JP4624373B2 - 内燃機関のピストン冷却金物 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のピストン冷却金物に関する。

内燃機関、一例としての中速ディーゼル機関において、ピストンに対する冷却は機関の潤滑油によって行われる。図３に示すように、従来の中速ディーゼル機関では、潤滑油は、図示しないクランク軸から連接棒１０１を通り、シール金物１０３によって連接棒１０１の小端部１０２の頂部からピストン１０４の冷却室１０５内へ噴出される。

この潤滑油が噴出されたピストン１０４は、シール金物１０３からの潤滑油の噴流と、ピストン冷却室１０５内に溜まった潤滑油の上下運動によるカクテルシェイク効果によって冷却される。

なお、内燃機関のピストン冷却装置一般については、これまでにも種々の文献に開示されているが（例えば、特許文献１及び２参照）、上述の従来の内燃機関のピストン冷却金物による冷却装置等を具体的に開示した文献は、特に発見されなかった。
特開平１０−３２５３１７号公報 特開２００３−２０９４５号公報

上述のように、従来の内燃機関においては、クランク軸から連接棒を通った潤滑油が、シール金物によって連接棒の小端部頂部からピストン内へ噴出されて、シリンダの冷却が行われている。しかしながら、この潤滑方法では、シール金物の先端部がピストンに接触していないため、ピストンの冷却は、主として潤滑油の熱伝達によって行われる。

このため、従来の内燃機関ではピストンの冷却が不足し、ピストンの上面側、すなわち、燃焼室側の触火面に高温腐食による焼損が生じ、ピストンの寿命を著しく短くするという問題がある。

また、ピストンの下面側、すなわち、ピストン冷却室側の壁部に潤滑油のコーキングが発生してオイルの劣化を早めると共に、このコーキングによってピストンから潤滑油への熱伝達がさらに阻害され、燃焼室側触火面の高温腐食がさらに進行するという悪循環を招いている。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、ピストンの冷却効率を格段に高めて、ピストンの寿命延長とオイルの早期劣化防止とを図ることができる、内燃機関のピストン冷却金物を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、ピストンとピストンを往復動させるための連設棒とを有すると共に潤滑油が連設棒の小端部の頂部からピストン内部のピストン冷却室内へ供給されてピストンが冷却される内燃機関に配設されるピストン冷却金物であって、ピストン冷却室内に配設されると共に一端部がピストン冷却室の触火面側の壁部に接触している冷却部材と、冷却部材の他端部側に且つ冷却部材と連設棒の小端部頂部との間に配設されて連設棒の動きに応じて小端部頂部上を摺動することができる摺動部材とを備えたことにある。

本発明の内燃機関のピストン冷却金物において、冷却部材は、ピストン冷却室内に配設されると共に、その一端部がピストン冷却室の触火面側の壁部に接触し、摺動部材は、冷却部材の他端部側に且つ冷却部材と連設棒の小端部頂部との間に配設されて、連設棒の動きに応じて小端部頂部上を摺動することができるから、ピストンの熱が、冷却部材及び摺動部材を通して直接、連設棒の小端部へ熱伝達される。したがって、従来の潤滑油のみによる熱伝達の場合よりも、格段にピストンの冷却効率を高めることができる。

好ましくは、冷却部材は、筒状に形成されて潤滑油が連設棒の小端部頂部から内部に噴出されると共に筒内外を連通させる連通孔を有する。このように、筒状に形成された冷却部材の内部に潤滑油を噴出することにより、冷却部材自体の冷却を効率的に行うことができる。この冷却部材が接触しているピストン冷却室の触火面側壁部及び冷却部材の冷却を行った潤滑油は、筒内外を連通させる連通孔を通して冷却部材から流出し、ピストン冷却室の他の部分等を冷却した後に排出される。

好ましくは、摺動部材は、環状又は筒状に形成されて冷却部材と同軸に且つ摺動自在に嵌合している。これにより、摺動部材の摺動がスムーズになると共に、冷却部材と連設棒の小端部頂部との間の液密性が高められる。

好ましくは、冷却部材と摺動部材との間に介装されて摺動部材を小端部の頂部側へ付勢するばね部材を備える。これにより、連設棒の動きに拘わらず、摺動部材が連設棒の小端部頂部へ密着してその液密性がさらに高められる。また、摺動部材の摺動がさらにスムーズになる。

