JP7533665B1 - 内燃機関及びシリンダブロック - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ上部の油膜を保持しつつ、ピストンとの摩擦低減を図ること。【解決手段】内燃機関は、シリンダを有するシリンダブロックと、シリンダ内にシリンダの軸線に沿って往復移動自在に収容されるピストンと、を有し、シリンダは、スラスト－反スラスト方向の径が短径の楕円状内周部を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、シリンダブロック及び内燃機関に関する。

従来、エンジン等の内燃機関において、シリンダブロック内を摺動するピストンの摩擦損失低減を図るために、例えば、シリンダブロック内周面と接触するスカート部の外周面積を低減する方法が知られている。

例えば、特許文献１では、ピストンのスカート部の円周方向の形状が、ピストンピンの軸方向の長さよりも、ピストンピンの軸と直交するスラスト－反スラスト方向が長くなる楕円状に形成され、シリンダの内周面との摺動面積を減少させている。また、シリンダ側の形状を変更した構成としては、例えば、特許文献２には、スラスト－反スラスト方向が長い内周面を有するシリンダとし、この内周面内に、内側が円形或いは楕円のシリンダライナーを嵌め込んだ構造が開示されている。

実開平０７－００８５４４号公報 特開２０１１－８０４３６号公報

ところで、上述した従来の特許文献１の構成では、ピストンとシリンダの摺動面積を減少させるために、ピストンのスカート部において楕円量（長軸径－短軸径）を大きくする、つまり、スラスト－反スラスト方向を長くすることが考えられる。

しかしながら、楕円量が過大になると、その部位でのピストンとシリンダとの接触領域は減少するものの、スカート部が、燃焼圧の高いシリンダ上部で接触する際の面圧が増加する。これにより、シリンダ上部での油膜破断による摩擦悪化あるいは焼き付きが生じる恐れがあるという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、シリンダ上部の油膜を保持しつつ、ピストンとの摩擦低減を図ることができる内燃機関及びシリンダブロックを提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の一態様は、
シリンダを有するシリンダブロックと、
前記シリンダ内に前記シリンダの軸線に沿って往復移動自在に収容されるピストンと、を有し、
前記シリンダは、スラスト－反スラスト方向の径が短径の楕円状内周部を有し、
前記楕円状内周部は、上死点位置にある前記ピストンのスカート部の下端位置から下方に向けて前記スラスト－反スラスト方向と直交する方向の径を漸次長くした状態で形成されている、
する構成を採る。

本発明に係るシリンダブロックの一態様は、
ピストンを往復移動自在に収容するシリンダは、スラスト－反スラスト方向の径が短径の楕円状内周部を有し、
前記楕円状内周部は、上死点位置にある前記ピストンのスカート部の下端位置から下方に向けて前記スラスト－反スラスト方向と直交する方向の径を漸次長くした状態で形成されている構成を採る。

本発明によれば、シリンダ上部の油膜を保持しつつ、ピストンとの摩擦低減を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関を有する車両を模式的に示す図である。 図１のＡ－Ａ線概略縦断面図である。 図１のＢ－Ｂ線概略縦断面図である。 シリンダ内において側圧が発生するピストン動作を示す断面図である。 図２及び図３におけるＣ－Ｃ線部分のピストンとの関係を示す平断面図である。 図２及び図３におけるＤ－Ｄ線部分のピストンとの関係を示す平断面図である。 本実施の形態の内燃機関の構成においてシリンダ中央部を円筒形とした構成との摩擦損失を比較した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すエンジン１は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０に接続される変速部Ｔ／Ｍとを有する。エンジン１は、駆動軸２を介して駆動力が出力され車輪３を回転駆動する。

図２は、図１のＡ－Ａ線概略縦断面図であり、図３は、図１のＢ－Ｂ線概略縦断面図である。なお、図２及び図３では、シリンダヘッドは図示省略しており、図１に示すエンジン本体１０のシリンダブロック１１におけるシリンダ１００の内周部の構成を主に示す。
また、図４は、シリンダ内において側圧が発生するピストン動作を示す断面図であり、図４Ａは、ピストンが上死点にある状態を示し、図４Ｂは、側圧が最大である状態を示す。また、図４Ｃは、中央部を移動中のピストンを示し、大きな摩擦が生じている状態を示し、図４Ｄは、ピストンが下死点にある状態を示す。なお、側圧は、ピストン側圧であり、サイドスラストとも称する。また、スラスト側をスラスト（Ｔ）、反スラスト側を反スラスト（ＡＴ）と称する。

