JP2007205239A - ２工程サイクル内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】２工程サイクル内燃機関のシリンダ上部および掃気ポートと排気ポートの間の部位など、潤滑条件の厳しい部位に確実に潤滑油を供給する。
【解決手段】シリンダ１８の壁面に潤滑油を吐出する吐出口５６を設ける。ピストン１６が上死点にあるときに、吐出口５６に対向するピストン１６のスカート部下部の側面に吐出された潤滑油を受け入れる受入れ開口５４を設け、また潤滑が必要となるスカート部の上部に送出開口６０を設ける。この二つの開口５４，６０を油路パイプ５２で接続する。吐出口５６から送り出された潤滑油が、油路パイプ５２を通って送出開口６０からシリンダ上部の壁面に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、２工程サイクル内燃機関に関し、特にそのピストンとシリンダの摺動面の潤滑に関する。

２工程サイクル内燃機関のシリンダ内、特に燃焼室を形成するシリンダ上部の潤滑方法は、潤滑油を燃料混合気に混ぜて燃焼室に供給する方法が一般的である。この場合、供給された潤滑油は、潤滑が必要なシリンダとピストンの摺動面以外、例えばシリンダヘッドの内面などにも供給される。また、一部は、排気と共にシリンダより排出される。このため、２工程内燃機関においては、より多くの潤滑油を供給する必要があり、潤滑油の消費量が多くなる傾向がある。

下記特許文献１，２には、クランク軸からコネクティングロッド（以下、コンロッドと記す。）、コンロッド小端部のピストンピンを支持する軸受などを介してピストン側面に潤滑油を供給する技術が開示されている。潤滑が必要なシリンダとピストンの摺動面に潤滑油を直接供給することができるので、余分な潤滑油が供給されることを抑制することができる。

また、下記特許文献３には、シリンダ内面に潤滑油を吐出する孔を設け、この孔から吐出される潤滑油をピストン側面に設けられた溝により、この側面に供給する技術が開示されている。

特開２０００−５４８１６号公報 特開２００５−２２０８３５号公報 特開平７−３４８３６号公報

前述の特許文献１，２の技術のようにコンロッドを介して潤滑油を供給する場合、コンロッド小端部に潤滑上不利な滑り軸受を採用する必要がある。２工程サイクル機関の場合、ピストンは常に、その頂面側から正の圧力を受け、コンロッド小端部の軸受にも常に一方向から力が加わる。つまり、４工程サイクル機関であれば、吸気行程において、シリンダ内が負圧となってピストン頂面に負圧が作用する期間があるが、２工程機関の場合このような期間がなく、常に一方から力を受けることになる。このため、ピストンピンは、コンロッド小端部内において、常に一方向に偏った状態となり、偏った側では潤滑油が逃げ、油膜形成が困難となる傾向がある。このため、２工程サイクル内燃機関においては、コンロッド小端部には、ニードルベアリング等、転がり軸受が採用されてきた。転がり軸受の場合、一般的には、その端は開放しており、前述の文献のようにコンロッドを介して潤滑油を供給すると、この端から流れ出してしまい、ピストン側面に供給することができない。すなわち、潤滑油がコンロッドからピストンへ送られる橋渡しをする部分である軸受部分で、この潤滑油が漏れ、これより先への供給ができなくなってしまう。この流出を防止するためには、軸受両端をオイルシールなどでシールする構造が必要となる。しかし、この部位は熱負荷が高く、一般的なゴム製のシールの使用が困難であり、結局、潤滑上不利な滑り軸受を用いることになる。

また、前述の特許文献３の技術のように、ピストン側面に刻設された溝により潤滑油を供給する場合、溝全体にわたって潤滑油が供給される。このため、必要な部分にのみ供給するということができず、潤滑油の消費量が多くなる。

