JP2013117200A - Internal combustion engine, method for manufacturing the same, and vehicle mounting the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine that can reduce piston friction and reduce piston slap with a simple structure, and to provide a method for manufacturing the same and a vehicle mounting the same.SOLUTION: Grooves 11a and 11b extending in a reciprocating direction of a piston 3 are provided in such a way that at least a thrust side and a side opposite thereto on an outer peripheral surface of a skirt 3a of the piston 3 which reciprocates in a cylinder liner 2 do not come into directly contact with a thrust surface 2a and a counter-thrust surface 2b. In addition, a plurality of steel balls 12a coming into rolling contact with the thrust surface 2a and a plurality of steel balls 12b coming into rolling contact with the counter-thrust surface 2b are arranged in an extending direction of the grooves 11a and 11b, respectively.

Description

本発明は、ピストンクリアランスを減少し、ピストンスラップを減少すると共に、ピストンフリクションを低減することができる内燃機関、その製造方法、及びそれを搭載した車両に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine that can reduce piston clearance, reduce piston slap, and reduce piston friction, a manufacturing method thereof, and a vehicle equipped with the same.

エンジン(内燃機関)のピストンとシリンダライナとの間には、ピストンの往復運動を円滑にする隙間(以下、ピストンクリアランスという)を設けている。しかしながら、このピストンクリアランスがあると、ピストンの吸収、圧縮、燃焼、及び排気行程による筒内圧と、ピストン自身の慣性と、及びピストンに連結されたクランク軸が往復運動から回転運動に転換させる際の影響によるスラスト力がピストンに作用して、ピストンピン周りの首振り運動(以下、ピストンスラップという)が発生する。これにより、エンジンの騒音源の要因の一つでもあるスラップ音が生じ、また、ピストンとシリンダライナとの接触により、ピストンフリクションが増大する。   A gap (hereinafter referred to as piston clearance) is provided between the piston of the engine (internal combustion engine) and the cylinder liner to facilitate the reciprocating motion of the piston. However, with this piston clearance, the in-cylinder pressure due to absorption, compression, combustion, and exhaust stroke of the piston, the inertia of the piston itself, and the crankshaft connected to the piston are converted from reciprocating motion to rotational motion. The thrust force due to the effect acts on the piston, and a swing motion (hereinafter referred to as piston slap) around the piston pin occurs. As a result, a slap noise, which is one of the causes of engine noise, is generated, and piston friction increases due to contact between the piston and the cylinder liner.

ここで、従来のピストンについて図8を参照しながら説明する。図8の(a)に示すように、エンジン1Xは、シリンダライナ2とその中で往復運動するピストン3Xを備える。このピストン3Xに、図示しないクランクシャフトと連結されるコンロッド4を、ピストンピン5を介して連結する。ピストン3Xとシリンダライナ2との間には、ピストンクリアランスCLを設けている。   Here, a conventional piston will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8A, the engine 1X includes a cylinder liner 2 and a piston 3X that reciprocates therein. A connecting rod 4 connected to a crankshaft (not shown) is connected to the piston 3X via a piston pin 5. A piston clearance CL is provided between the piston 3X and the cylinder liner 2.

前述したように、ピストン3は、筒内圧の変化、ピストン3自身の慣性、及びコンロッド4とクランクシャフトからなるクランク機構による作用で発生するスラスト力Tfを、ピストンピン5の軸方向と直交するx方向に受ける。するとピストン3Xは傾き、ピストン3Xのリング6(6a、6b、6c)がシリンダライナ2のスラスト側の面(以下、スラスト面という)2aと接触し、また、ピストン3Xのスカート部3aXがシリンダライナ2の反スラスト側の面(以下、反スラスト面という)2bと接触する。   As described above, the piston 3 generates the thrust force Tf generated by the change in the cylinder pressure, the inertia of the piston 3 itself, and the action of the crank mechanism including the connecting rod 4 and the crankshaft, which is orthogonal to the axial direction of the piston pin 5. Receive in the direction. Then, the piston 3X tilts, the ring 6 (6a, 6b, 6c) of the piston 3X comes into contact with a thrust side surface (hereinafter referred to as a thrust surface) 2a of the cylinder liner 2, and the skirt portion 3aX of the piston 3X is in contact with the cylinder liner. 2 is in contact with an anti-thrust surface (hereinafter referred to as an anti-thrust surface) 2b.

若しくは、図8の(b)に示すように、ピストン3Xがシリンダライナ2のスラスト面2aに押し付けられ、ピストン3のリング6及びスカート部3aXがスラスト面2aと接触する。このスラスト力の作用によるピストン3の動きがピストンスラップであり、これを原因として、スラップ音を生じる。また、このときピストン3Xのスカート部3a、又はリング6が、シリンダライナ2のスラスト面2a、又は反スラスト面2bと接触することで、ピストンフリクションが増大する。   Alternatively, as shown in FIG. 8B, the piston 3X is pressed against the thrust surface 2a of the cylinder liner 2, and the ring 6 and the skirt portion 3aX of the piston 3 come into contact with the thrust surface 2a. The movement of the piston 3 due to the action of the thrust force is the piston slap, and a slap sound is generated due to this. At this time, the piston skirt 3a or the ring 6 comes into contact with the thrust surface 2a or anti-thrust surface 2b of the cylinder liner 2 to increase piston friction.

