JP2003269246A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ピストン冠部とピストンピンをボ
スリブで連結した内燃機関用ピストンにおいて、内燃機
関の運転時にボスリブに発生する応力を緩和するととも
に、ピストン冠部が受ける熱を効率良くシリンダへ伝達
することを目的としている。 【構成】 このため、内燃機関用ピストンにおいて、ボ
スリブのピストンの中心側に位置する内側面をピンボス
の内側端面に対してピンボスの軸方向で外方にオフセッ
トするように接続するとともに、ボスリブの内側面の面
上にはピンボスの外周部上面とピストン冠部の下面とを
接続する補強リブを設け、補強リブはピストンの中心側
に位置するリブ頂面をピンボスの内側端面に一致させる
とともに、ピンボスの軸方向から見た補強リブの形状を
ピンボスの軸線と、軸線に直交してピストンの摺動方向
に延びる直線とで形成される平面に対して対称で、且つ
ピンボスの上部からピストン冠部に指向して拡がる扇状
に形成している。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は内燃機関用ピスト
ンに係り、特にピストン冠部とピストンピンをボスリブ
で連結した内燃機関用ピストンにおいて、内燃機関の運
転時にボスリブに発生する応力を緩和するとともに、ピ
ストン冠部が受ける熱を効率良くシリンダへ伝達する内
燃機関用ピストンに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】内燃機関用ピストンは、燃焼室の底面と
なる上面を有するピストン冠部と、このピストン冠部か
ら下方に延びるように形成される一対のボスリブと、こ
れらのボスリブの下部に夫々配設されるピンボスとを有
する。そして、前記ピストン冠部の外周には、シリンダ
との間からガス漏れやオイル漏れを防ぐために、プレッ
シャリングやオイルリング等のピストンリングが係合さ
れている。また、前記ピンボスには、ピストンピンを保
持するピン孔が形成されている。 【０００３】内燃機関用ピストンとしては、特開平９−
３２９０５６号公報に開示されるものがある。この公報
に開示される内燃機関用ピストンは、中央部にピン穴を
備え、ピストンヘッドの外周縁より内側に設けられたピ
ンボスを有する内燃機関用ピストンにおいて、ピン穴に
対応し、ピンボスよりピストンヘッドの外周縁に至る間
の部位を補強する補強手段を備え、ピストンヘッドの変
形を最適に抑制している。 【０００４】また、実開平６−２８２４０号公報に開示
されるものがある。この公報に開示される内燃機関用ピ
ストンは、ピンボス部の内端部とクランク部の冠面部と
の連設部に縦方向補強リブを形成し、縦方向補強リブと
クラウン部のランド部との間に空洞部を形成し、クラウ
ン部の冠面部及びピンボス部の強度を損なうことなく、
ピストン本体を軽量化している。 【０００５】更に、実開平６−３７５４３号公報に開示
されるものがある。この公報に開示される内燃機関用ピ
ストンは、ピンボス部の上部とクラウン部の冠面部との
間に、冠面部に沿って熱伝導率の低い材料を埋設し、肉
抜き凹部を形成することなく、ピストン本体を軽量化
し、且つ冠面からの熱をピストンピン孔へ伝え難くして
いる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の内燃
機関用ピストンにおいては、図１２及び図１３に示す如
く、ピストン１０２のピストン冠部１０４から下方に延
びる一対のボスリブ１０６、１０６を形成し、一対のボ
スリブ１０６、１０６の下部に夫々ピンボス１０８、１
０８を配設している。 【０００７】そして、前記ピストン１０２のボスリブ１
０６は、爆発時には、図１４に示す中央部分が圧縮され
つつピストン冠部１０４の上面に作用する燃料圧力をピ
ンボス１０８へと伝え、慣性時には、図１５に示す両側
部分がピストン冠部１０４とピンボス１０８が分離しな
いように引っ張られる。つまり、ボスリブ１０６は爆発
