JP6992350B2 - Internal combustion engine piston - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載された内燃機関のピストンに関する。 The present invention relates to a piston of an internal combustion engine mounted on a vehicle.
車両に搭載された内燃機関において、周方向に設けられた溝(リング溝)と、径方向に形成された孔(オイルドレン孔)を有するピストン構造が知られている(特許文献1参照)。例えば、ピストンには、3つのリング溝が形成され、各リング溝に1つずつ、3つのピストンリング(2つのコンプレッションリングと1つのオイルリング)が装着される。オイルドレン孔は、両端に開口を有する。一端側の開口は、ピストンの裏面側(内部空間)に開口し、他端側の開口は、オイルリングが装着されるオイルリング溝の底部に、あるいはオイルリング溝の底部および壁部を含んで開口する。 In an internal combustion engine mounted on a vehicle, a piston structure having a groove (ring groove) provided in the circumferential direction and a hole (oil drain hole) formed in the radial direction is known (see Patent Document 1). For example, three ring grooves are formed in the piston, and three piston rings (two compression rings and one oil ring) are mounted on each ring groove, one for each. The oil drain hole has openings at both ends. The opening on one end side opens to the back surface side (internal space) of the piston, and the opening on the other end side includes the bottom of the oil ring groove in which the oil ring is mounted, or the bottom and wall of the oil ring groove. Open.
例えば、ピストンが下降する吸気工程において、シリンダの内面(ライナ)に付着したエンジンオイル(以下、ライナ付着オイルという)は、オイルリングによって上方から下方へ掻き取られる。掻き取られたライナ付着オイルは、オイルドレン孔からピストンの裏面側(内部空間)に誘導されてオイルパンに戻される。これにより、ライナ付着オイルが燃焼室内へ流入することを抑制し、オイル消費量の低減が図られている。なお、ピストンは、燃焼(膨張)工程においても下降する。この場合、燃焼ガスが下方に向けて広がるため、掻き取られたライナ付着オイルは、下方に押され、燃焼室へ流入し難い状態となっている。 For example, in the intake process in which the piston descends, the engine oil adhering to the inner surface (liner) of the cylinder (hereinafter referred to as liner adhering oil) is scraped from above to below by the oil ring. The scraped liner-adhered oil is guided from the oil drain hole to the back surface side (internal space) of the piston and returned to the oil pan. As a result, the oil adhering to the liner is suppressed from flowing into the combustion chamber, and the oil consumption is reduced. The piston also descends in the combustion (expansion) process. In this case, since the combustion gas spreads downward, the scraped liner-adhered oil is pushed downward and is difficult to flow into the combustion chamber.
また、燃焼室で燃焼されなかった未燃燃料は、ライナ付着オイルよりも粘度が低い。このため、未燃燃料がライナ付着オイルに混入すると、混入後のオイルの粘度が低下して、ピストンのフリクション悪化などを招き易い。したがって、吸気工程以外の圧縮、燃焼(膨張)、排気の各工程においては、未燃燃料を積極的にオイルドレン孔に誘導することが好ましい。 Also, the unburned fuel that was not burned in the combustion chamber has a lower viscosity than the liner-adhered oil. Therefore, when unburned fuel is mixed with the liner-adhered oil, the viscosity of the mixed oil is lowered, which tends to cause deterioration of the friction of the piston. Therefore, in each of the compression, combustion (expansion), and exhaust steps other than the intake step, it is preferable to positively induce the unburned fuel into the oil drain hole.
上述したとおり、オイルドレン孔を設けることにより、吸気工程においては、ライナ付着オイルをオイルドレン孔からピストンの裏面側(内部空間)に誘導することができる。特に、オイルドレン孔がオイルリング溝の底部および壁部を含んで構成されている場合、オイルリング溝におけるオイルリングの位置に関わらず、オイルドレン孔のオイルリング溝側の開口は、常に大きく開放された状態となる。したがって、吸気工程においてライナ付着オイルをより確実にピストンの裏面側へ誘導することが可能となる。しかしながらその一方で、圧縮、燃焼(膨張)、排気の各工程においては、オイルドレン孔のオイルリング溝側の開口によって、ピストンのスカート部とシリンダの内面との間(以下、摺動隙間という)への未燃燃料の浸入を助長させるという問題がある。 As described above, by providing the oil drain hole, the liner-adhered oil can be guided from the oil drain hole to the back surface side (internal space) of the piston in the intake step. In particular, when the oil drain hole is configured to include the bottom portion and the wall portion of the oil ring groove, the opening on the oil ring groove side of the oil drain hole is always greatly opened regardless of the position of the oil ring in the oil ring groove. It will be in the state of being done. Therefore, it is possible to more reliably guide the liner-adhered oil to the back surface side of the piston in the intake step. However, on the other hand, in each process of compression, combustion (expansion), and exhaust, the opening of the oil drain hole on the oil ring groove side between the skirt portion of the piston and the inner surface of the cylinder (hereinafter referred to as a sliding gap). There is a problem of promoting the infiltration of unburned fuel into the engine.