上記の問題を解決するために、スカート部のスラスト側および反スラスト側にシリンダのピストン摺動面に沿って転動可能な転がり軸受を回転自在に設けた装置がある(例えば、特許文献1参照)。この装置によれば、ピストンとシリンダライナとのピストンフリクションを減少することができるので、ピストンの焼き付きやスカッフィングを防止することができる。   In order to solve the above problem, there is an apparatus in which rolling bearings that can roll along the piston sliding surface of the cylinder are provided rotatably on the thrust side and the anti-thrust side of the skirt (see, for example, Patent Document 1). ). According to this apparatus, piston friction between the piston and the cylinder liner can be reduced, so that piston seizure and scuffing can be prevented.

しかし、上記の装置は、ピストンのスカート部に転がり軸受を設ける必要があり、構造が複雑化し、また、転がり軸受とシリンダライナとの接触部分に圧力が集中してしまうという問題がある。加えて、上記の装置の転がり軸受の転動は、ピストンの往復方向のみのため、スラスト力がかかる方向以外の力がかかると、つまり転がり軸受の転動方向以外の方向からの力が作用すると転がり軸受が故障してしまうという問題もある。   However, the above-mentioned device has a problem that it is necessary to provide a rolling bearing in the skirt portion of the piston, the structure is complicated, and pressure is concentrated on the contact portion between the rolling bearing and the cylinder liner. In addition, the rolling bearing of the above-described device is only in the reciprocating direction of the piston, so when a force other than the direction in which the thrust force is applied is applied, that is, when a force from a direction other than the rolling direction of the rolling bearing is applied. There is also a problem that the rolling bearing is broken.

特開2004−144014号公報JP 2004-144014 A

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構造で、ピストンクリアランスを減少させて、ピストンスラップを低減すると共に、ピストンフリクションも低減することができる内燃機関、その製造方法、及びそれを搭載した車両を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the piston clearance, reduce the piston slap and reduce the piston friction with a simple structure, The manufacturing method and a vehicle equipped with the manufacturing method are provided.

上記の目的を解決するための本発明の内燃機関は、シリンダライナ内を往復するピストンを備える内燃機関において、該ピストンのスカート部の外周面の少なくともスラスト側とその反対側が前記シリンダライナの内壁と直接接触しないように、前記ピストンの往復方向に延在する溝を複数設けると共に、該溝に前記シリンダライナの内壁と転がり接触する球体を該溝の延在方向に複数配置して構成される。   An internal combustion engine of the present invention for solving the above-mentioned object is an internal combustion engine comprising a piston that reciprocates in a cylinder liner, wherein at least the thrust side of the outer peripheral surface of the skirt portion of the piston and the opposite side are the inner wall of the cylinder liner. A plurality of grooves extending in the reciprocating direction of the piston are provided so as not to be in direct contact, and a plurality of spheres that are in rolling contact with the inner wall of the cylinder liner are arranged in the groove in the extending direction of the groove.

この構成によれば、ピストンのスカート部に複数の溝を形成し、その溝に複数の球体を配置するだけの簡易な構造で、ピストンと球体、及びシリンダライナと球体の間が転がり接触となり、スラスト力が作用しても、ピストンのスラスト側とその反対側が直接シリンダライナの内壁と接触しない。そのため、ピストンリングに大きな力が作用せず、ピストンフリクションを低減することができる。また、ピストンクリアランスが減少するので、ピストンスラップを低減することができ、スラップ音を減少することができる。   According to this configuration, a plurality of grooves are formed in the skirt portion of the piston, and a simple structure in which a plurality of spheres are arranged in the grooves, the piston and the sphere, and the cylinder liner and the sphere are in rolling contact, Even if thrust force acts, the thrust side of the piston and the opposite side do not directly contact the inner wall of the cylinder liner. Therefore, a large force does not act on the piston ring, and the piston friction can be reduced. Further, since the piston clearance is reduced, the piston slap can be reduced and the slap noise can be reduced.

加えて、溝に複数の球体を設けることで、接触点が複数となり、圧力が分散しシリンダライナへの局所への圧力集中を緩和することができる。さらに、本発明の球体はピストンの往復方向のみならず、ピストンの周方向などの全方位に転動可能に構成されるので、ピストンにスラスト力以外の力が作用した際にも転動して、故障を防止することができる。   In addition, by providing a plurality of spheres in the groove, there are a plurality of contact points, pressure is dispersed, and local pressure concentration on the cylinder liner can be reduced. Furthermore, since the sphere of the present invention is configured to roll not only in the reciprocating direction of the piston but also in all directions such as the circumferential direction of the piston, it rolls even when a force other than the thrust force acts on the piston. Failure can be prevented.

