JPH0473418A - 内燃機関のピストン冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関のピストンを冷却するための潤滑油
通路の構造に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関のピストンは、ノンキングを抑制して燃費を改
善したりトルクを向上させたりするために、潤滑油等で
冷却することが望まれる。ピストン裏面に潤滑油を噴射
して冷却する例は多いが、潤滑油をピストン裏面に導く
一方法として、クランクシャフトからコネクティングロ
ッドを経由してピストンへと向かうオイル通路を形成し
、このオイル通路に潤滑油を通す方法がある。従来この
種の潤滑油の供給通路構造では、実開昭５８−１０６６
１２号公報に記載されているようなものがあり、これは
第４図に示すようにクランクシャフト内のメインジャー
ナル（９）からクランクピン（３）にいたる貫通孔（５
）とベアリングメタルの孔（６）とコネクティングロッ
ド内のコネクティングロッド長手方向軸線を貫通する貫
通孔（４）とを図示のように連通させる構成としている
。

尚、第４図においてクランクシャフトの回転方向は紙面
右回りである。この構成によりピストン冷却用潤滑油は
以下に説明するような経路を通って一サイクル中に少な
くとも一度ずつ供給と噴射がなされ、また次の行程にて
同様に供給され噴射するというサイクルを繰り返してい
る。図示しないオイルポンプによりクランクシャフトの
メインジャーナル（９）の図示しない軸受へ圧送された
潤滑油はその軸受を潤滑したのちメインジャーナル（９
）周面に設けられた孔（１３）へ入りクランクシャフト
内の貫通孔（５）を通り、クランクピン（３）周面に設
けられた孔（８）（以後クランクピンの孔と称する）か
ら、クランクピン（３）とベアリングメタル（２）の間
のクリアランスへ常時供給されている。ここでヘアリン
グメタル（２）はコネクティングロッド（１）に対して
固定されており、クランクピン（３）がベアリングメタ
ル（２）に対して相対運動をする。そして図示の状態に
なるとクランクピンの孔（８）とベアリングメタルの孔
（６）が一致し、前記答礼が連通ずるため、前記クラン
クピンの孔（８）からの供給油は、一部は前記クリアラ
ンス内に残り油膜形成に使われるが大部分は前記溝（７
）へ流出する。前記溝（７）に流出した潤滑油は前記コ
ネクティングロッド内の貫通孔（４）を通り、コネクテ
ィングロッド小端部の溝（１２）へ送られるが、その油
は一旦これらコネクティングロッド内の油通路に溜めら
れる。そして、ピストンが上死点に達した直後、すなわ
ちクランクピンの進行方向のピストン軸方向成分が下向
きに変わった直後、油は慣性により上向きに進もうとし
て油にかかる上向きの慣性荷重が最大となったとき油は
前記コネクティングロッド内の油通路に留まっておれず
に一気にピストン裏面へ向けて噴射される。圧縮上死点
後であればこれに爆発荷重が加わりコネクティングロッ
ドにかかる下向きの加速度が太きくなるため油にかかる
前記上向きの慣性荷重もより大きくなり油の噴出圧力も
それだけ大きい。そして次の行程で再び前記答礼が連通
したときに前述のように油は再びコネクティングロッド
内の油通路に供給され、その後ピストン上死点の直後に
なると再び噴射される。このように機関運転時には上記
のサイクルが繰り返されてピストンの冷却が行われてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、例えば第４図においてベアリングメタル（２
）とクランクピン（３）の間には潤滑油を介入させるた
めのクリアランスが設けられており、機関運転時にはク
ランクピンの孔（８）から供給される潤滑油によって油
膜が生じており、クランクピン（３）がこの油膜を介し
てベアリングメタル（２）から浮いた状態となることに
より潤滑がなされている。従ってこの間油膜形成に必要
な油量を確保するためにクランクピンの孔（８）からは
、図示しないオイルポンプからの油が常に所定量供給さ
れ続けらなければならない。

