JPH10184448A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンスラップ衝撃を可及的に低減するこ
とが可能な内燃機関用ピストンを提供する。 【解決手段】 ピストン１に、冠面部２側のリングラン
ド部３と、このリングランド部３に続くスカート部４を
設ける。このスカート部４に臨んでピストンピン孔８を
形成する。このピストンピン孔の軸線Ｘ１をピストンの
軸線Ｙ１に対して反スラスト側にオフセットさせる。前
記ピストンピン孔８の軸線Ｘ１を含む平面よりもリング
ランド部３に近い側のスカート部４に、リングランド部
３に向かって収斂するテーパ１１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
ンに関し、特に、ピストンスラップ衝撃を可及的に低減
可能なピストンに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関用ピストンはシリンダ内に所定
の隙間をもって収容され、絶えず変化する力を受けつつ
往復摺動している。このため、前記ピストンが、シリン
ダ内での横方向への移動やピストンピン回りの回転運動
を生じてシリンダ内面と衝突し、ピストンスラップを生
じる。前記ピストンスラップは、内燃機関の運転時の振
動及び騒音となって現れる。

【０００３】そこで、これを対策するために、例えば実
開昭５５−９８７１号公報には、ピストンピン孔の軸線
をピストンの軸線に対して反スラスト側にオフセットし
たピストンが提案されている。なお、ピストンの膨張行
程においてピストンが接している側をスラスト側と称
し、反対側を反スラスト側と称することは従前のとおり
である。

【０００４】前記ピストンは、例えば圧縮及び膨張行程
において、図４に示すような挙動を示す。

【０００５】即ち、圧縮行程の上死点前において、ピス
トン１は、図４（ａ）に示すように、圧縮ガスの圧力Ｆ
ｇ（詳しくは圧縮ガスの圧力とピストン１の慣性力との
和）を受ける。前記圧力Ｆｇは、傾斜したコネクティン
グロッド１０への力Ｆｃとスラスト力Ｆｔに分解される
から、ピストン１はスラスト力Ｆｔを受けることにな
り、反スラスト側のシリンダ内面ｃに接して運動する。

【０００６】前記ピストン１が上死点に近付くと、圧縮
ガスの圧力Ｆｇが増大する一方で、コネクティングロッ
ド１０の傾き角が小さくなることによってスラスト力Ｆ
ｔが小さくなる。このため、前記ピストン１は図４
（ｂ）に示すように、モーメントＭが生じ、スカート下
端部Ｂ点を支点として反時計回りに回転し、スラスト側
のスカート上端部Ａ点がスラスト側のシリンダ内面ｃに
衝接する。この状態で、前記ピストン１は爆発行程に入
ることになる。

【０００７】上死点を過ぎると、前記コネクティングロ
ッド１０の傾斜が反転するため、スラスト力Ｆｔの方向
が変わり、ピストン１は図４（ｃ）に示すように、モー
メントＭが生じ、スカート上端部Ａ点を支点として時計
回りに回転し、スラスト側の側面がスラスト側のシリン
ダ内面ｃに衝接する。

【０００８】その後、前記ピストン１は膨張行程におい
てスラスト側のシリンダ内面ｃに接して運動する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例にあっては、爆発以後の膨張行程において、前記ピ
ストン１がスカート上端部Ａ点を支点として回転し、ス
ラスト側の側面がシリンダ内面ｃに衝接する際に、打音
を生じる虞がある。

【００１０】本発明は斯かる従来の実情に鑑みて案出さ
れたもので、ピストンスラップ衝撃を可及的に低減する
ことが可能な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、請求項１記載の
発明は、冠面部側のリングランド部と、このリングラン
ド部に続くスカート部を備え、このスカート部に臨んで
ピストンピン孔が形成されてなり、このピストンピン孔
の軸線がピストンの軸線に対して反スラスト側にオフセ
ットされてなる内燃機関用ピストンにおいて、前記ピス
トンピン孔の軸線を含む平面よりもリングランド部に近
い側のスカート部に、リングランド部に向かって収斂す
るテーパを形成した構成にしてある。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明の構成のうち、前記テーパを、スラスト側のス
カート部に形成した構成にしてある。

【００１３】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の発明の構成のうち、前記テーパが、ピストンピン孔
の軸心からスカート部に最も近い側のピストンリング溝
の側面までの寸法の１／２の位置において、ピストンの
直径寸法（単位μｍ）に０．０００１５乃至０．０００
６を乗じた寸法に形成した構成にしてある。

