(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用ピストンの頂部が凹んだ燃焼室の外側に環状の冷却空洞を形成し、クーリングノズルから噴出された冷却油を前記冷却空洞に取入れる冷却油取入口として、シリンダブロックに形成されたオイル供給通路に近い排気弁側に設けられた排気弁側冷却油取入口と、シリンダブロックに形成されたオイル供給通路に近い吸気弁側に設けられた吸気弁側冷却油取入口とを離して設け、前記排気弁側冷却油取入口と前記吸気弁側冷却油取入口に対し、ピストン中心の反対側に冷却油吐出口を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口からの冷却油量を前記吸気弁側冷却油取入口からの油量より多くすることを特徴とする内燃機関用ピストンの冷却装置。
【請求項２】
前記冷却油取入口に対向する前記冷却空洞の内側に環状の前記冷却空洞に冷却油を分配する斜面を有する山形形状の分配壁を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口および前記吸気弁側冷却油取入口から入る油量は、いずれも、前記排気弁側冷却油取入口と前記吸気弁側冷却油取入口間の冷却空洞側には少なく分配するようにクーリングノズル又は、前記冷却油取入口の中心に対して前記山形形状の分岐壁の中心位置をずらすことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストンの冷却装置。
【請求項３】
前記冷却油取入口に対向する前記冷却空洞の内側に環状の前記冷却空洞に冷却油を分配する斜面を有する山形形状の分配壁を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口からの油量は、全量排気弁側へ流し、前記吸気弁側冷却油取入口から入る油量は、前記排気側冷却油取入口と前記吸気側冷却油取入口間の前記冷却空洞側には少なく分配するように前記山形形状の分岐壁の中心位置をずらすことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用ピストンの冷却装置に係わり、特には、ディーゼルエンジンのピストンの燃焼室の外側に冷却空洞をもち、クーリングノズルで冷却する構造において、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却することを特徴とする内燃機関用ピストンの冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高出力のディーゼルエンジンで高い耐熱負荷性が要求されるピストンにおいては燃焼室のリム部、及び、ピストンリング溝部の温度上昇を抑制するため、ピストンの燃焼室の外側に冷却空洞を設け、クーリングノズルからオイルを前記冷却空洞に向けて噴射することは、周知の技術である。クーリングノズルからオイルを冷却用空洞に向けて確実に導き、ピストンの冷却効率を向上させた事例が、実開平１−５８７１２号公報で知られている。図１０、図１１、図１２に基づき説明する。
図１０に示すように、シリンダーブロック７１内にはピストン７２が収納され、該ピストン７２にはクランクアーム７３の上端部が連結ピン７４により連結されている。このピストン７２の頭部７２ａには後述するクーリングノズル７８から噴射されたオイルによりピストン７２を冷却する冷却空洞７５が形成されている。この冷却空洞７５は、環状冷却通路７５ｂと、該環状冷却通路７５ｂにほぼＴ字状に直交して連通される取入口７５ａと、該取入口７５ａから１８０度離隔した位置で同じく前記環状冷却通路７５ｂとほぼＴ字状に連通される吐出口７５ｃとにより構成されている。
一方、シリンダーブロック７１の下端寄りにはオイル供給手段としてのオイルポンプ７６から圧送されたオイルをシリンダーブロック７１内へ導くためのオイル供給通路７７が形成され、そのクランク室Ｒ側の開口端には、クーリングノズル７８が取着されている。このクーリングノズル７８は前記冷却空洞７５の取入口７５ａに指向されている。
前記環状冷却通路７５ｂの取入口７５ａと対応する内頂面には、図１１に示すように前記クーリングノズル７８から噴射されて取入口７５ａに供給された環状冷却通路７５ｂ内へ互いに相反する方向へ円滑に分流して案内するための一対の円弧状斜面Ｓ１、Ｓ２を有する分配壁７５ｄが一体形成されている。
【０００３】
次に、前記に構成した作動を説明する。
内燃機関が停止状態では、オイルポンプ７６が停止されていて、クーリングノズル７８からはオイル噴射は行われない。この状態で、内燃機関が起動されると、ピストンが７２が往復動され、クランクアーム７３を介してクランクシャフト（図示略）が回転される。又、オイルポンプ７６も作動され、オイル供給通路７７からクーリングノズル７８へオイルが圧送される。
