JPH0842391A - ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スカート部に嵌合した外環部材をスラスト方
向に相対移動可能に支持するピストンにおいて、外環部
材とスカート部との間の隙間に油圧を供給することによ
ってスラップ音の低減を図ること。 【構成】 ピストンの往復揺動運動に伴って、ピストン
本体１が外環部材７の方へ向かって移動すると、隙間１
４内の圧油が周辺部３１から押し出されるが、隙間１４
は外環部材７の中央部３０で大きく且つ周辺部３１で小
さく形成されているので、ピストン本体１が外環部材７
に接近するにつれて隙間１４は小さくなり、周辺部３１
が絞りとしての機能を発揮するようになる。このためピ
ストン本体１は圧油による抵抗を受けて外環部材７の方
への接近を妨げられ、スラップ音の発生は防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、クラウン部とスカー
ト部とを一体構造に構成したピストン本体、及び前記ス
カート部に嵌合した外環部材を有するピストンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の駆動によって発生する騒音の
一つにスラップ音がある。このスラップ音は、ピストン
がシリンダ内を往復運動する時に該ピストンのスカート
部がシリンダライナの壁面に衝突することによって発生
するものである。つまり、シリンダ内をピストンが往復
運動できるように、ピストンとシリンダライナの壁面と
の間には隙間が形成されている一方で、燃焼室からのブ
ローダウンを防止するため、ピストンに形成されたピス
トンリング溝にはピストンリングが嵌入しているので、
ピストンがシリンダ内を往復運動する時、ピストンピン
軸に垂直な方向即ちスラスト方向のシリンダライナ壁面
にピストンが衝突してスラップ音が発生する。

【０００３】従来、このスラップ音を低減するため、種
々のピストンが開発されてきた。例えば、本願出願人が
先に出願したピストン、即ち特願平５−３９２９９号に
開示したピストンがある（「以下、第一従来例」とい
う）。このピストンは、外環部材がスカート部に嵌合さ
れ且つピストンピンに対してスラスト方向に相対移動可
能に設けられ、該外環部材とスカート部との間にゴム製
又は合成樹脂製の緩衝部材を挟んだ構造のものである。
しかしながら、ゴム又は合成樹脂は衝撃吸収性に優れて
いるものの、長期的に見れば、へたりが生じるだけでな
く、製造時のばらつきが金属に比べて大きいため、ピス
トンのスラップ音低減効果にもばらつきが生じてしまう
という問題がある。

【０００４】この問題の解決手段の一つとして、同じく
本願出願人が先に出願したピストン、即ち特願平５−２
３７２４６号に開示したピストンがある（以下、「第二
従来例」という）。このピストンは、上記第一従来例の
ピストンにおいて、緩衝部材の背面から油圧をかけるよ
うに構成したものである。しかしながら、このピストン
は構造が複雑であり、上記第一従来例のピストンと同様
にゴム製又は合成樹脂製の緩衝部材を用いたものである
から、上記第一従来例のピストンがもつ問題と同様の問
題を有している。

【０００５】これに対し、図６及び図７に示すように、
ゴム製又は合成樹脂製の緩衝部材を使用せずに、上記第
二従来例のピストンと同様にスライド部材の背面から油
圧をかけて緩衝効果を得るように構成したピストンがあ
る（以下、「第三従来例」という。実開昭５９−７６７
３７号公報参照）。このピストンは、ピストンピン４３
の軸心と直角な方向で且つ該ピストンピン４３の両側に
位置するピストン本体４０のスカート部４１にそれぞれ
スライド部材４２を設けたものである。スライド部材４
２はピストン本体４０の放射方向へ摺動可能となってお
り、外周面にはシリンダライナの壁面に密着する円弧面
が形成されたものである。ピストン本体４０は、スライ
ド部材４２との間に寸法Ｌのクリアランスを持つ油溜り
４８を有しており、スライド部材４２がシリンダライナ
に常に密着するようにこの油溜り４８に油圧が供給され
るように構成されている。油圧はコンロッド４４の中心
部に穿孔された油路４６、ピストンピン４３に穿孔され
た油路４７、油溜り４８に向かってのみ圧油を流すワン
ウェイバルブ４５、及びピストン本体４０に穿孔された
油路４９を経由して、油溜り４８に供給される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
三従来例においては、以下のような問題を指摘すること
ができる。まず第一に、油溜り４８は上下左右及びワン
ウェイバルブ４５によってほぼ完全に密閉された状態に
ある。この状態でスライド部材４２にスラスト力が加わ
ると、油溜り４８内の圧油は逃げ場がないために急激に
油圧が上昇し、それに伴って急激に高い剛性をもつよう
になるため、ピストンスラップの衝撃を十分に緩和する
ことができないという問題がある。

