JP2004225597A

JP2004225597A - 内燃機関用ピストン

Info

Publication number: JP2004225597A
Application number: JP2003013558A
Authority: JP
Inventors: Takao Suzuki; 孝男鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】構造が簡単で、比較的高い圧力でエンジンオイルをピン穴に供給することが可能な内燃機関用ピストンを提供する。
【解決手段】コンロッドと連結すべきピン穴２を有するピストン１において、ピストン側面に円周方向と平行なエンジンオイル溜め用凹部３を形成するとともに、このエンジンオイル溜め用凹部３とピン穴２とを連通するエンジンオイル供給路４を形成し、エンジンオイル溜め用凹部３から圧送されるエンジンオイルをピン穴２内面に供給するように構成した。ピストン１が作動すると、シリンダ壁面のエンジンオイルはエンジンオイル溜め用凹部３に圧力を伴って集中するが、このとき圧力がエンジンオイル供給路４からピン穴２へ抜けるので、これに伴いエンジンオイルがエンジンオイル溜め用凹部３からピン穴２へ圧送される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関用ピストンに関し、更に詳細にはピストンとコンロッドとの接続部分の潤滑を改善する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レシプロエンジンに用いられるピストンは、往復運動を行うピストンと回転運動を行うクランクシャフトをコンロッドで連結した構造となっている。
【０００３】
コンロッドは、一方の基端部側がクランクシャフトに連結され、他方の先端部側がピストンに連結されるが、特にピストンと、ピン孔に挿入されたピンによって連結される先端部周辺は、エンジンオイルによる潤滑が困難な場所であることが知られている。
【０００４】
潤滑が困難な理由は、上記のコンロッドとピストンの連結部は、（１）ピストンと同じストロークで往復移動するためエンジンオイルの供給が難しいこと、（２）ピストンに直接接続されるため高温となり熱的条件が厳しいこと、（３）衝撃的な強い負荷がかかるとともに、負荷の方向が高速で変化することなどが挙げられる。
【０００５】
万一、前記潤滑が不十分な場合には、摩擦に伴うフリクションロスや部品の摩耗が発生することは勿論、ついにはピストンの焼き付きやスカッフが発生する原因となる。
【０００６】
また、ピストンの首振り運動が十分に行われなくなるため、ピストンとシリンダ（ボア）面との焼き付きをも誘発する危険がある。
【０００７】
そこで、前記のようなピン周辺の潤滑を図るためのものとして特許文献１に示すものがある。これは図４及び図５に示すように、ピストン２０にピンボス２２が形成され、このピンボス２２にピン穴２３が設けられ、ピン２６が挿通している。ピストン２０の周囲にはオイルリング溝２１が形成されており、このオイルリング溝２１にオイルリング２４が嵌合した構造となっている。
【０００８】
また、オイルリング溝２１とピン穴２３の内面とを連結するオイル通路２５が設けられ、このオイル通路２５は、オイルリング２４がシリンダ面のエンジンオイルを掻く際にその一部がオイル通路２５に流入し、エンジンオイルがピン穴２３まで至ることで、ピン穴２３に嵌合するピン２６の周囲の潤滑を行うものである。
【０００９】
他方の従来例として、特許文献２に示すものがある。これは図６に示すように、ピストン２０にオイル供給路２７を形成し、このオイル供給路２７に外部からエンジンオイルを供給するようにしたものである。このオイル供給路２７は、ピンボス２２に設けられたピン穴２３に開口しているとともに、ピストン下面に開口しており、クランクケース内に設けられたオイルジェット２８の噴射ノズルから噴射されるエンジンオイルを、ピストン下面の開口部から受ける構成となっている。
【００１０】
ピストン下面の開口部から受けたエンジンオイルはオイル供給路２７を通ってピン穴２３に供給されピン穴２３に嵌まるピン２６周囲の潤滑が行われる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３５５７２８号公報（第５頁、図５及び図６）
【特許文献２】
特開平９−１２６０５０号公報（第３頁、図４）
【特許文献３】
特開平４−１３４１７１号公報
【特許文献４】
実開昭６３−３５６０号公報
