JPH0674770B2 - Structure of adiabatic piston - Google Patents

Structure of adiabatic piston

Info

Publication number
JPH0674770B2
JPH0674770B2 JP15022087A JP15022087A JPH0674770B2 JP H0674770 B2 JPH0674770 B2 JP H0674770B2 JP 15022087 A JP15022087 A JP 15022087A JP 15022087 A JP15022087 A JP 15022087A JP H0674770 B2 JPH0674770 B2 JP H0674770B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
heat insulating
ring
piston head
ceramic
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
Application number
JP15022087A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63314354A (en
Inventor
英男 河村
寛 松岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP15022087A priority Critical patent/JPH0674770B2/en
Priority to US07/198,693 priority patent/US4848291A/en
Priority to EP88304741A priority patent/EP0294091B1/en
Priority to DE8888304741T priority patent/DE3873183T2/en
Priority to DE198888304741T priority patent/DE294091T1/en
Priority to CA000567988A priority patent/CA1330643C/en
Publication of JPS63314354A publication Critical patent/JPS63314354A/en
Publication of JPH0674770B2 publication Critical patent/JPH0674770B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/11Thermal or acoustic insulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/0015Multi-part pistons
    • F02F3/003Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/10Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12Pistons  having surface coverings on piston heads
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448Steel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448Steel
    • F05C2201/046Stainless steel or inox, e.g. 18-8
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00Material properties
    • F05C2251/04Thermal properties
    • F05C2251/042Expansivity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/16Fibres

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、断熱エンジン等における断熱ピストンの構
造に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to the structure of a heat insulating piston in a heat insulating engine or the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、セラミック材を断熱材又は耐熱材として利用した
断熱ピストン等のエンジン部材は、例えば、実開昭59-1
13557号公報、特開昭60-93161号公報等に開示されてい
る。
Conventionally, engine members such as adiabatic pistons that use a ceramic material as a heat insulating material or a heat resistant material are disclosed in
It is disclosed in Japanese Patent No. 13557, Japanese Patent Laid-Open No. 60-93161, and the like.

まず、実開昭59-113557号公報に開示されたピストンの
構造について、第2図を参照して概説する。第2図にお
いて、上面に燃焼室29及び周壁にピストンリング溝27を
有するセラミック製クラウン部21の下面側と周壁に別の
ピストンリング溝28を有する金属製スカート部22の上面
側とで閉鎖空間部23を形成するように、セラミック製ク
ラウン部21と金属製スカート部22とを締結ボルト26によ
って結合し、更に金属製スカート部22の周面に開口する
ピストンピン嵌挿孔24の端部にシール部材25を嵌着自在
としたピストン20が示されている。
First, the structure of the piston disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 59-113557 will be outlined with reference to FIG. In FIG. 2, a closed space is formed by the lower surface side of the ceramic crown portion 21 having the combustion chamber 29 on the upper surface and the piston ring groove 27 on the peripheral wall and the upper surface side of the metal skirt portion 22 having another piston ring groove 28 on the peripheral wall. The ceramic crown portion 21 and the metal skirt portion 22 are joined by the fastening bolts 26 so as to form the portion 23, and further at the end of the piston pin fitting hole 24 opened on the peripheral surface of the metal skirt portion 22. A piston 20 in which a seal member 25 is freely fitted is shown.

次に、特開昭60-93161号公報に開示された断熱ピストン
の構造について、第3図を参照して概説する。第3図に
おいて、断熱ピストンの構造が符号30によって全体的に
示されている。
Next, the structure of the heat insulating piston disclosed in JP-A-60-93161 will be outlined with reference to FIG. In FIG. 3, the structure of the adiabatic piston is indicated generally by the numeral 30.

断熱ピストンの構造30については、ピストンスカート部
を含むピストン本体32の上端部に嵌合孔33を設け、その
嵌合孔33にクラウン31に形成した突部34を嵌合し、ピス
トン本体32の嵌合孔33の周囲を加熱加圧し、ピストン本
体32とクラウン31とを接合したものである。
Regarding the structure 30 of the heat insulating piston, a fitting hole 33 is provided in the upper end portion of the piston body 32 including the piston skirt portion, and the projection 34 formed on the crown 31 is fitted into the fitting hole 33, so that the piston body 32 The periphery of the fitting hole 33 is heated and pressed to join the piston body 32 and the crown 31.

ピストン本体32はアルミニウム、可鍛鋳鉄等によって構
成され、またクラウン31は窒化珪素等のセラミックスか
ら構成されている。クラウン31の突部34には燃焼室37が
形成され、またクラウン31の外周部には突条35が形成さ
れている。更に、突部34と突条35との間に形成された空
部38に配置されたセラミックスファイバー又はステンレ
スメッシュから成る断熱材36は、クラウン31とピストン
本体32とによって挟持状態に固定されている。
The piston body 32 is made of aluminum, malleable cast iron or the like, and the crown 31 is made of ceramics such as silicon nitride. A combustion chamber 37 is formed on the protrusion 34 of the crown 31, and a protrusion 35 is formed on the outer peripheral portion of the crown 31. Further, the heat insulating material 36 made of ceramics fiber or stainless steel mesh, which is arranged in the void 38 formed between the protrusion 34 and the protrusion 35, is fixed in a sandwiched state by the crown 31 and the piston body 32. .

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記のようなセラミック材を断熱材又は
耐熱材として利用するピストン等の断熱エンジン部材に
おいて、断熱特性を十分に得ることは極めて困難なこと
である。セラミック材が燃焼室側の高温に晒される状態
であり、そのため熱ショックを受け、セラミック材の強
度上の問題がある。
However, in a heat insulating engine member such as a piston that uses the ceramic material as a heat insulating material or a heat resistant material, it is extremely difficult to obtain sufficient heat insulating properties. The ceramic material is in a state of being exposed to the high temperature on the combustion chamber side, which causes a heat shock, which causes a problem in strength of the ceramic material.

また、断熱のため壁面のセラミック材の厚さを厚くする
と、熱容量が大きくなり、吸入行程時に吸入空気が燃焼
室壁面から多く受熱し、高温になって膨張し、燃焼室内
に所定量の吸入空気が導入されず、吸入効率が低下して
空気が吸入されなくなるという現象が生じる反面、膨張
行程では断熱性を向上させなければならないという問題
がある。
In addition, if the thickness of the ceramic material on the wall surface is increased for heat insulation, the heat capacity increases, and the intake air receives much heat from the wall surface of the combustion chamber during the intake stroke, becomes hot and expands, and a predetermined amount of intake air enters the combustion chamber. However, there is a problem in that the suction efficiency is lowered and air is not sucked in. However, there is a problem that the adiabaticity must be improved in the expansion stroke.

また、燃焼室の一面となるピストンヘッド部を構成する
セラミック材を薄く構成すると、ピストンヘッド部をピ
ストンスカート部に取付ける場合にプレスによる加圧に
耐えることができず、破壊される場合がある。また、断
熱特性を向上させるため、ピストンヘッド部とピストン
スカート部との間に断熱空気層を形成した場合には、爆
発による圧縮力を受ける時、強度上、十分でなく問題点
がある。
Further, if the ceramic material forming the piston head portion that forms one surface of the combustion chamber is made thin, it cannot withstand the pressure applied by the press when the piston head portion is attached to the piston skirt portion and may be destroyed. Further, in the case where a heat insulating air layer is formed between the piston head portion and the piston skirt portion in order to improve the heat insulating property, there is a problem in that the strength is not sufficient when receiving a compressive force due to an explosion.

ところで、前掲実開昭59-113557号公報に開示されたピ
ストンの構造については、クラウン部21はセラミック製
であるが、その厚さは極めて厚いものであり、そのため
クラウン部21の熱容量が極めて大きくなって上記の問題
が生じる。更に、クラウン部21そのものに燃焼室29が形
成されており、そのため構造上、強度上からもクラウン
部21の厚さを厚く構成しなければならないという問題点
を有している。
By the way, regarding the structure of the piston disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 59-113557, the crown portion 21 is made of ceramic, but its thickness is extremely large, and therefore the heat capacity of the crown portion 21 is extremely large. As a result, the above problem occurs. Further, since the combustion chamber 29 is formed in the crown portion 21 itself, there is a problem that the thickness of the crown portion 21 must be made thick in view of its structure and strength.

また、前掲特開昭60-93161号公報に開示された断熱ピス
トンの構造については、クラウン31とピストン本体32と
の結合部、言い換えれば、両者間に介在した断熱材36の
結合部のシール機能が十分でなく、また燃焼室側の断熱
性についてもその機能は十分とは言えず、しかもセラミ
ックスから成るクラウン31の厚さは、上記のものと同様
に極めて厚く、燃焼室37側に直接晒される状態に構成さ
れているので、熱容量が大きいと共に、熱ショックを受
けることになって強度上の問題点も有している。
Further, regarding the structure of the heat insulating piston disclosed in the above-mentioned JP-A-60-93161, the sealing function of the connecting portion of the crown 31 and the piston body 32, in other words, the connecting portion of the heat insulating material 36 interposed between them Is not sufficient, and the function of the heat insulation on the combustion chamber side is not sufficient. Moreover, the thickness of the crown 31 made of ceramics is extremely thick like the above, and it is directly exposed to the combustion chamber 37 side. Since it is configured to be heated, it has a large heat capacity and suffers from a heat shock, which causes a problem in strength.

