JP2510099Y2 - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、内燃機関用ピストンに関し、とくにスカー
ト部外周に形成される溝の構造に関する。

［従来の技術］ ピストンのスカート部外周面は、ピストンが往復動す
る際にシリンダボア面に対し油膜を介して摺動する。ピ
ストンはピストンピンと直交する方向にスラスト、反ス
ラスト力を受けるので、通常、この方向にあるスカート
部外周面がシリンダボアとの主摺動面になる。スカート
部とシリンダボアの間には、両者間の焼付きを防止する
とともに摩擦損失を低減するために、適切な油膜が介在
することが必要である。従来から、シリンダボア面との
間に適切な量の油を保持させるために、スカート部外周
面に溝を形成するピストン構造が種々提案されている
（たとえば実開昭55−156229号公報、実開昭56−29246
号公報、実開昭56−163640号公報、特開昭58−38357号
公報、実開昭61−17452号公報等）。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、上記のように、スカート部外周に溝又は凹部
を有するピストンにおいては、とくにスラストおよび反
スラスト方向部分において、溝等が設けられていない凸
部に対する溝等による凹部の比率が高いため油の保持量
が多くなりすぎる傾向にある。また、保持した油の逃げ
（クランクケース側への戻り）に対する配慮が足りない
ため、スカート部凹部に油が滞留する傾向にある。凹部
に滞留した油は、ピストンとともに上下運動するので、
とくに高速域において油の粘性抵抗によるピストン摩擦
損失が増大するという問題を招く。

また、スカート部凹部に油が溜り、シリンダボアとの
間の油膜が厚くなりすぎると、スカート部およびオイル
リングによるオイルかき下げ、かき上げ効果が減少する
ので、オイル消費が悪化する。

さらに、スカート部の凹部の占める面積が大きいと、
その分凸部の面積が減るので、凸部のシリンダボアに対
する面圧が増加する。スラスト、反スラスト方向で面圧
が増加すると、ピストンスラップ音が高くなり、エンジ
ン騒音の増大を招く。また、エンジン振動の増大を招く
おそれもある。

本考案は、ピストンスカート部のとくにスラストおよ
び反スラスト方向部分で油の保持量が多くなりすぎない
ようにして摩擦損失の低減をはかるとともに、スカート
部外周面に油が滞留することを防止してオイル消費の低
減をはかり、さらに適正な油膜を確保しつつスカート部
のスラストおよび反スラスト方向部分の面圧を可能な限
り低く抑えてスラップ音の低減、振動の低減をはかるこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための、本考案に係る内燃機関用
ピストンは、ピストンのスカート部の外周面に、周方向
にピンボス部まで延びる溝を形成し、該溝を、溝深さが
ピストンのスラスト方向部分および反スラスト方向部分
で浅くピンボス方向部分に近づくにつれ徐々に深くなり
ピンボス方向部分で最も深くなる形状に形成するととも
に、溝幅がスラスト方向部分および反スラスト方向部分
からピンボス方向部分にいくにつれて広くなる形状に形
成し、かつスラスト方向部分の溝の深さを反スラスト方
向部分の溝の深さよりも深くしたものから成る。

［作用］ このように構成された内燃機関用ピストンにおいて
は、スラスト方向部分および反スラスト方向部分では溝
幅が狭く、溝幅はピンボス方向にいくにつれて広くなる
ので、スラスト方向部分および反スラスト方向部分では
シリンダボア面との接触面積の増加により面圧が小さく
なり、スラップ音およびエンジン振動が低減される。

また、スラスト方向部分および反スラスト方向部分で
溝を浅くすることにより、この部分で油の保持量が多く
なりすぎることが防止され、油の粘性抵抗に起因する摩
擦損失が低減される。ここで、スラスト方向部分の溝の
深さは、反スラスト方向部分の溝の深さよりも深いの
で、大きなスラスト力が作用するスラスト方向部分に油
を十分に保持させることができ、ピストンの耐焼付性お
よび耐スカッフィング性の向上が図れる。

さらに、溝はピンボス部まで延びており、スラスト方
向部分および反スラスト方向部分にある油を積極的にピ
ンボス部に流出させることができ、油が自然に循環して
スラストおよび反スラスト部分における油の滞留が防止
される。その結果、適正な油膜を確保しつつオイル消費
が低減される。

［実施例］ 以下に、本考案の望ましい実施例を図面を参照して説
明する。

第１図ないし第３図は、本考案の一実施例に係る内燃
機関用ピストンを示している。図において、１はピスト
ン全体を示し、２はピストンスカート部、とくにそのう
ち溝の形成されていない部分を示している。スカート部
２外周面には、円周方向に溝３が形成されており、溝３
はピストン上下方向に複数配設されている。

