JPH04219570A - 内燃機関用ピストン - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用ピストンの
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン運転時、クランク運動によりピ
ストンがその横力でシリンダボア面に繰返し当っている
間に、ピストンスカート部が下端程大きく内側に永久変
形する。（図６のＡからＢに変形する。）これによって
、ピストンとシリンダボア壁面間のクリアランスが増し
、衝撃力やスラップ音が増し、遂にはスカート肩部（図
６のＣ）で小面積であたるようになって、スカート部と
シリンダボア壁面間の油膜切れが生じ焼付を起すように
なる。スカート肩部での油膜切れを防止するために、ス
カート部は下部から上部にいくに従って若干小径として
ある。通常、ピストンはエンジン燃焼室からの熱を多く
受けるピストンクラウン部の熱膨張を逃すために、上部
程小径としてある。また、ピストンの姿勢を保つことを
油膜形成のために、スカート部の平面形状は若干楕円形
としてある。スカート肩部は熱膨張逃げのための小径化
に加えて油膜切れ防止のためにさらに小径としてある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スカート肩部
を小径化する対策は、スカート部とシリンダボア壁面と
の間をクリアランスを大きくするものであるから、スカ
ート下端部に内側への永久変形が生じたときは、益々ク
リアランスを大きくさせてしまい、衝撃力やスラップ音
を大きくしてしまうという問題があった。

【０００４】本発明は、熱膨張逃げ上必要なクリアラン
ス以上にクリアランスを増大させないで、サイドウォー
ル部構造に改良を加えることによって、スカート下部の
変形、それによるクリアランス増大とスカート肩部での
油膜切れ等の問題を軽減することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る内燃機関用ピストンは、次のピストンか
ら成る。すなわち、クラウン部、クラウン部の下部に一
体に形成された一対のピンボス部、一対のピンボス部の
軸芯と直交する方向にある位置でクラウン部の下部に一
体に形成された一対のスカート部、各スカート部と各ピ
ンボス部とを連結するサイドウォール部、から成る内燃
機関用ピストンにおいて、前記サイドウォール部に、ピ
ストン内側に向って凹状に湾曲する湾曲部を形成し、該
湾曲部の曲率半径をピストン下部から上方にいくに従っ
て徐々に小となるように変化させたことを特徴とする内
燃機関用ピストン。

【０００６】

【作用】本発明のピストンでは、スカート部を、サイド
ウォール部によって両端支持された両端支持梁とみなし
たときに、ピストン内側に向って凹状の湾曲部の半径を
ピストン下部から上方に向って小としてスカート部の両
端支持点間スパンを大とすることにより、サイドウォー
ル部のスカート支持剛性をピストン下端から上方にいく
に従って小とすることができる。これによってスカート
部が下端で内側に変形しにくくなり、かつスカート肩部
が柔らかくなって大きな面積でシリンダボア壁面と当る
ようになり、単位面積あたりの衝突荷重が小さくなって
油膜切れが起りにくくなる。

【０００７】

【実施例】本発明実施例の内燃機関用ピストンを図１か
ら図５を参照して説明する。図１に示すように、ピスト
ン２は、クラウン部４、クラウン部４の下部に一体に形
成された一対のピンボス部６、６、一対のピンボス部の
軸芯８と直交する方向に在る位置でクラウン部４の下部
に一体に形成された一対のスカート部１０、１０と、各
スカート部１０と各ピンボス部６とを連結するサイドウ
ォール部１２とを有する。クラウン部４には周方向に延
びるピストンリング溝１４、オイルリング溝１６が形成
されている。ピンボス部６にはピストンピン穴１８が形
成され、そこにピストンピン（図示略）が挿入され、ピ
ストンピンを介してコネクティングロッド（図示略）に
回動自在に連結される。ピストン２はピストンピンすな
わちピンボス軸芯８まわりに首振りし、スカート部１０
でシリンダボア内壁面２０（図４参照）に摺接して、姿
勢が維持される。

【０００８】ピストン２は、燃焼室からの熱をクラウン
部４で受けるので、クラウン部４の温度が最も高くなる
。この熱膨張を逃げるために、図４に示すように、クラ
ウン部４が最も小径とされており、スカート部下端にい
く程大径とされている。また、スカート部１０とシリン
ダボア内壁面２０との間に摺動を円滑にするための油膜
を形成するために、図５に示すようにピストン２は平面
視で若干楕円形状とされている。しかし、ピストン姿勢
を維持するために、スカート周面の中点（楕円と楕円長
軸との交点）でクリアランスを最も小としてある。