時の圧縮応力と慣性時の引張応力とによる応力変動を常
に受けるため強度が低いと疲労が発生し易い。 【０００８】また、前記ボスリブの一般的な形状として
は、図１６及び図１７に示す如く、ボスリブ１０６−１
の内側面１０６ｍ−１をピンボス１０８−１の内側端面
１０８ｍ−１と同一面をなす形状とするものや、図１８
及び図１９に示す如く、ボスリブ１０６−２の内側面１
０６ｍ−２をピンボス１０８−２の内側端面１０８ｍ−
２よりも、引っ込める形状とするものがある。 【０００９】しかし、前者の同一面とする形状の場合に
は、強度が大なることによって疲労強度の向上に効果が
大きいとともに、熱逃げが良く、ピストンの冷却性も向
上する反面、重量が大幅に増加してピストンに作用する
慣性力が増加してしまうという不都合がある。 【００１０】また、後者の引っ込める形状の場合には、
軽量化は図れるものの、ボスリブ１０６−２の中央部位
に応力が集中したり、爆発時に、図２０に示す如く、ピ
ンボス１０８−２の内側端面１０８ｍ−２のＳ部に引張
応力を発生させてしまうため、強度的に弱くなるという
不都合がある。 【００１１】換言すると、従来のようにボスリブのピス
トンの中心側に位置する内側面をピンボスの内側端面に
対してピンボスの軸方向で外方にオフセットするように
接続した場合、機関運転時には膨張行程でピストンに作
用する爆発圧力によりボスリブの内側面の中央部位に圧
縮応力が発生するとともに、圧縮、排気行程ではピスト
ンに作用する慣性力によりボスリブの内側面の両側部位
に引張応力が発生して疲労強度が低下していた。 【００１２】また、上述した問題の対策として、ボスリ
ブの内側面をピンボスの内側端面と面一に形成した場合
には、ピストン重量が増加してピストンに作用する慣性
力が増加するとともに、ピストン冠部が受ける熱のボス
リブ側への伝達が増加するため、ピストン冠部の温度が
上昇して強度上不利になっていた。 【００１３】このため、この発明は、軽量化と高強度と
を両立させる形状とし、軽量で、且つ圧縮・引張による
疲労強度が高く、ピンボスの内側端面の引張応力が抑制
され、しかも熱逃げが良いという利点を持ち、２つの従
来例の長所をうまくバランスさせた内燃機関用ピストン
を提供するものである。 【００１４】 【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
述不都合を除去するために、ピストン冠部から下方に延
びる一対のボスリブを設け、該ボスリブの下部に夫々ピ
ンボスを配設した内燃機関用ピストンにおいて、前記ボ
スリブのピストンの中心側に位置する内側面を前記ピン
ボスの内側端面に対して該ピンボスの軸方向で外方にオ
フセットするように接続するとともに、前記ボスリブの
内側面の面上には前記ピンボスの外周部上面と前記ピス
トン冠部の下面とを接続する補強リブを設け、該補強リ
ブはピストンの中心側に位置するリブ頂面を前記ピンボ
スの内側端面に一致させるとともに、前記ピンボスの軸
方向から見た前記補強リブの形状を前記ピンボスの軸線
と、該軸線に直交して前記ピストンの摺動方向に延びる
直線とで形成される平面に対して対称で、且つピンボス
の上部から前記ピストン冠部に指向して拡がる扇状に形
成したことを特徴とする。 【００１５】 【発明の実施の形態】上述の如く発明したことにより、
ボスリブの軸線方向から見て、爆発時に圧縮応力が集中
する部位に配設した補強リブによって、機関運転時の圧
縮応力を低減し、疲労強度を向上するとともに、補強リ
ブの形状を、ピストン冠部に指向して扇状に拡がる形状
とし、補強リブのピストン冠部への接続部位において、
ピストン冠部の中心部位とピストンリング溝とをつなぐ
連結部の断面積を増加させ、ピストン冠部が受けた熱を
ピストンリングを介して効率良くシリンダへ伝達し、膨
張行程におけるピストン冠部の温度を低減している。 【００１６】 【実施例】以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細
