JP4435198B2 - 内燃機関のピストン - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のピストンに係り、詳しくはピストン本体とピン支持部材とが別体に形成されたピストンに関する。

内燃機関のピストンは、ピストンのサイドウォール部に形成された一対のピン孔とコンロッドの小端部とがピストンピンにより連結されて構成されている。
そして、当該ピストンピンの抜けを防止する構造としては、ピストンピンをコンロッドの小端部に圧入することでピストンピンを固定する所謂圧入式と、各ピン孔の外側端部の内周に周方向の溝を形成しピストンピンを挿入後に当該溝にスナップリングを嵌め込むことでピストンピンの抜けを防止する所謂フルフローティング式等が存在する。

しかし、圧入式ではピストンピンとピン孔との摩擦が多く耐久性が低い等の問題があり、フルフローティング式では部品点数が多くなりコストが増加したり、スナップリングを嵌め込む溝を形成するためのスペース確保によりピストンの大型化や重量増加を招く等の問題がある。
また、近年では、ピストンの上死点近傍における２次運動抑制や膨張行程時におけるスラスト側のフリクションの低減、ピストンの設計における自由度の拡大等の目的から、ピストン本体とピストンピンを軸支するピン支持部材とを別体としピストンピンをピストンの頂面側に位置させた構成の内燃機関のピストンが開発されている。

例えば、頂面を有した円筒状のピストン本体内にピンボス部材（ピン支持部材)を固定した構成のピストンが開示されている（特許文献１参照）。
特許第３００８０７６号公報

上記特許文献１に開示された技術では、コンロッド小端部及びピンボス部材に形成された一対のピン嵌合孔（ピン孔）にピストンピンが挿入され、当該ピン嵌合孔の外側開口部がピストン本体のスカート部により塞がれることでピストンピンの抜けが防止されている。
しかしながら、当該特許文献１のような構成では、ピストン本体やピンボス部材の形状等が制限される上、スカート部の形状が大きくなりピストンの重量が増加するという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡易で軽量な構成で確実にピストンピンを軸支することできる内燃機関のピストンを提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関のピストンでは、内燃機関のシリンダ内をストロークするピストンであって、頂面を有した略円筒形状をなしたピストン本体と、ピストンピンの一端側及び他端側を別々に軸支するよう別体に構成され、それぞれ該ピストンピンの端部が挿入されたピン孔及び該ピン孔のピストンピン軸心方向外側端部の開口面積を縮小させた抜け止め部を有し、前記ピストン本体に締結手段により締結された一対のピン支持部材とを備えることを特徴としている。

請求項２の内燃機関のピストンでは、請求項１において、前記抜け止め部は、前記ピン孔の内周面から該ピン孔中心に向かって突出し、ピストンピン軸心方向でみて環状をなしていることを特徴としている。
請求項３の内燃機関のピストンでは、請求項１において、前記ピン支持部材のピストンピン軸心方向外側面はストローク方向上死点側から下死点側に向かうにつれピストンピン軸心方向内側に切り欠かれており、前記抜け止め部は、前記ピン支持部材のピストンピン軸心方向外側面に沿い且つ前記ピン孔の上死点側の範囲で前記ピン孔内周面からピン孔中心に向かって突出しピストンピン軸心方向でみて円弧状をなしていることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１及び請求項２の内燃機関のピストンによれば、ピストン本体とピン支持部材とを別体に構成し、さらに当該ピン支持部材をピストンピンの一端側及び他端側を別々に軸支するよう別体に構成している。
そして、ピン支持部材のピン孔にピストンピンの端部が挿入され、一対のピン支持部材で当該ピストンピンを挟み込むように軸支する構成としているため、ピストンピンをピン孔に貫通させることなく組み付けることが可能である。

これにより、従来のようにピストンピンをコンロッドに圧入したり、スナップリングを設けたり、ピストンの形状を制限することなく、ピン孔の外側端部に開口面積を縮小させた抜け止め部を形成しただけの簡易で軽量な構成でピストンピンの抜けを防止し、確実に当該ピストンピンを軸支することができる。
請求項３の内燃機関のピストンによれば、ピン支持部材の外側面を切り欠き、当該外側面に沿って抜け止め部をピン孔の上死点側のみに形成した構成であっても、ピン孔の開口面積を縮小させていることで十分にピストンピンの抜けを防止することができ、当該切り欠きによりピン支持部材の軽量化を図ることもできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１乃至図９を参照すると、図１には本発明に係る内燃機関のピストンの分解斜視図が、図２乃至図５にはピストン本体の斜視図、正面図、下面図、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図が、図６乃至図９にはピストンブラケットの斜視図、下面図、正面図、図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図がそれぞれ示されている。以下、これらの図に基づき説明する。

