JP2010196559A - 内燃機関ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンピン穴の冷却性能を向上させた内燃機関ピストンを提供する。
【解決手段】ピストン１は、その内部に潤滑油の流通のための冷却流路３３及びピストンピンを挿通するためのピストンピン穴２０がそれぞれ設けられている。そして、冷却流路３３とピストンピン穴２０とを互いに連通する連通部５０が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ピストン内部に冷却媒体の流通のための冷却流路及びピストンピンを挿通するためのピストンピン穴が設けられた内燃機関ピストンに関する。

上記内燃機関ピストンでは、熱負荷対策として同ピストンの内部に潤滑油を流通させる冷却流路である中空環が設けられている。この中空環には、潤滑油をその内部に供給する供給孔及び外部へ排出する排出孔がそれぞれ設けられている。そして、潤滑油は、オイルジェットから供給孔に供給されて、冷却通路を流通し、排出孔から排出することにより、内燃機関ピストンの冷却を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−２０３４６３号公報

ところで、コンロッドを保持するピストンピンを挿入するために上記内燃機関ピストンに設けられたピストンピン穴には、燃焼室の爆発に伴う爆発荷重及び内燃機関ピストンの慣性力を強く受けてしまう。その結果、ピストンピンとピストンピン穴とが互いに高温化するため、ピストンピンとピストンピン穴との焼き付きが生じてしまう場合がある。その対策として、ピストンピンとピストンピン穴との間に間隙を設けることが考えられるが、内燃機関ピストンの動作に応じて、ピストンピンとピストンピン穴とが互いに接触することにより打音が発生してしまう。そのため、ピストンピン穴を冷却することにより、焼き付きを抑制する必要がある。

しかしながら、特許文献１の内燃機関ピストンでは、中空環の排出孔から排出した潤滑油は、直接内燃機関ピストンの外部に排出されていた。そのため、ピストンピン及びピストンピン穴の冷却を行うことが困難となっていた。その結果、内燃機関ピストンにおいて、ピストンピン穴にスカッフが発生したり、ピストンピンとピストンピン穴とが焼き付いたりしてしまう場合があった。さらに、従来では、中空環は、塩中子によって形成される冷却通路より上側、即ち、ピン穴から遠ざかる方向に配置されるため、上述のようなスカッフや焼き付きの可能性が高くなってしまっていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストンピン穴の冷却性能を向上させた内燃機関ピストンを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、ピストン内部に冷却媒体の流通のための冷却流路及びピストンピンを挿通するためのピストンピン穴が設けられた内燃機関ピストンにおいて、前記冷却流路と前記ピストンピン穴とを互いに連通する連通部が設けられることを要旨とする。

この発明によれば、冷却流路を流れる冷却媒体が連通部を介してピストンピン穴に供給されるため、ピストンピン穴及びピストンピンの直接冷却を行うことができるようになる。その結果、ピストンピン穴の冷却性能を向上させることができるため、ピストンピン穴の耐スカッフ性及び耐焼き付性の向上を図ることができる。

本発明に係る内燃機関ピストンを具体化した一実施形態について、同ピストンの正面構造を示す正面図。 同実施形態について、図１をピストンピン穴の延設方向に対して垂直方向に沿った平面にて切った断面構造を示す断面図。 同実施形態について、（ａ）は、図１をピストンピン穴の延設方向に沿った平面にて切った断面構造を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の破線円を拡大した拡大図。 同実施形態について、図２をＡ−Ａ平面にて切った断面構造を示す断面図。

図１〜図４を参照して、本発明に係る内燃機関ピストンを具体化した一実施形態について説明する。
図１を参照して、内燃機関ピストン１（以下、「ピストン１」）の全体構造について説明する。

図１に示すように、ピストン１は、アルミニウム合金にて鋳込まれた上、切削等の加工により外形が略円筒形状に形成されたピストン本体２が設けられている。そして、ピストンピン本体２は、ピストン１の外枠を構成している。

