JPH0868328A - Structure of piston with combustion chamber - Google Patents
Structure of piston with combustion chamberInfo
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- JPH0868328A JPH0868328A JP6224009A JP22400994A JPH0868328A JP H0868328 A JPH0868328 A JP H0868328A JP 6224009 A JP6224009 A JP 6224009A JP 22400994 A JP22400994 A JP 22400994A JP H0868328 A JPH0868328 A JP H0868328A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ピストン本体のキャ
ビティに燃焼室構造体を配置した燃焼室を持つピストン
の構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a piston having a combustion chamber in which a combustion chamber structure is arranged in a cavity of a piston body.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、ピストンについて、キャビティを
凹設したセラミッククラウンの外周を筒体状のアルミス
カートのヘッド部に内嵌めし、セラミッククラウンの外
周とヘッド部との間隙に塑性流動材を介在させ、塑性流
動材を加熱加圧して変形させてセラミッククラウンとア
ルミスカートとを接合させたピストンが知られており、
燃焼室外周とヘッド部との間隙に鋳鉄製リングを塑性流
動材と共存させたものである(実開昭62−93141
号公報参照)。2. Description of the Related Art Conventionally, with respect to a piston, the outer periphery of a ceramic crown having a cavity is fitted in the head portion of a cylindrical aluminum skirt, and a plastic fluid material is interposed in the gap between the outer periphery of the ceramic crown and the head portion. It is known that a piston in which a ceramic crown and an aluminum skirt are joined by heating and pressing a plastic fluid material to deform it,
A cast iron ring was made to coexist with a plastic fluid material in the gap between the outer periphery of the combustion chamber and the head portion (Shokai Sho 62-93141).
(See the official gazette).
【0003】また、本出願人に係る出願である特願平5
−46175号には、副室式エンジンが開示されてい
る。該副室式エンジンは、ピストンヘッドに形成される
副燃焼室、シリンダ側に形成される主燃焼室、該主燃焼
室と前記副燃焼室とを連通する前記ピストンヘッドに形
成した連絡口及び前記副燃焼室内に燃料を噴射する燃料
噴射ノズルを有し、前記燃料噴射ノズルがシリンダヘッ
ドに配置され且つピストン上死点近傍で前記ピストンヘ
ッドに形成した中央連絡口に突入でき、前記連絡口は前
記副燃焼室中心から偏心した周方向に隔置して複数形成
され且つシリンダ軸に対して前記副燃焼室への流入方向
が前記主燃焼室のスワール流と逆方向に周方向斜めに形
成され且つ前記副燃焼室から前記主燃焼室への噴き出し
方向が前記主燃焼室のスワール流に順流方向に形成され
ているものである。[0003] Further, Japanese Patent Application No. 5-5, filed by the present applicant.
No. 46175 discloses a subchamber engine. The sub-chamber engine includes a sub-combustion chamber formed in a piston head, a main combustion chamber formed on a cylinder side, a communication port formed in the piston head for communicating the main combustion chamber with the sub-combustion chamber, and It has a fuel injection nozzle for injecting fuel into the sub-combustion chamber, the fuel injection nozzle is disposed in the cylinder head, and can penetrate into the central communication port formed in the piston head near the piston top dead center, and the communication port is the above-mentioned. A plurality of them are formed spaced apart from the center of the auxiliary combustion chamber in the circumferential direction, and the inflow direction into the auxiliary combustion chamber with respect to the cylinder axis is formed obliquely in the circumferential direction in the direction opposite to the swirl flow of the main combustion chamber. The jet direction from the sub combustion chamber to the main combustion chamber is formed in the swirl flow direction of the main combustion chamber.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】一般に、副室での燃焼
温度は高温であるため、NOX の生成を低減する対策と
しては、燃料リッチで燃焼させることが効果的である。
また、燃焼温度が高温である時、燃料リッチで燃焼させ
るには、エンジン構造のタイプとしては副室式エンジン
で対応することが有効である。エンジンを副室式燃焼室
に構成した場合に、副室式燃焼室の燃焼スピードを直接
噴射式燃焼室の燃焼スピードと同程度まで速くするに
は、副室と主室とを連通する連通孔の通路断面積を拡大
することが必要である。To the 0005] Generally, the combustion temperature in the secondary chamber because of the high temperature, as a measure to reduce the production of NO X, it is effective to combust the fuel-rich.
When the combustion temperature is high, it is effective to use a sub-chamber engine as a type of engine structure in order to burn the fuel rich. When the engine is configured as a sub-chamber combustion chamber, in order to increase the combustion speed of the sub-chamber combustion chamber to the same level as the combustion speed of the direct injection combustion chamber, a communication hole that connects the sub-chamber to the main chamber It is necessary to increase the cross-sectional area of the passage.
【0005】従来の渦流室式エンジンは、渦流室内に形
成される渦流の方向と噴射ノズルからの噴霧の方向及び
噴射ノズルからの燃料の噴射時期が適合しないと、NO
X 、スモーク等の発生が増大するという問題がある。ま
た、渦流室式エンジンでは、副室と主室とを連通する連
絡口が小さいので、該連絡口による絞り損失が発生し、
エンジン出力を低減する原因になる。一般に、主室と副
室とを連通する連絡口は、シリンダの外周部に設けられ
ているので、噴流の到達しなければならない距離が長く
なり、主室での空気との混合が不十分になり、HC、ス
モークの発生原因になる。In the conventional swirl chamber type engine, if the direction of the swirl formed in the swirl chamber, the direction of spray from the injection nozzle and the injection timing of fuel from the injection nozzle do not match, NO
There is a problem that the generation of X and smoke increases. Further, in the swirl chamber engine, since the communication port that communicates the sub chamber and the main chamber is small, throttling loss occurs due to the communication port,
This will cause a reduction in engine output. Generally, since the communication port that connects the main chamber and the sub chamber is provided on the outer peripheral portion of the cylinder, the distance that the jet flow must reach becomes long, and the mixing with the air in the main chamber becomes insufficient. It becomes a cause of generation of HC and smoke.
【0006】そこで、副室式エンジンにおいて、副室を
シリンダ中心に設け、シリンダ側の主室と副室とを連通
する連絡孔を複数個設け、副室から連絡孔を通じて主室
へ噴出するエネルギーを低減することなく、連絡孔の全
体の通路断面積を大きくして連絡孔による絞り損失を低
減することが考えられる。しかしながら、副室をシリン
ダヘッドのシリンダのほぼ中央部に形成すると、吸排気
ポートの形成する領域が小さくなるという問題がある。
この点を解決するため、副室式エンジンにおいて、ピス
トンに副室を構成することが考えられる。ピストンに副
室を形成した場合には、副室からの熱エネルギーの放熱
が問題になるから、遮熱型副室式エンジンが考えられ
る。Therefore, in the sub-chamber engine, the sub-chamber is provided in the center of the cylinder, a plurality of communication holes are provided to connect the main chamber on the cylinder side and the sub-chamber, and the energy ejected from the sub-chamber to the main chamber through the communication holes is increased. It is conceivable to increase the overall passage cross-sectional area of the communication hole and reduce the throttling loss due to the communication hole without reducing However, when the sub chamber is formed in the substantially central portion of the cylinder of the cylinder head, there is a problem that the area formed by the intake and exhaust ports becomes small.
In order to solve this point, it is conceivable to construct a sub chamber in the piston in the sub chamber engine. When the sub chamber is formed in the piston, heat radiation from the sub chamber becomes a problem, so a heat shield type sub chamber engine can be considered.
