JPS6375309A - 内燃機関のピストン冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関のピストン冷却装置に関する。

［従来の技＃＃］ 内燃機関の比出力は今日に至るまで不断に向上してきた
が、機関の高出力化とともに高温の燃焼ガスに接するピ
ストンの熱量も大きく増加された。このように機関の出
力が増加するのに伴ないピストン温度は当然増加するが
、ピストン各部の温度はある限界内に保たなければなら
ない、すなわち、ピストンの頂部では、温度の上昇に伴
ない材料の強度が低下するとともに熱応力も増加し、亀
裂が生ずるおそれがあるためである。あるいはピストン
頂部の温度が上昇すると、リング溝部で潤滑油が炭化し
、リングスティックが生ずるおそれがある。このような
潤滑油の炭化、リングスティックは、潤滑油消費機、ブ
ローパイを増加させ、さらには焼付を招来する不具合が
ある。また、ガソリン＃ａ閣においてピストン頂部の温
度が上昇すると端末ガスの温度の過上昇が起こり、ノッ
キングを起こす不具合もあった。

上記のような不具合に対しては、ピストンへの増大する
熱負荷に対して強制的にピストンを冷却することが最も
有効とされ、従来の内燃機関においては、コンロッド側
からピストンに対して冷却用オイルを吹きかけ、ピスト
ン頂部の温度上昇を抑制する方法が採られた。また、ピ
ストンにおけるリング溝の内部に冷却流路を設け、ここ
に冷却用オイルを循環することでピストン頂部の温度上
昇を抑制するものも存在した。

このような方法によるピストンの冷却は、内燃機関の各
部を冷却、潤滑するためのオイルを、ピストンに導くこ
とにより行われる。すなわち、一般に内燃機関において
は、ｆｆｌｌＯ図に示すようにオイルパン１０［オイル
収容部］の内部のオイルをオイルポンプ１１の駆動によ
りオイルフィルター１２を通過させる状態で内燃機関の
各部に圧送している。これによりピストンを含む内燃機
関内部の潤滑および冷却を行うこととしている。また、
第１１図に示す他の例にあっては、オイルフィルター１
２を通過するオイルを一旦、オイルクーラー１３で冷却
し、該オイルをピストンを含む内燃機関の各部に圧送す
るようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来のピストン冷却方法にあっては
、特に熱負荷が高く、強い冷却を必要とするピストンに
対し、格別に冷却されたオイルを供給するものでなく、
他の機関各部に対すると同一系統で供給されるオイルを
供給しているにすぎない、したがって、ピストンを確実
に冷却するのに限界があった。

本発明は、ピストンの冷却を確実に行い、ピストンの冷
却性能の向上を図ることを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、オイル収容部内
のオイルを機関各部に圧送し、該オイルによって機関各
部を冷却する内燃機関のピストン冷却Ｉ装置において、
オイル収容部内のオイルをピストンまわり以外の部分に
導く通常油路の他に、上記オイルをピストンまわりにの
み導くピストン冷却専用油路を設け、ピストン冷却専用
油路に、ピストンまわりに供給されることとなるオイル
を冷却するオイルクーラーを設けることとしている。

〔作用］ 本発明によれば、内燃機関に設けられるオイル供給系統
が冷却用オイルを内燃機関のピストンまわり以外の部分
に導く通常油路とピストンまわりにのみ導くオイル冷却
専用油路に分離され、さらにピストン冷却専用油路に導
かれるオイルは、該専用油路に配設されるオイルクーラ
ーにより充分冷却された状態でピストンの冷却に供され
る。これにより、ピストンの冷却を確実に行い、ピスト
ンの冷却性能に向上を図ること　が可能　と　なる。

［実施例］ 以下１本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図〜第３図はそれぞれ本発明が適用される各内燃機
関のオイル循環径路を示すブロック図、第４図および第
５図はそれぞれ内燃機関のピストンをオイルにより冷却
する状態に係り、第４図はピストンが下死点にある状態
を示す断面図、第５図はピストンが上死点にある状態を
示す断面図。

第６図は第４図の■部を示す要部断面図、第７図は第４
図の■部を示す要部断面図、第８図は第４図の■−■線
に沿う断面図、第９図は第４図のＩＸ−ＩＸ線に沿う断
面図である。

