JP2007146819A - Engine piston and engine piston cooling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン用ピストンおよびその冷却方法に関し、特にディーゼルエンジン用のピストンの構造およびそのピストンを冷却する方法に関する。 The present invention relates to an engine piston and a cooling method thereof, and more particularly to a structure of a piston for a diesel engine and a method of cooling the piston.
近年、ディーゼルエンジンの出力は、40PS/lを超え、高出化している。 このようなディーゼルエンジンの高出力化に伴い、ピストン各部の温度が従来のものよりも上昇するようになってきた。そして、ピストン各部の温度上昇に伴い、ますますピストンの耐久性が問題となってきている。 In recent years, the output of diesel engines has exceeded 40 PS / l, and has been increasing. With the increase in output of such a diesel engine, the temperature of each part of the piston has risen from the conventional one. As the temperature of each part of the piston rises, the durability of the piston is becoming a problem.
そこで、従来より、ピストンの冷却効率を改善して、ピストン各部の温度を低いレベルに保つ試みがなされている。 Therefore, conventionally, attempts have been made to improve the cooling efficiency of the piston and keep the temperature of each part of the piston at a low level.
なお、以下では、縦置きのエンジン、つまりピストン頭部(シリンダ頭部)が上方に配置された構造のエンジンを想定して説明する。 In the following description, a vertical engine, that is, an engine having a structure in which a piston head (cylinder head) is disposed above will be described.
(従来技術1)
図1は、従来のピストン1の断面を示している。
(Prior art 1)
FIG. 1 shows a cross section of a
同図1に示すように、ピストン1の頭部1aには、燃焼室2が形成されている。燃焼室2の周囲には、燃焼室冷却用ギャラリ3が形成されている。燃焼室2の裏面4は、オープンギャラリとなっている。燃焼室2の裏面4には、燃焼室冷却用ギャラリ3に連通するように、流入孔5と排出孔6とが形成されている。シリンダブロックには、ピストンクーリングノズル7が設けられている。
As shown in FIG. 1, a
ピストンクーリングノズル7からは、流入孔5に向かって矢印Aに示すように冷却用オイルが噴出される。冷却用オイルは、流入孔5より燃焼室冷却用ギャラリ3内に流入され、燃焼室冷却用ギャラリ3を通って矢印Bに示すように流出孔6から排出される。
Cooling oil is ejected from the
ピストンクーリングノズル7から噴出される冷却用オイルは、ある程度の広がりを持つ噴流となって流入孔5に向かう。冷却用オイルの大部分は、流入孔5に捕捉されて燃焼室冷却用ギャラリ3に流入されるが、流入孔5に捕捉されなかった冷却用オイルは、矢印Cに示すように、燃焼室裏面4の中央部4aに向かう。すなわち、流入孔5に捕捉されなかった冷却用オイルは、ピストン1の往復運動によって、ピストン下降時に上向きに慣性力を受け、燃焼室裏面4の中央部4aに向かって遡る。これにより燃焼室裏面4が冷却される。
The cooling oil ejected from the
(従来技術2)
図2は、下記特許文献1に記載された従来のピストン1の断面を示してる。
(Prior art 2)
FIG. 2 shows a cross section of a
図2に示すように、このピストン1は、燃焼室部1Aと、スカートおよびピンボス部1Bという2ピースの部材1A、1Bから構成されている。両部材1A、1Bにはそれぞれ、雄ネジ9A、雌ネジ9Bが形成されており、両ネジ9A、9B同士が螺合することで両部材1A、1B同士が固定される。
As shown in FIG. 2, the
両部材1A、1B同士が固定されることで、上述した従来技術1と同様に、燃焼室冷却用ギャラリ3が形成される。また、両部材1A、1B同士が固定されることで、燃焼室2の裏面に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8が形成される。
By fixing both members 1A and 1B together, the combustion
燃焼室冷却用ギャラリ3と燃焼室裏面冷却用ギャラリ8は、連通路19によって連通している。この連通路19は、流入孔5に対応する箇所に設けられている。
The combustion
このためピストンクーリングノズル7から流入孔5に向かって矢印Aに示すように冷却用オイルが噴出されると、冷却用オイルは、流入孔5より燃焼室冷却用ギャラリ3内に流入されるが、流入孔5に対応する箇所に設けられた連通路19を介して、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内に流入される。これにより燃焼室裏面4が冷却される。
従来技術1の場合、燃焼室2の冷却を優先するため、基本的には、ピストンクーリングノズル7は、燃焼室冷却用ギャラリ3に少しでも多くの冷却用オイルが捕捉されるように位置決めされている。このため全ピストン冷却油量のうちで、燃焼室裏面4へ供給される冷却用オイルの油量が占める割合は、低い。このため燃焼室裏面4の冷却油量が不足して燃焼室裏面4を十分に冷却することができないという問題がある。ここで仮に燃焼室冷却用ギャラリ3へのオイル供給量を落として、その分を、燃焼室裏面4の冷却に振り当てるとすると、ピストン1各部のうちで最も温度が高くなる燃焼室2側の冷却が不十分になるという背反事象が生じる。
In the case of the
また、ピストンクーリングノズル7の狙い位置を、燃焼室裏面中央部4a側に定めるとしても、ピストンクーリングノズル7と燃焼室裏面中央部4aとの間には、コンロッドなど、ピストンクーリングノズル7からの噴流の進路を妨げる障害物があり、ピストンクーリングノズル7から噴流を効率よく燃焼室裏面中央部4aに当てることは難しいという問題もある。
Moreover, even if the target position of the
また、従来技術1のピストン1は、従来技術2のような2ピース構造のピストン1ではなく、鋳造によって製作される一体成形のピストンである。このため、鋳造によって燃焼室裏面4に、冷却用の空洞部8を形成することが困難であり、燃焼室裏面4は、オープンギャラリタイプにならざるを得ない。
In addition, the
