JP3206675U - ピストン部材およびこれを備える内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンピンおよびピストンピンを挿通するための挿通孔間の面圧低下に資するピストン部材を提供する。【解決手段】ピストン本体２０のスカート部２２ｂに一対の切欠部２３，２３を設け、当該一対の切欠部２３，２３に挿通孔２５の一部である挿通孔両端部２５ａ，２５ａを構成する膨出部２６，２６を設けると共に、当該挿通孔両端部２５ａ，２５ａに当接する延長部２９，２９をピストンピン２４に設ける構成であるため、燃焼圧力によって、ピストン本体２２の挿通孔２５，２５とピストンピン２４との接触部に作用する面圧を低減することができる。これにより、ピストン本体２２の挿通孔２５，２５とピストンピン２４との接触部にスカッフィングが発生することを良好に防止できる。【選択図】図５

Description

本考案は、ピストン本体と、当該ピストン本体をコンロッドに接続するためのピストンピンと、を備え、シリンダボア内を往復摺動可能に構成されたピストン部材およびこれを備える内燃機関に関する。

特開平６−９４１２７号公報（特許文献１）には、ピストン本体と、当該ピストン本体をコンロッドに揺動可能に支持するためのピストンピンと、を備えピストン部材が記載されている。当該ピストン部材では、ピストンピンおよび当該ピストンピンを挿通するためにピストン本体に設けた挿通孔を、ピストンピンおよび挿通孔の中心軸に対して直角な断面形状がピストン部材の主軸に直角な方向を長径とする楕円形状となるように形成している。これにより、当該ピストン部材が内燃機関に搭載された際に、当該内燃機関の作動によって生じる燃焼圧力に起因するピストンピンおよび挿通孔間の面圧が低下されるため、焼付き防止を図ることができる。

特開平６−９４１２７号公報

しかしながら、上述したピストン部材では、ピストン部材の挿通孔およびピストンピンを楕円形状に形成する必要があり、製造性という点において、なお改良の余地がある。

本考案は、上記に鑑みてなされたものであり、ピストンピンおよびピストンピンを挿通するための挿通孔間の面圧低下に資するピストン部材を簡易に確保することを目的とする。

本考案のピストン部材およびこれを備える内燃機関は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本考案に係るピストン部材の好ましい形態によれば、ピストン本体と、当該ピストン本体をコンロッドに接続するためのピストンピンと、を備え、シリンダボア内を往復摺動可能に構成されたピストン部材が構成される。当該ピストン部材では、ピストン本体が、頭頂部と、スカート部と、を有している。頭頂部は、シール部材が装着される円筒形状に構成されている。スカート部は、頭頂部の外径と略同径の外径を有するように当該頭頂部の軸線方向一端部に一体に設けられている。また、スカート部には、略平面状に切り欠かれた一対の切欠部が設けられている。当該一対の切欠部には、ピストンピンを挿通するための挿通孔が開口されていると共に、当該開口の頭頂部側に挿通孔の一部を構成する膨出部が設けられている。また、一方の切欠部に設けられた膨出部の突出端面から他方の切欠部に設けられた膨出部の突出端面までの寸法が、頭頂部の外径以下に設定されている。そして、ピストンピンは、膨出部に設けられた挿通孔の一部に係合するように延長された延長部を有している。

本考案によれば、軽量化を目的としてスカート部の一部を切り欠いた切欠部にピストンピンを挿通するための挿通孔を開口し、当該開口の頭頂部側に挿通孔の一部を構成する膨出部を設けると共に、膨出部に設けられた挿通孔の一部と係合するようにピストンピンを延長する構成であるため、挿通孔の頭頂部側においてピストンピンとの接触面積を増大させることができる。これにより、燃焼室からの爆発力が頭頂部に作用した際におけるピストンピンと挿通孔との面圧を低下することができる。また、スカート部の切欠部に膨出部を設けると共にピストンピンに延長部を設けるのみであるため、構成も簡易であり製造性の低下を招くこともない。なお、一対の切欠部のうち開口の頭頂部側のみに膨出部を設けるのみであるため、重量増加も抑制できる。

本考案に係るピストン部材置の更なる形態によれば、膨出部により構成される挿通孔の一部は、挿通孔を軸線方向から見たときに当該挿通孔の略半分となるように構成されている。