前記クーリングノズル７８から取入口７５ａに噴射されたオイルは、分配壁７５ｄの円弧状斜面Ｓ１、Ｓ２に衝突して互いに相反する方向へ円滑に偏向分流し、環状冷却通路７５ｂへ流入する。このため、環状冷却通路７５ｂには噴射されたオイルの殆ど全てが供給され、ピストン７２の冷却効率が向上する。
なお、本考案は図１２のように具体化することも可能である。図１２に示すように環状冷却通路７５ｂの内壁面にオイルを攪拌して冷却効率を向上するため突部７５ｆを設ける。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のピストンは次の問題点を有している。
従来の実開平１−５８７１２号公報の事例はピストンの冷却空洞にオイル供給するクーリングノズルは１本で、クーリングノズルの中心とピストンの冷却空洞のオイル分配壁の中心とが同一で噴射ノズルから取入口に噴射されたオイルは、オイル分配壁の円弧状斜面に衝突して右左に等流量の冷却オイルが環状冷却通路を流れるようになっている。
このためピストン頂部の冷却空洞内の冷却が一様に行われている。この状態でピストン頂部の温度分布を見ると、温度が一様でなく吸気弁が作動する近傍はピストン頂部の温度が低く、排気弁が作動する近傍はピストン頂部の温度が高い結果になる。特に、ピストン頂部で燃焼室とのリム部で排気弁が作動する近傍で温度が上昇し亀裂が入る虞があり、エンジンの耐久性を低下するという問題がある。すなわち、燃焼によりピストン頂部の温度が高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却油を流し、ピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度を下げ、ピストン頂部の温度が低い側には冷却空洞内に、少ない冷却油を流して、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却することが必要である。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点の内燃機関用ピストンの冷却装置に係わり、特には、ディーゼルエンジンのピストン頂部で排気弁が作動する温度が高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却油を流し、燃焼室のリム部の温度を下げ、ピストン頂部で吸気弁が作動する温度が低い側には冷却空洞内に、少ない冷却油を流して、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却するとともにピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度上昇を抑制して亀裂防止を計り、エンジンの耐久性を向上する改良を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関用ピストンの冷却装置の第１発明では、内燃機関用ピストンの頂部が凹んだ燃焼室の外側に環状の冷却空洞を形成し、クーリングノズルから噴出された冷却油を前記冷却空洞に取入れる冷却油取入口として、シリンダブロックに形成されたオイル供給通路に近い排気弁側に設けられた排気弁側冷却油取入口と、シリンダブロックに形成されたオイル供給通路に近い吸気弁側に設けられた吸気弁側冷却油取入口とを離して設け、前記排気弁側冷却油取入口と前記吸気弁側冷却油取入口に対し、ピストン中心の反対側に冷却油吐出口を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口からの冷却油量を前記吸気弁側冷却油取入口からの油量より多くしている。
【０００７】
第１発明を主体とする第２の発明では、前記冷却油取入口に対向する前記冷却空洞の内側に環状の前記冷却空洞に冷却油を分配する斜面を有する山形形状の分配壁を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口および前記吸気弁側冷却油取入口から入る油量は、いずれも、前記排気弁側冷却油取入口と前記吸気弁側冷却油取入口間の冷却空洞側には少なく分配するようにクーリングノズル又は、前記冷却油取入口の中心に対して前記山形形状の分岐壁の中心位置をずらしている。
【０００８】
第１発明を主体とする第３の発明では、前記冷却油取入口に対向する前記冷却空洞の内側に環状の前記冷却空洞に冷却油を分配する斜面を有する山形形状の分配壁を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口からの油量は、全量排気弁側へ流し、前記吸気弁側冷却油取入口から入る油量は、前記排気側冷却油取入口と前記吸気側冷却油取入口間の前記冷却空洞側には少なく分配するように前記山形形状の分岐壁の中心位置をずらしている。
