JP2005220835A - Piston lubricating device for two-cycle internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二サイクルの内燃機関において、そのシリンダ内を往復動するピストンに対して潤滑油を供給するための潤滑装置に関するものである。 The present invention relates to a lubrication apparatus for supplying lubricating oil to a piston that reciprocates in a cylinder in a two-cycle internal combustion engine.
一般に、二サイクルの内燃機関には、従来から良く知られているように、シリンダ内における掃気を、その内側面に開口する掃気ポートからシリンダの頂部における排気ポートに向かう掃気流にて行うようにしたいわゆるユニフロー型と、シリンダ内における掃気を、その内側面に開口する掃気ポートからシリンダ内の頂部に向かったのち同じくシリンダの内側面に開口する排気ポートに向かって流れる掃気流にて行うようにしたループ又は横断流型とが存在し、前者では、シリンダの内側面に開口する掃気ポートを、ピストンが下死点近傍に来たときにおいて開くという構成であり、後者では、シリンダの内側面に開口する掃気ポート及び排気ポートの両方を、ピストンが下死点近傍に来たときにおいて開くという構成である。 Generally, in a two-cycle internal combustion engine, as well known in the art, scavenging in a cylinder is performed by a scavenging air flow from a scavenging port that opens to the inner surface to an exhaust port at the top of the cylinder. The so-called uniflow type and the scavenging in the cylinder are carried out by a scavenging airflow that flows from the scavenging port that opens to the inner surface to the top of the cylinder and then flows to the exhaust port that also opens to the inner surface of the cylinder. In the former, the scavenging port that opens to the inner surface of the cylinder is opened when the piston comes near the bottom dead center, and in the latter, the inner surface of the cylinder Both the scavenging port and the exhaust port that open are configured to open when the piston comes near the bottom dead center.
従って、この種の二サイクル内燃機関において、そのピストンの外周面に対して潤滑油を供給するに際しては、この潤滑油が、当該ピストンの往復動にて開閉する前記掃気ポート、又は掃気ポート及び排気ポート側に流失しないように構成しなければならない。 Therefore, in this type of two-cycle internal combustion engine, when supplying lubricating oil to the outer peripheral surface of the piston, the lubricating oil opens or closes by the reciprocating motion of the piston, or the scavenging port and the exhaust. It must be configured so that it does not flow out to the port side.
一方、先行技術としての特許文献1は、前記ピストンの内部に設けたポンプ室内に、当該ピストンが上昇動から下降動に移行するときに慣性にて上昇動し、当該ピストンが下降動から上昇動に移行するときに慣性にて下降動するポンプピストンを挿入し、このポンプピストンの下降動のときに前記ポンプ室に吸引した潤滑油を、前記ポンプピストンの上昇動のときに、前記ポンプ室から前記ピストンの外周面に向かって押し出すことにより、前記ピストン外周面の潤滑を行うようにした潤滑装置を提案している。
前記した先行技術の潤滑装置は、ピストンに対する潤滑油の供給を、当該ピストンが上死点から下死点に向かって下降動するときにおいて行うものであることにより、これを前記した二サイクル内燃機関におけるピストンに適用した場合に、ピストンに対する潤滑油の供給を、当該ピストンにて掃気ポート又は掃気ポート及び排気ポートを閉じている状態において行うことができるものと考えられる。 The above-described prior art lubricating device performs the supply of lubricating oil to the piston when the piston moves downward from the top dead center toward the bottom dead center. When applied to the piston, the supply of lubricating oil to the piston can be performed in a state where the scavenging port or the scavenging port and the exhaust port are closed by the piston.