そこで、この発明の目的は、上記の問題点を解決するこ
とであり、極めて高度の断熱性を得ると共に、燃焼ガス
に晒されて高温になるピストンヘッドをセラミック製薄
板とセラミック製リングとで構成し、燃焼ガスに晒され
る表面部の熱容量を可及的に小さく構成し、吸入効率及
びサイクル効率を向上させ、しかも熱ショックを受けて
も強度上の問題が生じることがなく、耐熱性、耐変形
性、耐腐食性等を向上させ、しかも安定した取付状態を
得ることができ、更に爆発時にピストンヘッド部に作用
する圧力を好ましい状態で受け止めることができる構造
に構成し、更にピストンヘッドとピストンスカートとを
結合する場合のプレス荷重を良好な状態で受けることが
でき、ピストンヘッドとピストンスカートとの間のシー
ル機能を向上させることのできる断熱エンジン等におけ
る断熱ピストンの構造を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to obtain an extremely high degree of heat insulating property, and to construct a piston head which is exposed to combustion gas and becomes high temperature by a ceramic thin plate and a ceramic ring. However, the heat capacity of the surface exposed to the combustion gas is configured to be as small as possible to improve the suction efficiency and the cycle efficiency. Improves deformability, corrosion resistance, etc., and is able to obtain a stable mounting state. Furthermore, the structure is such that the pressure acting on the piston head during an explosion can be received in a favorable state. It can receive the press load in good condition when connecting with the skirt and improves the sealing function between the piston head and the piston skirt. It is to provide a structure of a heat-insulating piston in adiabatic engine or the like capable of and.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明は、上記の目的を達成するために、次のように
構成されている。即ち、この発明は、ピストンヘッド部
をピストンスカート部に押圧状態に取り付けるため、前
記ピストンヘッド部を断熱ガスケットを介して、且つ前
記ピストンスカート部の外周に押圧させるセラミック製
リングに形成した段部によって前記ピストンヘッド部の
外周部を支持して前記ピストンスカート部に取り付け、
前記ピストンヘッド部と前記ピストンスカート部の間の
空間部に弾性で且つ断熱性を有する金属製支持材を封入
したことを特徴とする断熱ピストンの構造に関する。
The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, according to the present invention, since the piston head portion is attached to the piston skirt portion in a pressed state, the step portion formed on the ceramic ring that presses the piston head portion to the outer periphery of the piston skirt portion through the heat insulating gasket is used. Attaching to the piston skirt portion while supporting the outer peripheral portion of the piston head portion,
The structure of a heat insulating piston is characterized in that an elastic and heat insulating metal support material is enclosed in a space between the piston head portion and the piston skirt portion.

また、この断熱ピストンの構造において、前記支持材は
金属製ハニカムで構成されているものである。
Further, in the structure of this heat insulating piston, the support member is made of a metal honeycomb.

また、この断熱ピストンの構造において、前記ピストン
ヘッド部には燃焼ガスに晒される表面部を構成するセラ
ミック製薄板との間に断熱材が配置されているものであ
る。
Further, in the structure of this heat insulating piston, a heat insulating material is arranged between the piston head portion and a ceramic thin plate constituting a surface portion exposed to combustion gas.

また、この断熱ピストンの構造において、前記薄板及び
前記リングを可及的に薄い板厚に形成し、前記薄板と前
記リングとの熱容量を小さくするように構成したもので
ある。
Further, in this structure of the heat insulating piston, the thin plate and the ring are formed as thin as possible to reduce the heat capacity of the thin plate and the ring.

また、この断熱ピストンの構造において、前記ピストン
ヘッド部は前記リングを構成するセラミックスと熱膨張
係数がほぼ等しい材料から作製されているものである。
Further, in this structure of the heat insulating piston, the piston head portion is made of a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the ceramics forming the ring.

また、この断熱ピストンの構造において、前記薄板及び
前記リングを窒化珪素で作製したものである。
Further, in the structure of this heat insulating piston, the thin plate and the ring are made of silicon nitride.

また、この断熱ピストンの構造において、前記リングと
前記ピストンスカート部との当接面には、カーボンシー
ルのガスケットが介在しているものである。
Further, in the structure of this heat insulating piston, a gasket of a carbon seal is interposed on the contact surface between the ring and the piston skirt portion.

〔作用〕[Action]

この発明による断熱ピストンの構造は、以上のように構
成されており、次のように作用する。即ち、この発明
は、ピストンヘッド部をピストンスカート部に押圧状態
に取り付けるため、前記ピストンヘッド部を断熱ガスケ
ットを介して、且つ前記ピストンスカート部の外周に押
圧させるセラミック製リングに形成した段部によって前
記ピストンヘッド部の外周部を支持して前記ピストンス
カート部に取り付け、前記ピストンヘッド部と前記ピス
トンスカート部の間の空間部に弾性で且つ断熱性を有す
る金属製支持材を封入したので、熱ショックを受けても
強度上の問題が生じることがなく、耐熱性、耐変形性、
耐腐食性等を向上させ、しかも安定した取付状態を得る
ことができる。
The structure of the adiabatic piston according to the present invention is configured as described above, and operates as follows. That is, according to the present invention, since the piston head portion is attached to the piston skirt portion in a pressed state, the step portion formed on the ceramic ring that presses the piston head portion to the outer periphery of the piston skirt portion through the heat insulating gasket is used. Since the outer peripheral portion of the piston head portion is supported and attached to the piston skirt portion, and a metallic support material having elasticity and heat insulation is enclosed in a space portion between the piston head portion and the piston skirt portion, Even if it receives a shock, there will be no problem in strength, heat resistance, deformation resistance,
Corrosion resistance and the like can be improved, and a stable mounting state can be obtained.

更に、前記ピストンヘッド部と前記ピストンスカート部
との間に形成される断熱空気層に支持材として金属製ハ
ニカムが配置されているので、構造上剛性も高めること
ができ、爆発による圧縮力を前記ピストンヘッド部と前
記ピストンスカート部との間に介在した断熱ガスケット
及び前記リングの前記段部で受けるのみでなく、前記金
属製ハニカムによっても受ける構造となり、強度が向上
すると共に軽量のため慣性力が余り作用せず、その点で
は好ましいものである。
Furthermore, since a metallic honeycomb is arranged as a support material in the heat insulating air layer formed between the piston head portion and the piston skirt portion, structural rigidity can be increased and the compressive force due to explosion can be increased. Not only the heat insulating gasket interposed between the piston head portion and the piston skirt portion and the step portion of the ring are received, but also the structure is received by the metal honeycomb, so that the strength is improved and the inertia force due to the light weight is obtained. It does not work so much and is preferable in that respect.

