JPH0324861Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、内燃機関用ピストンに係り、特に油
噴射式ピストン冷却装置を備えた内燃機関に用い
られるピストンに係る。

［従来の技術］ 内燃機関の高出力化に伴い、シリンダボア内に
あつて燃焼室の壁面の一部を構成するピストンの
頂壁部は厳しい熱負荷に曝され、強制的冷却を要
するようになつてきている。

ピストンの頂壁部を強制的に冷却するピストン
冷却装置の一つとして、カツプ状構造のピストン
本体の内側空間より機関潤滑油をピストン頂壁部
ヘ向けて噴射し、機関潤滑油によつて前記頂壁部
を冷却する油噴射式のピストン冷却装置が既に提
案されており、またかかる油噴射式ピストン冷却
装置によりピストン頂壁部をより効果的に冷却す
るために、ピストン頂壁部へ向けて噴射された潤
滑油を一旦受止め、ピストンの往復動に伴つてこ
れを再度ピストン頂壁部へ向けて噴付けるべく、
ピストン本体の内側空間にピストン頂壁部の内面
に向かい合つた油溜りを構成する棚板部の油溜り
構成部材を取付けることが、実公昭54−26424号
公報や先願の実願昭57−185184号（実開昭59−
90055号）に於て提案されており、またピストン
頂壁部の内面に向かい合う油溜りがコネクテイン
グロツドの端部に設けられ、油溜りがピストンの
往復動に伴うコネクテイングロツドの揺動運動に
つれてピストンピンの中心軸線の周りに傾動する
ようになつた構造のものが実開昭58−96037号公
報に於て提案されている。

上述の如くピストン本体の内側空間にピストン
本体の頂壁部の内面に向かい合つた油溜りを与え
ることにより、油噴射装置よりピストン本体の頂
壁部の内面へ向けて噴射された潤滑油は、該頂壁
部を一度冷却した後前記油溜りに受止められ、ピ
ストンが再びその上死点にきたとき油に作用する
慣性力によつて再度ピストン頂壁部の内面に噴付
けられ、かかる潤滑油の再噴付け或いは再々噴付
けによりピストン頂壁部のよりよい冷却が達成さ
れる。

また上記の実開昭58−96037号公報は本件出願
人自身の先の出願によるものであるが、この公報
に於ける如く油溜りがコネクテイングロツドの端
部に設けられている時には、ピストン行程が上死
点を通過する前後に於てコネクテイングロツドの
傾動角が反転することに伴つて油溜りが傾動する
ので、ピストン頂壁部の内面に対する油溜りの首
振りが生じ、この首振りの効果について強いて考
察すれば、これによつてピストンが上死点に達し
たとき油溜り内の油がそれに作用する慣性力によ
つて油溜りより跳上がつてピストン頂壁部の内面
に噴付けられるとき、その噴付範囲を拡大する効
果が得られるかと思われる。しかしこの構造に於
ける如く油溜りの傾動がコネクテイングロツドの
傾動に対応するものである時には、油溜りの傾動
はコネクテイングロツドの滑らかな傾動に伴つて
滑らかに生じ、傾動の各瞬間に於ける角加速度は
大して大きくないので、かかる油溜りの傾動によ
つては油溜りに溜つた油をピストン頂壁部の内面
へ向けて投げ付ける如き作用は殆ど生ぜず、油溜
りよりピストン頂壁部の内面へ油を移動させる力
の殆どは油自身に作用する慣性力によるものと思
われる。

［考案が解決しようとする課題］ 本考案は、ピストンが上死点に達したとき油溜
り内の油がそれ自身に作用する慣性力によつて油
溜りより跳上がつてピストン頂壁部の内面へ向け
て移動するだけでなく、油溜りに油をピストン頂
壁部の内面へ向けて投げ付ける作用を行わせるこ
とにより、油の噴付けによるピストン頂壁部の冷
却効果の一層の向上を図り、更にはピストンが下
死点近傍を移動中であつて油溜り内に溜まつた油
にはピストン頂壁部の内面へ向かう方向とは逆に
油溜り内へ止まる方向の慣性力が作用していると
きにも、油溜りにそこに溜まつた油をピストン頂
壁部の内面へ向けて投げ付ける作用を起させるよ
うな油溜り構造を備えた内燃機関用ピストンを提
供することを課題としている。

