JP2003307153A - 内燃機関のピストン - Google Patents

内燃機関のピストン

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JP2003307153A
JP2003307153A JP2002109433A JP2002109433A JP2003307153A JP 2003307153 A JP2003307153 A JP 2003307153A JP 2002109433 A JP2002109433 A JP 2002109433A JP 2002109433 A JP2002109433 A JP 2002109433A JP 2003307153 A JP2003307153 A JP 2003307153A
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cooling
passage
piston
oil
cooling passage
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JP2002109433A
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English (en)
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Eiichi Ashikawa
栄一 足川
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Toyota Industries Corp
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Toyota Industries Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関のピストンにおいて、冷却通路にお
ける渦流を伴う冷却油の流れを改善することでピストン
の冷却効率を向上させるのに有効なピストンの構成技術
を提供する。 【解決手段】 ガソリンエンジンのピストン100に形
成されるピストン冷却用の冷却通路110には、導入路
113との境界部Pから所定の下流位置に冷却油の渦流
を整流する整流壁111,112が設けられている。こ
の整流壁111,112は、いずれも冷却油の円滑な流
れを妨げにくい半球状の突起によって構成されている。
このような構成の整流壁111,112に対し、導入路
113を通じて冷却通路110へ導入された冷却油が作
用すると、この冷却油は図中の実線矢印で示すように流
れ、図中の二点鎖線矢印で示すような渦流が整流化され
る。これにより、冷却油によるピストン100の冷却効
率が向上することとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピスト
ンに係り、詳しくは、オイルジェットノズルから噴出さ
れた冷却油をピストン本体に形成された冷却通路に円滑
に流すのに有効なピストンの構成技術に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の内燃機関のピストンの構成技術
が、例えば実開平1−58712号公報に開示されてい
る。この公報には、オイルジェットノズルから噴出され
た冷却油が通過する冷却通路の入口側に案内壁を設けた
構成のピストンや、冷却通路の内壁に突部を設けた構成
のピストンが記載されている。このようなピストンの構
成技術は、冷却油を冷却通路へ円滑に導入して流通させ
ることでピストンの冷却効率を高めるのに有効である。
ところで、本発明者は、この種のピストンの冷却効率の
更なる向上を目的として、冷却通路を流通する冷却油の
流動状態について鋭意検討した。その検討の結果、本発
明者は冷却通路を流通する冷却油はその流通過程におい
て渦流を伴う場合があり、このような場合には冷却油の
渦流がピストンの冷却効率を向上させるのを阻害する阻
害要因に成り得ることを見出した。このような冷却油の
渦流の発生は、上記公報に記載のピストンにおいても発
生し得る問題であるが、この公報では冷却通路における
渦流を伴う冷却油の流れを整流化することによってピス
トンの冷却効率を向上させるという観点での技術の提唱
はなされていない。そこで本発明は、内燃機関のピスト
ンにおいて、冷却通路における渦流を伴う冷却油の流れ
を改善することでピストンの冷却効率を向上させるのに
有効なピストンの構成技術を提供することを課題とす
る。
【0003】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の内燃機関のピストンは、請求項1〜3に記
載の通りに構成される。なお、これら各請求項に係る発
明は、冷却通路に、前記導入路との接続箇所から所定の
下流位置に、オイルジェットノズルから噴出された冷却
油の渦流を整流化する突出壁を設けることで、冷却通路
における渦流を伴う冷却油の流れを改善し、これにより
ピストンの冷却効率を向上させることができるようにし
た技術である。本発明に記載の技術は、内燃機関とし
て、とりわけ、ピストンを強制的に冷却する構成を有す
る熱負荷の高い高出力ガソリンエンジンやディーゼルエ
ンジンに好適に用いることができる。
【0004】請求項1に記載した内燃機関のピストンに
は、冷却通路、導入路および排出路が設けられている。
冷却通路は、オイルジェットノズルから噴出された冷却
油が通過する径路であり、環状の径路によって形成され
るのが好ましい。冷却通路には導入路および排出路が接
続されている。オイルジェットノズルから噴出された冷
却油は、導入路を通じて冷却通路へ導入され、この冷却
通路を通過したのち排出路を通じて排出されるようにな
っている。この際、冷却通路を通過する冷却油によって
