JP2013245599A

JP2013245599A - 内燃機関用ピストン

Info

Publication number: JP2013245599A
Application number: JP2012119115A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Komatsu; 隆明小松
Original assignee: Art Metal Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Art Metal Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-12-09

Abstract

【課題】内燃機関用ピストンにおいて、ピストンピンの軸受の強度や剛性を落とすことなく、ピストンの小型・軽量化を図る。
【解決手段】ピストンの冠面部側において、コネクティングロッドの一端部に、ピストンピンを挿通して、前記コネクティングロッドを揺動自在に支持した構造の内燃機関用ピストンであって、前記ピストンの冠面部側に、前記ピストンピンの両端部及び前記コネクティングロッドの軸受面を設け、作動時に前記ピストンピンの両端部及び前記コネクティングロッドの一端部がともに、前記軸受面と摺動することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関用ピストン、詳細には、同ピストンにおけるピストンピンの軸受構造を提供することを目的とする。

内燃機関用ピストンの一般的な構造は、例えば、特許文献１〜３に開示がされている。
図２を参照して説明する。ピストン１には、ピストンピン穴２が一対のピンボス部３に形成されると共に、このピストンピン穴２に挿入されるピストンピン４には、一対のピンボス部３間においてコネクティングロッド５が連結されている。
上記構造において、冠面部１ａに受ける燃焼圧力は、ピストンピン穴２を介してピストンピン４で支持され、このピストンピン４に連結したコネクティングロッド５に伝達される。燃焼圧力は冠面部１ａに近い側のピストンピン穴２の内周面とピストンピン４で支持される。
このため、ピストンピン４のピストンピン穴２の軸方向長さに相当する部分が、燃焼圧力を支持するものであるため、強度上所定の寸法を確保する必要がある。更に、ピストンピン４には、コネクティングロッド５が連結される部分の軸方向長さが必要となる。

このような構造の内燃機関用ピストンにおいて、自動車の低燃費化のため、エンジンのピストン及びピストンピンの軽量化が求められている。これらの両方を軽量化するためには、それらの全長を短縮することが効果的であるが、全長は軸受面に加わる圧力により決定される。例えば、ピストンピンの全長を短くすれば、ピストンピン穴の軸受面積が小さくなり、結果として軸受面に加わる圧力が増加する。それが許容値を超えた場合、ピストンピン穴の軸受部の油膜切れが生じ焼付きが発生し、最悪の場合エンジン停止となる。
これを解決するために、ピストンピン穴やピストンピンに表面処理を行う工夫がされているが、コストアップに繋がるばかりか、その表面処理の特性から、大幅に全長を短縮することは困難であった。また、ピン穴ブシュを採用することにより全長短縮は可能であるが、大幅なコストアップ、質量増加となる。

また、ピストンの上面の冠面部に作用する燃焼圧力は、ピストンのピン穴部の上面に過大に集中応力として作用する可能性があり、ピン穴に亀裂破損が生じるおそれがある。
これを解決するために、ピン径を大きくして応力を分散させる方法があるが、ピンの重さを増大させるおそれがあった。

また、コネクティングロッドの小端部をピン状乃至球状に形成してピストンと連結させる方法がある。
しかしながら、燃焼圧力を支持するための長さに加えて、コネクティングロッドが連結される部分の長さの分だけ軸方向長さが長くなり、また、複雑な構造を採用する必要があるため、軽量化の妨げとなっていた。

特開平５−２８０６４１号公報特開平１１−２４１７６６号公報特開２００５−１４０２５５号公報

そこで、本発明は、内燃機関用ピストンにおいて、ピストンピンの軸受の強度や剛性を落とすことなく、ピストンの小型・軽量化を図ることを目的とする。

本願発明の内燃機関用ピストンは、ピストンの冠面部側において、コネクティングロッドの一端部に、ピストンピンを挿通して、前記コネクティングロッドを揺動自在に支持した構造の内燃機関用ピストンであって、前記ピストンの冠面部側に、前記ピストンピンの両端部及び前記コネクティングロッドの軸受面を設け、作動時に前記ピストンピンの両端部及び前記コネクティングロッドの一端部がともに、前記軸受面と摺動することを特徴とする。
また、前記コネクティングロッドの一端部の外周面、或いは、前記一端部と接する前記軸受面に、オイル供給溝を設けることが好ましい。
また、前記軸受面は、前記コネクティングロッドの端の軌跡である円筒面であることを特徴とすることが好ましい。

本発明によれば、内燃機関用ピストンにおいて、ピストンの冠面部を介してピストンピンに伝わる燃焼圧を、ピストンの冠面部の内周面側に設けられたピストンピンの両端部用の軸受と、同じくコネクティングロッドの軸受により分散して受けることにより、ピストンピンの長さを短くすることができ、軸受け部位の強度や剛性を落とすことなく、ピストンの小型・軽量化を図ることができる。

