JPH0476254A - 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］ この発明は、外周部にピストンリング溝を有する有蓋円
筒状の上部体下側の形状を骨格構造として、軽量化及び
スカート摺動面積減少を図った、いわゆるスケルトン型
ピストンからなる内燃機関のピストンに関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、この種の技術として、例えば実開昭６３−６７６
４７号公報に開示されたピストンでは、第４図に示すよ
うに上部体２１を有蓋円筒状に形成し、その上部体２１
の外周部に複数のピストンリング溝２２を設けると共に
同ピストンリング溝２２の下側外周部に上部スカート２
３を設け、更に下部体２４を骨格構造に形成してその一
部に上部スカート２３から分離した下部スカート２５を
設けている。

そして、このピストンでは、その上下運動の際に図示し
ないシリンダボアとの摺動によって生じるスカッフィン
グや焼付き等を防止すべく、上部スカート２３の外径寸
法と下部スカート２５の外径寸法とを変えている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記従来例のピストンでは、上部スカー
ト２３の外径寸法と下部スカート２５の外径寸法とを変
えることでスカッフィングや焼付きを防止しているが、
スカッフィング防止と摺動抵抗低減との両立を図ること
については開示されていなかった。即ち、上部スカート
２３及び下部スカート２５の外周面に設けられる条痕に
ついては何ら触れられておらず、条痕に保持されるエン
ジンオイルによってピストン全体としての摺動抵抗が増
して、フリクションロスが太き（なるという虞があった
。

又、面圧については、ピストンのスラスト側と反スラス
ト側との間で異なっている。このため、第５図に示すよ
うに、上部スカート２３と下部スカート２５との間で、
更にはそれらのスラスト側と反スラスト側との間で、外
周面の摩耗量に差が出ることが知られている。即ち、ス
ラスト側において、上部スカート２３及び下部スカート
２５の摩耗量が大きくなる。従って、これらの摩耗量の
違いを考慮した上で、スカッフインク゛防止と摺動抵抗
低減との両立を図ることが必要であった。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、ピストンの上下運動におけるスカッフィ
ングを防止すると共に摺動抵抗を低減２することが可能
で、もってフリクションロスを低減することが可能な内
燃機関のピストンを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明においては、有
蓋円筒状の上部体外周部に設けられたピストンリング溝
と、上部体外周部にてピストンリング溝の下側に設けら
れた上部スカートと、上部体の内部より延設されたピス
トンピンボスと、そのピストンピンボスより延設された
支持体に支持された下部スカートとからなる内燃機関の
ピストンにおいて、そのピストンの少なくともスラスト
側にて、上部スカートの外周面粗さが下部スカートの外
周面粗さよりも大きくなるように、条痕の形成に差を持
たせている。

［作用］ 上記の構成によれば、ピストンの少なくともスラスト側
にて、上部体からの熱が伝わり易くて相対的に面圧の大
きい上部スカートの外周面粗さが大きくなるように、か
つ上部体からの熱が伝わり難くて相対的に面圧の小さい
下部スカートの外周面粗さが小さくなるように、条痕の
形成に差がある。

従って、シリンダボアにおけるピストンの上下運動の際
に、上部スカートの外周面では、条痕に保持されるエン
ジンオイルが多（なり、オイル膜が厚くなってスカッフ
ィングの原因となる摩耗が減少する。又、下部スカート
の外周面では、保持されるエンジンオイルが少なく、オ
イル膜が薄くなって摺動抵抗となり得る摩擦が減少する
。よって、ピストン全体として、スカッフィングが減少
すると共に摺動抵抗が減少する。

［第１実施例］ 以下、この発明を具体化した第１実施例を図面に基づい
て詳細に説明する。

第１図はこの実施例の内燃機関のピストン１を示す正面
図である。

このピストンｌは、３つのピストンリングを組付けるた
めの３つのピストンリング溝を備えたタイプのものであ
り、有蓋円筒状をなす上部体２と骨格構造をなす下部体
３とから構成されている。

