JP2010164020A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関用ピストンにおいて、燃焼室内が負圧の状態でもオイルが燃焼室内に吸引されることを抑制し、オイル消費を低減するピストンを提供すること。
【解決手段】
内燃機関のシリンダに往復動自在に設けられ、シリンダとの間で燃焼室を形成する内燃機関のピストンであって、リングを挿入するためにピストンの外周に形成された複数のリング溝と、リング溝間に形成された環状のランドと、ピストンピンを挿入するためのピン孔と、を備える内燃機関用ピストンにおいて、ピストンの頂面から一番目のリング溝と２番目のリング溝との間に形成されたセカンドランドと、ピン孔の上部とを連通する連通孔を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用ピストンに関し、特に、オイル消費量を改善可能な内燃機関用ピストンに関する。

自動車用内燃機関においては、３本リング構成のピストンが多く用いられており、ピストン頭部の外周部の上から順にトップリング溝、セカンドリング溝、オイルリング溝が設けてある。これらのリング溝にトップリングとセカンドリングとオイルリングとを装着し、シリンダ内に組み込んでピストンを使用する。このようなピストンにおいて、自動車用エンジンの燃費を改善するという目的のため、ピストンリングには、フリクション低減のために低張力化とピストンリングのリング幅の薄幅化とが図られている。

そのため、シリンダ壁面と各リングとの密着力が弱くなり、燃焼室が負圧となる吸気行程におけるピストン下降時には、オイルリングが掻き落としきれなかったシリンダ壁面のオイルが、オイルリングとセカンドリングとの間のサードランドに残り、燃焼室の負圧によってセカンドランドから燃焼室へオイルの吸引が生じオイル消費が増加する虞があった。

これを防ぐために、オイルリングが掻き落としたオイルをピストン内部空間に逃がすオイルドレン孔の他に、セカンドリングが掻き落としたサードランドのオイルをピストン内部空間に逃がすオイルドレン孔を特定位置に設け、燃焼室へオイルが漏れるのを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

あるいは、オイルリング上部のランド（サードランドに相当）にピストン全周にわたる三角状の溝や階段状の溝、あるいは略コの字状の溝を形成して、サードランドとシリンダ内壁との間の隙間容積を増加させ、掻き落としたオイルによるサードランド部空間の圧力上昇を抑え、燃焼室へオイルが漏れるのを抑制する技術が種々提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照。）。

しかしながら、上記技術はいずれもサードランドのオイルに対する燃焼室の負圧の影響を低減するものではなく、サードランドのオイル吸引防止には不十分であった。

特開２００６−１４４７００号公報 特許第３１２０９１８号公報 特開２００１−２１４８０４号公報 特開２００３−２９４１３９号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関用ピストンにおいて、燃焼室内が負圧の状態でもオイルが燃焼室内に吸引されることを抑制しオイル消費を低減するピストンを提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、内燃機関のシリンダに往復動自在に設けられ、前記シリンダとの間で燃焼室を形成する内燃機関のピストンであって、リングを挿入するために前記ピストンの外周に形成された複数のリング溝と、前記リング溝間に形成された環状のランドと、ピストンピンを挿入するためのピン孔と、を備え、前記ランドと、前記ピン孔内周面とを連通する連通孔を設けたことである。

第２の技術的手段は、第１の技術的手段において、前記ピストンピンの外周面と前記ピン孔の内周面との間には、隙間を有することである。

第３の技術的手段は、第１の技術的手段または第２の技術的手段において、前記連通孔は、前記ピストンの頂面から１番目のリング溝と２番目のリング溝との間のランドと、前記ピン孔内周面の上部とを連通することである。

第４の技術的手段は、第１の技術的手段乃至第３の技術的手段のいずれか１つの技術的手段において、前記ランドから前記ピストンの径方向に形成された第１の孔と、前記ピン孔から前記ピストンの軸方向に形成された第２の孔とが交わって前記連通孔を構成することである。

第５の技術的手段は、第１の技術的手段乃至第４の技術的手段のいずれか１つの技術的手段において、内燃機関の吸気行程時には前記連通孔の連通が許可され、内燃機関の圧縮行程、膨張行程および排気行程時には前記連通孔の連通が禁止されることである。