【0007】また、燃焼室を持つピストンの構造につい
て、ピストン本体に形成したキャビティに燃焼室を形成
する燃焼室構造体を取り付ける場合に、ピストン本体を
Al合金或いは鋳鉄で作製した場合に、燃焼室構造体を
耐熱高温高強度材から成る作製することが好ましいもの
であるが、その場合に、ピストン本体に燃焼室構造体を
如何に強固に且つ燃焼室構造体に形成した燃焼室からの
熱エネルギーの熱放散を低減させる状態で固定するかが
課題であった。Regarding the structure of a piston having a combustion chamber, when the combustion chamber structure forming the combustion chamber is attached to the cavity formed in the piston body, the combustion chamber is made when the piston body is made of Al alloy or cast iron. It is preferable that the structure is made of a heat-resistant high-temperature high-strength material. In that case, how strong the combustion chamber structure is formed in the piston body and the thermal energy from the combustion chamber formed in the combustion chamber structure The issue was whether to fix the heat dissipation in the state of reducing.
【0008】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、燃焼室をピストン側に形成してシ
リンダヘッドをシンプルな構造にし、吸排気ポートを大
きく形成したり、吸排気ポートをそれぞれ複数個形成す
ることを可能にし、特に、ピストン本体にキャビティを
形成し、該キャビティに遮熱空気層を介して燃焼室を形
成した燃焼室構造体を配置し、該燃焼室構造体をピスト
ン本体にピストン本体とほぼ同種材を用いて熱膨張を吸
収してガタツキなく堅固に固定し、燃焼室からピストン
本体への熱放散を抑制して組み立て容易で且つ燃焼室構
造体を低熱容量の構造に取付け構成した燃焼室を持つピ
ストンの構造を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. A combustion chamber is formed on the piston side to make the cylinder head have a simple structure, a large intake / exhaust port is formed, and an intake / exhaust port is formed. It is possible to form a plurality of cylinders, and in particular, a cavity is formed in the piston body, and a combustion chamber structure in which a combustion chamber is formed through a heat shield air layer is arranged in the cavity. The piston body is made of almost the same material as the piston body, absorbs thermal expansion, and is firmly fixed without rattling, suppressing heat dissipation from the combustion chamber to the piston body, facilitating assembly and reducing the heat capacity of the combustion chamber structure. To provide a structure of a piston having a combustion chamber attached to the structure.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、ピストンにキャビティを形成した金属材から成
るピストン本体、前記キャビティに遮熱空気層を介して
配置された燃焼室をピストンに構成する耐熱高温高強度
材から成る燃焼室構造体、及び前記キャビティ内に配置
された前記燃焼室構造体の外周に係止して前記燃焼室構
造体を前記キャビティ内に固定するため前記ピストン本
体に接合部で外周の一部が接合した前記ピストン本体と
ほぼ同種材から成る取付リング、から構成したことを特
徴とする燃焼室を持つピストンの構造に関する。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, the present invention is directed to a piston main body made of a metal material having a cavity formed in the piston, and a combustion chamber structure made of a heat-resistant high-temperature high-strength material forming a combustion chamber arranged in the cavity with a heat-shielding air layer in the piston. And a piston in which a part of the outer circumference is joined to the piston main body by a joining portion to lock the combustion chamber structure inside the cavity by locking the combustion chamber structure inside the cavity. The present invention relates to a structure of a piston having a combustion chamber, which is composed of a main body and a mounting ring made of almost the same material.
【0010】或いは、この発明は、ピストン中心軸を中
心にキャビティを形成した金属材から成るピストン本
体、前記キャビティに遮熱空気層を介して配置され且つ
ノズル挿入孔と連絡孔とを有する副室をピストンのほぼ
中央に構成する耐熱高温高強度材から成る燃焼室構造
体、及び前記キャビティ内に配置された前記燃焼室構造
体の外周に係止して前記燃焼室構造体を前記キャビティ
内に固定するため前記ピストン本体に接合部で外周の一
部が接合した前記ピストン本体とほぼ同種材から成る取
付リング、から構成したことを特徴とする燃焼室を持つ
ピストンの構造に関する。Alternatively, according to the present invention, a piston body made of a metal material having a cavity centered on the central axis of the piston, a sub chamber having a nozzle insertion hole and a communication hole, which is disposed in the cavity via a heat shield air layer. A combustion chamber structure made of a heat-resistant high-temperature and high-strength material that is formed substantially in the center of the piston, and the combustion chamber structure disposed in the cavity by locking the combustion chamber structure in the cavity. The present invention relates to a structure of a piston having a combustion chamber, the mounting ring being made of substantially the same material as the piston body, which is joined at a joint part to the piston body for fixing.
【0011】また、この燃焼室を持つピストンの構造に
おいて、前記燃焼室構造体の下部外周に設けられた凸部
の上面と前記取付リングの下端面との間には熱膨張量コ
ントロール用部材が介在されている。更に、前記熱膨張
量コントロール用部材と前記燃焼室構造体の前記凸部の
上面との間及び前記凸部の下面と前記ピストン本体のキ
ャビティ壁面との間には低熱伝導部材が介在されてい
る。或いは、前記燃焼室構造体の下部外周に設けられた
凸部の上面と前記取付リングの下端面との間及び前記凸
部の下面と前記ピストン本体のキャビティ壁面との間に
は低熱伝導部材が介在されている。In the structure of the piston having the combustion chamber, a member for controlling the amount of thermal expansion is provided between the upper surface of the convex portion provided on the outer periphery of the lower portion of the combustion chamber structure and the lower end surface of the mounting ring. Intervened. Further, a low thermal conductivity member is interposed between the thermal expansion amount control member and the upper surface of the convex portion of the combustion chamber structure and between the lower surface of the convex portion and the cavity wall surface of the piston body. . Alternatively, a low heat conduction member is provided between the upper surface of the convex portion provided on the outer periphery of the lower portion of the combustion chamber structure and the lower end surface of the mounting ring, and between the lower surface of the convex portion and the cavity wall surface of the piston body. Intervened.
【0012】また、この燃焼室を持つピストンの構造に
おいて、前記取付リングの内周面と前記燃焼室構造体の
外周面との間には隙間が形成されている。また、前記取
付リングの上部外周面と前記ピストン本体のキャビティ
壁面とが溶着され、且つ前記取付リングの下部外周面と
前記ピストン本体のキャビティ壁面と間には隙間が形成
されている。また、前記取付リングの内周面に形成され
たアンダカット部と前記燃焼室構造体の外周面に形成さ
れた段部との間には、シール用のガスケットが介在され
ている。Further, in the structure of the piston having the combustion chamber, a gap is formed between the inner peripheral surface of the mounting ring and the outer peripheral surface of the combustion chamber structure. Further, the upper outer peripheral surface of the mounting ring and the cavity wall surface of the piston body are welded, and a gap is formed between the lower outer peripheral surface of the mounting ring and the cavity wall surface of the piston body. Further, a sealing gasket is interposed between the undercut portion formed on the inner peripheral surface of the attachment ring and the step portion formed on the outer peripheral surface of the combustion chamber structure.
【0013】また、この燃焼室を持つピストンの構造に
おいて、前記取付リングの外周面と前記ピストン本体の
キャビティ壁面との間には、前記ピストン本体の下方に
連通する冷却通路が形成され、前記冷却通路の上下の前
記取付リングの前記外周面と前記ピストン本体の前記キ
ャビティ壁面との境界面は接合されている。また、前記
取付リングはピストン頂部の全体を形成し、前記取付リ
ングの下面と前記ピストン本体の上面とが接合されてい
る。Further, in the structure of the piston having the combustion chamber, a cooling passage communicating with the lower portion of the piston body is formed between the outer peripheral surface of the mounting ring and the cavity wall surface of the piston body, and the cooling passage is formed. Boundary surfaces between the outer peripheral surfaces of the attachment ring above and below the passage and the cavity wall surface of the piston body are joined. The mounting ring forms the entire top of the piston, and the lower surface of the mounting ring is joined to the upper surface of the piston body.
