JP2008286030A - ピストン及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】スカート周端部近傍のピストン径方向外側への変形を抑制可能なピストン及び内燃機関を提供する。
【解決手段】ピストン２０において、スカート４０よりピストン中心軸Ｃ側には、ピストンピン軸心方向Ｐに対向する接続壁５０同士を結合する内壁４４が設けられている。シリンダ壁１５からの側圧によりスカート中央部４１がピストン中心軸Ｃ側に弾性変形しようとしても、結合部５４同士をピストンピン軸心方向Ｐに引き寄せる方向の張力が作用して、スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に変形することを抑制することができる。
【選択図】図１−２

Description

本発明は、内燃機関に用いられるピストンに関し、詳細には、対向するピストンピンボスと、スカートと、ピストンピンボスとスカートとを接続する接続壁が、頂部から延設されているピストンの構造に関する。

内燃機関に用いられるピストンには、通常、シリンダボア内におけるピストンの首振り挙動を抑制するために、ピストンスカート（以下、単に「スカート」）と記す）が設けられている。スカートがシリンダボアの内壁面（以下、シリンダ壁と記す）に摺接し、撓み変形することで、ピストンの首振り挙動を抑制しつつ、ピストンとシリンダ壁との摩擦が増大することを抑制している。加えて、ピストンには、ピストンピンを介して連接棒（以下、コンロッドと記す）と接続するために、ピストンピンを嵌め込むピストンピンボス（以下、単に「ピンボス」と記す）が設けられている。

スカートは、ピストンとシリンダ壁との摩擦を低減するため、適度に撓み変形することが求められており、通常、薄い壁体で構成されている。スカートの特にピストン周方向の端部（以下、スカート周端部と記す）を補強するために、ピストンには、一般的に、スカートの周端とピンボスとを接続する壁体（以下、接続壁と記す）が設けられている。これら、接続壁、スカート及びピンボスは、ピストン頂部からピストンの中心軸方向に突出して設けられており、筒状をなしている。

また、下記の特許文献１に記載のピストンでは、スカートを補強するため、スカートとピンボスを接続する補強用リブを設けている。補強用リブを設けることで、スカートの剛性を局所的に向上させている。

実開平２−１４９８５２号公報

ところで、ピストンの膨張行程や圧縮行程において、スカートとシリンダ壁との間には、スカートからシリンダ壁には、シリンダボア径方向の力（以下、スラスト力と記す）が作用し、スカートはその反力（以下、スラスト反力と記す）を受けて撓み変形する。特に、図７に示すように、ピストン２００は、スカート４０のうちピストン周方向Ｇの中央部４１（以下、スカート中央部と記す）がピストン中心軸Ｃ側に変形する。

このようにスカート中央部４１がピストン中心軸Ｃ側に弾性変形すると、その応力がスカート周端部４２側に伝達されて、図７に二点鎖線で示すように、スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に突出して変形することがある。スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に変形すると、この部分の外面４２ａが局部的にシリンダ壁に当接してしまう虞がある。

これを対策するために、スカート周端部４２の近傍を、スカート中央部４１に比べて肉厚なものにして剛性を向上させると、スカート４０全体としてピストン中心軸Ｃ側に弾性変形する能力が低下してしまい、ピストン２００とシリンダ壁との摩擦が増大してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スカート周端部の近傍をスカートの他の部位に比べて肉厚なものとすることなく、スカート周端部近傍のピストン径方向外側への変形を抑制可能な、ピストン及び内燃機関を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、内燃機関に用いられ、対向するピストンピンボスと、スカートと、ピストンピンボスとスカートとを接続する接続壁が、頂部から延設されているピストンであって、スカートよりピストン中心軸側には、ピストンピン軸心方向に対向する接続壁同士を結合する内壁が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るピストンにおいて、内壁は、ピストンピン軸心方向に沿って延びているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、内壁と接続壁の結合部は、ピストン軸方向に沿って設けられているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、内壁のスカート裾側の端は、スカートの裾と、ピストン径方向に対向して設けられているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、スカートのピストン周方向の中央部と内壁とを結合する梁壁が設けられているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、梁壁は、スカートのピストン周方向の中央部から、ピストン中心軸に向けて延びているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、梁壁は、ピストンピン軸心方向に直交する方向に沿って延びているものとすることができ、ピストンピン軸心方向に所定の間隔をあけて複数設けられているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、内壁とスカートにより囲まれて、スカート裾側から流入するオイルを頂部の天井面に導くことが可能なガイド通路が形成されているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、ガイド通路の頂部側の開口は、内壁の頂部側の端と、スカートの内周面から頂部の内周面に接続する接続面により、形状が規定されているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、ガイド通路は、梁壁により仕切られて、頂部側とスカート裾側に開口を有する複数のガイド通路が形成されているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、ピンボスは、ピストンピンを介してコンロッドが装着されるものとすることができ、内壁のうちスカート裾側の部位には、コンロッドの桿部に対応して切り欠きが形成されているものとすることができる。

本発明に係るピストンにおいて、内壁は、ピストン中心軸側に凸となって湾曲する弓状をなしているものとすることができる。

本発明に係る内燃機関は、前記ピストンを有する内燃機関であって、ガイド通路のスカート裾側の開口に向けてオイルを噴射するオイルジェットが設けられているものとすることができる。

本発明に係る内燃機関において、ピストンは、梁壁により仕切られて、頂部側とスカート裾側に開口を有する複数のガイド通路が形成されているものとすることができ、オイルジェットには、ガイド通路のスカート裾側の開口に対応して複数の噴孔が設けられているものとすることができる。