ところで、二サイクル内燃機関において、ピストンの外周における潤滑油が最も少なくなる時期は、ピストンがシリンダ頂部に向かう圧縮工程のうち、当該ピストン頂部に位置するトップピストンリング群が前記掃気ポート及び排気ポートを通過した直後の時期である(この時期においては、前記トップピストンリング群が前記掃気ポート又は排気ポートを通過するときに潤滑油を前記掃気ポート及び排気ポート内に掻き落とすので潤滑油が最も少なくなる)。 By the way, in the two-cycle internal combustion engine, when the lubricating oil on the outer periphery of the piston becomes the least, the top piston ring group located at the top of the piston moves the scavenging port and the exhaust port during the compression process in which the piston moves toward the top of the cylinder. It is the time immediately after passing (in this time, the lubricating oil is minimized because the top piston ring group scrapes the lubricating oil into the scavenging port and the exhaust port when passing through the scavenging port or the exhaust port. ).
しかし、前記した先行技術の潤滑装置において、前記ピストンの外周面に対する潤滑油の供給は、当該ピストンの往復動の慣性にて前記ポンプピストンが作動するときにおいて行われるものの、前記ポンプピストンが前記ピストンの往復動のうちその往復動の慣性にて作動するときの時期、潤滑油の供給を行う時期は、ピストンにおける往復動のうち略上死点の付近に限られるから、潤滑油を供給する時期を、前記したように、潤滑油が最も少なくなる時期、つまり、前記ピストン頂部に位置するトップピストンリング群がピストンのシリンダ頂部に向かう圧縮工程のうち掃気ポート又は排気ポートを通過した直後の時期に設定することができない。 However, in the above-described prior art lubrication apparatus, the supply of the lubricating oil to the outer peripheral surface of the piston is performed when the pump piston is operated by the reciprocating inertia of the piston, but the pump piston is the piston. Of the reciprocating motion of the piston, the timing of supplying the lubricating oil is limited to the vicinity of the top dead center of the reciprocating motion of the piston. As described above, at the time when the lubricating oil is least, that is, the time immediately after the top piston ring group located at the top of the piston passes through the scavenging port or the exhaust port in the compression step toward the cylinder top of the piston. Cannot be set.
つまり、前記先行技術の潤滑装置を、二サイクル内燃機関に適用した場合には、ピストンに対して潤滑油を確実に且つ的確に供給することができないとう問題がある。 In other words, when the prior art lubrication device is applied to a two-cycle internal combustion engine, there is a problem that the lubricating oil cannot be reliably and accurately supplied to the piston.
しかも、前記した先行技術の潤滑装置は、往復動するピストンの内部に、ポンプ室と、ポンプピストンと、吸入用逆止弁と吐出用逆止弁とを組み込まなければならないから、ピストンの重量が増大し、内燃機関における重量のアップ及び動力損失を増大を招来するばかりか、構造が極めて複雑になり、価格の大幅なアップを招来するという問題もある。 In addition, the above-described prior art lubrication apparatus has to incorporate a pump chamber, a pump piston, a suction check valve, and a discharge check valve inside the reciprocating piston. In addition to increasing the weight and power loss in the internal combustion engine, there is a problem that the structure becomes extremely complicated and the price is greatly increased.
本発明は、こられの問題を解消したピストン潤滑装置を提供することを技術的課題とするものである。 It is a technical object of the present invention to provide a piston lubricating device that solves these problems.
