JP4410964B2

JP4410964B2 - ピストン冷却装置

Info

Publication number: JP4410964B2
Application number: JP2001263062A
Authority: JP
Inventors: 理吉井; 英将辻; 倫祥坂野; 秀行小山; 秀隆森永
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003074346A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はピストン冷却装置に関し、特にピストンを効果的に冷却する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のピストン冷却装置としては、従来より例えば図５に示すものがある。このピストン冷却装置は、クランク軸１１を前後複数の軸受ケース１５・１５で軸支し、各軸受ケース１５の内周面にリング状のオイル溝１６を形成し、各軸受ケース１５の上半部１５Ａに上記オイル溝１６に連通する単一のオイル噴射孔１８をあけ、このオイル噴射孔１８からピストンヘッド２１の裏面側内部に向けて潤滑オイルＱを噴射させるように構成されている。
【０００３】
なお、ディーゼルエンジンのピストンヘッド２１には、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、シリンダヘッドに設けた渦室（図１中の符号３０）からの燃焼噴流を平面視扇状の拡がり角で案内するガイド凹部２２が凹設され、このガイド凹部２２の始端部２２Ａを噴孔（図１中の符号３１）の出口に臨ませ、吸排気弁の各バルブリセス２３・２４を上記ガイド凹部２２の先端部２２Ｂと重なる状態で設けてある。ここで、図４（Ａ）はピストンヘッドの平面図、図４（Ｂ）はそのピストンの横断背面図である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの高出力化に伴い、ピストンの熱負荷も高くなるが、上記従来技術では、単一のオイル噴射孔１８からピストンヘッド２１の裏面側内部に向けて潤滑オイルＱを噴射させる構成であるから、ピストンの冷却が不十分で、過熱劣化によりピストンの耐久性が低下する。
【０００５】
また、潤滑オイルＱの狙当箇所は、燃焼噴流が吹き当たるガイド凹部２２の始端部２２Ａに相当するピストンヘッド裏面の噴流吹当相当箇所２２ａから大きく外れているため、ピストンの加熱に偏りが生じて熱歪みが大きくなる。これに伴って、ブローバイガスが多くなり、オイル上がりによりカーボンが発生する。そして上記ガイド凹部２２の始端部２２Ａの近傍のピストン摺動面にカーボンが付着し易くなり、リングスティックを誘発する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ピストンの冷却効果を高め、その耐久性を向上させること、及びピストンの熱歪みを小さくして、ブローバイガスを低減し、オイル上がりによるカーボンの発生を防止するとともに、リングスティックを効果的に防止できるピストン冷却装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のように構成される。
即ち、請求項１に記載の発明は、クランク軸１１を前後複数の軸受ケース１５・１５で軸支し、各軸受ケース１５の内周面にリング状のオイル溝１６を形成し、各軸受ケース１５のケース上半部１５Ａに上記オイル溝１６に連通するオイル噴射孔１８をあけ、このオイル噴射孔１８からピストンヘッド２１の裏面側内部に向けて潤滑オイルＱを噴射させるように構成（以下、これを本発明の「基本構成」という）したピストン冷却装置において、
前後に配置した上記軸受ケース１５・１５の各対向面側にそれぞれオイル噴射孔１８ａ・１８ｂをあけ、一つのピストン２０に向けて上記各オイル噴射孔１８ａ・１８ｂから潤滑オイルＱを噴射させるように構成し、
ピストンヘッド（２１）にガイド凹部（２２）と吸排気弁の径の異なる各バルブリセス（２３・２４）を設け、ガイド凹部（２２）は渦室（３０）からの燃焼噴流を案内する平面視扇状に形成し、ガイド凹部（２２）の始端部（２２Ａ）はシリンダヘッド（１）に設けた渦室（３０）の噴孔（３１）の出口に臨ませ、各バルブリセス（２３・２４）はガイド凹部（２２）の先端部（２２ｂ）と重なる状態で設け、