本発明によれば、スカートよりピストン中心軸側には、ピストンピン軸心方向に対向する接続壁同士を結合する内壁が設けられているものとしたので、シリンダ壁からの側圧によりスカート中央部がピストン中心軸側に弾性変形しようとしても、内壁に張力が作用することで、スカート周端部の近傍がピストン径方向外側に変形することを抑制することができる。これにより、スカート周端の近傍が局部的にシリンダ壁に接触することを抑制することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

まず、本実施例に係るピストン及び内燃機関の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、内燃機関のピストン周辺の構成を示す断面図である。なお、図１には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

内燃機関１０は、機関本体を構成する部品として、シリンダブロック１２、ピストン２０、コネクティングロッド１６（以下、単に「コンロッド」と記し、図に二点鎖線で示す）、及び図示しないクランク軸、シリンダヘッド等を有している。シリンダブロック１２には、シリンダボア１４が形成されており、ピストン２０は、後述するピストンリングをシリンダボア１４の内壁面１５（以下、シリンダ壁と記す）に摺接させながら、シリンダボア１４内を往復運動する。ピストン２０は、ピストンピン１８によりコンロッド１６に対して首振り可能に接続されている。内燃機関１０は、ピストン２０が受けた燃焼荷重をクランク軸の回転運動に変換して出力することができる。

シリンダブロック１２には、ピストン２０の頂面２２に対向してシリンダボア１４を塞ぐようにシリンダヘッド（図示せず）が結合されている。シリンダブロック１２には、ピストン２０の頂面２２の裏側の面２６（以下、天井面と記す）に対向して、クランク軸を収容するクランクケース（図示せず）が形成されている。

ピストン２０は、その中心軸（図に一点鎖線Ｃで示す）が、シリンダボア１４の軸心に一致するようにシリンダボア１４内に挿入されている。以下の説明において、シリンダボア１４の軸心、すなわちピストン２０の中心軸Ｃに沿う方向を、「ピストン軸方向」と記す。また、シリンダボア１４の径方向すなわちピストン２０の径方向を、単に「ピストン径方向」と記して、図に矢印Ｒで示す。また、シリンダボア１４の周方向すなわちピストン２０の中心軸Ｃを中心とする周方向を「ピストン周方向」と記し、図に矢印Ｇで示す。

また、ピストン軸方向のうちピストン２０がシリンダヘッド側に向かう向きを「ヘッド側」と記し、図に矢印Ｕで示す。また、ピストン軸方向のうちピストン２０がクランクケースに向かう向きを「クランク側」と記し、図に矢印Ｄで示す。

ピストン２０の頂部３０の外周面３０ａには、シリンダ壁１５と摺接するためにコンプレッションリング７２，７４，及びオイルリング７６が装着されている。なお、ピストン２０の「頂部」とは、頂面２２を含むピストン軸方向のヘッド側の部分である。

次に、本実施例に係るピストンのスカート周辺の構造について、図１−２及び図１−３を用いて説明する。図１−２は、ピストンをスカートの裾側から見た底面図である。図１−３は、図１−２のＡ１−Ａ１線による断面図である。なお、図１−３において、理解を容易にするため、外形線を一部省略している。

ピストン２０には、ピストンピン１８を回転可能に保持するピストンピンボス（以下、単に「ピンボス」と記す）が設けられている。ピンボス６０には、ピストンピン１８が挿し込まれるピストンピン穴６２（以下、単に「ピン穴」と記す）が形成されている。ピンボス６０は、ピストン２０の頂部３０の天井面２６からクランク側に突出して設けられている。ピンボス６０には、ピン穴６２と頂部３０との間に、ピンボスリブ６５が設けられており、ピンボス６０を補強している。

ピンボス６０は、ピストン周方向Ｇには、後述する接続壁と接続されている。ピストン２０が頂面２２から受けた力は、ピンボス６０のピン穴６２からピストンピン１８を介してコンロッド１６に伝達される。なお、ピンボス６０に形成されたピン穴６２の軸心方向を、以下の説明において、「ピストンピン軸心方向」と記して、図に矢印Ｐで示す。

また、ピストン２０の頂部３０よりクランク側には、シリンダボア１４内におけるピストン２０の首振り挙動を抑制するため、スカート４０が設けられている。スカート４０は、ピストン２０の頂部３０からピストン軸方向をクランク側に突出して設けられている。

スカート４０は、頂部３０に比べて薄い壁体で構成されており、その外周面４０ａがシリンダ壁１５に対向している。スカート４０の内周面４０ｃは、コンロッド１６の小端部（図示せず）に対向している。なお、以下の説明において、スカート４０のうち最もクランク側の部位を、スカート４０の「裾」と記して符号４０ｅで示す。スカート４０は、その外周面４０ａでシリンダ壁１５に摺接して側圧（スラスト反力）を受けて、ピストン２０の首振り挙動を抑制している。

なお、「スカート」とは、ピストン２０のうち頂部３０の外周面３０ａと同じ曲率で湾曲している部分であり、スカート４０の周方向の端部（以下、スカート周端部と記す）を、図に符号４２で示す。ピストン周方向Ｇにおいて、スカート４０の周端部４２は、後述する接続壁５０と接続されている。

また、「外周面」とは、ピストン２０の頂部３０及びスカート４０のうちシリンダ壁１５に対向する面を意味している。これに対して、「内周面」とは、外周面の裏側にある面であり、ピストン２０の中心軸Ｃ側に向いている面を意味している。本実施例において、「内周面」には、頂部３０の内周面３０ｃと、スカート４０の内周面４０ｃが含まれている。また、「ピストン内側」とは、頂部３０の内周面３０ｃ及びスカート４０の内周面４０ｃより、ピストン中心軸Ｃ側にある空間を意味している。

