JP2021088931A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ壁に対するスカート部の衝突を効果的に低減することができる内燃機関のピストンを提供する。【解決手段】本発明に係る内燃機関のピストン１では、第１スカート部３１におけるピンセンタＰよりもピストンヘッド部２側に、第１最薄部３１１が設けられている。そして、この第１最薄部３１１からピストンヘッド部２側に向かって第１スカート部３１の厚さ（Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５）が漸増（Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ５）すると共に、第１最薄部３１１からピストンヘッド部２の反対側に向かって第１スカート部３１の厚さ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４）が漸増（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ４）する構成となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のピストンに関する。

従来の内燃機関のピストンとしては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

この内燃機関のピストンでは、エプロン部の基部にくびれ部を設けることで、このエプロン部の間を繋ぐスカート部の冠面側の剛性を低下させ、シリンダ壁に対するスカート部の衝突を低減している。

特開２０１３−７６４０８号公報

しかしながら、前記従来の内燃機関のピストンの場合、スカート部の肉厚については、何ら考慮されていない。このため、例えばピストンピンの中心位置（ピンセンタの位置）やピストンの熱膨張など、内燃機関の仕様や運転状態によっては、スカート部がシリンダ壁に強く衝突してしまうおそれがあり、未だ改良の余地がある。

そこで、本発明は、前記従来の内燃機関のピストンの技術的課題に鑑みて案出されたものであって、シリンダ壁に対するスカート部の衝突を効果的に低減することができる内燃機関のピストンを提供することを目的としている。

本発明に係る内燃機関のピストンは、その一態様として、第１スカート部におけるピンセンタよりもピストンヘッド部側に第１最薄部が設けられていて、かつ第１最薄部からピストンヘッド部側及び反ピストンヘッド部側に向かってそれぞれ第１スカート部の厚さが漸増している。

本発明によれば、シリンダ壁に対するスカート部の衝突を効果的に低減することができる。

本発明に係る内燃機関のピストンの側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示す第１、第２スカート部のプロファイル形状を表した拡大断面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 図１のＤ−Ｄ線断面図である。 図１のＥ−Ｅ線断面図である。 （ａ）は常温時、（ｂ）は中負荷時、（ｃ）は高負荷時における第１、第２スカート部のプロファイル形状を表した線図である。

以下、本発明に係る内燃機関のピストンの実施形態につき、図面に基づいて詳述する。なお、下記の実施形態では、当該ピストンを、従来と同様に、自動車用エンジンのピストンに適用したものを例示して説明する。なお、以下の説明では、リング溝（例えば、後述するリング溝２１）の全周を通るリング溝断面に直角な軸線であって前記リング溝断面においてピストンヘッド部２の中心を通る軸線を、第１基準軸線である中心軸線Ｚとして説明する。また、図示外のピストンピンの長手方向に延び、第１、第２ピストンピン孔３３０，３４０の中心を通る軸線を、第２基準軸線であるピン軸線Ｘとし、このピン軸線Ｘに直交する軸線を、第３基準軸線であるピン直角軸線Ｙとして説明する。さらに、中心軸線Ｚの方向（中心軸線Ｚに平行な方向）を「軸方向」、中心軸線Ｚに直交する方向を「径方向」、中心軸線Ｚ周りの方向を「周方向」として説明する。

図１は、ピストン１を第１スカート部３１側から見たピストン１の側面図を示している。なお、図１中に細線で示す領域は、第１スカート部３１の肉厚の大小を等高線状に便宜的に表示したもので、内側ほど薄肉であることを示す。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って切断したピストン１の断面図を示し、図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿って切断したピストン１の断面図を示している。ここで、図２、図３は、中心軸線Ｚを通り後述するピストンピン（第１、第２ピストンピン孔３３０，３４０）の長手方向に対し直角な断面である本発明に係る「ピン直角断面」に相当する。また、このピン直角断面における第１ピストンピン孔３３０の中心に相当する図２、図３中に示す点Ｐは、本発明に係る「ピンセンタ」に相当する。

ピストン１は、金属材料、例えばＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金材料（ＡＣ８Ａ等）を鋳造することによってほぼ有蓋円筒状に形成されている。具体的には、図１〜図３に示すように、ピストン１は、図示外のエンジンのシリンダ内部に燃焼室を形成するピストンヘッド部２と、ピストンヘッド部２の図１〜３中の下端部に設けられ、後述する冠面２０の反対側へ軸方向に沿って延びる筒部３と、を有する。

ピストンヘッド部２は、燃焼室に面する冠面２０を有する。また、このピストンヘッド部２の外周側には、周方向に沿って環状に形成された３つのリング溝２１〜２３が、周方向に沿って形成されている。この各リング溝２１〜２３には、それぞれほぼ環状のピストンリング（図示外）が取り付けられる。

