JP2019074015A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン内を流れるオイルの流量を増加させること。【解決手段】噴射されたオイルを一端から導入する導入流路２１と、導入流路２１の他端と連通し、導入流路２１から流入したオイルが流れる冷却空洞２２と、一端が冷却空洞２２と連通し、冷却空洞２２から流入したオイルを他端から排出する排出流路２３とが内部に設けられた内燃機関のピストン９であって、冷却空洞２２の第１面Ｆ１および第２面Ｆ２が、ピストン９の往復方向に垂直な面に対して傾斜している。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関のピストンに関する。

従来、内燃機関のピストンの内部に、オイルジェットから噴射されたオイルが流れる流路を設けた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。この構成では、オイルがピストン内の流路を流れることで、ピストンを冷却できるという効果が得られる。

特開平５−２５６１９３号公報

上述した構成を採るピストンでは、冷却効率を高めるために、ピストン内を流れるオイルの流量を増やすことが望まれている。

本発明の目的は、ピストン内を流れるオイルの流量を増加させることができる内燃機関のピストンを提供することである。

本発明の内燃機関のピストンは、噴射装置から噴射された流体を一端から導入する導入流路と、前記導入流路の他端と連通し、前記導入流路から流入した前記流体が流れる冷却空洞と、一端が前記冷却空洞と連通し、前記冷却空洞から流入した前記流体を他端から排出する排出流路とが内部に設けられた内燃機関のピストンであって、前記冷却空洞の第１面および前記第１面に対向する第２面が、前記ピストンの往復方向に垂直な面に対して傾斜している。

本発明によれば、ピストン内を流れるオイルの流量を増加させることができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成の一例を示す模式図 本発明の実施の形態に係るオイル流路の一例を示す斜視図 本発明の実施の形態に係るオイル流路の一例を示す側面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る内燃機関１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の内燃機関１００の構成例を示す模式図である。

内燃機関１００は、例えば、車両に搭載されるディーゼルエンジンである。なお、本実施の形態では、内燃機関１００がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明するが、これに限定されない。内燃機関１００は、往復運動を行うピストンを有するレシプロエンジンであればよい。

内燃機関１００は、シリンダヘッド１およびシリンダブロック２を有する。

シリンダヘッド１には、吸気ポート３と排気ポート４が形成されている。吸気ポート３は新気を導入する流路であり、排気ポート４は排気を排出する流路である。吸気ポート３には吸気バルブ５が配置され、排気ポート４には排気バルブ６が配置されている。吸気バルブ５および排気バルブ６は、ピストン９の往復移動に連動して開閉される。

また、シリンダヘッド１には、吸気バルブ５と排気バルブ６との間に、燃料を燃焼室１０内に噴射するインジェクタ７が配置されている。

シリンダブロック２には、シリンダ８が形成されており、そのシリンダ８を往復移動するピストン９が配置されている。図１において、矢印Ａは第１の方向を示し、矢印Ｂは第１の方向とは逆の第２の方向を示している。ピストン９は、往復移動として、第１の方向への移動と第２の方向への移動とを交互に行う。また、図１において、９ａはピストン９の頂面を示し、９ｂはピストン９の底面を示している。

ピストン９の内部には、オイルジェット１３から噴射されたオイル（潤滑油。流体の一例）が流れるオイル流路２０が設けられている。オイル流路２０の詳細については、図２、図３を用いて後述する。

また、シリンダブロック２には、コネクティングロッド１１およびクランク軸１２が配置されている。コネクティングロッド１１の一端はピストン９に接続され、他端はクランク軸１２に接続されている。コネクティングロッド１１およびクランク軸１２は、ピストン９の往復移動に連動して回転動作を行う。図１において、矢印Ｃは、ピストン９の回転方向を示している。