ところがエンジン１サイクル中においてコネクティング
ロッドの上下運動や回転運動による慣性作用のためコネ
クティングロッド大端部とクランクピンの中心のズレに
より、前記クリアランス内の油膜が押し潰される現象が
生しる。ある瞬間において油膜の潰され方が最も大きい
位置の油膜厚さを最小油膜厚さという。

第５図（ｂ）はコネクティングロッド大端部中心に対す
るクランクピン中心のズレの軌跡を圧縮上死点を始点と
して極座標で示したものである。

座標は第５図（ａ）のように設定し、外側の円は軸クリ
アランスの最大値を表わしている。

ところで第５図（ｂ）の図中ＡあるいはＡｏのような状
態にあるとき、すなわち上死点後あるいは下死点後の０
〜９０度のとき、クランクピン中心のコネクティングロ
ッド大端部中心に対するズレが、他の行程に比べて非常
に大きく、例えばＡの場合クランクピンはコネクティン
グロッド大端部の右上側に大きく偏在している。このよ
うな状態になる理由は、上死点前後あるいは下死点前後
においてピストンは慣性によりそれまでと同し進行方向
へ動こうとするのに対しクランクピンは上死点あるいは
下死点の前後においてその進行方向のピストン軸方向成
分が逆向きに変わるために、ピストンに連結されたコネ
クティングロッドと、クランクピンとは互いに引張りあ
う状態になるからである。そのような状態によって前記
のような大きな偏心が生じ非常に薄い最小油膜厚さがで
きる。しかもクランクピンはベアリングメタルに対して
回転しているため、油膜をベアリングメタル内周面とク
ランクピン外周面とで押しつぶしながらその最小油膜厚
さはベアリングメタル内周面に沿って移動する。このと
き油膜が急激に押しつぶされるため油はクリアランスの
大きい部分へ逃げきれずベアリングメタルの幅方向の端
から多量にはみだして流出してしまう。従ってこの流出
量にかなう量の油をこのとき前記クリアランス内に供給
しなければならない。

ところが、実開昭５８−１０６６１２のような従来技術
においては第４図に示すように、前記番孔が上死点直後
において一致し連通ずるようになっている。従って前述
のように上死点直後ではベアリングメタル幅方向からの
流出量が多いにもかかわらず供給油がコネクティングロ
ッド内の貫通孔（４）への供給に使われてしまい前記ク
リアランスへの油の供給量が少なくなるため油量不足と
なり、そのため油膜形成が困難となって潤滑不良をおこ
すという問題があった。

本発明は、油膜への供給油量を大きくしておき、ベアリ
ングメタルの幅方向の端からの潤滑油の漏れ量が少ない
時に前記番孔を一致連通させることにより、全行程を通
じていかなるときにも油量不足となることを防止するこ
とで潤滑性を向上させ上記問題を解決することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上述した目的を達成するために本発明によれば、大端部
から小端部先端まで長手方向軸線を貫通する貫通孔を有
するコネクティングロッドと、それぞれ周面に孔が設け
られたメインジャーナルとクランクピンとを有し前記両
孔を連通ずる貫通孔を有するクランクシャフトと、クラ
ンクピンとコネクティングロッド間に介装され、外周面
と内周面とを貫通する孔を有するベアリングメタルとか
らなり、コネクティングロッド大端部内周面とベアリン
グメタル外周面の間には、前記ベアリングメタルの孔と
前記コネクティングロッド内の貫通孔とを連通ずる溝が
設けられ、前記クランクピン周面に設けられた孔は、ク
ランクピン周面のうちメインジャーナル軸線からみて遠
方側半面内に設けられ、前記ベアリングメタルの孔は、
クランク角度が上下死点前０〜９０度の範囲において前
記クランクピン周面に設けられた孔と一致するように配
設されることを特徴とする内燃機間のピストン冷却構造
が提供される。

〔作用〕

本発明による手段によればクランク角度が上死点前ある
いは下死点前の０〜９０度の期間、すなわち第５図（ｂ
）（Ｃ）中に示すＢあるいはＢ。

となる期間において前記番孔が連通ずる構成になってい
る。第５図（ｂ）に示すように図中のＢおよびＢ゛とな
るこの期間は、クランクピンの進行方向のピストン軸方
向成分とピストンの慣性方向とが同方向になり、コネク
ティングロッド大端部とクランクピン間に慣性による引
張り力がかからないためにコネクティングロッド大端部
に対するクランクピンの偏心量が小さくなり、油膜がベ
アリングメタルとクランクピン間に押し潰されるような
ことがなく、ヘアリングメタルの幅方向の端からの油の
流出量は少ない。

