JPH08232758A - 内燃機関のピストン並びにその製造方法 - Google Patents
内燃機関のピストン並びにその製造方法Info
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- JPH08232758A JPH08232758A JP7705695A JP7705695A JPH08232758A JP H08232758 A JPH08232758 A JP H08232758A JP 7705695 A JP7705695 A JP 7705695A JP 7705695 A JP7705695 A JP 7705695A JP H08232758 A JPH08232758 A JP H08232758A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
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- F05C2251/00—Material properties
- F05C2251/04—Thermal properties
- F05C2251/048—Heat transfer
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】ピストン温度を冷却作用によって任意に制御
し、火花点火機関のノッキング現象を抑制することによ
って高圧縮比の採用を可能とし、燃費の向上とピストン
耐久・信頼性を向上させる。また、ディーゼル方式にお
いてもピストン冷却作用によってピストン温度を制御
し、給気効率を向上させると共に、スキッシュリップ・
リエンシラント等の燃焼室高温部並びにリング溝部の温
度を積極的に下げることにより、ピストンの耐久・信頼
性を向上させ機関性能の向上を図る。 【構成】ピストンハイト部に通常のピストン素材より高
熱伝導率材４を中子的に配備した構成であり、高熱伝導
材中子部をピストン２の高熱負荷域（例えばリップ部、
リング部５）に近接させることによって、高温部の熱を
速やかに移動させる構造であり、この一体構造中子の一
部に冷却用油路またはオイル噴流による熱移動域を構成
した。
し、火花点火機関のノッキング現象を抑制することによ
って高圧縮比の採用を可能とし、燃費の向上とピストン
耐久・信頼性を向上させる。また、ディーゼル方式にお
いてもピストン冷却作用によってピストン温度を制御
し、給気効率を向上させると共に、スキッシュリップ・
リエンシラント等の燃焼室高温部並びにリング溝部の温
度を積極的に下げることにより、ピストンの耐久・信頼
性を向上させ機関性能の向上を図る。 【構成】ピストンハイト部に通常のピストン素材より高
熱伝導率材４を中子的に配備した構成であり、高熱伝導
材中子部をピストン２の高熱負荷域（例えばリップ部、
リング部５）に近接させることによって、高温部の熱を
速やかに移動させる構造であり、この一体構造中子の一
部に冷却用油路またはオイル噴流による熱移動域を構成
した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のピストン構造
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にエンジンのピストンは燃焼の熱負
荷を直接受けることから高温となる。したがって、過度
の高温度は熱膨張や潤滑性の低下によりピストン焼き付
き因を生じ、更に給気効率の低下を招く等、ディーゼル
機関の性能と耐久性に不利な問題が生ずる。したがって
ピストンの温度制御技術は機関性能向上と耐久・信頼性
に関し重要な課題となっている。
荷を直接受けることから高温となる。したがって、過度
の高温度は熱膨張や潤滑性の低下によりピストン焼き付
き因を生じ、更に給気効率の低下を招く等、ディーゼル
機関の性能と耐久性に不利な問題が生ずる。したがって
ピストンの温度制御技術は機関性能向上と耐久・信頼性
に関し重要な課題となっている。
【０００３】この課題に対し従来の小・中形機関用ピス
トンはアルミ系合金製が多く、大形機関用は鋳鋼製も用
いられており、その冷却対策としてはオイルをピストン
裏面に噴射し冷却を行なうことが公知技術である。
トンはアルミ系合金製が多く、大形機関用は鋳鋼製も用
いられており、その冷却対策としてはオイルをピストン
裏面に噴射し冷却を行なうことが公知技術である。
【０００４】しかし、ピストンキャビティ形状のリエン
トラントやスキッシュリップ方式のごとく、燃焼室開口
部に絞りを有する構造のピストンにおいては、開口部端
域の温度が他の域より高くなるため溶損が発生する率が
高く、この対策として開口部を耐久性の別の金属やセラ
ミック材を用い口金部の補強を行ない、溶損を防止する
技術（口金技術）が用いられている。
トラントやスキッシュリップ方式のごとく、燃焼室開口
部に絞りを有する構造のピストンにおいては、開口部端
域の温度が他の域より高くなるため溶損が発生する率が
高く、この対策として開口部を耐久性の別の金属やセラ
ミック材を用い口金部の補強を行ない、溶損を防止する
技術（口金技術）が用いられている。
【０００５】開口部を耐熱材とする方法では、耐熱材の
ほとんどが熱伝導率の小さな特性を有することから、こ
の部分の端域温度は他の部分より更に高温となり、予混
合あるいは拡散燃焼に悪影響を及ぼすことから、ピスト
ンキャビティ開口部端域の熱対策技術は困難な問題とさ
れている。
ほとんどが熱伝導率の小さな特性を有することから、こ
