JP5141481B2 - エンジンの潤滑装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダのボア面を摺動するピストンリングおよびピストンスカート部に潤滑のための十分なオイルを供給して摺動抵抗を低減するとともにオイル上がりを抑制してオイル消費量を低減することを可能とするエンジンの潤滑装置に関する。

エンジンのシリンダ内を往復動するピストンは、燃焼ガスの爆発圧を受ける頂部と周囲にリング溝（ピストンリング溝）を設けたリングランド部とからなる冠部（ピストンクラウン）と、ピストンピンを介してコネクティングロッドの小端部に連結されるピンボス部と、往復動の案内になるスカート部を有している。リング溝は、例えば２個のコンプレッションリング溝と１個のオイルリング溝で、コンプレッションリング溝が頂部側となりオイルリング溝がスカート部側となる配置でリングランド部に設けられる。そして、コンプレッンリング溝には気密を保つためのコンプレッションリング（圧力リング）が装着され、オイルリング溝には油を掻き落とすためのオイルリング（油かきリング）装着されている。

オイルリングは、ピストンが上昇（上死点側へ移動）する時にオイルを持ち上げてシリンダのボア面に油膜を形成し、下降（下死点側へ移動）する時に油膜を残しつつ余分なオイルを掻き落す。その際、例えばコンプレッションリング溝が２個で、トップリングとセカンドリングの２本のコンプレッションリングを有する場合に、セカンドリングとオイルリングとの間のランド部周囲のシリンダのボア面との間の空間には、オイルリングによって掻き落としきれなかったオイルが溜まり、この空間が満杯になると、燃焼室側へオイルが上がっていく。これがオイル消費量の低減を阻害する要因となる。

そのため、例えばオイルリング溝とピストン内方を連通する連通路を設け、掻き込んだオイルをピストン内部へ逃がすことでオイル上がりを抑えるようにすることが従来から行われている。

また、それとは別に、オイル上がりを防止するため、コンプレッションリング溝とオイルリング溝との間のランド部分に溝を設けることにより、上方に流れてくるオイルを溜めて上方に行きにくくするとともに、その溜めたオイルを、コンプレッションリングから漏れた燃焼ガスが上方から吹き抜けるときに燃焼ガスの流れによって下方へ降ろし、オイルパンに戻すようにしたピストンであって、ランド部分の溝に溜めたオイルを下方へ降ろすことができるような燃焼ガスの流れを生じさせることができ、しかも、限られたランド部分にオイルを溜める容積を大きくとることができるように溝を形成したというものが従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ピストンの背面側に向けてシリンダ底部側方からオイルジェットでオイルを噴射することで、ピストンの冷却および潤滑を行うようにしたものが従来から知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００１−２１４８０４号公報 特開平５−２８８０５０号公報

コンプレッションリングとオイルリングとの間の空間がオイルで満杯になって燃焼室側へのオイル上がりが増加するのを防ぐ手段として、従来のように掻き込んだオイルをピストン内部へ逃がすようオイルリング溝とピストン内方を連通する連通路を設けるだけでは、ピストン内部へ逃げるオイルが多くてオイル不足が生じるなど、オイルリング上方の空間内のオイル量を適切にコントロールすることができず、摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減とを両立させることは難しい。

また、コンプレッションリング溝とオイルリング溝との間のランド部分に溝を設けるものでは、限られた部分に溝を設けるので、オイルを溜める容積を大きくとるにも限度があり、溝が満杯になってオイルが燃焼室側へ流れてしまうのを十分に抑制できるようにすることは難しい。

また、ピストンの背面側に向けてシリンダ底部側方からオイルジェットでオイルを噴射する場合に、従来のものは、例えば、ピストン冠面の冷却のためにピストンの位置にかかわらず常時ピストンの冠面裏に向けてオイルを噴射するようにオイルジェットを配設するものであり、あるいは、ピストン冠面の冷却およびピストンスカート部の潤滑のために、ピストン上死点位置で吸気弁側ピストン冠面裏に向かってオイル噴射するとともに、ピストン下死点位置で排気弁側ピストンスカート部に向かってオイルを噴射するようオイルジェットを配設するというものであって、これでは、コンプレッションリングとオイルリングとの間の空間からオイルが溢れることによるオイル上がりは防止できない。