また、シリンダブロック２には、オイル供給路１６から供給されたオイルをピストン９の底面９ｂに向けて噴射するオイルジェット１３（噴射装置の一例）が設けられている。

オイルジェット１３は、バルブ１４およびノズル１５を有する。

バルブ１４は、オイルの圧力（以下、油圧という）や温度に応じて開閉される。バルブ１４が閉弁状態のとき、オイル供給路１６からのオイルは、ノズル１５への流入が阻止される。バルブ１４が開弁状態のとき、オイル供給路１６からのオイルは、ノズル１５への流入が許容される。

ノズル１５は、オイルがピストン９の底面９ｂに向けて噴射されるように屈曲されており、また、先端に向かうほどに縮径されたテーパ形状となっている。

なお、オイルジェット１３は、上述した構成を備えるものに限定されない。例えば、オイルジェット１３は、バルブ１４を備えないものや、ノズル１５が上記テーパ形状ではないものであってもよい。

オイル供給路１６は、オイルジェット１３と、オイル貯留部１７（例えば、オイルパン）とを接続している。また、オイル供給路１６には、クランク軸１２の回転によって駆動されるオイルポンプ１８が設けられている。このオイルポンプ１８の駆動によって、オイルパン貯留部１７に貯留されているオイルは汲み上げられ、オイル供給路１６を介してオイルジェット１３へ供給される。

以上、内燃機関１００の構成について説明した。

次に、本実施の形態に係るピストン９が備えるオイル流路２０について、図２、図３を用いて説明する。図２はオイル流路２０の斜視図であり、図３はオイル流路２０の側面図である。

図２に示すように、オイル流路２０は、略円柱状の導入流路２１、円環状の冷却空洞２２、および略円柱状の排出流路２３、２４を有する。また、図３に示すように、冷却空洞２１のオイルの流れ方向はピストン９の往復方向（図１の矢印Ａ、Ｂ参照）に対して垂直な面内に設けられており、導入流路２２および排出流路２３、２４のオイルの流れ方向はピストン９の往復方向に対して平行な面内に設けられている。なお、本実施の形態では、オイル流路２０が排出流路２３、２４の２つを備えるものとしたが、オイル流路２０は、排出流路２３のみを備えるものであってもよい。

導入流路２１は、一端が冷却空洞２２に連通しており、他端からオイルジェット１３によって噴射されたオイルを導入する。導入流路２１に導入されたオイルは、冷却空洞２２に流入する。

冷却空洞２２は、導入流路２１および排出流路２３、２４それぞれの一端と連通している。導入流路２１から冷却空洞２２へ流入したオイルは、冷却空洞２２の形状に沿って冷却空洞２２内を流れる。図２に示した矢印Ｅは、冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向を示している。

図３に示すように、冷却空洞２２の第１面（例えば、上面）Ｆ１および第１面Ｆ１に対向する第２面（例えば、下面）Ｆ２は、ピストン９の往復方向に垂直な面Ｈに対して傾斜している。よって、導入流路２１側における第１面Ｆ１と第２面Ｆ２との間の長さＬ１に比べて、排出流路２３、２４側における第１面Ｆ１と第２面Ｆ２との間の長さＬ２の方が長くなっている。

なお、図示は省略するが、冷却空洞２２の径方向に沿った断面（換言すれば、オイルの流れ方向に対して垂直な断面）は、例えば略円形である。ただし、断面形状は、これに限定されず、例えば、長円形、楕円形、矩形、または台形のいずれであってもよい。

排出流路２３、２４は、それぞれ、一端が冷却空洞２２に連通している。

排出流路２３、２４は、冷却空洞２２から流入したオイルを他端からピストン９外へ排出する。

以上、オイル流路２０について説明した。

以下、本実施の形態の作用効果について説明する。

一般的に、冷却空洞２２に流入したオイルは、冷却空洞２２の内壁面との粘性摩擦抵抗を受け、流動が妨げられる。これを回避するためにはオイルジェット１３の噴射圧を上昇させることが考えられるが、噴射圧を上昇させると、内燃機関１００の負荷が増えて機関効率が低下する。