ピストン２０には、スカート４０とピンボス６０を接続する接続壁５０が設けられている。接続壁５０は、スカート４０のピストン周方向Ｇの両側にある２つの周端部４２からそれぞれ隣り合うピンボス６０に向けて延設されている。２つの接続壁５０の内面５０ｃは、互いに対向している。接続壁５０の外面５０ａとスカート４０の外周面４０ａは、滑らかに連続している。接続壁５０は、スカート４０及びピンボス６０と同様に、頂部３０からピストン軸方向をクランク側すなわちスカート裾４０ｅ側に突出して設けられている。

このように、ピストン２０において、スカート４０、ピンボス６０、及び接続壁５０は、頂部３０からピストン軸方向に延設されており、ピストン周方向Ｇに結合されて、有底の略円筒状をなしている。ピストン２０において、スカート４０及び接続壁５０の肉厚は、略均一となるように構成されている。

ピストンには、図１−２に示すように、スカート４０よりピストン中心軸Ｃ側に、ピストンピン軸心方向Ｐに対向している接続壁５０同士を結合する内壁４４が設けられている。内壁４４は、ピストンピン軸心方向Ｐに沿って延びており、その両端が接続壁５０に結合されている。以下の説明において、内壁４４と接続壁５０が結合されている部位を、「結合部」と記し、符号５４で示す。

内壁４４は、図１−３に示すように、ピストン２０の頂部３０からピストン軸方向をクランク側すなわちスカート裾４０ｅ側に突出して設けられている。内壁４４は、そのスカート裾４０ｅ側の端４４ｅがスカート４０の裾４０ｅとピストン径方向Ｒに対向するよう、延設されている。すなわち、内壁４４のスカート裾４０ｅ側の端４４ｅと頂面２２との距離が、スカート４０の裾４０ｅと頂面２２との距離と同じになるよう、内壁４４は延設されている。

内壁４４は、ピストン軸方向とピストンピン軸心方向Ｐで規定される平面に沿う板状部材として形成されており、ピストンピン軸心方向Ｐの両端が接続壁５０と結合されている。すなわち内壁４４と接続壁５０の結合部５４は、ピストン軸方向に沿って延設されている。

内壁４４の外面４４ａは、スカート４０の内周面４０ｃに対向しており、内壁４４の内面４４ｃは、ピンボス６０に対向している。スカート４０のピストン径方向Ｒ内側には、内壁４４の外面４４ａとスカート４０の内面４０ｃと、これらを接続する頂部３０の接続面３９により囲まれて、有底の空洞７８が形成される。

このように構成されたピストンは、図１−２に示すように、スカート４０がシリンダ壁１５からの側圧を受けてスカート４０のピストン周方向Ｇの中央部４１（スカート中央部）がピストン中心軸Ｃ側に弾性変形すると、スカート４０のピストン周方向Ｇの端部４２（スカート周端部）の近傍がピストン径方向Ｒ外側に向けて弾性変形しようとする。すなわちスカート周端部に連続しており、互いに対向している結合部５４同士のピストンピン軸心方向Ｐの間隔が拡大しようとする。

このとき、内壁４４には、ピストンピン軸心方向Ｐに結合部５４を引き寄せる方向の張力が作用して、結合部５４同士の間隔が拡大することが抑制される。この内壁４４に作用する張力により、結合部５４に連続するスカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に弾性変形することを抑制することができる。

この結果、内燃機関１０は、ピストンのスカート周端部４２の近傍、及び接続壁５０をスカート４０の他の部位に比べて肉厚なものとすることなく、スカート周端部４２の近傍がシリンダ壁１５と局部的に接触することを抑制することができる。

以上に説明したように本実施例では、スカート４０よりピストン中心軸Ｃ側には、ピストンピン軸心方向Ｐに対向する接続壁５０同士を結合する内壁４４が設けられているものとした。シリンダ壁１５からの側圧によりスカート中央部４１がピストン中心軸Ｃ側に弾性変形しようとしても、内壁４４に張力が作用して、スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に変形することを抑制することができる。

また、本実施例において、内壁４４は、ピストンピン軸心方向Ｐに沿って延びているものとしたので、スカート周端部４２がピストン径方向Ｒ外側に変形しようとすると、これに抗する強い張力を内壁４４に作用させることができる。

また、本実施例において、内壁４４と接続壁５０との結合部５４は、ピストン軸方向に沿って延びているものとした。つまり、結合部５４は、スカート周端部４２が設定されている方向であるピストン軸方向に平行に延びているもとしたので、スカート周端部４２のピストン軸方向の各部位における弾性変形を均一なものとすることができる。

また、本実施例において、内壁４４のスカート裾４０ｅ側の端４４ｅは、スカート４０の裾４０ｅとピストン径方向Ｒに対向するよう設定されている。すなわち、内壁４４のスカート裾４０ｅ側の端４４ｅと頂面２２との距離が、スカート４０の裾４０ｅと頂面２２との距離と同じになるよう、内壁４４は延設されている。これにより、スカート周端部４２における弾性変形を、頂部３０側から裾４０ｅまで均一なものとすることができる。

本実施例に係るピストン及び内燃機関の構成について、図２−１及び図２−２を用いて説明する。図２−１は、ピストンをスカートの裾側から見た底面図である。図２−２は、図２−１のＡ２−Ａ２線による断面図である。なお、図２−２において、理解を容易にするため、外形線を一部省略している。

本実施例に係るピストンは、内壁とスカートにより囲まれて、スカート裾側から流入するオイルを頂部の天井面に導くことが可能なガイド通路が形成されており、内燃機関は、ガイド通路のスカート裾側の開口に向けてオイルを噴射するオイルジェットが設けられている点で、実施例１と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

