(57)【要約】【課題】  ランド部の厚みを抑制して軽量化を図りつつ、十分なピストンヘッドの冷却を達成する内燃機関のピストンを提供する。【解決手段】  少なくとも一方のピストンピンボスのピストンピンよりも冠面側に、一方のスカート側から他方のスカート側に貫通する貫通路を設け、潤滑油が前記一方のスカートの内周側から貫通路内を経由して前記他方のスカート内周側に流れる旋回流を生じさせることとした。【選択図】      図８
2006214298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンにおいて、
少なくとも一方のピストンピンボスのピストンピンよりも冠面側に、一方のスカート側から他方のスカート側に貫通する貫通路を設け、
潤滑油が前記一方のスカートの内周側から貫通路内を経由して前記他方のスカート内周側に流れる旋回流を生じさせること
を特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
内燃機関のピストンにおいて、
少なくとも一方のピストンピンボスのピストンピンよりも冠面側に、一方のスカート側から他方のスカート側に貫通する貫通路を設け、
少なくともピストンが下死点に位置した際に、前記冠面においてオイルジェットの潤滑油噴射方向の延長線が到達する面の法線は、前記オイルジェットの噴射方向に対し非垂直であること
を特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項３】
内燃機関のピストンにおいて、
冠面の背面に、少なくとも一方のピストンピンボスのピストンピンよりも冠面側に、一方のスカート側から他方のスカート側に貫通する貫通路を介して円周方向に延びる円周溝を設け、
前記円周溝に潤滑油を供給することを特徴とする内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のピストンにあっては、ピストンヘッドの冷却を行うためピストンヘッドのランド部内部に環状油路を設け、オイルを導入している。この環状油路はピストンリングの内周側に設けられ、クランク室側に設けられたオイルジェットからオイルを供給するよう設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２３２５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来技術にあっては、環状油路はピストンヘッドのランド部内部に設けられたトンネル状の油路であるため、ランド部は環状油路を形成するだけの厚みが必要となってしまう。そのため装置の重量が増し、軽量化の妨げとなっていた。
【０００４】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、ランド部の厚みを抑制して軽量化を図りつつ、十分なピストンヘッドの冷却を達成する内燃機関のピストンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、内燃機関のピストンにおいて、少なくとも一方のピストンピンボスのピストンピンよりも冠面側に、一方のスカート側から他方のスカート側に貫通する貫通路を設け、潤滑油が前記一方のスカートの内周側から貫通路内を経由して前記他方のスカート内周側に流れる旋回流を生じさせることとした。
【０００６】
よって、ランド部の厚みを抑制しつつ、ピストンヘッドの冷却が十分に可能な内燃機関のピストンを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の内燃機関のピストンを実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
［ピストンヘッドの構成］
実施例１につき図１ないし図８に基づき説明する。図１、図２は本願実施例１におけるピストンヘッド１のＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図、図３はｚ軸方向正面図、図４はＩ−Ｏ−ＩＩ部分断面図である（各断面については図５参照）。なお、ピストンヘッド１の運動軸方向をｙ軸と定義し、エンジン内におけるクランク室側を負方向、燃焼室側を正方向とする。さらに、ピストンピン３の軸方向をｚ軸と定義し、ｚ軸及びｙ軸それぞれに直交する軸をｘ軸と定義する。
