(57)【要約】【課題】シリンダーヘッドの素材を変更することなく、燃焼室周辺を冷却して燃焼室の温度を低下できるエンジンのピストンを提供する。【解決手段】シリンダーブロックに内蔵されたピストンと前記シリンダーブロックに取り付けられるシリンダーヘッドとの間に燃焼室が形成されるエンジンにおいて、前記ピストンのクラウン部下面に表面積拡張部が形成されることを特徴とする。【選択図】図３
2009293611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーブロックに内蔵されたピストンと前記シリンダーブロックに取り付けられるシリンダーヘッドとの間に燃焼室が形成されるエンジンにおいて、
前記ピストンのクラウン部下面に表面積拡張部が形成されることを特徴とするエンジンのピストン。
【請求項２】
前記表面積拡張部は、冷却溝からなることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンのピストン。
【請求項３】
前記表面積拡張部は、連続して形成される冷却溝と冷却ピンとからなることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンのピストン。
【請求項４】
前記冷却溝は、吸気バルブポケットが形成される部分の下部に、ピストンピン軸の垂直方向に形成されることを特徴とする、請求項２に記載のエンジンのピストン。
【請求項５】
前記冷却溝は、ピストンピン軸の垂直方向に細長いドーム形状に形成されることを特徴とする、請求項２に記載のエンジンのピストン。
【請求項６】
前記冷却溝は、クラウン部下面の一側端部から両側ピンボスの間に延長して成形されることを特徴とする、請求項２に記載のエンジンのピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのピストンに係り、より詳しくは、円滑な冷却作用により燃焼室の温度を低下させることによって異常燃焼による部品損傷、騒音および振動の発生を改善できるエンジンのピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、エンジンの燃焼室４は、シリンダーブロック１に設けられたピストン２の上面と前記シリンダーブロック１の上面にガスケットを介在した状態で取り付けられたシリンダーヘッド３によって形成される（シリンダーヘッド３の下面にシリンダーボアの上部を覆う凹状の燃焼室上部面が形成される）。
前記ピストン２はコネクティングロッド５を介してクランクシャフトに連結され、ピストン２の上下運動を回転運動に切り換える。
【０００３】
図２の（ａ）は前記ピストン２の平面図であり、図２の（ｂ）は前記ピストンの正面図であり、図２の（ｃ）は図２の（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図２の（ｄ）はピストン２の底面図であり（図２の（ａ）、Ａ方向における底面図）、図２の（ｅ）はピストンクラウン部下面の平面図である。
【０００４】
図２に示すように、ピストン２の上面、すなわち、クラウン部２ａの上面には吸気／排気バルブが最大にリフトしたときにバルブとピストンとの衝突を避けるためのバルブポケット（２ｃ；排気バルブポケット、２ｄ；吸気バルブポケット）が形成され、ピストン内側のクラウン部２ａの下面は上方に凹状（ピンボス２ｂ形成部は除く）に形成され、互いに対向する部分にピンボス２ｂが形成され、同時にピンホール２ｂ’が形成され、ピストンピンを介して前記コネクティングロッドの小端部とピストンを結合できる機構になっている。
【０００５】
ところで、ターボチャージャーが取り付けられたエンジンでは、過給作用によって燃焼室４の圧縮比が過度に上昇する場合、上死点付近で燃焼時に過給された空気との急激な混合によってノッキングなどのような異常燃焼が発生する。
異常燃焼が発生すると高熱と高圧により、吸気／排気バルブの溶損、ピストンの破損および固着、シリンダーヘッドのバルブブリッジのクラック発生など、エンジン主要部品が損傷してエンジンの耐久性が悪化する。
【０００６】
また、前記異常燃焼現象によって車両の発進または変速時に燃焼騒音が発生する問題点があった。
また、前記異常燃焼現象によってエンジンに異常振動が発生する問題点があった。
【０００７】
通常、上記のような場合、スパーク（点火）タイミングを遅らせるか燃焼室４の温度を低めて異常着火による燃焼進行が起こらないようにしているが、スパークタイミングを遅らせる場合にはエンジン出力が低下し、燃焼室の温度を低下させるために燃焼室周辺のシリンダーヘッドにウォータージャケット（冷却水通路）を形成する場合にはシリンダーヘッドの素材を変更しなければならない問題点があった。
【０００８】
