JPH0122915Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の特にデイーゼルエンジン等
に用いる鋳鉄製ピストンに断熱効果を有するセラ
ミツク部材を組込んだピストンの改良に関する。

従来、デイーゼルエンジンの熱効率を改善して
燃費の向上を図るため、断熱効果のすぐれたセラ
ミツク部材を鋳鉄製ピストン本体の頭部に部分的
に嵌着することが知られている。一般にこれらセ
ラミツクとメタルの嵌着方法の一つに焼嵌結合す
ることが知られているが、内燃機関のピストンに
適用すると次の問題が生じた。鋳鉄製ピストン本
体の凹部と嵌合するセラミツク部材外周部の軸方
向の焼嵌結合部分は内燃機関で使用した場合、前
記結合部分の温度は燃焼ガスに曝される燃焼室側
が嵌合奥部側に較べて高く、第１図に示すように
ピストン本体２１の凹部２５の周側端部２８が径
方向に引張られるため次第に拡開して結合力が低
下し、セラミツク部材２６を長時間に亘つて安定
保持することが困難であつた。またかかる温度分
布に不均一によつてセラミツク部材は容易に破損
する要因となつた。

本考案は上述の情況に鑑みてなされたものであ
つて、鋳鉄製ピストン本体の凹部に嵌合するセラ
ミツク部材の外周部または凹部内壁の燃焼室側と
反対側の奥部に、軸方向の長さｌが前記セラミツ
ク部材の厚みｔに対して1/2〜1/5の範囲となる環
状の空隙を形成して両者を焼嵌し、前記セラミツ
ク部材の上端面とピストン頭部の上面が面一とな
るように形成したことにより、ピストン本体の頭
部にセラミツク部材が長時間に亘つて安定した焼
嵌結合を保持し、かつセラミツク部材の破損を防
止して耐久性のすぐれたセラミツク部材を内蔵し
た内燃機関用ピストンを提供しようとするもので
ある。

以下、本考案を図面の実施例に基づいて説明す
る。

第２図は本考案の一実施例を示したピストンの
正面縦断面図であり、１はデイーゼルエンジン等
に用いられている鋳鉄製ピストン本体であり、図
示しないシリンダーライナーとの間の摺動面を形
成する周側には複数のピストンリング溝２が形成
され、内部には同じく図示しないコネクチングロ
ツドを挿通保持するピストンピン穴３が貫設され
ている。４は燃焼室に面したピストン頭部、５は
前記頭部に同心的に凹設された有底孔の凹部であ
る。６は耐熱性を有し且つ断熱性のすぐれた窒化
珪素、ジルコニア、サイアロン等焼結体から成る
円盤状のセラミツク部材で、前記凹部５内に焼嵌
結合されており、セラミツク部材６の上端面とピ
ストン頭部４の上面とが面一に形成されている。
このセラミツク部材６は前記凹部５の内壁５ａと
嵌合する外周部６ａの燃焼室側と反対側の奥部に
段部を有する径小部６ｂを形成し、これと相対す
る前記内壁５ａとの間に空隙７を介設して成るピ
ストンである。

本考案のピストンは前記空隙の寸法関係を、軸
方向の空隙長さｌをセラミツク部材の厚みｔに対
して1/2〜1/5の範囲となるように環状に設定する
構成によつて、嵌合奥部でセラミツク部材の熱が
空隙を経て鋳鉄製ピストン本体に伝達しにくく、
ピストン本体の燃焼室側である凹部５の周側端部
８の熱をストレートに放熱することから該周側端
部８の温度が低下して嵌合部分の温度を均一化
し、セラミツク部材の焼嵌結合が安定保持し、か
つ温度の均一化によつて熱応力が減少しセラミツ
ク部材の破損をも有効に防止することができる。

なお、セラミツク部材６に耐久性を与えるため
には、軸方向の厚みｔは８mm以上が好ましい。ま
た焼嵌代および該温度はセラミツク部材の材質、
寸法等によつて適宜選択される。

さて、第２図の実施例においてジルコニア焼結
体から成る直径63mmφ×厚さt12mm径小部の直径
60mmφ×長さl5mmを設けたセラミツク部材６を焼
嵌代（直径差）0.05±0.02mm、温度200℃で外径
73mmφのピストン本体１の凹部５に焼嵌した本考
案ピストンＡと、同材で径小部を設けない直径63
mmφ×厚さ12mmを同様にピストン本体に焼嵌した
比較品Ｂを用いてデイーゼルエンジンに装着して
耐久テストを実施した。その結果、比較品Ｂは
2200rpm×無負荷で鋳鉄製ピストン本体の周側端
面が拡開し、セラミツク部材が脱落するのに対
し、径小部によつて空隙を形成した本考案ピスト
ンＡは2200rpm×４／４×100hrの運転において
も異常がなかつた。

第３図は本考案の他の実施例を示したもので、
鋳鉄製ピストン本体１１の凹部１５の内壁１５ａ
の奥部に段部を有する径大部１５ｂを設け、この
凹部１５に円盤状のセラミツク部材１６が外周部
１６ａで焼嵌されて空隙７が形成されたピストン
である。特にかかる構成のピストンは鋳鉄製ピス
トン本体１１の周側端部８の肉厚が比較的厚い場
合に適用して周側端部側の拡開を防止する作用が
すぐれる。なお、セラミツク部材内に示す点線９
は頭部に形成されたクラウン燃焼室を設けた場合
の例示である。

以上の如く、本考案は鋳鉄製ピストン本体の凹
部の内壁または嵌合するセラミツク部材の外周部
で燃焼室側と反対側の奥部に、軸方向の長さｌが
セラミツク部材の厚みｔに対して1/2〜1/5の範囲
となる環状の空隙を形成して両者を焼嵌し、前記
セラミツク部材の上端面とピストン頭部の上面と
が面一となるように形成したことにより、セラミ
ツク部材を嵌合したピストン本体の周側部分の温
度を均一化させて周側端面の拡開による緩みを抑
止し、セラミツク部材の焼嵌結合力を長時間に亘
つて安定保持し、かつセラミツク部材の破損を防
止してすぐれた耐久性を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のセラミツク部材内蔵ピストンの
使用状態を示した要部断面図、第２図は本考案の
一実施例を示したピストンの正面縦断面図、第３
図は本考案の他の実施例を示したピストンの正面
縦断面図である。 １，１１……ピストン本体、４，１４……頭
部、５，１５……凹部、５ａ，１５ａ……内壁、
６，１６……セラミツク部材、６ａ，１６ａ……
外周部、７……空隙。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 鋳鉄製ピストン本体の頭部に凹部を設けて該凹
   部にセラミツク部材を嵌着してなる内燃機関用ピ
   ストンにおいて、前記凹部の内壁または該内壁と
   嵌合する前記セラミツク部材の外周部で燃焼室側
   と反対側の奥部に、軸方向の長さＩが前記セラミ
   ツク部材の厚みｔに対して1/2〜1/5の範囲となる
   環状の空隙を形成して両者を焼嵌し、前記セラミ
   ツク部材の上端面と前記ピストン頭部の上面とが
   面一となるように形成してなる構造。