CN108603461A

CN108603461A - 内燃机用活塞

Info

Publication number: CN108603461A
Application number: CN201780011273.8A
Authority: CN
Inventors: 野口拓也; 菊池行洋
Original assignee: Ya De Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Ya De Metal Industry Co Ltd; Art Metal Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-09-28
Also published as: JP6715614B2; US20210180539A1; WO2017142007A1; JP2017145727A

Abstract

本发明提供一种能够向需要冷却的部位可靠地引导需要量的冷却油而高效地进行活塞的冷却并实现轻量化的内燃机用活塞。本发明的活塞(3)具有活塞头部(24)和一对销毂部，所述活塞头部具有顶部(21)，所述一对销毂部分别具有供活塞销插入的活塞销孔，利用从具有喷嘴的油喷射装置向顶部(21)的背面(30a)喷射出的冷却用的油来对所述活塞进行冷却。顶部(21)具有：冷却空腔(29a、29b)，其设置在至少一方的销毂部的附近且顶部(21)的内部；以及入口开口部(35a、35b)，其将从喷嘴喷射出的油向冷却空腔(29a、29b)引导，且设置在顶部(21)的背面(30a)。

Description

内燃机用活塞

技术领域

本发明涉及构成为从油喷射装置向活塞顶部的背面喷射冷却用的油而有效地对活塞进行冷却的内燃机用活塞。

背景技术

以往，在发动机等内燃机的活塞中，已知有如下的活塞，该活塞形成有：活塞头部，所述活塞头部由承受燃烧气体的爆发气体压力的顶部和在周围设置有活塞环槽的环槽脊部(日文：ランド部)形成；一对销毂部，所述一对销毂部经由活塞销与连杆的小端部连结；以及一对裙部，所述一对裙部引导活塞的上下往复运动。该活塞头部的顶部无法避免暴露于高温的燃烧气体，伴随着发动机的高输出化，活塞温度的高温化会成为问题。特别是，活塞的前侧、后侧的销轴向(活塞头部的销毂部附近)会成为高温，存在会在活塞环槽中产生铝粘附等不良情况这样的问题。

因此，例如在专利文献1中，已知有如下的活塞构造：为了对活塞进行冷却，在活塞内部设置有环状的油通路(以下，称为冷却通道)。在该冷却通道设置有油导入口及油排出口。通过从该油导入口向冷却通道内供给油，从而从内部对活塞进行冷却。但是，由于在销毂部设置有与油通路连通的毂部冷却通路，所以需要用于形成冷却通道的足够的壁厚。因此，专利文献1的活塞构造难以同时实现活塞的轻量化，具有形状复杂且还会花费成本这样的不良情况。

另外，例如在专利文献2中，提出了如下的活塞：在活塞顶部的背面形成有在一对裙部间的范围内延伸的油引导路径，从油喷射装置向油引导路径的一端侧喷射出的油向油引导路径的另一端侧被引导，并且，沿着油引导路径的两侧形成有加厚部，所述加厚部限制油朝向将一对裙部相互连结的侧壁部的流动。但是，在这样的活塞中，难以利用引导路径向需要冷却的部位可靠地引导需要量的被喷射出的油，冷却效率并不一定令人满意。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009-520901号公报

专利文献2：日本特开2009-191779号公报

发明内容

发明要解决的课题

因此，本发明的目的在于提供一种能够向需要冷却的部位可靠地引导需要量的冷却油而高效地进行活塞的冷却并实现轻量化的内燃机用活塞。

用于解决课题的方案

本发明的内燃机用活塞为解决该课题而做出，本发明是一种活塞，该活塞具有活塞头部和一对销毂部，所述活塞头部具有顶部，所述一对销毂部分别具有供活塞销插入的活塞销孔，利用从具有喷嘴的油喷射装置向所述顶部的背面喷射出的冷却用的油来对所述活塞进行冷却，所述活塞的特征在于，所述顶部具有：冷却空腔，所述冷却空腔设置在至少一方的所述销毂部的附近且所述顶部的内部；以及入口开口部，所述入口开口部将从所述喷嘴喷射出的油向所述冷却空腔引导，且设置在所述顶部的背面。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述冷却空腔在双方的所述销毂部的附近各设置有一个。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述顶部在所述冷却空腔的一端具有抵靠部，所述入口开口部及所述抵靠部分别设置于所述冷却空腔的端部。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述顶部具有出口开口部，所述出口开口部使从所述入口开口部流入到所述冷却空腔的油排出，且设置在所述顶部的背面，所述入口开口部及所述出口开口部分别设置于所述冷却空腔的端部。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述顶部在所述背面具有侧面开口部，所述侧面开口部使从所述入口开口部流入到所述冷却空腔的油从所述销毂部或所述侧壁部的外侧排出。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述顶部在所述背面具有槽，所述槽将从所述喷嘴喷射出的油向所述入口开口部引导。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述顶部在所述背面，在从所述喷嘴喷射出的油碰到的位置具有突起，所述突起具有倾斜面，所述倾斜面朝向所述入口开口部而变低，以便将碰到的所述油向所述冷却空腔引导。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述倾斜面以将油向所述背面中的所述销毂部间引导的方式倾斜。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述喷嘴配置在所述入口开口部的附近。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述冷却空腔具有形成为随着从所述入口开口部离开而变大的内径。

