JP2006214297A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】 ピストンピンのピストン外周側端部を十分に潤滑可能な内燃機関のピストンを提供する。
【解決手段】 スカートとピストンピンボスを連携するエプロン部を有する内燃機関のピストンであって、前記エプロン部における前記ピストンピンの冠面側位置に内外周を連通する連通孔を設け、前記スカートと前記ピンボスと前記エプロン部で区画される隔成部位の内周に潤滑油を供給することとした。
【選択図】 図８

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、ランド部におけるピストンピンボス側の裏面を肉抜きし、さらにピストンピンボスとスカートとを連結するエプロン部の両側に連通孔を形成して肉抜きを行うことで、軽量化を図ったものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
実開平４−４２２４６号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、連通孔は単に軽量化のためエプロン部両側に設けられたものであって、ピストンピンにおけるピストン外周側の端部に潤滑油を供給することは考慮されていない。また、ピストンピンにおけるピストン外周側の端部の幅は狭く、潤滑油が供給されづらい。

したがって、オイルジェットを用いてピストンヘッド裏側面に潤滑油を供給したとしても、連通孔を介して十分にピストンピンのピストン外周側端部を潤滑することは難しい、という問題があった。仮に潤滑油を供給したとしても、連通孔はエプロン部両側に設けられており、連通孔とピストンピンの周方向位置が対応していないため、ピストンピンに供給される潤滑油が不十分となってしまう。ピストンの往復運動に伴って潤滑油が飛散し、連通孔を通過する潤滑油量が増加する可能性はあるが、ピストンピンのピストン外周側端部を潤滑を行うには不十分である。

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、ピストンピンのピストン外周側端部を十分に潤滑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、スカートとピストンピンボスを連携するエプロン部を有する内燃機関のピストンであって、前記エプロン部における前記ピストンピンの冠面側位置に内外周を連通する連通孔を設け、前記スカートと前記ピンボスと前記エプロン部で区画される隔成部位の内周に潤滑油を供給することとした。

よって、ピストンピンの冠面側位置に内外周を連通する連通孔を設けることで、ピストンピンの外周側端部の周方向位置と連通孔の周方向位置とが対応し、ピストンピンのピストン外周側端部を十分に潤滑できる。

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。

［ピストンヘッドの構成］
実施例１につき図１ないし図８に基づき説明する。図１、図２は本願実施例１におけるピストンヘッド１のＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図、図３はｚ軸方向正面図、図４はＩ−Ｏ−ＩＩ部分断面図である（各断面については図５参照）。図３の一点鎖線は各部材の冷却及び潤滑を行うオイルの流れを示す。オイルの流れの詳細については後述する。

なお、ピストンヘッド１の運動軸方向を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軸負方向に延出し、ｘ軸両端側に設けられた円弧状のスカート１２と、ｚ軸両端側に設けられるとともにｘ−ｙ平面に平行なエプロン１４によって有底カップ形状を形成する。エプロン１４にはｚ軸方向貫通孔１３１を有するピンボス１３が設けられ、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。このピンボス１３は、ピストンヘッド裏側面１１からｙ軸負方向に延在する支持部１６によって支持される。

ピストンヘッド１の裏側面１１外周部には、全周にわたってｙ軸正方向に凹む円周溝１５が設けられている。この円周溝１５はピストンヘッド１及びピストンピン３のｚ軸方向両端部３１の冷却、また各部材の潤滑及び冷却に用いられるオイルの通路として機能する。

また、円周溝１５はピンボス１３とピストンヘッド裏側面１１との間、すなわちエプロン１４においてピンボス１３のｙ軸正方向側で開口し、連通孔１００を形成する（図３参照）。この連通孔１００は円弧状に切り欠かれた孔であり、ピストンヘッド１の周方向に対しピンボス１３と同一位置に設けられている。強度確保のため、ピンボス１３と連通孔１００は互いに直接連続しない孔であり、一定の間隔をもって設けられている。

ピストンの往復運動に伴ってピンボス１３のｙ軸方向には大きな負荷がかかるが、ピンボス１３自体は支持部１６によってピストンヘッド裏側面１１に支持されているため、ピンボス１３にかかる負荷がエプロン１４に及ぼす影響は少ない。したがって、ピンボス１３のｙ軸正方向側のエプロン１４を肉抜きして連通孔１００を設けたとしても、ピンボス１３の強度は確保されている。

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。また、オイルジェット４から噴射されるオイルは、ｙ―ｚ平面に対し平行かつｘ−ｚ平面に対し傾斜し、かつ円周溝１５の円周接線方向から噴射されるよう設けられている。

