JPS6233427B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6233427B2 JPS6233427B2 JP56044735A JP4473581A JPS6233427B2 JP S6233427 B2 JPS6233427 B2 JP S6233427B2 JP 56044735 A JP56044735 A JP 56044735A JP 4473581 A JP4473581 A JP 4473581A JP S6233427 B2 JPS6233427 B2 JP S6233427B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- liquid
- cooling
- radial
- liquid cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/16—Pistons having cooling means
- F02F3/20—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
- F02F3/22—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0076—Pistons the inside of the pistons being provided with ribs or fins
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は往復動機関の液体冷却式ピストンの改
善に関する。
善に関する。
往復動機関特に内燃機関のピストンは燃焼室内
の高いガス圧と燃焼温度に対して十分の強度を保
持する必要があり、その耐圧性と耐熱性の両面か
らみたバランスのとれた設計が必要である。
の高いガス圧と燃焼温度に対して十分の強度を保
持する必要があり、その耐圧性と耐熱性の両面か
らみたバランスのとれた設計が必要である。
最近の高出力機関用のピストンに対しては、特
にこのための考慮を払つたものが提案され、実用
化されている。
にこのための考慮を払つたものが提案され、実用
化されている。
その代表例の１つとしては、第１図に示す従来
形放射状リブ付ピストンがある。この形式は、ピ
ストンの内部に設けた液体冷却空間１０を６〜10
個の放射状リブ３によつて分割し、この放射状リ
ブ３によつてピストン頂面壁１を支えると共に、
半径方向の強度を増して耐圧性を向上させ、ピス
トン頂面壁１の肉厚を薄くして冷却効果を高めて
いる。
形放射状リブ付ピストンがある。この形式は、ピ
ストンの内部に設けた液体冷却空間１０を６〜10
個の放射状リブ３によつて分割し、この放射状リ
ブ３によつてピストン頂面壁１を支えると共に、
半径方向の強度を増して耐圧性を向上させ、ピス
トン頂面壁１の肉厚を薄くして冷却効果を高めて
いる。
この形式の欠点は、放射状リブ３の配置に対す
る基本的考え方が、設計上できるだけ少ないリブ
で最大の対圧性向上効果を狙うため、放射状リブ
３、ピストン外側壁２及び円形リブ４によつて形
成される液冷小室５の断面形状ができるだけ円形
あるいは正方形に近い変形四辺形（角Ｒ付）を指
向しているため、液冷小室５の半径方向長さＬと
円周方向の平均巾Ｂの比Ｌ／Ｂは必然的に1.0に
近い値となり、2.0を起えるものはない。なお、
本形式には円形リブ４がない変形例があるが、こ
の場合もリブの内側端（内径側）に円形リブを想
定すると上記の設計法に類似な考え方にたつてい
ることが判る。
る基本的考え方が、設計上できるだけ少ないリブ
で最大の対圧性向上効果を狙うため、放射状リブ
３、ピストン外側壁２及び円形リブ４によつて形
成される液冷小室５の断面形状ができるだけ円形
あるいは正方形に近い変形四辺形（角Ｒ付）を指
向しているため、液冷小室５の半径方向長さＬと
円周方向の平均巾Ｂの比Ｌ／Ｂは必然的に1.0に
近い値となり、2.0を起えるものはない。なお、