本発明は、これを踏まえてなされたものであり、その目的は、吸気工程において、ライナ付着オイルをピストンの裏面側(内部空間)に誘導し、圧縮、燃焼(膨張)、排気の各工程において、未燃燃料をピストンの裏面側に誘導するとともに、ライナ付着オイルを摺動隙間に誘導することが可能な内燃機関のピストンを提供することにある。 The present invention has been made based on this, and an object thereof is to guide the liner-adhered oil to the back surface side (internal space) of the piston in the intake process, and in each process of compression, combustion (expansion), and exhaust. It is an object of the present invention to provide a piston of an internal combustion engine capable of guiding unburned fuel to the back surface side of the piston and guiding oil adhering to a liner to a sliding gap.
本発明の内燃機関のピストンは、周方向に沿って環状に連続するリング溝と、リング溝に装着され、内燃機関のシリンダの内面に付着したオイルを掻き取るオイルリングと、オイルリングに掻き取られたオイルと未燃燃料とを誘導するドレン構造とを備える。かかる内燃機関のピストンにおいて、ドレン構造は、両端に開口を有し、一端がピストンの裏面側に、他端がリング溝の溝底にそれぞれ開口するようにピストンを径方向に貫通する第1のドレン部と、リング溝におけるピストンの下死点寄りの溝壁に隣接し、ピストンの外周部から径方向に沿って窪んで構成され、ピストンの外周部と溝壁にそれぞれ開口する第2のドレン部とを備える。第1のドレン部の他端の開口は、溝底の範囲内に配置されている。第2のドレン部のピストンの径方向の深さは、リング溝のピストンの径方向の深さよりも浅く設定されている。 The piston of the internal combustion engine of the present invention has a ring groove that is continuous in an annular shape along the circumferential direction, an oil ring that is mounted on the ring groove and scrapes off oil adhering to the inner surface of the cylinder of the internal combustion engine, and a scraping on the oil ring. It has a drain structure that guides the oil and unburned fuel. In such a piston of an internal combustion engine, the drain structure has openings at both ends, and the first one penetrates the piston in the radial direction so that one end opens on the back surface side of the piston and the other end opens on the groove bottom of the ring groove. A second drain that is adjacent to the drain portion and the groove wall near the bottom dead center of the piston in the ring groove, is recessed along the radial direction from the outer peripheral portion of the piston, and opens to the outer peripheral portion and the groove wall of the piston, respectively. It has a part. The opening at the other end of the first drain portion is arranged within the range of the groove bottom. The radial depth of the piston of the second drain portion is set to be shallower than the radial depth of the piston of the ring groove.
オイルリングは、シリンダの内面に付着したオイルを掻き取り、シリンダの内面の油膜を適正な状態に保つ油膜制御部材と、シリンダの内面に対する油膜制御部材の接触圧を調整する接触圧調整部材とを備える。ピストンの径方向において、第2のドレン部の最深部の位置は、ピストンと同心状にリング溝に装着された油膜制御部材の内周位置と一致している。 The oil ring has an oil film control member that scrapes off the oil adhering to the inner surface of the cylinder to keep the oil film on the inner surface of the cylinder in an appropriate state, and a contact pressure adjusting member that adjusts the contact pressure of the oil film control member with respect to the inner surface of the cylinder. Be prepared. In the radial direction of the piston, the position of the deepest portion of the second drain portion coincides with the inner peripheral position of the oil film control member mounted in the ring groove concentrically with the piston.
第1のドレン部の他端の開口と、第2のドレン部のピストンの外周部に位置する開口とは、ピストンの周方向における位置をオフセットさせて配置する。あるいは、第1のドレン部の他端の開口と、第2のドレン部のピストンの外周部に位置する開口とは、ピストンの周方向における位置を一致させて配置する。 The opening at the other end of the first drain portion and the opening located at the outer peripheral portion of the piston of the second drain portion are arranged so that their positions in the circumferential direction of the piston are offset. Alternatively, the opening at the other end of the first drain portion and the opening located at the outer peripheral portion of the piston of the second drain portion are arranged so as to coincide with each other in the circumferential direction of the piston.