特許文献１は、シリンダーブロック及びシリンダーヘッド内のウォータージャケットの構成に工夫を凝らして、少ない冷却水量でもエンジンの熱負荷を効率良く低減することにより、燃費の向上を図りつつ、エンジンの冷却性能及び信頼性を確保するものであるが、特別な冷却水流通路の構成を必要とする。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２９１９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、異常燃焼を防止するための方法のうち燃焼室の温度を低める方案を採用し、シリンダーヘッドの素材を変更することなく、燃焼室周辺を冷却して燃焼室の温度を低下できるエンジンの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】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明に係るエンジンのピストンは、シリンダーブロックに内蔵されたピストンと前記シリンダーブロックに取り付けられるシリンダーヘッドとの間に燃焼室が形成されるエンジンにおいて、前記ピストンのクラウン部下面に表面積拡張部が形成されることを特徴とする。
【００１２】
前記表面積拡張部は冷却溝からなっている。
また、前記表面積拡張部は、連続して形成される冷却溝と冷却ピンとからなっている。
また、前記冷却溝は、吸気バルブポケットが形成される部分の下部に、ピストンピン軸の垂直方向に形成される。
前記冷却溝はピストンピン軸の垂直方向に細長いドーム形状に形成される。
前記冷却溝はクラウン部下面の一側端部から両側ピンボスの間に延長して成形される。
【発明の効果】
【００１３】
前記の構成により、ピストンのクラウン部、特にエンジンオイルが噴射される部分の表面積が増加することにより、ピストンのクラウン部を経てエンジンオイルへの熱伝達が活発になってピストンの上面温度が低下し、それゆえに燃焼室の温度が低下する。
したがって、異常燃焼現象を防止することにより、異常燃焼による高熱／高圧によってエンジン部品が損傷することを防止し、また、異常燃焼による燃焼騒音および振動が改善できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図３は本発明に係るピストンが適用されたエンジンの構成図であって、シリンダーブロック１とピストン２とシリンダーヘッド３およびコネクティングロッド５が簡略的に示されている。
【００１５】
周知のように、シリンダーブロック１の内部にはピストン２が内蔵され、前記ピストン２にはコネクティングロッド５が連結され、前記シリンダーブロック１の上部にはシリンダーヘッド３が取り付けられ、ピストン２の上面と共に燃焼室４を形成する。シリンダーブロック１とシリンダーヘッド３との間には燃焼ガス漏れを防止するためのガスケットが設けられる。
【００１６】
本発明では前記燃焼室４の温度を低下させるために燃焼室４の下部をなすピストン２の温度を低下させる方法を採用した。
【００１７】
また、前記ピストン２の冷却効果を倍加させるためにシリンダーブロック１にはピストンクーリングジェット６が設けられる。
【００１８】
前記ピストンクーリングジェット６はエンジンオイルをピストン２の内側面、すなわちクラウン部２ａの下面に噴射するエンジンオイル噴射装置であり、シリンダーブロック１のクランクケース上端部に取り付けられる。
【００１９】
しかし、その取付け位置はコネクティングロッド５の大端部とそれに連結されたクランクシャフトの作動時に干渉されない部位であればよく、特定位置に限定されるものではない。
【００２０】
但し、前記ピストンクーリングジェット６の噴射ノズル端部はエンジンオイルがピストンクラウン部の下面に噴射されるようにピストン２のクラウン部２ａの下面に向かって位置しなければならず、例示した実施形態ではピストン２のクラウン部２ａの下面のうちでも吸気バルブが設けられる側、すなわち吸気バルブポケット（２ｄ；図２の（ａ）参照）が形成された部分の下面側に向かうようになっている。
【００２１】
しかし、前記ピストンクーリングジェット６をシリンダーブロック１の反対側部分に設け、噴射ノズルをピストン２の排気バルブポケット２ｃ形成部の下面側に向かうように設けることもできる。
【００２２】
また、前記ピストンクーリングジェット６のエンジンオイル流入部（管）はクランクケースの下部に付着されるオイルパンの油面下側に延長設置されてオイルパンに溜まっているオイルを吸入するように設けてもよく、前記オイルパンのオイルをシリンダーヘッド側に移送するシリンダーブロック１の内に形成されたオイルギャラリーの内部に延び、その内部を流れるオイルを吸入するように設けてもよい。エンジンオイルの供給を受けるための当然の構成であるために詳細な図示は省略する。
【００２３】
一方、図４の（ａ）は図２の（ｃ）の対応図（改善前後の比較）であり、図４の（ｂ）は図２の（ｅ）の対応図であり、図４の（ｃ）は図２の（ｄ）の対応図である。
図に示すように、本発明に係るピストン２のクラウン部２ａの下面には表面積拡張部が形成される。
【００２４】
前記表面積拡張部は様々な形態で実現することができ、本実施形態では冷却溝２ｆで構成した。
すなわち、ピストンクラウン部２ａの下面には所定間隔をおいて１対の冷却溝２ｆが形成され、その冷却溝２ｆの間の部分が冷却溝２ｆに比べて相対的に引込んだ冷却ピン２ｅとなる。すなわち、冷却溝２ｆと冷却ピン２ｅが連続して形成される。
【００２５】
また、前記冷却溝２ｆと冷却ピン２ｅはピンボス２ｂの孔に挿入されるピストンピンの軸方向に対して垂直方向に形成される。
【００２６】
図４の（ｂ）はクラウン部の下面を上側にした状態を示したものであるため、前記冷却ピン２ｅに比べて冷却溝２ｆ部分が突出するように見られる。
