JPS63106351A - 内燃機関のピストン - Google Patents
内燃機関のピストンInfo
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- JPS63106351A JPS63106351A JP61253947A JP25394786A JPS63106351A JP S63106351 A JPS63106351 A JP S63106351A JP 61253947 A JP61253947 A JP 61253947A JP 25394786 A JP25394786 A JP 25394786A JP S63106351 A JPS63106351 A JP S63106351A
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- Japan
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- piston
- layer
- heat insulating
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0603—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head
-
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- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
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。
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、ピストン上部にセラミック製キャビティ部材
を設け、このセラミック製キャビティ部材の内部に燃焼
室を形成した内燃機関のピストンに関するものである。
を設け、このセラミック製キャビティ部材の内部に燃焼
室を形成した内燃機関のピストンに関するものである。
一般に、燃焼室に燃料を直接噴射する直接噴射式ディー
ゼルエンジンは、間接噴射式ディーゼルエンジンに比し
て燃費が１５〜２０％程度優れるものの、排ガス特性、
騒音、始動性等の点で劣っている。そこで、従来、直接
噴射式ディーゼルエンジンのピストンの上部に、部分安
定化ジルコニアセラミック等の断熱性の高いセラミック
からなるキャビティ部材を、鋳ぐるみ等により設けて、
ピストンの断熱性を高めることにより上述の排ガス特性
、騒音、始動性等の改善が図られている。ところが、こ
のように、キャビティ部材を断熱性の高いセラミックに
より形成すると、キャビティ部材の内表面と外表面との
間の温度差が大きくなるので、キャビティ部材内で大き
な熱応力が発生して外表面近傍でクラックが生じるとい
う問題がある。特に、キャビティ部材として部分安定化
ジルコニアセラミックを使用する場合、この部分安定化
ジルコニアセラミックは、熱伝導率が０．０３〜０．０
８ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ・℃と小さいばかりでなく、熱
膨張率が１０〜１１ｘｌＯ−’／ ℃と比較的大きいた
め、クランクが発生しやすい。その対策としてキャビテ
ィ部材を薄く形成すると、クランクは減少するものの、
充分な断熱効果は得られな（なる。
ゼルエンジンは、間接噴射式ディーゼルエンジンに比し
て燃費が１５〜２０％程度優れるものの、排ガス特性、
騒音、始動性等の点で劣っている。そこで、従来、直接
噴射式ディーゼルエンジンのピストンの上部に、部分安
定化ジルコニアセラミック等の断熱性の高いセラミック
からなるキャビティ部材を、鋳ぐるみ等により設けて、
ピストンの断熱性を高めることにより上述の排ガス特性
、騒音、始動性等の改善が図られている。ところが、こ
のように、キャビティ部材を断熱性の高いセラミックに
より形成すると、キャビティ部材の内表面と外表面との
間の温度差が大きくなるので、キャビティ部材内で大き
な熱応力が発生して外表面近傍でクラックが生じるとい
う問題がある。特に、キャビティ部材として部分安定化
ジルコニアセラミックを使用する場合、この部分安定化
ジルコニアセラミックは、熱伝導率が０．０３〜０．０
８ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ・℃と小さいばかりでなく、熱
膨張率が１０〜１１ｘｌＯ−’／ ℃と比較的大きいた
め、クランクが発生しやすい。その対策としてキャビテ
ィ部材を薄く形成すると、クランクは減少するものの、
充分な断熱効果は得られな（なる。
