JP4306986B2

JP4306986B2 - 内燃機関のピストン構造

Info

Publication number: JP4306986B2
Application number: JP2001279595A
Authority: JP
Inventors: 博幸和田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: JP2003083160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オイルギャラリーを備えた内燃機関のピストン構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のピストン内には、燃焼室の底壁を形成する頂面近傍に環状のオイルギャラリーが設けられている。図５は、本願の出願人が出願した特願２０００−５１１４３号の発明（以下、前発明と呼ぶ。）によるピストン２００のオイルギャラリー９０位置における縦断平面略図である。ちなみに、本発明で使用する符号との関係で、図５のピストン２００に付した符号は、前発明において使用した符号とは一致させていない。
【０００３】
オイルギャラリー９０の底壁９３には、***面９１が形成されており、この***面９１には図示しないシリンダブロックに固着されたノズルから供給される潤滑油を流入させる入口孔９２が設けてある。また、オイルギャラリー９０の底壁９３の別の位置には、オイルギャラリー９０内の潤滑油を排出する出口孔９４〜９６が設けてある。入口孔９２の開口部分を底壁９３の他の部分より高い位置に設けることにより、ギャラリ内に入った潤滑油が入口孔９２へ逆流しにくくなるようにしてある。
【０００４】
入口孔９２は、ピストン２００の下方まで貫通しており、入口孔９２の下端に設けたノズルにより潤滑油が入口孔９２内に噴射されて、確実にオイルギャラリー９０内に潤滑油が供給されるようになっている。また、出口孔９４〜９６は底壁９３を貫通する貫通孔であり、オイルギャラリー９０内の潤滑油は出口孔９４〜９６のいずれかから流出するようになっている。
【０００５】
また、ピストンピン中心線９７と直交する直交線９８に対する各出口孔９４〜９６の配置角度θ_１〜θ_３と、入口孔９２の配置角度θ_４は、ピストンピンを支持するボス部の位置及び前述の潤滑油通路を形成する都合上の問題で異なっている。
【０００６】
ところで、上述のようにオイルギャラリー９０を構成しても、なおピストン２００の冷却性に影響を及ぼす程度の問題が存在している。入口孔９２からオイルギャラリー９０内に流入した潤滑油は、***面９１によって入口孔９２から逆流してオイルギャラリー９０外へ流出することは抑制されているが、潤滑油が昨今の内燃機関の高出力化によるピストンの高温化を抑制するだけの冷却効果を奏する前に出口孔９４〜９６（特に９４と９６）から流出してしまうことが明らかになった。
【０００７】
また、ピストン２００は、大量生産に対応した共通仕様品として利用することがコスト低減につながって好ましいが、図５に示すピストン２００では、特にＶ機関の場合、シリンダを傾斜させて設置するため、入口孔９２が下方に来るか、上方に来るかでオイルギャラリー９０内の潤滑油の流動環境が大きく左右され、ピストン２００の冷却効果に大きな影響を及ぼすことが考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明では、高出力化に対応した冷却効果を奏することができる内燃機関のオイルギャラリーを備えたピストン構造を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、内燃機関のピストン構造において、ピストン頂壁の裏面側に環状のオイルギャラリーを備え、前記オイルギャラリーの底壁には、中子支えによる３個のオイル排出孔と、ピストン下端部まで延びる１個のオイル入口専用孔と、を鋳抜き又は加工により成形しており、ピストンピン中心線に対して、一方側に、周方向に間隔をおいて２個のオイル排出孔を配置し、他方側に、周方向に間隔をおいて１個のオイル排出孔とオイル入口専用孔を配置しており、前記底壁のオイル入口専用孔を設けた位置に第１***面を形成し、前記３個のオイル排出孔のうち、オイル入口専用孔と隣接する２個のオイル排出孔を設けた位置の底壁に、前記第１***面より低い第２***面を設け、前記オイル入口専用孔と、前記オイル入口専用孔と隣接する２個のオイル排出孔の内の一方とを、ピストンピン中心線に対して線対称となるように配置し、前記オイル入口専用孔と隣接する２個のオイル排出孔の内の他方と、前記オイル入口専用孔と隣接しないオイル排出孔とを、ピストンピン中心線に対して線対称となるように配置した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図２は、本発明を実施した内燃機関のピストン１００の縦断正面図である。