これに対し第５図（Ｃ）中のＣで示すメインジャーナル
軸線からみて遠方側半面と、なる面内に前記クランクピ
ンの孔が配設されているため前記クランクピンの孔から
の供給油には遠心力が働き供給油圧が高められており、
潤滑油がコネクティングロッド内の貫通孔へ供給される
ときでも、ベアリングメタルの幅方向の端から流出する
油量を充分に補う量の油がクリアランス内に供給され、
油量不足による潤滑不良を防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図、第２図及び第３図に、本発明にかかる内燃機関
のピストン冷却構造の好ましい実施例を示す、第１図及
び第２図は第１実施例であり、第３図は第２実施例であ
る。ここで第１図乃至第３図においてクランクシャフト
の回転方向は紙面右回りである。

先ず、第１図及び第２図に示す第１実施例について説明
する。第１図において（１）はコネクティングロッド、
（２）はベアリングメタル、（３）はクランクピン、（
９）はクランクシャフトのメインジャーナルを示してお
り、それらは周知のものである。このうちコネクティン
グロッド（１）内にはコネクティングロッド長手方向軸
線を貫通する貫通孔（４）が設けられており、クランク
シャフト内にはメインジャーナル（９）からクランクピ
ン（３）までを貫通する貫通孔（５）が設けられている
。ベアリングメタル（２）にはその外周面と内周面とを
貫通する孔（６）が、大端部中心のまわりに前記コネク
ティングロッド内の貫通孔（４）の下端位置から紙面左
へ約２０度隔てた位置に設けられており、さらにコネク
ティングロッド大端部には前記ベアリングメタルの孔（
６）と前記コネクティングロッド内の貫通孔（４）とを
連通ずる溝（７）が設けられている。

また、クランクピンの孔（８）は、前記ベアリングメタ
ルの孔（６）とクランク角度が上死点前４０度のときに
一致するように配設される。つまり、クランクピンの孔
（８）は、クランクピン（３）中心とメインジャーナル
（９）中心を通る直線がクランクピン（３）周面と交わ
る２点のうちメインジャーナル（９）からみて外側にあ
る方の点から、クランクピン（３）の中心のまわりに、
紙面右側へ約３０度隔てた位置に開口するように配設さ
れる。

さらに第２図によく示すように、（１１）はピストンピ
ンであり、コネクティングロッド小端部はピストンピン
（工１）長手方向のほぼ中央部に配設されるが前記小端
部内周面には潤滑油通路としての溝（１２）が設けられ
、さらに小端部先端には前記コネクティングロッド内の
貫通孔（４）の延長として前記溝（１２）と連通ずる孔
（ｌＯ）が設けられており、この孔（１０）は前記コネ
クティングロッド内の貫通孔（４）に比べその径を細く
して構成されている。

次にこれらの構成による作用を説明する。

図示しないオイルポンプによりクランクシャフトのメイ
ンジャーナル（９）の図示しない軸受へ圧送された潤滑
油は、その軸受を潤滑したのちメインジャーナル（９）
周面の孔（１３）からクランクシャフト内の貫通孔（５
）へ入り、その貫通孔（５）を通ってクランクピンの孔
（８）から、クランクピン（３）とベアリングメタル（
２）の間のクリアランスへ常時供給されている。上死点
前４０度になると前記クランクピンの孔（８）と前記ベ
アリングメタルの孔（６）が一致し、前記多孔が連通す
るため、前記クランクピンの孔（８）からの潤滑油は、
前記溝（７）を通り前記コネクティングロッド内の貫通
孔（４）へ供給される。

