JP6879794B2

JP6879794B2 - エンジン

Info

Publication number: JP6879794B2
Application number: JP2017059567A
Authority: JP
Inventors: 雄史津田; 智也小澤
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: JP2018162696A

Description

本発明は、ピストンを備えるエンジンに関する。

エンジンに設けられるピストンの冷却性能を高めるため、ピストン内部に冷却油路（クーリングチャンネル）を形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。このようなピストン内部の冷却油路にオイルを供給することにより、ピストンを積極的に冷却することができる。

実開昭６２−１２４２６２号公報

ところで、ピストン内部に冷却油路を形成する方法としては、冷却油路を備えた分割型のピストン部品を組み立てて溶接する方法や、ピストンを鋳造する際に塩中子を用いて冷却油路を形成する方法がある。しかしながら、これらの加工方法を採用することは、冷却油路の加工コストを増加させる要因であった。

本発明の目的は、冷却油路の加工コストを抑制することにある。

本発明の一実施形態のエンジンは、往復作動可能なピストンヘッドと、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記ピストンヘッドの作動方向に延ばされてピストンピンの一端部を支持する第１ボス部と、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記作動方向に延ばされて前記ピストンピンの他端部を支持する第２ボス部と、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記作動方向に延ばされて前記ピストンピンの中央部を支持する第３ボス部と、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記作動方向に延ばされて前記第１ボス部と前記第２ボス部とに連なる第１スカート部と、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記作動方向に延ばされて前記第１ボス部と前記第２ボス部とに連なる第２スカート部と、前記第１ボス部、前記第２ボス部、前記第１スカート部および第２スカート部からなる環状壁部と、前記環状壁部と前記第３ボス部との間に設けられて前記第３ボス部を囲む収容空間と、を備えるピストンと、前記収容空間で前記第１ボス部と前記第３ボス部との間に収容されて前記ピストンピンに組み付けられる第１小端部と、前記収容空間で前記第２ボス部と前記第３ボス部との間に収容されて前記ピストンピンに組み付けられる第２小端部と、を備えるコネクティングロッドと、前記ピストンに組み付けられ、前記環状壁部の内周面に沿う外縁部と、前記第３ボス部の外周面に沿う開口部と、を備え前記第３ボス部を囲むように設けられる環状のプレートと、前記ピストンヘッドに前記第３ボス部を囲むように環状に設けられ、かつ、前記プレートによって前記収容空間から区画された冷却油路と、を有する。

本発明によれば、ピストンとこれに組み付けられるプレートとの間に環状の冷却油路が区画される。これにより、環状の冷却油路を簡単に構成することができ、冷却油路の加工コストを抑制することができる。

本発明の一実施の形態であるエンジンを示す概略図である。ピストンおよびコネクティングロッドを示す拡大図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。（ａ）はピストンに対するプレートの組付過程を示す断面図であり、（ｂ）はプレートが組み付けられたピストンを示す断面図である。（ａ）はピストンを裏側から示す底面図であり、（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿ってピストンを示す断面図であり、（ｃ）はプレートを裏側から示す底面図である。クーリングチャンネルに供給されるオイルの流れ方向を示すイメージ図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるエンジン１０を示す概略図である。なお、図１に示されるエンジン１０は水平対向型のエンジンであるが、本発明が適用されるエンジンとしては、図示するエンジン１０に限られることはなく、シリンダ配列やシリンダ数を変更した他の形式のエンジンであっても良い。

図１に示すように、エンジン１０は、一方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック１１と、他方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック１２と、一対のシリンダブロック１１，１２に支持されるクランク軸１３と、を有している。各シリンダブロック１１，１２には、動弁機構１４、吸気ポート１５および排気ポート１６等を備えたシリンダヘッド１７，１８が取り付けられている。また、シリンダブロック１１，１２の下部には、オイルを貯留するオイルパン１９が取り付けられている。