そこで、本実施の形態では、冷却空洞２２の第１面Ｆ１および第２面Ｆ２をピストン９の往復方向に垂直な面に対して傾斜させた。

これにより、ピストン９の往復運動（例えば、上下運動）に伴って、導入流路２１から冷却空洞２２に流入したオイルには、常に、ピストン９の往復運動による慣性力の、ピストン９の往復軸方向に垂直な面内の分力が働き、オイルが排出流路２３、２４側へ押し出される。副次的に導入経路２１からオイルが引き込まれる量が増加する。よって、本実施の形態では、オイルジェット１３の噴射圧を上昇させることなく、冷却空洞２２内のオイルの流量をさらに増加させることができ、冷却効率が向上する。

以上、本実施の形態の作用効果について説明した。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。

［変形例１］
実施の形態では、排出流路２３、２４が冷却空洞２２に対して図２に示すように設けられる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、排出流路２３、２４は、冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向に対して、平行方向または斜め方向を向いて設けられてもよい。これにより、冷却空洞２２内を流れるオイルは、受ける遠心力により、排出流路２３、２４から排出されやすくなる。

［変形例２］
導入流路２１は、オイルが導入流路２１から冷却空洞２２へ流入しやすい形状であってもよい。

例えば、導入流路２１において冷却空洞２２と接続される方の端部が冷却空洞２２内に入り込むようにし、かつ、その端部の開口部分が冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向を向くように構成してもよい。これにより、オイルが導入流路２１から冷却空洞２２内に流入しやすくなる。

［変形例３］
冷却空洞２２において、冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向（図２の矢印Ｅ参照）に沿った溝部（流路）を設けてもよい。これにより、冷却空洞２２内のオイルがピストン９と接触する面積を増やすことができ、冷却効率が向上する。なお、溝部は、１つでもよいが、より冷却効率を向上させるためには、複数設けることが望ましい。

さらに、上記溝部（流路）は、螺旋状に設けられてもよい。これにより、オイルが冷却空洞２２内に滞留する時間を増やすことができ、より冷却効率が向上する。

［変形例４］
排出流路２３の途中に、オイルが貯留される貯留部を設けてもよい。この貯留部は、貯留部内に流入したオイルが排出流路２３の上流側（冷却空洞２２との連結部分側）へ逆流しにくく、かつ、排出流路２３の下流側（オイルがピストン９外へ排出される開口部分側）に排出されやすい形状である。

例えば、貯留部は、排出流路２３の上流側からオイルが流入する入口と、貯留部内に貯留されたオイルが排出流路２３の下流側へ向けて流出する出口と、その出口から排出流路２３の下流側へ向けて径方向の断面積が連続的に減少する傾斜部と、を備える。

図１に示したクランクピン１２ｂの中心が仮想線Ｄ（クランク軸中心１２ａを通り、ピストン９の往復移動の方向に対して垂直な直線）の図中の上半分にある場合、ピストン９内のオイルには矢印Ａの方向の慣性力が働く。このとき、オイルジェット１３により噴射されたオイルは導入流路２１へ押し込まれるが、その押し込み圧力は、矢印Ａの方向の慣性力により減ずる。この減殺された押し込み圧力によって、そのオイルは冷却空洞２２を経た後に排出流路２３へ流入し、貯留部内にオイルが貯留される。

一方、図１に示したクランクピン１２ｂの中心が仮想線Ｄの図中の下半分にある場合、ピストン９内のオイルには矢印Ｂの方向の慣性力が働く。このとき、貯留部内に貯留されたオイルは排出される。

このように、ピストン９の往復移動に連動して、貯留部においてオイルの貯留と排出が繰り返し行われる。

貯留部内のオイルが排出されると、貯留部内の圧力が低下し、冷却空洞２２（排出流路２３の上流側）の圧力も低下するため、冷却空洞２２内のオイルに吸引力が働き、オイルの排出が促進される。よって、本実施の形態のピストン９によれば、冷却空洞２２内を流れるオイルの流量を増加させることができる。

