JPH01300042A - ディーゼル機関用ピストン - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼル機関で使用するピストンに関する
ものである。

（従来の技術） 従来、燃料着火性の改善、出力の増大、排ガスの清浄化
等の目的で、ディーゼル機関用ピストンにおいで燃料噴
射ノズルより噴射された燃料噴霧が直接衝突する部分を
金属製部材で構成し、その外周にセラミック製リング部
材をアルミニウム合金で居鋳ぐるんで製造したものを、
本出願人は特願昭６３−６８２７６号に開示した。

特願昭６３−６８２７６号においては、第２図に示すよ
うに、ピストンヘッドの上端面１３の外周部を構成する
下部に外周部に向かって突出したくびれ部１４を形成し
たリング形状のセラミック製部材１５と、キャビティ部
１２およびピストン本体１６を構成するアルミニウム合
金製部材１７とを、アルミニウム合金で鋳ぐるんだ構造
のディーゼル機関用ピストン１１を提案している。

（発明が解決しようとする課題） 上述した構造のディーゼル機関用ピストン１１では、セ
ラミック製部材１５のピストン本体１６への強固な接合
を達成することができるものの、アルミニウム合金製部
材１７の熱膨張がセラミック製部材１５より大きいため
、鋳造時の加熱によりセラミック製部材１５の内周面を
押し広げるような力が作用し、セラミック製部材１５が
破壊する問題が生じていた。

本発明の目的は上述した課題を解消して、鋳造時の加熱
によるセラミック製部材の破壊がなく、セラミック製部
材をピストン本体に強固に接合可能なディーゼル機関用
ピストンを提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明のディーゼル機関用ピストンは、ピストンヘッド
の上端面外周部を構成するリング形状のセラミック製部
材と、キャビティ部およびピストン本体を構成するアル
ミニウム合金製部材とを、アルミニウム合金で鋳ぐるん
だ構造のディーゼル機関用ピストンにおいて、 アルミニウム合金製部材とセラミック製部材の接触部の
アルミニウム合金製部材側とセラミック製部材側の少な
くともいずれか一方に段部を設けたことを特徴とするも
のである。

（作　用） 上述した構成において、接触部のアルミニウム合金製部
材側とセラミック製部材側の少なくともいずれか一方に
段部を設けることにより、セラミック製部材とアルミニ
ウム合金製部材との間の熱膨張差を段部の隙間により吸
収することができ、セラミック製部材に作用する応力を
低減することができる。その結果、鋳造時の加熱による
セラミック製部材の破壊を皆無にすることができる。

このとき、リング形状のセラミック製部材の下部に外周
部に向かって突出したくびれ部を形成すると、アルミニ
ウム合金の鋳ぐるみ後の冷却過程において熱膨張差に起
因する収縮変形はセラミック製部材とアルミニウム合金
製部材との間の結合が強くなるようになるため好ましい
。

また、アルミニウム合金キャビテイ外周部に段部を設け
る際段部開始点は、相対するセラミック製部材の外周面
にくびれ部を有しない箇所に設けると好ましい。段部開
始点に相対するセラミック製部材の外周面が凹凸形状で
あると、応力集中を生じやすいため、セラミック製部材
の断面積の大きい箇所を開始点とすることにより応力集
中を低減できるからである。

段部はアルミニウム合金製部材側およびセラミック製部
材側のいずれに設けてもよいが、アルミニウム合金製部
材はセラミック製部材に比較して加工が容易であり好ま
しい。セラミック製部材側に段部を設ける場合は、セラ
ミック製部材の焼成前であれば加工は容易であり、隙間
にはアルミニウム合金が回り込むので仕上げ加工は必要
でない。

さらに、段部の上端はピストンヘッドの上端面まで達し
ないよう構成して、燃焼時のデッドボリュームを作らな
いよう構成することが好ましい。

（実施例） 第１図は本発明のピストンの一例の構成を示す断面図で
ある。第１図に示す実施例では、キャビティ部２および
ピストン本体６を形成するアルミニウム合金製部材７と
、ピストン上端面３の外周部を構成するとともにピスト
ン上端・面３の反対側の面の下部に外周部に向かって突
出するよう設けたくびれ部４を有するリング形状のセラ
ミック製部材５とを予め作製した後、アルミニウム合金
製部材７とセラミック製部材５とを組み立て、両者の接
合部８をアルミニウム合金で鋳ぐるんでピストン１を構
成している。この際、セラミック製部材５と接するアル
ミニウム合金製部材７のキャビティ部２の外周面下部が
全周にわたって小径となるような段部９を設けている。

