(57)【要約】    【課題】  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。【解決手段】  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。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。  【選択図】  図３
2007146819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン頭部に燃焼室が形成され、燃焼室の周囲に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の流出孔から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いる
構造のエンジン用ピストン。
【請求項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、
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
を特徴とする請求項１記載のエンジン用ピストン。
【請求項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。
【請求項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の排出孔から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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項７】
ピストン頭部に燃焼室が形成され、燃焼室の周囲に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、
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、
冷却が行われること
を特徴とするエンジン用ピストンの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【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、特にディーゼルエ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/ｌ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ってきた。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ベルに保つ試みがなされている。
【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１ａ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、オープ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が設けられている。
【０００７】
ピストンクーリングノズル７からは、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。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に捕捉されなかった冷却用オイルは、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に向かって遡る。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、１Ｂから構成されている。両部材１Ａ、１Ｂ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１Ａ、１Ｂ同士が固定される。
【００１１】
両部材１Ａ、１Ｂ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、１Ｂ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】
【発明が解決しようとする課題】
【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いという問題がある。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の狙い位置を、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ある。
【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ではなく、鋳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、鋳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、オープンギャラリタイプにならざるを得ない。
【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の冷却効率が悪いという問題がある。
【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、冷却用オイルが、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く、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】
しかしながら、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と比較して少ないと言わざるを得ない。
【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、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、燃焼室の周囲に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の排出孔から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いる
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の排出孔から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、燃焼室の周囲に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、
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ャラリ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く、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かしつつ、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１ｅ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１ｅ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１ｂ側に流出してしまいオイル消費を悪化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化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、本実施例のピストン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、鋳造によって一体成形されるピストンを想定している。
【００４７】
同図３に示すように、ピストン１の頭部１ａ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１ａにあって外周面には、リング溝１ｃが環状に形成されている。リング溝１ｃには、ピストンリングがはめ込まれる。リング溝１ｃの下方のピストン外周面は、ピストンスカート１ｂを構成している。ピストン１には、ピストンスカート１ｂ側の孔１ｄと燃焼室裏面４側の孔１ｅ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掻き落とされた冷却用オイルは、ピストンスカート側孔１ｄ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１ｅ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が形成されている。
【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に向かって矢印Ａに示すように冷却用オイ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からみた図でプレート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いる。
【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１ｅ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１ｅ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を撓らせて、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いようにピストン１に保持される。
【００６７】
プレート１０の突起部１２、１２が、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、ガタつきなく、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に向かって矢印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く、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のいずれかに、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く、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に向かって流れる。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ャラリ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。
【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く、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かしつつ、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１ｅ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１ｅ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１ｂ側に流出してしまいオイル消費を悪化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化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い。
【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いる。
【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い。
【００９８】
また、上述した実施例では、鋳造によって、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、削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に示すピストン１では、削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（オープンギャラリ）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、削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１０′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、削り出し加工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に示すごとく、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に示すごとく、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に示すごとく、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に示すごとく、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が、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。
【符号の説明】
【０１０７】
１  ピストン  ２  燃焼室  ３  燃焼室冷却用ギャラリ  ４  燃焼室裏面  ５  流入孔  ６  第１の排出孔  ８  燃焼室裏面冷却用ギャラリ  １０  プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007146819.tif 000007
【図６】
2007146819.tif 000008
【図７】
2007146819.tif 000009
【図８】
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