WO2007063899A1

WO2007063899A1 - エンジン用ピストンおよびエンジン用ピストンの冷却方法

Info

Publication number: WO2007063899A1
Application number: PCT/JP2006/323813
Authority: WO
Inventors: Hisashi Hida
Original assignee: Komatsu Ltd.
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2007-06-07
Also published as: JP2007146819A

Abstract

　燃焼室の冷却を十分に行いながらも、燃焼室裏面の冷却を十分に行えるようにする。加えて、一体成形のピストンを、大幅に変更しないで、上記課題を達成することで、一体成形のピストンの利点を生かしつつ、低コストで、燃焼室および燃焼室裏面の冷却効率の高いピストンを市場に提供する。燃焼室の裏面に、燃焼室裏面冷却用ギャラリを形成するとともに、流入孔と第１の排出孔をそれぞれ、燃焼室の周囲の異なる位置に設ける。燃焼室の裏面を覆うように、ピストンに固定されるプレートが備えられ、燃焼室裏面とプレートとによって画成された空間として、燃焼室裏面冷却用ギャラリを構成する。

Description

明細書技術分野

[0001] 本発明は、エンジン用ピストンおよびその冷却方法に関し、特にディーゼルェンジン用のピストンの構造およびそのピストンを冷却する方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、ディーゼルエンジンの出力は、 40PS/1を超え、高出化している。このようなディーゼルエンジンの高出力化に伴い、ピストン各部の温度が従来のものよりも上昇するようになつてきた。そして、ピストン各部の温度上昇に伴い、ますますピストンの耐久'性が問題となってきている。

[0003] そこで、従来より、ピストンの冷却効率を改善して、ピストン各部の温度を低いレべルに保つ試みがなされて、る。

[0004] なお、以下では、縦置きのエンジン、つまりピストン頭部（シリンダ頭部）が上方に配置された構造のエンジンを想定して説明する。

[0005] (従来技術 1)

図 1は、従来のピストン 1の断面を示している。

[0006] 同図 1に示すように、ピストン 1の頭部 laには、燃焼室 2が形成されている。燃焼室 2 の周囲には、燃焼室冷却用ギャラリ 3が形成されている。燃焼室 2の裏面 4は、オーブンギャラリとなっている。燃焼室 2の裏面 4には、燃焼室冷却用ギャラリ 3に連通するように、流入孔 5と排出孔 6とが形成されている。シリンダブロックには、ピストンクーリングノズル 7が設けられて!/、る。

[0007] ピストンクーリングノズル 7からは、流入孔 5に向力つて矢印 Aに示すように冷却用ォィルが噴出される。冷却用オイルは、流入孔 5より燃焼室冷却用ギャラリ 3内に流入され、燃焼室冷却用ギャラリ 3を通って矢印 Bに示すように流出孔 6から排出される。

[0008] ピストンクーリングノズル 7から噴出される冷却用オイルは、ある程度の広がりを持つ噴流となって流入孔 5に向かう。冷却用オイルの大部分は、流入孔 5に捕捉されて燃焼室冷却用ギャラリ 3に流入されるが、流入孔 5に捕捉されな力つた冷却用オイルは、矢印 Cに示すように、燃焼室裏面 4の中央部 4aに向かう。すなわち、流入孔 5に捕捉されなかった冷却用オイルは、ピストン 1の往復運動によって、ピストン下降時に上向きに慣性力を受け、燃焼室裏面 4の中央部 4aに向力つて遡る。これにより燃焼室裏面 4が冷却される。

[0009] (従来技術 2)

図 2は、下記特許文献 1に記載された従来のピストン 1の断面を示してる。

[0010] 図 2に示すように、このピストン 1は、燃焼室部 1Aと、スカートおよびピンボス部 1Bという 2ピースの部材 1A、 IB力も構成されている。両部材 1A、 IBにはそれぞれ、雄ネジ 9A、雌ネジ 9Bが形成されており、両ネジ 9A、 9B同士が螺合することで両部材 1 A 、 IB同士が固定される。

[0011] 両部材 1A、 IB同士が固定されることで、上述した従来技術 1と同様に、燃焼室冷却用ギャラリ 3が形成される。また、両部材 1A、 IB同士が固定されることで、燃焼室 2 の裏面に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8が形成される。

[0012] 燃焼室冷却用ギャラリ 3と燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8は、連通路 19によって連通している。この連通路 19は、流入孔 5に対応する箇所に設けられている。

[0013] このためピストンクーリングノズル 7から流入孔 5に向かって矢印 Aに示すように冷却用オイルが噴出されると、冷却用オイルは、流入孔 5より燃焼室冷却用ギャラリ 3内に流入されるが、流入孔 5に対応する箇所に設けられた連通路 19を介して、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内に流入される。これにより燃焼室裏面 4が冷却される。

