JP2006194109A - Piston structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン停止時に、シリンダ内において、ピストンピンを支点とする回動方向の一方側に傾倒するピストン本体を具備するピストン構造に関する。 The present invention relates to a piston structure including a piston body that tilts to one side in a rotational direction with a piston pin as a fulcrum in a cylinder when the engine is stopped.
近年、ピストン、例えばガソリンエンジン用のピストンは、ピストンの該ピストンが配設されるシリンダのボアに対するフリクションを低減する目的で、軽量化及び薄型化が要求される傾向にある。 In recent years, pistons, such as pistons for gasoline engines, tend to be required to be lighter and thinner for the purpose of reducing the friction of the piston with respect to the bore of the cylinder in which the piston is disposed.
しかしながら、エンジンの冷態始動時は、ピストンと、シリンダボアとの間の間隙が大きいことから、ピストンを軽量化及び薄型化すると、ピストンが上死点付近に移動した際、燃焼時に作用する荷重により、ピストンは、ピストンピンを支点として回動する方向(以下、スラスト方向、反スラスト方向と称す)に、通常よりも大きく揺動するため、スカート部がシリンダボアに激しく衝突してしまう。 However, when the engine is cold started, the gap between the piston and the cylinder bore is large, so if the piston is reduced in weight and thickness, when the piston moves near top dead center, The piston swings larger than usual in the direction of rotation with the piston pin as a fulcrum (hereinafter referred to as the thrust direction and the anti-thrust direction), and the skirt portion violently collides with the cylinder bore.
その結果、ピストンスカート部のシリンダボアに対する衝突音が大きくなってしまい、該衝突音が異音となり運転者が不快を感じてしまうといった問題があった。 As a result, there is a problem that the collision noise of the piston skirt portion with respect to the cylinder bore increases, and the collision noise becomes abnormal and the driver feels uncomfortable.
このような問題に鑑み、ピストンがピストンピンを支点としてスラスト方向に回転する力を受ける場合は、ピストンを固定するピストンピンの中心を、スラスト方向側に偏心(オフセット)して、ピストンのスラスト方向側のスカート部をエンジン停止時にシリンダボアに接触させておくことが一般に行われている。 In view of such problems, when the piston receives a force that rotates in the thrust direction with the piston pin as a fulcrum, the center of the piston pin that fixes the piston is decentered (offset) in the thrust direction, and the thrust direction of the piston Generally, the side skirt is kept in contact with the cylinder bore when the engine is stopped.
このように、ピストンピンの中心をスラスト方向側にオフセットすることで、エンジン冷態始動の際のスラスト側のピストンのスカート部のシリンダボアに対する衝突を緩やかにし、異音を低減することができる。 In this way, by offsetting the center of the piston pin toward the thrust direction, the collision of the skirt portion of the piston on the thrust side with the cylinder bore at the time of engine cold start can be moderated and noise can be reduced.
また、例えば特許文献1には、ピストンがピストンピンを支点としてスラスト方向に回転する力を受ける場合は、ピストンピンを支持するピンボス部に、反スラスト方向のみに延出する顎部を形成し、ピストンの重心を反スラスト側にずらすことにより、ピストンのスラスト側のスカート部をエンジン停止時にシリンダボアに接触させておく技術の提案がなされている。
Further, for example, in
このように、反スラスト側に延出する顎部を設けることにより、エンジン冷態始動の際のスラスト側のピストンのスカート部のシリンダボアに対する衝突を、ピストンピンのオフセットよりも緩やかにし、効果的に異音を低減することができる。
しかしながら、特許文献1では、エンジンの暖機が終了し、ピストンが膨張してピストンと、シリンダライナとの間の間隙が小さくなってからでも、ピストンは、常に反スラスト側に傾いていることから、スラスト側のピストンのスカート部と、シリンダボアとの間に、側圧によるフリクションが発生してしまい、燃費が低減してしまうといった問題があった。
However, in
本発明の目的は、上記問題に鑑みてなされたものであり、エンジン冷態始動の際のピストンのシリンダボアへの衝突に起因する異音の発生を防止でき、さらにエンジン暖機後は、ピストンとシリンダボアとの間のフリクションを低減することにより、フリクションに起因する燃費の低下を防止することができるピストン構造を提供することである。 The object of the present invention has been made in view of the above problems, and can prevent the generation of abnormal noise caused by the collision of the piston with the cylinder bore during the cold start of the engine. It is an object of the present invention to provide a piston structure that can prevent a reduction in fuel consumption due to friction by reducing friction with a cylinder bore.
