JP2009127567A

JP2009127567A - ピストン式内燃機関

Info

Publication number: JP2009127567A
Application number: JP2007304945A
Authority: JP
Inventors: Koichi Shinoda; 耕一篠田
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-06-11

Abstract

【課題】コネクティングロッド小端部の潤滑性能を向上させる。
【解決手段】オイルジェットから噴出された潤滑油が流れる冷却空洞１２を有したピストン１０に、その内部において軸方向に延びるシリンダ２０をピストン往復運動により慣性移動する慣性体３０によって第１室２２と第２室２４とに区画し、該慣性移動に伴って容積が増減変化する第１室２２又は第２室２４のポンプ作用を利用して、冷却空洞１２から吸引した潤滑油をピストンピン穴１８へと供給するポンプ機構を内蔵させると共に、ピストンピン穴１８に内挿されるピストンピン６０に、ポンプ機構により供給された潤滑油を、ピストンピン６０とコネクティングロッド７０との連接部へと導く油路を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストン式内燃機関において、コネクティングロッド小端部の潤滑性能を向上させる技術に関する。

ピストン式内燃機関では、シリンダ内を往復運動するピストンがコネクティングロッドを介してクランクシャフトに連接される。コネクティングロッドは、クランクシャフトに取り付けられる大端部と、ピストンピンを介してピストンに取り付けられる小端部と、を備えている。この小端部の給油構造としては、例えば、ピストンの冷却空洞から飛沫状に排出された潤滑油を利用する飛沫給油構造（特許文献１）や、オイルポンプを用いて大端部からロッド部を経て小端部に強制的に潤滑油を給油する強制給油構造（特許文献２）などがある。
登録実用新案第２５５３０７３号公報実開平４−７８３２３号公報

しかしながら、飛沫給油構造では、冷却空洞の排出口から潤滑油を飛沫させるため、十分な量を小端部の頂部穴に安定して給油することが困難であり、潤滑油不足になる恐れがある。一方、強制給油構造では、潤滑油を小端部まで圧送しなければならないため、オイルポンプ容量を増加しなければならず、例えば、重量が増加する恐れがある。

そこで、本発明は、以上のような従来の問題点に鑑み、ピストン往復運動により慣性移動する慣性体を利用したポンプ機構によりコネクティングロッド小端部の給油を確実且つ安定して行うピストン式内燃機関の提供を目的とする。

このため、請求項１記載のピストン式内燃機関は、オイルジェットから噴出された潤滑油が流れる冷却空洞を有したピストンと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、前記ピストンと前記クランクシャフトとを連接するコネクティングロッドと、を含んで構成され、前記ピストンに、その内部において軸方向に延びるシリンダをピストン往復運動により慣性移動する慣性体によって第１室と第２室とに区画し、該慣性体の慣性移動に伴って容積が増減変化する第１室又は第２室のポンプ作用を利用して、前記冷却空洞から吸引した潤滑油をピストンピン穴へと供給するポンプ機構を内蔵させると共に、前記ピストンピン穴に内挿されるピストンピンに、前記ポンプ機構により供給された潤滑油を、該ピストンピンと前記コネクティングロッドとの連接部へと導く油路を形成したことを特徴とする。

請求項２記載のピストン式内燃機関は、前記冷却空洞及び前記ポンプ機構の間と、前記ポンプ機構及び前記ピストンピン穴の間に、夫々、前記冷却空洞から前記ピストンピン穴へと潤滑油が流れる方向にのみ開弁する逆止弁が配設されたことを特徴とする。

請求項３記載のピストン式内燃機関は、前記ピストンに、前記第１室又は前記第２室のうちポンプ作用に寄与しない一方と、ピストン外部と、を連通する空気孔を形成したことを特徴とする。

請求項４記載のピストン式内燃機関は、前記慣性体の横断面が、前記シリンダの横断面と同一形状をなしていることを特徴とする。

請求項５記載のピストン式内燃機関は、前記ピストンピンが、両端が塞がれた中空状をなし、前記油路が、該ピストンピンに、前記ポンプ機構により供給された潤滑油を中空内部に導入する導入孔と、該中空内部の潤滑油を前記ピストンピンと前記コネクティングロッドとの連接部に導出する導出孔と、を貫設して形成されることを特徴とする。

請求項６記載のピストン式内燃機関は、前記ピストンピンの導入孔を通る横断面上における前記ピストンピン及び前記ピストンピン穴の少なくとも一方に、その周方向に延びる導入周溝を形成したことを特徴とする。