ピストン本体２の燃焼室側には、同燃焼室の一部を構成するピストンヘッド部２ａが設けられている。そして、ピストンヘッド部２ａよりクランクシャフト側には、シリンダ内を摺動するピストンスカート部２ｂが設けられている。

ピストンヘッド部２ａの外周面には、シリンダ内の潤滑油を掃き落とすピストンリングが装着されるためのピストンリング溝１０が設けられている。このピストンリング溝１０は、燃焼室側からクランクシャフト側に向けて順に、トップリング溝１１、セカンドリング溝１２、及びオイルリング溝１３が設けられている。そして、トップリング溝１１及びセカンドリング溝１２には、コンプレッションリングが取り付けられ、オイルリング溝１３には、オイルリングが取り付けられる。

ピストンスカート部２ｂには、コンロッド６０（図２参照）とピストン１とを連結するためのピストンピン７０（図２参照）を挿入するためのピストンピン穴２０が設けられている。このピストンピン穴２０は、ピストンスカート部２ｂの周方向に１８０°離間した２箇所にそれぞれ設けられている。また、これらピストンピン穴２０の内径とピストンピンの外径とは略同一である。

次に、図２及び図３を参照して、ピストン１の内部構造について説明する。
図２に示すように、ピストン本体２の内部には、同ピストン本体２を冷却するクーリングチャンネル付耐摩環３が設けられている。クーリングチャンネル付耐摩環３には、ピストンリング溝１０のトップリング溝１１をその外周面に形成する耐摩環本体３１が設けられている。そして、耐摩環本体３１の内側には、ピストン冷却流路形成用環状体３２が設けられている。また、耐摩環本体３１及びピストン冷却流路形成用環状体３２のそれぞれは、鉄合金製の環状体である。また、クーリングチャンネル付耐摩環３において、耐摩環本体３１とピストン冷却流路形成用環状体３２とにより囲まれた空間３３は、潤滑油が流通するとともに、ピストンヘッド部２ａを冷却する冷却流路（以下、「冷却流路３３」）を形成する。

また、ピストンヘッド部２ａには、ピストン冷却流路形成用環状体３２に連通することにより、オイルジェット４０から噴射された冷却媒体である潤滑油をピストン冷却流路形成用環状体３２側に供給するための潤滑油供給路３４が設けられている。そして、ピストン冷却流路形成用環状体３２には、潤滑油供給路３４と連通するための貫通孔である潤滑油供給部３２ａが設けられている。以上の構成により、オイルジェット４０から噴射された潤滑油は、まず潤滑油供給部３２ａに導入され、次いで、潤滑油供給部３２ａを介して冷却流路３３に導入されることになる。

ここで、クーリングチャンネル付耐摩環３が、ピストン本体２のピストンヘッド部２ａのトップリング溝１１の位置に設けられている、即ちクーリングチャンネル付耐摩環３に形成される冷却流路３３がトップリング溝１１の位置に設けられている。この構成により、ピストンヘッド部２ａの特に燃焼室側の熱負荷が大きくなる部位の冷却を効率よく行うことが可能となる。

しかしながら、一方で、冷却流路３３がトップリング溝１１の位置に設けられることにより、ピストンピン穴２０と冷却流路３３との距離Ｇ１が大きくなってしまう。そのため、冷却流路３３によるピストンピン穴２０の冷却性能は低下してしまう。したがって、コンロッド６０を保持するピストンピン７０と、このピストンピン７０が挿入されるピストンピン穴２０との焼き付きを生じてしまう場合がある。

