JPS63314354A - 断熱ピストンの構造 - Google Patents
断熱ピストンの構造Info
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- JPS63314354A JPS63314354A JP15022087A JP15022087A JPS63314354A JP S63314354 A JPS63314354 A JP S63314354A JP 15022087 A JP15022087 A JP 15022087A JP 15022087 A JP15022087 A JP 15022087A JP S63314354 A JPS63314354 A JP S63314354A
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (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。
め要約のデータは記録されません。
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。
造に関する。
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
−113557号公報、特開昭60−9°3161号公
報等に開示されている。
断熱ピストン等のエンジン部材は、例えば、実開昭59
−113557号公報、特開昭60−9°3161号公
報等に開示されている。
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。
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。
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。
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。
て全体的に示されている。
この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3
4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。
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3
4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。
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ソクスフ
ァイノ\又はステンレスメソンユから成る断熱材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。
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ソクスフ
ァイノ\又はステンレスメソンユから成る断熱材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。
しかしながら、上記のようなセラミ、り材を断熱材又は
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。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、熱容量が太き(なり、吸入工f
テ時に吸入空気が燃焼室から多く受熱して高温になり、
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、膨張工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。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。
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。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、熱容量が太き(なり、吸入工f
テ時に吸入空気が燃焼室から多く受熱して高温になり、
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、膨張工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。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。
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
、従って熱容量が極めて大きくなって上記の問題が生じ
る。更に1、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。
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
、従って熱容量が極めて大きくなって上記の問題が生じ
る。更に1、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。
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。
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。
この発明の目的は、上記の問題点を解消することであり
、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の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
、しかも熱シヨ、7りを受けても強度上の問題が生じる
ことがな(、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
受は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。
、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の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
、しかも熱シヨ、7りを受けても強度上の問題が生じる
ことがな(、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
受は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。
この発明は、上記の問題点を解消し、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。
するために、次のように構成されている。
即ち、この発明は、セラミック材又はセラミックと熱膨
張係数がはソ゛等しい材料から成る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に形成される空
気断熱層に支持材を充填し7、更にセラミック薄板を前
記ピストンヘッド部に断熱材を介して取付けたことを特
徴とする断熱ピストンの構造に関し、更に具体的に詳述
すると、前記支持材が金属製ハニカムから構成され、前
記ピストンヘッド部の取付ボス部を前記ピストンスカー
ト部の中央取付孔に嵌合状態に係止し、また前記セラミ
ック薄板には前記ピストンヘッド部に当接するつめ部が
形成され、更に前記セラミック薄板の周囲部にはセラミ
ックリングが接合され、該セラミンクリングが前記ピス
トンヘッド部の周囲部によって前記ピストンスカート部
の周囲部に押圧状態に取付けられていることを特徴とす
る断熱ピストンの構造に関する。
張係数がはソ゛等しい材料から成る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に形成される空
気断熱層に支持材を充填し7、更にセラミック薄板を前
記ピストンヘッド部に断熱材を介して取付けたことを特
徴とする断熱ピストンの構造に関し、更に具体的に詳述
すると、前記支持材が金属製ハニカムから構成され、前
記ピストンヘッド部の取付ボス部を前記ピストンスカー
ト部の中央取付孔に嵌合状態に係止し、また前記セラミ
ック薄板には前記ピストンヘッド部に当接するつめ部が
形成され、更に前記セラミック薄板の周囲部にはセラミ
ックリングが接合され、該セラミンクリングが前記ピス
トンヘッド部の周囲部によって前記ピストンスカート部
の周囲部に押圧状態に取付けられていることを特徴とす
る断熱ピストンの構造に関する。
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
、セラミック材又はセラミックと熱膨張係数がはり等し
い材料から成る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に形成される空気断熱層に支持材を
充填し、更にセラミック薄板を燃焼室に面するように前
記ピストンヘッド部に断熱材を介して配置したので、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
位置する前記セラミック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。前記セラミン
ク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’aFi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。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
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セラミックリン
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、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。更に、爆発時に前記セラミック薄板に作用する圧
力を好ましい状態で受は止めることができ、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。また、前記セラミック薄
板に前記ピストンヘッド部に当接するつめ部を設けるこ
とによって、前記ピストンヘッド部と前記ピストンスカ
