JPH10103513A - 内燃機関用ピストン - Google Patents
内燃機関用ピストンInfo
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- JPH10103513A JPH10103513A JP25313896A JP25313896A JPH10103513A JP H10103513 A JPH10103513 A JP H10103513A JP 25313896 A JP25313896 A JP 25313896A JP 25313896 A JP25313896 A JP 25313896A JP H10103513 A JPH10103513 A JP H10103513A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ピストンの燃焼室側の頂面に対する応力が上昇
しないように、ピストン運動時におけるピン孔内壁面の
耐圧力を高める。 【解決手段】ピストンピン孔１０の形状を、その中心軸
方向の中央部ではその軸直角断面形状及び寸法を一定と
すると共に、そのピストン主軸側及びその反対側では径
が順次拡大するテーパ形状とし、ピストンピン孔１０の
内周面の応力集中を緩和させる。
しないように、ピストン運動時におけるピン孔内壁面の
耐圧力を高める。 【解決手段】ピストンピン孔１０の形状を、その中心軸
方向の中央部ではその軸直角断面形状及び寸法を一定と
すると共に、そのピストン主軸側及びその反対側では径
が順次拡大するテーパ形状とし、ピストンピン孔１０の
内周面の応力集中を緩和させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用ピストン
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関において、ピストンにかかる燃
焼圧は、ピストンピン孔に挿通されたピストンピンを介
して、連接棒に伝えられる。このとき、ピン孔の内周面
の燃焼室側のピストン主軸寄りの部分には、機械的な大
きな負荷がかかる。近年内燃機関の高出力化が進み、こ
れに伴い燃焼圧が上昇し、ピン孔内周面の負担が増大
し、亀裂の発生を引き起こす場合があり、ピン孔内壁面
の耐圧力を高める必要があった。このピン孔内周面の耐
圧力を高める方法としては、ピン孔の、ピストン主軸側
の端部近傍を、その端部に向かって径が拡大するテーパ
形状にするものがある。
焼圧は、ピストンピン孔に挿通されたピストンピンを介
して、連接棒に伝えられる。このとき、ピン孔の内周面
の燃焼室側のピストン主軸寄りの部分には、機械的な大
きな負荷がかかる。近年内燃機関の高出力化が進み、こ
れに伴い燃焼圧が上昇し、ピン孔内周面の負担が増大
し、亀裂の発生を引き起こす場合があり、ピン孔内壁面
の耐圧力を高める必要があった。このピン孔内周面の耐
圧力を高める方法としては、ピン孔の、ピストン主軸側
の端部近傍を、その端部に向かって径が拡大するテーパ
形状にするものがある。
【０００３】この片側テーパピン孔を備えたピストンで
は、ピン孔内周面の局部的な応力集中が解消され、ピン
孔内周面の耐圧力は５〜２０％程度改善されるが、直噴
式ディーゼル機関用ピストンに、このテーパピン孔を採
用すると、ピストン頂面のピン方向の燃焼室口元部の応
力が１５〜８０％増加し、同部から亀裂が発生し易いと
いう問題があった。従って、直噴式ディーゼル機関用ピ
ストンにおいては、ピン孔にアルミニウム青銅等の強度
の高い材料製のブシュを嵌め込んで、ピン孔全体の耐圧
力を高めていたが、この方法では材料及び製造コストが
高くなる上、ピストン自体の重量も増加するという問題
があった。
は、ピン孔内周面の局部的な応力集中が解消され、ピン
孔内周面の耐圧力は５〜２０％程度改善されるが、直噴
式ディーゼル機関用ピストンに、このテーパピン孔を採
用すると、ピストン頂面のピン方向の燃焼室口元部の応
力が１５〜８０％増加し、同部から亀裂が発生し易いと
いう問題があった。従って、直噴式ディーゼル機関用ピ
ストンにおいては、ピン孔にアルミニウム青銅等の強度
の高い材料製のブシュを嵌め込んで、ピン孔全体の耐圧
力を高めていたが、この方法では材料及び製造コストが
高くなる上、ピストン自体の重量も増加するという問題
があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
解決するためになされたものであり、その目的とすると
ころは、ピストンピン孔やピストンピンの径拡大やピス
トン重量増加を招くような大幅な設計変更をすることな