特許文献 1 :特開平 2— 199258号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] 従来技術 1の場合、燃焼室 2の冷却を優先するため、基本的には、ピストンクーリングノズル 7は、燃焼室冷却用ギャラリ 3に少しでも多くの冷却用オイルが捕捉されるように位置決めされている。このため全ピストン冷却油量のうちで、燃焼室裏面 4へ供給される冷却用オイルの油量が占める割合は、低い。このため燃焼室裏面 4の冷却油量が不足して燃焼室裏面 4を十分に冷却することができな、と、う問題がある。ここで仮に燃焼室冷却用ギャラリ 3へのオイル供給量を落として、その分を、燃焼室裏面 4 の冷却に振り当てるとすると、ピストン 1各部のうちで最も温度が高くなる燃焼室 2側の冷却が不十分になるという背反事象が生じる。

[0015] また、ピストンクーリングノズル 7の狙、位置を、燃焼室裏面中央部 4a側に定めるとしても、ピストンクーリングノズル 7と燃焼室裏面中央部 4aとの間には、コンロッドなど、ピストンクーリングノズル 7からの噴流の進路を妨げる障害物があり、ピストンクーリングノズル 7から噴流を効率よく燃焼室裏面中央部 4aに当てることは難しいという問題もめる。

[0016] また、従来技術 1のピストン 1は、従来技術 2のような 2ピース構造のピストン 1ではなぐ铸造によって製作される一体成形のピストンである。このため、铸造によって燃焼室裏面 4に、冷却用の空洞部 8を形成することが困難であり、燃焼室裏面 4は、ォープンギャラリタイプにならざるを得な、。

[0017] 燃焼室裏面 4がオープンギャラリの場合、矢印 Cに示すごとく燃焼室裏面中央部 4a に遡った冷却用オイルは、燃焼室裏面 4に長く滞留することができずに、すぐに燃焼室裏面 4から離れて、クランク室内に落下してしまう。このため冷却用オイルによって燃焼室裏面 4の熱を十分に吸収することができず、燃焼室裏面 4の冷却効率が悪、という問題がある。

[0018] つぎに従来技術 2の問題点について説明する。

[0019] 従来技術 2の場合には、冷却用オイル力燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内に流入される。

[0020] 燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8に入った冷却用オイルは、そのまま直ぐにクランク室に落下することなぐ燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内にある程度の時間留まってから、図示しない排出孔よりクランク室に排出される。また、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内の冷却用オイルは、ピストン 1の往復運動によってギャラリ 8内でシェークされ、燃焼室裏面 4に衝突する。このため冷却用オイルによって燃焼室裏面 4の熱を十分に吸収することができ、燃焼室裏面 4の冷却効率は高い。

[0021] し力しながら、従来技術 2の場合には、ピストンクーリングノズル 7から噴出された冷却用オイルは、流入孔 5より燃焼室冷却用ギャラリ 3内に流入された後に、直ぐに、流入孔 5に対応する箇所に設けられた連通路 9を介して、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8 内に流入されてしまう。このため燃焼室冷却用ギャラリ 3内を通過する冷却油量は、従来技術 1のピストン 1と比較して少な、と言わざるを得な、。

[0022] このため本来、冷却を優先させるべき燃焼室 2の冷却を十分に行うことができないという問題がある。

[0023] なお、従来技術 2の場合、ピストン 1は 2ピース構造であり、燃焼室裏面 4の中央部に締結用のネジ 9A、 9Bが存在するため、燃焼室裏面 4の中央部分は、肉厚とならざるを得ない。このように燃焼室裏面 4の中央部分に、肉厚部が形成され、その肉厚部では熱容量が大きくなるため、燃焼室裏面 4の冷却を行う際に不利であるという問題がある。

[0024] また、 2ピース構造のピストン 1は、特にピストンリング回りの剛性の低下が避けられない。このため 2ピース構造のピストン 1を高筒内圧仕様に適用すると、ピストン 1の変形が大きくなるという問題が発生する。また、 2ピース構造のピストン 1は、一体成形のピストン 1と比較してコスト高であるという問題がある。

[0025] 本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、燃焼室 2の冷却を十分に行いながらも、燃焼室裏面 4の冷却を十分に行えるようにすることを解決課題とするものである。また、本発明は、力！]えて、一体成形のピストンを、大幅に変更しないで、上記課題を達成することで、一体成形のピストンの利点を生力しつつ、低コストで、燃焼室および燃焼室裏面の冷却効率の高いピストンを市場に提供することを解決課題とするものである。

課題を解決するための手段

[0026] 第 1発明は、

ピストン頭部に燃焼室が形成され、燃焼室の周隨こ燃焼室冷却用ギャラリが形成され、燃焼室冷却用ギャラリに連通するように、流入孔と第 1の排出孔とが燃焼室に形成され、冷却用オイルが流入孔より流入されて燃焼室冷却用ギャラリを通って第 1の排出孔カも排出される構造のエンジン用ピストンであって、

