(57)【要約】【課題】Ｆｒ方向側およびＲｒ方向側に肉抜き部が設けられている内燃機関用ピストンにおいて、部材点数の削減やオイルポンプの負荷の軽減を図りながら、肉抜き部の周辺部分の冷却を十分に行う。【解決手段】内燃機関用ピストン１０は、最上部に設けられるヘッド部１１と、このヘッド部１１の周縁に設けられるランド部１２と、このランド部１２の下側に設けられるスカート部１３と、そのヘッド部１１の下方に設けられる一対のピンボス部１４，１４とを備えている。ヘッド部１１の裏面側には肉抜き空間２４が形成されている。各ピンボス部１４の上部外側には鋳抜き部２０が形成されている。各ピンボス部１４には、ヘッド部１１の裏面側の肉抜き空間２４と鋳抜き部２０とを連通する貫通孔２１が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最上部に設けられるヘッド部と、このヘッド部の周縁に設けられるランド部と、このランド部の下側に設けられるスカート部と、そのヘッド部の下方に設けられる一対のピンボス部とを備え、前記ヘッド部の裏面側に肉抜き空間が形成されているとともに、前記各ピンボス部の上部外側に肉抜き部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、
前記各ピンボス部には、前記ヘッド部の裏面側の肉抜き空間と前記肉抜き部とを連通する貫通孔が形成されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
前記各貫通孔は、その肉抜き部側の部分が肉抜き空間側の部分に比べて下方に位置するように傾斜されている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。
【請求項３】
前記ランド部には、前記肉抜き部に連通されるオイル戻し孔が形成されており、
前記貫通孔は、前記オイル戻し孔と同一直線上に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用ピストン。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関用ピストンと、当該内燃機関用ピストンの前記ヘッド部の裏面に向けてオイルを噴射するオイルジェットとを備えていることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
前記貫通孔は、前記オイルジェットにより噴射されたオイルが前記ヘッド部の裏面に当たる箇所をほぼ中心として放射状に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用ピストンの冷却構造に関する。また、そのような冷却構造を有する内燃機関用ピストンを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用ピストン（以下、単に「ピストン」とも言う）は、内燃機関の燃焼にともなってシリンダボア内を往復運動するものであり、高速運動や熱変形に耐え得る剛性に加え、その軽量化や潤滑性、冷却性等が求められる。例えば、特許文献１には、ピストンの軽量化、潤滑性、冷却性等の向上を図るようにした技術が示されている。
【０００３】
特許文献１に記載のピストンでは、ピストンピンが挿通されるピストンピン孔が形成されたピンボス部の上部外側を鋳抜いて、Ｆｒ方向（エンジンフロント方向）側およびＲｒ方向（エンジンリヤ方向）側に凹陥部（肉抜き部）を形成し、さらに、各肉抜き部に開放する凹部をピンボス部に形成することで、ピストン軽量化を図るようにしている。
【０００４】
また、オイルをオイルジェット等によって肉抜き部に向けて噴射して、肉抜き部および凹部にオイルを供給することで、ピストンを冷却するようにしている。それとともに、凹部をピンボス部のピストンピン孔に連通させて、凹部に供給されたオイルをピストンピン孔に導くことで、ピストンピンの潤滑を行うようにしている。
【特許文献１】実開平７−１７９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したようなＦｒ方向側およびＲｒ方向側に肉抜き部が設けられているピストンにおいては、オイルジェットからのオイルにより冷却を行ったとしても、肉抜き部によって熱の流れが妨げられるため、肉抜き部の周辺部分の冷却を十分に行うことができず、肉抜き部の周辺部分が高温になるという問題点がある。肉抜き部の周辺部分は、具体的には、ピストンリングが装着されるランド部のうちＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分、ピストン最上部のヘッド部の周縁のＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分等である。
【０００６】