第１図に示すオイル循環径路２０は、オイルパン２１［
オイル収容部］内のオイルを内燃機関の各部に圧送し、
供給するものである。すなわち、オイルパン２１の内部
のオイルは、オイルポンプ２２の駆動によりオイルフィ
ルター２３側に圧送される。オイルフィルター２３は圧
送されるオイルを癌過した後、該オイルをそれぞれ通常
油路２４およびピストン冷却専用油路２５に分流状態で
圧送可能としている。

通常油路２４は、圧送されるオイルをピストンまわり以
外の内燃機関の各部、例えばクランク軸、カム軸等に導
き、これらの部分の潤滑および冷却を行うようにしてい
る。内燃機関の各部の潤滑および冷却を行った通常油路
２４内のオイルは、再びオイルパン２１に導かれる。

一方、ピストン冷却専用油路２５は、圧送されるオイル
をピストンまわりのみ導くものである。

オイルフィルター２３からピストン冷却専用油路２５内
に分流・圧送されるオイルは、オイルクーラー２６によ
り冷却される。オイルクーラー２６により冷却されたオ
イルは、例えばピストン本体の裏面に吹付け、あるいは
ピストン本体の内部に形成される冷却流路を潤滑される
状態でピストンに導かれ、これによりピストン冷却が行
われる。

ピストンまわりの冷却を行った専用油路２５内のオイル
は、再びオイルパン２１に導かれる。

第２図に示すオイル循環径路２７は、第１図に示すオイ
ル循環径路２０の変形例である。このオイル循環径路２
７は、通常油路２４内に、内燃機関の各部に圧送される
オイルを冷却するためのオイルクーラー２８が配設され
る。すなわち１通常油路２４内のオイルクーラー２８は
、オイルフィルター２３から通常油路２４内に分流働圧
送されるオイルを冷却し、該冷却されたオイルはピスト
ンまわり以外の内燃機関各部に圧送され、これらの部分
の潤滑および冷却を行うようにしている。

このオイル循環径路２７によれば、ピストン冷却専用油
路２５にオイルクーラー２６が、また通常油路２４にオ
イルクーラー２８がそれぞれ配設されるため、内燃機関
全体の冷却効率がより向上する。

第３図に示すオイル循環径路２９は、オイルパン２１の
内部のオイルを通常油路２４とピストン冷却専用油路２
５に直接分流可能とする。ピストン冷却専用油路２５に
は１分流されるオイルを。

専用油路２５内に圧送するピストン冷却用オイルポンプ
３０が配設される。このポンプ３０により圧送されるオ
イルは専用油路２５内に設けられるオイルフィルター２
３により濾過され、さらにオ◆　　イルクーラー２６に
供給される。オイルクーラー２６により冷却されたオイ
ルはピストンまわりに導かれ、ピストン冷却が行われる
。ピストンまわりの冷却を行った専用油路２５内のオイ
ルは再びオイルパン２１に導かれる。

一方、通常油路２４にはオイルパン２１から分流される
オイルを通常油路２４内に圧送する専用のオイルポンプ
３１が配設される。ポンプ３１により圧送されるオイル
は通常油路２４内に設けられる専用のオイルフィルター
３２により濾過され、さらにオイルクーラー２８に供給
される。オイルクーラー２８により冷却されたオイルは
ピストンまわり以外の内燃機関の各部に導かれ、これら
の部分の冷却が行われる。このようなオイル循環経路２
９によれば、各油路２４．２５にそれぞれ専用のオイル
ポンプ３０．３１、オイルフィルター２３．３２、オイ
ルクーラー２６．２８が設けられるため、ピストンまわ
りとそれ以外の部分に圧送するオイルをそれぞれ効率的
に冷却することができる。

次に、上記各オイル循環径路２０．２７．．２９がそれ
ぞれ適用可能とされる内燃機関を第４図〜第９図に基づ
いて説明する。

この内燃機関４０は、シリンダブロック４１ｃ７）上部
にシリンダへラド４２を備え、該シリンダブロック４１
とシリンダへラド４２により画成される気筒４３の内部
にはピストン本体４４が矢示Ａ方向に上下動可能とされ
る。

ピストン本体４４が上下動される気筒４３内には、燃焼
室４５が形成される。燃焼室４５を臨むシリンダヘッド
４２のうち、燃焼室４５の中心０（第４図参照）に対す
る右方側には、吸気孔４６が形成され、該吸気孔４６に
は吸気弁４７が配設される。

一方、燃焼室４５の中心Ｏに対する左方側には、排気孔
４８が形成され、該排気孔４８には排気弁４９が配設さ
れる。

シリンダヘッド４２における燃焼室４５の中心部Ｏの相
当位置には、点火プラグ５０が配設される０点火プラグ
５０は、燃焼室４５内でピストン本体４４により圧縮さ
れた混合気を点火し、爆発可能としている。

燃焼室４５の外周に位置するシリンダブロック４１の内
部には、水ジャケット５１が形成され。

該水ジャケラ）５１には冷却水が循環される。さらにシ
リンダブロック４１の内部のうち、水ジャケット５１の
下方には、第４図で示す中心０に対する右側に通常油路
２４が、また左側にピストン冷却専用油路２５が形成さ
れる６通常油路２４には、ピストンまわり以外の内燃機
関４０の各部、例えばクランク軸、カム軸等を潤滑およ
び冷却するオイルが圧送状態で′ＬＩａ環される。一方
、ピストン冷却専用油路２５には、ピストンまわりを冷
却するためのオイルが圧送状態で循環され、該オイ１し
は第１図〜第３図の各オイル循環径路２０．２７．２９
の例で示されるオイルクーラー２６で冷却される。

ピストン冷却専用油路２５の下方のシリンダブロック４
２には、オイル導入管５２が取着される。オイル導入管
５２はピストン冷却専用油路２５内を流れるオイルを導
入し、該オイルをオイル噴出ノズル５３より矢示Ｂ方向
に噴出可能としている［第５図参照］、すなわち、オイ
ル噴出ノズル５３は、ピストン本体４４が上下動される
気筒４３のクランク室５４を形成する内部の上方部分に
向けてオイルを噴出するように、シリンダブロック４１
に保持される。また、オイル噴出ノズル５３の先端部は
、気筒４３の内壁の上下方向に沿って形成される凹状溝
部５５の溝内に位置される。

気筒４３内を上下動されるピストン本体４４は、ピスト
ン基体５６と、ピストン基体５６の頂部の外周部に支持
されるトップランド部５７とから構成される。ピストン
基体５６は裏面にピストンピン５８を支持してなり、該
ピストンビア５８は連接棒５９の小端部６０と回動可能
に連結される。また、トップランド部５７は、ピストン
本体４４の上下動により、燃焼室４５の内壁と当接可能
とされる。ピストン基体５６およびトップランド部５７
は鍛造製とされ、トップランド部５７はピストン基体５
６の頂部の周縁に接合・支持される。この接合には、ビ
ーム溶接等が用いられ、両者が接合されることで一体の
ピストン本体４４が形成されることとなる。

ピストン本体４４の内部には、オイル流路６１が形成さ
れる。オイル流路６１は、接合されるトップランド部５
７とピストン基体５６の間に画成される環状波路部６２
と、該環状波路部６２に接続され、ピストン基体５６の
内部に平面十字形状に穿設される十字状流路部６３とに
より構成される［第８図参照］、またピストン基体５６
のスカート部６４のうち、気筒４３の内壁との当接部に
は、オイル流入部６５が開口され、該オイル流入部６５
は環状流路部６２と接続される。また環状流路部６２の
うち、該オイル流入部６５に対する周方向［第８図Ｃ方
向］での対向位置には、オイル流出部６６が接続される
。

オイル流入部６５は、第４図に示すように、ビス１７本
体４４が下死点〜上下動の中間点にある時、オイル噴！
！１ノズル５３が配設される溝部５５の下端部〜上端部
と対向される［第６図および第　。

９図参照］、この状態でオイル噴出ノズル５３から溝部
５５に噴出し、該溝部５５に充満するオイルがオイル流
入部６５から環状流路部６２、十字状流路部６３へと矢
印方向に流れる。この結果、加熱するピストン本体４４
の頂部が該流動するオイルにより冷却される。上記、溝
部５５からオイル流入部６５へのオイル流入は、ピスト
ン本体４４が下死点よりＬ（第６図）だけ上昇する位置
（上下動の中間点）の間で行われる。環状流路部６２お
よび十字状波路部６３を流れるオイルは、第７図に示す
ようにオイル流出部６６からピストン基体５６の裏面側
へ流出する。このようにして、オイル噴出ノズル５３か
ら噴出されるオイルは、ピストン本体４４の内部に形成
されるオイル流路６１に導かれ、ピストン本体４４を内
部から冷却回部としている。