上記目的を達成するために本発明によるピストン構造は、エンジン停止時に、シリンダ内において、ピストンピンを支点とする回動方向の第1の方向側に傾倒するピストン本体を具備するピストン構造において、上記ピストン本体の内部に、該ピストン本体冷却用のオイルが導入される環状のクーリングチャネルが配設されており、上記クーリングチャネルの上記第1の方向側と上記ピストンピンを支点とする回動方向反対側の第2の方向側の流路面積は、上記第1の方向側の流路面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a piston structure according to the present invention includes a piston structure that includes a piston body that tilts toward the first direction of the rotational direction with the piston pin as a fulcrum in the cylinder when the engine is stopped. An annular cooling channel into which oil for cooling the piston body is introduced is disposed inside the piston body, and the rotation direction is opposite to the first direction side of the cooling channel and the piston pin as a fulcrum. The channel area on the second direction side is larger than the channel area on the first direction side.
本発明のピストン構造によれば、エンジン冷態始動の際のピストンのシリンダボアへの衝突に起因する異音の発生を防止でき、さらにエンジン暖機後は、ピストンとシリンダボアとの間のフリクションを低減することにより、フリクションに起因する燃費の低下を防止することができる。 According to the piston structure of the present invention, it is possible to prevent the generation of noise due to the collision of the piston with the cylinder bore during the cold start of the engine, and further reduce the friction between the piston and the cylinder bore after the engine is warmed up. By doing so, it is possible to prevent a reduction in fuel consumption due to friction.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施の形態を示すピストンが配設されたエンジンのシリンダ内を示す図、図2は、図1のピストンを断面にして示したエンジンのシリンダ内を示す図、図3は、図1のピストンを下方から見た正面図、図4は、図3のIV−IV線に沿う断面図、図5は、図4のV−V線に沿う断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 is a view showing the inside of an engine cylinder provided with a piston according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the inside of the engine cylinder with the piston shown in FIG. 3 is a front view of the piston of FIG. 1 as viewed from below, FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3, and FIG. 5 is a sectional view taken along line V-V in FIG.
図1、図2に示すように、エンジンのシリンダ4の内周に、シリンダライナ5が鋳込まれており、鋳込まれたシリンダライナ5の内周面によって、シリンダボア5nが形成されている。また、シリンダ4内に、シリンダライナ5が配設された範囲内においてシリンダボア5n内を往復移動するピストン10が配設されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
ピストン10のピストン本体1は、ヘッド部1hと、ピンボス部1p(図4参照)と、スカート部1sとにより主要部が構成されており、ヘッド部1hの外周に形成された溝に、シリンダボア5nに摺接するピストンリング2及びオイルリング3が支持されている。
The main body of the
また、ピンボス部1pに、クランクシャフト20に大端部15dが接続された既知のコネクティングロッド15の小端部15sがピストンピン60を介して接続されており、これにより、小端部15sに対してピストン本体1が回動自在となっている。
Further, a