【特許文献５】
実開平２−７２３４９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した従来のものでは次のような、解決すべき課題がある。
【００１３】
すなわち、ピストンの往復運動によって方向が変化し、交互に高面圧が作用するピン周辺に十分なエンジンオイルを供給するためには、この部分にエンジンオイルを圧送する必要がある。すなわち、ピン孔内の狭いクリアランスにエンジンオイルを導入するには高圧でこれを供給する必要がある。
【００１４】
特許文献１に示すものでは、オイル供給口がオイルリング溝２１の底部に開口しているために、シリンダ面のエンジンオイルはオイルリングに邪魔されて十分に供給されない虞れがある。このため、適切なオイル圧が得られず所望の潤滑がなされないことがある。
【００１５】
一方、特許文献２に示すものでは、ピストンに向けてエンジンオイルを噴射するオイル噴射ノズルを設けた装置を使用するため、コスト高となるのは避けられない。
【００１６】
また、オイルジェットによる噴射によってオイルに圧力が付与されるものの、ピストン下面の開口部に接触するオイルの圧力は、一旦空間に噴射されるために僅かであり、上述のように高面圧でエンジンオイルの供給条件の厳しいピン周囲に供給し、潤滑を行うには不十分である。
【００１７】
本発明はかかる従来の問題点を解決するためになされたもので、簡単な構造で、比較的高い圧力でエンジンオイルをピン穴に供給することができるようにした内燃機関用ピストンを提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関用ピストン前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。
【００１９】
すなわち、ピストンヘッドと、コンロッドと連結すべきピン穴とを備えた内燃機関用ピストンにおいて、
ピストン側面に、周方向に沿ってオイル溜め用凹部を形成するとともに、このオイル溜め用凹部と前記ピン孔とを連通するオイル供給路を形成し、オイル溜め用凹部から送られるエンジンオイルをピン孔内面に供給することを特徴とする。
【００２０】
本発明では、ピストンが作動する際、シリンダ壁面はシリンダボアに押圧されてスラスト力が発生し、このスラスト力でピストン表面のエンジンオイルは、オイル溜め用凹部に圧力を伴って集中する。このときオイルに付与される圧力は、オイル供給路からピン穴へ至るように作用することとなり、エンジンオイルはオイル溜め用凹部からピン孔に圧送される。この場合に適切なオイル圧力が得られるのは、ピストンの下降時にオイル掻きで生じた圧力がオイル溜め用凹部全体に加わり、その圧力がさらにオイル供給路に伝わるためであり、その結果、適切なエンジンオイルの供給量と圧力が確保できる。
【００２１】
前記オイル溜め用凹部は、ピストンとシリンダとが密着した状態において、独立した空間となるよう複数個形成してもよい。また、オイル供給路は複数の経路を形成してもよい。
【００２２】
なお、前記オイル供給路は、オイル溜め用凹部からピン穴に至るにしたがって、ピストン下端方向に傾斜させることが好ましい。このような傾斜を設けることで、エンジンオイルの自重によっても圧力が補助される。また、エンジン停止時にはオイル供給路内のエンジンオイルの全量がピン穴側に供給されるため、エンジン始動時に十分な潤滑を与えることができるよう作用する。
【００２３】
また、ピンボス部に接してピストンを横切る方向にサイドウォールを設け、オイル供給路を前記オイル溜め用凹部から、前記サイドウォール内を貫通して前記ピンボス部に形成したピン孔に至るように設けることができる。
【００２４】
前記サイドウォールは所定の間隔をおいて少なくとも二つ設けることができ、その場合は、それぞれのサイドウォール内を貫通するオイル供給路をそれぞれ設けることができる。
【００２５】
通常、ピストンのヘッド側は、ピストンヘッド、ピストンリング溝、サイドウォール、ピンボス部等によって支持されているので、その肉厚が比較的厚くなり、強度が高くなってしまうためスラスト力に対して変形しにくい。その結果、焼き付きが発生し易いものとなる。
【００２６】
本発明では、オイル溜め用凹部、オイル供給路等の形成によって比較的強度が低下して適度な変形が可能となるので、シリンダボアの変形に応じた柔軟な動きができる。したがって焼き付きが発生しにくくなり、ピストン全体の軽量化と冷却性の向上にもつながる。
【００２７】
