JPH04244677A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のピストンの
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】自動車用機関等にあって
は、低燃費化のためピストンに対する軽量小型化の要求
が強いが、一方で高出力化のため負荷の増大に伴い高強
度化が求められている。

【０００３】従来のピストンは、燃焼室を画成するヘッ
ド部からシリンダに沿って円筒状に連なるスカート部を
備え、このスカート部は側圧がかからないピストンピン
の端部方向に切欠きが形成されて、質量軽減とシリンダ
に対する摺接面積を減じている（例えば特開昭６１−８
１５５８号公報、参照）。

【０００４】しかしながら、このような従来装置にあっ
ては、スカート部が広い範囲で円筒状に形成されている
ため、ピストンが受ける燃焼圧力または慣性力によりス
カート部がシリンダに押し付けられるスラスト側または
反スラスト側において、この荷重が最も大きくなるピン
の側方領域でシリンダに対する面圧が過大となったり、
あるいはそれ以外の領域で不要にシリンダに対する摺接
面積を増大させることになった。

【０００５】また、この対策として、円筒状スカート部
の側圧がかからない領域を大きく切欠くと、スカート部
の剛性が不足して、スカッフ等を発生する原因になった
。

【０００６】本発明はこうした従来の問題点を解決する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼室を画成
するヘッド部と、ヘッド部からリング溝部を介してシリ
ンダに沿って延びるスカート部と、ピストンピンを嵌挿
させるピンボス部とをそれぞれ備える内燃機関のピスト
ンにおいて、ピストン中心軸に直交するピストンピン軸
心面を含むピストンピンの側方領域で周方向に拡がる一
対のスカート上辺部と、各スカート上辺部から比較的に
小さい周方向の幅をもってシリンダに沿って延びる二対
のスカート下辺部とによりスカート部を形成し、前記ヘ
ッド部の背面からリブ状に隆起して各スカート上辺部と
前記ピンボス部とを結ぶ補強リブ部を形成し、かつ前記
ピストンピンを挟んで対向する各スカート下辺部を梁状
に結ぶ一対の補強梁部をコンロッドを挟んで形成した。

【０００８】

【作用】ピストンが受ける燃焼圧力または慣性力により
スカート部がシリンダに押し付けられるスラスト側また
は反スラスト側において、この荷重が最も大きくなるピ
ストンピンの側方領域では、スカート上辺部が周方向に
広い範囲で拡がっているため、スカート上辺部がシリン
ダに押し付けられる接触面圧を有効に分散させ、ピスト
ンおよびシリンダの摩耗が抑制される。

【００１０】二対のスカート下辺部がスラスト側または
反スラスト側でシリンダに沿って延びているため、スカ
ート部はシリンダの軸方向について十分な接触長さを確
保して、シリンダに対するピストンの姿勢を制御し、ス
ラップ音を低減する。

【００１１】このようにして、各スカート上辺部から比
較的に小さい周方向の幅でシリンダに沿って延びる各ス
カート下辺部とでスカート部が構成されることにより、
ピストンの軽量化がはかれるとともに、スカート部にお
ける不要な接触面積を削減して、ピストンの摩擦損失を
低減できる。

【０００９】ピストンが受ける燃焼ガス圧力または慣性
力によりスカート部がシリンダに押し付けられる荷重は
、各スカート上辺部とピンボス部とをリブ状に結ぶ補強
リブ部と、ピストンピンを挟んで対向する各スカート下
辺部を梁状に結ぶ一対の補強梁部とによって相互して支
持され、この荷重によりスカート部がピストンの径方向
内側に倒れ込む撓み量を小さくし、十分な剛性を確保し
てスカッフ等を防止できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１３】図１，図２，図３にそれぞれ示すように、
ピストン１の円盤型ヘッド部２は、その頂面２ａで燃焼
室を画成し、その外周にリング溝部３を有している。

【００１４】各リング溝部３にはシリンダとの間に圧力
リングとオイルリングがそれぞれ介装され、高圧燃焼ガ
スが燃焼室からクランクケースへ洩れるのを防ぎ、シリ
ンダ壁面の潤滑油膜を調整するようになっている。

【００１５】図中、Ｓ１はピストンピンの中心軸Ｏ４に
直交してピストン中心軸Ｏ１を含むピストン軸心面、Ｓ
４はピストン中心軸Ｏ１に直交してピストンピンの中心
軸Ｏ４を含むピストンピン軸心面である。

【００１６】スカート部１０はピストン軸心面Ｓ１につ
いて対称的に拡がり、リング溝部３のランド部３ａから
シリンダに沿って延びる一対のスカート上辺部５と、各
スカート上辺部５から比較的に小さい周方向の幅でシリ
ンダに沿って延びる二対のスカート下辺部６とによって
構成される。

