JP5513899B2 - 内燃機関用ピストンおよびそれを備えた内燃機関ならびに鞍乗型車両 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用ピストンに関し、特に、マグネシウム合金から形成された内燃機関用ピストンに関する。また、本発明は、そのような内燃機関用ピストンを備えた内燃機関および鞍乗型車両にも関する。

内燃機関において、コンロッドやピストン、リフタ、バルブ等の往復運動する部品を軽量化すると、フリクションロスの低減や燃費の向上などの効果が得られる。特に、ピストンを軽量化すると、その効果が大きい。

ピストンの軽量化を実現するための材料として、現在、アルミニウム合金が広く用いられている。近年では、さらなる軽量化を実現するために、ピストンの材料としてマグネシウム合金を用いることが提案されている（例えば特許文献１）。マグネシウム合金の比重は、アルミニウム合金の比重の約２／３であるので、アルミニウム合金に代えてマグネシウム合金を用いることにより、いっそうの軽量化を図ることができる。

特開２００７−２３９５０９号公報

しかしながら、マグネシウム合金のヤング率は、アルミニウム合金のヤング率の６０％程度であるので、マグネシウム合金は、荷重が印加されたときにアルミニウム合金よりも弾性変形し易い。従って、ピストンの材料としてマグネシウム合金を用いると、内燃機関の運転時に、爆発圧力によるピストンの弾性変形量が大きくなる。具体的には、ピストンヘッド（より具体的には燃焼室に面するピストン頂部）やピストンスカートの曲げ変形量が大きくなる。そのため、側圧（シリンダ内周面が受ける圧力）が増加する。言い換えると、燃焼行程においてピストンがシリンダの内周面を横方向に押す力が増加する。これは、フリクションの増加を招いてしまう。フリクションの増加は、内燃機関の出力の低下の原因となる。

このように、マグネシウム合金をピストンの材料として用いると、ピストンの剛性が不足し、フリクションが増加してしまう。そして、マグネシウム合金製のピストンにおいて十分に高い剛性を実現するための最適な構造は未だ見出されていない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マグネシウム合金製の内燃機関用ピストンの剛性を最適化し、内燃機関の運転時のフリクションを低減させることにある。

本発明による内燃機関用ピストンは、マグネシウム合金から形成された内燃機関用ピストンであって、ピストン頂部と、前記ピストン頂部の外周から下方に延び、ピストンリングを保持するリング溝が外周面に形成されたリング溝形成部とを含むピストンヘッドと、前記ピストン頂部の裏側に設けられ、ピストンピンが挿入されるピストンピン孔が形成された一対のピストンピンボスと、前記リング溝形成部の一部から下方に延びるピストンスカートと、前記ピストン頂部から下方に延び、前記一対のピストンピンボスと前記ピストンスカートとを連結する複数の第１連結壁と、前記ピストン頂部から下方に延び、前記複数の第１連結壁同士を連結する第２連結壁と、前記ピストン頂部から下方に延び、前記第２連結壁と、前記リング溝形成部の内周面および前記ピストンスカートの内周面のうちの前記ピストンスカートの下端よりも上側の部分とを連結する連結リブと、を備える。

ある好適な実施形態において、前記ピストンスカートの下端から所定の高さまでの部分は、実質的に一定の厚さを有する等厚部であり、前記連結リブは、前記第２連結壁と、前記リング溝形成部の内周面および前記ピストンスカートの内周面のうちの前記等厚部よりも上側の部分と、を連結する。

ある好適な実施形態において、前記連結リブの前記ピストン頂部からの高さは、前記ピストンスカート側において、前記第２連結壁側においてよりも小さい。

ある好適な実施形態において、前記第２連結壁は、屈曲している。

ある好適な実施形態において、前記複数の第１連結壁は、２つの第１連結壁であり、前記２つの第１連結壁の一方と前記ピストンスカートとの結合部と、前記ピストンスカートと前記連結リブとの結合部とを含む平面を第１平面とし、前記２つの第１連結壁の他方と前記ピストンスカートとの結合部と、前記ピストンスカートと前記連結リブとの結合部とを含む平面を第２平面としたとき、屈曲している前記第２連結壁がなす２つの角のうちの小さい方の角は、前記第１平面と前記第２平面とがなす２つの角のうちの小さい方の角よりも小さい。

