JPH0942052A - スカート給油型ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高出力エンジンの小型・軽量化のために、コ
ンプレッショハイトを小さくしたピストンで、熱負荷が
増加し苛酷な条件になつているピストンのスカ−ト部に
潤滑供給を良くし、油膜形成を改善し、ピストンの耐焼
付き性を向上する。 【構成】 エンジン用のピストンで該ピストンの頭部に
冷却用のシェ−カ穴を持つスカ−ト給油型ピストンにお
いて、ピストンのスラスト側及び反スラスト側のオイル
リングの溝下部のスカ−ト部に１個以上のシェ−カ穴と
ピストン外周とを連通する穴を設けたスカ−ト給油型ピ
ストン。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのピスト
ンに係わり、特には、ディ−ゼルエンジンのピストンの
頭部冷却用のシェ−カ穴をもちスカ−ト部に連通する穴
を有したスカ−ト給油型ピストンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高出力のディ−ゼルエンジンでピ
ストンの頭部に冷却用のシェ−カ穴を持つた、代表事例
として次の３事例について図面を参照し説明する。第１
事例は頭部とスカ−トとが一体となつたピストン、第２
事例はピストン及び、頭部とスカ−トとを分離した２分
割ピストンで、かつ、頭部とスカ−トとをシ−ル体でシ
−ルしたピストン、第３事例はピストン及び、頭部とス
カ−トとを分離した２分割ピストンで、頭部とスカ−ト
との間にシ−ル体なしのピストン。先ず、第１事例の頭
部とスカ−トとが一体となつたピストンから説明する。
図８は該ピストンの断面図を示し、図９は図８を下方か
ら見た図を示している。ピストン１０の構成は、頭部に
は燃焼室７形成し、ピストンの筒部の上部はガスシ−ル
とオイルをコントロ−ルするためのリング用の溝が設け
られている。トップリング溝８及び、セカンドリング溝
９はピストンリングとリング溝のカ−ボンによる固着を
防止するために溝の上下面とも楔形の形状をしている。
又、ピストンの頭部には冷却用のシェ−カ穴２が環状に
形成されている。このシェ−カ穴の下方に冷却用オイル
の入口及び、出口の穴３が４ケ所、設けられピストンの
内側に連通している。

