(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン本体の内部に、上部空洞と下部空洞とが互いにずれた状態で連通した断面略瓢箪形とされた冷却油導入用の油溜まりが前記ピストン本体の円周方向に沿って環状に形成された内燃機関のピストンにおいて、前記油溜まりのランド側の壁面におけるリング溝の内側に対応する部位付近からピストン中心側へ向かって、前記ピストン本体の上下動に伴って移動する前記冷却油を衝突させる突起が一体的に形成され、この突起は、前記上部空洞と下部空洞との境目の上向き傾斜面の下側に位置し、且つ、前記油溜まりにおける直径方向の排気弁側にのみ形成されたことを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
前記突起は、前記油溜まり内に前記冷却油を供給するための油供給口を回避して形成された請求項１記載の内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のピストンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、直接噴射式の鋳鉄製ピストンにおいては、その頂部に凹状に窪んだ燃焼室が形成され、また外周部にピストンリングを装着するための複数のリング溝が形成されている。そして、内部には、ピストン運転時に高温となる燃焼室やリング溝を冷却するための冷却油を導入する油溜まり(以下、「オイルギャラリー」と称する。)が形成されている。
【０００３】
この種のオイルギャラリーとしては様々な形状ものがあるが、その一例として、図９乃至図１１に示すものがある。このオイルギャラリー(１)は、ピストンピンボス(２)の上側でピストン本体(３)の円周方向に沿って略環状に形成され、ピストン本体(３)の外周部における頂面からトップリング溝(４)までのトップランド(５)の内側に形成された上部空洞(６)と、この上部空洞(６)よりも下方でリング溝(４)(４)…の内側に形成された下部空洞(７)とが互いに内外方向にずれた状態で連通した断面略瓢箪形となっている。
【０００４】
図１２は、上記オイルギャラリー(１)を備えたピストンの上昇過程における冷却油(８)の流れを示しており、また図１３はピストンの下降過程における冷却油(８)の流れを示している。このように、ピストンの上下動によってオイルギャラリー(１)内の冷却油(８)をシェイキングすることで、冷却油(８)を攪拌して熱伝導を促進し、燃焼室(９)の周辺部分やリング溝(４)(４)…の溝底部分の温度上昇を低減するようになっている。
【０００５】
特に、上記のようにオイルギャラリー(１)の形状を断面略瓢箪形にした場合、ピストンの上昇過程において冷却油(８)が上部空洞(６)と下部空洞(７)との境目の上向き傾斜面(10)にぶつかり、これによって傾斜面(10)における油が付着して熱伝導が非常に悪くなった一種の被膜層を破壊して、熱伝達をより一層促進し、トップリング溝(４)の溝底温度を下げる効果があった。なお、図中、(11)はオイルギャラリー(１)内に冷却油(８)を供給するための油供給口、(12)はオイルギャラリー(１)内の冷却油(８)を排出するための油排出口、(13)は使用時には閉塞される砂抜き孔、(14)はピストンスカートである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンの高出力化が進むと、従来の冷却構造では十分に対応することができず、燃焼室(９)の周辺部分やリング溝(４)(４)…のなかでも特にトップリング溝(４)の溝底部分の温度が高くなって、ピストン自体の熱強度に悪影響を与えたり、ピストンリングによって掻き落とされる潤滑油が固化してピストンリングが膠着し、これによってブローバイガスが発生するといった不具合があった。
【０００７】