上部体２の外周部には、上からトップリング溝４、セカ
ンドリング溝５及びオイルリング溝６が互いに平行に形
成されている。そして、トップリング溝４及びセカンド
リング溝５には図示しないコンプレッションリングがそ
れぞれ組み付けられ、オイルリング溝６には図示しない
オイルリングが組み付けられるようになっている。オイ
ルリング溝６の内壁には、上部体２の内側に連通ずるオ
イル戻し穴７が形成されている。このオイル戻し穴７は
、オイルリングによって掻き落とされるエンジンオイル
の一部を上部体２の内側へ戻すためのものである。

又、そのオイルリング溝６の下側外周部において、ピス
トン１のスラスト側及び反スラスト側には、円弧状の外
周面を有して下方へ突出する一対の上部スカート８Ａ（
スラスト側）、上部スカート８Ｂ（反スラスト側）が形
成されている。これら上部スカート８Ａ、８Ｂの外周面
下端には内側下方へ傾斜する面取り８ａが形成されてい
る。この実施例のピストンＩにおいて、各上部スカート
８Ａ、８Ｂでは、燃焼室にて発生する熱が上部体２から
伝わり易く、その外周面積が相対的に小さいことがら面
圧は相対的に大きくなる。

一方、下部体３はそのフロント側及びリア側の中央にピ
ストンピン装着用の一対のピストンピンボス９を備え、
各ピストンピンボス９の両側には横方向へ延びる支持体
１０Ａ（スラスト側）、支持体１０Ｂ（反スラスト側）
が形成され、更にそれら支持体１０Ａ、１０Ｂの先端側
には円弧状の外周面を有する一対の下部スカート１１Ａ
、下部スカート１１Ｂが形成されいてる。これら下部ス
カートｌｌＡ、ＩＩＢは上部スカート８Ａ、８Ｂと同じ
くピストン１のスラスト側及び反スラスト側に形成され
たものであり、上部スカート８Ａ。

８Ｂから分離してその上部スカート８Ａ、８Ｂに対して
並列に形成されている。又、各下部スカート１１Ａ、ｌ
ＩＢの外周面上端には内側上方へ傾斜する面取りｌｌａ
が形成されている。この実施例のピストン１において、
各下部スカート１１Ａ。

１１Ｂでは、各上部スカート８Ａ、８Ｂから分離してい
るために上部体２からの熱が伝わり難くい。

更に、各下部スカート１１．Ａ、ｉｌＢは主としてピス
トンＩの姿勢制御に影響を与えることから、その外周面
積が相対的に大きく設定されている。

このため、外周面の面圧は相対的に小さくなる。

又、一般に、ピストン上下運動の際には、コンロッド及
びクランクシャフトとの連結関係からピストン外周面の
スラスト側がシリンダボアに強く押圧されることになる
。そこで、この実施例のピストンｌにおいても、周知の
ようにピストンピンボス９の中心位置Ｐがピストン１の
中心軸線りよりもスラスト側へ僅かな間ｆだけオフセッ
トされ、スラスト側外周面における衝撃、摩耗等を小さ
くするようにしている。

そして、この実施例のピストンｌでは、スラスト側上部
スカート８Ａの外周面及び反スラスト側上部スカート８
Ｂの外周面にて、第２，３図に拡大して示すような条痕
１２が形成されている。この条痕１２は各上部スカート
８Ａ、８Ｂの外周面に対して上下方向へ僅かに傾斜する
ように螺旋状に形成されている。又、各上部スカー）８
Ａ。

８Ｂは共に条痕Ｉ２のピッチ及び深さが同じに設定され
ている。これに対し、各下部スカート１１Ａ。

１１Ｂの外周面には共に条痕１２が形成されておらず、
それらの外周面の粗さは共に約５〜ｌｏｚに設定されて
いる。つまり、雨上部スカート８Ａ。

８Ｂの外周面粗さが雨下部スカー）　１１Ａ、　ＩＩＢ
の外周面粗さよりも大きくなるように、条痕１２の形成
に差を持たせている。これをまとめると、以下の表１の
ように示すことができる。