く、ピストン頂面の燃焼室口元部の応力が上昇しないよ
うに、ピストン運動時におけるピン孔内周面の耐圧力を
高めることにある。
解決するためになされたものであり、その目的とすると
ころは、ピストンピン孔やピストンピンの径拡大やピス
トン重量増加を招くような大幅な設計変更をすることな
く、ピストン頂面の燃焼室口元部の応力が上昇しないよ
うに、ピストン運動時におけるピン孔内周面の耐圧力を
高めることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、ピストン
ピン孔の形状を、その中心軸方向の中央部ではその軸直
角断面形状及び寸法を一定とすると共に、そのピストン
主軸側及びその反対側では径が順次拡大するテーパ形状
とすることによって達成される。このように構成する
と、ピストンピン孔の内周面の応力集中が緩和される
上、ピストン頂面の燃焼室口元部の応力も低下する。
ピン孔の形状を、その中心軸方向の中央部ではその軸直
角断面形状及び寸法を一定とすると共に、そのピストン
主軸側及びその反対側では径が順次拡大するテーパ形状
とすることによって達成される。このように構成する
と、ピストンピン孔の内周面の応力集中が緩和される
上、ピストン頂面の燃焼室口元部の応力も低下する。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の詳細を
説明する。図１は本発明に係る内燃機関用ピストンの正
面図、図２は図１に示した内燃機関用ピストンのＡ−Ａ
断面図、図３は図２のピストンピン孔付近の拡大断面説
明図である。図中、１は内燃機関用のピストン、１０は
ピストンピン孔、１０ａはスナップリング溝である。
説明する。図１は本発明に係る内燃機関用ピストンの正
面図、図２は図１に示した内燃機関用ピストンのＡ−Ａ
断面図、図３は図２のピストンピン孔付近の拡大断面説
明図である。図中、１は内燃機関用のピストン、１０は
ピストンピン孔、１０ａはスナップリング溝である。
【０００７】ピストンピン孔１０は、その中心軸直角断
面形状が円形の孔である。このピストンピン孔１０は、
ピストン１の外周面から所定距離離れた位置にピストン
ピン孔１０と略同軸のスナップリング溝１０ａを有し、
そのスナップリング溝１０ａからピストン主軸側がピス
トンピンに対する軸受部となっている。この軸受部は、
円筒部１０ｂと、テーパ部１０ｃ、１０ｄとから成る。
円筒部１０ｂは、軸受部の中心軸方向の略中央部に位置
する。
面形状が円形の孔である。このピストンピン孔１０は、
ピストン１の外周面から所定距離離れた位置にピストン
ピン孔１０と略同軸のスナップリング溝１０ａを有し、
そのスナップリング溝１０ａからピストン主軸側がピス
トンピンに対する軸受部となっている。この軸受部は、
円筒部１０ｂと、テーパ部１０ｃ、１０ｄとから成る。
円筒部１０ｂは、軸受部の中心軸方向の略中央部に位置
する。
【０００８】テーパ部１０ｃは、円筒部１０ｂの、ピス
トン主軸側の端部側に位置し、また、テーパ部１０ｄ
は、円筒部１０ｂのピストン外周側に位置し、これらは
それぞれ円筒部１０ｂの端縁からその径が順次拡大する
ものである。なお、これらの図では本発明の構成を明示
するため、テーパ部の傾斜を誇張して示してある。
トン主軸側の端部側に位置し、また、テーパ部１０ｄ
は、円筒部１０ｂのピストン外周側に位置し、これらは
それぞれ円筒部１０ｂの端縁からその径が順次拡大する
ものである。なお、これらの図では本発明の構成を明示
するため、テーパ部の傾斜を誇張して示してある。
【０００９】而して、図３に示したように軸受部の全長
をＷとし、円筒部１０ｂの長さをＷ 1 、テーパ部１０ｃ
をＷ2 、テーパ部１０ｄをＷ3 とすると、Ｗ1 が、０．
５Ｗより長いとＷ2 、Ｗ3 が短くなりすぎて、ピン孔内
周面の耐圧力が弱くなると共に、図２に示したピストン
１の燃焼室口元部１ａの応力が増大し、反対に、Ｗ1が
０．２Ｗより短いとピストンピン孔１０の内面と、図示
しないピストンピンとの接触面が狭くなり、カジリが発
生し易くなる。従って、このＷ1 は０．５Ｗ〜０．２Ｗ
の範囲内とすることが望ましい。
をＷとし、円筒部１０ｂの長さをＷ 1 、テーパ部１０ｃ
をＷ2 、テーパ部１０ｄをＷ3 とすると、Ｗ1 が、０．
５Ｗより長いとＷ2 、Ｗ3 が短くなりすぎて、ピン孔内
周面の耐圧力が弱くなると共に、図２に示したピストン
１の燃焼室口元部１ａの応力が増大し、反対に、Ｗ1が
０．２Ｗより短いとピストンピン孔１０の内面と、図示
しないピストンピンとの接触面が狭くなり、カジリが発
