JP2017198174A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンのスカート部とシリンダボアの壁面との間の摩擦の度合が高くなることを回避しつつ、エンジンオイルの消費量を低減することができるよう改良された内燃機関を提供する。【解決手段】複数のボルトによって互いに固定されたシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１４と、シリンダブロックのシリンダボア２０に往復動可能に嵌合するピストン１８と、を有する内燃機関１０において、ピストンの往復動に伴うスカート部３８の移動範囲におけるシリンダボアの最小径Ｄcminの部位は、ピストンが下死点にあるときのスカート部に対向する範囲Ｒs内にあり、スカート部と最小径の部位との間のクリアランスは、スカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスのうちの最小値である。【選択図】図４

Description

本発明は、ピストンがシリンダボア内にて往復動するレシプロ型の内燃機関に係る。

レシプロ型の内燃機関は、周知のように、シリンダブロック、シリンダヘッド及びピストンを有している。シリンダブロックは、軸線に沿って延在する少なくとも一つのシリンダボアを有し、シリンダヘッドは、複数のボルトによってシリンダブロックの一端に固定されている。ピストンは、軸線に沿って往復動可能にシリンダボアに嵌合し、スカート部にてシリンダボアの壁面と摺動可能である。

シリンダボア内にてピストンを円滑に往復動させ、ブローバイガスなどを低減することによって、内燃機関の運転効率を高くするためには、ピストンが往復動する範囲全体に亘りシリンダボアの真円度が高いことが重要である。そのため、当技術分野においては、シリンダボアの真円度を高めるための種々の提案が従来なされている。

例えば、下記の特許文献１には、複数のボルトによってシリンダヘッドがシリンダブロックの一端に固定されることによるシリンダボアの変形量の予測値を求めておき、予測値の変形が生じると真円になる形状にシリンダボアを加工する技術が記載されている。この技術によれば、シリンダボアの変形量が予測されることなくシリンダボアが加工される場合に比して、シリンダヘッドがシリンダブロックの一端に固定された後のシリンダボアの真円度を高くすることができる。

国際公開第２０１１／１５２２１６号

〔発明が解決しようとする課題〕
一般に、内燃機関においては、種々の可動部材とそれらに接触する部材との間の摩擦が低減されるよう、それらの部材の間にエンジンオイルが供給されることにより、それらの部材が潤滑される。例えば、ピストンとシリンダボアの壁面との間には、クランク室の側からオイルジェット又はクランクシャフトによる跳ね上げによってエンジンオイルが供給されることにより、ピストンとシリンダボアの壁面との間が潤滑される。

シリンダボアの真円度が高くても、ピストンのスカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスが小さい場合には、それらの間に存在し得るエンジンオイルの量が少ないため、スカート部及びシリンダボアの壁面の摩擦の度合が高くなり、フリクションロスが高くなる。逆に、スカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスが大きい場合には、それらの間に存在し得るエンジンオイルの量が多いため、ピストンの往復動に伴って燃焼室へ移動するエンジンオイルの量も多くなる。燃焼室へ移動したエンジンオイルは、蒸発、燃焼などにより気体になって排気ガスと共に内燃機関外へ排出されるため、燃焼室へ移動するエンジンオイルの量が多くなると、エンジンオイルの消費量が高くなる。

本発明の主要な課題は、ピストンのスカート部とシリンダボアの壁面との間の摩擦の度合が高くなることを回避しつつ、エンジンオイルの消費量を低減することができるよう改良された内燃機関を提供することである。

〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕
本発明によれば、軸線（２２）に沿って延在する少なくとも一つのシリンダボア（２０）を有するシリンダブロック（１２）と、複数のボルト（２４）によってシリンダブロックの一端（１２Ｔ）に固定されたシリンダヘッド（１４）と、軸線に沿って往復動可能にシリンダボアに収容されたピストン（１８）と、を有し、ピストンはシリンダボアの壁面と摺動可能なスカート部（３８）を有する内燃機関（１０）が提供される。

ピストン（１８）の往復動に伴うスカート部（３８）の移動範囲（Ｌs）におけるシリンダボア（２０）の最小径（Ｄcmin）の部位（４８）は、ピストンが下死点にあるときのスカート部に対向する軸線方向の範囲（Ｒs）内にあり、ピストン（１８）が下死点にあるときにおけるスカート部（３８）と最小径の部位（４８）との間の径方向のクリアランス（（Ｄcmin−Ｄs）／２）は、スカート部の移動範囲（Ｌs）におけるスカート部とシリンダボアの壁面との間の径方向のクリアランス（（Ｄc−Ｄs）／２）のうちの最小値である。

上記の構成によれば、ピストンの往復動に伴うスカート部の移動範囲におけるシリンダボアの最小径の部位は、ピストンが下死点にあるときにスカート部に対向する。更に、ピストンが下死点にあるときにおけるスカート部と最小径の部位との間のクリアランスは、スカート部の移動範囲におけるスカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスのうち最も小さい。