流入孔と第 1の排出孔はそれぞれ、燃焼室の周囲の異なる位置に設けられ、燃焼室の裏面には、燃焼室裏面冷却用ギャラリが形成されており、

燃焼室裏面冷却用ギャラリは、第 1の排出孔に連通されており、燃焼室裏面冷却用ギャラリには、当該ギャラリ内部の冷却用オイルを排出するための第 2の排出孔が形成されて、る

構造のエンジン用ピストンであることを特徴とする。

[0027] 第 2発明は、第 1発明において、

燃焼室の裏面を覆うように、ピストンに固定されるプレートが備えられ、

燃焼室裏面冷却用ギャラリは、燃焼室裏面とプレートとによって画成された空間であること

を特徴とする。

[0028] 第 3発明は、第 1発明または第 2発明において、

エンジン用ピストンには、ピストンスカート側孔と燃焼室裏面側孔とを連通するリング溝下部オイル戻し油路が形成されており、

燃焼室裏面冷却用ギャラリは、燃焼室裏面側孔に連通しない位置に形成されることを特徴とする。

[0029] 第 4発明は、第 2発明において、

プレートは、流入孔に対応する部位に、冷却用オイルを流入孔に流入させるための切欠きが形成され、第 1の排出孔に対応する部位に、第 1の排出孔力排出された冷却用オイルを受けるためのフィンが形成されたものであること

を特徴とする。

[0030] 第 5発明は、第 2発明において、

プレートの中央部は、フラット形状または燃焼室裏面側に凸形状または燃焼室裏面側に凹形状に形成されていること

を特徴とする。

[0031] 第 6発明は、第 2発明または第 5発明において、

プレートには、冷却用オイルを排出する排出孔が形成されていること

を特徴とする。

[0032] 第 7発明は、ピストン頭部に燃焼室が形成され、燃焼室の周隨こ燃焼室冷却用ギヤラリが形成されたエンジン用ピストンの冷却方法であって、

燃焼室の裏面に、燃焼室裏面冷却用ギャラリが形成されたエンジン用ピストンを冷却するに際して、

冷却用オイルを燃焼室冷却用ギャラリに流入させて燃焼室を冷却し、

つぎに、燃焼室の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室冷却用ギャラリから燃焼室裏面冷却用ギャラリに流入させて、燃焼室裏面を冷却し、

つぎに、燃焼室裏面の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室裏面冷却用ギャラリの外部に排出させる順序で、

冷却が行われる、エンジン用ピストンの冷却方法であることを特徴とする。

[0033] 第 1発明のピストン 1では、燃焼室 2の裏面 4に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8を形成するとともに、流入孔 5と第 1の排出孔 6をそれぞれ、燃焼室 2の周囲の異なる位置に設けるようにして、る。このためピストン 1の往復運動に伴、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内の冷却用オイルがシェイクされて燃焼室裏面 4の熱伝達が促進され燃焼室裏面 4の温度低減が図られ燃焼室裏面 4の冷却効率が向上する。一方、冷却用オイルは、燃焼室冷却用ギャラリ 3に沿って燃焼室 2の周方向に、少なくとも流入孔 5に隣り合う第 1の排出孔 6までの距離を移動するため、その移動中に、ピストン 1の往復運動によってギャラリ 3内で冷却用オイルがシェークされて燃焼室壁面での熱伝達が促進され燃焼室 2の温度低減が図られ燃焼室 2の冷却効率が向上する。

[0034] 第 7発明は、エンジン用ピストン 1の各部の冷却の順序を規定する冷却方法の発明であり、本発明の冷却方法は、つぎの順序で行われることになる。

[0035] 1)最初に、冷却用オイルを燃焼室冷却用ギャラリ 3に流入させて燃焼室 2を冷却する

[0036] 2)つぎに、燃焼室 2の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室冷却用ギャラリ 3から燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8に流入させて、燃焼室裏面 4を冷却する。

[0037] 3)つぎに、燃焼室裏面 4の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室裏面冷却用ギヤラリ 8の外部に排出させる。

[0038] このように第 1発明、第 7発明によれば、燃焼室 2の冷却を十分に行いながらも、燃焼室裏面 4の冷却を十分に行うことができる。

[0039] また、第 2発明では、燃焼室 2の裏面 4を覆うように、ピストン 1に固定されるプレート

10が備えられ、燃焼室裏面 4とプレート 10とによって画成された空間として、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8を構成するようにしている。このため既存の一体成形のピストンに対して、プレート 10を固定するための加工を施すだけでよぐピストンに大幅な改変を加えないで済み、一体成形のピストンの利点を生力しつつ、低コストで、燃焼室 2 および燃焼室裏面 4の冷却効率の高いピストンを市場に提供することができる。

[0040] また、第 3発明では、リング溝下部オイル戻し油路 23の燃焼室裏面側孔 leを、スリット 21よりも下方に形成することで、燃焼室燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8が、リング溝下部オイル戻し油路 23の燃焼室裏面側孔 leに連通しない位置に形成するようにしている。このため燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内の冷却用オイルが、リング溝下部オイル戻し油路 23を逆流してピストンスカート lb側に流出してしまいオイル消費を悪ィ匕させることを防止できる。