【００１４】本発明によれば、前記ピストン１の圧縮行
程の上死点近傍で、ピストンのスカート上端部がシリン
ダの内面に接して傾くとき、ピストンピン孔の軸線（軸
心線）を含む平面よりもリングランド部に近い側のスカ
ート部にテーパが形成してあることにより、シリンダの
軸線（軸心線）に対するピストン１の軸線（軸心線）の
傾きが、従来例に比較して小さいものとなる。

【００１５】このため、圧縮行程に続く爆発以後の膨張
行程で、前記ピストンがスカート上端部を中心として時
計方向に回転して、ピストンの側面がシリンダの内面に
衝接するとき、その回転角度が小さくなる。その結果、
前記ピストンの運動エネルギが小さくなり、打音の発生
を小さくすることができる。

【００１６】したがって、ピストンスラップ衝撃を可及
的に低減することが可能なピストンが得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて詳述する。

【００１８】図１は本発明の実施の形態を示す内燃機関
用ピストンの平面図で、スラスト側から見た図面、図２
は図１のＡ−Ａ線断面図である。図において符番１で示
す内燃機関用ピストンは、図１において最上端の冠面部
２と、この冠面部２に続くリングランド部３と、このリ
ングランド部３に続くスカート部４とを備えている。前
記リングランド部３には、この実施の形態において３本
のピストンリング溝５が形成してある。

【００１９】６は前記スカート部４の内周側に形成され
たピンボス部で、このピンボス部６はエプロン部７を介
してスカート部４に連なっており、また、ピストン１の
軸線（軸心線）Ｙ１の両側に対峙して形成してある。

【００２０】前記ピンボス部６には、スカート部４に臨
んで、ピストンピン孔８が形成してあり、このピストン
ピン孔８はその軸線（軸心線）Ｘ１が、ピストン１の軸
線Ｙ１に対して略直角となるように形成してある。ま
た、前記ピストンピン孔８の軸線Ｘ１は、図２に示すよ
うに、ピストン１の軸線Ｙ１に対して反スラスト側にオ
フセットしてある。尚、図２においてＹ２は前記ピスト
ンピン孔８の軸線Ｘ１を通り、ピストン１の軸線Ｙ１に
平行する線である。

【００２１】前記ピストンピン孔８内には、ピストンピ
ン９が挿入され、このピストンピン９にコネクティング
ロッド１０が連結される。

【００２２】前記ピストン１のスカート部４にはテーパ
１１が形成してある。詳しくは、前記テーパ１１は、ピ
ストンピン孔８の軸線Ｘ１を含む平面よりもリングラン
ド部３に近い側、即ち図２においてピストンピン孔８の
軸線Ｘよりも上側のスカート部４に形成されており、リ
ンググランド部３に向かって収斂する形状のテーパ１１
である。前記テーパ１１は、図３に示すように、テーパ
量ＴＰがリングランド部３側に向かうにしたがって二次
曲線的に増加する形状に形成してある。

【００２３】また、前記テーパ１１は、後述するピスト
ン１の挙動を考慮するとき、少なくとも、スラスト側の
スカート部４に形成することを可とする。

【００２４】なお、この実施の形態においては、前記リ
ングランド部３から遠い側のスカート部４の端部、即ち
スカート部４の下端部に、この下端部に向かって収斂す
るテーパ１２が形成してある。

【００２５】斯かる構成によれば、前記ピストン１は図
外のエンジンに組込まれて作動することになる。

【００２６】図外のエンジンが運転されるとき、前記ピ
ストン１は圧縮及び膨張行程において前記従来例で述べ
たと同様に、図４に示すような挙動を示すことになる。

【００２７】即ち、圧縮行程の上死点前において、前記
ピストン１は、図４（ａ）に示すように、圧縮ガスの圧
力Ｆｇ（詳しくは圧縮ガスの圧力とピストンａの慣性力
との和）を受ける。前記圧力Ｆｇは、傾斜したコネクテ
ィングロッド１０への力Ｆｃとスラスト力Ｆｔに分解さ
れるから、ピストン１はスラスト力Ｆｔを受けることに
なり、反スラスト側のシリンダ内面ｃに接して運動す
る。

【００２８】前記ピストン１が上死点に近付くと、圧縮
ガスの圧力Ｆｇが増大する一方で、コネクティングロッ
ド１０の傾き角が小さくなることによってスラスト力Ｆ
ｔが小さくなる。このため、前記ピストン１は図４
（ｂ）に示すように、モーメントＭが生じ、スカート下
端部Ｂ点を支点として反時計回りに回転し、スラスト側
のスカート上端部Ａ点がスラスト側のシリンダ内面ｃに
衝接する。この状態で、前記ピストン１は爆発行程に入
ることになる。