また、第2のドレン部のピストンの外周部に位置する開口は、第1のドレン部の他端の開口よりも開口面積を大きくすればよい。 Further, the opening located on the outer peripheral portion of the piston of the second drain portion may have a larger opening area than the opening at the other end of the first drain portion.
本発明によれば、吸気工程において、ライナ付着オイルをピストンの裏面側(内部空間)に誘導し、圧縮、燃焼(膨張)、排気の各工程において、未燃燃料をピストンの裏面側に誘導するとともに、ライナ付着オイルを摺動隙間に誘導することが可能な内燃機関のピストンを実現できる。 According to the present invention, the liner-adhered oil is guided to the back surface side (internal space) of the piston in the intake process, and the unburned fuel is guided to the back surface side of the piston in each of the compression, combustion (expansion), and exhaust processes. At the same time, it is possible to realize a piston of an internal combustion engine capable of guiding the liner-adhered oil to the sliding gap.
以下、本発明の実施形態に係る内燃機関のピストン(以下、単にピストンという)について、図1から図9を参照して説明する。 Hereinafter, the piston of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention (hereinafter, simply referred to as a piston) will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
図1には、ピストン1の全体構成を模式的に示す。ピストン1は、円筒状のシリンダ2において上死点と下死点の間を往復動する。以下の説明においては、ピストン1の往復動方向を上下方向とし、その上死点方を上、下死点方を下とする。ピストン1には、コネクティングロッド3の一端がピストンピン4を介して結合されている。コネクティングロッド3の他端は、クランク軸(図示省略)に連結されている。ピストン1が往復動すると、コネクティングロッド3を介してクランク軸が回転する。シリンダ2は、ピストン1の頂部1aとシリンダヘッド(図示省略)の下面部との間に燃焼室21を有している。
FIG. 1 schematically shows the overall configuration of the
図1に示すように、ピストン1の外周部1bには、周方向に沿って環状に連続するリング溝5が形成されている。リング溝5には、ピストンリング6が装着される。ピストンリング6は、ピストン1の熱をシリンダ2に逃がす排熱機能を有する。本実施形態において、ピストン1は、3つのリング溝5を有している。これらのリング溝5は、上(ピストン1の上死点寄り)から第1のリング溝5a、第2のリング溝5b、第3のリング溝5cの順で並んでいる。
As shown in FIG. 1, a
図2および図3に示すように、第1のリング溝5aには、トップリング6a、第2のリング溝5bには、セカンドリング6bがそれぞれ装着されている。トップリング6aおよびセカンドリング6bは、いずれも燃焼室21を気密に保つ(ガスシール機能を果たす)コンプレッションリングである。トップリング6aおよびセカンドリング6bの素材や合口の有無などは、特に限定されない。例えば、トップリング6aは、合口を持った金属製の環状部材とすることができ、セカンドリング6bは、合口を持たない樹脂製の環状部材とすることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
図2から図5に示すように、第3のリング溝(オイルリング溝)5cには、オイルリング6cが装着されている。オイルリング6cは、シリンダ2の内面(ライナ)2aに付着したエンジンオイル(以下、ライナ付着オイルという)を掻き取り、油膜の状態を適正に保つ。第3のリング溝5cの溝高(上下方向の寸法)は、オイルリング6cの高さ(軸芯方向の寸法)よりも僅かに大きい。ピストン1と同心状に第3のリング溝5cにオイルリング6cが装着された状態で、該オイルリング6cの内径寸法は、第3のリング溝5cの溝底51cの径寸法よりも大きい。すなわち、このような装着状態では、オイルリング6cの内周部(具体的には、後述するスペーサエキスパンダ63cの内周部63d)と、第3のリング溝5cの溝底51cとの間には、空隙が生じている。また、かかるオイルリング6cの外径寸法は、シリンダ2の内径寸法と略同一とされている。
As shown in FIGS. 2 to 5, an
