JPH0158339B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オイルによる冷却効果の増大をはか
つた内燃機関のピストンに関するものである。

内燃機関の燃費を改善するには、高圧縮比化が
有効であることはよく知られているが、高圧縮比
化を行つた場合とくに高負荷状態においてノツキ
ングが発生し、ノツキングの点から高圧縮比化が
制限されているのが現状である。

ノツキングは、端ガス（エンドガス）温度が上
昇し自発火を起すことにより生じるが、これを抑
えるためには、端ガス部の燃焼室壁温を低下さ
せ、端ガス温度を低下させることが効果的であ
る。この意味でピストン頂面温度を低下させるこ
とは、ノツキング発生を抑制する上で望ましいこ
とである。

従来のピストンの冷却は、通常、ピストン本体
の下方からピストン下面に潤滑用オイルをふきか
け、ピストンの熱がこのオイルによつて奪いとら
れることと、ピストン熱がピストンリングを介し
て、シリンダブロツク熱伝導により逃げることに
よつて主に達成されている。

しかし、従来のピストン冷却には、つぎのよう
な種々の問題があつた。まずふきかけられたオイ
ルは、十分にピストン下面表面に接触しないうち
に落下したり、ピストン下面と接触しても自重で
オイルは落下するので、十分に接触時間を保持出
来ず、効果的なオイル冷却が行われていなかつ
た。

また、オイルはビストン下面全体に均一にふき
かけられるのではないので、ピストンが熱変形に
より歪み、ピストンフリクシヨンが増大する他、
ピストンリングにも悪影響を与える恐れがあつ
た。

さらに、従来のピストン構造では、ピストン下
面をオイル冷却しても多量の熱がピストンリング
を介して熱伝導によりシリンダブロツクに逃げる
ので、ピストンリング溝およびピストンリングに
相当の熱変形が生じ、オイル掻き上げの問題や、
ピストンリングの耐久性の低下を招くという問題
があつた。

本発明は、このような従来のピストン冷却に存
在していた問題を解消するために、ピストンと該
ピストン冷却用のオイルとの接触時間、および接
触面積の増大をはかることを目的とする。

また本発明は、ピストンリングの熱伝導による
冷却より生じる不具合を解消するために、ピスト
ン冷却を主にオイル冷却によつて達成させること
も目的とし、このために第一ピストンリングの上
方にまでピストン内部にオイル冷却通路を設ける
ようにしてあるが、この場合従来法による製作方
法では、鋳造中に型浮動のためピストンクラウン
部の厚さが不確定になつて極端に薄くなる恐れが
あるが、本発明では、ピストンクラウン部に必要
肉厚が確保されるように冷却通路を形成したピス
トンを提供することも目的としている。

これらの目的を達成するために、本発明の内燃
機関のピストンにおいては、予じめ砂型等によ
り、フイン付中空アルミ部材を形成し、該中空ア
ルミ部材をピストン製造時の金型に固定して型が
溶湯注入時に移動しないようにし、この状態でア
ルミ合金の溶湯を注湯して、前記中空アルミ部材
をピストンクラウン部に鋳ぐるみ、中空アルミ部
材の内部空間をオイル冷却経路とし、これにオイ
ルを供給して、オイルとの接触時間、接触面積を
大きくとり、かつ製造時の型の不動により、ピス
トンクラウン部に正確な必要厚さの肉代を残すこ
とが出来るようになつている。

以下に本発明の内燃機関のピストンの望ましい
実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は、ピストン頂面に凹部を有さないピス
トンに本発明を適用した第１の実施例を示してい
る。図中、１はピストン本体、２はピストン頂部
のいわゆるクラウン部、３はピストンピン、４は
ピストンピン３の嵌合部であるピンボス部を示
し、４ａは、ピストン重量の軽減ならびにピスト
ン裏部にはねかけられたオイルあるいは、噴きか
けられたオイルを穴４ｂを通して嵌合部に供給し
潤滑を促進するための案内溝を兼ねている。５は
第１ピストンリング用溝、６は第２ピストンリン
グ用溝、７はオイルリング用溝であり、１〜７迄
の構造は、通常のピストンの構造に準じる。