なお、上記貯留部は、排出流路２３だけでなく、排出流路２４にも設けてもよい。

以上、各変形例について説明した。上述した各変形例は、適宜組み合わせてもよい。

＜本開示のまとめ＞
本発明の内燃機関のピストンは、噴射装置から噴射された流体を一端から導入する導入流路と、前記導入流路の他端と連通し、前記導入流路から流入した前記流体が流れる冷却空洞と、一端が前記冷却空洞と連通し、前記冷却空洞から流入した前記流体を他端から排出する排出流路とが内部に設けられた内燃機関のピストンであって、前記冷却空洞の第１面および前記第１面に対向する第２面が、前記ピストンの往復方向に垂直な面に対して傾斜している。

また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記冷却空洞は、円環状であり、前記排出流路は、前記冷却空洞における流体の流れ方向に対して、平行方向または斜め下方向を向いて設けられていてもよい。

また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記導入流路の他端が前記冷却空洞内に入り込み、かつ、前記導入流路の他端の開口部分が前記冷却空洞における前記流体の流れ方向を向いていてもよい。

また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記冷却空洞には、前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に沿った溝部が設けられていてもよい。

また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記溝部は、螺旋状に設けられていてもよい。

また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記排出流路の上流側と下流側との間に、前記流体が貯留される貯留部を有し、前記貯留部は、前記排出流路の上流側から前記流体が流入する入口と、前記貯留部内に貯留された前記流体が前記排出流路の下流側へ向けて流出する出口と、前記出口から前記排出流路の下流側へ向けて径方向の断面積が連続的に減少する傾斜部と、を備えてもよい。

本発明は、内燃機関のピストンに適用できる。

１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ 吸気ポート
４ 排気ポート
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
７ インジェクタ
８ シリンダ
９ ピストン
９ａ ピストンの頂面
９ｂ ピストンの底面
１０ 燃焼室
１１ コネクティングロッド
１２ クランク軸
１３ オイルジェット
１４ バルブ
１５ ノズル
１６ オイル供給路
１７ オイル貯留部
１８ オイルポンプ
２０ オイル流路
２１ 導入流路
２２ 冷却空洞
２３、２４ 排出流路
１００ 内燃機関

Claims (6)

1. 噴射装置から噴射された流体を一端から導入する導入流路と、前記導入流路の他端と連通し、前記導入流路から流入した前記流体が流れる冷却空洞と、一端が前記冷却空洞と連通し、前記冷却空洞から流入した前記流体を他端から排出する排出流路とが内部に設けられた内燃機関のピストンであって、
   前記冷却空洞の第１面および前記第１面に対向する第２面が、前記ピストンの往復方向に垂直な面に対して傾斜している、
   ピストン。
2. 前記冷却空洞は、円環状であり、
   前記排出流路は、
   前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に対して、平行方向または斜め方向を向いて設けられている、
   請求項１に記載のピストン。
3. 前記導入流路の他端が前記冷却空洞内に入り込み、かつ、前記導入流路の他端の開口部分が前記冷却空洞における前記流体の流れ方向を向いている、
   請求項１または２に記載のピストン。
4. 前記冷却空洞には、前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に沿った溝部が設けられている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン。
5. 前記溝部は、螺旋状に設けられている、
   請求項４に記載のピストン。
6. 前記排出流路の上流側と下流側との間に、前記流体が貯留される貯留部を有し、
   前記貯留部は、
   前記排出流路の上流側から前記流体が流入する入口と、
   前記貯留部内に貯留された前記流体が前記排出流路の下流側へ向けて流出する出口と、
   前記出口から前記排出流路の下流側へ向けて径方向の断面積が連続的に減少する傾斜部と、を備える、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のピストン。

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