本実施形態において、オイルリング6cは、3つの部材を組み付けて構成されている。オイルリング6cは、一対のサイドレール61c,62cと、これらの間に介在するスペーサエキスパンダ63cとを備えている。一対のサイドレール61c,62cは、ライナ付着オイルを掻き取り、シリンダ2の内面2aの油膜を適正な状態に保つ部材(油膜制御部材)である。一対のサイドレール61c,62cは、金属の薄板状に構成されるとともに、合口を持った環状に構成されている。スペーサエキスパンダ63cは、シリンダ2の内面2aに対するサイドレール61c,62cの接触圧を調整する部材(接触圧調整部材)である。スペーサエキスパンダ63cは、ピストン1の径方向に見て金属製の薄板が上下に波打ちながら、合口を持たずに環状に連続した構成とされている。スペーサエキスパンダ63cの内周部63dには、周方向に沿って上下互い違いに突起(以下、耳部という)64cが設けられている。
In the present embodiment, the
一対のサイドレール61c,62cは、その内周部61d,62dを耳部64cに当接させてスペーサエキスパンダ63cの波打ち部65cの上下に1つずつ組み付けられている。耳部64cは、サイドレール61c,62cの内周部61d,62dを押圧して、これらの外周部61e,62eをシリンダ2の内面2aに、所望の接触圧で接触させる。
The pair of
なお、オイルリング6cは、上述したような構成(3ピースタイプ)には限定されない。例えば、2つの部材を組み付けた構成(2ピースタイプ)であってもよい。この場合一例として、レール本体(油膜制御部材)と、レール本体をシリンダ2の内面2aに押圧するコイルエキスパンダ(接触圧調整部材)とを備えてオイルリングを構成する。レール本体は、軸芯方向に沿った断面形状がM字を横倒し(内径側に90°回転)させた形態をなす。コイルエキスパンダは、軸芯方向に沿った断面形状が円環状となるように、金属線材をコイル状に巻いて構成されている。レール本体とコイルエキスパンダは、レール本体を外側、コイルエキスパンダを内側に位置付け、これらを互いに当接させて組み付けられている。コイルエキスパンダは、レール本体の内周部を押圧して、該レール本体の外周部をシリンダ2の内面2aに所望の接触圧で接触させる。
The
ピストン1は、オイルリング6cに掻き取られたライナ付着オイルと、未燃燃料とを誘導するドレン構造10を備えている。未燃燃料は、燃焼室21で燃焼されなかった燃料である。図2から図9には、本実施形態に係るドレン構造10を示す。ドレン構造10は、掻き取られたライナ付着オイルをピストン1の裏面側(内部空間S1)、およびピストン1のスカート部1cとシリンダ2の内面2aとの間(以下、摺動隙間S2という)に誘導する。また、ドレン構造10は、未燃燃料を摺動隙間S2には誘導せず、ピストン1の裏面側(内部空間S1)に誘導する。
The
ドレン構造10は、第1のドレン部7と第2のドレン部8とを備えている。本実施形態において、ドレン構造10は、第1のドレン部7および第2のドレン部8をそれぞれ複数ずつ備えている。これらの第1のドレン部7および第2のドレン部8は、それぞれピストン1の周方向に沿って、所定間隔で並んで配置されている。第1のドレン部7の数と第2のドレン部8の数は、一致していてもよいし、異なっていてもよい。
The
第1のドレン部7は、両端に開口7a,7bを有する孔部(貫通孔)である。第1のドレン部7の一端は、ピストン1の裏面側(内部空間S1)に開口している。第1のドレン部7の他端は、第3のリング溝5cの溝底51cに開口している。すなわち、第1のドレン部7は、ピストン1の裏面側(内部空間S1)と第3のリング溝5cとを連通させるように、ピストン1を径方向に貫通している。
The
第1のドレン部7の開口7bは、溝底51cの範囲内に配置されている。すなわち、開口7bは、溝底51cにおけるピストン1の上死点寄りおよび下死点寄りのいずれの辺縁にも開口縁が及ばない(かからない)。
The
第2のドレン部8は、一端に開放部8aを有し、他端が底8bによって閉塞された(行き止まった)穴部である。第2のドレン部8は、掻き取られたライナ付着オイルを一時的に貯留するプールとして機能する。第2のドレン部8は、第3のリング溝5cにおけるピストン1の下側(下死点寄り)の溝壁52cに隣接して配置されている。また、第2のドレン部8は、ピストン1の外周部1bから径方向に沿って窪んで構成されている。開放部8aは、ピストン1の外周部1bに位置する開口81aと、溝壁52cに位置する開口82aを有している。
The
すなわち、第2のドレン部8は、ピストン1の外周部1bと溝壁52cにそれぞれ開口する。これにより、第2のドレン部8は、開口81aを通して摺動隙間S2と連通し、開口82aを通して(つまり溝壁52cの一部において)第3のリング溝5cと連通している。換言すれば、第2のドレン部8は、第1のドレン部7(端的には、その開口7b)と直接連通することなく、第3のリング溝5cを介して連通している。
That is, the
第2のドレン部8のピストン1の径方向の深さ(以下単に、第2のドレン部8の深さという)は、第3のリング溝5cのピストン1の径方向の深さ(以下単に、第3のリング溝5cの深さという)よりも浅く設定されている。すなわち、第2のドレン部8の底8bは、第3のリング溝5cの溝底51cよりも、ピストン1の径方向の外側に位置している。
The radial depth of the
本実施形態では一例として、ピストン1の径方向において、第2のドレン部8の底8b(ピストン1の径方向における最深部)の位置は、ピストン1と同心状に第3のリング溝5cに装着されたオイルリング6cの下側(下死点寄り)のサイドレール62c(油膜制御部材)の内周位置と一致している。すなわち、本実施形態において、第2のドレン部8の底8bの径寸法は、下側のサイドレール62cの内径寸法と同一に設定されている。
In the present embodiment, as an example, the position of the bottom 8b (the deepest part in the radial direction of the piston 1) of the