本発明は、こうした問題を解決し、ピストンのオイルリング上方の空間内のオイル量を適切にコントロールして摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減とを両立させることができるようにすることを目的としている。

本発明のエンジンの潤滑装置は、シリンダ内を往復動するピストンの背面側に向けてシリンダ底部側方からオイルジェットでオイルを噴射するエンジンの潤滑装置において、ピストンのコンプレッションリング溝とオイルリング溝との間のランド部に該ランド部を径方向に貫通してランド部外周とピストン内方を連通する連通孔を周方向に間隔をおいて複数設け、ピストンの冠部裏面側にオイルジェットから噴射されたオイルを導入可能な開口部を有するとともに複数の連通孔のピストン内方側開口に連通するオイル溜め部を設け、ピストン内方のオイル溜め部の開口部近傍に、オイルジェットから噴射されたオイルをピストン上昇時に開口部へ誘導しピストン下降時にオイルの開口部への導入を制限するオイル誘導制限部を設けたことを特徴とする。

この場合、ピストン上昇時にオイルジェットから噴射されたオイルがオイル誘導制限部により開口部に誘導されてピストン冠部裏面側のオイル溜め部に入る。また、ピストン下降時には、オイルジェットから噴射されたオイルはオイル誘導制限部により開口部への導入が制限され、オイル溜め部に入ることなくピストン下方に落ちる。そして、オイル溜め部に溜まったオイルは、ピストン上昇時の特定タイミング領域で慣性力により連通孔を経てピストン外方に押し出され、コンプレッションリングとオイルリングとの間の空間に供給されて、それがシリンダボア面の油膜形成に寄与する。また、ピストン下降時には、オイルリングによってオイルが掻き込まれることでコンプレッションリングとオイルリングとの間の空間のオイル量が増大するが、オイルジェットから噴射されたオイルがオイル溜め部に入らず、そのため、オイル溜め部内のオイルは少なくて、コンプレッションリングとオイルリングとの間の空間へ押し出される量は少ない。

そして、コンプレッションリングとオイルリングとの間の空間に溜まったオイルが多くなると、連通孔を経て余分なオイルがオイル溜め部に戻る。そのため、コンプレッションリングとオイルリングとの間の空間が不必要にオイルで満杯となることがなくなり、燃焼空間への不用意なオイル上がりが無くなる。

こうして、ピストンのオイルリング上方の空間内のオイル量が適切にコントロールされ、摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減とが両立する。

そして、このエンジンの潤滑装置は、オイル誘導制限部が、ピストンの冠部裏面に凸状に設けられて一方の面が開口部へオイルを誘導するオイル誘導斜面を構成するとともに他方の面が開口部から逸らせる方向へオイルを向かわせるオイル制限斜面を構成するピストン側凸部と、ピストンピンを介してピストンを支持するコネクティングロッドの小端部に設けられて該コネクティングロッドがピストン下降時の揺動姿勢の時にオイルジェットから噴射されたオイルをピストン側凸部のオイル制限斜面へ向け誘導する一方、コネクティングロッドがピストン上昇時の揺動姿勢の時にオイルジェットから噴射されたオイルをピストン側凸部のオイル誘導斜面へ誘導するコンロッド側凸部とで構成されるのがよい。

オイル誘導制限部がこのようなピストン側凸部とコンロッド側凸部とで構成される場合、ピストン上昇時にオイルジェットから噴射されたオイルがコンロッド側凸部によりピストン側凸部のオイル誘導斜面へ誘導され、このピストン側凸部のオイル誘導斜面によりオイル溜め部の開口部に誘導されてピストン冠部裏面側のオイル溜め部に入る。また、ピストン下降時には、オイルジェットから噴射されたオイルはコンロッド側凸部によりピストン側凸部のオイル制限斜面に誘導され、このピストン側凸部のオイル制限斜面によりオイル溜め部の開口部から逸らせる方向へ誘導されて、オイル溜め部に入ることなくピストン下方に落ちる。

