JP2009138562A

JP2009138562A - 内燃機関用ピストン及び内燃機関

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Publication number: JP2009138562A
Application number: JP2007313725A
Authority: JP
Inventors: Hideto Inagaki; 英人稲垣; Yoshio Shimura; 好男志村
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-04
Also published as: JP4853469B2

Abstract

【課題】ピストン構造の複雑化及び振動・騒音の増大を招くことなく、ピストンスカート部での摩擦損失を低減する。
【解決手段】スカート牽引部４２は、その一端部４２ａが側壁部４４−１を介してピストンピンボス部１８−１に連結され、その他端部４２ｂが側壁部４４−２を介してピストンピンボス部１８−２に連結され、その中央部４２ｃが連結部４５を介してピストンスカート部１６に連結され、その一端部４２ａと他端部４２ｂとの間でピストンスカート部１６側へ湾曲した形状を有する。スカート牽引部４２は、ピストンピンボス部１８−１，１８−２が互いに離れる方向へ変位するのに応じてピストン径方向内側へ変位することで、ピストンスカート部１６をピストン径方向内側へ牽引する。スカート牽引部４２の曲率はピストンスカート部１６の曲率と異なる。
【選択図】図４

Description

本発明は、シリンダ内を往復運動する内燃機関用ピストン、及びピストンを備える内燃機関に関する。

内燃機関のピストンは移動部材であるため、エンジン実働時において冷却水等で直接冷却することが困難である。例えば、シリンダに設けられたウォータジャケット内の冷却水で冷却されたシリンダと接触しながら摺動することで、ピストンヘッドの熱をシリンダに放熱している。また、オイルジェット等を有する内燃機関では、ピストンの内側へ向けて噴射されたオイルに放熱している。

現行のレシプロ機関では、ピストン慣性力がピストンをシリンダに押し付ける側圧力（スラスト力）の発生要因の１つになっているので、ピストンをできうる限り軽くすることが求められる。また、ピストン頂部の熱を速やかに拡散させるために熱伝導率の高い材料で製作される。このため、内燃機関に使用されるピストンは、一般的にアルミニウム合金で製作される。一方、ピストンが挿入されるシリンダは、アルミニウム合金との耐焼き性において良好な特性を有する鋳鉄が使用される。シリンダは、シリンダブロックごと鋳鉄を用いる場合と、鋳鉄製ライナをアルミニウム合金で鋳包む場合とが一般的であるが、いずれの場合においても熱膨張係数がピストンのアルミニウム合金よりも小さくなる。加えて、燃焼の熱の一部はピストンを介してシリンダに放熱されるので、ピストンの方がシリンダよりも温度が高くなるのが一般的である。

よって、エンジン実働時においては、ピストンの方が高温である上に熱膨張係数が大きい材料で製作されているので、ピストンの熱膨張によってピストンスカート部がシリンダに対して締まり嵌めになりやすい。ピストンスカート部がシリンダに対して締まり嵌めになると、ピストンスカート部での摩擦損失が増大する。逆に、ピストン高温時の締まり嵌めを回避するために、常温時のピストンとシリンダとの間のクリアランスを大きくすると、エンジン冷間時においてピストンがシリンダの中を蛇行して、振動・騒音の原因となる。

上記の問題点の解決を図るために、ピストンヘッド部とピストンスカート部との間にスリット孔を形成したピストンが提案されている。ピストンヘッド部とピストンスカート部との間にスリット孔を形成することで、ピストンの熱膨張に伴ってピストンヘッド部がピストン径方向外側へ変位しても、ピストンスカート部がピストンヘッド部につられてピストン径方向外側へ変位するのが抑制されるので、ピストンスカート部がシリンダに対して締まり嵌めになるのが抑制される。

また、ストラットと呼ばれる鋼製の部材をピストン内に鋳込むことでピストンの形状変化を抑制する手法が提案されている。その応用例として、下記特許文献１が挙げられる。

特開平９−１００９１２号公報

ピストンの往復運動による振動・騒音の増大を招くことなくピストンスカート部での摩擦損失を低減するためには、ピストンの熱膨張時におけるピストンスカート部の径方向変位を調節できることが望ましい。ピストンヘッド部とピストンスカート部との間にスリット孔を形成したピストンにおいては、スリット孔によってピストンスカート部の径方向外側への変位を抑制することは可能であるが、ピストンスカート部の径方向内側への変位をスリット孔によって調節することは困難である。また、ストラット付きピストンの場合は、アルミニウムより熱膨張係数の小さい鋼材がストラットとして利用されるが、ピストン重量の増大と、異種金属を鋳込む必要があるため、構造が複雑化して製造コストの増大を招くことになる。

