CN103174539B - 发动机的活塞的冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机的活塞的冷却结构，可以使从下侧向活塞（3）的顶部（31）喷射的油顺利地到达至顶部（31）的背面，从而提高冷却效率。在向在发动机（E）的汽缸内往复运动的活塞（3）的顶部（31）喷射油并进行冷却的结构中，在活塞（3）的周壁（30）上形成从该活塞（3）的周壁（30）的内表面连续至顶部（31）的背面的油引导面（32a、31b），以至少包含形成有环槽（3a）的厚壁部分（周壁上部（30a））。从下方喷出的油沿着油引导面（32a、31b）顺利地到达至活塞顶部（31）的背面。

Description

发动机的活塞的冷却结构

技术领域

本发明涉及在搭载于例如摩托车等的交通工具上的发动机中，将油喷到活塞以冷却的结构，尤其是涉及被喷有油的活塞的背面的结构。

背景技术

在比现有的发动机输出高的往复式发动机中，有的是从下侧（下死点侧）向在汽缸内往复运动的活塞喷射油，并向暴露于高温燃烧气体中的活塞顶部的背面直接喷油以冷却。例如在专利文献1中记载的发动机中，如该文献的图10所示，在汽缸的周面的下端附近配设有油喷射用配管，从设置于该配管上的油喷射孔（喷油器）向上方的活塞喷射油。

如在该图中所示，油的喷射方向相对于汽缸轴线倾斜，喷射的油向上方行进至汽缸的径方向内侧，并直接喷到靠近于往复运动的行程的下死点的活塞的顶部的背面。

现有技术文献：

专利文献1：日本特开2007-231787号公报。

发明内容

但是，在上述现有示例的发动机中，虽然在活塞靠近行程的下死点时喷油，但是如果活塞上升，则不能喷油。在靠近下死点时喷到活塞的油随着活塞的上升因惯性力而流到下方，因此活塞位于上死点附近时，难以充分地将油供给至热负荷高的活塞的顶部的背面，因而认为冷却效率并不高。

相对于此，从活塞的下侧大致与汽缸轴线平行地喷射油时，在活塞靠近行程的上死点时也可以喷油，但是此时要兼顾油喷射孔的位置的限制，因此可知喷到活塞的油不能顺利地扩散至热负荷高的活塞顶部的背面。

即，首先，为了使喷射的油尽量不干扰旋转的曲轴或连杆，而只能将油喷射孔配置在缸径的周缘附近。因此，从该油喷射孔与汽缸轴线大致平行地喷射的油通过活塞的周壁的内表面附近。

然而，一般在活塞周壁的上部形成有活塞环的嵌入槽（环槽），与此相应地壁变厚，因此与相对薄壁的周壁下部之间形成段部。因此，如上所述通过活塞的周壁的内表面附近的油接触到上述段部而飞散，而难以到达至热负荷高的活塞顶部的背面。

鉴于相关的新见解，本发明的目的是如上所述使从下侧向活塞顶部喷射的油顺利地到达至顶部的背面，以提高冷却效率。

为了达到上述目的，本发明将向在发动机的汽缸内往复运动的活塞的顶部喷射油并进行冷却的活塞的冷却结构作为对象。而且，在所述活塞的周壁上形成从该活塞的周壁的内表面连续至顶部的背面的油引导面，以至少包含形成有环槽的厚壁部分。

另外，上侧及下侧意味着在活塞往复运动的汽缸轴线的方向上的上死点侧及下死点侧，因在交通工具上的发动机的搭载状态而并不一定与上下方向一致。又，油引导面优选的是从活塞周壁的内表面平滑地连续至顶部的背面，但是并不限于此，也可以在中途曲率发生急变，或者多少具有凹凸的变化，总而言之，优选的是在包含活塞的中心线的断面上观察时，从其周壁至顶部整体上为凹形状。

通过上述结构，从下方喷到活塞的油引导面的油沿着油引导面顺利地到达至活塞顶部的背面，可以有效地冷却热负荷高的活塞顶部。喷到油引导面的油暂时地通过往复运动的活塞的惯性力主要在油引导面上上下移动，但是在活塞靠近行程的上死点时作用着总是使油流向上侧的惯性力，因此使油集中在热负荷高的活塞顶部，可以有效地进行冷却。