筒部３は、前記シリンダの内壁と摺接可能な一対のスカート部３１，３２と、該一対のスカート部３１，３２の周方向の両端側に二面幅状に設けられ、図示外のピストンピンの支持に供する一対のピンボス部３３，３４とが、周方向に連続するように、ほぼ筒状に一体に形成されている。一対のスカート部３１，３２は、径方向に対向して配置される第１スカート部３１と第２スカート部３２とによって構成される。同様に、一対のピンボス部３３，３４は、径方向に対向して配置される第１ピンボス部３３と第２ピンボス部３４とによって構成される。

第１、第２スカート部３１，３２は、周方向において第１ピンボス部３３と第２ピンボス部３４の間に設けられ、共に同一の形態を有する。具体的には、図２に示すように、第１スカート部３１は、ピン直角断面となる軸方向断面において、第１最薄部３１１と、第１ヘッド側漸増領域３１２と、第１反ヘッド側漸増領域３１３と、を有する。同様に、第２スカート部３１は、第２最薄部３２１と、第２ヘッド側漸増領域３２２と、第２反ヘッド側漸増領域３２３と、を有する。

第１、第２最薄部３１１，３２１は、それぞれ第１、第２スカート部３１，３２のうち、先端部３１４，３２４を除き、図２、図３に示すピン直角断面（軸方向断面）において最も小さい厚さＴ１に設定されている。また、第１、第２最薄部３１１，３２１は、ピンセンタＰよりもややピストンヘッド部２側に偏倚して設けられ、周方向の長さＬｒが軸方向の長さＬｚよりも長く構成されている。なお、図２、図３に示すように、本発明に係る「第１、第２最薄部」は、主としてシリンダ壁と摺接する領域のうち肉厚が最も薄い部分を意味し、第１、第２スカート部において肉厚が最も薄い部分を意味するものではない。つまり、換言すれば、例えば第１、第２スカート部３１，３２の先端部３１４，３２４のように、第１、第２スカート部３１，３２のうち、主としてシリンダ壁との摺接に供しない部分は、本発明に係る「第１、第２最薄部」に含まれない。

第１、第２ヘッド側漸増領域３１２，３２２は、第１、第２スカート部３１，３２の軸方向において、それぞれ第１、第２最薄部３１１，３２１よりもピストンヘッド部２側に設けられる。そして、第１、第２ヘッド側漸増領域３１２，３２２は、共に第１、第２最薄部３１１，３２１の厚さＴ１よりも大きな厚さ（Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）を有する領域であって、第１、第２最薄部３１１，３２１からピストンヘッド部２側に向かって厚さが連続的に漸増する（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）。

第１、第２反ヘッド側漸増領域３１３，３２３は、第１、第２スカート部３１，３２の軸方向において、それぞれ第１、第２最薄部３１１，３２１よりもピストンヘッド部２の反対側に設けられる。そして、第１、第２ヘッド側漸増領域３１２，３２２は、共に第１、第２最薄部３１１，３２１の厚さＴ１よりも大きな厚さ（Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）を有する領域であって、第１、第２最薄部３１１，３２１からピストンヘッド部２の反対側に向かって厚さが連続的に漸増する（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）。

第１ピンボス部３３は、ピストンピン（図示外）の長手方向に相当する図１中のピン軸方向Ｘにおいて、中心軸線Ｚに対し一方に設けられ、第２ピンボス部３４は、中心軸線Ｚに対し他方に設けられている。第１ピンボス部３３及び第２ピンボス部３４は、それぞれほぼ中央位置に、ピストンピンの端部を支持するための第１ピストンピン孔３３０及び第２ピストンピン孔３４０を有する。すなわち、第１ピストンピン孔３３０に、ピストンピンの一端部が挿入され支持されると共に、第２ピストンピン孔３４０に、ピストンピンの他端部が挿入され支持される。なお、本実施形態では、ピンセンタＰは、図２、図３に示すピン直角断面（軸方向断面）の径方向において、ピストン１の中央に位置している。

図４は、常温時における第１スカート部３１の外周面のプロファイル形状を表した断面図を示している。ここで、前述したように、第１スカート部３１と第２スカート部３２とは同一の形態を有することから、便宜上、本図では第１スカート部３１のみを図示し、第２スカート部３２については、図中において第１スカート部３１の符号にかっこ書きで併記した符号を参照して説明する。