ピストン中心軸線（２０ａ）と平行な向きに見て、各バルブリセス（２３・２４）はピストンピン（２５）を内嵌する前後一対のピンボス部（２６・２６）とそれぞれ重なる位置に配置した。
【０００８】
更に、上記二つのオイル噴射孔１８ａ・１８ｂのうち、一方のオイル噴射孔１８ａを、ピストン（２０）の上死点近傍で、渦室（３０）からの燃料噴流が吹き当たるガイド凹部（２２）の始端部（２２Ａ）に対応するピストンヘッド裏面の噴流吹当相当箇所２２ａに向けてあけた。
更に、ピストン中心軸線（２０ａ）と平行な向きに見て、ピストン中心軸線（２０ａ）に対して噴流吹当相当箇所（２２ａ）と対称な位置で、径が大きい方のバルブリセス（２４）に隣接した径大バルブリセス隣接箇所（２２ｃ）にあるピストンヘッド部分に向けて他方のオイル噴射孔（１８ｂ）をあけたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のピストン冷却装置において、クランクケー３の各中間隔壁３２・３３に組み付けた各軸受ケース１５に上記二つのオイル噴射孔１８ａ・１８ｂを離間配置し、一方のオイル噴射孔１８ａをその後方に位置するピストン２０に向け、他方のオイル噴射孔１８ｂをその前方に位置するピストン２０に向けてあけたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の作用・効果】
本発明によれば、以下の作用・効果を奏する。（イ）請求項１に記載の発明では、前記基本構成を備えるピストン冷却装置において、前後に配置した軸受ケース１５・１５の各対向面側にそれぞれオイル噴射孔１８ａ・１８ｂをあけ、一つのピストン２０に向けて上記各オイル噴射孔１８ａ・１８ｂから潤滑オイルＱを噴射させるように構成したことから、単純計算で、ピストンは従来の２倍の潤滑オイルＱで冷却されることとなる。これにより、ピストンの冷却効果を格段に高めてその耐久性を向上させることができる。
【００１１】
（ロ）請求項１に記載の発明では、二つのオイル噴射孔１８ａ・１８ｂのうち、一方のオイル噴射孔１８ａをピストンヘッド裏面の噴流吹当相当箇所２２ａに向けてあけたことから、一方のオイル噴射孔１８ａから噴射した潤滑オイルＱは、ピストン裏面の最高加熱箇所である噴流吹当相当箇所２２ａに当たる。これによりピストンを効果的に冷却してピストンの熱歪みを小さくし、ブローバイガスを低減し、オイル上がりに起因するカーボンの発生を抑制し、リングスティックを効果的に防止することができる。
【００１２】
（ハ）請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のピストン冷却装置において、クランクケー３の各中間隔壁３２・３３に組み付けた各軸受ケース１５に上記二つのオイル噴射孔１８ａ・１８ｂを離間配置し、一方のオイル噴射孔１８ａをその後方に位置するピストン２０に向け、他方のオイル噴射孔１８ｂをその前方に位置するピストン２０に向けてあけたことから、クランクケース３の中間隔壁３２・３３の間に位置するピストン２０は、その前後の軸受ケース１５・１５にあけたオイル噴射孔１８ａ・１８ｂから噴射される潤滑オイルＱで効果的に冷却される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るピストン冷却装置を備える縦型ディーゼルエンジンの概要図、図２（Ａ）は本発明に係る軸受ケースの正面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＡ−Ａ線矢視縦断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視縦断面図、図３は上記エンジンの要部の縦断面図である。
【００１４】
図１中の符号Ｅは縦型ディーゼルエンジン全体を示し、符号１はシリンダヘッド、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２と一体に成型されたクランクケース、４はオイルパン、５は燃焼噴射ポンプ、６は燃焼噴射器、７は吸気弁、８は排気弁、９は動弁装置、１０は本発明に係るピストン冷却装置、をそれぞれ示す。
【００１５】
本発明に係るピストン冷却装置１０は、従来例と同様の基本構成を備える。
即ち、このピストン冷却装置１０は、図１〜図３に示すように、クランク軸１１を前後複数の軸受ケース１５で軸支し、各軸受ケース１５・の内周面にリング状のオイル溝１６を形成し、各軸受ケース１５のケース上半部１５Ａに上記オイル溝１６に連通するオイル噴射孔１８をあけ、このオイル噴射孔１８からピストンヘッド２１の裏面側内部に向けて潤滑オイルＱを噴射させるように構成されている。
【００１６】
上記軸受ケース１５は、図１〜図３に示すように、二つ割り状のケース上半部１５Ａとケース下半部１５Ｂとを左右の締結ボルト１９で一体に締結して成り、ケース上半部１５Ａに上記オイル溝１６に連通するオイル噴射孔１８ａ・１８ｂがあけられ、ケース下半部１５Ｂに上記オイル溝１６に連通するオイル導入路４０があけられている。このオイル導入路４０は、図１に示すように、クランクケース３の側壁にあけた圧送油路４１に連通され、潤滑ポンプ４２で圧送される潤滑オイルＱを上記オイル溝１６に導入する。
【００１７】
上記各軸受ケース１５はクランクケース３の各中間隔壁３２・３３にそれぞれ固定ボルト３５で固定され、後壁３４に固定金具３６で固定され、クランク軸１１の各ジャーナル１２を平ベアリング１４を介して軸支するように構成されている。なお、図３中の符号３７はフライホィール、３８はホィールカバー、３９はピストン２０のコンロッド、をそれぞれ示す。以下、本発明の特徴構成について説明する。
【００１８】
この実施形態では、図２及び図３に示すように、クランクケース３の各中間隔壁３２・３３に組付けられる各軸受ケース１５のケース上半部１５Ａに、二つのオイル噴射孔１８ａ・１８ｂが正面視で左右に離間配置される。左右に離間配置するのは、局所的な油圧低下を防止し、かつ、狙当箇所を別々に設定するためである。これらのオイル噴射孔１８ａ・１８ｂは、そのケース上半部１５Ａに開口された左右上部の窓孔１７・１７のそれぞれ下側窓枠部１７ａ・１７ｂにあけられている。
【００１９】
上記オイル噴射孔１８ａ・１８ｂは、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、左右対称で、その左右の拡がり角度αは略４°に設定され、前後の傾斜角度βは略２５°に設定される。そして背面左側のオイル噴射孔１８ａはその後方に位置するピストン２０に向けて、また、正面右側のオイル噴射孔１８ｂはその前方に位置するピストン２０に向けて、それぞれ潤滑オイルＱを噴射するようにあけられている。
【００２０】
他方、クランクケース３の後部側壁３４に組付けられる軸受ケース１５のケース上半部１５Ａには、単一のオイル噴射孔１８ｂがそのケース上半部１５Ａの窓孔１７の下側窓枠部１７ｂにあけられている。そのオイル噴射孔１８ｂは、その前方に位置するピストン２０に向けて潤滑オイルＱを噴射するように構成されている。
【００２１】
つまり、この実施形態では、クランクケース３の中間隔壁３２・３３間に位置するピストン２０は、その前後の軸受ケース１５・１５に開口形成されたオイル噴射孔１８ａ・１８ｂから噴射される潤滑オイルＱで冷却される。換言すれば、オイル噴射孔１８ａ・１８ｂを各軸受ケース１５・１５のそれぞれ対向面に設け、一つのピストン２０に向けて二つのオイル噴射孔１８ａ・１８ｂから潤滑オイルＱを噴射させる。これは、ピストンの冷却効果を格段に高めてその耐久性を向上させることを意図したものである。
この実施形態では、図４（Ａ）に示すように、ピストンヘッド２１にガイド凹部２２と吸排気弁の径の異なる各バルブリセス２３・２４を設け、ガイド凹部２２は渦室３０からの燃焼噴流を案内する平面視扇状に形成し、ガイド凹部２２の始端部２２Ａはシリンダヘッド１に設けた渦室３０の噴孔３１の出口に臨ませ、各バルブリセス２３・２４はガイド凹部２２の先端部２２ｂと重なる状態で設けている。
図４（Ｂ）に示すように、ピストン中心軸線２０ａと平行な向きに見て、各バルブリセス２３・２４はピストンピン２５を内嵌する前後一対のピンボス部２６・２６とそれぞれ重なる位置に配置している。
【００２２】
また、この実施形態では、ピストン２０の上死点近傍において、二つのオイル噴射孔１８ａ・１８ｂのうち、一方のオイル噴射孔１８ａを、ピストン２０の上死点近傍で、前記渦室３０からの燃焼噴流の吹き当たり対応箇所、つまり、燃焼噴流が吹き当たる前記ガイド凹部２２の始端部２２Ａに対応するピストン裏面の噴流吹当相当箇所２２ａに向けて潤滑オイルＱを噴射させ、ピストン中心軸線２０ａと平行な向きに見て、ピストン中心軸線２０ａに対して噴流吹当相当箇所２２ａと対称な位置で、径が大きい方のバルブリセス２４に隣接した径大バルブリセス隣接箇所２２ｃにあるピストンヘッド部分に向けて他方のオイル噴射孔１８ｂをあけて、潤滑オイルＱを噴射させるように構成されている。
【００２３】