また、前記リングに接合して燃焼ガスに曝される表面部
を構成する平らな薄い肉厚のセラミック製薄板、及び前
記ピストンヘッド部上面と前記薄板下面と前記リング内
周面とで形成される空間部に封入した断熱材を有するの
で、燃焼ガスに晒されて高温になるピストンヘッドの表
面部に位置する前記薄板及び前記リングの厚さを薄く構
成でき、その熱容量を可及的に小さく構成することがで
き、吸入効率及びサイクル効率を向上させと共に、高度
の断熱性、耐変形性、耐腐食性を得ることができる。
Further, it is formed by a flat thin ceramic thin plate which is joined to the ring and constitutes a surface exposed to combustion gas, and the piston head upper surface, the thin plate lower surface and the ring inner peripheral surface. Since it has a heat-insulating material enclosed in the space, the thickness of the thin plate and the ring located on the surface of the piston head exposed to the combustion gas and having a high temperature can be made thin, and the heat capacity thereof is made as small as possible. It is possible to improve the suction efficiency and the cycle efficiency, and to obtain high heat insulation, deformation resistance and corrosion resistance.

前記薄板の厚さを薄く構成する程、ガス温度への追従性
がよくなり、即ち、燃焼室内の高温時と低温時との壁温
振幅は厚さが厚い場合に比較して大きくなり、結果的に
燃焼ガスと前記薄板との温度差が小さくなり、熱伝達量
が減少するため、吸入空気の受熱を減少させる。
The thinner the thin plate is configured, the better the followability to the gas temperature is, that is, the wall temperature amplitude between the high temperature and the low temperature in the combustion chamber becomes large as compared with the case where the thickness is large, and the result As a result, the temperature difference between the combustion gas and the thin plate is reduced, and the amount of heat transfer is reduced, so that the heat received by the intake air is reduced.

更に、爆発時に前記セラミック製薄板に作用する圧力を
好ましい状態で受け止めることができ、前記ピストンヘ
ッド部と前記ピストンスカート部との間のシール機能を
向上させることができる。
Further, the pressure acting on the ceramic thin plate at the time of explosion can be received in a preferable state, and the sealing function between the piston head portion and the piston skirt portion can be improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して、この発明による断熱ピストンの
構造の実施例を詳述する。
Hereinafter, embodiments of the structure of the heat insulating piston according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図において、この発明の一実施例である断熱ピスト
ンの構造が符号10によって全体的に示されている。断熱
ピストンの構造10については、主としてピストンヘッド
部1と金属製ピストンスカート部2とから成る。
In FIG. 1, the structure of an adiabatic piston according to an embodiment of the present invention is generally indicated by reference numeral 10. The heat insulating piston structure 10 mainly includes a piston head portion 1 and a metal piston skirt portion 2.

ピストンヘッド部1は、中央に取付ボス部4を有し、ま
たセラミック材又はセラミックと熱膨張係数がほゞ等し
く、強度が高く、ヤング率が比較的に高い材料、例え
ば、セラミック、サーメット、金属等の材料から構成さ
れている。このピストンヘッド部1そのものには燃焼室
が形成されておらず、ピストンヘッド部1の燃焼室15側
はフラットな形状に構成されている。ピストンスカート
部2には、中央にピストンヘッド部1の取付ボス部4が
嵌合する中央取付孔12が形成されている。
The piston head portion 1 has a mounting boss portion 4 in the center, and also has a ceramic material or a material having a thermal expansion coefficient approximately equal to that of the ceramic, high strength, and a relatively high Young's modulus, such as ceramic, cermet, or metal. It is composed of materials such as. No combustion chamber is formed in the piston head portion 1 itself, and the combustion chamber 15 side of the piston head portion 1 is formed in a flat shape. A central mounting hole 12 into which the mounting boss portion 4 of the piston head portion 1 is fitted is formed at the center of the piston skirt portion 2.

ピストンヘッド部1の取付ボス部4はピストンスカート
部2の中央取付孔12に嵌合され、取付ボス部4に形成さ
れた嵌合溝14とピストンスカート部2の中央取付孔12に
形成された嵌合溝13とに跨がって金属リング11が変形収
容されることによって、ピストンヘッド部1はピストン
スカート部2に対して押圧状態に係止される。
The mounting boss portion 4 of the piston head portion 1 is fitted in the central mounting hole 12 of the piston skirt portion 2, and is formed in the fitting groove 14 formed in the mounting boss portion 4 and the central mounting hole 12 of the piston skirt portion 2. By deforming and housing the metal ring 11 over the fitting groove 13, the piston head portion 1 is locked to the piston skirt portion 2 in a pressed state.

更に、ピストンヘッド部1とピストンスカート部2との
中央部の当接部位には、断熱ガスケットである緩衝材8
が押圧状態に介在しており、この緩衝材8は断熱機能も
有している。また、ピストンヘッド部1とピストンスカ
ート部2との間には、断熱空気層9が形成されている。
Further, a cushioning material 8 which is a heat insulating gasket is provided at a contact portion between the piston head portion 1 and the piston skirt portion 2 at a central portion thereof.
Are interposed in a pressed state, and the cushioning material 8 also has a heat insulating function. A heat insulating air layer 9 is formed between the piston head portion 1 and the piston skirt portion 2.