本形態によれば、ピストンピンと挿通孔との間の面圧を効果的に低減することができる。

本考案に係るピストン部材の更なる形態によれば、ピストンピンは、中空に形成されている。

本形態によれば、ピストン部材の軽量化を図ることができる。

本考案に係る内燃機関の好ましい形態によれば、シリンダボアを有するシリンダブロックと、シリンダボア内を往復摺動する上述したいずれの態様の本考案に係るピストン部材と、コンロッドを介してピストン部材に連結されると共に、シリンダブロックに回転可能に支持されるクランクシャフトと、を備えている。そして、当該内燃機関は、ピストン部材の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換することにより、動力を出力するように構成されている。

本考案によれば、上述したいずれかの態様の本考案に係るピストン部材を備える構成であるため、本考案に係るピストン部材が奏する効果、例えば、燃焼室からの爆発力が頭頂部に作用した際におけるピストンピンと挿通孔との面圧を低下することができる効果や、製造性の低下を防止する効果、重量増加を抑制できる効果などを奏することができる。この結果、内燃機関の品質向上や製造性向上、燃費向上を図ることができる。

本考案によれば、ピストンピンおよびピストンピンを挿通するための挿通孔間の面圧低下に資するピストン部材を簡易に確保することができる。

本考案の実施の形態に係るピストン部材２０を備える内燃機関１の構成の概略を示す概略構成図である。 図１のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。 本考案の実施の形態に係るピストン部材２０をピストンピン２４の軸線方向に沿う平面で切った縦断面を示す縦断面図である。 本考案の実施の形態に係るピストン部材２０をピストンピン２４の軸線方向に直交する平面で切った断面を示す断面図である。 本考案の実施の形態に係るピストン部材２０の構成の概略を示す斜視図である。 ピストン本体２２をピストンピン２４の軸線方向から見た正面図である。 ピストン本体２２をピストンピン２４の軸線方向に直交する方向から見た側面図である。 図６のＹ−Ｙ断面を示す断面図である。 ピストンピン２４の外観を示す斜視図である。 ピストンピン２４を当該ピストンピン２４の軸線方向を通る平面で切った断面を示す縦断面図である。 ピストンピン２４を当該ピストンピン２４の軸線方向から見た正面図である。 本考案の実施の形態に係るピストン部材２０に燃焼圧力Ｐが作用した際の様子を示す説明図である。 本考案の実施の形態に係るピストン部材２０に燃焼圧力Ｐが作用した際の様子を示す説明図である。

次に、本考案を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

本実施の形態に係る内燃機関１は、図１に示すように、シリンダヘッド２と、当該シリンダヘッド２の上部に取り付けられたロッカーカバー４と、シリンダヘッド２の下部に取り付けられたシリンダブロック６と、当該シリンダブロック６の下部に取り付けられたアッパーオイルパン８と、当該アッパーオイルパン８の下部に取り付けられたロアオイルパン１０と、を備える。

シリンダブロック６には、図２に示すように、４つのシリンダボア６ａが直列に形成されている。各シリンダボア６ａには、本実施の形態に係るピストン部材２０が摺動可能に収容されている。ピストン部材２０は、図３および図４に示すように、ピストン本体２２と、当該ピストン本体２２をコンロッドＣＲに接続するためのピストンピン２４と、を備えている。

ピストン本体２２は、図５ないし図７に示すように、トップリング、セカンドリングおよびオイルリング（いずれも図示せず）が取り付けられる三つの環状溝２１ａ，２１ｂ，２１ｃが形成された円筒状の頭頂部２２ａと、当該頭頂部２２ａの軸線方向一端側に一体にされたスカート部２２ｂと、から構成されている。

スカート部２２ｂには、図７に示すように、略平面状に切り欠かれた一対の切欠部２３，２３が設けられており、ピストンピン２４を挿通するための挿通孔２５が一方の切欠部２３から他方の切欠部２３まで貫通形成されている。これにより、一対の切欠部２３，２３には、挿通孔２５が開口される。なお、スカート部２２ｂのうち一対の切欠部２３，２３以外の部分は、頭頂部２２ａの外形寸法と略同径の外径を有する円筒部の一部として構成されている。

一対の切欠部２３，２３のうち挿通孔２５の開口の頭頂部２２ａ側には、図５ないし図７に示すように、膨出部２６，２６が形成されている。ここで、一方の切欠部２３に設けられた膨出部２６の突出端面から他方の切欠部２３に設けられた膨出部２６の突出端面までの寸法は、頭頂部２２ａの外径寸法以下に設定されている（図７参照）。膨出部２６，２６は、図７および図８に示すように、挿通孔２５の一部を構成している。即ち、膨出部２６，２６によって挿通孔２５の軸線方向両端部分（以下、「挿通孔両端部２５ａ，２５ａ」という）が形成されている。

