JP2006057481A - エンジンのピストン構造 - Google Patents

Abstract

【課題】
この発明は、エンジンのピストン構造において、ピストンピンを短縮することでピストンの軽量化を図りつつも、ピンボス部への応力集中を回避して、スカート部とシリンダー内壁の接触面積を確保することで、スカッフが発生するおそれもなくすことができるエンジンのピストン構造を提供することを目的とする。
【解決手段】
連結側壁３６は、クラウン部３１下面から垂直方向に延びる垂直部３６ａと、垂直部３６ａの下端から下開きに傾斜する傾斜部３６ｂとで構成している。この垂直部３６ａと傾斜部３６ｂは、ちょうどピンボス部３４の上方位置では垂直部３６ａが位置し、ピンボス部３４の下方位置では傾斜部３６ｂが位置するように設定している。
【選択図】 図１１

Description

この発明は、エンジンのピストン構造、特にコネクティングロッドとピストンの連結構造を工夫してピストン質量の軽量化を図りつつも、その際に生じる不具合を対策したピストン構造に関する。

従来、車両等に搭載されるエンジン、特に４気筒エンジンでは、二次慣性力による振動及び騒音を解消するため、バランスシャフトを備えるのが一般的であった。しかし、近年、エンジンの軽量化及び低コスト化のため、このバランスシャフトを削減したいという要求が高まっている。

二次慣性力を低下させることで、バランスシャフトを削減することが可能となるが、この二次慣性力に寄与するピストン質量は、４気筒のように気筒数が少なく、かつ大きな排気量（例えば２２００ｃｃ以上の排気量）のエンジンでは、重たくならざるを得ず、現状の構造のままでは、アルミ等の軽金属を使用しても、有効に軽量化を図ることができなかった。

そこで、ピストン質量の軽量化を図るため、ピストンとコネクティングロッドを連結するピストンピンを短縮することが考えられる。

しかし、ピストンピンを短縮した場合には、ピストンピンを軸支するピンボス部における軸支面積が小さくなるため、ピストンピン端部及びピンボス部に掛かる面圧が高くなり、ひび割れ等の破損が生じる可能性がある。

そこで、この破損防止対策として、例えば、ピストンのクラウン部の下面に、直接ピストンピン上面を受けるピン受け部を形成することで、ピストンピン上面を全てクラウン部下面に当接させて、面圧を分散させる構造が考えられる。

この面圧を分散させる構造としては、下記特許文献１がある。
特許文献１の構造を図１５に示す。この特許文献１では、ピストン１００のクラウン部１０１下面を、全てピストンピン１０２上面を受けるピン受け部１０３として構成し、その両側にピストンピン１０２の両端を軸支するピンボス部１０４を形成し、このピン受け部１０３とピンボス部１０４によりピストンピン１０２を支持している。

このように構成することで、ピストンピン１０２の上面を全てクラウン部１０１下面に当接させることができるため、ピストンピン１０２端部及びピンボス部１０４に掛かる面圧を分散することができ、ひび割れ等の破損のおそれをなくすことができる。

もっとも、この特許文献１は、大きな燃焼圧力が掛かるディーゼルエンジンのピストンを前提としているため、ピストンピンをピストンの直径とほぼ同じ長さに設定しており、軽量化を図るためピストンピンを短縮する本願発明とは、前提とする技術思想を異にするものである。

ところで、ピストンには、コネクティングロッドにつられてピストンが傾斜するのを防止するため、スラスト・反スラスト位置にシリンダー内壁に当接摺動するスカート部を設けている。

このスカート部は、一般に上部と下部の周方向幅を一定の幅に設定するが、剛性等を上下で変更したい場合には、上部と下部とで周方向の幅を変更することが知られている。例えば、特許文献２では、スカート部の周方向幅を上部より下部の方を広くしたものが開示され、一方、特許文献３では、逆に下部より上部の方を広くしたものが開示されている。