図１に示すように、ピストン１はコンロッド２を介して図示しない内燃機関のシリンダ内をストロークするピストンである。
当該ピストン１は、ピストン本体１０と、ピストンピン１２を軸支する一対のピストンブラケット１４、１４（ピン支持部材）とが別体に形成されている。そして、各ピストンブラケット１４、１４は、それぞれシム１６、１６、１６、１６を介装させつつ、ボルト１８、１８、１８、１８によりピストン本体１０内に締結されることで固定される。以下、当該ピストン１のストローク方向における上死点側を上側、下死点側を下側とし、当該上下方向に直交するピストンピン１２の軸方向をピン方向（ピストンピン軸心方向）、さらに上下方向且つピン方向に直行する方向をスラスト方向として説明する。なお、当該スラスト方向において、膨張行程時においてコンロッドとの角度に応じて生じるサイドフォースを受けてピストン本体１０がシリンダ壁面に押圧される側をスラスト側とし、逆側を反スラスト側とする。

図２乃至図５に示すように、ピストン本体１０は、頂面をなすクラウン部２０からリングランド部２２、スカート部２４ａ、２４ｂ及びサイドウォール部２６、２６が下方に延びた略円筒形状をなしている。
クラウン部２０は平面視円形状をなしており、当該クラウン部２０の周縁から下方に向け円筒状にリングランド部２２が延びている。

当該リングランド部２２の外周面には周方向に延びるトップリング溝３０、セカンドリング溝３２、及びオイル溝３４がそれぞれ所定の間隔を有して並設されている。なお、オイル溝３４の直下がリングランド部２２の下端をなしている。
当該トップリング溝３０、セカンドリング溝３２、及びオイル溝３４には図示しないトップコンプレッションリング、セカンドコンプレッションリング、及びオイルリングが配設される。また、オイル溝３４にはピストン本体１０の内側まで貫通したオイル孔３６が複数穿設されている。

スカート部２４ａ、２４ｂは、リングランド部２２のスラスト側及び反スラスト側の外周面から下方に延びて形成されている。
サイドウォール部２６、２６は、リングランド部２２のピン方向両側部分の下面から下方且つスラスト方向にスカート部２４ａ、２４ｂの周方向の側端部分と連接するように延びている。そして、当該サイドウォール部２６、２６は、スラスト方向中央部分においてリングランド部２２近傍から下方に向け拡大しつつ開口した形状をなしている。

つまり、当該サイドウォール部２６、２６は、スカート部２４ａ、２４ｂの周方向側端部分との連接部分からスラスト方向中央側に向かい上方に傾斜した連接部４０ａ、４０ａ、４０ｂ、４０ｂ及びスラスト方向中央部分において上下方向に所定の厚みを有してリングランド部２２の下端と平行をなす中央部４２、４２から形成されている。
また、クラウン部２０の裏面、即ちピストン本体内側上面５０には、スラスト側及び反スラスト側のピン方向両端位置のそれぞれに、下方に膨出した支持台部５２、５２、５２、５２が形成されている。詳しくは、図４に示すように、各支持台部５２、５２、５２、５２は、下面視におけるスカート部２４ａ、２４ｂとサイドウォール部２６、２６との境界部分に位置する四隅において、それぞれ内周面から中心側に膨出した形状をなしている。そして、各支持台部５２、５２、５２、５２の下面には上記ボルト１８が螺合可能な有底の螺合穴５４、５４、５４、５４がそれぞれ形成されている。

また、各支持台部５２、５２、５２、５２を除いたピストン本体内側上面５０は下面視十字形状をなしており、ピン方向の面においては水平面をなしている。
一方、図６乃至図９に示すように、ピストンブラケット１４は、ピストンピン１２の一端側を軸支するピン孔６０が穿設された主体部６２と、当該主体部６２からスラスト方向に延びる一対の支持腕部６４、６４とから構成されている。なお、図６乃至図９には一方のピストンブラケット１４のみが図示されているが、他方のピストンブラケット１４も同様の構成とする。

