(57)【要約】【課題】ピストンからオイルへの伝熱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、冷却空洞２２は、冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向に沿った溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを有する。【選択図】図２
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【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、
前記冷却空洞は、前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に沿った１つ以上の溝部を有する、
ピストン。
【請求項２】
前記溝部は、前記冷却空洞の内壁に形成されている、
請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記溝部は、螺旋状に設けられている、
請求項１または２に記載のピストン。
【請求項４】
前記冷却空洞は、円環状であり、
前記排出流路は、
前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に対して、平行方向または斜め方向を向いて設けられている、
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から４のいずれか１項に記載のピストン。
【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。
【請求項７】
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、
請求項１から６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、ピストンからオイルへの伝熱量を増やすことが望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、ピストンからオイルへの伝熱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、前記冷却空洞は、前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に沿った１つ以上の溝部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ピストンからオイルへの伝熱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を示す側面図
【図３】本発明の変形例に係る溝部を示す断面図
【図４】本発明の変形例に係る冷却空洞を示す斜視図および溝部を示す断面図
【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。なお、本実施の形態では、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するが、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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を用いて後述する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
オイルジェット１３は、バルブ１４およびノズル１５を有する。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
以上、内燃機関１００の構成について説明した。
【００２５】
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は、オイル流路２０を斜め上方から見た斜視図である。
【００２６】
図２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、および略円柱状の排出流路２３、２４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。
【００２７】
導入流路２１は、一端が冷却空洞２２の流路接続部２２ａ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の流路接続部２２ａに流入する。
【００２８】
冷却空洞２２は、流路接続部２２ａ、２２ｂおよび溝部（流路と言い換えてもよい）２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを有する。
【００２９】
流路接続部２２ａには、導入流路２１の一端が接続される。一方、流路接続部２２ｂには、排出流路２３、２４それぞれの一端が接続される。流路接続部２２ａ、２２ｂそれぞれの径方向の断面は、例えば略楕円形である。
【００３０】
溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、それぞれ、冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向（図２に示した矢印Ｅの方向）に沿って形成された流路である。
【００３１】
溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、それぞれ、流路接続部２２ａと流路接続部２２ｂとを接続している。溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅそれぞれの径方向の断面は、例えば略円形である。
【００３２】
また、溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、それぞれ、螺旋状に設けられている。
【００３３】
このような冷却空洞２２において、導入流路２１から流路接続部２２ａへ流入したオイルは、流路接続部２２ｂへ向かって各溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを流れる。
【００３４】
上述した流路接続部２２ａ、２２ｂおよび溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、ピストン９の内部を図２に示した冷却空洞２２の形状に刳り貫くことで形成されてもよいし、または、複数の配管を組み合わせて図２に示した冷却空洞２２の形状とし、それらの配管をピストン９の内部に埋め込むことで形成されてもよい。
【００３５】
排出流路２３、２４は、それぞれ、一端が冷却空洞２２の流路接続部２２ｂに連通しており、冷却空洞２２の流路接続部２２ｂ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。
【００３６】
以上、オイル流路２０について説明した。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、冷却空洞２２において、冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向に沿った溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを設けることを特徴とする。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る。よって、ピストン９からオイルへの伝熱量が増加し、冷却効率が向上する。
【００３８】
さらに、溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅが螺旋状に設けられることにより、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。
【００３９】
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。
【００４０】
［変形例１］
実施の形態では、３つの溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを設ける場合を例に挙げて説明したが、溝部の数は３つに限定されない。