上記特許文献１に記載のピストンでは、オイルジェットから噴射されるオイルを肉抜き部に直接吹き付けることによって、肉抜き部の周辺部分を効果的に冷却して、ピストン全体を効果的に冷却するようにしている。しかし、この場合、肉抜き部はピストンのＦｒ方向側およびＲｒ方向側に設けられるため、各肉抜き部の周辺部分を冷却するには、オイルジェットを個別に設ける必要がある。したがって、１つのピストンに対し２つのオイルジェットが必要になり、部材点数が増え、オイルポンプの負荷も増大するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、Ｆｒ方向側およびＲｒ方向側に肉抜き部が設けられている内燃機関用ピストンにおいて、部材点数の削減やオイルポンプの負荷の軽減を図りながら、肉抜き部の周辺部分の冷却を十分に行うことを目的とする。また、そのような冷却構造を有する内燃機関用ピストンを備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、最上部に設けられるヘッド部と、このヘッド部の周縁に設けられるランド部と、このランド部の下側に設けられるスカート部と、そのヘッド部の下方に設けられる一対のピンボス部とを備え、前記ヘッド部の裏面側に肉抜き空間が形成されているとともに、前記各ピンボス部の上部外側に肉抜き部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、前記各ピンボス部には、前記ヘッド部の裏面側の肉抜き空間と前記肉抜き部とを連通する貫通孔が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、オイルがオイルジェットにより噴射されてヘッド部の裏面に吹き付けられると、ヘッド部の裏面側の肉抜き空間内で拡散する。これにより、ピストンのヘッド部が裏面側から冷却されるとともに、ランド部のうちＴｈ方向（スラスト方向）側の部分およびＡＴｈ方向（反スラスト方向）側の部分、スカート部、ピンボス部が冷却される。また、ヘッド部の裏面に吹き付けられて拡散されたオイルの一部が貫通孔を流れ、各肉抜き部へ流出する。これにより、ピストンの各肉抜き部の周辺部分、具体的には、ランド部のうちＦｒ方向(エンジンフロント方向)側の部分およびＲｒ方向（エンジンリヤ方向）側の部分、ヘッド部の周縁のＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分が冷却される。こうして、ピストンの肉抜き部の周辺部分の冷却性の低下を防ぐことができる。その結果、ピストン全体を効果的に冷却してその冷却性を向上させることができる。
【００１０】
また、ピストンの各肉抜き部の周辺部分の冷却を単一のオイルジェットによって行うことができるようになる。これにより、各肉抜き部の周辺部分を冷却するために、オイルジェットを個別に設ける必要がなくなり、部材点数を削減でき、オイルポンプの負荷も軽減できる。
【００１１】
ここで、前記各貫通孔を、その肉抜き部側の部分が肉抜き空間側の部分に比べて下方に位置するように傾斜させることが好ましい。こうすれば、オイルが肉抜き部側へ流れやすくなるので、貫通孔を介してオイルを効率よく肉抜き部に供給することができ、ピストンの肉抜き部の周辺部分を効率よく冷却することができる。
【００１２】
また、前記ランド部に、前記肉抜き部に連通されるオイル戻し孔を形成し、前記貫通孔をオイル戻し孔と同一直線上に設けることが好ましい。こうすれば、一度の孔加工によって貫通孔およびオイル戻し孔を形成することが可能になる。このように、貫通孔およびオイル戻し孔の孔加工が簡素化されることで、ピストンの製造が容易になり、その生産性を向上させることができる。また、ランド部に装着されたオイルリングによって掻き取られ、オイル戻し孔を介して肉抜き部に戻されるオイルによっても、ピストンの各肉抜き部の周辺部分が冷却される。これにより、ピストンの肉抜き部の周辺部分の冷却性の低下をさらに防ぐことができる。その結果、ピストン全体をさらに効果的に冷却してその冷却性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の内燃機関は、上記構成の内燃機関用ピストンと、当該内燃機関用ピストンの前記ヘッド部の裏面に向けてオイルを噴射するオイルジェットとを備えている。これによれば、オイルジェットによりヘッド部の裏面に吹き付けられたオイルがヘッド部の裏面側の肉抜き空間内で拡散する。このとき、拡散したオイルの一部が貫通孔を流れ、各肉抜き部へ流出することで、内燃機関において、ピストンの肉抜き部の周辺部分が冷却される。これにより、内燃機関において、ピストンの肉抜き部の周辺部分の冷却性の低下を防ぐことができる。
【００１４】