この溝３には、ピストン１のスラスト方向Ｘおよび反
スラスト方向Ｙ部分４で溝深さが最小、ピンボス部５の
位置に対応するピンボス方向（Ｚ）部分６で最大、その
間の部分７でピンボス方向部分６に近づくにつれ徐々に
深くなるようにオーバリティがもたせられている。この
ようなオーバリティをもたせる結果、溝幅に関してみる
と、スラスト、反スラスト方向部分で溝幅が狭く、ピン
ボス方向部分にいくにつれて溝幅が広くなっていく溝形
状となる。

なお、第２図に示すように、スカート部外周面自身
も、ピンボス方向部分でシリンダボアとのクアランスが
大きくなるように、スラスト、反スラスト方向部分でク
リアランスが小さくなるようにオーバリティをもってい
る。第２図における２点鎖線は、真円を示す仮想線であ
る。

溝３の断面形状は、たとえば、スラスト、反スラスト
方向部分では第３図（イ）に示すように溝深さが浅く溝
幅の狭い形状となっており、ピンボス方向部分では第３
図（ロ）に示すように溝深さが深く溝幅の広い形状とな
っている。８はシリンダボア面を示している。

この溝の断面形状は特に限定されず、溝はスカート部
円周方向にらせん状に形成した連続的な一本の溝であっ
てもよく、一本一本独立した溝であってもよい。溝断面
形状としては、第４図（イ）ないし（ホ）に示すような
種々の形状をとることができる。第４図（イ）に示す溝
形状では、三角形状の断面3aとされており、第４図
（ロ）に示す溝形状では、円弧状の断面3bとされ、第４
図（ハ）に示す溝形状では、円弧状の断面3cとされかつ
溝底部、溝入口部ともにＲ形状（丸み）がつけられてい
る。第４図（ニ）に示す溝形状では、台形状の断面3dと
され、第４図（ホ）に示す溝形状では、台形状の断面の
溝底部をさらに深くした形状3eとされている。

スカート部に形成される溝は、たとえば２ないし10本
程度とされ、溝形成位置としては、望ましくはスカート
部下端および上端は除かれる。溝深さは、スラスト、反
スラスト方向部分で最も浅くなり、たとえば０〜0.1m
m、ピンボス方向部分で最も深くなり、たとえば0.1〜0.
5mmとされる。ただし、スラスト方向部分と反スラスト
方向部分とで溝深さを変えてもよい。本実施例では、溝
３の深さは、スラスト方向部分が深く、反スラスト方向
部分が浅くなっている。なお、スラスト、反スラスト方
向部分では溝深さは丁度０、すなわち溝が消滅する部位
が生じてもよい。たとえば第５図に示すように、スカー
ト部円周方向に延びる溝９は、スラスト、反スラスト方
向部分の中心（図の中心線部分）で溝深さ０となってい
る。

溝３、９のオーバリティは、第６図に示すように、ス
ラスト、反スラスト方向部分からの角度と、基準値から
の半径減少量とで表わすことができる。ただし、スカー
ト部オーバリティの基準値は真円であるが、溝３、９の
オーバリティの基準値は、スカート部外周面である。

ピストン摺動面全体における溝の占める面積比率は20
〜60％の範囲に納めることが望ましく、この比率は溝深
さと、溝幅、溝本数等の組合せを適切に設定することに
より達成される。ただし、上述の如く溝幅が変化するの
で、スカート部のスラスト、反スラスト方向部分におけ
る溝の面積比率と、ピンボス方向部分における溝の面積
比率は大きく相違する。

上記のように構成されたピストンにおいては、オーバ
リティをもたせた溝３、９を形成することにより、ピス
トン１に溝３、９による油保持機能をもたせつつ、スカ
ート部２のスラスト、反スラスト方向部分における凸部
の減少を最小限に抑えることができる。スカート部２に
おける最も径の大きい部分（スラスト、反スラスト方
向）で摺動面積減少率を小さく抑えることができるの
で、シリンダボアに対する面圧を小さく抑えることがで
き、ピストンスラップ音が小に抑えられ、振動の低減も
可能となる。スラップ音低減の効果は、第７図に示す通
りであり、従来の溝を設けることによるスカート部摺動
面積減少割合の大きいピストンに比べ、各周波数域とも
スラップ音が低減される。