従って、ピストンが下死点及びその近傍にあるときに、クランク室からスカート部とシリンダボアの壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を低減し、ピストンの圧縮ストロークにおいてスカート部の径方向外側の表面に付着して移動するエンジンオイルの量を低減することができる。よって、ピストンの往復動によりスカート部とシリンダボアの壁面との間を経て燃焼室へ移動するエンジンオイルの量を低減し、これによりエンジンオイルの消費量を低減することができる。

更に、スカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスは、ピストンの圧縮ストロークにおいて、上記最小値よりも大きくなり、ピストンの膨張ストロークにおいても、上記最小値よりも大きい値に維持される。従って、ピストンが下死点及びその近傍以外のストローク域にあるときにおけるスカート部とシリンダボアの壁面との間の摩擦が高くなることを回避することができる。

なお、本願において、「スカート部」は、ピストンリングが配置される小径の部位よりも大きい外径を有し、小径の部位よりもシリンダヘッドから遠い側に位置し、ピストンが往復動する際にシリンダボアの壁面と摺動可能な部位である。

〔発明の態様〕
本発明の一つの態様においては、ピストン（１８）が下死点にあるときのスカート部（３８）の上記一端（１２Ｔ）から遠い方の端部（３８Ｂ）は、シリンダブロック（１２）の他端（１２Ｂ）の側のシリンダボア（２０）の端部（２０Ｂ）と同一の軸線方向位置又は該同一の軸線方向位置に対し上記一端（１２Ｔ）の側に位置し、最小径の部位（４８）は、ピストン（１８）が下死点にあるときのスカート部（３８）の上記一端（１２Ｔ）に近い方の端部（３８Ｔ）に対しシリンダブロック（１２）の他端（１２Ｂ）の側にある。

上記態様によれば、ピストンが下死点にあるときにもスカート部はその全範囲においてシリンダボアの壁面に対向し、スカート部はクランク室に露出しないので、多量のエンジンオイルがクランク室において直接スカート部の表面に供給されることはない。更に、ピストンが下死点にあるときのスカート部の上記一端に近い方の端部に対しシリンダブロックの他端の側、即ちクランク室の側の端部において、スカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスが最小になる。よって、ピストンが下死点にあるときに、クリアランスが最小の位置よりも上記一端の側のスカート部とシリンダボアの壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。

本発明の他の一つの態様においては、最小径の部位（４８）は、ピストン（１８）が下死点にあるときのスカート部（３８）の上記一端（１２Ｔ）から遠い方の端部（３８Ｂ）に対向する位置にある。

上記態様によれば、ピストンが下死点にあるときにおけるスカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスは、スカート部の上記一端から遠い方の端部、即ちクランク室の側の端部の軸線方向位置において最小になる。よって、ピストンが下死点及びその近傍にあるときにクランク室の側からスカート部とシリンダボアの壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を効果的に低減することができる。

更に、本発明の他の一つの態様においては、ピストン（１８）が下死点にあるときのスカート部（３８）の上記一端（１２Ｔ）から遠い方の端部（３８Ｂ）は、シリンダブロック（１２）の他端（１２Ｂ）の側のシリンダボア（２０）の端部（２０Ｂ）に対し上記一端（１２Ｔ）の側とは反対の側に位置し、シリンダブロック（１２）の他端（１２Ｂ）の側のシリンダボア（２０）の端部（２０Ｂ）は、最小径の部位（４８）を形成している。

上記態様によれば、ピストンが下死点にあるときには、スカート部の上記一端から遠い方の端部は、クランク室に露出するので、エンジンオイルがスカート部の露出した部分の表面に直接供給される。しかし、シリンダブロックの他端の側のシリンダボアの端部は、最小径の部位を形成し、該端部においてスカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスが最小値になる。よって、ピストンが下死点にあるときにクランク室の側から最小径の部位よりも上記一端の側のスカート部とシリンダボアの壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。更に、ピストンが下死点から上死点へ向けて移動する際に、スカート部の露出した部分の径方向外側の表面に付着しているエンジンオイルを最小径の部位によって掻き落とすことができる。

更に、本発明の他の一つの態様においては、軸線（２２）を通る径方向の断面で見て、シリンダボア（２０）の壁面は、最小径の部位（４８）に隣接し且つ最小径の部位よりも上記一端（１２Ｔ）の側の領域において、最小径の部位（４８）と最小径の部位よりも上記一端（１２Ｔ）の側にて最小径よりも大きい直径を有する部位とを結ぶ円錐面よりも軸線（２２）の側へ凸状の曲面をなしている。

上記態様によれば、シリンダボアの壁面が、円錐状又は軸線から離れる方向へ凸状の曲面をなしている場合に比して、最小径の部位よりも上記一端の側におけるスカート部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスを小さくすることができる。よって、最小径の部位に隣接し且つ最小径の部位よりも上記一端の側の領域においてスカート部とシリンダボアの壁面との間に存在するエンジンオイルの量を低減することができる。

更に、シリンダボアの壁面が円錐状又は軸線から離れる方向へ凸状の曲面をなしている場合に比して、ピストンが下死点を離れて上死点へ向けて移動する際のスカート部の上記一端から遠い方の端部とシリンダボアの壁面との間のクリアランスを小さくすることができる。よって、ピストンが下死点を離れて上死点へ向けて移動する際に、クランク室の側からスカート部とシリンダボアの壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。

