JPH063169B2 - ディーゼル機関用ピストン - Google Patents
ディーゼル機関用ピストンInfo
- Publication number
- JPH063169B2 JPH063169B2 JP63125039A JP12503988A JPH063169B2 JP H063169 B2 JPH063169 B2 JP H063169B2 JP 63125039 A JP63125039 A JP 63125039A JP 12503988 A JP12503988 A JP 12503988A JP H063169 B2 JPH063169 B2 JP H063169B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- aluminum alloy
- ceramic member
- ceramic
- diesel engine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0015—Multi-part pistons
- F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
-
- 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
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
-
- 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
- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/042—Expansivity
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
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。
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て燃料噴
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。
等の目的で、ディーゼル機関用ピストンにおいて燃料噴
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。
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。
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。
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形成し、段部とピストン上端面の間
のアルミニウム合金製部材とセラミック製部材とが接す
る境界部が垂直面で接触することを特徴とするものであ
る。
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形成し、段部とピストン上端面の間
のアルミニウム合金製部材とセラミック製部材とが接す
る境界部が垂直面で接触する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
段部を形成し、段部とピストン上端面の間のアルミニウ
ム合金製部材とセラミック製部材とが接する境界部が垂
直面で接触することにより、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。
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
段部を形成し、段部とピストン上端面の間のアルミニウ
ム合金製部材とセラミック製部材とが接する境界部が垂
直面で接触することにより、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
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脹差に起因
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。
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脹差に起因
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ィ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。
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。
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。
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
熱膨脹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。
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
熱膨脹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
の熱膨脹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の熱膨脹によ
る圧縮力で破壊することがなくなる。このため、鋳ぐる
み時の余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。
るように段部９を設けたため、加熱時にキャビティ部２
の熱膨脹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の熱膨脹によ
る圧縮力で破壊することがなくなる。このため、鋳ぐる
み時の余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。
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１mm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２mm以下の位置からピストンピ
ン方向に向かって切削した。セラミック製部材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６mm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１mm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、１mmと
したがピストン運転時のピストン上端面温度を500゜C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
の熱膨脹寸法0.32mmを段部９の切削量としてもよく、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2/3以上を段部９としてもよい。
中心方向に１mm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２mm以下の位置からピストンピ
ン方向に向かって切削した。セラミック製部材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６mm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１mm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、１mmと
したがピストン運転時のピストン上端面温度を500゜C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
の熱膨脹寸法0.32mmを段部９の切削量としてもよく、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2/3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。
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
脹差を段部の隙間により緩和することができ、セラミッ
ク製部材に作用する応力を低減することができる。
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
脹差を段部の隙間により緩和することができ、セラミッ
ク製部材に作用する応力を低減することができる。
第１図は本発明のピストンの一例の構成を示す断面図、 第２図は従来のピストンの一例の構成を示す断面図であ
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 ８…接合部、９…段部
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 ８…接合部、９…段部
Claims (1)
- 【請求項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形成し、段部とピストン上
端面の間のアルミニウム合金製部材とセラミック製部材
とが接する境界部が垂直面で接触することを特徴とする
ディーゼル機関用ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63125039A JPH063169B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | ディーゼル機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63125039A JPH063169B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | ディーゼル機関用ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01300042A JPH01300042A (ja) | 1989-12-04 |
| JPH063169B2 true JPH063169B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=14900330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63125039A Expired - Lifetime JPH063169B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | ディーゼル機関用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063169B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015029117A1 (ja) | 2013-08-26 | 2015-03-05 | 日本碍子株式会社 | 内燃機関 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5730349U (ja) * | 1980-07-30 | 1982-02-17 |
-
1988
- 1988-05-24 JP JP63125039A patent/JPH063169B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01300042A (ja) | 1989-12-04 |
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