本発明は、シリンダとピストンの摺動面の所定部分に適量の潤滑油を供給し、また潤滑油の消費量を少なくすることを目的とする。

本発明の２工程サイクル内燃機関は、シリンダ壁面から吐出された潤滑油を、ピストン内に設けられた通路を通して、ピストン側面の所定部分に供給する。このために、ピストンに設けられた通路は、一端が、シリンダ壁面の潤滑油が吐出される吐出口に、サイクル中のある時点で対向する位置に開口し、他端がピストン側面の所定部分に開口している。シリンダ壁面の潤滑油の吐出口は、熱負荷の小さい位置、すなわちシリンダのより下方に設けられることが好ましく、一方、ピストンの側面に設けられた潤滑油を送り出す開口は、熱負荷が高く、潤滑油の供給がより必要なピストンのより上方に設けられることが好ましい。したがって、本発明において、潤滑油の通路の両開口は、潤滑油を吐出口より受け入れる受入れ開口より、潤滑油を送り出す送出開口を高い位置に配置される。

シリンダ壁面より供給される潤滑油を、ピストン内に設けられた通路により、所定部分まで送ることにより、潤滑油を必要な部位に確実に送ることができ、無駄に消費される量を減少させることができる。

また、ピストン側面に設けられた吐出開口は、シリンダ軸線に直交する平面において、シリンダの掃気ポートと排気ポートの間に位置することが好ましい。掃気ポートと排気ポートの間の部分は潤滑条件が厳しい部分であり、この部分に十分に潤滑油を供給するために、吐出開口の位置を上記のものとすることが望ましい。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１および図２は、本実施形態に係る２工程サイクルの内燃機関１０の概略構成を示す図である。シリンダブロック１２およびシリンダヘッド１４は、シリンダの軸線を含んで、かつクランク軸の回転軸線に直交する平面における断面が示されている。また、図１はピストン１６が上死点にある状態、図２は下死点にある状態を示している。なお、本明細書においては、内燃機関の置かれた状態にかかわらず、シリンダの軸線方向を上下方向とし、クランク軸から離れる方向を上向きとする。

シリンダブロック１２には、円筒状の壁面を有するシリンダ１８が一つまたは複数形成されており、ピストン１６は、このシリンダ１８に沿って摺動する。シリンダブロック１２の下部にはクランクケース２０が設けられ、その内部に、クランク軸２２が、クランクケースに設けられた軸受に支持されて配置されている。クランク軸２２の回転軸線からオフセットしたクランクピン２４と、ピストン１６に設けられたピストンピン２６をコンロッド２８が接合している。これにより、クランク軸２２の回転運動が、ピストン１６の往復直線運動に変換される。

ピストン１６の頂面とシリンダヘッド１４で囲まれた燃焼室３０の頂点に位置するよう、シリンダヘッド１４に点火プラグ３２が配置される。シリンダ１８には、掃気ポート３４および排気ポート３６が開口しており、クランクケースには吸気ポート３８が開口している。この吸気ポート３８内には、混合気の逆流を防止するためにリードバルブ（不図示）が設けられている。また、図示していないが、シリンダブロック１２およびクランクケース２０には、クランクケース２０から掃気ポート３４に混合気を送る通路が設けられている。ピストン側面の上部には、２本のピストンリング４０，４２が配置されている。

本実施形態の内燃機関１０の基本的な動作は、周知の２工程サイクル機関の動作と同様である。まず、混合気が、ピストン１６の上昇により、吸気ポート３８よりクランクケース２０内に流入する。ピストン１６が上死点に達し、下降を開始すると、クランクケース２０内の混合気は圧縮され、ピストンの下降によって掃気ポート３４が開放されると、ここからシリンダ１８内に送り出される。ピストン１６が上昇することにより、シリンダ１８内の混合気は圧縮され、一方、次のサイクルの混合気が吸気ポート３８よりクランクケース２０内に流入する。シリンダ１８内で圧縮された混合気は、ピストン１６が上死点付近に達した時点で点火プラグ３２により点火され、燃焼する。燃焼により膨脹した燃焼ガスは、ピストン１６を押し下げ、ピストンの下降により排気ポート３６が開くと、そこからシリンダ１８外に排出される。このとき、次のサイクルの混合気が掃気ポート３４から流入して、シリンダ１８内に残留する燃焼後の排気を掃き出すようにして排出する。

図３〜６は、ピストン１６の構造を示す図である。図３はピストンピンに直交する方向からみた状態を、図４はピストンピンの軸線方向からみた状態を、図５は底面を示している。図６は、ピストン１６の断面を模式的に表した図である。

