JPS6338346Y2 - - Google Patents
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- JPS6338346Y2 JPS6338346Y2 JP1981176066U JP17606681U JPS6338346Y2 JP S6338346 Y2 JPS6338346 Y2 JP S6338346Y2 JP 1981176066 U JP1981176066 U JP 1981176066U JP 17606681 U JP17606681 U JP 17606681U JP S6338346 Y2 JPS6338346 Y2 JP S6338346Y2
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- Japan
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- piston
- ceramic
- head
- alloy
- engine
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Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案はセラミツク製のピストンヘツドを有す
る内燃機関用ピストンの構造に関する。
る内燃機関用ピストンの構造に関する。
従来、自動車等に使用される内燃機関用のピス
トンは、アルミニウム（Al）合金又はマグネシ
ウム（Mg）合金を鋳造して製作されるのが一般
であつた。この種の金属の一体物から成るピスト
ンは、熱伝導率が比較的高く、従つてエンジン燃
焼室の熱がピストンシリンダブロツクへ放熱さ
れ、エンジンの熱効率の点で好ましくなかつた。
トンは、アルミニウム（Al）合金又はマグネシ
ウム（Mg）合金を鋳造して製作されるのが一般
であつた。この種の金属の一体物から成るピスト
ンは、熱伝導率が比較的高く、従つてエンジン燃
焼室の熱がピストンシリンダブロツクへ放熱さ
れ、エンジンの熱効率の点で好ましくなかつた。
そこで、本考案の目的は、ピストンのヘツド部
をセラミツク製とし、エンジンの熱効率を上昇さ
せると共に、セラミツクヘツドとピストン本体と
の結合機構を改善した内燃機関用ピストンを提供
することにある。
をセラミツク製とし、エンジンの熱効率を上昇さ
せると共に、セラミツクヘツドとピストン本体と
の結合機構を改善した内燃機関用ピストンを提供
することにある。
このような目的を実現するため、本考案によれ
ば、ヘツド部をセラミツク製とし、本体部を金属
製とし、これら両者を結合する部分でヘツド部及
び本体部が相互に係止し合う如く構成すると共
に、本体部の前記結合部分を繊維強化金属で構成
したことを特徴とする内燃機関用ピストンが提案
される。
ば、ヘツド部をセラミツク製とし、本体部を金属
製とし、これら両者を結合する部分でヘツド部及
び本体部が相互に係止し合う如く構成すると共
に、本体部の前記結合部分を繊維強化金属で構成
したことを特徴とする内燃機関用ピストンが提案
される。
以下、添付図面を参照して本考案の実施例につ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
第１図に本考案の内燃機関用ピストンの実施例
１を示す。ピストンヘツド１はセラミツク製であ
り、AlあるいはMg合金製のピストン本体２と結
合するためにピストン外径よりも径が小さくて段
がついた部分１１を有している。即ち、セラミツ
ク製のピストンヘツド１は、その最上部１ａがピ
ストン外径に等しい部分であり、その次に最も外
径の小さくなつた円周方向の溝部１１ａがあり、
最下部には溝部１１ａの外径より大きく最上部１
ａの外径より小さい外径を有する円周方向の突起
部１１ｂがある。段部１１は、溝部１１ａと突起
部１１ｂとで構成される。この段部１１の外側に
ピストン外径とほぼ同程度になるまでアルミナ繊
維あるいはカーボン繊維３を円周方向に巻きつけ
る。このセラミツク製ピストンヘツド１とピスト
ン本体２との結合は、AlあるいはMg合金でピス
トン本体２をピストンヘツド１と一体化して鋳造
する際、ピストンヘツド１の外周に巻かれた繊維
３の間隙内に溶けたAlあるいはMg合金が浸透す
るような方法、たとえば高圧鋳造法などでピスト
ン本体２を製作することによつて行なう。したが
つてセラミツク製ピストンヘツド１とピストン本
体２は、セラミツクピストンヘツド１の段部１１
の外側に形成される繊維強化合金（FRM）４に
よつて結合されることになる。
１を示す。ピストンヘツド１はセラミツク製であ
り、AlあるいはMg合金製のピストン本体２と結
合するためにピストン外径よりも径が小さくて段
がついた部分１１を有している。即ち、セラミツ
ク製のピストンヘツド１は、その最上部１ａがピ
ストン外径に等しい部分であり、その次に最も外
径の小さくなつた円周方向の溝部１１ａがあり、
最下部には溝部１１ａの外径より大きく最上部１
ａの外径より小さい外径を有する円周方向の突起
部１１ｂがある。段部１１は、溝部１１ａと突起
部１１ｂとで構成される。この段部１１の外側に
ピストン外径とほぼ同程度になるまでアルミナ繊
維あるいはカーボン繊維３を円周方向に巻きつけ
る。このセラミツク製ピストンヘツド１とピスト
ン本体２との結合は、AlあるいはMg合金でピス
トン本体２をピストンヘツド１と一体化して鋳造
する際、ピストンヘツド１の外周に巻かれた繊維
３の間隙内に溶けたAlあるいはMg合金が浸透す
