(57)【要約】【課題】エンジンの裏面に冷却用オイルを噴射して、ピストンの表面温度を一様にかつ効率的に冷却可能なピストンの冷却構造を提供する。【解決手段】ピストン５の裏面に向けて冷却用オイルを噴射することによりピストン５の冷却を行うピストン冷却構造であって、ピストン５は、表面が燃焼室６に面する上壁部２３と、上壁部２３の周縁部から燃焼室６とは反対側に突出する筒状の側壁部２４とを有し、エンジン１の排気ポート９側の側壁部２４の内壁に、吸気ポート８側に向かって傾斜する傾斜面２７が備えられ、傾斜面２７に向かって冷却用オイルが噴射されるとともに、排気ポート９側の上壁部２３の厚さを吸気ポート８側の上壁部２３の厚さより薄く形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの裏面に向けて冷却用オイルを噴射することにより前記ピストンの冷却を行うエンジンのピストン冷却構造であって、
前記ピストンは、表面が燃焼室に面する上壁部と、前記上壁部の周縁部から前記燃焼室とは反対側に延びる筒状の側壁部とを有し、
前記エンジンの排気ポート側の前記側壁部の内壁面に、吸気ポート側に向かって傾斜する傾斜面が備えられ、
前記傾斜面に向かって前記冷却用オイルが噴射されるとともに、
前記排気ポート側の前記上壁部の厚さが前記吸気ポート側の前記上壁部の厚さより薄く形成されていることを特徴とするエンジンのピストン冷却構造。
【請求項２】
前記側壁部の内壁面と前記上壁部の裏面とが円弧状の連続面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのピストン冷却構造。
【請求項３】
前記傾斜面は、前記側壁部におけるピストンリングの支持部の裏面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンのピストン冷却構造。
【請求項４】
前記冷却用オイルは、開口部が幅広に形成されたノズルから噴射され、
当該開口部は、前記ピストンの軸線とは垂直な面上で、前記排気ポートと前記吸気ポートとを結ぶ線とは垂直方向に幅が広がるよう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項に記載のエンジンのピストン冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの裏面に冷却用オイルを噴射して冷却を行うピストンの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ピストンの裏面に冷却用オイルを噴射して、ピストンの冷却を行う技術が開発されている。
例えば、特許文献１では、ピストン裏面に球面状の膨出部を設け、冷却用オイルを噴射して当該膨出部に当て、冷却用オイルをピストン裏面に分散させるようにしている。
これにより、冷却用オイルをピストン裏面に全体に行きわたらせるようにして、ピストンの冷却効率を向上させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６２−８３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際には例えば筒内での燃焼ガスの流動によって、ピストンの表面温度は一様ではない。上記特許文献１では、ピストンの裏面全体を冷却しており、ピストンの裏面を一様に冷却することが可能であったとしても、ピストンの表面温度が一様になるように冷却することは不可能であり、更なる効果的な冷却方法が望まれている。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エンジンの裏面に冷却用オイルを噴射して、ピストンの表面温度を一様にかつ効率的に冷却可能なピストンの冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１のエンジンのピストン冷却構造は、ピストンの裏面に向けて冷却用オイルを噴射することにより前記ピストンの冷却を行うエンジンのピストン冷却構造であって、前記ピストンは、表面が燃焼室に面する上壁部と、前記上壁部の周縁部から前記燃焼室とは反対側に延びる筒状の側壁部とを有し、前記エンジンの排気ポート側の前記側壁部の内壁面に、吸気ポート側に向かって傾斜する傾斜面が備えられ、前記傾斜面に向かって前記冷却用オイルが噴射されるとともに、前記排気ポート側の前記上壁部の厚さが前記吸気ポート側の前記上壁部の厚さより薄く形成されていることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２のエンジンのピストン冷却構造は、請求項１において、前記側壁部の内壁面と前記上壁部の裏面とが円弧状の連続面に形成されていることを特徴とする。