[0041] また、第 4発明では、プレート 10の流入孔 5に対応する部位に、切欠き 13を形成しプレート 10の第 1の排出孔 6に対応する部位に、フィン 14を形成するようにしている。このため燃焼室 2の冷却に使用された冷却用オイルを効率よく再利用することができ、ピストン 1の冷却に要する冷却用オイルの総油量を抑制することができる。また、燃焼室 2の冷却効率の損失を最小限に抑制することができ、これにより燃焼室 2側のピストン温度の低減効果を犠牲にすることなく、燃焼室裏面 4側のピストン温度を低減することができる。

[0042] また、第 5発明では、プレート 10の中央部を凸部 15としているため、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8の体積を小さくできギャラリ 8内の冷却用オイルの充填効率を高めることができる。これにより効率的に燃焼室裏面 4を冷却することができる。またコンロッド等との干渉を避けてプレート 10を設置することができる。凸部 15の形状としては、たとえば、燃焼室裏面 4の中央部 4aの形状に倣う形状にすることが望ましい。

[0043] プレート 10の中央部を凹部 17とした場合には、凹部 17がオイル溜まりとして機能して、凹部 17に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内の冷却用オイルを滞留させることができるため、効率的な冷却が期待できる。また、プレート 10の中央部の形状をフラットな形状としてもよい。

[0044] また、第 6発明では、プレート 10に (たとえば中央部（凸部 15の中心)）に、排出孔 1 6を形成するようにしている。このため、エンジン稼動の停止後、迅速にプレート 10上の冷却用オイルが排出孔 16を通って下方に排出され、長時間、プレート 10上に滞留することがない。これにより冷却用オイルの滞留によりオイルが酸ィ匕してオイルが劣化するという事態を防止することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0045] 以下、図面を参照して本発明に係るエンジン用ピストンの実施の形態について説明する。なお、実施例では、縦置きのディーゼルエンジンを想定し、エンジンオイルとしての冷却用オイルによってピストン各部が冷却される場合について説明する。

[0046] 図 3 (a)は、本実施例のピストン 1の断面を示している。図 3 (b)は、本実施例のビストン 1を図 3 (a)の矢視 R (図 3 (a)の下方）からみた図である。図 3 (c)は、ピストン 1とプレート 10とが接続する部分を拡大して示している。この図 3に示すピストン 1は、铸造によって一体成形されるピストンを想定して、る。

[0047] 同図 3に示すように、ピストン 1の頭部 laには、燃焼室 2が形成されている。燃焼室 2 内で高圧に圧縮された混合気が着火して燃焼する。ピストン 1の頭部 laにあって外周面には、リング溝 lcが環状に形成されている。リング溝 lcには、ピストンリングがはめ込まれる。リング溝 lcの下方のピストン外周面は、ピストンスカート lbを構成している。ピストン 1には、ピストンスカート lb側の孔 Idと燃焼室裏面 4側の孔 leとを連通するリング溝下部オイル戻し油路 23が形成されている。ピストンリングによって搔き落とされた冷却用オイルは、ピストンスカート側孔 Idからリング溝下部オイル戻し油路 23 を介して燃焼室裏面側孔 leに流れ込み、ピストン内側よりクランク室に落下する。

[0048] 燃焼室 2の周囲には、燃焼室冷却用ギャラリ 3が環状に形成されている。燃焼室 2 の裏面 4には、燃焼室冷却用ギャラリ 3に連通するように、流入孔 5と第 1の排出孔 6とが形成されている。第 1の排出孔 6は、燃焼室 2の周囲の 3箇所に形成されている。流入孔 5は、燃焼室 2の周囲の 1箇所に形成されている。流入孔 5と第 1の排出孔 6はそれぞれ、燃焼室 2の周囲の異なる位置に設けられている、

燃焼室 2の裏面 4には、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8が形成されている。

[0049] すなわち、燃焼室 2の裏面 4を覆うように、ピストン 1に固定されるプレート 10が備えられている。燃焼室裏面 4とプレート 10とによって画成された空間として、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8が構成されている。 [0050] 燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8は、第 1の排出孔 6に連通されている。

[0051] 燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8には、このギャラリ 8内部の冷却用オイルを排出するための第 2の排出孔 20が形成されて、る。

[0052] シリンダブロックには、ピストンクーリングノズル 7が設けられている。

[0053] ピストンクーリングノズル 7からは、流入孔 5に向力つて矢印 Aに示すように冷却用ォィルがオイルジェットとなって噴出される。冷却用オイルは、流入孔 5より燃焼室冷却用ギャラリ 3内に流入され、燃焼室冷却用ギャラリ 3を通って矢印 Bに示すように排出孔 6から排出される。