（以下、余白） 次に、上記のように構成したピストン１を内燃機関のシ
リンダボアに装着して使用した際の作用について説明す
る。

内燃機関が運転されると、ピストン１がシリンダボア内
にて上下運動し、図示しないコンロッドの基端部からは
ピストン１へ向けてエンジンオイルが供給される。この
時、燃焼室にて発生して上部体２から伝わる熱は各上部
スカート８Ａ、８Ｂへ伝わり易く逃げ難いので、各上部
スカート８Ａ。

８Ｂは熱膨張し易くなる。又、各上部スカート８Ａ、８
Ｂの外周面の面圧は相対的に大きくなる。

このため、特にピストンＩの膨張行程時にスラスト力に
よってピストンＩがシリンダボアに押し付けられると、
各上部スカート８Ａ、８Ｂの外周面で摩耗が起きようと
する。

これに対し、この実施例のピストン１では、スラスト側
及び反スラスト側の両方において、各上部スカー１−８
Ａ、８Ｂの外周面に条痕１２が形成されているので、各
上部スカート８Ａ、８Ｂの外周面では条痕１２に多くの
エンジンオイルが保持される。従って、雨上部スカート
８Ａ、８Ｂの外周面では、オイル膜が比較的厚くなり、
これによってスカッフィングの原因となる摩耗が減少す
る。

又、ピストン１にスラスト力が作用した時、条痕１２に
エンジンオイルが保持されているので、スラップ音が緩
衝される。

一方、各下部スカート１１Ａ、１１Ｂでは上部体２から
の熱が伝わり難くて熱膨張が起こり難い。

このため、ピストンｌがスラスト力によってシリンダボ
アに押し付けられても、摩耗によるスカッフィングは起
こり難い。これは、種々のスカッフィングや焼付きの状
況から判断して、各下部スカ−１］、ＩＡ、ＩＩＢが位
置する個所はシリンダボアの真円度が上方に比べて約２
分の１と小さいからである。従って、各下部スカート１
１Ａ、１１Ｂにて条痕１２を省略しても、耐スカツフイ
ンクやオイル消費低減に充分に対応することかできる。

又、各下部スカートＩＩＡ、ＩＩＢの外周面には条痕１
２が形成されていないので、外周面で保持されるエンジ
ンオイルも少なくなる。従って、各下部スカー）１１Ａ
、１１Ｂの外周面では、逆に摺動抵抗となり得るオイル
膜が適正化されて摩擦が減少する。この結果、フリクシ
ョンロスが減少する。

上記のように、この実施例のピストン１では、各上部ス
カート８Ａ、８Ｂと各下部スカートＩＩＡ　。

１１Ｂとの間で条痕１２の形成に差を持たせることによ
ってオイル膜の形成に差を持たせたので、ピストン１全
体として、スカッフィングを防止することができると共
に摺動抵抗を低減することができ、もってフリクション
ロスを低減することができる。

［第２実施例コ 次に、この発明を具体化した第２実施例について説明す
る。尚、以下の各実施例におけるピストンの基本的構成
は前記第１実施例におけるピストン１のそれと同じであ
るとして、以下の説明では、図示を省略し、同一の構成
要素については同一の符号を付して説明を省略し、異な
った点についてのみ説明する。

