JP5008649B2 - オイル供給システム及び内燃機関のピストン - Google Patents

Description

本発明は、例えばオイルジェットからピストンの内側に噴射されたオイルをピストンスカート部のスラスト側と反スラスト側などに効率良く供給するオイル供給システム及び内燃機関のピストンに関する。

内燃機関のピストンにオイルを強制的に供給してピストンの冷却や潤滑を行うオイル供給装置としては、従来から種々提供されており、その一つとして以下の特許文献１に記載されたものがある。

概略を説明すれば、ピストンの冠部の上面と反対側の下面（天井面）の径方向における一端側にオイルジェットからオイルが吹き付けられ、前記天井面には、前記一端側から径方向における他端側に延びるリブが形成されている。

このリブは、前記一端側から他端側に向かうにしたがってピストン軸線方向における突出方向高さが徐々に高く形成されており、これによってピストンの軸線方向における突出高さが同じ場合に比較して、前記リブの下端縁部の位置が前記一端側から他端側に向かうにしたがってその高さが低くなるようになっている。

このため、オイルジェットから一端側に噴射されたオイルは、オイル溜部で落下が抑制されつつ前記リブを通って他端側へ良好に流動する。
特開２００４−２７０４８９号公報

しかしながら、前記従来のオイル供給装置にあっては、前記一端側に噴射されたオイルはリブを介して他端側のみに供給されるだけとなる。したがって、ピストンの特に潤滑や冷却が必要な箇所へのオイルの供給不足になる虞がある。

請求項１に記載の発明は、オイル供給システムに関し、とりわけ、前記ピストンの上死点側と下死点側の移動位置でオイルがスラスト側に多量に供給され、ピストンの上死点側と下死点側との間の中間移動位置では反スラスト側に多量に供給されるように形成したことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、内燃機関のピストンであって、前記冠部の裏面側に、前記内燃機関のサイクル行程中のピストンの移動位置に応じてスラスト側と反スラスト側にオイルを誘導案内する凸部を設けると共に、前記凸部を、オイルがピストンの上死点側と下死点側の移動位置でスラスト側へ多く流れ、ピストンの上死点側と下死点側との間の中間移動位置では反スラスト側へ多く流れるように配置形成したことを特徴としている。

本発明によれば、ピストンが例えば上死点側あるいは下死点側に移動した時点では、例えばオイルジェットから噴射されたオイルは、冠部内の前記凸部の頂部を中心としたピストンスラスト側の傾斜状のガイド面か反スラスト側の傾斜状のガイド面に向かって噴射され、そのままいずれかの壁面上を伝って、連通路を介してオイルリング溝内に流入する。このため、ピストンスカート部の特に負荷の大きなスラスト側あるいは反スラスト側のオイルリングとシリンダ内壁面との摺動摩擦抵抗が小さくなると共に、スラスト側と反スラスト側の冷却効果が向上する。

以下、本発明に係るオイル供給システムをいわゆる４サイクル内燃機関のピストンに適用した実施形態を図面に基づいて詳述する。

〔第１実施の形態〕
すなわち、内燃機関１は、図８に示すように、シリンダブロック２のクランクケース３で隔成されたクランク室４の内部にクランクシャフト５が図外の軸受けによって回転自在に支持されている。また、クランクケース３の上部に形成された円筒状のシリンダ壁６の内部には、前記クランクシャフト５とコンロッド７を介して連結されたピストン８が摺動自在に設けられている。

前記シリンダ壁６の壁内には、冷却水が循環するウォータジャケット９が形成されていると共に、前記クランクケース３とシリンダ壁６との間の隔壁１０の内部には、図外のオイルポンプから吐出されたオイル（潤滑油)を各機関の各摺動部などに供給するメインオイルギャラリー１１が形成されている。

そして、前記隔壁１０の下部には、前記シリンダ壁６の内周面とピストン８との間などに冷却用及び潤滑用のオイルを供給するオイルジェット１２がブラケット１６を介してボルト１３によって取り付けられている。

このオイルジェット１２は、金属材によって形成されたボディ１４と、基端部が前記ボディ１４の周壁下端部に固定されて、先端部が上方へ折曲形成されたノズル１５と、を備えている。そして、前記ボディ１４の内部に前記メインオイルギャラリー１１から供給されたオイルがボディ１４内を摺動する図外のプランジャを介して前記ノズル１５からピストン８の内部にオイルを噴射するようになっている。