［課題を解決するための手段］ かかる課題は、本考案によれば、頂壁部と周壁
部と内向きに互いに向かい合つて突出た一対のボ
ス部とを有し該ボス部にピストンピン孔が明けら
れているピストン本体と、前記ピストン本体の内
側空間に装入され前記頂壁部の内面に向かい合つ
た油溜り窪みを与える棚板部と該棚板部の両側縁
より折曲げられた一対の脚片部と該棚板部の両端
縁より折曲げられた一対の弾き片部とを備えた油
溜り構成部材とを有し、前記油溜り構成部材は前
記一対の脚片部がそれに明けられた係合孔にて前
記ボス部の内端の周りに段状に縮径された筒状係
合部に係合し且前記一対の脚片部が互いに離れる
方向へ開脚しようとする弾性力により前記脚片部
の前記係合孔が前記ボス部の前記筒状係合部に回
動可能に係合した状態が保持されまた前記一対の
弾き片部がそれに向かい合つた前記ピストン本体
の内周壁の一部に当接することにより前記筒状係
合部の周りに回動する方向のモーメントを及ぼさ
れるようになつており、前記一対の弾き片部の一
方がそれに向かい合つた前記ピストン本体の内周
壁の一部に当接したとき他方の弾き片部はそれに
向かい合つた前記ピストン本体の内周壁の一部よ
り実質的に隔置されるようになつていることを特
徴とする内燃機関用ピストンによつて達成され
る。

［考案の作用］ 上記の如く頂壁部と周壁部と内向きに互いに向
かい合つて突出た一対のボス部とを有するカツプ
状のピストン本体がそのボス部を通つて明けられ
た孔にてピストンピンを介してコネクテイングロ
ツドの一端部と連結されている内燃機関のピスト
ン構造に於ては、ピストン本体はその側周の頂壁
部に近い部分の外周面に沿つて設けられたピスト
ンリング及びオイルリングの部分にてシリンダの
内壁と接しており、ピストンピンの位置は通常こ
れらのリングの位置より低い位置にあるので、コ
ネクテイングロツドが傾斜した状態に於てピスト
ンの上方より燃焼ガスや圧縮吸気による圧力が作
用すると、ピストンにはこれをコネクテイングロ
ツドの傾斜方向とは反対の方向へ傾けようとする
力が作用する。従つてピストンの往復動に伴つて
コネクテイングロツドが左右に傾動すると、これ
に対応してピストンは僅かではあるがコネクテイ
ングロツドの傾き方向と反対の方向に傾動する。

上記の如き原因によるピストンの周期的傾動は
「ピストンスラツプ」と呼ばれることもあるが、
かかるピストンの傾動はコネクテイングロツドの
傾動に対応して徐々に生ずるのではなく、ピスト
ンが上死点及び下死点を通過しコネクテイングロ
ツドの傾動角が反転方向にある程度増大した或る
時点にてその都度ほぼ瞬間的に即ち所謂スナツプ
的に生ずる。

従つて上記の如くピストン本体のボス部の筒状
係合部に一対の脚片部の係合孔にて回動可能に係
合した油溜り構成部材がその棚板部の両端縁より
折曲げられた前記一対の弾き片部をピストン本体
の内周壁の一部に対向させた状態に配置され、弾
き片部がピストン本体の内周壁の一部に当接する
ことにより油溜り構成部材は前記筒状係合部の周
りに回動する方向のモーメントを及ぼされるよう
になつており、一対の弾き片部の一方がそれに向
かい合つたピストン本体の内周壁の一部に当接し
たとき他方の弾き片部はそれに向かい合つたピス
トン本体の内周壁の一部より実質的に隔置される
ようになつていると、ピストンが上記のピストン
スラツプによつてその傾動方向を瞬間的に変える
度に、油溜り係合部材はその一対の弾き片部の何
れか一方にてそれに向かい合つたピストン本体の
内周壁の一部により交互に叩かれ、これによつて
弾き片部の弾力性も手伝つて油溜り係合部材は前
記筒状係合部の周りに弾発的に左右に傾動するこ
とになる。かかる作動機構による油溜りの傾動は
大きな加速度にて生ずるので、その内部に貯えら
れた油は油溜りの傾動によつてピストン頂壁部の
内面へ向けて投げ付けられることになる。

［実施例］ 以下に添付の図を参照して本考案を実施例につ
いて詳細に説明する。

第１図乃至第３図は本考案による内燃機関用ピ
ストンの一つの実施例を示している。本考案によ
る内燃機関用ピストンは、ピストン本体１と、油
溜り構成部材１０とにより構成されている。