以下、ピストン本体1がピストンピン60を支点として回動する方向の内、クランクシャフト20の回転方向と逆の側、即ち図1中左側に回転する第1の方向側を反スラスト側、クランクシャフト20の回転方向と一致する側、即ち図1中右側に回転する第2の方向側をスラスト側と称して説明する。また、ピストン本体1は、クランクシャフト20の回転により、ピストンピン60を支点としてスラスト側に回転する力を受けるものとして、以下、説明する。
Hereinafter, of the directions in which the
ピストン本体1のヘッド部1hの内部1nは、図2、図4に示すように、規定の厚みを有して形成されており、反スラスト側の厚み1nhがスラスト側の厚み1nsよりも、図4中2点鎖線から実線となる規定の厚さに肉厚となるよう形成されている。また、反スラスト側の厚み1nhの肉厚は、クーリングチャンネル70内にオイル51が満たされた際にピストンがつりあう程度の肉厚とする。即ち、ピストン本体1のヘッド部1hの内部1nの厚みは、ピストン本体1の中心軸に対し非対称となる形状を有している。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
尚、この反スラスト側の厚さをスラスト側の厚さよりも肉厚にする工程は、ピストン本体1のヘッド部1hの内部1nの厚みを、ピストン本体1の中心軸を中心として対称形状となるよう形成した後、別途、反スラスト側に肉厚部を形成することにより行っても良い。
In the step of making the thickness on the anti-thrust side thicker than the thickness on the thrust side, the thickness of the
反スラスト側の厚さがスラスト側の厚さよりも肉厚であることにより、ピストン本体1の重心は、反スラスト側に位置し、重量バランスが反スラスト側に偏るため、エンジン停止時は、ピストン本体1は、シリンダ4内において、反スラスト側に傾倒する(図6参照)。尚、この場合、ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sは、シリンダボア5nに接触している(図6参照)。
Since the thickness on the anti-thrust side is thicker than the thickness on the thrust side, the center of gravity of the
また、ピストン本体1のヘッド部1hの内部1nに、ピストン本体1冷却用のオイル51が導入される、例えば図5に示すように円環状のクーリングチャネル(オイル管)70が、ピストンピン60と略平行となるよう配設されている。
Further, for example, as shown in FIG. 5, an annular cooling channel (oil pipe) 70 is connected to the
クーリングチャネル70には、図3、図5に示すように、オイル51を導入するための孔部1aと、導入したオイルを吐出するための孔部1bとが形成されている。孔部1aには、オイルジェット30の先端部が対向されており、オイルジェット30が、オイルパン50から、例えばポンプ40により汲み上げたオイル51を孔部1aに向かって噴出することにより、クーリングチャネル70内にオイル51が導入される。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
クーリングチャネル70内に導入されたオイル51は、その流通過程でピストン本体1を冷却した後、孔部1bから吐出される。尚、オイルジェット30は、例えばシリンダ4のクランクシャフト20側の基端部近傍に配設されている。
The
また、クーリングチャネル70は、図2〜図5に示すように、スラスト側の流路70sの面積が、反スラスト側の流路70hの面積よりも大きくなるよう、スラスト側の容積が反スラスト側の容積よりも大きく形成されている。即ち、クーリングチャネル70は、ピストン本体1の中心軸に対し非対称となる形状を有している。
2 to 5, the
よって、オイルジェット30から多量のオイル51が絶えず供給されて、クーリングチャネル70内全域にオイル51が充填された際は、該オイル51は、反スラスト側よりもスラスト側に多く存在するようになっている。このように、クーリングチャネル70内にオイル51が不等に充填されると、ピストン本体1の重心は、該ピストン本体1の中心軸方向へと移動する。
Therefore, when a large amount of
次に、このように構成された本実施の形態のピストンの作用について図6、図7を用いて説明する。図6は、図2のピストン本体がエンジン停止時に、反スラスト側に傾いている状態を示す断面図、図7は、エンジン始動後に、図2のクーリングチャネル内にオイルが充填された状態を示す断面図である。 Next, the operation of the piston of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the piston body of FIG. 2 is tilted to the opposite thrust side when the engine is stopped, and FIG. 7 shows a state in which the cooling channel of FIG. 2 is filled with oil after the engine is started. It is sectional drawing.