［円周溝の詳細］
図５は、ピストンヘッド１のｙ軸負方向正面図である。ピストンヘッド１のピストンヘッド裏側面１１外周部にはｙ軸正方向に凹む円周溝１５が設けられ、スカート１２の内周側に位置する内周側溝部１５１と、エプロン１４の外周側に位置し、ピンボス１３を貫通して内周側溝部１５１と接続する貫通溝部１５２から形成されている（図１、２参照）。

この貫通溝部１５２はピンボス１３のｚ軸方向貫通孔１３１とピストンヘッド裏側面１１の間に設けられる。さらに、貫通溝部１５２はエプロン１４の外周において開口し、上述の連通孔１００を形成する（図３参照）。スカート１２内周及びエプロン１４外周に円周溝１５を形成し、ピストンヘッド１の体積を低減することで軽量化を図っている。

なお、以下ではｘ軸負、正方向側のスカート１２を区別してそれぞれｘ軸負方向側スカート１２ａ、ｘ軸正方向側スカート１２ｂと定義する。また、内周側溝部１５１も同様にｘ軸負方向側内周側溝部１５１ａ、ｘ軸正方向側内周側溝部１５１ｂと区別する。同様に、ピンボス１３及び貫通溝部１５２についてもそれぞれｚ軸負、正方向側ピンボス１３ａ，１３ｂ、及びｚ軸負、正方向側貫通溝１５２ａ，１５２ｂとする。

本願実施例においては、オイルジェット４のオイル噴射位置はｘ軸負方向側内周側溝部１５１ａとなるよう設けられている。なお、噴射位置をｘ軸正方向側内周側溝部１５１ｂとしてもよく特に限定しない。

内周側溝部１５１及び貫通溝部１５２は円周溝１５の一部であるため、内周側溝部１５１は貫通溝部１５２を介して円周方向に延びて互いに連通し、また各貫通溝１５２ａ，１５２ｂも円弧状となる。なお、貫通溝部１５２は内周側溝部１５１を連続曲面によって連通するものであればよく、円弧状でなくともよい。また、貫通溝部１５２はｚ軸負、正方向側ピンボス１３ａ，１３ｂのいずれか一方に設けられていればよく特に限定しない。

本願実施例においては、円周溝１５の内周側溝部１５１、貫通溝部１５２、連通孔１００はいずれも型成形によって形成される。切削加工であってもよく特に限定しない。ピストンヘッド１のランド部１ａ内にトンネル状の油路を形成する際は中子を用いた鋳造により形成する必要があるが、本願実施例の円周溝１５はピストンヘッド裏側面１１に形成された溝部であるため、必ずしも鋳造による必要はない。中子を使用する必要性を回避してコスト低減を図っている。

［ピストンヘッドにおけるオイルの流れ］
図６はＡ−Ａ断面、図７はＢ−Ｂ断面、図８はピストンヘッド裏側面１１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ｘ−ｚ平面に対し傾斜しており、オイルはｘ−ｚ平面に対しｚ軸負方向側から正方向側へと噴射される。一方、円周溝１５はｘ−ｚ平面に対し平行であるため、オイルは円周溝１５に対し傾斜して噴射される。

ここで、オイルは円周溝１５の接線方向から円周溝１５のｘ軸負方向側内周側溝部１５１ａに噴射されるため、円周溝１５に到達したオイルは円周に沿って時計回りに流動する旋回流を形成し、円周溝１５全周にわたって流動しピストンヘッド１全体を冷却する。

このとき、ｘ軸正、負方向側スカート１２ａ，１２ｂ内周部に設けられた内周側溝部１５１は、貫通溝部１５２を介して互いに連通し、また内周側溝部１５１と貫通溝部１５２は連続した円周曲面であるため、オイルを円周溝１５の全周にわたってスムーズに流動させることで、冷却効率向上を図っている。

下死点から上死点に至る周期においては、ピストンヘッド１がオイルジェット４から離間する方向に運動するためオイルは円周溝１５に保持されにくい。一方、上死点から下死点に至る周期においては、オイル噴射方向とピストン運動方向が逆向きであり、オイルジェット４から噴射されるオイルを十分円周溝１５に保持可能である。

ピストンは高速で往復運動を行うため、上死点から下死点に至る周期においてオイルを保持し、旋回流を生じさせることにより、下死点から上死点に至る周期においてもオイルの旋回流を残存させることが可能である。また、ピストンの往復周期は短いため、下死点から上死点に至る周期においてオイルが旋回し難い場合であっても、わずかな時間の後に上死点から下死点に至る周期が開始され、旋回流を発生させて冷却を行うことが可能である。また、本願実施例においてはオイルはｙ軸負方向に開口した円周溝１５内を流動するため、高温となったオイルを直ちに排出することが可能である。

