JP2014020282A - Piston structure of internal combustion engine - Google Patents
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- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/048—Heat transfer
Abstract
Description
本発明は、内燃機関（エンジン）のピストン構造に関する。 The present invention relates to a piston structure of an internal combustion engine (engine).
ディーゼルエンジンの燃焼室は、一般的に、シリンダボアとシリンダヘッドの下面とピストンの頂部とで区画される。ピストンの頂部にキャビティが設けられており、ピストンの上方に配置された燃料噴射弁からキャビティ内に燃料が噴射されるようになっている。 A combustion chamber of a diesel engine is generally defined by a cylinder bore, a lower surface of a cylinder head, and a top portion of a piston. A cavity is provided at the top of the piston, and fuel is injected into the cavity from a fuel injection valve disposed above the piston.
ディーゼルエンジンの冷却損失（燃焼室内の燃焼ガスからピストンの内部への熱伝達）を低減して燃費を向上させるため、遮熱塗料又は断熱塗料をピストンの頂部に塗布してピストンの頂部に遮熱膜を形成することは容易に考えられる。このようにピストンの頂部に遮熱膜を形成することは、例えば特許文献１に開示されている。 In order to improve the fuel efficiency by reducing the cooling loss of the diesel engine (heat transfer from the combustion gas in the combustion chamber to the inside of the piston), heat insulating paint or heat insulating paint is applied to the top of the piston to insulate the top of the piston. It is easy to form a film. The formation of a heat shield film on the top of the piston in this way is disclosed in Patent Document 1, for example.
例えば図２に示すように、遮熱塗料又は断熱塗料をピストン３０の頂部３１全体に塗布してピストン３０の頂部３１全体に遮熱膜３２を形成することが考えられる。図２に示すピストン３０においては、遮熱膜３２とピストン３０の頂部３１との接合部（即ち、遮熱膜３２の末端部分）に過大な外力（組立作業者等が手でピストンを掴む、エンジン運転中にピストンとシリンダボアとの間に排気ガス中の煤等が堆積して煤によりピストンが押される等）が加わると、そのピストン３０の頂部３１との接合部から遮熱膜３２が剥がれてしまう。そのため、ピストン３０の頂部３１に形成した遮熱膜３２の剥がれを抑制する必要がある。 For example, as shown in FIG. 2, it is conceivable to apply a heat shielding paint or a heat insulating paint to the entire top portion 31 of the piston 30 to form a heat shielding film 32 on the entire top portion 31 of the piston 30. In the piston 30 shown in FIG. 2, an excessive external force (an assembly operator or the like grasps the piston by hand) at the joint portion (that is, the end portion of the heat shield film 32) between the heat shield film 32 and the top portion 31 of the piston 30. If the soot in the exhaust gas accumulates between the piston and the cylinder bore during operation of the engine and the piston is pushed by the soot, etc.), the heat shield film 32 peels off from the junction with the top 31 of the piston 30 End up. Therefore, it is necessary to suppress peeling of the heat shield film 32 formed on the top portion 31 of the piston 30.
そこで、本発明の目的は、ピストンの頂部に形成した遮熱膜の剥がれを抑制することにある。 Therefore, an object of the present invention is to suppress peeling of the heat shield film formed on the top of the piston.
上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関のピストン構造は、ピストンの頂部に形成され、前記ピストンの内部への熱伝達を抑制するための遮熱膜と、前記ピストンの外周部に設けられ、前記ピストンの頂部と連続する凹部とを備え、前記遮熱膜の末端部分が、前記ピストンの頂部から前記ピストンの外周部に設けた前記凹部まで延在するものである。 In order to achieve the above-described object, a piston structure of an internal combustion engine according to the present invention is formed on the top of a piston, and includes a heat insulating film for suppressing heat transfer to the inside of the piston, and an outer peripheral portion of the piston. The end portion of the heat-shielding film extends from the top of the piston to the recess provided on the outer periphery of the piston.
前記凹部に位置する前記遮熱膜の外表面は、前記ピストンの外周面と面一とされ又は前記ピストンの外周面よりも前記ピストンの径方向の内側に位置しても良い。 The outer surface of the thermal barrier film positioned in the recess may be flush with the outer peripheral surface of the piston or may be positioned more radially inward of the piston than the outer peripheral surface of the piston.
