JP2000008948A

JP2000008948A - 内燃機関のピストン

Info

Publication number: JP2000008948A
Application number: JP10252437A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Fujimoto; 博也藤本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2000-01-11
Also published as: DE69917981D1; US6240828B1; EP0952326B1; DE69917981T2; EP0952326A3; EP0952326A2

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量かつコンパクトで、シール性，排気清浄
性，音振性能に優れた新規なピストンを得る。【解決手段】シリンダ壁面に摺接するスカート部１２
と、このスカート部１２の内側に配設される内周部１４
とを有する。ピストン下部でスカート部１２と内周部１
４とを連結する。ピストン冠面１８を形成するピストン
上部で、スカート部１２と内周部１４とを間隙Ｄを介し
て分離し、この環状の間隙Ｄに、該間隙Ｄのピストン径
方向幅の変化を吸収する吸収リング３０を介装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車等に好適
に使用される内燃機関のピストンの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関に用いられるピストンにおいて
は、一般的に、燃焼室に臨んだピストン上部側の方がピ
ストン下部側よりも温度が高く、熱膨張の変化量が大き
くなってしまう。そこで従来から、ピストン上部では、
いわゆるランド部を形成してシリンダ壁面との間にある
程度の隙間を確保し、この隙間によりピストン上部の熱
膨張を吸収するとともに、複数のピストンリングを嵌合
してシリンダ壁面とのシール性を確保する構造が採用さ
れている（例えば特開平６−１０１５６６号公報参
照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のピス
トンにおいては、ピストン上部に形成されたランド部と
シリンダ壁面との隙間が比較的大きく設定されているた
め、この隙間に燃焼室内の燃料が液状のまま滞留してし
まい、ＨＣ（ハイドロカーボン）の増大を招聘する等の
問題がある。しかしながら、上記隙間をあまり狭く設定
すると、ピストン上部の熱膨張を吸収できなくなり、シ
リンダ壁面とのフリクションが増大してしまう。

【０００４】また、従来のようにピストン上部に形成さ
れたランド部とシリンダ壁面との隙間がある程度大きく
設定されていると、燃焼圧力と潤滑油とをシールするた
めに、ピストンとシリンダ壁面との間にラビリンス構造
を構成するように、例えば上述したように複数のピスト
ンリングを用いる必要があり、この結果、重量増加やフ
リクションの増大を招いてしまう。

【０００５】更に、従来のようにピストン上部でピスト
ン径が縮小したプロファイルとなっていると、ピストン
のスラップ（首振り）等により音振性能の劣化を招く虞
がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１の発明
に係る内燃機関のピストンは、シリンダ壁面に摺接する
スカート部と、ピストン冠面及びピストンピンボス部を
含む内周部とを有し、ピストン下部で上記スカート部と
上記内周部とを連結するとともに、ピストン上部で上記
スカート部と上記内周部とを間隙を介して分離した。

【０００７】このように、シリンダ壁面に摺接するスカ
ート部と内周部とをピストン上部で間隙を介して分離し
たため、ピストン上部におけるスカート部と内周部との
間の熱流れが効果的に抑制される。

【０００８】また、ピストン冠面を含むピストン上部の
熱膨張は、上記スカート部と内周部との間の間隙で適宜
吸収される。

【０００９】上記スカート部は、好ましくは請求項２の
発明のように、上記ピストン上部では全周にわたって環
状に形成される一方、上記ピストン下部ではピストンピ
ン方向の所定範囲が切り欠かれている。

【００１０】つまりスカート部は、ピストン上部では全
周にわたってシリンダ壁面との間をシールしており、か
つ、ピストン下部では、主に軽量化及びフリクション低
減の目的で不要部分が切り欠かれている。

【００１１】更に好ましくは請求項３の発明のように、
上記スカート部の外周面を、上記ピストン上部からピス
トン下部にわたって略同一周面に設定する。

【００１２】これにより、スカート部が全長にわたって
実質的に隙間なくシリンダ壁面に摺接するようになり、
シール性が向上するとともに、ピストンの首振り動作が
抑制され、音振性能が向上する。

【００１３】請求項４の発明は、上記ピストン上部に位
置する上記スカート部の外周に、ピストンリングを１つ
だけ嵌合したことを特徴としている。

【００１４】言い換えると、ピストン上部とシリンダ壁
面との間に熱膨張を考慮した隙間を設ける必要がないの
で、シール性確保のために複数のピストンリングを設け
る必要がない。

【００１５】請求項５の発明は、上記スカート部と上記
内周部との間隙に、この間隙のピストン径方向幅の変化
を吸収する吸収リングを介装したことを特徴としてい
る。

【００１６】この構成においては、ピストン上部におけ
る熱膨張を、間隙に介装された吸収リングで吸収する。

【００１７】上記吸収リングは、例えば請求項６の発明
のように、ピストン径方向に伸縮するジャバラ部を有し
ている。

【００１８】また、吸収リングは、好ましくは請求項７
の発明のように、ピストン径方向にスライド可能な上辺
部を有している。

【００１９】つまり、燃焼室内の圧力上昇に応じて、上
辺部がスライド面に強く押しつけられ、自発的にシール
性が向上する構造となっている。

【００２０】更に好ましくは請求項８の発明のように、
上記吸収リングは、対向する上記スカート部又は内周部
の周面に対してピストン径方向に傾斜する側辺部を有
し、この側辺部の一端が上記スカート部又は内周部の周
面と接するとともに、上記側辺部の他端側と上記スカー
ト部又は内周部の周面との間に、上記間隙のピストン径
方向幅の変化を吸収する吸収代が形成されている。

