JP6465129B2 - 往復動ピストンエンジン - Google Patents
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Description
h1=0.5μm〜40μm、
h2/h1=1.5〜5.0、
の範囲に設定されており、前記ピストンは、当該ピストンの上部を構成して冠面を有するピストンヘッド部と、前記ピストンヘッド部の下方に配置されるスカート部と、前記ピストンヘッドに傾きが生じたときに前記スカート部を揺動させて当該スカート部の傾きを抑制する揺動機構とを備え、前記第1部材は、前記気筒であり、前記第2部材は、前記気筒内を往復動する前記ピストンのスカート部であって、前記スカート部の、前記気筒の内周壁と対峙する外周壁に前記張出形状部が設けられていることを特徴とする往復動ピストンエンジンを提供する(請求項1)。
しかも、前記第1部材が、前記気筒であり、前記第2部材が、前記気筒内を往復動するピストンのスカート部であって、前記スカート部の、前記気筒の内周壁と対峙する外周壁に前記張出形状部が設けられている。そのため、ピストンの往復動時にピストンのスカート部と気筒の内周壁との間に生じる摩擦抵抗を小さくして、エンジン全体で生じる機械損失を効果的に低減することができる。
h1=0.5μm〜40μm、
h2/h1=1.5〜5.0、
の範囲に設定されており、前記クランク機構は、前記ピストンに連結されて当該ピストンの往復動に伴って回転するクランクシャフトと、当該クランクシャフトが挿通されてこれと相対回転する軸受とを有し、前記クランクシャフトが前記第1部材に設定され、前記軸受が前記第2部材に設定され、前記軸受の前記クランクシャフトの外周壁と対峙する内周壁が、その全周にわたって1つの前記張出形状部に設定されており、前記軸受の内周壁は、前記クランクシャフトの外周壁との距離が最も短くなる頂部から、当該頂部と隣接して前記クランクシャフトの外周壁との距離が最も長くなる裾部に向けて、その全周にわたってらせん状に拡径している、ことを特徴とする往復動ピストンエンジン、を提供する。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態に係る往復動ピストンエンジンについて説明する。往復動ピストンエンジン100は、気筒2内を往復動するピストン5及びクランク機構を備えたエンジンであり、気筒2が形成されたエンジン本体1を備える。この往復動ピストンエンジン100は、例えば、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として、また、車両の駆動源として利用されるモータ等をアシストする装置として車両に搭載される。
図3は、図2のIII−III線に沿う断面の概略図である。図4および図5は、コンロッド8とクランクシャフト7との関係を示す図である。
図6は、図3の一部を拡大した図であって、ピストン5周辺を示した図である。図7は、図6のVII−VII線に沿う断面の概略図である。ピストン5は、その上部を構成して冠面5Aを有するピストンヘッド部20と、ピストンヘッド部20の下方に配置されるスカート部30とを含む。本実施形態では、ピストンヘッド部20とスカート部30とは一体物として成形されている。
続いて、スカート摺動面31Sの詳細について説明する。図8は、図6の一部を拡大した図に対応する図であってスカート摺動面31Sを模式的に示した図である。
図9は、摺動面Saを有する摺動部材C1が、被摺動面Sbに沿って矢印Y10で示す方向に摺動することを示した模式図である。ここでは、この図9を用いて、スカート摺動面31Sに限らずエンジン本体1に設けられてピストン5の往復動に伴って摺動する摺動部材C1の摺動面Sa全般に適用できるプロファイルについて説明する。
空気の場合: 0.5μm以上1.5μm以下
水の場合 : 3μm以上11μm以下
0W−20の場合: 15μm以上40μm以下
前記の結果より、摺動浮揚を達成するために現状で利用可能な流体Fの範疇(空気、水、低粘度オイル)において、良好な摺動浮揚が実現できる最小隙間h1の範囲は、0.5μm〜40μmと設定することができる。
以上の知見より、本実施形態では、スカート摺動面31Sと気筒2の内周壁2Aとの間に介在させる流体Fが空気とされて、最小隙間h1が0.5μm以上1.5μm以下の所定値に設定されている。
本実施形態では、前記の摺動面Saのプロファイルがクランク機構の摺動部分にも適用されている。
前記のように、クランクジャーナル部71の外周壁71Aと、クランク軸受40の内周壁40Aとは相対的に摺動しており、このクランク軸受40の内周壁40Aが前記摺動面Saのプロファイルを有するようになっている。
前記のように、クランクピン72の外周壁72Aと、クランクピン軸受83の内周壁83Aとは相対的に摺動しており、このクランクピン軸受83の内周壁83Aが前記摺動面Saのプロファイルを有するようになっている。
以上のように、本実施形態では、ピストン5のスカート本体部31のスカート摺動面31Sが気筒2の内周壁2A側に張り出す形状とされているとともに、その隙間比mが1.5以上5.0以下に設定されている。さらに、スカート摺動面31Sと気筒2の内周壁2Aの間の隙間Gに空気層が形成されつつ、最小隙間h1が、0.5μm以上1.5μm以下の所定値に設定されている。
前記実施形態では、ピストンヘッドとスカート部とが一体に形成された場合について説明したが、これらを別体で構成してもよい。さらに、これらを別体で構成した場合において、スカート部を、ピストンヘッドの首振りに伴うスカート部の首振りが抑制されるように構成してもよい。
