JP2020045875A - 内燃機関用のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダの内壁面におけるオイルの掻き出し機能が低下することを抑制する。【解決手段】内燃機関用のピストン２０は、外周面２１ａと内周面２１ｂとを貫通する貫通孔２４ａが形成されたピストン本体部２１と、貫通孔２４ａにおけるピストン本体部２１の内周面２１ｂ側に一端２５ａが連通し、他端２５ｂが開口しており、一端２５ａから他端２５ｂにかけて、冠面２０ａに対して離隔する方向で、かつ、ピストン本体部２１の軸方向に近接する方向に延在する通路部２５と、を備え、通路部２５は、一端２５ａから他端２５ｂへ向かって径が先細りとなるテーパー部４０を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関用のピストンに関する。

従来、内燃機関用のピストンには、シリンダの内壁面の余分なオイルをピストンの内側へ逃がすための貫通孔（オイル戻し孔）がオイルリング溝に形成されている。また、引用文献１には、ピストン本体の裏面側のオイル戻し孔近傍位置に、オイル戻し孔を介して裏面側のオイルがオイルリング溝に逆流するのを防止する庇状の突起を形成することが記載されている。

実開昭５８−１７３７４９号公報

しかしながら、オイルリング溝に形成された貫通孔におけるピストンの内側の開口部が油没した場合、ピストンの裏面側のオイルが表側へと逆流するのを十分に抑制することが難しく、また、シリンダ内壁面の余分なオイルをピストンの内側へ掻き出せなくなってしまうといった問題があった。

そこで、本発明は、シリンダ内壁面におけるオイルの掻き出し機能が低下することを抑制することが可能な内燃機関用のピストンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関用のピストンは、外周面と内周面とを貫通する貫通孔が形成されたピストン本体部と、前記貫通孔における前記ピストン本体部の内周面側に一端が連通し、他端が開口しており、前記一端から前記他端にかけて、冠面に対して離隔する方向で、かつ、前記ピストン本体部の軸方向に近接する方向に延在する通路部と、を備え、前記通路部は、前記一端側から前記他端側へ向かって径が先細りとなるテーパー部を有する。

また、前記ピストン本体部の外周面側における前記貫通孔の開口面積より、前記通路部の前記他端の開口面積が小さくてもよい。

前記ピストン本体部に連続して設けられ、コネクティングロッドを連結するためのピストンピンが挿入されるピストンピン孔が形成されたピストンボス部を備え、前記通路部の前記他端は、前記ピストンピン孔に挿入された前記ピストンピンに対向するように開口してもよい。

また、前記ピストンボス部は、上面と、前記上面と反対側に位置する下面とを備え、前記通路部は、前記ピストンボス部の前記下面側に設けられてもよい。

また、前記通路部の前記他端は、前記ピストンボス部の近傍に位置してもよい。

また、前記通路部は、前記ピストン本体部の内周面側に設けられた板状のリブに形成されてもよい。

また、前記ピストン本体部の外周面に形成されたリング溝に、前記貫通孔が形成されてもよい。

本発明によれば、シリンダの内壁面におけるオイルの掻き出し機能が低下することを抑制することが可能となる。

内燃機関用のピストンを備えたエンジンの構成を説明するための図である。 ピストンの断面図を説明するための図である。 ピストンの右側面図を説明するための図である。 （ａ）は第１の変形例における通路部を説明するための部分拡大断面図であり、（ｂ）は第２の変形例における通路部を説明するための部分拡大断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、内燃機関用のピストン２０を備えたエンジン１の構成を説明する図である。なお、以下では、車両の進行方向を前方向、車両の後退方向を後方向、車両の進行方向に対して右側を右方向、車両の進行方向に対して左側を左方向、鉛直上方向を上方向、鉛直下方向を下方向として説明する。また、図１では、理解を容易とするため、左方向のシリンダ５およびその近傍を断面で示す。

内燃機関（エンジン１）は、図１に示すように、例えば、クランクシャフト９を挟んでシリンダが水平に配設された水平対向エンジンである。エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２と一体形成されたクランクケース３と、シリンダブロック２に固定されたシリンダヘッド４とが設けられている。