各シリンダブロック１１，１２にはシリンダボア２０が形成されており、各シリンダボア２０にはピストン２１が収容されている。ピストン２１にはピストンピン２２が組み付けられており、ピストンピン２２にはコネクティングロッド２３の小端部２４，２５が連結されている。また、クランク軸１３にはクランクジャーナル２６に対して偏心するクランクピン２７が設けられており、クランクピン２７にはコネクティングロッド２３の大端部２８が連結されている。このように、クランク軸１３とピストン２１とは、コネクティングロッド２３を介して互いに連結されている。

［ピストンおよびコネクティングロッド］
図２はピストン２１およびコネクティングロッド２３を示す拡大図である。図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図２および図３に示すように、コネクティングロッド２３は、クランクピン２７に組み付けられる大端部２８と、ピストンピン２２に組み付けられる第１小端部２４と、ピストンピン２２に組み付けられる第２小端部２５と、を有している。図３に示すように、１つのコネクティングロッド２３には一対の小端部２４，２５が設けられており、大端部２８と一対の小端部２４，２５とは二股に分かれたロッド部２９を介して連結されている。

図３および図４に示すように、ピストン２１には、ピストンピン２２の一端部２２ａを支持する第１ボス部３１と、ピストンピン２２の他端部２２ｂを支持する第２ボス部３２と、ピストンピン２２の中央部２２ｃを支持する第３ボス部３３と、を有している。各ボス部３１〜３３には、ピストンピン２２を挿入するためのピン穴３１ａ〜３３ａが形成されている。また、各ボス部３１〜３３に対してピストンピン２２を組み付ける際には、サークリップを用いてピストンピン２２の組み付け状態を保持しても良く、ピストンピン２２を圧入することで組み付け状態を保持しても良い。

また、第１ボス部３１と第２ボス部３２との間には、コネクティングロッド２３の第１小端部２４が収容されており、第２ボス部３２と第３ボス部３３との間には、コネクティングロッド２３の第２小端部２５が収容されている。さらに、図４に示すように、ピストン２１には、円弧状の壁部であるピストンスカートとして、第１および第２スカート部３４，３５が設けられている。第１スカート部３４は第１ボス部３１と第２ボス部３２との一端部に連なっており、第２スカート部３５は第１ボス部３１と第２ボス部３２との他端部に連なっている。

図３に示すように、ピストン２１のピストンヘッド４０には、吸入空気のタンブル流（矢印Ｆ）を生成するキャビティ（凹部）４１が形成されている。前述したように、コネクティングロッド２３の第１および第２小端部２４，２５は二股に分かれることから、ピストンヘッド４０の中央およびその近傍に厚みを設けることができ、ピストンヘッド４０にキャビティ４１を深く形成することができる。また、ピストン２１のランド部４２には、トップリング溝４３、セカンドリング溝４４およびオイルリング溝４５が形成されている。トップリング溝４３にはトップリング４６が取り付けられ、セカンドリング溝４４にはセカンドリング４７が取り付けられ、オイルリング溝４５にはオイルリング４８が取り付けられている。オイルリング溝４５には、掻き取ったオイルを排出するための戻し油路４９が接続されている。

［クーリングチャンネル］
図３および図４に示すように、ピストン２１には裏側つまりコネクティングロッド２３側からプレート５０が取り付けられており、プレート５０によってピストン２１の裏側にはクーリングチャンネル（冷却油路）５１が区画されている。続いて、クーリングチャンネル５１の構造について説明する。ここで、図５（ａ）はピストン２１に対するプレート５０の組付過程を示す断面図であり、図５（ｂ）はプレート５０が組み付けられたピストン２１を示す断面図である。また、図６（ａ）はピストン２１を裏側から示す底面図であり、図６（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿ってピストン２１を示す断面図であり、図６（ｃ）はプレート５０を裏側から示す底面図である。

図６（ａ）および（ｂ）に示すように、ピストン２１には、第１ボス部３１、第２ボス部３２、第１スカート部３４および第２スカート部３５からなる環状壁部５２が形成されている。また、環状壁部５２の内側に配置されるように、ピストン中央には第３ボス部３３が形成されている。さらに、図４及び図６（ａ）のように、環状壁部５２と第３ボス部３３との間に、第３ボス部３３を囲む収容空間７０が設けられている。プレート５０がピストン２１に取り付けられていると、図３及び図５（ｂ）のように、クリーンチャンネル５１と収容空間７０とが、プレート５０により区画される。そして、図３及び図４のように、第１小端部２４及び第２小端部２５は、収容空間７０に収容される。つまり、ピストン２１の裏側には、環状壁部５２および第３ボス部３３によって、クーリングチャンネル５１を構成する環状の流路が形成されている。また、環状壁部５２の内周部には段付の切削面５３が形成されており、第３ボス部３３の外周部には段付の切削面５４が形成されている。なお、段付の切削面５３，５４は、エンドミル等の切削工具を用いて形成される。

また、図６（ｃ）に示すように、プレート５０には、環状壁部５２の内周面５５に沿う外縁部５６と、第３ボス部３３の外周面５７に沿う開口部５８と、が設けられている。また、プレート５０には、厚み方向に貫通するオイル導入穴５９およびオイル排出穴６０が形成されている。なお、図示するプレート５０は、プレス加工によって形成される板金部品である。

図５（ａ）に矢印αで示すように、ピストン２１の裏側には圧入等によってプレート５０が組み付けられ、図５（ｂ）に示すように、プレート５０は段付の切削面５３，５４に突き当たるまで押し込まれる。このように、ピストン２１にプレート５０を取り付けることにより、ピストン２１とプレート５０との間にはクーリングチャンネル５１が区画される。このクーリングチャンネル５１には、後述するシリンダブロック１１，１２のジェットノズル６３からオイルが冷却油として供給される。

図２に示すように、シリンダブロック１１，１２には、図示しないオイルポンプに連通するオイルギャラリ６１が形成される。このオイルギャラリ６１にはチェックバルブ６２を介してジェットノズル６３が接続されており、ジェットノズル６３の先端はプレート５０のオイル導入穴５９に対向して設置される。これにより、ジェットノズル６３から噴射されたオイルは、オイル導入穴５９からクーリングチャンネル５１内に導入される。ここで、図７はクーリングチャンネル５１に供給されるオイルの流れ方向を示すイメージ図である。図７に矢印で示すように、オイル導入穴５９からクーリングチャンネル５１内に導入されたオイルは、第３ボス部３３を囲むようにクーリングチャンネル５１内を流れてピストン２１を冷却し、ピストン２１を冷却したオイルはオイル排出穴６０から外部に排出される。

これまで説明したように、ピストン２１の裏側からプレート５０を組み付けるだけで、ピストン２１に環状のクーリングチャンネル５１を簡単に形成することができ、クーリングチャンネル５１の加工コストを抑制することができる。また、クーリングチャンネル５１は環状に形成されるため、オイルリング溝４５に連通する戻し油路４９の近傍を積極的に冷却することができる。これにより、オイルデポジットの発生を抑制することができ、オイルデポジットによる戻し油路４９の詰まり等を防止することができる。

また、コネクティングロッド２３の第１および第２小端部２４，２５は二股に分かれることから、ピストン２１の高さ寸法を抑制しつつ、ピストン中央を厚く形成することができる。これにより、ピストン２１の大型化を抑制しつつ、キャビティ４１を深く形成することができるため、ピストン２１の設計自由度を高めることができる。また、キャビティ４１を深く形成することができるため、初期火炎面とピストンヘッド４０との干渉を回避することができる。これにより、ピストン２１による火炎の冷却を抑制することができ、エンジン１０の冷却損失を低減することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、図示する例では、ピストンヘッド４０にキャビティ４１が形成されているが、これに限られることはなく、本発明のエンジン１０に適用されるピストン２１としては、キャビティ４１を備えていないピストンであっても良い。また、前述の説明では、シリンダブロック１１，１２のジェットノズル６３から、クーリングチャンネル５１にオイルを供給しているが、これに限られることはなく、他の経路からクーリングチャンネル５１にオイルを供給しても良い。例えば、コネクティングロッド２３内に形成された油路から、ピストン２１のクーリングチャンネル５１にオイルを供給しても良い。