【０００７】また、第二にピストンの動きに関連した問
題点をあげることができる。周知の如く、ピストンとシ
リンダライナとの間には隙間があるから、ピストンは上
下運動しつつ左右に移動するのみならず、ピストンピン
の軸回りに回転運動を行う。上記第三従来例において
は、スライド部材４２はピストン本体４０に対して放射
方向に摺動可能に設けられているので、ピストンの左右
の動きを緩衝することはできるが、ピストンの回転運動
に対してはスライド部材４２はピストン本体４０と一体
的に動くことになるので、ピストンの回転運動を緩衝す
ることはできない。即ち、スライド部材４２の背面に油
圧が加わっていたとしても、スライド部材４２の外周面
が常にシリンダライナの壁面に密着するとは限らない。
これではピストンの回転運動によってスライド部材４２
がシリンダライナを衝撃的に加振することになり、ピス
トンのスラップ音を低減することはできない。

【０００８】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、上記第一従来例のピストンから緩衝部材を
排除したピストン、即ちピストン本体のスカート部に外
環部材を嵌合し、前記ピストン本体のボス部に取り付け
られた外環支持部材で前記外環部材をスラスト方向に相
対移動可能に支持するピストンにおいて、前記外環部材
と前記スカート部との間の隙間に油圧を供給して前記緩
衝部材の機能を該油圧で代替するように構成するととも
に、ピストンの往復運動時に該油圧を上記隙間から逃が
すように構成して圧油の剛性化を防止し、以てスラップ
音の低減を図った低騒音ピストンを提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するため手段】この発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成されている。即ち、この発
明は、ピストンリング溝を備えたクラウン部とピストン
ピンを挿通するピン孔が形成されたボス部を備えたスカ
ート部とから構成したピストン本体、前記スカート部に
嵌合する外環部材、前記ボス部と前記外環部材との間に
介在され且つ前記外環部材をスラスト方向に相対移動可
能に支持する外環支持部材を有するピストンにおいて、
前記外環部材と前記スカート部との間の隙間を前記外環
部材の中央部で大きく且つ周辺部で小さく形成し、前記
隙間に油圧を供給するように構成したことを特徴とする
ピストンに関する。

【００１０】また、上記ピストンにおいて、前記外環部
材は外周面の半径がシリンダボアの半径に等しく形成さ
れており、前記スカート部は半径が前記外環部材の内周
面の半径よりも小さく且つ半径中心が前記ピストン本体
の中心から反対方向に偏倚するように形成されたもので
ある。

【００１１】

【作用】この発明によるピストンは、上記のように構成
されており、次のように作用する。即ち、このピストン
は、前記外環部材が前記外環支持部材によってスラスト
方向に相対移動可能に支持されており、しかも前記外環
部材と前記スカート部との間の隙間に油圧が供給される
ように構成されているので、このピストンをシリンダボ
ア内に組み込み、前記隙間に油圧を供給すると、前記外
環部材はシリンダライナに向けて押し付けられて該シリ
ンダライナの壁面に密着した状態になる。

【００１２】このピストンを往復運動させると、前記ピ
ストン本体は前記ピストンピンの軸回りに回転運動即ち
揺動運動をする。その揺動運動に伴って、前記ピストン
本体は前記外環部材に対して相対移動する。前記ピスト
ン本体が前記外環部材の方へ向かって移動すると、即ち
前記ピストン本体が前記外環部材に衝突しようとする
と、前記隙間内の圧油が前記周辺部から押し出される
が、前記隙間は前記外環部材の中央部で大きく且つ周辺
部で小さく形成されているので、前記ピストン本体が前
記外環部材に接近するにつれて前記隙間は小さくなり、
前記周辺部が絞りとしての機能を発揮するようになる。
このため前記ピストン本体は圧油による抵抗を受けて前
記外環部材の方へ接近しにくくなる。このように前記ピ
ストン本体が前記ピストンピンの軸回りに揺動した時
に、前記ピストン本体は油圧緩衝作用を受けてスラップ
音の発生は防止され、長期にわたってスラップ音低減性
能を維持することができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら、この発明による
ピストンの実施例について説明する。この発明によるピ
ストンの一実施例を図１、図２、図３、図４及び図５を
参照して説明する。図１はこの発明によるピストンの一
実施例を示す分解斜視図、図２は図１のピストンにおけ
るピストン本体を示しており且つピンに直交する断面
図、図３は図２の線Ａ−Ａにおけるピンに平行な断面
図、図４は図１のピストンにおけるピストン本体と外環
部材との関係を示す断面図、及び図５はこのピストンへ
油圧を供給するための油圧供給経路を示す断面図であ
る。

【００１４】図１に示すように、このピストンは、ピス
トンヘッド部であるクラウン部２とボス部１３を備えた
スカート部３とを一体構造に構成したピストン本体１、
スカート部３に嵌合する外環部材７、ボス部１３と外環
部材７との間に介在され外環部材７をスラスト方向に相
対移動可能に支持する外環支持部材１０、ピストン本体
１とコンロッド１１とを回転自在に連結するピストンピ
ン２２、及びピストンピン２２に外環支持部材１０を取
り付けるためのサブピストンピン２３を有している。

【００１５】ピストン本体１のクラウン部２には複数の
ピストンリング溝１２が形成されており、各ピストンリ
ング溝１２にはピストンリング（図示せず）が嵌入され
る。スカート部３は、クラウン部２の外径よりも小さい
外径を有し且つクラウン部２の下部に一体的に形成され
ている。また、ピストン本体１のスカート部３はピスト
ンピン２２を挿通するピン孔４が形成されたボス部１３
を備えている。ピストン本体１には、図３に示すよう
に、ピン孔４からスカート部３へ向かって延びる油路６
が形成されている。そして、スカート部３には、図１に
示すように、油路６から導入された圧油をスカート部３
の一面に分布させるための油溝５が十字状に形成されて
いる。

【００１６】外環部材７は一対の半円弧面部材７ｂから
なり、ピストン本体１のスカート部３に嵌合され、且つ
ピストンピン２２に対して対称に配置される。各半円弧
面部材７ｂの周方向両側にはそれぞれ円周方句に延びる
腕部１８が形成されている。また、外環部材７がシリン
ダを構成するシリンダライナと同程度の熱膨張率を有す
る材料で製作されていることが、外環部材７とシリンダ
ライナとの間に熱膨張差が発生せず好ましいものであ
る。例えば、シリンダライナが鋳鉄で製作されている場
合には、外環部材７は鋳鉄又は鋼等で製作し、また、シ
リンダライナがセラミックスで製作されている場合に
は、外環部材７をセラミックスで製作することが好まし
い。

【００１７】外環支持部材１０はピストン本体１のスカ
ート部３に形成されたボス部１３にピストンピン２２を
両側から挟むように配置され、外環部材７を支持するも
のである。外環支持部材１０はピストンピン２２の軸回
りに回動可能に設けられている。また、外環支持部材１
０は外環部材７の上下方向移動を規制し且つ外環部材７
のスラスト方向の相対移動を許容する案内溝１９を有し
ている。案内溝１９は外環支持部材１０の上部と下部に
それぞれ凸状に形成された係止部即ち鍔部２０，２１に
よって規定されている。案内溝１９の幅は外環部材７の
腕部１８の幅と略等しく形成されているので、腕部１８
は案内溝１９に係合可能である。この係合により、外環
部材７は腕部１８を介して外環支持部材１０に形成され
た案内溝１９に摺動可能に支持される。また、案内溝１
９の中央部にはスカート部３のピン孔４に整合するピン
孔２９が形成されている。

【００１８】ピストンピン２２は中心孔２８を有してお
り、該中心孔２８にはサブピストンピン２３の小径部２
４が圧入可能になっている。また、ピストンピン２２は
外周面の３箇所に即ち中央部と両端部に円周状に形成さ
れた油溝８，９を有しており、各油溝８，９は油路１
５，１６を介して中心孔２８に連通する。ピストンピン
２２をピストン本体１及びコンロッド１１に取り付けた
状態においては、図５に示すように、中央部の油溝８は
コンロッド１１の油路３８と連通し、両端部の油溝９は
ピストン本体１のピン孔４からスカート部３へ向かって
延びる油路６に連通する。

【００１９】サブピストンピン２３は、図１に示すよう
に小径部２４と大径部２５とからなるピン部２６と、大
径部２５の端部に形成されたキャップ部２７とから構成
されている。小径部２４はピストンピン２２の中心孔２
８に圧入される。また、大径部２５は外環支持部材１０
のピン孔２９に嵌合される。