もっとも、この特許文献２、３は、共に、スカート部だけの剛性等を上下で変更するために、上部と下部で周方向幅を変更しているに過ぎず、その他の部分の要求で、周方向幅を変更しているものではない。
特開２００３−３４３７２４号公報 登録実用新案第２５４９４６０号公報 特開平４−２１６５７０号公報

ところで、ピストンピンを短縮することで、ピンボス部はピストンの外周端部より内方側に短いスパン（軸支間隔）で設けられることになるが、このピンボス部も支持剛性を確保するため、スカート部の端部に連結側壁を介して連結することになる。

この場合、ピンボス部をピストンの外周端部より内方側に設けているため、所定の周方向幅を有するスカート部の端部に連結するには、連結側壁を上面視でピストン中心から放射状に傾斜させて連結することが考えられる。

しかし、このように連結側壁を上面視で放射状に傾斜させた場合、図１４に示すように、燃焼圧力Ｐでクラウン部１１０の外周端が下側に変形することにより、連結側壁１１１には、ピンボス部１１２を内側に押し込もうとする力Ｆが発生する。このため、ピンボス部１１２には、過大な内向きの応力が掛かることになる。

そこで、連結側壁１１１´を、上面視でピンボス部１１２の軸方向（ピストンピン１１３の配置方向）に直交する方向に設けることで、ピンボス部１１２に掛かる応力を軽減することが考えられる。しかし、この場合には、さらに別の問題が発生する。

それは、ピンボス部をピストンの外周端部より内方側に設けているため、そのまま、連結側壁を上面視で直交方向に延ばすと、スカート部の所定の周方向幅を確保できなくなり、シリンダー内壁の接触面積が減少し、かつスカート部の背部が連結側壁で支えられていることによりスカート部が弾性変形し難くなっており、局部面圧が高ってしまい、結果的に、スカート部とシリンダー内壁との間の油膜が切れて金属接触することになり、スカッフ（引っかき傷）が発生するおそれが生じるという問題である。

そこで、この発明は、エンジンのピストン構造において、ピストンピンを短縮することでピストンの軽量化を図りつつも、ピンボス部への応力集中を回避して、スカート部とシリンダー内壁の接触面積を確保することで、スカッフが発生するおそれもなくすことができるエンジンのピストン構造を提供することを目的とする。

この発明のエンジンのピストン構造は、コネクティングロッドの先端にピストンピンを一体化し、該ピストンピンを、ピストンのクラウン部下面に形成したピンボス部で軸支して、ピン受け部でピストンピンの上面を受けて、ピストンとコネクティングロッドを連結するエンジンのピストン構造において、前記ピストンの外周端部よりも内方側に設定したピンボス部と、前記ピストンのスラスト・反スラスト位置に設けた所定の周方向幅を有するスカート部と、前記ピンボス部と前記スカート部端部を前記ピストンピンと略直交する方向に延びて連結する連結側壁とを備え、該連結側壁を、ピンボス部上方位置で垂直方向に延びる垂直部とピンボス部下方位置で下開きに傾斜する傾斜部とで構成し、前記スカート部の周方向幅を、該傾斜部に応じてスカート部下端に向かい拡大する形状としたものである。

上記構成によれば、ピンボス部を、ピストンの外周端部よりも内方側に設定し、所定の周方向幅を有するスカート部を、ピストンのスラスト・反スラスト位置に設け、ピンボス部とスカート部端部を、ピストンピンと略直交する方向に延びる連結側壁で連結すると共に、その連結側壁を、ピンボス部上方位置では垂直方向に延びる垂直部とピンボス部下方位置では下開きに傾斜する傾斜部とで構成して、スカート部の周方向幅を、その傾斜部に応じてスカート部下端に向かい拡大形成することになる。

