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JPS60175753A - Ceramic built-in type piston - Google Patents

Ceramic built-in type piston

Info

Publication number
JPS60175753A
JPS60175753A JP3126384A JP3126384A JPS60175753A JP S60175753 A JPS60175753 A JP S60175753A JP 3126384 A JP3126384 A JP 3126384A JP 3126384 A JP3126384 A JP 3126384A JP S60175753 A JPS60175753 A JP S60175753A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
ceramic
head
metal
piston head
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.)
Pending
Application number
JP3126384A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumori Hayakawa
一精 早川
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.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators 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 NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP3126384A priority Critical patent/JPS60175753A/en
Publication of JPS60175753A publication Critical patent/JPS60175753A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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 
    • F02F3/10Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12Pistons  having surface coverings on piston heads
    • F02F3/14Pistons  having surface coverings on piston heads within combustion chambers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

PURPOSE:To perform tight cohesion between a piston head and a piston body easily and solidly, by engaging a metallic ring with the sidepiece of the piston head composed of a ceramic, while clamping the metallic ring to the piston body tight enough with a screw. CONSTITUTION:A metallic ring 2 is engaged with the sidepiece of a piston head 1 composed of a ceramic. And, the piston head 1 and a metallic piston body 3 are clamped with a screw 4 via the metallic ring 2. At this time, a swivel-stop pin 6 is installed in position between the piston head 1 and the piston body 3, preventing both 1 and 3 from being loosed by rotation. With this constitution, tight cohesion between the piston head 1 and the piston body 3 is performable in an easy and solid manner and simultaneously a form of the piston head 1 is simplified, thus manufacturing processes after burning are reducible in good measure.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セラミック組込型ピストンに関するもので、
さらに詳しくはセラミック製ピストンヘソドの側面に金
属製リングを係合して、金属製リングと金属製ピストン
本体部とをネジで締結した内燃機関用ピストンに関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a ceramic-integrated piston,
More specifically, the present invention relates to a piston for an internal combustion engine in which a metal ring is engaged with a side surface of a ceramic piston head and the metal ring and a metal piston body are fastened together with a screw.

近年、内燃機関のピストンにおいては、ピストンヘッド
と金属製ピストン本体とをそれぞれ別体に形成し、ピス
トンヘッドとして耐熱性があり、熱伝導率の低いセラミ
ックスを用い、金属製ピストン本体と一体に係合させる
ことにより、燃焼効率を向上させ、出力を向上させると
ともにハイドロカーボン、−酸化炭素等の排出量の低減
や燃費の減少を図る試みがなされている。
In recent years, in internal combustion engine pistons, the piston head and the metal piston body are formed separately, and the piston head is made of ceramics that are heat resistant and have low thermal conductivity, and are integrated with the metal piston body. Attempts have been made to improve combustion efficiency, increase output, and reduce emissions of hydrocarbons, carbon oxides, etc., as well as fuel efficiency.

このセラミック製のピストンヘッド(以下、単にセラミ
ックヘッドともいう。)を金属製ピストン本体に係合す
る方法はいくつか提案されているが、金属製ビストン本
体との固着を容易にするため、セラミックヘッドの構造
を複雑なものとせざるを得す、セラミック本来の難加工
性のため製作が困狸になるという実用上の問題点があっ
た。またセラミックヘッド上部の四部が非対称形状であ
ったり、バルブ穴を有する場合にあっては金属製ピスト
ン本体との位置ぎめが容易に行えない欠点があった。
Several methods have been proposed for engaging this ceramic piston head (hereinafter simply referred to as ceramic head) with a metal piston body, but in order to make it easier to attach the ceramic piston head to the metal piston body, There were practical problems in that the structure had to be complicated, and the inherent difficulty of processing ceramics made it difficult to manufacture. Furthermore, if the four upper parts of the ceramic head have an asymmetrical shape or have a valve hole, there is a drawback that positioning with the metal piston body cannot be easily performed.