第2のドレン部8の深さが第3のリング溝5cの深さよりも浅ければよいので、第2のドレン部8の底8bの位置は、ピストン1と同心状をなす下側サイドレール62cの内周位置よりも、ピストン1の径方向の外側にあってもよい。要するに、底8bの径寸法は、下側サイドレール62cの内径寸法以上であればよい。ただし、第2のドレン部8の底8bの位置は、後述する凹部9の底9aのピストン1の径方向における位置よりも、ピストン1の径方向の内側とする。
Since the depth of the
掻き取られたライナ付着オイルのプールとしての機能を最大限に持たせるためには、第2のドレン部8の底8bの位置を下側サイドレール62cの内周位置と一致させることが望ましい。またこれにより、後述する吸気工程において、下側のサイドレール62cによって掻き取られて第2のドレン部8に貯留させたライナ付着オイルを第3のリング溝5cに誘導させる際、ボトルネックとなる部分を最小限に止めることができる。
In order to maximize the function of the scraped liner-adhered oil as a pool, it is desirable that the position of the bottom 8b of the
なお、オイルリング6cが2ピースタイプであれば、第2のドレン部8の底8bの位置は、ピストン1と同心状に第3のリング溝5cに装着されたレール本体の内周位置と一致させるか、それよりもピストン1の径方向の外側とすればよい。
If the
第1のドレン部7の開口7b(他端の開口)と、第2のドレン部8のピストン1の外周部に位置する開口81aとは、図6から図8に示す第1例から第3例のように、ピストン1の周方向における位置がオフセットして配置されている。このようにオフセットさせることで、次のような作用効果が得られる。すなわち、オイルリング6cの近傍において、サイドレール61c,62cによって掻き取られたライナ付着オイルと未燃燃料とが混合して高温にさらされると、これらに含まれるカーボンがスラッジ化しやすい。このため、カーボンを掻き取られたライナ付着オイルによって洗い流す観点から、該オイルを第3のリング溝5cの周方向に沿って積極的に誘導しやすいオフセット配置とすることが好ましい。ただし、開口7b,81aは、オフセットさせることなく、図9に示す第4例のように、ピストン1の周方向における位置を一致させて配置させることも可能である。
The
第1のドレン部7の開口7b(他端の開口)および第2のドレン部8のピストン1の外周部に位置する開口81aの各形状は、特に限定されない。例えば、図6から図9に示す第1例から第4例のような形状を任意に採用できる。第1例から第4例において、開口81aは、開口7bよりも開口面積を大きく設定している(図6から図9参照)。
The shapes of the
また、本実施形態において、ピストン1の外周部1bには、周方向に沿って連続する凹部9が設けられている。凹部9は、ピストン1の外周部1bを全周に亘って径方向に窪ませて構成されている。凹部9は、第3のリング溝5cの下縁(下側の溝壁52cの縁)に隣接して配置されている。凹部9は、掻き取られたライナ付着オイルを一時的に退避させる油路として機能する。第2のドレン部8は、凹部9の底9aからピストン1の径方向に沿って窪んでいる。凹部9の底9aは、ピストン1の径方向における凹部9の内端部である。ピストン1の径方向における凹部9の深さは、第2のドレン部8の深さよりも浅く設定されている。なお、凹部9は、省略しても構わない。
Further, in the present embodiment, the outer
次に、本実施形態におけるドレン構造10の作用について、図2から図5を参照して説明する。図2には、内燃機関の吸気工程におけるドレン構造10の作用について示す。図3には、内燃機関の圧縮工程、燃焼(膨張)工程、および排気工程におけるドレン構造10の作用について示す。図4は、図2に示すドレン構造10を拡大して示す図、図5は、図3に示すドレン構造10を拡大して示す図である。
Next, the operation of the
図2および図4に示す吸気工程について説明する。吸気工程においては、ピストン1の下降により、オイルリング6cの上側のサイドレール61cは、第3のリング溝5cの上側の溝壁53cに接触する。一方、オイルリング6cの下側のサイドレール62cは、第3のリング溝5cの下側の溝壁52cから離れる。
The intake process shown in FIGS. 2 and 4 will be described. In the intake step, the
ピストン1の下降によって、ライナ付着オイルは、オイルリング6cのサイドレール61c,62cによって上方から下方へ掻き取られる。オイルリング6cの上側のサイドレール61cによって掻き取られたオイルは、下側のサイドレール62cによって堰き止められる。堰き止められたオイルは、第3のリング溝5cにおいて、スペーサエキスパンダ63cの波打ち部65cから第1のドレン部7に誘導され、ピストン1の裏面側(内部空間S1)に流入する(図2に示す矢印A1)。
As the
また、下側のサイドレール62cによって掻き取られたオイルは、第2のドレン部8に貯留される(図2示す矢印A2)。この時、下側のサイドレール62cには、第2のドレン部8に貯留されたライナ付着オイルによる油圧が上方へ向けて作用する。したがって、ピストン1の下降によって下側のサイドレール62cに作用するモーメント荷重は、第2のドレン部8を有しない場合と比べ、かかる油圧の分だけ低減される。このため、下側のサイドレール62cは、傾くことなく、ピストン1の径方向に沿った一定の姿勢を保つ。なお、第2のドレン部8がない場合、ピストン1の下降時(吸気工程時)、下側のサイドレール62cには、内周部62dを下降させ、外周部62eを上昇させるようなモーメント荷重が作用する。
