(57)【要約】【課題】ピストン内を流れる冷却用のオイルの流量を増加させること。【解決手段】噴射されたオイルを一端から導入する導入流路２１と、導入流路２１の他端と連通し、導入流路２１から流入したオイルが流れる冷却空洞２２と、一端が冷却空洞２２と連通し、冷却空洞２２から流入したオイルを他端から排出する排出流路２３とが内部に設けられた内燃機関のピストン９であって、上流側排出流路２３ａと下流側排出流路２３ｂとの間に、オイルが貯留される貯留部２５を有する。貯留部２５は、貯留部２５内に流入したオイルが上流側排出流路２３ａへ逆流しにくく、かつ、下流側排出流路２３ｂに排出されやすい形状である。【選択図】図２
2019074013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射装置から噴射された流体を一端から導入する導入流路と、前記導入流路の他端と連通し、前記導入流路から流入した前記流体が流れる冷却空洞と、一端が前記冷却空洞と連通し、前記冷却空洞から流入した前記流体を他端から排出する排出流路とが内部に設けられた内燃機関のピストンであって、
前記排出流路の上流側と下流側との間に、前記流体が貯留される貯留部を有し、
前記貯留部は、
前記排出流路の上流側から前記流体が流入する入口と、
前記貯留部内に貯留された前記流体が前記排出流路の下流側へ向けて流出する出口と、
前記出口から前記排出流路の下流側へ向けて径方向の断面積が連続的に減少する傾斜部と、を備える、
ピストン。
【請求項２】
前記排出流路は、複数設けられており、
前記貯留部は、
複数の前記排出流路のそれぞれに１つずつ設けられている、
請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記導入流路の他端が前記冷却空洞内に入り込み、かつ、前記導入流路の他端の開口部分が前記冷却空洞における前記流体の流れ方向を向いている、
請求項１または２に記載のピストン。
【請求項４】
前記冷却空洞には、前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に沿った溝部が設けられている、
請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン。
【請求項５】
前記溝部は、螺旋状に設けられている、
請求項４に記載のピストン。
【請求項６】
前記冷却空洞の第１面および前記第１面に対向する第２面が、前記ピストンの往復方向に垂直な面に対して傾斜している、
請求項１から５のいずれか１項に記載のピストン。
【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の内部に、オイルジェットから噴射されたオイルが流れる流路を設けた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。この構成では、オイルがピストン内の流路を流れることで、ピストンを冷却できるという効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２５６１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した構成を採るピストンでは、冷却効率を高めるために、ピストン内を流れるオイルの流量を増やすことが望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、ピストン内を流れるオイルの流量を増加させることができる内燃機関のピストンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関のピストンは、噴射装置から噴射された流体を一端から導入する導入流路と、前記導入流路の他端と連通し、前記導入流路から流入した前記流体が流れる冷却空洞と、一端が前記冷却空洞と連通し、前記冷却空洞から流入した前記流体を他端から排出する排出流路とが内部に設けられた内燃機関のピストンであって、前記排出流路の上流側と下流側との間に、前記流体が貯留される貯留部を有し、前記貯留部は、前記排出流路の上流側から前記流体が流入する入口と、前記貯留部内に貯留された前記流体が前記排出流路の下流側へ向けて流出する出口と、前記出口から前記排出流路の下流側へ向けて径方向の断面積が連続的に減少する傾斜部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ピストン内を流れるオイルの流量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成の一例を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態に係るオイル流路の一例を示す斜視図および側面図
