JPH0710449U - ディーゼルエンジン用ピストンの冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高い耐熱負荷性を有するディーゼルエンジン
用ピストンの冷却構造を提供する。 【構成】 ディーゼルエンジン用ピストンのリエントラ
ント形燃焼室１の外周に冷却用空洞２，２ａ，２ｂを形
成し、冷却用空洞に冷却油を注入する冷却油導入口を備
えるディーゼルエンジン用ピストンの冷却構造におい
て、冷却用空洞の内径はピストン下部側よりピストン頂
部側の方が小さい内径であり、かつ、冷却用空洞の形状
はピストン下部側からピストン頂部側に向かって大きい
断面積となる形状であり、冷却油導入口は、冷却油導入
口の外周部にピストン下部側に突き出る堰を備え、冷却
油導入口の上方向で、冷却用空洞の内側に突き出る分配
壁を冷却用空洞に備える、ディーゼルエンジン用ピスト
ンの冷却構造。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ディーゼルエンジン用ピストンの冷却構造に係わり、特に高い耐熱 負荷性が要求されるリエントラント形燃焼室を有するピストンに好適なディーゼ ルエンジン用ピストンの冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、耐熱負荷性が要求されるリエントラント形燃焼室を有するディーゼルエ ンジン用ピストンの冷却構造は、図７に示すものが知られている。すなわち、ピ ストン５０の中心軸に対して偏心して設けられるリエントラント形燃焼室５１の 外周部にピストンの冷却用空洞５２を形成し、作動時に、冷却用空洞５２に図示 しない冷却油導入口より冷却油を注入し、高温になるピストン頂部５５など、特 にリエントラント部５４を冷却する。この冷却用空洞５２の断面形状は、ピスト ン下部側がピストン頂部５５側よりピストン中心軸に張り出す形状である。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来のディーゼルエンジン用ピストンの冷却構造には次の ような問題点がある。すなわち、エンジンの高出力化などに伴い大きい熱負荷が ピストンに加わる場合、リエントラント部の温度はより高温となり、変形、亀裂 あるいは溶融等を生ずる。そのため、リエントラント形燃焼室での所定の耐久性 が低下するという問題が生じる。

【０００４】 本考案は、上記従来技術の問題点に着目し、高い耐熱負荷性を有するディーゼ ルエンジン用ピストンの冷却構造を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案に係わるディーゼルエンジン用ピストンの 冷却構造において、第１考案は、ディーゼルエンジン用ピストンのリエントラン ト形燃焼室の外周に冷却用空洞を形成し、前記冷却用空洞に冷却油を注入する冷 却油導入口を備えるディーゼルエンジン用ピストンの冷却構造において、前記冷 却用空洞の内径はピストン下部側よりピストン頂部側の方が、小さい内径である ことを特徴とする。

【０００６】 第２考案は、第１考案において、冷却用空洞の断面形状は、前記ピストン下部 側から前記ピストン頂部側に向かって漸次大きい断面積となる形状である。 第３考案は、第１考案又は第２考案において、冷却油導入口は、前記冷却油導 入口の外周部に前記ピストン下部側に突き出るとともに、前記ピストン半径方向 幅が下方向に拡がる形状である堰を備える。

【０００７】 第４考案は、第３考案において、リエントラント形燃焼室とピストン外周との 距離が狭くなる側の前記冷却用空洞に、前記堰を備える前記冷却油導入口を設け る。 第５考案は、第１考案乃至第４考案のいずれか１考案において、前記冷却油導 入口の上方向で、前記冷却用空洞の内側に突き出る分配壁を前記冷却用空洞に備 える。 本考案に係わるディーゼルエンジン用ピストンの冷却構造は以上の構成とした 。

【０００８】

【作用】

上記構成による本考案の作用を説明する。 本考案の特徴の一つは冷却用空洞の形状にあり、そのピストン軸方向の断面形 状は、ピストン頂部側がピストン中心軸に張り出す形状、すなわち、冷却用空洞 の内径はピストン下部側よりピストン頂部側の方が、小さい内径である。したが って、冷却用空洞内部のピストン頂部側を流れる冷却油は、従来と比べて、リエ ントラント部とは短い距離となる。これにより、距離に反比例する放熱量は大き くなり、冷却油による冷却性が向上するので、リエントラント部等の高温度への 上昇が防止できる。

