JP3568136B2 - 内燃機関用ピストンの冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用ピストンの冷却装置に係わり、特には、ディーゼルエンジンのピストンの燃焼室の外側に冷却空洞をもち、クーリングノズルで冷却する構造において、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却することを特徴とする内燃機関用ピストンの冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、高出力のディーゼルエンジンで高い耐熱負荷性が要求されるピストンにおいては燃焼室のリム部、及び、ピストンリング溝部の温度上昇を抑制するため、ピストンの燃焼室の外側に冷却空洞を設け、クーリングノズルからオイルを前記冷却空洞に向けて噴射することは、周知の技術である。クーリングノズルからオイルを冷却用空洞に向けて確実に導き、ピストンの冷却効率を向上させた事例が、実開平1−58712号公報で知られている。図10、図11、図12に基づき説明する。
図10に示すように、シリンダーブロック71内にはピストン72が収納され、該ピストン72にはクランクアーム73の上端部が連結ピン74により連結されている。このピストン72の頭部72aには後述するクーリングノズル78から噴射されたオイルによりピストン72を冷却する冷却空洞75が形成されている。この冷却空洞75は、環状冷却通路75bと、該環状冷却通路75bにほぼT字状に直交して連通される取入口75aと、該取入口75aから180度離隔した位置で同じく前記環状冷却通路75bとほぼT字状に連通される吐出口75cとにより構成されている。
一方、シリンダーブロック71の下端寄りにはオイル供給手段としてのオイルポンプ76から圧送されたオイルをシリンダーブロック71内へ導くためのオイル供給通路77が形成され、そのクランク室R側の開口端には、クーリングノズル78が取着されている。このクーリングノズル78は前記冷却空洞75の取入口75aに指向されている。
前記環状冷却通路75bの取入口75aと対応する内頂面には、図11に示すように前記クーリングノズル78から噴射されて取入口75aに供給された環状冷却通路75b内へ互いに相反する方向へ円滑に分流して案内するための一対の円弧状斜面S1、S2を有する分配壁75dが一体形成されている。
【0003】
次に、前記に構成した作動を説明する。
内燃機関が停止状態では、オイルポンプ76が停止されていて、クーリングノズル78からはオイル噴射は行われない。この状態で、内燃機関が起動されると、ピストンが72が往復動され、クランクアーム73を介してクランクシャフト(図示略)が回転される。又、オイルポンプ76も作動され、オイル供給通路77からクーリングノズル78へオイルが圧送される。
前記クーリングノズル78から取入口75aに噴射されたオイルは、分配壁75dの円弧状斜面S1、S2に衝突して互いに相反する方向へ円滑に偏向分流し、環状冷却通路75bへ流入する。このため、環状冷却通路75bには噴射されたオイルの殆ど全てが供給され、ピストン72の冷却効率が向上する。
なお、本考案は図12のように具体化することも可能である。図12に示すように環状冷却通路75bの内壁面にオイルを攪拌して冷却効率を向上するため突部75fを設ける。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のピストンは次の問題点を有している。
従来の実開平1−58712号公報の事例はピストンの冷却空洞にオイル供給するクーリングノズルは1本で、クーリングノズルの中心とピストンの冷却空洞のオイル分配壁の中心とが同一で噴射ノズルから取入口に噴射されたオイルは、オイル分配壁の円弧状斜面に衝突して右左に等流量の冷却オイルが環状冷却通路を流れるようになっている。
このためピストン頂部の冷却空洞内の冷却が一様に行われている。この状態でピストン頂部の温度分布を見ると、温度が一様でなく吸気弁が作動する近傍はピストン頂部の温度が低く、排気弁が作動する近傍はピストン頂部の温度が高い結果になる。特に、ピストン頂部で燃焼室とのリム部で排気弁が作動する近傍で温度が上昇し亀裂が入る虞があり、エンジンの耐久性を低下するという問題がある。すなわち、燃焼によりピストン頂部の温度が高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却油を流し、ピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度を下げ、ピストン頂部の温度が低い側には冷却空洞内に、少ない冷却油を流して、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却することが必要である。