請求項７記載のピストン式内燃機関は、前記ピストンピンの導出孔を通る横断面上における前記ピストンピン及び前記コネクティングロッドの少なくとも一方に、その周方向に延びる導出周溝を形成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ピストンに、その内部において軸方向に延設したシリンダにピストン往復運動により慣性移動する慣性体を内装させたポンプ機構を設けた。即ち、慣性体によって第１室と第２室とに区画されるシリンダは、その慣性移動に伴って第１室及び第２室の容積が増減変化され、慣性体と共にポンプ作用を奏するようになる。このため、冷却空洞の潤滑油をポンプ作用に寄与する第１室又は第２室に吸引し、この吸引潤滑油をピストンピン穴に供給することができる。また、ピストンピンには、ポンプ機構から供給される潤滑油をピストンピンとコネクティングロッドとの連接部に導く油路が形成される。このため、ポンプ機構と油路により、冷却空洞の潤滑油を飛沫させずに且つオイルポンプ容量を増加させずに、コネクティングロッド小端部の給油を確実且つ安定して行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、ポンプ機構における潤滑油の吸引側と供給側とに、吸引側の冷却空洞から供給側のピストンピン穴へと潤滑油が流れる方向にのみ開弁する逆止弁を夫々設けた。このため、冷却空洞の潤滑油を吸引するときには、吸引側の逆止弁が開弁すると共に供給側の逆止弁が閉弁し、吸引潤滑油を供給するときには、吸引側の逆止弁が閉弁すると共に供給側の逆止弁が開弁する。従って、吸引又は供給の際に、供給側又は吸引側の逆流を防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、ポンプ作用に寄与しない第２室又は第１室に、ピストン外部と連通する空気孔を形成した。このため、該第２室又は第１室は、その容積の増減変化に伴って空気孔を介して圧抜きされるので、ピストン往復運動による慣性体の慣性移動を円滑にすることができる。

請求項４記載の発明によれば、慣性体の横断面が、シリンダの横断面と同一形状をなす。このため、慣性体を、シリンダの横断面形状を有する円柱や球などにすればよく、その加工が容易になる。

請求項５記載の発明によれば、ピストンピンは、両端が塞がれた中空状をなすと共に、ポンプ機構により供給された潤滑油を中空内部に導入する導入孔と、該中空内部の潤滑油をピストンピンとコネクティングロッドとの連接部に導出する導出孔と、がその周壁に貫設される。このため、潤滑油は、導入孔から中空内部を経て導出孔から排出される油路を辿るので、十分な量の潤滑油をコネクティングロッド小端部に安定して給油することができる。また、中空状であるため、軽量化に貢献する。

請求項６又は請求項７記載の発明によれば、ピストンピンの導入孔又は導出孔を通る横断面上において、ピストンピン及びピストンピン穴の少なくとも一方、又は、ピストン及びコネクティングロッド小端部の少なくとも一方に、その周方向に延びる周溝を形成した。このため、ポンプ機構から供給された潤滑油は、ピストンピン穴の内周壁及びピストンピンの外周壁の少なくとも一方に形成された周溝を流れて導入孔へと導かれる。従って、ピストンピン穴の供給孔とピストンピンの導入孔とを正確に対向させることが不要になるので、組立が容易になる。また、これによりピストンピンを、固定式だけでなく、全浮動式でも取り付けることができる。一方、導出孔から排出される潤滑油は、小端部の内周壁及びピストンピンの外周壁の少なくとも一方に形成された周溝を通ってコネクティングロッド小端部の全周に給油されるので、さらに確実且つ安定した給油を提供できる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を具現化したピストン式内燃機関におけるピストン部分の一例を示す。ピストン式内燃機関は、ピストン１０と、ピストン１０の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、ピストン１０とクランクシャフトとを連接するコネクティングロッド７０と、を含んで構成される。

ピストン１０の内部には、オイルジェットから噴出される潤滑油が流れる環状の冷却空洞１２と、軸方向に延びるシリンダ２０と、が形成される。

シリンダ２０には、ピストン往復運動により慣性移動する慣性体３０が挿入される。慣性体３０は、シリンダ２０を第１室２２と第２室２４とに区画し、その慣性移動によって、ポンプ作用に寄与する第１室２２の容積を増減変化させ、冷却空洞１２から潤滑油を吸引し、これをピストンピン穴１８へと供給するように、シリンダ２０と共にポンプ機構の一部をなす。また、慣性体３０は、シリンダ２０を摺動自在な円柱形状をなし、シリンダ２０の底に接地した際に空隙を形成する突起３２を備えている。なお、慣性体３０は、球形状でもよく、シリンダ２０の横断面が楕円形状の場合には、楕円柱形状であるとよい。