【0014】[0014]
【作用】この発明による燃焼室を持つピストンの構造
は、上記のように構成され、次のように作用する。即
ち、この燃焼室を持つピストンの構造は、金属材から成
るピストン本体に形成したキャビティに遮熱空気層を介
して耐熱高温高強度材から成る燃焼室構造体を配置し、
前記燃焼室構造体の外周で前記キャビティ内に配置され
て前記ピストン本体に接合されている前記ピストン本体
とほぼ同種材から成る取付リングによって前記燃焼室構
造体を前記キャビティ内に固定したので、ピストンのほ
ぼ中央に形成された燃焼室の遮熱性を向上でき、前記取
付リングが前記燃焼室構造体と前記ピストン本体との熱
膨張差を吸収して前記燃焼室構造体を前記ピストン本体
のキャビティ壁面に押し付けてガタの発生を防止する。
特に、前記燃焼室構造体の下部外周に設けられた凸部の
上面と前記取付リングの下端面との間に熱膨張量コント
ロール用部材を介在させた場合には、前記熱膨張量コン
トロール用部材が前記燃焼室構造体、前記ピストン本体
及び前記取付リング間の熱膨張量を調節し、部材間の取
付構造を極めて堅牢にすることができる。The structure of the piston having the combustion chamber according to the present invention is constructed as described above and operates as follows. That is, the structure of the piston having this combustion chamber, the combustion chamber structure made of heat resistant high temperature high strength material is arranged in the cavity formed in the piston body made of metal material via the heat shield air layer,
Since the combustion chamber structure is fixed in the cavity by a mounting ring that is arranged in the cavity on the outer periphery of the combustion chamber structure and is joined to the piston body and is made of substantially the same material as the piston body, Of the combustion chamber formed in substantially the center of the combustion chamber structure can be improved, the mounting ring absorbs the difference in thermal expansion between the combustion chamber structure and the piston main body, and the combustion chamber structure is fixed to the cavity wall surface of the piston main body. Press against to prevent backlash.
In particular, when the thermal expansion amount control member is interposed between the upper surface of the convex portion provided on the lower outer periphery of the combustion chamber structure and the lower end surface of the attachment ring, the thermal expansion amount control member Can adjust the amount of thermal expansion between the combustion chamber structure, the piston body, and the mounting ring to make the mounting structure between the members extremely robust.
【0015】また、前記燃焼室構造体の下部の温度が低
い領域に凸部が形成されているので、前記凸部の温度変
化が小さくなり、熱膨張量の変化が少なく、前記燃焼室
構造体が前記ピストン本体の前記キャビティ内にガタが
発生することなく、安定して固定される。更に、前記ピ
ストン本体にはピストン冷却用通路を容易に形成でき、
前記燃焼室は高温保持でき、前記ピストン本体は低温保
持が可能である。Further, since the convex portion is formed in the lower temperature region of the combustion chamber structure, the change in temperature of the convex portion is small, the change in the amount of thermal expansion is small, and the combustion chamber structure is small. Is stably fixed without any play in the cavity of the piston body. Furthermore, a piston cooling passage can be easily formed in the piston body,
The combustion chamber can be kept at a high temperature, and the piston body can be kept at a low temperature.
【0016】更に、この燃焼室を持つピストンの構造で
は、前記燃焼室構造体と前記ピストン本体との境界面に
前記遮熱空気層が存在するので、前記燃焼室から前記ピ
ストン本体への熱放散が防止され、熱効率を向上でき
る。また、前記燃焼室がピストンのほぼ中央に位置する
ため、連絡孔からの噴流の到達距離が短く、燃焼時間が
短くなって性能が向上し、前記燃焼室からの噴流の到達
距離が短くて済むため、前記連絡孔の通路面積を大きく
形成でき、絞り損失を低減でき効率を向上できる。Further, in the structure of the piston having the combustion chamber, since the heat-shielding air layer exists at the boundary surface between the combustion chamber structure and the piston body, heat dissipation from the combustion chamber to the piston body is caused. Can be prevented and the thermal efficiency can be improved. Further, since the combustion chamber is located substantially in the center of the piston, the reach distance of the jet flow from the communication hole is short, the combustion time is shortened, the performance is improved, and the reach distance of the jet flow from the combustion chamber is short. Therefore, the passage area of the communication hole can be formed large, the throttle loss can be reduced, and the efficiency can be improved.
【0017】[0017]
【実施例】以下、図面を参照して、この発明による燃焼
室を持つピストンの構造の実施例を説明する。図1はこ
の発明による燃焼室を持つピストンの構造の一実施例を
示す断面図、及び図2は図1の燃焼室を持つピストンの
構造におけるピストンの上面図である。Embodiments of the structure of a piston having a combustion chamber according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of a piston having a combustion chamber according to the present invention, and FIG. 2 is a top view of the piston in the structure of the piston having a combustion chamber of FIG.
【0018】この燃焼室を持つピストンの構造を組み込
んだ副室式エンジンは、図示していないが、例えば、鋳
鉄、アルミニウム合金等の金属材料から成るシリンダを
構成するシリンダブロック、該シリンダブロックにガス
ケットを介在して固定されたアルミニウム合金等の金属
材料から成るシリンダヘッドを有する。シリンダブロッ
クは、エンジンの気筒数に対応する孔部を形成し、該孔
部にシリンダを形成するシリンダライナを嵌合して構成
してもよい。シリンダヘッドには、エンジンの気筒数に
対応即ちシリンダに対応する吸排気ポートが形成され、
該吸排気ポートには吸排気弁が配置されている。シリン
ダブロックに形成されたシリンダには、ピストンが往復
運動するように組み込まれている。主室20は、シリン
ダヘッド下面とピストン頂面17との間のシリンダ側に
形成されており、図1では、ピストン頂面17のテーパ
面18によって形成されるピストン頂面17の凹部によ
って形成されている。Although not shown, the sub-chamber type engine incorporating the structure of the piston having the combustion chamber is, for example, a cylinder block forming a cylinder made of a metal material such as cast iron or aluminum alloy, and a gasket for the cylinder block. It has a cylinder head made of a metal material such as an aluminum alloy, which is fixed by interposing. The cylinder block may be formed by forming holes corresponding to the number of cylinders of the engine, and fitting a cylinder liner forming a cylinder into the holes. The cylinder head has intake and exhaust ports corresponding to the number of cylinders of the engine, that is, corresponding to the cylinders.
An intake / exhaust valve is arranged in the intake / exhaust port. A piston is incorporated in a cylinder formed in the cylinder block so as to reciprocate. The main chamber 20 is formed on the cylinder side between the lower surface of the cylinder head and the piston top surface 17, and in FIG. 1, is formed by the recessed portion of the piston top surface 17 formed by the tapered surface 18 of the piston top surface 17. ing.
【0019】この副室式エンジンは、液体燃料を燃料噴
射ノズルから副室2内に噴射して燃焼させるディーゼル
エンジンであり、シリンダ内を往復運動するピストンの
構造に特徴を有するものである。この燃焼室を持つピス
トンの構造は、ピストンヘッド部5とピストンスカート
部4とから成るピストン本体1、ピストン本体1に形成
されたキャビティ8内に遮熱空気層12,15を介して
配置されている燃焼室構造体3、及び燃焼室構造体3を
ピストン本体1に固定するピストン本体1と同種材から
成る取付リング6から構成されている。This sub-chamber engine is a diesel engine that injects liquid fuel into the sub-chamber 2 from a fuel injection nozzle and burns it, and is characterized by the structure of a piston that reciprocates in a cylinder. The structure of the piston having the combustion chamber is such that the piston body 1 composed of the piston head portion 5 and the piston skirt portion 4 and the cavity 8 formed in the piston body 1 are arranged via the heat shield air layers 12 and 15. The combustion chamber structure 3 and the mounting ring 6 made of the same material as the piston body 1 for fixing the combustion chamber structure 3 to the piston body 1.