なお、従来、ピストンの上部に耐熱金属等からなるキャ
ビティ部材を設け、このキャビティ部材とピストン本体
との間に断熱空気層を介在させたものが提案されている
が（実開昭５７−１０７９３７号公報）、この場合は、
断熱空気層の存在により、ピストンの製造に際してキャ
ビティ部材をピストン本体に鋳ぐるむことができず、ね
じ等で組み付けねばならないので、製造作業が煩雑にな
るという不具合がある。
ビティ部材を設け、このキャビティ部材とピストン本体
との間に断熱空気層を介在させたものが提案されている
が（実開昭５７−１０７９３７号公報）、この場合は、
断熱空気層の存在により、ピストンの製造に際してキャ
ビティ部材をピストン本体に鋳ぐるむことができず、ね
じ等で組み付けねばならないので、製造作業が煩雑にな
るという不具合がある。
本発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであっ
て、セラミック製キャビティ部材のクランクの発生を減
少させることができるとともに、製造作業を簡略化でき
る内燃機関のピストンの提供を目的とするものである。
て、セラミック製キャビティ部材のクランクの発生を減
少させることができるとともに、製造作業を簡略化でき
る内燃機関のピストンの提供を目的とするものである。
本発明は、上記の目的を達成するために、ピストン上部
にセラミック製キャビティ部材を有する内燃機関のピス
トンにおいて、少なくとも内層と外層の２層を接合して
なり、かつ上記内層と外層との間に断熱層を有する上記
セラミック製キャビティ部材と、このセラミック製キャ
ビティ部材を鋳ぐるむピストン本体とを備え、これによ
り、セラミック製キャビティ部材を少なくとも２層に分
割して各層の厚さを低減させうるようにするとともに、
内層と外層間に断熱層を介在させることにより、内層お
よび外層の各層における内表面と外表面間の温度差を低
減させて内層および外層のクランクを減少させる。また
、セラミック製キャビティ部材内に断熱層を設けること
により、ピストン本体の製造に際してピストン本体内に
セラミック製キャビティ部材を鋳ぐるむことができるよ
うにして製造作業を簡略化できるように構成したことを
特徴とするものである。
にセラミック製キャビティ部材を有する内燃機関のピス
トンにおいて、少なくとも内層と外層の２層を接合して
なり、かつ上記内層と外層との間に断熱層を有する上記
セラミック製キャビティ部材と、このセラミック製キャ
ビティ部材を鋳ぐるむピストン本体とを備え、これによ
り、セラミック製キャビティ部材を少なくとも２層に分
割して各層の厚さを低減させうるようにするとともに、
内層と外層間に断熱層を介在させることにより、内層お
よび外層の各層における内表面と外表面間の温度差を低
減させて内層および外層のクランクを減少させる。また
、セラミック製キャビティ部材内に断熱層を設けること
により、ピストン本体の製造に際してピストン本体内に
セラミック製キャビティ部材を鋳ぐるむことができるよ
うにして製造作業を簡略化できるように構成したことを
特徴とするものである。
〔実施例１〕
本発明の一実施例を第１図に基づいて説明すれば、以下
の通りである。直接噴射式ディーゼルエンジンのピスト
ンは、アルミニウム合金、鋳鉄等から成るピストン本体
１を備え、このピストン本体１の上部中央位置に、部分
安定化ジルコニアセラミック等の断熱性および強度に優
れたセラミックから成るキャビティ部材２が同心に鋳ぐ
るまれでいる。キャビティ部材２はそれぞれカップ状の
内層３と外層４とを後述す、る方法により接合して成り
、内層３と外層４間には断熱空気層５が形成されている
。内層３の内表面は燃焼室壁としてのキャビティ （穴
）６を成し、また外層４の外表面にはピストン本体１か
らの抜止用の環状フランジ部７が形成されている。
の通りである。直接噴射式ディーゼルエンジンのピスト
ンは、アルミニウム合金、鋳鉄等から成るピストン本体
１を備え、このピストン本体１の上部中央位置に、部分
安定化ジルコニアセラミック等の断熱性および強度に優
れたセラミックから成るキャビティ部材２が同心に鋳ぐ
るまれでいる。キャビティ部材２はそれぞれカップ状の
内層３と外層４とを後述す、る方法により接合して成り
、内層３と外層４間には断熱空気層５が形成されている
。内層３の内表面は燃焼室壁としてのキャビティ （穴
）６を成し、また外層４の外表面にはピストン本体１か
らの抜止用の環状フランジ部７が形成されている。
ピストン本体１の外周部におけるフランジ部７とほぼ同
一高さ位置に環状のリング溝形成部材８が鋳ぐるまれ、
このリング溝形成部材８の外周部に環状のピストンリン
グ溝９が形成されている。
一高さ位置に環状のリング溝形成部材８が鋳ぐるまれ、
このリング溝形成部材８の外周部に環状のピストンリン
