JP2007064133A

JP2007064133A - ピストン構造

Info

Publication number: JP2007064133A
Application number: JP2005253057A
Authority: JP
Inventors: Akira Suzuki; 木彰鈴
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】実圧縮比を確保し、燃費を良好に維持し、トップリングの熱負荷を軽減し、且つトップリングへのカーボンの堆積を排除し、以って堆積カーボンによるシリンダライナー内壁の摩耗を防止することの出来るピストン構造の提供。
【解決手段】トップリング溝４の開口部上縁４ａの直径は最大熱負荷時においてシリンダライナー内壁３０と干渉しない限度の大きさであり、トップランド３はトップリング溝４の開口部上縁４ａからピストン頂部２に向って外周面３Ｆがテーパ状に縮径して成形されており、且つトップランド３の外周面３Ｆには耐熱コーティング１０が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンのピストン構造に関し、詳細には、本来の性能を維持した上で、耐熱及び耐摩耗性を考慮したトップランドの構造に関する。

図３に示すように、ピストンの外周部Ｒにおけるトップランド３Ｂの上下方向の長さＨ３は、セカンドランド５以下のランドの上下方向の長さＨ２、Ｈ１に比べて長く形成されている。
トップランド３Ｂは、ピストン頂部２に近く、トップランド３Ｂの外周とシリンダライナー内壁３０との隙間Ｓが狭いこともあり、そのような隙間Ｓによって火炎の伝播が届き難く、当該隙間Ｓ近傍に残留するエンジンオイルや燃料が蒸し焼き状態となり、未燃焼のカーボン４０がトップランド３Ｂに堆積し易い。
特に、図３のようにトップランド３Ｂの外周直径Ｄ３がセカンドランド５以下の直径Ｄ２と等しい場合にはその傾向が顕著である。
図３において、符号４はトップリング溝、符号６はセカンドリング溝、符号７はサードランド、符号８はオイルリング溝を示す。

そこで、図４の様にトップランド３Ｃのピストン頂部２側を縮径してトップランド３Ｃの外周面をテーパ状に形成し、シリンダライナー内壁３０とトップランド３Ｃ外周との隙間Ｓを増大させる例もあるが、その隙間Ｓは前記未燃焼カーボン４０の発生を防ぐには依然として小さい。図４において符号５０は、トップリングを示す。

トップランドへのカーボンの堆積は、シリンダライナーの早期摩耗を助長し、エンジン性能の悪化要因となる。
そのようなシリンダライナーの早期摩耗を防止するために、図５に示す様なトップランド３Ｃにカットバック（破線部分がカット縛処理で削り取られた領域）６０を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

カットバック６０は、図５に示すように、トップランド３Ｃをピストン中心側に後退させ、シリンダライナー内壁３０とトップランド３Ｃとの隙間Ｓを増大させることで燃焼時に火炎を隙間Ｓに入り易くし、燃焼を向上させ、燃料やエンジンオイルの炭化、即ちカーボンの発生を抑制するものである。

然るにカットバック６０は、デッドボリュームを形成し、実圧縮比を低下させ、燃費も悪化する。更にトップリング５０の露出部分が増加し、トップリング５０の熱耐久性が悪化するという問題がある。

或いは、別の技術で、ピストンのセカンドランド以下の領域の中心軸はシリンダライナーの中心軸に一致しているが、トップランドのみをシリンダライナーの中心軸に対して半径方向に偏芯させてピストン頂部に付着するカーボンを全周に亙って均一化する技術が提案されている（例えば特許文献３参照）。
然るに、係る従来技術は、上述した要請に応えるものではない。
特開２００１−３４１１７３号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、実圧縮比を確保し、燃費を良好に維持し、トップリングの熱負荷を軽減し、且つトップリングへのカーボンの堆積を排除し、以って堆積カーボンによるシリンダライナー内壁の摩耗を防止することの出来るピストン構造を提供することである。

本発明のピストン構造は、ディーゼルエンジンのピストン（１）において、トップリング溝（４）の開口部上縁（４ａ）の直径は最大熱負荷時においてシリンダライナー内壁（３０）と干渉しない限度の大きさであり、トップランド（３）は前記トップリング溝（４）の開口部上縁（４ａ）からピストン頂部（２）に向って外周面（３Ｆ）がテーパ状に縮径して成形されており、且つトップランド（３）の外周面（３Ｆ）には耐熱コーティング（１０）が施されていることを特徴としている（請求項１）。

或いは、本発明のピストン構造は、ディーゼルエンジンのピストン（１）において、トップリング溝（４）の開口部上縁（４ａ）の直径はセカンドランド（５）以下のピストン外周（Ｒ）の直径と略等しく、トップランド（３）は前記トップリング溝（４）の開口部上縁（４ａ）からピストン頂部（２）に向って外周面（３Ｆ）がテーパ状に縮径して成形されており、且つトップランド（３）の外周面（３Ｆ）には耐熱コーティング（１０）が施されていることを特徴としている（請求項２）。

前記耐熱コーティング（１０）は、フッ素系コーティングである（請求項３）。
又は、前記耐熱コーティング（１０）は、ニッケル鍍金である（請求項４）。
或いは、前記耐熱コーティング（１０）は、シリコンコーティングである（請求項５）。