次の表２は、この実施例におけるピストンの各上部スカ
ート８Ａ、８Ｂ及び各下部スカート１１Ａ。

１１Ｂの外周面における条痕１２の形成の差を示してい
る。

表２ 即ち、この実施例のピストンでは、スラスト鋼上部スカ
ーｔ−８Ａの外周面のみに条痕１２が形成されている。

この条痕１２はスラスト側上部スカート８Ａの外周面に
対して上下方向へ僅かに傾斜するように螺旋状に形成さ
れている。又、条痕１２のピッチ及び深さについては任
意に設定されている。更に、条痕１２の形成されていな
い反スラスト側上部スカート８Ｂの外周面粗さは約５〜
１０２に設定されている。加えて、スラスト側及び反ス
ラスト側の各下部スカートＩＩＡ、ＩＩＢの外周面には
共に条痕１２が形成されておらず、それらの外周面の粗
さは共に約５〜ｌＯＺに設定されている。

つまり、この実施例のピストンでは、相対的にスラスト
側よりも面圧の小さくなる反スラスト側で上部スカート
８Ｂの外周面及び下部スカート１１Ｂの外周面における
条痕１２を廃止し、ピストンのスラスト側においてのみ
、上部スカート８Ａの外周面粗さが下部スカート１１Ａ
の外周面粗さよりも大きくなるように、条痕１２の形成
に差を持たせている。

従って、このピストンを内燃機関のシリンダボアに装着
して使用した場合には、相対的に面圧の大きくなるスラ
スト側上部スカート８Ａの外周面に条痕１２が形成され
ているので、この上部スカ−１８Ａの外周面では条痕Ｉ
２に多くのエンジンオイルが保持される。従って、スラ
スト側上部スカート８Ａの外周面では、オイル膜が比較
的厚くなり、これによってスカッフィングの原因となる
摩耗が減少すると共に、スラップ音が緩衝される。

一方、各下部スカー）１１Ａ、ＩＩＢの外周面には条痕
１２が形成されていないので、逆に摺動抵抗となり得る
オイル膜が適正化されて摩擦が減少し、その結果として
フリクションロスが減少する。

上記のように、この実施例のピストンでは、反スラスト
側よりも相対的に面圧の大きいスラスト側において、上
部スカート８Ａと下部スカート１１Ａとの間で条痕１２
の形成に差を持たせてオイル膜の形成に差を持たせたの
で、ピストン全体として、スカッフィングを防止するこ
とができると共に摺動抵抗を低減することができ、もっ
てフックジョンロスを低減することができる。

［第３実施例］ 次に、この発明を具体化した第３実施例について説明す
る。

次の表３は、この実施例におけるピストンの各上部スカ
ー１−８Ａ、８Ｂ及び各下部スカー１−１１Ａ。

１１Ｂの外周面における条痕１２の形成の差を示してい
る。

即ち、この実施例のピストンでは、スラスト側上部スカ
ート８Ａの外周面に大きい条痕】２、即ち深さの大きい
条痕１２が形成されている。又、反スラスト側上部スカ
ート８Ｂの外周面に小さい条痕１２、即ち深さの小さい
条痕１２が形成されている。これらの条痕１２は各上部
スカート８Ａ。

８Ｂの外周面に対して上下方向へ僅かに傾斜するように
螺旋状に形成されている。更に、スラスト側下部スカー
ト１１Ａの外周面には小さい条痕１２、即ち深さの小さ
い条痕１２が形成されている。この条痕１２の深さは反
スラスト側上部スカート８Ｂの条痕１２とほぼ同じ粗さ
である。又、反スラスト側下部スカートＩＩＢの外周面
には条痕１２が形成されておらず、その外周面粗さは約
５〜１０Ｚに設定されている。

つまり、この実施例のピストンでは、相対的に面圧の大
きいスラスト側で、上部スカート８Ａの外周面粗さが下
部スカートＩＩＡの外周面粗さよりも大きくなるように
、条痕１２の形成に差を持たせている。即ち、上部スカ
ート８Ａの外周面に大きい条痕１２を形成し、下部スカ
ート１１Ａの外周面に小さい条痕１２を形成している。

又、相対的に面圧の小さい反スラスト側で、上部スカー
ト８Ｂの外周面粗さが下部スカート１１Ｂの外周面粗さ
よりも大きくなるように、条痕１２の形成に差を持たせ
ている。即ち、上部スカート８Ｂの外周面に小さい角痕
１２を形成し、下部スカート１１Ｂの外周面の条痕１２
を廃止している。

