JPH09242605A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンピン孔の中心線を、ピストンの軸方
向中心線に対してピストンの反スラスト側にオフセット
するとともに、スカート部の上端部にストラットを鋳込
んで重心位置を調整した内燃機関用ピストンでは、低速
回転時の打音の増大と、シリンダ内周面との摩擦の増加
がみられる。 【解決手段】 ピストン１の軸方向上側にピストンリン
グ溝５，６，７を形成したリングランド部３を有し、リ
ングランド部３に連なって軸方向下側に形成したスカー
ト部４に、ピストン１の軸方向中心線Ｘ２に対し、ピス
トン１の反スラスト側１ｂに中心線Ｘ３をオフセットし
たピストンピン孔８を形成してなる内燃機関用ピストン
において、スカート部４に最も近いピストンリング溝７
の、ピストン１のスラスト側１ａの底部７ａに、内外に
貫通するスリット９を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、内燃機関用ピス
トンの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関用ピストンとしては、図
７及び図８に示すようなものがある。これについて説明
すると、２１はピストンであり、このピストン２１は、
その軸方向上側に形成したリングランド部２２と、この
リングランド部２２に連なるスカート部２３とを備えて
いる。

【０００３】前記リングランド部２２には複数のリング
溝２４，２５，２６が形成してある。前記スカート部２
３には、ピストンピン孔２７が形成してあり、このピス
トンピン孔２７は、その中心線Ｘ３を、ピストン２１の
軸方向中心線Ｘ４より、ピストン２１の反スラスト側２
１ａにオフセットしてある。

【０００４】また、スカート部２３のスラスト側２１ｂ
及び反スラスト側２１ａの内壁には、重量の異なるスト
ラット３０，３１が鋳込んであり、このストラット３
０，３１により、スカート部２３の上端の機関運転時に
おける熱膨張の抑制を行うと共に、ピストン２１の重心
位置Ｇをピストンピン孔２７の中心の真上近くに位置さ
せている。

【０００５】２８，２８はリング溝２４，２５に装着さ
れるコンプレッションリングであり、２９はリング溝２
６に装着されるオイルリングである。なお類似の構成は
例えば実開昭５５−９８７１号公報に示されている。

【０００６】前記従来のピストン２１は、シリンダ３２
内に挿着され、ピストンピン孔２７内に挿入されるピス
トンピン３３を介してコネクティングロッド３４が連結
される。このピストン２１を適用した内燃機関では、図
９（ａ）に示すように、圧縮行程の上死点前、ピストン
２１には、傾斜したコネクティングロッド３４からの押
上げ力Ｆ９と圧縮ガス圧Ｆｇ１により、反スラスト側の
力Ｆ４が作用し、シリンダ３２の反スラスト側３２ａの
内周面を滑る。ピストン２１が上死点に近づくと、図９
（ｂ）に示すように、コネクティングロッド３４の傾き
が小さくなることにより、ピストン２１に作用する反ス
ラスト側の力Ｆ４が減少し、また同時に、ピストン２１
には、ピストン２１のピストンピン孔２７をピストン２
１の反スラスト側２１ａにオフセットしてあることによ
り、反時計回りのモーメントＭ１が作用する。このた
め、ピストン２１のスラスト側２１ｂの上端部Ａ２がシ
リンダ３２のスラスト側３２ｂの内周面に当接し、反ス
ラスト側２１ａの下端部Ｂ１がシリンダ３２の反スラス
ト側３２ａの内周面に当接する。ピストン２１のスラス
ト側２１ｂの上端部Ａ２が当接した後、ピストン２１
は、膨脹行程に移行し、ピストン２１には、燃焼ガス圧
とコネクティングロッド３４からの反力により、スラス
ト側の力Ｆ５が作用するようになる。このスラスト側の
力Ｆ５の増大により、ピストン２１は、図９（ｃ）に示
すように、スラスト側２１ｂの上端部Ａ２から下端部Ｂ
２間の広い範囲をシリンダ３２のスラスト側３２ｂの内
周面に摺接してシリンダ３２内を下降する。