また、上記の内燃機関において、前記球体を配置する前記溝の少なくとも3つ以上を、前記スカート部の前記外周面に沿って、環状に配置すると、ピストンにスラスト力が作用した際に、複数の溝に配置した複数の球体でそのスラスト力を分散するので、よりピストンフリクションを低減することができる。また、スラスト側とその反対側以外のピストンクリアランスを減少することができ、よりピストンスラップを低減することができる。特に、爆発工程でピストンスラップを抑えて、力を分散するので、ピストンスラップを低減し、また、ピストンフリクションを低減することができる。   In the internal combustion engine described above, when at least three or more of the grooves in which the sphere is disposed are arranged in an annular shape along the outer peripheral surface of the skirt portion, a plurality of thrust forces are applied when a thrust force acts on the piston. Since the thrust force is dispersed by a plurality of spheres arranged in the groove, piston friction can be further reduced. Moreover, piston clearances other than the thrust side and the opposite side can be reduced, and piston slap can be further reduced. In particular, since the piston slap is suppressed and the force is dispersed in the explosion process, the piston slap can be reduced and the piston friction can be reduced.

加えて、上記の内燃機関において、前記溝内に配置した前記球体へオイルを供給するオイル供給穴を設けると、飛沫給油やオイルジェットなどによりピストンの外周面に付着したエンジンオイルを、オイル供給穴を介して球体へ運ぶことができるので、球体と溝、及び球体とシリンダライナとのフリクションをより低減することができる。   In addition, in the above internal combustion engine, when an oil supply hole for supplying oil to the sphere arranged in the groove is provided, the engine oil attached to the outer peripheral surface of the piston due to spray oil supply, oil jet, or the like is removed from the oil supply hole. Therefore, the friction between the sphere and the groove and between the sphere and the cylinder liner can be further reduced.

また、上記の問題を解決するための内燃機関の製造方法は、上記に記載の内燃機関の製造方法であって、ピストンのスカート部の外周面の該ピストンの往復方向に溝を形成し、シリンダライナに前記ピストンを挿嵌するときに、前記溝に複数の球体を前記往復方向に、且つ全方向に転動可能に配置することを特徴とする方法である。   An internal combustion engine manufacturing method for solving the above problem is the internal combustion engine manufacturing method described above, wherein a groove is formed in the reciprocating direction of the piston on the outer peripheral surface of the piston skirt, and the cylinder When the piston is inserted into the liner, a plurality of spheres are arranged in the groove so as to roll in the reciprocating direction and in all directions.

この方法によれば、ピストンのスカート部に掘削や鋳造により溝を形成して、シリンダライナ内に設置するときに、その溝に複数の球体を配置するだけでよく、容易に製造する
ことができる。また、シリンダライナと転がり接触するものが球体であるので、軸などの加工を不要とし、加工工数を低減することができる。
According to this method, when a groove is formed in the skirt portion of the piston by excavation or casting and installed in the cylinder liner, it is only necessary to arrange a plurality of spheres in the groove, and it can be easily manufactured. . In addition, since the rolling contact with the cylinder liner is a sphere, the machining of the shaft and the like is unnecessary, and the number of machining steps can be reduced.

上記の問題を解決するための車両は、上記に記載の内燃機関を搭載して構成される。この構成によれば、ピストンフリクションが低減することで燃費を向上し、ピストンスラップが低減することでスラップ音を低減することができる。また、その作用効果を簡易な構造で得ることができるので、製造コストを低減することができる。   A vehicle for solving the above problem is configured by mounting the internal combustion engine described above. According to this configuration, it is possible to improve fuel efficiency by reducing piston friction, and to reduce slap noise by reducing piston slap. Moreover, since the effect can be obtained with a simple structure, the manufacturing cost can be reduced.

本発明によれば、簡易な構造で、ピストンクリアランスを減少させて、ピストンスラップを低減すると共に、ピストンフリクションも低減することができる。   According to the present invention, the piston clearance can be reduced, the piston slap can be reduced, and the piston friction can be reduced with a simple structure.

本発明に係る第1の実施の形態の内燃機関を示した側面の断面図である。1 is a side sectional view showing an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. 本発明に係る第1の実施の形態の内燃機関を示した側面の断面図であり、転動支持構造をピストンの往復方向に並べた配置を示した図である。It is sectional drawing of the side which showed the internal combustion engine of 1st Embodiment which concerns on this invention, and is the figure which showed the arrangement | positioning which arranged the rolling support structure in the reciprocating direction of the piston. 本発明に係る第2の実施の形態の内燃機関を示した平面の断面図であり、(a)にスラスト力を示し、(b)にスラスト力以外の力を示した図である。It is sectional drawing of the plane which showed the internal combustion engine of 2nd Embodiment which concerns on this invention, (a) shows thrust force, (b) is the figure which showed forces other than thrust force. 本発明に係る第2の実施の形態の内燃機関を示した平面の断面図であり、(a)に四つの転動支持構造を等間隔に配置した図を示し、(b)に六つの転動支持構造を非等間隔に配置した図を示す。FIG. 6 is a plan sectional view showing an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention, in which (a) shows a diagram in which four rolling support structures are arranged at equal intervals, and (b) shows six rolling support structures. The figure which has arrange | positioned the dynamic support structure at non-equal intervals is shown. 本発明に係る第3の実施の形態の内燃機関を示した側面の断面図である。It is sectional drawing of the side surface which showed the internal combustion engine of 3rd Embodiment concerning this invention. 内燃機関のピストンフリクションを示した表であり、(a)に従来の内燃機関を示し、(b)に本発明に係る実施の形態の内燃機関を示した表である。2 is a table showing piston friction of an internal combustion engine, (a) showing a conventional internal combustion engine, and (b) showing an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 内燃機関のピストンスラップを示した表であり、(a)に従来の内燃機関を示し、(b)に本発明に係る実施の形態の内燃機関を示した表である。It is the table | surface which showed the piston slap of an internal combustion engine, (a) shows the conventional internal combustion engine, (b) is the table | surface which showed the internal combustion engine of embodiment which concerns on this invention. 従来の内燃機関を示した側面図である。It is the side view which showed the conventional internal combustion engine.

