JPH0521148U

JPH0521148U - 燃焼室を有するピストン

Info

Publication number: JPH0521148U
Application number: JP7684191U
Authority: JP
Inventors: 寛松岡; 晃東野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1991-08-31
Filing date: 1991-08-31
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本考案は、燃焼室壁面を高温化してＨＣ、ス
モークの発生を低減し、メタルフロー結合で耐久性を向
上させた燃焼室を有するピストンを提供する。【構成】このピストンは、金属製ピストンヘッド部２
に形成したキャビティ４内に高熱膨張金属材料から成る
燃焼室ブロック３を配置し、該燃焼室ブロック外面とキ
ャビティ壁面との間に断熱層５を形成し、燃焼室ブロッ
ク３に傾斜機能材料から成る結合リング１２によってル
ープ状燃焼室開口部６を形成するリップ部１０を固定す
る。従って、燃焼室壁面を高温化でき、ＨＣ、スモーク
の発生を低減でき、燃焼室１で燃料リッチで燃焼させて
ＮＯ_Xの発生を低減する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、半径方向内向きに先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部を形成するリップ部を備えた燃焼室を有するピストンに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室装置としては、実開昭６０−６５３３３号公報に開示されたものがある。該燃焼室装置は、ピストン頂部に燃焼室を形成し、この燃焼室の上端部壁面に環状の断熱材を鋳込んだものである。この燃焼室装置によって、圧縮行程においては断熱材を燃焼室の他の壁面よりかなりの高温に保持し、混合気の着火を断熱材の周囲で早期に発生させることにより着火遅れを短くすると共に、ディーゼルノックを防止し、しかも、耐久性、量産性のある燃焼室を得るようにしたものである。

【０００３】また、金属とセラミックスの接合技術として、実開昭６２−９３３４４号公報に開示されたものがある。該公報に開示された金属とセラミックスの接合用治具は、金属とセラミックスとの間隙に塑性流動材を介在し、塑性流動材装着部の金属及びセラミックスの少なくとも一方側にフロー溝を刻設し、この塑性流動材を加熱加圧して変形させてフロー溝内に流動させ、金属とセラミックスとを接合するものであり、塑性流動材を加圧変形させる加圧媒体の先端を押圧面と逃げ面で形成したものである。

【０００４】また、燃焼室の製造方法として、特開昭６３−１７０５２１号公報に開示されたものがある。該公報に開示されたディーゼルエンジン用燃焼室の製造方法は、燃焼室を形成するキャビティ側壁面の一部をリエントラント形状に形成し、他の一部をオープン形状に形成し、該キャビティを機械加工したものである。

【０００５】また、セラミック部品の製造方法として、特開昭６１−２５９８６５号公報に開示されたものがある。該セラミック部品の製造方法は、他金属との接合を目的とする構造用セラミック部品の成形時に接合面に粒状のワックス、樹脂等有機物を埋め込み、成形後これを熱処理によって除去することにより、他金属との混合が容易、堅固に行える形状を得るものである。

【０００６】更に、セラミック焼結体を固着したレシプロエンジンのピストンとして、実開昭５９−１３００４６号公報に開示されたものがある。該ピストンは、所定の形状をしたセラミック焼結体の外周を鋳鉄で鋳ぐるんでなるセラミック焼結体と鋳鉄との結合体を、該結合体の鋳鉄部外周に形成したねじとアルミニウム合金製ピストン本体の頭部に形成したねじとの螺合によりピストン本体に固着したものである。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、リエントラント型ピストンにおける燃焼室では、燃焼室入口即ち燃焼室開口部のリップ先端部を先尖りに鋭く形成すると、スキッシュ流及び逆スキッシュ流の乱れが増大し、燃料と空気との混合が均一化され、燃焼状態が良好になる。しかしながら、従来のようなアルミニウム製ピストンでは、燃焼室を構成するリップ部に加わる熱負荷のために、リップ部の溶解現象、クラック発生等の問題が生じ、リップ先端部を鋭くするにも限界があった。

