JPH0415968Y2

JPH0415968Y2 -

Info

Publication number: JPH0415968Y2
Application number: JP1985158709U
Authority: JP
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1992-04-09
Also published as: JPS6267939U; US4785774A

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、スカートのスラスト反スラスト方向
に位置する部分の下端部の半径方向変形を抑制さ
せた内燃機関のピストンの構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関のピストンの代表的構造は第３
図および第４図に示すようになつている。まず、
ピストン１は、軽量化のためにアルミ合金から構
成される。ピストン１は、頂部２とスカート部３
を有する。スカート部３は、スラスト反スラスト
方向に位置する一対の弧状部分を有する。一対の
弧状部分は、一対のほぼ直線状に延びるサイドウ
オール部３′によつて連結されている。サイドウ
オール部３′に連続させて一対のピンボス部４，
４が形成され、そこにピストンピン５が嵌挿さ
れ、ピストンピン５にコネクテイングロツド６が
連結される。頂部２の外径にはピストンリング溝
７が形成され、最下段のピストンリング溝はオイ
ルリング溝８を構成している。頂部上面には、通
常凹部９が形成され燃焼室の一部を構成する。

ピストンリング溝７が設けられる頂部の外周、
いわゆるリングランド部１０は燃焼室に近いため
にスカート部３より高温になり、より熱膨張する
ので、シリンダボアとのステイツクを防止するた
めにスカート部３より若干小径とされている。ま
た、スカート部３においても、ピンボス部４の下
方に位置する部分は熱伝導量が大きく高温となる
ため、それと直角方向の部分よりも熱膨張量が大
で、ステイツクを防止するために、ピンボス部４
の下方部分のスカート部外径はそれと直角方向の
スカート部外径より小径となつている。このよう
に構成されたピストン１をシリンダボアに摺動自
在に嵌挿しコネクテイングロツドに連結した場
合、コネクテイングロツドの揺動に合わせてピス
トン１はピンボス部４，４の軸芯を中心にして該
軸芯と直角面内において首振り運動をするので、
スカート部３のうちピンボス部４，４と直角方向
に位置する部分がシリンダボアと主に摺接しかつ
シリンダボアからスラスト反スラストの荷重を受
けてピンボス１の姿勢を保つ働きをする。

スカート部３のうちスラスト反スラスト方向
（図のＡ−Ａ方向）に位置する部分３ａ，３ａの
外周面とシリンダボアの内周面とのクリアランス
はピストン姿勢を保つ上でとくに重要で、小さす
ぎるとスカート部３の熱膨張時にステイツクを起
こすおそれがあり、大きすぎるとピストン１が往
復運動時に首を振つてスラツプ音が生じ、車室内
のこもり音の一つの原因となるので、摺動上、防
音上最適な値に設定されている。

さらにピストン１には、リングランド部から熱
膨張量のコントロールが厳しいスラスト反スラス
ト方向のスカート部３ａへの熱の移動を抑えるた
めに、オイルリング溝８のスラスト反スラスト方
向に位置する部位に周方向にピンボス４方向に向
かつて延びるスリツト１１が設けられている。こ
のようなスリツト１１付きピストンでは、ピンボ
ス部４の位置する部位にはスリツトがなく熱が頂
部２からピンボス部４へと移動できること、およ
びピンボス部４は肉厚が厚いので熱伝導量が大き
いこと、等のために、ピンボス部４の上部にある
リングランド部の熱膨張量が大きくなつてしまう
という現象が生じ、これを抑えるために、ピンボ
ス部４を含んで上部側のピストン内面にピンボス
部４を中心にして周方向に延びる、アルミ合金よ
り熱膨張の小さい金属板から成るストラツト１２
が埋入されている。このようにして、ピストン１
の熱膨張を抑制しまたはコントロールしつつ、ピ
ストン１をシリンダボアに嵌挿していた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、上記ピストン１をシリンダ内に往復運
動させた場合、ピストン１に上向きの慣性力が作
用したときに、ピストンピン５にコネクテイング
ロツドとの連結部を中心にして両端が上に持ち上
げられた曲げ変形が生じ、これによつてスカート
部３のうちピンボス部４がある部分が外周側にそ
り返る曲げ変形をして径が拡開し、同時にそれと
直角方向のスラスト反スラスト方向にある部分３
ａの径が縮小し、この部位３ａのシリンダボアと
のクリアランスが大となつてピストン打音を生じ
るという問題があつた。上記ピストン１の変形
は、オイルリング溝８底のスラスト反スラスト方
向の部位にスリツト１１が切られている場合、ス
カート壁の上端の拘束がないためにスラスト反ス
ラスト方向のスカート部３ａは傾きやすくなるの
で、100時間テスト後約50ミクロンの半径方向内
方変形が生じ、防音上変形の抑制が望まれてい
る。

スカート部の変形を防止する上で、リブを用い
る提案は、従来からも実開昭58−32150号公報に
開示されている。しかし、従来提案のものは、円
弧から成るリブで、したがつてリブ厚がスカート
部厚より若干厚い程度の剛性の極めて低いリブか
ら成り、該リブをスカート上下方向の中央部近傍
に設けるという構造を採用したので、スカート部
の半径方向変位を抑える作用効果は殆どないとい
う欠点があつた。しかも、該提案のものは、オイ
ルリング溝に周方向に延びるスリツトを有するピ
ストンに設けたものではないので、実開昭58−
32150号公報に開示のリブをスリツト付きピスト
ンに適用すると、リブの部分が丁度変形の節を形
成し、スリツト部のあるスリツト上端が外周側に
変形してスカート下部の内周側への変形を助長し
てしまうという、クリアランス防止上は逆効果に
なる現象が生じるかもしれないという問題さえあ
つた。

本考案は、スリツト付き、かつストラツト付き
のアルミ合金製ピストンにおける、慣性力等によ
つて生じるピストンスカート部のスラスト反スラ
スト方向にある部分の内周側への変形を微小なも
のに抑制し、ピストン打音の低減をはかることを
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の本考案の内燃機関の
ピストンは、次のピストンから成る。すなわち、
アルミ合金から成り、頂部、スラスト反スラスト
方向に位置する一対の弧状部分をもつスカート
部、前記スカート部の一対の弧状部分を連結する
スラスト反スラスト方向にほぼ直線状に延びる一
対のサイドウオール部、前記サイドウオール部に
連続するように形成された一対のピンボス部、前
記サイドウオール部から前記スカート上部内面に
かけてピンボス部を中心にして延びる板状のスト
ラツト、オイルリング溝底のスラスト反スラスト
方向に位置する部位に周方向に延びるように形成
されたスリツト、スカート下部の内面に全周にわ
たつて延び前記ピンボス部の下部と交わるインロ
ーリブ、前記インローリブとは別に設けられ、ピ
ンボス部下部からスカート下部のインローリブ迄
にわたつてスラスト反スラスト方向に直線状に延
び、前記サイドウオール部に一体にかつサイドウ
オール部内面から対向サイドウオール部に向かつ
て突出するように形成され、インローリブとピン
ボス下部との交わり部より内周側でピンボス部と
交わるリブ、を備えたことを特徴とする内燃機関
のピストン。

〔作用〕

上記ピストンにおいては、ピンボス部がサイド
ウオール部に連続して形成されているので、ピン
ボス部およびその近傍の剛性は大である。そし
て、スカート部のうちスラスト反スラスト方向に
ある部分は、スカート自身の剛性の他に、サイド
ウオール部と、ピンボス部から延びるサイドウオ
ール部に一体形成のリブを介して、高剛性とされ
たピンボス部からスラスト反スラスト方向に支持
されるので、半径方向変形が抑制される。この場
合、リブは、スラスト反スラスト方向に直線状に
延びているため、またサイドウオール部に一体形
成のため、スラスト反スラスト方向の剛性が非常
に高く、補強リブとして有効に働く。またリブの
一端はスカート下部のインローリブに連結してい
るため、スカートの面構造をリブの梁から成る骨
組み構造によつて支持することができ、スカート
を有効に半径方向に支持する。さらにインローリ
ブにおける支持によつて、スカート部を変形の腹
となる下端近傍において支持することができ、半
径方向変形を効果的に抑制することができる。

また、本考案のピストンにおいては、インロー
リブとインローリブとは別の、ピンボス下部との
交わり部がインローリブとピンボス下部との交わ
り部より内周側にあるリブとの両方によつて、ス
カート部のスラスト反スラスト方向部分が支持さ
れる。インローリブのみの場合は、インローリブ
がピンボス下部と交わる部位は変形の起点とな
り、応力が集中しやすいが、インローリブとは別
の上記リブによつてもスカート部が支持されるの
で、スカート部の変形が極力低減される。また補
強リブとピンボス部の交わり部がインローリブと
ピンボス部との交わり部より内周側にあるので補
強リブはインローリブのように湾曲されずにスラ
スト反スラスト方向に直線状に延びることがで
き、スカート部からかかる押力を、曲げ力でなく
圧縮力で受けることができ、スカート部の変形を
極力小に抑えることができる。

〔実施例〕

以下に、本考案に係る内燃機関のピストンの望
ましい実施例を、第１図および第２図を参照して
説明する。

第１図および第２図において、ピストン１の頂
部２、スカート部３、サイドウオール部３′、ピ
ンボス部４、ピストンピン５、ピストンリング溝
７、オイルリング溝８、凹部９、リングランド部
１０、スリツト１１、ストラツト１２までの構造
は、第３図および第４図を用いて説明した前述の
構造と同じであるので、同一構造部分には、第１
図および第２図において第３図、第４図の符号と
同一の符号を付すことにより、その説明を省略
し、以下においては第３図および第４図の構造と
相違する点について述べる。

ピンボス部４の下部からはリブ１３がスカート
部３のスラスト反スラスト方向にある部位３ａに
かけて延びている。リブ１３は、第２図の平面視
においてスラスト反スラスト方向に直線状に延び
ており、そのスカート側の先端はスカート下端部
に設けられているインローリブ部１４に連結して
いる。リブ１３のピンボス側の先端は、ピンボス
部４の下部に交わつており、リブ１３とピンボス
部４との交わり部１００は、周方向に全周にわた
つて延びるインローリブ部１４とピンボス部４と
の交わり部１０２よりも半径方向内側にある。リ
ブ１３はピンボス部４の両側においてピストン内
面側でピンボス部４からスラスト反スラスト方向
に延びる垂直面１５（サイドウオール部３′の内
面）の下端部に、サイドウオール部３′に一体的
に形成され、垂直面１５よりも対向する垂直面側
に突出している。インローリブ部１４はピストン
加工上必然的に形成されるリブで、スカート内周
面より半径方向内方に突出して周方向に全周にわ
たつて延びている。このような構造では、ピンボ
ス部４からリブ１３がスラスト反スラスト方向
に、すなわちピストンのスラスト反スラスト方向
に延びる横断面中心線Ａ−Ａと平行に直線状に延
びてインローリブ１４に一体に交わり、インロー
リブ１４はスカート部３のうちスラスト反スラス
ト方向にある部位３ａの下端部近傍を周方向に延
びて、前記リブ１３と対向する側のリブ１３に交
わり、該リブ１３によつて前記ピンボス部と対向
する側のピンボス部に連結している。したがつ
て、一方のピンボス部４からそれに対向するピン
ボス部４にかけて、リブ１３、インローリブ１
４、リブ１３から成る補強リブラインが連続的に
延びている。

上記のように構成された補強リブを有するピス
トンにおける作用について説明する。

ピストン１はピストンピン５の軸芯を中心にし
てコネクテイングロツドが揺動するので、ピスト
ンピン５の軸芯を中心にして首振りしようとする
が、スカート部３のうちスラスト反スラスト方向
にある部位３ａがシリンダボアに摺接しつつシリ
ンダボアから反力を受けることにより、姿勢を保
つ。

スカート部３のスラスト反スラスト方向にある
部位３ａは、シリンダボアからの反力を受けて半
径方向内方に変形しようとする。この荷重を繰り
返し受けているうちにスラスト反スラスト方向に
ある部位３ａは半径方向内方に数10ミクロンのオ
ーダで永久変形してしまい、ピストンスラツプ音
を生じるようになる。従来からもピストン１には
インローリブ１４は加工上必然的に形成されてい
たのであるが、インローリブ１４はスカート内面
に沿つて円弧状に延びているので、スカート部３
の半径方向内方の変形を阻止する働きは弱く、上
記のような変形が生じてしまう。

しかし、本考案では、サイドウオール部３′に
連続的に形成することにより剛性を非常に高くさ
れたピンボス部４から、スラスト反スラスト方向
に直線状に延びるリブ１３（サイドウオール部
３′に一体形成のため剛性が非常に大である）に
よつてもインローリブ１４のスラスト反スラスト
方向部分を支える構造としたので、スカート支持
剛性が飛躍的に高まる。しかも、インローリブ１
４の周方向長さが実質的に短くなり十分なスカー
ト支持効果が生じ、しかもインローリブ１４両端
の荷重を直線状リブ１３で圧縮力で伝達するの
で、その荷重支持効果は従来のリブの曲げ力伝達
に比べてはるかに大きく、インローリブ１４およ
びスカート部３の半径方向内方への変形は大幅に
抑えられる。この場合、リブ１３とインローリブ
１４のスラスト反スラスト方向部分は協働して一
種のラーメン梁構造を構成してスカート部３の変
形を抑え、このラーメン梁構造においては、イン
ローリブ１４の長さは短くリブ１３には曲げ荷重
よりはむしろ圧縮荷重が作用する構造となつてい
るので荷重支持効果が大きくされている。

第５図は、本考案によるリブ１３を設けた場合
の変形阻止効果を示している。リブ１３を設けな
いピストン１において、スラスト反スラスト方向
にあるピストンスカート部位３ａに50ミクロンの
弾性変形を生じさせる荷重は50Kgであつたが、同
じ荷重50Kgに対してリブ１３を設けたピストン１
では約15ミクロンしか変形せず、リブ１３の変形
阻止効果が非常に大きいことがわかつた。実際は
繰り返し荷重による約50ミクロン程度の永久変形
が問題となるが、この永久変形はスカート部３に
かかるスラスト力によることが明らかであるた
め、試験では弾性変形で評価してある。そして、
弾性変形で、50ミクロンの変形を生じさせる荷重
に対してリブ１３を設けると15ミクロン程度の変
形に激減するということは、繰り返し荷重による
永久変形においても、約1/3程度に変形を抑える
ことができることを意味するものと考えられる。

〔考案の効果〕

本考案に係る内燃機関のピストンによれば、ピ
ンボス部をサイドウオール部に連続して形成する
ことによりピンボス部の剛性を大にし、ピンボス
両側にスラスト反スラスト方向に延びる、サイド
ウオール部に一体形成して剛性を高めたスラスト
反スラスト方向に直線状に延びるリブを設け、該
リブをインローリブに接続したので、スカート部
のスラスト反スラスト方向にある部位を、インロ
ーリブと上記の直線状に延びるリブとの両方で支
持して、スカート部のスラスト反スラスト方向部
分の半径方向変形を大幅に、たとえばインローリ
ブのみの支持による場合の変形の1/3程度に、激
減させることができ、ピストンスラツプ音の発生
を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るピストンの断
面図で第２図の−線に沿う断面図、第２図は
第１図の−線に沿う断面図、第３図は従来の
ピストンの断面図で第４図の−線に沿う断面
図、第４図は第３図の−線に沿う断面図、第
５図は本考案と従来のピストンの荷重−変形特性
図、である。１……ピストン、３……スカート部、３′……
サイドウオール部、３ａ……スラスト反スラスト
方向にあるスカート部位、４……ピンボス部、１
１……スリツト、１３……リブ、１４……インロ
ーリブ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

アルミ合金から成り、頂部、スラスト反スラス
ト方向に位置する一対の弧状部分をもつスカート
部、前記スカート部の一対の弧状部分を連結する
スラスト反スラスト方向にほぼ直線状に延びる一
対のサイドウオール部、前記サイドウオール部に
連続するように形成された一対のピンボス部、前
記サイドウオール部から前記スカート上部内面に
かけてピンボス部を中心にして延びる板状のスト
ラツト、オイルリング溝底のスラスト反スラスト
方向に位置する部位に周方向に延びるように形成
されたスリツト、スカート下部の内面に全周にわ
たつて延び前記ピンボス部の下部と交わるインロ
ーリブ、前記インローリブとは別に設けられ、ピ
ンボス部下部からスカート下部のインローリブ迄
にわたつてスラスト反スラスト方向に直線状に延
び、前記サイドウオール部に一体にかつサイドウ
オール部内面から対向サイドウオール部に向かつ
て突出するように形成され、インローリブとピン
ボス下部との交わり部より内周側でピンボス部と
交わるリブ、を備えたことを特徴とする内燃機関
のピストン。