本形式には円形リブ４がない変形例があるが、こ
の場合もリブの内側端（内径側）に円形リブを想
定すると上記の設計法に類似な考え方にたつてい
ることが判る。
従つて本型式のピストン冠は以下の欠点があ
る。
る。
(1) リブの数が高々10個程度以下であるので、耐
圧性の向上に限界がある。
圧性の向上に限界がある。
(2) 液冷小室に面するピストン内部壁面の面積
（冷却面々積）があまり大きくとれないので、
耐熱性向上におのずと限界がある。
（冷却面々積）があまり大きくとれないので、
耐熱性向上におのずと限界がある。
(3) リブが放射状に配列されているため、このリ
ブが半径方向と周方向の剛性のアンバランスを
与え各種の応力集中を招きやすい。
ブが半径方向と周方向の剛性のアンバランスを
与え各種の応力集中を招きやすい。
次に従来技術の他の代表例としては、いわゆる
多孔式ピストン（あるいはボア冷却式ピストン）
がある。本形式は、上述の従来形放射状リブ付ピ
ストンに比較して、一段とその耐圧性、耐熱性を
向上することを狙うものであり、第３図及び第４
図ａ，ｂに示すように、ピストン内部に多数の冷
却孔６または６′を有する型式である。各冷却孔
の断面（ピストン軸に対して直角断面）形状は円
形または楕円形（円形の孔がピストン軸に対し傾
斜している場合）あるいは変形の四辺形、三角形
（角Ｒ付）である。本形式ではピスト内部に多く
の余肉７または７′を残すことができるので、そ
の耐圧性は非常に向上する。さらに多数の冷却孔
６または６′の内面が冷却面となるので冷却面々
積は増大して、冷却効果向上による耐熱性向上の
可能性が出てくる。
多孔式ピストン（あるいはボア冷却式ピストン）
がある。本形式は、上述の従来形放射状リブ付ピ
ストンに比較して、一段とその耐圧性、耐熱性を
向上することを狙うものであり、第３図及び第４
図ａ，ｂに示すように、ピストン内部に多数の冷
却孔６または６′を有する型式である。各冷却孔
の断面（ピストン軸に対して直角断面）形状は円
形または楕円形（円形の孔がピストン軸に対し傾
斜している場合）あるいは変形の四辺形、三角形
（角Ｒ付）である。本形式ではピスト内部に多く
の余肉７または７′を残すことができるので、そ
の耐圧性は非常に向上する。さらに多数の冷却孔
６または６′の内面が冷却面となるので冷却面々
積は増大して、冷却効果向上による耐熱性向上の
可能性が出てくる。
ただし以下の欠点が残る。
(1) 冷却孔６または６′の断面が円形に近いの
で、その半径方向長さＬと周方向代表巾Ｂの比
Ｌ／Ｂは1.0に近い値であるので、その最大端
部（即ち開口部）における冷却液の入口と出口
の区分が困難であり、冷却孔６または６′の先
端部まで新しい低温の冷却液を供給することが
不可能となり、そのため冷却面積当りの冷却効
果が低下する。特に冷却孔の深さｈがＬに対し
て大きい場合はこの低下量が無視できなくな
る。
で、その半径方向長さＬと周方向代表巾Ｂの比
Ｌ／Ｂは1.0に近い値であるので、その最大端
部（即ち開口部）における冷却液の入口と出口
の区分が困難であり、冷却孔６または６′の先
端部まで新しい低温の冷却液を供給することが
不可能となり、そのため冷却面積当りの冷却効
果が低下する。特に冷却孔の深さｈがＬに対し
て大きい場合はこの低下量が無視できなくな
る。
(2) 冷却孔の数が非常に多いので、成形、加工費
が高くなる。各々の冷却孔に対してそれぞれに
冷却液供給ノズル等を設ける場合、更に加工費
は上る。
が高くなる。各々の冷却孔に対してそれぞれに
冷却液供給ノズル等を設ける場合、更に加工費
は上る。
(3) ピストン内部の余肉が多いため、ピストンの
重量が増大する。
重量が増大する。
本発明の目的は上記の点に着目し、従来技術、
特に従来形放射状リブ付ピストン及び多孔式ピス
トンのそれぞれの長所を残し欠点を補う総合的に
バランスのとれた液体冷却式ピストンを提供する
ことであり、その特徴とするところは、往復動機
関のピストンに軸方向に形成され内部の冷却液溜
りに開口する複数の液冷小室を有する液体冷却式