【０００９】 次に、冷却用空洞の断面形状は、ピストン頂部側がピストン中心軸に張り出す 形状に加えて、ピストン頂部側の断面積が大きい形状であり、さらに大きい冷却 性能が得られる。 また、冷却油導入口に堰を備えることで、ピストン下方向のクーリングノズル から噴射される冷却油を効率よく冷却用空洞に注入することが可能である。必要 に応じて、冷却油が注入される冷却用空洞部に分配壁を備えることで、冷却油は 所定の割合で冷却用空洞に分配されて、二方向に流れるので、良い冷却性能が得 られる。 さらに、リエントラント形燃焼室とピストン外周との距離が狭くなる側に、堰 を備える冷却油導入口を設けることで、リエントラント部のなかでも最も高温度 になる部分近傍に、低温の冷却油が流れ、効率のよい冷却が可能である。

【００１０】

【実施例】

以下に、本考案に係わるディーゼルエンジン用ピストンの冷却構造の実施例に つき、図面を参照して詳細に説明する。 まず、本考案が適用される、直噴式ディーゼルエンジンの２バルブ用ピストン の上方部における構成概要を図６に示す。ピストン１０は、頂部側にピストン中 心Ｐ０に対して偏心する中心を有するリエントラント形の燃焼室１を備えている 。この燃焼室１の偏心によりリエントラント部１１とピストン１０の外周との間 隔が狭くなる部分の上方部には、図６において左上方向から右下がりの燃料噴射 ノズル４１が別途設けられている。また、ピストン１０の右側上方部には、図示 しないシリンダヘッドの備えられる吸気バルブ４２および排気バルブ４３がある 。これらの構成は、リエントラント形の燃焼室１を偏心して配置することで、高 い燃焼効率等を得るものである。

【００１１】 次に、本実施例に係わるピストン１０に関し、図１にピストン中心軸を含む縦 断面図を、図２に図１中のＡ−Ａ断面図を、図３に図２中のＢ−Ｂ断面図を、図 ４に図２中のＣ−Ｃ断面図を、図５に図２中のＤ−Ｄ断面図をそれぞれ示す。

【００１２】 このピストン１０の構成を主として図１〜図３で説明する。球状化黒鉛鋳鉄を 素材とするピストン１０は、ピストン頂部３側の中央近傍にはピストン中心に対 して偏心するリエントラント形の燃焼室１を備え、燃焼室１とピストン外周との 間には冷却油の流路となる連続する冷却用空洞２（２ａ、２ｂ、２ｃ）を備え、 冷却用空洞２には冷却油導入口２３および冷却油流出口２４（２４ａ、２４ｂ） をそれぞれ備えている。この燃焼室１は、上方向に開口し、上端部には内側に張 り出し円周状のリエントラント部１１と、下部中央には上方向に張り出す中央丘 １２で形成される。

【００１３】 また、冷却用空洞２はピストン１０の半径方向の幅が円周方向に連続的に変化 し、ほぼ冷却用空洞２ａ部分で幅が最も狭く、一方、ほぼ冷却用空洞２ｂ部分で 幅が最も広くなっている。この冷却用空洞２の断面形状は、ピストン下部側位置 ２１よりピストン頂部側位置２２の方がピストン中心軸に張り出す形状、すなわ ち、冷却用空洞の内径はピストン下部側よりピストン頂部側の方が、小さい内径 であるとともに、ピストン下部側位置２１での半径方向の幅よりピストン頂部側 位置２２での半径方向の幅の方が大きい、すなわち、ピストン頂部側の断面積が ピストン下部側より大きい形状である。このピストン頂部側位置２２近傍が内側 に張り出すことで、燃焼室１の内壁面との距離が短くなり、燃焼室１の内壁面、 特に高温になるリエントラント部１１（１１ａ）に対する冷却効果が大きい。

【００１４】 半径方向の幅が最も狭い冷却用空洞２ａ近くにある冷却用空洞２ｃの下側に開 口する冷却油導入口２３は、ピストン１０の半径方向幅が下方向に拡がる形状で あるとともに、冷却油導入口２３の下部分は下方向に張り出す堰２５で形成され ている。また、この冷却油導入口２３の真上の冷却用空洞２ｃの上部分には、内 側に突き出る断面形状が略三角形（図４参照）の分配壁２６が形成されている。 一方、半径方向の幅が広い側の冷却用空洞２ｂ近くには、冷却用空洞２の下側に 開口する２箇所の冷却油流出口２４（２４ａ、２４ｂ）（図５参照）が設けられ ている。

