JP2009228483A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】 剛性を高めるとともに冷却効果が高めることができる軽量で耐久性に優れた内燃機関のピストンを提供する。
【解決手段】 ヘッド２Ａと、ヘッド２Ａの下部に設けられた第１および第２のピンボス３、４と、第１のピンボス３の両側に設けられた第１のサイドウォール５Ａと、第２のピンボス４の両側に設けられた第２のサイドウォール６Ａとを備える内燃機関のピストン１Ａであって、記第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａをヘッド２Ａから離れる方向に向かって内側に傾斜させて、第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａを連結したサイドウォール構造を備える。このサイドウォール構造はヘッド２Ａと第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａとで空洞部７Ａを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関のピストンに関し、特にピンボスの両側にサイドウォールを備える内燃機関のピストンに関する。

従来、ピンボスの側方（通常、両側）にサイドウォールを備える内燃機関のピストンが知られている。図５は係る従来の一般的なピストンの一例を示す斜視図である。ピスボスの両側に設けられたサイドウォールは、一般にピンボスとスカートとを連結することで、スカートの剛性を高める役割を果たしている。
内燃機関のピストンに関し、構造上本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１から４までで提案されている。

特許第３１９１６４２号公報 特開２００３−１６１２０４号公報 特開２０００−３３７２１２号公報 特開２００４−３４００５４号公報

ところで、ピストンは機関運転中に燃焼荷重を受けるが、燃料荷重の上昇により、ピストン頂面やピンボス周辺部（図６（ａ）および（ｂ）参照）の応力が高まるとともに、ピストンの温度が高まる。この点、応力を低減するためには、例えばピストンの各部に補強をすることが考えられるが、この場合にはピストンの質量が増大し、高速運動性能を確保できなくなってしまう。一方、ピストンの温度を低減するためには、例えばピストンにクーリングチャンネル（図７（ｂ）参照）を設けることが考えられるが、この場合にもクーリングチャンネルの壁面肉厚を十分に確保する必要があることなどから、ピストンの質量増大を招く虞がある。またピストンの温度を低減するためには、オイルジェットから噴射したオイルをピストンの裏側に供給することが従来から行われているが、ピストンの構造上、ピストンの裏面において噴射されたオイルの攪拌が十分に行われない場合には、その冷却効果も限られたものとなってしまう。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、剛性を高めるとともに冷却効果が高めることができる軽量で耐久性に優れた内燃機関のピストンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明はヘッドと、該ヘッドの下部に設けられた第１および第２のピンボスと、前記第１のピンボスの側方に設けられた第１のサイドウォールと、前記第２のピンボスの側方に設けられた第２のサイドウォールとを備える内燃機関のピストンであって、前記第１および第２のサイドウォールを前記ヘッドから離れる方向に向かって内側に傾斜させて、前記第１および第２のサイドウォールを連結したサイドウォール構造を備えるとともに、該サイドウォール構造が前記ヘッドと前記第１および第２のサイドウォールとで空洞部を形成する構造であることを特徴とする。

また本発明は前記空洞部の内壁を径方向内側に向かって次第に広がる形状に形成した構成であってもよい。

本発明によれば、剛性を高めるとともに冷却効果が高めることができる軽量で耐久性に優れた内燃機関のピストンを提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は本実施例に係る内燃機関のピストン（以下、単にピストンと称す）１Ａを示す斜視図である。ピストン１Ａはヘッド２Ａと、ヘッド２Ａの下部に設けられた第１および第２のピンボス３、４と、第１のピンボスの側方（両側）に設けられた第１のサイドウォール５Ａと、第２のピンボスの側方（両側）に設けられた第２のサイドウォール６Ａとを有して構成されている。
ヘッド２Ａは円盤状に形成されている部分であり、ヘッド２Ａの頂面には凹状のキャビティ２１が形成されている。またヘッド２Ａの外周にはピストンリングおよびオイルリング（図示省略）を装着するためのリング溝２２、２３および２４が形成されている。

ヘッド２Ａの下部には、第１および第２のピンボス３、４が設けられている。第１および第２のピンボス３、４にはピストンピン（図示省略）が装着される。
第１のピンボス３の両側には第１のサイドウォール５Ａが設けられている。第１のサイドウォール５Ａは第１のピンボス３の側部とヘッド２Ａの下部にそれぞれ繋がっている。
第２のピンボス４の両側には第２のサイドウォール６Ａが設けられている。第２のサイドウォール６Ａは第２のピンボス４の側部とヘッド２Ａの下部にそれぞれ繋がっている。

第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａはピストン１Ａの中心軸線を含み、第１のピンボス３（または第２のピンボス４）のピン穴の中心軸線と略直交する平面で対称な形状となるように形成されている。第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａはそれぞれヘッド２Ａから離れる方向（下方）に向かって内側に傾斜している。これにより第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａをヘッド２Ａの下方で連結することができる。第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａは略同一の角度で傾斜しており、また下端が、第１および第２のピンボス３、４の下端と略等しい高さで連結するように傾斜している。このようにして第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａを連結してなるサイドウォール構造は、ヘッド２Ａと第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａとで空洞部７Ａを形成する。

図２は、ピストン１Ａの形状をスカート正面視、下面視、ピン穴正面視およびスラスト軸断面視でそれぞれ示す図である。なお、図２では比較のため、前述した従来の一般的なピストンの形状も参考に示している。スカート正面視で見た場合、ピストン１Ａでは、第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａがそれぞれヘッド２Ａから離れる方向に向かって内側に傾斜し、この結果、第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａ同士がヘッド２Ａの下方で直接繋がっていることがわかる。またこのようにしてなるサイドウォール構造が、三角形状の空洞部７Ａを形成していることがわかる。

下面視でも、第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａ同士が直接繋がっていることがわかる。この点、従来の一般的なピストンではサイドウォールがヘッドからピストン中心軸線に沿った方向に延伸しており、特段傾斜していないことから、サイドウォール同士が直接繋がっていないことがわかる。
ピン穴正面視で見た場合、サイドウォールがピンボスの両側に設けられていることがわかる。
スラスト軸断面視で見た場合、ピストン１Ａではヘッド２Ａの中央下方の部分とピストン１Ａの外側とを連通するように空洞部７Ａが形成されていることがわかる。また、第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａには、ピストンジェット（図示省略）から噴射したオイルを空洞部７Ａに到達させるための連通孔Ｈが設けられている。この点、従来の一般的なピストンでは内部空間が箱状に形成されているため、ピストンジェット（図示省略）から噴射したオイルはピストンの内壁に沿うようにして流通し、ピストンから十分に受熱する前に落下する。

図３はピストン１Ａで奏することができる効果を模式的に示す図であり、具体的には、まず図３（ａ）に示すようにＡ−Ａ断面の形状を図示簡略化した上で、図３（ｂ）および図３（ｃ）で図示簡略化したＡ−Ａ断面の形状を用いて効果を模式的に示している。なお、図３（ｂ）および図３（ｃ）では比較のため、前述した従来の一般的なピストンの場合についても参考に示している。
図３（ｂ）に示すように、従来の一般的なピストンではサイドウォール同士が下方で直接繋がっていないため、燃焼荷重をかけた場合にピストンがハの字状に変形していた。これに対してピストン１Ａでは、第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａ同士がヘッド２Ａの下方で直接繋がっているため、燃焼荷重をかけた場合でも、ピストン１Ａが変形し難くなっていることがわかる。すなわち、ピストン１Ａでは、第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａをヘッド２Ａの下方で連結してなるサイドウォール構造によって、剛性が高められていることがわかる。

また図３（ｃ）に示すように、従来の一般的なピストンでは構造上、オイルジェットから噴射したオイルが攪拌しないため、十分に受熱する前に落下していた。これに対してピストン１Ａでは、空洞部７Ａでオイルが十分攪拌されることから、十分に受熱することができ、これにより冷却効果を高めることができる。また剛性や冷却効果が高いことから、ピストン１Ａは耐久性にも優れる。
さらにピストン１Ａは、従来の一般的なピストンのように部分円筒状のスカートを備えていないため、状来の一般的なピストンと比較して軽量にすることができる。
このようにピストン１Ａは、剛性を高めるとともに冷却効果が高めることができ、またピストンを軽量で耐久性に優れたものとすることができる。

