JP4049591B2 - オフセット内燃機関のピストン冷却構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダの中心軸線がクランクシャフトの回転中心軸線より側方にオフセットしたオフセット内燃機関におけるピストン冷却構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関においてクランクシャフトとピストンとを連結するコネクティングロッドには、特に膨張行程において大きな圧縮力が加わる。
【0003】
このときコネクティングロッドがシリンダの中心軸線と平行であればピストン外周壁をシリンダ内周壁に圧接するスラスト力が発生することがないが、コネクティングロッドがシリンダの中心軸線に対して傾斜していると、その傾斜角度が大きくなるほど前記圧縮力の横方向分力であるスラスト力が増加してピストン外周壁がシリンダ内周壁に強く圧接されて摺動抵抗が増加する。
【0004】
そこでコネクティングロッドに最大の圧縮力が加わる膨張行程において、コネクティングロッドがシリンダの中心軸線に対してできるだけ平行になるようにシリンダの中心軸線をクランクシャフトの回転中心軸線より側方にオフセットしたオフセット内燃機関の例が、特開昭56−98531号公報に開示されている。
【0005】
かかるオフセット内燃機関は、従来より比較的低出力の内燃機関に採用されていたが、今後の高出力の要求に伴いピストンの冷却性能が課題である。
【0006】
一方でピストンを冷却するのに、コネクティングロッドの小端部とピストン裏面の溝部にオイルを噴射するオイルジェットを設けた例が、特開平7−139349号公報に開示されている。
【0007】
同公報記載の例は、シリンダの中心軸線がクランクシャフトの回転中心軸線と交叉しオフセットしない通常の内燃機関に適用されたもので、その要部を図7に示す。
【0008】
シリンダブロック01のシリンダスリーブ02にピストン03が摺動自在に挿入され、クランクシャフト04とピストン03をコネクティングロッド05が連結している。シリンダブロック01に設けられたオイルギャラリ06にオイルジェット07が装着されている。
【0009】
オイルジェット07は、ピストン03が上昇過程にあるときにコネクティングロッド05の大端部が接近する側に設けられ、オイルジェット07のノズル08は側方からシリンダスリーブ02内に屈曲して上向きに延出している。
【0010】
オイルジェット07のノズル08から上方に噴出したオイルがコネクティングロッド05の小端部とピストン裏面の溝部に供給されて、ピストン03を冷却する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
オイルジェット07は、コネクティングロッド05の大端部またはクランクシャフト04のバランスウェイトに干渉しない位置に設ける必要があり、クランク室を大きくしたりコネクティングロッド05を長くすれば余裕があるが、それ以外にはコネクティングロッド05を避けてバランスウェイトと干渉しないようにバランスウェイトを小型化する必要がある。
【0012】
クランク室を大きくしたりコネクティングロッド05を長くすると、内燃機関全体が大型化し重量増となる。
またバランスウェイトを小型化すると、騒音および振動の要因となる。
【0013】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、オフセット内燃機関におけるオイルジェットの配置を工夫することにより、低燃費を確保しつつ内燃機関の小型軽量化を図りかつバランスウェイトによる騒音・振動防止性能を維持することができるオフセット内燃機関のピストン冷却構造を供する点にある。
【0014】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項1記載の発明は、シリンダの中心軸線がクランクシャフトの回転中心軸線より側方にオフセットしたオフセット内燃機関において、シリンダの中心軸線のオフセット方向のクランク室内にピストン冷却用のオイルジェットを配設するとともに、シリンダブロックにおけるシリンダスリーブの下部のシリンダの中心軸線のオフセット側にオイルギャラリがクランク軸方向に指向して穿設され、該オイルギャラリに前記オイルジェットが嵌挿されたオフセット内燃機関のピストン冷却構造とした。
【0015】
クランク室のシリンダの中心軸線のオフセット方向の空間は、通常のシリンダの中心軸線がクランクシャフトの回転中心軸線と交叉する内燃機関に比べて、空間に余裕があり、この空間を利用してオイルジェットを配設することで、内燃機関を大型化することなく、またクランクシャフトのバランスウェイトを小型化しないで騒音・振動防止性能を維持することができる。
【0016】
シリンダの中心軸線がクランクシャフトの回転中心軸線より側方にオフセットすることで、膨張時のクランクシャフトの回転によるコネクティングロッドの傾きを小さくすることができ、よってコネクティングロッドのベクトルが垂直方向に近づくので、ピストンにかかる側圧を小さくすることができ、ピストンの摺動抵抗を軽減して燃費の低減を図ることができる。
【0017】