なお、本願実施例ではオイルの噴射方向は常時ｙ―ｚ平面に対し平行かつｘ−ｚ平面に対し傾斜しているものとするが、少なくともピストン下死点においてｙ―ｚ平面に対し平行かつｘ−ｚ平面に対し傾斜していればよく、特に限定しない。オイルジェット４とピストンヘッド１との最近接位置である下死点において傾斜していれば、オイルの旋回流を確実に発生させることが可能なためである。

［連通孔によるピストンピン両端へのオイル供給作用］
旋回流動に伴って、一部のオイルは貫通溝部１５２の外径側に設けられた連通孔１００から排出される。オイルジェット４から十分なオイルが供給されているため、連通孔１００にも積極的にオイルが供給され、連通孔１００から十分な量のオイルがピストンヘッド１の外周側に排出される。

連通孔１００から排出されたオイルは、ピストンのｙ軸方向往復運動に伴ってｙ軸方向に移動する。ここで、上述のように連通孔１００はエプロン１４においてピンボス１３のｙ軸正方向側で開口し、ピストンヘッド１の周方向に対しピンボス１３と同一位置に設けられているため、連通孔１００から排出されたオイルはピンボス１３の外周側開口部に到達し、ピンボス１３に挿入されたピストンピン３のｚ軸方向両端部３１にも到達することとなる（図３、図７参照）。

したがって、ピストンピン３のｚ軸方向両端部３１のｚ軸方向両端部３１は連通孔１００から排出されたオイルにより確実に冷却される。また、ピンボス１３の開口部にもオイルが導入されるため、ピストンピン３とピンボス１３との摺動面の潤滑及び冷却もスムーズに行われる。

さらに、連通孔１００を介してオイルをピストンヘッド１外周側の供給することで、コンロッド２、シリンダとピストンヘッド１との冷却及び潤滑を図ることが可能である。ピストンの往復運動に伴ってオイルが排出されやすくなり、オイルの入れ替えをスムーズに行うことで冷却及び潤滑の向上がさらに期待される。

［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、ランド部におけるピストンピンボス側の裏面を肉抜きし、さらにピストンピンボスとスカートとを連結するエプロン部の両側に連通孔を形成して肉抜きを行うことで、軽量化を図っている。しかしながら上記従来技術にあっては、オイルジェットを用いてピストンヘッド裏側面に潤滑油を供給したとしても、連通孔を介して十分にピストンピンのピストン外周側端部を潤滑することは難しいという問題があった。

仮に潤滑油を供給したとしても、連通孔はエプロン部両側に設けられており、連通孔とピストンピンの周方向位置が対応していないため、ピストンピンに供給される潤滑油が不十分となってしまう。ピストンの往復運動に伴って潤滑油が飛散し、連通孔を通過する潤滑油量が増加する可能性はあるが、ピストンピンのピストン外周側端部を潤滑を行うには不十分である。また、ピストンピンにおけるピストン外周側の端部の幅は狭く、潤滑油が供給されづらい。

これに対し本願実施例では、エプロン１４においてピンボス１３のｙ軸正方向側かつ周方向同一位置で開口する連通孔１００を設け、この連通孔１００によってエプロン１４の内外周を連通することとした。また、連通孔１００によってピストンヘッド１の外周側と連通する円周溝１５にオイルを供給することとした。

これにより、円周溝１５に供給されたオイルは連通孔１００から排出され、ピストンのｙ軸方向往復運動に伴ってｙ軸方向に移動してピンボス１３の外周側開口部及びピストンピン３のｚ軸方向両端部３１に確実に到達させることが可能となり、ピストンピン３のｚ軸方向両端部３１のｚ軸方向両端部３１を確実に冷却することができる。

また、ピンボス１３と連通孔１００は互いに直接連続しない孔であり、ピンボス１３を貫通する貫通溝部１５２はエプロン１４の外周において開口し、上述の連通孔１００を形成することとした。これにより、強度低下を抑制しつつ、連通孔１００を設けることができる。

さらに、ピストンヘッド１のピストンヘッド裏側面１１外周部にはｙ軸正方向に凹む円周溝１５が設けられ、この円周溝１５は、スカート１２の内周側に位置する内周側溝部１５１と、エプロン１４の外周側に位置し、ピンボス１３を貫通して内周側溝部１５１と接続する貫通溝部１５２から形成されることとした。ピストンヘッド裏側面１１の外周部全周にわたって凹状の溝部である円周溝１５を形成することで、さらなる軽量化を図ることができる。

［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。

実施例１の円周溝１５は全周にわたって単なる溝部であったが、図９、図１０に示すように、円周溝１５においてオイルが噴射される位置に突起部１１０を設け、突起部１１０の周方向両側にオイルを分散することで旋回流を生じさせてもよい。

