JPH10103514A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ピストンピン孔内周面の耐圧力を高くし、か
つ、カジリが生じないようにする。 【解決手段】ピストンピン孔１０の中心軸直角断面形状
を、その断面上でピストン主軸に直角な方向を長径とす
る楕円とし、ピストンピンの内周面の応力集中を緩和す
る。

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
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、ピン孔の内壁面
であって、燃焼室側のピストン主軸寄りの部分には、機
械的に大きな負荷がかかる。近年は内燃機関の高出力化
が進み、ピン孔内壁面の負荷が更に大きくなり、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。

【０００３】このピン孔内壁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。このテーパピン孔を備えたピストンでは、ピン孔内
壁面の局部的な応力集中が解消され、ピン孔内壁面の耐
圧力は向上するが、テーパー状になっていない円筒部分
の平均的な面圧が高くなるため、カジリが発生し易くな
る。このため、テーパピン孔を使用する場合は、円筒部
分に潤滑油を溜める溝を設けて、カジリの発生を防止す
るなどの対策が必要であり、この溝を加工するためのコ
ストが嵩むという問題があった。また、ピストンが燃焼
圧を受けたときは、ピストンピンにも大きな負荷がかか
り、ピストンピンはピストン主軸方向に潰れて偏平に変
形する。

【０００４】このとき、ピストンピン孔の径がピストン
ピンの径と略等しい円筒状の円孔であると、変形したピ
ストンピンがピストンピン孔をピストン主軸に対して直
角方向に押し広げるよう作用する。このためピン孔の内
壁面であって、燃焼室側のピストン主軸寄りの部分で
は、ピン孔の円周方向に引張応力が作用し、亀裂の発生
を引き起こす場合があった。

【０００５】この亀裂の発生は、ピン孔内壁の左右両サ
イドの燃焼室寄りの部分を円弧状に削り取って、所謂サ
イドリリーフを設けることによって回避できるが、この
サイドリリーフは、加工コストが嵩む上、サイドリリー
フの間の燃焼室寄りの部分ではピン孔内壁面とピストン
ピンとの面圧が高くなり、カジリが生じ易くなるという
問題があった。また、ピストンピン孔に、アルミニウム
青銅等の強度の高い材料製のブシュを冷しバメにて挿入
し、ピン孔全体の強度を高める方法もあるが、部分的な
耐圧力を高めるには大袈裟であり、材料及び製造コスト
が嵩み、さらに、重量も増加するという問題があった。

【０００６】

【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、ピストン運動時における耐圧力が高く、かつ、カジ
リが生じないピストンピン孔を有する内燃機関用ピスト
ンを低コストで提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、ピストン
ピン孔の中心軸直角断面形状を、その断面上でピストン
主軸に直角な方向を長径とする楕円とすることによって
達成される。この楕円化は、ピストンピン孔の全周に渡
って行なうこともあるが、燃焼室側の半円筒部のみとす
ることもある。

【０００８】

【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はピン孔の楕円の楕円量とピン孔内壁面の
ピストン主軸寄りの部分の強度上昇率の関係を示すグラ
フ、図４は直噴式ディーゼル機関用ピストンにおけるピ
ン孔の楕円の楕円量とピストン頂面のピン方向の燃焼室
口元部に対する応力上昇率の関係を示すグラフ、図５は
ガソリン機関用ピストンにおけるピン孔の楕円の楕円量
とピン孔摩耗増加率の関係を示すグラフである。

【０００９】まず、図１及び図２について説明する。図
中、１は内燃機関用のピストン、１０はピストンピン孔
である。ピストンピン孔１０は、その中心軸直角断面形
状が、その断面上でピストン主軸に直角な方向を長径と
する楕円である。なお、この図では本発明の構成を明示
するため、楕円を誇張して示してある。

【００１０】而して、ここで言う楕円とは、数学的に定
義されている楕円のみに限らず、極くわずか偏平になっ
ている円という程度の図形の全てを含むものである。従
って、数学的に定義されている楕円に一定の修正を施し
たものや、幾つかのセグメント毎に異なった楕円を組み
合わせたものや、円と楕円を組み合わせたものなどであ
っても良く、要するに、ピストン作動中に燃焼圧を受け
てピストンピンがピストン主軸方向に圧縮され、ピスト
ン主軸及びピン中心軸に直角な方向に伸長し、ピン中心
軸直角断面が楕円状に偏平になったとき、その燃焼室側
の半円筒部が、ピストンピン孔の内壁面とフィットする
ようであれば良いものである。

【００１１】従って、この楕円には、ピン孔中心軸を含
むピストン主軸に直角な平面に対し対称でないものも含
まれる。而して、本発明明細書で楕円量Φとは、ピン孔
中心軸直角断面において、ピストンピン孔のピストン主
軸に直角な方向に測った最大寸法を長径Ａ、それと直角
な方向に測った最大寸法を短径Ｂとしたとき、 Φ＝Ａ−Ｂ で定められる量をいうものとする。

