(57)【要約】【課題】従来通りピストン外縁の冷却効果を保持すると同時に、燃費に影響することなくピストン中央部の冷却効果を向上させるピストン構造を提供する。【解決手段】ピストン構造１０のクーリングチャンネル（ピストン冷却用オイル通路）において、ピストンの冠面裏にピストン外縁に沿って設けられ、オイルジェットから噴射されるオイルが流れる環状の周回通路１１と、周回通路１１から一旦分岐しピストン冠面中央部分裏を通過してから再び周回通路１１に合流する中央通路１２と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの冠面裏にピストン外縁に沿って設けられ、オイルジェットから噴射されるオイルが流れる環状の周回通路と、
前記周回通路から一旦分岐し、ピストン冠面中央部分裏を通過してから再び周回通路に合流する中央通路と、
を備えるピストン構造。
【請求項２】
前記周回通路の吸気側に設けられ、オイルジェットから噴射されるオイルが流れ込むオイル流入口と 、
前記周回通路の排気側に設けられ、周回通路を流れたオイルが流れ出るオイル流出口と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のピストン構造。
【請求項３】
前記オイル流入口と前記オイル流出口とは、前記周回通路の直径の両端に配置される、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のピストン構造。
【請求項４】
前記オイル流入口は、前記中央通路が前記周回通路から分岐する部分から、ずらされて配置され、
前記オイル流出口は、前記中央通路が前記周回通路に合流する部分から、ずらされて配置される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン構造。
【請求項５】
前記中央通路は、ピストン冠面側から透視したときにクランク軸方向に対し直交する向きに設けられる、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のピストン構造。
【請求項６】
前記中央通路は、ピストン中央部のコンロッド挿入部分を挟んで複数本設けられる、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のピストン構造。
【請求項７】
前記中央通路は、
吸気側に設けられ、前記周回通路から分岐する複数本の枝通路と、
排気側に設けられ、前記複数本の枝通路を集合して周回通路に合流する集合通路と、
を含み、
前記オイル流入口は、前記複数本の枝通路の分岐部分の間に配置され、
前記オイル流出口は、前記集合通路の合流部分近傍に配置される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン構造。
【請求項８】
前記中央通路は、
前記周回通路のオイル流入口近傍から分岐し、ピストン冠面の周辺裏を通る入口側通路と、
前記入口側通路に連続し、ピストン冠面の中央部分裏を通り、入口側通路よりも流路断面積が拡大された拡大通路と、
前記拡大通路に連続し、ピストン冠面の周辺裏を通って、前記周回通路のオイル流出口近傍に合流する出口側通路と、
を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンのトップランド部・トップリング溝部は、高回転・高負荷時においてピストン温度が上昇すると破損や焼き付きを起こすおそれがある。上述の不具合を防止するためピストンを冷却する必要がある。従来、ピストン冠面裏にオイルジェットから噴射されたオイルを流すクーリングチャンネルと呼ばれるピストン冷却用オイル通路を設けたピストン構造が知られており、通路内にエンジンオイルを循環させてピストンを冷却している。たとえば特許文献１では、ピストン外縁に沿って環状に設けられたクーリングチャンネルのピストン構造が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−４８００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ガソリンエンジンのピストンのようにピストン冠面がフラットな形状である場合には、燃焼が始まる冠面中央部分の温度が最も高温になると考えられる。しかしながら、従来のクーリングチャンネルの形状はピストン外縁に沿って環状であり、ピストン冠面中央部分を直接冷却していないためピストン全体の冷却効率が低い、という問題があった。