【００２０】このピストンの組立は以下のようにして行
われる。まず、ピストン本体１のピン孔４及びコンロッ
ド１１の小径部の孔にピストンピン２２を挿入して、ピ
ストン本体１にピストンピン２２を固定する。次いでピ
ストンピン２２を両側から挟むように外環支持部材１０
をピストン本体１のボス部１３に当てて、サブピストン
ピン２３の先端の小径部２４をピストンピン２２の中心
孔２８に圧入する。これにより、サブピストンピン２３
の大径部２５が外環支持部材１０のピン孔２９に挿入さ
れた状態になり、この状態で、外環支持部材１０はピス
トンピン２２の軸回りに回動可能となる。その後、ピス
トン本体１のスカート部３を一対の外環部材７で両側か
ら挟むようにして、腕部１８を外環支持部材１０の案内
溝１９に挿入することにより、上記ピストンは組み立て
られる。なお、このピストンはピストン単体の状態にお
いては、外環部材７は腕部１８が外環支持部材１０の案
内溝１９から簡単に外れてしまうが、このピストンをシ
リンダ内に収納した状態においては、外環部材７は外環
支持部材１０から外れ落ちることはない。

【００２１】次に、外環部材７とピストン本体１のスカ
ート部３との関係について説明する。外環部材７とスカ
ート部３との間には、図４に示すように、隙間１４が形
成されている。この隙間１４には油圧が供給される。外
環部材７は外周面の半径がシリンダボアの半径Ｂ_r と等
しく形成されているので、この発明によるピストンをシ
リンダ内に組み込んだ状態においては、外環部材７はシ
リンダライナに密着することになる。外環部材７の内周
面の半径Ｒ₁ は、外環部材７の板厚をｔとするとき、Ｒ
₁ ＝Ｂ_r −ｔで表される。これに対して、ピストン本体
１は、スカート部３の半径Ｒ₂ が外環部材７の内周面の
半径Ｒ₁ よりも小さく（Ｒ₂ ＞Ｒ₁ ）、且つスカート部
３の半径Ｒ₂ の中心Ｐがピストン本体１の中心Ｐ₀ から
反対方向に微小距離Ｌ_s だけ離れるように即ち偏倚する
ように設定したものである。また、外環部材７とスカー
ト部３との間隔（クリアランス）の取り方について、ス
カート部３をピストン中心に対して楕円状に形成するこ
ともできる（Ｒ₂ ＞Ｒ₁ ）。

【００２２】この結果、外環部材７とスカート部３との
隙間１４の間隔は、外環部材７の中央部３０と周辺部３
１とでは異なることになる。即ち、中央部３０の間隔
（クリアランス）をＣ₁ 、周辺部３１の間隔（クリアラ
ンス）をＣ₂ で表すとすれば、中央部３０の間隔Ｃ₁
は、Ｃ₁ ＝Ｒ₁ −（Ｒ₂ −Ｌ_S ）となり、Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、
Ｌ_S を適当に選ぶことにより、Ｃ₁ ＞Ｃ₂ となり、外環
部材７とスカート部３との間隔は、中央部３０から周辺
部３１に至るに従って、Ｃ₁ からＣ₂ まで徐々に小さく
なるように形成することができる。

【００２３】次に、上記ピストンへの油圧供給経路につ
いて説明する。図５に示すとおり、ピストン本体１は、
コンロッド１１の小径端に形成された孔と、スカート部
３のピン孔４にピストンピン２２を挿通することによっ
て、コンロッド１１の小径端に回転可能に支持される。
また、コンロッド１１の大径端はクランクシャフト３３
のクランクピン３４にコンロッドベアリング３２を介し
て回転可能に支持される。クランクシャフト３３はオイ
ルギャラリー３５を備えたシリンダブロック３６に回転
自在に支持される。

【００２４】一般に、ピストンは、オイルギャラリー３
５からシリンダブロック３６及びクランクシャフト３３
を経由してクランクピン３４まで油路３７が形成されて
いる。この実施例においては、更にクランクピン３４の
油路３７に連通する油路３８がコンロッド１１に形成さ
れ、油路３８に連通する油溝８がピストンピン２２の中
央部周面に形成されている。ピストンピン２２の中央部
周面に形成された油溝８は油路３９としての中心孔２８
に連通し、油路３９は更にピストンピンの両端部周面に
形成された油溝９に連通している。また、油溝９はピス
トン本体１におけるピン孔４からスカート部３へ向かっ
て延びる油路６に連通している。以上のように構成され
ているから、オイルギャラリー３５から供給された圧油
は、これらの油路及び油溝を経由して、ピストン本体１
のスカート部３に形成された油溝５へと導かれ、外環部
材７とスカート部３との間の隙間１４に次々に供給され
ることになる。勿論、この隙間１４は密閉空間ではない
から、圧油は隙間１４からどんどん出ていく。この状態
において、外環部材７はシリンダライナの壁面に向けて
所定の圧力で押し付けられ、外環部材７の外周面がシリ
ンダライナの壁面に密着した状態になる。なお、所定の
圧力とは、外環部材７をシリンダライナの壁面に常に軽
く密着させておく程度の小さな圧力をいう。