【0005】
本発明は上記従来の問題点の内燃機関用ピストンの冷却装置に係わり、特には、ディーゼルエンジンのピストン頂部で排気弁が作動する温度が高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却油を流し、燃焼室のリム部の温度を下げ、ピストン頂部で吸気弁が作動する温度が低い側には冷却空洞内に、少ない冷却油を流して、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却するとともにピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度上昇を抑制して亀裂防止を計り、エンジンの耐久性を向上する改良を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関用ピストンの冷却装置の第1発明では、内燃機関用ピストンの頂部が凹んだ燃焼室の外側に環状の冷却空洞を形成し、クーリングノズルから噴出された冷却油を前記冷却空洞に取入れる冷却油取入口として、シリンダブロックに形成されたオイル供給通路に近い排気弁側に設けられた排気弁側冷却油取入口と、シリンダブロックに形成されたオイル供給通路に近い吸気弁側に設けられた吸気弁側冷却油取入口とを離して設け、前記排気弁側冷却油取入口と前記吸気弁側冷却油取入口に対し、ピストン中心の反対側に冷却油吐出口を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口からの冷却油量を前記吸気弁側冷却油取入口からの油量より多くしている。
【0007】
第1発明を主体とする第2の発明では、前記冷却油取入口に対向する前記冷却空洞の内側に環状の前記冷却空洞に冷却油を分配する斜面を有する山形形状の分配壁を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口および前記吸気弁側冷却油取入口から入る油量は、いずれも、前記排気弁側冷却油取入口と前記吸気弁側冷却油取入口間の冷却空洞側には少なく分配するようにクーリングノズル又は、前記冷却油取入口の中心に対して前記山形形状の分岐壁の中心位置をずらしている。
【0008】
第1発明を主体とする第3の発明では、前記冷却油取入口に対向する前記冷却空洞の内側に環状の前記冷却空洞に冷却油を分配する斜面を有する山形形状の分配壁を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口からの油量は、全量排気弁側へ流し、前記吸気弁側冷却油取入口から入る油量は、前記排気側冷却油取入口と前記吸気側冷却油取入口間の前記冷却空洞側には少なく分配するように前記山形形状の分岐壁の中心位置をずらしている。
【0010】
【作用】
上記の内燃機関用ピストンの冷却装置によれば、ピストンの燃焼室の外側に環状の冷却空洞を形成し、該冷却空洞に冷却油を注入する冷却油取入口を備え、該冷却空洞の内側に突き出る山形形状の分配壁を該冷却空洞に備えるピストンの冷却装置において、冷却油を注入するクーリングノズルの噴霧中心又は、冷却油取入口は中心と分配壁を所定量ずらしたので分配する流量が変る。特に冷却を必要とする反対側にずらしたので、冷却を必要とする側に多く流れる。又、クーリングノズルを複数設けて、その必要とする側に注入を多くしている。すなわち、ピストン頂部で排気弁が作動する温度の高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却オイルを流し、燃焼室のリム部の温度を下げ、ピストン頂部の吸気弁が作動する温度の低い側には冷却空洞内に少ない冷却オイルを流している。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わる内燃機関用ピストンの冷却装置の第1実施例につき、図面を参照して詳細に説明する。図1,図2,図3,図4は本発明の内燃機関用ピストンの冷却装置を示し、ピストンの冷却空洞の内側に突き出る分配壁をクーリングノズルの噴霧中心又は、冷却油取入口中心と分配壁を所定量ずらした実施例である。なお、図1は図2のA−A断面図、図2は図1を上方から見た平面図、図3は図1のB−B断面図、図4は作動を説明する図面を示している。