ート部とを結合する場合、金属リングを変形させるため
のプレス荷重を前記セラミック薄板について良好な状態
で受けることができる。
成されており、次のように作用する。即ち、この発明は
、セラミック材又はセラミックと熱膨張係数がはり等し
い材料から成る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に形成される空気断熱層に支持材を
充填し、更にセラミック薄板を燃焼室に面するように前
記ピストンヘッド部に断熱材を介して配置したので、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
位置する前記セラミック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。前記セラミン
ク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’aFi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。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
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セラミックリン
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、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。更に、爆発時に前記セラミック薄板に作用する圧
力を好ましい状態で受は止めることができ、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。また、前記セラミック薄
板に前記ピストンヘッド部に当接するつめ部を設けるこ
とによって、前記ピストンヘッド部と前記ピストンスカ
ート部とを結合する場合、金属リングを変形させるため
のプレス荷重を前記セラミック薄板について良好な状態
で受けることができる。
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。
構造の実施例を詳述する。
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。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ンクと熱膨張係数がほり等しく
、強度が葛<、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l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。ピストンヘッ
ド部lの取付ボス部4はピストンスカート部の中央取付
孔12に嵌合され、取付ボス部4に形成された嵌合溝1
4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。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
。
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。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ンクと熱膨張係数がほり等しく
、強度が葛<、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l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。ピストンヘッ
ド部lの取付ボス部4はピストンスカート部の中央取付
孔12に嵌合され、取付ボス部4に形成された嵌合溝1
4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。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とピストンヘッド部2との間
には、断熱空気層9が形成されている。
には、断熱空気層9が形成されている。
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、特に、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l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
荷重をセラミック薄板5に設けたつめ部19によって受
けることである。まず、厚さの1いセラミック薄板5は
、窒化珪素等のセラミックスから成り、厚さ約11前後
、或いは1mm以下に製作されている。このセラミック
薄板5の外周部には、同様な材料で形成されたセラミッ
クリング6が嵌合しており、セラミック薄板5とセラミ
ックリング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、ピストンへ。
な構成において、特に、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l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
荷重をセラミック薄板5に設けたつめ部19によって受
けることである。まず、厚さの1いセラミック薄板5は
、窒化珪素等のセラミックスから成り、厚さ約11前後
、或いは1mm以下に製作されている。このセラミック
薄板5の外周部には、同様な材料で形成されたセラミッ
クリング6が嵌合しており、セラミック薄板5とセラミ
ックリング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、ピストンへ。
ド部1の外周部17がセラミックリング6の段部16に
当接するようにセラミックリング6に嵌合している。セ
ラミック薄板5、セラミックリング6及びピストンヘッ
ド部l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、チタン酸カリウムウィス
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薄板5に作用
する圧力を受は止める構造材として機能する。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、ピストンヘッド部1の外周部17
がセラミックリング6の段部16に押し付けられ、セラ
ミックリング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
。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。次の特徴点として、ピス
トンヘッド部l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、この金属製ハニカム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I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
めて好ましい構造になる。この発明の別の特徴は、セラ
ミック薄板5にピストンヘッド部1の上面に当接するつ
め部19を設けた点である。セラミック薄板5につめ部
19を形成することによって、セラミック薄板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
ミック薄板5及びピストンヘッド部l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
て受は持つことによって、セラミック薄板5が破壊され
ることを防止する。
当接するようにセラミックリング6に嵌合している。セ
ラミック薄板5、セラミックリング6及びピストンヘッ
ド部l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、チタン酸カリウムウィス
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薄板5に作用
する圧力を受は止める構造材として機能する。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、ピストンヘッド部1の外周部17
がセラミックリング6の段部16に押し付けられ、セラ
ミックリング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
。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。次の特徴点として、ピス
トンヘッド部l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、この金属製ハニカム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I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
めて好ましい構造になる。この発明の別の特徴は、セラ
ミック薄板5にピストンヘッド部1の上面に当接するつ
め部19を設けた点である。セラミック薄板5につめ部
19を形成することによって、セラミック薄板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
ミック薄板5及びピストンヘッド部l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
て受は持つことによって、セラミック薄板5が破壊され
ることを防止する。
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、次のような特有の効果を奏する。即
ち、この発明は、セラミック材又はセラミックと熱膨張
係数かは\°等しい材料から成る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付け、前記ピストンヘ
ッド部と前記ピストンスカー1一部の間に形成される断
熱空気層に支持材を充填し、更にセラミック薄板を前記
ピストンヘッド部に断熱材を介して取付けたので、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
置する前記セラミック薄板の厚さを薄く □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。
