JP4505752B2 - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Description

本発明は、耐摩環と、前記耐摩環の内径側に耐摩環に沿って位置する冷却胴環とが埋設された内燃機関用ピストンに関する。

上記した内燃機関用ピストンは、耐摩環及び冷却胴環の作用により、ピストンの耐磨耗性及び冷却性能の向上を図ったものである。
この種の内燃機関用ピストンとして、従来、例えば特許文献１に示されるものがあった。
特許文献１に示されるものは、ピストンのトップリング溝付近に、耐摩環本体部分（耐摩環に相当）、胴環部（冷却胴環に相当）が鋳包まれている。胴環部は、断面略コ字状の成型体によって形成されている。耐摩環本体部分の内周面に周方向に沿って嵌挿部を設け、この嵌挿部内に成型体を嵌込んだものである。あるいは、耐摩環本体部分の内面に切り込み溝を設け、この切り込み溝に成型体の接合端部を嵌挿したものである。

特開平５−２４０３４７号公報

この種のピストンにあっては、耐摩環及び冷却胴環を、優れた耐磨耗性及び冷却性能を備えるよう、適切な素材で、適切な構造に各別に作製する。そして、耐摩環と冷却胴環とを冷却胴環が耐摩環の内径側に連結した組み付け状態にしてピストン鋳造時の鋳型に装着することにより、耐摩環及び冷却胴環をピストンに埋設する。

上記した従来の技術事項を採用すると、耐摩環及び冷却胴環の一方が他方に耐摩環の半径方向に嵌入した状態で耐摩環と冷却胴環とが連結され、これにより、耐摩環と冷却胴環とが分離しにくく、耐摩環及び冷却胴環をピストンの所定の位置に精度よく埋設することができる。この場合、耐摩環と冷却胴環とは、連結し合う部位においてピストン上下方向に重合する。
このため、冷却胴環を一連の環状部品に作製した場合、耐摩環と冷却胴環との組み付けを行う際、冷却胴環を変形させた状態にして耐摩環の内径側に入り込ませ、この後、冷却胴環を所定の形状にして耐摩環に連結するという組み付け方法を採用する必要がある。すると、耐摩環と冷却胴環との組み付け工程の面から生産性が悪くなる。また、コスト高になる。

本発明の目的は、耐摩環と冷却胴環とを信頼性の高い連結状態でピストンに埋設できるのみならず、生産性やコスト面で有利に生産できる内燃機関用ピストンを提供することにある。

本第１発明にあっては、耐摩環と、前記耐摩環の内径側に耐摩環に沿って位置する冷却胴環とが埋設された内燃機関用ピストンにおいて、前記冷却胴環を冷却胴環周方向に複数個の分割冷却胴環に分割し、前記分割冷却胴環及び前記耐摩環の一方が他方に耐摩環半径方向に嵌入して分割冷却胴環と耐摩環とが連結するよう、各分割冷却胴環と耐摩環とにわたって設けた連結手段を備えてある。

本第1発明の構成によると、各分割冷却胴環を耐摩環の内径側にその上方又は下方から入れ込み、次に耐摩環半径方向に移動させて連結手段によって耐摩環に連結させる。すると、複数個の分割冷却胴環が、耐摩環の周方向に並んで耐摩環の内径側に連結し、連続した冷却胴環を得ることができる。さらに、耐摩環及び冷却胴環の一方が他方に耐摩環半径方向に嵌入した状態で耐摩環と冷却胴環とが連結し、耐摩環及び冷却胴環を、ピストンの所定の位置に精度よく、かつ、信頼性の高い連結状態にして埋設することができる。このように、複数個の分割冷却胴環を耐摩環に単に連結するだけで優れた耐磨耗性及び冷却性能を発揮する高品質の内燃機関用ピストンを生産性よくかつ安価に得ることができる。

本第２発明にあっては、冷却胴環周方向に隣り合う前記分割冷却胴環の間隙を覆うカバーを備えてある。

本第２発明の構成によると、ピストンを鋳造する際、ピストン素材の溶湯が分割冷却胴環の間隙から冷却胴環内に入り込むことをカバーによって防止される。これにより、分割冷却胴環を採用するものでありながら、冷却胴環内での冷却剤の流動効果が確実に発揮され、冷却性能に富んだ高品質の内燃機関用ピストンを得ることができる。

