JPH0972215A - 内燃機関のピストン冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関のピストン冷却装置において、ピン
に対する軸受の潤滑性を確保しつつ、ピストン頂部を冷
却性を高める。 【解決手段】 ピストン１の背面に向けてオイルを噴射
するノズルと、ピストン頂部１１にノズルから噴射され
るオイルを循環させる冷却空洞１２と、冷却空洞１２を
流れるオイルの一部をピン４の軸受５に導く給油孔５３
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストン頂部にオ
イルが循環する冷却空洞を備える内燃機関のピストン冷
却装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関のピストン冷却装置とし
て、例えば図７に示すようなものがある(実開昭６３−
９６２２２号公報、参照)。

【０００３】これについて説明すると、ピストン１を冷
却するため、ピストン頂部１１には冷却空洞５２が形成
される。冷却空洞５２はピストン頂部１１の外周部の全
周に渡って環状に形成される。

【０００４】環状をした冷却空洞５２にはオイルを圧送
するオイル通路５３が接続される。オイル通路５３は、
クランクシャフト５０とコンロッド３およびピン４の内
部を通して配設される。

【０００５】オイル通路５３から冷却空洞５２に流入し
たオイルは、冷却空洞５２を周方向に流れてピストン頂
部１１の熱を吸収した後、図示しない出口からクランク
室へと排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関のピストン冷却装置にあっては、冷
却空洞５２に導かれるオイル量を機関運転条件に応じて
調節することが難しく、高速運転時に十分な冷却性を確
保するように冷却空洞５２への給油量を設定すると、低
速運転時に冷却空洞５２への給油量が必要以上に大きく
なり、ピストン１の冷却が過剰になる可能性がある。

【０００７】ピン４等にオイル通路５３が形成されるた
め、ピストン１のピン４に対する軸受面積が削減され、
燃焼行程におけるピストン上死点付近で燃焼圧力荷重が
ピン４に作用するときに、両者間に生じる面圧が大きく
なって、潤滑性を確保することが難しい。

【０００８】本発明は上記の問題点を解消し、内燃機関
のピストン冷却装置において、ピンに対する軸受の潤滑
性を確保しつつ、ピストン頂部を冷却性を高めることを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の内燃機
関のピストン冷却装置は、ピストンをコンロッドに連結
するピンと、ピストンに形成されたピンの両端部を回動
可能に嵌合させる一対の軸受と、を備える内燃機関のピ
ストン冷却装置において、前記ピストンの背面に向けて
オイルを噴射するノズルと、ピストンの頂部に形成され
たノズルから噴射されるオイルを循環させる冷却空洞
と、ピストンに形成された冷却空洞と軸受を連通する給
油孔と、を備える。

【００１０】請求項２に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、請求項１に記載の発明において、前記ノズルと
油圧源を結ぶオイル通路に機関の高速運転時に開弁する
弁手段を介装する。

【００１１】請求項３に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記
給油孔をシリンダ中心線に対して傾斜させて軸受の側部
に開口させる。

【００１２】請求項４に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明に
おいて、前記１つの軸受に２つの給油孔を開口させる。

【００１３】請求項５に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明に
おいて、シリンダのまわりにシリンダの列方向に略沿っ
て冷却水が流れるウォータジャケットを備え、前記１つ
の軸受に１つの給油孔を開口させ、給油孔に導かれるオ
イルがピストン頂部の冷却水による冷却効果が低い部位
に位置する冷却空洞を流れる構成とする。

【００１４】請求項６に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、請求項１から５のいずれか一つに記載の発明に
おいて、前記給油孔と同軸上に軸受とクランク室を連通
する排油孔を形成する。

【００１５】

【作用】請求項１に記載の内燃機関のピストン冷却装置
において、機関運転時にノズルから噴射されるオイルが
冷却空洞に流入し、オイルの大部分は冷却空洞を流れる
過程でピストン頂部の熱を吸収した後にクランク室へと
排出され、ピストン頂部を冷却する。