に説明する。 【００１７】図１〜図７はこの発明の実施例を示すもの
である。図３及び図４において、２は内燃機関用ピスト
ンである。 【００１８】この内燃機関用ピストン２は、ピストン冠
部４と、このピストン冠部４から下方に延びるように設
けられる一対のボスリブ６、６と、ボスリブ６、６の下
部に夫々配設したピンボス８、８とを有している。 【００１９】そして、前記内燃機関用ピストン２のピス
トン冠部４の外周には、図示しないシリンダとの間から
ガス漏れやオイル漏れを防ぐために、プレッシャリング
やオイルリング等のピストンリング（図示せず）を係合
させる複数本のピストンリング溝１０が形成されてい
る。 【００２０】また、前記ピンボス８には、図示しないピ
ストンピンを保持するピン孔１２が形成されている。 【００２１】このピン孔１２は、図２に示す如く、真円
の基本形状を有するとともに、上部２箇所に微小溝１４
が形成されている。この微小溝１４には、以下の如き機
能がある。 （１）微小溝１４を設けた箇所は、内燃機関の膨張行程
でピストンピンから受ける応力が高くなりすぎるため、
微小溝１４を設けて非接触状態とし、応力の緩和を果た
す。 （２）ピストンピン端部への潤滑用の通路となる。 【００２２】更に、前記内燃機関用ピストン２におい
て、前記ボスリブ６のピストン２の中心側に位置する内
側面６ｍを、図１に示す如く、前記ピンボス８の内側端
面８ｍに対して該ピンボス８の軸方向で外方にオフセッ
トするように接続する。 【００２３】そして、前記ボスリブ６の内側面６ｍの面
上には、前記ピンボス８の外周部上面と前記ピストン冠
部４の下面４ｂとを接続する補強リブ１６を設ける。 【００２４】この補強リブ１６は、図１に示す如く、ピ
ストン２の中心側に位置するリブ頂面１８を前記ピンボ
ス８の内側端面８ｍに一致させる。 【００２５】また、前記ピンボス８の軸方向から見た前
記補強リブ１６の形状を、前記ピンボス８の軸線と、該
軸線に直交して前記ピストン２の摺動方向に延びる直線
とで形成される平面に対して対称で、且つピンボス８の
上部から前記ピストン冠部４に指向して拡がる扇状に形
成する。 【００２６】つまり、前記ボスリブ６の内側面６ｍの面
上に補強リブ１６を設ける際に、図１及び図５、図６に
示す如く、補強リブ１６のリブ頂面１８を前記ピンボス
８の内側端面８ｍと面一状態に形成するとともに、この
補強リブ１６のリブ頂面１８の両側部位と前記ボスリブ
６の内側面６ｍとを傾斜面２０、２０で夫々連絡するも
のである。 【００２７】なお、前記補強リブ１６のリブ頂面１８
は、図１に示す如く、ピンボス８の上部から前記ピスト
ン冠部４に指向して拡がる扇状に形成されているが、前
記傾斜面２０、２０の形状は、同様な扇形あるいは同一
幅を有する形状とすることが可能である。 【００２８】次に作用を説明する。 【００２９】前記ボスリブ６の内側面６ｍと前記補強リ
ブ１６とにおいて、爆発時には、前記ピストン２の中心
側に突出する補強リブ１６のリブ頂面１８が圧縮応力を
受け持ち、慣性時には、補強リブ１６の両側に位置し、
且つ前記ピンボス８の内側端面８ｍに対してピンボス８
の軸方向で外方にオフセットするよう設けられる前記ボ
スリブ６の内側面６ｍが引張応力を受け持つ。 【００３０】このため、圧縮応力と引張応力とに対応す
る箇所が分離され、ボスリブ６の疲労強度が向上する。 【００３１】また、前記ピストン２の中心側に突出する
補強リブ１６のリブ頂面１８は、ピンボス８の内側端面
８ｍを支える役目も果たしており、ピンボス８の内側端
面８ｍの引張応力が低下する。 【００３２】そして、前記補強リブ１６のリブ頂面１８
は、最も温度の高くなる中心部位からピストンリングに
向かって熱を逃がすこととなり、ピストンの冷却性能が
向上する。 【００３３】ここで、理解を容易とするために、前記ボ
スリブ６の内側面６ｍと前記補強リブ１６とにおける役
割を以下に列記する。 １）ボスリブ６の内側面６ｍ （１）慣性時の引張応力を中央部位から離し、疲労強度
を高める。 ２）補強リブ１６ （１）爆発時の圧縮応力を受け止める。 （２）ピンボス８の内側端面８ｍの引張応力も低減す
