JP3277657B2 - 内燃機関のピストン - Google Patents
内燃機関のピストンInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のピストン、
特にピストンヘッドに燃焼室の一部を構成するキャビテ
ィを有する内燃機関のピストンに関する。
特にピストンヘッドに燃焼室の一部を構成するキャビテ
ィを有する内燃機関のピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関、例えばディーゼルエンジン、
においては、ピストンヘッドに略円形の断面を持つ、あ
るいは、球形のキャビティを設け、燃焼室の一部を構成
することが行われている（例えば、実開平２−１４４２
３号公報参照）。図４は、そのような技術の一つである
スキッシュリップ付き燃焼室を有するピストン構造の一
例を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図および側面のＢ−
Ｂ断面図であり、図中、１はピストンヘッド、２はキャ
ビティ、３はピンボス、４はピン穴、５はリングランド
および溝、６はスカート部、７は拘束部材ストラットで
ある。
においては、ピストンヘッドに略円形の断面を持つ、あ
るいは、球形のキャビティを設け、燃焼室の一部を構成
することが行われている（例えば、実開平２−１４４２
３号公報参照）。図４は、そのような技術の一つである
スキッシュリップ付き燃焼室を有するピストン構造の一
例を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図および側面のＢ−
Ｂ断面図であり、図中、１はピストンヘッド、２はキャ
ビティ、３はピンボス、４はピン穴、５はリングランド
および溝、６はスカート部、７は拘束部材ストラットで
ある。
【０００３】キャビティ２は、ピストンヘッド１の上面
内方に椀状に切り込むように形成されており、キャビテ
ィ開口部２ａはキャビティ２の最大径部よりもピストン
中央部に向けて突き出して、圧縮時に混合気にスキッシ
ュを効果的に発生させるためのスキッシュリップを構成
している。通常、このキャビティ２は、断面が略真円形
の椀状をしており、開口部すなわちリップ部２ａの直径
（あるいは内径）Ｄ1と最大径部の直径（あるいは外
径）Ｄ2 との比率をリエンドランド率とし、突き出し量
をＰとすれば、リエンドランド率あるいは突き出し量Ｐ
が全方向において一定とされている。すなわち、キャビ
ティ２は、内燃機関の不作動時においては、歪みのない
椀形状となるように形成されている。
内方に椀状に切り込むように形成されており、キャビテ
ィ開口部２ａはキャビティ２の最大径部よりもピストン
中央部に向けて突き出して、圧縮時に混合気にスキッシ
ュを効果的に発生させるためのスキッシュリップを構成
している。通常、このキャビティ２は、断面が略真円形
の椀状をしており、開口部すなわちリップ部２ａの直径
（あるいは内径）Ｄ1と最大径部の直径（あるいは外
径）Ｄ2 との比率をリエンドランド率とし、突き出し量
をＰとすれば、リエンドランド率あるいは突き出し量Ｐ
が全方向において一定とされている。すなわち、キャビ
ティ２は、内燃機関の不作動時においては、歪みのない
椀形状となるように形成されている。
【０００４】スカート部６は、ピストンの姿勢を規制す
るために設けられているが、燃焼熱により熱膨張する
と、摩擦が増える。特に、ピストン材料のアルミ合金は
熱膨張率が比較的大きく、その抑制は重要である。拘束
部材ストラット７は、スカート部６に鋳込みにより埋め
込まれている環状の鋼板であり、スカート部６の歪みや
熱膨張を抑制し、剛性を増大させる。図５は、拘束部材
ストラット７の一例の外観を示す斜視図であり、ピスト
ンのスカート部６に埋め込まれる環状ベルト部分７１と
ピストンピン軸受け部に対応するピン穴を有する平面部
分７２とから構成されている。
るために設けられているが、燃焼熱により熱膨張する
と、摩擦が増える。特に、ピストン材料のアルミ合金は
熱膨張率が比較的大きく、その抑制は重要である。拘束
部材ストラット７は、スカート部６に鋳込みにより埋め
込まれている環状の鋼板であり、スカート部６の歪みや
熱膨張を抑制し、剛性を増大させる。図５は、拘束部材
ストラット７の一例の外観を示す斜視図であり、ピスト
ンのスカート部６に埋め込まれる環状ベルト部分７１と
ピストンピン軸受け部に対応するピン穴を有する平面部
分７２とから構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関の
ピストンは、燃焼時の強力な爆発ガス圧を受けて、変形
を繰り返している。図６は、上述したスキッシュリップ
付き燃焼室を有するピストンの変形とピストン内部に生
じる応力を説明するための説明図である。ピストンはピ
ストンピンにより支持されているために、ガス圧により
下方の力を受けると、図示されているように、ピン方向