优选的是设置有从活塞的周方向两侧夹住所述油引导面的突出部。这样，喷到油引导面的油难以在活塞的周方向上扩散，因此更容易到达至活塞顶部的背面。

又，对于油引导面，更具体的是也可以在所述活塞的周壁的厚壁部分的内侧形成有凹部，并将该凹部的底面作为油引导面的至少一部分。或者也可以与所述厚壁部分相连地在活塞的周壁上形成向内侧膨出的膨出部，并从该膨出部至所述厚壁部分形成有油引导面。此外，也可以组合所述凹部和膨出部，并从膨出部至凹部的底面形成油引导面。

从活塞的冷却的观点考虑，优选的是所述油引导面形成在活塞的排气侧。活塞的排气侧是指从汽缸轴线的方向观察嵌插到汽缸内的活塞等分为靠近进气道的一侧和靠近排气道的一侧时的靠近排气道的一侧。汽缸及活塞的排气侧与进气侧相比温度容易变高，因此喷油以进行冷却的意义大。

另一方面，也可以是用于向所述活塞喷射油的喷嘴直接与曲轴箱内的油的主油道相连接。从油泵排出的油通过从主油道分歧的油通路分配至曲轴的轴承或发动机气门驱动系统，还进一步分配至变速器侧，因此将喷嘴连接到分配油之前的主油道时，可以提高油的喷射压力，有利于提高活塞的冷却效率。

但是，通常主油道在曲轴箱内设置在轴支撑曲轴的轴颈部的下侧，因此从设置在主油道上的喷嘴试图喷射油时，只能在与旋转的曲轴或连杆不发生干扰的正时，换而言之，只能在活塞的行程的一部分中向活塞喷油。

从这一点考虑，喷嘴也可以配置为在活塞从下死点向上死点上升时，最晚也是到达其行程的中央之前开始喷油。即，活塞从下死点向上死点上升的行程的中央附近开始缓慢地减速，因此从即将到达中央附近之前开始喷到油引导面的油受到向上的惯性力而流向活塞顶部。

以上，如已说明那样，根据本发明的发动机的活塞的冷却结构，由于设置了从该活塞的周壁的内表面连续至活塞顶部的背面的油引导面以包含活塞周壁的上部的厚壁部分，因此喷到该油引导面的油顺利地到达至热负荷高的活塞顶部的背面，可以提高冷却效率。

附图说明

图1是根据本发明的实施形态的发动机的左视图；

图2是示出上述发动机的汽缸内的活塞、连杆及曲轴等的剖视图；

图3是示出油通路的概略结构的曲轴箱的立体图；

图4是示出活塞的油引导面的剖视图；

图5是从下方观察活塞并示出油引导面的立体图；

图6是示出在下死点附近喷到活塞的油的与图2相当的图；

图7是示出活塞处于上升中途的与图6相当的图；

图8是活塞位于上死点附近时的与图6相当的图；

图9A是示出油引导面的另一实施形态的与图4相当的图；

图9B是示出油引导面的又一实施形态的与图4相当的图。

符号说明：

1           汽缸体；

2           汽缸盖；

3           活塞；

3a         环槽；

30         周壁；

30a       周壁上部（厚壁部分）；

30b       周壁下部；

31         顶部；

31a       平面部；

31b       倾斜面（油引导面）；

32         槽部（凹部）；

32a       槽底面（凹部的底面：油引导面）；

32b       侧面（突出部）；

33、34      膨出部；

33a、34a  油引导面；

66        主油道；

71        喷油器（喷嘴）；

C         汽缸；

E         发动机。

具体实施方式

以下，参照附图说明根据本发明的实施形态的发动机E。作为该实施形态的发动机E的一个示例搭载在摩托车（图示省略）上，并且以下说明中的左右方向是以乘骑搭载发动机E的摩托车的骑手的观察方向为基准。