この発明による断熱ピストンの構造10は、上記のような
構成において、次の構成に特徴を有する。即ち、熱容量
を小さくするため可及的に薄いセラミック製薄板5が燃
焼室15に面するようにピストンヘッド部1に断熱材3を
介して配置されていることであり、爆発による圧縮力を
断熱空気層9に配置した金属製ハニカム18によって少な
くとも受け、更にピストンヘッド部1とピストンスカー
ト部2とを結合する場合に金属リングの変形荷重をセラ
ミック製薄板5に設けたつめ部19によって受けることで
ある。
The structure 10 of the heat insulating piston according to the present invention is characterized by the following structure in the above structure. That is, in order to reduce the heat capacity, the thin ceramic plate 5 that is as thin as possible is arranged on the piston head portion 1 via the heat insulating material 3 so as to face the combustion chamber 15, and the compressive force due to the explosion is insulated. By receiving at least the metal honeycomb 18 arranged in the air layer 9, and further receiving the deformation load of the metal ring by the pawl portion 19 provided on the ceramic thin plate 5 when the piston head portion 1 and the piston skirt portion 2 are joined together. is there.

まず、厚さの薄い薄板5は、窒化珪素等のセラミックス
から成り、厚さ約1mm前後、或いは1mm以下に製作されて
いる。この薄板5の外周部には、同様な材料で形成され
たセラミック製リング6が嵌合しており、セラミック製
薄板5とセラミック製リング6とは、例えば、CVD(化
学蒸着)によって接合されている。セラミック製リング
6の内周面には段部16が形成されており、ピストンヘッ
ド部1の外周部17がセラミック製リング6の段部16に当
接するようにセラミック製リング6に嵌合している。
First, the thin thin plate 5 is made of ceramics such as silicon nitride and is manufactured to have a thickness of about 1 mm or less than 1 mm. A ceramic ring 6 made of a similar material is fitted to the outer peripheral portion of the thin plate 5, and the ceramic thin plate 5 and the ceramic ring 6 are joined by, for example, CVD (chemical vapor deposition). There is. A step portion 16 is formed on the inner peripheral surface of the ceramic ring 6, and is fitted to the ceramic ring 6 so that the outer peripheral portion 17 of the piston head portion 1 contacts the step portion 16 of the ceramic ring 6. There is.

セラミック製薄板5、セラミック製リング6及びピスト
ンヘッド部1によって形成される空間部には、断熱材3
が封入されている。この断熱材3は、チタン製カリウム
ウイスカー、ジルコニアファイバ等の材料から成り、断
熱機能を向上させると共に、爆発時にセラミック製薄板
5に作用する圧力を受け止める構造材として機能する。
In the space formed by the ceramic thin plate 5, the ceramic ring 6 and the piston head portion 1, the heat insulating material 3 is provided.
Is enclosed. The heat insulating material 3 is made of a material such as titanium-made potassium whiskers, zirconia fiber, etc., and functions as a structural material that improves the heat insulating function and receives the pressure acting on the ceramic thin plate 5 at the time of explosion.

ピストンヘッド部1がピストンスカート部2に押圧状態
に取り付けられることによって、ピストンヘッド部1の
外周部17がセラミック製リング6の段部16に押し付けら
れ、セラミック製リング6がピストンスカート部2の周
囲部に押圧される。この場合に、セラミック製リング6
とピストンスカート部2とのシールのため、ガスケット
であるカーボンシール7が介在されている。カーボンシ
ール7に対するシール軸力は、ピストンヘッド部1がピ
ストンスカート部2に押圧状態に取付けられることによ
って作用する。
By mounting the piston head portion 1 on the piston skirt portion 2 in a pressed state, the outer peripheral portion 17 of the piston head portion 1 is pressed against the step portion 16 of the ceramic ring 6, and the ceramic ring 6 surrounds the piston skirt portion 2. Is pressed by the part. In this case, the ceramic ring 6
A carbon seal 7, which is a gasket, is interposed to seal the piston skirt portion 2 and the piston skirt portion 2. The seal axial force on the carbon seal 7 acts by the piston head portion 1 being attached to the piston skirt portion 2 in a pressed state.

この断熱ピストンの構造については、爆発による圧縮力
を、チタン酸カリウム等の断熱材3によって均等に受け
る必要があり、そのためにもピストンヘッド部1の燃焼
室側の面及びセラミック製薄板5は平らな形状即ちフラ
ットな形状に構成されている。
With respect to the structure of this heat insulating piston, it is necessary to uniformly receive the compressive force due to the explosion by the heat insulating material 3 such as potassium titanate. For this reason, the surface of the piston head 1 on the combustion chamber side and the ceramic thin plate 5 are flat. It has a flat shape.

この断熱ピストンの構造の次の特徴として、ピストンヘ
ッド部1とピストンスカート部2との間に形成される断
熱空気層9に支持材である金属製ハニカム18が充填され
ていることである。金属製ハニカム18は、ステンレスス
チール、アルミニウム等の金属材料から作られ、弾性で
且つ断熱性を有している。金属製ハニカム18を断熱空気
層9に介在させることによって、爆発による圧縮力を、
ピストンヘッド部1とピストンスカート部2との間に介
在した緩衝材8である断熱ガスケット、及びセラミック
製リング6の内周面に形成された段部16で受けるだけで
なく、金属製ハニカム18によって受けることができるの
で、強度上極めて好ましい状態になる。
The next characteristic of the structure of this heat insulating piston is that the heat insulating air layer 9 formed between the piston head portion 1 and the piston skirt portion 2 is filled with the metal honeycomb 18 which is a supporting material. The metal honeycomb 18 is made of a metal material such as stainless steel or aluminum, and has elasticity and heat insulation. By interposing the metallic honeycomb 18 in the adiabatic air layer 9, the compressive force due to the explosion is
Not only the heat insulating gasket which is the cushioning material 8 interposed between the piston head portion 1 and the piston skirt portion 2 and the step portion 16 formed on the inner peripheral surface of the ceramic ring 6, but also the metal honeycomb 18 Since it can be received, it is in a very preferable state in terms of strength.

この断熱ピストンの構造の別の特徴は、セラミック製薄
板5にピストンヘッド部1の上面に当接するつめ部10を
設けた点である。セラミック製薄板5につめ部19を形成
することによって、セラミック製薄板5に過大な応力が
作用しないようにできる。即ち、ピストンヘッド部1の
取付ボス部4をピストンスカート部2の中央取付孔12に
嵌合し、次いでピストンヘッド部1の嵌合溝14とピスト
ンスカート部2の嵌合溝13とに跨がって金属リング11を
変形収容するため、図の矢印Pで示すように、金属リン
グ11をプレスによって加圧して変形圧入するが、その際
の加圧力によって窒化珪素等のセラミック製薄板5及び
ピストンヘッド部1に過大な応力が作用する状態とな
る。この過大な応力をつめ部19によって受け持つことに
よって、セラミック製薄板5が破壊されることを防止す
る。
Another feature of the structure of this adiabatic piston is that the thin ceramic plate 5 is provided with a pawl portion 10 that abuts on the upper surface of the piston head portion 1. By forming the claw portion 19 on the ceramic thin plate 5, it is possible to prevent excessive stress from acting on the ceramic thin plate 5. That is, the mounting boss portion 4 of the piston head portion 1 is fitted into the central mounting hole 12 of the piston skirt portion 2, and then the fitting groove 14 of the piston head portion 1 and the fitting groove 13 of the piston skirt portion 2 are straddled. In order to accommodate the metal ring 11 in a deformed manner, as shown by the arrow P in the figure, the metal ring 11 is pressed by a press and deformed and press-fitted. An excessive stress is applied to the head portion 1. By supporting this excessive stress by the claw portion 19, the ceramic thin plate 5 is prevented from being broken.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明による断熱ピストンの構造は、以上のように構
成されているので、次のような効果を有する。即ち、こ
の発明は、ピストンヘッド部を断熱ガスケットを介し
て、且つピストンスカート部の外周に押圧させるセラミ
ック製リングに形成した段部によって前記ピストンヘッ
ド部の外周部を支持して前記ピストンスカート部に取り
付け、前記ピストンヘッド部と前記ピストンスカート部
の間の空間部に弾性で且つ断熱性を有する金属製支持材
を封入して前記ピストンヘッド部を前記ピストンスカー
ト部に押圧状態に取り付けるたので、熱ショックを受け
ても強度上の問題が生じることがなく、耐熱性、耐変形
性、耐腐食性等を向上させ、しかも安定した取付状態を
得ることができ、更に前記ピストンヘッド部と前記ピス
トンスカート部との間に形成される断熱空気層に金属製
ハニカムを配置しているので、爆発による圧縮力を前記
ピストンヘッド部と前記ピストンスカート部との間に介
在した断熱ガスケット及び前記リングの段部で受けるの
みでなく、前記金属製ハニカムによっても受ける構造と
なり、構造上剛性も高めることができ、強度が向上する
と共に、軽量であるので慣性力は余り働かず好ましいも
のである。
The structure of the heat insulating piston according to the present invention is configured as described above, and thus has the following effects. That is, according to the present invention, the outer peripheral portion of the piston head portion is supported by the step portion formed on the ceramic ring that presses the piston head portion on the outer periphery of the piston skirt portion through the heat insulating gasket, and the piston skirt portion is supported by the step portion. Since a metallic support material having elasticity and heat insulation is enclosed in the space between the piston head portion and the piston skirt portion and the piston head portion is attached to the piston skirt portion in a pressed state, Even if a shock is received, no problem in strength occurs, heat resistance, deformation resistance, corrosion resistance, etc. are improved, and a stable mounting state can be obtained. Furthermore, the piston head portion and the piston skirt can be obtained. Since a metallic honeycomb is placed in the adiabatic air layer formed between the piston and the Not only is received by the heat insulating gasket and the stepped portion of the ring interposed between the sleeve portion and the piston skirt portion, but is also received by the metal honeycomb, and structural rigidity can be increased and strength is improved. In addition, since it is lightweight, inertial force does not work so much, which is preferable.

また、前記リングに接合して燃焼ガスに曝される表面部
を構成する平らな薄い肉厚のセラミック製薄板、及び前
記ピストンヘッド部と前記薄板と前記リングとで形成さ
れる空間部に封入した断熱材を有するので、燃焼ガスに
晒されて高温になるピストンヘッドの表面部に位置する
前記薄板の厚さを薄く構成でき、その熱容量を可及的に
小さく構成することができ、吸入効率及びサイクル効率
を向上させると共に、高度の断熱性を得ることができ
る。前記薄板の厚さを薄く構成する程、ガス温度への追
従性がよくなり、即ち、燃焼室内の高温時と低温時との
壁温振幅は厚さが厚い場合に比較して大きくなり、結果
的に燃焼ガスと前記セラミック薄板との温度差が小さく
なり、熱伝達量が減少するため、吸入空気の受熱を減少
させる。
Further, it is sealed in a flat thin-walled ceramic thin plate which is joined to the ring and constitutes a surface exposed to combustion gas, and a space formed by the piston head part, the thin plate and the ring. Since it has a heat insulating material, the thickness of the thin plate located on the surface of the piston head which is exposed to combustion gas and becomes high in temperature can be made thin, and its heat capacity can be made as small as possible, and the suction efficiency and It is possible to improve cycle efficiency and obtain a high degree of heat insulation. The thinner the thin plate is configured, the better the followability to the gas temperature is, that is, the wall temperature amplitude between the high temperature and the low temperature in the combustion chamber becomes large as compared with the case where the thickness is large. As a result, the temperature difference between the combustion gas and the ceramic thin plate is reduced, and the amount of heat transfer is reduced, so that the heat received by the intake air is reduced.

更に、爆発時に前記薄板に作用する圧力を好ましい状態
で受け止めることができ、前記ピストンヘッド部と前記
ピストンスカート部との間のシール機能を向上させるこ
とができる。
Furthermore, the pressure acting on the thin plate at the time of explosion can be received in a preferable state, and the sealing function between the piston head portion and the piston skirt portion can be improved.

しかも、前記薄板とサーメット等の前記ピストンヘッド
部とは、熱膨張係数がほぼ等しいので、両者の結合状態
に問題が生じるようなことはなく、前記ピストンヘッド
部は剛性が高く、高圧が掛かったとしても変形し難く、
前記ピストンヘッド部とピストンスカート部との間の結
合状態は安定しており、しかも境界部のガスシールを安
定して達成することができる。
Moreover, since the thin plate and the piston head portion such as the cermet have substantially the same thermal expansion coefficient, there is no problem in the joint state of the two, and the piston head portion has high rigidity and high pressure was applied. It is difficult to deform,
The coupling state between the piston head portion and the piston skirt portion is stable, and moreover, the gas seal at the boundary portion can be stably achieved.

更に、前記断熱材は、例えば、チタン酸カリウムウイス
カー、ジルコニアファイバ等、或いはこれらとグラスフ
ァイバとの混合材で構成され、前記エンジンの前記燃焼
室に対して高性能の断熱機能を果たし、前記燃焼室から
ピストンを通じての熱エネルギーの流出はなく、熱エネ
ルギーを前記燃焼室に閉じ込めることができる。従っ
て、排気ガス流れ方向の下流に設置されたエネルギー回
収装置によって、熱エネルギーを有効に回収することが
できる。
Further, the heat insulating material is, for example, potassium titanate whiskers, zirconia fibers, or the like, or a mixture of these and glass fibers, and performs a high-performance heat insulating function with respect to the combustion chamber of the engine. There is no outflow of thermal energy from the chamber through the piston and the thermal energy can be trapped in the combustion chamber. Therefore, the thermal energy can be effectively recovered by the energy recovery device installed downstream in the exhaust gas flow direction.