【００１６】冷却空洞を循環するオイルの一部は、給油
孔を通ってピンの軸受に供給される。軸受に供給される
オイルは、軸受とピンの摺動部を潤滑する。

【００１７】このように各軸受とピンの摺動部は、給油
孔を介して十分な潤滑油量が確保され、オイルによって
潤滑されることによりフリクションを低減する。

【００１８】請求項２に記載の内燃機関のピストン冷却
装置において、弁手段が開弁する機関の高速運転時に、
ノズルから噴射されるオイルが冷却空洞に流入し、オイ
ルの大部分は冷却空洞を流れる過程でピストン頂部の熱
を吸収した後にクランク室へと排出され、ピストン頂部
を冷却する。

【００１９】高速運転時に、冷却空洞を循環するオイル
の一部は、給油孔を通ってピンの軸受に供給される。軸
受に供給されるオイルは、軸受とピンの摺動部を潤滑す
ることによりフリクションを低減するとともに、オイル
によってピンの摺動部に生じる摩擦熱をもち去り、耐久
性を高められる。

【００２０】弁手段が閉弁する機関の低速運転時等に、
ノズルからのオイル噴射は停止され、ピストン頂部をオ
イルによって過剰に冷却することが避けられる。

【００２１】同じく、機関の低速運転時等に、各軸受と
ピンの摺動部に冷却空洞を経てオイルが導かれないた
め、オイルによってピンの摺動部を過剰に冷却すること
がなく、フリクションを低減することができる。

【００２２】このようにして、機関の運転状態に応じて
弁手段が開閉して、ピストン頂部の温度が適正に維持し
て、機関の耐久性を損なうことなく、出力および燃費性
能を高めれる。

【００２３】請求項３に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、給油孔をシリンダ中心線に対して傾斜させて軸
受の側部に開口させる構造により、給油孔はシリンダの
中心線に近接する軸受の上部の軸受面積を削減しないた
め、燃焼行程におけるピストン上死点付近で燃焼圧力荷
重が軸受の上部からピンに作用するときに、両者間に生
じる面圧が過大になることを回避して、焼き付き等が発
生することを防止できる。

【００２４】請求項４に記載の内燃機関のピストン冷却
装置において、１つの軸受に２つの給油孔を開口させる
構造により、軸受に供給されるオイル量が増え、軸受に
供給されるオイル量の設定自由度がひろがる。

【００２５】請求項５に記載の内燃機関のピストン冷却
装置において、給油孔に導かれるオイルがピストン頂部
の冷却水による冷却効果が低い部位に位置する冷却空洞
を流れる構成とすることにより、ピストン頂部を均一に
冷却することができる。

【００２６】請求項６に記載の内燃機関のピストン冷却
装置において、軸受に供給されるオイルは、軸受とピン
の摺動部を潤滑し、排油孔を通ってクランク室へと排出
される。

【００２７】給油孔と同軸上に軸受とクランク室を連通
する排油孔を形成する構造により、給油孔と排油孔をド
リル加工により同時に形成することができ、生産性を高
められる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２９】図３に示すように、ピストン１はシリンダ
２に摺動可能に嵌合し、その頂部１１によって図示しな
い燃焼室が画成される。

【００３０】ピストン１の往復運動はコンロッド３を介
して図示しないクランクシャフトの連続回転運動に変換
される。コンロッド３はその小端部がピストンピン４を
介してピストン１に連結される。ピストン１にはピスト
ンピン４を嵌合させる一対のボス部１０が形成されてい
る。

【００３１】ピストン１を冷却するため、ピストン頂部
１１には冷却空洞１２が形成される。冷却空洞１２はピ
ストン頂部１１の外周部の全周に渡って環状に形成され
る。

【００３２】環状をした冷却空洞１２には、ピストン１
の背後空間（クランク室）９に連通する入口１３と出口
１４がそれぞれ形成される。入口１３と出口１４は、ピ
ストン１の中心を挟んで対称となる位置に配置される。

【００３３】図２において、線分Ｙはクランクシャフト
と平行なシリンダ列中心線であり、線分Ｘはシリンダ列
中心線Ｙに直交してピストン１の中心を通るピストン横
中心線である。図２においてピストン１の右側がスラス
ト側、左側が反スラスト側となる。