図４に示すように、第１、第２スカート部３１，３２は、軸方向の中間部が径方向の外側へ膨出する、いわゆる樽型形状に形成されている。具体的には、第１、第２スカート部３１，３２は、常温時、例えば環境温度が摂氏２０度のとき、ピンセンタＰよりもややピストンヘッド部２の反対側の部分が、径方向の外側へ最も突出する第１、第２最大突出部３１５，３２５として構成されている。このように、常温時においては、第１、第２最大突出部３１５，３２５が、それぞれ第１、第２反ヘッド側漸増領域３１３，３２３に位置する構成となっている。換言すれば、常温時においては、ピンセンタＰが、第１、第２最薄部３１１，３２１と第１、第２最大突出部３１５，３２５との間に位置する構成となっている。

第１、第２最大突出部３１５，３２５では、シリンダ壁４とのクリアランスが、最も小さいＣ１となる。そして、この第１、第２最大突出部３１５，３２５からピストンヘッド部２側に向かって突出量が徐々に減少し、シリンダ壁４とのクリアランス（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）が徐々に大きくなる（Ｃ２＜Ｃ３＜Ｃ４）。同様に、第１、第２最大突出部３１５，３２５からピストンヘッド部２の反対側に向かって突出量が徐々に減少し、シリンダ壁４とのクリアランス（Ｃ５）が徐々に大きくなる（Ｃ１＜Ｃ５）。

図５は、図１のＣ−Ｃ線に沿って切断したピストン１の断面図を示している。図６は、図１のＤ−Ｄ線に沿って切断したピストン１の断面図を示している。図７は、図１のＥ−Ｅ線に沿って切断したピストン１の断面図を示している。ここで、図５は、第１、第２最薄部３１１，３２１を通り中心軸線Ｚに対し直角な断面である本発明に係る「軸直角断面」に相当する。

第１、第２スカート部３１，３２は、図５に示す軸直角断面において、第１、第２スカート部３１，３２の中央位置から第１、第２ピンボス部３３，３４のそれぞれに向かって、肉厚（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）が漸次増大する（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）。

また、第１、第２スカート部３１，３２は、図６に示すようなピンセンタＰを通る断面においても、第１、第２スカート部３１，３２の中央位置から第１、第２ピンボス部３３，３４のそれぞれに向かって、肉厚（Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）が漸次増大する（Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）。

さらに、第１、第２スカート部３１，３２は、図７に示すような第１、第２反ヘッド側漸増領域３１３，３２３を通る断面においても、第１、第２スカート部３１，３２の中央位置から第１、第２ピンボス部３３，３４のそれぞれに向かって、肉厚（Ｔ４、Ｔ５）が漸次増大する（Ｔ４＜Ｔ５）。

図８は、前記ピン直角断面における第１、第２スカート部３１，３２の外周面のプロファイル形状を示し、ピストン１の温度に応じた第１、第２最大突出部３１５，３２５の変遷を表している。本図において、（ａ）は常温時、（ｂ）は中負荷時、（ｃ）は高負荷時の状態を示している。なお、本図では、前記第１、第２最大突出部３１５，３２５の変遷を明確にするため、プロファイル形状がやや誇張して図示されている。また、本図のうち、縦軸は、冠面２０をゼロとしたピストン１の高さ位置（上側がピストンヘッド部２側）を示し、横軸は、シリンダ壁４をゼロとした第１、第２スカート部３１，３２の外周面の径方向位置を示している。

図８（ａ）に示すように、エンジン停止状態に相当する常温時（具体的には、環境温度が摂氏２０度のとき）では、ピストンヘッド部２側は低温となり、熱膨張を生じない。したがって、第１、第２スカート部３１，３２の外周面は、原始プロファイル形状の通り、第１、第２反ヘッド側漸増領域３１３，３２３において、径方向の外側へ最も突出するプロファイル形状となる。すなわち、常温時では、第１、第２最大突出部３１５，３２５が、それぞれ第１、第２反ヘッド側漸増領域３１３，３２３に位置するプロファイル形状となる。

図８（ｂ）に示すように、通常の走行状態に相当する中負荷時においては、ピストンヘッド部２側の温度の上昇に伴い、ピストン１の温度分布がピストンヘッド部２側へ移動する。その結果、第１、第２スカート部３１，３２の外周面が、第１、第２最薄部３１１，３２１において、径方向の外側へ最も突出するプロファイル形状となる。すなわち、中負荷時では、第１、第２最大突出部３１５，３２５が、それぞれ第１、第２最薄部３１１，３２１に位置するプロファイル形状となる。