本発明の一実施の形態の内燃機関用ピストンの断面図従来の内燃機関用ピストンの断面図内燃機関用ピストンを軸方向断面図内燃機関用ピストンを軸方向断面図内燃機関用ピストンを軸方向断面図内燃機関用ピストンを軸方向断面図

本発明の一実施の形態の内燃機関用ピストンを図１を参照して説明する。
コネクティングロッドの一端部５ａ（小端部）側に、ピストンピン４が挿通されて、ピストンピン４を支軸としてコネクティングロッド５が揺動自在に構成されている。尚、コネクティングロッド５の他端部は図示しないがクランクシャフトに接続される。
ピストンの冠面部の内周面１ｓ側が軸受となり、これが、ピストンピン４の両端部及びコネクティングロッドの一端部５ａと摺動するように構成される。図示したものでは、ピストンピン４及びコネクティングロッドの一端部５ａを直円筒状に形成するとともに、ピストンの冠面部の内周面１ｓ側を凹状の湾曲面として構成している。尚、本明細書において「直円筒」の範囲には、製造上の誤差があるもので、上記摺接に支障のないものまで含むものとする。

本実施の形態のピストンの組立は、コネクティングロッド５を、ピストンの冠面部の内周面１ｓ側の凹状の軸受に当接させた後、ピストンピン４を揺動自在に支持する。尚、ピストンピン４の飛び出しを防ぐためにピストンピンの両端にスナップリング等を設けるようにしてもよい。
また、上記構造において、コネクティングロッドの一端部５ａの肉厚は薄くすることが好ましい。コネクティングロッドの一端部５ａの上方とピストンの冠面部１ａとのクリアランスがなくなるため、ピストンの冠面部１ａの高さを低くすることができ、ピストンの軽量化も可能である。

内燃機関用ピストンにおいて、ピストンピン４にはシリンダ内の往復運動による慣性力や爆発に伴う燃焼圧に耐え得るだけの受圧面積を確保する必要があるが、上記構造とすることにより、内周面１ｓのピストンピンと接する部分Ａ及びＣ、コネクティングロッド５の一端部５ａと接する部分Ｂとで燃焼圧を受けることができる。
これに対して、従来の内燃機関用ピストンは、図２に示すように、内周面１ｓのピストンピンと接する部分Ａ’及びＣ’のみにより受圧面積を確保する必要がある。
従って、本実施の形態によれば、内周面１ｓのピストンピンと接する部分Ａ及びＣの全長を短くすることが可能になり、軽量化でき連接部位のコンパクト化を図ることができる。

次に、図１で説明した内燃機関用ピストンの変形例について説明する。
図１で説明した例では、コネクティングロッドの一端部５ａの外周面と、ピストンの冠面部の内周面１ｓとが摺動して、それぞれが摺動面となるものであるが、これらの少なくとも一方の面に、摺動方向にオイル溝を設けることが好ましい。
内燃機関用ピストンを軸方向の直交する２面で示した断面図の図３及び図４では、内周面１ｓに、摺動方向に沿って並行に２本のオイル溝６，６を設けている。これにより、図４に示すように、ピストン１の下方から内周面１ｓ側に噴射手段７により噴射されるオイルが、内周面１ｓとコネクティングロッドの一端部５ａの摺動面の端部に形成されるオイル溝６，６の端部により構成される開口から摺動面へと供給されるために潤滑能力が向上することになる。
また、図３及び図４と同様の断面図である図５及び図６では、コネクティングロッドの一端部５ａに、摺動方向に沿って並行に２本のオイル溝８，８を設けている。これにより、図６に示すように、ピストン１の下方から内周面１ｓ側に噴射手段７により噴射されるオイルが、内周面１ｓとコネクティングロッドの一端部５ａの摺動面の端部に形成されるオイル溝８，８の端部により構成される開口から摺動面へと供給されるために潤滑能力が向上することになる。
尚、オイル溝の形状や本数については特に制限をするものではない。

１ピストン
１ａピストンの冠面部
２ピストンピン穴
３ピンボス部
４ピストンピン
５コネクティングロッド
６オイル溝
７オイル噴射手段
８オイル溝

Claims

ピストンの冠面部側において、コネクティングロッドの一端部に、ピストンピンを挿通して、前記コネクティングロッドを揺動自在に支持した構造の内燃機関用ピストンであって、前記ピストンの冠面部側に、前記ピストンピンの両端部及び前記コネクティングロッドの軸受面を設け、揺動時に前記ピストンピンの両端部及び前記コネクティングロッドの一端部がともに、前記軸受面と摺動することを特徴とする内燃機関用ピストン。
前記コネクティングロッドの一端部の外周面、或いは、前記一端部と接する前記軸受面に、オイル供給溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
前記軸受面は、前記コネクティングロッドの端の軌跡である円筒面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストン。