JP4427506B2 - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Description

本発明は、耐摩環と環状のオイル通路を備えた内燃機関用ピストンに関する。

近年、ディーゼルエンジンは高速高負荷で運転される傾向にあるため、ピストンに対する熱負荷が厳しくなってきている。このため、ピストンのＴＯＰリング溝の近傍は圧縮、爆発による熱エネルギーで高温になるばかりでなく、エンジン潤滑油の炭化や燃焼による煤が発生して付着し、ピストンリングと摩擦してピストンリングの機能が低下し、オイル消費量が増大する傾向にある。

これを改善するため、ＴＯＰリング溝の近傍に、高温時の耐摩耗性に優れたニレジスト鋳鉄製の耐摩環を鋳込むととともに、この耐摩環の内部にオイル通路を形成したピストンが提案されている（特許文献１参照）。また、耐摩環に断面コ字型の板金部材を接合して鋳込んだピストンも提案されている（特許文献２参照）。

しかし、いずれの場合も、オイル通路と耐摩環の高さがほぼ同じになるため、オイル通路の断面積を大きくして十分な冷却性能を得ようとすると、燃焼室壁面からオイル通路までの距離が小さくなり、ピストンとして必要な強度を得るのが難しくなる。

また、近年のディーゼルエンジンは低排出ガスの要求から燃焼室径が大きくなる傾向にあり、耐摩環の内側にオイル通路を設けるのが一層難しくなっている。なお、ＴＯＰリング溝の位置は頂面側に上がる傾向にあるが、この場合も、燃焼室壁面からオイル通路までの距離を十分に確保するのは困難である。

さらに、後者のピストンでは、帯状の鋼板をリング状に溶接した後、絞り加工により断面コ型に成形しているため、高価か加工設備が必要になり、コストアップの要因になるという問題もある。

そこで、本出願人は、後者のピストンにおいて、板金部材を上下二部材で構成し、オイル通路の上面を内側ほど下側に寄るように傾斜させ、オイル通路をピストン本体の内部空間側へ寄せて配置することで、十分な強度を確保しつつ、オイル通路の断面積を大きくして冷却性能を高めたピストンを提案した（特許文献３参照）。
実公昭５８−５２３４６号公報 特開平５−２３１５３９号公報 特開２００５−３６７７１号公報

しかし、このピストンでは、ドリル加工によって板金部材にオイルの出入口を開けているが、板金部材としてプレス性に優れたものを用いる必要があるため、ドリル加工によるバリが発生し易い。このバリはオイル通路内に突出する王冠状のものであるため、バリの高さ分だけオイル通路が狭くなり、オイル通路内へのオイル流入量が減少し、冷却性能が悪くなる。

本発明は、このような事情に鑑み、ドリル加工によるバリが発生しても、冷却性能が低下することのない内燃機関用ピストンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、耐摩環に板金部材を接合して環状のオイル通路を構成するとともに、耐摩環と板金部材をピストン本体に埋設し、板金部材内のオイル通路をピストン本体の内面に開口させてオイルの出入口を形成してなる内燃機関用ピストンにおいて、板金部材のオイル入口形成箇所をピストン本体の内部空間側へ膨出させたことを特徴とする。

かかる構成によれば、板金部材のオイル入口にバリが発生しても、その先端とオイル通路上面との間には十分なクリアランスが形成され、オイル通路が狭められることはないので、オイルの流動抵抗の増加を抑え、オイル通路内のオイル流量を十分に確保し、冷却性能の低下を防止できる。

板金部材のオイル出口形成箇所をピストン本体の内部空間側へ膨出させるのが好ましい。

かかる構成によれば、板金部材のオイル出口にバリが発生しても、その先端とオイル通路上面との間には十分なクリアランスが形成され、オイル通路が狭められることはないので、オイルの流動抵抗の増加を抑え、オイル通路からのオイルの排出が円滑になり、冷却性能の低下を防止する効果が一層向上する。

板金部材を上下二部材で構成するとともに、下側部材のオイル出入口形成箇所を窪ませて凹部を形成するのが好ましい。

かかる構成によれば、上側部材と下側部材の結合に先立って、下側部材に凸部を形成しておくことができ、加工が容易になる。

本発明によれば、板金部材のオイル入口にバリが発生しても、オイル通路が狭められることはないので、オイルの流動抵抗の増加を抑え、オイル通路内のオイル流量を十分に確保し、冷却性能の低下を防止できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１はディーゼルエンジンのピストンを示している。

このピストン１は、アルミニウム合金からなるピストン本体２にニレジスト鋳鉄製の耐摩環３を鋳込んである。この耐摩環３にはトップリング溝４を形成してある。ピストン本体２にはオーステナイト系ステンレス製の板金部材５を鋳込んでオイル通路６を形成してある。板金部材５の底部にはオイルの入口７と出口８を形成してある。さらに、ピストン本体２にオイル通路９,１０を形成して板金部材５内のオイル通路６をピストン本体２の内部空間１１に連通させてある。