また、冷却性能を向上させるために、クーリングチャンネルに流れるオイル循環流量を増やしたり、点火時期や空燃比調整により燃焼温度を低減させていたので燃費に影響する、という問題もあった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、従来通りピストン外縁の冷却効果を保持すると同時に、燃費に影響することなくピストン中央部分の冷却効果を向上させるピストン構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、ピストン構造のクーリングチャンネルにおいて、ピストン（１０）の冠面裏にピストン外縁に沿って設けられオイルジェットから噴射されるオイルが流れる環状の周回通路（１１）と、周回通路から一旦分岐しピストン冠面中央部分裏を通過してから再び周回通路に合流する中央通路（１２）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ピストン構造においてピストン外縁だけでなくピストン冠面中央部分裏にもクーリングチャンネルを設けるようにしたため、直接ピストン冠面中央部分を冷却することが可能となる。これにより、燃費に影響することなくピストンの平均温度を低減する効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【０００９】
(第１実施形態)
図１は、本発明によるピストン構造の第１実施形態を示す図である。図１（Ａ）は斜視図である。ピストン１０は、周回通路１１と、中央通路１２と、を含む。クーリングチャンネルは周回通路１１と中央通路１２とを含み、ピストン１０の冠面裏に設けられる。図１（Ｂ）はクーリングチャンネルを流れるオイル流路を示すピストン縦断面図である。オイルジェット２０から噴射されたオイルは周回通路１１に配置されるオイル流入口１３から周回通路１１へ流れ込む。そして周回通路１１と中央通路１２を流れたオイルは周回通路１１に配置されるオイル流出口１４から流れ出る。図１（Ｂ）における矢印Ａ，Ｂ，Ｃはオイルの流れる方向を示す。
【００１０】
図２も図１と同様に、本発明によるピストン構造の第１実施形態を示す図である。図２（Ａ）は、ピストン正面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。ピストン１０は、周回通路１１と、中央通路１２と、オイル流入口１３と、オイル流出口１４と、を含む。
【００１１】
周回通路１１はピストン冠面裏にピストン外縁に沿って環状に設けられる。中央通路１２は分岐部分１２ａで周回通路１１から一旦分岐する。そして中央通路１２はピストン冠面中央部分裏を通過する。そして中央通路１２は合流部分１２ｂで再び周回通路１１に合流する。また中央通路１２は図２（Ｂ）においてクランク軸方向に対し直交する向きに設けられる。さらに中央通路１２は周回通路１１の直径となるよう配置される。
【００１２】
オイル流入口１３は、周回通路１１と中央通路１２との分岐部分１２ａに重ならず、かつ分岐部分１２ａと合流部分１２ｂとの中間ではなく分岐部分１２ａ寄りに配置される。またオイル流入口１３は吸気側に位置する。ここで吸気側とは、燃焼室の吸気側を意味しており図２では左半分の領域である。そしてオイル流入口１３にはオイルジェット２０から噴射されるオイルが流れ込む。オイル流出口１４は、周回通路１１と中央通路１２との合流部分１２ｂに重ならず、かつ分岐部分１２ａと合流部分１２ｂとの中間ではなく合流部分１２ｂ寄りに配置される。またオイル流出口１４は周回通路１１の排気側に位置する。ここで排気側とは、燃焼室の排気側を意味しており図２では右半分の領域である。そしてオイル流出口１４から周回通路１１を流れたオイルが流れ出る。ここで、オイル流入口１３とオイル流出口１４とは、周回通路１１の直径の両端に配置される。
【００１３】
本実施形態では、周回通路１１に中央通路１２を追加する。このためピストン冠面において最も高温となる冠面中央部分を中央通路１２により直接冷却することが可能となり、ピストンの平均温度を低減させる効果が得られる。
【００１４】
一般にピストン冠面の温度は吸気側よりも高温の排気ガスが流動する排気側の方が高い。そしてオイルは温度が低いと粘度が増加し、温度が高いと粘度が減少する。オイルの粘度と流れとは密接な関係にあり、粘度が増加すると流れにくく粘度が減少すると流れやすい。このようなオイルの性質を利用し、本実施形態では高温になる排気側にオイル流出口１４を設けることで、下流側ほどオイルが流れやすくなる。その結果、オイル全体の流れがスムーズになる。