また、請求項３のエンジンのピストン冷却構造は、請求項１または２において、前記傾斜面は、前記側壁部におけるピストンリングの支持部の裏面に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項４のエンジンのピストン冷却構造は、請求項１から３のいずれか１項において、前記冷却用オイルは、開口部が幅広に形成されたノズルから噴射され、当該開口部は、前記ピストンの軸線とは垂直な面上で、前記排気ポートと前記吸気ポートとを結ぶ線とは垂直方向に幅が広がるように配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、ピストンの排気ポート側の裏面に設けられた傾斜面に向かって噴射した冷却用オイルが、傾斜面に当たり、ピストンの上壁部の裏面に沿って排気ポート側から吸気ポート側に向かうように移動する。
これにより、ピストンの上壁部のうち比較的高温となる排気ポート側の部位を集中して冷却することができるとともに、ピストンの上壁部の裏面に沿って冷却用オイルが移動することで、ピストンと冷却用オイルとの熱交換率を高め、効率的にピストンの冷却を行うことができる。
【０００９】
更に、ピストンの上壁部が排気ポート側で薄く形成されているので、排気ポート側での熱交換効率を高め、排気ポート側での上壁部の表面の温度をより低下させることができる。このようにピストンの上壁部の厚さを、吸気ポート側よりも高温になり易い排気ポート側を薄くすることで、ピストンの上壁部の表面温度を一様な温度に近づけることができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、側壁部の内壁面と上壁部の裏面とが円弧状の連続面に形成されているので、側壁部の内壁面に設けられた傾斜面に向けて噴射された冷却用オイルが、円弧状の連続面に沿って上壁部の裏面に沿うように導かれる。これにより、上壁部と熱交換する冷却用オイルの流量を増加させて、ピストンの温度をより低下させることができる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、ピストンの側壁部におけるピストンリングの支持部を利用して、その裏面に傾斜面を設けることができ、簡易な構成で重量増加をせずにピストンの裏面に噴射した冷却用オイルを上壁部の裏面に沿って移動させるようにすることができる。
請求項４の発明によれば、ノズルの開口部から噴射される冷却用オイルが幅広状に噴射されるので、ピストンの裏面を排気ポート側から吸気ポート側に向けて幅広状に流れ、ピストンを幅広い面積で冷却することができ、ピストンの表面温度の一様化をより図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの筒内構造を示す縦断面図である。
【図２】本実施形態に係るピストンへの冷却用オイルの噴射位置及び移動経路を示す下面図である。
【図３】ピストンの裏面に噴射された冷却用オイルの移動経路を示す縦断面図である。
【図４】噴射ノズルの開口部の他の実施形態の形状を示す下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの筒内構造を示す縦断面図である。図２は、本実施形態に係るピストンへの冷却用オイル噴射位置及び移動経路を示す下面図である。図３は、ピストンの裏面に噴射された冷却用オイルの移動経路を示す縦断面図である。
図１に示すように、本願発明の一実施形態のエンジン冷却構造を採用したエンジン１は、１つのシリンダ２に吸気バルブ３及び排気バルブ４を１つずつ有するポート噴射式のガソリンエンジンである。
【００１４】
本実施形態のエンジン１は、略円筒状のシリンダ２内に、ピストン５が軸線方向に摺動可能に配置されており、ピストン５とシリンダ２とに囲まれて燃焼室６が形成されている。
シリンダ２の上部の略中心には、燃焼室６に面して点火プラグ７が設けられている。シリンダ２の上面には、点火プラグ７を挟んで、燃焼室６に連通し、吸気バルブ３により開閉される吸気ポート８と、排気バルブ４により開閉される排気ポート９とが形成されている。
【００１５】
また、エンジン１には、吸気ポート８内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が備えられている。
なお、本実施形態では、ピストン５やシリンダ２の軸線が上下方向に延び、吸気ポート８や排気ポート９がシリンダ２の上部に位置するように配置されている。
このようなエンジン１では、吸気バルブ３の開時に吸気ポート８から燃料と吸気との混合ガスが燃焼室６に導入されて、点火プラグ７により点火され、燃焼膨張してピストン５を駆動し、排気バルブ４の開時に燃焼後の排気が排気ポート９から排出される。
【００１６】
ピストン５は、燃焼室６に面する上面２１とは反対側の裏面２２が、ピストンピン１９の両端部を支持する２つのボス部２０を除いて肉抜きされており、略円板状の上壁部２３と円筒状の側壁部２４とを有している。即ち、ピストン５は、表面が燃焼室６に面する上壁部２３と、上壁部２３の周縁部から燃焼室６とは反対側に延びる筒状の側壁部２４とを有する。
【００１７】
ボス部２０は、挿入されるピストンピン１９の軸線が、吸気ポート８の中心と排気ポート９の中心とを結ぶ線に対して垂直になるように配置されている。