【０００８】上記のような問題は、例えば、リップ先端部を構成する口金としてニレジスト等の耐熱合金、或いは前掲実開昭６０−６５３３３号公報に開示された燃焼室装置のような断熱材のリップリングを鋳込んだ場合にも、同様な問題があった。該燃焼室装置では、ピストンヘッド部にリップリングを鋳込んでいるため、エンジンの運転時には応力が過大に発生したり又はピストンヘッド部とリップリングとの間に多くのがたが発生し、リップ部を強化する上で最大のネックとなっている。更に、リップリングの熱膨張率が大きいと、燃焼室に発生する温度差によって大きな熱応力が発生し、燃焼室を破壊する原因にもなる。

【０００９】また、前掲特開昭６１−２５９８６５号公報に開示されたセラミック部品の製造方法は、粒状有機物を分散させた面に対し垂直方向に加圧して成形体を作製し、焼成後、多孔とした部分に金属を鋳込んで一体化させるものであるが、この方法では、リング状セラミック部品の外周部とその周囲に配した金属部品とを結合させることは困難なことである。例えば、セラミック部分として窒化ケイ素(Si₃ N₄) 又は炭化ケイ素(SiC) を用いた場合、このセラミック材料とアルミニウム合金とのぬれ性が良くなく、また、セラミックスとアルミニウム合金との互いの熱膨張係数の差が大きいことにより、両者の界面に割れが生じ易いという問題がある。

【００１０】そこで、本出願人は、上記課題を解決するために、リエントラント型ピストンを開発してこの出願の出願前に実願平２−１０９０６９号として出願した。該リエントラント型ピストンは、金属製ピストンヘッド部に形成したキャビティの周囲頂部に位置する金属材料から成るリップ外周部、該リップ外周部から半径方向内向きに先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部を形成する熱膨張率が小さく耐熱性に富んだ材料から成るリップ部、及び該リップ部と前記リップ外周部との間で塑性流動で固定され且つ両者の熱膨張率の中間の熱膨張率を有する金属材料から成る熱膨張率調整結合体を有するものである。そして、該リエントラント型ピストンは、上記構成によって、前記リップ部と前記ピストンヘッド部とを熱膨張率調整結合体のメタルフローで結合し、前記リップ部と前記ピストンヘッド部との熱膨張差を前記傾斜機能材料で吸収して前記リップ部の割れ、溶損を防止すると共に、前記リップ部を耐熱性に富んだ材料で構成することで鋭角に先尖りに形成し、スキッシュ流及び逆スキッシュ流による噴霧燃料と空気との混合を一層良好に達成し、それによって、カーボン発生量を抑制し且つ燃費を低減したものである。

【００１１】この考案の目的は、上記の課題を解決することであり、金属製ピストンヘッド部に形成したキャビティに高熱膨張金属から成る燃焼室ブロックを配置し、該燃焼室ブロックに半径方向内向きに先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部を備えたリップ部を形成し、ピストンヘッド部と燃焼室ブロックとをメタルフローで結合し、それによって、加工性と組立性を大幅に向上させると共に、燃焼室壁面を高温化することによってハイドロカーボンＨＣ、スモークの発生を低減し、リップ部をシャープなエッジで燃焼室開口部を絞って構造に形成することで、燃焼室での混合エネルギーを増大させて高当量比で燃焼させてＮＯ_Xの生成を抑制し、メタルフロー結合によって耐久性を向上させ、更に耐焼付き性を向上させた燃焼室を有するピストンを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

この考案は、上記の目的を達成するために、次のように構成されている。即ち、この考案は、金属材料から成るピストンヘッド部に形成したキャビティ、該キャビティ内に配置した高熱膨張金属材料から成る燃焼室ブロック、該燃焼室ブロック外面と前記キャビティ壁面との間に形成した断熱層、半径方向内向きに先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部を形成するリップ部、及び前記燃焼室ブロックの上面に位置して前記リップ部を前記キャビティ壁面に固定する傾斜機能材料から成る結合リングから構成した燃焼室を有するピストンに関する。

