JP2014025347A

JP2014025347A - 内燃機関のピストン

Info

Publication number: JP2014025347A
Application number: JP2012163666A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Abe; 健阿部
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】ピストンが圧縮行程から膨張行程時に移り降下する際のスラスト側への姿勢変化を抑制して、スラップ音を効果的に低減する。
【解決手段】ヘッド部２０の下部にスカート部３０が設けられた内燃機関のピストン１０Ａであって、スカート部３０の反スラスト側下端部３０ｂの重量をスラスト側下端部３０ａの重量よりも増加させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のピストンに関し、特に、ヘッド部の下部にスカート部が設けられた内燃機関のピストンに関する。

一般的に、内燃機関に用いられるピストンとして、ピストンリング溝を有する略円柱状のヘッド部と、このヘッド部の下部に設けられる略円筒状のスカート部とを備えるピストンが知られている。このような内燃機関のピストンは、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００５−３２５７９９号公報

ところで、エンジン騒音の一つとして、ピストンがシリンダ内を往復運動する際に発生するスラップ音が知られている。このスラップ音は、ピストンが圧縮行程から膨張行程に移り降下する際に、スラスト力によりスラスト側に姿勢変化してシリンダ壁面と衝突することで発生する。

この様なスラップ音を低減する方策として、ピストンとシリンダ壁面とのクリアランス低減やピストンのオフセット位置の最適化が考えられる。しかし、これらクリアランス低減等の方策は、耐久性や信頼性への影響が大きいため、スラップ音の低減に限界がある。

そこで、スラスト側への姿勢変化量（傾き量）を低減すべく、スカート部のスラスト側端部と反スラスト側端部との双方を下方に延長したピストンも存在する。しかしながら、このような構造のピストンは、スラップ音低減に不要なスラスト側のスカート部も延長されているため、係るスラスト側の延長部分が上死点後の姿勢変化時にシリンダ壁面と接触して、異音を発生させる可能性がる。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、ピストンが圧縮行程から膨張行程時に移り降下する際のスラスト側への姿勢変化を抑制して、スラップ音を効果的に低減することにある。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関のピストンは、ヘッド部の下部にスカート部が設けられた内燃機関のピストンであって、前記スカート部の反スラスト側下端部の重量をスラスト側下端部の重量よりも増加させたことを特徴とする。

また、前記反スラスト側下端部の少なくとも一部を前記スラスト側下端部よりも肉厚に形成してもよい。

また、前記スカート部はアルミニウム合金材料で形成されると共に、前記反スラスト側下端部にアルミニウム合金材料よりも比重の大きい鉄系材料を鋳込んでもよい。

また、前記スラスト側下端部の上下方向長さを前記反スラスト側下端部の上下方向長さよりも短く形成してもよい。

本発明の内燃機関のピストンによればピストンが圧縮行程から膨張行程時に移り降下する際のスラスト側への姿勢変化を抑制して、スラップ音を効果的に低減することができる。

本発明の第一実施形態に係る内燃機関のピストンを（ａ）はピストンピン軸方向から視た模式的な側面図、（ｂ）は反スラスト側から視た模式的な側面図である。上死点近傍において、（ａ）は本発明の第一実施形態に係るピストンの姿勢変化、（ｂ）は従来型のピストンの姿勢変化を示す模式的な側面図である。本発明の第二実施形態に係る内燃機関のピストンを（ａ）はピストンピン軸方向から視た模式的な側面図、（ｂ）は反スラスト側から視た模式的な側面図である。本発明の第二実施形態に係るピストンの上死点近傍における姿勢変化を示す模式的な側面図である。他の実施形態に係る内燃機関のピストンを示す模式的な側面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る内燃機関のピストンの各実施形態を説明する。

［第一実施形態］
図１，２に基づいて、本発明の第一実施形態に係る内燃機関のピストン１０Ａを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

第一実施形態のピストン１０Ａは、図１に示すようにエンジンのシリンダ２内を往復運動するもので、燃焼室側に臨む略円柱状のヘッド部２０と、クランク室側に臨む略円筒状のスカート部３０とを備えている。