そこで、図３（ａ）に示すように、ピストン本体２には、冷却流路３３とピストンピン穴２０とを互いに連通する貫通孔である連通部５０が２箇所設けられている。具体的には、ピストンピン穴２０からクーリングチャンネル付耐摩環３に向かいドリル等の穴あけ加工により連通部５０に対応した貫通穴を設けている。そして、クーリングチャンネル付耐摩環３のピストン冷却流路形成用環状体３２には、これら貫通穴と冷却流路３３とを連通するための貫通孔である開口部３２ｂがそれぞれ設けられている。以上により、連通部５０は形成されている。この連通部５０からピストンピン穴２０に潤滑油が供給されることにより、ピストンピン穴２０、ピストンピン７０、及びコンロッド６０を冷却することができるようになる。

また、図３（ｂ）に示すように、連通部５０の内径Ｄ１は、冷却流路３３の内径Ｄ２よりも小さくなるように形成されている。また、穴あけ加工により連通部５０から開口部３２ｂまで連続して貫通させるため、開口部３２ｂの内径Ｄ３は、連通部５０の内径Ｄ１と等しい。また、２つの連通部５０の内径は、互いに内径Ｄ１として等しくなるように形成されている。

これら連通部５０は、クーリングチャンネル付耐摩環３からピストンピン穴２０に向かい内側に傾斜する形状として、それぞれ設けられている。本実施形態では、ピストンピン穴２０を形成するピストンスカート部２ｂの厚さ方向の中央部に連通部５０は接続されている。

図４に示すように、ピストン冷却流路形成用環状体３２の２つの開口部３２ｂは、潤滑油供給部３２ａに対して、それぞれ周方向に９０°離間した位置に設けられている。即ち、２つの開口部３２ｂは、互いに１８０°離間した位置となるようにそれぞれ設けられている。

ここで、潤滑油供給部３２ａから冷却流路３３に供給された潤滑油は、図４中の矢印Ｙ１及び矢印Ｙ２の方向に流れる。そして、その潤滑油の一部は、２つの開口部３２ｂを介して、連通部５０（図３参照）に供給される。次いで、連通部５０に導入された潤滑油は、ピストンピン穴２０（図３参照）に供給されることにより、ピストンピンを冷却している。ここで、２つの開口部３２ｂの合計の面積は、潤滑油供給部３２ａの面積よりも大きくなるように設定されている。即ち、２つの連通部５０の合計の断面積（図３（ｂ）における断面Ｂ−Ｂにて切った連通部５０の貫通孔の面積）は、潤滑油供給部３２ａの面積よりも大きくなるように設定されている。これにより、冷却流路３３に供給された潤滑油が冷却流路３３内にて過度に滞留することなく、連通部５０へ導入することができるようになる。また、２つの開口部３２ｂの合計の面積は、潤滑油供給部３２ａの面積よりも大きいが、極力小さいことが望ましい。即ち、２つの連通部５０の合計の断面積は、潤滑油供給部３２ａの面積よりも大きいが、極力小さいことが望ましい。

本実施形態のピストン１によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態のピストン１では、ピストンヘッド部２ａのトップリング溝１１の位置に設けられた冷却流路３３とピストンピン穴２０とを連通する連通部５０が設けられる構成である。この構成によれば、ピストンピン穴２０に直接潤滑油を供給することが可能となり、ピストンピン穴２０の冷却性能を向上させることができるようになる。したがって、本実施形態によれば、冷却流路３３によりピストンヘッド部２ａの燃焼室側の熱付加が大きくなる部位が冷却でき、連通部５０によりピストンピン穴２０の冷却できるようになる。その上、ピストンピン穴２０とピストンピン７０との間に潤滑油を介在させることができる。したがって、ピストンピン７０とピストンピン穴２０との焼き付きの発生を抑制することができるようになる。また、ピストンピン７０とピストンピン穴２０との間に潤滑油が介在することにより、ピストンピン７０が直接ピストンピン穴２０に接触する場合の荷重よりもピストンピン７０がピストンピン穴２０に与える荷重を小さくすることができる。その結果、ピストンピン穴２０の亀裂の発生を抑制することができるようになる。