ピン孔６０は、ピン方向において内側から外側に向けピストンピン１２の端部が挿入可能に形成されており、外側端部には孔径が縮小した抜け止め部６０ａが形成されている。
詳しくは、当該抜け止め部６０ａは、ピン孔６０の孔径方向及びピン方向に僅かな厚さを有し主体部６２の外側面と連続してピン孔中心に向かって突出しており、ピン方向でみて環状をなしている。

主体部６２は、上面が水平面をなしており、下面はピン孔６０の形状に沿い滑らかに湾曲した形状をなしている。なお、当該主体部６２のスラスト方向長さは、上記ピストン本体内側上面５０のスラスト側の支持台部５２、５２と反スラスト側の支持台部５２、５２との間の間隔よりも小である。
支持腕部６４、６４は、主体部６２の両側面の下部から下面に沿ってスラスト方向両側に延びており、下面視においては先端に向かうにつれ外側面が内側面に近接するよう形成されている。また当該支持腕部６４、６４の端部には上記ボルト１８のねじ部１８ａが貫通可能に上下方向に貫通した貫通孔６６、６６が穿設されている。

また、シム１６、１６、１６、１６は、組み付け時に当該ピストンブラケット１４、１４の支持腕部６４、６４の上面及びピストン本体内側の支持台部５２、５２との間に介装される板部材である。
以下、上記のように構成されたピストン本体１０及びピストンブラケット１４、１４を組み付けた状態におけるピストン１の構成を説明する。

図１０乃至図１４を参照すると、ピストン組付状態時における斜視図、正面図、下面図、図１３のＣ−Ｃ線に沿う断面図が示されており、以下同図に基づき説明する。
ピストン組付状態においては、円筒状のピストンピン１２の端部がそれぞれピストンブラケット１４、１４のピン孔６０、６０に挿入されて軸支されている。なお、当該ピストンピン１２の中央部分はコンロッド２の小端部に軸支されており、当該コンロッド２を挟み込むようにピストンブラケット１４、１４は配設される。そして、当該ピストンピン１２の端面部は抜け止め部６０ａ、６０ａと当接しており、当該ピン孔６０、６０から貫通することを防止されている。

また、各ボルト１８、１８、１８、１８のねじ部１８ａ、１８ａ、１８ａ、１８ａが各ピストンブラケット１４、１４の貫通孔６６、６６、６６、６６を貫通しピストン本体１０の支持台部５２、５２、５２、５２の螺合穴５４、５４、５４、５４に螺合され、当該ボルト１８、１８、１８、１８の頭部１８ｂ、１８ｂ、１８ｂ、１８ｂとピストン本体１０の支持台部５２、５２、５２、５２とに挟まれて当該ピストンブラケット１４、１４はピストン本体１０に締結されている。

当該締結により、ピストン本体内側上面５０とピストンブラケット１４、１４の主体部６２、６２上面とが当接するとともに、ピストン本体１０の支持台部５２、５２、５２、５２とピストンブラケット１４、１４の支持腕部６４、６４、６４、６４とが当接することとなる。つまり、ピストンブラケット１４、１４はそれぞれ３点でピストン本体１０と当接している。

また、ピストンブラケット１４、１４の主体部６２、６２の支持腕部６４、６４、６４、６４より上側部分の側面は、近接するピストン本体１０の支持台部５２、５２、５２、５２とスラスト方向において所定の間隔を有している。
また、当該組付状態において、ピストンピン１２の軸中心はピストン１頂面の径中心よりスラスト方向にて僅かにスラスト側にオフセットされている。これにより、膨張行程時のピストン１に反スラスト側の力を発生させ、サイドフォースを低減させることができる。

以上のように、当該ピストン１は、ピストン本体１０とピストンブラケット１４、１４が別体に構成され、さらに当該ピストンブラケット１４、１４がピストンピン１２の一端側と他端側を別々に支持するよう別体に構成されている。
このように一対のピストンブラケット１４、１４によりピストンピンの両側を挟み込むように軸支する構成であることで、ピストンピン１２をピン孔６０、６０に貫通させることなく組み付けることが可能となる。