また、実開平3-1242号公報には、オイルギャラリー内に高熱伝導部材を埋設してトップリング溝の溝底温度を低減することが記載されているが、この場合、ピストンとは別体の高熱伝導部材を必要とするため、部品点数が増えて構造が複雑になり、製造コストも嵩むといった不具合があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑み、簡単な構造で燃焼室の周辺部分やリング溝の溝底部分の温度上昇を十分に抑えることができる冷却能力に優れた内燃機関のピストンの提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明は、ピストン本体の内部に、上部空洞と下部空洞とが互いにずれた状態で連通した断面略瓢箪形とされた冷却油導入用の油溜まりが前記ピストン本体の円周方向に沿って環状に形成された内燃機関のピストンにおいて、前記油溜まりのランド側の壁面におけるリング溝の内側に対応する部位付近からピストン中心側へ向かって、前記ピストン本体の上下動に伴って移動する前記冷却油を衝突させる突起が一体的に形成され、この突起は、前記上部空洞と下部空洞との境目の上向き傾斜面の下側に位置している。なお、突起は、リング溝のなかでも最も上部に位置するトップリング溝に対応して形成するのが望ましい。
【００１０】
これによって、ピストンの上昇及び下降過程においては、冷却油が突起の上面及び下面に激しく衝突するので、冷却油の攪拌効率を格段に高めることができ、突起周辺の被膜層すなわちリング溝の内側の被膜層を確実に破壊し、しかも突起に当たって飛散した冷却油が従来では届き難かった油溜まりの内壁面にもぶつかり易くなって、燃焼室の内側の被膜層も破壊する。これによって熱伝達を従来よりも促進して、燃焼室の周辺部分及びリング溝の溝底部分の温度を十分に下げることができる。
【００１１】
そして、前記突起を、前記油溜まりにおける排気弁側にのみ形成して、吸気弁側とこれよりも温度が高くなる排気弁側との温度の均一化を図っている。さらに前記突起を、前記油溜まり内に前記冷却油を供給するための油供給口を回避して形成して、冷却油の油溜まり内への供給が突起によって邪魔されることがないようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明するが、その前提となる参考例についてまず説明する。図１及び図２は参考例に係るピストンの縦断面図、図３は同じくその横断面図である。本参考例に係る鋳鉄製ピストンは、オイルギャラリー(１)内にピストン本体(３)の上下動に伴って移動する冷却油(８)を衝突させる突起(20)を一体的に形成し、これによって冷却油(８)の攪拌効率を高めて冷却能力を向上させるようにしている。
【００１３】
前記オイルギャラリー(１)は、従来と同様に上部空洞(６)と下部空洞(７)とが互いにずれた状態で連通した断面略瓢箪形とされ、そのピストン中心側の壁面上部に燃焼室(９)に沿って外方向に張り出した下向き傾斜面(22)を有し、ランド側の壁面にトップリング溝(４)を囲むように外方向に張り出した上向き傾斜面(10)を有している。
【００１４】
前記突起(20)は、オイルギャラリー(１)のランド側の壁面におけるリング溝(４)(４)…の内側に対応する部位付近、特に複数のリング溝(４)(４)…のなかでも冷却の必要性の高いトップリング溝(４)の内側に対応する部位付近から内方向に向かって突出しており、上向き傾斜面(10)の下側に位置している。
【００１５】
また、この突起(20)は、図３に示すように、オイルギャラリー(１)の底壁に形成された油供給口(11)の直上空間を遮断しないように、油供給口(11)を回避して全体的に略環状に形成されている。これにより、油供給口(11)からオイルギャラリー(１)内に冷却油(８)がスムーズに供給されるようにしている。なお、その他の構成は、従来の図９乃至図１１に示す構造と同様であり、従来と同様の機能を有する部材については同符号を付してある。
【００１６】
ここで、ピストンの上下動に伴うオイルギャラリー(１)内の冷却油(８)の流れについて説明する。図４は、ピストンの上昇過程における冷却油(８)の流れを示しており、また図５は、ピストンの下降過程における冷却油(８)の流れを示している。まず、ピストンの上昇過程においては、冷却油(８)が上部空洞(６)と下部空洞(７)との境目の傾斜部分(10)にぶつかるだけでなく、上向き傾斜面(10)に沿った流れを遮断するように突出した突起(20)の上面にも激しく衝突するので、傾斜面(10)及び突起(20)周辺の被膜層すなわちトップリング溝(４)の内側の被膜層を確実に破壊し、しかも突起(20)の上面に当たって飛散した冷却油(８)が従来では届き難かったオイルギャラリー(１)の下向き傾斜面(22)付近にもぶつかり易くなって、燃焼室(９)の内側の被膜層も破壊することができる。
【００１７】
