特許 7533666 内燃機関及びシリンダブロック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】内燃機関及びシリンダブロック

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/00 20060101AFI20240806BHJP

   F02F 1/18 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

F02F1/00 S

F02F1/18 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023052308

(22)【出願日】2023-03-28

【審査請求日】2023-03-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 泰裕

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１４８１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－０８２０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０９２１７６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｆ １／００－１／４２

Ｆ０２Ｆ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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最小径であって前記ピストンが通過する真円状の仮想内周部において径方向外側の膨出した複数の膨出部を含む多次形状の内周部を有し、
前記多次形状の内周部は、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前記シリンダの内周面の位置よりも下方にあり、
前記膨出部は、前記最小径より長い長径部分であり、前記内周面の位置から下方に向かって漸次大きくなるように形成されている、
内燃機関。

【請求項2】

前記シリンダは、前記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。
請求項１記載の内燃機関。

【請求項3】

前記多次形状の内周部は、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より、下方にある、
請求項１記載の内燃機関。

【請求項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最小径であって前記ピストンが通過する真円状の仮想内周部において径方向外側の膨出した複数の膨出部を含む多次形状の内周部を有し、
前記多次形状の円周部は、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前記シリンダの内周面の位置よりも下方にあり、
前記膨出部は、前記最小径より長い長径部分であり、前記内周面の位置から下方に向かって漸次大きくなるように形成されている、
シリンダブロック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリンダブロック及び内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】実開平０７－００８５４４号公報

【文献】特開２０１１－８０４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。よって、シリンダ内でのピストンの摺動により生じる摩擦をより効果的に減少させる構造が望まれている。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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最小径であって前記ピストンが通過する真円状の仮想内周部において径方向外側の膨出した複数の膨出部を含む多次形状の内周部を
し、
前記多次形状の円周部は、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前記シリンダの内周面の位置よりも下方にあり、
前記膨出部は、前記最小径より長い長径部分であり、前記内周面の位置から下方に向かって漸次大きくなるように形成されている構成を採る。

【0009】

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最小径であって前記ピストンが通過する真円状の仮想内周部において径方向外側の膨出した複数の膨出部を含む多次形状の内周部を有し、
前記多次形状の円周部は、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前記シリンダの内周面の位置よりも下方にあり、
前記膨出部は、前記最小径より長い長径部分であり、前記内周面の位置から下方に向かって漸次大きくなるように形成されている構成を採る。

【発明の効果】

【0010】

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。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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2】図１のＡ－Ａ線概略縦断面図である。

【図3】図１のＢ－Ｂ線概略縦断面図である。

【図4】図１のＨ－Ｈ線概略縦断面図である。

【図5】図２で示す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6】図２、図３及び図４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7】図２、図３及び図４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。

【図8】中央部の内周部形状を強調して示す平面図である。

【図9】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ブローバイを比較した図である。

【図10】シリンダの中央部の円周部の変形例を示す図である。

【図11】図１０の内周部の形状を強調して示す平面図である。

【0012】

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。

【0013】

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り、図４は、図１のＨ－Ｈ線概略縦断面図である。なお、図２～図４では、シリンダヘッドは図示省略し、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２～４では、シリンダ１００の円周部内において上死点位置にあるピストン２０を示している。

【0014】

また、図５は、図２で示す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５Ａは、ピストンが上死点にある状態を示し、図５Ｂは、側圧が最大である状態を示す。また、図５Ｃ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５Ｄ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）とも称する。

【0015】

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にコンロッド（図示省略）を介して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）とを有する。エンジン本体１０は、各吸排気系（図示省略）を有し、吸排気系（特に、吸気管、排気管）は、シリンダヘッド等に接続されている。シリンダブロック１１は、ピストン２０（図５参照）を往復自在に収容するシリンダ１００を有する。

【0016】

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５参照）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。

【0017】

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。

【0018】

図６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７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６及び図７に示すシリンダの内周部とピストン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。

【0019】

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）方向の径が最小径Ｌとなる多次形状の内周面とし、この内周面を有する部位である中央部１１０ｂを多次形状内周部１２０としている。なお、シリンダ１００は、多次形状内周部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。

【0020】

中央部１１０ｂ、つまり、多次形状内周部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。

【0021】

多次形状内周部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。

【0022】

更に、好ましくは、多次形状内周部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。

【0023】

中央部１１０ｂの軸方向（ピストン移動方向）の長さは、上部１１０ａよりも長く、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。
中央部１１０ｂ（多次形状内周部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。