ある好適な実施形態において、屈曲している前記第２連結壁がなす２つの角のうちの小さい方の角は、６０°以上１２０°以下である。

ある好適な実施形態において、前記第２連結壁は、湾曲している。

ある好適な実施形態において、前記第２連結壁は、前記ピストンスカートの曲率よりも大きな曲率で湾曲している。

ある好適な実施形態において、本発明による内燃機関用ピストンは、前記リング溝形成部、前記連結リブおよび前記第２連結壁を貫通する貫通孔が形成されている。

ある好適な実施形態において、前記複数の第１連結壁と前記第２連結壁との結合部は、前記ピストンの中心軸を中心とする円であって前記ピストンヘッドの半径の半分を半径とする円の内側に位置する。

本発明による内燃機関は、上記構成を有する内燃機関用ピストンを備える。

本発明による鞍乗型車両は、上記構成を有する内燃機関を備える。

本発明による内燃機関用ピストンは、マグネシウム合金から形成されており、ピストン頂部から下方に延びる複数の第１連結壁と第２連結壁とを備える。複数の第１連結壁は、一対のピストンピンボスとピストンスカートとを連結する。これに対し、第２連結壁は、複数の第１連結壁同士を連結する。ピストン頂部から延びる複数の第１連結壁および第２連結壁が設けられていることにより、ピストン頂部の剛性が向上する。また、複数の第１連結壁によってピストンスカートが一対のピストンピンボスに連結されていることにより、ピストンスカートの剛性が向上する。本発明による内燃機関用ピストンは、さらに、ピストン頂部から下方に延びる連結リブを備える。この連結リブは、第２連結壁と、リング溝形成部の内周面およびピストンスカートの内周面のうちのピストンスカートの下端よりも上側の部分とを連結する。このような連結リブが設けられていることにより、ピストン頂部およびピストンスカートの剛性がさらに向上する。このように、本発明による内燃機関用ピストンは、マグネシウム合金から形成されているにも関らず剛性に優れるので、爆発圧力を受けたときの弾性変形量を小さくすることができる。具体的には、ピストン頂部およびピストンスカートの曲げ変形量を小さくすることができる。そのため、内燃機関の運転時のフリクションが低減される。なお、連結リブによってピストンスカートがその高さ方向の全体にわたって第２連結壁と連結されていると、ピストンスカートの剛性が過度に高くなりすぎることがあり、そのことによってピストンスカートの面圧が高くなってフリクションが増加することがある。しかしながら、本発明による内燃機関用ピストンでは、連結リブは、リング溝形成部の内周面およびピストンスカートの内周面のうちのピストンスカートの下端よりも上側の部分を第２連結壁と連結するので、そのような問題が発生することもない。

典型的には、ピストンスカートの下端から所定の高さまでの部分は、実質的に一定の厚さを有する等厚部である。ピストンスカートの剛性が過度に高くなることを抑制する観点からは、ピストンスカートの等厚部は、第２連結壁に連結されていないことが好ましい。つまり、連結リブは、第２連結壁と、リング溝形成部の内周面およびピストンスカートの内周面のうちの等厚部よりも上側の部分とを連結することが好ましい。

連結リブのピストン頂部からの高さは、ピストンスカート側において、第２連結壁側においてよりも小さいことが好ましい。

第２連結壁は、屈曲していることが好ましい。第２連結部が屈曲していると、ピストン頂部の剛性をいっそう高くすることができる。

ピストン頂部の剛性を高くする観点からは、第２連結部は、ある程度大きく屈曲していることがさらに好ましい。具体的には、２つの第１連結壁の一方とピストンスカートとの結合部と、ピストンスカートと連結リブとの結合部とを含む平面を第１平面とし、２つの第１連結壁の他方とピストンスカートとの結合部と、ピストンスカートと連結リブとの結合部とを含む平面を第２平面としたとき、第２連結壁は、第１平面と第２平面とがなす劣角よりも小さな劣角をなすように屈曲していることが好ましい。つまり、屈曲している第２連結壁がなす２つの角のうちの小さい方の角は、第１平面と第２平面とがなす２つの角のうちの小さい方の角よりも小さいことが好ましい。

