に示す実施例と異なる点は
、キャビティ部２およびピストン本体６を形成するアル
ミニウム合゛金製部材７と、ピストン上端面３の外周部
を構成するセラミック製部材５とを予め作製した後、ア
ルミニウム合金製部材７とセラミック製部材５とを組み
立て、両者の接合部８をアルミニウム合金で鋳ぐるんで
ピストンを構成した点である。本実施例では、アルミニ
ウム合金の鋳ぐるみ量を少なくでき、セラミック製部材
５が熱膨張差により破壊することはなく、また鋳ぐるみ
後の残留応力も少ない。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変形、変更が可能である。例えば、キャビティ
の形状は上述した実施例の形状に限定されないことはい
うまでもない。また、上述した実施例では、くびれ部４
をセラミック製部材５の下部全周にわたって設けたが、
くびれ部４を複数の部分に分割して設けることもできる
。

（発明の効果） 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
のディーゼル機関用ピストンによれば、セラミック製部
材のピストン上端面の反対側の面の下部に外周部に向か
って突出したくびれ部を設け、このくびれ部をアルミニ
ウム合金で鋳ぐるんでいるため、冷却過程において熱膨
張差に起因して生ずる変形を有効に利用でき、セラミッ
ク製部材のピストン本体への強固な接合を達成すること
ができる。また、本発明のピストンは鋳ぐるみで作製で
きるため、容易に量産することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はそれぞれ本発明のピストンの一例を示
す断面図、 第５図および第６図はそれぞれ従来のピストンを示す断
面図である。 １・・・ピストン　　　　　２・・・キャビティ部３・
・・ピストン上端面 ４・・・くびれ部 ５・・・セラミック製部材 ６・・・ピストン本体 ７・・・アルミニウム合金製部材 ８・・・接合部 特許出願人　　日本碍子株式会社 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウム合金とセラミック製部材より構成され
   るディーゼル機関用ピストンにおいて、該セラミック製
   部材のピストン上端面の反対側の面の下部に外周部に向
   かって突出したくびれ部を形成し、該くびれ部をアルミ
   ニウム合金で外周部より鋳ぐるんでピストン頭部に固定
   したことを特徴とするディーゼル機関用ピストン。 ２、アルミニウム合金とセラミック製部材より構成され
   るディーゼル機関用ピストンの製造法において、キャビ
   ティ部およびピストンヘッドの上端面を構成する下部に
   外周部に向かって突出したくびれ部を形成したセラミッ
   ク製部材を、アルミニウム合金で鋳ぐるんだことを特徴
   とするディーゼル機関用ピストンの製造方法。 ３、アルミニウム合金とセラミック製部材より構成され
   るディーゼル機関用ピストンの製造法において、ピスト
   ンヘッドの上端面外周部を構成する下部に外周部に向か
   って突出したくびれ部を形成したリング状のセラミック
   製部材と、キャビティ部およびピストン本体を構成する
   アルミニウム合金製部材とをアルミニウム合金で鋳ぐる
   んだことを特徴とするディーデル機関用ピストンの製造
   方法。