JP2006214296A - 内燃機関のピストン - Google Patents

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Abstract

【課題】 小型化のためピストンヘッドとコンロッドとのクリアランスを小さくした場合であっても、十分な潤滑と冷却を達成可能な内燃機関のピストンを提供する。
【解決手段】 内燃機関のピストンにおいて、少なくとも一方のスカート内周面に、コンロッド側面とピンボス内周側面との間にオイルを案内する案内面を設けた。
【選択図】 図6

Description

本発明は、内燃機関のピストンに関する。
従来、内燃機関のピストンにあっては、ピストンの内周側に設けられたピストンピンとコンロッド及びピストンピン穴の摺動面における潤滑及び冷却を行うため、オイルジェットを用いてピストンヘッド裏側面にオイルを噴射している。(例えば、特許文献1参照)。この技術にあっては、コンロッドを挟んで片側のピストンヘッド裏側面にオイルを噴射し、オイルをピストンヘッドとコンロッドとの間のクリアランスを介して他側のピストンヘッド裏側面にオイルを供給することで、摺動面全体の潤滑及び冷却を達成するものである。
実開昭58−66136号公報
しかしながら上記従来技術にあっては、小型化のためピストンヘッドとコンロッドとのクリアランスを小さくした場合、オイルがクリアランス間を通過しづらくなる。そのため、オイルが噴射されない側のピストンヘッド裏側面はオイル供給不足となり、潤滑及び冷却が不十分となってしまうという問題があった。
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、小型化のためピストンヘッドとコンロッドとのクリアランスを小さくした場合であっても、十分な潤滑と冷却を達成可能な内燃機関のピストンを提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明では、内燃機関のピストンにおいて、少なくとも一方のスカート内周面に、コンロッド側面とピンボス内周側面との間にオイルを案内する案内面を設けた。
よって、小型化のためピストンヘッドとコンロッドとのクリアランスを小さくした場合であっても、十分な潤滑と冷却を達成可能な内燃機関のピストンを提供できる。
以下、本発明の内燃機関のピストンを実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
[ピストンの構成]
(部分断面斜視図及び部分断面図)
実施例1につき図1ないし図9に基づき説明する。図1は本願実施例1におけるピストンの部分断面斜視図(図6のA−A断面)、図2はピストンヘッド1単体の部分断面図である。なお、説明のため図1ではピストンヘッド1のみの部分断面図とし、コンロッド2は実線で、ピストンピン3は破線で示す。また、ピストンヘッド1の往復運動軸方向をy軸と定義し、エンジン内におけるクランク室側を負方向、燃焼室側を正方向とする。さらに、ピストンピン3の軸方向をz軸と定義し、z軸及びy軸それぞれに直交する軸をx軸と定義する。
ピストンヘッド1の外周部はy軸負方向に延出する略円筒状のスカート12を有し、スカート12にはz軸方向貫通孔131を有するピンボス13(図2参照)が設けられている。このピンボス13にピストンピン3が回転可能に挿入される。なお、スカート12におけるピンボス13近傍部分はy−z平面に対し平行に設けられ、強度確保のためピンボス13はz軸方向の長孔となっている。
図1に示すように、ピストンピン3はコンロッド2のz軸貫通孔21に回転可能に挿入される。ピストンヘッド1のy軸方向往復移動に伴ってピストンヘッド1とコンロッド2はピストンピン3の軸を中心として相対回転を行い、ピンボス13のz軸方向貫通孔131及びコンロッド2のz軸貫通孔21の内周面211と、ピストンピン3の外周面31が摺動面となる。また、ピストンヘッド1のy軸負方向面であるピストンヘッド裏側面11とコンロッド2のy軸正方向端部22は、クリアランスLをもって設けられている。
ピストンヘッド1のy軸負方向側にはオイルジェット4が設けられ、ピストンヘッド裏側面11にオイルを噴射/供給する。このオイルはピストンヘッド1及びコンロッド2の冷却及び潤滑に用いられ、各部材の冷却及び潤滑を主目的とする。また、オイルジェット4のオイル噴射方向は、y−z平面に平行な平面内であってy軸に対し傾斜して設けられている。