本発明によれば、ピストンの頂部に形成した遮熱膜の剥がれを抑制することができるという優れた効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to suppress the peeling of the heat shield film formed on the top of the piston.
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図１に、本発明の一実施形態に係る内燃機関のピストン構造を示す。 FIG. 1 shows a piston structure of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
図１に示すピストン１０は、例えば、アルミニウムから構成されるものである。また、ピストン１０は、例えば、ディーゼルエンジンに用いられるものである。 The piston 10 shown in FIG. 1 is made of, for example, aluminum. Piston 10 is used for a diesel engine, for example.
ピストン１０は、シリンダブロックに形成されるシリンダボアとシリンダヘッドとの間に燃焼室を区画するクラウン部１１と、クラウン部１１の下端から下方に延出するスカート部１２と、ピストンピンが挿通されるピストンピン孔１３を有するピンボス部１４とを備える。 The piston 10 has a crown portion 11 defining a combustion chamber between a cylinder bore formed in the cylinder block and a cylinder head, a skirt portion 12 extending downward from the lower end of the crown portion 11, and a piston pin. A pin boss portion 14 having a piston pin hole 13.
クラウン部１１の外周部には、上方から順に、トップリング溝１５、セカンドリング溝１６及びオイルリング溝１７が設けられる。また、トップリング溝１５、セカンドリング溝１６及びオイルリング溝１７の形成により、クラウン部１１の外周部に、トップランド部１８、セカンドランド部１９及びサードランド部２０が区画される。 A top ring groove 15, a second ring groove 16, and an oil ring groove 17 are provided on the outer peripheral portion of the crown portion 11 in order from above. Moreover, the top ring groove 15, the second ring groove 16, and the oil ring groove 17 form the top land portion 18, the second land portion 19, and the third land portion 20 on the outer peripheral portion of the crown portion 11.
トップリング溝１５及びセカンドリング溝１６には、ピストン１０とシリンダボアの内壁面との隙間を介する燃焼室からの燃焼ガスの漏れを抑制し、燃焼室内の気密を保つ機能等を有するコンプレッションリング（図示せず）がそれぞれ装着される。また、オイルリング溝１７には、シリンダボアの内壁面に付着している余分な潤滑油を掻き落とし、適度な油膜をシリンダボアの内壁面に形成する機能等を有するオイルリング（図示せず）が装着される。 The top ring groove 15 and the second ring groove 16 are compression rings having functions such as suppressing the leakage of combustion gas from the combustion chamber through the gap between the piston 10 and the inner wall surface of the cylinder bore, and maintaining airtightness in the combustion chamber (see FIG. (Not shown) are mounted. The oil ring groove 17 is also provided with an oil ring (not shown) having a function of scraping off excess lubricating oil adhering to the inner wall surface of the cylinder bore and forming an appropriate oil film on the inner wall surface of the cylinder bore. Is done.
トップランド部１８は、トップリング溝１５よりも上方に位置するクラウン部１１の外周部から構成される。また、セカンドランド部１９は、トップリング溝１５とセカンドリング溝１６との間に位置するクラウン部１１の外周部から構成される。さらに、サードランド部２０は、セカンドリング溝１６とオイルリング溝１７との間に位置するクラウン部１１の外周部から構成される。 The top land portion 18 is configured by the outer peripheral portion of the crown portion 11 located above the top ring groove 15. Further, the second land portion 19 is constituted by the outer peripheral portion of the crown portion 11 located between the top ring groove 15 and the second ring groove 16. Further, the third land portion 20 is constituted by an outer peripheral portion of the crown portion 11 located between the second ring groove 16 and the oil ring groove 17.