另外，在本发明的内燃机用活塞中，其特征在于，所述活塞为汽油发动机用活塞。

发明的效果

根据本发明，能够高效地冷却活塞并减小活塞的热负荷，能够保持活塞的强度并实现轻量化。

附图说明

图1是示出应用本发明的活塞的内燃机的主要部分的剖视图。

图2是从背面观察本发明的第一实施方式的活塞的立体图。

图3是沿着图4的III-III线的活塞的横剖视图。

图4是沿着与活塞销孔的轴向正交的方向的活塞的纵剖视图。

图5是示出沿着图4的V-V线的活塞的横截面的立体图。

图6是本发明的第二实施方式的活塞的横剖视图。

图7是作为变形例的活塞的横剖视图。

图8是沿着与活塞销孔的轴向正交的方向的作为变形例的活塞的纵剖视图。

具体实施方式

以下，根据附图，说明本发明的第一及第二实施方式，但本发明并不限定于图示的实施方式。例如，将本发明的活塞应用于在汽油发动机中应用的活塞而进行说明，但也能够应用于柴油发动机、LPG发动机、甲醇发动机、氢发动机等所有的发动机。

[第一实施方式]

图1是示出应用本发明的活塞的内燃机的主要部分的剖视图。该活塞3为应用于汽油发动机的活塞。在该内燃机中，在缸体1上形成有圆筒状的缸膛2，在该缸膛2的内侧能够滑动地收容有活塞3。在活塞3上经由活塞销4连结有连杆5的上端。连杆5的下端经由曲轴销6与曲轴7连结。

利用设置在缸体1的图示的下侧的曲轴箱8和缸体1的下部来形成收容曲轴7的曲轴室9。在位于曲轴室9侧的缸膛2的下端附近配备有喷射用于冷却活塞3的油的油喷射装置11。该油喷射装置11具备使前端朝向上方的喷嘴12，从图示的下方向活塞3喷射油。

图2是从背面观察本发明的第一实施方式的活塞3的立体图。

活塞3具有活塞头部24、一对裙部25a、25b、一对销毂部26a、26b及侧壁部28a、28b。

活塞头部24具有顶部21和具有活塞环槽22的环槽脊部23。另外，活塞头部24具有后述的冷却空腔29。裙部25a、25b(以下，在不特别区分的情况下仅称为裙部25。以下相同。)从活塞头部24的外周缘竖起并延伸。销毂部26a、26b(销毂部26)以使其面方向与裙部25a、25b大致正交的方式设置于顶部21的背面侧。之后，将位于由裙部25和侧壁部28形成的空间的顶部21的背面设为“背面30a”，将位于比上述空间靠外侧的位置的顶部21的背面设为“背面30b”。销毂部26a、26b具有供活塞销4插入的活塞销孔27a、27b(活塞销孔27)。侧壁部28a、28b(侧壁部28)沿与活塞销孔27a、27b(活塞销4)的中心轴方向交叉的交叉方向延伸，并分别将销毂部26a、26b与裙部25a、25b的端部连结。

接着，对设置于活塞头部24的冷却空腔29进行说明。

图3是沿着图4的III-III线的活塞3的横剖视图。图4是沿着与活塞销孔27的轴向正交的方向的活塞3的纵剖视图。图5是示出沿着图4的V-V线的活塞3的横截面的立体图。

冷却空腔29a、29b(冷却空腔29)是以沿着活塞头部24的外周缘的方式形成在顶部21的内部的圆弧形状的空腔。冷却空腔29设置在双方的销毂部26(及侧壁部28)的附近。冷却空腔29以包围各销毂部26的外周的方式形成在裙部25间(未设置有裙部25a、25b的位置)。冷却空腔29优选使用盐芯(日文：塩中子)来形成，但并不特别限定。