本発明の目的は、従来のものに見られた前記の諸欠点を
解消することであり、金属製ピストン本体に係合するセ
ラミックヘッドの形状を簡単にし、金属製ピストン本体
とセラミックヘッドを強固に固着することにある。
The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks found in the conventional piston body, and to simplify the shape of the ceramic head that engages with the metal piston body, and to strengthen the metal piston body and the ceramic head. It's about sticking.

本発明の別の目的は、セラミックヘッドと金属製ピスト
ン本体の固着に際しての位置ぎめを、より簡単に行うこ
とである。
Another object of the present invention is to more easily position the ceramic head and the metal piston body when they are fixed together.

本発明のセラミック組込型ピストンは、セラミックより
なるピストンヘッドの側面に金属製リングを係合して、
金属製リングと金属製ピストン本体とをネジで締結する
ことによりセラミックよりなるピストンヘッドを金属製
ピストン本体に固着したものである。
The ceramic built-in piston of the present invention has a metal ring engaged with the side surface of a piston head made of ceramic,
A ceramic piston head is fixed to a metal piston body by fastening a metal ring and a metal piston body with screws.

本発明のピストンヘッドを構成するセラミック材料とし
てば、Al2O3、zr02、MgA1.04の様な酸
化物、SiC、、B4C、、TiCの様な炭化物、Si
3N4、AIN 、 TiNの様な窒化物、サイアロン
等の酸窒化物の他FRC(繊維強化セラミック)等の複
合材料、コージェライト、グラスセラミックス等がある
Ceramic materials constituting the piston head of the present invention include oxides such as Al2O3, zr02, and MgA1.04, carbides such as SiC, B4C, and TiC, and Si
In addition to nitrides such as 3N4, AIN, and TiN, and oxynitrides such as Sialon, there are composite materials such as FRC (fiber reinforced ceramic), cordierite, and glass ceramics.

本発明のセラミックヘッドは、金型プレス法、スリップ
キャスト法、射出成形法等のセラミック成形の常法によ
り成形する。このうち特にスリップキャスト法と射出成
形法は、最終形状に近い成形体が得られるため有利であ
る。これらの成形方法により得られた成形体を、必要に
より仮焼して、本発明の金属製リングが嵌まり合う形状
に機械加工したのち、本焼成し、仕上げ加工を行い、セ
ラミックヘッドを形成する。
The ceramic head of the present invention is molded by a conventional ceramic molding method such as a mold pressing method, a slip casting method, or an injection molding method. Among these methods, the slip casting method and the injection molding method are particularly advantageous because they yield a molded article with a shape close to the final shape. The molded body obtained by these molding methods is calcined if necessary, machined into a shape into which the metal ring of the present invention fits, and then main fired and finished to form a ceramic head. .

金属製ピストン本体は、アルミ合金等の軽合金よりなり
、鋳込み成形後、外周面、ピストンリングが嵌合する溝
、本発明のセラミックヘッド、金属製リングが嵌まり合
う部分等を機械加工する。
The metal piston body is made of a light alloy such as an aluminum alloy, and after casting, the outer peripheral surface, the groove into which the piston ring fits, the ceramic head of the present invention, the portion into which the metal ring fits, etc. are machined.

本発明のさらに詳しい構成を図示の実施例にもとすいて
説明する。
A more detailed configuration of the present invention will be explained based on the illustrated embodiment.

第1図〜第9図は、本発明のセラミック組込型ピストン
を示し、セラミックヘッド10側部に金属製リング2が
嵌め合わされ、セラミックヘッド1と金属製ピストン本
体3とが金属製リング2を介してネジ4で締結されてい
る。
1 to 9 show a ceramic built-in piston of the present invention, in which a metal ring 2 is fitted to the side of a ceramic head 10, and the ceramic head 1 and the metal piston body 3 are fitted with the metal ring 2. They are fastened with screws 4 through the connectors.