【0020】この燃焼室を持つピストンの構造は、特
に、ピストン中心軸を中心に形成されたキャビティ8を
有する金属材から成るピストン本体1、キャビティ8に
遮熱空気層12を介して配置され且つノズル挿入孔9と
ノズル挿入孔9の周囲に隔置して形成されている連絡孔
10とを有する副室2をピストンのほぼ中央に構成する
耐熱高温高強度材から成る燃焼室構造体3、及び燃焼室
構造体3をキャビティ8内に固定するため、燃焼室構造
体3の外周でキャビティ8内に配置されてピストン本体
3に接合されているピストン本体1とほぼ同種材から成
る取付リング6から構成されている。取付リング6は、
高熱膨張材に限定されるものではないが、基本的には溶
接等を考慮してピストン本体1と同種材の材料で作製さ
れることが好ましいが、取付リング6をピストン本体1
に溶接等で固定するため、ろう材等を使用すると、取付
リング6は必ずしもピストン本体1と同一の材料で作製
する必要もなく、従って、取付リング6は、ピストン本
体1とほぼ同種材の材料で作製されているものである。The structure of the piston having the combustion chamber is, in particular, a piston body 1 made of a metal material having a cavity 8 formed around the center axis of the piston, the cavity 8 being disposed in the cavity 8 via a heat shield air layer 12, and A combustion chamber structure 3 made of a heat-resistant high-temperature and high-strength material that constitutes a sub-chamber 2 having a nozzle insertion hole 9 and a communication hole 10 formed around the nozzle insertion hole 9 so as to be spaced apart from each other, at approximately the center of the piston. Also, in order to fix the combustion chamber structure 3 in the cavity 8, a mounting ring 6 made of substantially the same material as the piston body 1 which is arranged in the cavity 8 at the outer periphery of the combustion chamber structure 3 and is joined to the piston body 3. It consists of The mounting ring 6
Although it is not limited to the high thermal expansion material, it is basically preferable that the attachment ring 6 is made of the same material as the piston body 1 in consideration of welding or the like.
If a brazing filler metal or the like is used to fix the attachment ring 6 to the piston body 1 by welding or the like, the attachment ring 6 does not necessarily need to be made of the same material as the piston body 1, and therefore the attachment ring 6 is made of a material of substantially the same material as the piston body 1. It is made in.
【0021】また、燃焼室構造体3の外周下部に設けら
れた凸部13の上面と取付リング6の下端面との間に
は、高線膨張材即ち高熱膨張材等の熱膨張量コントロー
ル用部材7が介在されている。ノズル挿入孔9は、ピス
トンのほぼ中央に位置してシリンダヘッドに設けた燃料
噴射ノズルがピストン上死点近傍で突入するが、その壁
面がガイド筒16で形成され、ガイド筒16の長さによ
って燃料噴射ノズルの副室2への突入期間が調節され
る。熱膨張調整部材即ち熱膨張量コントロール用部材7
の必要膨張率は、燃焼室即ち副室2を構成する燃焼室構
造体3の熱膨張係数によって決定される。燃焼室構造体
3がSi3 N4 で作製された場合とインコロイ903等
の耐熱金属で作製された場合では、熱膨張係数が大幅に
ことなるため、熱膨張量コントロール用部材7の熱膨張
係数も異なることになる。Further, between the upper surface of the convex portion 13 provided at the lower portion of the outer periphery of the combustion chamber structure 3 and the lower end surface of the mounting ring 6, for controlling the amount of thermal expansion of a high linear expansion material, that is, a high thermal expansion material or the like. The member 7 is interposed. The fuel injection nozzle provided in the cylinder head is inserted into the nozzle insertion hole 9 near the center of the piston, and the wall surface is formed by the guide cylinder 16 depending on the length of the guide cylinder 16. The rushing period of the fuel injection nozzle into the sub chamber 2 is adjusted. Thermal expansion adjusting member, that is, thermal expansion amount controlling member 7
The required expansion coefficient of is determined by the coefficient of thermal expansion of the combustion chamber structure 3, which constitutes the combustion chamber, that is, the sub chamber 2. When the combustion chamber structure 3 is made of Si 3 N 4 and when made of a heat-resistant metal such as Incoloy 903, the coefficient of thermal expansion is significantly different. Will also be different.
【0022】例えば、燃焼室構造体3がSi3 N4 で作
製された場合には、熱膨張量コントロール用部材7の材
料としては熱膨張係数の大きい材料で作製する必要があ
るが、燃焼室構造体3がSi3 N4 以外の他の材料で作
製された場合には、熱膨張量コントロール用部材7は異
なった材料で作製されることになる。例えば、熱膨張量
コントロール用部材7は、燃焼室構造体3がSi3 N4
で作製された場合には、マグネシウム合金等の熱膨張係
数の大きい材料から作製される。また、燃焼室構造体3
が耐熱金属で作製された場合には、Al合金、SUS材
料等の比較的に熱膨張係数の大きい材料から作製され
る。For example, when the combustion chamber structure 3 is made of Si 3 N 4 , the material for the thermal expansion control member 7 needs to be made of a material having a large thermal expansion coefficient. When the structure 3 is made of a material other than Si 3 N 4 , the thermal expansion amount control member 7 is made of a different material. For example, in the thermal expansion amount control member 7, the combustion chamber structure 3 is made of Si 3 N 4
In the case of being manufactured by (1), it is manufactured from a material having a large thermal expansion coefficient such as a magnesium alloy. Also, the combustion chamber structure 3
When is made of a refractory metal, it is made of a material having a relatively large thermal expansion coefficient such as an Al alloy or a SUS material.
【0023】例えば、ピストン本体1は、Al合金(A
C8A,LO−EX)等の金属から作製され、その場合
には、熱膨張係数は20〜21×10- 6 /℃である。
また、燃焼室構造体3は、ピストン本体1にビーム溶接
又はレーザ溶接ができるピストン本体1と同種の材料、
Al合金(A5052)等の金属から作製され、その場
合には、熱膨張係数は23×10- 6 /℃である。燃焼
室構造体3は、インコロイ等の耐熱金属、或いはSi3
N4 等の耐熱セラミックスの耐熱高温高強度材から作製
されており、Si3 N4 で作製された場合には、熱膨張
係数は3.2×10- 6 /℃である。更に、熱膨張量コ
ントロール用部材7は、マグネシウム合金から作製さ
れ、その場合には、熱膨張係数は26×10- 6 /℃で
ある。For example, the piston body 1 is made of Al alloy (A
C8A, made from LO-EX) or the like of metal, in which case the thermal expansion coefficient of 20-21 × 10 - is a 6 / ° C..
Further, the combustion chamber structure 3 is made of the same material as the piston body 1 that can be beam-welded or laser-welded to the piston body 1,
It is made of a metal such as Al alloy (A5052), in which case the coefficient of thermal expansion is 23 × 10 −6 / ° C. The combustion chamber structure 3 is made of heat-resistant metal such as incoloy or Si 3
N 4 or the like are made from heat-resistant high-temperature high-strength material of the heat-resistant ceramics, when produced in Si 3 N 4, the thermal expansion coefficient of 3.2 × 10 - is a 6 / ° C.. Further, the thermal expansion amount control member 7 is made of a magnesium alloy, and in this case, the thermal expansion coefficient is 26 × 10 −6 / ° C.