–发动机的整体结构-

图1是示出发动机E的主要的主体的概略结构的左视图，图2是示出汽缸内的活塞、连杆及曲轴等的剖视图。在这些图中，拆下进气系统、排气系统等，主要示出发动机主体。作为一个示例，发动机E是两个汽缸C（图2中示出）在左右方向上排列的并列二汽缸的汽油发动机，在这些汽缸C所形成的汽缸体1的上部组装有汽缸盖2，以关闭汽缸C的上端。在该汽缸C的内部嵌插有可往复运动的活塞3（图2中示出），在比其顶部更上方形成有燃烧室。

如图1的虚线所示，在上述汽缸盖2上，每个汽缸C上形成有进气道20及排气道21，并分别在燃烧室的顶部开口。这样，面对汽缸C内的进气道20及排气道21的各开口部通过由未图示的凸轮轴驱动的进气门及排气门开闭。作为一个示例，在本实施形态中配备具备进气侧及排气侧的两个凸轮轴的DOHC类型的气门驱动机构，并在汽缸盖2的上部配设有顶盖4以覆盖该气门驱动机构。

又，在汽缸盖2上对于每个汽缸C配设有火花塞22，从燃烧室的顶部的大致中央面对燃烧室。火花塞22的上部与点火回路23连接，该点火回路贯通上部顶盖4。点火回路23对于每个汽缸C在规定的点火正时向火花塞22通电，并对混合气点火以使其燃烧。通过该燃烧活塞3被按压，并通过连杆25向曲轴26传递旋转力。

即，曲轴26的轴部26a位于至汽缸轴线X的下方的延长线上，连杆25的大端部25a滑动自如地组装于偏心的曲轴销26b上，另一方面，连杆25的小端部25b滑动自如地组装于活塞销35上。而且，活塞3在汽缸轴线X的方向上进行往复动作时，曲轴26如图2的箭头所示向逆时针方向旋转。

仅图1所示，如上所述用于将混合气供给至汽缸C内的燃烧室的进气道20从该燃烧室的顶部向斜上方延伸并在汽缸盖2的后表面开口。在车载状态下，发动机E的汽缸体1及汽缸盖2稍微前倾，并在汽缸盖2的后表面配设有双联的节气门体（未图示），以分别与左右排列并开口的进气道20连接。

另一方面，从各汽缸C的燃烧室排出已燃气体的排气道21在汽缸盖2的前表面左右排列并开口，并与该排气道21相连地安装有排气歧管。虽然未图示，排气歧管的两个排气管分别在发动机E的前方向下方延伸后，向后方弯曲并在发动机E的下方集合，与催化器或排气消声器等连接。

图3是拆下汽缸体1及汽缸盖2，还拆下曲轴盖52后，单个示出曲轴箱5的立体图。作为曲轴箱5的一个示例是铝合金的铸造品，并由组装在汽缸体1的上部曲轴箱50和组装在其下部的下部曲轴箱51构成。在两者的结合面上配设有旋转自如地支撑曲轴26的轴颈轴承（未图示）。

又，在本实施形态中，尽管在曲轴箱5的后部一体化地形成变速箱5a，除此之外还一体化地形成容纳力矩平衡器53的平衡器箱5b，但是并不限于此。作为一个示例，在变速箱5a中容纳有总是啮合的齿轮式变速器（未图示），其输出轴54向变速箱5a的左侧突出。又，在变速箱5a的左侧配设有水泵55，通过管构件56从图外的散热器导入的冷却水通过管构件57压送至汽缸体1。

如图1所示，在曲轴箱5（及变速箱5a）的下部安装有贮存润滑用的油的油底壳6。油底壳6在其后半部形成有深底部，并形成为从该深底部向前方行进而底部逐渐地变浅的楔状。又，从曲轴箱5的前部向前方突出地配设有用于净化油的圆筒状的滤油器64。

–油通路的结构-

在本实施形态的发动机E中，作为一个示例，从曲轴26至变速器的动力传递路径中导出驱动力，驱动油泵62（图3中用虚线示出），并将通过该油泵62从油底壳6中抽出的油分配并供给至曲轴26或气门驱动机构等、发动机E的各种润滑部。在图3所示的曲轴箱5的立体图中，用粗的虚拟线示出从油底壳6经由油泵62到达至主油道66的油通路的概略结构。