【図３】本発明の実施の形態に係る貯留部の一例を示す側断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
まず、本発明の実施の形態に係る内燃機関１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の内燃機関１００の構成例を示す模式図である。
【００１１】
内燃機関１００は、例えば、車両に搭載されるディーゼルエンジンである。内燃機関１００は、シリンダヘッド１およびシリンダブロック２を有する。
【００１２】
シリンダヘッド１には、吸気ポート３と排気ポート４が形成されている。吸気ポート３は新気を導入する流路であり、排気ポート４は排気を排出する流路である。吸気ポート３には吸気バルブ５が配置され、排気ポート４には排気バルブ６が配置されている。吸気バルブ５および排気バルブ６は、ピストン９の往復移動に連動して開閉される。
【００１３】
また、シリンダヘッド１には、吸気バルブ５と排気バルブ６との間に、燃料を燃焼室１０内に噴射するインジェクタ７が配置されている。
【００１４】
シリンダブロック２には、シリンダ８が形成されており、そのシリンダ８を往復移動するピストン９が配置されている。図１において、矢印Ａは第１の方向を示し、矢印Ｂは第１の方向とは逆の第２の方向を示している。ピストン９は、往復移動として、第１の方向への移動と第２の方向への移動とを交互に行う。また、図１において、９ａはピストン９の頂面を示し、９ｂはピストン９の底面を示している。
【００１５】
ピストン９の内部には、オイルジェット１３から噴射されたオイル（潤滑油。流体の一例）が流れるオイル流路２０が設けられている。オイル流路２０の詳細については、図２、図３を用いて後述する。
【００１６】
また、シリンダブロック２には、コネクティングロッド１１およびクランク軸１２が配置されている。コネクティングロッド１１の一端はピストン９に接続され、他端はクランク軸１２に接続されている。コネクティングロッド１１およびクランク軸１２は、ピストン９の往復移動に連動して回転動作を行う。図１において、矢印Ｃは、ピストン９の回転方向を示している。
【００１７】
また、シリンダブロック２には、オイル供給路１６から供給されたオイルをピストン９の底面９ｂに向けて噴射するオイルジェット１３（噴射装置の一例）が設けられている。
【００１８】
オイルジェット１３は、バルブ１４およびノズル１５を有する。
【００１９】
バルブ１４は、オイルの圧力（以下、油圧という）や温度に応じて開閉される。バルブ１４が閉弁状態のとき、オイル供給路１６からのオイルは、ノズル１５への流入が阻止される。バルブ１４が開弁状態のとき、オイル供給路１６からのオイルは、ノズル１５への流入が許容される。
【００２０】
ノズル１５は、オイルがピストン９の底面９ｂに向けて噴射されるように屈曲されており、また、先端に向かうほどに縮径されたテーパ形状となっている。
【００２１】
なお、オイルジェット１３は、上述した構成を備えるものに限定されない。例えば、オイルジェット１３は、バルブ１４を備えないものや、ノズル１５が上記テーパ形状ではないものであってもよい。
【００２２】
オイル供給路１６は、オイルジェット１３と、オイル貯留部１７（例えば、オイルパン）とを接続している。また、オイル供給路１６には、クランク軸１２の回転によって駆動されるオイルポンプ１８が設けられている。このオイルポンプ１８の駆動によって、オイルパン貯留部１７に貯留されているオイルは汲み上げられ、オイル供給路１６を介してオイルジェット１３へ供給される。
【００２３】
以上、内燃機関１００の構成について説明した。
【００２４】
次に、本実施の形態に係るピストン９が備えるオイル流路２０について、図２を用いて説明する。図２（ａ）はオイル流路２０の斜視図であり、図２（ｂ）はオイル流路２０の側面図である。
【００２５】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、オイル流路２０は、略円柱状の導入流路２１、円環状の冷却空洞２２、略円柱状の排出流路２３、２４、および略円柱状の貯留部２５を有する。冷却空洞２２のオイルの流れ方向は、ピストン９の往復方向（図１の矢印Ａ、Ｂ参照）に対して垂直な面内に設けられており、導入流路２１および排出流路２３、２４のオイルの流れ方向は、ピストン９の往復方向に対して平行な面内に設けられている。なお、本実施の形態では、オイル流路２０が排出流路２３、２４の２つを備えるものとしたが、オイル流路２０は、排出流路２３のみを備えるものであってもよい。
【００２６】
導入流路２１は、一端が冷却空洞２２に連通しており、他端からオイルジェット１３によって噴射されたオイルを導入する。導入流路２１に導入されたオイルは、冷却空洞２２に流入する。