そして、本実施形態では、ピストン５の裏面２２は、上壁部２３と側壁部２４との境界部である上部コーナ部２５が、円弧状に滑らかな連続面に形成されている。
更に、ピストン５の側壁部２４の排気ポート９側の内壁面には、側壁部２４の上部にあるピストンリング２６の支持部の裏側に、上方に向かうに伴って内側（吸気ポート８側）に傾くように（図１中、θで示す角度で傾斜した）傾斜面２７が形成されている。
【００１８】
ピストン５の下方には噴射ノズル３０（ノズル）が設けられており、当該噴射ノズル３０はエンジン１の運転時に作動する図示しないオイルポンプによって供給される冷却用オイルを噴射する。噴射ノズル３０の開口部３１は、噴射した冷却用オイルがピストン５の裏面２２に当たるように上側に向けて設定されている。
特に、噴射ノズル３０の位置及び開口部３１の開口方向は、噴射した冷却用オイルがピストン５の裏側の傾斜面２７を中心に下方から当たるように設定されている。
【００１９】
また、本実施形態では、ピストン５の上壁部２３の厚さが、排気ポート９側で薄く、吸気ポート８側で厚くなるように設定されている。例えば図１中に示すように、排気ポート９側の上壁部２３の厚さｔ1が吸気ポート８側の厚さｔ2よりも薄く、即ちｔ1＜ｔ2となるように設定されている。
以上のような構成により、本実施形態のエンジン１では、図２、図３に示すように、エンジン１の運転時に噴射ノズル３０から冷却用オイルが噴射して、ピストン５の裏面２２に当たるので、ピストン５と冷却用オイルとが熱交換し、ピストン５が冷却される。
【００２０】
噴射ノズル３０から噴射した冷却用オイルはピストン５の裏面２２の排気ポート９側に噴射されるので、ピストン５の上壁部２３のうちでも特に温度が上昇し易い場所を重点的に冷却することができる。
また、噴射ノズル３０から噴射した冷却用オイルがピストン５の裏側の傾斜面２７に下側から当たるように設定されているので、傾斜面２７に当たった冷却用オイルはボス部２０の間を吸気ポート８側に向かう。その際に冷却用オイルは上部コーナ部２５の円弧状の面に沿って、スムーズにピストン５の上壁部２３の裏面を沿うように吸気ポート８側に移動する。
【００２１】
このように、ピストン５の裏面２２に沿って冷却用オイルが移動し、ピストン５の裏面２２と冷却用オイルとの接触時間を増加させることができる。なお、冷却対象に沿って熱媒体を接触させながら移動させると、冷却対象に向けて単純に熱媒体を当てる場合と比較して、熱交換率が高くなることが理論的に立証されている。したがって、本実施形態のように、冷却用オイルをピストン５の裏面に沿って接触させながら移動させることで、ピストン５の冷却効率を向上させることができる。
【００２２】
更に、本実施形態では、ピストン５の上壁部２３の厚さが排気ポート９側では薄く、吸気ポート８側では厚くなっているので、冷却用オイルによってピストン５の裏面２２を冷却した際に、厚さの厚い吸気ポート８側ではピストン５の上壁部２３の表面が冷却し難くなるものの、厚さの薄い排気ポート９側ではピストン５の上壁部２３の表面が冷却し易くなる。したがって、燃焼室６内で比較的高くなる排気ポート９側において、ピストン５の表面温度の上昇を効果的に抑えることができ、ピストン５の表面温度を一様に低下させることができる。
【００２３】
また、側壁部２４の上部でピストンリング２６が取り付けられる支持部の裏側に傾斜面２７が設けられるので、肉厚となっているピストン５の側壁部２４の部位を利用して、ピストン５の重量を増加させることなく容易に傾斜面２７を設けることができる。
図４は、噴射ノズルの開口部の他の実施形態の形状を示す下面図である。
図４に示すように、噴射ノズル３０の開口部３１の形状を例えば楕円形のような幅広形状とするとよい。この場合、開口部３１の長手方向が、吸気ポート８の中心と排気ポート９の中心とを結ぶ線と垂直になるように、即ち開口部３１がピストン５の軸線とは垂直な面上で、吸気ポート８と排気ポート９とを結ぶ線とは垂直方向に幅が広がるように形成されるとよい。
これにより、燃焼ガスの流通方向に沿って幅広くピストン５を冷却することができ、特に排気ポート９側でのピストン５の冷却を幅広く十分に行うことができ、ピストン５の表面温度を更に一様にすることができる。
【００２４】
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。
本願発明は、吸気バルブや排気バルブが複数あるエンジンや、ガソリンエンジン以外のエンジンでも適用可能であり、冷却用オイルをピストンの裏面に噴射して冷却するエンジンに対し広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  エンジン
５  ピストン
８  吸気ポート
９  排気ポート
２３  上壁部
２４  側壁部
２５  上部コーナ部（連続面）
２６  ピストンリング
２７  傾斜面
３０  噴射ノズル(ノズル)
３１  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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