【００３４】入口１３はピストン１のスラスト側に配置
され、ピストン横中心線Ｘに対して所定距離だけ周方向
にオフセットされる。

【００３５】出口１４はピストン１の反スラスト側に配
置され、ピストン横中心線Ｘに対して所定距離だけ周方
向にオフセットされる。

【００３６】シリンダ２の下端にはオイルジェット６が
設けられる。オイルジェット６は、図示しないオイルポ
ンプ（油圧源）に連通し、オイルポンプの吐出圧が所定
値以上に上昇する機関の高速運転時等に開弁する弁手段
を構成する。オイルジェット６が開弁すると、そのノズ
ル７から図３に矢印で示すように入口１３に向けてオイ
ルが噴射される。オイルジェット６のノズル７はシリン
ダ２の中心線と平行に配置される。

【００３７】図３に矢印で示すように入口１３から冷却
空洞１２に流入したオイルは、冷却空洞１２において二
方向に分流し、冷却空洞１２を半周してピストン頂部１
１の熱を吸収した後、出口１４からクランク室へと排出
される。

【００３８】ピストン１の各ボス１０は、ピストンピン
４を摺動可能に嵌合させる軸受５を有する。

【００３９】ピストン１には、冷却空洞１２と各軸受５
を連通する２対の給油孔１５，１６が形成されるととも
に、各軸受５とピストン背後空間９を連通する排油孔１
７，１８が形成される。

【００４０】給油孔１５と排油孔１７はシリンダ２の中
心線に対して傾斜する同一直線上に延び、ボス１０の反
スラスト側からドリル加工により同時に形成される。

【００４１】給油孔１５は軸受５のスラスト側に開口
し、排油孔１７は軸受５の反スラスト側に開口し、いず
れもシリンダ２の中心線に近接する軸受５の上部および
下部の軸受面積を削減しなようにする。

【００４２】給油孔１６と排油孔１８はシリンダ２の中
心線に対して傾斜する同一直線上に延び、ボス１０のス
ラスト側からドリル加工により同時に形成される。

【００４３】給油孔１６は軸受５の反スラスト側に開口
し、排油孔１８は軸受５のスラスト側に開口し、いずれ
もシリンダ２の中心線に近接する軸受５の上部および下
部の軸受面積を削減しなようにする。

【００４４】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００４５】オイルジェット６が開弁する機関の高速運
転時等に、ノズル７から図３に矢印で示すように入口１
３に向けてオイルが噴射される。入口１３から冷却空洞
１２に流入したオイルの大部分は、冷却空洞１２におい
て二方向に分流し、冷却空洞１２を半周づつしてピスト
ン頂部１１の熱を吸収した後、図３に矢印で示すように
出口１４からクランク室へと排出され、ピストン頂部１
１を均一に冷却する。

【００４６】このとき、冷却空洞１２を循環するオイル
の一部は、各給油孔１５，１６を通って各軸受５に供給
される。各軸受５に供給されるオイルは、各軸受５とピ
ン４の摺動部を潤滑し、各排油孔１７，１８を通ってピ
ストン背後空間９からクランク室へと排出される。

【００４７】このように各軸受５とピン４の摺動部は、
機関の高速運転時に冷却空洞１２を循環するオイルの一
部が２本の給油孔１５，１６から導かれ、十分な潤滑油
量が確保され、オイルによって潤滑されることによりフ
リクションを低減するとともに、オイルによってピン４
の摺動部に生じる摩擦熱がもち去られることにより、耐
久性を高められる。

【００４８】オイルジェット６が閉弁する機関の低速運
転時等に、ノズル７からのオイル噴射は停止され、ピス
トン頂部１１をオイルによって過剰に冷却することが避
けられる。

【００４９】同じく、機関の低速運転時等に、各軸受５
とピン４の摺動部に冷却空洞１２を経てオイルが導かれ
ないため、オイルによってピン４の摺動部を過剰に冷却
することがなく、フリクションを低減することができ
る。

【００５０】このようにして、機関の運転状態に応じて
オイルジェット６が開閉して、ピストン頂部１１の温度
が適正に維持して、機関の耐久性を損なうことなく、出
力および燃費性能を高めれる。

【００５１】また、給油孔１６は軸受５の反スラスト側
に開口し、排油孔１８は軸受５のスラスト側に開口し
て、いずれもシリンダ２の中心線に近接する軸受５の上
部および下部の軸受面積を削減しないため、燃焼行程に
おけるピストン上死点付近で燃焼圧力荷重が軸受５の上
部からピン４に作用するときに、両者間に生じる面圧が
過大になることを回避して、焼き付き等が発生すること
を防止できる。