更に、本発明の他の一つの態様においては、最小径の部位（４８）は、一定の直径（Ｄmin）を有し且つ軸線（２２）に沿って延在する円筒領域を形成している。

上記態様によれば、最小径の部位が一定の直径にて軸線に沿って延在していない場合に比して、スカート部とシリンダボアの壁面との間の径方向のクリアランスが最小値に維持されるピストンのストローク範囲を大きくすることができる。よって、最小径の部位が一定の直径にて軸線に沿って延在していない場合に比して、ピストンが下死点及びその近傍にあるときにクランク室からスカート部とシリンダボアの壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。

特に、円筒領域がシリンダボアの上記一端とは反対の側の端部まで延在している場合には、上記反対の側の端部の直径が最小径よりも大きい場合に比して、ピストンが下死点にあるときにスカート部の径方向外側の表面に付着するエンジンオイルの量を低減することができる。よって、ピストンの圧縮ストロークにおいて、スカート部の表面に付着して上方へ移動するエンジンオイルの量を効果的に低減することができる。

更に、本発明の他の一つの態様においては、ピストン（１８）が上死点にあるときのスカート部（３８）に対向する領域におけるシリンダボア（２０）の直径（Ｄ）は、上記一端（１２Ｔ）に近いほど小さい。

一般に、ピストンはスカート部に対し上記一端の側に位置し且つスカート部よりも小径の領域においてコンプレッションリング及びオイルリングを支持しており、これらのリングはシリンダボアの壁面と摺接する。上記態様によれば、ピストンが上死点にあるときのスカート部に対向する領域におけるシリンダボアの直径は、上記一端に近いほど小さいので、ピストンが上死点に近づくにつれてコンプレッションリングとシリンダボアの壁面との間の間隔が小さくなり、ガスが流通する経路が狭くなる。よって、ピストンが上死点及びその近傍にある状況におけるブローバイガスを低減することができる。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかし、本発明の各構成要素は、括弧書きで添えた名称及び／又は符号に対応する実施形態の構成要素に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明による内燃機関の第一の実施形態を示す概略構成図である。 図１に示されたピストンを軸線に垂直な方向に見た正面図である。 図２に示されたピストンをクランクシャフトの側から軸線に沿って見た底面図である。 本発明による内燃機関の第一の実施形態を示す拡大部分縦断面図である。 第一の実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。 シリンダボアの直径が軸線に沿う上部、中央部及び下部によって異なる種々の内燃機関を示す説明図である。 本発明による内燃機関の第二の実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。 本発明による内燃機関の第三の実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。 本発明による内燃機関の第四の実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。 本発明による内燃機関の第五の実施形態の要部を示す拡大部分縦断面図である。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

［第一の実施形態］
図１において、本発明の第一の実施形態にかかる内燃機関が符号１０にて全体的に示されている。内燃機関１０は、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１４、クランクキャップ１６及びピストン１８を有している。シリンダブロック１２は、図１の紙面に垂直な方向に配列された気筒数のシリンダボア２０を有し、各シリンダボア２０は軸線２２に沿って延在している。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１４には、冷却水通路が設けられているが、冷却水通路の図示は省略されている。シリンダヘッド１４は、図１で見てシリンダボア２０の両側にて図１の紙面に垂直な方向に隔置された複数の位置において、ボルト２４によってシリンダブロック１２の一端１２Ｔに固定されている。これ以降の説明において、各部材の図１などで見て上側の一端を「上端」と指称し、図１などで見て下側の他端を「下端」と指称する。更に、図１などで見て上方及び上側をそれぞれ単に「上方」及び「上側」と記載し、図１などで見て下方及び下側をそれぞれ単に「下方」及び「下側」と記載する。

クランクキャップ１６は、図１には示されていない複数のボルトによってシリンダブロック１２のクランクケース部１２Ｃの下端１２Ｂに固定されている。クランクケース部１２Ｃ及びクランクキャップ１６は、互いに共働して軸線２２に垂直な回転軸線２６の周りに回転可能にクランクシャフト２８を支持すると共に、クランク室３０を形成している。ピストン１８は、軸線２２に沿って往復動可能にシリンダボア２０に嵌合し、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１４と共働して燃焼室２１を形成している。周知のように、ピストン１８の往復動は、図１には示されていないピストンピン及びコネクティングロッドによりクランクシャフト２８へ伝達され、これらの部材の共働によりクランクシャフト２８の回転運動に変換される。

クランクキャップ１６の下方部は、エンジンオイル３２を貯留するオイルパン３４を形成している。エンジンオイル３２は、クランクシャフト２８による跳ね上げ又は図１には示されていない強制潤滑装置により、矢印Ａにて単純化して示されているように、クランク室３０からシリンダボア２０の下端部及びピストン１８の内側へオイルジェットとして供給される。シリンダボア２０の下端部へ供給されたエンジンオイル３２は、シリンダブロック１２とピストン１８との間に介在することにより、それらの部材を潤滑する。なお、エンジンオイル３２は、強制潤滑装置により、カムシャフト、吸気弁及び排気弁などの他の運動部品にも循環供給されることにより、それらを潤滑する。