【００２１】請求項９の発明では、上記吸収リングは、
ピストン径方向に断面略円弧状に湾曲する曲面部を有
し、この曲面部の一端と上記スカート部又は内周部の周
面との間に、上記間隙のピストン径方向幅の変化を吸収
する吸収代が形成されている。

【００２２】請求項１０の発明では、上記吸収リングが
介装された上記間隙に臨んだ上記スカート部及び内周部
の上隅角部の少なくとも一方に、上記間隙の内方へ向か
って延びる吸収リング脱落防止用の突起部を設けてい
る。

【００２３】請求項１１の発明では、上記吸収リング
に、ピストン径方向に張り出した突起部を設けるととも
に、上記間隙に臨んだ上記スカート部又は内周部の周面
に、上記突起部が嵌合する凹部を設けている。

【００２４】ここで、請求項５〜１１の発明に係るピス
トンでは、ピストン上部でのスカート部と内周部とを間
隙を介して互いに分離させるとともに、この間隙に熱膨
張吸収用の吸収リングを介装しているため、ピストン上
部の熱膨張を適宜に吸収しつつ、その熱伝導性を効果的
に抑制する構造となっている。従って、ピストン冠面の
大部分を形成する内周部の昇温性能が向上するととも
に、温度上昇後の平衡温度が高くなり、未燃燃料の霧
化，蒸発が促進され、排気性能の向上を図ることができ
る。

【００２５】しかしながら、ピストンの材質にもよる
が、ピストンの最高温度があまり高くなり過ぎると、ピ
ストン自体の耐久性に悪影響を及ぼす可能性がある。

【００２６】そこで、請求項１２〜１５の発明では、吸
収リング並びにピストン下方の潤滑油を利用して、ピス
トン冠面を形成するピストン上部側の（最高）温度の上
昇を効果的に抑制するようになっている。

【００２７】すなわち、請求項１２の発明では、上記吸
収リングに、この吸収リング内を周方向に延びるオイル
通路が設けられるとともに、このオイル通路内に潤滑油
を導入，排出するオイル孔を形成している。

【００２８】この構成により、吸収リングのオイル通路
内を循環する潤滑油と、吸収リングに接するピストン上
部の内周部及びスカート部の周面との間で、吸収リング
を介して熱交換が行われる。すなわち、オイル通路を循
環する潤滑油によって、ピストン冠面を形成するピスト
ン上部の温度上昇が効果的に抑制される。

【００２９】更に好ましくは請求項１３の発明のよう
に、上記ピストン上部におけるスカート部又は内周部の
周面に接する吸収リングの側辺部に、上記オイル通路に
連通する補助オイル孔を形成している。

【００３０】この場合、オイル通路内を循環する潤滑油
が補助オイル孔を通って直接的にピストン上部における
スカート部又は内周部の周面側へ排出されるため、より
効果的にピストン上部の温度上昇を抑制することができ
る。

【００３１】また、請求項１４の発明では、上記補助オ
イル孔に対向するスカート部又は内周部の周面に、オイ
ル受容部を凹設している。

【００３２】この場合、補助オイル孔から排出される潤
滑油がオイル受容部に溜まり易いことに加え、潤滑油の
伝熱面積が実質的に拡大するため、更に効果的にピスト
ン上部の温度上昇を抑制することができる。

【００３３】より好ましくは請求項１５の発明のよう
に、上記吸収リングの側辺部に、上記補助オイル孔を形
成する突起部が形成され、この突起部が上記オイル受容
部に嵌合するように構成されている。

【００３４】このように突起部とオイル受容部とが嵌合
することによって、吸収リングのピストンからの脱落を
より確実に防止することができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、シリンダ壁面に摺接す
るスカート部と内周部とをピストン上部で分離したた
め、このピストン上部における内周部からスカート部へ
の熱流れが効果的に抑制される。この結果、例えばエン
ジン冷間時におけるピストン冠面の昇温特性が向上し、
排気清浄化が促進される。

【００３６】また、ピストン上部におけるピストン径方
向の熱膨張（又は収縮）を、スカート部と内周部との間
の間隙で適宜に吸収することができる。従って、ピスト
ン上部でシリンダ壁面との間に熱膨張を考慮した隙間を
設けることなく、熱膨張によるフリクションの増大を抑
制できる。

【００３７】また、請求項２の発明のように、スカート
部をピストン下部で部分的に切り欠くことにより、更な
るピストンのコンパクト化，軽量化，及び低フリクショ
ン化を図ることができる。

【００３８】更に、請求項３の発明のように、スカート
部をピストン上部まで略同一周面に設定することによっ
て、そのシール性が向上するとともに、ピストンの首振
り動作が抑制され、音振性能が著しく向上する。

【００３９】このようにピストン上部におけるシリンダ
壁面とのシール性が向上することから、例えば請求項４
の発明のように、ピストンリングを複数設けることなく
１つだけ設ける構成とすることができ、ピストンリング
によるフリクションの増大を最小限に抑制することが可
能である。

【００４０】請求項５の発明によれば、上記間隙に介装
される吸収リングによって、ピストン上部での熱膨張
（又は収縮）を吸収しつつ、上記間隙を適宜にシールす
ることができる。

【００４１】更に、請求項７の発明によれば、燃焼室内
の圧力上昇に応じて、上辺部がスライド面に強く押しつ
けられることとなり、そのシール性が向上する。

【００４２】また、請求項１０，１１の発明によれば、
吸収リングの脱落を確実に防止できる。

【００４３】そして、請求項１２の発明によれば、オイ
ル通路を循環する潤滑油によって、ピストン冠面を形成
するピストン上部の（最高）温度の上昇を効果的に抑制
することができる。すなわち、ピストン上部で内周部と
スカート部とを間隙を介して分離したことによる昇温性
能の向上作用と、上記の潤滑油によるピストン上部の最
高温度の抑制作用とにより、ピストンの理想的な温度制
御を実現できる。