ピストン頂部の剛性を十分に高くする観点からは、第２連結壁は、具体的には、１２０°以下の劣角をなすように屈曲していることが好ましい。ただし、第２連結壁がなす劣角があまりに小さいと、第２連結壁の屈曲部の位置がピストンの径方向における外側にずれることによる剛性の低下が発生することがある。そのような剛性の低下を抑制するためには、第２連結壁がなす劣角は、６０°以上であることが好ましい。このように、第２連結壁がなす劣角は、６０°以上１２０°以下であることが好ましい。つまり、屈曲している第２連結壁がなす２つの角のうちの小さい方の角は、６０°以上１２０°以下であることが好ましい。

また、第２連結壁は、湾曲していてもよい。第２連結部が湾曲していることによっても、ピストン頂部の剛性をいっそう高くすることができる。

ピストン頂部の剛性を高くする観点からは、第２連結部は、ある程度大きく湾曲していることがさらに好ましい。具体的には、第２連結壁は、ピストンスカートの曲率よりも大きな曲率で湾曲していることが好ましい。

また、本発明による内燃機関用ピストンは、リング溝形成部、連結リブおよび第２連結壁を貫通する貫通孔が形成されていることが好ましい。このような貫通孔が形成されていることにより、潤滑油をコンロッドの小端部（ピストンピンに接続されている）に供給することができるので、ピストンピンとコンロッドとのフリクションをいっそう低下させることができる。

ピストン頂部の剛性を効果的に高くするためには、複数の第１連結壁と第２連結壁との結合部は、ピストンの中心軸を中心とする円であってピストンヘッドの半径の半分を半径とする円の内側に位置することが好ましい。

本発明によるピストンは、マグネシウム合金から形成されているにも関らず優れた剛性を有するので、自動二輪車をはじめとする各種鞍乗型車両の内燃機関に好適に用いられる。

本発明によると、マグネシウム合金製の内燃機関用ピストンの剛性を最適化することができる。具体的には、ピストン頂部（天井部）の剛性を向上させ、かつ、ピストンスカートの剛性が過度に高くなることを抑制できる。そのため、内燃機関の運転時のフリクションを低減させることができる。

（ａ）および（ｂ）は、本発明の好適な実施形態におけるピストン１を模式的に示す側面図である。 本発明の好適な実施形態におけるピストン１を模式的に示す図であり、ピストン１を下方から見た平面図である。 本発明の好適な実施形態におけるピストン１を模式的に示す断面図であり、図２中の３Ａ−３Ａ’線に沿った断面図である。 連結リブによってピストンスカートが高さ方向の全体にわたって第２連結壁に連結されたピストン１Ａを模式的に示す断面図である。 爆発圧力によって変形したピストンを模式的に示す図である。 従来のアルミニウム合金製ピストン１Ｂを模式的に示す図であり、ピストン１Ｂを下方から見た平面図である。 実施例、比較例１および比較例２のピストンについて、ピストン頂部の排気側端部の爆発圧力による圧下量（ｍｍ）を示すグラフである。 実施例のピストンについて計算されたピストンスカートの面圧（側圧）を示す図である。 本発明の好適な実施形態におけるピストン１を模式的に示す断面図である。 本発明の好適な実施形態におけるピストン１を模式的に示す図であり、ピストン１を下方から見た平面図である。 本発明の好適な実施形態におけるピストン１を模式的に示す図であり、ピストン１を下方から見た平面図である。 （ａ）は、本発明の好適な実施形態におけるピストン１を模式的に示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）中の１２Ｂ−１２Ｂ’線に沿った断面図である。 本発明の好適な実施形態におけるピストン１を模式的に示す図であり、ピストン１を下方から見た平面図である。 本発明の好適な実施形態におけるピストン１を備えたエンジン（内燃機関）の一例を模式的に示す断面図である。 図１４に示すエンジンを備えた自動二輪車を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１（ａ）、（ｂ）および図２に、本実施形態における内燃機関用ピストン（以下では単に「ピストン」と呼ぶ。）１を示す。図１（ａ）および（ｂ）は、ピストン１を模式的に示す側面図であり、図２は、ピストン１を下方から見た平面図である。

本実施形態におけるピストン１は、マグネシウム合金から形成されている。ピストン１の材料であるマグネシウム合金としては、耐熱性に優れたものを用いることが好ましい。耐熱性に優れたマグネシウム合金（「耐熱マグネシウム合金」と呼ばれる。）としては、希土類元素が添加されたＷＥ系合金（例えばＷＥ５４）を好適に用いることができる。

