(57)【要約】【課題】ピストンの暖機を促進させることができるピストン構造を提供する。【解決手段】ピストン構造１０は、オイルが流通するためのオイル流路２２が設けられたピストン２０と、流路開閉弁３０と、を備え、オイル流路２２は、オイル流路２２のオイルがオイル流路２２から流出するためのオイル流出部２５を有し、オイル流出部２５が閉塞された場合、オイル流路２２をオイルが流通することができなくなり、オイル流出部２５の閉塞が解除された場合、オイル流路２２をオイルが流通することができるようになり、流路開閉弁３０は、オイル流出部２５に配置されて、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度以下の場合に閉弁状態になることでオイル流出部２５を閉塞し、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度より高い場合に開弁状態になることでオイル流出部２５の閉塞を解除する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダの内部に往復移動可能に配置されるとともに、オイルが流通するためのオイル流路が設けられたピストンと、
流路開閉弁と、を備え、
前記オイル流路は、前記オイル流路のオイルが前記オイル流路から流出するためのオイル流出部を有し、
前記オイル流出部が閉塞された場合、前記オイル流路をオイルが流通することができなくなり、前記オイル流出部の前記閉塞が解除された場合、前記オイル流路をオイルが流通することができるようになり、
前記流路開閉弁は、前記オイル流出部に配置されて、前記オイル流路のオイルの温度が所定温度以下の場合に閉弁状態になることで前記オイル流出部を閉塞し、前記オイル流路のオイルの温度が前記所定温度より高い場合に開弁状態になることで前記オイル流出部の前記閉塞を解除する、ピストン構造。
【請求項２】
前記流路開閉弁は、弁体用シリンダと、前記弁体用シリンダの内部に往復移動可能に配置されて、前記流路開閉弁を前記閉弁状態及び前記開弁状態にする弁体と、前記弁体用シリンダの内部に配置されて、前記オイル流路のオイルの温度に基づいて前記弁体を駆動する駆動部と、を備え、
前記駆動部は、前記オイル流路のオイルの温度が前記所定温度以下の場合に、前記弁体によって前記流路開閉弁が前記閉弁状態になり、前記オイル流路のオイルの温度が前記所定温度より高い場合に、前記弁体によって前記流路開閉弁が前記開弁状態になるように、前記弁体を駆動する、請求項１記載のピストン構造。
【請求項３】
前記弁体用シリンダは、前記オイル流出部のオイルが前記弁体用シリンダの内部に流入するための入口孔と、前記入口孔から流入したオイルが前記弁体用シリンダの内部から流出するための出口孔と、を有し、
前記弁体用シリンダは、前記入口孔が前記出口孔よりも前記オイル流出部におけるオイルの流動方向で上流側に位置するように、前記オイル流出部に配置されており、
前記弁体と前記入口孔との距離が所定距離以下の場合には、前記弁体が前記弁体用シリンダの内部における前記入口孔と前記出口孔との間の部分を閉塞することで、前記流路開閉弁は前記閉弁状態になり、前記弁体と前記入口孔との距離が前記所定距離よりも長くなった場合に、前記弁体による前記閉塞が解除されて、前記流路開閉弁は前記開弁状態になり、
前記駆動部は、前記入口孔から流入したオイルからの熱伝導によって前記駆動部の温度が上昇するほど、前記駆動部における前記弁体用シリンダの軸方向の長さが長くなる部材によって構成され、且つ、前記オイル流路のオイルの温度が前記所定温度以下の場合に、前記弁体と前記入口孔との距離が前記所定距離以下になり、前記オイル流路のオイルの温度が前記所定温度より高い場合に、前記弁体と前記入口孔との距離が前記所定距離よりも長くなるように、前記弁体を駆動する、請求項２記載のピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はピストン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのシリンダの内部に往復移動可能に配置されたピストンが知られている。このようなピストンには、オイルが流通するためのオイル流路（クーリングチャンネル）が設けられており、このオイル流路を流通するオイルによってピストンの冷却が図られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平６−４９７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような従来技術の場合、オイル流路のオイルの温度が所定温度以下となる冷間時においても、オイル流路をオイルが流通する構成となっている。この場合、冷間時にピストンがオイルによって過剰に冷却されてしまい、この結果、ピストンの暖機が遅延するおそれがある。
【０００５】