シリンダブロック２に形成されたシリンダ５内には、ピストン２０が摺動自在に配される。ピストン２０はコネクティングロッド６に支持される。エンジン１では、シリンダヘッド４と、シリンダ５と、ピストン２０の冠面２０ａとによって囲まれた空間が燃焼室７として形成される。

また、クランクケース３によって形成されたクランク室８内に、クランクシャフト９が回転自在に支持される。コネクティングロッド６は、クランクシャフト９に回転自在に支持される。これにより、ピストン２０は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト９に連結される。

シリンダヘッド４には、吸気ポート１０および排気ポート１１が燃焼室７に連通するように形成される。吸気ポート１０は、吸気の上流側に１つの開口が形成され、燃焼室７に臨む吸気の下流側に２つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が２つに分岐される。

排気ポート１１は、燃焼室７に臨む排気の上流側に２つの開口が形成され、排気の下流側に１つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が１つに合流する。

吸気ポート１０と燃焼室７との間には、吸気バルブ１２の傘部が位置し、排気ポート１１と燃焼室７との間には、排気バルブ１３の傘部が位置している。シリンダヘッド４およびヘッドカバー（不図示）に囲まれたカム室内には、カム１４ａが固定された吸気カムシャフト１４、および、カム１５ａが固定された排気カムシャフト１５が設けられている。吸気カムシャフト１４および排気カムシャフト１５は、タイミングチェーンを介してクランクシャフト９に連結されており、クランクシャフト９の回転に伴って回転する。

カム１４ａは、吸気バルブ１２の軸端が当接されており、吸気カムシャフト１４によって回転されることで吸気バルブ１２を軸方向に移動させる。これにより、吸気バルブ１２は、吸気ポート１０と燃焼室７との間を開閉する。カム１５ａは、排気バルブ１３の軸端が当接されており、排気カムシャフト１５によって回転されることで排気バルブ１３を軸方向に移動させる。これにより、排気バルブ１３は、排気ポート１１と燃焼室７との間を開閉する。

シリンダヘッド４には、先端が燃焼室７内に位置するように不図示の点火プラグが設けられている。吸気ポート１０を介して燃焼室７に流入した空気と燃料との混合気は、所定のタイミングで点火プラグに点火されて燃焼される。かかる燃焼により、ピストン２０がシリンダ５内で往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド６を通じてクランクシャフト９の回転運動に変換される。

ピストン２０のピストン本体部２１の外周面２１ａには、ピストン本体部２１の径方向に窪む３本のリング溝２７、２８、２９が冠面２０ａ側から順にそれぞれ離隔して形成されている。リング溝２７、２８、２９は、ピストン本体部２１の周方向に沿って形成されている。リング溝２７、２８、２９は、ピストン本体部２１の外周面２１ａにおいて、冠面２０ａ寄りに設けられている。

なお、リング溝２７には、トップリング３７が収容される。リング溝２８には、セカンドリング３８が収容される。リング溝２９には、オイルリング３９が収容される。

トップリング３７、セカンドリング３８およびオイルリング３９は、リング溝２７、２８、２９に収容された状態でピストン本体部２１の外周面２１ａよりも径方向に突出し、シリンダ５に接触する。トップリング３７およびセカンドリング３８は、シリンダ５とピストン本体部２１の側面との隙間を無くし、燃焼室７の気密を保つ。オイルリング３９は、シリンダ５の内壁面の余分なオイルを掻き出して、シリンダ５とピストン本体部２１の外周面２１ａとの間に適度な油膜を形成し、ピストン本体部２１の摺動を潤滑にする。

図２は、ピストン２０の断面図を説明するための図である。また、図３は、ピストン２０の右側面図を説明するための図である。図２に示すように、ピストン２０は、内部に空間が形成された有底円筒形状に形成されたピストン本体部２１が設けられている。ピストン本体部２１の内部空間には、ピストン本体部２１に連続してピストンボス部２３が設けられている。ピストンボス部２３は、ピストンボス部２３の上側に上面２３ｂを備え、上面２３ｂと反対側には下面２３ａを備えている。

