JP2016148249A - 内燃機関のシリンダ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】大幅な重量増加を抑制しつつスカートの下部における摩耗を抑制し、内燃機関の耐焼き付き性能を長期的に維持することができる内燃機関のシリンダ構造を提供する。
【解決手段】 内燃機関のシリンダ構造１は、ピストン２０が下死点にあるときにピストン２０のスカート２１の下端がシリンダ１０の下端よりも下方に突出する内燃機関のシリンダ構造１において、シリンダの内周面と同径の円弧３３を有する延長ブロック３０を備え、延長ブロックはシリンダの下端に部分的に配置され、延長ブロックの軸方向の長さは、下死点においてシリンダの下端よりも下方に突出したスカートの下端の最大径の部分が延長ブロックの下端よりも上方に位置するように設定されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダ構造に関し、より詳細にはピストンスカートの下端がシリンダから突出する内燃機関のシリンダ構造に関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関のシリンダの構造に関する技術が知られている。この内燃機関のシリンダ構造として、下死点においてピストンのスカートの下端がシリンダの下端よりも下方に突出するシリンダ構造が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−３２９７６号公報

ピストンが下死点にあるときにピストンのスカートの下端がシリンダの下端よりも下方に突出する内燃機関のシリンダ構造の場合、スカートの下部が集中的に摩耗することが分かった。本発明者の研究により、この摩耗は、以下の原因によるものであることが分かった。つまり、スカートの下端がシリンダの下端よりも下方に突出するシリンダ構造において、スカートの下端の最大径の部分がシリンダの内面よりも径方向で外側に突出した場合、この状態でスカートが上方に移動した際にスカートの下端の最大径の部分がシリンダと線接触してしまう。その結果、スカートの下部に塗布されている固体潤滑剤が剥離してしまい、スカートの下部が集中的に摩耗してしまう。また、このように固体潤滑剤が剥離する結果、内燃機関の耐焼き付き性能も低下してしまう。

ところで、この摩耗の発生を抑制するために、例えば、シリンダの長さを軸方向に全体的に延長することで、スカートの下端がシリンダの下端よりも下方に突出しないようにする手法も考えられる。しかしながら、この場合、シリンダ構造の重量が大幅に増加してしまう。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、大幅な重量増加を抑制しつつスカートの下部における摩耗を抑制し、内燃機関の耐焼き付き性能を長期的に維持することができる内燃機関のシリンダ構造を提供することである。

上記の目的を達成するため本発明の内燃機関のシリンダ構造は、ピストンが下死点にあるときに前記ピストンのスカートの下端がシリンダの下端よりも下方に突出する内燃機関のシリンダ構造において、前記シリンダの内周面と同径の円弧を有する延長ブロックを備え、前記延長ブロックは前記シリンダの下端に部分的に配置され、前記延長ブロックの軸方向の長さは、前記下死点において前記シリンダの下端よりも下方に突出した前記スカートの下端の最大径の部分が前記延長ブロックの下端よりも上方に位置するように設定されていることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関のシリンダ構造によれば、ピストンが下死点にあるときにおいてスカートの下端の最大径の部分が延長ブロックよりも下方に突出することを抑制することができる。それにより、スカートの下部における固体潤滑剤の剥離を抑制することができ
ることから、スカートの下部における摩耗を抑制することができるとともに内燃機関の耐焼き付き性能を長期的に維持することができる。また、延長ブロックはシリンダの下端に部分的に配置されていることから、大幅な重量増加も抑制されている。

上記構成において、前記延長ブロックの前記円弧の中心角は、１０°〜４５°の範囲内である構成としてもよい。

上記構成において、前記延長ブロックは、前記シリンダの下端のスラスト側及び反スラスト側の少なくとも一方に配置されていてもよい。この構成によれば、大幅な重量増加を抑制しつつスカートの下部における摩耗を効果的に抑制することができる。

本発明に係る内燃機関のシリンダ構造によれば、大幅な重量増加を抑制しつつスカートの下部における摩耗を抑制し、内燃機関の耐焼き付き性能を長期的に維持することができる。

図１（ａ）は実施形態に係る内燃機関のシリンダ構造を示す模式図である。図１（ｂ）は延長ブロック部材を拡大した模式図である。図１（ｃ）は延長ブロック部材を上側から視認した模式図である。 図２は延長ブロックとピストンとの関係を説明するための模式的断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は比較例に係る内燃機関のシリンダ構造を説明するための模式図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のシリンダ構造について図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）は本実施形態に係る内燃機関のシリンダ構造（以下、シリンダ構造と略称する）１を示す模式図である。本実施形態に係るシリンダ構造１は、車両に搭載された内燃機関に適用されている。内燃機関の具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてディーゼルエンジンを用いる。シリンダ構造１は、ライナ５を有するシリンダ１０と、ピストン２０と、延長ブロック３０とを備えている。なお、ライナ５はシリンダ１０の内側部分に圧入された筒状部材（スリーブ）によって構成されている。また、図１（ａ）に図示されている中心軸１００はライナ５の内周面の中心軸である。