第1図、第3図、第6図および第8図は、セラミックヘ
ッド1と金属製ピストン本体との間に回り止めピン6を
設けた例を示している。回り止めピン6は、セラミック
ヘッド1と金属製ピストン本体とが、回転により緩むこ
とを防ぐ働きをする。
FIGS. 1, 3, 6, and 8 show examples in which a locking pin 6 is provided between the ceramic head 1 and the metal piston body. The rotation stopper pin 6 functions to prevent the ceramic head 1 and the metal piston body from loosening due to rotation.

ピンの形状はその断面が円状、円筒状、楕円状等の物が
使用される。ピンの材質は、セラミックヘッドと同材質
のセラミックの他、耐熱性を有するセラミック、あるい
は耐熱性を有する金属が使用される。
The shape of the pin used is circular, cylindrical, elliptical, etc. in cross section. As the material of the pin, in addition to the same ceramic as the ceramic head, a heat-resistant ceramic or a heat-resistant metal is used.

金属リング2は、セラミックヘッドの外周切欠き部、あ
るいは外周溝に嵌め込まれる。第1図、第3図および第
8図は、金属リング2をセラミ・ツクヘッド1の外周切
欠き部に嵌め込んだ例を示し、第6図は、セラミックヘ
ッド1の外周溝に分割して嵌め込んだ例を示している。
The metal ring 2 is fitted into an outer peripheral notch or an outer peripheral groove of the ceramic head. 1, 3 and 8 show examples in which the metal ring 2 is fitted into the outer peripheral notch of the ceramic head 1, and FIG. 6 shows an example in which the metal ring 2 is fitted into the outer peripheral groove of the ceramic head 1. A detailed example is shown.

第7図には分割した金属リングが示され、7はその分割
面を示している。
FIG. 7 shows a divided metal ring, and 7 indicates the dividing plane.

金属製リング2とセラミックヘッド1との嵌合は、一体
もしくは分割した金属製リング2をセラミックヘッド1
の回りに単に挿入するだけでもよいが、セラミックヘッ
ド1が一体の金属製リング2を挿入できる形状であれば
、セラミックヘッド1を液体窒素を冷媒として冷却後、
常温下におかれた金属リング2を嵌め合わせる冷し嵌め
法、あるいは金属リング2を加熱して常温下におかれた
セラミックヘッド1と嵌め合わせる焼き嵌め法にて行う
ことも可能である。
The fitting between the metal ring 2 and the ceramic head 1 is as follows:
If the ceramic head 1 has a shape that allows the insertion of the integrated metal ring 2, after cooling the ceramic head 1 using liquid nitrogen as a coolant,
It is also possible to use a cold fitting method in which the metal ring 2 placed at room temperature is fitted together, or a shrink fitting method in which the metal ring 2 is heated and fitted to the ceramic head 1 placed at room temperature.

セラミックヘッド1と金属リング2との嵌合形状は、第
1図、第2図、第6図および第7図に示すように金属製
リング2の最小内径が、セラミックヘッド1の最大外径
より小さいもの、あるいは第3図〜第5図に示すように
該セラミックヘッド1の外上方形状が内側に傾斜してお
り、該金属リング2の内上方が前記傾斜に沿う形状のも
の、さらには第8図、第9図に示すように傾斜部と段付
き部を組合わせたもの等が採用可能である。セラミンク
ヘッド1の機械加工は、いずれも外周加工のためいたっ
て簡単である。
The fitting shape of the ceramic head 1 and the metal ring 2 is such that the minimum inner diameter of the metal ring 2 is larger than the maximum outer diameter of the ceramic head 1, as shown in FIGS. 1, 2, 6, and 7. A small one, or one in which the upper outer shape of the ceramic head 1 slopes inward as shown in FIGS. 3 to 5, and the upper inner shape of the metal ring 2 follows the inclination, and As shown in FIGS. 8 and 9, a combination of an inclined portion and a stepped portion can be adopted. The machining of the ceramic head 1 is extremely simple since it involves machining the outer periphery.