ピストンボス部２３には、ピストンピン孔２２が形成されている。ピストンピン孔２２は、ピストン本体部２１の中心軸に直交する方向に沿って形成される。ピストンピン孔２２には、ピストン２０とコネクティングロッド６とを連結するためのピストンピン１７（図１参照）が挿入される。

また、リング溝２９には、ピストン本体部２１の外周面２１ａと内周面２１ｂとを貫通する貫通孔２４ａ、２４ｂが設けられている。貫通孔２４ａ、２４ｂの数、および、その配置は、所望のオイルの掻き出し機能が得られるように設定されている。

具体的には、図３に示すように、ピストンボス部２３の鉛直上方に、ピストンボス部２３の上面２３ｂに対向するようにして、４つの貫通孔２４ｂがそれぞれ所定の間隔を空けて設けられている。そして、貫通孔２４ｂは、ピストン本体部２１の外周面２１ａに開口する開口部３１ａと、内周面２１ｂに開口する開口部３１ｂとを有している。

また、ピストンボス部２３の鉛直下方には、ピストンボス部２３の下面２３ａに対向するようにして、４つの貫通孔２４ａがそれぞれ所定の間隔を空けて設けられている。貫通孔２４ａは、ピストン本体部２１の外周面２１ａに開口する開口部３０を有している。

また、ピストン本体部２１の内周面２１ｂ側であって、ピストンボス部２３の下面２３ａ側には、板状のリブ２６が設けられている。リブ２６は、ピストン本体部２１およびピストンボス部２３の下面２３ａに接するように設けられている。また、図３に示すように、リブ２６は、２つ設けられている。２つのリブ２６は、車両の前方向側と後方向側にそれぞれ、対称に配置されている。

また、リブ２６の内部には、２つの通路部２５がそれぞれ形成されている。そして、４つの貫通孔２４ａと４つの通路部２５とがそれぞれ対となっており、対となっている貫通孔２４ａと通路部２５とが連通している。

図２に示すように、通路部２５は、貫通孔２４ａにおけるピストン本体部２１の内周面２１ｂ側に一端２５ａが連通する。また、通路部２５は、一端２５ａから右上に向かって直線的に延在している。言い換えると、通路部２５は、一端２５ａから他端２５ｂ（開口部３２）にかけて、冠面２０ａに対して離隔する方向で、かつ、ピストン本体部２１の軸Ｌ方向に近接する方向に延在している。そして、通路部２５の他端２５ｂ（開口部３２）は、ピストンボス部２３の近傍で開口している。通路部２５は、延長線上にピストンピン孔２２が位置するように配されている。通路部２５は、一端２５ａから他端２５ｂへ向かって径が徐々に先細りとなるテーパー部４０を有している。通路部２５の開口部３２は、オイルリング３９が掻き出したシリンダ５の内壁面のオイルの出口として機能することとなる。また、ピストン本体部２１の外周面側における貫通孔２４ａの開口面積より、通路部２５の他端２５ｂの開口面積が小さくなっている。これにより、貫通孔２４ａにおけるオイルの流速よりも、通路部２５の他端２５ｂにおけるオイルの流速が早くなるため、通路部２５の開口部３２からは、オイルが勢いよく放出される。

図３に示すように、本実施形態において、通路部２５の他端２５ｂは、ピストンピン孔２２に挿入されたピストンピン１７に対向するように開口する。そのため、上記のようにして流速が増加されたオイルは、通路部２５の開口部３２から放出されると、図３中の直線矢印に示すように、ピストンピン１７に到達する。これによって、ピストンピン１７を潤滑することができる。

また、図２に示すように、リブ２６の右下部には、冠面２０ａから離隔するほど、ピストンボス部２３の鉛直上方に向かうように傾斜する切欠き２６ａが形成されている。切欠き２６ａは、リブ２６の軽量化のために設けられている。また、リブ２６の右上部には、冠面２０ａから離隔するほど、ピストンボス部２３の鉛直下方に向かうように傾斜する切欠き２６ｂが形成されている。切欠き２６ｂは、エンジン１の駆動時において、コネクティングロッド６とリブ２６とが干渉することを防止するために設けられている。また、通路部２５の開口部３２は、切欠き２６ｂ上に配置されている。