【００５２】なお、給油孔１５，１６の冷却空洞１２に
対する開口部を、冷却空洞１２の底面に近づけるほど、
軸受５に供給されるオイル量が増える。したがって、冷
却空洞１２に対する給油孔１５，１６の開口位置を任意
に設定することにより、軸受５に供給されるオイル量を
適正に設定することができる。

【００５３】次に、図４に示す実施の形態について説明
する。なお、図１等との対応部分には同一符号を用い
る。

【００５４】水冷式直列４筒内燃機関に備えられる図示
しないシリンダブロックは、シリンダ２のまわりに冷却
水を循環させるウォータジャケットを有する。ウォータ
ジャケットの図示しない前端に冷却水が流入する入口が
設けられており、冷却水は図５に白抜き矢印で示すよう
にウォータジャケットを機関の前部から後部へと流れ
る。

【００５５】前記実施の形態と同じく、ピストン１の環
状をした冷却空洞１２には、ピストン１の背後空間９に
連通する入口１３と出口１４がそれぞれ形成される。入
口１３と出口１４は、ピストン１の中心を挟んで対称と
なる位置に配置される。

【００５６】入口１３はピストン１のスラスト側に配置
され、ピストン横中心線Ｘに対して所定距離だけ周方向
にオフセットされる。

【００５７】出口１４はピストン１の反スラスト側に配
置され、ピストン横中心線Ｘに対して所定距離だけ周方
向にオフセットされる。

【００５８】図５にも示すように、ウォータジャケット
の上流側に配置されたボス１０に、冷却空洞１２と各軸
受５を連通する１本の給油孔１５が形成されるととも
に、各軸受５とピストン背後空間９を連通する１本の排
油孔１７が形成される。

【００５９】ウォータジャケットの上流側に配置された
給油孔１５は冷却空洞１２に対して出口１４より入口１
３に近いピストン１のスラスト側に開口している。

【００６０】図６にも示すように、ウォータジャケット
の下流側に配置されたボス１０に、冷却空洞１２と各軸
受５を連通する１本の給油孔１６が形成されるととも
に、各軸受５とピストン背後空間９を連通する１本の排
油孔１８が形成される。

【００６１】ウォータジャケットの下流側に配置された
給油孔１６は冷却空洞１２に対して入口１３より出口１
４に近いピストン１の反スラスト側に開口している。

【００６２】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００６３】シリンダ２の熱はウォータジャケットを流
れる冷却水によってもち去られるが、冷却水はウォータ
ジャケットを機関の前部から後部へとシリンダ列方向に
流れる過程でシリンダ２の熱を吸収して次第に温度上昇
するため、ウォータジャケットの下流側に位置するシリ
ンダ２の後部の方が、ウォータジャケットの上流側に位
置するシリンダ２の前部より温度上昇する。

【００６４】入口１３から冷却空洞１２を経て給油孔１
５に流入するオイルの流れは、ウォータジャケットの上
流側に位置するピストン頂部１１の前部の熱を吸収する
ことなく軸受５へと導かれ、軸受５を潤滑した後に排油
孔１７等を通ってクランク室へと排出される。

【００６５】入口１３から冷却空洞１２を経て給油孔１
６に流入するオイルの流れは、ウォータジャケットの下
流側に位置するピストン頂部１１の後部の熱を吸収して
軸受５へと導かれ、軸受５を潤滑した後に排油孔１８等
を通ってクランク室へと排出される。

【００６６】これにより、ピストン頂部１１の後部が前
部に比べてオイルによる冷却効果を高められ、ウォータ
ジャケットの下流側に位置するピストン頂部１１の後部
が前部に比べて冷却水による冷却効果が低いことを相殺
し、ピストン頂部１１を均一に冷却することができる。

【００６７】また、ウォータジャケットにおける最下流
側端に位置したシリンダ２については、ウォータジャケ
ットの上流側に位置するシリンダ２の前部の方が、ウォ
ータジャケットの下流側に位置するシリンダ２の後部よ
り温度上昇する傾向がある。