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関とそれを搭載した車両について、図面を参照しながら説明する。ここでは、直列4気筒のディーゼルエンジンの一つの気筒を例に説明するが、残りの他の気筒についても同様の構成とする。また、本発明はディーゼルエンジンに限定せずに、ガソリンエンジンにも適用することができ、その気筒数や、気筒の配列は限定しない。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。   Hereinafter, an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention and a vehicle equipped with the internal combustion engine will be described with reference to the drawings. Here, one cylinder of an in-line four-cylinder diesel engine will be described as an example, but the remaining other cylinders have the same configuration. The present invention is not limited to a diesel engine but can be applied to a gasoline engine, and the number of cylinders and the arrangement of the cylinders are not limited. Note that the dimensions of the drawings are changed so that the configuration can be easily understood, and the ratios of the thicknesses, widths, lengths, and the like of the respective members and parts do not necessarily match the ratios of actually manufactured parts.

まず、本発明に係る第1の実施の形態の内燃機関について、図1を参照しながら説明する。ここで、シリンダライナ2の内壁のスラスト力がかかる面をスラスト面2a、その反対側を反スラスト面2bとする。また、スラスト力が作用する方向、つまりピストンピン5の軸に直交する方向をx方向、ピストン3の往復方向をy方向、ピストンピン5の軸方向をz方向とする。   First, an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the surface to which the thrust force of the inner wall of the cylinder liner 2 is applied is the thrust surface 2a, and the opposite side is the anti-thrust surface 2b. The direction in which the thrust force acts, that is, the direction orthogonal to the axis of the piston pin 5 is defined as the x direction, the reciprocating direction of the piston 3 is defined as the y direction, and the axial direction of the piston pin 5 is defined as the z direction.

エンジン(内燃機関)1は、シリンダライナ2の内を往復運動するピストン3を備える。このピストン3に、図示しないクランクシャフトと連結するコンロッド4を、ピストンピン5を介して連結する。また、このピストン3に、トップリング6a、セカンドリング6b、及びオイルリング6c(以下、リング6と総称する)を設ける。   The engine (internal combustion engine) 1 includes a piston 3 that reciprocates in a cylinder liner 2. A connecting rod 4 connected to a crankshaft (not shown) is connected to the piston 3 via a piston pin 5. The piston 3 is provided with a top ring 6a, a second ring 6b, and an oil ring 6c (hereinafter collectively referred to as the ring 6).

加えて、ピストン3のスカート部3aの外周面にそれぞれ転動支持構造10a、及び10bを備える。この転動支持構造10aは、スカート部3aの外周面のシリンダライナ2のスラスト面2aと反スラスト面2bに対向する面に設けられ、溝11aと複数の鋼球12aとからなる。転動支持構造10bも同様の構成である。   In addition, rolling support structures 10a and 10b are provided on the outer peripheral surface of the skirt portion 3a of the piston 3, respectively. The rolling support structure 10a is provided on a surface of the outer peripheral surface of the skirt portion 3a facing the thrust surface 2a and the anti-thrust surface 2b of the cylinder liner 2, and includes a groove 11a and a plurality of steel balls 12a. The rolling support structure 10b has the same configuration.

この転動支持構造10aを、溝11a内に複数の鋼球12aを全方位に転動可能に遊嵌し、且つ複数の鋼球12aがスラスト面2aに転がり接触となるように構成する。この実施の形態では、少なくともこの転動支持構造10aをスラスト面2aと転がり接触可能に、また、転動支持構造10bを反スラスト面2bと転がり接触可能に設ける。   The rolling support structure 10a is configured such that a plurality of steel balls 12a are loosely fitted in the groove 11a so as to roll in all directions, and the plurality of steel balls 12a are in rolling contact with the thrust surface 2a. In this embodiment, at least the rolling support structure 10a is provided so as to be in rolling contact with the thrust surface 2a, and the rolling support structure 10b is provided so as to be capable of rolling contact with the anti-thrust surface 2b.