前記のように構成されていることで、第2実施形態では、ピストン205の首ふり時において、スカート部230の首ふりが抑制される。図18(A)および図18(B)を用いて説明する。図18(A)は、中立状態におけるスカート部230の概略図、図18(B)は、首ふりが生じたときのスカート部230の概略図である。
前記実施形態では、スカート摺動面31Sと気筒2の内周壁2Aとの間、クランクジャーナル部71の外周壁71Aとクランク軸受40の内周壁40Aとの間、クランクピン軸受83の内周壁83Aとクランクピン72の外周壁72Aとの間の各隙間Gに流体Fとして空気を介在させて空気層を形成した場合について説明したが、これら隙間Gに介在させる流体Fは、空気に限らず、水またはオイルであってもよい。また、エンジンの運転状態等に応じてこの流体Fを空気と水とオイルとで切り替えるようにしてもよい。そして、このように流体Fとして空気、水、オイルを併用する場合(少なくとも、空気とオイルとを併用する場合)には、最小隙間h1の範囲は、各流体Fでの適切な範囲をすべて含むように設定されればよく、最小隙間h1は、0.5μm以上40μm以下の範囲に設定されればよい。
2 気筒(第1部材)
2A 気筒の内周壁(第1摺動面)
5 ピストン
7 クランクシャフト
8 コンロッド
30 スカート部
31 スカート本体部31(第2部材)
31S スカート摺動面(第2摺動面、張出形状部)
40 クランク軸受(第2部材)
40A クランク軸受の内周壁(第2摺動面、張出形状部)
71 クランクジャーナル部(第1部材)
71A クランクジャーナルの外周壁(第1摺動面)
72 クランクピン(第1部材)
72A クランクピンの内周壁(第1摺動面)
83 クランクピン軸受(第2部材)
83A クランクピン軸受の内周壁(第2摺動面、張出形状部)
P10 頂部
P20 頂部
Ps 頂部
Q10 裾部
Q20 裾部
Qs(Qs1、Qs2) 裾部
h1 最小隙間
h2 最大隙間
m 隙間比
Claims (5)
- 気筒内を往復動するピストン及びクランク機構を備えた往復動ピストンエンジンにおいて、
第1摺動面を有する第1部材と、
前記第1摺動面と隙間を置いて対峙する第2摺動面を有し、前記ピストンの往復動時に前記第1部材に対して所定の摺動方向に相対移動する第2部材とを備え、
前記第2摺動面は、前記摺動方向に沿った断面において、前記第1摺動面側に張り出す張出形状部を有し、
前記張出形状部は、最も張り出した部分となる頂部と、この頂部の少なくとも前記摺動方向の下流側に配置されて前記第1摺動面に対して最も離間した位置となる裾部とを含み、
前記張出形状部において、前記頂部における前記隙間を最小隙間h1とし、前記裾部における前記隙間を最大隙間h2とするとき、
h1=0.5μm〜40μm、
h2/h1=1.5〜5.0、
の範囲に設定されており、
前記ピストンは、当該ピストンの上部を構成して冠面を有するピストンヘッド部と、前記ピストンヘッド部の下方に配置されるスカート部と、前記ピストンヘッドに傾きが生じたときに前記スカート部を揺動させて当該スカート部の傾きを抑制する揺動機構とを備え、
前記第1部材は、前記気筒であり、
前記第2部材は、前記気筒内を往復動する前記ピストンのスカート部であって、
前記スカート部の、前記気筒の内周壁と対峙する外周壁に前記張出形状部が設けられていることを特徴とする往復動ピストンエンジン。 - 請求項1に記載の往復動ピストンエンジンにおいて、
前記第1摺動面と前記第2摺動面との間には、空気の層が形成されており、
前記最小隙間h1は、0.5μm以上1.5μm以下に設定されていることを特徴とする往復動ピストンエンジン。 - 請求項1または2に記載の往復動ピストンエンジンにおいて、
前記第1部材の材質と前記第2部材の材質とは、互いに同一であることを特徴とする往復動ピストンエンジン。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の往復動ピストンエンジンにおいて、
前記第2部材は、ステンレス材で形成されていることを特徴とする往復動ピストンエンジン。 - 気筒内を往復動するピストン及びクランク機構を備えた往復動ピストンエンジンにおいて、
第1摺動面を有する第1部材と、
前記第1摺動面と隙間を置いて対峙する第2摺動面を有し、前記ピストンの往復動時に前記第1部材に対して所定の摺動方向に相対移動する第2部材とを備え、
前記第2摺動面は、前記摺動方向に沿った断面において、前記第1摺動面側に張り出す張出形状部を有し、
前記張出形状部は、最も張り出した部分となる頂部と、この頂部の少なくとも前記摺動方向の下流側に配置されて前記第1摺動面に対して最も離間した位置となる裾部とを含み、
前記張出形状部において、前記頂部における前記隙間を最小隙間h1とし、前記裾部における前記隙間を最大隙間h2とするとき、
h1=0.5μm〜40μm、
h2/h1=1.5〜5.0、
の範囲に設定されており、
前記クランク機構は、前記ピストンに連結されて当該ピストンの往復動に伴って回転するクランクシャフトと、当該クランクシャフトが挿通されてこれと相対回転する軸受とを有し、
前記クランクシャフトが前記第1部材に設定され、
前記軸受が前記第2部材に設定され、
前記軸受の前記クランクシャフトの外周壁と対峙する内周壁が、その全周にわたって1つの前記張出形状部に設定されており、
前記軸受の内周壁は、前記クランクシャフトの外周壁との距離が最も短くなる頂部から、当該頂部と隣接して前記クランクシャフトの外周壁との距離が最も長くなる裾部に向けて、その全周にわたってらせん状に拡径している、ことを特徴とする往復動ピストンエンジン。
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