【００１０】
【作用】
上記の内燃機関用ピストンの冷却装置によれば、ピストンの燃焼室の外側に環状の冷却空洞を形成し、該冷却空洞に冷却油を注入する冷却油取入口を備え、該冷却空洞の内側に突き出る山形形状の分配壁を該冷却空洞に備えるピストンの冷却装置において、冷却油を注入するクーリングノズルの噴霧中心又は、冷却油取入口は中心と分配壁を所定量ずらしたので分配する流量が変る。特に冷却を必要とする反対側にずらしたので、冷却を必要とする側に多く流れる。又、クーリングノズルを複数設けて、その必要とする側に注入を多くしている。すなわち、ピストン頂部で排気弁が作動する温度の高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却オイルを流し、燃焼室のリム部の温度を下げ、ピストン頂部の吸気弁が作動する温度の低い側には冷却空洞内に少ない冷却オイルを流している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わる内燃機関用ピストンの冷却装置の第１実施例につき、図面を参照して詳細に説明する。図１，図２，図３，図４は本発明の内燃機関用ピストンの冷却装置を示し、ピストンの冷却空洞の内側に突き出る分配壁をクーリングノズルの噴霧中心又は、冷却油取入口中心と分配壁を所定量ずらした実施例である。なお、図１は図２のＡ−Ａ断面図、図２は図１を上方から見た平面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は作動を説明する図面を示している。
図１において、ピストン１の頭部２には後述するクーリングノズル６０から噴射されたオイルによりピストン１を冷却する冷却空洞１０が形成されている。この冷却空洞１０は、環状冷却通路１２と、該環状冷却通路１２にほぼＴ字状に直交して連通される取入口１１と、該取入口１１からほぼ１８０度離隔した位置で同じく前記冷却通路１２とほぼＴ字状に連通される吐出口１３とにより構成されている。
一方、オイル供給手段は図示しないエンジンのオイルポンプ６１から圧送されたオイルは図示しないシリンダーブロックにオイル供給通路６２が形成され、該オイル供給通路６２に連通してクーリングノズル６０が取着されている。このクーリングノズル６０は前記冷却空洞１０の取入口１１に指向されている。
前記環状冷却通路１２の取入口１１と対応する内頂面には、図３に示すように前記ク−リングノズル６０から噴射されて取入口１１に供給された環状冷却通路１２内へ円滑に分流して案内するための山形形状の斜面Ｊ１、Ｊ２を有する分配壁１４が一体形成されている。該分配壁１４の中心はクーリングノズル６０の中心に対してＨ寸法だけ吸気側（ＩＮ側、図３参照）ずらして形成されている。なお、Ｈ寸法は吸気弁側（ＩＮ側）、排気弁側（ＥＸ側）の流量配分で決めている。又、取入口１１のＤ１寸法はクーリングノズル４０の噴射先端の直径ｄ１より大きな値にしている。
【００１２】
次に、作動について説明する。クーリングノズル６０へのオイル供給回路はエンジンのオイルポンプ６１で作動され、オイル供給通路６２を通りクーリングノズル６０に圧送される。該クーリングノズル６０から取入口１１に噴射されたオイルは、分配壁１４の山形形状の斜面Ｊ１、Ｊ２に衝突して分配して流れ、環状冷却通路１２へ流入する。流量の配分は吸気弁側（ＩＮ側）に少なく、排気弁側（ＥＸ側）に多く流れる。吸気弁側（ＩＮ側）は吸気弁が作動する側でピストン頂部の温度が低いので流量は少なく、排気弁側（ＥＸ側）は排気弁が作動する側でピストン頂部の温度が高いで流量は多くして冷却を良くしている。この結果ピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度上昇を抑制している。なお、本考案は次のように具現化することも可能である。
図４に示すように、クーリングノズル６０の噴霧のバラツキを改善し、特に、冷却油取入口の中心位置は冷却を必要とする側と反対側にしたので、冷却油量は必要とする側に多く流れピストン温度をさげる。すなわち、取入口１１に噴霧ガイド１５を設け、分配壁１４の中心は噴霧ガイド１５の中心に対して所定量Ｌ寸法だけ吸気弁側（ＩＮ側）にずらして形成し、噴霧ガイド１５のＤ２寸法はクーリングノズル６０の噴射先端の直径ｄ２より小さい値にする。
【００１３】
次に、本発明に係わる内燃機関用ピストンの冷却装置の第２実施例につき、図面を参照して説明する。図５、図６、は本発明の内燃機関用ピストンの冷却装置を示し、クーリングノズルを複数設け、その注入する流量を変えた実施例である。なお、図５は図６のＡ−Ａ断面図、図６は図１を上方から見た平面図を示している。