ディーゼルエンジンの冷却損失（燃焼室内の燃焼ガスからピストン１０の内部への熱伝達）を低減して燃費を良くするために、ピストン１０の頂部２１に、遮熱塗料又は断熱塗料をピストン１０の頂部２１に塗布して成る遮熱膜２２が形成される。具体的には、キャビティ２３（図例では、リップ付タイプのキャビティ）がピストン１０の頂部２１に設けられ、遮熱膜２２は、キャビティ２３を含むピストン１０の頂部２１に形成される。遮熱膜２２の厚さ（膜厚さ）Ｔは、例えば１００μｍ（０．１ｍｍ）程度とされる。 In order to reduce the cooling loss of the diesel engine (heat transfer from the combustion gas in the combustion chamber to the inside of the piston 10) and improve the fuel efficiency, a thermal barrier paint or a heat insulating paint is applied to the top part 21 of the piston 10 to the top part of the piston 10. A thermal barrier film 22 is formed by coating on 21. Specifically, a cavity 23 (in the illustrated example, a cavity with a lip) is provided on the top 21 of the piston 10, and the heat shield film 22 is formed on the top 21 of the piston 10 including the cavity 23. The thickness (film thickness) T of the thermal barrier film 22 is, for example, about 100 μm (0.1 mm).
本実施形態では、ピストン１０の外周部（トップランド部１８）に、ピストン１０の頂部２１と連続する環状の凹部（窪み部）２４を設け、遮熱膜２２の末端部分（外周部分）を、ピストン１０の頂部２１からピストン１０の外周部に設けた凹部２４まで延在させている。即ち、トップランド部１８を１００μｍ（半径）程度一段削る等し、そこに形成される凹部２４に遮熱塗料又は断熱塗料を塗布する。凹部２４は、トップランド部１８に全周に亘って設けられている。 In the present embodiment, an annular recess (depression) 24 continuous with the top 21 of the piston 10 is provided on the outer periphery (top land portion 18) of the piston 10, and the end portion (outer periphery) of the heat shield film 22 is provided. The piston 10 extends from the top 21 of the piston 10 to a recess 24 provided on the outer periphery of the piston 10. That is, the top land portion 18 is shaved by about 100 μm (radius), and a heat-insulating paint or a heat-insulating paint is applied to the recess 24 formed there. The recess 24 is provided in the top land portion 18 over the entire circumference.
また、本実施形態では、凹部２４に形成される遮熱膜２２の外表面は、ピストン１０の外周面と面一とされる。そのため、ピストン１０の径方向（横方向）に対する凹部２４の深さＤ（図１（ｂ）参照）は、遮熱膜２２の厚さＴと等しくなるように設定される。即ち、凹部２４の深さＤは、遮熱膜２２の厚さＴと同じ長さ（１００μｍ程度）とされる。また、ピストン１０の高さ方向（上下方向）に対する凹部２４の長さＬ（図１（ａ）参照）は、遮熱膜２２の剥がれを抑制する観点からある程度の長さを確保することが好ましく、例えば５ｍｍから１０ｍｍ程度とされる。 In the present embodiment, the outer surface of the heat shield film 22 formed in the recess 24 is flush with the outer peripheral surface of the piston 10. Therefore, the depth D (see FIG. 1B) of the recess 24 with respect to the radial direction (lateral direction) of the piston 10 is set to be equal to the thickness T of the heat shield film 22. That is, the depth D of the recess 24 is the same length (about 100 μm) as the thickness T of the heat shield film 22. Further, it is preferable that the length L (see FIG. 1A) of the recess 24 with respect to the height direction (vertical direction) of the piston 10 is ensured to some extent from the viewpoint of suppressing peeling of the heat shield film 22. For example, it is set to about 5 mm to 10 mm.
本実施形態の作用効果を説明する。 The effect of this embodiment is demonstrated.
本実施形態では、ピストン１０の外周部（トップランド部１８）に、ピストン１０の頂部２１と連続する環状の凹部２４を設け、遮熱膜２２の末端部分を、ピストン１０の頂部２１からピストン１０の外周部に設けた凹部２４まで延在させている。このように遮熱膜２２を構成することにより、外力（組立作業者等が手でピストン１０を掴む等）をピストン１０に加えても、もはや組立作業員等の手による外力は遮熱膜２２に対して遮熱膜２２を剥がす方向には作用しないので、遮熱膜２２が剥がれることはない。 In the present embodiment, an annular concave portion 24 that is continuous with the top portion 21 of the piston 10 is provided on the outer peripheral portion (top land portion 18) of the piston 10, and the end portion of the heat shield film 22 is connected from the top portion 21 of the piston 10 to the piston 10. It extends to the recessed part 24 provided in the outer peripheral part. By configuring the heat shield film 22 in this way, even if an external force (such as an assembly operator holding the piston 10 by hand) is applied to the piston 10, the external force by the hand of the assembly worker or the like is no longer applied to the heat shield film 22. The heat shield film 22 is not peeled off because the heat shield film 22 does not act in the direction of peeling.