シリンダブロック１２とピストン１８との間を潤滑するエンジンオイル３２の一部は、ピストン１８の往復動に伴って燃焼室２１へ移動する。燃焼室２１へ移動したエンジンオイル３２は、蒸発及び燃焼により気体になって排気ガスと共に内燃機関１０の外へ排出される。よって、シリンダブロック１２とピストン１８との間を潤滑するエンジンオイル３２の消費量を低減するためには、クランク室３０から供給されてシリンダブロック１２とピストン１８との間に介在するエンジンオイル３２の量が過剰にならないようにすることが有効である。

図２及び図３に示されているように、ピストン１８は、軸線３４に沿って延在する円柱部３６と、円柱部３６と一体をなす二つのスカート部３８とを有している。スカート部３８は、軸線３４に沿って下方から見て、図２及び図３には示されていないピストンピンの軸線５４の両側にて軸線３４に対し径方向に隔置されているが、少なくとも円柱部３６の近傍において、軸線３４の周りに全周にわたり延在していてもよい。

円柱部３６は、コンプレッションリング（図示せず）を受け入れる二つのリング溝４０及び４２と、オイルリング（図示せず）を受け入れる一つのリング溝４４とを有している。スカート部３８は、軸線３４を中心とする円弧板状をなして軸線３４に沿って延在している。スカート部３８は円柱部３６よりも大きい外径を有し、シリンダボア２０の壁面と摺動するスカート部３８の外面の主要部４６（クロスハッチングが施された領域）は減摩処理されている。なお、以上の構造は公知であり、全ての実施形態に共通である。本発明の内燃機関は、ガソリン機関及びディーゼル機関の何れであってもよい。

第一の実施形態におけるシリンダボア２０は、軸線２２を通る径方向の断面で見て図４及び図５に示された形態をなしている。このシリンダボア２０の形態及び後述の他の形態は、例えばシリンダブロック１２がボルトによってシリンダヘッド１４と同様の治具に固定された状態にてシリンダボア２０の壁面を平滑に仕上げるために行われるホーニング加工などにより形成されてよい。

なお、図４及び図５において、一点鎖線及び二点鎖線は、それぞれ下死点及び上死点にあるときのピストン１８の位置を概略的に示しており、一点鎖線及び二点鎖線のハッチングはスカート部３８の範囲を概略的に示している。矢印Ｌptはピストン１８の往復動に伴うその上端の移動範囲を示し、矢印Ｌsはピストン１８の往復動に伴うスカート部３８の移動範囲を示している。

更に、シリンダヘッド１４がボルト２４によってシリンダブロック１２の一端１２Ｔに固定された図示の状況において、シリンダボア２０は、その上端２０Ｔから下端２０Ｂまでの何れの箇所においても軸線２２を中心とする実質的に真円の断面形状を有している。図４及び図５においては、シリンダボア２０の各部位における直径の大小関係が明確になるよう、直径の相違が誇張して図示されている。これらのことは、後述の図６以下の図においても同様である。

図４及び図５に示されているように、シリンダボア２０は、スカート部３８の移動範囲Ｌsにおける最小径の部位４８を有している。スカート部３８の移動範囲Ｌs内にて最小径の部位４８よりも上側、即ちシリンダブロック１２の上端１２Ｔの側におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、最小径の部位４８の直径である最小径Ｄcminよりも大きい。なお、シリンダボア２０の直径Ｄcの最大値と最小径Ｄcminとの実際の差は、０．０１５〜０．２mm程度であってよい。このことは、後述の他の実施形態においても同様である。

特に、第一の実施形態においては、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の下端３８Ｂは、シリンダボア２０の下端２０Ｂよりも僅かに上方に位置する。最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の下端３８Ｂに対向する軸線方向位置に設けられている。よって、最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の上端３８Ｔから下端３８Ｂまでの領域に対向する範囲Ｒs内に位置している。スカート部３８の外径Ｄsは、図４及び図５に示されているように、上端３８Ｔから下端３８Ｂまで実質的に一定である。

よって、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、スカート部３８の下端３８Ｂにおいて最も小さく、（Ｄcmin―Ｄs）／２である。下端３８Ｂに対向する位置からシリンダボア２０の下端２０Ｂまでの領域の直径Ｄcは、最小径Ｄcminの一定値である。しかし、この領域の直径Ｄcは、下端２０Ｂに近づくほど大きくなっていてもよく、逆に下端２０Ｂに近づくほど小さくなっていてもよい。

図４及び図５の断面で見て、シリンダボア２０の壁面は、最小径の部位４８に隣接し且つ最小径の部位４８よりも上側の領域において、最小径の部位４８と最小径の部位よりも上端１２Ｔの側にて最小径よりも大きい直径を有する部位とを結ぶ円錐面よりも軸線２２の側へ凸状の曲面２０Ｃをなしている。よって、軸線２２に対する曲面２０Ｃの傾斜角は、最小径の部位４８に近いほど、即ち下方ほど小さい。