【００２５】この発明によるピストンは、以上のような
構成を備えており、以下のように作動する。ピストンが
往復運動すると、外環部材７はピストン本体１と一体的
に往復運動する。また、ピストンの往復運動に従ってピ
ストン本体１はスラスト方向に移動し即ちピストンピン
２２の軸回りで揺動し、スカート部３が外環部材７を介
してシリンダライナの壁面に衝突しようとする。その
時、ピストン本体１は外環部材７の方へ向かって移動す
るので、外環部材７とスカート部３との間の隙間１４に
満たされている圧油はスカート部３の周辺部３１の隙間
Ｃ₂ から押し出される。ところが、その隙間１４は外環
部材７の中央部３０（隙間Ｃ₁ ）で大きく且つ周辺部３
１（隙間Ｃ₂ ）で小さく形成されている（Ｃ₁ ＞Ｃ₂ ）
ので、ピストン本体１が外環部材７に接近するにつれて
隙間１４は小さくなるとともに、周辺部３１が絞りとし
ての機能を発揮するようになり、ピストン本体１は急に
圧油による抵抗を受けて外環部材７の方へ接近し難くな
る。このようにピストン本体１がピストンピン２２の軸
回りに揺動した時に、ピストン本体１は油圧緩衝作用を
受けるので、スラップ音の発生は防止され、長期にわた
ってスラップ音低減性能を維持することができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明によるピストンは上記のように
構成されているので、次のような効果を奏する。即ち、
このピストンは、外環部材とピストン本体のスカート部
との間の隙間を外環部材の中央部で大きく且つ周辺部で
小さくなるように構成したものであるから、ピストンの
往復運動に伴ってピストンにスラスト力が作用した時
に、周辺部の隙間から圧油が徐々に押し出されるため、
内部の圧油はスラスト力を受けつつ緩衝作用を行うこと
ができる。従って、ピストンの往復運動時に、前記隙間
内の油圧が急上昇して該油圧の剛性化を招くといったこ
とは起きないので、油圧を用いてもスラップ音を効果的
に低減することができる。

【００２７】また、この発明によれば、ゴム又は合成樹
脂製の緩衝部材の代わりに油圧を用いてピストンスラッ
プに対する衝撃を緩和することが可能になり、従来のピ
ストンにおいて見られたへたりの問題は発生せず、長寿
命の低騒音ピストンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるピストンの一実施例を示す分解
斜視図である。

【図２】図１のピストンにおけるピストン本体を示して
おり且つピンに直交する断面図である。

【図３】図２の線Ａ−Ａにおけるピンに平行な断面図で
ある。

【図４】図１のピストンにおけるピストン本体と外環部
材との相互関係を示す断面図である。

【図５】この発明によるピストンへ油圧を供給するため
の油圧供給経路を示す断面図である。

【図６】従来のピストンを示すピンに直交する断面図で
ある。

【図７】図６のピストンの線Ｂ−Ｂにおけるピンに平行
な断面図である。

【符号の説明】

１ ピストン本体 ２ クラウン部 ３ スカート部 ４ ピン孔 ７ 外環部材 １０ 外環支持部材 １２ ピストンリング溝 １３ ボス部 １４ 隙間 ２２ ピストンピン ３０ 中央部 ３１ 周辺部 Ｒ₁ 外環部材の内周面の半径 Ｒ₂ スカート部の半径 Ｐ₀ ピストン本体の中心 Ｐ_S スカート部の半径中心 Ｃ₁ 中央部の隙間 Ｃ₂ 周辺部の隙間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンリング溝を備えたクラウン部と
   ピストンピンを挿通するピン孔が形成されたボス部を備
   えたスカート部とから構成したピストン本体、前記スカ
   ート部に嵌合する外環部材、前記ボス部と前記外環部材
   との間に介在され且つ前記外環部材をスラスト方向に相
   対移動可能に支持する外環支持部材を有するピストンに
   おいて、前記外環部材と前記スカート部との間の隙間を
   前記外環部材の中央部で大きく且つ周辺部で小さく形成
   し、前記隙間に油圧を供給するように構成したことを特
   徴とするピストン。
2. 【請求項２】 前記外環部材は外周面の半径がシリンダ
   ボアの半径に等しく形成されており、前記スカート部は
   半径が前記外環部材の内周面の半径よりも小さく且つ半
   径中心が前記ピストン本体の中心から反対方向に偏倚す
   るように形成されていることを特徴とする請求項１に記
   載のピストン。