部位において引張応力、ピン方向に垂直なスラストおよ
び反スラスト方向部位において圧縮応力がかかり、誇張
して図示されているように、ピストンヘッド１の上部が
スラストおよび反スラスト方向に拡大しつつ、下方に歪
むこととなり、これに応じて、キャビティ２の形状も変
形し、したがって、燃焼時には、燃焼室の開口部直径Ｄ
1 はピン方向が短径、スラスト方向が長径の楕円形状に
なることとなる。
ピストンは、燃焼時の強力な爆発ガス圧を受けて、変形
を繰り返している。図６は、上述したスキッシュリップ
付き燃焼室を有するピストンの変形とピストン内部に生
じる応力を説明するための説明図である。ピストンはピ
ストンピンにより支持されているために、ガス圧により
下方の力を受けると、図示されているように、ピン方向
部位において引張応力、ピン方向に垂直なスラストおよ
び反スラスト方向部位において圧縮応力がかかり、誇張
して図示されているように、ピストンヘッド１の上部が
スラストおよび反スラスト方向に拡大しつつ、下方に歪
むこととなり、これに応じて、キャビティ２の形状も変
形し、したがって、燃焼時には、燃焼室の開口部直径Ｄ
1 はピン方向が短径、スラスト方向が長径の楕円形状に
なることとなる。
【０００６】更に、この場合、ピン方向部位は、ピスト
ンの作動時にピストンピンとの摩擦により生じた摩擦熱
がピンボス３の熱容量によって蓄積されることから、温
度が高くなり、そのために、ピン方向のリップ部２ａは
スラスト方向のものより変形が大きくなる。すなわち、
燃焼時には、ピン方向に比較して、スラストおよび反ス
ラスト方向の突き出し量Ｐが少なくなるので、不均等な
燃焼室となって目的とする燃焼室形状にならず、燃焼悪
化を招くという問題がある。また、上記した熱および機
械的応力により、キャビティ２のリップ部２ａに亀裂が
生じる恐れがあった。
ンの作動時にピストンピンとの摩擦により生じた摩擦熱
がピンボス３の熱容量によって蓄積されることから、温
度が高くなり、そのために、ピン方向のリップ部２ａは
スラスト方向のものより変形が大きくなる。すなわち、
燃焼時には、ピン方向に比較して、スラストおよび反ス
ラスト方向の突き出し量Ｐが少なくなるので、不均等な
燃焼室となって目的とする燃焼室形状にならず、燃焼悪
化を招くという問題がある。また、上記した熱および機
械的応力により、キャビティ２のリップ部２ａに亀裂が
生じる恐れがあった。
【０００７】そこで、本発明は、機関の作動時に最適な
燃焼室を形成することのできるキャビティを有する内燃
機関のピストンを提供することを目的とする。具体的に
は、本発明は、機関の作動時に最適な形状となるように
決定された開口形状を持つキャビティを有する内燃機関
のピストンを提供することを目的とする。
燃焼室を形成することのできるキャビティを有する内燃
機関のピストンを提供することを目的とする。具体的に
は、本発明は、機関の作動時に最適な形状となるように
決定された開口形状を持つキャビティを有する内燃機関
のピストンを提供することを目的とする。
【０００８】また、本発明は、機関の作動時に最適な燃
焼室を形成するように補強されたキャビティを有する内
燃機関のピストンを提供することを目的とする。
焼室を形成するように補強されたキャビティを有する内
燃機関のピストンを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による内燃機関の
ピストンは、ピストン頂面に開口して設けられ、機関の
運転時に燃焼室の一部を形成するキャビティを有する内
燃機関のピストンにおいて、上記キャビティは開口周縁
にリップ部を有しており、上記リップ部内径が、非運転
時においてピストンピンの方向に大きく、かつ、該ピス
トンピンに垂直な方向に小さく形成され、運転時におい
て上記ピストンピンの方向と該ピストンピンに垂直な方
向とに均等な寸法となるように形成されることを特徴と
する。
ピストンは、ピストン頂面に開口して設けられ、機関の
運転時に燃焼室の一部を形成するキャビティを有する内
燃機関のピストンにおいて、上記キャビティは開口周縁
にリップ部を有しており、上記リップ部内径が、非運転
時においてピストンピンの方向に大きく、かつ、該ピス
トンピンに垂直な方向に小さく形成され、運転時におい
て上記ピストンピンの方向と該ピストンピンに垂直な方
向とに均等な寸法となるように形成されることを特徴と
する。
【００１０】また、本発明による内燃機関のピストン
は、ピストン頂面に開口して設けられ、機関の運転時に
燃焼室の一部を形成するキャビティを有する内燃機関の
ピストンにおいて、上記キャビティは開口周縁にリップ
部を有しており、上記ピストンのスカート部から上記キ
ャビティのリップ部まで延在するように設けられた拘束
部材ストラットを更に備えた、ことを特徴とする。
は、ピストン頂面に開口して設けられ、機関の運転時に
燃焼室の一部を形成するキャビティを有する内燃機関の
ピストンにおいて、上記キャビティは開口周縁にリップ
部を有しており、上記ピストンのスカート部から上記キ