エンジン本体１０は、上部にシリンダヘッド（図示省略）が設けられるシリンダブロック１１の他、ピストン２０に連結されたクランクシャフト（図示省略）を収容するクランク室（図示省略）と、シリンダヘッド等に接続される各吸排気系とを有する。

シリンダブロック１１は、ピストン２０（図４参照）を往復自在に収容するシリンダ１００を有する。

なお、ピストン２０は、クランク軸（図示省略）にコンロッド（図示省略）を介して接続される。ピストン２０は、コンロッドにピストンピン２６（図４参照）で回動自在に取り付けられており、周知のように、シリンダ１００上部とともに燃焼室を画成するクラウン部２２とクラウン部２２の下方に接続されるスカート部２４とを有する。

クラウン部２２は、頂面に凹部２１を有し、外周面が断面真円状で形成されている。スカート部２４の外周面は、スラスト（Ｔ）-反スラスト（ＡＴ）方向の径が、ピストンピン２６の延在方向（ピストンピン２６の軸方向、コンロッドの軸方向）の径よりも長い楕円状に形成されている。スカート部２４の外周面は真円形状に形成されてもよい。

シリンダ１００は、シリンダブロック１１に形成された中空の筒状体であり、内部をピストン２０がシリンダの軸に沿って摺動する。シリンダ１００は、上部１１０ａの内周面を真円状（真円に近い略真円形状）とし、この部分を真円状内周部とする。また、シリンダ１００は、中央部１１０ｂの内周面を、スラスト（Ｔ）－反スラスト（ＡＴ）方向の径が短径Ｌの楕円状内周面とし、中央部１１０ｂを楕円状内周部１２０としている。シリンダ１００は、楕円状内周部１２０よりもピストン２０の上死点側に真円状内周部を有する。

上部１１０ａは、上方を閉塞するシリンダヘッドに連続し、ピストン２０のピストンヘッドの頂面は燃焼室の下面を形成する。

中央部１１０ｂ、つまり、楕円状内周部１２０は、ピストン２０、具体的には、スカート部２４との接触面積を、中央部１１０ｂの内周面が真円状である場合と比較して、接触面積が少なく、摺動摩擦を低減するように構成されている。本実施の形態では、楕円状内周部１２０は、例えば、ピストン２０が最上位置（ピストンヘッドが上死点に位置した状態の位置であり図４Ａで示す位置）した際のスカート部２４の下端よりも下方に形成されている。

更に、好ましくは、楕円状内周部１２０は、シリンダ１００において最大側圧（最大サイドスラスト）が付与されるシリンダの内周面の位置（最大側圧受け位置）１１２より下方に形成されている。

中央部１１０ｂ（楕円状内周部１２０）は、燃焼・膨張行程において燃焼圧が作用してコンロッドが傾き、ピストンがシリンダを押す分力（サイドスラスト力）を発生する位置、スカート部２４のスラスト側端部２４ａが当接する位置、より下方に形成される。

楕円状内周部１２０は、シリンダ１００の内周面１１０において、上部１１０ａの下端から下方に向かって、ピストンピン２６の軸方向に延びる径（スラスト－反スラスト方向と直交する方向に延びる径）が、外方向に長くなるように形成されている。ピストンピン２６の軸方向に延びる径は、リアＲ－フロントＦ方向に延びる径としている。

中央部１１０ｂの軸方向（ピストン移動方向）の長さは、上部よりもピストン２０（スカート部２４）との摺動摩擦が大きい領域である。

また、少なくともシリンダ１００では、中央部１１０ｂの形状が、スラスト（Ｔ）－反スラスト（ＡＴ）方向の径が短径Ｌとなる楕円状内周面形状を有するものとして構成されていればよい。例えば、中央部１１０ｂだけ、スラスト（Ｔ）－反スラスト（ＡＴ）方向の径が短径Ｌを形成してもよい。

