JPS63109268A - 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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- JPS63109268A JPS63109268A JP61253949A JP25394986A JPS63109268A JP S63109268 A JPS63109268 A JP S63109268A JP 61253949 A JP61253949 A JP 61253949A JP 25394986 A JP25394986 A JP 25394986A JP S63109268 A JPS63109268 A JP S63109268A
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- piston body
- cavity member
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- 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
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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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (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
を有し、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。
を有し、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。
従来、ディーゼルエンジンのピストンにおいて、ピスト
ン本体からの抜止め用フランジ部を備えたセラミック製
キャビティ部材をピストン本体の上部に鋳ぐるんだ構造
のものが知られている（特開昭５７−２０３８４７号公
報）。ところで、上記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
ンジンと比べて、燃費が１０〜２０％程度優れるという
利点を有するものの、着火性が低いことに起因して、騒
音、排ガス特性、始動性等の緒特性は間接噴射式ディー
ゼルエンジンより劣っており、この点が直接噴射式ディ
ーゼルエンジンを小型乗用車用エンジンとして実用化す
るにあたっての障害となっていた。この場合、直接噴射
式ディーゼルエンジンのピストンにおける上記キャビテ
ィ部材を、例えば部分安定化ジルコニアセラミック等の
断熱性に優れたセラミックにより形成すれば、着火性が
向上するので、燃費に悪影響を及ぼすことなく、上記の
緒特性を改善することができる。
ン本体からの抜止め用フランジ部を備えたセラミック製
キャビティ部材をピストン本体の上部に鋳ぐるんだ構造
のものが知られている（特開昭５７−２０３８４７号公
報）。ところで、上記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
ンジンと比べて、燃費が１０〜２０％程度優れるという
利点を有するものの、着火性が低いことに起因して、騒
音、排ガス特性、始動性等の緒特性は間接噴射式ディー
ゼルエンジンより劣っており、この点が直接噴射式ディ
ーゼルエンジンを小型乗用車用エンジンとして実用化す
るにあたっての障害となっていた。この場合、直接噴射
式ディーゼルエンジンのピストンにおける上記キャビテ
ィ部材を、例えば部分安定化ジルコニアセラミック等の
断熱性に優れたセラミックにより形成すれば、着火性が
向上するので、燃費に悪影響を及ぼすことなく、上記の
緒特性を改善することができる。
ところが、上記キャビティ部材の材料として断熱性の高
いセラミックを用いれば、燃焼室に面したキャビティ部
材の内表面と、外表面との間の温度差が大きくなり、特
に、上記抜止め用フランジ部の外周面はキャビティ部材
の内表面との間の距離が大きいため、上記内表面との温
度差が過大となって、引張応力として作用する熱応力に
より、抜止め用フランジ部の外周面近傍でクラックを生
じる虞れがある。とりわけ、部分安定化ジルコニアセラ
