JPH0353005Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 この考案はピストンの一部とシリンダキヤツプ
とをセラミツク製とした内燃機関の改良に関わ
り、燃焼効率を向上させると共に、ピストンの焼
付きを防止した内燃機関を提供するものである。

〔従来技術〕 従来、この種の内燃機関用のピストンとして
は、例えばピストンのクラウン部の外径とシリン
ダキヤツプとの内径が略同一に形成され、しかも
スカート部の外径とシリンダライナの内径とが略
同一に成形されていた。このため、燃焼行程で高
温となつたピストンのクラウン部が下降行程の終
了付近に移つた際に、このピストンとシリンダラ
イナとのクリアランスによりピストンが傾いてシ
リンダライナの内壁面の潤滑油膜に接触し、これ
により燃焼行程により高温に加熱されているクラ
ウン部がシリンダライナの内壁面の潤滑油膜に接
触してその潤滑油が瞬間的に加熱されて炭化し、
その結果ピストンが焼付く現象が生ずる。

また、ピストンの上昇行程においてのクラウン
部でシリンダライナの壁面に付着している潤滑油
を掻き上げ、これが燃焼行程で炭化する現象が同
様に生ずる。前記のようにして燃焼室で発生した
カーボン等の硬質粒子類は、シリンダライナとピ
ストンとの摺動部に侵入して異状摩耗を生ずると
いう問題があつた。

上記のようなピストンの焼付き、及びピストン
の異状摩耗を防止する対策として、例えば特開昭
57−129236号公報に開示されているようにピスト
ンのクラウン部の外径をスカート部の外径よりも
小さくして、ピストンのスカート部とクラウン部
とに段差を設けたものが提案されている。

また、実開昭56−66047号公報によつて、クラ
ウン部にカツトバツクを形成し、これのなじみ角
を60〜120゜の範囲で、かつシリンダライナ２との
最大隙間が１〜２mmとしたピストンが提案されて
いる。

しかし、これらの公知技術はシリンダキヤツプ
の内径とクラウン部の外径とのクリアランスが大
きくなつて無駄な容積を増加させ、燃焼効率を低
下させると言う問題があつた。更に後者の場合に
はピストンの頂部を異形（卵形）に形成する加工
が必要であり、製作が煩雑となる問題がある。

別の公知技術として、特開昭57−129236号公報
によつてシリンダライナの上部に、燃焼室側に張
出し、かつピストンのクラウン部が挿入されたと
き圧縮室を形成する段部を設け、圧縮行程中に前
記圧縮室内で圧縮された気体流をクラウン部とラ
イナ段部との隙間より燃焼室内に噴出させて硬質
粒子類（カーボン）を燃焼室内に吹き上げてピス
トンの焼付きを防止すると言う技術が提案されて
いる。

しかし、この技術はクラウン部の周囲に形成さ
れた縮小部を利用して副圧縮室を形成し、圧縮の
最終行程で、この副圧縮室で加圧された圧縮空気
を瞬間的に吹き上げると言う技術を開示している
のみであつて、燃焼行程において高温に加熱され
たピストンのクラウン部がシリンダライナの壁面
に接触して潤滑油が炭化するのを防止すると言う
技術を開示するものではない。

また、この技術には燃焼室を形成するシリンダ
キヤツプをセラミツク材とし、同様にピストンの
クラウン部もセラミツク材としてシリンダキヤツ
プとクラウン部との断熱性を高めることによつて
燃焼室を形成する部分を高温に保持して燃焼効率
を増加すると言う技術的思想は開示されていない
ものである。

更に別の公知技術として特開昭57−59018号公
報によつてシリンダ面と燃焼室を構成する天井面
の全てをセラミツク製とし、ピストンの頂面のみ
をセラミツク製とした内燃機関に関する考案が提
案されている。

しかし、この内燃機関はシリンダの全長をセラ
ミツク製としている関係で大型のセラミツク製品
を製造する必要があり、製作が実質的に困難とな
る上に製造コストが著しく高く、しかも耐久性か
ら実用化にはなお問題がある。

また、この考案は従来より使用されている金属
製のシリンダライナの優れた点を利用し、燃焼室
部分のみを全てセラミツク製として熱効率を向上
しながら容易に製作することができる内燃機関を
提供するものではない。

〔考案の目的〕

この考案は、前記従来技術の問題点に着目して
案出されたものであつて、その目的とするところ
は、ピストンの上死点付近において形成される燃
焼室の周囲を全面的にセラミツク材により構成し
て断熱性を向上させると共に、ピストンの頂面に
おいて潤滑油が炭化するのを防止できる内燃機関
を提供する。

更に、ピストンの下降行程時にピストンが傾斜
してもシリンダライナの内壁面に接触することを
防止し、もつてピストンの焼付を効果的に防止し
た内燃機関を提供するものである。

〔考案の概要〕

前記目的を達成するためのこの考案に係る内燃
機関は、金属製のシリンダライナと、該シリンダ
ライナの上部に設けたセラミツク製のシリンダキ
ヤツプとからなるシリンダと、該シリンダ内に嵌
挿される金属製のスカート部と、前記シリンダキ
ヤツプ内に嵌合可能なセラミツク製のクラウン部
からなピストンより構成され、前記シリンダライ
ナの内径をDL、シリンダキヤツプの内径をDC、
スカート部の外径をdpおよびクラウン部の外径
をdcとすると、前記各部の寸法は、DL＞DC＞
dp＞dcであり、かつシリンダライナの上端部と
接続するシリンダキヤツプの裾部にテーパー部を
形成して構成されている。

セラミツク材からなるシリンダキヤツプは、燃
料が燃焼して発熱する熱量のかなりの部分のもの
を発生させる燃焼室を形成するものであつて、ピ
ストンの下降行程の終了付近まで側壁面が延長さ
れている。

〔実施例〕

以下添付図面に基づいて、この考案の実施例を
説明する。

第１図は、この考案を実施した内燃機関用のピ
ストン１の断面図を示し、このピストン１は金属
製のスカート部２とセラミツク製のクラウン部３
とから構成されている。また、４は金属製のシリ
ンダライナ、５はセラミツク製のシリンダキヤツ
プである。

前記、ピストン１のスカート部２、クラウン部
３、シリンダライナ４、シリンダキヤツプ５のそ
れぞれの相対的な寸法は、以下のように設定され
ている。

即ち、シリンダライナ４の内径をDL、シリン
ダキヤツプ５の内径をDC、ピストン１のスカー
ト部２の外径をdp、クラウン部の外径をdcとし
た場合、DL＞DC＞dp＞dcの寸法関係で、かつ
一定のクリアランスが生じるように段差を設けて
形成されている。

また上記のように、スカート部２、クラウン部
３、シリンダライナ４、シリンダキヤツプ５に段
差を設けた場合、ピストン１の上昇行程時ににク
ラウン部３の上端がシリンダキヤツプ５の下端部
に干渉する可能性がある為、第２図に示すような
テーパ部５ａをシリンダキヤツプ５の下端部に形
成してある。

なお、上記のように形成する場合、ピストン１
のクラウン部３からスカート部２に向つて、その
外径をテーパ状に形成するのが望ましい。

次にこの考案の実施例の作用を第３図ａ及び３
図ｂに基づいて説明する。

先ず、第３図ａに示すようにピストン１の上死
点位置、即ち、燃料が燃焼して発熱量が最も多い
範囲（通常はクランク角で約90度の範囲）ではシ
リンダキヤツプ５が断熱性の高いセラミツク材に
より形成されている。また、このシリンダキヤツ
プ５内に嵌合されるピストン１のクラウン部３も
同様に断熱性の高いセラミツク材により構成され
ている。

従つて、シリンダキヤツプ５内にピストン１の
クラウン部３が嵌合された状態では燃焼室の全周
がセラミツクで形成されており、燃焼室内におい
て実質的に燃料を燃焼させる部分は全てセラミツ
ク材で構成されていることになり、高い燃焼熱を
効果的に断熱することができる。

また、第１図に示すように、ピストン１のスカ
ート部２、クラウン部３、シリンダライナ４、シ
リンダキヤツプ５のそれぞれの寸法は、 DL＞DC＞dp＞dc に形成されている。