図1において、ピストン1の頭部2には後述するクーリングノズル60から噴射されたオイルによりピストン1を冷却する冷却空洞10が形成されている。この冷却空洞10は、環状冷却通路12と、該環状冷却通路12にほぼT字状に直交して連通される取入口11と、該取入口11からほぼ180度離隔した位置で同じく前記冷却通路12とほぼT字状に連通される吐出口13とにより構成されている。
一方、オイル供給手段は図示しないエンジンのオイルポンプ61から圧送されたオイルは図示しないシリンダーブロックにオイル供給通路62が形成され、該オイル供給通路62に連通してクーリングノズル60が取着されている。このクーリングノズル60は前記冷却空洞10の取入口11に指向されている。
前記環状冷却通路12の取入口11と対応する内頂面には、図3に示すように前記ク−リングノズル60から噴射されて取入口11に供給された環状冷却通路12内へ円滑に分流して案内するための山形形状の斜面J1、J2を有する分配壁14が一体形成されている。該分配壁14の中心はクーリングノズル60の中心に対してH寸法だけ吸気側(IN側、図3参照)ずらして形成されている。なお、H寸法は吸気弁側(IN側)、排気弁側(EX側)の流量配分で決めている。又、取入口11のD1寸法はクーリングノズル40の噴射先端の直径d1より大きな値にしている。
【0012】
次に、作動について説明する。クーリングノズル60へのオイル供給回路はエンジンのオイルポンプ61で作動され、オイル供給通路62を通りクーリングノズル60に圧送される。該クーリングノズル60から取入口11に噴射されたオイルは、分配壁14の山形形状の斜面J1、J2に衝突して分配して流れ、環状冷却通路12へ流入する。流量の配分は吸気弁側(IN側)に少なく、排気弁側(EX側)に多く流れる。吸気弁側(IN側)は吸気弁が作動する側でピストン頂部の温度が低いので流量は少なく、排気弁側(EX側)は排気弁が作動する側でピストン頂部の温度が高いで流量は多くして冷却を良くしている。この結果ピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度上昇を抑制している。なお、本考案は次のように具現化することも可能である。
図4に示すように、クーリングノズル60の噴霧のバラツキを改善し、特に、冷却油取入口の中心位置は冷却を必要とする側と反対側にしたので、冷却油量は必要とする側に多く流れピストン温度をさげる。すなわち、取入口11に噴霧ガイド15を設け、分配壁14の中心は噴霧ガイド15の中心に対して所定量L寸法だけ吸気弁側(IN側)にずらして形成し、噴霧ガイド15のD2寸法はクーリングノズル60の噴射先端の直径d2より小さい値にする。
【0013】
次に、本発明に係わる内燃機関用ピストンの冷却装置の第2実施例につき、図面を参照して説明する。図5、図6、は本発明の内燃機関用ピストンの冷却装置を示し、クーリングノズルを複数設け、その注入する流量を変えた実施例である。なお、図5は図6のA−A断面図、図6は図1を上方から見た平面図を示している。
図5、図6において、ピストン20の頭部21には後述する2個のクーリングノズル65a、65bから噴射されたオイルによりピストン20を冷却する冷却空洞30が形成されている。この冷却空洞30は、環状冷却通路32と、該環状冷却通路32にほぼT字状に直交して連通される取入口31a、31bと、該取入口31a、31bからほぼ対象の位置で同じく前記環状冷却通路32とほぼT字状に連通される吐出口33a、33bとにより構成されている。
一方、オイル供給手段は図示しないエンジンのオイルポンプ61から圧送されたオイルは図示しないシリンダーブロックにオイル供給通路62が形成され、該オイル供給通路62に連通してクーリングノズル65a、65bが取着されている。このクーリングノズル65a、65bは前記冷却空洞10の取入口31a、31bに指向されている。又、クーリングノズル65a、65bは注入する流量が変わていて、クーリングノズル65aは排気弁側(EX側)の取入口31aへ注入する流量が多いものが、クーリングノズル65bは吸気弁側(IN側)の取入口31bへ注入する流量が少ないものが取着されている。
【0014】