【0024】

多次形状内周部１２０は、多次形状の内周面であり、多次形状としては、ピストン２０が通過する仮想円筒の外径よりも外方に複数個所で方向も多方向で膨出した形状である。多次形状内周部１２０は、内部にピストン２０を摺動可能に収容しつつ、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、スラスト－反スラスト方向の径が多次形状内周部１２０の円周（断面形状における円周）の最小径Ｌの長さで一定である。

【0025】

多次形状内周部１２０は、例えば、図２～図４、図７及び図８に示すように、４次形状の内周部（ライナー）である。多次形状内周部１２０は、スラスト－反スラスト方向の径とともに、スラスト－反スラスト方向と直交するピストンピン２６の軸方向に延びる径（リアＲ－フロントＦ方向に延びる径）が最小径Ｌとなっている。多次形状内周部１２０は、図７及び図８に示すように、ピストン２０が通過可能な真円状の仮想内周部７において平面視十字状に径方向外側の膨出する膨出部１２２を有する形状である。

【0026】

なお、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）方向の径が最小径Ｌとなる多次形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、シリンダ１００の軸方向に渡る内周面において、軸方向で中央部１１０ｂの部位だけ、他次形状内周部１２０を設けた構成としてもよい（下部１００ｃの破線部分参照）。

【0027】

なお、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。

【0028】

図６及び図７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６及び図７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、油膜を形成した状態で、スラスト側で接触して摺動し、ガスシール性確保および焼き付き防止を実現している。

【0029】

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最小径Ｌとする多次形状内周部１２０（中央部１１０ｂ）であるので、ピストン２０との接触部分は中央部１１０ｂの内周面を真円状とした場合よりも小さく、また、接触面積を減らすべく内周面の周方向の部位全体に亘って楕円にした場合よりも、内周長が短くなっている。

【0030】

ここで、本実施の形態のエンジン１のブローバイについて説明する。
図９は、エンジン１において、シリンダ１００の比較例として、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、円周面楕円にした場合とブローバイを比較したグラフである。

【0031】

本実施の形態の多次形状内周部１２０は、スラスト（Ｔ）－反スラスト（ＡＴ）方向の径が最小径Ｌとなる内周であるので、全周の径の形状を真円状より大きくした場合、例えば、楕円にした場合よりも円周を小さくできる。シリンダの円周を、ピストンの外径より大きくしすぎると、ピストンヘッドに取り付けられるピストンリングが摺動により追従して合口隙間が拡大する。この合口隙間の拡大によりブローバイは、増加することになる。
しかしながら、本実施の形態では、シリンダ内周の全周を楕円形にした場合の円周長よりも短くして、ピストンに装着するピストンリングの合口隙間の拡大を抑制できる。本実施の形態によれば、図９からも明らかなように、シリンダ上部では油膜を保持しつつ、ブローバイを抑制し、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。

【0032】

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。

【0033】

本実施の形態では、シリンダブロック１１のシリンダ１００の中央部１１０ｂを多次形状円周部１２０とし、この他次形状円周部１２０を４次形状にしたが、スラスト－反スラスト方向の径が最小径Ｌであれば、３次形状以上の形状であってもよい。例えば、図１０及び図１１に示すように、６次形状の円周部としてもよい。

【0034】

図１０は、シリンダの中央部の円周部の変形例を示す図であり、図１１は、図１０の内周部の形状を強調して示す平面図である。

【0035】

図１０及び図１１に示す多次形状円周部１２０Ａは、スラスト－反スラスト方向で最小径Ｌを有し、仮想円筒の外径７よりも外方に複数個所で方向も多方向で膨出した形状を有する。多次形状内周部１２０は、６つの膨出部１２２Ａを有し、上部１１０ａの下端から下方に向かって、スラスト－反スラスト方向の径を最小径Ｌで一定にしつつ、膨出部１２２Ａである長径部分は、上部から漸次大きくなるように形成される。上述した多次形状円数部１２０と同様の作用効果を有することができる。

【0036】

また、多次形状円周部１２０は、２スラスト－反スラスト方向の径が最小径であれば、異なる多次形状どうしを複合した形状としてもよい。複合形状は、シリンダ１００の軸方向で異なる次形状を隣接して設けた構成などがあげられる。

【0037】

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。

【産業上の利用可能性】

【0038】

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。

【符号の説明】

【0039】

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、１２０Ａ 多次形状内周部
１２２Ａ 膨出部

【要約】

【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最小径である多次形状の内周部を有する。
【選択図】図７

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】