ャビティのリップ部まで延在するように設けられた拘束
部材ストラットを更に備えた、ことを特徴とする。
【００１１】
【作用】上記した構成によれば、機関の運転時すなわち
燃焼時に、ピストンが受ける変形および熱膨張がピスト
ンピン軸方向とスラスト方向とで異なるにもかかわら
ず、予めそれを見込んでキャビティの開口周縁のリップ
部形状を設計することにより、あるいは、ピストンのス
カート部からキャビティのリップ部まで延在するように
拘束部材ストラットを設けてリップ部を補強して変形を
少なくすることにより、キャビティ、したがって、燃焼
室を所定の形状となるようにすることができる。
燃焼時に、ピストンが受ける変形および熱膨張がピスト
ンピン軸方向とスラスト方向とで異なるにもかかわら
ず、予めそれを見込んでキャビティの開口周縁のリップ
部形状を設計することにより、あるいは、ピストンのス
カート部からキャビティのリップ部まで延在するように
拘束部材ストラットを設けてリップ部を補強して変形を
少なくすることにより、キャビティ、したがって、燃焼
室を所定の形状となるようにすることができる。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明による内燃機関のピストンの
第１の実施例の構造を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図
および側面のＢ−Ｂ断面図であり、図中、前述した図４
におけると同様に、１はピストンヘッド、２はキャビテ
ィ、３はピンボス、４はピン穴、５はリングランドおよ
び溝、６はスカート部である。なお、拘束部材ストラッ
トは特に図示していないが、通常のものでよい。本実施
例においては、キャビティ２の上述した燃焼時の変形を
考慮して、キャビティ２のリエンドランド率をピン方向
とスラスト方向とで異ならせておく。すなわち、図示さ
れているように、キャビティ２の開口形状が、ピン方向
が長径Ｄ1 、スラスト方向が短径Ｄ1’となる楕円形状
に形成される。換言すれば、ピン方向の突き出し量をＰ
2 、スラスト方向の突き出し量をＰ1 として、機関の不
動作時にＰ1 ＞Ｐ2 であり、燃焼時にＰ1 ≒Ｐ2 となる
ようにキャビティ２の形状を設計する。
第１の実施例の構造を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図
および側面のＢ−Ｂ断面図であり、図中、前述した図４
におけると同様に、１はピストンヘッド、２はキャビテ
ィ、３はピンボス、４はピン穴、５はリングランドおよ
び溝、６はスカート部である。なお、拘束部材ストラッ
トは特に図示していないが、通常のものでよい。本実施
例においては、キャビティ２の上述した燃焼時の変形を
考慮して、キャビティ２のリエンドランド率をピン方向
とスラスト方向とで異ならせておく。すなわち、図示さ
れているように、キャビティ２の開口形状が、ピン方向
が長径Ｄ1 、スラスト方向が短径Ｄ1’となる楕円形状
に形成される。換言すれば、ピン方向の突き出し量をＰ
2 、スラスト方向の突き出し量をＰ1 として、機関の不
動作時にＰ1 ＞Ｐ2 であり、燃焼時にＰ1 ≒Ｐ2 となる
ようにキャビティ２の形状を設計する。
【００１３】本実施例によれば、燃焼時にリップ部の突
き出し量Ｐが各方向で均等となることから、ピストンの
熱分布が均等になり、ピストンの熱バランスが良好とな
り、その結果、機関の燃焼性および信頼性が向上する。
また、ピストンヘッドの頂面およびランド部のクリアラ
ンスを均等にすることができるので、無駄な容積を減少
することができる。更に、熱分布が均等になることか
ら、ピストンの姿勢が改善され、摩擦を低減することが
できる。加えて、リップ部が燃焼時に均等な形状となる
ことから、リップ部の強度を増す結果となる。
き出し量Ｐが各方向で均等となることから、ピストンの
熱分布が均等になり、ピストンの熱バランスが良好とな
り、その結果、機関の燃焼性および信頼性が向上する。
また、ピストンヘッドの頂面およびランド部のクリアラ
ンスを均等にすることができるので、無駄な容積を減少
することができる。更に、熱分布が均等になることか
ら、ピストンの姿勢が改善され、摩擦を低減することが
できる。加えて、リップ部が燃焼時に均等な形状となる
ことから、リップ部の強度を増す結果となる。
【００１４】図２は、本発明による内燃機関のピストン
の第２の実施例の構造を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面
図および側面のＢ−Ｂ断面図である。本実施例において
は、ピストンヘッド１、キャビティ２、ピンボス３、リ
ングランドおよび溝５、スカート部６等のピストンの形
状および構造は、図４に示されている従来のものと同等
であるが、拘束部材ストラット７’が、スカート部６の
みでなく、ピストンヘッド１、特に、キャビティ２の周
囲をも補強することができるように、ピストンヘッド頂