本開示は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストンの暖機を促進させることができるピストン構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本開示に係るピストン構造は、エンジンのシリンダの内部に往復移動可能に配置されるとともに、オイルが流通するためのオイル流路が設けられたピストンと、流路開閉弁と、を備え、前記オイル流路は、前記オイル流路のオイルが前記オイル流路から流出するためのオイル流出部を有し、前記オイル流出部が閉塞された場合、前記オイル流路をオイルが流通することができなくなり、前記オイル流出部の前記閉塞が解除された場合、前記オイル流路をオイルが流通することができるようになり、前記流路開閉弁は、前記オイル流出部に配置されて、前記オイル流路のオイルの温度が所定温度以下の場合に閉弁状態になることで前記オイル流出部を閉塞し、前記オイル流路のオイルの温度が前記所定温度より高い場合に開弁状態になることで前記オイル流出部の前記閉塞を解除する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、ピストンの暖機を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るエンジンの概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のピストン構造を拡大した模式的拡大断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は実施形態に係る流路開閉弁の詳細を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態に係るピストン構造１０について、図面を参照しつつ説明する。具体的には、最初に、ピストン構造１０を備えるエンジン１の概略構成について説明し、次い
で、ピストン構造１０について説明する。図１は、本実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す模式図である。
【００１０】
エンジン１の具体的な種類は特に限定されるものではなく、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の種々のエンジンを用いることができる。本実施形態においては、エンジン１の一例として、ディーゼルエンジンを用いている。図１に例示されているエンジン１は、シリンダ２と、シリンダヘッド３と、ピストン構造１０とを備えている。ピストン構造１０は、ピストン２０と、流路開閉弁３０とを備えている。なお、図１及び後述する図２において、流路開閉弁３０の内部構造の図示は省略されている。
【００１１】
シリンダヘッド３は、シリンダ２の上部に配置されている。シリンダヘッド３には、シリンダ２の内部に吸入される吸気が通過する吸気ポート４と、シリンダ２の内部から排出された排気が通過する排気ポート５とが設けられている。なお、吸気ポート４には、吸気ポート４の下流側端部を開閉する吸気弁が配置され、排気ポート５には、排気ポート５の上流側端部を開閉する排気弁が配置されているが、この吸気弁及び排気弁の図示は省略されている。
【００１２】
ピストン２０は、シリンダ２の内部に、往復移動可能に配置されている。ピストン２０は、コネクティングロッド（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）と連結されており、クランクシャフトの回転に伴ってシリンダ２の内部を往復移動する。なお、コネクティングロッドは、ピストンピン（図示せず）を介して、ピストン２０のピン孔２１に連結されている。
【００１３】
また、エンジン１は、オイル噴射ノズル６を備えている。本実施形態に係るオイル噴射ノズル６は、いわゆるオイルジェットノズルによって構成されている。オイル噴射ノズル６は、配管（図示せず）を介して、オイルポンプ（図示せず）と連通されている。オイルポンプは、エンジン１によって駆動されることでオイルを圧送するポンプである。オイルポンプが稼働した場合、オイルポンプによって圧送されたオイルは、配管を介してオイル噴射ノズル６に供給され、このオイル噴射ノズル６からピストン２０の下面に向けて噴射される。このピストン２０の下面に向けて噴射されたオイルは、後述するオイル流路２２に流入する。
【００１４】
図２は、図１のピストン構造１０を拡大した模式的拡大断面図である。ピストン２０には、ピストン２０を冷却するオイルが流通するためのオイル流路２２が設けられている。このオイル流路２２は、いわゆるクーリングチャンネルと称されているものである。本実施形態に係るオイル流路２２は、オイル流入部２３と、メイン流路部２４と、オイル流出部２５とを備えている。
【００１５】
本実施形態に係るメイン流路部２４は、ピストン２０の内部において円環状に設けられている。但し、メイン流路部２４の具体的な形状は、このような円環状に限定されるものではなく、種々の形状を用いることができる。オイル流入部２３は、オイル噴射ノズル６から噴射されたオイルをオイル流路２２に流入させるための流路である。具体的には、オイル流入部２３は、その一端がピストン２０の下面に開口し、その他端がメイン流路部２４に連通している。オイル流出部２５は、オイル流路２２のオイルをオイル流路２２から流出させるための流路である。具体的には、オイル流出部２５は、その一端がメイン流路部２４に連通し、その他端がピストン２０の下面に開口している。
【００１６】