この場合、オイルジェット４は常時この突起部１１０にオイルを噴射するよう設けることとすれば、噴射されたオイルは突起部１１０により円周溝１５の両円周方向に分割され、時計回りと反時計回りの旋回流を形成し、オイルジェット４をピストンヘッド１に対し傾斜させることなく実施例１と同様の作用効果を得ることができる。。

また、実施例１ではピストンヘッド１の円周に沿って円周溝１５を設け、貫通溝部１５２も円弧状としたが、貫通溝部１５２は内周側溝部１５１を連続曲面によって連通するものであればよく、図１１に示すように直線状であってもよい。直線状としても各スカート１２ａ，１２ｂの内周側を連通可能であり、ピストンヘッド１全体を冷却することができる。

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に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記隔成部位内周には、オイルジェットにより潤滑油が供給されていることを特徴とする内燃機関のピストン。

オイルジェットから十分な量の潤滑油が供給され、さらに連通孔にも十分な量の潤滑油が供給されるため、確実にピストンピンのピストン外周側端部を潤滑することができる。

（ロ）請求項３に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記環状通路には潤滑油が供給されることを特徴とする内燃機関のピストン。

環状通路内を潤滑油が流れ、ピストンの往復運動により連通孔から潤滑油が外周側に排出されるため、ピストンピンのピストン外周側端部を確実に潤滑することができ、ピストン冠面側を冷却するという効果も見込める。

（ハ）上記（ロ）に記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記環状油路内の潤滑油を旋回させることを特徴とする内燃機関のピストン。

潤滑油を旋回させることで、ピストンピンのピストン外周側端部を確実に潤滑することができ、上記（ロ）の効果がより確実なものとなる。

（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、
前記貫通路及び排出路は、型成形によって形成されることを特徴とする内燃機関のピストン。

中子を用いて鋳造する必要がなく、安価なピストンとすることができる。

（へ）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（ニ）のいずれかに記載の内燃機関のピストンにおいて、
前記ピンボスは、前記冠面から延在して設けられる支持部によって支持されることを特徴とする内燃機関のピストン。

ピストンの往復運動に伴ってピンボスには大きな負荷がかかるが、ピンボス自体は支持部によって冠面に支持されているため、ピンボスにかかる負荷がエプロンに及ぼす影響は少ない。したがって、ピンボスの冠面側のエプロンを肉抜きして連通孔を設けたとしても、ピンボスの強度は確保される。

ピストンヘッドのＡ−Ａ断面図である。 ピストンヘッドのＢ−Ｂ断面図である。 ピストンヘッドのｚ軸方向正面図部分断面図である。 ピストンヘッドのＩ−Ｏ−ＩＩ部分断面図である。 ピストンヘッドのｙ軸負方向正面図である。 Ａ−Ａ断面におけるオイルの流れを示す図である。 Ｂ−Ｂ断面におけるオイルの流れを示す図である。 ピストンヘッド裏側面におけるオイルの流れを示す図である。 本願実施例の他の実施例におけるオイルの流れを示す図である。 図９に示す他の実施例におけるオイルの流れを示す図である。 本願実施例の他の実施例を示す図である。

符号の説明

１ ピストンヘッド
１ａ ランド部
２ コンロッド
３ ピストンピン
４ オイルジェット
１１ ピストンヘッド裏側面
１２ スカート
１２ａ，１２ｂ ｘ軸負、正方向側スカート
１３ ピンボス
１３ａ，１３ｂ ｚ軸負、正方向側ピンボス
１４ エプロン
１５ 円周溝（環状通路）
１６ 支持部
３１ ｘ軸方向両端部
１００ 連通孔
１１０ 突起部
１３１ ｚ軸方向貫通孔
１５１ 内周側溝部
１５１ａ ｘ軸負方向側内周側溝部
１５１ｂ ｘ軸正方向側内周側溝部
１５２ 貫通溝部（貫通路）
１５２ａ，１５２ｂ ｚ軸負、正方向側貫通溝

Claims (3)

1. スカートとピストンピンボスを連携するエプロン部を有する内燃機関のピストンであって、
   前記エプロン部における前記ピストンピンの冠面側位置に内外周を連通する連通孔を設け、前記スカートと前記ピンボスと前記エプロン部で区画される隔成部位の内周に潤滑油を供給したこと
   を特徴とする内燃機関のピストン。
2. 請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記ピストンピンボスのピストンピン冠面側に、一方の前記スカート側から他方の前記スカート側に貫通する貫通路を設け、この貫通路を前記連通孔に連通させたこと
   を特徴とする内燃機関のピストン。
3. 請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記貫通路は、連続して前記冠面の背面に環状通路として形成されていること
   特徴とする内燃機関のピストン。

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