この技術的課題を達成するため本発明の請求項1は、
「シリンダの内側面に開口する掃気ポート又は排気ポートを、クランク軸に連動して前記シリンダ内を往復動するピストンにて開閉するようにして成り、更に、潤滑油ポンプを備えて成る二サイクル内燃機関において、
前記ピストンの内部に、当該ピストンの外周面のうち当該ピストン頂部に位置するトップピストンリング群の部位に潤滑油吐出口を有する潤滑油吐出通路を設ける一方、前記ピストンにおけるピストンピンと前記クランク軸とを連結するコンロッドに、前記クランク軸の内部に前記潤滑油ポンプに連通するように設けられている潤滑油供給通路と、前記潤滑油吐出通路とを連通する潤滑油通路を設けて、前記潤滑油ポンプから前記潤滑油吐出口に至る潤滑油経路を形成し、この潤滑油経路の途中に、前記ピストンの往復動に連動して、当該ピストンがシリンダ頂部に向かう圧縮工程のうち、少なくとも、前記潤滑油吐出口が前記掃気ポート又は排気ポートを通過した直後の時期において当該潤滑油経路を連通するように切り換える手段を設けた。」
ことを特徴としている。
In order to achieve this technical problem,
“A two-cycle internal combustion engine that has a scavenging port or an exhaust port that opens on the inner surface of the cylinder is opened and closed by a piston that reciprocates in the cylinder in conjunction with the crankshaft, and further includes a lubricating oil pump. In the institution
Inside the piston, a lubricating oil discharge passage having a lubricating oil discharge port is provided in a portion of a top piston ring group located at the top of the piston on the outer peripheral surface of the piston, while a piston pin and the crankshaft in the piston are provided. A lubricating oil passage that communicates the lubricating oil supply passage and the lubricating oil discharge passage provided in the crankshaft so as to communicate with the lubricating oil pump is provided in the connecting rod to be connected, and the lubricating oil pump is provided. A lubricating oil path extending from the lubricating oil discharge port to the lubricating oil discharge port, and in the middle of the lubricating oil path, in conjunction with the reciprocating movement of the piston, at least the lubricating oil in the compression step toward the cylinder top. Provided means for switching so that the lubricating oil passage is communicated immediately after the discharge port passes the scavenging port or the exhaust port . "
It is characterized by that.
また、本発明の請求項2は、
「前記請求項1の記載において、前記潤滑油経路の連通への切り換えを、前記コンロッドのうちクランク軸側の大端部がクランク軸に対して回転する箇所、又は、前記コンロッドのうちピストンピン側の小端部がピストンピンに対して回転する箇所において行うように構成した。」
ことを特徴としている。
Further,
“In the description of
It is characterized by that.
前記した請求項1に記載した構成にすることにより、一般の内燃機関において設けられているコンロッドにおける潤滑油通路及びクランク軸における潤滑油供給通路を利用して、ピストンの外周面に対して潤滑油を潤滑油吐出口から供給することができる一方、この潤滑油供給の時期を、前記ピストンの往復動に連動する切り換え手段によって、ピストンがシリンダ頂部に向かう圧縮工程のうち、少なくとも、前記潤滑油吐出口が前記掃気ポート又は排気ポートを通過した直後の時期、つまり、ピストンの外周面における潤滑油が最も少なくなる時期に確実に限定できるから、ピストンに対して潤滑油を、当該潤滑油の掃気ポート又は排気ポート側への直接的な流出を僅少にできる状態のもとで確実に且つ的確に供給することが、一般の内燃機関において設けられている潤滑油通路を利用して極く簡単な構成にて確実に達成できる。
With the configuration described in
また、請求項2に記載した構成によると、前記潤滑油経路における連通への切り換えを、コンロッドのうちクランク軸側の大端部がクランク軸に対して回転すること、又は、前記コンロッドのうちピストンピン側の小端部がピストンピンに対して回転することで行うことができるから、構造をより簡単化できる利点がある。
According to the configuration described in
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び図2は、ユニフロー型の二サイクル内燃機関に適用した場合を示す。 1 and 2 show a case where the present invention is applied to a uniflow type two-cycle internal combustion engine.