[0054] つぎに、プレート 10の構成について、図 3に更に図 4を併せ参照して説明する。図 4 (a)は、プレート 10の断面図を示し、図 4 (b)は、図 4 (a)を矢視 S力もみた図でプレート 10の平面図を示し、図 4 (c)は、図 4 (a)の P部を拡大して示し、図 4 (d)は、図 4 (b)の Q部を拡大して示して、る。

[0055] 燃焼室 2の裏面 4には、プレート 10が嵌合されるスリット 21、 21が形成されている。

[0056] スリット 21は、プレート 10がスリット 21に嵌合されてピストン 1に固定された際に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8が、燃焼室裏面 4側孔 leに連通しないような位置に設けられている。すなわち図 3 (a)、（c)の図中、燃焼室裏面側孔 leは、スリット 21よりも下方に形成されている。

[0057] プレート 10の両端 10A、 10Bにはそれぞれ、突起部 11、 11が形成されている。一方、ピストン 1側のスリット 21側には、突起部 11に対応する窪み部 29が形成されている（図 3 (b) )。

[0058] プレート 10の両端 10A、 10B間の長さ Lは、両スリット 21、 21間の距離よりも僅かに長く設計されている。

[0059] プレート 10には、突起部 12、 12が形成されている。燃焼室 2の裏面 4には、突起部

12、 12が接触される座面部 22、 22が形成されている。

[0060] プレート 10は、耐熱性のある金属、たとえば SUS404によって構成されている。なお、ピストン 1は、 FCDによって構成されている。

[0061] プレート 10には、流入孔 5に対応する部位に、冷却用オイルを流入孔 5に流入させるための切欠き 13が形成されており、第 1の排出孔 6に対応する部位に、第 1の排出孔 6から排出された冷却用オイルを受けるためのフィン 14が形成されている。

[0062] プレート 10の中央部には、燃焼室裏面 4側に凸形状の凸部 15が形成されている。

この凸部 15は、ピストン 1側の燃焼室裏面 4の中央部 4aの形状に倣う形状に形成されている。

[0063] プレート 10の中央部にあって凸部 15の中心には、冷却用オイルを排出する排出孔

16が形成されている。この排出孔 16は、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内部の冷却用オイルを排出するための第 2の排出孔 20として機能する。

[0064] また、プレート 10が、ピストン 1に固定されると、プレート 10とピストン 1との間に隙間が形成される。この隙間は、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内部の冷却用オイルを排出するための第 2の排出孔 20として機能する。

[0065] 以上のようなプレート 10が別部材として用意されて、プレート 10がピストン 1に固定される。

[0066] すなわち、作業者は、プレート 10を橈らせて、プレート端部 10A、 10Bをそれぞれ、ピストン 1側のスリット 21、 21に入り込ませ、スリット 21、 21に嵌合させる。この際に、プレート両端 10A、 10Bの突起部 11、 11をそれぞれ、ピストン 1側の窪み部 29、 29 に嵌合させる。これによりプレート 10は、図 3 (b)の図中、上下左右方向、つまりプレート 10の縦方向、横方向に容易に動かな、ようにピストン 1に保持される。

[0067] プレート 10の突起部 12、 12力ピストン 1側の座面部 22、 22に接触する位置で、プレート 10がピストン 1に固定される。これによりプレート 10は、図 3 (a)の図中、上下方向、つまりプレート 10に対して法線方向に、ガタつきなぐ容易に動かないようにピストン 1に保持される。

[0068] また、プレート 10がピストン 1に固定されることによって、プレート 10とピストン 1との間には、第 2の排出孔 20を構成する隙間が形成される。図 3 (b)に、第 2の排出孔 20 を構成する隙間の代表的な部分を斜線にて示している。

[0069] つぎに、エンジン稼働中の冷却用オイルの流れについて説明する。

[0070] 図 5 (a)、 (b)は、エンジン稼動中の冷却用オイルの流れを説明する図で、図 3 (a)、

(b)に対応させて示している。 [0071] すなわち、ピストンクーリングノズル 7からは、プレート 10の切欠部 13、流入孔 5に向力つて矢印 Aに示すように冷却用オイルが噴出される。冷却用オイルは、流入孔 5より燃焼室冷却用ギャラリ 3内に流入される。

[0072] ここで、流入孔 5と第 1の排出孔 6はそれぞれ、燃焼室 2の周囲の異なる位置に設けられている。このため冷却用オイルは、矢印 Dで示すように、燃焼室冷却用ギャラリ 3 に沿って燃焼室 2の周方向に、少なくとも流入孔 5に隣り合う第 1の排出孔 6までの距離を移動する。このため燃焼室冷却用ギャラリ 3に入った冷却用オイルは、そのまま直ぐに排出することなぐ燃焼室冷却用ギャラリ 3内にある程度の時間留まってから、第 1の排出孔 6より排出される。また、冷却用オイルが燃焼室冷却用ギャラリ 3内を移動中、ピストン 1の往復運動によってギャラリ 3内で冷却用オイルがシェークされ、燃焼室壁面に衝突する。このため冷却用オイルによって燃焼室 2の熱を十分に吸収することができ、燃焼室 2の温度が低下して燃焼室 2の冷却効率が高められる。

