JP2007132302A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩環の背面に冷却空洞を、溶出中子を使用せずに、ピストンの中心から偏心した燃焼室との距離を全周で一定に形成した内燃機関用ピストン。
【解決手段】燃焼室３をピストンの中心から偏心させて形成する内燃機関用ピストンにおいて、環状の冷却空洞５を画成した冷却空洞形成部材６を板金によって形成すると共に、耐摩環４の背面に冷却空洞形成部材６を、冷却空洞５と燃焼室３との距離が一定になるように、冷却空洞形成部材６の内周壁６ａを燃焼室と同心に配置して鋳込んだ。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室をピストンの中心から偏心させて形成する内燃機関用ピストンに関し、特にピストンヘッドの冷却オイルを還流する環状の冷却空洞を設けた内燃機関用ピストンに関する。

従来、エンジンの吸排気弁等の構造上のために、図７に示すように、ピストンヘッドｂの燃焼室ｃをＯ−Ｏ線で示すピストン中心からＯ’−Ｏ’線で示すように偏心させたオフセットピストンａが知られている。

通常、ピストンヘッドｂの耐摩環ｄの背面には、燃焼室ｃの底部の下方に環状の冷却空洞ｅが鋳包まれており、冷却空洞ｅの図示しない一方の下端の入口孔から冷却オイルを吹き込んで図示しない他方の下端の出口孔から流出するように、冷却空洞ｅ内に冷却オイルを循環させて、ピストンヘッドｂの燃焼室ｃの底部、リング溝を冷却している。この冷却空洞ｅは、ピストンａをアルミで鋳造する際に、塩等の溶出中子を用いて形成している（例えば、特許文献１参照）。
実公平５−１５５５５号公報。

ところで、上記冷却空洞の内面を燃焼室と同心に形成することにより、冷却空洞と燃焼室との間の距離を全周で同一にして、燃焼室の底部全周を均一に冷却し得るようにすることが考えられている。

しかしながら、異形の冷却空洞を使用する場合、溶出中子の形状が不均一で薄肉部が発生するため、溶出中子作成時およびピストン鋳造時に溶出中子の破損が発生する問題があった。また冷却空洞と燃焼室の間の距離は、その間の強度をアルミ（アルミ合金を含む）だけで得るために比較的大きくとる必要があり、このため燃焼室底部の冷却効果が低減する問題があった。

本発明の課題は、上記従来の難点に鑑み、耐摩環の背面に冷却空洞を、溶出中子を使用せずに、ピストンの中心から偏心した燃焼室との距離を全周で一定に形成した内燃機関用ピストンを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、燃焼室をピストンの中心から偏心させて形成する内燃機関用ピストンにおいて、環状の冷却空洞を画成した冷却空洞形成部材を板金によって形成すると共に、耐摩環の背面に前記冷却空洞形成部材を、前記冷却空洞と前記燃焼室との距離が一定になるように、前記冷却空洞形成部材の内周壁を前記燃焼室と同心に配置して鋳込んだことを特徴とする。

本発明によれば、ピストンに冷却空洞を燃焼室との距離が一定になるように形成するので、冷却空洞を循環させる冷却オイルにより燃焼室の底部全周を均一に冷却することができる。しかも、板金によって冷却空洞を形成するので、冷却空洞と燃焼室との間の強度を高めることができ、このため冷却空洞と燃焼室との間の距離をより短くできるので、燃焼室の底部の冷却効果が向上する。

本発明の一態様によれば、前記冷却空洞形成部材の外周壁をピストンと同心に配置する。前記冷却空洞形成部材を、内周壁の上周縁に半径方向外方に延設された上部フランジ部を備えた内方空洞形成部分と、外周壁および底壁を備え、前記外周壁の上周縁に半径方外方に延設された下部フランジを備えた外方空洞形成部分とによって構成し、前記内周壁の下縁と前記底壁の端縁とを互いに接合するとともに、前記上部フランジを耐摩環の上面に接合し、前記下部フランジを前記耐摩環の下面に接合して、前記冷却空洞を画成する。また前記冷却空洞形成部材の内周壁を内方に下る向きの傾斜形状に形成することができる。また前記冷却空洞形成部材を、オーステナイト系ステンレス鋼板によって形成することができる。

上記のような形状に内方空洞形成部分と外方空洞形成部分を形成すれば、プレスによる板金加工で容易に製作でき、また高精度な冷却空洞を画成することができる。特にオーステナイト系ステンレス鋼板は、冷却空洞形成に使用するのに好適である。