これは、ピストン裏面の最高加熱箇所である燃焼噴流の吹き当たり対応箇所２２ａに潤滑オイルＱを狙い当てることにより、ピストンを効果的に冷却してピストンの熱歪みを小さくすることを意図したものである。これにより、ブローバイガスを低減し、オイル上がりに起因するカーボンの発生を抑制し、リングスティックを効果的に防止することができる。もとより、ピストン２０の往復作動中にピストンピン２５やピンボス部２６、スカート部２７をも効果的に冷却することができる。
【００２４】
この実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、熱膨張率の小さい鋼材プレート２８をピストン２０のピンボス部２６に一体に鋳込んである。これは、アルミ合金製ピストン２０の熱膨張を積極的に抑制して、常に最良のピストンクリアランスが得られるように意図したものである。
【００２５】
なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を変更しない範囲内において、種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るピストン冷却装置を備える縦型ディーゼルエンジンの概要図である。
【図２】図２（Ａ）は軸受ケースの正面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＡ−Ａ線矢視縦断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）中のＢ−Ｂ線矢視縦断面図である。
【図３】本発明に係るエンジンの要部の縦断面図である。
【図４】図４（Ａ）はピストンヘッドの平面図、図４（Ｂ）はそのピストンの横断背面図である。
【図５】従来例に係る図３相当図である。
【符号の説明】
３…クランクケース、１０…ピストン冷却装置、１１…クランク軸、１５…軸受ケース、１５Ａ…ケース上半部、１５Ｂ…ケース下半部、１６…オイル溝、１８（１８ａ・１８ｂ）…オイル噴射孔、２０…ピストン、２１…ピストンヘッド、２２ａ…ピストンヘッド裏面の噴流吹当相当箇所、３２・３３…中間隔壁、Ｑ…潤滑オイル。

Claims

クランク軸（１１）を前後複数の軸受ケース（１５・１５）で軸支し、各軸受ケース（１５）の内周面にリング状のオイル溝（１６）を形成し、各軸受ケース（１５）のケース上半部（１５Ａ）に上記オイル溝（１６）に連通するオイル噴射孔（１８）をあけ、このオイル噴射孔（１８）からピストンヘッド（２１）の裏面側内部に向けて潤滑オイル（Ｑ）を噴射させるように構成したピストン冷却装置において、
前後に配置した上記軸受ケース（１５・１５）の各対向面側にそれぞれオイル噴射孔（１８ａ・１８ｂ）をあけ、一つのピストン（２０）に向けて上記各オイル噴射孔（１８ａ・１８ｂ）から潤滑オイル（Ｑ）を噴射させるように構成し、
ピストンヘッド（２１）にガイド凹部（２２）と吸排気弁の径の異なる各バルブリセス（２３・２４）を設け、ガイド凹部（２２）は渦室（３０）からの燃焼噴流を案内する平面視扇状に形成し、ガイド凹部（２２）の始端部（２２Ａ）はシリンダヘッド（１）に設けた渦室（３０）の噴孔（３１）の出口に臨ませ、各バルブリセス（２３・２４）はガイド凹部（２２）の先端部（２２ｂ）と重なる状態で設け、
ピストン中心軸線（２０ａ）と平行な向きに見て、各バルブリセス（２３・２４）はピストンピン（２５）を内嵌する前後一対のピンボス部（２６・２６）とそれぞれ重なる位置に配置し、
上記二つのオイル噴射孔（１８ａ・１８ｂ）のうち、一方のオイル噴射孔（１８ａ）を、ピストン（２０）の上死点近傍で、渦室（３０）からの燃料噴流が吹き当たるガイド凹部（２２）の始端部（２２Ａ）に対応するピストンヘッド裏面の噴流吹当相当箇所（２２ａ）に向けてあけ、
ピストン中心軸線（２０ａ）と平行な向きに見て、ピストン中心軸線（２０ａ）に対して噴流吹当相当箇所（２２ａ）と対称な位置で、径が大きい方のバルブリセス（２４）に隣接した径大バルブリセス隣接箇所（２２ｃ）にあるピストンヘッド部分に向けて他方のオイル噴射孔（１８ｂ）をあけた、ことを特徴とするピストン冷却装置。
請求項１に記載のピストン冷却装置において、
クランクケース（３）の各中間隔壁（３２・３３）に組み付けた各軸受ケース（１５）に二つのオイル噴射孔（１８ａ・１８ｂ）を離間配置し、一方のオイル噴射孔（１８ａ）をその後方に位置するピストン（２０）に向け、他方のオイル噴射孔（１８ｂ）をその前方に位置するピストン（２０）に向けてあけた、ことを特徴とするピストン冷却装置。