このとき供給油の一部は前記クリアランス内に供給され
るが、上記の構成によればクランクピンの孔（８）はメ
インジャーナル（９）軸線からみてクランクピン周面の
遠方側半面内にあり、供給油圧が遠心力により高められ
ているため、前記クリアランス内への供給量は充分多い
。そのうえ上死点前４０度はコネクティングロッド大端
部とクランクピン間にかかる慣性による荷重が第５図（
ｂ）中ＯＢの期間のなかでも最も小さくなるとき、つま
り油膜の潰され方が最も小さいときであり、ベアリング
メタルの幅方向の端からの油の流出量も最も小さい。

一方、多孔が一致し連通した上死点前４０度において、
前記溝（７）を通り前記コネクティングロッド内の貫通
孔（４）に供給された潤滑油は、すぐには噴射されず一
旦コネクティングロッド内に溜められ、ピストンが上死
点に達した直後、すなわち上向きの慣性荷重が最大とな
り爆発荷重が最大となるときに、コネクティングロッド
小端部の溝（１２）を通り、小端部先端の孔（１０）か
ら−気にピストン裏面へ向けて噴射される。一般にガソ
リン機関では、爆発圧力は上死点後約１０度の時期に最
大となり、このときピストンの温度も高くなっている。

従ってピストンの温度が最も高いときにピストン裏面へ
油が到達すことになる。

上記のような構成及び作用によって本第１実施例は以下
のような効果をもつ。

前記答礼が一致し連通ずるとき、ピストンの慣性による
油膜の潰れが小さくベアリングタルの幅方向の端からの
油の流出量が小さいうえ、供給油圧が遠心力により高め
られており潤滑油がコネクティングロッド内の貫通孔へ
供給されてもベアリングメタルの幅方向の端から流出す
る油量を充分に補う量の油がクリアランス内に供給され
るため、油量不足による潤滑不良を防止できる。

第５図（ｂ）中のＡおよびＡ”のようにクランクピン（
３）のベアリングメタル（２）に対する偏心量が全行程
のなかでも最大となり油膜が大きく潰されるときに、最
小油膜厚さが最小となる位置すなわち油膜が最も大きく
潰されている位置にベアリングメタルの孔（６）が配設
されていると、その孔（６）から油が逃げてしまい油膜
形成が非常に困難になる。このため第５図（ｂ）中のＤ
あるいはＤ゛に示す油膜の潰され方の小さい位置にベア
リングメタルの孔（６）は配設されるべきである。本実
施例ではベアリングメタルの孔（６）が前記りの範囲内
に設けられており前記ＡあるいはＡ゛のような状況とな
っても油膜形成が困難になることがない。

ベアリングメタルの孔（６）を比較的コネクティングロ
ッドの貫通孔（４）下端の近くに配置したことにより、
それらを連通ずる溝（７）が短くてすみ、強度の低下を
最低限にとどめることができる。

また、前記小端部の孔（１０）は絞りとなり油噴出時の
噴出圧力が高められるため、低温時等の油の粘度が高い
ときであっても確実に油はピストン裏面へ到着する。

第３図は、第２実施例を示す。

上述の第１実施例と同一または相当部分には同一符号を
付して示した。

この第２実施例は、ベアリングメタルの孔（６）が大端
部中心のまわりにコネクティングロッド内の貫通孔（４
）の下端位置から紙置台へ１４０度隔てた位置に設けら
れており、さらにコネクティングロッド大端部には前記
ベアリングメタルの孔（６）と前記コネクティングロッ
ド内の貫通孔（４）とを連通ずる連通路として溝（７）
が設けられている。そして、クランクピンの孔（８）は
前記ベアリングメタルの孔（６）と、クランク角度が下
死点前４０度のときに一致するように配設されている。

つまり、前記クランクピンの孔（８）は、クランクピン
（３）中心とメインジャーナル（９）中心を通る直線が
クランクピン（３）周面と交わる２点のうちのメインジ
ャーナル（９）からみて外側にある方の位置に開口する
ように配置されている。