【００１３】また、この燃焼室を有するピストンにおいて、前記ピストンヘッド部に前記キャビティの外周に形成された凹部から成る別の燃焼室を形成したものである。

【００１４】また、この燃焼室を有するピストンは、前記リップ部を前記燃焼室ブロックに固定する傾斜機能材料から成る結合リング、及び前記キャビティと前記燃焼室ブロックとの間に形成した環状溝に塑性変形で嵌入した結合リングを有するものである。

【００１５】更に、この燃焼室を有するピストンにおいて、前記キャビティは上部が大径で且つ下部が小径になる段部を備えており、また、前記燃焼室ブロックの外周面にはアンダカット部を有し、前記段部と前記アンダカット部とが当接して前記キャビティ内に前記燃焼室ブロックを配置したものである。

【００１６】

【作用】

この考案による燃焼室を有するピストンは、以上のように構成されており、次のように作用する。この燃焼室を有するピストンは、金属製ピストンヘッド部に形成したキャビティ内に高熱膨張金属材料から成る燃焼室ブロックを配置し、該燃焼室ブロック外面と前記キャビティ壁面との間に断熱層を形成し、半径方向内向きに伸びる耐熱材から成るリップ部を前記燃焼室ブロックの上面に位置する傾斜機能材料によって前記キャビティ壁面に固定したので、加工性及び組立性を向上でき、燃焼室壁面を高温化することによってハイドロカーボンＨＣ、スモークの発生を低減し、また、前記結合リングの塑性変形即ちメタルフロー結合によって強固に結合でき、燃焼室の耐久性を向上させることができる。

【００１７】また、この燃焼室を有するピストンは、前記リップ部を前記燃焼室ブロックに傾斜機能材料から成る結合リングで固定した耐熱性に富んだセラミックスで製作したので、前記リップ部の先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部をシャープなエッジに形成でき、良好なスキッシュ流及び逆スキッシュ流が発生し、燃焼室での混合エネルギーを増大させて燃料と空気との混合を一層良好に達成して高当量比で燃焼させてＮＯ_Xの生成を抑制でき、カーボン発生量を抑制し且つ燃費を低減して燃焼を改善できる。

【００１８】更に、この燃焼室を有するピストンにおいて、前記ピストンヘッド部には前記キャビティの外周に形成された凹部から成る別の燃焼室が形成されているので、逆スキッシュ流でシリンダ側に噴出した混合気及び燃焼ガスは該別の燃焼室に存在する新気と混合して二次燃焼を良好に行い、カーボンの発生を抑制できる。この場合に、前記燃焼室ブロックで形成される燃焼室の容積を９０〜６５％に形成し、前記別の燃焼室の容積を１０〜３５％に形成することが、前記燃焼室での一次燃焼及び前記別の燃焼室での二次燃焼を最も良好に行わせることができる。しかも、前記結合リングで前記リップ部と前記ピストンヘッド部との熱膨張差を吸収することができ、温度差で熱応力がかかってもリップ部の割れ、溶損を防止することができる。

【００１９】また、この燃焼室を有するピストンは、前記リップ部を前記燃焼室ブロックに固定する傾斜機能材料から成る結合リング、及び前記キャビティと前記燃焼室ブロックとの間に形成した環状溝に塑性変形で嵌入した結合リングを有するので、燃焼室壁面を高温化することによってハイドロカーボンＨＣ、スモークの発生を低減できる。また、前記傾斜機能材料のメタルフローによって前記リップ部を前記燃焼室ブロックに強固に結合し、前記結合リングの塑性変形即ちメタルフローによって前記燃焼室ブロックを前記ピストンヘッド部に強固に結合でき、燃焼室の耐久性を向上させることができる。

【００２０】また、この燃焼室を有するピストンにおいて、前記キャビティは上部が大径で且つ下部が小径になる段部を備えており、また、前記燃焼室ブロックの外周面にはアンダカット部を有し、前記段部と前記アンダカット部とが当接して前記キャビティ内に前記燃焼室ブロックを配置したので、前記燃焼室ブロックの前記キャビティへの位置決めが確実に行われ、加工性及び組立性を大幅に向上でき、しかもメタルフローによる結合部の強度を強固なものにできる。