即，在油底壳6的后部的深底部配设有浸泡在贮留的油中的过滤器60（图3中用虚拟线示出），第一油通路61从该处向上方延伸。第一油通路61的上端与油泵62相连，另一方面，油泵62的排出口与第二油通路63相连，该第二油通路63向下延伸后向前弯曲，之后大致水平地向前方延伸并在下部曲轴箱51的前表面开口。

这样开口的第二油通路63的前端与滤油器64的入口相连，另一方面滤油器64的出口与在上述第二油通路63的上方大致平行地前后延伸的第三油通路65相连，该第三油通路65的后端与在左右方向上延伸的粗径的主油道66连通。通过该结构，伴随着发动机E的运行驱动油泵62时，油底壳6内的油通过第一油通路61吸引至油泵62，通过第二油通路63输送至滤油器64，从而在此过滤后通过第三油通路65输送至主油道66。

本实施形态中，主油道66在曲轴箱5的下部与曲轴26的轴心大致平行地在左右方向上延伸，并如以下所述分歧形成用于向发动机E的各种润滑部供给油的多个油通路。即，虽然图示省略，但是从主油道66的中途的规定处分歧的油通路例如将油供给至曲轴26的轴颈部或曲轴26和连杆25之间的滑动部。

又，仅在图3中所示，主油道66的左端通过接头67与第一管构件68及第二管构件69相连。油通过从该接头67向后方延伸的第一管构件68供给至变速器，另一方面，油通过从接头67向前方延伸的第二管构件69供给至起动机构（未图示）等。此外，第三管构件70通过图3中未图示的汽缸体1的前方延伸至汽缸盖2的上部，如上所述供给至起动机构等的油的一部分通过第三管构件70供给至汽缸盖2的气门驱动机构等。

-通过喷油器的活塞的冷却结构-

在本实施形态中，如上所述，在向各种润滑部分配供给油的主油道66上设置有向每个汽缸C的活塞3从下方喷射油的喷油器71（喷嘴）。虽然在图2中仅示出一个，但是喷油器71配设在主油道66的两处以对应每个汽缸C的排气侧的端部，如示意性地用箭头OJ示出那样喷射油。这样，在主油道66上连接喷油器71时，可以提高油的喷射压力，有利于提高活塞3的冷却效率。

除了如上述图2所示之外，还如图6～图8所示，从曲轴26的轴心的方向观察时，主油道66位于曲轴26的轴心的大致正下方，喷油器71向上方的活塞3的顶部与汽缸轴线X大致平行地喷射油。喷油器71位于旋转的曲轴26或连杆25画出的轨迹的外侧，并为了确保喷射的油不干扰曲轴26或连杆25的期间，而位于尽量远离汽缸轴线X并与汽缸C的排气侧（图的左侧）的端部对应的位置上。

即，从汽缸轴线X的方向观察时喷油器71位于缸径内的排气侧的周缘部附近，从此处与汽缸轴线X大致平行地喷射的油通过活塞3的周壁的内表面附近。而且，在现有的一般的活塞中，使通过这样的周壁的内表面附近的油到达至热负荷高的活塞顶部是困难的。

即，参照单个示出本实施形态的活塞3的图4、图5进行说明时，通常汽油发动机的活塞3为了轻量化而需要削去多余的壁，因此在形成有嵌入活塞环（未图示）的环槽3a的周壁30的上部30a形成有厚壁的部分，从而与在其下部连续的相对薄壁的周壁下部30b之间形成有段部30c。因此，如上所述试图通过活塞周壁30的内表面附近的油接触上述段部30c而飞散，相当难以到达至活塞顶部31。

对于这一点，在本实施形态的活塞3中，如图4、图5所示，在周壁上部30a的排气侧的端部使厚壁部分的下部凹陷，形成在上下方向上延伸的槽部32（凹部），并使其槽底面32a在上下方向上平缓地弯曲，从而使其与下方的周壁下部30b的内表面平滑地连接，同时使其与上方的活塞顶部31的背面平滑地连接。

更具体地是，首先，在活塞顶部31的背面的中央部分大致形成为平坦的平面部31a，并包围其周围形成有越是外周侧厚度越变大的倾斜面31b。而且，该倾斜面31b的外周缘与上述槽底面32a的上缘相连接，并从周壁30的内表面至顶部31的背面构成连续的凹面状的（即，在图4的断面上观察时，从周壁30的内表面至槽底面32a、并至顶部31的背面，在活塞3的内方没有凸出的部分）油引导面。