の部分の端域温度は他の部分より更に高温となり、予混
合あるいは拡散燃焼に悪影響を及ぼすことから、ピスト
ンキャビティ開口部端域の熱対策技術は困難な問題とさ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする問題点】本発明はピストンに
燃焼キャビティ部を有し、キャビティ開口部を絞り構造
とした、所謂リエントラント形状ピストンの開口部熱負
荷問題を、ピストン構造を変えることにより解決するこ
とを目的とし、ピストン温度を強制的に制御することに
よって給気効率を高め、ピストンの耐久性と機関性能の
向上を図ることを目的としている。
燃焼キャビティ部を有し、キャビティ開口部を絞り構造
とした、所謂リエントラント形状ピストンの開口部熱負
荷問題を、ピストン構造を変えることにより解決するこ
とを目的とし、ピストン温度を強制的に制御することに
よって給気効率を高め、ピストンの耐久性と機関性能の
向上を図ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はピストン温度を
制御する手段として、ピストン燃焼室周域を熱伝導率の
高い銅または銅系合金で囲周する二重構造とし、燃焼室
部には直接この熱伝導率の高い銅系部が露出し、酸化溶
損の生じないようにアルミ系あるいは鋳鋼系のピストン
素材で被覆保護したピストン構造である。
制御する手段として、ピストン燃焼室周域を熱伝導率の
高い銅または銅系合金で囲周する二重構造とし、燃焼室
部には直接この熱伝導率の高い銅系部が露出し、酸化溶
損の生じないようにアルミ系あるいは鋳鋼系のピストン
素材で被覆保護したピストン構造である。
【０００８】即ち、ピストン素材より熱伝導率の高い別
の素材を中子的に熱負荷の高い燃焼室部分に近接的に鋳
込む方法により、高温部分の熱を速やかに中子部分に吸
収し、中子の高熱伝導性を利用して低温部へ熱の遷移・
分散を行なうことを特徴としたピストン温度制御技術で
ある。
の素材を中子的に熱負荷の高い燃焼室部分に近接的に鋳
込む方法により、高温部分の熱を速やかに中子部分に吸
収し、中子の高熱伝導性を利用して低温部へ熱の遷移・
分散を行なうことを特徴としたピストン温度制御技術で
ある。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例を図において説明すると、次
のごとくである。図１のリエントラント形ピストン断面
図において、斜線（４）で示すごとくの部分を銅系の高
熱伝導率材の中子的構成とし、この部分は酸化防止等の
表面処理を施し、酸化防止雰囲気において鋳造構成され
る。
のごとくである。図１のリエントラント形ピストン断面
図において、斜線（４）で示すごとくの部分を銅系の高
熱伝導率材の中子的構成とし、この部分は酸化防止等の
表面処理を施し、酸化防止雰囲気において鋳造構成され
る。
【００１０】したがって最も高温となるキャビティ開口
絞り端部の熱は、近接する高熱伝導材部へ熱が急速に移
動することによって、端域温度の上昇が抑制されること
になる。
絞り端部の熱は、近接する高熱伝導材部へ熱が急速に移
動することによって、端域温度の上昇が抑制されること
になる。
【００１１】また、リング部の熱も上記同様の熱移動作
用によってリング周域の温度が抑制されるので、従来の
トップリング位置より高い位置にリングを設けても、リ
ング溝の冷却作用によりリング温度が低下し、リングス
ティック膠着等のトラブルの発生が防止される。
用によってリング周域の温度が抑制されるので、従来の
トップリング位置より高い位置にリングを設けても、リ
ング溝の冷却作用によりリング温度が低下し、リングス
ティック膠着等のトラブルの発生が防止される。
【００１２】ディーゼル・ガソリンの両燃焼方式におい
ては、リング冷却作用によってリング位置を更にピスト
ン上部に設けることが可能となり、結果的にピストンと
シリンダー間の間隙容積が少なくなり空気利用率が向上
すると共に、この間隙で火炎が消炎（クエンチング）に
よって排出される未燃炭化水素（ＴＨＣ）量が減少す
る。
ては、リング冷却作用によってリング位置を更にピスト
ン上部に設けることが可能となり、結果的にピストンと
シリンダー間の間隙容積が少なくなり空気利用率が向上
すると共に、この間隙で火炎が消炎（クエンチング）に
よって排出される未燃炭化水素（ＴＨＣ）量が減少す
る。
【００１３】またピストン温度の抑制作用は給気効率の
向上に効果的であり、空気充填効率の向上によって機関
の出力が向上する。
向上に効果的であり、空気充填効率の向上によって機関
の出力が向上する。
【００１４】更に、ピストン温度の制御はピストンの熱
膨張を抑制することになるため、シリンダーとピストン
間の間隙を少なく設計し得るので、冷始動時など従来よ
り隙間の多いことによって発生するピストンフラッタ音
が減少し、静粛化と共にピストン耐久性が向上する。
膨張を抑制することになるため、シリンダーとピストン
間の間隙を少なく設計し得るので、冷始動時など従来よ
り隙間の多いことによって発生するピストンフラッタ音
が減少し、静粛化と共にピストン耐久性が向上する。
【００１５】火炎点火機関の圧縮比向上にはピストン温
度が障壁となり、エンドガスノッキングの大きな要因で
もあることから、ピストン温度を任意に制御することが
可能な本技術によれば、ピストン冷却作用の向上によっ
て圧縮比を従来方式より高め得ることが出来る。その結
果火花点火機関においても熱効率が向上し、ＣＯ２排出
を減ずることが出来る。