生し易くなる。従って、このＷ1 は０．５Ｗ〜０．２Ｗ
の範囲内とすることが望ましい。
【００１０】また、Ｗ2 は、短すぎるとピン孔の耐圧力
向上度合いが小さくなり、反対に長すぎると燃焼室の応
力が増加するため、０．６Ｗ〜０．２Ｗの範囲内にする
ことが望ましい。また、Ｗ3 は、短すぎると燃焼室の応
力低減効果が小さくなり、反対に長すぎるとＷ1 、Ｗ2
の幅を十分にとれず、ピン孔の耐圧力向上度合いが小さ
くなる上に、カジリが発生し易くなるため、０．２Ｗ〜
０．５Ｗの範囲内にすることが望ましい。
向上度合いが小さくなり、反対に長すぎると燃焼室の応
力が増加するため、０．６Ｗ〜０．２Ｗの範囲内にする
ことが望ましい。また、Ｗ3 は、短すぎると燃焼室の応
力低減効果が小さくなり、反対に長すぎるとＷ1 、Ｗ2
の幅を十分にとれず、ピン孔の耐圧力向上度合いが小さ
くなる上に、カジリが発生し易くなるため、０．２Ｗ〜
０．５Ｗの範囲内にすることが望ましい。
【００１１】また、テーパ部１０ｃの傾斜角度は、拡大
の度合いが少なすぎると、ピン孔耐圧力が弱くなり、多
すぎるとピストンピンを円筒部１０ｂのみで軸受するこ
とになり、カジリが生じ易くなる。従って、この傾斜角
度は、ピン孔中心軸を含む断面形状において、円筒部１
０ｂの周縁線に対して３〜１５分の範囲で拡大させるこ
とが望ましく、特に、６〜１２分の範囲内とすることが
好ましい。さらに、テーパ部１０ｄの傾斜角度は、小さ
すぎると燃焼室口元部の応力低減効果が小さくなり、反
対に大きすぎると円筒部１０ｂにカジリが発生し易くな
るため、４〜３０分の範囲で拡大させることが望まし
く、特に、６〜１５分の範囲内とすることが好ましい。
の度合いが少なすぎると、ピン孔耐圧力が弱くなり、多
すぎるとピストンピンを円筒部１０ｂのみで軸受するこ
とになり、カジリが生じ易くなる。従って、この傾斜角
度は、ピン孔中心軸を含む断面形状において、円筒部１
０ｂの周縁線に対して３〜１５分の範囲で拡大させるこ
とが望ましく、特に、６〜１２分の範囲内とすることが
好ましい。さらに、テーパ部１０ｄの傾斜角度は、小さ
すぎると燃焼室口元部の応力低減効果が小さくなり、反
対に大きすぎると円筒部１０ｂにカジリが発生し易くな
るため、４〜３０分の範囲で拡大させることが望まし
く、特に、６〜１５分の範囲内とすることが好ましい。
【００１２】以下、従来のピストン及び本発明に係る内
燃機関用ピストンを用いて、ピン孔耐圧力とピストン頂
面疲労強度の比較試験を行った結果を示す。外径φ１１
０ｍｍ、ピン孔径φ３８ｍｍ、ピン孔軸受部の長さ２７
ｍｍの直噴式ディーゼル機関用ピストンを、ピストン主
軸方向に沿って変形可能な様態でピストンピンと係止
し、ピストンピンを固定した状態でピストン頂面から燃
焼圧力相当の圧力と、ピストン内面から慣性力相当の圧
力とをそれぞれ５×１０5 回交番負荷し、ピン孔に亀裂
が発生したときのピストン頂面に負荷した最大圧力（ハ
イドロパルサ強度）と、その最大圧力下におけるピスト
ン頂面のピン方向燃焼室口元部の応力を求めた。この結
果、このストレートピン孔を有するピストンのピストン
ピン孔のハイドロパルサ強度は１６ＭＰａ、ピストン頂
面の燃焼室口元部の応力は２８ＭＰａであった。
燃機関用ピストンを用いて、ピン孔耐圧力とピストン頂
面疲労強度の比較試験を行った結果を示す。外径φ１１
０ｍｍ、ピン孔径φ３８ｍｍ、ピン孔軸受部の長さ２７
ｍｍの直噴式ディーゼル機関用ピストンを、ピストン主
軸方向に沿って変形可能な様態でピストンピンと係止
し、ピストンピンを固定した状態でピストン頂面から燃
焼圧力相当の圧力と、ピストン内面から慣性力相当の圧
力とをそれぞれ５×１０5 回交番負荷し、ピン孔に亀裂
が発生したときのピストン頂面に負荷した最大圧力（ハ
イドロパルサ強度）と、その最大圧力下におけるピスト
ン頂面のピン方向燃焼室口元部の応力を求めた。この結
果、このストレートピン孔を有するピストンのピストン
ピン孔のハイドロパルサ強度は１６ＭＰａ、ピストン頂
面の燃焼室口元部の応力は２８ＭＰａであった。
【００１３】次に、上記のピストンのピン孔のピストン
主軸側の８ｍｍを、７分で拡大するテーパ部としたピス
トンを用い、上記と同様の試験を行った。この結果、こ
の片側テーパピン孔を有するピストンにおいては、ハイ
ドロパルサ強度は１８ＭＰａに向上したが、燃焼室口元
部の応力も３３ＭＰａに上昇してしまい、長期間の使用
によってピストンの頂面に亀裂が生じる恐れがあること
が分かった。
主軸側の８ｍｍを、７分で拡大するテーパ部としたピス
トンを用い、上記と同様の試験を行った。この結果、こ
の片側テーパピン孔を有するピストンにおいては、ハイ