ピストンの熱が吸収され、ピストンが冷却されることと
なる。本発明では、この冷却通路に通路内に突出する突
出壁が設けられている。この突出壁は、冷却通路につ
き、導入路との接続箇所から所定の下流位置に設けられ
ている。この所定の下流位置は、渦流が形成される箇所
に対応して定められるのが好ましい。本発明者は冷却通
路を流通する冷却油はその流通過程、例えば導入路から
導入された冷却油が冷却通路の内壁に衝突する際に渦流
を発生する場合があり、このような場合には冷却油の渦
流がピストンの冷却効率を向上させるのを阻害する阻害
要因に成り得ること、また本発明のような突出壁を設け
ることにより、冷却油の渦流が整流化されることを見出
した。ここでいう「整流化」とは、冷却油の渦流の発生
自体を完全に抑える態様のみならず、発生する渦流の
数、発生頻度等を低下させる態様等をも含むものとす
る。例えば、突出壁を介して渦流の発生を抑えること
で、冷却通路において冷却油が滞留するような箇所が形
成されるのを阻止し、これにより冷却油の流れを円滑化
することができる。なお、この突出壁は、冷却通路の内
壁面に突状部材を取付けることによって形成してもよい
し、あるいは冷却通路の内壁面自体を突状とすることで
形成してもよい。以上のように、請求項1に記載の発明
によれば、冷却通路における渦流を伴う冷却油の流れを
整流化することでピストンの冷却効率を向上させること
ができる。
【0005】ここで、請求項1に記載の突出壁は、請求
項2に記載のように半球状の突起を用いた構成であるの
が好ましい。すなわち、突出壁の全体あるいは一部が半
球状の突起によって構成される。ここでいう「半球状」
とは実質的に球のほぼ半分をなす形状を示すものとす
る。このような形状の突出壁は、その表面が円滑化され
た構成ゆえ、冷却油が流通する際に渦流が発生しにく
い。したがって、突出壁をこのような半球状に形成する
ことで、冷却油の渦流をより効果的に整流化することが
できる。従って、請求項2に記載の発明によれば、冷却
通路に半球状の突起を用いた構成の突出壁を設けること
によって、冷却油の渦流をより効果的に整流化すること
ができる。
【0006】また、請求項3に記載の内燃機関のピスト
ンでは、冷却通路につき、さらに導入路の延長線上に誘
導壁が設けられている。この誘導壁は、導入路から冷却
通路へ導入された冷却油を冷却通路の下流方向へ円滑に
誘導するものであり、例えば断面が略三角形状に形成さ
れたものを好適に用いる。従って、請求項3に記載の発
明によれば、冷却通路における渦流の整流化作用に加
え、さらに導入路から導入された冷却油を冷却通路の下
流方向へ円滑に誘導することができるという作用効果を
奏する。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態を
図1〜図3を用いて説明する。なお、本実施の形態は本
発明を内燃機関の一つであるガソリンエンジンのピスト
ンに適用したものである。ここで、図1は本実施の形態
のエンジンの部分断面図である。図2は図1中のピスト
ン100の部分断面図である。図3は図2中のA−A線
断面矢視図である。
【0008】図1に示すように、シリンダブロック10
には、シリンダボア11内を図中の上下方向へ摺動可能
なピストン100が収容されている。このピストン10
0は、連結ピン13を介してクランクアーム12の上端
部と連結されている。ピストン100のピストン本体に
は、ピストン冷却用の冷却通路110が形成されてい
る。この冷却通路110は環状(リング状)に形成さ
れ、その入口側に導入路113が接続され、その出口側
に排出路114が接続されている。これら導入路113
および排出路114は、いずれも冷却通路110が形成
する環状平面に対し垂直方向に延びている。
【0009】また、シリンダブロック10には、ピスト
ン100の冷却を行うべく導入路113の方向へ延びる
オイルジェットノズル16が取付けられている。オイル
パン(図示省略)からオイルポンプ14によって圧送さ
れたオイルは、オイル供給路15を通じてこのオイルジ
ェットノズル16へ供給される。オイルジェットノズル
16へ供給されたオイルは、冷却油として導入路113
へ向けて噴出される。このオイルジェットノズル16と
ピストン100との間の距離は、ピストン100の摺動
に伴って変化する。このとき、オイルジェットノズル1
6から噴出された冷却油は、導入路113を通じて冷却
通路110へ導入され、環状の冷却通路110を流通し
たのち、排出路114を通じてオイルパン(図示省略)
へ向けて排出される。冷却油は、この冷却通路110を
流通する過程でピストン100の熱を吸収する。これよ
り、ピストン100の冷却が行われることとなる。
【0010】次に、本実施の特徴部分である冷却通路1
10の構成を、図2および図3を参照しながら説明す
る。図2および図3に示すように、冷却通路110の内
壁には、導入路113との境界部Pから所定の下流位
置、すなわち冷却油の渦流が形成される箇所に対応した
位置に整流壁111,112が設けられている。この整
流壁111,112が本発明における突出壁に対応して
いる。例えば、ピストン100を上方から見た場合の冷
却通路110の直径が60mm程度で、図3に示す断面
図における冷却通路110の高さが約16.7mm、幅
が約6.6mmである場合、境界部Pから10mm程度
の下流位置に整流壁111,112の中心部を設けるこ
とができる。この整流壁111,112は、いずれも冷
却油の円滑な流れを妨げにくい半径が約3mm程度の半
球状の突起によって構成されている。このような形状の
整流壁111,112は、その表面が円滑化された構成
ゆえ、冷却油が流通する際に渦流が発生しにくい。例え
ば、導入路113から冷却通路110へ導入された冷却
油は、冷却通路110の内壁に衝突する際に渦流を発生