部まで延在するように連続して埋め込まれている。
の第２の実施例の構造を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面
図および側面のＢ−Ｂ断面図である。本実施例において
は、ピストンヘッド１、キャビティ２、ピンボス３、リ
ングランドおよび溝５、スカート部６等のピストンの形
状および構造は、図４に示されている従来のものと同等
であるが、拘束部材ストラット７’が、スカート部６の
みでなく、ピストンヘッド１、特に、キャビティ２の周
囲をも補強することができるように、ピストンヘッド頂
部まで延在するように連続して埋め込まれている。
【００１５】図３は、本発明による内燃機関のピストン
に用いられる拘束部材ストラット７’の一例の外観を示
す斜視図である。この拘束部材ストラット７’は、ピス
トンピン軸受け部に対応するピン穴を有する平面部分７
２’を有し、ピストンのスカート部６に埋め込まれる環
状壁部分７１’と、それに連続して形成され、ピストン
のキャビティ２の周囲に埋め込まれ、そのリップ部２ａ
付近に対向する端縁穴を有する円錐状部分７３とから構
成されている。
に用いられる拘束部材ストラット７’の一例の外観を示
す斜視図である。この拘束部材ストラット７’は、ピス
トンピン軸受け部に対応するピン穴を有する平面部分７
２’を有し、ピストンのスカート部６に埋め込まれる環
状壁部分７１’と、それに連続して形成され、ピストン
のキャビティ２の周囲に埋め込まれ、そのリップ部２ａ
付近に対向する端縁穴を有する円錐状部分７３とから構
成されている。
【００１６】本実施例によれば、ストラット７’が、ス
カート部６およびピンボス３の上部からリップ部２ａ付
近にまで延長して、鋳込まれているので、スカート部６
の補強に加えて、上述した燃焼時にキャビティ２のリッ
プ部２ａが受ける機械的応力を緩和させることができ
る。このように、リップ部の剛性がストラットにより増
強されることとなり、これにより、燃焼時の爆発圧力に
よる変形を考慮することなく、非運転時のキャビティ開
口形状を決定することができる。
カート部６およびピンボス３の上部からリップ部２ａ付
近にまで延長して、鋳込まれているので、スカート部６
の補強に加えて、上述した燃焼時にキャビティ２のリッ
プ部２ａが受ける機械的応力を緩和させることができ
る。このように、リップ部の剛性がストラットにより増
強されることとなり、これにより、燃焼時の爆発圧力に
よる変形を考慮することなく、非運転時のキャビティ開
口形状を決定することができる。
【００１７】また、本実施例によれば、ピストンの変形
が抑制され、ピストンの姿勢が改善されるので、摩擦が
低減し、機関の燃費が改善され、加えて、ピストンのフ
ラップ音が減少し、オイル消費が減少するという効果も
奏することができる。更に、燃焼室が鋼板によるストラ
ットによって包囲されているので、断熱作用が生じて、
燃焼を改善することができ、かつ、ピストンリングおよ
びランドへの放熱が少なくなることから、リングの位置
を上げ、ランドのクリアランスを詰めることができ、結
果として、クレビスボリュームを減少して、ＨＣの低減
および機関性能の改善をもたらすことができるという副
次的効果もある。
が抑制され、ピストンの姿勢が改善されるので、摩擦が
低減し、機関の燃費が改善され、加えて、ピストンのフ
ラップ音が減少し、オイル消費が減少するという効果も
奏することができる。更に、燃焼室が鋼板によるストラ
ットによって包囲されているので、断熱作用が生じて、
燃焼を改善することができ、かつ、ピストンリングおよ
びランドへの放熱が少なくなることから、リングの位置
を上げ、ランドのクリアランスを詰めることができ、結
果として、クレビスボリュームを減少して、ＨＣの低減
および機関性能の改善をもたらすことができるという副
次的効果もある。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による内燃
機関のピストンによれば、燃焼時にピストンが受ける変
形および熱膨張がピストンピン軸方向とスラスト方向と
で異なるにもかかわらず、燃焼時すなわち機関運転時に
はキャビティ、したがって、燃焼室を所定の形状となる
ようにすることができ、それにより、機関の設計を容易
とするとともに、燃焼を改善し、高効率かつ長寿命の内
燃機関を得ることができる。
機関のピストンによれば、燃焼時にピストンが受ける変
形および熱膨張がピストンピン軸方向とスラスト方向と
で異なるにもかかわらず、燃焼時すなわち機関運転時に
はキャビティ、したがって、燃焼室を所定の形状となる
ようにすることができ、それにより、機関の設計を容易
とするとともに、燃焼を改善し、高効率かつ長寿命の内
燃機関を得ることができる。
【図１】本発明による内燃機関のピストンの第１の実施
例の構造を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図および側面
のＢ−Ｂ断面図である。