【００６８】これに対処して、ピストン頂部１１の前部
が後部に比べてオイルによる冷却効果を高められる構成
として、ウォータジャケットの上流側に位置するピスト
ン頂部１１の前部が後部に比べて冷却水による冷却効果
が低いことを相殺し、ピストン頂部１１を均一に冷却す
るようにしてもよい。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の内
燃機関のピストン冷却装置は、機関運転時に冷却空洞に
流入したオイルはピストン頂部を冷却し、その一部が給
油孔を通ってピンの軸受に供給され、軸受とピンの摺動
部を潤滑し、フリクションを低減する。

【００７０】請求項２に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、弁手段が開弁する機関の高速運転時に、ノズル
から噴射されるオイルが冷却空洞に流入し、ピストン頂
部を冷却する一方、弁手段が閉弁する機関の低速運転時
等に、ノズルからのオイル噴射は停止され、ピストン頂
部をオイルによって過剰に冷却することが避けられ、ピ
ストン頂部の温度が適正に維持して、機関の耐久性を損
なうことなく、出力および燃費性能を高めれる。

【００７１】請求項３に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、給油孔をシリンダ中心線に対して傾斜させて軸
受の側部に開口させる構造により、給油孔はシリンダの
中心線に近接する軸受の上部の軸受面積を削減しないた
め、焼き付き等が発生することを防止できる。また、ピ
ンの小径化が可能となり、軽量化がはかれる。

【００７２】請求項４に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、１つの軸受に２つの給油孔を開口させる構造に
より、軸受に供給されるオイル量が増え、軸受に供給さ
れるオイル量の設定自由度がひろがる。

【００７３】請求項５に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、給油孔に導かれるオイルがピストン頂部の冷却
水による冷却効果が低い部位に位置する冷却空洞を流れ
る構成とすることにより、ピストン頂部を均一に冷却す
ることができる。

【００７４】請求項６に記載の内燃機関のピストン冷却
装置は、給油孔と同軸上に軸受とクランク室を連通する
排油孔を形成する構造により、給油孔と排油孔をドリル
加工により同時に形成することができ、生産性を高めら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、図２のＢ−Ｂ線に
沿うピストンの断面図。

【図２】同じくピストンの背面図。

【図３】同じく機関の断面図。

【図４】他の実施の形態を示すピストンの背面図。

【図５】同じく図４のＢ−Ｂ線に沿うピストンの断面
図。

【図６】同じく図４のＣ−Ｃ線に沿うピストンの断面
図。

【図７】従来例を示すピストンの平面図。

【符号の説明】

１ ピストン ２ シリンダ ３ コンロッド ４ ピストンピン ６ オイルジェット ７ ノズル ９ ピストン背後空間 １０ ボス部 １１ ピストン頂部 １２ 冷却空洞 １３ 入口 １４ 出口 １５ 給油孔 １６ 給油孔 １７ 排油孔 １８ 排油孔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンをコンロッドに連結するピンと、 ピストンに形成されたピンの両端部を回動可能に嵌合さ
   せる一対の軸受と、 を備える内燃機関のピストン冷却装置において、 前記ピストンの背面に向けてオイルを噴射するノズル
   と、 ピストンの頂部に形成されたノズルから噴射されるオイ
   ルを循環させる冷却空洞と、 ピストンに形成された冷却空洞と軸受を連通する給油孔
   と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のピストン冷却装
   置。
2. 【請求項２】前記ノズルと油圧源を結ぶオイル通路に機
   関の高速運転時に開弁する弁手段を介装したことを特徴
   とする請求項１に記載の内燃機関のピストン冷却装置。
3. 【請求項３】前記給油孔をシリンダ中心線に対して傾斜
   させて軸受の側部に開口させたことを特徴とする請求項
   １または２に記載の内燃機関のピストン冷却装置。
4. 【請求項４】前記１つの軸受に２つの給油孔を開口させ
   たことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記
   載の内燃機関のピストン冷却装置。
5. 【請求項５】シリンダのまわりにシリンダの列方向に略
   沿って冷却水が流れるウォータジャケットを備え、 前記１つの軸受に１つの給油孔を開口させ、 給油孔に導かれるオイルがピストン頂部の冷却水による
   冷却効果が低い部位に位置する冷却空洞を流れる構成と
   したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに
   記載の内燃機関のピストン冷却装置。
6. 【請求項６】前記給油孔と同軸上に軸受とクランク室を
   連通する排油孔を形成したことを特徴とする請求項１か
   ら５のいずれか一つに記載の内燃機関のピストン冷却装
   置。