Further, the oil scraped off by the
本実施形態では、下側のサイドレール62cが第3のリング溝5cの下側の溝壁52cから離れ、第2のドレン部8に貯留されたオイルは、第2のドレン部8から第3のリング溝5cに誘導される。第3のリング溝5cに誘導されたオイルは、さらに第1のドレン部7に誘導され、ピストン1の裏面側(内部空間S1)に流入する(図2に示す矢印A3)。
In the present embodiment, the
ピストン1の裏面側(内部空間S1)に流入したオイルは、クランクルーム(図示省略)からオイルパン(図示省略)に戻される。
The oil that has flowed into the back surface side (internal space S1) of the
図3および図5に示す圧縮工程、燃焼(膨張)工程、および排気工程について説明する。これらの工程においては、オイルリング6cの上側のサイドレール61cは、第3のリング溝5cの上側の溝壁53cから離れる。また、これらの工程において、燃焼室21の未燃燃料は、オイルリング6cの上側のサイドレール61cによって堰き止められる。堰き止められた未燃燃料は、上側のサイドレール61cと第3のリング溝5cの上側の溝壁53cとの隙間から第3のリング溝5cに誘導される。第3のリング溝5cに誘導された未燃燃料は、さらに第1のドレン部7に誘導され、ピストン1の裏面側(内部空間S1)に流入する。ピストン1の裏面側(内部空間S1)に流入した未燃燃料は、クランクルームからオイルパンに落ちる(図3に示す矢印A4)。
The compression step, the combustion (expansion) step, and the exhaust step shown in FIGS. 3 and 5 will be described. In these steps, the
特に、圧縮工程においては、ピストン1の上昇に伴って上側のサイドレール61cにモーメント荷重が大きく作用する。この時、上側のサイドレール61cは、モーメント荷重によって内周部61dが上昇し、外周部61eが下降するように傾いた状態(図3および図5に破線で示す状態)となる。これに対し、下側のサイドレール62cは、スペーサエキスパンダ63cと第3のリング溝5cの溝壁52cとの間に挟み込まれた状態となる。この状態では、下側のサイドレール62cは、上側のサイドレール61cのように傾くことはなく、溝壁52cと密着した状態となる。
In particular, in the compression step, a large moment load acts on the
ここで、本実施形態では、第2のドレン部8を設けているため、ピストン1の径方向における凹部9の深さを浅く(小さく)しても、下側のサイドレール62cによって掻き取られたライナ付着オイルを第2のドレン部8に貯留させることができる。したがって、凹部9を浅くした分だけ、下側のサイドレール62cに作用するモーメント荷重の支点をピストン1の径方向の外側へ移動させることが可能となる。この結果、下側のサイドレール62cの姿勢をピストン1の径方向に沿って安定させることができる。
Here, in the present embodiment, since the
上側のサイドレール61cが傾くと、未燃燃料は、上側のサイドレール61cとシリンダ2の内面2aとの隙間をすり抜ける。未燃燃料がかかる隙間をすり抜けた場合であっても、当該未燃燃料は、下側のサイドレール62cによって堰き止められる。堰き止められた未燃燃料は、第3のリング溝5cにおいて、スペーサエキスパンダ63cの波打ち部65cから第1のドレン部7に誘導され、ピストン1の裏面側(内部空間S1)に流入する(図3に示す矢印A4)。
When the
また、圧縮工程、燃焼(膨張)工程、および排気工程において、オイルリング6cの下側のサイドレール62cは、燃焼室21の混合気や燃焼ガスに押圧されて、第3のリング溝5cの下側の溝壁52cに接触する。したがって、下側のサイドレール62cによって掻き取られたライナ付着オイルは、第2のドレン部8に貯留されて、摺動隙間S2(ピストン1のスカート部1cとシリンダ2の内面2aとの間)に誘導される(図3に示す矢印A5)。摺動隙間S2に誘導されたオイルは、シリンダ2の内面2aおよびピストン1のスカート部1cを伝って、クランクルームからオイルパンに戻される(図3に示す矢印A6)。なお、本実施形態において、掻き取られたライナ付着オイルは、第2のドレン部8に加えて、凹部9にも貯留されて摺動隙間S2に誘導される。
Further, in the compression step, the combustion (expansion) step, and the exhaust step, the
このように、本実施形態によれば、吸気工程において、オイルリング6cに掻き取られたライナ付着オイルをピストン1の裏面側(内部空間S1)に誘導することができる。また、圧縮、燃焼(膨張)、排気の各工程においては、未燃燃料をピストン1の裏面側(内部空間S1)に誘導するとともに、オイルリング6cに掻き取られたライナ付着オイルを摺動隙間S2に誘導することができる。
As described above, according to the present embodiment, in the intake step, the liner-adhered oil scraped off by the
