JP2643120B2 - デイーゼルエンジンピストン - Google Patents
デイーゼルエンジンピストンInfo
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- combustion chamber
- thermal conductivity
- engine piston
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/12—Details
- F16J9/22—Rings for preventing wear of grooves or like seatings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
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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
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0804—Non-oxide ceramics
- F05C2203/083—Nitrides
- F05C2203/0843—Nitrides of silicon
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0865—Oxide ceramics
- F05C2203/0891—Zinc oxide
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Ceramic Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、本体がセラミックスより成るディーゼルエ
ンジンピストンに関し、詳しくは、ディーゼルエンジン
の始動初期の燃焼効率を改善するものである。
ンジンピストンに関し、詳しくは、ディーゼルエンジン
の始動初期の燃焼効率を改善するものである。
［従来技術］ ディーゼルエンジン用ピストンとして、近時、燃焼効
率の向上を目的として、軽量かつ断熱性、耐熱性に秀れ
るセラミックス製ピストンが注目されている。
率の向上を目的として、軽量かつ断熱性、耐熱性に秀れ
るセラミックス製ピストンが注目されている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかし、例えばかかるピストンであってピストン頭部
に凹状の燃焼室を有する、いわゆる直噴式ディーゼルエ
ンジンピストンにあっては、始動初期にいわゆるコール
ドスポットの発生が助長されるという欠点を有する。
に凹状の燃焼室を有する、いわゆる直噴式ディーゼルエ
ンジンピストンにあっては、始動初期にいわゆるコール
ドスポットの発生が助長されるという欠点を有する。
つまり燃料噴射ノズルから噴射された燃料のうち、一
部は、未燃焼状態でピストンの燃焼室を形成する表面部
（燃焼室壁）に到達し、該被噴射部分を冷却してコール
ドスポットを発生する。
部は、未燃焼状態でピストンの燃焼室を形成する表面部
（燃焼室壁）に到達し、該被噴射部分を冷却してコール
ドスポットを発生する。
しかるに、上記ピストンは、前記したように断熱性に
秀れる。このため、冷却された部分（コールドスポッ
ト）とそうでない部分との温度差は容易に解消されず、
燃焼室壁の温度は、部分的に不均一となる。
秀れる。このため、冷却された部分（コールドスポッ
ト）とそうでない部分との温度差は容易に解消されず、
燃焼室壁の温度は、部分的に不均一となる。
本発明者は、かかる温度分布の不均一さが、エンジン
の始動初期において不完全燃焼を生ぜしめ、又、異臭や
目の痛みを生ずる白煙を排出する要因となることを見出
した。
の始動初期において不完全燃焼を生ぜしめ、又、異臭や
目の痛みを生ずる白煙を排出する要因となることを見出
した。
また、エンジンの副燃焼室で燃焼させたガスを、通路
を介してピストン頭部表面に噴射する、いわゆる副燃焼
室式のディーゼルエンジンピストンにあっては、被噴射
部分にヒートスポットが発生し、温度分布の不均一さに
よる無理な応力が発生する等の欠点がある。
を介してピストン頭部表面に噴射する、いわゆる副燃焼
室式のディーゼルエンジンピストンにあっては、被噴射
部分にヒートスポットが発生し、温度分布の不均一さに
よる無理な応力が発生する等の欠点がある。
本発明は、上記事情に鑑みて案出されたものであり、
燃焼室壁の温度を均一化することにより、例えば直噴式
ディーゼルエンジンにあっては、エンジンの始動初期に