ピストン１６側面の上部には、ピストンリング４０，４２を納めるリング溝４４，４６が設けられている。リング溝４４，４６を含み、それより上の部分はランド部４８と呼ばれ、最も下のリング溝より下の部分はスカート部５０と呼ばれる。ピストン１６の内部には、図６によく示されるように２本の油路パイプ５２が鋳込まれている。油路パイプ５２の一端は、スカート部５０の下部に設けられた孔５３に接続されている。この孔５３のスカート部５０側面の開口５４は、シリンダ１８の壁面に設けられた吐出口５６から吐出される潤滑油を油路パイプ５２内に受け入れる。この開口５４を以降、受入れ開口５４と記す。油路パイプ５２は、受入れ開口５４から、まず横に延び、ピストンの反対側のスカート部５０に達すると、スカート部の内部を通って上方に延びる。一方、ピストンのスカート部５０側面の上部、リング溝４６のすぐ下の位置には、孔５８があけられている。孔５８は、油路パイプ５２に接続され、油路パイプ５２を通って送られてきた潤滑油は、スカート部５０側面の孔５８の開口６０より送り出される。この開口６０を以降、送出開口６０と記す。

図１および図２に示されるように、ピストン１６が上死点に位置するとき、吐出口５６と受入れ開口５４が対向し、このとき油路パイプ５２を通して潤滑油がシリンダ上部の潤滑条件が厳しい部分（図２中符号６２で示す。）に送られる。ピストン１６が上死点に位置するとき潤滑油を送出することができるので、より上方の位置に潤滑油を供給することができる。また、上死点近傍においては、ピストンの速度が遅くなっているので、吐出口５６と受入れ開口５４が対向している時間が長く、潤滑油を送り出すのに十分な時間を確保することができる。

吐出口５６は、ピストン１６が下死点に位置するとき、上側のピストンリング４０より低い位置にある。これにより、吐出口５６が、高温の燃焼ガスに曝されることを防止することができる。

図７は、シリンダ１８の軸線に直交する面内における掃気ポート３４、排気ポート３６および受入れ開口５４、送出開口６０の位置関係を示す図である。開口５４，５６の位置は矢印で示している。図に示されるように、送出開口６０は、掃気ポート３４と排気ポート３６の間を通過する位置に配置されている。掃気ポート３４と排気ポート３６の間の部分（図２中符号６４で示す。）も、潤滑条件が厳しい部分である。これらの掃気、排気ポート３４，３６の位置をピストンリング４０，４２が通過するとき、リングの張力は、ポート以外のシリンダ壁面が受け、受圧面積が減る。この分、リングのシリンダ壁面に対する面圧は高くなる。また、排気ポートの近傍は、常に温度の高い燃焼後のガスに曝されるので、温度も上昇する。したがって、掃気ポートと排気ポートの間の部分は、潤滑条件が厳しく、ここに十分潤滑油が供給されることが望まれる。このために、本実施形態では、送出開口６０の位置を、掃気、排気ポート３４，３６の間に位置に配置している。潤滑油はピストン上死点において送出されるが、そこからピストンリング４２がかき落とすようにして、掃気、排気ポートの間の部分に潤滑油が送られる。

この掃気、排気ポート３４，３６の間の部分に、上方からかき落として供給するのではなく、直接潤滑油を供給することも可能である。このためには、図８のように吐出口６６と受入れ開口６８が対向するときのピストンの位置を、送出開口６０が掃気、排気ポートの間に位置するときとなるように、吐出口６６の位置を決定する。吐出口６６は、位置のみ前述の吐出口５６と異なるものである。受入れ開口６８と吐出口６６が対向するとき、ピストン１６の速度は上死点近傍よりも速く、潤滑油が送出される時間が短くなる。送出時間を確保するため、例えば、受入れ開口６８を図９に示すように上下方向に長い長孔とすることができる。吐出口６６を上記のように下方に配置すると、ピストン１６が上死点付近にあるときに、吐出口６６はピストン１６のスカート部５０に対向せず開放した状態になる場合がある。このようなときには、吐出口６６に送る潤滑油をバルブ等で制御し、吐出口６６が開放したときには、潤滑油の供給を停止するようにできる。

