JP2002221086A - ピストンの冷却構造 - Google Patents
ピストンの冷却構造Info
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Abstract
ンの延命を図る。 【解決手段】 本発明に係るピストン1の冷却構造は、
ピストン内部にその周方向に沿ってオイル等の冷却媒体
が導入されるクーリングチャンネル6を設け、ピストン
周方向の所定箇所において、上記クーリングチャンネル
6の高さ位置を他の箇所より下げるようにしたものであ
る。クーリングチャンネル全体を下方に屈曲させること
によりクーリングチャンネルの高さ位置を下げてもよい
し、クーリングチャンネルの頂壁のみ高さ位置を下げる
ことによりクーリングチャンネルの高さ位置を下げても
よい。
Description
に係り、特に、熱負荷の高いディーゼルエンジン等に適
用されるピストンの冷却構造に関する。
年々厳しくなる排ガス規制や高出力化に対応するため、
エンジンの筒内圧が益々増加傾向にある。このためピス
トンの強度アップが急務となっている。
す。ピストン1には、その頂部に燃焼室の一部をなすキ
ャビティ2が設けられ、ピストンピン(図示せず)を挿
入するためのピストンピン穴3及びピストンピンボス4
と、複数のピストンリング溝5とが設けられる。そして
ピストン内部にはオイル冷却を行うためのクーリングチ
ャンネル6が設けられる。クーリングチャンネル6は、
ピストン全周に亘って一定高さ位置に設けられ、ピスト
ン1に貫通形成されたオイル導入口10よりオイルジェ
ットノズル9から噴出されたオイルを導入し、循環さ
せ、ピストン1を内部から冷却するようになっている。
に伴いx1,x2で示すような亀裂が問題となる。亀裂
x1は、キャビティ2の入口部ないし頂部周縁部を区画
するリップ7を破断するような亀裂で、ピストンピン方
向に進行する。これを防止するため、リップ7のアール
Rを増やしてリップ7を厚肉にし、応力の分散化を図る
方法がある。また材料の強度アップ、例えばアルミ合金
(ex.AC8M)を繊維強化金属(FRM,ex.M142)に変更する方法
がある。しかし、前者では、元々リップ7のアールRが
燃焼時の最適Rになっているため、これを変えると燃焼
形態に影響を与え、エミッションのチューニングが困難
となり、例えばパティキュレートやハイドロカーボンが
増加するという問題がある。また後者ではコスト高にな
るという問題がある。
ネル6にまで到達してしまうと、燃焼室からクーリング
チャンネル6まで連通してしまって燃焼室のガスが漏れ
てしまい、圧縮圧力の低下や燃焼ガスの吹き抜け等を生
じさせ、最悪運転不能となってしまう。
ストンピンボス4の端部を起点として進行するような亀
裂である。この対応策としては、その端部付近に仮想線
3aで示すようなテーパ角を設け応力の分散化を図る方
法がある。またピストンピンの剛性を上げ、ピンの楕円
変形からピストンピンボス4を押圧するモードを防ぐ方
法がある。
うち前者の亀裂x1に対処するため創案されたもので、
その目的は、ピストン頂部の亀裂が発生したとしてもピ
ストンの延命を図り得るピストンの冷却構造を提供する
ことにある。
冷却構造は、ピストン内部にその周方向に沿ってオイル
等の冷却媒体が導入されるクーリングチャンネルを設
け、ピストン周方向の所定箇所において、上記クーリン
グチャンネルの高さ位置を他の箇所より下げるようにし
たものである。
に屈曲させることにより上記クーリングチャンネルの高
さ位置を下げるようにしてもよい。
高さ位置を下げることにより上記クーリングチャンネル
の高さ位置を下げるようにしてもよい。
ップリング溝と略等しい高さ位置に設けられるのが好ま
しい。
ティが凹設され、当該キャビティの径方向外側に上記ク
ーリングチャンネルが設けられてもよい。
近の周方向箇所であってもよい。
を添付図面に基づいて詳述する。
示す。なお図3に示した従来例と同様の部分については
同一の符号を用いる。図示例のピストン1は図2を参照
すると分かるように、ピストン中心Cを境に左半分がピ