本第３発明にあっては、冷却胴環周方向に隣り合う前記分割冷却胴環の端部どうしが重なり合うよう、各分割冷却胴環の端部に重合部を備えてある。

本第３発明の構成によると、ピストンを鋳造する際、ピストン素材の溶湯が分割冷却胴環の間から冷却胴環内に入り込むことを防止できる。これにより、冷却胴環を分割して構成するものでありながら、冷却胴環内において冷却剤が確実に流動することができ、冷却性能に富んだ高品質の内燃機関用ピストンを簡単かつ安価に得ることができる。

本第４発明にあっては、前記冷却胴環の冷却剤導入口又は冷却剤排出口を、前記分割冷却胴環が隣り合う部位に配置してある。

本第４発明の構成であれば、ピストンを鋳造する際、ピストン素材の溶湯が分割冷却胴環の間から冷却胴環内に入り込んで凝固することがあっても、冷却剤導入口又は冷却剤排出口を形成する機械加工により、冷却胴環内のピストン素材を除去することができる。
従って、分割冷却胴環を採用するものでありながら、冷却胴環内でピストン素材による冷却剤の流動障害が発生しにくく、冷却性能に富んだ高品質の内燃機関用ピストンを得ることができる。しかも、鋳造時に冷却胴環内にピストン素材が流入しても、ピストン素材の除去を冷却剤導入口又は冷却剤排出口を形成する作業によって併せて行うから、内燃機関用ピストンを安価に得ることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の内燃機関用ピストン１（以下、単にピストン１と略称する。）は、ディーゼルエンジン２のシリンダ３に装着されており、ピストン頂部に燃焼室を形成するよう設けた凹部４を備えている。このピストン１は、アルミニウム合金製であり、ピストン側面部に設けた複数のリング溝５，６，７を備え、かつ、複数のリング溝５，６，７のうちのトップリング溝７が位置する部位に設けた耐摩環部１０を備えている。

図２，３に示すように、耐摩環部１０は、前記トップリング溝７を有する耐摩環１１と、この耐摩環１１の内径側に耐摩環１１に沿って位置する環状の冷却胴環２０とを備えている。

耐摩環１１は、高温時にアルミニウム合金よりも優れた耐磨耗性を発揮するよう鋳物製ニレジスト材によって構成し、かつ、図４，５の如き一連の環状に形成してある。この耐摩環１１は、ピストン１を鋳造する際に鋳型内に装着しておくことにより、ピストン１に埋設してある。図３に示すように、耐摩環１１の外径側の周面がピストン１の周面からピストン１の全周囲にわたって露出している。
図４，５に示す耐摩環１１は、ピストン１に埋設する前の状態のものであり、まだトップリング溝７を備えていない。耐摩環１１のトップリング溝７は、ピストン１を鋳造し、ピストン１に埋設された状態になった耐摩環１１を機械加工することによって形成される。

図２，３に示すように、冷却胴環２０（以下、単に「胴環２０」と称する。）は、横断面コ字状の溝形に曲げ成形した屈曲ステンレス鋼板によって構成してある。この胴環２０は、ピストン１を鋳造する際、耐摩環１１の内径側に組み付けて耐摩環１１と共に鋳型内に装着しておくことにより、ピストン１の耐摩環１１よりもピストン軸芯側に埋設してある。この胴環２０は、胴環２０の外径側に位置する開口が耐摩環１１によって閉じられており、耐摩環１１の内径側に冷却空洞２１を耐摩環１１の全周に沿わせて形成している。

図２に示すように、前記胴環２０には、冷却剤導入口２２及び冷却剤排出口２３を設けてある。一方、ピストン１の内部に、前記冷却剤導入口２２に連通したピストン上下向きの冷却剤導入路１２と、前記冷却剤排出口２３に連通したピストン上下向きの冷却剤排出路１３とを設けてある。