【０００３】次は、作動を図８及び、図９で、ピストン
頭部の冷却及び、スカ−ト部の給油を、図４でピストン
の挙動を説明する。ピストン頭部の冷却は図示されない
エンジンのオイルギャラリ−からピストンク−リングノ
ズル１５に入る、ピストンク−リングノズル１５の先端
は通路が絞られ流速が増加してピストン１０へ向かって
噴射される（２点鎖線で図示）、噴射された潤滑油はピ
ストン１０の穴３ａを経て環状のシェ−カ穴２に入り、
円周方向に流れ、ピストン頭部を冷却し穴３ｂより流出
し（点線で図示）オイルパンに戻る。ピストン１０のス
カ−ト６の給油は図示しないクランク軸、コンロッドの
軸受けから出た潤滑油がクランク軸及び、コンロッドの
回転運動、揺動運動によって飛沫として飛び散りシリン
ダ−ライナの内壁に付着して油膜を形成する。その後は
ピストン１０によりかきおとされオイルパンに戻る。ピ
ストンの挙動を図４で説明する。図４は４サイクルエン
ジンの各行程別、すなわち、吸気行程、圧縮行程、爆発
行程、排気行程でピストンが上死点から下死点までスラ
スト側及び、反スラスト側に傾きながら移動をすること
を示している。なお、図中の符号は各行程のピストンの
位置を示している。吸気行程のピストンは上死点から位
置Ｓ１、位置Ｓ２、位置Ｓ３、と下降し、下死点に至
る。上死点の位置Ｓ１ではピストンはスラスト側に傾い
て押し付けられ、位置Ｓ１から位置Ｓ２の移動でピスト
ンの傾き方向がスラスト側から反スラスト側に変化す
る。さらに、位置Ｓ２から位置Ｓ３の移動でピストンの
傾き方向が反スラスト側からスラスト側に変化する。圧
縮行程のピストンは下死点から位置Ｃ１、位置Ｃ２、位
置Ｃ３、と上昇し、上死点に至る。下死点の位置Ｃ１で
は前記、位置Ｓ３と同じでピストンはスラスト側に傾い
て押し付けられ、位置Ｃ１から位置Ｃ２の移動でピスト
ンの傾き方向がスラスト側から反スラスト側に変化す
る。さらに、位置Ｃ２から位置Ｃ３の移動でピストンの
傾き方向は反スラスト側に移動する。爆発行程のピスト
ンは上死点から位置Ｐ１、位置Ｐ２、位置Ｐ３、と下降
し下死点に至る。ピストンの上死点の位置Ｐ１は爆発に
より圧縮行程終り位置Ｃ３の反スラスト側から位置Ｐ１
のスラスト側の傾き方向に急激に変化する。位置Ｐ１、
位置Ｐ２、位置Ｐ３とピストンはスラスト側に傾いて押
し付けられ移動する。排気行程のピストンは下死点から
位置Ｅ１、位置Ｅ２、位置Ｅ３、と上昇し上死点に至
る。下死点の位置Ｅ１では前記、位置Ｐ３と同じでピス
トンはスラスト側に傾いて押し付けられ、位置Ｅ１から
位置Ｅ２の移動でピストンの傾き方向がスラスト側から
反スラスト側に変化する。さらに、位置Ｅ２から位置Ｅ
３の移動でピストンの傾き方向はスラスト側に移動す
る。以上、各行程別のピストンの挙動を纏めると吸気行
程、圧縮行程、排気行程ではピストンの行程中スラスト
側、反スラスト側と変化する。爆発行程のみはピストン
はスラスト側に傾いて押し付けられ移動し、かつ、スラ
スト荷重も大きいので油膜の形成が悪く、前行程であ
る、圧縮行程でピストンのスカ−トへの給油をより良く
して、油膜の形成をより良くする必要がある。

【０００４】第２事例はピストンの頭部とスカ−トとを
分離した２分割ピストンで、かつ、頭部とスカ−トとを
シ−ル体でシ−ルしたピストンで、実開平４−１０１８
５６号公報で知られている。該２分割ピストンの構成、
作動を図１０，図１１，を参照し説明する。なお、図１
０はピストンピンと直角方向の断面図、図１１は図１０
の拡大断面図を示している。 分割ピストン３０のシェ
−カ穴２３は、頭部２４とスカ−ト２５との間に環状に
形成し、頭部２４とスカ−ト２３との間には隙間２６が
あり、該隙間２６を遮蔽する環状のシ−ル体２７が介装
されている。該シ−ル体２７はスカ−ト２５の頂部に設
けた外壁２８に沿つて形成した環状の溝２９に嵌まり、
シ−ル体２７の頂部周面３１を、頭部２４の下面３２に
接触させて、隙間２６をシ−ルしている。作動は、図示
されないピストンク−リングノズルから噴射された潤滑
油はピストン３０の下面の隙間３３から矢印３４ａより
環状のシェ−カ穴２３に入り、円周方向に流れ、ピスト
ン頭部を冷却し隙間３３から矢印３４ｂより流出しオイ
ルパンに戻る。なお、スカ−ト部の給油、及び、ピスト
ンの挙動は前記第１事例と略同じにつき説明は省略す
る。