ミックは、熱伝導率が ０．００３〜０．００８（ｃａ
ｌ ７ｃｍ −ｓｅｅ −”Ｃ）と極めて小さい割に、
熱膨張率が １０〜１１ （ＸＩＯ−６／’Ｃ）と比較
的大きいため、セラミック製キャビティ部材を部分安定
化ジルコニアセラミンクで形成した場合、抜止め用フラ
ンジ部の外周部でクラックが生じやすい。
いセラミックを用いれば、燃焼室に面したキャビティ部
材の内表面と、外表面との間の温度差が大きくなり、特
に、上記抜止め用フランジ部の外周面はキャビティ部材
の内表面との間の距離が大きいため、上記内表面との温
度差が過大となって、引張応力として作用する熱応力に
より、抜止め用フランジ部の外周面近傍でクラックを生
じる虞れがある。とりわけ、部分安定化ジルコニアセラ
ミックは、熱伝導率が ０．００３〜０．００８（ｃａ
ｌ ７ｃｍ −ｓｅｅ −”Ｃ）と極めて小さい割に、
熱膨張率が １０〜１１ （ＸＩＯ−６／’Ｃ）と比較
的大きいため、セラミック製キャビティ部材を部分安定
化ジルコニアセラミンクで形成した場合、抜止め用フラ
ンジ部の外周部でクラックが生じやすい。
また、セラミック製キャビティ部材の熱膨張率は、一般
に、その外側に位置するピストン本体の熱膨張率より小
さいため、ピストンが高温となった時に、熱膨張差によ
りセラミック製キャビティ部材とピストン本体との間に
間隙が生じて、良好な接合状態が維持できなくなるとい
う不具合があった。さらに、上記抜止め用フランジ部に
対応する部位では、ピストン本体の厚さが不足するため
、ピストン本体の剛性が低下するという問題も有してい
た。
に、その外側に位置するピストン本体の熱膨張率より小
さいため、ピストンが高温となった時に、熱膨張差によ
りセラミック製キャビティ部材とピストン本体との間に
間隙が生じて、良好な接合状態が維持できなくなるとい
う不具合があった。さらに、上記抜止め用フランジ部に
対応する部位では、ピストン本体の厚さが不足するため
、ピストン本体の剛性が低下するという問題も有してい
た。
本発明は、上記従来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を減少
させることができ、かつセラミック製キャビティ部材と
ピストン本体との間に間隙が生じるのを防止できるとと
もに、セラミック製キャビティ部材の抜止め用フランジ
部に対応する部位でのピストン本体の剛性不足を解消す
ることが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。
あって、セラミック製キャビティ部材のクランクを減少
させることができ、かつセラミック製キャビティ部材と
ピストン本体との間に間隙が生じるのを防止できるとと
もに、セラミック製キャビティ部材の抜止め用フランジ
部に対応する部位でのピストン本体の剛性不足を解消す
ることが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、ピストン本体と、このピストン本体より
熱膨張率の小さい材料からなり、かつピストンリング溝
が形成されるとともに、ピストン本体に鋳ぐるまれるリ
ング溝形成部材と、ピストン本体に鋳ぐるまれ、かつリ
ング溝形成部材とほぼ同一高さ位置にピストン本体から
の抜止め用フランジ部を有するセラミック製キャビティ
部材とを備える。ピストン本体の外周部に位置する、ピ
ストン本体より熱膨張率の小さいリング溝形成部材によ
り、ピストン本体、特にピストン本体における抜止め用
フランジ部に対応する部位の外方への熱膨張を抑制し、
抜止め用フランジ部の熱膨張に伴ってピストン本体から
抜止め用フランジ部に圧縮力が作用するようにして、抜
止め用フランジ部内での過大な熱応力の発生を阻止する
ことにより、抜止め用フランジ部の外周部におけるクラ
ックの発生を減少させる。また、リング溝形成部材によ
りピストン本体の熱膨張を抑制して、熱膨張に伴うピス
トン本体とセラミック製キャビティ部材間での間隙の発
生を回避することにより、ピストン本体とセラミック製
キャビティ部材との間で良好な接合状態を維持し、かつ
、ピストン本体における抜止め用フランジ部に対応する
、厚さの不足する部位を、熱膨張率の小さいリング溝形
成部材により補強して、ピストン本体における上記厚さ
の不足する部位の剛性不足を解消することができるよう
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、ピストン本体と、このピストン本体より