ドロパルサ強度は１８ＭＰａに向上したが、燃焼室口元
部の応力も３３ＭＰａに上昇してしまい、長期間の使用
によってピストンの頂面に亀裂が生じる恐れがあること
が分かった。
【００１４】最後に、本発明に係るピストンの試験のた
め、上記の片側テーパピン孔を有するピストンに追加工
を施して、ピン孔のピストン外径側の８ｍｍを９分で拡
大するテーパ部を有する、両側テーパピン孔のピストン
を製作し、上記と同様の試験を行った。なお、このピス
トンのピン孔の軸方向中央の円筒部の長さは１１ｍｍで
ある。
め、上記の片側テーパピン孔を有するピストンに追加工
を施して、ピン孔のピストン外径側の８ｍｍを９分で拡
大するテーパ部を有する、両側テーパピン孔のピストン
を製作し、上記と同様の試験を行った。なお、このピス
トンのピン孔の軸方向中央の円筒部の長さは１１ｍｍで
ある。
【００１５】この結果、ピン孔のハイドロパルサ強度
は、片側テーパピン孔を有するピストンと変わらない１
８ＭＰａであり、燃焼室口元部の応力は、片側テーパピ
ン孔にしたときの３３ＭＰａからストレートピン孔の場
合と変わらない２８ＭＰａまで低下した。従って、本発
明に係るピストンは、ピストン運動時において、ピスト
ン頂面の燃焼室口元部に対する応力は上昇させずに、ピ
ン孔内周面の耐圧力を向上させることができる。
は、片側テーパピン孔を有するピストンと変わらない１
８ＭＰａであり、燃焼室口元部の応力は、片側テーパピ
ン孔にしたときの３３ＭＰａからストレートピン孔の場
合と変わらない２８ＭＰａまで低下した。従って、本発
明に係るピストンは、ピストン運動時において、ピスト
ン頂面の燃焼室口元部に対する応力は上昇させずに、ピ
ン孔内周面の耐圧力を向上させることができる。
【００１６】なお、本発明は如上の実施例に限定される
ものではない。例えば、上記実施例においては、ピン孔
の中心軸直角断面形状を円形としたが、これはサイドリ
リーフを設けた形状やピストン主軸に直角な方向を長径
とする楕円としてもよい。また、両側テーパピン孔を有
するブシュをピストンに取り付けて、ピン孔としてもよ
く、本発明は上記の説明から当業者が容易に想到し得る
総ての変更実施例を包摂するものである。
ものではない。例えば、上記実施例においては、ピン孔
の中心軸直角断面形状を円形としたが、これはサイドリ
リーフを設けた形状やピストン主軸に直角な方向を長径
とする楕円としてもよい。また、両側テーパピン孔を有
するブシュをピストンに取り付けて、ピン孔としてもよ
く、本発明は上記の説明から当業者が容易に想到し得る
総ての変更実施例を包摂するものである。
【００１７】
【発明の効果】本発明に係る内燃機関用ピストンは上記
の如く構成されるので、本発明によるときは、ピストン
頂面の燃焼室口元部の応力が上昇しないように、ピスト
ン運動時におけるピン孔内周面の耐圧力を高めることが
できる。また、大幅な設計変更を必要としないため、製
造コストを低く抑えられ、耐久性に優れる故に保守コス
トも軽減できる。
の如く構成されるので、本発明によるときは、ピストン
頂面の燃焼室口元部の応力が上昇しないように、ピスト
ン運動時におけるピン孔内周面の耐圧力を高めることが
できる。また、大幅な設計変更を必要としないため、製
造コストを低く抑えられ、耐久性に優れる故に保守コス
トも軽減できる。
【図１】本発明に係る内燃機関用ピストンの正面図であ
る。
る。
【図２】図１に示した内燃機関ピストンのＡ−Ａ断面図
である。
である。
【図３】図２のピストンピン孔付近の拡大断面説明図で
ある。
ある。
１・・・・・内燃機関用のピストン １ａ・・・・燃焼室口元部 １０・・・・ピストンピン孔 １０ａ・・・スナップリング溝 １０ｂ・・・円筒部 １０ｃ・・・テーパ部 １０ｄ・・・テーパ部
Claims (1)
- 【請求項１】ピストンピン孔（１０）の形状を、その中
心軸方向の中央部ではその軸直角断面形状及び寸法を一
定とすると共に、そのピストン主軸側及びその反対側で
は径が順次拡大するテーパ形状とした内燃機関用ピスト
ン（１）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25313896A JPH10103513A (ja) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | 内燃機関用ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25313896A JPH10103513A (ja) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | 内燃機関用ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10103513A true JPH10103513A (ja) | 1998-04-21 |