後述する流路開閉弁３０が開弁状態になった場合において、オイル噴射ノズル６からピストン２０の下面に向けて供給されたオイルは、オイル流入部２３からオイル流路２２に流入し、その後、メイン流路部２４及びオイル流出部２５を順に流通する。このようにオ
イルがオイル流路２２を流通することで、ピストン２０の冷却が図られている。
【００１７】
上記のようなオイル流路２２において、オイル流出部２５が後述する流路開閉弁３０によって閉塞された場合、オイル流路２２内の空気及びオイルの移動が抑制されるので、オイル流入部２３からオイルが流入せず、オイルはオイル流路２２を流通することができなくなる。つまり、この場合、オイル流路２２におけるオイルの流通は停止される。一方、このオイル流出部２５の閉塞が解除された場合、オイルはオイル流路２２を流通できるようになる。すなわち、流路開閉弁３０によってオイル流路２２のオイル流出部２５を閉塞したり、この閉塞を解除したりすることで、オイル流路２２におけるオイルの流通を停止させたり、このオイルの流通停止を解除させたりすることができる。
【００１８】
流路開閉弁３０は、オイル流出部２５に配置されている。流路開閉弁３０は、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度以下の場合に閉弁状態になることでオイル流出部２５を閉塞し、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度より高い場合に開弁状態になることでオイル流出部２５の閉塞を解除する弁である。この流路開閉弁３０の詳細は、以下のとおりである。
【００１９】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、流路開閉弁３０の詳細を説明するための模式的断面図である。具体的には、図３（ａ）において、流路開閉弁３０は閉弁状態になっており、図３（ｂ）において、流路開閉弁３０は開弁状態になっている。本実施形態に係る流路開閉弁３０は、弁体用シリンダ３１と、拡径部３２と、弁体３３と、駆動部３４とを備えている。なお、図３に図示されている弁体用シリンダ軸線５０は、弁体用シリンダ３１の中心軸を示す線である。この弁体用シリンダ軸線５０に沿う方向は、「弁体用シリンダ３１の軸方向」に相当する。
【００２０】
本実施形態に係る弁体用シリンダ３１は、円筒状の外観形状を有している。この弁体用シリンダ３１の内部には円筒状の内部空間が設けられおり、この内部空間に弁体３３及び駆動部３４が配置されている。
【００２１】
また、弁体用シリンダ３１は、入口孔３５と出口孔３６とを有している。入口孔３５は、オイル流出部２５のオイルが弁体用シリンダ３１の内部（内部空間）に流入するための孔である。本実施形態に係る入口孔３５は、弁体用シリンダ３１の軸方向で上方側の端面に形成されている。
【００２２】
出口孔３６は、オイルが弁体用シリンダ３１の内部から流出するための孔である。本実施形態に係る出口孔３６は、弁体用シリンダ３１の外周側面（弁体用シリンダ３１の軸方向に延在する、円筒状の側面）に設けられている。また、本実施形態に係る出口孔３６は、複数個（一例として２個）、設けられている。但し、出口孔３６の個数は２個に限定されるものではなく、１個でもよく、３個以上でもよい。
【００２３】
なお、本実施形態において、図３に図示されている２つの出口孔３６のうち、右側の出口孔３６（「一方の出口孔３６」と称する）から流出するオイルは、主としてピストン２０のスカート部分に当接し、左側の出口孔３６（「他方の出口孔３６」と称する）から流出するオイルは、主としてピストン２０の下面（具体的には、円弧状に湾曲した部分）に当接する。すなわち、本実施形態に係る２つの出口孔３６のうち、一方の出口孔３６はピストン２０のスカート側に向いており、他方の出口孔３６はピストン２０の下面側に向いている。
【００２４】
また、本実施形態に係る一方の出口孔３６及び他方の出口孔３６は、オイルが、一方の出口孔３６と他方の出口孔３６とから同時に流出するように設定されている。具体的には
、本実施形態に係る一方の出口孔３６及び他方の出口孔３６は、弁体用シリンダ３１の軸方向で同じ位置に設けられている。
【００２５】
但し、複数個の出口孔３６の構成は上記の構成に限定されるものではない。他の例を挙げると、複数個の出口孔３６は、オイルが一方の出口孔３６と他方の出口孔３６とから非同時に流出するように構成されていてもよい。この一例を挙げると、例えば、一方の出口孔３６（ピストン２０のスカート側を向いた出口孔３６）の方が、他方の出口孔３６よりも、オイルが先に流出するように、構成されていてもよい。例えば、一方の出口孔３６が他方の出口孔３６よりも、弁体用シリンダ３１の軸方向で上側（上流側）に位置するように設けられることで、オイルを、一方の出口孔３６から先に流出させることができる。この場合、ピストン２０のスカート部分をオイルによって早期に冷却することができる。
【００２６】
弁体用シリンダ３１は、入口孔３５が出口孔３６よりも、オイル流出部２５におけるオイルの流動方向で上流側に位置するように、オイル流出部２５に配置されている。具体的には、本実施形態に係る弁体用シリンダ３１は、オイル流出部２５の内部に入口孔３５が位置する一方で、出口孔３６がオイル流出部２５よりも外側の部分に露出するように、オイル流出部２５に配置されている。