【０００５】第３事例はピストン及び、頭部とスカ−ト
とを分離した２分割ピストンで、頭部とスカ−トとの間
にシ−ル体なしのピストンの構成、作動を図１２を参照
し説明する。なお、図１２はピストンピンと直角方向の
断面図を示している。 分割ピストン４０のシェ−カ穴
４１は、頭部４２とスカ−ト４３との間に環状に形成
し、頭部４２とスカ−ト４３との間には円周上の隙間４
４がある。作動は、図示されないピストンク−リングノ
ズルから噴射された潤滑油はピストン４０の下面の隙間
４５から矢印４６ａより環状のシェ−カ穴４１に入り、
円周方向に流れ、ピストン頭部を冷却し隙間４５から矢
印４６ｂより流出しオイルパンに戻る、又、一部は円周
上の隙間４４を通り矢印４７よりスカ−ト４３に流出す
る。なお、ピストンの挙動は前記第１事例と略同じにつ
き説明は省略する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ピストンは次の問題点を有している。 （１） 第１事例の頭部とスカ−トとが一体となつたピ
ストン、及び、第２事例のピストン及び、頭部とスカ−
トとを分離した２分割ピストンで、かつ、頭部とスカ−
トとをシ−ル体でシ−ルしたピストンで、実開平４−１
０１８５６号公報で知られているピストンの問題点は高
出力に加えて、エンジンの軽量化や外観寸法を小さくす
るために、ピストンのコンプレッショハイト（ピストン
ピンから頭部までの寸法）を小さくしている。これによ
り熱負荷が増加し苛酷な条件になつている。ピストンの
スラスト側及び反スラスト側で、スカ−ト部とシリンダ
−ライナ慴動面との潤滑供給状態が悪く金属接触により
局部発熱し溶着が発生、ピストンが焼付き易いという問
題点があつた。従来のピストンのスカ−ト部とシリンダ
−ライナ慴動面との潤滑供給はクランク軸及び、コンロ
ッドの回転運動、揺動運動によって飛沫として飛び散り
シリンダ−ライナの内壁に付着して油膜を形成するだけ
では不充分であった。ピストンのスラスト側及び反スラ
スト側のスカ−ト部に潤滑供給をより多くする必要があ
る。

【０００７】（２） 第３事例のピストン及び、頭部と
スカ−トとを分離した２分割ピストンで、頭部とスカ−
トとの間にシ−ル体なしのピストンの問題点はオイルの
消費量が多くなる。２分割ピストンは頭部とスカ−トと
の間に隙間が円周上に有るため、環状のシェ−カ穴より
ピストンのスカ−ト部へ円周上に流出し、潤滑供給が過
多になる。その結果オイルリングだけでは、掻きおとす
ことが出来なくなり、オイルは上方に上がりセカンドリ
ング、トップリングを経て燃焼室に入り、燃えてオイル
の消費量が多くなる問題点がある。

【０００８】（３） 以上の３事例から、ピストンのス
カ−ト部の潤滑供給は多すぎてもオイルの消費量が多く
なる問題があり、又、潤滑供給が少なすぎてもピストン
が焼付き易いという問題がある。ピストンが焼付き易い
スカ−ト部のスラスト側及び反スラスト側で、かつ、オ
イルリングの溝下部の位置に必要とする潤滑供給を最適
にする必要がある。

【０００９】本発明は上記従来の問題点のスカ−ト給油
型ピストンに係わり、特には、ディ−ゼルエンジンのピ
ストンの頭部にシェ−カ穴をもちスカ−ト部に連通する
穴をスラスト側及び／あるいは、反スラスト側で、か
つ、焼き付きし易いオイルリングの溝下部に設け、給油
を多くしてより良い油膜を形成し、オイルの消費量を増
大させることなく、かつ、ピストンスカ−ト部の焼付き
性の改良を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のスカ−ト給油型ピストンの第１発明では、
エンジン用のピストンで該ピストンの頭部に冷却用のシ
ェ−カ穴を持つスカ−ト給油型ピストンにおいて、ピス
トンのスラスト側及び／あるいは、反スラスト側で、か
つ、オイルリングの溝下部のスカ−ト部にシェ−カ穴と
ピストン外周とを連通する１個以上の穴を設けたことを
特徴とするスカ−ト給油型ピストン。

