JPH04104148U - internal combustion engine piston - Google Patents

internal combustion engine piston

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JPH04104148U
JPH04104148U JP261691U JP261691U JPH04104148U JP H04104148 U JPH04104148 U JP H04104148U JP 261691 U JP261691 U JP 261691U JP 261691 U JP261691 U JP 261691U JP H04104148 U JPH04104148 U JP H04104148U
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JP
Japan
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piston
ceramic
internal combustion
combustion engine
piston head
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Application number
JP261691U
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
修二 木村
Original Assignee
日産自動車株式会社
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Publication date
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Publication of JPH04104148U publication Critical patent/JPH04104148U/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック製ピストンヘッド部9のアルミニ
ウム製ピストン本体7からの脱落を防止した上で、ピス
トンヘッド部9とピストン本体7との境界面19a,3
1aの密接性を向上させる 【構成】 アルミニウム合金を鋳造して形成されるピス
トン本体7に対し、ピストンヘッド部9をセラミックで
形成してある。コネクティングロッドを連結するための
ピストンピンが挿入されるピストン本体7のピンボス部
23の内部を、前記ピストンヘッド部9と一体のセラミ
ックで形成した。
(57) [Summary] [Purpose] After preventing the ceramic piston head portion 9 from falling off from the aluminum piston body 7, the boundary surfaces 19a and 3 between the piston head portion 9 and the piston body 7 are
[Structure] The piston body 7 is formed by casting an aluminum alloy, and the piston head portion 9 is made of ceramic. The inside of the pin boss portion 23 of the piston body 7 into which the piston pin for connecting the connecting rod is inserted is formed of ceramic integral with the piston head portion 9.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

【0001】0001

【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この考案は、軽合金を鋳造して形成されるピストン本体に対し、ピストンヘッ ド部がセラミックで形成された内燃機関のピストンに関する。 This idea was designed to replace the piston body, which is formed by casting a light alloy, with a piston head. The present invention relates to a piston for an internal combustion engine whose lead portion is made of ceramic.

【0002】0002

【従来の技術】[Conventional technology]

ピストン本体をアルミニウム合金で形成してピストンの軽量化を図り、さらに このピストン本体の燃焼室側に位置するピストンヘッド部をセラミックで形成す ることで、ピストンの耐熱性や熱伝導率などを改善することができる。 The piston body is made of aluminum alloy to reduce the weight of the piston, and The piston head located on the combustion chamber side of this piston body is made of ceramic. By doing so, it is possible to improve the heat resistance and thermal conductivity of the piston.

【0003】 このような内燃機関のピストンは、例えば実開昭58−148244号公報に 記載されたものがある。この公報記載のピストンは、図4に示すように、鋳造に よって形成されるアルミニウム合金からなるピストン本体1に対し、ピストンヘ ッド部3がセラミックで形成されている。セラミック製のピストンヘッド部3は 、下部側に小径部3aを有し、小径部3aはピストン本体1の頂部に形成された 凹部1aに入り込み、小径部3aの外周部と凹部1aの内周部との間には、低膨 脹金属からなる円筒状の緩衝材5が介装されている。小径部3aには環状の溝3 bが形成され、緩衝材5には複数の孔5aが形成されている。0003 Such a piston for an internal combustion engine is described, for example, in Japanese Utility Model Application Publication No. 58-148244. There is something written. The piston described in this publication is cast as shown in Figure 4. Therefore, for the piston body 1 made of aluminum alloy, the piston The pad portion 3 is made of ceramic. The ceramic piston head part 3 is , has a small diameter portion 3a on the lower side, and the small diameter portion 3a is formed at the top of the piston body 1. A low expansion layer enters the recess 1a and is formed between the outer periphery of the small diameter portion 3a and the inner periphery of the recess 1a. A cylindrical cushioning material 5 made of expanded metal is interposed. An annular groove 3 is provided in the small diameter portion 3a. b is formed, and the buffer material 5 has a plurality of holes 5a formed therein.