【００２１】

【実施例】

以下、図面を参照して、この考案による燃焼室を有するピストンの実施例を説明する。図１はこの考案による燃焼室を有するピストンの一実施例を示す断面図である。この考案による燃焼室を有するピストンは、リエントラント型ピストンであり、金属製ピストンヘッド部２に形成したキャビティ４、該キャビティ４内に配置して燃焼室１を形成する高熱膨張金属材料から成る燃焼室ブロック３、該燃焼室ブロック３の外面とキャビティ４の壁面との間に形成した断熱層５、及び燃焼室ブロック３の上面に位置し且つピストンヘッド部２のキャビティ４壁面に傾斜機能材料から成る結合リング１２の塑性変形で結合されたリップ部１０から構成したものである。リップ部１０は、ピストンヘッド部２に形成する燃焼室１の上方を覆うように半径方向内向きに先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部６を形成している。従って、燃焼室１については、燃焼室開口部６はキャビティ４の上面に絞り込まれた噴口を形成したリエントラント型であり、キャビティ４の底面は該開口部６より面積の大きい構造に形成されている。更に、ピストンヘッド部２のキャビティ４に嵌合した燃焼室ブロック３の外周部には、別の燃焼室即ち二次燃焼室１１が形成されている。従って、燃焼室ブロック３によって形成される燃焼室１は、一次燃焼室を形成している。この場合に、燃焼室ブロック３で形成される燃焼室１の容積を９０〜６５％に形成し、別の燃焼室１１の容積を１０〜３５％に形成することが、燃焼室１での一次燃焼及び別の燃焼室１１での二次燃焼を最も良好に行わせることができる。

【００２２】また、この燃焼室を有するピストンにおいて、ピストンヘッド部２に形成するキャビティ４については、キャビティ４の上部を大きい径のキャビティに形成し、キャビティ４の下部を燃焼室ブロック３が嵌合するサイズに形成する。キャビティ４の上部を大きい径のキャビティは、該キャビティ壁面と燃焼室ブロック３の外周面との間に環状溝９を形成している。また、ピストンヘッド部２及びピストンスカート部１６との間に、断熱層５を形成するために、キャビティ４壁面に多数の凹部を形成する。このように形成したキャビティ４に燃焼室ブロック３を嵌入して配置する。

【００２３】この燃焼室を有するピストンは、ピストンヘッド部２はアルミニウム合金等の金属材料の鋳込みによってキャビティ４を有する形状に成形される。燃焼室ブロック３は、ニッケルを含むニレジスト、非磁性のマンガン鋼等の高熱膨張金属からカップ状に形成されている。リップ部１０は、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の耐熱性に富んだセラミックスから製作されている。結合リング１２は、半径方向に熱膨張率が異なる互いに固定された複数個の部材１３，１４，１５，２０から構成された傾斜機能材料で製作され、該傾斜機能材料はリップ部１０側の部材１３がリップ部１０の熱膨張率に近い材料から成り、ピストンヘッド部２側の部材２０はピストンヘッド部２の金属材料の熱膨張率と同等か又はそれに近い材料から成り、中間の部材１４，１５は部材１３と部材２０との間の熱膨張率を有する材料から成るものであり、互いにメタルフロー等で固定されている。結合リング１２の部材１３，１４，１５，２０は、ニッケル系、コバルト系、鉄系の金属材料から製作されている。結合リング１２のメタルフロー即ち塑性変形による両者の固定は、メタルフロー金属と非メタルフロー金属間に係止するための段部、凹部等を形成することで確実に且つ強固に固定することができる。

【００２４】この燃焼室を有するピストンにおいて使用される材料について、アルミニウム合金は熱膨張率αが２１〜２２×１０^{- 6}／℃であり、ニレジストは熱膨張率α が１７〜１８×１０^{- 6}／℃であり、また、マンガン鋼は熱膨張率αが２２〜２３×１０^{- 6}／℃である。窒化ケイ素は熱膨張率αが３．２×１０^{- 6}／℃である。また、結合リング１２の外周側の部材２０は、ピストンヘッド部２がアルミニウム合金である場合には、熱膨張率αが１７〜１８×１０^{- 6}／℃程度のものを使用し、部材１３，１４，１５の熱膨張率αは、順次にリップ部１０の熱膨張率αに近づくように、ニッケルの含有量を調整することで得られるものである。例えば、ニッケルの含有量が３６％の熱膨張率αは、最も小さく１×１０^{- 6}／ ℃になる。