【００２９】上死点を過ぎると、前記コネクティングロ
ッド１０の傾斜が反転するため、スラスト力Ｆｔの方向
が変わり、ピストン１は図４（ｃ）に示すように、モー
メントＭが生じ、スカート上端部Ａ点を支点として時計
回りに回転し、スラスト側の側面がスラスト側のシリン
ダ内面ｃに衝接する。

【００３０】その後、前記ピストン１は膨張行程におい
てスラスト側のシリンダ内面ｃに接して運動する。

【００３１】ここで、本発明においては、前記ピストン
１の圧縮行程の上死点近傍で、ピストン１のスカート上
端部Ａがシリンダの内面ｃに接して傾くとき、ピストン
ピン孔８の軸線Ｘ１を含む平面よりもリングランド部３
に近い側のスカート部４にテーパ１１が形成してあるこ
とにより、シリンダの軸線（軸心線）Ｙ０に対するピス
トン１の軸線Ｙ１の傾きθが、従来例に比較して小さい
ものとなる（図４（ｂ）参照）。

【００３２】このため、圧縮行程に続く爆発以後の膨張
行程で、前記ピストン１がスカート上端部Ａを中心とし
て時計方向に回転して、ピストンの側面がシリンダの内
面ｃに衝接するとき、その回転角度が小さくなる。その
結果、前記ピストン１の運動エネルギが小さくなり、打
音の発生を小さくすることができる。

【００３３】したがって、ピストンスラップ衝撃を可及
的に低減することが可能なピストン１が得られる。

【００３４】以上、実施の形態を図面に基づいて説明し
たが、具体的構成はこの実施の形態に限られるものでは
なく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

【００３５】

【実施例】直径が８６ｍｍで、前記スカート部４に形成
するテーパ１１のテーパ量ＴＰを種々に設定したピスト
ン１を用いて実機試験を行った結果、図５に示す結果が
得られた。

【００３６】これによれば、ピストンピン孔８の軸心Ｘ
１からスカート部４に最も近い側のピストンリング溝５
の側面５ａまでの寸法Ｌの１／２の位置（図３参照）に
おいて、テーパ量ＴＰを１０μｍとしたピストン１で
は、スラップ音のレベルは低いが、スカート部４に焼付
きの兆候が見られ、同じくテーパ量ＴＰが７０μｍで
は、スラップ音のレベルが許容限を越えると共に、スカ
ート部４に焼付きの兆候が見られた。

【００３７】また、前記テーパ量ＴＰが２０μｍ乃至５
５μｍのピストン１では、４５μｍでややスラップ音レ
ベルが高くなったものの、焼付き等は生じなかった。

【００３８】したがって、前記実機試験によって、テー
パ量ＴＰとしては、１５μｍ乃至５０μｍの範囲、即
ち、ピストンピン孔８の軸心Ｘ１からスカート部４に最
も近い側のピストンリング溝５の側面５ａまでの寸法Ｌ
の１／２の位置において、ピストン１の直径寸法（単位
μｍ）に０．０００１５乃至０．０００６を乗じた寸法
の範囲とするのが好ましいとの結果が得られた。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、ピストンスラップ衝撃を可及的に低減すること
が可能な内燃機関用ピストンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す内燃機関用ピストン
の平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】スカート部に形成したテーパの形状を拡大して
示す説明図である。

【図４】ピストンの挙動を、圧縮行程の上死点前の状態
（ａ）、上死点に近付いた状態（ｂ）、上死点を過ぎた
状態（ｃ）で説明する図面である。

【図５】内燃機関用ピストンの実機試験の結果を示す線
図である。

【符号の説明】

１ ピストン ２ 冠面部 ３ リングランド部 ４ スカート部 ５ ピストンリング溝 ８ ピストンピン孔 １１ テーパ Ｘ１ ピストンピン孔の軸線 Ｙ１ ピストンの軸線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冠面部側のリングランド部と、このリン
   グランド部に続くスカート部を備え、このスカート部に
   臨んでピストンピン孔が形成されてなり、このピストン
   ピン孔の軸線がピストンの軸線に対して反スラスト側に
   オフセットされてなる内燃機関用ピストンにおいて、 前記ピストンピン孔の軸線を含む平面よりもリングラン
   ド部に近い側のスカート部に、リングランド部に向かっ
   て収斂するテーパ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】 前記テーパは、スラスト側のスカート部
   に形成されてなることを特徴とする、請求項１記載の内
   燃機関用ピストン。
3. 【請求項３】 前記テーパは、ピストンピン孔の軸心か
   らスカート部に最も近い側のピストンリング溝の側面ま
   での寸法の１／２の位置において、ピストンの直径寸法
   （単位μｍ）に０．０００１５乃至０．０００６を乗じ
   た寸法に形成されてなることを特徴とする、請求項１記
   載の内燃機関用ピストン。