ピストンヘッド1のスカート12とx軸とが交差する位置には、突起部100が設けられている。この突起部100はx−y平面に平行な直線を稜線としてスカート12からピストンヘッド裏側面11に延びる山状の突起であり、ピストンヘッド裏側面11に噴射されたオイルをスムーズにクリアランスLに導入するガイドとして機能する。
なお、本願実施例1では突起部100スカート12とx軸とが交差する2点の両方に突起部100を設けているが、いずれか片方だけに設けてもよく特に限定しない。片方だけに設ける場合、オイルジェット4は突起部100が設けられている側にオイルを噴射するものとする。
図2に示すように、ピンボス13であってピストンヘッド1の軸側(内周側)側面132の根元部分には、凹部133が設けられている。この凹部133はピストンヘッド1の内周側から外周側へ向かってz軸方向に凹む円弧状凹部であり、ピンボス13のz軸方向貫通孔131とピストンヘッド裏側面11との間に設けられている。
オイルジェット4から噴射されたオイルは突起部100にガイドされてこの凹部133に到達する。ピストンヘッド裏側面11は、ピンボス13を挟んでx軸負方向側にはオイルジェット4から直接オイルが噴射される。一方、x軸正方向側にはオイルが噴射されない。
したがって、y軸負方向面11に噴射されたオイルは、凹部133を介してx軸負方向側から正方向側へ供給される。以下、ピストンヘッド裏側面11において、オイルが直接噴射されるx軸負方向側をオイル噴射面111、x軸正方向側をオイル非噴射面112と定義する。
[ピストンヘッドの詳細]
図3はピストンヘッド1のy−z平面断面図、図4はB−B断面図(図6参照)、図5はx−y平面図である。上述のように突起部100はピストンヘッド裏側面11とスカート12にまたがって設けられた山状の突起であり、z軸正、負方向面101,102、及びx−y平面と平行な直線である稜線103により形成される。z軸正、負方向面101,102とy軸負方向面11との境界として麓線104が形成される。
突起部100の頂点105は稜線103とスカート12が交わる位置であり、稜線103は頂点105からy軸正方向かつピストンヘッド1の軸心方向に向かって延出し、ピストンヘッド裏側面11に至って麓線凸部106を形成する。この麓線凸部106は麓線104とピストンヘッド裏側面11との交点に相当し、稜線103がピストンヘッド1の軸心方向に向かって延出することから、麓線104もピストンヘッド1の軸心方向に突出して麓線凸部106を形成することとなる。
また、上述のようにピンボス13とy軸負方向面11との間には凹部133が設けられるとともに、突起部100のz軸方向両側はスカート12及びピンボス13と連続する曲面部14が設けられている。この曲面部14は、ピンボス13との連続面においてピンボス13のz軸方向端部134よりもA−A直線側に凹み(図6、7参照)、ピンボス13との連続面の終了位置135における接線は、麓線凸部106よりもピストン外径側においてx軸と交差するよう設けられている。
[ピストンヘッドにおけるオイルの流れ]
(突起部によるガイド作用)
図6は上死点、図7は下死点におけるピストンヘッド1のy軸負方向正面図である。また、図8、図9はそれぞれ図6、図7のB−B断面におけるオイルの流れを示す図である。オイルジェット4の噴射方向はy−z平面に対し平行かつy軸に対し傾斜しているため、ピストンヘッド1におけるオイル噴射点はピストンの往復運動に伴ってz軸方向に往復運動する。図6、図7にも示すように、上死点における噴射点はz軸正方向部111a、下死点ではz軸負方向部111bとなり、突起部100を挟んで往復運動することとなる。
上死点においてオイルジェット4から噴射されたオイルは、オイル噴射面111のz軸正方向部111aに到達し、z軸正方向部111aに沿ってあるいは曲面部14に沿って流動する(図6、図8参照)。また、下死点においても、オイルはz軸負方向部111bに沿ってあるいは曲面部14に沿って流動する(図7、図9参照)。
このとき突起部100の麓線104がピストンヘッド1の軸心に対し突出し、また稜線103がy軸負方向に延在しているため、オイル噴射面111においては突起部100がz軸方向流れに対する障害物として機能する。
したがって、オイル噴射面111のz軸正方向部111aから負方向部111bへの流れ、及びz軸負方向部111bから正方向部111aへの流れは、z軸正、負方向面101,102によりz軸方向の流れを突起部100によりx軸方向にガイドされる。また、ピストンが上死点または下死点以外に位置する場合であっても、噴射されたオイルは突起部100によりx軸方向にガイドされる。