【０００９】
ピストンヘッド１の外周部はｙ軸負方向に延出し、ｘ軸両端側に設けられた円弧状のスカート１２と、ｚ軸両端側に設けられるとともにｘ−ｙ平面に平行なエプロン１４によって有底カップ形状を形成する。エプロン１４にはｚ軸方向貫通孔１３１を有するピンボス１３が設けられ、このピンボス１３にピストンピン３が回転可能に挿入される。
【００１０】
ピストンヘッド１のｙ軸負方向側にはオイルジェット４が設けられ、ピストンヘッド裏側面１１にオイルを噴射／供給する。また、オイルジェット４から噴射されるオイルは、ｙ―ｚ平面に対し平行かつｘ−ｚ平面に対し傾斜し、かつ円周溝１００の円周接線方向から噴射されるよう設けられている。接線方向から噴射することで、円周溝１００において容易にオイルを旋回させるものである。
【００１１】
［円周溝の詳細］
図５は、ピストンヘッド１のｙ軸負方向正面図である。ピストンヘッド１のピストンヘッド裏側面１１外周部にはｙ軸正方向に凹む円周溝１００が設けられ、スカート１２の内周側に位置する内周側溝部１１０と、エプロン１４の外周側に位置し、ピンボス１３を貫通して内周側溝部１１０と接続する貫通溝部１２０から形成されている（図１、２参照）。
【００１２】
この貫通溝部１２０はピンボス１３のｚ軸方向貫通孔１３１とピストンヘッド裏側面１１の間に設けられる。さらに、貫通溝部１２０はエプロン１４の外周において開口し、円周溝１００に導入されたオイルの一部を排出する排出路１２３を形成する（図３参照）。スカート１２内周及びエプロン１４外周に溝を形成し、ピストンヘッド１の体積を低減することで軽量化を図っている。
【００１３】
なお、以下ではｘ軸負、正方向側のスカート１２を区別してそれぞれｘ軸負方向側スカート１２ａ、ｘ軸正方向側スカート１２ｂと定義する。また、内周側溝部１１０も同様にｘ軸負方向側内周側溝部１１１、ｘ軸正方向側内周側溝部１１２と区別する。同様に、ピンボス１３及び貫通溝部１２０についてもそれぞれｚ軸負、正方向側ピンボス１３ａ，１３ｂ、及びｚ軸負、正方向側貫通溝１２１，１２２とする。
【００１４】
この円周溝１００はピストンヘッド１の冷却及び各部材の潤滑に用いられるオイルの通路として機能する。また、オイルジェット４のオイル噴射位置はｘ軸負方向側内周側溝部１１１となるよう設けられている。なお、噴射位置をｘ軸正方向側内周側溝部１１２としてもよく特に限定しない。
【００１５】
内周側溝部１１０及び貫通溝部１２０は円周溝１００の一部であるため、内周側溝部１１０は貫通溝部１２０を介して円周方向に延びて互いに連通し、また各貫通溝１２１，１２２も円弧状となる。なお、貫通溝部１２０は内周側溝部１１０を連続曲面によって連通するものであればよく、円弧状でなくともよい。また、貫通溝部１２０はｚ軸負、正方向側ピンボス１３ａ，１３ｂのいずれか一方に設けられていればよく特に限定しない。
【００１６】
本願実施例においては、円周溝１００の内周側溝部１１０、貫通溝部１２０、排出路１２３はいずれも型成形によって形成される。切削加工であってもよく特に限定しない。ピストンヘッド１のランド部１ａ内にトンネル状の油路を形成する際は中子を用いた鋳造により形成する必要があるが、本願実施例の円周溝１００はピストンヘッド裏側面１１に形成された溝部であるため、必ずしも鋳造による必要はない。中子を使用する必要性を回避してコスト低減を図っている。
【００１７】
［ピストンヘッドにおけるオイルの流れ］
図６はＡ−Ａ断面、図７はＢ−Ｂ断面、図８はピストンヘッド裏面１１におけるオイルの流れを示す図である。オイルジェット４の噴射方向はｙ−ｚ平面に対し平行、かつｘ−ｚ平面に対し傾斜しており、オイルはｘ−ｚ平面に対しｚ軸負方向側から正方向側へと噴射される。一方、円周溝１００はｘ−ｚ平面に対し平行であるため、オイルは円周溝１００に対し傾斜して噴射され、ピストンヘッド裏面１１においてオイルが到達する面の法線すなわちｙ軸は、オイルジェット４の噴射方向に対し傾斜することとなる。
【００１８】
ここで、オイルは円周溝１００の接線方向から円周溝１００のｘ軸負方向側内周側溝部１１１に噴射されるため、円周溝１００に到達したオイルは円周に沿って時計回りに流動する旋回流を形成し、円周溝１００全周にわたって流動しピストンヘッド１全体を冷却する。
【００１９】