本発明は、構造の複雑化及び振動・騒音の増大を招くことなく、ピストンスカート部での摩擦損失を低減することができる内燃機関用ピストン及び内燃機関を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関用ピストン及び内燃機関は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る内燃機関用ピストンは、ピストン頂面を含むピストンヘッド部と、ピストンヘッド部より下方の位置でピストン軸方向と垂直方向に対向配置された一対のピストンピンボス部であって、その各々にピストンピンが嵌入されるピストンピン孔が形成された一対のピストンピンボス部と、ピストンヘッド部より下方で且つピストン外周部に設けられたピストンスカート部であって、その一端部がピストンピンボス部の一方に連結され、その他端部がピストンピンボス部の他方に連結され、その一端部から他端部にかけてピストン周方向に沿って湾曲した形状を有するピストンスカート部と、ピストンスカート部の内側に配置されたスカート牽引部であって、その一端部がピストンピンボス部の一方に連結され、その他端部がピストンピンボス部の他方に連結され、その一端部と他端部との間でピストンスカート部側へ湾曲した形状を有するスカート牽引部と、ピストンスカート部とスカート牽引部とを連結する連結部と、を備え、スカート牽引部は、一対のピストンピンボス部が互いに離れる方向へ変位するのに応じてピストン径方向内側へ変位することで、ピストンスカート部をピストン径方向内側へ牽引し、スカート牽引部の曲率がピストンスカート部の曲率と異なることを要旨とする。

本発明の一態様では、スカート牽引部の曲率がピストンスカート部の曲率よりも小さいことが好適である。

また、本発明に係る内燃機関用ピストンは、ピストン頂面を含むピストンヘッド部と、ピストンヘッド部より下方の位置でピストン軸方向と垂直方向に対向配置された一対のピストンピンボス部であって、その各々にピストンピンが嵌入されるピストンピン孔が形成された一対のピストンピンボス部と、ピストンヘッド部より下方で且つピストン外周部に設けられたピストンスカート部であって、その一端部がピストンピンボス部の一方に連結され、その他端部がピストンピンボス部の他方に連結され、その一端部から他端部にかけてピストン周方向に沿って湾曲した形状を有するピストンスカート部と、ピストンスカート部の内側に配置されたスカート牽引部であって、その一端部がピストンピンボス部の一方に連結され、その他端部がピストンピンボス部の他方に連結され、その一端部と他端部との間でピストンスカート部側へ張り出した形状を有するスカート牽引部と、ピストンスカート部とスカート牽引部とを連結する連結部と、を備え、スカート牽引部は、一対のピストンピンボス部が互いに離れる方向へ変位するのに応じてピストン径方向内側へ変位することで、ピストンスカート部をピストン径方向内側へ牽引し、スカート牽引部における、連結部に連結された部位と一端部とを結ぶ平面と、当該部位と他端部とを結ぶ平面との成す角度は、ピストンスカート部における、連結部に連結された部位と一端部とを結ぶ平面と、当該部位と他端部とを結ぶ平面との成す角度と異なることを要旨とする。

本発明の一態様では、スカート牽引部における、連結部に連結された部位と一端部とを結ぶ平面と、当該部位と他端部とを結ぶ平面との成す角度は、ピストンスカート部における、連結部に連結された部位と一端部とを結ぶ平面と、当該部位と他端部とを結ぶ平面との成す角度よりも大きいことが好適である。

本発明の一態様では、連結部は、ピストン周方向に関するピストンスカート部の中央部とピストン周方向に関するスカート牽引部の中央部とを連結することが好適である。

本発明の一態様では、ピストンヘッド部とピストンスカート部との間には、ピストンが熱膨張する場合にピストンヘッド部のピストン径方向変位に伴うピストンスカート部のピストン径方向変位を抑制するためのスリット孔が形成されていることが好適である。

また、本発明に係る内燃機関は、シリンダ内を往復運動するピストンを備える内燃機関であって、前記ピストンが、本発明に係る内燃機関用ピストンであることを要旨とする。

本発明によれば、一対のピストンピンボス部が互いに離れる方向へ変位するのに伴って生じる、ピストンスカート部のピストン径方向内側への変位を調節することができるので、ピストンの熱膨張時におけるピストンスカート部のピストン径方向変位を調節することができる。その結果、ピストンの構造の複雑化及びピストンの往復運動による振動・騒音の増大を招くことなく、ピストンスカート部での摩擦損失を低減することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