転動支持構造10aの溝11aを、掘削、又は鋳造などの方法により、複数の剛球12aを遊嵌し、その剛球12aが全方位に転動できるように、その開口形状をy方向に長手方向を有する細長い楕円形で、xz平面の断面を半円形で形成する。   A plurality of hard spheres 12a are loosely fitted in the groove 11a of the rolling support structure 10a by a method such as excavation or casting, and the opening shape of the groove 11a is longitudinal in the y direction so that the hard spheres 12a can roll in all directions. The cross section of the xz plane is semicircular.

この溝11aの長手方向の長さは、複数の鋼球12aを並べて配置できる長さであり、この実施の形態では、オイルリング6cの下から、ピストン3の下面の近傍までの長さとする。この長さは、複数の鋼球12aを配置することができればその長さは限定しないが、剛球12aをy方向に数多く配置すると、よりピストンスラップを低減することができる。   The length of the groove 11a in the longitudinal direction is a length that allows a plurality of steel balls 12a to be arranged side by side. In this embodiment, the length is from the bottom of the oil ring 6c to the vicinity of the lower surface of the piston 3. This length is not limited as long as a plurality of steel balls 12a can be arranged. However, if many hard balls 12a are arranged in the y direction, piston slap can be further reduced.

また、この溝11aの深さは、剛球12aを溝11aに配置したときに、スラスト面2aと接触できる深さであり、好ましくは、溝11aから突出する面積が、剛球12aの表面積の半分以下になるようにする。   The depth of the groove 11a is a depth at which the hard sphere 12a can be brought into contact with the thrust surface 2a when the hard sphere 12a is disposed in the groove 11a. Preferably, the area protruding from the groove 11a is less than half the surface area of the hard sphere 12a. To be.

転動支持構造10aの鋼球12aを、鉄、アルミニウム合金、又はチタン合金などの金属を鋳造などの方法で、球状に形成する。また、溝11aから突出した部分がシリンダライナ2の内壁と接触するよう構成する。この鋼球12aの大きさはできるだけスラスト面2aとの接触面積が小さくなる方が、ピストンフリクションが小さくなるため好適である。   The steel balls 12a of the rolling support structure 10a are formed into a spherical shape by a method such as casting a metal such as iron, an aluminum alloy, or a titanium alloy. Further, the portion protruding from the groove 11 a is configured to contact the inner wall of the cylinder liner 2. The size of the steel ball 12a is preferably as small as possible in contact area with the thrust surface 2a because piston friction is reduced.

この鋼球12aは、溝11a内に配設され、全方位に転動可能であればよく、上記の構成に限定しない。例えば、この鋼球12aの表面にフッ素系樹脂でコーティングして、摩擦力を減少するように構成してもよい。   The steel ball 12a is not limited to the above-described configuration as long as it is disposed in the groove 11a and can roll in all directions. For example, the surface of the steel ball 12a may be coated with a fluorine resin to reduce the frictional force.

上記の構成によれば、溝11a、及び11bに複数の鋼球12a、及び12bを配設するだけの簡易な構造で、スラスト力Tfがピストン3に作用しても、鋼球12a、及び12bがシリンダライナ2のスラスト面2a、及び反スラスト面2bと転がり接触するので、ピストン2のリング6、及びスカート部3aにかかる力が減少して、ピストンフリクションを低減することができる。また、鋼球12a、及び12bが溝11a、及び11bから突出しているので、スラスト面2a、及び反スラスト面2bとピストン3との間のピストンクリアランスCLが減少するため、ピストンフリクションを低減することができ、ピストンスラップを低減することができる。   According to the above configuration, the steel balls 12a and 12b have a simple structure in which the plurality of steel balls 12a and 12b are disposed in the grooves 11a and 11b, even if the thrust force Tf acts on the piston 3. Is in rolling contact with the thrust surface 2a and the anti-thrust surface 2b of the cylinder liner 2, so that the force applied to the ring 6 and the skirt portion 3a of the piston 2 is reduced, and piston friction can be reduced. Further, since the steel balls 12a and 12b protrude from the grooves 11a and 11b, the piston clearance CL between the thrust surface 2a and the anti-thrust surface 2b and the piston 3 is reduced, so that the piston friction is reduced. And piston slap can be reduced.

また、複数の鋼球12a、及び12bでスラスト面2a、及び反スラスト面2bと接触するので、スラスト面2a、及び反スラスト面2bとの接触点が複数になり、その分スラスト面2a、及び反スラスト面2bにかかる圧力を分散することができるので、スラスト面2a、及び反スラスト面2bの局所への圧力集中を防ぐことができる。これにより、シリンダライナ2とピストン3の焼き付きやスカッフィングを防止することができる。   Further, since the plurality of steel balls 12a and 12b are in contact with the thrust surface 2a and the anti-thrust surface 2b, there are a plurality of contact points with the thrust surface 2a and the anti-thrust surface 2b. Since the pressure applied to the anti-thrust surface 2b can be dispersed, it is possible to prevent local concentration of pressure on the thrust surface 2a and the anti-thrust surface 2b. Thereby, seizing and scuffing of the cylinder liner 2 and the piston 3 can be prevented.

