JPH0435562Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はセラミツクスを利用した内燃機関にお
ける断熱ピストンに関するものである。

［従来の技術］ 従来から提案されているセラミツクスを利用し
た断熱内燃機関は、ピストン冠部、シリンダライ
ナ、シリンダヘツド、フアイヤデツキなどの燃焼
ガスに晒される壁部を、チツ化ケイ素、炭化ケイ
素などのセラミツクスから成形し、ピストン本
体、シリンダ本体、シリンダヘツドなどの金属構
造体に結合している。

実開昭55−6479号公報に開示されるように、金
属製のスカート部の上側に、セラミツクス製のピ
ストン冠部を重ね合せ、結合ボルトにより互いに
締結してなる断熱ピストンでは、燃焼室の燃焼ガ
スがボルト穴を経てクランク室へ洩れるのを防止
するために、ボルトの頭部とピストン冠部との間
に一般的なシール部材を装着するだけで十分であ
る。

しかし、実開昭54−161411号公報に開示される
ように、スカート部とピストン冠部との間に断熱
空部を設けることにより、ピストン冠部からスカ
ート部への伝熱量を減じる断熱ピストンでは、ス
カート部とピストン冠部との重合せ部の周縁側
に、別のシール部材またはパツキンを介装する必
要がある。この場合、一般的な断熱パツキンで
は、ピストンの上下慣性力、燃焼ガス圧力の変
化、ピストン冠部とスカート部の熱膨張差などか
らへたりが生じて密封性能が低下し、燃焼ガスの
一部が断熱空部へ浸入すると、圧縮比が低下し、
機関出力が低下するという問題がある。

［考案が解決しようとする問題点］ 本考案の目的は上述の問題に鑑み、金属シール
部材を環状溝の周壁面に弾性的に密着させること
により、上述の諸条件に対し安定であり、ピスト
ン冠部とスカート部との重合せ面を完全に密封す
る、断熱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、本考案の構成は金
属製のスカート部とセラミツクス製のピストン冠
部との重合せ面の周縁側の両面にそれぞれ環状溝
を設け、前記重合せ面の中央側に断熱空部を設
け、前記環状溝に厚肉の板ばねを筒状に巻き重ね
てなる帯環を、板面が環状溝の周壁面に弾性的に
接するよう係合したものである。

［作用］ 帯環は厚肉の板ばねを巻き重ねたものであるか
ら、スカート部とピストン冠部との重合せ面の両
方に設けた比較的深い環状溝へ装着すると、自ら
の拡開力または縮閉力により環状溝の周壁面によ
く密着し、重合せ面の隙間を密封する。

［考案の実施例］ 第８図はセラミツクスを用いた断熱内燃機関の
正面断面図である。普通の金属製のシリンダヘツ
ド１の下面に形成した円筒部１ａに、セラミツク
ス製のカツプ形のヘツドライナ３がガスケツト１
６を介して嵌合され、ヘツドライナ３の下面がガ
スケツト２０を介して、シリンダ本体２に嵌合し
たシリンダライナ４の上面に突き合される。シリ
ンダヘツド１から挿通した複数のボルト９をシリ
ンダ本体２へ螺合することにより、シリンダヘツ
ド１とヘツドライナ３シリンダ本体２へ結合され
る。

ヘツドライナ３の上壁に、シリンダヘツド１の
吸・排気ポート１１に連なる弁座が形成され、セ
ラミツクスをコーテイングした吸・排気弁７によ
り開閉される。燃料噴射ノズル５の先端が、ヘツ
ドライナ３の上壁から燃焼室へ突出される。セラ
ミツクス製のヘツドライナ３と、セラミツクス製
のピストン冠部８とにより燃焼室が区画され、燃
焼室の主要部から離れた部分で、ヘツドライナ３
はセラミツクス製のシリンダライナ４と突き合さ
れる。

ピストン１９はセラミツクス製のピストン冠部
８は、普通の金属製のスカート部６の位置決めピ
ン１５により決められた所定の位置に重ね合せ、
上から挿通したボルト３１にデイスタンススリー
ブ１７と皿ばね１３を外挿し、ナツト３３を締め
付けて構成される。ピストン冠部８は上面に燃料
と空気の混合を促す窪み３９を設けられ、下面中
央に円筒部３４を設けられる。スカート部６は外
周面のリング溝４２（第１図参照）にピストンリ
ング４１を装着され、上面中央に柱１０を形成さ
れる。ピストン冠部８は円筒部３４の内端面を、
スカート部６の柱１０の上面に重ね合せて、前述
のボルト３１とナツト３３により結合される。柱
１０と円筒部３４との間に断熱空部１２が形成さ
れる。必要により、円筒部３４の内端面と柱１０
の上面との間にガスケツトを介装する。

第１図に示すように、ピストン冠部８の下面８
ａとスカート部６の上面６ａとの重合せ部の周縁
側は、ボルト３１の締付応力を回避するために隙
間を設けられる。

本考案は上述の隙間を密封することにより、断
熱空部１２への燃焼ガスの浸入を防ぎ、断熱空部
１２の断熱効果を高めるものである。このため、
スカート部６の上面６ａに環状溝２２が、ピスト
ン冠部８の下面８ａに環状溝２１がそれぞれ設け
られ、耐熱性の帯環２３を係合される。好ましく
は、スカート部６の上面６ａの周縁に段部２５
を、ピストン冠部８の下面８ａの周縁に段部２４
をそれぞれ設け、段部２５，２４にも帯環２６を
嵌装する。