また、スラスト、反スラスト方向で溝を浅くすること
により、この部分で油が過度に保持されることが防止さ
れ、適切な油膜厚さの維持が可能となる。とくに高速域
においては、保持あるいは滞留している油量が多いと、
前述の如く摩擦損失が増大する傾向にある。つまり、油
保持用溝を形成することにより、高速域では却って摩擦
損失の増大を招くおそれがある。しかしこの部分で溝
３、９を浅くすることにより、高速域においてもピスト
ンとともに往復動する油の影響は殆んどなくなり、摩擦
損失の増大が防止される。第８図に示すようにピストン
スカート部に溝を設けない場合に比べ、本考案では、
低、中速域における摩擦損失低減効果を維持しつつ、高
速域においても摩擦損失の増大が防止される。

また、溝３、９はピンボス部５まで延びており、スラ
スト、反スラスト方向部分からピンボス方向部分に向け
て徐々に深くなるように形成されているので、溝内の油
にはこの方向への積極的な流れが自然に生じる。スカー
ト部２のピンボス方向部分は、スラスト、反スラスト方
向部分に比べシリンダボア面とのクリアランスが広く、
かつピンボス形成部には大きな凹部があるので、この方
向へと流出してきた油は容易にクランクケース内へと落
下していく。したがって、スカート部２においては、溝
３、９に沿って運転中常時循環流に似た油のスムーズな
流れが自然に生じ、溝内への油の滞留は防止される。し
かも、シリンダボアとのクリアラスが小さく、ピストン
往復動に伴い油圧の上昇しやすいスラスト、反スラスト
方向部分においては、溝深さを浅くすることにより油の
保持量は小に抑えられているので、スカート部やオイル
リングによる油のかき落し機能が適性に発揮され、上記
油滞留防止効果と併せて、オイル消費が抑えられる。

第９図に、あるエンジンについて、スロットルバルブ
全閉、3000rpmとスロットルバルブ全開、6000rpmの条件
にて、従来の溝を設けることによりスラスト、反スラス
ト方向において摺動面積減少率の大きいピストンと、本
考案によるピストンを比較した試験結果を示すが、両条
件においてオイル消費が改善された。

［考案の効果］ 本考案の内燃機関用ピストンによれば、つぎの効果が
得られる。

（１）ピストンスカート部の外周面に形成される溝を、
溝幅がスラスト方向部分および反スラスト方向部分から
ピンボス方向部分にいくにつれて広くなる形状に形成し
たので、スラスト方向部分および反スラスト方向部分で
はシリンダボア面との接触面積の増加により面圧が小さ
くなり、スラップ音およびエンジン振動を低減すること
ができる。

（２）スラスト方向部位および反スラスト方向部位で溝
が浅くなるので、スラスト方向部位および反スラスト方
向部位での油の保持量が多くなりすぎることはなくな
り、油の粘性抵抗に起因する摩擦損失を低減することが
できる。

（３）溝をピンボス部まで延ばし、溝の深さをピンボス
方向部分に近づくにつれて深くしているので、スラスト
方向部分および反スラスト方向部分にある油を積極的に
ピンボス部に流出させることができ、スラストおよび反
スラスト部分における油の滞溜を防止することができ
る。その結果、適正な油膜を確保しつつ、オイル消費量
を低減することができる。

（４）スラスト方向部分の溝の深さを反スラスト方向部
分の溝の深さよりも深くしたので、大きなスラスト力が
作用するスラスト方向部分の油の保持量を十分に確保す
ることができ、ピストンの耐焼付性および耐スカッフィ
ング性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る内燃機関用ピストンの
スラスト方向からみた正面図、 第２図は第１図のピストンのスカート部および溝部の平
面図、 第３図（イ）（ロ）は第１図のピストンの溝部の断面
図、 第４図（イ）ないし（ホ）は各種溝断面形状を示す断面
図、 第５図は他の実施例に係るピストンのスラスト方向から
みた正面図、 第６図はスラスト、反スラスト方向からの角度と基準値
からの半径減少量との関係図、 第７図は周波数とスラップ音との関係図、 第８図はエンジン回転数と摩擦損失の増減割合との関係
図、 第９図はオイル消費特性図、 である。 １……ピストン ２……スカート部 ３、９……溝 ４……溝のスラスト、反スラスト方向部分 ５……ピンボス部 ６……溝のピンボス方向部分 ７……溝の中間部分 ８……シリンダボア

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンのスカート部の外周面に、周方向
   にピンボス部まで延びる溝を形成し、該溝を、溝深さが
   ピストンのスラスト方向部分および反スラスト方向部分
   で浅くピンボス方向部分に近づくにつれ徐々に深くなり
   ピンボス方向部分で最も深くなる形状に形成するととも
   に、溝幅がスラスト方向部分および反スラスト方向部分
   からピンボス方向部分にいくにつれて広くなる形状に形
   成し、かつスラスト方向部分の溝の深さを反スラスト方
   向部分の溝の深さよりも深くしたことを特徴とする内燃
   機関のピストン。