ピストン２０Ｂには、図２−１に示すように、スカート４０よりピストン中心軸Ｃ側に、接続壁５０同士を結合する内壁４４Ｂが設けられている。内壁４４Ｂは、スカート４０の内周面４０ｃに対向して延設されており、図２−２に示すように、内壁４４Ｂと、スカート４０の内周面４０ｃから頂部３０の内周面３０ｃに連続する接続面３９との間には、開口８０ａ（以下、頂部側開口と記す）が形成されている。ピストン２０Ｂには、スカート４０の内周面４０ｃと内壁４４Ｂの外面４４ａと接続壁５０の一部により囲まれて、ピストン軸方向に延びる通路８０（以下、ガイド通路と記す）が形成されている。ガイド通路８０は、ピストン軸方向に延びている。

ガイド通路８０の頂部側開口８０ａは、内壁４４Ｂの頂部３０側の端４４ｆと接続面３９により形状が規定されている。これに対し、ガイド通路８０のスカート裾４０ｅ側の開口８０ｃ（以下、スカート裾側開口と記す）は、スカート４０の裾４０ｅと、これに対向する内壁４４Ｂの端４４ｅにより形状が規定されている。このように開口８０ａ，８０ｃが形成されたガイド通路８０は、後述するオイルジェットにより噴射されて、スカート裾側開口８０ｃから流入したオイルを、頂部側開口８０ａから流出させて、頂部３０の天井面２６に向けて導くことが可能となっている。

このように構成されたピストン２０Ｂを備える内燃機関１０には、図２−１及び図２−２に示すように、ピストン内側に向けてオイルを噴射するオイルジェット１００が設けられている。オイルジェット１００は、シリンダブロック１２のうち、シリンダボア１４のクランク側の開口縁部１２ｅ（図１−１参照）に設けられている。

オイルジェット１００は、オイルをピストン内側に導くノズル１０２が備えられており、内燃機関１０において、ピストン２０Ｂがシリンダボア１４内において最もクランク側に位置しているとき、ノズル１０２の噴孔１０２ａが、ピストン径方向Ｒにおけるスカート４０の内面４０ｃと内壁４４Ｂの外面４４ａとの間に位置するよう構成されている。つまり、ノズル１０２の噴孔１０２ａは、ガイド通路８０のスカート裾側開口８０ｃに対応して配設されている。

以上のように構成された内燃機関１０において、オイルジェット１００は、オイル通路（図示せず）からオイルの供給を受けており、ノズル１０２の噴孔１０２ａからガイド通路８０内にオイルを噴射する。ガイド通路８０内に噴射されたオイルは、図に矢印Ｆ１で示すように、ガイド通路８０内で拡散しながらピストン２０の頂部３０側に流動する。

ガイド通路８０内を流れ、頂部３０の接続面３９によりピストン中心軸Ｃ側に流動方向を偏向したオイルは、頂部３０の接続面３９と内壁４４Ｂの外面４４ａとの間で流れが絞られて、図に矢印Ｆ２で示すように、ガイド通路８０の頂部側開口８０ａから天井面２６に向けて流出する。頂部側開口８０ａから流出したオイルは、頂部３０の内周面３０ｃに沿って流れて天井面２６に到達する。

ガイド通路８０から流出して天井面２６に到達したオイルは、図に矢印Ｆ３で示すように、天井面２６に沿ってピストン中心軸Ｃ側を流れる。このようにして、本実施例に係る内燃機関１０においては、オイルジェット１００から供給されたオイルを、ガイド通路８０により天井面２６に沿って流すことができる。これにより、ピストン２０Ｂの頂部３０及び頂面２２を天井面２６から効率よく冷却することができる。

以上に説明したように本実施例では、内壁４４Ｂとスカート４０により囲まれて、スカート裾４０ｅ側から流入したオイルを天井面２６に導くことが可能なガイド通路８０を設けるものとしたので、内壁４４Ｂに作用する張力でスカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に変形することを抑制しつつ、内壁４４Ｂとスカート４０の間に形成されたガイド通路８０により、スカート裾４０ｅ側から流入したオイルを天井面２６に導いてピストン２０Ｂの頂部３０を冷却することができる。

本実施例に係るピストンの構成について、図３−１及び図３−２を用いて説明する。図３−１は、ピストンをスカートの裾側から見た底面図である。図３−２は、図３−１のＡ３−Ａ３線による断面図である。なお、図３−２において、理解を容易にするため、外形線を一部省略している。本実施例に係るピストンは、スカート中央部と内壁とを結合する梁壁を有している点で、実施例１と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１，２と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

ピストン２０Ｃには、図３−１に示すように、スカート４０の周方向の中央部であるスカート中央部４１と内壁４４Ｃとを接続する梁壁４６が設けられている。梁壁４６は、スカート中央部４１から、ピストンピン軸心方向Ｐに直交する方向、すなわちピストン中心軸Ｃに向けて延びており、スカート中央部４１と内壁４４Ｃの中央部４４ｇを結合している。つまり、梁壁４６は、スカート中央部４１から、当該中央部にシリンダ壁１５からのスラスト反力が作用する方向に延びている。

梁壁４６は、図３−２に示すように、頂部３０の接続面３９からピストン軸方向をスカート裾４０ｅ側に延びている。梁壁４６のスカート裾４０ｅ側の端４６ｅとピストン頂面２２との距離は、スカート４０の裾４０ｅとピストン頂面２２との距離、及び内壁４４Ｃのスカート裾４０ｅ側の端４４ｅとピストン頂面２２との距離と、同一となるよう設定されている。

スカート４０と内壁４４Ｃとの間にある空間は、図３−１に示すように、梁壁４６により仕切られて、ピストン２０Ｃには、２つの空洞７８ａ，７８ｃが形成されている。各空洞は、スカート４０の内周面４０ｃと、内壁４４Ｃの外面４４ａと、梁壁４６の側面４６ｆにより囲まれており、且つピストン軸方向に延びている。