【００４４】加えて、請求項１３の発明によれば、補助
オイル孔を介して排出される潤滑油によって、直接的に
ピストン上部の温度上昇を抑制することができる。

【００４５】更に請求項１４の発明によれば、補助オイ
ル孔から排出される潤滑油がオイル受容部に溜まり易い
ことに加え、潤滑油の伝熱面積が実質的に拡大するた
め、更に効果的にピストン上部の温度上昇を抑制するこ
とができる。

【００４６】また、請求項１５の発明によれば、突起部
とオイル受容部とが嵌合することによって、吸収リング
のピストンからの脱落をより確実に防止することができ
る。

【００４７】

【発明の実施の形態】図１〜６は、本発明に係るピスト
ンの一実施形態を示している。このピストンは、シリン
ダ２の内壁面に摺接する薄肉略円筒状のスカート部１２
と、このスカート部１２の内周側に配置される内周部１
４と、スカート部１２と内周部１４とを連結するステー
１６とにより大略構成されている。これら各部１２，１
４，１６は、例えば金型を用いて一体に成形される。

【００４８】内周部１４は、主に軽量化，コンパクト化
の目的で、ピストン冠面１８の大部分を形成する冠面部
１４ａが薄肉円盤状に形成されるとともに、この冠面部
１４ａの下部に、図外のピストンピンが嵌挿する挿通孔
２８を有する一対のピストンピンボス部１４ｂがピスト
ンピン軸方向に適宜間隔を置いて一体形成されている。
また、一対のピストンピンボス部１４ｂの間は大きく切
り欠かれた形状となっている。

【００４９】そして本実施形態では、ピストン冠面１８
を形成するピストン上部２０で、スカート部１２と内周
部１４とを環状の間隙Ｄを介して全周にわたって分離し
ている。そして、上記間隙Ｄに、ピストン径方向に変形
可能な環状の吸収リング３０を介装している。なお、吸
収リング３０については後で詳細に説明する。

【００５０】スカート部１２は、ピストン上部２０に位
置するスカート上部１２ａが全周にわたって環状に形成
されている一方、ピストン下部２２に位置するスカート
下部１２ｂが、耐磨耗性や強度が特に要求されるスラス
ト，反スラスト方向にのみ部分的に設けられている。つ
まり、スカート下部１２ｂは、必要性の乏しいピストン
ピン軸方向の所定範囲が滑らかに切り欠かれた形状とな
っており、ピストン自体のコンパクト化，軽量化，及び
低フリクション化が図られている。

【００５１】スカート上部１２ａの外周には、ピストン
リング２３（図５，図６参照）が嵌合する一本のリング
溝２４が周方向に沿って凹設されている。また、スカー
ト上部１２ａの内周には、吸収リング３０を保持する段
差部２６が切欠形成されている。

【００５２】ここで、スカート部１２の外周面は、上記
のリング溝２４を除き、そのスカート下部１２ｂからス
カート上部１２ａにわたって同一円周面に設定されてい
る。つまりスカート部１２は、図５，６にも示すよう
に、ピストン軸方向の全長にわたって同一外径のプロフ
ァイルとなっており、全面にわたってシリンダ２壁面に
実質的に隙間なく摺接する。

【００５３】ステー１６は、ピストンピンボス部１４ｂ
の両側面とピストン下部、具体的にはスカート下部１２
ｂの内面とを連結しており、合計４箇所に設けられてい
る。すなわち、これらのステー１６を除いて、円筒状の
スカート部１２と内周部１４との間がピストン全長にわ
たって空洞化されており、更なる軽量化が図られてい
る。

【００５４】ところで、内燃機関の運転中、燃焼室４に
臨んだピストン冠面１８を含むピストン上部２０は、ピ
ストン下部２２に比して、温度が高くなり、熱膨張（冷
間時は逆に収縮）の変化量が大きくなる。

【００５５】そこで本実施形態では、前述したように、
ピストン上部２０で、スカート部１２のスカート上部１
２ａと内周部１４の冠面部１４ａとを間隙Ｄを介して分
離している。言い換えると、ピストン上部２０でシリン
ダ２壁面との間に熱膨張を吸収する隙間を設ける代わり
に、スカート上部１２ａと冠面部１４ａとの間に間隙Ｄ
を設定している。

【００５６】これにより、ピストン上部２０に間隙Ｄが
形成されているので、ピストン径方向の熱膨張が、間隙
Ｄに介在する吸収リング３０によって適宜に吸収され
る。従って、シリンダ２壁面との間に特に隙間を設けな
くても、シリンダ２壁面との間のフリクションが過度に
増大することはない。

【００５７】また、ピストン上部２０で冠面部１４ａか
らスカート上部１２ａへの熱流れが効果的に抑制され
る。従って、エンジン冷間時におけるピストン冠面１８
の昇温特性が向上し、排気清浄化が促進される。

【００５８】なお、スカート部１２自身も当然のことな
がら熱膨張するが、例えばスカート部１２の剛性をシリ
ンダ２よりも十分に小さく設定しておくことで、過度に
フリクションが増大するようなことはなく、所期の特性
を十分得ることができる。

【００５９】更に、ピストン上部２０でシリンダ２壁面
との間に、従来のランド部に対応する隙間が形成されて
いないので、このような隙間に起因する未燃燃料の滞留
やＨＣの発生が抑制される。

