(57)【要約】【課題】熱排出性能を向上させた内燃機関エンジン用ピストンを提供する。【解決手段】本発明による内燃機関エンジン用ピストンは、上下に延長して密閉した空洞を形成したピストン本体と、前記密閉した空洞内部の一部を満たす熱伝逹物質として流体を用いる。熱伝逹物質としては、熱伝導度が０．１乃至２００Ｗ／ｍＫである熱伝導度条件と、密度が５００乃至３０，０００ｋｇ／ｍ３である密度条件と、熱容量が０．１乃至１０ｋＪ／ｋｇＫである熱容量条件のうちの複数の条件を満足することを特徴とする。熱伝逹物質は、前記密閉した空洞体積の５０％以下を満たすのが好ましい。特に、前記熱伝逹物質は、前記密閉した空洞体積の２０％を満たすのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に延長して密閉した空洞を形成したピストン本体と、
前記密閉した空洞内部の一部を満たす熱伝逹物質とを含むことを特徴とする、内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項２】
前記熱伝逹物質は流体であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項３】
前記流体は、熱伝導度が０．１乃至２００Ｗ／ｍＫである熱伝導度条件を満足することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項４】
前記流体は、密度が５００乃至３０，０００ｋｇ／ｍ３である密度条件を満足することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項５】
前記流体は、熱容量が０．１乃至１０ｋＪ／ｋｇＫである熱容量条件を満足することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項６】
前記流体は、
熱伝導度が０．１乃至２００Ｗ／ｍＫである熱伝導度条件と、
密度が５００乃至３０，０００ｋｇ／ｍ３である密度条件と、
熱容量が０．１乃至１０ｋＪ／ｋｇＫである熱容量条件のうちの複数の条件を満足することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項７】
前記流体は、
水銀（Ｈｇ）と、
カリウム（Ｋ）と、
ナトリウム（Ｎａ）と、
カリウム−ナトリウム化合物（ＮａＫ）と、
ビスマス−鉛化合物（ＰｂＢｉ）のうちの一つ以上の材料を含むことを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項８】
前記ピストン本体にはピストンリングを装着するためのリング装着溝を形成し、
前記空洞の上端は、前記装着溝より高い位置まで延長したことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項９】
前記ピストン本体の頭部面には凹んだ凹部を形成し、
前記空洞の上端は、前記凹部の最下端より高い位置まで延長したことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項１０】
前記ピストン本体には、ピストンピンを装着するためのボス部を成し、
前記空洞の下端は前記ボス部より低い位置まで延長したことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項１１】
前記ピストン本体には、ピストンピンを装着するためのボス部を形成し、
前記空洞の下端は前記ボス部より低い位置まで延長したことを特徴とする、請求項８に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項１２】
前記ピストン本体には、ピストンピンを装着するためのボス部を形成し、
前記空洞の下端は前記ボス部より低い位置まで延長したことを特徴とする、請求項９に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項１３】
前記熱伝逹物質は、前記密閉した空洞体積の５０％以下を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【請求項１４】
前記熱伝逹物質は、前記密閉した空洞体積の２０％を満たすことを特徴とする、請求項１３に記載の内燃機関エンジン用ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関エンジン用ピストンに関し、さらに詳しくは、内燃機関の作動時の熱排出性能を向上させた内燃機関エンジン用ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、内燃機関エンジンはエンジンの内部で燃料を燃焼させて動力を得る装置である。このような内燃機関エンジンの内部ではピストンが介在し燃料の爆発力を受けて往復運動する。
【０００３】
したがって、ピストンは非常に高い温度にさらされるので、ピストンの熱を効率的に排出することは、エンジンの耐久性及び性能に大きな影響を与える。したがって、ピストンの熱排出性能を向上するための研究はエンジンの耐久性及び性能向上のための研究として重要な役割を占める。