こうして、ピストン上昇時にオイルジェットから噴射されたオイルを確実に開口部へ誘導してオイル溜め部に導入することができ、ピストン下降時にはオイルジェットから噴射されたオイルの開口部への導入を確実に制限することができる。

そして、このエンジンの潤滑装置は、オイル誘導制限部がピストン側凸部とコンロッド側凸部とで構成される場合に、コンロッド側凸部が、コネクティングロッドの姿勢によりピストン側凸部に対して相対的に移動し、コネクティングロッドがピストン下降時の揺動姿勢の時にピストン側凸部に対してピストン径方向の外側寄りとなり、コネクティングロッドがピストン上昇時の揺動姿勢の時にピストン側凸部に対してピストン径方向の内側寄りとなるようにするのがよい。

コンロッド側凸部がコネクティングロッドの姿勢によりピストン側凸部に対してこのように相対的に移動することで、オイルジェットから噴射されたオイルをコンロッド側凸部によりピストン上昇時にピストン側凸部のオイル誘導斜面へ誘導し、ピストン下降時にピストン側凸部のオイル制限斜面に誘導することができる。

また、このエンジンの潤滑装置は、連通孔がオイル溜め部に対し該オイル溜め部の下位位置で連通しているのがよい。

このように連通孔がオイル溜め部に対し該オイル溜め部の下位位置で連通していると、ピストン下降時にオイル溜め部内のオイルに上向きの慣性力が働いても、オイルはオイル溜め部の上面側に張り付くため、連通孔から噴出することは少ない。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ピストンのオイルリング上方の空間内のオイル量を適切にコントロールして摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減とを両立させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は本発明の実施形態の一例を示している。図１はエンジンの潤滑装置のピストン上昇時の要部断面図、図２はエンジンの潤滑装置のピストン下降時の要部断面図、図３はピストンのピンボス軸線に直交する縦断面図、図４は図３におけるＡ−Ａ断面図、図５は図４におけるＢ−Ｂ断面図である。

この実施形態のエンジンのシリンダ１内を往復動するピストン２は、燃焼ガスの爆発圧を受ける頂部３とリングランド部４とからなる冠部（ピストンクラウン）５と、ピストンピン６を介してコネクティングロッド７の小端部８に連結されるピンボス部９と、往復動の案内になるスカート部１０を有している。そして、リングランド部４には、図示しないトップリングおよびセカンドリングの２本のコンプレッションリング（圧力リング）が装着されるトップリング溝１１およびセカンドリング溝１２の２個のコンプレッションリング溝と、図示しないオイルリング（油かきリング）が装着される１個のオイルリング溝１３が、トップリング溝１１が頂部３側となりオイルリング溝１３がスカート部１０側となる配置で設けられている。

そして、このエンジンには、シリンダ１内を往復動するピストン２の背面側に向けてオイルを噴射するよう、シリンダ１のクランク軸１４を挟む吸気弁側および排気弁側の内の一側（例えば吸気弁側）の底部側方に、図示しないオイル供給路からオイルの供給を受けるオイルジェット１５が配設されている。

また、ピストン２には、セカンドリング溝１２とオイルリング溝１３との間のランド部（サードランド）１６に、該ランド部１６を径方向に貫通してランド部１６外周とピストン内方を連通する連通孔１７が周方向に間隔をおいて放射状に複数設けられている。