おける不完全燃焼等を低減させることを目的とする。
燃焼室壁の温度を均一化することにより、例えば直噴式
ディーゼルエンジンにあっては、エンジンの始動初期に
おける不完全燃焼等を低減させることを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本発明に係るディーゼルエンジン用ピストンは、本体
がセラミックス製のディーゼルエンジンピストンであっ
て、該ピストンの頭部の燃焼室を区画する燃焼室側壁の
みに前記セラミックスよりも熱伝導率の高い材料からな
る高熱伝導率層を形成したことを特徴とする。
がセラミックス製のディーゼルエンジンピストンであっ
て、該ピストンの頭部の燃焼室を区画する燃焼室側壁の
みに前記セラミックスよりも熱伝導率の高い材料からな
る高熱伝導率層を形成したことを特徴とする。
以下、構成要件を説明する。
本発明に係るピストンとしては、主として直噴式ディ
ーゼルエンジン用ピストンを想定し、コールドスポット
の解消を主目的としているが、副燃焼室式ディーゼルエ
ンジン用ピストンに本発明の概念を適用した場合は、ヒ
ートスポットの発生を抑制できるという効果がある。
又、ピストンの本体をなすセラミックスは、従来知られ
るもの、例えば、窒化珪素（Si3N4）、炭化窒素（Si
C）、酸化ジルコニウム（ZrO2）を用いることができ
る。
ーゼルエンジン用ピストンを想定し、コールドスポット
の解消を主目的としているが、副燃焼室式ディーゼルエ
ンジン用ピストンに本発明の概念を適用した場合は、ヒ
ートスポットの発生を抑制できるという効果がある。
又、ピストンの本体をなすセラミックスは、従来知られ
るもの、例えば、窒化珪素（Si3N4）、炭化窒素（Si
C）、酸化ジルコニウム（ZrO2）を用いることができ
る。
ピストンの形状は、特に限定せず、例えばいわゆるカ
ットバックピストンであってもよい。又、直噴式ディー
ゼルエンジンピストンの場合において、該ピストン頭部
に形成される燃焼室の形状も問わない。
ットバックピストンであってもよい。又、直噴式ディー
ゼルエンジンピストンの場合において、該ピストン頭部
に形成される燃焼室の形状も問わない。
高熱伝導率層の形成方法は、例えば、溶射、あるいは
メッキあるいは鋳包み等の方法によることができる。高
熱伝導率層は厚いほど冷間始動時の温度分布の不均一さ
をすみやかに解消でき、燃焼特性は向上する。この厚み
は、特に限定しないが、ピストンの重量変化等を考慮し
て定める。
メッキあるいは鋳包み等の方法によることができる。高
熱伝導率層は厚いほど冷間始動時の温度分布の不均一さ
をすみやかに解消でき、燃焼特性は向上する。この厚み
は、特に限定しないが、ピストンの重量変化等を考慮し
て定める。
高熱伝導率層を形成する部分は、燃焼室に面する表面
部であれば、特に限定しないが、直噴式ディーゼルエン
ジンピストンにあっては、特に未燃焼燃料が被噴射され
る部分を含ませることが、コールドスポットの解消に有
効である。
部であれば、特に限定しないが、直噴式ディーゼルエン
ジンピストンにあっては、特に未燃焼燃料が被噴射され
る部分を含ませることが、コールドスポットの解消に有
効である。
高熱伝導率層形成物質としては、ピストン本体を形成
するセラミックスよりも、熱伝導率が高い Cu、Ag、Al、Mg、Mo、Ｗの少なくとも一種類以上を主成
分とする高熱伝導性金属、あるいは、AlN、BeOの一種類
以上を主成分とする高熱伝導性セラミックスを用いる。
尚、第１表にこれらの熱伝導率をピストン本体をなすセ
ラミックスの１例の熱伝導率とともに示す。
するセラミックスよりも、熱伝導率が高い Cu、Ag、Al、Mg、Mo、Ｗの少なくとも一種類以上を主成
分とする高熱伝導性金属、あるいは、AlN、BeOの一種類
以上を主成分とする高熱伝導性セラミックスを用いる。
尚、第１表にこれらの熱伝導率をピストン本体をなすセ
ラミックスの１例の熱伝導率とともに示す。
［作用］ 本発明においては、燃焼室に面するピストン頭部表面
部に高熱伝導率層を形成している。このため、該表面部
の温度は均一かつ速やかに昇温する。又、特に直噴式デ
ィーゼルエンジン用ピストンにおいては、燃料噴射ノズ
ルから噴射された未燃焼燃料によるコールドスポット
は、すみやかに解消され、ピストンの燃焼室に面する表
面部の温度は、均一に上昇する。
部に高熱伝導率層を形成している。このため、該表面部
の温度は均一かつ速やかに昇温する。又、特に直噴式デ
ィーゼルエンジン用ピストンにおいては、燃料噴射ノズ
ルから噴射された未燃焼燃料によるコールドスポット
は、すみやかに解消され、ピストンの燃焼室に面する表
面部の温度は、均一に上昇する。
［実施例］ 以下、本発明の具体的な１実施例を図を参照しつつ説