これにより、ピン孔６０、６０の外側端部に環状の抜け止め部６０ａ、６０ａを形成しただけの簡易で軽量な構成でピストンピンの抜けを防止し、確実に当該ピストンピンを軸支することができる。
ここで、上記実施形態におけるピストンブラケットの変形例を説明する。
図１５、１６を参照すると、ピストンブラケットの変形例における正面図、図１５のＤ−Ｄ線に沿う断面図が示されている。なお、図１５、１６には一方のピストンブラケット１４’のみが図示されているが、他方のピストンブラケット１４’も同様の構成とする。

当該図１５、１６に示すように、変形例におけるピストンブラケット１４’は、主体部６２’及び支持腕部６４’、６４’の外側面が抜け止め部６０ａ’の円周上の最上点位置から下側に向かうにつれて内側に切り欠かれた構成をなしている。
当該切り欠きにより、抜け止め部６０ａ’は下側に向かうにつれピン方向の厚みが縮小しており、ピン孔６０’の上半部分のみに形成されたピン方向でみて円弧状をなしている。

さらに、ピン孔６０’の外側端部の下半部分も僅かに切り欠かれている。
このように、ピストンブラケット１４’の外側面を切り欠き、抜け止め部６０ａ’をピン孔６０’の上半部分のみに形成した構成とした場合であっても、ピン孔６０’の開口面積を縮小させていることで十分にピストンピンの抜けを防止することができ、当該切り欠きによりピストンブラケット１４の軽量化を図ることもできる。

以上で本発明に係る内燃機関のピストンの実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では抜け止め部６０ａを環状とし、変形例において円弧状としているが、当該抜け止め部の構成はピストンピンが挿入されるピン孔の開口面積を縮小させた構成であればよく、上記形状に限られるものではない。

また、上記実施形態では、ピストン本体１０の支持台部５２、５２、５２、５２を４箇所に形成しているが、支持台部はこのような構成に限られるものではなく、例えば、上記スラスト側の支持台部間及び反スラスト側の支持台部間をピン方向に連結し一対の支持台部とした構成としても構わない。
また、上記実施形態では、ピストンピン１２はスラスト側にオフセットした構成であるが、特にこのようにオフセットした構成に限られるものではない。

本発明に係る内燃機関のピストンの分解斜視図である。 ピストン本体の斜視図である。 ピストン本体の正面図である。 ピストン本体の下面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 ピストンブラケットの斜視図である。 ピストンブラケットの下面図である。 ピストンブラケットの正面図である。 図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 ピストン組付状態における斜視図である。 ピストン組付状態における斜視図である。 ピストン組付状態における正面図である。 ピストン組付状態における下面図である。 図１３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 ピストンブラケットの変形例における正面図である。 図１５のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

符号の説明

１ ピストン
１０ ピストン本体
１２ ピストンピン
１４ ピストンブラケット（ピン支持部材）
１６ シム
１８ ボルト
２０ クラウン部
２２ リングランド部
２４ａ、２４ｂ スカート部
２６ サイドウォール部
６０、６０’ ピン孔
６０ａ、６０ａ’ 抜け止め部
６２、６２’ 主体部
６４、６４’ 支持腕部

Claims (3)

1. 内燃機関のシリンダ内をストロークするピストンであって、
   頂面を有した略円筒形状をなしたピストン本体と、
   ピストンピンの一端側及び他端側を別々に軸支するよう別体に構成され、それぞれ該ピストンピンの端部が挿入されたピン孔及び該ピン孔のピストンピン軸心方向外側端部の開口面積を縮小させた抜け止め部を有し、前記ピストン本体に締結手段により締結された一対のピン支持部材と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のピストン。
2. 前記抜け止め部は、前記ピン孔の内周面から該ピン孔中心に向かって突出し、ピストンピン軸心方向でみて環状をなしていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のピストン。
3. 前記ピン支持部材のピストンピン軸心方向外側面は、ストローク方向上死点側から下死点側に向かうにつれピストンピン軸心方向内側に切り欠かれており、
   前記抜け止め部は、前記ピン支持部材のピストンピン軸心方向外側面に沿い且つ前記ピン孔の上死点側の範囲で前記ピン孔内周面からピン孔中心に向かって突出し、ピストンピン軸心方向でみて円弧状をなしていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のピストン。

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