ところで、前記下死点前４０度はコネクティングロッド
大端部とクランクピン間にかかる慣性による荷重が第５
図（ｂ）中のＢｏの期間のなかでも最も小さくなるとき
であり、油膜の潰され方も最も小さいため、ベアリング
メタルの幅方向の端からの油の流出量も最も少ない、そ
の上クランクピンの孔（８）はメインジャーナル（９）
の軸線からみてクランクピン（３）周面の遠方側半面内
にあるため、第１実施例と同様、供給油の一部は確実に
前記クリアランス内に供給される。従って、油量不足に
よる潤滑不良を防止できる。尚、この第２実施例によれ
ば、前述のような第１実施例と同様の作用が得られる他
、コネクティングロッド小端部先端の孔（１０）から油
を噴射してから再びコネクティングロッド内へ潤滑油を
供給するまでの期間が短くてすむため、コネクティング
ロッド小端部の溝（１２）の潤滑油量が少ない期間が短
く、コネクティングロッド小端部における潤滑性を向上
させることができる。

その他の構造は上述の第１実施例と同じであり同様の効
果が得られる。

以上、本発明を図示した特定の実施例について説明した
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、
本発明の範囲内にて、その他種々の実施例が可能なもの
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、コネクティング
ロッド大端部とクランクピン間に作用する慣性による引
張り力の影響が最も小さい期間に前記答礼を一致し連通
させ、さらにクランクピンの孔からの供給油に遠心力を
加えたことにより、油量不足による油膜切れをなくしベ
アリングメタルとクランクピン間の潤滑不良を防止する
ことができる。

また、本発明は前記クリアランス内に常に充分な潤滑油
量を確保するために容量の大きいオイルポンプを設ける
等の特別な装置を用いることなく、前記答礼の位置とそ
れらが連通ずるタイミングを特定するだけで上記の目的
が達成できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の全体構成の縦断面図を示
し、第２図はコネクティングロッド小端部近傍の構成図
である。また第３図は本発明の第２実施例の全体構成の
縦断面図を示す。 第４図は従来技術による全体構成の縦断面図である。 第５図（ａ）はコネクティングロッド大端部に設定した
座標を示し、第５図（ｂ）はコネクティングロッドを静
止体とし、コネクティングロッド大端部中心のまわりに
クランクシャフトが回転するモデルを考えた場合の、コ
ネクティングロッド大端部中心に対するクランクピン中
心のズレの軌跡を極座標で示した図である。また第５図
（ｃ）はベアリングメタルの孔がメインジャーナル軸中
心からみて略遠心力方向にあるときのコネクティングロ
ッド大端部の状態を示す図である。 符号の説明 １−・−・コネクティングロッド ２−・−−−−−ベアリングメタル ３−一一一一・−クランクピン ４　−−−−−−−・貫通孔（コネクティングロッド）
５−・−−一−−−貫通孔（クランクシャフト）６−−
−−−−−孔（ベアリングメタル）８　−−一−−・−
・ ９　−−−−−−一・ １１−・・・ １３−・ 溝（４と６の連通路） 孔（クランクピン） メインジャーナル 孔（小端部先端） ピストンピン 溝（小端部） 孔（メインジャーナル） 出願人　９６．トヨタ自動車株式会社 σストン 第 図 ジノンタ゛汀・ア 第３図 Ｙ （ａ） 股、ＩＦ！碑 （ｂ） 第５図 （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 大端部から小端部先端まで長手方向軸線を貫通する貫通
   孔を有するコネクティングロッドと、それぞれ周面に孔
   が設けられたメインジャーナルとクランクピンとを有し
   前記両孔を連通する貫通孔を有するクランクシャフトと
   、クランクピンとコネクティングロッド間に介装され、
   外周面と内周面とを貫通する孔を有するベアリングメタ
   ルとからなり、コネクティングロッド大端部内周面とベ
   アリングメタル外周面の間には、前記ベアリングメタル
   の孔と前記コネクティングロッド内の貫通孔とを連通す
   る溝が設けられ、前記クランクピン周面に設けられた孔
   は、クランクピン周面のうちメインジャーナル軸線から
   みて遠方側半面内に設けられ、前記ベアリングメタルの
   孔は、クランク角度が上下死点前０〜９０度の範囲にお
   いて前記クランクピン周面に設けられた孔と一致するよ
   うに配設されることを特徴とする内燃機関のピストン冷
   却構造。