[0073] 燃焼室 2の周囲の 3箇所の第 1の排出孔 6、 6、 6のいずれ力に、冷却用オイルが到達すると、矢印 Bに示すように、冷却用オイルは、第 1の排出孔 6から下方に落下する。第 1の排出孔 6の下方には、プレート 10のフィン 14が位置されているため、落下した冷却用オイルの大部分は、第 2の排出孔 20より排出されることなぐプレート 10上に残留する。

[0074] 冷却用オイルは、ピストン 1の往復運動によってピストン下降時に上向きの慣性力を受ける。これにより冷却用オイルは、矢印 Eに示すように、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8の中を遡って燃焼室裏面 4の中央部 4aに向力つて流れる。冷却用オイルが燃焼室裏面中央部 4aに向けて移動中、ピストン 1の往復運動によってギャラリ 8内で冷却用オイルがシェークされ、燃焼室裏面 4の壁面に衝突する。このため冷却用オイルによつて燃焼室裏面 4の熱を十分に吸収することができ、燃焼室裏面 4の温度が低下して燃焼室裏面 4の冷却効率が高められる。

[0075] 燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8には、第 1の排出孔 6より間断なく所定流量の冷却用オイルが供給される。このため燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内には冷却用オイルが常時充填された状態となっており、新しい冷却用オイルが供給されると、燃焼室裏面 4 の冷却に寄与した冷却用オイルは押し出されて、矢印 Fに示すように、第 2の排出孔 20より下方に排出される。冷却用オイルはクランク室に落下して、オイルパンに戻る。なお、オイルパンに戻った冷却用オイルは、オイルポンプによって吐出され、再度、ピストンクーリングノズル 7からピストン 1の流入孔 5に向けて噴出される。

[0076] エンジンの稼動が停止されると、上述した冷却用オイルの流れは停止する。ただし、エンジン停止の瞬間には、プレート 10上には、ある程度の冷却用オイルが残留している。この残留している冷却用オイルは、上述した第 2の排出孔 20およびプレート中央の排出孔 16を介して下方に排出される。このためエンジン停止後、長い間、プレート 10上の冷却用オイルが滞留することはない。

[0077] このように本実施例のエンジン用ピストン 1の冷却は、およそ、つぎの順序で行われることになる。

[0078] 1)最初に、冷却用オイルを燃焼室冷却用ギャラリ 3に流入させて燃焼室 2を冷却する

[0079] 2)つぎに、燃焼室 2の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室冷却用ギャラリ 3から燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8に流入させて、燃焼室裏面 4を冷却する。

[0080] 3)つぎに、燃焼室裏面 4の冷却に寄与した冷却用オイルを、燃焼室裏面冷却用ギヤラリ 8の外部に排出させる。

[0081] 上述した実施例の効果について以下、説明する。

[0082] 本実施例のピストン 1では、燃焼室 2の裏面 4に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8を形成するとともに、流入孔 5と第 1の排出孔 6をそれぞれ、燃焼室 2の周囲の異なる位置に設けるようにしている。このためピストン 1の往復運動に伴い燃焼室裏面冷却用ギヤラリ 8内の冷却用オイルがシェイクされて燃焼室裏面 4の熱伝達が促進され燃焼室裏面 4の温度低減が図られ燃焼室裏面 4の冷却効率が向上する。一方、冷却用オイルは、燃焼室冷却用ギャラリ 3に沿って燃焼室 2の周方向に、少なくとも流入孔 5に隣り合う第 1の排出孔 6までの距離を移動するため、その移動中に、ピストン 1の往復運動によってギャラリ 3内で冷却用オイルがシェークされて燃焼室壁面での熱伝達が促進され燃焼室 2の温度低減が図られ燃焼室 2の冷却効率が向上する。

[0083] このように本実施例によれば、燃焼室 2の冷却を十分に行いながらも、燃焼室裏面 4の冷却を十分に行うことができる。 [0084] また、本実施例では、燃焼室 2の裏面 4を覆うように、ピストン 1に固定されるプレート 10が備えられ、燃焼室裏面 4とプレート 10とによって画成された空間として、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8を構成するようにしている。このため既存の一体成形のピストンに対して、プレート 10を固定するための加工を施すだけでよぐピストンに大幅な改変を加えないで済み、一体成形のピストンの利点を生力しつつ、低コストで、燃焼室 2 および燃焼室裏面 4の冷却効率の高いピストンを市場に提供することができる。