一方、ピストン本体４４が気筒４３内を上記中間点を越
えて上昇すると、オイル流入部６５が溝部５５との対応
位置から上方に外れ、オイル噴出ノズル５３から噴出さ
れるオイルは、もはやオイル流入部６５に導入されるこ
となく、第５図に示すようにピストン本体４４の裏面側
に矢印Ｂで示すように吹付けられることとなる。この結
果、温度上昇されたピストン本体４４の裏面側が、吹付
は状態で導かれるオイルにより冷却される。

このようにして、ピストン本体４４に吹付けられたオイ
ルおよびオイル流出部６６より流出されるオイルは、ク
ランク室５４の下方へと流下され、不図示のオイルパン
へと供給される。オイルパンに供給されたオイルは、第
１図〜第３′図に示すオイルクーラー２６により冷却さ
れて再びピストン冷却専用油路２５に循環され、上記の
ようにしてピストン本体４４の冷却を行うようにしてい
る。

次に、第１図〜第３図に示す各オイル循環径路の作用を
説明する。

ｍ１図〜第３図に示す各オイル循環径路２０゜２７．２
９は、オイルを内燃機関のピストンまわり以外の部分に
導く通常油路２４とオイルをピストンまわりに導くピス
トン冷却専用油路２５に分離し、特にピストン冷却専用
油路２５に流れるピストン冷却用のオイルを該専用油路
２５に配設されるオイルクーラー２６により充分に冷却
することができる。これにより、ピストン本体４４の冷
却を確実に行い、ピストン本体４４の冷却性能を向上す
ることが可能となる。

また、上記各循環径路２０．２７．２９を用いた第４図
に示す内燃機関４０によれば、冷却されたオイルをオイ
ル噴出ノズル５３から噴出させ。

噴出されるオイルをピストン本体４４の内部のオイル流
路６１に導き、あるいはピストン本体４４の裏面部に直
接吹付けることが可ずｍとなる。この結果、加熱される
ピストン本体４４を、ピストン本体４４の内部および裏
面側から冷却することができ、ピストン本体４４の確実
な冷却を行うことができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明は、オイル収容部内のオイルを機
関各部に圧送し、該オイルによって機関各部を冷却する
内燃機関のピストン冷却装置において、オイル収容部内
のオイルをピストンまわり以外の部分に導く通常油路の
他に、上記オイルをピストンまわりにのみ導くピストン
冷却専用油路を設け、ピストン冷却専用油路に、ピスト
ンまわりに供給されることとなるオイルを冷却するオイ
ルクーラーを設けることとしたため、ピストンの冷却を
確実に行い、ピストンの冷却性能の向上を図ることがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ本発明が適用される各内燃機
関のオイル循環径路を示すブロック図、第４図および第
５図はそれぞれ内燃機関のピストンをオイルにより冷却
する状態に係り、第４図はピストンが下死点にある状態
を示す断面図、第５図はピストンが上死点にある状態を
示す断面図、第６図は第４図の■部を示す要部断面図、
第７図は第４図の■部を示す要部断面図、第８図は第４
図の■−■線に沿う断面図、第９図は第４図のＩＸ−Ｉ
Ｘ線に沿う断面図、第１０図および第１１図はそれぞれ
従来の内燃機関のオイル循環径路を示すブロック図であ
る。 ２４・・・通常油路。 ２５・・・ピストン冷却専用油路、 ２６・・・ピストン冷却用オイルクーラー、４４・・・
ピストン本体。 代理人　　弁理士　　塩　川　修　治 第４′ｇ！Ｊ 第５図 第　６　図 第８図 第　９　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）オイル収容部内のオイルを機関各部に圧送し、該
   オイルによって機関各部を冷却する内燃機関のピストン
   冷却装置において、オイル収容部内のオイルをピストン
   まわり以外の部分に導く通常油路の他に、上記オイルを
   ピストンまわりにのみ導くピストン冷却専用油路を設け
   、ピストン冷却専用油路に、ピストンまわりに供給され
   ることとなるオイルを冷却するオイルクーラーを設けた
   ことを特徴とする内燃機関のピストン冷却装置。
2. （２）オイルクーラーにより冷却されるオイルを、ピス
   トン本体の裏面に吹付ける状態で導く特許請求の範囲第
   １項に記載の内燃機関のピストン冷却装置。
3. （３）オイルクーラーにより冷却されるオイルを、ピス
   トン本体の内部に形成される冷却流路に循環させる状態
   で導く特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関のピスト
   ン冷却装置。