先ず、エンジン停止時は、図6に示すように、ピストン本体1のヘッド部1hの内部1nの厚さが、反スラスト側の方がスラスト側よりも肉厚であることにより反スラスト側に重心位置が存在し、重量バランスが反スラスト側に偏重しているため、即ち、クーリングチャネル70内にオイル51が充填されていないエンジン停止時は、重心位置が、ピストン本体1自体の重量バランスで規定されているため、ピストン本体1は、シリンダ4内において、反スラスト側に傾倒したアンバランスな状態で位置している。尚、この傾倒に伴い、ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sは、シリンダボア5nに接触する。
First, when the engine is stopped, as shown in FIG. 6, the inner 1n of the
次いで、エンジンが冷態始動されると、ピストン本体1は、シリンダライナ5が配設された範囲内において、反スラスト側に傾いた状態でシリンダボア5n内を往復移動する。この冷態始動時には、オイルの粘性が高く、オイルジェット30から噴射されるオイル51が、クーリングチャネル70内に導入されないため、ピストン本体1の反スラスト側への傾倒が維持される。
Next, when the engine is cold-started, the
従って、エンジンの冷態始動直後は、図6に示すように、ピストン本体のスラスト側のスカート部1sがスラスト側のシリンダボア5nに接触しているため、ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sは、ピストン本体1の往復運動により、スラスト側のシリンダボア5nに緩やかに衝突する。
Accordingly, immediately after the cold start of the engine, as shown in FIG. 6, since the thrust side skirt portion 1s of the piston body is in contact with the thrust
次いで、エンジンが暖機状態となると、図7に示すように、ピストン本体1が膨張することにより、ピストン本体1の外周とシリンダボア5nとの間の間隙が小さくなる。また、オイルの粘性が十分に低くなり、オイルジェット30からクーリングチャネル70の孔部70aに対して多量のオイル51が噴出されることにより、クーリングチャネル70内に十分なオイル51が供給され、その後オイル51が充填される。
Next, when the engine is warmed up, as shown in FIG. 7, the piston
この際、クーリングチャネル70は、スラスト側の流路70sの面積が、反スラスト側の流路70hの面積よりも大きく形成されているため、オイル51は、反スラスト側よりもスラスト側に多く充填される。即ち、スラスト側と反スラスト側とにおいてオイル51が充填される量が異なる。
At this time, the
その結果、反スラスト側の肉厚により、反スラスト側に移動していたピストン本体1の重心は、ピストン本体1の中心軸上に位置するようになる。よって、エンジン暖機後は、スラスト側のシリンダボア5nに接触していたピストン本体1のスラスト側のスカート部1sが、図7に示すように、シリンダボア5nに接触することがなくなり、ピストン本体1は、シリンダボア5n内において、重量バランスがとれた状態となる。
As a result, the center of gravity of the
このことにより、ピストン本体1の外周とシリンダボア5nとの間の間隙が小さくなることに起因する、ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sと、スラスト側のシリンダボア5nとの間のフリクションが低減する。
This reduces the friction between the thrust side skirt portion 1s of the
このように、本発明の一実施の形態を示すピストン構造においては、エンジン停止時の状態においては、ピストン本体1の重心を反スラスト側に移動させ、重量バランスを反スラスト側に偏重して、ピストン本体1を反スラスト側に傾け、ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sをスラスト側のシリンダボア5nに接触するようにした。
Thus, in the piston structure showing an embodiment of the present invention, when the engine is stopped, the center of gravity of the
また、オイル51が充填されるクーリングチャネル70の流路面積を、反スラスト側の流路70hの面積よりもスラスト側の流路70sの面積を大きく形成し、エンジン暖機後、クーリングチャネル70内に充填されるオイル51の量を、反スラスト側よりもスラスト側が多くなるようにした。
Further, the flow passage area of the cooling
このことにより、エンジン冷態始動の際に、ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sと、シリンダボア5nとの間の間隙に起因する、ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sと、シリンダボア5nとの衝突が低減するため、該衝突に起因する異音の発生を防止することができる。
Thus, at the time of engine cold start, the thrust side skirt portion 1s of the
さらに、エンジン暖機後は、反スラスト側に移動していたピストン本体1の重心は、クーリングチャネル70にオイル51が充填されることにより、ピストン本体1の中心軸の位置に戻るため、ピストン本体1の往復移動において、該ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sが、スラスト側のシリンダボア5nに接触することがない。
Further, after the engine is warmed up, the center of gravity of the
よって、ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sと、シリンダボア5nとの間の間隙が小さくなったことに起因する、ピストン本体1のスラスト側のスカート部1sと、スラスト側のシリンダボア5nとの間のフリクションが低減するため、該フリクションに起因する燃費の低下を防止することができる。
Therefore, the gap between the thrust side skirt portion 1s of the
即ち、エンジン始動直後のピストン本体1のスラスト側のスカート部1sと、シリンダボア5nとの衝突による異音の発生と、エンジン暖機後のピストン本体1のスラスト側のスカート部1sと、スラスト側のシリンダボア5nとのフリクションに起因する燃費の低下とを同時に防止することができるピストン構造を提供することができる。
That is, the generation of noise due to the collision between the thrust side skirt portion 1s of the
以下、変形例を示す。
本実施の形態においては、ピストン本体1の重量バランスを反スラスト側に偏重させるのに、ピストン本体1のヘッド部1hの内部1nの厚さを、スラスト側よりも反スラスト側を肉厚に形成することにより行うと示した。
Hereinafter, a modification is shown.