図８（ｃ）に示すように、急加速状態に相当する高負荷時においては、ピストンヘッド部２側の温度がさらに上昇して高温となり、ピストン１の温度分布がさらにピストンヘッド部２側へと偏倚する。つまり、高負荷時は、ピストンヘッド部２の熱膨張に伴い、このピストンヘッド部２に近い第１、第２ヘッド側漸増領域３１２，３２２も大きく膨張する。その結果、第１、第２スカート部３１，３２の外周面が、第１、第２ヘッド側漸増領域３１２，３２２において、径方向の外側へ最も突出するプロファイル形状となる。すなわち、高負荷時では、第１、第２最大突出部３１５，３２５が、それぞれ第１、第２ヘッド側漸増領域３１２，３２２に位置するプロファイル形状となる。

（本実施形態の作用効果）
従来の内燃機関のピストンは、スカート部の肉厚について、何ら考慮されていない。このため、例えばピストンピンの中心位置（ピンセンタの位置）や、ピストンの熱膨張など、内燃機関の仕様や運転状態によっては、スカート部がシリンダ壁に強く衝突してしまうおそれがあった。具体的には、ピンセンタの位置や熱膨張によって、シリンダ壁に対するスカート部の接触部位が変化することになるため、この接触部位を考慮してスカート部の剛性を調整する必要があった。

かかる技術的課題を有する従来の内燃機関のピストンに対し、本実施形態に係るピストン１では、以下の効果が奏せられることによって、前記従来の内燃機関のピストンの技術的課題を解決することができる。

前記ピストン１は、内燃機関のピストンにおいて、環状のリング溝２１〜２３を有するピストンヘッド部２と、ピンボス部であって、ピストンピンが挿入される第１ピストンピン孔３３０を備えた第１ピンボス部３３と、前記ピストンピンが挿入される第２ピストンピン孔３４０を備えた第２ピンボス部３４を備え、環状のリング溝２１〜２３の全周を通るリング溝断面に対し直角な軸線であって前記リング溝断面においてピストンヘッド部２の中心を通る軸線を第１基準軸線（中心軸線Ｚ）としたとき、前記ピストンピンの長手方向において第１ピンボス部３３が第１基準軸線（中心軸線Ｚ）に対し一方に設けられ、第２ピンボス部３４が他方に設けられている前記ピンボス部と、第１スカート部３３であって、第１最薄部３１１と、第１ヘッド側漸増領域３１２と、第１反ヘッド側漸増領域３１３を備え、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の周方向において第１ピンボス部３３と第２ピンボス部３４の間に設けられており、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）を通り前記ピストンピンの長手方向に対し直角な断面をピン直角断面とし、前記ピン直角断面における第１ピストンピン孔３３０の中心をピンセンタＰとしたとき、第１最薄部３１１は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向においてピンセンタＰよりもピストンヘッド部２側に設けられており、第１ヘッド側漸増領域３１２は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向において第１最薄部３１１よりもピストンヘッド部２側に設けられており、前記ピン直角断面において第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向における第１スカート部３１の厚さ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）が第１最薄部３１１からピストンヘッド部２側に向かって漸増（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）する形状を有しており、第１反ヘッド側漸増領域３１３は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向において第１最薄部３１１よりもピストンヘッド部２の反対側に設けられており、前記ピン直角断面において第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向における第１スカート部３１の厚さ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）が第１最薄部３１１からピストンヘッド部２の反対側に向かって漸増（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）する形状を有している、第１スカート部３１と、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の周方向において第１ピンボス部３３と第２ピンボス部３４の間であって第１基準軸線（中心軸線Ｚ）に対し第１スカート部３１の反対側に設けられた第２スカート部３２と、を有する。

このように、本実施形態では、ピンセンタＰを中心にピストン１が揺動した際に先行してシリンダ壁４と接触する軸方向位置に、最も肉厚の薄い第１最薄部３１１が設けられている。このため、第１スカート部３１がシリンダ壁４と衝突した際、第１最薄部３１１が撓み易く、柔軟性に優れる結果、良好な緩衝作用が得られ、いわゆるスラップ音等の異音の発生を抑制することができる。

第１スカート部３１は、第１スカート部３１の外周面が、第１最薄部３１１において、前記ピン直角断面における第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向の外側に最も突出している。

このように、本実施形態では、ピンセンタＰが、いわゆるゼロオフセットとなっている。この場合、第１スカート部３１の外周面において最も径方向外側に突出した第１最薄部３１１がシリンダ壁４と当たり易くなるため、第１最薄部３１１における衝突時の緩衝効果により、スラップ音等の異音の発生をより効果的に抑制することができる。

さらには、前述のように、第１最大突出部３１５が第１最薄部３１１に位置するのは最も使用頻度の大きい中負荷時であり、この中負荷時に第１最大突出部３１５が位置する第１最薄部３１１がシリンダ壁４と当接し易くなる。したがって、最も使用頻度の大きい運転状態で、第１最薄部３１１による緩衝作用が得られ、スラップ音等の異音の発生を一層効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、第１スカート部３１は、第１スカート部３１よりもピストンヘッド部２の温度が高いとき、第１スカート部３１の外周面が、第１ヘッド側漸増領域３１２において、前記ピン直角断面における第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向の外側に最も突出している。

