JP2000274306A - エンジンのピストン構造 - Google Patents
エンジンのピストン構造Info
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- cavity
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/16—Pistons having cooling means
- F02F3/20—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
- F02F3/22—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストン頂面に開設したキャビティリップ部
の信頼性向上を図るように、該キャビティの周囲に設け
る冷却空洞の位置、形状を設定することを課題とする。 【解決手段】 ピストン１０の頂面１６に開設したキャ
ビティ２０を取り囲むように、ピストン１０のヘッド部
１２に冷却空洞３０を環状に設ける。その場合に、該冷
却空洞３０を楕円形状に形成し、その短径をピストンピ
ンの延設方向に合わせ、長径を該ピン方向と直交するス
ラスト方向に合わせる。ピン方向では冷却空洞３０とピ
ストン１０の外周面との間の肉厚Ｌが厚くなり、剛性が
大きくなって、外的応力である爆発応力によるリップ部
２２の変形が抑制される。スラスト方向ではその肉厚Ｌ
が薄くなり、剛性が小さくなって、内的応力である熱応
力によるリップ部２２の変形がやはり抑制される。
の信頼性向上を図るように、該キャビティの周囲に設け
る冷却空洞の位置、形状を設定することを課題とする。 【解決手段】 ピストン１０の頂面１６に開設したキャ
ビティ２０を取り囲むように、ピストン１０のヘッド部
１２に冷却空洞３０を環状に設ける。その場合に、該冷
却空洞３０を楕円形状に形成し、その短径をピストンピ
ンの延設方向に合わせ、長径を該ピン方向と直交するス
ラスト方向に合わせる。ピン方向では冷却空洞３０とピ
ストン１０の外周面との間の肉厚Ｌが厚くなり、剛性が
大きくなって、外的応力である爆発応力によるリップ部
２２の変形が抑制される。スラスト方向ではその肉厚Ｌ
が薄くなり、剛性が小さくなって、内的応力である熱応
力によるリップ部２２の変形がやはり抑制される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエンジンのピストン
構造、より詳しくは、ピストン頂部にキャビティが開設
され、ピストン内部に該キャビティを取り囲むように冷
却空洞が設けられたエンジンのピストン構造、さらに詳
しくは、上記キャビティの開口部におけるリップ部の信
頼性の向上を図るように上記冷却空洞の位置及び形状が
設定されたエンジンのピストン構造に関し、内燃機関の
技術分野に属する。
構造、より詳しくは、ピストン頂部にキャビティが開設
され、ピストン内部に該キャビティを取り囲むように冷
却空洞が設けられたエンジンのピストン構造、さらに詳
しくは、上記キャビティの開口部におけるリップ部の信
頼性の向上を図るように上記冷却空洞の位置及び形状が
設定されたエンジンのピストン構造に関し、内燃機関の
技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、エンジンに備えられるピストン
は、燃料の燃焼、爆発による高温、高圧を受けながら高
速で往復運動を繰り返す過酷な環境にさらされる。特
に、ディーゼルエンジン用のピストン等、その頂部にキ
ャビティが凹設されたものでは、疲労強度が低下する高
温下において爆発応力及び熱応力が繰り返し作用するこ
とによる該キャビティの開口周縁部におけるリップ部の
信頼性が問題となる。エンジンのより一層の高出力化が
求められているいま、エンジン耐熱部品、とりわけピス
トンの信頼性確保は極めて重要な問題である。
は、燃料の燃焼、爆発による高温、高圧を受けながら高
速で往復運動を繰り返す過酷な環境にさらされる。特
に、ディーゼルエンジン用のピストン等、その頂部にキ
ャビティが凹設されたものでは、疲労強度が低下する高
温下において爆発応力及び熱応力が繰り返し作用するこ
とによる該キャビティの開口周縁部におけるリップ部の
信頼性が問題となる。エンジンのより一層の高出力化が
求められているいま、エンジン耐熱部品、とりわけピス
トンの信頼性確保は極めて重要な問題である。
【０００３】ピストン内部にはその過熱を防ぐために冷
却空洞が設けられる。該空洞にはシリンダ内下方に備え
られたオイルジェットから冷却用オイルが噴出供給さ
れ、このオイルが空洞内を巡回して排出されることによ
りピストン頂面を含むピストンヘッド部が冷却される。
上記のようにヘッド頂面にキャビティが開設されたピス
トンにおいては、冷却空洞は該キャビティを取り囲むよ
うに配置され、この冷却空洞がピストンの上側あるいは
内側に配置するほどピストン頂部の冷却性が向上するこ
とが一般に知られている。
却空洞が設けられる。該空洞にはシリンダ内下方に備え
られたオイルジェットから冷却用オイルが噴出供給さ
れ、このオイルが空洞内を巡回して排出されることによ
りピストン頂面を含むピストンヘッド部が冷却される。
上記のようにヘッド頂面にキャビティが開設されたピス
トンにおいては、冷却空洞は該キャビティを取り囲むよ
うに配置され、この冷却空洞がピストンの上側あるいは
内側に配置するほどピストン頂部の冷却性が向上するこ
とが一般に知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、キャビティ
と冷却空洞との両方を有するピストンにおいては、前述
したように、冷却空洞はキャビティの周囲に設けられ、
これらは相互に近接して位置する。それゆえ、冷却空洞
の上下方向あるいは水平方向の位置や形状がキャビティ
リップ部の信頼性に少なからず影響を及ぼすものと考え
られる。
と冷却空洞との両方を有するピストンにおいては、前述
したように、冷却空洞はキャビティの周囲に設けられ、
これらは相互に近接して位置する。それゆえ、冷却空洞
の上下方向あるいは水平方向の位置や形状がキャビティ
リップ部の信頼性に少なからず影響を及ぼすものと考え
られる。
【０００５】リップ部の信頼性確保を目的として冷却空
洞の構成に変更を加えたものに、実開平２−１１８１５
１号公報に開示された技術がある。これは、熱応力に起
因してリップ部全周に渡って圧縮歪が発生する一方で、
爆発応力に起因してリップ部ピン方向においては引張歪
が、リップ部スラスト方向においては圧縮歪が発生する
ことを前提とし、ピストンピン方向と直交するスラスト
方向においては、冷却空洞の高さ位置を頂部から離すよ
うに低くして、該スラスト方向における熱勾配を小さく
することにより、リップ部スラスト方向で作用する熱応