また、曲面部14に沿って突起部100のz軸正、負方向面101,102に至る流れは、オイル噴射面111からの流れと同様、z軸正、負方向面101,102によりx軸方向にガイドされる。一方、曲面部14に沿ってピンボス13へ至る流れは、曲面部14とピンボス13との連続面において旋回し、ピンボス13との連続面の終了位置135における接線方向に流れて突起部100のz軸正、負方向面101,102に至ってx軸方向にガイドされる。
x軸方向にガイドされたオイルは、ピストンヘッド1とコンロッド2との間のクリアランスLに導入される。オイル噴射面111と非噴射面112との間にはコンロッド2が介在してx軸方向のオイル流れの障害となるが、突起部100によってオイルをx軸方向に積極的に導くことで、クリアランスLを狭く設けた場合であっても確実にオイルをクリアランスLに導入し、ピストンピン3とコンロッド2及びピンボス13の摺動面における潤滑及び冷却を行うことが可能である。
(ピンボス根元凹部のガイド作用)
オイル噴射面111に設けられた突起部100によりオイルはx軸方向にガイドされてクリアランスLに導入されるが、ガイドされた後もオイル流れのz軸成分は残っているため、オイルはピンボス13の内周側側面132に対し傾斜してクリアランスLに供給される。
ピンボス13の根元には円弧状の凹部133が設けられているため、内周側側面132に対し傾斜して供給されたオイルは凹部133の円弧曲面に沿って流れ、非噴射面112に到達する。これにより、ピストンヘッド裏側面11において、オイルは噴射面111から非噴射面112へと供給され、y軸負方向面11全体にわたってオイルが供給されることとなる。
また、ピンボス13の存在により、クリアランスLのz軸方向幅はオイル噴射面111及び非噴射面112よりも狭くなっているが、z軸方向円弧状に凹む凹部133が設けられているため、クリアランスLに導入されたオイルの通過面積は確保され、オイルは噴射面111から非噴射面112へスムーズに供給されることとなる。
[従来例と本願実施例における作用効果の対比]
従来、内燃機関のピストンにあっては、コンロッドを挟んで片側のピストンヘッド裏側面にオイルを噴射し、オイルをピストンヘッドとコンロッドとの間のクリアランスを介して他側のピストンヘッド裏側面にオイルを供給することで、摺動面全体の潤滑及び冷却を行っている。
しかしながら上記従来技術にあっては、小型化のためピストンヘッドとコンロッドとのクリアランスを小さくした場合、オイルがクリアランス間を通過しづらくなる。そのため、オイルが噴射されない側のピストンヘッド裏側面はオイル供給不足となり、潤滑及び冷却が不十分となってしまうという問題があった。
これに対し本願実施例では、ピストンヘッド1のスカート12とx軸とが交差する位置に、スカート12からピストンヘッド裏側面11に延びる山状の突起部100を設けた。この突起部100は、z軸正、負方向面101,102及びx−y平面と平行な稜線103により形成されることとした。稜線103はスカート12が交わる頂点105からy軸正方向かつピストンヘッド1の軸心方向に向かって延出し、ピストンヘッド1の軸心方向に突出する麓線凸部106を形成することとした。
これにより、オイル噴射面111に噴射されたオイルをx軸方向に積極的にガイドすることが可能となり、ピストンヘッド1とコンロッド2との間のクリアランスLに積極的に導入することが可能となる。よって、ピストンの軸方向短縮のためクリアランスLを狭く設けた場合であっても、確実にオイルをクリアランスLに導入し、ピストンピン3とコンロッド2及びピンボス13の摺動面における潤滑及び冷却を行うことができる。
また、ピンボス13であってピストンヘッド1の軸側(内周側)側面132の根元部分であって、ピンボス13のz軸方向貫通孔131とピストンヘッド裏側面11との間に、ピストンヘッド1の内周側から外周側へ向かってz軸方向に凹む円弧状凹部である凹部133を設けた。
これにより、ピンボス13の内周側側面132に対し傾斜してクリアランスLに供給されたオイルを凹部133の円弧曲面に沿って流動させ、オイルは噴射面111から非噴射面112へとスムーズに流動させてy軸負方向面11全体にわたってオイルが供給することができる。さらに、凹部133はz軸方向に円弧状に凹むため、クリアランスLに導入されたオイルの通過面積を確保することが可能となり、噴射面111から非噴射面112へのオイルの供給をよりスムーズに行うことができる。