帯環２３は厚肉の板ばねを部分的に筒状に巻き
重ねて形成し、帯環２３の板面が環状溝２１，２
２の内周壁面と外周壁面の一方または両方に弾性
的に密接させる。好ましくは、帯環２３を環状溝
２１，２２の内周壁面に密接させる場合は、スカ
ート部６やピストン冠部８よりも熱膨張率の小さ
い金属で帯環２３を構成する。逆に、帯環２３を
環状溝２１，２２の外周壁面に密接させる場合
は、スカート部６やピストン冠部８よりも熱膨張
率の大きな金属で帯環２３を構成する。

帯環２６の内径は段部２４，２５を区画する外
径と等しく構成され、帯環２６により段部２４，
２５が適当な強さに締め付けられる。帯環２６は
切欠リングであつてもよい。切欠リングの場合は
内径を段部２４，２５の外径よりも幾分小さく
し、ピストン冠部８とスカート部６に嵌合する
と、帯環２６が拡開されるように構成する。第２
図に示すように、帯環２６の端末に段部２６ａ，
２６ｂを設け、帯環２６が押し広げられても段部
２６ａ，２６ｂが互いに密接するようにする。

第３，４図に示す第２の実施例は、内外二重に
環部２３ａ，２３ｂを巻き重ねてなる帯環２３
を、環状溝２１と環状溝２２に嵌合したものであ
る。第４図に示すように、実際には、帯環２３は
板ばねを二重に巻いて形成し、内側の端末２９ａ
と外側の端末２９ｂを先細りとなるように肉厚を
薄くし、少なくとも環部２３ｂの外周面が円形を
なすように構成する。帯環２３は自らのばね力に
より、外側の環部２３ｂを環状溝２１，２２の外
周壁面に押し付けられる。スカート部６とピスト
ン冠部８の重合せ部の周縁にも、第１図に示す実
施例と同様に、段部２５，２４に帯環２６を嵌装
する。

第５図に示す第３の実施例は、板ばねを二重に
巻き重ねて各帯環２３，２６を構成したものであ
り、原理的には第３図に示す実施例と同様であ
る。

第６図に示す第４の実施例は、帯環２６を装着
する代りに、スカート部６の上面６ａの周縁に段
部２７を形成する一方、ピストン冠部８の下面８
ａの周縁に下方へ突出する環状突条２８を一体に
形成し、環状突条２８を段部２７に係合したもの
である。他の構成については第１図に示す実施例
と同様である。

第７図に示す第５の実施例では、第３図と第６
図に示したものと同様に、板ばねを二重に巻き重
ねて帯環２３を構成し、自らの弾発力により環状
溝２１，２２の外周壁面に押し付けたものであ
る。ピストン１９の周縁で、ピストン冠部８の環
状突条２８をスカート部６の段部２７に嵌装す
る。

［考案の効果］ 本考案は上述のように、金属製のスカート部と
セラミツクス製のピストン冠部との重合せ面の周
縁側の両面にそれぞれ環状溝を設け、前記重合せ
面の中央側に断熱空部を設け、前記環状溝に厚肉
の板ばねを筒状に巻き重ねてなる帯環を、板面が
環状溝の周壁面に弾性的に接するよう係合したか
ら、従来のシール部材やガスケツトに比べて、ピ
ストンの往復動による慣性力、燃焼ガス圧力、結
合ボルトの締付荷重などの変化による帯環のへた
りがなく、ピストンの往復動に伴い帯環が上下に
移動しても、帯環の板面が環状溝の周壁面に弾性
的によく密接し、重合せ面の中央側に形成した断
熱空部への燃焼ガスの浸入を完全に封止する。

帯環は自らの拡開力または縮閉力により弾性的
に環状溝の外周壁面または外周面に密着するの
で、スカート部とピストン冠部を結合するボルト
の締付荷重の変化には関係なく、またピストンの
上下慣性力、燃焼ガス圧力の変化、機関の慣性
力、熱膨張などの影響が少なく、長期に亘り密封
効果を損わない。

スカート部とピストン冠部の重合せ面の周縁側
に隙間を設けたことと、帯環により囲まれる断熱
空部を重合せ面の中央側に設けたことにより、ピ
ストン冠部からスカート部への伝熱が抑えられる
ので、スカート部の熱負荷が軽くなり、ピストン
リングの焼付きなどを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例に係る断熱ピスト
ンの正面断面図、第２図は同断熱ピストンにおけ
る帯環の要部を示す平面断面図、第３図は本考案
の第２実施例に係る断熱ピストンの正面断面図、
第４図は同断熱ピストンにおける帯環の平面図、
第５図は本考案の第３実施例に係る断熱ピストン
の正面断面図、第６図は本考案の第４実施例に係
る断熱ピストンの正面断面図、第７図は本考案の
第５実施例に係る断熱ピストンの正面断面図、第
８図は本考案が適用される断熱内燃機関の正面断
面図である。 ６……スカート部、１２……断熱空部、１９…
…ピストン、２１，２２……環状溝、２３，２６
……帯環、３１……結合ボルト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属製のスカート部とセラミツクス製のピスト
   ン冠部との重合せ面の周縁側の両面にそれぞれ環
   状溝を設け、前記重合せ面の中央側に断熱空部を
   設け、前記環状溝に厚肉の板ばねを筒状に巻き重
   ねてなる帯環を、板面が環状溝の周壁面に弾性的
   に接するよう係合したことを特徴とする、断熱ピ
   ストン。