「実施形態１」
図１〜５は、本発明の実施形態１に係る内燃機関用ピストン１２を備える内燃機関の概略構成を示す図である。図１はクランクシャフトの軸線方向から見た内燃機関の内部構成の概略を示す図であり、図２はクランクシャフトの軸線方向から見たピストン１２の概略構成を示す断面図（ピストンスラスト方向の断面図）であり、図３はクランクシャフトの軸線方向及びシリンダ１１の軸線方向と直交する方向から見たピストン１２の概略構成を示す外観図（ピストンピンボス方向の外観図）であり、図４は図３のＡ−Ａ断面図（シリンダ１１の軸線方向下側から見た図）であり、図５は図２のＡ部の拡大図である。図１では、コネクティングロッドやクランクシャフトや動弁機構等の具体的構成の図示を省略しているが、公知の構成で実現可能である。本実施形態に係るピストン１２は、シリンダ１１内をその軸線方向に沿って往復運動するものであり、シリンダ１１内のガスに面するピストン頂面１２ａを含むピストンヘッド部１４と、ピストンヘッド部１４より下方に設けられた一対のピストンピンボス部１８−１，１８−２と、ピストンヘッド部１４より下方で且つピストン１２外周部に設けられ、シリンダ内周壁１１ａに面する一対のピストンスカート部１６と、を備える。ピストン１２の材料としては、例えばアルミニウム合金等、熱伝導率の高い材料が用いられる。

一対のピストンピンボス部１８−１，１８−２は、ピストンヘッド部１４の下面に連結されており、ピストンヘッド部１４より下方の位置でピストン軸方向（シリンダ１１の軸線方向に一致する）と垂直方向に互いに間隔を空けて対向配置されている。各ピストンピンボス部１８−１，１８−２には、ピストンピンが嵌入されるピストンピン孔１９−１，１９−２がそれぞれ形成されている。

一対のピストンスカート部１６は、ピストン１２のスラスト面１２ｂ（エンジンの膨張行程において燃焼圧力がピストン１２をシリンダ１１へ押し付ける側圧力（スラスト力）が作用する面）及び反スラスト面１２ｃ（スラスト面１２ｂと反対側の面）にそれぞれ設けられている。各ピストンスカート部１６は、薄肉形状であり、ピストン周方向に関する一端部１６ａから他端部１６ｂにかけてピストン周方向に沿って湾曲した形状を有する。各ピストンスカート部１６の曲率は、シリンダ１１のボア径により決まる。ピストン周方向に関する各ピストンスカート部１６の一端部１６ａは、側壁部４４−１を介してピストンピンボス部１８−１に連結されており、ピストン周方向に関する各ピストンスカート部１６の他端部１６ｂは、側壁部４４−２を介してピストンピンボス部１８−２に連結されている。

ピストン１２（ピストンヘッド部１４）の外周部には、ピストンリング（コンプレッションリング）が装着されるリング溝として、トップリング溝２１及びセカンドリング溝２２がピストン周方向に沿って形成されており、トップリング溝２１及びセカンドリング溝２２には、コンプレッションリングとしてトップリング３１及びセカンドリング３２がそれぞれ装着されている。ピストン１２の外周部におけるピストンヘッド部１４とピストンスカート部１６との間には、ピストンリング（オイルリング３３）が装着されるリング溝として、オイルリング溝２３がピストン周方向に沿って形成されている。

図５に示すように、ピストンヘッド部１４とピストンスカート部１６との間には、オイルリング溝２３に開口するスリット孔２４がピストン周方向に沿って形成されている。ここでのスリット孔２４は、ピストン１２のスラスト面１２ｂ及び反スラスト面１２ｃにそれぞれ形成されており、スリット孔２４の長手方向はピストン周方向に一致している。このスリット孔２４によって、ピストンヘッド部１４とピストンスカート部１６との間のピストン径方向に関する相対変位が許容され、ピストン１２が熱膨張する場合に、ピストンヘッド部１４のピストン径方向変位に伴って生じるピストンスカート部１６のピストン径方向変位が抑制される。なお、図５は、スリット孔２４がオイルリング溝２３の底面２３ａの下方位置でオイルリング溝２３に開口する例を示している。ただし、スリット孔２４は、例えば図６に示すように、オイルリング溝２３の底面２３ａの中央位置でオイルリング溝２３に開口していてもよいし、例えば図７に示すように、オイルリング溝２３のピストンスカート部１６側の側面２３ｃでオイルリング溝２３に開口していてもよい。