【００２７】
冷却空洞２２は、導入流路２１および排出流路２３、２４それぞれの一端と連通している。導入流路２１から冷却空洞２２へ流入したオイルは、冷却空洞２２の形状に沿って冷却空洞２２内を流れる。
【００２８】
排出流路２３、２４は、それぞれ、一端が冷却空洞２２に連通しており、冷却空洞２２から流入したオイルを他端からピストン９外へ排出する。
【００２９】
貯留部２５は、排出流路２３の途中（上流側排出流路２３ａと下流側排出流路２３ｂとの間）に設けられている。貯留部２５は、冷却空洞２２から流入したオイルを一時的に貯留した後、排出する。貯留部２５の詳細については、図３を用いて後述する。
【００３０】
以上、オイル流路２０について説明した。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る貯留部２５の構成について、図３を用いて説明する。図３は、貯留部２５の側断面図である。
【００３２】
図３に示すように、貯留部２５は、上流側排出流路２３ａからオイルが流入する入口２５ａと、貯留部２５に貯留されたオイルが下流側排出流路２３ｂへ向けて流出する出口２５ｂとを有する。
【００３３】
入口２５ａの径ｒ１は、上流側排出流路２３ａの径ｒ１と同じである。また、出口２５ｂの径ｒ２は、入口の径ｒ１よりも大きい。
【００３４】
なお、図３の例では、出口ｂの径ｒ２は、入口の径ｒ１よりも大きいとしたが、これに限定されない。例えば、出口ｂの径ｒ２は、入口の径ｒ１と同じでもよいし、入口の径ｒ１よりも小さくてもよい。
【００３５】
また、図３の例では、入口２５ａが貯留部２５内に設けられるようにしたが、入口２５ａは、貯留部２５の上面（上流側排出流路２３ａ側の面）に設けられてもよい。
【００３６】
また、図３に示すように、貯留部２５は、出口２５ｂから下流側排出流路２３ｂへ向けて傾斜した傾斜部２５ｃを有する。傾斜部２５ｃは、出口２５ｂから下流側排出流路２３ｂへ向けて徐々に径が小さくなる所定の曲率を有する。
【００３７】
なお、図３の例では、傾斜部２５ｃが所定の曲率を有するものとしたが、傾斜部２５ｃは、その径方向の断面積が出口２５ｂから下流側排出流路２３ｂへ向けて連続的に減少する形状（例えば、テーパ状）に形成されてもよい。
【００３８】
以上のように構成された貯留部２５は、貯留部２５内に流入したオイルが上流側排出流路２３ａへ逆流しにくく、かつ、下流側排出流路２３ｂへ排出されやすい形状となっている。
【００３９】
以上、貯留部２５の構成について説明した。
【００４０】
次に、貯留部２５におけるオイルの貯留と排出について説明する。
【００４１】
図１に示したクランクピン１２ｂの中心が仮想線Ｄ（クランク軸中心１２ａを通り、ピストン９の往復移動の方向に対して垂直な直線）の図中の上半分にある場合、ピストン９内のオイルには矢印Ａの方向の慣性力が働く。このとき、オイルジェット１３により噴射されたオイルは導入流路２１へ押し込まれるが、その押し込み圧力は、矢印Ａの方向の慣性力により減ずる。この減殺された押し込み圧力によって、そのオイルは冷却空洞２２を経た後に排出流路２３へ流入し、貯留部２５に貯留される。
【００４２】
一方、図１に示したクランクピン１２ｂの中心が仮想線Ｄの図中の下半分にある場合、ピストン９内のオイルには矢印Ｂの方向の慣性力が働く。このとき、貯留部２５内に貯留されたオイルは排出される。
【００４３】
このように、ピストン９の往復移動に連動して、貯留部２５においてオイルの貯留と排出が繰り返し行われる。
【００４４】
貯留部２５内のオイルが排出されると、貯留部２５内の圧力が低下し、冷却空洞２２（上流側排出流路２３ａ側）の圧力も低下するため、冷却空洞２２内のオイルに吸引力が働き、オイルの排出が促進される。よって、本実施の形態のピストン９によれば、冷却空洞２２内を流れるオイルの流量を増加させることができる。
【００４５】
以上、貯留部２５におけるオイルの貯留と排出について説明した。
【００４６】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。
【００４７】
［変形例１］
実施の形態では、排出流路２３にのみ貯留部２５が設けられる場合を例に挙げて説明したが、排出流路２４にも貯留部２５を設けてもよい。すなわち、複数の排出流路が設けられている場合、貯留部２５は、それら排出流路のそれぞれに１つずつ設けられようにしてもよい。
【００４８】
［変形例２］
実施の形態では、内燃機関１００がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。内燃機関１００は、往復運動を行うピストンを有するレシプロエンジンであればよい。
【００４９】
［変形例３］
実施の形態において、導入流路２１は、オイルが導入流路２１から冷却空洞２２へ流入しやすい形状であってもよい。