図示する例では、プレート５０の外縁部５６は、全周に渡って環状壁部５２の内周面５５に沿って形成されており、プレート５０の開口部５８は、全周に渡って第３ボス部３３の外周面５７に沿って形成されているが、これに限られることはない。例えば、プレート５０の脱落や過剰なオイル漏洩が回避されていれば、プレート５０の外縁部５６の一部が環状壁部５２の内周面５５から離れていても良く、プレート５０の開口部５８の一部が第３ボス部３３の外周面５７から離れていても良い。

同様に、ピストン２１の環状壁部５２の内周部には、全周に渡って段付の切削面５３が形成されており、ピストン２１の第３ボス部３３の外周部には、全周に渡って段付の切削面５４が形成されているが、これに限られることはない。例えば、環状壁部５２の内周部の一部に段付の切削面５３が形成されていても良く、第３ボス部３３の外周部の一部に段付の切削面５４が形成されていても良い。

１０エンジン
２１ピストン
２２ピストンピン
２２ａ一端部
２２ｂ他端部
２２ｃ中央部
２３コネクティングロッド
２４第１小端部
２５第２小端部
３１第１ボス部
３２第２ボス部
３３第３ボス部
３４第１スカート部
３５第２スカート部
４０ピストンヘッド
４１キャビティ（凹部）
５０プレート
５１クーリングチャンネル（冷却油路）
５３切削面
５４切削面
５５内周面
５６外縁部
５７外周面
５８開口部
５９オイル導入穴
６０オイル排出穴

Claims

往復作動可能なピストンヘッドと、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記ピストンヘッドの作動方向に延ばされてピストンピンの一端部を支持する第１ボス部と、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記作動方向に延ばされて前記ピストンピンの他端部を支持する第２ボス部と、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記作動方向に延ばされて前記ピストンピンの中央部を支持する第３ボス部と、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記作動方向に延ばされて前記第１ボス部と前記第２ボス部とに連なる第１スカート部と、前記ピストンヘッドに連なり、かつ、前記作動方向に延ばされて前記第１ボス部と前記第２ボス部とに連なる第２スカート部と、前記第１ボス部、前記第２ボス部、前記第１スカート部および第２スカート部からなる環状壁部と、前記環状壁部と前記第３ボス部との間に設けられて前記第３ボス部を囲む収容空間と、を備えるピストンと、
前記収容空間で前記第１ボス部と前記第３ボス部との間に収容されて前記ピストンピンに組み付けられる第１小端部と、前記収容空間で前記第２ボス部と前記第３ボス部との間に収容されて前記ピストンピンに組み付けられる第２小端部と、を備えるコネクティングロッドと、
前記ピストンに組み付けられ、前記環状壁部の内周面に沿う外縁部と、前記第３ボス部の外周面に沿う開口部と、を備え前記第３ボス部を囲むように設けられる環状のプレートと、
前記ピストンヘッドに前記第３ボス部を囲むように環状に設けられ、かつ、前記プレートによって前記収容空間から区画された冷却油路と、
を有する、エンジン。
請求項１に記載のエンジンにおいて、
前記プレートは、オイル導入穴およびオイル排出穴を備える、エンジン。
請求項１または２に記載のエンジンにおいて、
前記ピストンヘッドは、凹部を備える、エンジン。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンにおいて、
前記環状壁部は、前記プレートが突き当てられる切削面を備える、エンジン。