更に、第一の実施形態においては、ピストン１８が上死点にあるときのスカート部３８に対向する領域におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、シリンダブロック１２の上端１２Ｔに近いほど小さい。ピストン１８が上死点にあるときのスカート部３８の上端３８Ｔよりも上側の領域におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、一定であり、該領域はシリンダボア２０の上端小径部５０を形成している。上端小径部５０の直径Ｄcは、最小径の部位４８の直径Ｄcmin以上であることが好ましいが、直径Ｄcminより小さくてもよい。なお、上述のシリンダボア２０の上端１２Ｔに近い領域の形態は、後述の他の実施形態においても同様である。

次に、図６に示されているように、シリンダボア２０の直径Ｄcが軸線２２に沿う上部、中央部及び下部によって異なる種々の内燃機関１０a〜１０iについて、実験的に確認された利害得失を説明する。なお、図６及び後述の表１において、「大」は、ピストン１８とシリンダボア２０の壁面との間の摩擦が低減されるよう、大きく設定された直径を示している。「小」は、シリンダボア２０の壁面との間の摩擦が過剰にならない範囲にてできるだけ小さく設定された直径を示し、「中」は、「大」と「小」との中間の直径を示している。

内燃機関１０a〜１０iの上部、中央部及び下部におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、図６及び下記の表１の通りである。なお、表１における利害得失の評価項目の「ＢＢＧ／ＮＶ」は、ブローバイガス及び振動騒音を示し、ブローバイガスの量が少なく振動騒音が低いほど性能がよい。「摩擦」は、ピストン１８とシリンダボア２０の壁面との間の摩擦を示しており、摩擦の度合が低いほど性能がよい。「オイル」は、エンジンオイルの消費量を示しており、消費量が少ないほど性能がよい。「総合」は、以上の評価項目の性能に基づく総合的な評価を示している。更に、「◎」及び「○」は、それぞれ評価が「非常に良い」及び「良い」を意味し、「△」及び「×」は、それぞれ評価が「普通」及び「悪い」を意味する。何れの内燃機関も下部における直径Ｄcは「小」であるので、「オイル」の評価は「○」である。

内燃機関１０aにおいては、上部及び中央部における直径Ｄcが「大」である。「摩擦」の性能は○であるが、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能が悪い。総合評価は○である。内燃機関１０bにおいては、上部及び中央部における直径Ｄcがそれぞれ「大」及び「中」である。「摩擦」の性能が△であり、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能が悪い。よって、総合評価は△である。

内燃機関１０cにおいては、上部における直径Ｄcが「大」であり、中央部における直径Ｄcが「小」である。「ブローバイガス及び振動騒音」の性能及び「摩擦」の性能の何れも悪い。よって、総合評価は△である。内燃機関１０dにおいては、上部における直径Ｄcが「中」であり、中央部における直径Ｄcが「大」である。「ブローバイガス及び振動騒音」の性能及び「摩擦」の性能の何れも△である。よって、総合評価は○である。

内燃機関１０eにおいては、上部及び中央部における直径Ｄcが「中」であり、内燃機関１０fにおいては、上部における直径Ｄcが「中」であり、中央部における直径Ｄcが「小」である。これらの内燃機関１０e及び１０fにおいては、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能は△であるが、「摩擦」の性能が悪い。よって、総合評価は△である。

内燃機関１０hにおいては、上部における直径Ｄcが「小」であり、中央部における直径Ｄcが「中」であり、内燃機関１０iにおいては、上部及び中央部における直径Ｄcが「小」である。これらの内燃機関１０h及び１０iにおいては、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能は良いが、「摩擦」の性能が悪い。よって、総合評価は○である。

以上の内燃機関とは異なり、本発明に従って構成された内燃機関１０gにおいては、上部における直径Ｄcが「小」であり、中央部における直径Ｄcが「大」である。この内燃機関１０gにおいては、「ブローバイガス及び振動騒音」の性能は良く、「摩擦」の性能は△である。よって、総合評価は◎であり、内燃機関１０gは上記何れの内燃機関よりも優れた性能を有している。

前述のように、第一の実施形態の内燃機関１０は、内燃機関１０gの基本構造に属する構造を有している。よって、第一の実施形態によれば、ブローバイガス及び振動騒音の良好な性能を確保すると共に、ピストン１８とシリンダボア２０の壁面との間の摩擦が過大になることを防止しつつ、エンジンオイル３２の消費量を低減することができる。なお、この基本的な作用効果は、後述の第二乃至第五の実施形態においても得られる。

特に、第一の実施形態によれば、シリンダボア２０の最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の下端３８Ｂに対向し、最小径の部位４８よりも上方の領域は、最小径の部位４８の直径Ｄcminよりも大きい直径Ｄcを有している。よって、最小径の部位４８が下端３８Ｂよりも上方までの範囲に及ぶ構造（例えば後述の第二の実施形態）に比して、ピストン１８が下死点近傍にあるときのシリンダボア２０とスカート部３８との間の摩擦を低減することができる。

更に、最小径の部位４８がスカート部３８の下端３８Ｂよりも上方の領域に対向し、最小径の部位４８よりも下方の領域が最小径Ｄcminよりも大きい直径Ｄcを有している構造（例えば後述の第三の実施形態）に比して、ピストン１８が下死点及びその近傍にあるときに下端３８Ｂ及びその近傍とシリンダボア２０の壁面との間に存在するエンジンオイルの量を低減することができる。