【００１１】本発明のスカ−ト給油型ピストンの第２発
明では、２分割された頭部とスカ−トとを有し、かつ、
頭部とスカ−トとをシ−ル体でシ−ルし、頭部冷却用の
シェ−カ穴を形成したスカ−ト給油型ピストンにおい
て、スラスト側及び／あるいは、反スラスト側の位置
で、かつ、シェ−カ穴とピストン外周に連通する１個以
上の穴をシ−ル体に設けたことを特徴とするスカ−ト給
油型ピストン。

【００１２】

【作用】上記のスカ−ト給油型ピストンによれば、ピス
トンの頭部に冷却用のシェ−カ穴を持つスカ−ト給油型
ピストンにおいて、ピストンのスラスト側及び／あるい
は、反スラスト側でオイルリングの溝下部のスカ−ト部
に１個以上のシェ−カ穴とピストン外周とを連通する穴
が設けてあるので、ピストンの上下運動中、シェ−カ穴
に溜まつている潤滑油の慣性作用及び、シェ−カ穴とピ
ストン外周との圧力差でシェ−カ穴よりスラスト側及び
／あるいは、反スラスト側のスカ−ト部に潤滑油が流出
し、より良い油膜を形成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係わるスカ−ト
給油型ピストンの第１実施例につき、図面を参照して詳
細に説明する。図１，図２，図３，図４は本発明のスカ
−ト給油型ピストンを示し、ピストンの頭部とスカ−ト
とが一体型のものである。従来と同一構成には同一符号
をつけて説明は省略する。なお、図１は図２のＡ−Ａ断
面図、図２は図１を下方から見た下面図、図３は図１の
Ｂ−Ｂ断面図、図４は作動を説明する図面を示してい
る。図１において、ピストン１の頭部には冷却用のシェ
−カ穴２が環状に形成されている。このシェ−カ穴２の
下方に冷却用オイルの入口及び、出口の穴３が４ケ所、
（図２参照）設けられピストンの内側に連通している。
又、冷却用のシェ−カ穴２の通路にはスラスト側及び、
反スラスト側にそれぞれオイル溜まり４及び、通路穴５
（図３参照）が形成され、通路穴５がスカ−ト部６の上
部と連通している。通路穴５はスカ−ト給油に必要な数
及び、大きさとしている。