【0004】 ピストン本体1をアルミニウム合金で鋳造してピストンヘッド部3を鋳ぐるむ 際に、溶融したアルミニウム合金が、緩衝材5の孔5aから小径部3aの溝3b 内に入り込んで突起1bを形成し、これによりピストンヘッド部3のピストン本 体1からの脱落が防止される。0004 The piston body 1 is cast from aluminum alloy, and the piston head portion 3 is cast around it. At this time, the molten aluminum alloy flows from the hole 5a of the buffer material 5 to the groove 3b of the small diameter portion 3a. The piston body of the piston head portion 3 is Falling off from the body 1 is prevented.

【0005】[0005]

【考案が解決しようとする課題】[Problem that the idea aims to solve]

しかしながら、このような従来の内燃機関のピストンにあっては、ピストン本 体1の突起1bがピストンヘッド部3の溝3bに入り込むことで、ピストンヘッ ド部3のピストン本体1からの脱落が防止されるものの、この固定部付近は燃焼 室に近く高温となるため、セラミックに比べて熱膨脹率の大きいアルミニウム合 金の熱膨張により、ピストンヘッド部3が浮き上がって相互の境界部6に隙間が 発生し、この隙間から燃焼ガスが入り込んで排気性能及び熱効率が悪化する上、 ピストン自体が破損する虞がある。境界部6からの燃焼ガスの流入を防ぐために 、境界部6を接合する方法も考えられるが、これは両者の熱膨張差が大きいため 、鋳造時にピストンヘッド部3が破損してしまう。 However, in the piston of such a conventional internal combustion engine, the piston main body The protrusion 1b of the body 1 enters the groove 3b of the piston head 3, so that the piston head Although the door portion 3 is prevented from falling off from the piston body 1, the vicinity of this fixed portion is not combustible. Aluminum alloys have a higher coefficient of thermal expansion than ceramics because they are close to the room and are at high temperatures. Due to the thermal expansion of the gold, the piston head part 3 rises and a gap is created at the mutual boundary part 6. combustion gases enter through these gaps, deteriorating exhaust performance and thermal efficiency, and There is a risk that the piston itself will be damaged. To prevent the inflow of combustion gas from the boundary part 6 , a method of joining the boundary part 6 is also considered, but this is because the difference in thermal expansion between the two is large. , the piston head portion 3 is damaged during casting.

【0006】 そこでこの考案は、セラミック製ピストンヘッド部のピストン本体からの脱落 を防止した上で、ピストンヘッド部とピストン本体との境界部における相互の密 接性を向上させることを目的としている。[0006] Therefore, this idea was developed to prevent the ceramic piston head from falling off the piston body. In addition to preventing the mutual tightness at the boundary between the piston head and the piston body, The purpose is to improve accessibility.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

前述した課題を解決するためにこの考案は、軽合金を鋳造して形成されるピス トン本体に対し、ピストン本体の頂部を形成するピストンヘッド部がセラミック で形成された内燃機関のピストンにおいて、コネクティングロッドを連結するた めのピストンピンが挿入されるピンボス部の内部の少なくともピストンピンの半 周以上にわたる部位を、前記ピストンヘッド部と一体のセラミックで形成したも のである。 In order to solve the above-mentioned problems, this idea was developed to create a piston formed by casting a light alloy. The piston head that forms the top of the piston body is made of ceramic. In order to connect the connecting rod in the piston of an internal combustion engine formed by At least half of the piston pin inside the pin boss part into which the second piston pin is inserted. A portion extending beyond the circumference is formed of ceramic integral with the piston head portion. It is.

【0008】[0008]

【作用】[Effect]

このように構成された内燃機関のピストンにおいては、軽合金製のピストン本 体と、セラミック製のピストンヘッド部とは、ピンボス部で固定されており、ピ ストンが高温となると、ピストン本体は低温側であるピンボス部を中心に高温側 のピストンヘッド部側に伸びる。これに対し熱膨張係数の小さいセラミックから なるピストンヘッド部は、伸びようとするピストン本体を、ピストン本体とピス トンヘッド部との境界部で押さえ付け、これによりこの境界部の密接性が向上す る。 In the piston of an internal combustion engine configured in this way, the piston main body is made of light alloy. The body and the ceramic piston head are fixed with a pin boss, and the piston head is made of ceramic. When the piston becomes hot, the piston body moves to the high temperature side centering on the pin boss part which is the low temperature side. Extends toward the piston head side. On the other hand, ceramics with a small coefficient of thermal expansion The piston head part is designed to hold the piston body that is about to extend, It is pressed at the boundary with the ton head, which improves the tightness of this boundary. Ru.