ストンピン軸Cpに直角な断面、右半分がピストンピン
軸Cpに平行な断面である。言い換えれば、左半分がス
ラスト(T)・アンチスラスト(AT)方向に沿って切
った断面、右半分がスラスト・アンチスラスト方向と直
角な方向で且つピストンピン軸Cp上で切った断面であ
る。スラスト・アンチスラスト方向と直角な方向はその
一端側を前(F)、他端側を後(R)とする。従って右
半分は前後に沿って切った断面ともいえる。もっとも、
スラスト・アンチスラスト方向とこれと直角な方向とで
は、それぞれ断面がピストン中心Cに対称である。
で、その頂部には燃焼室の一部をなすキャビティ2が凹
設されている。キャビティ2は所謂リエントラント形燃
焼室をなすもので、ピストン1と同心に配置されると共
に、その入口部ないし頂部周縁部を区画するリップ7が
設けられる。リップ7はキャビティ2の入口を絞るよう
に径方向内側に且つ断面アール状に突出されている。キ
ャビティ2の底壁は断面山形状に隆起されている。ピス
トン1の前後側にはピストンピン(図示せず)を挿入す
るためのピストンピン穴3及びピストンピンボス4が設
けられる。ここでピストンピン軸Cpの方向はエンジン
のクランク軸方向と一致している。そしてピストン1の
側面頂部付近には複数のピストンリング溝が設けられ
る。ピストンリング溝は上から順にトップリング溝5
a、セカンドリング溝5b及びオイルリング溝5cの三
本からなる。
め、ピストン内部にはクーリングチャンネル(冷却通
路)6が設けられる。このクーリングチャンネル6には
冷却媒体としてのオイルが流通ないし循環される。図示
しない周方向箇所にオイルの導入口と排出口とが設けら
れ、さらには図示しないジェットノズルが導入口に指向
されており、ジェットノズルから噴出されたオイルが導
入口からクーリングチャンネル6内に導入され、クーリ
ングチャンネル6内を循環された後、排出口からクラン
クケース内に排出されることで、ピストン1の熱を奪い
去るようになっている。
同心で且つピストン全周に亘るリング状に形成される。
従来のクーリングチャンネル6は、図2(b)に示すよう
に全周同一(一定)高さとなっていた。これに対し、本
実施形態のクーリングチャンネル6は図2(c)に示すよ
うに全体で略蛇行形状とされ、各周方向箇所で高さ位置
が異なっている。ここでクーリングチャンネル6の高さ
位置とは通路断面の中心Ccの高さ位置をいう。
3に示すように全周トップリング溝5aと略同一高さに
位置されている(これを基準高さといい、図2にH0で
示す)。これに対し本実施形態のクーリングチャンネル
6は、図1及び図2(c)に示すように、スラストT側と
アンチスラストAT側との周方向箇所では基準高さH0
に位置されるものの、これらと90°異なる周方向箇所
である前F部と後R部とではクーリングチャンネル全体
が下方に湾曲されることにより高さ位置がΔHだけ下げ
られている。なお前F部と後R部とではクーリングチャ
ンネル6がセカンドリング溝5bと同一高さにある。
ップ7から離れるため、リップ7の亀裂x1(図3参
照)が発生したとしてもクーリングチャンネル6に到達
し難くなり、リップ7の亀裂x1の進行に対してピスト
ンを延命させることができる。即ち亀裂x1がクーリン
グチャンネル6に到達しなければ、燃焼室からクーリン
グチャンネル6への連通もなくなるので、燃焼室からの
ガス漏れ等が防止され、ピストンをとりあえず使用可能
な状態に維持できるのである。そしてこの方法によれば
リップ7のアールRが変わらないため燃焼形態やエミッ
ションに影響を与えることがない。また材料の変更も伴
わないのでコスト高になることもない。
ル6の径方向位置としては、トップリング溝5aの内側
且つキャビティ2の外側である。スラストT側とアンチ
スラストAT側とではクーリングチャンネル6がちょう
どトップリング溝5aとキャビティ2とに挟まれた領域
に位置される。本実施形態では全周箇所においてクーリ
ングチャンネル6の径方向内側の側壁がキャビティ2の
最外径位置より外側にある。
さとするのは、トップリング溝5aの裏側を積極的に冷