また、ピストンの下降過程においては、従来構造では比較的スムーズに流れていた冷却油(８)が、突起(20)の下面に衝突して当たり乱れるため、突起(20)の下側周辺の被膜層を破壊し、しかも突起(20)の下面に当たって飛散した冷却油(８)によってオイルギャラリー(１)の下向き傾斜面(22)付近の被膜層をも破壊することができる。
【００１８】
このように、オイルギャラリー(１)内に形成した突起(20)に冷却油(20)を衝突させることによって、冷却油(８)の攪拌効率を格段に高めることができ、トップリング溝(４)の内側の被膜層を広範囲にしかも確実に破壊するだけでなく、従来構造では困難であった燃焼室(９)の内側の被膜層も破壊することができようになり、これによって熱伝達を従来よりも促進して、エンジンの出力が高くなってもピストンにおける燃焼室(９)の周辺部分及びトップリング溝(４)の溝底温度を十分に下げることができる。
【００１９】
図６乃至図８は、上記の参考例を前提とした本発明の実施形態に係るピストンの構造を示しており、このピストンにおいては、環状のオイルギャラリー(１)のうちの直径方向の排気弁側の約半分に突起(30)を形成している。一般に、ピストンの温度は、吸気弁側よりも排気弁側の方が高温となり、従ってオイルギャラリー(１)内のほぼ全周に渡って突起(20)を一様に形成していたのでは、吸気弁側と排気弁側とで燃焼室(９)の周辺部分やトップリング溝(４)の溝底部分の温度にばらつきが生じるが、上記のように排気弁側のみ突起(30)を形成することによって、特に高温となる排気弁側の温度上昇を確実に抑え、しかも燃焼室(９)の周辺部分やトップリング溝(４)の溝底部分の温度の均一化を図ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、油溜まり内に突起を形成するだけの極めて簡単な構造により、油溜まり内の冷却油の攪拌効率を格段に高めることができ、リング溝の内側の被膜層を確実に破壊するだけでなく、従来構造では困難であった燃焼室の内側の被膜層も破壊することも可能で、熱伝達を従来よりも促進させて燃焼室の周辺部分及びリング溝の溝底温度を十分に下げることができる。
【００２１】
従って、エンジンの高出力化が進んでも、ピストン自体の熱強度疲労を低減することができるとともに、潤滑油の固化に伴うピストンリングの膠着を防止して、ブローバイガスの発生を抑えることができ、これによってピストンの耐久性の向上を図ることができる。
【００２２】
また、油溜まりにおける排気弁側にのみに突起を形成することによって、高温となる排気弁側の温度上昇を確実に抑え、しかもピストンの吸気弁側と排気弁側とで燃焼室の周辺部分やリング溝の溝底部分の温度の均一化を図ることができ、長期使用によりピストンの吸気弁側と排気弁側とで精度的にばらつき生じてしまうといった不具合を防止することができる。
【００２３】
さらに、油供給口を回避して突起を形成することによって、油供給口から油溜まり内への冷却油の供給を突起に邪魔されることなくスムーズに行うことができ、これによって熱交換の行われていない低温の冷却油を素早く油溜まり内に導入して、冷却能力をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の前提となる参考例のピストンの正面断面図である。
【図２】  同じくその側断面図である。
【図３】  同じくその平面断面図である。
【図４】  ピストンの上昇過程における冷却油の流れを示す図である。
【図５】  ピストンの下降過程における冷却油の流れを示す図である。
【図６】  この発明の実施形態に係るピストンの正面断面図である。
【図７】  同じくその側断面図である。
【図８】  同じくその平面断面図である。
【図９】  従来のピストンの正面断面図である。
【図１０】  同じくその側断面図である。
【図１１】  同じくその平面断面図である。
【図１２】  ピストンの上昇過程における冷却油の流れを示す図である。
【図１３】  ピストンの下降過程における冷却油の流れを示す図である。
【符号の説明】
(１)  油溜まり
(３)  ピストン本体
(４)  リング溝
(８)  冷却油
(９)  燃焼室
(11)  油供給口
(30)  突起
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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