ここで、前記貫通孔を、前記オイルジェットにより噴射されたオイルが前記ヘッド部の裏面に当たる箇所をほぼ中心として放射状に設けることが好ましい。こうすれば、オイルジェットによりヘッド部の裏面に吹き付けられたオイルが確実に貫通孔を通り、肉抜き部に供給されるようになる。これにより、内燃機関において、ピストンの肉抜き部の周辺部分を効果的に冷却することができ、ピストンの肉抜き部の周辺部分の冷却性の低下を効果的に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ピストンのヘッド部の裏面に吹き付けられて拡散されたオイルの一部が貫通孔を流れ、各肉抜き部へ流出することで、ピストンの各肉抜き部の周辺部分が冷却される。これにより、ピストンの肉抜き部の周辺部分の冷却性の低下を防ぐことができる。その結果、ピストン全体を効果的に冷却してその冷却性を向上させることができる。
【００１６】
また、ピストンの各肉抜き部の周辺部分の冷却を単一のオイルジェットによって行うことができるようになる。これにより、各肉抜き部の周辺部分を冷却するために、オイルジェットを個別に設ける必要がなくなり、部材点数を削減でき、オイルポンプの負荷も軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、ピストンをＦｒ方向（エンジンフロント方向）側から見た側面図である。図２は、図１におけるＸ−Ｘ線断面図、図３は、図１におけるＹ−Ｙ線断面図、図４は、図２におけるＺ−Ｚ線断面図である。ここで、図２等に表すように、ピストンピン孔に挿入されるピストンピンが延びる方向（ピストンにコネクティングロッドを介して連結されるクランクシャフトが延びる方向）を、Ｆｒ方向（エンジンフロント方向）およびＲｒ方向（エンジンリヤ方向）とし、それに直交する方向を、Ｔｈ方向（スラスト方向）およびＡＴｈ方向（反スラスト方向）とする。なお、図１〜図４では、ピストンについて主に示している。
【００１９】
本形態の内燃機関は、以下に詳述するピストン１０と、このピストン１０の下方に設けられるオイルジェット２５とを備えている。
【００２０】
ピストン１０は、内燃機関の燃焼にともなってシリンダボア内を往復運動するものであり、最上部に設けられるヘッド部１１と、このヘッド部１１の周縁に設けられるランド部１２と、このランド部１２の下側に設けられるスカート部１３と、ヘッド部１１の下方に設けられる一対のピンボス部１４，１４とを備えている。ピストン１０は、例えば、アルミニウム合金のような軽量かつ熱伝導性に優れた金属材料で形成されており、所定の剛性を有している。
【００２１】
ピストン１０のヘッド部１１の表面（外面）によって内燃機関の燃焼室の一部が形成される。ヘッド部１１の裏面（内面）には、後述するように、オイルジェット２５から噴射されるオイルが直接吹き付けられる。
【００２２】
ランド部１２の外周には、ピストンリングが装着されるピストンリング溝１５，１６，１７が形成されている。ヘッド部１１側の２つのピストンリング溝１５，１６には、ガス漏れを防ぐためのコンプレッションリングがそれぞれ装着される。スカート部１３側のピストンリング溝１７には、内燃機関のシリンダボアの内壁に付着したオイルを掻き落とすためのオイルイングが装着される。また、ランド部１２には、ピストンリング溝１７の内部に臨む複数のオイル戻し孔２２が形成されている。各オイル戻し孔２２によってピストンリング溝１７が後述する鋳抜き部（肉抜き部）２０に連通されており、オイルリングによって掻き取られたオイルを効率よく回収するようにしている。
【００２３】
スカート部１３は、そのＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分がそれぞれ切り欠かれた形状となっている。つまり、スカート部１３は円柱形状ではなく、軽量化とフリクションロスの低減を図るために、そのＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分が切り欠かれている。
【００２４】
一対のピンボス部１４，１４は、ピストンピンを支持する部分であり、ピストン１０の平面視での中心位置Ａ（図２）を挟んで互いに対向して形成されている。この例では、ピンボス部１４は、ピストン１０のＦｒ方向側およびＲｒ方向側にそれぞれ設けられている。各ピンボス部１４には、ピストンピンを装着するためのピストンピン孔１８が形成されている。また、各ピストンピン孔１８の外側開口端には、ピストンピンを抜け止めするためのサークリップ等の止め輪が装着される係止溝１９が形成されている。ピストン１０は、一対のピンボス部１４，１４のピストンピン孔１８，１８に装着されるピストンピンを介して、コネクティングロッドの小端側円筒部に連結され、コネクティングロッドの大端側円筒部がクランクシャフトに連結される。コネクティングロッドの小端側円筒部は、一対のピンボス部１４，１４間に配置されるため、ピストン１０の内部には肉抜き空間２４が形成されている。この肉抜き空間２４は、ヘッド部１１の裏面側に設けられており、ヘッド部１１の裏面、スカート部１３の内壁面、ピンボス部１４の内壁面等によって囲まれている。