ピストン１は、図１（ａ）、（ｂ）および図２に示すように、ピストンヘッド１０と、一対のピストンピンボス２０と、一対のピストンスカート３０とを備える。なお、言うまでもないが、ピストンヘッド１０が設けられている側がピストン１の上側であり、その反対側がピストン１の下側である。

ピストンヘッド１０は、ピストン頂部（天井部）１２と、ピストン頂部１２の外周から下方に（つまり図１中の方向Ａに沿って）延びるリング溝形成部１４とを含む。ピストン頂部１２は、略円盤状であり、内燃機関の燃焼室に面する部分である。リング溝形成部１４の外周面には、ピストンリングを保持するリング溝１４ａ、１４ｂおよび１４ｃが形成されている。リング溝１４ａ、１４ｂおよび１４ｃのうち、上側および中央のリング溝１４ａおよび１４ｂは、コンプレッションリングを保持し、下側のリング溝１４ｃは、オイルリングを保持する。

一対のピストンピンボス２０は、ピストン頂部１２の裏側に設けられており、所定の間隔で互いに対向するように配置されている。一対のピストンピンボス２０のそれぞれには、ピストンピンが挿入されるピストンピン孔２０ａが形成されている。

一対のピストンスカート３０のそれぞれは、リング溝形成部１４の一部から下方に延びる。一対のピストンスカート３０の一方と他方とは、互いに対向するように設けられている。内燃機関の運転時には、一方のピストンスカート３０がスラスト側（側圧によってシリンダの内周面に押し付けられる側）に位置し、他方のピストンスカート３０が反スラスト側（スラスト側とは反対側）に位置する。

また、ピストン１は、図２に示すように、一対のピストンピンボス２０とピストンスカート３０とを連結する複数の第１連結壁４０と、複数の第１連結壁４０同士を連結する第２連結壁５０とを備える。

複数の第１連結壁４０は、ピストン頂部１２から下方に延びている。１つのピストンスカート３０につき、２つの第１連結壁４０が設けられている。２つの第１連結壁４０のうちの一方の第１連結壁４０は、ピストンスカート３０の一端部３０ａと、一対のピストンピンボス２０の一方とを連結しており、他方の第１連結壁４０は、ピストンスカート３０の他端部３０ｂと、一対のピストンピンボス２０の他方とを連結している。

第２連結壁５０は、ピストン頂部１２から下方に延びている。本実施形態における第２連結壁５０は、図２に示すように、屈曲している。つまり、ピストン１の中心軸方向（図２の紙面に垂直な方向）から見たときの第２連結壁５０の形状は、略くの字状（略Ｖ字状）である。より具体的には、第２連結壁５０は、ピストン１の径方向における外側に優角をなし、内側に劣角をなすように屈曲している。

本実施形態におけるピストン１は、さらに、図２に示すように、第２連結壁５０をピストン１の外周を構成する部位（具体的にはリング溝形成部１４やピストンスカート３０）に連結するための連結リブ６０を備える。以下、図３も参照しながら、連結リブ６０の構造を説明する。図３は、ピストン１の断面構造を模式的に示す図であり、図２中の３Ａ−３Ａ’線に沿った断面図である。

連結リブ６０は、図３に示すように、ピストン頂部１２から下方に延びている。連結リブ６０は、第２連結壁と、リング溝形成部１４およびピストンスカート３０とを連結する。ただし、連結リブ６０は、ピストンスカート３０をその高さ方向における全体にわたって第２連結壁に連結するわけではない。連結リブ６０は、図３に示すように、第２連結壁５０側では、第２連結壁５０の下端まで延びているが、ピストンスカート３０側では、ピストンスカート３０の下端までは延びていない。そのため、連結リブ６０のピストンスカート３０側における高さ（ピストン頂部１２からの高さ）ｈ１は、連結リブ６０の第２連結壁５０側における高さ（ピストン頂部１２からの高さ）ｈ２よりも小さい。このように、連結リブ６０は、リング溝形成部１４の内周面およびピストンスカート３０の内周面のうちのピストンスカート３０の下端よりも上側の部分と、第２連結壁５０とを連結する。