【０００９】図２はスカート部上部横断面を、図３はス
カート部下部横断面を示している。図２に示すように、
サイドウォール部１２は、スカート部１０に連らなって
スカート部１０の接線方向に弧状（円弧の中心はピスト
ン軸芯）延びる第１の部分１２ａと、ピンボス部６に連
らなってピンボス部６から弧状（円弧の中心はピンボス
部６に関しピストン中心と反対側にある）に延びる第２
の部分１２ｂと、第１の部分１２ａと第２の部分１２ｂ
とを弧状（円弧の中心はサイドウォール部１２よりピス
トン内側にありピストン内側に向って凹状に湾曲する）
に連結する第３の部分１２ｃとから成る。第１の部分１
２ａの外周面２２はスカート部外周面延設面よりピスト
ン中心側に間隔ｔ（１０ミクロン以上）だけ後退した、
段部２４から第１の部分１２ａが始まる。

【００１０】図２、図３において、ピストンボス軸芯と
直交方向にスカート部１０に荷重がかかると、この荷重
はサイドウォール部１２を介してピンボス部６に伝わり
、ピストンピン、コネクティングロッドで受けられる。 したがって、スカート部１０は両端でサイドウォール部
１２により支持された両端支持梁とみなせる。サイドウ
ォール部１２のスカート支持剛性が、ピストン軸方向に
変化されている。サイドウォール部１２のスカート支持
剛性はスカート下端部で大で、スカート肩部で小となる
ように上下方向に徐変されている。この徐変は、次の構
成によって得られる。

【００１１】まず、サイドウォール部１２の第３の部分
１２ｃの曲率半径のうち、スカート部上部の曲率半径Ｒ
ａは小とし、スカート部下部の曲率半径Ｒｂは大とする
。こうすることによって、スカート部上部においては、
図２に示すようにスカート部１０とサイドウォール部１
２の第１の部分１２ａの合計長さの梁が、第３の部分１
２ｃで両端支持された梁とみなせるようになり、梁の両
端支持点間のスパンが大になってスカート上部の横方向
力に対する剛性が小になる。また、スカート部下部にお
いては、図３に示すように、サイドウォール部１２の第
１の部分１２ａがほとんどなくなり、スカート部１０が
第３の部分１２ｃで両端支持されているとみなせるよう
になり、梁の両端支持点間のスパンが小になってスカー
ト下部の横方向力に対する剛性が大になる。

【００１２】また、サイドウォール部１２の第２の部分
１２ｂの曲率中心間の距離Ｌを、スカート部上部で大と
し、スカート部下部で小となるように、ピストン軸方向
に徐変させてある。こうすることによって、スカート部
１０とサイドウォール部１２の第１の部分１２ａとから
なる弧状梁の両端支持点間スパンを、スカート部上部に
おいて大にでき、スカート部下部において小にできる。

【００１３】また、サイドウォール部１２の第２の部分
１２ｂの曲率半径のうち、スカート部上部の曲率半径Ｒ
ｃは小とし、スカート部下部の曲率半径Ｒｄは大として
ある。こうすることによって、スカート部１０とサイド
ウォール部１２の第１の部分１２ａとからなる弧状梁の
両端支持点間スパンを、スカート部上部において大にで
き、スカート部下部において小にできる。

【００１４】図２において、サイドウォール部１２の第
１の部分１２ａとスカート部１０の境目が段部２４であ
る。スカート肩部における第１の部分１２ａの外周面２
２は、図５にも示すように、若干楕円状とされたスカー
ト部外周面の延設面よりピストン中心側にｔだけ後退し
ており、この外周面２２はシリンダボア内壁面２０との
間に油膜を形成、保持する油膜形成面として機能する。 ｔは周方向に第１の部分１２ａに沿って間隔は均一であ
る。スカート部１０をピストン内側に後退させるとピス
トン２の姿勢が保てなくなり首振りが大きくなるので、
スカート部１０は後退させず、スカート部１０から離れ
てピストンの姿勢に影響を与えないサイドウォール部の
第１の部分１２ａを油膜形成面としてある。ここに充分
な油膜を保持してスカート部１０とシリンダボア内壁面
２０に供給し、スカート部１０の焼付きを防止している
。間隔ｔを均一としたのは、油膜の厚さを均一にして、
スカート肩部からシリンダボア内壁面２０への熱伝導、
熱伝達を良好にし、ピストン肩部の温度を下げて、焼付
き防止を効果的にするためである。スカート部下部には
、サイドウォールの第１の部分１２ａがないから、油膜
形成用に後退された外周面２２は形成されないが、スカ
ート下部の温度は比較的低いので、問題は生じない。

