JP2018145861A - ピストン構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの摺動面への潤滑油量を最適化して前記ピストンの焼き付き防止に関する信頼性を従来よりも大幅に向上する。【解決手段】エンジンのシリンダ１内で往復動するピストン２のスカート７に、スラスト側と反スラスト側とで非対称なバレル形の縦断面プロフィールを付したピストン構造に関し、前記スカート７のスラスト側におけるバレル形の最大径位置Ａをピストンピン３より下方に配置し且つ反スラスト側における最大径位置Ｂをピストンピン３より上方に配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、ピストン構造に関するものである。

図３に示す如く、自動車等に用いられる一般的なレシプロエンジンでは、シリンダ１内に収容されたピストン２がピストンピン３を介しコンロッド４の小端部４ａにより揺動自在に支持されており、該コンロッド４の大端部４ｂがクランクピン５を介しクランクシャフト６と連結されている。

そして、クランクピン５はクランクアーム６ａによりクランクシャフト６の中心からずらした位置に支持されており、クランクピン５がクランクシャフト６の中心回りに円軌道（図３中の一点鎖線を参照）を描いて移動するようになっているので、コンロッド４がピストンピン３を中心に揺動しつつピストン２がシリンダ１内を昇降することになる。

一般的に、ピストン２がアルミ製である場合には、スチール製のシリンダライナ１ａに対する熱膨張差が大きくなるため、ピストン２側が大きく熱膨張して焼付きを起こすような事態を未然に回避し得るようピストンクリアランスを多く確保する必要があるが、ピストンクリアランスを多く確保してしまうと、ピストンスラップ時に打音が生じてしまうという不具合が生じる。

このため、従来においては、図４に示す如く、ピストン２の円滑な摺動とピストンスラップ時の打音低減を実現することを目指して、ピストン２のスカート７におけるスラスト側（図４中の左側）と反スラスト側（図４中の右側）に、側面視で中央付近が膨らんだバレル形の縦断面プロフィールを付すようにしている。

ここで、膨張行程にて爆発圧力Ｐ（図３参照）により下方に押し下げられるピストン２は、コンロッド４の傾斜によりピストン２の図３中左側が強くシリンダ１の内壁に押し付けられるようになっているため、このような側圧を受ける側をスラスト側と称し、その反対側を反スラスト側と称している。

また、ピストン２のスカート７とは、主としてシリンダ１の内壁に残る潤滑油を掻き取る役割で前記ピストン２の頭部に嵌着されている三番目のオイルリング８下の部分を指す。因みに、このオイルリング８の上には、主としてシリンダ１内の混合気や爆発ガス及び排気ガスを逃がさないためのトップリング９とセカンドリング１０が嵌着されている。

尚、この種のピストン構造に関連する先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。

特開２０１３−１９３６６号公報

しかしながら、図４の従来構造にあっては、ピストン２のスラスト側と反スラスト側での摺動面への潤滑油の取り込まれ方が異なるのに対し、単純にスラスト側と反スラスト側とで対称的にバレル形の縦断面プロフィールが付し、そのバレル形の最大径位置Ｃがスラスト側と反スラスト側とでピストンピン３付近の同じ高さに揃うようにしてあるだけであり、シリンダ１の内壁に対するピストン２の摺動面への潤滑油量の最適化が図られていないことは明らかであった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ピストンの摺動面への潤滑油量を最適化して前記ピストンの焼き付き防止に関する信頼性を従来よりも大幅に向上することを目的とする。

本発明は、エンジンのシリンダ内で往復動するピストンのスカートに、スラスト側と反スラスト側とで非対称なバレル形の縦断面プロフィールを付したピストン構造であって、前記スカートのスラスト側におけるバレル形の最大径位置がピストンピンより下方に配置され且つ反スラスト側における最大径位置がピストンピンより上方に配置されていることを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、スカートのスラスト側でバレル形の最大径位置から下方へ楔形に開く隙間の楔角度が大きくなり、これによりピストンの下降行程（膨張行程、吸気行程）でシリンダの内壁の潤滑油が前記楔形の隙間に取り込まれ易くなると共に、その導入口にて楔効果により高い油圧が発生して油膜が形成され易くなり、これによりスラスト側のスカート下端から直ぐに良好な油膜が形成され且つピストンの下降に伴い良好な油膜が連続的に形成されて、スカートのスラスト側全域が油膜を介しシリンダ側との固体接触無しで離間して滑る流体潤滑の状態となる。

他方、スカートの反スラスト側でバレル形の最大径位置から上方へ楔形に開く隙間の楔角度が大きくなり、これによりピストンの上昇行程（排気行程、圧縮行程）でオイルリング直下に溜まった潤滑油が前記楔形の隙間に取り込まれ易くなると共に、その導入口にて楔効果により高い油圧が発生して油膜が形成され易くなり、これにより反スラスト側のスカート上端から直ぐに良好な油膜が形成され且つピストンの上昇に伴い良好な油膜が連続的に形成されて、スカートの反スラスト側全域が油膜を介しシリンダ側との固体接触無しで離間して滑る流体潤滑の状態となる。

また、本発明においては、スラスト側と反スラスト側の夫々のバレル形がピストンピンの軸心方向両側に近づくに従いフラットな縦断面プロフィールを成すよう徐変されていることが好ましく、このようにすれば、側圧が強くかからない領域でピストン側をいたずらに張り出させないようにして無用な固定接触を確実に回避させることが可能となる。

更に、本発明においては、オイルリング直下にガイド溝が全周に亘り形成されていることが好ましく、このようにすれば、ピストンの下降行程でスラスト側に多量に取り込まれる潤滑油をガイド溝に溜め、ピストンの上昇行程で前記ガイド溝から潤滑油を取り込むことが可能となる。

即ち、ピストンの下降行程でスラスト側に潤滑油が多量に取り込まれてしまうと、その潤滑油の一部がピストンの上まで回り込んで燃焼されてしまうことで潤滑油の消費量が増えてしまう懸念があるが、これをオイルリングの直下でスラスト側からガイド溝に溜められるようにしておけば、ピストン上への潤滑油の回り込みを抑制し且つスラスト側で余剰した潤滑油を反スラスト側にて上昇行程で有効に利用することが可能となる。

上記した本発明のピストン構造によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ピストンの下降行程でシリンダの内壁の潤滑油をスラスト側のスカートの下端から効果的に取り込み且つ楔効果により高い油圧を発生させることで良好な油膜を形成してスカートのスラスト側全域を流体潤滑の状態とすることができ、ピストンの上昇行程ではオイルリング直下に溜まった潤滑油を反スラスト側のスカートの上端から効果的に取り込み且つ楔効果により高い油圧を発生させることで良好な油膜を形成してスカートの反スラスト側全域を流体潤滑の状態とすることができるので、ピストンの摺動面への潤滑油量を最適化して前記ピストンの焼き付き防止に関する信頼性を従来よりも大幅に向上することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、側圧が強くかからない領域でピストン側をいたずらに張り出させないようにして無用な固定接触を確実に回避させることができ、ピストンの焼き付き防止に関する信頼性をより一層向上することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、ピストンの下降行程でスラスト側に多量に取り込まれる潤滑油をガイド溝に溜め、ピストンの上昇行程で前記ガイド溝から潤滑油を取り込むことができるので、スラスト側でのピストン上への潤滑油の回り込みを抑制し且つスラスト側で余剰した潤滑油を反スラスト側にて上昇行程で有効に利用することができて潤滑油の消費量の増加を抑制することができる。

本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 本発明の別の形態例を示す断面図である。 一般的なエンジンの機構を示す概略図である。 従来例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３及び図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしているが、本形態例にあっては、エンジンのシリンダ１内で往復動するピストン２のスカート７に、スラスト側（図１中の左側）と反スラスト側（図１中の右側）とで非対称なバレル形の縦断面プロフィールを付したピストン構造となっており、前記スカート７のスラスト側におけるバレル形の最大径位置Ａがピストンピン３より下方のスカート７下端付近に配置されていると共に、反スラスト側における最大径位置Ｂがピストンピン３より上方のスカート７上端付近に配置されているところが特徴となっている。

ただし、スラスト側と反スラスト側の夫々のバレル形がピストンピン３の軸心方向（図１の図面に対し直角な方向）両側に近づくに従いフラットな縦断面プロフィールを成すよう徐変されており、側圧が強くかからない領域ではピストン２側がいたずらに張り出さないようにしてある。

