JP6528720B2

JP6528720B2 - ピストン

Info

Publication number: JP6528720B2
Application number: JP2016093949A
Authority: JP
Inventors: 憲征山中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2036-05-09
Also published as: JP2017203386A

Description

本発明はピストンに関する。

内燃機関（エンジン）のピストンの外周面には溝が形成されており、当該溝にピストンリングが装着される。ピストンのトップリング溝と頂面との間の領域であるトップランドにおいては、ピストンの外周面とシリンダの内周面との間隙（クレビス）に油膜が形成される（例えば特許文献１）。

特開２００１−９９００２号公報

しかし適正な大きさのクレビスが確保されない場合、油膜切れが発生し、ピストンとシリンダとの焼き付きが生じる。また、ピストンを加工する際、切削量が多くなると、生産性が低下する。

本発明は、上記課題に鑑み、生産性が高く、かつ油膜切れを抑制することが可能なピストンを提供することを目的とする。

上記目的は、トップランドの下端面の外周は真円形状であり、前記トップランドの上端面の外周はスラスト側から反スラスト側にかけて長軸を有する楕円形状であり、前記上端面の楕円形状の中心は、前記下端面の真円形状の中心よりスラスト側に位置し、前記上端面の外周は前記下端面の外周より内側に位置するピストンによって達成できる。

生産性が高く、かつ油膜切れを抑制することが可能なピストンを提供できる。

図１は内燃機関の概略図である。図２はピストンを例示する平面図である。図３はスラスト（Ｔｈ）側を拡大した断面図である。図４は反スラスト（ＡＴｈ）側を拡大した断面図である。図５はＦｒ側を拡大した断面図である。

以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しつつ説明する。図１はエンジン１００の概略図である。図１に示すように、エンジン１００は、シリンダ１０、吸気管１２、排気管１４、点火プラグ１６、燃料噴射弁１８、ピストン２０、およびコンロッド２２を備える。

シリンダ１０には、吸気管１２、排気管１４、点火プラグ１６、および燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８は吸気管１２に設けられており、燃料を噴射する。吸気管１２からシリンダ１０内に燃料と空気との混合気が導入される。点火プラグ１６により混合気が燃焼する。混合気の燃焼により、ピストン２０はシリンダ１０内を上下に摺動する。燃焼後の排気ガスはシリンダ１０から排気管１４へと排出される。

ピストン２０のピストン本体２１はピン２４によりコンロッド２２の一端に連結されており、コンロッド２２の他端はクランクシャフト（不図示）に連結されている。ピストン本体２１の外周面には溝が設けられており、当該溝にはピストンリング２６が装着される。ピストン本体２１の外周面とシリンダ１０の内壁１０ａとの間には間隙（クレビス１１）が形成される。図１のＸ方向はピン２４の挿入方向、Ｚ方向はピストン２０の摺動方向、Ｙ方向はＸおよびＺ方向に直交する方向である。

図２はピストン２０を例示する平面図であり、ピストン２０を摺動方向（Ｚ方向）から見ている。図２の−Ｙ方向をスラスト（Ｔｈ）側、＋Ｙ方向を反スラスト（ＡＴｈ）側、＋Ｘ方向をＲｒ側、−Ｘ方向をＦｒ側とする。図３はスラスト（Ｔｈ）側を拡大した断面図である。図４は反スラスト（ＡＴｈ）側を拡大した断面図である。図５はＦｒ側を拡大した断面図である。

図３から図５に示すように、ピストン本体２１の外周面にはピストンリング２６が装着される溝３０が設けられている。溝３０は複数の溝のうち、最も上側（Ｚ側）に設けられている。溝３０の内壁部分には耐摩環３２が形成されている。耐摩環３２は例えば二レジスト鋳鉄など強度の高い材料で形成されている。ピストン本体２１の耐摩環３２以外の部分は、例えばアルミニウム合金などの金属で形成されている。トップランド３４はピストン２０の溝３０から上面までの領域である。

図２に示すように、トップランド３４の下端面３３（耐摩環３２の表面の１つ）の外周は、中心をＯ１とする真円形状である。線２３はＸ方向に延び、中心Ｏ１を通る仮想的な線である。線２５はＹ方向に延び、中心Ｏ１を通る仮想的な線である。トップランド３４の上端面３５の外周は、中心をＯ２とする楕円形状である。線２７はＸ方向に延び、中心Ｏ２を通る仮想的な線である。Ｘ方向は上端面３５の短軸の方向、Ｙ方向は上端面３５の長軸の方向である。

図２に示すように、Ｙ方向において、中心Ｏ２は中心Ｏ１よりもＴｈ側に位置する。中心Ｏ１と中心Ｏ２とが距離Ｄ１だけ離間している。図２および図５に示す、Ｆｒ側における上端面３５の端部３５ｃと、下端面３３の端部３３ｃとのＸ方向における距離はＤ４である。Ｒｒ側の端部３５ｄと端部３３ｄとの距離はＤ４と同じである。

本実施例によれば、トップランド３４の上端面３５の外周は楕円形状を有し、中心Ｏ２は下端面３３の中心Ｏ１よりＴｈ側に位置している。このため、ＡＴｈ側における上端面３５の端部３５ｂと下端面３３の端部３３ｂとの距離Ｄ３が、Ｔｈ側における端部３５ａと端部３３ａとの距離Ｄ２より大きくなる。つまりＡＴｈ側において、ピストン２０とシリンダ１０との間隔（クレビス１１）が大きくなる。この結果、ＡＴｈ側において油膜切れ、およびピストン２０とシリンダ１０との焼き付きを抑制することができる。

またＴｈ側、Ｆｒ側およびＲｒ側においても、トップランド３４の上端面３５の外周は下端面３３の外周より内側に位置する。すなわちクレビス１１が確保されるため、油膜切れが抑制され、ピストン２０とシリンダ１０との焼き付きを抑制することができる。

下端面３３の外周は真円形状を有する。例えば楕円形状とする場合に比べてピストン２０を形成する際の切削量が少なくなる。このため、ピストン２０の生産性が向上する。特に下端面３３は耐摩環３２に含まれるため、二レジスト鋳鉄など切削性の低い材料で形成される。下端面３３の外周を真円形状とすることで、切削量が少なくなり、生産性が向上する。また、楕円形状に加工する場合、形状に起因して切削抵抗が変動するため、生産性が悪化する。真円形状とすることで、切削抵抗の変動が抑制され、生産性が向上する。

ピストン本体２１および耐摩環３２の材料は上記のものに限定されない。耐摩環３２は、高い負荷に耐えることができるように、ピストン本体２１の他の部分よりも高い強度の材料で形成されることが好ましい。耐摩環３２は、ピストン２０の溝の全てに設けられてもよいし、一部の溝に設けられてもよい。耐摩環３２は、少なくともトップリングの装着される溝に設けられることが好ましい。なお、ピストン２０に耐摩環３２が設けられなくてもよい。つまり、ピストン２０のピストンリング２６が装着される部分が、ピストン２０の他の部分と同じ材料で形成されてもよい。トップランド３４の下端面３３の外周を真円形状とすることで、切削抵抗の変動が抑制され、生産性が向上する。

なお、下端面３３の外周は幾何学的に正確な真円でなくてもよく、例えば上端面３５の外周より真円に近ければよい。上端面３５の外周は幾何学的に正確な楕円でなくてもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係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。

１０シリンダ
１１クレビス
２０ピストン
２１ピストン本体
２４ピン
２６ピストンリング
３０溝
３２耐摩環
３３下端面
３３ａ〜３３ｄ、３５ａ〜３５ｄ端部
３４トップランド
３５上端面
１００エンジン
Ｏ１、Ｏ２中心

Claims

トップランドの下端面の外周は真円形状であり、前記トップランドの上端面の外周はスラスト側から反スラスト側にかけて長軸を有する楕円形状であり、
前記上端面の楕円形状の中心は、前記下端面の真円形状の中心よりスラスト側に位置し、
前記上端面の外周は前記下端面の外周より内側に位置するピストン。