力ないし圧縮歪を減少させる一方で、ピン方向において
は、冷却空洞の高さ位置を頂部へ近づけるように高くし
て、該ピン方向における熱勾配を大きくすることによ
り、リップ部ピン方向で作用する熱応力ないし圧縮歪を
増大させようとするものである。
洞の構成に変更を加えたものに、実開平２−１１８１５
１号公報に開示された技術がある。これは、熱応力に起
因してリップ部全周に渡って圧縮歪が発生する一方で、
爆発応力に起因してリップ部ピン方向においては引張歪
が、リップ部スラスト方向においては圧縮歪が発生する
ことを前提とし、ピストンピン方向と直交するスラスト
方向においては、冷却空洞の高さ位置を頂部から離すよ
うに低くして、該スラスト方向における熱勾配を小さく
することにより、リップ部スラスト方向で作用する熱応
力ないし圧縮歪を減少させる一方で、ピン方向において
は、冷却空洞の高さ位置を頂部へ近づけるように高くし
て、該ピン方向における熱勾配を大きくすることによ
り、リップ部ピン方向で作用する熱応力ないし圧縮歪を
増大させようとするものである。
【０００６】これにより、熱応力による圧縮歪と爆発応
力による引張歪とが加わるピン方向においては、熱応力
に起因する圧縮歪が強まっても爆発応力に起因する引張
歪と相殺するから、リップ部ピン方向で作用する歪が全
体として大きくなることを防ぐことができる。また、熱
応力と爆発応力との両方による圧縮歪が加わるスラスト
方向においては、熱応力に起因する圧縮歪を弱めて、リ
ップ部スラスト方向で作用する歪を全体として弱めるこ
とができる。
力による引張歪とが加わるピン方向においては、熱応力
に起因する圧縮歪が強まっても爆発応力に起因する引張
歪と相殺するから、リップ部ピン方向で作用する歪が全
体として大きくなることを防ぐことができる。また、熱
応力と爆発応力との両方による圧縮歪が加わるスラスト
方向においては、熱応力に起因する圧縮歪を弱めて、リ
ップ部スラスト方向で作用する歪を全体として弱めるこ
とができる。
【０００７】しかしながら、ピストン頂部には爆発荷重
を受け止めるために充分な肉厚が必要であるから、上記
公報開示の技術のように、冷却空洞の高さ位置をピスト
ン頂部へ近づけるように高くすることには限度があり、
好ましくない。また、冷却空洞が上下に変位することに
より、オイルが該空洞内を円滑に流れなくなる虞もあ
る。
を受け止めるために充分な肉厚が必要であるから、上記
公報開示の技術のように、冷却空洞の高さ位置をピスト
ン頂部へ近づけるように高くすることには限度があり、
好ましくない。また、冷却空洞が上下に変位することに
より、オイルが該空洞内を円滑に流れなくなる虞もあ
る。
【０００８】さらに、上記技術は、熱応力に影響を及ぼ
す熱勾配をコントロールする観点から冷却空洞の構成に
変更を加えたものであって、前述したように、この冷却
空洞の位置や形状の変化が、相互に近接配置された冷却
空洞−キャビティ間、あるいは冷却空洞−ピストン外周
面間の機械的剛性等に与える影響については一切考慮さ
れておらず、未解明である。
す熱勾配をコントロールする観点から冷却空洞の構成に
変更を加えたものであって、前述したように、この冷却
空洞の位置や形状の変化が、相互に近接配置された冷却
空洞−キャビティ間、あるいは冷却空洞−ピストン外周
面間の機械的剛性等に与える影響については一切考慮さ
れておらず、未解明である。
【０００９】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たもので、キャビティリップ部の信頼性の向上を図るに
際し、冷却空洞を上下方向に変位させることなく、また
該冷却空洞周辺の機械的剛性をも考慮に加えたうえで、
該空洞の最適位置及び形状を設定することを課題とす
る。以下、その他の課題を含め、本発明を詳しく説明す
る。
たもので、キャビティリップ部の信頼性の向上を図るに
際し、冷却空洞を上下方向に変位させることなく、また
該冷却空洞周辺の機械的剛性をも考慮に加えたうえで、
該空洞の最適位置及び形状を設定することを課題とす
る。以下、その他の課題を含め、本発明を詳しく説明す
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明者ら
は、キャビティリップ部の信頼性が向上されたエンジン
のピストン構造を提供せんとして、キャビティが頂部に
形成されたピストンについて、冷却空洞の高さ位置や直
径（真円の場合）、あるいはリップ部の厚みやキャビテ
ィ開口部の直径をはじめ、温度、ピストン材料等を種々
変えて、熱応力と爆発応力とが繰り返し作用したときの
リップ部の信頼性を数値解析した結果、一般に、リップ
部ピン方向においては爆発応力に基づく疲労損傷が支配
的であり、リップ部スラスト方向においては熱応力に基
づく疲労損傷が支配的であることを見出して、本発明を
完成するに至ったものである。
は、キャビティリップ部の信頼性が向上されたエンジン
のピストン構造を提供せんとして、キャビティが頂部に
形成されたピストンについて、冷却空洞の高さ位置や直
径（真円の場合）、あるいはリップ部の厚みやキャビテ
ィ開口部の直径をはじめ、温度、ピストン材料等を種々
変えて、熱応力と爆発応力とが繰り返し作用したときの
リップ部の信頼性を数値解析した結果、一般に、リップ
部ピン方向においては爆発応力に基づく疲労損傷が支配
的であり、リップ部スラスト方向においては熱応力に基
づく疲労損傷が支配的であることを見出して、本発明を
完成するに至ったものである。
【００１１】まず、熱応力、爆発応力によりリップ部に
作用する歪の程度をシミュレーション解析したところ、
ピン方向、スラスト方向の別なく、リップ部全周につい
て、冷却空洞が下側、内側に位置するほど、爆発応力に
起因する歪が減少し、また、冷却空洞が下側、外側に位
置するほど、熱応力に起因する歪が増大するという知見
を得ると共に、さらに、冷却空洞が上側、内側に位置す
るほど、リップ部温度が低下するという前述の周知事実
を確認した。
作用する歪の程度をシミュレーション解析したところ、
ピン方向、スラスト方向の別なく、リップ部全周につい
て、冷却空洞が下側、内側に位置するほど、爆発応力に
起因する歪が減少し、また、冷却空洞が下側、外側に位
置するほど、熱応力に起因する歪が増大するという知見
を得ると共に、さらに、冷却空洞が上側、内側に位置す
るほど、リップ部温度が低下するという前述の周知事実
を確認した。
【００１２】次いで、リップ部に応力が繰り返し作用し
たときの該リップ部の疲労損傷の程度をシミュレーショ
ン解析した。疲労損傷量は、一般に、材料がどれだけの
ダメージを受けているかを表わす指標であり、次式で表
わされる。疲労損傷量（Ｆ）が１以上で材料が破壊す
る。
たときの該リップ部の疲労損傷の程度をシミュレーショ
ン解析した。疲労損傷量は、一般に、材料がどれだけの
ダメージを受けているかを表わす指標であり、次式で表