この図において、符号1は、シリンダ2を備え、且つ、クランク軸3を軸支して成るシリンダブロックを、符号4は、前記シリンダブロック1の上面に、前記シリンダ2の頂部を塞ぐように締結したシリンダヘッドを各々示す。
In this figure,
前記シリンダブロック1におけるシリンダ2内には、頂部に二つのトップピストンリング5a,5bを、下部に少なくとも一つのボトムピストンリング5cを備えたピストン5が往復動自在に挿入され、このピストン5と、前記クランク軸3とは、コンロッド6を介して、クランク軸3の回転に連動してピストン5がクランク軸3の一回転で一回往復動するように連結されている。
In the
この場合において、前記コンロッド6における大端部6aは、前記クランク軸3におけるクランクピン軸3aに回転自在に被嵌される一方、前記コンロッド6における小端部6bは、前記ピストン5における中空状のピストンピン7に回転自在に被嵌している。
In this case, the
前記シリンダブロック1には、前記シリンダ2内におけるピストン5が、図3に示すように、クランク角度で上死点(TDC)から下死点(BDC)手前における130°のA点から下死点を越えて230°のB点までの区間においてシリンダ2に開口することにより、シリンダ2内に掃気ポンプ(図示せず)にて圧縮した新規の給気を吹き込むようにした掃気ポート8が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
前記シリンダヘッド4には、前記シリンダ2内からの二つの排気ポート9が設けられ、この各排気ポート9のシリンダ2内への開口部には、前記クランク軸3の回転に連動して、前記掃気ポート8が開いている区間と略同じ区間において開くようにした排気弁10が設けられている。
The
前記クランク軸3の内部には、このクランク軸3からの回転伝達にて駆動される潤滑油ポンプ(図示せず)、また、モータ等にて回転駆動される潤滑油ポンプ(図示せず)にて圧力を高めた潤滑油が供給される潤滑油供給通路11が設けられ、また、このクランク軸3におけるクランクピン軸3aには、前記潤滑油供給通路11内の潤滑油を、当該クランクピン軸3aのうち前記コンロッド6の大端部6aとの回転摺動部分に導くためのオイルポート12が設けられている。
Inside the
前記ピストン5には、当該ピストン5における外周面のうち前記二つのトップピストンリング5a,5bの間の部位、又はこの二つのトップピストンリング5a,5bのうち下側に位置するトップピストンリング5bの下側に隣接する部分に複数個の潤滑油吐出口13aを有する潤滑油吐出通路13を設ける。
The
前記コンロッド6の内部にその長手方向に延びるように設けた潤滑油通路14のうち小端部6b側の一端を、前記中空状ピストンピン7の内部を介して前記各潤滑油吐出通路13に連通する一方、前記コンロッド6における潤滑油通路14のうち大端部6a側の一端を、前記クランクピン軸3aにおけるオイルポート12に、以下に述べるように、前記クランク軸3の一回転中に少なくとも一回だけ連通するように構成する。
One end on the
すなわち、前記オイルポート12が前記潤滑油通路14に対して、前記ピストン3がシリンダ頂部に向かう圧縮工程のうち、例えば、図3に示すように、クランク角度で前記掃気ポート8が閉じるB点(230°)を越えた235°のC点において、比較的小さいクランク角度Δθの区間だけ連通するというように、前記オイルポート12の前記潤滑油通路14に対する連通を、前記潤滑油吐出口13aが前記掃気ポート8を通過した直後の時期において比較的小さいクランク角度Δθの区間だけ行い、これに以外の区間においては、前記オイルポート12を前記潤滑油通路14に対して非連通となるように切り換える構成にする。
That is, in the compression process in which the
この構成において、潤滑油ポンプからクランク軸3における潤滑油供給通路11内に供給された潤滑油は、クランクピン軸3aのうち前記コンロッド6の大端部6aとの回転摺動部分、つまり、軸受けメタルにオイルポート12より供給される。
In this configuration, the lubricating oil supplied from the lubricating oil pump into the lubricating
そして、前記クランク軸3における一回転に伴うピストン3の圧縮工程のうち、前記ピストン5における潤滑油吐出口13aが、前記掃気ポート8を通過した直後の時期において、前記オイルポート12が前記コンロッド6における潤滑油通路14に対して、比較的小さいクランク角度Δθの区間だけ連通することにより、前記潤滑油供給通路11内における潤滑油が、前記オイルポート12及び前記潤滑油通路14を介して前記潤滑油吐出通路13に送られ、この潤滑油吐出通路13における潤滑油吐出口13aから前記ピストン5における外周面に供給される。
In the compression process of the
すなわち、ピストン5の外周面に対する潤滑油の供給を、当該ピストン5がシリンダ頂部に向かう圧縮工程のうち、少なくとも、このピストン5に設けた潤滑油吐出口13aがが前記掃気ポート8を通過した直後の時期、つまり、前記ピストン5の外周面における潤滑油が最も少なくなる時期に確実に限定できるから、前記ピストン5に対して潤滑油を、当該潤滑油の掃気ポート8への直接的な流出を僅少にした状態のもとで確実に且つ的確に供給することができる。