【００２７】
但し、弁体用シリンダ３１のオイル流出部２５への配置態様は、これに限定されるものではない。他の一例を挙げると、仮に、オイル流出部２５と出口孔３６との間に隙間が設けられており、これにより、弁体用シリンダ３１の内部のオイルが出口孔３６から流出することが可能な場合には、入口孔３５のみならず出口孔３６もオイル流出部２５の内部に位置していてもよい。
【００２８】
拡径部３２は、弁体用シリンダ３１の軸方向にある両端面のうち、入口孔３５が形成されている側とは反対側の端面に接続されている。拡径部３２の外径は、弁体用シリンダ３１の外径よりも大きく設定されている。これにより、ユーザ（これは、ピストン構造１０の組み立て作業者やピストン構造１０の整備員等を含む）は、流路開閉弁３０をオイル流出部２５に取り付けたり、流路開閉弁３０をオイル流出部２５から取り外したりする際に、この拡径部３２の部分を持つことができる。これにより、流路開閉弁３０のオイル流出部２５への取り付け作業や取り外しの作業を容易に行うことができる。
【００２９】
弁体３３は、弁体用シリンダ３１の内部に、弁体用シリンダ３１の軸方向に往復移動可能に配置されている。この弁体３３は、流路開閉弁３０を閉弁状態（図３（ａ））及び開弁状態（図３（ｂ））にするための弁体である。弁体３３が流路開閉弁３０を閉弁状態にした場合、オイル流出部２５をオイルが流通することができなくなる（すなわち、オイル流出部２５は閉塞される）。一方、弁体３３が流路開閉弁３０を開弁状態にした場合、オイル流出部２５のオイルは、入口孔３５から弁体用シリンダ３１の内部に流入し、この弁体用シリンダ３１の内部を流通した後に、出口孔３６から排出される。すなわち、弁体３３が流路開閉弁３０を開弁状態にすることで、オイル流出部２５の閉塞が解除されて、オイル流出部２５をオイルが流通できるようになる。
【００３０】
具体的には、本実施形態に係る弁体３３は、図３（ａ）に示すように、弁体３３と入口孔３５との距離（Ｄ）が所定距離（Ｌ）以下の場合、弁体用シリンダ３１の内部における入口孔３５と出口孔３６との間の部分を閉塞する。これにより、流路開閉弁３０は閉弁状態になる。なお、本実施形態に係る所定距離（Ｌ）は、具体的には、入口孔３５と出口孔３６との距離に相当するものである。
【００３１】
一方、図３（ｂ）に示すように、弁体３３は、弁体３３と入口孔３５との距離（Ｄ）が所定距離（Ｌ）よりも長くなった場合に、弁体用シリンダ３１の内部における入口孔３５
と出口孔３６との間の部分の閉塞を解除する。この場合、入口孔３５から流入したオイルが出口孔３６から流出できるようになり、流路開閉弁３０は開弁状態になる。
【００３２】
駆動部３４は、弁体用シリンダ３１の内部に配置されている。駆動部３４は、オイル流路２２のオイルの温度に基づいて弁体３３を駆動する。具体的には、駆動部３４は、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度以下の場合に、弁体３３によって流路開閉弁３０が閉弁状態になり、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度より高い場合に、弁体３３によって流路開閉弁３０が開弁状態になるように、弁体３３を駆動する。
【００３３】
より具体的には、駆動部３４は、入口孔３５から流入したオイルからの熱伝導によって駆動部３４の温度が上昇するほど、駆動部３４における弁体用シリンダ３１の軸方向の長さが長くなるような部材によって構成されている。このような部材の一例として、本実施形態においては、形状記憶合金からなるバネ（「形状記憶合金スプリング」）を用いている。すなわち、本実施形態に係る駆動部３４は、温度が上昇するほど全長（弁体用シリンダ３１の軸方向の長さ）が長くなる、形状記憶合金スプリングによって構成されている。
【００３４】
具体的には、この駆動部３４としての形状記憶合金スプリングは、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度以下の場合には、弁体３３と入口孔３５との距離（Ｄ）が所定距離（Ｌ）以下になり、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度より高い場合には、弁体３３と入口孔３５との距離（Ｄ）が所定距離（Ｌ）よりも長くなるように、設定されている。これにより、駆動部３４としての形状記憶合金スプリングは、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度以下の場合に流路開閉弁３０が閉弁状態になり、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度より高い場合に流路開閉弁３０が開弁状態になるように、弁体３３を駆動している。
【００３５】