而且，如图6～图8中分别用箭头OJ所示，与汽缸轴线X大致平行地从下方喷到槽底面32a的油沿着从该槽底面32a向上方连续的倾斜面31b、即沿着油引导面向上方流动，并顺利地到达至热负荷高的活塞顶部31的背面。

喷有油的槽底面32a为槽部32的底面，其侧面32b设置为从活塞3的周方向两侧夹住槽底面32a，因此喷到槽底面32a的油难以在活塞3的周方向上扩散，从而有利于使该油到达至活塞顶部31的背面。从这一点来看，槽部32的侧面32b起到从活塞3的周方向两侧夹住油引导面的突出部的功能。

如上述图2中所示，从左侧观察时发动机E的曲轴26逆时针旋转，因此活塞3从上死点下降并即将到达下死点（作为一个示例为BBDC5°CA）之前的期间，连杆25位于喷油器71的上方，并干扰从此处喷射的油。因此，在此期间喷射的大部分油与连杆25的大端部25a冲撞而飞散，并不喷到上方的活塞3。

另一方面，如图6～图8所示，活塞3从下死点附近上升到上死点附近的期间，油不与连杆25或者曲轴26发生干扰地喷到上方的活塞3。换而言之，在本实施形态中，喷油器71配设为能够在活塞3至少从下死点向上死点上升时，最晚也是从该行程的中央之前开始向活塞3喷油。

–作用效果-

通过以上结构，本实施形态的发动机E动作时，通过曲轴26的旋转驱动油泵62，从油底壳6吸引的油经由滤油器64输送至主油道66。主油道66内的油进一步输送至发动机E的各种润滑部，并且还输送至发动机E的后方的变速器。

又，主油道66的油的一部分从每个汽缸C的喷油器71以所需的压力向上方的活塞3喷射。这样喷射的油，参照图6～图8如上所述，在活塞3从下死点附近向上死点上升的期间，喷到活塞3的油引导面的下部、即形成在活塞3的周壁30上的槽部32的槽底面32a。在槽底面32a的两侧具有槽部32的侧面32b，因此油难以在活塞3的周方向上扩散。

活塞3从图7所示的行程的中央附近开始缓慢地减速，因此如上所述喷到槽底面32a的油受到向上的惯性力而流入至活塞顶部31的倾斜面31b，进而流入至其内周侧的平面部31a。即，喷到活塞3的油沿着油引导面顺利地到达至活塞顶部31的背面。如图8所示，活塞3到达上死点附近（图例中为ATDC6°CA）之前，油喷到槽底面32a。

而且，活塞3在上死点逆转并转变成下降，之后，如图2所示，由于在到达行程的中央附近之前具有向下的加速度，因此油引导面（槽底面32a及倾斜面31b）上的油受到向上的惯性力而向着活塞顶部31。即，向热负荷高的活塞3的顶部31有效地供给冷却用的油，以使从各汽缸C的压缩行程后期至爆发行程的初期包含汽缸C内的混合气点火并燃烧的期间，从而可以极为有效地进行冷却。

换而言之，在本实施形态中，在活塞3上设置将从喷油器71喷出的油引导至活塞顶部31的油引导面，并且考虑活塞3的惯性力，将喷油器71的位置设定为能够在适当的正时喷油，以使喷出的油有效地供给至活塞顶部31。

而且，本实施形态在结构上只要在活塞3的周壁上部30a（厚壁部分）上形成槽部32即可，与现有的一般的活塞的冷却结构相比几乎不会导致成本的上升。除此之外，在本实施形态中，将上述槽部32、即油引导面形成在活塞3的排气侧，并通过油不仅可以有效地冷却活塞3的顶部31，而且可以有效地冷却热负荷高于进气侧的活塞3的排气侧。

–其他实施形态-

以上尽管说明了本发明的各种实施形态，但是根据本发明的活塞的冷却结构并不限于上述实施形态，在不脱离本发明的主旨的范围内可以变更、增加、或者删除其结构。例如在上述实施形态中，在活塞3的排气侧形成槽部32并作为油引导面，但是这种结构也可以用于进气侧，并且也可以用于进气侧及排气侧的中间。