これにより、ピストンピンを短縮してピンボス部をピストンの外周端部よりも内方側に設けたものであっても、ピストンピンと略直交する方向に延びる連結側壁で連結するため、ピンボス部に掛かる応力を軽減することができる。特に、ピンボス部の上方位置では、垂直方向に延びる垂直部で連結しているため、ピンボス部には内向きに掛かる力が作用しない。よって、ピンボス部の応力を確実に軽減できる。

また、この連結側壁のピンボス部の下方位置では、下開きに傾斜する傾斜部を設け、スカート部の周方向幅をこの傾斜部に応じてスカート部下端に向かい拡大形成するため、スカート部の下方側では周方向幅を広げることができ、シリンダー内壁の接触面積を確保することができる。よってシリンダー内壁との間の局部面圧を低めることができる。

この発明の一実施態様においては、前記スカート部の周方向幅を、ピンボス部上方位置で、ピストンのクラウン部に向かい拡大する形状としたものである。

上記構成によれば、スカート部の周方向幅を、ピンボス部の上方位置でも、ピストンのクラウン部に向かい拡大する形状とすることにより、連結側壁の垂直部の部分において、クラウン部がスカート部によって支持されることになる。

このため、ピンボス部の上方位置の拡大したスカート部によって、燃焼圧力による変形を防止してクラウン部の剛性を高めることができるため、クラウン部をさらに薄肉にして軽量化を図ることができる。また、スカート部自体の剛性も高まるため、スカート部によるピンボス部の支持剛性もさらに高めることができる。

この発明の一実施態様においては、前記スカート部の周方向幅を、ピンボス部中心位置を最狭部とし、上方及び下方にそれぞれ漸次に拡大するテーパー形状としたものである。

上記構成によれば、スカート部の周方向幅を、ピンボス部中心位置を最狭部とし、上方及び下方にそれぞれ漸次に拡大するテーパー形状とすることにより、シリンダー内壁との接触面積は漸次変化し、スカート部自体の剛性も漸次変化することになる。

このため、スカート部の軽量化を図りつつも、シリンダー内壁との間の面圧の急変及びスカート部の応力の急変を避けることができるため、油膜切れや、スカート部の破損等を防止することができる。

この発明の一実施態様においては、前記コネクティングロッド先端のピストンピンへの締結位置を、ピストンの中心を通るピストン揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定したものである。

上記構成によれば、コネクティングロッド先端のピストンピンへの締結位置を、ピストンの中心を通るピストン揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定したため、締結固定のスペースを、ピストンピンの長手方向に設ける必要がない。

よって、よりピストンピンを短縮することができ、ピストンピンの一層の軽量化を図ることができる。また、このようにピストンピンを短縮した場合にはピンボス部のスパン（軸支間隔）も短縮することになるが、前述の構成を組み合わせることで、ピンボス部の短縮化による不具合を解消することができるため、より効果的に、前述の構成の効果を得ることができる。

この発明によれば、ピストンピンを短縮してピンボス部をピストンの外周端部よりも内方側に設けたものであっても、ピストンピンと略直交する方向に延びる連結側壁で連結するため、ピンボス部に掛かる応力を軽減することができる。特に、ピンボス部の上方位置では、垂直方向に延びる垂直部で連結しているため、ピンボス部には内向きに掛かる力が作用しない。よって、ピンボス部の応力を確実に軽減できる。

また、この連結側壁のピンボス部の下方位置では、下開きに傾斜する傾斜部を設け、スカート部の周方向幅をこの傾斜部に応じてスカート部下端に向かい拡大形成するため、スカート部の下方側では周方向幅を広げることができ、シリンダー内壁の接触面積を確保することができる。よって、シリンダー内壁との間の局部面圧を低めることができる。

したがって、エンジンのピストン構造において、ピストンピンを短縮することでピストンの軽量化を図りつつも、ピンボス部への応力集中を回避して、スカート部とシリンダー内壁の接触面積を確保することで、スカッフが発生するおそれもなくすことができる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施形態を詳述する。