【００１５】 上記冷却用空洞２を従来の冷却構造（図７参照）と比較すると、従来の冷却用 空洞５２は、ピストン下部側の方がピストン頂部５５側よりピストン中心軸に張 り出す形状であり、張り出す部分が本実施例に対してほぼ上下逆の形状である。 また、機械的強度等から求められる、冷却用空洞２、５２と燃焼室との壁の厚さ は一定値以上が必要であるので、冷却用空洞２、５２の上下のほぼ中央部分では 、燃焼室との壁の厚さは本実施例と従来とおおよそ同じである。したがって、従 来におけるピストン頂部側位置５３とリエントラント部５４との距離δ２に比し て、本実施例でのピストン頂部側位置２２とリエントラント部１１との距離δ１ は短いことが明らかである。

【００１６】 次に、本実施例の作動に関し説明する。直噴式ディーゼルエンジン作動時（図 ６参照）、ピストン１０が上死点付近にある時、吸気バルブ４２から導入される 空気が、まだ開いている排気バルブ４３に向かって若干吹き抜けることを利用す る冷却効果によって、リエントラント部１１ｂに近いリエントラント部１１は良 く冷却されるが、リエントラント部１１ｂから最も離れているリエントラント部 １１ａが最も高温になりやすい。

【００１７】 一方、冷却に関しては、図３および図４に示すように、ピストン下方に別途設 けられるクーリングノズル３１より、潤滑油である冷却油３２が冷却用空洞２ｃ に形成される分配壁２６の先端部を狙い位置として、冷却油導入口２３の方向３ ３に噴射される。この噴射時、冷却油３２は噴霧状に拡がりつつ冷却油導入口２ ３に到達するが、冷却油導入口２３はピストン下部方向に拡がり、かつ突き出す 形状であるので、冷却油３２を効率良く冷却用空洞２ｃに導入する。続いて、冷 却油３２は分配壁２６の先端部で所定量に配分され、略三角形断面のなだらかな 壁面に沿い、冷却用空洞２の逆となる方向３４、３５に導入される。

【００１８】 冷却油導入口２３から冷却用空洞２に導入された冷却油３２は、図２に示すよ うに、方向３４、３５に流れるが、方向３４の冷却油３２は冷却用空洞２ｃから すぐに、半径方向の最も狭い冷却用空洞２ａ、すなわち最も高温になりやすいリ エントラント部１１ａ（図６参照）近傍を流れる。しかし、冷却油３２は冷たい 状態にあり、極めて効率よくリエントラント部１１ａを冷却する。これにより、 リエントラント部１１ａは高温度への上昇が防止され、ピストン１０素材が有す る機械的強度等の低下を生じることがない。続いて、冷却油３２は方向３４を流 れ、リエントラント部を含む燃焼室１壁面等を冷却しつつ、冷却油流出口２４ａ に到達する。一方、逆の方向３５を流れる冷却油３２も同様に燃焼室１壁面等を 冷却しつつ、冷却油流出口２４ｂに到達する。

【００１９】 冷却油流出口２４ａに到達し、昇温状態の冷却油３２は、図５に示すように下 方向３６に流出し、ピストン内部３７等を経て、別途設けられる装置にて所定温 度に冷却・調整後、クーリングノズルに送られる。上述の逆の方向３５を流れる 冷却油３２も同様である。

【００２０】 以上詳述した実施例により、本考案の一実施例を開示したが、ピストン素材は 球状化黒鉛鋳鉄に限定するものではなく、負荷等により必要に応じて鋳鉄、アル ミ合金系などでよい。また、冷却用空洞に形成される分配壁は略三角形断面に限 定されないことは言うまでもなく、その断面は半円状、縦長の四角形など、必要 に応じる分配機能を有する形状であればよい。