上記の転動支持構造10aは、鋼球12aを球体で形成し、シリンダライナ2のスラスト面2aの面に対して、複数の鋼球12aが接触し、全方位に転がり接触することができればよく、上記の構成に限定しない。例えば、図2に示すように、y方向に二つの転動支
持構造10aA、10aBを設けてもよい。
The rolling support structure 10a described above only needs to form the steel ball 12a as a sphere, and the plurality of steel balls 12a can be in contact with the surface of the thrust surface 2a of the cylinder liner 2 to roll in all directions. The configuration is not limited to the above. For example, as shown in FIG. 2, two rolling support structures 10aA and 10aB may be provided in the y direction.

次に、本発明に係る第2の実施の形態の内燃機関について、図3を参照しながら説明する。図3の(a)に示すように、エンジン30は、前述した転動支持構造と同様の構成の転動支持構造31〜38を、シリンダライナ2のスラスト面2aと反スラスト面2bにピストン3が直接接触しないように、ピストン3の外周面で環状になるよう複数配置する。   Next, an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, the engine 30 includes rolling support structures 31 to 38 having the same configuration as the above-described rolling support structure, with pistons 3 on the thrust surface 2a and the anti-thrust surface 2b of the cylinder liner 2. A plurality of pistons 3 are arranged in an annular shape on the outer peripheral surface of the piston 3 so that they do not directly contact each other.

ピストン3にピストンピン4を、プレスフィットにより圧入して、ピストン3にピストンピン4を嵌合しているので、ピストンピン4の端面状にも転動支持構造31〜38の溝を形成することができる。このピストン3とピストンピン4との嵌合をフルフロートによるピストンピン4の両端をサークリップで抑える方法を用いる場合は、ピストンピン4の端面を避けて、溝を形成するとよい。この実施の形態では、八つの転動支持構造31〜38を等間隔で、且つ転動支持構造31をスラスト面2aと、また、転動支持構造35を反スラスト面2bと転がり接触するように配置した。   Since the piston pin 4 is press-fitted into the piston 3 by press fit, and the piston pin 4 is fitted into the piston 3, the grooves of the rolling support structures 31 to 38 are also formed on the end surface of the piston pin 4. Can do. When using a method in which the piston 3 and the piston pin 4 are fitted to each other with a circlip at both ends of the piston pin 4 by a full float, it is preferable to avoid the end face of the piston pin 4 and form a groove. In this embodiment, the eight rolling support structures 31 to 38 are arranged at equal intervals, the rolling support structure 31 is in rolling contact with the thrust surface 2a, and the rolling support structure 35 is in rolling contact with the anti-thrust surface 2b. Arranged.

この構成によれば、スラスト力Tfを受けて、x方向に力が作用すると、ローラガイド機構31、32、及び38でその力を分散することができる。また、図3の(b)に示すように、ピストン3にz方向の力が作用すると、ローラガイド機構32、33、及び34で力を分散することができる。   According to this configuration, when a thrust force Tf is received and a force acts in the x direction, the force can be dispersed by the roller guide mechanisms 31, 32, and 38. Further, as shown in FIG. 3B, when a z-direction force acts on the piston 3, the force can be dispersed by the roller guide mechanisms 32, 33, and 34.

以上のように、転動支持構造31〜38をピストン3の外周面に沿って、環状に配置すると、ピストン3のどの方位に力が作用しても、複数の転動支持構造でその力を分散することができるので、ピストンフリクションを低減することができる。また、ピストンクリアランスCLがピストン3の外周の全域に渡って減少するので、ピストン3がどの方向にも傾くことがなくなるので、ピストンスラップの発生を減少し、スラップ音を低減することができる。特に、爆発工程でピストン3の首振りを抑えて、力を分散することができるので、ピストンスラップを低減し、また、ピストンフリクションを低減することができる。   As described above, when the rolling support structures 31 to 38 are arranged annularly along the outer peripheral surface of the piston 3, no matter which direction of the piston 3 acts, the force is applied by the plurality of rolling support structures. Since it can disperse | distribute, piston friction can be reduced. Further, since the piston clearance CL is reduced over the entire outer periphery of the piston 3, the piston 3 is not inclined in any direction, so that occurrence of piston slap can be reduced and slap noise can be reduced. Particularly, since the force can be dispersed by suppressing the swing of the piston 3 in the explosion process, the piston slap can be reduced and the piston friction can be reduced.

この実施の形態では、ピストン3の外周面に環状になるように、8箇所配置したが、スラスト面2aと反スラスト面2bの面のそれぞれにピストン3が直接接触せずに、ローラガイド機構によって転がり接触し、且つピストンピン4の軸方向であるz方向に作用する力にも効果を発揮するように配置できればよく、上記の構成に限定しない。   In this embodiment, eight positions are arranged so as to form an annular shape on the outer peripheral surface of the piston 3, but the piston 3 is not in direct contact with each of the thrust surface 2a and the anti-thrust surface 2b. The arrangement is not limited to the above as long as it can be arranged so as to exert an effect on the force that is in rolling contact and acts in the z direction that is the axial direction of the piston pin 4.