燃焼室裏面4がオープンギャラリの場合、矢印Cに示すごとく燃焼室裏面中央部4aに遡った冷却用オイルは、燃焼室裏面4に長く滞留することができずに、すぐに燃焼室裏面4から離れて、クランク室内に落下してしまう。このため冷却用オイルによって燃焼室裏面4の熱を十分に吸収することができず、燃焼室裏面4の冷却効率が悪いという問題がある。
When the combustion
つぎに従来技術2の問題点について説明する。
Next, problems of
従来技術2の場合には、冷却用オイルが、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内に流入される。
In the case of the
燃焼室裏面冷却用ギャラリ8に入った冷却用オイルは、そのまま直ぐにクランク室に落下することなく、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内にある程度の時間留まってから、図示しない排出孔よりクランク室に排出される。また、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内の冷却用オイルは、ピストン1の往復運動によってギャラリ8内でシェークされ、燃焼室裏面4に衝突する。このため冷却用オイルによって燃焼室裏面4の熱を十分に吸収することができ、燃焼室裏面4の冷却効率は高い。
The cooling oil that has entered the combustion chamber back
しかしながら、従来技術2の場合には、ピストンクーリングノズル7から噴出された冷却用オイルは、流入孔5より燃焼室冷却用ギャラリ3内に流入された後に、直ぐに、流入孔5に対応する箇所に設けられた連通路9を介して、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内に流入されてしまう。このため燃焼室冷却用ギャラリ3内を通過する冷却油量は、従来技術1のピストン1と比較して少ないと言わざるを得ない。
However, in the case of the
このため本来、冷却を優先させるべき燃焼室2の冷却を十分に行うことができないという問題がある。
For this reason, there is a problem that the
なお、従来技術2の場合、ピストン1は2ピース構造であり、燃焼室裏面4の中央部に締結用のネジ9A、9Bが存在するため、燃焼室裏面4の中央部分は、肉厚とならざるを得ない。このように燃焼室裏面4の中央部分に、肉厚部が形成され、その肉厚部では熱容量が大きくなるため、燃焼室裏面4の冷却を行う際に不利であるという問題がある。
In the case of the
また、2ピース構造のピストン1は、特にピストンリング回りの剛性の低下が避けられない。このため2ピース構造のピストン1を高筒内圧仕様に適用すると、ピストン1の変形が大きくなるという問題が発生する。また、2ピース構造のピストン1は、一体成形のピストン1と比較してコスト高であるという問題がある。
The
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、燃焼室2の冷却を十分に行いながらも、燃焼室裏面4の冷却を十分に行えるようにすることを解決課題とするものである。また、本発明は、加えて、一体成形のピストンを、大幅に変更しないで、上記課題を達成することで、一体成形のピストンの利点を生かしつつ、低コストで、燃焼室および燃焼室裏面の冷却効率の高いピストンを市場に提供することを解決課題とするものである。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to make it possible to sufficiently cool the combustion
第1発明は、
ピストン頭部に燃焼室が形成され、燃焼室の周囲に燃焼室冷却用ギャラリが形成され、燃焼室冷却用ギャラリに連通するように、流入孔と第1の排出孔とが燃焼室に形成され、冷却用オイルが流入孔より流入されて燃焼室冷却用ギャラリを通って第1の排出孔から排出される構造のエンジン用ピストンであって、
流入孔と第1の排出孔はそれぞれ、燃焼室の周囲の異なる位置に設けられ、
燃焼室の裏面には、燃焼室裏面冷却用ギャラリが形成されており、
燃焼室裏面冷却用ギャラリは、第1の排出孔に連通されており、
燃焼室裏面冷却用ギャラリには、当該ギャラリ内部の冷却用オイルを排出するための第2の排出孔が形成されている
構造のエンジン用ピストンであることを特徴とする。
The first invention is
A combustion chamber is formed in the piston head, a combustion chamber cooling gallery is formed around the combustion chamber, and an inflow hole and a first discharge hole are formed in the combustion chamber so as to communicate with the combustion chamber cooling gallery. An engine piston having a structure in which cooling oil is introduced from the inflow hole and discharged from the first exhaust hole through the combustion chamber cooling gallery,
The inflow hole and the first discharge hole are provided at different positions around the combustion chamber,
A gallery for cooling the back of the combustion chamber is formed on the back of the combustion chamber,
The combustion chamber back surface cooling gallery communicates with the first exhaust hole,
The combustion chamber back surface cooling gallery is an engine piston having a structure in which a second discharge hole for discharging the cooling oil inside the gallery is formed.
第2発明は、第1発明において、
燃焼室の裏面を覆うように、ピストンに固定されるプレートが備えられ、
燃焼室裏面冷却用ギャラリは、燃焼室裏面とプレートとによって画成された空間であること
を特徴とする。
The second invention is the first invention,
A plate fixed to the piston is provided so as to cover the back surface of the combustion chamber,
The combustion chamber back surface cooling gallery is a space defined by the combustion chamber back surface and the plate.