るような方法、たとえば高圧鋳造法などでピスト
ン本体２を製作することによつて行なう。したが
つてセラミツク製ピストンヘツド１とピストン本
体２は、セラミツクピストンヘツド１の段部１１
の外側に形成される繊維強化合金（FRM）４に
よつて結合されることになる。
第２図及び第３図は本考案の実施例２を示す。
セラミツク製のピストンヘツド１′は、ピストン
外径に等しい外径を有する上部１a′を有し、その
下側にはピストン外径よりも小さな幅の、下から
見て略矩形の下部１b′を有する。この下部１b′に
は穴１０が径方向にあいている。この穴１０にア
ルミナあるいはカーボン繊維のような強化繊維３
を径方向に貫装し、繊維３の両端が穴１０から出
て、ピストン外径の範囲内に納まるようにする。
これを実施例１と同じ方法でAlあるいはMg合金
にて鋳造し、ピストン本体２を製作する。
セラミツク製のピストンヘツド１′は、ピストン
外径に等しい外径を有する上部１a′を有し、その
下側にはピストン外径よりも小さな幅の、下から
見て略矩形の下部１b′を有する。この下部１b′に
は穴１０が径方向にあいている。この穴１０にア
ルミナあるいはカーボン繊維のような強化繊維３
を径方向に貫装し、繊維３の両端が穴１０から出
て、ピストン外径の範囲内に納まるようにする。
これを実施例１と同じ方法でAlあるいはMg合金
にて鋳造し、ピストン本体２を製作する。
次に本考案の内燃機関用ピストンの効果につい
て説明する。本考案のように、ヘツド部１をセラ
ミツク製とし、本体部２を金属、例えばアルミニ
ウム（Al）合金やマグネシウム（Mg）合金で構
成した内燃機関用ピストンは、セラミツク金属に
比べて熱伝導率が著しく低いことから、エンジン
燃焼室の熱をピストンを通じて外部に逃がさず、
エンジンの熱効率がきわめて良い。例えば、第４
図に示される如く、本考案のようなセラミツクヘ
ツドを有するピストンを用いた場合（実線Ａ）
は、Al合金のみから成る従来のピストンを用い
た場合（実線Ｂ）に比べ、エンジンの排気温度が
高くなる。なお、第４図は全負荷運転時の排気温
を示したものである。このように本考案では排気
温が高くなるのは、熱伝導率がAl合金約100W／
（ｍ・k゜）、セラミツク10〜30W／（ｍ・k゜）と、
セラミツクがAl合金の1/10〜1/3程度だからであ
る。このためピストンのヘツド部にセラミツクを
用いるとピストンからのシリンダブロツクへの放
熱量を減少させることができ、Al合金のみのピ
ストンに比べエンジンの排気温を高めることがで
きるのである。セラミツクヘツドを有するピスト
ンの他の主な利点は、低温時のシリンダボアとの
クリアランスを大きく設定する必要がなくステツ
クの原因となるカーボンの付着を減少させること
ができることであり、またヘツド部の断熱効果の
ためにエンジンの始動性が向上することである。
さらにターボチヤージヤーなどによる過給を行な
う場合において、燃焼室を高温にしてもピストン
ヘツドの溶損などのトラブルが起らないという利
点もある。
て説明する。本考案のように、ヘツド部１をセラ
ミツク製とし、本体部２を金属、例えばアルミニ
ウム（Al）合金やマグネシウム（Mg）合金で構
成した内燃機関用ピストンは、セラミツク金属に
比べて熱伝導率が著しく低いことから、エンジン
燃焼室の熱をピストンを通じて外部に逃がさず、
エンジンの熱効率がきわめて良い。例えば、第４
図に示される如く、本考案のようなセラミツクヘ
ツドを有するピストンを用いた場合（実線Ａ）
は、Al合金のみから成る従来のピストンを用い
た場合（実線Ｂ）に比べ、エンジンの排気温度が
高くなる。なお、第４図は全負荷運転時の排気温
を示したものである。このように本考案では排気
温が高くなるのは、熱伝導率がAl合金約100W／
（ｍ・k゜）、セラミツク10〜30W／（ｍ・k゜）と、
セラミツクがAl合金の1/10〜1/3程度だからであ
る。このためピストンのヘツド部にセラミツクを
用いるとピストンからのシリンダブロツクへの放
熱量を減少させることができ、Al合金のみのピ
ストンに比べエンジンの排気温を高めることがで
きるのである。セラミツクヘツドを有するピスト
ンの他の主な利点は、低温時のシリンダボアとの
クリアランスを大きく設定する必要がなくステツ
クの原因となるカーボンの付着を減少させること
ができることであり、またヘツド部の断熱効果の
ためにエンジンの始動性が向上することである。
さらにターボチヤージヤーなどによる過給を行な
う場合において、燃焼室を高温にしてもピストン
ヘツドの溶損などのトラブルが起らないという利
点もある。
また、本考案では、アルミニウム合金あるいは
マグネシウム合金製のピストン本体とセラミツク
製ピストンヘツドとの独特の結合方法により、エ
ンジン運転時におけるピストン本体の金属部分と
セラミツク部分との熱膨張率の違いによる結合部
分の隙間の発生をおさえるものである。
マグネシウム合金製のピストン本体とセラミツク
製ピストンヘツドとの独特の結合方法により、エ
ンジン運転時におけるピストン本体の金属部分と
セラミツク部分との熱膨張率の違いによる結合部
分の隙間の発生をおさえるものである。
Al合金ピストンとセラミツク製ピストンヘツ
ドとの結合を、ボルト止で行なつたり、緩衝材と
共に鋳包む方法で行なつた場合、アルミニウム
（Al）とセラミツクでは熱膨張率が大きく異なる
ため、セラミツクヘツドの破壊あるいはピストン
の亀裂などを生じることがある。たとえば、ボル
ト止めの場合では熱膨張の差によるボルトのゆる
みやボルト首部又は座部との干渉によりセラミツ
