JP6716161B2 - Lubrication structure of piston support - Google Patents

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本発明は、ピストン支持部の潤滑構造に関するものである。 The present invention relates to a lubrication structure for a piston support part.

図5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においては、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と連結されるようにしてある。 As shown in FIG. 5, in a general reciprocating engine used in an automobile or the like, a piston 2 housed in a cylinder 1 is swingably supported by a small end 4a of a connecting rod 4 via a piston pin 3. The large end 4b of the connecting rod 4 is connected to the crankshaft 6 via the crankpin 5.

また、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。 The crank pin 5 is supported by the crank arm 6a at a position displaced from the center of the crank shaft 6, and the crank pin 5 moves around the center of the crank shaft 6 in a circular path. The piston 2 moves up and down in the cylinder 1 while the connecting rod 4 swings around the piston pin 3.

ここで、図6に示す如く、前記ピストンピン3は、ピストン2の裏面に形成されたピンボス部7により両端部を回動自在に軸支されており、前記コンロッド4の小端部4aは、前記各ピンボス部7に挟まれたピストンピン3の中央部を回動自在に軸支するようになっている。 Here, as shown in FIG. 6, both ends of the piston pin 3 are rotatably supported by a pin boss portion 7 formed on the back surface of the piston 2, and the small end portion 4a of the connecting rod 4 is The central portion of the piston pin 3 sandwiched between the pin boss portions 7 is rotatably supported.

そして、このようなピストン2の支持部における潤滑は、コンロッド4内部の油通路8を通して潤滑油を強制給油したり、シリンダ1下部に装備された図示しないオイル噴射ノズルから潤滑油をピストン2の裏面に向け上向きに噴射したり、クランクシャフト6の潤滑油の跳ね上げを利用したりして行われるようになっている。 In order to lubricate the support portion of the piston 2 as described above, the lubricating oil is forcibly supplied through the oil passage 8 inside the connecting rod 4, or the lubricating oil is supplied from the oil injection nozzle (not shown) provided under the cylinder 1 to the rear surface of the piston 2. To the upper side of the crankshaft 6 or by utilizing the splashing of the lubricating oil on the crankshaft 6.

尚、この種のピストン支持部の潤滑構造に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献1、2等がある。 Prior art document information relating to this type of piston support lubrication structure includes the following Patent Documents 1 and 2.

特開2006−258194号公報JP 2006-258194 A 特開2011−149444号公報JP, 2011-149444, A

今日、エンジンの省燃費化を図るために低回転化によりフリクションを下げることと併せて、低回転化によるパワーの低下を補うために高過給化を組み合わせることが広く行われている。こうした場合に、エンジンにおける筒内圧が全行程において大幅に増加し、ピストン2が常に押し下げられた状態に維持される一方、排気上死点付近でピストン2に働く慣性力が小さくなる結果、その摺動部に潤滑油がうまく行き渡らなくなってピストン2とピストンピン3とコンロッド4との間に焼き付きの虞れが高まることが懸念されている。 Nowadays, it is widely practiced to reduce friction by lowering the rotation speed in order to save fuel consumption of an engine and to combine high supercharging to compensate for the reduction in power due to the low rotation speed. In such a case, the in-cylinder pressure in the engine is greatly increased in all the strokes, and the piston 2 is always kept in the depressed state, while the inertial force acting on the piston 2 near the exhaust top dead center is reduced. There is a concern that the lubricating oil may not spread well to the moving part and the risk of seizure between the piston 2, the piston pin 3, and the connecting rod 4 may increase.

