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

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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