これにより、ピストン１の冷却が次の如く行われる。
ピストン１がシリンダ内を下降すると、冷却剤導入路１２の下端側の開口がシリンダ下方に位置する冷却剤供給部８（図１参照）に近づき、冷却剤供給部８から噴出された冷却剤としての油が冷却剤導入路１２に流入する。冷却剤導入路１２に入った油は、図２に示すように冷却剤導入口２２から胴環２０に流入し、冷却空洞２１を流動して耐摩環１１のトップリング溝７を冷却する。冷却空洞２１を耐摩環１１に沿って流動した油は、冷却剤排出口２３から冷却剤排出路１３に排出され、冷却剤排出路１３の下端側の開口からピストン外に流出する。

図４に示すように、前記胴環２０は、この胴環２０の周方向に分散した複数箇所に位置する分割線２４ａを有した冷却胴環分割部２４（以下、単に「胴環分割部２４」と称する。）を備えている。
すなわち、胴環２０を周方向に複数個の分割冷却胴環２５（以下、単に「分割胴環２５」と称する。）に分割し、これらを組み合わせることによって、胴環２０を構成してある。

図３，４，５に示すように、前記各分割胴環２５は、横断面コ字状の溝形に構成し、かつ、ピストン上下方向視で円弧形に成形した屈曲ステンレス鋼板によって構成してある。各分割胴環２５と耐摩環１１とにわたり、耐摩環１１の内径側に位置する連結手段３０を設けてある。この連結手段３０は、耐摩環１１の側に備えた耐摩環側連結部３１と、分割冷却胴環２５を構成するステンレス鋼板の両端部に備えた上下一対の連結片３２ａ，３２ａを有した胴環側連結部３２とで構成してある。

各連結手段３０は、分割胴環２５が耐摩環１１に対して耐摩環半径方向に移動され、耐摩環側連結部３１が胴環側連結部３２の上下の連結片３２ａ，３２ａの間に耐摩環半径方向に嵌入することにより、耐摩環１１と分割胴環２５とを連結する。この連結状態では、前記連結片３２ａ，３２ａの内面側に設けてある凸部３３が耐摩環側連結部３１の上下一対の凹部３４，３４に係入し、分割胴環２５の耐摩環１１に対する位置決めが行われる。各凸部３３は、分割胴環２５の全長にわたって一連に設けてある。同じく前記上下一対の凹部３４は、耐摩環１１の全周にわたって一連に設けてある。

このようにして、耐摩環１１と胴環２０とを連結し、ピストン１の所定の位置に埋設されるよう位置決めする。耐摩環１１と胴環２０とを、この組み付け状態でピストン１の鋳型内に装着し、溶融したアルミ合金を鋳込んでピストン１に埋設する。

図２に示すように、胴環２０の前記冷却剤導入口２２は、前記複数の胴環分割部２４のいずれかに配置してある。

図４，５に示すように、前記耐摩環１１の外周面側に、耐摩環周方向に沿って複数の凹部形の指標１４を分散配置してある。胴環２０の複数箇所で分割胴環２５が隣り合う。各指標１４は、複数の分割胴環２５が隣り合うそれぞれの部位を表示するよう設けてある。

各指標１４は、ピストン１の鋳造後に外部から視認できる。前記指標１４と、ピストン軸芯から胴環２０までの距離とに基づいて穴あけ位置を決定し、図６，７に二点鎖線で示す如くドリル４０を作用させて穴あけ加工する。これにより、前記冷却剤導入口２２を前記冷却剤導入路１２と共に形成する。

このような加工手法を用いることで、仮にピストン１の鋳造時にアルミニウム合金の溶湯が分割胴環２５の間から胴環２０の内部に入り込むことがあっても、このピストン素材は冷却剤導入口２２を形成する穴あけ加工によって胴環２０から除去される。
尚、耐摩環１１に設けた前記指標１４は、耐摩環１１にトップリング溝７を設ける際、トップリング溝７を形成する機械加工によって除去される。
また、前記冷却剤排出口２３についても分割胴環２５が隣り合っている部位に配置してもよい。この場合、胴環２０に入り込んだピストン素材は冷却剤排出口２３を冷却剤排出路１３と共に形成する穴あけ加工によって胴環２０から除去される。

〔別実施形態〕
図８〜１０は、別の実施構造を備えた胴環２０を示す。
この胴環２０は、胴環２０の周方向に分散した複数箇所に位置する分割線２４ａを有した胴環分割部２４を備えている。すなわち、胴環２０は、複数個の分割胴環２５を組み合わせて構成してある。この胴環２０は、各胴環分割部２４に設けたカバー２６を備えている。