図１は、本実施態様のエンジンのピストン構造を採用したピストン組立体１をクランク軸方向から見た正面図、図２はそのピストン組立体１の側面図、図３は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

本実施態様のピストン組立体１は、直列四気筒エンジンのシリンダー内で、上下方向に往復運動をして、図示しないクランク軸をコネクティングロッド２を介して回転駆動するように構成している。

このピストン組立体１は、上部にクラウン部３１を有する略円筒カップ状のピストン本体３と、このピストン本体３のクラウン部３１下方でクランク軸と平行配置したピストンピン４と、上端をピストンピン４に締結固定して下端をクランク軸に嵌合固定したコネクティングロッド２と、からなる。

ピストン本体３は、軽量化のためアルミニウム合金製とされ、ピストン本体３上部に設けた円盤状のクラウン部３１と、ピストン本体３のスラスト・反スラスト位置にそれぞれ設けた円弧形状のスカート部３２，３３と、クラウン部３１下面でピストンピン４の両端を軸支するピンボス部３４と、ピンボス部３４の間でピストンピン４の上面を受けるピン受け部３５と、スカート部３２，３３の両側端部とピンボス部３４をピストンピン４と直交する方向に延びて連結する連結側壁３６…と、を有する。

ピストン本体３の詳細構造については、後述の単品図によって説明する。
ピストンピン４は、ピンボス部３４で両端が軸支される円柱部材で構成して、両端面には、凹設した肉抜き部４１を形成している。また、ピストンピン４の中央には、コネクティングロッド２を締結固定する締結固定孔４２を、ピン下端を中心とした扇状位置（α：約９０度）に二箇所穿設している。

なお、この扇状位置は、この角度に限定されるものではなく、ピストン本体３とコネクティングロッド２の相対揺動変位角や製作の容易さ等を考慮して、８０度や６０度といった鋭角をもって構成される扇状領域に設定してもよい。

このように鋭角の扇状領域に締結固定位置を設定することで、コネクティングロッド２が揺動した際の、ピン受け部３５との干渉を防ぐことができる。

また、この締結固定位置は、ピストン本体３の揺動方向であるため、締結固定のスペースをピストンピン４の長手方向に設定しなくてもよい。よって、ピストンピン４をさらに短縮することができる。

コネクティングロッド２は、揺動方向の両側に設けた平板部２１，２１とその平板部を連結する連結部２２とからなるＨ型断面のロッド部２３と、その上端でピストンピン４を締結固定する締結受け部２４とを備える。このコネクティングロッド２は、これら両者を一体に成形した鍛造品で構成され、ピストン本体３からの大きな荷重を確実にクランク軸に伝達するように構成している。

上端の締結受け部２４は、ロッド部２３の平板部２１，２１を上方に延設して、ピストンピン４の締結固定位置まで延びる二又形状とされ、その二又形状部分でピストンピン４を挟み込むようにしてピストンピン４を締結固定している。

このように、平板部２１，２１を延設して、締結受け部２４を二又形状としてピストンピン４から荷重を受けるように構成したため、剛性の高い平板部２１，２１でピストンピン４からの荷重を効率的に受けることができる。

このように構成することで、コネクティングロッド２においても軽量化を図って、効率的な荷重伝達を行うことができる。

また、この締結固定で用いる締結ボルト５，５は、二本の六角穴ボルトである。このような穴ボルトで締結固定を行なうことで、通常のソケットレンチ等では締結作業が困難である鋭角扇状領域にボルトの締結位置を設定したとしても、コンパクトな六角棒レンチで容易に締結作業を行なうことができる。

なお、この六角穴ボルトに換えて四角穴ボルトにしても同様の効果を得ることができる。

図５〜図１３に、ピストン本体３の単品図を示す。図５は正面図、図６は側面図、図７は平面図、図８は底面図、図９は図６のＣ−Ｃ線矢視断面図、図１０はＤ−Ｄ線矢視断面図、図１１は図７のＥ−Ｅ線矢視断面図、図１２はＦ−Ｆ線矢視断面図、図１３はＧ−Ｇ線矢視断面図である。

このピストン本体３は、前述のようにクラウン部３１と、スカート部３２，３３と、ピンボス部３４と、ピン受け部３５と、連結側壁３６…と、からなる。以下それぞれについて詳細に説明する。

まず、クラウン部３１は、その上面に燃焼室を構成する平坦な上面凹部３１ａを形成しており、その周囲の外周部３１ｂにはピストンリング等を装着するリング溝３１ｃを形成している。また、クラウン部３１の下面には、クラウン部３１の厚みを薄肉にして軽量化を図るため、外周部３１ｂよりも凹ませた下面凹部３１ｄを設けている。

ただし、燃焼圧力に対するクラウン部３１の剛性を確保するため、外周部３１ｂと同じ厚みを有する補強リブ３１ｅを、ピストンピン４と同一方向に延設することで、外周部３１ｂとピンボス部３４を連結している。

また、この補強リブ３１ｅとピンボス部３４との間に、三角錐状の肉盛り部３１ｆを設けることで、補強リブ３１ｅとピンボス部３４との間に応力集中が生じないように構成している。

スカート部３２，３３は、ピストン本体３がシリンダー内で上下方向に適切に移動するよう、クラウン部３１の外周部３１ｂからそのまま下側に延びる円弧形状に構成している。

スカート部３２，３３の周方向幅Ｈの形状は、後述のようにピンボス部３４に過大な応力が生じないようにしつつも、シリンダー内壁との接触面積を確保するため、ピンボス部３４の中心位置に対応する高さ位置Ｑを最狭部として、その上方及び下方にそれぞれ漸次に拡大するテーパー形状とした、所謂「鼓」形状としている。

このように、スカート部３２，３３を「鼓」形状とすることで、スカート部３２，３３自体の軽量化を図りつつ、漸次に周方向幅Ｈを変更することで、スカート部３２，３３自体の剛性の急変や、シリンダー内壁との間の急激な面圧の変化を抑制することができる。

ピンボス部３４は、クラウン部３１下面の中央で下方に突出して形成した、二つの環状の軸支部３４ａ，３４ｂからなる。

この二つの軸支部３４ａ，３４ｂの間隔Ｌは、コネクティングロッド２の締結固定部分のみを位置させるだけの間隔しか設定しておらず、ピストンピン４の軸支間隔（スパン）Ｌを狭めている。このように軸支間隔（スパン）Ｌを狭めることで、ピストンピン４には余計な曲げ等も生じないため、ピストンピン４に作用する面圧も低下させることができる。
また、ピストンピン４自体も短縮できるため、ピストン組立体１の軽量化も図ることができる。

ピン受け部３５は、二つの軸支部３４ａ，３４ｂの間でピストンピン４の上面を受ける円弧曲面３５ａを形成して構成している。

このピン受け部３５をクラウン部３１の下面に設けることで、ピストンピン４の上面全体が、クラウン部３１下面に当接することになるため、ピストンピン４に掛かる面圧を分散することができ、ピストンピン４のひび割れ等の破損を防止することができる。

また、この円弧曲面３５ａの中央には、ピストンピン４との間の潤滑を行うオイル溝３７を、円弧曲面３５ａに沿って一条形成している。オイル溝３７を形成したことにより、ピストンピン４とピン受け部３５との間の焼き付き等を防止することができる。

さらに、このピン受け部３５の円弧曲面３５ａには、中央側を若干大径としたテーパー加工（コニカル加工）を施している（具体的には図示せず）。このように、テーパー加工を施すことにより、ピストンピン４の曲げ変形によって生じるクラウン部３１上面の引張応力が軽減されるため、クラウン部３１をさらに薄肉にして軽量化を図ることができる。

連結側壁３６…は、スカート部３２，３３の両側端部とピンボス部３４の軸支部３４ａ，３４ｂとの間を計４箇所、それぞれピストンピン４と直交する方向に延び、スカート部３２，３３とピンボス部３４を連結するように構成している。

このように、連結側壁３６…をピストンピン４と直交する方向に延設することで、クラウン部３１の外周端が燃焼圧力によって下側に変形する場合であっても、連結側壁３６…が、ピンボス部３４の軸支部３４ａ，３４ｂに対して内側に押し込もうとする力を与えなくなるため、ピンボス部３４に掛かる応力を軽減することができる（図１４の模式図参照）。

また、この連結側壁３６は、図１３に示すように、クラウン部３１下面から垂直方向に延びる垂直部３６ａと、垂直部３６ａの下端から下開きに傾斜する傾斜部３６ｂとで構成している。この垂直部３６ａと傾斜部３６ｂは、図１１からも分かるように、ちょうどピンボス部３４の上方位置では垂直部３６ａが位置し、ピンボス部３４の下方位置では傾斜部３６ｂが位置するように設定している。

このように、連結側壁３６を垂直部３６ａと傾斜部３６ｂとで構成することにより、相反する二つの要求を満足させることができる。

まず、一つめの要求は、前述したように、ピンボス部３４に対する内向きの応力集中を軽減するという要求である。本実施形態では、ピンボス部３４の軸支間隔Ｌを短縮した関係上、ピンボス部３４に対して内向きの応力集中が生じやすくなるが、連結側壁３６…をピストンピン４と直交する方向に設けたため、連結側壁３６…が内側に力を与えず、ピンボス部３４に対する応力集中を軽減できるのである。

特に、垂直部３６ａをクラウン部３１下面から直接垂下するように設けたため、クラウン部３１の下方への変形に対して突っ張った形となり、クラウン部３１の剛性を向上することもできる。
また、ピンボス部３４の上方位置を垂直部３６ａとすることにより、ピンボス部３４の応力集中軽減に最も効果的な部分で確実に効果を得ることができる。

もう一つの要求は、スカート部３２，３３とシリンダー内壁との間の接触面積を確保することで局部面圧を低下させ、スカッフの発生を防止するという要求である。本実施形態では、連結側壁３６…に下開きに傾斜する傾斜部３６ｂを設け、この傾斜部３６ｂに応じてスカート部３２，３３を下方に漸次に拡大する形状としたため、シリンダー内壁との間の接触面積を確保でき、スカッフの発生を防止することができるのである。

特に、ピンボス部３４の下方位置を下開きに傾斜させて、スカート部３２，３３を下方に拡大することで、スカート部３２，３３の内で面圧が最も高まるスカート部３２，３３の下端でスカート部３２，３３の周方向幅Ｈが広くなるため、より効果的に局部面圧を低下することができる。

なお、この連結側壁３６…には、明確な稜線や谷線を形成しておらず、垂直部３６ａと傾斜部３６ｂの間も曲面で構成している。これは、稜線や谷線を形成すると、その部分に応力集中が生じてしまうため、曲面とすることで応力集中を防いでいるのである。

また、スカート部３２，３３は、前述のように、上方側へも拡大することで「鼓」形状となるように構成している。この上方側への拡大によって、クラウン部３１は連結側壁３６…の垂直部３６ａの部分においても、スカート部３２，３３で支持されることになる。
これにより、燃焼圧力によるクラウン部３１の変形を防止してクラウン部３１の剛性を高めることができる。

次に、以上のように構成した本実施態様の作用及び効果について詳述する。
この実施態様によるエンジンのピストン構造は、コネクティングロッド２の先端にピストンピン４を一体化し、該ピストンピン４を、ピストン本体３のクラウン部３１下面に形成したピンボス部３４で軸支して、ピン受け部３５でピストンピン４の上面を受けて、ピストン本体３とコネクティングロッド２を連結するエンジンのピストン構造において、前記ピストン本体３の外周端部よりも内方側に設定したピンボス部３４と、前記ピストン本体３のスラスト・反スラスト位置に設けた所定の周方向幅Ｈを有するスカート部３２，３３と、前記ピンボス部３４と前記スカート部３２，３３端部を前記ピストンピン４と略直交する方向に延びて連結する連結側壁３６…とを備え、該連結側壁３６…を、ピンボス部３４上方位置で垂直方向に延びる垂直部３６ａとピンボス部３４下方位置で下開きに傾斜する傾斜部３６ｂとで構成し、前記スカート部３２，３３の周方向幅Ｈを、該傾斜部３６ｂに応じてスカート部３２，３３下端に向かい拡大する形状としたものである。

上記構成によれば、ピンボス部３４を、ピストン本体３の外周端部よりも内方側に設定し、所定の周方向幅Ｈを有するスカート部３２，３３を、ピストン本体３のスラスト・反スラスト位置に設け、ピンボス部３４とスカート部３２，３３端部を、ピストンピン４と略直交する方向に延びる連結側壁３６…で連結すると共に、その連結側壁３６…を、ピンボス部３４上方位置では垂直方向に延びる垂直部３６ａとピンボス部３４下方位置では下開きに傾斜する傾斜部３６ｂとで構成して、スカート部３２，３３の周方向幅Ｈを、その傾斜部３６ｂに応じてスカート部３２，３３下端に向かい拡大形成することになる。

これにより、ピストンピン４を短縮してピンボス部３４をピストン本体３の外周端部よりも内方側に設けたものであっても、ピストンピン４と略直交する方向に延びる連結側壁３６…で連結するため、ピンボス部３４に掛かる応力を軽減することができる。特に、ピンボス部３４の上方位置では、垂直方向に延びる垂直部３６ａで連結しているため、ピンボス部３４には内向きに掛かる力が作用しない。よって、ピンボス部３４の応力を確実に軽減できる。

また、この連結側壁３６…のピンボス部３４の下方位置では、下開きに傾斜する傾斜部３６ｂを設け、スカート部３２，３３の周方向幅Ｈをこの傾斜部３６ｂに応じてスカート部３２，３３下端に向かい拡大形成するため、スカート部３２，３３の下方側では周方向幅Ｈを広げることができ、シリンダー内壁の接触面積を確保することができる。また、スカート部３２，３３が内側に撓み易くなる。よってシリンダー内壁との間の局部面圧を低めることができる。

したがって、エンジンのピストン構造において、ピストンピン４を短縮することでピストン本体３の軽量化を図りつつも、ピンボス部３４への応力集中を回避して、スカート部３２，３３とシリンダー内壁の接触面積を確保することで、スカッフが発生するおそれもなくすことができる。

また、この実施態様では、前記スカート部３２，３３の周方向幅Ｈを、ピンボス部３４上方位置で、クラウン部３１に向かい拡大する形状としたものである。

上記構成によれば、スカート部３２，３３の周方向幅Ｈを、ピンボス部３４の上方位置でも、クラウン部３１に向かい拡大する形状とすることにより、連結側壁３６…の垂直部３６ａの部分において、クラウン部３１がスカート部３２，３３によって支持されることになる。

このため、ピンボス部３４の上方位置の拡大したスカート部３２，３３によって、燃焼圧力による変形を防止してクラウン部３１の剛性を高めることができるため、クラウン部３１をさらに薄肉にして軽量化を図ることができる。また、スカート部３２，３３自体の剛性も高まるため、スカート部３２，３３によるピンボス部３４の支持剛性もさらに高めることができる。

また、この実施態様では、前記スカート部３２，３３の周方向幅Ｈを、ピンボス部３４中心位置Ｑを最狭部とし、上方及び下方にそれぞれ漸次に拡大するテーパー形状としたものである。

上記構成によれば、スカート部３２，３３の周方向幅Ｈを、ピンボス部３４中心位置を最狭部とし、上方及び下方にそれぞれ漸次に拡大するテーパー形状とすることにより、シリンダー内壁との接触面積は漸次変化し、スカート部３２，３３自体の剛性も漸次変化することになる。

このため、スカート部３２，３３の軽量化を図りつつも、シリンダー内壁との間の面圧の急変及びスカート部３２，３３の応力の急変を避けることができるため、油膜切れや、スカート部３２，３３の破損等を防止することができる。

また、この実施態様では、前記コネクティングロッド２先端のピストンピン４への締結位置を、ピストン本体３の中心を通るピストン本体３揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定したものである。

上記構成によれば、コネクティングロッド２先端のピストンピン４への締結位置を、ピストン本体３の中心を通るピストン本体３揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定したため、締結固定のスペースを、ピストンピン４の長手方向に設ける必要がない。

よって、よりピストンピン４を短縮することができ、ピストンピン４の一層の軽量化を図ることができる。また、このようにピストンピン４を短縮した場合にはピンボス部３４のスパン（軸支間隔）Ｌも短縮することになるが、前述の構成を組み合わせることで、ピンボス部３４の短縮化による不具合を解消することができるため、より効果的に、前述の構成の効果を得ることができる。

以上、この発明の構成と、前述の実施態様との対応において、
この発明のピストンは、実施態様のピストン本体３に対応するも、
この発明は、前述の実施態様の構成のみに限定されるものではなく、様々なエンジンのピストンに適用する実施態様を含むものである。

本発明を採用したピストン組立体の正面図。 ピストン組立体の側面図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。 ピストン本体の正面図。 ピストン本体の側面図。 ピストン本体の平面図。 ピストン本体の底面図。 図６のＣ−Ｃ線矢視断面図。 図６のＤ−Ｄ線矢視断面図。 図７のＥ−Ｅ線矢視断面図。 図７のＦ−Ｆ線矢視断面図。 図７のＧ−Ｇ線矢視断面図。 ピンボス部に作用する応力を説明する（ａ）正面模式図、（ｂ）底面模式図。 特許文献１の説明断面図。

符号の説明

１…ピストン組立体
２…コネクティングロッド
３…ピストン本体（ピストン）
４…ピストンピン
５…締結ボルト
３１…クラウン部
３２，３３…スカート部
３４…ピンボス部
３５…ピン受け部
３６…連結側壁
３６ａ…垂直部
３６ｂ…傾斜部

Claims (4)

1. コネクティングロッドの先端にピストンピンを一体化し、該ピストンピンを、ピストンのクラウン部下面に形成したピンボス部で軸支して、ピン受け部でピストンピンの上面を受けて、ピストンとコネクティングロッドを連結するエンジンのピストン構造において、
   前記ピストンの外周端部よりも内方側に設定したピンボス部と、
   前記ピストンのスラスト・反スラスト位置に設けた所定の周方向幅を有するスカート部と、
   前記ピンボス部と前記スカート部端部を前記ピストンピンと略直交する方向に延びて連結する連結側壁とを備え、
   該連結側壁を、ピンボス部上方位置で垂直方向に延びる垂直部とピンボス部下方位置で下開きに傾斜する傾斜部とで構成し、
   前記スカート部の周方向幅を、該傾斜部に応じてスカート部下端に向かい拡大する形状とした
   エンジンのピストン構造。
2. 前記スカート部の周方向幅を、ピンボス部上方位置で、ピストンのクラウン部に向かい拡大する形状とした
   請求項１記載のエンジンのピストン構造。
3. 前記スカート部の周方向幅を、ピンボス部中心位置を最狭部とし、上方及び下方にそれぞれ漸次に拡大するテーパー形状とした
   請求項２記載のエンジンのピストン構造。
4. 前記コネクティングロッド先端のピストンピンへの締結位置を、ピストンの中心を通るピストン揺動方向面内で、揺動方向の両端部の二箇所に設定した
   請求項１〜３記載のエンジンのピストン構造。
   

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