【００２５】また、燃焼室ブロック３の外面とキャビティ４の壁面との間に形成した断熱層５は、空気層或いは空間に充填された断熱材によって構成されている。従って、燃焼室１と金属材料から成るピストンヘッド部１及びピストンスカート部１６は、断熱層５によってある程度断熱されることになる。

【００２６】この燃焼室を有するピストンは、上記のように構成を有するので、次のようにして作製することができる。アルミニウム合金等の金属材料を、キャビティ４を形成する形状のピストン鋳型に鋳込むことによってピストンヘッド部２及びピストンスカート部１６を有するピストンを製作できる。次いで、ピストンヘッド部２のキャビティ４内に断熱層５を形成する状態に燃焼室ブロック３を嵌入する。また、リップ部１０を傾斜機能材料から成る結合リング１２にメタルフローで結合する。例えば、高周波コイルに通電することによって結合リング１２の部材１３を加熱し、該部材１３を塑性変形させてリップ部１０に結合する。この時、結合リング１２の上面を二次燃焼室１１を形成するようにテーパ面１７に形成しておく。ピストンヘッド部２に燃焼室ブロック３を嵌入した状態で、ピストンヘッド部２の大径のキャビティ９の壁面に、結合リング１２の部材２０を上記と同様にメタルフローによって結合し、それによってピストンヘッド部２に結合リング１２を介してリップ部１０を固定する。従って、ピストンヘッド部２への燃焼室ブロック３の配置及び燃焼室１を形成するリップ部１０の結合は、加工性及び組立性とも大幅に向上できる。

【００２７】また、この燃焼室を有するピストンにおいて、燃焼室１は高熱膨張金属から成る燃焼室ブロック３で形成されているので、燃焼室壁面を高温化でき、燃焼室１での一次燃焼においてハイドロカーボンＨＣ、スモークの発生を低減できる燃焼を行わせることができる。また、燃焼室１での燃焼において、燃料リッチな高当量比で燃焼させることができ、燃焼室１でのＮＯ_Xの生成を抑制できる。更に、ピストンヘッド部２への燃焼室ブロック３の配置は、キャビティ４内に燃焼室ブロック３を嵌入するだけでよく、また、ピストンヘッド部２へのリップ部１０の固定は傾斜機能材料の結合リング１２で達成できるので、傾斜機能材料により熱膨張差は漸次に変化し、三者は強固に結合することができ、耐久性に富んだ燃焼室１を提供できる。また、この燃焼室を有するピストンは、熱損失を低減でき、低圧縮比化が可能になり、無駄容積の割合を減少できるので、スモークの発生を低減できる。更に、この燃焼室を有するピストンは、耐焼付き性を向上させることもできる。

【００２８】次に、図２を参照して、この考案による燃焼室を有するピストンの別の実施例を説明する。図２はこの考案による燃焼室を有するピストンの別の実施例を示す断面図である。図２に示すピストンでは、図１に示すピストンの構成部分に付した部分と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この実施例は、図１のピストンと比較して、燃焼室ブロックが傾斜機能材料の一部材を構成する以外は、同一の構成を有するものである。

【００２９】図２に示すように、この燃焼室を有するピストンは、ピストンヘッド部２のキャビティ４内に燃焼室ブロック３を嵌合し、次いで、燃焼室ブロック３の上部７の外周面とピストンヘッド部２のキャビティ壁面との間に形成される環状溝９に結合リング８をメタルフローで嵌入し、燃焼室ブロック３がピストンヘッド部２に固定される。また、燃焼室ブロック３には、上部内周面にリップ部１０が傾斜機能材料から成る結合リング１２で結合されている。燃焼室ブロック３に結合されたリップ部１０は、半径方向内向きに先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部６を形成している。言い換えれば、リップ部１０とピストンヘッド部２との間には、傾斜機能材料が配置されており、該傾斜機能材料は順次に熱膨張率が傾斜する結合リング８、燃焼室ブロック３の上部７及び結合リング１２から構成されていることになる。