これにより、オイルリング6cに掻き取られたライナ付着オイルが燃焼室21内へ流入することを確実に抑制し、オイル消費量の低減を図ることができる。また、摺動隙間S2への未燃燃料の浸入を抑制することができる。このため、例えば未燃燃料がライナ付着オイルに混入してオイルの粘度が低下し、ピストン1のフリクション悪化などを生じさせることを有効に回避することができる。その一方で、オイルリング6cに掻き取られたライナ付着オイルを摺動隙間S2に誘導することができるので、ピストン1の潤滑状態を適正に維持することができる。
As a result, the liner-adhered oil scraped off by the
上述した実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。このような新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The embodiments described above are presented as an example and are not intended to limit the scope of the invention. Such a novel embodiment can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
一例として、第1のドレン部7の開口7bおよび第2のドレン部8(開放部8a)の開口81aの形態は、次のような観点で設定すればよい。例えば、上述した作用効果のうち、ピストン1の裏面側(内部空間S1)への未燃燃料の誘導を重視する場合には、第1のドレン部7の開口7bに対して、第2のドレン部8(開放部8a)の開口81aをより大きく開口させる。図6から図9に示す第1例から第4例は、このような観点による形態例である。これに対し、ピストン1の裏面側(内部空間S1)へのライナ付着オイルの誘導を重視する場合には、第2のドレン部8(開放部8a)に対して、第1のドレン部7の開口7bをより大きく開口させればよい。
As an example, the form of the
1…ピストン、1a…頂部、1b…外周部、1c…スカート部、2…シリンダ、2a…ライナ、5…リング溝、5a…第1のリング溝、5b…第2のリング溝、5c…第3のリング溝、6…ピストンリング、6a…トップリング、6b…セカンドリング、6c…オイルリング、7…第1のドレン部、7a,7b…第1のドレン部の開口、8…第2のドレン部、8a…第2のドレン部の開放部、8b…第2のドレン部の底、9…凹部、9a…凹部の底、10…ドレン構造、21…燃焼室、51c…溝底、52c…下側の溝壁、53c…上側の溝壁、61c…上側のサイドレール、62c…下側のサイドレール、63c…スペーサエキスパンダ、64c…耳部、65c…波打ち部、81a,81b…開放部の開口、S1…内部空間、S2…摺動隙間。
1 ... Piston, 1a ... Top, 1b ... Outer circumference, 1c ... Skirt, 2 ... Cylinder, 2a ... Liner, 5 ... Ring groove, 5a ... First ring groove, 5b ... Second ring groove, 5c ... First 3 ring groove, 6 ... piston ring, 6a ... top ring, 6b ... second ring, 6c ... oil ring, 7 ... first drain part, 7a, 7b ... first drain part opening, 8 ... second Drain portion, 8a ... Open portion of the second drain portion, 8b ... Bottom of the second drain portion, 9 ... Recessed portion, 9a ... Bottom of the recessed
Claims (4)
前記ドレン構造は、
両端に開口を有し、一端が前記ピストンの裏面側に、他端が前記リング溝の溝底にそれぞれ開口するように前記ピストンを径方向に貫通する第1のドレン部と、
前記リング溝における前記ピストンの下死点寄りの溝壁に隣接し、前記ピストンの外周部から径方向に沿って窪んで構成され、前記ピストンの外周部と前記溝壁にそれぞれ開口する第2のドレン部と、を備え、
前記第1のドレン部の前記他端の開口は、前記溝底の範囲内に配置され、
前記第2のドレン部の前記ピストンの径方向の深さは、前記リング溝の前記ピストンの径方向の深さよりも浅く設定され、
前記オイルリングは、前記シリンダの内面に付着したオイルを掻き取り、前記シリンダの内面の油膜を適正な状態に保つ油膜制御部材と、前記シリンダの内面に対する前記油膜制御部材の接触圧を調整する接触圧調整部材と、を備え、
前記ピストンの径方向において、前記第2のドレン部の最深部の位置は、前記ピストンと同心状に前記リング溝に装着された前記油膜制御部材の内周位置と一致している
ことを特徴とする内燃機関のピストン。 An annular continuous ring groove along the circumferential direction, an oil ring mounted on the ring groove and scraping off oil adhering to the inner surface of the cylinder of the internal combustion engine, and the oil scraped off by the oil ring and unburned. A piston of an internal combustion engine equipped with a drain structure that guides fuel.
The drain structure is