次に、作動について説明する。2個のク−リングノズル65a、65bへのオイル供給回路はエンジンのオイルポンプ61から、オイル供給通路62を通りクーリングノズル65a、65bに圧送される。クーリングノズル65aからは排気弁側(EX側)の取入口31aに噴射されたオイルは壁に衝突して分配して流れ、環状冷却通路32へ流入する。クーリングノズル65bからは吸気弁側(IN側)の取入口31bに噴射されたオイルは壁に衝突して分配して流れ、環状冷却通路62へ流入する。環状冷却通路62への流れは吸気弁側(IN側)に少なく、排気弁側(EX側)に多く流れる。吸気弁側(IN側)は吸気弁が作動する側でピストン頂部の温度が低いので流量は少なく、排気弁側(EX側)は排気弁が作動する側でピストン頂部の温度が高いで流量は多くして冷却を良くしている。この結果ピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度上昇を抑制している。
【0015】
次に、本発明に係わる内燃機関用ピストンの冷却装置の第3実施例につき、図面を参照して説明する。図7、図8、図9は本発明の内燃機関用ピストンの冷却装置を示し、冷却油を注入するクーリングノズルの噴霧中心又は冷却油取入口中心と分配壁を所定量ずらし、かつ、クーリングノズルを複数設け、その注入する流量を変えた実施例である。なお、図7は図8のA−A断面図、図8は図7を上方から見た平面図、図9は図8のB−B断面図を示している。
図7において、ピストン40の頭部41には後述する2個のクーリングノズル65a、65bから噴射されたオイルによりピストン40を冷却する冷却空洞50が形成されている。この冷却空洞50は、環状冷却通路52と、該環状冷却通路52にほぼT字状に直交して連通される取入口51a、51bと、該取入口取入口51a、51bとほぼ対象の位置で同じく前記環状冷却通路52とほぼT字状に連通される2箇所の吐出口53a、53bとにより構成されている。
一方、オイル供給手段は図示しないエンジンのオイルポンプ61から圧送されたオイルは図示しないシリンダーブロックにオイル供給通路62が形成され、該オイル供給通路62に連通してクーリングノズル65a、65bが取着されている。このクーリングノズル65a、65bは前記冷却空洞50の取入口51a、51bに指向されている。又、クーリングノズル65a、65bは注入する流量が変わっていて、クーリングノズル65aは排気弁側(EX側)の取入口51aへ注入する流量が多いものが、クーリングノズル65bは吸気弁側(IN側)の取入口51bへ注入する流量が少ないものが取着されている。
前記環状冷却通路52の取入口51a、51bと対応する内頂面には、図9に示すように前記クーリングノズル65a、65bから噴射されて取入口51a、51bに供給された環状冷却通路52内へ円滑に分流して案内するための山形形状の斜面J1、J2を有する分配壁54a、54bが一体形成されている。該分配壁54a、54bの中心とクーリングノズル65a、65bの中心のずれ量は冷却を必要とする側の反対側にK寸法だけずらして形成されている。なお、K寸法は吸気弁側(IN側)、排気弁側(EX側)の流量配分で決めている。場合によっては51aから入る流量すべて排気弁側へ流し、51bから入る流量をある分配比で吸気弁側、排気弁側へ流す場合もある。又、取入口51a、51bのD3、D4の寸法はク−リングノズル65a、65bの噴射先端の直径d3、d4より大きな値にしている。
【0016】
次に、作動について説明する。クーリングノズル65a、65bへのオイル供給回路はエンジンのオイルポンプ61から、オイル供給通路62を通りクーリングノズル65a、65bに圧送される。クーリングノズル65aからは排気弁側(EX側)の取入口51aに噴射されたオイルは分配壁54aの山形形状の斜面J1、J2に衝突して分配して流れ、環状冷却通路52へ流入する。クーリングノズル65bからは吸気弁側(IN側)の取入口51bに噴射されたオイルは分配壁54bの山形形状の斜面J1、J2に衝突して分配して流れ、環状冷却通路52へ流入する。環状冷却通路52の流れは吸気弁側(IN側)に少なく、排気弁側(EX側)に多く流れる。吸気弁側(IN側)は吸気弁が作動する側でピストン頂部の温度が低ので流量は少なく、排気弁側(EX側)は排気弁が作動する側でピストン頂部の温度が高いで流量は多くして冷却を良くしている。この結果ピストン頂部で燃焼室とのリム部の温度上昇を抑制している。
【0017】