冠面２０側の燃焼室の燃焼熱によって、ピストン１はピストンヘッド部２側から温度が上昇し、第１スカート部３１よりもピストンヘッド部２側の温度が高くなる。そして、この温度上昇に伴い、ピストン１は熱膨張するが、部位毎の温度差により、当該熱膨張にも差が生じる。具体的には、第１スカート部３１よりもピストンヘッド部２側がより熱膨張し、第１スカート部３１の中でも、第１最薄部３１１よりも第１ヘッド側漸増領域３１２がより熱膨張する。その結果、第１ヘッド側漸増領域３１２において、第１スカート部３１とシリンダ壁４とのクリアランスが最も小さくなって、シリンダ壁４と衝突し易くなる。また、このとき、エンジンは高回転、高負荷状態となっており、シリンダ壁４に対する第１スカート部３１の衝突エネルギは大きいものとなる。そこで、本実施形態では、第１ヘッド側漸増領域３１２について、第１最薄部３１１よりも大きな肉厚に設定され、剛性が高められている。このため、シリンダ壁４との衝突時におけるピストン１の姿勢の制御性が向上し、ピストン１のふらつきが抑制される結果、スラップ音等の異音の発生をより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、第１スカート部３１は、環境温度が摂氏２０度のとき、第１スカート部３１の外周面が、第１反ヘッド側漸増領域３１３において、前記ピン直角断面における第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向の外側に最も突出している。

前述したように、第１スカート部３１のうちシリンダ壁４とのクリアランスが最も小さくなる部分（Ｃ１）は、ピストン１の内部温度（熱膨張）に応じて、ピストンヘッド部２の反対側からピストンヘッド部２側へと近づくように遷移する。そこで、本実施形態では、常温時（エンジン停止時）において第１最大突出部３１５が第１反ヘッド側漸増領域３１３に位置するように構成したことで、エンジンの始動後に最初にシリンダ壁４と衝突する部分を、第１最薄部３１１に近づけることができる。その結果、スラップ音等の異音の発生をより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、第１スカート部３１は、環境温度が摂氏２０度のとき、前記ピン直角断面において、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向におけるピンセンタＰの位置が、第１最薄部３１１と、第１スカート部３１の外周面のうち第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向の外側に最も突出している部分（第１最大突出部３１５）との間に位置している。

このように、本実施形態では、揺動中心であるピンセンタＰが第１スカート部３１の第１最大突出部３１５と第１最薄部３１１との間に位置している。これにより、シリンダ壁４に対して、第１最薄部３１１を、より確実に先行して衝突させることができる。

また、本実施形態では、第１ヘッド側漸増領域３１２は、前記ピン直角断面において第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向における第１スカート部３１の厚さ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）が第１最薄部３１１からピストンヘッド部２側に向かって連続的に漸増（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）する形状を有しており、第１反ヘッド側漸増領域３１３は、前記ピン直角断面において第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向における第１スカート部３１の厚さ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）が第１最薄部３１１からピストンヘッド部２の反対側に向かって連続的に漸増（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）する形状を有している。

第１スカート部３１の肉厚の変化が急峻な場合、その部分で応力集中が発生するおそれがあるが、本実施形態では、肉厚の変化が連続的となっているため、第１スカート部３１における応力集中を緩和することができる。

また、本実施形態では、第２スカート部３２は、第２最薄部３２１と、第２ヘッド側漸増領域３２２と、第２反ヘッド側漸増領域３２３を備え、第２最薄部３２１は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向においてピンセンタＰよりもピストンヘッド部２側に設けられており、第２ヘッド側漸増領域３２２は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向において第２最薄部３２１よりもピストンヘッド部２側に設けられ、前記ピン直角断面において第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向における第２スカート部３２の厚さ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）が第２最薄部３２１からピストンヘッド部２側に向かって連続的に漸増（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）する形状を有しており、第２反ヘッド側漸増領域３２３は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向において第２最薄部３２１よりもピストンヘッド部２の反対側に設けられ、前記ピン直角断面において第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向における第２スカート部３２の厚さ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）が第２最薄部３２１からピストンヘッド部２の反対側に向かって連続的に漸増（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５）する形状を有している。

このように、本実施形態では、第１スカート部３１に加え、第２スカート部３２についても肉厚変化が連続的になるように構成されている。これにより、第１、第２スカート部３１，３２の熱膨張の均一化を図ることが可能となり、シリンダ内におけるピストン１の円滑な移動を確保することができる。