図４は本実施例に係るピストン１Ｂについて示す図であり、具体的には図４（ａ）がピストン１Ｂをスラスト軸断面視で示す図となっており、図４（ｂ）がピストン１Ｂで奏することができる効果を模式的に示す図となっている。なお、図４（ｂ）では比較のために、実施例１で前述したピストン１Ａの場合についても参考に示している。また、図４（ｂ）では、図４（ａ）に示すようにして図示簡略化した空洞部７Ｂのスラスト軸断面形状を用いて効果を模式的に示している。

図４（ａ）に示すようにピストン１Ｂは、空洞部７Ａの代わりに内壁が径方向内側に向かって次第に広がるテーパ形状に形成されている空洞部７Ｂを備えており、これに伴いヘッド２Ａの代わりにヘッド２Ｂを、第１および第２のサイドウォール５Ａ、６Ａの代わりに第１および第２のサイドウォール５Ｂ、６Ｂをそれぞれ備えている点以外、ピストン１Ａと実質的に同一のものとなっている。なお、これらヘッド２Ｂ、第１および第２のサイドウォール５Ｂ、６Ｂは、空洞部７Ｂの内壁を形成する部分が空洞部７Ｂのテーパ形状を構成するように形成されている点以外、ヘッド２Ａ、第１および第２サイドウォール５Ａ、６Ａと実質的に同一のものとなっている。

このピストン１Ｂによれば、図４（ｂ）に示すように空洞部７Ｂを流通するオイルが空洞部７Ｂ内に停滞することなく、攪拌されながらテーパ効果によってスムースに排出されるため、ピストン１Ｂがオイルによって効率的に冷却される。このためピストン１Ｂはピストン１Ａと比較して、さらに冷却効果を高めることができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに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変形実施可能である。例えば第１および第２のサイドウォール５、６は第１および第２のピンボス３、４の両側でそれぞれ連結されることが好適であるが、第１および第２のサイドウォール５、６を第１および第２のピンボス３、４の片側一方のみで連結することも本発明に含まれる。

ピストン１Ａを示す斜視図である。 ピストン１Ａの形状をスカート正面視、下面視、ピン穴正面視およびスラスト軸断面視でそれぞれ示す図である。 ピストン１Ａで奏することができる効果を模式的に示す図である。 ピストン１Ｂについて示す図である。 一般的なピストンを示す斜視図である。 一般的なピストンの高応力発生部位について示す図であり、高応力発生部位として図６（ａ）では頂面を、図６（ｂ）ではピンボス周辺部をそれぞれ示している。 一般的なピストンのクーリングチャンネルについて示す図であり、図７（ｂ）では、図７（ａ）に示す断面で一般的なピストンの形状およびクーリングチャンネルを示している。

符号の説明

１ ピストン
２ ヘッド
２１ キャビティ
３ 第１のピンボス
４ 第２のピンボス
５ 第１のサイドウォール
６ 第２のサイドウォール
７ 空洞部

Claims (2)

1. ヘッドと、該ヘッドの下部に設けられた第１および第２のピンボスと、前記第１のピンボスの側方に設けられた第１のサイドウォールと、前記第２のピンボスの側方に設けられた第２のサイドウォールとを備える内燃機関のピストンであって、
   前記第１および第２のサイドウォールを前記ヘッドから離れる方向に向かって内側に傾斜させて、前記第１および第２のサイドウォールを連結したサイドウォール構造を備えるとともに、該サイドウォール構造が前記ヘッドと前記第１および第２のサイドウォールとで空洞部を形成する構造であることを特徴とする内燃機関のピストン。
2. 請求項１記載の内燃機関のピストンであって、
   前記空洞部の内壁を径方向内側に向かって次第に広がる形状に形成したことを特徴とする内燃機関のピストン。
   
   

Images