That is, supply of lubricating oil to the outer peripheral surface of the
この場合、前記潤滑油吐出口13aからの潤滑油の供給は、前記したように、比較的小さいクランク角度Δθの区間において行うが、この潤滑油の供給は、遅くとも、クランク角度で270°までの間において完了するように構成することが好ましい、つまり、前記270°を越えて潤滑油の供給を行うと、潤滑油をシリンダ内頂部に持ち上がることが多くなるから、前記潤滑油の供給は、前記270°を越えないようにすべきである。また、前記潤滑油を供給する区間であるΔθは、10〜20°にすることが好ましい。
In this case, the supply of the lubricating oil from the lubricating
なお、前記クランクピン軸3aにオイルポート12を穿設加工することを容易にすることのため、及び、前記クランクピン軸3aにおける軸受けメタルに対する潤滑性を確保するためには、図1に二点鎖線で示すように、クランクピン軸3aに、前記一つのオイルポート12とは別のオイルポート12aが、前記一つのオイルポート12とで前記クランクピン軸3aを軸線と直角方向に貫通するように穿設することが好ましい。
In order to facilitate the drilling of the
このように、クランクピン軸3aに二つのオイルポート12,12aを穿設するという構成にした場合、前記コンロッド6における潤滑油通路14には、クランク軸3の一回転中に二回にわたってオイルポート12,12aが連通することになるから、この場合には、潤滑油の供給は、クランク軸3の一回転中のうちクランク角度で前記したC点の235°の時期と、C′点の55°の時期との二回にわたって行われるが、前記C′点の時期では、前記ピストン3における潤滑油吐出口13aは、前記掃気ポート8よりもシリンダ頂部側に位置しているので、この潤滑油吐出口13aからの供給される潤滑油は、直接的に前記掃気ポート8に流出することはない。
When the two
要するに、本発明においては、前記クランク軸3の一回転のうち、少なくとも、前記ピストン2のシリンダ頂部に向かう圧縮工程で潤滑油吐出口13aが前記掃気ポート8を通過した直後の時期において、当該クランク軸3におけるオイルポートが前記コンロッド6における潤滑油通路14に連通するように構成することにより、所定の目的を達成することができる。
In short, in the present invention, at least at the time immediately after the lubricating
なお、前記した実施の形態は、ユニフロー型の二サイクル内燃機関に適用した場合であったが、本発明は、これに限らず、シリンダ内における掃気を、その内側面に開口する掃気ポートからシリンダ内の頂部に向かったのち同じくシリンダの内側面に開口する排気ポートに向かって流れる掃気流にて行うようにしたループ又は横断流型の二サイクル内燃機関に対しても、前記オイルポート12が潤滑油通路14に連通する時期を、前記ピストン5がシリンダ頂部に向かう圧縮工程のうち、少なくとも、前記潤滑油吐出口13aが前記掃気ポート8及び排気ポートを通過した直後の時期に設定するという構成にすることにより同様に適用できる。
The above-described embodiment has been applied to a uniflow type two-cycle internal combustion engine. However, the present invention is not limited to this, and scavenging in a cylinder is performed from a scavenging port that opens to the inner surface of the cylinder. The
また、前記実施の形態は、クランクピン軸3aに対してコンロッド6における大端部6aが回転することを利用して、前記した連通及び非連通の切り換えを行うにように構成した場合であったが、これに代えて、前記ピストン5におけるピストンピン7を、ピストン5に対して回転不能にして、このピストンピン7に対してコンロッド6における小端部6bを回転するようにして、このコンロッド6における小端部6bのピストンピン7に対する回転によって、前記した連通及び非連通の切り換えを行うように構成しても良く、また、前記ピストンの往復動に連動して開閉する電磁弁にて前記の切り換えを行うように構成でそる。
Further, the above-described embodiment is a case where the above-described switching between communication and non-communication is performed by utilizing the rotation of the
更にまた、潤滑油ポンプから前記ピストン5における潤滑油吐出口13aに至る潤滑油経路における途中の部分、例えば、前記コンロッド6における潤滑油通路14の部分に、前記潤滑油吐出口13aへの方向にのみ開くようにした逆止弁15を設けることにより、ピストン5に対する潤滑油供給の確実性を向上できる。