【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明による断熱ピストンの構造の一実施例
を示す断面図、第2図は従来のピストンの一例を示す断
面図、及び第3図は従来の断熱ピストンの構造の一例を
示す断面図である。 1……ピストンヘッド部、2……ピストンスカート部、
3……断熱材、5……セラミック製薄板、6……セラミ
ック製リング、7……カーボンシール、8……緩衝材
(断熱ガスケット)、9……断熱空気層、10……断熱ピ
ストンの構造、11……金属リング、15……燃焼室、16…
…段部、17……ピストンヘッド部の外周部、18……金属
製ハニカム。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of a heat insulating piston according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing an example of a conventional piston, and FIG. 3 is a conventional heat insulating piston. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of FIG. 1 ... Piston head part, 2 ... Piston skirt part,
3 ... Insulation material, 5 ... Ceramic thin plate, 6 ... Ceramic ring, 7 ... Carbon seal, 8 ... Cushioning material (insulation gasket), 9 ... Insulation air layer, 10 ... Insulation piston structure , 11 …… Metal ring, 15 …… Combustion chamber, 16…
… Steps, 17 …… Piston head outer circumference, 18 …… Metal honeycomb.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ピストンヘッド部をピストンスカート部に
押圧状態に取り付けるため、前記ピストンヘッド部を断
熱ガスケットを介して、且つ前記ピストンスカート部の
外周に押圧させるセラミック製リングに形成した段部に
よって前記ピストンヘッド部の外周部を支持して前記ピ
ストンスカート部に取り付け、前記ピストンヘッド部と
前記ピストンスカート部の間の空間部に弾性で且つ断熱
性を有する金属製支持材を封入したことを特徴とする断
熱ピストンの構造。
1. A piston ring formed on a ceramic ring for pressing the piston head onto the piston skirt so that the piston head is pressed against the outer circumference of the piston skirt by a step formed on a ceramic ring. The piston head portion is supported on an outer peripheral portion thereof and attached to the piston skirt portion, and a metallic support material having elasticity and heat insulation is enclosed in a space portion between the piston head portion and the piston skirt portion. The structure of the heat insulating piston.
【請求項2】前記支持材は金属製ハニカムで構成されて
いる特許請求の範囲第1項に記載の断熱ピストンの構
造。
2. The structure of the heat insulating piston according to claim 1, wherein the support member is made of a honeycomb made of metal.
【請求項3】前記ピストンヘッド部には燃焼ガスに晒さ
れる表面部を構成するセラミック製薄板との間に断熱材
が配置されている特許請求の範囲第1項に記載の断熱ピ
ストンの構造。
3. The structure of the heat insulating piston according to claim 1, wherein a heat insulating material is arranged between the piston head portion and a thin ceramic plate forming a surface portion exposed to combustion gas.
【請求項4】前記薄板及び前記リングを可及的に薄い板
厚に形成し、前記薄板と前記リングとの熱容量を小さく
するように構成した特許請求の範囲第3項に記載の断熱
ピストンの構造。
4. The heat insulating piston according to claim 3, wherein the thin plate and the ring are formed as thin as possible to reduce the heat capacity of the thin plate and the ring. Construction.
【請求項5】前記ピストンヘッド部は前記リングを構成
するセラミックスと熱膨張係数がほぼ等しい材料から作
製されている特許請求の範囲第1項に記載の断熱ピスト
ンの構造。
5. The structure of the heat insulating piston according to claim 1, wherein the piston head portion is made of a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the ceramics forming the ring.
【請求項6】前記薄板及び前記リングを窒化珪素で作製
した特許請求の範囲第1項に記載の断熱ピストンの構
造。
6. The structure of the heat insulating piston according to claim 1, wherein the thin plate and the ring are made of silicon nitride.
【請求項7】前記リングと前記ピストンスカート部との
当接面には、カーボンシールのガスケットが介在してい
る特許請求の範囲第1項に記載の断熱ピストンの構造。
7. The structure of the heat insulating piston according to claim 1, wherein a gasket of a carbon seal is provided on a contact surface between the ring and the piston skirt portion.
JP15022087A 1987-05-30 1987-06-18 Structure of adiabatic piston Expired - Lifetime JPH0674770B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15022087A JPH0674770B2 (en) 1987-06-18 1987-06-18 Structure of adiabatic piston
US07/198,693 US4848291A (en) 1987-05-30 1988-05-24 Heat-insulating piston structure
EP88304741A EP0294091B1 (en) 1987-05-30 1988-05-25 Heat insulating piston structure
DE8888304741T DE3873183T2 (en) 1987-05-30 1988-05-25 HEAT-INSULATED PISTON ASSEMBLY.
DE198888304741T DE294091T1 (en) 1987-05-30 1988-05-25 HEAT-INSULATED PISTON ASSEMBLY.
CA000567988A CA1330643C (en) 1987-05-30 1988-05-27 Heat-insulating piston structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15022087A JPH0674770B2 (en) 1987-06-18 1987-06-18 Structure of adiabatic piston

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63314354A JPS63314354A (en) 1988-12-22
JPH0674770B2 true JPH0674770B2 (en) 1994-09-21

Family

ID=15492160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15022087A Expired - Lifetime JPH0674770B2 (en) 1987-05-30 1987-06-18 Structure of adiabatic piston

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0674770B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107642430B (en) * 2017-08-10 2019-02-26 中国北方发动机研究所(天津) A kind of combined heat insulated piston stand alone type piston ring supporting body structure
CN109915277A (en) * 2019-03-15 2019-06-21 滨州东海龙活塞有限公司 A kind of insulating piston and its processing method

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63314354A (en) 1988-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0294091B1 (en) Heat insulating piston structure
US4242948A (en) Insulated composite piston
JP2526947B2 (en) Insulation engine structure
US5033427A (en) Heat-insulating engine structure
US5282411A (en) Heat-insulating piston with middle section of less dense but same material
US4838235A (en) Heat-insulating engine structure and method of manufacturing the same
JPH0674770B2 (en) Structure of adiabatic piston
JPH03145516A (en) Structure of engine with heat insulated sub-chamber
JPH0555748B2 (en)
JP2586039B2 (en) Insulated piston structure
JP2560422B2 (en) Structure of adiabatic piston
JPH0372830B2 (en)
JP2870069B2 (en) Insulated engine structure
JPH0668257B2 (en) Structure of adiabatic piston
CA1331119C (en) Heat-insulating engine structure
JPH0435563Y2 (en)
JPH0745851B2 (en) Structure of adiabatic piston
JPH0668258B2 (en) Structure of adiabatic piston
JP3254827B2 (en) Heat shield piston
JPS587079Y2 (en) Piston head for internal combustion engine
JPS63255552A (en) Heat insulated piston
JPS61119892A (en) Heat-insulating structure of heat engine, etc.
JP2540878B2 (en) Insulation engine structure
JP2811840B2 (en) Manufacturing method of ceramic parts such as pistons
JPH07109176B2 (en) Insulation engine structure