わされる。疲労損傷量（Ｆ）が１以上で材料が破壊す
る。
【００１３】
【数１】 ここで、図６に示すように、応力（Ｓ）と、材料が破壊
するに至るまでの反復繰返し数（Ｎ）との関係は、Ｓ−
Ｎ曲線で表わされる。例えば、図中、応力Ｓ１がＮ１回
作用したとき、あるいは応力Ｓ２がＮ２回作用したとき
に材料が破壊する。
するに至るまでの反復繰返し数（Ｎ）との関係は、Ｓ−
Ｎ曲線で表わされる。例えば、図中、応力Ｓ１がＮ１回
作用したとき、あるいは応力Ｓ２がＮ２回作用したとき
に材料が破壊する。
【００１４】また、図７に示すように、例えば、リップ
部に作用する１回の熱応力Ｓｔは爆発応力Ｓｅに比べて
大きく、爆発応力Ｓｅの反復繰返し数（サイクル）は熱
応力Ｓｔのそれに比べて大きいものである。爆発応力Ｓ
ｅがＮｅ回作用したとき、あるいは熱応力ＳｔがＮｔ回
作用したときにリップ部が破壊する場合（すなわち、寿
命Ｎｅ，寿命Ｎｔである場合）において、爆発応力Ｓｅ
が１回作用するごと、あるいは熱応力Ｓｔが１回作用す
るごとに、リップ部は、それぞれ（１／Ｎｅ），（１／
Ｎｔ）のダメージを受けることになる。ゆえに、一般
に、爆発応力Ｓｅがｎｅ回作用し、熱応力Ｓｔがｎｔ回
作用したときにリップ部が受けるダメージ、すなわち疲
労損傷量（Ｆ）は、爆発応力による疲労損傷量（ｆｅ＝
ｎｅ／Ｎｅ）と、熱応力による疲労損傷量（ｆｔ＝ｎｔ
／Ｎｔ）との和になる。
部に作用する１回の熱応力Ｓｔは爆発応力Ｓｅに比べて
大きく、爆発応力Ｓｅの反復繰返し数（サイクル）は熱
応力Ｓｔのそれに比べて大きいものである。爆発応力Ｓ
ｅがＮｅ回作用したとき、あるいは熱応力ＳｔがＮｔ回
作用したときにリップ部が破壊する場合（すなわち、寿
命Ｎｅ，寿命Ｎｔである場合）において、爆発応力Ｓｅ
が１回作用するごと、あるいは熱応力Ｓｔが１回作用す
るごとに、リップ部は、それぞれ（１／Ｎｅ），（１／
Ｎｔ）のダメージを受けることになる。ゆえに、一般
に、爆発応力Ｓｅがｎｅ回作用し、熱応力Ｓｔがｎｔ回
作用したときにリップ部が受けるダメージ、すなわち疲
労損傷量（Ｆ）は、爆発応力による疲労損傷量（ｆｅ＝
ｎｅ／Ｎｅ）と、熱応力による疲労損傷量（ｆｔ＝ｎｔ
／Ｎｔ）との和になる。
【００１５】詳細な解析の結果、図８及び図９に示すよ
うに、冷却空洞の直径が大きくなるに従って、換言すれ
ば、冷却空洞とピストン外周面との間の肉厚が小さくな
り、冷却空洞とキャビティとの間の肉厚が大きくなるに
従って、ピン方向におけるリップ部の疲労損傷量が大き
くなり、スラスト方向におけるリップ部の疲労損傷量が
小さくなることが分かった。さらに、その場合に、ピン
方向においては、熱応力に基づく疲労損傷量（ｆｔ）は
ほとんど変化せず、これに対し、爆発応力に基づく疲労
損傷量（ｆｅ）が増大する一方で、スラスト方向におい
ては、爆発応力に基づく疲労損傷量（ｆｅ）はほとんど
変化せず、これに対し、熱応力に基づく疲労損傷量（ｆ
ｔ）が減少するということが分かった。これにより、リ
ップ部ピン方向においては爆発応力に基づく疲労損傷が
支配的であり、リップ部スラスト方向においては熱応力
に基づく疲労損傷が支配的であると判断され、したがっ
て、ピン方向においては爆発応力への対処を講じること
が合理的且つ効率的であり、スラスト方向においては熱
応力への対処を講じることが合理的且つ効率的であると
考えられた。
うに、冷却空洞の直径が大きくなるに従って、換言すれ
ば、冷却空洞とピストン外周面との間の肉厚が小さくな
り、冷却空洞とキャビティとの間の肉厚が大きくなるに
従って、ピン方向におけるリップ部の疲労損傷量が大き
くなり、スラスト方向におけるリップ部の疲労損傷量が
小さくなることが分かった。さらに、その場合に、ピン
方向においては、熱応力に基づく疲労損傷量（ｆｔ）は
ほとんど変化せず、これに対し、爆発応力に基づく疲労
損傷量（ｆｅ）が増大する一方で、スラスト方向におい
ては、爆発応力に基づく疲労損傷量（ｆｅ）はほとんど
変化せず、これに対し、熱応力に基づく疲労損傷量（ｆ
ｔ）が減少するということが分かった。これにより、リ
ップ部ピン方向においては爆発応力に基づく疲労損傷が
支配的であり、リップ部スラスト方向においては熱応力
に基づく疲労損傷が支配的であると判断され、したがっ
て、ピン方向においては爆発応力への対処を講じること
が合理的且つ効率的であり、スラスト方向においては熱
応力への対処を講じることが合理的且つ効率的であると
考えられた。
【００１６】ここで、爆発応力は燃焼室内の圧力が急増
することで外部から作用するもの（外部応力）であるか
ら、該爆発応力による機械的な変形については、これを
防止することにより、リップ部の疲労損傷を低減するこ
とができ、逆に、熱応力はピストンの熱膨張が拘束され
ることで内部から作用するもの（内部応力）であるか
ら、該熱応力による熱的な変形については、これを許容
することにより、同じくリップ部の疲労損傷を低減する
ことができる。そして、ピストン頂部ないしキャビティ
リップ部に、熱応力、爆発応力のいずれの応力が作用し
ても、図１０に鎖線で示すように、ピストンｐの頂部ｔ
ないしキャビティａのリップ部ｂは、ピストンｐの外方
に撓むように変形する。
することで外部から作用するもの（外部応力）であるか
ら、該爆発応力による機械的な変形については、これを
防止することにより、リップ部の疲労損傷を低減するこ
とができ、逆に、熱応力はピストンの熱膨張が拘束され
ることで内部から作用するもの（内部応力）であるか
ら、該熱応力による熱的な変形については、これを許容
することにより、同じくリップ部の疲労損傷を低減する
ことができる。そして、ピストン頂部ないしキャビティ
リップ部に、熱応力、爆発応力のいずれの応力が作用し
ても、図１０に鎖線で示すように、ピストンｐの頂部ｔ
ないしキャビティａのリップ部ｂは、ピストンｐの外方
に撓むように変形する。
【００１７】以上のことから、爆発応力に基づく疲労損
傷が支配的であるピン方向においては、その外部応力に
基づくリップ部ｂの疲労損傷を低減するべく、空洞ｃと
ピストンｐの外周面ｄないしリング溝ｅ…ｅとの間Ｌの
肉圧を厚くしてこの間Ｌの剛性を高くし、これにより、
図１０に示したようなリップ部ｂの外方への撓み変形を
防止することがよく、逆に、熱応力に基づく疲労損傷が
支配的であるスラスト方向においては、その内部応力に
基づくリップ部ｂの疲労損傷を低減するべく、空洞ｃと
ピストンｐの外周面ｄないしリング溝ｅ…ｅとの間Ｌの
肉圧を薄くしてこの間Ｌの剛性を低くし、これにより、
図１０に示したようなリップ部ｂの外方への撓み変形を
許容することがよい。
傷が支配的であるピン方向においては、その外部応力に
基づくリップ部ｂの疲労損傷を低減するべく、空洞ｃと
ピストンｐの外周面ｄないしリング溝ｅ…ｅとの間Ｌの
肉圧を厚くしてこの間Ｌの剛性を高くし、これにより、