【００６０】また、ピストン上部２０で、スカート上部
１２ａが全周にわたってシリンダ２壁面に摺接するた
め、シリンダ２壁面とのシール性が向上する。言い換え
ると、従来のようにシール性を確保するためにピストン
リングを複数設ける必要がないため、ピストンリングが
嵌合する部位のコンパクト化が図られ、ピストンハイト
の短縮化が得られる。

【００６１】しかも、スカート部が薄肉略円筒状に形成
されるとともに、このスカート部をピストン下部で内周
部と連結する構造としたため、ピストン自体が更にコン
パクト化，軽量化する。

【００６２】ところで、冠面部１４ａがピストン上部２
０側の重量を相対的に重くする関係で、ピストン重心Ｇ
は、図３に示すように、ピストンピン挿通孔２８よりも
上方に位置する。このため、ピストン上部２０でシリン
ダ２壁面との間にある程度の隙間が存在すると、ピスト
ン自体がピストンピン周りに首振り揺動し易くなり、そ
の姿勢が不安定になるとともに、音振性能の劣化を招く
虞がある。これに対し、本実施形態では、スカート部１
２がピストン冠面１８まで略同一径のプロファイルとな
っており、ピストン上部２０で特に隙間を特に設けてい
ないので、ピストンの姿勢が安定するとともに、音振性
能が向上する。

【００６３】以下、上記吸収リング３０及びその取付構
造の具体的な実施例について詳述する。

【００６４】図７は、第１実施例の吸収リング３０Ａを
示している。この吸収リング３０Ａは、バネ定数の小さ
い薄板状の金属材を閉断面状に折曲した簡素な構造とな
っており、スカート部１２におけるスカート上部１２ａ
の段差部２６と内周部１４における冠面部１４ａの外周
面との間隙Ｄに全周にわたって圧入されるように環状に
形成されている。詳述すると、吸収リング３０Ａは、冠
面部１４ａの外周面に密接する内側辺部３２と、スカー
ト上部１２ａの内周面に密接する外側辺部３４と、径方
向に収縮可能なジャバラ状に折曲形成され、上記段差部
２６の底面に載置される下辺部（ジャバラ部）３６と、
スカート上部１２ａ及び冠面部１４ａの上面と略同一平
面上に設定されて、ピストン冠面１８の一部を構成する
上辺部３８と、を有している。

【００６５】そして、内側辺部３２と冠面部１４ａの外
周面との密接部分，及び外側辺部３４とスカート上部１
２ａの内周面との密接部分で間隙Ｄがシールされてお
り、燃焼室４内の圧力や燃料がピストン下方のクランク
ケース側へ漏れることが抑制されているとともに、ピス
トン下方のクランクケース側から燃焼室４側へ潤滑油が
漏れることが抑制されている。

【００６６】上辺部３８は、内側辺部３２の上端から折
曲する内周側上辺部３８ａと、外側辺部３４の上端から
折曲する外周側上辺部３８ｂとを、重合部Ｓ１で互いに
重ね合わせて構成されている。

【００６７】ここで、上側に位置する内周側上辺部３８
ａを、下側に位置する外周側上辺部３８ｂよりも長尺に
形成している。言い換えると、重合部Ｓ１を径方向で外
周側にオフセットしている。

【００６８】以上のような構成により、例えば冠面部１
４ａが径方向に熱膨張すると、吸収リング３０の径方向
変形を伴って、上記間隙Ｄの径方向幅が縮小し、この熱
膨張を吸収する。具体的には、ジャバラ状の下辺部３６
が径方向に収縮するとともに、内周側上辺部３８ａが外
周側上辺部３８ｂの上面をピストン径方向外方へスライ
ドする。

【００６９】ここで、燃焼室４内の圧力が上昇すると、
その荷重は、相対的に長尺となった内周側上辺部３８ａ
に大きく作用するが、この長尺な内周側上辺部３８ａ
は、これよりも短く形成された外周側上辺部３８ｂの上
側に位置しているので、荷重が作用する方向に変形する
ことなく、重合部Ｓ１でスライド面としての外周側上辺
部３８ｂに強く押しつけられる。すなわち、燃焼室４内
の圧力上昇を利用して、重合部Ｓ１のシール性を効果的
に高める構造となっている。そして、段差部２６は、燃
焼室４内の圧力上昇に抗して、吸収リング３０を保持す
る。

【００７０】なお、この実施例とは逆に、外周側上辺部
３８ｂを内周側上辺部３８ａの上側に重ね合わせる場合
には、外周側上辺部３８ｂを相対的に長くし、その重合
部Ｓ１を内周側へオフセットさせれば良い。

【００７１】図８は第２実施例に係る吸収リング３０Ｂ
を示している。この吸収リング３０Ｂは、上記第１実施
例と同様、バネ定数の小さい薄板状の金属材を略閉断面
状に折曲した簡素な構造となっており、スカート部１２
の段差部２６と冠面部１４ａの外周面との間隙Ｄに圧入
されている。

【００７２】ここで、吸収リング３０Ｂの内側辺部４２
は、対向する冠面部１４ａの外周面に対してピストン径
方向に傾斜しており、その上端で冠面部１４ａの外周面
に密接している。つまり、内側辺部４２の下端側と冠面
部１４ａの外周面との間には、間隙Ｄのピストン径方向
幅の変化を吸収する適宜な吸収代５０が形成されてい
る。

【００７３】同様に、吸収リング３０Ｂの外側辺部４４
は、対向する段差部２６の内周面に対してピストン径方
向に傾斜しており、その上端で段差部２６の内周面に密
接している。つまり、外側辺部４４の下端側と段差部２
６の内周面との間には、間隙Ｄのピストン径方向幅の変
化を吸収する適宜な吸収代５０が形成されている。