熱膨張率の小さい材料からなり、かつピストンリング溝
が形成されるとともに、ピストン本体に鋳ぐるまれるリ
ング溝形成部材と、ピストン本体に鋳ぐるまれ、かつリ
ング溝形成部材とほぼ同一高さ位置にピストン本体から
の抜止め用フランジ部を有するセラミック製キャビティ
部材とを備える。ピストン本体の外周部に位置する、ピ
ストン本体より熱膨張率の小さいリング溝形成部材によ
り、ピストン本体、特にピストン本体における抜止め用
フランジ部に対応する部位の外方への熱膨張を抑制し、
抜止め用フランジ部の熱膨張に伴ってピストン本体から
抜止め用フランジ部に圧縮力が作用するようにして、抜
止め用フランジ部内での過大な熱応力の発生を阻止する
ことにより、抜止め用フランジ部の外周部におけるクラ
ックの発生を減少させる。また、リング溝形成部材によ
りピストン本体の熱膨張を抑制して、熱膨張に伴うピス
トン本体とセラミック製キャビティ部材間での間隙の発
生を回避することにより、ピストン本体とセラミック製
キャビティ部材との間で良好な接合状態を維持し、かつ
、ピストン本体における抜止め用フランジ部に対応する
、厚さの不足する部位を、熱膨張率の小さいリング溝形
成部材により補強して、ピストン本体における上記厚さ
の不足する部位の剛性不足を解消することができるよう
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、アルミニウム合金または鋳鉄等からなるピストン
本体１を備えている。このピストン本体１の上部には、
部分安定化ジルコニアセラミック等の断熱性に優れ、か
つ高強度のセラミックからなり、燃焼室としてのキャビ
ティ２（穴）をその内部に有する、上向きに開いたカッ
プ状のセラミック製キャビティ部材３が同心に鋳ぐるま
れでいる。セラミック製キャビティ部材３の外周部には
、ピストン本体１からの抜止め用の環状フランジ部４が
形成されている。この抜止め用フランジ部４と同一高さ
位置におけるピストン本体ｌの外周部には、環状のリン
グ溝形成部材５が鋳ぐるまれ、リング溝形成部材５の外
周部に、環状のピストンリング溝６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、アルミニウム合金または鋳鉄等からなるピストン
本体１を備えている。このピストン本体１の上部には、
部分安定化ジルコニアセラミック等の断熱性に優れ、か
つ高強度のセラミックからなり、燃焼室としてのキャビ
ティ２（穴）をその内部に有する、上向きに開いたカッ
プ状のセラミック製キャビティ部材３が同心に鋳ぐるま
れでいる。セラミック製キャビティ部材３の外周部には
、ピストン本体１からの抜止め用の環状フランジ部４が
形成されている。この抜止め用フランジ部４と同一高さ
位置におけるピストン本体ｌの外周部には、環状のリン
グ溝形成部材５が鋳ぐるまれ、リング溝形成部材５の外
周部に、環状のピストンリング溝６が形成されている。
リング溝形成部材５は、コバール（Ｎｉ２９％−Ｃ０１
７％−Ｆｅ残部）、またはアンバー（Ｎｉ３６％−１７
６残部）等の、ピストン本体１より熱膨張率の小さい材
料により形成される。ピストン本体１の外周部における
ピストンリング溝６の下方に、さらに２つの環状のピス
トンリング溝７・８が形成され、上側の２つのピストン
リング溝６・７には図示しないコンプレッションリング
が嵌合される一方、最下方のピストンリング溝８には図
示しないオイルリングが嵌合される。ピストン本体１の
下部にはピストンボス９が形成される。
７％−Ｆｅ残部）、またはアンバー（Ｎｉ３６％−１７
６残部）等の、ピストン本体１より熱膨張率の小さい材
料により形成される。ピストン本体１の外周部における
ピストンリング溝６の下方に、さらに２つの環状のピス
トンリング溝７・８が形成され、上側の２つのピストン
リング溝６・７には図示しないコンプレッションリング
が嵌合される一方、最下方のピストンリング溝８には図
示しないオイルリングが嵌合される。ピストン本体１の
下部にはピストンボス９が形成される。
ピストン本体１によるセラミック製キャビティ部材３の
鋳ぐるみの際に、ピストン本体１を形成するアルミニウ
ム合金等の溶湯からセラミック製キャビティ部材３に加
わる熱衝撃を緩和させるためには、セラミック製キャビ
ティ部材３を、上記アルミニウム合金等の溶湯との温度
差が３００℃以下となる程度まで予備加熱しておくこと
が必要である。また、鋳ぐるみ後に熱処理を行う場合、