挿通孔両端部２５ａ，２５ａは、図６に示すように、挿通孔２５を軸線方向から見たときに当該挿通孔２５の上側（頭頂部２２ａ側）の略半分、即ち、中心角が略１８０°の半円形状となるように構成されている。

ピストンピン２４は、図９に示すように、側面視略Ｔ字状の中空円筒状に構成されている（図１０も参照）。即ち、ピストンピン２４は、図１０に示すように、中心軸線を通る水平面ＨＰを挟んで上側部分２８ａが中心軸線を通る水平面ＨＰを挟んで下側部分２８ｂよりも長い段付き円筒部材として構成されている。言い換えると、上側部分２８ａは、下側部分２８ｂよりも軸線方向両側に延長された延長部２９，２９を有しているとも言える。当該延長部２９，２９は、図１１に示すように、ピストンピン２４を軸線方向から見たときに当該ピストンピン２４の上側（図１１の上側）の略半分、即ち、中心角が略１８０°の半円筒形状となるように構成されている。ここで、上側部分２８ａの軸方向長さ、即ち、一方の延長部２９から他方の延長部２９までの長さは、ピストン本体２２の挿通孔２５の軸方向長さと略等しくなるよう構成されている。なお、各延長部２９，２９の軸方向長さは、各挿通孔両端部２５ａ，２５ａの軸方向と長さと略等しくなるように構成されている。

こうして構成されたピストン部材２０は、図３および図４に示すように、ピストン本体２２がピストンピン２４によってクランクシャフトＣＳに連結されたコンロッドＣＲに接続される。これにより、ピストン部材２０がシリンダブロック６のシリンダボア６ａ内を当該シリンダボア６ａの軸線方向に直線往復運動することによって、クランクシャフトＣＳが回転される。

次に、こうして構成された内燃機関１の運転に伴って発生する燃焼室ＣＣにおける燃焼圧力がピストン部材２０に作用する際の様子について説明する。内燃機関１が運転されると燃焼室ＣＣ（図２参照）内に空気と燃料の混合気が吸入され、当該混合気が点火されることによって燃焼室ＣＣ内で燃焼爆発が発生し、図１２および図１３に示すように、当該燃焼爆発による燃焼圧力Ｐがピストン部材２０の頭頂部２２ａの冠面２２ａ’に作用する。当該冠面２２ａ’に作用する燃焼圧力Ｐによってピストン部材２０は、シリンダボア６ａ内をクランクシャフトＣＳ側（図３および図４の下側）に向かって摺動する。これにより、クランクシャフトＣＳが回転され、当該クランクシャフトＣＳを介して動力が出力される。

ここで、冠面２２ａ’に作用する燃焼圧力Ｐによって、ピストン本体２２の挿通孔２５，２５とピストンピン２４との接触部、より詳細には、挿通孔２５の中心軸線を通る水平面ＨＰを挟んで上側半分の接触部には面圧が作用する。本考案の実施の形態に係るピストン部材２０では、膨出部２６，２６によって挿通孔２５が軸線方向に延長された挿通孔両端部２５ａ，２５ａを有するように構成されていると共に、当該挿通孔両端部２５ａ，２５ａに当接するようにピストンピン２４が軸線方向に延長された延長部２９，２９を有するように構成されているため、ピストン本体２２の挿通孔２５，２５とピストンピン２４との接触部に作用する面圧を低減することができる。これにより、ピストン本体２２の挿通孔２５，２５とピストンピン２４との接触部にスカッフィングが発生することを良好に防止できる。

しかも、膨出部２６，２６は、挿通孔２５の一部が構成されれば良い、より具体的には、挿通孔２５を軸線方向から見たときに当該挿通孔２５の上側（頭頂部２２ａ側）の略半分が構成されれば良いため、膨出部２６，２６を必要以上に大きく形成する必要がなく、ピストン部材２０の重量増加を抑制できる。

また、ピストンピン２４は、挿通孔両端部２５ａ，２５ａに当接する部分のみ、より具体的には、ピストンピン２４の中心軸線を通る水平面ＨＰを挟んで上側部分２８ａのみを下側部分２８ｂよりも軸線方向両側に延長するのみであるため、ピストンピン２４自体の重量増加を抑制できる。なお、ピストンピン２４が中空円筒状に構成されているため、ピストンピン２４自体の重量増加をより一層抑制できる。この結果、ピストン部材２０の重量増加をより一層抑制できる。