ピストンの熱排出性能を向上させることを目的として、特許文献１に開示されているように、オイルをピストンの下側から吹き付けて冷却する方法がある。
【特許文献１】特開２００３−７４３４７号公報
【０００４】
この様な方法ではピストンが最も高い熱にさらされる部分であるピストンの上部を効率的に冷却することが出来なかった。
多くの場合、ピストン頭部に凹んだ凹部を形成しており、このような場合、ピストン頭部は爆発熱に接触する面積を拡大するため、熱排出性能がさらに重要に作用する。
【０００５】
ピストンの熱排出性能を向上することができれば、これはエンジンの耐久性及び性能向上に寄与し、このような寄与は、特にピストン頭部に凹部を形成した場合にさらに大きな効果を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は熱排出性能を向上させた内燃機関エンジン用ピストンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために本発明による内燃機関エンジン用ピストンは、上下に延長して密閉した空洞を形成したピストン本体と、前記密閉した空洞内部の一部を満たす熱伝逹物質とを含むことを特徴とする。
【０００８】
前記熱伝逹物質は流体（ｆｌｕｉｄ）であることを特徴とする。
【０００９】
前記流体は、熱伝導度が０．１乃至２００Ｗ／ｍＫである熱伝導度条件を満足することを特徴とする。
【００１０】
前記流体は、密度が５００乃至３０，０００ｋｇ／ｍ３である密度条件を満足することを特徴とする。
【００１１】
前記流体は、熱容量が０．１乃至１０ｋＪ／ｋｇＫである熱容量条件を満足することを特徴とする。
【００１２】
前記流体は、熱伝導度が０．１乃至２００Ｗ／ｍＫである熱伝導度条件と、密度が５００乃至３０，０００ｋｇ／ｍ３である密度条件と、熱容量が０．１乃至１０ｋＪ／ｋｇＫである熱容量条件のうちの複数の条件を満足することを特徴とする。
【００１３】
前記流体は、水銀（Ｈｇ）と、カリウム（Ｋ）と、ナトリウム（Ｎａ）と、カリウム−ナトリウム化合物（ＮａＫ）と、ビスマス−鉛化合物（ＰｂＢｉ）のうちのいずれか一つ以上の材料を含むことを特徴とする。
【００１４】
前記ピストン本体にはピストンリングを装着するためのリング装着溝を形成し、前記空洞の上端は、前記装着溝より高い位置まで延長したことを特徴とする。
【００１５】
前記ピストン本体の頭部面には凹んだ凹部を形成し、前記空洞の上端は、前記凹部の最下端より高い位置まで延長したことを特徴とする。
【００１６】
前記ピストン本体には、ピストンピンを装着するためのボス部を形成し、前記空洞の下端は前記ボス部より低い位置まで延長したことを特徴とする。
【００１７】
前記熱伝逹物質は、前記密閉した空洞体積の５０％以下を満たすのが好ましい。特に、前記熱伝逹物質は、前記密閉した空洞体積の２０％を満たすのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実施例によると、ピストンの上部から下部に熱を迅速に排出することにより、ピストン及びエンジンの耐久性を向上することができる。
【００１９】
熱伝逹物質を流体とすることによりピストン作動時の熱伝逹効率を向上することができる。そして、熱伝導度条件、密度条件、熱容量条件を満足する流体により熱伝逹効率を向上することができる。
【００２０】
熱伝逹物質を入れた空洞を、ピストンのできる限り高いところまで、そしてできる限り低いところまで長く形成することにより熱排出効率を向上させる。
【００２１】
空洞内に熱伝逹物質は空洞内の容量の５０％以下とし、特に、２０％で満たすことにより熱伝逹効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施例による内燃機関エンジン用ピストンの断面図で、ピストンの停止時または上昇運動時の状態を示している。
【００２４】
図１に示すように、本発明の実施例による内燃機関エンジン用ピストン１００は、上下に延長して密閉した空洞１５０で形成したピストン本体１１０及び前記密閉した空洞１５０内部の一部を満たす熱伝逹物質１６０を含む。
【００２５】
本発明の実施例において、前記熱伝逹物質１６０は流体（ｆｌｕｉｄ）により実現する。ただし、前記熱伝逹物質１６０が常温（即ち、エンジン外部の温度）で流体でなければならないことを意味するのではない。ピストン１００の正常作動温度である約２５０℃以上の温度で流体であればエンジンの正常作動時に所定の熱排出効果を達成することができる。
【００２６】
図１に示すように、ピストン本体１１０にはピストンリング１１４を装着するためのリング装着溝１１２を形成しる。この時、前記空洞１５０の上端１５２は、前記装着溝１１２より高い位置まで延長する。図１には複数の装着溝１１２のうちで最上端の装着溝より高い位置まで前記空洞１５０を延長したときの実施例を図示したが、本発明の保護範囲が必ずしもこれに限定されると解釈されてはならない。できる限り最下端の装着溝より高い位置まで延長することができる。