前記ピストン８は、図１〜図６に示すように、アルミニウム合金材によってほぼ円筒状に一体に形成され、燃焼室１７内の燃焼圧力を受ける比較的に肉厚の円盤状の冠部２０と、該冠部２０の下部に一体に形成され、前記シリンダ壁６の内周面６ａに摺接する一対の第１、第２スカート部２１、２２と、同じく冠部２０の下部に一体に形成され、前記各スカート部２１、２２の円周方向のほぼ９０°位置に形成されたエプロン部２３，２４と、該エプロン部２３，２４のほぼ中央に形成されて、ピストンピン２５の両端部を回転自在に支持する一対のピン孔２６ａ、２７ａが穿設されたピンボス２６、２７と、を備えている。

前記冠部２０は、外周面に上からトップリング溝２７、セカンドリング溝２８及びオイルリング溝２９が各ランド部を介して形成されている。

前記トップリング溝２７及びセカンドリング溝２８は、図外のトップリング及びセカンドリングを保持し、これらは、燃焼室１７で発生した燃焼ガスをシリンダ壁６の内周面との間を含めてシールして、ガスの吹き抜けによる出力低下を防止するようになっている。

一方、前記オイルリング溝２９は、図外のオイルリングを保持し、前記シリンダ壁６の内周面に付着したオイルの燃焼室１７への流入を阻止して、シリンダ壁６の下方から燃焼室１７にオイルが上昇して燃焼するのを防止するようになっている。

前記両スカート部２１、２２は、比較的薄肉な円弧状に形成されて、ピストン８が上下に往復運動する際に、シリンダ壁６の内周面６ａに摺接してピストン８のスムーズな移動を確保するもので、一方側の第１スカート部２１が燃焼圧力によってシリンダ壁６の内周面に圧接して大きな負荷が作用するスラスト側となり、他方側の第２スカート部２２がピストン８の上昇移動(上死点側)時にシリンダ壁６の内周面に圧接する反スラスト側となっている。

前記両ピンボス部２６，２７は、冠部２０で受けた燃焼圧力を各ピン孔２６ａ、２７ａを介してピストンピン２５に伝達し、さらにここからコンロッド７に伝達するようになっている。

また、前記オイルリング溝２９の前記各スカート部２１，２２が位置する部位には、図３及び図４に示すように、前記オイルリング溝２９内とピストン８の内部とを連通する連通路である左右一対の連通孔３０，３０、３１，３１がそれぞれ径方向に沿って貫通形成されている。この各連通孔３０，３０、３１、３１は、前記各スカート部２１，２２の円周方向の範囲内に配置され、それぞれが互いに円周方向へ離間した位置に形成されている。

さらに、前記各連通孔３０，３０、３１，３１の間には、図３及び図４に示すように、第１、第２スリット３２、３３が形成されて、該各スリット３２，３３のそれぞれの両端部は各連通孔３０，３０、３１，３１に接続されている。

そして、前記冠部２０の上面２０ａと反対側の裏面(天井面)２０ｃ側には、ピストン８の往復移動位置に応じて前記オイルジェット１２のノズル１５から噴射されたオイルを第１スカート部２１側と第２スカート部２２側に案内するガイド手段が設けられている。

このガイド手段は、図１、図５及び図６に示すように、第１スカート部２１側に突設された凸部３４と、該凸部３４の頂部３４ａから第１スリット３２方向へ下り傾斜状に形成された第１ガイド面である第１ガイド溝３５と、前記頂部から第２スリット３３方向へ下り傾斜状に形成された第２ガイド面である第２ガイド溝３６とから主として構成されている。

前記凸部３４は、図１に示すように、第１スカート部２１寄りに近接配置されて、第１スカート部２１の円周方向両端部、つまり前記２つのエプロン部２３，２４の対向端部側へ円弧状に延出形成されていると共に、横断面が比較的なだらかな曲線のほぼ円弧状に形成されている。

前記第１ガイド溝３５は、凸部３４の円弧状外周縁３４ａからさらに凹状に切欠形成されて、凸部３４と同じく前記第１スリット３２に沿った円弧状に形成されていると共に、ほぼ底部付近で前記第１スリット３２に連通している。