中央部１１０ｂと下部１１０ｃとの境界１１４は、ピストン２０が下死点にある位置（ピストン２０、詳細にはピストンヘッドの下端部がある位置）であり、（図４Ｄ参照）ピストン２０の可動範囲の下端位置である。

図５は、Ｃ－Ｃ線断面図で示すシリンダの真円状部と、サイドスラスト位置のピストンとの位置関係を示す図であり、図６は、Ｄ－Ｄ線断面図で示すシリンダの中央部と、サイドスラスト位置のピストンとの位置関係を示す図である。

なお、図５及び図６に示すシリンダ内周部とピストン２０との間の隙間は、見易いように実際の隙間より誇張して表している。

図５及び図６では、シリンダ１００内で往復摺動するピストン２０が、最大サイドスラストを発生させる状態を示している。

図５及び図６に示すように、エンジン１（図１参照）では、シリンダ１００の上部１１０ａは、ピストン２０（ピストンヘッド）とともに真円状であるので、接触部分Ｐ２で接触して摺動し、ガスシール性の確保および焼き付き防止を実現している。

また、シリンダ１００の中央部１１０ｂは、スラスト－反スラスト方向の径を短径Ｌとする楕円状内周部１２０（中央部１１０ｂ）であるので、ピストン２０との接触部分Ｐ１は中央部１１０ｂの内周面を真円状とした場合よりも小さくなっている。

図７は、エンジン１において、ピストンに対するシリンダの中央部の構成を、内周面を真円状とした場合と、本実施の形態のシリンダ中央部の構成にした場合との摩擦損失を比較したグラフである。図７からも明らかなように、本実施の形態では、シリンダ上部では油膜を保持しつつ、シリンダ１００（ライナ）の中央部１１０ｂから下部１１０ｃにかけてピストンスカートの摺動領域を低減でき、摩擦低減を実現できる。

また、従来と異なり、ピストンスカート部の摩擦低減を目的に、スカート部の楕円量を過大に増加させてシリンダとピストンが接触する領域を減少させる必要がない。すなわち、シリンダ上部においてスカート部の面圧が増加することがなく、油膜破断による摩擦悪化あるいは焼き付きが生じることがない。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記内燃機関の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係る内燃機関及びシリンダブロックは、シリンダ上部の油膜を保持しつつ、ピストンとの摩擦低減を図ることができる効果を有し、ピストンとの摩擦摺動を低減する内燃機関を実現するものとして有用である。

１ エンジン（内燃機関）
２ 駆動軸
３ 車輪
１０ エンジン本体
１１ シリンダブロック
２０ ピストン
２１ 凹部
２２ クラウン部
２４ スカート部
２４ａ スラスト側端部
２６ ストンピン
１００ シリンダ
１１０ 内周面
１１０ａ 上部
１１０ｂ 中央部
１１０ｃ 下部
１１２ 位置
１１４ 境界
１２０ 楕円状内周部

Claims (4)

1. シリンダを有するシリンダブロックと、
   前記シリンダ内に前記シリンダの軸線に沿って往復移動自在に収容されるピストンと、を有し、
   前記シリンダは、スラスト－反スラスト方向の径が短径の楕円状内周部を有し、
   前記楕円状内周部は、上死点位置にある前記ピストンのスカート部の下端位置から下方に向けて前記スラスト－反スラスト方向と直交する方向の径を漸次長くした状態で形成されている、
   内燃機関。
2. 前記シリンダは、前記楕円状内周部よりも前記ピストンの上死点側に真円状内周部を有する、請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記楕円状内周部は、燃焼・膨張行程の際の前記シリンダにおいて最大のサイドスラストを受ける位置よりも下方にある、
   請求項１記載の内燃機関。
4. ピストンを往復移動自在に収容するシリンダは、スラスト－反スラスト方向の径が短径の楕円状内周部を有し、
   前記楕円状内周部は、上死点位置にある前記ピストンのスカート部の下端位置から下方に向けて前記スラスト－反スラスト方向と直交する方向の径を漸次長くした状態で形成されている、
   シリンダブロック。

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