ピストン本体２の周面で耐摩環３の下方にはセカンドリング溝１２とオイルリング溝１３を形成してある。さらに、ピストン本体２の頂面には燃焼室１４を形成してある。また、ピストン本体２の周壁には、コンロッド連結用のピストンピンが嵌挿される孔１５が形成されている。

図２〜図４は耐摩環３に板金部材５を組み付けたものを示している。

板金部材５はリング状の上下二部材２０,２１で構成されている。上側部材２０はリング状の本体部２０ａの両端に折曲片２０ｂを延設してある。下側部材２１は断面略Ｌ字型に形成され本体部２１ａの両端に折曲片２１ｂを延設してある。そして、上下両方の部材２０,２１の折曲片２０ｂ,２１ｂをろう付けで接合し、反対側の折曲片２０ｂ,２１ｂで耐摩環３を挟んでろう付け接合してある。

このようにして組み立てた耐摩環３と板金部材５を溶湯中に鋳込み、ピストン本体２を成形する。次いで、ピストン本体２の内部空間１１にドリル刃を入れてピストン本体２にオイル通路９,１０を開けるとともに、板金部材５にオイルの入口７と出口８を開ける。

下側部材２１は、オイルの入口７と出口８を形成すべき箇所の周囲を窪ませて凹部２２を形成してある。凹部２２の両側には、底壁一般部に連なる傾斜部２３を設けてある。入口７と出口８は下側部材２１の中心０に関してほぼ対称に配置されている。

板金部材５は以上のように構成されているので、これを耐摩環３と結合してピストン本体２内に鋳込むと、オイル通路６の上面（上側部材２０の本体部２０ａによって形成されている）が内側ほど下側に寄るように傾斜し、オイル通路６がピストン本体２の内部空間１１側へ寄って配置されることになる。このため、オイル通路６の断面積を大きくして冷却性能を高めるとともに、燃焼室壁面からオイル通路６までの距離Ａを十分に確保し、ピストンとして必要な強度を得ることができる。

ところで、板金部材５の材料としてプレス性に優れたオーステナイト系ステンレスを用いているため、オイルの入口７と出口８の周縁にはドリル加工によるバリが発生し易い。このバリはオイル通路６内に突出する王冠状のものである。従来の板金部材は、図５に示すようにオイル通路６の高さを一定にしてあるため、バリＢの高さ分だけオイル通路６が狭くなり、オイルＯの流動抵抗が増加する。このため、オイルジェットＯＪから噴射されたオイルＯの一部がオイル通路６内に流入できず、オイル通路６内のオイル流量が減少し、冷却性能が低下していた。

これに対し、本実施形態では、図６に示すように板金部材５の凹部２２にオイルの入口７と出口８を開けているので、ここにバリＢが発生しても、その先端とオイル通路６の上面との間には十分なクリアランスが形成され、オイル通路６が狭められることはない。このため、オイルＯの流動抵抗の増加を抑え、オイル通路６内のオイル流量を十分に確保し、冷却性能の低下を防止できる。

なお、オイルＯの流動抵抗の増加を抑え、オイル通路６内を流れるオイルＯの量を多くするためには、板金部材５の凹部２２は入口７と出口８の両方に設けるのが好ましい。ただし、オイルＯの流動抵抗の増加は、出口８側のバリＢによる影響よりも入口７側のバリＢによる影響の方が大きいので、製造コスト上の制約がある場合、出口８側の凹部２２は省いてもよい。

さらに、板金部材５を上下二部材２０,２１で構成してあるので、これら部材２０,２１の結合に先立って、下側部材２１に凸部２２を形成しておくことができ、加工が容易になる。

本発明の内燃機関用ピストンを示す断面図。 耐摩環と板金部材を組み立てたものを示す正面図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 図２の底面図。 従来のオイルの流れを説明する図。 従来のオイルの流れを説明する図。

符号の説明

１ ピストン
２ ピストン本体
３ 耐摩環
５ 板金部材
６ オイル通路
７ 入口
８ 出口
１１ 内部空間
２０ 上側部材
２１ 下側部材
２２ 凹部
２３ 傾斜部

Claims (3)

1. 耐摩環に板金部材を接合して環状のオイル通路を構成するとともに、耐摩環と板金部材をピストン本体に埋設し、板金部材内のオイル通路をピストン本体の内面に開口させてオイルの出入口を形成してなる内燃機関用ピストンにおいて、板金部材のオイル入口形成箇所をピストン本体の内部空間側へ膨出させたことを特徴とする内燃機関用ピストン。
2. 板金部材のオイル出口形成箇所をピストン本体の内部空間側へ膨出させたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
3. 板金部材を上下二部材で構成するとともに、下側部材のオイル出入口形成箇所を窪ませて凹部を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用ピストン。
   
   

Images