鋳ぐるみに際してセラミック製キャビティ部材３のキャ
ビティ２内に装着した図示しない中子を取り外すことな
しに熱処理を行えば、熱処理時にセラミック製キャビテ
ィ部材３にクランクが発生することもない。
鋳ぐるみの際に、ピストン本体１を形成するアルミニウ
ム合金等の溶湯からセラミック製キャビティ部材３に加
わる熱衝撃を緩和させるためには、セラミック製キャビ
ティ部材３を、上記アルミニウム合金等の溶湯との温度
差が３００℃以下となる程度まで予備加熱しておくこと
が必要である。また、鋳ぐるみ後に熱処理を行う場合、
鋳ぐるみに際してセラミック製キャビティ部材３のキャ
ビティ２内に装着した図示しない中子を取り外すことな
しに熱処理を行えば、熱処理時にセラミック製キャビテ
ィ部材３にクランクが発生することもない。
〔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、間
接噴射式ディーゼルエンジンのピストンにおけるピスト
ン本体１工の上部には、部分安定化ジルコニアセラミッ
ク等からなり、はぼ円柱状で軸方向幅の比較的小さいセ
ラミック製キャビティ部材１２が鋳ぐるまれ、このセラ
ミック製キャビティ部材１２の上面のほぼ右半部には浅
いキャビティ１３が形成されている。セラミック製キャ
ビティ部材１２の下端部には、環状の抜止め用フランジ
部１４が設けられ、この抜止め用フランジ部１４は、ピ
ストン本体１１より熱膨張率の小さい材料からなるリン
グ溝形成部材５と同一高さに配置されている。なお、第
１実施例と同一の機能を有する構成部には同じ符号を付
記してその説明を省略する。
接噴射式ディーゼルエンジンのピストンにおけるピスト
ン本体１工の上部には、部分安定化ジルコニアセラミッ
ク等からなり、はぼ円柱状で軸方向幅の比較的小さいセ
ラミック製キャビティ部材１２が鋳ぐるまれ、このセラ
ミック製キャビティ部材１２の上面のほぼ右半部には浅
いキャビティ１３が形成されている。セラミック製キャ
ビティ部材１２の下端部には、環状の抜止め用フランジ
部１４が設けられ、この抜止め用フランジ部１４は、ピ
ストン本体１１より熱膨張率の小さい材料からなるリン
グ溝形成部材５と同一高さに配置されている。なお、第
１実施例と同一の機能を有する構成部には同じ符号を付
記してその説明を省略する。
上記各実施例では、最上方のピストンリング溝をリング
溝形成部材内に形成したが、上記抜止め用フランジ部の
高さによっては、最上方以外のピストンリング溝をリン
グ溝形成部材内に形成するようにしても良い。また、上
記実施例では、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。
溝形成部材内に形成したが、上記抜止め用フランジ部の
高さによっては、最上方以外のピストンリング溝をリン
グ溝形成部材内に形成するようにしても良い。また、上
記実施例では、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。
〔発明の効果〕
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、ピストン本体と、このピスト
ン本体より熱膨張率の小さい材料からなり、かつピスト
ンリング溝が形成されるとともに、ピストン本体に鋳ぐ
るまれるリング溝形成部材と、ピストン本体に鋳ぐるま
れ、かつリング溝形成部材とほぼ同一高さ位置にピスト
ン本体からの抜止め用フランジ部を有するセラミック製
キャビティ部材とを備えた構成である。これにより、ピ
ストン本体の外周部に位置する、ピストン本体より熱膨
張率の小さいリング溝形成部材によって、ピストン本体
、特に、ピストン本体における抜止め用フランジ部に対
応する部位の外方への熱膨張を抑制し、抜止め用フラン
ジ部の熱膨張に伴ってピストン本体から抜止め用フラン
ジ部に圧縮力が作用するようにして、抜止め用フランジ
部内で過大な熱応力が発生することをなくし、抜止め用
フランジ部の外周部でのクラックの発生を減少させるこ
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、ピストン本体と、このピスト
ン本体より熱膨張率の小さい材料からなり、かつピスト
ンリング溝が形成されるとともに、ピストン本体に鋳ぐ
るまれるリング溝形成部材と、ピストン本体に鋳ぐるま
れ、かつリング溝形成部材とほぼ同一高さ位置にピスト
ン本体からの抜止め用フランジ部を有するセラミック製
