JPS61123748A - デイ−ゼルエンジンのピストン - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼルエンジンのピストンに関し、詳し
くはピストン頂部にキャピテイが凹陥形成され、ピスト
ン頂面に硬化処理が施されたもののクラック発生防止対
策に関する。

（従来の技術） 従来、ディーゼルエンジンに組込まれるピストンとして
、例えば、特開昭５４−１５１７１５号公報に開示され
ているように、ピストン頂部にキャビティが凹陥形成さ
れたピストン頂面に、ニッケル系または鉄系の金属をコ
ーティングする硬化処理を施して、このコーティング金
属の断熱作用によって燃焼熱のピストンから周囲への放
熱を抑制して熱損失を低減し、エンジンの熱効率を向上
させるようにしたものは知られている。そして、上記コ
ーティング金属は硬度が高いため、ピストン頂面に燃焼
衝撃圧力が作用しても該頂面にエロージョンが発生し難
いことからピストンの耐久性の向上を図る上においても
有利である。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このようにピストン頂部に硬化処理が施され
たピストンでは、コーティング金属の熱膨張率がピスト
ン母材の熱膨張率より小さいため、熱負荷を受けるとコ
ーティング金属との境界付近のピストン母材に圧縮応力
が発生する。特に、この圧縮応力は熱負荷の最も厳しい
キャピテイリップ部分で最大となる。また、一般に、ピ
ストンに燃焼圧力がかかると、この燃焼圧力を受けてピ
ストン頂面に応力が作用するが、ピストンピン軸と直交
する方向であってキャピテイ中心を通る中心線上には大
きな圧縮応力が発生することが知られている。したがっ
て、上記従来のピストンでは、ピストン頂面のピストン
ピン軸と直交する方向であってキャビティ中心を通る中
心線上の特にキャビティリップ部分には、コーティング
金属とピストン母材との熱膨張差による圧縮応力と燃焼
圧力による圧縮応力とが相まって非常に大きな圧縮応力
が作用することになり、クラックが発生しやすいという
問題がある。また、ピストンピン軸と直交する方向であ
ってキャピテイ中心を通る中心線上であってキャビティ
リップ部分以外のピストン頂面においてもエンジン運転
状態によっては熱負荷が増大して大きな応力が作用する
ことになり、同様にクラックが発生し易い。このクラッ
クは徐々に進行していくエロージョンに対し早期におい
ても発生することからピストンの耐久性を著しく損うも
のである。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、ピストン頂部において燃焼圧力によ
り大きな圧縮応力が作用する部分には硬化処理を施さず
熱膨張差による圧縮応力が作用しないようにすることに
より、その部分に作用する応力を低減してクラックの発
生を防止することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、ピス
トン頂部にキャビティが凹陥形成され、ピストン頂面に
硬化処理が施されたディーゼル°エンジンのピストンに
おいて、ピストン頂部のピストンピン軸と直交する方向
であってキャビティ中心を通る中心線上の少なくともキ
ャピテイリップ部分に、硬化処理を施さない非処理面を
設ける構成としたものである。

（作用） 上記の構成により、本発明では、燃焼圧力によりピスト
ン頂面に応力が作用し、ピストンピン軸と直交する方向
であってキャビティ中心を通る中心線上の特に熱負荷の
厳しいキャビティリップ部分には大きな圧縮応力が作用
するが、この部分は硬化処理を施さない非処理面となさ
れているので、コーティング金属とピストン母材との熱
膨張差による圧縮応力は作用せず、その分上記キャピテ
イリップ部分に作用する応力が大幅に低減され、クラッ
クの発生が抑制されることになる。

（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２図は直接噴射式ディーゼルエンジンを示し、１はシ
リンダブロック、２は該シリンダブロック１内に形成さ
れたシリンダ、３はシリンダブロック１上面にガスケッ
ト４を介して気密状に接合されたシリンダヘッドであっ
て、上記シリンダ２内には本発明に係るピストン５が往
復動自在に嵌挿されている。また、上記シリンダヘッド
３にはピストン５の後述するキャビティ９に向って燃料
を噴射供給する燃料噴射ノズル６が取付けられている。

尚、７はピストン５に設けられたピストンピン、８は該
ピストンピン７を介してピストン５に連結されたコネク
ティングロッドである。

上記ピストン５は母材がアルミニウム合金で形成され、
第１図および第２図に示すように頂部にキャビティ９が
凹陥形成されている。また、第１図に銅格子線で示すよ
うに、ピストン５の頂面１０にはニッケル系または鉄系
の金属をコーティングしてなる硬化処理が施されている
。そして、ピストン１０においてピストンピン７の軸方
向Ｘと直交する方向であってキャピテイ９の中心を通る
中心線ｙ上のキャピテイリップ部分１１にはキャビティ
９に向って拡がる略半円形状の上記硬化処理を施さない
非処理面１２．１２が設けられている。