ところで、エンジン１では、車両が旋回したとき、遠心力によってオイルに偏りが生じる場合がある。オイルの油面の位置は、不図示のオイルパン内のオイルの量や、車両に作用する遠心力の大きさによって変化する。例えば、車両に左方向の遠心力が働いた場合、オイルの油面が図２に示す点線Ｓに位置するような場合がある。このような場合、リブ２６が設けられていないと、ピストンボス部２３の鉛直下方に位置する貫通孔２４ａが油没することになる。そのため、シリンダ５の内壁面に余分に付着したオイルを、貫通孔２４ａを通してピストン２０の内部に排出することができなくなり、シリンダ５の内壁面に余分なオイルが残存してしまう。

一方、本実施形態のピストン２０では、遠心力によってオイルの偏りが生じ、オイルの油面が点線Ｓに位置するような場合であっても、通路部２５の開口部３２が油面よりも高く位置することとなる。そのため、オイルリング３９が掻き出したシリンダ５の内壁面のオイルの出口（通路部２５の開口部３２）が油没するのを抑制することができる。

さらに、通路部２５の開口部３２の面積を小さくしているため、開口部３２からオイルが浸入し難くしている。これにより、通路部２５の他端２５ｂから一端２５ａへとオイルが逆流することを効果的に抑制することが可能となる。そのため、シリンダ５の内壁面におけるオイルの掻き出し機能が低下することを抑制することができる。また、シリンダ５の内壁面に余分なオイルが残存することが抑制されるため、残存したオイルが燃焼してしまうことを低減することができる。その結果、オイル消費量の増大を低減することができる。

一方、ピストンボス部２３の上面２３ｂ側は、貫通孔２４ｂが油没する可能性が少ないため、通路部２５およびリブ２６を設けていない。そのため、ピストン２０は、軽量化を図ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、リブ２６は、ピストン本体部２１と一体となるように、鋳造で形成してもよいし、ピストン本体部２１とは別体で用意したものを、溶接等によって取り付けて用いてもよい。

また、上述した実施形態では、２つの通路部２５が、１のリブ２６を共有するようにして設けられている場合について示したが、通路部２５毎にリブ２６を設けることとしてもよい。ただし、複数の通路部２５が、１つのリブ２６を共有することで、リブ２６とピストン本体部２１とを別体で用意する場合よりも部品点数の削減を図ることが可能となる。

また、上述した実施形態では、通路部２５がリブ２６に設けられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、通路部２５の開口部３２が、オイルリング３９が掻き出したシリンダ５の内壁面のオイルの出口として機能すればよく、例えば、通路部２５を備えた筒状の部材で形成されていてもよい。このとき、貫通孔２４ａのそれぞれに対応するように、４つの筒状の部材を配置するとよい。筒状の部材は、冠面２０ａから離隔するほど、鉛直上方に向かうように傾斜することが好ましい。また、筒状の部材の形状は、円柱状や、角柱状としてもよい。

また、上述した実施形態では、ピストン２０に、ピストンボス部２３の上面２３ｂに対向するように貫通孔２４ｂが設けられている場合について説明したが、貫通孔２４ｂを設けなくてもよい。すなわち、貫通孔は、重力によって、シリンダ５内において、オイルが溜まりやすい場所、および、車両の旋回時に油面が到達することが考えられる場所に少なくとも設けられていればよい。

また、上述した実施形態では、ピストンボス部２３の下面２３ａ側のみに、通路部２５およびリブ２６が設けられる場合について説明したが、ピストンボス部２３の上面２３ｂ側にも、通路部２５およびリブ２６を設けてもよい。

また、上述した実施形態では、エンジン１が水平対向エンジンである場合について説明した。しかし、エンジン１は、水平対向エンジンに限らない。

（変形例）
また、上記実施形態では、通路部２５に、一端２５ａから他端２５ｂへ向かって径が徐々に先細りとなるテーパー部４０が形成される場合を例に挙げて説明した。しかし、テーパー部は、少なくとも、一端２５ａ側から他端２５ｂ側へ向かって径が先細りとなる形状を有していればよい。また、テーパー部の個数も特に限定されない。