ピストン本体１は円筒状の周壁部２と該周壁部
の一端に該一端を閉塞して設けられた頂壁部３と
を有するカツプ状に鋳造されている。頂壁部３の
裏面３ａ、即ちピストン本体１の内側空間の天井
面３ａは側周部より中心部へ向かうに従つて上り
勾配に傾斜している。周壁部２の内側には一対の
ボス部４がピストン本体１の内側空間へ向けて互
いに対向して膨出形成されており、該一対のボス
部には互いに同一の軸線上にピストンピン孔５が
設けられている。ピストンピン孔５にはピストン
本体１と図示されていないコネクテイングロツド
との連結を行う一本のピストンピンが挿入される
ようになつている。ピストン本体の側周の頂壁部
３に近い外周部には二つのピストンリング溝６と
一つのオイルリング溝７とが設けられており、オ
イルリング溝７はスリツト孔８を経てピストン本
体１の内側空間に連通している。

ボス部４は各々先端部外周に根元部外周に比し
て小径の円筒状係合部９ａと該円筒状係合部の根
元部側の端部に位置する円環状端面９ｂとからな
る段付部９を有している。円筒状係合部９ａと円
環状端面９ｂは各々ピストンピン孔と同心、即ち
ピストンピンの中心軸線と同心に設けられてい
る。

第４図によく示されている如く、油溜り構成部
材１０は、油溜り窪み１１を有するほぼ長方形状
の棚板部１２と、棚板部１２の両側縁より一方の
側に折曲げられた一対の脚片部１３と、棚板部１
２の両端縁より一方のの側に折曲げられた一対の
弾き片部１４とを有し、その全体をばね孔の如く
適度の弾性を有する金属板によりプレス成形され
ている。

一対の脚片部１３は、取付前の自由状態時に於
ては、第４図に示されている如く、互いに末広が
りに開脚しており、該脚片部には各々脚片部より
鍔張出しプレス成形により互いに他方の脚片部へ
向けて、即ち内側へ向けて、突出形成された円形
断面の張出し円筒部１５が設けられており、該張
出し円筒部により円形断面の係合孔１６が形成さ
れ、該係合孔がボス部４の円筒状係合部９ａに回
動可能に外接係合するようになつている。

油溜り構成部材１０は、棚板部１２がピストン
本体１に近い側に位置し、一対の脚片部１３がボ
ス部４に対応する方向姿勢にて且一対の脚片部１
３が互いに近付く方向に弾性変形された状態にて
ピストン本体１の内側空間へ向けて挿入されるこ
とによりピストン本体１にばね作用によりワンタ
ツチで取付けられる。

一対の脚片部１３がボス部４間に差込まれ、係
合孔１６がボス部４の円筒状係合部９ａに整合す
ると、一対の脚片部１３は自身のばね力により互
いに遠去かる方向へ弾性変形し、係合孔１６の周
りの脚片部１３の外側面にてボス部４の円環状端
面９ｂに押付けられると同時に張出し円筒部１５
の内周面にてその全体に亙つて円筒状係合部９ａ
の外周面にその中心軸線の周りに回動可能に接合
する。これにより係合孔１６は円筒状係合部９ａ
に外接し、油溜り構成部材１０が自身のばね作用
によりピストン本体１に対しピストンピンの中心
軸線の周りに回動可能に装着される。油溜り構成
部材１０のピストンピンの中心軸線周りの回動は
弾き片部１４がピストン本体１の内周面の一部に
当接することにより制限され、これにより油溜り
構成部材１０はピストンピンの中心軸線周りに水
平姿勢より所定角度のみ左右に回動し得る。弾き
片部１４とそれに向かい合つたピストン本体内周
面の一部の相対的形状は、弾き片部１４がピスト
ン本体内周面の一部に当接することにより油溜り
構成部材１０が筒状係合部９ａの周りに回動する
方向のモーメントを及ぼされるような相対的形状
とされている。

油溜り構成部材１０の棚板部１２は、第３図及
び第４図によく示されている如く、その両端近傍
部の側縁より翼部１７ａと１７ｂを延設されてお
り、該翼部は油を受止める作用をするものであ
り、一方の端部近傍に於ては一側部にのみ設けら
れ、他方の端部近傍に於ては他側部にのみ設けら
れている。これにより、第３図によく示されてい
る如く、油溜り構成部材１０の前記一方の端部近
傍部、即ち翼部１７ａとは反対の側には、ピスト
ン本体１との間に比較的大きい開口１８が形成さ
れ、また前記他方の端部近傍部、即ち翼部１７ｂ
とは反対の側には、ピストン本体１との間に比較
的大きい開口１９が設けられ、開口１８が油供給
通路として使用され、開口１９が油排出通路とし
て使用されるようになつている。