このとき、ｘ軸正、負方向側スカート１２ａ，１２ｂ内周部に設けられた内周側溝部１１０は、貫通溝部１２０を介して互いに連通し、また内周側溝部１１０と貫通溝部１２０は連続した円周曲面であるため、オイルは円周溝１００の全周にわたってスムーズに流動させることで、冷却効率向上を図っている。
【００２０】
また、流動に伴って一部のオイルは貫通溝部１２０の外径側に設けられた排出路１２３から排出され、クランク室方向へ滴下する。これにより、コンロッド２やピストンピン３、シリンダとピストンヘッド１との冷却及び潤滑を図ることが可能である。ピストンの往復運動に伴ってオイルが排出されやすくなり、オイルの入れ替えをスムーズに行うことで冷却及び潤滑の向上がさらに期待される。
【００２１】
下死点から上死点に至る周期においては、ピストンヘッド１がオイルジェット４から離間する方向に運動するためオイルは円周溝１００に保持されにくい。一方、上死点から下死点に至る周期においては、オイル噴射方向とピストン運動方向が逆向きであり、オイルジェット４から噴射されるオイルを十分円周溝１００に保持可能である。
【００２２】
ピストンは高速で往復運動を行うため、上死点から下死点に至る周期においてオイルを保持し、旋回流を生じさせることにより、下死点から上死点に至る周期においてもオイルの旋回流を残存させることが可能である。また、ピストンの往復周期は短いため、下死点から上死点に至る周期においてオイルが旋回し難い場合であっても、わずかな時間の後に上死点から下死点に至る周期が開始され、旋回流を発生させて冷却を行うことが可能である。
【００２３】
このように、ピストンヘッド１の冷却及び潤滑を行うオイルの通路を円周溝１００によって確保し、オイルを円周溝１００の接線方向から噴射して旋回流を生じさせ、ピストンヘッド１全体を冷却する。この円周溝１００は単にピストンヘッド裏側面１１に設けられた溝であるため、ランド部１ａ内に油路を設けて冷却を行う場合と比べ、ランド部１ａのｙ軸方向厚みを低減し、ピストンヘッド１の軽量化と軸方向の短縮が可能である。
【００２４】
また、ランド部１ａ内のトンネル状の油路にオイルを供給して冷却を行う場合、ピストンヘッド１を冷却して高温となったオイルは排出されるまでトンネル状油路内に留まるが、本願実施例においてはオイルはｙ軸負方向に開口した円周溝１００内を流動するため、高温となったオイルを直ちに排出することが可能である。これにより、トンネル状油路によって冷却を行う場合に比べ、冷却効率の改善が見込まれる。
【００２５】
なお、本願実施例ではオイルの噴射方向は常時ｙ―ｚ平面に対し平行かつｘ−ｚ平面に対し傾斜しているものとするが、少なくともピストン下死点においてｙ―ｚ平面に対し平行かつｘ−ｚ平面に対し傾斜していればよく、特に限定しない。オイルジェット４とピストンヘッド１との最近接位置である下死点において傾斜していれば、オイルの旋回流を確実に発生させることが可能なためである。
【００２６】
［従来例と本願実施例における作用効果の対比］
従来、内燃機関のピストンにあっては、ピストンヘッドのランド部内部にトンネル状の環状油路を設け、クランク室側に設けられたオイルジェットから供給されたオイルを環状油路に導入することで冷却を行っている。しかしながら上記従来技術にあっては、トンネル状の環状油路はピストンヘッドのランド部内部に設けられているため、ランド部は環状通路を形成するだけの厚みが必要となってしまう。そのため装置の重量が増し、軽量化の妨げとなっていた。
【００２７】
これに対し本願実施例では、ｚ軸負、正方向側ピンボス１３ａ，１３ｂのうち、少なくとも一方のピンボス１３を貫通する貫通溝部１２０を設け、ｘ軸負、正方向側スカート１２ａ，１２ｂの内周側を連通させた。この貫通溝部１２０はピンボス１３のｚ軸方向貫通孔１３１とピストンヘッド裏側面１１との間に設けられ、貫通溝部１２０を介してｘ軸負、正方向側スカート１２ａ，１２ｂの一方から他方に至るオイルの旋回流を生じさせることとした。
【００２８】
これにより、ピストンヘッド裏側面１１全体にオイルを供給してピストンヘッド１全体の冷却を行うことが可能となり、ランド部１ａ内にトンネル状油路を設けて冷却を行う場合と比べ、ランド部１ａのｙ軸方向厚みを低減することが可能となり、ピストンヘッド１の軽量化と軸方向の短縮を達成することができる。
【００２９】