このように構成されたピストン２０Ｃは、シリンダ壁１５からの側圧（スラスト反力）を受けて、スカート中央部４１がピストン中心軸Ｃ側に弾性変形すると、梁壁４６がスカート中央部４１からの応力を内壁４４Ｃの中央部４４ｇに伝達する。内壁４４Ｃは、梁壁４６からの応力を受けてピストン中心軸Ｃ側に撓み変形（弾性変形）する。撓み変形する内壁４４Ｃには、接続壁５０との結合部５４をピストン中心軸Ｃ側に引き寄せるよう張力が作用し、スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に弾性変形することを抑制する。これと共に、スカート中央部４１は、梁壁４６から内壁４４Ｃの撓み変形の反力を受けて、ピストン中心軸Ｃ側に変形することが抑制されている。

このようにして、ピストン２０Ｃは、スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に変形することを抑制すると共に、スカート中央部４１がピストン中心軸Ｃ側に変形することを抑制することとなる。これにより、内燃機関１０は、ピストン２０Ｃのスカート周端部４２、及び接続壁５０の厚さをスカート４０に比べて肉厚なものとすることなく、スカート４０のピストン中心軸Ｃ側の弾性変形を均一なものとすることができる。

以上に説明したように本実施例では、スカート中央部４１と内壁４４Ｃを接続する梁壁４６が設けられているものとしたので、スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に変形することを抑制しつつ、スカート中央部４１がピストン中心軸Ｃ側に変形することを抑制することができる。

また、本実施例において、梁壁４６は、スカート中央部４１からピストン中心軸Ｃ側に延びているものとしたので、スカート中央部４１から受けた応力を梁壁４６が内壁４４Ｃの中央部４４ｇに伝達して、内壁４４Ｃをピストン中心軸Ｃ側に撓み変形させて、内壁４４Ｃと接続壁５０の結合部５４をピストン中心軸Ｃ側に引き寄せるよう張力を作用させることができる。これにより、スカート中央部４１がピストン中心軸Ｃ側に変形することを抑制しつつ、スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に変形することを抑制することができ、スカート４０のピストン中心軸Ｃ側への弾性変形を均一なものとすることができる。

本実施例に係るピストン及び内燃機関の構成について、図４−１及び図４−２を用いて説明する。図４−１は、ピストンをスカートの裾側から見た底面図である。図４−２は、図４−１のＡ４−Ａ４線による断面図である。なお、図４−２において、理解を容易にするため、外形線を一部省略している。本実施例に係るピストンは、梁壁により仕切られて、頂部側とスカート裾側に開口を有する複数のガイド通路が形成されており、内燃機関に設けられたオイルジェットは、ガイド通路のスカート裾側の開口に対応して複数の噴孔が設けられている点で、実施例２と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例２と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

ピストン２０Ｄには、図４−１に示すように、スカート４０と内壁４４Ｄを接続する梁壁４６が３つ設けられている。梁壁４６は、スカート４０の内周面４０ｃから内壁４４Ｄの外面４４ａまでピストンピン軸心方向Ｐと直交する方向に延びており、スカート４０と内壁４４Ｄを結合している。つまり梁壁４６は、内壁４４Ｄから、当該内壁４４Ｄが延びる方向に直交する方向に延びている。梁壁４６は、ピストンピン軸心方向Ｐに所定の間隔をあけて設けられている。

内壁４４Ｄは、図４−２に示すように、スカート４０の内周面４０ｃに対向してピストン軸方向に延びており、梁壁４６は、内壁４４Ｄに対応してピストン軸方向に同じ長さ延設されている。梁壁４６のスカート裾４０ｅ側の端４４ｅとピストン頂面２２との距離は、スカート４０の裾４０ｅとピストン頂面２２との距離、及び内壁４４Ｄのスカート裾４０ｅ側の端４４ｅとピストン頂面２２との距離と同一となるよう設定されている。

スカート４０と内壁４４Ｄとの間にある空間は、図４−１に示すように、３つの梁壁４６により仕切られて、４つのガイド通路（８６，８８）が形成されている。詳細には、スカート４０中央側にある２つの内側ガイド通路８６と、スカート周端部４２側にある２つの外側ガイド通路８８である。

内側ガイド通路８６は、スカート４０の内周面４０ｃと内壁４４Ｄの外面４４ａと梁壁４６の側面４６ｆにより囲まれており、外側ガイド通路８８は、スカート４０の内周面４０ｃと内壁４４Ｄの外面４４ａと、接続壁５０の一部により囲まれている。各ガイド通路８６，８８は、ピストン軸方向に延びている。

図４−２に示すように、内壁４４Ｄの頂部３０側の端４４ｆと、スカート４０の内周面４０ｃから頂部３０の内周面３０ｃに連続する接続面３９と、内壁４４Ｄとの間には、ガイド通路８６の頂部側開口８６ａが形成されている。つまり、ガイド通路８６の頂部側開口８６ａは、内壁４４Ｄの頂部３０側の端４４ｆと接続面３９により形状が規定されている。これに対してガイド通路８６のスカート裾側開口８６ｃは、スカート４０の裾４０ｅと、これに対向する内壁４４Ｄのスカート裾４０ｅ側の端４４ｅにより形状が規定されている。このように開口８６ａ，８６ｃが形成されたガイド通路８６は、後述するオイルジェット１００Ｂから噴射されてスカート裾４０ｅ側開口８６ｃから流入したオイルを、頂部側開口８６ａから流出させて、頂部３０の天井面２６に向けて導くことが可能となっている。

なお、外側ガイド通路８８にも、内側ガイド通路８６と同様に、図示しない頂部側開口とスカート裾側開口が形成されており、スカート裾側開口から流入したオイルを、頂部側開口から流出させて、頂部３０の天井面２６に向けて導くことが可能となっている。