この段部９の幅と深さに関しては、セラミックと金属の
熱膨張差による応力を緩和しうる程度でも良いが、アル
ミニウム合金製部材７の肉厚を薄くしたり段部９の深さ
を深くすると、アルミニウム合金製部材７が変形しやす
くなり、セラミック製部材５への応力がさらに低下する
。また、鋳造時に段部９の幅が広い場合は段部９にアル
ミニウム合金湯が進入するが、段部９に進入したアルミ
ニウム合金湯とセラミック製部材５との隙間は、凝固温
度でゼロとなるとともに、室温付近ではわずかな隙間を
生じるため、セラミック製部材５は破壊しない。

本実施例では、キャビティ部２の外周面下部が小径とな
るように段部９を設けたため、加熱時にキャビティ部２
の熱膨張によりセラミック製部材５の内周面を押し広げ
る方向に力が作用したとき外周面くびれ部４に発生する
引張力を緩和することができ、セラミック製部材５がア
ルミニウム合金製部材７のキャビティ部２の熱膨張によ
る圧縮力で破壊することがなくなる。このため、鋳ぐる
み時の予熱やアルミニウム合金の注湯時においても、セ
ラミック製部材５の破壊がなく容易にセラミック鋳ぐる
みピストン１を作製することができる。

以下、実際にキャビティ部２の外径６０ｍｍのピストン
を作製するときの手順について説明する。

この段部９は、キャビティ部２の外周面よりキャビティ
中心方向にｌ　ｍｍ切削し、さらにキャビティ上下方向
においてピストン上端面より２　ｍｍ下の位置からピス
トンピン方向に向かって切削した。

セラミック製部十第５の内周面と接するキャビティ部２
の外周面は、本実施例においては２ｍｍとしたが、セラ
ミック製部材５のくびれ部に相対しないピストン上端面
より６１［１１１＋下の位置でもよく、より好ましくは
、弾性変形効果を高めるためピストン上端面より下１　
ｍｍ以下をセラミック製部材５の内周面と接するキャビ
ティ部２の外周面としてもよい。又、キャビティ中心方
向への段部９の切削は、本実施例では、ｌ＋ｍｍとした
がピストン運転時のピストン上端面温度を５００　℃に
想定し、この時のアルミニウム合金キャビティ部２外径
の熱膨張寸法０．３２ｍｍを段部９の切削歯としてもよ
く、より好ましくは弾性変形効果を高めるためキャビテ
ィ部２の肉厚の２７３以上を段部９としてもよい。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した実
施例では段部９をキャビティ部２の外周全体に設けたが
、部分的に段部９を形成することもできる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明のディーゼル機
関用ピストンによれば、アルミニウム合金製部材とセラ
ミック製部材との接触部に段部を設けることにより、セ
ラミック製部材とアルミニウム合金製部材との間の熱膨
張差を段部の隙間により緩和することができ、セラミッ
ク製部材に用する応力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のピストンの一例の構成を示断面図、 第２図は従来のピストンの一例の構成を示す面図である
。 １・・・ピストン　　　　　２・・・キャビティ部３・
・・ピストン上端面　　４・・・くびれ部５・・・セラ
ミック製部材　６・・・ピストン本体７・・・アルミニ
ウム合金製部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ピストンヘッドの上端面外周部を構成するリング形
   状のセラミック製部材と、キャビティ部およびピストン
   本体を構成するアルミニウム合金製部材とを、アルミニ
   ウム合金で鋳ぐるんだ構造のディーゼル機関用ピストン
   において、アルミニウム合金製部材とセラミック製部材
   の接触部のアルミニウム合金製部材側とセラミック製部
   材側の少なくともいずれか一方に段部を設けたことを特
   徴とするディーゼル機関用ピストン。