る。 （３）熱を効率良く逃がす。 【００３４】これにより、ボスリブ６の軸線方向から見
て、爆発時に圧縮応力が集中する部位に配設した補強リ
ブ１６によって、機関運転時の圧縮応力を低減すること
ができ、疲労強度を向上し得る。 【００３５】また、前記補強リブ１６の形状を、ピスト
ン冠部４に指向して扇状に拡がる形状としたことによ
り、補強リブ１６のピストン冠部４への接続部位におい
て、ピストン冠部４の中心部位とピストンリング挿入部
であるピストンリング溝とをつなぐ断面の断面積が増加
することとなり、ピストン冠部４が受けた熱をピストン
リングを介して効率良くシリンダへ伝達でき、膨張行程
におけるピストン冠部４の温度を低減することができる
ものである。 【００３６】なお、この発明は上述実施例に限定される
ものではなく、種々の応用改変が可能である。 【００３７】例えば、この発明の実施例においては、前
記補強リブ１６のリブ頂面１８の両側部位と前記ボスリ
ブ６の内側面６ｍとを傾斜面２０、２０で夫々連絡する
構成としたが、図８に示す如く、リブ頂面１８と傾斜面
２０、２０との代わりに、同一曲率半径を有する断面円
弧状に補強リブ１６のリブ頂面３２を形成する特別構成
とすることも可能である。 【００３８】さすれば、補強リブ１６に、同一曲率半径
を有する断面円弧状に形成したリブ頂面３２によって、
少々軽量化し得るとともに、爆発時の圧縮応力をリブ頂
面３２からボスリブ６側へ円滑に移行させることが可能
となり、爆発時の圧縮応力をより一層受け止めることが
でき、実用上有利である。 【００３９】また、前記ボスリブ６の内側面に、図９に
示す如く、ピストンの中心側に突出する突条４２を形成
する特別構成とすることも可能である。 【００４０】すなわち、図９に示す如く、補強リブ１６
の両側部位に位置する前記ボスリブ６の内側面を、ピス
トンの中心側に断面円弧状に突出させて、前記ボスリブ
６の内側面にピンボスの軸方向に延びる連続した突条４
２を形成するものである。 【００４１】さすれば、突条４２の形成によって、少々
重量は増加することとなるが、ボスリブ６の強度を向上
させることができ、慣性時にピンボスの内側端面に作用
する引張応力を低減し得る。 【００４２】更に、この発明の実施例においては、前記
補強リブ１６のリブ頂面１８を平坦に形成したが、図１
０に示す如く、リブ頂面１８にピストンの中心側に突出
する補強突条５２を形成する特別構成とすることも可能
である。 【００４３】すなわち、図１０に示す如く、補強リブ１
６のリブ頂面１８の中心部位に、ピストンの中心側に突
出し、且つピンボスの軸方向に延びる連続した補強突条
５２を形成するものである。 【００４４】さすれば、補強突条５２の形成によって、
少々重量は増加することとなるが、補強リブ１６の強度
を補強することができ、爆発時の圧縮応力をより一層受
け止めることができ、実用上有利である。 【００４５】更にまた、この発明の実施例においては、
前記補強リブ１６のリブ頂面１８を平坦に形成したが、
図１１に示す如く、補強リブ１６に断面波形状のリブ頂
面６２を形成する特別構成とすることも可能である。 【００４６】すなわち、図１１に示す如く、補強リブ１
６のリブ頂面６２を、ピンボスの軸方向に延びる連続し
た断面波形状とするものである。 【００４７】さすれば、断面波形状のリブ頂面６２によ
って、軽量化し得るとともに、ピンボスの軸方向に延び
る連続した断面波形状であることによって、補強リブ１
６の強度を維持することができ、爆発時の圧縮応力を受
け止めることが可能となり、実用上有利である。 【００４８】 【発明の効果】以上詳細に説明した如くこの本発明によ
れば、ピストン冠部から下方に延びる一対のボスリブを
設け、ボスリブの下部に夫々ピンボスを配設した内燃機
関用ピストンにおいて、ボスリブのピストンの中心側に
位置する内側面をピンボスの内側端面に対してピンボス
の軸方向で外方にオフセットするように接続するととも
に、ボスリブの内側面の面上にはピンボスの外周部上面
