JPH0529412Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はエンジンに用いるピストンに係り、詳
しくは、ピストンスカートの下端突出部の下縁に
おける、特に周方向端部側の外周を改良したピス
トンに関するものである。

（従来技術） 一般に、エンジンのピストンは上部のピストン
クラウンと下部のピストンスカートとからなり、
アルミニウム合金などで鋳造して製作される。上
記ピストンクラウンの下方にはピストンスカート
に連なるピンボスが一体に形成されており、この
ピンボスにはピストンピンを介して、ピストンの
往復運動をクランク軸の回転運動に変換するため
のコンロツドが揺動可能に接続される。上記ピス
トンクラウンは燃焼室における燃料の爆発を上面
で受けて、ピストン運動を起こさせるように機能
する一方、上記ピストンスカートは、ピストンが
往復運動する際シリンダ内で倒れが生じないよう
に、姿勢を保持する機能を有する。

一方、ピストンはシリンダ内を往復運動するこ
とから、ピストンの外径はシリンダの内径よりも
わずかに小さくされているため、上記コンロツド
が傾斜した状態では、上記コンロツドを介してク
ランク軸からの抵抗を受けて僅かに傾いた首振り
状態となる。そして、その傾斜方向はコンロツド
の傾斜方向に応じて、ピストンが一往復する間に
交互に変わる。

ところで、ピストンが爆発力を受けて下死点に
向かう場合には、ピストンスカートの主としてス
ラスト側の下端突出部の下縁外周がシリンダの内
面を摺接し、ピストンがクランク軸の回転で上死
点に向かう場合には、主として反スラスト側の下
端突出部の下縁外周がシリンダの内面を摺接し
て、それ以上のピストンの倒れが生じなように規
制される。しかし、ピストンがわずかに傾斜姿勢
となることから上記下縁外周の角部によりシリン
ダ内面に付着している油膜までが掻き落とされ、
その個所の油膜切れを生じるおそれがある。

このような現象を回避することを目的として、
例えば実開昭59−102962号公報には、ピストンス
カートのスラスト側下端突出部のシリンダ内面と
の相対内面である外周面の一部に三角状の切欠溝
を形成させたピストンが提案されている。これ
は、ピストンが下死点に向かうときシリンダ内面
に付着した潤滑油を上記切欠溝内に蓄え、上死点
に向かうとき蓄えた潤滑油をシリンダ内面に供給
しようとするものである。

（考案が解決しようとする問題点） ところが、上記公報提案のピストンでは、ピス
トンスカートの下端突出部の下縁外周やその周方
向両端部が鋭い角部となつており、加えて、上記
角部は熱膨脹によりますますシリンダ内面を押圧
するようになるため、上記角部がシリンダ内面に
摺接する際にシリンダ内面の潤滑油のみならず油
膜までが掻き落とされ、依然として、油膜切れが
生じるおそれがある。

一方、従来、首振りに伴うスラツプ音低減のた
めにピストンスカートのスラスト側の縦断面の形
状を外周側に中膨み形に成形するものが、実開昭
60−143147号公報で提案されており、これを上述
の下端突出部の角部による油膜切れの対策として
適用することが考えられる。しかし、ピストンス
カートを中膨み形とした場合においても、上記下
端突出部の下縁外周による角部の影響が緩和され
るのみであり、上記下縁の周方向両端部で構成さ
れる角部によつて、以下に説明するように、油膜
切れが生じるおそれがある。

すなわち、第６図に示すように、上記ピストン
スカート２が熱を受けてシリンダ内面１０側に膨
脹する際、下端突出部２Ａの下縁２ａの周方向両
側端部２ｂ，２ｂが自由端を構成しているため、
上記下縁２ａは曲率半径が大きくなるように変
形、すなわち、拡がり、上記下縁２ａの周方向中
央位置Ｃよりも上記周方向両側端部２ｂ，２ｂの
方がより大きく上記シリンダ内面１０の側に突出
しようとする（同図に一点鎖線で示す下縁２ａ参
照）。このため、上記周方向両側端部２ｂ，２ｂ
がシリンダ内面１０に局部的に強く当つてしま
い、上記周方向両側端部２ｂ，２ｂで構成される
角部によつて、シリンダ内面１０に付着している
油膜が掻き落とされて、油膜切れによるピストン
の摺動抵抗増大化が生じる。