また、図３に示す構造では、ピストンスカート３０の下端から所定の高さまでの部分３０ｓは、実質的に一定の厚さを有する等厚部であり、連結リブ６０は、この等厚部３０ｓを第２連結壁５０に連結していない。つまり、連結リブ６０は、リング溝形成部１４の内周面およびピストンスカート３０の内周面のうちの等厚部３０ｓよりも上側の部分と、第２連結壁５０とを連結している。

上述したように、本実施形態におけるピストン１は、第１連結壁４０および第２連結壁５０を備える。ピストン頂部１２から延びる第１連結壁４０および第２連結壁５０が設けられていることにより、ピストン頂部１２の剛性が向上する。また、第１連結壁４０によってピストンスカート３０がピストンピンボス２０に連結されていることにより、ピストンスカート３０の剛性が向上する。

また、ピストン１は、ピストン頂部１２から下方に延びる連結リブ６０をさらに備えており、この連結リブ６０は、第２連結壁５０と、リング溝形成部１４の内周面およびピストンスカート３０の内周面のうちのピストンスカート３０の下端よりも上側の部分とを連結する。このような連結リブ６０が設けられていることにより、ピストン頂部１２およびピストンスカート３０の剛性がさらに向上する。

このように、本実施形態におけるピストン１は、マグネシウム合金から形成されているにも関らず剛性に優れるので、爆発圧力を受けたときの弾性変形量を小さくすることができる。具体的には、ピストン頂部１２およびピストンスカート３０の曲げ変形量を小さくすることができる。そのため、内燃機関の運転時のフリクションが低減される。

なお、図４に示すピストン１Ａのように、連結リブ６０によってピストンスカート３０がその高さ方向の全体にわたって第２連結壁５０と連結されていると、ピストンスカート３０の剛性が過度に高くなりすぎることがあり、そのことによってピストンスカート３０の面圧が高くなってフリクションが増加することがある。しかしながら、本実施形態におけるピストン１では、連結リブ６０は、ピストンスカート３０の高さ方向における一部のみを第２連結壁と連結するので、そのような問題が発生することもない。

ここで、本実施形態におけるピストン１の剛性と、このピストン１を内燃機関に用いた場合の側圧とを検証した結果を説明する。

検証に用いられたピストン１は、耐熱マグネシウム合金であるＷＥ５４合金（熱処理としてＴ５処理が施されたもの）の丸棒を用意し、この丸棒に総削り加工を施すことによって作製されたものである。ピストンスカート３０の表面には、二硫化モリブデン系の固体潤滑皮膜が形成されている。

作製したピストン１（実施例）を内燃機関に取り付けた場合の、ピストン頂部１２の爆発圧力（指圧）による変形量をシミュレーションにより計算した。この変形量は、具体的には、ピストン頂部１２の排気側（反スラスト側）の端部の圧下量であり、図５に示すように、折れ曲がるように変形したピストン頂部１２のもっとも高い部分と、排気側の端部との高さの差である。

また、比較のために、図６に示す形状を有する従来のアルミニウム合金製ピストン１B（比較例１）についても同様の計算を行った。図６に示すアルミニウム合金製ピストン１Bは、ピストン頂部１２およびリング溝形成部１４を含むピストンヘッド１０と、ピストンピン孔２０ａが形成された一対のピストンピンボス２０と、それぞれがリング溝形成部１４の一部から下方に延びる一対のピストンスカート３０とを備え、さらに、各ピストンスカート３０と一対のピストンピンボス２０とを連結する複数の連結壁４１を有する。複数の連結壁４１は、図２などに示したピストン１の第１連結壁４０に対応するが、図６に示すアルミ二ウム合金製ピストン１Ｂは、第２連結壁５０および連結リブ６０に対応する部分は有していない。

さらに、同じく比較のために、図６に示したアルミ二ウム合金製ピストン１Ｂと同じ形状を有する（つまり第2連結壁５０および連結リブ６０に対応する部分を有していない）マグネシウム合金製ピストン（比較例２）についても同様の計算を行った。

図７に、実施例、比較例１および比較例２について、爆発圧力による圧下量（ｍｍ）を示す。図７に示すように、比較例２では、比較例１よりも圧下量が著しく大きい。このことから、アルミニウム合金製ピストン１Ｂと同じ構造をマグネシウム合金製ピストンに採用すると、ピストン頂部の剛性が不足することがわかる。これに対し、実施例では、比較例１と圧下量が同程度である。このことから、本実施形態のピストン１では、ピストン頂部１２の剛性がアルミニウム合金製ピストン１Ｂと同程度に高いことがわかる。