クラウン部２には、環状のオイル循環経路８が
形成されており、内面にはフイン９が形成されて
いる。このオイル循環経路８の上端は、第１ピス
トンリング用溝５の位置より上部に位置してお
り、かつオイル循環経路８の最外周壁面と第１ピ
ストンリング用溝５の間の肉厚は、適当に小さい
薄さとなつていて、ピストンリング側に熱が伝わ
り難いようになつている。ピストンピン３は、中
央部に仕切壁１０を有し、かつ一端にはメクラ蓋
であるプラグ１１ａを備え、ピストンピン３内部
に空間１２を形成している。その空間１２は、環
状のオイル循環経路８に設けられたオイル注入口
１３にオイル穴１７ｂ、オイル供給溝１４ａ、オ
イル通路１４を介して連通されている。又、空間
１２は、コンロツド１５内に形成されたオイル通
路１６、オイル供給溝１６ａにオイル穴１７ａを
介して連通されている。オイル循環経路８のオイ
ル注入口１３から180度隔たつた位置には、オイ
ル排出口１８が設けられており、オイル循環経路
８を通つたオイルを下方に排出落下させる。

ピストン内のフイン付オイル循環経路８はつぎ
のようにして作製される。まず、第１図で破線で
示した部分のフイン付環状中空アルミ部材１９の
みをアルミ合金で砂型等を用いて予じめ作製す
る。この場合、フイン付環状中空アルミ部材１９
は、環状体を上下方向に２つ割りにして作製して
もよいし、あるいは、円周方向に２個以上に分割
して形成し、これらを組み合わせて環状体に構成
してもよい。フイン付環状アルミ部材１９は、環
状体の内径を加工される。このフイン付環状中空
アルミ部材１９を、第２〜４図に示すように３つ
の組み合わせ型から成る金型Ａ，Ｂ，Ｃの内、フ
イン付環状中空アルミ部材１９の内径とほぼ同径
を有す金型Ａの突出部A′に嵌合することにより
固定し、これにより溶湯を注湯してもフイン付環
状中空アルミ部材が浮動しないようにし、この状
態でアルミ合金を型内に注湯し、フイン付環状中
空アルミ部材１９をピストンクラウン部２に鋳込
む。溶湯が固化した後、金型Ａ，Ｂ，Ｃのうちま
ず中央のＡを除去し、空いた空間にＢあるいはＣ
の金型を寄せることにより金型を取り外し、本ピ
ストンの素材が完成する。後は、素材に一連（ラ
ンド、スカート部等）の加工を行い、オイル注入
口１３、オイル通路１４、オイル排出口１８をド
リル等で加工して穿設し、さらにオイル供給溝１
４ａを加工し、メクラ蓋であるプラグ１１ｂを打
ち込むことでピストン１は完成する。

上記の製造においては、鋳造時にフイン付環状
中空アルミ部材１９は不動であるので、ピストン
１のクラウン部２の厚さは正確に形成される。ガ
ソリンエンジン用ピストンではクラウン部の厚さ
は５mm程度であり、単に中空アルミ部材を鋳込む
製造方式では、注湯時に浮動するので数mmの製造
誤差が生じてしまい、結果として本発明のような
クラウン部にオイル冷却通路を有するピストン製
造することは不可能に近く、前記のように金型一
体の鋳ぐるみ法をとることによつて始めて製造可
能となるのである。尚、第１図に示す破線が鋳ぐ
るみの境界を示している。

第５図は、本発明の第２の実施例を示してい
る。前記の説明においては、オイル循環経路８へ
のオイル供給をコンロツド内のオイル通路に接続
することにより得た場合を示したが、本実施例に
おいては、オイルの供給をオイルジエツトにより
行つた場合を示している。図中２２は上方に向つ
て開口したオイル噴出口２３を有するオイルジエ
ツトパイプであり、シリンダブロツク２４内のオ
イル通路に接続されている。このオイル噴出口２
３からのオイルは空間を飛行してピストン１のオ
イル注入口１３に至りオイル循環経路８内に入
る。その他の構成は、第１実施例に準じるので準
じる部分に第１図と同一符号を付し、説明を省略
する。