このように構成されたピストン２０Ｄは、シリンダ壁１５からの側圧を受けて、スカート４０がピストン中心軸Ｃ側に弾性変形すると、３つの梁壁４６がスカート４０からの応力を分散して内壁４４Ｄに伝達して、内壁４４Ｄ全体をピストン中心軸Ｃ側に弾性変形させる。内壁４４Ｄには、接続壁５０との結合部５４をピストン中心軸Ｃ側に引き寄せるよう張力が作用して、スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に変形することを抑制する。これと共に、スカート４０全体は、梁壁４６からの反力を受けており、ピストン中心軸Ｃ側に変形するが抑制されている。このようにして、ピストン２０Ｄは、シリンダ壁１５からの応力を受けたとき、スカート４０全体をピストン中心軸Ｃ側に変形させることができ、スカート４０に局部的な変形が生じることを抑制することができる。

さらに、このピストン２０Ｄを備える内燃機関１０には、図４−１及び図４−２に示すように、スカート４０と内壁４４Ｄと梁壁４６との間に形成された各ガイド通路８６，８８にオイルを噴射するオイルジェット１００Ｂが設けられている。オイルジェット１００Ｂは、オイルを各ガイド通路８６，８８に導くノズル１０２Ｂを備えており、ノズル１０２Ｂは、４つ股に分岐されて４つの噴孔１０２Ｂａを有している。４つの噴孔１０２Ｂａは、ピストン２０Ｄに形成されたガイド通路８６，８８のスカート裾側開口８６ｃに対応して設けられている。詳細には、内燃機関１０において、ピストン２０Ｄがシリンダボア１４内において最もクランク側に位置しているとき、ノズル１０２Ｂの４つの噴孔１０２Ｂａは、それぞれ対応するガイド通路８６，８８に向けて配置されている。

以上のように構成された内燃機関１０において、オイルジェット１００Ｂは、ノズル１０２Ｂに形成された４つの噴孔１０２Ｂａから、それぞれ対応する各ガイド通路８６，８８内にオイルを噴射する。各ガイド通路８６，８８内に噴射されたオイルは、図に矢印Ｆ４で示すように、ガイド通路８６，８８内をピストン頂部３０側に流動する。オイルは、略筒状のガイド通路８６，８８内をピストン軸方向に直線状に流れる。つまり、オイルは、各ガイド通路８６，８８内で整流されている。ガイド通路８６，８８内を流れて頂部３０の接続面３９によりピストン中心軸Ｃ側に流動方向を偏向したオイルは、接続面３９と内壁４４Ｄの外面４４ａとの間で流れが絞られて、図に矢印Ｆ５，Ｆ８で示すように、頂部側開口８６ａから流出し、頂部３０の内周面３０ｃに沿って流れて天井面２６に到達する。

内側ガイド通路８６から流出したオイルは、矢印Ｆ６で示すように、天井面２６のうちピストン中心軸Ｃ側をピストンピン軸心方向Ｐに直交して流れ、一方、外側ガイド通路８８から流出したオイルは、矢印Ｆ９で示すように、天井面２６のうちピンボス６０の内面６０ｃ側をピストンピン軸心方向Ｐに直交して流れる。このようにして内燃機関１０は、オイルジェット１００Ｂから供給され、ガイド通路８６，８８のスカート裾４０ｅ側の開口８６ｃから受けたオイルを天井面２６に導いて、対向するピンボス６０の内面６０ｃの間に均一に流すことができる。これにより、ピストン２０Ｄの頂部３０の冷却を均一なものとすることができる。

以上に説明したように本実施例では、梁壁４６は、ピストンピン軸心方向Ｐに直交して延びており、ピストンピン軸心方向Ｐに所定の間隔をあけて複数設けられているものとしたので、シリンダ壁１５からスカート４０が受けた応力を分散して内壁４４Ｄに伝達することができ、スカート４０全体を均一にピストン中心軸Ｃ側に変形させて、スカート４０に局部的な変形が生じることを抑制することができる。また、スカート４０の剛性を向上させることもできる。

また、本実施例において、ガイド通路８６，８８は、梁壁４６により仕切られて、頂部３０側とスカート裾４０ｅ側に開口８６ａ，８６ｃを有する複数のガイド通路８６，８８が形成されており、ガイド通路８６，８８のスカート裾４０ｅ側の開口８６ｃに対応して噴孔１０２Ｂａが配設されているオイルジェット１００Ｂを備えるものとした。ピストン２０Ｄの移動速度が速く、ピストン内側において気流が乱れていても、ガイド通路８６，８８は、オイルジェット１００Ｂから噴射されたオイルを、整流して天井面２６に導き、ピンボス６０の間を天井面２６に沿って均一に流すことができる。この結果、ピストン２０Ｄの頂部３０を均一に冷却することが可能となる。

本実施例に係るピストン及び内燃機関の構成について、図５−１及び図５−２を用いて説明する。図５−１は、ピストンをスカートの裾側から見た底面図である。図５−２は、図５−１のＡ５−Ａ５線による断面図である。なお、図５−２において、理解を容易にするため、外形線を一部省略している。本実施例に係るピストンは、内壁のうちスカート裾側の部位には、コンロッドの桿部に対応して切り欠きが形成されている点で、実施例１と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図５−１に示すように、ピストン２０Ｅのピンボス６０には、図示しないピストンピンを介してコンロッド（図に二点鎖線で示す）が装着される。内燃機関１０において、ピストン２０Ｅがシリンダボア１４内をクランク側又はヘッド側に移動している時、コンロッド１６は、図５−２に示すように、ピストン中心軸Ｃに対して傾斜しており、コンロッド１６の桿部１６ａがスカート４０に近接する。このとき、コンロッド１６の桿部１６ａと、内壁４４Ｅのスカート裾４０ｅ側の端４４ｅが干渉する虞がある。なお、コンロッド１６の「桿部」とは、コンロッド１６のうち小端部と大端部とを接続する棒状の部分である。

