JPS6090959A - ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、内燃機関に使用されるピストン、詳しくは直
接噴射式ディーゼル機関に使用されるピストンの改良に
関する。

（従来技術） 従来のピストン、特にキャビティとスキッシュリップと
を有する直接噴射式ディーゼル機関用ピストンとしては
、例えば第１図Ａ、Ｂ及び第２図に示すようなものが知
られている（ＳＥ　Ａ　ｐａｐｅｒ第８３００．６７号
参照）。

まず、第１図Ａ、Ｂに示すピストンについて概略説明す
ると、このピストン１は、アルミニウム合金で形成した
ピストンクラウン部２に繊維強化アルミニウム合金から
なる環状部材５Ａを嵌着して、機関の燃焼室４の一部と
なるキャビティ３と、このキャビティ３の開口部を狭め
るスキッシュリップ５と、を形成し、ピストンｌ全体の
軽量化とともに、熱負荷の集中する該スキッシュリップ
５等の耐熱強度を向上させるものである。また、トップ
リング溝７Ａは、クラウン部２の側壁に固着した例えば
ニレジスト鋳鉄からなる耐摩環７により形成し、その摩
耗を低減している。なお、６は燃料噴射ノズルである。

一方、第２図に示すピストン１は、キャビティ３及びス
キッシュリップ５をクラウン部２と同一材質で形成し、
かつ、スキッシュリップ５を薄肉化したものである。こ
れは、第１図に示すピストン１がそのスキンシュリップ
５を厚内に形成していることから、燃料噴霧（第１図Ａ
中矢印）の飛翔距離が小さい結果、燃料とキャビティ３
内空気との混合が不十分であるという欠点を解消するも
のである。

しかしながら、これらのような従来のピストンにあって
は、機関高負荷運転時にはスキッシュリップが高温（例
えば、第１図のピストンでは約５００　”ｃで、第２図
の例では５００’Ｃ以上）となり、その耐久性（耐熱強
度）が不充分である（スキッシュリップの焼損が発生ず
る）という問題点を有していた。すなわち、第１図のピ
ストンのように燃料と空気との混合性を犠牲にして厚肉
化したスキッシュリップを繊維強化アルミニウム合金で
形成してもその耐熱強度は未だ不充分なのである・ （発明の目的） そこで、本発明は、スキツシュリ・ノブを薄い繊維強化
アルミニウム合金で形成し、かつ、該リップを冷却する
冷却通路を設けることにより、ピストンの耐久性及び燃
料の霧化促進を飛躍的に向上させることをその目的とし
ている。

（発明の構成） 本発明に係るピストンは、ピストンクラウン部にキャビ
ティを形成し、このキャビティの開口部周縁より開口部
内方に向ってスキッシュリップを突出させ、このスキッ
シュリップを繊維強化アルミニウム合金で形成している
。また、このピストンクラウン部には、冷却液が供給さ
れる冷却通路が前記キャビティ内壁に沿うて延在するよ
うに設けられている。このキャビティ内壁はピストン軸
と平行な面で形成され、リップ下面はピストン軸に対し
垂直な面で形成されている。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図および第４図は本発明に係るピストンの一実施例
を示している。なお、従来例と同一構成部分は同一符号
を用いる。まず、構成を説明する。第３図において、１
はピストンを示し、このピストン１の頂部、すなわちピ
ストンクラウン部２（例えば、アルミニウム合金からな
る）には円形水平断面のキャビティ３が穿設されている
。このキャビティ３内は機関の燃焼室の一部を構成する
もので、噴射ノズル６より燃料が噴射されることになる
。図Ｌ１月７はこの燃料噴霧を示す。キャビティ３の開
口部には開口部周縁より半径方向内方に向ゲこ（水平に
）突出するスキッシュリップ５が形成され、このスキン
シュリップ５はクラウン部２に嵌着した繊維強化アルミ
ニウム合金からなる環状部材５Ａにより形成されている
。この繊維強化アルミニウム合金としては、例えばアル
ミナ質繊維（組成は、Ａ　Ｉｌｔ　０３９６　（ｗｔ％
）　、Ｓ　１ｏ２４　Ｃ１１ｔ％〕、繊維径３　〔μｍ
〕、繊維長３００〜４００〔μｍ））で強化されたＪＩ
Ｓ　ＡＣ８Ａ（合金中の繊維含有率は１０〔体積％〕）
が使用されている。また、上記キャビティ３の側壁３Ａ
はピストン中心軸Ｃｏと平行な面（図中垂直面）で形成
され、スキッシュリップ５はその上下面が共に図中水平
面で形成されている。すなわち、このスキッシュリップ
５は一様に薄肉に形成されている。なお、本実施例にお
いては、上記キャビティ３の中心、スキッシュリップ５
による開口部中心及びノズル６は共にピストン中心軸Ｃ
Ｏ上に配置されている。また、７はピストンクラウン部
２の側壁に嵌着された断面コの字形の耐摩環であり、こ
の耐摩環７によフてトップリング？ｉａ７　Ａが形成さ
れている。この耐摩環７は例えばニレジスト鋳鉄をその
材質としてその摩耗を低減する。なお、図中７Ｂはセカ
ンドリング溝を示している。