又，油引导面的具体结构也并不限于上述实施形态。即，在上述实施形态中，在活塞3的周壁上部30a的厚壁部分形成槽部32，通过其槽底面32a和向上方延伸的倾斜面31b构成油引导面，但是并不限于此。

作为一个示例，如图9A所示，也可以从活塞3的周壁上部30a至周壁下部30b形成向该活塞3的内侧膨出的膨出部33，并在其膨出面上形成油引导面33a。如图9A所示，在包含活塞3的中心线的断面上观察时，油引导面从活塞周壁30的内表面至活塞顶部31的背面构成连续的凹面状（在活塞3的内侧没有凸出的部分的形状）。此外，虽然图示省略，但是也可以设置从活塞3的周方向两侧夹住该油引导面33a的突出部。

又，作为一个示例，如图9B所示，也可以组合如上所述实施形态的槽部32和膨出部34。在图9B的示例中，槽部32形成为比上述实施形态的槽部更浅，其槽底面32a与形成在周壁下部30b的膨出部34的膨出面34a平滑地连接，从而形成油引导面。这样，将槽部32较浅地形成时，容易确保与环槽3a之间的壁厚。

此外，对于喷油器71的位置也并不限于上述实施形态，作为一个示例，喷油器71也可以与从主油道66分歧的油通路连接。这样，可以避免与连杆25或曲轴26的干扰，并向活塞3喷油时，可以将喷油器71配设在最合适的位置上，但是，即使在该情况下，也优选的是喷油器71配设为在活塞3从下死点向上死点上升时，其即将到达行程的中央之前开始喷油。

此外，又在实施形态中以并列双汽缸的发动机E为一例进行说明，但是并不限于此，例如也可以是单汽缸或三汽缸～六汽缸的发动机，又，也可以是直列式、水平对置式或者V型的发动机。又，在上述实施形态中示出变速器一体型的发动机E，但是也可以是变速器不是一体型的发动机或者无变速器的发动机。

又，根据本发明的活塞的冷却结构只要是应用于发动机，则也可以应用于不限于摩托车而搭载在全地形车辆或小型水上摩托车（personal watercraft；PWC）等其他交通工具上的发动机中。当然，也可以应用于搭载在混合动力车上的发动机中。

工业应用性：

如以上所述，本发明通过主要研究喷有油的活塞的形状的简单的结构可以提高活塞的冷却效率，因此提高工业应用性。

Claims (7)

1.一种发动机的活塞的冷却结构，具备在发动机的汽缸内往复运动的活塞、和为了冷却所述活塞而向所述活塞的顶部喷射油的喷嘴，其特征在于，

所述活塞的周壁具有作为至少形成有环槽的厚壁部分的上部、和与所述上部相比壁薄的下部；

在所述周壁的内表面上，在所述上部和所述下部之间形成有段部，且使所述段部凹陷而形成在上下方向上延伸的槽部，所述槽部的底面构成从该活塞的周壁的内表面连续至顶部的背面的凹面状的油引导面的一部分。

2.根据权利要求1所述的活塞的冷却结构，其特征在于，设置有从活塞的周方向两侧夹住所述油引导面的突出部。

3.根据权利要求1或2所述的活塞的冷却结构，其特征在于，所述油引导面形成为在所述活塞的内方没有凸出的部分的结构。

4.根据权利要求1所述的活塞的冷却结构，其特征在于，与所述活塞的周壁的厚壁部分相连地形成有膨出部，并从该膨出部至所述厚壁部分形成有油引导面。

5.根据权利要求1所述的活塞的冷却结构，其特征在于，所述油引导面形成在活塞的排气侧。

6.根据权利要求1所述的活塞的冷却结构，其特征在于，所述喷嘴从所述发动机的曲轴观察时配设于与所述活塞相反的一侧，直接与曲轴箱内的油的主油道相连接。

7.根据权利要求1所述的活塞的冷却结构，其特征在于，所述喷嘴配设为在所述活塞从下死点向上死点上升时，从到达其行程的中央之前开始喷油。