例えば、図4の(a)に示すように、スカート部3aのスラスト面2a側の面、及び反スラスト面2b側の面以外を省いて、軽量化したものを用いる場合は、スカート部3aの外周面に四つの転動支持構造41〜44を等間隔に配置してもよい。また、図4の(b)に示すように、六つの転動支持構造51〜56を、等間隔ではなく、より力が集中する部分に多く配置してもよい。   For example, as shown in FIG. 4 (a), when the weight of the skirt portion 3a is reduced except for the surface on the thrust surface 2a side and the surface on the anti-thrust surface 2b side, You may arrange | position the four rolling support structures 41-44 on an outer peripheral surface at equal intervals. Further, as shown in FIG. 4B, a large number of the six rolling support structures 51 to 56 may be arranged in a portion where force is concentrated rather than at equal intervals.

この構成によれば、スラスト力の影響が一番大きいスラスト面2aの面に当接する転動支持構造31、32、及び36をスラスト面2aに間隔を狭めて配置するので、スラスト力の影響をより低減することができ、ピストンフリクションを低減し、また、スラップ音の発生を防ぐことができる。また、スカート部3aの外周面が円形状でなくとも、複数の転動支持構造を、配置することで、力を分散することができる。   According to this configuration, the rolling support structures 31, 32, and 36 that are in contact with the surface of the thrust surface 2a having the greatest influence of the thrust force are arranged on the thrust surface 2a with a small space therebetween, so that the influence of the thrust force is reduced. It can be further reduced, piston friction can be reduced, and generation of slap noise can be prevented. Moreover, even if the outer peripheral surface of the skirt part 3a is not circular shape, force can be disperse | distributed by arrange | positioning several rolling support structures.

次に、本発明に係る第3の実施の形態について、図5を参照しながら説明する。この実施の形態のエンジン50は、溝51、鋼球52、及びオイル供給路53を備える。このオイル供給路53は、溝51内に配置された鋼球52にオイルを導くように、溝51のスカート部3aの外周面側から内周面に向けて貫通する貫通孔である。   Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. The engine 50 of this embodiment includes a groove 51, a steel ball 52, and an oil supply path 53. The oil supply path 53 is a through-hole penetrating from the outer peripheral surface side of the skirt portion 3 a of the groove 51 toward the inner peripheral surface so as to guide the oil to the steel ball 52 disposed in the groove 51.

このエンジン50の動作について説明する。ピストン3が往復運動をすると、図示しないクランクシャフトがエンジンオイルOLを掻き出し、又は図示しないオイルジェットがピストンピン4とコンロッド5との接合部に向けて、エンジンオイルOLを噴射する。これにより、ピストンピン4とコンロッド5との接合部にエンジンオイルOLが導かれ、フリクションが低減する。このとき、スカート部3aの内周面に飛散したエンジンオイルOLを、オイル供給路53を介して、鋼球52へと供給することができる。   The operation of the engine 50 will be described. When the piston 3 reciprocates, a crankshaft (not shown) scrapes the engine oil OL, or an oil jet (not shown) injects the engine oil OL toward the joint between the piston pin 4 and the connecting rod 5. As a result, the engine oil OL is guided to the joint portion between the piston pin 4 and the connecting rod 5, and the friction is reduced. At this time, the engine oil OL scattered on the inner peripheral surface of the skirt portion 3 a can be supplied to the steel ball 52 via the oil supply path 53.

上記の動作によれば、溝51に配置された鋼球52へ、オイル供給路53を介してエンジンオイルOLを供給することができるので、鋼球52と溝51、及び鋼球52とスラスト面2aとのフリクションを低減することができる。   According to the above operation, the engine oil OL can be supplied to the steel ball 52 disposed in the groove 51 via the oil supply path 53, so the steel ball 52 and the groove 51, and the steel ball 52 and the thrust surface. Friction with 2a can be reduced.

上記のオイル供給路53は、溝51内に配置された鋼球52へエンジンオイルOLを供給することができればよく、上記の構成に限定しない。一つの鋼球52に対して、一つのオイル供給路53を設けずともよく、少なくとも一つの溝51に対して、一つのオイル供給路53を設ければよい。また、オイル供給路53の形状についても、特に限定しない。   The oil supply path 53 is not limited to the above configuration as long as the engine oil OL can be supplied to the steel ball 52 disposed in the groove 51. One oil supply path 53 may not be provided for one steel ball 52, and one oil supply path 53 may be provided for at least one groove 51. Further, the shape of the oil supply path 53 is not particularly limited.

上記のエンジン1、20、30、40、及び50を実際に動作させたときの、所定のクランク角に対するピストンフリクションの大きさを図6に、また、所定のクランク角に対する振動加速度を図7に示す。効果が分かり易いように、図には従来の構成のピストンも記載する。   FIG. 6 shows the magnitude of piston friction with respect to a predetermined crank angle when the above-described engines 1, 20, 30, 40 and 50 are actually operated, and FIG. 7 shows the vibration acceleration with respect to the predetermined crank angle. Show. In order to easily understand the effect, the figure also shows a piston having a conventional configuration.