ここで、図中８は例えば図外のオイルジェットより冷却
オイルが供給される冷却通路を示し、この冷却通路８は
クラウン部２に上記キャビティ３を取囲むように環状に
配設されている（キャビティ３側壁３Ａに沿って延設さ
れている）。この冷却通路８は上記耐摩環７に例えば則
ろう付して固定した環状のパイプをピストンクラウン部
２とともに鋳込むことにより形成している。なお、８Ａ
は例えばピンボス部に垂直に穿設した冷却オイルの導入
部を、８Ｂはキャビティ３を取囲む還流部を、それぞれ
示し、冷却通路８ばこれらの導入部８Ａ及び還流部８Ｂ
さらに排出部（図外）によって構成される。

次に、作用を説明する。

圧縮行程終期、燃焼噴射ノズル６よりキャビティ３内の
その側壁３Ａに向って燃料が噴射される。このとき、噴
霧Ｆの飛翔距離は、側壁３Ａが垂直に、かつ、スキッシ
ュリップ５が一様に薄肉であるため、充分に太き（なり
、又、スキッシュリップ５の下面が水平となっている為
、燃料が下面に付着せず空気との混合が充分に促進され
る。その結果、良好なる着火、燃焼形態を得ることがで
き、機関の出力を向上させることができる。また、排気
黒煙濃度も低下する。

一方、この燃焼により発生ずる高熱はスキッシュリップ
５及びキャビティ３の側壁３Ａからクラウン部２に、さ
らに、耐摩環７よりトップリングを介して（または他の
リングを介して）シリンダライナへと伝達、放出される
ことになる。ところが、膨張行程終期にて冷却通路８内
にオイルジェットより冷却オイルが供給されているため
、当該クラウン部２及びスキッシュリップ５は冷却され
、特にスキッシュリップ５は繊維強化アルミニウム合金
５Ａで形成していることとも相俟ってその耐熱強度は大
きく機関高負荷時の高温にも充分に耐えられる。

第４図はエンジン回転数（横軸）とスキッシュリップ温
度（縦軸）との関係を示しいる。

図中、折線（Ｘ＋　）は第１に示す従来のピストンを、
Ｘ２は第２のそれを、ＹＩは本実施例におけるものを、
さらに、Ｙ２は次記実施例（第５図）のものを、それぞ
れ示している。この図からも明らかに、例えば４＋００
０　ｒ、ｐ、ｍにあっては、本実施例でのスキッシュリ
ップの温度は従来例（第２図）に比べて約２００　’Ｃ
も低減されることになる。なお、クラウン部２の冷却効
果としては、リングとライナ間のスカッフ現象をも未然
に防止できる。

第５図Ａ、Ｂ、第６図及び第７図は本発明の他の実施例
を示している。本実施例ばキャビティ３の中心Ｃ８がピ
ストン中心軸Ｃｏより偏心した、小型の直接噴射式ディ
ーゼル機関用のピストンｌに本発明を適用したものであ
る。したがって、噴射ノズル６は吸・排気弁との配置上
偏心してかつ傾斜して取付けられている。また、本実施
例では、繊維強化アルミニウム合金５Ａによってこのキ
ャビティ３及びスキッシュリップ５を形成している。さ
らに、このスキッシュリップ５の突出長さは燃料噴霧Ｆ
の飛翔距離が短い側を大として、キャビティ３外への噴
霧の飛散を防止している。この繊維強化アルミニウム合
金５Ａとしては結晶化ガラス繊維（Ｓｌｃｈ：６４（ｗ
ｔ％）　、　Ａｊｌ！２０３：２４　（ｗｔ％）、Ｌｉ
２０３　：　５　（ｗｔ％）Ｃｕ２０ニア（ｗｔ％〕、
繊維径２　（、ｃｒｍ）　、繊維長５００〜６００　Ｄ
ｒｍ）　）で強化したＪＩＳＡＣ８Ａ（合金中の繊維含
有率１８〔体積％〕）を用いている。

また、冷却通路８の還流部８Ｂは、鋳造成形特耐摩環７
に固着した環状の受け部材９に塩層リングを保持させて
クラウン部２を形成するアルミニウム合金溶湯で鋳包み
、凝固後ビンボス部に形成した鋳抜き孔（導入部８Ａを
形成する）から当該塩層のリングを熔解流出させて空洞
８Ｂを形成することによって形成されるのである。