在第一实施方式中，冷却空腔29a、29b沿着销毂部26a、26b设置有两个，但也可以仅设置一个。

活塞头部24(顶部21)在背面30a具有入口开口部35a、35b、抵靠部36a、36b、第一～第三侧面开口部37a～39a、37b～39b及槽40。

入口开口部35a、35b(入口开口部35)向冷却空腔29引导从油喷射装置11的喷嘴12喷射出的油并使其流入。入口开口部35设置于顶部21的背面30a，并设置在各冷却空腔29的一端且侧壁部28的内侧。优选的是，入口开口部35a、35b配置在以从喷嘴12喷射出的油碰到的位置为中心而对称的位置。抵靠部36a、36b(抵靠部36)设置在冷却空腔29的另一端且侧壁部28的内侧。

冷却空腔29的内径形成为从入口开口部35朝向抵靠部36而变大。具体而言，冷却空腔29形成为朝向顶部21的表面侧而直径变大(朝向顶部21表面侧倾斜)。通过像这样使冷却空腔29的直径增大，从而能够使供油流动的面具有梯度。由此，油在冷却空腔29整体顺畅地流动。另外，能够使尽可能多的油流入到冷却空腔29内，有效地对活塞3进行冷却。

第一～第三侧面开口部37a～39a、37b～39b(第一～第三侧面开口部37～39)使从入口开口部35流入到各冷却空腔29的油从销毂部26或侧壁部28的外侧排出。第一～第三侧面开口部37～39设置在背面30b。

第一侧面开口部37设置在入口开口部35侧的侧壁部28附近。第二侧面开口部38设置在销毂部26附近。第三侧面开口部39设置在抵靠部36侧的侧壁部28附近。槽40设置于背面30a，向各入口开口部35引导从喷嘴12喷射出的油。槽40的两端部分别与入口开口部35a和入口开口部35b连接。

接着，对第一实施方式中的活塞3的作用进行说明。

油喷射装置11从喷嘴12向槽40的长度方向大致中央(顶部21的背面30a)喷射冷却用的油。此外，虽然在设计上为向上述大致中央喷射油，但实际上有时也会偏向任一个入口开口部35侧地进行喷射。碰到槽40的油被槽40引导而分支，并从各入口开口部35流入冷却空腔29。另外，从槽40溢出的油通过背面30a而从裙部25a侧向裙部25b侧流动，对顶部21进行冷却。

流入到冷却空腔29的油一边承受伴随着活塞的滑动的惯性力，一边顺着冷却空腔29流动，从活塞头部24的内部对销毂部26的周围高效地冷却。油的一部分流动至抵靠部36。流动至抵靠部36的油及油的另一部分从第一～第三侧面开口部37～39、入口开口部35排出。从第一及第三侧面开口部37、39排出的油沿着侧壁部28、销毂部26的侧壁流动，并对它们进行冷却。另外，从第二侧面开口部38排出的油在活塞销孔27周缘附近流动，并对它们进行冷却。

这样的第一实施方式的活塞3通过在活塞头部24内设置冷却空腔29，从而能够对销毂部26的周围高效地冷却。另外，由于冷却空腔29对活塞环槽22附近高效地冷却，所以也能够抑制相对于活塞环槽22的铝粘附。对于这样的第一实施方式的活塞3而言，伴随着冷却效率的提高，能够防止在活塞3中产生的不良情况，进而，能够使发动机性能提高。

另外，即使是通常活塞头部24(环槽脊部23)的壁厚不比柴油发动机用活塞大的汽油发动机用活塞，通过空间效率良好地对冷却空腔29进行配置，从而也能够在确保使用时所需的强度的状态下实现轻量化。另外，由于活塞3具有三个侧面开口部、即第一～第三侧面开口部37～39，所以能够实现大幅的轻量化。

此外，活塞头部24也可以具有一个、两个或比三个多的侧面开口部。另外，活塞头部24也可以不具有侧面开口部37～39。在该情况下，从入口开口部35流入的油在冷却空腔29内进行冷却后，从入口开口部35排出，但如果考虑油的冷却效果，则优选设置侧面开口部或后述的出口开口部61。

[第二实施方式]

对本发明的内燃机用活塞的第二实施方式进行说明。

图6是本发明的第二实施方式的活塞50的横剖视图，且是与图3对应的图。第二实施方式的活塞50与第一实施方式的活塞3的不同点在于，在顶部21的背面30a，代替槽40而设置有突起51。由于活塞50的其它结构与第一实施方式的活塞3大致相同，所以对与第一实施方式对应的结构及部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

活塞头部24的顶部21在背面30a，在从油喷射装置11的喷嘴12喷射出的油碰到的位置具有突起51。突起51以各入口开口部35a、35b间的大致中心为最高且朝向各入口开口部35a、35b而变低的方式具有倾斜面52a、52b(倾斜面52)，以便将碰到的油引导到冷却空腔29。另外，该倾斜面52以从裙部25a侧朝向裙部25b侧而变低的方式倾斜，以便将油引导到背面30a中的销毂部26间。