【0024】この燃焼室を持つピストンの構造では、取
付リング6の内周面と燃焼室構造体3の上部外周面19
との間には、隙間30が形成されている。また、取付リ
ング6の上部外周面とピストン本体3のキャビティ壁面
とはその境界面の一部がビーム溶接又はレーザ溶接で溶
着された接合部11であり、取付リング6の下部外周面
とピストン本体3のキャビティ壁面と間には隙間から成
る遮熱空気層15が形成されている。言い換えれば、ピ
ストン頂面側の取付リング6の上部はピストン本体1に
溶着され、取付リング6の下部はピストン本体1との間
に隙間即ち遮熱空気層15が形成されている。更に、取
付リング6の上部内周面には、内方に向かう係止部29
が設けられ、係止部29の下面即ちアンダカット部22
は副室構造体3の上部外周面に形成されている段部21
にシール用ガスケット14を介在して係止されている。
即ち、取付リング6の内周面に形成されたアンダカット
部22と燃焼室構造体3の外周面19に形成された段部
21との間には、弾性部材から成るシール用のガスケッ
ト14が介在され、そして、取付リング6の内周面と燃
焼室構造体3の外周面19との間に閉空間の遮熱空気層
15が形成されている。この燃焼室を持つピストンの構
造は、上記構成によって、取付リング6と燃焼室構造体
3との隙間30は、ピストン本体1と燃焼室構造体3と
の熱膨張差を許容できるものであり、熱膨張差はシール
用のガスケット14で弾性的に吸収される。In the structure of the piston having the combustion chamber, the inner peripheral surface of the mounting ring 6 and the upper outer peripheral surface 19 of the combustion chamber structure 3 are
A gap 30 is formed between and. Further, the upper outer peripheral surface of the mounting ring 6 and the cavity wall surface of the piston body 3 are joints 11 in which a part of the boundary surface is welded by beam welding or laser welding, and the lower outer peripheral surface of the mounting ring 6 and the piston body 3 are joined. A heat shield air layer 15 formed of a gap is formed between the wall surface of the cavity 3 and the cavity wall surface. In other words, the upper part of the mounting ring 6 on the top surface side of the piston is welded to the piston body 1, and the lower part of the mounting ring 6 forms a gap, that is, a heat-shielding air layer 15, with the piston body 1. Further, on the inner peripheral surface of the upper portion of the mounting ring 6, a locking portion 29 directed inward is provided.
Is provided, and the lower surface of the locking portion 29, that is, the undercut portion 22
Is a step portion 21 formed on the outer peripheral surface of the upper portion of the sub-chamber structure 3.
It is locked with a sealing gasket 14 interposed therebetween.
That is, between the undercut portion 22 formed on the inner peripheral surface of the attachment ring 6 and the step portion 21 formed on the outer peripheral surface 19 of the combustion chamber structure 3, the sealing gasket 14 made of an elastic member is provided. A heat shield air layer 15 that is a closed space is formed between the inner peripheral surface of the attachment ring 6 and the outer peripheral surface 19 of the combustion chamber structure 3 that is interposed. With the structure of the piston having the combustion chamber, the gap 30 between the mounting ring 6 and the combustion chamber structure 3 can allow a difference in thermal expansion between the piston body 1 and the combustion chamber structure 3 due to the above-mentioned configuration. The difference in thermal expansion is elastically absorbed by the gasket 14 for sealing.
【0025】燃焼室構造体3には、シリンダ即ちピスト
ンのほぼ中央に位置する副室2、該副室2の中央に位置
するノズル挿入孔9及びノズル挿入孔9の回りの周方向
に隔置した複数個(図2では6個)の連絡孔10が形成
されている。連絡孔10は、ノズル挿入孔9の回りの周
方向にシリンダ周辺側に向かって傾斜方向に形成されて
いる。また、図示していないが、シリンダヘッドには、
シリンダ軸の中央部に配置された多噴孔を備えた燃料噴
射ノズルが固定され、燃料噴射ノズルの噴孔部はシリン
ダヘッド下面から突出している。そこで、ノズル挿入孔
9には、ピストン上死点近傍で、シリンダヘッドに配置
した燃料噴射ノズルの多噴孔が突入し、該多噴孔から副
室2内に燃料を噴霧するように構成されている。なお、
図示していないが、シリンダヘッドには始動補助のため
のグロープラグを配置すると共に、ピストンヘッド部5
にプラグ孔を形成し、上死点近傍でグロープラグが副室
2内に突入するように構成することができる。In the combustion chamber structure 3, a sub-chamber 2 located substantially in the center of a cylinder or piston, a nozzle insertion hole 9 located in the center of the sub-chamber 2, and a circumferentially-spaced space around the nozzle insertion hole 9. A plurality of (6 in FIG. 2) communication holes 10 are formed. The communication hole 10 is formed in a circumferential direction around the nozzle insertion hole 9 in an inclined direction toward the cylinder peripheral side. Although not shown, the cylinder head is
A fuel injection nozzle having multiple injection holes arranged in the center of the cylinder shaft is fixed, and the injection hole portion of the fuel injection nozzle projects from the lower surface of the cylinder head. Therefore, in the nozzle insertion hole 9, multiple injection holes of the fuel injection nozzle arranged in the cylinder head are projected near the top dead center of the piston, and the fuel is sprayed from the multiple injection holes into the sub chamber 2. ing. In addition,
Although not shown, the cylinder head is provided with a glow plug for starting assistance, and the piston head 5
It is possible to form a plug hole in the hollow space and to allow the glow plug to project into the sub chamber 2 near the top dead center.
【0026】この燃焼室を持つピストンの構造では、連
絡孔10は、ノズル挿入孔9の回りに多数形成され、連
絡孔10の通路面積は全周に分散して全体で大きく形成
され、連絡孔10から噴出した火炎と混合気とは主室2
0内の空気と十分に混合することができる。即ち、主室
20と副室2とを連通する連絡孔10は、通路面積が合
計で大面積に構成することができ、絞り損失を低減でき
出力の低減はない。また、副室2がシリンダ中心軸線上
に同心に配置され、連絡孔10が副室2の外周側面に形
成されているので、副室2から噴出した噴流が、連絡孔
10の通路面積が大きくなって噴出エネルギーが小さく
なり、到達距離が短くなったとしても、該噴流は主室2
0に存在する空気と十分に短期に混合することができ、
主室20での燃焼期間を短縮してHC、スモークの発生
を抑制できる。In the structure of the piston having the combustion chamber, a large number of communication holes 10 are formed around the nozzle insertion hole 9, and the passage areas of the communication holes 10 are dispersed over the entire circumference to be formed large as a whole. The flame and the air-fuel mixture ejected from the main chamber 2
It can mix well with the air in zero. That is, the communication hole 10 that connects the main chamber 20 and the sub chamber 2 can be configured to have a large passage area in total, and the throttle loss can be reduced and the output cannot be reduced. Further, since the sub chamber 2 is arranged concentrically on the cylinder center axis and the communication hole 10 is formed on the outer peripheral side surface of the sub chamber 2, the jet flow ejected from the sub chamber 2 has a large passage area of the communication hole 10. Even if the jetting energy becomes small and the reaching distance becomes short, the jet flow is generated in the main chamber 2
Can be mixed with the air present at 0 for a sufficiently short time,
It is possible to shorten the combustion period in the main chamber 20 and suppress the generation of HC and smoke.
【0027】図3には、この燃焼室を持つピストンの構
造の別の実施例が示されている。この実施例は、上記実
施例と比較すると、低熱伝導部材を介在させた以外は、
同一の構成及び同一の機能を有するので、同一の部品に
は同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この実
施例では、熱膨張量コントロール用部材7と燃焼室構造
体3の凸部13の上面との間には、低熱伝導部材24が
介在されており、また、凸部13の下面とピストン本体
1のキャビティ壁面25との間には、低熱伝導部材23
が介在されている。低熱伝導部材23,24は、部分安
定化ジルコニアPSZ等の材料から作製されている。FIG. 3 shows another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber. This example is different from the above examples except that a low heat conductive member is interposed.