次に、上記実施例の作用について説明するに、エンジン
運転時、燃料噴射ノズル６から噴射供給された燃料がキ
ャピテイ９内で燃焼し、その燃焼圧力によってピストン
頂面１０に応力が作用し、特にピストンピン７軸×と直
交する方向であってキャピテイ９中心を通る中心線ｙ上
には大きな圧縮応力が作用する。また、熱負荷を受はコ
ーティング金属との境界付近のピストン母材にはニッケ
ル系または鉄系の金属よりなるコーティング金属とアル
ミニウム合金よりなるピストン母材との熱膨張差により
熱負荷に応じて圧縮応力が作用するが、この熱負荷が最
も厳しいキャビティリップ部分１１であって、かつ上述
した如く燃焼圧力による大きな圧縮応力が作用する上記
中心線ｙ上の部分は非処理面１２．１２に、つまり硬化
処理が施されずニッケル系または鉄系の金属がコーティ
ングされていないので、上記中心線ｙ上のキャビティリ
ップ部分１１には熱膨張差による圧縮応力は作用せず、
燃焼圧力による圧縮応力のみが作用するだけとなり、そ
の弁作用する応力が大幅に低減できて、クラックの発生
を抑制、防止することができ、ピストン５の耐久性の向
上を図ることができる。

また、ピストン頂面１０の硬化処理を施した部分ではコ
ーティング金属の断熱作用によって燃焼熱がピストン５
を介して同図へ放熱されるのを抑制でき、エンジンの熱
効率の向上を図ることができる。しかも、このコーティ
ング金属は硬くてピストン頂面１０にエロージョンが発
生するのを防止する上でも好都合である。

次に、第３図は変形例を示し、ピストン頂面１０′にお
いて排気パルプ用パルプリセス１３（斜格子線で示す部
分）以外の部分を非処理面１２′としたもので、圧力変
動の大きな排気パルプ付近に対してのみエロージョン防
止対策として硬化処理を施す場合には好都合であり、キ
ャビティリップ部分１１のみならず燃焼圧力による大き
な圧縮応力が作用するピストン頂面１０におけるピスト
ンピン７の軸方向Ｘと直交する方向であってキャピテイ
９′の中心を通る中心線ｙ上の部分の応力が減少し、ク
ラックの発生を一層確実に防止することができる。尚、
１４は吸気パルプ用パルプリセスである。

尚、上記実施例では、ピストン頂面のうち硬化処理を施
さない非処理面をピストンピン軸と直交する方向であっ
てキャビティ中心を通る中心線上のキャピテイリップ部
分、あるいは排気パルプ用パルプリセス以外の部分とし
たが、燃焼圧力により大きな圧縮応力が作用するピスト
ンピン軸方向と直交する方向であってキャピテイ中心を
通る中心線上で、かつ特に熱負荷の厳しい少なくともキ
ャビティリップ部分を非処理面とすれば本発明の本来の
目的は十分に達成できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、燃焼圧力により
大きな圧縮応力が作用するピストン頂面のピストンピン
軸と直交する方向であってキャピテイ中心を通る中心線
上で特に熱負荷の厳しいキャピテイリップ部分を硬化処
理を施さない非処理面として、コーティング金属とピス
トン母材との熱膨張差による圧縮応力が作用しないよう
にしたので、その分上記部分に作用する圧縮応力を大幅
に低減できてクラックの発生を防止でき、ピストンの耐
久性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はピストンの平面
図、第２図はディーゼルエンジンの燃焼室付近の縦断側
面図であり、第３図は変形例を示す第１図相当図である
。 ５・・・ピストン、７・・・ピストンピン、９．９’・
・・キャビティ、１０．１０’・・・ピストン頂面、１
１・・・キャビティリップ部分、１２．１２’　・・・
非処理面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン頂部にキャビティが凹陥形成され、ピス
   トン頂面に硬化処理が施されたディーゼルエンジンのピ
   ストンにおいて、ピストン頂面のピストンピン軸と直交
   する方向であってキャビティ中心を通る中心線上の少な
   くともキャビティリップ部分に、硬化処理を施さない非
   処理面が設けられていることを特徴とするディーゼルエ
   ンジンのピストン。