例の構造を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図および側面
のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】本発明による内燃機関のピストンの第２の実施
例の構造を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図および側面
のＢ−Ｂ断面図である。
例の構造を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図および側面
のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明による内燃機関のピストンに用いられる
拘束部材ストラットの一例の外観を示す斜視図である。
拘束部材ストラットの一例の外観を示す斜視図である。
【図４】スキッシュリップ付き燃焼室を有するピストン
構造の一例を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図および側
面のＢ−Ｂ断面図である。
構造の一例を示す平面図、正面のＡ−Ａ断面図および側
面のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】拘束部材ストラットの一例の外観を示す斜視図
である。
である。
【図６】スキッシュリップ付き燃焼室を有するピストン
の変形とピストン内部に生じる応力を説明するための説
明図である。
の変形とピストン内部に生じる応力を説明するための説
明図である。
１…ピストンヘッド ２…キャビティ ２ａ…リップ部 ３…ピンボス ４…ピン穴 ５…リングランドおよび溝 ６…スカート部 ７，７’…拘束部材ストラット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02F 3/26 F02B 23/06 F02F 3/00 301 F02F 3/04
Claims (2)
- 【請求項１】 ピストン頂面に開口して設けられ、機関
の運転時に燃焼室の一部を形成するキャビティを有する
内燃機関のピストンにおいて、上記キャビティは開口周縁にリップ部を有しており、 上記リップ部内径が、 非運転時においてピストンピンの方向に大きく、かつ、
該ピストンピンに垂直な方向に小さく形成され、運転時において上記ピストンピンの方向と該ピストンピ
ンに垂直な方向とに均等な寸法となるように形成され
る、 ことを特徴とする内燃機関のピストン。 - 【請求項２】 ピストン頂面に開口して設けられ、機関
の運転時に燃焼室の一部を形成するキャビティを有する
内燃機関のピストンにおいて、 上記キャビティは開口周縁にリップ部を有しており、 上記ピストンのスカート部から上記キャビティのリップ
部まで延在するように設けられた拘束部材ストラットを
更に備えた、ことを特徴とする内燃機関のピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33448193A JP3277657B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33448193A JP3277657B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 内燃機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07189806A JPH07189806A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3277657B2 true JP3277657B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=18277880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33448193A Expired - Fee Related JP3277657B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3277657B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014088863A (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-15 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33448193A patent/JP3277657B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07189806A (ja) | 1995-07-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |