JPH03199655A - 内燃機関のピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関のピストンの改良に関する。

（従来の技術およびその！１題） 内燃機関において、ピストンとシリングの間には潤滑油
膜が形成されているが、ピストンの接触面積に応じて摩
擦損失が増大するので、スカート部の接触面積をできる
だけ減らしたいという要求がある。

一般に、スカート部の横断面は楕円形に形成され、機関
運転時の熱膨張により真円に近付き、シリングに対して
一様に接触させるようになっているため、ピストンのシ
リングに対する押し付は力が大きくなるスラストおよび
反スラスト方向で面圧が過大となったり、あるいはそれ
以外の領域で不要に接触面積を増大させることになった
。

この対策として、特開昭５８−３８３５７号公報では、
ピストンのスカート部から台地状に隆起する面が部分的
に形成され、任意の領域でシリングに対する接触面積を
削減している。

ところが、このようにしてシリングに対する接触面積を
減らし過ぎると、８！関の低速高負荷運転時には摺動速
度の低下と接触面圧の増大により焼き付きを発生しやす
くなる。

また、この場合、スカート部に施される面加工は３次元
で行われ、しかも数十ミクロン単位の精度が要求される
ので、加工工数が者しく増大するという問題点があった
。

本発明は、こうした従来の問題点を解決することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明では、スカート部の横断
面をピストンピンに直交するピストン軸心面上に焦点を
持つ楕円に沿って形成した内ａｍ閏のピストンにおいて
、スカート部の楕円度を少なくともピストンピンの側方
に対峙する範囲で下方から上方にかけて小さく変化させ
て真円に近付けるようにした。

（作用） 上記構成に基づき、スカート部の横断面はピストンピン
と直交するスラスト、反スラスト方向に長径を持つ楕円
に形成され、機関運転時は熱膨張によりこの楕円が真円
に近付き、シリンダに接触する面積を増大させてピスト
ンの姿勢を制御する６ピストンが受けるｔＲ焼反圧力た
は慣性力によりスカート部がシ９ングに押し付けられる
スラスト側または反スラスト側において、この荷重が最
も大きくなるピストンピンの側方領域（スカート部の上
部）では、スカート部の横断面を真円に近付けることに
より、シリンダの周方向について広い範囲で接触させ、
面圧を十分に低減して焼き付き等を防止する。

スカート部をシリンダに押し付ける荷重が小さいピスト
ンピンより下方の領域では、スカート部の楕円度を大き
くすることにより、シリンダの周方向について狭いｌ［
で接触させ、スカート部における不要な接触面積を削減
してピストンの摩擦損失を減らすことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図に示すように、ピストン１はピストンリング溝２
，３およびオイルリング溝４を備えるピストン頂部５と
、その下に連なるスカート部６とを有し、スカート部６
はシリンダに摺接してピストン１の姿勢を制御する。

図中、０７はピストンピンの中心線であり、Ｏ６はこの
ピストンピンに直交してピストン１の軸心（中心ンを通
る細心面である。

スカート部６の横断面はピストンピンに直交するピスト
ン軸心面Ｏ１上に焦点を持つ楕円に沿って形成され、本
発明はこのスカート部６の楕円度を少なくともピストン
ピンの側方に対峙する範囲で下方から上方にかけて小さ
く変化させる。なお、楕円度は楕円の短径と長径の比で
あり、楕円度が小さいほど真円に近付くことになる。

第２図に示すように、ピストンピン中心＠Ｏ。

より上方に位置するスカート部６の横断面は、２つの楕
円弧１１と１２および直＃１１６を合成して形成される
。すなわち、スカート部６はピストン軸心面Ｏ８に対し
て両側に０１の角度範囲で形成され、ピストン軸心面Ｏ
１に対して両側に０２の角度範囲に当たるスラスト側と
反スラス）側の領域で比較的に小さい楕円度ｖ１の円弧
１１と、それ以外の側方領域で比較的に大きい楕円度■
２の円弧１２と、この円弧１１と１２を結ぶ直線１６に
沿って形成される。なお、直線１６は円弧１２の接線１
５と角度θ、（０，３°　≦θ、〈２°）をもって交差
し、スカート部６の段差を少なくしている。

第３図に示すように、ピストンピン中心線Ｏ７より下方
に位置するスカート部６の横断面は、２つの楕円弧１３
と１４および直４９１８を合成して形成される。すなわ
ち、スカート部６はピストン軸心面Ｏ−に対して両側に
θ、の範囲に当たるスラスト側と反スラスト側の領域で
比較的に大きい楕円度Ｖ、の円弧１３に沿って形成され
、それ以外の側方領域で比較的に小さい楕円度Ｖ、の円
弧１４と、この楕円弧１３と１４を結ぶ直ｌｌＡ１８に
沿って形成される。なお、直１ｓ１８は楕円弧１３の接
線１７と角度θ、（０，３°≦θ６〈２°）をもって交
差し、スカート部６の段差を十分に少なくしている。

ここで各楕円度はｖ１≦Ｖ５、ｖ２≦Ｖ、の関係で設定
され、スカート部６は下方から上方にかけて真円に近付
き、機関運転時に円弧１１と１３に沿ったスラスト部分
とシリンダ１０との隙間が０〜２５μ鶴となるのに対し
て、円弧１２と１４に沿った側方部分は２５μ−より大
きくなるように設定される。

なお、スカート部６の横断面において、２つの楕円弧１
１と１２または１３と１４を合成したことにより、上下
方向に位置する楕円弧１２と１４にそれぞれ沿ったスカ
ート側方部分の段差を少なくするとともに、スカート中
央部分の楕円弧１１と１３に楕円度の差を大きく持たせ
ることができる。また、θ、くθ２〈θ、の関係に設定
して、スカート部６の上部でシリング１０に対する接触
面積を大きくしている。

第４図、第５図に示すように、スカート部６は軸方向の
輪郭が上下方向で絞られるバレル形状に形成され、楕円
弧１１と１３に沿ったスカート中央部分および楕円弧１
２と１４に沿ったスカート側方部分は、すべてピストン
ピン中心線Ｏ１より下方にＥだけ離れたスカート部６の
バレル形状１９の最大径の部位を通る接［２０１：＃し
てピストン軸心と離れる方向にθ４の角度をなす直線２
１によって結ばれる。θ、は０°　〈θ、く１°の範囲
となるように、楕円弧１１と１３または楕円弧１２と１
４の各楕円度が設定され、軸方向の段差を十分に少なく
する。

また、スカート部６はその下端にかけてシリング１０か
ら離れるテーパｌｉＸを大きくしで、カノリ等を防いで
いる。

次に作用について説明する。

ｔｐａ図に示すように、ピストン１は燃焼ガス圧力Ｐｇ
を受けてシリング１０内で往復動し、ピストンピンｌお
↓びコンロッド９を介してクンンクシャ７トの回転力に
変換するが、燃焼圧力ｐｇの合力Ｆｇはコンロッド９の
輪方向への力Ｆｃと、ピストン１の軸心に直交する力Ｆ
ｔに分かれるため、スカート部６はスラストおよび反ス
ラスト方向ではガス圧力および慣性力によりシリング１
０に押し付けられる圧力が高くなる。

スカート部６の′Ｗｔｌｌｒ面はピストンピン７と直交
するスラスト、反スラスト方向にｒｇ径を持つ楕円に形
成され、機関運転時は熱膨張によりこの楕円が真円に近
付き、シリング１０に接触する面積を増大させてピスト
ン１の姿勢を制御する。

ここで、従来のようにスカート部の楕円度を上下方向に
一定に形成した場合は、スカート部がシリングに接触す
る領域は！＠７図に破線で囲むように負荷の小さい下方
で大きくなる。ピストンに働く摩擦力Ｆは、Ｎｅ〜ｔｏ
ｎの粘性の法則にＦ＝ＳＸηＸ　ｄｖ／ｄｈ（ただしＳ
は接触面積、ηはオイル粘度、ｄ　ｖ　／　ｄ　ｂは速
度である）として表されるとおり、接触面積に比例して
増加する。

本大施例では、スカート部６はピストンピン７に対峙す
る側方領域で下方から上方にかけて楕円度がｖ３から■
１と小さくなって真円に近付くとともに、この円弧の角
度ｆｆｉ囲カＣθ、からθ２と大きくなっているため、
スカート部６がシリング１０に接触する領域は、大略第
８図に破線で囲むようにピストンピンの中心線０７とピ
ストン軸心面Ｏ１にそれぞれ沿った丁字形の領域２２と
なる。

したがって、ピストン１が受ける燃焼圧力または慣性力
によりスカート部６がシリング１０に押し付けられるス
ラスト側または反スラスト側において、この荷重が最も
大きくなるピストンピン９の側方領域では、スカート部
６の横断面を真円に近付けることにより、スカート部６
をシリング１Ｏの周方向について広い範囲で接触させ、
面圧を十分に低減して焼き付き等を防止することができ
る。

スカート部６をシリング１０に押し付ける荷重が小さく
なるピストンピン７より下方の領域では、スカート部６
の楕円度を大きくすることにより、シリング１０の周方
向について狭い範囲で接触させて摩擦損失を低減し、ス
カート部６の丁字形領域２２以外ではシリンダ１０に対
して２５μ論以上の隙間を確保して、オイルの引きづ９
による摩擦力を低減できる。

次に、第９図、第１０図に示す他の実施例は、スカート
部６の円弧度をスラスト側と反スラスト側とで非対称に
設定するものである。

ピストンピン中心＃ｉｏ、より上方に位置するスカート
部６の横断面は、第９図に示すように、スカート部６の
角度範囲がスラスト側でθ１と、反スラスト側のθ、よ
り大きく形成され、スラスト側ではθ２の角度範囲で楕
円度ｖ１の円弧１１と、それ以外の側方領域で比較的に
大きい楕円度Ｖ２の円弧１２とが合成されるのに対して
、反スラスト側ではθ１．（θ１２＜０２）の角度範囲
で楕円度Ｖ、（ｖ、〉Ｖｌ）の円弧３１と、＋し以外の
側方領域で比較的に大きい楕円度Ｖ　＋ｔ（Ｖ　１２＞
　Ｖ　２）の円弧３２とが合成される。

ピストンピン中心線Ｏ１より下方に位置するスカート部
６の横断面は、第１０図に示すように、スラスト側では
θ３の角度範囲で楕円度Ｖ　３（Ｖ　３≧Ｖ＋）の円弧
１３と、それ以外の側方領域で比較的に大きい楕円度Ｖ
　、（Ｖ　、≧Ｖ２）の円弧１４とが合成されるのに対
して、反スラスト側ではθ１コ（θ、コくθ、）の角度
範囲で楕円度Ｖ　１３（Ｖ　＋＊＞　Ｖ　３かっｖｌ、
≧Ｖ　ｚ）の円弧３３と、それ以外の側方領域で比較的
に大きい楕円度Ｖ　１４（Ｖ　１４＞　Ｖ　４かつＶ１
４≧ｖＩ２）の円弧３２とが合成される。

このようにして、反スラスト側ではピストン１が主とし
て慣性力によりシリング１０に押し付けられるので、燃
焼圧力により押し付けられるスラスト側に比べてスカー
ト部６に働く荷重が小さくなることに対応して、反スラ
スト側の接触面積をｔｊ４１１図の丁字形領域３５に削
減し、ピストン１の摩擦損失をさらに低減する。

次に、第１２図に示す他の実施例について説明すると、
スカート部６はピストンピン７に対峙する側方領域では
下方から上方にかけて楕円度が小さくなって、スカート
部６がシリング１０に接触する範囲を大略破線で囲むよ
うにピストンピンの中心Ａｉｌ　Ｏｔとピストン軸心面
Ｏ１にそれぞれ沿った丁字形の領域２２とする一方、ス
カート部６には円周方向に刻まれる多数の条痕を形威し
、条痕の深さを周方向で変化させて、丁字形領域２２内
にスカート部６に条痕の開口中が相対的に大１に＆１ｆ
ｉｔ域４１．と４２を設ける。

第１３図、第１４図に示すように、条痕４３の深さを領
域４１と４２でＩ＋ｏからり、へと所定の比率で大きく
変化させて、条痕４３の開口巾をＬｂからＬｄへと大き
くすることにより、各条痕４３の間に残される帯状表面
４４の巾をＬａからＬｃへと小さくする。

このようにして、ＴＴ−影領域２２内でも条痕４３の深
さを変化させてシリングに対する接触面積をその中心領
域４１と下端領域４２で削減することにより、オイルの
引きずり抵抗をさらに低減するとともに、条痕４３内に
オイルを留とめて良好な潤滑性を維持する。

（発明の効果） 以上の通り本発明によれば、内燃機関のピストンにおい
て、スカート部の横断面をピストンピンに直交するピス
トン輪心面上に焦点を持つ楕円に沿って形威し、このス
カート部の楕円度を少なくともピストンピンの側方に対
峙する範囲で下方から上方にかけて小さく変化させて真
円に近付けるようにしたため、スカート部に複雑な面加
工を施すことなく、シリングに対する接触面積の分布を
適正に設定することが可能となり、スカート部のスラス
トおよび反スラスト方向で十分に面圧を低減して焼き付
き等を防止するとともに、スカート部における不要な接
触面積を削減してピストンの摩擦損失を減らし、Ｗ１関
の信頼性や燃費の改善がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すピストンの側面図、ｆｊ
Ｓ２図は同図のＡ−Ａ線に沿う横断面図、第３図は同じ
＜Ｂ−Ｂ＃ｉに沿う横断面図、第４図は同じ＜　Ｄ−Ｄ
線に沿う誇張した輪郭図、第５図は同じ＜Ｃ−Ｃ線に沿
う誇張した輪郭図、第６図は作用を説明するための概略
正面図、第７図、第８図はそれぞれ同じくピストンの側
面図である。第９図は他の実施例を示す第１図、のＡ−
Ａ＃ｉに沿う横断面図、第１０図は同じ（Ｂ−Ｂ線に沿
う横断面図、第１１図は作用を説明するための側面図で
ある。第１２図はさらに他の実施例を示すピストンの側
面図、第１３図は要部拡大図、第１４図は第１２図のＹ
−Ｙ線に沿う拡大断面図である。 １・・・ピストン、６・・・スカートｉ、１１，１２，
１３ｆ１４・・・楕円弧。 第 １ 図 第 図 第 図 第１１ 図 ５ ＄　１２ 図 第９ 図 ｍ 第１３図 第１０図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　スカート部の横断面をピストンピンに直交するピスト
   ン軸心面上に焦点を持つ楕円に沿って形成し、このスカ
   ート部の楕円度を少なくともピストンピンの側方に対峙
   する範囲で下方から上方にかけて小さく変化させて真円
   に近付けるようにしたことを特徴とする内燃機関のピス
   トン。