本実施形態では、各ピストンスカート部１６のピストン径方向内側には、ピストン１２の熱膨張時に各ピストンスカート部１６をピストン径方向内側へ牽引するための一対のスカート牽引部４２が各ピストンスカート部１６と間隔を空けて配置されている。ピストン周方向に関する各スカート牽引部４２の一端部４２ａは、側壁部４４−１を介してピストンピンボス部１８−１に連結されており、ピストン周方向に関する各スカート牽引部４２の他端部４２ｂは、側壁部４４−２を介してピストンピンボス部１８−２に連結されている。各スカート牽引部４２は、薄肉形状であり、ピストン周方向に関する中央部４２ｃが一端部４２ａと他端部４２ｂとを結ぶ平面よりもピストンスカート部１６側（ピストン径方向外側）へ張り出しており、その一端部４２ａと他端部４２ｂとの間でピストンスカート部１６側へ湾曲した形状を有する。（熱膨張前における）各スカート牽引部４２の曲率は、（熱膨張前における）各ピストンスカート部１６の曲率と異なる。図４に示す例では、各スカート牽引部４２の曲率が各ピストンスカート部１６の曲率よりも小さい（各スカート牽引部４２の曲率半径が各ピストンスカート部１６の曲率半径よりも大きい）。その場合、ピストン周方向に関するスカート牽引部４２の中央部４２ｃとピストン周方向に関するピストンスカート部１６の中央部１６ｃとの距離は、スカート牽引部４２の一端部４２ａとピストンスカート部１６の一端部１６ａとの距離、及びスカート牽引部４２の他端部４２ｂとピストンスカート部１６の他端部１６ｂとの距離よりも長い。そして、本実施形態では、各ピストンスカート部１６の内周壁と各スカート牽引部４２の外周壁とを連結する一対の連結部４５が設けられている。図４に示す例では、各連結部４５は、ピストン周方向に関する各ピストンスカート部１６の中央部１６ｃとピストン周方向に関する各スカート牽引部４２の中央部４２ｃとを連結している。ただし、ピストンスカート部１６における連結部４５との連結部位、及びスカート牽引部４２における連結部４５との連結部位は、中央部１６ｃ，４２ｃから若干ずれていてもかまわない。

ピストンヘッド部１４は高温の燃焼室に面しているのに対して、ピストンスカート部１６は冷却水の流れるウォータジャケットを背部に有するシリンダ内周壁１１ａに接しているため、ピストンヘッド部１４の方がピストンスカート部１６より温度が高くなる。エンジン実働時においては、ピストン１２は室温より高い温度になるため、ピストンスカート部１６は熱膨張によってピストン径方向に変位する。一方、ピストンヘッド部１４に連結された一対のピストンピンボス部１８−１，１８−２は、ピストンヘッド部１４の熱膨張に伴ってピストン径方向外側に変位して互いに離れる。その際には、ピストンヘッド部１４がピストン径方向外側へ変位（熱膨張）するのに伴って、ピストンヘッド部１４に連結された各ピストンスカート部１６が、ピストンヘッド部１４につられてピストン径方向外側へ変位する。さらに、ピストンヘッド部１４に連結された一対のピストンピンボス部１８−１，１８−２も、ピストンヘッド部１４につられてピストン径方向外側へ変位して互いに離れる。その際には、ピストンピンボス部１８−１，１８−２に連結されたピストンスカート部１６が曲率を有しているため、ピストンピンボス部１８−１，１８−２がピストン径方向外側（互いに離れる方向）へ変位するのに応じて、ピストンスカート部１６の円弧が引き伸ばされる形になり、ピストンスカート部１６（円弧）の中央部１６ｃが元の形状よりピストン径方向内側へ変位することになる。このピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位は、ピストンスカート部１６の熱膨張を抑制する方向の変位となるため、ピストンスカート部１６がシリンダ１１に対して締まり嵌めになるのを抑制する方向に作用する。

本願発明者は、ピストンスカート部１６の曲率とピストン径方向内側への変位との関係を調べるために、図８に示すように、略半円筒形状の部材６６の曲率半径を変化させながら、部材６６の両端部６６ａ，６６ｂをそれぞれ径方向外側へ変位させたときの中央部６６ｃの径方向内側への変位を計算した。その計算結果を図９に示す。計算の際には、略半円筒形状の部材６６をアルミニウム製とし、部材６６の肉厚を１ｍｍとし、変位前における両端部６６ａ，６６ｂ間の距離Ｌを７５ｍｍとし、両端部６６ａ，６６ｂの径方向外側への変位を１００μｍずつとした。図９に示すように、部材６６の曲率半径が増大する（部材６６の曲率が減少する）ほど、中央部６６ｃの径方向内側への変位量（逆変位量）が大きいことがわかる。したがって、ピストンピンボス部１８−１，１８−２が互いに離間する方向へ変位するのに伴って生じる、ピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位は、ピストンスカート部１６の曲率に応じて変化し、ピストンスカート部１６の曲率が小さい（曲率半径が大きい）ほど大きくなる。しかし、ピストンスカート部１６の曲率はシリンダ１１のボア径によって必然的に決まるため、ピストンスカート部１６の曲率によってピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位を調節することは困難である。