Since they have the same configuration and the same function, the same reference numerals are given to the same parts, and duplicate explanations are omitted. In this embodiment, the low thermal conductive member 24 is interposed between the thermal expansion amount control member 7 and the upper surface of the convex portion 13 of the combustion chamber structure 3, and the lower surface of the convex portion 13 and the piston body are also provided. The low heat conductive member 23
Is intervening. The low heat conductive members 23 and 24 are made of a material such as partially stabilized zirconia PSZ.
【0028】図4及び図5には、この燃焼室を持つピス
トンの構造の別の実施例が示されている。この実施例
は、上記実施例と比較すると、低熱伝導部材を介在させ
た以外は、同一の構成及び同一の機能を有するので、同
一の部品には同一の符号を付し、重複する説明は省略す
る。この実施例では、取付リング6の外周面とピストン
本体1のキャビティ壁面との間には、ピストン本体1の
下方に連通する冷却通路26,27が形成され、冷却通
路26,27の上下の取付リング6の外周面とピストン
本体1のキャビティ壁面との境界面は接合されているも
のであり、冷却通路26は、ピストン頂面17のテーパ
面18に対しては密閉され、冷却通路27を通じてピス
トン本体1の下方へ開放されている。従って、クランク
室等からのオイルが冷却通路27を通じて冷却通路26
を循環できるように構成され、燃焼室構造体3の外周の
ピストン本体1は冷却されて低温に保持され、燃焼室構
造体3に形成された副室2は遮熱空気層15の存在によ
って高温に保持される。また、この実施例では、取付リ
ング6と燃焼室構造体3の凸部13との間には、高熱膨
張部材及び低熱伝導部材は介在されていないが、取付リ
ング6をピストン本体1とほぼ同種材の材料で作製し且
つ取付リング6の外周面を冷却通路26,27にオイル
を流して冷却することによって、高熱膨張部材の機能を
十分にカバーすることができる。FIGS. 4 and 5 show another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber. Compared with the above-mentioned embodiment, this embodiment has the same configuration and the same function except that the low heat conductive member is interposed, and therefore, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. To do. In this embodiment, cooling passages 26, 27 communicating with the lower side of the piston body 1 are formed between the outer peripheral surface of the mounting ring 6 and the cavity wall surface of the piston body 1, and the cooling passages 26, 27 are mounted above and below. The boundary surface between the outer peripheral surface of the ring 6 and the cavity wall surface of the piston body 1 is joined, and the cooling passage 26 is hermetically sealed with respect to the tapered surface 18 of the piston top surface 17, and the piston is passed through the cooling passage 27. It is opened below the main body 1. Therefore, the oil from the crank chamber or the like passes through the cooling passage 27 and the cooling passage 26.
The piston body 1 on the outer periphery of the combustion chamber structure 3 is cooled and kept at a low temperature, and the sub chamber 2 formed in the combustion chamber structure 3 has a high temperature due to the presence of the heat shield air layer 15. Held in. Further, in this embodiment, the high thermal expansion member and the low thermal conductive member are not interposed between the mounting ring 6 and the convex portion 13 of the combustion chamber structure 3, but the mounting ring 6 is almost the same type as the piston body 1. The function of the high thermal expansion member can be sufficiently covered by making the material of the material and cooling the outer peripheral surface of the mounting ring 6 by flowing oil through the cooling passages 26 and 27.
【0029】図6には、この燃焼室を持つピストンの構
造の別の実施例が示されている。この実施例は、上記実
施例と比較すると、低熱伝導部材を介在させた以外は、
同一の構成及び同一の機能を有するので、同一の部品に
は同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この実
施例では、燃焼室構造体3の外周に設けられた凸部13
の上面と取付リング6の下端面との間には低熱伝導部材
24が介在され、また、凸部13の下面とピストン本体
1のキャビティ壁面25との間には低熱伝導部材23が
介在されている。FIG. 6 shows another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber. This example is different from the above examples except that a low heat conductive member is interposed.
Since they have the same configuration and the same function, the same reference numerals are given to the same parts, and duplicate explanations are omitted. In this embodiment, the convex portion 13 provided on the outer periphery of the combustion chamber structure 3 is provided.
The low heat conductive member 24 is interposed between the upper surface of the base plate and the lower end surface of the mounting ring 6, and the low heat conductive member 23 is interposed between the lower surface of the convex portion 13 and the cavity wall surface 25 of the piston body 1. There is.
【0030】図7及び図8には、この燃焼室を持つピス
トンの構造の別の実施例が示されている。この実施例
は、上記実施例と比較すると、低熱伝導部材を介在させ
た以外は、同一の構成及び同一の機能を有するので、同
一の部品には同一の符号を付し、重複する説明は省略す
る。この実施例では、取付リング6は、ピストン周辺ま
で延びるピストン頂部28を有し、取付リング6の下面
とピストン本体1の上面とが接合されている。7 and 8 show another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber. Compared with the above-mentioned embodiment, this embodiment has the same configuration and the same function except that the low heat conductive member is interposed, and therefore, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. To do. In this embodiment, the mounting ring 6 has a piston top portion 28 extending to the periphery of the piston, and the lower surface of the mounting ring 6 and the upper surface of the piston body 1 are joined.
【0031】図9には、この燃焼室を持つピストンの構
造の別の実施例が示されている。この実施例は、上記実
施例と比較すると、低熱伝導部材を介在させた以外は、
同一の構成及び同一の機能を有するので、同一の部品に
は同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この実
施例では、燃焼室構造体3の外周に設けられた凸部13
の上面と取付リング6の下端面との間には低熱伝導部材
24が介在され、また、凸部13の下面とピストン本体
1のキャビティ壁面との間には低熱伝導部材23が介在
されている。FIG. 9 shows another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber. This example is different from the above examples except that a low heat conductive member is interposed.
Since they have the same configuration and the same function, the same reference numerals are given to the same parts, and duplicate explanations are omitted. In this embodiment, the convex portion 13 provided on the outer periphery of the combustion chamber structure 3 is provided.
A low heat conductive member 24 is interposed between the upper surface of the base plate and the lower end surface of the mounting ring 6, and a low heat conductive member 23 is interposed between the lower surface of the convex portion 13 and the cavity wall surface of the piston body 1. .
【0032】図10には、この燃焼室を持つピストンの
構造の更に別の実施例が示されている。この実施例は、
上記各実施例と比較すると、上記各実施例がピストン本
体のキャビティに副室を構成する燃焼室構造体を配置し
ているのに対して、ピストン本体のキャビティに主室即
ち燃焼室を構成する燃焼室構造体を配置している点が相
違する以外は、同一の構成及び同一の機能を有するの
で、同一の部品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、燃焼室構造体3Aに主室20
即ち燃焼室2Aを形成したピストンの構造に関するもの
である。この実施例では、燃焼室構造体3Aをピストン
本体1のキャビティ8に取付リング6を用いて固定した
構造は、特に、図1に示す実施例の燃焼室構造体3をピ
ストン本体1のキャビティ8に取付リング6を用いて固
定したものと比較して、同一の構造であり、両者は同一
の機能及び作用効果を有するものであるので、ここでは
そのらについての説明は省略する。FIG. 10 shows still another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber. This example is
Compared with the above-mentioned respective embodiments, in each of the above-mentioned embodiments, a combustion chamber structure forming a sub chamber is arranged in the cavity of the piston body, whereas a main chamber, that is, a combustion chamber is formed in the cavity of the piston body. Except that the combustion chamber structure is arranged, the components have the same configuration and the same function, and therefore, the same components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. In this embodiment, the main chamber 20 is provided in the combustion chamber structure 3A.