キャビティ部材とを備えた構成である。これにより、ピ
ストン本体の外周部に位置する、ピストン本体より熱膨
張率の小さいリング溝形成部材によって、ピストン本体
、特に、ピストン本体における抜止め用フランジ部に対
応する部位の外方への熱膨張を抑制し、抜止め用フラン
ジ部の熱膨張に伴ってピストン本体から抜止め用フラン
ジ部に圧縮力が作用するようにして、抜止め用フランジ
部内で過大な熱応力が発生することをなくし、抜止め用
フランジ部の外周部でのクラックの発生を減少させるこ
とができる。
また、リング溝形成部材によりピストン本体の熱膨張が
抑制されるので、熱膨張に伴ってピストン本体とセラミ
ック製キャビティ部材との間に間隙が生じることもなく
なり、この結果、ピストン本体とセラミック製キャビテ
ィ部材との間で良好な接合状態を維持することができる
。
抑制されるので、熱膨張に伴ってピストン本体とセラミ
ック製キャビティ部材との間に間隙が生じることもなく
なり、この結果、ピストン本体とセラミック製キャビテ
ィ部材との間で良好な接合状態を維持することができる
。
さらに、ピストン本体における抜止め用フランジ部に対
応する、厚さの不足する部位が、熱膨張率の小さいリン
グ溝形成部材により補強されるので、ピストン本体にお
ける上記厚さの不足する部位の神１性不足を解消するこ
とができる等の効果を奏する。
応する、厚さの不足する部位が、熱膨張率の小さいリン
グ溝形成部材により補強されるので、ピストン本体にお
ける上記厚さの不足する部位の神１性不足を解消するこ
とができる等の効果を奏する。
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図は直接噴射式ディーゼルエンジンにおけるピ
ストンの縦断面図、第２図は間接噴射式ディーゼルエン
ジンにおけるピストンの縦断面図である。 １・１１はピストン本体、３・１２はセラミック製キャ
ビティ部材、４・１４は抜止め用フランジ部、５はリン
グ溝形成部材、６はピストンリング溝である。 特許出願人 マツダ 株式会社 第２図
て、第１図は直接噴射式ディーゼルエンジンにおけるピ
ストンの縦断面図、第２図は間接噴射式ディーゼルエン
ジンにおけるピストンの縦断面図である。 １・１１はピストン本体、３・１２はセラミック製キャ
ビティ部材、４・１４は抜止め用フランジ部、５はリン
グ溝形成部材、６はピストンリング溝である。 特許出願人 マツダ 株式会社 第２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、ピストン本体と、この
ピストン本体より熱膨張率の小さい材料からなり、かつ
ピストンリング溝が形成されるとともに、ピストン本体
に鋳ぐるまれるリング溝形成部材と、ピストン本体に鋳
ぐるまれ、かつリング溝形成部材とほぼ同一高さ位置に
ピストン本体からの抜止め用フランジ部を有するセラミ
ック製キャビティ部材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 |
|---|---|---|---|
| JP61253949A JPS63109268A (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 |
|---|---|---|---|
| JP61253949A JPS63109268A (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 内燃機関のピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63109268A true JPS63109268A (ja) | 1988-05-13 |
Family
ID=17258221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61253949A Pending JPS63109268A (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63109268A (ja) |
-
1986
- 1986-10-24 JP JP61253949A patent/JPS63109268A/ja active Pending
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