Family
ID=17247046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25313896A Pending JPH10103513A (ja) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | 内燃機関用ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10103513A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006015586A1 (de) * | 2006-04-04 | 2007-10-11 | Mahle International Gmbh | Bolzennaben eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
| DE102009056920A1 (de) * | 2009-12-03 | 2011-06-09 | Mahle International Gmbh | Bolzennaben eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
| WO2014196282A1 (ja) * | 2013-06-03 | 2014-12-11 | マーレエンジンコンポーネンツジャパン株式会社 | 内燃機関用ピストンおよびそのピン穴の加工方法 |
-
1996
- 1996-09-25 JP JP25313896A patent/JPH10103513A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006015586A1 (de) * | 2006-04-04 | 2007-10-11 | Mahle International Gmbh | Bolzennaben eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
| US8011287B2 (en) | 2006-04-04 | 2011-09-06 | Mahle International Gmbh | Pin bosses of a piston for an internal combustion engine |
| DE102009056920A1 (de) * | 2009-12-03 | 2011-06-09 | Mahle International Gmbh | Bolzennaben eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor |
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| WO2014196282A1 (ja) * | 2013-06-03 | 2014-12-11 | マーレエンジンコンポーネンツジャパン株式会社 | 内燃機関用ピストンおよびそのピン穴の加工方法 |
| JP2014234778A (ja) * | 2013-06-03 | 2014-12-15 | マーレエンジンコンポーネンツジャパン株式会社 | 内燃機関用ピストンおよびそのピン穴の加工方法 |
| CN105378255A (zh) * | 2013-06-03 | 2016-03-02 | 马勒发动机部件日本株式会社 | 内燃机用活塞及其销孔的加工方法 |
| US20160115898A1 (en) * | 2013-06-03 | 2016-04-28 | Fuji Manufacturing Co., Ltd. | Piston for internal combustion engine and method for working pin bore |
| US20180100464A1 (en) * | 2013-06-03 | 2018-04-12 | Mahle Engine Components Japan Corporation | Method for forming a pin bore |
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