［第二の実施形態］
本発明の第二の実施形態にかかる内燃機関１０が図７に示されている。なお、図７において、図４及び図５に示された部材と同一の部材には、図４及び図５において付された符号と同一の符号が付されている。このことは後述の他の実施形態についても同様である。

第二の実施形態においては、シリンダボア２０の最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の上端３８Ｔと下端３８Ｂとの中間に対向する位置からシリンダボア２０の下端２０Ｂまでの範囲である。シリンダボア２０の壁面は、最小径の部位の範囲において、一定の直径Ｄminを有し且つ軸線２２に沿って延在する円筒領域を形成している。よって、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、最小径の部位４８の上記範囲において最も小さく、（Ｄcmin―Ｄs）／２である。

シリンダボア２０の曲面２０Ｃの軸線２２に沿う方向の長さは、第一の実施形態における同長さよりも小さいが、第一の実施形態における同長さと同一になるよう、シリンダボア２０の最大径の領域の軸線方向の長さが第一の実施形態の同長さよりも小さくされてもよい。第二の実施形態の他の点は、上述の第一の実施形態と同様に構成されている。

第二の実施形態によれば、最小径の部位４８が一定の直径にて軸線２２に沿って延在していない場合に比して、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランスが最小値（Ｄcmin―Ｄs）／２に維持されるピストン１８のストローク範囲を大きくすることができる。よって、第一の実施形態の場合に比して、ピストン１８が下死点にあるときだけでなく、下死点の近傍にあるときにも、クランク室３０から最小径の部位４８を越えてスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を効果的に低減することができる。なお、この作用効果は、後述の第三及び第四の実施形態においても得られる。

［第三の実施形態］
図８に示された第三の実施形態においては、ピストン１８のスカート部３８はバレル形をなしており、スカート部３８の最大径の部位５２は図８には示されていないピストンピンの軸線５４よりも下端３８Ｂの側に位置している。最大径の部位５２の直径Ｄsmaxは、シリンダボア２０の最小径の部位４８の直径Ｄcminよりも小さい。最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の最大径の部位５２及びその上下の領域に対向する領域である。最小径の部位４８の上端４８Ｔは、スカート部３８の上端３８Ｔと最大径の部位５２との間の軸線方向位置に位置し、最小径の部位４８の下端４８Ｂは、スカート部３８の下端３８Ｂと最大径の部位５２との間の軸線方向位置に位置している。

最小径の部位４８の直径Ｄcはその上端４８Ｔから下端４８Ｂまで最小径Ｄminの一定値である。よって、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、最大径の部位５２において最も小さく、（Ｄcmin―Ｄsmax）／２である。図示の実施形態においては、下端４８Ｂよりも下方のシリンダボア２０の直径Ｄcは、下端２０Ｂへ向かうにつれて大きくなっている。しかし、最小径の部位４８の範囲は、少なくともスカート部３８の下端３８Ｂに対向する位置まで拡張されてもよい。第三の実施形態の他の点は、上述の第一の実施形態と同様に構成されている。

第三の実施形態によれば、ピストン１８のスカート部３８がバレル形をなしている内燃機関１０において、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２を、最大径の部位５２において最小値（Ｄcmin―Ｄsmax）／２にすることができる。よって、ピストン１８が下死点にあるときに、クランク室３０の側から最大径の部位５２を越えて上方へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。

［第四の実施形態］
図９に示された第四の実施形態においては、ピストン１８のスカート部３８の直径Ｄsは、上端３８Ｔの近傍の畝部３８Ｍにおいて最も大きく、畝部３８Ｍはピストン１８の軸線３４の周りに円弧状に延在している。畝部３８Ｍの最大直径はＤsmaxであり、畝部３８Ｍよりも下端３０Ｂの側の領域の直径Ｄsは実質的に一定である。

シリンダボア２０の最小径の部位４８は、ピストン１８が下死点にあるときのスカート部３８の畝部３８Ｍと下端３８Ｂとの中間に対向する位置からシリンダボア２０の下端２０Ｂまでの範囲である。よって、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、最小径の部位４８に対応する上記範囲において最も小さく、（Ｄcmin―Ｄs）／２である。

図示の実施形態においては、畝部３８Ｍと曲面２０Ｃとの間隔が最小のクリアランス（Ｄcmin―Ｄs）／２と実質的に同一になるよう、曲面２０Ｃは畝部３８Ｍの下側の斜面の少なくとも一部と平行に延在している。なお、図９において破線にて示されているように、曲面２０Ｃは畝部３８Ｍの下側の斜面から隔置されていてもよい。第四の実施形態の他の点は、上述の第二の実施形態と同様に構成されている。

第四の実施形態によれば、ピストン１８のスカート部３８が上端３８Ｔの近傍に畝部３８Ｍを有する内燃機関１０において、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２を、畝部３８Ｍよりも下方において最小値（Ｄcmin―Ｄsmax）／２にすることができる。よって、ピストン１８が下死点にあるときに、クランク室３０の側からクリアランスが最小値（Ｄcmin―Ｄsmax）／２の領域を越えて上方へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。