ネジ4の締結は、ピストンの軸方向、あるいはピストン
の軸方向とは直角方向から成される。第1図、第2図、
および第6図〜第9図は、ネジ4がピストンの軸方向と
は直角方向から締結される例を示し、第3図〜第5図は
、ネジ4がピストンの軸方向から締結される例を示して
いる。
The screw 4 is fastened in the axial direction of the piston or in a direction perpendicular to the axial direction of the piston. Figure 1, Figure 2,
6 to 9 show examples in which the screw 4 is fastened in a direction perpendicular to the axial direction of the piston, and FIGS. 3 to 5 show examples in which the screw 4 is fastened in the axial direction of the piston. It shows.

ネジ4の締結は、セラミックヘッドの周囲に設けられた
リングキャリアー5を介して行ってもよい。第3図〜第
5図は、リングキャリアー5を用いて締結した例を示し
ている。リングキャリアー5を用いた場合には締結効果
はさらに大きなものとなる。リングキャリアー5は、そ
の詳細を第4図に示すように、概ね円環状をなし、その
外径がピストン本体3の外径と同一で、複数のネジ穴と
鋳込み金属が貫流する複数の穴とが設けられている。こ
のリングキャリアー5は、金属製ピストン本体3の外周
部のネジ部を補強する働きをする。
The screw 4 may be fastened via a ring carrier 5 provided around the ceramic head. 3 to 5 show examples of fastening using the ring carrier 5. When the ring carrier 5 is used, the fastening effect will be even greater. As shown in FIG. 4 in detail, the ring carrier 5 has a generally annular shape, the outer diameter of which is the same as the outer diameter of the piston body 3, and a plurality of screw holes and a plurality of holes through which the cast metal flows. is provided. This ring carrier 5 serves to reinforce the threaded portion on the outer periphery of the metal piston body 3.

セラミックヘッド1の上部の形状は、金属製ピストン本
体3に収容される場合と金属製ピストン本体3の上部を
覆う場合とがある。第1図〜第5図、第8図および第9
図は、セラミックヘッド1が金属製ピストン本体3の凹
部に嵌り込み、上部が金属製ピストン本体3の外形より
小さい形状の例であり、第6図、第7図は、セラミック
ヘッド1が金属製ピストン本体3の上部を覆い、金属製
ピストン本体3の外径と実質的に同じにした例を示して
いる。後者にあっては、セラミックを利用した時の断熱
効果をより一層高めることができる。
The shape of the upper part of the ceramic head 1 may be accommodated in the metal piston body 3 or cover the upper part of the metal piston body 3. Figures 1 to 5, Figures 8 and 9
The figure shows an example in which the ceramic head 1 fits into the recess of the metal piston body 3, and the upper part is smaller than the outer shape of the metal piston body 3. An example is shown in which the upper part of the piston body 3 is covered and the outer diameter is made substantially the same as the outer diameter of the metal piston body 3. In the latter case, the heat insulation effect can be further enhanced when ceramic is used.

以上、詳細に述べたように、本発明のセラミック組込型
ピストンは、セラミックヘッドの側部に金属製リングを
係合し、該金属製リングと金属製ピストン本体とをネジ
で締結することにより位置ぎめが極めて容易で、強固に
固着したピストンとすることができた。さらに、セラミ
ックヘッドの形状が簡単で、焼成後の加工が少ないので
安価になり、産業上有用である。
As described above in detail, the ceramic-integrated piston of the present invention is produced by engaging a metal ring on the side of the ceramic head and fastening the metal ring and the metal piston body with screws. The piston was extremely easy to position and firmly fixed. Furthermore, the ceramic head has a simple shape and requires less processing after firing, making it inexpensive and industrially useful.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第9図は本発明のセラミックス組み込み型ピス
トンの実施例の断面図であり、第2図ば第1図のII−
II矢視断面図、第4図は第3図のIV −IV矢視断
面図、第7図は第6図のνII −VII矢視断面図、
第9図は第8図のIX −TX矢視断面図、第5図は第
3図の平面図である。 1・・セラミックヘッド 2・・金属製リング 3・・金属製ピストン本体 4・・ネジ 5・・リングキャリアー 6・・回り止めピン 7・・分割面 O 第1図 第2図 第3図 第4図 萌5図 給 6 図 第 8 図 第 9 図
FIGS. 1 to 9 are cross-sectional views of embodiments of the ceramic-embedded piston of the present invention, and FIG.
4 is a sectional view taken along IV-IV in FIG. 3, FIG. 7 is a sectional view taken along νII-VII in FIG. 6,
9 is a sectional view taken along the line IX-TX in FIG. 8, and FIG. 5 is a plan view of FIG. 3. 1...Ceramic head 2...Metal ring 3...Metal piston body 4...Screw 5...Ring carrier 6...Stopping pin 7...Dividing surface O Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Figure Moe 5 Figure 6 Figure 8 Figure 9