（２）本実施形態のピストン１では、連通部５０がピストンピン穴２０におけるピストンスカート部２ｂの厚さ方向の中央部に連通する構成である。この構成によれば、ピストンピン穴２０の内周面に対して効率よく潤滑油を行渡らせることができるようになる。その結果、ピストンピン穴２０の冷却性能を向上させることができる。

また、連通部５０は、クーリングチャンネル付耐摩環３からピストンピン穴２０に向かい傾斜する形状であるが、この傾斜角度は、ピストンピン穴２０からドリル等の穴あけ加工が可能な範囲内であることが望ましい。これにより、連通部５０を形成するのに、製造容易な穴あけ加工を採用することが可能となるため、製造コストを低減することができるようになる。

（３）本実施形態のピストン１では、連通部５０の内径Ｄ１は、ピストン冷却流路形成用環状体３２の開口部３２ｂの内径Ｄ２よりも小さい。この構成によれば、冷却流路３３を流れる潤滑油の一部のみが連通部５０に導入されるため、冷却流路３３の全体に潤滑油を満たすことができる。したがって、冷却流路３３の冷却性能の低下を抑制することができるようになる。

（４）本実施形態のピストン１では、ピストンスカート部２ｂに設けられた２つのピストンピン穴２０のそれぞれに連通部５０が設けられる構成である。この構成によれば、連通部５０が１つの場合と比較して、ピストンピン穴２０の冷却性能を向上させることができる。また、２つのピストンピン穴２０と、各ピストンピン穴２０に挿入されたピストンピン７０との間に潤滑油を介在させることができるため、ピストンピン７０とピストンピン穴２０との焼き付きやピストンピン穴２０の亀裂の発生をより一層抑制することができるようになる。
[その他の実施形態]
本発明に係る内燃機関ピストンは、上記実施形態のピストン１に限定されることなく、以下の変更が可能である。

・本実施形態では、連通部５０を周方向に１８０°離間した位置の２箇所に設けたが、連通部５０の個数は、これに限定されることはない。例えば、連通部５０は、１箇所でもよい。この場合、１つの連通部５０の断面積は、潤滑油供給部３２ａの面積よりも大きいことが望ましい。

・本実施形態では、クーリングチャンネル付耐摩環３に冷却流路３３が構成されたが、冷却流路３３の構成は、これに限定されることはない。例えば、クーリングチャンネル付耐摩環３を用いず、冷却流路３３のみをピストン本体２に設けてもよい。この場合、冷却流路３３は、トップリング溝１１の位置ではなく、例えば、セカンドリング溝、またはオイルリング溝の位置に配設されてもよい。このとき、連通部５０は、直接冷却流路３３と連通する構成となる。

・本実施形態では、連通部５０は、クーリングチャンネル付耐摩環３からピストンピン穴２０に向かうにつれて内側に傾斜する形状であって、ピストンスカート部２ｂの厚さ方向の中央部に連通する形状であったが、連通部５０の形状は、これに限定されることはない。例えば、連通部５０は、ピストンピン穴２０からドリル等の穴あけ加工が可能な範囲において、ピストンスカート部２ｂの厚さ方向の外側に連通する形状であってもよい。

１…ピストン、２…ピストン本体、２ａ…ピストンヘッド部、２ｂ…ピストンスカート部、３…耐摩環本体、３１…耐摩環本体、３２…ピストン冷却流路形成用環状体、３２ａ…潤滑油供給部、３２ｂ…開口部、３３…空間（冷却流路）、３４…潤滑油供給路、１０…ピストンリング溝、１１…トップリング溝、１２…セカンドリング溝、１３…オイルリング溝、２０…ピストンピン穴、４０…オイルジェット、５０…連通部、６０…コンロッド、７０…ピストンピン。

Claims (1)

1. ピストン内部に冷却媒体の流通のための冷却流路及びピストンピンを挿通するためのピストンピン穴が設けられた内燃機関ピストンにおいて、
   前記冷却流路と前記ピストンピン穴とを互いに連通する連通部が設けられる
   ことを特徴とする内燃機関ピストン。

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