即ち、従来においては、いくら筒内圧によりピストン2を押し下げる力が作用していても、排気上死点付近では慣性力によりピストン2が浮き上がる力の方が勝り、コンロッド4の小端部4aやピストン2の各ピンボス部7に対して押し付けられていたピストンピン3の摺動部(コンロッド4の小端部4aに対してはピストンピン3の中央部の下側部分、ピストン2の各ピンボス部7に対してはピストンピン3の両端部の上側部分)に隙間ができ、この隙間に潤滑油が入り込んで潤滑と冷却が行われるようになっていたが、前述のように低回転化と高過給化が両立すると、排気上死点付近でも潤滑油を前記摺動部に入り込ませることが難しくなる。 That is, in the prior art, no matter how much the cylinder pressure depresses the piston 2, the force that the piston 2 floats up due to the inertial force near the exhaust top dead center is greater, and the small end 4a of the connecting rod 4 and the piston 4 2 is a sliding portion of the piston pin 3 pressed against each pin boss portion 7 (for the small end portion 4a of the connecting rod 4, the lower portion of the central portion of the piston pin 3 and each pin boss portion 7 of the piston 2). On the other hand, there was a gap in the upper part of both ends of the piston pin 3), and lubricating oil entered into this gap for lubrication and cooling. When both the supply and the supply are compatible, it becomes difficult to allow the lubricating oil to enter the sliding portion even near the exhaust top dead center.

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ピストンとピストンピンとコンロッドとの間における焼き付きを抑制し得るピストン支持部の潤滑構造を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a lubrication structure for a piston support portion capable of suppressing seizure among a piston, a piston pin, and a connecting rod.

本発明は、ピストンの裏面に形成されたピンボス部により両端部を回動自在に軸支されたピストンピンを介し前記ピストンをコンロッドの小端部で揺動自在に支持したピストン支持部の潤滑構造であって、前記ピストンピンの内部に収容空間を形成し且つ該収容空間に錘を上下方向に移動自在に配設し、上死点付近で前記錘が慣性力により前記収容空間の上側に衝突して衝撃荷重を生じ得るように構成したことを特徴とするものである。 The present invention provides a lubrication structure for a piston support portion in which the piston is swingably supported by a small end portion of a connecting rod through a piston pin whose both ends are pivotally supported by a pin boss portion formed on the back surface of the piston. And forming a housing space inside the piston pin and arranging a weight in the housing space so as to be vertically movable, and the weight collides with the upper side of the housing space by inertial force near the top dead center. It is characterized in that it is configured to generate an impact load.

而して、このようにすれば、排気上死点付近で錘が慣性力により収容空間の上側に衝突して衝撃荷重を生じ、慣性力によりピストンが浮き上がる力に前記錘の衝撃荷重が加わることで、筒内圧によるピストンを押し下げる力に対し該ピストンを持ち上げる力が勝り、コンロッドの小端部やピストンの各ピンボス部に対しピストンピンが押し付けられていた摺動部に隙間ができ、この隙間に潤滑油が入り込んで良好な潤滑と冷却が図られる。 Thus, in this way, near the exhaust top dead center, the weight collides with the upper side of the accommodation space due to the inertial force to generate an impact load, and the impact load of the weight is added to the force of lifting the piston due to the inertial force. Thus, the force that lifts the piston is greater than the force that pushes down the piston due to the in-cylinder pressure, and there is a gap in the sliding end where the piston pin is pressed against the small end of the connecting rod and each pin boss of the piston. Lubricating oil enters to achieve good lubrication and cooling.

ここで、錘による衝撃荷重は瞬間的に非常に大きな上向きの力として作用するため、ピストンの内部に収容できる程度の大きさの錘でも比重を適切に設定することで十分な効果を期待することが可能であり、しかも、この衝撃荷重が加わることで瞬間的に生じる摺動部の隙間は真空に近い非常に圧力の低い状態となるため、周辺の潤滑油が効果的に吸い込まれて確実に摺動部に行き渡ることになる。 Here, since the impact load by the weight momentarily acts as a very large upward force, even if the weight is large enough to be accommodated inside the piston, it is expected to have a sufficient effect by setting the specific gravity appropriately. In addition, since the gap in the sliding part that is momentarily generated by applying this impact load is in a state of very low pressure close to vacuum, the surrounding lubricating oil is effectively sucked in and the It will spread to the sliding parts.

