JPS5831464B2 - 内燃機関のピストン構造 - Google Patents

内燃機関のピストン構造

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JPS5831464B2
JPS5831464B2 JP5846980A JP5846980A JPS5831464B2 JP S5831464 B2 JPS5831464 B2 JP S5831464B2 JP 5846980 A JP5846980 A JP 5846980A JP 5846980 A JP5846980 A JP 5846980A JP S5831464 B2 JPS5831464 B2 JP S5831464B2
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    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/042—Expansivity

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関のピストン
構造に関するものである。
第１図に従来実用されている組立型ピストンを示す。
このピストンでは鉄系のピストンクラウン１とアルミ合
金のピストンカート２をボルト３により結合し、ピスト
ンクラウンの内部に冷却のための冷却室６を設け、潤滑
油等を冷却剤として循環させることによってピストン頂
面及びピストンリング支持部を強制冷却している。
ピストンリング４は燃焼室内の高温、高圧ガスのシール
及びクランク室から燃焼室７への濡滑油漏洩量の調整お
よびピストンやシリンダライナ５の熱を伝導する役割を
はたす。
８はピストンピンで、図示していない連接棒を介してク
ランク軸へ爆発荷重を伝達する。
ピストン冷却用の冷却剤は、図示していない連接棒を通
ってピストンピン８の内部を通り矢印のようにピストン
に入り、ピストンリング部分の背面を冷却した後中央の
開孔９より排出される。
ピストンリング４のうち、最上部のトップリング４ａは
高温高圧の燃焼ガスに晒され、リングの背面からガス圧
によってライナに押しつけられながら高速度で摺動する
のでリング表面とライナ摺動面の間にはさまれる油、つ
まり油膜の温度は、リング温度とライナ温度の影響を受
ける。
従って高温になれば油の粘度が低下し、或は限度を超え
れば油膜が破れ、異常摩耗や融着（スカッフィング）と
呼ばれる現象を生じ、ピストン全体の焼損に至る。
最近のエンジンは高出力化し高速化する傾向にあり、リ
ングに作用するガス圧力、ガス温度、摺動速度の負荷条
件は次第に苛酷になっており、このような条件下でピス
トンリングを十分安全に機能させることが非常に難しく
なってきた。
その解決手断は、高出力、高速化を計ったエンジンにお
いて、ピストンリングの温度を従来と比べて下げ、油膜
温度を下げることである。
本発明は上記スカッフィングの原因となる高いピストン
リング温度の低減を目的とし、ひいてはエンジンの熱効
率の上昇をはかるものである。
本発明を、第２図に示す実施例によって説明すると、内
燃機関のシリンダライナ５内にあるピストンは上部に燃
焼室７を、下部にクランク室を形成してなり、ピストン
クラウン１とピストンスカート２をボルト３によって結
合して内部に冷却室６を設けたピストンである点は第１
図に示す従来例と変りはないが、本発明においては、こ
のピストンクラウン１を上部クラウン１ａと下部クラウ
ン１ｂとによって構成し、上部クラウンを熱伝導率の低
い金属としピストンリングのある下部クラウンを熱伝導
率の高い金属として両者を溶接により接合しであるピス
トンクラウンとし、ピストンスカート２とボルト３によ
って結合する。
更に第２の発明はピストンクラウン１を構成する下部ク
ラウン１ｂの内側周壁に第３図に示す如くフィン１０を
形成したものを第２の発明としたものである。
次に各部の材質について述べると、上部クラウン１ａは
熱伝導率の低い合金鋼を採用する。
例えば、上部クラウン１ａに使用する金属材料はニッケ
ルベースおよびコバルトベースの耐熱合金、あるいはオ
ーステナイト系およびマルテンサイト系ステンレス鋼を
採用し、下部クラウン１ｂの金属材料としてはクロムモ
リブデン系の低合金鋼或は炭素鋼を使用する。
すなわち、上部クラウン１ａにニッケルベースの耐熱合
金を用いるとその熱伝導率は１２Ｋｃ ａ ｌ／ｍｈ’
Ｃ，熱膨張率１４Ｘ１０−６／℃であり、下部クラウン
１ｂに用いる炭素鋼の熱伝導率は３５Ｋｃａ ｌ／ｍｈ
℃、熱膨張率１４×１０−６／℃であり、熱伝導率は上
部クラウンの方が約３倍低く、熱膨張率が同等の材料で
ある。
ボルト３で結合されるピストンスカート２の材質は従来
例と同じアルミ材で差支えない。
両ピストンクラウンはいずれも鋼を使用しているので、
上部クラウンと下部クラウンの２材料を溶接によって接
合することが技術的に最も容易で確実な手段であり、電
弧溶接または電子ビーム溶接によって接合する。
次に本発明の作用効果について説明すると、内燃機関の
ピストンクラウンのトップランドおよびピストンリング
支持部の熱の流れを概念的に表わした第４図において、
燃焼室７の燃焼によって発生した熱がピストンリング支
持部へ伝わるものの大部分は爆発面１１からトップラン
ド１２部を伝わって流入する。
そこで、ピストンクラウン１全体を熱伝導率の低い材料
に変更するとピストンリング支持部への伝熱熱量が減少