第１室２２は、連通路４０によって、冷却空洞１２とピストンピン穴１８に連通される。連通路４０は、冷却空洞１２からシリンダ２０の上部を通過してピストン１０の横断面上を延びる第１連通路４２と、ピストンピン穴１８から第１連通路４２まで貫通する第２連通路４４と、を含んで構成される。第１連通路４２における、冷却空洞１２及びシリンダ２０の間と、シリンダ２０及び第２連通路４４の間には、夫々、冷却空洞１２からピストンピン穴１８へと潤滑油が流れる方向にのみ開弁する第１逆止弁５０、第２逆止弁５２が配設される。第２連通路４４のピストンピン穴１８側における開口部は、ポンプ機構から供給される潤滑油の供給孔４６をなす。また、ピストンピン穴１８の内周壁には、後述するピストンピン６０の導入孔６２を通る横断面上において、供給孔４６を通る内周方向に延びた第１導入周溝４７が形成される。なお、連通路４０は、冷却空洞１２からシリンダ２０を経てピストンピン穴１８に向けて斜めに設ける構成や、クランク状の構成を採用することができる。

一方、シリンダ２０のポンプ作用に寄与しない第２室２４は、空気孔４８によってピストン外部に連通される。この第２室２４は、空気孔４８によりピストン外部に開放されているので、慣性体３０による容積増減の際に圧抜きされる。このため、慣性体３０の慣性移動を円滑にすることができる。

なお、このようなピストン１０において、シリンダ２０は、ピストン頂面１４から軸方向に掘進し、ピストンピンボス１６のピストンピン穴１８には達しない深さに加工された穴に、慣性体３０を挿入後、第１プラグ５４を埋め込んで形成される。また、第１連通路４２は、ピストンピンボス１６の内壁からシリンダ２０の上部を通過して冷却空洞１２まで貫通するように加工された穴に、第１逆止弁５０、第２逆止弁５２を夫々配設後、第２プラグ５６を埋め込んで形成される。第２連通路４４は、第２逆止弁５２と第２プラグ５６との間の第１連通路４２に向けてピストンピン穴１８から穴加工されて形成される。

ピストンピン６０は、ピストンピン穴１８、１９に内挿され固定式又は全浮動式で取り付けられて、ピストン１０とコネクティングロッド７０とを連接する。このピストンピン６０は、両端が第３プラグ６１で塞がれた中空状をなし、ポンプ機構により供給された潤滑油を中空内部に導入する導入孔６２と、中空内部の潤滑油をピストンピン６０とコネクティングロッド７０の小端部７２に嵌合されたブッシュ８０との連接部に導出する導出孔６４と、が貫設される。このため、潤滑油は、導入孔６２から中空内部を経て導出孔６４から排出される油路を辿るようになる。

ピストンピン６０の外周壁には、導入孔６２、導出孔６４を通る横断面上において、その周方向に延びる第２導入周溝６６、第１導出周溝６８が形成される。また、ブッシュ８０の内周壁には、ピストンピン６０の導出孔６４を通る横断面上において、第２導出周溝８２が形成される。従って、供給孔４６と導入孔６２とは、第１導入周溝４７及び第２導入周溝６６が形成する油路で繋がり、導出孔６４は、第１導入周溝６８及び第２導出周溝８２が形成する油路と繋がるようになる。なお、第１導入周溝４７と第２導入周溝６６とが対面することにより、供給孔４６と導入孔６２とを正確に対向させることが不要になるので、組立が容易になり、ピストンピンを固定式だけでなく、全浮動式や半浮動式でも取り付けることができる。

図２は、図１のピストン式内燃機関において、ピストン往復運動を利用した小端部７２の給油動作を示す。

図２（ａ）に示したように、上死点に向かうピストン１０の上昇運動に応じて、慣性体３０には、下降する慣性力が働く。慣性体３０が下降を開始すると、第１室２２は、容積増加により負圧となって吸引力を生じ、第１逆止弁５０を開弁させると共に、第２逆止弁５２を閉弁させて、冷却空洞１２から潤滑油を第１室２２に吸引する（矢印Ａ）。一方、第２室２４は、容積減少と共に空気孔４８からピストン外部へ空気が排気されて圧抜きされる。

次に、図２（ｂ）に示したように、下死点に向かうピストン１０の下降運動に応じて、慣性体３０には、上昇する慣性力が働く。慣性体３０が上昇を開始すると、第１室２２は、容積減少により正圧となって押圧力を生じ、第１逆止弁を閉弁させると共に、第２逆止弁５２を開弁させて、吸引した潤滑油を第１室２２から第１連通路４２、第２連通路４４に圧送し、供給孔４６からピストンピン穴１８へと供給する（矢印Ｂ）。一方、第２室２４は、容積増加と共に空気孔４８からピストン外部の空気が吸気されて圧抜きされる。