図6の(a)に示す従来のエンジンに比べて、図6の(b)に示す本発明のエンジンでは、ピストン3のリング6のフリクションと、スカート部3aのフリクションが、大幅に減少していることが分かる。特に、リング6のフリクションが低減している。   Compared to the conventional engine shown in FIG. 6 (a), in the engine of the present invention shown in FIG. 6 (b), the friction of the ring 6 of the piston 3 and the friction of the skirt portion 3a are greatly reduced. I understand that. In particular, the friction of the ring 6 is reduced.

また、図7の(a)に示す従来のエンジンに比べて、図7の(b)に示す本発明のエンジンでは、振動加速度が大幅に減少していることが分かる。これは、本発明のピストンの振動数が少なく、また、その振幅も少ないことから、ピストンスラップも大幅に減少していることの結果である。   Further, it can be seen that the vibration acceleration is greatly reduced in the engine of the present invention shown in FIG. 7B compared to the conventional engine shown in FIG. This is a result of the fact that the piston slap is greatly reduced due to the low frequency and low amplitude of the piston of the present invention.

上記の結果から、本発明のエンジンは、シンプルな構造で、ピストンフリクションを低減すると共に、ピストンスラップを低減することができることが分かる。そのため、本発明のエンジンを搭載した車両は、燃費を向上し、また、スラップ音を低減することができ、加えて、シリンダライナ、及びピストンの焼き付けやスカッフィングを防止し、耐久性も向上することができる。さらに、上記の作用効果を簡易な構造で実現することができるので、製造コストも低減することができる。   From the above results, it can be seen that the engine of the present invention can reduce piston friction and piston slap with a simple structure. Therefore, a vehicle equipped with the engine of the present invention can improve fuel efficiency and reduce slap noise, and can prevent cylinder liner and piston burning and scuffing and improve durability. Can do. Furthermore, since the above effects can be realized with a simple structure, the manufacturing cost can also be reduced.

本発明の内燃機関は、簡易な構造で、ピストンフリクションを低減し、且つピストンスラップを低減することができるので、特に筒内圧が高く、大きなスラスト力が発生するディーゼルエンジンを搭載した車両に利用することができる。   The internal combustion engine of the present invention has a simple structure, can reduce piston friction, and can reduce piston slap. Therefore, the internal combustion engine of the present invention is used particularly for a vehicle equipped with a diesel engine that has a high in-cylinder pressure and generates a large thrust force. be able to.

1、20、30、40、50 エンジン(内燃機関)
2 シリンダライナ
2a スラスト面
2b 反スラスト面
3 ピストン
4 コンロッド
5 ピストンピン
6 リング
10a、10b、21〜28、31〜34、41〜46 転動支持構造
11a、11b 溝
12a、12b 鋼球
Tf スラスト力
51 溝
52 鋼球
53 オイル供給路
1, 20, 30, 40, 50 engine (internal combustion engine)
2 Cylinder liner 2a Thrust surface 2b Anti-thrust surface 3 Piston 4 Connecting rod 5 Piston pin 6 Ring 10a, 10b, 21-28, 31-34, 41-46 Rolling support structure 11a, 11b Groove 12a, 12b Steel ball Tf Thrust force 51 Groove 52 Steel ball 53 Oil supply path

Claims (5)

シリンダライナ内を往復するピストンを備える内燃機関において、該ピストンのスカート部の外周面の少なくともスラスト側とその反対側が前記シリンダライナの内壁と直接接触しないように、前記ピストンの往復方向に延在する溝を複数設けると共に、該溝に前記シリンダライナの内壁と転がり接触する球体を該溝の延在方向に複数配置することを特徴とする内燃機関。   In an internal combustion engine having a piston that reciprocates within a cylinder liner, the piston extends in the reciprocating direction so that at least the thrust side and the opposite side of the outer peripheral surface of the skirt portion do not directly contact the inner wall of the cylinder liner. An internal combustion engine characterized in that a plurality of grooves are provided, and a plurality of spherical bodies that are in rolling contact with the inner wall of the cylinder liner are arranged in the grooves in the extending direction of the grooves. 前記球体を配置する前記溝の少なくとも3つ以上を、前記スカート部の前記外周面に沿って、環状に配置することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。   2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein at least three or more of the grooves in which the spheres are arranged are arranged in an annular shape along the outer peripheral surface of the skirt portion. 前記溝内に配置した前記球体へオイルを供給するオイル供給路を設けることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to claim 1, further comprising an oil supply path that supplies oil to the sphere disposed in the groove. 請求項1又は2に記載の内燃機関の製造方法であって、ピストンのスカート部の外周面の該ピストンの往復方向に溝を形成し、シリンダライナに前記ピストンを挿嵌するときに、前記溝に複数の球体を前記往復方向に、且つ全方向に転動可能に配置することを特徴とする内燃機関の製造方法。   3. The method of manufacturing an internal combustion engine according to claim 1, wherein a groove is formed in a reciprocating direction of the piston on an outer peripheral surface of a piston skirt portion, and the groove is inserted into the cylinder liner when the piston is inserted. A method of manufacturing an internal combustion engine, wherein a plurality of spheres are arranged to roll in the reciprocating direction and in all directions. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関を搭載することを特徴とする車両。   A vehicle comprising the internal combustion engine according to claim 1.
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