とピストン冠部の下面とを接続する補強リブを設け、補
強リブはピストンの中心側に位置するリブ頂面をピンボ
スの内側端面に一致させるとともに、ピンボスの軸方向
から見た補強リブの形状をピンボスの軸線と、軸線に直
交してピストンの摺動方向に延びる直線とで形成される
平面に対して対称で、且つピンボスの上部からピストン
冠部に指向して拡がる扇状に形成したので、ボスリブの
軸線方向から見て、爆発時に圧縮応力が集中する部位に
配設した補強リブによって、機関運転時の圧縮応力を低
減することができ、疲労強度を向上し得る。また、前記
補強リブの形状を、ピストン冠部に指向して扇状に拡が
る形状としたことにより、補強リブのピストン冠部への
接続部位において、ピストン冠部の中心部位とピストン
リング溝とをつなぐ断面の断面積が増加することとな
り、ピストン冠部が受けた熱をピストンリングを介して
効率良くシリンダへ伝達でき、膨張行程におけるピスト
ン冠部の温度を低減し得る。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の実施例を示す内燃機関用ピストンの
補強リブ部分の概略斜視図である。 【図２】ピンボスのピン孔部分の概略図である。 【図３】ピストンの平面図である。 【図４】ピストンの正面図である。 【図５】図３のＦ５−Ｆ５線による断面図である。 【図６】図５のＦ６−Ｆ６線による断面図である。 【図７】図４のＦ７−Ｆ７線による断面図である。 【図８】この発明の他の第１の実施例を示す補強リブ部
分の概略拡大断面図である。 【図９】この発明の他の第２の実施例を示す補強リブ部
分の概略拡大断面図である。 【図１０】この発明の他の第３の実施例を示す補強リブ
部分の要部拡大断面図である。 【図１１】この発明の他の第４の実施例を示す補強リブ
部分の要部拡大断面図である。 【図１２】この発明の従来技術を示す内燃機関用ピスト
ンの斜視図である。 【図１３】この発明の従来技術を示す内燃機関用ピスト
ンを中央縦断面線で切断した状態の斜視図である。 【図１４】この発明の従来技術を示す爆発時の圧縮応力
の発生状態を示すピストンの断面図である。 【図１５】この発明の従来技術を示す慣性時の引張応力
の発生状態を示すピストンの断面図である。 【図１６】第１の従来例を示すピストンの断面図であ
る。 【図１７】図１６のピストンを中央縦断面線で切断した
状態の断面図である。 【図１８】第２の従来例を示すピストンの断面図であ
る。 【図１９】図１８のピストンを中央縦断面線で切断した
状態の断面図である。 【図２０】この発明の従来技術を示す爆発時にピンボス
の口元に発生する引張応力の発生状態を示すピストンの
断面図である。 【符号の説明】 ２ 内燃機関用ピストン ４ ピストン冠部 ４ｂ 下面 ６ ボスリブ ６ｍ 内側面 ８ ピンボス ８ｍ 内側端面 １０ ピストンリング溝 １２ ピン孔 １４ 微小溝 １６ 補強リブ １８ リブ頂面 ２０ 傾斜面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ピストン冠部から下方に延びる一対のボ
   スリブを設け、該ボスリブの下部に夫々ピンボスを配設
   した内燃機関用ピストンにおいて、前記ボスリブのピス
   トンの中心側に位置する内側面を前記ピンボスの内側端
   面に対して該ピンボスの軸方向で外方にオフセットする
   ように接続するとともに、前記ボスリブの内側面の面上
   には前記ピンボスの外周部上面と前記ピストン冠部の下
   面とを接続する補強リブを設け、該補強リブはピストン
   の中心側に位置するリブ頂面を前記ピンボスの内側端面
   に一致させるとともに、前記ピンボスの軸方向から見た
   前記補強リブの形状を前記ピンボスの軸線と、該軸線に
   直交して前記ピストンの摺動方向に延びる直線とで形成
   される平面に対して対称で、且つピンボスの上部から前
   記ピストン冠部に指向して拡がる扇状に形成したことを
   特徴とする内燃機関用ピストン。