また、突起部100のz軸方向両側は、曲面部14によってスカート12及びピンボス13と連続することとした。この曲面部14は、ピンボス13との連続面においてピンボス13のz軸方向端部134よりもA−A直線側に凹み、ピンボス13との連続面の終了位置135における接線は、麓線凸部106よりもピストン外径側においてx軸と交差するよう設けられることとした。
これにより、曲面部14に沿って突起部100のz軸正、負方向面101,102に至る流れはz軸正、負方向面101,102によりx軸方向にガイドされる。また、曲面部14に沿ってピンボス13へ至る流れはピンボス13との連続面において旋回し、ピンボス13との連続面の終了位置135における接線方向に流れて突起部100のz軸正、負方向面101,102に至ってx軸方向にガイドされることとなり、噴射されたオイルをより多くガイドすることが可能となる。よって、噴射面111から非噴射面112へのオイルの供給をさらにスムーズに行うことができる。
実施例2につき図10ないし図12に基づき説明する。基本的な構成は実施例1と同様であるため異なる点についてのみ説明する。実施例2では、実施例1の突起部100に代えてピストンヘッド1の軸心方向に突出する段部100'を設ける点で実施例1と異なる。なお、実施例1と同様、実施例2にあっても段部100'をy軸負方向面11の片側のみに設けてもよく特に限定しない。
[実施例2におけるピストンヘッドの詳細]
図10は実施例2におけるピストンヘッドの断面図(図11、12のD−D断面)、図11、12はそれぞれ上死点、下死点におけるピストンヘッド1のy軸負方向正面図である。
段部100'はy軸負方向面11に対し平行な段部であり、オイル噴射面111及び非噴射面112のz軸方向全幅にわたって設けられている。軸心方向のz軸正、負方向側面101',102'はそれぞれ略円弧状であり、側面101',102'の境には軸心方向に突出する凸部103'が形成される。この凸部103'は、y軸負方向面11のz軸方向幅の中間に位置するよう設けられる。
[実施例2におけるオイルの流れ]
実施例1と同様、実施例2においてもピストンヘッド1におけるオイル噴射点はピストンの往復運動に伴ってz軸方向に往復運動する。上死点における噴射点はz軸正方向部111a、下死点ではz軸負方向部111bとなり、凸部103'を挟んで往復運動を行う。
オイル噴射面111に噴射されたオイルは、上死点においてz軸正方向部111aまたは側面101'に沿って流動し、x軸方向にガイドされる。また、下死点においても、オイルはz軸負方向部111bまたは側面102'に沿って流動し、x軸方向にガイドされる。
これにより、オイルはピストンヘッド1とコンロッド2との間のクリアランスLに導入され、ピストンピン3とコンロッド2及びピンボス13の摺動面における潤滑及び冷却を行う。実施例1と同様、ピンボス13の根元には円弧状の凹部133が設けられ、オイルの通過面積は確保して噴射面111から非噴射面112へスムーズオイルがに供給される。
[実施例2の効果]
実施例2においては、実施例1の突起部100に代えてピストンヘッド1の軸心方向に突出する段部100'を設ける。この段部100'はy軸負方向面11に対し平行な段部であり、軸心方向の側面101',102'はそれぞれ略円弧状に形成され側面101',102'の境には軸心方向に突出する凸部103'が形成されることとした。また、凸部103'は、y軸負方向面11のz軸方向幅の中間に位置するよう設けられることとした。
段部100'によってオイルを積極的にx軸方向へガイドすることで、実施例1よりも簡単な構成でピストンヘッド1、コンロッド2、ピストンピン3の各摺動面の潤滑及び冷却を行うことができる。
実施例3につき図13,14に基づき説明する。実施例1では突起部100を設けたが、実施例3では突起部100''の両端を延長してスカート12に連続させる。また実施例1では麓線凸部106を曲面状としたが、実施例3の麓線凸部106''は角状とした点で実施例1と異なる。なお、実施例1と同様、実施例3にあっても突起部100''をy軸負方向面11の片側のみに設けてもよく特に限定しない。
実施例3にあっても、実施例1と同様オイルは突起部100''のz軸正、負方向側面101'',102''及び麓線凸部106''によりx軸方向に積極的にガイドされ、実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
[他の実施例]
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は本願実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