【0009】[0009]

【実施例】 以下、この考案の実施例を図面に基づき説明する。【Example】 Hereinafter, embodiments of this invention will be described based on the drawings.

【0010】 図1は、この考案の一実施例を示す内燃機関のピストンの一部を切り欠いた斜 視図である。このピストンは、軽合金であるアルミニウム合金からなるピストン 本体7と、ピストン本体7の頂部を形成するピストンヘッド部9を備えた窒化珪 素などのセラミック焼結体11とから構成されている。ピストンヘッド部9は、 下部に突出する小径部13が形成され、この小径部13に対応して上面15の中 央部に燃焼室17が形成されている。小径部13が形成されることで、上面15 の外周側が鍔部19となる。0010 Figure 1 shows an oblique cutout of a part of the piston of an internal combustion engine showing one embodiment of this invention. This is a perspective view. This piston is made of aluminum alloy, which is a light alloy. Silicon nitride comprising a body 7 and a piston head 9 forming the top of the piston body 7 The ceramic sintered body 11 is composed of a ceramic sintered body 11 such as a raw material. The piston head portion 9 is A small diameter portion 13 protruding from the bottom is formed, and a portion inside the upper surface 15 corresponds to the small diameter portion 13. A combustion chamber 17 is formed in the center. By forming the small diameter portion 13, the upper surface 15 The outer peripheral side becomes the flange portion 19.

【0011】 セラミック焼結体11は、図2に斜視図で示すように、小径部13の下端に、 ピストンピン孔21を備えたピストン本体7のピンボス部23の内部に設けられ る、一対のほぼ環状の固定部25が形成されている。上記ピストンピン孔21に 、図示しないコネクティングロッドを連結するためのピストンピンが挿入される 。ピストン本体7を構成するアルミニウム合金は、上記ピンボス部23,スカー ト部27,ピストンリング溝29が形成されたピストンランド部31を備えてい る。[0011] As shown in a perspective view in FIG. 2, the ceramic sintered body 11 has a Provided inside the pin boss portion 23 of the piston body 7 having the piston pin hole 21. A pair of substantially annular fixing portions 25 are formed. In the above piston pin hole 21 , a piston pin for connecting a connecting rod (not shown) is inserted. . The aluminum alloy constituting the piston body 7 is It includes a piston land portion 31 in which a piston ring groove 29 and a piston ring groove 29 are formed. Ru.

【0012】 上記セラミック焼結体11を図示しない鋳型に固定し、このセラミック焼結体 11に対しアルミニウム合金を鋳造によって一体成形すると、セラミック焼結体 11の外部に露出する部位は、ピストンヘッド部9の上面15,燃焼室17及び 鍔部19の側面のみとなり、他の部位はすべてピストン本体7を構成するアルミ ニウム合金によって覆われて外部に露出しないものとなる。0012 The ceramic sintered body 11 is fixed to a mold (not shown), and this ceramic sintered body In contrast to No. 11, when an aluminum alloy is integrally formed by casting, a ceramic sintered body is produced. The parts exposed to the outside of 11 are the upper surface 15 of the piston head part 9, the combustion chamber 17, and Only the side surface of the flange 19 is used; all other parts are made of aluminum, which constitutes the piston body 7. It is covered with aluminum alloy and is not exposed to the outside.