グ溝９が形成されている。
またピストン本体１におけるピストンリング溝９の下方
にさらに２つの環状ピストンリング溝１０・１１が形成
されている。そして上側の２つのピストンリング溝９・
１０には、それぞれ図示しないコンプレッションリング
が嵌合され、一方、最下方のピストンリング溝１１には
図示しないオイルリングが嵌合される。なお、ピストン
本体１の下部には、図示しないピストンピンが挿通する
ピストンボス１２が形成される。
にさらに２つの環状ピストンリング溝１０・１１が形成
されている。そして上側の２つのピストンリング溝９・
１０には、それぞれ図示しないコンプレッションリング
が嵌合され、一方、最下方のピストンリング溝１１には
図示しないオイルリングが嵌合される。なお、ピストン
本体１の下部には、図示しないピストンピンが挿通する
ピストンボス１２が形成される。
次に、内層３と外層４との接合法について述べる。第１
の方法においては、内層３と外Ｎ４を無機接着剤により
接合する９例えばキャビティ部材２が部分安定化ジルコ
ニアセラミックから成る場合、内Ｎ３と外層４間の接合
部にＺ ｒ Ｏ２、ＹｔＯｓ、ＭｇＯ１Ａｌｔｏｓおよ
びＳｉｎ、を含む無機接着剤を刷毛またはへら等で塗布
し、８０〜１００℃で１０〜５０分間乾燥した後、大気
中において１０００〜１５００℃で１０〜１５分間加熱
することにより接合する。なお、上記無機接着剤の組成
はキャビティ部材２の材質に応じて適宜変更できる。
の方法においては、内層３と外Ｎ４を無機接着剤により
接合する９例えばキャビティ部材２が部分安定化ジルコ
ニアセラミックから成る場合、内Ｎ３と外層４間の接合
部にＺ ｒ Ｏ２、ＹｔＯｓ、ＭｇＯ１Ａｌｔｏｓおよ
びＳｉｎ、を含む無機接着剤を刷毛またはへら等で塗布
し、８０〜１００℃で１０〜５０分間乾燥した後、大気
中において１０００〜１５００℃で１０〜１５分間加熱
することにより接合する。なお、上記無機接着剤の組成
はキャビティ部材２の材質に応じて適宜変更できる。
第２の方法においては、内層３および外層４を個別に仮
焼結して両者を組み合わせた後、１５００℃程度の温度
で本焼結することにより接合する。この場合、本焼結に
先立って接合部の当たりを良くしておく必要がある。こ
の方法によれば、材料強度とほぼ同等の接合強度を得る
ことができる。
焼結して両者を組み合わせた後、１５００℃程度の温度
で本焼結することにより接合する。この場合、本焼結に
先立って接合部の当たりを良くしておく必要がある。こ
の方法によれば、材料強度とほぼ同等の接合強度を得る
ことができる。
上記の構成によれば、セラミック製キャビティ部材２の
内層３は比較的薄く形成され、かつ外側に断熱空気層５
が存在するので、内層３の内表面と外表面との間の温度
差は小さくなり、内層３のクランクは減少する。また、
外Ｎ４の内表面と外表面との間の温度差も僅かであるか
ら、外層４にもクラックは生じにり＜、かつ運転に伴っ
て外層４とピストン本体１との間でがたが発生すること
もない、なお、セラミック製キャビティ部材２の上端部
近傍には断熱空気層５が設けられないが、この部位には
ピストンの上面から燃焼熱がほぼ均等に伝わるため、厚
さ方向の温度差は生じにくい。
内層３は比較的薄く形成され、かつ外側に断熱空気層５
が存在するので、内層３の内表面と外表面との間の温度
差は小さくなり、内層３のクランクは減少する。また、
外Ｎ４の内表面と外表面との間の温度差も僅かであるか
ら、外層４にもクラックは生じにり＜、かつ運転に伴っ
て外層４とピストン本体１との間でがたが発生すること
もない、なお、セラミック製キャビティ部材２の上端部
近傍には断熱空気層５が設けられないが、この部位には
ピストンの上面から燃焼熱がほぼ均等に伝わるため、厚
さ方向の温度差は生じにくい。
〔実施例２〕
次に第２実施例を説明する。第２図に示すように、セラ
ミック製キャビティ部材１３を内Ｎ１４、外層１５およ
び内層１４と外Ｎ１５の各上部を連結する中間層１６の
３Ｎを上述の接合法により接合して形成し、内層１４と
外層１５間に断熱空気層１７を介在させるとともに、中
間層１６に抜止用フランジ部１８を設けたものである。
ミック製キャビティ部材１３を内Ｎ１４、外層１５およ
び内層１４と外Ｎ１５の各上部を連結する中間層１６の
３Ｎを上述の接合法により接合して形成し、内層１４と
外層１５間に断熱空気層１７を介在させるとともに、中
間層１６に抜止用フランジ部１８を設けたものである。
なお、第１実施例と同一の機能を有する部位には同一の
符号を付記して、その説明を省略する。
符号を付記して、その説明を省略する。
上記各実施例ではセラミック製キャビティ部材内に設け
る断熱層を空気層としたが、この断熱層はＡ Ｉｉｔ
Ｏｓ ７ｙイバー、Ａ１１ｚ ０１−３ ｌｏｚファイ