本発明によれば、耐摩環の背面に冷却空洞を、溶出中子を使用せずに、ピストンの中心から偏心した燃焼室との距離を全周で一定に形成した内燃機関用ピストンが提供される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の内燃機関用ピストンを示す断面図である。

本実施形態の内燃機関用ピストン１は、ピストンヘッド２の燃焼室３をＯ−Ｏ線で示すピストン中心からＯ’−Ｏ’線で示すように図の右側に偏心させたオフセットピストンである。このピストンヘッド２の耐摩環４の背面には燃焼室３の下方に、冷却空洞形成部材６によって画成された環状の冷却空洞５が形成されている。該冷却空洞形成部材６は、図４に示すように、環状の内方空洞形成部分６Ａと外方空洞形成部分６Ｂとからなっており、各空洞形成部分６Ａ、６Ｂは鋼板を板金加工することによって作製されている。本例では、オーステナイト系ステンレス鋼板を使用したが、他の種類の鋼板でも可能である。

内方空洞形成部分６Ａは、内方向に下る向きに傾斜した内周壁６ａを備え、内周壁６ａの上周縁に、半径方向外方に延設された上部フランジ部６ａ１が設けられている。内周壁６ａの下縁６ａ２は下方に向けて鉛直に折曲されている。この内周壁６ａは、図２および図３に示すように、下縁６ａ２の位置で半径Ｒ０’を有し、内周壁６ａの半径方向の水平距離は、図の左側に対し右側で燃焼室３の偏心量ΔＲ（ピストン中心Ｏと燃焼室中心Ｏ’の距離）の２倍の２ΔＲだけ小さくなるように順次縮小されている。このような形状の内方空洞形成部分６Ａは、プレスによって容易に作製することができる。

外方空洞形成部分６Ｂは、外周壁６ｂおよび底壁６ｃを備え、外周壁６ｂの上周縁に、半径方外方に延設された下部フランジ６ｂ１が設けられている。底壁６ｃの端縁６ｃ１は上方に向けて鉛直に折曲されている。この内方空洞形成部分６Ｂは、外周壁６ｂの位置で半径Ｒ０を有し、底壁６ｃの半径方向の水平距離は、図の左側に対し右側で２ΔＲだけ小さくなるように順次縮小されている。このような形状の外方空洞形成部分６ｂは、プレスによって容易に作製することができる。

この内方、外方空洞形成部分６Ａと６Ｂとを組み付け、内方空洞形成部分６Ａの内周壁６ａの下縁６ａ２と外方空洞形成部分６Ｂの底壁６ｃの端縁６ｃ１とを互いにろう付け等で接合するとともに、内方空洞形成部分６Ａの上部フランジ６ａ１を耐摩環４の上面に接合し、外方空洞形成部分６Ｂの下部フランジ６ｂ１を耐摩環４の下面に接合して、冷却空洞５を画成した。したがって、冷却空洞５は、上面が傾斜した不等脚台形の断面形状を有する。冷却空洞５は、高さが全周で変わらず、幅が図の左側に対し右側で２ΔＲだけ小さい（左側で＋ΔＲ、右側で−ΔＲ）態様の異形の環状空洞である。

冷却空洞５を画成した冷却空洞形成部材６を金型にピストン中心に同心に配置し、ピストン１を鋳造して冷却空洞形成部材６を鋳込めば、ピストンヘッド２の耐摩環４の背面に燃焼室３の下方において、冷却空洞形成部材６によって画成された冷却空洞５が形成される。耐摩環４はニレジスト鋳鉄からなり、ピストン１の鋳造後、図４に点線で示すように、リング溝４ａの研削加工をして仕上げる。

冷却空洞形成部材６は、ピストン中心に同心、つまり外周壁６ｂをピストン中心に同心に配置するので、内周壁６ａが燃焼室３の中心に同心に配置される。これにより、内周壁６ａと燃焼室３との間の距離、したがって、これと略同距離の冷却空洞５と燃焼室３との間の距離ｇが全周で一定になり、冷却空洞５を循環させる冷却オイルにより燃焼室３の底部全周および燃焼室のリップ部、リング溝部を均一に冷却することができる。

