JP2000297694A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンの強度を低下させることなく、耐久
性に優れ寿命の長いピストンを提供する。 【解決手段】 スカート部１０ｂの外周表面の少なくと
もスラスト側に油溝１１を形成した内燃機関用ピストン
１０において、前記油溝１１の裏面側にこの油溝に対応
してリブ状の突起部１１ａが形成されている内燃機関用
ピストン。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用ピストン
の改良に関し、特にスカート部に効果的に油膜を形成す
ることができるピストンを提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関はシリンダの燃焼室内において
燃料を燃焼してシリンダ内に嵌入されているピストンの
頂面に高圧を作用させてこのピストンを押圧し、コンロ
ッドを介してクランク軸を回転させて出力するものであ
るから、このピストンには大きな力が瞬間的に作用す
る。

【０００３】また、クランク軸とピストンとの間をピス
トンピンを介して結ぶコンロッドはクランク運動に伴な
って揺動運動と上下運動の合成運動を行うので、クラン
ク軸の回転角度によってピストンに対して斜め方向に支
持する状態が発生し、それに伴ってピストンをシリンダ
ボア面に押付ける力、即ちスラスト力が作用する。

【０００４】つまり、爆発行程においてはピストンはシ
リンダ内を高圧によって押下げられるが、この行程にお
いてコンロッドの小端部が指向するピストンピンを中心
とする略半分のスカート部がスラスト側としてシリンダ
内面に押圧され、反対の半分のスカート部が反スラスト
側となってシリンダ内面にあまり押圧されない状態とな
る。

【０００５】一方、ディーゼルエンジンの騒音源の一つ
として、ピストン外周とシリンダボアの内面の接触によ
って発生するスラップ音があげられるが、このスラップ
音は前記のようにピストンに対してコンロッドが大きく
斜めになる状態において最も大きくなる。これはピスト
ンの直線運動をコンロッドとクランク軸を有するクラン
ク機構の特性であるが、前記のようにピストンのスカー
ト部がシリンダボアと強く接触することから発生する。

【０００６】図７はシリンダボア１の内面に摺接して嵌
入されたピストン２との間の間隙ｇが少ない場合を示し
ているが、このような状態ではピストン２の往復運動に
際してこのピストン２の姿勢が変化しないことから大き
なスラップ音を発生することが少ない。

【０００７】図８は前記間隙ｇが大きい場合を示すもの
で、コンロッド３が斜めになると共にピストン２も斜め
の姿勢となり、クラウン部２ａの一部と、これの反対側
のスカート部２ｂの下端部とがシリンダボア１の内面と
強く接触することになる。このようにシリンダボア１に
対してピストン２のスカート部２ｂの一部が強く接触す
るとこの部分（スラスト側）の油膜が形成されなくなる
ことから焼付きが発生することになる。

【０００８】この現象を防止するためにクラウン部２ａ
に形成したリング溝２ｃに複数本のピストンリングを嵌
入し、最下段のピストンリングをオイルリングとしてシ
リンダボア１とピストン２との間の間隙ｇ内のオイルを
掻下げ、図９及び図１０に示すオイル孔２ｄより吐出し
てながらシリンダボア１とピストン２の表面との間に油
膜を形成して焼付きを防止するようにしている。

【０００９】図７に示すようにピストン２とシリンダボ
ア１のハメアイ公差、即ち間隙ｇを極力小さくして、ガ
タを減らすことによってスラップ音の発生を抑制するこ
とが可能であるが、エンジンが新しい場合にはこのよう
にすることは比較的容易である。しかし、隙間公差を厳
しく管理しない場合はピストンの焼付きが発生し、摩擦
力が増加し、往復運動性が低下し、耐久性に問題が発生
する。

【００１０】また、シリンダボア１とピストン２の両者
が磨耗すると図８に示すように間隙ｇが拡大する状態と
なってピストン２が斜めになって運動してシリンダボア
１の内面を打撃してスラップ音が発生したり衝突した部
分に高圧が発生して油膜の形成を妨げてオイルの供給量
が不足することになるのである。