ピストンにおいて、上記各液冷小室のピストン軸
線と直交する断面形状では、同各液冷小室の内接
円の中心を通る線が上記ピストン軸心を通る放射
状線に対して所定の角度傾斜した非放射状に形成
されていることである。
特に従来形放射状リブ付ピストン及び多孔式ピス
トンのそれぞれの長所を残し欠点を補う総合的に
バランスのとれた液体冷却式ピストンを提供する
ことであり、その特徴とするところは、往復動機
関のピストンに軸方向に形成され内部の冷却液溜
りに開口する複数の液冷小室を有する液体冷却式
ピストンにおいて、上記各液冷小室のピストン軸
線と直交する断面形状では、同各液冷小室の内接
円の中心を通る線が上記ピストン軸心を通る放射
状線に対して所定の角度傾斜した非放射状に形成
されていることである。
以下図面を参照して本発明による実施例につき
説明する。
説明する。
第５図は本発明による１実施例のピストンの要
部を示す断面図、第６図は第５図の―矢視断
面図である。
部を示す断面図、第６図は第５図の―矢視断
面図である。
図において、１００はピストン、１０１はピス
トン内周頂壁、１０２はピストン外周頂壁、１０
３はピストン側壁、１０４は内側リブ、１０５は
外側リブ、１０６は円形リブ、１０７は内側液冷
小室、１０８は外側液冷小室、１０９は冷却液溜
りである。
トン内周頂壁、１０２はピストン外周頂壁、１０
３はピストン側壁、１０４は内側リブ、１０５は
外側リブ、１０６は円形リブ、１０７は内側液冷
小室、１０８は外側液冷小室、１０９は冷却液溜
りである。
ピストン１００の内部において、その外周側に
設けられた複数個の外側液冷小室１０８及び内周
側に設けられた複数個の内側液冷小室１０７はピ
ストン１００の内側に設けた冷却液溜り１０９に
開口している。
設けられた複数個の外側液冷小室１０８及び内周
側に設けられた複数個の内側液冷小室１０７はピ
ストン１００の内側に設けた冷却液溜り１０９に
開口している。
各々の外側液冷小室１０８の間には外側リブ１
０５が、各々の内側液冷小室１０７の間には内側
リブ１０４がそれぞれ形成されている。
０５が、各々の内側液冷小室１０７の間には内側
リブ１０４がそれぞれ形成されている。
外側及び内側液冷小室１０８と１０７の間には
円形リブ１０６が形成されている。
円形リブ１０６が形成されている。
外側液冷小室１０８の内接円２０２の中心２０
３を通る線Ｓとピストンの軸心２００を通る放射
状線２０１とは一致せず、適当な傾きαを有して
おり、非放射状である。
３を通る線Ｓとピストンの軸心２００を通る放射
状線２０１とは一致せず、適当な傾きαを有して
おり、非放射状である。
従つて、必然的に外側リブ１０５も、一部その
両端部を除き、非放射状に配列されることにな
る。本実施例では上記線Ｓは曲線であるが、直線
でもよい。
両端部を除き、非放射状に配列されることにな
る。本実施例では上記線Ｓは曲線であるが、直線
でもよい。
なお、少なくとも外側液冷小室１０８はその内
接円中心線Ｓに沿つた長さＬと同内接円の平均的
直径Ｄnとの比Ｌ／Ｄnを２以上にしており、ピス
トン１００の外周側に多数の外側液冷小室１０８
の周方向配列を許している。
接円中心線Ｓに沿つた長さＬと同内接円の平均的
直径Ｄnとの比Ｌ／Ｄnを２以上にしており、ピス
トン１００の外周側に多数の外側液冷小室１０８
の周方向配列を許している。
第５図に示す実施例においては、内側液冷小室
１０７もまた前述の外側液冷小室１０８の特徴で
ある(1)非放射状配列及び(2)Ｌ／Ｄn≧2.0の２つの
条件を満足しているが、耐圧性及び耐熱性の要求
条件によつては、他の従来技術の液冷方式を採用
してもよい。
１０７もまた前述の外側液冷小室１０８の特徴で
ある(1)非放射状配列及び(2)Ｌ／Ｄn≧2.0の２つの
条件を満足しているが、耐圧性及び耐熱性の要求
条件によつては、他の従来技術の液冷方式を採用
してもよい。
上記構成の場合の作用について述べる。
各液冷小室１０８，１０７にはピストンの往復
動によつて作用する上下方向の加速度によつて、