第６の技術的手段は、第２の技術的手段において、前記ピストンは前記シリンダ内の空間を、前記ピストンの頂面側の前記燃焼室と、前記ピストンの底面側のクランク室とに画定し、
前記内燃機関の吸気行程時において、前記ピストンの移動に伴って前記ピストンピンが前記ピン孔において前記底面側に移動することにより前記隙間が形成されて、前記ランドと前記シリンダとの間の空間が前記連通孔と前記隙間を介して前記クランク室に連通され、
前記内燃機関の圧縮行程、膨張行程および排気行程時において、前記ピストンの移動に伴って前記ピストンピンが前記ピン孔において前記頂面側に移動することにより前記隙間がなくなり、前記連通孔および前記隙間を介した前記ランドと前記シリンダとの間の空間と前記クランク室との連通が禁止されることである。

請求項1の発明によれば、ランドと、ピン孔とを連通する連通孔を設けたので、ランドが大気圧となってクランク室側からオイルを吸引することがなく、オイル消費を抑制することができる。

請求項３の発明によれば、１番目のリング溝と２番目のリング溝との間のランド（セカンドランド）と連通する連通孔であるため、２番目のリング溝と３番目のリング溝との間のサードランドからオイルを吸引することを好適に抑制できる。

請求項４の発明によれば、２つの孔を形成するだけで、連通孔を構成できるため、簡単な切削穿孔で連通孔が形成できる。

請求項５または請求項６の発明によれば、燃焼室が負圧となる吸気行程ではピストンピンによりピストンは下方に引っ張られピン孔とピストンピンとの間に隙間が発生し、連通孔を介してクランク室（大気圧）とランドとが連通する。燃焼室が負圧である内燃機関の吸気行程時のみ連通孔の連通が許可されるため、好適にオイル消費を抑制することができると共に、燃焼室の圧縮圧力が減少することやクランク室側にブローバイガスが漏れることがない。

本発明に係る吸気行程のピストンとシリンダとを示す断面図である。 本発明に係る圧縮行程、膨張行程、排気行程のピストンとシリンダとを示す断面図である。 本発明に係るピストン単体の側面図である。

以下、本発明に従った内燃機関用ピストンの実施の形態を図面に基づき説明する。

図１、図２は３本リング構成のピストンに本発明を適用した場合の断面図である。また、図３はピストン単体の側面図である。

ピストン1はシリンダ２内に摺動可能に配設され、その外周に３本のリング溝３、４、５が形成されている。ピストン１の頂面から１番目のトップリング溝３にはトップリング６が装着され、２番目のセカンドリング溝４にはセカンドリング７が、３番目のオイルリング溝５にはオイルリング８が装着されている。

ピストン1には径方向にピン孔９が切削穿孔され、ピン孔９にはコンロッド１２を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されたピストンピン１３が所定の隙間をもって挿入されている。

セカンドランド１４からピストン１の径方向（図１中の左右方向）でピストンの中心に向かって延在するように形成された第１の孔１０ａが切削穿孔されている。具体的には、ピン孔９の上方のセカンドランド１４にはピン孔９の中心軸と平行にピン孔９よりも小径の第１の孔１０ａが所定の深さに切削穿孔されている。さらに、この第１の孔１０ａと直角に交わって連通するように、ピン孔ボス部１５にはピストン下方よりピストン頂面に向かってピストンの軸方向と平行に第１の孔１０ａと同径の第２の孔１０ｂが切削穿孔され、ピン孔９とシリンダ２との間の空間（セカンドランド１４の側面空間）とを連通する連通孔１０を形成している。

以上のように構成した本実施形態の内燃機関用ピストンの作動を説明する。

図１は吸気行程の状態を示しており、クランクシャフト（図示せず）の回転にともないコンロッド１２は下方に動く。コンロッド１２の動きにともないピストン１はピストンピン１３を介して下方に引張られる。このとき、燃焼室１００は負圧となり、ピン孔９内では頂面側にピン孔９の内周面とピストンピン１３の外周面との間にクリアランスが生じ、ピン孔９の頂面側の第２の孔１０ｂが開孔してセカンドランド１４の側面空間はクランク室２００と連通し大気圧となる。よって、燃焼室１００が負圧であってもサードランド１６のオイルは燃焼室１００の負圧によって吸引されることがなく、オイル消費が低減できる。