図１０に示したようなリップ部ｂの外方への撓み変形を
防止することがよく、逆に、熱応力に基づく疲労損傷が
支配的であるスラスト方向においては、その内部応力に
基づくリップ部ｂの疲労損傷を低減するべく、空洞ｃと
ピストンｐの外周面ｄないしリング溝ｅ…ｅとの間Ｌの
肉圧を薄くしてこの間Ｌの剛性を低くし、これにより、
図１０に示したようなリップ部ｂの外方への撓み変形を
許容することがよい。
【００１８】したがって、本願の特許請求の範囲におけ
る請求項１に記載の発明は、ピストン頂部に開設された
キャビティと、このキャビティを取り囲むようにピスト
ンに内設された冷却空洞とを有するエンジンのピストン
構造であって、上記冷却空洞とピストン外周面との距離
がピストンピン方向においてスラスト方向よりも大きく
設定されていることを特徴とするものである。
る請求項１に記載の発明は、ピストン頂部に開設された
キャビティと、このキャビティを取り囲むようにピスト
ンに内設された冷却空洞とを有するエンジンのピストン
構造であって、上記冷却空洞とピストン外周面との距離
がピストンピン方向においてスラスト方向よりも大きく
設定されていることを特徴とするものである。
【００１９】また、請求項２に記載の発明は、同じくピ
ストン頂部に開設されたキャビティと、このキャビティ
を取り囲むようにピストンに内設された冷却空洞とを有
するエンジンのピストン構造であって、上記冷却空洞と
キャビティとの距離がスラスト方向においてピストンピ
ン方向よりも大きく設定されていることを特徴とするも
のである。
ストン頂部に開設されたキャビティと、このキャビティ
を取り囲むようにピストンに内設された冷却空洞とを有
するエンジンのピストン構造であって、上記冷却空洞と
キャビティとの距離がスラスト方向においてピストンピ
ン方向よりも大きく設定されていることを特徴とするも
のである。
【００２０】さらに、請求項３に記載の発明は、上記請
求項１又は請求項２に記載の発明において、冷却空洞
は、ピストンピン方向を短径とし、スラスト方向を長径
とする略長円形に形成されていることを特徴とするもの
である。
求項１又は請求項２に記載の発明において、冷却空洞
は、ピストンピン方向を短径とし、スラスト方向を長径
とする略長円形に形成されていることを特徴とするもの
である。
【００２１】一方、請求項４に記載の発明は、ピストン
頂部に開設されたキャビティと、このキャビティを取り
囲むようにピストンに内設された冷却空洞とを有するエ
ンジンのピストン構造であって、上記冷却空洞がピスト
ンピン方向の軸線を横切らないように分割された一対の
半円弧状空洞からなることを特徴とするものである。
頂部に開設されたキャビティと、このキャビティを取り
囲むようにピストンに内設された冷却空洞とを有するエ
ンジンのピストン構造であって、上記冷却空洞がピスト
ンピン方向の軸線を横切らないように分割された一対の
半円弧状空洞からなることを特徴とするものである。
【００２２】そして、請求項５に記載の発明は、上記請
求項４に記載の発明において、ピストンピン方向の軸線
を挟んで対向する半円弧状空洞の端部の一方は冷却用オ
イルの供給口であり、他方は排出口であることを特徴と
するものである。
求項４に記載の発明において、ピストンピン方向の軸線
を挟んで対向する半円弧状空洞の端部の一方は冷却用オ
イルの供給口であり、他方は排出口であることを特徴と
するものである。
【００２３】まず、請求項１記載の発明によれば、冷却
空洞とピストン外周面との距離（Ｌ）をピストンピン方
向においてスラスト方向よりも大きく設定したから、ピ
ン方向におけるその間の肉厚（Ｌ）が厚くなり、ピスト
ン頂部が図１０に示したような変形を起こし難くなっ
て、リップ部に作用する爆発応力ないし歪が低減する。
これに対し、冷却空洞とピストン外周面との距離（Ｌ）
をスラスト方向においてピン方向よりも小さく設定した
から、スラスト方向におけるその間の肉厚（Ｌ）が薄く
なり、ピストン頂部が図１０に示したような変形を起こ
し易くなって、リップ部に作用する熱応力ないし歪が低
減する。これにより、リップ部全周に渡って疲労損傷が
抑制され、該リップ部の信頼性向上が図られる。
空洞とピストン外周面との距離（Ｌ）をピストンピン方
向においてスラスト方向よりも大きく設定したから、ピ
ン方向におけるその間の肉厚（Ｌ）が厚くなり、ピスト
ン頂部が図１０に示したような変形を起こし難くなっ
て、リップ部に作用する爆発応力ないし歪が低減する。
これに対し、冷却空洞とピストン外周面との距離（Ｌ）
をスラスト方向においてピン方向よりも小さく設定した
から、スラスト方向におけるその間の肉厚（Ｌ）が薄く
なり、ピストン頂部が図１０に示したような変形を起こ
し易くなって、リップ部に作用する熱応力ないし歪が低
減する。これにより、リップ部全周に渡って疲労損傷が
抑制され、該リップ部の信頼性向上が図られる。
【００２４】また、請求項２記載の発明によれば、冷却
空洞とキャビティとの距離（Ｍ）をスラスト方向におい
てピストンピン方向よりも大きく設定したから、スラス
ト方向におけるその間の熱勾配が緩やかとなり、高温の
リップ部の大きな熱歪が、低温の冷却空洞周囲の部分に
よって規制、拘束されることが低減される。これによ
り、リップ部スラスト方向の熱応力が抑制され、やはり
該リップ部の信頼性向上が図られる。
空洞とキャビティとの距離（Ｍ）をスラスト方向におい
てピストンピン方向よりも大きく設定したから、スラス
ト方向におけるその間の熱勾配が緩やかとなり、高温の
リップ部の大きな熱歪が、低温の冷却空洞周囲の部分に
よって規制、拘束されることが低減される。これによ
り、リップ部スラスト方向の熱応力が抑制され、やはり
該リップ部の信頼性向上が図られる。
【００２５】なお、この熱勾配のコントロールは、冷却
空洞の冷却効率が高い場合に特に有効である。
空洞の冷却効率が高い場合に特に有効である。
【００２６】また、ピストン材料が例えばローエックス
アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ等）である場
合、該ピストンの疲労強度（換言すれば、熱応力及び爆
発応力に起因する各疲労損傷量）は、３００℃以下では
温度依存性が大きく、３００℃を超えると温度依存性が
小さくなる。それゆえ、リップ部の温度が低いとき、換
言すれば、Ｐｍａｘ（ｋｇｆ／平方ｃｍ：ピストン頂面
最大圧）が小さいときは、疲労強度の温度依存性が大き
いことにより、損傷量には冷却空洞の冷却効率が大きく
影響する。これに対し、リップ部の温度が高いときに
は、冷却空洞の冷却効率以外の要因、例えば剛性の低
下、熱勾配増大による歪の増大等が、損傷量に現れてく
る。
アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ等）である場
合、該ピストンの疲労強度（換言すれば、熱応力及び爆
