JPH0435563Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はセラミツクスを利用した断熱ピストン
に関するものである。

［従来の技術］ 内燃機関における燃焼室の内壁部にセラミツク
ス製の壁材を内張りして、燃焼室から外部への熱
放散を抑え、熱効率を向上する断熱内燃機関は、
例えば本出願人に係る特願昭59−238237号に開示
されている。上述のような断熱内燃機関に使用さ
れるピストンは、通常の金属から構成されるピス
トン本体の上面に、断熱板を介してセラミツクス
製のピストン冠部を重ね合せ、ボルトとナツトに
より締結している。

しかし、平坦面でピストン本体とピストン冠部
が直接重ね合される構造では、両者の接触面積が
広いのと、ピストン冠部の受ける熱負荷が大き
く、ピストン本体との熱落差も大きいために、ピ
ストン本体の温度が従来の一般的な機関よりも高
くなり、ピストン本体に装着されるピストンリン
グが焼き付く恐れがある。

そこで、ピストン本体とピストン冠部との重合
せ面の面積をできるだけ狭くし、重合せ面に断熱
空部を設けたものが提案されているが、これはピ
ストン全体の軸方向寸法が長くなり、強度上検討
すべき課題がある。また、燃焼ガスが断熱空部へ
浸入すると、断熱効果が損われるだけでなく、実
質的に圧縮比が低下し、機関出力が減少するとい
う問題がある。燃焼室と断熱空部との間のガスシ
ールは、ピストン冠部の受ける慣性荷重、爆発荷
重、熱負荷などの条件に十分耐えるものでなけれ
ばならない。

［考案が解決しようとする問題点］ そこで、本考案の目的は上述の問題に鑑み、構
成が簡単で、ピストン本体とピストン冠部との間
の断熱空部の断熱効果を高め、ピストン本体への
伝熱量を抑え、ピストン本体の熱負荷を軽減する
断熱ピストンを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本考案の構成は金
属製のピストン本体の上面に設けたセラミツクス
のコーテイング層の上に、耐熱性金属板からなる
偏平な袋体に低熱伝導率の粉末を内包してなる断
熱ガスケツトを挾んで、セラミツクス製のピスト
ン冠部を重ね合せ、ボルトとナツトにより結合し
たものである。

［作用］ 断熱ガスケツトはセラミツクス製のピストン冠
部の下面と、金属製のピストン本体の上面のセラ
ミツクスのコーテイング層との間に挾まれるか
ら、断熱ガスケツトの上下両面がセラミツクスで
覆われることになる。

チタン酸カリウム（0.000125kcal／mh℃）な
どの低熱伝導率粉末を内包する袋体の耐熱性金属
板は、セラミツクス製のピストン冠部とピストン
本体のコーテイング層の間に挟まれるので、断熱
効果が高く、ピストン冠部からピストン本体への
伝熱量を抑え、ピストン本体の熱負荷を軽減す
る。

［考案の実施例］ 第１図に示すように、本考案が適用される断熱
ピストンは、ピストン本体５と、ピストン冠部４
と、両者の間に介装される断熱ガスケツト３４
と、コーテイング層４０と、ピストン冠部４をピ
ストン本体５に結合するボルト１７およびナツト
１２とから構成される。

ピストン本体５は上端側外周面に、ピストンリ
ングを装着するリング溝１４を設けられる。ピス
トン本体５の下半部に公知のスカートが一体に形
成され、スカートの内側に図示してないピストン
ピンを支持するピン穴１０を有する肉厚のボス部
が一体に形成される。ピストン本体５の上端壁１
５の平坦な上面５ａに、例えばジルコニアなどの
セラミツクスのコーテイング層４０が形成され
る。ピストン本体５のコーテイング層４０は、液
状のセラミツクスを塗布し、所定の温度で加熱し
て形成される。ピストン本体５の上端壁１５にボ
ルト挿通穴１９が、コーテイング層２０に穴２１
がそれぞれ設けられる。

セラミツクス製のピストン冠部４は、上面に燃
焼室を形成するくぼみ３を設けられ、くぼみ３の
ほぼ中心にボルト１７を挿通する穴２３を設けら
れる。ピストン冠部４の平坦な下面４ａは、断熱
ガスケツト３４を挟んで、ピストン本体５の上端
壁１５に形成したコーテイング層４０に重ね合さ
れる。ボルト１７は穴２３，３３，２１，１９に
挿通され、皿ばね１３を外挿して、ナツト１２を
締結される。