好ましくは、冷却部材は、一端部側に触火面側の壁部に接触する別体のピストン接触部を有する。これにより、冷却部材とそのピストン接触部とをそれぞれの使用特性に合致した金属材料によって形成することができ、また、ピストン接触部が振動等によって損耗しても、容易に交換することができる。

好ましくは、冷却部材は、冷却フィンを有する。これにより、冷却部材からの放熱が一段と高められる。

好ましくは、冷却部材は、アルミニウム合金を主体とした金属材料からなる。これにより、冷却部材の熱伝達率が極めて高いものとなる。

好ましくは、冷却部材のピストン接触部は、含油鋳鉄からなる。これにより、冷却部材のピストン接触部とピストンの触火面側壁部との間の滑りが良好となり、特に振動等によるピストンの触火面側壁部の損耗が防止され、ピストンの寿命をさらに延長することができる。

好ましくは、摺動部材は、含油鋳鉄からなる。これにより、摺動部材と連設棒の小端部頂部との滑りが良好となり、摺動部材の摺動がさらにスムーズになると共に、それぞれの損耗が防止される。

本発明の内燃機関のピストン冷却金物は、ピストンとピストンを往復動させるための連設棒とを有すると共に潤滑油が連設棒の小端部の頂部からピストン内部のピストン冷却室内へ供給されてピストンが冷却される内燃機関に配設されるピストン冷却金物であって、ピストン冷却室内に配設されると共に一端部がピストン冷却室の触火面側の壁部に接触している冷却部材と、冷却部材の他端部側に且つ冷却部材と連設棒の小端部頂部との間に配
設されて連設棒の動きに応じて小端部頂部上を摺動することができる摺動部材とを備えるから、ピストンの冷却効率が格段に高められて、ピストンの寿命延長とオイルの早期劣化防止とを図ることができる、という優れた効果を奏する。

本発明に係る内燃機関のピストン冷却金物を実施するための最良の形態を、図１ないし図３を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の内燃機関のピストン冷却金物を実施するための最良の形態を示す断面図、図２は、図１のピストン冷却金物の詳細を示す断面図、図３は、冷却部材の冷却フィンを示す断面図である。

図１において、符号１は、内燃機関の一例としての中速ディーゼル機関における連設棒を示し、符号１０はピストンを示す。ピストン１０は、ピストンピン８によって連設棒１に揺動自在に軸支され、連設棒１は、このピストン１０を図示しないシリンダ内で往復動させる。連設棒１は上部に小端部２を有し、連設棒１の本体の内部には、軸方向に延びる潤滑油路４が形成される。

ピストンピン軸受９が嵌合している連設棒１の本体及び小端部２には、ピストンピン軸受９を囲むように潤滑油路５が形成され、また、小端部２の内部には軸方向にその頂部３へ延びる潤滑油路６が形成される。潤滑油路４，５，６はこの順に連続し、潤滑油路４，５，６を通った潤滑油が、連設棒１の小端部２の頂部３からピストン１０の内部のピストン冷却室１２内へ供給されて、ピストン１０の冷却が行われる。

図２に示すように、ピストン１０の燃焼室側の触火面１１は凹形に形成され、ピストン冷却室１２の触火面１１側の壁部１３は、このピストン１０の触火面１１に沿うように、内凸形に湾曲形成されている。ピストン冷却室１２の連設棒１側には、支持部材２１が配設される。支持部材２１は円環状ないし円筒状に形成され、ピストン１０に同軸に嵌合している。

円環状ないし円筒状の摺動部材２３が、支持部材２１の内側に同軸に、且つ軸方向に摺動自在に嵌合される。摺動部材２３は、熱伝導率が４０〜５０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃと熱伝達性に優れると共に、潤滑性能をも併せ持つ金属材料、例えば、含有鋳鉄により形成されている。

円筒状の冷却部材２５が、摺動部材２３の内側に同軸に、且つ軸方向に摺動自在に嵌合される。上述の摺動部材２３は、冷却部材２５の連設棒１側（他端部側）に、且つ冷却部材２５と連設棒１の小端部２の頂部３との間に配設されている。摺動部材２３は、冷却部材２５に固定されているガイドピン２４を案内として、連設棒１の小端部２の頂部３の動きに応じて軸方向に往復動し、小端部２の頂部３上を摺動する。冷却部材２５はアルミニウム合金で形成されている。したがって、特に熱伝達性に優れる。

図３に示すように、冷却部材２５の内壁部上及び外壁部上、あるいはその一方に冷却フィン２６を形成することもできる。この冷却フィン２６によって、冷却部材２５からの放熱が一段と高められる。

図２に示すように、冷却部材２５は、その筒内外を連通させる複数の連通孔２７を、その上部に、且つ周方向に略等間隔に有する。連通孔２７は、筒内から筒外へ図示斜め上方に延びるように所定径で穿設される。したがって、連設棒１の小端部２の潤滑油路６から内部に噴出された潤滑油を適量だけ、且つスムーズに筒外へ排出することができる。

冷却部材２５は、ピストン冷却室１２の触火面１１側（一端部側）に、この触火面１１
側の壁部１３に接触する別体のピストン接触部（冷却部材）２８を有する。ピストン接触部２８は、冷却部材２５の本体に同軸に嵌合している。

すなわち、冷却部材２５は、このピストン接触部２８を介して触火面１１側の壁部１３に接触している。このピストン接触部２８は、上述の摺動部材２３と同様に、その熱伝導率が４０〜５０ｋｃａｌ／ｍｈ°Ｃと熱伝達性に優れると共に、潤滑性能をも併せ持つ金属材料、例えば、含有鋳鉄により形成されている。

コイルばね（ばね部材）２９が、上述の冷却部材２５と摺動部材２３との間に介装されて、摺動部材２３を連設棒１の小端部２の頂部３側へ常に付勢している。したがって、摺動部材２３は、連設棒１の小端部２の頂部３の動きに拘わらず、この小端部２の頂部３へ密着して液密性が高められると共に、小端部頂部３上での摺動がさらにスムーズになる。

次に、本発明の内燃機関のピストン冷却金物の作用について説明する。

図１に示すように、中速ディーゼル機関の図示しないクランク軸及び連設棒１の大端部を介して供給された機関の潤滑油は、連設棒１の内部を軸方向に延びる潤滑油路４によって、ピストンピン軸受９を潤滑する。その後、潤滑油は、ピストンピン軸受９を囲むように形成された潤滑油路５を通って、連設棒１の小端部２の内部をその頂部３まで延びる潤滑油路６へ導かれる。

図２に示すように、潤滑油は、連設棒１の小端部２の頂部３から円筒状の冷却部材２５の内部へ噴出される。冷却部材２５の内部へ噴出された潤滑油は、ピストン冷却室１２の触火面１１側の壁部１３を冷却してピストン１０を冷却すると共に、冷却部材２５を冷却する。

ピストン冷却室１２内の潤滑油は、その後、冷却部材２５の連通孔２７を通して冷却部材２５の外部へ流出し、ピストン冷却室１２の他の部分等を冷却した後に排出される。この連通孔２７は所定径で穿設されているから、冷却部材２５の内部に噴射された潤滑油は、適量だけがピストン冷却室１２内に収容され、残りは筒外へ排出される。

ここで、冷却部材２５のピストン接触部２８は、ピストン冷却室１２の触火面１１側の壁部１３に接触する一方、摺動部材２３は、連設棒１の小端部２の頂部３に接触している。したがって、ピストン１０の熱は、ピストン接触部２８、冷却部材２５、摺動部材２３を介して直接、連設棒１の小端部２の頂部３へ伝導される。このため、従来の潤滑油のみによる熱伝達の場合よりも、大幅にピストン１０の冷却効率が高められて、ピストンの寿命延長とオイルの早期劣化防止とを図ることができる。

また、冷却部材２５は円筒状に形成され、潤滑油がその内部に噴出されるから、冷却部材の冷却を効率的に行うことができ、冷却部材２５は、ピストン１０の触火面１１側にこの触火面１１側の壁部１３に接触するピストン接触部２８を有するから、冷却部材２５とそのピストン接触部２８とをそれぞれの使用特性に合致した金属材料により形成することができる。また、このピストン接触部２８が振動等によって損耗しても、容易に交換することができる。

特に、このピストン接触部２８の材料として含油鋳鉄を選定したから、冷却部材２５のピストン接触部２８とピストン１０の触火面１１側の壁部１３との間の滑りが良好となり、ピストン１０の触火面１１側の壁部１３の損耗が防止され、ピストン１０の寿命をさらに延ばすことができる。また、摺動部材２３も含有鋳鉄により形成されているから、摺動部材２３と連設棒１の小端部頂部３との滑りが良好となり、摺動部材２３の摺動がさらに
スムーズになると共に、それぞれの損耗が防止される。