【００１４】次に、作動について説明する。ピストンク
−リングノズル１５から噴射された潤滑油はピストン１
の入口の穴３ａを経て環状のシェ−カ穴２に入り、円周
方向に流れ、ピストン頭部を冷却し出口の穴３ｂより流
出しオイルパンに戻る。一部はスラスト側及び、反スラ
スト側にそれぞれに設けられたオイル溜まり４に溜まり
通路穴５を通りスカ−ト部６に潤滑油が流出し、油膜が
形成される。このスカ−ト部６に潤滑油が流出するメカ
ニズムはピストンの上下運動中、シェ−カ穴に溜まつて
いる潤滑油の慣性作用及び、シェ−カ穴とピストン外周
との圧力差でシェ−カ穴よりスカ−ト部に潤滑油が流出
される。４サイクルエンジンの各行程別にピストンの挙
動とスカ−ト部に潤滑油が流出する関係を図４で説明す
る。図４は各行程、すなわち、吸気行程、圧縮行程、爆
発行程、排気行程でピストンが上死点から下死点までど
のような挙動をするかを示している。なお、図中の符号
は各行程のピストンの位置を示している。吸気行程のピ
ストンは上死点から位置Ｓ１、位置Ｓ２、位置Ｓ３、と
下降し下死点に至る。吸気行程ではシェ−カ穴に溜まつ
ている潤滑油の慣性は上向きに働き、シェ−カ穴とピス
トン外周とは相殺され圧力差がなく、スカ−ト部への流
出は減少する。ただし、位置Ｓ３の下死点付近ではピス
トン１の減速で慣性は下向に働くので反スラスト側より
スカ−ト部へ流出され油膜を形成する。圧縮行程のピス
トンは下死点から位置Ｃ１、位置Ｃ２、位置Ｃ３、と上
昇し上死点に至る。圧縮行程ではシェ−カ穴に溜まつて
いる潤滑油の慣性は下向きに働き、下死点の位置Ｃ１は
前記、位置Ｓ３と同じで反スラスト側よりスカ−ト部へ
流出し油膜を形成する。位置Ｃ２では潤滑油の慣性は下
向きの働き、及び、ピストンのスラスト側の外周がクリ
アランス大になることにより負圧になり、スラスト側よ
りスカ−ト部へ流出し油膜を形成する。位置Ｃ３の上死
点付近ではピストン１の減速で慣性は上向に働くのでス
カ−ト部への流出は減少する。爆発行程のピストンは上
死点から位置Ｐ１、位置Ｐ２、位置Ｐ３、と下降し下死
点に至る。上死点の位置Ｐ１は爆発により圧縮行程終り
位置Ｃ３から位置Ｐ１に急激に変化し、潤滑油の慣性は
上向きに働いているが、反スラスト側のピストン外周の
負圧が大きくなり、反スラスト側よりスカ−ト部へ流出
し油膜を形成する。位置Ｐ２では吸気行程と同様に潤滑
油の慣性は上向きに働き、シェ−カ穴とピストン外周と
は相殺され圧力差がなく、スカ−ト部への流出は減少す
る。ただし、位置Ｐ３の下死点付近ではピストン１の減
速で慣性は下向に働くので反スラスト側よりスカ−ト部
へ流出され油膜を形成する。排気行程のピストンは下死
点から位置Ｅ１、位置Ｅ２、位置Ｅ３、と上昇し上死点
に至る。圧縮行程と同様に上昇行程ではシェ−カ穴に溜
まつている潤滑油の慣性は下向きに働き、下死点の位置
Ｅ１は前記、位置Ｐ３と同じで反スラスト側よりスカ−
ト部へ流出し油膜を形成する。位置Ｅ２では潤滑油の慣
性は下向きに働き、さらに、ピストン外周が負圧にな
り、スラスト側よりスカ−ト部へ流出し油膜を形成す
る。位置Ｃ３の上死点付近ではピストン１の減速で慣性
は上向に働くのでスカ−ト部へ流出は減少する。以上、
各行程別のピストンの挙動とスカ−ト部に潤滑油が流出
する関係を纏めると、ピストンの挙動は吸気行程、圧縮
行程、排気行程ではピストンの行程中スラスト側、反ス
ラスト側と変化する、それに伴つて潤滑油の流出も変化
する。爆発行程のみはピストンはスラスト側に傾いて押
し付けられ移動し、かつ、スラスト荷重も大きいが、前
行程である圧縮行程ではピストンの上昇でシェ−カ穴に
溜まっている潤滑油の慣性は下向きに働き、かつ、ピス
トンのスラスト側の外周が負圧になり、スラスト側より
スカ−ト部へ流出され良好な油膜が形成されているの
で、爆発行程で油膜切れなく良好な状態でピストンが移
動する。

【００１５】次に、本発明に係わるスカ−ト給油型ピス
トンの第２実施例につき、図面を参照して説明する。図
５，図６，図７は本発明のピストンの頭部とスカ−トと
を分離した２分割ピストンで、かつ、頭部とスカ−トと
をシ−ル体でシ−ルしたピストン２０である。従来と同
一構成には同一符号をつけて説明は省略する。なお、図
５はピストンピンと直角方向の断面図、図６は図５の拡
大断面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図を示している。図
６で、隙間２６を遮蔽する環状のシ−ル体２１が介装さ
れている。該シ−ル体２１はスカ−ト２５の頂部に設け
た外壁２８に沿つて形成した環状の溝２９に嵌まり、シ
−ル体２１の頂部周面３１を、頭部２４の下面３２に接
触させて、隙間２６をシ−ルしている。シ−ル体２１の
上部にはスラスト側及び、反スラスト側にそれぞれ通路
穴２２（図７参照）が形成され、通路穴２２がスカ−ト
部２５の上部と連通している。通路穴２２はスカ−ト給
油に必要な数及び、大きとしている。作動は、図示され
ないピストンク−リングノズルから噴射された潤滑油は
ピストン２０の下面の隙間３３から矢印３４ａより環状
のシェ−カ穴２３に入り、円周方向に流れ、ピストン頭
部を冷却し隙間３３から矢印３４ｂより流出しオイルパ
ンに戻る。一部は環状のシェ−カ穴２３よりスラスト側
及び、反スラスト側にそれぞれに設けられた通路穴２２
を通りスカ−ト部２５に潤滑油が流出し、油膜が形成さ
れる。なお、シ−ル体２１は可撓性があるものでシ−ル
されているので通路穴２２以外はスカ−ト部２５には流
れない。スカ−ト部２５に潤滑油が流出するメカニズム
は前記第１実施例と略同じにつき説明は省略する。