【００１１】スラップ音を低減するためには図８に示す
ように間隙ｇの大きいピストン２を図７に示す間隙ｇの
少ないピストンの状態にすれば良いのであるが、このよ
うな構造を達成するために、図１１に示すようにスカー
ト部２ｂをジャケットのように二重構造部４に形成して
その内部に油圧を導入して外壁４ａを拡張して間隙ｇを
減少させる方法を採用してシリンダボア１内でピストン
２が安定して往復運動をするように構成した構造が提案
されている。しかし、この方法はピストン２、特にスカ
ート部２ｂの製作が複雑でコスト高となる上にピストン
２の重量も増加する上に油圧の供給機構が複雑化ること
から実用性に問題がある。

【００１２】ピストン２とシリンダボア１とが接触する
表面の磨耗を防止するための有効な方法は両者の間の間
隙ｇに十分な油膜を形成することであるが、この手段と
して例えば実開平１−１３１８４７号公報や実開平４−
８８７６６号公報や実開昭６０−２１５４１号公報など
が提案されている。

【００１３】実開平１−１３１８４７号公報に記載され
た技術は、スカート部の表面に機械加工によって多数の
鋭い直線状の横溝を形成し、この横溝の一部あるいは全
部と縦溝を連結したものである。

【００１４】この鋭く、しかも繊細な横溝によってシリ
ンダボアの表面に形成された油膜を掻き取り保有するも
のであるが、この横溝内に十分な量のオイルを保持する
部分がないためにシリンダボアより掻き取られたオイル
は簡単に排出されるので十分な量を保持できないもので
ある。

【００１５】また、この繊細な横溝は機械加工によって
形成されることから加工に要するコストが増加する。更
にスカート部に多数の横溝を形成することからシャープ
なエッジが多く存在し、応力集中による疲労寿命を低減
する恐れがある。

【００１６】また、実開平４−８８７６６号公報に記載
された技術は、ピストンのスカート部に、高油圧発生点
近傍においてピストンの摺動方向に閉じた条痕あるいは
溝を少なくともピストンスカート部のスラスト側に設け
たものである。このピストンにおいてはピストンの外周
面の油圧が最も高くなる部分を考慮してこの部分にオイ
ルを積極的に供給して油膜を効果的に形成する点におい
て有利であるが、この細く微妙な形状の条痕や溝を正確
に形成するためには製作コストが増加し、また、表面を
機械加工した際にはその表面状態が大きく変化すること
から、一定の能力を持つピストンを大量生産することが
困難である。

【００１７】更に、実開昭６０−２１５４１号公報に記
載された技術は、スカート部の外周面のうち、少なくと
も側圧が作用する部分にピストンヘッド側に向かう矢筈
状の複数の溝を形成したものである。この構造のピスト
ンは表面に形成された多数の溝内にオイルを保持するよ
うになっているが、ピストンのスカート部の肉を薄くす
ることから耐久性に問題がある。

【００１８】本発明は、前記従来の技術の持つ欠点を解
消するために得られたものであって、シリンダボアと接
触するピストンの表面に適量のオイルを保持しながら、
製作が容易であり、更に十分に強度を持ち、軽量の内燃
機関用ピストンを提供することを目的とするものであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る内燃機関用ピストンは、次のように構成
されている。

【００２０】１）スカート部の外周表面の少なくともス
ラスト側に油溝を形成した内燃機関用ピストンにおい
て、前記油溝の裏面側にこの油溝に対応してリブ状の突
起部を形成している。

【００２１】２）前記１）において、スカート部の外周
表面の油溝と、この油溝に対応して前記スカート部の裏
側にリブ状に形成した突起部は、ピストンの鋳造工程に
おいて形成している。

【００２２】３）スカート部の外周表面に形成した油溝
は、スカート部の中央部に配置された第１の縦溝と、こ
の第１の縦溝から離間した位置に設けた第２の縦溝と、
これらの第１と第２の縦溝の間を連結する複数本の横溝
で構成している。

【００２３】４）前記３）において、スカート部の外周
表面に形成した油溝は、スカート部の中央部に配置され
た第１の縦溝と、この第１の縦溝から離間した位置に設
けた第２の縦溝と、これらの第１と第２の縦溝の間を連
結する複数本の横溝で構成し、この横溝をスカート部の
下端部側に円弧状に突出して形成している。

【００２４】５）前記３）において、スカート部の外周
表面に形成した油溝は、スカート部の中央部に配置され
た第１の縦溝と、この第１の縦溝から離間した位置に設
けた第２の縦溝と、これらの第１と第２の縦溝の間を連
結する複数本の横溝で構成しており、これらの縦溝と横
溝とは直線状に形成している。