さらに、上記実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
(イ)請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記案内面にオイルを供給するオイルジェットを設けたことを特徴とする内燃機関のピストン。
オイルジェットにより噴射されるオイルとピストンの上下動により、確実にコンロッド側面とピストンピンボス内周側面との間にオイルを供給できるため、ピストンピンと相手部材の潤滑をより良好なものとし、冷却効果もさらに向上する。
(ロ)請求項3に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記ピストンの上下方向位置によって、オイル噴射位置が前記突部の片側の案内面から他側の案内面に変更されるようにオイルジェットの位置を設定することを特徴とする内燃機関のピストン。
コンロッドの両側側面とピストンピンボスの内周側面との間に確実にオイルが供給されるため、ピストンピンと相手方部材の潤滑及び冷却効果がさらに向上する。
(ハ)請求項1ないし請求項3のいずれか1項、または(イ)及び(ロ)のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記案内面は、ピストンの冠面の裏側に形成された凹部で構成されることを特徴とする内燃機関のピストン。
より確実にオイルを案内し、供給できる。
(ニ)請求項1ないし請求項3のいずれか1項、または(イ)ないし(ハ)のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記凹部は凹曲面であることを特徴とする内燃機関のピストン。
曲面とすることで応力集中を回避し、薄肉化を達成できる。
実施例1におけるピストンの部分断面斜視図(図6のA−A断面)である。 実施例1におけるピストンヘッド単体の部分断面図である。 実施例1におけるピストンヘッドのy−z平面断面図である。 実施例1におけるピストンヘッドの断面図(図6のB−B断面)である。 実施例1におけるピストンヘッドのx−y平面図である。 実施例1の上死点におけるピストンヘッド1のy軸負方向正面図である。 実施例1の下死点におけるピストンヘッドのy軸負方向正面図である。 図6におけるオイルの流れを示す図である。 図7におけるオイルの流れを示す図である。 実施例2におけるピストンヘッドの断面図(図11、12のD−D断面)である。 実施例2の上死点におけるピストンヘッドのy軸負方向正面図である。 実施例2の下死点におけるピストンヘッドのy軸負方向正面図である。 実施例3におけるピストンヘッドの断面図(図14のD−D断面)である。 実施例3の上死点におけるピストンヘッドのy軸負方向正面図である。
符号の説明
1 ピストンヘッド
2 コンロッド
3 ピストンピン
4 オイルジェット
11 y軸負方向面
12 スカート
13 ピンボス
14 曲面部
21 z軸貫通孔
22 y軸正方向端部
31 外周面
100 突起部
101 z軸正方向側面
102 z軸負方向側面
103 稜線
104 麓線
105 頂点
106 麓線凸部
111 オイル噴射面
111a x軸正方向部
111b x軸負方向部
112 オイル非噴射面
131 x軸方向貫通孔
132 内周側側面
133 凹部
134 z軸方向端部
135 連続面終了位置
211 内周面
L クリアランス
100' 段部
101' z軸正方向側面
102' z軸負方向側面
103' 凸部
100'' 突起部
101'' z軸正方向側面
102'' z軸負方向側面
103'' 稜線
104'' 麓線
105'' 頂点
106'' 麓線凸部

Claims (3)

  1. 内燃機関のピストンにおいて、
    少なくとも一方のスカート内周面に、コンロッド側面とピンボス内周側面との間にオイルを案内する案内面を設けたことを特徴とする内燃機関のピストン。
  2. 内燃機関のピストンにおいて、
    少なくとも一方のスカート内周面に、コンロッド側面とピンボス内周側面との間に向かって傾斜する案内面を設けたことを特徴とする内燃機関のピストン。
  3. 内燃機関のピストンにおいて、
    少なくとも一方のスカート内周面における周方向略中間位置にスカート内周面から連続する案内面を設けたことを特徴とする内燃機関のピストン。
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