[0085] また、本実施例によれば、燃焼室 2の裏面 4に、プレート 10が嵌合するスリット 21を形成し、プレート 10をスリット 21に嵌合させることで、プレート 10をピストン 1に固定するようにしている。これにより構造の簡素化が図られ、コスト低減、組立性向上、固定保持部分の信頼性向上が図られる。なお、プレート 10をピストン 1に固定保持する他の方法としては、ネジなどの別部材を使用してピストン 1にプレート 10を固定する方法、プレート 10をスリット 21に嵌合させた上で更にネジなどの別部材によって締結してピストン 1に固定する方法などが考えられ、任意の固定保持方法を採用することができる。

[0086] また、プレート 10の突起部 11をピストン 1側の窪み部 29に嵌合させるようにしたので、組立時に、ピストン 1の図 3 (b)の図中上下方向（ピストンピン挿入方向）の位置決めが容易になるとともに、エンジン稼働中にプレート 10が位置ずれすることを防止できる。

[0087] また、本実施例では、リング溝下部オイル戻し油路 23の燃焼室裏面側孔 leを、スリット 21よりも下方に形成することで、燃焼室燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8が、リング溝下部オイル戻し油路 23の燃焼室裏面側孔 leに連通しない位置に形成するようにしている。このため燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内の冷却用オイルが、リング溝下部オイル戻し油路 23を逆流してピストンスカート lb側に流出してしまいオイル消費を悪ィ匕させることを防止できる。

[0088] また、本実施例では、プレート 10の両端 10A、 10B間の長さ Lを、両スリット 21、 21 間の距離よりも僅かに長く設定している。また、燃焼室裏面 4に座面部 22を形成しプレート 10には突起部 12を形成してプレート 10の突起部 12が座面部 22に接触する位置にプレート 10を位置決めしてピストン 1に固定している。また、プレート 10を耐熱性のある金属で構成している。このため、エンジン稼働時に発生する加振力や、熱へたりなどによってプレート 10がピストン 1から脱落することを防止できる。

[0089] また、本実施例では、プレート 10の流入孔 5に対応する部位に、切欠き 13を形成しプレート 10の第 1の排出孔 6に対応する部位に、フィン 14を形成するようにしている。このため燃焼室 2の冷却に使用された冷却用オイルを効率よく再利用することができ、ピストン 1の冷却に要する冷却用オイルの総油量を抑制することができる。また、燃焼室 2の冷却効率の損失を最小限に抑制することができ、これにより燃焼室 2側のピストン温度の低減効果を犠牲にすることなく、燃焼室裏面 4側のピストン温度を低減することができる。

[0090] また、本実施例では、プレート 10の中央部を凸部 15としている。このため、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8の体積を小さくできギャラリ 8内の冷却用オイルの充填効率を高めることができる。これにより効率的に燃焼室裏面 4を冷却することができる。またコンロッド等との干渉を避けてプレート 10を設置することができる。凸部 15の形状としては、たとえば、燃焼室裏面 4の中央部 4aの形状に倣う形状にすることが望ましい。

[0091] また、本実施例では、プレート 10に (たとえば凸部 15の中心；中央部）、排出孔 16 を形成するようにしている。このため、エンジン稼動の停止後、迅速にプレート 10上の冷却用オイルが排出孔 16を通って下方に排出され、長時間、プレート 10上に滞留することがない。これにより冷却用オイルの滞留によりオイルが酸ィ匕してオイルが劣化するという事態を防止することができる。なお、排出孔 16を、プレート 10の中央部から外れた場所に設けてもよ!ヽ。

[0092] なお、上述した実施例では、図 4に示すように、プレート 10の中央部を燃焼室裏面 4側の凸の形状としているが、図 6に示すように、プレート 10の中央部を燃焼室裏面 4 側に凹の形状としてもよい。

[0093] すなわち、図 6 (a)、 (b)、 (c)、 (d)は、図 4 (a)、 (b)、 (c)、 (d)に対応する図であり、プレート 10の中央部を、燃焼室裏面 4側に凹の形状となる凹部 17としている他は、図 4に示すプレート 10と同じである。

[0094] 図 7 (a)、（b)は、図 3 (a)、（b)に対応する図であり、図 6に示すプレート 10をピストン 1に固定した状態を示して、る。 [0095] このようにプレート 10の中央部を凹部 17とした場合には、凹部 17がオイル溜まりとして機能して、凹部 17に、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内の冷却用オイルを滞留させることができるため、効率的な冷却が期待できる。

[0096] また、プレート 10の中央部の形状をフラットな形状としてもよい。

[0097] また、上述した実施例では、一体成形のピストン 1を想定して説明したが、図 2に示すような 2ピース構造のピストン 1に本発明を適用してもよ!/、。

[0098] また、上述した実施例では、铸造によって、燃焼室冷却用ギャラリ 3が形成される場合を想定して説明した。しかし、本発明は、図 8に示すように、肖 ijり出し加工によって、燃焼室冷却用ギャラリ 3を構成する凹部 3Aを形成した場合にも適用することができる