また、オイルの噴射方向は、少なくともピストン下死点においてｙ―ｚ平面に対し平行かつｘ−ｚ平面に対し傾斜するものとした。これにより、少なくとも下死点においてｘ−ｚ平面に平行な円周溝１００に対しオイルを傾斜して噴射することで円周溝１００に沿って反時計回りにオイルの旋回流を形成し、円周溝１００全周にわたってオイルを流動させてピストンヘッド１全体を冷却することが可能となり、ランド部１ａ内に油路を設けずともピストンヘッド１の冷却を効率よく行うことができる。
【００３０】
さらに、ｘ軸負、正方向側スカート１２ａ，１２ｂの内周側に、貫通溝部１２０を介して円周方向に延びる円周状の内周側溝部１１１，１１２を設け、各内周側溝部１１１，１１２の一方にオイルを供給することとした。スカート１２の内周側に設けた溝の分だけピストンヘッド１の体積を低減し、ピストンヘッド１の軽量化をより図ることができる。
【実施例２】
【００３１】
実施例２につき図９、図１０に基づき説明する。基本的な構成は実施例１と同様であるため異なる点についてのみ説明する。実施例１の円周溝１００は全周にわたって単なる溝部であったが、実施例２の円周溝１００ではオイルが噴射される位置に突起部１０１を設け、突起部１０１の周方向両側にオイルを分散することで旋回流を生じさせる点で実施例１と異なる。
【００３２】
［実施例２における円周溝の詳細］
図９は、実施例２におけるピストンヘッド１のＣ−Ｃ断面図（図１０参照）、図１０はｙ軸負方向正面図である。説明のため図９ではピンボス１３は省略する。実施例２の円周溝１００では、ｚ軸負方向側内周溝１１１にｙ軸負方向に突出する山状の突起部１０１を設け、オイルジェット４は常時この突起部１０１にオイルを噴射するよう設けられている。オイルは突起部１０１に噴射されるため、実施例２にあっても、ピストンヘッド裏面１１においてオイルが到達する面の法線は、オイルジェット４の噴射方向に対し傾斜することとなる。
【００３３】
［実施例２における作用効果］
実施例２においては、噴射されたオイルは突起部１０１により円周溝１００の両円周方向に分割され、時計回りと反時計回りの旋回流を形成する。突起部１０１を設けることで、円周溝１００内に簡単に旋回流を発生させることが可能となり、オイルジェット４をピストンヘッド１に対し傾斜させることなく実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は本願実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００３５】
実施例１ではピストンヘッド１の円周に沿って円周溝１００を設け、貫通溝部１２０も円弧状としたが、貫通溝部１２０は内周側溝部１１０を連続曲面によって連通するものであればよく、図１１に示すように直線状であってもよい。直線状としても各スカート１２ａ，１２ｂの内周側を連通可能であり、ピストンヘッド１全体を冷却することができる。
【００３６】
さらに、上記実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記貫通路は、両ピストンピンボスのピストンピンよりも冠面側に設けられていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【００３７】
両方のピストンピンボス部のピストンピンよりも冠面側の軽量化が可能となり、一方の貫通路から旋回してきた潤滑油が他方の貫通路に流れ込むため、更なる軽量化と冷却効率の改善が見込める。
【００３８】
（ロ）請求項１ないし請求項３のいずれか１項、または上記（イ）に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記貫通路は円弧状に形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【００３９】
スカート部を含めて円弧状となるため、より旋回流をスムーズに生じさせることで、潤滑油を流れやすくし冷却効率の改善を図ることができる。
【００４０】
（ハ）請求項１ないし請求項３のいずれか１項、または（イ）及び（ロ）のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記貫通路は両スカート側における冠面の背面から連続して形成されることを特徴とする内燃機関のピストン。
【００４１】