また、本実施形態では、第１スカート部３１は、第１最薄部３１１を通り第１基準軸線（中心軸線Ｚ）に対し直角な断面を軸直角断面としたとき、前記軸直角断面において、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の径方向における肉厚が、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の周方向における第１スカート部３１の中央から第１ピンボス部３３と第２ピンボス部３４のそれぞれに向かって漸増する形状を有する。

このように、本実施形態では、第１スカート部３１について、周方向においても中央部の肉厚を薄くし、その両側に向かって肉厚が漸増する構成となっている。このため、第１スカート部３１の周方向の両端側においても、スラップ音等の異音の発生を抑制する効果を得ることができる。

また、本実施形態では、第１最薄部３１１は、第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の周方向の長さが第１基準軸線（中心軸線Ｚ）の方向の長さよりも長い。

このように、本実施形態では、第１最薄部３１１について、周方向の長さが軸方向の長さよりも長くなるように形成されている。これにより、第１最薄部３１１の形状が第１スカート部３１の面圧分布に合致し、第１最薄部３１１が当該面圧分布に合った撓み形状となる。その結果、スラップ音等の異音の発生をより効果的に抑制することができる。

本発明は前記実施形態の構成に限定されるものではなく、前述した本発明の作用効果を奏し得るような形態であれば、適用対象の仕様やコスト等に応じて自由に変更可能である。

特に、前記実施形態では、本発明をいわゆるゼロオフセットのピストンに適用したものを例示して説明したが、本発明は、当該ゼロオフセットのピストンのみならず、例えばピンセンタＰが一方のスカート部（第１スカート部３１）側に偏倚（オフセット）した、いわゆるオフセットピストンに適用することも可能である。

そして、かかるオフセットピストンに本発明を適用する場合には、第１スカート部３１に作用する荷重が相対的に大きくなるため、第１スカート部３１の肉厚の平均値を、第２スカート部３２の肉厚の平均値よりも相対的に大きく設定することが望ましい。このように、当該オフセットピストンでは、第２スカート部３２側に比べて第１スカート部３１とシリンダ壁４との衝突エネルギが大きくなるため、第１スカート部３１の肉厚を相対的に大きく設定することで、第１スカート部３１の剛性を確保することができる。一方、第１スカート部３１側に比べて衝突エネルギの小さい第２スカート部３２については、第１スカート部３１の肉厚を相対的に小さく設定することで、ピストン１の軽量化を図ることができる。

その他、前記オフセットピストンに本発明を適用する場合、第１スカート部３１に作用する荷重が相対的に大きくなることに鑑み、本発明を第１スカート部３１のみに適用し、第２スカート部３２については、例えば一定（均一）の肉厚とすることも可能である。

以上説明した実施形態に基づく内燃機関のピストンとしては、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

すなわち、当該内燃機関のピストンは、その１つの態様において、内燃機関のピストンにおいて、環状のリング溝を有するピストンヘッド部と、ピンボス部であって、ピストンピンが挿入される第１ピストンピン孔を備えた第１ピンボス部と、前記ピストンピンが挿入される第２ピストンピン孔を備えた第２ピンボス部を備え、前記環状のリング溝の全周を通るリング溝断面に対し直角な軸線であって前記リング溝断面において前記ピストンヘッド部の中心を通る軸線を第１基準軸線としたとき、前記ピストンピンの長手方向において前記第１ピンボス部が前記第１基準軸線に対し一方に設けられ、前記第２ピンボス部が他方に設けられている前記ピンボス部と、第１スカート部であって、第１最薄部と、第１ヘッド側漸増領域と、第１反ヘッド側漸増領域を備え、前記第１基準軸線の周方向において前記第１ピンボス部と前記第２ピンボス部の間に設けられており、前記第１基準軸線を通り前記ピストンピンの長手方向に対し直角な断面をピン直角断面とし、前記ピン直角断面における前記第１ピストンピン孔の中心をピンセンタとしたとき、前記第１最薄部は、前記第１基準軸線の方向において前記ピンセンタよりも前記ピストンヘッド部側に設けられており、前記第１ヘッド側漸増領域は、前記第１基準軸線の方向において前記第１最薄部よりも前記ピストンヘッド部側に設けられており、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第１スカート部の厚さが前記第１最薄部から前記ピストンヘッド部側に向かって漸増する形状を有しており、前記第１反ヘッド側漸増領域は、前記第１基準軸線の方向において前記第１最薄部よりも前記ピストンヘッド部の反対側に設けられており、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第１スカート部の厚さが前記第１最薄部から前記ピストンヘッド部の反対側に向かって漸増する形状を有している、前記第１スカート部と、前記第１基準軸線の周方向において前記第１ピンボス部と前記第２ピンボス部の間であって前記第１基準軸線に対し前記第１スカート部の反対側に設けられた第２スカート部と、を有する。