Furthermore, in the middle of the lubricating oil path from the lubricating oil pump to the lubricating
2 シリンダ
3 クランク軸
3a クランクピン軸
5 ピストン
6 コンロッド
7 ピストンピン
8 掃気ポート
11 潤滑油供給通路
12 オイルポート
13 潤滑油吐出通路
13a 潤滑油吐出口
14 潤滑油通路
15 逆止弁
2
Claims (2)
前記ピストンの内部に、当該ピストンの外周面のうち当該ピストン頂部に位置するトップピストンリング群の部位に潤滑油吐出口を有する潤滑油吐出通路を設ける一方、前記ピストンにおけるピストンピンと前記クランク軸とを連結するコンロッドに、前記クランク軸の内部に前記潤滑油ポンプに連通するように設けられている潤滑油供給通路と、前記潤滑油吐出通路とを連通する潤滑油通路を設けて、前記潤滑油ポンプから前記潤滑油吐出口に至る潤滑油経路を形成し、この潤滑油経路の途中に、前記ピストンの往復動に連動して、当該ピストンがシリンダ頂部に向かう圧縮工程のうち、少なくとも、前記潤滑油吐出口が前記掃気ポート又は排気ポートを通過した直後の時期において当該潤滑油経路を連通するように切り換える手段を設けたことを特徴とする二サイクル内燃機関におけるピストン潤滑装置。 A two-cycle internal combustion engine comprising a scavenging port or an exhaust port that opens on the inner surface of a cylinder, which is opened and closed by a piston that reciprocates in the cylinder in conjunction with a crankshaft, and further includes a lubricating oil pump In
Inside the piston, a lubricating oil discharge passage having a lubricating oil discharge port is provided in a portion of a top piston ring group located at the top of the piston on the outer peripheral surface of the piston, while a piston pin and the crankshaft in the piston are provided. A lubricating oil passage that communicates the lubricating oil supply passage and the lubricating oil discharge passage provided in the crankshaft so as to communicate with the lubricating oil pump is provided in the connecting rod to be connected, and the lubricating oil pump is provided. A lubricating oil path extending from the lubricating oil discharge port to the lubricating oil discharge port, and in the middle of the lubricating oil path, in conjunction with the reciprocating movement of the piston, at least the lubricating oil in the compression step toward the cylinder top. Provided means for switching so that the lubricating oil passage is communicated immediately after the discharge port passes the scavenging port or the exhaust port Piston lubrication system in a two-cycle internal combustion engine, characterized in that.
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CN103628945A (en) * | 2013-11-04 | 2014-03-12 | 北京理工大学 | Differential pressure type lubricating device for free piston type internal combustion engine generator |
CN114483354A (en) * | 2021-12-28 | 2022-05-13 | 西华大学 | Auxiliary device and method for improving fuel atomization capability of two-stroke engine |
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