That is, it relates to the structure of the piston forming the combustion chamber 2A. In this embodiment, the structure in which the combustion chamber structure 3A is fixed to the cavity 8 of the piston body 1 by using the mounting ring 6 is particularly useful for the combustion chamber structure 3 of the embodiment shown in FIG. Since they have the same structure and have the same function and function and effect as compared with those fixed by using the mounting ring 6, the description thereof will be omitted here.
【0033】更に、この発明による燃焼室を持つピスト
ンの構造は、図10に示す実施例の燃焼室の形状を図
3、図4、図6、図7及び図9に示す各実施例のものに
もそれぞれ適用できる。それらの実施例は、図示してい
ないが、図3、図4、図6、図7及び図9に示す燃焼室
構造体3に主室としての燃焼室を形成したものに相当す
る。これらの実施例についての燃焼室構造体のピストン
本体への取り付け構造は、上記各図面に示す構造と同一
であるので、ここではそれらの説明については省略す
る。また、上記各実施例では、燃焼室をピストン本体1
のほぼ中央に形成したものについて説明したが、燃焼室
を形成する燃焼室構造体をピストン本体に固定するとい
う構造の点では、図示していないが、燃焼室がピストン
本体のピストン中心軸から片寄った所に形成されてもよ
く、また、燃焼室の形状が先尖りの開口を有した構造、
スロートを備えた構造であってもよく、限定されるもの
ではない。Further, the structure of the piston having the combustion chamber according to the present invention is that of the embodiment shown in FIGS. 3, 4, 6, 7, and 9 in which the shape of the combustion chamber of the embodiment shown in FIG. 10 is shown. Can be applied to each. Although not shown, those examples correspond to those in which a combustion chamber as a main chamber is formed in the combustion chamber structure 3 shown in FIGS. 3, 4, 6, 7, and 9. The structure for attaching the combustion chamber structure to the piston body in these examples is the same as the structure shown in each of the above-mentioned drawings, and a description thereof will be omitted here. In each of the above embodiments, the combustion chamber is connected to the piston body 1
Although it is not shown in the figure in terms of the structure in which the combustion chamber structure that forms the combustion chamber is fixed to the piston body, the combustion chamber is offset from the piston center axis of the piston body. It may be formed at a different place, and the structure of the combustion chamber has a pointed opening,
The structure may be provided with a throat and is not limited.
【0034】[0034]
【発明の効果】この発明による燃焼室を持つピストンの
構造は、上記のように構成されており、次のような効果
を有する。この燃焼室を持つピストンの構造は、金属材
から成るピストン本体に形成されたキャビティ内に遮熱
空気層を介して燃焼室を構成する燃焼室構造体が配置さ
れ、前記ピストン本体とほぼ同種材から成る取付リング
の外周を前記ピストン本体に溶着して前記燃焼室構造体
を前記キャビティ内に固定したので、前記ピストン本体
と前記燃焼室構造体との熱膨張差が発生しても前記取付
リングの熱膨張によって両者間の熱膨張差を調整して強
固に常にガタ付きがなく良好に固定される。また、前記
ピストン本体と前記燃焼室構造体との間に遮熱空気層が
形成されているので、前記燃焼室構造体の熱容量を低減
でき、ガス温度への追従性を良好にすると共に前記燃焼
室の遮熱効果を大幅にアップでき、前記燃焼室からの熱
エネルギーの放熱を抑制でき、燃費を向上できる。The structure of the piston having the combustion chamber according to the present invention is constructed as described above and has the following effects. The structure of the piston having the combustion chamber is such that the combustion chamber structure that constitutes the combustion chamber is arranged in the cavity formed in the piston body made of a metal material through the heat shield air layer, and the material is almost the same as the piston body. Since the outer periphery of the mounting ring made of is welded to the piston body to fix the combustion chamber structure in the cavity, the mounting ring is formed even if a difference in thermal expansion between the piston body and the combustion chamber structure occurs. The difference in thermal expansion between the two is adjusted by the thermal expansion of to firmly and satisfactorily fix it without any looseness. Further, since the heat-shielding air layer is formed between the piston body and the combustion chamber structure, the heat capacity of the combustion chamber structure can be reduced, the followability to the gas temperature can be improved, and the combustion can be performed. The heat shield effect of the chamber can be greatly improved, the heat energy released from the combustion chamber can be suppressed, and the fuel consumption can be improved.
【0035】この燃焼室を持つピストンの構造は、前記
取付リング及び熱膨張量コントロール用部材によって前
記ピストン本体と前記燃焼室構造体との熱膨張差が調整
でき、常に安定してガタ等の発生がないので、前記燃焼
室構造体を熱膨張係数の小さいSi3 N4 等のセラミッ
クスで作製でき、耐熱性に富んだ構造に構成でき、強固
な燃焼室を構成できる。また、前記燃焼室構造体の下部
に形成された凸部を前記取付リングで押圧状態に固定す
るので、前記燃焼室構造体の下部は温度変化が小さく、
熱膨張量の変化も小さいものであるので、前記燃焼室構
造体の前記ピストン本体への取付状態が常に安定して強
固な固定を確保できる。In the structure of the piston having the combustion chamber, the difference in thermal expansion between the piston body and the combustion chamber structure can be adjusted by the mounting ring and the thermal expansion control member, so that the rattling is always stable. Therefore, the combustion chamber structure can be made of ceramics such as Si 3 N 4 having a small coefficient of thermal expansion, and can have a structure with high heat resistance, so that a strong combustion chamber can be formed. Further, since the convex portion formed in the lower portion of the combustion chamber structure is fixed in the pressed state by the attachment ring, the lower portion of the combustion chamber structure has a small temperature change,
Since the change in the amount of thermal expansion is also small, the state of attachment of the combustion chamber structure to the piston body is always stable and a strong fixation can be secured.
【0036】また、前記ピストン本体には冷却用の冷却
通路を容易に形成できるので、前記燃焼室構造体の外周
に前記冷却通路を設けて前記冷却通路に冷却オイルを流
せば、前記燃焼室構造体に形成された燃焼室は高温に保
持され、前記ピストン本体は低温に保持することができ
る。更に、前記燃焼室構造体と前記ピストン本体との間
の遮熱空気層をシール用ガスケットによって閉空間に形
成すれば、前記燃焼室の遮熱度をアップできる。Further, since a cooling passage for cooling can be easily formed in the piston main body, if the cooling passage is provided on the outer periphery of the combustion chamber structure and cooling oil is flown into the cooling passage, the combustion chamber structure is formed. The combustion chamber formed in the body can be kept at a high temperature, and the piston body can be kept at a low temperature. Further, if the heat shield air layer between the combustion chamber structure and the piston body is formed in a closed space by a sealing gasket, the heat shield degree of the combustion chamber can be increased.
【図1】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of a piston having a combustion chamber according to the present invention.
【図2】図1のピストンの上面図である。2 is a top view of the piston of FIG. 1. FIG.
【図3】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
別の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber according to the present invention.
【図4】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
更に別の実施例を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing still another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber according to the present invention.
【図5】図4のピストンの上面図である。5 is a top view of the piston of FIG.
【図6】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
他の実施例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber according to the present invention.
【図7】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
更に他の実施例を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing still another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber according to the present invention.
【図8】図7のピストンの上面図である。FIG. 8 is a top view of the piston of FIG.
【図9】この発明による燃焼室を持つピストンの構造の
別の実施例を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber according to the present invention.
【図10】この発明による燃焼室を持つピストンの構造
の更に別の実施例を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing still another embodiment of the structure of the piston having the combustion chamber according to the present invention.