これに対して本実施形態では、ピストンスカート部１６の径方向内側に配置されたスカート牽引部４２が曲率を有している（ピストンスカート部１６側へ湾曲している）ため、ピストン１２の熱膨張によりピストンピンボス部１８−１，１８−２が径方向外側（互いに離れる方向）へ変位するのに応じて、図１０に示すように、ピストンピンボス部１８−１，１８−２に連結された各スカート牽引部４２が引き伸ばされる形になり、各スカート牽引部４２の中央部４２ｃが元の形状よりピストン径方向内側へ変位することになる。このスカート牽引部４２のピストン径方向内側への変位により、各スカート牽引部４２に連結された各ピストンスカート部１６が、ピストン径方向内側へ牽引されて変位する。ここでのピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位については、スカート牽引部４２のピストン径方向内側への変位を調節することで調節可能である。そして、図９から、スカート牽引部４２のピストン径方向内側への変位については、スカート牽引部４２の曲率を調節することで調節可能であり、スカート牽引部４２の曲率が小さい（曲率半径が大きい）ほど大きくなる。さらに、スカート牽引部４２の曲率については、シリンダ１１のボア径（ピストンスカート部１６の曲率）に関係なく、任意に設定することが可能である。したがって、スカート牽引部４２の曲率を調節することで、ピストンピンボス部１８−１，１８−２が互いに離間する方向へ変位するのに伴って生じる、ピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位を調節することができる。

本実施形態におけるスカート牽引部４２及び連結部４５がピストンスカート部１６の径方向変位に与える影響を検討した計算結果を図１１〜１３に示す。図１１は、スカート牽引部４２及び連結部４５が設けられていない場合において、ピストンピンボス部１８−１，１８−２を径方向外側へ変位させたときのピストンスカート部１６の変形状態を示す。図１２は、スカート牽引部４２の曲率がピストンスカート部１６の曲率よりも小さい（スカート牽引部４２の曲率半径がピストンスカート部１６の曲率半径よりも大きい）場合において、ピストンピンボス部１８−１，１８−２を径方向外側へ変位させたときのピストンスカート部１６の変形状態を示す。図１３は、スカート牽引部４２の曲率がピストンスカート部１６の曲率よりも大きい（スカート牽引部４２の曲率半径がピストンスカート部１６の曲率半径よりも小さい）場合において、ピストンピンボス部１８−１，１８−２を径方向外側へ変位させたときのピストンスカート部１６の変形状態を示す。計算の際には、ピストン１２をアルミニウム合金製とし、ピストンスカート部１６及びスカート牽引部４２の肉厚を２ｍｍとし、変形前におけるピストンスカート部１６の曲率半径を３７．５ｍｍとし、変形前におけるピストンスカート部１６の両端部１６ａ，１６ｂ間の距離を７５ｍｍとし、ピストンピンボス部１８−１，１８−２（両端部１６ａ，１６ｂ）の径方向外側への変位を１００μｍずつとした。そして、図１２に示す場合におけるスカート牽引部４２の曲率半径を４５ｍｍとし、図１３に示す場合におけるスカート牽引部４２の曲率半径を３０ｍｍとした。