やし、トップリング(図示せず)のトップリング溝5a
への焼き付きを防止するためである。従ってクーリング
チャンネル全体を下げるのは好ましくない。
ンピン軸Cp付近の周方向箇所或いはピストンピンボス
4の存在する周方向箇所でクーリングチャンネル6を下
げるようにしたのは、実機試験によりかかる周方向箇所
でリップ7の亀裂x1が発生しやすいことが判明したか
らである。仮に異なる周方向箇所でリップ7の亀裂x1
が発生しやすければ、そのような箇所でクーリングチャ
ンネル6を下げればよいことになる。
の通路面積及び通路形状は全周同じである。しかしなが
らこれらは所定の周方向箇所で変えるようにしても構わ
ない。
リングチャンネル6の底部が下方に窪んでいる。このた
めそこにオイルを溜めることができ、さらなる冷却効果
を発揮できる。
ことでピストンピンボス4側の亀裂x2(図3参照)の
到達が懸念されるが、クーリングチャンネル6を下げて
もなお亀裂x2の発生箇所は遠く、この点は問題となら
ない。
2(d)に示すように、クーリングチャンネル6は、前F
部と後R部とで頂壁8のみ高さ位置を下げることによっ
て、クーリングチャンネル全体としての高さ位置を下げ
るようにしてもよい。この場合下げ量はΔH’であり、
先のΔHより少ない。これは、スペース上等の理由でチ
ャンネル全体を下げられないときに好適である。本実施
形態の場合、単に頂壁8の位置を下げようとすると通路
が絞られることになる。オイルの流通上問題なければよ
いが、問題あるようならチャンネル側壁を強度上問題な
い範囲で径方向内側又は外側に膨出させ、同じ通路面積
を確保するようにすればよい。
限られない。例えば本発明はクーリングチャンネルを備
えたいかなるピストンにも適用でき、ガソリンエンジン
用にも適用できる。要はピストン頂部に亀裂が発生しや
すい周方向箇所において、クーリングチャンネルの位置
を下げればよいのである。またクーリングチャンネル内
に導入する冷却媒体はオイル以外のもの、例えばエア等
が可能である。
る。
亀裂がクーリングチャンネルに到達し難くなり、ピスト
ンの延命効果を発揮できる。
線断面図である。
図、(b),(c),(d)はクーリングチャンネルの展開図であ
り、(b)は従来、(c)は本発明の実施形態、(d)は本発明
の他の実施形態である。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 ピストン内部にその周方向に沿ってオイ
ル等の冷却媒体が導入されるクーリングチャンネルを設
け、ピストン周方向の所定箇所において、上記クーリン
グチャンネルの高さ位置を他の箇所より下げるようにし
たことを特徴とするピストンの冷却構造。 - 【請求項2】 上記クーリングチャンネルを下方に屈曲
させることにより上記クーリングチャンネルの高さ位置
を下げるようにした請求項1記載のピストンの冷却構
造。 - 【請求項3】 上記クーリングチャンネルの頂壁の高さ
位置を下げることにより上記クーリングチャンネルの高
さ位置を下げるようにした請求項1記載のピストンの冷
却構造。 - 【請求項4】 上記他の箇所のクーリングチャンネルが
トップリング溝と略等しい高さ位置に設けられる請求項
1乃至3いずれかに記載のピストンの冷却構造。 - 【請求項5】 ピストン頂部に燃焼室をなすキャビティ
が凹設され、当該キャビティの径方向外側に上記クーリ
ングチャンネルが設けられる請求項1乃至4いずれかに
記載のピストンの冷却構造。 - 【請求項6】 上記所定箇所が、ピストンピン軸付近の
周方向箇所である請求項1乃至5いずれかに記載のピス
トンの冷却構造。
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2001
- 2001-01-29 JP JP2001020384A patent/JP4151223B2/ja not_active Expired - Fee Related
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