さらに、前記ピン穴の内周面にサイドリリーフ溝を形成し、このサイドリリーフ溝内に前記オイル供給路を開口させた構成とすることができる。
【００２８】
サイドリリーフ溝は、通常、応力が極めて高いピン穴において応力を分散するために設けられる溝であって、例えばピン穴の頂点に対して２０度程度離れた位置に形成されるものである。このようにサイドリリーフ溝内にオイル供給路を開口させることで、強い応力に妨げられることなくエンジンオイルの供給が可能になるとともに、オイル溜めとしての機能も得られるため安定したエンジンオイルによる潤滑が可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関用ピストンを図１から図３に示される実施形態について更に詳細に説明する。
【００３０】
ピストン１は、図外の内燃機関のシリンダ内に挿入され、燃焼室を画するピストンヘッド部６と、ピストンピンボス１０が設けられた基部８と、この基部８の外周を覆い、ピストンリング取付け溝８と、その下部のスカート部２が一体となったピストン外周部９とを備えている。
【００３１】
ピストン１の側面上部には、通常、計三カ所のピストンリング取付け溝８が形成されているとともに、その下方にはスカート部９が形成されている。ピストンリング取付け溝８のうち上の２つはコンプレッションリング用であり、最下の１つがオイルリング用となっている。
【００３２】
図示のピストン１はいわゆる円柱状の形状ではなく、軽量化とフリクションロスの低減を図るために、相対的に側圧が小さくなるようにピストンピン軸方向のスカート部９を切り欠いた形状としたものである。
【００３３】
図１は、ピストンのスラスト側を示しており、上述したように切り欠きを設けたことから幅が狭くなったスカート部９が、図面において手前側と向こう側（反対側）に位置している。また、ピストンヘッド６の裏面にはピンボス７が形成されており、このピンボス７にはコンロッド（図示しない）に接続するためのピン穴２が形成されている。
【００３４】
ピストンリング取付け溝８とスカート部９の下部との間、すなわち、スカートの摺動面の高さ方向のほぼ中央部には、スカート部９の円周方向に沿ったオイル溜め用凹部３が形成されている。このオイル溜め用凹部３は、図２に示すように断面が長方形のいわゆる［コ］字の凹部となっている。このオイル溜め用凹部３を設けることで、スカート部９の摺動面の面積を減少させフリクションを低減させることができる。
【００３５】
図１に示すピストンでは、対向するスカート部９を内側から連結するようにサイドウォール１０が形成されている。サイドウォール１０は、ピストンを横切るようにスカート部９と交わる方向に平行に設けられ、これらのサイドウォール１０には、それぞれピンボス７、７が形成されており、このピンボス７の各々には、コンロッド（図示しない）に接続するためのピン穴２が形成されている。ピン穴２には図示しないピストンピンが挿入され、ピストン１とコンロッド（図示せず）とが接続されるようになっている。
【００３６】
ピストン１の側面、すなわちスカート部９にはその円周方向と平行なエンジンオイル溜め用凹部３が形成されている。このエンジンオイル溜め用凹部３は図１に示すように長溝に形成されており、スカート部９の左右端に開口しない形状となっている。
【００３７】
そして、このエンジンオイル溜め用凹部３の左右端にピン穴２内面へ連通するエンジンオイル供給路４が形成されている。このエンジンオイル供給路４は、サイドウォール１０内をピン穴２まで貫通するようにしてそれぞれ設けられ、エンジンオイル溜め用凹部３から水平に延長されてピン穴２の頂上付近に開口させてある。これらのエンジンオイル供給路４は、図２に示すように計４本設けられている。
【００３８】
このような構成においてピストン１を作動させると、シリンダ壁面のエンジンオイルはエンジンオイル溜め用凹部３に圧力を伴って集中するが、このときエンジンオイル供給路４からオイルに付与された圧力がピン穴２へ抜けることとなり、エンジンオイルがオイル供給路４を介してピン穴２に圧送される。
【００３９】
さらに前記した構成とすることで、ピストン１の柔軟性が向上してシリンダとの整合性が向上する効果がある。すなわち、一般にスカート部９はピストンヘッドやサイドウォール１０に支持されているため、その肉厚が厚くなり強度が高くなる。このためスラスト力に対する柔軟性に欠け、焼き付きが発生する原因になっていた。
【００４０】