次に、本実施形態におけるピストン１について、ＦＥＭ（有限要素法）解析により、吸気側（スラスト側）のピストンスカート３０の面圧（この面圧がシリンダの内周面を押す側圧である）を計算した。計算結果を図８に示す。

図８に示すように、ピストンスカート３０の面圧は、最大で１０８ＭＰａであり、これは、図６に示した従来のアルミニウム合金製ピストン１Ｂにおけるピストンスカート３０の面圧と同程度であった。

上述した検証結果から、本実施形態におけるマグネシウム合金製ピストン１が剛性に優れており、側圧の増加が抑制されることがわかる。

なお、図３に例示した構造では、ピストンスカート３０の等厚部３０ｓは第２連結壁５０に連結されていないが、図９に示すように、ピストンスカート３０の等厚部３０ｓの一部が連結リブ６０によって第２連結壁５０に連結されていてもよい。ただし、ピストンスカート３０の剛性が過度に高くなることを抑制する観点からは、ピストンスカート３０の等厚部３０ｓは、第２連結壁５０に連結されていないことが好ましい。つまり、図３に示したように、連結リブ６０は、第２連結壁５０と、リング溝形成部１４の内周面およびピストンスカート３０の内周面のうちの等厚部３０ｓよりも上側の部分とを連結することが好ましい。

また、第２連結壁５０は、図２に示したように、屈曲していることが好ましい。第２連結部５０が屈曲していると、ピストン頂部１２の剛性をいっそう高くすることができる。

第２連結部５０の屈曲の度合いに特に制限はないが、ピストン頂部１２の剛性を高くする観点からは、ある程度大きく屈曲していることがさらに好ましい。具体的には、図１０に示すように、２つの第１連結壁４０の一方とピストンスカート３０との結合部と、ピストンスカート３０と連結リブ６０との結合部とを含む平面（仮想的な平面）Ｐ１を第１平面とし、２つの第１連結壁４０の他方とピストンスカート３０との結合部と、ピストンスカート３０と連結リブ６０との結合部とを含む平面（仮想的な平面）Ｐ２を第２平面としたとき、第２連結壁５０は、第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２とがなす劣角αよりも小さな劣角βをなすように屈曲していることが好ましい。つまり、屈曲している第２連結壁５０がなす２つの角のうちの小さい方の角βは、第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２とがなす２つの角のうちの小さい方の角αよりも小さいことが好ましい。

ピストン頂部１２の剛性を十分に高くする観点からは、第２連結壁５０がなす劣角βは、具体的には、１２０°以下であることが好ましい。ただし、第２連結壁５０がなす劣角βがあまりに小さいと、第２連結壁５０の屈曲部の位置がピストン１の径方向における外側にずれることによる剛性の低下が発生することがある。そのような剛性の低下を抑制するためには、第２連結壁５０がなす劣角βは、６０°以上であることが好ましい。このように、第２連結壁５０がなす劣角βは、６０°以上１２０°以下であることが好ましい。つまり、屈曲している第２連結壁５０がなす２つの角のうちの小さい方の角βは、６０°以上１２０°以下であることが好ましい。

また、第２連結壁５０は、図１１に示すように、湾曲していてもよい。第２連結壁５０が湾曲していることによっても、ピストン頂部１２の剛性をいっそう高くすることができる。

第２連結部５０の湾曲の度合いに特に制限はないが、ピストン頂部１２の剛性を高くする観点からは、ある程度大きく湾曲していることがさらに好ましい。具体的には、第２連結壁５０は、ピストンスカート３０の曲率よりも大きな曲率で湾曲していることが好ましい。つまり、第２連結壁５０の曲率半径は、ピストンスカート３０の曲率半径よりも小さいことが好ましい。

また、ピストン１は、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、リング溝形成部１４、連結リブ６０および第２連結壁５０を貫通するように形成された貫通孔７０を有することが好ましい。このような貫通孔７０が形成されていることにより、オイルリングによって掻き落とされた潤滑油を、この貫通孔７０を介してコンロッドの小端部（ピストンピンに接続されている）に供給することができるので、ピストンピンとコンロッドとのフリクションをいっそう低下させることができる。