1 ピストン本体 2 副室 2A 燃焼室 3 燃焼室構造体 4 ピストンスカート部 5 ピストンヘッド部 6 取付リング 7 熱膨張量コントロール用部材 8 キャビティ 9 ノズル挿入孔 10 連絡孔 11 接合部 12,15 遮熱空気層 13 外周凸部 14 ガスケット 19 外周面 20 主室 21 段部 22 アンダカット部 23,24 低熱伝導部材 25 キャビティ壁面 26,27 冷却通路 30 隙間 1 Piston main body 2 Sub-chamber 2A Combustion chamber 3 Combustion chamber structure 4 Piston skirt part 5 Piston head part 6 Mounting ring 7 Thermal expansion amount control member 8 Cavity 9 Nozzle insertion hole 10 Communication hole 11 Joint part 12,15 Heat shield air Layer 13 Outer peripheral convex portion 14 Gasket 19 Outer peripheral surface 20 Main chamber 21 Step portion 22 Undercut portion 23, 24 Low heat conductive member 25 Cavity wall surface 26, 27 Cooling passage 30 Gap
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02F 3/00 301 B 3/26 A ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location F02F 3/00 301 B 3/26 A
Claims (10)
から成るピストン本体、前記キャビティに遮熱空気層を
介して配置された燃焼室をピストンに構成する耐熱高温
高強度材から成る燃焼室構造体、及び前記キャビティ内
に配置された前記燃焼室構造体の外周に係止して前記燃
焼室構造体を前記キャビティ内に固定するため前記ピス
トン本体に接合部で外周の一部が接合した前記ピストン
本体とほぼ同種材から成る取付リング、から構成したこ
とを特徴とする燃焼室を持つピストンの構造。1. A piston body made of a metal material having a cavity formed in the piston, and a combustion chamber structure made of a heat-resistant high-temperature high-strength material forming a combustion chamber arranged in the cavity through a heat-shielding air layer in the piston. And a piston body in which a part of the outer periphery is joined to the piston body by a joining portion for locking the combustion chamber structure inside the cavity by locking the combustion chamber structure inside the cavity. The structure of the piston with the combustion chamber is characterized in that it is composed of a mounting ring made of almost the same material as.
成した金属材から成るピストン本体、前記キャビティに
遮熱空気層を介して配置され且つノズル挿入孔と連絡孔
とを有する副室をピストンのほぼ中央に構成する耐熱高
温高強度材から成る燃焼室構造体、及び前記キャビティ
内に配置された前記燃焼室構造体の外周に係止して前記
燃焼室構造体を前記キャビティ内に固定するため前記ピ
ストン本体に接合部で外周の一部が接合した前記ピスト
ン本体とほぼ同種材から成る取付リング、から構成した
ことを特徴とする燃焼室を持つピストンの構造。2. A piston main body made of a metal material having a cavity centered on the center axis of the piston, a sub-chamber arranged in the cavity with a heat shield air layer and having a nozzle insertion hole and a communication hole. A combustion chamber structure made of a heat-resistant high-temperature high-strength material that is formed in the center, and the combustion chamber structure that is locked in the outer periphery of the combustion chamber structure disposed in the cavity to fix the combustion chamber structure in the cavity. A structure of a piston having a combustion chamber, comprising: a mounting ring made of substantially the same material as the piston main body, a part of the outer periphery of which is bonded to the piston main body at a joint.
た凸部の上面と前記取付リングの下端面との間には熱膨
張量コントロール用部材が介在されていることを特徴と
する請求項1又は2に記載の燃焼室を持つピストンの構
造。3. A thermal expansion amount control member is interposed between an upper surface of a protrusion provided on the outer periphery of the lower portion of the combustion chamber structure and a lower end surface of the mounting ring. A structure of a piston having a combustion chamber according to Item 1 or 2.
燃焼室構造体の前記凸部の上面との間及び前記凸部の下
面と前記ピストン本体のキャビティ壁面との間には低熱
伝導部材が介在されていることを特徴とする請求項3に
記載の燃焼室を持つピストンの構造。4. A low thermal conductivity member is interposed between the thermal expansion amount control member and the upper surface of the convex portion of the combustion chamber structure, and between the lower surface of the convex portion and the cavity wall surface of the piston body. The structure of a piston having a combustion chamber according to claim 3, wherein the piston has a combustion chamber.
た凸部の上面と前記取付リングの下端面との間及び前記
凸部の下面と前記ピストン本体のキャビティ壁面との間
には低熱伝導部材が介在されていることを特徴とする請
求項1〜4のいずれかに記載の燃焼室を持つピストンの
構造。5. Low heat between the upper surface of the convex portion provided on the outer periphery of the lower portion of the combustion chamber structure and the lower end surface of the mounting ring, and between the lower surface of the convex portion and the cavity wall surface of the piston body. The structure of a piston having a combustion chamber according to claim 1, wherein a conductive member is interposed.
造体の外周面との間には隙間が形成されていることを特
徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の燃焼室を持つ
ピストンの構造。6. The combustion chamber according to claim 1, wherein a gap is formed between an inner peripheral surface of the attachment ring and an outer peripheral surface of the combustion chamber structure. Structure of the piston with.
トン本体のキャビティ壁面とが溶着され、且つ前記取付
リングの下部外周面と前記ピストン本体のキャビティ壁
面と間には隙間が形成されていることを特徴とする請求
項1〜6のいずれかに記載の燃焼室を持つピストンの構
造。7. The upper outer peripheral surface of the mounting ring and the cavity wall surface of the piston body are welded together, and a gap is formed between the lower outer peripheral surface of the mounting ring and the cavity wall surface of the piston body. The structure of a piston having a combustion chamber according to any one of claims 1 to 6.
ンダカット部と前記燃焼室構造体の外周面に形成された
段部との間には、シール用のガスケットが介在されてい
ることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の燃
焼室を持つピストンの構造。8. A gasket for sealing is interposed between an undercut portion formed on the inner peripheral surface of the attachment ring and a step portion formed on the outer peripheral surface of the combustion chamber structure. A structure of a piston having a combustion chamber according to any one of claims 1 to 7.
本体のキャビティ壁面との間には、前記ピストン本体の
下方に連通する冷却通路が形成され、前記冷却通路の上
下の前記取付リングの前記外周面と前記ピストン本体の
前記キャビティ壁面との境界面は接合されていることを
特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の燃焼室を持
つピストンの構造。9. A cooling passage that communicates with a lower portion of the piston body is formed between an outer peripheral surface of the mounting ring and a cavity wall surface of the piston body, and the outer periphery of the mounting ring above and below the cooling passage is formed. The structure of a piston having a combustion chamber according to any one of claims 1 to 8, wherein a boundary surface between the surface and the cavity wall surface of the piston body is joined.
を形成し、前記取付リングの下面と前記ピストン本体の
上面とが接合されていることを特徴とする請求項1〜9
のいずれかに記載の燃焼室を持つピストンの構造。10. The mounting ring forms the entire top of the piston, and the lower surface of the mounting ring and the upper surface of the piston body are joined to each other.
The structure of the piston having the combustion chamber according to any one of 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22400994A JP3339198B2 (en) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | Piston structure with combustion chamber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22400994A JP3339198B2 (en) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | Piston structure with combustion chamber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0868328A true JPH0868328A (en) | 1996-03-12 |
| JP3339198B2 JP3339198B2 (en) | 2002-10-28 |
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| Country | Link |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0780554A1 (en) | 1995-12-20 | 1997-06-25 | Isuzu Motors Limited | Piston structure with heat insulated combustion chamber |
-
1994
- 1994-08-26 JP JP22400994A patent/JP3339198B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| EP0780554A1 (en) | 1995-12-20 | 1997-06-25 | Isuzu Motors Limited | Piston structure with heat insulated combustion chamber |
| US5738066A (en) * | 1995-12-20 | 1998-04-14 | Isuzu Motors Limited | Piston structure with heat insulated combustion chamber |
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| JP3339198B2 (en) | 2002-10-28 |
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