[0099] 図 8は、ピストン 1を縦方向に切断して、その縦断面図を示している。図 8に示すビストン 1では、肖 IJり出し加工によって、燃焼室冷却用ギャラリ 3を構成する凹部 3A (ォープンギャラリ）が形成される。凹部 3Aを、プレート 3Pによって覆うことで、燃焼室 2の周囲に、燃焼室冷却用ギャラリ 3が形成される。

[0100] 一方、肖 ijり出し加工直後の状態では、ピストン 1の燃焼室裏面 4はオープンギャラリとなっている。そこで、本発明と同様に、燃焼室裏面 4を、プレート 1( によって覆うことで、燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8が形成される。

[0101] また、本発明の第 1の排出孔 6と同様に燃焼室冷却用ギャラリ 3内の冷却用オイルを燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8に導くために、燃焼室冷却用ギャラリ 3と燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8とを連通する連通油路 24が形成される。連通油路 24は、肖 ijり出し加ェによって形成することができる。

[0102] このようなピストン 1によれば、図 5と同様に、冷却用オイルがピストン各部を流れる。

[0103] すなわち、ピストンクーリングノズル 7から冷却用オイルが流入孔 5に向かって噴出され、矢印 Aに示すごとぐ燃焼室冷却用ギャラリ 3内に流入する。冷却用オイルは、矢印 Dに示すごとぐ燃焼室冷却用ギャラリ 3内を、燃焼室 2の周方向に移動して、燃焼室 2の熱を奪い、燃焼室 2を冷却する。燃焼室 2の冷却を終えた冷却用オイルは、矢印 Bに示すごとぐ連通油路 24を通って燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内に排出される [0104] 燃焼室裏面冷却用ギャラリ 8内に導かれた冷却用オイルは、矢印 Eに示すごとぐピストン 1の往復運動によってシェークされつつ燃焼室裏面中央部 4aに移動する。これにより燃焼室裏面 4が効率的に冷却される。

[0105] なお、上述した各実施例では、縦置きのエンジンを想定した力もちろん本発明は、横置き、斜め配置等、任意の気筒レイアウトのエンジンに適用することができる。また、本発明のピストンは、ディーゼルエンジン用のみならずガソリンエンジン用にも適用することができる。

図面の簡単な説明

[0106] [図 1]図 1は従来技術 1のピストンを示す図である。

[図 2]図 2は従来技術 2のピストンを示す図である。

[図 3]図 3 (a)、（b)、（c)は実施例のピストンの構成図である。

[図 4]図 4 (a)、（b)、（c)、（d)は実施例のプレートの構成図である。

[図 5]図 5 (a)、 (b)はピストン各部の冷却用オイルの流れを示した図である。

[図 6]図 6 (a)、（b)、（c)、（d)は図 4とは異なるプレートの構成図である。

[図 7]図 7 (a)、（b)は、図 3 (a)、（b)に対応する図で、図 6に示すプレートが固定されたピストンの構成図である。

[図 8]図 8は削り出し加工されたピストンにプレートが固定された状態を示す断面図である。

Claims

請求の範囲

[1] ピストン頭部に燃焼室が形成され、燃焼室の周隨こ燃焼室冷却用ギャラリが形成され、燃焼室冷却用ギャラリに連通するように、流入孔と第 1の排出孔とが燃焼室に形成され、冷却用オイルが流入孔より流入されて燃焼室冷却用ギャラリを通って第 1の流出孔カも排出される構造のエンジン用ピストンであって、

燃焼室裏面冷却用ギャラリは、第 1の排出孔に連通されており、

燃焼室裏面冷却用ギャラリには、当該ギャラリ内部の冷却用オイルを排出するための第 2の排出孔が形成されて、る

構造のエンジン用ピストン。

[2] 燃焼室の裏面を覆うように、ピストンに固定されるプレートが備えられ、

を特徴とする請求項 1記載のエンジン用ピストン。

[3] エンジン用ピストンには、ピストンスカート側孔と燃焼室裏面側孔とを連通するリング溝下部オイル戻し油路が形成されており、

燃焼室裏面冷却用ギャラリは、燃焼室裏面側孔に連通しない位置に形成されることを特徴とする請求項 1または 2記載のエンジン用ピストン。

[4] プレートは、流入孔に対応する部位に、冷却用オイルを流入孔に流入させるための切欠きが形成され、第 1の排出孔に対応する部位に、第 1の排出孔力排出された冷却用オイルを受けるためのフィンが形成されたものであること

を特徴とする請求項 2記載のエンジン用ピストン。

[5] プレートの中央部は、フラット形状または燃焼室裏面側に凸形状または燃焼室裏面側に凹形状に形成されていること

を特徴とする請求項 2記載のエンジン用ピストン。

[6] プレートには、冷却用オイルを排出する排出孔が形成されていること

を特徴とする請求項 2または 5記載のエンジン用ピストン。ピストン頭部に燃焼室が形成され、燃焼室の周隨こ燃焼室冷却用ギャラリが形成されたエンジン用ピストンの冷却方法であって、

冷却が行われること

を特徴とするエンジン用ピストンの冷却方法。