【００７４】このため、吸収リング３０Ｂの下辺部４６
は、上記一対の吸収代５０の分だけ間隙Ｄの径方向幅よ
りも短く形成されている。

【００７５】そして、内側辺部４２と冠面部１４ａの外
周面との密接部分Ｓ２と、外側辺部４４と段差部２６の
内周面との密接部分Ｓ２との２箇所で間隙Ｄがシールさ
れており、燃焼室４内の圧力や燃料がピストン下方のク
ランクケース側へ漏れることが抑制されているととも
に、クランクケース側から燃焼室４側へ潤滑油が漏れる
ことが抑制されている。

【００７６】また、吸収リング３０Ｂの上辺部４８は、
スカート上部１２ａや冠面部１４ａの上面と略同一面上
に設定され、ピストン冠面１８の一部を形成している。
この上辺部４８の先端部は、スカート上部１２ａの上面
にスライド可能に摺接している。

【００７７】上記の構成により、例えばピストン上部２
０が熱膨張すると、吸収リング３０Ｂの径方向変形を伴
って、上記間隙Ｄの径方向幅が短くなる。具体的には、
上辺部４８の先端部がスカート上部１２ａの上面を径方
向外方へスライドするとともに、内側辺部４２や外側辺
部４４が対向する冠面部１４ａの外周面や段差部２６の
内周面に押圧されて、その傾斜角度θが小さくなるよう
に回動変位し、これに伴って吸収代５０が小さくなる。

【００７８】また、この実施例では、燃焼室４内の圧力
上昇に伴って、上辺部４８の先端部がスライド面として
のスカート上部１２ａの上面に強く押しつけられ、この
摺接部分Ｓ３のシール性を自発的に高める構造となって
いる。

【００７９】なお、この実施例の構造を左右逆にして、
上辺部４８の先端が冠面部１４ａの上面に摺接する構造
としても良い。

【００８０】図９は第３実施例に係る吸収リング３０Ｃ
を示している。この吸収リング３０Ｃは、バネ定数の小
さい薄板状の金属材を、ピストン下方に向かって開放す
る断面略コ字状に折曲した簡素な構造となっており、ス
カート部１２の段差部２６と冠面部１４ａの外周面との
間隙Ｄに圧入されている。

【００８１】この吸収リング３０Ｃの内側辺部５２は、
対向する冠面部１４ａの外周面に対してピストン径方向
に傾斜しており、その下端で冠面部１４ａの外周面に密
接している。つまり、内側辺部５２の上端側と冠面部１
４ａの外周面との間には、間隙Ｄのピストン径方向幅の
変化を吸収する適宜な吸収代５８が形成されている。

【００８２】同様に、吸収リング３０Ｃの外側辺部５４
は、対向する段差部２６の内周面に対してピストン径方
向に傾斜しており、その下端で段差部２６の内周面に密
接している。つまり、外側辺部５４の上端側と段差部２
６の内周面との間には、間隙Ｄのピストン径方向幅の変
化を吸収する適宜な吸収代５８が形成されている。

【００８３】そして、内側辺部５２と冠面部１４ａの外
周面との密接部分Ｓ４と、外側辺部５４と段差部２６の
内周面との密接部分Ｓ４との２箇所で間隙Ｄがシールさ
れており、燃焼室４内の圧力や燃料がピストン下方のク
ランクケース側へ漏れることが抑制されているととも
に、クランクケース側から燃焼室４側へ潤滑油が漏れる
ことが抑制されている。

【００８４】一方、吸収リング３０Ｃの上辺部５６は、
スカート上部１２ａや冠面部１４ａの上面と略同一面上
に設定され、ピストン冠面１８の一部を形成している。
また、この上辺部５６は、上記一対の吸収代５８の分だ
け間隙Ｄの径方向幅よりも短く形成されている。

【００８５】上記の構成により、例えばピストン上部２
０が熱膨張すると、吸収リング３０Ｃの径方向変形を伴
って、上記間隙Ｄの径方向幅が短くなる。具体的には、
内側辺部５２や外側辺部５４が対向する冠面部１４ａの
外周面や段差部２６の内周面に押圧されて、その傾斜角
度θが小さくなるように回動変位し、これに伴って吸収
代５８が小さくなる。

【００８６】図１０に示す第４実施例では、上記第３実
施例の吸収リング３０Ｃを間隙Ｄに圧入した後、間隙Ｄ
に臨んだスカート上部１２ａの上隅角部並びに冠面部１
４ａの上隅角部に、間隙Ｄの内方へ向かって突出する突
出部６０，６０を圧延により形成している。各突出部６
０は、吸収代５８の熱膨張吸収機能を損なわない範囲
で、この吸収代５８の一部を埋めるように、ピストン冠
面１８に沿って断面略三角形状に張り出している。

【００８７】このような第４実施例によれば、第３実施
例と同様の効果が得られることに加え、燃焼室４から吸
収代５８へ侵入する燃焼生成物の堆積を低減できるとと
もに、吸収リング３０Ｃの脱落を突出部６０によって確
実に防止することができる。

【００８８】図１１に示す第５実施例の吸収リング３０
Ｄは、第３実施例の吸収リング３０Ｃの上辺部５６の上
面に、ピストン冠面１８の一部を構成するシール板６２
を一体に接合した構造となっている。このシール板６２
は、ピストン下方に向かって凸状となるように断面略円
弧状に湾曲した状態で、その径方向両端部が段差部２６
の上方並びに冠面部１４ａの上方に乗り上げており、そ
の下面側で間隙Ｄに臨んだ冠面部１４ａの上隅角部並び
にスカート上部１２ａの上隅角部に摺接している。つま
りシール板６２は、これら摺接部分Ｓ５で摺動しつつ、
径方向にスライド可能に構成されている。

【００８９】このような第５実施例によれば、上記第３
実施例の効果が得られることに加え、シール板６２が図
の矢印ａ方向（ピストン下方向）に復元しようとする剛
性によって、上記摺接部分Ｓ５の密着性が強まり、更な
るシール性の向上を図ることができる。

【００９０】図１２に示す第６実施例の吸収リング３０
Ｅは、第５実施例の吸収リング３０Ｄに対し、その内側
辺部５２及び外側辺部５４の下端部にそれぞれ外方へ張
り出した突出部６４が折曲形成されている。また、間隙
Ｄに臨んだ冠面部１４ａの外周面並びに段差部２６の内
周面に、上記突出部６４が嵌合する凹部６６が凹設され
ている。

【００９１】このように突出部６４が凹部６６に嵌合す
ることによって、吸収リング３０Ｅの脱落を確実に防止
できる。また、凹部６６のピストン冠面１８からの深さ
Ｆ１を適宜に設定することによって、シール板６２に最
適な矢印ａ方向の復元力を与えることができる。

【００９２】図１３は第７実施例に係る吸収リング３０
Ｆを示している。この吸収リング３０Ｆは、バネ定数の
小さい薄板状の金属材を適宜に折曲した簡素な構造とな
っている。すなわち吸収リング３０Ｆは、ピストン径方
向外方に向かって解放する断面略円弧状の曲面部６８
と、この曲面部６８の上端から折曲し、その先端が冠面
部１４ａの上方へ乗り上げた上辺部７０とを備えてい
る。

【００９３】なお、曲面部６８と上辺部７０との折曲部
と段差部２６の内周面との摺接部分Ｓ６，曲面部６８の
頂部と冠面部１４ａの外周面との摺接部分Ｓ７，並びに
上辺部７０の下面と冠面部１４ａの上隅角部との摺接部
分Ｓ８等により、間隙Ｄのシールが行われている。

【００９４】ここで、曲面部６８の下端は段差部２６の
底面に摺接しており、この曲面部６８の下端と段差部２
６の内周面との間には、間隙Ｄのピストン径方向幅の変
化を吸収する適宜な吸収代７２が設定されている。

【００９５】このような構成により、例えばピストン上
部２０の熱膨張の際には、摺接部分Ｓ７を支点として曲
面部６８の曲率Ｒが変化するように吸収リング３０Ｆが
適宜に変形して、上記間隙Ｄの径方向幅の縮小分を吸収
する。なお、吸収代７２が無くなるまで吸収リング３０
Ｆは容易に変形できる。これに伴って、摺接部分Ｓ６が
上下方向にスライドし、かつ、上辺部７０は摺接部分Ｓ
８で摺動しつつピストン径方向にスライドする。

【００９６】なお、図１３に示す吸収リング３０Ｆを左
右逆にした構造とすることもできる。

【００９７】図１４に示す第８実施例では、その吸収リ
ング３０Ｇが、第７実施例の吸収リング３０Ｆに対し、
曲面部６８の頂部に、更にピストン内径方向へ突出する
小径な断面円弧状の突出部７４が形成されている。ま
た、冠面部１４ａの外周面には、断面円弧状の凹部７６
が凹設されており、この凹部７６に突出部７４が嵌合す
るようになっている。

【００９８】この第８実施例によれば、突出部７４が凹
部７６に嵌合しているため、吸収リング３０Ｇの脱落を
確実に防止できる。また、凹部７６のピストン冠面１８
からの深さＦ２を適宜に設定することによって、上辺部
７０に最適な符号ａ方向の復元力を与えることができ
る。

【００９９】なお、図１４に示す吸収リング３０Ｇを左
右逆にした構造とすることもできる。

【０１００】次に、図８に示す第２実施例を例にとっ
て、本ピストンの熱流れについて詳述する。このピスト
ンでは、上述したように、ピストン上部２０において、
内周部１４のピストン冠面部１４ａとスカート上部１２
ａとを間隙Ｄを介して互いに分離させるとともに、この
間隙Ｄに熱膨張吸収用の吸収リング３０Ｂを介装してい
るため、ピストン上部２０の熱膨張を適宜に吸収しつ
つ、その熱伝導性を効果的に抑制する構造となってい
る。従って、ピストン冠面１８の大部分を形成する冠面
部１４ａの昇温性能が特に向上するとともに、温度上昇
後の平衡温度が高くなり、未燃燃料の霧化，蒸発が促進
され、排気性能の向上を図ることができる。

【０１０１】しかしながら、ピストンの材質にもよる
が、ピストンの最高温度があまり高くなり過ぎると、ピ
ストン自体の耐久性に悪影響を及ぼす可能性がある。

【０１０２】そこで、以下の実施例では、吸収リング３
０並びにピストン下方の潤滑油を利用して、ピストン冠
面１８を形成するピストン上部２０の（最高）温度の上
昇を効果的に抑制するようにしている。上記潤滑油は、
例えばクランクケース内側に取り付けられた図外のピス
トンオイルジェットから噴射されるように構成されてい
る。

【０１０３】なお、以下に示す実施例において、図８に
示す第２実施例等と同一部分には同じ参照符号を付して
重複する説明を適宜省略している。

【０１０４】図１５，１６は、本発明の第９実施例を示
している。吸収リング３０Ｈは、断面略中空状の環状に
形成されており、その内部には周方向に延びるオイル通
路８０が画成されている。そして、シリンダ２下方に臨
んだ吸収リング３０Ｈの下辺部４６には、上記オイル通
路８０に連通するオイル孔７８が直径方向に対向する２
箇所に形成されている。これらオイル孔７８は、その一
方が主に潤滑油をオイル通路８０へ導入するオイル導入
口として機能し、他方が主にオイル通路８０内の潤滑油
を下方へ排出するオイル排出口として機能する。

【０１０５】上記の構成により、ピストンオイルジェッ
トによりピストン上部２０へ噴射された潤滑油は、オイ
ル孔７８を介してオイル通路８０に導入され、このオイ
ル通路８０内を周方向に循環した後、オイル孔７８から
排出される。このとき、オイル通路８０内を循環する潤
滑油と、冠面部１４ａ並びにスカート上部１２ａとの間
で、これらに密接部分Ｓ２で接する吸収リング３０Ｈを
経由して、熱交換がなされる。すなわち、オイル通路８
０内を循環する潤滑油（及びその循環量）によって、冠
面部１４ａ並びにスカート上部１２ａの温度上昇を効果
的に抑制することができる。

【０１０６】図１７，１８は、本発明の第１０実施例を
示している。この実施例の吸収リング３０Ｉは、基本的
には図１５，１６に示す吸収リング３０Ｈと同じ構成と
なっているが、冠面部１４ａに接する内側辺部４２に、
オイル通路８０に連通する複数の補助オイル孔８２を周
方向に適宜間隔を置いて形成してある。

【０１０７】上記の構成により、ピストン上部２０へ噴
射された潤滑油は、オイル孔７８を介してオイル通路８
０内へ導入され、このオイル通路８０内を周方向に循環
し、オイル孔７８から排出されるとともに、補助オイル
孔８２からも適宜に排出される。このとき、補助オイル
孔８２から漏れた潤滑油と、冠面部１４ａとの間で、直
接的に熱交換がなされるため、より効果的に冠面部１４
ａの温度上昇を抑制することができる。

【０１０８】図１９は本発明の第１１実施例を示してい
る。ここでは、上記吸収リング３０Ｉの内側辺部４２に
密接する冠面部１４ａの外周面に、上記補助オイル孔８
２に対向するオイル受容部８４が凹設されている。この
オイル受容部８４は、例えば断面半円弧状で全周にわた
って延びる溝状に形成され、あるいは半球状に凹んだ形
状で補助オイル孔８２に対向する位置に複数設けられて
いる。このようなオイル受容部８４は、例えば鋳抜き、
あるいは機械加工によって形成される。

【０１０９】この場合、オイル通路８０から補助オイル
孔８２を介して排出された潤滑油がオイル受容部８４に
溜まりやすくなり、かつ、潤滑油の伝熱面積が実質的に
拡大する形となるため、より効果的に冠面部１４ａの温
度低下を図ることができる。

【０１１０】図２０，２１は本発明の第１２実施例を示
している。この吸収リング３０Ｊは、各補助オイル孔８
２を形成する筒状の突起部８６が、内側辺部４２から内
周側へ張り出し形成されており、各突起部８６はオイル
受容部８４に嵌合されるようになっている。

【０１１１】このように、突起部８６がオイル受容部８
４に嵌合しているため、吸収リング３０をより安定して
内周部１４へ組み付けることができ、エンジン運転中に
発生するピストン上下方向の慣性力等によって吸収リン
グ３０がピストンから脱離することを確実に防止するこ
とができる。

【０１１２】図２２は本発明の第１３実施例を示してい
る。ここでは、上記第１２実施例に示す内周部１４側の
オイル受容部８４と突起部８６との嵌合構造を、スカー
ト部１２側にも適用している。

【０１１３】すなわち、この吸収リング３０Ｋの外側辺
部４４には、内部に補助オイル孔８８を有する筒状の突
起部９０が周方向に間欠的に複数設けられている。一
方、スカート上部１２ａに形成された段差部２６の内周
面には、上記突起部９０が嵌合するオイル受容部９２が
形成されている。オイル受容部９２は、例えば半球状に
凹設され、突起部９０に対応して複数設けられている。
すなわち、これらオイル受容部９２や突起部９０が、上
述した内周部１４側のオイル受容部８４や突起部８６と
同様の機能を備え、スカート上部１２ａ側の温度上昇を
効果的に抑制しつつ、吸収リング３０のピストンからの
脱離を更に確実に阻止するようになっている。

【０１１４】図２３，２４は本発明の第１４実施例を示
している。ここでは、冠面部１４ａの外周面に形成され
るオイル受容部８４が、断面半円弧状で全周に延在する
溝状をなしている。そして、吸収リング３０Ｌの内側辺
部４２に形成される突起部９４が、内周側へ突出する上
辺部９４ａと下辺部９４ｂとにより構成され、これら上
辺部９４ａと下辺部９４ｂとの間に補助オイル孔９６が
開口形成された構造となっており、周方向に適宜間隔を
置いて複数設けられている。そして、上辺部９４ａ及び
下辺部９４ｂがそれぞれオイル受容部８４に嵌合するよ
うになっている。なお、この突起部９４は、例えばプレ
ス機を用いた打ち抜き加工により容易に形成できる。