特に、上記公報提案のものは、ピストンピン軸
に直交する方向のスラスト側の下端突出部では上
記中膨み形となし、上記ピストンピン軸方向のピ
ストンスカートの下半部ではピストンの軸線に沿
つて一直線状となし、上記下端突出部の周方向中
央位置から周方向両側に向かつて上記一直線状の
下半部に連続する曲面となしている。このため、
上記下端突出部の下縁は周方向中央位置から周方
向両側端部側にいく程、シリンダ内面側に拡径す
る形状となり、上記下縁の周方向両側端部により
構成される角部のシリンダ内面に対する局部的な
当たりの度合いがますます増大し、上記油膜切れ
発生のおそれもますます増大化する。

本考案は、このような事情に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、熱膨脹やピス
トンの倒れに起因するシリンダ内面の油膜切れを
確実に防止してピストンの摺動抵抗の低減化を図
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、実用新案登録請
求の範囲記載の考案は、ピストンスカートを有
し、このピストンスカートにピストンピン軸方向
と直交する方向のスラスト側および反スラスト側
の各外周位置から周方向所定範囲にわたつてシリ
ンダ内面に沿つて下方に突出した下端突出部が形
成されているピストンを前提とする。このものに
おいて、上記各下端突出部の下縁の外周部に、下
方にいくに従い上記シリンダ内面から径方向内方
に湾曲するすくい面を形成する。そして、このす
くい面を、その下端位置とシリンダ内面との間の
径方向隙間量である先端すくい量が上記各下端突
出部における周方向中央位置から周方向両側端部
側にいくに従い大きくなるよう形成して構成する
ものである。

（作用） 上記の構成により本考案では、ピストンのスラ
スト側および反スラスト側におけるピストンスカ
ートの下端突出部の下縁外周に、ピストン内方に
湾曲したすくい面が形成されているので、ピスト
ンが上死点から下降する際、下縁外周が油膜へ乗
り上げるようにしてピストンが運動し、油膜自体
の掻き落としがなくなり油膜切れを起こすことが
ない上に、上記油膜への乗り上げに伴いその油膜
から受ける反力によりピストンがシリンダ内面に
沿つて滑らかに移動案内されるという、ピストン
のシリンダ内面との沿い性の改善が図られる。

しかも、先端すくい量、すなわち、上記すくい
面の下端位置とシリンダ内面との間の径方向隙間
量が、下端突出部の下縁の周方向中央位置から周
方向両側端部側に向かう程大きくなつているの
で、上記周方向両側他端部が周方向中央位置より
大きくシリンダ内面側に突出して拡がつても、従
来のピストンにおける上記周方向両側端部側がシ
リンダ内面に直接当たることが確実に回避され
る。このため、このような下端突出部の下縁の熱
膨脹特性に起因する油膜切れの発生が確実に防止
され、上記すくい面の形成による油膜切れの防止
および沿い性の改善がより確実に図られる。