発応力に起因する各疲労損傷量）は、３００℃以下では
温度依存性が大きく、３００℃を超えると温度依存性が
小さくなる。それゆえ、リップ部の温度が低いとき、換
言すれば、Ｐｍａｘ（ｋｇｆ／平方ｃｍ：ピストン頂面
最大圧）が小さいときは、疲労強度の温度依存性が大き
いことにより、損傷量には冷却空洞の冷却効率が大きく
影響する。これに対し、リップ部の温度が高いときに
は、冷却空洞の冷却効率以外の要因、例えば剛性の低
下、熱勾配増大による歪の増大等が、損傷量に現れてく
る。
【００２７】一方、請求項３記載の発明によれば、特
に、冷却空洞を、ピストンピン方向が短径、スラスト方
向が長径である略長円形に形成したから、冷却空洞とピ
ストン外周面との間の距離（Ｌ）と、冷却空洞とキャビ
ティとの間の距離（Ｍ）とが、ピン方向からスラスト方
向にかけて連続的に変化し、これにより周方向位置に応
じて、リップ部の疲労損傷要因が円滑に低減される。ま
た、冷却空洞が上下方向ではなく水平方向に変位するの
で、ピストン頂部が充分に爆発荷重を受けることがで
き、且つオイルの流れが阻害されることがない。
に、冷却空洞を、ピストンピン方向が短径、スラスト方
向が長径である略長円形に形成したから、冷却空洞とピ
ストン外周面との間の距離（Ｌ）と、冷却空洞とキャビ
ティとの間の距離（Ｍ）とが、ピン方向からスラスト方
向にかけて連続的に変化し、これにより周方向位置に応
じて、リップ部の疲労損傷要因が円滑に低減される。ま
た、冷却空洞が上下方向ではなく水平方向に変位するの
で、ピストン頂部が充分に爆発荷重を受けることがで
き、且つオイルの流れが阻害されることがない。
【００２８】そして、請求項４記載の発明によれば、冷
却空洞を二つの半円弧状空洞に分割し、ピストンピン方
向の軸線上には冷却空洞が存在しないようにしたから、
該ピン方向の剛性が高くなり、このピン方向においてピ
ストン頂部は変形し難くなる。これにより、爆発応力に
よるリップ部ピン方向の疲労損傷が低減される。
却空洞を二つの半円弧状空洞に分割し、ピストンピン方
向の軸線上には冷却空洞が存在しないようにしたから、
該ピン方向の剛性が高くなり、このピン方向においてピ
ストン頂部は変形し難くなる。これにより、爆発応力に
よるリップ部ピン方向の疲労損傷が低減される。
【００２９】その場合に、請求項５記載の発明によれ
ば、特に、ピストンピン方向の軸線を挟んで対向する一
方の半円弧状空洞の端部を冷却用オイルの供給口とし、
他方の端部をその排出口としたから、各空洞の長さが短
くなり、ここを通過するオイルによる冷却効率が向上す
ると共に、オイルの流れが円中心について対称となって
その冷却程度のむらを抑制することができる。また、各
半円弧状空洞のオイル供給口に冷却オイルを噴出供給す
る複数のオイルジェットがシリンダ内で一側部に片寄っ
て配置されることが回避され、レイアウト性にも優れ
る。
ば、特に、ピストンピン方向の軸線を挟んで対向する一
方の半円弧状空洞の端部を冷却用オイルの供給口とし、
他方の端部をその排出口としたから、各空洞の長さが短
くなり、ここを通過するオイルによる冷却効率が向上す
ると共に、オイルの流れが円中心について対称となって
その冷却程度のむらを抑制することができる。また、各
半円弧状空洞のオイル供給口に冷却オイルを噴出供給す
る複数のオイルジェットがシリンダ内で一側部に片寄っ
て配置されることが回避され、レイアウト性にも優れ
る。
【００３０】以下、発明の実施の形態を通して、本発明
をさらに詳しく説明する。
をさらに詳しく説明する。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１ないし図４は、それぞれ、本
発明の実施の形態に係るピストン１０の平面図、ピスト
ンピン（図示せず）の延設方向と直交するスラスト方向
に沿う縦断面図、ピストンピン方向に沿う縦断面図、及
び底面図である。このピストン１０は、例えばローエッ
クスアルミニウム合金（ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ等）を鋳造
してなる直噴式ディーゼルエンジン用のものであって、
外周面に３条のリング溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃが刻設
されたヘッド部１２と、該ヘッド部１２の外周縁から下
方に延垂された円筒形状のスカート部１３とを有する。
発明の実施の形態に係るピストン１０の平面図、ピスト
ンピン（図示せず）の延設方向と直交するスラスト方向
に沿う縦断面図、ピストンピン方向に沿う縦断面図、及
び底面図である。このピストン１０は、例えばローエッ
クスアルミニウム合金（ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ等）を鋳造
してなる直噴式ディーゼルエンジン用のものであって、
外周面に３条のリング溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃが刻設
されたヘッド部１２と、該ヘッド部１２の外周縁から下
方に延垂された円筒形状のスカート部１３とを有する。
【００３２】ここで、図示しないが、最上方のリング溝
１１ａ及び２番目のリング溝１１ｃにはコンプレッショ
ンリングが、最下方のリング溝１１ｃにはオイルリング
が嵌装される。また、スカート部１３の内面にはボス部
１４，１４が対向して突設され、該ボス部１４，１４に
貫設された孔１５，１５にピストンピンが支承される。
そして、該ピストンピンを介してコンロッドの上端部が
ヘッド部１２に枢着される。
１１ａ及び２番目のリング溝１１ｃにはコンプレッショ
ンリングが、最下方のリング溝１１ｃにはオイルリング
が嵌装される。また、スカート部１３の内面にはボス部
１４，１４が対向して突設され、該ボス部１４，１４に
貫設された孔１５，１５にピストンピンが支承される。
そして、該ピストンピンを介してコンロッドの上端部が
ヘッド部１２に枢着される。
【００３３】一方、上記ヘッド部１２の頂面１６、すな
わちこのピストン１０の頂面１６の中央部には、噴射さ
れた燃料の良好なスワール等を実現させるためのキャビ
ティ２０が凹設されている。このキャビティ２０は頂面
１６において円形に開口し、その窪み中央部に隆起部２
１を有する。そして、上記円形開口の周縁部が全周に渡
って内方向に幾分突出するリップ部２２を構成してい
る。
わちこのピストン１０の頂面１６の中央部には、噴射さ
れた燃料の良好なスワール等を実現させるためのキャビ
ティ２０が凹設されている。このキャビティ２０は頂面
１６において円形に開口し、その窪み中央部に隆起部２
１を有する。そして、上記円形開口の周縁部が全周に渡
って内方向に幾分突出するリップ部２２を構成してい
る。
【００３４】さらに、上記ヘッド部１２には、その頂面