また、本実施形態では、凹部２４に形成される遮熱膜２２の外表面は、ピストン１０の外周面と面一とされる。このように遮熱膜２２を構成することにより、外力（組立作業者等が手でピストン１０を掴む等）をピストン１０に加えても、遮熱膜２２の末端部分が組立作業者等の手に引っかからないので、遮熱膜２２が剥がれることはない。 In the present embodiment, the outer surface of the heat shield film 22 formed in the recess 24 is flush with the outer peripheral surface of the piston 10. By constructing the heat shield film 22 in this way, even if an external force (such as an assembly operator grips the piston 10 by hand) is applied to the piston 10, the end portion of the heat shield film 22 is the hand of the assembly operator or the like. Therefore, the heat shield film 22 is not peeled off.
以上要するに、本実施形態によれば、ピストン１０の頂部２１に形成した遮熱膜２２の剥がれを抑制することが可能となり、ピストン１０を簡便に信頼性のある遮熱構造とすることができる。 In short, according to the present embodiment, it is possible to suppress peeling of the heat shield film 22 formed on the top portion 21 of the piston 10, and the piston 10 can be simply and reliably provided with a heat shield structure.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments can be adopted.
例えば、凹部２４に形成される遮熱膜２２の外表面は、ピストン１０の外周面よりもピストン１０の径方向の内側に位置しても良い。その場合、ピストン１０の径方向（横方向）に対する凹部２４の深さＤ（図１（ｂ）参照）は、遮熱膜２２の厚さＴよりも大きく設定される。このように凹部２４を構成した場合でも、外力（組立作業者等が手でピストン１０を掴む等）をピストン１０に加えても、遮熱膜２２の末端部分が組立作業者等の手に引っかからないので、遮熱膜２２が剥がれることはない。 For example, the outer surface of the heat shield film 22 formed in the recess 24 may be positioned on the inner side in the radial direction of the piston 10 than the outer peripheral surface of the piston 10. In that case, the depth D (see FIG. 1B) of the recess 24 with respect to the radial direction (lateral direction) of the piston 10 is set to be larger than the thickness T of the heat shield film 22. Even when the recess 24 is configured as described above, even if an external force (such as an assembly operator grips the piston 10 by hand) is applied to the piston 10, the end portion of the heat shield film 22 is not caught by the assembly operator or the like. Therefore, the heat shield film 22 is not peeled off.
また、ピストン１０は、アルミニウムから構成されるものには限定はされず、鉄系材料、アルミニウム合金及びチタン合金等から構成されるものであっても良い。 The piston 10 is not limited to one made of aluminum, and may be made of an iron-based material, an aluminum alloy, a titanium alloy, or the like.
また、ピストン１０は、ディーゼルエンジンに用いられるものには限定はされず、ガソリンエンジン等に用いられるものであっても良い。 The piston 10 is not limited to that used for a diesel engine, and may be used for a gasoline engine or the like.
さらに、ピストン１０の頂部２１に設けられるキャビティ２３の形状に関しては、ディーゼルエンジンの場合、リップ付タイプに限定はされず、リエントラントタイプやトロイダルタイプ等であっても良い。 Furthermore, regarding the shape of the cavity 23 provided in the top part 21 of the piston 10, in the case of a diesel engine, it is not limited to a lip type, and may be a reentrant type or a toroidal type.
１０ ピストン
２１ 頂部
２２ 遮熱膜
２４ 凹部
10 Piston 21 Top 22 Heat shield 24 Recess
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|---|---|---|---|---|
| US11155721B2 (en) | 2017-07-06 | 2021-10-26 | General Electric Company | Articles for high temperature service and related method |
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2012
- 2012-07-18 JP JP2012159564A patent/JP2014020282A/en active Pending
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