【００２５】６）前記３）において、スカート部の外周
表面に形成した油溝は、スカート部の中央部に配置ざれ
た第１の縦溝と、この第１の縦溝から離間した位置に設
けた第２の縦溝と、これらの縦溝を結ぶ複数本の横溝と
からなり、この横溝は縦溝の間を結ぶ円形の溝に形成し
ている。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態に係るス
ラスト側あいは反スラスト側から見たピストンの正面
図、図２はピストンピンを挿入するピンボス部から見た
ピストンの正面図、図３は図１におけるIII−III線断面
図である。

【００２７】本発明に係るピストン１０はクラウン部１
０ａの下部に延長したスカート部１０ｂを薄板状に形成
し、その表面に図３に示すように裏面側に突出するリブ
状の突起部１１ａを形成し、これに対応して表面側を窪
ませて溝部１１を形成している。

【００２８】この溝部１１は、スカート部１ｂの中央に
位置する第１の縦溝Ｔ１と、その両側の第２の縦溝Ｔ
２，Ｔ２と、これらの縦溝の間を連結する第１の横溝Ｙ
１と第２の横溝Ｙ２と第３の横溝Ｙ３で形成しており、
この突起部１１に囲まれた平坦部１２（あるいは突出
部）及び平坦部１２ａ、１２ｂが飛石状に配置されてい
ることになる。図１に示すように、溝部１１はピストン
１０のスカート部１０ｂの表面に窓枠形状のパターンで
形成されていることになる。なお、図２に示すように両
側のスカート部１０ｂの間にピストンピンが嵌入される
ボス部１４が形成されている。また、横溝Ｙ１、Ｙ２及
びＹ３はスカート部１０ｂの下側に向かって弓形に膨出
して形成し、掻き取ったオイルをこれに溜めることがで
きるようにしている。

【００２９】図１に示すように、スカート部１０ｂの表
面に形成した溝部１１は窓枠状の単純な形状に形成され
ており、これがスカート部１０ｂの表面に全面的に広が
っていることから、内燃機関が作動するとその表面にオ
イルを積極的に供給してピストン１０の表面に局部的な
応力が発生しないようにすることができる。

【００３０】更に、溝部１１はスカート部１０ｂの全面
に広がっており、縦溝Ｔと横溝Ｙとは互いに連通してい
ることから、この溝部１１内に捕獲収容されたオイル
は、この溝部１１内を循環し、そしてこの溝部１１で囲
まれている飛石状に分散している平坦部１２、１２ａ、
１２ｂに円滑に広く供給されることになる。

【００３１】また、図３に示すように、スカート部１０
ｂに形成するリブ状の突起部１１ａとその裏側でピスト
ン１０の表面側の溝部１１とは対応しており、ピストン
１０の鋳造工程によって形成される。従って、この溝部
１１を形成するために表面を機械加工することは実質的
にない。

【００３２】前記のように鋳造工程において溝部１１を
形成するので、ピストンの粗材の鋳造と共に形成される
ことになるが、ピストン１０の表面を機械加工する際に
平坦部１２、１２ａ、１２ｂと共に溝部１１の輪郭が正
確に形成される。

【００３３】図４は横溝Ｙ１、Ｙ２及びＹ３を直線状に
形成したピストン１０の第２の実施の形態を示してお
り、オイルを捕捉収容する作用が図１のピストンの場合
と若干異なるが、実質的に同様に機能することになる。

【００３４】図５は第３の実施の形態を示すもので、図
４における横溝Ｙ１とＹ２を直線状から下辺を波形に形
成したものであり、この波形の部分が一種の油溜めとし
て作用することになる。

【００３５】図６は第４の実施の形態を示すもので、第
１の縦溝Ｔ１の両側の上下に配置される平坦部１２が円
形になるように溝部１１を形成したものであり、この平
坦部を囲む横溝はメガネ状に曲線で形成されている。こ
のように横溝を曲線で形成することによってシリンダボ
ア１面に付着するオイルを捕捉収容する能力が増大する
ことになる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明によりピストンのスカー
ト部の表面に簡単に溝部を形成することができる。しか
も、この溝部は裏側をリブ状に突出させ、表面側に凹部
を形成しており、この溝部を形成するために機械的な強
度を低下させることがなく、ピストンの寿命に影響を与
えることがない。

