JPH06229315A - 内燃機関のピストン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘッド一体型エンジンブロックに適したピス
トン装置を提供する。 【構成】 シリンダボア１３の上端に環状に窪むホーニ
ング逃げ部１３が形成されたヘッド一体型エンジンブロ
ックを備える内燃機関において、ピストン１５のトップ
ランド１６の上端の外径をトップランド１６の下端の外
径より大きく形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のピストン装
置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ピストンは燃焼ガス圧力を受けてシリン
ダ内で往復動し、ピストンピンおよびコンロッドを介し
てクランクシャフトの回転力に変換するが、燃焼圧力の
合力はコンロッドの軸方向への力と、ピストンの軸心に
直交する力に分かれるため、ピストンはスラストおよび
反スラスト方向でガス圧力および慣性力により軸心に対
して傾斜する首振りが生じる。

【０００３】従来の内燃機関のピストン装置は、例えば
図１２に示すように、ピストン３１の外周面が樽状に湾
曲して形成され、トップリング溝３２より燃焼室側に位
置するトップランド３３の外径も下端から上端にかけて
小さくなっている。なお、ピストン３１の半径が４０ｍ
ｍ程度の場合、トップランド３３の縮径幅ｍは０．３ｍ
ｍ程度に設定され、トップランド３３の下端から上端に
かけての縮径幅ｎは０．０５ｍｍ程度に設定される。

【０００４】このようにピストン３１は下端から上端に
かけて縮径して形成されることにより、ピストン３１が
熱膨張しても、ピストン３１の首振りによってトップラ
ンド３３がシリンダボアと干渉することが避けられる
(実開昭６０−１４３１４７号公報、実開昭６２−１７
９３４６号公報、参照)。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、後述す
るようにシリンダボアの上端に環状に窪むホーニング逃
げ部が形成されたヘッド一体型エンジンブロックを備え
る内燃機関にあっては、トップランドの外径が下端から
上端にかけて小さくなっていることにより、シリンダボ
アとトップランド間に挟まれるクレビス容積が過大とな
り、燃焼の行われないクエンチ域が大きくなって未燃焼
ガスの排出量が増大するという問題点が考えられる。

【０００６】本発明は上記の問題点に着目し、ヘッド一
体型エンジンブロックに適したピストン装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダボア
の上端に環状に窪むホーニング逃げ部が形成されたヘッ
ド一体型エンジンブロックを備える内燃機関において、
ピストンのトップランド上端の外径をトップランド下端
の外径より大きく形成する。

【０００８】

【作用】トップランド上端の外径をトップランド下端の
外径より大きく形成することにより、シリンダボアのホ
ーニング逃げ部とトップランドの間に挟まれるクレビス
容積を小さくし、燃焼室におけるクエンチ域を減らして
未燃焼ガスの排出量を低減する。

【０００９】ピストンが上死点付近に来ると、トップラ
ンド上端はホーニング逃げ部に対峙し、トップランド下
端は正規径のシリンダボアに対峙する。トップランド上
端の外径を、トップランド下端の外径より大きくしてあ
るので、上記作用を実現しつつ、トップランド上端およ
び下端でシリンダボアとのクリアランスを確保すること
が可能となり、ピストンの首振りが起きても、トップラ
ンドとシリンダボアが干渉しない。

【００１０】ピストンの下死点付近で起きる首振りは、
上死点付近に比べて小さいので、トップランド上端とシ
リンダボアとは干渉しない。

【００１１】

【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。

【００１２】図３に示すように、エンジンブロック１は
ピストン１５を収装するシリンダ部２と、このシリンダ
部２の上方に位置して燃焼室を画成するヘッド部３と
が、アルミ合金にて一体に鋳造される。図中４は、シリ
ンダ部２の下部に形成されるスカート部、５はクランク
シャフトを支持する主軸受部、６はヘッド部に形成され
る吸気ポート、７は排気ポートである。

【００１３】シリンダ部２の外側を囲むようにウォータ
ジャケット９が形成される。ウォータジャケット９の上
端はヘッド部３に形成されるウォータジャケット１０と
連通している。