ピストン冷却用の潤滑油はクランク室の側に固
定配設されたノズル２５より前記開口１８を経て
ピストン本体１の天井面３ａへ向けて噴射され
る。

次に上述の如く構成されたピストンに於けるピ
ストン冷却用の潤滑油の噴付けについて第５図及
び第６図を参照して説明する。尚、第５図及び第
６図に於て、２０はピストンを上下方向に往復動
可能に受入れるピストンボア２１を有するシリン
ダブロツクを、２２はシリンダブロツク２０の上
端部に取付けられてシリンダボア２１の上端を閉
じるシリンダヘツドを、２３はピストンピン孔５
に係合したピストンピン２４によつて小径端をピ
ストン本体１に連結されたコネクテイングロツド
を各々示している。

第５図はピストンが上死点に達する直前の状態
を示している。ピストンが下死点を通過した後こ
の第５図に示す状態に達する間、ピストンは図に
は現わされていないがコネクテイングロツド２３
の傾動方向とは逆方向に僅かに傾動しており、ピ
ストンが弾発的にそのような傾動状態になつたと
き、油溜り構成部材１０の図にて左方の弾き片部
１４がそれに向かい合つたピストン本体内周面の
一部により叩かれたことによつて、油溜り係合部
材は図示の如くピストン本体に対し右上左下に傾
いた状態となつている。

この状態より更に図には示されていないクラン
クシヤフトの回動に伴つてピストンが上死点を通
り、コネクテイングロツド２３の傾きが第５図に
於ける傾きより反転し、次第にその傾き角が増大
してくると、ピストン本体に上から作用する燃焼
ガス又は圧縮吸気の圧力による下向きの力とピス
トンピンを介してコネクテイングロツドにより左
上方向に作用する力の対抗によつてピストンピン
には左向きの力成分が生じ、この力はピストンリ
ング溝６やオイルリング溝７の位置より下の位置
にてピストン本体に作用するので、この力がピス
トンの傾動に抗する摩擦に打勝つ臨界値に達した
或る瞬間にピストン本体１はコネクテイングロツ
ドの傾動方向とは逆の傾動方向、即ち左上右下の
傾き状態に弾発的に反転する。そしてかかるピス
トン本体の傾動方向の弾発的反転によつて、今度
は油溜り構成部材の図にて右側の弾き片部１４が
ピストン本体の内周面によつて叩かれ、ピストン
本体に対し第５図に示す状態とは反対の方向に傾
いた状態にほぼ瞬間的に傾動する。かかる油溜り
係合部材１０の瞬間的反転傾動により、その図に
て左側にある油溜り窪み１１内に溜まつていた油
はピストン本体頂壁部の内面３ａへ向けて投げ付
けられる。この反転後の状態が第６図に示されて
いる。

ピストンが更に降下を続ける間、油溜り構成部
材は第６図に示された状態に保たれる。そしてピ
ストンが下死点を通り、コネクテイングロツド２
３の傾きが第６図に示された状態より反転し、そ
の傾動角が次第に増大してくると、或る瞬間にピ
ストン本体１はコネクテイングロツドの傾きとは
反対の方向に弾発的に反転し、そのとき今度は油
溜り構成部材の図にて左方の弾き片部１４がピス
トン本体の内周面により叩かれ、筒状係合部９ａ
の周りに回動して再び第５図に示された傾動状態
となる。この傾動反転の瞬間に今度は図にて右側
にある油溜り窪み１１内に溜まつていた油がピス
トン頂壁部の内面へ向けて投げ付けられる。

かくしてピストンが一往復する度にピストンが
上死点を少し過ぎたところとピストンが下死点を
少し過ぎたところで二度油溜り構成部材の弾発的
反転が生じ、その都度油溜り構成部材の左右の油
溜り窪みの一方よりピストン頂壁部の内面へ向け
ての油の噴付けが行われる。尚ピストンが上死点
に達したとき油溜り内に溜まつていた油がそれ自
身に作用する慣性力によつてピストン頂壁部の内
面へ向けて噴付けられる作用は従来の構造による
油溜りの場合と同様に行われる。

第７図は本考案による内燃機関用ピストンの他
の一つの実施例を示している。尚、第７図に於て
第２図に対応する部分は第２図に付した符号と同
一の符号により示されている。かかる実施例に於
ては、油溜り構成部材１０が水平姿勢にある時に
は一方の弾き片部１４がピストン本体１の内周面
に当接するようになつており、従つて油溜り構成
部材１０は水平姿勢より一方の側にのみ、図示の
実施例に於ては、水平姿勢より図にて反時計廻り
方向にのみ傾動するようになつている。

従つて、この実施例に於ては、これが第７図に
示す向きより前後に180°反転された状態にて第５
図及び第６図に示すコネクテイングロツドと同じ
関係にて使用される時には、ピストンが上死点位
置の直前にあるとき油溜り構成部材１０は図にて
実線で示されている如き水平姿勢となり、ピスト
ンが上死点位置を越えて下降移動を開始した初期
に油溜り構成部材１０は弾発的に傾動して図にて
仮想線で示された傾動姿勢となる。こうすること
によつてピストン上死点に於ける慣性作用による
油の噴付け時には水平姿勢にある油溜り構成部材
により最大限の油を貯えておき、その後更に水平
姿勢にあるうちに油溜り構成部材により受けた落
下油を油溜り構成部材の傾動により噴付けるとい
う両者の効果を最大限に得ることができる。

［考案の効果］ かくして、本考案によれば、上記の如き構成を
有する油溜り構成部材をカツプ状ピストン本体の
内部に組込むことにより、油溜りはそこに溜まつ
た油をそれ自身に作用する慣性力によつてピスト
ン頂壁部の内面へ向けて噴付ける作用だけでな
く、それ自身の弾発的傾動によつて油溜りに溜ま
つた油をピストン頂壁部の内面へ向けて叩き付け
る作用をも行い、ピストン頂壁部に対する冷却効
果は一層向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による内燃機関用ピストンの一
つの実施例を示す縦断面図、第２図は第１図の線
−に沿う断面図、第３図は第１図の線−
に沿う断面図、第４図は第１図乃至第３図に示さ
れた本考案による内燃機関用ピストンに組込まれ
る油溜り構成部材の斜視図、第５図及び第６図は
第１図乃至第３図に示された本考案による内燃機
関用ピストンに於けるピストン冷却用の潤滑油の
噴付けについて説明する縦断面図、第７図は本考
案による内燃機関用ピストンの他の一つの実施例
を示す断面図である。 １……ピストン本体、２……周壁部、３……頂
壁部、３ａ……天井面、４……ボス部、５……ピ
ストンピン孔、６……ピストンリング溝、７……
オイルリング溝、８……スリツト孔、９……段付
部、９ａ……円筒状係合部、９ｂ……円環状端
面、１０……油溜り構成部材、１１……油溜り窪
み、１２……棚板部、１３……脚片部、１４……
弾き片部、１５……張出し円筒部、１６……係合
孔、１７ａ，１７ｂ……翼部、１８，１９……開
口、２０……シリンダブロツク、２１……シルン
ダボア、２２……シリンダヘツド、２３……コネ
クテイングロツド、２４……ピストンピン、２５
……ノズル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 頂壁部と周壁部と内向きに互いに向かい合つて
   突出た一対のボス部とを有し該ボス部にピストン
   ピン孔が明けられているピストン本体と、前記ピ
   ストン本体の内側空間に装入され前記頂壁部の内
   面に向かい合つた油溜り窪みを与える棚板部と該
   棚板部の両側縁より折曲げられた一対の脚片部と
   該棚板部の両端縁より折曲げられた一対の弾き片
   部とを備えた油溜り構成部材とを有し、前記油溜
   り構成部材は前記一対の脚片部がそれに明けられ
   た係合孔にて前記ボス部の内端の周りに段状に縮
   径された筒状係合部に係合し且前記一対の脚片０
   ……シリンダブロツク、２１……シリンダボア、
   ２２……シリンダヘツド、２３……コネクテイン
   グロツド、２４……ピストンピン、２５……ノズ
   ル。部が互いに離れる方向へ開脚しようとする弾
   性力により前記脚片部の前記係合孔が前記ボス部
   の前記筒状係合部に回動可能に係合した状態が保
   持されまた前記一対の弾き片部がそれに向かい合
   つた前記ピストン本体の内周壁の一部に当接する
   ことにより前記筒状係合部の周りに回動する方向
   のモーメントを及ぼされるようになつており、前
   記一対の弾き片部の一方がそれに向かい合つた前
   記ピストン本体の内周壁の一部に当接したとき他
   方の弾き片部はそれに向かい合つた前記ピストン
   本体の内周壁の一部より実質的に隔置されるよう
   になつていることを特徴とする内燃機関用ピスト
   ン。