また、本発明をより具体的に実施するに際しては、ピストンピンが円管により構成されて貫通部分が収容空間を成しており、該収容空間の内径より小径の円筒状を成す錘が前記収容空間に収容され、前記収容空間の両端部の開口がプラグにより閉塞されていることが好ましい。 Further, in carrying out the present invention more specifically, the piston pin is formed of a circular tube, the penetrating portion forms a storage space, and the weight having a cylindrical shape with a diameter smaller than the inner diameter of the storage space is stored in the storage space. It is preferably housed in a space, and openings at both ends of the housing space are closed by plugs.

上記した本発明のピストン支持部の潤滑構造によれば、排気上死点付近で錘を慣性力により収容空間の上側に衝突させて衝撃荷重を生み出し、筒内圧によるピストンを押し下げる力に対し該ピストンの浮き上がる力が勝るようにして、コンロッドの小端部やピストンの各ピンボス部に対しピストンピンが押し付けられていた摺動部に隙間を作り、この隙間に潤滑油を入り込ませて前記摺動部の良好な潤滑と冷却を図ることができるので、ピストンとピストンピンとコンロッドとの間における焼き付きを効果的に抑制することができるという優れた効果を奏し得る。 According to the above-described lubrication structure of the piston support portion of the present invention, the weight is made to collide with the upper side of the accommodation space by the inertial force in the vicinity of the top dead center of the exhaust gas to generate an impact load, and the piston is against the force of pushing down the piston due to the cylinder internal pressure. So that the floating force of the piston is superior, a gap is created in the sliding part where the piston pin is pressed against the small end part of the connecting rod or each pin boss part of the piston, and lubricating oil is allowed to enter into this gap and the sliding part Since excellent lubrication and cooling can be achieved, it is possible to effectively prevent seizure between the piston, the piston pin, and the connecting rod.

本発明を実施する形態の一例を示す正面断面図である。It is a front sectional view showing an example of a mode for carrying out the present invention. 図1のピストン支持部に関する側面断面図である。It is a side surface sectional view regarding the piston support part of FIG. 図1のピストンピンの詳細を示す側面断面図である。It is a side sectional view which shows the detail of the piston pin of FIG. 図1のピストンに働く荷重について説明したグラフである。It is a graph explaining the load which acts on the piston of FIG. 従来例を示す正面断面図である。It is a front sectional view showing a conventional example. 図5のピストン支持部に関する側面断面図である。FIG. 6 is a side sectional view of the piston support portion of FIG. 5.

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1〜図3に示す如く、本形態例においては、前述した図5及び図6の場合と略同様に、ピストン2の裏面に形成されたピンボス部7により両端部を回動自在に軸支されたピストンピン3を介し前記ピストン2をコンロッド4の小端部4aで揺動自在に支持するようにしており、しかも、ピストンピン3の内部に収容空間9を形成し且つ該収容空間9に錘10を上下方向に移動自在に配設し、上死点付近で前記錘10が慣性力により前記収容空間9の上側に衝突して衝撃荷重を生じ得るように構成している。 As shown in FIGS. 1 to 3, in the present embodiment, both ends are rotatably supported by a pin boss portion 7 formed on the back surface of the piston 2 in the same manner as in the case of FIGS. 5 and 6 described above. The piston 2 is swingably supported by the small end portion 4a of the connecting rod 4 via the formed piston pin 3, and further, the accommodation space 9 is formed in the piston pin 3 and is accommodated in the accommodation space 9. The weight 10 is arranged so as to be movable in the vertical direction, and the weight 10 collides with the upper side of the accommodation space 9 by an inertial force in the vicinity of the top dead center so that an impact load can be generated.

より具体的には、ピストンピン3が円管により構成されて貫通部分が収容空間9を成しており、該収容空間9の内径より小径の円筒状を成す錘10が前記収容空間9に収容され、前記収容空間9の両端部の開口がプラグ11,12により閉塞されるようにしてある。例えば、前記錘10には比重の大きな鉛等を素材として製作したものを用いれば良い。 More specifically, the piston pin 3 is formed of a circular tube, and the penetrating portion forms a housing space 9, and a cylindrical weight 10 having a diameter smaller than the inner diameter of the housing space 9 is housed in the housing space 9. The openings at both ends of the accommodation space 9 are closed by the plugs 11 and 12. For example, the weight 10 may be made of lead having a large specific gravity.