（実施例） 以下に、本考案をその実施例に基づき詳細に説
明する。

第３図は、ピストンクラウン１とピストンスカ
ート２とが一体のアルミニウム合金鋳物製のピス
トン３の一例である。ピストンクラウン１には、
その周囲にピストンリング溝４およびオイルリン
グ溝５が形成され、その下方にピストンスカート
２に連なるピンボス６が一体となつている。その
ピンボス６にはピストンピンが挿通されるピン孔
７が形成され、ピストンの往復運動をクランク軸
の回転運動に変換するための図示しないコンロツ
ドを接続できるようになつている。ピストンクラ
ウン１は燃焼室における燃料の爆発を上面で受け
て、ピストン運動を起こさせるように機能する。
一方、ピストンスカート２は、ピストンスカート
上部２ａと、ピストンピン軸方向（第３図の紙面
に直交する方向、第２図の左右方向）と直交する
方向のスラスト側８Ａおよび反スラスト側８Ｂの
各外周位置から周方向所定範囲にわたつてシリン
ダ内面に沿つて下方に突出した一対の下端突出部
２Ａ，２Ａとからなり、ピストンが往復運動する
際シリンダ内で倒れが生じないように、姿勢を保
持する機能を有する。

上記ピストンスカート２の各下端突出部２Ａの
下縁２ａの外周には、第１図に示すように、下方
にいくに従い上記シリンダ内面１０から径方向内
方（同図の右方）に滑らかに離れるよう湾曲する
すくい面９が形成されている。このすくい面９に
より、ピストン３が下死点に向かうとき、そのピ
ストン３がわずかに傾斜姿勢となつても、上記下
縁２ａがシリンダ内面１０と当たることなく、シ
リンダ内面１０に付着した潤滑油膜に上記すくい
面９が乗り上げるようになつている。そして、上
記すくい面９には上記乗り上げた油膜から反力と
しての油圧力が、ピストン３の首振り方向と逆の
方向に力を作用するようにしている。このような
すくい面９は縦断方向から見て滑らかに変化する
曲線からなるが、下端突出部２Ａの外周面から曲
線により方向を変えた後、一部に直線部分を有し
ていてもよく、また、上記すくい面９の下端位置
におけるすくい角αはエンジンによつて適宜選択
すればよい。

そして、上記すくい面９は、その下端位置とシ
リンダ内面１０との間の径方向隙間量である先端
すくい量δが、第２図に示すように、下端突出部
２Ａにおける周方向（同図にＰで示す方向）中央
位置Ｃから周方向両側端部２ｂ，２ｂにいくに従
い徐々に大きくなるように形成されている。すな
わち、上記先端すくい量δが、第４図に示すよう
に、周方向中央位置Ｃで最も小さく、この中央位
置Ｃから周方向Ｐの上記各端部２ｂ側にいく程、
徐々に増加するようになつている。

上記構成のピストン３において、ピストン３が
シリンダ内を往復運転する際、例えば上死点から
下死点に向かうときピストン３がわずかに傾斜姿
勢となつてピストンスカート２のスラスト側８Ａ
の下端突出部２Ａの外周がシリンダ内面１０を摺
接する。この際、上記下端突出部２Ａの下縁２ａ
外周にはすくい面９が形成されているため、上記
ピストン３がわずかに傾斜姿勢となつても、上記
下縁２ａがシリンダ内面１０と直接当たることを
防止することができ、これにより、上記シリンダ
内面１０の油膜が掻き落とされることを防止する
ことができ、油膜切れを確実に防止することがで
きる。その上、シリンダ内面１０に付着した潤滑
油膜に上記すくい面９が乗り上げるため、上記す
くい面９には上記乗り上げた油膜から反力として
の油圧力がピストン３の首振りを戻す方向に作用
し、これにより、ピストン３をシリンダ内面１０
に沿つて滑らかに移動案内することができ、ピス
トン３のシリンダ内面１０との沿い性の向上を図
ることができる。従つて、上記油膜切れ発生の防
止と、乗り上げ油膜の反力による沿い性の向上と
によつてピストン３の摺動抵抗の低減化を図るこ
とができ、燃費向上に寄与することができる。