成されているので、次のような特有の効果を奏する。即
ち、この発明は、セラミック材又はセラミックと熱膨張
係数かは\°等しい材料から成る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付け、前記ピストンヘ
ッド部と前記ピストンスカー1一部の間に形成される断
熱空気層に支持材を充填し、更にセラミック薄板を前記
ピストンヘッド部に断熱材を介して取付けたので、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
置する前記セラミック薄板の厚さを薄く □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。
前記セラミック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。
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。
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
セラミック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。更に、塀
発時に前記セラミック薄板に作用する圧力を好ましい状
態で受は止めることができ、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。しかも、前記セラミック薄板とサーメッ
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前記
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。また、前記セラミック薄板に前記ピストンへ・ノ
ド部に当接するつめ部を設けることによって、前記セラ
ミック薄板を薄く形成したにもかかわらず、前記ピスト
ンヘッド部と前記ピストンスカート部とを結合する場合
、金属リングを変形させるためのプレス荷重を良好な状
態で受けることができ、前記セラミック薄板を破壊する
ようなことがない。
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
セラミック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。更に、塀
発時に前記セラミック薄板に作用する圧力を好ましい状
態で受は止めることができ、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。しかも、前記セラミック薄板とサーメッ
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前記
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。また、前記セラミック薄板に前記ピストンへ・ノ
ド部に当接するつめ部を設けることによって、前記セラ
ミック薄板を薄く形成したにもかかわらず、前記ピスト
ンヘッド部と前記ピストンスカート部とを結合する場合
、金属リングを変形させるためのプレス荷重を良好な状
態で受けることができ、前記セラミック薄板を破壊する
ようなことがない。
更に、前記断熱材は、例えば、チタン酸カリウムウィス
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。
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。
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、4・−・−取付ボス
部、5−一セラミック薄板、6・−・・・・−セラミッ
クリング、7・・−・・−カーボンシール、8・−・−
緩衝材、9・・−・・−断熱空気層、10−・・・−断
熱ピストンの構造、11・−・・・−・金1リング、1
2−・・・・・・中央取付孔、13.14・−・・・嵌
合溝、15・・−・・・・燃焼室、16−−・一段部、
17−・−ピストンヘッド部の外周部、18・−・・・
・金属製ハニカム、19−・−・・・つめ部。 特許出願人 いすり自動車株式会社代理人 弁理士
尾 仲 −宗 第 1 図 n 第 2 図 2゜ 第 3 図
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、4・−・−取付ボス
部、5−一セラミック薄板、6・−・・・・−セラミッ
クリング、7・・−・・−カーボンシール、8・−・−
緩衝材、9・・−・・−断熱空気層、10−・・・−断
熱ピストンの構造、11・−・・・−・金1リング、1
2−・・・・・・中央取付孔、13.14・−・・・嵌
合溝、15・・−・・・・燃焼室、16−−・一段部、
17−・−ピストンヘッド部の外周部、18・−・・・
・金属製ハニカム、19−・−・・・つめ部。 特許出願人 いすり自動車株式会社代理人 弁理士
尾 仲 −宗 第 1 図 n 第 2 図 2゜ 第 3 図
Claims (5)
- (1)セラミックと熱膨張係数がほゞ等しい材料から成
るピストンヘッド部をピストンスカート部に押圧状態に
取付け、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を充填し、更
にセラミック薄板を前記ピストンヘッド部に断熱材を介
して取付けたことを特徴とする断熱ピストンの構造。 - (2)前記支持材は金属製ハニカムであることを特徴と
す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)前記ピストンヘッド部の取付ボス部を前記ピスト
ンスカート部の中央取付孔に嵌合状態に係止したことを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の断熱ピストン
の構造。 - (4)前記セラミック薄板には前記ピストンヘッド部に
当接するつめ部が形成されていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項に記載の断熱ピストンの構造。 - (5)前記セラミック薄板の周囲部にはセラミックリン
グが接合され、該セラミックリングが前記ピストンヘッ
ド部の周囲部によって前記ピストンスカート部の周囲部
に押圧状態に取付けられていることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の断熱ピストンの構造。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15022087A JPH0674770B2 (ja) | 1987-06-18 | 1987-06-18 | 断熱ピストンの構造 |
US07/198,693 US4848291A (en) | 1987-05-30 | 1988-05-24 | Heat-insulating piston structure |
DE198888304741T DE294091T1 (de) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | Waermeisolierter kolbenaufbau. |
EP88304741A EP0294091B1 (en) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | Heat insulating piston structure |
DE8888304741T DE3873183T2 (de) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | Waermeisolierter kolbenaufbau. |
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 (ja) | 1987-06-18 | 1987-06-18 | 断熱ピストンの構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63314354A true JPS63314354A (ja) | 1988-12-22 |
JPH0674770B2 JPH0674770B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=15492160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15022087A Expired - Lifetime JPH0674770B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-06-18 | 断熱ピストンの構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0674770B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107642430A (zh) * | 2017-08-10 | 2018-01-30 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构 |
CN109915277A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-21 | 滨州东海龙活塞有限公司 | 一种隔热活塞及其加工方法 |
-
1987
- 1987-06-18 JP JP15022087A patent/JPH0674770B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107642430A (zh) * | 2017-08-10 | 2018-01-30 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构 |
CN109915277A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-21 | 滨州东海龙活塞有限公司 | 一种隔热活塞及其加工方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0674770B2 (ja) | 1994-09-21 |
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