ピストンピン穴１８へと供給された潤滑油は、導入孔６２からピストンピン６０内部に入る（矢印Ｂ）。ここで、第１導入周溝４７及び第２導入周溝６６により、供給孔４６と導入孔６２とが対向していない場合であっても、ポンプ機構から供給された潤滑油は、第１導入周溝４７及び第２導入周溝６６を通り確実に導入孔６２に導かれ、ピストンピン６０内部に入る。

ピストンピン６０内部に潤滑油が入ることで（矢印Ｂ）、内部の潤滑油が導出孔６４から排出され、小端部７２の給油が行われる（矢印Ｃ）。ここで、導出孔６４から排出された潤滑油は、第１導出周溝６８及び第２導出周溝８２を通り、ブッシュ８０の内周壁とピストンピン６０の外周壁との間の全周に供給される。このため、小端部７２の給油を確実且つ安定して行うことができる。

以上では、ポンプ機構を１つだけ設ける構成としたが、複数のポンプ機構を設ける構成でもよい。また、ポンプ機構において、第２室がポンプ作用に寄与し、第１室がポンプ作用に寄与しない構成でもよい。さらに、導入周溝４７、６６を、ピストンピン６０の導入孔６２を通る横断面上におけるピストンピン６０及びピストンピン穴１８の少なくとも一方に設ける構成でもよい。さらにまた、導出周溝６８、８２を、ピストンピン６０の導出孔６４を通る横断面上におけるピストンピン６０及びブッシュ８０の少なくとも一方に設ける構成でもよい。これによっても十分な量の潤滑油を確実且つ安定して給油することができ、小端部７２の給油性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るピストン式内燃機関のピストン部分の断面図（ａ）は、ピストン上昇運動により冷却空洞から潤滑油を吸引する動作を示し、（ｂ）は、ピストン下降運動により吸引した潤滑油をピストンピン穴へと供給し、ピストンピンを介してコネクティングロッド小端部へと給油する動作を示す図

符号の説明

１０ピストン
１２冷却空洞
１４ピストンヘッド
１６、１７ピストンピンボス
１８、１９ピストンピン穴
２０シリンダ
２２第１室
２４第２室
３０慣性体
３２突起
４０連通路
４２第１連通路
４４第２連通路
４６供給孔
４７、６６導入周溝
４８空気孔
５０、５２逆止弁
５４、５６、６１プラグ
６０ピストンピン
６２導入孔
６４導出孔
６８、８２導出周溝
７０コネクティングロッド
７２小端部
８０ブッシュ

Claims

オイルジェットから噴出された潤滑油が流れる冷却空洞を有したピストンと、
前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連接するコネクティングロッドと、
を含んで構成され、
前記ピストンに、その内部において軸方向に延びるシリンダをピストン往復運動により慣性移動する慣性体によって第１室と第２室とに区画し、該慣性体の慣性移動に伴って容積が増減変化する第１室又は第２室のポンプ作用を利用して、前記冷却空洞から吸引した潤滑油をピストンピン穴へと供給するポンプ機構を内蔵させると共に、
前記ピストンピン穴に内挿されるピストンピンに、前記ポンプ機構により供給された潤滑油を、該ピストンピンと前記コネクティングロッドとの連接部へと導く油路を形成したこと
を特徴とするピストン式内燃機関。
前記冷却空洞及び前記ポンプ機構の間と、前記ポンプ機構及び前記ピストンピン穴の間には、夫々、前記冷却空洞から前記ピストンピン穴へと潤滑油が流れる方向にのみ開弁する逆止弁が配設されたことを特徴とする請求項１記載のピストン式内燃機関。
前記ピストンに、前記第１室又は前記第２室のうちポンプ作用に寄与しない一方と、ピストン外部と、を連通する空気孔を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピストン式内燃機関。
前記慣性体の横断面は、前記シリンダの横断面と同一形状をなしていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のピストン式内燃機関。
前記ピストンピンは、両端が塞がれた中空状をなし、前記油路は、該ピストンピンに、前記ポンプ機構により供給された潤滑油を中空内部に導入する導入孔と、該中空内部の潤滑油を前記ピストンピンと前記コネクティングロッドとの連接部に導出する導出孔と、を貫設して形成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のピストン式内燃機関。
前記ピストンピンの導入孔を通る横断面上における前記ピストンピン及び前記ピストンピン穴の少なくとも一方に、その周方向に延びる導入周溝を形成したことを特徴とする請求項５記載のピストン式内燃機関。
前記ピストンピンの導出孔を通る横断面上における前記ピストンピン及び前記コネクティングロッドの少なくとも一方に、その周方向に延びる導出周溝を形成したことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のピストン式内燃機関。