なお、本実施形態においてシリンダ１０はライナ５を備えているが、シリンダ構造１はこれに限定されるものではなく、例えばシリンダ１０がライナ５を備えていない構造であってもよい。

ピストン２０はライナ５の内部に摺動可能に配置されており、ライナ５内を上下方向に往復移動する。ピストン２０には固体潤滑剤が塗布されている。ピストン２０には、ピストンピン４０がピストン２０の径方向に挿通している。ピストンピン４０はピストン２０とコンロッドとを連結している。ピストン２０はピストンピン４０及びコンロッドを介してクランクシャフトに連結している。ピストン２０のピストンピン４０よりも下方側の部分をスカート２１と称する。本実施形態に係るシリンダ構造１は、ピストン２０が下死点にあるときにスカート２１の下端がシリンダ１０の下端、具体的にはライナ５の下端よりも下方に突出する構造となっている。

なお本実施形態のように、シリンダ１０がライナ５を備えている場合、特段の断りがない限り、シリンダ１０の内周面はライナ５の内周面を意味し、シリンダ１０の下端はライナ５の下端を意味している。

延長ブロック３０は、シリンダ１０の下端、具体的にはライナ５の下端に部分的に配置されている。具体的には本実施形態に係る延長ブロック３０は、延長ブロック部材３１ａと延長ブロック部材３１ｂとを備えている。延長ブロック部材３１ａはライナ５の下端のスラスト側に配置され、延長ブロック部材３１ｂはライナ５の下端の反スラスト側に配置されている。なおスラスト側とは、上死点直後にピストン２０がシリンダ１０の内周面、具体的にはライナ５の内周面から側圧（Side Thrust）を受ける側をいい、反スラスト側とはスラスト側の反対側をいう。本実施形態においてスラスト側は車両のフロント側に相当し、反スラスト側は車両のリア側に相当する。また、本実施形態において、延長ブロック３０は、ライナ５とは別体の部材であり、ライナ５を有するシリンダ１０を製造した後に、ライナ５の下端に接続されることで内燃機関に組付けられている。

図１（ｂ）は延長ブロック部材３１ａを拡大した模式図である。図１（ｃ）は延長ブロック部材３１ａを上側から視認した模式図である。延長ブロック部材３１ａは、内側に曲面３２を有している。この曲面３２の円弧３３はシリンダ１０の内周面、具体的にはライナ５の内周面と同径になっている。円弧３３の中心角（θ）は特に限定されるものではないが、本実施形態においては１０°〜４５°の範囲内から選択される値となっている。この中心角の一例として、本実施形態においては４５°が用いられている。

図２は延長ブロック３０とピストン２０との関係を説明するための模式的断面図である。ピストン２０のスカート２１の下端には、径が最大となる部分（最大径の部分）が存在している。本実施形態において、延長ブロック部材３１ａの軸方向（中心軸１００方向）の長さは、下死点においてシリンダ１０の下端（具体的にはライナ５の下端）よりも下方に突出したスカート２１の下端の最大径の部分が延長ブロック部材３１ａの下端よりも上方に位置するように、設定されている。この場合、スカート２１の最大径の部分は、下死点において延長ブロック部材３１ａの下端よりも下方に突出しない。

なお、本実施形態において延長ブロック部材３１ｂの形状は延長ブロック部材３１ａと同じである。具体的には延長ブロック部材３１ｂも、延長ブロック部材３１ａと同様に、ライナ５の内周面と同径の円弧を有している。また、延長ブロック部材３１ｂも、その軸方向の長さは、下死点においてライナ５の下端よりも下方に突出したスカート２１の下端の最大径の部分が延長ブロック部材３１ｂの下端よりも上方に位置するように設定されている。それにより、下死点においてスカート２１の最大径の部分は、延長ブロック部材３１ｂの下端よりも下方に突出しない。また延長ブロック部材３１ｂの円弧も、１０°〜４５°の範囲内から選択される中心角を有しており、具体的には４５°の中心角を有している。