図５、図６において、ピストン２０の頭部２１には後述する２個のクーリングノズル６５ａ、６５ｂから噴射されたオイルによりピストン２０を冷却する冷却空洞３０が形成されている。この冷却空洞３０は、環状冷却通路３２と、該環状冷却通路３２にほぼＴ字状に直交して連通される取入口３１ａ、３１ｂと、該取入口３１ａ、３１ｂからほぼ対象の位置で同じく前記環状冷却通路３２とほぼＴ字状に連通される吐出口３３ａ、３３ｂとにより構成されている。
一方、オイル供給手段は図示しないエンジンのオイルポンプ６１から圧送されたオイルは図示しないシリンダーブロックにオイル供給通路６２が形成され、該オイル供給通路６２に連通してクーリングノズル６５ａ、６５ｂが取着されている。このクーリングノズル６５ａ、６５ｂは前記冷却空洞１０の取入口３１ａ、３１ｂに指向されている。又、クーリングノズル６５ａ、６５ｂは注入する流量が変わていて、クーリングノズル６５ａは排気弁側（ＥＸ側）の取入口３１ａへ注入する流量が多いものが、クーリングノズル６５ｂは吸気弁側（ＩＮ側）の取入口３１ｂへ注入する流量が少ないものが取着されている。
【００１４】
次に、作動について説明する。２個のク−リングノズル６５ａ、６５ｂへのオイル供給回路はエンジンのオイルポンプ６１から、オイル供給通路６２を通りクーリングノズル６５ａ、６５ｂに圧送される。クーリングノズル６５ａからは排気弁側（ＥＸ側）の取入口３１ａに噴射されたオイルは壁に衝突して分配して流れ、環状冷却通路３２へ流入する。クーリングノズル６５ｂからは吸気弁側（ＩＮ側）の取入口３１ｂに噴射されたオイルは壁に衝突して分配して流れ、環状冷却通路６２へ流入する。環状冷却通路６２への流れは吸気弁側（ＩＮ側）に少なく、排気弁側（ＥＸ側）に多く流れる。吸気弁側（ＩＮ側）は吸気弁が作動する側でピストン頂部の温度が低いので流量は少なく、排気弁側（ＥＸ側）は排気弁が作動する側でピストン頂部の温度が高いで流量は多くして冷却を良くしている。この結果ピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度上昇を抑制している。
【００１５】
次に、本発明に係わる内燃機関用ピストンの冷却装置の第３実施例につき、図面を参照して説明する。図７、図８、図９は本発明の内燃機関用ピストンの冷却装置を示し、冷却油を注入するクーリングノズルの噴霧中心又は冷却油取入口中心と分配壁を所定量ずらし、かつ、クーリングノズルを複数設け、その注入する流量を変えた実施例である。なお、図７は図８のＡ−Ａ断面図、図８は図７を上方から見た平面図、図９は図８のＢ−Ｂ断面図を示している。
図７において、ピストン４０の頭部４１には後述する２個のクーリングノズル６５ａ、６５ｂから噴射されたオイルによりピストン４０を冷却する冷却空洞５０が形成されている。この冷却空洞５０は、環状冷却通路５２と、該環状冷却通路５２にほぼＴ字状に直交して連通される取入口５１ａ、５１ｂと、該取入口取入口５１ａ、５１ｂとほぼ対象の位置で同じく前記環状冷却通路５２とほぼＴ字状に連通される２箇所の吐出口５３ａ、５３ｂとにより構成されている。
一方、オイル供給手段は図示しないエンジンのオイルポンプ６１から圧送されたオイルは図示しないシリンダーブロックにオイル供給通路６２が形成され、該オイル供給通路６２に連通してクーリングノズル６５ａ、６５ｂが取着されている。このクーリングノズル６５ａ、６５ｂは前記冷却空洞５０の取入口５１ａ、５１ｂに指向されている。又、クーリングノズル６５ａ、６５ｂは注入する流量が変わっていて、クーリングノズル６５ａは排気弁側（ＥＸ側）の取入口５１ａへ注入する流量が多いものが、クーリングノズル６５ｂは吸気弁側（ＩＮ側）の取入口５１ｂへ注入する流量が少ないものが取着されている。
前記環状冷却通路５２の取入口５１ａ、５１ｂと対応する内頂面には、図９に示すように前記クーリングノズル６５ａ、６５ｂから噴射されて取入口５１ａ、５１ｂに供給された環状冷却通路５２内へ円滑に分流して案内するための山形形状の斜面Ｊ１、Ｊ２を有する分配壁５４ａ、５４ｂが一体形成されている。該分配壁５４ａ、５４ｂの中心とクーリングノズル６５ａ、６５ｂの中心のずれ量は冷却を必要とする側の反対側にＫ寸法だけずらして形成されている。なお、Ｋ寸法は吸気弁側（ＩＮ側）、排気弁側（ＥＸ側）の流量配分で決めている。場合によっては５１ａから入る流量すべて排気弁側へ流し、５１ｂから入る流量をある分配比で吸気弁側、排気弁側へ流す場合もある。又、取入口５１ａ、５１ｂのＤ３、Ｄ４の寸法はク−リングノズル６５ａ、６５ｂの噴射先端の直径ｄ３、ｄ４より大きな値にしている。
【００１６】