【００２７】
また、本発明の実施例で前記ピストン本体１１０の頭部面１１５には凹んだ凹部１２０を形成している。この時、前記空洞１５０の上端１５２は、前記凹部１２０の最下端１２２より高い位置まで延長する。
【００２８】
そして、前記ピストン本体１１０は、ピストンピン（図示せず）を装着するためのボス部１３０を形成する。この時、前記空洞１５０の下端１５４は前記ボス部１３０の中心（Ｐ）より低い位置まで延長する。
【００２９】
空洞１５０は上方にできるだけ高く、そして下方にもできるだけ低くまで延長することにより、熱伝逹物質１６０による熱排出効果を最大化することができる。
【００３０】
ピストン往復運動時、前記熱伝逹物質１６０は密閉した空洞１５０内で上下に揺れながらピストン上部の熱を下部に伝達する。このような理由で、熱伝逹物質１６０は前記密閉した空洞１５０の一部のみを満たす。
【００３１】
熱伝逹物質１６０の揺れによる熱伝逹効果を高めるために、熱伝逹物質１６０は前記密閉した空洞１５０の体積の５０％以下を満たすのが好ましい。本発明の実施例では前記熱伝逹物質１６０は前記密閉した空洞１５０の体積の約２０％を満たすこととする。
【００３２】
図１はピストン１００の停止時またはピストン１００の上昇運動時、空洞１５０内に流体１６０が下側に集まったことを示した。
【００３３】
図２は本発明の実施例によるピストン１００の下降運動時の状態を示し、空洞１５０内で流体の作動を説明するための図面である。
【００３４】
図２に示すように、ピストン１００が下降運動すると、流体１６０はその慣性によりピストン１００の空洞１５０内で上方に相対運動する。したがって、ピストン１００の下降運動時、流体１６０は空洞１５０の上側に偏り、ピストン１００の頭部部分が受ける熱を吸収する。
【００３５】
再びピストン１００が上昇運動する場合に、図１に示すように、流体１６０は空洞１５０の下側に偏り、この状態で熱をピストン１００の下方に排出する。
【００３６】
このように作動するピストンの熱排出メカニズムを考慮して、流体１６０の熱伝逹機能のために好ましい流体１６０の条件は次のようである。
【００３７】
ピストン１００の上下運動時、流体１６０がピストン１００に対して迅速な相対運動をするためには流体１６０の密度が高いことが好ましい。このような理由から前記流体は、密度が５００乃至３０，０００ｋｇ／ｍ３である密度条件を満足するのが好ましいことが研究により判明した。
【００３８】
また、ピストン１００の上部で熱を迅速に吸収し、ピストン１００の下部で熱を迅速に排出するためには、流体１６０の熱伝導度が高いのが好ましい。このような理由から前記流体１６０は、熱伝導度が０．１乃至２００Ｗ／ｍＫである熱伝導度条件を満足するのが好ましい。
【００３９】
そして、流体１６０は速い時間内に加熱／冷却できることが好ましい。このような理由から前記流体１６０は、熱容量が０．１乃至１０ｋＪ／ｋｇＫである熱容量条件を満足するのが好ましい。
【００４０】
前述の熱伝導度条件、密度条件、熱容量条件のうちの複数、最も好ましくは全ての条件を満足するのが好ましい。
【００４１】
このような条件を満足する流体として、水銀（Ｈｇ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム−ナトリウム化合物（ＮａＫ）、及びビスマス−鉛化合物（ＰｂＢｉ）を一例として挙げることができる。
【００４２】
ただし、このような一例の流体のうちのいずれか一つのみで熱伝逹物質１６０を構成しなければならないのではない。これらを適当量混合したり、これらを主材料として他の物質を添加して熱伝逹物質１６０を構成する場合にも、熱排出性能の向上効果を維持することができるためである。一例として、熱伝逹物質１６０は前述の水銀、カリウム、ナトリウム、カリウム−ナトリウム化合物及びビスマス−鉛化合物を均等率含むようにすることができる。
【００４３】
以上で本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その技術的範囲内において本発明の実施例から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者により容易に変更され得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例による内燃機関エンジン用ピストンの断面図であって、ピストンの停止時または上昇運動時の状態を示した図面である。
【図２】本発明の実施例によるピストンの下降運動状態を示した図面である。
【符号の説明】
【００４５】
１００  ピストン
１１０  ピストン本体
１１２  リング装着溝
１１４  ピストンリング
１１５  頭部面
１５０  空洞
１５２  空洞の上端
１５４  空洞の下端
１６０  熱伝達物質（流体）
【図１】
2005127300.tif 000003
【図２】
2005127300.tif 000004