【００３７】請求項２の発明により、表面の溝部と、こ
の溝部の裏側のリブ状の突起部とが鋳造工程によって形
成できるので、大量生産に対応することができる。請求
項３の発明により、溝部は縦溝と横溝とを連結して窓枠
状に形成しているので、この溝部に捕獲したオイルを循
環させて必要な箇所に供給することができる。

【００３８】請求項４の発明により、横溝をスカート部
の下端側に膨出するように円弧状に形成しているので、
ピストンがシリンダボア内で往復運動する際にオイルを
効果的に溝部内に捕獲して収容し、オイル切れが発生し
易い部分にも効果的に供給することができる。

【００３９】請求項５の発明により、鋳造工程における
溝部のパターンを容易に形成することができる。請求項
６の発明により、スカート部の中心に配置した縦溝の両
側に円形の溝部を形成しているので、オイルの捕獲と高
圧が発生する部分に効果的にオイルを供給することがで
きる。

【００４０】本発明に係るピストンのスカート部に形成
した溝部は、鋳造工程によって一体的に形成することが
できることから、極めて容易にピストンの表面パターン
を形成することができ、目的とする箇所にオイルを効果
的に供給することができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すスカート部に溝部を
形成したピストンの正面図である。

【図２】図１の側面を示す図である。

【図３】図１のIII−III線矢視断面図である。

【図４】第２の実施の形態に係るピストンの正面図であ
る。

【図５】第３の実施の形態を係るピストンの正面図であ
る。

【図６】第４の実施の形態に係るピストンの正面図であ
る。

【図７】シリンダボアとシリンダとの間の間隙が小さい
場合の説明図である。

【図８】シリンダボアとシリンダとの間の間隙が大きい
場合の説明図である。

【図９】表面にオイルを供給する孔を有するピストンの
正面図である。

【図１０】図９における側断面図である。

【図１１】スカート部を拡巾するピストンの断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ ピストン １０ａ クラウン部 １０ｂ スカート部 １１ 溝部 １１ａ リブ状の突起部 １２、１２ａ、１２ｂ 平坦部 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ 縦溝 Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３ 横溝

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スカート部の外周表面の少なくともスラ
   スト側に油溝を形成した内燃機関用ピストンにおいて、
   前記油溝の裏面側にこの油溝に対応してリブ状の突起部
   を形成した内燃機関用ピストン。
2. 【請求項２】 スカート部の外周表面の油溝と、この油
   溝に対応して前記スカート部の裏側にリブ状に形成した
   突起部は、ピストンの鋳造工程において形成した請求項
   １記載の内燃機関用ピストン。
3. 【請求項３】 スカート部の外周表面の少なくともスラ
   スト側に油溝を形成した内燃機関のピストンにおいて、
   前記油溝は、スカート部の中央部に配置された第１の縦
   溝と、この第１の縦溝から離間した位置に設けた第２の
   縦溝と、これらの第１と第２の縦溝の間を連結する複数
   本の横溝で構成した内燃機関用ピストン。
4. 【請求項４】 スカート部の外周表面に形成した油溝
   は、スカート部の中央部に配置された第１の縦溝と、こ
   の第１の縦溝から離間した位置に設けた第２の縦溝と、
   これらの第１と第２の縦溝の間を連結する複数本の横溝
   で構成し、この横溝をスカート部の下端側に円弧状に突
   出して形成した請求項３記載の内燃機関用ピストン。
5. 【請求項５】 スカート部の外周表面に形成した油溝
   は、スカート部の中央部に配置された第１の縦溝と、こ
   の第１の縦溝から離間した位置に設けた第２の縦溝と、
   これらの第１と第２の縦溝の間を連結する複数本の横溝
   で構成しており、これらの縦溝と横溝とは直線状に形成
   した請求項３記載の内燃機関用ピストン。
6. 【請求項６】 スカート部の外周表面に形成した油溝
   は、スカート部の中央部に配置ざれた第１の縦溝と、こ
   の第１の縦溝から離間した位置に設けた第２の縦溝と、
   これらの縦溝を結ぶ複数本の横溝とからなり、この横溝
   は縦溝の間を結ぶ円形の溝に形成した請求項３記載の内
   燃機関用ピストン。