ピストン頂部１２の剛性を効果的に高くするためには、複数の第１連結壁４０と第２連結壁５０との結合部は、ピストン１の径方向においてできるだけ内側に位置することが好ましい。具体的には、図１３に示すように、複数の第１連結壁４０と第２連結壁５０との結合部Ｕは、ピストン１の中心軸を中心とする円であってピストンヘッド１０の半径の半分を半径とする円Ｃ_1/2の内側に位置することが好ましい。

本実施形態におけるピストン１は、上述したようにマグネシウム合金から形成されているにも関らず優れた剛性を有するので、自動二輪車をはじめとする各種鞍乗型車両の内燃機関（エンジン）に好適に用いられる。図１４に、本実施形態におけるピストン１を備えたエンジン１００の一例を示す。

エンジン１００は、クランクケース１１０、シリンダブロック１２０およびシリンダヘッド１３０を有している。

クランクケース１１０内にはクランクシャフト１１１が収容されている。クランクシャフト１１１は、クランクピン１１２およびクランクウェブ１１３を有している。

クランクケース１１０の上に、シリンダブロック１２０が設けられている。シリンダブロック１２０には、円筒状のシリンダスリーブ１２１がはめ込まれており、ピストン１は、シリンダスリーブ１２１内を往復し得るように設けられている。

シリンダブロック１２０の上に、シリンダヘッド１３０が設けられている。シリンダヘッド１３０は、シリンダブロック１２０の鍛造ピストン１０やシリンダスリーブ１２１とともに燃焼室１３１を形成する。シリンダヘッド１３０は、吸気ポート１３２および排気ポート１３３を有している。吸気ポート１３２内には燃焼室１３１内に混合気を供給するための吸気弁１３４が設けられており、排気ポート１３３内には燃焼室１３１内の排気を行うための排気弁１３５が設けられている。

ピストン１とクランクシャフト１１１とは、コンロッド３によって連結されている。具体的には、コンロッド３の小端部の貫通孔にピストンピン１２３が挿入されているとともに、大端部の貫通孔にクランクピン１１２が挿入されており、そのことによってピストン１２２とクランクシャフト１１１とが連結されている。大端部の貫通孔の内周面とクランクピン１１２との間には、軸受けメタル１１４が設けられている。

図１４に示すエンジン１００は、本実施形態におけるピストン１を有しているので、軽量化を実現できる。また、フリクションが低減されるので、高出力化を実現できる。

図１５に、図１４に示したエンジン１００を備えた自動二輪車を示す。

図１５に示す自動二輪車では、本体フレーム３０１の前端にヘッドパイプ３０２が設けられている。ヘッドパイプ３０２には、フロントフォーク３０３が車両の左右方向に揺動し得るように取り付けられている。フロントフォーク３０３の下端には、前輪３０４が回転可能なように支持されている。

本体フレーム３０１の後端上部から後方に延びるようにシートレール３０６が取り付けられている。本体フレーム３０１上に燃料タンク３０７が設けられており、シートレール３０６上にメインシート３０８ａおよびタンデムシート３０８ｂが設けられている。

また、本体フレーム３０１の後端に、後方へ延びるリアアーム３０９が取り付けられている。リアアーム３０９の後端に後輪３１０が回転可能なように支持されている。

本体フレーム３０１の中央部には、図１１に示したエンジン１００が保持されている。エンジン１００には、本実施形態における鍛造ピストン１０が用いられている。エンジン１００の前方には、ラジエータ３１１が設けられている。エンジン１００の排気ポートには排気管３１２が接続されており、排気管３１２の後端にマフラー３１３が取り付けられている。

エンジン１００には変速機３１５が連結されている。変速機３１５の出力軸３１６に駆動スプロケット３１７が取り付けられている。駆動スプロケット３１７は、チェーン３１８を介して後輪３１０の後輪スプロケット３１９に連結されている。変速機３１５およびチェーン３１８は、エンジン１００により発生した動力を駆動輪に伝える伝達機構として機能する。