第3発明は、第1発明または第2発明において、
エンジン用ピストンには、ピストンスカート側孔と燃焼室裏面側孔とを連通するリング溝下部オイル戻し油路が形成されており、
燃焼室裏面冷却用ギャラリは、燃焼室裏面側孔に連通しない位置に形成されること
を特徴とする。
The third invention is the first invention or the second invention,
The engine piston is formed with a ring groove lower oil return oil passage that communicates the piston skirt side hole and the combustion chamber back side hole.
The combustion chamber back surface cooling gallery is formed at a position not communicating with the combustion chamber back surface side hole.
第4発明は、第2発明において、
プレートは、流入孔に対応する部位に、冷却用オイルを流入孔に流入させるための切欠きが形成され、第1の排出孔に対応する部位に、第1の排出孔から排出された冷却用オイルを受けるためのフィンが形成されたものであること
を特徴とする。
The fourth invention is the second invention,
The plate has a notch for allowing cooling oil to flow into the inflow hole at a portion corresponding to the inflow hole, and the plate for cooling discharged from the first discharge hole at a portion corresponding to the first discharge hole. It is characterized in that fins for receiving oil are formed.
第5発明は、第2発明において、
プレートの中央部は、フラット形状または燃焼室裏面側に凸形状または燃焼室裏面側に凹形状に形成されていること
を特徴とする。
The fifth invention is the second invention,
The center part of the plate is formed in a flat shape or a convex shape on the back side of the combustion chamber or a concave shape on the back side of the combustion chamber.
第6発明は、第2発明または第5発明において、
プレートには、冷却用オイルを排出する排出孔が形成されていること
を特徴とする。
The sixth invention is the second invention or the fifth invention,
The plate is formed with a discharge hole for discharging the cooling oil.
第7発明は、ピストン頭部に燃焼室が形成され、燃焼室の周囲に燃焼室冷却用ギャラリが形成されたエンジン用ピストンの冷却方法であって、
燃焼室の裏面に、燃焼室裏面冷却用ギャラリが形成されたエンジン用ピストンを冷却するに際して、
冷却用オイルを燃焼室冷却用ギャラリに流入させて燃焼室を冷却し、
つぎに、燃焼室の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室冷却用ギャラリから燃焼室裏面冷却用ギャラリに流入させて、燃焼室裏面を冷却し、
つぎに、燃焼室裏面の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室裏面冷却用ギャラリの外部に排出させる順序で、
冷却が行われる、エンジン用ピストンの冷却方法であることを特徴とする。
A seventh invention is a cooling method of an engine piston, wherein a combustion chamber is formed in a piston head, and a combustion chamber cooling gallery is formed around the combustion chamber,
When cooling the piston for the engine in which a gallery for cooling the back surface of the combustion chamber is formed on the back surface of the combustion chamber,
Cooling chamber is cooled by flowing cooling oil into combustion chamber cooling gallery,
Next, cooling oil that has contributed to cooling the combustion chamber is caused to flow from the combustion chamber cooling gallery into the combustion chamber back surface cooling gallery to cool the combustion chamber back surface,
Next, the cooling oil that contributed to the cooling of the combustion chamber back surface is discharged to the outside of the combustion chamber back surface cooling gallery,
It is a cooling method of the piston for engines in which cooling is performed.
第1発明のピストン1では、燃焼室2の裏面4に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8を形成するとともに、流入孔5と第1の排出孔6をそれぞれ、燃焼室2の周囲の異なる位置に設けるようにしている。このためピストン1の往復運動に伴い燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内の冷却用オイルがシェイクされて燃焼室裏面4の熱伝達が促進され燃焼室裏面4の温度低減が図られ燃焼室裏面4の冷却効率が向上する。一方、冷却用オイルは、燃焼室冷却用ギャラリ3に沿って燃焼室2の周方向に、少なくとも流入孔5に隣り合う第1の排出孔6までの距離を移動するため、その移動中に、ピストン1の往復運動によってギャラリ3内で冷却用オイルがシェークされて燃焼室壁面での熱伝達が促進され燃焼室2の温度低減が図られ燃焼室2の冷却効率が向上する。
In the
第7発明は、エンジン用ピストン1の各部の冷却の順序を規定する冷却方法の発明であり、本発明の冷却方法は、つぎの順序で行われることになる。
The seventh invention is an invention of a cooling method that regulates the order of cooling of each part of the
1)最初に、冷却用オイルを燃焼室冷却用ギャラリ3に流入させて燃焼室2を冷却する。