また、図２は圧縮行程、膨張行程および排気行程の状態を示しており、圧縮行程および排気行程では、クランクシャフト（図示せず）の回転にともないコンロッド１２は上方に動く。コンロッド１２の動きにともない、ピストン１はピストンピン１３を介して上方に押上げられる。このときピン孔９ではピストンピン１３の外周面はピン孔９の内周面の頂面側に密着し、ピン孔９の頂面側の第２の孔１０ｂは閉孔されるので圧縮圧力が減少することもブローバイガスが漏れることもない。

膨張行程ではピストン１は吸気行程と同じように下方に動くが、ピストン１は燃焼圧により、常に下方に押し付けられているので、ピン孔９頂面側の第２の孔１０ｂは閉孔状態が維持され、燃焼圧が漏れることがない。

以上のように、本発明によれば、燃焼室が負圧になったときのみピン孔９頂面側の第２の孔１０ｂが開孔してセカンドランド１４を大気圧状態とするので、サードランド１６のオイルを負圧により吸引することを抑制しオイル消費を低減することができる。

尚、本実施形態は、３本リング構成の場合を例に説明したが、３本リング構成に限定されることなく、２本リング構成であっても、あるいは４本リング構成であっても同様の効果を得ることができる。

１・・・ピストン
２・・・シリンダ
３・・・トップリング溝（リング溝）
４・・・セカンドリング溝（リング溝）
５・・・オイルリング溝（リング溝）
６・・・トップリング
７・・・セカンドリング
８・・・オイルリング
９・・・ピン孔
１０・・・連通孔
１０ａ・・・第１の孔
１０ｂ・・・第２の孔
１２・・・コンロッド
１３・・・ピストンピン
１４・・・セカンドランド（ランド）
１６・・・サードランド（ランド）
１００・・・燃焼室
２００・・・クランク室

Claims (6)

1. 内燃機関のシリンダに往復動自在に設けられ、前記シリンダとの間で燃焼室を形成する内燃機関のピストンであって、
   リングを挿入するために前記ピストンの外周に形成された複数のリング溝と、
   前記リング溝間に形成された環状のランドと、
   ピストンピンを挿入するためのピン孔と、を備え、
   前記ランドと、前記ピン孔内周面とを連通する連通孔を設けたことを特徴とする内燃機関用ピストン。
2. 前記ピストンピンの外周面と前記ピン孔の内周面との間には、隙間を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
3. 前記連通孔は、前記ピストンの頂面から１番目のリング溝と２番目のリング溝との間のランドと、前記ピン孔内周面の上部とを連通する請求項１または２に記載の内燃機関用ピストン。
4. 前記ランドから前記ピストンの径方向に形成された第１の孔と、前記ピン孔から前記ピストンの軸方向に形成された第２の孔とが交わって前記連通孔を構成する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関用ピストン。
5. 前記内燃機関の吸気行程時には前記連通孔の連通が許可され、前記内燃機関の圧縮行程、膨張行程および排気行程時には前記連通孔の連通が禁止される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関用ピストン。
6. 前記ピストンは前記シリンダ内の空間を、前記ピストンの頂面側の前記燃焼室と、前記ピストンの底面側のクランク室とに画定し、
   前記内燃機関の吸気行程時において、前記ピストンの移動に伴って前記ピストンピンが前記ピン孔において前記底面側に移動することにより前記隙間が形成されて、前記ランドと前記シリンダとの間の空間が前記連通孔と前記隙間を介して前記クランク室に連通され、
   前記内燃機関の圧縮行程、膨張行程および排気行程時において、前記ピストンの移動に伴って前記ピストンピンが前記ピン孔において前記頂面側に移動することにより前記隙間がなくなり、前記連通孔および前記隙間を介した前記ランドと前記シリンダとの間の空間と前記クランク室との連通が禁止される請求項２に記載の内燃機関用ピストン。

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