図１１に示す場合は、ピストンスカート部１６の中央部１６ｃの径方向内側への変位量（逆変位量）は２０２μｍであった。一方、図１２に示す場合は、ピストンスカート部１６の中央部１６ｃの径方向内側への変位量（逆変位量）は、２４２μｍであり、図１１に示す場合より増大する。また、図１３に示す場合は、ピストンスカート部１６の中央部１６ｃの径方向内側への変位量（逆変位量）は１８５μｍであり、図１１に示す場合より減少する。このように、スカート牽引部４２の曲率をピストンスカート部１６の曲率と異ならせることで、ピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位を調節できることがわかる。さらに、スカート牽引部４２の曲率をピストンスカート部１６の曲率より小さくする（スカート牽引部４２の曲率半径をピストンスカート部１６の曲率半径より大きくする）ことで、ピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位を増大できることがわかる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ピストンスカート部１６にその内側で連結されたスカート牽引部４２は、ピストン１２の熱膨張時に、ピストンピンボス部１８−１，１８−２が互いに離間する方向へ変位するのに応じてピストン径方向内側へ変位することで、ピストンスカート部１６をピストン径方向内側へ牽引することができる。そして、スカート牽引部４２の曲率については、シリンダ１１のボア径（ピストンスカート部１６の曲率）に関係なく、任意に設定することが可能である。そのため、スカート牽引部４２の曲率をピストンスカート部１６の曲率と異ならせることで、ピストンピンボス部１８−１，１８−２が互いに離間する方向へ変位するのに伴って生じる、ピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位を調節することができ、ピストン１２の熱膨張時におけるピストンスカート部１６のピストン径方向変位を調節することができる。その際には、ストラット付きピストンのように異種金属を鋳込む必要もない。その結果、ピストン１２の構造の複雑化及びピストン１２の往復運動による振動・騒音の増大を招くことなく、ピストンスカート部１６での摩擦損失を低減することができる。ピストンスカート部１６での摩擦損失を低減することで、内燃機関の燃料消費率を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、スカート牽引部４２の曲率をピストンスカート部１６の曲率より小さくすることで、ピストンピンボス部１８−１，１８−２が互いに離間する方向へ変位するのに伴って生じる、ピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位を増大させることができる。したがって、ピストン１２の熱膨張時に、ピストンスカート部１６がピストン径方向外側へ変位するのをさらに抑制することができ、ピストンスカート部１６がシリンダ１１に対して締まり嵌めになるのをさらに抑制することができる。その結果、ピストンスカート部１６での摩擦損失をさらに低減することができる。

また、本実施形態によれば、ピストンヘッド部１４とピストンスカート部１６とがスリット孔２４によって分離されているため、ピストン１２の熱膨張時に、ピストンヘッド部１４が径方向外側へ変位（熱膨張）しても、ピストンスカート部１６がピストンヘッド部１４につられてピストン径方向外側へ変位するのが抑制される。したがって、ピストンスカート部１６がシリンダ１１に対して締まり嵌めになるのをさらに抑制することができる。

「実施形態２」
図１４，１５は、本発明の実施形態２に係る内燃機関用ピストン１２の概略構成を示す図である。図１４は図３のＡ−Ａ断面図に相当する図（シリンダ１１の軸線方向下側から見た図）であり、図１５は図１４のＢ部の拡大図である。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態では、実施形態１と比較して、各スカート牽引部４２は、連結部４５に連結された中央部４２ｃと側壁部４４−１（ピストンピンボス部１８−１）に連結された一端部４２ａとを繋ぐ平板状部材４２ｄと、中央部４２ｃと側壁部４４−２（ピストンピンボス部１８−２）に連結された他端部４２ｂとを繋ぐ平板状部材４２ｅと、を含んで構成されている。各スカート牽引部４２の中央部４２ｃは、一端部４２ａと他端部４２ｂとを結ぶ平面よりもピストンスカート部１６側（ピストン径方向外側）へ張り出しており、各スカート牽引部４２は、その一端部４２ａと他端部４２ｂとの間でピストンスカート部１６側へ張り出した形状を有する。スカート牽引部４２の中央部４２ｃとピストンスカート部１６の中央部１６ｃとの距離は、スカート牽引部４２の一端部４２ａとピストンスカート部１６の一端部１６ａとの距離、及びスカート牽引部４２の他端部４２ｂとピストンスカート部１６の他端部１６ｂとの距離よりも長い。そのため、図１５に示すように、各スカート牽引部４２における平板状部材４２ｄ，４２ｅ同士の成す角度αは、各ピストンスカート部１６における、連結部４５に連結された中央部１６ｃと側壁部４４−１（ピストンピンボス部１８−１）に連結された一端部１６ａとを結ぶ平面６７と、中央部１６ｃと側壁部４４−２（ピストンピンボス部１８−２）に連結された他端部１６ｂとを結ぶ平面６８との成す角度βと異なる。つまり、各スカート牽引部４２における、中央部４２ｃと一端部４２ａを結ぶ平面と、中央部４２ｃと他端部４２ｂを結ぶ平面との成す角度αは、各ピストンスカート部１６における、中央部１６ｃと一端部１６ａを結ぶ平面６７と、中央部１６ｃと他端部１６ｂを結ぶ平面６８との成す角度βと異なる。図１４，１５に示す例では、各スカート牽引部４２における平板状部材４２ｄ，４２ｅ同士の成す角度（中央部４２ｃと一端部４２ａを結ぶ平面と、中央部４２ｃと他端部４２ｂを結ぶ平面との成す角度）αは、各ピストンスカート部１６における平面６７，６８同士の成す角度βよりも大きい（α＞β）。このように、実施形態１ではスカート牽引部４２をピストンスカート部１６側へ湾曲させていたのに対して、本実施形態ではスカート牽引部４２を、平板状部材４２ｄ，４２ｅをピストンスカート部１６側へ折り曲げた形状としている。