度が障壁となり、エンドガスノッキングの大きな要因で
もあることから、ピストン温度を任意に制御することが
可能な本技術によれば、ピストン冷却作用の向上によっ
て圧縮比を従来方式より高め得ることが出来る。その結
果火花点火機関においても熱効率が向上し、ＣＯ２排出
を減ずることが出来る。
【００１６】本発明はピストンハイト部に中子的に高熱
伝導材で熱伝導域を構成し、この部分を直接的にオイル
等により冷却を行なうピストン冷却技術であり、冷却オ
イル量・温度によりピストン高温度域を任意な温度に維
持し得ることが技術の特徴である。
伝導材で熱伝導域を構成し、この部分を直接的にオイル
等により冷却を行なうピストン冷却技術であり、冷却オ
イル量・温度によりピストン高温度域を任意な温度に維
持し得ることが技術の特徴である。
【００１７】
【作 用】リエントラントあるいはスキッシュリップタ
イプ燃焼室エンジンにおいては、燃焼室開口部の端域温
度は他の域より高くなる特性を有することから、この端
域温度を如何に制御するか、このタイプエンジンの重要
課題である。
イプ燃焼室エンジンにおいては、燃焼室開口部の端域温
度は他の域より高くなる特性を有することから、この端
域温度を如何に制御するか、このタイプエンジンの重要
課題である。
【００１８】これに対し本発明は高温度となる開口部近
傍に高熱伝導率材による熱吸収域を形成し、高温度域の
熱を速やかに他の低温部に移動せしめる作用を高熱伝導
域によって行なうものであり、燃焼室開口部以外でも冷
却を要するピストンリング部近傍にも、この高熱伝導材
による熱吸収作用を行なうものである。
傍に高熱伝導率材による熱吸収域を形成し、高温度域の
熱を速やかに他の低温部に移動せしめる作用を高熱伝導
域によって行なうものであり、燃焼室開口部以外でも冷
却を要するピストンリング部近傍にも、この高熱伝導材
による熱吸収作用を行なうものである。
【００１９】また高熱伝導材の一部をピストン裏面に露
出させ、この露出部に冷却したオイルジェット流を噴射
することによって、高熱伝導部全体の温度を強制的に、
且つ速やかにコントロールするピストン冷却技術であ
る。
出させ、この露出部に冷却したオイルジェット流を噴射
することによって、高熱伝導部全体の温度を強制的に、
且つ速やかにコントロールするピストン冷却技術であ
る。
【００２０】
【効 果】本技術はピストンエンジンにおいて使用燃料
や燃焼方式の如何に拘らず、即ちガソリン・軽油・重油
・メタノール等の液体燃料はもちろん、ＬＰＧ・ＬＮＧ
等の気体燃料を用いる全ての燃焼システムに有効であ
り、充填効率の向上による出力の増加・圧縮比向上によ
る熱効率の向上・熱膨張率抑制による騒音・耐久・信頼
性の向上等、その効果は大である。
や燃焼方式の如何に拘らず、即ちガソリン・軽油・重油
・メタノール等の液体燃料はもちろん、ＬＰＧ・ＬＮＧ
等の気体燃料を用いる全ての燃焼システムに有効であ
り、充填効率の向上による出力の増加・圧縮比向上によ
る熱効率の向上・熱膨張率抑制による騒音・耐久・信頼
性の向上等、その効果は大である。
【００２１】
【図１】 副室式燃焼方式におけるピストンの冷却構造
を示す実施例であり、副室より噴出する高温ガスの衝突
部を耐熱材とし、その裏面に高熱伝導材を配備した断面
説明図である。
を示す実施例であり、副室より噴出する高温ガスの衝突
部を耐熱材とし、その裏面に高熱伝導材を配備した断面
説明図である。
【図２】 スキッシュリップキャビティのリップ部とピ
ストンリング部を冷却する手段として、ピストンハイト
部に冷却用油路を有する高熱伝導材中子構成を示す断面
説明図である。
ストンリング部を冷却する手段として、ピストンハイト
部に冷却用油路を有する高熱伝導材中子構成を示す断面
説明図である。
【図３】 リエントラントキャビティのリップ部とリン
グ部を強制的に冷却し得る構造であり、冷却作用は主に
オイルポンプよりの油噴流により行なう構造例の断面説
明図である。
グ部を強制的に冷却し得る構造であり、冷却作用は主に
オイルポンプよりの油噴流により行なう構造例の断面説
明図である。
【図４】 火花点火機関用ピストンの強制冷却構造例を
示す断面説明図である。図中の高熱伝導材部は斜線で示
されている。
示す断面説明図である。図中の高熱伝導材部は斜線で示
されている。
【００２２】
１…ヘッド部の燃焼副室、２…ピストン、３…耐熱合金
部、４…高熱伝導材部、５…ピストンリング溝、６…冷
却用油流路、７…冷却用オイル噴流衝突域。
部、４…高熱伝導材部、５…ピストンリング溝、６…冷
却用油流路、７…冷却用オイル噴流衝突域。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｐ 3/08 Ｆ０１Ｐ 3/08 Ｚ Ｃ Ｆ０２Ｆ 3/22 Ｆ０２Ｆ 3/22 Ｚ
Claims (5)
- 【請求項１】 ピストン上部域に燃焼室容積部を構築し
た内燃機関において、ピストン燃焼室周域の冷却作用を
高める手段として、ピストン素材とは別の熱伝導率の高
い材料により、燃焼室容積部の一部または全体を囲周す
る構造とし、燃焼室側の高熱伝材をピストン素材で包み
込むごとくに鋳造構造としたことを特徴とした内燃機関
用ピストン。 - 【請求項２】 燃焼室キャビティ部やピストンリング溝
部に熱伝導率の高い銅系材料部が近接するごとき構成と
し、これをアルミ系または鋳鉄系ピストン素材で囲成し
てなる構造のピストンにおいて、高熱伝導率材の一部を
ピストン裏面に露出させ、この部分に冷却用油を噴射す
る噴油冷却作用によって、燃焼室並びにピストンリング