上記により、第1実施例、第2実施例、第3実施例ともピストン頂部で排気弁が作動する温度が高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却オイルを流し、燃焼室のリム部の温度を下げ、ピストン頂部で吸気弁が作動する温度が低い側には冷却空洞内に、少ない冷却オイルを流しして、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却ができる。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ピストン頭部の冷却空洞に冷却油を注入する取入口部に分配壁をずらして形成し、分配する流量を変え、又、クーリングノズルを複数設け、その注入する流量を変えて、ピストン頂部で排気弁が作動する温度の高い側には冷却空洞内に、より多くの冷却オイルを流し、ピストン頂部の吸気弁が作動する温度の低い側には冷却空洞内に少ない冷却オイルを流して、冷却空洞の内の流れを調整して効率良く冷却することができる。この結果燃焼室のリム部の温度を抑制でき、エンジンの耐久性が向上するという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図2のA−A断面図である。
【図2】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図1の平面図である。
【図3】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図2のB−B断面図である。
【図4】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、作動を説明する図である。
【図5】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図6のA−A断面図である。
【図6】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図5の平面図である。
【図7】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図8のA−A断面図である。
【図8】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図7の平面図である。
【図9】本発明の内燃機関用ピストン冷却装置、図8のB−B断面図である。
【図10】従来技術のピストン、断面図である。
【図11】従来技術のピストン、作動を説明する図である。
【図12】従来技術のピストン、作動を説明する図である。
【符号の説明】
1 ピストン
10 冷却空洞
11,75 取入口
14 分配壁
15 噴霧ガイド
20 ピストン
30 冷却空洞
31 取入口
40 ピストン
50 冷却空洞
51a,51b 取入口
54a,54b 分配壁
60,78 クーリングノズル
65a,65b クーリングノズル
J1 山形形状斜面
J2 山形形状斜面
Claims (3)
- 内燃機関用ピストンの頂部が凹んだ燃焼室の外側に環状の冷却空洞を形成し、クーリングノズルから噴出された冷却油を前記冷却空洞に取入れる冷却油取入口として、シリンダブロックに形成されたオイル供給通路に近い排気弁側に設けられた排気弁側冷却油取入口と、シリンダブロックに形成されたオイル供給通路に近い吸気弁側に設けられた吸気弁側冷却油取入口とを離して設け、前記排気弁側冷却油取入口と前記吸気弁側冷却油取入口に対し、ピストン中心の反対側に冷却油吐出口を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口からの冷却油量を前記吸気弁側冷却油取入口からの油量より多くすることを特徴とする内燃機関用ピストンの冷却装置。
- 前記冷却油取入口に対向する前記冷却空洞の内側に環状の前記冷却空洞に冷却油を分配する斜面を有する山形形状の分配壁を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口および前記吸気弁側冷却油取入口から入る油量は、いずれも、前記排気弁側冷却油取入口と前記吸気弁側冷却油取入口間の冷却空洞側には少なく分配するようにクーリングノズル又は、前記冷却油取入口の中心に対して前記山形形状の分岐壁の中心位置をずらす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の冷却装置。
- 前記冷却油取入口に対向する前記冷却空洞の内側に環状の前記冷却空洞に冷却油を分配する斜面を有する山形形状の分配壁を備え、かつ、前記排気弁側冷却油取入口からの油量は、全量排気弁側へ流し、前記吸気弁側冷却油取入口から入る油量は、前記排気側冷却油取入口と前記吸気側冷却油取入口間の前記冷却空洞側には少なく分配するように前記山形形状の分岐壁の中心位置をずらす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の冷却装置。
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