また、ピストン２の冠部５裏面側には、オイルジェット１５に近い側にオイルジェット１５から噴射されたオイルを導入可能な開口部１８を有するオイル溜め部１９が、リングランド部４に沿う部分が環状に一段下方に広がった形で設けられている。そして、このオイル溜め部１９に、ランド部１６の複数の連通孔１７が連通している。これらの連通孔１７は、環状のオイル溜め部１９に対し、その下位位置の、環状に一段下方に広がった環状段下げ部分２０の外周側で連通している（図３および図５参照。）。また、ピストン２には、開口部１８とは反対のオイルジェット１５から遠い側に、オイル溜め部１９内のオイルを少しずつ量を規制しながら下方へ落とすリターン穴２１が設けられている。なお、リターン穴２１は図示の例では２個であるが、その数並びに配置は適宜変更できる。

そして、ピストン２には、冠部５の頂部３裏面の開口部１８に臨む部分に、２面をピンボス部９の軸線に平行に突き合わせて隆起させた形のプリズム形凸状のピストン側凸部２２が設けられている。このピストン側凸部２２は、一方（オイルジェット１５から遠い方）の面２３が、オイルジェット１５から噴射されたオイルを開口部１８へ誘導するオイル誘導斜面を構成し、他方（オイルジェット１５に近い方）の面２４が、オイルジェット１５から噴射されたオイルを開口部１８から逸らせる方向へ向かわせるオイル制限斜面を構成する。

また、コネクティングロッド７の小端部８には、ピストン２の冠部５の頂部３裏面の開口部１８に臨む部分に、ピストン側凸部２２との協働で、オイルジェット１５から噴射されたオイルをピストン上昇時に開口部１８へ誘導しピストン下降時にオイルの開口部１８への導入を制限するオイル誘導制限部を構成するコンロッド側凸部２５が設けられている。

このコンロッド側凸部２５は、やはり２面をピンボス部９の軸線に平行に突き合わせて隆起させた形のプリズム形凸状で、コネクティングロッド７の姿勢によりってピストン側凸部２２に対して相対的に移動し、コネクティングロッド７がピストン下降時の揺動姿勢にある時に、図２に示すようにピストン側凸部２２に対してピストン径方向の外側寄りとなって、オイルジェット１５から噴射されたオイルをピストン側凸部２２のオイル制限斜面２４へ向け誘導し、コネクティングロッド７がピストン上昇時の揺動姿勢にある時に、図１に示すようにピストン側凸部２２に対してピストン径方向の内側寄りとなって、オイルジェット１５から噴射されたオイルをピストン側凸部２２のオイル誘導斜面２３へ誘導するよう構成されている。なお、コンロッド側凸部２５は、ピストン下降時に、オイルジェット１５から噴射されたオイルをピストン側凸部２２のオイル制限斜面２４へ誘導することなく直接ピストン下方へ落として上記開口部１８に浸入するのを阻止することもあり、また、ピストン上昇時に、オイルジェット１５から噴射されたオイルをピストン側凸部２２のオイル誘導斜面２３を経ずに直接開口部１８に誘導してオイル溜め部１９に入るのを許容することもある。

この実施形態のエンジンは、ピストン上昇時にオイルジェット１５から噴射されたオイルがコンロッド側凸部２５によりピストン側凸部２２のオイル誘導斜面２３へ誘導され、オイル誘導斜面２３により開口部１８に誘導されてオイル溜め部１９に入る。また、ピストン下降時にオイルジェット１５から噴射されたオイルがコンロッド側凸部２５によりピストン側凸部２２のオイル制限斜面２４に誘導され、オイル制限斜面２４により開口部１８から逸らせる方向へ誘導されて、オイル溜め部１９に入ることなくピストン下方に落ちる。そして、オイル溜め部１９に溜まったオイルは、ピストン上昇時の特定タイミング領域で慣性力により連通孔１７を経てピストン外方に押し出される。