図１５に示した自動二輪車は、本実施形態におけるピストン１が用いられたエンジン１００を備えているので、優れた性能が得られる。

本発明によると、マグネシウム合金製の内燃機関用ピストンの剛性を最適化し、内燃機関の運転時のフリクションを低減させることができる。本発明による内燃機関用ピストンは、マグネシウム合金から形成されているにも関らず優れた剛性バランスを有するので、自動二輪車やＡＴＶなどのライダーが跨って搭乗する各種鞍乗型車両の内燃機関に好適に用いられる。

１ ピストン
１０ ピストンヘッド
１２ ピストン頂部
１４ リング溝形成部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ リング溝
２０ ピストンピンボス
２０ａ ピストンピン孔
３０ ピストンスカート
３０ｓ 等厚部
４０ 第１連結壁
５０ 第２連結壁
６０ 連結リブ
７０ 貫通孔
１００ エンジン（内燃機関）

Claims (15)

1. マグネシウム合金から形成された内燃機関用ピストンであって、
   ピストン頂部と、前記ピストン頂部の外周から下方に延び、ピストンリングを保持するリング溝が外周面に形成されたリング溝形成部とを含むピストンヘッドと、
   前記ピストン頂部の裏側に設けられ、ピストンピンが挿入されるピストンピン孔が形成された一対のピストンピンボスと、
   前記リング溝形成部の一部から下方に延びるピストンスカートと、
   前記ピストン頂部から下方に延び、前記一対のピストンピンボスと前記ピストンスカートとを連結する複数の第１連結壁と、
   前記ピストン頂部から下方に延び、前記複数の第１連結壁同士を連結する第２連結壁と、
   前記複数の第１連結壁の間に設けられ、前記ピストン頂部から下方に延び、前記第２連結壁と、前記リング溝形成部の内周面および前記ピストンスカートの内周面のうちの前記ピストンスカートの下端よりも上側の部分とを連結する連結リブと、を備え、
   前記複数の第１連結壁は、少なくとも前記連結リブよりも下方に延びている内燃機関用ピストン。
2. 前記ピストンスカートの下端から所定の高さまでの部分は、実質的に一定の厚さを有する等厚部であり、
   前記連結リブは、前記第２連結壁と、前記リング溝形成部の内周面および前記ピストンスカートの内周面のうちの前記等厚部よりも上側の部分と、を連結する請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
3. 前記連結リブの前記ピストン頂部からの高さは、前記ピストンスカート側において、前記第２連結壁側においてよりも小さい請求項１または２に記載の内燃機関用ピストン。
4. 前記第２連結壁は、屈曲している請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
5. 前記複数の第１連結壁は、２つの第１連結壁であり、
   前記２つの第１連結壁の一方と前記ピストンスカートとの結合部と、前記ピストンスカートと前記連結リブとの結合部とを含む平面を第１平面とし、前記２つの第１連結壁の他方と前記ピストンスカートとの結合部と、前記ピストンスカートと前記連結リブとの結合部とを含む平面を第２平面としたとき、
   屈曲している前記第２連結壁がなす２つの角のうちの小さい方の角は、前記第１平面と前記第２平面とがなす２つの角のうちの小さい方の角よりも小さい請求項４に記載の内燃機関用ピストン。
6. 屈曲している前記第２連結壁がなす２つの角のうちの小さい方の角は、６０°以上１２０°以下である請求項４または５に記載の内燃機関用ピストン。
7. 前記第２連結壁は、湾曲している請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
8. 前記第２連結壁は、前記ピストンスカートの曲率よりも大きな曲率で湾曲している請求項７に記載の内燃機関用ピストン。
9. 前記リング溝形成部、前記連結リブおよび前記第２連結壁を貫通する貫通孔が形成されている請求項１から８のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
10. 前記複数の第１連結壁と前記第２連結壁との結合部は、前記ピストンの中心軸を中心とする円であって前記ピストンヘッドの半径の半分を半径とする円の内側に位置する請求項１から９のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
11. 前記複数の第１連結壁は、前記ピストンスカートの両端に接続されている請求項１から１０のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
12. 前記連結リブは、前記ピストンスカートの周方向中央に接続されている請求項１から１１のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
13. 前記複数の第１連結壁は、前記ピストンスカートの下端まで延びている請求項１から１２のいずれかに記載の内燃機関用ピストン。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載の内燃機関用ピストンを備えた内燃機関。
15. 請求項１４に記載の内燃機関を備えた鞍乗型車両。

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