冷却液溜り１０９との間に冷却液の供給、排出が
行われ各液冷小室１０８，１０７の表面を冷却す
る。
動によつて作用する上下方向の加速度によつて、
冷却液溜り１０９との間に冷却液の供給、排出が
行われ各液冷小室１０８，１０７の表面を冷却す
る。
多数配置された外側リブ１０５と円形リブ１０
６は、ピストン外周頂壁１０２を強力に支えるの
で、上記頂壁１０２の肉厚を薄くしても、必要か
つ十分な耐圧性を確保でき、従つて液冷小室１０
８側の冷却作用を向上させる。なお、本実施例の
ように内側液冷小室１０７をもつ場合は、この部
分に同様な作用がある。
６は、ピストン外周頂壁１０２を強力に支えるの
で、上記頂壁１０２の肉厚を薄くしても、必要か
つ十分な耐圧性を確保でき、従つて液冷小室１０
８側の冷却作用を向上させる。なお、本実施例の
ように内側液冷小室１０７をもつ場合は、この部
分に同様な作用がある。
さらに本発明によるピストンの重要な作用は、
非放射状に配列された外側リブ１０５あるいは内
側リブ１０４（特に外側リブ１０５）による応力
集中の緩和作用である。このように非放射状に配
列されたリブ１０５は半径方向の変形を周方向変
形へ転換する作用を有し、ピストン全体の半径方
向及び周方向の剛性の均等化を可能とするため、
各種の応力集中の緩和作用を発揮するので、ピス
トンの耐圧性は著しく向上する。
非放射状に配列された外側リブ１０５あるいは内
側リブ１０４（特に外側リブ１０５）による応力
集中の緩和作用である。このように非放射状に配
列されたリブ１０５は半径方向の変形を周方向変
形へ転換する作用を有し、ピストン全体の半径方
向及び周方向の剛性の均等化を可能とするため、
各種の応力集中の緩和作用を発揮するので、ピス
トンの耐圧性は著しく向上する。
また、従来形放射状リブ付ピストンに比較し
て、各液冷小室１０８，１０７毎の表面積も増加
しているので、その冷却効果も増強される。
て、各液冷小室１０８，１０７毎の表面積も増加
しているので、その冷却効果も増強される。
なお、本実施例では、各液冷小室１０８，１０
７への冷却液の供給、排出法が最も単純な方法、
即ち各液冷小室１０８，１０７が共通の冷却液溜
り１０９に開口する場合について述べているが、
上記冷却液溜り１０９の空間に各種の内部部材を
配して、各々の液冷小室１０８，１０７毎の出入
口に冷却液の供給、排出を制御する従来技術との
組合せを行う場合、その耐熱性は一段と向上す
る。
７への冷却液の供給、排出法が最も単純な方法、
即ち各液冷小室１０８，１０７が共通の冷却液溜
り１０９に開口する場合について述べているが、
上記冷却液溜り１０９の空間に各種の内部部材を
配して、各々の液冷小室１０８，１０７毎の出入
口に冷却液の供給、排出を制御する従来技術との
組合せを行う場合、その耐熱性は一段と向上す
る。
上述の場合には次の効果がある。
各液冷小室の内接円中心線（あるいはリブ中心
線）を非放射状にしたことにより、(1) 従来形放
射状リブ付ピストンに比して、 (イ) ピストンの半径方向と周方向の剛性のアン
バランスが小さく、かつ全体の剛性を著しく
向上させ得る。
線）を非放射状にしたことにより、(1) 従来形放
射状リブ付ピストンに比して、 (イ) ピストンの半径方向と周方向の剛性のアン
バランスが小さく、かつ全体の剛性を著しく
向上させ得る。
(ロ) 各液冷小室毎の冷却面面積の増加により冷
却効果が向上する。
却効果が向上する。
(2) 多孔式ピストンに比して、
(イ) 各液冷小室の総数が少なく、その開口部面
積が広いので、各液冷小室への冷却液の供
給、排出及び小室内での流動が安定してい
る。
積が広いので、各液冷小室への冷却液の供
給、排出及び小室内での流動が安定してい
る。
特に特別の冷却液供給装置（例えば特許第
890280号）を設置しやすく、この場合上記の
効果はさらに強化される。
890280号）を設置しやすく、この場合上記の
効果はさらに強化される。
(ロ) 成形、加工費が安く、更にピストン全体を
より軽くすることができる。
より軽くすることができる。