また、図１は図２のＩ−Ｉ断面図である。図２に示すようにピストン１００には環状のオイルギャラリー１が設けてある。オイルギャラリー１は、頂壁３，底壁４，内壁１７及び外壁１８により仕切られている。
【００１１】
オイルギャラリー１の頂壁３及び内壁１７は、燃焼室２とオイルギャラリー１とを仕切っている。したがって、燃焼室２で行われる燃焼により発生する熱は頂壁３，内壁１７に直接伝達される。
【００１２】
図１に示すようにオイルギャラリー１の底壁４には***部１４が設けてある。この***部１４には潤滑油供給孔５が設けてある。また、底壁４には***部１４より低い***部１５，１６が設けてある。***部１５にはオイルギャラリー１内の高温の潤滑油を排出するための排出孔６が設けてあり、同様に***部１６には排出孔８が設けてある。***部１５，１６の高さは、例えば***部１４の高さの３分の１〜３分の２に設定する。さらに底壁４には排出孔７が設けてある。
【００１３】
図１に示すように潤滑油供給孔５と排出孔６〜８は、ピストンピン中心線１２と直交する直交線１３に対して配置角度θの位置に配置されている。配置角度θは例えば３０度〜６０度の間の角度に設定することができる。従来のピストン２００（図５）では、入口孔９２の配置角度のみが出口孔９４〜９６の配置角度と異なっていたが、ここでは図１に示す配置角度を全てθに設定することができるようにピストンピンを支持するボス部と潤滑油通路９とを設ける。
【００１４】
図２に示すように、ピストン１００が下死点に達したときに、図示しないシリンダブロックに固定された潤滑油噴射ノズル１１（図２）の先端（上端）がピストン１００の下端から燃焼室２の方向へ延びる潤滑油通路９（図２）の下端に収容される。
【００１５】
潤滑油噴射ノズル１１から噴射された潤滑油は、潤滑油通路９を通って潤滑油供給孔５からオイルギャラリー１内に入る。オイルギャラリー１内の潤滑油は、ピストン１００が上死点と下死点の間を往復移動することによりシャッフルされ、燃焼室２の壁面を兼ねるオイルギャラリー１の頂壁３及び内壁１７に付着して高温の壁面を冷却する。
【００１６】
燃焼室２の壁面を冷却して昇温した潤滑油は、排出孔６〜８からピストン１００の下方に広がるクランク室１０（図２）へ落下し、図示しないオイルパン内に収容される。
【００１７】
図１では、２つの排出孔６と８を設けた底壁４にそれぞれ***部１５，１６を形成した例を示したが、底壁４の排出孔７の位置にも***部１５，１６と同様の***部（好ましくは排出孔６，８よりも低い***部）を形成してもよい。また、排出孔６か８のいずれか一つのみに***部（１５，１６）を形成するようにしてもよい。
【００１８】
図３は、図１において底部４に***部１５の代わりに***部１５ａを備えた排出孔６近傍の部分拡大図である。また、図４は図３のIV−IV断面図である。図３では、底壁４に***部１５ａを形成し、この***部１５ａを貫通するように排出孔６が設けてある。この***部１５ａは、図４に示すように内壁１７と外壁１８とを連結しておらず内壁１７及び外壁１８と***部１５ａの間に潤滑油が介在することができるようになっている。
【００１９】
排出孔６〜８は、ピストン１００の成形時における中子を利用して成形することができる。また、潤滑油供給孔５及び潤滑油通路９は、鋳抜きにより成形することができる。潤滑油通路９は、スカート部１９に鋳抜き成形することができるが、また、筒状の部材を使用して機械加工により成形するようにしてもよい。
【００２０】
（第２実施形態）
図１及び図２（図３，図４に示す構成でも可）に示す構造を備えたピストン１００を、Ｖ形の内燃機関に使用する。Ｖ形の内燃機関では、ピストン１００は傾斜して設けられ、斜め方向に往復移動する。
【００２１】
潤滑油供給孔５及び排出孔６〜８の４つは、前述したように直交線１３に対する配置角度が全てθに設定されており、ピストンピン中心線１２に対して左右対称の位置関係にある。
【００２２】
また、シリンダブロックに固定される潤滑油噴射ノズル１１の位置は決まっているが、潤滑油供給孔５及び排出孔６〜８をピストンピン中心線１２に対して左右対称の位置関係にすることにより、同じ形のピストン１００を使用して潤滑油通路９の下端に潤滑油噴射ノズル１１の先端を収容することができるようになる。本実施形態は、Ｖ形の内燃機関に適用することを主眼としているが、Ｗ形の内燃機関に適用することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によると、底壁４に潤滑油供給孔５（オイル入口専用孔）を備えた***部１４（第１***面）と排出孔６，８を備えた***部１５，１６（第２***面）を設け、***部１５，１６を***部１４よりも低く形成したので、潤滑油供給孔５からオイルギャラリー１内に流入した潤滑油は、十分に冷却効果を奏した後に排出孔６〜８から排出されるようにすることができる。
【００２４】
つまり、オイルギャラリー１内の潤滑油が良好な冷却効果を奏しながら入れ替わるようにすることができる。よって、ピストン１００の温度分布に偏りが生じにくくなり、内燃機関は安定した運転を行うことができる。
【００２５】
また、本発明を実施することにより、ピストン１００（燃焼室２を含む）に対して良好な冷却効果を奏することができるので、高出力化した内燃機関の運転を安定して行うことができる。
【００２６】
さらに、本発明によると、オイルギャラリー１の底壁４に潤滑油供給孔５（オイル入口専用孔）と３個の排出孔６〜８（オイル排出孔）をピストンピン中心線１２に対して線対称となるように配置したので、Ｖ形内燃機関においてピストン１００を傾斜させて設置する際に、すべての気筒に同一形のピストン１００を使用しても、すべての気筒で潤滑油供給孔５の高さを一定に揃えることができ、各気筒間で冷却効果に差異が生じないようにすることができる。すなわち、すべての気筒で同等の冷却効果を奏することができ、Ｖ形の内燃機関の安定した運転環境を提供することができる。
【００２７】
また、本発明を実施することにより、Ｖ形の内燃機関においてシリンダヘッドの配置と潤滑油管の配置の制約がなくなり、内燃機関の設計の自由度が増し、レイアウトの変更が容易になり、省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】本発明を実施した内燃機関のピストンの縦断正面図である。
【図３】排出孔に図１とは異なる形状の***部を備えた排出孔近傍の部分拡大図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】従来のピストンのオイルギャラリー位置における縦断平面略図である。
【符号の説明】
１オイルギャラリー
２燃焼室
３頂壁
４底壁
５潤滑油供給孔（オイル入口専用孔）
６〜８排出孔（オイル排出孔）
９潤滑油通路
１０クランク室
１１潤滑油噴射ノズル
１２ピストンピン中心線
１３直交線
１４〜１６，１５ａ ***部
１７内壁
１８外壁
１９スカート部
１００ピストン
θ 配置角度

Claims

内燃機関のピストン構造において、
ピストン頂壁の裏面側に環状のオイルギャラリーを備え、
前記オイルギャラリーの底壁には、中子支えによる３個のオイル排出孔と、ピストン下端部まで延びる１個のオイル入口専用孔と、を鋳抜き又は加工により成形しており、
ピストンピン中心線に対して、一方側に、周方向に間隔をおいて２個のオイル排出孔を配置し、他方側に、周方向に間隔をおいて１個のオイル排出孔とオイル入口専用孔を配置しており、
前記底壁のオイル入口専用孔を設けた位置に第１***面を形成し、
前記３個のオイル排出孔のうち、オイル入口専用孔と隣接する２個のオイル排出孔を設けた位置の底壁に、前記第１***面より低い第２***面を設け、
前記オイル入口専用孔と、前記オイル入口専用孔と隣接する２個のオイル排出孔の内の一方とを、ピストンピン中心線に対して線対称となるように配置し、
前記オイル入口専用孔と隣接する２個のオイル排出孔の内の他方と、前記オイル入口専用孔と隣接しないオイル排出孔とを、ピストンピン中心線に対して線対称となるように配置したことを特徴とする内燃機関のピストン構造。