In the present embodiment, in order to deviate the weight balance of the
これに限らず、ピストン本体1のヘッド部1hの内部1n厚さを、スラスト側と反スラスト側とで同じのままとし、従来のように、ピストンピン60の中心を、スラスト側にオフセットして位置させた場合であっても本実施の形態が適用できるということは云うまでもない。尚、ピストン本体1の重量バランスを反スラスト側に偏重させる方法は、上述した手法に限定されない。
Not limited to this, the internal 1n thickness of the
また、本実施の形態においては、クーリングチャネル70の流路面積を、反スラスト側の流路70hの面積よりもスラスト側の流路70sの面積を大きく形成すると示した。このことによれば、クーリングチャネル70のスラスト側は、容積が大きくなる、即ちピストン本体1において、スラスト側の方が、重量が相対的に軽くなる。
Further, in the present embodiment, it has been shown that the flow channel area of the cooling
よって、ピストン本体1のヘッド部1hの内部1nの反スラスト側の肉厚を肉盛りする、またはピストンピン60をスラスト側にオフセットすることにより、意図的にピストン本体1の重量バランスを反スラスト側に偏重しなくとも、クーリングチャネル70の構造のみで、多少はエンジン始動時のピストン本体1のスラスト側のスカート部1sと、シリンダボア5nとの衝突を防止することができる。
Therefore, the thickness balance on the anti-thrust side of the interior 1n of the
さらに、本実施の形態においては、反スラスト側のピストン本体1のヘッド部1hの内部1nの厚さを肉盛りし、スラスト側のクーリングチャネル70の流路70sの面積を大きくすると示した。
Furthermore, in the present embodiment, the thickness of the inside 1n of the
これに限らず、ピストン本体1がピストンピン60を支点として反スラスト側に回動する力を受ける場合は、スラスト側のピストン本体1のヘッド部1hの内部1nの厚さを肉盛りする等して、ピストン本体1の重量バランスをスラスト側に偏重し、反スラスト側のクーリングチャネル70の流路70hの面積をスラスト側よりも大きくすると本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
Not limited to this, when the
1…ピストン本体
1n…ピストン本体内部
4…シリンダ
10…ピストン
60…ピストンピン
70…クーリングチャネル
70h…反スラスト側の流路
70s…スラスト側の流路
代理人 弁理士 伊藤 進
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記ピストン本体の内部に、該ピストン本体冷却用のオイルが導入される環状のクーリングチャネルが配設されており、
上記クーリングチャネルの上記第1の方向側と上記ピストンピンを支点とする回動方向反対側の第2の方向側の流路面積は、上記第1の方向側の流路面積よりも大きく形成されていることを特徴とするピストン構造。 When the engine is stopped, in the piston structure including a piston body that tilts in the first direction side of the rotation direction with the piston pin as a fulcrum in the cylinder,
An annular cooling channel into which oil for cooling the piston body is introduced is disposed inside the piston body,
The flow path area on the first direction side of the cooling channel and on the second direction side opposite to the rotation direction with the piston pin as a fulcrum is formed larger than the flow path area on the first direction side. Piston structure characterized by
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- 2005-01-11 JP JP2005004553A patent/JP2006194109A/en active Pending
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