接着，对第二实施方式的活塞50的作用进行说明。此外，仅说明与第一实施方式不同的点，并省略重复的说明。

油喷射装置11从喷嘴12向突起51喷射油。油被突起51的倾斜面52引导而分支，并从各入口开口部35流入各冷却空腔29。流入的油一边承受伴随着活塞的滑动的惯性力，一边顺着冷却空腔29流动，从活塞头部24的内部对销毂部26的周围高效地冷却。另外，油通过被倾斜面52引导而向销毂部26间的背面30a流动，由此对顶部21的整体进行冷却。

这样的第二实施方式的活塞50能够利用突起51的倾斜面52向冷却空腔29适当地引导油。另外，由于倾斜面52向裙部25b进一步倾斜，所以也能够可靠地进行销毂部26间的背面30a的冷却。

以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只是作为例子而提出，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其它各种方式来实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、替换以及变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、主旨中，并且也包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围中。

例如，第一及第二实施方式的活塞3、50也可以具有出口开口部61a、61b来代替冷却空腔29的抵靠部36。

图7是作为变形例的活塞60的横剖视图，且是与图3、图6对应的图。图8是沿着与活塞销孔27的轴向正交的方向的活塞60的纵剖视图。

作为一例，将该活塞60作为第二实施方式的活塞50的变形例进行说明。对与第一及第二实施方式的活塞3、50对应的结构及部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

出口开口部61a、61b(出口开口部61)使从入口开口部35流入到冷却空腔29的油排出。出口开口部61在活塞销4的轴向上设置在与入口开口部35对称的位置。即，出口开口部61设置在冷却空腔29的另一端且侧壁部28的内侧。在设置有出口开口部61的情况下，也可以省略第一～第三侧面开口部37～39。

另外，冷却空腔29的形状并不限定于圆弧形状，只要是能够以销毂部26为中心有效地冷却活塞的形状即可，并没有特别限定。

而且，入口开口部35也可以设置于推力侧和反推力侧中的任一方。

附图标记说明

1 缸体

2 缸膛

3、50、60 活塞

4 活塞销

5 连杆

6 曲轴销

7 曲轴

8 曲轴箱

9 曲轴室

11 油喷射装置

12 喷嘴

21 顶部

22 活塞环槽

23 环槽脊部

24 活塞头部

25a、25b(25) 裙部

26a、26b(26) 销毂部

27a、27b(27) 活塞销孔

28a、28b(28) 侧壁部

29a、29b(29) 冷却空腔

30a、30b 背面

35a、35b(35) 入口开口部

36a、36b(36) 抵靠部

37a～39a、37b～39b(37～39) 第一～第三侧面开口部

40 槽

51 突起

52a、52b(52) 倾斜面

61a、61b(61) 出口开口部。

Claims

1.一种内燃机用活塞，所述内燃机用活塞是如下活塞，该活塞具有活塞头部和一对销毂部，所述活塞头部具有顶部，所述一对销毂部分别具有供活塞销插入的活塞销孔，利用从具有喷嘴的油喷射装置向所述顶部的背面喷射出的冷却用的油来对所述活塞进行冷却，所述活塞的特征在于，

所述顶部具有：冷却空腔，所述冷却空腔设置在至少一方的所述销毂部的附近且所述顶部的内部；以及入口开口部，所述入口开口部将从所述喷嘴喷射出的油向所述冷却空腔引导，且设置在所述顶部的背面。

2.根据权利要求1所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述冷却空腔在双方的所述销毂部的附近各设置有一个。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述顶部在所述冷却空腔的一端具有抵靠部，

所述入口开口部及所述抵靠部分别设置于所述冷却空腔的端部。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述顶部在所述背面具有出口开口部，所述出口开口部使从所述入口开口部流入到所述冷却空腔的油排出，

所述入口开口部及所述出口开口部分别设置于所述冷却空腔的端部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述顶部在所述背面具有侧面开口部，所述侧面开口部使从所述入口开口部流入到所述冷却空腔的油从所述销毂部或所述侧壁部的外侧排出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述顶部在所述背面具有槽，所述槽将从所述喷嘴喷射出的油向所述入口开口部引导。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述顶部在所述背面，在从所述喷嘴喷射出的油碰到的位置具有突起，

所述突起具有倾斜面，所述倾斜面朝向所述入口开口部而变低，以便将碰到的所述油向所述冷却空腔引导。

8.根据权利要求7所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述倾斜面以将油向所述背面中的所述销毂部间引导的方式倾斜。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述喷嘴配置在所述入口开口部的附近。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述冷却空腔具有形成为随着从所述入口开口部离开而变大的内径。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的内燃机用活塞，其特征在于，

所述活塞为汽油发动机用活塞。