また、延長ブロック３０は、本実施形態のようにスラスト側及び反スラスト側の両方に配置されている必要はない。他の例を挙げると、延長ブロック３０はスラスト側および反スラスト側のいずれか一方のみに配置されていてもよい。あるいは延長ブロック３０は、シリンダ１０の下端のうち、スラスト側及び反スラスト側以外の部分にのみ配置されていてもよい。また延長ブロック３０が有する部材の個数も本実施形態のように２である必要はなく、１でもよく、３以上でもよい。また、延長ブロック部材３１ａ及び延長ブロック部材３１ｂは、互いに異なる形状であってもよい。

続いてシリンダ構造１の作用効果について、比較例と比較しつつ説明する。図３（ａ）
及び図３（ｂ）は比較例に係るシリンダ構造１ａを説明するための模式図である。シリンダ構造１ａは、延長ブロック３０を備えていない点においてシリンダ構造１と異なっている。シリンダ構造１ａのその他の構成はシリンダ構造１と同じである。

シリンダ構造１ａは延長ブロック３０を備えていないことから、図３（ａ）に示すように、ピストン２０が下死点にあるときにおいてライナ５の下端よりも下方に突出したスカート２１の下端の最大径の部分が、ライナ５の内周面よりも径方向で外側に突出している。この状態でピストン２０が上方に移動した場合、スカート２１の最大径の部分がライナ５の下端と線接触してしまう。

その結果、スカート２１の下部に塗布されている固体潤滑剤が剥離してしまい、スカート２１の下部が摩耗してしまう。具体的には図３（ｂ）に示すように、軸方向に延伸した摩耗痕２２がスカート２１の下端に複数発生してしまう。また、このようにスカート２１に塗布されている固体潤滑剤が剥離した場合、内燃機関の耐焼き付き性能が低下してしまう。

ところで、この摩耗の発生を抑制するために、ライナ５の長さを軸方向に全体的に延長してスカート２１の下端がライナ５の下端よりも下方に突出しないようにする手法も考えられる。しかしながら、この場合、シリンダ構造１ａの重量が大幅に増加してしまう。

これに対して本実施形態に係るシリンダ構造１によれば、下死点においてシリンダ１０の下端（具体的にはライナ５の下端）よりも下方に突出したスカート２１の下端の最大径の部分が延長ブロック３０の下端よりも上方に位置するように、延長ブロック３０の軸方向の長さが設定されていることから、下死点においてスカート２１の下端の最大径の部分が延長ブロック３０よりも下方に突出することを抑制することができる。それにより、スカート２１の下部における固体潤滑剤の剥離を抑制することができることから、摩耗を抑制することができるとともに内燃機関の耐焼き付き性能を長期的に維持することができる。また、延長ブロック３０はシリンダ１０の下端、具体的にはライナ５の下端に部分的に配置されていることから、大幅な重量増加も抑制されている。すなわち、シリンダ構造１によれば、大幅な重量増加を抑制しつつスカート２１の下部における摩耗を抑制し、内燃機関の耐焼き付き性能を長期的に維持することができる。

また、シリンダ１０のスラスト側及び反スラスト側は、スカート２１とシリンダ１０との接触が特に生じ易い箇所である。これに関して、シリンダ構造１によれば、延長ブロック３０はシリンダ１０の下端（具体的にはライナ５の下端）のスラスト側及び反スラスト側に配置されていることから、大幅な重量増加を抑制しつつスカート２１の下部における摩耗を効果的に抑制することができ、内燃機関の耐焼き付き性能を長期的に維持することができる。

なお、反スラスト側の方がスラスト側よりもスカート２１に摩耗が生じ易いため、延長ブロック３０は少なくとも反スラスト側に配置されていることが摩耗抑制の観点から特に好ましい。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 内燃機関のシリンダ構造
５ ライナ
１０ シリンダ
２０ ピストン
２１ スカート
３０ 延長ブロック
３１ａ,３１ｂ 延長ブロック部材
３２ 曲面
３３ 円弧

Claims (3)

1. ピストンが下死点にあるときに前記ピストンのスカートの下端がシリンダの下端よりも下方に突出する内燃機関のシリンダ構造において、
   前記シリンダの内周面と同径の円弧を有する延長ブロックを備え、
   前記延長ブロックは前記シリンダの下端に部分的に配置され、
   前記延長ブロックの軸方向の長さは、前記下死点において前記シリンダの下端よりも下方に突出した前記スカートの下端の最大径の部分が前記延長ブロックの下端よりも上方に位置するように設定されていることを特徴とする内燃機関のシリンダ構造。
2. 前記延長ブロックの前記円弧の中心角は、１０°〜４５°の範囲内である請求項１記載の内燃機関のシリンダ構造。
3. 前記延長ブロックは、前記シリンダの下端のスラスト側及び反スラスト側の少なくとも一方に配置されている請求項１または２に記載の内燃機関のシリンダ構造。

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