するため、ピストンリング支持部の温度は低下する。
一方、熱伝導率が低いために温度勾配が急になり爆発面
１１の温度は上昇する。
この燃焼ガスからピストン爆発面への流入熱量が減少す
ることは却ち、冷却損失の減少であり有効仕事の増加で
あって、燃料消費性能の改善にもつながる。
しかしながら、燃焼ガスの一部はトップリング４ａの付
近まで侵入するので、トップランド１２及びトップリン
グ４ａ付近からも一部ピストンリング支持部への熱の流
入がある。
従ってピストンリング支持部まで熱伝導率の低い材料を
使用した場合、流入した熱が冷却剤へ放熱しにくく、ト
ップリング４ａ付近の表面温度は充分に低下しない。
またピストンリング４がカーボンや異物をかみ込んで摺
動面が損傷した摩擦熱が発生したり、燃焼ガスが吹き抜
けしてピストンリング温度が上昇しｉた場合には、ピス
トンリングからピストンを経由して冷却剤への放熱が悪
くリングが高温になることも考えられる。
この意味から冷却剤への放熱をよりよくするため、ピス
トンリング支持部の材料は熱伝導率の高いことが望まれ
る。
従って、ピストンリング支持部の下部クラウン１ｂには
比較的熱伝導率の高い材料を使用し、溶接部より流入す
る熱量を拡散させると共に、トップリング付近より侵入
する熱流入によるトップリング近辺の表面の温度上昇を
防止する。
これによりピストンリンミグ支持部の温度が低下して、
ピストンリングの温度が低下するので、ピストンリング
−シリンダライナ間の摺動に必要な油膜が確保できる。
更に、第３図に示す如く下部クラウン１ｂの冷却室側内
周面にフィン１０を形成することにより、溶接部および
ピストンリング部よりピストンリング支持部へ流入する
熱量を効率よく冷却剤に逃すことができ、より一層の温
度低減がはかれる。
従来ピストンクラウンは一体のもので、熱伝導率の良い
５４０Ｃ等で作ったものが使用されている場合が多く、
ピストンクラウン上部からの熱はピストンリング部まで
充分伝達され、ピストンリング部の温度が高くなり、ピ
ストンリングわ十分安全に機能させることが困難になる
という欠点があった。
本発明のものでは上部クラウンと下部クラウンの材質を
異にするが、従来通り一体的に接合することにより外形
的には第１図のものと同様になる上に、この下部クラウ
ンにはピストンリング部の機械加工部が多く、また第２
の発明である内周面のフィン加工などの場合にも機械加
工があり、下部クラウンを加工後、上部クラウン部分と
結合して一体にする方が加工上容易であり、また例えは
ボルト結合のような場合上部クラウンと下部クラウンの
合せ面から高温高圧の燃焼ガスが冷却室に侵入し冷却剤
である潤滑油を汚したり、また逆にこの合せ面から潤滑
油が出て燃焼室のピストンライナを汚すなどの問題が生
じることから、上部クラウンと下部クラウンの接合は溶
接するのが最適である。
上記に説明した如く、この発明はピストンの燃焼室に面
する爆発面およびトップランド部を熱伝導率の低い材料
によって横取したことにより燃焼室温度が高く有効仕事
が増加し、又、それにつづくピストンリング取付部は熱
伝導率の高い材料を用いているために冷却剤の作用によ
って充分冷却されスカッフィングの原因をなくし、画材
質問を確実に接合した為にピストンリングとシリンダラ
イナ間の作動を確実なものとすることができるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図はピストン構造を示す側断面図、第２図は本発明
の実施例を示したピストン構造の側断面図、第３図は下
部クラウン１ｂの横断面図、第４図はピストンクラウン
部の熱の流れを概念的に表わした拡大側断面図である。 １・・・・・・ピストンクラウン（ｌａ・・・・・・上
部クラウン１ｂ・・・・・・下部クラウン）、２・・・
・・・ピストンスカー］・、３・・・・・・ボルト、４
・・・・・・ピストリング（４ａ・・・・・・トップリ
ング）、５・・・・・・シリンダライナ、６・・・・・
・冷却室、７・・・・・・燃焼室、８・・・・・ピスト
ンピン、９・・・・・・開孔、１０・・・・・・フィン
、１１・・・・・・爆発面、１２・・・・・・トップラ
ンド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関のピストンクラウンとピストンスカートと
    を上下に結合して内部に冷却室を形成した組立型ピスト
    ンにおいて、上記ピストンクラウンの燃焼室に面する上
    部クラウンを熱伝導率の低い金属とし、ピストンリング
    のある下部クラウンを熱伝導率の高い金属とし上部クラ
    ウンと下部クラウンを溶接により接合してなる内燃機関
    のピストン構造。 ２ 内燃機関のピストンクラウンとピストンスカートと
    を上下に結合して内部ＩＩ（冷却室を形成した組立型ピ
    ストンにおいて、上記ピストンクラウンの燃焼室に面す
    る上部クラウンを熱伝導率の低い金属とし、ピストンリ
    ングのある下部クラウンを熱伝導率の高い金属とし、該
    下部クラウンの内側周壁にフィンを形成し、上部クラウ
    ンと下部クラウンを溶接により接合してなる内燃機関の
    ピストン構造。
JP5846980A 1980-04-30 1980-04-30 内燃機関のピストン構造 Expired JPS5831464B2 (ja)

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