而して、このようにすれば、スカート７のスラスト側でバレル形の最大径位置Ａから下方へ楔形に開く隙間の楔角度が大きくなり、これによりピストン２の下降行程（膨張行程、吸気行程）でシリンダ１の内壁の潤滑油が前記楔形の隙間に取り込まれ易くなると共に、その導入口にて楔効果により高い油圧が発生して油膜が形成され易くなり、これによりスラスト側のスカート７下端から直ぐに良好な油膜が形成され且つピストン２の下降に伴い良好な油膜が連続的に形成されて、スカート７のスラスト側全域が油膜を介しシリンダ１側との固体接触無しで離間して滑る流体潤滑の状態となる。

他方、スカート７の反スラスト側でバレル形の最大径位置Ｂから上方へ楔形に開く隙間の楔角度が大きくなり、これによりピストン２の上昇行程（排気行程、圧縮行程）でオイルリング８直下に溜まった潤滑油が前記楔形の隙間に取り込まれ易くなると共に、その導入口にて楔効果により高い油圧が発生して油膜が形成され易くなり、これにより反スラスト側のスカート７上端から直ぐに良好な油膜が形成され且つピストン２の上昇に伴い良好な油膜が連続的に形成されて、スカート７の反スラスト側全域が油膜を介しシリンダ１側との固体接触無しで離間して滑る流体潤滑の状態となる。

また、スラスト側と反スラスト側の夫々のバレル形がピストンピン３の軸心方向両側に近づくに従いフラットな縦断面プロフィールを成すよう徐変されているので、側圧が強くかからない領域でピストン２側をいたずらに張り出させないようにして無用な固定接触を確実に回避させることが可能となる。

従って、上記形態例によれば、ピストン２の下降行程でシリンダ１の内壁の潤滑油をスラスト側のスカート７の下端から効果的に取り込み且つ楔効果により高い油圧を発生させることで良好な油膜を形成してスカート７のスラスト側全域を流体潤滑の状態とすることができ、ピストン２の上昇行程ではオイルリング８直下に溜まった潤滑油を反スラスト側のスカート７の上端から効果的に取り込み且つ楔効果により高い油圧を発生させることで良好な油膜を形成してスカート７の反スラスト側全域を流体潤滑の状態とすることができるので、ピストン２の摺動面への潤滑油量を最適化して前記ピストン２の焼き付き防止に関する信頼性を従来よりも大幅に向上することができる。

また、特に本形態例のように、スラスト側と反スラスト側の夫々のバレル形がピストンピン３の軸心方向両側に近づくに従いフラットな縦断面プロフィールを成すよう徐変されている構成とすれば、側圧が強くかからない領域でピストン２側をいたずらに張り出させないようにして無用な固定接触を確実に回避させることができるので、ピストン２の焼き付き防止に関する信頼性をより一層向上することができる。

また、図２は本発明の別の形態例を示すもので、本形態例においては、オイルリング８直下にガイド溝１１が全周に亘り形成されており、ピストン２の下降行程でスラスト側に多量に取り込まれる潤滑油をガイド溝１１に溜め、ピストン２の上昇行程で前記ガイド溝１１から潤滑油を取り込むことができるようになっている。

即ち、ピストン２の下降行程でスラスト側に潤滑油が多量に取り込まれてしまうと、その潤滑油の一部がピストン２の上まで回り込んで燃焼されてしまうことで潤滑油の消費量が増えてしまう懸念があるが、これをオイルリング８の直下でスラスト側からガイド溝１１に溜められるようにしておけば、ピストン２上への潤滑油の回り込みを抑制し且つスラスト側で余剰した潤滑油を反スラスト側にて上昇行程で有効に利用することができ、潤滑油の消費量の増加を抑制することができる。

尚、本発明のピストン構造は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ シリンダ
２ ピストン
３ ピストンピン
７ スカート
８ オイルリング
１１ ガイド溝
Ａ 最大径位置
Ｂ 最大径位置

Claims (3)

1. エンジンのシリンダ内で往復動するピストンのスカートに、スラスト側と反スラスト側とで非対称なバレル形の縦断面プロフィールを付したピストン構造であって、前記スカートのスラスト側におけるバレル形の最大径位置がピストンピンより下方に配置され且つ反スラスト側における最大径位置がピストンピンより上方に配置されていることを特徴とするピストン構造。
2. スラスト側と反スラスト側の夫々のバレル形がピストンピンの軸心方向両側に近づくに従いフラットな縦断面プロフィールを成すよう徐変されていることを特徴とする請求項１に記載のピストン構造。
3. オイルリング直下にガイド溝が全周に亘り形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のピストン構造。

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