ここで、
筒内圧:P
シリンダボア面積:S
ピストン2+ピストンピン3の重量:W
ピストン2の加速度:a
衝撃荷重:F
とした場合に、排気上死点におけるピストン2には、筒内圧による押し下げ力PSと、慣性力により浮き上がる力Waとが加わるので、
最大筒内圧:Pmax
最小筒内圧:Pmin
である時に、
maxS>F+Wa>Pmin
となるようにFを設定すれば良い。
here,
Cylinder pressure: P
Cylinder bore area: S
Weight of piston 2 + piston pin 3: W
Acceleration of piston 2: a
Impact load: F
In such a case, the piston 2 at the top dead center of the exhaust gas receives the pushing-down force PS due to the in-cylinder pressure and the lifting force Wa due to the inertial force.
Maximum cylinder pressure: P max
Minimum cylinder pressure: P min
When
P max S>F+Wa>P min S
It is sufficient to set F so that

尚、
クランク半径:r
角速度:ω(回転数から変換)
時間:t
である場合に、ピストン2の加速度aは、
a=−rω2sinωt
により求められる。
still,
Crank radius: r
Angular velocity: ω (converted from rotation speed)
Time: t
And the acceleration a of the piston 2 is
a=−rω 2 sin ωt
Required by.

また、
錘10の重さ:m
ピストン移動最大速度:vmax
である時に、衝撃荷重Fは、
F=mvmax/Δt
で与えられる。この際、Δtは、錘10の速度を僅かな距離lで吸収できると仮定して
Δt=l/vmax
で与えれば良い。
Also,
Weight of weight 10: m
Maximum piston movement speed: v max
And the impact load F is
F=mv max /Δt
Given in. At this time, Δt is Δt=1/v max , assuming that the velocity of the weight 10 can be absorbed at a short distance l.
You can give it at.

而して、このようにすれば、図4にグラフで示す如く、排気上死点付近(図4中のクランク角450°付近)で錘10が慣性力により収容空間9の上側に衝突して衝撃荷重を生じ、慣性力によりピストン2が浮き上がる力に前記錘10の衝撃荷重が加わることで、筒内圧によるピストン2を押し下げる力(図4中の曲線A参照)に対し該ピストン2を持ち上げる力(図4中の曲線B参照)が勝り、コンロッド4の小端部4aやピストン2の各ピンボス部7に対しピストンピン3が押し付けられていた摺動部に隙間ができ、この隙間に潤滑油が入り込んで良好な潤滑と冷却が図られる。 Thus, in this way, as shown in the graph of FIG. 4, the weight 10 collides with the upper side of the accommodation space 9 due to the inertial force near the exhaust top dead center (near the crank angle of 450° in FIG. 4). A force that lifts the piston 2 with respect to a force that pushes down the piston 2 due to in-cylinder pressure (see curve A in FIG. 4) by generating an impact load and adding the impact load of the weight 10 to the force that lifts the piston 2 due to inertial force. (Refer to the curve B in FIG. 4), a gap is created in the sliding portion where the piston pin 3 is pressed against the small end portion 4a of the connecting rod 4 and each pin boss portion 7 of the piston 2, and the lubricating oil is provided in this gap. Will be introduced, and good lubrication and cooling will be achieved.

ここで、錘10による衝撃荷重は瞬間的に非常に大きな上向きの力として作用するため、ピストン2の内部に収容できる程度の大きさの錘10でも比重を適切に設定することで十分な効果を期待することが可能であり、しかも、この衝撃荷重が加わることで瞬間的に生じる摺動部の隙間は真空に近い非常に圧力の低い状態となるため、周辺の潤滑油が効果的に吸い込まれて確実に摺動部に行き渡ることになる。 Here, since the impact load by the weight 10 momentarily acts as an extremely large upward force, even if the weight 10 is large enough to be housed inside the piston 2, a sufficient effect can be obtained by appropriately setting the specific gravity. It is possible to expect, and since the gap in the sliding part that is instantaneously generated by applying this impact load is in a state of very low pressure close to vacuum, the surrounding lubricating oil is effectively sucked in. Will surely reach the sliding parts.