【０１１５】このように、突起部９４を構成する上辺部
９４ａ及び下辺部９４ｂがオイル受容部８４に嵌合する
ことによって、吸収リング３０Ｌのピストンからの脱離
を確実に防止できることに加え、突起部９４の周方向長
さＬを適宜に調整することにより、冠面部１４ａの放熱
特性を容易に調整することが可能となる。例えば、周方
向長さＬを長くすると、補助オイル孔９６の面積が大き
くなり、冠面部１４ａの冷却効果が向上する。また、ピ
ストン冠面１８の温度分布に応じて、各突起部９４の周
方向長さＬを調整することにより、ピストン冠面１８の
温度分布の平均化を図ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るピストンの上面図。

【図２】図１のピストンの下面図。

【図３】図１のピストンの正面図。

【図４】図１のピストンを図３と９０度異なる方向から
見た正面図。

【図５】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図６】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図７】本発明の第１実施例を示す要部拡大断面図。

【図８】本発明の第２実施例を示す要部拡大断面図。

【図９】本発明の第３実施例を示す要部拡大断面図。

【図１０】本発明の第４実施例を示す要部拡大断面図。

【図１１】本発明の第５実施例を示す要部拡大断面図。

【図１２】本発明の第６実施例を示す要部拡大断面図。

【図１３】本発明の第７実施例を示す要部拡大断面図。

【図１４】本発明の第８実施例を示す要部拡大断面図。

【図１５】本発明の第９実施例を示す要部拡大断面図。

【図１６】図１５の吸収リングを単体で示す斜視図。

【図１７】本発明の第１０実施例を示す要部拡大断面
図。

【図１８】図１７の吸収リングを単体で示す斜視図。

【図１９】本発明の第１１実施例を示す要部拡大断面
図。

【図２０】本発明の第１２実施例を示す要部拡大断面
図。

【図２１】図２０の吸収リングを単体で示す斜視図。

【図２２】本発明の第１３実施例を示す要部拡大断面
図。

【図２３】本発明の第１４実施例を示す要部拡大断面
図。

【図２４】図２３の吸収リングを単体で示す斜視図。

【符号の説明】

１２…スカート部１４…内周部１８…ピストン冠面２０…ピストン上部２２…ピストン下部３０…吸収リング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ壁面に摺接するスカート部と、
ピストン冠面及びピストンピンボス部を含む内周部とを
有し、ピストン下部で上記スカート部と上記内周部とを
連結するとともに、ピストン上部で上記スカート部と上
記内周部とを間隙を介して分離したことを特徴とする内
燃機関のピストン。
【請求項２】上記スカート部は、上記ピストン上部で
は全周にわたって環状に形成される一方、上記ピストン
下部ではピストンピン方向の所定範囲が切り欠かれてい
ることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のピスト
ン。
【請求項３】上記スカート部の外周面を、上記ピスト
ン上部からピストン下部にわたって略同一周面に設定し
たことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の
ピストン。
【請求項４】上記ピストン上部に位置する上記スカー
ト部の外周に、ピストンリングを１つだけ嵌合したこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関
のピストン。
【請求項５】上記スカート部と上記内周部との間隙
に、この間隙のピストン径方向幅の変化を吸収する吸収
リングを介装したことを特徴とする請求項１〜４のいず
れかに記載の内燃機関のピストン。
【請求項６】上記吸収リングは、ピストン径方向に伸
縮するジャバラ部を有することを特徴とする請求項５に
記載の内燃機関のピストン。
【請求項７】上記吸収リングは、ピストン径方向にス
ライド可能な上辺部を有することを特徴とする請求項５
又は６に記載の内燃機関のピストン。
【請求項８】上記吸収リングは、対向する上記スカー
ト部又は内周部の周面に対してピストン径方向に傾斜す
る側辺部を有し、この側辺部の一端が上記スカート部又は内周部の周面と
接するとともに、上記側辺部の他端側と上記スカート部
又は内周部の周面との間に、上記間隙のピストン径方向
幅の変化を吸収する吸収代が形成されていることを特徴
とする請求項５〜７のいずれかに記載の内燃機関のピス
トン。
【請求項９】上記吸収リングは、ピストン径方向に断
面略円弧状に湾曲する曲面部を有し、この曲面部の一端と上記スカート部又は内周部の周面と
の間に、上記間隙のピストン径方向幅の変化を吸収する
吸収代が形成されていることを特徴とする請求項５又は
７に記載の内燃機関のピストン。
【請求項１０】上記吸収リングが介装された上記間隙
に臨んだ上記スカート部及び内周部の上隅角部の少なく
とも一方に、上記間隙の内方へ向かって延びる吸収リン
グ脱落防止用の突起部を設けたことを特徴とする請求項
５に記載の内燃機関のピストン。
【請求項１１】上記吸収リングに、ピストン径方向に
張り出した突起部を設けるとともに、上記間隙に臨んだ
上記スカート部又は内周部の周面に、上記突起部が嵌合
する凹部を設けたことを特徴とする請求項５に記載の内
燃機関のピストン。
【請求項１２】上記吸収リングに、この吸収リング内
を周方向に延びるオイル通路が設けられるとともに、こ
のオイル通路内に潤滑油を導入，排出するオイル孔を形
成したことを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記
載の内燃機関のピストン。
【請求項１３】上記ピストン上部におけるスカート部
又は内周部の周面に接する吸収リングの側辺部に、上記
オイル通路に連通する補助オイル孔を形成したことを特
徴とする請求項１２に記載の内燃機関のピストン。
【請求項１４】上記補助オイル孔に対向するスカート
部又は内周部の周面に、オイル受容部を凹設したことを
特徴とする請求項１３に記載の内燃機関のピストン。
【請求項１５】上記吸収リングの側辺部に、上記補助
オイル孔を形成する突起部が形成され、この突起部が上
記オイル受容部に嵌合するように構成されていることを
特徴とする請求項１３に記載の内燃機関のピストン。