【００２５】
各ピンボス部１４の上部外側には、鋳抜き部２０がそれぞれ形成されている。各鋳抜き部２０は、Ｆｒ方向側のピンボス部１４の上部とランド部１２のＦｒ方向側の部分との間の部分、および、Ｒｒ方向側のピンボス部１４の上部とランド部１２のＲｒ方向側の部分との間の部分を鋳抜くことによってそれぞれ形成されている。このように、ピストン１０のＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分を鋳抜くことで、ピストン１０の軽量化を図るようにしている。
【００２６】
各ピンボス部１４には、貫通孔２１が形成されている。各貫通孔２１によって鋳抜き部２０が肉抜き空間２４に連通されている。各貫通孔２１は、鋳抜き部２０側の部分が肉抜き空間２４側の部分に比べて下方に位置するように傾斜して設けられている。貫通孔２１は、後述するように、オイルジェット２５からのオイルを鋳抜き部２０に導くためのオイル供給用の通路として設けられている。
【００２７】
ここで、ピンボス部１４の貫通孔２１およびランド部１２のオイル戻し孔２２の位置関係について説明すると、貫通孔２１およびオイル戻し孔２２は、上記中心位置Ａから延びる直線に沿って設けられている。言い換えれば、上記中心位置Ａを中心として放射状に設けられている。つまり、貫通孔２１およびオイル戻し孔２２が同一直線上に設けられている。貫通孔２１は、各ピンボス部１４に平面視で所定角度ごとに４つずつ設けられている。オイル戻し孔２２は、ランド部１２のＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分に、平面視で所定角度ごとに４つずつ設けられている。また、貫通孔２１の孔径とオイル戻し孔２２の孔径とは同一になっている。
【００２８】
ピストン１０において、貫通孔２１およびオイル戻し孔２２が上述のような位置関係にあるため、一度の孔加工によって貫通孔２１およびオイル戻し孔２２を形成することが可能になる。具体的には、ピストン１０のランド部１２の外側から上記中心位置Ａに向け、例えば、ドリル加工を施すことで、ランド部１２にはオイル戻し孔２２が穿設され、ピンボス部１４には貫通孔２１が穿設される。このように、貫通孔２１およびオイル戻し孔２２の孔加工が簡素化されることで、ピストン１０の製造が容易になり、その生産性を向上させることができる。
【００２９】
なお、貫通孔２１を上述のような位置に形成しようとした場合、その孔加工は、ピストン１０のランド部１２の外側から上記中心位置Ａに向けて施すものが最も容易であると考えられる。そして、そのような孔加工によって貫通孔２１をピンボス部１４に形成すれば、貫通孔がランド部１２にも必然的に形成されてしまう。この例では、そのようにしてランド部１２に形成される貫通孔を上述したようなオイル戻し孔２２として利用するようにしている。
【００３０】
上述のように構成されるピストン１０は、その下方に設けられたオイルジェット２５から噴射されるオイルによって冷却される。内燃機関におけるピストン１０の冷却について、以下説明する。
【００３１】
オイルジェット２５により、オイルは、ピストン１０のヘッド部１１の裏面のほぼ中央に向けて噴射される。オイルジェット２５から噴射されたオイルは、ヘッド部１１の裏面に吹き付けられると、肉抜き空間２４内で拡散する。これにより、肉抜き空間２４の周辺部分が冷却される。具体的には、ピストン１０のヘッド部１１が裏面側から冷却されるとともに、ランド部１２のうちＴｈ方向側の部分およびＡＴｈ方向側の部分、スカート部１３、ピンボス部１４が冷却される。また、ヘッド部１１の裏面に吹き付けられて拡散されたオイルの一部が貫通孔２１を流れ、各鋳抜き部２０へ流出する。これにより、各鋳抜き部２０の周辺部分、具体的には、ランド部１２のうちＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分、ヘッド部１１の周縁のＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分が冷却される。
【００３２】
ここで、ピンボス部１４に貫通孔２１が設けられていなければ、鋳抜き部２０によって熱の流れが妨げられるため、その鋳抜き部２０の周辺部分の冷却性が低下する可能性があるが、この例では、貫通孔２１を介してオイルを鋳抜き部２０に積極的に供給して鋳抜き部２０の周辺部分を冷却するようにしている。これにより、内燃機関において、ピストン１０の鋳抜き部２０の周辺部分の冷却性の低下を防ぐことができる。その結果、内燃機関において、ピストン１０全体を効果的に冷却してその冷却性を向上させることができる。
【００３３】