また鋼板製の冷却空洞形成部材６で冷却空洞５を形成するので、冷却空洞５と燃焼室３との間の強度を補強して剛性を高めることができ、このため、冷却空洞５と燃焼室３との間の距離ｇを、図５の比較例に示すように、溶出中子で形成した場合の冷却空洞５と燃焼室３との間の距離ｆよりも短くできる。したがって、燃焼室３の底部の冷却効果が向上する。また冷却空洞５を溶出中子を用いずに形成するので、溶出中子作成時やピストン鋳造時の溶出中子の破損等の問題自体がなく、容易に冷却空洞５を形成することができる。

以上の実施形態では、空洞形成部材６によって直線状の台形の冷却空洞５を画成したが、図６に示す例では、冷却空洞５の断面積を大きくするとともに、内方空洞形成部材６Ａの内周壁６ａを湾曲させて、冷却空洞５の燃焼室３側を該燃焼室３の底部の湾曲に沿った形状にした。このようにすると、冷却空洞５と燃焼室３との間の距離を冷却空洞５の広い範囲で一定且つより短くすることができる。

以上、本発明の実施形態を２例説明したが、本発明はこれに限られず、冷却空洞５の断面形状は任意であり、断面円形等の湾曲形状のものにも本発明を適用することができる。また冷却空洞５を画成する冷却空洞形成部材６はオーステナイト系ステンレス製としたが、マルテンサイト系ステンレス鋼板など他の種類の鋼板を使用することができる。冷却空洞形成部材６は、内方、外方の空洞形成部分６Ａ、６Ｂの二部材で構成したが、一部材で構成しても三部材以上で構成してもよい。また冷却空洞形成部材６を耐摩環４に接合して冷却空洞５を画成したが、冷却空洞形成部材を耐摩環に接合せずに、冷却空洞形成部材自体が閉じた断面構造にすることによって冷却空洞を画成するものでもよい。さらに耐摩環と該耐摩環に一端が連続した冷却空洞形成部材とを一部材で形成し、冷却空洞形成部材の他端を耐摩環に接合して冷却空洞を画成する態様の、言わば冷却空洞を有する耐摩環もしくは耐摩環を有する冷却空洞にしてもよい。

本発明の内燃機関用のピストンの一実施形態を示す断面図である。 図１のピストンに冷却空洞を形成するのに使用する冷却空洞形成部材を示す斜視図である。 図２の冷却空洞形成部材の構成要素の位置関係を模式的に示す平面図である。 図２の冷却空洞形成部材を示す断面図である。 冷却空洞を溶出中子で形成した比較例のピストンを示す断面図である。 本発明の内燃機関用のピストンの他の実施形態を示す断面図である。 従来の内燃機関用のピストン示す断面図である。

符号の説明

１ 内燃機関用ピストン ２ ピストンヘッド
３ 燃焼室 ４ 耐摩環
５ 冷却空洞 ６ 冷却空洞形成部材
６Ａ 内方冷却空洞形成部材 ６Ｂ 外方冷却空洞形成部材
６ａ 内周壁 ６ａ１、６ｂ１ フランジ部

Claims (5)

1. 燃焼室をピストンの中心から偏心させて形成する内燃機関用ピストンにおいて、
   環状の冷却空洞を画成した冷却空洞形成部材を板金によって形成すると共に、耐摩環の背面に前記冷却空洞形成部材を、前記冷却空洞と前記燃焼室との距離が一定になるように、前記冷却空洞形成部材の内周壁を前記燃焼室と同心に配置して鋳込んだことを特徴とする内燃機関用ピストン。
2. 前記冷却空洞形成部材の外周壁をピストンと同心に配置したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用ピストン。
3. 前記冷却空洞形成部材を、内周壁の上周縁に半径方向外方に延設された上部フランジ部を備えた内方空洞形成部分と、外周壁および底壁を備え、前記外周壁の上周縁に半径方外方に延設された下部フランジを備えた外方空洞形成部分とによって構成し、前記内周壁の下縁と前記底壁の端縁とを互いに接合するとともに、前記上部フランジを耐摩環の上面に接合し、前記下部フランジを前記耐摩環の下面に接合して、前記冷却空洞を画成したことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関用ピストン。
4. 前記冷却空洞形成部材の内周壁を内方に下る向きの傾斜形状に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の内燃機関用ピストン。
5. 前記冷却空洞形成部材を、オーステナイト系ステンレス鋼板によって形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の内燃機関用ピストン。
   
   

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