第６図および第７図は、本発明をピストン頂面
に凹部を有するピストンに適用した場合の第３実
施例を示している。本実施例においては、第１の
実施例と同様にフイン付中空アルミ部材１９は、
砂型等で別途作製され、金型との嵌合部（図中で
は４ａ部）を加工した後、金型ＢあるいはＣの突
出部B′あるいはC′部に嵌合することにより固定し
た状態で鋳ぐるまれる。他の行程は第１実施例に
準じるので説明は省略する。

本実施例においては、凹部２５のない部分、つ
まりプラグ対向側であり端ガス部に当る部分にフ
イン付中空アルミ部材を鋳ぐるみ内部をオイル循
環経路８とし、金型ＢあるいはＣの突出部Ｂある
いはC′部に嵌合した部分4aをオイル排出口１８
としている。その他の構成は第１実施例に準じ
る。

つぎに本発明の作用について説明する。

まず、オイル注入口１３によりオイル循環経路
８に供給された冷却用オイルは、ピストン１の往
復動に伴ない、オイル循環経路壁面にあたりなが
ら、次第にオイル排出口１８へと流れその間、十
分な時間オイル循環経路内に保持されピストンを
冷却し、昇温したオイルはやがてオイル排出口１
８より出て落下する。また、オイル循環経路８内
にあるオイルは、フイン９の接触面積増大効果に
より、多量の熱をピストンから奪うことになる。

また、第１実施例、第２実施例のように、オイ
ル循環経路８が環状の場合は、ピストンは円周上
均等に冷却されることになり、不均等な熱変形が
生じにくいので、大きなピストンフリクシヨンが
生じることは抑制される。

さらに、オイル循環経路８は第１ピストンリン
グ用溝５の上方に迄形成されているので、大部分
の熱がオイルにより奪われ、ピストンリングに熱
が伝わることによつて誘起されるトラブルの発生
は抑制される。

したがつて、本発明の内燃機関のピストンによ
るときは、つぎに揚げる種々の効果が得られる。

まず、ピストンによるオイルの保持時間と接触
面積が増大されたので、効率のよいピストン冷却
が可能となり、それだけピストン頂面の温度を低
減することが出来る。これにより、端ガス温度を
低下せしめノツキングの発生を抑制することがで
き、高圧縮比化を通して燃費の改善を計ることが
できる。

また、ピストンを主にオイル冷却で冷却でき、
かつオイル循環経路を環状とすること等により均
一な冷却が可能となつたので、ピストンの熱変
形、ピストンリング溝の歪みを極めて小に抑制で
き、ピストンフリクシヨンを低減できる。

さらに、金型一体の鋳ぐるみにより、オイル循
環経路を構するようにしたので、正確な、精度の
高いオイル冷却ピストン構造を提供することがで
き、上記の構成、作用効果を有するピストンを製
造可能とすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るピストン縦
断面図、第２図は、第１図のピストンの製造に用
いる型の概略断面図、第３図は、第２図のＸ−Ｘ
断面図、第４図は、ピストンの製造に用いる金型
の概略見取図、第５図は、本発明の第２実施例に
係るピストンの縦断面図、第６図は本発明の第３
実施例に係るピストンの縦断面図、第７図は、第
６図のビストンの平面図、である。 １……ピストン、２……クラウン部、３……ピ
ストンピン、４……ピストンピンボス、５……第
１ピストンリング用溝、６……第２ピストンリン
グ用溝、７……オイルリング用溝、８……オイル
循環経路、９……フイン、１０……ピストンピン
３内の仕切壁、１１……メクラ蓋用プラグ、１２
……ピストンピン３内のオイル通路空間、１３…
…オイル注入口、１４……オイル通路、１５……
コネクテイングロツド、１６……コネクテイング
ロツド内のオイル通路、１７……ピストンピンに
設けられたオイル供給穴、１８……オイル排出
口、１９……中空アルミ部材、２２……オイルジ
エツトパイプ、２３……オイル噴出口、２４……
シリンダブロツク、Ａ，Ｂ，Ｃ……金型。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピストンのクラウン部にフイン付中空アルミ
   部材を鋳込み、該中空アルミ部材の適宜の箇所に
   オイル注入口および排出口を形成し、該中空アル
   ミ部材の内部の中空空間をオイル循環経路とした
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。