【０００７】このように、前記ピストン２１では、ピス
トンピン孔２７を反スラスト側２１ａにオフセットした
ことにより、膨脹行程において、反時計回りのモーメン
トＭ１が作用するようになる。このモーメントＭ１は、
ピストン２１のスラスト側２１ｂのスカート部２３の摺
動方向の先端とシリンダ３２の内周面との間を開くよう
に作用するため、潤滑油が、ピストン２１のスラスト側
２１ｂの側面全体に供給されるようになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ピ
ストン２１に適用されたストラット３０，３１の熱膨脹
抑制効果には限度があり、また、このストラット３０，
３１によりスカート部２３の上端部の変形が妨げられ、
前記ピストン２１には、ほぼオイリング溝２９回りを起
点とした変形し易さの変化がスカート部２３の上下方向
に大きくあらわれることとなる。このため、前記ピスト
ン２１においては、焼付防止の面から、膨脹行程時にシ
リンダ３２の内周面に当接する、スラスト側２１ｂのス
カート部２３の上端部に、ピストン２１の上側でより傾
斜が拡大するテーパーを付ける必要がある。

【０００９】このテーパーにより、前記ピストン２１で
は、低速の膨脹行程おいて、スラスト側２１ｂのスカー
ト部２３の上端がシリンダ３２の内周面に接触している
時の首振り動作が大きくなる。すなわち、ピストン２１
がシリンダ３２の内周面に摺接する際の運動エネルギー
が増大することとなり、シリンダ３２を振動させて、大
きな打音を発生させるようになる。また、スカート部２
３の上端部とシリンダ３２の内周面との隙間が大きくな
るため、スカート部２３の受圧面積が小さくなる。この
ため、負荷の高い膨脹行程において、スラスト側２１ｂ
のスカート部２３の面圧が上昇し、スラスト側２１ｂの
スカート部２３の周面に油膜が形成されにくくなり、こ
のスラスト側２１ｂのスカート部２３での摩擦抵抗が増
加する危険がある。

【００１０】本発明は上記実状に着目して成されたもの
であり、ピストンのシリンダ内周面に対する打音を低下
させると共に、膨脹行程でのピストンのスラスト側面と
シリンダ内周面との摩擦を軽減することのできる内燃機
関用ピストンを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成
するために、本発明は、ピストンの軸方向上側に複数条
のピストンリング溝を形成したリングランド部を有し、
該リングランド部に連なって軸方向下側に形成したスカ
ート部に、ピストンの軸方向中心線に対し、ピストンの
反スラスト側に中心線をオフセットしたピストンピン孔
を形成してなる内燃機関用ピストンにおいて、前記スカ
ート部に最も近いピストンリング溝の、ピストンのスラ
スト側の底部に、内外に貫通するスリットを形成した。

【００１２】前記ピストンを適用した内燃機関では、そ
の膨脹行程において、ピストンが燃焼ガス圧により、シ
リンダの軸方向下向きに押圧されると、ピストンには、
傾斜したコネクティングロッドからの反力が加わり、ス
ラスト方向の力が作用するようになる。同時に、前記ピ
ストンは、ピストンピン孔を反スラスト側にオフセット
しているために、ピストンピン孔を中心として、ピスト
ンの軸方向上側がスラスト側に回動するようになる。こ
のため、スラスト側のスカート部の下端、すなわち、ス
ラスト側のスカート部の摺動方向の先端とシリンダの内
周面との間が開くようになり、クランクケースより跳ね
上げられる潤滑油が、ピストンのスラスト側の側面全体
に供給されるようになる。また、ピストンの下降と共
に、ピストンのスラスト側面が、スカート部の上端より
シリンダ内周面に摺接するが、前記ピストンのスラスト
側面においては、リングランド部と、スカート部との間
にスリットを設けることにより、スカート部の上端部の
剛性が低く抑えられ、スカート部の上端部のテーパーを
小さくすることが可能となる。このため、スラスト側の
スカート部の、シリンダの内周面に当接する面積をピス
トンの軸方向に拡大させて、このスカート部がシリンダ
の内周面に接触している時の首振りを抑えることができ
る。また、スカート部の上端部のテーパーを小さくする
ことにより、ピストンのスラスト側のスカート部がシリ
ンダの内周面に摺接した際、広範囲で受圧するようにな
り、スラスト側のスカート部の面圧を低下させることが
できる。

【００１３】したがって、前記ピストンでは、低速回転
時の打音の発生を抑制すると共に、スラスト側側面に供
給された潤滑油の油膜厚さを確保して、ピストンのスラ
スト側面と、シリンダ内周面との間の摩擦力を低減させ
ることができる。

【００１４】また、好ましくは前記ピストンのスリット
の円周方向両端に切欠孔を形成してもよい。この切欠孔
は、例えば、スリットの両端に、ドリル孔を穿設するこ
とにより形成可能であり、この場合、スラスト側のスカ
ート部上端の、変形量を増加させて、スラスト側のスカ
ート部の面圧をさらに抑えることができる。

【００１５】また、前記スカート部を、ピストンピン孔
の両端側で切除して、前記ピストンピン孔に略平行な両
側にのみ形成し、該スカート部の円周方向寸法を、前記
ピストンの軸方向下端側よりも前記リングランド部に近
い側を大きく形成するようにしてもよく、この場合、ス
カート部の上端部の受圧面積が拡大することとなり、こ
のスカート部の上端部における面圧を下げることができ
る。

【００１６】したがって、ピストンのスラスト側の側面
に供給された潤滑油の油膜厚さを確保する点で、さらに
有利になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる内燃機関用
ピストンの第一の実施の形態を図１乃至図５に基づき説
明する。図１は本発明の第一の実施の形態に係わる内燃
機関用ピストンのスラスト側からの正面図であり、図２
は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図３は図２の
Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。これらの図において、１
はピストンであり、このピストン１は、その軸方向上側
に形成した冠面部２と、この冠面部２の周囲に形成した
リングランド部３と、このリングランド部３に連なるエ
プロン部１３とスカート部４とを備えている。

【００１８】前記リングランド部３には、ピストンリン
グ溝５，６，７が形成してあり、このピストンリング溝
５，６，７のうち、スカート部４に、最も近いピストン
リング溝７の底部７ａには、スラスト側１ａに、ピスト
ン１の内外に貫通するスリット９が形成してある。ま
た、このスリット９の円周方向両端には、切欠孔１０が
形成してある（図４参照）。

【００１９】前記エプロン部１３にはピストン１の略直
径方向に、ピストンピン孔８が形成してある。このピス
トンピン孔８の中心線Ｘ１はピストン１の軸方向中心線
Ｘ２に対し、ピストン１の反スラスト側１ｂにオフセッ
トしてある。

【００２０】また、前記スカート部４は、エプロン部１
３に連続し、ピストン１の、ピストンピン孔８に略平行
な両側に形成してある。

【００２１】前記ピストン１は図５に示すように、シリ
ンダ１１内に挿着され、さらに、ピストン１にはピスト
ンピン孔８内に挿着したピストンピン１４を介して、コ
ネクティングロッド１２が連結される。

【００２２】次に前記ピストン１の膨脹行程での挙動を
説明する。

【００２３】図５に示す膨脹行程では、ピストン１の冠
面部２に燃焼ガス圧Ｆ１が作用し、ピストン１はシリン
ダ１１の軸方向下側に押圧される。また、これと共に、
ピストン１は、傾斜したコネクティングロッド１２から
の反力を受け、ピストン１に、スラスト方向の力Ｆ２が
作用するようになる。また、同時にピストン１には、ピ
ストンピン孔８を反スラスト側１ｂにオフセットしてい
ることにより、ピストンピン孔８を中心として、反時計
回りのモーメントＭ１が作用するようになる。

【００２４】このため、ピストン１のスラスト側１ａの
スカート部４の下端、すなわち、スラスト側１ａのスカ
ート部４の摺動方向の先端とシリンダ１１の内周面１１
ａとの間が開くようになり、クランクケースより跳ね上
げられる潤滑油が、ピストン１のスラスト側１ａの側面
全体に供給されるようになる。

【００２５】また、ピストン１の下降と共に、ピストン
１のスラスト側１ａの側面が、スカート部４の上端より
シリンダ１１の内周面１１ａに摺接するが、前記ピスト
ン１では、そのスラスト側１ａにおいて、剛性の高いリ
ングランド部３と、スカート部４との間にスリット９を
設けると共に、スリット９の両端に切欠孔１０を設け
て、スカート部４の上端部の剛性を低く抑えており、ス
カート部４の上端部のテーパーを小さくすることが可能
となる。このため、スラスト側１ａのスカート部４の、
シリンダ１１の内周面１１ａに当接する面積をピストン
１の軸方向に拡大させて、スラスト側１ａのスカート部
４がシリンダ１１の内周面１１ａに接触している時の首
振りを抑えることができる。

【００２６】また、スカート部４の上端部のテーパーを
小さくすることにより、ピストン１のスラスト側１ａの
スカート部４がシリンダの内周面１１に摺接した際、ス
ラスト側１ａのスカート部４の広範囲で受圧するように
なり、スラスト側１ａのスカート部４の面圧を低下させ
ることができる。

【００２７】したがって、前記ピストン１では、低速回
転時の打音の発生を抑制すると共に、スラスト側１ａの
側面に供給された潤滑油の油膜厚さを確保して、ピスト
ン１のスラスト側１ａの側面と、シリンダ１１の内周面
１１ａとの間の摩擦力を低減させることができる。

【００２８】次に、本発明の内燃機関用ピストンの第二
の実施の形態について図６に基づき説明する。この第二
の実施の形態が上記第一の実施の形態と変わるところ
は、スカート部４の円周方向寸法を、前記ピストン１の
軸方向下端側よりもリングランド部３に近い側を大きく
形成してある点であり、他の構成は上記第一の実施の形
態と略同一であるから、その類似する構成には同じ符号
を記し、その説明を省略する。

【００２９】この第二の実施の形態では、上記第一の実
施の形態と同じ効果が得られるのに加え、スカート部４
の上端部における受圧面積が拡大することとなり、この
スカート部４の上端部の面圧を下げることができる。こ
のため、ピストン１のスラスト側１ａの側面に供給され
た潤滑油の油膜厚さを確保する点で、さらに有利にな
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の内
燃機関用ピストンでは、そのスラスト側において、剛性
の高いリングランド部と、スカート部との間にスリット
を設けてあるため、スカート部の上端部の剛性が低く抑
えられ、スカート部の上端部のテーパーを小さくするこ
とができる。これにより、低速回転時の打音の発生を抑
制すると共に、スラスト側の側面に供給された潤滑油の
油膜厚さを確保して、ピストンのスラスト側の側面と、
シリンダの内周面との間の摩擦力を低減させることがで
きる。

【００３１】請求項２記載の内燃機関用ピストンにおい
ては、請求項１記載の発明と同じ効果が得られるのに加
え、スラスト側のスカート部上端の、変形量を増加させ
て、スラスト側のスカート部の面圧をさらに抑えること
ができる。

【００３２】また、請求項３記載の内燃機関用ピストン
においては、請求項１及び請求項２記載の発明と同じ効
果が得られるのに加え、スカート部の上端部の受圧面積
が拡大することとなり、このスカート部の上端部におけ
る面圧を下げることができる。

【００３３】したがって、請求項２及び請求項３記載の
内燃機関用ピストンでは、スラスト側の側面に供給され
た潤滑油の油膜厚さを確保する点で、さらに有利にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態に係わる内燃機関用
ピストンのスラスト側の正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図４】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図５】本発明の第一の実施の形態に係わる内燃機関用
ピストンの膨脹行程における挙動を説明する説明図であ
る。

【図６】本発明の第二の実施の形態を示す図１と同様な
図面である。

【図７】従来の内燃機関用ピストンの断面図である。

【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

【図９】（ａ）従来の内燃機関用ピストンの圧縮行程か
ら膨脹行程における挙動を説明する説明図であって、上
死点前の圧縮行程でのピストンの状態を示す図である。 （ｂ）同上死点近傍でのピストンの状態を示す図であ
る。 （ｃ）同膨脹行程に移行したピストンの状態を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ ピストン １ａ スラスト側 １ｂ 反スラスト側 ３ リングランド部 ４ スカート部 ５ ピストンリング溝 ６ ピストンリング溝 ７ ピストンリング溝 ７ａ 底部 ８ ピストンピン孔 ９ スリット １０ 切欠孔 Ｘ１ ピストンピン孔の中心線 Ｘ２ ピストンの軸方向中心線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの軸方向上側に複数条のピスト
   ンリング溝を形成したリングランド部を有し、該リング
   ランド部に連なって軸方向下側に形成したスカート部
   に、ピストンの軸方向中心線に対し、ピストンの反スラ
   スト側に中心線をオフセットしたピストンピン孔を形成
   してなる内燃機関用ピストンにおいて、前記スカート部
   に最も近いピストンリング溝の、ピストンのスラスト側
   の底部に、内外に貫通するスリットを形成したことを特
   徴とする内燃機関用ピストン。
2. 【請求項２】 前記スリットの円周方向両端に切欠孔を
   形成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用ピ
   ストン。
3. 【請求項３】 前記スカート部は、ピストンピン孔の両
   端側で切除されて、前記ピストンピン孔に略平行な両側
   にのみ形成されており、該スカート部の円周方向寸法
   は、前記ピストンの軸方向下端側よりも前記リングラン
   ド部に近い側が大きく形成されてなる請求項１および請
   求項２記載の内燃機関用ピストン。