【００３０】この燃焼室を有するピストンにおいて、リップ部１０は、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の耐熱性に富んだセラミックスから製作されている。結合リング１２は、半径方向に熱膨張率が異なる互いに固定された複数個の部材１３，１４，１５から構成された傾斜機能材料で製作され、該傾斜機能材料はリップ部１０側の部材１３がリップ部１０の熱膨張率に近い材料から成り、燃焼室ブロック３の上部７側の部材１５は燃焼室ブロック３の材料の熱膨張率に近い材料から成り、中間の部材１４は部材１３と部材１５との間の熱膨張率を有する材料から成るもので、互いにメタルフロー等で固定されている。結合リング１２は、ニッケル系、コバルト系、鉄系の金属材料から製作されている。結合リング１２のメタルフロー即ち塑性変形による両者の固定は、後述のメタルフローと同様に行うものであり、メタルフロー金属と非メタルフロー金属間に係止するための段部、凹部等を形成することで確実に且つ強固に固定することができる。

【００３１】次に、図３を参照して、この考案による燃焼室を有するピストンの更に別の実施例を説明する。図３はこの考案による燃焼室を有するピストンの更に別の実施例を示す断面図である。図３に示すピストンでは、図２に示すピストンの構成部分に付した部分と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この実施例は、図２のピストンと比較して、キャビティと燃焼室ブロックの形状が異なる以外は、同一の構成を有するものである。

【００３２】図３に示す燃焼室を有するピストンは、金属材料から成るピストンヘッド部２に形成したキャビティ４、該キャビティ４内に配置した高熱膨張金属材料から成る燃焼室ブロック３、該燃焼室ブロック３の外面とキャビティ壁面との間に形成した断熱層５、燃焼室ブロック３に傾斜機能材料から成る結合リング１２で固定した半径方向内向きに先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部６を形成する耐熱材から成るリップ部１０、及びキャビティ４と燃焼室ブロック３との間に形成した環状溝９に塑性変形で嵌入した結合リング８から構成されている。更に、この燃焼室を有するピストンにおいて、キャビティ４は上部が大径で且つ下部が小径になる段部１８を備えており、また、燃焼室ブロック３の外周面にはアンダカット部１９を有し、段部１８とアンダカット部１９とが当接してキャビティ４内に燃焼室ブロック３が配置されている。

【００３３】この燃焼室を有するピストンは、上記のように構成されているので、次のようにして組み立てることができる。即ち、燃焼室ブロック３をピストンヘッド部２に配置する場合には、ピストンヘッド部２に形成したキャビティ４の段部１８に燃焼室ブロック３のアンダカット部１９を載置状態に嵌合させるだけで、燃焼室ブロック３の位置決めが確実に行われ、加工性及び組立性を大幅に向上できる。しかも、燃焼室ブロック３の外面とピストンヘッド部２にキャビティ４の壁面には断熱層として空気層或いは断熱材を介在させるので、精度を要求させるものでなく、ラフな組み込み即ち嵌合でよく、組み込みは容易である。

【００３４】また、ピストンヘッド部２のキャビティ４に燃焼室ブロック３を配置した状態で、燃焼室ブロック３の上部２１の外周面とピストンヘッド部２にキャビティ４の壁面との間に環状溝９が形成されるので、該環状溝に結合リング８を配置し、高周波コイルに通電して結合リング８を加熱し、結合リング８を塑性変形させてプレス等で押し込めば、燃焼室ブロック３の外周面とピストンヘッド部２にキャビティ４の壁面とに形成した凹部２３，２４に結合リング８が侵入し、ピストンヘッド部２に燃焼室ブロック３が強固に固定される。また、リップ部１０を傾斜機能材料から成る結合リング１２に上記と同様にメタルフローで結合する。リップ部１０を結合した結合リング１２を、燃焼室ブロック３の上部内面に形成した段部２２に載置し、結合リング１２の外側の部材１５を、上記と同様に加熱して塑性変形させ結合リング１２を燃焼室ブロック３に結合する。