【００１６】上記により、第１実施例、第２実施例とも
ピストンのスカ−ト部に潤滑油を供給し、オイルの消費
量が少なく、かつ、より良い油膜を形成することができ
る。上記説明はピストンのスラスト側及び反スラスト側
でオイルリングの溝下部のスカ−ト部に１個以上のシェ
−カ穴とピストン外周とを連通する穴を設けるた実施例
を説明したが、必要によりピストンのスラスト側あるい
は反スラスト側でオイルリングの溝下部のスカ−ト部に
１個以上のシェ−カ穴とピストン外周とを連通する穴を
設けても良い。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ピストンの頭部にシェ−カ穴をもちスカ−ト部に連通す
る穴を設けたので、スカ−ト部の潤滑供給が良くなり油
膜形成ができ、オイルの消費量が増大することなく、か
つ、ピストンが焼付き易い問題が解消される。これによ
りピストンのコンプレッショハイトを小さくでき、エン
ジンの軽量化や外観寸法を小さくできることが可能にな
る。又、スカ−ト部の油膜形成が改良されディ−ゼルエ
ンジンの機械騒音の主原因の一つにピストンスラップ現
象の改善にも役立つという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスカ−ト給油型ピストン、図２のＡ−
Ａ断面図である。

【図２】本発明のスカ−ト給油型ピストン、図１の下面
図である。

【図３】本発明のスカ−ト給油型ピストン、図１のＢ−
Ｂ断面図である。

【図４】本発明及び、従来技術のスカ−ト給油型ピスト
ン、作動を説明する図である。

【図５】本発明のスカ−ト給油型ピストン、断面図であ
る。

【図６】本発明のスカ−ト給油型ピストン、図５の拡大
断面図である。

【図７】本発明のスカ−ト給油型ピストン、図５のＡ−
Ａ断面図である。

【図８】従来技術のピストン、断面図である。

【図９】従来技術のピストン、図８の下面図である。

【図１０】従来技術のピストン、断面図である。

【図１１】従来技術のピストン、図１０の拡大断面図で
ある。

【図１２】従来技術のピストン、断面図である。

【符号の説明】

１…スカ−ト給油型ピストン、２…シェ−カ穴、４…オ
イル溜まり、５…通路穴、６…スカ−ト、２０…スカ−
ト給油型ピストン、２１…シ−ル体、２２…通路穴、２
３…シェ−カ穴、２４…頭部、２５…スカ−ト。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン用のピストンで該ピストンの頭
   部に冷却用のシェ−カ穴を持つピストンにおいて、ピス
   トンのスラスト側及び／あるいは、反スラスト側で、か
   つ、オイルリングの溝下部のスカ−ト部にシェ−カ穴と
   ピストン外周とを連通する１個以上の穴を設けたことを
   特徴とするスカ−ト給油型ピストン。
2. 【請求項２】 ２分割された頭部とスカ−トとを有し、
   かつ、頭部とスカ−トとをシ−ル体でシ−ルし、頭部冷
   却用のシェ−カ穴を形成したピストンにおいて、スラス
   ト側及び／あるいは、反スラスト側の位置で、かつ、シ
   ェ−カ穴とピストン外周に連通する１個以上の穴をシ−
   ル体に設けたことを特徴とするスカ−ト給油型ピスト
   ン。