本実施形態におけるピストン１２の熱膨張時の動作も、実質的に実施形態１と同様である。つまり、ピストン１２の熱膨張によりピストンピンボス部１８−１，１８−２が径方向外側（互いに離れる方向）へ変位するのに応じて、図１６に示すように、各スカート牽引部４２が引き伸ばされる形になり、各スカート牽引部４２の中央部４２ｃが元の形状よりピストン径方向内側へ変位することになる。このスカート牽引部４２のピストン径方向内側への変位によって、各ピストンスカート部１６をピストン径方向内側へ牽引して変位させることができる。ここでのピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位については、スカート牽引部４２における平板状部材４２ｄ，４２ｅ同士の成す角度αを調節することで調節可能であり、角度αが大きいほど大きくなる。そして、スカート牽引部４２における平板状部材４２ｄ，４２ｅ同士の成す角度αについては、シリンダ１１のボア径（ピストンスカート部１６の曲率）に関係なく、任意に設定することが可能である。そのため、スカート牽引部４２における平板状部材４２ｄ，４２ｅ同士の成す角度αをピストンスカート部１６における平面６７，６８同士の成す角度βと異ならせることで、ピストンピンボス部１８−１，１８−２が互いに離間する方向へ変位するのに伴って生じる、ピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位を調節することができ、ピストン１２の熱膨張時におけるピストンスカート部１６のピストン径方向変位を調節することができる。その結果、ピストン１２の構造の複雑化及びピストン１２の往復運動による振動・騒音の増大を招くことなく、ピストンスカート部１６での摩擦損失を低減することができる。

さらに、本実施形態では、スカート牽引部４２における平板状部材４２ｄ，４２ｅ同士の成す角度αをピストンスカート部１６における平面６７，６８同士の成す角度βより大きくすることで、ピストンピンボス部１８−１，１８−２が互いに離間する方向へ変位するのに伴って生じる、ピストンスカート部１６のピストン径方向内側への変位を増大させることができる。したがって、ピストン１２の熱膨張時に、ピストンスカート部１６がピストン径方向外側へ変位するのをさらに抑制することができ、ピストンスカート部１６がシリンダ１１に対して締まり嵌めになるのをさらに抑制することができる。その結果、ピストンスカート部１６での摩擦損失をさらに低減することができる。

以上の実施形態では、ピストンヘッド部１４とピストンスカート部１６との間にスリット孔２４が形成されたピストン１２に対して本発明を適用した場合について説明した。ただし、ピストンヘッド部１４とピストンスカート部１６との間にスリット孔２４が形成されていないピストン１２に対しても本発明を適用することが可能である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

実施形態１に係る内燃機関用ピストンを備える内燃機関の概略構成を示す図である。実施形態１に係る内燃機関用ピストンの概略構成を示す図である。実施形態１に係る内燃機関用ピストンの概略構成を示す図である。実施形態１に係る内燃機関用ピストンの概略構成を示す図である。実施形態１に係る内燃機関用ピストンの概略構成を示す図である。実施形態１に係る内燃機関用ピストンの他の概略構成を示す図である。実施形態１に係る内燃機関用ピストンの他の概略構成を示す図である。略半円筒形状の部材６６の両端部６６ａ，６６ｂをそれぞれ径方向外側へ変位させたときに部材６６の中央部６６ｃが径方向内側へ変位する様子を説明する図である。略半円筒形状の部材６６の曲率半径を変化させながら、部材６６の両端部６６ａ，６６ｂをそれぞれ径方向外側へ変位させたときの中央部６６ｃの径方向内側への変位を計算した結果を示す図である。実施形態１に係る内燃機関用ピストンの動作を説明する図である。スカート牽引部４２及び連結部４５が設けられていない場合において、ピストンピンボス部１８−１，１８−２を径方向外側へ変位させたときのピストンスカート部１６の変形状態を示す図である。スカート牽引部４２の曲率がピストンスカート部１６の曲率よりも小さい場合において、ピストンピンボス部１８−１，１８−２を径方向外側へ変位させたときのピストンスカート部１６の変形状態を示す図である。スカート牽引部４２の曲率がピストンスカート部１６の曲率よりも大きい場合において、ピストンピンボス部１８−１，１８−２を径方向外側へ変位させたときのピストンスカート部１６の変形状態を示す図である。実施形態２に係る内燃機関用ピストンの概略構成を示す図である。実施形態２に係る内燃機関用ピストンの概略構成を示す図である。実施形態２に係る内燃機関用ピストンの動作を説明する図である。