以上説明した本考案の実施の形態に係るピストン部材２０によれば、ピストン本体２２のスカート部２２ｂに一対の切欠部２３，２３を設け、当該一対の切欠部２３，２３に挿通孔２５の一部である挿通孔両端部２５ａ，２５ａを構成する膨出部２６，２６を設けると共に、当該挿通孔両端部２５ａ，２５ａに当接する延長部２９，２９をピストンピン２４に設ける構成であるため、燃焼圧力Ｐによって、ピストン本体２２の挿通孔２５，２５とピストンピン２４との接触部に作用する面圧を低減することができる。これにより、ピストン本体２２の挿通孔２５，２５とピストンピン２４との接触部にスカッフィングが発生することを良好に防止できる。

また、本考案の実施の形態に係るピストン部材２０によれば、膨出部２６，２６が挿通孔２５の上側（頭頂部２２ａ側）の略半分を構成するだけの大きさに形成されていると共に、ピストンピン２４が挿通孔両端部２５ａ，２５ａに当接する上側部分２８ａのみを下側部分２８ｂよりも軸線方向両側に延長するのみであるため、ピストン部材２０の重量増加を抑制できる。

本実施の形態では、膨出部２６，２６によって構成される挿通孔両端部２５ａ，２５ａを、挿通孔２５を軸線方向から見たときに中心角が略１８０°の半円形状となるように構成したが、これに限らない。例えば、挿通孔両端部２５ａ，２５ａは、挿通孔２５を軸線方向から見たときに中心角が１８０°未満の扇形形状となるように構成しても良い。

本実施の形態では、ピストンピン２４の延長部２９，２９を、ピストンピン２４を軸線方向から見たときに中心角が略１８０°の半円筒形状となるように構成したが、これに限らない。例えば、延長部２９，２９は、ピストンピン２４を軸線方向から見たときに中心角が１８０°未満の扇形円筒形状となるように構成ししても良い。

本実施の形態では、ピストンピン２４を中空円筒状に構成したが、ピストンピン２４は中実円柱状に構成しても良い。

本実施形態は、本考案を実施するための形態の一例を示すものである。したがって、本考案は、本実施形態の構成に限定されるものではない。

１ 内燃機関（内燃機関）
２ シリンダヘッド
４ ロッカーカバー
６ シリンダブロック（シリンダブロック）
６ａ シリンダボア（シリンダボア）
２０ ピストン部材（ピストン部材）
２１ａ 環状溝
２１ｂ 環状溝
２１ｃ 環状溝
２２ ピストン本体（ピストン本体）
２２ａ 頭頂部（頭頂部）
２２ａ’ 冠面
２２ｂ スカート部（スカート部）
２３ 切欠部（切欠部）
２４ ピストンピン
２５ 挿通孔（挿通孔）
２５ａ 挿通孔両端部
２６ 膨出部（膨出部）
２８ａ 上側部分
２８ｂ 下側部分
２９ 延長部（延長部）
ＣＲ コンロッド（コンロッド）
ＣＳ クランクシャフト
ＣＣ 燃焼室
ＨＰ 水平面

Claims (4)

1. ピストン本体と、該ピストン本体をコンロッドに接続するためのピストンピンと、を備え、シリンダボア内を往復摺動可能に構成されたピストン部材であって、
   前記ピストン本体は、シール部材が装着される円筒形状に構成された頭頂部と、該頭頂部の外径と略同径の外径を有するよう前記頭頂部の軸線方向一端部に一体に設けられたスカート部と、を有しており、
   前記スカート部には、略平面状に切り欠かれた一対の切欠部が設けられており、
   前記一対の切欠部には、前記ピストンピンを挿通するための挿通孔が開口されていると共に、該開口の前記頭頂部側に前記挿通孔の一部を構成する膨出部が設けられており、
   一方の前記切欠部に設けられた前記膨出部の突出端面から他方の前記切欠部に設けられた前記膨出部の突出端面までの寸法が、前記頭頂部の外径以下に設定されており、
   前記ピストンピンは、前記膨出部に設けられた前記挿通孔の一部に係合するよう延長された延長部を有している
   ピストン部材。
2. 前記膨出部により構成される前記挿通孔の一部は、前記挿通孔を軸線方向から見たときに該挿通孔の略半分となるよう構成されている
   請求項１に記載のピストン部材。
3. 前記ピストンピンは、中空に形成されている
   請求項１または２に記載のピストン部材。
4. シリンダボアを有するシリンダブロックと、
   前記シリンダボア内を往復摺動する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のピストン部材と、
   コンロッドを介して前記ピストン部材に連結されると共に、前記シリンダブロックに回転可能に支持されるクランクシャフトと、
   を備え、
   前記ピストン部材の往復運動を前記クランクシャフトの回転運動に変換することにより、動力を出力するよう構成された内燃機関。

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