明する。
明する。
本実施例は本発明を直噴式ディーゼルエンジンのピス
トンに適用した１例である。
トンに適用した１例である。
第１図は、本実施例に用いるセラミックス製のピスト
ンを２分割した一方を示す斜視図である。
ンを２分割した一方を示す斜視図である。
第１図に示すピストンは、窒化珪素（Si3N4）製であ
り、中央部分に円柱形凹状の燃焼室100を有するピスト
ンヘッド部10と、シリンダ内壁面と摺動する側面部20
と、ピストンの作動をクランクシャフトに伝達する図示
しないコンロッドを保持する中空部30とを有している。
該ピストンにおいて、ピストンヘッド10の燃焼室100の
側壁101、底壁102、及び燃焼室上部の周縁部200には、
高熱伝導率層が後述する材料によって形成されている。
また側面部20には、ピストンリングが嵌入されるリング
溝22が形成されている。又、中空部30には、ピン穴40か
ら挿入される図示しないピストンピンによって、前記図
示しないコンロッドが保持される。
り、中央部分に円柱形凹状の燃焼室100を有するピスト
ンヘッド部10と、シリンダ内壁面と摺動する側面部20
と、ピストンの作動をクランクシャフトに伝達する図示
しないコンロッドを保持する中空部30とを有している。
該ピストンにおいて、ピストンヘッド10の燃焼室100の
側壁101、底壁102、及び燃焼室上部の周縁部200には、
高熱伝導率層が後述する材料によって形成されている。
また側面部20には、ピストンリングが嵌入されるリング
溝22が形成されている。又、中空部30には、ピン穴40か
ら挿入される図示しないピストンピンによって、前記図
示しないコンロッドが保持される。
第２図は、本実施例に係るピストンの燃焼室100にデ
ィーゼル燃料が、燃料噴射ノズル50により、噴射される
様子を示す説明図である。
ィーゼル燃料が、燃料噴射ノズル50により、噴射される
様子を示す説明図である。
第２図に示すように噴射ノズル50から噴射された燃料
の一部は未燃焼状態でピストンヘッド10の燃焼室の側壁
101の特定部分12に噴射されて、該部分12を冷却する。
の一部は未燃焼状態でピストンヘッド10の燃焼室の側壁
101の特定部分12に噴射されて、該部分12を冷却する。
（高熱伝導率層の形成） 本実施例は、上記燃焼室100の側壁101及び底壁102及
び燃焼室上部の周縁部200の表面全体にプラズマ溶射法
により均一に厚さ2mmの純銅（Cu）による高熱伝導率層
を形成するものである。このとき、溶射によるCu層の気
孔率は、１％以下であり、その熱伝導率は、0.9cal/cm
・deg・secであった。一方、ピストン本体をなすセラミ
ックスの熱伝導率は、0.04cal/cm・deg・secであった。
従って、燃焼室壁の表面は、ピストン本体の22.5倍の熱
伝導率を有することになる。
び燃焼室上部の周縁部200の表面全体にプラズマ溶射法
により均一に厚さ2mmの純銅（Cu）による高熱伝導率層
を形成するものである。このとき、溶射によるCu層の気
孔率は、１％以下であり、その熱伝導率は、0.9cal/cm
・deg・secであった。一方、ピストン本体をなすセラミ
ックスの熱伝導率は、0.04cal/cm・deg・secであった。
従って、燃焼室壁の表面は、ピストン本体の22.5倍の熱
伝導率を有することになる。
（比較試験） 実施例と同様の形状を有するAl合金製ピストン、及び
Cu溶射層を形成しない他は、全く同様のセラミックス製
ピストンを用意して、同一条件下で各々10個のピストン
につき冷間始動時の白煙濃度を測定した。測定条件を第
２表に示す。尚、白煙濃度の測定はユタック［UTAC］ス
モークメータによった。
Cu溶射層を形成しない他は、全く同様のセラミックス製
ピストンを用意して、同一条件下で各々10個のピストン
につき冷間始動時の白煙濃度を測定した。測定条件を第
２表に示す。尚、白煙濃度の測定はユタック［UTAC］ス
モークメータによった。
第３図は、測定結果を示したグラフである。縦軸は白
煙濃度［UTAC（％）］を、横軸は、エンジン始動からの
経過時間（sec）を示す。第３図から明らかなようにい
ずれのピストンの白煙濃度もスタート直後に最高値を示
し、エンジンの稼動時間の経過に応じて減少している。
しかし、白煙濃度が、20％以下となるまでの時間は、本
実施例のピストンで25sec、Al合金製ピストンで60sec、
高熱伝導率層を形成しない従来のSi3N4ピストンでは105
secであり、明らかにエンジン始動初期の燃焼効率は向
上した。これは、本実施例に係るSi3N4製ピストンにお
いては、燃料室壁表面全体にCu溶射層が形成されている
ため、燃料室壁全体が均一かつ速やかに昇温するためと
考えられる。
煙濃度［UTAC（％）］を、横軸は、エンジン始動からの
経過時間（sec）を示す。第３図から明らかなようにい
ずれのピストンの白煙濃度もスタート直後に最高値を示
し、エンジンの稼動時間の経過に応じて減少している。
しかし、白煙濃度が、20％以下となるまでの時間は、本
実施例のピストンで25sec、Al合金製ピストンで60sec、
高熱伝導率層を形成しない従来のSi3N4ピストンでは105
secであり、明らかにエンジン始動初期の燃焼効率は向
上した。これは、本実施例に係るSi3N4製ピストンにお
いては、燃料室壁表面全体にCu溶射層が形成されている
ため、燃料室壁全体が均一かつ速やかに昇温するためと
考えられる。
（その他の実施例） 上記実施例において、高熱伝導率層を形成する部分に
ついては、様々に改変することができる。
ついては、様々に改変することができる。
第４〜第５図はピストンヘッドにおける高熱伝導率層
の形成部分を示す説明図である。上記実施例において
は、燃料噴射ノズルから噴射される未燃焼燃料は主に燃
焼室側壁の特定部分12に噴射されると考えられるため、
高熱伝導率層を第４図のように、燃焼室壁の側壁101全
体に形成してもよいし、第５図のように未燃焼燃料が被
噴射される部分12及びその周辺120のみに形成してもよ
い。実験によれば、第４〜第５図のいずれの場合も、冷
間時始動特性は向上した。また上記実施例は、いずれも
直噴式ディーゼルエンジンピストンについて本発明を適
用しているが、副燃焼室式ディーゼルエンジンピストン
のピストンヘッドに本発明の概念を適用すると、ヒート
スポットの発明を低減することができる。
の形成部分を示す説明図である。上記実施例において
は、燃料噴射ノズルから噴射される未燃焼燃料は主に燃
焼室側壁の特定部分12に噴射されると考えられるため、
高熱伝導率層を第４図のように、燃焼室壁の側壁101全
体に形成してもよいし、第５図のように未燃焼燃料が被
噴射される部分12及びその周辺120のみに形成してもよ
い。実験によれば、第４〜第５図のいずれの場合も、冷
間時始動特性は向上した。また上記実施例は、いずれも
直噴式ディーゼルエンジンピストンについて本発明を適
用しているが、副燃焼室式ディーゼルエンジンピストン
のピストンヘッドに本発明の概念を適用すると、ヒート
スポットの発明を低減することができる。
［発明の効果］ 以上述べたように本発明においては、セラミックス製
のピストン頭部の燃焼室を区画する燃焼室側壁のみに高
熱伝導率層を形成して、該表面部の均一かつ速やかな昇
温を可能にするものである。即ち、燃焼室に面する表面
部の均一な昇温により、部分的な温度差（例えばコール
ドスポットの発生）により生じる不完全燃焼が抑制さ
れ、昇温が速やかに行われ、燃焼効率が向上する。この
ため、冷間時のエンジン始動においても白煙の発生量及
びその濃度は、著しく低減される。
のピストン頭部の燃焼室を区画する燃焼室側壁のみに高
熱伝導率層を形成して、該表面部の均一かつ速やかな昇
温を可能にするものである。即ち、燃焼室に面する表面
部の均一な昇温により、部分的な温度差（例えばコール
ドスポットの発生）により生じる不完全燃焼が抑制さ
れ、昇温が速やかに行われ、燃焼効率が向上する。この
ため、冷間時のエンジン始動においても白煙の発生量及
びその濃度は、著しく低減される。
さらに本発明によってピストン重量バランスをくずし
たりすることはない。
たりすることはない。
第１図は、本実施例に用いるセラミックス製のピストン
を２分割した一方を示す斜視図である。 第２図は、本実施例に係るピストンの燃焼室100にディ
ーゼル燃料が、燃料噴射ノズル50により、噴射される様
子を示す説明図である。 第３図は、始動時の白煙濃度の測定結果を示したグラフ
である。 第４〜第５図は、ピストンヘッドにおける高熱伝導率層
の形成部分を示す説明図である。 10……ピストンヘッド、22……リング溝 50……燃料噴射ノズル、100……燃焼室 101……燃焼室側壁、102……燃焼室底壁
を２分割した一方を示す斜視図である。 第２図は、本実施例に係るピストンの燃焼室100にディ
ーゼル燃料が、燃料噴射ノズル50により、噴射される様
子を示す説明図である。 第３図は、始動時の白煙濃度の測定結果を示したグラフ
である。 第４〜第５図は、ピストンヘッドにおける高熱伝導率層
の形成部分を示す説明図である。 10……ピストンヘッド、22……リング溝 50……燃料噴射ノズル、100……燃焼室 101……燃焼室側壁、102……燃焼室底壁
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−46317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−213939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−182341（ＪＰ，Ａ) 実願 昭54−69269号（実開 昭55− 170418号）の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム （ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】本体がセラミックス製のディーゼルエンジ
ンピストンであって、該ピストン頭部の燃焼室を区画す
る燃焼室側壁のみに、前記セラミックスより熱伝導率の
高い高熱伝導率層を形成したことを特徴とするディーゼ
ルエンジンピストン。 - 【請求項２】前記ディーゼルエンジンピストンは、直噴
式ディーゼルエンジンピストンであり、前記高熱伝導率
層は、少なくとも未燃焼のディーゼル燃料の被噴射部分
表面を含んで形成される特許請求の範囲第１項記載のデ
ィーゼルエンジンピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61083183A JP2643120B2 (ja) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | デイーゼルエンジンピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61083183A JP2643120B2 (ja) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | デイーゼルエンジンピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62240454A JPS62240454A (ja) | 1987-10-21 |
| JP2643120B2 true JP2643120B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=13795196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61083183A Expired - Lifetime JP2643120B2 (ja) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | デイーゼルエンジンピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2643120B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5054103A (en) * | 1987-09-24 | 1991-10-01 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Picture encoding system |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5469269A (en) * | 1977-11-14 | 1979-06-04 | Iwasaki Electric Co Ltd | Emergency lamp lighting system |
| JPS55170418U (ja) * | 1979-05-23 | 1980-12-06 | ||
| JPS5946317A (ja) * | 1982-09-07 | 1984-03-15 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の燃焼室部品 |
| JPS59213939A (ja) * | 1983-05-19 | 1984-12-03 | Mazda Motor Corp | 直噴デイ−ゼルエンジンのアルミニウム合金製ピストン |
| JPS60182341A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-17 | Isuzu Motors Ltd | 燃焼室壁面を多孔質断熱材で被覆した内燃機関 |
-
1986
- 1986-04-10 JP JP61083183A patent/JP2643120B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62240454A (ja) | 1987-10-21 |
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