図４（ａ）は、第１の変形例における通路部１２５を説明するための部分拡大断面図である。図４（ａ）に示すように、第１の変形例において、通路部１２５は、テーパー部１４０と非テーパー部１５０とを有している。テーパー部１４０は、通路部１２５の長手方向における中間地点よりも他端２５ｂ側に設けられている。また、テーパー部１４０は、一端２５ａ側から他端２５ｂへ向かって径が先細りとなる形状を有している。非テーパー部１５０は、テーパー部１４０よりも通路部１２５の一端２５ａ側に配置される。これにより、非テーパー部１５０を有さない場合と比べて、通路部１２５内に保持できるオイル量を増加させることができるので、オイルの掻き出し機能を向上することができる。

また、図４（ｂ）は、第２の変形例における通路部２２５を説明するための部分拡大断面図である。図４（ｂ）に示すように、第２の変形例において、通路部２２５は、テーパー部２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃと非テーパー部２５０とを有している。テーパー部２４０ａは、通路部２２５の長手方向における中間地点よりも他端２５ｂ側に設けられている。また、テーパー部２４０ａは、一端２５ａ側から他端２５ｂ側へ向かって径が先細りとなる形状を有している。テーパー部２４０ｂは、テーパー部２４０ａよりも他端２５ｂ側に設けられている。テーパー部２４０ｂは、一端２５ａ側から他端２５ｂ側へ向かって径が先細りとなる形状を有している。テーパー部２４０ｃは、テーパー部２４０ｂよりも他端２５ｂ側に設けられている。テーパー部２４０ｃは、一端２５ａ側から他端２５ｂ側へ向かって径が先細りとなる形状を有している。非テーパー部２５０は、テーパー部２４０ａよりも通路部１２５の一端２５ａ側に配置される。このように、複数のテーパー部２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃを有することによって、仮に、開口部３２からオイルが浸入しても、複数のテーパー部２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃのいずれかでオイルを留めておくことができる。これにより、一端２５ａ側へとオイルが到達してしまうことを抑制することができる。そのため、オイルの掻き出し機能が低下してしまうことを抑制することができる。

本発明は、内燃機関用のピストンに利用できる。

６ コネクティングロッド
１７ ピストンピン
２０ ピストン
２０ａ 冠面
２１ ピストン本体部
２１ａ 外周面
２１ｂ 内周面
２２ ピストンピン孔
２３ ピストンボス部
２４ａ 貫通孔
２５、１２５、２２５ 通路部
２５ａ 一端
２５ｂ 他端
２６、１２６、２２６ リブ
２９ リング溝
４０、１４０、２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ テーパー部

Claims (7)

1. 外周面と内周面とを貫通する貫通孔が形成されたピストン本体部と、
   前記貫通孔における前記ピストン本体部の内周面側に一端が連通し、他端が開口しており、前記一端から前記他端にかけて、冠面に対して離隔する方向で、かつ、前記ピストン本体部の軸方向に近接する方向に延在する通路部と、
   を備え、
   前記通路部は、前記一端側から前記他端側へ向かって径が先細りとなるテーパー部を有する内燃機関用のピストン。
2. 前記ピストン本体部の外周面側における前記貫通孔の開口面積より、前記通路部の前記他端の開口面積が小さい請求項１に記載の内燃機関用のピストン。
3. 前記ピストン本体部に連続して設けられ、コネクティングロッドを連結するためのピストンピンが挿入されるピストンピン孔が形成されたピストンボス部を備え、
   前記通路部の前記他端は、前記ピストンピン孔に挿入された前記ピストンピンに対向するように開口する請求項１または２に記載の内燃機関用のピストン。
4. 前記ピストンボス部は、上面と、前記上面と反対側に位置する下面とを備え、
   前記通路部は、前記ピストンボス部の前記下面側に設けられる請求項３に記載の内燃機関用のピストン。
5. 前記通路部の前記他端は、前記ピストンボス部の近傍に位置する請求項３または４に記載の内燃機関用のピストン。
6. 前記通路部は、前記ピストン本体部の内周面側に設けられた板状のリブに形成される請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関用のピストン。
7. 前記ピストン本体部の外周面に形成されたリング溝に、前記貫通孔が形成される請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関用のピストン。

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