１６を含む該ヘッド部１２を冷却するための冷却空洞３
０が内設されている。この冷却空洞３０は上記キャビテ
ィ２０を取り囲むように環状に形成され、その所定の二
か所の部位において、スカート部１３の内側でボス部１
４，１４の側方に開口するオイル連通路３１，３２が設
けられている。そして、このピストン１０がシリンダ内
で下降したときに、該シリンダ下部に備えられたオイル
ジェット４０から上方に噴出される冷却オイルがいずれ
か一方の連通路（図例では連通路３１）を通って空洞３
０内に入り、該オイルが空洞３０内を通過する間にヘッ
ド部１２の熱を持ち去って他方の連通路（図例では連通
路３２）から排出される。
１６を含む該ヘッド部１２を冷却するための冷却空洞３
０が内設されている。この冷却空洞３０は上記キャビテ
ィ２０を取り囲むように環状に形成され、その所定の二
か所の部位において、スカート部１３の内側でボス部１
４，１４の側方に開口するオイル連通路３１，３２が設
けられている。そして、このピストン１０がシリンダ内
で下降したときに、該シリンダ下部に備えられたオイル
ジェット４０から上方に噴出される冷却オイルがいずれ
か一方の連通路（図例では連通路３１）を通って空洞３
０内に入り、該オイルが空洞３０内を通過する間にヘッ
ド部１２の熱を持ち去って他方の連通路（図例では連通
路３２）から排出される。
【００３５】以上の構成において、このピストン１０の
上記冷却空洞３０は、頂面１６に対して平行な真円では
なく、頂面１６に対して平行であり、且つ、特に図４に
示すように、ピストンピン方向（Ｐ）を短径とし、スラ
スト方向（Ｔ）を長径とする楕円形状に形成されてい
る。すなわち、ピン方向（Ｐ）における冷却空洞３０と
ピストン１０の外周面ないしリング溝１１ａ，１１ｂ，
１１ｃとの間の肉厚（Ｌ）が、スラスト方向（Ｔ）にお
けるそれと比べて厚く設定され、一方、スラスト方向
（Ｔ）における冷却空洞３０とキャビティ２０との間の
肉厚（Ｍ）が、ピン方向（Ｐ）におけるそれと比べて厚
く設定されているのである。その結果、ピン方向（Ｐ）
においては空洞３０とリング溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
との間の剛性が高くなり、前述の図１０に鎖線で示した
ようなリップ部２２が外方に撓むような変形が生じ難く
なって、リップ部２２に作用する爆発応力ないし歪が低
減する。逆に、スラスト方向（Ｔ）においては空洞３０
とリング溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃとの間の剛性が低く
なり、同図に鎖線で示したような変形が生じ易くなっ
て、リップ部２２に作用する熱応力ないし歪が低減す
る。これにより、リップ部２２全周に渡って疲労損傷が
抑制され、該リップ部２２の信頼性向上が図られること
になる。
上記冷却空洞３０は、頂面１６に対して平行な真円では
なく、頂面１６に対して平行であり、且つ、特に図４に
示すように、ピストンピン方向（Ｐ）を短径とし、スラ
スト方向（Ｔ）を長径とする楕円形状に形成されてい
る。すなわち、ピン方向（Ｐ）における冷却空洞３０と
ピストン１０の外周面ないしリング溝１１ａ，１１ｂ，
１１ｃとの間の肉厚（Ｌ）が、スラスト方向（Ｔ）にお
けるそれと比べて厚く設定され、一方、スラスト方向
（Ｔ）における冷却空洞３０とキャビティ２０との間の
肉厚（Ｍ）が、ピン方向（Ｐ）におけるそれと比べて厚
く設定されているのである。その結果、ピン方向（Ｐ）
においては空洞３０とリング溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
との間の剛性が高くなり、前述の図１０に鎖線で示した
ようなリップ部２２が外方に撓むような変形が生じ難く
なって、リップ部２２に作用する爆発応力ないし歪が低
減する。逆に、スラスト方向（Ｔ）においては空洞３０
とリング溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃとの間の剛性が低く
なり、同図に鎖線で示したような変形が生じ易くなっ
て、リップ部２２に作用する熱応力ないし歪が低減す
る。これにより、リップ部２２全周に渡って疲労損傷が
抑制され、該リップ部２２の信頼性向上が図られること
になる。
【００３６】さらに、このような機械的剛性のコントロ
ールと共に、リップ部２２と冷却空洞３０との間におけ
る熱勾配もまた同時にコントロールされることになる。
すなわち、スラスト方向（Ｔ）における冷却空洞３０と
キャビティ２０との間の肉厚（Ｍ）が厚くなり、その間
（Ｍ）の熱勾配が緩やかとなって、高温のリップ部２２
の大きな熱歪が、低温の冷却空洞３０周囲の部分によっ
て規制、拘束されることが低減されることになるのであ
る。したがって、リップ部２２のスラスト方向における
熱応力が抑制され、これによってもやはり該リップ部２
２の信頼性向上が図られる。
ールと共に、リップ部２２と冷却空洞３０との間におけ
る熱勾配もまた同時にコントロールされることになる。
すなわち、スラスト方向（Ｔ）における冷却空洞３０と
キャビティ２０との間の肉厚（Ｍ）が厚くなり、その間
（Ｍ）の熱勾配が緩やかとなって、高温のリップ部２２
の大きな熱歪が、低温の冷却空洞３０周囲の部分によっ
て規制、拘束されることが低減されることになるのであ
る。したがって、リップ部２２のスラスト方向における
熱応力が抑制され、これによってもやはり該リップ部２
２の信頼性向上が図られる。
【００３７】その場合に、特に、冷却空洞３０を、ピス
トンピン方向（Ｐ）が短径、スラスト方向（Ｔ）が長径
である楕円形状に形成したから、冷却空洞３０とピスト
ン外周面ないしリング溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃとの間
の距離（Ｌ）、及び冷却空洞３０とキャビティ２０との
間の距離（Ｍ）が、ピン方向（Ｐ）とスラスト方向
（Ｔ）との間に渡ってなだらかに連続的に変化し、これ
によりピストン１０の周方向の位置に応じて、リップ部
２２の疲労損傷要因が円滑に低減される。また、冷却空
洞３０が上下方向ではなく水平方向に変位するので、ピ
ストン頂部１６が充分に爆発荷重を受けることができ、
且つ、冷却空洞３０内のオイルの流れが円滑なまま保持
される。
トンピン方向（Ｐ）が短径、スラスト方向（Ｔ）が長径
である楕円形状に形成したから、冷却空洞３０とピスト
ン外周面ないしリング溝１１ａ，１１ｂ，１１ｃとの間
の距離（Ｌ）、及び冷却空洞３０とキャビティ２０との
間の距離（Ｍ）が、ピン方向（Ｐ）とスラスト方向
（Ｔ）との間に渡ってなだらかに連続的に変化し、これ
によりピストン１０の周方向の位置に応じて、リップ部
２２の疲労損傷要因が円滑に低減される。また、冷却空
洞３０が上下方向ではなく水平方向に変位するので、ピ