しかし、本発明のようにエンジンオイル溜め用凹部３やエンジンオイル供給路４を形成することで、この部分の柔軟性が向上に適度な変形を許容することができるようになる。つまり、スカートプロファイルの追随性が向上してシリンダ（ボア）の変形に対しても抵抗なく作動させることができるようになる。このようにピストンの軽量化や冷却性の向上にもつながるという相乗効果が期待できる。
【００４１】
なお、図３に示す実施態様では、前記エンジンオイル供給路４をエンジンオイル溜め用凹部３からピン穴２に至るにしたがってピストン下端方向に傾斜するよう形成した。
【００４２】
このような傾斜を設けることで、エンジンオイルの自重で圧力が補助されるので、エンジンオイルがピン穴２に供給されやすくなる。
【００４３】
さらに、エンジン停止時にはエンジンオイル供給路４内に残留したエンジンオイルがピン穴２側に落ちるため、最も潤滑が重要なエンジン始動時に十分な潤滑を与えることができる。
【００４４】
また、図３の実施態様では、前記ピン穴２の内周面にサイドリリーフ溝５を形成し、このサイドリリーフ溝５内に前記エンジンオイル供給路４を開口させてある。サイドリリーフ溝５は応力が極めて高いピン穴２において応力を分散するために設けられる溝であって、サイドリリーフ溝５内にエンジンオイル供給路４を開口させることで、供給されたエンジンオイルを一旦溜めるエンジンオイル溜めとしての機能も得られる他、強い応力に妨げられることなくエンジンオイルを供給することが可能になる。
【００４５】
以上述べたように、ピン穴２への潤滑が確実に行えるため、ピン穴２やこれに接するピンの摩耗が防止できるとともに、摩擦の低減、スカッフの防止、及び温度上昇の抑制を図ることができる。また、ピストン１の首振り運動もスムーズになるため、シリンダの偏摩耗や焼き付きなども防止できる。これにより燃費の低減と機関寿命の延長が図られる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、シリンダ壁面のエンジンオイルをエンジンオイル溜め用凹部に圧力を伴って集中させ、エンジンオイル供給路から圧力がピン穴へ抜けるように構成したので、高い圧力でエンジンオイルをピン穴に供給することができる。
【００４７】
また、エンジンオイル供給路を傾斜させた構成とした場合には、ピン穴へのエンジンオイル供給をさらに確実なものとすることができる。
【００４８】
そして、ピン穴に設けたサイドリリーフ溝内にエンジンオイルを供給する構成とした場合には、エンジンオイルの安定供給が可能となる。
【００４９】
このため、ピン穴周辺部品の摩耗やフリクションロスの低減を図ることができ、燃費や性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である内燃機関用ピストンの側面図である。
【図２】本発明の一実施形態である内燃機関用ピストンの底面図である。
【図３】本発明の他の実施形態である内燃機関用ピストンを要部を示す断面図である。
【図４】従来の内燃機関用ピストンを示す断面図である。
【図５】従来の内燃機関用ピストンを示す底面図である。
【図６】従来の他の例の内燃機関用ピストンを示す断面図である。
【符号の説明】
１ピストン
２ピン穴
３エンジンオイル溜め用凹部
４エンジンオイル供給路
５サイドリリーフ溝
６ピストンヘッド
７ピンボス
８ピストンリング取り付け溝
９スカート部
１０サイドウォール

Claims

ピストンとコンロッドとを連結すべきピンが挿通するピン穴とを備えた内燃機関用ピストンにおいて、
ピストン側面に、周方向に沿ってオイル溜め用凹部を形成するとともに、このオイル溜め用凹部と前記ピン孔とを連通するオイル供給路を形成し、ピストンの移動に伴って前記オイル溜め用凹部内のエンジンオイルを前記ピン孔内面に供給することを特徴とする内燃機関用ピストン。
ピンボス部に接してピストンを横切る方向にサイドウォールを設け、オイル供給路を前記オイル溜め用凹部から、前記サイドウォール内を通過して前記ピンボス部に形成したピン孔に至るように設けた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。
前記オイル供給路はオイル溜め用凹部からピン孔に向かうにしたがって、前記ピストンヘッドと逆方向に向かって傾斜し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。
前記ピン穴の内周面にサイドリリーフ溝を形成し、このサイドリリーフ溝内に前記オイル供給路を開口させたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。