前記内燃機関のピストンの好ましい態様において、前記ピンセンタは、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向において、前記ピストンの中央に位置しており、前記第１スカート部は、前記第１スカート部の外周面が、前記第１最薄部において、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向の外側に最も突出している。

別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１スカート部は、前記第１スカート部よりも前記ピストンヘッド部の温度が高いとき、前記第１スカート部の外周面が、前記第１ヘッド側漸増領域において、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向の外側に最も突出している。

さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１スカート部は、環境温度が摂氏２０度のとき、前記第１スカート部の外周面が、前記第１反ヘッド側漸増領域において、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向の外側に最も突出している。

さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１スカート部は、環境温度が摂氏２０度のとき、前記ピン直角断面において、前記第１基準軸線の方向における前記ピンセンタの位置が、前記第１最薄部と、前記第１スカート部の外周面のうち前記第１基準軸線の径方向の外側に最も突出している部分との間に位置している。

さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１ヘッド側漸増領域は、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第１スカート部の厚さが前記第１最薄部から前記ピストンヘッド部側に向かって連続的に漸増する形状を有しており、前記第１反ヘッド側漸増領域は、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第１スカート部の厚さが前記第１最薄部から前記ピストンヘッド部の反対側に向かって連続的に漸増する形状を有している。

さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、第２スカート部は、第２最薄部と、第２ヘッド側漸増領域と、第２反ヘッド側漸増領域を備え、前記第２最薄部は、前記第１基準軸線の方向において前記ピンセンタよりも前記ピストンヘッド部側に設けられており、前記第２ヘッド側漸増領域は、前記第１基準軸線の方向において前記第２最薄部よりも前記ピストンヘッド部側に設けられ、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第２スカート部の厚さが前記第２最薄部から前記ピストンヘッド部側に向かって連続的に漸増する形状を有しており、前記第２反ヘッド側漸増領域は、前記第１基準軸線の方向において前記第２最薄部よりも前記ピストンヘッド部の反対側に設けられ、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第２スカート部の厚さが前記第２最薄部から前記ピストンヘッド部の反対側に向かって連続的に漸増する形状を有している。

さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記ピンセンタは、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向において前記第１スカート部側にオフセットしており、前記第１スカート部は、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向における肉厚の平均値が、前記第２スカート部の前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向における肉厚の平均値よりも大きい。

さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１スカート部は、前記第１最薄部を通り前記第１基準軸線に対し直角な断面を軸直角断面としたとき、前記軸直角断面において、前記第１基準軸線の径方向における肉厚が、前記第１基準軸線の周方向における前記第１スカート部の中央から前記第１ピンボス部と前記第２ピンボス部のそれぞれに向かって漸増する形状を有する。

さらに別の好ましい態様では、前記内燃機関のピストンの態様のいずれかにおいて、前記第１最薄部は、前記第１基準軸線の周方向の長さが前記第１基準軸線の方向の長さよりも長い。

１…ピストン、２…ピストンヘッド部、２１〜２３…リング溝、３１…第１スカート部、３１１…第１最薄部、３１２…第１ヘッド側漸増領域、３１３…第１反ヘッド側漸増領域、３２…第２スカート部、３２１…第２最薄部、３２２…第２ヘッド側漸増領域、３２３…第２反ヘッド側漸増領域、３３…第１ピンボス部、３３０…第１ピストンピン孔、３４…第２ピンボス部、３４０…第２ピストンピン孔、Ｔ１〜Ｔ５…スカート部の厚さ、Ｚ…中心軸線（第１基準軸線）、Ｐ…ピンセンタ、

Claims (10)