ヘッド部２０は、例えばアルミニウム合金材料で形成されており、その外周面には図示しないピストンリングを収装する複数（本実施形態では２本）のリング溝２１が設けられている。また、ヘッド部２０の下部には、下方に向けて延びるスカート部３０が一体的に形成されている。

スカート部３０は、ヘッド部２０と同様にアルミニウム合金材料で形成されており、そのスラスト−反スラスト方向と直交する両筒面には一対のピンボス部３１が形成されている。ピンボス部３１には、ピストンピン６を挿通するピストンピン孔３２が、その孔中心をピストン１０Ａの幅方向中心位置（図中破線Ｘ参照）に一致させて形成されている（すなわち、オフセット量はゼロ）。このピストンピン６には、図示しないコネクティングロッドが連結されている。

スカート部３０のスラスト側端部には、ピンボス部３１の下縁３１ａよりも下方に所定の長さで突出するスラスト側下端延長部３０ａが設けられている。また、スカート部３０の反スラスト側端部には、スラスト側下端延長部３０ａと略同一の長さで下方に突出する反スラスト側下端延長部３０ｂが設けられている。

反スラスト側下端延長部３０ｂ（反スラスト側下端延長部３０ｂの直上に位置するスカート部３０の一部を含む所定領域Ａ）は、ピストンピン６の軸心と直交する方向（以下、左右方向という）の厚さＬ₂をスラスト側下端延長部３０ａの厚さＬ₁より厚く（本実施形態では約２倍）に形成されている。これにより、反スラスト側下端延長部３０ｂはスラスト側下端延長部３０ａよりも肉厚に形成され、ピストン１０Ａの左右方向における重心位置が反スラスト側に偏心される。なお、反スラスト側下端延長部３０ｂの厚さＬ₂とスラスト側下端延長部３０ａの厚さＬ₁との比は２倍に限定されず、ピストン１０Ａの全体形状等に応じて適宜調整することが可能である。

次に、図２に基づいて第一実施形態に係るピストン１０Ａの作用効果について説明する。

図２（ａ）は、第一実施形態のピストン１０Ａが上死点近傍にあって燃焼室で混合気が爆発した直後の状態を示している。また、図２（ｂ）は、スカート部１３０のスラスト側、及び反スラスト側端部に下端延長部を有しない従来型のピストン１００が上死点近傍にあって燃焼室で混合気が爆発した直後の状態を示している。

膨張行程ではコネクティングロッド（不図示）がシリンダ２の軸心に対して傾斜するため、ピストン１０Ａ，１００を図中左側のシリンダ壁面（以下、スラスト側シリンダ壁面２ａという）に向けて押すスラスト力Ｆが発生する。そのため、従来型のピストン１００では、スラスト側に姿勢変化してスラスト側シリンダ壁面２ａと衝突してスラップ音を発生させる。

これに対し、第一実施形態に係るピストン１０Ａは、反スラスト側下端延長部３０ｂをスラスト側下端延長部３０ａよりも肉厚に形成して、その重心位置を反スラスト側に偏心させているので、姿勢変化時におけるスラスト側への回転速度（ピストンピン６軸心回り）が小さく抑制される。

したがって、第一実施形態のピストン１０Ａによれば、ピストン１０Ａの姿勢変化時におけるスラスト側シリンダ壁面２ａとの衝突エネルギーを低減することが可能となり、スラップ音の発生を効果的に抑制することができる。

また、反スラスト側下端延長部３０ｂを肉厚に形成して剛性を高めたことで、反スラスト側シリンダ壁面２ｂと摺接する部分の変形を抑制することが可能となり、ピストン１０Ａの姿勢変化量（傾き量）も効果的に低減することができる。

さらに、反スラスト側下端延長部３０ｂを肉厚に形成するのみで、ピストン１０Ａの重心位置の最適化が可能となり、スラップ音低減のためのピストン１０Ａとシリンダ２壁面とのクリアランス調整や、ピストンピン６のオフセット位置調整等の作業を省略することができる。