【００１７】各スカート上辺部５はピストンピン軸心面
Ｓ４を含むピストンピンの側方領域に設けられ、ピン軸
心面Ｓ４より上方に位置する面積が、下方に位置する面
積より所定の比率で大きくなるように形成される。この
比率は、ピストンピンより上方領域に懸かる荷重が、ピ
ストンピンより下方領域に懸かる荷重より大きくなるこ
とに対応して、シリンダに対する接触面圧の分布を均一
化するように設定される。

【００１８】各スカート上辺部５は、ピストン軸方向に
所定の長さＸ１を有し、各スカート上辺部５の面積は、
ピストン１が受けるスラスト側または反スラスト側の最
大荷重に対応して、シリンダに対する接触面圧を許容値
以下に抑えるように設定される。

【００１９】図４，図５にそれぞれ示すように、スカー
ト上辺部５およびスカート下辺部６の横断面は、ピスト
ンピンに直交するピストン軸心面Ｓ１上に焦点をもつ楕
円形に形成される。この楕円形はスラスト、反スラスト
方向に長径をもち、機関運転時は熱膨張によりこの楕円
形が真円に近づき、シリンダに接触する面積を増大させ
るようになっている。図中、破線は真円を示している。

【００２０】図６，図７にそれぞれ示すように、スカー
ト上辺部５からスカート下辺部６にかけての縦断面形状
は、基本的に前期楕円形の長径をピストン軸方向に沿っ
て変化させてその上下で絞られるバレル形に形成される
。これにより、スカート上辺部５およびスカート下辺部
６の縁部とシリンダの間に楔形断面の隙間が空き、この
楔形断面の隙間を介してスカート部の表面とシリンダ間
に潤滑油が送り込まれ、潤滑油膜切れを防止し、良好な
潤滑性が維持されるようになっている。

【００２１】なお、図４〜図７に図示した各部の寸法は
、便宜上実際よりも誇張して大きくしてあるが、実際に
は数１０μｍ程度のかなり小さいものである。

【００２２】ヘッド部２の背面２ｂからリブ状に隆起し
て各スカート上辺部５と各ピンボス部４とを結ぶ二対の
補強リブ部１１とがそれぞれ一体形成される。

【００２３】各補強リブ部１１は、それぞれの一端が前
後ピンボス部４の外周に略直交して結合し、それぞれの
他端が各スカート上辺部５の背面５ａの周端部に結合し
、その上端がヘッド部２の背面２ｂに略直交して結合す
る。補強リブ部１１はその断面厚さが各ピンボス部４か
ら各スカート上辺部５にかけて次第に細くなり、かつ各
スカート上辺部５の円弧断面に対してその接線方向に湾
曲して接続している。各補強リブ部１１には肉抜き穴１
３が形成される

【００２４】二対のスカート下辺部６は各スカート上辺
部５の周方向端部からピストン軸方向に延び、そのピス
トン軸方向の長さＸ２が、シリンダに対するピストン１
の傾き（首振り）を十分に抑えるように設定される。

【００２５】各スカート部１０の剛性を確保するため、
その内側にはピストンピンを挟んで対向するスカート下
辺部６どうしを梁状に結ぶ一対の補強梁部１２が一体形
成される。各補強梁部１２は互いに平行な直線状に延び
て、その間を図示しないコンロッドが通ってクランクシ
ャフト側に結合する。各補強梁部１２はそれぞれの端部
が各スカート下辺部６の円弧断面に対してその接線方向
に湾曲しながらテーパ状に細くなって接続する。

【００２６】この実施例では、補強梁部１２の断面形状
が図８に示すように略長方形に形成されている。補強梁
部１２の断面形状および断面面積は、機関負荷によるス
カート下辺部６への最大入力に応じて、十分な剛性およ
び強度が確保されるように決定される。他の実施例とし
て、図９に示すようにコの字形断面に形成して、このコ
の字形の右辺をピストン径方向外側に配置したり，ある
いは図１０に示すようにＴ字形断面に形成して、このＴ
字形の上辺をピストン径方向外側に配置して、この部分
の軽量化をはかることも考えられる。

【００２７】このようにして、スカート部１０が一対の
スカート上辺部５と、これから比較的に小さい周方向の
幅で延びる二対のスカート下辺部６とで構成されること
により、燃焼ガス圧力および慣性力によりシリンダに押
し付けられる荷重がほとんど懸からないピストンピンの
端部方向に大きな切欠き９がそれぞれ形成され、ピスト
ン１の質量軽減と、スカート部１０のシリンダに対する
不要な接触面積を削減して、ピストン１の摩擦損失を低
減できる。

【００２８】スカート上辺部５がピストンピンの側方領
域に設けられることにより、ピストン１が受ける燃焼ガ
ス圧力または慣性力により各スカート上辺部５がシリン
ダに押し付けられる接触面圧を有効に分散させ、ピスト
ンおよびシリンダの摩耗が抑制される。