【００１４】ウォータジャケット９の下端はシリンダ部
２の中間位置に形成され、シリンダ部２の温度を均一化
するようになっている。

【００１５】シリンダ部２の内側には鋳鉄製ライナ８が
鋳込まれる。なお、ライナ８を廃止して、シリンダ部２
に直接シリンダボアを形成しても良い。

【００１６】図２に示すように、シリンダボア１３の上
部にはホーニング逃げ部１２が環状に窪んで形成され
る。

【００１７】シリンダボア１３を砥石で研磨するホーニ
ング加工時に、先にシリンダボア１３の上端に環状に窪
むホーニング逃げ部１２が形成され、シリンダボア１３
の加工精度を確保している。シリンダボア１３の上部に
ホーニング逃げ部１２が形成されない場合、砥石の先端
部が止まり穴形状のシリンダボア１３の上部に当たり、
砥石の摩耗量がその先端部で大きくなり、ボア径が設計
値より小さくなる心配がある。

【００１８】ホーニング逃げ部１２の内径はシリンダボ
ア径より所定の寸法２Ｌだけ大きく形成される。シリン
ダボア径が４０ｍｍ程度の場合、ホーニング逃げ部１２
がその下部のシリンダボア１３に対して窪む深さＬは、
０．０２５≦Ｌ≦０．０５ｍｍの範囲で設定される。

【００１９】図１に示すように、ピストン１５の上部に
はトップリング１７が嵌められるトップリング溝１８が
形成される。トップリング溝１８より燃焼室側に位置し
てシリンダボア１３に対峙するトップランド１６が形成
される。

【００２０】図１に示すようにピストン１５が上死点に
ある状態で、トップランド１６はホーニング逃げ部１２
に対峙し、トップリング１７がホーニング逃げ部１２よ
り下方のシリンダボア１３に当たるようにする。

【００２１】トップランド１６は、その上端の外径がト
ップランド１６の下端の径より所定の寸法２Ｑだけ大き
くなるように、その上端から下端にかけて漸次縮径する
逆テーパ状に形成される。なお、図示した各部の寸法差
は、便宜上実際よりも誇張して大きくしてあるが、実際
にはかなり小さいものであり、ピストン１５の半径が４
０ｍｍ程度の場合、トップランド１６の突出幅Ｑは０．
０３ｍｍ程度に設定される。

【００２２】次に、作用について説明する。

【００２３】ピストン１５に働く燃焼圧力の合力は、コ
ンロッドの軸方向への力と、ピストン１５の軸心に直交
する力に分かれるため、ピストン１５はスラストおよび
反スラスト方向でガス圧力および慣性力によって軸心に
対して傾斜する首振りが生じる。

【００２４】ピストン１５が上死点付近に来ると、トッ
プランド１６の上端はホーニング逃げ部１２に対峙し、
トップランド１６の下端は正規径のシリンダボア１３に
対峙する。トップランド１６上端の外径を、トップラン
ド１６の下端の外径より大きくしてあるので、トップラ
ンド１６の上端および下端でシリンダボア１３とのクリ
アランスを確保することが可能となり、ピストン１５の
首振りが起きても、トップランド１６とシリンダボア１
３が干渉しない。

【００２５】ピストン１５の下死点付近で起きる首振り
は、上死点付近に比べて小さいので、トップランド１６
の上端とシリンダボア１３とは干渉しない。

【００２６】ヘッド一体型エンジンブロック１は、シリ
ンダ部２とヘッド部３の間にガスケット等が介装される
ことがなく、両者に形成されるウォータジャケット９，
１０の連通路を十分に大きくして、燃焼ガスに直接さら
されるシリンダ部２の上部の冷却性を高められる。ウォ
ータジャケット９の下端がシリンダ部２の中間位置に形
成され、シリンダ部２の下部を保温性を高められる。こ
れにより、シリンダ部２の温度分布を図５に実線で示す
ように均一化させることができる。これに対して、シリ
ンダ部とヘッド部が別体で形成され、ウォータジャケッ
トがシリンダ部の下部にまで設けられた深底ウォータジ
ャケットを備える従来の機関の場合、シリンダ部の温度
勾配は図５に破線で示すように大きくなる。

【００２７】図６は、ヘッド別体型エンジンブロックと
深底ウォータジャケットおよび樽状ピストンを備える従
来の機関、ヘッド一体型エンジンブロックと浅底ウォー
タジャケットおよび樽状ピストンを備える機関、本発明
によるヘッド一体型エンジンブロックと浅底ウォータジ
ャケットおよび逆テーパ状ピストンを備える機関につい
て、ピストンの首振りを考慮した場合に、トップランド
とシリンダボアが干渉しないために必要なシリンダボア
に対するトップランドの最小クリアランスをそれぞれ表
したものである。