この形状記憶合金スプリングの具体的な材質は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ合金製の形状記憶合金や、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金製の形状記憶合金等、種々の形状記憶合金を用いることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、「オイル流路２２のオイルの温度」の具体例として、オイル流路２２におけるオイル流出部２５の温度を用いている。また、上記の「所定温度」の具体的な値は、特に限定されるものではないが、例えば、７０℃〜９０℃の範囲から選択された値を用いることができ、本実施形態では一例として８０℃を用いている。
【００３７】
以上説明したような本実施形態によれば、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度以下の場合には、流路開閉弁３０がオイル流出部２５を閉塞することで、オイル流路２２におけるオイルの流通を停止させ、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度より高い場合に、流路開閉弁３０がオイル流出部２５の閉塞を解除することで、オイル流路２２をオイルが流通できるようになる。これにより、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度より高い場合には、オイル流路２２のオイルによってピストン２０の冷却を図ることができる。一方、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度以下の場合には、オイル流路２２のオイルによるピストン２０の冷却を抑制して、ピストン２０の暖機を促進させることができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、上述したようにピストン２０の暖機を促進させることができるので、エンジン１の燃費を向上させることもできる。
【００３９】
（上記実施形態の変形例）
上記の実施形態において、駆動部３４の具体例として、形状記憶合金スプリングを用いているが、駆動部３４の具体例はこれに限定されるものではない。駆動部３４の他の一例
を挙げると、弁体用シリンダ３１の軸方向に伸縮自在な容器と、この容器に収容されたワックスとを備えるものを用いることもできる。
【００４０】
具体的には、このワックスを収容する容器（以下、「ワックス用容器」と称する）としては、例えば、弁体用シリンダ３１の軸方向に伸縮自在な蛇腹によって構成された容器等を用いることができる。なお、このワックス用容器が弁体用シリンダ３１の内部に配置されていても、入口孔３５から流入したオイルが弁体用シリンダ３１の内部を通過して出口孔３６から流出することができるように、ワックス用容器の大きさや形状等は設定されている。
【００４１】
また、このワックス用容器に収容されるワックスとしては、入口孔３５から流入したオイルからの熱伝導によって、ワックスの温度が上昇した場合に膨張するワックスを用いることができる。このワックスの具体例を挙げると、例えば、ラジエータ（これは、エンジン１を冷却する冷媒（冷却水）を空気との熱交換によって冷却する熱交換器である）用のサーモスタットにおいて一般的に使用されているワックス（これは、ワックスペレットと別称されている場合がある）を用いることができる。
【００４２】
このように、駆動部３４として、ワックス用容器にワックスが収容された構成を有するものを用いる場合においても、この駆動部３４は、前述した形状記憶合金スプリングを用いる場合と同様に、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度以下の場合には、弁体３３と入口孔３５との距離（Ｄ）が所定距離（Ｌ）以下になり、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度より高い場合には、弁体３３と入口孔３５との距離（Ｄ）が所定距離（Ｌ）よりも長くなるように、設定されている。これにより、この駆動部３４は、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度以下の場合に流路開閉弁３０が閉弁状態になり、オイル流路２２のオイルの温度が所定温度より高い場合に流路開閉弁３０が開弁状態になるように、弁体３３を駆動する。
【００４３】
本変形例においても、前述した実施形態と同様に、ピストン２０の暖機を促進させることができる。この結果、エンジン１の燃費を向上させることができる。
【００４４】
以上、本開示に係る実施形態や変形例について説明したが、本開示はかかる特定の実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、さらなる種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  エンジン
２  シリンダ
１０  ピストン構造
２０  ピストン
２２  オイル流路
２３  オイル流入部
２４  メイン流路部
２５  オイル流出部
３０  流路開閉弁
３１  弁体用シリンダ
３３  弁体
３４  駆動部
３５  入口孔
３６  出口孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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