なお、１０はオイルジェットであり、導入部８Ａに配設
される。

第６図は本実施例におけるピストンを使用した場合の機
関の軸トルク（縦軸）と回転数（横軸）との関係を示し
ている。図中折線Ｘは従来のピストン（第１図）を、Ｙ
は本実施例をそれぞれ示す。これによればスキッシュリ
ップ５を薄肉化することで軸トルクが２０％程度向上す
ることが解る。

第７図は本実施例におεするトップリング溝７Ａの温度
（縦軸）と回転数（横軸）との関係を示している。折線
Ｘは第１の従来のピストンのもので、Ｙは本実施例をそ
れぞれ示すやすなわち、冷却通路８をクラウン部２に配
設することにより、第４図中Ｙ２で示すようにスキッシ
ュリップ５の温度を従来例に比して大幅に低減できるだ
けでなく、トップリング溝の温度をも大幅に（約１００
°Ｃ）低減できるのである。よって、スカッフ防止に効
果を奏する。

また、第８図は上記冷却通路を有するピストンの製造法
を示すための図である。同図において、ＩＩはピストン
成形用の金型であり、ＷＪ４摩環１２はこの金型１１に
保持され、環状の鋼製パイプ１３は密閉後耐摩環１２に
密着、保持されている。

なお、パイプ１３の外径はＩＩ　ｍｍ、内径は６ｍｍの
ものを用いている。また、１４はプランジャであり、１
５は鋳抜きピンを示す。

このピストンの製造決心こつり）て１１田Ｈ党明１−る
と、まず、パイプ１３を溶着した耐摩環１２を３５０℃
に予熱し、成形金型１１内に配設する。次し）で、金型
１１内にＪＩＳ　ＡＣ８Ａの溶湯（７８０゛Ｃ）を注入
し、１．５００　ｋｇ／ａａの圧力で加圧しつつ凝固さ
せる。その後、鋳抜きピン１５４こより形成された開口
部とパイプ１３の内部とを機械用１工によって連通させ
る。その結果、該ツクイブ１３内と開口部１６とによっ
て冷却通路が形成される。

この方法は、前述した塩層中子を用も）で冷却通路を形
成する方法においては、高圧鋳造［９中子の破壊、ある
いは塩の粒子間隙中に熔湯力（浸透し冷却通路が不完全
な形状になること等カベ生じるという欠点を防止できる
。また、ピストンの強度（引張強さ）も高圧鋳造を用し
）るため従来方法よりも高めることができる。

（効果） 以上説明してきたように、本発明によれ←ボ、スキッシ
ュリップの温度を低減でき、ピストンの耐久性が飛躍的
に向上する。また、スカ・ノフをも防止でき、実機耐久
性も向上するのである。

さらに、上記各実施例にあっては、スキッシュリップの
温度を低減できる結果、該リップの薄肉化が可能となり
、燃料と空気とを充分に混合でき、着火、燃焼形態の改
善による機関出力の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

１１図Ａは従来のピストンを示す縦断面図、第１図Ｂは
同ピストンの底面図、第２図は、従来のピストンの他の
例を示す要部断面図である。 第３図は本発明に係るピストンの一実施例を示す要部縦
断面図、第４図はスキッシュリップの温度と機関回転数
との関係を示すグラフ、第５図Ａは他の実施例に係るピ
ストンの縦断面図、第５図Ｂは同ピストンの底面図、第
６図、第７図は軸トルク及びトップリング溝の温度を機
関回転数との関係でそれぞれ示すグラフである。 第８図は当該ピストンの製造金型を示す断面図である。 １−−−ピストン、 ２−一一−−ピストンクラウン部、 ３・−−−−−キャビティ、 ３　Ａ　−−−−キャビティ内壁、 ５−・−スキッシュリップ、 ５Ａ・−−−−一繊維強化アルミニウム合金、８−−−
−−一冷却通路、 ＣＯ・−−−−−ピストン中心軸。 特許出願人　日産自動車株式会７１ 代理人弁理士　有我軍−川３ 第１図（Ｂ） 第２図 第３図 第４図 第５図（Ａ） 第５図（印

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンクラウン部に形成したキャビティと、該キャビ
   ティの開口部周縁よりその内方に向って突出するスキッ
   シュリップと、を有し、該スキンシュリップを繊維強化
   アルミニウム合金で形成したピストンにおいて、前記ピ
   ストンクラウン部に、前記キャビティ内壁に沿って延在
   するとともに冷却液が供給される冷却通路を設け、前記
   キャビティ内壁をピストン中心軸と平行な面で形成する
   とともに、前記スキッシュリップの下面をピストン中心
   軸に対し垂直な面で形成したことを特徴とするピストン
   。