【００３５】従って、この燃焼室を有するピストンは、熱膨張率の小さいセラミックスから成るリップ部１０から熱膨張率の大きいアルミニウム合金から成るピストンヘッド部２は、結合リング１２、燃焼室ブロック３及び結合リング８の各熱膨張率を漸次に異なるように構成すれば、リップ部１０とピストンヘッド部２とに大きな熱膨張差が発生したとしても、結合リング１２、燃焼室ブロック３及び結合リング８によって少しずつ吸収され、強固に結合されることになる。従って、この燃焼室を有するピストンは、燃焼室１を軽度に断熱することができ、ピストンスカート部１６への熱流を減少でき、放熱割合を減少させることができる。また、リップ部１０を耐熱性で且つ高温高強度材で製作すれば、リップ部１０のエッジをシャープな形状に形成でき、スキッシュ流及び逆スキッシュ流の発生で空気流動を増大し、空気と燃料の混合を促進できる。

【００３６】

【考案の効果】

この考案による燃焼室を有するピストンは、以上のように構成したので、次のような効果を有する。この燃焼室を有するピストンは、金属材料から成るピストンヘッド部に形成したキャビティ、該キャビティ内に配置した高熱膨張金属材料から成る燃焼室ブロック、該燃焼室ブロック外面と前記キャビティ壁面との間に形成した断熱層、半径方向内向きに先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部を形成するリップ部、及び前記燃焼室ブロックの上面に位置して前記リップ部を前記キャビティ壁面に固定する傾斜機能材料から成る結合リングから構成したので、燃焼室壁面を高温化することによってハイドロカーボンＨＣ、スモークの発生を低減できる。また、前記リップ部と前記ピストンスカート部とは、前記結合リングの塑性変形即ちメタルフロー結合によって強固に結合でき、ピストンの耐久性を向上させることができる。

【００３７】また、この燃焼室を有するピストンにおいて、前記リップ部を前記ピストンヘッド部に傾斜機能材料から成る結合リングで固定した耐熱性に富んだセラミックスで製作したので、前記リップ部をシャープなエッジに形成し、良好なスキッシュ流及び逆スキッシュ流が発生し、燃料と空気との混合を一層良好に達成して一次燃焼室で燃料リッチで燃焼させてＮＯ_Xの発生を抑制し、カーボン発生量を抑制し且つ燃費を低減して燃焼を改善できる。また、前記結合リングが前記リップ部と前記ピストンヘッド部とに対して緩衝材として機能し、エンジン運転時に、温度差による熱膨張差で熱応力が発生しても、該熱応力を前記結合リングで吸収することができ、燃焼室に温度差で熱応力がかかっても前記リップ部の割れ、クラック等の発生を防止することができる。

【００３８】更に、前記結合リングは半径方向に熱膨張率が異なり且つ互いに固定された複数個の部材から構成され、前記リップ部側に位置する前記部材は前記リップ部の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から成り、前記ピストンヘッド部側に位置する前記部材は前記ピストンヘッド部の熱膨張率に近い熱膨張率の材料から成るので、前記リップ部と前記ピストンヘッド部との間に配置した前記結合リングは、熱膨張率を段階的に変化させて構成でき、熱膨張差による熱応力を良好に吸収でき、燃焼室を構成する前記リップ部の割れ、溶損の発生を防止することができる。

【００３９】更に、前記リップ部を耐熱性に富んだ材料で構成することで鋭角に先尖りに形成しても該リップ部のエッジが溶損することを防止し、該鋭角な先尖り状態のエッジ形状を維持できる。従って、前記リップ部を鋭角に先尖りに形成でき、前記リップ部のエッジを鋭角に形成することによって、ピストンの上昇の圧縮行程で発生する前記ピストンヘッド部に形成した燃焼室内へ流入するスキッシュ流、及びピストン下降の爆発行程で発生するピストンヘッド部に形成した燃焼室内から流出する逆スキッシュ流を増大することができ、該スキッシュ流及び該逆スキッシュ流による噴霧燃料と空気との混合を一層良好に達成でき、従来のリエントラント型ピストンに比較して、ハイドロカーボン、カーボン発生量を抑制し且つ燃料消費量を低減して燃焼を改善することができる。特に、この燃焼室を有するピストンを直噴式ディーゼルエンジンに用いた場合に、該エンジンの燃焼状態を改善できるものである。