ストン頂部１６が充分に爆発荷重を受けることができ、
且つ、冷却空洞３０内のオイルの流れが円滑なまま保持
される。
【００３８】なお、上記冷却空洞３０は、楕円形状に限
られず、長円形状であってもよい。
られず、長円形状であってもよい。
【００３９】次に、本発明の第２の実施の形態を図５に
基づいて説明する。なお、先の第１の実施の形態と同じ
又は相当する構成部材には同じ符号を用いる。
基づいて説明する。なお、先の第１の実施の形態と同じ
又は相当する構成部材には同じ符号を用いる。
【００４０】このピストン１０においては、冷却空洞が
二つの半円弧状空洞３０′，３０′に分割されている。
その場合に、各半円弧状空洞３０′はピストンピン方向
（Ｐ）の軸線を横切らず、該軸線上には存在していな
い。これにより、ピストン１０のピン方向（Ｐ）の剛性
が高くなり、このピン方向（Ｐ）においてピストン頂部
１６ないしリップ部２２が変形し難くなって、爆発応力
によるリップ部２２のピン方向（Ｐ）の疲労損傷が低減
されることになる。また、各空洞３０′の長さが短くな
り、ここを通過するオイルによる冷却効率が向上する。
二つの半円弧状空洞３０′，３０′に分割されている。
その場合に、各半円弧状空洞３０′はピストンピン方向
（Ｐ）の軸線を横切らず、該軸線上には存在していな
い。これにより、ピストン１０のピン方向（Ｐ）の剛性
が高くなり、このピン方向（Ｐ）においてピストン頂部
１６ないしリップ部２２が変形し難くなって、爆発応力
によるリップ部２２のピン方向（Ｐ）の疲労損傷が低減
されることになる。また、各空洞３０′の長さが短くな
り、ここを通過するオイルによる冷却効率が向上する。
【００４１】さらに、特に、ピストンピン方向（Ｐ）の
軸線を挟んで相互に対向する各半円弧状空洞３０′の一
方の端部が冷却用オイルの供給口３１、他方の端部がそ
の排出口３２とされている。これにより、オイルの流れ
が、図中符号Ｎ，Ｎで示すように、円中心について対称
となるから、その冷却の程度にむらがなくなり、均一と
なって好ましい。また、各半円弧状空洞３０′のオイル
供給口３１に冷却オイルを噴出供給する二つのオイルジ
ェット４０，４０の配置がシリンダ内で一側部に片寄ら
ず、配置レイアウト性がよくなる。
軸線を挟んで相互に対向する各半円弧状空洞３０′の一
方の端部が冷却用オイルの供給口３１、他方の端部がそ
の排出口３２とされている。これにより、オイルの流れ
が、図中符号Ｎ，Ｎで示すように、円中心について対称
となるから、その冷却の程度にむらがなくなり、均一と
なって好ましい。また、各半円弧状空洞３０′のオイル
供給口３１に冷却オイルを噴出供給する二つのオイルジ
ェット４０，４０の配置がシリンダ内で一側部に片寄ら
ず、配置レイアウト性がよくなる。
【００４２】なお、この第２の実施の形態の場合、上記
半円弧状空洞３０′は、図示したように楕円形ないし長
円形の弧形状であってもよく、また真円の弧形状であっ
てもよい。
半円弧状空洞３０′は、図示したように楕円形ないし長
円形の弧形状であってもよく、また真円の弧形状であっ
てもよい。
【００４３】なお、本発明は、キャビティがピストン頂
面の中心から偏心しているようなものであっても好まし
く適用できる。
面の中心から偏心しているようなものであっても好まし
く適用できる。
【００４４】
【発明の効果】以上具体例を挙げて詳しく説明したよう
に、本発明によれば、キャビティリップ部の信頼性の向
上を図る観点から、冷却空洞の位置や形状の最適条件が
設定され、その結果、過酷な使用条件にも十分耐えうる
エンジン用ピストンを提供することが可能となった。本
発明は、例えば、ディーゼルエンジン用ピストン、直噴
式ディーゼルエンジン用ピストン、直噴式ガソリンエン
ジン用ピストン等、キャビティと冷却空洞とが設けられ
たピストン一般に広く好ましく適用可能である。
に、本発明によれば、キャビティリップ部の信頼性の向
上を図る観点から、冷却空洞の位置や形状の最適条件が
設定され、その結果、過酷な使用条件にも十分耐えうる
エンジン用ピストンを提供することが可能となった。本
発明は、例えば、ディーゼルエンジン用ピストン、直噴
式ディーゼルエンジン用ピストン、直噴式ガソリンエン
ジン用ピストン等、キャビティと冷却空洞とが設けられ
たピストン一般に広く好ましく適用可能である。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るピストンの平
面図である。
面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【図３】同じくＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図４】同ピストンの底面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るピストンの底
面図である。
面図である。
【図６】材料破壊までの応力と繰り返し回数との関係を
示すＳ−Ｎ曲線図である。
示すＳ−Ｎ曲線図である。
【図７】一般にピストンに作用する熱応力及び爆発応力
の経時変化の一例を示すタイムチャート図である。
の経時変化の一例を示すタイムチャート図である。
【図８】ピン方向におけるリップ部の疲労損傷量と冷却
空洞の径との関係、及び全疲労損傷量に占める熱応力と
爆発応力との寄与率を表わすグラフ図である。
空洞の径との関係、及び全疲労損傷量に占める熱応力と
爆発応力との寄与率を表わすグラフ図である。
【図９】スラスト方向におけるリップ部の疲労損傷量と
冷却空洞の径との関係、及び全疲労損傷量に占める熱応
力と爆発応力との寄与率を表わすグラフ図である。
冷却空洞の径との関係、及び全疲労損傷量に占める熱応
力と爆発応力との寄与率を表わすグラフ図である。
【図１０】爆発応力又は熱応力の作用によるピストンの
変形を示す概念図である。
変形を示す概念図である。
１０ ピストン １６ ピストン頂面 ２０ キャビティ ２２ リップ部 ３０ 冷却空洞 ３０′ 半円弧状空洞 ３１ オイル供給口 ３２ オイル排出口 Ｌ 冷却空洞−ピストン外周面間距離 Ｍ 冷却空洞−キャビティ間距離 Ｐ ピストンピン方向 Ｔ スラスト方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武重 伸秀 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3J044 AA09 AA10 BA04 BC02 CA03 DA09 EA01
Claims (5)
- 【請求項１】 ピストン頂部に開設されたキャビティ
と、このキャビティを取り囲むようにピストンに内設さ
れた冷却空洞とを有するエンジンのピストン構造であっ
て、上記冷却空洞とピストン外周面との距離がピストン
ピン方向においてスラスト方向よりも大きく設定されて