請求項2記載の発明は、請求項1記載のオフセット内燃機関のピストン冷却構造において、前記シリンダ内を往復動し上面に燃焼室を有するピストンの内部に冷却オイル通路が形成され、前記オイルジェットは前記冷却オイル通路の開口部に向けてオイルを噴射するようにクランク室の上部に配設されたことを特徴とする。
【0018】
クランク室の上部にオイルジェットが配設されることで、オイルジェットのノズルを短く構成でき、ピストンの冷却オイル通路の開口部にオイルを噴射して容易かつ確実にオイルを冷却オイル通路に供給し、燃焼室を有するピストン頂部を効率良く冷却することができる。
【0019】
請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載のオフセット内燃機関のピストン冷却構造において、シリンダスリーブにおけるシリンダの中心軸線の反オフセット方向の側壁下端に切欠きを形成したことを特徴とする。
【0020】
シリンダスリーブの反オフセット方向の側壁下端に切欠きを形成することで、内燃機関を大型化することなしに、ピストンが上死点に近づくときに、コネクティングロッドの大端部がスリーブ下端を擦過して摩耗するのを防止でき、耐久性を向上させることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図1ないし図6に基づき説明する。
本実施の形態に係る内燃機関1は、車両に搭載される直列4気筒4ストローク内燃機関であり、図1および図3,図4に示すように、それぞれにピストン10がシリンダスリーブ12を介して摺動可能に嵌合される4つのシリンダが一体に結合されて成形されたシリンダブロック2の上面にはシリンダヘッドが結合され、シリンダブロック2の下面にはクランクケース3が結合され、シリンダブロック2の下部とクランクケース3とでクランク室4を形成している。
【0022】
クランク室4内に収容されるクランクシャフト5は、ジャーナル部5aがシリンダブロック2側に鋳込まれた半円筒状のインサート6aとクランクケース3側に鋳込まれた半円筒状のインサート6bに挟まれてメイン軸受7を介して回転自在に軸支される。
【0023】
ジャーナル部5aで軸支されたクランクシャフト5の回転中心軸線(クランク軸線)Xからクランクアームを介してクランクピン5bが変位しており、クランクピン5bと反対側に変位してバランスウエイト5cが延出している。
【0024】
クランクシャフト5の最端のクランクアームとバランスウエイト5cの外側面には中空円板状のクランク角検出プレート8がボルトにより螺着されて取り付けられている。
図2に示すようにクランク角検出プレート8の外周縁には複数の刻みが形成され、半径はバランスウエイト5cの回転軌跡の半径に略等しい。
【0025】
クランクシャフト5のクランクピン5bに大端部9aを枢支されたコネクティングロッド9は、その小端部9bが前記ピストン10のピストンピン11に枢支され、クランクシャフト5とピストン10を連接している。
【0026】
本内燃機関1は、図3および図4に示すようにピストン10が摺動するシリンダの中心軸線(シリンダ軸線)Yがクランク軸線Xに対して一側方にオフセットしているオフセット内燃機関である。
【0027】
図3および図4においてクランクシャフト5は時計回りに回転しており、ピストン10が下降するときにコネクティングロッド9の大端部9aが通過する側がオフセット側であり、シリンダ軸線Yはクランク軸線Xに対してこのオフセット側(図3,図4において右側)に変位している。
【0028】
したがってコネクティングロッド9に最大の圧縮力が加わる膨張行程において、コネクティングロッド9がシリンダ軸線Yに対してできるだけ平行になり、シリンダ内周壁に対するピストン10の摺動抵抗を軽減して燃費の低減を図ることができる。
【0029】
シリンダブロック2においてシリンダスリーブ12の下部のオフセット側近傍をオイルギャラリ15がクランク軸方向に指向して穿設されており(図3,図4参照)、各シリンダスリーブ12近傍でクランク室4側から同オイルギャラリ15に向けて穿たれた穿孔にピストン冷却用のオイルジェット20が嵌挿されている。
【0030】
オイルジェット20は、ノズル21がシリンダスリーブ12の下端縁の下を通ってシリンダ内に延出し、上方に屈曲してシリンダスリーブ12内に上端を挿入している。
【0031】
オイルジェット20は、クランク軸方向でバランスウエイト5cと同じ位置にあって、バランスウエイト5cの回転軌跡L5に接しない近傍位置にある(図3,図4参照)。
【0032】
シリンダ軸線Yがクランク軸線Xに対してオフセットしているので、図3および図4に示すようにシリンダに対してクランクシャフト5は反オフセット方向に変位してクランク室4のオフセット側空間4aがより広く形成されており、このオフセット側空間4aを利用してオイルジェット20が配設されている。
【0033】
したがってオイルジェット20とクランク軸方向の同じ位置にあるバランスウエイト5cを小型化することなくオイルジェット20との干渉を防止することができる。
【0034】
クランクシャフト5のバランスウェイト5cを小型化することなくある程度の大きさを維持できるので、騒音・振動防止性能を確保することができる。