【００２７】
図４の（ｃ）にはピストンの底面図、すなわちクラウン部を下方から示した状態（図４の（ａ）と位相が同じであり、図４の（ｂ）に対しては９０度回転した状態）が示されている。前記冷却溝２ｆがピストンの上面に向かって凹んで細長いドーム形状に形成されていることが分かり、冷却溝２ｆの端部は丸い形状に形成されている。
【００２８】
図４の（ｄ）斜視図に示すように、ピストン２の内部形状を形成するためのアンダークラウン金型７の上面に冷却溝形成用突起部２ｆ’が所定間隔離隔して形成される。前記突起部２ｆ’の間の空間に前記冷却ピン２ｅが形成される。
【００２９】
前記のような表面積拡張部はピストンクラウン部の下面に複数の突起と溝を規則的または不規則的なパターンで形成することができ、その溝と突起の形状に特に制限はない。
すなわち、クラウン部の下面に規則的な矩形断面を有した冷却ピンを一定間隔ごとに形成するか、半球型の突起を一定間隔に形成するか、三角形断面または半円形断面の凹凸を繰返して形成するなど、前述したように様々な方式で形成することができる。
【００３０】
一方、前記表面積拡張部は、前記ピストンクーリングジェット６との相互上昇作用（ピストン冷却作用）のために、ピストンクーリングジェット６からエンジンオイルが噴射される部分に形成される。
【００３１】
この場合、拡張された表面積（前記実施形態の場合、冷却溝２ｆと冷却ピン２ｅによって拡張された表面積）全体にエンジンオイルが満遍なく噴射して塗布され、エンジンオイルによる冷却作用がより広い面積にかけてなされることによって、ピストンクラウン部の冷却がより効果的になされる。
【００３２】
したがって、前記実施形態において、前記冷却ピン２ｅと冷却溝２ｆはピストン中心軸を基準に、吸気バルブポケット２ｄが形成された側（吸気側部分）のクラウン部２ａの下面に形成される。
【００３３】
また、前記冷却ピン２ｅと冷却溝２ｆはクラウン部２ａの下面に水平に形成される。
また、前記冷却ピン２ｅと冷却溝２ｆはクラウン部２ａ下面の一側端部から両側ピンボス２ｂの間に延長して成形される。
【００３４】
したがって、噴射されたピストンクーリングジェット６から噴射されたエンジンオイルが前記冷却ピン２ｅと冷却溝２ｆの面積全体に塗布され、これらが形成されていない場合に比べてより広い面積にかけて冷却がなされる。
【００３５】
上記のようにクラウン部下面の表面積拡張部で活発な冷却作用がなされることにより、クラウン部２ａの上面、すなわちピストン２の上面からクラウン部の下面への熱伝達が活発になり、ピストンの上面と接した燃焼室４の温度（より正確には燃焼室に充填された混合器の温度）が低下し、任意地点における異常着火による異常燃焼が発生しなくなる。
特に異常燃焼が発生する吸気側部分の冷却が円滑になされることにより、吸気過給時に発生する異常燃焼現象を抑制するのに効果的である。
【００３６】
上記のように、ピストンの冷却によって燃焼室の温度が低下し、異常燃焼が発生しなくなることにより、異常燃焼による高熱および高圧によって生ずる、吸気／排気バルブの溶損、シリンダーヘッドバルブブリッジのクラック発生、ピストンのクラウン部破損などの用品耐久問題が改善される。
【００３７】
また、異常燃焼が発生しないために車両発進および変速時に異常燃焼騒音および異常振動が発生しなくなる。
また、本発明は、燃焼室の温度の低下をピストン冷却によって達成するため、シリンダーヘッドにウォータージャケットを形成する必要がなく、シリンダーヘッドの素材を変更する必要がなくなる長所がある。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、燃焼室の温度を低下させることにより、異常燃焼による部品損傷、騒音および振動の発生を改善できるエンジンのピストンに関する分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】エンジンの概略断面図である。
【図２】従来のピストンに係る図面であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は底面図、（ｅ）はピストンクラウン部下面の平面図である。
【図３】本発明が適用されたエンジンの概略断面図である。
【図４】本発明に係るピストンの図面であり、（ａ）は吸気バルブポケット形成部の断面図、（ｂ）はピストンクラウン部下面の平面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）はピストンクラウン部の下面形状を形成するためのアンダークラウン金型の斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：シリンダーブロック
２：ピストン
２ａ：クラウン部
２ｂ：ピンボス
２ｃ：排気バルブポケット
２ｄ：吸気バルブポケット
２ｅ：冷却ピン
２ｆ；冷却溝
２ｆ’：冷却溝形成用突起部
３：シリンダーヘッド
４：燃焼室
５：コネクティングロッド
６：ピストンクーリングジェット
７：アンダークラウン金型
【図１】
2009293611.tif 000003
【図２】
2009293611.tif 000004
【図３】
2009293611.tif 000005
【図４】
2009293611.tif 000006