そこで、本実施例に係るピストン２０Ｅでは、内壁４４Ｅのうちスカート裾４０ｅ側には、コンロッド１６の桿部１６ａに対応して切り欠き９０が形成されている。切り欠き９０は、図５−１に示すように、内壁４４Ｅのスカート裾４０ｅ側の端４４ｅのうち、ピストンピン軸心方向Ｐの中央に形成されている。切り欠き９０の２つの側面を符号９０ａで示す。互いに対向する側面９０ａ同士の距離は、コンロッド１６の桿部１６ａのピストンピン軸心方向Ｐの寸法Ｌに比べて大きく設定されている。

また、切り欠き９０は、図５−２に示すように、内壁４４Ｅのスカート裾４０ｅ側の端４４ｅからピストン軸方向を頂部３０側に向けて形成されている。切り欠き９０の底面を符号９０ｅで示す。切り欠き９０の底面９０ｅは、内燃機関１０のシリンダボア１４内においてコンロッド１６がピストン２０Ｅの中心軸Ｃに対して最も傾斜している時に、コンロッド１６の桿部１６ａと干渉しない位置に設定されている。

このような切り欠き９０が形成されたピストン２０Ｅの内壁４４Ｅは、スカート裾４０ｅ側に開端を有する略Ｕ字状をなしている。なお、図示しないが、切り欠き９０の底面９０ｅと切り欠き９０の側面９０ａが滑らかに接続されて、切り欠き９０が半月状をなすものとしても良い。

このように構成されたピストン２０Ｅは、スカート４０がシリンダ壁１５から側圧を受けてピストン中心軸Ｃ側に弾性変形しようとすると、内壁４４Ｅには、接続壁５０との結合部５４を引き寄せるよう張力が作用して、スカート周端部４２の近傍がピストン径方向Ｒ外側に変形することを抑制することができる。これにより、スカート周端部４２の近傍が局部的にシリンダ壁１５に接触することを抑制することができる。

以上に説明したように本実施例に係る内燃機関１０では、内壁４４Ｅのうちスカート裾４０ｅ側の部位には、コンロッド１６の桿部１６ａに対応して切り欠き９０が形成されているものとしたので、コンロッド１６とピストン２０Ｅとの干渉を防止しつつ、スカート周端部４２近傍のピストン径方向Ｒ外側への変形を抑制することができる。

本実施例に係るピストンの構成について、図６を用いて説明する。図６は、ピストンをスカートの裾側から見た底面図である。本実施例に係るピストンは、接続壁同士を結合する内壁が、ピストン中心軸側に凸となって湾曲する弓状をなしている点で、実施例１と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、内壁４４Ｆは、弓状をなしており、内壁４４Ｆの主要な部分であってピストンピン軸心方向Ｐに延びている弓幹部４３と、ピストンピン軸心方向Ｐに対してピストン中心軸Ｃ側に傾斜して延びている端部４５から構成されている。内壁４４Ｆの弓幹部４３と端部４５は連続しており、内壁４４Ｆの端部４５が接続壁５０と結合部５４で結合されている。弓幹部４３は、結合部５４に対してピンボス６０側にオフセットして設けられている。なお、内壁４４Ｆの弓幹部４３と端部４５は、滑らかに湾曲して連続しているものとしても良い。

このようにして弓幹部４３と端部４５から構成された内壁４４Ｆは、ピストン中心軸Ｃ側に凸となって湾曲する弓状をなしている。このため、ピストン２０Ｆのうちスカート４０よりピストン径方向Ｒ内側には、スカート４０の内周面４０ｃと内壁４４Ｆの外面（４３ａ，４５ａ）と、これらを接続する頂部３０の接続面（図示せず）に囲まれて、有底の空洞７９が形成されている。

このように構成されたピストン２０Ｆは、スカート４０の内周面４０ｃと内壁４４Ｆの主要な部分である弓幹部４３の外面４３ａとの距離Ｔが、直線状に延びて結合部５４同士を接続する内壁４４を設けた場合に比べて、大きなものとなっている。すなわち、空洞７９は、直線状に延びる内壁４４（図１−２参照）を設けた場合に比べて、ピストン径方向Ｒにより厚みのある空間となっている。

スカート４０がシリンダ壁１５からの側圧を受けて、スカート中央部４１がピストン中心軸Ｃ側に変形しようとすると、内壁４４Ｆには、ピストンピン軸心方向Ｐに張力が作用して、スカート周端部４２とこれに連続する接続壁５０がピストン径方向Ｒ外側に弾性変形することを抑制することができる。

以上に説明したように本実施例に係るピストン２０Ｆは、接続壁５０同士を結合する内壁４４Ｆが、ピストン中心軸Ｃ側に凸となって湾曲する弓状をなしているため、ピストン２０Ｆに形成される空洞７９がピストン径方向Ｒに厚みのある空間となっている。このため、ピストン２０Ｆを砂型鋳造により製作する場合、この空洞に対応した砂型の製造や、空洞からの鋳物砂の排出を容易なものとすることができる。スカート周端部近傍のピストン径方向Ｒ外側への変形を抑制可能なピストンを、良好な生産性を以って実現することができる。また、ピストン２０Ｆを金型鋳造により製作する場合、この空洞７９に対応した金型の肉厚を充分に厚くすることができ、金型の寿命を犠牲にすることなく生産することができる。