【００５０】
例えば、導入流路２１において冷却空洞２２と接続される方の端部が冷却空洞２２内に入り込むようにし、かつ、その端部の開口部分が冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向を向くように構成してもよい。これにより、オイルが導入流路２１から冷却空洞２２内に流入しやすくなる。
【００５１】
［変形例４］
実施の形態において、冷却空洞２２（例えば、冷却空洞２２の内壁面）に、冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向に沿った溝部を設けてもよい。これにより、冷却空洞２２内のオイルがピストン９と接触する面積を増やすことができ、冷却効率が向上する。なお、溝部は、１つでもよいが、より冷却効率を向上させるためには、複数設けることが望ましい。
【００５２】
さらに、上記溝部は、螺旋状に設けられてもよい。これにより、オイルが冷却空洞２２内に滞留する時間を増やすことができ、より冷却効率が向上する。
【００５３】
［変形例５］
実施の形態において、冷却空洞２２の第１面（例えば、上面）および第１面に対向する第２面（例えば、下面）をピストン９の往復方向に垂直な面に対して傾斜させてもよい。これにより、ピストン９の往復移動に伴って、導入流路２１から冷却空洞２２に流入したオイルには、常に、オイルが排出流路２３側へ押し出される慣性力が働く。よって、冷却空洞２２内のオイルの流量をさらに増加させることができる。
【００５４】
＜本開示のまとめ＞
本発明の内燃機関のピストンは、噴射装置から噴射された流体を一端から導入する導入流路と、前記導入流路の他端と連通し、前記導入流路から流入した前記流体が流れる冷却空洞と、一端が前記冷却空洞と連通し、前記冷却空洞から流入した前記流体を他端から排出する排出流路とが内部に設けられた内燃機関のピストンであって、前記排出流路の上流側と下流側との間に、前記流体が貯留される貯留部を有し、前記貯留部は、前記排出流路の上流側から前記流体が流入する入口と、前記貯留部内に貯留された前記流体が前記排出流路の下流側へ向けて流出する出口と、前記出口から前記排出流路の下流側へ向けて径方向の断面積が連続的に減少する傾斜部と、を備える。
【００５５】
なお、上記内燃機関のピストンにおいて、前記排出流路は、複数設けられており、前記貯留部は、複数の前記排出流路のそれぞれに１つずつ設けられてもよい。
【００５６】
また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記導入流路の他端が前記冷却空洞内に入り込み、かつ、前記導入流路の他端の開口部分が前記冷却空洞における前記流体の流れ方向を向いていてもよい。
【００５７】
また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記冷却空洞には、前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に沿った溝部が設けられてもよい。
【００５８】
また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記溝部は、螺旋状に設けられてもよい。
【００５９】
また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記冷却空洞の第１面および前記第１面に対向する第２面が、前記ピストンの往復方向に垂直な面に対して傾斜している。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、内燃機関の往復移動を行うピストンに適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  シリンダヘッド
２  シリンダブロック
３  吸気ポート
４  排気ポート
５  吸気バルブ
６  排気バルブ
７  インジェクタ
８  シリンダ
９  ピストン
９ａ  ピストンの頂面
９ｂ  ピストンの底面
１０  燃焼室
１１  コネクティングロッド
１２  クランク軸
１２ａ  クランク軸中心
１２ｂ  クランクピン
１３  オイルジェット
１４  バルブ
１５  ノズル
１６  オイル供給路
１７  オイル貯留部
１８  オイルポンプ
２０  オイル流路
２１  導入流路
２２  冷却空洞
２３、２４  排出流路
２３ａ  上流側排出流路
２３ｂ  下流側排出流路
２５  貯留部
２５ａ  入口
２５ｂ  出口
２５ｃ  傾斜部
１００  内燃機関
【図１】
2019074013.tif 000003
【図２】
2019074013.tif 000004
【図３】
2019074013.tif 000005