［第五の実施形態］
図１０に示された第五の実施形態においては、ピストン１８が下死点にあるときには、第一の実施形態と同様の円柱形をなすスカート部３８の下端３８Ｂは、シリンダボア２０の下端２０Ｂよりも下方に位置し、スカート部３８の下端部はシリンダボア２０から下方へ突出する。よって、ピストン１８が下死点にあるときには、スカート部３８は、その上端３８Ｔからシリンダボア２０の下端２０Ｂに対応する位置までの範囲Ｒsにおいて、シリンダボア２０の壁面に対向し、範囲Ｒsよりも下方において、クランク室３０に露出する。

シリンダボア２０の直径Ｄcは、少なくとも下死点にあるときのピストン１８に対向する領域においては、シリンダボア２０の下端２０Ｂへ近づくにつれて小さくなっている。よって、最小径の部位４８はシリンダボア２０の下端２０Ｂであり、最小径はＤcminである。更に、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２は、下端２０Ｂにおいて最も小さく、（Ｄcmin―Ｄs）／２である。第五の実施形態の他の点は、上述の第一の実施形態と同様に構成されている。

第五の実施形態の構造は、ピストン１８が下死点にあるときに、スカート部３８の下端部がシリンダボア２０から下方へ突出する点を除き、上述の第一の実施形態の構造と同一である。よって、第五の実施形態によれば、ピストン１８が下死点にあるときに、スカート部３８の下端部がシリンダボア２０から下方へ突出する内燃機関１０において、上述の第一の実施形態の場合と同様の作用効果が得られる。

更に、シリンダボア２０の下端２０Ｂは、最小径の部位４８を形成し、この下端においてスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランスが最小値（Ｄcmin―Ｄs）／２になる。よって、ピストン１８が下死点から上死点へ向けて移動する際に、スカート部３８のクランク室３０に露出した部分の径方向外側の表面に付着しているエンジンオイルを下端２０Ｂによって掻き落とすことができる。

なお、上述の各実施形態によれば、シリンダボア２０の壁面は、軸線２２を通る断面で見て、最小径の部位４８に隣接し且つ最小径の部位４８よりも上端１２Ｔの側の領域において軸線２２に向けて凸状の曲面２０Ｃをなしている。よって、シリンダボア２０の壁面が、円錐状又は軸線２２から離れる方向へ凸状の曲面をなしている場合（例えば図５の破線）に比して、最小径の部位４８よりも上側におけるスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間のクリアランスを小さくすることができる。従って、最小径の部位４８に隣接し且つ最小径の部位よりも上側の領域においてスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間に存在するエンジンオイルの量を低減することができる。

更に、シリンダボア２０の壁面が円錐状又は軸線から離れる方向へ凸状の曲面をなしている場合に比して、ピストン１８が下死点を離れて上死点へ向けて移動する際のスカート部３８の下端３８Ｂとシリンダボア２０の壁面との間のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２を小さくすることができる。よって、ピストン１８が下死点を離れて上死点へ向けて移動する際に、クランク室３０の側からスカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間へ供給されるエンジンオイルの量を低減することができる。

また、上述の各実施形態によれば、ピストン１８が上死点にあるときのスカート部３８に対向する領域におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、シリンダブロック１２の上端１２Ｔに近いほど小さい。よって、ピストン１８が上死点に近づくにつれてコンプレッションリングとシリンダボア２０の壁面との間の間隔が小さくなり、ガスが流通する経路が狭くなる。よって、ピストン１８が上死点及びその近傍にある状況におけるブローバイガスを低減することができる。また、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間に存在するエンジンオイルがブローバイガスによってクランク室の側へ移動されることに起因してスカート部とシリンダボアの壁面の摩擦が増大する虞を低減することができる。

更に、上述の第二及び第四の実施形態によれば、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の径方向のクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２が最小値（Ｄcmin―Ｄs）／２である領域は、ただ単に軸線２２に沿って延在しているだけでなく、シリンダボア２０の下端２０Ｂにまで及んでいる。よって、第三の実施形態のように下端２０Ｂにおけるクリアランス（Ｄc―Ｄs）／２が最小値よりも大きい場合に比して、ピストン１８が下死点にあるときにスカート部３８の径方向外側の表面に付着するエンジンオイルの量を低減することができる。従って、ピストン１８の圧縮ストロークにおいて、スカート部３８の表面に付着して上方へ移動するエンジンオイルの量を効果的に低減することができる。

更に、上述の第二乃至第四の実施形態によれば、一定の直径Ｄminを有し且つ軸線２２に沿って延在する円筒領域の軸線方向の範囲は、スカート部３８がシリンダボア２０の壁面に対向する範囲Ｒsよりも小さい。よって、一定の直径Ｄminを有し且つ軸線２２に沿って延在する円筒領域の軸線方向の範囲が、範囲Ｒsと同一又はそれよりも大きい場合に比して、スカート部３８とシリンダボア２０の壁面との間の摩擦を低減し、摩擦ロスを低減することができる。