第２図に示すように、断熱ガスケツト３４は、
ステンレスなどの耐熱性金属板３５，３６からな
る偏平な袋体の内部に、低熱伝導率粉末２７を充
填して構成される。具体的には、袋体は平坦な円
形の耐熱性金属板３６の周縁部３６ａを円弧状に
縁曲げし、かつ耐熱性金属板３５の周縁部に重ね
合せて構成される。ボルト挿通穴３３を形成する
ために、耐熱性金属板３６に押出し加工を施して
穴３３を形成し、開口縁部３６ｂを縁曲げして耐
熱性金属板３５に重ね合される。袋体の内部に低
熱伝導率粉末２７として例えばチタン酸カリウム
などの粉末が充填され、耐熱性金属板３６と耐熱
性金属板３５をプレスにより所定の厚さに成形さ
れる。この時、周縁部３６ａと縁部３６ｂの各重
合せ部分で、耐熱性金属板３５は内方へへこんで
耐熱性金属板３５の面と各縁部３６ａ，３６ｂが
一様な平面を形成するように構成される。

断熱ガスケツト３４は一面例えば耐熱性金属板
３６をピストン冠部４の下面４ａに、耐熱性金属
板３５をピストン本体５のコーテイング層４０に
それぞれ当接して、ボルト１７とナツト１２によ
り締結される。

断熱ガスケツト３４は低熱伝導率粉末２７がピ
ストン冠部４とピストン本体５との間の熱伝導を
遮断するだけでなく、耐熱性金属板３６，３５が
内包物質よりも熱伝導率が高くても、セラミツク
ス製のピストン冠部４とピストン本体５のセラミ
ツクスのコーテイング層４０とに接するので、耐
熱性金属板３６，３５の熱伝導を封じられ、ピス
トン冠部４からピストン本体５への伝導量を抑え
る。

なお、上述の実施例では、ピストン本体５にセ
ラミツクスのコーテイング層４０を形成したが、
断熱ガスケツト３４の面、例えば耐熱性金属板３
５にセラミツクスのコーテイング層を形成しても
同様の効果が得られる。

第３図に示す実施例は、コーテイング層４０の
周縁部を保護するために、ピストン本体５の上面
５ａに浅い円筒部３２を形成し、換言すれば上面
５ａの周縁部に環状突条３２ａを形成し、上面５
ａに所定厚さのセラミツクスのコーテイング層４
０を形成したものである。コーテイング層４０の
周縁部は、突条３２ａにより割れが生じないよう
保護される。コーテイング層４０の上に断熱ガス
ケツト３４が重ね合されるのは、第２図に示す実
施例と同様である。

［考案の効果］ 本考案は断熱ガスケツトをピストン冠部とピス
トン本体との間に直接介装するのではなく、ピス
トン本体の上面にセラミツクスのコーテイング層
を設け、コーテイング層とセラミツクス製のピス
トン冠部との間に断熱ガスケツトを挾んだもので
ある。偏平な袋体の耐熱性金属板は低熱伝導率粉
末よりも熱伝導率が高くてもセラミツクスとセラ
ミツクスとの間に挟まれるから、断熱効果が高
い。

上述のように、従来のピストン本体とピストン
冠部との間に断熱材を挾んだものに比べて、断熱
ガスケツトの断熱効果が高く、燃焼ガスに晒され
るピストン冠部からピストン本体への伝熱量が大
幅に減じられる。この結果、ピストン本体の温度
上昇が抑えられ、ピストンリングのステイツクや
焼付きが防止され、機関の高負荷運転に対する耐
久性が向上される。

特に、機関高負荷運転時、コーテイング層は断
熱ガスケツトによりピストン冠部の下面から隔絶
され、ピストン冠部から圧縮荷重を常に受けてい
るので、熱応力により剥離する恐れは極めて少な
い。

コーテイング層は断熱ガスケツトと平面的に接
触するので、ピストン冠部から応力集中を受ける
ことはなく、加工も容易でコストの低減に役立
つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例に係る断熱ピスト
ンの正面断面図、第２図は同断熱ピストンにおけ
る断熱ガスケツトの正面断面図、第３図は本考案
の一部変更実施例に係る断熱ピストンの要部を示
す正面断面図である。 ４……ピストン冠部、４ａ……下面、５……ピ
ストン本体、５ａ……上面、１２……ナツト、１
７……ボルト、２７……低熱伝導率粉末、３２ａ
……環状突条、３４……断熱ガスケツト、３５，
３６……耐熱性金属板、４０……コーテイング
層。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 金属製のピストン本体の上面に設けたセラミ
   ツクスのコーテイング層の上に、耐熱性金属板
   からなる偏平な袋体に低熱伝導率の粉末を内包
   してなる断熱ガスケツトを挾んで、セラミツク
   ス製のピストン冠部を重ね合せ、ボルトとナツ
   トにより結合したことを特徴とする断熱ピスト
   ン。 (2) ピストン本体の上面周縁に環状突条を形成
   し、環状突条により囲まれる上面にセラミツク
   スの前記コーテイング層を設けた、実用新案登
   録請求の範囲(1)に記載の断熱ピストン。