【００１５】つぎに、作用を説明する。ピストンの理想
形状は、ピストンスカート部とシリンダボア内壁面があ
たる面積が、スカート上部でボア径の１／２、スカート
下部でボア径の２／３であると云われている。また、ピ
ストンの姿勢を正常に保ちかつピストンスカート肩部で
の油膜切れを生じないようにするには、スカート肩部で
のピストン剛性が小で、スカート下部でのピストン剛性
が大であるとともに、スカート肩部においてスカート外
周面に充分油が供給されなければならない。

【００１６】本発明実施例のピストン２は上記要求を全
て満足できる。サイドウォール部１２の第１の部分１２
ａは外周面がピストン内側に後退しているのでシリンダ
ボア内壁面２０とはあたらず、スカート上部において、
スカート部１０のみがシリンダボア内壁面２０に接触す
る。したがって、段部２４の位置を適当に選定すること
によってスカート部１０がボア内壁面２０とあたる面積
を、スカート上部においてボア径の１／２に、容易に設
定することができる。また、サイドウォール第１の部分
１２ａの外周面が油膜形成面２２として機能するために
、スカート上部の外周面に充分に油を供給でき、油膜切
れを防止できるとともに、油膜形成面２２からも油膜を
通してシリンダボアに熱を放出できるので焼付きを防止
することができる。

【００１７】サイドウォール部１２のスカート支持剛性
をピストン上下方向に徐変させてあるので、理想のスカ
ート剛性が得られる。サイドウォール部自体の剛性やサ
イドウォール部ピッチを変えることによってスカート剛
性を変えるようにしたものは、従来ない。たとえば、ス
カート部１自体の厚さを変えることによりスカート剛性
を変えようとすると、ピストン鋳造時の湯まわり不足が
生じる等の問題が出るが、サイドウォール部１２による
スカート支持剛性を変える本発明ピストンでは、鋳造時
の湯まわり不足等の問題は生じない。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、サイドウォール部１２
を、ピストン内側に向って凹状に弧状に湾曲する部分（
第３の部分）１２ｃを有するように形成し、該湾曲する
部分１２ｃの曲率半径をピストン下部から上方にいくに
従って徐々に小となるように変化させたので、スカート
部１０をサイドウォール部１２によって両端が支持され
た弧状梁とみなしたときに、横方向力に対する剛性がス
カート下部で大となり、上方にいくに従って小となる。 これによって、ピストンスカート部１０がシリンダボア
壁面２０にあたったときのスカート下部の変形が小にな
り、スカート肩部であたりにくくなって、たとえスカー
ト肩部であたってもスカート肩部が比較的柔らかく支持
されているので大きな面積であたるようになって、油膜
切れを防止できる。このようなサイドウォール部のスカ
ート支持剛性による変形防止、油膜切れ防止によって、
従来のようにスカートとシリンダボア壁面間のクリアラ
ンスを熱膨張逃げ上必要とされるクリアランス以上に大
きくとる必要がなくなるから、クリアランスを従来より
も実質的に小にでき、ピストンの姿勢の安定、あたり力
の軽減、スラップ音の軽減等の効果も得られる。また、
油膜切れが生じないことにより、焼付防止の他に、油膜
を通してピストンからシリンダボアに熱が逃げることに
より、ピストンの熱負荷が小になり、ピストンの信頼性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関用ピストンの
正面図である。

【図２】図１の２−２線に沿う断面図である。

【図３】図１の３−３線に沿う断面図である。

【図４】ピストンの立面視外形とシリンダボア壁面との
関係を示す概略立面図である。

【図５】ピストンの平面視外形とシリンダボア壁面との
関係を示す概略平面図である。

【図６】従来のピストンの変形を示す概略立面図である
。

【符号の説明】

２　　内燃機関用ピストン ４　　クラウン部 ６　　ピンボス部 ８　　ピンボス部軸芯 １０　　スカート部 １２　　サイドウォール部 １２ａ　　第１の部分 １２ｂ　　第２の部分 １２ｃ　　第３の部分（ピストン内側に向って凹状に湾
曲する部分） ２０　　シリンダボア内壁面 ２２　　第１の部分の外周面 ２４　　段部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　クラウン部、クラウン部の下部に一体
   に形成された一対のピンボス部、一対のピンボス部の軸
   芯と直交する方向にある位置でクラウン部の下部に一体
   に形成された一対のスカート部、各スカート部と各ピン
   ボス部とを連結するサイドウォール部、から成る内燃機
   関用ピストンにおいて、前記サイドウォール部に、ピス
   トン内側に向って凹状に湾曲する湾曲部を形成し、該湾
   曲部の曲率半径をピストン下部から上方にいくに従って
   徐々に小となるように変化させたことを特徴とする内燃
   機関用ピストン。