【００１５】
またオイル流入口１３はオイルジェット２０から噴射されたオイルが流れ込むため周回通路１１上において最も圧力が高い。このことからもオイル流入口１３（圧力が高い側）からオイル流出口１４（圧力が低い側）へオイルをスムーズに流すことができる。
【００１６】
オイル流入口１３と周回通路１１から中央通路１２への分岐部分１２ａとを同一位置にした場合には、周回通路１１と中央通路１２とへ流れるオイル流量の配分に偏りが生じ、中央通路１２にオイルが多く流れ込んでしまう。これは中央通路１２の流路抵抗が周回通路１１の流路抵抗と比べて小さいからである。ここで流路抵抗とは、分岐部分１２ａと合流部分１２ｂとの間を流れるオイルに作用する抵抗をいう。一般的に他の条件が同じであれば流路が長くなるほど流路抵抗は大きい。そして流路抵抗が小さいほど流れがスムーズであることを意味する。周回通路１１は、中央通路１２よりもオイル流出口１４までの距離が長く、形状も中央通路１２が直線であるのに対し曲線であるため流れの方向変化による抵抗があり、流路抵抗が中央通路１２と比べて大きいと考えられる。
【００１７】
このことから周回通路１１と中央通路１２との分岐部分１２ａと、オイル流入口１３との配置をずらすことで、オイル流入口１３から流れ込んだオイルは一旦全て周回通路１１へ流れた後、周回通路１１と中央通路１２とへバランスよく流れる。またオイル流入口１３とオイル流出口１４とを周回通路１１の直径の両端に配置すると、その直径を基準に周回通路１１は対称となるためバランスがよい。
【００１８】
ピストン外縁周辺ではピストンの頭振りによってスラスト方向部分１０ａ，１０ｂの温度が高温となり焼き付けを起こすおそれがあるため、該当部分を流れるオイル流量は適量を確保したい。そのため中央通路１２を、スラスト方向に周回通路１１の直径となるよう配置する。
【００１９】
このように構成したので、オイル流入口１３から周回通路１１へ流れ込んだオイルは、ピストン外縁周辺の高温部分１０ａを通過してから周回通路１１と中央通路１２との二手に分かれて流れる。その後オイルは、周回通路１１と中央通路１２とが合流して一つになった後ピストン外縁周辺の高温部分１０ｂを流れる。これにより中央通路１２を追加したことによるオイル流量の減少影響を受けずにピストン外縁周辺の高温部分の冷却効果も保持できる。さらに、クランク軸に対して対称形状となるためピストンの重量バランスを保つこともできるのである。
【００２０】
(第２実施形態)
図３は、本発明によるピストン構造の第２実施形態を示す平断面図である。なお以下では前述した内容と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００２１】
ピストン中央部分にコンロッドが挿入されるためピストン冠面は逆凹形状となる。コンロッド挿入部分１５の上側を通過するように中央通路を設けた場合には、ピストン冠面のコンロッド挿入部分の肉厚が薄くなり剛性が低下する。
【００２２】
これに対して本実施形態では、コンロッド挿入部分を挟むように平行に２本の中央通路１２（１２１，１２２）を設ける。２本の中央通路１２１，１２２は、図３においてクランク軸方向に対し直交する向きである。またオイル流入口１３に近い中央通路１２１の流路断面積Ｓ１は他方の中央通路１２２の流路断面積Ｓ２よりも小さい。
【００２３】
このように構成したのでピストン冠面の剛性が低下するのを防止できる。そして中央通路１２を２本設け表面積が増えるため、ピストン冠面中央部分の冷却効果が上がる。またオイル流入口１３から近い中央通路１２１の流路断面積Ｓ１が他方の中央通路１２２の流路断面積Ｓ２よりも小さいため、オイル流入口１３に近い中央通路１２１に多くのオイルが流れるのを防ぎ、バランスよく全体にオイルを流すことができるのである。
【００２４】
(第３実施形態)
図４は、本発明によるピストン構造の第３実施形態を示す平断面図である。
【００２５】