バー等により形成しても良い、また、上記実施例では、
直接噴射式ディーゼルエンジンのピストンについて述べ
たが、本発明は間接噴射式ディーゼルエンジンおよびガ
ソリンエンジンのピストンにも適用できるものである。
る断熱層を空気層としたが、この断熱層はＡ Ｉｉｔ
Ｏｓ ７ｙイバー、Ａ１１ｚ ０１−３ ｌｏｚファイ
バー等により形成しても良い、また、上記実施例では、
直接噴射式ディーゼルエンジンのピストンについて述べ
たが、本発明は間接噴射式ディーゼルエンジンおよびガ
ソリンエンジンのピストンにも適用できるものである。
本発明に係る内燃機関のピストンは、以上のように、ピ
ストン上部にセラミック製キャビティ部材を有する内燃
機関のピストンにおいて、少なくとも内層と外層の２層
を接合してなり、かつ上記内層と外層との間に断熱層を
有する上記セラミック製キャビティ部材と、このセラミ
ック製キャビティ部材を鋳ぐるむピストン本体とを備え
た構成である。これにより、セラミック製キャビティ部
材を少なくとも２層に分割して、各層の厚さを低減させ
得るようにするとともに、内層と外層間に断熱層を介在
させたので、内層および外層の各層における内表面と外
表面間の温度差を低減させることができ、この結果、内
層および外層のクランクを減少させることができる。ま
た、セラミック製キャビティ部材内に断熱層を設けるこ
とにより、ピストンの製造に際してピストン本体内にセ
ラミック製キャビティ部材を鋳ぐるむことができるので
、製造作業を簡略化することができる。
ストン上部にセラミック製キャビティ部材を有する内燃
機関のピストンにおいて、少なくとも内層と外層の２層
を接合してなり、かつ上記内層と外層との間に断熱層を
有する上記セラミック製キャビティ部材と、このセラミ
ック製キャビティ部材を鋳ぐるむピストン本体とを備え
た構成である。これにより、セラミック製キャビティ部
材を少なくとも２層に分割して、各層の厚さを低減させ
得るようにするとともに、内層と外層間に断熱層を介在
させたので、内層および外層の各層における内表面と外
表面間の温度差を低減させることができ、この結果、内
層および外層のクランクを減少させることができる。ま
た、セラミック製キャビティ部材内に断熱層を設けるこ
とにより、ピストンの製造に際してピストン本体内にセ
ラミック製キャビティ部材を鋳ぐるむことができるので
、製造作業を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は本発明の実施例を示すものであっ
て、第１図は第１実施例の縦断面図、第２図は第２実施
例の要部縦断面図である。 １はピストン本体、２・１３はセラミック製キャビティ
部材、３・１４は内層、４・１５は外層、５・エフは断
熱層である。 第１図
て、第１図は第１実施例の縦断面図、第２図は第２実施
例の要部縦断面図である。 １はピストン本体、２・１３はセラミック製キャビティ
部材、３・１４は内層、４・１５は外層、５・エフは断
熱層である。 第１図
Claims (1)
- １、ピストン上部にセラミック製キャビティ部材を有す
る内燃機関のピストンにおいて、少なくとも内層と外層
の２層を接合してなり、かつ上記内層と外層との間に断
熱層を有する上記セラミック製キャビティ部材と、この
セラミック製キャビティ部材を鋳ぐるむピストン本体と
を備えたことを特徴とする内燃機関のピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61253947A JPS63106351A (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61253947A JPS63106351A (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 内燃機関のピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63106351A true JPS63106351A (ja) | 1988-05-11 |
Family
ID=17258199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61253947A Pending JPS63106351A (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63106351A (ja) |
-
1986
- 1986-10-24 JP JP61253947A patent/JPS63106351A/ja active Pending
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