A first drain portion having openings at both ends and penetrating the piston in the radial direction so that one end opens on the back surface side of the piston and the other end opens on the bottom of the ring groove.
A second ring groove adjacent to the groove wall near the bottom dead center of the piston, recessed along the radial direction from the outer peripheral portion of the piston, and opened to the outer peripheral portion of the piston and the groove wall, respectively. With a drain part,
The opening at the other end of the first drain portion is arranged within the range of the groove bottom.
The radial depth of the piston of the second drain portion is set to be shallower than the radial depth of the piston of the ring groove .
The oil ring is a contact between an oil film control member that scrapes off oil adhering to the inner surface of the cylinder and keeps the oil film on the inner surface of the cylinder in an appropriate state, and a contact that adjusts the contact pressure of the oil film control member with respect to the inner surface of the cylinder. With a pressure adjustment member,
In the radial direction of the piston, the position of the deepest portion of the second drain portion coincides with the inner peripheral position of the oil film control member mounted in the ring groove concentrically with the piston.
The piston of an internal combustion engine is characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のピストン。 The opening at the other end of the first drain portion and the opening located at the outer peripheral portion of the piston of the second drain portion are arranged so that their positions in the circumferential direction of the piston are offset. The piston of an internal combustion engine according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のピストン。 The opening at the other end of the first drain portion and the opening located at the outer peripheral portion of the piston of the second drain portion are arranged so that the positions of the piston in the circumferential direction coincide with each other. The piston of an internal combustion engine according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関のピストン。 One of claims 1 to 3 , wherein the opening of the second drain portion located on the outer peripheral portion of the piston has a larger opening area than the opening of the other end of the first drain portion. The piston of the internal combustion engine described in the section.
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