なお、本発明は上述の一実施の形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能であり、本発明の範囲から除外されるものではないことは勿論である。

本発明の内燃機関のピストン冷却金物を実施するための最良の形態を示す断面図である。 ピストン冷却金物の詳細を示す断面図である。 冷却部材の冷却フィンを示す断面図である。 従来の内燃機関のピストン冷却金物を示す断面図である。

符号の説明

１ 連設棒
２ 小端部
３ 頂部
４，５，６ 潤滑油路
８ ピストンピン
９ ピストンピン軸受
１０ ピストン
１１ 触火面
１２ ピストン冷却室
１３ 壁部
２１ 支持部材
２３ 摺動部材
２４ ガイドピン
２５ 冷却部材
２６ 冷却フィン
２７ 連通孔
２８ ピストン接触部（冷却部材）
２９ コイルばね（ばね部材）
１０１ 連接棒
１０２ 連接棒小端部
１０３ シール金物
１０４ ピストン
１０５ ピストン冷却室

Claims (10)

1. ピストン（１０）と前記ピストンを往復動させるための連設棒（１）とを有すると共に潤滑油が前記連設棒の小端部（２）の頂部（３）から前記ピストン内部のピストン冷却室（１２）内へ供給されて前記ピストンが冷却される内燃機関に配設されるピストン冷却金物であって、前記ピストン冷却室内に配設されると共に一端部が前記ピストン冷却室の触火面（１１）側の壁部（１３）にばね部材（２９）による付勢により滑り可能に接触している冷却部材（２５）と、前記冷却部材の他端部側に且つ前記冷却部材と前記連設棒の前記小端部頂部との間に配設されて前記連設棒の動きに応じて前記小端部頂部上を摺動することができる摺動部材（２３）とを備えたことを特徴とする内燃機関のピストン冷却金物。
2. ピストン（１０）と前記ピストンを往復動させるための連設棒（１）とを有すると共に潤滑油が前記連設棒の小端部（２）の頂部（３）から前記ピストン内部のピストン冷却室（１２）内へ供給されて前記ピストンが冷却される内燃機関に配設されるピストン冷却金物であって、前記ピストン冷却室内に配設されると共に一端部が前記ピストン冷却室の触火面（１１）側の壁部（１３）に滑り可能に接触している冷却部材（２５）と、前記冷却部材の他端部側に且つ前記冷却部材と前記連設棒の前記小端部頂部との間に配設されて前記連設棒の動きに応じて前記小端部頂部上を摺動することができる摺動部材（２３）とを備え、前記冷却部材は、前記一端部側に前記触火面側の前記壁部に接触する別体のピストン接触部（２８）を有することを特徴とする内燃機関のピストン冷却金物。
3. 前記ピストン（１０）の燃焼室側の触火面（１１）は、凹形に形成され、前記ピストン冷却室（１２）の前記触火面側の壁部（１３）は、前記ピストンの前記触火面に沿うように内凸形に湾曲形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のピストン冷却金物。
4. 前記冷却部材（２５）は、筒状に形成されて前記潤滑油が前記連設棒の前記小端部頂部（３）から内部に噴出されると共に筒内外を連通させる連通孔（２７）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関のピストン冷却金物。
5. 前記摺動部材（２３）は、環状又は筒状に形成されて前記冷却部材（２５）と同軸に且つ摺動自在に嵌合していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関のピストン冷却金物。
6. 前記冷却部材（２５）と前記摺動部材（２３）との間に介装されて前記摺動部材を前記小端部（２）の頂部（３）側へ付勢するばね部材（２９）を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関のピストン冷却金物。
7. 前記冷却部材（２５）は、冷却フィン（２６）を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の内燃機関のピストン冷却金物。
8. 前記冷却部材（２５）は、アルミニウム合金を主体とした金属材料からなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関のピストン冷却金物。
9. 前記冷却部材（２５）の前記ピストン接触部（２８）は、含油鋳鉄からなることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のピストン冷却金物。
10. 前記摺動部材（２３）は、含油鋳鉄からなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の内燃機関のピストン冷却金物。