上述した構成を具備する本発明のピストン構造によれば、トップリング溝（４）の開口部上縁（４ａ）の直径は最大熱負荷時においてシリンダライナー内壁（３０）と干渉しない限度の大きさであり（請求項１）、或いは、トップリング溝（４）の開口部上縁（４ａ）の直径はセカンドランド（５）以下のピストン外周（Ｒ）の直径と略等しい（請求項２）ので、カットバック処理（図５参照）を行う必要が無い。そのため、トップランドにカットバックを施したために生じる「実圧縮比の減少による出力低下」及び「燃費の悪化」を防止することが出来る。
そしてカットバック処理を施さないので、トップリング（５０）の暴露領域が最小限に留まり、トップリング（５０）が高温に晒されることによる「熱耐久性の低下」が防止できる。

また、トップランド（３）の外周面（３Ｆ）に耐熱コーティング１０を施しているので、カーボンが発生してもトップランド３に堆積することなく、ピストン上方の（図示しない）燃焼室側に掻き出され、燃焼してしまう。従って、カーボンの堆積が防止され、カーボンの堆積に起因してシリンダライナー内壁（３０）が摩耗してしまうことも防ぐことが出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るピストン全体を示した縦断面図であり、図２は図１のＡ部拡大図である。

図１において、全体を符号１で示すピストンは、ピストン外周部Ｒにおいて、図示の例では、ピストン頂部２から下方に向って順に、トップランド３と、トップリング溝４と、セカンドランド５と、セカンドリング溝６と、サードランド７と、オイルリング（サードリング）溝８が形成され、スカート９に連なっている。

トップリング溝４の開口部上縁４ａの直径Ｄ３はセカンドランド５以下のピストン外周の直径Ｄ４と略等しい。
図２をも参照して、トップランド３は前記トップリング溝４の開口部上縁４ａからピストン頂部２に向って外周面３Ｆがテーパ状に縮径して成形されている。
そして、そのトップランド３の外周面３Ｆには耐熱コーティング１０が施されている。
図２において、符号３０はシリンダライナー内壁を、符号５０はトップリングを示す。

そして、その耐熱コーティング１０は、フッ素系コーティングであるか、又は、ニッケル鍍金であるか、或いはシリコンコーティングである。

係る構造の実施形態によれば、カットバック処理（図５参照）を廃止しているので、従来例のトップランド３Ｃにカットバック４０を施したために生じる「実圧縮比の減少による出力低下」、「燃費の悪化」が防止出来る。

また、カットバック処理を施さないので、トップリング５０の暴露領域が最小限に留まり、トップリング５０が高温に晒されることによる「熱耐久性の低下」が防止できる。

また、トップランド３の外周面３Ｆに耐熱コーティング１０を施すことにより、従来例のトップランド３Ｂにカットバックを施こさないでトップランド３Ｂ、３Ｃ（図３及び図４参照）の外周とシリンダライナー内壁３０とで形成される隙間Ｓが小さいために生じるカーボンの発生に対しても、係るカーボンはトップランド３に堆積することなくピストン１上方の図示しない燃焼室側に掻き出される。そして、燃焼室側に掻き出されたカーボンは、次サイクルの爆発で燃焼してしまう。
従って、カーボンのトップランド３への堆積が防止され、シリンダライナー内壁３０の堆積カーボンによる摩耗も防ぐことが出来る。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではなく、例えば、図示の実施形態のピストンは合計３箇所にピストンリング溝を有していたが、ピストンリング溝を合計２箇所としても良いし、４箇所以上としても良い。

本発明の実施形態のピストンの構造を示した縦断面図。図１のＡ部拡大図。従来例で、カットバックを施さないピストンの一例の部分断面図。従来例で、カットバックを施さないピストンの他の例の部分断面図。従来例で、カットバックを施した場合のピストンの部分断面図。

符号の説明

１・・・ピストン
２・・・ピストン頂部
３・・・トップランド
４・・・トップリング溝
５・・・セカンドランド
６・・・セカンドリング溝
７・・・サードランド
８・・・オイルリング溝
９・・・スカート
１０・・・耐熱コーティング
３０・・・シリンダライナー内壁
５０・・・トップリング

Claims

ディーゼルエンジンのピストンにおいて、トップリング溝の開口部上縁の直径は最大熱負荷時においてシリンダライナー内壁と干渉しない限度の大きさであり、トップランドは前記トップリング溝の開口部上縁からピストン頂部に向って外周面がテーパ状に縮径して成形されており、且つトップランドの外周面には耐熱コーティングが施されていることを特徴とするピストン構造。
ディーゼルエンジンのピストンにおいて、トップリング溝の開口部上縁の直径はセカンドランド以下のピストン外周の直径と略等しく、トップランドは前記トップリング溝の開口部上縁からピストン頂部に向って外周面がテーパ状に縮径して成形されており、且つトップランドの外周面には耐熱コーティングが施されていることを特徴とするピストン構造。
前記耐熱コーティングは、フッ素系コーティングである請求項１、２の何れかのピストン構造。
前記耐熱コーティングは、ニッケル鍍金である請求項１、２の何れかのピストン構造。
前記耐熱コーティングは、シリコンコーティングである請求項１、２の何れかのピストン構造。