いることを特徴とするエンジンのピストン構造。 - 【請求項２】 ピストン頂部に開設されたキャビティ
と、このキャビティを取り囲むようにピストンに内設さ
れた冷却空洞とを有するエンジンのピストン構造であっ
て、上記冷却空洞とキャビティとの距離がスラスト方向
においてピストンピン方向よりも大きく設定されている
ことを特徴とするエンジンのピストン構造。 - 【請求項３】 冷却空洞は、ピストンピン方向を短径と
し、スラスト方向を長径とする略長円形に形成されてい
ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエン
ジンのピストン構造。 - 【請求項４】 ピストン頂部に開設されたキャビティ
と、このキャビティを取り囲むようにピストンに内設さ
れた冷却空洞とを有するエンジンのピストン構造であっ
て、上記冷却空洞がピストンピン方向の軸線を挟んで配
置された一対の半円弧状空洞からなることを特徴とする
エンジンのピストン構造。 - 【請求項５】 ピストンピン方向の軸線を挟んで対向す
る一方の半円弧状空洞の端部は冷却用オイルの供給口で
あり、他方の端部はその排出口であることを特徴とする
請求項４に記載のエンジンのピストン構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07776199A JP4158271B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | エンジンのピストン構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07776199A JP4158271B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | エンジンのピストン構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000274306A true JP2000274306A (ja) | 2000-10-03 |
| JP4158271B2 JP4158271B2 (ja) | 2008-10-01 |
Family
ID=13642930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07776199A Expired - Fee Related JP4158271B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | エンジンのピストン構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4158271B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10126493A1 (de) * | 2001-05-31 | 2002-12-19 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Kolben mit zu den Hauptachsen geneigtem Kühlkanal |
| US6722337B2 (en) | 2001-04-25 | 2004-04-20 | Jenbacher Aktiengesellschaft | Spark ignition internal combustion engine |
| EP1409858A1 (en) * | 2001-07-23 | 2004-04-21 | International Engine Intellectual Property Company LLC. | Combustion chamber |
| EP1930578A3 (de) * | 2006-11-28 | 2012-02-08 | KS Kolbenschmidt GmbH | Kühlkanalvarianten für Kolben |
| JP2012193743A (ja) * | 2012-07-17 | 2012-10-11 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関用ピストン |
-
1999
- 1999-03-23 JP JP07776199A patent/JP4158271B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6722337B2 (en) | 2001-04-25 | 2004-04-20 | Jenbacher Aktiengesellschaft | Spark ignition internal combustion engine |
| DE10126493A1 (de) * | 2001-05-31 | 2002-12-19 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Kolben mit zu den Hauptachsen geneigtem Kühlkanal |
| DE10126493B4 (de) * | 2001-05-31 | 2006-05-11 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Kolben mit zu den Hauptachsen geneigtem Kühlkanal |
| EP1409858A1 (en) * | 2001-07-23 | 2004-04-21 | International Engine Intellectual Property Company LLC. | Combustion chamber |
| EP1409858A4 (en) * | 2001-07-23 | 2004-10-06 | Int Engine Intellectual Prop | COMBUSTION CHAMBER |
| EP1930578A3 (de) * | 2006-11-28 | 2012-02-08 | KS Kolbenschmidt GmbH | Kühlkanalvarianten für Kolben |
| EP1930578B1 (de) | 2006-11-28 | 2019-09-25 | KS Kolbenschmidt GmbH | Kühlkanalvarianten für Kolben |
| JP2012193743A (ja) * | 2012-07-17 | 2012-10-11 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関用ピストン |
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