しかも、先端すくい量δが、下端突出部２Ａの
下縁２ａの周方向中央位置Ｃから周方向両側端部
２ｂ，２ｂ側に向かう程大きくなつているので、
上記各周方向両側端部２ｂが周方向中央位置Ｃよ
り大きくシリンダ内面１０側に熱膨脹しても、従
来のピストンにおける上記周方向両側端部による
構成される角部がシリンダ内面１０に直接当たる
ことを確実に回避することができる。このため、
このような下端突出部２Ａの下縁２ａの熱膨脹特
性に起因する油膜切れの発生を確実に防止するこ
とができ、局部的に最も高面圧となりやすい下端
突出部２Ａの周方向中央位置Ｃよりやや周方向に
外れた個所での油膜切れの防止およびシリンダ内
面１０との沿い性の向上を確実に図ることができ
る。従つて、上記ピストン３の摺動抵抗の低減化
という効果をより確実に図ることができる。

第５図はピストン３とシリンダ内面１０との摩
擦損失を示している。そのデータは、エンジン回
転数が増加すると一般にピストンによる摩擦損失
が増大する傾向を示しているが、すくい面９を有
しないピストンの場合を示した実線と、すくい面
９を有すると共にその先端すくい量δを周方向端
部２ｂ側程増加させた本考案のピストンの場合を
示した破線とを比較したものである。これによる
と、いずれの回転数においても６〜10％程度摩擦
損失が減少しているのが判る。なお、一般的にい
つて回転数の低いときの減少率が大きいが、いず
れにしても燃料消費率の改善に寄与している。

なお、第２図に示すように、すくい面９の形成
は図中の二点鎖線で示したように下部全部に施さ
れていてもよいし、破線のように部分的であつて
もよい。いずれの場合おいても、下縁２ａの方向
両側端部２ｂ，２ｂ側の先端すくい量δが中央位
置Ｃのそれよりも大きくなるように、上記すくい
面９が形成されていればよい。

（考案の効果） 本考案のピストンによれば、スラスト側および
反スラスト側におけるピストンスカートの下端突
出部の下縁外周にすくい面を形成し、かつ、この
すくい面をその先端すくい量が周方向中央位置か
ら周方向両側端部側にいくに従い大きくなるよう
に形成しているため、上記下端突出部が周方向中
央位置より周方向端部側の方がシリンダ内面側に
大きく突出しようとする熱膨脹時の変化特性に起
因する上記周方向端部による油膜切れの発生を、
確実に防止することができる。そして、このよう
な油膜切れ発生の防止と、上記すくい面が乗り上
げる油膜の反力による沿い性の向上とによつてピ
ストンの摺動抵抗の低減化を図ることができ、こ
のようなピストンを適用したエンジンの燃費向上
に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例に係るピストンスカー
トの下端突出部の下縁の縦断面図、第２図は上記
実施例に係るピストンの正面図、第３図は第２図
のピストンの側面図、第４図は先端すくい量が中
心から周方向に増加する様子を示した模式図、第
５図はピストンのすくい面を有しない場合と有す
る場合におけるエンジン回転数に対するピストン
の摩擦損失の比較を示すグラフ、第６図は第３図
の−線における断面図である。 ２……ピストンスカート、２Ａ……下端突出
部、２ａ……下縁、２ｂ……下縁の周方向両側端
部、３……ピストン、８Ａ……スラスト側、８Ｂ
……反スラスト側、９……すくい面、δ……先端
すくい量、Ｃ……周方向中央位置、Ｐ……周方
向。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ピストンスカートを有し、このピストンスカー
   トにはピストンピン軸方向と直交する方向のスラ
   スト側および反スラスト側の各外周位置から周方
   向所定範囲にわたつてシリンダ内面に沿つて下方
   に突出した下端突出部が形成されているピストン
   において、 上記各下端突出部の下縁の外周部には、下方に
   いくに従い上記シリンダ内面から径方向内方に湾
   曲するすくい面が形成されており、 このすくい面は、その下端位置とシリンダ内面
   との間の径方向隙間量である先端すくい量が上記
   各下端突出部における周方向中央位置から周方向
   両側端部側にいくに従い大きくなるよう形成され
   ていることを特徴とするピストン。