なお、上述した各実施例において、内壁のスカート裾側の端は、スカートの裾とピストン径方向Ｒに対向して設けられている、すなわちスカート裾側の端とピストン頂面との距離が、スカートの裾とピストン頂面との距離と同じになるように延設されているものとしたが、内壁の幾何学的形状は、これに限定されるものではない。内壁が接続壁同士をピストン軸方向に沿って結合するような形状であれば良く、例えば、内壁におけるスカート裾側の端とピストン頂面との距離を、スカートの裾とピストン頂面との距離に比べて、小さく設定することも好適である。このように内壁を構成することで、内壁に切り欠きを形成することなく、コンロッドの桿部との干渉を防止可能なピストンを実現することができる。

以上のように、本発明は、内燃機関に有用であり、特に、自動車に原動機として搭載される内燃機関に適している。

実施例１に係る内燃機関のピストン周辺の構成を示す断面図である。 実施例１に係るピストンをスカートの裾側から見た底面図である。 図１−２のＡ１−Ａ１線による断面図である。 実施例２に係るピストンをスカートの裾側から見た底面図である。 図２−１のＡ２−Ａ２線による断面図である。 実施例３に係るピストンをスカートの裾側から見た底面図である。 図３−１のＡ３−Ａ３線による断面図である。 実施例４に係るピストンをスカートの裾側から見た底面図である。 図４−１のＡ４−Ａ４線による断面図である。 実施例５に係るピストンをスカートの裾側から見た底面図である。 図５−１のＡ５−Ａ５線による断面図である。 実施例６に係るピストンをスカートの裾側から見た底面図である。 ピストンをスカートの裾側から見た底面図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ シリンダブロック
１５ シリンダ壁
１６ コンロッド
１４ シリンダボア
１８ ピストンピン
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ．２００ ピストン
２２ 頂面（ピストン頂面）
２６ 天井面
３０ 頂部（ピストン頂部）
３２，３４ コンプレッションリング溝
３６ オイルリング溝
３９ 接続面
４０ スカート
４１ スカートのピストン周方向の中央部（スカート中央部）
４２ スカートのピストン周方向の端部（スカート周端部）
４３ 弓幹部
４４，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆ 内壁
４５ 内壁の端部
４６ 梁壁
５０ 接続壁
５４ 結合部
６０ ピストンピンボス
６０ｃ ピストンピンボスの内面
６２ ピストンピン穴
６５ ピンボスリブ
７２，７４ コンプレッションリング
７６ オイルリング
７８，７８ａ，７８ｃ，７９ 空洞
８０ ガイド通路
８０ａ 頂部側開口
８０ｃ スカート裾側開口
８６ ガイド通路
８６ａ 頂部側開口
８６ｃ スカート裾側開口
８８ ガイド通路
９０ 切り欠き
１００，１００Ｂ オイルジェット
１０２，１０２Ｂ ノズル
１０２ａ，１０２Ｂａ 噴孔

Claims (14)

1. 内燃機関に用いられ、対向するピストンピンボスと、スカートと、ピストンピンボスとスカートとを接続する接続壁が、頂部から延設されているピストンであって、
   スカートよりピストン中心軸側には、ピストンピン軸心方向に対向する接続壁同士を結合する内壁が設けられていることを特徴とするピストン。
2. 請求項１に記載のピストンにおいて、
   内壁は、ピストンピン軸心方向に沿って延びていることを特徴とするピストン。
3. 請求項１又は２に記載のピストンにおいて、
   内壁と接続壁の結合部は、ピストン軸方向に沿って延びていることを特徴とするピストン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のピストンにおいて、
   内壁のスカート裾側の端は、スカートの裾と、ピストン径方向に対向して設けられていることを特徴とするピストン。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストンにおいて、
   スカートのピストン周方向の中央部と内壁とを結合する梁壁が、設けられていることを特徴とするピストン。
6. 請求項５に記載のピストンにおいて、
   梁壁は、スカートのピストン周方向の中央部から、ピストン中心軸に向けて延びていることを特徴とするピストン。
7. 請求項６に記載のピストンにおいて、
   梁壁は、ピストンピン軸心方向に直交する方向に沿って延びており、ピストンピン軸心方向に所定の間隔をあけて複数設けられていることを特徴とするピストン。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のピストンにおいて、
   内壁とスカートにより囲まれて、スカート裾側から流入するオイルを頂部の天井面に導くことが可能なガイド通路が形成されていることを特徴とするピストン。
9. 請求項８に記載のピストンにおいて、
   ガイド通路の頂部側の開口は、内壁の頂部側の端と、スカートの内周面から頂部の内周面に接続する接続面により、形状が規定されていることを特徴とするピストン。
10. 請求項８又は９に記載のピストンにおいて、
    ガイド通路は、梁壁により仕切られて、頂部側とスカート裾側に開口を有する複数のガイド通路が形成されていることを特徴とするピストン。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のピストンにおいて、
    ピンボスは、ピストンピンを介してコンロッドが装着されるものであり、
    内壁のうちスカート裾側の部位には、コンロッドの桿部に対応して切り欠きが形成されていることを特徴とするピストン。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のピストンにおいて、
    内壁は、ピストン中心軸側に凸となって湾曲する弓状をなしていることを特徴とするピストン。
13. 請求項８〜１２のいずれか１項に記載のピストンを有する内燃機関であって、
    ガイド通路のスカート裾側の開口に向けてオイルを噴射するオイルジェットが設けられていることを特徴とする内燃機関。
14. 請求項１３に記載の内燃機関であって、
    ピストンは、梁壁により仕切られて、頂部側とスカート裾側に開口を有する複数のガイド通路が形成されており、
    オイルジェットには、ガイド通路のスカート裾側の開口に対応して複数の噴孔が設けられていることを特徴とする内燃機関。

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