尚、前記錘10の衝撃荷重は、圧縮上死点付近(図4中のクランク角90°付近)においても生じることになるが、この時の筒内圧は極めて高い圧力となっているため、圧縮上死点付近で生じる衝撃荷重がコンロッド4の小端部4aやピストン2の各ピンボス部7に対するピストンピン3の潤滑改善に寄与することはない。 The impact load of the weight 10 is also generated near the compression top dead center (near the crank angle of 90° in FIG. 4), but the in-cylinder pressure at this time is extremely high. The impact load generated near the top dead center does not contribute to the improvement of lubrication of the piston pin 3 with respect to the small end portion 4a of the connecting rod 4 and each pin boss portion 7 of the piston 2.

従って、上記形態例によれば、排気上死点付近で錘10を慣性力により収容空間9の上側に衝突させて衝撃荷重を生み出し、筒内圧によるピストン2を押し下げる力に対し該ピストン2の浮き上がる力が勝るようにして、コンロッド4の小端部4aやピストン2の各ピンボス部7に対しピストンピン3が押し付けられていた摺動部に隙間を作り、この隙間に潤滑油を入り込ませて前記摺動部の良好な潤滑と冷却を図ることができるので、ピストン2とピストンピン3とコンロッド4との間における焼き付きを効果的に抑制することができる。 Therefore, according to the above-described embodiment, the weight 10 collides with the upper side of the accommodation space 9 by the inertial force in the vicinity of the top dead center of the exhaust gas to generate an impact load, and the piston 2 floats up against the force of pushing down the piston 2 due to the cylinder internal pressure. As the force is overcome, a gap is formed in the sliding portion where the piston pin 3 is pressed against the small end portion 4a of the connecting rod 4 and each pin boss portion 7 of the piston 2, and the lubricating oil is introduced into this gap to allow the above-mentioned Since good lubrication and cooling of the sliding portion can be achieved, seizure between the piston 2, the piston pin 3, and the connecting rod 4 can be effectively suppressed.

尚、本発明のピストン支持部の潤滑構造は、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。 Incidentally, the lubrication structure of the piston support portion of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

2 ピストン
3 ピストンピン
4 コンロッド
4a 小端部
7 ピンボス部
9 収容空間
10 錘
11 プラグ
12 プラグ
2 Piston 3 Piston Pin 4 Connecting Rod 4a Small End 7 Pin Boss 9 Storage Space 10 Weight 11 Plug 12 Plug

Claims (2)

ピストンの裏面に形成されたピンボス部により両端部を回動自在に軸支されたピストンピンを介し前記ピストンをコンロッドの小端部で揺動自在に支持したピストン支持部の潤滑構造であって、前記ピストンピンの内部に収容空間を形成し且つ該収容空間に錘を上下方向に移動自在に配設し、上死点付近で前記錘が慣性力により前記収容空間の上側に衝突して衝撃荷重を生じ得るように構成したことを特徴とするピストン支持部の潤滑構造。 A lubrication structure of a piston support part in which the piston is swingably supported by a small end part of a connecting rod via a piston pin whose both ends are rotatably supported by a pin boss part formed on the back surface of the piston, An accommodating space is formed inside the piston pin, and a weight is arranged in the accommodating space so as to be movable in the vertical direction, and the weight collides with the accommodating space due to an inertial force near the top dead center to cause an impact load. A lubricating structure for a piston support portion, characterized in that ピストンピンが円管により構成されて貫通部分が収容空間を成しており、該収容空間の内径より小径の円筒状を成す錘が前記収容空間に収容され、前記収容空間の両端部の開口がプラグにより閉塞されていることを特徴とする請求項1に記載のピストン支持部の潤滑構造。 The piston pin is formed of a circular tube and the penetrating portion forms a storage space, a cylindrical weight having a diameter smaller than the inner diameter of the storage space is stored in the storage space, and openings at both ends of the storage space are formed. The lubrication structure for a piston support portion according to claim 1, wherein the lubrication structure is closed by a plug.
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