【0035】
なおオイルジェット20をクランク軸方向でクランク角検出プレート8が取り付けられる位置に配設した場合でも、オフセット側空間4aに配することでオイルジェット20と干渉せずにクランク角検出プレート8を大きく維持することができ、よってパルスカウントするクランク角検出プレート8の外周縁の刻み数を多く保ち、クランク角の検出精度を高く維持することが可能である。
【0036】
一方で、クランクシャフト5は反オフセット方向に変位しているのでクランク室4の反オフセット側空間4bが若干狭くなり、特にコネクティングロッド9とシリンダスリーブ12との干渉を避けるため、シリンダスリーブの反オフセット側の側壁下端に切欠き12aを設けている。
【0037】
すなわち図3および図4においてコネクティングロッド9の運動軌跡L9に接しないようにシリンダスリーブ12の下端に切欠き12aが設けられている。
ピストン10が上死点に近づくときに、コネクティングロッド9の大端部9aがシリンダスリーブ12の下端を擦過して摩耗するのを防止し、耐久性の向上を図っている。
【0038】
この切欠き12aを設けることで、コネクティングロッド9を長くして内燃機関が大型化するのを避けることができる。
【0039】
前記したようにクランク室4のオフセット側空間4aに配設されたオイルジェット20のシリンダ内に延出したノズル21の上方にあってシリンダスリーブ12内を上下に往復動するピストン10は、上面に燃焼室10aを有し、内部に外周面に沿って環状に冷却オイル通路25が形成されている。
【0040】
冷却オイル通路25のノズル21の先端と対向する部分にオイル入口26が下方から冷却オイル通路25に穿孔して設けられ、図5および図6に示すように環状の冷却オイル通路25のオイル入口26と反対部分にオイル出口27が下方から冷却オイル通路25に穿孔して設けられている。
【0041】
したがって図6に示すようにオイルジェット20のノズル21から上方へ噴射されたオイルは、ピストン10のオイル入口26から冷却オイル通路25に流入し、図5において矢印で示すように2方向に分かれて流れ、ピストン頂部の燃焼室10aで発生した熱を吸収してピストン10を冷却し、オイル出口27からクランク室4に流出する。
【0042】
このようにピストン頂部の冷却オイル通路25にオイルジェット20によりオイルを供給することができるので、燃焼室10aを有するピストン頂部を効率良く冷却することができる。
ピストンが効率良く冷却されるので、オフセット内燃機関を高出力の内燃機関に適用することができる。
【0043】
なおピストン10が下死点に近づくと、ノズル21の上部はピストン10の裏側凹部にまで挿入され、ノズル21がピストン10のオイル入口26に近づき(図3,図6参照)、確実にオイルをオイル入口に噴入して冷却オイル通路25に供給し、燃焼室10aを有するピストン10の頂部を有効に冷却することができる。
【0044】
またオイルジェット20は、クランク室4のオフセット側空間4aの上部に配設されることで、オイルジェット20のノズル21を短く構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るオフセット内燃機関のクランクシャフト中心軸を含む平面で切断した一部断面図である。
【図2】図1におけるクランク角検出プレートおよびクランクシャフトのII矢視図である。
【図3】図1のIII−III線断面図である。
【図4】別の状態の図3と同じ断面図である。
【図5】ピストンの上面図である。
【図6】図5のIV−IV線断面図である。
【図7】従来のオイルジェットを備えた内燃機関の断面図である。
【符号の説明】
1…内燃機関、2…シリンダブロック、3…クランクケース、4…クランク室、5…クランクシャフト、6a,6b…インサート、7…メイン軸受、8…クランク角検出プレート、9…コネクティングロッド、10…ピストン、11…ピストンピン、12…シリンダスリーブ、
20…オイルジェット、21…ノズル、25…冷却オイル通路、26…オイル入口、27…オイル出口。
Claims (3)
- シリンダの中心軸線がクランクシャフトの回転中心軸線より側方にオフセットしたオフセット内燃機関において、
シリンダの中心軸線のオフセット方向のクランク室内にピストン冷却用のオイルジェットを配設するとともに、シリンダブロックにおけるシリンダスリーブの下部のシリンダの中心軸線のオフセット側にオイルギャラリがクランク軸方向に指向して穿設され、該オイルギャラリに前記オイルジェットが嵌挿されたことを特徴とするオフセット内燃機関のピストン冷却構造。 - 前記シリンダ内を往復動し上面に燃焼室を有するピストンの内部に冷却オイル通路が形成され、
前記オイルジェットは前記冷却オイル通路の開口部に向けてオイルを噴射するようにクランク室の上部に配設されたことを特徴とする請求項1記載のオフセット内燃機関のピストン冷却構造。 - 前記シリンダスリーブにおけるシリンダの中心軸線の反オフセット方向の側壁下端に切欠きを形成したことを特徴とする請求項1または請求項2記載のオフセット内燃機関のピストン冷却構造。
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