符号の説明

１１シリンダ、１２ピストン、１２ａピストン頂面、１４ピストンヘッド部、１６ピストンスカート部、１８−１，１８−２ピストンピンボス部、１９−１，１９−２ピストンピン孔、２１トップリング溝、２２セカンドリング溝、２３オイルリング溝、２４スリット孔、３１トップリング、３２セカンドリング、３３オイルリング、４２スカート牽引部、４４−１，４４−２側壁部、４５連結部。

Claims

ピストン頂面を含むピストンヘッド部と、
ピストンヘッド部より下方の位置でピストン軸方向と垂直方向に対向配置された一対のピストンピンボス部であって、その各々にピストンピンが嵌入されるピストンピン孔が形成された一対のピストンピンボス部と、
ピストンヘッド部より下方で且つピストン外周部に設けられたピストンスカート部であって、その一端部がピストンピンボス部の一方に連結され、その他端部がピストンピンボス部の他方に連結され、その一端部から他端部にかけてピストン周方向に沿って湾曲した形状を有するピストンスカート部と、
ピストンスカート部の内側に配置されたスカート牽引部であって、その一端部がピストンピンボス部の一方に連結され、その他端部がピストンピンボス部の他方に連結され、その一端部と他端部との間でピストンスカート部側へ湾曲した形状を有するスカート牽引部と、
ピストンスカート部とスカート牽引部とを連結する連結部と、
を備え、
スカート牽引部は、一対のピストンピンボス部が互いに離れる方向へ変位するのに応じてピストン径方向内側へ変位することで、ピストンスカート部をピストン径方向内側へ牽引し、
スカート牽引部の曲率がピストンスカート部の曲率と異なる、内燃機関用ピストン。
請求項１に記載の内燃機関用ピストンであって、
スカート牽引部の曲率がピストンスカート部の曲率よりも小さい、内燃機関用ピストン。
ピストン頂面を含むピストンヘッド部と、
ピストンヘッド部より下方の位置でピストン軸方向と垂直方向に対向配置された一対のピストンピンボス部であって、その各々にピストンピンが嵌入されるピストンピン孔が形成された一対のピストンピンボス部と、
ピストンヘッド部より下方で且つピストン外周部に設けられたピストンスカート部であって、その一端部がピストンピンボス部の一方に連結され、その他端部がピストンピンボス部の他方に連結され、その一端部から他端部にかけてピストン周方向に沿って湾曲した形状を有するピストンスカート部と、
ピストンスカート部の内側に配置されたスカート牽引部であって、その一端部がピストンピンボス部の一方に連結され、その他端部がピストンピンボス部の他方に連結され、その一端部と他端部との間でピストンスカート部側へ張り出した形状を有するスカート牽引部と、
ピストンスカート部とスカート牽引部とを連結する連結部と、
を備え、
スカート牽引部は、一対のピストンピンボス部が互いに離れる方向へ変位するのに応じてピストン径方向内側へ変位することで、ピストンスカート部をピストン径方向内側へ牽引し、
スカート牽引部における、連結部に連結された部位と一端部とを結ぶ平面と、当該部位と他端部とを結ぶ平面との成す角度は、ピストンスカート部における、連結部に連結された部位と一端部とを結ぶ平面と、当該部位と他端部とを結ぶ平面との成す角度と異なる、内燃機関用ピストン。
請求項３に記載の内燃機関用ピストンであって、
スカート牽引部における、連結部に連結された部位と一端部とを結ぶ平面と、当該部位と他端部とを結ぶ平面との成す角度は、ピストンスカート部における、連結部に連結された部位と一端部とを結ぶ平面と、当該部位と他端部とを結ぶ平面との成す角度よりも大きい、内燃機関用ピストン。
請求項１〜４のいずれか１に記載の内燃機関用ピストンであって、
連結部は、ピストン周方向に関するピストンスカート部の中央部とピストン周方向に関するスカート牽引部の中央部とを連結する、内燃機関用ピストン。
請求項１〜５のいずれか１に記載の内燃機関用ピストンであって、
ピストンヘッド部とピストンスカート部との間には、ピストンが熱膨張する場合にピストンヘッド部のピストン径方向変位に伴うピストンスカート部のピストン径方向変位を抑制するためのスリット孔が形成されている、内燃機関用ピストン。
シリンダ内を往復運動するピストンを備える内燃機関であって、
前記ピストンが、請求項１〜６のいずれか１に記載の内燃機関用ピストンである、内燃機関。