【0013】 このような構造のピストンを用いた内燃機関を運転し、ピストン温度が上昇す ると、燃焼室17を有するピストンヘッド部9付近は高温となるが、ピンボス部 23付近はピストンヘッド部9に比べて低温となる。このため、熱膨脹係数の大 きいアルミニウム合金のピストン本体7は、温度上昇に伴って低温側のピンボス 部23を中心に、主にピストンランド部31が高温側のピストンヘッド部9の鍔 部19に向かって図1中で上方に伸びる。このとき、セラミック焼結体11のピ ストンヘッド部9と一体となった固定部25周囲がアルミニウム合金で覆われて いるので、ここでセラミック焼結体11とピストン本体7とは強固に固定され、 セラミック焼結体11のピストン本体7からの脱落は防止される。[0013] When operating an internal combustion engine using a piston with this structure, the temperature of the piston increases. As a result, the vicinity of the piston head portion 9 having the combustion chamber 17 becomes high temperature, but the pin boss portion The temperature around 23 is lower than that of the piston head 9. Therefore, the coefficient of thermal expansion is large. As the temperature rises, the piston body 7 made of hard aluminum alloy loses its pin boss on the low temperature side. The piston land portion 31 is mainly connected to the flange of the piston head portion 9 on the high temperature side, centering on the portion 23. Extending upwardly in FIG. 1 toward section 19. At this time, the pin of the ceramic sintered body 11 The periphery of the fixed part 25 integrated with the stone head part 9 is covered with aluminum alloy. Therefore, the ceramic sintered body 11 and the piston body 7 are firmly fixed, The ceramic sintered body 11 is prevented from falling off the piston body 7.

【0014】 これに対し、セラミック材の熱膨脹係数はアルミニウム合金の約1/7と小さ いため、伸びようとするピストンランド部31上端の鍔部19との境界面31a を、セラミック焼結体11の鍔部19のピストン本体7との境界面19aが押さ え付ける。このとき、境界面31a,19aでの相互の接触面圧が高まるので、 境界面31a,19aからの燃焼ガスの侵入が防止される。また、上記境界面3 1a,19aにおけるセラミック焼結体11とピストン本体7とは、接合してい ないので、両者の熱膨脹差による鋳造時のセラミック焼結体11の破損が防止さ れ、運転時における円周方向の熱膨脹差による応力の発生も防止される。[0014] In contrast, the coefficient of thermal expansion of ceramic materials is approximately 1/7 that of aluminum alloys. Therefore, the boundary surface 31a between the upper end of the piston land portion 31 and the collar portion 19, which is about to expand. , the interface 19a of the flange 19 of the ceramic sintered body 11 with the piston body 7 is pressed. Attach. At this time, since the mutual contact pressure at the boundary surfaces 31a and 19a increases, Combustion gas is prevented from entering through the boundary surfaces 31a and 19a. In addition, the above boundary surface 3 The ceramic sintered body 11 and the piston body 7 in 1a and 19a are not joined. Therefore, damage to the ceramic sintered body 11 during casting due to the difference in thermal expansion between the two is prevented. This also prevents stress from occurring due to differences in thermal expansion in the circumferential direction during operation.

【0015】 なお、上記境界面31a,19aは上面15と平行に形成することで、境界面 31a,19aでの面圧を所望に確保できるとともに、面圧上昇時にセラミック とアルミニウム合金との滑りが回避されて滑りによる曲げ応力の発生が防止され る。[0015] Note that by forming the boundary surfaces 31a and 19a parallel to the upper surface 15, the boundary surfaces 31a and 19a are It is possible to secure the desired surface pressure at 31a and 19a, and when the surface pressure increases, the ceramic This prevents slippage between the aluminum alloy and the aluminum alloy, and prevents bending stress from occurring due to slippage. Ru.

【0016】 図3はこの考案の他の実施例を示す内燃機関のピストンの一部を切り欠いた斜 視図である。この実施例は、セラミック焼結体11の境界面19aとピストン本 体7の境界面31aとの間に、ヤング率の小さい銅製リング41を設けている。 その他の構成は前記図1に示した実施例と同様であり、図1と同一構成要素には 同一符号を付してある。この実施例は、前記図1の実施例と同様の効果を備える ほか、このピストンが高出力エンジンに用いられた場合、ピストンがかなりの高 温となり、セラミック焼結体11の境界面19aとピストン本体7の境界面31 aとの面圧が多大となるが、この面圧を銅製リング41が変形して吸収し、ピス トンの破損を防止するという効果を備えている。[0016] Fig. 3 shows a partially cut-out oblique view of a piston of an internal combustion engine showing another embodiment of this invention. This is a perspective view. In this embodiment, the boundary surface 19a of the ceramic sintered body 11 and the piston main body are A copper ring 41 having a small Young's modulus is provided between the body 7 and the boundary surface 31a. The rest of the configuration is the same as the embodiment shown in FIG. 1, and the same components as in FIG. The same reference numerals are given. This embodiment has the same effects as the embodiment of FIG. In addition, if this piston is used in a high-output engine, the piston will have a significant temperature, and the boundary surface 19a of the ceramic sintered body 11 and the boundary surface 31 of the piston body 7 There will be a large amount of contact pressure with a, but the copper ring 41 deforms and absorbs this contact pressure, and the piston It has the effect of preventing damage to tons.