本実施形態の中央通路１２は、図４に示すようにＹ字形状であり、２本の枝通路１２３，１２４と、集合通路１２５と、を含む。枝通路１２３は、吸気側にスラスト方向に設けられ、枝通路１２４は枝通路１２３を反時計周りに９０度回転させた方向（クランク軸方向）に設けられる。枝通路１２４の流路断面積Ｓ４は枝通路１２３の流路断面積Ｓ３よりも小さい。そして枝通路１２３と１２４とはピストン冠面中央部分で合流し、集合通路１２５と連続する。集合通路１２５は排気側に設けられ、集合通路１２５の流路断面積Ｓ５は枝通路の流路断面積Ｓ３，Ｓ４よりも大きい。さらにオイル流入口１３は枝通路１２３と１２４との中間に配置され、オイル流出口１４は集合通路１２５と周回通路１１との合流部分１２ｂの近傍に配置される。
【００２６】
このように構成したのでオイル流入口１３から周回通路１１の両側に流れ込むオイルを２本の枝通路１２３，１２４を通じてピストン冠面中央部分へ流すことができ、中央通路１２を流れるオイル流量が増えるためピストン冠面中央部分の冷却効率が上がる。また枝通路１２３の流路断面積Ｓ３は、枝通路１２４の流路断面積Ｓ４よりも大きい。このためオイル流入口１３から等距離にある各枝通路入口に流れ込むオイル流量は、確実に枝通路１２３のほうが枝通路１２４よりも多くなる。これによりピストン外縁周辺のスラスト方向の高温部分を通過するオイル流量を確保でき、冷却効果を保持することができるのである。そして集合通路１２５の流路断面積Ｓ５が枝通路の流路断面積Ｓ３，Ｓ４よりも大きいため、２本の枝通路１２３，１２４から集合通路１２５に流れ込むオイルの流れを滞らせることなく流すことができるのである。さらに集合通路１２５と周回通路１１との合流部分１２ｂを圧力の低いオイル流出口１４の近傍に配置するため、入口側との圧力差によりオイルの流れがスムーズになる。
【００２７】
(第４実施形態)
図５は、本発明によるピストン構造の第４実施形態を示す平断面図である。
【００２８】
本実施形態の中央通路１２は、図５に示すようにＳ字形状であり、入口側通路１２６と、拡大通路１２７と、出口側通路１２８と、を含む。入口側通路１２６は、周回通路１１のオイル流入口１３の近傍から分岐する。拡大通路１２７は、入口側通路１２６に連続する。出口側通路１２８は、拡大通路１２７に連続し周回通路１１のオイル流出口１４の近傍に合流する。また拡大通路１２７の流路断面積Ｓ７は、入口側通路１２６の流路断面積Ｓ６と出口側通路の流路断面積Ｓ８よりも大きい。そして入口側通路１２６の流路断面積Ｓ６と出口側通路１２８の流路断面積Ｓ８とは、周回通路１１の流路断面積Ｓ０よりも小さい。
【００２９】
このように構成したので中央通路１２の表面積が大きくピストン冠面中央部分の冷却効果が上がる。また最も圧力差の大きいオイル流入口１３とオイル流出口１４とにそれぞれ入口側通路１２６と出口側通路１２８とを設けるため、中央通路１２を流れるオイルがスムーズに流れる。そして周回通路１１へも適量のオイルが流れるようにするため、入口側通路１２６の流路断面積Ｓ６と出口側通路１２８の流路断面積Ｓ８とは、周回通路１１の流路断面積Ｓ０よりも小さい。しかし拡大通路１２７の流路断面積Ｓ７は入口側通路１２６の流路断面積Ｓ６と出口側通路１２８の流路断面積Ｓ８よりも大きいため、ピストン冠面中央部分の冷却効果は十分に得られるのである。
【００３０】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。例えば、第２，３実施形態において中央通路は２本に限らず複数本設けてもよい。また第４実施形態において中央通路の形状はＳ字に限らず、直線部と曲線部からなりピストン冠面中央部裏を通過し中央通路の全長が長くなる形状であれば同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるピストン構造の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明によるピストン構造の第１実施形態を示す正面図と平断面図である。
【図３】本発明によるピストン構造の第２実施形態を示す平断面図である。
【図４】本発明によるピストン構造の第３実施形態を示す平断面図である。
【図５】本発明によるピストン構造の第４実施形態を示す平断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ピストン
１１  周回通路
１２  中央通路
１２ａ  周回通路と中央通路の分岐部分
１２ｂ  周回通路と中央通路の合流部分
１３  オイル流入口
１４  オイル流出口
１５  コンロッド挿入部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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