する場合があるが、このような場合であっても渦流を伴
う冷却油が上記構成の整流壁111,112に作用する
と、この冷却油は図2中の実線矢印で示すように流れ
る。すなわち、図2中の二点鎖線矢印で示すような渦流
を、整流壁111,112を介して整流化することがで
きる。例えば、渦流によって冷却油が滞留するような箇
所が形成されるのを極力阻止することができる。
【0011】以上のように、本実施の形態によれば、冷
却通路110における渦流を伴う冷却油の流れを整流壁
111,112を介して整流化することができる。これ
により、冷却通路110における冷却油の流れを円滑化
させ、冷却油によるピストン10の冷却効率を向上させ
ることができる。とりわけ、整流壁111,112を半
球状に形成したため、冷却油の渦流をより効果的に整流
化することができる。
【0012】なお、本発明は上記の実施の形態のみに限
定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられ
る。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実
施することもできる。
【0013】(A)上記実施の形態では、冷却通路11
0に半球状の突起により構成された整流壁111,11
2を設ける場合について記載したが、整流壁111,1
12の形状は必要に応じて種々変更可能である。例え
ば、図4に示すような構成の冷却通路210を用いるこ
ともできる。この冷却通路210は、整流壁111,1
12を、図2中のA−A断面矢視図が図4中に示す形状
の整流壁115(本発明における突出壁に対応してい
る)に変更した構成になっている。このような構成の整
流壁115によっても、上記実施の形態の整流壁11
1,112と同様の作用効果を奏することとなる。
【0014】(B)また、上記実施の形態の冷却通路1
10における整流壁111,112の設置数等は必要に
応じて種々変更可能である。例えば、図5に示すような
構成の冷却通路310を用いることもできる。すなわ
ち、オイルジェットノズル16が導入路113に対して
傾斜した構成においては、整流壁111を冷却通路31
0の一箇所に設けることで対応可能である。このような
構成によっても、上記実施の形態と同様の作用効果を奏
することとなる。
【0015】(C)また、上記実施の形態の整流壁11
1,112に加え、冷却通路に別の壁部を設けることも
できる。例えば、図6に示すような構成の冷却通路41
0を用いることもできる。この冷却通路410は、整流
壁111,112に加え、ささらに導入路113の延長
線上に誘導壁415を設けた構成になっている。この誘
導壁415は、その断面が略三角形状に形成されてお
り、導入路113から冷却通路410へ導入された冷却
油をこの冷却通路410の下流方向へ円滑に誘導するよ
うに作用する。冷却通路410にこのような誘導壁41
5を設けることにより、上記実施の形態と同様である冷
却通路410における渦流の整流化作用に加え、さらに
導入路113から冷却通路410へ導入された冷却油を
冷却通路410の下流方向へ円滑に誘導することができ
るという作用効果を奏する。
【0016】(D)また、上記実施の形態では、ガソリ
ンエンジンのピストンの構成技術について記載したが、
ディーゼルエンジンのピストンの構成技術に本発明を適
用することもできる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内燃機関のピストンにおいて、冷却通路における渦流を
伴う冷却油の流れを改善することでピストンの冷却効率
を向上させるのに有効なピストンの構成技術を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態のエンジンの部分断面図である。
【図2】図1中のピストン100の部分断面図である。
【図3】図2中のA−A線断面矢視図である。
【図4】別の実施の形態の冷却通路210の部分断面図
である。
【図5】別の実施の形態の冷却通路310の部分断面図
である。
【図6】別の実施の形態の冷却通路410の部分断面図
である。
【符号の説明】
10…シリンダブロック 11…シリンダボア 16…オイルジェットノズル 100…ピストン 110,210,310,410…冷却通路 111,112,115…整流壁(突出壁) 113…導入路 114…排出路 415…誘導壁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストン本体に、ピストン冷却用の冷却
    通路と、この冷却通路に接続された導入路および排出路
    とを備え、オイルジェットノズルから供給された冷却油
    を前記導入路を通じて前記冷却通路へ導入し、この冷却
    通路を通過させたのち前記排出路を通じて排出する内燃
    機関のピストンであって、 前記冷却通路には、前記導入路との境界部から所定の下
    流位置に前記冷却油の渦流を整流化する突出壁が設けら
    れていることを特徴とする内燃機関のピストン。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の内燃機関のピストンで
    あって、 前記突出壁は、半球状の突起を用いた構成であることを
    特徴とする内燃機関のピストン。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の内燃機関のピ
    ストンであって、 前記冷却通路につき、さらに前記導入路の延長線上には
    この冷却通路の下流方向へ冷却油を誘導する誘導壁が設
    けられていることを特徴とする内燃機関のピストン。
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