第１図は従来形放射状リブ付ピストンの要部を
示す断面図、第２図は第１図の―矢視断面
図、第３図は従来の多孔式ピストンの要部を示す
断面図、第４図ａ，ｂはそれぞれ冷却孔の断面形
状を異にした場合の第３図の―矢視断面図、
第５図は本発明による１実施例のピストンの要部
を示す断面図、第６図は第５図の―矢視断面
図である。 １００…ピストン、１０１，１０２…ピストン
頂壁、１０３…ピストン側壁、１０４…内側リ
ブ、１０５…外側リブ、１０６…円形リブ、１０
７…内側液冷小室、１０８…外側液冷小室、１０
９…冷却液溜り、２００…ピストン軸心、２０１
…放射状線、２０２…内接円。
示す断面図、第２図は第１図の―矢視断面
図、第３図は従来の多孔式ピストンの要部を示す
断面図、第４図ａ，ｂはそれぞれ冷却孔の断面形
状を異にした場合の第３図の―矢視断面図、
第５図は本発明による１実施例のピストンの要部
を示す断面図、第６図は第５図の―矢視断面
図である。 １００…ピストン、１０１，１０２…ピストン
頂壁、１０３…ピストン側壁、１０４…内側リ
ブ、１０５…外側リブ、１０６…円形リブ、１０
７…内側液冷小室、１０８…外側液冷小室、１０
９…冷却液溜り、２００…ピストン軸心、２０１
…放射状線、２０２…内接円。
Claims (1)
- １ 往復動機関のピストンに軸方向に形成され内
部の冷却液溜りに開口する複数の液冷小室を有す
る液体冷却式ピストンにおいて、上記各液冷小室
のピストン軸線と直交する断面形状では、同各液
冷小室の内接円の中心を通る線が上記ピストン軸
心を通る放射状線に対して所定の角度傾斜した非
放射状に形成されていることを特徴とする液体冷
却式ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4473581A JPS57159944A (en) | 1981-03-28 | 1981-03-28 | Liquid cooled piston |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4473581A JPS57159944A (en) | 1981-03-28 | 1981-03-28 | Liquid cooled piston |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57159944A JPS57159944A (en) | 1982-10-02 |
| JPS6233427B2 true JPS6233427B2 (ja) | 1987-07-21 |
Family
ID=12699701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4473581A Granted JPS57159944A (en) | 1981-03-28 | 1981-03-28 | Liquid cooled piston |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57159944A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016078537A1 (zh) * | 2014-11-17 | 2016-05-26 | 朱晓义 | 一种动力装置以及汽车的发动机 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5476404U (ja) * | 1977-11-09 | 1979-05-31 |
-
1981
- 1981-03-28 JP JP4473581A patent/JPS57159944A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57159944A (en) | 1982-10-02 |
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