部の冷却作用を強制的に行なうことを特徴とした内燃機
関のピストン構造。 - 【請求項３】 高熱伝導材をピストンハイト内に配備
し、高熱伝導材内部に冷却用オイル流路を構成した内燃
機関のピストン。 - 【請求項４】 副室より噴出する高温ガス流がピストン
に衝突する位置へ、高熱伝導率材を中子的に配備し、極
所熱の移動と熱の逸散を強化することによって、熱溶損
を防止する副室式内燃機関のピストン。 - 【請求項５】 銅系の高熱伝導率材料を冷却用中子とし
て用いるピストンの中子部分に、酸化を防止する鍍金等
の表面処理を施し、これを酸化防止雰囲気または還元雰
囲気において鋳造することを特徴とした、内燃機関ピス
トンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7705695A JPH08232758A (ja) | 1995-02-25 | 1995-02-25 | 内燃機関のピストン並びにその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7705695A JPH08232758A (ja) | 1995-02-25 | 1995-02-25 | 内燃機関のピストン並びにその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08232758A true JPH08232758A (ja) | 1996-09-10 |
Family
ID=13623141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7705695A Pending JPH08232758A (ja) | 1995-02-25 | 1995-02-25 | 内燃機関のピストン並びにその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08232758A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2905145A1 (fr) * | 2006-08-23 | 2008-02-29 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Piston a dissipation thermique amelioree |
| CN102767444A (zh) * | 2011-05-04 | 2012-11-07 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有改进导热性的油路活塞 |
| JP2012246924A (ja) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Mahle Internatl Gmbh | ピストンにおける冷却通路を形成するための中子 |
| JP2014530981A (ja) * | 2011-10-21 | 2014-11-20 | マーレ インターナショナルゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテルハフツングＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ | ピストン |
-
1995
- 1995-02-25 JP JP7705695A patent/JPH08232758A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2905145A1 (fr) * | 2006-08-23 | 2008-02-29 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Piston a dissipation thermique amelioree |
| CN102767444A (zh) * | 2011-05-04 | 2012-11-07 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有改进导热性的油路活塞 |
| US8863647B2 (en) | 2011-05-04 | 2014-10-21 | GM Global Technology Operations LLC | Oil gallery piston with improved thermal conductivity |
| JP2012246924A (ja) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Mahle Internatl Gmbh | ピストンにおける冷却通路を形成するための中子 |
| JP2014530981A (ja) * | 2011-10-21 | 2014-11-20 | マーレ インターナショナルゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテルハフツングＭＡＨＬＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ | ピストン |
| US9790889B2 (en) | 2011-10-21 | 2017-10-17 | Mahle International Gmbh | Piston |
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