従って、このピストンを内燃機関のシリンダボアに装着
して使用した場合には、ピストンのスラスト側及び反ス
ラスト側の各上部スカート８Ａ。

８Ｂの外周面に、相対的な面圧の大きさに合わせて大小
の条痕１２が形成されているので、各上部スカート８Ａ
、８Ｂの外周面では条痕１２に多くのエンジンオイルか
保持される。従って、各上部スカート８Ａ、８Ｂの外周
面では、オイル膜か比較的厚（なり、これによってスカ
ッフィングの原因となる摩耗が減少すると共に、スラッ
プ音が緩衝される。

一方、各下部スカート１１Ａ、１１Ｂの外周面には、相
対的な面圧の大きさに合わせて一方では小さい条痕１２
が形成され、他方では条痕１２が廃止されているので、
逆に摺動抵抗となり得るオイル膜が適正化されて摩擦が
減少し、その結果としてフリクションロスが減少する。

上記のように、この実施例のピストンでは、スラスト側
及び反スラスト側において、その相対的な面圧の大きさ
に合わせて、各上部スカート８Ａ。

８Ｂと各下部スカートＩＩＡ、ＩＩＢとの間で条痕１２
の形成に差を持たせてオイル膜の形成に差を持たせたの
で、ピストン全体として、スカッフインク′を防止する
ことができると共に摺動抵抗を低減することができ、も
ってフリクションロスを低減することができる。

尚、この発明は前記各実施例に限定されるものではなく
、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適
宜に変更して次のように実施することもできる。

（１）前記各実施例では、条痕１２を上下方向へ僅かに
傾斜するように螺旋状に形成したが、条痕を横方向へ平
行に形成してもよい。

（２）前記各実施例では、３つのピストンリングを組付
けるための３つのピストンリング溝を備えたタイプのピ
ストン１に具体化したが、２つのピストンリングを組付
けるための２つのピストンリング溝を備えたタイプのピ
ストンに具体化してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、ピストンの少な
くともスラスト側にて、上部スカートの外周面粗さか下
部スカートの外周面粗さよりも大きくなるように、条痕
の形成に差を持たせたので、上部スカートと下部スカー
トとの間でオイル膜形成に差ができて、ピストンの上下
運動におけるスカッフィングを防止することができると
共に摺動抵抗を低減することかでき、もってフリクショ
ンロスを低減することができるという優れた効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した第１実施例における内燃
機関のピストンを示す正面図、第２図及び第３図は上部
スカートの外周面に形成された条痕を拡大して示す部分
断面図である。第４図は従来例における内燃機関のピス
トンを示す正面図、第５図はスケルトン型ピストンの上
部スカート及び下部スカートの摩擦量の違いを説明する
図である。 図中、２は上部体、４はトップリング溝、５はセカンド
リング溝、６はオイルリング溝、８Ａ。 ８Ｂは上部スカート、９はピストンピンボス、１ＯＡ、
ＩＯＢは支持体、ＩＩＡ、ＩＩＢは下部スカート、１２
は条痕である。 特許出願人　　　　　トヨタ自動車　株式会社代理人　
弁理士　　恩　１）博　宣（ほか１名）第　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　有蓋円筒状の上部体外周部に設けられたピストンリ
   ング溝と、 前記上部体外周部にて前記ピストンリング溝の下側に設
   けられた上部スカートと、 前記上部体の内部より延設されたピストンピンボスと、 前記ピストンピンボスより延設された支持体に支持され
   た下部スカートと からなる内燃機関のピストンにおいて、 そのピストンの少なくともスラスト側にて、前記上部ス
   カートの外周面粗さが前記下部スカートの外周面粗さよ
   りも大きくなるように、条痕の形成に差を持たせたこと
   を特徴とする内燃機関のピストン。