前記各カバー２６は、横断面コ字状に曲げ成形した屈曲ステンレス鋼板によって構成してある。各カバー２６は、胴環分割部２４において隣り合う分割胴環２５，２５の端部に跨った状態で胴環２０の外面側に装着され、分割胴環２５の間隙２７を覆っている。各カバー２６は、上下両端側の凸部２６ａが分割胴環２５の前記連結片３２ａの外面側に位置する凹部３５に係入することにより、各分割胴環２５に止着されている。

すなわち、カバー２６は、ピストン１の鋳造時にピストン素材の溶湯が分割胴環２５の間隙２７から胴環２０の内部に入り込むことを防止している。

図１１，１２は、さらに別の実施構造を備えた胴環２０を示す。
この胴環２０は、胴環２０の周方向に分散した複数箇所に位置する分割線２４ａを有した胴環分割部２４を備えている。すなわち、胴環２０は、複数個の分割胴環２５を組み合わせて構成してある。

図１１に示すように、胴環２０は、隣り合う分割胴環２５の端部どうしを重合部２８で重ねて構成してある。各重合部２８は、ピストン１の鋳造時にピストン素材の溶湯が各胴環分割部２４から胴環２０の内部に入り込むことを防止している。

前記各重合部２８は、分割胴環２５，２５の一方の端部に設けた内側重合部２８ａと、他方の分割胴環２５の端部に設けた外側重合部２８ｂとを備えている。外側重合部２８ｂは、分割胴環２５が連結された状態において内側重合部２８ａに外嵌する。

〔別実施例〕
上記各実施例の如く、耐摩環１１の耐摩環側連結部３１が分割胴環２０の胴環側連結部３２に嵌り込む嵌入式の連結手段３０に替え、分割胴環２５の胴環側連結部が耐摩環１１の耐摩環側連結部に嵌り込む嵌入式の連結手段を採用しても、本発明の目的を達成することができる。すなわち、耐摩環１１及び分割胴環２５の一方が他方に耐摩環半径方向に嵌入する連結手段を採用すればよい。

本発明は、ディーゼルエンジンに装備されるピストンの他、ガソリンエンジンに装備されるピストンにも適用できる。

エンジンのシリダ部での断面図 ピストンの縦断面図 ピストンの耐摩環、冷却胴環配設部の断面図 耐摩環、冷却胴環の平面図 耐摩環、冷却胴環の分離状態での斜視図 耐摩環部の冷却材導入口形成要領を示す断面図 耐摩環部の冷却材導入口形成要領を示す断面図 別の実施構造を備えた冷却胴環のカバー配設部での断面図 別の実施構造を備えた冷却胴環のカバー配設部での断面図 別の実施構造を備えた冷却胴環の分割冷却胴環及びカバーの斜視図 さらに別の実施構造を備えた冷却胴環の分割冷却胴環重合部での断面図 別の実施構造を備えた分割冷却胴環の斜視図

符号の説明

１１ 耐摩環
２０ 冷却胴環
２２ 冷却剤導入口
２４ 冷却剤排出口
２６ カバー
２７ 間隙
２８ａ，２８ｂ 重合部
３０ 連結手段

Claims (4)

1. 耐摩環と、前記耐摩環の内径側に耐摩環に沿って位置する冷却胴環とが埋設された内燃機関用ピストンであって、
   前記冷却胴環を冷却胴環周方向に複数個の分割冷却胴環に分割し、
   前記分割冷却胴環及び前記耐摩環の一方が他方に耐摩環半径方向に嵌入して分割冷却胴環と耐摩環とが連結するよう、各分割冷却胴環と耐摩環とにわたって設けた連結手段を備えてある内燃機関用ピストン。
2. 冷却胴環周方向に隣り合う前記分割冷却胴環の間隙を覆うカバーを備えてある請求項１記載の内燃機関用ピストン。
3. 冷却胴環周方向に隣り合う前記分割冷却胴環の端部どうしが重なり合うよう、各分割冷却胴環の端部に重合部を備えてある請求項１記載の内燃機関用ピストン。
4. 前記冷却胴環の冷却剤導入口又は冷却剤排出口を、前記分割冷却胴環が隣り合う部位に配置してある請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用ピストン。

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