［第二実施形態］
以下、図３，４に基づき、発明の第二実施形態に係る内燃機関のピストン１０Ｂについて説明する。

第二実施形態のピストン１０Ｂは、第一実施形態において、スカート部３０の一部に鉄系材料を鋳込んだものである。したがって、第一実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いてそれらの説明は省略する。

反スラスト側下端延長部３０ｃは、その左右方向の厚みＬ₃をスラスト側下端延長部３０ａの左右方向の厚みＬ₁と略同一の厚さで形成されている。また、反スラスト側下端延長部３０ｃ（反スラスト側下端延長部３０ｃの直上に位置するスカート部３０の一部を含む所定領域Ｂ）には、スカート部３０を形成するアルミニウム合金材料よりも比重の大きい鉄系材料が鋳込まれている。これにより、ピストン１０Ｂの左右方向における重心位置は反スラスト側に偏心される。なお、鉄系材料が鋳込まれる所定領域Ｂは、ピストン１０Ｂの全体形状等に応じて適宜調整することが可能である。また、第一実施形態のピストン１０と同様に、反スラスト側下端延長部３０ｃをスラスト側下端延長部３０ａよりも肉厚に形成してもよい。

次に、図４に基づいて第二実施形態に係るピストン１０Ｂの作用効果について説明する。この図４は、ピストン１０Ｂが上死点近傍にあって燃焼室で混合気が爆発した直後の状態を示している。

第二実施形態のピストン１０Ｂは、反スラスト側下端延長部３０ｃにアルミニウム合金材料よりも比重の大きい鉄系材料を鋳込んで、その重心位置を反スラスト側に偏心させている。すなわち、第一実施形態のピストン１０Ａと同様に、姿勢変化時におけるスラスト側への回転速度（ピストンピン６軸心回り）が小さく抑制される。

したがって、第二実施形態のピストン１０Ｂによれば、ピストン１０Ｂの姿勢変化時におけるスラスト側シリンダ壁面２ａとの衝突エネルギーを低減することが可能となり、スラップ音の発生を効果的に抑制することができる。

また、反スラスト側下端延長部３０ｃに剛性の高い鉄系材料を鋳込んだことで、反スラスト側シリンダ壁面２ｂと摺接する部分の変形を抑制することが可能となり、ピストン１０Ｂの姿勢変化量（傾き量）も効果的に低減することができる。

さらに、反スラスト側下端延長部３０ｃに比重の大きい鉄系材料を鋳込むのみで、ピストン１０Ｂの重心位置の最適化が可能となり、スラップ音低減のためのピストン１０Ｂとシリンダ２壁面とのクリアランス調整や、ピストンピン６のオフセット位置調整等の作業を省略することができる。

なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、スラスト側下端延長部３０ａの長さを反スラスト側下端延長部３０ｂ，３０ｃの長さよりも短く形成してもよい。この場合も、上述の実施形態と同様にスラップ音を効果的に低減できると共に、スラスト側のスカート部３０とスラスト側シリンダ壁面２ａとの摩擦力が低減されて、エンジンの燃費を向上することができる。

１０Ａ，Ｂピストン
２０ヘッド部
３０スカート部
３０ａスラスト側下端延長部（スラスト側下端部）
３０ｂ，３０ｃ反スラスト側下端延長部（反スラスト側下端部）
３１ピンボス
３２ピストンピン孔

Claims

ヘッド部の下部にスカート部が設けられた内燃機関のピストンであって、
前記スカート部の反スラスト側下端部の重量をスラスト側下端部の重量よりも増加させたことを特徴とする内燃機関のピストン。
前記反スラスト側下端部の少なくとも一部を前記スラスト側下端部よりも肉厚に形成した請求項１に記載の内燃機関のピストン。
前記スカート部はアルミニウム合金材料で形成されると共に、前記反スラスト側下端部にアルミニウム合金材料よりも比重の大きい鉄系材料を鋳込んだ請求項１又は２に記載の内燃機関のピストン。
前記スラスト側下端部の上下方向長さを前記反スラスト側下端部の上下方向長さよりも短く形成した請求項１から３の何れかに記載の内燃機関のピストン。