第３図ｂに示すように、例えピストン１が傾い
た場合でも、金属製のスカート部２の上下の周縁
部が局部的に接触することになり、クラウン部３
の頂部周縁はシリンダライナ４の内壁面に接触す
るが、クラウン部３の頂部の周縁部が接触しな
い。従つて、高温に加熱されているクラウン部３
がシリンダライナ４の内壁面に接触しないので、
潤滑油の炭化を防止でき、これによりピストン１
の焼付きを防止することができる。

また、ピストン１の下降行程から上昇行程に移
行する場合にも、前記のようにシリンダキヤツプ
５の下端部にテーパ部５ａが形成されて拡開され
ているために、クラウン部３の上端の周縁部がシ
リンダキヤツプ５の下端部に緩衝することが少な
くなり、ピストン１の昇降ストロークを円滑にす
ることができる。

〔考案の効果〕

本考案に係る内燃機関は、金属製のシリンダラ
イナの上部にセラミツク製のシリンダキヤツプを
設けたシリンダと、下部構造を形成する金属製の
スカート部と上部構造を形成するセラミツク製の
クラウン部からなるピストンより構成され、前記
シリンダキヤツプは燃焼室の天井面と側壁面とを
一体的にセラミツクで形成し、前記クラウン部は
上死点において前記シリンダキヤツプの側壁面に
実質的に嵌合する高さを有しており、更に、前記
シリンダライナの内径をDL、シリンダキヤツプ
の内径をDC、スカート部の外径をdpおよびクラ
ウン部の外径をdcとすると、前記各部の寸法は、
DL＞DC＞dp＞dcであり、かつシリンダライナ
の上端部と接続するシリンダキヤツプの裾部にテ
ーパー部を形成しており、次の効果を奏すること
ができる。

(1) セラミツク材からなるシリンダキヤツプと、
セラミツク材からなるピストンのクラウン部で
燃焼室が全面的にセラミツク材で構成されてお
り、燃焼室を高温に保持して燃焼効率を向上す
ることができる。

(2) シリンダライナの内径DL、シリンダキヤツ
プの内径DC、スカート部の外径をdp、クラウ
ン部の外径dcをそれぞれ前記関係にすると共
に、シリンダキヤツプの裾部にテーパ部を形成
しているので、ピストンの下降行程時にシリン
ダライナの内壁面にひどく接触せず、従つてピ
ストンのクラウン部に潤滑油が上がるのを防止
できるために、潤滑油の送化を防止し、その結
果、ピストンの焼付きを防止することができ
る。

また、ピストンの上昇行程においてもクラウ
ン部がシリンダライナの内壁面に接触しないの
で、潤滑油の掻き上げとこれに伴う炭化を防止
することができる。

(3) 更に、ピストンのクラウン部とシリンダキヤ
ツプの両者は熱絶縁性の良好なセラミツク材で
構成されているので、熱膨張はほぼ同一となる
ために、両者の間隙を少なくしても、両者が衝
突して損傷することを防止できるために、精度
の高い燃焼室を有する内燃機関を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の内燃機関を構成するピストン
の断面図、第２図は第１図のＡ部における拡大断
面図、第３図ａ及びｂは、ピストンの作動状態を
示す説明図である。 １……ピストン、２……スカート部、３……ク
ラウン部、４……シリンダライナ、DL……シリ
ンダライナの内径、DC……シリンダキヤツプの
内径、dp……スカート部の外径、dc……クラウ
ン部の外径。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 金属製のシリンダライナの上部にセラミツク製
   のシリンダキヤツプを設けたシリンダと、下部構
   造を形成する金属製のスカート部と上部構造を形
   成するセラミツク製のクラウン部からなるピスト
   ンより構成され、前記シリンダキヤツプは燃焼室
   の天井面と側壁面とを一体的にセラミツクで形成
   し、前記クラウン部は上死点において前記シリン
   ダキヤツプの側壁面に実質的に嵌合する高さを有
   しており、 更に、前記シリンダライナの内径をDL、シリ
   ンダキヤツプの内径をDC、スカート部の外径を
   dpおよびクラウン部の外径をdcとすると、前記
   各部の寸法は、DL／DC＞dp＞dcであり、かつ、
   シリンダライナの上端部と接続するシリンダキヤ
   ツプの裾部にテーパー部を形成してなる内燃機
   関。