1) First, cooling oil is allowed to flow into the combustion
2)つぎに、燃焼室2の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室冷却用ギャラリ3から燃焼室裏面冷却用ギャラリ8に流入させて、燃焼室裏面4を冷却する。
2) Next, cooling oil that has contributed to cooling of the
3)つぎに、燃焼室裏面4の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8の外部に排出させる。
3) Next, the cooling oil that has contributed to the cooling of the combustion chamber back
このように第1発明、第7発明によれば、燃焼室2の冷却を十分に行いながらも、燃焼室裏面4の冷却を十分に行うことができる。
As described above, according to the first and seventh inventions, the combustion chamber back
また、第2発明では、燃焼室2の裏面4を覆うように、ピストン1に固定されるプレート10が備えられ、燃焼室裏面4とプレート10とによって画成された空間として、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8を構成するようにしている。このため既存の一体成形のピストンに対して、プレート10を固定するための加工を施すだけでよく、ピストンに大幅な改変を加えないで済み、一体成形のピストンの利点を生かしつつ、低コストで、燃焼室2および燃焼室裏面4の冷却効率の高いピストンを市場に提供することができる。
Further, in the second invention, the
また、第3発明では、リング溝下部オイル戻し油路23の燃焼室裏面側孔1eを、スリット21よりも下方に形成することで、燃焼室燃焼室裏面冷却用ギャラリ8が、リング溝下部オイル戻し油路23の燃焼室裏面側孔1eに連通しない位置に形成するようにしている。このため燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内の冷却用オイルが、リング溝下部オイル戻し油路23を逆流してピストンスカート1b側に流出してしまいオイル消費を悪化させることを防止できる。
In the third aspect of the invention, the combustion chamber back
また、第4発明では、プレート10の流入孔5に対応する部位に、切欠き13を形成しプレート10の第1の排出孔6に対応する部位に、フィン14を形成するようにしている。このため燃焼室2の冷却に使用された冷却用オイルを効率よく再利用することができ、ピストン1の冷却に要する冷却用オイルの総油量を抑制することができる。また、燃焼室2の冷却効率の損失を最小限に抑制することができ、これにより燃焼室2側のピストン温度の低減効果を犠牲にすることなく、燃焼室裏面4側のピストン温度を低減することができる。
In the fourth aspect of the invention, the
また、第5発明では、プレート10の中央部を凸部15としているため、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8の体積を小さくできギャラリ8内の冷却用オイルの充填効率を高めることができる。これにより効率的に燃焼室裏面4を冷却することができる。またコンロッド等との干渉を避けてプレート10を設置することができる。凸部15の形状としては、たとえば、燃焼室裏面4の中央部4aの形状に倣う形状にすることが望ましい。
Further, in the fifth aspect, since the central portion of the
プレート10の中央部を凹部17とした場合には、凹部17がオイル溜まりとして機能して、凹部17に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内の冷却用オイルを滞留させることができるため、効率的な冷却が期待できる。また、プレート10の中央部の形状をフラットな形状としてもよい。
When the central portion of the
また、第6発明では、プレート10に(たとえば中央部(凸部15の中心))に、排出孔16を形成するようにしている。このため、エンジン稼動の停止後、迅速にプレート10上の冷却用オイルが排出孔16を通って下方に排出され、長時間、プレート10上に滞留することがない。これにより冷却用オイルの滞留によりオイルが酸化してオイルが劣化するという事態を防止することができる。
In the sixth aspect of the invention, the
以下、図面を参照して本発明に係るエンジン用ピストンの実施の形態について説明する。なお、実施例では、縦置きのディーゼルエンジンを想定し、エンジンオイルとしての冷却用オイルによってピストン各部が冷却される場合について説明する。 Embodiments of an engine piston according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, an Example demonstrates the case where each part of piston is cooled with the oil for cooling as engine oil supposing a vertically installed diesel engine.
図3(a)は、本実施例のピストン1の断面を示している。図3(b)は、本実施例のピストン1を図3(a)の矢視R(図3(a)の下方)からみた図である。図3(c)は、ピストン1とプレート10とが接続する部分を拡大して示している。この図3に示すピストン1は、鋳造によって一体成形されるピストンを想定している。
Fig.3 (a) has shown the cross section of the
同図3に示すように、ピストン1の頭部1aには、燃焼室2が形成されている。燃焼室2内で高圧に圧縮された混合気が着火して燃焼する。ピストン1の頭部1aにあって外周面には、リング溝1cが環状に形成されている。リング溝1cには、ピストンリングがはめ込まれる。リング溝1cの下方のピストン外周面は、ピストンスカート1bを構成している。ピストン1には、ピストンスカート1b側の孔1dと燃焼室裏面4側の孔1eとを連通するリング溝下部オイル戻し油路23が形成されている。ピストンリングによって掻き落とされた冷却用オイルは、ピストンスカート側孔1dからリング溝下部オイル戻し油路23を介して燃焼室裏面側孔1eに流れ込み、ピストン内側よりクランク室に落下する。
As shown in FIG. 3, a
燃焼室2の周囲には、燃焼室冷却用ギャラリ3が環状に形成されている。燃焼室2の裏面4には、燃焼室冷却用ギャラリ3に連通するように、流入孔5と第1の排出孔6とが形成されている。第1の排出孔6は、燃焼室2の周囲の3箇所に形成されている。流入孔5は、燃焼室2の周囲の1箇所に形成されている。流入孔5と第1の排出孔6はそれぞれ、燃焼室2の周囲の異なる位置に設けられている、
燃焼室2の裏面4には、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8が形成されている。
Around the
A combustion chamber back
すなわち、燃焼室2の裏面4を覆うように、ピストン1に固定されるプレート10が備えられている。燃焼室裏面4とプレート10とによって画成された空間として、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8が構成されている。
That is, a
燃焼室裏面冷却用ギャラリ8は、第1の排出孔6に連通されている。
The combustion chamber back
燃焼室裏面冷却用ギャラリ8には、このギャラリ8内部の冷却用オイルを排出するための第2の排出孔20が形成されている。
The combustion chamber back
シリンダブロックには、ピストンクーリングノズル7が設けられている。
A
ピストンクーリングノズル7からは、流入孔5に向かって矢印Aに示すように冷却用オイルがオイルジェットとなって噴出される。冷却用オイルは、流入孔5より燃焼室冷却用ギャラリ3内に流入され、燃焼室冷却用ギャラリ3を通って矢印Bに示すように排出孔6から排出される。
From the
つぎに、プレート10の構成について、図3に更に図4を併せ参照して説明する。
図4(a)は、プレート10の断面図を示し、図4(b)は、図4(a)を矢視Sからみた図でプレート10の平面図を示し、図4(c)は、図4(a)のP部を拡大して示し、図4(d)は、図4(b)のQ部を拡大して示している。
Next, the configuration of the
4 (a) shows a cross-sectional view of the
燃焼室2の裏面4には、プレート10が嵌合されるスリット21、21が形成されている。
On the
スリット21は、プレート10がスリット21に嵌合されてピストン1に固定された際に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8が、燃焼室裏面4側孔1eに連通しないような位置に設けられている。すなわち図3(a)、(c)の図中、燃焼室裏面側孔1eは、スリット21よりも下方に形成されている。
The
プレート10の両端10A、10Bにはそれぞれ、突起部11、11が形成されている。一方、ピストン1側のスリット21側には、突起部11に対応する窪み部29が形成されている(図3(b))。
プレート10の両端10A、10B間の長さLは、両スリット21、21間の距離よりも僅かに長く設計されている。
The length L between both ends 10A and 10B of the
プレート10には、突起部12、12が形成されている。燃焼室2の裏面4には、突起部12、12が接触される座面部22、22が形成されている。
Protrusions 12 and 12 are formed on the
プレート10は、耐熱性のある金属、たとえばSUS404によって構成されている。なお、ピストン1は、FCDによって構成されている。
The
プレート10には、流入孔5に対応する部位に、冷却用オイルを流入孔5に流入させるための切欠き13が形成されており、第1の排出孔6に対応する部位に、第1の排出孔6から排出された冷却用オイルを受けるためのフィン14が形成されている。
The
プレート10の中央部には、燃焼室裏面4側に凸形状の凸部15が形成されている。この凸部15は、ピストン1側の燃焼室裏面4の中央部4aの形状に倣う形状に形成されている。
A
プレート10の中央部にあって凸部15の中心には、冷却用オイルを排出する排出孔16が形成されている。この排出孔16は、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内部の冷却用オイルを排出するための第2の排出孔20として機能する。
A
また、プレート10が、ピストン1に固定されると、プレート10とピストン1との間に隙間が形成される。この隙間は、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内部の冷却用オイルを排出するための第2の排出孔20として機能する。
Further, when the
以上のようなプレート10が別部材として用意されて、プレート10がピストン1に固定される。
The
すなわち、作業者は、プレート10を撓らせて、プレート端部10A、10Bをそれぞれ、ピストン1側のスリット21、21に入り込ませ、スリット21、21に嵌合させる。この際に、プレート両端10A、10Bの突起部11、11をそれぞれ、ピストン1側の窪み部29、29に嵌合させる。これによりプレート10は、図3(b)の図中、上下左右方向、つまりプレート10の縦方向、横方向に容易に動かないようにピストン1に保持される。
That is, the operator bends the
プレート10の突起部12、12が、ピストン1側の座面部22、22に接触する位置で、プレート10がピストン1に固定される。これによりプレート10は、図3(a)の図中、上下方向、つまりプレート10に対して法線方向に、ガタつきなく、容易に動かないようにピストン1に保持される。
The
また、プレート10がピストン1に固定されることによって、プレート10とピストン1との間には、第2の排出孔20を構成する隙間が形成される。図3(b)に、第2の排出孔20を構成する隙間の代表的な部分を斜線にて示している。
Further, by fixing the
つぎに、エンジン稼働中の冷却用オイルの流れについて説明する。 Next, the flow of cooling oil during engine operation will be described.
図5(a)、(b)は、エンジン稼動中の冷却用オイルの流れを説明する図で、図3(a)、(b)に対応させて示している。 FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the flow of the cooling oil during operation of the engine, corresponding to FIGS. 3A and 3B.
すなわち、ピストンクーリングノズル7からは、プレート10の切欠部13、流入孔5に向かって矢印Aに示すように冷却用オイルが噴出される。冷却用オイルは、流入孔5より燃焼室冷却用ギャラリ3内に流入される。
That is, cooling oil is ejected from the
ここで、流入孔5と第1の排出孔6はそれぞれ、燃焼室2の周囲の異なる位置に設けられている。このため冷却用オイルは、矢印Dで示すように、燃焼室冷却用ギャラリ3に沿って燃焼室2の周方向に、少なくとも流入孔5に隣り合う第1の排出孔6までの距離を移動する。このため燃焼室冷却用ギャラリ3に入った冷却用オイルは、そのまま直ぐに排出することなく、燃焼室冷却用ギャラリ3内にある程度の時間留まってから、第1の排出孔6より排出される。また、冷却用オイルが燃焼室冷却用ギャラリ3内を移動中、ピストン1の往復運動によってギャラリ3内で冷却用オイルがシェークされ、燃焼室壁面に衝突する。このため冷却用オイルによって燃焼室2の熱を十分に吸収することができ、燃焼室2の温度が低下して燃焼室2の冷却効率が高められる。
Here, the
燃焼室2の周囲の3箇所の第1の排出孔6、6、6のいずれかに、冷却用オイルが到達すると、矢印Bに示すように、冷却用オイルは、第1の排出孔6から下方に落下する。第1の排出孔6の下方には、プレート10のフィン14が位置されているため、落下した冷却用オイルの大部分は、第2の排出孔20より排出されることなく、プレート10上に残留する。
When the cooling oil reaches one of the three first discharge holes 6, 6, 6 around the
冷却用オイルは、ピストン1の往復運動によってピストン下降時に上向きの慣性力を受ける。これにより冷却用オイルは、矢印Eに示すように、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8の中を遡って燃焼室裏面4の中央部4aに向かって流れる。冷却用オイルが燃焼室裏面中央部4aに向けて移動中、ピストン1の往復運動によってギャラリ8内で冷却用オイルがシェークされ、燃焼室裏面4の壁面に衝突する。このため冷却用オイルによって燃焼室裏面4の熱を十分に吸収することができ、燃焼室裏面4の温度が低下して燃焼室裏面4の冷却効率が高められる。
The cooling oil receives an upward inertia force when the piston is lowered by the reciprocating motion of the
燃焼室裏面冷却用ギャラリ8には、第1の排出孔6より間断なく所定流量の冷却用オイルが供給される。このため燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内には冷却用オイルが常時充填された状態となっており、新しい冷却用オイルが供給されると、燃焼室裏面4の冷却に寄与した冷却用オイルは押し出されて、矢印Fに示すように、第2の排出孔20より下方に排出される。冷却用オイルはクランク室に落下して、オイルパンに戻る。なお、オイルパンに戻った冷却用オイルは、オイルポンプによって吐出され、再度、ピストンクーリングノズル7からピストン1の流入孔5に向けて噴出される。
The combustion chamber back
エンジンの稼動が停止されると、上述した冷却用オイルの流れは停止する。ただし、エンジン停止の瞬間には、プレート10上には、ある程度の冷却用オイルが残留している。この残留している冷却用オイルは、上述した第2の排出孔20およびプレート中央の排出孔16を介して下方に排出される。このためエンジン停止後、長い間、プレート10上の冷却用オイルが滞留することはない。
When the operation of the engine is stopped, the above-described cooling oil flow is stopped. However, a certain amount of cooling oil remains on the
このように本実施例のエンジン用ピストン1の冷却は、およそ、つぎの順序で行われることになる。
As described above, the cooling of the
1)最初に、冷却用オイルを燃焼室冷却用ギャラリ3に流入させて燃焼室2を冷却する。
1) First, cooling oil is allowed to flow into the combustion
2)つぎに、燃焼室2の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室冷却用ギャラリ3から燃焼室裏面冷却用ギャラリ8に流入させて、燃焼室裏面4を冷却する。
2) Next, cooling oil that has contributed to cooling of the
3)つぎに、燃焼室裏面4の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8の外部に排出させる。
3) Next, the cooling oil that has contributed to the cooling of the combustion chamber back
上述した実施例の効果について以下、説明する。 The effects of the above-described embodiment will be described below.
本実施例のピストン1では、燃焼室2の裏面4に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8を形成するとともに、流入孔5と第1の排出孔6をそれぞれ、燃焼室2の周囲の異なる位置に設けるようにしている。このためピストン1の往復運動に伴い燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内の冷却用オイルがシェイクされて燃焼室裏面4の熱伝達が促進され燃焼室裏面4の温度低減が図られ燃焼室裏面4の冷却効率が向上する。一方、冷却用オイルは、燃焼室冷却用ギャラリ3に沿って燃焼室2の周方向に、少なくとも流入孔5に隣り合う第1の排出孔6までの距離を移動するため、その移動中に、ピストン1の往復運動によってギャラリ3内で冷却用オイルがシェークされて燃焼室壁面での熱伝達が促進され燃焼室2の温度低減が図られ燃焼室2の冷却効率が向上する。
In the
このように本実施例によれば、燃焼室2の冷却を十分に行いながらも、燃焼室裏面4の冷却を十分に行うことができる。
Thus, according to the present embodiment, the combustion chamber back
また、本実施例では、燃焼室2の裏面4を覆うように、ピストン1に固定されるプレート10が備えられ、燃焼室裏面4とプレート10とによって画成された空間として、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8を構成するようにしている。このため既存の一体成形のピストンに対して、プレート10を固定するための加工を施すだけでよく、ピストンに大幅な改変を加えないで済み、一体成形のピストンの利点を生かしつつ、低コストで、燃焼室2および燃焼室裏面4の冷却効率の高いピストンを市場に提供することができる。
In this embodiment, a
また、本実施例によれば、燃焼室2の裏面4に、プレート10が嵌合するスリット21を形成し、プレート10をスリット21に嵌合させることで、プレート10をピストン1に固定するようにしている。これにより構造の簡素化が図られ、コスト低減、組立性向上、固定保持部分の信頼性向上が図られる。なお、プレート10をピストン1に固定保持する他の方法としては、ネジなどの別部材を使用してピストン1にプレート10を固定する方法、プレート10をスリット21に嵌合させた上で更にネジなどの別部材によって締結してピストン1に固定する方法などが考えられ、任意の固定保持方法を採用することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、プレート10の突起部11をピストン1側の窪み部29に嵌合させるようにしたので、組立時に、ピストン1の図3(b)の図中上下方向(ピストンピン挿入方向)の位置決めが容易になるとともに、エンジン稼働中にプレート10が位置ずれすることを防止できる。
Further, since the
また、本実施例では、リング溝下部オイル戻し油路23の燃焼室裏面側孔1eを、スリット21よりも下方に形成することで、燃焼室燃焼室裏面冷却用ギャラリ8が、リング溝下部オイル戻し油路23の燃焼室裏面側孔1eに連通しない位置に形成するようにしている。このため燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内の冷却用オイルが、リング溝下部オイル戻し油路23を逆流してピストンスカート1b側に流出してしまいオイル消費を悪化させることを防止できる。
Further, in this embodiment, the combustion chamber back
また、本実施例では、プレート10の両端10A、10B間の長さLを、両スリット21、21間の距離よりも僅かに長く設定している。また、燃焼室裏面4に座面部22を形成しプレート10には突起部12を形成してプレート10の突起部12が座面部22に接触する位置にプレート10を位置決めしてピストン1に固定している。また、プレート10を耐熱性のある金属で構成している。このため、エンジン稼働時に発生する加振力や、熱へたりなどによってプレート10がピストン1から脱落することを防止できる。
In this embodiment, the length L between both ends 10A and 10B of the
また、本実施例では、プレート10の流入孔5に対応する部位に、切欠き13を形成しプレート10の第1の排出孔6に対応する部位に、フィン14を形成するようにしている。このため燃焼室2の冷却に使用された冷却用オイルを効率よく再利用することができ、ピストン1の冷却に要する冷却用オイルの総油量を抑制することができる。また、燃焼室2の冷却効率の損失を最小限に抑制することができ、これにより燃焼室2側のピストン温度の低減効果を犠牲にすることなく、燃焼室裏面4側のピストン温度を低減することができる。
In this embodiment, a
また、本実施例では、プレート10の中央部を凸部15としている。このため、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8の体積を小さくできギャラリ8内の冷却用オイルの充填効率を高めることができる。これにより効率的に燃焼室裏面4を冷却することができる。またコンロッド等との干渉を避けてプレート10を設置することができる。凸部15の形状としては、たとえば、燃焼室裏面4の中央部4aの形状に倣う形状にすることが望ましい。
In the present embodiment, the central portion of the
また、本実施例では、プレート10に(たとえば凸部15の中心;中央部)、排出孔16を形成するようにしている。このため、エンジン稼動の停止後、迅速にプレート10上の冷却用オイルが排出孔16を通って下方に排出され、長時間、プレート10上に滞留することがない。これにより冷却用オイルの滞留によりオイルが酸化してオイルが劣化するという事態を防止することができる。なお、排出孔16を、プレート10の中央部から外れた場所に設けてもよい。
In this embodiment, the
なお、上述した実施例では、図4に示すように、プレート10の中央部を燃焼室裏面4側の凸の形状としているが、図6に示すように、プレート10の中央部を燃焼室裏面4側に凹の形状としてもよい。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 4, the central portion of the
すなわち、図6(a)、(b)、(c)、(d)は、図4(a)、(b)、(c)、(d)に対応する図であり、プレート10の中央部を、燃焼室裏面4側に凹の形状となる凹部17としている他は、図4に示すプレート10と同じである。
6 (a), (b), (c), and (d) are diagrams corresponding to FIGS. 4 (a), (b), (c), and (d), and the center portion of the
図7(a)、(b)は、図3(a)、(b)に対応する図であり、図6に示すプレート10をピストン1に固定した状態を示している。
FIGS. 7A and 7B are views corresponding to FIGS. 3A and 3B, and show a state where the
このようにプレート10の中央部を凹部17とした場合には、凹部17がオイル溜まりとして機能して、凹部17に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内の冷却用オイルを滞留させることができるため、効率的な冷却が期待できる。
In this way, when the central portion of the
また、プレート10の中央部の形状をフラットな形状としてもよい。
Moreover, it is good also considering the shape of the center part of the
また、上述した実施例では、一体成形のピストン1を想定して説明したが、図2に示すような2ピース構造のピストン1に本発明を適用してもよい。
In the above-described embodiment, the description has been made assuming the integrally formed
また、上述した実施例では、鋳造によって、燃焼室冷却用ギャラリ3が形成される場合を想定して説明した。しかし、本発明は、図8に示すように、削り出し加工によって、燃焼室冷却用ギャラリ3を構成する凹部3Aを形成した場合にも適用することができる。
Moreover, in the Example mentioned above, it demonstrated supposing the case where the
図8は、ピストン1を縦方向に切断して、その縦断面図を示している。図8に示すピストン1では、削り出し加工によって、燃焼室冷却用ギャラリ3を構成する凹部3A(オープンギャラリ)が形成される。凹部3Aを、プレート3Pによって覆うことで、燃焼室2の周囲に、燃焼室冷却用ギャラリ3が形成される。
FIG. 8 shows a longitudinal sectional view of the
一方、削り出し加工直後の状態では、ピストン1の燃焼室裏面4はオープンギャラリとなっている。そこで、本発明と同様に、燃焼室裏面4を、プレート10′によって覆うことで、燃焼室裏面冷却用ギャラリ8が形成される。
On the other hand, in the state immediately after machining, the combustion chamber back
また、本発明の第1の排出孔6と同様に燃焼室冷却用ギャラリ3内の冷却用オイルを燃焼室裏面冷却用ギャラリ8に導くために、燃焼室冷却用ギャラリ3と燃焼室裏面冷却用ギャラリ8とを連通する連通油路24が形成される。連通油路24は、削り出し加工によって形成することができる。
Further, in order to guide the cooling oil in the combustion
このようなピストン1によれば、図5と同様に、冷却用オイルがピストン各部を流れる。
According to such a
すなわち、ピストンクーリングノズル7から冷却用オイルが流入孔5に向かって噴出され、矢印Aに示すごとく、燃焼室冷却用ギャラリ3内に流入する。冷却用オイルは、矢印Dに示すごとく、燃焼室冷却用ギャラリ3内を、燃焼室2の周方向に移動して、燃焼室2の熱を奪い、燃焼室2を冷却する。燃焼室2の冷却を終えた冷却用オイルは、矢印Bに示すごとく、連通油路24を通って燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内に排出される。
That is, cooling oil is ejected from the
燃焼室裏面冷却用ギャラリ8内に導かれた冷却用オイルは、矢印Eに示すごとく、ピストン1の往復運動によってシェークされつつ燃焼室裏面中央部4aに移動する。これにより燃焼室裏面4が効率的に冷却される。
As indicated by an arrow E, the cooling oil introduced into the combustion chamber back
なお、上述した各実施例では、縦置きのエンジンを想定したが、もちろん本発明は、横置き、斜め配置等、任意の気筒レイアウトのエンジンに適用することができる。また、本発明のピストンは、ディーゼルエンジン用のみならずガソリンエンジン用にも適用することができる。 In each of the above-described embodiments, a vertically mounted engine is assumed. Of course, the present invention can be applied to an engine having an arbitrary cylinder layout such as a horizontally mounted or obliquely arranged engine. Further, the piston of the present invention can be applied not only to a diesel engine but also to a gasoline engine.
1 ピストン 2 燃焼室 3 燃焼室冷却用ギャラリ 4 燃焼室裏面 5 流入孔 6 第1の排出孔 8 燃焼室裏面冷却用ギャラリ 10 プレート
DESCRIPTION OF
Claims (7)
流入孔と第1の排出孔はそれぞれ、燃焼室の周囲の異なる位置に設けられ、
燃焼室の裏面には、燃焼室裏面冷却用ギャラリが形成されており、
燃焼室裏面冷却用ギャラリは、第1の排出孔に連通されており、
燃焼室裏面冷却用ギャラリには、当該ギャラリ内部の冷却用オイルを排出するための第2の排出孔が形成されている
構造のエンジン用ピストン。 A combustion chamber is formed in the piston head, a combustion chamber cooling gallery is formed around the combustion chamber, and an inflow hole and a first discharge hole are formed in the combustion chamber so as to communicate with the combustion chamber cooling gallery. An engine piston having a structure in which cooling oil is introduced from the inflow hole and discharged from the first outflow hole through the combustion chamber cooling gallery,
The inflow hole and the first discharge hole are provided at different positions around the combustion chamber,
A gallery for cooling the back of the combustion chamber is formed on the back of the combustion chamber,
The combustion chamber back surface cooling gallery communicates with the first exhaust hole,
A piston for an engine having a structure in which a second discharge hole for discharging the cooling oil inside the gallery is formed in the backside cooling gallery of the combustion chamber.
燃焼室裏面冷却用ギャラリは、燃焼室裏面とプレートとによって画成された空間であること
を特徴とする請求項1記載のエンジン用ピストン。 A plate fixed to the piston is provided so as to cover the back surface of the combustion chamber,
The engine piston according to claim 1, wherein the combustion chamber back surface cooling gallery is a space defined by the combustion chamber back surface and the plate.
燃焼室裏面冷却用ギャラリは、燃焼室裏面側孔に連通しない位置に形成されること
を特徴とする請求項1または2記載のエンジン用ピストン。 The engine piston is formed with a ring groove lower oil return oil passage that communicates the piston skirt side hole and the combustion chamber back side hole.
The engine piston according to claim 1 or 2, wherein the combustion chamber back surface cooling gallery is formed at a position not communicating with the combustion chamber back surface side hole.
を特徴とする請求項2記載のエンジン用ピストン。 The plate has a notch for allowing cooling oil to flow into the inflow hole at a portion corresponding to the inflow hole, and the plate for cooling discharged from the first discharge hole at a portion corresponding to the first discharge hole. The engine piston according to claim 2, wherein a fin for receiving oil is formed.
を特徴とする請求項2記載のエンジン用ピストン。 The engine piston according to claim 2, wherein the central portion of the plate is formed in a flat shape, a convex shape on the back side of the combustion chamber, or a concave shape on the back side of the combustion chamber.
を特徴とする請求項2または5記載のエンジン用ピストン。 The engine piston according to claim 2 or 5, wherein a discharge hole for discharging cooling oil is formed in the plate.
燃焼室の裏面に、燃焼室裏面冷却用ギャラリが形成されたエンジン用ピストンを冷却するに際して、
冷却用オイルを燃焼室冷却用ギャラリに流入させて燃焼室を冷却し、
つぎに、燃焼室の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室冷却用ギャラリから燃焼室裏面冷却用ギャラリに流入させて、燃焼室裏面を冷却し、
つぎに、燃焼室裏面の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室裏面冷却用ギャラリの外部に排出させる順序で、
冷却が行われること
を特徴とするエンジン用ピストンの冷却方法。 A method for cooling an engine piston in which a combustion chamber is formed in a piston head, and a combustion chamber cooling gallery is formed around the combustion chamber,
When cooling the piston for the engine in which a gallery for cooling the back surface of the combustion chamber is formed on the back surface of the combustion chamber,
Cooling chamber is cooled by flowing cooling oil into combustion chamber cooling gallery,
Next, cooling oil that has contributed to cooling the combustion chamber is caused to flow from the combustion chamber cooling gallery into the combustion chamber back surface cooling gallery to cool the combustion chamber back surface,
Next, the cooling oil that contributed to the cooling of the combustion chamber back surface is discharged to the outside of the combustion chamber back surface cooling gallery,
A cooling method for an engine piston, wherein cooling is performed.
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