【００４０】更に、この燃焼室を有するピストンにおいて、前記ピストンヘッド部には前記キャビティの外周に形成された凹部から成る別の燃焼室が形成されているので、逆スキッシュ流でシリンダ側に噴出した混合気及び燃焼ガスは該別の燃焼室に存在する新気と混合して二次燃焼を良好に行い、カーボンの発生を抑制できる。

【００４１】また、この燃焼室を有するピストンは、前記リップ部を前記燃焼室ブロックに固定する傾斜機能材料から成る結合リング、及び前記キャビティと前記燃焼室ブロックとの間に形成した環状溝に塑性変形で嵌入した結合リングから構成したので、前記リップ部を２つの前記結合リングによって確実に前記ピストンヘッド部に固定することができる。即ち、前記燃焼室ブロックと前記ピストンヘッド部とは前記結合リングを塑性変形で固定され、塑性変形即ちメタルフロー結合によって結合部の耐久性を向上できる。更に、前記キャビティと前記燃焼室ブロックとの間に断熱層が形成されているので、両者間の熱膨張差を吸収することができる。

【００４２】更に、この燃焼室を有するピストンにおいて、前記キャビティは上部が大径で且つ下部が小径になる段部を備えており、また、前記燃焼室ブロックの外周面にはアンダカット部を有し、前記段部と前記アンダカット部とが当接して前記キャビティ内に前記燃焼室ブロックを配置したので、前記燃焼室ブロックの前記キャビティへの位置決めが確実に行われ、加工性及び組立性を大幅に向上でき、しかもメタルフローによる結合部の強度を強固なものにできる。即ち、前記燃焼室ブロックを前記ピストンヘッド部に配置する場合には、前記段部に前記アンダカット部を載置状態に嵌合させるだけで、前記燃焼室ブロックの位置決めが確実に行われ、加工性及び組立性を大幅に向上できる。しかも、前記燃焼室ブロック外面と前記ピストンヘッド部に前記キャビティ壁面には前記断熱層として空気層或いは断熱材を介在させるので、精度を要求させるものでなく、ラフな組み込み即ち嵌合でよく、組み込みは容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による燃焼室を有するピストンの一実
施例を示す断面図である。

【図２】この考案による燃焼室を有するピストンの別の
実施例を示す断面図である。

【図３】この考案による燃焼室を有するピストンの更に
別の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１燃焼室２ピストンヘッド部３燃焼室ブロック４キャビティ５断熱層６燃焼室開口部８結合リング９環状溝１０リップ部１１二次燃焼室１２結合リング１３，１４，１５，２０部材１６ピストンスカート部１８段部１９アンダカット部

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】金属材料から成るピストンヘッド部に形
成したキャビティ、該キャビティ内に配置した高熱膨張
金属材料から成る燃焼室ブロック、該燃焼室ブロック外
面と前記キャビティ壁面との間に形成した断熱層、半径
方向内向きに先尖りに伸びるループ状燃焼室開口部を形
成するリップ部、及び前記燃焼室ブロックの上面に位置
して前記リップ部を前記キャビティ壁面に固定する傾斜
機能材料から成る結合リングから構成した燃焼室を有す
るピストン。
【請求項２】前記ピストンヘッド部には前記キャビテ
ィの外周に形成された凹部から成る別の燃焼室が形成さ
れている請求項１に記載の燃焼室を有するピストン。
【請求項３】前記リップ部を前記燃焼室ブロックに固
定する傾斜機能材料から成る結合リング、及び前記キャ
ビティと前記燃焼室ブロックとの間に形成した環状溝に
塑性変形で嵌入した結合リングから構成した請求項１に
記載の燃焼室を有するピストン。
【請求項４】前記キャビティは上部が大径で且つ下部
が小径になる段部を備えており、また、前記燃焼室ブロ
ックの外周面にはアンダカット部を有し、前記段部と前
記アンダカット部とが当接して前記キャビティ内に前記
燃焼室ブロックが配置されている請求項３に記載の燃焼
室を有するピストン。