一方、前記第２ガイド溝３６は、図１、図５及び図６に示すように、両ピンボス２５，２６の間の前記凸部３４の内端縁３４ｂから第２スカート部２２方向へ延出した肉盛り部３７の幅方向のほぼ中央位置に形成されて、横断面がなだらかなほぼＶ字形の凹状(樋状)に形成されている。また、この第２ガイド溝３６は、前記凸部３４の内端縁３４ａの長手方向のほぼ中央位置から第２スカート部２２方向へ延設されて、その最下位置となる終端縁３６ａが前記裏面２０ｃになだらかに接続されて前記第２スリット３３方向に指向している。つまり、この第２ガイド溝３６の終端縁３６ａは、両ピンボス２５，２６間の裏面２０ｃに滑らかに接続されてオイルを裏面２０ｃ上に広く供給すると共に、第２スリット３３を介して第２スカート部２２側のオイルリング溝２９内に案内するように形成されている。

また、前記凸部３４は、その形成位置が前記ピストン８の上死点側と下死点側で前記オイルジェット１２のノズル１５の噴射方向(延長方向)が第１ガイド溝３５側の凸側面方向になるように設定され、前記ピストン８の上死点側と下死点側との間の中間移動位置では、第１ガイド溝３６側の凸側面方向になるように設定されている。

したがって、この実施形態によれば、内燃機関の始動後の４サイクル行程（吸入−圧縮−燃焼−排気）時において、ピストン８が上死点側と下死点側、つまり上死点付近と上死点までの間及び下死点付近と下死点までの間では、前記オイルジェット１２から噴射されたオイルは、図７Ａの矢印に示すように、前記凸部３４の第１ガイド溝３５側の凸側面に衝突して第１ガイド溝３５内に集中的に流入して捕集される。したがって、かかる第１スカート部２１の周囲が効果的に冷却される。

その後、オイルは、第１ガイド溝３５の底面に案内されながら第１スリット３２を通ってオイルリング溝２９内に供給される。このため、第１スカート部２１側のオイルリングとシリンダ壁６の内周面との間にオイルが強制的に供給されることから、かかるシリンダ壁６の内周面６ａとの摺動部位の潤滑性能が向上する。

この第１スカート部２１は、燃焼行程時に冠部上面２０ａに作用する大きな燃焼圧力を受けて、外周面がシリンダ壁６の内周面に強く圧接して負荷が大きくなることから、前記潤滑性能の向上によってピストン８をスムーズに摺動させることが可能になる。

しかも、前記凸部３４と第１ガイド溝３５とは第１スカート部２１の近傍に形成されて、オイルジェット１２からのオイルを即座に第１スカート部２１側に供給するため、負荷が大きくかかる第１スカート部２１の冷却と潤滑を一層速やかにかつ効果的に行うことができる。

また、前記凸部３４及び第１ガイド溝３５は、第１スリット３２の円周方向に沿って円弧状に形成されていることから、凸部３４に噴射されたオイルは、それぞれの円弧形状に沿って拡がりながら第１スリット３２全体からオイルリング溝２９内に集中的に供給される。よって、オイルリングの円周方向、つまり第１スカート部２１の円周方向へ多くのオイルを供給することが可能になるので、摺動部位の冷却と潤滑性がさらに向上する。

一方、ピストン８の上死点付近から下死点付近までの中間移動位置では、前記オイルジェット１２から噴射されたオイルは、図７Ｂの矢印に示すように、前記凸部３４の第２ガイド溝３６側の凸側面に衝突して第２ガイド溝３６から第２スカート部２２の周囲を効果的に冷却する。

その後、オイルは、第２ガイド溝３５の底面に沿って案内されながら第２スリット３３を通ってオイルリング溝２９内に供給される。このため、第２スカート部２２側のオイルリングとシリンダ壁６の内周面との間に強制的に供給されることから、負荷が大きく掛かる第２スカート部２２側の摺動部位の潤滑性能が向上する。

また、前記第２ガイド溝３５に案内されて流動したオイルは、冠部２０の裏面２０ｃのほぼ全体に流れて冠部２０全体を冷却することから、かかる冷却効果が大きくなる。

しかも、凸部３４から第２ガイド溝３６を介して裏面２０ｃに案内されたオイルは、ピストンピン２５の上面にも滴下して該ピストンピン２５に両端部と各ピン孔２６ａ、２７ａの内周面との間にも積極的に供給されることから、ピストンピン２５が各ピン孔２６ａ、２７ａに回転自在に支持される構造のものにあっては、該両者間の潤滑性も向上する。

また、前記凸部３４と肉盛り部３７の存在によって冠部２０の剛性が高くなり燃焼圧力などに対する耐久性が向上する。

以上のように、ピストン８の往復移動位置に応じて、オイルジェット１２から噴射されたオイルによって、負荷の大きな第１スカート部２１側の効果的な冷却と潤滑が行えると共に、冠部２０全体の冷却と潤滑を効率良く行うことができる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、ピストン８を鉄系金属で成形した場合や、２サイクルの内燃機関にも適用することが可能である。

また、凸部３４の高さはピストンの大きさや仕様に応じて自由に設定することができる。さらにオイルジェット以外の供給機構を設けることも可能である。

本発明にかかる内燃機関のピストンを示す縦断面図である。 本実施形態のピストンの正面図である。 本実施形態のピストンの右側面図である。 本実施形態のピストンの左側面図である。 本実施形態のピストンの底面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 Ａ、Ｂは本実施形態のオイルジェットの噴射方向を示す説明図である。 本実施形態のピストンが適用される内燃機関の概略図である。

符号の説明

１…内燃機関
４…クランク室
８…ピストン
１２…オイルジェット
２０…冠部
２０ａ…上面
２０ｃ…裏面
２１…第１スカート部
２２…第２スカート部
２３・２４…エプロン部
２５…ピストンピン
２６・２７…ピンボス部
２６ａ・２７ａ…ピン孔
２９…オイルリング溝
３０・３１…連通孔(連通路)
３２，３３…第１，第２スリット
３４…凸部
３５…第１ガイド溝
３６…第２ガイド溝
３７…肉盛り部

Claims (11)

1. 冠部の外周に有するオイルリング溝と、該オイルリング溝のスラスト側と反スラスト側に前記冠部の内側とオイルリング溝とを連通する連通路と、を備えた内燃機関のピストンにオイルを供給するオイル供給システムであって、
   前記ピストンの上死点側と下死点側の移動位置でオイルがスラスト側に多量に供給され、ピストンの上死点側と下死点側との間の中間移動位置では反スラスト側に多量に供給されるように形成したことを特徴とするオイル供給システム。
2. 冠部の外周に有するオイルリング溝と、該オイルリング溝のスラスト側と反スラスト側に前記冠部の内側とオイルリング溝とを連通する連通路と、を備えた内燃機関のピストンであって、
   前記冠部の裏面側に、前記内燃機関のサイクル行程中のピストンの移動位置に応じてスラスト側と反スラスト側にオイルを誘導案内する凸部を設けると共に、
   前記凸部を、オイルがピストンの上死点側と下死点側の移動位置ではスラスト側へ多く流れ、ピストンの上死点側と下死点側との間の中間移動位置では反スラスト側へと多く流れるように配置形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。
3. 請求項２に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記連通路を、ピストンの円周方向に離間して少なくとも一対ずつ設けたことを特徴とする内燃機関のピストン。
4. 請求項３に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記各一対の連通路を、前記ピストンのスカート部の前記スラスト側と反スラスト側に、該スカート部の周方向の範囲内に設けたことを特徴とする内燃機関のピストン。
5. 請求項４に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記各一対の連通路のそれぞれの間に、スリットが前記オイルリング溝に沿ってそれぞれ形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
6. 冠部の外周に有するオイルリング溝と、該オイルリング溝のスラスト側と反スラスト側に前記冠部の内側とオイルリング溝とを連通する連通路と、を備えた内燃機関のピストンであって、
   前記冠部の上面と反対側の裏面側に、クランクシャフト方向へ突出した凸部が形成され、
   該凸部は、オイルジェットからのオイル供給方向の位置に形成されていると共に、頂部から前記連通路に向かって下り傾斜状の第１ガイド面と、頂部からピストンの中心に向かって下り傾斜状の第２ガイド面とを有し、前記オイルジェットからのオイルがピストンの上死点側と下死点側の移動位置では前記第１ガイド面へ多く流れ、ピストンの上死点側と下死点側との間の中間移動位置では前記第２ガイド面へと多く流れるように配置されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記凸部を、冠部裏面上にピストンの円周方向に沿って円弧状に形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。
8. 請求項２〜７のいずれか一項に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記凸部を横断面円弧状に形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。
9. 請求項２〜８のいずれか一項に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   ピストンピンの両端部を支持する一対のピンボス部を有すると共に、前記冠部裏面の前記両ピンボス部の間に凹部を形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。
10. 請求項６に記載の内燃機関のピストンにおいて、
    前記凸部は、ピストンの上死点側と下死点側の移動位置でオイルジェットからのオイル供給方向の延長線が前記第１ガイド面に指向した位置となり、ピストンの上死点側と下死点側との間の中間移動位置では前記オイル供給方向の延長線が第２ガイド面に指向した位置となるように構成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
11. 請求項１０に記載の内燃機関のピストンにおいて、
    前記凸部はスラスト側に設けられていることを特徴とする内燃機関のピストン。

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