また、貫通孔２１がオイルジェット２５により噴射されたオイルがヘッド部１１の裏面に当たる箇所をほぼ中心として放射状に設けられているので、オイルジェット２５によりヘッド部１１の裏面に吹き付けられたオイルが確実に貫通孔２１を通り、鋳抜き部２０に供給されるようになる。これにより、内燃機関において、ピストン１０の鋳抜き部２０の周辺部分を効果的に冷却することができ、ピストン１０の鋳抜き部２０の周辺部分の冷却性の低下を効果的に防ぐことができる。
【００３４】
そして、各貫通孔２１が上述したように傾斜して設けられているので、オイルが肉抜き空間２４側から鋳抜き部２０側へ流れやすくなっている。これにより、オイルを効率よく貫通孔２１を介して鋳抜き部２０に供給することができ、ピストン１０の鋳抜き部２０の周辺部分を効率よく冷却することができる。さらに、各鋳抜き部２０の周辺部分の冷却を単一のオイルジェット２５によって行うことができるようになる。これにより、内燃機関において、各鋳抜き部２０の周辺部分をそれぞれ冷却するために、オイルジェットを個別に設ける必要がなくなり、部材点数を削減でき、オイルポンプの負荷も軽減できる。
【００３５】
また、ピストン１０は、ランド部１２のピストンリング溝１７に装着されたオイルリングによって掻き取られてオイル戻し孔２２を流れて鋳抜き部２０に戻されるオイルによっても冷却される。オイル戻し孔２２は、ランド部１２のＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分に設けられており、ランド部１２のＴｈ方向側の部分およびＡＴｈ方向側の部分には設けられていない。このため、オイル戻し孔２２へは、シリンダボアの内壁のＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分からのオイルだけでなく、Ｔｈ方向側の部分およびＡＴｈ方向側の部分からのオイルも流れ込む。
【００３６】
ここで、ランド部１２のＴｈ方向側の部分およびＡＴｈ方向側の部分にもオイル戻し孔が設けられていれば、そのオイル戻し孔を介してもオイルが戻されるが、そのオイルは鋳抜き部２０の周辺部分の冷却にはほとんど寄与しない。この例では、オイル戻し孔２２をランド部１２のＦｒ方向側の部分およびＲｒ方向側の部分にだけ設けて、オイルリングによって掻き取られたオイルのほとんどを鋳抜き部２０に戻すようにしている。これにより、内燃機関において、ピストン１０の鋳抜き部２０の周辺部分の冷却性の低下をさらに防ぐことができる。その結果、内燃機関において、ピストン１０全体をさらに効果的に冷却してその冷却性を向上させることができる。
【００３７】
上述した例において、各ピンボス部１４に設けられる貫通孔２１の数、孔径、および、傾斜角度は、特に限定されず、ピストン１０の鋳抜き部２０の周辺部分の冷却性を考慮して適宜に設定することができる。また、貫通孔２１の孔径および傾斜角度は、全ての貫通孔２１について同一でなくてもよい。つまり、貫通孔２１を設ける位置に応じて、貫通孔２１の孔径および傾斜角度を適宜に設定してもよい。
【００３８】
上述した例では、貫通孔２１の数とオイル戻し孔２２の数とは同一であったが、貫通孔２１よりもオイル戻し孔２２を多く設けることは可能である。また、貫通孔２１の孔径とオイル戻し孔２２の孔径とは同一であったが、貫通孔２１よりもオイル戻し孔２２を大径とすることは可能である。
【００３９】
上述した例では、オイルジェット２５によりオイルがピストン１０のヘッド部１１の裏面のほぼ中央に向けて噴射される場合について説明したが、オイルが噴射される方向はそれ以外の方向であってもよい。この場合、オイルジェット２５により噴射されたオイルがヘッド部１１の裏面に当たる箇所をほぼ中心として放射状に貫通孔２１をピンボス部１４に形成すれば、上述した例と同様に、オイルが確実に貫通孔２１を通り、鋳抜き部２０に供給される点で効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用する内燃機関用ピストンの一実施形態を示す側面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図１におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】図２におけるＺ−Ｚ線断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    ピストン
１１    ヘッド部
１２    ランド部
１３    スカート部
１４    ピンボス部
１７    ピストンリング溝
１８    ピストンピン孔
２０    鋳抜き部
２１    貫通孔
２２    オイル戻し孔
２４    肉抜き空間
２５    オイルジェット
【図１】
2007309477.tif 000003
【図２】
2007309477.tif 000004
【図３】
2007309477.tif 000005
【図４】
2007309477.tif 000006