【００４１】
［変形例２］
実施の形態では、溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを螺旋状に設ける場合を例に挙げて説明したが、溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは螺旋状でなくてもよい。例えば、溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、互いの位置関係が一定のまま設けられてもよい。この場合の一例を図３に示す。図３は、溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅの径方向の断面の一例を示す図である。溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、図３に示した位置関係を維持したまま、流路接続部２２ａと流路接続部２２ｂとの間に設けられてもよい。
【００４２】
［変形例３］
例えば、冷却空洞２２が図４（ａ）に示すように径方向に沿った断面（換言すれば、オイルの流れ方向に対して垂直な断面）が一定である形状（図４（ａ）の例では略長方形）である場合、冷却空洞２２の内壁（内周面）に溝部が設けられてもよい。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した冷却空洞２２の径方向の断面を示す図である。図４（ｂ）に示すように、冷却空洞２２の各面には、溝部２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉが形成されている。これら溝部２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉは、図４（ａ）に示した冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向に沿って、図４（ｂ）に示した位置関係を維持したまま形成されている。
【００４３】
このような構成でも、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るため、ピストン９からオイルへの伝熱量が増加し、冷却効率が向上する。
【００４４】
なお、図４（ｂ）の例では、溝部２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉの形状を略半楕円としたが、これに限定されない。
【００４５】
また、図４（ｂ）の例では、４つの溝部２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉを設けるとしたが、それらのうち少なくとも１つの溝部が設けられればよい。
【００４６】
また、図４（ｂ）の例では、冷却空洞２２の各面に１つずつ溝部を設けるとしたが、各面に２つ以上の溝部が設けられてもよい。
【００４７】
また、図４（ｂ）に示した溝部２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉは、例えば図２に示した溝部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅと同様に、螺旋状に設けられてもよい。
【００４８】
［変形例４］
実施の形態では、排出流路２３、２４が冷却空洞２２に対して図２に示すように設けられる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、排出流路２３、２４は、冷却空洞２２におけるオイルの流れ方向に対して、平行方向または斜め方向を向いて設けられてもよい。これにより、冷却空洞２２内を流れるオイルは、受ける遠心力により、排出流路２３、２４から排出されやすくなる。
【００４９】
［変形例５］
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（流路接続部２２ａ）と接続される方の端部が冷却空洞２２（流路接続部２２ａ）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（図２の矢印Ｅ参照）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６］
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。
【００５２】
［変形例７］
排出流路２３の途中に、オイルが貯留される貯留部を設けてもよい。この貯留部は、貯留部内に流入したオイルが排出流路２３の上流側（冷却空洞２２との連結部分側）へ逆流しにくく、かつ、排出流路２３の下流側（オイルがピストン９外へ排出される開口部分側）に排出されやすい形状である。
【００５３】
例えば、貯留部は、排出流路２３の上流側からオイルが流入する入口と、貯留部内に貯留されたオイルが排出流路２３の下流側へ向けて流出する出口と、その出口から排出流路２３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。
【００５４】
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、貯留部内にオイルが貯留される。
【００５５】
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、貯留部内に貯留されたオイルは排出される。
【００５６】
このように、ピストン９の往復運動に連動して、貯留部においてオイルの貯留と排出が繰り返し行われる。
【００５７】
貯留部内のオイルが排出されると、貯留部内の圧力が低下し、冷却空洞２２（排出流路２３の上流側）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。
【００５８】
なお、上記貯留部は、排出流路２３だけでなく、排出流路２４にも設けてもよい。
【００５９】
以上、各変形例について説明した。上述した各変形例は、適宜組み合わせてもよい。
【００６０】
＜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、前記冷却空洞は、前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に沿った１つ以上の溝部を有する。
【００６１】
なお、上記内燃機関のピストンにおいて、前記溝部は、前記冷却空洞の内壁に形成されていてもよい。
【００６２】
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いてもよい。
【００６３】
また、上記内燃機関のピストンにおいて、前記冷却空洞は、円環状であり、前記排出流路は、前記冷却空洞における前記流体の流れ方向に対して、平行方向または斜め方向を向いて設けられていてもよい。
【００６４】
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。
【００６５】
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てもよい。
【００６６】
また、上記内燃機関のピストンにおいて、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、を備えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、内燃機関の往復運動を行うピストンに適用できる。
【符号の説明】
【００６８】
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
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
２２ａ、２２ｂ  流路接続部
２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ  溝部
２３、２４  排出流路
１００  内燃機関
【図１】
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【図２】
2019074014.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019074014.tif 000006