1. 内燃機関のピストンにおいて、
   環状のリング溝を有するピストンヘッド部と、
   ピンボス部であって、ピストンピンが挿入される第１ピストンピン孔を備えた第１ピンボス部と、前記ピストンピンが挿入される第２ピストンピン孔を備えた第２ピンボス部を備え、前記環状のリング溝の全周を通るリング溝断面に対し直角な軸線であって前記リング溝断面において前記ピストンヘッド部の中心を通る軸線を第１基準軸線としたとき、前記ピストンピンの長手方向において前記第１ピンボス部が前記第１基準軸線に対し一方に設けられ、前記第２ピンボス部が他方に設けられている前記ピンボス部と、
   第１スカート部であって、第１最薄部と、第１ヘッド側漸増領域と、第１反ヘッド側漸増領域を備え、前記第１基準軸線の周方向において前記第１ピンボス部と前記第２ピンボス部の間に設けられており、前記第１基準軸線を通り前記ピストンピンの長手方向に対し直角な断面をピン直角断面とし、前記ピン直角断面における前記第１ピストンピン孔の中心をピンセンタとしたとき、
   前記第１最薄部は、前記第１基準軸線の方向において前記ピンセンタよりも前記ピストンヘッド部側に設けられており、
   前記第１ヘッド側漸増領域は、前記第１基準軸線の方向において前記第１最薄部よりも前記ピストンヘッド部側に設けられており、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第１スカート部の厚さが前記第１最薄部から前記ピストンヘッド部側に向かって漸増する形状を有しており、
   前記第１反ヘッド側漸増領域は、前記第１基準軸線の方向において前記第１最薄部よりも前記ピストンヘッド部の反対側に設けられており、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第１スカート部の厚さが前記第１最薄部から前記ピストンヘッド部の反対側に向かって漸増する形状を有している、
   前記第１スカート部と、
   前記第１基準軸線の周方向において前記第１ピンボス部と前記第２ピンボス部の間であって前記第１基準軸線に対し前記第１スカート部の反対側に設けられた第２スカート部と、
   を有することを特徴とする内燃機関のピストン。
2. 請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記ピンセンタは、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向において、前記ピストンの中央に位置しており、
   前記第１スカート部は、前記第１スカート部の外周面が、前記第１最薄部において、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向の外側に最も突出している、
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。
3. 請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記第１スカート部は、前記第１スカート部よりも前記ピストンヘッド部の温度が高いとき、前記第１スカート部の外周面が、前記第１ヘッド側漸増領域において、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向の外側に最も突出していることを特徴とする内燃機関のピストン。
4. 請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記第１スカート部は、環境温度が摂氏２０度のとき、前記第１スカート部の外周面が、前記第１反ヘッド側漸増領域において、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向の外側に最も突出していることを特徴とする内燃機関のピストン。
5. 請求項４に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記第１スカート部は、環境温度が摂氏２０度のとき、前記ピン直角断面において、前記第１基準軸線の方向における前記ピンセンタの位置が、前記第１最薄部と、前記第１スカート部の外周面のうち前記第１基準軸線の径方向の外側に最も突出している部分との間に位置していることを特徴とする内燃機関のピストン。
6. 請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記第１ヘッド側漸増領域は、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第１スカート部の厚さが前記第１最薄部から前記ピストンヘッド部側に向かって連続的に漸増する形状を有しており、
   前記第１反ヘッド側漸増領域は、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第１スカート部の厚さが前記第１最薄部から前記ピストンヘッド部の反対側に向かって連続的に漸増する形状を有している、
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。
7. 請求項６に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   第２スカート部は、第２最薄部と、第２ヘッド側漸増領域と、第２反ヘッド側漸増領域を備え、
   前記第２最薄部は、前記第１基準軸線の方向において前記ピンセンタよりも前記ピストンヘッド部側に設けられており、
   前記第２ヘッド側漸増領域は、前記第１基準軸線の方向において前記第２最薄部よりも前記ピストンヘッド部側に設けられ、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第２スカート部の厚さが前記第２最薄部から前記ピストンヘッド部側に向かって連続的に漸増する形状を有しており、
   前記第２反ヘッド側漸増領域は、前記第１基準軸線の方向において前記第２最薄部よりも前記ピストンヘッド部の反対側に設けられ、前記ピン直角断面において前記第１基準軸線の径方向における前記第２スカート部の厚さが前記第２最薄部から前記ピストンヘッド部の反対側に向かって連続的に漸増する形状を有している、
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。
8. 請求項６に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記ピンセンタは、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向において前記第１スカート部側にオフセットしており、
   前記第１スカート部は、前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向における肉厚の平均値が、前記第２スカート部の前記ピン直角断面における前記第１基準軸線の径方向における肉厚の平均値よりも大きい、
   ことを特徴とする内燃機関のピストン。
9. 請求項１に記載の内燃機関のピストンにおいて、
   前記第１スカート部は、前記第１最薄部を通り前記第１基準軸線に対し直角な断面を軸直角断面としたとき、前記軸直角断面において、前記第１基準軸線の径方向における肉厚が、前記第１基準軸線の周方向における前記第１スカート部の中央から前記第１ピンボス部と前記第２ピンボス部のそれぞれに向かって漸増する形状を有することを特徴とする内燃機関のピストン。
10. 請求項９に記載の内燃機関のピストンにおいて、
    前記第１最薄部は、前記第１基準軸線の周方向の長さが前記第１基準軸線の方向の長さよりも長いことを特徴とする内燃機関のピストン。

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