また、ピストン下降時には、オイルジェット１５から噴射されたオイルがオイル溜め部１９に入らず、その間、オイル溜め部１９内のオイルはリターン穴２１から少しずつ排出されていて、オイル溜め部１９内のオイルは少なくなっているため、連通孔１７からピストン外方に押し出される量は少ない。また、連通孔１７がオイル溜め部１９の下位位置の環状段下げ部分２０に連通しているため、ピストン下降時にオイル溜め部１９内のオイルに上向きの慣性力が働いても、オイルはオイル溜め部１９の上面側に張り付き、連通孔１７から噴出することは少ない。

そして、コンプレッションリングとオイルリングとの間の空間に溜まったオイルが多くなると、連通孔１７を経て余分なオイルがオイル溜め部１９に戻る。そのため、コンプレッションリングとオイルリングとの間の空間が不必要にオイルで満杯となることがなくなり、燃焼空間への不用意なオイル上がりが無くなる。

本発明の実施形態のエンジンの潤滑装置のピストン上昇時の要部断面図である。 本発明の実施形態のエンジンの潤滑装置のピストン下降時の要部断面図である。 本発明の実施形態に係るピストンのピンボス軸線に直交する縦断面図である。 本発明の実施形態に係るピストンの図３におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係るピストンの図４におけるＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ ピストン
５ 冠部
７ コネクティングロッド
８ 小端部
１１ トップリング溝（コンプレッションリング溝）
１２ セカンドリング溝（コンプレッションリング溝）
１３ オイルリング溝
１５ オイルジェット
１６ ランド部（サードランド）
１７ 連通孔
１８ 開口部
１９ オイル溜め部
２０ 環状段下げ部分
２１ リターン穴
２２ ピストン側凸部
２３ オイル誘導斜面
２４ オイル制限斜面
２５ コンロッド側凸部

Claims (4)

1. シリンダ内を往復動するピストンの背面側に向けてシリンダ底部側方からオイルジェットでオイルを噴射するエンジンの潤滑装置において、
   前記ピストンのコンプレッションリング溝とオイルリング溝との間のランド部に該ランド部を径方向に貫通してランド部外周とピストン内方を連通する連通孔を周方向に間隔をおいて複数設け、
   前記ピストンの冠部裏面側に前記オイルジェットから噴射されたオイルを導入可能な開口部を有するとともに前記複数の連通孔のピストン内方側開口に連通するオイル溜め部を設け、
   前記ピストン内方の前記オイル溜め部の開口部近傍に、前記オイルジェットから噴射されたオイルをピストン上昇時に前記開口部へ誘導しピストン下降時に前記オイルの前記開口部への導入を制限するオイル誘導制限部を設けたことを特徴とするエンジンの潤滑装置。
2. 前記オイル誘導制限部が、前記ピストンの冠部裏面に凸状に設けられて一方の面が前記開口部へオイルを誘導するオイル誘導斜面を構成するとともに他方の面が前記開口部から逸らせる方向へオイルを向かわせるオイル制限斜面を構成するピストン側凸部と、ピストンピンを介して前記ピストンを支持するコネクティングロッドの小端部に設けられて該コネクティングロッドがピストン下降時の揺動姿勢の時に前記オイルジェットから噴射されたオイルを前記ピストン側凸部のオイル制限斜面へ向け誘導する一方、前記コネクティングロッドがピストン上昇時の揺動姿勢の時に前記オイルジェットから噴射されたオイルを前記ピストン側凸部のオイル誘導斜面へ誘導するコンロッド側凸部とで構成されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの潤滑装置。
3. 前記コンロッド側凸部が、前記コネクティングロッドの姿勢により前記ピストン側凸部に対して相対的に移動し、前記コネクティングロッドがピストン下降時の揺動姿勢の時に前記ピストン側凸部に対してピストン径方向の外側寄りとなり、前記コネクティングロッドがピストン上昇時の揺動姿勢の時に前記ピストン側凸部に対してピストン径方向の内側寄りとなることを特徴とする請求項２記載のエンジンの潤滑装置。
4. 前記連通孔が、前記オイル溜め部に対し該オイル溜め部の下位位置で連通していることを特徴とする請求項１，２または３記載のエンジンの潤滑装置。

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