貫通路がスカート側から連続しているため、旋回流をよりスムーズに生じさせることが可能となり、潤滑油を流れやすくし冷却効率の改善を図ることができる。
【００４２】
（ニ）請求項１ないし請求項３のいずれか１項、または（イ）ないし（ハ）のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおいて、
潤滑油はピストン円周の接線方向に噴射されることを特徴とする内燃機関のピストン。
【００４３】
接線方向に噴射することで、簡単に旋回流を生じさせることができる。
【００４４】
（ホ）請求項１ないし請求項３のいずれか１項、または（イ）ないし（ニ）のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記潤滑油はオイルジェットから噴射され、少なくともピストンの下死点において冠面の裏側に形成された円周方向に傾斜することを特徴とする内燃機関のピストン。
【００４５】
オイルジェットから噴射された潤滑油が冠面裏側に対し傾斜して進入するため、容易に旋回流を形成することができる。
【００４６】
（ヘ）請求項１ないし請求項３のいずれか１項、または（イ）ないし（ホ）のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記貫通路からピストン外周側に連通する排出路を設けたことを特徴とする内燃機関のピストン。
【００４７】
潤滑油が循環されやすくなり、冷却効率が向上する。
【００４８】
（ト）請求項１ないし請求項３のいずれか１項、または（イ）ないし（ヘ）のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記貫通路及び排出路は、型成形によって形成されることを特徴とする内燃機関のピストン。
【００４９】
中子を用いて鋳造する必要がなく、安価なピストンとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例１におけるピストンヘッドのＡ−Ａ断面図である。
【図２】実施例１におけるピストンヘッドのＢ−Ｂ断面図である。
【図３】実施例１におけるピストンヘッドのｚ軸方向正面図部分断面図である。
【図４】実施例１におけるピストンヘッドのＩ−Ｏ−ＩＩ部分断面図である。
【図５】実施例１におけるピストンヘッドのｙ軸負方向正面図である。
【図６】実施例１のＡ−Ａ断面におけるオイルの流れを示す図である。
【図７】実施例１のＢ−Ｂ断面におけるオイルの流れを示す図である。
【図８】実施例１のピストンヘッド裏面におけるオイルの流れを示す図である。
【図９】実施例２のＢ−Ｂ断面におけるオイルの流れを示す図である。
【図１０】実施例２のｙ軸負方向正面におけるオイルの流れを示す図である。
【図１１】本願実施例の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１        ピストンヘッド
１ａ        ランド部
２    コンロッド
３        ピストンピン
４        オイルジェット
１１        ピストンヘッド裏側面
１２        スカート
１２ａ，１２ｂ    ｘ軸負、正方向側スカート
１３        ピンボス
１３ａ，１３ｂ    ｚ軸負、正方向側ピンボス
１４        エプロン
１００    円周溝
１０１    突起部
１１０        内周側溝部
１１１，１１２      ｘ軸負、正方向側内周側溝
１２０        貫通溝部
１２１，１２２    ｚ軸負、正方向側貫通溝
１２３        排出路
１３１        ｚ軸方向貫通孔
【図１】
2006214298.tif 000003
【図２】
2006214298.tif 000004
【図３】
2006214298.tif 000005
【図４】
2006214298.tif 000006
【図５】
2006214298.tif 000007
【図６】
2006214298.tif 000008
【図７】
2006214298.tif 000009
【図８】
2006214298.tif 000010
【図９】
2006214298.tif 000011
【図１０】
2006214298.tif 000012
【図１１】
2006214298.tif 000013