クが破壊するおそれがある。また、緩衝材と共に
鋳包む方法で結合した場合はピストン側の肉厚が
十分にとれず切欠き部分での亀裂が発生したりす
る。
ドとの結合を、ボルト止で行なつたり、緩衝材と
共に鋳包む方法で行なつた場合、アルミニウム
（Al）とセラミツクでは熱膨張率が大きく異なる
ため、セラミツクヘツドの破壊あるいはピストン
の亀裂などを生じることがある。たとえば、ボル
ト止めの場合では熱膨張の差によるボルトのゆる
みやボルト首部又は座部との干渉によりセラミツ
クが破壊するおそれがある。また、緩衝材と共に
鋳包む方法で結合した場合はピストン側の肉厚が
十分にとれず切欠き部分での亀裂が発生したりす
る。
しかるに、本考案では、セラミツクヘツド１と
ピストン本体２との結合部分に、繊維強化合金
（FRM）の部分４が形成されるので、セラミツク
ヘツド１を簡単にかつ強個にピストン本体２に結
合できるとともに、結合部におけるピストン側の
熱膨張率をセラミツクとほぼ同程度にして高温時
の隙間の発生を防ぐことができる。例えば、第１
図における繊維強化合金（FRM）の部分４は円
周方向の熱膨張率も小さく、ピストンヘツド１と
の結合の強度も十分にあることから、エンジンの
高速回転においても、結合部分に隙間が発生する
ことなく、それに伴う破壊もなく、セラミツク製
のヘツドを有するピストンの効果が十分にあらわ
れる。第２図及び第３図に示した実施例２につい
ても同様である。
ピストン本体２との結合部分に、繊維強化合金
（FRM）の部分４が形成されるので、セラミツク
ヘツド１を簡単にかつ強個にピストン本体２に結
合できるとともに、結合部におけるピストン側の
熱膨張率をセラミツクとほぼ同程度にして高温時
の隙間の発生を防ぐことができる。例えば、第１
図における繊維強化合金（FRM）の部分４は円
周方向の熱膨張率も小さく、ピストンヘツド１と
の結合の強度も十分にあることから、エンジンの
高速回転においても、結合部分に隙間が発生する
ことなく、それに伴う破壊もなく、セラミツク製
のヘツドを有するピストンの効果が十分にあらわ
れる。第２図及び第３図に示した実施例２につい
ても同様である。
第１図は本考案に係る内燃機関用ピストンの実
施例１の正面図及び断面図、第２図は本考案の実
施例２の断面図で第３図線−におけるもの、
第３図は第２図線−断面図、第４図は本考案
のピストンと従来のピストンとの排気温の違いを
示した図である。 １……セラミツク製ピストンヘツド、２……ピ
ストン本体、３……強化繊維、１１……段部。
施例１の正面図及び断面図、第２図は本考案の実
施例２の断面図で第３図線−におけるもの、
第３図は第２図線−断面図、第４図は本考案
のピストンと従来のピストンとの排気温の違いを
示した図である。 １……セラミツク製ピストンヘツド、２……ピ
ストン本体、３……強化繊維、１１……段部。
Claims (1)
- ヘツド部をセラミツク製とし、本体部を金属製
とし、これら両者を結合する部分でヘツド部及び
本体部が相互に係止し合う如く構成すると共に、
本体部の前記結合部分を繊維強化金属で構成した
ことを特徴とする内燃機関用ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17606681U JPS5882456U (ja) | 1981-11-28 | 1981-11-28 | 内燃機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17606681U JPS5882456U (ja) | 1981-11-28 | 1981-11-28 | 内燃機関用ピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5882456U JPS5882456U (ja) | 1983-06-03 |
| JPS6338346Y2 true JPS6338346Y2 (ja) | 1988-10-11 |
Family
ID=29968772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17606681U Granted JPS5882456U (ja) | 1981-11-28 | 1981-11-28 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5882456U (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56148648A (en) * | 1980-04-18 | 1981-11-18 | Komatsu Ltd | Manufacturing method of cast covered ceramic piston |
-
1981
- 1981-11-28 JP JP17606681U patent/JPS5882456U/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56148648A (en) * | 1980-04-18 | 1981-11-18 | Komatsu Ltd | Manufacturing method of cast covered ceramic piston |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5882456U (ja) | 1983-06-03 |
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