【0017】 なお、ピストン本体7は、セラミックに比べて熱膨脹係数の大きいものであれ ば、アルミニウム合金に限ることはない。また、固定部25は上端が小径部13 の下面と一体となって全体として環状に形成されているが、ピストンピンの少な くとも半周以上を覆う形状であれば、環状でなくても上端が小径部13の下面と 一体となっていればよい。[0017] Note that the piston body 7 may be made of a material with a larger coefficient of thermal expansion than ceramic. For example, it is not limited to aluminum alloy. Further, the upper end of the fixed part 25 is connected to the small diameter part 13. It is formed integrally with the lower surface and has an annular shape as a whole, but the piston pin is small. If the shape is such that it covers at least half the circumference, the upper end will meet the lower surface of the small diameter part 13 even if it is not annular. It is enough if they are united.

【0018】[0018]

【考案の効果】[Effect of the idea]

以上説明してきたようにこの考案によれば、ピストンヘッド部を備えたセラミ ック体と軽合金からなるピストン本体とを、燃焼室から離れた低温側のピストン ピンボス部にて固定するようにしたので、温度上昇時にピストン本体はピストン ピンボス部を中心に高温となるピストンヘッド部側に向けて伸び、これによりピ ストンヘッド部とピストン本体との境界部位での面圧が高まり、この境界部から の燃焼ガスの流入を防止でき、排気性能及び熱効率の悪化を防止できるとともに 、ピストン自体の破損も防止できる。 As explained above, according to this invention, a ceramic body with a piston head The cylinder body and the piston body made of light alloy are connected to the piston on the low temperature side away from the combustion chamber. Since it is fixed at the pin boss, the piston body will not move when the temperature rises. It extends from the pin boss toward the piston head, which is at high temperature. The surface pressure increases at the boundary between the stone head and the piston body, and from this boundary It is possible to prevent the inflow of combustion gas, prevent deterioration of exhaust performance and thermal efficiency, and , damage to the piston itself can also be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】この考案の一実施例を示す内燃機関のピストン
の一部を切り欠いた斜視図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a piston of an internal combustion engine showing an embodiment of this invention.

【図2】図1に用いられるセラミック焼結体の一部を切
り欠いた斜視図である。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the ceramic sintered body used in FIG. 1;

【図3】この考案の他の実施例を示す内燃機関のピスト
ンの一部を切り欠いた斜視図である。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of a piston of an internal combustion engine showing another embodiment of the invention.

【図4】従来例を示す内燃機関のピストンの断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of a piston of an internal combustion engine showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 ピストン本体 9 ピストンヘッド部 11 セラミック焼結体 23 ピンボス部 7 Piston body 9 Piston head part 11 Ceramic sintered body 23 Pin boss part

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 軽合金を鋳造して形成されるピストン本
体に対し、ピストン本体の頂部を形成するピストンヘッ
ド部がセラミックで形成された内燃機関のピストンにお
いて、コネクティングロッドを連結するためのピストン
ピンが挿入されるピンボス部の内部の少なくともピスト
ンピンの半周以上にわたる部位を、前記ピストンヘッド
部と一体のセラミックで形成したことを特徴とする内燃
機関のピストン。
1. A piston pin for connecting a connecting rod in an internal combustion engine piston in which a piston head forming the top of the piston body is formed of ceramic to a piston body formed by casting a light alloy. A piston for an internal combustion engine, characterized in that a portion inside the pin boss portion into which the piston pin is inserted, extending at least half the circumference of the piston pin, is made of ceramic integral with the piston head portion.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7594467B2 (en) 2006-03-01 2009-09-29 Nissan Motor Co., Ltd. Internal combustion engine with improved thermal efficiency

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