次に、作動について説明する。クーリングノズル６５ａ、６５ｂへのオイル供給回路はエンジンのオイルポンプ６１から、オイル供給通路６２を通りクーリングノズル６５ａ、６５ｂに圧送される。クーリングノズル６５ａからは排気弁側（ＥＸ側）の取入口５１ａに噴射されたオイルは分配壁５４ａの山形形状の斜面Ｊ１、Ｊ２に衝突して分配して流れ、環状冷却通路５２へ流入する。クーリングノズル６５ｂからは吸気弁側（ＩＮ側）の取入口５１ｂに噴射されたオイルは分配壁５４ｂの山形形状の斜面Ｊ１、Ｊ２に衝突して分配して流れ、環状冷却通路５２へ流入する。環状冷却通路５２の流れは吸気弁側（ＩＮ側）に少なく、排気弁側（ＥＸ側）に多く流れる。吸気弁側（ＩＮ側）は吸気弁が作動する側でピストン頂部の温度が低ので流量は少なく、排気弁側（ＥＸ側）は排気弁が作動する側でピストン頂部の温度が高いで流量は多くして冷却を良くしている。この結果ピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度上昇を抑制している。
【００１７】
上記により、第１実施例、第２実施例、第３実施例ともピストン頂部で排気弁が作動する温度が高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却オイルを流し、燃焼室のリム部の温度を下げ、ピストン頂部で吸気弁が作動する温度が低い側には冷却空洞内に、少ない冷却オイルを流しして、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却ができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ピストン頭部の冷却空洞に冷却油を注入する取入口部に分配壁をずらして形成し、分配する流量を変え、又、クーリングノズルを複数設け、その注入する流量を変えて、ピストン頂部で排気弁が作動する温度の高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却オイルを流し、ピストン頂部の吸気弁が作動する温度の低い側には冷却空洞内に少ない冷却オイルを流して、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却することができる。この結果燃焼室のリム部の温度を抑制でき、エンジンの耐久性が向上するという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図１の平面図である。
【図３】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、作動を説明する図である。
【図５】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図６のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図５の平面図である。
【図７】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図８のＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図７の平面図である。
【図９】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図８のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】従来技術のピストン、断面図である。
【図１１】従来技術のピストン、作動を説明する図である。
【図１２】従来技術のピストン、作動を説明する図である。
【符号の説明】
１  ピストン
１０  冷却空洞
１１，７５  取入口
１４  分配壁
１５  噴霧ガイド
２０  ピストン
３０  冷却空洞
３１  取入口
４０  ピストン
５０  冷却空洞
５１ａ，５１ｂ  取入口
５４ａ，５４ｂ  分配壁
６０，７８  クーリングノズル
６５ａ，６５ｂ  クーリングノズル
Ｊ１  山形形状斜面
Ｊ２  山形形状斜面
【図１】
0003568136.tif 000002
【図２】
0003568136.tif 000003
【図３】
0003568136.tif 000004
【図４】
0003568136.tif 000005
【図５】
0003568136.tif 000006
【図６】
0003568136.tif 000007
【図７】
0003568136.tif 000008
【図８】
0003568136.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003568136.tif 000011
【図１１】
0003568136.tif 000012
【図１２】
0003568136.tif 000013