以上においては、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば、上述の第一乃至第四の実施形態においては、スカート部３８の下端３８Ｂは、ピストン１８が下死点にあるときには、シリンダボア２０の下端２０Ｂよりも僅かに上方に位置するようになっている。しかし、スカート部３８の下端３８Ｂは、ピストン１８が下死点にあるときに、シリンダボア２０の下端２０Ｂと同一の軸線方向位置に位置するようになっていてもよい。

また、上述の第二乃至第四の実施形態は、第五の実施形態と同様に、ピストン１８が下死点にあるときには、スカート部３８の下端３８Ｂがシリンダボア２０の下端２０Ｂよりも下方の軸線方向位置に位置するようよう修正されてもよい。

また、上述の第一又は第五の実施形態において、スカート部３８が円弧板状ではなく、第三の実施形態のバレル形又は第四の実施形態の畝部を有する形態をなすよう修正されてもよい。

また、上述の各実施形態においては、シリンダボア２０の壁面は、最小径の部位４８に隣接し且つ最小径の部位４８よりも上側の領域において軸線２２に向けて凸状の曲面２０Ｃをなしている。しかし、図５において破線にて示されているように、シリンダボア２０の壁面は上記領域において軸線２２から離れる方向へ凸状の曲面をなしていてもよく、軸線２２に対する傾斜角が一定の円錐面をなしていてもよい。

また、上述の第二及び第四の実施形態においては、最小径の部位４８はスカート部３８の上端３８Ｔと下端３８Ｂとの中間からシリンダボア２０の下端２０Ｂまでの範囲である。しかし、第二又は第四の実施形態において、シリンダボア２０の下端２０Ｂ及びその近傍の領域の直径が最小径Ｄcminよりも大きいよう修正されてもよい。

また、上述の各実施形態においては、ピストン１８が上死点にあるときのスカート部３８の上端３８Ｔよりも上側の領域におけるシリンダボア２０の直径Ｄcは、一定であり、該領域はシリンダボア２０の上端小径部５０を形成している。しかし、上端小径部５０の下端は、ピストン１８が上死点にあるときのスカート部３８の上端３８Ｔよりも下側に位置するように修正されてもよい。更に、シリンダボア２０の上端部は、上記実施形態の形態以外の形態をなしていてもよい。

１０…内燃機関、１２…シリンダブロック、１４…シリンダヘッド、１８…ピストン、２０…シリンダボア、２２…軸線、２４…ボルト、２８…クランクシャフト、３２…エンジンオイル、３８…スカート部、４８…最小径の部位

Claims (7)

1. 軸線に沿って延在する少なくとも一つのシリンダボアを有するシリンダブロックと、複数のボルトによって前記シリンダブロックの一端に固定されたシリンダヘッドと、前記軸線に沿って往復動可能に前記シリンダボアに収容されたピストンと、を有し、前記ピストンは前記シリンダボアの壁面と摺動可能なスカート部を有する内燃機関において、
   前記ピストンの往復動に伴う前記スカート部の移動範囲における前記シリンダボアの最小径の部位は、前記ピストンが下死点にあるときの前記スカート部に対向する軸線方向の範囲内にあり、前記ピストンが下死点にあるときにおける前記スカート部と前記最小径の部位との間の径方向のクリアランスは、前記スカート部の移動範囲における前記スカート部と前記シリンダボアの壁面との間の径方向のクリアランスのうちの最小値である、内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、前記ピストンが下死点にあるときの前記スカート部の前記一端から遠い方の端部は、前記シリンダブロックの他端の側の前記シリンダボアの端部と同一の軸線方向位置又は該同一の軸線方向位置に対し前記一端の側に位置し、前記最小径の部位は、前記ピストンが下死点にあるときの前記スカート部の前記一端に近い方の端部に対し前記シリンダブロックの前記他端の側にある、内燃機関。
3. 請求項２に記載の内燃機関において、前記最小径の部位は、前記ピストンが下死点にあるときの前記スカート部の前記一端から遠い方の端部に対向する位置にある、内燃機関。
4. 請求項１に記載の内燃機関において、前記ピストンが下死点にあるときの前記スカート部の前記一端から遠い方の端部は、前記シリンダブロックの前記他端の側の前記シリンダボアの端部に対し前記一端の側とは反対の側に位置し、前記シリンダブロックの前記他端の側の前記シリンダボアの端部は、前記最小径の部位を形成している、内燃機関。
5. 請求項１乃至４の何れか一つに記載の内燃機関において、前記軸線を通る径方向の断面で見て、前記シリンダボアの壁面は、前記最小径の部位に隣接し且つ前記最小径の部位よりも前記一端の側の領域において、前記最小径の部位と前記最小径の部位よりも前記一端の側にて最小径よりも大きい直径を有する部位とを結ぶ円錐面よりも前記軸線の側へ凸状の曲面をなしている、内燃機関。
6. 請求項１乃至４の何れか一つに記載の内燃機関において、前記最小径の部位は、一定の直径を有し且つ前記軸線に沿って延在する円筒領域を形成している、内燃機関。
7. 請求項１乃至４の何れか一つに記載の内燃機関において、前記ピストンが上死点にあるときの前記スカート部に対向する領域における前記シリンダボアの直径は、前記一端に近いほど小さい、内燃機関。

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