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) セラミックよりなるピストンヘッドの側面に金
属製リングを係合して、該金属製リングと金属製ピスト
ン本体とをネジで締結することによりセラミックよりな
るピストンヘッドを金属製ピストン本体に固着したこと
を特徴とするセラミック組込型ピストン。
(1) The ceramic piston head is fixed to the metal piston body by engaging a metal ring with the side surface of the ceramic piston head and fastening the metal ring and the metal piston body with screws. A ceramic built-in piston characterized by:
(2)該ピストンヘッドと該金属製ピストン本体との回
転を回り止めにより拘束した特許請求の範囲第1項記載
のセラミック組込型ピストン。
(2) The ceramic built-in piston according to claim 1, wherein rotation of the piston head and the metal piston body is restrained by a rotation stopper.
(3) 該金属製リングの最小内径が、該ピストンヘッ
ドの最大外形より小さい特許請求の範囲第1項記載のセ
ラミック組込型ピストン。
(3) The ceramic-integrated piston according to claim 1, wherein the minimum inner diameter of the metal ring is smaller than the maximum outer diameter of the piston head.
(4)該金属製リングが該ピストンヘッドに設けられた
外周溝に嵌込まれている特許請求の範囲第1項または第
3項記載のセラミック組込型ピストン。
(4) The ceramic-integrated piston according to claim 1 or 3, wherein the metal ring is fitted into an outer circumferential groove provided in the piston head.
(5)該金属製リングが該ピストンヘッドに設けられた
外周切欠き部に嵌込まれている特許請求の範囲第1項ま
たは第3項記載のセラミック組込型ピストン。・
(5) The ceramic built-in piston according to claim 1 or 3, wherein the metal ring is fitted into an outer peripheral notch provided in the piston head.・
(6)該ピストンヘッドの外上方形状が内側に傾斜して
おり、該金属製リングの内上方が前記傾斜に沿う形状を
有する特許請求の範囲第1項記載のセラミック組込型ピ
ストン。
(6) The ceramic-integrated piston according to claim 1, wherein the outer upper part of the piston head is inclined inwardly, and the inner upper part of the metal ring has a shape that follows the inclination.
(7)ネジの締結がピストンの軸と直角方向から成され
ている特許請求の範囲第1項ないし第6項いずれかに記
載のセラミック組込型ピストン。
(7) A ceramic-integrated piston according to any one of claims 1 to 6, wherein the screw is fastened in a direction perpendicular to the axis of the piston.
(8) ネジの締結がピストンの軸方向から成されてい
る特許請求の範囲第1項ないし第6項いずれかに記載の
セラミック組込型ピストン。
(8) A ceramic-integrated piston according to any one of claims 1 to 6, wherein the screw is fastened in the axial direction of the piston.
(9) ネジの締結がセラミックヘッドの周囲に設けら
れたリングキャリアーを介して行われる特許請求の範囲
第8項記載の内燃機関用ピストン。
(9) The piston for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the screw is fastened via a ring carrier provided around the ceramic head.
JP3126384A 1984-02-20 1984-02-20 Ceramic built-in type piston Pending JPS60175753A (en)

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