【００１２】而して、本発明に係る内燃機関用ピストン
は、ピストンピン孔中心軸直角断面形状が、その断面上
でピストン主軸に直角な方向を長径とする楕円とするこ
とを特徴とするが、このピン孔の強度は、図３に示した
ように、その楕円量を適宜に選択することによって向上
することが判明した。ガソリン機関用ピストンは楕円量
５μｍ以上で、また、直噴式ディーゼル機関用ピストン
は楕円量１０μｍ以上で顕著な効果が見られる。

【００１３】しかし、直噴式ディーゼル機関用ピストン
は楕円の楕円量を５０μｍ以上とすると、図４に示した
ように、図２に示したピストン頂面のピン方向の燃焼室
口元部１ａの応力が急激に上昇し、同部に亀裂が発生し
易くなる。また、ガソリン機関用ピストンは楕円の楕円
量を６０μｍ以上とすると、長時間の使用によって、図
５に示したように、ピン孔の磨耗の割合が急増する。

【００１４】従って、このピストンピン孔１０の中心軸
直角断面形状の楕円の楕円量は５μｍ以上６０μｍ以下
とすること、特に、直噴式ディーゼル機関用ピストンで
は１０μｍ以上５０μｍ以下とすることが推奨される。
これらの適用は、ピストンの寸法、形状、材質及びピス
トンピン孔径などにより、複雑に変化するものであり、
図３〜図５に示したものは、最も多用される下記のピス
トンに関するものである。

【００１５】ガソリン機関用ピストン 外径寸法 φ７０〜１００ｍｍ 材料 Ａｌ−Ｓｉ系 ピン孔径 φ１６〜２８ｍｍ 直噴式ディーゼル機関用ピストン 外径寸法 φ７０〜１８０ｍｍ 材料 Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｃｕ系（ＡＣ５Ａ） ピン孔径 φ２２〜８０ｍｍ

【００１６】このような楕円ピン孔を有する内燃機関用
ピストンにおいては、機関の排気、吸気、圧縮行程で
は、ピン孔内壁面の楕円の長径部分が潤滑油溜りとな
り、燃焼行程では、燃焼圧によってピストンピンが潰れ
てピストンピンがピン孔内壁面の楕円の長径部分を塞
ぎ、これによってスクイズ効果が発生して潤滑油がピン
孔内壁面の燃焼室側へ送り込まれ、ピン孔内壁面全体の
潤滑が良好になり、カジリが発生し難くなる。また、ピ
ストンが燃焼圧を受けてピストンピンが潰れても、変形
したピストンピンがピン孔を押し広げることもなく、ピ
ン孔内壁面の円周方向の引張応力が大幅に緩和され、高
い負荷にも耐えられる。

【００１７】なお、本発明は如上の実施例に限定される
ものではなく、例えば上記ではピン孔の主軸方向断面に
就いては触れていないが、これは公知の様々な形状、例
えば部分的にテーパー状としたものなどであっても良
く、このようにした場合には、ピン孔の耐圧力は一層向
上し、カジリの問題が完全に解消される。また、断面楕
円状の孔を有するプシュをピストンに取り付けて、ピン
孔を構成しても良く、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。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関用ピストンは如上
の如く構成されるので、本発明によるときは、大幅な設
計変更を必要とせず、ピストン運動時の耐圧力が強く、
かつ、カジリが発生しないため、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低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関用ピストンの正面図であ
る。

【図２】図１に示した内燃機関用ピストンのＡ−Ａ断面
図である。

【図３】ピン孔の楕円の楕円量とピン孔内壁面の燃焼室
側のピストン主軸寄りの部分の強度上昇率の関係を示す
グラフである。

【図４】直噴式ディーゼル機関用ピストンにおけるピン
孔の楕円の楕円量とピストン頂面のピン方向の燃焼室口
元部に対する応力上昇率の関係を示すグラフである。

【図５】ガソリン機関用ピストンにおけるピン孔の楕円
の楕円量とピン孔摩耗増加率の関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１・・・・・内燃機関用のピストン １ａ・・・・口元部 １０・・・・ピストンピン孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンピン孔（１０）のピン孔中心軸直
   角断面形状を、その断面上でピストン主軸に直角な方向
   を長径とする楕円としたことを特徴とする内燃機関用ピ
   ストン（１）。
2. 【請求項２】楕円量が１０μｍ以上５０μｍ以下である
   ピストンピン孔（１０）を有する請求項１に記載の直噴
   式ディーゼル機関用ピストン。
3. 【請求項３】楕円量が５μｍ以上６０μｍ以下であるピ
   ストンピン孔（１０）を有する請求項１に記載のガソリ
   ン機関用ピストン。