また、内燃機関１０の負荷などに応じて、送出開口６０から供給される潤滑油量を変更するようにできる。例えば、吐出口５６または吐出口６６に潤滑油を送るポンプの吐出圧を変更して、潤滑油供給量を制御することができる。また、吐出回数によって供給量を変更することもできる。すなわち、低負荷の場合は、潤滑油の送出を数サイクルに１回など、間隔をあけて行い、負荷が高いときには、サイクルごとに送出するなど、送出の頻度を高くするようにできる。

以上のように、ピストン内部の通路を通して潤滑油を送ることにより、必要な部位に無駄なく潤滑油を供給することができる。本実施形態においては、ピストン内部の通路を主に鋳込まれたパイプにより形成したが、通路は、他の方法、例えば機械加工で形成してよく、また鋳造時に直接形成してもよい。

以上の実施形態では、送出開口６０はスカート部５０の上部に設けたが、ランド部４８の例えばリング溝、特に下方のリング溝４６の底の部分や、リング溝４４，４６の間の部分に設けてもよい。また、送出開口６０をピストン側面の周方向に長い長孔とすることもできる。

本実施形態の２工程サイクル内燃機関の概略構成を示す図であり、特にピストンが上死点にある状態を示す図である。 本実施形態の２工程サイクル内燃機関の概略構成を示す図であり、特にピストンが下死点にある状態を示す図である。 ピストンの側面を示す図である。 ピストンの側面を示す図である。 ピストンの底面を示す図である。 ピストンの断面を示す図である。 掃気ポート、排気ポートと、送出開口の位置関係を示す図である。 吐出口の位置を変えた内燃機関の例を示す図である。 受入れ開口の形状の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ 内燃機関、１２ シリンダブロック、１４ シリンダヘッド、１６ ピストン、１８ シリンダ、３４ 掃気ポート、３６ 排気ポート、４０，４２ ピストンリング、４８ ランド部、５０ スカート部、５２ 油路パイプ、５４ 受入れ開口、５６ 吐出口、６０ 送出開口。

Claims (8)

1. シリンダと、このシリンダに沿って往復運動するピストンとを有する２工程サイクル内燃機関であって、
   シリンダは、その壁面に潤滑油の吐出する吐出口を有し、
   ピストンは、
   当該ピストンの側面に設けられ、ピストンが往復運動中のある時点で前記吐出口と対向し、吐出された潤滑油を受け入れる受入れ開口と、
   当該ピストンの側面であって、受入れ開口より高い位置に設けられ、受入れ開口より受け入れた潤滑油を送り出す送出開口と、
   当該ピストンの内部に設けられ、受入れ開口と送出開口を連通する通路と、
   を有する、
   ２工程サイクル内燃機関。
2. 請求項１に記載の２工程サイクル内燃機関であって、受入れ開口は、ピストンのスカート下端部に設けられている、２工程サイクル内燃機関。
3. 請求項１または２に記載の２工程サイクル内燃機関であって、送出開口は、ピストンのスカート上端部に設けられている、２工程サイクル内燃機関。
4. 請求項１または２に記載の２工程サイクル内燃機関であって、送出開口は、ピストンのランド部に設けられている、２工程サイクル内燃機関。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の２工程サイクル内燃機関であって、前記吐出口と受入れ開口は、ピストンが上死点付近に位置するときに対向する、２工程サイクル内燃機関。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の２工程サイクル内燃機関であって、前記吐出口は、ピストンが下死点に位置するときに、ピストンリングの最上部のリングより下方に位置する、２工程サイクル内燃機関。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の２工程サイクル内燃機関であって、吐出開口は、シリンダの軸線に直交する平面において、シリンダに設けられた掃気ポートと排気ポートの間に位置する、２工程サイクル内燃機関。
8. ２工程サイクル内燃機関に用いられるピストンであって、
   当該ピストンの側面に設けられ、ピストンが往復運動中のある時点で当該内燃機関のシリンダに設けられた潤滑油の吐出口と対向し、吐出された潤滑油を受け入れる受入れ開口と、
   当該ピストンの側面であって、受入れ開口より高い位置に設けられ、受入れ開口より受け入れた潤滑油を送り出す送出開口と、
   当該ピストンの内部に設けられ、受入れ開口と送出開口を連通する通路と、
   を有する、
   ピストン。
   

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