【００２１】

【考案の効果】

本考案は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような 効果を奏する。 本考案の冷却用空洞の断面形状は、ピストン頂部側がピストン中心軸に張り出 す形状、すなわち、冷却用空洞の内径はピストン下部側よりピストン頂部側の方 が、小さい内径であるので、リエントラント部のより近傍部に冷却油を流すこと が可能となり、高い冷却性能が得られるので、高い耐熱負荷性を有するディーゼ ルエンジン用ピストンである。 次に、冷却用空洞の断面形状は、ピストン頂部側がピストン中心軸に張り出す 形状に加えて、ピストン頂部側の方が断面積が大きい形状である場合、リエント ラント部近傍により多くの冷却油を流すことができるので、リエントラント部等 の高温度への上昇が防止され、高い耐熱負荷性が得られる。

【００２２】 また、冷却油導入口に堰を備えることで、ピストン下方向のクーリングノズル から噴射される冷却油を効率よく冷却用空洞に注入することが可能となるので、 多量あるいは高圧噴射の冷却油が不必要であり、高価な付帯装置によるコスト上 昇を抑えられる。 また、冷却油が注入される冷却用空洞部に分配壁を備えることで、クーリング ノズルの噴射方向を調整すると、冷却用空洞の逆向きに流れる冷却油を所定の割 合で分配可能となり、噴射される冷却油は効率よくピストンを冷却をする。さら に、ピストン間でリエントラント部の温度が異なる場合は、噴射方向の調整をす るだけで、ピストンの高い耐熱負荷性が確保できる。

【００２３】 さらに、リエントラント部のなかでも最も高温度に成りやすい部分近傍、すな わち燃焼室とピストン外周との距離が狭くなる側に、冷却油導入口を設けること で、冷却能が大きい低温状態の冷却油が流れ、効率よく冷却するので、高出力エ ンジン等でもリエントラント部の溶融などの問題が生じることがなく、高い耐熱 負荷性が要求されるエンジンにも適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係わるピストン中心軸を含む縦断面
図である。

【図２】本実施例に係わる図１中のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図３】本実施例に係わる図２中のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図４】本実施例に係わる図２中のＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図５】本実施例に係わる図２中のＤ−Ｄ断面図であ
る。

【図６】本考案に係わる直噴式ディーゼルエンジンの２
バルブ用ピストンの上方部における構成概要図である。

【図７】従来のリエントラント形燃焼室を有するディー
ゼルエンジン用ピストンの冷却構造を表す図である。

【符号の説明】

１ 燃焼室（リエントラント形） ２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 冷却用空洞 ３ ピストン頂部 １１、１１ａ リエントラント部 ２１ ピストン下部側位置 ２２ ピストン頂部側位置 ２３ 冷却油導入口 ２４ａ、２４ｂ 冷却油流出口 ２５ 堰 ２６ 分配壁 ３１ クーリングノズル ３２ 冷却油 δ１ 距離

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジン用ピストンのリエン
   トラント形燃焼室の外周に冷却用空洞を形成し、前記冷
   却用空洞に冷却油を注入する冷却油導入口を備えるディ
   ーゼルエンジン用ピストンの冷却構造において、前記冷
   却用空洞の内径はピストン下部側よりピストン頂部側の
   方が、小さい内径であることを特徴とするディーゼルエ
   ンジン用ピストンの冷却構造。
2. 【請求項２】 冷却用空洞の断面形状は、前記ピストン
   下部側から前記ピストン頂部側に向かって漸次大きい断
   面積となる形状である請求項１に記載のディーゼルエン
   ジン用ピストンの冷却構造。
3. 【請求項３】 冷却油導入口は、前記冷却油導入口の外
   周部に前記ピストン下部側に突き出るとともに、前記ピ
   ストン半径方向幅が下方向に拡がる形状である堰を備え
   る請求項１又は請求項２記載のディーゼルエンジン用ピ
   ストンの冷却構造。
4. 【請求項４】 リエントラント形燃焼室とピストン外周
   との距離が狭くなる側の前記冷却用空洞に、前記堰を備
   える前記冷却油導入口を設ける請求項３に記載のディー
   ゼルエンジン用ピストンの冷却構造。
5. 【請求項５】 前記冷却油導入口の上方向で、前記冷却
   用空洞の内側に突き出る分配壁を前記冷却用空洞に備え
   る請求項１〜４のいずれか１項に記載のディーゼルエン
   ジン用ピストンの冷却構造。