【００２９】二対のスカート下辺部６がスラスト側また
は反スラスト側でシリンダに沿って延びているため、シ
リンダの軸方向について十分な接触長さが確保され、ス
カート部１０はシリンダに対するピストン１の姿勢を制
御して、スラップ音を低減するとともに、ピンボス部４
のピン穴やピストンピンの摩耗を有効に抑えられる。

【００３０】ピストン１が受ける燃焼ガス圧力または慣
性力により各スカート上辺部５がシリンダに押し付けら
れる荷重は、各スカート上辺部５と各ピンボス部４とを
リブ状に結ぶ各補強リブ部１１によって支持され、スカ
ート上辺部５の剛性が十分に確保される。これに対して
、補強リブ部１１が設けられず、スカート上辺部５がそ
の上端のみを介してリング溝部３に結合する構造では、
スカート上辺部５はシリンダに押し付けられる荷重によ
り、その周方向端部がピストン１の径方向内側に倒れ込
む撓み量が大きくなり、剛性の高い周方向中央部が残さ
れた結果、スカッフが発生する心配がある。

【００３１】また、ヘッド部２はその背面２ｂから補強
リブ部１１がリブ状に隆起してピンボス部４と共にヘッ
ド部２に結合することにより、その頂面２ａに受ける燃
焼圧力に対して十分な強度を確保できる。

【００３２】ピストン１が受ける燃焼ガス圧力または慣
性力によりスカート部１０がシリンダに押し付けられる
荷重は、各スカート下辺部６を梁状に結ぶ各補強梁部１
２によっても支持される。これにより、各スカート下辺
部６がピストン１の径方向内側に倒れ込む撓み量を小さ
くし、十分な剛性を確保してスカッフ等を防止できる。 また、補強梁部１２を設けることにより、各スカート下
辺部６の周方向の幅を小さくし、各補強リブ部１１に肉
抜き穴１３を形成することが可能となる。

【００３３】次に、図１１，図１２，図１３にそれぞれ
示す他の実施例は、各スカート下辺部６どうしを梁状に
結ぶ一対の補強梁部２２を、側面図上その両端部から中
央部にかけて上方に湾曲して形成するものである。この
場合、各補強梁部２２の湾曲度を任意に設定することに
より、スカート部１０の剛性を適正にして、シリンダに
対する当たりを良好に調節することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、内燃機関
のピストンにおいて、リング溝部からシリンダに沿って
延びる一対のスカート上辺部と、各スカート上辺部から
比較的に小さい周方向の幅でシリンダに沿って延びる二
対のスカート下辺部とによりスカート部を構成し、ヘッ
ド部背面からリブ状に隆起してスカート上辺部とピンボ
ス部とを結ぶ補強リブ部を形成し、かつピストンピンを
挟んで対向する各スカート下辺部を梁状に結ぶ一対の補
強梁部を形成したため、スカート部は十分な剛性をもっ
てシリンダに対する接触面圧を有効に分散させ、ピスト
ンの軽量小型化をはかることと、ピストンの作動性およ
び耐久性の確保することを両立できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すピストンの正面図である
。

【図２】同じくピストンの側面図である。

【図３】同じくピストンを下方から見た平面図である。

【図４】同じく図２のＤ−Ｄ線に沿う輪郭図である。

【図５】同じく図２のＢ−Ｂ線に沿う輪郭図ある。

【図６】同じく図２のＡ−Ａ線に沿う輪郭図である。

【図７】同じく図２のＣ−Ｃ線に沿う輪郭図である。

【図８】同じく図１のＥ−Ｅ線に沿う縦断面図である。

【図９】他の実施例を示す補強梁部の断面図である。

【図１０】さらに他の実施例を示す補強梁部の断面図で
ある。

【図１１】さらに他の実施例を示すピストンの正面図で
ある。

【図１２】同じくピストンの側面図である。

【図１３】同じくピストンを下方から見た平面図である
。

【符号の説明】

１　　ピストン ２　　ヘッド部 ３　　リング溝部 ４　　ピンボス部 ５　　スカート上辺部 ６　　スカート下辺部 １０　　スカート部 １１　　補強リブ部 １１　　補強梁部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃焼室を画成するヘッド部と、ヘッド
   部からリング溝部を介してシリンダに沿って延びるスカ
   ート部と、ピストンピンを嵌挿させるピンボス部とをそ
   れぞれ備える内燃機関のピストンにおいて、ピストン中
   心軸に直交するピストンピン軸心面を含むピストンピン
   の側方領域で周方向に拡がる一対のスカート上辺部と、
   各スカート上辺部から比較的に小さい周方向の幅をもっ
   てシリンダに沿って延びる二対のスカート下辺部とによ
   りスカート部を形成し、前記ヘッド部の背面からリブ状
   に隆起して各スカート上辺部と前記ピンボス部とを結ぶ
   補強リブ部を形成し、かつ前記ピストンピンを挟んで対
   向する各スカート下辺部を梁状に結ぶ一対の補強梁部を
   コンロッドを挟んで形成したことを特徴とする内燃機関
   のピストン。