JPS61135964A - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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JPS61135964A
JPS61135964A JP25511884A JP25511884A JPS61135964A JP S61135964 A JPS61135964 A JP S61135964A JP 25511884 A JP25511884 A JP 25511884A JP 25511884 A JP25511884 A JP 25511884A JP S61135964 A JPS61135964 A JP S61135964A
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JP
Japan
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piston
cylinder liner
head portion
ring
head
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JP25511884A
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English (en)
Inventor
Takane Ito
伊藤 高根
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61135964A publication Critical patent/JPS61135964A/ja
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    • 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
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • F02F7/0087Ceramic materials
    • 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
    • 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
    • F05C2203/00Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0804Non-oxide ceramics
    • F05C2203/083Nitrides
    • F05C2203/0843Nitrides of silicon

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は内燃機関に関し、詳しくは燃焼室周りを熱伝導
率の低い材料で構成することにより熱効率の向上を図っ
た内燃機関に関する。
〔従来技術〕
従来この種内燃機関のしゃ熱構造としては、例えば第5
図に示すようなものがある。ここで、1はシリンダヘッ
ド、2はシリンダブロックであり、本例ではシリンダヘ
ッドlにおける燃焼室3の頂部3A、頂部3Aに配設さ
れる吸排気弁4の高温にさらされる部分、および排気ポ
ート5と、シリンダブロック2におけるシリンダライナ
6とがいずれも窒化珪素やジルコニアなどの熱伝導率の
低いセラミックスで形成されており、更にピストン7の
方は燃焼室3に接するピストンヘッド部7Aやピストン
リング8が嵌着されるリング部7Bおよびスカート部7
Cが同種のセラミック材料で形成されている。なお、9
はシリンダライナの周りに設けられた冷却水通路である
更に第6図1よ、ピストンクラウン部7Dのみが」−記
同様に熱伝導率の低い例えばジルコニアなどのセラミッ
ク材料で形成され、リング部7Bおよびスカート部7C
を含む本体部分が金属材料で形成された従来例を示す。
なおこの場合、セラミック製のピストンクラウン部7D
は金属製の本体部分に焼嵌めまたは拡散接合などの方法
で接合されている。
しかしながら、このような従来の内燃機関のしゃ熱構造
ではいずれも、リング部7Bがピストン7の高温にさら
されるトップランド部7Eに隣接して形成されており、
しかもこのトップランド部7Eは通常の場合ピストン径
りに対してo、 tsn程度と極めて短い」−に、ピス
トン7とライナ6との間のすき間が大きく構成されてい
るので、このすき間に高温の燃焼ガスが入り込み、特に
ランド部7Eから第1ピストンリング近傍にかけてか高
温ガスにより常に加熱される傾向がある。
ちなみに、例えば5OCIETY OF AUTOMO
TIVE ENG−INEER3、INC、のテクニカ
ルペーパーシリーズ第840428号に公表されている
資料によると、かかるピストン構造における温度分布は
第7図に示すような傾向となり、本例のようにピストン
クラウン?J7Dに極めて断熱性のよいジルコニアが用
いられた場合であっても、第1ピストンリング溝7Fに
おける温度は880°F (470°C)程度になって
しまう。
したがって、通常の潤滑油の場合、240°C以下の温
度が望ましいにかかわらず、はるかに高い温度の部分と
接することになり、潤滑油の劣化を促進させることにな
って、ピストンリングの固着を招いたり、ライナ6にヌ
カッフイングが生じたりする原因となる。
更にまた、シリンダライナ6における温度分布の方は、
第8図に示すように、その壁面上において、頂部に近い
位置はど高温となり、裾になるほど低温となっている。
ちなみに、本例の場合、頂部近傍の壁で400°C以上
、また、ライチ距#CO%のところで200°C強であ
ることが示されている。
〔目的〕
本発明の目的は、上述したような問題点に鑑みて、燃焼
室の周囲部では十分なしゃ熱効果が得られ、しかもピス
トンリングとシリンダライナとの摺接部分では温度が低
く保たれることによって潤滑油の劣化をきたすことなく
良好な潤滑状態が維持できる内燃機関を提供することに
ある。
〔構成〕
かかる目的を達成するために、本発明では、そのピスト
ンの少なくともピストンヘッド部と、シリンダライナの
少なくとも−に1部ライナ部とをこのような部材に一般
に使用される金属より低熱伝導率、かつ低熱膨張率のセ
ラミック系材料で形成し、更にピストンの第1ピストン
リング溝の形°成位置をピストン頂面からできるだけ下
方に離隔させた位置に設けてトップランドにおけるシリ
ンダライナとのすき間を狭く保つと共に、好ましくはト
ップランドの筒袖方向の寸法を、ピストンの外径りに対
して0.250以」−とする。
〔実施例〕
以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明す
る。
第1図は本発明の一実施例を示し、ここで17Aはピス
トン17のヘッド部であり、本例ではヘッド部17Aの
頂面を凹形とした場合を示し、このようなヘッド部17
Aを熱膨張率および熱伝導率の共に低い材料、例えば窒
化けい素等で形成するが、この部分にはピストンリング
溝を設けない。
これに対してピストン!7のリング部17Bおよびスカ
ート部17Gを一体の金属材料で形成し、この金属材料
で形成した本体部17BGにリング溝17Fおよび17
F′を刻設する。なお、本例ではリング溝を 17Fと
 17F′との2木としたが、ピストンリング溝の数は
2木に限られるものでないことはいうまでもない。
また、ヘッド部1?Aとピストン本体部178Gとをこ
れらの接合部18を介して、拡散接合やろう付等の方法
により強固に結合する。しかして、ここで好ましくは第
1ピストンリング溝17Fからピストン頂面までの寸法
、すなわちトップランド 17Eの寸法をビス)・ン1
7のヘッド部1?Aにおける直径りに対して0.250
以上とする。
その理由は、本例のように第1ピストンリング溝17F
をピストン頂部から十分離隔した位置とすることによっ
て、たとえピストン17が上死点の位置にあっても先に
示した第8図からも明らかなようにシリンダライナ6の
方が十分低い温度に保たれており、あわせてピストン1
7の方もスカート部17Cに近ずくに連れて温度が低く
保たれることによる。
なお、ヘッド部 17Aの径りはピストン本体部178
Gの径よりは幾分太き目となし、一方の熱膨張率の低い
たとえば窒化けい素などのセラミック材料によって形成
されるシリンダライナ6とヘッド部17Aとの間のすき
間が十分小さく保たれるようにする。すなわち、従来の
アルミニウム等でピストンが形成された場合であれば、
その熱膨張率が23X 10−6/ ’Cであったのに
対して、本例のような窒化けい素で゛は熱膨張率が28
10−6/°Cと、約1710程度であり、したがって
従来のすき同寸法に比してそのすき間をそれに対応した
だけ狭くすることができる。
かくして、燃焼室からの高温ガスがすき間に流れ難くな
り、これに加えて、ピストンリング8がピストン頂部か
ら十分離隔した位置に設けられていることにより、従来
のように高温となることがなく、潤滑部分の温度が低い
ことによって潤滑油の劣化を招いたり、 リング′8が
溝17F、17F ′に固着したりすることがなくて、
良好な潤滑状態を保つことができる。
第2図は本発明の他の実施例を示し、本例は、ピストン
27全体を低熱伝導率、低熱膨張率の材料、例えば窒化
けい素のセラミックスで形成し、更に、そのヘッド部2
7Aに複数のラビリンス溝29を配設したものである。
かくすることにより、ピストン27とライナとの間のす
き間に高温ガスが流入するのをラビリンス効果により更
に一層抑止することができるのみならず、第1図と同様
な位置にリング溝27F、27F ’を設けたことによ
って、この近傍の温度を十分に低く保つことができる。
第3図は本発明の更に他の実施例を示し、本例は、第2
図の例に対して、圧力リングとその溝を省略し、オイル
かきリング溝27F′のみを残して、ランド部分全体に
ラビリンス溝29を配設した例である。
なお、第2図および第3図ではピストン全体をセラミッ
クスで形成したが、例えば第4図の例のようにピストン
をセラミックスの部分と金属製の部分とで構成し、セラ
ミックスのヘッド部分から続くランド部にかけて、ラビ
リンス溝を形成するようにすることもできる。
第4図は本発明の更に他の実施例を示す。本例はシリン
ダライナ側に関する実施例であり、本例ではシリンダラ
イナ36のうち高温となる上半部38Aを低熱伝導率、
低熱膨張率の例えば窒化けい素系セラミックスとしたも
ので、他の構成については、これまでに述べてきた例と
変わらない。すなわち、本例はシリンダライナにおける
摺接部分から」二部のみを上述した材料で形成したもの
で、それだけ高価なセラミック部分を削減することによ
りコストの低減を図ることができ、しかも他の例と同様
の効果が期待できる。
〔効果〕
以ト説明してきたように、本発明によれば、ピストンの
少なくともピストンヘッド部と、シリンダライナの少な
くとも」二半部とを、鉄やアルミニウム系等の金属材料
より熱伝導率および熱膨張率が共に著しく低い例えばセ
ラミック系材料で形成し、ピストンヘッド部の頂面から
第1ビス)・シリンダまでのトップランドの寸法を、ビ
ス)・ンヘッド部の直径りに対して0.250以」−と
じたので、燃焼室周りでは、しや熱効果が十分に得られ
ると共に、ピストンおよびシリンダライナのセラミック
製部分ではその間のすき間を小さく設定することができ
るのと、第1ピストンリングをそのヘッド部頂面から十
分離隔した位置に設けたことによって、ピストンリング
摺動範囲の温度を低く保つことができて、良好な潤滑状
態を維持させることができるのみならず、騒音を低減さ
せ、更に気密性の向上が期待できるのでピストンリング
の数を従来より減らすことができる。
更にまた、トップランドにラビリンス溝を形成するよう
にすれば、ピストンとシリンダライナとの間の気密性を
より一層向上させることができ、それだけピストンリン
グの張力を弱く設定できることから、その間の摩擦によ
る損失を低減させて機械効率を高めることができる。
また、本発明によればセラミックスなどで形成される部
分が限定可能なことから、ピストンおよびシリンダライ
ナを全て、セラミックスとする場合に比してコストを低
減することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明内燃機関のしや熱構造の一例を半裁の断
面を交えて示す説明図、 第2図および第3図は本発明の他の実施例によるピスト
ンのそれぞれ半裁の断面例、 第4図は本発明の更に他の実施例によるシリンダライナ
の断面図、 第5図は従来の内燃機関のしゃ熱構造の一例を示す断面
図、 第6図は従来の他の例におけるピストンの半裁の断面図
、 第7図は従来の例におけるピストンの半裁断面」二の温
度の分布図、 第8図は従来の例におけるシリンダライナ表面」二の温
度の分布図である。 1・・・シリンダヘッド、 2・・・シリンタフロック、 3・・・燃焼室、 3A・・・頂部、 4・・・吸排気弁、 5・・・排気ポート・ 6.36・・・シリンダライナ、 7.17.27・・・ピストン、 7A、17A、27A・・・ヘッド部、7B、17B・
・・リング部。 7G、17G・・・スカート部、 7[]・・・クラウン部、 7E、17E・・・トップランド部、 7F、17F、17F ’ 、27F、27F ’・・
・リング溝、8・・・ピストンリング、 178G・・・ピストン本体部、 19・・・接合部、 28・・・ラビリンス溝、 36A・・・上半部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)ピストンおよびシリンダライナの少なくとも一部を
    セラミック系材料で形成することにより燃焼室周りをし
    や熱するようにした内燃機関において、前記ピストンの
    少なくともヘッド部と、前記シリンダライナの少なくと
    も上半部とを窒化けい素系セラミックスの熱膨張率また
    はこれと同等以下の熱膨張率を有するセラミック系材料
    で形成し、前記ピストンのヘッド部の頂面から前記ピス
    トンの第1ピストンリング溝までのトップランドの寸法
    を、前記ピストンのヘッド部における直径の4分の1以
    上となるようにしたことを特徴とする内燃機関。
JP25511884A 1984-12-04 1984-12-04 内燃機関 Pending JPS61135964A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4326978A1 (de) * 1993-08-11 1995-02-16 Alcan Gmbh Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4326978A1 (de) * 1993-08-11 1995-02-16 Alcan Gmbh Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren
US5605126A (en) * 1993-08-11 1997-02-25 Alcan Deutschland Gmbh Piston for internal combustion engines, especially diesel engines

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