【００２８】本発明によれば、機関高温時にも、図４に
示すように、ピストン１５が上死点にある状態で、トッ
プランド１６の上端とホーニング逃げ部１２のクリアラ
ンスＳ₁と、トップランド１６の下端とシリンダボア１
３のクリアランスＳ₂はそれぞれ０．１２ｍｍ以上確保
できる。ピストン１５が下死点にある状態で、トップラ
ンド１６の上端とシリンダボア１３のクリアランスＳ₃
は０．０８ｍｍ以上確保できる。

【００２９】本発明による機関は、ホーニング逃げ部１
２に対峙するトップランド１６を逆テーパ状に形成して
いるため、最小クリアランスを常温時と高温時に渡って
比較的小さくし、シリンダボア１３とトップランド１６
の間に挟まれるクレビス容積が比較的小さくなることに
より、燃焼室におけるクエンチ域を減らし、未燃焼ガス
の排出量が低減することができる。

【００３０】次に、図７に示した他の実施例は、トップ
ランド１６が、その上端から下端にかけてピストン軸心
と平行な円筒面２３と、この円筒面２３の下端からトッ
プリング溝１８の開口縁部に渡って漸次縮径する傾斜面
２４とを有するものである。

【００３１】一方、ホーニング逃げ部１２は、図８に示
すように、シリンダボア１３の軸心に平行な円筒面２５
と、円筒面２５の下端から下方に漸次縮径する傾斜面２
６とを有する。

【００３２】この場合、トップランド１６の円筒面２３
とホーニング逃げ部１２の円筒面２５が互いに平行に対
峙することにより、両者の間に画成されるクレビス容積
を削減することができる。

【００３３】次に、図９に示した他の実施例は、トップ
ランド１６が、その上端から下端にかけて漸次縮径する
傾斜面２１と、この傾斜面２１の下端からトップリング
溝１８の開口縁部に渡ってピストン軸心と平行な円筒面
２２を有するものである。

【００３４】一方、ホーニング逃げ部１２は、図１０に
示すように、その下端から上端の近傍にかけて次第に拡
径するテーパ状に形成される。

【００３５】この場合、トップランド１６の傾斜面２１
とホーニング逃げ部１２が互いに平行に対峙することに
より、両者の間に画成されるクレビス容積を削減するこ
とができる。

【００３６】また、図１１の平面図上において、トップ
ランド１６において、その下端から上端にかけて拡径す
る形状とする部分を、ピストン軸心からピストンピン軸
Ｐに対してスラスト側と反スラスト側にそれぞれ所定角
度θ（４０°≦θ≦４５°）だけひろがったフロント側
とリア側の領域のみに形成しても良い。

【００３７】この場合、ピストンの首振りによりピスト
ン軸心に対して傾斜するスラスト側および反スラスト側
でトップランド１６の突出幅を小さくすることで、トッ
プランド１６とシリンダボアとの衝突が確実に防止され
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、シリンダ
ボアの上端に環状に窪むホーニング逃げ部が形成された
ヘッド一体型エンジンブロックを備える内燃機関におい
て、ピストンのトップランド上端の外径をトップランド
下端の外径より大きく形成したため、シリンダボアとト
ップランドの間に挟まれるクレビス容積を小さくし、燃
焼室におけるクエンチ域を減らして未燃焼ガスの排出量
が低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すピストンおよびシリンダ
ボアの断面図。

【図２】同じくシリンダボアの断面図。

【図３】同じくエンジンブロックの全体断面図。

【図４】同じくピストンおよびシリンダボアの概略断面
図。

【図５】同じくシリンダ部の温度分布図。

【図６】同じくシリンダボアに対するトップランドのク
リアランスを表す線図。

【図７】他の実施例を示すピストンの断面図。

【図８】シリンダボアの断面図。

【図９】さらに他の実施例を示すピストンの断面図。

【図１０】シリンダボアの断面図。

【図１１】さらに他の実施例を示すピストンの平面図。

【図１２】従来例を示すピストンの断面図。

【符号の説明】

１ エンジンブロック １２ ホーニング逃げ部 １３ シリンダボア １６ トップランド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダボアの上端に環状に窪むホーニ
   ング逃げ部が形成されたヘッド一体型エンジンブロック
   を備える内燃機関において、ピストンのトップランド上
   端の外径をトップランド下端の外径より大きく形成した
   ことを特徴とする内燃機関のピストン装置。